lonenentladungsröhre mit flüssiger Kathode und Anode. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ionenentladungsröhre, in der sowohl die Anode als auch die Kathode aus einer Menge flüssigen Metalles bestehen. Die Röhre nach der Erfindung kann insbesondere als Strom richterröhre oder als Schalter mitQuecksilber- elektroden ausgebildet sein.
Die Röhren mit flüssigen Elektroden ha ben den Nachteil, dass an der wärmsten Elek trode, in den meisten Fällen an der Anode, da an der Anode die meiste Wärme entwickelt wird, andauernd Elektrodenmaterial ver dampft und andern Stellen, beispielsweise an der andern Elektrode, niederschlägt. Dies kann zur Folge haben, dass sämtliches flüssi ges Metall an der Anode verdampft, so dass ausschliesslich die Anodeneinführung als Anode dient, wodurch letztere viel zu heiss wird und daher die Röhre schnell zusammen bricht.
Bei zweiseitig steuerbaren Röhren, das heisst Röhren, in denen die beiden Elektroden je mit einer Zündvorrichtung versehen sind, darf niemals eine der Elektroden leer werden oder das Quecksilberniveau bis unterhalb der Zündvorrichtung gelangen, da die betreffende Elektrode dann nicht als Kathode dienen kann. In diesen Röhren ist häufig so viel Elek- trodenmaterial vorhanden, dass das Metall der kälteren Elektrode nach der wärmeren hin überzufliessen anfängt, bevor letztere ganz leer ist.
Obwohl das hinüberfliessende Elektro- denmaterial dann über irgendeine Tropfvor richtung geführt wird, treten hierdurch oft Kurzschlüsse oder unerwünschte Zündungen auf.
Die Erfindung sucht nun diese Nachteile dadurch zu vermeiden, dass in der Ionenent- ladungsröhre mit flüssigen Elektroden zwi schen den beiden Elektroden ein Behälter an geordnet wird, in welchen das aus einer der Elektroden hinüberfliessende Elektrodenmate- rial gelangt. Dabei ist der Behälter derart gestaltet, dass im Betrieb das Elektroderimate- ri.al daiaus wieder verdampft.
Da das aus einer der Elektroden hinüber fliessende Elektrodenmaterial in den zwischen den beiden Elektroden liegenden Behälter ge langt und aus letzterem wieder verdampft wird, lässt sich zwischen den beiden Elektro den keine leitende Verbindung herstellen, so dass Kurzschluss oder eine unerwünschte Zün dung nicht auftritt. Die Temperatur des Elektrodenmaterials in diesem Behälter soll höher sein als diejenige der beiden Elektro den, da sonst nach der allgemeinen Regel doch noch Elektrodenmaterial in den Behälter hinüberverdampfen würde.
Bei einer vorzugsweise verwendeten Aus führungsform nach der Erfindung sind die beiden aus Quecksilber bestehenden Elektro den in den Schenkeln einer H-Röhre ange bracht, und das Verbindungsrohr bildet; den Behälter zur Aufnahme des ans einer der Elektroden hinüberfliessenden. Quecksilbers.
Für die Verdampfung des Elektroden materials aus dem Behälter heraus lässt sich die von der Entladung entwickelte Wärine benutzen. Um eine genügende Geschwindig keit der Verdampfung zu erreichen, lässt sich die Entladungsbahn an der Stelle des Queck- silberbehälters über eine gewisse Länge ver engen. Der Behälter kann auch mit Wärme- isoliermaterial umgeben werden, so dass die Wärmeabfuhr durch die Wand hindurch möglichst beschränkt n-ird.
Um unter ungünstigen Verhältnissen die Verdampfung des Elektrodenmaterials zu ge- %vährleisten, lässt sich aussen am Behälter ein Heizelement anbringen. Auch kann man das Quecksilber dadurch verdampfen, dass es durch einen elektrischen Strom unmittelbar geheizt wird. Zu diesem Zwecke kann der Behälter mit einer Induktionsspule umgeben werden, oder im Behälter können zwei Elek troden angebracht werden, mittels welcher der Strom zugeführt wird.
Falls die Röhre als Gleichrichter dient, ist es besonders vor teilhaft, die -\Vandung der Röhre oberhalb der Anode mit einer zusätzlichen Kühlung zu versehen, um dadurch die Zuriiekführung des Quecksilbers zu der Anode zu fördern.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der beiliegenden Zeichnung dargestell ten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 1 stellt eine erfindungsgemässe Gleichrichterröhre dar, in der das Quecksilber infolge der durch die Entladung entwickelten Wärme verdampft wird.
Fig. ? zeigt eine zweiseitig steuerbare Entladungsröhre, in der das Quecksilber mit tels eines ausserhalb der Röhre angeordneten Heizelementes verdampft wird.
Fig. 3 stellt einen Gleichrichter dar, bei dem innerhalb des Behälters zwei Elektroden für die Heizung des Quecksilbers angeordnet sind und der Raum oberhalb der Anode der art ausgebildet ist, dass er die Wärme gut ab führen kann.
In F'ig. 1 sind 1 und 2 die beiden Schenkel der H-Röhre. Die Quecksilbermassen 4 und 5 bilden die Kathode bezw. die Anode. Die an das Glas aasgeschmolzenen Chromeisenkappen (i und 7 dienen als Stromzufiihrung. 3 ist das Verbindungsrohr, welches an den beiden En den mit stehenden Rändern 9 und 10 ver sehen ist, so dass der Behälter 8 entsteht.
Der Rand 10 an der Anodenseite ist. höher als der Rand 9 an der Kathodenseite, so dass aus der Kathode hinüberfliessendes Quecksilber nicht in die Anode spritzen und daher einen Kurz schluss oder eine Zündung einleiten kann. Das Verbindungsrohr 3 ist an den Enden abge rundet. so dass der Querschnitt in der Mitte wesentlich geringer ist und daher im ver engten Teil der Entladungsbahn genügende Wärme zur Verdampfung des Quecksilbers entwickelt wird. Um die Wärmeverluste nach aussen zu beschränken, ist das Rohr 3 mit dem 'NVärmeisoliermantel 11 umgeben.
Im Kathodenquecksilber 4 befindet sich die Funkenzündelektrode 12. welche aus einem Quarzröhrchen 12 besteht, dessen In nenseite mittels des Quecksilbers und des :1lolvbdändrahtes 13 mit der Anschluss klemme 15 verbunden ist. Das Quarzröhrchen 12 ist. mittels der Zwischenringe 14 an das Glas der Röhre aasgeschmolzen. Zwecks Zün dung der Röhre wird während kurzer Zeit eine hohe positive Spannung an die Klemme 15 gelegt.
In Fig. 1 sind die mit Fig. 1 überein stimmenden Teile mit gleichen Bezugsziffern @vie in Fig. 1 angedeutet. Die Röhre ist sym metrisch ausgebildet. Die Elektroden besit zen je eine F'unkenzündelektrode und können daher nach Belieben als Kathode dienen. Die Röhre findet zum Beispiel Anwendung zur Speisung des Ankers eines Gleichstrommotors. der abwechselnd in die eine oder in die andere Richtung drehen muss, aus einem Wechsel stromnetz.
Die beiden Überfliessränder 9 und 10 sind hier gleich hoch gemacht, so dass die Elektroden je als Kathode dienen können. Unter dem Behälter 8 ist das Heizelement 16 mit Anschlussklemmen 17 und 18 angeordnet. Die Grösse des Elementes ist derart gewählt, dass unter Berücksichtigung der durch die Entladung entwickelten Wärme das Queck silber immer verdampfen wird. Das Verbin dungsrohr 3 ist über die ganze Länge ver hältnismässig eng gewählt.
In Fig. 3 sind ebenfalls die mit Fig. 1 übereinstimmenden Teile mit gleichen Be zugszeichen angedeutet. In den Boden des Behälters 8 sind die beiden Chromeisenplätt- cben 19 und 20 eingeschmolzen, welche als Elektroden für den Heizstrom des Queck silbers dienen. Die Elektroden 19 und 20 müssen an eine Spannungsquelle von niedri ger Spannung angeschlossen werden, um beim Schliessen und Unterbrechen des Stromes starke Funken zu vermeiden. Diese Funken könnten nämlich durch die Ionisation des Quecksilberdampfes eine Zündung der Röhre einleiten.
Da die Heizung des Behälters nur wirkt, wenn Quecksilber vorhanden ist und also, wenn der Behälter leer ist, keine Überhitzung auftritt, so kann dieser Behälter so gross ge wählt werden, dass auch ohne die von der Entladung entwickelte Wärme sämtliches Quecksilber verdampft. Das Verbindungsrohr 3 kann dann weit gewählt werden, so dass kein unnötiger Spannungsabfall in der Röhre auftritt.
Der obere Teil der Anodenhälfte der Röhre besteht aus einem Chromeisenkopf 21 mit Kühlblechen 22. Die Wärme wird aus diesem Röhrenteil schnell abgeführt, wodurch also leicht Quecksilber darin kondensiert, welches dann in die Anode fällt. Nötigenfalls kann der Kopf 21 noch durch einen Luft strom gekühlt werden.
Ion discharge tube with a liquid cathode and anode. The present invention relates to an ion discharge tube in which both the anode and the cathode are composed of a quantity of liquid metal. The tube according to the invention can in particular be designed as a current converter tube or as a switch with mercury electrodes.
The tubes with liquid electrodes have the disadvantage that at the warmest electrode, in most cases at the anode, since most of the heat is developed at the anode, electrode material continuously evaporates and deposits in other places, for example on the other electrode . This can result in all the liquid metal evaporating on the anode, so that only the anode inlet serves as the anode, which makes the latter much too hot and therefore the tube breaks down quickly.
With double-sided controllable tubes, i.e. tubes in which the two electrodes are each provided with an ignition device, one of the electrodes must never become empty or the mercury level must reach below the ignition device, since the electrode in question cannot then serve as a cathode. There is often so much electrode material in these tubes that the metal from the colder electrode begins to flow over to the warmer one before the latter is completely empty.
Although the electrode material flowing over is then guided over some sort of dripping device, this often results in short circuits or undesired ignitions.
The invention seeks to avoid these disadvantages by arranging a container between the two electrodes in the ion discharge tube with liquid electrodes, into which the electrode material flowing over from one of the electrodes arrives. The container is designed in such a way that the electroderate ri.al daiaus evaporates again during operation.
Since the electrode material flowing over from one of the electrodes reaches the container located between the two electrodes and is evaporated again from the latter, no conductive connection can be established between the two electrodes, so that a short circuit or undesired ignition does not occur. The temperature of the electrode material in this container should be higher than that of the two electrodes, otherwise, according to the general rule, electrode material would still evaporate into the container.
In a preferably used embodiment of the invention, the two electrodes made of mercury are placed in the legs of an H-tube, and forms the connecting tube; the container for receiving the overflowing one of the electrodes. Mercury.
The heat developed by the discharge can be used to vaporize the electrode material out of the container. In order to achieve a sufficient rate of evaporation, the discharge path can be narrowed over a certain length at the location of the mercury container. The container can also be surrounded with heat insulating material so that the heat dissipation through the wall is limited as possible.
In order to ensure the evaporation of the electrode material under unfavorable conditions, a heating element can be attached to the outside of the container. The mercury can also be vaporized by directly heating it with an electric current. For this purpose, the container can be surrounded by an induction coil, or two electrodes can be attached in the container, by means of which the current is supplied.
If the tube is used as a rectifier, it is particularly advantageous to provide the wall of the tube above the anode with additional cooling in order to promote the return of the mercury to the anode.
The invention is explained in more detail below with reference to the dargestell th in the accompanying drawings embodiments. 1 shows a rectifier tube according to the invention, in which the mercury is evaporated as a result of the heat developed by the discharge.
Fig.? shows a double-sided controllable discharge tube in which the mercury is evaporated by means of a heating element arranged outside the tube.
Fig. 3 shows a rectifier in which two electrodes for heating the mercury are arranged inside the container and the space above the anode is designed in such a way that it can dissipate the heat well.
In Fig. 1, 1 and 2 are the two legs of the H-tube. The mercury masses 4 and 5 form the cathode BEZW. the anode. The chrome iron caps (i and 7) which are fused to the glass serve as power supply. 3 is the connecting pipe which is provided with upright edges 9 and 10 at the two ends so that the container 8 is created.
The edge 10 is on the anode side. higher than the edge 9 on the cathode side, so that mercury flowing over from the cathode cannot splash into the anode and therefore initiate a short circuit or ignition. The connecting pipe 3 is rounded abge at the ends. so that the cross-section in the middle is much smaller and therefore sufficient heat is developed in the narrowed part of the discharge path to evaporate the mercury. In order to limit the heat losses to the outside, the pipe 3 is surrounded by the thermal insulation jacket 11.
The spark ignition electrode 12 is located in the cathode mercury 4 and consists of a quartz tube 12, the inside of which is connected to the connection terminal 15 by means of the mercury and the solenoid wire 13. The quartz tube 12 is. Melted to the glass of the tube by means of the intermediate rings 14. To ignite the tube, a high positive voltage is applied to terminal 15 for a short time.
In Fig. 1, the matching parts with Fig. 1 are indicated with the same reference numerals @vie in Fig. 1. The tube is symmetrical. The electrodes each have a spark ignition electrode and can therefore serve as a cathode as desired. The tube is used, for example, to feed the armature of a DC motor. which has to turn alternately in one or the other direction, from an alternating current network.
The two overflow edges 9 and 10 are made the same height here so that the electrodes can each serve as a cathode. The heating element 16 with connection terminals 17 and 18 is arranged under the container 8. The size of the element is chosen in such a way that, taking into account the heat developed by the discharge, the mercury will always evaporate. The connec tion pipe 3 is chosen relatively narrow over the entire length ver.
In Fig. 3, the parts corresponding to Fig. 1 are also indicated with the same reference numerals Be. The two chrome iron plates 19 and 20, which serve as electrodes for the heating current of the mercury, are melted into the bottom of the container 8. The electrodes 19 and 20 must be connected to a voltage source of niedri ger voltage in order to avoid strong sparks when closing and interrupting the current. These sparks could initiate ignition of the tube through the ionization of the mercury vapor.
Since the heating of the container only works when mercury is present and so when the container is empty, no overheating occurs, this container can be chosen so large that all the mercury evaporates even without the heat generated by the discharge. The connecting pipe 3 can then be chosen to be wide so that no unnecessary voltage drop occurs in the pipe.
The upper part of the anode half of the tube consists of a chrome iron head 21 with cooling plates 22. The heat is quickly removed from this tube part, so that mercury easily condenses in it, which then falls into the anode. If necessary, the head 21 can still be cooled by an air stream.