DE19600936B4 - Hybrid-Wasserflugzeug mit Flüssigwasserstoff-Kraftstoffanlage für Flüssigwasserstoff-gekühlten-HTSL-Linearmotor-Katapult-Start und HTSL-MHD-Wasserung mit Fortbewegung auf dem Wasser - Google Patents

Hybrid-Wasserflugzeug mit Flüssigwasserstoff-Kraftstoffanlage für Flüssigwasserstoff-gekühlten-HTSL-Linearmotor-Katapult-Start und HTSL-MHD-Wasserung mit Fortbewegung auf dem Wasser Download PDF

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Abstract

Hybrid-Wasserflugzeug mit einer Flüssigwasserstoff-Kraftstoffanlage, das neben Turbinenluftstrahl-Triebwerken oder Hubkolbenmotoren und weiteren Bauelementen und Hilfsaggregaten einen Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL)-Linearmotor (3-10) für den Katapultstart kombiniert mit einem Magnetohydrodynamik (MHD)-Motor (3-9) für die Wasserung und Fortbewegung auf dem Wasser besitzt, die beide aus Raum- und Gewichtsgründen in ein und demselben Raum integriert sind wobei diese Bauelemente und Aggregate mit demselben Flüssigwasserstoff gekühlt werden, mit dem Turbinenluftstrahl-Triebwerke und Hubkolbenmotoren betrieben werden.

Description

  • Bei dem technischen Gebiet der Erfindung handelt es sich um ein Wasserflugzeug, das vom Deck eines Schiffes gestartet wird und das nach der Wasserung und Fortbewegung auf dem Wasser wieder von einem Schiff aufgenommen wird. Die Turbinenluftstrahl-Triebwerke/Hubkolbenmotoren des Wasserflugzeugs werden mit Flüssigwasserstoff betrieben. Der Katapultstart wird mit einem Linearmotor, die Wasserung und Fortbewegung auf dem Wasser wird mit einem Magnetohydrodynamik (MHD)-Aggregat vorgenommen.
  • Die bekannten Fundstellen gemäß den Entgegenhaltungen sind wie folgt.
    • 1. DE 41 28 362 A1 behandelt einen linear-geführten Regenerator zur Kühlung (Rekondensierung verdampfenden Wasserstoffs), jedoch keinen Linearmotor.
    • 2. A. Wiart, "Le Moteur Linéaire", FR-Z: R.G.E.,Nr.1, Januar 1971, Seite 20–28 und 3. H.-J. Gutt "Anwendungsgebiete für Wanderfeldmotoren", DE-Z: Siemens-Zeitschrift 45 (1971, Heft 7, Seiten 487–492) beschäftigen sich zwar mit Linearmotoren und Katapultstart, jedoch weder mit Flüssigwasserstoff gekühlten Hochtemperatur-Supraleitern (HTSL, die erst 1986 entdeckt wurden) noch mit einem integrierten HTSL-Linearmotor/Magnetohydrodynamik (MHD)-Aggregat.
    • 4. DE 42 03 419 A1 beschreibt weder HTSL-Linearmotor noch MHD-Aggregat.
    • 5. DE 40 29 443 A1 behandelt zwar ein HTSL-Magnetohydrodynamik-Aggregat, jedoch keinen HTSL-Linearmotor eines integrierten Aggregats.
    • 6. DE 43 16 495 A1 beschäftigt sich zwar mit einem HTSL-Linearmotor, jedoch nicht mit einem integrierten Linearmotor/Magneto hydrodynamik-Aggregat in ein und demselben Raum.
    • 7. DE 39 14 426 A1 beschreibt weder HTSL-Linearmotor noch Magnetohydrodynamik-Aggregat.
    • 8. Chan Park et al."Struktures of HT-Cuprate Superconductors", US-Z: Journal of the American Ceramic Society, Vol. 78,Nr.12, 1995, Seiten 3171 bis 3194 ist eine Zusammenfassung über den Stand der Hochtemperatur-Supraleiter-Material-Entwicklung bis 1995.
  • Bezüglich des Standes der Technik ist kein Antrieb bekannt, der für ein Wasserflugzeug einen Hochtemperatur-Supraleiter Linearmotor für den Katapultstart als auch ein Magnetohydrodynamik-Aggregat für die Wasserung und Fortbewegung auf dem Wasser in ein und demselben Raum integriert und die Hochtemperatur-Supraleiter optimal mit demselben Flüssigwasserstoff kühlt mit dem das Wasserflugzeug betrieben wird.
    •
  • Als Lösung wird vorgeschlagen, einen HTSL-Synchron-Linearmotor für den Katapultstart mit einem Magnetohydrodynamik-Aggregat für die Wasserung mit Fortbewegung auf dem Wasser in ein und demselben Raum zu integrieren. Unter Bezugnahme auf den oben angegebenen Stand der Technik besteht eine vorteilhafte Wirkung darin, dass die Hochtemperatur-Supraleiter der Aggregate und Bauelemente mit demselben Flüssigwasserstoff optimal gekühlt werden, mit dem das Wasserflugzeug betrieben wird. Während des Starts befindet sich der Katapult-Fahrweg (Linearmotor-Stator) innerhalb des HTSL-Linearmotor/MHD-Raums. Während der Wasserung und Fortbewegung auf dem Wasser fließt zu ionisierendes Wasser durch den Linearmotor-Rotor/MHD-Aggregat-Raum. Der Linearmotor-Rotor wird in den MHD-Schenkeln abgesenkt und der mit Wasser gefüllte Raum wird zum reinen MHD-Raum, in dem durchströmendes Wasser mittels Magnetohydrodynamik das Wasserflugzeug bewegt. Die Temperatur des Flüssigwasserstoffs (20 Kelvin) ist eine optimale Kühltemperatur für Strom-/Fluß-Dichte sowie elektrische Feldstärke der Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL) von Synchron-Linearmotor-Rotor als auch MHD-Antrieb. Zusätzliche elektri sche Energie wird mit einer Flüssigwasserstoff-Hochtemperatur-Supraleiter-Spule (SMES)/Brennstoffzelle erzeugt. Verdampfender Flüssigwasserstoff wird mittels HTSL-elektro-/magnetokalorischem Verflüssiger rekondensiert. Als Ausführungsbeispiel dient die Zeichnung der Zusammenfassung (3 und 4). 3 zeigt den Katapult-Fahrweg 3-1, der sich während des Starts innerhalb des Linearmotor/MHD-Aggregats befindet. Der Fahrweg besteht aus dem Langstator eines synchronen Linearmotors und ist mit konventionellen Wicklungen 3-2 aufgebaut. Der HTSL-Linearmotor-Rotor 3-3 ist unterhalb des Langstators angeordnet. Der HTSL-Linearmotor-Rotor befindet sich auf dem den Katapult-Fahrweg umschließenden Schenkel 3-4 des Wasserflugzeugs und ist nach dem Start im Schenkel absenkbar 3-5. Die umschließende MHD-Sattelspule 3-6 besteht aus laminierten gewölbten Flüssigwasserstoff-gekühltem HTSL-Schichten 3-7. Das im rechten Winkel zum Magnetfeld B angeordnete elektrische Feld E wird durch MHD-Kathoden/Anoden 3-8 erzeugt. 4 zeigt den Katapult-Fahrweg 3-1, bestehend aus dem Langstator eines konventionell aufgebauten synchronen Linearmotors. In der Bodengruppe des Wasserflugzeugs befinden sich die kombinierten Trag-/Führ-/Erreger-Magnete 4-2, die aus HTSL-Permanentmagnetmateriel aufgebaut und Flüssigwasserstoff gekühlt sind. Das HTSL-Halbleiter-Hall-Element 4-4 regelt über die Erregerwicklung 4-3 die Spaltbreite 4-5 und den Abstand 4-7 zwischen Katapult-Fahrweg und Wasserflugzeug-Boden 4-6. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass bei einem Wasserflugzeug Linearmotor für den Katapultstart und Magnetohydrodynamik-Aggregat für die Wasserung mit Fortbewegung auf dem Wasser in ein und demselben Raum integriert sind und deren Hochtemperatur-Supraleiter mit demselben Flüssigwasserstoff gekühlt werden, mit dem das Wasserflugzeug betrieben wird.
  • 1. Synchron-Linearmotor für den Katapult-Start
  • Eine Startvorrichtung für Postflugzeuge vom Schiffsdeck ist seit dem deutschen Patent Nr. 465 463 vom 21.7.1925 bekannt.
  • (Ernst Heinkel Flugzeugwerke Rostock-Warnemünde). Der erste Flug mit Turbinenluftstrahl-Triebwerk (Jet) fand am 27.8.1939 mit einer He178 über Rostock-Warnemünde statt (E.Heinkel, P.v.Ohain, E.Warsitz). Versuchsläufe wurden seit 1937 mit Wasserstoff betrieben. Der Erstflug eines Flüssigwasserstoff-Verkehrsflugzeugs war am 15.4.1988 mit dem Erprobungsträger Tu155 (Tupolev, TRUD-Kuznetzov). Die deutsch-russische Realisierbarkeitsstudie eines Flüssigwasserstoff-Verkehrsflugzeugs auch auf der Basis des Cryoplane Airbus A310 wurde 1992 positiv abgeschlossen. Die Siedetemperatur von Wasserstoff von 20 Kelvin ist eine ideale Kühltemperatur von Hochtemperatur-Supraleitern (HTSL) in der Elektro-Kraftstoffpumpe, der Zündspule mit Zündverteiler, dem Elektro-Starter, dem Drehstromgenerator mit Gleichrichter und elektrischem Feldregler, in elektromagnetischen Einspritz-, Kaltstart-, Absperr-, Überstrom- und Sicherheitsventilen, in elektrischen Lagern sowie in Transistor-Schalt- und CPU-Steuer-Geräten.
  • Für den vorgeschlagenen Katapultstart verwenden wir einen Synchron-Linearmotor mit Flüssigwasserstoff-gekühlten (20 Kelvin) HTSL (J.T.Eriksson et al., Tampere University Finnland "A 1.5 kW HT Superconducting Synchronous Machine", Proceedings of EUCAS 1995, E.Berling DE 43 16 495 A1 vom 17.5.1993). Von den vier bekannten Linearmotor-Varianten (EMS-elektromagnetisches, EDS-elektrodynamisches Prinzip, Permanentmagnet sowie Longitudinal-Transversal-Fluß-Prinzip) wählen wir das EMS-System, das sich in Deutschland mit dem Transrapid durchgesetzt hat. Das EMS-System beim Transrapid beruht auf den anziehenden Kräften zwischen den in der Bodengruppe des Fahrzeugs angeordneten einzelnen geregelten Elektromagneten und den ferromagnetischen Statorpaketen, die unterhalb des Fahrwegs installiert sind. Die Tragmagnete ziehen das Fahrzeug von unten an den Fahrweg heran, die Führmagnete halten es seitlich in der Spur. Ein elektronisches Regelsystem stellt sicher, daß der Linearmotor-Rotor stets in einem Abstand von 10 mm zu seinem Linearmotor-Langstator schwebt. Der Abstand zwischen Oberkante Fahrwegtisch und Unterseite Fahrzeug beträgt im Schwebezustand 15 cm.
  • Übertragen wir die gegenwärtige Transrapid-Technik auf eine Hochtemperatur-Supraleiter-(HTSL)-Katapultanlage, dann verwenden wir dabei die anziehenden Kräfte der Shubnikov-Abrikosov-Vortex, die mit Fremdteilchen zur Ausbildung von Haftzentren (pinning centers) angereichert wird. In diesem Fall fließen große virtuelle Supraströme durch die Vortex und resultieren zusammen mit dem magnetischen Feld in anziehende Kräfte gemäß der ersten Maxwellschen Gleichung (Trag-Gleichfeld)
    Figure 00050001
    und bei eindimensionaler Betrachtung in y-Richtung (Einheitsvektor)-
    Figure 00050002
  • Anziehende Magnetkräfte werden in der Shubnikov-Abrikosov-Vortex dadurch optimiert, daß ein höchstmögliches magnetisches Feld während des Kühlvorgangs eingeprägt wird. Wird nach dem Kühlprozeß das äußere Feld entfernt, ist das eingeprägte Feld gefangen, eingefroren. Die variablen magnetischen Führ-/Erreger-Felder werden dem statischen eingefrorenen Tragfeld überlagert. Die Langstatorwicklung induziert einen Suprastrom im HTSL-Trag-/Führ-/Erreger-Magneten. Trag-Führ-/Erreger-Funktionen sind in einem HTSL-Permanent-Magneten, Flüssigwasserstoff-gekühlt, kombiniert. Für den Linearmotor-Rotor verwenden wir HTSL-Permanentmagnete aus z.B. YBaCuO-Bulk-Material mit z.B. Y203-Haftzentren für die Shubnikov-Abrikosov-Vortex. Das statische Tragfeld wird während des Kühlvorgangs aufgeprägt (Field-Cooled-Process). Es kann dafür die HTSL-Erregerwicklung (z.B. BiPbSrCaCuO, gepulst) verwendet werden, die mit demselben Flüssigwasserstoff-Kühlsystem bei 20 Kelvin wie die HTSL-Permanentmagnete gekühlt werden.
  • 2. MHD-Antrieb zur Wasserung und Fortbewegung auf dem Wasser
  • Für die vorgeschlagene Wasserung des Wasserflugzeugs mit anschließender Fortbewegung auf dem Wasser verwenden wir ein Hochtemperatur-Supraleiter-(HTSL)-MHD-Aggregat, das aus einer Sattelspule im Boden und den Elektroden in der Bodengruppe des Flugzeugs besteht, durch die das Meerwasser strömt (E. Berling DE 40 29 443 A1 vom 17.9.1990). Die Sattelspule besteht aus laminierten gewölbten FLüssigwasserstoff-gekühlten HTSL-Schichten, z.B. durch Laser-Deposition von YBaCuO-Schichten auf Ni, NiCr-Metallblechen, die mit YBaCuO eine gute Verträglichkeit der thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben (S.R.Foltyn et al., Los Alamos Natl.Labs).
  • Das MHD-Schiffs-Strahltriebwerk ist das potentiellste Anwendungsgebiet für MHD mit durchströmender ionisierter Flüssigkeit. Frühe Bemühungen in den USA sind wieder aufgegeben worden, weil die erforderlichen magnetischen Flußdichten mit Kupferwicklungen nicht erreicht werden konnten. Die zweite Generation war die Mitsubishi Heavy Industries YAMATO I mit Dipol-Toroid-Transversal-Feld mittels Flüssighelium-gekühlter Niedertemperatur-Supraleiter (M.Wake-"Field Arrangement of YAMATO I", Proceedings of International Symposium on Superconductor MHD Ship Propulsion 1991, Kobe, Japan). Anstelle von Dipolen wurde in letzter Zeit ein Transversal-Feld mittels Toroid-Spulen vorgeschlagen, jedoch nicht gebaut (E. Klimenko, Kurchatov Institut Moskau "Superconducting Magnets for MHD Ship Propulsion", Applied Superconductivity Congress, Göttingen 1993).
  • Die theoretische Grundlage der MHD (H.Alfvén, Nobelpreis Physik, 1970) bilden die Gleichungen der Hydrodynamik und der Elektrodynamik. Zwei Vorgänge spielen bei der MHD eine grundlegende Rolle (Maxwellsche Gleichungen)- 1. Bei der Bewegung eines leitenden Mediums im Magnetfeld wird in ihm ein elektrischer Strom induziert, 2. die elektromagnetische Kraft, die infolge der Wechselwirkung des Stroms mit dem summarischen Feld entsteht, beeinflußt die Bewegung. Wenn in einem ruhenden Feld ein anderes System (ionisiertes Seewasser) sich in Bezug auf das erste mit einer Geschwindigkeit v bewegt, entsteht in diesem zweiten System ein induziertes elektrisches Feld E. Umgekehrt formuliert fließt ionisiertes Seewasser mit der Geschwindigkeit v durch ein ruhendes Magnetfeld B, wenn ein elektrisches Feld E angelegt wird. Die drei Vektoren stehen jeweils senkrecht aufeinander. Um dem Seewasser schon bei realen Temperaturen eine erforderliche Leitfähigkeit zu geben, kann man am Wassereinfluß einen ionisierenden Zusatz wie Pottasche beigeben, der am Ausfluß zurückgewonnen werden kann (R.J. Rosa- "MHD Energy Conversion", Hemisphere Publishing Corp., Washington 1987).
  • Da mit Flüssighelium-gekühlten Niedertemperatursupraleitern lediglich eine Flußdichte von 15 Tesla bei einer Stromdichte von 105 A/cm2 erreicht werden kann, erzielte man bei der YAMATO I nur eine Maximalgeschwindigkeit von 8 Knoten. Um diese Geschwindigkeit zu erhöhen, kommen nur Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL) oberhalb von 15 Tesla bei 105 A/cm2, erreichbar nur mit Flüssighelium/Flüssigwasserstoff-Kühlung in Betracht. Es liegt nahe, für diese HTSL-MHD Flüssigwasserstoff zu verwenden, der elektrolytisch oder photosynthetisch aus Seewasser gewonnen und dann (elektro-/magneto-kalorisch) verflüssigt wird.
  • Wie bekannt liegt bei 20 Kelvin (Flüssigwasserstoff) die magnetische Flußdichte als Funktion der Stromdichte um Größenordnungen über der bei 77 Kelvin (Flüssigstickstoff). A. Gladun-"Einsatz von HTSL in Magneten und Lagern", Statusseminar Supraleitung und Tieftemperaturtechnik, VDI Verlag 1994- hat Daten für den dritten Parameter bei der MHD, die elektrische Feldstärke, als Funktion der Stromdichte vorgestellt. Hier entspricht die 10 Tesla-Kurve bei 20 K der 0.1 Tesla-Kurve bei 60 K. Wegen der schlechten Daten aller drei für die MHD relevanten Parameter (B,J,E) scheidet Flüssigstickstoff-Kühlung bei MHD und Linearmotor aus (E.Berling DE 39 14 426 C2 vom 10.11.1994).
  • 3. Supraleitende Halbleiter
  • Bereits 1964 sagte M.Cohen unter bestimmten Voraussetzungen Supraleitung für Halbleiter voraus, die J.Schooley et al. im gleichen Jahr in dotiertem SrTi03:Zr,Nb,Ta auch nachwiesen. 1980 veröffentlichte Y.Tanaka seine Theorie der Supraleitung im Halbleiter SrTi03. 1982 stellten A. Baratoff, G.Bednorz, G.Binnig den mit 0.1-1% Nb dotierten Halbleiter SrTi03 vor, der unter 1 K supraleitend wird ("Low Phonon-Plasmon Coupling in Nb-doped SrTi03", 2nd General Conference of Condensed Matter, Manchester 1982). Da SrTi03 sehr viel mit den 1986 entdeckten HTSL gemeinsam hat (G.Binnig), liegt die Entwicklung von dotierten HTSL-Halbleitern und damit p/n-Übergängen bei Temperaturen unterhalb der heutigen HTSL-Sprungtemperaturen nahe. (E.Berling, DE 42 03 419 A1 , Seite 5,4 vom 6.2.92). Seltenerdmetalle unterscheiden sich hauptsächlich durch die Besetzung der 4f-Schale. Da sich die Aufenthaltsorte für 4f-Elektronen benachbarter Atome nicht überlappen, sind die zugehörigen Elektronen, i.G. zu den Leitungselektronen, fest an ihr Atom gebunden. Mit jedem 4f-Elektron ist aufgrund seines Gesamtbahndrehimpuls(3.Hundsche Regel) ein effektives magnetisches Moment verknüpft, wobei das des Holmiums mit zehn 4f-Elektronen das größte ist. Beim Holmium fehlen zur Sättigung der abgeschlossenen stationären 4f-Schale vier Elektronen
    67Ho (1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f10... 5s25p65d16s2)
  • Im Gegensatz zur Valenzbindung der Si,Ge-Dotierung bietet sich für die 4f-Dotierung des Ho die Ionenbindung mit dreiwertigen (p-Typ-Dotierung) und fünfwertigen (n-Typ-Dotierung) Elementen an.
  • n-Typ-Dotierung- P,As,Sb,Bi
    • Beispiel Phosphin
    • PH3 --15P (1s22s22p63s23p3)
  • p-Typ-Dotierung- B,Al,Ga,In,Tl
    • Beispiel Diboran
    • B2H6 --5B (1s22s22p1)
  • Während des Statusseminars "Supraleitung und Tieftemperaturtechnik" (25.-27.2.1991) wurde von R.P.Hübener et al. mit der Arbeit "Strukturelle und magnetische Messungen an oxidischen Supraleitern" der supraleitende Halbleiter
    Bi1.5Pb0.5Sr2HoCu2O8+y
    vorgeschlagen, den man durch vollständige Substitution des Ca im BiPbSrCaCuO durch Holmium erhält. Während des Statusseminars "Supraleitung und Tieftemperaturtechnik" (21.-23. 9.1992) wurde von G.Saemann-Ischenko et al. mit dem Thema "Mischzustand und Transporteigenschaften- p- und n-leitende HTSL als schmutzige TypII-Supraleiter" das elektronendotierte System
    Figure 00090001
    sowie das lochdotierte System
    Nd1.4Ce0.2Sr0.4CuO4–δ
    vorgestellt, analog zu den metallischen n-Typ-Leitern (Kupfer,Bismut) und den p-Typ-Leitern (Antimon,Konstantan). Die Sprungtemperatur von ca. 40 K ist für Flüssigwasserstoff-Kühlung ausreichend. Flüssigwasserstoff-Kühlung kann sowohl Supraleitung (Eindringen von ionisierten Protonen) als auch Halbleitung (Reduzierung der Leitfähig keit) verbessern, wie durch den Einbau von Wasserstoff in das Netzwerk des amorphen Si-Halbleiters bewiesen wurde (undotiertes gd-a-Si:H ist leicht n-leitend). Das Proton geht dabei eine kovalente Bindung mit einem ungesättigten Si-Atom ein.
  • 4. Physikalische Effekte mit Halbleiter-/Permanentmagnet-HTSL
  • Im Gegensatz zu HTSL-Halbleitern ist das Material von obigen p/n-Typ-Nd-Systemen nicht identisch, was zwar eine Thermoelektrika-Lötstelle, nicht jedoch einen echten p/n-Übergang möglich macht. Nach E.Justi ("Leitungsmechanismus und Energieumwandlung in Festkörpern", Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 1965) haben bei den klassischen Thermoelektrika die halbleitenden eine etwa 50mal größere Effektivität als die metallischen. Supraleitende p/n-Halbleiter sowie mit Haftzentren dotierte HTSL können als Elemente der klassischen elektromagnetischen (Hall-, Ettinghausen-, Thomson-, Nernst-), der thermomagnetischen (1. und 2. Righi-Leduc-, 1. und 2. Ettinghausen-Nernst-) und der thermoelektrischen (Peltier-, Seebeck-)-Effekte verwendet werden. Bei dem Peltier-/Seebeck-Effekt wird sowohl ein p- als auch ein n-Typ-Schenkel verlangt. Die Peltier-als auch die Nernst-Ettinghausen-Kühlung kann zur Selbstkühlung des Halbleiter/Permanentmagnet-HTSL (Rekondensierung verdampfenden Wasserstoffs) verwendet werden. Der HTSL-Hall-Effekt kann bei der Messung von Magnetfeldern bei supraleitenden Temperaturen Anwendung finden. Bei der Darstellung der klassischen Effekte hat Bismut immer eine besondere Rolle gespielt, da seine Hall-,Ettinghausen-, Nernst-, Righi-Leduc-Koeffizienten besonders groß sind. Diese Tatsache mag der Anwendung von BiPbSrHoCuO entgegen kommen.
  • Gemäß R.P.Hübener et al. ("Thermoelektrische und thermomagnetische Effekte im Mischzustand von HTSL", Statusseminar Supraleitung und Tieftemperaturtechnik, VDI-Verlag 1991) haben die transversale Nernst-Spannung und die longitudinale Seebeck/Peltier-Spannung unterschiedliche Ursachen. Wenn wir ein Nernst-Magnetfeld im rechten Winkel zum Schenkel-Strom des Seebeck-/Peltier-Elements anlegen, erreichen wir eine Überlagerung (Verstärkung) von Nernst- und Seebeck-/Peltier-Spannungen. Durch zusätzliche Dotierung mit Haftzentren erhalten wir einen Halbleiter-Permanentmagnet-HTSL. Es bietet sich daher an, die Kühlung mittels adiabatischer Entmagnetisierung nach dem Nernst-Effekt (magnetokalorisch) mit der Peltier-Kühlung (elektrokalorisch) zu kombinieren. Für den Nernst- Effekt wählen wir den mit Haftzentren dotierten Permanentmagnet-HTSL. Die Flußschläuche dringen in die Shubnikov-Abrikosov-Vortex (Bc1 < Ba < Bc2) ein und verbinden mittels der Haftkraft die Haftzentren auf kürzestem Weg miteinander. Für den Peltier-Effekt wählen wir den p/n-Übergang/ Lötstelle je eines n-Typ und p-Typ-Schenkels aus dotiertem Halbleiter-HTSL oder HTSL-Material.
  • 5. HTSL-magnetokalorische Kühlung
  • Magnetische Kühlanordnungen der Radbauart sind bekannt (US Department of Energy DE 33 01 786 A1 vom 20.1.1983). Ferromagnetische oder paramagnetische poröse Materialien sind als Lagen des Rades übereinandergeschichtet. Die am weitesten innen gelegene Lage hat die niedrigste, die am weitesten außen gelegene Lage die höchste Curie-Temperatur. Die Rotation des Rades erfolgt durch ein Magnetfeld senkrecht zur Radachse und parallel zu seiner Drehrichtung. Die Funktionsweise am Beispiel von Hochtemperatur-Supraleitern (HTSL) ist mit 7 (s.u.) beschrieben.
  • Die magnetische Kühlung verhält sich analog zur thermodynamischen Kühlung. Im T/s-Diagramm wird die thermodynamische Entropie durch die magnetische Entropie und die Isobaren durch Linien gleicher magnetischer Flußdichte ersetzt (magnetischer Carnot-Prozeß). Das Arbeitsmedium ist nicht mehr ein Gas, sondern ein magnetisches Material. In den meisten Fällen wird eine Abkühlung über größere Temperaturspannen und Entropieänderungen verlangt, als mit Hilfe eines einzigen magnetischen Materials in der Umgebung seines Curie-Punktes erreicht werden kann (W.Peschka- "Flüssiger Wasserstoff als Energieträger", Springer Verlag Wien, New York 1984). Im Falle von HTSL verwenden wir die Shubnikov-Abrikosov-Vortex eines Permanentmagnet-HTSL. Für die Curie-Temperatur eines konventionellen Ferromagneten setzen wir die Sprungtemperatur des Permanentmagnet-HTSL, Flüssigwasserstoff gekühlt (Adiabatische Entmagnetisierung, W.Buckel-"Supraleitung", VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1990).
  • 6. HTSL-elektrokalorische Kühlung
  • Die superponierte elektrokalorische Peltier-Kühlung ist abge leitet von den Thomson-Gleichungen, wonach in dem einen Peltier-(Seebeck-) Schenkel des Thermoelements eine positive Thomson-Spannung in Richtung des Stroms, in dem anderen eine negative Thomson-Spannung in Gegenrichtung des Stroms entsteht. Damit sich die beiden Spannungen eines homogenen Materials nicht gegenseitig aufheben, wählt man für den einen Schenkel einen Elektronen-leitenden n-Typ- und für den anderen einen Defektelektronen-leitenden p-Typ-Festkörper, die in einer Lötstelle oder einem p/n-Übergang zusammengeführt werden. Für Temperaturen bis ca. 40 K wählen wir eine Lötstelle zweier verschiedener HTSL, dem elektronendotierten System NdCeCuO sowie dem lochdotierten (Defektelektronen) System NdCeSrCuO (s.o.). Für Temperaturen bis zu dessen Sprungtemperatur nehmen wir ein und denselben HTSL, BiPbSrHoCuO (s.o.), n-Typ und p-Typ-dotiert mit p/n-Übergang. Das magnetische Rad, das im Magnetfeld magnetisiert und außerhalb wieder entmagnetisiert wird, besteht aus zwei Lagen hintereinandergeschalteter p/n-Übergänge/Lötstellen der elektrokalorischen Peltierelemente. Die innere Lage besteht aus p/n-NdCeSrCuO/NdCeCuO-Lötstellen, die äußere aus p/n-Typ BiPbSrHoCuO-Übergängen.
  • 7. Überlagerte HTSL-magneto-/elektrokalorische Kühlung
  • Die HTSL-p/n-Typ-Peltierelemente werden mit Haftzentren dotiert, so daß sie gleichzeitig als HTSL – Permanentmagnete/Nernst-Elemente dienen können. Wir haben es also mit kombinierten Peltier-/Nernst-Kühlelementen zu tun, bei denen die transversale Nernst-Spannung und die longitudinale Peltier-Spannung unterschiedliche Ursachen haben (R.P.Hübener et al.,s.o.) Die Thermokraft der Thermoelektrika kann durch Ag-Dotierung erhöht werden. Das Maximum der absoluten Thermokraft von reinem Ag liegt in der Nähe des Siedepunkts von Flüssigwasserstoff (20K, phonon drag). Gemäß V.Stepankin et al. ("Application of Magnetically Oriented Dy/Ho/Er/Tb to Magnetic Field Enhancement in Super conducting Magnets", EUCAS,Göttingen 1993) bieten sich Dy,Ho,Er,Tb wegen der hohen Sättigungsflußdichte bei tiefen Temperaturen (Ho-3.37 T bei 20 K) als Ferromagneten an. Der Ferromagnetismus kann den Quasi-Permanentmagnetismus der HTSL verstärken.
  • 8. Hybrid-Brennstoffzelle/HTSL-Spule
  • Eine Brennstoffzelle kann zusammen mit einem HTSL-Spule/Hohlzylinder-Speicher als Hybridspeicher eingesetzt werden, indem der HTSL-Spule/Hohlzylinder-Speicher den Sekunden/Minuten- und die Brennstoffzelle den Minuten/Stunden-Betriebsbereich abdeckt (E.Berling DE 42 03 419 A1 , Anspruch 12 vom 6.2.1992). Verdampfender Wasserstoff der HTSL-Kühlung kann für den Betrieb der Brennstoffzelle verwendet werden. Für den Fluzeug/Kfz-Bereich kommt gegenwärtig nur der Membran-Typ mit protonenleitender Ionentauschermembran in Frage (Polytetrafluorethylen-PEM-Brennstoffzelle). Der HTSL-Spule/Hohlzylinder-Speicher ist umgeben mit einem Flüssigwasserstoff-gekühlten p/n-Typ-photovoltaischen Zylinder, bestehend aus n-Typ und p-Typ-dotiertem HTSL-Halbleiter BiPbSrHoCuO. Der Flüssigwasserstoff verdampft gemäß der Intensität der Sonneneintrahlung. Die spektrale Verteilung der Photoempfindlichkeit von z.B. PbSe verschiebt sich bei 20 Kelvin entscheidend in den infraroten Bereich (max. 7 μm bei 20K), was auch für HTSL-Halbleiter-Photozellen von Bedeutung sein kann. Die Strahlungintensität (Fläche W/cm2 × μm Wellenlänge) im Infrarotbereich ist größer als die im Bereich des sichtbaren Lichts des Sonnensprektrum. Die Membran-Technik gestattet es, Brennstoffzelle und Elektrolyseur in einem Apparat zu vereinen-1/2 O2 + 2e– + 2H+ ⇄ H2O. Die Elektrolyse ist die inverse Reaktion des Brennstoffzellen-Vorgangs. Bei Anlegen einer Spannung an denselben Brennstoffzellen-Apparat wird zugeführtes Wasser elektrolytisch gespalten. Der entstehende Wasserstoff kann, magneto-/elektrokalorisch verflüssigt, wieder zur Kühlung von HTSL-Spule/Hohlzylinder/Photovoltaik-Zylinder verwendet werden.
  • 9. Flugzeug/Kfz-relevante HTSL-Anwendungen mit Flüssigwasserstoff-Kühlung (20 Kelvin)
  • Bei Flüssigwasserstoff-Betrieb eines Flugzeugs/Kfz kann dieser Kraftstoff gleichzeitig als Kühlmedium für die am Betrieb beteiligten HTSL-Bauelemente und -Aggregate dienen.
    • a. Elektro-Kraftstoffpumpe- wie bei der Bosch-Mono-Jetronik wird die Elektro-Kraftstoffpumpe in den Flüssigwasserstoff-Tank integriert, so dass die HTSL-Wicklungen und die NdFeB/YBCO-HTSL-Lager direkt vom umgebenden Flüssigwasserstoff auf supraleitende Temperaturen gekühlt werden können.
    • b. Zündspule mit Zundverteiler- Die Zündspule wird als HTSL-Spule/Hohlzylinder ausgestaltet. Dauermagnete und Induktionswicklung des induktiven Zündverteilers sowie das Hall-Element des Hall-Geber-Zündverteilers werden mit HTSL-Material aufgebaut und Flüssigwasserstoff gekühlt.
    • c. Elektromagnetische Ventile- Die HTSL-Bauelemente der elektromagnetischen Einspritz-, Kaltstart-, Absperr-, Überstrom- und Sicherheits-Ventile werden vom durchströmenden Flüssigwasserstoff gleichzeitig gekühlt.
    • d. Elektro-Starter- Die HTSL-Bauelemente von Starter-Nebenschluss-Gleichstrommotor, Starter-permanenterregtem Gleichstrommotor oder Starter-Reihenschluss-Gleichstrommotor werden mit Flüssigwasserstoff gekühlt.
    • e. Drehstromgenerator mit Gleichrichter und elektrischem Feldregler- Flüssigwasserstoff eignet sich besonders gut zur Kühlung der HTSL-Drehstromgenerator-Wicklungen, der HTSL-Halbleiter-Bauelemente des elektrischen/elektronischen Feldreglers sowie der HTSL-Gleichrichter.
    • f. Transistor-Schalt- und CPU-Steuer-Gerät- Flüssigwasserstoff kann angewendet werden zur Kühlung von HTSL-Halbleitern (z.B. BiPbSrHoCuO) im Flugzeug/Kfz-Bereich, wie z.B. Gleichrichtern, Hall-Elementen, HTSL-Halbleitern im Feldregler und diskreten als auch integrierten HTSL-Halbleitern (CPU,RAM,ROM) im Schalt- und Steuergerät (s.u.)
    • g. HTSL-DRAM-Speicherzelle Flüssigwasserstoff-gekühlt-Mit zunehmender Integration von flüchtigen DRAMs werden die Dimensionen des Kondensators der Speicherzelle immer kritischer (28.5 Femtofarad, ca. 40 Femtocoulomb z.B. eines SrTi03/Ru02/TiN/Si02-Kondensators der 1 Gbit DRAM). Es wird daher vorgeschlagen, eine nicht-flüchtige HTSL-Permanentmagnetschicht zu integrieren, die im Falle eines HTSL-Quench zum Kondensator-Dielektrikum wird.
  • Verschiedene Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL)-Bauelemente und Aggregate eines Hybrid-Wasserflugzeugs mit Flüssigwasserstoff-Kraftstoff-Anlage für den Katapult-Start mittels HTSL-Linearmotor und HTSL-Magnetohydrodynamik (MHD)-Aggregat für die Wasserung mit Fortbewegung auf dem Wasser sowie HTSL-SMES--Brennstoffzelle und HTSL-elektro-/magnetokalorischem Verflüssiger/Reformer sind in den acht Figuren dargestellt.
  • 1 zeigt die beiden wichtigsten HTSL-Phasen, die Meissner-Phase bis B c1 und die mit Haftzentren versehene Shubnikov-Abrikosov-Vortex bis B c2, in die das Feld eindringt. Bei den behandelten HTSL-Permanentmagnet-Anwendungen haben wir es ausschließlich mit der Shubnikov-Abrikosov-Vortex zu tun.
  • 2 zeigt die Überlagerung von drei typischen Feldverteilungen über den Querschnitt eines HTSL-Permanentmagneten. Die variablen Führ-und Erreger-Felder werden mittels eines äusseren Feldes Ha nach dem Kühlprozess bis zur Eindringtiefe x aufgeprägt (zero-field cooled process). Das stationäre Tragfeld wird während des Kühlprozesses aufgeprägt und damit eingefroren (field cooled process).
  • 3 zeigt den Querschnitt mit perspektivischer Darstellung des kombinierten Linearmotor/MHD-Aggregats. Der Katapult-Fahrweg 3-1 befindet sich während des Starts innerhalb des Linearmotor/MHD-Aggregats. Der Fahrweg besteht aus dem Langstator eines synchronen Linearmotors und ist mit konventionellen Wicklungen 3-2 aufgebaut. Der HTSL-Linearmotor-Rotor 3-3 ist unterhalb des Langstators angeordnet. Der HTSL-Linearmotor-Rotor befindet sich auf dem den Katapult-Fahrweg umschlies senden Schenkel 3-4 des Wasserflugzeugs und ist nach dem Start im Schenkel absenkbar 3-5. Die umschliessende MHD-Sattelspule 3-6, perspektivisch dargestellt, besteht aus laminierten gewölbten Flüssigwasserstoff-gekühlten HTSL-Schichten 3-7 (Laserdeposition von YBaCuO-Schichten auf Ni, NiCr-Blechen). Das im rechten Winkel zum Magnetfeld B angeordnete elektrische Feld E wird durch MHD-Kathoden/Anoden 3-8 erzeugt.
  • 4-Der Katapult-Fahrweg 3-1,bestehend aus dem Langstator eines synchronen Linearmotors, ist konventionell aufgebaut. In der Bodengruppe (Schenkel) des Wasserflugzeugs befinden sich die kombinierten Trag-/Führ-/Erreger-Magnete 4-2, die aus HTSL- Permanentmagnetmaterial aufgebaut und Flüssigwasserstoff gekühlt sind. In ihnen werden Erregerfeld und Führfeld aufgeprägt und das Tragfeld eingefroren. Die Erregerwicklung 4-3 besteht aus Flüssigwasserstoff-gekühltem HTSL-Draht (BiPbSrCaCuO) und kann vor dem Betrieb zum gepulsten Aufprägen des Tragfeldes dienen. Das HTSL-Halbleiter-Hall-Element 4-4 regelt über die Erregerwicklung die Spaltbreite 4-5 von 10 mm. Der Abstand zwischen Katapult-Fahrweg und Wasserflugzeug-Boden 4-6 beträgt im Betrieb 150 mm 4-7.
  • 5 zeigt die klassischen elektromagnetischen Elemente (Hall-, Ettinghausen-, Thomson-, Nernst-), thermomagnetischen Elemente (1. und 2. Righi-Leduc-, 1. und 2. Ettinghausen- Nernst-) und die thermoelektrischen Elemente (Peltier-Seebeck-). Das Hall-Halbleiterplättchen wird von einem gleichmäßig über seinen Querschnitt verteilten Strom durchflossen. Wird senkrecht zum Plättchen ein Magnetfeld angelegt, so tritt zwischen den Plättchenrändern eine Spannung auf und es fließt ein Strom durch ein an beiden Plättchenrändern angeschlossenes Galvanometer. Mittels der so entstandenen Hall-Spannung am HTSL-Halbleiter-Hall-Element wird das magnetische Feld B im Linearmotor-Luftspalt gemessen. Die transversale Spannung des 1. Nernst-Ettinghausen-Effekts und die longitudinale Spannung des Seebeck-Peltier-Effekts haben unterschiedliche Ursachen. Wir erreichen eine Überlagerung (Ver stärkung) beider Effekte, wenn wir ein Magnetfeld im rechten Winkel zum Schenkel-Strom des Seebeck-Peltier-Elements anlegen. Durch zusätzliche Dotierung mit Haftzentren erhalten wir einen Halbleiter-Permanentmagnet-HTSL.
  • 6 zeigt ein Seebeck-Element 6-1, das an das Auspuffrohr 6-2 (1000 K) montiert ist. Der positive und negative Schenkel des Seebeck-Elements münden als p-Typ und n-Typ-HTSL-Halbleiter (z.B. BiPbSrHoCuO) in den Flüssigwasserstofftank 6-3. Ein in Reihe geschaltetes Peltier-Kühlelement 6-4 ist mit den HTSL-Halbleiter-Seebeck-Schenkeln verschaltet. Die HTSL-Halbleiter-p/n-Übergänge/Lötstellen des Peltierelements 6-5 befinden sich innerhalb des Tanks, um den verdampfenden Wasserstoff zu rekondensieren. Die durch das Temperaturgefälle erzeugte Seebeck-Spannung wird an das Peltier-Element und die Elektro-Kraftstoffpumpe 6-6 angelegt.
  • 7 zeigt ein HTSL-magneto-/elektrokalorisches Kühlaggregat. Ein magnetisches Rad, bestehend aus z.B, zwei Lagen, bewegt sich durch ein Magnetfeld, senkrecht zur Radachse und parallel zu seiner Drehrichtung. Die Lagen bestehen aus in Serie geschalteten HTSL-p/n-Typ-Peltier-Elementen 7-11, die mit Haftzentren dotiert sind, so dass sie gleichzeitig als HTSL-Permanentmagnete/Nernst-Elemente dienen können. Die innere Lage 7-3 besteht aus z.B. p/n-Typ NdCeSrCuO/NdCeCuO-Lötstellen geringer Sprungtemperatur, die äussere Lage 7-4 aus z.B, p/n-Typ BiPbSrHoCuO-Übergängen höherer Sprungtemperatur. Die beiden Lagen können aus verschiedenen Schichten schrittweise zunehmender Sprungtemperatur bestehen, wobei die innerste Schicht eine Sprungtemperatur von 20 Kelvin (Siedetemperatur von Wasserstoff), die äusserste die höchstmögliche Sprungtemperatur für einen Halbleiter-Permanentmagnet-HTSL hat. Sobald das Rad 7-1 in das Magnetfeld 7-2 eintritt, tritt verdampfender Wasserstoff mit der Temperatur TK (z.B. 21 K) aus dem Tank 7-5 und der inneren Wasserstoff-Sammelleitung 7-6 in die innerste Lage des Rades ein und löst eine thermische Wellenfront aus. Wasserstoff tritt aus der äussersten Lage mit der Temperatur TW + ΔTw (z.B. 90 k + 10 k bei einer Sprungtemperatur von ca. 100 K) in die äussereWasserstoff-Sammelleitung 7-7 ein. Die Wasserstoffzufuhr hört auf, sobald das Magnetfeld wieder verlassen wird. Bei Eintritt des Rades in die entmagnetisierte Zone tritt Wasserstoff mit der Temperatur TW(90K, um ΔTw= 10K durch den Wärmetauscher 7-8 abgekühlt)in die äusserste entgegengesetzte Wasserstoff-Sammelleitung 7-9 und die äusserste Lage des Rades ein. Der Wasserstoff kühlt adiabatisch auf TK – ΔTK = 21K – 2K) ab und wird in der inneren entgegengesetzten Wasserstoff-Sammelleitung 7-10 und im Tank wieder gesammelt.
  • 8 zeigt eine Membran-Brennstoffzelle, umgeben von einem HTSL-Spule/Hohlzylinder-Speicher sowie einem Halbleiter-HTSL-Photovoltaik-Zylinder. Gasförmiger Wasserstoff und Sauerstoff strömen von beiden Seiten in die porösen Verteiler 8-1 ein, die getrennt sind durch Katalysator 8-2 und Membran 8-3. Bei der Wasserstoff-/Sauerstoff-Reaktion entsteht ein elektrischer Strom im Stromkollektor 8-4, dessen Spannung an den Polen 8-5 abgegriffen wird sowie Wasser, das am Ausgang 8-6 entweicht. Die die Membran-Brennstoffzelle umgebende HTSL-Spule (SMES) 8-7 und der HTSL-Hohlzylinder 8-8 werden mit Flüssigwasserstoff gekühlt 8-9 und dienen als zusätzliche Sekunden/Minuten-Speicher. Der p/n-Typ-dotierte Halbleiter-HTSL-Photovoltaik-Zylinder 8-10, Flüssigwasserstoff gekühlt 8-11, erzeugt zusätzlichen Solarstrom. Der durch Sonneneinstrahlung verdampfende Wasserstoff wird mittels Wärmetauscher 8-12 und magnetokalorischer HTSL-Regeneratorstufen 8-13 verflüssigt wieder in das HTSL-Kühlsystem- oder in gasförmigem Zustand in die Brennstoffzelle zurückgeführt. Der umgekehrte Vorgang der Brennstoffzellen-Reaktion ist die Elektrolyse, die mit derselben Membran-Anordnung wieder aus Wasser Wasserstoff erzeugen kann, der als Kühlmedium HTSL-magnetokalorisch verflüssigt wird. Ein Teil der elektrischen Energie für die Elektrolyse kann von dem p/n-Halbleiter-HTSL-Photovoltaik-Zylinder erzeugt werden. Gemäss M.I.T./SUMITOMO Electric und NIPPON Steel ist 20 Kelvin (Flüssigwasserstoff) eine optimale Kühltemperatur für Hochtemperatur-Supraleiter (World Congress on Superconductivity, München 1992, Pergamon Press, Oxford, New York, Tokyo, 1992).

Claims (26)

  1. Hybrid-Wasserflugzeug mit einer Flüssigwasserstoff-Kraftstoffanlage, das neben Turbinenluftstrahl-Triebwerken oder Hubkolbenmotoren und weiteren Bauelementen und Hilfsaggregaten einen Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL)-Linearmotor (3-10) für den Katapultstart kombiniert mit einem Magnetohydrodynamik (MHD)-Motor (3-9) für die Wasserung und Fortbewegung auf dem Wasser besitzt, die beide aus Raum- und Gewichtsgründen in ein und demselben Raum integriert sind wobei diese Bauelemente und Aggregate mit demselben Flüssigwasserstoff gekühlt werden, mit dem Turbinenluftstrahl-Triebwerke und Hubkolbenmotoren betrieben werden.
  2. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete eines HTSL-Linearmotor-Rotors (3-3) HTSL-Permanentmagnete (4-2) sind, in denen variabel aufgeprägte Führ- und Erreger-Felder dem stationär eingefrorenen remanenten Tragfeld überlagert sind.
  3. Hybrid-Wasserflugzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigwasserstoffgekühlten HTSL-Permanentmagnete des Linearmotor-Rotors (3-3) unterhalb des Fahrwegs angeordnet sind und anziehende Kräfte der Shubnikov-Abrikosov-Vortex ausüben.
  4. Hybrid-Wasserflugzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die HTSL-Permanentmagnete (4-2) des HTSL-Linearmotor-Rotors (3-3) mit Fremdteilchen zur Ausbildung von Haftzentren angereichert sind.
  5. Hybrid-Wasserflugzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die HTSL-Permanentmagnete (4-2) des Flüssigwasserstoff-gekühlten HTSL-Linearmotor-Rotors (3-3) aus YBaCuO-Bulk-Material mit Y203-Haftzentren und seine HTSL-Erregerwicklung (4-3) aus BiPbSrCaCuO-Draht bestehen.
  6. Hybrid-Wasserflugzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigwasserstoff-gekühlte Hochtemperatur-Supraleiter Magnetohydrodynamik (MHD)-Motor (3-9) zur Wasserung und Fortbewegung auf dem Wasser aus einer Sattelspule (3-6) mit gewölbten Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL)-Schichten (3-7) besteht.
  7. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten der MHD-Sattelspule (3-6) aus dem Hochtemperatur-Supraleiter YBaCuO bestehen, der auf laminierte gewölbte Ni,NiCr-Bleche deponiert wird.
  8. Hybrid-Wasserflugzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des elektrischen Feldes des HTSL-Linearmotor/MHD-Aggregats im rechten Winkel zum magnetischen Feld Elektroden (3-8) angeordnet sind.
  9. Hybrid-Wasserflugzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Katapultstart die MHD-Sattelspule (3-6) unten geschlossen und der HTSL-Linearmotor-Rotor in die Bodengruppe (3-5) des Wasserflugzeugs abgesenkt wird.
  10. Hybrid-Wasserflugzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Flüssigwasserstoff-gekühlten Bauelementen und Aggregaten verwendeten HTSL-Halbleiter aus dem System BiPbSrCaCuO bestehen, bei dem das Element Kalzium durch die Seltenerdmetalle Holmium, Terbium, Dysprosium, Erbium substituiert sind.
  11. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete HTSL-Halbleiter BiPbSrHoCuO als n-Typ mit P,As,Sb,Bi und sein p-Typ mit B,Al,Ga,In,Tl dotiert sind.
  12. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete HTSL-Halbleiter BiPbSrHoCuO sowohl n-Typ als auch p-Typ dotiert wird.
  13. Hybrid-Wasserflugzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Bauelemente mit p/n-Lötstelle aus einem n-Typ-Schenkel aus NdCeCuO/SrNdCuO und einem p-Typ-Schenkel aus NdCeCrCuO bestehen.
  14. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hochtemperatur-Supraleiter-Halbleiter/Permanentmagnete als elektromagnetische Bauelemente (Hall-, Ettinghausen-, Thomson-, Nernst-Effekt),thermomagnetische Bauelemente (Righi-Leduc-, Ettinghausen-Nernst-Effekt) und thermoelektri sche Bauelemente (Peltier-, Seebeck-Effekt) verwendet werden.
  15. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an den Seebeck-Schenkeln des HTSL-Halbleiter-Seebeck-Elements eine Seebeck-Spannung im Kraftstoff-/Kühlmittel-Tank erzeugt wird.
  16. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass HTSL-Halbleiter-p/n-Übergang und p/n-Lötstelle eines Peltier-Kühl-Bauelements verdampfenden Wasserstoff innerhalb des Tanks rekondensieren.
  17. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der HTSL-Halbleiter-Permanentmagnet-Regenerator eines elektro-/magnetokalorischen Kühlaggregats aus einem HTSL-p/n-Halbleiter besteht, der durch Dotierung mit Haftzentren gleichzeitig zum Permanentmagneten wird.
  18. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem HTSL-Halbleiter-Permanentmagnet-Regenerator die transversale Nernst-Spannung der longitudinalen Seebeck-/Peltier-Spannung überlagert ist.
  19. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rad (7-1) als rotierender HTSL-Halbleiter-Permanentmagnet-Regenerator eines elektro-/magnetokalorischen Kühlaggregats durch ein Magnetfeld geführt wird.
  20. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (7-1) als Regenerator aus verschiedenen Schichten von p/n-Halbleiter-Permanentmagnet-HTSL besteht, die Nernst- und Seebeck-/Peltier-Spannungen überlagern und verdampfenden Wasserstoff rekondensieren.
  21. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprungtemperaturen der HTSL-Radschichten eines rotierenden HTSL-Halbleiter-Permanentmagnet-Regenerators, beginnend innen mit der Siedetemperatur des Wasserstoffs, nach aussen hin zunehmen und dass die HTSL-p/n-Peltier-Übergänge/Lötstellen (7-11) über den Umfang des Rades in Reihe geschaltet sind.
  22. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Brennstoffzellen-Aggregat aus einem Brennstoffzelle/Elektrolyseur-HTSL-Spule/Hohlzylinder-Speicher-System besteht, wobei der HTSL-Spule/Hohlzylinder-Speicher (8-8) den Sekunden-/Minuten- und die Brennstoffzelle (8-1, 2, 3) den Minuten/Stunden-Bereich abdeckt.
  23. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass verdampfender Wasserstoff der HTSL-Kühlung des Speichersystems für den Betrieb der Brennstoffzelle verwendet wird.
  24. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle im Umkehrbetrieb als Elektrolyseur mit der gespeicherten Energie des HTSL-Spule/Hohlzylinder-Speichers (8-8) betrieben wird.
  25. Hybrid-Wasserflugzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur mit der Energie eines ihn umgebenden p/n-Halbleiter-HTSL-Photovoltaik-Zylinders (8-10) versorgt wird.
  26. Hybrid-Wasserflugzeug nach den Ansprüchen 1 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektro-Kraftstoffpumpe mit HTSL-Elektromotor (6-6) und NdFeB/YBCO-HTSL-Lagern im Flüssigwasserstoff-Tank integriert ist und damit auf supraleitende Temperatur gekühlt wird.
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DE4029443A1 (de) * 1990-09-17 1991-05-02 Eckart Dipl Ing Berling Mhd- schiffs- strahltriebwerks- aggregat bestehend aus wasserstoff- produzierenden elektrochemischen solarzellen, magnetokalorischem wasserstoffverfluessiger, fluessigwasserstoff- gekuehltem hochtemperatur- supraleiter- mhd- strahltriebwerk, fluessigwasserstoff- verbrennungsmotor als hochtemperatur- supraleiter- generator- antrieb, hochtemperatur- supraleiter- spule und permanentmagnetischem supraleiter- hohlzylinder als akku
DE4128362A1 (de) * 1991-08-27 1992-03-12 Eckart Dipl Ing Berling Hochtemperatur- supraleiter magnetokalorischer wasserstoff-verfluessiger (linear und rotierend) integriert in htsl-spule/hohlzylinder-speicher/akku und kfz-htsl-motor/generator, beide fluessigwasserstoff gekuehlt
DE4203419A1 (de) * 1992-02-06 1992-06-04 Eckart Dipl Ing Berling Hydrid-kfz-antriebsaggregat bestehend aus hochtemperatur-supraleiter-kreiskolbenmaschine als magnetischer flusspumpe und htsl-elektromotor, beide fluessigwasserstoff gekuehlt, sowie kreiskolben-verbrennungsmotor, fluessigwasserstoff betrieben
DE4316495A1 (de) * 1993-05-17 1993-10-28 Eckart Dipl Ing Berling Hybrid-Magnetschwebebahn-Aggregat, bestehend (neben der Langstatorwicklung) aus kombinierten Trag-/Führ-/Erreger-Hochtemperatur-Supraleiter-Permanentmagneten, Flüssigwasserstoff-gekühlt, für Normalfahrt und Flüssigwasserstoff-Verbrennungskraftmaschine für Notfahrt

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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