Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffs

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Brennstoff mit einem Anteil an festen Komponenten, der in einem von der Außen-Luft unabhängigen Antriebssystem mit einem Oxydator zur Reaktion gebracht wird und dessen Feststoffanteil ein Metallhydrid enthält, das in eine aus einer inerten Substanz, vorzugsweise einem Alkan, bestehenden Flüssigkomponente eingebettet ist.

[0002] Sowohl im Bereich der Unterwasser-Antriebstechnik als auch in der Raumfahrttechnik finden Antriebssysteme Verwendung, bei denen die Verbrennung eines Brennstoffs unabhängig von der Sauerstoffzufuhr aus der Umgebung durch einen als weitere Komponente im Treibstoff enthaltenen, meist in flüssiger Form vorliegenden Oxydator erfolgt. Die Brennstoffkomponente liegt bei derartigen Treibstoffen entweder ebenfalls als Flüssigkeit vor, beispielsweise in Form eines Kohlenwasserstoffs, als Hydrazin bzw. als kryogenes Wasserstoff, oder aber es kommen für diesen Zweck Festbrennstoffe, wie Hydride - vorzugsweise der Alkalimetalle - oder Metallpulver, zum Einsatz, die häufig in Bindemittel eingebettet sind. Während Festbrennstoffe den Vorteil einer hohen Energiedichte aufweisen, sind Flüssigbrennstoffe im allgemeinen besser förder-und regelbar. Um die Vorteile beider Brennstoffarten gleichzeitig nutzbar zu machen, ist deshalb bereits die Verwendung eines Brennstoffes, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, vorgeschlagen worden, der aus einem Alkalimetallhydrid, beispielsweise Lithiumhydrid (LiH), besteht, das in gekörnter Form in flüssiges Paraffin (Cio H20) eingebettet ist, und der dadurch in pastöser Form vorliegt.

[0003] In der Praxis können sich bei der Verwendung eines solchen Brennstoffs Probleme ergeben, die aus dem spezifischen Verhalten der Alkalimetallhydride resultieren, welches zu Instabilitäten, insbesondere aufgrund einer vorzeitigen Freisetzung von Wasserstoff, führen kann. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen derartigen Brennstoff dahingehend zu verbessern, daß eine solche Destabilisierung zuverlässig vermieden wird und daß zugleich seine Lager- und Förderfähigkeit günstig beeinflußt wird. Weiterhin soll durch die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen solchen Brennstoff bereitgestellt werden.

[0004] Die Erfindung löst die erste Aufgabe, indem sie vorsieht, daß bei einem derartigen Brennstoff dem Feststoffanteil ein Stearat zugesetzt wird. Letzteres besteht bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus Lithiumstearat (C₁₇ H₃₅ COOLi), das in einem Anteil von etwa 1,5 bis 5 Gewichts-% einem Hydrid eines Alkalimetalls, vorzugsweise Lithiumhydrid (LiH), zugesetzt ist. Die Flüssigkomponete des erfindungsgemäßen Brennstoffs besteht aus einem Alkan, d. h. einem flüssigen gesättigten Kohlenwasserstoff, bzw. aus einer Mischung von Alkanen bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht diese Komponente aus dünnflüssigen Paraffin (cio H2o), durch die die Brennstoffmischung liquifiziert wird.

[0005] Der erfindungsgemäß vorgesehene Zusatz eines Stearates zu einem Alkalimetallhydrid verhindert dabei die vorzeitige Freisetzung eines Teils des im Alkalimetall in Hydridform gebundenen Wasserstoffs, welche die aus dem Festbrennstoff und der inerten Flüssigkeitskomponete bestehende Mischung Aufschäumen und damit destabilisieren würden.

[0006] Die Lösung der weiteren Aufgabe erfolgt durch das im Patentanspruch 5 angegebene Herstellungsverfahren. Gemäß diesem Verfahren wird das Alkalimetallhydrid im Vakuum bei einem Druck von etwa 10² Pa und einer Temperatur oberhalb 100° C mit dem Stearat vermischt behandelt. Unter diesen Bedingungen wird der etwaig auf den inneren und äußeren Oberflächen des Hydrides befindliche atomare bzw. molekulare Wasserstoff entfernt und es kommt zu einer gleichmäßigen Verteilung des Stearates auf der Hydridoberfläche.

[0007] Ein solchermaßen hergestellter Brennstoff, der aus einer Mischung aus Lithiumhydrid (LiH) und einem etwa 5 %igen Zusatz von Lithiumstearat (C₁₇ H₃₅ COOLi) besteht, die in dünnflüssiges Paraffin (Cio H20) eingebettet ist, ist zusammen mit einem Oxydator aus in Wasser gelöstem Lithiumchlorat (LiC10₃) als Treibstoff in thermodynamischen Antriebssystem für Torpedos geeignet. Darüber hinaus ist dieser Brennstoff gleichermaßen auch für Raketenantriebssysteme geeignet.

Ansprüche

1. Brennstoff mit einem Anteil an festen Komponenten, der in einem von der Außenluft unabhängigen Antriebssystem mit einem Oxydator zur Reaktion gebracht wird und dessen Feststoffanteil ein Metallhydrid enthält, das in eine aus einer inerten Substanz, vorzugsweise einem Alkan, bestehenden Flüssigkomponente eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Feststoffanteil etwa 1.5 bis 5 Gewichts-% eines Stearates zugesetzt sind.

2. Brennstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stearat aus Lithiumstearat ( C₁₇ H₃₅ COOLi) besteht.

3. Brennstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffanteil aus dem Hydrid eines Alkalimetalls besteht.

4. Brennstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffanteil aus Lithiumhydrid (LiH) besteht.

5. Brennstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkomponente aus dünnflüssigen Paraffin (C, H20) besteht.

6. Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallhydrid bei erhöhter Temperatur und unter vermindertem Druck mit dem Stearat vermischt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur oberhalb von 100° C liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck weniger als 10⁵ Pa beträgt.