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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Gemisches von Wasserstoff
und Sauerstoff.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Gemisches
von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser mit Hilfe von Gleichstrom.
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In den letzten Jahren sind sogenannte Mikroschweißgeräte bekannt geworden,
die mit Hilfe der elektrischen Energie in einer Elektrolysezelle Wasser in das Gemisch
seiner Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen und dieses explosive Gemisch
nach eventueller Reinigung und Trockung einem Brenner zuführen. In diesem verbrennt
es an einer Düse mit stabiler, geräuschloser Flamme von 34000C . Da das Gasgemisch
immer Wasserstoff und Sauerstoff im richtigen Mengenverhältnis aufweist, entfallen
alle Druckreduzier- und Mischprobleme, die bei Versorgung eines Brenners mit
Flaschengasen
auftreten. Die Größe und Wärmeleistung der Flamme kann bei entsprechender Düse durch
Einstellung des zugeführten elektrischen Gleichstromes bequem geregelt werden. Sie,ist
ferner..
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in dem Maße konstant wie das zur Verfügung stehende Stromnetz.
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Da die Flamme als Verbrennungsprodukt nur überhitzten Wasserdampf
ausscheidet, ist sie für sehr viele SchweißSchmelz-Löt- und Glühprozesse an kleinen
Objekten die ideale Wärmequelle.
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Die bisher bekannt gewordenen Mikroschweißgeräte haben allerdings
den entscheidenden Nachteil, daß sie nur eine Elektrolysezelle aufweisen, die bei
einer vom Elektrolyt und Elektrodenwerkstoff abhängigen Spannung von 2,5-6 Volt
einen Gleichstrom von etwa 50 - 400 A benötigt.
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Der Gleichstrom wird aus dem Netz über einen schweren und teueren
Transformator gewonnen, der sekundärseitig über Hochstromwicklungen einen oder mehrere
Halbleitergleichrichter speist. Zur kontinuierlichen Leistungsregelung dient bei
einer bekannten Schaltung ein zusätzlicher Ringkernstelltransformator, der dem Hochstromtransformator
vorgeschaltet ist. Es ist auch bekannt, als Stellt glied eine Thyristorschaltung
zu verwenden.
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Die Elektrolysezelle besteht im wesen-tlichen aus einem druckfesten
zylindrischen Eisentopf als Kathode und einem am Deckel aufgehängten Eisenzylinder
als Anode, der in die mit Elektrolyt
gefüllte Kathode eintaucht.
Der Dichtungsring des Deckels stellt zugleich die Isolation zwischen den Elektroden
dar. Die Befestigungsschrauben des Deckels sind ebenfalls isoliert. Im Deckel ist
ein Gasableitstutzen und ein isolierter Einfüllstutzen vorgesehen, der einen Schraubverschluß
trägt.
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Die Stromversorgungseinrichtung ist am Gesamtgerät mit über 50t des
Gewichtes beteiligt und rostet ein Mehrfaches der Elektrolysezelle.
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Der elektrische Wirkungsgrad solcher Geräte ist sehr schlecht, weil
bei 2,5gnuttbarer Gleichspannung an einer Zelle mit Eisenelektroden und Alkalielektrolyt
in etwa die gleiche Spannung am Halbleitergleichrichter,der Transformatorsekundärwicklung
und den Zuleitungen abfällt. Wenn man die weiteren Supfer- und Eisenverluste im
Stelltransformator und Hochstromtransformator hinzurechnet, bleibt der elektrische
Wirkungsgrad weit unter 50%. Der größte Teil der elektrischen Energie wird also
in den Transformatoren und im unrationell genutzten und teueren HL-Gleichrichter
in Abwärme verwandelt, die bei manchen Geräten durch einen eingebauten Ventilator
abgeführt werden muß.
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Der schlechte Wirkungsgrad bedeutet jedoch nicht nur höhere Energiekosten,
sondern vor allem größere Investitionskosten, weil der Stel,ltransformator und der
Rochstromtransformator für-mehr als das Doppelte der Nutzleistung ausgelegt sein
müssen. Allein die Durchlaßverlustleistung einer Siliziumdiode für einen Strom
von
300 A beträgt 400 W.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gaserzeugung fur Mikroschweißgeräte
o.dgl. entscheidend zu verbilligen, indem erstens der elektrische Wirkungsgrad erhöht
und zweitens der Aufwand für die Gleichstromversorgung wesentlich verbilligt wird.
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Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, den Leistungsbereich derartiger
Geräte nach oben zu erweitern und zugleich das auf eine bestimmte Gaserzeugungsrate
bezogene Gewicht sowie die Geräteabmessungen zu verringern.
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Ferner wird im Rahmen der Erfindung angestrebt, eine Gleichspannungsquelle
für relativ kleine Ströme nutzbar zu machen, deren Spannung in der Größenordnung
der Netzwechselspannung liegt, so daß ein Trenntransformator nicht mehr benötigt
wird und die Gleichrichterverluste vernachlässigbar klein werden.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß in dem
unteren Teil eines gemeinsamen Druckgefäßes eine Vielzahl ,von nach oben offenen
Elektrolysezellen elektrisch in Reihe geschaltet werden, indem die zugleich Anode
und Kathode darstellenden und isolierend eingefaßten Elektrodenbleche die Elektrolytflüssigkeit
in einzelne Fellen derart unterteilen, daß das erzeugte Gasgemisch in einen durch
den oberen Teil des Reaktionsgefäßes gebildeten Gassammelraum af werden kann.
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Vorzugsweise sind die rech-teckigen Elektrodenbleche vertikal angeordnet
und an drei Kanten so in einen Isolierstoffkörper eingebettet, daß die einzelnen
Elektrolysezellen flüssigkeitsdicht gegeneinander abgegrenzt sind. Die Stromzuführung
erfolgt über die beiden äußeren Elektrodenbleche, die über je eine isolierte Gehäusedurchführung
mit je einer äußeren Anschlußklemme leitend verbunden sind. Die angelegte Gleichspannung
ist das Produkt aus Zellenzahl und Zellenspannung, während der relativ niedrige
Strom in allen Zellen gleich ist. Das angelegte Gleichspannungspotential wird- durch
die einzelnen Elektroden so gut aufgeteilt, daß trotz der feuchten und elektrolythaltigen
Gasatmosphäre ein elektrischer Uberschlag (Zündfunke) ausgeschlossen ist.
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Die Anwendung der Erfindung in der Praxis bedeutet, daß man z.B.
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anstelle eines Knallgaserzeugers mit 300 A bei 2,5 V Zellenspannung
ein neuartiges Gerät mit etwa 4 A bei@190 V Gleichspannung betreiben kann. Allein
die Gleichrichterverluste sinken durch diese Maßnahme von 400 W auf etwa 5 Watt.-Die
gesamte Stromversorgungseinrichtung besteht im optimalen Fall nur noch aus einem
direkt am Wechselstromnetz betriebenen Thyristor, der inclusive seiner Steuerschaltung
nur einen Bruchteil einer 300 A-Diode kostet.
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Auch wenn man einen Trenntransformator beibehält und nur 15 oder 20
Elektrolysezellen in Reihe schaltet, sind die Einsparungen zu elektrischer Edergle
und am Aufwand für die Stromvers@rgung
noch überraschend groß. Diese
Vorteile wiegen den Mehraufwand für die mehrzellige Gaserzeugungsvorrichtung bei
weitem auf.
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Nun ist es zwar bei großtechnischen Elektrolyseanlagen seit langem
üblich, mehrere Elektrolysezellen in Reihe zu schalten.
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Dies gilt auch für die Wasserzerlegung oder Chlorgewinnung aus Natriumchlorid.
Bei diesen Anlagen werden grundsätzlich die an die an der Kathode und Anode gebildeten
Gase durch Diaphragmen getrennt und nach ihrer Reinigung gespeichert. Diese in Reihe
geschalteten Elektrolysezellen sind also jeweils in zwei gasdichte Räume aufgeteilt
und in ihrer Konstruktion teuer und kompliziert. Die Übertragung dieses Prinzips
auf einen Knallgasgenerator der hier benötigten Art erecheint daher ausgeschlossen.
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Man könnte zwar mehrere der für die Mikroschweißgeräte entwickelten
Elektrolysezellen nebeneinander aufstellen und elektrisch in Reihe schalten, jedoch
wäre damit allenfalls ein billigerer Gleichrichter und eine geringe Erhöhung des
Wirkungsgrades mög-Loch, dagegen würden die Kosten für mehrere, kleinere, druckfest
geicapselte und gegeneinander isolierte lektrolysezellen erheblich ansteigen. Außerdem
ware die Wartung zu umständlich, weil ja in jeder Zelle täglich destilliertes Wasser
bis zu einem bestimmten Füllstand ergänzt werden muß.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Fig. 1
- 7 der Zeichnung erläutert.
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F,g. 1 zeigt von oben ein zylindrisches Druckgefäß, in welches unterschiedlich
lange, parallele Elektrodenbleche einen bettet sind.
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Fig. 2 zeigt von oben ein trogartiges Druckgefäß mit gleichgroßen,
parallelen Elektrodenblechen, Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch das Gefäß entlang
der Linie A-B nach Fig. 2.
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FigX 4 zeigt von oben ein zylindrisches Druckgefäß, in das ein trogförmiger
Isolierkörper mit parallelen Elektrodenblechen eingesetzt ist.
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Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie C-D in Fig, 4.
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In Fig. 6 und 7 sind verschiedene Deckelkonstruktionen für die Druckgefäße
dargestellt.
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Einander entsprechende Teile sind jeweils mit Bezugszahlen versehen,
die in der. letzten Stc,,lle überekinstimmen.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein aus Stahlblech im Tiefziehverfahren hergestellter
Topf bezeichnet, der unten mit einem ebenen Boden verschlossen ist und oben einen
@lansch 2 aufweist, auf dem ein Dichtungsring 3 aufliegt. Die Bohrungen 4 im @lansch
dienen der Defestigung eines nicht dargestellten ebenen oder gewölbten Deckels.
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In dem Innenraum des Topfes 1 sind eine Vielzahl von parallelen und
unterschiedlich langen Elektrodenblechen 5 in einen Isolierstoffkörper 6 eingebettet,
der die Bleche an drei Kanten flüssigkeitsdicht umschließt. Die beiden äußeren Elektrodenbleche
Sa und 5b sind der Krümmung des-Topfes angepaßt. Sie können über isolierte, gasdichte
Stromdurchführungen 7,8 mit einer Gleichspannung-squelle verbunden werden. Die voneinander
getrennten Elektrolytfüllungen der einzelnen Zellen sind mit 9 bezeichnet.
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Jede Elektrolysezelle wird durch zwei Elektrodenbleche und an drei
Schmalseiten durch den Isolierstoffkörper begrenzt, während die vierte Schmalseite
zum darüberliegenden Gassammelraum geöffnet ist. Der Isolierstoffkörper 6 ist so
ausgebildet, daß er mit den inneren Topfwänden fest verbunden ist, so daß sich nach
außen eine gute Wärmeableitung ergibt.
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Der Isolierstoffkörper wird vorzugsweise in dem Topf selbst aus Gießharz
hergestellt, indem man die Elektrodenbleche abwechselnd mit Dichtungselementen in
dem Topf aufschichtet und anschließend den Zwischenraum zwischen den Topfwänden,
den Dichtungselementen und den Elektrodenblechen ausgießt. Nach dem Aushärten werden
die Dichtungselemente entfernt. Sehr gut bewährt haben sich Moosgummischnüre von
Kreisquerschnitt, die U-förmig so zwischen die Bleche gelegt werden, daß das Harz
nicht in den Elektrolytraum der Zelle eindringen kann. Diese Dichtungselemente lassen
sich nach dem Aushärten des Harzes sehr leicht entfernen, weil sie bei Zug infolge
ihrer Elastizität ihren Querschnitt verringern.
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Beim Eingießen der Elektrodenbleche ist selbstverständlich darauf
zu achten, daß diese Bleche gegenüker-dem Topf 1 isoliert sind. Zu diesem Zwecke
können Isoliergewebe eingelegt werden, die mit dem Harz getränkt werden. Auch ist
es möglich, die Innenwand des Topfes vor dem Eingießen der Bleche mit einer anorganischen
oder organischen Isolationsschicht zu überziehen. Als Gießharz hat sich ein laugenfestes
Epoxiharz bewährt, das zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit, des Schrumpfverhaltens
und der Festigkeit mit anorganischen oder metallischen Füllstoffen versetzt ist
Da die Isolierstoffschicht 6 zwischen dem Elektrolyten 9 und dem Topf 1 nur wenige
mm starkist, kann die Reaktionswärme gut nach außen abgeleitet werden. Bei höheren
Leistungen wird die Außenwand des Topfes 1 durch ein Gebläse zusätzlich gekühlt.
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Die Wärmeabfuhr kann bei Bedarf erheblich gesteigert werden, wenn
der Topf mit Kühlrippen versehen ist. Für diesen Zweck kommen insbesondere U-Profile
aus Kupfer oder Aluminium infrage,-die schraubenlinienförmig auf den Zylindermantel
aufgewickelt und mit Hilfe von Epoxiharz aufgeklebt werden. Auf diese Weise vermeidet
man auch ohne lohnintensive Schweiß- und Lötprozesse die den Wärmeübergang störenden
Luftschichten. Auch ist es-mglich, dünne Kupferrohre schraubenlinienförmig aufzuwickeln
und festzukleben, die an eine Kühlwasserquelle angeschlossen werden.
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Da bei der Gasentwicklung Wasser verbraucht wird, sinkt der F;üllstand
in den einzelnen Elektrolysezellen im Laufe des Betriebes ab. Es ist daher zweckmäßig,
durch die Wahl entsprechender Blechabstände den Elektrolytinhalt aller Zellen ungefähr
gleich groß zu halten.
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Beim Nachfüllen von destilliertem Wasser über einen zentralen Füllstutzen
wird der Topf ;soweit um eine auf den Elektrodenblechen 5 senkrechte Achse mehrfach
gekippt, daß sich das Wasser gut mit dem Elektrolyten 9 vermischt und in allen Zellen
ungefähr der gleiche Füllstand erreicht wird.
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Der Sollfüllstand wird so gewählt, daß die Elektrodenbleche 5 auch
bei vollem Strom infolge der Gasbildung im Elektrolyten 9 nicht überflutet werden.
Die maximale Stromdichte von etwa o,l5A/cm2 wird auf die äußeren Elektrodenbleche
5a,5b mit der kleinsten Fläche abgestellt. Sie liegt also bei den mittleren Elektrodenblechen
5 weit unter dem kritischen Wert.
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Sollte die Gasblasenbildung so stark werden, daß die entstehende Schaumschicht
die oberen Kanten der Elektrodenbleche -übersteigt, so kann diese durch Tenside
unterdrückt werden. Im übrigen beeinflußt der aufsteigende Schaum die Kennlinie
nur geringfügig. Ein echtes überfüllten bewirkt lediglich, daß der Strom bei fallender
Spannung ansteigt. Ein derartiger Nebenschluß zwischen den beiden äußeren Elektroden
5a,5b führt zu einem zeitweiligen Leistungsabfall in der Gasentwicklung und zu
einer
überhitzung des Elektrolyten, so daß das Sauerstoff-Wasserstoff-Gemisch einen steigenden
Anteil von Wasserdampf enthält. Nach dem Verbrauch des überschüssigen Wassers werden
die normalen Leistungswerte erneut erreicht.
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Umfangreiche Versuchsreihen haben ergeben, daß der Elektrodenabstand
die Zellenspannung nur geringfügig beeinflußt. Es ist ohne weiteres möglich, den
Elektrodenabstand auf etwa 4 mm zu reduzieren, so daß der Widerstand und Leistungsverlust
im Elektroly£en ein Minimum erreicht. Bei diesem Elektrodenabstand wird die Ionenwanderung
durch die aufsteigenden Gasblasen noch nicht wesentlich beeinträchtigt.-Ein kleiner
Elektrodenabstand ermöglicht es, auf kleinem Volumen sehr viele Zellen,unterzubringen,,
so daß die angelegte Gleichspannung relativ hoch sein kann, während der Strom so
weit absinkt, daß die Gleichrichterverluste vernachlässigbar klein werden. Zugleich
verring'ert s-ich der Aufwand für den HL-Gleichrichter, dessen Kosten ungefähr proportional
mit dem Strom ansteigen, während die auftretenden Spannungen im untersten Spannungsbereich
liegen, also den Preis nicht beeinflussen.
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Ein zylindrisches Druckgefäß nach Fig. 1 ist sehr leicht abzudichten
und preiswert aus serienmäßigen Tie'fziehgehäusen zu erstellen, jedoch kann sich
die unterschiedliche Länge der Elektrodenbleche 5 für die Fertigung als störend
erweisen.
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In Fig. 2 und 3 ist daher ein trogförmiges Tiefziehgehäuse 11 dargestellt,
das gleichgroße Elektrodenbleche 15 aufweist. Ein Flansch 12 dient der Abdichtung.
Der rechteckige Dichtungsring ist mit 13 bezeichnet. Die Bohrungen 14 nehmen Befestigungsschrauben
für einen Deckel auf. Die äußeren Elektroden 15a und 15b sind mit gasdichten Stromdurchführungen
17 und 18 verbunden.Alle Zellen weisen die gleiche Elektrolytmenge 19 auf. In Fig.
3 sind mit lla und lib Befestigungswinkel bezeichnet. Die Zellen sind bis zur Linie
l9á mit Elektrolyt gefüllt. Das entstehende Gasgemisch steigt in den Gassammelraum
20 auf.
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Das Verfahren des Eingießens der Elektrodenbleche 15 in einen Isolierkörper
16 ist das gleiche wie in Fig. 1 beschrieben. Ein trogförmiges Gehäuse ermöglicht
es, bei einem tragbaren Gesamtvolumen so viele Elektrolysezellen in Reihe zu schalten,
daß eine direkt aus der Netzspannung von 220 oder llo Volt gewonnene Gleichspannung
als Speisespannung dienen kann. Aus der Einsparung eines Trenntransformators reultiert
eine außerordeptliche Verringerung des technischen Aufwandes, des Gewichtes und
des Volumens des Schweißgerätes. Im Extremfall reduziert sich die Gleichspannungsversorgung
auf einen Thyristor, der in Einwegschaltung die Netzwechselspannung in eine einstellbare
Gleichspannung umwandelt.
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Als Steuerschaltung ist sowohl eine Phasenanschnittsteuerung als auch
eine Impulsgruppensteuerung geeignet. Die letztere
hat den Vorteil,
daß sie keine störenden Oberwellen in das Versorgungsnetz ausstreut. Das Speichervermögen
des gemeinsamen Gassammelraumes über den Elektrolysezellen bewirkt, daß auch bei
einer Impulsgruppensteuerung der Gasdruck am Brenner praktisch konstant ist. Bei
einer Stromversorgung ohne Trenntransformator wird das Druckgefäß in einem auch
die Nebenaggregate aufnehmenden Gerätegehäuse aus Blech isoliert befestigt, so daß
kleine Isolationsfehler nicht zu einem elektrolytischen Lochfraß am Druckgefäß führen
können.
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Fig. 4 zeigt die Draufsicht eines topfförmigen Druckgefäßes 21, das
auf einem Flansch 22 einen Dichtungsring 23 und Bohrungen 24 aufweist. In dieses
Druckgefäß ist ein trogförmiger Isolierkörper 26 eingesetzt, der gleichgroße Elektrodenbleche
25 trägt. Die Stromdurchführungen 27 und 28 sind mit den äußeren Elektroden 25a
und 25 b verlötet oder verschraubt. Die Elektrolytfüllungen sind,mit 29- bezeichnet.
Der Isolierstoffkörper 26 wird vorzugsweise aus gefülltem Gießharz nach dem teschriebenen
Verfahren hergestellt. Im Unterschied zu Fig. 1 - 3 dient als äußere Gießform ein
demontierbarer Formkörper oder eine verlorene,- dünnwandige Form aus Kunststoff.
Fi.g 5 stellt einen Schnitt entlang der Linie C- in Fig. 4 dar. Der Raum zwischen
dem Isolierstoffkörper 26 ünd der Wand des Druckgefäßes 21 ist ebenfalls mit Elektrolyt
gefüllt, der von den Elektrolytfüllungen 29 der einzelnen Zellen elektrisch getrennt
ist. Dieser Elektrolyt dient erstens der besseren Wärmeableitung von den Zellen
nach außen und wirkt zweitens als Speicher.
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Wenn nämlich'der Füllstand-29a nach längerer Betriebs-zeit um einige
cm unter den äußeren Füllstand 29b abgesunken ist, genügt ein Kippen des Gefäßes
21 um die durch die Stromdurchführungen 27,28 gehende Achse um den Füllstand in
allen Zellen zu erhöhen. In größeren Zeitabständen wird dann durch den Einfüllstutzen
des Deckels so lange destilliertes Wasser nachgefüllt, bis der Elektrolyt in. den
Zellen und im Außenraum etwa 1 cm unter den Elektrodenoberkanten steht. Ein mehrmaliges
Kippen des Gefäßes 21 sorgt für eine gute Durchmischung.Der Gassammelraum ist mit
30 bezeichnet.
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Die in Fig. 4 und 5 beschriebene Vorrichtung kann im Rahmen der Erfindung
in verschiedenen Punkten abgewandelt werden. So ist escbeispielsweise ohne wesentliche
Änderung der Strom-Spånnung-Kennlinie möglich, den Isolierstoffkörper 26 an jeder
einzelnen Zelle mit einer engen Bohrung zu.versehen-, die eine selbsttätige Füllstandsangleichüng
bewirkt.
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Diese Bohrungen können zur Vergrößerung des Nebenschlußwiderstandes
abwechselnd auf beiden Seiten des Isolierstoffkörpers angebracht werden. Der Ionenweg
und damit der Nebenschlußwiderstand kann zusätzlich dadurch vergrößert werden, daß
in die Bohrungen Kunststoffröhrchen eingesetzt werden, die teils innerhalb und teils
außerhalb der Zellen verlaufen.
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Die Innenwand des Druckgefäßes 21 wird zweckmäßig isoliert, um jede
elektrolytische Reaktion mit der Gefäßwand auszuschalten.
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Da bei allen gemäß der Erfindung verwendbarenGehäusekonstruktionen
die Gefäßwand nicht an der Elektrolyse beteiligt ist, können preiswerte Druckgefäße
aus Stahl vor etwa 1 - 3 mm' Wandstärke benutzt werden. Bei den bekannten Elektrolysegefäßen
ist dagegen die Wandstärke wegen der langsamen Elektrodenauflösung wesentlich größer
gewählt.
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Als Druckgefäße sind auch geschweißte oder gegossene Stahlgehäuse
verwendbar. Bei Gußgehäusen ist es zweckmäßig, Kühlrippen für eine Luftkühlung direkt
anzuformen.'Auch können Gußgehäuse mit Führungsnuten für die Elektrodenbleche versehen
sein, so daß zwischen dem Gehäuse und den Elektrodenblechen lediglich eine dünne
Isolierschicht erforderlich ist. Diese Schicht kann aus organischem oder anorganischem
Material bestehen. Auf diese Weise lassen sich besonders gute Wärmeübergangswerte
erzielen.
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Auch sind isolierte Führungsnutenvdenkbar, die ein bequemes Auswechseln
verbrauchter Elektrodenbleche ermöglichen.
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Als Material für die Elektrodenbleche kommen vorwiegend Eisenbleche
von 1 - 3 mm Dicke infrage. Elektroden aus möglichst reinem Eisen benötigen mit
Kalilauge als Elektrolyt eine Zellenspannung von 2,4 - 2,6 Volt je nach Stromdichte.
Da die Eisenelektroden keiner mechanischen Belastung ausgesetzt sind, wirkt sich
die Eisenversprödung durch Wasserstoffaufnahme nicht negativ aus.
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Elektroden aus Eisenblech lassen sich besonders preiswert herstellen.
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Falls die geringe anodische Auflösung der Eisenelektroden stört, können
auch Nickelelektroden benutzt werden, die eine höhere Zellenspannung benötigen.
In diesem Falle gemügt eine kleinere Zahl von Zellen, um direkt die gleichgerichtete
Netzspannung als Speisespannung'zu benutzen.
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Im übrigen sei ausdrücklich bemerkt, da'B die Zellenzahl bei einer
Einveg- und Brückengleichrichtung ohne Siebmittel praktisch die gleiche ist. Die
Zellen entwickeln infolge von Polarisationsschichten eine so große Gegenspannung,
daß bei Einweggleichrichtung die Spannungstäler zwischen den Halbwellen zweier Perioden
weitgehend. ausgefüllt sind. Der Strom fließt dagegen jeweils nur. in der Durchlaßhalbwelle.
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So Fig. 6 ist im Schnitt ein Deckel 31 dargestellt, wie er zur Abdichtung
zylindrischer Druckgefäße benutzt werden kann. Der leicht nach oben gewölbte Deckel
weist in der Mitte einen Einfüllstutzen 32 auf.
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Mit 33 ist eine Überwurfmutter bezeichnet, deren Flansch 33a eine
Gummimembran 34 als Dichtung und überdrucksicherung auf den Stutzen 32 preßt. Der
normale Betriebsdruck in dem Druckgefäß liegt unter 1 Bar. Die Gummimembran 34 ist
so dimensioniert,'daß sie im Falle einer Verpuffung nachgibt und den Druckanstieg
im Druckgefäß auf einen zulässigen Wert begrenzt. Außerdem
kann
der Dichtungsring des Druckgefäßes als ÜberdrUcksicherung wirken. Es ist also nicht
erforderlich, die Gehäusewände so stark zu wählen, daß sie dem theoretisch höchsten
Explosionsdruck standhalten.
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Der Durchmesser des Einfüllstutzens 32 ist mit 1-2 Zoll so groß gewählt,
daß erstens der Explosionsdruck gut beherrschbar ist und zweitens der Füllstand
optisch kontrolliert werden kann.
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Falls das Druckgefäß nicht geerdet ist, wird der Einfüllstutzen aus
Kunststoffrohr hergestellt oder unter Verwendung von Epoxiharz isolierend in die
Deckelöffnung eingegossen.
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Mit dem Deckel 31 ist ein Gasableitrohr 35 verlötet, das vom Gassammelraum
durch eine Flammensperre 36 getrennt ist. Eine gleichartige Flainmensperre ist im
nicht dargestellten Brenner vorgesehen.
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Eine Verpuffung im Druckgefäß ist nur dann möglich, wenn der Füllstand
in den Zellen infolge falscher Bedienung so weit abgesunken ist, daß der Elektrolyt
auskristallisiert und infolge der Stromunterbrechung ein Zündfunke auftritt-. Der
Bedienende wird aber bereits vorher durch absinkende Flamme leistung darauf aufmerksam
werden, daß er destilliertes' Wasser nachfüllen muß.
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Fig. 7 zeigt einen Deckel 41 mit einem Einfüllstutzen 42, einer Überwurfmutter
43, einer Gummimembran 44 und einem'Gasableitrohr 45, das ohne Querschnittsverengung
mit dem Gassammelraum verbunden ist. Dieses Gasableitrohr ist mit stetiger Steigung
zu einer Kühlwendel geformt, die einem Ventialtorluftstrom ausgesetzt sein kann.Der
Querschnitt dieses Rohres und die Steisich gung--sind so auf die maximale Gasmenge
abgestimmt, daß die/bei der Gasabkühlung bildenden Wassertropfen entgegen der Gasströmung
in das Druckgefäß zurücklaufen können. Die Kühlwendel trägt ferner dazu bei, daß
feinste Elektrolyttröpfchen aus dem Gas abgeschieden werden. Das Gasableitrohr kann
mit gleicher Steigung auch als Spirale geformt sein. Falls das Druckgefäß Wasserkühlung
aufweist, wird das Gasableitrohr nach dem Gegenstromprinzip an die Wasserkühlung
angeschlossen. Da das Gasgemisch hierbei von 70-80°C auf etwa 15°C abgekühlt wird,
entzieht man ihm 9/io des Wasserdampfes.
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Diese Maßnahme verursacht im Gegensatz zu anderen G-astrocknungsverfahren
keine zusätzliche Wartung und keine Betriebsmehrkosten. Außerdem wird die Flammenleistung
gesteigert.
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Zur-Verringerung des Elektrolytgehaltes im Gas ist zusätzlich am Deckel
41 unter dem Gasableitrohr 45 ein Tropfenabscheider 46 angebracht, der mit Glaswatte
o.dgl. gefüllt ist
Auf diese Weise wird das Knallgasgemisch im
Druckgefäß und im Gasableitrohr so weit gereinigt und getrocknet, daß es unmittelbar
oder über einen sog. Booster dem Brenner zugeführt werden kann. Als Booster wird
ein mit Alkohol oder anderen brennbaren Flüssigkeiten teilweise gefülltes Gefäß
bezeichnet, in welchem das Knallgasgemisch mit Kohlenwasserstoffdämpfen angereichert
wird. Hierdurch wirkt die Flamme reduzierend und erreicht trotz absinkender Temperatur
eine höhere Wärmeleistung.
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Wenn man zur Leistungsänderung einen Stelltransformator oder einen
Thyristor verwendet, werden mit Verringerung der Aussteuerung die Stromzeitflächen
steg kleiner.
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Da die Gas leistung eines Knallgasgenerators der beschriebenen Art
der Stromsumme (Produkt aus Zellenzahl und. Stromstärke) proportional ist, lohnt
sich der Mebraufwand für einen Brückengleichrichter oder eine-halbgesteuerte Thyristorbrücke
im allgemeinen nicht.
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Lediglich beim Betrieb über einen Trenntransformator kann die Mittelpunkt-
oder Brückenschaltung wegen der geringeren Transformatorverluste Vorteile bieten.
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Bei SeIir großen Leistungen, die einer mit 15A abgesicherten Steckdose
nicht mehr zu entnehmen sind, kommt auch die Drehstromeinweggleichrichtung oder
die Drehstrombrückenschaltung infrage.
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Im Gegensatz zu bisher bekannten Mikros'chweißgeräten ist es aufgrund
der Erfindung möglich, Gasgeneratoren mit einer Stromsumme von mehreren loooA zu
bauen. So liefert z.B. ein Generator mit 80 Zellen und 30 A entsprechend einer Stromsumme
von 2400 A bereits eine Gasmenge, die das Verschweißen oder Trennen von Stählblechen
mit einigen mm Stärke gestattet. Damit ergibt sich eine echte Konkurrenz zu den
Autogenschweißgeräten mit Druckgasflaschen. Das Knallgasschweißverfahren hat dagegen
den Vorteil, daß Druckreduzierventile und Mischvorgänge entfallen und daß die Gasversorgung
billiger ist als mit Speichergas.
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Aufgrund der Erfindung ist auch ein Schweißgerät herstellbar, das
als Wechselstromquelle einen handelsüblichen Trenntransformator für 42 V oder einen
Schweißtransformator benutzt. Mit derartigen Transformatoren kann eine Gleichspannung
von etwa 37 Volt erzeugt werden, die zum Betrieb eines Knallgasgenerators mit 15
Zellen geeignet ist. Bei einem Strom von 60 A beträgt dann die Stromsumme bereits
9oo-A.
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20 Seiten Beschreibung 20 Ansprüciie 3 Blatt Zeichnungen mit 7 Figuren