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Österreichische
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ATMOSPHERIC PRODUCTS COMPANY, FIRMA IN NIAGARA-FALLS (V. ST. A.).
Apparat zur chemischen Verbindung von Gasen mittels langgezogener elektrischer
Lichtbögen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zur chemischen bindung von Gasen, insbesondere von Stickstoff und Sauerstoff, mittteJs elektrischer Licht- bögen, u. zw. besonders auf einen Apparat, wie er in der österreichischen Patentschrift Nr. 12300 beschrieben ist. Bei solchen Apparaten wird eine Reihe von Elektroden an
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Die vorliegende Erfindung besteht nun in der besonderen Ausgestaltung und An- ordnung des Apparates, um denselben sowohl mit Gleich-als mit Wechselstrom von irgend einer bestimmten Frequenz mit hohem Nutzeffekt zu betreiben und einen guten Erfolg zu sichern. Für den Betrieb mit Wechselstrom ist der Apparat mit besonderen
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leisten.
Der Gegenstand der Erfindung ist auf beiliegendenj Zeichnungen in zwei beispiels-
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in Ansicht, Fig. 2 in einem Achsenschnitt. Fig. 3 ist ein Horizontalschnitt durch den Apparat und Fig. 4 eine Einzelheit für die Ausbildung der Elektroden. Fig. fi zeigt eine Ansicht mit teilweisem Schnitt einer wagrechten Ausführungsform des Apparates, wobei die Strom Verbindungen schematisch angegeben sind. Fig. 5a ein Ausführungsbeispiel einer
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Fig. 7 ist ein Achsenschnitt eines Apparates nach Fig. 1. welcher unten genauer beschieben ist. Fig. 8 ist ein Detail der isolierten Kupplung zwischen dem Autriebsmotor und der Hauptwelle des Apparates.
Der Apparat besteht aus einer zylindrischen Kammer 1, an deren innerem Umfange Elektroden 2 befestigt sind : diesen gegenüber sind an einer Welle 3 Elektroden 4 befestigt, die durch Drehung der Welle 3 an den Elektroden 2 vorbeibewegt werden. Oben und unten am Zylinder mündet ein Zuführungsrohr 5 für die zu behandelnden Gase ; das Zuführungsrohr wird zweckmässig so angeordnet, dass die Gase in die Mitte des Zylinders eingeführt werden. Für den Abzug der gebildeten Gasverbindungen sind Rohre 6 vorgesehen, welche mit senkrechten an der Aussenwand angeordneten Kanälen 27 in Verbindung stehen. Das Strömen der Gase erfolgt daher von der Mitte der Kammer nach
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werden.
Der Betriebsstrom, welcher Gleich-oder Wechselstrom sein kann, wird durch die Stromquelle 8 erzeugt. Die Wirkung der Stromquelle zur Erzielung langgestreckter Lichtbögen kann durch eine Reihe von Drosselspulen 9 unterstützt werden, von welchen jede mit einer der festen Elektroden 2 verbunden ist, während die übrigen Enden derselben zusammen gruppiert sind und mit einem Pole des Generators 8 in Verbindung stehen. Der Stromkreis wird vom anderen Pole aus durch die Verbindung der mit den Elek-
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isoliert. in der Wandung der Kammer 1 angebracht sein.
Fig. 4 zeigt eine Art der isolierten Befestigung. Die Elektrode sitzt mit ihrem Drahte 17 in einem durchlochton Porzellanstöpsel 14, der durch eine Stopfbüchse 16 verstellbar und dicht in die Wandung eingesetzt werden kann.
Um die Wolle 3 von dem Motor 3'zu isolieren, welcher dieselbe antreibt, ist eine isolierte Kupplung vorgesehen, die in Fig. 8 im Detail dargestellt ist. Die Motorwello 18 und die Hauptwolle 3 sind mit Flanschen 19 bozw. 20 versehen. Mit diesen Flanschen sind durch Schrauben die aus Isolationsmaterial bestehenden Scheiben 21, 22 verbunden, zwischen welchen eine andere isolierende Scheibe M angeordnet ist. Um den Umfang der Scheiben ist ein Riemen 24 gelegt, welcher die Scheiben 21 und 22 verbindet, Ein weiteres Mittel für die Sicherung des Betriebes besteht darin, dass der Motor 3a auf isolierten Füssen 25 und der ganze Apparat auf einem isolierten Rahmen 26 montiert ist.
Die Vorrichtung für die Abführung der erzeugten Gasverbindungen ist aus Fig. 3 ersichtlich. Die Abführungsrohre 6 münden in mehrere am Umfange der Kammer sitzende Kanäle 27. Diese Kanäle sind gegen das Innere der Kammer 1 durch Platten 28 age- deckt, welche an einer Seite befestigt sind und an der anderen Seite etwas hoch stehen. Diese hochstehenden Seiten zeigen nach der dem Drehungssinne der beweglichen Elek- troden 4 entgegengesetzten Richtung, so dass eine schmale Öffnung 29 vorhanden ist, die eine Verbindung zwischen der Kammer. ! und den Kanälen 27 herstellt.
Infolge der Stellung der Platten 28 werden die frisch gebildeten Stickstoffverbindungen durch die Drohung der gesamten Gasmasse in der Kammer in die Kanäle 27 gedrängt.
Die Klappen liegen hinter jeder der festen Elektroden 2, so dass die Stickstoffvorbindungon, welche durch die Lichtbögen gebildet sind, angenblicklich in die Abführungsrohre 6 vor- wirts geschafft werden. Zu diesem Zwecke ist der Zwischenraum zwischen den Elek-
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von der festen Elektrode 2 durch die bewegliche Elektrode 4 ausgezogen wird.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung der Abzugsöffn'1ssgen 29 besteht darin, dass der äussere Teil der sich drehenden Gasmasse sozusagen beständig abgeschabt wird, während gleichzeitig frische Gase an jedem Ende der Kammer nahe der Welle, also von der Mitte her zugeführt werden. Dem Gasstrome innerhalb der Kammer wird dadurch eine geeignete Richtung gegeben, so dass er sich etwa spiralförmig nach aussen bewegt. Um zu verhindern, dass die gebildeten Verbindungen durch Berührung mit anderen Bögen wieder z, ersetzt werden, ist jede Elektrodenreihe von den über und unter ihr angeordneten durch
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Innenseite der Kammer 1 befestigt ist.
Die Form dieser Schutzwände ist in Fig. 3 in vollen Linien dargestellt ; es kann jedoch auch jede andere geeignete Form, z. B. die Ringform, wie durch die punktierte Linie 31 dargestellt,. Anwendung finden.
Um die Stickstoffverbindungen aus der Kammer so dicht wie möglich (frei von unveränderten Gasen) zu entfernen, erscheint es wünschenswert, die Gase mit einer so geringen Geschwindigkeit durch die Kammer zu bewegen, als mit der sofortigen Entfernung der entstandenen Verbindung vereinbar ist. Es hat sich ergeben, dass ein geringerer Zug angewandt werden kann, ohne die Wirkung zu beeinträchtigen, wenn derselbe nicht kontinuierlich, sondern mit Unterbrechung stattfindet und die Stösse des Luftstromes so abgemessen sind, dass sie gerade beginnen, kurz nachdem die Lichtbögen gebildet sind und aufhören, gerade nachdem diese Bögen erlöschen. Auf diese Weise worden die Stickstoffverbindungen stets kurz nach ihrer Erzeugung entfernt.
Die intermittierende Bewegung des Luftstromes kann auf verschiedene Weise hervorgebracht werden. Ein Beispiel ist in Fig. & dargestellt.
In dem Abzugsrohre 6 ist ein Ventil 32 angeordnet, welches mittels eines perforierten Riemens oder einer anderen Verbindung 33 von der Welle 3 betätigt wird, derart, dass dieses Ventil synchron mit der Umdrehung der Wolle und insbesondere mit der Bildung der Lichtbögen geöffuet und geschlossen wird. Die Anordnung ist derart eingestellt, dass das Ventil während der Zeit, in welcher die Lichtbögen gebildet werden,. offen ist und während der übrigen Zeit geschlossen gehalten wird.
In der in Fig. 5 dargestellten Kammer, in welcher nur zwei Reihen von Elektroden vorhanden sind, wUrde das Ventil zweimal während jeder Umdrehung der Welle 3 geöffnet und geschlossen werden, wo hingegen bei der in Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsform, welche sechs Reihen von Elektroden besitzt, das Ventil bei jeder Umdrehung der Welle 3 sechsmal betätigt werden muss.
In Fig. 5 a sind die Details der Transmissionsgetriebe von Welle 3 nach Ventil 32 gezeigt. Zwischen dem Kettenrade 35 und der Achse 36 des angetriebenen Ventiles ist eine einstellbare Schrauben- und Schlitzverbindung 37 angeordnet, welche eine Einstellung des ventiles 32 gestattet.
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der Anwendung beweglicher Elektroden mit feinen Spitzen und festen Elektroden von kleinen Dimensionen besteht darin, dass bei einer gegebenen Umdrehungsgeschwindigkeit der Zeitraum, während dessen die Elektroden einander gegenüber stehen, wesentlich
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spulen, die verhältnismässig billig herzustellen sind.
Um den Apparat besonders für den Gebrauch von Wechselströmen einzurichten, werden die Elektroden 4 mit einer Geschwindigkeit gedreht, welche mit der Periodizitat dor Wechsel des Generators 8 synchron ist, derart, dass sich die Elektroden zur Funkenbildung den festen Elektroden einmal während jeder halben Periode des Wechselstromes nähern. Dies wird vorzugsweise dadurch bewirkt, dass die die Elektroden 4 tragende Welle 3 mit einem Synchronmotor gekuppelt ist, welcher durch den Strom desselben Generators getrieben wird, der den Strom zur Bildung der Lichtbögen liefert oder von irgend einer anderen mit der Periodenzabl des Wechselstromes synchronen Quelle.
Bei einem Betriebe dieser Art wird der Isochronismes der Bildung und des Erlöschons der Bögen nach der Periodenzahl des Generators bemessen.
Um eine Bildung der Lichtbögen zu erzielen, muss die Winkellage der Elektroden 4 mit Bezug auf die Phase der elektromotorischen Kraft des Wechselstromes, mit welchem die Elektroden 2,4 gespeist werden, einstellbar sein, damit der Zeitpunkt der Bildung und Unterbrechung des Bogens in einen beliebigen Teil der Phase verlegt werden kann.
Z. B. können die Bögen in dem Augenblicke gebildet werden, wo die elektromotorische
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stellung während des Betriebes ausführen zu können, wird das Stativ 39 des Synchronmotors 3a auf einer Kreisführung 40 montiert, welche konzentrisch mit der Wolle 18 zist.
Ferner ist eine Schnecke mit Schneckenrad 41 oder dgl. angeordnet, um das Stativ in irgend einer Richtung zu drehen, nach welcher eine Einstellung erforderlich ist.
Da die Entdeckung gemacht wurde, dass die Richtung des Stromes in den Bögen,
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fliesst. Dies wird durch einen Gleichrichtkommutator 42 bewirkt, der auf der Welle 3 befestigt ist. Derselbe besteht bei der in Fig. 6 gezeichneten Ausführungsform aus zwei isolierten Scheiben 43, 43", von welchen die eine auf ihrem Umfange einen geschlossenen Leitungsring 44 und die anderen zwei Ringsegmente 45,46 besitzt, welche voneinander isoliert sind und zwischen sich einen grossen isolierenden Luftraum 47 besitzen. Zwei Bürsten 48 liegen gegen diese Segmente an und sind mit dem Generator 8 verbunden. Das eine Segment 45 ist beständig mit der Welle 3 verbunden und das andere 46 mit dem auf der anderen Scheibe 43 befestigten Ring.
Eine gegen diesen Ring anliegende Bürste 49 dient dazu, den gleichgerichteten Strom zu dem Ende der Drosselspule 9 zu fUhren.
Die WiukeIstolung der Segmente 45, 46 ist mit Bezug auf die beweglichen Elektroden 4 so angeordnet, dass die Bürsten mit den genannten Segmenten in Berührung treten, gerade bevor die Elektroden 4 auf die Funkenentferuung zu den Elektroden 2
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Luftzwischenraum vorhanden.
Um die Gasbildung rationell zu gestalten, kann die Luft durch Zusatz von Sauerstoff bereichert werden. Es empfiehlt sich insbesondere ein geringer Zusatz von Wasserstoff, da dadurch, wie praktische Versuche erwiesen, die Vereinigung der Gase eine vollkommene wird. Der Apparat kann des ferneren so eingerichtet sein, dass die nicht verbundenen Gase behufs erneuter Behandlung in ihn zurilckgeleitet werden, nachdem von denselben die gebildeten Gasverbindungen abgetrennt sind. Es ist alsdann nur notwendig, an einem ge-
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das durch die Entziehung der verbundenen Gase entstandene Defizit wieder auszufüllen.
Bei diesem System werden die verbundenen und ungebundenen Gase durch Rohre 6 nach dem Trennungsapparate geleitet, in welchem die verbundenen Gase entfernt und die ungc-
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bundonon Gase wieder durch Rohre 5 der Kammer l zugeführt worden. Auf diese Weise wird eine grosse Ersparnis erzielt, denn bei jedem Durchgange durch die Kammer 1 wird nur ein verhältnismässig kleiner Teil der Gase verbunden, und wenn die gemischten Gase nach einer einfachen Behandlung abgeführt werden, so würde dadurch eine grosse Verschwendung von der Luft zugefügtem Sauerstoff und Wasserstoff herbeigeführt worden.
PATENT-ANSPRÜCHE : t. Abänderung des im österr. Patent Nr. 12300 geschützten Apparates zur chemischen Verbindung von Gasen mittels langgezogener elektrischer Lichtbögen, gekennzeichnet durch eine Gaszuführungsleitung, welche die zu behandelnden Gase in die Mitte der Kammer einführt, wogegen am Umfange der Kammer Gasabführungsrohre angeordnet sind, zu dem Zwecke, den Gasstrom von innen nach aussen zu richten und stets frische Gase den Elektroden zuzuführen.