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Die Erfindung betrifft einen Löschfunkenoszillator für ein Erosions-
und/oder Krackreaktionsgefäß mit mindestens einem in diesem Gefäß angeordneten,
eine Hauptentladungsstrecke bildenden Elektrodenpaar, welches an die Sekundärwicklung
eines Hochspannungstransformators angeschlossen ist, wobei in der einen Elektrodenzuleitung
in Reihe eine Funkenstrecke und eine Resonanzspule angeordnet sind und parallel
zur Sekundärwicklung des Transformators ein Hochspannungskondensator liegt.
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Es ist bekannt, daß eine elektrische Entladungserosion, die Herstellung
feinverteilter Metalle durch elektrische Entladung und elektrisches Knacken von
Öl mit Hilfeeiner elektrischen Funkenentladung durchgeführt werden können.
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Beispielsweise geschieht die Herstellung von Metallpulvern herkömmlicherweise
in einem Reaktionsgefäß, in welchem sich ein Elektrodenpaar bzw. Elektrodenpaare
befinden und welchem ein zur Erosion bestimmtes elektrisch leitendes Material entweder
kontinuierlich oder partienweise zugeführt wird.
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Das gleiche gilt für das Knacken von Ölen und anderen Materialien
in ihre gasförmigen Komponenten mit Hilfe einer elektrischen Entladung! Ein solches
Krackverfahren ist mit bei einem Verfahren bekannt, bei dem eine Lichtbogenentladung
statt einer Funkenentladung verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird Kohle in Form
von elektrisch leitenden Teilchen verwendet und wird eine mehrfache Lichtbogenentladung
in und durch ein dünnes Bett von Kohleteilchen erzeugt, um sekundäre Reaktionen
zwischen der Kohle und dem geknackten Gas zu vermeiden, und ferner, um sicherzustellen,
daß die Lichtbogenentladung nicht zu einer hohen Temperatur führt. Diese Anordnung
hat nicht nur einen enormen Kostenaufwand für die Anlage zur Folge, sondern ergibt
auch nur eine geringe Menge Gas je Zeiteinheit. Andererseits ist auch ein Krackverfahren
zur Herstellung von Metallpulver bekannt, bei dem ist die Löschzahl des Kondensators
so klein, daß die erzielbare Produktausbeute ebenfalls ziemlich niedrig ist. Ferner
wird die Funkenentladung außerordentlich unstabil, wenn die Produktion innerhalb
des Reaktionsgefäßes tatsächlich einsetzt. Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde
bereits ein Löschfunkenstreckenoszillator entwickelt, der jedoch nur einen begrenzten
Erfolg hatte. Beispielsweise ist selbst bei der Verwendung eines solchen Oszillators
die Funkenentladung immer noch so unregelmäßig, daß nur ein Bruchteil der sonst
nutzbaren Entladungsenergie ausgenutzt werden kann.
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Schließlich ist bei einem Verfahren zur Erzeugung schwach gedämpfter
Schwingungen in einem System von Schwingungskreisen, in welchem Schwebungen auftreten
und durch die während eines Schwebungsminimums einsetzende Wirkung eines oder mehrerer
löschender Organe die Energie in einer Schwingungsbahn lokalisiert wird, die keine
Entladungsstrecke enthält, bekannt, die Löschwirkung der Hauptentladungsstrecke
durch Hilfsfunkenstrecken oder gleichartig wirkende Mittel zu unterstützen. Hierzu
wird bei einer Ausführungsart der Hauptkondensator in Parallelschaltung von der
Wechselspannungsquelle gespeist, parallel sind in Reihenschaltung eine Hauptentladungsstrecke,
eine Induktionsspule und eine Hilfsentladungsstrecke vorgesehen, und der Belastungskreis
ist induktiv über die Induktionsspule ausgekoppelt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Entladungsvorgang
bei einem Löschfunkenoszillator bekannter Bauart zu stabilisieren, um somit eine
hohe Entladungsenergie zu erhalten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zu
dem Elektrodenpaar (P, Q) im Erosions- und/oder Krackreaktionsgefäß (M) eine Hilfsspule
(Lo) geschaltet wird.
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Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, die ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen
Löschfunken-Schwingkreises zeigt.
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Der in der Zeichnung dargestellte Entladungsreaktor 11 besteht aus
einem Reaktionsgefäß, das in verschiedener Weise so gestaltet werden kann; daß es
zur sicheren Aufnahme eines zu knackenden flüssigen Materials dienen kann oder eines
zur Erosionsbehandlung bestimmten Materials und eines flüssigen Mediums, in welchem
dieses Material suspendiert ist.
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In der Zeichnung sind mit P und Q Elektroden bezeichnet, die in dem
in einem Gefäß M befindlichen zu knackenden flüssigen Material eingetaucht sind.
Der dargestellte Löschfunkenoszillator I besteht im wesentlichen aus einem Transformator
1, einer Begrenzerdrossel 2, einem Kondensator C, Löschfunkenstrecken G, einer Resonanzspule
L und einer Hilfsspule Lo.
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Die zu verwendende Entladungsenergie ist daher der Lade- und Entladestrom
des Kondensators; zur Herabsetzung der Zeitkonstante des Lade- und Entladevorgangs
bei hoher Spannung wird der Entladekreis auf Resonanzbedingungen eingestellt. Um
jedoch sicherzustellen, daß die elektrische Entladung ausreichend stabilisiert ist,
ist eine Hilfsspule Lo in Parallelschaltung zwischen jedem Elektrodenpaar vorgesehen.
Wenn die elektrostatische Kapazität des Kondensators C soweit als möglich herabgesetzt
wird, wird die Zeitkonstante des Kondensators C beim Laden kleiner, während eine
größere Menge Energie dadurch erhalten werden kann, daß die Ladespannung erhöht
wird. Die Löschfunkenstrecken G werden verwendet, um die erforderliche Lade-Entlade-Dauer
zu erzielen.
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Entsprechend den Ergebnissen der im Rahmen der Erfindung durchgeführten
Funkenentladungserosionsversuche kann feinverteiltes Wolframcarbid mit einer Menge
von 0,7 kg je Stunde unter Verwendung einer Eingangsleistung von etwa 23 kWh hergestellt
werden, während feinverteiltes A1203 mit einer Menge von 10 kg je Stunde unter Verwendung
der gleichen Einrichtung hergestellt wird. Solch hohe Produktionszahlen wurden bisher
mit keinem der bekannten elektrischen Entladungsverfahren erzielt. Wenn die erwähnte
Hilfsspule Lo ausgebaut wird, läßt sich feststellen, daß die Entladung innerhalb
des Reaktionsgefäßes außerordentlich unstabil wird und die Produktionsmenge ebenfalls
um etwa 47 % abnimmt. Bei einer Anlage der vorangehend beschriebenen Art
bildet sich, wenn beispielsweise Schweröl als flüssige Phase innerhalb des Reaktionsgefäßes
verwendet wird, ein Gasgemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen, z. B. CZH2,
C"H8, wenn das Öl durch Funkenentladung geknackt wird. Wenn Aluminiumpellets in
das erwähnte Öl gebracht werden, wird jedes der Pellets durch das Öl benetzt und
wird unter den benachbarten Pellets eine Reihe von Funkenentladungen hervorgerufen.
In diesem Falle wird ein mikrofeines Aluminiumpulver gebildet und gleichzeitig ein
Gasgemisch, das dem vorangehend beschriebenen ähnlich ist, erzeugt. Andererseits
erhält
man, wenn das Schweröl durch Wasser ersetzt wird, fein verteiltes A1203.
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Für die zu krackenden Materialien kommen Wasser, Öle und Fette, flüssige
Kohlenwasserstoffe, flüssiges Argon, flüssiger Ammoniak, flüssiger Stickstoff und
andere inerte Gase in Betracht, wobei die Pellets aus Metall- oder Legierungsschrott
oder aus anderen elektrisch leitenden Stoffen bestehen.
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Bei den im Rahmen der Erfindung durchgeführten Versuchen wurde C,H2
mit einer Menge von etwa 10 kWh/kg unter Verwendung einer Eingangsleistung von 23
kWh und einer Frequenz von etwa 60 kHz des gedämpften Stromes erhalten, und gleichzeitig
wurde feinverteiltes Aluminiummetall von einer Korngröße von 1 bis 5 Mikron mit
einer Menge von 10 kg/h gewonnen. Der mittlere Durchmesser des Aluminiumpellets-Ausgangsmaterials
betrug bei dem vorangehend beschriebenen Versuch etwa 3 mm.
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Vorteilhaft ist ein Kondensator, dessen Kapazität nicht größer als
0,05 Mikrofarad ist und dessen Lade-und Entladespannung mindestens 20 kV beträgt,
wobei die Zeitkonstante des Entladestromkreises eine Lösezahl von mindestens 1200
je Sekunde im Reaktionsgefäß ergibt. 3. Hochspannungstransformator (a) und Begrenzerspule
(b): (a) 400 V/30 kVA, 60 Hz, einphasig 50 kVA (b) 400 V, 50 kVA 4. Frequenz der
Eingangsleistung: 60 Hz 5. Kapazität: C- 0,05 Mikrofarad 6. Resonanzspule: L - 170
Mikrohenry 7. Hilfsspule: Lo =_ 2 Millihenry 8 .Resonanzfrequenz: f - 60
kHz 9. Löschfunkenstrecken: Zahl der Funkenstrecken= 34 Funkenstrecke: 0,3 mm 10.
Löschzahl: 10 x je Halbperiode 11. Ausgangsspannung (60 kHz) 20 kV (Spitzenwert)
12. Abstand zwischen den Elektroden: 300 mm 13. Größe der Elektrode: 300 x 400 x
10 mm 14. Elektrodenmaterial: Graphitplatte 15. Pelletgröße (mittlerer Durchmesser):
3 mm Die Bedingungen, unter welchen die erwähnten Versuche durchgeführt wurden,
sind wie folgt: 1. Eingangsleistung: etwa 23 kW, 400 Volt 2. Eingangsleistungsfaktor:
etwa 70°/0 (nacheilend) Der Hochspannungstransformator 1 erregt den Kondensator
C und die auf diese Weise gespeicherte Energie wird den Elektroden P und Q innerhalb
des Entladungsreaktors II, der eine Ausgangsbelastung darstellt, über die Löschfunkenstrecken
G und die Resonanzspule L zugeführt.
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Die Energiemenge je Lade-Entlade-Periode kann ausgedrückt werden in
1/2 C - V2 (wobei C die Kapazität und V der Spitzenwert der Ladespannung ist). Daher
ist, wenn die Stromversorgung 60 kHz hat, die Leistung W je Sekunde: 2 x 60
x n - CV2 Watt (wobei C die Kapazität und n die Löschzahl ist.) Wenn die
voranstehend angegebenen Versuchswerte verwendet werden, erhält man W = 2 x 60 x
10 x 0,05 x 10-8 x (20 x 1052 Watt = 24 kW (wobei n=10, c = 0,05 Mikrofarad
= 0,05 x 10-8 Farad, V = 20 x 103 Volt). Der gemessene Wert ist 23 kW, wie angegeben.
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Bei dieser Anordnung erzeugen infolge der Verwendung der Hilfsspule
Lo die Funkentladungsstrecken G Entladungen in einem geschlossenen Kreis C-G-L-Lo-C,
so daß die Klemmenspannung Vo an der Hilfsspule Lo, welche hierdurch induziert wird,
Entladungen innerhalb des Reaktionsgefäßes einleitet. Die Entladung an den Funkenstrecken
findet zuerst statt und dann die Entladung innerhalb des Reaktionsgefäßes M. Die
Induktivität der Hilfsspule Lo wird vorher auf etwa das Zehn- oder Mehrfache derjenigen
der Resonanzspule L eingestellt, und die Frequenz f des Entladestromes
ist:
Die Hilfsspule Lo dient als »Trigger«, bevor bei den Funkenentladungsstrecken G
die Entladung beginnt. Bei fehlender Hilfsspule Lo, wie dies vor der Erfindung der
Fall war, besteht ein geschlossener Stromkreis C-G-L-Q-P-C, jedoch ist in diesem
Falle der elektrische Zustand zwischenPundQ innerhalb des Reaktionsgefäßes dergleiche
wie der elektrische Zustand an den Funkenentladungsstrecken, so daß er in keiner
Weise konstant sein kann. Die Begrenzerdrossel2 dient dazu, den Kurzschlußstrom
des Transformators 1 bei der Entladung auf den Sollwert zu begrenzen. Die Eingangsklemmen
A und B
sind mit einer Stromversorgung verbunden. Die Funkenentladungsstrecken
G müssen unter solchen Bedingungen so gehalten werden, daß die Funkenentladungen
die Luft nicht ionisieren, für welchen Zweck sie zueinander parallel und mit Abständen
angeordnet sind, die etwa 0,3 mm nicht überschreiten. Wenn die Ionisierung der umgebenden
Luft hoch wird, ist es schwierig, die Entladung zum Stillstand zu bringen was zur
Folge hat, daß das Laden und Entladen des Kondensators C sowohl unregelmäßig als
auch schwächer wird. Außerdem wird die Löschzahl n ebenfalls kleiner. Hieraus ergibt
sich, daß eine Löschfunkenentladung wesentlich ist.
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Bei dem herkömmlichen Funkenentladungs-Erosions-Verfahren wird im
Reaktionsgefäß eine Niederspannungs-Funkenentladung erzeugt, wobei es wichtig ist,
da die verwendete Spannung niedrig ist (ein Gleichstrom von 200 Volt oder weniger),
einen Kondensator mit einer etwas höheren Kapazität (3000 Mikrofarad oder mehr)
zu verwenden, und die Löschzahl ist außerordentlich niedrig (etwa 1 je Sekunde).
Diese Löschzahl entspricht einem Hundertstel oder weniger im Vergleich zu der Erfindung.
Hieraus ergibt sich, daß die Produktions- oder Behandlungsmenge sehr niedrig ist.
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Erfindung
an
Hand eines Beispieles beschrieben, bei welchem das Reaktionsgefäß M sowohl mit zu
krackendem Schweröl als auch mit Aluminiumpellets mit einem mittleren Durchmesser
von etwa 3 mm beliefert wird. Daher baut sich, wenn eine Entladespannung durch den
erwähnten Löschfunkenoszillator den Elektroden innerhalb des Reaktionsgefäßes zugeführt
wird, die Klemmenspannung der Hilfsspule Lo auf einen bestimmten Wert (Vo Volt)
auf, worauf eine Reihe von Funkenentladungen stattfindet, um den zwischen den benachbarten
Pellets bestehenden Ölfilm aufzubrechen, und die Oberfläche der Pellets zu korrodieren.
Durch diese Korrosion werden mikrofeine Teilchen von den Pellets weggenommen, welche
Teilchen sich im Öl dispergieren. Zwischen den Pellets bildet sich ein frischer
Ölfilm, wodurch die Entladung aufgehoben wird. Nun beginnt sich der Kondensator
C aufzuladen und baut, wenn eine bestimmte Ladespannung V erreichtwird, die Klemmenspannungder
HilfsspuleLo auf Vo auf, worauf eine Funkenentladung ein zweites Mal zwischen den
Elektroden P und Q stattfindet. Da eine Funkenentladung zwischen den benachbarten
Pellets erzeugt wird, wird das Öl gekrackt und wird den Pellets durch den hier durch
verursachten mechanischen Aufschlag eine Rührbewegung mitgeteilt. Daher wird jedesmal,
wenn eine Funkenentladung stattfindet, die ganze Suspension von Pellets in eine
Rührbewegung versetzt, wodurch die Pellets daran gehindert werden, miteinander zu
verschmelzen, so daß die Funkenentladungen häufiger stattfinden können (mehr als
1200mal je Sekunde).
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Bei den vorangehend beschriebenen Versuchen hatte die Frequenzquelle
der Einrichtung 60 Hz, und die Löschzahl n betrug 10. Wenn jedoch die Frequenzquelle
180 Hz hat und n etwa 30 beträgt, wird die Produktionsmenge anteilig erhöht. Die
Produktionsmenge kann daher durch die Verwendung einer Quelle höherer Frequenz noch
weiter erhöht werden.