DE232005C

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Publication number: DE232005C
Application number: DENDAT232005D
Authority: DE
Priority date: 1910-11-07
Also published as: FR422249A; GB191025879A

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 232005 KLASSE 2U. GRUPPE

GEORG BRAUN in MÜNCHEN.

Mit elektrisch geladenen Gasen betriebenes Gaselement.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. März 1909 ab.

Das gewöhnliche Gaselement liefert den einwandfreien Beweis für die Verbindungsmöglich-T<eit zweier Gase miteinander auf kaltem, elektrochemischem Wege, die unter gewöhnlichen S Umständen nur in der Wärme chemische Affinität, zueinander erkennen lassen.

An Stelle der verschwundenen Wärme entsteht der der Wärmetönung äquivalente elektrische Effekt. Es ist diese Erscheinung um

ίο so bemerkenswerter, als die dabei zur Verwendung kommenden Gase selbst Nichtleiter der Elektrizität, Dielektrika, sind. Zieht man aber in Betracht, daß durch die Berührung der Gase mit dem Elektrolyten bzw. ·' durch die Lösung der Gase im Elektrolyten die Gase elektrisch dissoziiert, d. h. in ihre freien positiven und freien negativen Ionen gespalten werden, so wird diese auffallende Erscheinung erklärlich. Durch die Anwesenheit der freien Gasionen ist die Grundbedingung eines chemischen Umsatzes dieser mit den Elektrolytionen geschaffen, während die Richtung des daraus resultierenden elektrischen Stromes und die dadurch an den Elektroden auftretende Potentialdifferenz gegeben ist durch das von Natur aus und entgegengesetzt zueinander vorhandene elektrochemische Verhalten der im Element in Verbindung tretenden Gase. Die Wirksamkeit eines Gaselementes hängt daher innig zusammen mit der Ionisation der darin zur Verwendung kommenden, an und für sich indifferenten Gase.. Mittel, welche eine Erhöhung der Ionisation ermöglichen, erhöhen auch.die elektromotorische Kraft.

des Elementes, wie z. B. Anwendung von Platin-. mohr an Stelle der blanken Platinelektroden, wodurch die Wirkung der Druekanwendung auf die Gase noch mehr gesteigert wird.

Ein anderes Verfahren, um die Gaselemente durch Erzeugung höherer Gasionenkonzentration wirksamer zu machen, ist in der deutschen Patentschrift 143423 beschrieben. Das ihm zugrunde liegende Prinzip beruht auf der Erscheinung, daß glühende Körper ihre Umgebung ionisieren. Dieses Element setzt die Anwendung hoher Temperaturen voraus und fordert die vorherige Verbrennung der Gase unter Wärmeentwicklung. Als Elektroden werden dabei Leiter zweiter Klasse angewendet, während als Elektrolyt feuer flüssige Massen öder die Flammengase selbst dienen. Prinzip und Baiiart dieses Elementes weichen daher naturgemäß von den gewöhnlichen Gaselementen ab. . Ebenso ist die Wirkungsweise eine andere: Während im gewöhnlichen Gaselement der Strom aui elektrochemische Vorgänge bei der Verbindung der beiden Gase zurückzuführen ist, ist er .in dem in der Patentschrift 143423 beschriebenen- Elemente thermo-elektrischen Ursprunges. 6p

Grundverschieden von den genannten Elementen und von vollständig neuen Gesichtspunkten, ausgehend, baut sich das Gaselement auf, das den Gegenstand dieser Erfindung bildet.

Reaktionen von Körpern sind Reaktionen ihrer Ionen, d. h. ihrer freien positiven und freien negativen Bestandteile. Sollen daher zwei Körper chemisch aufeinander wirken, so müssen sie in ihre Ionen gespalten sein. Die chemische Affinität zweier Körper zueinander hängt daher ab von ihrer Ionisation. Soll

(2. Auflage, ausgegeben am 18. Januar

beispielsweise Sauerstoff mit Wasserstoff oder Kohle verbrennen, so muß auch hierbei zuerst Ionisation eintreten. Im Gaselement spielt der Elektrolyt die Rolle des Ionisators. Beim Verbrennungsprozeß in der Luft sind di<i Ionisationsbedingungen aber noch nicht gegeben, sondern müssen erst geschaffen werden. Dies geschieht auf einfache Art und Weise dadurch, daß man die beiden zu verbrennenden

ίο Körper, z. B; Wasserstoff (Kohle) und Sauerstoff, auf die Entzündungstemperatur bringt. Sie liegt bei ungefähr 700 ° C. Unter dieser Temperatur verhalten sich beide gegeneinander indifferent. Der Grund, warum erst bei dieser Temperatur eirie Einwirkung beider aufeinander erfolgt, liegt darin, daß die verbrennenden Körper erst bei dieser Temperatur anfangen zu glühen. Nun ist es eine bekannte Tatsache, daß glühende Körper ihre Umgebung unipolar ionisieren, und zwar in dem Sinne, daß das brennbare Gas (Dampf, Kohle usw.) die entgegengesetzte elektrische Ladung erhält wie der die Verbrennung unterhaltende Körper (Sauerstoff usw.).

Kühlt man beide oder nur einen dieser beiden Körper unter die Entzündungstemperatur ab, so verschwindet auch die Reaktion. Da nun die bei der gewöhnlichen Verbrennung entstehenden Körper (Wasserdampf und Kohlensäure) exotherme Verbindungen sind, so entsteht dabei eine Temperatur, die Verbrennungstemperatur, die bedeutend höher liegt als die Entzündungstemperatur. Ein Bruchteil des durch die Verbrennungstemperatur erzeugten Wärmeüberschusses genügt, um die Entzündungstemperatur ständig aufrechtzuerhalten. Der der Verbrennungstemperatur entsprechende Wärmeeffekt stellt daher die nach außen hin freiwerdende, wahrnehmbare und verfügbare Arbeit dar, während die zur Erhaltung der Entzündungs- (Ionisations-) Temperatur notwendige Wärme zur Innenarbeit verwendet wird, mithin nach außen hin verloren geht. In logischer Folgerung ergibt sich daraus der Schluß, daß, wenn es möglich ist, die beiden zu verbrennenden Körper auf kaltem Wege in denselben Zustand zu versetzen, in den sie auf natürliche Weise durch Erhitzen bei der Verbrennung gebracht werden, nämlich beide elektrisch und entgegengesetzt zueinander aufzuladen, und zwar außerhalb des Elementes, es bei der Einschaltung geeigneter Elektrolyten nicht nur gelingen muß, beide auf kaltem Wege so zu verbrennen, daß als Resultat nicht Wärme, dafür aber ein ihr äquivalenter elektrischer Strom entsteht, sondern auch, daß die Stromausbeute um den Betrag größer sein muß als der der Wärmetönung entsprechende, als die Arbeit betragen hat, die notwendig war, um beide Körper" zu ionisieren und elektrisch aufzuladen. Denn dieser Arbeitsbetrag ist ebenso groß wie die Arbeit, die notwendig war und welche die Natur leisten muß, um die beiden zu verbrennenden Körper während der Verbrennung ständig auf der Entzündungstemperatur zu erhalten.

Mit Hilfe der in der deutschen Patentschrift 208838 beschriebenen Einrichtung gelingt es nun leicht, auf kaltem Wege dieses Ziel zu erreichen. Laßt man beispielsweise durch das eine Rohr dieser Vorrichtung Wasserstoff, durch das andere Sauerstoff streichen, so wird der Wasserstoff das Rohr entgegengesetzt elektrisch geladen verlassen wie der Sauerstoff. Um jedoch die beiden Gase im Element reaktionsfähig machen zu können, ist es nicht gleichgültig, mit welcher Art von Elektrizität sie beladen sind. Die qualitative Aufladung richtet sich nach den natürlichen elektrochemischen Eigenschaften der Elektrolytionen. Das Wasserstoff ion und die Metallionen sind im Elektrolyten immer positiv elektrisch geladen, das Sauerstoffion und die Halogenionen immer negativ. Es müssen daher die in die Elektrodenräume eingeleiteten Gase ebenso elektrisch aufgeladen sein wie diese, d. h. beispielsweise der Wasserstoff positiv, der Sauerstoff negativ. Dadurch werden die beiden Gase, dem Zwecke des Elementes entsprechend, schon bei ihrem Eintritt in die Elektrodenräume ihres Wesens und ihrer Betätigungsform nach derart aktionsfähig abgestimmt, daß sie sofort und unmittelbar mit den freien Ionen des Elektrolyten in Wechselwirkung zu treten vermögen, derart, daß dabei eine ganz bestimmte und gewollte Ordnung und Bindung beider, ;mithin ein in seiner Richtung genau bestimmter Strom hervorgebracht wird. Die beiden mit Hilfe vorausgegangener Ionisation elektrisch aufgeladenen Gase stellen dabei dielektrische Akkumulatoren dar, die als Erreger dienen. Es ist jedoch nicht notwendig, daß immer zwei Gase im Element zusammentreten müssen, um Strom zu erzeugen, vielmehr kann das eine Gas auch durch einen Dampf oder einen festen Körper ersetzt sein. Es ergeben sich dabei folgende Konstruktionsmöglichkeiten

1. Die Gase gelangen beide, aber entgegengesetzt zueinander, elektrisch geladen in die Elektrodenräume, z. B. Saüerstoffgas oder Luft negativ, Wasserstoff positiv.

2. Von beiden Gasen ist nur eines aufgeladen, während 'das andere neutral ist, wobei sich am neutralen Gase der entgegengesetzte Pol von selbst bildet.

3. Das eine Gas. ist durch einen Dampf ersetzt, der sich mit dem anderen Gas verbinden soll, z.B. Sauerstoff mit Benzin-, Pe- tao troleumdampf usw. Dabei können wieder beide entgegengesetzt zueinander aufgeladen

in die Elektrodenräume eingeführt werden oder auch nur entweder das Gas oder der .Dampf für sich, wobei dasselbe gilt wie bei 2. 4. Es soll ein Gas sich mit einem festen Körper, Kohle, Metall usw., verbinden, wobei nur das Gas allein elektrisch geladen zugeführt wird. Soll beispielsweise Kohlenstoff elektrochemisch verbrannt werden, so ist es notwendig, den Sauerstoff negativ elektrisch geladen zuzuführen, wobei die Kohlenelektrode von selbst positives Potential annimmt.

Die beiden Fig. 1 und 2 mögen die Wirkungsweise des Elementes erläutern. In einem Gefäß G befindet sich der Elektrolyt E, z.B.

verdünnte Schwefelsäure. Die beiden Gase seien der Einfachheit halber Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis 2:1. Der Elektrodenraum D, in dem sich die verstellbare Kathode K befindet, deren Ableitungsdrähte innerhalb des Gasraumes isoliert sind, taucht teilweise in den Elektrolyten ein (Kathodenraum). Der nicht eintauchende obere Raum dient zur Aufnahme des negativ geladenen Sauerstoffes (—0), der durch das Zuleitungsrohr Z₁ eingeleitet wird. Der Elektrodenraum .F ist ebenso angeordnet wie der Elektrodenraum D und enthält die Anode A (Anodenraum). Der nicht eintauchende obere Raum dient zur Aufnahme des positiv geladenen Wasserstoffes (4- HJ, der durch das Zuleitungsrohr Z_a eingeführt wird. Im Element findet infolgedessen folgender Vorgang statt: Der Elektrolyt, verdünnte Schwefelsäure, ist bis zu einem gewissen Grade in seine Ionen + H₂ und — S O₄ gespalten, die vor dem Einleiten der beiden Gase ungeordnet im Lösungsmittel (Wasser) sich ■ befinden. Werden nun die beiden Gase, entsprechend entgegengesetzt geladen, in die Elektrodenräume gebracht, so daß sie die Oberfläche des Elektrolyten berühren, so tritt infolge der starken elektrostatischen Anziehung der Gasionen auf die Elektrolytionen sofort eine Scheidung der entgegengesetzt geladenen lohen ein, indem sie dadurch eine ganz bestimmte Richtung erhalten. Die negativ geladenen Sauerstoffionen (— 0) des Kathodenraumes D stürzen sich auf die freieny positiv geladenen Wasserstoffionen (-\- H₂) des Elektrolyten, mit dem sie sich unter Freiwerden von elektrischer Energie zu Wasser verbinden. Der Säurerest S O₄, der für sich allein nicht existenzfähig ist, verbindet sich sofort wieder mit dem Wasser (H₂ 0), wobei nach der Fprrnel

H₂O+S Ot=H₂SO^O

Schwefelsäure entsteht und Sauerstoff frei wird. Dieser ist aber seiner Natur nach negativ elektrisch geladen, wird also von der Kathode K abgestoßen. Er erscheint daher als negatives Elektrolytion an der Anode A, an der ihm sofort die im Anodenraum vorhandenen positiv geladenen Wasserstoffionen entgegenkommen, die sich mit ihm ebenfalls unter Freiwerden der dem Thermoeffekt äquivalenten elektrischen Energie zu Wasser vereinigen. Fig. ι gibt ein Bild von dem Zustandekommen des elektrischen Stromes und von dem Ausgleich der Gas- mit den Elektrolytionen.

Ebensogut wie hier Wasserstoff und Sauerstoff zusammentreten, können auch andere Gase oder auch Dämpfe und Gase miteinander in Wechselwirkung treten unter Anwendung geeigneter Ladung, geeigneter Elektroden und eines geeigneten Elektrolyten. So z. B. können Chlor und Wasserstoff in Salzsäure als Elektrolyt sich gegenübergestellt werden, oder in der Sauerstoff-Wasserstoffkette wird letzteres durch ein anderes Gas, wie z. B. Äthan, Methan, Azetylen, Leuchtgas, Wassergas usw., ersetzt. Selbst Dämpfe von Benzin, Petroleum, Spiritus usw. können die Stelle des Wässerstoffes vertreten, wobei immer der thermische Effekt in Stromarbeit umgesetzt wird, unter Bildung von Wasser und Kohlensäure. Bedingung ist nur die geeignete ' Vorionisation ■und Aufladung der in Wechselwirkung tretenden Körper.

Fig.'2 zeigt, wie der Wasserstoff durch einen festen Körper, in diesem Falle Kohle, ersetzt ist. Die Wirkungsweise ist nach dem Gesagten klar. Es ist dabei nur notwendig, den Sauerstoff negativ elektrisch geladen der Kathode A zuzuführen, worauf die Kohle von selbst positives Potential annimmt und A Anode wird. Es erfolgt dabei die Verbrennung derselben unter Bildung von Wasser an der Kathode und Kohlensäure an der Anode.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Mit elektrisch geladenen Gasen betriebenes Gaselement, dadurch gekennzeichnet, daß entweder nur eine Gasart in positiv oder in negativ geladenem Zustande oder beide Gasarten in entgegengesetzt zueinander geladenem Zustande zur Verwendung kommen.

2. Ausführungsart des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des einen Gases ein Dampf, der ebenso elektrisch geladen sein kann, zur •Verwendung kommt. ·

3. Ausführungsart des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des reduzierend wirkenden Gases· oder Dampfes ein ebenso wirkender fester Körper, wie Kohle, verwendet wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.