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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Energieerzeugungssystem, bei
dem Leistung erzeugt wird durch die Energie eines ununterbrochenen
aufsteigenden Wirbelstromes, der künstlich erzeugt wird.
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Als
Energieerzeugungssysteme gibt es ein thermisches Energieerzeugungssystem,
ein nukleares Energieerzeugungssystem, ein hydraulisches Energieerzeugungssystem
und dergleichen. Obwohl diese Systeme den Punkt gemeinsam haben,
dass Energie durch Drehen einer Turbine eines Energieerzeugers erzeugt
wird, sind die Energiequellen zum Drehen der Turbine unterschiedlich.
Bei den thermischen Energieerzeugungssystemen wird durch Verbrennen
von Schweröl
oder einem anderen Brennstoff Dampf erzeugt, und die Turbine wird
durch die Energie des Dampfes gedreht. Bei den nuklearen Energieerzeugungssystemen
wird, obwohl die Turbine ähnlich
durch Dampfenergie gedreht wird, der Dampf durch Hitze erzeugt,
die durch Kernfusion erzeugt wird. Bei den hydraulischen Energieerzeugungssystemen
wird die Turbine durch die Energie von Wasser, das von einer erhöhten Position
hinabfällt,
gedreht. Neben den obigen Systemen gibt es ein Windenergieerzeugungssystem,
bei dem eine Windkraft genutzt wird, ein Energieerzeugungssystem,
bei dem Elektroenergie durch eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff
und Sauerstoff erzeugt wird, und dergleichen.
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US-A-4002032
offenbart eine solarbeheizte Vorrichtung, die eine Leitung zum Ausdehnen
und Strömen
von Gasen und einen Sonnenlichtkollektor zum Erhitzen des Gases
in der Leitung einschließt. Eine
Gasturbine wird durch das Gas angetrieben, wenn es sich im Ergebnis
der Sonnenerhitzung ausdehnt. Das Gas wird durch einen Lufteinlass
oder einen Sprühwassereinlass
zugeführt.
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Die
Verwendung von Ionenflammenerzeugern ist bekannt zur Verwendung
bei der Verbrennung, wie zum Beispiel in JP-A-09269110 offenbart.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt ein Energieerzeugungssystem, wie in Anspruch 1
weiter unten beansprucht, und ein Verfahren zum Erzeugen von Energie,
wie in Anspruch 6 beansprucht, bereit.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein System, bei dem Leistung durch eine
Energie erzeugt wird, die sich von der bei den herkömmlichen
Energieerzeugungssystemen verwendeten Energie unterscheidet, und
im einzelnen werden sich drehende Flügel durch einen ununterbrochenen
aufsteigenden Wirbelstrom, der künstlich
erzeugt wird (künstlichen
Tornado), gedreht, und ein Energieerzeuger wird durch die gewonnene
Drehkraft zum Energieerzeugen angetrieben.
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Ein
natürlicher
Tornado wird wie folgt erzeugt. Wenn (ionisierte) Luft, deren relative
Dichte durch Sonnenwärme
oder andere Wärme
verringert ist, zum Aufsteigen gebracht wird, so dass ein aufsteigender
Strom erzeugt wird, strömt,
da der atmosphärische
Druck darin vermindert wird, so dass ein niedriger Druck erzeugt
wird, Luft in den aufsteigenden Strom, um den Druckunterschied zu
beseitigen. In diesem Fall strömt,
da kalte Luft dazu neigt, in warme Luft zu strömen, die umgebende Luft, die
kälter
ist als die durch die Sonnenwärme
oder andere Wärme erhitzte
aufsteigende Luft, in den aufsteigenden Strom, wodurch ein Wirbelstrom
erzeugt wird. Sobald der Wirbelstrom erzeugt ist, wird, da zusätzliche
Luft auf eine Wirbelweise in den Wirbelstrom strömt, die Drehkraft allmählich gesteigert,
so dass schließlich der
Tornado erzeugt wird.
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Ferner
wird, falls ein Unterschied der Temperatur zwischen dem aufsteigenden
Strom und der umgebenden Luft, die in den aufsteigenden Strom strömt, gering
ist, weil der Wirbelstrom in einer verhältnismäßig geringen Höhe erzeugt
wird, der Wirbelstrom zum Wachsen gebracht, mit dem Ergebnis, dass
der niedrige Druck in der Mitte des Wirbelstroms erzeugt wird, wodurch
ein Taifun erzeugt wird.
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Bei
dem Energieerzeugungssystem nach der vorliegenden Erfindung wird
der künstliche
Tornado durch Anwenden des Prinzips der Erzeugung des natürlichen
Tornados oder des Taifuns erzeugt, und die Leistung wird durch die
Energie des künstlichen
Tornados erzeugt. Im einzelnen ist die vorliegende Erfindung beschaffen
wie folgt.
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Zwei
oder mehr Axialgebläse
können
in der Bahn bereitgestellt werden, und zwei oder mehr den Gebläsen zugeordnete
Energieerzeuger können ebenfalls
bereitgestellt werden.
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Die
Axialgebläse
können
so gestaltet sein, dass bewegliche Flügel derselben innerhalb von
feststehenden Flügeln
derselben gedreht werden.
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Ein
Nebenionenbrenner kann an einem oberen Teil der Bahn angeordnet
sein und geeignet sein, das durch die Bahn aufsteigende Gas erneut
zu erhitzen, um dadurch ein Ausströmen des Gases durch die Gasauslassöffnung zu
fördern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht, die ein Energieerzeugungssystem nach
der ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt,
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2 ist
eine erläuternde
Ansicht, die einen Ionenflammenerzeuger eines bei dem Energieerzeugungssystem
von 1 verwendeten Ionenbrenners zeigt,
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3 ist
eine erläuternde
Ansicht, die einen Ionenbrüter
des Ionenbrenners zeigt,
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4 ist
eine erläuternde
Ansicht, die einen Einbauzustand eines Brennstoffzerstäubers in
dem Ionenflammenerzeuger zeigt,
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5 ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine Struktur des Brennstoffzerstäubers zeigt,
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6 ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine Metallbrennstoff-Versorgungsvorrichtung zeigt,
und
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7 ist
eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Anwendung des Energieerzeugungssystems
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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BESTE WEISE
ZUM UMSETZEN DER ERFINDUNG
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(ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Wie
in 1 gezeigt, ist in einem Energieerzeugungssystem
nach der vorliegenden Erfindung ein Heizofen 5, der Ionenbrenner 2,
Entladungselektroden 3 und Teilchenbeschleuniger 4 hat,
an einem Zwischenabschnitt eines Zylinders 1 angebracht,
der einen Innendurchmesser von etwa 3 m und eine Höhe von etwa
300 m hat, und der Zylinder 1 und der Heizofen 5 werden
in Vertikalrichtung durch ein Gestell 6 getragen. In diesem
Fall steht ein oberer Teil eines oberen Zylinderabschnitts 7 des
Zylinders 1, der höher
ist als der Heizofen 5, von dem Gestell 6 nach
oben vor.
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Eine
Gaseinlassöffnung 9 ist
in einem unteren Ende eines unteren zylindrischen Abschnitts 8 des
Zylinders 1, der niedriger ist als der Heizofen 5, geformt,
und ein Axialgebläse 10 ist
innerhalb des unteren zylindrischen Abschnitts 8 angeordnet.
Eine Gasauslassöffnung 11 ist
in einem oberen Ende des oberen zylindrischen Abschnitts 7 des
Zylinders 1, der höher
ist als der Heizofen 5, geformt, und zwei Axialgebläse 12, 13 sind
innerhalb des oberen Zylinderabschnitts 7 angeordnet, und
die Ionenbrenner 2 sind an einem oberen Teil des oberen
Zylinderabschnitts 7 angeordnet. Drehwellen 20, 21, 22 von Energieerzeugern 17, 18, 19 der
Hochspannungsart sind jeweils mit Drehwellen 14, 15, 16 der
drei Axialgebläse 10, 12, 13 verbunden.
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Das
Gestell 6 ist auf eine solche Weise aufgebaut, dass vier
Streben 23, jeweils gewonnen durch Verbinden einer gewünschten
Zahl von prismatischen Metallrohren, die jeweils eine Abmessung von
300 mm × 300
mm und eine Dicke von 10 mm haben, in einer Pyramidenstumpfform
aufrecht auf ein Betonfundament gestellt sind und die vier Streben 23 an
fünf Punkten
jeder Strebe in der Vertikalrichtung durch metallische Verbindungselemente 24 verbunden
sind und metallische Verstärkungselemente 25 schräg zwischen
unteren Enden der Streben 23 und den untersten metallischen
Verbindungselementen 24 verbunden sind und zusätzliche
metallische Verstärkungselemente 25 schräg zwischen
dem Heizofen 5 und den (von unten) dritten metallischen Verbindungselementen 24 verbunden
sind. Die Höhe des
Gestells 6 wird angesichts der Höhe des Zylinders 1 auf
etwa 320 m gewählt.
Der Zylinder 1 kann einen Innendurchmesser von 3 m oder
mehr und eine Höhe
von 300 m oder mehr haben, und in einem solchen Fall wird die Höhe des Gestells 6 entsprechend gesteigert.
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In
dem Energieerzeugungssystem nach der vorliegenden Erfindung wird
im Inneren (der Bahn) des Zylinders 1 durch Steigern der
Temperatur und der Ionenkonzentration innerhalb des Heizofens 5 durch
teilweises oder vollständiges
Betreiben der Ionenbrenner 2, Entladungselektroden 3 und
Teilchenbeschleuniger 4 von 1 ein künstlicher
aufsteigender Wirbelstrom erzeugt, und der aufsteigende Wirbelstrom
wird auf das Axialgebläse 10 unterhalb des
Heizofens 5 und die Axialgebläse 12, 13 oberhalb
des Heizofens 5 treffen gelassen, um dadurch diese Axialgebläse 10, 12, 13 zu
drehen, und die mit den jeweiligen Axialgebläsen 10, 12, 13 verbundenen
Energieerzeuger 17, 18, 19 werden durch
die Drehung des Gebläses
zur Energieerzeugung angetrieben.
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Feuerfestbetonerzeugnisse
(zum Beispiel eine Mischung aus feuerfesten Zuschlagstoffen und Aluminiumoxidzement
oder einem hydraulischen Abbindemittel, wie beispielsweise Phosphorsäure) werden
an einer Umfangswand des in 1 gezeigten Heizofens 5 verwendet,
und drei Ionenbrenner 2, die einen Heizwert von etwa 100 × 104 kcal haben, sind mit gleichem Abstand längs einer
Umfangsrichtung an der Umfangswand angeordnet (wobei in 1 nur zwei
von ihnen gezeigt werden). Distale Enden der drei Ionenbrenner 2 sind
zur Mitte des Heizofens 5 hin gerichtet, so dass starke
Verbrennungsgeräusche
auf Grund explosiver Verbrennung (Verbrennung von 13 bis 15 m/s),
erzeugt vom jeweiligen Ionenbrenner 2, aufeinanderprallen
gelassen werden, um das Gesamtgeräusch durch das Auslöschen von Schallwellen
und den Doppler-Effekt, verursacht durch das Aufeinanderprallen
von Schallwellen, zu verringern.
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Wie
in 2 gezeigt, ist jeder Ionenbrenner 2 aufgebaut
durch Hinzufügen
eines in 3 gezeigten Ionenbrüters 31 zu
einem Ionenflammenerzeuger 30, der aus einem Turbolüfter 26,
einem Motor 27, einem durch den Motor 27 angetriebenen
axialen Turboverdichter (einer Turbine) 28 und einem Ionenflammen
erzeugenden Abschnitt 29 besteht. Der Turbolüfter 26 dient
dazu, Luft anzusaugen und die Luft zur Turbine 28 zu schicken.
Wie in 2 gezeigt, ist der Turbolüfter 26 mit einem
Lufteinstellventil 32 versehen, so dass eine Luftansaugmenge
durch Einstellen eines Öffnungsgrades
des Lufteinstellventils 28 eingestellt wird, um eine der
Turbine 28 zugeführte Luftmenge
zu regeln. In der Turbine 28 sind bewegliche Flügel 34,
ein Verdichtungsflügel 35 und
ein Verteilungsflügel 36 an
einer durch den Motor 27 drehend angetriebenen Welle 33 befestigt.
Wenn die Flügel 34, 35 innerhalb
feststehender unbeweglicher Flügel 37 gedreht
werden, wird die von dem Turbolüfter 26 geschickte
Luft verdichtet und zu dem Ionenflammen erzeugenden Abschnitt 29 hin
eingepresst. Die eingepresste Luft wird durch den Verteilungsflügel 36 umgeschaufelt,
um einen gleichförmigen Druck
zu gewährleisten,
und wird danach in fünf Brennstoffzerstäuber 38 des
Ionenflammen erzeugenden Abschnitts 29 geschickt.
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Wie
in 2 gezeigt, ist in dem Ionenflammen erzeugenden
Abschnitt 29 ein zylindrischer Körper 39 aus einem
ferromagnetischen Metall (wie beispielsweise Eisen, Nickel oder
Kobalt) geformt, und die fünf
Brennstoffzerstäuber 38 sind,
wie in 4 gezeigt, innerhalb des zylindrischen Körpers 39 angeordnet,
und ein wesentlich zylindrisches Flammenkontakt-Ionisationsmaterial 40 (2)
ist vor den Brennstoffzerstäubern 38 angeordnet.
Eine elektromagnetische Spule 41, die einen Eisenkern hat,
ist um den zylindrischen Körper 39 angeordnet. Übrigens
sind die Brennstoffzerstäuber 38 durch
eine in 4 gezeigte Metallplatte 42 innerhalb
des zylindrischen Körpers 39 befestigt.
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Wie
in 5 gezeigt, sind in dem Brennstoffzerstäuber 38 eine
nichtmagnetische Metall-Lufteinpressdüse 46 (die
einen Düsendurchmesser
von 1 bis 2 m ∅ hat) zum Einpressen von Hochdruckluft (etwa
15 k Druck) und eine nichtmagnetische Metall-Brennstofftropfdüse 47 zum
Tropfen von Brennstoff (Kerosin, mit Metallpulver vermischtes Öl oder Wasser)
in das Innere eines aus nichtmagnetischem Metall (wie beispielsweise
Messing, rostfreiem Stahl oder dergleichen) hergestellten zylindrischen
Körpers 45 eingesetzt
und an einem hinteren Endabschnitt desselben daran befestigt. Wie
gezeigt, ist eine Innenumfangsfläche
eines distalen (vorderen) Endes 48 des zylindrischen Körpers 45 aufgeweitet oder
nach außen
kegelförmig
gestaltet, so dass sie einen Kegelwinkel (θ) von 40 bis 60 Grad und eine Kegellänge (d)
von 10 bis 15 mm hat. Etwa fünfzehn bis
zwanzig Schlitze 49, die jeweils eine Breite von 1,5 bis
2 mm haben, sind in einer Außenumfangsfläche des
hinteren Endabschnitts des zylindrischen Körpers 45 in einer
umlaufenden Abstandsbeziehung geformt, und ein Winkel (φ) eines
Spitzenendes jedes Schlitzes 49 wird auf 45 Grad gewählt. Die Brennstofftropfdüse 47 wird
durch einen der Schlitze 49 in den zylindrischen Körper 45 eingesetzt.
Ein Innendurchmesser (c) des zylindrischen Körpers 45 beträgt 35 bis
45 mm, und eine Gesamtlänge
(a + b + c) beträgt
170 bis 215 mm. Übrigens
beträgt
(a) 160 bis 200 mm, und (b) beträgt
50 bis 60 mm. Ferner ist die Brennstofftropfdüse 47 mit einem Rührwerk 50 zum
Rühren
des zuzuführenden
Brennstoffs versehen. Das Rührwerk 50 dient
dazu, den Brennstoff durch Drehen eines spiralförmigen Drehflügels 51 durch
einen Motor 52 zu rühren.
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In
dem Brennstoffzerstäuber 38 wird
der aus der Brennstofftropfdüse 47 getropfte
Brennstoff durch Luft hoher Geschwindigkeit, die von der rückwärtigen Turbine 28 geschickt
wird, und Luft hohen Drucks, die von der Lufteinpressdüse 46 eingepresst wird,
zu feinen Teilchen, die einen Durchmesser von 0,01 μ oder weniger
haben, zerstäubt
und wird danach aus dem distalen Endabschnitt 48 eingespritzt. In
dem Brennstoffzerstäuber 38 wird,
auf Grund des Vorhandenseins des Kegels des distalen Endabschnitts 48,
der einmal zerstäubte
Brennstoff ruhig eingespritzt, ohne erneut verflüssigt zu werden, wodurch ein
hoher Zerstäubungswirkungsgrad
erreicht wird.
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Das
Flammenkontakt-Ionisationsmaterial 40 wird durch Kristallisationsverbindung
einer Mischung einer fotoaktiven Substanz und einer magnetischen Substanz
innerhalb einer oxidierenden Umgebung hergestellt. Die fotoaktive
Substanz kann ein Monomer, wie beispielsweise Selen, Kadmium, Titan,
Lithium, Barium oder Thallium, oder eine Verbindung, wie beispielsweise
ein Oxid, Sulfid oder Halogenid derselben, sein, und die magnetische
Substanz kann eine ferromagnetische Substanz (Eisen, Nickel, Kobalt
oder deren Verbindungen) oder eine paramagnetische Substanz (Mangan,
Aluminium, Zinn oder deren Verbindungen) oder eine diamagnetische
Substanz (Wismut, Phosphor, Kupfer, Kalzium oder deren Verbindungen)
sein.
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Wie
in 2 gezeigt, ist die elektromagnetische Spule 41 aufgebaut
durch Befestigen einer Kupferdrahtspule 54 an einem Eisenkern 53,
und eine Stromversorgung (nicht gezeigt) ist mit der Kupferdrahtspule 54 verbunden.
Wenn Impulsstrom von der Stromversorgung an die elektromagnetische
Spule 41 angelegt wird, wird innerhalb der Spule ein starkes hochfrequentes
Magnetfeld erzeugt, wodurch der zylindrische Körper 39 des Ionenflammen
erzeugenden Abschnitts 29 stark magnetisiert wird. Das
hochfrequente Magnetfeld hat zum Beispiel eine magnetische Flussdichte
von 10000 oder mehr und eine Frequenz von 20 bis 50 MHz. Der durch
die elektromagnetische Spule 41 magnetisierte zylindrische
Körper 39 erzeugt
darin ein hochfrequentes Magnetfeld, um das Flammenkontakt-Ionisationsmaterial 40 zu
aktivieren, so dass eine mit dem Flammenkontakt-Ionisationsmaterial 40 in
Berührung
gebrachte Kohlenwasserstoff-Flamme zu einer Ionenflamme verändert wird,
die zahlreiche Kationen (Kohlenstoffionen, Wasserstoffionen, Eisenionen
oder dergleichen) und Anionen (Sauerstoffionen) enthält. Übrigens
ist das Flammenkontakt-Ionisationsmaterial 40 mit einer Zündelektrode 55 versehen,
um die Zündmöglichkeit zu
verbessern, obwohl der zerstäubte
Brennstoff in dem durch das hochfrequente Magnetfeld aktivierten Flammenkontakt-Ionisationsmaterial 40 nur
durch Berührung
mit dem Flammenkontakt-Ionisationsmaterial gezündet wird.
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Wie
in 3 gezeigt, ist in dem Ionenbrüter 31 durch abwechselndes
wechselseitiges Verbinden von Ringen 61 aus einem nichtmagnetischen
Metall (wie beispielsweise Messing, rostfreiem Stahl oder dergleichen)
mit Ringen 62 aus einem ferromagnetischen Metall (wie beispielsweise
Eisen, Nickel, Kobalt oder dergleichen) ein zylindrischer Körper 60 geformt,
und elektromagnetische Spulen 63 sind um die ferromagnetischen
Metallringe 62 befestigt. Es gibt drei ferromagnetische
Metallringe 62 und drei elektromagnetische Spulen 63.
Jede elektromagnetische Spule 63 ist aufgebaut durch Wickeln
eines isolierten Kupferdrahtes 65 um den entsprechenden
ferromagnetischen Metallring 62 mit Dazwischenlegen eines Isolierpapiers 64 und
Wickeln eines Kupferkühlrohrs 66 um
den Draht 65 mit Dazwischenlegen eines Isolierpapiers 64 und
durch Wickeln einer Metallabdeckung 67 und das Rohr 66 mit
Dazwischenlegen eines Isolierpapiers 64. Übrigens
ist jede elektromagnetische Spule 63 fest an einem äußeren Flansch 68 des
zylindrischen Körpers 60 befestigt,
um nicht durch eine erzeugte Magnetkraft oder eine Vibration der
Ionenbrenner 2 verschoben zu werden.
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Der
isolierte Kupferdraht 65 jeder elektromagnetischen Spule 63 ist
mit einer Stromversorgung (nicht gezeigt) verbunden, so dass er
einen großen Impulsstrom
von der Stromversorgung aufnehmen kann. Wenn der große Impulsstrom
angelegt wird, erzeugt die elektromagnetische Spule 63 in
der Spule ein starkes hochfrequentes Magnetfeld, um so den ferromagnetischen
Metallring 62 in dem hochfrequenten Magnetfeld stark zu
magnetisieren, mit dem Ergebnis, dass der magnetisierte ferromagnetische Metallring 62 darin
ein starkes hochfrequentes Magnetfeld erzeugt. Die hochfrequenten
Magnetfelder innerhalb der ferromagnetischen Metallringe 62 lassen Ionen
in der durch den Ionenflammen erzeugenden Abschnitt 29 erzeugten
Ionenflamme schwingen und beschleunigen die Kationen zu der Flammeneinspritzöffnung hin
und beschleunigen die Anionen zu dem Ionenflammen erzeugenden Abschnitt 29 hin
und steigern die Zahl von Kationen und Anionen, während die
Kationen und Anionen elastisch auf andere Teilchen (ionisierte Teilchen
und nicht ionisierte Teilchen) prallen gelassen werden. Ferner wird
die Ionenflamme durch das Vorhandensein der abwechselnd angeordneten
ferromagnetischen Metallringe 62 und nichtmagnetischen
Metallringe 61 magnetisch eingeschränkt, um die Ionenflamme stufenweise
zusammenzudrücken
(Quetschwirkung), und die zusammengedrückte Kationenflamme wird in
den Heizofen 5 eingespritzt. Übrigens wird die Anionenflamme
zu dem Ionenflammen erzeugenden Abschnitt 29 hin eingespritzt.
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Das
Kupferkühlrohr 66 jeder
elektromagnetischen Spule 63 ist mit einem Kühlgerät (nicht
gezeigt) verbunden, so dass Kühlwasser
durch das Kupferkühlrohr 66 strömen gelassen
werden kann, um die elektromagnetische Spule 63 zu kühlen. Obwohl
die elektromagnetische Spule 63 durch Wärme von dem isolierten Kupferdraht 65 (durch
den ein großer
Strom fließt)
und Wärme
von der inneren Ionenflamme auf eine hohe Temperatur erhitzt wird,
wird durch das Kühlwasser
ein Überhitzen
der Spule verhindert. Die elektromagnetische Spule 63 kann
durch Wasser, andere Kühlmedien
oder ein Zwangskühlungssystem
gekühlt
werden.
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In
dem Ionenflammenerzeuger 30 kann, wie oben erwähnt, innerhalb
des zylindrischen Körpers 60 des
Ionenbrüters 31 ein
starkes elektrisches Feld erzeugt werden, das in der Lage ist, die
Ionen schwingen zu lassen und zu beschleunigen, während ein
Beispiel erläutert
wurde, bei dem der Ionenbrüter 31 die
durch die mehrstufigen elektromagnetischen Spulen 63 erzeugten
hochfrequenten Magnetfelder benutzt.
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Die
Brennstofftropfdüse 47 (5)
des Ionenflammenerzeugers 30 kann durch ein Rohr Brennstoff
von einer Brennstoff-Versorgungsvorrichtung 70 erhalten.
Die Brennstoff Versorgungsvorrichtung 70 umfasst eine Kerosin-Versorgungsvorrichtung 71 zum
Zuführen
von Kerosin, eine Wasser-Versorgungsvorrichtung 72 zum
Zuführen
von Wasser und eine Metallbrennstoff-Versorgungsvorrichtung 73 zum
Zuführen
von mit Metallpulver vermischtem Öl. Unter ihnen ist die Kerosin-Versorgungsvorrichtung 71 ein
Tank zum Aufbewahren des Kerosins, und die Wasser-Versorgungsvorrichtung 72 ist
ein Tank zum Aufbewahren des Wassers.
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Wie
in 6 gezeigt, ist in der Metallbrennstoff Versorgungsvorrichtung 73 (5)
eine aus einem leitfähigen
Metall hergestellte zylindrische Minuselektrode 75 vertikal
an der Mitte eines Bodens des aus einem Isoliermaterial hergestellten
Kerosintanks 74 befestigt, und ein aus einem länglichen
zylindrischen Eisenstab geformter Pluselektrodenstab 76 und
ein aus einem länglichen
zylindrischen Aluminiumstab geformter Pluselektrodenstab 76 sind
in der Nähe
der Minuselektrode 75 angeordnet, und die Elektroden 75, 76 sind
mit einer Hochspannungsstromversorgung 78 verbunden, so
dass eine hohe Spannung (zum Beispiel 30000 bis 100000 Volt) zwischen
dem Elektroden 75 und 76 angelegt werden kann.
In der Metallbrennstoff Versorgungsvorrichtung 73 wird,
wenn die Entladung zwischen den Elektroden 75 und 76 erzeugt
wird, durch Anlegen der Spannung zwischen der Minuselektrode 75 und
dem Pluselektrodenstab 76, die aus Eisen oder Aluminium geformt
sind, feinteiliges (kleiner als 0,5 mm) Eisenpulver oder Aluminiumpulver
von der Oberfläche
des Pluselektrodenstabes 76 abgenommen und wird in das
Kerosin abgegeben. In diesem Fall wird Kohlenstoff von dem Kohlenwasserstoff
in dem Kerosin abgeschieden, das Eisen- oder Aluminiumpulver wird an
den abgeschiedenen Kohlenstoff angehängt, um das Metallpulver mit
dem Kerosin zu mischen, wodurch das mit Metallpulver vermischte Öl gebildet wird.
Falls notwendig, kann dem mit Metallpulver vermischten Öl ein grenzflächenaktiver
Stoff zugegeben werden. In einem solchen Fall kann das mit Metallpulver
vermischte Öl über einen
verhältnismäßig langen
Zeitraum aufbewahrt werden. Der verwendete grenzflächenaktive
Stoff darf jedoch das Verbrennen nicht verhindern.
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Die
zwei Pluselektrodenstäbe 76 werden durch
Einsetzlöcher,
die in beiden Seitenwänden
des Tanks 74 geformt sind, in den Tank 74 eingesetzt. Dichtungsstücke 79 werden
in den Einsetzlöchern bereitgestellt,
um die eingesetzten Pluselektrodenstäbe 76 lösbar festzuhalten
und ein Auslaufen von Flüssigkeit
zu verhindern. Eine Einsetzlänge
(in den Tank) jedes Pluselektrodenstabes 76 kann durch
einen automatischen Einschubmechanismus (eine Elektrodenbewegungsvorrichtung) 80 eingestellt werden,
so dass ein Abstand zwischen einem distalen Ende des Pluselektrodenstabes 76 und
einem distalen Ende der Minuselektrode 75 eingestellt werden
kann, um das Auftreten des Entladens zu erleichtern. Wenn das distale
Ende des Pluselektrodenstabes 76 verkürzt ist, dient der automatische
Einschubmechanismus 80 dazu, den Pluselektrodenstab 76 entsprechend
zu der Minuselektrode 75 hin auszufahren, wodurch der Abstand
zwischen den distalen Enden der Elektroden 75 und 76 immer
gleichbleibend gehalten wird. Übrigens
kann die durch den automatischen Einschubmechanismus 80 bewirkte Steuerung
des Einschubmaßes
des Pluselektrodenstabes 76 zum Beispiel verwirklicht werden
durch Messen des Abstandes zwischen den Elektroden 75 und 76 durch
einem optischen Sensor vom Äußeren des
Tanks 74 aus oder durch Überwachen des Potentials oder
des elektrischen Stroms zwischen den Elektroden, um die richtige
Entladung zu erzeugen, oder durch vorheriges Suchen der Verkürzungsgeschwindigkeit
der Elektrode auf Grund der Entladung als abnehmendes Maß pro Zeiteinheit.
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Solange
die wirksame Entladung zwischen den Elektroden 75 und 76 erzielt
werden kann, sind die Minuselektrode 75 und die Pluselektrodenstäbe 76 nicht
auf das oben erwähnte
Beispiel begrenzt, sondern kann zum Beispiel eine oder können beide der
Elektroden 75, 76 als prismatisches Element geformt
sein. Ferner kann die Spannung oder der elektrische Strom, die zwischen
den Elektroden angelegt werden, entsprechend den Formen der Minus-
und der Pluselektroden 75, 76 und/oder dem Abstand zwischen
den Elektroden und/oder den Materialien der Elektroden angemessen
eingestellt werden.
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Der
Tank 74 ist mit einer Brennstoffmengen-Überwachungsvorrichtung (nicht
gezeigt) versehen, um eine Brennstoffmenge innerhalb des Tanks zu
messen, um so zu verhindern, dass die Minuselektrode 75 und
die Pluselektrodenstäbe 76 nach oben
aus dem Flüssigkeitspegel
hervorstehen. Falls der Brennstoff zum Beispiel unter eine vorher
festgelegte Menge vermindert wird, dient die Brennstoffmengen-Überwachungsvorrichtung dazu,
den Brennstoff aufzufüllen
oder den Bediener von einer solchen Tatsache in Kenntnis zu setzen.
Auf Grund des Vorhandenseins der Brennstoffmengen-Überwachungsvorrichtung
kann verhindert werden, dass die Entladung in dem Zustand auftritt,
in dem die Elektroden aus dem Flüssigkeitspegel
hervorstehen, wodurch verhindert wird, dass das Kerosin als Brennstoff
gezündet
wird, und folglich ein Brand und eine Explosion des Tanks 74 verhindert
werden.
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Oben
am Tank 74 wird eine Rührvorrichtung 81 bereitgestellt.
Die Rührvorrichtung 81 umfasst
einen Motor 82 und einen Propeller 83, der durch
den Motor 82 drehend angetrieben wird, und dient dazu, das
Kerosin in dem Tank 74 durch den Propeller 83 umzurühren. Die
Umdrehungszahl des Propellers kann angemessen eingestellt werden.
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Die
in 5 gezeigte Kerosin-Versorgungsvorrichtung 71 kann
mit einer Krackvorrichtung versehen sein. Die Krackvorrichtung dient
dazu, schweres Erdöl,
das einen hohen Siedepunkt hat, zu spalten, um leichtes Erdöl, das einen
niedrigen Siedepunkt hat (Benzin und dergleichen), herzustellen. Zum
Beispiel kann die Krackvorrichtung von der kontaktspaltenden Art,
die einen Siliziumdioxid-/Aluminiumoxid-Katalysator
verwendet, oder von der thermisch spaltenden Art, zum Bewirken einer Spaltung bei
einer hohen Temperatur (800 bis 850°C) ohne Katalysator, oder von
der hydrierend spaltenden Art sein, um eine Spaltung unter Verwendung
eines Katalysators zu bewirken, wobei Nickel oder Wolfram durch
Siliziumdioxid/Aluminiumoxid getragen werden und Hochdruck-Wasserstoff
eingesetzt wird. Die Krackvorrichtung ist besonders wirksam, wenn
ein Brennstoff, der einen hohen Siedepunkt hat, wie beispielsweise
schweres Heizöl,
an Stelle von Kerosin verwendet wird.
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Einer
der erforderlichen Brennstoffe oder eine Kombination derselben kann
durch Brennstoffverteiler von den Versorgungsvorrichtungen 71, 72, 73 der
Brennstofftropfdüse 47 zugeführt werden. Zum
Beispiel kann nur das Kerosin zugeführt werden, bis die Temperatur
etwa 1800°C
erreicht, nachdem die Ionenflammenerzeugungsvorrichtung 30 gestartet
wurde, und dann kann das mit Metallpulver vermischte Öl zugeführt werden,
bis die Temperatur etwa 2500°C
erreicht, und danach können
das mit Metallpulver vermischte Öl
und Wasser zugeführt werden.
Auf diese Weise kann entsprechend der Brenntemperatur der richtige
Brennstoff ausgewählt und
zugeführt
werden.
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Wie
in 1 gezeigt, befinden sich die Entladungselektroden 3 oberhalb
der Ionenbrenner 2 einander gegenüberliegend an der Umfangswand des
Heizofens 5. Die Entladungselektroden 3 sind mit Stromversorgungen
(nicht gezeigt) verbunden, so dass die Temperatur des Inneren des
durch die Ionenbrenner 2 erhitzten Heizofens 5 durch
Erzeugen der Entladung zwischen den Elektroden durch Anlegen von
Spannung an die Elektroden aufrechterhalten werden kann.
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Ferner
werden an der Umfangswand des Heizofens 5 vier Teilchenbeschleuniger 4 bereitgestellt.
Die Teilchenbeschleuniger 4 dienen dazu, die Ionenkonzentration
innerhalb des Heizofens 5 aufrechtzuerhalten oder die Ionen
zu vermehren, um die Ionenkonzentration zu steigern. Ein Betatron,
ein Zyklotron oder ein Synchrotron können als Teilchenbeschleuniger 4 verwendet
werden. In dem Betatron werden in einem kreisringförmigen Vakuumgefäß untergebrachte
Elektronen durch äußeres Anlegen
eines magnetischen Wechselfeldes beschleunigt, so dass die Ionenkonzentration
innerhalb des Heizofens 5 durch Abgeben der beschleunigten
Elektronen in den Heizofen 5 gesteigert werden kann. In
dem Zyklotron werden geladene Teilchen wiederholt durch ein hochfrequentes
elektrisches Feld beschleunigt, das eine Zyklotronschwingungszahl
synchron zu einer kreisförmigen
Bewegung mit einer vorher festgelegten Periode hat, die durch eine
Lorentz-Kraft in einem Gleichstrom-Magnetfeld bewirkt wird, wodurch hochenergetische
Teilchen gewonnen werden, und die Ionenkonzentration innerhalb des
Heizofens 5 wird durch Abgeben solcher hochenergetischen
Teilchen in den Heizofen 5 gesteigert. Das Synchrotron ist
ein Beschleuniger, in dem eine Obergrenze der Energie des Zyklotrons überschritten
wird und in dem Elektromagneten längs einer kreisförmigen Bahn
mit einem vorher festgelegten Radius angeordnet sind, um die magnetische
Flussdichte zu steigern, wenn die Teilchengeschwindigkeit gesteigert
wird.
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Die
Gaseinlassöffnung 9 des
Zylinders 1 ist mit einem Schieber versehen, so dass das
Gas (atmosphärische
Luft) durch Öffnen
des Schiebers in den Zylinder 1 eingeleitet werden kann,
wenn die Temperatur und die Ionenkonzentration innerhalb des Heizofens 5 ein
vorher festgelegtes Niveau (zum Beispiel eine Temperatur von 1800°C bis 3500°C, eine Ionenkonzentration
von 30% bis 80%) überschreiten.
Ferner kann die Menge des eingeleiteten Gases durch Verändern des Öffnungsmaßes des Schiebers
eingestellt werden. Zusätzlich
steht ein unteres Ende der Gaseinlassöffnung 9 von dem Schieber
nach unten vor, so dass die atmosphärische Luft, wenn der Schieber
geöffnet
ist, glatt in den Zylinder 1 strömen kann. Übrigens ist am unteren Ende
der Lufteinlassöffnung 9 ein
Metallnetz befestigt, um zu verhindern, dass Fremdkörper in
den Zylinder 1 eintreten.
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Wie
in 1 gezeigt, haben die Axialgebläse 10, 12, 13 mehrere
bewegliche F1ügel 90,
die an den jeweiligen drehbaren Wellen 14, 15, 16 längs deren Längsrichtungen
befestigt sind derart, dass die drehbaren Wellen 14, 15, 16,
wenn der aufsteigende Wirbelstrom, der noch oben durch den Zylinder 1 strömt, auf
die beweglichen Flügel 90 auftrifft,
durch die Energie des Luftstroms gedreht werden. Die drehbaren Wellen 14, 15, 16 der
Axialgebläse 10, 12, 13 sind
mit den drehbaren Wellen 20, 2l, 22 der
Hochspannungsenergieerzeuger (10000 V bis 20000 V) über Getriebe
verbunden derart, dass die Energieerzeuger 17, 18, 19 zu
Energieerzeugung angetrieben werden, wenn die Axialgebläse 10, 12, 13 gedreht
werden. In 1 können durch Antreiben von zwei
Energieerzeugern durch jedes der Axialgebläse (insgesamt) sechs Energieerzeuger
angetrieben werden. Unter den drei Axialgebläsen 10, 12, 13 hat
das Mittelstufen-Axialgebläse 12 weniger
bewegliche Flügel 90 als
die anderen Axialgebläse 10, 13.
Der Grund dafür
ist, dass die angemessene Drehkraft selbst dann erzielt werden kann,
wenn die Zahl der beweglichen Flügel 90 klein
ist, weil der aufsteigende Wirbelstrom im Mittelabschnitt des Zylinders 1 stabilisiert wird.
Die Axialgebläse
sind so ausgelegt, dass sie dem aufsteigenden Wirbelstrom standhalten,
der eine Stromgeschwindigkeit von 150 m/s hat.
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Wie
in 1 gezeigt, werden innerhalb des Zylinders 1 feststehende
Flügel 91 um
die Axialgebläse 10, 12, 13 bereitgestellt,
so dass die beweglichen Flügel 90 der
Axialgebläse 10, 12, 13 innerhalb der
feststehenden Flügel 91 gedreht
werden können. Mit
dieser Anordnung prallt der aufsteigende Wirbelstrom gleichförmig auf
die beweglichen Flügel 90, wodurch
die Axialgebläse 10, 12, 13 effizient
gedreht werden.
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Wie
in 1 gezeigt, wird der aufsteigende Wirbelstrom oberhalb
des Oberstufen-Axialgebläses 13 durch
die Gasauslassöffnung 11 aus
dem Zylinder 1 ausgestoßen. Ein oberes Ende der Gasauslassöffnung 11 steht
nach oben von dem Gestell 6 vor, so dass das Gas glatt
ausgestoßen
werden kann. Ferner werden in der Nähe der Gasauslassöffnung 11 Nebenionenbrenner 2 (die
einen Heizwert von etwa 120 × 104 kcal haben) bereitgestellt, so dass das durch
den Zylinder 1 aufsteigende Gas erneut erhitzt wird, um
das Ausstoßen
des Gases zu fördern.
Die Struktur der Nebenionenbrenner 2 kann die gleiche sein
wie die der an. dem Heizofen 5 bereitgestellten Ionenbrenner 2.
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(ANWENDUNGSBEISPIEL)
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Zum
Beispiel wird die Energie erzeugt durch Verwenden des in 1 gezeigten
Energieerzeugungssystems nach der vorliegenden Erfindung auf die
folgende Weise:
- 1. In einem Zustand, in dem
der Schieber der Gaseinlassöffnung 9 geschlossen
ist, werden die Ionenbrenner 2 betätigt, um die Luft innerhalb
des Heizofens 5 zu erhitzen und zu ionisieren. Da die Luft,
die innerhalb des Heizofens 5 erhitzt wird und eine gesteigerte
Ionenkonzentration hat, durch den Zylinder 1 aufsteigt
und durch die Gausauslassöffnung 11 nach
außen
ausgestoßen wird,
wird innerhalb des Zylinders 1 die hohe Temperatur hergestellt,
und folglich wird der Luftdruck innerhalb des Zylinders 1 niedriger
als der atmosphärische
Druck.
- 2. Wenn die Temperatur und die Ionenkonzentration innerhalb
des Heizofens 5 die vorher festgelegten Niveaus (zum Beispiel
eine Temperatur von 1600°C,
eine Ionenkonzentration von 30%) erreichen, wird der Schieber der
Gaseinlassöffnung 9 geöffnet. Da
der Druck innerhalb des Zylinders 1 niedriger ist als der
atmosphärische Druck,
strömt,
wenn der Schieber geöffnet
wird, die atmosphärische
Luft durch die Gaseinlassöffnung 9 in
den Zylinder 1, um den Druck auszugleichen. In diesem Fall
strömt,
da die Luft mit niedrigerer Temperatur die Neigung hat, aus der
Umgebung in die Luft mit höherer
Temperatur zu strömen,
die atmosphärische
Luft, die eine niedrigere Temperatur hat als die Luft innerhalb
des Zylinders 1, durch die Gaseinlassöffnung 9 in den Zylinder 1,
während
sie den aufsteigenden Wirbelstrom bildet und auf das Unterstufen-Axialgebläse 10 aufprallt,
um das Axialgebläse 10 zu
drehen. Wenn das Unterstufen-Axialgebläse 10 gedreht wird,
werden zwei mit demselben verbundene Energieerzeuger 17 zur
Energieerzeugung gedreht.
- 3. Das durch das Unterstufen-Axialgebläse 10 geführte Gas
strömt
in den Heizofen 5, während
mit Hilfe der Drehung des Axialgebläses 10 die Wirbelgeschwindigkeit
gesteigert wird. In dem Heizofen 5 wird das Gas sofort
erhitzt, um den aufsteigenden Wirbelstrom zu erzeugen, der wiederum durch
den Zylinder 1 aufsteigt. Die Strömungsgeschwindigkeit des aufsteigenden
Wirbelstroms ist proportional zu der Temperatur und der Ionenkonzentration
des Heizofens 5.
- 4. Danach prallt der aufsteigende Wirbelstrom auf das Mittelstufen-Axialgebläse 12,
um das Axialgebläse 12 zu
drehen. Ferner prallt der Strom auf das Oberstufen-Axialgebläse 13,
um das Axialgebläse 13 zu
drehen. Wenn die zwei Axialgebläse 12, 13 gedreht
werden, werden die mit denselben verbundenen Energieerzeuger 18, 19 zur
Energieerzeugung angetrieben.
- 5. Der durch das Mittelstufen- und das Oberstufen-Axialgebläse 12, 13 geführte aufsteigende Wirbelstrom
wird durch die Nebenionenbrenner 2 gegenüber der
Gasauslassöffnung 11 erneut
erhitzt und wird danach durch die Gasauslassöffnung 11 aus dem
Zylinder ausgestoßen.
Da die atmosphärische
(neutrale) Luft in die (ionisierte) Luft in dem ausgestoßenen aufsteigenden
Wirbelstrom strömt,
wird die Luft neutralisiert, um eine Neutralisation zu erreichen.
- 6. Auf diese Weise werden das Unterstufen-, das Mittelstufen-
und das Oberstufen-Axialgebläse gedreht,
um die mit denselben verbundenen Energieerzeuger anzutreiben, wodurch
die Energieerzeugung verwirklicht wird. Die gewonnene Elektrizität kann verschickt
oder verwendet werden, falls notwendig, mit einer Spannungsverringerung.
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Die
Ionenbrenner 2 werden zeitweilig angehalten, wenn die Temperatur
und die Ionenkonzentration innerhalb des Heizofens 5 die
vorher festgelegten Niveaus erreichen, und danach wird die Temperatur
innerhalb des Heizofens 5 durch die von den Entladungselektroden 3 bewirkte
Entladung aufrechterhalten, und die Ionenkonzentration in dem Heizofen 5 wird
durch die Teilchenbeschleuniger 4 aufrechterhalten. Falls
die Temperatur und die Ionenkonzentration in dem Heizofen 5 unter
die vorher festgelegten Niveaus abgesenkt werden, werden die Ionenbrenner 2 wieder
in Betrieb gesetzt. Wenn die Ionenbrenner 2 auf diese Weise
aussetzend betrieben werden, kann der für die Ionenbrenner 2 erforderliche
Brennstoff gespart werden, und eine Menge an erzeugtem Kohlendioxid
kann verringert werden.
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(ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN)
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Bei
dem oben erwähnten
Anwendungsbeispiel können,
wie in 7 gezeigt, zwei oder mehr Energieerzeugungssysteme
nach der vorliegenden Erfindung zusammen verwendet werden, während ein
Beispiel erläutert
wurde, das nur ein Energieerzeugungssystem nach der vorliegenden
Erfindung verwendet. Ferner ist die Zahl der an dem Heizofen bereitgestellten
Ionenbrenner nicht auf drei begrenzt, sondern es kann eine kleinere
oder eine größere Zahl von
Ionenbrennern verwendet werden. Die Zahlen der in der Bahn bereitgestellten
Axialgebläse
und der Energieerzeuger sind ebenfalls nicht auf die oben erwähnten begrenzt,
sondern es können
kleinere oder größere Zahlen
von Axialgebläsen
und Energieerzeugern verwendet werden. Ferner können andere als Hochspannungsenergieerzeuger
verwendet werden. Die in der obigen Ausführungsform gezeigten Zahlenwerte
bezüglich
der Höhe
des Gestells, der Abmessung der Streben und der Länge und
des Durchmessers des Zylinders und andere sind nur exemplarisch.
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GEWERBLICHE
VERWERTBARKEIT
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- 1. Das Energieerzeugungssystem nach der vorliegenden
Erfindung kann, im Vergleich mit den Wärme-Energieerzeugungssystemen,
eine entsprechende Energieerzeugung mit viel weniger Brennstoff
erreichen. Ferner ist die Menge an erzeugtem Kohlendioxid klein.
- 2. Es besteht, anders als bei den nuklearen Energieerzeugungssystemen,
keine Gefahr eines Austretens von schädlichen Substanzen, wie beispielsweise
Radioaktivität.
Ferner ist es leicht, den verwendeten Brennstoff zu behandeln.
- 3. Es ist, anders als bei den hydraulischen Energieerzeugungssystemen,
nicht erforderlich, den Damm herzustellen.
- 4. Der Aufbau ist einfach, und die Anlagekosten sind gering.
- 5. Allgemein kann, im Vergleich mit den verschiedenen herkömmlichen
Energieerzeugungssystemen, mit einem einfachen Aufbau und niedrigen Kosten
eine entsprechende Energieerzeugung erreicht werden, ohne einen
schlechten Einfluss auf die Umwelt auszuüben.