Elektrisches Entladungsgefäss für hohe Spannungen. Die Erfindung betrifft ein elektrisches Entladungsgefäss für Hochspannungsbetrieb, und zwar insbesondere für Spannungen in der Grössenordnung von 100,000 Volt, sowie für Ströme, die verhältnismässig gross sind und beispielsweise einige hundert Ampere betragen können. Das Entladungsgefäss kann einanodig sein oder auch mehrere Anoden besitzen. Voraussetzung für die Erfindung ist, dass jeder Anode eine oder mehrere Zwischen elektroden vorgelagert sind, die zum Beispiel als Steuergitter, Entionisierungsgitter oder zur Erzielung einer bestimmten Potentialauf teilung auf die betreffende Entladungsstrecke dienen können.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, bei Entladungsgefässen für Hochspannungsbetrieb die Gefässwand im Be reich der Anode und der ihr vorgelagerten Zwischenelektroden zumindest teilweise aus Isolierstoff, z. B. Porzellan oder andern ke ramischen Stoffen, herzustellen, vor allem in der Art, dass jede Anode mit den ihr vorge- lagerten Zwischenelektroden in einem rohr- förmigen C-refässteil aus Isolierstoff angeordnet ist.
Beim Bau und beim Betrieb derartiger Entladungsgefässe ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, dass insbesondere bei grösseren Leistungen in der Entladungssäule sehr viel Wärme erzeugt wird, die infolge der schlech ten Wärmeleitfähigkeit des Isolierstoffes, aus dem die Wandung besteht, insbesondere des in der Regel verwendeten Porzellans, nur schwer abgeführt werden kann. Diese Schwie rigkeiten werden um so grösser, je grösser die Leistung des Gefässes und damit der Durch messer des Porzellanrohres und seine Dicke wird, die bei einer Vergrösserung des Durch messers aus verschiedenen Gründen gleich falls vergrössert werden muss.
Auch eine inten sive Kühlung des Porzellanrohres von aussen kann diese Schwierigkeiten nicht vollkommen beseitigen, da _ eine intensive Wärmeabfuhr aus dem Entladungsraum an ein das Porzel lanrohr bestreichendes Kühlmittel ein hohes Temperaturgefälle im Porzellanrohr bedingt. Die innere Oberfläche des Porzellanrohres kommt daher auf hohe Temperaturen, was erhebliche Betriebsstörungen zur Folge haben kann.
Ein weiteres unerwünschtes starkes Temperaturgefälle entsteht zwischen der in- nern Wandung des Isolierkörpers und den Elektrodeneinsätzen, da diese ihre Wärme durch Strahlung an den Isolierkörper abgeben müssen, welch letzterer zudem noch in der Regel einen schlechten Absorptionskoeffizien ten besitzt.
Durch die Erfindung werden die geschil derten Schwierigkeiten dadurch vermieden, dass an den Zwischenelektroden als Kühl körper ausgebildete Metallteile vorgesehen sind, die zum Zwecke der Wärmeableitung mit einem isolierenden, strömenden Kühl mittel in unmittelbarer Berührung stehen. Auf diese Weise gelingt es, die gesamte Wärmemenge, welche von den Elektroden aufgenommen wird, aus dem Gefässraum ab zuführen, ohne dass die isolierende Wandung durch diese Wärmemenge thermisch belastet werden müsste. Bei geeigneter Konstruktion der Elektroden und der zur Wärmeabfuhr dienenden Teile gelingt es also, den grössten Teil der innerhalb der isolierenden Gefäss wand erzeugten Wärme abzuführen, ohne die Gefässwand selbst als Leitungspfad für diese Wärme heranzuziehen.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise eine Ausführungsform des Entladungsgefässes nach der Erfindung, und zwar den Schnitt durch einen Teil des Anodenrohres eines Entla dungsgefässes, bei welchen der betreffenden Anode mehrere Zwischenelektroden vorge lagert sind, die dazu dienen, eine bestimmte Potentialverteilung längs der Entladungs strecke zu erzielen. In der Zeichnung be deutet 1 die isolierende, im vorliegenden Falle aus Porzellan bestehende Gefässwand, die von einer zweiten, beispielsweise aus Hartpapier, bestehenden Wandung 2 umschlossen ist, so dass zwischen diesen beiden Wänden ein Kühl raum (Kühlmantel) 3 entsteht. Dieser Kühl raum ist vom Entladungsraum vakuumdicht abgetrennt und von einem isolierenden Kühl- mittel, insbesondere<B>01,</B> durchflossen.
Im Ent ladungsraum befinden sich die Zwischenelek troden, von denen zwei, nämlich die Elek troden 4 und 5, dargestellt sind. Diese mö gen zum Beispiel aus Graphit bestehen und sitzen bei dem dargestellten Ausführungsbei spiel in metallischen Ringen 6 und 7 derart, dass von diesen metallischen Ringen die Elek- trodenwärme gut übernommen wird. Die Ringe durchsetzen an den Stellen 8 und 9 die isolierende Gefässwand, welche aus ein zelnen ringförmigen Teilen 10, 11 und 12 besteht. Diese ringförmigen Teile aus Por zellan dienen gleichzeitig zur Abstützung und Distanzierung, sowie zur Zentrierung der ring förmigen Körper 6 und 7 und damit der von ihnen getragenen Elektroden 4 und 5.
Die in den Kühlraum ragenden Teile 13 und 14 der Ringe 6 und 7 sind grossflächig ausge bildet, so dass die Wärme, die sie von den Ringen 6 und 7 übirnehmen, in vorteilhafter Weise in das strömende Kühlmittel abgege ben wird. In diesen zur Wärmeabgabe die nenden Teilen 13 und 14 sind Öffnungen 15 und 16 vorgesehen, die vom Kühlmittel durch flossen werden, wodurch die Oberfläche ver grössert und die Wärmeabgabe verbessert wird. Derartige Kanäle können an verschie denen Stellen auf dem ganzen Umfang der Kühlkörper 13 und 14 angebracht werden.
Man kann ferner auch Kanäle vorsehen, durch welche das Kühlmittel bis in das Innere der Ringe 6 und 7 vordringt, wodurch die Küh lung noch verbessert wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kühlkörper nicht aus einem einheit lichen Werkstoff hergestellt, sondern besitzen einen Kern 17 bezw. 18 aus gut wärmelei tendem Metall, z. B. Kupfer, der die Wärme abfuhr aus dem Gefässinnern wesentlich ver bessert. Dieser Leitungspfad für die Wärme kann natürlich in beliebiger Weise ausge bildet sein. Man wird jedoch darauf achten, dass die Teile des Kühlkörpers, welche der Entladung ausgesetzt sind, aus einem Mate rial bestehen, das durch die Entladung und die dabei erzeugte Wärme bezw. durch die in dem Gefäss vorhandenen Quecksilberdämpfe keinen Schaden leidet.
Ferner wird man Rücksicht auf die vakuumdichte Verbindung zwischen dem Kühlkörper und der Caefässwand aus Isolierstoff nehmen, die etwa durch ein Lot oder durch eine glasartige Masse unlös bar bewerkstelligt werden kann.
Es empfiehlt sich, die Elektroden derart auszubilden, dass die im Entladungsraum er zeugte Wärme zum grossen Teil von den Elektroden selbst bezw. von den mit ihnen in Verbindung stehenden wärmeleitenden Tei len aufgenommen wird und nur zum geringen Teil von der Gefässwand selbst abgeführt werden muss. Bei dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass die Elektroden nahe aneinander angeordnet sind, so dass nur durch den schmalen Spalt zwischen den Blektrodenkörpern Wärme aus der Entladungsbahn auf die isolierende Ge fässwand gestrahlt wird. Man kann die Elek troden auch so ausbilden, dass sie sich bei spielsweise an ihrem Rand etwas übergreifen.
Die Stärke der durch die isolierende Ge fässwand hindurchtretenden, zur Wärmeablei tung dienenden Teile wird so gewählt, dass sich zwischen diesen Teilen die notwendige Isolationsstrecke ergibt. Im vorliegenden Falle ist eine ausreichende Isolation dadurch ge währleistet, dass die zwischen den ringförmi gen Halteteilen 6 und 7 und den Kühlkör- pern 15 und<B>1.6</B> liegenden, den Isolierkörper durchdringenden metallischen Zwischenteile eine geringere Höhe haben als die Ringe 6 und 7 selbst, derart jedoch, dass die Wärme leitung dieser Zwischenteile für eine inten sive Wärmeabfuhr aus dem Entladungsraum ausreicht.
Electric discharge vessel for high voltages. The invention relates to an electrical discharge vessel for high-voltage operation, in particular for voltages in the order of magnitude of 100,000 volts, as well as for currents that are relatively large and can amount to a few hundred amperes, for example. The discharge vessel can be single-anode or also have several anodes. The prerequisite for the invention is that each anode is preceded by one or more intermediate electrodes, which can serve, for example, as a control grid, deionization grid or to achieve a specific potential distribution on the relevant discharge path.
It has been found to be advantageous, in the case of discharge vessels for high voltage operation, the vessel wall in the loading area of the anode and the intermediate electrodes upstream of it, at least partially made of insulating material, e.g. B. porcelain or other ceramic materials, primarily in such a way that each anode with the intermediate electrodes placed in front of it is arranged in a tubular C-reflow part made of insulating material.
In the construction and operation of such discharge vessels, however, the difficulty arises that a great deal of heat is generated in the discharge column, especially with higher powers, which is due to the poor thermal conductivity of the insulating material from which the wall is made, in particular the porcelain usually used, can only be removed with difficulty. These difficulties become greater, the greater the capacity of the vessel and thus the diameter of the porcelain tube and its thickness, which, for various reasons, must also be increased when the diameter is increased.
Even intensive cooling of the porcelain tube from the outside cannot completely eliminate these difficulties, since intensive heat dissipation from the discharge space to a coolant coating the porcelain tube causes a high temperature gradient in the porcelain tube. The inner surface of the porcelain tube is therefore exposed to high temperatures, which can result in significant operational malfunctions.
Another undesirable strong temperature gradient arises between the inner wall of the insulating body and the electrode inserts, since these have to give off their heat by radiation to the insulating body, which the latter also usually has a poor absorption coefficient.
The invention avoids the schil-made difficulties in that metal parts designed as cooling bodies are provided on the intermediate electrodes, which are in direct contact with an insulating, flowing coolant for the purpose of heat dissipation. In this way it is possible to remove the entire amount of heat that is absorbed by the electrodes from the vessel space without the insulating wall having to be thermally stressed by this amount of heat. With a suitable construction of the electrodes and the parts used to dissipate heat, it is possible to dissipate most of the heat generated within the insulating vessel wall without using the vessel wall itself as a conduction path for this heat.
The drawing shows, for example, an embodiment of the discharge vessel according to the invention, namely the section through part of the anode tube of a discharge vessel in which the anode in question has several intermediate electrodes which are used to achieve a certain potential distribution along the discharge path. In the drawing, 1 indicates the insulating, in the present case made of porcelain, the vessel wall, which is enclosed by a second wall 2, for example made of hard paper, so that a cooling space (cooling jacket) 3 is created between these two walls. This cooling space is separated from the discharge space in a vacuum-tight manner and an insulating coolant, in particular <B> 01, </B> flows through it.
In the discharge space there are the intermediate electrodes, two of which, namely the electrodes 4 and 5, are shown. These may consist of graphite, for example, and in the embodiment shown are seated in metallic rings 6 and 7 in such a way that the electrode heat is well absorbed by these metallic rings. The rings penetrate the insulating vessel wall at points 8 and 9, which consists of individual annular parts 10, 11 and 12. These ring-shaped parts made of Por zellan serve at the same time to support and distance, as well as to center the ring-shaped bodies 6 and 7 and thus the electrodes 4 and 5 carried by them.
The protruding into the cooling space parts 13 and 14 of the rings 6 and 7 are formed over a large area, so that the heat that they take over from the rings 6 and 7 is advantageously transferred into the flowing coolant. In this for heat dissipation the nenden parts 13 and 14 openings 15 and 16 are provided, which are flowed through by the coolant, whereby the surface ver enlarged and the heat output is improved. Such channels can be attached to different locations around the circumference of the heat sinks 13 and 14.
You can also provide channels through which the coolant penetrates into the interior of the rings 6 and 7, whereby the Küh treatment is improved.
In the illustrated embodiment, the heat sinks are not made of a single material, but have a core 17 BEZW. 18 made of good heat-conducting metal, z. B. copper, which dissipated the heat from the inside of the vessel significantly improves ver. This conduction path for the heat can of course be formed in any way. However, care will be taken to ensure that the parts of the heat sink that are exposed to the discharge consist of a mate rial that is respectively caused by the discharge and the heat generated. does not suffer any damage from the mercury vapors present in the vessel.
Furthermore, consideration will be given to the vacuum-tight connection between the heat sink and the Caefässwand made of insulating material, which can be achieved in an insoluble manner by means of a solder or a glass-like mass.
It is advisable to design the electrodes in such a way that the heat generated in the discharge space is largely from the electrodes themselves BEZW. is absorbed by the heat-conducting parts connected to them and only needs to be removed to a small extent from the vessel wall itself. In the exemplary embodiment shown, this is achieved in that the electrodes are arranged close to one another, so that heat from the discharge path is radiated onto the insulating vessel wall only through the narrow gap between the metal electrode bodies. The electrodes can also be designed so that they overlap somewhat at their edge, for example.
The thickness of the parts that pass through the insulating wall of the vessel and are used for heat dissipation is selected so that the necessary insulation distance results between these parts. In the present case, sufficient insulation is ensured in that the metallic intermediate parts which penetrate the insulating body and which lie between the annular holding parts 6 and 7 and the cooling bodies 15 and 1.6 are less than the height of the rings 6 and 7 themselves, but in such a way that the heat conduction of these intermediate parts is sufficient for intensive heat dissipation from the discharge space.