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Verfahren zur Ausführung von chemischen Reaktionen.
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Zusatz zum Patent 389294.
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Die Ausführung von chemischenReaktionen im Innern von Kolbenmaschinen
ist bekannt.
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Es wurde auch vorgeschlagen, die dabei oft nötigen physikalischen
Hilfsmittel, wie z. B. elektrische Lichtbogen, elektrische Funkenstrecken, stille
Entladungen, Bestrahlungen verschiedener Art, magnetische Felder usw., direkt im
Zylinder wirken zu lassen.
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Nach dem Hauptpatente sollen chemische Reaktionen in Kompressoren
bei entsprechenden größtmöglichen Veränderungen der drei Faktoren des chemischen
Gleichgewichtes: des Druckes. der Temperatur und der Konzentrationen in entsprechenden
Richtungen ausgeführt werden. Sollen dabei die Stoffe auch den Einwirkungen der
obengenannten physikalischen Hilfsmittel ausgesetzt werden, so muß die Art der Einführung
; derselben folgende Forderungen erfüllen.
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I. Die Einführung der nötigen Apparatur muß auf solchem Wege erfolgen,
daß dieselhe leicht eine und ausgebaut wer'lein kann.
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2. Da die Wirkung der obengenannten Hilfsmittel oft mit der Einstellung
eines bestimmten physikalischen Widerstandes zwlschen den Polen bzw. Elektroden
verbunden ist und da dieser Widerstand mit der Dichte, mit der Temperatur und der
Konzentration der im Kompressor eingeschlossenen Stoffe sich verändert, so muß,
damit der Widerstand unverändert bleibt, die Entfernung der Pole bzw. Elektroden
während des Ganges des Kolbens entsprechend verkleinert oder vergrößert werden.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kompressor, der
den oben aufgestellten Forderungen entspricht. Erfindung&- -gemäß werden zu
diesem Zwecke im Kompressorzylinder, im Mantel oder im Zylinderdeckel besondere
Aussparungen. Fenster vorgesehen. welche zur Einführung der physikalischen Hilfsmittel
und Apparatur in den Kompressor dienen. Die Apparatur wird in besonderen, durch
Kolbenringe abgedichteten kleinen Kolben, die direkt in den Aussparungen oder in
besonderen Gehäusen unbeweglich oder beweglich eingesetzt sind, angebracht.
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Sollen z. B. die Entfernungen zwischen den Polen oder Elektroden
beim Ausführen eines Verfahrens unveränderlich bleiben, so werden diese Kolben in
der nötigen Entfernung voneinander unbeweglich befestigt. Soll aber während des
Kolbenganges diese Entfernung verändert werden, so kann einer von zwei zusammenwirkenden
Kolben (oder auch beide) beweglich angeordnet und unter Einwirkung einer Steuerung
verstellt werden.
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In der-beiliegenden Zeichnung ist ein derartiger Kompressor zur Darstellung
gebracht; es zeigt:
Abb. I einen Vertikalschnitt durch den Kompressor
mit Einrichtung zum Verändern der Entfernung der Pole, Abb. 2 einen Horizontalschnitt
desselben, Abb. 3 einen Horizontalschnitt mit Einrichtung zum Einstellen einer Funkenstrecke
bzw. von Magnetpolen.
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Bei der Ausführung nach Abb. I und 2 wird in den Kompressor ein elektrischer
Lichtbogen eingeführt. Zu diesem Zwecke ist der Zylinderdeckel mit zwei gegenüberliegenden
Aussparungen oder Fenstern I versehen.
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In diesen Aussparungen werden Gehiuse 2 eingeführt welche zylindrische
Bohrungen besitzen. In diese Gehäuse werden die durch Kolbenringe abgedichteten
Kolben eingesetzt.
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Der Kolben 3 bzw. 4 dient zur Aufnahme physikalischer Hilfsmittel,
beispielsweise der Elektroden eines Lichtbogens. Die Kolben 3 und + sind hierbei
durch Kolbenringe 5 abgedichtet. Der Kolben 3 ist durch den Bügel 6 unbeweglich
gehalten.
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Der Kolben 4 dagegen ist beweglich angeordnet. Durch den Hebel 7
und den Nocken 8, welcher auf der Steuerwelle sitzt, kann mit Hilfe der Federg die
Entfernung zwischen den Elektroden derart verändert werden, daß der elektrische
Widerstand, ungeachtet der Veränderungen der Dichte, der Temperatur und Konzentrationen
der Stoffe im Zylinder konstant bleibt.
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Abb. 3 zeigt eine Funkenstrecke I0 in derselben Darstellung wie Abb.
2 und auch die Einführung unbeweglicher Pole 11 eines Elektromagneten in den Kompressionsraum,
um ein magnetisches Feld im Innern des Kompressors zu erzeugen.
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In ähnlicher Weise können auch andere physikalische Agentien zur
Wirkung gebracht werden.
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Die beschriebene Bauart erlaubt leichten Ein- und Ausbau der physikalischen
Apparatur.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise eines derartigen Kompressors soll
im folgenden die Ausfühning von charakteristischen Reaktionen beispielsweise beschrieben
werden. j Die Ozonbildung.
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Die Ozonhildung geschieht, wie bekannt, nach der Formel 302 2Q.
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Die Reaktion ist folglich mit einer großen Verminderung der Moleküle
verbunden und ist stark endothermisch. Wie bekannt, verläuft diese Reaktion unter
Einwirkung von elektrische Lichtbögen, elektrische Funkenstrecken oder von stillen
elektrischen Entladungen. Die bis jetzt angewandten Verfahren berücksichtigen nicht
die Verminderung der Älolekülzahl und nicht die Wärmebindung, welche selbstverständlich
dabei hemmend einwirken. Wie im Hauptpatente erläutert, muß diese Reaktion bei steigendem
Drucke und bei steigender Temperatur ausgeführt werden.
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Im Kompressor, der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ausmacht,
ist diese Reaktion im Zweitakte folgendermaßen auszuführen: Im Reaktionsraum des
Kompressors (Abb. I, 2 oder 3) sind, wie oben beschrieben wurde, die Elektroden
eines Lichtbogens oder die Pole einer Funkenstrecke oder die Kondensatorpole für
elektrische Entladungen ein-. gebaut. Der Kolben geht nach außen und saugt reinen
Sauerstoff oder Luft aus einem besonderen Behälter ein. Beim Rückgange des Kolbens
wird das Gas komprimiert. Die Anfangstemperatur und der Anfangsdruck des angesaugten
Gases wird so gewählt, daß ohne Berücksichtigung der Ozonbildung das Gas im Kompressor
eine Endtemperatur von etwa 5000 C und eine Spannung von etwa 15 Atm. erreicht.
Die Ozonbildung wir<I diese Temperatur und diese Endspannung stark herabsetzen.
Das im Kompressor eingeschlossen Gas wird die ganze Zeit der Wirkung von Lichtbogen
oder Funkenstrecken oder von elektrischen Entladungen ausgesetzt.
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Da diese Wirkungen einen konstanten Widerstand zwischen den Elektroden
bzw. Polen erfordern, dieser Widerstand aber durch die Veränderungen der Dichte,
der Temperatur und der Konzentration während des Ganges des Kolbens. verändert wird,
so kann die Gleichheit des Widerstandes durch entsprechende Veränderung der Entfernung
zwischen den Elektroden hergestellt werden, was durch Einwirlcung der Steuerung,
wie oben beschrieben wurde, zu erreichen ist. Wie im Hauptpatent erläutert, wird
die steigende Temperatur und der steigende Druck die' Wirkung der physikalischen
Agentien stark unterstützen. Wenn der Kolben sich dem inneren Totpunkte nähert,
öffnet sich das Auslaßventil und das gebildeteOzontrittbeispielsweise in eine Luft
oder Wasserleitung zu Reinigungszwecken oder wird für irgendwelche chemische Zwecke
direkt verbraucht.
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Der Kolben geht dann wieder nach außen und saugt von neuem Gas ein.
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2. Die Stickstoffoxydbildung.
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Diese stark endothermische Reaktion, die mit keiner Veränderung der
Molekülzahl verbunden ist, muß nach dem Hauptpatente im Kompressionshube bei steigender
Temperatur ausgeführt werden.
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Zu diesem Zwecke eignet sich der hier beschriebene Kompressor (Abb.
I, 2 und 3), in
dessen Kompressionsraum ein Lichtbogen mit verstellbarer
Elektrode I und die Pole eines Elektromagneten 11 angeordnet sind. Der Lichtbogen
I brennt ununterbrochen im Kompressionsraume. Dank den entsprechend geformten Nocken
8 und Hebel 7 wird kontinuierlich die Entfernung zwischen den Elektroden so eingestellt,
daß ungeachtet der Veränderungen der Dichte, der Temperatur und der Konzentrationen
während des Ganges des Kolbens der elektrische Widerstand konstant hleibt.
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Die Erzeugung des magnetischen Feldes im Innern des Kompressors hat
den Zweck, den Lichtbogen auszubreiten, um mehr Luft mit ihm in Berührung zu bringen.
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Der Vorgang wird sich im Zweitakt folendermaßen gestalten: Beim Auswärtsgang
des Kolbens füllt sich der Zylinder mit Luft von I Atm. Spannung, aber so vorgewärmt,
daß am Ende des Kompressionshubes die Temperatur der Luft ohne Wirkung des Lichtbogens
etwa 2000°C beträgt. Beim Rückgang des Kolbens wird die Luft komprimiert und dank
der Einwirkung des Lichtbogens wird dessen Stickstoff zu-Stickstoffoxyd verbrennen.
Am Ende des Sompressionshubes wird das Auspuffventil geöffnet und dank der großen
plötzlichen Expansion wird auch die Temperatur der Gase plötzlich fallen, die Gase
werden auf diese Weise abgeschreckt werden und somit ein Zurückzerfall des sich
gebildeten Stickstoffoxydes unmöglich gemacht. Der Kolben geht wieder nach außen
und saugt frische Luft an, und der ganze Vorgang wiederholt ich.
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Das gewonnene Gemisch von Luft und Stickstoffoxyd (Ausbeute etwa
10%) wird, wie üblich, weiterbehandelt.
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Auf diese Weise können alle chemische Reaktionen, die unter Einwirkung
von physikalischen Agentien stattfinden, in dem hier beschriebenen Kompressor ausgeführt
werden.