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KAISERLICHES WfM

PATENTAMT.

Es ist allgemein bekannt, dafs Kohle oder kohlenstoffhaltige Stoffe, wie Anthracit, bituminöse Kohlen, Koks und Gaskohlen, eine starke chemische Verwandtschaft für Sauerstoff besitzen,' und dafs sie mit Sauerstoff, der entweder in reinem Zustande oder in Form von atmosphärischer Luft angewendet wird, bei geeigneter Temperatur eine chemische Verbindung eingehen, wobei die potentielle Energie der Kohle in Wärme verwandelt wird. Diesen Procefs nennt man allgemein Verbrennung.

Man hat bereits versucht, die Energie der Kohle dadurch in elektrische Energie zu verwandeln, dafs man sie in Sauerstoff abgebende Stoffe, wie geschmolzenen Salpeter oder Bleioxyd, eintaucht. Ein derartiger Procefs ist aber, wie schon Professor Ostwald bemerkt, verkehrt. Letzterer schlug vor, das Oxydationsmittel nicht in die Abtheilung zu bringen, in welcher sich der zu oxydirende Körper befindet. Es entstand so die Combination Eisen, Bleioxyd/Pottasche, Kohle (Encyclopädie der Elektrochemie, 1. Band, S. 95 bis 105). Es sollte bei dieser Combination das reducirte Bleioxyd durch Einblasen von Luft wieder regenerirt werden; der eingeblasene Sauerstoff kam also nicht mit der Kohle in Berührung. Wie Versuche gezeigt haben, liefert eine derartige Anordnung schon wegen der Nichtleitungsfähigkeit des Bleioxyds überhaupt keinen Strom, auch ist die ganze Vorrichtung praktisch unbrauchbar und unausführbar.

Demgegenüber unterscheidet sich vorliegende Erfindung dadurch, dafs überhaupt keine öxydirenden Körper, wie Salpeter oder Bleioxyd, verwendet werden, sondern dafs Sauerstoffgas direct der in einem vollständig indifferenten Elektrolyten befindlichen Kohle zugeführt wird. Die Erfindung beruht somit auf der Entdeckung, dafs die potentielle Energie der Kohle sich in elektrische Energie verwandelt, sofern der in einem schmelzenden Elektrolyten befindlichen Kohle direct Sauerstoffgas zugeführt wird.

Eine passende und vortheilhafte Art, die Erfindung praktisch durchzuführen, besteht darin, dafs man einen Kohlencylinder in geschmolzenes Aetznatron eintaucht und einen Strom Luft durch dieses hindurchleitet, so dafs dasselbe vollständig mit Sauerstoff imprägnirt wird und einen Ueberschufs an solchem enthält. Der Stromkreis wird von dem Aetznatron, welches als Elektrolyt wirkt, mittelst Sammelelektrode, die durch den Elektrolyten nicht chemisch beeinfiufst wird, sowie weiter durch einen äufseren Leiter, welcher zur Kohle führt, vervollständigt; es fliefst dann ein elektrischer Strom ununterbrochen vom Aetznatron durch die Sammelelektrode und den äufseren Leiter nach der Kohle; die Stärke des erzeugten Stromes hängt von der Geschwindigkeit ab, mit welcher die Luft durch das Aetznatron hindurchgedrückt wird, bezw. mit welcher der Sauerstoff sich mit der Kohle chemisch verbinden kann.

Bei diesem Procefs wird die Kohle allmälig in Kohlensäure verwandelt, welche blasenbildend im Elektrolyten aufsteigt und entweicht. Das Aetznatron selbst bleibt im wesentlichen unverändert, und nur der Sauerstoff der Luft wird aufgebraucht.' Der Stickstoff der Luft, welcher keine chemische Verwandtschaft zu irgend einem der anwesenden chemischen Stoffe besitzt, streicht einflufslos durch den Elektro-

lvten und entweicht. Das Aetznatron ist gewöhnlich in einem Gefä'fs aus reinem Eisen enthalten, welches es selbst in geschmolzenem Zustande nicht merkbar angreift; das Eisengefä'fs dient gleichzeitig als Sammelelektrode oder positiver Pol des Elektrizitätserzeugers, während die Kohle die oxydirende Elektrode oder den negativenPol bildet. Die Wirkungsweise des Elektrolyten erklärt sich der Erfinder durch die Annahme, dafs derselbe den Sauerstoff elektrisch von der Luft auf die Kohle überträgt, oder dafs die Erscheinung der elektrischen Wirkung die Verwandlung der potentiellen Energie der Kohle in elektrische Energie verursacht, anstatt Wärme zu erzeugen, wie dies der Fall sein würde, wenn sich der Sauerstoff mit der Kohle ohne die Vermittelung des Elektrolyten verbinden würde. Um die chemische Wirkung zu beschleunigen und infolge dessen einen beträchtlichen Strom zu erhalten, ist es wünschenswerth, den Elektrolyten gründlich mit Sauerstoff zu sättigen, was vortheilhaft dadurch erreicht wird, dafs man die Luft unter Druck und in möglichst feinen Strahlen einströmen läfst.

Auch ist es weiter vortheilhaft, eine constante Circulation hervorzubringen, so dafs immer neue Theile, die frisch mit Sauerstoff beladen sind, mit der Kohle in Berührung kommen. Diese Circulation wird durch das Aufschäumen des Elektrolyten beim Hindurchströmen der Druckluft erreicht. Weiter ist es nothwendig, den Elektrolyten sowie das denselben umschliefsende Gefä'fs und die Kohle auf einer mehr oder weniger gleichmäfsigen Temperatur zu erhalten, so dafs keine der erzeugten elektromotorischen Kraft des Generators entgegengerichteten elektromotorischen Kräfte auftreten können. Das beständige Aufwallen des Elektrolyten unter Einflufs der eingeprefsten Luft trägt zur Aufrechterhaltung einer gleichmäfsigen Temperatur in vortheilhafter Weise bei. Das beständige Aufwallen des Elektrolyten bewirkt auch, dafs von der Oberfläche der Kohle Asche und andere Producte entfernt werden, welche sich infolge der chemischen Wirkung bilden; somit ist fortwährend eine reine Oberfläche der Wirkung des Elektrolyten ausgesetzt.

Ein zur Ausführung des neuen Verfahrens dienender Apparat ist auf beiliegender Zeichnung in Fig. ι im Vertical-Längsschnitt dargestellt:

/ ist ein Gefäfs aus reinem Eisen, am besten aus gut ausgewalztem norwegischem Eisen. E ist der Elektrolyt, welcher im vorliegenden Falle aus Aetznatron (Natriumhydroxyd) besteht. Es ist nicht nothwendig, dafs das Aetznatron vollständig chemisch rein ist, sondern es kann das im Handel vorkommende unmittelbar verwendet werden. C ist die Kohle, welche, sofern sie in den Elektrolyten eingetaucht wird, ein guter Leiter der Elektrizität sein soll. B ist eine aus Metall bestehende Klemme, welche einen guten elektrischen Contact zwischen der Kohle und dem Leitungsdrahte w^ herstellen soll; p₂ ist die Klemmschraube, mittelst welcher der Leitungsdraht ji>₂ mit der Metallklemme B verbunden ist; ρ_λ ist die Klemme, vermittelst welcher der Leitungsdraht W₁ mit dem Eisengefäfs / verbunden ist. F ist ein Ofen, welcher den Generator umgiebt und den letzteren auf geeigneter Temperatur, z. B. auf 400 bis 500°, erhält. A ist die Luftpumpe, die unter Vermittelung des Rohres T Luft in die Brause R einprefst, aus welcher sie in einer Anzahl feiner Strahlen in den Elektrolyten einströmt. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Brause jR, welche vortheilhaft aus einem Material besteht, das durch den Elektrolyten nicht angegriffen wird. Auf ihrer Oberfläche ist die Brause R mit einer grofsen Anzahl ganz feiner Oeffnungen versehen. S ist ein Deckel aus nicht leitendem Material, der gleichzeitig dazu dient, die Kohle zu tragen und sie von dem Eisengefäfs zu isoliren; ν ist ein Luftauslafs, durch welchen die überschüssigen Gase entweichen; 0 ist ein Auslafsrohr, durch welches der verdorbene Elektrolyt abgelassen werden kann; i ist ein Einlafsrohr, welches dazu dient, frische Lösung des Elektrolyten in die Zelle einzuführen.

Wenn der Apparat, wie gezeichnet, zusammengesetzt ist, so wird die Pumpe A, nachdem der Elektrolyt auf die geeignete Temperatur gebracht worden ist, in Gang gesetzt, und Luft durch den Elektrolyten hindurchgeprefst. Es entsteht hierbei ein kräftiges Aufwallen, wobei der Elektrolyt überschüssigen Sauerstoff aufnimmt. Es gelangen fortwährend frische Theile des Elektrolyten mit der Kohle in Berührung, indem die Kohlensäure und Asche, welche auf der Oberfläche der Kohle entstehen, durch den Luftzug fortgeführt werden. Gleichzeitig wird das ganze Innere des Generators auf einer gleichmäfsigen Temperatur erhalten. Bei dem Entweichen der Kohlensäure, welche theils aus der Verbindung der Kohle mit Sauerstoff entstanden ist, theils schon in der zugeführten Luft enthalten war, aus dem Elektrolyten verbindet sich ein geringer Theil der Kohlensäure mit einem Theil des Aetznatrons und bildet Natriumcarbonat. Letzteres, sowie die aus der Verbrennung resultirende Asche verdicken nach und nach den Elektrolyten und schwächen allmä'lig dessen Wirkungsfähigkeit. Diesem Uebelstande kann dadurch abgeholfen werden, dafs man von Zeit zu Zeit einen Theil des verdorbenen Elektrolyten abläfst und eine gleiche frische Menge zuführt. Der unbrauchbar gewordene Elektrolyt kann auf eine beliebige bekannte Weise wieder gereinigt werden. Das Unbraüchbarwerden des Aetznatrons durch

seine Verbindung mit Kohlensäure kann verzögert, und seine Wirkungsdauer verlängert werden, indem man demselben eine geringe Menge Magnesiumoxyd zusetzt. Erfinder glaubt, dafs die Wirkung von Magnesiumoxyd darauf beruht, dafs die freie Kohlensäure sich zunächst mit diesem verbindet, und dafs das hierbei entstehende Magnesiumcarbonat rasch wieder in Kohlensäure, welche entweicht, und in Magnesiumoxyd zersetzt wird, welches von neuem seine Thätigkeit beginnt.

Die vorliegende Erfindung ist weder auf die Verwendung des genannten Elektrolyten, noch auf die Verwendung von Luft als Sauerstoffquelle oder auf den beschriebenen Apparat beschränkt. Erfinder hat eine grofse Anzahl anderer Elektrolyten herausgefunden, welche denselben Zweck wie Aetznatron erfüllen. Die Hauptbedingungen, welche der Elektrolyt zu erfüllen hat, sind folgende:

Er mufs bei geeigneter Temperatur flüssig werden; er mufs ein verhältnifsmäfsig guter elektrischer Leiter sein und leicht Sauerstoff aus der Luft oder anderen Zuführungsquellen aufnehmen können; ferner mufs er den aufgenommenen Sauerstoff leicht wieder an die Kohle abgeben. Er soll endlich keine starke Verwandtschaft für Stickstoff oder andere Stoffe besitzen, mit welchen die verwendete Luft vermischt ist.

Am besten eignet sich daher geschmolzenes Kalium- oder Natriumhydroxyd zu genannten Zwecken. Anstatt atmosphärische Luft als Sauerstoffquelle zu benutzen, kann man natürlich auch künstlich erzeugten Sauerstoff verwenden, in welch letzterem Falle die chemische Wirkung bedeutend schneller vor sich geht. Auch kann man die Luft bezw. den Sauerstoff vor seiner Einführung zu dem Elektrolyten erhitzen. Die Sammelelektrode oder der positive Pol, welcher, wie gezeigt, vortheilhaft zu dem den Elektrolyten enthaltenden Gefäfs ausgebildet ist, mufs natürlich aus einem Material bestehen, welches nicht nennenswerth durch den Elektrolyten angegriffen wird. Der Umstand, dafs der elektrische Strom von dem Elektrolyten nach der Sammelelektrode fliefst, trägt dazu bei, dafs letztere im allgemeinen nicht angegriffen wird. Reines Eisen ist daher vor allem und auch besonders wegen seiner geringen Kosten vorzüglich geeignet. Stahl und Eisen, welche Stoffe beträchtliche Mengen Kohlenstoff enthalten, sollen im allgemeinen nicht verwendet werden, da sie leicht entgegengesetzt gerichtete elektromotorische Kraft erzeugen, welche den Wirkungsgrad beträchtlich herabdrücken kann.

Der Erfinder hat Versuche mit verschiedenartigen Kohlen angestellt:

Gaskohle und Anthracit, zu einem Leiter ausbildet, sowie bituminöse Kohlen, aus welchen die Kohlenwasserstoffe soweit abgetrieben sind, dafs der Rest ein Leiter wird, endlich Koks und überhaupt jede Kohlenart oder kohlenstoffhaltige Materialien, die hinlängliche Leitungsfähigkeit besitzen, oder denen man solche geben kann, sind zur Erreichung des besagten Zweckes verwendungsfähig. Vortheilhaft wird die Kohle zu einem oder mehreren festen Cylindern oder Platten geformt, welche leicht Verbindungen zwischen der Kohle und den Leitungsdrähten herstellen lassen.

Die Stromstärke eines Erzeugers der neuen Art ist eine aufserordentlich hohe, wohingegen die Spannung geringer ist, als es für die meisten technischen Zwecke wünschenswerth ist. Man erhält aber natürlich eine höhere Spannung, wenn man eine Anzahl der beschriebenen Apparate hinter einander schaltet, oder indem man die Spannung auf Kosten der Stromstärke auf eine höhere transformirt.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zum Verwandeln der potentiellen Energie der Kohle oder kohlenstoffhaltigen Materialien in elektrische Energie, bei welchem man genannte Stoffe in einen geschmolzenen Elektrolyten bringt, dadurch gekennzeichnet, dafs man in letzteren gasförmigen Sauerstoff oder atmosphärische Luft so einleitet, dafs der zugeleitete Sauerstoff direct mit der Kohle in Berührung kommt und sich mit dieser verbindet.

2. Verfahren nach Anspruch ι, sofern der Elektrolyt durch geschmolzene basische Salze, wie Aetznatron oder Aetzkali, gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, sofern dem Aetznatron oder Aetzkali Magnesiumoxyd zugesetzt wird.

4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein den geschmolzenen Elektrolyten haltendes Eisengefäfs, welches durch eine passende Vorrichtung erhitzt wird, und an dessen Boden ein vortheilhaft brauseartiger Gaseinlafs vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.