DE2443626A1

DE2443626A1 - PROCESS FOR PRODUCING A FUEL BASED ON HYDROGEN, AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE PROCESS

Info

Publication number: DE2443626A1
Application number: DE19742443626
Authority: DE
Inventors: Henry Jacob Gomberg; Theodor Teichmann; Robert Jerrell Teitel
Original assignee: Texas Gas Transmission Corp
Current assignee: Texas Gas Transmission Corp
Priority date: 1973-11-09
Filing date: 1974-09-12
Publication date: 1975-05-15
Also published as: JPS5079501A; GB1492785A; FR2250818B1; NL7414488A; FR2250818A1; IT1021657B; CA1025800A

Description

2U36262U3626

WF Tx/101WF Tx / 101

Texas Gas Transmission Corporation, Owensboro, Kentucky 42301/USA Texas Gas Transmission Corporation, Owensboro, Kentucky 42301 / USA

Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffes auf Wasserstoff-Basis, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Process for the production of a fuel based on hydrogen, as well as device for Implementation of the procedure.

■ -■ -

j Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von gasj förmigem Brennstoff auf Wasserstoff-BasLs und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen Produktes.j The present invention relates to the production of gasj shaped fuel on hydrogen BasLs and in particular a Method and apparatus for manufacturing such a product.

Es läuft zur Zeit ein Entwicklungsprogramm, daß sich mit der Durchführung von Kernfusionen durch Entzündung eines Pellets aus einem Fusionsbrennstoff, wie beispielsweise Deuterium und Deuterium-Tritium, mit Hilfe eines Laserstrahles beschäftigt. Die entstehende gesteuerte Kernfusionsreaktion ergibt eine Quelle hoher Energie in Form von geladenen Teilchen, elektromagnetischer und thermischer Strahlung und Neutronen. Es gibt eine Reihe verschiedener Lösungsversuche des obengenannten Problems, von denen einer als Energiequelle einen Laser und eine besondere Ausbildung der Pellets verwendet, wodurch es möglich wird, die Zündung und Verbrennung der Pellets in einer Reaktionskammer durchzuführen.A development program is currently underway that deals with the implementation of nuclear fusions by igniting a Pellets made from a fusion fuel such as Deuterium and Deuterium-Tritium, employed with the help of a laser beam. The resulting controlled nuclear fusion reaction provides a source of high energy in the form of charged particles, electromagnetic and thermal radiation and neutrons. There have been a number of different attempts to solve the above problem, one of which is used as an energy source Laser and a special design of the pellets are used, which makes it possible to ignite and burn the pellets to be carried out in a reaction chamber.

509820/0302 " ² "509820/0302 " ² "

- 2 - 244362S- 2 - 244362S

Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren sind allgemein in folgenden Druckschriften beschrieben:Devices for carrying out these processes are generally described in the following publications:

US-PS 3 378 446 (Whittlesey 16. April 1968) US-PS 3 489 645 (Daiber 13. Januar 1970) US-PS 3 762 992 (Hedstrom 2. Oktober 1973).U.S. Patent 3,378,446 (Whittlesey April 16, 1968) U.S. Patent 3,489,645 (Daiber January 13, 1970) U.S. Patent 3,762,992 issued to Hedstrom Oct. 2, 1973.

Weiterhin befassen sich mit diesem allgemeinen Thema die folgenden Veröffentlichungen:The following publications also deal with this general topic:

1. K.A. Brueckner "Laser Driven Fusion" IEEE Trans, on Plasma Science, PS-I p. 13 (1973),1. N.A. Brueckner "Laser Driven Fusion" IEEE Trans, on Plasma Science, PS-I p. 13 (1973),

2. R-. Carruthers u.a., "The Economic Generation of Power from Thermonuclear Fusion" CLM-R85, UKAEA, Culham Laboratory, October 1967,2. R-. Carruthers et al., "The Economic Generation of Power from Thermonuclear Fusion" CLM-R85, UKAEA, Culham Laboratory, October 1967,

3. R. Hancos & I.J. Spalding "Reactor Implications of Laser Ignited Fusion" CLM-P310, UKAEA, Culham Laboratory, Dezember 1972.3. R. Hancos & I.J. Spalding, "Reactor Implications of Lasers Ignited Fusion "CLM-P310, UKAEA, Culham Laboratory, December 1972.

Theoretische Berechnungen einer ersten Generation von mit Lasern betriebenen Kernfusionsreaktionen, welche Deuterium-Tritium-Pellets benutzen, zeigen, daß ca. 20 % der Energie in Form von geladenen Teilchen (insbesondere Alphateilchen, aber ebenso neutrale Teilchen und elektromagnetische Strahlung) erhalten wird, welche innerhalb der Reaktoifkammer oder durch Kollision mit den Kammerwänden absorbiert werden müssen. Die übrige Energie von etwa 80 % wird in Form von hochenergetischen Neutronen abgegeben.Theoretical calculations of a first generation of laser-operated nuclear fusion reactions using deuterium-tritium pellets show that approx. 20 % of the energy is obtained in the form of charged particles (especially alpha particles, but also neutral particles and electromagnetic radiation), which within the Reaktoifkammer or must be absorbed by collision with the chamber walls. The remaining energy of around 80 % is given off in the form of high-energy neutrons.

Wenn die oben erwähnten 20 % der Energie innerhalb der Kammer absorbiert und ausgenutzt werden können, hat dies eine Reihe von Vorteilen, die im folgenden zusammengefaßt sind:If the above-mentioned 20 % of the energy within the chamber can be absorbed and used, this has a number of advantages, which are summarized below:

. Die Energie ist direkt verfügbar, ohne das Verluste infolge des Durchgangs durch die Kammerwände und mögliche äußere Warmeübertragungsschleifen auftreten.. The energy is directly available without the loss due to the passage through the chamber walls and possible external ones Heat transfer loops occur.

"509 820/0302"509 820/0302

■ - 3 - 24A3626■ - 3 - 24A3626

2. Die thermische und mechanische Beanspruchung der Kammerwände wird herabgesetzt.2. The thermal and mechanical stress on the chamber walls is reduced.

3« Die Beschädigung der Kammerwände durch Strahlung wird herabgesetzt. 3 «Radiation damage to the chamber walls is reduced.

Eine der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben bestand daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe der Anteil+ der Kernfusionsenergie, der normalerweise in den Kammerwänden absorbiert wird, zur Herstellung von Wasserstoff nutzbar gemacht werden kann.One of the objects on which the invention is based was therefore to create a method and a device with the help of which the share + of the nuclear fusion energy, the normally absorbed in the chamber walls for manufacture can be made usable by hydrogen.

Ein anderer Gegenstand der Erfindung liegt darin, die Energie, die in Form von schnellen Neutronen vorliegt, welche die erste Kammerwand durchdringen, dazu auszunutzen, um thermochemische und radiochemische Reaktionen auszulösen, welche die Erzeugung von Wasserstoff zur Folge haben.Another object of the invention is the energy, which is in the form of fast neutrons, which is the first Penetrate chamber wall, to use to trigger thermochemical and radiochemical reactions, which generate of hydrogen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Wärme und sonstige Energie der Fusionsreaktion (manchmal als Fusionsbrand bezeichnet) dazu auszunutzen, um einen gasförmigen Brennstoff auf Wasserstoffbasis zu erzeugen.Another object of the present invention is in harnessing the heat and other energy of the fusion reaction (sometimes referred to as fusion fire) to to produce a gaseous hydrogen-based fuel.

Ein weiterer Gegenstand besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Energie, die aus der Fusionsreaktion entsteht, verwenden zur Dissoziation von Wasser in irgend einer Form in Wasserstoff und Sauerstoff und zwar hauptsächlich deshalb, um Wasserstoff zu erhalten, der direkt als Brennstoff verwendet werden kann.Another object is to provide a method and an apparatus which the energy generated from the Fusion reaction arises, use to dissociate water in some form into hydrogen and oxygen mainly to obtain hydrogen that can be used directly as fuel.

Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der Fusionsenergie zur Herstellung von Wasserstoff und in einem weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung von Metjangas, das in existierende Gasübertragungs- und Verteilungssysteme eingeleitet werden kann.Another object of the invention is the use of fusion energy for the production of hydrogen and in one further process step for the production of Metjangas, the introduced into existing gas transmission and distribution systems can be.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in der Verwendung eines Anteils der Energie der Fusionsreaktion, um kohlenstoff-Another object of the invention consists in the use of a portion of the energy of the fusion reaction to carbon

"; 5Ö 98 20/0302"; 5Ö 98 20/0302

haltige Substanzen, wie beispielsweise Kohle oder Kalkstein, aufzuheizen zur Erzeugung von Kohlenmonoxid- oder Kohlendioxid-Gas oder zur Erzeugung von Kohlenstoff,der bei der Herstellunge· temperatur von etwa 880 F zu Methan weiterverarbeitet werden kann.containing substances, such as coal or limestone, to be heated to generate carbon monoxide or carbon dioxide gas or for the production of carbon, which is used in the production temperature of about 880 F can be further processed to methane.

Schließlich ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung die parallele und gleichzeitige Ausnutzung der Fusionsenergie in Form von Wärme und Strahlung in chemischen Zyklen, welche zur thermochemisehen Spaltung von Wasser führen können, wobei andere teilnehmende Bestandteile unverändert bleiben.Finally, another object of the invention is the parallel and simultaneous use of the fusion energy in Form of heat and radiation in chemical cycles, which can lead to the thermochemical splitting of water, whereby other participating components remain unchanged.

Darüber hinaus kann die gleiche Vorrichtung verwendet werden zur Rückgewinnung der die Reaktion begleitenden Restwärme zur zusätzlichen Herstellung von Dampf, der in bekannter Weise weiterverwendet werden kann.In addition, the same device can be used to recover the residual heat accompanying the reaction for the additional production of steam in a known manner can be reused.

Andere Gegenstände und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den Patentansprüchen hervor, in welchen die Wirkungsprinzipien der Erfindung beschrieben sind zusammen mit der im Augenblick als beste erachteten Ausführungsform für die Anwendung der obengenannten Prinzipien.Other objects and advantages of the invention will emerge from the following description and claims, in which the principles of operation of the invention are described together with the best mode contemplated at the moment for applying the above principles.

Die Offenbarung wird durch Zeichnungen ergänzt und die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen Werden im folgenden kurz beschrieben:The disclosure is supplemented by drawings and the various Views of the drawings are briefly described below:

Figur 1 zeigt in. Form eines Diagramms eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung; Figur 2 zeigt in veränderter diagrammartiger Darstellung eine Vorrichtung zur Verwendung eines geschmolzenen Materials zum Transport von Wärme zu einer außerhalb angeordneten Kalkbrennvorrichtung. (Oder einer anderen Aufheizanlage für kohlenstoffhaltiges Material)FIG. 1 shows, in the form of a diagram, an apparatus for carrying out the method according to the invention; FIG. 2 shows, in a modified diagrammatic representation, an apparatus for using a molten material for Transport of heat to a lime kiln located outside. (Or another heating system for carbonaceous Material)

Bei der in den Figuren dargestellten Vorrichtung wird eine Reaktionskammer 10 durch sphärisch ausgebildete Wände 12In the device shown in the figures, a reaction chamber 10 is formed by spherically formed walls 12

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-s- 2443628-s- 2443628

gebildet, an denen eine Austrittsdüse 14 mit einer Austrittsöffnung 16 angeordnet ist. Konzentrisch zur Austrittsöffnung ist ein Sauerstoffabführungsrohr 18 angeordnet. Die verbleibende Öffnung der Austrittsdüse dient zur Abführung von Wasserstoff der nach irgend einer bekannten Methode in einem Lagertank gesammelt oder direkt einer Anlage 47 (s. weiter unten zur Erzeugung von Methan zugeführt wird. Die Kammerwände 12 sind von einer aus Lithium bestehenden Wärmeübertragungs- und Brüthülle 20 umgeben, welche von einer sphärisch ausgebildeten Wand 22 Gebildet wird, wobei außerhalb der Wand 2 2 eine chemo-nukleare Aufheizschleife 24 angeordnet ist, die durch eine Wand 26 begrenzt ist. Außerhalb der Wand 26 ist eine von einer weiteren äußeren Wand 30 begrenzte äußere Hülle zur Radiolyse von Wasserdampf und zur Abschirmung von langsamen Neutronen angeordnet, bei der beispielsweise eine borhaltige Suspension in Dampf verwendet wird.formed, on which an outlet nozzle 14 with an outlet opening 16 is arranged. Concentric to the outlet opening an oxygen discharge pipe 18 is arranged. The remaining Opening of the outlet nozzle is used to discharge hydrogen by any known method in one Storage tank is collected or fed directly to a system 47 (see below for the production of methane. The chamber walls 12 are of a heat transfer and heat transfer system consisting of lithium Broth envelope 20 surrounded, which is formed by a spherically shaped wall 22, wherein outside the wall 2 2 a chemo-nuclear heating loop 24 is arranged through a wall 26 is limited. Outside the wall 26 is an outer shell delimited by a further outer wall 30 arranged for radiolysis of water vapor and for shielding slow neutrons, in which, for example, a boron-containing Suspension in steam is used.

Das Innere der Reaktionskammer 10 ist mit einer Einführungsvorrichtung 32 für die Pellets über ein am oberen Ende der Kammer einmündendes Einführungsrohr 34 verbunden. Das Einführen der Pellets in die Reaktionskammer kann durch geeignete Triggermechanismen zu geeigneten vorbestimmten Zeitpunkten erfolgen. Eine durch einen Laser gebildete Quelle für Strahlungsenergie 34 ist über ein Rohr 36 mit dem Zentrum der Reaktionskammern 10 verbunden. Das innere Ende 38 des Rohres 36, das bis zum Zentrum der Reaktionskammer geführt ist, hat den Zweck, jede Störung des Laserstrahles durch gasförmige oder andere Materialien, welche.in den verschiedenen Hüllen und Kammern vorhanden sind, zu verhindern. Ein Querkanal 40 besitzt eine Eingangsöffnung 32 auf der einen Seite der Gesamtvorrichtung und eine Austrittsöffnung 44 an der anderen Seile der Vorrichtung. Dieser Querkanal 40 ist an der Stelle 46, wo er an den Wänden 12 der Reaktionskammer 10 entlang und um die Austrittsdüse 14 herumläuft, etwas verbreitert und umfaßt ein geometrisches Segment der ersten Hülle 20. Dieser Querkanal 40 hat den Zweck als Transportweg für Materialien wie Kalkstein oder Kohle oder andere kohlenstoffhaltige MaterialienThe inside of the reaction chamber 10 is provided with an introducer 32 for the pellets via an insertion tube 34 opening into the upper end of the chamber. Introducing the pellets in the reaction chamber can be triggered by suitable trigger mechanisms at suitable predetermined times take place. A source of radiant energy 34 formed by a laser is connected via a tube 36 to the center of the Reaction chambers 10 connected. The inner end 38 of the tube 36, which is led to the center of the reaction chamber, has the Purpose, any disturbance of the laser beam by gaseous or other materials, which.in the various envelopes and Chambers are in place to prevent. A transverse channel 40 has an inlet opening 32 on one side of the overall device and an exit port 44 on the other cord of the device. This transverse channel 40 is at the point 46 where it runs along the walls 12 of the reaction chamber 10 and around the outlet nozzle 14, somewhat widened and encompassed a geometric segment of the first shell 20. This transverse channel 40 has the purpose as a transport path for materials such as Limestone or coal or other carbonaceous materials

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-⁶- 2443628- ⁶ - 2443628

(welche unter dem Gesichtspunkt der Aktivierung geeignet sind) zu dienen, wobei diese Materialien einer volumetrisehen Aufheizung durch Neutronen unterworfen werden, wie sie später beschrieben wird zur Herstellung von Kohlenstoff oder Kohlenj dioxid.(which are suitable from the point of view of activation) to serve, with these materials a volumetric heating subjected to neutrons as will be described later for the production of carbon or coalsj dioxide.

Eine Methan-Reaktionskammer 47 ist mit dem Querkanal 40 über Zuleitungen 48 und 50 verbunden, und ist außerdem mit der Austrittsöffnung 16 über ein Rohr 52 verbunden, so daß Kohlenstoff oder Kohlendioxid in der Kammer 47 mit Wasserstoff vermischt werden können und Methan durch die Austrittsöffnung 106 der Kammer 47 nach außen abgegeben wird.A methane reaction chamber 47 is connected to the transverse channel 40 via supply lines 48 and 50, and is also connected to the Outlet opening 16 connected via a pipe 52, so that carbon or carbon dioxide can be mixed with hydrogen in chamber 47 and methane through exit port 106 the chamber 47 is released to the outside.

Zwischen der Wand 12 und der Wand 26 ist eine als Wasserkessel ausgebildete Kammer 60 angeordnet, die verbunden ist mit einem Wassereingang 62 und einem Wasserausgang 64. Der Wasserausgang 64 führt zu einer Kammer 66, welche als Trennungsvorrichtung von Dampf in Wasserstoff und Sauerstoff dient. Diese Vorrichtung hat einen Sauerstoffausgang 68, einen Wasserstoffausgang und einen Dampfausgang 72, welcher durch die verschiedenen Kammern zurück in die Reaktionskammer 10 geführt ist. Ein zweiter Dampfausgang 74 führt in die Hülle 28, in der die Wasserdampf-Radiolyse stattfindet.Between the wall 12 and the wall 26, a chamber 60 designed as a kettle is arranged, which is connected to a Water inlet 62 and a water outlet 64. The water outlet 64 leads to a chamber 66, which acts as a separation device of steam is used in hydrogen and oxygen. This device has an oxygen outlet 68, a hydrogen outlet and a steam outlet 72 which passes through the various Chambers is led back into the reaction chamber 10. A second steam outlet 74 leads into the shell 28 in which the Water vapor radiolysis takes place.

In den Zeichnungen ist weiterhin dargestellt, ein Wärmeaustauscher 76, der über Leitungen 78 und 80 mit der mit Lithium gefüllten Ringkammer 20 verbunden ist. Mit dem Wärmeaustauscher 76 ist weiterhin eine Tritium-Trennungsanlage 82 in geeigneter Weise verbunden. Weiterhin ist eine thermochemische Wasserzersetzungsanlage 84 vorgesehen, welche mit dem Lithiumwärmeaustauscher 76 verbunden ist und der kernchemischen WärmeschleifeThe drawings also show a heat exchanger 76, which is connected to the lithium-filled annular chamber 20 via lines 78 and 80. With the heat exchanger 76 a tritium separation plant 82 is also connected in a suitable manner. There is also a thermochemical water decomposition system 84 is provided, which is connected to the lithium heat exchanger 76 and the nuclear chemical heat loop

und
24/zwar mit der letzteren über die Leitungen 86 und 88. Die Kammer 84 ist außerdem mit einem radiolytischen Konverter 90 verbunden, der durch die Reaktionsprodukte der Neutronen betrieben wird, die in einer Neutronenumwandlungskammer 92 erzeugt werden. Die Kammer 84 hat einen Wassereinlaß 94, einen Sauerstoffauslaß 96 und einen Wasserstoffauslaß 98. Mit derand
24 / with the latter via lines 86 and 88. The chamber 84 is also connected to a radiolytic converter 90 which is operated by the reaction products of the neutrons which are generated in a neutron conversion chamber 92. The chamber 84 has a water inlet 94, an oxygen outlet 96 and a hydrogen outlet 98. With the

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Kammer 28 ist durch Zu- und Abführungskanäle eine Wasserstoff-Sauerstoff trennkammer 100 verbunden, die ebenfalls einenChamber 28 is a hydrogen-oxygen through supply and discharge channels separation chamber 100 connected, which also has a

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Sauerstoffauslaß/und einen Wasserstoffauslaß 104 aufweist.102
Oxygen outlet / and a hydrogen outlet 104 has.

Die Zeichnung zeigt mit dem herausgezeichneten Symbol P angezeigte Pumpen, die an verschiedenen Punkten der Vorrichtung angeordnet sind, um die notwendige Zirkulation in den verschiedenen Rohrleitungen und Kammern aufrechtzuerhalten. Die Wände der verschiedenen Kammern sollten aus einem hochfesten, temperaturbeständigen, strahlungsbeständigen, nicht korrodierenden Material, wie beispielsweise Titan oder bestimmte Stahllegierungen, hergestellt sein.The drawing shows indicated by the symbol P drawn out Pumps, which are arranged at different points of the device, to provide the necessary circulation in the different Maintain pipelines and chambers. The walls of the various chambers should be made of a high-strength, temperature-resistant, radiation-resistant, non-corrosive material, such as titanium or certain Steel alloys.

Beim Betrieb der Anlage wird es notwendig sein, dem Querkanal 4Q reinen Kalkstein oder andere kohlenstoffhaltige Materialien ! zuzuführen, um zu verhindern, daß an der Austrittsöffnung 44 j radioaktive Abfallprodukte abgegeben werden. Wenn derartige Materialien nicht verfügbar sind, wird es notwendig sein, ein geeignetes flüssiges Heizmedium zu verwenden, das die notwendige Wärme zu dem Kalkstein(oder dem anderen geeigneten kohlenstoffhaltigen Material) transportiert zur Erzeugung von Kohlendioxid (oder Kohlenmonoxid oder Kohlenstoff).When operating the system, it will be necessary to connect the cross channel 4Q pure limestone or other carbonaceous materials! feed to prevent that at the outlet port 44 j radioactive waste products are given off. If such materials are not available, it will be necessary to obtain one to use suitable liquid heating medium, which the necessary heat to the limestone (or the other suitable carbonaceous material) transported to produce carbon dioxide (or carbon monoxide or carbon).

Unter derartigen Bedingungen (s. Figur 2) ist es zweckmäßig, eine sphärisch ausgebildete mit schmelzflüssigem Material gefüllte Energie absorbierende Schleife 110 vorzusehen, welche die Reaktionskammer umgibt und eine Zuleitung 112 und eine Ableitung 114 besitzt, welche mit einem Wärmeaustauscher 116 verbunden sind. Der Wärmeaustauscher 116 ist seinerseits mit einer Kammer 122 zum Kalkbrennen oder Karbonisieren über geeignete Rohrleitungen verbunden. Die Kammer 122 weist eine Materialeinfüllvorrichtung 118 auf.Under such conditions (see Figure 2) it is advisable to a spherically formed with molten material to provide a filled energy absorbing loop 110 which surrounds the reaction chamber and a supply line 112 and a discharge line 114, which are connected to a heat exchanger 116. The heat exchanger 116 is in turn with a chamber 122 for lime burning or carbonizing via suitable pipelines. The chamber 122 has a Material filling device 118 on.

Die geeigneten kohlenstoffhaltigen Produkte gelangen über die Rohrleitung 124 ii die Kammer 47 zur Methanerzeugung, während die Restprodukte über den Austritt 120 abgeführt werden.The appropriate carbonaceous products arrive via the Pipeline 124 ii the chamber 47 for methane production while the residual products are discharged via outlet 120.

5 0 9 8 2 0 7 0 3 0 25 0 9 8 2 0 7 0 3 0 2

Beim Betrieb der Anlage wird ein Pellet in die Kammer 10 eingej führt und der Laser so angesteuert, daß ein von ihm abgegebener Impuls die Fusionsreaktion in dem Kernbrennstoff des Pellets auslöst. Die in der Kammer 10 ablaufende Fusionsreaktion erzeugt geladene Teilchen, Bruchstücke des Pellets, sowie elektromagnetische Energie und Neutronen. Wenn Kalkstein durch den Querkanal 40 geleitet wird, wird er einer volumetrischen Erhitzung durch Neutronen unterworfen, die von der Fusionsreaktion ausgehen, was die Entstehung von Kohlendioxid zur Folge hat, das über die Rohrleitungen 48 und 50 in die Kammer 47 zur Erzeugung von Methan gelangt. Am anderen Ende des KanalsWhen the system is in operation, a pellet is introduced into the chamber 10 and the laser is controlled in such a way that one emitted by it Pulse the fusion reaction in the nuclear fuel of the pellet triggers. The fusion reaction taking place in the chamber 10 generates charged particles, fragments of the pellet, as well as electromagnetic ones Energy and neutrons. When limestone is passed through the transverse channel 40, it undergoes volumetric heating subjected to neutrons emanating from the fusion reaction, which results in the formation of carbon dioxide which passes through the pipes 48 and 50 into the chamber 47 for generating methane. At the other end of the canal

durch
wird/die Austrittsöffnung 44 ungelöschter Kalk abgegeben. Wenn diüern Kanal 40 Kohle oder ein anderes kohlenstoffhaltiges geeignetes Material zugeführt wird, wird es in ähnlicher Weise der volumetrischen Aufheizung unterworfen und es werden in analoger Weise kohlenstoffhaltige Materialien erzeugt, und in die Kammer 47 zur Methanerzeugung geleitet, während das Restmaterial durch die Austrittsöffnung 44 am anderen Ende des Kanals 40 abgegeben wird. In die Reaktionskammer 10 wird vor Beginn der Fusionsreaktion durch die Rohrleitung 72 Dampf eingeleitet und die entstehende Reaktionsenergie wandelt diesen Dampf zunächst durch thermische Dissoziation in Sauerstoff und Wasserstoff um. Die Trenndüse 14 gibt über die Rohrleitung 18 Sauerstoff ab und der Wasserstoff kann durch die Rohrleitung der Kammer 47 zugeleitet werden.by
is / the outlet opening 44 released lime. If coal or another suitable material containing carbon is fed into the duct 40, it is subjected to volumetric heating in a similar manner and carbon-containing materials are produced in an analogous manner, and fed into the chamber 47 for methane production, while the remaining material is passed through the outlet opening 44 at the other end of the channel 40 is discharged. Before the start of the fusion reaction, steam is introduced into the reaction chamber 10 through the pipeline 72 and the resulting reaction energy initially converts this steam into oxygen and hydrogen by thermal dissociation. The separating nozzle 14 emits oxygen via the pipeline 18 and the hydrogen can be fed to the chamber 47 through the pipeline.

Die Verwendung einer Düse, wie sie schematisch in den Figuren dargestellt und mit 14 bezeichnet ist, und ein Diffusionsmaterial haben zur Folge, daß eine Abkühlung auftritt und die Rekombinationswahrscheinlichkeit wesentlich herabgesetzt wird. Da die Geschwindigkeiten von Wasserstoff und Sauerstoff unterschiedlich sind, ist es möglich, eine Trennung der Gase zu erhalten und sie in voneinander isolierten Mengen aufzufangen.The use of a nozzle, as shown schematically in the figures and denoted by 14, and a diffusion material have the consequence that cooling occurs and the Recombination probability is significantly reduced. Because the speeds of hydrogen and oxygen are different it is possible to separate the gases and collect them in isolated quantities.

Um die voneinander getrennten Produkte schnell genug abzuführen und eine vernünftige Ausbeute, sowie eine Verminderung der Rekombination sicherzustellen, ist es notwendig, dasIn order to remove the separated products quickly enough and a reasonable yield, as well as a reduction To ensure the recombination, it is necessary that

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dissoziierte Material so schnell wie möglich abzuführen und seinen Grad der Trennung aufrechtzuerhalten oder sogar zu vergrößern. Dies läßt sich bei Verwendung einer Düse erreichen, die für Überschallfluß (Schallgeschwindigkeit an der engsten Stelle) ausgelegt ist. Siehe hierzu "Instroduction to Aeronautical Dyanamics" von M. Rauscher (Wiley, N.Y. 1953) j Seite 143 f.dissociate dissociated material as quickly as possible and maintain or even increase its degree of separation enlarge. This can be achieved by using a nozzle designed for supersonic flow (speed of sound at the narrowest point). See "Instroduction to Aeronautical Dyanamics" by M. Rauscher (Wiley, N.Y. 1953) j page 143 f.

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; Mit einer derartigen Düse kann man einen Ausbeuteanteil von; With such a nozzle you can achieve a yield of

I o-p +■ -inI o-p + ■ -in

w f Gramm pro Impuls abschätzen, wobei f der Anteil dar _ _ _w Estimate wf grams per pulse, where f represents _ _ _w

Wand ist, der der Austrittsöffnung der Düse entspricht, t> die Flußzeit und R der Radius der Reaktionskammer in Metern. Wenn R=I, t_f = 10 genommen wird, erhält man eine Ausbeute von j 30 %.Is the wall that corresponds to the outlet opening of the nozzle, t> the flow time and R is the radius of the reaction chamber in meters. If R = 1, t _f = 10 is taken, a yield of j 30% is obtained.

Wie in Figur 1 dargestellt, kann, um die Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff .aufrechtzuerhalten und zu verstärken, ein Teil der Düse 14 eine bienenwabenartige oder gitterartige Struktur aufweisen und aus Zirkondioxid (Zr 0„) einem hochtemperaturbeständigen keramischen Material hergestellt sein, durch welches Sauerstoff schneller diffundiert als Wasserstoff. Wenn ein Abschnitt der Düse so wie in Figur 1 dargestellt ausgebildet ist, kann eine zusätzliche Trennung erreicht werden, wenn das dissoziierte Gas durch die Düse austritt.As shown in Figure 1, in order to maintain and enhance the separation of hydrogen and oxygen, a part of the nozzle 14 has a honeycomb-like or lattice-like structure and can be made of zirconium dioxide (Zr 0 ") a high-temperature-resistant ceramic material, through which oxygen diffuses faster than hydrogen. When a portion of the nozzle is formed as shown in FIG an additional separation can be achieved when the dissociated gas exits through the nozzle.

Durch die Reaktion von Kohlendioxid und Wasserstoff in der Kammer 47 wird Methan erzeugt, welches durch den Auslaß abgeführt werden kann. Wenn kein Kalkstein verwendet wird, reagiert das Kohlenmonoxid ader der Kohlenstoff selbst,der in die methanerzeugende Kammer 47 eingeführt ist, mit dem Wasserstoff und das erhaltene Methan kann ebenfalls durch den Auslaß 106 abgeführt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die anderen Funktionen der Vorrichtung alle gleichzeitig ablaufen. So wird z.B. zuerst Wasser durch den Einlaß 62 in die Kammer 60 eingeführt, wo es zu Dampf erhitzt wird und der Strahlung ausgesetzt wird. Dann wird es zurück in dieThe reaction of carbon dioxide and hydrogen in chamber 47 produces methane, which through the outlet can be discharged. If limestone is not used, the carbon monoxide reacts rather than the carbon itself is introduced into the methane generating chamber 47, with the hydrogen and the obtained methane can also through the Outlet 106 are discharged. It should be noted that the other functions of the device are all concurrent. For example, water is first introduced into chamber 60 through inlet 62 where it is heated to steam and exposed to radiation. Then it will go back to that

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Kammer 66 geführt als Dampf zusammen mit etwas Wasserstoff und Sauerstoff. Der Trennungsprozeß wird dann in der Kammer 66 durchgeführt und der Dampf kann durch die Rohrleitung 72 in die Reaktionskammer 10 eingeführt werden. Dem Wärmeaustauscher 76 wird die Wärme durch das Lithium zugeführt, das aus der mit Lithium gefüllten Kammer 20 stammt und durch ihn hindurchgepumpt wird. Diese Wärme wird in der Kammer 84 benutzt, um die thermochemisehen Reaktionen auszulösen, welche das Wasser, das durch den Einlaß 94 eintritt, in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen, die durch die Austrittsöffnungen 98 bzw. 96 abgeführt werden. Der Prozeß enthält auch Energieanteile und entsprechende chemische Reaktionen, die auf direkte chemonukleare Erwärmung bestimmter Komponenten in der chemo-nuklearen Schleife 24 zurückgehen und durch die Einlaß- bzw. Auslaßleitungen 86 und 88 zu- und abgeführt werden. Zusätzlich werden einige dieser chemo-nuklearen Reaktionen durch rediolytische Reaktionen unterstützt, die in der radiolytisehen Umwandlungskammer 90 ablaufen und durch Reaktionsprodukte der Neutronen, wie beispielsweise Gammastrahlen, Protonen oder Alphateilchen, ausgelöst werden, welche in dem Neutronen-Strahlungskonverter 92 erzeugt werden, aufgrund von Neutronen, die von den inneren Aufheizschleifen ausgehen. DiesejyProzeß kann daher als "thermoradiochemische Reaktion" bezeichnet werden. Von den KammernSO und 92 ist in den Zeichnungen jeweils eine dargestellt. Selbstverständlich kann sich eine Vielzahl derartiger Kammer rund um die Peripherie der Reaktionskammer erstrecken, um die Produktion zu optimalisieren.Chamber 66 conducted as steam along with some hydrogen and oxygen. The separation process then takes place in chamber 66 and the steam can be introduced into the reaction chamber 10 through the conduit 72. The heat exchanger 76, the heat is supplied by the lithium, which comes from the lithium-filled chamber 20 and is pumped through it will. This heat is used in the chamber 84 to initiate the thermochemical reactions which the water, entering through inlet 94, decompose into hydrogen and oxygen, which through exit ports 98 and 96, respectively be discharged. The process also contains energy components and corresponding chemical reactions that are based on direct chemonuclear Heating of certain components in the chemonuclear loop 24 and through the inlet and outlet lines, respectively 86 and 88 are supplied and removed. In addition, some of these chemo-nuclear reactions are rediolytic Supported reactions that take place in the radiolytic conversion chamber 90 and by reaction products of the neutrons, such as gamma rays, protons or alpha particles, which are triggered in the neutron radiation converter 92 are generated due to neutrons emanating from the inner heating loops. This process can therefore be called "thermoradiochemical Reaction ". One of the chambers SO and 92 is shown in the drawings. Of course A plurality of such chambers can extend around the periphery of the reaction chamber in order to produce to optimize.

Die Kammer lQO, diglhren Zufluß von der äußeren Hülle 28 zur Wasserdampfradiolyse und Abschirmung langsamer Neutronen erhält, trennt den Wasserstoff und Sauerstoff ab, die bei der Radiolyse von Wasserdampf erzeugt wurden, welcher durch den Einlaß 74 der Kammer 28 von der Kammer 66 aus zugeführt wurde. Die Kammer 100 kann auch in mehrfacher Ausführung um das System herum angeordnet sein.The chamber lQO, with its inflow from the outer shell 28 to the Water vapor radiolysis and shielding of slow neutrons, separates the hydrogen and oxygen that are involved in the Radiolysis of water vapor which was supplied through inlet 74 to chamber 28 from chamber 66. The chamber 100 can also be arranged in multiple configurations around the system.

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Die weiter oben beschriebene Trennung und Aufheizung von kohlenstoffhaltigem Material, welches innerhalb des Kanals und der angeschlossenen Reinigungskammer 46 angeordnet, hängt ab von der Verwendung reinen Materials oder Materials, welches nur solche Verunreinigungen enthält, die entweder nicht leicht zu aktivieren sind oder im aktivierten Zustand eine syiehr kurze Halbwertszeit besitzen. In vielen Fällen wird derartiges Material nicht verfügbar sein und unter diesen Bedingungen wäre es notwendig, bestimmte Anteile radioaktiver Abfälle abzuführen. Um dies zu vermeiden, kann eine andere Betriebsweise eingeführt werden, die bereits weiter oben anhand von Figur 2 dargestellt worden ist. Bei dieser Ausbildung läßt man geeignetes auf hoher Temperatur gehaltenes geschmolzenes Material um die Reaktionskammer herum in der Schleife 110 zirkulieren und führt «* es einem äußeren Wärmeaustauscher über die Rohrleitungen 112 und 114 zu. Dieser Wärmeaustauscher 116 befindet sich in innigem thermischen Kontakt mit der Kammer 122 zum Kalkbrennen, die aber auch zur thermischen Reduktion oder Aufheizung anderer kohlenstoffhaltiger Materialien verwendet werden kann. Der Kalkstein oder die anderen kohlenstoffhaltigen Materialien werden durch die Einfüllvorrichtung 118 der Kammer 122 zugeführt und das Restmaterial, nämlich ungelöschter Kalk anstelle von Kalkstein, wird durch die Rohrleitung 120 abgeführt. Die verwendbaren Kohlenstoffkomponenten, nämlich Kohlendioxid bei der Verwendung von Kalkstein und Kohlenmonoxid oder erhitzter Kohlenstoff bei der Verwendung von Kohle, wird durch die Rohrleitung 124 weitergeleitet und gelangt dann in die Kammer 47 zur Herstellung von Methan.The above-described separation and heating of carbonaceous material which is inside the channel and the connected cleaning chamber 46, depends on the use of pure material or material which Contains only those impurities that are either not easy to activate or when activated they have a very short half-life. In many cases such material will not be available and under these conditions it would be necessary to dispose of certain shares of radioactive waste. To avoid this, another can Operating mode can be introduced, which has already been shown above with reference to FIG. With this training leaves appropriate molten material maintained at high temperature around the reaction chamber in loop 110 circulate and guide it to an external heat exchanger via the pipes 112 and 114 to. This heat exchanger 116 is in intimate thermal contact with the Chamber 122 for burning lime, but also for thermal reduction or heating of other carbonaceous materials can be used. The limestone or the other carbonaceous materials are fed through the filling device 118 is fed to the chamber 122 and the residual material, namely unslaked lime instead of limestone, is passed through the pipeline 120 discharged. The usable carbon components, namely carbon dioxide when using limestone and carbon monoxide or heated carbon when using Use of coal, is passed through the pipe 124 and then enters the chamber 47 for the production of Methane.

Um Interferenzen mit der gesamten Funktionsweise des aufheizenden und strahlenden Systems zu vermeiden, ist es wünschenswert, ein geeignetes Wärmeübertragungsmedium für diese Schleife zu wählen. Insbesondere kann hier Blei (Pb) verwendet werden, wegen seiner wünschenswerten thermischen und nuklearischen Eigenschaften und seiner relativ kleinen spezifischen Wärme,sowie seinem niedrigen Schmelzpunkt.In order to avoid interference with the overall functioning of the heating and radiating system, it is it is desirable to choose an appropriate heat transfer medium for this loop. In particular, lead (Pb) be used because of its desirable thermal and nuclear properties and its relatively small size specific heat, as well as its low melting point.

Claims

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Claims

Process for the production of a hydrogen-based fuel, characterized by the following process steps:

a) A nuclear fusion reaction is generated in which a fusion fuel is exposed to an energy source is suspended; I.

b) there is a certain amount of H ₀ O in the nuclear fusion ι

² i

reaction is exposed to the energy generated to cause its decomposition and hydrogen and oxygen.

2. The method according to claim 1, characterized in that the resulting hydrogen and oxygen fractions are separated from one another to prevent recombination.

3. The method according to claim 1, characterized in that part of the energy generated in the nuclear fusion reaction is used to heat carbon-containing material.

4. The method according to claim 3, characterized in that carbon dioxide is generated from the carbonaceous material.

5. The method according to claim 3, characterized in that a carbonaceous fuel is produced from the carbonaceous material and the hydrogen produced.

6. The method according to claim 5, characterized in that the

carbonaceous fuel is exposed to hydrogen at a temperature of 880 F or higher for the production of a hydrocarbon fuel.

7. The method according to claim 4, characterized in that the carbon dioxide generated is exposed to the action of hydrogen at a temperature of 880 F or higher to produce a hydrocarbon fuel.

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5 Cl 9 8 2 0'7Ö3 ~ 0 2

8. The method according to claim 3, characterized in that carbon monoxide is generated from the carbon-containing material and the carbon monoxide is exposed to the action of hydrogen to produce a hydrocarbon fuel.

9. The method according to claim 1, characterized in that the energy generated in the nuclear fusion reaction is used for the thermochemical decomposition of HpO, for the production of hydrogen.

10. The method according to claim 1, characterized in that a neutron shielding envelope is arranged around the nuclear fusion reaction is and the energy in the shell for. Production of hydrogen and oxygen by R ^ adiolysis used by HpO will.

11. The method according to claim 10, characterized in that the HpO is introduced into the shell.

12. The method according to claim 1, characterized in that a shell made of lithium is arranged around the nuclear fusion reaction and the heat generated in this shell is used to carry out a thermochemical reaction for the decomposition of HpO into hydrogen and oxygen.

13. The method according to claim 1, characterized in that the HpO is exposed in a thermo-radiochemical reaction of the heat emanating from a heat transfer device, as well as the volumetric heating by radiation and the radiolytic conversion energy.

14. A process for the production of a hydrogen-based fuel, characterized by the following process steps:

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- ¹⁴ - 2443628

a) Carrying out a nuclear fusion reaction on fusion fuel;

b) Use of the generated in this nuclear fusion reaction

1) to carry out the dissociation of HpO in

2) for heating (!! carbon-containing compounds for Extraction of carbon;

c) Combination of the generated hydrogen and carbon for the production of a hydrocarbon fuel.

15. The method according to claim 14, characterized in that the residual energy of the fusion reaction is used for the thermochemical decomposition of HpO.

16. Process for the production of a hydrogen-based fuel, characterized by the following process steps:

a) A nuclear fusion reaction is generated in which a Fusion fuel from the action of an energy source is suspended;

b) the reaction is surrounded by a number of envelope-like loops for absorption of thermal energy and nuclear radiant energy;

c) A certain amount of HpO is exposed to this energy in order to break it down in a combined thermoradiochemical process Effect reaction.

17. Device for producing a hydrogen-based fuel, characterized by

a) a fusion power reactor;

b) devices for absorbing energy from the reactor;

c) Devices for supplying this energy to a certain amount H _? 0 for their decomposition into H_ and 0 «·

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18. The device according to claim 17, characterized in that the reactor (10) is surrounded by a lithium envelope chamber (20), and a heat exchanger (76) for removing the heat from the envelope chamber, and a neutron radiation converter (92), a radiolytic conversion chamber (90) and devices • for transferring the heat and energy of these chambers to the HpO are present.

19. The device according to claim 17, characterized by a shielding cover for slow neutrons (28), devices 25ur introduction of H _? 0 in this envelope for its decomposition as a result of water vapor radiolysis and devices for the removal of H and Op from the shielding envelope.

20. The device according to claim 17, characterized by a device (40) for transporting carbonaceous material on a path in the immediate vicinity of the reactor (10) and the device for absorbing energy (20) for producing a carbonaceous fuel.

21. The device according to claim 20, characterized by a device (47) for bringing together the carbonaceous material and the hydrogen to produce a hydrocarbon fuel.

22. The device according to claim 21, characterized by a device (47) for combining the carbonaceous material and the hydrogen for the production -won methane.

23. The device according to claim 17, characterized by an outer chamber (110) surrounding the reactor chamber (10), devices for generating a circulation of a molten material at a high temperature through the outer chamber (110), devices (122) to which carbonaceous material is fed, Heat exchanger (116) for heating the carbonaceous material with heat that is removed from the molten material. * For the production of a carbonaceous fuel «

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Ί ft

24. The device according to claim 23, characterized in that the molten material is lead.

25. The device according to claim 17, characterized in that the devices for absorbing energy from the reactor (10) have several separate energy-absorbing shell-like chambers through which material circulates and several heat exchangers, each of which is connected to one of the chambers, as well a thermochemical water separation chamber arranged to receive heat from each of the heat exchangers.

26. The device according to claim 25, characterized in that the water separation chamber is connected to a radiolytic converter chamber and this is connected to a neutron conversion chamber.

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