AT147978B

AT147978B - Gas- oder Dampfentladungsapparat, insbesondere Quecksilberdampfgleichrichter, mit von der Pumpe getrenntem Vakuumgefäß und reiner Quecksilberkathode.

Info

Publication number: AT147978B
Authority: AT
Inventors: Walter Lehmann
Original assignee: Walter Lehmann
Priority date: 1933-09-26
Filing date: 1935-10-18
Publication date: 1936-12-10

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Gas-oder Dampfentladungsapparate, insbesondere Quecksilber- dampfgleichrichter für grössere Leistungen, mit einem von der Vakuumpumpe abgeschlossenen Vakuumgefäss, in welches ein chemisch inaktives Gas eingefüllt ist, und mehreren Anoden, die von Anodenhülsen oder sonstigen Teilen umgeben sind, welche bei bestimmten Betriebszuständen des Apparates eine Ionenverarmung in der Umgebung der Anoden bewirken.

In dem Stammpatent Nr. 144282 ist unter Schutz gestellt, bei derartigen Entladungsapparaten
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beträgt.

Durch die Einfüllung von chemisch inaktivem Gas innerhalb dieser Grössenordnung wird erreicht, dass auch bei kaltem'Zylinder, wo der von der Kathode aufsteigende Gas- oder Dampfstrom, z. B. ein Quecksilberdampfstrom, zu niedrige Werte hat, und hohen Stromstärken das Auftreten einer Ionenverarmung in der Nähe von Anoden, die Überspannungen, hochfrequente Schwingungen und Rückzündungen zur Folge haben kann, verhindert wird. Die Einfüllung von chemisch inaktivem Gas hat aber neben diesen Vorzügen auch Nachteile.

Der auftretende Lichtbogenabfall ist bei Verwendung von Edelgasen höher als bei Quecksilberdampf. Allerdings verhalten sich die einzelnen Edelgase in dieser Beziehung ziemlich verschieden. Durch umfangreiche Versuche ist festgestellt worden, dass Helium und Neon nur dann verwendet werden können, wenn verhältnismässig hohe Lichtbogenabfälle zugelassen werden können, u. zw. betragen diese bei Helium 50-60 Volt, bei Neon 30-40 Volt. Als erheblich günstiger haben sich Argon und Krypton erwiesen, u. zw. ist Krypton am günstigsten, aber auch bei diesen Gasen liegen die Lichtbogenabfälle noch etwas höher als bei reinem Quecksilberdampf, u. zw. in der Höhe von 20 bis 25 Volt.

Weiterhin zeigt reiner Quecksilberdampf gegenüber den Sperrspannungen geringere Neigung zum Auftreten von Glimmentladungen und Rückzündungen, d. h. bei einer gegebenen Sperrspannung in Quecksilberdampf zündet eine Glimmentladung erst bei höheren Spannungen als in Krypton oder Argon, und nachdem die Glimmentladung einmal gezündet hat, erreicht sie in Quecksilberdampf geringere Stromstärken als in Argon oder Krypton.

Ferner werden sowohl Argon als auch Krypton, wenn sie dauernd in der Umgebung der Anoden sind, durch die infolge der Sperrspannung auftretende Entladung wenn auch nur in geringem Masse aufgezehrt.

Gemäss der Erfindung werden nun unter Beibehaltung aller Vorteile der Einführung von chemisch inaktivem Gas die vorstehend erläuterten Nachteile dadurch beseitigt, dass Mittel vorgesehen werden, welche das bei kaltem Gefäss das ganze Gefäss, zumindest aber den Entladungsweg und die Umgebung der Anoden erfüllende chemisch inaktive Gas mit zunehmender Erwärmung aus dem Entladungsweg und der Umgebung der Anoden verdrängen. Hiedurch wird bei heissem Zylinder das Edelgas in der Umgebung der Anoden durch den von der Kathode aufsteigenden Gas-oder Dampfstrom, z. B. einen Quecksilberdampfstrom, ersetzt, der inzwischen infolge der Erhitzung des Zylinders den für einen sicheren Betrieb erforderlichen normalen Druck erreicht hat.

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werden.

In seinem oberen Teil müssen dann den Kanälen M entsprechende Öffnungen vorgesehen werden.

Ebenso kann auch die Ringöffnung 14 durch einzelne Löcher am unteren Teil des Schirmes ersetzt werden.
Die Ringöffnung 14 ist durch eine Blende 15 gegen den unmittelbaren Strom des aus der Kathode 2 aufsteigenden Quecksilberdampfes abgedeckt. Diese Blende 15 wird von einem Rohr 16 getragen, kann aber auch in anderer Weise befestigt werden. Das Gefäss ist von einem Kühlmantel17 umgeben, durch den ein Ventilator 18 ein gasförmiges Kühlmittel, z. B. Luft, von oben nach unten saugt, so dass die oberen
Teile des Gefässes stärker als die unteren gekühlt werden.

In das Gefäss ist ein Edelgas, vorzugsweise Krypton, mit einem Druck von beispielsweise 0-04 Mm
Hg-Säule eingefüllt.

Bei der Inbetriebnahme füllt zunächst das Krypton das ganze Gefäss aus, so dass auch bei kaltem
Gefäss die für den Betrieb erforderlichen Druckverhältnisse in dem Gefäss vorhanden sind. Sobald nun mit zunehmender Erwärmung der Queeksilberdampfdruck in der Umgebung der Anoden einen Wert von zirka 0'2 mm Hg-Säule erreicht hat, wird der Ventilatormotor 18 eingeschaltet. Durch die stärkere
Kühlung der oberen Teile des Gefässes und insbesondere durch die starke Erwärmung der den Anoden- rohren 9 gegenüberliegenden Wandteile 19 wird ständig eine Quecksilberdampfströmung erzeugt, welche von der Kathode aus an den Wandungen 19 entlang zu dem oberen Teil der Gefässwandungen verläuft, wo das Quecksilber kondensiert.

Infolge dieser Strömung wird das Krypton allmählich mit zunehmender Erwärmung durch den Kanal 13 in den von dem Schirm 12 abgegrenzten Raum getrieben. Durch die von der Blende 15 abgedeckte Ringöffnung 14 tritt hiebei während des Betriebes ständig Krypton gemischt mit Queeksilberdampf aus. Dieses austretende Gasgemiseh wird durch den unmittelbar von der
Kathode 2 aufsteigenden Dampfstrom an der kühlen Schrägwandung des Schirmes 12 entlang geführt, wodurch der Quecksilberdampfdruck in diesem Gasgemisch auf den der Gastemperatur entsprechenden
Sättigungswert herabgesetzt wird. Das Gasgemisch strömt dann wieder in den durch den Schirm abgegrenzten Raumteil.

Auf diese Weise wird verhindert, dass sich mit dem Krypton grössere Mengen
Quecksilberdampf mischen, welches dadurch an der Kondensation behindert werden würde.

Die Ausführung gemäss Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäss der Fig. 1 nur dadurch, dass an Stelle einer Kühlung mit einem gasförmigen Medium eine Flüssigkeitskühlung benutzt wird. Um eine verschiedene Kühlung des Oberteils und des Unterteils des Gefässes zu erzielen, ist der das Gefäss 1 umgebende Kühlraum in einen Oberteil 20 und einen Unterteil 21 unterteilt. Als Kühlflüssigkeit wird vorteilhaft bei einem metallenen Vakuumgefäss eine solche verwendet, die wenig oder keine freien Wasser- stoffionen enthält bzw. abgeben kann, z. B. Tetrachlorkohlenstoff. Die Kühler sind als Siedekiihler ausgeführt, u. zw. ist für den Kühlraum 20 die Rückkühleinrichtung 22 und für den Kühlraum 21 die Rückkühleinrichtung 23 vorgesehen.

Die Rückkühler sind durch die Rohrleitungen 24 bzw. 2. mit den
Kühlräumen verbunden und bestehen aus blind endenden Kühlrohren. Die siedende Kühlflüssigkeit strömt dann durch die Verbindungsleitungen in die Siedekühlerrohre ein, kondensiert in diesen und fliesst am Boden der Rohre 24 bzw. 25 in die Kühlräume 20 und 21 zurück. Zur Kühlung der Rückkühler 22 und 23 ist ein Führungsschacht 26 vorgesehen, durch den mittels eines Ventilators 27 Luft oder ein anderes gasförmiges Kühlmittel gesaugt wird. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist hiebei derart gewählt, dass der Rückkühler 22 zuerst von der Frischluft erreicht wird, so dass er stärker als der Rüekkühler 23 gekühlt wird.

Bei der Ausführung gemäss Fig. 3 sind die Rückkühler für die beiden Kühlräume 20 und 21 nicht in einem gemeinsamen Schacht 26 untergebracht, sondern für den Rüekkühler 22 ist ein Schacht 28 sowie ein Ventilatormotor 29 und für den Rüekkühler 23 ein Schacht 30 sowie ein Ventilatormotor 31 vorgesehen. Der Ventilator 29 ist dauernd in Betrieb, so dass der obere Kühlraum ständig gekühlt wird, während der Ventilator 31 in Abhängigkeit von der Temperatur, die der Kühlraum 21 unter dem Einfluss der Belastung annimmt, ein-und ausgeschaltet wird.

Man erreicht hiedurch, dass der obere Kühlraum 20 dauernd auf einer niedrigen Temperatur bleibt, so dass eine sichere Trennung von Edelgas und Queck- silberdampf gewährleistet wird, solange von der Kathode in Richtung nach dem oberen Kühlraum 20 ein Dampfstrom ausgeht, während der Ventilator 31 nur dann arbeitet, wenn der untere Kühlraum 21 eine zu hohe Temperatur annimmt, wenn also in der Umgebung der Anoden der Quecksilberdampfdruck auf unzulässig hohe Werte ansteigt.

Im übrigen stimmt die Ausführung gemäss Fig. 3 mit derjenigen gemäss Fig. 2 überein.

Bei der Ausführung gemäss Fig. 4 ist ebenso wie bei der Ausführung gemäss Fig. 1 eine Luftkühlung vorgesehen. An Stelle einer Quecksilberkathode ist jedoch eine Glühkathode 32 vorhanden. Unter dieser
Glühkathode befindet sich ein verhältnismässig kleiner Vorrat 33 an Quecksilber. Die Erhitzung der
Glühkathode erfolgt mittels eines Heiztransformators 34 oder einer Batterie in bekannter Weise. Durch die Verlustwärme des Gefässes, insbesondere durch die für die Glühkathode notwendige Heizenergie verdampft das Quecksilber 33 und liefert einen von unten nach oben ansteigenden Quecksilberdampf- strom, welcher im oberen Teil der Gefässwandungen kondensiert und das Edelgas vor sieh her in den durch den Schirm 12 abgegrenzten Raum treibt.

Bei sämtlichen dargestellten Ausführungsformen sammelt sich also infolge der Wirkung der von einem Queeksilberspiegel, insbesondere von der Kathode ausgehenden Queeksilberdampfströme das

Edelgas in dem obersten Teil des Gefässes, so dass sich die Anoden nicht mehr während des Betriebes in einer Edelgasatmosphäre, sondern in Kathodennähe in der Quecksilberdampfatmosphäre befinden.
Dies hat auch ncch den besonderen Vorteil, dass man infolge der kurzen Lichtbogenwege zwischen
Kathode und Anode sehr niedrige Spannungsabfälle erreicht.

Die Erfindung soll auch nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsformen der Kühl- einrichtung beschränkt sein, sondern es ist jede Ausführung möglich, durch die der angestrebte Zweck erreicht wird. Anstatt zwei Ventilatoren vorzusehen, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, kann man z. B. bei der Ausführung gemäss Fig. 2 den Kühlluftstrom so umleiten, dass der obere Rückkühler 22 dauernd gekühlt wird, während der untere Rückkühler nur zeitweilig von dem Kühlluftstrom getroffen wird.

Weiterhin ist es auch unter Umständen möglich, durch Leitbleche den Quecksilberdampfstrom so zu führen, dass das Edelgas in gewünschter Weise verdrängt wird, ohne dass eine verschiedene Kühlung der Gefässteile erfolgt, gegebenenfalls können auch beide Mittel miteinander kombiniert werden.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gasentladungsapparat, insbesondere Quecksilberdampfgleichrichter, mit von der Pumpe getrenntem Vakuumgefäss und reiner Quecksilberkathode nach Patent Nr. 144282, gekennzeichnet durch
Mittel, durch welche das in das Gefäss eingefüllte chemisch inaktive Gas, das bei kaltem Gefäss das ganze
Gefäss, zumindest aber den Entladungsweg und die Umgebung der Anoden erfüllt, mit zunehmender
Erwärmung, insbesondere als Folge einer Belastung, aus dem Entladungsweg und der Umgebung der
Anoden verdrängt wird.

Claims

2. Gasentladungsapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als chemisch inaktives Gas ein Edelgas mit hohem Atomgewicht,-z. B. Argon oder Krypton, eingefüllt ist.

3. Gasentladungsapparat nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der während des Betriebes von der Kathode aufsteigende Gas-oder Dampfstrom derart geführt ist, dass er das ein- gefüllte, chemisch inaktive Gas mit zunehmender Erwärmung des Gefässes in vorbestimmte Teile des.

Gefässes abdrängt und selbst den Entladungsweg sowie die Umgebung der Anoden erfüllt.

4. Gasentladungsapparat nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Kühleinrichtungen, welche den oberen Teil des Gefässes, insbesondere den Kondensationsdom, stärker als den unteren Teil, insbesondere stärker als die den Anodenrohren gegenüberliegenden Wandteile, kühlen, so dass der aufsteigende Gas- oder Dampfstrom mit zunehmender Erwärmung das chemisch inaktive Gas allmählich in den oberen Teil des Gefässes abdrängt, selbst aber zum Teil an den stark gekühlten Wandungen des oberen Gefäss- teiles kondensiert wird.

5. Gasentladungsapparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den oberen und den unteren Teil des Gefässes in an sich bekannter Weise je ein besonderer Kühlbehälter vorgesehen ist und dass das Kühlmittel, z. B. eine Kühlflüssigkeit, für den oberen Behälter stärker als das Kühlmittel für den unteren Behälter gekühlt wird.

6. Gasentladungsapparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für das in dem oberen Behälter befindliche Kühlmittel eine ständig in Betrieb befindliche Rüekkühleinrichtung vorgesehen ist, während die Rückkühleinrichtung für das in dem unteren Behälter befindliche Kühlmittel in Ab- hängigkeit von der Kühlmittel-bzw. Gefässtemperatur ein-und ausgeschaltet wird.

7. Gasentladungsapparat nach den Ansprüchen 1 und/oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vakuumgefäss ein besonderer Raum abgegrenzt ist, in dem sich während des Betriebes mit zunehmender Erwärmung des Gefässes allmählich das verdrängte chemisch inaktive Gas sammelt.

8. Gasentladungsapparat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem oberen Teil des Gefässes ein mit dem Scheitelpunkt nach unten gerichteter, z. B. konischer Schirm angeordnet ist und dass zwischen dem Schirmrand und den Aussenwandungen des Gefässes oder in der Nähe des Schirmrandes Eintrittsöffnungen und an oder in der Nähe der tiefsten Stelle des Schirmes Austrittsöffnungen für das aus dem Quecksilberdampf und dem chemisch inaktiven Gas bestehende aufsteigende Gasgemisch vor- gesehen sind, derart, dass durch den von der Kathode aufsteigenden Gas-oder Dampfstrom das aus den unteren Öffnungen austretende Gasgemisch immer wieder zu den oberen Öffnungen getrieben wird, wobei ) der Quecksilberdampf an den stark gekühlten Gefässwandungen kondensiert.

9. Gasentladungsapparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Austritts- öffnungen in dem Schirm durch eine Blende zum Schutz gegen den unmittelbaren Strom des aus der Kathode aufsteigenden Gases oder Dampfes abgedeckt sind.

10. Gasentladungsapparat nach den Ansprüchen 1 und/oder den folgenden Ansprüchen, dadurch 'gekennzeichnet, dass der Druck des eingefüllten chemisch inaktiven Gases im Vergleich zu dem des Queck- silberdampfes derart bemessen ist, dass die Belastbarkeit des Apparates bei kaltem Gefäss ungefähr die gleiche ist wie bei heissem Gefäss.

11. Gasentladungsapparat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des ein- gefüllten chemisch inaktiven Gases, insbesondere von Krypton, etwa ein Fünftel des Druckes des Queck- ) silberdampfes bei heissem Gefäss beträgt. <Desc/Clms Page number 5>

12. Gasentladungsapparat nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Teilhülsen vor den Anoden der Gas-oder Dampfdruck bei kaltem und/oder heissem Gefäss oberhalb der Grenze liegt, bei welcher der vom Gas-oder Dampfdruck abhängige Sättigungsstrom pro Teilhülse seinen Höchstwert erreicht. EMI5.1