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Die vorliegende Erfindung betrifft Thermo - Elektro -
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Reaktor Energiequellen /TERES/, die auf dem Prinzip der Magnetohydrodynamischen
/MHD/ Generatoren basieren und gewährleisten unter Ausnutzung des Intervall- und
Etagen-Effekts eine sehr grosse Energieleistung /kWh/.
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Deshalb eignen sich TER-Energiequellen vorzüglich für "Neuartige Antriebs-Systeme'l
/NAS/ in der Zuft- und Raumfahrt sowie als Energiespender für Siedlungen, die wir
in Zukunft im Weltall und auf dem Meeresgrund errichten werden.
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Die bisher wichtigsten Arten der Energieumwandlung in elektrischen
Strom sind: Brennstoffzellen, Kernkraftwerke, Thermionik-Reaktoren und MHD-Generatoren.
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Die neueste Entwicklung liegt im Bereich der Brennstoffzellen, denn
sie finden ihre Anwendung im Erdbereich und im leltall. Auch dßr Wirkungsgrad des
zugeführten Kraftstoffes ist mit 80 Prozent hoch. Abfallprodukte bei diesem Prinzip
der Stromerzeugung sind: Wasser, Kohlendioxid und Wärme.
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Die grossen Nachteile sind: eine Brennstoffzellen-Anlage benötigt
Brennstoff in Form von Wasserstoff und Sauerstoff, also Luft. Der Kilowatt-Leistungsbereich
ist nicht sehr gross und deshalb sind Brennstoffzellen im Weltall nur begrenzt einsatzfähig.
Als Energiequellen für Antriebs-Systeme der Raumfahrt sind sie absolut ungeeignet.
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Bei Kernkraftwerken wird die indirekte Umwandlung in elektrische Energie
ausgenutzt und wir haben folgende
Typen entwickelt: Schnelle Brüter,
Siedewasser-, Druckwasser- und Hochtemperatur-Reaktoren.
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Alle haben zwei unüberwindliche Nachteile: erstens benötigen sie ein
Hilfsmedium /Wasser/ bei der Energieumwandlung. Zweitens sind sie von vielen Hilfsaggregaten
, wie Turbinen, Generatoren, ültürmen, Gebläsen, Kondensatoren, Vorwärmern, Zwischenüberhitzern
und Dampferzeugern, abhängig . Die daraus resultierenden hohen Kosten sind nicht
verwunderlich.
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Deshalb ist ihr Einsatz als Energiequellen für Antriebs-Systeme in
der Luft- und Raumfahrt, aber auch als Energiespender für Siedlungen im Weltall
undenkbar.
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Die einzige Chance allen Anforderungen gerecht zu werden haben Reaktoren
und Generatoren, die eine erzeugte Wärmemenge direkt in elektrische Energie umwandeln.
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In dieser Richtung wurde viel in der Entwicklung eines Thermionik-Reaktors
getan. Warum diese Art von Energiequellen bis heute der Durchbruch versagt geblieben
ist, liegt an dem grossen Nachteil: dem sehr kleinen Carnotschen Wirkungsgrad von
ungefähr 14 Prozent.
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Den gleichen Nachteil besitzt die Gruppe der NiTi)-Generatoren. Hier
bewegt sich der Carnotsche Wirkungsgrad zwischen eins und sechs Prozent, erhofft
werden bis zu 20 Prozent.
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Nach vorsichtigen Schätzungen sollten Entwicklungskosten zur weiteren
Forschung ungefähr 1,7 Milliarden Mark betragen.
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Was aber noch ausserdem allen heutigen Typen von Thermionik-lieaktoren
und MHD-Generatoren fehlt, ist eine Regelung der Energieleistung in Kilowattstunden.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, die vorstehend ~genannten
Nachteile zu beseitigen.
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Es stellt sich somit die Aufgabe, die bei einer Kernspaltung erzeugte
Wärmemenge direkt so in elektrische Energie umzuwandeln, dass dabei der Carnotsche
Wirkungsgrad um die 90 Prozent liegt, eine sehr grosse Energieleistung in Kilowattstunden
bei einer verhältnismässig kleinen TER-Energiequelle erzielt wird und eine einfache
Regelung der Energieleistung in einem bestimmten Bereich ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsmässig dadurch gelöst, dass sich ihre
Funktion aus mehreren Arbeitsgängen zusammensetzt und dabei der Intervall-Effekt
sowie der Etagen -Effekt zur Geltung'kommen, im ersten Arbeitsgang wird die erzeugte
Wärmemenge mittels eines Magnetfeldes mit spitzer Geometrie im Reaktor so eingesperrt,
dass sie ständig einem Wärmeleiter die maximale Temperatur vermittelt, im zweiten
Arbeitsgang wird abwechselnd mindestens immer einer von zwei Umwandlungsleitern
auf die maximale Temperatur durch den Heisswärmeleiter aufgeheizt, nach erreichen
der maximalen Temperatur wird dieser Umwandlungsleiter vom Heisswärmeleiter getrennt
und mit dem Kaltleiter verbunden, in der Zwischenzeit der Abkühlung auf die minimale
Temperatur wird der zweite
Umwandlungsleiter von seiner minimalen
auf die maximale Temperatur durch Anschluss an den Heisswärmeleiter erhitzt, der
folgende dritte Arbeitsgang besteht darin, dass im jeweils heissen Umwandlungsleiter
die tadungstrennung durch ein Magnetfeld erfolgt und nach Einschaltung eines Lastwiderstandes
ein Elektronenstrom erzeugt wird, die zusätzliche Steigerung der Energieleistung
wird damit erzielt, dass mehrere Umwandlungsleiter-Paare auf einer Etage plaziert
und ausserdem mehrere Etagen vorgesehen werden, diese Ausführung gewährleistet einerseits
eine sehr hohe Energieleistung und zum anderen ermöglicht siidie Energieleistung
in einem bestimmten Bereich zu regeln, mit einer elektronischen Steuerung wird auch
noch das Füllen des Reaktors mit einer bestimmten Dosiermenge an Kernenergie und
die Beseitigung der anfallenden Abfallmenge automatisch sichergestellt.
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Aufgrund dieser Gegebenheiten sind alle gesteckten Ziele mit den so
konzipierten Alternativen der TER-Energiequellen erreicht. Der Carnotsche Wirkungsgrad
mit 90 Prozent wird leicht erzielt. Die Energieleistung von mehreren hundert Kilowattstunden
ist sichergestellt und der Intervall- und Etagen-Effekt ermöglichen eine einfache
Regelung der Energieleistung in einem bestimmten Bereich.
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Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch dargestelltem
Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 Das Arbeits-Diagramm
einer TER-Energiequelle.
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Wig 2 Schema einer DER-Energiequelle im seitlichen Schnitt.
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Fig. 3 Schema einer DER-Energiequelle im Grundriss - Schnitt.
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Die Funktion einer TER-Energiequelle ist analog dem melken einer Kuh,..denn
man kann vom "melken" des Reaktors sprechen. Der Unterschied ist, anstelle von Milch
wird elektrische Energie "gemolken".
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Fig. 1 zeigt die Arbeitsweise eines Umwandlungsleiter-Paares aufgeteilt
in zwei Teilen. Allem voran geht die Aufheizung des Reaktors oder die Erzeugung
der Wärmemenge mit der maximalen Temperatur /Tmax/.
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Zugleich wird einer der beiden Umwandlungsleiter auf die maximale
Temperatur erhitzt und dann folgt die Abkühlung auf die minimale Temperatur /Tmin/.
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In dieser Periode wird der zweite Umwandlungsleiter auf die maximale
Temperatur /Tmax/ aufgeheizt.
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Diese Arbeitsgänge wiederholen sich nun im gleichmässigen Rhythmus
solange, bis die Wärmemenge im Reaktor gleich Null ist.
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Im Zeitabschnitt dieser Arbeitsgänge wurde mit Hilfe der automatischen
Dosierungs-Vorrichtung eine neue Füllmenge
der Kernenergie im Reaktor
untergebracht, sodass der Reaktor von neuem aufgeheizt werden kann und der Umwandlungsprozess
ohne Unterbrechung weiterläuft.
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Die zuständige Energie-Umwandlungs-Gleichung einer TER-Energiequelle
kann in der Form /1/ E = k . mU . . c . RR -/kcal/ 4,187.k.i.n = Tmax . # . Fx .
/Tmax - Tmin/2 . #s /kWh/ geschrieben werden, wobei k ... die Anzahl der Füllungsmengen
des Reaktors, mU ... die Masse der Dosiermenge der Kernenergie, α ... Die
Atommasse des Kernenergie-Elementes, c ... die spezifische Wärme, #R ... der Wirkungsgrad
des Reaktor-Systems, i ... die Anzahl der Umwandlungsleiter-Paare, n ... die Anzahl
der vorgesehenen Etagen, # ... das Wärmeleitungsvermögen der Umwandlungsleiter,
Fx ... die Fläche der Umwandlungsleiter in der Wärmefluss-Richtung,
Tmax
... die maximale Temperatur der Umwandlungsleiter, T . ... die minimale temperatur
der min Umwandlungsleiter und #S ... der Wirkungsgrad des Umwandlungs-Systems, sind.
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Der Umwandlungsprozess - Wirkungsgrad #U U ist mit der Gleichung /2/
#U = #C bestimmt, wobei /Nc / / den Carnotschen Wirkungsgrad darstellt und mit der
Gleichung Tmin /3/ # C = 1 -Tmax festgehalten wird. In der Gleichung /1/ ist der
Carnotsche Wirkungsgrad /# C / schon integriert.
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Ein Beispiel zeigt am Besten den Vorteil der TER-Energiequellen: Wenn
man im Arbeitszyklus die Temperaturen Tmax = 28000 und Tmin = 1000 C erreicht, so
hat der Carnotsche Wirkungsgrad den Wert # C = 0,964. Das sind 96,4 %.
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Bei einem Wirkungsgrad des Umwandlungs-Systems #S - = 0,85 hat der
Umwandlungsprozess-Wirkungsgrad einen Wert von = U = 0,819, das sind immerhin noch
81,9 96.
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Aber auch wenn # S = 0,75 sein sollte, so ergibt sich #U = 0,723 /
72,3 % Daraus ersieht man , wie wichtig es auch noch ist, dass zusätzlich ein guter
Wirkungsgrad des Umwandlungs-Systems erzielt wird.
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Bei den Temperaturen Tmax = 28000 C und Tmin = 500 C ist # C = 0,98,
also 98 % und bei #S = 0,85 erhält man # U = 0,833 / 83,3 96 /. Wenn #S P 0,75 gross
ist, dann ist RU =-0,735 / 73,5 96 /.
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Aus dem Vergleich der beiden Beispiele stellt sich dann die Frage:
Wie tief sollen die Umwandlungsleiter abgekühlt werden, damit es noch sinnvoll ist
? Aus der Gleichung /1/ ist ersichtlich, dass auf die Grösse der Energieleistung
in Kilowattstunden einer DER-Energiequelle zwei Parameter Einfluss haben: 1. Die
maximale Temperatur /Tmax/ der erzeugten Wärmemenge.
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2. Der Carnotsche Wirkungsgrad / # Einfluss auf die Regelung der
Energie leistung einer TER-Energiequelle in einem bestimmten Leistungsbereich haben
die
Parameter: /i/... die Anzahl der Umwandlungsleiter-Paare und /n/ ... die Anzahl
der vorgesehenen Etagen.
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Die dafür gültige Gleichung /4/ EB =- i . n # 1 zeigt uns die Variations-Möglichkeiten.
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Auf diese Weise kann die Abstufung der Energieleistung nur in grober
Form getätigt werden.
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Eine zusätzliche feine -Abstufung innerhalb eines Energie-Leistungsbereiches
erzielt man mit der Regelung des Temperatur-Unterschiedes . Dafür gilt die Gleichung
/5/ #T = Tmax - Tmin Fig. 2 und Fig. 3 zeigen schematisch eine Ausführung einer
XER-Energiequelle mit 4 Umwandlungsleiter-Paaren.
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In der Mitte jeder TER-Energiequelle befindet sich der Reaktor 1 dessen
Ausführung davon abhängt, ob die Wärmemenge mit Hilfe der Kernspaltung oder der
Kernfusion erzeugt wird.
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Die im Inneren des Reaktor 1 angeordneten Magnetspulen 2,3 sperren
mittels eines Magnetfeldes mit spitzer Geometrie, die erzeugte Wärmemenge im dafür
vorgesehenen Raum des Reaktors 1 ein.
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Dabei wird der Heisswärmeleiter 4 ständig auf der Temperatur der Wärmemenge
gehalten. Die Ringform des Heisswärme leiters 4 ermöglicht die Anbringung von vielen
Fühlern, die in Verbindung mit den Umwandlungsleitern 7,8 , diese auf die Temperatur
der Wärmemenge erhitzen.
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In der angedeuteten Füllungsmengen-Vorrichtung 5 wird die Kernenergiemenge
in Wärmemenge umgewandelt. Das Sammeln des entstandenen Abfalles ermöglicht die
Abfallmengen - Vorrichtung 6.
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Die Reihenfolge der Ein- und Ausschaltung beim Erhitzungsprozess der
einzelnen Umwandlungsleiter 7,8 wird so getätigt, dass das Kühlsystem 11 eine konstante
Belastung aufweist.
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Die vorgesehenen Kaltleiter 9,10 haben zur Aufgabe, die Umwandlungsleiter
7,8 auf die möglichst niedrigste Temperatur abzukühlen und somit den Carnotschen
Wirkungsgrad a C C gross zu halten.
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Mit der automatischen Dosierungs-Vorrichtung 12 wird ein ununterbrochenes
funktionieren der DER-Energiequelle auf lange Zeit gewährleistet.
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Die Magnete 14,15 arbeiten ebenfalls abwechselnd und erzeugen ein
Magnetfeld, dass senkrecht zur Bildebene von Fig. 2 wirkt. Dadurch wird ein elektrisches
Feld erzeugt, dass zu den Elektroden 13 in der Plus-Richtung wirkt.
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Die TER-Energiequelle ist deshalb mit einem Plus -Elektronen-Sammelkreis
16 und einem Minus - Elektronen-Sammelkreis 17 ausgestattet.
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Zur reibungslosen Funktion der DER-Energiequelle gehört auch eine
automatische Abfall-Vorrichtung 18, die für die Beseitigung des anfallenden Kernenergie-Mülls
zuständig ist.
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Alle Vorgänge in der ER-Energiequelle sind zeitlich aufeinander abgestimmt
und werden von der elektronischen neuerung geregelt.
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- L e e r s e i t e -