<Desc/Clms Page number 1>
Gleichrichter mit schmelzflüssigem Elektrolyten.
Die Belastung eines elektrolytischen Gleichrichters mit schmelzflüssigem Elektrolyten, der nicht durch einen sogenannten"Fortheizwiderstand"zwecks Flüssigerhaltung des Elektrolyten dauernd beheizt ist, darf einen bestimmten Mindestwert nicht unterschreiten. Jener kleinste dauernde Strom, bei welchem das Ventil ohne Fremdheizung in Betrieb sein kann, soll als Mindeststrom bezeichnet werden.
Wird bei einem Ventil ohne Fremdheizung der Mindeststrom unterschritten, so friert das elektrolytische Ventil nach einer gewissen Zeit ein und damit wird der Stromfluss vollständig unterbrochen.
Das Vorhandensein einer solchen Mindestgrenze der Belastung ist für viele Anwendungen unerwünscht, und es müssen daher Massnahmen ergriffen werden, um diese Mindestgrenze möglichst tief zu rücken.
Eine bekannte Massnahme dieser Art ist die vorerwähnte Fremdheizung durch einen Fortheiz- widerstand. Der Energieverbrauch der Fremdheizung verschlechtert jedoch den Wirkungsgrad des Gleich-
EMI1.1
haltende Gefäss gegen Wärmeverlust isoliert wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass durch die Wärmeisolation die höchste Dauerbelastung des Gleichrichters wesentlich herabgesetzt wird, weil die Abfuhr der Verlustwärme erschwert wird.
Gegenstand der Erfindung sind Massnahmen zur Herabsetzung des Mindeststromes, die weder eine Verschlechterung des Wirkungsgrades noch eine Herabsetzung der zulässigen Dauerbelastung bedingen. Erfindungsgemäss kann die Herabsetzung des Mindeststromes durch Wärmeisolation ohne wesenliche Herabsetzung der höchsten Dauerbelastung des elektrolytischen Ventils erfolgen, indem nur der untere, mit dem Elektrolyten gefüllte Teil des Gefässes mit einer Wärmeisolierschicht umkleidet wird. während der im Sinne des Patentes Nr. 136637 über dem Elektrolyten vorgesehene Kondensraum keinerlei Wärmeisolation erhält. Die Folge dieser Massnahme ist eine teilweise Verdampfung des Elektrolyten bei Vollast, wobei sich die Dämpfe an den nicht wärmeisolierten Wänden des Kondensraumes niederschlagen.
Eine weitere erfindungsgemässe Massnahme zur Herabsetzung des Mindeststromes besteht in der Wahl eines passenden Elektrodenabstandes. Bisher ist der Elektrodenabstand lediglich im Hinblick auf den Spannungsabfall des elektrolytischen Ventils gewählt worden. Bei der-guten Leitfähigkeit schmelzflüssiger Elektrolyten ergab sich beispielsweise beim Übergang von 1 auf 5 cm Elektrodenabstand keine wesentliche Erhöhung des Spannungsabfalles, und es wurde daher die Anwendung von Elektrodenabständen bis 5 cm für zulässig und empfehlenswert angesehen, empfehlenswert vor allem deshalb, damit bei grossen Elektrodenplatten unvermeidliche Schwankungen des Elektrodenabstandes infolge von Ausführungsungenauigkeiten nicht dazu führen, dass sich die Elektroden dort, wo sie zufällig etwas näher beieinanderliegen, rascher abnutzen als an andern Stellen.
Der verhältnismässig geringe Einfluss des Elektrodenabstandes auf den Spannungsabfall lässt sich rechnerisch verfolgen. Der spezifische Widerstand des Elektrolyten hängt von dessen Zusammensetzung und Temperatur ab ; er liegt bei dem hier in Betracht kommenden Elektrolyten in der Grössenordnung von etwa 1 Ohm/cm3. Bei den üblichen Stromdichten von O'l bis 0'3 Amp. jem2 ergeben sich also Spannungsabfälle in der Grössenordnung von O'l bis 0'3 Volt/cm, demnach auch bei 5 cm Elektrodenabstand erst etwa 0'5 bis 1'5 Volt Spannungsabfall im Elektrolyten.
Der wesentliche Einfluss des Elektrodenabstandes auf den Mindeststrom des elektrolytischen Ventils mit schmelzflüssigem Elektrolyten ist bisher unbeachtet geblieben. In dieser Hinsicht liegen die Verhältnisse wie folgt : Bei kleinen Strombelastungen sind nur Teile der Elektroden unter Strom, u. zw. jene Teile, zwischen denen der Elektrolyt flüssig ist. An andern Stellen ist der Elektrolyt bei kleiner Strombelastung fest. Es stellt also bei ebenen Elektroden der flüssige und daher stromführende Teil des Elektrolyten einen Zylinder dar, dessen Grundflächen Teile der Elektrodenoberflächen sind, und dessen Mantefläche die mehr oder weniger unregelmässige Trennungsfläche zwischen geschmolzenem und festem Elektrolyten ist.
Diesem, aus geschmolzenem Elektrolyten bestehenden zylindrischen Körper wird die Verlustwärme zugeführt, die durch den Spannungsabfall im Elektrolyten entsteht, ferner ein Teil jeder Verlustwärme, die in der Sperrschicht auf der sperrenden Elektrode (z. B. auf der Aluminiumelektrode) infolge des Spannungsabfalles an der Sperrschicht entwickelt wird. Anderseits gibt der zylindrische
Körper, der aus dem geschmolzenen Elektrolyten besteht, Wärme an die nicht sperrende Elektrode und an den festen Elektrolyten ab.
Einen in Bezug auf den höchsten Dauerstrom des Ventils kleinen Mindeststrom kann man dem- nach auch durch folgende Massnahmen erreichen :
1. Geringer Elektrodenabstand.
2. Geringe Dicke der Elektroden.
3. Hohe Stromdichte an den Elektroden.
<Desc/Clms Page number 2>
Durch Herabsetzung des Elektrodenabstandes wird die Mantelfläche verringert, welche die Begrenzung der flüssigen Elektrolytmenge gegen die feste bildet und damit auch die Wärmeabgabe von dem flüssigen an den festen Elektrolyten. Die Herabsetzung des Elektrodenabstandes hat keineswegs eine Verringerung der Lebensdauer des Ventils zur Folge. Wohl wird durch die Herabsetzung des Elektrodenabstandes die Elektrolytmenge vermindeit, die sich zwischen den Elektroden befindet. Wenn jedoch das Ventil stärker belastet wird, so schmilzt nicht nur der Elektrolyt zwischen den Elektroden, sondern auch in der Umgebung, und es tritt eine Konvektionsströmung im Elektrolyten auf, die eine Erneuerung der zwischen den Elektroden befindlichen Elektrolytmenge bewirkt.
Erfindungsgemäss soll der Elektrodenabstand bei Gleichrichtern mit schmelzflüssigem Elektrolyten kleiner als 10 mm sein ; günstige Werte des Elektrodenabstandes sind 2-5 mm.
Durch Herabsetzung der Dicke sowohl der sperrenden als auch der nichtsperrenden Elektroden erreicht man ebenfalls eine Herabsetzung des Mindeststromes, weil durch diese Massnahmen die Wärmeableitung innerhalb der Elektrodenplatten von der stromführenden Stelle weg herabgesetzt werden kann, so dass die sperrende Elektrode einen grösseren Teil der in der Sperrschicht entwickelten Wärmemenge an den flüssigen Elektrolyten abgibt und die nichtsperrende Elektrode dem flüssigen Elektrolyten weniger Wärme entzieht.
Gegen die Herabsetzung der Dicke der Elektroden kann geltend gemacht werden, dass die Elektroden einem gewissen Verschleiss unterliegen und daher durch Herabsetzung der Dicke der Elektroden die Lebensdauer des elektrolytisehen Ventils verkürzt wird. Man kann diese Schwierigkeit dadurch beseitigen, dass doppelseitig stromführende Elektrodenplatten in zwei Teile geteilt werden, zwischen denen ein durch den Elektrolyten erfüllter Abstand verbleibt und die miteinander elektrisch verbunden sind.
Man verwendet also beispielsweise an Stelle einer Aluminiumelektrode von ss mm Stärke, der beiderseits Eisenelektrode gegenüberstehen, zwei Aluminiumelektroden von je 3 mm Stärke, die mit einem kleinen Abstand nebeneinanderliegen und miteinander verbunden sind, wobei jede dieser beiden Elektrodenplatten nur einseitig strombelastet ist.
Bisher war man der Meinung, dass es bei elektrolytischen Ventilen mit sehmelzflüssigem Elektrolyten
EMI2.1
man befürchtete, dass der Spannungsabfall bei höheren Stromdichten stark zunähme. Versuche haben gezeigt, dass dies tatsächlich nicht der Fall ist. Anderseits ist eine Erhöhung der Stromdichte bei Vollast ein einfaches Mittel, um den Mindeststrom in Bezug auf den Vollaststrom herabzusetzen.
Bei einer bestimmen Anordnung soll beispielsweise der Mindeststrom einer auf die ganze Elektrodenfläche bezogenen Stromdichte von O'l Amp./CM entsprechen. Lässt man bei diesem Ventil einen höchsten Dauerstrom, entsprechend 0'3 Amp./cm2 zu, so beträgt der Mindeststrom 1/3 des höchsten Dauerstromes. Steigert man aber die Stromdichte bei Vollast auf beispielsweise 1 Amp. jcm2, so ist der Milideststroin mir mehr des höchsten Dauerstromes.
Es hat sich ferner herausgestellt, dass als Mittel zur Herabsetzung des Mindeststromes die Erhöhung der Stromdichte bei Vollast günstiger wirkt als die Herabsetzung der Dicke der Elektroden.
Nach neueren Ergebnissen ist es wahrscheinlich, dass der Verschleiss der sperrenden Elektroden auf eine langsame Auflösung dieser Elektroden in dem heissen Elektrolyten zurückzuführen ist. Um bei einem bestimmten Aufwand an Elektrodenmaterial eine möglichst lange Lebensdauer zu erzielen, ist es daher vorteilhaft, den Elektroden eine kleine Oberfläche zu geben, an welcher die Auflösung durch den Elektrolyten geschieht. Es ist daher sowohl für die Herabsetzung des Mindeststromes als auch für die Erhöhung der Lebensdauer günstig, hohe Stromdichten bei Vollast anzuwenden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gleichrichter mit schmelzflüssigem Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass, abgesehen von Fremdheizung und vollständiger Wärmeisolierung, besondere Massnahmen zur Herabsetzung des Mindest- stromes vorgesehen werden.