DE1457129C

DE1457129C - Method and device for separating a gas mixture of different density which is non-explosive at ionization voltage

Info

Publication number: DE1457129C
Application number: DE19631457129
Authority: DE
Inventors: Jean Albert Francois Brüssel Sunnen
Original assignee: La Soudure Electnque Autogene, Pro cedes Arcos, S A, Brüssel
Priority date: 1962-11-28
Filing date: 1963-11-28
Publication date: 1973-03-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung eines bei Ionisierungsspannung nicht explosiven Gasgemisches unterschiedlicher Dichte unter Druck in einer Kammer mit als Drehfläche ausgebildeter Seitenwandung, wobei das Gasgemisch dort ionisiert,The invention relates to a method for separating a gas mixture which is not explosive at ionization voltage different densities under pressure in a chamber with a side wall designed as a rotating surface, whereby the gas mixture ionizes there,

as der Wirkung eines um die Drehachse der Drehfläche drehenden Magnetfeldes ausgesetzt und dann unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in koaxiale Gasschichten aufgegliedert in Schichten getrennt abgezogen wird.as the effect of a around the axis of rotation of the rotating surface exposed to a rotating magnetic field and then under the action of centrifugal force in coaxial gas layers broken down into layers is withdrawn separately.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.The invention also relates to a device for carrying out such a method.

Bevor man dazu überging, die Trennung eines Gasgemisches in seine Einzelbestandteile unter Druck vorzunehmen, wurde vorgeschlagen, die Trennung der Ionen unterschiedlicher Masse und elektrischer Ladung unter geringem Druck dadurch vorzunehmen, daß man die Ionen zu gleicher Zeit sowohl einem elektrischen als auch einem magnetischen Feld nach den Gesetzen der Massenspektrometrie aussetzte und die Ionen zu verschiedenen Auffangbehältern ablenkte. Bei den Verfahren dieser Art mußte der Betriebsdruck sehr niedrig, z. B. auf 10 mm Quecksilbersäule, gehalten werden.
Die Behandlung großer Gasvolumina erforderte bei diesen Verfahren die Verwendung von Vakuumpumpen mit so großer Förderleistung, daß sie wirtschaftlich nicht verwendet werden konnten.Before going over to separating a gas mixture into its individual components under pressure, it was proposed to separate the ions of different mass and electrical charge under low pressure by following both an electrical and a magnetic field at the same time exposed to the laws of mass spectrometry and diverted the ions to various receptacles. In the process of this type, the operating pressure had to be very low, e.g. B. at 10 mm of mercury.
The treatment of large volumes of gas in these processes required the use of vacuum pumps with such a large delivery rate that they could not be used economically.

Diese Nachteile bestehen nicht bei einem ebenfalls bereits bekannten Verfahren zur Trennung eines Gemisches aus zwei unter Druck stehenden ionisierten Gasen, bei dem im gleichen Bereich auf das Gasgemisch ein radiales elektrisches, das Gasgemisch ionisierendes Feld sowie ein drehendes Magnetfeld einwirkt, welches das ionisierte Gemisch in Drehung versetzt.These disadvantages do not exist in a process for separating a mixture which is likewise already known from two pressurized ionized gases, in which in the same area on the gas mixture a radial electrical field that ionizes the gas mixture and a rotating magnetic field acts, which sets the ionized mixture in rotation.

Bei diesem bekannten Verfahren wird die Ionisation durch eine radiale Streuentladung unter sehr hoher Spannung erzielt, die 10 000 V/cm zwischen koaxialen, warmfesten Wandungen erreichen kann, welche die unter Spannung stehenden Leiter enthalten. Diese Wandungen stehen an ihren Enden miteinander so in Berührung, daß sie eine ringförmige Kammer bilden.
Das unter Druck stehende Gasgemisch wird quer durch die Innenwandung dieser Kammer etwa bis zu deren halber Länge eingeführt. Unter der Schleuderwirkung des Gemisches entweichen die schwersten Ionen, die sich an der Außenwandung sammeln,In this known method, the ionization is achieved by a radial stray discharge under a very high voltage, which can reach 10,000 V / cm between coaxial, heat-resistant walls which contain the live conductors. These walls are at their ends in contact with one another so that they form an annular chamber.
The pressurized gas mixture is introduced across the inner wall of this chamber up to about half its length. Under the centrifugal effect of the mixture, the heaviest ions, which collect on the outer wall, escape,

durch eine an dieser Wandung angebrachte öffnung am einen Ende der Kammer, während die leichteren Ionen, die sich notwendigerweise an der Innenwandung sammeln, durch eine in dieser Wandung angeordnete öffnung am anderen Ende der Kammer entweichen.through an opening made on this wall at one end of the chamber, while the lighter ones Ions, which necessarily collect on the inner wall, through one arranged in this wall opening at the other end of the chamber.

Einer der Nachteile, die sich aus der Anwendung von so hohen Spannungen ergeben, besteht darin, daß sie für den Benutzer gefährlich sind. Ein weiterer Nachteil ist in der Schwierigkeit zu sehen, die Vorrichtung sicher zu isolieren. Tatsächlich stehen die warmfesten Wandungen der obenerwähnten Kammer mit einem Gas in Berührung, das eine Temperatur von mehreren Tausend Grad besitzt. Bei dieser Temperatur darf die elektrische Leitfähigkeit der warmfesten Werkstoffe nicht vernachlässigt werden.One of the disadvantages of using such high voltages is that they are dangerous to the user. Another disadvantage is the difficulty in seeing the device safely isolate. In fact, the heat-resistant walls of the above-mentioned chamber stand in contact with a gas that has a temperature of several thousand degrees. At this Temperature, the electrical conductivity of heat-resistant materials must not be neglected.

Diese Nachteile bestehen dann nicht, wenn die Ionisation in an sich bekannter Weise durch ein elektrisches Feld erfolgt, dessen Kraftlinien sich außerhalb des Bereiches schließen, in dem die Ionisation stattfindet. Die Anwendung eines magnetischen Drehfeldes in dem Wirkungsbereich des Ionisationsfeldes dieser Art gestattet jedoch nicht, daß sich das ionisierte Gas infolge des letztgenannten (Dreh-)Feldes dreht.These disadvantages do not exist if the ionization is carried out in a known manner by an electrical Field takes place whose lines of force close outside the area in which the ionization takes place. However, the use of a rotating magnetic field in the effective area of the ionization field of this type does not allow the ionized gas rotates as a result of the latter (rotating) field.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Gase verschiedener Dichte unter Vermeidung der obengenannten Nachteile zur Erreichung einer Trennung geschleudert bzw. zentrifugiert werden können.The invention is therefore based on the object of creating a method with which the gases are different Density centrifuged while avoiding the above disadvantages to achieve separation or can be centrifuged.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art das Gasgemisch unter Druck parallel zur Drehfläche der Kammer, in der seine Ionisation stattfindet, eingeführt wird und daß das magnetische Drehfeld auf das ionisierte Gasgemisch in einem Bereich zur Anwendung gebracht wird, welcher sich außerhalb desjenigen Bereiches befindet, wo seine Ionisierung stattfindet.According to the invention, this object is achieved in that, in a method, the method mentioned at the beginning Type of gas mixture under pressure parallel to the rotating surface of the chamber in which its ionization takes place, is introduced and that the rotating magnetic field on the ionized gas mixture in an area is applied, which is outside the area where his Ionization takes place.

Die Durchführung dieses Verfahren erfordert nicht die Erzeugung eines äußerst hohen Unterdrucks, sondern wird in vorteilhafter Weise bei Überdruck durchgeführt. Darüber hinaus sind auch die erforderlichen elektrischen Spannungen relativ gering und ohne weiteres sicher beherrschbar. Der Isolationsaufwand bleibt daher in wirtschaftlich vertretbaren Grenzen, ohne daß eine Gefahr für das Bedienungspersonal besteht.Carrying out this process does not require the creation of an extremely high negative pressure, but rather is carried out in an advantageous manner at excess pressure. In addition, they are also required electrical voltages are relatively low and easily controllable. The isolation effort therefore remains within economically justifiable limits without endangering the operating personnel consists.

Es entspricht einem weiteren Vorschlag der Erfindung, daß entlang dem Förderweg des um die Drehachse des magnetischen Drehfeldes sich drehenden ionisierten Gasstromes die Gase an aufeinanderfolgenden Stellen des Umfanges der Kammer abgezogen werden.It corresponds to a further proposal of the invention that along the conveying path of the about the axis of rotation of the rotating magnetic field rotating ionized gas flow the gases at successive Places the circumference of the chamber are deducted.

Die äußere, aus den schwersten Gasen bestehende Schicht, die sich an der Innenwand der Kammer, in der sie sich dreht, sammelt, läßt sich nicht sehr sauber von der Schicht trennen, die die leichteren Gase enthält und sich nahe der Drehachse des Drehfeldes sammelt. In den koaxialen Zwischenschichten der Gase finden sich also noch Gemische mit veränderlichen Zusammensetzungen von verschieden dichten Gasen. Die an einer gegebenen Stelle nicht abgezogenen Gase haben auf diese Weise die Möglichkeit, sich bis zur nächsten Abzugsstelle besser voneinander zu ,65 trennen.The outer layer, consisting of the heaviest gases, which is on the inner wall of the chamber, in the one that turns it, collects it, cannot be separated very cleanly from the layer that contains the lighter gases and collects near the axis of rotation of the rotating field. In the coaxial intermediate layers of the There are still mixtures of gases with variable compositions of different densities Gases. In this way, the gases that are not withdrawn at a given point have the opportunity to Better to separate from each other until the next vent point, 65.

Wenn man davon ausgeht, daß die Drehgeschwindigkeit des Gasgemisches während des Strömens von einer Abzugstelle zur anderen stark abnimmt, so kann man diese wieder auf einen gewünschten höheren Wert zurückbringen, indem der ionisierte Gasstrom aufeinanderfolgenden, unterschiedlichen magnetischen Drehfeldern ausgesetzt wird.Assuming that the rotational speed of the gas mixture during the flow of from one outlet to the other decreases sharply, this can be increased again to a desired higher one Bring back value by making the ionized gas stream successive, different magnetic Is exposed to rotating fields.

Eine andere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, daß die Vorrichtung oberhalb der Kammer ein koaxial zu dieser angeordnetes Rohr sowie eine an sich bekannte Einrichtung zur Gasionisation aufweist und daß außerhalb des Bereiches der Gasionisation Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes vorgesehen sind, die einen ersten Satz von Spulen umfassen, welche mit einer mehrphasigen Stromquelle verbunden und gleichmäßig um die Kammer herum so angeordnet sind, daß ihre Achsen in einer gemeinsamen, quer zur Achse der Kammer verlaufenden Querebene liegen und sich in einem Punkt der Achse der Kammer treffen.Another embodiment of the method according to the invention provides that the device above the chamber a coaxially arranged to this tube and a known device for Has gas ionization and that outside the range of gas ionization means for generating a rotating magnetic field are provided which comprise a first set of coils, which with a polyphase power source connected and evenly arranged around the chamber so that their axes lie in a common transverse plane extending transversely to the axis of the chamber and each other meet at one point on the axis of the chamber.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die sich dadurch auszeichnet, daß die Wandungen der Kammer in verschiedenen Abständen vom Gaseinlaß Abzugsöffnungen für die unter der Wirkung der Zentrifugalkraft entstandenen äußeren Gasschichten der durchströmenden Gasmischung aufweisen.The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention, which is characterized in that the walls of the chamber at different distances from the gas inlet Outlet openings for the outer gas layers created under the effect of centrifugal force Have flowing gas mixture.

Diese Vorrichtung hat offensichtlich einen einfachen Aufbau, der einen hohen Grad an Betriebssicherheit garantiert und die Vorteile des neuen Verfahrens verwirklicht.This device obviously has a simple structure, which has a high degree of operational safety guaranteed and realized the advantages of the new process.

Weitere Merkmale der Erfindung, die Gegenstand weiterer Unteransprüche sind, ergeben sich aus dem nachfolgenden Teil der Beschreibung, in dem die Erfindung beispielsweise erläutert ist. Es zeigtFurther features of the invention, which are the subject of further subclaims, emerge from the subsequent part of the description in which the invention for example is explained. It shows

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der neuen Vorrichtung, bei der verschiedene umlaufende Magnetfelder von Spulen gebildet werden, die von einer zweiphasigen Stromquelle gespeist werden,F i g. 1 shows a schematic longitudinal section through a first embodiment of the new device, in which various rotating magnetic fields are formed by coils, which are formed by a two-phase Power source are fed,

F i g. 2 in gleicher Darstellungsweise ein zweites Ausführungsbeispiel, wobei magnetische Ionisationsfelder durch einen Hochfrequenzstrom gebildet werden und sich mit umlaufenden Magnetfeldern abwechseln, die von Spulen gebildet werden, welche von einem Dreiphasenstrom gespeist werden,F i g. 2 shows a second exemplary embodiment in the same manner of representation, magnetic ionization fields being formed by a high-frequency current and alternate with rotating magnetic fields formed by coils, which are fed by a three-phase current,

F i g. 3 ein Schaltbild, in dem eine Einrichtung zur Einspeisung der ein umlaufendes bzw. drehendes Ma_T gnetfeld bildenden Spulen gezeigt ist, wobei zum Anlaufen eine zweiphasige und nach dem Anlaufen eine einphasige Stromquelle verwendet wird.F i g. Is shown in which a device for feeding the a revolving or rotating Ma _T gnetfeld coils forming 3 is a circuit diagram, wherein a two-phase for starting and is used after starting a single-phase power source.

F i g. 4 ein anderes Schaltbild mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines drehenden Magnetfeldes mit zunächst zweiphasigen Strömen und dann einphasigem Strom mit veränderlicher Frequenz;F i g. 4 shows another circuit diagram with a device for generating a rotating magnetic field with initially two-phase currents and then single-phase currents with variable frequency;

F i g. 5 eine Abwandlung der Ionisationseinrichtung für das Gasgemisch in einer Vorrichtung nach der Erfindung.F i g. 5 shows a modification of the ionization device for the gas mixture in a device according to FIG the invention.

In F i g. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die dazu dient, Gase eines unter Druck parallel zur Achse einer hohlen Elektrode 2 strömenden Gasgemisches zu trennen. Die hohle Elektrode 2 besteht dabei aus einer axialen Kammer, deren Mantelfläche eine Drehfläche ist.In Fig. 1 shows a device which is used to gas a pressurized parallel to the axis a hollow electrode 2 to separate flowing gas mixture. The hollow electrode 2 consists of an axial chamber, the outer surface of which is a surface of rotation.

■ Die Gasmischung wird dieser Kammer durch ein Rohr 3 zugeführt. Die Druckrichtung ist schematisch durch einen Pfeil X dargestellt. Die Elektrode 2 ist über einen Leiter 4 mit einem Stromerzeuger 5 verbunden, der über einen Leiter 6 mit einer in der Achse der Drehfläche nahe dem oberen Ende derThe gas mixture is fed to this chamber through a pipe 3. The printing direction is shown schematically by an arrow X. The electrode 2 is connected via a conductor 4 to a power generator 5, which via a conductor 6 with one in the axis of the rotating surface near the upper end of the

Kammer gelegenen Vollelektrode 7 verbunden ist. Der Stromerzeugers liefert Gleich- oder Wechselstrom, wenn sich zwischen den Elektroden 2 und 7 ein Lichtbogen 8 bildet.Chamber located full electrode 7 is connected. The generator supplies direct or alternating current, when an arc 8 forms between electrodes 2 and 7.

Das elektrische Feld, das im Kern des Lichtbogens herrscht, ionisiert das axial eingedrückte Gasgemisch.The electric field that prevails in the core of the arc ionizes the axially injected gas mixture.

Das so gebildete ionisierte Gasgemisch verläßt den Bereich des Lichtbogens und dringt in einen Bereich ein, wo ein um die Drehachse wanderndes Magnetfeld durch einen durch Wicklungen hindurchgeführten Mehrphasenstrom erzeugt wird, wobei sich die Achsen der Wicklungen in einer gleichen Ebene senkrecht zur Achse der Drehfläche befinden und auf einem gemeinsamen Punkt dieser Achse zusammentreffen. Diese Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die der Frequenz des Mehrphasenstromes proportional ist, ist an sich bekannt. Um Fig. 1 zu vereinfachen, ist lediglich ein Ausschnitt der obenerwähnten Wicklungen gezeigt, da diese ringförmig sind. Diese Wicklungen sind mit 10 bezeichnet und werden mit von einer Stromquelle 11 stammenden Zweiphasenströmen gespeist.The ionized gas mixture thus formed leaves the area of the arc and penetrates into an area a, where a magnetic field migrating around the axis of rotation is passed through windings Polyphase electricity is generated with the axes of the windings in the same plane are perpendicular to the axis of the surface of revolution and meet at a common point on this axis. This device for generating a magnetic field that rotates at a speed which is proportional to the frequency of the polyphase current is known per se. To simplify Fig. 1, only a section of the above-mentioned windings is shown, since they are annular. This Windings are denoted by 10 and are supplied with two-phase currents from a current source 11 fed.

Unter der Wirkung dieses drehenden Magnetfeldes wird das Gasgemisch in Drehung versetzt. Dabei wirkt die Zentrifugalkraft auf die verschieden dichten Gase, so daß sich koaxiale Schichten bilden. Die schwersten Gase konzentrieren sich nahe der Innenfläche 12 einer Führung 13. Die Innenfläche dieser Führung ist eine Rotationsfläche, die sich mit wachsender Entfernung von der Hohlelektrode 2 erweitert. Die leichteren Gase sind gezwungen, sich nahe der Drehachse zu konzentrieren, obgleich auch sie der Zentrifugalkraft ausgesetzt sind.The gas mixture is set in rotation under the effect of this rotating magnetic field. Included the centrifugal force acts on the gases of different densities, so that coaxial layers are formed. the The heaviest gases concentrate near the inner surface 12 of a guide 13. The inner surface of this Guide is a surface of revolution which expands as the distance from the hollow electrode 2 increases. The lighter gases are forced to concentrate near the axis of rotation, although they too Exposed to centrifugal force.

Die äußere Schicht des Gasgemisches entweicht durch einen Auslaßkranz 14, der mit einem ringförmigen Sammelbehälter 15 über eine Auslaßöffnung 16 verbunden ist. Das in dem Sammelbehälter 15 aufgefangene Gas wird mittels einer Leitung 17 in einen Behälter 18 geleitet.The outer layer of the gas mixture escapes through an outlet ring 14, which has an annular Collecting container 15 is connected via an outlet opening 16. The collected in the collecting container 15 Gas is fed into a container 18 by means of a line 17.

Der nicht abgezogene Teil des ionisierten Gasgemisches dringt in eine zweite der Führung 13 entsprechend gleichartig gestaltete Führung 13' ein. Wicklungen 10', die den Wicklungen 10 entsprechen und ebenfalls mit Zweiphasenströmen vom Wechselstromgenerator 11 gespeist werden, bauen ein neues drehendes Magnetfeld an einer Stelle auf, wo sich der Strom der ionisierten, am Ausgang des Kranzes 14 nicht entnommenen Gasmenge gleichermaßen außerhalb der Ionisationszone befindet. Die Zentrifugalkraftwirkung auf die Gasmenge wird hier verstärkt, damit das schwerste Gas der Restmenge besser abgeschieden werden kann. Die neue Mantelschicht sammelt sich entlang der sich erweiternden Innenfläche 12' der Führung 13' und wird in einem Sammelbehälter 15' am Ausgang 16' des Auslaßkranzes 14' aufgefangen und durch eine Leitung 17' in den Behälter 18 geleitet.The portion of the ionized gas mixture that has not been withdrawn penetrates a second of the guide 13 accordingly similarly designed guide 13 '. Windings 10 ', which correspond to windings 10 and are also fed with two-phase currents from the alternator 11, build a new one rotating magnetic field at a point where the stream of ionized, at the exit of the ring 14 The amount of gas not withdrawn is equally outside the ionization zone. The centrifugal force effect The amount of gas is increased here so that the heaviest gas of the remaining amount is better separated can be. The new coat layer collects along the expanding inner surface 12 'of the guide 13' and is collected in a collecting container 15 'at the outlet 16' of the outlet ring 14 ' and passed through a line 17 'into the container 18.

Die Bezugszeichen 10" und 12" bis 17" bezeichnen Teile, die den Teilen 10 und 12 bis 17 analog sind und dazu dienen, auf den durch den Auslaßkranz 14' nicht entwichenen Rest des Gasgemisches ein zusätzliches Drehfeld wirken zu lassen, um auf diese Weise die schwerste Gasschicht dieses Restes abzuscheiden und in einen Behälter 19 zu leiten. Was den leichtesten Teil des ursprünglichen Gasgemisches betrifft, so wird dieser durch eine Rohrleitung 21 in einen Behälter 20 geleitet, wobei die Achse der Rohrleitung 21 mit der Drehachse der Drehfelder, die nacheinander auf das Gasgemisch gewirkt haben, zusammenfällt. The reference symbols 10 ″ and 12 ″ to 17 ″ denote parts which are analogous to parts 10 and 12 to 17 are and serve to the remainder of the gas mixture which has not escaped through the outlet ring 14 ' to let an additional rotating field act, in this way the heaviest gas layer of this residue to be deposited and passed into a container 19. As for the lightest part of the original gas mixture concerns, this is passed through a pipe 21 into a container 20, the axis of the pipe 21 coincides with the axis of rotation of the rotating fields that successively acted on the gas mixture.

Fürchtet man, daß die Drehgeschwindigkeit des durch das drehende Magnetfeld in Drehung versetzten Gasgemisches der Drehgeschwindigkeit des Feldes infolge eines Schlupfes, wie bei Rotoren von Asynchronmotoren, nicht genügend nahekommt, so kann die Übereinstimmung mit der Drehgeschwindigkeit des Drehfeldes durch an sich bekannte Mittel hergestellt werden, z. B. durch Erzeugung eines Magnetfeldes und Anordnung einer Hilfswicklung, die den Durchgang eines geringen Gleichstromes veranlaßt, sich im ionisierten Gas gemäß einem Stromkreis wieder zu schließen, der in einer Ebene durch die Drehachse des Drehfeldes fließt.One is afraid that the speed of rotation will be set in rotation by the rotating magnetic field Gas mixture of the rotational speed of the field as a result of a slip, as in rotors of Asynchronous motors, does not come close enough, so may the correspondence with the speed of rotation the rotating field can be produced by means known per se, e.g. B. by generating a magnetic field and arrangement of an auxiliary winding, which causes the passage of a small direct current, to close again in the ionized gas according to a circuit that runs in a plane through the The axis of rotation of the rotating field flows.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 2 wird die Ionisation des Gasgemisches nicht mehr durch ein elektrisches Feld wie in F i g. 1 erzeugt, sondern durch ein magnetisches Feld, das durch den Fluß eines Hochfrequenzstromes in einer Spule 22 erzeugt wird, die ein Quarzrohr 23 umgibt. Der Hochfrequenzgenerator ist mit 24 bezeichnetIn the device according to FIG. 2 the ionization of the gas mixture is no longer caused by an electrical Field as in Fig. 1, but by a magnetic field created by the flow of a high frequency current is generated in a coil 22 which surrounds a quartz tube 23. The high frequency generator is denoted by 24

Um die Bildung eines ionisierten Gasgemisches zu erleichtern, kann in die Spule 22 zeitweilig eine Zünd- oder Steuerelektrode 25 eingeführt werden, die z. B. aus Graphit oder einem warmfesten Metall, z. B. Wolfram, bestehen kann.In order to facilitate the formation of an ionized gas mixture, the coil 22 can temporarily contain a Ignition or control electrode 25 are introduced, the z. B. made of graphite or a heat-resistant metal, e.g. B. Tungsten, can exist.

Die Erwärmung dieser Elektrode durch zugeführte Hochfrequenzströme, die durch sie hindurchgehen, begünstigt die Bildung eines Gasgemisches, das eine hohe Temperatur besitzt und durch die vom Magnetfeld zugeführten Ströme ionisiert bleibt.The heating of this electrode by applied high-frequency currents that pass through it, favors the formation of a gas mixture which has a high temperature and which is caused by the magnetic field supplied currents remains ionized.

Der außerhalb des von der Spule 22 umgebenen Abschnittes unter Druck gesetzte, ionisierte Gasstrom wird außerhalb des magnetischen Ionisationsfeldes, das im Innern der Spule 22 parallel zu deren Achse errichtet ist, der Wirkung eines um die Achse des Rohrs 23 drehenden Magnetfeldes ausgesetzt. Dieses drehende Magnetfeld wird durch den Durchgang dreiphasiger Ströme durch Spulen 10 gebildet, die die Führung 13 umgeben. Die Stromquelle der Dreiphasenströme ist mit 26 bezeichnet.
Der durch den Auslaßkranz 14 nicht abgezogene Teil des ursprünglichen Gasgemisches dringt in ein zweites Quarzrohr 23' ein, das von einer Spule 22' umgeben ist, durch die wiederum ein von der Stromquelle 24 kommender Hochfrequenzstrom fließt.
Im Rohr 23' ist der Gasstrom wiederum einer zusätzlichen Ionisation in einem neuen Bereich ausgesetzt, der nicht einem drehenden Magnetfeld unterworfen ist.The outside of the section surrounded by the coil 22 pressurized, ionized gas flow is exposed outside the magnetic ionization field, which is established inside the coil 22 parallel to its axis, to the action of a magnetic field rotating about the axis of the tube 23. This rotating magnetic field is formed by the passage of three-phase currents through coils 10 surrounding guide 13. The current source of the three-phase currents is denoted by 26.
The part of the original gas mixture not withdrawn by the outlet ring 14 penetrates a second quartz tube 23 'which is surrounded by a coil 22' through which a high-frequency current coming from the power source 24 flows.
In the pipe 23 ', the gas flow is again subjected to an additional ionization in a new area which is not subjected to a rotating magnetic field.

Beim Verlassen des Rohres 23' ist der Gasstrom einem zweiten Magnetfeld ausgesetzt, das sich in einem Bereich dreht, wo das parallel zur Achse der Spule 22' befindliche magnetische Ionisationsfeld nicht mehr wirksam ist. Die äußere Gasschicht entweicht durch den Auslaßkranz 14', den Sammelbehälter 15 und die Leitung 17' in einen Behälter 18'.When leaving the pipe 23 ', the gas flow is exposed to a second magnetic field, which is in rotates an area where the magnetic ionization field located parallel to the axis of the coil 22 ' is no longer effective. The outer gas layer escapes through the outlet ring 14 ', the collecting container 15 and line 17 'into a container 18'.

Die Vorrichtung kann auch noch andere Mittel zur Bildung eines Ionisationsfeldes und eines Magnetfeldes aufweisen, das um eine Achse dreht, die parallel zur Richtung des Ionisationsfeldes gerichtet ist. Dabei wirken diese Felder abwechselnd auf den Gasstrom in denjenigen Bereichen ein, wo jeweils das andere Feld nicht angewendet wird.The device can also have other means of forming an ionization field and a magnetic field have, which rotates about an axis which is directed parallel to the direction of the ionization field. Included these fields act alternately on the gas flow in those areas where the other Field is not applied.

Das Schaltbild nach F i g. 3 zeigt wie die radialen Spulen 10 α und 10 b angeordnet sind, die von Zwei-The circuit diagram according to FIG. 3 shows how the radial coils 10 α and 10 b are arranged, which are of two-

phasenströmen zur Erzeugung eines um eine Achse 27 drehenden Magnetfeldes durchflossen werden, die durch den Schnittpunkt der Spulenachsen hindurchgehen. Diese Anordnung entspricht beispielsweise den Spulen, die mit dem Bezugszeichen 10 schematisch in F i g. 1 angegeben sind. Zur Zeit des Anlaufs speist die Zweiphasen-Stromquelle 11 in Serie einerseits die Spulen 10 a, die einander diametral gegenüberstehen, und andererseits die ebenfalls einander diametral gegenüberstehenden Spulen 10 b, deren Achsen zu denjenigen der Spulen 10 α um 90° versetzt sind. Dieses Magnetfeld kann in der einmal gewonnenen Rotation gehalten werden, indem die vier Spulen mit einer der zwei Phasen des Wechselstromgenerators 11 gespeist werden, wenn ein Kippschalter 28 aus der mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung in die gestrichelt gezeichnete Stellung umgelegt wird.phase currents are flowed through to generate a rotating magnetic field about an axis 27, which pass through the intersection of the coil axes. This arrangement corresponds, for example, to the coils which are shown schematically with the reference numeral 10 in FIG. 1 are given. At the time of start-up, the two-phase power source 11 feeds in series on the one hand the coils 10 a, which are diametrically opposed to one another, and on the other hand the also diametrically opposed coils 10 b, the axes of which are offset by 90 ° from those of the coils 10 α. This magnetic field can be kept in the rotation once it has been obtained by feeding the four coils with one of the two phases of the alternator 11 when a toggle switch 28 is flipped from the position shown in solid lines to the position shown in dashed lines.

In dieser Stellung fließt der Strom der einen Phase durch die Leiter 29 und 30. Der Leiter 29 ist in Reihe mit den Spulen 10 α geschaltet, während der Leiter 30 mit einem der Kontakte des Kippschalters 28 in Reihe mit den Spulen 10 b verbunden ist. Der Speisekreis der verschiedenen Spulen wird durch einen Leiter 31 für die Spulen 10 α und einen Leiter 32, den zweiten Kontakt des Kippschalters 28, einen Leiter 33 und den Leiter 31 geschlossen. In diesem Augenblick kann die andere Phase des Generators keinen Strom liefern.In this position, the current of one phase flows through the conductors 29 and 30. The conductor 29 is connected in series with the coils 10 α , while the conductor 30 is connected to one of the contacts of the toggle switch 28 in series with the coils 10 b . The feed circuit of the various coils is closed by a conductor 31 for the coils 10 α and a conductor 32, the second contact of the toggle switch 28, a conductor 33 and the conductor 31. At this moment the other phase of the generator cannot supply any current.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 4 erfolgt die Drehung des Magnetfeldes wiederum mittels zweiphasiger, von einem Zweiphasengenerator 11 stammender Ströme. Eine der Phasen speist die Spulen 10 a in Reihe über zwei Kontakte eines mit sechs Kontakten versehenen Kippschalters, wenn sich der Schalter in der in F i g. 4 mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung befindet. Die Leiter 29 und 31 führen zu zwei Kontakten, die dann mit den Leitern 35 und 36 verbunden sind, die ihrerseits zu den Spulen 10 α führen. Die andere Phase des Wechselstromgenerators 11 speist die in Reihe geschalteten Spulen 10 b über zwei andere Kontakte des Kippschalters 34, indem die beiden Leiter 37 und 38 den Wechselstromgenerator mit zwei anderen Kontakten oder Klemmen verbinden, die über Leiter 39 und 40 an die Spulen 10 b angeschlossen sind.In the device according to FIG. 4 the rotation of the magnetic field takes place again by means of two-phase currents originating from a two-phase generator 11. One of the phases feeds the coils 10a in series via two contacts of a toggle switch provided with six contacts when the switch is in the position shown in FIG. 4 is the position shown in solid lines. The conductors 29 and 31 lead to two contacts, which are then connected to the conductors 35 and 36, which in turn lead to the coils 10 α . The other phase of the alternator 11 feeds the series-connected coils 10 b via two other contacts of the toggle switch 34, as the two conductors 37 and 38 connect the alternator to two other contacts or terminals that are connected to the coils 10 b via conductors 39 and 40 are connected.

Nach Errichtung eines drehenden Magnetfeldes kann die Drehung mittels eines von einem Wechselstromgenerator 41 stammenden Einphasenstromes aufrechterhalten werden, indem der Kippschalter 34 in die gestrichelt gezeichnete Lage gebracht wird. In dieser Stellung ist ein vom Generator 41 kommender Leiter 42 mit dem Leiter 35 verbunden, während ein anderer Leiter 43 den Generator 41 mit dem Leiter 36 verbindet. Die Spulen 10 α werden auf diese Weise vom Generator 41 mit Einphasenstrom versorgt. Das gleiche trifft für die Spulen 10 b zu, da der Leiter 35 über einen Leiter 44 mit einem fünften Kontakt des Kippschalters 34 verbunden ist. In der gestrichelt gezeichneten Stellung berührt dieser Kontakt einen Gegenkontakt, von dem aus ein Leiter 45 zum Leiter 39 führt, der an einer der Spulen 10 b angeschlossen ist.After a rotating magnetic field has been established, the rotation can be maintained by means of a single-phase current from an alternating current generator 41 by bringing the toggle switch 34 into the position shown in broken lines. In this position, a conductor 42 coming from the generator 41 is connected to the conductor 35, while another conductor 43 connects the generator 41 to the conductor 36. The coils 10 α are supplied with single-phase current from the generator 41 in this way. The same applies to the coils 10b , since the conductor 35 is connected to a fifth contact of the toggle switch 34 via a conductor 44. In the position shown in dashed lines, this contact touches a mating contact, from which a conductor 45 leads to the conductor 39, which is connected to one of the coils 10b .

Die andere Spule 10 b ist über einen Leiter 40 mit einem anderen Leiter 46 verbunden, der an einen einem sechsten Kontakt des Kippschalters 34 zugeordneten Gegenkontakt angeschlossen ist. Dieser letztgenannte Kontakt ist über einen Leiter 47 mit dem Leiter 36 verbunden, der an denjenigen Kontakt des Kippschalters angeschlossen ist, welcher in diesem Augenblick mit dem an den Leiter 43 angeschlossenen Gegenkontakt in Berührung steht.The other coil 10 b is connected via a conductor 40 to another conductor 46 which is connected to a mating contact assigned to a sixth contact of the toggle switch 34. This last-mentioned contact is connected via a conductor 47 to the conductor 36, which is connected to that contact of the toggle switch which is in contact with the mating contact connected to the conductor 43 at that moment.

Der Wechselstromgenerator 41 wird von einem drehzahlveränderlichen Elektromotor 48 angetrieben, der die Frequenz des Einphasenstromes nach und nach zu erhöhen gestattet. Aus diesem Grunde kann, wenn das drehende Magnetfeld wirtschaftlich mittels eines Mehrphasen-Wechselstromgenerators niedriger Frequenz mit geringer Geschwindigkeit in Drehung versetzt worden ist, z. B. bei Netzfrequenz, die Drehzahl des drehenden Magnetfeldes allmählich erhöht werden, wobei zugleich die Zentrifugalwirkung verstärkt wird. Bei ausreichender Drehzahl können die einander benachbarten Gasschichten dann voneinander getrennt werden.The alternator 41 is driven by a variable speed electric motor 48, which allows the frequency of the single-phase current to be gradually increased. For this reason, when the rotating magnetic field is economically lower by means of a polyphase alternator Frequency has been rotated at low speed, e.g. B. at mains frequency, the speed of the rotating magnetic field are gradually increased, at the same time increasing the centrifugal effect will. If the speed is sufficient, the gas layers that are adjacent to one another can then separate from one another be separated.

In einem Teil einer anderen Vorrichtung nach der Erfindung, wie sie in F i g. 5 wiedergegeben ist, wird die Ionisation des Gasgemisches durch die gleichzeitige Anwendung eines elektrischen und eines magnetischen Feldes herbeigeführt. Das elektrische Ionisationsfeld wird, wie im Falle der Fig. 1, durch einen Lichtbogen zwischen den Elektroden 2 und 7 errichtet. Die Ionisation des ionisierten Gasgemisches, die in diesem Lichtbogen erfolgt, wird durch ein magnetisches Ionisationsfeld verstärkt, das dadurch entsteht, daß ein hochfrequenter Wechselstrom durch eine Wicklung 22 fließt, die den Lichtbogen 8 umgibt. In a part of another device according to the invention, as shown in FIG. 5 is reproduced the ionization of the gas mixture through the simultaneous use of an electric and a magnetic one Field brought about. The electrical ionization field is, as in the case of FIG. 1, by a Arc established between electrodes 2 and 7. The ionization of the ionized gas mixture that occurs in this arc, is amplified by a magnetic ionization field that is created by that a high-frequency alternating current flows through a winding 22 which surrounds the arc 8.

Es ergibt sich von selbst, daß auch andere bekannte Mittel zur Beeinflussung der Drehzahl der Drehung des Magnetfeldes angewendet werden können. So kann beispielsweise die Anzahl der magnetischen Pole des Stromkreises verändert sein.It goes without saying that other known means for influencing the speed of the Rotation of the magnetic field can be applied. For example, the number of magnetic Poles of the circuit must be changed.

Es kann auch ein anderer Erzeuger eines Einphasenstromes als ein Wechselstromgenerator verwendet werden, z. B. ein elektronischer Stromerzeuger. In diesem Falle ist es besonders leicht, die Frequenz allmählich zu steigern, indem die Werte, welche die Schwingungsfrequenz bestimmen, beeinflußt werden.A generator of a single-phase current other than an alternating current generator can also be used be e.g. B. an electronic power generator. In this case it is especially easy to gradually increase the frequency to increase by influencing the values which determine the oscillation frequency.

Wenn ein Lichtbogen zwischen zwei Elektroden übertritt, kann zumindest eine der Elektroden eine Abbrennelektrode sein, die das unter Druck durchströmende Gas durch ihr Schmelzen und Verdampfen im Lichtbogen mit einem Element versieht, das nach der Zentrifugaltrennung mit einem anderen Element, mit dem es in Berührung kommt, reagieren kann.When an arc crosses between two electrodes, at least one of the electrodes can be a Be a consumable electrode that melts and vaporizes the gas flowing through it under pressure provided in the arc with an element which after centrifugal separation with another element, with which it comes into contact, can react.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 209 531/5151 sheet of drawings 209 531/515

Claims

Patent claims:

1. Process for the separation of a gas mixture which is not explosive at ionization voltage different densities under pressure in a chamber with a side wall designed as a rotating surface, wherein the gas mixture ionizes there, the effect of a around the axis of rotation of the rotating surface exposed to rotating magnetic field and then under, the action of centrifugal force in coaxial gas layers broken down into layers is withdrawn separately, characterized in that that the gas mixture is introduced under pressure parallel to the rotating surface of the chamber in which its ionization takes place, and that the rotating magnetic field applied to the ionized gas mixture in an area which is located outside the area where its ionization takes place.

2. The method according to claim 1, characterized in that along the conveying path of the order the axis of rotation of the rotating magnetic field rotating, ionized gas flow to the gases consecutive points of the circumference of the chamber can be deducted.

3. The method according to claim 2, characterized in that the ionized gas stream successive, is exposed to different rotating magnetic fields.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized characterized in that the gas flow on its conveying path successively in different areas, where a rotating magnetic field is not effective, it is ionized.

5. Device for separating a gas mixture which is non-explosive in the case of ionization voltage different densities under pressure in a chamber, the side wall of which acts as a rotating surface is designed to carry out the method according to claims 1 to 4, characterized in that that the device above the chamber is a pipe (3) arranged coaxially to this as well as a per se known device (8; 22) for gas ionization and that outside of the Area of gas ionization means for generating a rotating magnetic field are provided, comprising a first set of coils (10) connected to a polyphase power source (11; 26) are connected and evenly arranged around the chamber so that their axes are in a common, transverse to the axis of the chamber transverse plane and are in one Meet the point of the axis of the chamber.

6. Device according to claim 5, characterized in that that the walls (13, 13 ') of the chamber at different distances from the gas inlet (3) vent openings (14,14', 14 ") for the outer gas layers of the flowing through, created under the effect of centrifugal force Have gas mixture (9).

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that in the flow direction of the gas mixture a further set of coils (10 ', 10 ") is provided behind the first set of coils (10) is connected to a multiphase power source (11; 26), another behind the Vents (14) generate effective rotating magnetic field and evenly around the chamber are arranged around so that their axes are in a common, transverse to the axis of the chamber arranged transverse plane and meet at a point on the axis of the chamber.

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that in the flow direction behind the exhaust openings (14) another known device for gas ionization (22 ') is arranged.