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Elektrochemischer Gleichrichter.
Die Erfindung hat einen elektrochemischen Stromgleichrichter mit festen, miteinander in Berührung stehenden Elektroden und automatischer Regenerierung der Kontaktoberflächen zum Gegenstand.
Man hat nämlich beobachtet, dass alle derartigen bisherigen Einrichtungen eine ziemlich kurze Lebensdauer und eine unstabile Wirkungsweise haben, und selbst ausser Betrieb der Zerstörung unterliegen, da sich die verwendeten Substanzen entweder durch gegenseitige Reaktion oder durch Reaktion mit den Bestandteilen der sie umgebenden Luft zersetzen oder miteinander Verbindungen eingehen.
Diese Erscheinung ist beispielsweise bei den Metalloxyd-und Metallsulfidgleichrichtern wohlbekannt, bei denen eine zufriedenstellende Wirkungsweise nur ganz kurze Zeit besteht.
Alle derartigen Gleichrichter sind nämlich Sitz einer grossen Anzahl mikroskopisch kleiner Funken, welche, in dem sie die Kontaktsubstanzen lokal erhitzen, in Anwesenheit von Wasserdampf eine Reduktion des verwendeten Oxyds oder Sulfids hervorrufen, was eine schlechte Gleichrichtung zur Folge hat.
Man kann diese Zersetzung, wie später noch beschrieben, durch Trocknen der die Elektroden umgebenden Atmosphäre oder durch Begrenzung des Wassergehaltes derselben verlangsamen, aber diese notwendige Vorsichtsmassregel ist nicht hinreichend, da der von den Kontaktsubstanzen absorbierte Wasserdampf seinerseits eine schädliche Wirkung ausüben kann.
Um den Zustand der Kontaktsubstanzen unverändert zu erhalten, ist es notwendig, ein chemisches Agens wirken zu lassen, welches unter der Einwirkung der Funken die Zusammensetzung der Elektroden unveränderlich aufrecht erhält.
Wird beispielsweise als Anode Schwefelkupfer, Schwefelsilber od. dgl. verwendet, so muss man in der Nähe dieses Sulfides einen Stoff anordnen, der die Fähigkeit hat, in geeigneter Weise die Kontaktoberfläche wieder in das entsprechende Sulfid zurückzuverwandeln. Im ersten Augenblick könnte man glauben, dass der Schwefel selbst dazu der geeignete Stoff wäre, aber seine leichte Schmelzbarkeit macht ihn für den genannten Zweck unbrauchbar, da er die Elektroden sofort voneinander isolieren würde.
Anderseits soll aber auch die isolierende Metalloxydhaut der Kattode in stabiler Weise erhalten bleiben.
Unter diesen Umständen löst die Verwendung von konzentrierter Schwefelsäure das Problem vollständig, wenigstens soweit es sich um Sulfidanoden handelt.
Wenn als Anode die Phosphorverbindung eines Metalls verwendet wird, so genügt zur Erreichung des angestrebten Zieles die Verwendung von Phosphorsäure.
Wesentlich ist, dass die Kontaktsubstanzen miteinander in möglichst inniger Berührung stehen.
Wenn sie nun mit ihrer endgültigen chemischen Verbindung bedeckt sind, so sind sie nicht sehr geschmeidig und ein starker Druck, welcher zulässig wäre, wenn eine oder beide Elektroden weich wären, wird der guten Erhaltung des Kontaktes immer schädlich sein.
Die Erfindung ermöglicht nach Zusammenstellung der Elektroden einen endgültigen chemischen Zustand der Kontaktelektroden zu erhalten, bei einer maximalen Zahl von Kontaktpunkten.
Die Vorteile der Erfindung, gemäss welcher die regenerierende Substanz in der Masse selbst der festen, aktiven Anodenschichte angeordnet wird, bestehen darin, eine automatische und dauernde Regenerierung sicherzustellen, wobei der Druck zwischen den Elektroden zu gleicher Zeit verstärkt werden kann. Es kann mithin der Kontakt verbessert und seine Dauer verlängert werden, da ein stärkerer Kontakt kleinere Funken hervorruft.
Die Reservemenge der regenerierenden Flüssigkeit kann nicht an die Kontaktstelle gelangen, so dass die Zersetzung dieser Menge durch die Funken hintangehalten wird.
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Infolgedessen wird dercehalt der aktiven Anodenschicht an iegenerierender Substanz automatisch konstant gehalten, weil die ausserhalb der Kontakstelle, aber in unmittelbarer Nähe der aktiven Schichte angeordnete Flüssigkeit nur nach Massgabe ihres Verbrauches bei der Regenerierung zur Kontaktstelle gelangt, ohne einer Zersetzung durch die Funken unterworfen zu sein.
Im Falle der Verwendung von Schwefelsilber, welches bekanntlich in einem gewissen physikalischen Zustand ziemlich brüchig ist, wird gemäss der Erfindung die Kathode zunächst mit Silber überzogen, welches dann in sein Sulfid überführt wird, und in diesem Zustand infolge seiner Porosität die
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richter auszuhaltenden inversen Spannung (Sperrspannung) und dem minimalen Joulschen Verlust treffen muss.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform des oben als Beispiel behandelten, erfindunggemässen Gleichrichters. Links sieht man die Kathode 2, aus an der Oberfläche oxydiertem Metall, auf welcher die Anode 1 als Silberfaden aufgewickelt ist, rechts ist ein vergrösserter Schnitt gezeichnet, der die durch Sulfurisieren gebildete Sulfidschichte 3 und die danach durch Imprägnieren der Windungen mit regenerierender Schwefelsäure hervorgerufene Oxydschicht 4 zeigt.
Im besonderen Falle der Verwendung von Schwefelsilber kann man, wie Fig. 2 zeigt, wegen der Porosität dieser Verbindung die Kathode 2 mit der geschmolzenen Verbindung überziehen, wodurch die Sulfidschichte 3 entsteht, Man kann dann den Strom entweder durch einen herumgewickelten Silberfaden (Fig. 2) oder durch ein Metallpulver 6 (Fig. 3) zuführen, wobei letzteres den Vorteil hat, eine Reservemenge von regenerierender Flüssigkeit aufnehmen zu können. Dieses Pulver darf weder mit dem Schwefelsilber noch mit der stromzuführenden Metallwand eine Ventilwirkung ergeben und es wird daher vorzugsweise, ebenso wie die Metallwand, aus Silber sein.
Fig. 3 zeigt die Stromzuführung zur Schwefelsilberanode 3 mittels des Pulvers 6 und der Innenwand des Gefässes 5.
Wie eingangs erwähnt, muss das Gleichrichterlement der Einwirkung feuchter Luft vollständig entzogen werden. Wenn die Menge an Regenerierungssäure gering ist oder wenn die verwendete Substanz keine Gase frei werden lässt, so wird es vorteilhaft sein, das Gleichrichterelement unmittelbar nach der Herstellung schnell in einen Glaskolben einzuschliessen und letzteren zu evakuieren. Vorteilhafterweise wird dabei eine Einrichtung verwendet, die jener bei der Herstellung elektrischer Glühlampen analog ist.
Fig. 4 zeigt eine solche Anordnung : Das Gleichrichterelement 1, 2 ist auf einem an den Glaskolben 8 angeschmolzenen Glasfuss 7 montiert ; der Kolben 8 kann ohne vorherige Entlüftung geschlossen werden, oder besser nach vorheriger Entlüftung, oder noch besser mit Einschluss eines zusätzlichen Feuchtigkeitabsorbers, der in dieser Hinsicht stärker wirkt als die verwendete Säure oder Regenerierungssubstanz.
Wird die verwendete Flüssigkeit teilweise elektrolysiert und eine beträchtliche Menge verwendet, so besteht die Gefahr, dass der Druck im Innern des Glaskolbens eine gefährliche Höhe erreicht. Ein Ersatz des Glasgefässes durch ein Metallgefäss würde aber die Explosionsgefahr nur verzögern.
In diesem Falle muss man eine mechanische Ventileinrichtung vorsehen, die gleichfalls Gegenstand der Erfindung ist.
Vorsichtshalber beginnt man damit, dass man die Öffnung eines Metallrohres, welches die Elektroden enthält, mit einer plastischen Substanz verschliesst. Um einen guten Verschluss zu erhalten, werden die Elektroden entweder gemäss Fig. 5 oder gemäss Fig. 6 am unteren Ende des Rohres angeordnet. In diesen beiden Anordnungen sind die Kathoden sockelartig verbreitert und stutzen sich mit diesem Sockel unter Zwischenschaltung von Isolierscheiben 9 aus Glimmer auf den Boden des Rohres. Die Metallscheibe 10 hält die Kathode in dieser Lage fest. Die Scheiben werden vorher mit Bakelit oder einem andern geeigneten Dichtungsstoff gefirnisst.
Fig. 7 zeigt die Konstruktion der Fig. 5 mit einer Reserve an Regenerierungsflüssigkeit, die in einer neutralen (inerten) Substanz, wie etwa Kieselerde oder Glaswolle okkludiert ist.
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günstigere Konservierung zu erreichen.
Da also der Innendruck schwach sein soll, wird die Ventilklappe vorzugsweise aus Kautschuk, Gummi od. dgl. hergestellt sein. Ein solcher Stoff verbietet aber notwendigerweise jede allzu starke Temperaturerhöhung und man muss daher, da sich der Gleichrichter ein wenig erwärmt, das Pfropfenventil vom Aussengefäss thermisch isolieren. Zu diesem Zweck wird das Pfropfenmaterial aus einem wärmeisolierenden Material, beispielsweise gegossenem Bakelit, hergestellt.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau eines erfindungsgemässen hochbeständigen elektrochemischen Gleichrichters mit automatischer Regenerierung. Das Gleichrichterelement ist wie in Fig. 6 ausgebildet und wie in Fig. 8 abgedichtet. Der Gleichrichter ist in einen Edisonsoekel-M (Fig. 9) eingebaut, der mit einem Harz oder Pech 17 zur Verbesserung der Abdichtung und zur Fixierung der
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Pfropfens hineingesteckt. Der Pfropfen selbst ist so geformt, dass er in einer am oberen Ende befindlichen Öffnung ein Gummischeibchen 21 aufnehmen kann, das einen schmalen, im Innern des Gefässes mündenden Kanal 22 abdichtet. Das Gummischeibehen wird durch eine von der Schraube 24 eingestellte Feder 23 gegen die Öffnung 22 gedrückt.
In den Pfropfen können für das Entweichen der Gase radiale (in der Figur nicht eingezeichnete) Kanäle gebohrt werden, die von der äusseren Oberfläche des Pfropfens zu dem Gehäuse der Feder 23 laufen.
Selbstverständlich kann das beschriebene Schutzsystem mit Pfropfenventil auch gleichzeitig für mehrere Gleichrichter dienen bzw. sie enthalten, wobei die Verbindungen zwischen den Gleichrichterelementen im Innern des das Pfropfenventil tragenden Gehäuses hergestellt werden können und ausserdem Verbindungen (Klemmen, Kontakte usw.) zwischen den Einzelteilen der Einrichtung und den äusseren Stromkreisen vorgesehen werden können.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrochemischer Gleichrichter mit Autoregenerierung des gleichrichtenden Kontaktes, gekennzeichnet durch den innigen Kontakt einer an der Oberfläche oxydierten Metallelektrode mit einer dünnen, festen, aber porösen Schichte, die mit einer regenerierenden Substanz imprägniert ist, deren Reservemenge in unmittelbarer Nähe der Schichte, aber ausserhalb des gleichrichtenden Kontaktes angesammelt ist.