DE1040571B

DE1040571B - Process for the utilization of the heat of oxidation of oxidizable metals in thermal power plants for aircraft and other propulsion systems

Info

Publication number: DE1040571B
Application number: DEO3359A
Authority: DE
Inventors: Max Franz Offner
Original assignee: MAX FRANZ OFFNER
Current assignee: MAX FRANZ OFFNER
Priority date: 1953-01-07
Filing date: 1954-01-07
Publication date: 1958-10-09
Also published as: CH464423A

Description

Verfahren zur Ausnutzung der Oxydationswärme von oxydierbaren Metallen in Wärmekraftanlagen für Flug- und andere Antriebe DieAusnutzung derOxydationswärme von oxydierbaren Metallen, namentlich Leichtmetallen, in Wärmekraftam:l.agen war bisher auf Vorschläge zur Benutzung verhältnismäßig teuerer dhernischer Verfahren beschränkt, wonach das Metall fein zerteilt, z. B. geschlämmt in C51, oder etwa mit Hilfe reinen Sauerstoffs leicht oxydiert werden konnte.Process for utilizing the heat of oxidation from oxidizable metals in thermal power plants for aircraft and other propulsion systems of oxidizable metals, especially light metals, in thermal power so far on proposals to use relatively expensive dhernischer method limited, after which the metal is finely divided, e.g. B. slurried in C51, or about could be easily oxidized with the help of pure oxygen.

Demgegenüber ist das neue Verfahren zur Ausnutzung der Oxydationswärme von oxydierbaren :Metallen, z. B. Aluminium, zum Betrieb von Wärmekraftanlagen für Flug- und andere die Wiederausnutzung von Rückständen aus einem solchen Betrieb bezweckende Antriebe dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise metal1preismindernde Beimengungen aufweisendes oxydierbares Metall in nicht feinzerteiltem Zustand in die Anlage eingeführt und in einem Behälter derselben durch ein strömendes sauerstoffhaltiges Reaktionsmittel kontinuierlich oxydiert wird, wobei im Behälter durch die Oxydationswärme erzeugtes Gas einer zur Gasexpansion geeigneten Kraftmaschine zugeführt wird und innerhalb dieser Expansionsarbeitet leistet und wobei gleichzeitig durch die Oxydation das nicht feinzerteilte Metall in feinzerteiltes, leicht reinigungsfähiges :Metalloxyd umgesetzt wird.In contrast, the new method is to utilize the heat of oxidation of oxidizable: metals, e.g. B. aluminum, for the operation of thermal power plants for Aviation and other re-use of residues from such an operation intended drives characterized in that a preferably metal price-reducing Oxidizable metal containing admixtures in a not finely divided state in The system is introduced and in a container of the same by a flowing oxygen-containing Reagent is continuously oxidized, in the container by the heat of oxidation generated gas is supplied to an engine suitable for gas expansion and within this expansion works and at the same time through the oxidation the not finely divided metal into finely divided, easy to clean: metal oxide is implemented.

Auch andere leicht oxydierbare Metalle, wie Magnesium, Li:thium u. ä., können verwendet werden. Häufig sind die Kosten solcher Betriebsstoffe - namentlich bei Flugantrieben - weniger von Bedeutung als die mittels derselben erzielbaren Leistungen und Geschwindigkeiten. Beispielsweise hängt bei hoher Fluggeschwindigkeit, somit hohem Luftwiderstand, die benötigte Antriebsleistung eines Flugzeuges bekanntlich weniger von seinem Gewicht als :seinem Volumen und dem des Brennstoffs ab. Flüssige Brennstoffe erfordern zur Unterbringung im Flügel große Profildicken. Ein metallischer Brennstoff dagegen ist wegen seines vergleidhs,veise hoben spezifischen Gewichts in dünnen Flügeln leicht zu verstauen, deren geringer Luftwiderstand hohe Fluggeschwindigkeit bei geringer Antriebsleistung, somit kleinem Brennstoffverbrauch erlaubt. Zudem sind metallische Betriebsstoffe gegenüber den hohe Explosionsgefaihr besitzenden flüssigen Brennstoffen ganz allgemein im Vorteil und ihre physikalischen und wirtschaftlichen Eigenschaften z. B. durch Legierung weitgehend beeinflußbar. Auch bei Fahrzeugantrieben bietet ein nicht explosiver Brennstoff mixt kleinem Raumbedarf namentlich für militärische Zwecke oft entscheidende Vorteile. In Schiffahrts-, speziell Unterseeantrieben erlaubt ein mit Wasser oxydierbarer metalliischer Betriebsstoff kleine Abmessungen der Bauteile bei geringem Fortbewegungswiderstand und ebensolchem Leistungsbedarf. Wird eine elektrolytische Oxydationsmethode angewandt, so verwendet man am zweckmäßigsten nicht völlig kompaktes oder glattes Metall. Dagegen gewährt :Metall mit etwas poröser Oberfläche und grober Struktur sowohl genügende Stromleitung in seinem Inneren als auch guten Stromübergang vom Metall zum Elektrolyten. Insbesondere aber wäre feinzerteiltes Metall für den Zweck des erfindungsgemäßen Verfahrens zu teuer, ebenso wie auch etwa hochwertiger Draht der üblichen, toleranzgezogenen Hand@eIsqualität. Im allgemeinen ist Metall minderer Qualität gut geeignet, da die von Beimengungen im Metall herrührenden Verunreinigungen im Oxyd von dem letzteren - wegen seiner feinen Zerteilung dank des Oxydationsprozesses - leicht zu trennen und abzuscheiden sind.Other easily oxidizable metals such as magnesium, lithium and the like. Ä. Can be used. Often the costs of such supplies - specifically in the case of flight propulsion systems - less important than those that can be achieved by means of them Achievements and speeds. For example, at high airspeed, thus high air resistance, the required propulsion power of an aircraft is well known depends less on its weight than: its volume and that of the fuel. Liquid Fuels require large profile thicknesses to be accommodated in the wing. A metallic one Fuel, on the other hand, has a specific gravity because of its comparability Easy to stow in thin wings with low air resistance and high airspeed with low drive power, thus low fuel consumption. In addition are metallic operating materials compared to those with a high risk of explosion liquid fuels in general in the advantage and their physical and economic Properties e.g. B. largely influenced by alloy. Even with vehicle drives offers a non-explosive fuel mixes small space requirements especially for military Purposes often have decisive advantages. Allowed in marine, especially submarine drives a metallic fuel that can be oxidized with water, small component dimensions with low resistance to locomotion and the same power requirement. Will be a If the electrolytic oxidation method is used, it is most convenient to use it not completely compact or smooth metal. On the other hand, granted: Metal with something more porous Surface and coarse structure both have sufficient power conduction in its interior as also good current transfer from the metal to the electrolyte. In particular, however, would be finely divided Metal too expensive for the purpose of the method according to the invention, as well as for example, high-quality wire of the usual, tolerance-drawn hand @ ice quality. In general Metal of inferior quality is well suited, as those resulting from admixtures in the metal Impurities in the oxide of the latter - thanks to its fine fragmentation the oxidation process - are easy to separate and separate.

In der Zeichnung ist eine Wärmekraftanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. .Fig. 1 zeigt ein Schema der Wärmekraftanlage, deren sämtliche Teile bekannter Bauausführung und daher nur sinnbildlich dargestellt sind, mit Ausnahme des Anlegeteils 19, der senkrecht geschnitten ist; Fig. 2 zeigt den Anlagetei.l 19 auch im waagerechten Schnitt.In the drawing is a thermal power plant for carrying out the invention Procedure illustrated. .Fig. 1 shows a scheme of the thermal power plant, whose all parts of known construction and therefore only symbolically are shown, with the exception of the application part 19, which is cut perpendicularly; Fig. 2 shows the plant part 19 also in a horizontal section.

Ein Aluminiumdraht 1. von geringer, etwa grobgewalzter Qualität wird mittels des Vorschubautomaten 3, der durch einen Elektromotor 2 angetrieben wird, durch die elektrisch isolierende Dichtungsbüchse 16 hindurch in einen wäßrigen Elektrolyten (das Oxydationsmittel) im Oxydationsbehälter 4 vorgeschoben. Ein Stromerzeuger 5 ist einerseits mittels Kontaktbürste 15 an den Aluminiumdraht 1 und andererseits an den metallischen Behälter 4 und damit an den Elektrolyten angelegt. Die Rnldungswärme des infolge des Stromdurchganges entstehenden A1203 erzeugt Was- serdampf, von dem sich der gleichfalls im Behälter erzeugte Wasser großenteils trennt, indem er durch die poröse, röhrenförmige Wand 6 diffund,iert;: um dann in der Verbrennungsdüse 7 mittels der Luft von einem Kompressor 8, etwa als Strahlantrieb dienend, zu verbrennen.An aluminum wire 1 of low, roughly roughly rolled quality is advanced by means of the automatic feeder 3, which is driven by an electric motor 2, through the electrically insulating sealing sleeve 16 into an aqueous electrolyte (the oxidizing agent) in the oxidizing container 4. A power generator 5 is applied on the one hand to the aluminum wire 1 by means of a contact brush 15 and on the other hand to the metallic container 4 and thus to the electrolyte. The ambient heat of the A1203 resulting from the passage of the current generates water steam, from which it is also in the container produced water largely separates by being diffuses through the porous, tubular wall 6 and then burns in the combustion nozzle 7 by means of the air from a compressor 8, for example serving as a jet propulsion.

. Der Wasserdampf geht durch eine Turbine 9 und kehrt über einen Kondensator 10 durch die Pumpe 11 in den Behälter 4 zurück, worin wegen des tangential angeordneten Eintritts des Kondensates bei 12 eine starke Zirkulation bewirkt wird, die dem Zwecke der Ausspülung und Abtrennung von Verunreinigungen (leichtpunktiert als 17 eingezeichnet) vom Metalloxyd (grobpunktiert als 18 eingezeichnet) dient, wobei sich beide am Boden des Behälters 4 ansammeln.. The water vapor passes through a turbine 9 and returns via a condenser 10 by the pump 11 back into the container 4, in which, because of the tangentially arranged inlet of the condensate at 12, a strong circulation is brought about, which serves the purpose of flushing out and separating off impurities (lightly dotted shown as 17) of the metal oxide (shown roughly dotted as 18 ), both of which collect at the bottom of the container 4 .

Die Feinheit des Metalloxyds, namentlich da es von einer Wärme gut leitenden Flüssigkeit umgeben ist, begünstigt die Abgabe der Oxydationswärme. Die Er hitzung des Wassers erfolgt nicht durch Wände wie bei gewöhnlichen Dampferzeugern. Im Behälter 4 entsteht die Wärme kontinuierlich und gleichmäßig. Der Wasserstoff führt sie großenüeiks ab, da er Wärme etwa siebenmal besser als Luft leitet.The fineness of the metal oxide, especially since it is surrounded by a liquid that conducts heat well, favors the release of the heat of oxidation. The water is not heated through walls as is the case with ordinary steam generators. In the container 4, the heat is generated continuously and evenly. The hydrogen dissipates it großenüeiks as it about seven times more conductive heat than air.

Das in der Anlage erhaltene Metalloxyd kann in betriebsbedingten Abständen aus dieser entfernt .und im bekannter Weise zu Metall aurückverarbeltet, somit auch einer solchen Anlage als Heizmaterial wieder zugeführt werden.The metal oxide obtained in the system can be used at operational intervals removed from this .and processed back into metal in the known manner, thus also be fed back into such a system as heating material.

Die Turbinenwelle 13 ist zur Anbringung eines rotierenden Fortbewegungsmittels, wie der gezeigten Schraube 14, passend und Liefert zugleich das Antriebsmoment für den Stromerzeuger 5, welcher auch den Elektromotor 2 zur Betätigung des Vorschubautomaten 3 versorgt.The turbine shaft 13 is for attaching a rotating means of locomotion, like the screw 14 shown, fits and at the same time supplies the drive torque for the power generator 5, which also has the electric motor 2 for operating the automatic feeder 3 supplied.

Bei der elektrolytischen Oxydationsmethode reguliert die Pumpe 11 den Flüssigkeitsspiegel so, daß er über der Masse des zu oxydierenden Metalls liegt. Auch ohne Verwendung eines Elektrolyten kann das Metall nach anderen Methoden elektrisch verbrannt werden, z. B. mit Hilfe eines Flammenbogens.In the electrolytic oxidation method, the pump 11 regulates the liquid level so that it is above the mass of the metal to be oxidized. Even without using an electrolyte, the metal can be made electrical using other methods be burned, e.g. B. with the help of an arc of flame.

Während bei Flugantrieben einfacher Ausführung auf die Rückgewinnung reinen Metalloxyds häufig oder zeitweise verzichtet werden kann, ist bei Fahrzeug- und Sdluiffsantrieben selbstverständlich der durch Wasserstoff beheizte Düsenstrahlantrieb entbehrlich. Hier kann auch grobfaseriges Abfallmetall als Heizmaterial verwendet werden. In anderen Fällen kann ohne elektri'sc'hen Strom ein leicht brennbares, z. B. drahtförmiges Metall -durch ein blasbares Oxydationsmittel zerspritzt und oxydiert werden. Allgemein verbessert man den .Wirkungsgrad solcher Anlagen durch die Benutzung einer mit Wasserstoff zwischenerhitzten Turbine sowie durch die Verwendung irgendwelcher wärmesparender Apparate solcher Art, wie sie regelmäßig in Wärmekraftanlagen mit geschlossenen oder offenem Wärmekreislauf für Fahrzeug-, Schiffs- oder Flugantriebe benutzt werden.While in the case of flight propulsion systems, simple execution on the recovery pure metal oxide can often or temporarily be dispensed with, is and jet propulsion, of course, the jet propulsion heated by hydrogen dispensable. Coarse-fibred waste metal can also be used here as heating material will. In other cases, a highly flammable, z. B. wire-shaped metal sprayed by a blowable oxidizing agent and are oxidized. In general, the efficiency of such systems is improved the use of a turbine reheated with hydrogen as well as through the use any heat-saving apparatus of the kind that are regularly used in thermal power plants with closed or open heat circuit for vehicle, ship or aircraft propulsion to be used.

Claims

PATENT CLAIMS 1. A method of utilizing the heat of oxidation of oxidizable metals such. B. aluminum, for the operation of thermal power plants for aviation and other drives intended to reuse residues from such an operation, characterized in that an oxidizable metal, preferably having an oxidizable metal, is introduced into the system in a non-finely divided state and in a container of the same by a flowing oxygen-containing reactant is continuously oxidized, with the gas generated in the container by the heat of oxidation being fed to a power machine suitable for gas expansion and performing expansion work within this and at the same time the non-finely divided metal is converted into finely divided, easily cleanable metal oxide by the oxidation.

2. The method according to claim 1, characterized in that the oxidation of the metal takes place electrically in contact with water.

3. Procedure according to Claim 1, characterized in that the oxidation of the metal using a takes place through the metal itself.

4. Procedure according to claim 1, characterized by a hydrogen-releasing reaction of the Metal with an oxidizing agent containing hydrogen.

5. Procedure according to Claim 4, characterized in that the oxidizing agent by one with the Oxidation tank (4) connected pump circulates and that its liquid level is in the oxidation tank above the metal to be oxidized.

6. The method according to claim 4, characterized in that the hydrogen with the help of a porous, a diffusion enabling wall of then formed at the same time by the heat of oxidation Steam is separated.

7. The method according to claim 1, characterized by the reduction an agent that oxidizes the metal to form hydrogen, which is then used in a jet propulsion system burns with the addition of air. B.

Method according to claim 1, characterized by ase chemical reaction of the metal with an oxidizing agent, which releases hydrogen, which is subsequently burned to drive a power machine.

9. Thermal power plant for performing the method according to claim 1, characterized in that the Metal (1) the OxydationsbehäL-ter (4) by a preferably electrically operated Feed automat (3) is supplied, which its drive with power-transmitting Receives means of known type from the prime mover.

10. The method according to claim 1, characterized in that in the oxidation tank (4) a circulation of Contamination causing flow of an electrolyte is maintained.

11. Method according to claim 1, characterized by separation by circulation introducing the impurities from the separately accumulating metal oxide of from the water vapor according to work performed in the prime mover formed condensate in the oxidation tank (4).

12. Thermal power plant for implementation of the method according to Ansp, rtzch 1, characterized in that the in the plant collecting metal oxide removed from the system at operational intervals wind and processed back into metal in a known manner and fed back into the plant can be.