DE10230879A1

DE10230879A1 - Verfahren zur Erzeugung von Kavitation mittels hochintensiver Schallwellenimpulse und zugehörige Anordnung

Info

Publication number: DE10230879A1
Application number: DE2002130879
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. Hartmann; Jörg Dr. Kieser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-01-29

Abstract

Zur Erzeugung von hochintensiven Schallwellenimpulsen können sogenannte thermohydraulische Reaktoren verwendet werden. Gemäß der Erfindung wird eine thermohydraulische Schallquelle in Form von zwei konzentrisch zueinander angeordneten kugelschalenförmigen Elektroden aus elektrisch gut leitendem Material, zwischen denen ein leitfähiges Medium formschlüssig eingeschlossen ist, verwendet. Bei der zugehörigen Anordnung bilden die Elektroden (10, 20) vorteilhafterweise jeweils eine geschlossene Kugelkalotte mit dem dazwischenliegenden Elektrolyten (30), wobei in der inneren Kugelkalotte ein Kavitationsmedium (80) eingeschlossen ist, welches im Zentrum einen Reaktionsraum (100) enthält.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Kavitation mittels hochintensiver Schallwellenimpulse einer externen Schallquelle. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf zugehörige Anwendungen und insbesondere auf entsprechende Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens.

Mit Hilfe intensiver Schallwellen lassen sich in Flüssigkeiten reproduzierbar Kavitationsblasen erzeugen, die während der Zugwelle einer Schallwelle rasch anwachsen und bei der darauffolgenden Implosion lokal sehr heiße, dichte Plasmen in ihrem Inneren erzeugen. Diese Plasmen leuchten merklich („Sonolumineszenz"), strahlen intensive ultraviolette Strahlung ab und können somit möglicherweise zur Herstellung fusionserzeugter Neutronen unter Nutzung von D-D-Reaktionen bzw. D-T-Reaktionen (D: Deuterium; T: Tritium) herangezogen werden. In diesem Zusammenhang wird auf die Veröffentlichung in „Science" Vol 295, PP. 1868 bis 1873 verwiesen.

Weitere Anwendungsfelder unter Nutzung einer intensiven W-Strahlung und der Plasmawechselwirkung mit der umgebenden Flüssigkeit liegen im Bereich der chemischen Verfahrenstechnik zur Synthese von Stoffen oder zum Abbau von Schadstoffen. Von Interesse sind daher verbesserte Verfahren und Anordnungen zur Erzeugung intensiver, großvolumiger Kavitationsbereiche mit dem Ziel, die bei der Implosion der Kavitationsblasen erzeugten Plasmen für chemische oder thermonukleare Prozesse zu nutzen.

Heutige Schallwellenapplikatoren beruhen zumeist auf dem Prinzip des piezoelektrischen Ultraschallschwingers. Dieses Prinzip erreicht den höchsten Wirkungsgrad der üblichen Systeme von bis zu einigen 10% bezogen auf die elektrische Ein gangsleistung, sind aber sowohl bezüglich der Amplitude als auch der Lebensdauer bei den höchsten Amplituden begrenzt. Die zur Kavitation notwendigen Zugwellenamplituden von mehr als –7 bar bis zu –15 bar in Aceton werden daher nur in fokussierenden Anordnungen erreicht (s. obige Veröffentlichung), wobei aufgrund der mechanischen Eigenschaften der verfügbaren piezoelektrischen Keramikwerkstoffe zusätzlich Größen- und Formbeschränkungen auftreten. Daher ergeben sich für den wirtschaftlichen Einsatz diesbezüglicher Verfahren erhebliche Einschränkungen im Bereich der erzielbaren Leistungsdichten und des Durchsatzes.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung von Kavitation anzugeben sowie eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Anordnung ist im Patentanspruch 19 angegeben. Weiterbildungen des Verfahrens, insbesondere für spezifische Anwendungen, sind in den abhängigen Verfahrensansprüchen und Weiterbildungen der Anordnung in den abhängigen Sachansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäßen thermohydraulisch erzeugten Schallwellenimpulse sind geeignet, insbesondere die Einschränkung der Formgebung und Quellengröße piezoelektrischer Schallwellensender zu umgehen, wozu insbesondere auf die DE 197 02 593 C2 verwiesen wird. Weiterhin ermöglicht dieses Prinzip erheblich höhere Schallwellenamplituden bereits im Nahfeld der Schallquelle entsprechend der Veröffentlichung „IEEE Trans. Plama. Sc." Vol 28, No. 5, 2000, PP. 074302-1–074302-4. Gemäß vorliegender Erfindung wird eine thermohydraulische Schallquelle in Form von zwei konzentrisch zueinander angeordneten kugelschalenförmigen Elektroden aus gut leitfähigem Material, z.B. einem Metall oder einem gut leitfähigen Polymer, gebildet, zwischen denen ein, vorzugsweise flüssiges, leitfähiges Medium („Elektrolyt") formschlüssig eingeschlossen ist, was wei ter unten anhand der Figuren verdeutlicht wird. Der Elektrolyt ist so gewählt, dass seine akustische Impedanz weitestgehend der des innenliegenden, kavitationsblasen-aktiven Mediums entspricht. Geeignet sind beispielsweise höhere Alkohole mit gelösten, dissoziierten Salzen, aber auch leitfähige Polymere oder Flüssigmetalle mit großem Ausdehnungskoeffizienten wie z.B. Ga_0,66In_0,2Sn_0,14. Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Anordnung vorgesehen mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten kugelschalenförmigen Elektroden aus gut leitfähigem Material, welche Elektroden in an sich bekannter Weise jeweils eine Begrenzung für den Elektrolyten bilden. In der inneren Kugelschale ist das kavitationsaktive Medium formschlüssig eingeschlossen, wobei der innere Raum mit Kavitationsblasen einen Reaktor fürunterschiedliche erfindungsgemäße Anwendungen definiert. Dabei sind die beiden Elektroden an ein elektrotechnisches Gerät zur Erzeugung elektrischer Impulse hoher Leistung, d.h. einen Hochleistungs-Impulsgenerator, angeschlossen, wobei die äußere Elektrode einen Durchbruch aufweist, durch den die innere Elektrode elektrisch isoliert angeschlossen wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung
1 das Prinzip einer kugelsegmentförmigen Schallwellenquelle nach dem thermohydraulischen Prinzip,
2 eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung des zeitlichen Verlaufes des Druckes im Fokusbereich einer Kugelsegmentschallquelle,
3 eine kugelförmige Schallwellenquelle mit eingeschlossenem sog. Sono-Reaktor,
4 einen Teilschnitt durch die kugelförmigen Elektroden gemäß der Anordnung nach 3 und
5 die räumliche Verteilung der Sicken gemäß 4.
Die Figuren werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrieben: 1 verdeutlicht das Prinzip der Schallwellenerzeugung nach dem thermohydraulischen Prinzip, wie es vom Stand der Technik bereits vorbekannt ist. Dazu wird insbesondere auf die DE 197 02 593 C2 verwiesen. In der 1 bedeuten 1 eine äußere Elektrode, 2 eine innere Elektrode, zwischen denen ein elektrisch leitfähiges Medium als Elektrolyt eingeschlossen ist. Beide Elektroden 2 und 3 bestehen aus gut leitfähigem Material, wobei die äußere Elektrode schallundurchlässig, d.h. schallhart, ist, während die innere Elektrode durch eine Membran gebildet wird und schalldurchlässig ist. Der zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 formschlüssig eingeschlossene Elektrolyt besteht aus einem leitfähigen Medium, wobei das Material des Elektrolyten so gewählt ist, dass seine akustische Impedanz weitestgehend der des innen liegenden Kavitationsblasen-aktiven Mediums entspricht. Dafür sind höhere Alkohole geeignet, die zur Leitfähigkeitsgenerierung gelöste Salze enthalten. Auch leitfähige Polymere oder Flüssigmetalle mit großem Ausdehnungskoeffizienten, wie z.B. G_0,66In_0,2Sn_0,14 sind im Rahmen der Erfindung möglich.
Bei der Erfindung ist eine Anordnung vorgesehen, mit der Schallwellenfelder hoher Intensität erzeugt werden. Die beiden Elektroden 1 und 2 sind an einen Leistungsimpulsgenerator 5 zur Erzeugung elektrischer Impulse hoher Leistung angeschlossen.
Mit einer derartigen Anordnung werden in an sich bekannter Weise Schallwellen hoher Intensität erzeugt, die in ein Kavitationsmedium 8 eingekoppelt werden. Im Fokus der Schallwelle ergibt sich ein Bereich 100, in dem bestimmte, weiter unten im Einzelnen beschriebene Prozesse stattfinden können.
In der 2 ist als Abszisse die Zeit t in Mikrosekunden und als Ordinate der Druck p in MPa aufgetragen. Für die p = f(t) – Abhängigkeit ergibt sich ein Graph 24. Der Graph 24 gibt speziell den zeitlichen Verlauf des Druckes im Fokusbereich einer Kugelsegment-Schallquelle gemäß 1 wieder. Der Quellendurchmesser betrug 100 mm, der Kugelradius 100 mm und der Raumwinkel der Quelle entspricht ca. 6,25 % der vollen Kugel. Die Stromamplitude betrug 19 kA und es wurden Spitzendrucke von +580 bar/–200 bar erreicht. Als Elektrolyt wurde Ethylenglykol und als Kavitationsmedium entgastes, entionisiertes Wasser verwendet.
Aus dem Graphen 24 der 2 ist erkennbar, dass unter den gegebenen Randbedingungen kurzzeitig Drucke im Bereich von 50 MPa und darüber erreicht werden sowie Zugspannungen von typisch –20 MPa. Dies sind Drucke, bei denen intensive Kavitationsvorgänge einsetzen und anderweitig initiierte Kavitationsvorgänge erheblich intensiviert werden. Durch die dadurch wesentlich energiereichere Implosion von Kavitationsblasen werden demgegenüber bedeutend heißere Zustände des Kavitationsmediums und insbesondere auch dichte Plasmen beim Kollaps der Blasen erzeugt, in denen chemische Reaktionen, aber gegebenenfalls auch kernphysikalische Reaktionen stattfinden können. Davon abgesehen werden ultraviolette Strahlung und große Mengen chemisch aktiver Substanzen, d.h. sog. Radikale, erzeugt.
In einer konkretisierten Anordnung gemäß 3 sind zwei konzentrisch zueinander angeordnete kugelförmige Elektroden 10 und 20 vorhanden, die einen Elektrolyt einschließen. Zur Kontaktierung der äußeren Elektrode dient ein äußerer Elektrodenanschluss 11 und zur Kontaktierung der inneren Elektrode ein innerer Elektrodenanschluss 21, wobei hier ein geeigneter Isolator 22 zur Isolation gegenüber der äußeren Elektrode vorhanden ist. Als Isolationsmedium kann gegebenenfalls auch der Elektrolyt selbst dienen, wenn der dabei in diesem Bereich durch den Elektrolyten fließende Leckstrom akzeptiert werden kann. Das Kavitationsmedium ist hier mit 80 bezeichnet, wobei sich im Zentrum ein Reaktionsraum 100 ergibt.
Soweit entspricht der Reaktor dem Ausschnitt entsprechend 1. In 3 sind die beiden Elektroden 10, 20 so ausgeführt, dass sie für die im Nahfeld erzeugte Schallwelle akustisch transparent sind. Dies wird beispielsweise. erreicht durch eine gitterförmig durchbrochene Elektrode oder als dünne metallische Membran oder Polymermembran. Der Abstand zwischen den Elektroden 10 und 20 liegt im Bereich von typisch einem Millimeter bis zu etwa 10 Millimetern.
Für die initiale Bereitstellung von Kavitationsblasen wird i. allg. ein stehendes Ultraschallwellenfeld ausreichender Amplitude, d.h. mindestens etwa 7 bar in Wasser bzw. > 14 bar in Alkoholen und organischen Lösungsmitteln wie Aceton, benötigt. Zur Erzeugung entsprechender intensiver Ultraschallwellenfeldern im Innern der Anordnung werden vorteilhafterweise auf der äußeren Elektrode 10 ein oder mehrere, in der 3 nicht dargestellter Schallwellensender für den Ultraschallbereich angebracht, die ein in das Innere der Elektrodenanordnung gerichtetes Schallwellenfeld erzeugen. Die kugelförmigen Elektroden 10, 20 der erfindungsgemäßen Anordnung sowie der Elektrolyt 30 sind so ausgebildet, dass sie dieses Ultraschallwellenfeld möglichst wenig beeinflussen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein Elektrolyt gewählt wird, dessen akustische Impedanz weitestgehend dem des innenliegenden, kavitationsaktiven Mediums entspricht. Die Elektroden werden vorteilhaft so dünn ausgeführt, dass ihre Dicke klein ist gegen die Wellenlänge des Ultraschall-Wellenfeldes. Alternativ können – wie bereits erwähnt – gitterartige Elektroden mit hohem Transmissionsgrad eingesetzt werden. Bei Verwendung polymer-basierter Elektroden, glasartigen Kohlenstoffs oder einer dicken, metallischen Elektrode müssen die entsprechenden Reflexionsverluste an den Grenzflächen berücksichtigt werden.
Bei Erzeugung eines intensiven Stromimpulses mit Hilfe des elektrischen Hochleistungs-Impulsgenerators wird die zwischen den Elektroden liegende, kugelschalenförmige Elektrolyt schicht kurzzeitig, d.h. im Bereich von Mikrosekunden bis Millisekunden, elektrisch aufgeheizt und dehnt sich vorwiegend in radialer Richtung, bezogen auf die Kugelsymmetrie, aus. Dadurch werden bereits im Nahbereich der Elektroden Schallamplituden bis zu +40 bar entsprechend der zweitgenannten Veröffentlichung erzeugt, die sich in radialer Richtung nach außen und nach innen ausbreiten. Die nach Innen laufende Schallwelle wird wegen der sphärischen Konvergenz der Anordnung immer intensiver, so dass im Bereich von deren Zentrum Drucke von einigen kbar erreicht werden können. Aus Massenerhaltungsgründen folgt dieser Verdichtungswelle eine Zugwelle mit etwas niedrigeren, aber noch vergleichbaren Amplituden, so dass unmittelbar nach dem Durchlaufen der Verdichtungswelle erhebliche negative Drucke von bis zu einigen –100 bar erzeugt werden, was durch den Graph 24 gemäß 2 bestätigt wird. Somit werden erheblich günstigere Bedingungen für die kontrollierte Erzeugung von Kavitationsblasen in große Volumina bereitgestellt, als dies nach dem Stand der Technik möglich war.
In 3 ist der vorstehend beschriebenen Vorrichtung eine erste Anordnung 200 zur kontinuierlichen Feinfilterung des Elektrolyten und eine zweite Anordnung 200 für das kavitationsaktive Mediums zugeordnet. Die Anordnungen 200 und 200' können jeweils einen geschlossenen Kreislauf bilden oder aber in einem offenen System eingebunden sein. Die Anordnung 200 zur Feinfilterung des Elektrolyten enthält beispielsweise eine Entgasungseinrichtung und/oder einen Wärmetauscher. Die Anordnung 200' zur Feinfilterung des kavitationsaktiven Mediums kann eine Einrichtung zur chemischen Abtrennung von Stoffen und auch eine Einrichtung zur Zumischung von Stoffen enthalten.
Da sich der kurzzeitig aufgeheizte Elektrolyt impulsartig ausdehnt, werden kurzzeitig Zugkräfte auf die membran- oder gitterförmig ausgebildeten Elektroden 10, 20 ausgeübt, die im Dauerbetrieb schließlich zur Materialermüdung führen könnten.
Um dies zu vermeiden, werden in einer besonders vorteilhaften Ausführung die Elektroden mit einer Prägung (Sicken) in Form von nach außen gerichteten Erhöhungen bei der äußeren Elektrode bzw. nach innen gerichteten Vertiefungen bei der inneren Elektrode versehen.
In 4 ist veranschaulicht, wie zur Materialentlastung in den kugelförmigen Elektroden 10 und 20 im Abstand sich gegenüberstehende Sicken 15 bzw. 25 eingeprägt sind. Durch derartige wechselseitige Prägungen werden Überhöhungen der elektrischen Feldstärke zwischen den Elektroden vermieden.
Entsprechend 5 ist die räumliche Verteilung der Sicken auf den kugelförmigen Elektrodenflächen in Form einer sogenannten „bucky ball-Struktur" ausgebildet. Die von den Sicken 15 bzw. 25 berandeten Teilflächen behalten ihre dreidimensionale Krümmung in Form einer Kugelfläche. Entsprechend 5 entspricht die Verteilung der Prägungen 15, 25 vorteilhafterweise einem lückenlos die Kugeloberflächen füllenden Netz von Fünfecken und Sechsecken, ähnlich der Kohlenstoffatom-Anordnung bei Fullerenen, mit einer Tiefe von typisch einigen zehntel Millimetern bis zu wenigen Millimetern und einer Breite von wenigen Millimetern. Typische Abmessungen der Vielecke sind einige Zentimeter bis zu einigen 10 cm, je nach Größe der Gesamtanordnung. Im Bereich dieser Sicken können sich mechanische Spannungen entlang des Umfangs abbauen, ohne zur Materialermüdung zu führen, indem die dazwischenliegenden Elektrodenflächen homogen in radialer Richtung beschleunigt werden.
Abhängig von der Begrenzung der Anordnung auf der Außenseite lassen sich u. U. die Amplituden der Zugwelle noch dadurch steigern, dass für die Außenbegrenzung ein Werkstoff mit niedrigerer akustischer Impedanz als der des Elektrolyten verwendet wird. Durch diese Maßnahme wird die nach außen laufende Druckwelle an der Grenzfläche in Form einer nach Innen laufenden Zugwelle reflektiert, die aufgrund des geometri schen Fokussiereffektes zu immer höheren negativen Amplituden konzentriert wird. Diese intensive Zugwelle läuft in ein Gebiet, das vorher von der nach Innen abgestrahlten Druckwelle bereits vorkomprimiert wurde, so dass sich in dieser Anordnung besonders hohe Druckdifferenzen zwischen Kompression und Dilatation des Kavitationsmediums erreichen lassen, was besonders förderlich für die Ausbildung großer Kavitationsblasen ist.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, zeitlich, räumlich und bezogen auf die Amplitude sehr gut definierte Doppelt- oder Mehrfachpulse zu erzeugen, sofern der Hochleistungs-Impulsgenerator für diesen Zweck vorgesehen ist. Wird gezielt eine zweite Verdichtungswelle während der Implosionsphase der Blasen überlagert, so kommt es zu einer Beschleunigung der Implosion aufgrund des erhöhten Drucks mit dem Ergebnis, dass der Wirkungsgrad der Plasmaerzeugung und W-Lichtausbeute weiter erheblich verbessert wird [4]. Die hier vorgeschlagene Anordnung ist geeignet, dies mit geringem Aufwand und einer gegenüber dem Stand der Technik erheblich höheren Druckamplitude zu realisieren.
Bei der anhand der einzelnen Beispiele beschriebenen Anordnung ergibt sich eine ausgezeichnete Skalierbarkeit zu hohen Volumina, wobei potentiell eine sehr hohe Lebensdauer gegeben ist. Gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich hohe Amplituden bis zu 40 bar im Nahfeld der Elektroden gegenüber bisher erreichten 10 bar. Im zentralen Fokusbereich lassen sich sogar einige 100 bar bis hin zu kbar erreichen. Dabei ist es durch entsprechende elektrische Ansteuerung möglich, Mehrfachpulse mit hoher Amplitude und definiertem zeitlichen Zusammenhang zu erzeugen. Eine solche Anordnung kann vorteilhafterweise in der chemischen Verfahrenstechnik eingesetzt werden. Es ist beispielsweise damit eine Synthese von Stoffen möglich. Insbesondere kann aber auch ein Abbau von unerwünschten Schadstoffen durch Reaktion der vom Implosionsplas ma erzeugten Radikale mit dem Schadstoff herbeigeführt werden.
Im extremsten Fall der Implosionsintensität von Kavitationsblasen kann das dabei entstehende Plasma ausreichend dicht und heiß genug werden, um einzelne nukleare Reaktionen zwischen schweren Wasserstoffkernen zuzulassen. Unter Nutzung von D-D- bzw. D-T-Fusionsreaktionen (D: Deuterium; T: Tritium) können auf diesem Weg Neutronen erzeugt werden.
Zu letzterer Problematik wird nochmals im Einzelnen auf die Veröffentlichung „Evidence for nuclear emissions during acoustic cavitation" von Taleyarkhan et al. in „Science" Vol. 295, Seiten 1868–73, die eingangs bereits zitiert wurde, verwiesen. Die auf dieser Basis mit dem erfindundungsgemäßen Verfahren erzeugten Neutronen sind somit reproduzierbar herzustellen und können für technische Zwecke, wie z.B. Werkstoffuntersuchungen, Energiegewinnung oder für medizinische Zwecke, eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Quelle im ausgeschalteten Zustand keine Strahlung abgibt und daher vollkommen ungefährlich ist.

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Kavitation mittels in ein abgeschlossenes Medium eingestrahlter Schallwellenimpulse einer externen Schallquelle, gekennzeichnet durch eine thermohydraulische Erzeugung der Schallwellenimpulse, wozu eine thermohydraulische Schallquelle aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten kugelschalenförmigen Elektroden aus elektrisch leitfähigem Material, zwischen denen ein Elektrolyt formschlüssig eingeschlossen ist, verwendet wird, und die innenliegende Elektrode formschlüssig ein Kavitationsaktives Medium einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur initialen Erzeugung von Kavitationsblasen im Kavitationsaktiven Medium auf der äußeren Elektrode Schallwellensender zur kontinuierlichen Emission intensiver Schallwellen angebracht sind.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden aus Metall oder einem elektrisch gut leitfähigen Polymer verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt ein leitfähiges Medium verwendet wird, dessen akustische Impedanz weitestgehend der des innenliegenden Kavitationsblasen-aktiven Mediums entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt höhere Alkohole mit gelösten Salzen verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt leitfähige Polymere oder Flüssigmetalle mit großem Ausdehnungskoeffizienten verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt Gallium oder Galliumlegierungen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur initialen Erzeugung der Kavitationsblasen auf der äußeren Elektrode angebrachten Schallwellensender intermittierend arbeiten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermohydraulischen Schallwellenimpulse durch impulsartige Zufuhr elektrischer Energie an die beiden Elektroden erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet in der Anwendung bei der chemischen Verfahrenstechnik.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der chemischen Verfahrenstechnik eine Synthese von Stoffen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der chemischen Verfahrenstechnik ein Abbau von Schadstoffen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die chemischen Reaktionen durch Radikale eingeleitet werden, die durch photolytische Spaltung erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da durch gekennzeichnet, dass die chemischen Reaktionen durch thermische Zersetzung des kavitationsaktiven Mediums eingeleitet werden.
Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennkennzeichnet in der Anwendung bei der Gewinnung von Energie aus Kernfusionsreaktionen in einem Plasma aus Kavitationsblasen-aktiven Medium.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Kavitationsblasen-Plasma unter Nutzung von thermonuklearen D-D-Reaktionen bzw. D-T-Reaktionen, wobei D für Deuterium und T für Tritium stehen, Neutronen erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektronische Mittel zur zeitlichen Synchronisation der impulsartigen Schallwellenerzeugung mit den Blasenimplosionsvorgängen eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Mittel zur zeitlichen Synchronisation der impulsartigen Schallwellenerzeugung den Zeitpunkt der Erzeugung des elektrischen Hochleistungsimpulses beeinflussen.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 19, mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten kugelschalenförmigen Elektroden (10, 20) aus gut leitfähigem Material, wobei die Elektroden (10, 20) jeweils eine Kugelschale bilden, zwischen denen sich ein Elektrolyt (30) befindet, und wobei in der inneren Kugelschale (20) ein Kavitationsmedium (80) formschlüssig eingeschlossen ist, welches einen Reaktor definiert.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (10, 20) in ihrer Oberfläche eine Anordnung von Flächenformen mit regelmäßigen Fünf- und/oder Sechs-Ecken aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (10, 20) an den Rändern der Flächenformen eingeprägte Sicken (15, 25) zur Aufnahme von mechanischen Spannungen aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (10, 20) mit ihren Oberflächen eine „Bucky-Ball-Struktur" bilden, wobei die von den Sicken (15, 25) berandeten Flächenformen die dreidimensionale Krümmung in Form der Kugeloberfläche definieren.
Anordnung nach den Ansprüchen 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet , dass an der äußeren Elektrode (10) ein oder mehrere externe Schallwellensender zur kontinuierlichen oder intermittierenden Erzeugung stehender Schallwellenfelder im Reaktor (100) angebracht sind.
Anordnung nach den Ansprüchen 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Elektrode (10) einen oder mehrere Durchbrüche enthält, durch den der inneren Elektrode (20) über eine elektrisch leitende Zuführung (21) Energie zugeführt wird.
Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezuführung (21) der inneren Elektrode (20) durch ein Isoliermedium (22) elektrisch von der äußeren Elektrode (10) getrennt ist.
Anordnung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezuführung (21) der inneren Elektrode (20) zur mechanischen Halterung der inneren Elektrode (20) genutzt wird.
Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Elektrode (20) aus einer dünnen Metallfolie mit einer Dicke zwischen 10 und 500 Mikrometer besteht.
Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die innere und die äußere Elektrode (10) aus einer gegenüber dem eingeschlossenen Elektrolyten elektrochemisch inerten Werkstoff bestehen.
Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Elektrode (10) aus einer dünnen Metallfolie mit einer Dicke zwischen 10 und 500 Mikrometer besteht.
Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Elektrode (10) aus einer dünnen Metallschicht (?) mit einer Dicke zwischen 10 und 500 Mikrometer besteht, die auf einen massiven Träger formschlüssig aufgebracht ist.
Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Elektrode (10) aus einer Metallschicht mit einer Dicke zwischen 0,5 und 10 Millimetern besteht.
Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Elektrode (20) aus einem Metallgitter mit einer Transparenz von mindestens 30% besteht.
Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Elektroden (10, 20) aus einem Werkstoff auf der Basis glasartigen Kohlenstoffs gefertigt ist.
Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der inneren Elektrode (20) und der äußeren Elektrode (10) konstant ist und zwischen 0,5 Millimetern und 5 Millimetern beträgt.
Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der inneren Elektrode (10) impulsartig Energie zuführbar ist.
Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die impulsartige Energiezufuhr mehrfach innerhalb eines Zeitfensters von 1 Millisekunde durchführbar ist.
Anordnung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand der Impulse mit dem zeitlichen Abstand der Blasenimplosionsvorgänge synchronisierbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der impulsartigen Energiezufuhr zwischen 1 Mikrosekunde und 100 Mikrosekunden beträgt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (200, 200') zur kontinuierlichen Feinfilterung des Elektrolyten und/oder des kavitationsaktiven Mediums vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (200) zur Feinfilterung des Elektrolyten eine Entgasungseinrichtung enthält.
Anordnung nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (200) zur Feinfilterung des Elektrolyten einen Wärmetauscher enthält.
Anordnung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (200') zur kontinuierlichen Feinfilterung des kavitationsaktiven Mediums in einem geschlossenen Kreislauf vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (200') zur kontinuierlichen Feinfilterung des kavitationsaktiven Mediums in einem offenen System vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtung (200') zur Feinfilterung des kavitationsaktiven Mediums Mittel zur Entgasung enthält.
Anordnung nach einem der Ansprüche 39 bis 44, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtung (200') zur Feinfilterung des kavitationsaktiven Mediums einen Wärmetauscher enthält.
Anordnung nach einem der Ansprüche 39 bis 45, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtung (200') zur Feinfilterung des kavitationsaktiven Mediums Mittel zur chemischen Abtrennung von Stoffen enthält.
Anordnung nach einem der Ansprüche 39 bis 46, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtung (200') zur Feinfilterung des kavitationsaktiven Mediums Mittel zur Zumischung von Stoffen enthält.