CH227686A - Electric discharge vessel for high voltages. - Google Patents

Electric discharge vessel for high voltages.

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CH227686A
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discharge vessel
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Hermes Patentverwertun Haftung
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Hermes Patentverwertungs Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/36Solid anodes; Solid auxiliary anodes for maintaining a discharge
    • H01J1/42Cooling of anodes; Heating of anodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2893/00Discharge tubes and lamps
    • H01J2893/0048Tubes with a main cathode
    • H01J2893/0051Anode assemblies; screens for influencing the discharge
    • H01J2893/0054Cooling means

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Description

  

  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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Elektrisches Entladungsgefäss für Hoch spannungsbetrieb mit mindestens einer jeder Anode vorgelagerten Zwischenelektrode, bei welchem die Gefässwand im Bereich jeder Anode und der dieser vorgelagerten Zwischen elektroden mindestens teilweise aus einem Isolierstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass an den Zwischenelektroden als Kühlkör- per ausgebildete Metallteile vorgesehen sind, die zum Zwecke der Wärmeableitung mit einem isolierenden, strömenden Kühlmittel in unmittelbarer Berührung stehen. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Claim: Electric discharge vessel for high voltage operation with at least one intermediate electrode in front of each anode, in which the vessel wall in the area of each anode and the intermediate electrodes in front of it consists at least partially of an insulating material, characterized in that metal parts designed as heat sinks are provided on the intermediate electrodes that are in direct contact with an insulating, flowing coolant for the purpose of heat dissipation. <B> SUBClaims: </B> 1. Entladungsgefäss nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Zwischenelektroden vorgesehenen, zu deren Abkühlung dienenden Metallteile auch zu de ren Halterung benutzt werden. 2. Entladungsgefäss nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Zwischenelektroden vorgesehenen, als Kühl körper ausgebildeten Metallteile die Gefäss wand durchsetzen und in einen vom Entla dungsraum vakuumdicht abgetrennten Kühl raum ragen, der von einem isolierenden Kühl mittel durchflossen ist. 3. Discharge vessel according to patent claim, characterized in that the metal parts provided on the intermediate electrodes and used to cool them are also used for holding them. 2. Discharge vessel according to dependent claim 1, characterized in that the metal parts provided on the intermediate electrodes, designed as cooling bodies, penetrate the vessel wall and protrude into a vacuum-tight cooling space separated from the discharge space, through which an insulating coolant flows. 3. Entladungsgefäss nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kühl körper ausgebildeten, an den Zwischenelek troden vorgesehenen Metallteile die Form von die Elektroden umschliessenden Ringen haben und durch die zwischen ihnen liegenden iso lierenden Wandungsteile voneinander in Ab stand gehalten werden. 4. Entladungsgefäss nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Kühl raum ragenden Teile der Kühlkörper mit durch das Kühlmittel durchflossenen Kanälen versehen sind. Discharge vessel according to dependent claim 2, characterized in that the metal parts designed as cooling bodies and provided on the intermediate electrodes have the shape of rings surrounding the electrodes and are held apart by the insulating wall parts lying between them. 4. Discharge vessel according to dependent claim 2, characterized in that the parts of the cooling body projecting into the cooling space are provided with channels through which the coolant flows. Entladungsgefäss nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kühl körper ausgebildeten, an den Zwischenelek troden vorgesehenen Metallteile wenigstens teilweise aus Kupfer bestehen. 6. Entladungsgefäss nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmi gen, zur Wärmeableitung dienenden Metallteile mit den isolierenden Waudungsteilen unlös bar verbunden sind. 7. Entladungsgefäss nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Wärme ableitung und Halterung der Zwischenelektro den dienenden Metallteile derart ausgebildet sind, dass die Elektroden durch die isolieren den Wandungsteile zentriert werden. B. Discharge vessel according to claim, characterized in that the metal parts designed as cooling bodies and provided on the intermediate electrodes consist at least partially of copper. 6. Discharge vessel according to dependent claim 3, characterized in that the ringförmi gene, serving for heat dissipation metal parts with the insulating Waudungstteile are connected in an insoluble bar. 7. Discharge vessel according to dependent claim 3, characterized in that the metal parts serving to dissipate heat and hold the intermediate electrical are designed such that the electrodes are centered by the wall parts. B. Entladungsgefäss nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen elektroden so ausgebildet und derart ange ordnet sind, dass die in ihrem Bereich von der Entladung erzeugte Wärme zum grössten Teil durch die Elektroden selbst und die mit ihnen verbundenen 11Tetallteile aufgenommen wird. Discharge vessel according to claim, characterized in that the intermediate electrodes are designed and arranged in such a way that the heat generated in their area by the discharge is for the most part absorbed by the electrodes themselves and the metal parts connected to them.
CH227686D 1941-02-21 1942-02-20 Electric discharge vessel for high voltages. CH227686A (en)

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