DE4441422C2 - Microwave generator - Google Patents
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Description
Die Erfindung ist überall dort anzuwenden, wo netzunabhängige bzw. transportable Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen sind.The invention can be used wherever network-independent or portable consumers are to be supplied with electrical energy.
Als Grundlage für die direkte Umwandlung in elektrische Energie wird metallischer Wasserstoff herangezogen.As the basis for the direct conversion into electrical energy metallic hydrogen.
Das theoretische Prinzip hierzu ist bereits bekannt und in einigen Abhandlungen beschrieben.The theoretical principle for this is already known and in some Treatises described.
Hiervon wären zum einen der Dreiphasen Wechselstromgenerator auf Wasserstoffbasis und zum anderen eine Drehstromgeneratoreinheit zu nennen.One of these would be the three-phase alternator Hydrogen base and on the other hand a three-phase generator unit call.
Die Funktionsweise beruht jeweils grundlegend darauf, daß in einem Ringkörper (Torus) eine gewisse Wasserstoffmenge unter hohem Druck eingeschlossen wird.The mode of operation is fundamentally based on the fact that in one Ring body (torus) a certain amount of hydrogen under high pressure is included.
Bei dem dabei entstehenden metallischen Aggregatzustand, durch den die Elektronen von den Metallrümpfen getrennt werden, ist es möglich durch eine Erregerstromeinkopplung über einen HF-Saugkreis elektrische Energie zur Verfügung zu stellen.With the resulting metallic physical state, through which the Electrons are separated from the metal hulls, it is possible through an excitation current coupling via an HF suction circuit electrical To provide energy.
I = e * n * f [A]I = e * n * f [A]
Bei den bisherigen Konstruktionsanordnungen wurde der notwendige Einschluß des Wasserstoffplasmas über eine aufwendige Spulenanordnung realisiert.With the previous design arrangements, the necessary Inclusion of the hydrogen plasma via a complex coil arrangement realized.
Ebenfalls geschah die Ankopplung der elektrischen Energie über Transformatorspulen.The coupling of the electrical energy also happened Transformer coils.
Aufgrund dieser Vorgehensweise konnte die Baueinheit nicht sonderlich kompakt gestaltet werden.Because of this procedure, the unit could not do very well be made compact.
Ebenfalls ergab die weitere Integration einer Wechselrichtereinheit zur Drehstromerzeugung ein zusätzliches Konstruktionsvolumen.The further integration of an inverter unit also resulted an additional construction volume for the generation of three-phase current.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Nachteile zu umgehen und ein derart kompaktes Gerät mit reduzierten Bauteilkomponenten zu schaffen, das diese Probleme beseitigt.The invention is based on the object, the above To avoid disadvantages and such a compact device with reduced To create component components that eliminate these problems.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild des Mikrowellengenerators auf Wasserstoffbasis dargestellt. Hierbei besteht das Gerät lediglich aus den folgenden Hauptkomponenten. Diese wären zu nennen mit Hochfrequenz Rechteck-Ringhohlleiter (1), Hochfrequenz-Weiche (2) zur Auskopplung der elektrischen Energie, HF-Schottky-Diode (4) mit zugehöriger Induktivität (8) und Kondensator (11) zur Gleichrichtung und Glättung des Laststroms IA.In Fig. 1 a block diagram of the microwave generator is shown based on hydrogen. The device consists only of the following main components. These could be mentioned with high-frequency rectangular ring waveguide ( 1 ), high-frequency crossover ( 2 ) for decoupling the electrical energy, HF Schottky diode ( 4 ) with associated inductance ( 8 ) and capacitor ( 11 ) for rectifying and smoothing the load current IA.
Weiterhin die zur Bildung des HF-Schwingkreises im unteren Gigahertz- Bereich notwendigen Bauteile mit HF-Übertrager (5), HF-Kondensator (6) und MOS-FET (10) mit zugehörigen Rückkopplungs-Begrenzungswider stand (9). Die Schwingkreis Komponenten des Mikrowellengenerators auf Wasserstoffbasis sind hierbei in standardmäßiger Mikrostreifen- Leitertechnik (7) aufgebaut. Furthermore, the components necessary to form the RF resonant circuit in the lower gigahertz range with RF transformer ( 5 ), RF capacitor ( 6 ) and MOS-FET ( 10 ) with associated feedback limiting resistor ( 9 ). The resonant circuit components of the hydrogen-based microwave generator are constructed using standard microstrip conductor technology ( 7 ).
Die Baugruppen Magnetron (14) mit zugehörigem Steuergerät (15) und Stromversorgung dienen lediglich zum Hochfahren der Anlage mit Hilfe von hochfrequenter Energieeinkopplung über eine zweite HF-Weiche und sind nicht Bestandteil des Geräts.The assemblies Magnetron ( 14 ) with associated control device ( 15 ) and power supply are only used to start up the system with the aid of high-frequency energy coupling via a second RF switch and are not part of the device.
Ebenfalls sind die Wechselrichter (12), die die elektrische Energie für die Last, in diesem Fall ein Drehstrommotor (13), aufbereiten, außenliegende Komponenten.The inverters ( 12 ), which process the electrical energy for the load, in this case a three-phase motor ( 13 ), are also external components.
Die Funktionsweise des Geräts läßt sich, aufgeteilt in einmalige Startphase, Ruhephase sowie Energieabgabephase, wie folgt beschreiben.The functioning of the device can be divided into one-offs Describe the starting phase, resting phase and energy delivery phase as follows.
Da der Mikrowellengenerator auf Wasserstoffbasis zur Vereinfachung der Konstruktion und aus Kostengründen mit reduzierten Einzelteilen hergestellt werden soll, muß die Startphase während des Herstellungs prozesses erfolgen. Hierbei wird einmalig der Rechteck Ringhohllei ter (1) unter Vakuum mit einer geringen Menge flüssigem Wasserstoff gefüllt.Since the microwave generator is to be manufactured on the basis of hydrogen to simplify the construction and for reasons of cost with reduced individual parts, the starting phase must take place during the manufacturing process. The rectangle Ringhohllei ter ( 1 ) is filled once with a small amount of liquid hydrogen under vacuum.
Anschließend wird in der Startphase über eine HF-Weiche (3) mit Hilfe eines Magnetrons Mikrowellenenergie in den Torus eingestrahlt.Then, in the start phase, microwave energy is radiated into the torus using an RF switch ( 3 ) with the help of a magnetron.
Dieser Vorgang ist in Fig. 4 beschrieben. Während dieser Aufheizphase wird der vorhandene Wasserstoff über verschiedene Bereiche, die sich in Rekombinationsbereich, Sättigungsbereich und Proportionalbereich gliedern, schließlich zu einem leitenden Plasma.This process is described in Fig. 4. During this heating-up phase, the available hydrogen finally becomes a conductive plasma over various areas, which are divided into the recombination area, the saturation area and the proportional area.
Für die Aufheizphase ist lediglich der Proportionalbereich relevant, da die vorherigen Bereiche aufgrund der großen eingestrahlten Energiemenge sehr schnell durchlaufen werden.Only the proportional range is relevant for the heating phase, because the previous areas are irradiated due to the large Amount of energy can be run through very quickly.
Der Übergang in den Proportionalbereich stellt eine kritische Phase dar.The transition to the proportional range represents a critical phase represents.
Da die Temperatur und somit der Druck in der Rechteckhohlleiter schleife nun sehr stark ansteigt, würde das Plasma diesen in Sekunden bruchteilen sprengen. Dieser Vorgang könnte sich zusätzlich be schleunigen, da das verwendete Hohlleitermaterial lediglich aus Kunststoff mit auf der Innenfläche beschichtetem Nickel besteht.Because the temperature and therefore the pressure in the rectangular waveguide now grows very sharply, the plasma would do so in seconds Blast fragments. This process could also be accelerate, because the waveguide material used only from Plastic with nickel coated on the inner surface.
Die Zerstörung wird dadurch verhindert, indem ab einem bestimmten Zeitraum im Proportionalbereich das Wasserstoffplasma anfängt zu leiten und somit der Aggregatzustand des metallischen Wasserstoffs eintritt.The destruction is prevented by starting from a certain Period in the proportional range the hydrogen plasma begins and thus the physical state of the metallic hydrogen entry.
Hierbei werden die Elektronen von den Atomrümpfen getrennt.The electrons are separated from the atomic cores.
Gleichzeitig beginnt sich der Rechteckhohlleiter in dieser Phase in den Schwingkreis nach Fig. 3 einzufügen.At the same time, the rectangular waveguide begins to insert into the resonant circuit according to FIG. 3 in this phase.
Es bildet sich zusammen mit dem frequenzbestimmenden Bauteilen Schwingkreisübertrager, Kondensator der HF-Weiche und dem HF-MOSFET (10) eine Schwingung im unteren Gigahertzbereich aus.A vibration in the lower gigahertz range forms together with the frequency-determining components of the resonant circuit transformer, the capacitor of the RF crossover and the RF MOSFET ( 10 ).
Dadurch wird aufgrund der sehr hohen Anzahl von freien Elektronen im Rechteckringhohlleiter ein proportional großer Strom induziert. Due to the very high number of free electrons in the Rectangular ring waveguide induces a proportionally large current.
Nach Fig. 2 und Fig. 7 erzeugt dieser hochfrequente Strom nun ein entsprechend großes Feld aus. Zusätzlich mit denen in der metallischen Auflagefläche des Rechteck Ringhohlleiter fließenden Wandströmen bewirkt dieses Feld B eine Kraft auf das Plasma, welches dieses einschließt und damit die Zerstörung des Hohlleiters verhindert.According to FIG. 2 and FIG. 7 of this high-frequency current generated from now a correspondingly large pitch. In addition to the wall currents flowing in the metallic contact surface of the rectangular ring waveguide, this field B causes a force on the plasma, which encloses it and thus prevents the destruction of the waveguide.
Bei einem sehr hohen Ansteigen des Stromes im Innern des Recht eckhohlleiters hervorgerufen durch eine entsprechend erhöhte Frequenz wird die Einschlußkraft über einen Selbstregeleffekt durch die Lorentz- Transformation begrenzt.With a very high increase in the current inside the law corner waveguide caused by a correspondingly increased frequency the inclusion force is determined by a self-regulation effect by the Lorentz Transformation limited.
Dieser Effekt ist daher zu begründen, weil die hochfrequent-be schleunigten Elektronen des Wasserstoff-Plasmas eine Steigerung ihrer Einzelmassen erfahren.This effect is justified because the high-frequency accelerated electrons of the hydrogen plasma an increase in their Experience individual masses.
Wobei m die beschleunigte und mo die Ruhemasse der jeweiligen Elektronen darstellt.Where m is the accelerated mass and mo is the rest mass of each Represents electrons.
Nach dem abgeschlossenen Aufheizvorgang kann das Magnetron von dem Rechteckhohlleiter abgekoppelt werden. Somit stellt das Gerät in der Ruhephase eine Schwingkreis-Mikrowellen-Energie-Speicher-Kombination dar.After the heating process is complete, the magnetron can be removed from the Rectangular waveguides are decoupled. Thus, the device in the Quiescent phase a resonant circuit microwave energy storage combination represents.
Jetzt kann jederzeit in Form der Energieabgabephase ein elektrischer Strom über das HF-Gleichrichterbauteil entnommen werden.Now an electrical one can be used at any time in the form of the energy delivery phase Current can be drawn via the HF rectifier component.
Fig. 5 zeigt die konstruktive Anordnung des Mikrowellengenerators auf Wasserstoffbasis. Zu sehen sind dort ebenfalls der Anschluß für das Magnetron sowie die Elektronikanordnung der Lastauskopplung über den HF-Schwingkreis. Fig. 5 shows the structural arrangement of the microwave generator based on hydrogen. You can also see the connection for the magnetron and the electronic arrangement of the load decoupling via the RF resonant circuit.
Die verwendeten Bauteile sind sämtlich auf dem industriellen Markt vorhanden. The components used are all available on the industrial market.
BezugszeichenlisteReference list
1 Ringhohlleiter
2 HF-Weiche
3 HF-Weiche (Start)
4 Schottky-Diode
5 HF-Übertrager
6 HF-Kondensator
7 Mikrostreifenleiter
8 HF-Drossel
9 Rückkopplungs-Widerstand
10 HF-Verstärker-Bauteil
11 Ladekondensator
12 Wechselrichter
13 Motor (Last)
14 HF-Generator (Magnetron)
15 Steuergerät (Start)
16 Netz-Gleichrichter
17 Netzversorgung 1 ring waveguide
2 HF crossover
3 HF crossover (start)
4 Schottky diode
5 RF transmitters
6 RF capacitor
7 microstrip line
8 RF choke
9 feedback resistor
10 RF amplifier component
11 charging capacitor
12 inverters
13 motor (load)
14 HF generator (magnetron)
15 control unit (start)
16 line rectifiers
17 Mains supply
Claims (7)
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