-
Vorrichtung zur Durchlführung elektrochemischer Reaktionen
Die Erfindung
betrifft eine elektrochemische Vorrichtung, und zwar eine solche, bei der eine Vielzahl
von Leiterteilchen, welche in ein flüssiges Medium eingetaucht sind und darin als
Elektroden dienen. frei beweglich in dem Medium sind.
-
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung der vorstehend erwähnten Bauart,
auf die die Erfindung angewendet werden kann, ist in der deutschen Patentanmeldung
p 45462 IVd/ I2 o D beschrieben, welche ein Verfahren zur Herstellung von Acetylen
und anderen Gasen durch intermittierende elektrische Lichtbogenentladungen flüssiger
Kohlenwasserstoffe betrifft. Die dort gezeigte und beschriebene Vorrichtung enthält
eine flache Schicht lose angeordneter Kohlekörnchen, welche bewegliche Elektroden
bilden, die auf einem waagerechten, aus einer Vielzahl ortsfester Elektroden, z.
B. reduteckiger Kohlestäbe, bestehenden Träger ruhen.
-
Die ortsfesten Elektroden werden dabei durch mit Schlitzen versehene
isolierende Teile in Abstand gehalten, wobei die Oberseiten der ortsfesten Elektroden
und der isolierenden Teile in einer Ebene liegen, so daß das Ganze eine glatte obere
Fläche bildet. Beim Betrieb der Vorrichtung findet eine elektrische Entladung zwischen
den Elektroden statt und veranlaßt die Kohlekörner zu tanzen, wo-
durch
in dem flüssigen Kohlenwasserstoff Lichtbogenentladungen auftreten, welche die Bildung
von Acetylen, anderen Gasen und Ruß bewirken.
-
Es hat sich bei der vorstehend beschriebenen Art der Vorrichtung
als nachteilig erwiesen, daß die beweglichen Teilchen eine unbegrenzte Bewegungsfreiheit
hahen, da dadurch die Teilchen sich nicht nur schneller verbrauchen, sondern auch
dazu neigen, unzweckmäßig lange in Dispersion zu bleiben, wodurch die Zeit und bzw.
oder die Häufigkeit, während bzw. mit der sie gegenseitig in Berührung sind und
den elektrischen Strom leiten, herabgesetzt werden. Außerdem besteht die Gefahr,
daß bei unbegrenzter Bewegungsfreiheit eine angestrebte gleichmäßige oder sonstige
gewünschte Verteilung der Teilchen zerstört wird. Diese Nachteile vergrößern sich,
wenn die den Teilchen auferlegte elektrische Spannung erhöht wird, da dann die stärkeren
Lichtbogenentladungen zwischen benachbarten Teilchen, welche durch die erhöhte Spannung
verursacht werden, bewirken, daß die Bewegungen der Teilchen noch heftiger werden.
-
Gegenstand der Erfindung ist die Beseitigung oder Verringerung der
vorstehend aufgeführten Nachteile, die bei der beschriebenen Art der Vorrichtung
auftreten. Die Erfindung besteht daher in einer Vorrichtung zur Durchführung elektrochemischer
Reaktionen, wobei der durch eine Vielzahl von leitenden, von einem flüssigen Medium
überdeckten Teilchen geschickte Strom zwischen benachbarten Teilchen intermittierende
Lichtbogenentladungen erzeugt. Die Teilchen werden dadurch in eine ungeregelte Bewegung
versetzt. Gemäß der Erfindung werden starre Flächen in der Flüssigkeit angeordnet,
welche als Hindernisse dienen, wodurch die ungeregelte Bewegung der Teilchen in
einer oder mehreren vorher bestimmten Richtungen auf das zulässige Maß beschränkt
oder ganz verhindert wird.
-
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. In
der Zeichnung zeigt Fig. I eine schaubildliche Darstellung, teilweise im Schnitt,
der elektrochemischen Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 und 3 schaubi,ldliehe
Darstellungen einzelner Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Fig. I, wobei
die Fig. 2 zur Veranschaulichung innenliegender Teile ebenfalls teilweise im Schnitt
dargestellt ist, und Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung einer weiteren Einzelheit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Fig. I.
-
Die in Fig. I gezeigte Vorrichtung ist von der - gleitclhen aligeineinen
Bauart wie die in der erwähnten deutschen Patentanmeldung p 45462 IVd/I2 o D beschriebene
und besteht aus einem geschlossenen Metallbehälter I, nahe an dessen Boden ein Rahmenwerk
2 angeordnet ist.
-
Dieses Rahmenwerk enthält eine Vielzahl von Kohlestäben, die gegeneinander
isoliert sind und als ortsfeste Elektroden dienen. Diese Stäbe sind durch Leitungen
(nicht gezeigt), welche durch die Behälterwände hindurchgehen, mit einer geeigneten
Gleich- oder Wechselstromquelle verbunden. Eine flache Schicht aus Kohlekörnern
(nicht gezeigt) ist auf diesem aus den ortsfesten Elektroden bestehen den Rahmenwerk
angeordnet. Ein flüssiger Kohlenwasserstoff, der mittels einer geeigneten Pumpvorrichtung
im Behälter I umläuft, bedeckt die Elektroden. Die Ölzuleitung (nicht gezeigt) kann
nahe am Boden des Behälters und ein Auslaß 3 im oberen Teil desselben vorgesehen
sein. Die elektrische Stromzuführung zu den ortsfesten Elektroden er zeugt Lichtbogenentladungen
zwischen den Kohleteilchen, welche die Abstände zwischen den ortsfesten Elektroden
überbrücken. Diese Lichtbögen erzeugen Acetylen und andere Gase und Ruß, und zwar
durch Pyrolyse des flüssigen Kohlenwasserstoffs. Durch einen Gasauslaß 4 können
die Gase abgezogen werden, während eine mit Hähnen versehene Leitung 5 zur Zuführung
frischer Kohleteilchen als Ersatz für die verbrauchten vorgesehen werden kann. Nähere
Einzelheiten der Vorrichtung und des damit durchgeführten Verfahrens können aus
der erwähnten deutschen Patentanmeidung p 45462 IVd/ 12 oD entnommen werden.
-
Infolge der vorstehend beschriebenen Lichtbogenentladungen tanzen
die Kohleteilchen auf dem aus den ortsfesten Elektroden gebildeten Rahmenwerk.
-
Wenn nun verhältnismäßig hohe Spannungen angelegt werden, kann die
Aufwärtsbewegung der Teilchen ziemlich weit gehen. Das hat den Nachteil. daß die
Teilchen für eine ziemlich lange Zeit dispergiert werden, die Häufigkeit der zwischen
ihnen stattfindenden Lichtbogenentladungen dadurch ver ringert wird und außerdem,
was öfters geschieht. eine seitlich gerichtete Bewegung auftreten kann, die dazu
führen kann, daß sich die Teilchen an einem Ende oder an einer Seite des Behälters
I ansammeln, anstatt die gewünschte. Verteilung auf dem aus den ortsfesten Elektroden
gebildeten Rahmenwerk aufrechtzuerhalten. Dadurch wird im allgemeinen die Abnutzung
der Kohleteilchen schäd lich beeinflußt.
-
Gemäß der Erfindung wird das Ausmaß und bzw. oder die Richtung der
freien Bewegung der Kohleteilchen verringert oder beschränkt, und es werden die
genannten Nachteile beseitigt oder vermindert, indem man in dem flüssigen Kohlenwasserstoff
Flächenelemente anordnet, die als Eindernisse oder Hemmnisse für die freie Bewegung
der Teilchen in nicht gewünschten Richtungen dienen.
-
Die eine Art solch eines erfindungsgemäßen Hindernisses soll den
Grad der Auf\värtshewegnng der Teilchen begrenzen und ist als Teil der Vorrichtung
von Fig. 1 gezeigt. Fig. 2 zeigt eine Einzelansicht des Hindernisses. Die als Hindernis
dienende Vorrichtung besteht aus einem nach artigen Rahmenwerk 6 mit rechtwinkligen
Wänden, in dem eine Vielzahl geneigter, jalousieartiger Teile 7 angeordnet ist.
Die jalousieartig angeordneten Teile können über die ganze Breite des Rahmens parallel
verlaufen und können. selbst auch jeder eine beträchtliche Breite haben. Die einzelnen
j alousieartigen Teile einer Reihe können untereinander einen Abstand haben, der
z. B.
etwa Vi ihrer Breite entspricht, und können in einem geeigneten
Winkel von z. B. etwa 300 zur Horizontalen geneigt sein, so daß sie einander überlappen.
Die j alousieartigen Teile können in zwei Reihen, ausgehend von den einander gegenüberliegenden
Enden des Rahmens, nach innen geneigt sein, so daß in der Mitte des Rahmens die
jeweils letzten der jalousiearh.g angeordneten Teile der beiden Reihen giebelförmig
zusammentreffen.
-
Diese beiden Endteile können einander mit ihren oberen Kanten, wie
gezeigt, berühren oder offen oder durch einen schmalen Spalt voneinander getrennt
sein, so daß das unter ihnen angesammelte Gas entweichen kann. Die jalousieartig
angeordneten Teile können zweckmäßig aus Sperrholz sein, und ihre unteren Kanten
können sich etwa 15 bis 25 cm über der Oberseite des von den olrtsfesten Elektroden
gebildeten Bodens befinden. Der Rahmen 6 kann zweckmäßig aus Holz und an seinen
Ecken mit Füßen 8 versehen sein, mittels derer er entweder auf dem aus den ortsfesten
Elektroden gebildeten Rahmenwerk 2, das eine Schicht leitender Teilchen trägt, frei
aufsteht oder fest damit verbunden ist. Es ist klar, daß bei dieser Anordnung die
jalousieartigen Teile 7 eine aufwärts gerichtete Bewegung der leitenden Teilchen
hemmen, die dann auf das Rahmenwerk 2 zurückfallen, und zwar etwa auf dem in Fig.
2 strichpunktiert gezeigten Weg. Die jalousieartige Anordnung der Teile 7 ermöglicht
den durch die Lichtbogenentladungen zwischen den auf dem Rahmenwerk 2 ruhenden leitenden
Teilchen erzeugten Gasen, nach oben zu entweichen. Sie erlaubt außerdem, die dem
Behälter durch die Leitung 5 zugeführten leitenden Teilchen auf dem Rahmenwerk 2
abzulagern. Diese zugeführten Teilchen soLlen die verbrauchten Teilchen er setzen,
weiche, wie in der erwähnten deutschen Patentanmeldung p 45462 IVd/I2 oD beschrieben
ist, durch Schlitze in dem Rahmenwerk 2 hindurchfallen.
-
Obgleich die in Fig. 2 gezeigte bewegungshemmende Vorrichtung eine
nach oben gerichtete Bewegung der leitenden Teilchen beschränkt, verhindert sie
doch nicht deren Bewegung in seitlicher Richtung, die im Innern des Behälters erfolgen
und zu der unerwünschten Anhäufung der leitenden Teilchen an einem Ende oder einer
Seite des Rahmenwerks 2 führen kann. Zur Überwindung dieser Schwierigkeit kann entweder
die eine oder beide der in Fig. 3 und 4 der Zeichnung gezeigten erfindungsgemäßen
Vorrichtungen verwendet werden.
-
Fig. 3 zeigt einen Teil der Längsträger eines aus ortsfesten Elektroden
bestehenden Rahmenwerks (auch aus Fig. I ersichtlich). Dieses Rahmenwerk unterscheidet
sich von dem in der deutschen Patentanmeldung p 45462 IVd/ 12 o D beschriebenen
dadurch, daß die Elektroden auf den Längsträgern ruhen, und zwar auf deren Oberseite.
Wie in Fig. I und 3 gezeigt ist, wird bei der erfindungsgemäßen Abwandlung der Vorrichtung
eine Unterlage oder ein Träger für bewegliche Elektroden vorgesehen, der aus einem
Rahmenwerk2 besteht, in dem ein flacher Boden aus isolierendem Material, z. B. schmalen
Leisten g aus gut getrocknetem Holz, enthalten ist. Die Leisten 9 verlaufen von
einem Ende des Rahmenwerks- zum anderen mit kleinen seitlichen Abständen, wodurch
schmale Längsschlitze Io gebildet werden, die breit genug sind, um die beweglichen
Elektroden, die bis zu einer geringeren als der Schlitzbreite entsprechenden, Dicke
verbraucht sind, durchzulalssen. In der Mitte jeder Leiste ist ein rechteckiger
Kohlestab II angeordnet und fest mit der Leiste verbunden. Die KoNestähe erstrecken
sich dabei in der Längsrichtung von einem Ende der Leiste zum anderen und ragen
so von der Leiste 9 in. die Höhe, wobei sie eine Rippe oder eine Wand darauf bilden.
Unter Umständen können die Koblestäbe II auch jeder auf einem rinnen- oder T-förmigen
Metallträger sitzen, der z. B. aus Stahl besteht und im wesentlichen wie in der
genannten deutschen Patentanmeldung p 45462 IVd/I2 o D auf der isolierenden Unterlage
befestigt ist. Diese ortsfesten Elektroden 1 1 (oder ihre etwaigen Metallträger)
sin;d untereinander und bzw. oder mit geeigneten Leitungen, durch welche ihnen Strom
zugeführt werden kann, an ihren Enden verbunden. Die Stromzuführung erfolgt z. B.
von einer außerhalb befindlichen Stromquelle aus über in den Wänden der Reaktionskammer
angeordnete Klemmen.
-
Wie vorstehend beschrieben ist, wird eine flache Schicht von Kohlekörnern
über die Oberfläche der isolierten Unterlage verteilt, wobei die Kohlekörner die
zwischen benachbarten hoch stehenden ortsfesten Elektroden Ii gebildeten Kanäle
aus füllen. Die Kohlekörner sind dabei sowohl mit den Elektroden II als auch untereinander
in Berührung, so daß der elektrische Stromkreis zwischein; den ortsfesten Elektroden
geschlossen wird.
-
Der vorstehend beschriebene Träger für die Elektrode wird auf die
bereits angegebene Weise in der Reaktionskammer I untergebracht und mit einem flüssigen
Kohlenwasserstoff bedeckt. Es können noch weitere bauliche Einzelheiten vorgesehen
sein, z. B. Mittel, um die Träger in wirklich waagerechter Ebene zu halten, und
das in der erwähnten deutschen Patentanmeldung p 45462 IVd/ I2 0 D beschriebene
besonderekastenartige Gestell. Nachdem die Elektroden in der Reaktionskammer angeordnet
sind, wird der elektrische Strom eingeschaltet, worauf, wie vorstehend bes ohr i
eben, Lichtbogenentladungen zwischen den beweglichen Elektroden stattfinden, die
dadurch in schwingender oder tanzender Bewegung gehalten werden.
-
Es sei bemerkt, daß die hoch stehenden Elektroden II eine seitliche
Wanderung der beweglichen Teilchen quer durch die zwischen den ortsfesten Elektroden
gebildeten Kanäle verhindern, so daß die Haup thewegungs richtung der aus ihren
Kanälen wandernden Teilchen nach oben ist. Es sei ferner bemerkt, daß die Teilchen
hauptsächlich oder überhaupt nur mit den Seitenflächen, der ortsfesten Elektroden
in Berührung kommen oder zu-
sammenstoßen, was eine geringere Abnutzung
an den ortsfesten Elektroden ergeben hat.
-
Unter Umständen kann die Unterseite der ortsfesten Elektroden II
mit quer durchlaufenden halbzylindrischen Aussparungen, 12 versehen sein, die über
die ganze Breite der Elektrode 11 hindurchgehen. Diese Aussparungen ergeben nach
der Befestigung der Elektroden auf der isolierenden Unterlage Kanäle, durch welche
die bleweglichen Kohlekörnerelektroden aus den von den ortsfesten Elektroden begrenzten
Räumen durchtreten können was dazu beiträgt, eine gleichmäßige Verteilung der beweglichen,
Elektroden auf der Trägeroberfläche aufrechtzuerhalten.
-
Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist als weitere
Möglichkeit oder als zusätzliches Mittel zur Begrenzung der seitlichen Bewegung
der beweglichen Teilchen, gedacht und besteht aus einem rechteckigen äußeren Gestell
I3, in dem eine Vielzahl sich überschneidender senkrechter Trennwände 14 angeblracht
ist, die sich zwischen den Seitenwänden erstrecken und so den zwischen den Seitenwänden
gebildeten Raum in eine Vielzahl von Zellen aufteilen. Diese Trennwände 14 können
zweckmäßig zu den Seitenwänden und zu der Vorder- und Rückwand des äußeren Gestells
13, wie gezeigt, parallel verlaufen bzw. sich über die ganze Länge und Breite der
Grundfläche erstrecls:en. Sie können aus Sperrholz oder aus einem anderen geeigneten
Material bestehen und ruhen, wenn nötig, auf Ftßen I5.
-
Dieses Zellengebilde steht auf dem aus den ortsfesten Elektroden
gebildeten Rahmenwerk 2, das sich in dem Behälter I befindet. Man bemerkt, daß die
Trennwände jede ausgedehntere Bewegung der beweglichen Teilchen in jeder Richtung
außer senkrecht nach oben oder nach unten zu den oftsfesten Elektroden wirksam verhindern.
Wie in Fig. 4 gezeigt wird, kann dieses zellenartige bewegungshemmende Gebilde bei
einer Anordnung der ortsfesten Elektroden, wie sie in der deutschen Patentanmeldung
p 45462 IVd/I2 o D beschrieben ist, verwendet werden, wo die Kohlestäbe mit den
sie trennenden isolierenden Elementen in einer Ebene liegen und eine ebene Trägerfläche
für die beweglichen Teilchen bilden. In diesem Falle wird die erwähnte Vorrichtung
mittels der Füße 15 etwas oberhalb der Oberfläche der ortsfesten Elektroden gehalten,
so daß die beweglichen Teilchen über die Oberfläche des aus den ortsfesten Elektroden
gebildeten Trägers hinausgelan,gen können.
-
Wenn die zellenförmige Vorrichtung. zusammen mit hoch stehenden ortsfesten
Elektroden verwendet wird, wie sie in Fig. I und 3 gezeigt sind, sind die Füße 15
überflüssig. Die Trennwände 14 können beliebig hoch sein, in Abhängigkeit von der
Stärke der von den beweglichen Elektroden ausgeführten Bewegungen. Eine Höhe von
etwa 20 cm ha,t sich in einem Fall als geeignet und zweckmäßig erwiesen.
-
Natürlich können die erfindungsgemäßen, bewegungshemmen den oder
-hindernden Vorrichtungen, die in Fig. 2, 3 und 4 gezeigt sind, einzeln oder in
beliebiger Kombination von zwei oder allen dreien in einer Vorrichtung der in Fig.
I gezeigten allgemeinen Bauart, die im einzelnen in der deutschen Patentanmeldung
p 45462 IVd/ 12 o D beselineben ist, verwendet werden.
-
Die Erfindung kann weitgehende Abänderungen erfahren, ohne daß dadurch
der Rahmen derselben verlassen wird.
-
PATENTANSPRUCE: I. Vorrichtung zur Durchführung eleldrochemischer
Reaktionen, wobei ein elektrischer Strom durch eine Vielzahl leitender, von einem
flüssigen Medium bedeckter Teilchen geschickt wird und dort zwischen benachbarten
Teilchen intermittierende elelorische Lichtbogenentladungen erzeugt, wodurch die
Teilchen in eine ungeregelte Bewegung versetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
starre Flächenelemente in der Flüssigkeit angeordnet sind, die als Hindernisse wirken,
so daß die ungeregelte Bewegung der Teilchen in einer oder in mehreren vorher bestimmten
Richtungen auf das zulässige Maß beschränkt oder ganz verhindert wird.