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Bei der Behandlung von. Gasen mittels elektrischer Lichtbogen, welche durch ihre Wärmewirkungen reversible chemische Umsetzungen in den Gasen erzeugen, ist es be- kenntlich zur Erzielung einer guten Ausbeute erforderlich, durch möglichst schnelle und
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Fixierung der durch den Lichtbogen erzeugten Umsetzung zu bewirken. Das Mitte !, welches sich bisher für diesen Zweck am wirksamsten erwiesen hat, besteht darin, dass man durch hochgespannte Ströme hervorgebrachte Lichtbögen in magnetischen (oder elektrodynamischen) Kraftlinienfoldern in solcher Weise entstehen lässt, dass der Lichtbogen durch Einwirkung der magnetischen Kraft fortbewegt wird, so dass die elektrische Entladung über einen @rösseren flächenförmigen Bereich verbreitet wird.
Durch zweckmässige Abpassung der Energie des Lichtbogens sowie der Stärke der magnetischen Kraft kann man hiebei be- nebige Geschwindigkeiten der Fortbewegung der Lichtbögen bis zu mehreren hundert Metern in der Sekunde erreichen, so dass die Entladung nur momentan mit ihrer vollen Kraft die einzelnen Gaspartikeln innerhalb oder in der Nähe des flächenförmigen Bereiches trifft, in welchem die Entladung stattfindet.
Die Gaselemente, welche also während kürzerer Zeit- momonte als eine hundertstel Sekunde der vollen Kraft der Entladungen ausgesetzt werden und dabei bis auf eine Temperatur gebracht worden sind, bei weicher die gewünschte Umsetzung bis zu einem gewissen, jener entsprechenden Grade stattgefunden hat, werden darauf unmittelbar mit angrenzenden kälteren Gaspartikeln vermengt, die eine plötzliche
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genommen haben, so dass die früher eingetretene Umsetzung ihrem wesentlichen Teile n ch ixiert wird.
Ein Vorteil würde es nun sein, wenn man vermeiden könnte, dass die in solcher Weise schon einmal behandelten Gasmengen aufs Neue in den Bereich des Lichtbogens gelangten, da eine unmittelbar erneuerte Behandlung derselben Gasmenge das
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Herabsetzung desselben bewirken kann, indem durch die erneuerte Behandlung die Durchschnittstemperatur des Gases eine so hohe werden kann, dass die Fixierung der erreichten Umsetzung erschwert wird.
Bisher ist es indessen praktisch unmöglich gewesen, zu ver- meiden. dass eine in solcher Weise schon einmal behandelte Gasmonge aufs Neue von dem Lichtbogen getroffen wird. da die Beschaffenheit des magnetischen Feldes, wie solches bisher dargestellt wurde, ers im allgemeinen notwendig gemacht hat, die Fortbewegung der Gasmenge in der Hauptsache in der gleichen Ebene vor sich gehen zu lassen, in welcher die Fortbewegung der Lichtbögen stattfindet.
Eine Ausnahme bilden allerdings diejenigen elektrischen Ofen, bei denen sich die elektrische Entladung in Spiralform zwischen einer zentralen Elektrode und einem diese schraubenförmig umgebenden Leiter bewegt ; bei diesen ist jedoch entweder die magnetische Kraft zu schwach, um die nötige absolute Fortbewegungsgeschwindigkeit des Lichtbogens hervorzubringen, oder es muss, wenn auch die magnetische Kraft hiezu ausreichend gewesen ist, doch die Steigung der äusseren Elektrode so gross gemacht werden, dass die in achsialer Richtung innerhalb der äusseren EloktrodenspiralehervorströmendeGasmengestetsvonmehrerenaufeinanderfolgendenLichtbögen getroffen wird.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, die genannten Übotstande zu vermeiden und einen elektrischen Ofen herzustellen, in welchem die Fortbewegung des Lichtbogens durch
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forderlichen Geschwindigkeit ermöglicht wird, während gleichzeitig die Fortbowegungsrichtung der Gasmasse transversal oder in der Hauptsache transversal zu der Fortbewegungsrichtung
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(schraubenförmigen) Elektrode, zwischen welchen Elektroden die Entladung in radialer oder nahezu radialer Richtung durch die in achsialer Richtung geführte Gasmasse stattfindet ;
ausserdem besitzt derselbe Erregervorrichtungen ausserhalb der Reaktionskammer bzw. der äusseren Elektrode, um innerhalb des von dieser umschlossenen Raumes ein magnetisches Feld von angenähert achsialer Richtung und von solcher Stärke zu erzeugen, dass der radial oder in der Hauptsache radial zwischen den Elektroden übergehende Lichtbogen veranlasst wird, eine drehende Bewegung mit beliebig grosser Geschwindigkeit auszuführen, während gleichzeitig die Bewegungskomponente der Entladung in der Stromrichtung der Gasmasso so begrenzt werden kann, dass dieselben Gaspartikeln nur einmal oder wenigstens nur eine so geringe Anzahl Male von dem Lichtbogen getroffen werden, dass man eine fortgesetzte Erhitzung derjenigen Gaspartikeln vermeidet,
in welchen die zur Erreichung einer möglichst günstigen Ausbeute zweckmässige Umsetzung bereits stattgefunden hat und fixiert worden ist.
Durch die angegebene Anordnung der Elektroden und des Magnetfeldes in bezug aufeinander erreicht man ausser dem vorerwähnten Hauptvorteil bei der Behandlung der Oasmasse durch die Lichtbogen noch eine Reihe anderer vom praktischen Gersichtspunkte aus wichtiger Vorteile.
Unter diesen ist besonders zu erwähnen die Möglichkeit, die Feldstärke sowohl im ganzen wie auch in einzelnen Punkten desjenigen Raumes, in welchem die Entladung stattfindet, beliebig regeln zn können, so dass man die auf den Lichtbogen wirkende treibende Kraft proportional oder nahezu proportional der Länge der Bahn machen kann, die jeder einzelne Teil des Lichtbogens zu durchlaufen hat, wodurch die einzelnen
Punkte des Lichtbogens mit ungefähr gleicher Winkelgeschwindigkeit vorwärts getrieben werden, so dass ein Abreissen des Lichtbogens nicht zu befürchten ist.
Ausserdem sind die Reaktionslammern leicht zugänglich und worden auch die Erregervorrichtungen hei einer gegebenen Feldstärkc kleiner ausfallen. Die angegebene Konstruktion des elektrischen
Lichtbogenofens ist am besten mit einem IIomopolarmotor (Unipolarmotor) zu vergleichen, in welchem der Lichtbogen einen radialen, linearen (oder bandförmig ausgebreiteten), be- weglichen Leiter bildet, welcher in einem zu der Drehuagsebeue in der Hauptsache senk- rechten Magnetfeld zur Drehung gebracht wird. In dem Lichtbogen verwendet man am besten Wechselstrom, da dieser mit Leichtigkeit bei hoher Spannung erzeugt werden kann, jedoch kann man natürlich auch hochgespannten Gleichstrom verwenden.
Zur Erzeugung des Magnetfeldes kann man entweder Gleichstrom oder Wechselstrom benutzen. Im ersteren
Falle wird bei Verwendung von Wechselstrom im Lichtbogen dieser letztere während des t'inen Wechsels in der einen Richtung und während des anderen Wechsels in der entgegen- gesetz. tes Richtung rotieren, im letzteren Falle bleibt bei Verwendung eines mit dem WechselstromimLichtbogensynchronwechselndenMagnetfeldesdieDrehungsrichtungdes Lichtbogens konstant, was auch dann der Fall ist, wenn sowohl im Lichtbogen wie zur Erregung des Feldes Gleichstrom verwendet wird.
Wie leicht zu verstehen, ist bei vorliegender Erfindung, wenn sowohl im Lichtbogen wie im Felde (tleichstrom verwendet wird, die Belastung der Stromquelle praktisch genommen gleichförmig, sobald der Licht- bogen einmal gebildet worden ist, indem dieser, solange der Betrieb dauert, zum Rotieren mit unveränderlicher Länge gebracht werden kann. Es ist dies ein wesentlicher Vorteil gegenüber denjenigen Ofenkonstruktionen, bei denen die Lichtbögen zwischen einem l'aar in geringem Abstande voneinander befindlichen Elektroden unaufhörlich erneuert werden.
Ausgeschlossen ist jedoch nicht, dass man auch bei Wochselstrombetrieb einen ununter-
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Die Zeichnungen veranschaulichen schematisch einige Ausführungsformen der Erfindung.
Fig 1 und 2 zeigen einen senkrechten bzw. wagerechtcn Schnitt einer Ausführungsform ; Fig H und 4 zeigen die analogen Schnitte einer anderen Ausuhrungsform ; Fig. 5 und ti h/w 7 und s zeigen in den berzüglichen Schnitten zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung: Fig. 9 und 10 zeigen bzw. einen senkrechten Schnitt und eine Seitenansicht,
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Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Konstruktion besitzt eine röhrenfi) rmige Reaktions- kammer 1, zweckmässig von kreisrundem Querschnitt, durch welche das zu behandelnde Gas in achsialer Richtung geleitet wird. Ein Teil der Wände dieser Kammer wird von einem schraubenförmig gewundenen Leiter 2 gebildet, welcher, um seine Abkühlung mittels eines durch denselben geleiteten Kühlmittels zu ermöglichen, am besten röhrenförmig aus.
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andere Elektrode 5 wird von einem zentralen, massiven oder röhrenförmigen Leiter gebildet, von welchem zum Zwecke der Bildung der Lichtbogen 11m besten ein Leiter 6 in bekannter Weise gegen die Elektrode 2 gerichtet ist.
Um die Reaktionskammer herum ist eine Erregerspule 7 angebracht, die etwa mit Gleichstrom von einem Gleichstromkreis 8, 9 gespeist wird. Die Ebene dieser Spule liegt genau oder angenähert quer zur Reaktionskammer und gegenüber der äusseren Elektrode derart, dass diese letztere den kräftigsten des Magnetfeldes der Spule, welches eine in der Hauptsache achsiale Richtung hat, umschliesst. Ein zwischen den Elektroden gebildeter Lichtbogen wird bei dieser Anordnung um den zentralen Leiter in einer Ebene, welche ungefähr parallel mit der Ebene der Spule 7 ist, in Drehung gesetzt oder steigt eventuell aufwärts, indem er den Windungen der Aussenolektrodo folgt, wenn diese voneinander isoliert sind.
Bei Verwendung von Wechselstrom mit einer Frequenz von 26 Perioden in der Sekunde im Lichtbogen kann man bei dieser Anordnung ohne Schwierigkeit 8-10 vollständige Drehungen jedes einzelnen von einer Halbperiode des Wechselstromes erzeugten Lichtbogens erzielen, also eine Rotationsgeschwindigkeit von mehreren hundert Umdrehungen in der Sekunde. Da dio achsiale Fortbewegung des Lichtbogens hier so gering gemacht werden kann, wie man will, und auf jeden Fall wenigstens in der Hauptsache von der den Lichtbogen treibenden magnetischen Kraft unabhängig ist, so ergibt sich, dass man die wiederholte Behandlung einer Gasmasse, die bereits in erforderlichem Grade der Einwirkung des Lichtbogens aus- gesetzt gewesen ist, leicht vermeiden kann.
Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Ansfuhrungsform unterscheidet sich von der in
Fig. l und 2 dargestellten hauptsächlich dadurch, dass die äussere Elektrode 2 aus einem hohlen Zylinder gebildet und die Erregerspule in Reihe mit dem Lichtbogen geschaltet ist ; letztere wird mit Wechselstrom gespeist. Die Drehungsricbtung des Lichtbogens ist hiebei unveränderlich und durch zweckmässige Bemessung der Erregerspule kann man diese als induktiven Vorschaltwiderstand bei den Lichtbögen zum Schutz der Stromquelle bei Bildung des Lichtbogens und zur Erhöhung der Beständigkeit des Lichtbogens benutzen.
Um schädliche Schirmwirkungen der äusseren Elektrode zu vermeiden, ist diese, wie in Fig. 4 gezeigt ist, zweckmässig in solcher Weise aufgeschnitten, dass Kurzschlussströme in derselben
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ungehindert stattfinden kann.
Nach Fig. 5 und 11 ist die Erregerspule 7 aus einem starken bandförmigen Kabel gebildet, welches in Spiralen um die Reaktionskammer gewickelt ist und mit niedrig gespanntem Gleichstrom von grosser Stromstärke gespeist wird. Fig. 7 und 8 zeigen eine Modifikation der Erregerspule, bei welcher die innerste Windung derselben zugleich die äussere Elektrode im Ofen bildet und die Spule 7 mit Wechselstrom von einem Transformator gespeist wird, dessen Primärwicklung in Reihe mit dem Lichtbogen geschaltet ist.
Bei sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsformen übt die Erregerspule eine rein elektrodynamische Wirkung auf die Lichtbögen aus. Indessen kann man auch mit Vorteil lut schliessung des magnetischen Kreises Eisen ausserhalb des Ofen verwenden, wodurch bei einer gegebenen Anzahl von Ampf'rowindungen der Erregerspule eine verstärkte Wirkung innerhalb des von der äusseren Elektrode umschlossenen Kreises erreicht wird. Eine solche Ofenkonstruktion ist in Fig.') und 10 dargestellt, wo die Spule 7 innerhalb eines ringförmigen Eisenkerns 10 von U-förmigem Querschnitt angebracht ist.
Indem man den l'ol- tischen dos Magneten zweckmässige Formen gibt oder an den l'olsitzen Ausschnitte oder gesonderte Windungen anbringt, kann man die Feldstärke innerhalb des von der äusseren Elektrode umschlossenen Kreises beliebig regeln, um eine gleichmässig treibende Wirkung
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Die Ausführungsform nach Fig. 11 und 12 unterscheidet sich von der in Fig. !' und 10 dargestellten hauptsächlich dadurch, dass der Eisenkern stehend ausgeführt ist, sowie dadurch, dass er mit mehreren Spulen 11 versehen ist, die auf querliegende Joch-
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kontinuierlichen Polfächen an den der Reaktionskammer zugewendeten Seiten wird ein kontinuierlichesFeldinnerhalbdesvondemmagnetenumschlossenenKreiseserhalten, welches den Lichtbogen mit der erforderlichen Geschwindigkeit zum Rotieren bringt.
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Fig. 9-12 kann nach Belieben Wechselstrom oder Gleichstrom zur Erregung des Feldes verwendet werden.
Wünscht man achsiale Bewegungen des Lichtbogens zu vermeiden, so ist es ausreichend, die eine oder beide Elektroden in achsialer Richtung von geringer
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welchem der Lichtbogen ausgebt, worauf die Drehung der Lichtbogen in der Hauptsache in einer und derselben unveränderlichen Ebene stattfindet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Ofen zur Behandlung von Gasen mittels beweglicher elektrischer Lichtbögen, welche zwischen einer zentralen und einer um diese angebrachten Elektrode übergehen und unter dem Einfluss eines magnetischen Feldes eine Drehbewegung ausführen, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits eine Reaktionskammer von solcher Anordnung vorgesehen ist, dass die zu behandelnden Gase senkrecht oder nahezu senkrecht gegen die Drehungsebene des Lichtbogens strömen und dass andererseits die Vorrichtung (Spule bzw.
mit Spulen versehener Eisenkern) zur Erzeugung des die Lichtbogen bewegenden Feldes rings um die Reaktionskammer in der Drehungsobono des Lichtbogens angebracht ist,/um Zweck, die Intensität des Feldes mit gegen die Mitte des Ofenraumes/u ab- nehmender Stärke erhalten zu können und dadurch ein Abreissen der Lichtbögen auch boi grosserVerlängerungderselbenzuverhindern.