DE1617272B

DE1617272B - Process for generating heat

Info

Publication number: DE1617272B
Authority: DE
Inventors: Richard S Cleveland Ohio Pauhukonis (V St A )
Original assignee: TRW Ine , Cleveland, Ohio (V St A )

Description

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Die Erfindung betrifft Systeme mit Oxydations- Lithium oder einem lithiumhaltigen Brennstoff inThe invention relates to systems with oxidizing lithium or a lithium-containing fuel in

mitteln und Brennstoffen, insbesondere ein System einem Treibmittelsystem, welches für Torpedos,agents and fuels, in particular a system of a propellant system which is used for torpedoes,

mit einem Oxydationsmittel und einem Brennstoff für Raketen u. dgl. geeignet ist. Dieses Oxydationsmittelwith an oxidizer and a fuel for rockets and the like. This oxidizer

einen Wärmegenerator unter Verwendung von Schwe- hat mit Lithium eine berechnete Leistung, die beispiels-a heat generator using sulfur has a calculated power with lithium, which is for example

felhexafluorid als Oxydationsmittel, welches mit 5 weise der von Wasserstoffperoxyd, bezogen auf dasfel hexafluoride as an oxidizing agent, which with 5 wise that of hydrogen peroxide, based on the

Lithium oder anderen Alkalimetallen und/oder Metall- Gewicht, äquivalent und, bezogen auf das Volumen,Lithium or other alkali metals and / or metal weight, equivalent and, based on volume,

mischungen mit hoher Wärmeenergiekapazität, die überlegen ist.mixtures with high thermal energy capacity, which is superior.

gelagert oder sofort zur Weiterverwendung aus- Schwefelhexafluorid ist besonders vorteilhaft, wennstored or immediately for further use- Sulfur hexafluoride is particularly advantageous if

gezogen werden können, reagiert. Vorrichtungen Triebmittel benötigen, die in der Lagecan be drawn, responds. Devices need propulsion means that are capable

Die Erfindung ist insbesondere dazu geeignet, das io sind, bei einem gegebenen Gewicht große Wärme Bedürfnis nach Wärmegeneratoren zu befriedigen, freizusetzen und die bei Normaltemperaturen lange die hohe Wärmeenergie mit geregelter Rate einer lagerfähig sind. Derartige Faktoren sind beispielsweise Arbeitsflüssigkeit zuführen können, welche durch bei der Verwendung in Torpedos und Rakten kritisch, einen kompakten Behälter in getrennten Kanälen oder Schwefelhexafluorid bietet also für einen lithium-Rohren fließt, die in der reagierenden Masse ein- 15 haltigen Brennstoff ein hohes Wärme-Freisetzungsgebettet sind, welche vollständig getrennt und ab- potential, zusammen mit sicheren Handhabungs- und geschlossen ist, was eine einfache Wärmeentnahme Verwendungseigenschaften und guter Lagerungsfähigzur Weiterverwendung ermöglicht. Es gibt viele An- keit unter Druck in Form eines verflüssigten Gases. Wendungsmöglichkeiten, die chemisch erzeugte Wärme Auch kann Schwefelhexafluorid ohne Gefahr oder erfordern, aber die meisten Chemikalien setzen ent- 20 Unannehmlichkeiten eingeatmet werden. Der sich weder unerwünschte gasförmige Produkte frei, regen hieraus ergebende Sicherheitsfaktor ist besonders unerwünschte spontane Nebenreaktionen an, die wichtig, da Torpedos oder Raketen nahe bei Beunkontrollierbar sind, oder weisen einfach nicht die dienungsmannschaften gelagert werden müssen, beierforderliche Wärmeenergie auf. Raketen, Satelliten spielsweise in Unterseebooten und es wesentlich ist, und Torpedos sind wenige Beispiele für Anwendungen, 25 daß die Mannschaften vor Gefahren geschützt sind, die Treibmittel mit hoher Wärmekapazität erfordern, die sich aus einem Auslaufen des Treibmittels ergeben die keine Gase bilden und die mit geregelter Ge- können.The invention is particularly suited to those io, for a given weight, great warmth To satisfy the need for heat generators, and to release them at normal temperatures for a long time the high thermal energy can be stored at a regulated rate. Such factors are, for example Can supply working fluid, which is critical when used in torpedoes and missiles, a compact container in separate channels or sulfur hexafluoride thus offers for a lithium tube flows, the fuel contained in the reacting mass embeds a high level of heat which are completely separate and potential-free, along with safe handling and is closed, which allows for easy removal of heat, use properties and good storability Re-use enabled. There are many things under pressure in the form of a liquefied gas. Possibilities of turning, the chemically generated heat can also be sulfur hexafluoride without danger or but most chemicals are uncomfortable to inhale. Which neither releases undesired gaseous products, the resulting safety factor is special undesirable spontaneous side reactions, which are important because torpedoes or missiles are close to being unmanageable are, or simply do not, the service crews need to be stored as required Thermal energy. Missiles, satellites for example in submarines and it is essential and torpedoes are a few examples of applications 25 that the crews are protected from danger, which require high heat capacity propellants resulting from propellant leakage which do not form gases and which have a regulated ability.

schwindigkeit zur Umsetzung gebracht werden können, Ziel der Erfindung ist daher die chemische Erwährend sie von den Arbeitsflüssigkeiten getrennt zeugung von Wärme mit geregelter Geschwindigkeit, sind. Auch bei der direkten Umwandlung von Wärme- 30 und die Erfindung besteht darin, daß Schwefelhexaelektrizität in thermoelektrischen Geräten bietet die fiuorid mit Lithium oder Lithiumlegierungen als Erfindung hervorragende Möglichkeiten als Wärme- Brennstoff unter Bildung von „Lithiumsulfid und quelle. Lithiumfluorid als feste Reaktionsprodukte umgesetztSpeed can be brought to implementation, the aim of the invention is therefore the chemical dwell Separated from the working fluids, they generate heat at a controlled rate, are. Even with the direct conversion of heat 30 and the invention consists in the fact that sulfur hexaelectric in thermoelectric devices offers the fiuorid with lithium or lithium alloys as Invention excellent opportunities as a heat fuel with the formation of "lithium sulfide and source. Lithium fluoride implemented as solid reaction products

Bisher war es im allgemeinen notwendig, besondere wird. '■■ ■' So far it has generally been necessary to become special. '■■ ■'

Druckerzeugungsmittel zur Bewirkung einer Bewegung 35 Das als Oxydationsmittel für den lithiumhaltigen des Oxydationsmittels in die Reaktionskammer eines Brennstoff dienende Schwefelhexafluorid ist sicher, Wärmegenerators bei Geräten wie Torpedos, Raketen kann leicht gelagert werden und liefert ein hohes u. dgl. zu verwenden. Derartige Vorrichtungen er- Wärmeverhältnis pro Gewichts- und/oder . Volumforderten beispielsweise Pumpen, und unlängst die einheit.Pressure generating means for causing movement 35 That as an oxidizing agent for the lithium-containing of the oxidant in the reaction chamber of a fuel-serving sulfur hexafluoride is safe, Heat generator in devices such as torpedoes, missiles can be easily stored and delivers a high and the like to be used. Such devices er heat ratio per weight and / or. Volume required for example pumps, and recently the unit.

Verwendung eines Mediums, welches von außen aus 40 Das .erfindungsgemäße.System mit Schwefelhexader umgebenden Luft oder dem Wasser entnommen fluorid als Oxydationsmittel und einem lithiumhaltigen wurde. Durch die Erfindung werden nunmehr Druck- Brennstoff läßt sich auf einfache Weise durch Reguerzeugungsmittel geschaffen, die von einem Träger lierung des Oxydationsmittelzuflusses regeln,
getragen werden, der durch eine Wärmemaschine- Die Verwendung des erfindungsgemäßen Oxyturbine, ein thermoelektrisches Gerät oder einen 45 dationsmittels mit einem Brennstoff vom Lithiumtyp Reaktionsmotor angetrieben ist, um eine unabhängige läßt sich durch folgende Reaktionsgleichung als Energieerzeugungsanlage zu schaffen. Erfindungs- Beispiel wiedergeben:
gemäß wird Schwefelhexafluorid als Oxydationsmittel- „_.__ ._._
komponente eines Trei.bmittelbrennstoffes vorgeschla- ^{β 2}
gen, welcher in Verbindung mit unähnlichen Leitern 50 Bei der Reaktion werden, wenn sie einmal gestartet oder getrennten fließfähigen Arbeitsstoffen, wie Wasser, ist, keine gasförmigen Produkte freigesetzt, und das Quecksilber, Wasserstoff u. dgl., die Brauchbarkeit in Dampf form zugeführte SF₆ wird vollständig in ein unabhängiger Energieerzeugungsanlagen erhöht. festes Produkt umgewandelt.Use of a medium which was taken from the outside from the air or from the water, which was taken from the outside of fluoride as an oxidizing agent and a lithium-containing one. With the invention, pressure fuel can now be created in a simple manner by regulating means that regulate the flow of oxidizing agent from a carrier,
The use of the oxyturbine, a thermoelectric device or a dationsmittel with a lithium-type fuel reaction engine is driven by a heat engine to create an independent can be determined by the following reaction equation as a power generation plant. Reproduce example of the invention:
accordingly, sulfur hexafluoride is used as an oxidizing agent- "_.__ ._._
component of a propellant fuel proposed ^{β 2}
gen, which in connection with dissimilar conductors 50 In the reaction, once started or separated flowable substances such as water, no gaseous products are released, and the mercury, hydrogen and the like. The usefulness of SF supplied in vapor form ₆ is fully increased into an independent power generation facility. converted to solid product.

Schwefelhexafluorid (SF₆) ist ein beständiges, ge- Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ruchloses, nicht toxisches, leicht kondensierbares Gas.' 55 sie eine Wärmequelle jeder gewünschten Größe bietet,Sulfur hexafluoride (SF ₆ ) is a stable, gas. Another advantage of the invention is that it is odorless, nontoxic, easily condensable gas. ' 55 it offers a heat source of any desired size,

Dieser Stoff kann als Flüssigkeit gelagert werden, die einfach durch den Zufluß von SF₆ zum BrennstoffThis substance can be stored as a liquid, simply by the influx of SF ₆ to the fuel

kann jedoch der Reaktionskammer unter seinem geregelt werden kann.however, the reaction chamber can be regulated under its.

eigenen Dampfdruck zugemessen werden, so daß die Diese Wärmequelle kann zum Antrieb eines Gerätes, üblichen Brennstoffpumpen und andere Mittel für den wie eines Torpedos dienen, indem eine fließfähige Transport oder das Unter-Druck-Setzen des Oxy- 60 Arbeitssubstanz, wie Wasser, Quecksilber, H₂ od. dgl., dationsmittels überflüssig werden. Die Verwendung durch das stationäre Bett der Reagenzien und/oder von Treibmitteln mit Schwefelhexafluorid als Oxy- Produkte fließt und die Wärme aus der Quelle abzieht, dationsmittelkomponente macht es möglich, Vor- Der fließfähige Arbeitsstoff wird auf diese Weise Verrichtungen zu verwenden, die einen konstanten dampft und in mechanische Energie umgewandelt, Schwerpunkt beibehalten, wenn sie zweckmäßig aus- 65 indem er durch eine Turbine, eine Maschine oder balanciert sind. einen Reaktionsmotor entspannt wird. Leiter oderown vapor pressure can be measured so that the This heat source can be used to drive a device, conventional fuel pumps and other means for such as a torpedo, by transporting a flowable or pressurizing the oxy- 60 working substance, such as water, mercury, H ₂ or the like, dationsmittel become superfluous. The use through the stationary bed of the reagents and / or propellants with sulfur hexafluoride flows as oxy products and the heat is drawn off from the source, the dationsmittelkompomponent makes it possible to use the flowable agent in this way to perform a constant vapor and converted into mechanical energy, maintaining center of gravity when expediently off- 65 by moving through a turbine, machine, or balanced. a reaction motor is relaxed. Head or

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung besteht Halbleiter aus unähnlichen Materialien können in dasAnother important aspect of the invention consists of dissimilar materials that can be used in the semiconductors

in der Verwendung von SF₈ in Kombination mit stationäre Bett eingebracht werden, um die Wärmein the use of SF ₈ in combination with stationary bed can be introduced to the heat

als elektromotorische Kraft zur direkten Erzeugung von Elektrizität für derartige Antriebe auszunützen.to use as electromotive force for the direct generation of electricity for such drives.

Die pro Kilo Brennstoff plus Oxydationsmittel freigesetzte Wärme beträgt in diesem Fall 3627 kcal. Die Handhabungseigenschaften des Oxydationsmittels sind, wie angegeben, sicher, und der Dampfdruck des Oxydationsmittels bei 25° C beträgt 24 kg/cm². Das spezifische Gewicht von flüssigem Schwefelhexafluorid beträgt bei 25° C 1,332.The heat released per kilo of fuel plus oxidizing agent is in this case 3627 kcal. The handling properties of the oxidizing agent are, as indicated, safe, and the vapor pressure of the oxidizing agent at 25 ° C is 24 kg / cm ² . The specific gravity of liquid sulfur hexafluoride is 1.332 at 25 ° C.

Um die Reaktion zwischen dem Brennstoff und dem Oxydationsmittel beschleunigt zu starten, kann eine kleine Menge Wasser, Wasserstoff oder Säure oder eines ähnlichen Beschleunigers zugesetzt werden, der sich rasch mit Lithium kombiniert, bevor das Schwefelhexafluorid in der speziellen Geschwindigkeit, die zur Erzeugung einer speziell gewünschten Wärmemenge erforderlich ist, zugeführt wird.In order to start the reaction between the fuel and the oxidizing agent more quickly, a small amount of water, hydrogen or acid or a similar accelerator can be added to the rapidly combines with lithium before the sulfur hexafluoride at the special speed required to generate a specially desired amount of heat is required, is supplied.

Beispiele für Brennstoffe vom Lithiumtyp, die mit dem erfindungsgemäßen Oxydationsmittel verwendet werden können, sind Lithium, Legierungen von Lithium und Aluminium, die bis zu 50°/₀ Aluminium enthalten, Legierungen von Lithium und Natrium, die bis zu 25% Natrium enthalten, Legierungen von Lithium mit anderen Leichtmetallen, wie Beryllium, Magnesium, Kalium und Calcium, sowie Lithiumlegierungen, die zwei oder mehrere der obigen Leichtmetalle enthalten.Examples of fuels lithium type which may be used with the inventive oxidant are, alloys of lithium and aluminum, containing up to 50 ° / ₀ aluminum containing lithium alloys of lithium and sodium, up to 25% of sodium, alloys of Lithium with other light metals such as beryllium, magnesium, potassium and calcium, as well as lithium alloys containing two or more of the above light metals.

Lithium-Aluminium-Legierungen sind besonders wichtig infolge ihres verbesserten Leistungspotentials, z. B., wenn es auf Volumenbasis bezogen wird. Wenn Lithium 50% der Legierung ausmacht, können die anderen Bestandteile Aluminium, Magnesium, Beryllium, Calcium, Natrium und Kalium sein.Lithium-aluminum alloys are special important due to their improved performance potential, e.g. When it is related on a volume basis. When Lithium makes up 50% of the alloy, the other components aluminum, magnesium, beryllium, Be calcium, sodium and potassium.

Die Erfindung schafft ein aus Brennstoff und Oxydationsmittel bestehendes System, welches ausgeprägte Vorteile hinsichtlich der Wärmefreisetzung pro Gewichts- und Volumeinheit bietet, leicht nach Wunsch geregelt werden kann und auch verbesserte Lagerungsund Handhabungseigenschaften in bezug auf das Oxydationsmittel aufweist. Außerdem bietet auch die Tatsache, daß das Schwefelhexafluorid ohne Schaden oder Unbequemlichkeiten eingeatmet werden kann, einen ausgeprägten Vorteil, wenn eine Bedienungsmannschaft in der Nähe des Lagerungsortes des Oxydationsmittels arbeiten muß.The invention provides a fuel and oxidizer system which is distinct Offers advantages in terms of heat release per unit weight and volume, easily as desired can be regulated and also improved storage and handling properties with respect to the oxidizing agent having. It also offers the fact that the sulfur hexafluoride without damage or inconveniences can be inhaled, a distinct benefit when an operating crew must work near the place where the oxidizer is stored.

Claims

Patent claims:

1. A method for the chemical generation of heat at a controlled rate, characterized in that sulfur hexafluoride with lithium or lithium alloys as fuel with the formation of lithium sulfide and Lithium fluoride implemented as solid reaction products will.

2. The method according to claim 1, characterized in that to accelerate the reaction Fuel before adding the sulfur hexafluoride a small amount of a flowable one Fuel accelerator is added.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a lithium alloy is used that is aluminum, up to 25% sodium, beryllium, magnesium, potassium and calcium contains individually or mixed.

4. The method according to claim 3, characterized in that the lithium alloy at least Contains 50% lithium.

5. The method according to claim 4, characterized in that a lithium alloy is used which consists essentially of lithium and up to 50% aluminum.