DE1558735A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aktivieren einer elektrolytischen Zelle - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Aktivieren einer elektrolytischen ZelleInfo
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- DE1558735A1 DE1558735A1 DE19671558735 DE1558735A DE1558735A1 DE 1558735 A1 DE1558735 A1 DE 1558735A1 DE 19671558735 DE19671558735 DE 19671558735 DE 1558735 A DE1558735 A DE 1558735A DE 1558735 A1 DE1558735 A1 DE 1558735A1
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
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Description
Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstrawe
Anlage
zur Eingabe vom ^ c 4 <■ 1 9 C 7 ~K'&
Aktenzeichen
Name d. Anm. I^AA'J IC^T OliJj U
oo Park Avenue
iavi?:n.ven und Torriet:tun-5 sum Aktivieren einer
elektrolytisches Zelle =
In einer älteren Anrnelduaj ist bereits Descnrierjan voraei, dass
ein elektrisches isld, v/oicnes eine ausreichende ^cn^ellsvertkraft
und Energiemenge aufweist, die n.Der unter einem ^aziüium lie^'t und
ei':3ii Spitzen-i^rt aat, der den Durchurucnsrert dar ycnmelzhöhe
nicat :ioerst3X;3t, una ν clones eine kurze Ans tie ^s zeit hat, einen
;/33cniri0lzeaen Elektrolyten aktivieren kann, der in Lösung eine
vies entliehe I.^nge Aluinini'Uiiioxyd enthält, so dass die 'Schmelze mit
wesentlich niedrigeren Span^un^en elektrolysiert werden kann, mit
'•■■eni^er iner'iie pro Ausbeute und mit wesentlich höheren ierti^ungs
gescirinoigKeitene Ein restiicner kristalliner "ustaad in der
jcn."!^lz3 yird aorcri aone elektrische Felder 2'9:--türt uad es wird
ein jiin^rjiezustand ^escjnvffen, der zur 3iidun
>; von zus:itzlichen
loae·. f'iiirt, zur Biiauav von Oji.y-'iadik'-j.len und au einer K^tten-
uin 'j.i-3 ii'fekte der el i/A.v'v.-'ia^a ^'.lder .'ieusrnoit '-.vz/L^Liü zu
.-iünne^c, uiese ^iT-üite de:^ Hi^^hrlz^win beides L'dnrea 'iu -jineru
ai'jrkoar^n Anstieg des produktiven ijtro.iaes pro riiei'troi./uler-
55I υ 52/1
I liegt in der /· roer'.erun-- u<bü
fjiiS und der '/orrion t>xn-i zum Anti/ioreo 'l'-,'r ο::ϊΐ/ίΐ^1ζβ.
00Ö830/038S BAD
uie ■JMuptg.af.i'abe der Wrfi
Insossondere betrifft aie ürfindun^ eine Aktivisruu"· aer ocmnel/.i
aurch Anlege.ι von eieKuri^cnen Impulsen mit aoaer ij:<
.:-gie, vi 9? De reit:-· vor"-ec cnla^en "".'urde, haarend vergleich?; ^iee ei:ie
hönere Ini-ulsfolj/e-i're-iaenz, Impaieo <rit vergleicnsviise kürzerer
D-juer oder Impulse mit Verbleiensweise hüherer ifan
verwandt '-.'erden, ale dies vorgehe α lage η ^a
Die Erfinaun^: betrifft '-eiter eine 7sroesserim^; dee ^/iriiLui^
vraaes beim Anleger, der ünpalt-e uaa zwar nur cn die ^'orm und
die Anordnung der Elektroden.
Die Erfind äug, öetrifft /eiter dij An-iennu-i- von ^!i^r^is iu
von elektromagnetischer ^trsnlun^· zur AKtivierua^, uer Schi;;el^
Zusätzlich betrifft die ürfin^uny aie Wieder^ewitmuu^; von v'.;ru,eenergie
aus der Schmelze v/ia auch aiks elei-ctrischen LoertrHgun^everlusten
in Sezu^ auf die Schiuelze und die Anwendung der wiedergewonnenen
iner^'ie zur '!irzeugun^ von zusrit^lionur el.1» triti.'.ier
Energie,
JJie Erfindung betrifft .oiter eitie Verbesserung der o-iviti- vorgeüchla.^onen
Impft-jennik duren -Zubereitung von siktivterten1 l·. terial
bei normalen Um^ebun^stemperatciren aurch die Atrvpadung von
Strahiunv;, niecti miTcher Durch brechung und der,-;le iotiep., und die
anpchlieoüende V>
r-endun·'; des akLivlerten ^ tf rials ..um Impfen
einer Schmelze·
Die Wrfindun^; betrifft weiter eitie Very ro^serutv:; dej H
/,wL^üneii dem unto run ochwellwert und dein Maximum, um damit bei
BAD O«GINA|. ;
aer AnitivieravVi eiaeii .grösseren Spielraum ζλ rr-ieiten«
Γ... -sirier eriindua.;ji; gelassen Aua führungshorn: aer Vorrichtung
Uii-ΐί des 7er-.anrens '.-.'ird eine Ak. t !Vierung unter l·^ c-ewyau^ von
'/■•-\\?l9iciiG".-.'eiss non-en Impulsen aus Sasryie -aelleia erzielt, crJe
eine veröleicne^ei3e niedrige Speicnerisapa^ixit aab=·.!» -iusHtsj.icn
laso-en sich fir ο ie Impulse eriidiite 'i^ennLmgeri verwenden,
die aie des Tor^onlT-res oei •'■/eixen1 über;i:ei je.:, ^ähre-ic die
livvulsäaaer ^ieicaieitig stark geicürst .-irdo /«aiter lassen
;icn kurze Aüicnnitte der jferioö.e eines Ii.--.palsas durcn "iehslter
oder dergleichen i'J.r aie iktivieru-ig eini^tiieiis
lii einer ;-?niex'en Aus führ an ssf orm der Erfindung veräeii riiliseL's^troden.
^um iiÄtivieren der a^ihiuelze ir., vor:.swebens^ iformen
■-. t^eLi±d?t, 'lii- jie .. inr^an-binlicnneio rsaa^ieren, α·;ε& aie
i-^r^iegrerisen De im Aitiivieren aer "iann >rlz3 Uoei'3 anritten
■-■r-raen* iuskitzlicn lässt sicn ale Konstru^iion aer eriindungsr-s:ii:^3en
Tor richtung; in oestinurtea i^ilien vereiniv-ü-ieü, inde:-.
.:-!j.n lilxH^.o^eleA.1.roaen d/.u^rnaft in der ^eIIe einoaao una
ie ώ·.-1ΐν·^ηί j
I:j ίί'ί'ϊΓ ii, ^'; Lalic.e-'a. JUif inr in^oform der erii i; .a T.^K^s
/orric.--.tuni;i ;wm de->
«x'iiauu-i ■s'fe'r/'v ΐ-'ο /-L".:-; λ reu-' vix"'"i si
.-L λ \vorh--x ΐύ/ίΧ,ϊ:. ο.Ίβ Otrar: Lui /, -.Le :öo ;„ ei-e -.itri.mltWk· Dei
/re i'a-^nzeij, 'j ie ev.-zy 1·ΐ· l-jii ro · u Leni'"ivir"i de.·- ^lt.-vt LOiia-^x
1 ι. -o.'i^n ^trsnLa^y vei;tr"j.u'3 lj e---.»·'!, ^ <
».· .;',f. livi ^u j1· tier o
7 ; r"·':?.'. J Ό t ''.J ·: 1.''.,I. !.'j-i ,i --■■- '.Si" ,U1I, , .1. -i.ii:: ti'1 i"r^ Liont
,..;r:·,', :;ii1, j'-·.·;!1 α.π!,'-.·, i. t'■ t, ·, ·. ^,'if.-lj-.- , 1-r .. „ τ·· ■-.. . ■ ■ 1-xü
BAD
009B30/03GS
vorrichtungen, optischen Masern, Lasern und dergleichen verwandt
werden« Zur Aktivierung der Schmelze kann auch Strahlung aus Neutronenquellen, Grammastrahlung und Röntgenstrahlung verwandt
werdene
In einer anderen erfindungsgemässen Ausfunrungsform werden
7/arme tauscher zur Wiedergewinnung von ■ λ ärnie energie aus der
Schmelze und den elektrischen Übertragungsleitungen verwandt,
die der Zelle zugeordnet sind, und die V/armeenergie wird anschliessend
auf die thermische Energiequelle zurückgef'dnrt,
die die Elektroenergie für die Zelle erzeugt.
In einer weiteren erfindungsgemässen Aasfünrungeform wird
Material, das bei Umgebungstemperatur aurch mechanischen jruch,
durch strahlung una dergl« aktiviert v/ord^n ist, als i: te rial
zur A&tivierumr einer Scnzrelze verwaaat, ν/ο τα das aktivierte
!■■ '-teri'?.I ia diese ein-e;euer: T-ircu
In ei μ ir sMerer. z^f i^lun y -^enaäoaen Au-3f 'inraa^siOE : ira ^e:1
^chveil. ert uurcn Zae'itze fir den .iiluiitro^yt, di" dessen λχ~
elektrische ii.avi2ta„te emönen, a-3re.O~_e:^tzt, orw·? '^r.-:. oie
I'sxima dacei eniijirecnena rierocgeaetit -.-^L^en.
Am Jeiöjiisl der in der .,eicnnuag y;ei.ei ~ien A^t:-£".l·.: 1J-Ji..-;3Γοι-^.eii
wird die .airfinduu«· uau waiter ceschri^L-ca. In aer .ieic.i.ua^ ist:
figur 1 eine schema ti;? ehe ΰ jr« tellur -;· eine t1 /-.irricituu^: zum
.i'a oinar '.*c.i.riol;je iti -'i ?r ^.L^.t-'olyti -.M^ ι -Lie,
fiOfiflStWAa*« BAD ORIGINAL
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit
einer Hilfszündelektrode zum Aktivieren einer in einer
eleKtrolytisciisn Zelle befindlichen Schmelze s
Figur 3 ein Schnitt durch eine 'Ausfdhrungsform einer Hilfselekti"ode?·
die zum Aktivieren einer Schmelze aus geschmolze nem Balz verwandt i^i
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Vorricntung zum
■ . Aktivieren einer Schmelze mit einer .öinricntung zum
herausziehen von VJariaeenergie aus der Vorrichtung,
- Figur 5 eine schematische .Darstellung einer Vorrichtung gemäss
der iürfindung mit mehreren Hilfselektroden und mit einer
in Begmente unterteilten Elektrode, "
Figur 6 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Aktivieren
einer Schmelze mit einer Hochfrequenzenergiequelle,
Figur 7 eine senematiscne Darstellung der Vorrichtung zum Aktivieren einer Schmelze mit einer Str,ahlungsenergiequelle,
Figur 8 eine graphische Darstellung der Auswirkung eines Impulses
auf die LeitfahigKeit der Schmelze während der wenigen
Sekunden, die dem' Anlegen des Impulses unmittelbar folgen
und unter weiterer Darstellung des optimalen Zündzeitpunktes
f:ir den näen^ten Impuls,
Figur 9 ein teilweiser Horizontalschnitt unter Darstellung von zwei Z;indelektroden? von denen beide praktisch recntyinklig
sind und aufeinander zugerichtet sind,
figur 10 ein teilweiser Vertikalschnitt einer eleictroly tischen
■ Zelle unter Darstellung der ZlindeleKtroden aus Figo 9
im "Verhältnis zu der Schmelze und der Zelle,
figur 11 ein Vertikalscrräitt durch eine Zelle unter Darstellung
der für iimner eingebauten Eilfszündelektrod'en,
figur 12 ein Vertikalschnitt durch die Hilfszündelektroden aus
fig. .11,
figur 15 eine Seitenansicht auf eine zusätzliche Ausfünrungsform
einer Hilfszündelektrode und
figur 14 eine graphische Darstellung der Höhe der relativen Aktiviert
rung in Bezug auf den Wert der Kernbildungskraft»
Gemäss dem bereits erwähnten Vorschlag kann eine Schmelze unter
Verwendung der in fig. 1 gezeigten Vorrichtung aktiviert werden.
In fig» 1 wird die elektrolytische Zelle schematisch gezeigt und trägt das Bezugszeichen 10. Die Zelle 10 ist von üblicher Bauart
und weist eine Auskleidung 11 aus Kohlenstoff auf. Sie enthält
das erhitzte Bad 12 aus gescnmolzenem Kryolith-Aluniiniumoxyd, das
auf einer Temperatur von etwa 1000° 0 gehalten wird. Diese Teinpe-
BAD
ratur wird-durch-die Verbrennung der Kohlenstoffanode und
durch die 'Verluste, erzeugt, die heiin Durchtritt des Stromes
durch das Bad'auftreten* Die Kohlenstoffelektrode 13 befindet
sich in dem Bad 12« Die Kohlenstoffauskleidung der Zelle IQ
. "bildet .die-, zweite !Elektrode 11» Beide Elektroden 11 und 13
sind an eine Quelle mit niedriger Gleichspannung- von etwa.
5 T angeschlossen,"Z0Be an den' in iig«, 1 gezeigten Generator
Eine Impulserzeugerschaltung 15 ist an die Zelle 10 und deren
elektrische Schaltung angeschlossen» Ein Aufwärtstransformator
16 ist mit seiner Primärwicklung 17 an eine übliche (nicht
gezeigte) Spannungsquelle 'angeschlossene An. der - Sekundär seit e'
18 des Transformators 16 liegt ein Gleichrichter I9o An den
Ausgangsklemmen 20 und 21 tritt damit eine Halbwellenspannung auf« Zwischen den Ausgangsklemmen 20 und 21 liegt ein Kondensator 22« Die Kapazität dieses Kondensators reicht aus, um die
Energie eines Impulses zu speichern«, Für jeden Quadratzenziineter
Fläche der-Elektrode kann die Kapazität zwischen etwa ein und
acnt Mikrofarad liegen· .
Der Regelwiderstand 23 begrenzt die Lade^eschwindigJieit des
Kondensators 22* Dieser Kondensator hat eine geringe innere
Es ist ein Ignitron 26 vorgesehen» Die Kathode 11 liegt am
7erbirj.dungsp.unkt zwiecnen Widerstand. 23 und Kondensator 22«
Die Kathode ist wahlweise über die Primärwicklung 27 des Ab-
v/UrüStransformators 28 an den anderen Pol 21 des Kondensators
BAD O?«GINAt
angeschlossene Das Gitter 24 des Ignitrons 26 wird durch übliche. "
Mittel auf eine passende Vorspannung gelegt, z«B. mit Hilfe des Relais bezw» der Zündvorrichtung 31» über der Primärwicklung
liegt eine Neonlampe 32 und zeigt an, wann der Primärwicklung Impulse zugeführt werden» Im folgenden wird noch im Einzelnen
beschrieben, wie dies geschient» Die Sekundärwicklung 33 des Abwärtstransformators 28 ist an die Elektroden 11 und 13 des
Bades VZ angeschlossen«. Eine Sieodrossel 35 liegt in dem ITiederspannungskreis
uno. schützt den Gleic.iEpannungsgenerstor 14
vor den Hochspannungsimpulsen, die den Elektroden 11 und 13
durch die Oszillatorschaltung 15 zugeleitet werden« Im allgemeinen weisen d.er Generator und die Generatorschaltung ausreichende
Induktivitäten auf,
Gemäss dem erwähnten Vorschlag Kann die Schmelze unter Anwendung
der in Pig* 2 gezeigten Vorrichtung aktiviert werden*
Eine Impulsgenerators.chaltung 15B, die der oben beschriebenen
annähernd gleichwertig ist, wird auch in dieser Ausführungsform verwandt. Durch Einstellungen in der Schaltung; 1 5B und an dem
Abwärtstransformator 28B werden in dem Bad 12B impulse von
etwa 1000 bis 3000 V erzeugt» Elektroden 40 und 41 sind über
den Transformator 2ÖB an die Oszillatorschaltung 15B angeschlossen»
Die Elektroden sind klein und tragbar und können bei Bedarf aus dem Bad 12B herausgenommen werden» .Falls der Kristalleffekt in
der Zelle 10B verbessert werden soll, können Hilfselektroden
verwandt werden» Diese Hilfselektroden sind den Elektroden 40
und 41 ähnlich« Jedes Hilfselektrodenpaar hat seine eigene Im-
00983Ö/Ö3H BAD ORIGINAL* *·
Pulsenergiequelle ο Ebenso .kann auch eine ganze Hilf selektrodenanordnung
aus einer einzigen Energiequelle gespeist werden» .Zur
Zuleitung des Elektrolytstromes an die Zelle 1OB wird eine unabhängige Quelle mit niedriger -Gleichspannung benötigt« Der Generator
14B erzeugt die erforderliche EMK0 Er ist an die Anode 15B
■und die Auskleidung 111B der Zelle lOB angeschlossen, die die
■ Kathode darstellt« Die Elektroden 40 und 41 sind zum Erzielen
einer besseren -Oberflächenleitfähigkeit als Litzen ausgebildet» für minimale Reaktanz- sind sie verdrillt (wie in Figo 2.) oder- ·
koaxial (Pig, 3)« Die Zündspitzen bestehen -vorzugsweise aus
Wolfram, Nickel und Mckeilegierungen, w.ie Nickel-Chrom«- Sie
können auch aus einem anderen, leitenden, unschmelzbarem Material,
wie Platin, Kohlenstoff, Titanborid oder dergleichen bestehen«.
Oxidationsfähige Stoffe werden oevorzugt, jedoch insbesondere
an den Anoden0 Die Elektroden 40 und 41 sind noch mit einem.Isoliermaterial
42, wie Bornitrid, isoliert, ausgenommen an den Stromabgatieflächeno Das Isoliermaterial 42 erstreckt sich bis
oberhalb" des Bades 12B» Dies verhindert einen Kar ζ Schluss durch
heisse Gfase oberhalb des Bades« Die Stromabgabeflächen werden vorzugsweise
auf eine Weise erzeugt, die einen leichten Austausch "gestatten. z0B„ durch Verschraüoen*
Die allgemeine Betriebsweise der oben beschriebenen Vorrichtung
zum Erzielen von entweder Mobilität oder Kristalleffekten kann wie folgt beschrieben werden,- y/obei darauf hinzuweisen ist, dass
die Erfindung nicht auf diese Betriebsweise beschränkt ist* Bei
Anschluss der Primärwicklung \'j des Trans format or s 16 an eine
BAD OTOINAL AAAi
Spannungsquelle von 440 V wird in der Sekundärwicklung 18 eine sehr hohe Spannung erzeugt« Diese Spannung wird durch den
Gleichrichter 19 gleichgerichtet und über den Regelwiderstand
in Form von Halbwellenimpulsen dem Kondensator 22 zugeleitet ο
Der Widerstand 23 wird z.B„ so eingestellt, dass sich der Kondensator
22 genügend rasch auflädt, so dass die .Meonlampe 32
zum Erzielen des unten beschriebenen Mobilitätseffektes alle 0,5 Sek, einen Blitz abgibt, oder sechs Blitze in 5 Sekunden,
um den ebenfalls weiter unten beschriebenen Kristalleffekt zu erzielene Die Zündung lässt sich so einstellen, dass sie immer
bei auf volle Spannung aufgeladenem Kondensator erfolgt» Hierzu wird die Vorspannung an dem Zünder entsprechend eingestellt'
oder durcn Regulieren der Entladung durch, die Zündung des Zünders über den Zeitschalter 31·
Durch die Aufeinanderfolge dieser Halbwelleniapuise wird der
Kondensator 22 auf eine vorgewählte Spannung aufgeladen, bei der das Betriebspotential des Ignitrons 25 erreicnt wird, d:>e
von der Vorspannung bestimmt wird? die über die Zündseitschaltung
31 an den Zünder 24 angelegt wird« Dies bewirkt die Zündung oder Leitung des Ignitrons 26, so dass sich der Kondensator
über das Ignitron 26 und die Primärwicklung 27 des Abwärtstransformators
2ö entlädt, wodurch ein Hochspannung impuls eraeu^t wi
welcner der Sekundärwicklung 33 und von dort den tilektroden 11
und 13 oder 40 und 41 (siehe tPig» 4) zuget'ünrt wird· In einer
abgewandelten Ausführungsform wird der Transformator 28 wegge»
lassen oder überbrückt und der von, dem Kondensator 22 abgegebene
Strom wird den Elektroden 11 und 14 oder 40 und 41 unmittelbar
BAD
0QiÖ30/ö3de -ic-
zugeführt» Das sich abwechselnde ,Aufladen und Entladen des
densators 22 erfolgt mit einer 3-eschwindigkeit, die durch Einstellen des Regel^iderstandes 23 und des Zeitmecnanismus 31
bestiiiiiiät ϊ-irdο Die Impedanz der Sntladebahn ist so, dass sich
ein scharfer Impuls erzielen lässt, so dass etwa 90 φ der in
den IConciensatoren gespeicherten üriergie in etwa einer Mikrosekunde
(eierie ?ig. 2) abgegeben, wird» Der Ivondensator 22 ist
so bemessen^ dass er dem i3aa 12 denjenigen Btrom zur Verfügung
stellts der i'dr eine xiocnspannungsentlaüurig durch aen ausserst
,niedrigen widerstand des geschh^olzeren Salzbaaes erforderlich
In der iB-JüJLegerjeratorscnaltung Jionrien induktive oder magnetiscne
3x.eicnerniittel verwandt «erden* J5ei .7er;enöung der er-.
"'indungsgemessen Vorricntung fur inehrers ele^troly ciscae Zellen
, ü'-r-in üi?.ri ^irien xleicnspannungsgener^tor und eine Sch'/'ungradocasltvorric-itun^
(tdcirt äar>'"estel-Lt) vermeiden, uai den -Strom
aen Scnaitrüiiren aaaiittel'biir zuzafünren. Zeitlich ^ Arien diese
;rit eiae:ü 'ioz-i tioa-s-sc'.·.l^sr oO (·ί14· .» 6) s./ncaroaiiiert e^i'n»
"JiV Jen·. ] t3r oü i.-r-t, *.'le di^e im folgen ten .'.'.o^ii näh sr erläutert
.ird.; an nie /.ilLen-iü aageschlossene
-i-£° 4 zei'-it eine .3o:ialt 1JLiJ^9 die sur .docnspa-iiTun;-;--5zündung eine
Hilfsanode 140' auf:*.eiut« Die ,lilfsanoae i-st nicht unmittelbar
an die λieaerspannungequelle angescnlosseiic oie \Ί±τά von der
Seitundärseite des Impulstränsformators 12ö gekündet s obgleich
sie a.uch in der -icnqltung von FIg6 7 verwandt werden kann» Bei
der Verwendung der .Vor ricntung von .Jj1I*.. 9A η at sich herausge-
~ 11 -
stellt, dass es nie at nötig ist, aie iieaerspannangs -./aelle
vom Impulstransformator 133 zu.isolieren«
Die Hilfselektrode 148 in Mg» 4 ist vorzugsweise mit einem
Isolator 142 ummantelt-. Das h-iterial der ailfselektrode 148
kann amorpher Konlenstoff sein, während das Material des Isolators
142 Bornitrid sein leann. Das jfcterial der Elektrode
kann auch ein Metall, wie wolfram sein, dessen Oxyd Dei der Temperatur der Schmelze sublimiert, oder Nickel, welches wirkungsvoller
ist, oder irgendein anderer geeigneter Leiter, vorzugsweise
ein Leiter, der oxydierbar ist« Die Zelle 110 wird mit
gefrorenem Kryolith 163 gezeigt, welc-ies zur Isolation der
Seitenwände der Zelle dient» leiter wird sichergestellt, dass
der vorgegeoene Spalt zwischen der Hilfselektrode 148 und der ■
Zatriode 111 beioehalten wird. Die Ummantelung 142 verhindert
auch überschlage in den ionisierten G-asen unmittelDar oberhalb
der Schmelze β In einer anderen Ausführung der Erfindung icann
die Hilfselektrode 148 die Form eines Übertragers haben, die
der Schmelze die erforderliche Akkustis cne Energie zuleitet a
In J?ig· 5 wird die Hilfselektrode 14Ca von einem Isolator 142a
abgedeckt und abgetrennt* Sie liegt aber in engem Abstand zu den Hilfselektroden 140b und 140c. Sämtlicne Hilfselektroden
sind an einen Speicherkondensator 122 angeschlossen und zünden über das Ignitron 126« Mit Hilfe der Zündvorrichtung 131 zünden
die betreffenden Z'inder 124 praktisch alle im Gleichgang»
- 12 -
Fig* 5 zeigt aaoh Hilfselektroden I43a-I4'3e, die die Zelle mit
- Abstand umgeben und von einer oder mehreren Hochspannungsquellen
. gleichzeitig oder nacheinander'gezündet-.werdeil» Diese zusätzlichen
Hilf se lektr öden können erwünscht sein, wenn' man mit den ■
Kurzzeiteffekten betroffen ist, die bei den niedrigsten Aktivierungspegeln
verfügbar sindD Die ü-ruppe i40a-i40c ist ein System,
um eine Zündelektrode in mehreren isolierten Abschnitten zu befestigen*
Damit erfordert jeder Abschnitt einen-kleineren Scnalter
und stellt einen höheren-testwiderstand dar* Bei einem solchen
System werden die Sehalter gleichzeitig ausgelöste
Dieses Beispiel-erläutert die Wirkungsweise der Schaltung von
Figo 4· Die Elektrode 14ö besteht aus vier Segmenten (I1Ig0 13),
welcne :i'i-80 '/<>
Gr-20 /o enthaltene Die vier Segmente sind an einen
einzigen Transformator, den Transformator 128, angeschlossen»
Die Anod'en 113 werden, getrennt mit zwei schreibenden Strommessern
167 üb erwacht β Damit wird dar Aufbau der Aktivierung von verschiedenen
Stellen aus beobachtet«. An dieser Stelle sei. bemerkt,
dass mit 15 Mikro. i'arad bei der gleichen Menge Kryolith wie im
Beispiel· 5 die Aktivierung erzeugt wurde„ Jedoch wurden sehr viel
rae.nr Impulse gezündet, bevor beobachtet- werden konnte? dass das .-■
Höchste oder überhaupt ein Aktivierungsniveau erreicht wurde ο
Die Hilfsanode, war.eine sehr kleine Anode von 0,2 Quadrat^Zolly
die auf einen ^Seitenstrom eingestellt wurde, der etwa 0,3 Quadrat-Zoll
gleichwertig war» Bei einer Anode dieser (xrösse und einem
Speicherkohdehaator von 15 Mikrofarad lag die Zundgeßohwindigkeit
bai zwei pro Sekunda ο Eier sei bemerkt, das a die .Zuneige schwindig-
■"· (fs ß (S t\Q) A / ία äiß r BAD OrUGiNAL .
keit mit einem Anstieg der Zündanodenfläche heruntergeht» Acnt Entladungen wurden gezündet, "bevor zur Beobachtung der virirung
angenalten wurdeβ 8elDstverständlich konnte keine grosse Beobachtung
der wirkung auf die Miederspannungsanöden von acht
Quadrat-Soll jeweils in den vier Sekunden vorgenoauien werden*
üis wurde festgestellt, dass der Strom in der nähex'en Anode
früner zu steigen begann, als der Strom in der entfernten Anode» Dieser anfängliche Anstieg stellt aicnt die Aktiviei'ungshöhe,
sondern vielmenr die Ausbreitung der Kerne der Zvsttenreaktion dar» Die SchocKfront läuft nicht sear weic Die Kettenreaktion
beginnt an der näheren Anode» Die AusDrcitiUig der
Kette ging jedoch mit einer nur Kleinen zeitlichen Verzögerung vor sicn» Im Endzustand lag üoernaupt Keine /erj-öjeruiig z^ischsn
den Anoden vor» dacü mehreren Minuten arbeiteten oaide Anoden
bei etwa 120 A pro Anode nach einem Anstieg von et-.·;a 70 A pro
Anode» Der ßetrLeot-zustand' stiegt dann fast gleichzeitig auf
beiden Messgeräten auf etwa 1200, A pro Anode an. Die d-iuptannäherung
von 120 A auf etwa 10ü0 A pro Anode erfolgte in einem
Absta-id von etwa eiaer Minute, wobei die nMaere Anode die orste
war= Sie erreichten beide 1200 A und Hielten gleichzeitig 12üC A0
Die Z-iit für den cfesamtanstie·? auf diesen S ta au vom Beginn der
Impulse war neun MiauUene Die entfernte Anode exits bei dem
ijt-infi von 120 A um wenige Miauten nacn. Seide -''icderepan^un^sanoden
hatten eine effektive ^iäciie vo:-i etwa -acnfc 4uadr'it-"''-oll.
'■5»ο Kg Kryolith mit 4 Ά Aluiiiiniumoxyd befanden ^Ich in dem ιΗά*
icht hJchUäse mit einer Gresc!iwindi>VKeit vor» aw-^i pxxo Sekunde
wurden mit einem Spalt von 9»5 am gemacht« Die itouieurung war
60 io und. die Anstiegszeit betrug 0,4 Mikro-sekunderu■· Die Zelle ·
bestand, aas' Siliziumnitrid mit einer Graphitkathode und eingesetzten
j$nd"w:ändene Die Bndwände wurden.von.der Schmelze durch
gekittete Scheiben aus Siliziumnitrid isoliert»
'.•ährend des im Beispiel 1. beschriebenen Versuches griffen die
Oxy-Radikale die elektrolysierende Kohlenstoffanode an, so
dass die gesamte für die Reduktion erforderliche .Energie nicht
von den. elektrolysxerenaen Strom zur Verfügung gestellt werden
mussteβ In dem obigen Beispiel wurden 650 g Aluminium in etwa
einer halben Stunde wiedergewonnen, so dass sich die Ausbeute
in effektiven Äquivalenten des Stromwirkungsgrades auf etwa
160 lfo berechnet,, wegen der Abnahme der elektromotorischen
Gegenkraft und der ATdnähme inres Betrages und infolge von anderen
theoretiscnen Überlegungen wird angenommen, dass sich
derrfirkonssgrad des faradischen Stromes in einer aktivierten
Scnmelze auf dem Mve^u dieses .Beispieles für nur etwa ein
.Viertel der Produktivität einstellt, während etwa dreiviertel
.der Produktivität auf die direkte Einwirkung der Qxy-R;.dikale
auf den Kohlenstoff der Anode zurückzuführen sind« Bisher hatte
man-erwartet,, dass sich der Kohlenstoff nur mit solchem Sauerstoff
verbindet, der bereits bei der Elektrolyse entstanden
ist«, "'«eiter wurde während des Versuches eine höhere Stromproduktivität
bei jgrösseren Geschwindigkeiten erzielte, Da die erhöhte
Tür oulenz höherer Geschwindigkeiten im allgemeinen die Ausbeute für die Energieausgaben absenkt, nimmt man deshalb an,
dass die Turbulenz erforderlich ist und durch die chemische Re-
■ · '. .. .' ■" .'■ "■■/■■■' - ' - 15" - ■
BÄÖ 0RK3INAL fi λ a β -
duktion mehr als kompensiert wird und dass dies aucn die Tatsache
erklärt, dass die cnemisciie Redaktion der Oxy-Radikale
als lie'oenerscxieinung der Reduktion durch Elektrolyse Dsobachtet
wird«
In dein älteren Vorschlag wird der Energiestatus und dessen
sämtliche Vorteile erlä.utert„ Das heisst, dass sicn die uöhe
der Aktivierung der Schmelze durch aufeinanderfolgendes Anlegen von hochenergetischen elektrischen Feldern erhöhen lässt«
Weiter kann der Energiestatus mit solchen Kitteln beibehalten oder wieder eingesetzt werden. Bei diesem iänergiestatus finden
wahrscheinlich einige übergänge von -11S" auf "P"-Bahnen statt.
Im wesentlicnen wird jedoch eine akkustische Energiewelle erzeugt,
die in einem Frequenzbereich liegt, der nach durchge-
fünrten Berechnungen im Bereicn von etwa 5x10 Hz liegen soll.
Me Funktion des scnnellen Anliegens von direkten oder indirekten elektrischen Feldern auf hoüem ilnergieniveau liegt darin, dass
diese Schwingung induziert und bis auf ei_ien solchen ,vert erhöht
werden soll, dass eine liettenreaction erzeugt wird, mit
der die gewünschten Phonon-üJffekte ausreichend lange beibehalten
werden» Falls die Phonon-iSaergie ausreicht, um eine Leerstelle
zu bewirken, werden zusätzliche Phononen durch das erregende Ion freigegeben und die Kette dadurch fortgesetzt»
Bs ist der Zweck dieser Anmeldung, zusätzliche Entdeckungen
zu offenbaren, die sich auf die Verfahren und die Vorrichtungen beziehen, um die Effekte auszunutzen, die erzeugt worden sind,
BAS OfIIoIMAL ~ U) "
J «l j» A *
und auch die indirekten 'Mittel zu offenbaren zum Erzeugen
der erforderlichen elektrischen Felder und der sich dabei
ergebenden Phonon-;f eil en, die für die Aktivierung der Schmelze
notwendig sind«
V/ie In dem anderen VoriJCLalag erläutert wird, befinden sich in
dem geschmolzenen Kryolith—Aluminiumoxydbad tatsächlich ionisierte
Bestandteile, die noch unfrei und in dem Kristallgefüge
gebunden sind« Zum Durchbrechen des Krietallgefüges mit der
dabei eintretenden Freigaoe von zusätzlichen Ionen können verschiedene
Techniken angewandt werden: Temperaturanstieg, ionisierende
Strahlung und none opaonuhg. Zum Erzielen der lonentrennung
und des 3-ef ugebrachs verwendet die Industrie gegenwärtig
nar die unteren 3-renzwerte der hohen Temperatur der
Schmelze«» F^lIs gemäsa dem Verfahren dieser Erfindung zusätzlich
ein hochenergetischer Impuls angelegt wird, ergibt sich ein
weiterer Kristallgefügebruch, der von einer Freigabe zusatz-,
licner Ionen begleitet wirdc Elektronen werden von einer
eingefangenen Sahn auf die Leitungsbahn gestossen. -Andere
gestörte Elektronen, die nicnt auf die Leitungsbahn folgen, oewirken Koronaeffekte, die Phononen erzeugen« Diese Phononen
Λ-οχίΆβη weitere Kristallverschiebungen bewirken und andere
und wenigere Elektronen auf das Leitungsniveau stossen, so /las'3 mehr-Fehlordnungen und eine, stärkere Ionenbewegung erzeugt
werden. Bei höherer Temperatur sind geringere Spannungen für eine gegebene Verbesserung erforderlich, unabhängig davon,
dass Feldeffekte bei höheren Temperaturen im allgemeinen nach-
BÄ13 ORIGINAL K - 17 m ■
lassen» us sei noch bemer&t, dass Zoron.aeffeK.te nur dann
nützlich sind, weaa sie i'enlordnaa^en erzeugen» In den restlichen
Kristalxen erzeugen diese ■->
tr anlangen inaireisit ele^xriscne
deleter oder win-cen mit den eleKtriscaen u'slieri: in aen
r38tliehen. j£ri=.-teilen zasaiiuuen uiiä erzeugen y^iilicue 3törv.:_-_;-3:
α-id -Fnononeti-*'"lxen mit ähnlichen xvonse teasel«, -ie^e 1 o-^ifi-Λ-ationen
des - Verfahren*? oder des .Prozesses, nr.b-iti, ?oi'-?.r .··?■■··::ιj.
9 hr? Ii one i-iinin:am- anci v-la.i'i.ra-j-foraecaagen. .-^e". ^elIt ' :---"::.-3-i, ^vt^ile
entweder bei der xr-p'-irnan;: 'veiter^r iroäak:tivitK.t and
ecnönten ■> It & an ^.graa? β oi^r uei der iic^i-iiui; --~-L-~:ec -:eT.vi·. >. er.
•liinfacnheit in· Besag auf die V"er1T3ioua ΐ u_ii \ic.i":v"evwendu'i:':,
""on direkt in das noene^er^/etiacae' System 3in^i-i../s:zzea alantrodeüo
"ius^tilicn ^ur stranlu·::_, '-ird in -.-.dir :-'lucireii v/or:c:ii:v
aaca die AjitivLerang einer "Schiitölze uurch Lupfe".i der 3cciiLel.:;i
mit aktiviertem ϊ·. teri-al oescariaoeu. jiiiiive der uv.ieren nier
erörterten Aictivien-un^sverfanren sind braucabar ^ar ürgäniiuti^
des Antivierun^svorö^iiages mit einem oder menrore.i der anderen
Variationen des üriginalveri-anrens.
Die Angaben des älteren Vorschlages in oezaf, auf den Auf υ au
des optimalen Schemas für die Verwendung von noner bi.sr^ie
gelten auch nier. Bjim Studium der .blrscneinungen der Ak ti vieruns
ko'uint der J-edanKe, dass die dieleKtx'ische Konstante der
restlichen Äriöt-ille wätirend der KernDildun^speriode nic.ifc
wesentuen geändert wird, sondern dass die dielektrische Konstante
praktisch abgesenkt wird, sobaLd die Kettenreaktion
einmal begonnen hat. Dies bedeutet, dase die Projektion der
BAD OBlGiNAL
- 18 -
direkt oder indirekt indazierten -elektrischen Feldeffekte
weniger wirkungsvoll ist und dass zur weiteren Aktivierung auf ein höneres Niveau mehr Energie oder schneller zugeführte
Energie erforderlich sind» Diese Forderung käag=fe hält
den nutzbaren Bereich der angelegten Energie zwischen dem Minimum- und dem .Maximumwert ein» Der Maximumwert wird
durch die "■ dielektrische Konstante nicht entsprechend berührte
Die Maximum-Bedingungen sind wahrscheinlich, die Folge der
Erzeugung von freien Elektronen und diese überbrücken und vernichten die Phononen» Die Aufgabe liegt darin, den
Punkt zu erreichen, an dem das Verhältnis Phonon zu Elektron
am höchsten ist oder hoch genug, um für die Geschwindigkeit,
die Produktivität und den Wirkungsgrad des Elektro»©3agewinnungsprozesses
von Vorteil zu sein.
PROZESS MIT QflSOJLOSSE·0#ί ZYKLUS
Bei dieser Verbesserung des Prozesses wird die Produktivität einer einzigen Einheit, wie sie in den Fig. 1, 2 und 4 gezeigt
wird, um das etwa fünfzigfache erhöht, wänrend die Aufnahme
ah elektriscner Energie von einer äusseren Quelle auf einen
vergleichsweise niedrigen wert abgesenkt wird, z.B. auf die Grrössenordnung von etwa 1 kwh pro 0,45 Kg Aluminiumoxydβ
Eine. Schmelze ,vom Hall—Typ, z.B. wie in der Anordnung von
Fig* 4, wird bis auf einen hohen tfert ai-ctiviert, so dass bei
5,0 V -der Strom in dem oben genannten Beispiel um das etwa . dreissigfache : erhöht wird. Die V/yrmeerseu^ung infolge höherer
-19 - ■ ;.
Stromverluste, schnellerer Reaktionen des Kohlenstoffes
mit Sauerstoffionen und schnellere Verbrennung des Kohlenstoffes mit Sauerstoff ist etwa 27 mal so hoch, wie es bei
einer Zelle dieser Q-rösse üblich ist. Wärmetaascher 110a
werden an den Zellwänden befestigt. Wärmetauscherflüssigkeit, wie z.B. geschmolzenes Natrium, wird über die Leitung 110b
einem Turbogenerator oder einer ähnlichen Einrichtung zugeführt, die Wärme in Elektrizität umwandelt (.Bezugszeichen
11Oc)6 Die resultierende elektrische Energie wird von dem
Turbogenerator über die Leitungen 114a zur Stromversorgung 114 zurückgeleitet, .
Da die Leiter etwa 3 Millionen Ampere führen, können auch sie zur Kühlung mit Wärmetauschern 114b ausgerastet werden*
Auch diese Warme kann über die Leitung 114c zu der Einrichtung
11Oc zurückgeführt werden. In Anbetracüt des höheren Stromes
zusammen mit der Kohlenstoffreaktion in der Schmelze liegt die Produktivität bei dem fünfzigfachen des v/ertes, der für
einen normalen Ofen vergleichbarer G-rösse üblich ist. Die Wärme von mehreren solcnen Einheiten kann einem einzigen
Wärme/Elektroenergiewandler zugei'unrt werden. .
Zusätzlich dazu, dass überflüssige wärmeenergie zur Verwendung
bei der Erzeugung des Stromes abgefünrt wird, lässt
sich das Abführen der überschüssigen Wärmeenergie auch als ein Mittel zum Steuern der Temperatur der Schmelze verwenden»
- 2o -
0011*4/0*11
Dort, wo die Aktivierung der Schmelze ein drastisches Erhöhen
des Stromes ermöglicht, wie um den Faktor 2 - 30, ermöglicht
das Abführen der überschüssigen Wärmeenergie, dass die Temperatur .der Schmelze auf dem richtigen ifiveau gehalten
wird, während- die erhöhte Arbeitsgeschwindigkeit sonst zur
Bildung von zerstörenden Temperaturen führen könnte»
HOHE IKHJLS itäuäBEÖLWiS U1IlE]-iJffi
Die bei der Schmelze verwandte Impulswiederholungsfrequenz
lässt sich auf vergleichsweise nohe Betrage erhöhen, wie z„Be
auf 1000 Impulse pro Sekunde, wänrend die Fläcne der Zündelektrode (40-und 41 in. i'ig, 2, 148 in Fig„ 4 usv») und die G-rösse
des Speicnerkondensators (22 in Fig. 1, 122 in Fig. 5 usw«)
reduziert wird» ..-..-■
ν Beispiel II
Statt der Aktivierung einer 100 Α-Zelle mit den Impulsen,
die je eine halbe Sekunde- auseinar.vderliegenf aus einem Kondensator
mit 15-Mikrofaradf der auf 6000 7 aufgeladen ist,
aber über eine Schaltung zufuhrt, die'die Spannung bis auf
5000 V an der Abgabestelle nerabsetzt, kann eine Impulsfolgefreq.uenz
von 1000 -Impulsen jjro Sekunde verwandt werden, ein
Kondensator von 0,15 Mikrofarad, und 100 Impulse in einem
Aktivier'.mgsVorgang. Die Zündelektrodenflaohe liegt in dem
Beispiel bei 0,05 Quadrat-Zoll,
- 21 -
Es ergibt sich eine vorteilhafte Auswirkung auf die Anstiegszeit
bei einem epeicnerkondensator, der für eine gegebene
Zündelektrode grosser als erforderlich ist, aber diese überschüssige Speicherung kann au einer übermässigen
Entladung fünren, welcne die Aktivierung zerstörte Ds '.tutde.
gefunden, dass sich-der Kondensator (der Kondensator 22
in ]?igo 1, 122 in fig« 2) um das Zehnfacne erhöhen l'isst,
während der Impuls mit einer .Brechstangemi ir iaing' sehr kurs
abgeschnitten wird» Die erste Viertelperiode des Impulses
wird auf etwa einzehntel ihrer natürlichen D-vaer begrenzt„
Bei einer Zelle mit einer Anodenflläche von 2ü ^uadr^t-zioll
und einer u-e samt.fläche von etwa 40 Quadrat-Zoll wurde ein
Kondensator mit 350 Mikrofarad auf 6 000 ? aufgeladen und
dann von einer 5 ^U-adrat-Zoll-Konlenstoffanode auf die normale
Kathode gezündet» Die Entladung wurde imiera·?Ib einer 'j-esamlzwit
von einer rükrosekunde abgeschnitten, wobei die Zahlung
dann begonnen wurde, wenn der Anstieg 5OC \r eevsioai hatte.
Jjie Spitzenspsnnung oetrug in der Bntlade^oae et\\ra 3000 V
und war durch den Wideretand der Zündschaltung von etxva
bOOO V an abgesc-mvächt worden. Far eine 8tarne .^i-ttigung
reichte ein einziger derartiger Impuls aus»'
- 22 BAD OBiOINAL
Durch Begrenzen der Impulsdauer auf 1 O Jtfanosekunden ist es
mit Hilfe einer Anordnung, die der Anordnung von Ji1Xg0 1
oder Fig«, 4 ähnlieh war, eine Schmelze mit einer Entladungsspitze
von 50 000 Τ zu aktivieren Bei dieser Anwendung
wird die begrenzte Impulsdauer vorzugsweise durch Herabsetzen der Speicherkapazität oder durch "Breehstangenwirkung"
erzielte .
In dem älteren Vorschlag ist eine Inipulsumkehr oder Impulsrichtung
an sich nicht wichtig, obgleich eine prozentuale Umkehr bei einer Kondensatorentladung eine Anzeige für die
.SO.tür und den Betrag der Widerstandsanpassung ist« Bei kontinuierlichen
Rundfunkfrec[uenzwellen kann die Impedanz ohne Rücksicht auf Umpolungen angepasst werden» Diese Wellen z.Be
in der G-rössenordnung von 10 cm Wellenlänge können zur Zerstörung·
der restlichen Kristallstruktur des Salzes und der Oxydkomponenten verwandt werden«, Gemäss dem Verfahren wird
Rundfunkfrequenz von der Quelle 170 über die Leitung 171 (Pig,6) auf die ringförmige fläche oder irgendeinen anderen
freien Raum in der-Zelle 110 gebündelt,» Eine grobe Abstimmung,
der Frequenz reicht aus«, Jede Kruste kann weggebrochen oder
auch ganz gelassen werdene Die Scnwellwertenergie liegt in
der G-rÖssenordnung von 5MW pro Quadrat-Zoll, während die bestrahlte
Fläche vorzugsweise mindestens 0,5 °/o der Anodenfläche
Deträgt, Bei'einer Trosse der Zelle, die einer AnodenflJnche
■ . von 20 000 Quadrat-Zoll entspricht, liegt die Bestrahlungszeit in der G-rössenordnung von 1 O Minuten mit den anderen
Parametern dieses Beispiels, In der Schaltung liegende Messgeräte zeigen durch eine Änderung an, ob die Kernbildung
weitergehto Die Rundfunkfrequenzquelle 170 wird abgeschaltet,
wenn die Kernbildung eine gewisse Abflachung zeigt. Falls der Effekt dann abnehmen sollte, kann die Aktivierung mit
einer Überdosis an Strahlung zerstört und erneut begonnen
werden, wobei man dann schneller aufhört.
Die Strahlungsenergie kann in Impulsform in das zu aktivierende Material eingeleitet werden· Z0B8 wird die gesamte
Dosis in 100 Teile aufgeteilt, wobei die Zeiten zwischen den Impulsen länger als die Impulse selbst sind, aber nicht
so lange, dass eine Vermehrung der Kernbildung nicht stattfindet. Je grosser die Strahlungsfläche ist, umso kurzer
ist die Strahlungszeit«
fig. 14 zeigt die Aktivierungshöhe in Bezug auf die Anstiegszeit
wie auf die Energie- und -Spannungsform der Impulse
und ihre Anzahl und ihren Abstand« Bei optimaler Ausführung wird der höchste Stand erreicht» Dieser Stand hat die grosste
Dauer und den grösöten Vorteil in Bezug auf die lesamtver-•besserung
der Leitfähigkeit· Man sieht, dass die Kurve nicht kontinuierlich nach oben geht« Sobald einmal ein bestimmtes
. Niveau erreicht und stabilisiert ist. kanti es schwieriger
OBlGlHAL " 24
"', sein, das itfiveau auf einen, noch höheren Wert zu bringen,
da sich dann ein niedrigerer Widerstand ohne die grosser©
..Anodenfläche aufgebaut" hat, welche die Anwendung eines
.grosseren Speichers erlauben würde» Verschiedene der hier
beschriebenen Vorrichtungen können nun verwandt werden,
um die Impulsform und" die Energie' so zu bearbeiten," dass man
von einem Niveau auf ein höheres übergehen-kann·.-Sobald die
Aktivierung eingesetzt hat, ist die - dielektrische Konstante
.: " niedriger und zur Kernbildung ist mehr Snergie erforderlich,'
so dass der ,Bereich "zwischen-den. unteren" uncL.&en oberen
." -Grenzwerten, der einzelnen Parameter zusammengedrückt wird«
ISs is/t weit mehr zufriedenstellend, die Parameter zu beι*
stimmen und das Anlegen, der-Impulse mit einer zufriedenstellenden. jpQtfm usw* fortzusetzen, bevor irgendein Aktivierungs>niveau
einen stabilen Punkt erreicht hat. "Abhängig", von-' .
vde-i '(riösSFe^ der; ZeIkIe' kann die gesamte· Impt^aaündüng in' ;^ :.
.- einem "Zeitraum-von etwa 15 Sekunden bis zu 2 Minuten beendet
sein, wobei das 3tab±liaie-rte Niveau insbesondere für
die D ess er eja_ Aktivierungsniveaus, nach einer längeren Zeitdauer erreicht wird, z.B.» in etwa 15 i;iinuten>
Das aller-. .niedrig&te AktivierungS-aiveau d'Auert,noch ü-lcht einmal 15
- Minuten. Aber auch ,^.ofioo ria3 aiedrig.ite Aktivieruagsaiveau
stellt einen recht f)e'.tr!-iciitllcheü Gtewinn- dar im Vergleich zu
allen bisher .möglichen tünergieeinsparungen bei der elekfcro-Reaktion
von Aluminium©x,ydt ■ Selb^tverotändlich
werden nö'nere und länger andauernde
bevorzugt»
Aus diesem Jrund ist es wünschenswert, .mit einigen wenigen
Versuonen das Schema Herauszufindeα, das zu einem nonsren
Aktivierungsniveau fünrt» Pas Schema ist in einer Anfanysperiode,
z..ß« einer Periode von. etwa 2 kinucen vollständig,
während die Aktivierung f;Ar dieses vor be stimmte .-iveaa ix-ach
einer weiteren Zeitspanne,1 2»B. 15 Minuten später, erreicht
wird β Die Impulsfolge löet die Kette aus una die Ivotte bildet
sioh dann selüst auf»
LIOiH ■
Auch Strahluag im .Frequence biet der I/ichtwellen- kann das
übrige Kristallgefüge zerstören« Licüfcscnwinguiigen von ausreichender
Intensität erzeugen indirekte und gleichwertige elelctrisohd Feldöffekte in den Kristallen, so dass Phononer,
abgespaltet werden» In der Lichtfrequenz ergeben sich Schwankungen infolge von Streuung und der Breite des Spektrums·
Diese erzeugen einen Schwebun^seffeiet in dem ge-
9 wünschten frequenzbereich von etwa ^ χ 10 Hz in dem eine
Phonorienwänderung bei Schallgeschwindigkeiten induziert
wird»
Der Lichtstrahl muss eine Intensität in der Grrössenordmmg
von etwa 5 MW pro Quadrat-Zoll bestrahlter Oberfläche haben»
BAD
Am- Ort der Strahlung wird ein Loch in einer beliebigen
Erustenformation der Schmelze 112 (I1Ig07} gemacht, bevor
'die Strahlung eine grössere Effektivität haben kanne Die
notwendige Intensität lässt sich durch Bündeln des Lichtes
von einer intensiven .Vorrichtung 172, wie von einem Xenonblitz oder von einem optischen Maser erreichen. Mindestens
0,0.1 io der Oberfläche der Schmelze muss auf diese '/eise beleuchtet werden und der Lichtimpuls sollte etwa 5 Mikrosekunden
anhalten«, Die Impulse werden häuf ig genug wiederholt 9
um die Eernbildung zu verbessern,-aber nicht so häufigf um
die Aktivierung zu zerstören«» ■
In einer abgewandelten Ausfuhrungsform der Forrichtung von
Figo 7 wird eine Intensität, die eine Million mal höher
liegt, wie man sie z,B. mit einem Rubinlaser (172) erzeugen.
kann, über eine Fläche von mindestens 0,001 % der Oberfläche
der Zelle .gestrahlt und die Impulsdauer wird auf die G-rÖssenordnung
von 10 Manosekunden beschränkt(
Die Bestrahlung mit Licht erzeugt elektrische Felder, die
freie Elektronen anregen und der kritische Bereich ist damit
begrenzt.Die Anhaltspunkte für übermässlge'Intensität,
Fläche und Dauer sind ähnlich denjenigen, die oben aufgeführt
wurden«,
., BADORIGINAt ■' - - 27 ~
SämtliGhe bisher beschriebenen Techniken können miteinander
oder mit dem direkten elektrischen Feld oder der Impfmethode des älteren Vorschlages kombiniert werden, um
damit die Aktivierung zu erbringen. Die bisher genannten
Beschränkungen gelten weiter, insbesondere insofern, dass
die kombinierte Energie sinen Schvellwert überschreiten .und unter einem Maximum bleiben muss und dass grössere
Mengen aufgelösten Oxyds bevorzugt werden und mindestens 2,5 '.f Oxyd gelöst sein müssen»
Dann bestrahlt ein intensiver Lichtstrahl das geschmolzene Material, während die Elektroden elektrische Felder anlegen
und dazu die Energie aus dem Kondensator nehmen und diese zusammengefasste Wirkung ist oberhalb des Schwellwertes
und liegt unter dem Maximalwerte Bin in dieser Weise verwandter unterschwelliger Lichtstrahl kann das
Problem von ausreichend energiereichen und ausreichend gesteuerten Impulsen aus einer anderen Aktivierungsquelle vereinfachen, insbesondere wenn in dem stärker
begrenzten Bereich gearbeitet wird, der vorliegt, venn man von einem bestehenden Aktivierungsniveau nach oben
weitergeht, wie dies in dem älteren Vorschlag beschrieben wird.
Nachdem nun erfolgreiche Impulsformen gezeigt worden sind, wird nun in. Fig. 8 ein weg gezeigt, um die erfolgreiche
- 28 ^ 009f30/0341 BAD OFHGINAi
Stelle zu zeigen, an der der Impuls wieder gezündet werden
kann, "bevor das stabilisierte Niveau erreicht ist, von dem
man schwierig ansteigen kann. Unter der Annahme, dass die
niedrige Spannung konstant ist, wird der Strom in der ¥iederspannungsanode
für wenige Sekunden ansteigen und dann möglicherweise zu fallen oeginnen, wie dies gezeigt wird,,
Falls der Strom nicfit ansteigt, war der Impuls vollständig /
unwirksam gewesen und muss erneut geformt werden» Der in iig© 8 gezeigte Abfall findet -statt seihst wenn der Impuls
am Ende, erfolgreich ist und selbst wenn eine Folge von gleichen
Impulsen in den folgenden 15 Minuten ein gutes Akti-Vierungsniveau
ergibt. Der In Figo 8 gezeigte Punkt A ist
der ideale Zeitpunkt zum Zünden des nächsten Impulses0 Vor ■
lirreichen des Punktes A können zusätzliche Impulse gezündet
werden. In diesem Fall sind sie weniger Wirkungsvolle Falls
der zusätzliche Impuls nicnt an irgendeinem Punkt des Anstieges gezündet wird,.-. wird seine Chance, dass er wirkungsvoll
ist,, herabgesetzt. Jeder Impuls kann damit einzeln
ausgelöscht werden, ohne dass er irgendeinen dauerhaften Effekt erzeugt oder ohne dass er einen Effekt erzeugt, der
grosser ist als was sich bei Verwendung eines einzigen
solchen Impulses ergeben würde;» Falls die Impulse zu schnell nacheinander gezündet werden, kann der JConzentrationsgradient
zerstört werden und die Impulsfolge ist dann noch weniger wert als ein einziger von Ihnen« Die Konsequenz wäre ähnlich
wie bei einem äusssrst langem Impuls0 Es 1st deshalb ratsam,
aufeinanderfolgende Impulse irgendwo auf dem ansteigenden Ast
V BAD ORIGINAL ■ - 29 -■
zu zünden, vorzugsweise gerade vor dein Abfall am Punkt Ae
'!leim Versuche mit einer kleinen Zündanode gemacht x^erden,
das heisst mit etwa 0,15 Quadrat-Zoll, und einer, entsprechend
kleinen Kondensator 122, wird der Punkt A in etwa einfünftel Sekunde erreicht <
> Bei einer Zündanodenfl-äche von 1ö Quadrat-Zoll
hat man gefunden, dass der Punkt A in etwa 15 Sekunden
oder mehr erreicht wird» Auf jeden i?all ist es zufriedenstellend,
innerhalb von 15 Sekunden erneut zu zünden« hit diesen Richtlinien
Kann jeder 3etrieb erfindungsgenriss in.ieraalb einer
annehmbaren Zeitspanne in Betrieb gesetzt werden» Die .Beobachtung
von Fig» 8 erfolgt aus dem Passieren der jjachoarschaft
des ursprünglichen Gradienten durch die Beobachtende Anode» Sie läuft mit Schallgeschwindigkeit» Man beooacntet damit
den Vorgang, der den Aufbau der Kette auslösen ,-ird« jJer tatsächliche
Aufbau des Atttivierungsniveaus kann far'einige
Sekunden bis Minuten nicht beobacntet werden«
Unter bestimmten Kombinationen von Geometrie und Parametern wird die Kurve von ü'i^« ö um die Abszisse gedrent. Die gleichen
Überlegungen gelten fllr die umgedrehte Kurve, aber eine
nach oben gerichtete Karve wird vorgezogen. Auch oei einer
umgeklappten Kurve wurde eine hohe Amplitude gegenüber einer niedrigen Amplitude vorgewogen. Die akkustiscnen Bedingungen
können durch Vjraad^rri der ü-eometrie oder die Kombination von.
Kapazität und Spaauun ; der Impulstiuelle geändert werdetij
so dass ein \ferdünnungs zus tand und damit eine ümkenrung der
- 3o ·«
Kurve aas Figo 8 nicht, stattfindet
Es bestellt ein offensichtlicher Sättigungspunkt, der von
dem obersten Aktivierungsniveau erreicht wird, über den
hinaus -weitere Impulse, die der Errichtung dieses Aktivierungsniveaus folgen, oder diesem, vorangehen, keine weitere
Aktivierung bewirken. Obwohl, kein zusätzlicher Kristall-,
effekt, erzeugt wird, tritt doch ein Mobilitätseffekt auf β
Während der vechsel von einem aufgebauten Niveau auf ein
höheres Niveau schwierig sein kann, besteht keine Schwierigkeit
beim Wiederaufbau eines Niveaus, das begonnen hat, zu verlöschen» weniger Impulse oder Impulse auf niedrigerem
Snergieniveau genügen im allgemeinen für diesen Zweck«
Falls die elektrolytiscne Zelle aus irgendeinem Grund abgeschaltet und dann wieder in Betrieb gesetzt wird, muss
der Effekt von Anfang an wieder aufgebaut werden, obwohl
eine Teilwirkung zurückgeblieben sein mag»
Bei der Auswirkung der in Fige 8 erläuterten Angaben kann
der Fall eintreten, dass diese augenblickliche Stromänderung negativ statt positiv ist. Obwohl Versuche diese Erscheinung
nicht erläutern, zeigen sie, dass die Aktivierung auch von solchen Impulsen ausgeht· Die gleichen Überlegungen . ■ ;
gelten für das Zünden von Punkt A auf der entsprechenden absteigenden Stromkurve· Diese Stromabsenkung hält nie lange, an».
- 31 BAD ÖFUGlNAl·
Unabhängig von der Anodengrösse eadet sie in etwa einer
Sekunde β Die Aktivierung kann von dort aus nacn aufwärts
vorgehen« Die Aktivierung kann fdr die ersten wenigen Minuten
sehr langsam sein und dann fdr die nächsten 15 Kinuten
rasch ansteigen Es wurde beobachtet, dass die Aktivierung
sehr schnell ansteigen kann, wobei sie in etwa drei Minuten beginnt und ihren Bndwert in fünf Minuten nahezu
erreicht« Obwohl die Versuche diese .Betriebsweise nicht erläutern, wird angenommen, dass sie mehr akkustiecner
Ifatur statt elektrischer ZTatur ist, da die Körper, die zur
Verstärkung des G-radienten dienen, in Bündeln durch die
Schmelze wandern, die bei Schallgeschwindigkeiten liegen» Wie in der Akkustik wird die 'Welle manchmal verstärkt und
manchmal angehoben»
Bei einer reflektierten Welle ist möglich, dass diese eine
Verdünnung bildet, die zeitweilig Ionen aus dem anidischen Feld herausziento Dies wurde von der Stärke der einfallenden
Schockfront und der 3-eometrie von und innerhalb der
Zelle abhängen» Man kann dies im allgemeinen durch Vermindern der 3-rösse des Speicherkondensators und durch Brhönen
von seiner Spannung neuen.. Auch eine übermässig
lange Welle oder übermassige Intensität Können bewirken, dass die reflektierte Welle mit dem Kopf auftrifft und zu
einer Zerstäubung führt, obwohl die Zeit-Spannungsgrenze für den di- - elektrischen Zusammenbruch noch nicht überschritten
worden isti
OOÖ63Q7Q38S
J3ei sämtlichen Verfahrensweisen, die hier und in dem älteren Vorschlag zum Aktivieren einer Schmelze beschrieben
worden, sind, giot es eine Kernbildungsperiodes der eine. Periode
folgt, während/ der sich die Aktivierung entwickelt»
Das .endgültige Atctivierungsniveau ist unabhängig von, der
J?läcne, üoerder si.cn aa^ '/erfahren abv/ickeIt4 Je grosser
die Fläche ist, aie von den diaei-cten oder indirekten
üilnwirKungen der hochenergetischen eleKtrischen Felder ■
angegriffen wird," sei es, dass diese fläche ein einzelnes
•j-eoiet oder eine Z aaajuiuene teilung von Grsbieten, ist, um
so Kürzer wird die Zeitspanne zviscnen der ivernbildung
una der Aütivierunge Bai einer Aktivierung auf hohem
Ifiveau ist die Dauer der Kette sehr viel grosser, als die
Zeitspanne zwiscnen. der Kern bildung' und dem Erreichen
der vollen oder nahezu volle α oder adäquaten Aktivierung,
so d as s . d i e s 3 Z s i t s ρ an n.e b si d s r Aus wahl der Ak t i vi e rungs ^
fläche far diese Aktivierung- auf hohem Niveau vernä.Gh«-»
lässigt '»/erden kann. Auf jeden j?äll müssen 'bei jeder'
i'läche die Saergieparameter inöerhalb der kritiechen
oder tttle3onanz"'~Zone liefen. Dieses Erfordernis setzt
aucn eine tiefere iirenze filr die B'läche, in der Kerne
#9bildet werdeα sollen»
BAD ORIGINAL
155873b
!jei siinsstaen der Aktivierung" wird aer Sx-IiIt a·. Ischen
dein äcnweliwert und der maximalen Aktivierung eingeengt,
iJies liegt an ei Dem Abfall in der äieleictriscnen Konstante
des Elektrolyten» Auf jeden Pali ist es er1.·, lins ent, den
dy alt za vergrössern und eine grössare ^vülertolerans
im Arbeitsbereich zuzulassen» jiine niedrigere dielektrische
Konstante erfordert mear Impulsenergie oiiae sirien entsprechenden
Anstieg in der maximal zulässigen Impulsenergie0
In dem älteren Vorschlag werden die Aktivierangsniveaus
und die Zusammenhänge einer Brhöaung eines bereits be
stehenden Aktivierungsniveaus DescnrieüenB Die folgende
Verbesserung kann so.vohl mit einer Lnpuisbilaang ^ur Erhöhung
des Aktivierungsniveaus als auch f'dr die ursprüngliche
Impulsbildung verwandt werden, Jeiaäss dieser Yerbesaerung
wird Material, welches eine none Dielektrizitätskonstante hat, welches sich in der Schmelze auflösen kann
und welches iceinen Niederschlag von Verunreinigungen in unerwünschten Mengen in dem herzustellenden Metall bewirkt,
der Schmelze zugesetzt. Diese anzusetzenden Stoffe
enthalten Bariumtitanat, Titanoxyd und bariumoxid· Im
allgemeinen kann urin dieses Material in >>-,ugen voa etwa
2 ι}°ΐί,'ίί dor \Soümelfje suwetzeru
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- 34
ORIGINAL
ORIGINAL
•ELEKTRODENFORM- UND-STELLIfNG
Weniger Aktivierungsenergie und damit eine geringere Anfälligkeit
in Bezug auf ein Überschreiten der Energiegrenzen liegt vor, wenn die Elektroden für das unmittelbare
Anliegen des elektrischen Feldes so geformt und angeord-*
net werden/ daß sie ungehindert einen gut verteilten Konzentration^radienten
aussenden,- d.h. eine kernförmige Ladung in die Schmelze.
Beispiel IV ·
Gemäß den Figuren 9 und 10 wird eine rechteckförmige Zelle
175 mit einer Oberfläche von 40 Quadrat-Zoll verwandt. An
einem Ende der Zelle gehen zwei vertikale isolierte Leiter 174 in die Schmelze 175 hinein. Zwischen den beiden Leitern
ist an Abstand von 25 mm. Jeder Leiter weist einen
Schenkel 176 auf, der unter einem rechten Winkel abgebogen^
25'mm lang und unisoliert ist. Die Schenkel 176 sind gebogen,
so daß der Abstand zwischen ihren Enden an der Wand der Zelle I73«12,5 mm beträgt. Auf diese Weise ist die Impedanz der Schleife a, b, 0, d^. die von den Schenkeln umschrieben wird, auf die Impedanz, bezogen, die die Schmelze
darstellt, so cö3 die Entladung zwischen den Schenkeln I76
über deren Länge stärker gleichförmig ist. Mit einer solchen
Gleichförmigkeit wird ein Übermaß an Energie an einigen Punkten vermieden, die sich zu dem zerstörenden Faktor hinzusetzt, ohne üaß dabei der Schweilwert des konstruktiven Faktors an anderen Funkten erreicht wird. Es kommt hinzu, daß
. - 35-
sich die Ent la dungszone in die Schmelze hineinöffnet,
ohne daß sie dabei durch die Schenkel gehindert wird.
Für das direkte Anlegen des elektrischen Feldes sind einzelne Elektroden, Paare von Elektroden und mehrere Elektroden
gezeigt worden, die von oben in die Schmelze eingesetzt werden. 3s ergeben sich Vorteile, wenn man. zwei Elektroden
für immer einsetzt, um die Aktivierungsenergie zuzuführen,
wie dies hier in Fig. 11 gezeigt wird. Isolierende oder schwach leitende Rohre werden durch die Wand der
Zelle durchgesteckt und zwar auf einer Höhe, die über dem höchsten Stand liegt, der von dem Schmelzmetall erreicht
wird, aber unter der niedrigsten Höhe der Kruste. Die Elektroden können aus einem Material wie Titanborid bestehen,
das der Einwirkung sowohl des Kryolith wie auch des geschmolzenen Aluminium wiedersteht.
Die Elektroden können horizontal verlaufen. Es empfiehlt
sich jedoch, die Rohre so in die Wand einzusetzen, daß sie etwas nach unten geneigt sind. Dadurch wird eine flüssigsfeste
Abdichtung Überflüssig. Schließlich kann man siehe Elektroden auch einfach herausnehmen, wobei die Durchgangsführung erhalten bleibt. Damit lassen sich Nickel oder andere
erwünschte Stoffe an den Abgabeflächen verwenden.
Es empfiehlt sich, die Zelle eine bestimmte Zeit zu betreiben,
000830/0386 BADORlGiNAL
bevor man die Aktivierung versucht. Es liegen nämlich
Verunreinigungen vor, die die Phononenbildung ernsthaft
stören können. Eine solche Verunreinigung ist Vanadium.
Unter der Einwirkung der Elektrolyse wird es bald aus der Schmelze herausgezogen. Vorzugsweise enthält das
hitzefeste harte Metall oder andere Zündelektroden nicht
mehr als etwa 10 Teile Vanadium auf eine Million.
Die Oberfläche der Zündelektrode (40, 4t in Fig. 2, 46 in
Fig* ~5, 148 in Fig. 6) spielt eine wichtige Rolle. Zur
Reinigung und Aufbereitung der Oberflächen wird vorzugsweise
eine niedrige Gleichspannung für wenige Minuten durch die Zündelektroden durchgeleitet. Um die Zeitspanne zwischen
der Oberflächenaufbereitung und der Ankunft des Impulses abzukürzen, kann die niedrige Spannung während der mäßigen
hoch energetischen Zündung angestellt bleiben.
Beim Einsetzen der Zündelektroden oder Zündelektrodenpaare
durch die Wand der Zelle werden Rohre aus schwach leitendem Material in die Wand eingekittet und die Zündleiter werden
durch die Rohre durchgeführt. Die Impulsquelle wird an die
leitenden Elektroden angeschlossen, entweder wie es erforderlich
ist oder die Verbindungen werden fest angeschlossen und die Leiter werden eingesteckt* Falls die Rohre waagerecht
verlaufen, muß eine Art Dichtung verwandt werden. Es
empfiehlt sich, die Rohre unter einen Winkel einzusetzen,
■wie dies PigV 1 zeigt. Damit wird das schwierige Einsetzen
der Packung in die heiße, korrodierende Schmelze vermieden.
BAD OBlGiHAt _.
Der Vorteil der Verwendung der Hilfszündelektroden in dieser Weise liegt darin, daß es nicht notwendig ist,
in die Kruste ein Loch hereinzubohren, zum Einsetzen, zur Inspektion oder zum Polieren der Zündflächen. Ein
weiterer Vorteil liegt darin, daß sich der Pegel oberhalb der geschmolzenen Oberflächen des niedergeschlagenen
Metalls einfacher überprüfen läßt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Höhe der Metall- und der Krustenoberfläche
nicht konstant ist.
Bei dieser Verbesserung ist es besonders zweckmäßig, die
Hilfszündelektroden so einzubauen, daß sie nicht im Weg liegen, so daß sie für längere Zeit an ihrer Stelle belassen
werden können und daß sie leicht an die entsprechenden Klemmen eines ortsfesten oder beweglichen Impulsgenerators
angeschlossen ve*den können. Für diesen Zwe"ck empfiehlt es sich, Leiter zu verwenden, die für längere Zeit mit
dem korrodierenden Bad, das Kryolith, Aluminiumoxyd und Aluminium enthält, in Kontakt stehen können. Die Fähigkeit
von hitzefesten, harten Metallen, insbesondere Titandiborid
und Zirkondiborid, einem solchen Kontakt zu widerstehen, ist bekannt. Als Niederspannungsanoden würden Elektroden
aus diesem Material zu teuer sein und der Stromwirkungsgrad
würde leiden. Für den Aktivierungsprozess s.irv.1 sie jedoch schon mit Erfolg als Hochspannungs-Hilfsanodon.
verwandt worden. Die anodische Abnutzung ist sehr gering.
Fig. 1I zeigt eine Zelle 181 mit einer Metallplatte 1M2, mit
einum Bad 197 und einer Niederspannungs-Rlektrolysieranodt>
i Die Metallplatte 182 und die Anode I8j5 sind an die negative
BAD ORiGlNAL _ ^
009810/0385
bzw. positive Klemme einer Niederspannungsquelle 196 an- '
geschlossen. In die Zellwand 184 sind ein oder mehrere geneigte Rohre 198 von niedriger Leitfähigkeit eingesetzt,
eingekittet oder abgedichtet, oder ähnliche horizontale
Rohre 1981 und diese bestehen aus einem beständigem keramischen
Werkstoff ,. wie z.B. gekittetem Siliciumcarbid oder ,Bornitrit.. Hilfselektroden I85-bzw. 188-sind in diese Rohre
eingesetzt. Die vorstehenden Abschnitte 200, die in das
Bad 197 hineinstehen, bilden die Zündflächen und sind mit
Bezug auf die Spaltlänge gegenüber der angepaßten Zündfläche
angeordnet. Zusätzlich sind die Abschnitte 200 so angeordnet, daß sie den maximal verfügbaren freien Raum in
Bezug auf die Wand 184 und die normale Anode I83 frei lassen.
Wenn eine der regulären Elektroden 181, I8j5 als ZündeLektorde
verwandt wird, wird die Elektrode I85 oder I8.8 allein so
angeordnet, zuerst in Bezug auf den Spalt und zweitens so, daß, die Strömung des Erregungsgradienten nur minimal behindert
wird. Die Hilfszündelektroden I85, I88 und ihre abgestimmten
Elektroden 1 ö5', I88' oder I8I oder I8j5 sind vorzugsweise
mit Verbindungskupplungen 199i 199.' zum Anschluß
an den Impulsgenerator versehen.
Pig. 12 zeigt die seitliche und vertikale Anordnung von zwei
liilf.szündelektroden. 185 und 185.S die in elektrisch isolierenden
Rohren .188 und 188' angeordnet sind. Die Rohre 188 und 188f
bestehen aus gekitteten Siliciumcarbidverbindungen, obwohl
sie' auch schwach leitend sind.
,Fails es erwünscht ist, eine einzige Hilfselektrode und eine
BADORlGiMt -39-
von den regulären Elektroden 182 oder I8j5 zu verwenden,
um ein vollständiges Paar zu erhalten, kann die Elektrode 185 nach unten und nach innen gestoßen werden, um mit
der Platte Ϊ82 oder der Bektrode I8j5 den gewünschten Spalt
zu bilden. Die Höhe der Hilfselektrode 188 liegt fest. Sie läßt sich aber nach innen schieben, um mit der Elektrode
183 ein Paar zu bilden. Die Verwendung einer großen
Oberfläche als die zugehörige Oberfläche der Elektrode I83
oder der Elektrode 182 bildet eine Kombination von dichter
Impulsenergie an einem Teil des Paares und gestreuter Impulsenergie an dem anderen Teil des Paares. Die Verwendung
eines solchen Paares aus den Elektroden I85 und 185! ermöglicht
eine größere Energiekonzentration an den beiden zusammenwirkenden Flächen. Es hat sich gezeigt, daß beide
Anordnungen gute Ergebnisse liefern. Wie bereits vorgeschlagen wurde, kann das reguläre Elektrodenpaar auch ohne jegliche
Hilfselektrode verwandt werden.
Kryolith-Aluminiumoxyd läßt .sich in der Kälte sowohl durch
Strahlung wie auch durch mechanische Einwirkung, zum Beispiel Mahlen, aktivieren. Hier gibt es keinen Schwellwert oder
Maximum. Ein kaltes Aktivierungsmittel läßt sich auch durch rasches Abkühlen einer Schmelze insbesonder zwischen den
Transformationspunkten oder zwischen dem Schmelzpunkt und
etwa 600°C erzeugen. Dieser Teil der Abkühlung sollte in der Größenordnung von weniger als etwa 5 Minuten abgeschlossen sein. Es empfiehlt sich, daß die Abkühlung vom
- 40 BAD lG^AL
Schmelzpunkt bis auf Raumtemperatur in diesem Zeitraum
beendet wird* Dies läßt sich durch Gießen oder durch Be-■'arbeiten
mit dünnen Schichten bewirken. Es ist noch besser,
dies mit einer Schmelze zu tun, die sich in der Aktivierung
befindet. Auf jeden Fall entsprechen auch mechanische Beanspruchungen der Kristalle elektrischen Feldern, gleichgültig ob diese"Beanspruchungen mechanisch, thermisch oder
elektrisch hervorgerufen werden, oder durch Impfen mit
eiiiem Aktivierungsmittel, oder durch eine kombination dieser
Mittel.
Kaltes Aktivierungsmittel,' das durch Abkühlung einer aktivierten
Schmelze erzeugt worden ist, ist tatsächlich schon als Impfstoff verwandt worden mit dem Ergebnis, daß sich
der Strom bei gleicher Spannung verdoppelte. Der Impfzusatz.
zur Schmelze lag bei etwa 5$ des gesamten Inhaltes der Zelle.
In dem ursprünglichen heißen, d.h. geschmolzenen aktivierten
Zustand führte der Elektrolyt einen Strom, der das jJOfache
des Normalwertes betraf für eine Spannung von 4,9 Volt gemessen
zwischen einer Anzapfung in der Anode und der Kathodenklemme.
-
Das kalte Äktivierungsmittel muß so gehandhabt werden, daß
es bei der Erhitzung nicht übermäßig abgeschwächt wird. Bei Verwendung des kalten Aktivierungsmaterials als Impf- Aktivierungsmittel läßt sich eine übermäßige Schwächung dadurch ver-<
meiden* indem man es in einer ^eIIe schnell hin- und herschüttelt, die heiß genug ist, und einen ausreichenden Hitzevorrat
enthält, so daß das Aktivierungsmaterial sehr schnell in den
Schmelzzustand überführt wird. Weiter ist zulässig, das kalte Aktivierungsmittel bis auf nahezu seinen ersten
Transformationspunkt aufzuheizen oder auf etwa 60O0Cj,
vein es sich um Kryolith-Aluminiumoxyd handelt. Das kalte
aktivierte Material braucht nicht unbedingt als Aktivierungs-Impfstoff verwand werden,, sondern kann auch die
Schmelze selbst bilden. Es muß so schnell erhitzt werden, daß es noch nicht vollständig abgeschwächt ist, bevor das
Schmelzen abgeschlossen ist.
Eins der besondeHi Merkmale der Erfindung liegt darin, daß
es möglich ist, den Aktivierungseffekt entweder während der Kernbildungsperiode zu verbessern, d.h. durch die zeitliche
Impulsbildung, oder in Ausdrücken der sich anschließenden
Steigerung des Aktivierungsniveaus. Jedes der indirekten oder direkten Verfahren des Anlegens eines aktivierenden
elektrischen Feldes, wie es hier oder in dem älteren Vorschlag beschrieben wird, oder irgendeine Kombination
aus diesen Verfahren läßt sich verwenden, um das Aktivierungsniveau zu verbessern, das aus .dem Verfahren der Verwendung
von heißem oder kaltem Aktivierungsmittel resultiert. Weiter läßt sich die Aktivierung beibehalten oder erneut beginnen
mit irgendeinem dieser Verfahren oder mit einer Kombination
aus diesen Verfahren, vorausgesetzt nur, daß die SchweJLwertparameter
beachtet und die Maxima nicht überschritten worden.
Abgesehen von der Erkennung und der Vermeidung einer Ab*
Schwächung des Aktivierungsmittels ist es auf jeden Fall erforderlich,
die Aktivierungsfeldeffekte mit kurzer Anstiegszeit
vorzunehmen.
BAD
0*01*0/0396
NEUTRONENSTRAHLUNG
Kaltes aktiviertes Elektrolytmaterial läßt sich durch
Bestrahlung der geschmolzenen Oberfläche des Elektrolyten herstellen, wozu mindestens 0,1$ seiner Oberfläche
mit etwa 3 χ 10 n/Quadrat-Zoll bedeckt werden. Dieses Verfahren ist besonders bei der Herstellung von kaltem, aktiviertem Elektrolyt, der nicht mehr als ~5% gelöstes
Aluminiumoxyd enthält, anwendbar. ·
Bestrahlung der geschmolzenen Oberfläche des Elektrolyten herstellen, wozu mindestens 0,1$ seiner Oberfläche
mit etwa 3 χ 10 n/Quadrat-Zoll bedeckt werden. Dieses Verfahren ist besonders bei der Herstellung von kaltem, aktiviertem Elektrolyt, der nicht mehr als ~5% gelöstes
Aluminiumoxyd enthält, anwendbar. ·
GAMMASTRAHLUNG ■
kaltes aktiviertes Material läßt sich auch durch Verwendung einer Kobaltquelle zum Bestrahlen des Materials mit
etwa 5 χ \(ßR herstellen. Dieses Verfahren wird bevorzugt
zum Aktivieren, von kaltem Aktvierungsmittel verwandt,
wie es unter "Neutronenstrahlung" angegeben wurde. Auch Röntgenstrahlen lassen sich zur Herstellung von kaltem aktiviertem
Material verwenden.,
Patentansprüche:
BAD ORIGINAL
'-■"■■■ ' ■ - H , -
Claims (1)
- Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstraße 31Anlage Aktenzeichenzur Eingabe vom ^. April 1907 Sch. Name 6.Anm. JSAAC MENDEL DILLER50 Park AvenueNEW YORK, N.Y./U.S.A.Patent ansprüche1. Verfahren zum Aktivieren eines geschmolzenen Salzes zum Erhöhen der Ausbeute an Metall pro Kilowattstunde für eine gegebene Produktionsgeschwindigkeit etier elektrolytischen Zelle für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse, wenn das aktivierte geschmolzene Salz als Schmelze in der Zelle elektrolysiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kristallgefüge des .geschmolzenen Salzes Beanspruchungen ausgesetzt wird, die oberhalb eines Schwell Wertbeanspruchungsniveaus liegen, oberhalb dessen das geschmolzene Salz aktiviert wird.2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Salz einer Strahlungsenergie ausgesetzt wird, die ausreicht, um in dem geschmolzenen Salz Beanspruchungen hervorzurufen, die das geschmolzene Salz bis über das Schwellwertbeanspruchungsniveau herüberbringen, oberhalb dessen das geschmolzene Salz aktiviert wird.5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Salz Strahlungsenergie in Impulsform ausgesetzt wird.4. - Verfahren nach Anspruch 1 - 3/ dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie in Form eines Teilbereiches aus dem elektromagnetischen Spektrum angelegt wird/ der im wesentlichen dem Spektrum von Licht entspricht. · .5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Lichtstrahlung in der Größenordnung von etwa 5 MW pro Quadrat-Zoll bestrahlter Fläche liegt. ■ * . '..'-.6. Verfahren nach Anspruch j5 - 5* dadurch gekennzeichnet, daß in der größten Bildung über dem geschmolzenen Salz in der elektrolytischen Zelle eine Öffnung geschaffen wird und Strahlungseriergie in die Öffnung hineingeleitet wird, um die Strahlungsenergie an die Oberfläche des ge-' schmolzenen Salzes anzulegen.7. Verfahren nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlungsenergie mit einer Gasentladungslampe erzeugt wird.8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich/-net, daß die Strahlungsenergie mit einem optischen Maser erzeugt wird. ,,-9. Verfahren nach Anspruch 2t dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie mit einer Laservorrichtung er·zeugt wird* ' .- 45 BAD ORIGINAL ■.-■ ■ ■ < ÖÖlllÖ/Q3fri.10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie mit Hilfe einer Quelle für Neutronenstrahlung erzeugt wird.11'. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie durch Gammastrahlung gewonnen wird.12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie Röntgenstrahlung ist.1p· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Zündelektrode eine endliche Folge von mindestens einem Impuls mit hoher Energie aus einem kapazitivem Sk-peicher an die Schmelze angelegt wird, der Impuls eine Spitzenspannung in einem Bereich hat, der sich von einer Spitzenspannung erstreckt, die mindestens der Minimumspannung gleich ist, die zum Erzeugen eines Anstieges der Leitfähigkeit der Zelle erforderlich ist, die mindestens teilweise nach dem Anliegen des Impulses einer Spitzen spannung widersteht, die unter der Minimumspannung liegt, die zum Erzeugen des dielektrischen Zusammenbruchs der Schmelze erforderlich ist, die Impulse dteer Folge eine hohe Wiederholungsfrequenz in einem Bereich haben, der zwischen einer Wiederholungsfrequenz liegt, die ausreicht, damit folgende Impulse vorhergehende Impulse verbessern, und einer Wiederholungsfrequenz, bei der mindestens ein teilweises Ausbrennen der Aktivierung der Schmelze erzeugt wird, und die Wiederholungsfrequenz nach Maßgabe der Reduzierung der JAiilohi.· der Zündelektrode und der Kapazität des kapazitiven ;jpt;le;"UH\5008836/038S 6AD or,g,nal "'"'auf eine hohe Geschwindigkeit eingeregelt wird..14 ο Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Impulse der endlichen Folge aus mindestens einem Impuls eine hohe Wiederholungsfrequenz;» in der Größenordnung von etwa 1000 Impulsen pro Sekunde und eine Anstiegszeit in der Größenordnung von weniger als 1 Mikrosekunde haben. ·15· Verfahren nach Anspruch 15 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des ersten Viertelzyklus . des Impulses bei etwa einem Zehntel seiner normalen Dauer beendet wird, um zu vermeiden, daß irgendeine übermäßige Ladung aus dem kapazitiven Speicher die Aktivierung zerstört. ■■-.-"16. Verfahren nach Anspruch 1^ - 15* dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Zündelektrode eine endliche Serie mit mindestens einem Impuls mit hoher Energie an die Schmelze angelegt wird, der °Impuls eine Spitzenspannung in einem Bereich hat, der sich von einer Spitzenspannung erstreckt, die mindestens "der Minimumspannung gleich ist, die zum Erzeugen eines Anstieges in der Leitfähigkeit der Zelle erforderlich ist, und die Dauer Jedes Impulses -begrenzt wird, damit äußerst hohe Spitzenspannungen ohne Zerstörung der Aktivierung angelegt werden können.τγ, Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Dauer'jedes Impulses, die. -Dauer auf die. Größenordnuiif, von etwa 10 Nanosekunden begrenzt« ■/BAD ORIGINAL 0 6 S I % 0 i 0.3 S § '■-■""'' ^]-.' -^T-18. Verfahren nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Dauer des Impulses ermöglicht, daß die Spitzenspannung eines angelegten Impulses in der Größenordnung von etwa 50 000 Volt19. Verfahren nach Anspruch 1j5 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt mit elektromagnetischen Kräften in Impulsform von ausreichender Intensität und Menge bearbeitet wird, um den .Schwellwert zu erreichen, der für die Aktivierung erforderlich ist, aber in der Gesamt-, impulsenergie nicht so hoch liegt, um die Aktivierung wesentlich herabzusetzen.20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Salz mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt wird, die ausreichen, um das geschmolzene Salz bis. über das Schwellwertbeanspruchungsniveau herüberzubringen, oberhalb dessen das geschmolzene Salz aktiviert wird.21. Verfahren nach Anspruch 1 - 20, dadurch gekennzeichnet, daß während der Elektrolyse überflüssige Wärmeenergie von dem geschmolzenen Salz abgezogen wird, wodurch nutzbare Wärmeenergie zur Vergügung gestellt wird.22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeioh- , net, daß die abgenommene Wärmeenergie mindestens teilweise zur Erzeugung von elektrolysierender Energie für die Zelle verwand; wird. ' ■- 48 6AD ORiGlNAL-; 23. Verfahren nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnetj daß Wärmeenergie von einem Leiter der elektrolysierenden Energie abgenommen wird.24. " "x Verfahren nach Anspruch 21 - 2^, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Schmelze durch Regeln der Abnahme der überflüssigen Wärmeenergie auf einem be- . stimmten Wert gehalten wird.25. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nadi Anspruch 21 mit Mitteln zum Aktivieren der Schmelze auf ein hohes Niveau, mit Mitteln zum Betreiben der Elektrolyse mit hoher Geschwindigkeit, mit Mitteln zum Abziehen von über- ' flüssiger Wärmeenergie aus der Schmelze während der Elektrolyse, wodurch nutzbare Wärmeenergie zur Verfügung gestellt wird«26. Vorrichtung nach Anspruch 25* gekennzeichnet durch Mittel zum Verwenden der abgenommenen Wärmeenergie· mindestens teilweise zum Erzeugen der elektrolysierenden Energie für die Zelle.27. Vorrichtung nach Asapruch 25, 26, gekennzeichnet durch Mittel zum Abnehmen von Wärmeenergie von einem Leiter fürdie elektrolygierende Energie."2.8*. Vorrichtung nach Anspruch 25 - 27* gekennzeichnet durch Mittel, um die Temperatur der Schmelze durch Regeln, der Abnahme der Überschüssigen, Wärmeenergie auf einem bestimmten Wer/t zu halten» .BADORJGINAt 8&I$&Q/i3$f29. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch ]3, gekennzeichnet durch Mittel, um die Schmelze einer Strahlungsenergie auszusetzen, die an der Schmelze genügend Energie hat, um in dieser eine Aktivierung zu bewirken.50. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sich die angelegte Strahlungsenergie in dem Teilbereich des elektromagnetischen Spektrums befindet, der im wesentlichen dem Spektrum von Licht entspricht.31. Vorrichtung nach Anspruch 29 und j50, dadurchgekennzeichnet, daß eine Gasentladungslampe verv&dt wird, um die Schmelze einer Strahlungsenergie auszusetzen.52. Vorrichtung nach Anspruch 29 und j5Q, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Maser verwandt wird.33. ' Aktivierte Kryolith-Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß sie dadurch hergestellt wird, daß das Kryolith-Aluminiumoxydgemäß dem Verfahren nach Anspruch 1-24 einer Beanspruchung ausgesetzt wird.Aktivierte Kryolith-Mischung nach Anspruch 33* dadurch gekennzeichnet, daß die Beanspruchungskraft durch Strahlung erzeugt wird.55. Aktivierte Kryolith-Mischung nach Anspruch 23* dadurch gekennzeichnet, daß die Beanspruchungskraft durch mechanischen Bruch des Materials erzeugt wird.- r50 -0 0 § 6 3 Ö / 0 $ Ä S BAD OFIlGlHAt3β. Geschmolzener Elektrolyt *ur Verwendung in einer Hall-Zelle bei dem Verfahren nach Anspruch 1-24 zum Erhöhen der dielektrischen Konstante des Elektrolyten, dadsurch gekennzeichnet, daß der geschmolzene Elektrolyt Bariumoxyd, Bariumtitanat oder Titanoxyd ist.37· . Ziindelektrodenkonstruktion zum Anlegen von Impulsen mit hoher Energie an ein-geschmolzenes Salz, um das geschmolzene Salz gemäß dem Verfahren nach Anspruch I3-19 zu. aktivieren, gekennzeichnet durch zwei Elektroden, die in die Schmelze eingesetzt werden können, jede Elektrode einen isolierten Leitungsabschnitt aufweist, der sich vertikal in die Schmelze hineinerstreckt, und einen Schenkel, der unter einem Winkel von dem Leitungsabschnitt ausgeht und sich in Richtung auf eine vertikale Wand der Zelle erstreckt, die Schenkel der Elektroden aufeinander konvergieren, so daß der kleinste Abstand der Elektroden zwischen deren freien Enden vorhanden ist, so daß die Entladung der Impulse an diesen Schenkeln stattfinden kann.BAD ORIGINAL " .. 51 :.
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