DE2924862A1

DE2924862A1 - Fusion energy converting prime mover - produces mechanical and thermal energy in rotary positive displacement motor

Info

Publication number: DE2924862A1
Application number: DE19792924862
Authority: DE
Inventors: Selim Dipl Ing Mourad
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1979-06-20
Publication date: 1981-01-22

Abstract

Prime mover consists of a rotary positive-displacement motor, pref. with three working spaces like the rotor of a Wankel engine. A fusion material, such as a deuterium-tritium mixt., is injected, compressed and ignited. This revolves the rotor and can be converted into mechanical or electrical energy. The rotor liner is water cooled and surrounded by a water jacket so that, in addition, thermal energy is supplied. The combined prodn. of mechanical, electrical and thermal energy results in a very high utilisation efficiency of the fusion material. The prime mover has a high power-to-weight ratio.

Description

Kraftmaschine zur Energieumwandlung und/oder EnergiegewinnungPower machine for energy conversion and / or energy generation

Kraftmaschinen zur Energieumwandlung und/oder Energiegewinnung sind in vielen Arten bekannt; bei ihnen wird die Energie eines Primärenergieträgers entweder direkt ausgenutzt und/oder durch Umwandlungsprozesse in eine andere Energieart umgewandelt. Beispiele hierfür sind etwa Wassermaschinen, wie Wasserturbinen, Windmaschinen, mit Motoren oder Turbinen angetriebene Elektrogeneratoren-oder dgl..Are prime movers for energy conversion and / or energy generation known in many ways; with them the energy is either a primary energy source used directly and / or converted into another type of energy through conversion processes. Examples of this are water machines such as water turbines, wind machines, electric generators driven by motors or turbines or the like.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmaschine anzugeben, mit der hohe Energien erzeugt werden können.The invention is based on the object of specifying an engine, with which high energies can be generated.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kraftmaschine in Art eines eine Welle antreibenden Motors mit mindestens einem Arbeitsraum ausgebildet ist, wobei in dem Arbeitsraum als Energieträger ein Fusionsmaterial einleitbar und zündbar ist.This object is achieved according to the invention in that the engine designed in the manner of a motor driving a shaft with at least one working space is, wherein a fusion material can be introduced and as an energy carrier in the work space is ignitable.

Als Fusionsmaterial wird hier und im folgenden eine Mischung aus Materialien verstanden, die durch Kernfusion verschmelzen und dabei Energie abgeben können, z.B. ein Deuterium-Tritium-Gemisch, das als Fusionsprodukte Helium und Neutronen sowie eine hohe Reaktionsüberschußenergie aufweist.Here and in the following, a mixture of materials is used as the fusion material understood that can merge through nuclear fusion and thereby give off energy, E.g. a deuterium-tritium mixture, the fusion products of helium and neutrons and has a high excess reaction energy.

Zumindest der Arbeitsraum des Motors der Kraftmaschine ist mit einem Kühlmantel versehen, der seinerseits mit einem Wärmetauscher verbunden ist.At least the working space of the engine of the prime mover is included one Provided cooling jacket, which in turn is connected to a heat exchanger.

Die Energie der Kernfusion wird durch die Kraftmaschine demnach in zweierlei Art ausgenutzt: einmal wird eine Welle angetrieben, deren mechanische Bewegung etwa über einen Elektrogenerator weiter verwertet werden kann; zum zweiten kann die Reaktionswärme der Fusion über einen Kühlmantel mit nachgeschaltetem Wärmetauscher verwertet werden. Auf diese Weise werden aus einem nicht direkt verwertbaren Primärenergieträger zwei Energiearten gewonnen, d.h. das Fusionsmaterial wird sehr gut ausgenutzt.The energy of the nuclear fusion is therefore in exploited in two ways: once a shaft is driven, its mechanical Movement can be reused, for example via an electric generator; second can heat the reaction of the fusion through a cooling jacket with a downstream heat exchanger be recycled. In this way, a primary energy source that cannot be used directly becomes available two types of energy obtained, i.e. the fusion material is used very well.

Vorzugsweise wird der Motor in Art eines Kreisksolbenmotors ausgebildet, da hier die Anordnung des Kühlmantels und auch die mechanische Ubertragung auf die Welle gegenüber anderen Motoren einfacher sind.The engine is preferably designed in the manner of a circular piston engine, because here the arrangement of the cooling jacket and also the mechanical transfer to the Shaft are simpler than other motors.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der zwei Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert sind. In dieser stellen dar: Figur 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kraftmaschine gemäß der Erfindung; Figur 2 einen schematischen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kraftmaschine gemäß der Erfindung.Further advantages and refinements of the invention emerge from the subclaims in connection with the following description, in the two exemplary embodiments are explained in more detail with reference to the drawing. In this represent: Figure 1 a Cross section through a first embodiment of an engine according to the invention; Figure 2 is a schematic cross section through a second embodiment of a Engine according to the invention.

Eine Kraftmaschine in Form eines Kreiskolbenmotors 1 weist einen Läuferring 2 auf, der den inneren Motorraum begrenzt, in dem ein Rotor 3 auf einer Welle 4 laufend angeordnet ist. Der Querschnitt des Rotors ist durch drei Kurvenabschnitte bestimmt, so daß der Kreiskolbenmotor insgesamt drei Arbeitskammern A1, A2 und A3 aufweist. Diese Arbeitskammern verschieben sich selbstverständlich bei der Drehung des Rotors.An engine in the form of a rotary piston engine 1 has a rotor ring 2, which delimits the inner engine compartment, in which a rotor 3 is mounted on a shaft 4 is currently arranged. The cross section of the rotor is through three curve sections determined so that the rotary piston engine has a total of three working chambers A1, A2 and A3. These working chambers are of course shifting the rotation of the rotor.

Der Rotor ist an den Punkten, an denen die Kurvenabschnitte zusammentreffen, mit Dichtleisten 5 gegenüber dem Läuferring 2 abgedichtet. Die Kraftmaschine ist als stehender Kreiskolbenmotor 1 ausgebildet, wozu ein Sockel 6 vorgesehen ist. Der Läuferring 2 nimmt seinerseits eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren 7 auf, die in nicht näher dargestellter Weise mit einem Wärmetauscher verbunden sind. Der Läuferring 2 besteht aus Lithium bzw. ist zumindest mit Lithium im Motorraum beschichtet. Den Läuferring 2 umgibt ein Kühlmittel-Reservoir, in dem z.B. Wasser enthalten ist. Dieses Reservoir 8 ist mit einem Bleimantel 9 umgeben und anschließend mit einer Betonschicht 10 gepanzert. Die Betonschicht 10 ist mit einer Stahlschicht 11 armiert, der sich eine Paraffl nschicht 12 und anschließend ein Stahlmantel 13 anschließt. Dieser Stahlmantel bildet die äußerste Hülle des Kreiskolbenmotors. In der Betonschicht 10 sind in der Nähe des Sockels 6 eine Zuführleitun 14 für in Pfeilrichtung 15 zugeführtes Fusionsmaterial und eine Auspuffleitung 16 für das in Pfeilrichtung 17 ausströmende ausgenutzte Fusionsmaterial vorgesehen. Bei der in der Figur gezeigten Stellung des Rotors mündet die Zufuhrleitung 14 in die Arbeitskammer A1 und die Auspuffleitung 16 in die Arbeitskammern A3. In einem Winkel von etwa 1200 ín bezug zu den beiden Leitungen ist eine Zündvorrichtung 18 vorgesehen, die hier in Art einer in den Läuferring eingeschraubten Zündkerze 19 ausgebildet ist und die bei der dargestellten Stellung des Rotors der Arbeitskammer A2 zugeordnet ist. Mit der Zündkerze 19 ist über einen Lichtleiter 20 eine nur schematisch dargestellte Lasereinheit 21 dargestellt, deren Energie über den Lichtleiter und die einen nicht dargestellten Quarzstab aufweisenden Zündkerze in der Arbeitskammer, in diesem Falle der Arbeitskammer A2 in einem Zündpunkt F fokussiert wird. Die Lasereinheit 21 kann auch direkt ohne Ubertragung über einen Lichtleiter oder eine Zündkerze in den Läuferring 2 eingesetzt sein.The rotor is at the points where the curve sections meet, Sealed with sealing strips 5 with respect to the rotor ring 2. The prime mover is designed as an upright rotary piston engine 1, for which a base 6 is provided. The rotor ring 2 in turn accommodates a large number of heat exchanger tubes 7, which are connected to a heat exchanger in a manner not shown. Of the Rotor ring 2 consists of lithium or is at least coated with lithium in the engine compartment. The rotor ring 2 is surrounded by a coolant reservoir in which, for example, water is contained. This reservoir 8 is surrounded by a lead jacket 9 and then with a Concrete layer 10 armored. The concrete layer 10 is reinforced with a steel layer 11, which is followed by a paraffin layer 12 and then a steel jacket 13. This steel jacket forms the outermost shell of the rotary piston engine. In the concrete layer 10 are in the vicinity of the base 6 a feed line 14 for feed in the direction of arrow 15 Fusion material and an exhaust line 16 for the flowing out in the direction of arrow 17 exploited fusion material provided. In the position shown in the figure of the rotor, the supply line 14 opens into the working chamber A1 and the exhaust line 16 in the working chambers A3. At an angle of about 1200 ín with respect to the two Lines, an ignition device 18 is provided, which here in the manner of a in the rotor ring screwed spark plug 19 is formed and in the position shown of the rotor is assigned to the working chamber A2. With the spark plug 19 is about a Light guide 20 shows a laser unit 21, shown only schematically, whose Energy via the light guide and having a quartz rod (not shown) Spark plug in the working chamber, in this case the working chamber A2 in an ignition point F is focused. The laser unit 21 can also be used directly without transmission via a Light guides or a spark plug can be inserted into the rotor ring 2.

Zum Betrieb der beschriebenen Kraftmaschine wird über die Zuführleitung 14 ein Fusionsinaterial, etwa ein Deuterium-Tritium-Gemisch eingeleitet, wobei gleichzeitig der Rotor 3 durch einen nicht dargestellten kleinen Hilfsmotor in der Zeichnung im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Das in die Arbeitskammer Al eingelassene Fusionsmaterial wird verdichtet und nach einer Drehung um etwa 1200 durch die Zündvorrichtung auf so hohe Temperatur gebracht und so stark komprimiert, daß eine Kernverschmelzung eintritt; zur selbsttätigen Aufrechterhaltung dieser Kernverschmelzung ist eine 7 Arbeit von etwa 6,6 x 10 Ws notwendig, die über eine Zeit von etwa 5 x 10'10 Sekunden aufrechterhalten werden muß . Insgesamt müßte die Zündanlage demnach eine Leistung von etwa 10 Watt aufbringen.To operate the engine described, the supply line is used 14 a fusion material, such as a deuterium-tritium mixture, is introduced, while at the same time the rotor 3 by a small auxiliary motor, not shown in the drawing turned counterclockwise. The fusion material let into the working chamber Al is compressed and after a rotation of about 1200 by the ignition device on Brought so high a temperature and compressed so much that a core fusion entry; for the self-sustaining of this core fusion is one 7 work of about 6.6 x 10 Ws is necessary over a time of about 5 x 10'10 seconds must be maintained. Overall, the ignition system should therefore have an output of about 10 watts.

Nach der Zündung desFusionsmaterials wird auf den Rotor eine Kraft K in Richtung der angedeuteten Pfeile ausgeübt, so daß der Rotor nunmehr selbständig ohne den Hilfsmotor weiterdreht.Upon ignition of the fusion material, a force is applied to the rotor K exercised in the direction of the arrows indicated, so that the rotor is now independent continues to rotate without the auxiliary motor.

Das ausgenutzteFusionsmaterial wird dann entsprechend in der Arbeitskammer A3 bei der dargestellten Rotorstellung durch die Auspuffleitung 16 aus dem Motorraum geführt. Es ist auch möglich, das Fusionsmaterial in Kügelchen dem Motor zuzuführen, wobei dann etwa zur Aufnahme der Kügelchen in dem Rotor eine Aufnahmevertiefung 22 vorgesehen sein müßte.The utilized fusion material is then appropriately stored in the working chamber A3 in the illustrated rotor position through the exhaust line 16 from the engine compartment guided. It is also possible to feed the fusion material to the motor in pellets, then a receiving recess for receiving the beads in the rotor 22 should be provided.

Die bei der Kernverschmelzung entwickelte Wärme wird über den aus Lithium gefertigten Läuferring 2 aufgenommen und durch die Wärmetauscherrohre in dem nicht dargestellten Wärmetauscher in Wärmeenergie umgewandelt, während die Bewegungsenergie des Rotors über eine hier nicht gezeigte Welle etwa einem Elektrogenerator zugeführt wird. Die um den Läuferring angeordneten Schichten dienen einmal zur weiteren Ausnutzung der Wärmeenergie, so z.B. das Wasserreservoir 8 und zur Abschirmung von etwaigen bei der Kernverschmelzung und den zugeordneten Reaktionen entstehenden Strahlungen; insbesondere die Neutronen werden bereits zum größten Teil in der Lithium-Schicht dess Läuferringes , endgültig aber dann in der Paraffin-Schicht 12 abgefangen.The heat developed during the core fusion is transferred to the from Lithium manufactured rotor ring 2 added and through the heat exchanger tubes in the heat exchanger, not shown, converted into thermal energy, while the kinetic energy of the rotor is fed to an electric generator, for example, via a shaft not shown here will. The layers arranged around the rotor ring serve on the one hand for further utilization the thermal energy, such as the water reservoir 8 and for shielding any at the core merger and associated Resulting reactions Radiations; in particular the neutrons are already for the most part in the lithium layer of the rotor ring, but then finally caught in the paraffin layer 12.

Mit der angegebenen Konstruktion der Kraftmaschine wird bei einem vollständigen Umlauf des Rotors das Fusionsmaterial jeweils nur einmal gezündet, so daß sozusagen ein abwechselndes Zünden in den einzelnen Kammern erfolgt.With the specified construction of the engine is at a complete rotation of the rotor, the fusion material is ignited only once, so that, so to speak, an alternating ignition takes place in the individual chambers.

In Figur 2 ist eine andere Art der Zündung für eine Fusionskraftmaschine dargestellt. Der mechanische Aufbau dieser Kraftmaschine ist gleich dem in Figur 1, so daß sich hier eine nähere Beschreibung erübrigt. Die Zündung erfolgt hier jedoclu durch einen sogenannten Plasmafokus. Hierzu ist ein Teil der Wand des Arbeitsraumes, bei der dargestellten Stellung des Rotors der die Arbeitskammer A3 begrenzende Teil mit einer Elektrode 26 aus Wolfram beschichtet. Diese Elektrode ist ill)tr eine elektrische Leitung 27, einen schnellen gesteuerten Schalter 28 sowie eine Kondensatorbatterie 29 mit dem Rotor 3 verbunden In der Kondensatorbatterie wird eine Hochspannung zur Verfügung gestellt. Überdeckt ein Kurvenabschnitt des Rotors gerade die Elektrode 26, so wird der schnelle Schalter 28 geschlossen, und die in der Kondensatorbatterie gespeicherte Energie wird zwischen Elektrode und Rotor freigegeben. Hierdurch bildet sich ausgehend von den Berührungspunkten zwischen Elektrodeund Rotor eine Plasmaschicht, die explosionsartig durch die Arbeitskammer läuft und schließlich in einem Fokus, d.h. wiederum d>rn Zündpunkt F' zusammenschlägt. Die Fokusenergie ist dabei so hoch, daß ebenfalls Kernverschmelzung des Fusionsmaterials auftritt. Arbeitsweise und Ausnutzung der Energie sind wt< bein ersten Ausführungsbeispiel, so daß auch hier eine nähere cschreibung unterbleiben kann.In Figure 2 is another type of ignition for a fusion engine shown. The mechanical structure of this prime mover is the same as that in FIG 1, so that a more detailed description is not necessary here. The ignition takes place here jedoclu through a so-called plasma focus. For this purpose, a part of the wall of the work room is in the illustrated position of the rotor, the part delimiting the working chamber A3 coated with an electrode 26 made of tungsten. This electrode is ill) tr a electrical line 27, a fast controlled switch 28 and a capacitor battery 29 connected to the rotor 3 In the capacitor bank, a high voltage is used Provided. If a curve section of the rotor just covers the electrode 26, the fast switch 28 is closed, and the one in the capacitor bank stored energy is released between the electrode and the rotor. This forms A plasma layer develops from the contact points between the electrode and the rotor, which runs explosively through the working chamber and finally in a focus, i.e. again the ignition point F 'collapses. The focus energy is like this high that core fusion of the fusion material also occurs. Way of working and utilization of energy are wt <in the first embodiment, so that too a more detailed description can be omitted here.

Der angegebene Fusionsmotor wird stationär aufgestellt und kann für hohe Energien verwendet werden. Er arbeitet praktisch ohne Belastung für die Umwelt. Durch die jeweils nur kurzzeitige Fusion des Fusionsmaterials in einer Arbeitskammer wird deren Material ebenfalls nur sehr kurzzeitig aufgeheizt, wodurch sich im Gegensatz zu einer kontinuierlich aufrechterhaltenen Fusion kaum Materialprobleme etwa für den Rotor und die Wände der Arbeitskammern ergeben. Außerdem könnte mit einem derartigen Fusionsmotor durch Zuleitung von Sauerstoff in die Arbeitskammern schweres Wasser sozusagen als Abfallprodukt der nicht das gesamte Fusionsmaterial erfassenden Fusion erzeugt werden.The specified fusion engine is set up stationary and can be used for high energies are used. It works with practically no harm to the environment. Due to the short-term fusion of the fusion material in a working chamber their material is also only heated very briefly, which in contrast for a continuously maintained fusion there are hardly any material problems for example result in the rotor and the walls of the working chambers. Also could with such a Fusion engine by feeding oxygen into the working chambers heavy water as a by-product of the fusion, which does not include the entire fusion material, so to speak be generated.

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Claims

Power machine for energy conversion and / or energy generation Patent claims 0 power machine for energy conversion and / or energy generation, thereby g e k e nn z e i c h n e t that it is in the manner of a motor (1) driving a shaft at least one work space (A) is formed, with the work space as an energy source a fusion material (arrow 15) can be introduced and ignited.

2. Engine according to claim 1, characterized in that at least the working space (A) of the motor (1) is provided with a cooling jacket (2, 7, 8), which in turn is connected to a heat exchanger (via 7).

3. Engine according to one of claims 1 and 2, characterized in that that the engine is designed in the manner of a rotary piston engine (1).

4. Engine according to claim 3, characterized in that the Rotary piston engine (1) three working chambers (A1, A2, A3) and each assigned to one chamber a feed line (14) for the fusion material, an ignition system (18) and a Exhaust pipe (16).

5. Engine according to one of the preceding claims, characterized characterized that the inner wall of the working space of the motor with lithium (rotor ring 2) is coated.

6. Power machine according to one of the preceding claims, characterized in that that the ignition system has a laser unit (21 whose energy is applied to an ignition point (F) can be concentrated in the working space (A2) of the motor (1).

7. Engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that that two electrodes (26, 3) are provided in the working space (A2) of the engine (1), for the formation of a plasma focus ignition via a snow switch (28) and a high voltage source (29) are connected to one another.

8. Engine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it is shielded in the outer area with a paraffin layer (12) is.

9. Engine according to one of the preceding claims, characterized geken.lzeich that in the working area (A) oxygen for the production of heavy Water can be introduced.