Gleichrichter mit schmelzflüssigem Elektrolyten. Es sind elektrolytische Gleichrichter mit schmelzflüssigem Elektrolyten bekannt, und zwar hauptsächlich für die Gleichrichtung hoher Stromstärken bei niedrigen Spannun gen. Bei jedesmaliger Inbetriebnahme der artiger Gleichrichter muss der Elektrolyt zwi schen den Elektroden mindestens teilweise geschmolzen werden, um einen Stromfluss von einer Elektrode zur andern zu ermöglichen.
Bisher erfolgte dies hauptsächlich durch Aussenbeheizung des Gefässes, welches die Elektroden und den Elektrolyten enthält; hierbei wurde Gasheizung oder elektrische Heizung angewandt. )X'ohl wurde vereinzelt auch eine elektrische Innenbeheizung des Elektrolytgefässes vorgeschlagen, wobei je doch bei der Anordnung des Innenheizkör- pers auf die Lage der Elektroden keine Rücksicht genommen wurde, so dass vor Be ginn des Gleichrichterbetriebes die gesamte Elektrolytmenge geschmolzen werden musste.
Diese bekannten Verfahren sind nachteilig, weil verhältnismässig grosse Elektrolytmen- gen geschmolzen werden müssen, bevor das Elektrolytventil unter Strom gesetzt werden kann, so dass das, Anheizen einen erheblichen Energieverbrauch und erheblichen Zeitauf wand erfordert.
Die an sich bekannten, im Innern des Elektrolytgefässes befindlichen elektrischen Wärmequellen werden erfindungsgemäss in bezug auf die Elektroden derart angeordnet, dass zunächst die zwischen den Elektroden befindliche Elektrolytmenge geschmolzen wird. Die Aufschmelzung der restlichen Elektrolytmenge kann mit Vorteil durch die Verlustwärme des Gleichrichters während des Betriebes erfolgen.
Die elektrischen Wärmequellen können besondere elektrische Heizkörper sein, welche direkt im Elektrolyten liegen oder gegen den Zutritt des Elektrolyten geschützt sind; es ist aber auch möglich, einen entsprechenden Anheizstrom durch bestimmte Elektroden oder Teile von Elektroden hindureb.zuschicl@en, so dass die in diesen Elektroden entwickelte Stromwärme das Aufschmelzen des Elektro lyten bewirkt und besondere Heizkörper ent behrlich sind.
In den Gleichrichtern mit schmelzflüssi gem Elektrolyten wurde bisher Kali- oder Natronsalpeter als Elektrolyt verwendet. (Schmelztemperatur 31-0 bis 340 Grad C). Die Elektroden sind bekannterweise aus Ei sen und Aluminium bezw. Wolfram oder Tantal.
Der Spannungsabfall beträgt zirka 3 bis 5 Volt in der stromdurchlässigen Richtung; bei einer Stromstärke von beispielsweise 1000 Amp. beträgt also der Verlust im Elek- trolytventil 3 bis 5 kw. Soll die Verlust wärme ohne Überhitzung des Elektrolyten abgeführt werden können, so ist die bekannte Wärmeisolation des Gefässes unzulässig und ,es muss im Gegenteil darauf gesehen werden, dass die wärmeabgebende Oberfläche des Ge fässes nicht zu klein ist.
Verwendet man als Elektrolyt ein Salz mit niedrigem Schmelzpunkt wie Aluminium chlorid, galziumchlorid, Natriumphosphat, Zinkchlorid bezw. ein Salzgemisch mit nie drigem Schmelzpunkt, so kann die Betriebs temperatur unter 300 Grad herabgesetzt wer den und damit verringern sich auch ohne Wärmeisolierung des Gefässes die Leerlauf verluste.
Die hier in Betracht kommenden Elektro lyten sind im festen Aggregatzustands fast durchwegs schlechte Elektrizitätsleitc-r und schlechte Wärmeleiter, hingegen im flüssigen Aggregatzustande gute Elektrizitätsleiter und gute Wärmeleiter. Der bessere Wärme durchgang im flüssigen Aggregatzustande kommt zum Teil auch dadurch zustande, dass in den Flüssigkeiten ein Wärmetransport durch Konvektion eintritt.
Die in den elektrischen Heizkörpern bezw. in den zur Anheizung herangezogenen Elek troden in Wärme umgesetzte Leistung ist entweder von vornherein so klein, oder wird nach einer gewissen Anheizzeit derart herab- gesetzt, dass die entwickelte Wärmemenge von dem umgebenden, nicht geschmolzenen Salz durch Wärmeleitung abgeführt wird. Es ist also ein Zustand erreicht, der stationär bleibt, solange der Gleichrichter unbelastet ist. Wird der Gleichrichter belastet, so tritt zu der von der elektrischen Heizung ent wickelten Wärmemenge die Verlustmenge hinzu, die sich aus dem Spannungsabfall und dem Durchgangsstrom ergibt.
Es bilden sich bei stufenweiser Steigerung der Belastunr- immer neue Gleichgewichtszustände aus, wo bei die geschmolzene Elektrolytmenge immer grösser und die wärmeisolierende Schicht aus nicht geschmolzenem Salz immer dünner wird. bis bei -einer bestimmten Belastung die ganze Elektrolytmenge geschmolzen ist.
Es tritt also bei der beschriebenen Anordnung der elektrischen Heizkörper in unmittelbarer Nähe der Elektroden bezw. bei der Vz-rwen- dung der Elektroden als Heizkörper und bei Bemessung der Heizleistung derart, dass nur ein Teil der Elektrolytmenge durch Fremd heizung geschmolzen wird, worauf die durch die elektrische Heizung entwickelte Wärme menge von dem umgebenden, nicht geschmol zenem Salz durch Wärmeleitung abgeführt wird, eine selbsttätige Anpassung der Ver- hältnisse hinsichtlich Wärmeableitung an die entwickelte Wärmemenge ein,
so sowohl einen guten Wirkungsgrad bei Teillasten, als auch eine anstandslose Abfuhr der Verlust wärme bei Vollast ermöglicht. Die Ober flächentemperatur des Gefässes ist bei dieser Bauart veränderlich. Sie ist am niedrigsten im Leerlauf, wenn bloss die Elektrolytmenge um .die Elektroden geschmolzen ist und die dicke Schicht ungeschmolzenen Salz.-,s ein wesentliches Temperaturgefälle verbraucht. Sie. soll ihren Höchstwert erreichen, wenn die ganze Elektrolytmenge geschmolzen ist.
Bei diesem Höchstwert der Oberflächentemp.ra- tur ist die Abfuhr der bei Vollast auftreten den Verluste möglich, wenn die Gefässober fläche richtig gemessen ist. Eine sehr er wünschte Wirkung dieser Anordnung ist die Schonung des Gefässes durch möglichst ni!- drige Erhitzung.
Eine weitere Ausführung .der Erfindung weist eine Schaltanordnung für .die Reizkör per von Gleichrichtern mit schmelzflüssigem Elektrolyten auf, die es ermöglicht, ohne das für diese Heizkörper bereits bekannte Um schaltrelais und ohne Kontaktthermometer auszukommen und trotzdem für das rasche Anheizen eine grosse Heizleistung und für den Betrieb eine mit Rücksicht auf den Wir kungsgrad erwünschte niedrige Heizleistung zu erzielen. Zu diesem Zwecke werden die beiden Enden eines Heizwiderstandes an die Elektroden des betreffenden Ventils ange schlossen. Solange das Salz zwischen den Elektroden nicht geschmolzen ist, ist es nicht leitend.
Es fliesst daher durch den Elektro lyten kein Strom und an dem zu den Elek troden parallel geschalteten Heizwiderstand liegt die vom Transformator gelieferte Wech- selspannung, die der zu erzeugenden Gleich spannung entspricht. Es fliesst daher -durch den Heizwiderstand ein Wechselstrom. Sowie durch die Wärmeentwicklung des Heizwider standes der Elektrolyte zwischen den Elek troden geschmolzen ist, wird er gut. leitend und die Spannung zwischen den Elektroden -eht während der Stromführungszeit auf den Spannungsabfall von 3 bis 5 Volt zurück und ist während der Sperrzeit in der frühe ren Grösse verbunden.
Es ist daher der Ef fektivwert der Spannung am Heizwiderstand und damit auch die Heizleistung im Gleich richterbetrieb wesentlich herabgesetzt. Der zu den Elektroden parallel geschaltete Heiz- widerstand wirkt ferner a1;5 Uberspannungs- sehutz und verhindert einen Durchschlag der Oxydhaut auf den Anoden, welche der Sitz der Ventilwirkung ist, bei plötzlichen Span- 1iitn\;
,serhöhungen, die infolge d r Ind.uktivi- tät der Transformatorenwicklungen und d,--r unter Umständen verwendeten Drosselspuien bei raschen Stromänderungen auftri--tcn.
Bei der beschriebenen Bauart von Cl2ich- riehtern mit schmelzflüssigem Elektrolyten ist nicht nur jene Elektrolytmenge vorhan den, die sich zwischen den Elektroden befin det und die für die Stromführung unbedingt benötigt wird, sondern noch eine Schutz- Schicht' aus dem gleichen Salz oder Salz gemisch, welches sich auch zwischen den Elektroden befindet. Diese Schutzschicht um gibt die Elektroden und den Heizkörper all seitig. Ihre thermische Wirkung, die darin besteht, dass sie bei niedrigen Belastungen fest bleibt und wärmeisolierend wirkt, hin gegen bei hohen Belastungen schmilzt und eine gute Wärmeableitung vermittelt, wurde im vorstehenden bereits auseinandergesetzt.
Die durch die Schutzschicht vergrösserte Elektrolytmenge wirkt auch insoferne gün stig, als der Elektrolyt erst nach längerer Betriebszeit in so starkem Masse durch das Auflösen von Metalloxyden, die von den Elektroden stammen, verunreinigt wird, da,ss die Wirkungsweise :des Gleichrichters dar unter leidet.
Wird ein elektrolytischer Gleichrichter der beschriebenen Bauart nach vorheriger länger dauernder Vollast, wenn bereits, die ganze Elektrolytmenge geschmolzen ist, über lastet, so verdampft ein Teil des Elektro lyten. Für die Kondensation der so gebilde ten Dämpfe können entsprechende Kühlober flächen über dem Flüssigkeitsspiegel des ge schmolzenen Elektrolyten vorgesehen wer den, das heisst das Gefäss soll so hoch sain, dass es nur teilweise mit dem Elektrolyten gefüllt ist, obwohl der Elektrolyt auch nach oben hin eine Schutzschicht über den Elek troden bildet.
Die Höhe des über dem Flüs sigkeitsspiegel vorgesehenen Kondensations raumes soll zweckmässigerweise mindestens ein Drittel der mit dem Elektrolyten gefäll ten Höhe ausmachen.
Es gibt grundsätzlich zwei Möglichkeiten für die erfindungsgemässe Anordnung der Heizkörper in bezug auf die Elektroden der art, dass beim Einschalten & r Heizkörper zunächst die zwischen den Elektroden be findliche Elektrolytmenge geschmolzen wird. Entweder verhindert man den Zutritt des Elektrolyten zum Heizkörper, wobei dann die Heizkörper hinsichtlich der Baustoffe und der Betriebsspannung ohne Rücksicht auf den Elektrolyten ausgeführt werden können, oder man legt die Heizkörper in den Elek trolyten und muss dann die Baustoffe der Heizkörper und ihre Betriebsspannung unter Rücksichtnahme auf den Elektrolyten wäh len.
Die Bauart, bei welcher der Zutritt des Elektrolyten zum Heizkörper verhindert wird, hat früher insoferne zu Anständen ge führt, als es wiederholt vorkam, dass nach längerem Betrieb des elektrolytischen Ven tils die Trennwand zwischen dem Elektro- lytbehälter und dem Heizkörper undicht wurde, worauf der Elektrolyt Zutritt zu .dem Heizkörper erlangte und dieser letzter zerstört wurde.
Um solche Störungen zu vermeiden, und doch die Anordnung im Sinne der Erfindung so zu treffen, dass beim Anheizen vorzugs weise jene Elektrolytmenge geschmolzen wird, die sich zwischen den Elektroden be findet, kann das den Elektrolyten enthaltende Gefäss eine oder mehrere vollkommen ab- geSchlossene Einstülpungen zur Aufnahme der Heizkörper besitzen, wobei sich dann die Elektroden um diese Einstülpungen grup pieren. Es ist auch möglich, eine solche Ein- stülpung der Gefässwand als Elektrode des Elektro'lytventils zu verwenden.
Beispiels weise kann bei einem Ehktrolytgleichrichter mit Elektroden aus Aluminium und Eisen und mit einem eisernen Elektrolytgefäss an Stelle einer besonderen Eisenelektrode die Einstülpung des Elektrolytgefässes als Eisen elektrode verwendet werden.
In Fig. 1 ist a ein zylindrischer Heiz körper, der in eine zylindrische Einstülpung e des Elektrolytgefässes b, das beispielsweise als Eisen oder Stahl besteht, von unten hin einragt. Die zylindrische,_ nicht sperrende Elektrode d umschliesst die Einstülpung e; ihr stehen beispielsweise bei einem Zweiweg ventil die beiden sperrenden Elektroden f und g gegenüber. Sämtliche Elektroden sind durch Bolzen an dem- Deckel h aus Isolier material befestigt.
Die Bauart nach Fig. 1 hat den Vorteil, dass der Heizkörper a jeder zeit ohne Entfernung der Elektroden aus dem Elektrolyten leicht ausgewechselt werden kann und dass der Deckel 7a, welcher das Elektrolytgefäss nach oben abschliesst, nur von den Anschluss- bezw. Befestigungsbolzen der Elektroden durchsetzt wird, so dass in einfacher Weise ein dichter Abschluss des Elektrolytgefässes erreicht werden kann.
Handelt es sich um .ein Elektrolytventil für höhere Stromstärken, so kann es vorteil haft sein, die Elektroden nicht zylindrisch, sondern plattenförmig auszuführen. Eine solche Ausführungsform des Erfindungs gegenstandes ist in Fig. 2 im Aufriss und in Fig. 3 im greuzriss dargestellt. Es handelt sich um ein dreiphasiges Ventil mit den Alu miniumelektroden<I>f. g</I> und la, welche den miteinander verbundenen Eisenelektroden d gegenüberstehen. Diese Elektrodenanordnung befindet sich in einem Gefässe b, welches mit dem Elektrolyten c gefüllt ist und das durch die Isolierplatte k abgedeckt ist.
Das Elek- tro'lytgefäss wird von einem horizontalen Rohre e durchsetzt, welches den Heizkörper a aufnimmt. Sämtliche Eisen- und Alu miniumelektroden, die an der Isolierplatte k befestigt sind, besitzen entsprechende Aus- nehmungen, so dass sie von oben über das horizontale Rohr e geschoben werden können. Auch hier braucht durch den Heizkörper a nur ein kleiner Teil der Elektrolytmenge ge schmolzen zu werden, bevor die Inbetrieb nahme des Gleichrichters möglich ist, näm lich jene Schicht, welche zwischen der Au ssenwand des Rohres e und den Elektroden liegt.
Wird der Anheizwiderstand derart aus geführt. dass der blanke Heizleiter unmi-Hel- bar im Elektrolyten liegt, dann erzielt man, wie erwähnt, den Vorteil unmittelbarer Wärmeübertragung vom Heizleiter auf den Elektrolyten und kurzer Anheizzeit. Hierbei ist Voraussetzung, dass der Elektrolyt den Heizleiter nicht angreift und dass sich der infolge der Leitfähigkeit des geschmolzenen Elektrolyten auftretende Stromübergang aus dem Heizleiter in den Elektrolyten nicht störend bemerkbar macht.
Bei Elektrolyten, die in der Hauptsache aus Natron- oder Kalisalpeter oder Ge- mischen dieser beiden' Salze bestehen, kann Eisen als Material für den blanken, im Elek trolyten liegenden Heizleiter verwendet wer den. Durch Versuche wurde festgestellt, dass Leiter ans Eisen oder Stahl gegen schmelz flüssige Elektrolyten der vorerwähnten Zu sammensetzung sehr widerstandsfähig sind, während viele andere Metalle und Legirun- gen, darunter auch solche, die im allgem.=inen weit korrosionsbeständiger als Eisen sind, verhältnismässig rasch angegriffen werden.
Wie vorstehend erwähnt, muss bei der Aus führung des Anheizwiderstandes mit blan ken, metallischen Leitern, die im Elektro lyten liegen, verhindert werden, dass durch den Stromübergang aus dem Heizleiter in .den flüssigen Elektrolyten der Heizstrom während des Schmelzvorganges übermässig stark ansteigt und dass durch diesen Strom übergang der Heizleiter angegriffen wird. Man erreicht dies, indem man an den Heiz- widerstand eine Wechselspannung legt, deren Effektivwert<B>100</B> Volt nicht überschreitet.
Die für den Anheizwiderstand erforderliche Wechselspannung kann entweder dem Netz oder einer besonderen Heizwicklung des Transformators, oder auch jener Transforma- torw icklung entnommen werden.,die über das elektrolytische Ventil den Gleichstrom liefert.
Verwendet man für den Anheizwider- stand blanke, im Elektrolyten liegende Eisen leiter und hält die vorstehend angegebene Grenze für die am Anheizwiderstand lie gende Wechselspannung ein, so kann man erreichen, dass die Heizleistung während des Anheizvorganges sich innerhalb gewisser Grenzen hält, weil die wesentliche Steigerung des Widerstandes des Eisenleiters, die für sich allein betrachtet. die Heizleistung im Verlauf des Anheizvorganges stark herabsetzen würde.
durch die Stromleitung des Elektro lyten, welche anfänglich, so lange der Elek trolyt fest ist, praktisch nicht vorhanden ist und sich erst bemerkbar macht, wenn der Elektrolyt in der Umgebung des Anheiz- widerstandes bereits geschmolzen ist, zum Teil kompensiert wird.
Je nach der Anord nung des Heizkörpers und der Betriebssspan- nung wird die Heizleistung am Anfang oder am Ende des Anheizvorganges grösser sein. In der Regel :durchläuft die Heizleistung ein Minimum, weil sich zuerst die Steigerung des Eisenwiderstandes und erst später die Stromleitung durch den Elektrolyten bemerk bar macht. Auch Siliziumkarbid hat sich als Material für den im Elektrolyten liegenden Heizkörper bewährt.
Bei Quecksilberdampfgleichrichtern mit Eisengefäss, sogenannten Eisengleichrichtern, ist es bekannt, das Gleichrichtergefäss mit Wasser zu kühlen. Bei E'bektrolytgleichrich- tern mit schmelzflüssigem Elektrolyten kann ebenfalls eine Flüssigkeitskühlung angewen det werden, und zwar zweckmässig derart-, dass infolge,der Flüssigkeitskühlung die mit dem Elektrolyten in Berührung stehende Wandung des Gleichrichtergefässes stets.
auch bei Vollast und Überlast, mit einer Schicht von nicht geschmolzenem Salz be deckt ist. Diese Anordnung bietet besondere Vorteile, wenn der Elektrolyt im geschmol zenen Zustand die Gefässwand angreift, im festen Zustand jedoch nicht.
Einen weiteren Vorteil, bietet die Flüs- sigkeitskühlung, insbesondere bei solchen Gleichrichtern. mit schmelzflüssigem Elek trolyten, welche der Stromversorgung gal vanischer Bäder dienen. Bekanntlich kann man durch Beheizung galvanischer Bäder die Zeit. die zur Erzielung bestimmter galva nischer Niederschläge erforderlich ist, be trächtlich herabsetzen.
Es kann sogar beson ders im Winter eine Beheizung bestimmter galvanischer Bäder unumgänglich notwendig sein. Zweckmässigerweise wird nun der Gleichrichter mit schmelzflüssigem Elektro lyten mit Flüssigkeitskühlung versehen, um seine Verlustwärme für die Beheizung gal vanischer Bäder auszunützen. Man kann ent weder das den Elektrolyten enthaltende Ge fäss in das galvanische Bad tauchen lassen, oder man lässt einen Teil der Badflüssigkeit des galvanischen Bades durch den Kühl mantel des Gleichrichtergefässes zirkulieren, wobei dieser Kühlmantel durch Rohre mit dem galvanischen Bad in Verbindung steht.
Man kann auch statt der Badflüssigkeit des galvanischen Bades eine besondere Kühl flüssigkeit, beispielsweise Wasser, zur Küh lung des Gleichrichtergefässes heranziehen und mit dem Kühlwasser des Gleichrichters die Badflüssigkeit des galvanischen Bades indirekt heizen. Der vorstehend beschriebene Gleichrichter mit schmelzflüssigem Elektro lyten, dessen Verlustwärme zur Behizung galvanischer Bäder dient, hat einen ausser ordentlich hohen Wirkungsgrad, weil fast die ganze zugeführte Energie teils in Form elek trischer Energie und teils in Form von Wärme nutzbar gemacht wird.
In Fig. 4 ist T der Transformator mit der in Dreieck geschalteten PrimärvTicklung p und der in Stern geschalteten Sekundärwick lung s. Die Primärwicklung ist über den dreipoligen Hebelschalter H und die Siche rungen Si an ,das Netz angeschlossen.
Die Enden u., <I>v,</I> u der Sekundärwicklung sind mit den sperrenden Elektroden a1, a., und a;, des Elektrolytgleichrichters verbunden, wäh rend der Nullpunkt 0 der Sekundärwicklung über den Badstromregler R mit der Anode A des elektrolytischen Bades in Verbindung steht.
Die nicht sperrenden Elektroden e1, e_, e3 und e, sind untereinander und mit der Ka thode K des galvanischen Bades verbunden. Die Heizwicklung dz des Elektrolytgleichrich- ters kann mittelst des zweipoligen Heizungs schalters Hs an die Phase o-u der Sekun därwicklung angeschlossen werden.
Das mit dem Elektrolyten gefüllte Gefäss E befindet sich innerhalb des mit der Kühlflüssigkeit gefüllten Gefässes KM Die erwähnte Kühl flüssigkeit fliesst aus dem Gefäss KF durch das obere der beiden an der rechten Seite dieses Gefässes vorhandenen Rohre zu den im galvanischen Bad angeordneten Rohr schlangen, kühlt sich in diesem ab und kommt durch das untere Rohr wieder in das Gefäss I,I' zurück.