DE635800C

DE635800C - Gluehkathodenentladungsapparat

Info

Publication number: DE635800C
Application number: DE1934B0164750
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1935-03-08
Filing date: 1934-03-21
Publication date: 1936-09-28
Also published as: FR785274A; GB434687A; DE638544C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Entladungsapparate mit Quecksilberdampffüllung und mit einer fremdgeheizten Glühkathode mit hoher Stromdichte (ζ. B. S A/cm²) sowie mit einer oder mehreren Anoden. Für den Betrieb solcher Glühkathodenentladungsapparate mit hoher Belastung ist es zur Verhütung der Zerstörung der Glühkathode notwendig, in der Nähe der Kathode die Dampfdichte wesentlich höher zu halten als an den übrigen Stellen des Entladungsapparates. Es ist bereits bekannt, der Kathode Quecksilberdampf zuzuführen. Die Zuführung des Quecksilberdampfes erfolgt hier durch Anblasen der Glühkathode, wobei die Dampfdichte nicht gleichmäßig über die Fläche der Kathode verteilt ist. Die gebräuchlichste Form der Glühkathode ist die Stabkathode oder die Hohlkathode mit konzentrischen Metallwänden, die das Aktivierungsmaterial als Belag tragen. Die Heizung der Glühkathode erfolgt mittelbar durch eine Heizspirale oder unmittelbar dadurch, daß die Kathode selbst als Heizwiderstand benutzt wird.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Glühkathodenentladungsapparat mit einer oder mehreren Anoden und Quecksilberdampffüllung sowie einer fremdgeheizten Glühkathode mit hoher Stromdichte und einer Einrichtung zur Erzeugung hoher Dampfdichte an den emittierenden Flächen der Glühkathode, bei dem erfindungsgemäß im Inneren des emittierenden Kathodenhohlzylinders ein gegebenenfalls an der glühelektrischen Emission der Kathode beteiligter Körper vorgesehen ist, der eine Vielzahl von auf seiner Außenfläche mündende und über diese verteilte Bohrungen aufweist, durch die Quecksilberdampf von außen her auf die Kathodenfläche geblasen wird, und der sich derart über die Kathodenlänge erstreckt, daß der Quecksilberdampf die Emissionsfläche praktisch gleichmäßig beaufschlagt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch unter Weglassung der für das Verständnis der Erfindung unwesentlichen Konstruktionsteile an einem Entladeapparat mit Metallgehäuse in Fig. ι bis 4 dargestellt,

Mit α ist das Eisengehäuse des Entladegefäßes bezeichnet, das in der bei Quecksilberdampfgleichrichtern bekannten Weise einen Ouecksilbersumpf b an der tiefsten Stelle des Gehäuses enthält und in den am Gehäuse kondensiertes Quecksilber zurückfließt. Der Quecksilbersumpf kann in bekannter Weise gekühlt werden, ebenso der Stromzuführungsbolzen g bzw. sein - Kopfteil. Der Kathodenaufbau besteht aus einer doppelmanteligen aktivierten Hohlkathode e

aus schwer schmelzbarem Metall (Wolfram, Molybdän usw.) und dem siabförmigen, sich in der Längsrichtung von,,g, erstreckenden..

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. ι kann der durch die beiden zylindrischen Mantel der Hohlkathode gebildete Hohlraum Körper c ^va*us einem schwer "schmelzbaren aM*l?" kn seinem oberen Ende abgeschlossen sein. 65

S tivierten Material (z.B. Graphit, Molybdän'? Wolfram), der Heizspirale d, dem Eisern bolzen g mit breitem Kopfteil für die Strom-*?

zufuhr und dem Ableitungsbolzen h. Letztere sind durch den Quecksilbersumpf und das Metallgehäuse isoliert hindurchgeführt und gegen das Gehäuse abgedichtet. Das beheizbare Quecksilbergefäß i außerhalb des Entladungsgefäßes steht mit dem Quecksilbersumpf durch das Rohr k in kommunizierender Verbindung und über die Rohre m, η mit der Längsbohrung t im Stabkörper c. Mit u sind den Körper c quer durchsetzende Bohrungen bezeichnet, die alle mit der Längsbohrung t in Verbindung stehen und auf der Mantelzo fläche des Glühkathodenkörpers über diese verteilt endigen, so daß der Körper c die Form einer Brause erhält. Das Rohr η aus Quarz steht mit dem Eisenrohr m in längs beweglicher Verbindung, so daß ein Bruch des Quarzrohres infolge von Wärmedehnungen vermieden ist. Mdt 0 ist ein Einsatz im Quecksilbersumpf b bezeichnet, der das Eindringen von Schmutzteilchen in das Gefäß i verhindert, p ist die Heizspirale für letzteres. r ist ein Abscheider für Quecksilbertropfen aus dem im Gefäß { erzeugten Qecksilberdampfstrom. Dieser Abscheider kann auch in der Leitung m liegen und gegebenenfalls ein Sieb sein. Mit / (Fig. 3 und 4) ist eine IsS Querwand aus Wolfram, Molybdän usw. im Innern der Hohlelektrode bezeichnet, die einerseits die Emissionskammer begrenzt und andererseits den Kopfteil der Stromzufüh-• rung gegen die hohe Temperatur schützt. Der durch Beheizung des Quecksilbers im Gefäß { erzeugte Quecksilberdampf gelangt über die Rohre tn, η in die Bohrung t des Körpers c und strömt über die Querbohrungen μ wie aus einer Brause hervor, so daß sowohl die Hohlkathode e als auch die Stabkathode c auf ihrer emittierenden Oberfläche mit einer ■ gleichmäßigen Quecksilberdampfwolke eingehüllt sind. Die Anzahl der Querbohrungen it und ihre Neigung zur Längsbohrung t ist derartig zu wählen, daß der Quecksilberdampf die Emissionsfläche praktisch gleichmäßig beaufschlagt. Man kann den Querbohrungen bei Verwendung einer stehenden Glühkathode eine gegen den Fuß geneigte Richtung geben, wie dargestellt. Es ist im übrigen nicht unbedingt notwendig, daß der Körper c aktiviert ist und sich an der Kathodenemission beteiligt, sondern er kann auch nur für die Zuführung von Queck- . So silberdampf verwandt und dementsprechend ausgebildet sein.

■In. diesem Falle ist nur die zu innerst liegende v^ylinderfläche der Hohlkathode und gegebenenfalls auch der Körper c Träger von Aktivierungsmaterial; der zu äußerst liegende Zylinder ist dann lediglich Strahlungsschutz. Es ist natürlich aber auch ohne weiteres möglich, auch die Innenfläche des äußeren Kathodenzylinders zu aktivieren. Der innere Zylinder wird in diesem Falle, s. auch weiter unten, mit Durchbrechungen versehen. Es besteht weiter die Möglichkeit, die Hohlkathode erst während des Betriebes von der Stabkathode her mit Aktivierungsmaterial zu beaufschlagen. In diesem Fall ist der Stabkörper c Träger eines Vorrates von Aktivierungsmaterial, der während des Betriebes freigegeben wird. Dabei kann man den Stabkörper z. B. mit besonderen Vorratsräumen für das Aktivierungsmaterial versehen. Besteht dabei der Stahlkörper aus Graphit, so kann es zweckmäßig sein, ihn mit einer Hülle aus Wolfram, Molybdän usw. zu versehen, um zu verhüten, daß durch das im Betrieb stark poröse Graphit mehr Aktivierungsmaterial diffundiert, als nötig ist. Bei einem go Stabkörper aus Wolfram, Molybdän usw. kann dem im Vorratsraum untergebrachten Aktivierungsmaterial Graphit als Reduktionsmittel beigemischt werden.

Durch die Ausbildung der Stabkathode c wird eine gleichmäßige Dampfdichte um die Kathode herum erzeugt, so daß die Emission ebenfalls gleichmäßig auf der Kathodenfiäche verteilt ist. Die Belastung der Kathode ist also an allen Stellen gleichmäßig, so daß die Lebensdauer der Glühkathode und damit des Entladeapparates erhöht ist. Zur Verbesserung der Blasung ist es zweckmäßig, daß das in den Quecksilbervorrat von i tauchende Rückführungsrohr k vom Quecksilbersumpf zum heizbaren Quecksilberbehälter i eine solche Höhe hat, daß ein Quecksilberdampfdruck von einigen Zentimetern Höhe erzielt werden kann.

An Stelle einer Stabkathode können für die uo Beherrschung großer Ströme mehrere Stabkathoden innerhalb einer Hohlkathode untergebracht und so gruppiert sein, daß die Dampfdichte in dem Hohlraum der Kathode gleichmäßig groß wird und die innerste Zylindermantelfläche ^₁ der Hohlkathode gleichmäßig mit Aktivierungsmaterial beaufschlagt wird. Die Anordnung kann auch, wie in Fig. 2 im Grundriß dargestellt, so getroffen werden, daß eine zentrale Stabkathode C₁ von einer Hohlkathode e_x umgeben ist und daß konzentrisch zu letzterer eine doppelmantelige

Hohlkathode e₂ liegt, wobei im Zwischenraum zwischen e_± und e₂ weitere Stabkathoden c₂ gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

Um bei doppelmanteligen Hohlkathoden auch die inneren Flächen des äußeren Mantels durch die Stabkathode mit Aktivierungsmaterial beaufschlagen zu können, d. h. emissionsfähig zu machen, versieht man den inneren Zylinder e^ mit Durchbrechungen oder

ι ο Löchern z, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt. Bei diesen Kathoden sind die Zylinder ^₁ bzw. e% und e₂ der Hohlkathode am oberen Ende offen. Der aus der Stabkathode austretende Quecksilberdampf tritt nun auch zwischen die Zylinder, und Strom sowie Dampf treten aus den offenen Enden der beiden Zylinder der Hohlkathode heraus. Dabei ist darauf zu achten, daß der Dampfaustritt aus dem von der Hohlkathode eingeschlosenen Emissionsraum möglichst gering ist, um einen großen Unterschied zwischen der Dampfdichte im Emissionsraum gegenüber derjenigen im Entladeraum zu erzielen. Andererseits darf jedoch die Austrittsöffnung nicht so weit verringert werden, daß z. B. der Spannungsabfall über die Ionisierungsspannung des Quecksilbers steigt.

Die doppelmantelige Hohlkathode kann schließlich auch, wie in Fig. 4 dargestellt, durch zwei ineinandergeschobene Glocken gebildet sein, die auf ihren Zylindermantelflachen' sowohl als auch auf ihren Bodenflächen mit Löchern oder Durchbrechungen ζ versehen werden. Die Löchern werden gegeneinander versetzt, um den von der Stabkathode in die Hohlkathode eintretenden Dampf am Austritt aus der letzteren möglichst zu begrenzen. Bei dieser Kathodenform tritt der Strom und der Dampf brausenartig aus der Hohlkathode heraus.

Claims

Patentansprüche:

i. Glühkathodenentladungsapparat mit einer oder mehr als einer Anode und Quecksilberdampffüllung sowie einer fremdgeheizten hohlzylindrischen emittierenden Glühkathode mit hoher Stromdichte und einer Einrichtung zur Erzeugung einer hohen Quecksilberdampfdichte an den emittierenden Flächen der Glühkathode, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des emittierenden Kathodenhohlzylinders ein gegebenenfalls an der glühelektrischen Emission der Kathode beteiligter Körper vorgesehen ist, der eine Vielzahl von auf seiner Außenfläche mündende und über diese verteilte Bohrungen aufweist, durch die Quecksilberdampf von außen her auf die Kathodenfläche geblasen wird, und der sich derart über die Kathodenlänge erstreckt, daß der Quecksilberdampf die Emissionsfläche praktisch gleichmäßig beaufschlagt.
2. Glühkathodenentladungsapparat nach Anspruch 1," dadurch gekennzeichnet, daß der mit Bohrungen für den Dampfaustritt versehene Körper im Inneren der emittierenden Hohlkathode einen Vorrat an Aktivierungsmaterial für die letztere trägt, der während des Betriebes auf die Hohlkathode aufdampft.
3. Glühkathodenentladungsapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aktivierungsmaterial ein Reduktionsmittel, wie Graphit, beigemischt ist.
4. Glühkathodenentladungsapparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im Inneren der Kathode befindliche Körper selbst aus dem reduzierenden Material besteht. .
5. Glühkathodenentladungsapparat nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des Kathodenhohlzylinders eine Mehrzahl von mit Bohrungen für Quecksilberdampf versehenen Körpern gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
6. Glühkathodenentladungsapparat.nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenhohlkörper doppel- go mantelig ausgebildet ist.
7. Glühkathodenentladungsapparat nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Körper mit Bohrungen für Quecksilberdampf und mit Aussparungen für einen Vorrat von Aktivierungsmaterial von einem emittierenden Kathodenhohlzylinder umgeben ist und daß diesen Hohlzylinder konzentrisch mit Abstand umhüllend ein doppelmanteliger Kathodenhohlkörper angeordnet ist, wobei in dem Raum zwischen dem ersten Hohlzylinder und dem doppelmanteligen Hohlkörper weitere Quecksilberdampf abgebende Körper gleichmäßig verteilt vorgesehen sind.
8. Glühkathodenentladungsapparat nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den beiden Mänteln des doppelmanteligen Kathodenhohlkörpers an seinem Stirnende offen und der innere der beiden Mäntel auf der emittierenden Länge mit Löchern ver- · sehen ist.
9. Glühkathodenentladungsapparat nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelmantelige Kathodenhohlkörper aus zwei ineinandergeschobenen Glocken besteht, deren äußere und innere Zylinderwände und Böden mit Löchern versehen sind.
10. Glühkathodenentladungsapparat nach

Anspruch g, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher der inneren Glocke gegenüber denen der äußeren Glocke versetzt sind.
11. Glühkathodenentladungsapparat nach Anspruch ι bis io, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unteren Teil des Kathodenhohlzylinders eine Querwand aus Metall vorgesehen ist, die die unterhalb davon liegenden Teile des Kathodenaufbaues gegen die hohe Temperatur schützt und die Länge der an der Emission beteiligten Kathodenfläche begrenzt.
12. Glühkathodenentladungsapparat nach Anspruch ι bis ii, dadurch gekennzeichnet, daß der die Glühkathode und den Quecksilberdampfkörper tragende Bolzen gekühlt ist.
iß.Glühkathodenentladungsapparatnach Anspruch ι bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Außenfläche des im Inneren der Hohlkathode befindlichen, stabförmigen Körpers mündenden Bohrungen durch Querbohrungen gebildet sind, die von einer gemeinsamen Längs-· bohrung ausgehen, welche über ein Rohr mit einem außerhalb des Entladungsapparates liegenden beheizten Quecksilberbehälter in Verbindung steht, der mit einem Ouecksilbersumpf im Entladungsgefäß über ein Rücklaufrohr kommuniziert.
14. Glühkathodenentladungsapparat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Quecksilbervorrat im außerhalb des Entladungsapparates liegenden Quecksilberbehälter tauchende Rücklaufrohr eine solche» Höhe hat, daß ein Ouecksiilberdampfdruck von einigen Zentimetern Höhe erzielt werden kann.
15. Glühkathodenentladungsapparat nach Anspruch 1 bis 14 mit Eisengehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Glühkathode als auch die Zuführungen zur Heizwicklung "derselben gegen das Gehäuse und den Quecksilbersumpf isoliert durch das Gehäuse hindurchgeführt sind.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen