DE1941507A1

DE1941507A1 - Metal loaded hydrocarbon rocket fuels by discharge - pulverisation in a polypropylene reactor

Info

Publication number: DE1941507A1
Application number: DE19691941507
Authority: DE
Inventors: Wataru Ishibashi
Original assignee: Iwatani Corp
Current assignee: Iwatani Corp
Priority date: 1969-08-14
Filing date: 1969-08-14
Publication date: 1971-02-25

Abstract

High energy fuels comprising finely divided particles of elements such as Li, Be, Ba, C, Na, Mg, Al and Si dispersed in a inflammable medium comprising a hydrocarbon liquid, oil or polymer powder, made by filling a (polypropylene) reactor chamber with pellets (5-50 mm dia) of the metal submerged in the hydrocarbon liquid or powder and submitting the resulting bed to a series of discharge shock waves fired between a pair of electrodes inset into the reactor. Repeated discharges can reduce the particle size to 0.001-1.0 micron. Used esp. for pulverizing 52% wt. Al and 0.4% wt. C in 47.6% wt. kerosene to produce a high energy paste.

Description

Verfahren zur Herstellung hochenergischer Treibstoffe Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung hochenergischer Treibstoffe in Form von Dispersionen metallischer Substanzen in flüssigen Kohlenwasserstoffen und insbesondere ein solches Verfahren, bei dem Metalle, wie Lithium, Beryllium, Kohlenstoff, Natrium, Magnesium, Aluminium und Silizium, durch Funkenentladung zerkleinert und die sich ergebenden Metallteilchen in Kohlenwasserstoff-Treibstoffen gleichmässig dispergiert werden. Method of making high energy propellants The invention refers to a method of making high energy propellants in mold of dispersions of metallic substances in liquid hydrocarbons and in particular such a process in which metals such as lithium, beryllium, carbon, sodium, Magnesium, aluminum and silicon, crushed by spark discharge and which are resulting metal particles are uniformly dispersed in hydrocarbon fuels will.

Die üblichen Strahltriebwerks - und Raketenmotor-Treibstoffe stellen Aufsehlämmungen in Form von Suspensionen feinverteiltpr Metalle, Z,Be Magnesiumlegierungen und intermetallischen Verbindungen; in flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie Benzol, Toluol, leichten Erdölfraktionen, z.B. Benzin, Petroleum, Dieseltreib-.Provide the usual jet engine and rocket motor fuels Suspension insulation in the form of finely divided suspensions in metals, Z, Be, magnesium alloys and intermetallic compounds; in liquid hydrocarbons such as benzene, Toluene, light petroleum fractions, e.g. gasoline, petroleum, diesel fuel.

stoffen oder flüssigen Treibstoffölen, dar, wie sie in DUsenflugzeugen verwendet werden. Diese hochenergischen Aufschlämmungstreibstoffe haben neuerdings starkes Interesse gefunden, weil sie hochkalorisch sind und hohen spezifischen Schub ergeben (wobei der Ausdruck "spezifischer Schub" den Schub bedeutet, den die Gewichtseinheit verbrannter Treibstoff je Sekunde liefert). In jüngster Zeit werden verschiedene Leichtmekalle mit niedrigerer Ordnungszahl im Periodischen System wegen ihrer hohen kalorischen und spezifischen Schubwerte als Bestandteile solcher Treibstoffe verwendet. In der nachstehenden Tabelle sind für einige in der oberen linken Gruppe des Periodischen Systems stehende Elemente die für die Verbrennungstemperatur entscheidemden, kalorischen Werte zusammengestellt. Die ausserhalb dieser tabelle stehenden Elemente brauchen nicht als Treibstoffbestandteil in Betracht gezogen zu werden.substances or liquid fuel oils, such as those used in jet aircraft be used. These high energy slurry fuels have recently found strong interest because they are high in calories and have a high specific thrust result (where the term "specific thrust" means the thrust that the unit of weight fuel burned per second). Recently, various Light mecals with a lower atomic number in the periodic system because of their high caloric and specific thrust values are used as components of such fuels. In the table below are for some in the upper left group of the Periodic The elements of the system that are decisive for the combustion temperature are caloric Values put together. The elements outside of this table need not to be considered as a fuel component.

H2 Li Be B C Na Mg Al Si JP Kcal/ 28,600 10,300 16,200 13,800 7,850 2,610 5,880 7,350 7,220 10,300 Kg Kcal/ 260 5,500 29,800 32,300 17,300 25,300 10,200 19,700 16,900 7,900 L Die angegebenen Werte sind jene, die man mit Sauerstoff erhält, und wegen der Dichtenunterschiede zwischen den Elementen besteht ein merklicher Unterschied zwischen den kalorischen Werten je Gewichts- und denen je Volumeneinheit. Da die zur vollständigen Oxydation benötigte Sauerstoffmenge von Element zu Element variiert, zeigt die vorstehende Tabelle den kalorischen Wert je Gewichtseinheit als Summe aus Treibstoffgewicht und Gewicht des erforderlichen Sauerstoffs. In den Fällen, in denen man nicht den in der Atmosphäre enthaltenen Sauerstoff verwenden kann, gibt es keinen anderen sinnvollen Vergleich.H2 Li Be B C Na Mg Al Si JP Kcal / 28,600 10,300 16,200 13,800 7,850 2.610 5.880 7.350 7.220 10.300 Kg Kcal / 260 5.500 29.800 32.300 17.300 25.300 10.200 19,700 16,900 7,900 L. The values given are those that you can use Receives oxygen, and exists because of the density differences between the elements a noticeable difference between the caloric values per weight and those per volume unit. Because the amount of oxygen required for complete oxidation varies from element to element, the table above shows the caloric value per weight unit as the sum of the fuel weight and the weight of the required Oxygen. In those cases where you can not find that contained in the atmosphere Can use oxygen, there is no other meaningful comparison.

JP in der Tabelle stellt JP-Treibstoff als typischen Vertreter von Erdöl-Strahltriebwerkstreibstoff dar. Aus den angegebenen Werten erkennt man, dass metallische Elemente, die wirkungsvoll als Treibstoff verwendet werden können, zur oberen linken Gruppe des Periodischen Systems-gehören. Man muss aber bedenken, dass diese Metalle derart reaktionsfähig sind, dass sie nicht leicht zu handhaben sind. Ein übliches Verfahren besteht beispielsweise darin, dass man Metalle mittels Kugelmühle zerkleinert-und die sich so ergebenden, feinverteilten Metalle in Kohlenwasserstoff-Treibstoffen dispergiert. Hierbei müssen die Metallpulver vor dem Vermischen und Dispergieren gegen Zersetzung, Oxydation, Verklumpung und sonstige Erschwerungen geschützt werden. Ausserdem muss man die Giftwirkung gewisser Metalle, wie Beryllium.und Lithium, beachten. Da Metalle in umso grösserer Menge in Treibstoffe eindispergierbar sind und stabilere Suspensionen liefern, je feinteiliger sie sind, sollte ihre Teilchengrösse möglichst niedrig, nämlich für gewöhnlich unter 1 und vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 Mikron liegen.JP in the table represents JP fuel as a typical representative of Petroleum jet engine fuel. It can be seen from the values given that metallic elements that can be effectively used as fuel for upper left group of the periodic table-belong. But you have to keep in mind that these metals are so reactive that they are not easy to handle. A common method is, for example, that metals are ball milled crushed - and the finely divided metals thus obtained in hydrocarbon fuels dispersed. Here, the metal powders must be mixed and dispersed be protected against decomposition, oxidation, clumping and other aggravations. In addition, one must consider the toxic effects of certain metals, such as beryllium and lithium, note. Since metals can be dispersed into fuels in larger quantities and deliver more stable suspensions, the finer they are, the more finely their particle size should be as low as possible, namely usually below 1 and preferably between 0.1 and 0.5 microns.

Zusätzlich zu diesen Erfordernissen ist es wichtig, dass die Metalle gleichförmig dispergiert und die entstandenen Dispersionen alterungsbeständig sind. Neben diesen vorerwähnten Arbeitsweisen sollen noch einige der üblichen Verfahren zur Feinzerteilung und zum Eindispergieren von Metallen in Treibstoffe beschrieben werden. Als erstes sei jenes Verfahren erwähnt, bei ; dem man ein Metall schmilzt und die geschmolzene Masse dann unter Druck in einer Inertgasatmosphäre versprüht. Dieses Verfahrein ist insofern nachteilig, als es nur unter Schwierigkeiten Metallteilchen unter 5 Mikron liefert. Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, dass man Metalldampf zu Pulver abkühlt, wobei etwa 50 % der Teilchen Durchmesser unter 1,5 Mikron aufweisen, und die Teilchen direkt mit einem Kohlenwasserstofftreibstoff wäscht und abfängt. Da hierbei die Metalle durch Unterdruckerhitzen verdampft werden, bereitet die Apparatur immer Schwierigkeiten. Darüber hinaus sind sowohl die giftige Gase abwebenden als auch die erst bei hohen Temseraturen verdamDfbaren (Si 2300°C, Li 1370°C, Be 2270°C, Mg 1110°C, Al 2060°C) Metalle/betrieblich wie auch apparativ besonders schwierig zu bearbeiten. Ein noch anderes Verfahren besteht darin, dass man ein Metalloxyd bei hoher Temperatur mit Magnesium reduziert und das reduzierte Metall unter Vermeidung von Oxydation in einen Kohlenwasserstoff eindispergiert. Man erhält zwar auf diese Weise ein Pulver, dessen Korngrössen im Zeitpunkt der Reduktion zwischen etwa 1 bis 2 Mikron liegen; dieses neigt aber wie alle feinteiligen Pulver bei hoher Temperatur zur Verklumpung und, wenn dies geschieht« müssen die Klumpen erneut zerkleinert werden. Die nach den üblichen Verfahren hergestellten Metallpulver werden in flüssige Kohlenwasserstoffe in Mengen von 50 bis 6o Gewichtsprozent eingebracht, wobei zwecks Verbesserung sowohl der Dispergierbarkeit als auch des Fliessvermögens der Pulver grenzflächenaktive Substanzen und sonstige Zusätze verwendet werden. In addition to these requirements, it is important that the metals uniformly dispersed and the resulting dispersions are resistant to aging. In addition to these above-mentioned working methods, some of the usual methods should also be used for fine division and for dispersing metals in fuels described will. First of all, that procedure should be mentioned at; which one melts a metal and then spraying the molten mass under pressure in an inert gas atmosphere. This method is disadvantageous in that it is difficult to remove metal particles below 5 microns. Another well-known technique is that one Metal vapor cools to powder, with about 50% of the particle diameter below 1.5 Microns, and the particles directly with a hydrocarbon fuel washes and catches. Since the metals are evaporated by vacuum heating, the apparatus always causes difficulties. In addition, both are poisonous Gases wafting away as well as those which can only be vaporized at high temperatures (Si 2300 ° C, Li 1370 ° C, Be 2270 ° C, Mg 1110 ° C, Al 2060 ° C) metals / operationally as well as apparatus particularly difficult to work with. Yet another method is that a metal oxide is reduced with magnesium at high temperature and that reduced Metal dispersed in a hydrocarbon while avoiding oxidation. In this way, a powder is obtained whose grain sizes at the time of Reduction can be between about 1 to 2 microns; but this tends like all finely divided Powder at high temperature to clump and when this happens «must the Lumps are crushed again. Those produced by the usual methods Metal powders are converted into liquid hydrocarbons in amounts of 50 to 60 percent by weight introduced, in order to improve both the dispersibility and the Flowability of the powder used surface-active substances and other additives will.

In der üblichen Technik werden somit zunächst Metallpulver für sich hergestellt (wozu auch der Fall gehört, bei dem ein Metall in Form eines Gemisches rnit einem flüssigen Kohlenwasserstoff zerkleinert wird) und danach wird das entstandene Pulver gleich mässig in einem flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoff dispergiert.In the usual technology, metal powders are thus first used by themselves produced (including the case where a metal is in the form of a mixture is crushed with a liquid hydrocarbon) and then the resulting Powder evenly dispersed in a liquid hydrocarbon fuel.

Anders ausgedrückt verlangen also die bekannten Verfahren ausnahmslos zwei Arbeitsschritte. Fernerhin ist es schwierig, mit diesen bekannten Verfahren in leistungsfähiger und wirkungsvoller Art ein feines Metallpulver mit Korngrössen unter 1 Mikron herzustellen.In other words, the known methods require without exception two steps. Furthermore, it is difficult to deal with these well-known Process in a powerful and effective way using a fine metal powder Produce grain sizes below 1 micron.

Das erfindungsgemässe Verfahren stellt einen Fortschritt auf dem Gebiete der Erfindungen dar, die sich auf die Herstellung mikrofeiner Pulver aus elektroleitenden Metallen oder Legierungen mit mittleren Korngrössen unter 1 Mikron in einem flüssigen Dielektrikum beziehen. Bei der vorliegenden Erfindung werden die Metalle ohne Kontakt mit der Atmosphäre in flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffen feinzerteilt und in diesem feinverteilten Zustand gleichzeitig in ihnen dispergiert.The inventive method represents an advance in the field The inventions represent that relate to the manufacture of microfine powders from electroconductive Metals or alloys with mean grain sizes below 1 micron in a liquid Refer to dielectric. In the present invention, the metals become out of contact finely divided with the atmosphere in liquid hydrocarbon fuels and divided into this finely divided state dispersed in them at the same time.

Demgemäss betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung metallhaltiger, hochenergischer Treibstoffe, dessen Besonderheit darin besteht, dass man in einen flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoff, der einen Bestandteil des gewünschten, hochenergischen Treibstoffs bildet, Elektrodenpaare einsetzt und Metallkügelchen als weiteren Treibstoffbestandteil einbringt, an die Elektroden eine Funkentladungsspannung anlegt und dadurch eine periodische Funkentladungsserie in den Zwischenräumen zwischer den groben Metallkügelchen im flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoff hervorruft, wobei die sich ergebende Stossenergie dazu dient, aus der Oberfläche der Kügelchen feine Metallteilchen abzureissen und gleichförmig im Medium zu dispergieren.Accordingly, the invention relates to a method for producing metal-containing, high-energy fuel, the specialty of which is that you can get into a liquid hydrocarbon fuel, which is a component of the desired, high-energy Forms fuel, uses pairs of electrodes and metal balls as a further fuel component brings in, applies a spark discharge voltage to the electrodes and thereby a periodic series of spark discharges in the spaces between the coarse metal spheres in the liquid hydrocarbon fuel, the resulting impact energy serves to tear off fine metal particles from the surface of the globules and to disperse uniformly in the medium.

In den beigefügten Zeichnungen zeigt Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäss zu benutzenden Apparatur und Figur 2 ein Diagramm über die Sedimentationsgeschwindigkeit eines erfindungsgemäss hergestellten, hochenergischen und hohen spezifischen Schub aufweisenden Treibstoffs. Figur 3 gibt graphisch die Beziehungen zwischen Dispersmetallgehalt und Treibatoffviskosität für das System Aluminium - Petroleum und Figur 4 ebenfalls graphisch die Beziehungen zwischen DIspersmetallgehalt und einerseits spezifischem Gewicht sowie andererseits Flammpunkt dieses Treibstoffsystems an.In the accompanying drawings, FIG. 1 shows an exemplary embodiment an apparatus to be used according to the invention and FIG. 2 shows a diagram over the Sedimentation rate of a highly energetic one produced according to the invention and high specific thrust propellant. Figure 3 graphically gives the Relationships between dispers metal content and fuel viscosity for the system Aluminum-petroleum and FIG. 4 also graphically shows the relationships between disparate metal content and on the one hand the specific weight and on the other hand the flash point of this fuel system at.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne auf sie beschränkte zu sein, Ein mit Elektrodenpaaren ausgestatteter Reaktor wird zunächst mit einem Reaktionsmedium, z,B. einem flüssigen Kohlenwasserstoff, und danach mit Kügelchen aus einem Metall beschickt, das ein Bestandteil des gewünschten, metallhaltigen Treibstoffs ist, so dass diese im Medium versenkt sind. Während die Metallkügelchen miteinander und mit den Elektroden in Kontakt kommen werden sie tatsächlich durch dünne Zwischenfilme des Kohlenwasserstoffmediums in Kontakt gehalten. Sobald dann an die Elektroden eine Funkentladungsspannung angelegt wird, tritt in den Zwischenräumen zwischen den durch den Kohlenwasserstoff-Film zusammengehåltenen Metallkügelchen eine wiederholte Serie von Funkentladungen auf.The invention is described below with reference to preferred exemplary embodiments explained in more detail, without being limited to them, one equipped with pairs of electrodes The reactor is first filled with a reaction medium, e.g. a liquid hydrocarbon, and then charged with beads made of a metal that is a component of the desired, metal-containing fuel is so that they are sunk in the medium. While the Metal balls will come into contact with each other and with the electrodes actually held in contact by thin intermediate films of the hydrocarbon medium. As soon as a spark discharge voltage is then applied to the electrodes, occurs in the spaces between those held together by the hydrocarbon film Metal balls cause a repeated series of spark discharges.

Die sich aus diesen Entladungen ergebende, hohe Stossenergie reisst aus der Oberfläche der Metallkügelchen mikrofeine-Metallteilchen heraus, die dabei gleichzeitig im Kohlenwasserstoffmedium dispergiert werden. Die Funkentladung tritt vielseitig zwischen den Metallkügelchen oder, anders ausgedrückt, dreidimensional im Reaktpr auf. Da die Kügelchen durch die Stossenergie in heftige Bewegung gesetzt und daher auch die Funkenpunkte zu Lagenwechsel veranlasst werden, besteht keine Kurzschlussmöglichkeit durch Verschmelzen der Metallkügelchen, und daher setzt sich die Reaktion ohne Unterbrechung fort. Infolgedessen werden auch die Metallkügelchen über ihre Oberflächen hinweg;gleichförmig abgetragen und behalten daher bei ihrer Zerteilung praktisch ihre Kugelgestalt. Die Körnchen erhalten durch ihre Abrundung zu Kugeln leichtere Beweglichkeit und stabilisieren die Entladung. Um wiederholte Entladungen zu erhalten, empfiehlt es sich, mit pulsierender Spannung zu arbeiten. Ein Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass man mit ihm Metallpulver von äusserst feiner von 1 bis Oa01 Mikron reichender Teilchengrösse erzielen kann. Dabei steht die Korngrösse des Metallpulvers mit der Entladungsspannung, der Funkenentladungsfrequenz, dem Widerstand des Mediums und der Metallart in Beziehung, während die Ausbeute an Pulver von der aufgedrückten Elektrizität abhängt. Man kann somit leicht Dispersionsausmass und Korngrösse des Metallpulvers dadurch einregeln, dass man die elektrischen Grössen und Funkentladungsfrequenz variiert.The high impact energy resulting from these discharges ruptures from the surface of the metal spheres, microfine metal particles that thereby are simultaneously dispersed in the hydrocarbon medium. The spark discharge occurs versatile between the metal balls or, in other words, three-dimensional in the Reaktpr. Since the spheres are set in violent motion by the impact energy and therefore the spark points are also caused to change position, there is none Short-circuit possibility by melting the metal balls, and therefore settles the reaction continues uninterrupted. As a result, the metal balls also become across their surfaces; uniformly worn away and therefore retained on theirs Division practically their spherical shape. The granules are given by their rounding to balls easier mobility and stabilize the discharge. To repeated To obtain discharges, it is advisable to work with pulsating voltage. A feature of the method according to the invention is that it can be used with metal powder can achieve extremely fine particle sizes ranging from 1 to Oa01 microns. The grain size of the metal powder is related to the discharge voltage, the spark discharge frequency, to the Resistance of the medium and the type of metal in relation, while the yield of powder depends on the electricity applied. One can thus easily determine the extent of dispersion and grain size of the metal powder by using the electrical parameters and radio discharge frequency varies.

Beim erfindungsgemässen Verfahren werden die dünnen Treibstoff-Filme in den Zwischenräumen zwischen den Metallkügelchen durch die Entladungsenergie zersetzt oder "gecrackt", und infolgedessen tritt an dem Funkenpunkt gleichzeitig Zerteilung der Metallkügelchen und Crackung des Kohlenwasserstoffmediums auf.In the process according to the invention, the thin fuel films are decomposed in the spaces between the metal balls by the discharge energy or "cracked" and as a result fragmentation occurs at the spark point at the same time the metal beads and cracking of the hydrocarbon medium.

Die in der Umgebung der Funkenpunkte befindlichen Anteile des Kohlenwasserstoffmediums werden zu einer gasförmigen Phase und Kohlenstoff gecrackt, und das so gebildete Gas wird äus dem Reaktionssystem entfernt, während der Kohlenstoff im Medium ausfällt. Mittels Röntgenstrahlenbeugung und Elektronenmikroskops wurde festgestellt, dass dieser Kohlenstoff mikrofein und amorph ist, Teilchendurchmesser zwischen 20 und 30 Millimikron aufweist und infolgedessen hochreaktiv ist. Da Kohlenstoff zur oberen, linken Gruppe des Periodischen Systems-gehört, kann er als nützlicher Bestandteil des Treibstoffs beschriebener Art verwendet werden. Die Verfügbarkeit eines solchen nützlichen Kohlenstoffs durch atmosphärefreies Cracken in amorphem und daher hochreaktivem Zustande stellt ein zweites, wichtiges Erfindungsmerkmal dar.The proportions of the hydrocarbon medium in the vicinity of the spark points are cracked to a gaseous phase and carbon, and the so formed Gas is removed from the reaction system, while carbon in the medium is precipitated. Using X-ray diffraction and an electron microscope, it was found that this carbon is microfine and amorphous, particle diameter between 20 and 30 millimicrons and is therefore highly reactive. Since carbon goes to the top, Left group of the Periodic Table-Belongs to, it can be considered a useful component the fuel of the type described can be used. The availability of such useful carbon by cracking in an amorphous and therefore highly reactive one Condition represents a second, important feature of the invention.

Fernerhin ist zu beachten, dass erfindungsgemäss gleichzeitig ein mikrofeines Metallpulver und ein Kohlenstoffpulver unter Atmosphärenausschluss erzeugt wird. Diese Tatsache stellt ein drittes Erfindungsmerkmal im Hinblick auf die bekannten Arbeitsweisen dar.It should also be noted that, according to the invention, at the same time microfine metal powder and a carbon powder produced under exclusion of atmosphere will. This fact represents a third feature of the invention with respect to the known Working methods.

Somit wachsen mit abnehmender Teilchengrösse das Oberflächenausmass des Metallkorns und dementsprechend auch seine Aktivität. Falls die Aussenatmosphäre aus einem Inertgas besteht, absorbiert die Oberfläche der hochaktiven Teilchen das Gas und verliert dadurch an Aktivität. Im Falle oxydativer Atmosphäre tritt durch die sich ergebende Oxydation eine beträchtliche Minderung der Teilchenaktivität ein, weil die erwähnten und als Bestandteil metallischer Treibstoffe verwendeten Metalle hochreaktiv sind. Der Aktivitätsschwund der Teilchen führt zu verminderter Reaktionsfähigkeit, wodurch wlederum die Verbrennungsgeschwindigkeit und der spezifische Schub des Treibstoffs herabgesetzt werden. Somit leidet die Verwendbarkeit des Pulvers für hochenergische und schubstarke Treibstoffe für beispielsweise Strahltriebwerke und Raketenmotore, Ein viertes Erfindungsmerkmal besteht darin, dass man die Metalle leicht in hochviskose Medien, z.B. hochmolekulare Treibstoffbindemittel, eindispergieren und einverleiben kann, wie sie in Mischtreibstoffen benutzt werden. Daher stellt es eine erprobte Massnahme dar, mikrofeine Pulver aus Aluminium, Magnesium, Beryllium und dergleichen in Treibstoffe einzumischen, die für hochenergische Raketenmotor-Mischtreibstoffe verwendet werden.Thus, with decreasing particle size, the surface area increases of the metal grain and, accordingly, its activity. If the outside atmosphere consists of an inert gas, absorbs the surface of the highly active Particles the gas and thereby loses activity. In the case of an oxidative atmosphere the resulting oxidation results in a considerable reduction in particle activity one, because those mentioned and used as a component of metallic fuels Metals are highly reactive. The loss of activity of the particles leads to decreased Responsiveness, which determines the burning rate and the specific The thrust of the propellant can be reduced. Thus the usability of the powder suffers for high-energy and high-thrust fuels for jet engines, for example and rocket motors, a fourth feature of the invention is that you can use the metals easily dispersed in highly viscous media, e.g. high-molecular fuel binders and incorporate as used in mixed fuels. Hence represents it is a tried and tested measure, microfine powders made of aluminum, magnesium, beryllium and the like in propellants used for high energy rocket motor mixed propellants be used.

Diese Metallpulver geben nicht nur eine Erhöhung des kalorischen Wertes eines solchen Treibstoffs, sondern dienen auch zur Stabilisierung seiner Verbrennung.These metal powders not only give an increase in the caloric value such a fuel, but also serve to stabilize its combustion.

Mit dem Ausdruck 'tMischtreibstoff" ist ein Treibstoff gemeint,-der durch Verschmelzen eines feinverteilten, festen Oxydans mit einem hochpolymeren Treibstoff'bindemittel gewonnen wird.By the term 'mixed fuel' is meant a fuel - the by fusing a finely divided, solid oxidant with a high polymer Fuel'binder is obtained.

Ein solcher Treibstoff kann leicht zu Körpern praktisch jeglieher Form und, Grösse geschmolzen werden und weist gute mechanische Festigkeit, ehemische stabilität und Brennbarkeit auf.Such propellant can easily add to bodies of practically anything Shape and size are melted and has good mechanical strength, former stability and flammability.

Aus diesem Grunde hat man Treibstoffe dieser Art schon weitgehend- als Medium für Grossraumraketen verwendet, Es ist jedoch eine schwierige Aufgabe, ein feinverteiltes Metalls wie Aluminium, Magnesium oder Beryllium, in einem hochviskosen und -hochpolymeren Treibstoffbindemittel, wie Polyäthylen, Acrylharz und dergleichen, zu dispergieren weil es nicht nur, wie bereits erwähnt,schwierig ist, ein solches Metall zu handhaben, sondern das hochpolymere Medium auch nur geringes Fliessvermögen besitzt und dadurch das Elndispergieren des Metalls erschwert.For this reason, fuels of this type have largely been used as a medium for large-capacity missiles, however, it is a difficult task a finely divided metal such as aluminum, magnesium or beryllium, in a highly viscous one and high polymer fuel binders such as polyethylene, acrylic resin and the like, to disperse because it's not just like already mentioned difficult is to handle such a metal, but the high polymer medium also only slightly Has fluidity and thus makes it difficult to disperse the metal.

Somit sind die bisher üblichen Arbeitsweisen im Hinblick auf Zeitbedarf sowie Apparatur unvorteilhaft. Im Gegensatz dazu ist es bei der mit Funkenentladung arbeitenden Erfindung vergleichs weise leicht, ein mikrofeines Metallpulver in einem hochpolymeren Treibstoffbindemittel zu erzeugen und gleichzeitig in ihm gleichmässig zu dispergieren, weil beide Vorgänge durch die Stossenergie der Funkenentladung bewirkt werden.Thus, the previously common ways of working with regard to time requirements and apparatus disadvantageous. In contrast, it is with the spark discharge working invention comparatively easy, a microfine metal powder in one to produce high-polymer fuel binders and at the same time evenly in it to disperse, because both processes are caused by the impact energy of the spark discharge be effected.

Ein fünftes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass im Laufe der Gewinnung des mikrofeinen Pulvers keine Verunreinigungen eindringen können, was andererseits beim bekannten Verfahren unvermeidbar ist. Tatsächlich wird die Zerkleinerung des Metalls im Kohlenwasserstofftreibstoff ausschliesslich durch die elektrische Energie bewirkt.A fifth feature of the invention is that in the course of Extraction of the microfine powder no impurities can penetrate what on the other hand is unavoidable in the known method. It actually does the crushing of the metal in hydrocarbon fuel exclusively through the electrical Energy causes.

Die günstige Wirkung der Erfindung tritt daher besonders auf dem Gebiet der Raketenmobor- und Strahltriebwerks-Treibstoffe in Erscheinung, die hochgradige Genauigkeit und Reinheit verlangen.The beneficial effect of the invention therefore occurs particularly in the field the rocket engine and jet engine fuels in evidence, the high grade Demand accuracy and purity.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert: In einem Reaktor 1 aus elektrisch isolierendem Material ist ein Paar Elektroden 2, 3 angeordnet. Verständlicherweise kann man bei industriellen Anlagen mehrere solcher Elektrodenpaare anordnen. Als Elektrodenmaterial wählt man vorzugsweise dasselbe Metall, das zerteilt und dispergiert werden soll; da die Elektrodenabnutzung Jedoch nur etwa 0>5 ffi der Ausbeute an erzielbarem, mikrof einem Pulver beträgt, kann man die Elektroden auch aus anderen, leicht verarbeitbaren Metallen, wie Kupfer oder Eisen, herstellen. Der Reaktor 1 ist mit einem flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoff 4 gefüllt. Die Entladungsspannung wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Mschfunken -Oszillator geliefert, der in der Zeiteinheit eine Vielzahl von energiereichen Funkenentladungen zu liefern vermag. Er weist mit den Elektroden 2 und 3 in Reihe geschaltete Entladungsstrecken G, an eine Stromquelle angeschlossene Eingangsklemmen 6, 7, einen Aufwärtswandler 8, eine Drossel 9, eine Ladungs-Entladungskapazität 10, eine Gruppe 11 von Entladungsstrecken G, eine Schwinginduktanz 12, eine die Elektroden 2, 3 überbrückende und die Funkentladungen verstärkende Induktanz 13, zwei Schutzdrosseln 14, 15 sowie zwei nicht-dielektrische Widerstände 16, 17 au£. Das Reaktorgefäss ist mit einem Ableitungsstutzen 18 für die sich bei der teilweisen Kohlenwasserstoffcrackung bildenden Gase, einem Einfülltrichter 19 für die als Ausgangsmaterial dienenden Metallkügelchen sowie einem Auslasst SAtzen 2Q für den Treibstoff und dergleichen versehen. Im Betrieb werden zunächst in den Reaktor 1 der Treibstoff 4 und das Metall A in Form gröberer, d.h. etwa 5 bis 50 mm grosser Kugeln oder Stücke, eingefüllt, und dann wird über den Löschfunkenoszillator 5 eine Entladungsspannung an die Elektroden 2, 3 angelegt. Dadurch treten zwischen den groben Metallkugeln zahlreiche Funkenentladungen ein, die mit ihrer Energie aus den Kugeloberflächen mikrofeine Bruchstücke herausreissen. Da sich die Entladung pulsierend wiederholt, wächst die Ausbeute an diesen mikrofeinen Teilchen mit zunehmender Entladungsdauer.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings: In a reactor 1 made of electrically insulating material is a pair of electrodes 2, 3 arranged. Understandably, one can use several in industrial systems arrange such pairs of electrodes. The electrode material is preferably chosen the same metal that is to be broken up and dispersed; as the electrode wear However, the yield of achievable microfine powder is only about 0> 5 ffi, the electrodes can also be made from other, easily processed metals, such as copper or iron. The reactor 1 runs on a liquid hydrocarbon fuel 4 filled. The discharge voltage is in the illustrated embodiment from a Mschfunken -Oscillator supplied in the unit of time capable of delivering a large number of high-energy spark discharges. He shows the electrodes 2 and 3 series-connected discharge paths G, to a power source connected input terminals 6, 7, a boost converter 8, a choke 9, a Charge-discharge capacity 10, a group 11 of discharge paths G, an oscillating inductance 12, one that bridges the electrodes 2, 3 and amplifies the spark discharges Inductance 13, two protective chokes 14, 15 and two non-dielectric resistors 16, 17 au £. The reactor vessel is provided with a discharge nozzle 18 for the the partial hydrocarbon cracking gases, a hopper 19 for the metal balls used as the starting material and an outlet set 2Q provided for the fuel and the like. In operation, the Reactor 1 the fuel 4 and the metal A in the form of coarser, i.e. about 5 to 50 mm large balls or pieces, filled in, and then the extinguishing spark oscillator 5, a discharge voltage is applied to the electrodes 2, 3. Thereby occur between the coarse metal balls create numerous spark discharges, which with their energy tear out microfine fragments from the spherical surfaces. As the discharge repeated pulsating, the yield of these microfine particles increases with increasing Discharge duration.

Dabei tritt, wie bereits erwähnt, an den Funkenpunkten neben der Metallzerkleinerung gleichzeitig eine Crackung des die Kugelzwischenräume erfüllenden Treibstoffs 4 ein, der dabei ion Gase und Kohlenstoff zerfållt, wovon erstere über den Auslass 18 abgeftrt werden, während der Kohlenstoff im Treibstoff verbleibt.As already mentioned, the metal is crushed at the spark points at the same time cracking of the fuel 4 filling the spaces between the spheres which decomposes into gases and carbon, the former via the outlet 18 while the carbon remains in the fuel.

Folglich werden durch den bei den Entladungen auftretenden Stossdruck sowohl die abgerissenen, -mkrofeinen Metallteilchen als auch der Kohlenstoffanteil des gecrackten Kohlenwasserstoffs gleichmässig im Treibstoff dispergiert. Mit den Entladungen wird aufgehört, sobald die Ausbeute an mikrofeinem Pulver vorgegebenes Ausmass erreicht hat. Wenn -auf Treibstoff bezogenin ihm 50 bis 60 % Metall- und Kohlenstoffteilchen entstanden sind, bildet das Gesamtgemisch einen hochenergischen Treibstoff.As a result, the surge pressure generated by the discharges both the torn-off, -mcrofine metal particles and the carbon content of the cracked hydrocarbon is evenly dispersed in the fuel. With the Discharges will cease once the yield of microfine powder is given Has reached extent. When -related to fuel in it 50 to 60% metal and Carbon particles were formed are, the total mixture forms one high energy fuel.

Da die im Treibstoff suspendierten Metallteilchen langzeitig stabil bleiben und gut fliessfähig sein müssen, setzt man dem Gemisch vorzugsweise grenzflächenaktive Substanzen und sonstige Stoffe zu, um Stabilität und Flissfähigkeit der Metall- und Kohlenstoffteilchen zu verbessern. Nachstehend werden die Betriebs- und Ausbeutedaten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verfahrens angegeben, bei dem ein JP-Treibstoff, d.h. ein Erdöl-Strahltriebwerkstreibstoff, als Medium dient, in dem mikrofeine Aluminium- und Kohlenstoffteilchen dispergiert werden.Because the metal particles suspended in the fuel are stable for a long time must remain and be able to flow well, the mixture is preferably used as surface-active agents Substances and other substances to ensure the stability and fluidity of the metal and to improve carbon particles. The operating and yield data are shown below an embodiment of the inventive method specified in which a JP fuel, i.e. a petroleum jet engine fuel, serves as the medium, in which microfine aluminum and carbon particles are dispersed.

Reaktorausmasse: v 200 mm (Durchmesser)x 1000 mm Reaktorwerkstoff: Polypropylen Elektrodenmaterial: Aluminium Elektrodenausmasse: 200mm (Durchmesser)x lOOmm Elektrodenabstand: 800 mm Spannungsquelle: 220 V Entladungsspannung: : 20 EV Pulsfrequenz: 6o C/s Entladungsfrequenz: 6 je Halbzykel Treibstoffmenge im Reaktor: 13 Liter (10,4 kg) Aluminiumkügelchen-Eingabe: 12 kg Mittlere Kügelchengrösse: 10 mm Ausbeute an mikrofeinem Alpulver: 5 kg/Std Mittlere Grösse der Ål-Teilchen: 0,3 Mikron Ausbeute an Kohlenstoff: 0,5 kg/St Grösse der Kohlenstoffteilchen:' 20 Millimikron Energieverbrauch: 22 kWSt Gecrackter Treibstoff: 1,1 kg/St Kohlenstoff 0,5 Kg/St Gase 0,6 kg/St Mengenverteilung (in Gew.-ffi) der verschiedenen Materialien im-Reaktor nach einer Umsetzungsdauer von: 1 Std ~ 2 Std JP - Treibstoff 63,0 47,6 Al - Pulver 35,7 52,0 Kohlenstoff-Pulver 1,3 Für dieses letzterwähnte (2 Stunden-) Produkt zeigt Figur 2 das Absetzverhältnis H/Ho in Abhängigkeit von der Stehzeit in Tagen. Reactor dimensions: v 200 mm (diameter) x 1000 mm reactor material: Polypropylene electrode material: aluminum Electrode dimensions: 200mm (diameter) x 100mm electrode spacing: 800 mm Voltage source: 220 V Discharge voltage:: 20 EV pulse frequency: 6o C / s Discharge frequency: 6 per half cycle Amount of fuel in the reactor: 13 liters (10.4 kg) aluminum pellet input: 12 kg Average pellet size: 10 mm Yield of microfine alpine powder: 5 kg / hour Average size of the Ål particles: 0.3 Micron Yield of carbon: 0.5 kg / St Size of the carbon particles: 20 millimicrons Energy consumption: 22 kWSt Cracked fuel: 1.1 kg / h Carbon 0.5 kg / h Gases 0.6 kg / pc Quantity distribution (in wt. Ffi) of the various Materials in the reactor after a conversion time of: 1 hour ~ 2 hours JP - fuel 63.0 47.6 Al powder 35.7 52.0 Carbon powder 1.3 For this last mentioned (2 hour) product, FIG. 2 shows the settling ratio H / Ho as a function of the standing time in days.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend erläuterten Arbeitsweisen beschränkt, sondern kann auch mit andern, allgemeinen Kohlenwasserstoffen und Metallen, wie Li, Be, C, Na, Mg, Al und Si, durchgerührt werden. Hierbei liegt der Bereich der spez.The invention is not limited to the operations discussed above limited, but can also with other, general hydrocarbons and metals, such as Li, Be, C, Na, Mg, Al and Si, can be stirred through. This is where the range lies the spec.

Gewichte der zu dispergierenden Metalle zwischen 0,5 und 0,9 und der der Teilchendurchmesser zwischen 1 und 0,001. Je kleiner die Teilchengrösse ist, desto leistungsfähiger ist der Treibstoff, und daher liegt der günstigste Durchmesser der zerkleinerten Metalle bei 0,001, dem Minimum. Aus Figur 3 ergibt sich dabei, dass man im Hinblick auf Viskosität und Fliessbarkeit die Metallteilchen verkleinern sollte. Während gemäss den Diagrammen von Figur 3 und 4 der Dispersmetallgehalt das spez. Gewicht, die Viskosität und den Flammpunkt des Treibstoffs beeinflusst, bestehen bezüglich Neutralisationswert, Korrosivität und Fliesspunkt, keine Unterschiede zwischen dem erfindungsgemäss hergestellten Treibstoff und dem Kohlenwasserstoff selbst.Weights of the metals to be dispersed between 0.5 and 0.9 and the the particle diameter between 1 and 0.001. The smaller the particle size, the more powerful the fuel, and therefore the most favorable diameter is of crushed metals at 0.001, the minimum. From Figure 3 it follows that that one can reduce the size of the metal particles in terms of viscosity and flowability should. While, according to the diagrams in FIGS. 3 and 4, the dispersed metal content the spec. Influences the weight, viscosity and flash point of the fuel, there are no differences in terms of neutralization value, corrosiveness and pour point between the fuel produced according to the invention and the hydrocarbon self.

Ersichtlicherweise weist der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte, hochenergische Treibstoff eine recht zufriedenstellende Dispersionsstabilität auf. Daher stellt die ein Erfindung/ziemlich einmaliges und vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von hochenergischen Treibstoffen dar.Obviously, according to the method according to the invention produced, high-energy fuel a quite satisfactory dispersion stability on. Therefore, this represents an invention / quite a unique and advantageous method for the production of high-energy fuels.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Method of producing a high energy and high specific Propellant having thrust for jet engines and rocket engines, characterized in that that in a conversion vessel, spheres in the form of metals, metal alloys, Carbon and its alloys in a liquid hydrocarbon fuel dispersed, in this dispersion at least one pair of electrodes standing apart immersed, the electrodes express a series of spark discharge voltages and as a result, as long as there is a periodic period between the spheres in the absence of air Series of spark discharges until these 'spheres become microfine particles crushed and the hydrocarbon at the same time to gases and carbon particles is cracked and a dispersion of all particles and gases occurs.

2. The method according to claim 1, characterized in that as Metal to be dispersed in the hydrocarbon lithium, beryllium, barium, carbon, Sodium, magnesium, aluminum or silicon or their intermetallic compounds used, whereby the spec. The weight of these metals is 0.5 to 0.9.

3. The method according to claim 1, characterized in that the Metals up to particle sizes of 1 to 0.001 microns in diameter in the liquid hydrocarbon dispersed.

4r method according to claim 1, characterized in that as liquid hydrocarbon itself, fuel oils or polymer powder used.

5) Method according to claim 1 or the following, characterized in that that one works with electrodes made of the same material as the beads exist.

6) Method according to claim 1, characterized in that the Spark discharges for about 2 hours, until the deposition ratio depends of the standing time in days is achieved under conditions as shown in FIG. 2 consist of a mixture of 52 ffi Al, 0.4% C and 47.6% petroleum fuel.

7) Method according to claim 1, characterized in that the Spark discharges in such a way that the relationships between dispers metal content and spec. Weight and flash point of the fuel according to Figure 4 are achieved.

8) Method according to claim 1, characterized in that as Hydrocarbon petroleum and used as spherical metal t aluminum and the Spark discharge in such a way that the relationships between the content of dispersed Aluminum and fuel viscosity according to Figure 3 are achieved.

9) Method according to claim 1, characterized in that it is performs under conditions the following data are proportional: reactor dimensions: 200 mm (diameter) x 1000mm reactor material: polypropylene -electrode material: Aluminum electrode dimensions: 200 mm (diameter) loOmm electrode spacing: 8oo mm Voltage source: 220 V Discharge voltage: 20 KV Pulse frequency: 60 C / s Discharge frequency: 6 per half cycle Amount of fuel in the reactor: 13 liters (10.4 kg) Aluminum bead input: 12 kg Average bead size: 10 mm Yield at microfine Al powder: 5 kg / hour Average size of the Al particles: 0.3 micron yield of carbon: 0.5 kg / pc Size of the carbon particles: 20 millimicrons Energy consumption: 22 kWSt cracked fuel: 1.1 kg / h carbon 0.5 kg / h gases o.6 kg / h and mdie Quantity distribution (in weight) of the various materials in the reactor after a Turnover time of 1 hour 2 hours JP - fuel 63.0 47.6 Al powder 35.7 52.0 carbon powder 1.3 is 0.4.

10. The method according to claim 1, characterized in that the Mixture of surface-active substances added.

11. The method according to claim 1, characterized in that the Tensions are applied until the ratio of disperse particles to fuel reached at least about 50%.

12. The method according to claim 1, characterized in that it with balls from 5 to 50 mm.