DE640111C

DE640111C - Metal vapor rectifier, in particular large-scale mercury vapor rectifier, with several cooling cylinders attached to the cover of the rectifier vessel

Info

Publication number: DE640111C
Application number: DES108032D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1932-01-28
Filing date: 1933-01-24
Publication date: 1936-12-22

Description

Metalldampfgleichrichter, insbesondere Quecksilberdampfg'roßgleichrichter, mit mehreren am Deckel des Gleichrichtergefäßes befestigten Kül-ilzylindern Die Erfindung betrifft Metalldampfgleichrichter, insbesondere Quecksilberdampfgroßgleichrichter, mit mehreren am Deckel des Gleichrichtergefäßes befestigten Kühlzylindern. Es sind bereits Metalldampfgle'ichrichter, insbesondere auch Quecksilberdampfgroßgleichrichtier, mit mehreren am Deckel des Gleichrichtergefäßes befestigten, konzentrisch um die Gefäßachse mit Abstand voneinander angeordneten Kühlzylindern bekanntgeworden, bei denen in dem Ringraum zwischen dem innersten und dem nächstgrößeren Kühlzylinder kranzförmig angeordnete, in Schutzrohren befindliche Anoden vorgesehen sind.Metal vapor rectifiers, especially large-scale mercury vapor rectifiers, with several cooling cylinders attached to the lid of the rectifier vessel The invention relates to metal vapor rectifiers, in particular large-scale mercury vapor rectifiers, with several cooling cylinders attached to the lid of the rectifier vessel. There are already metal vapor rectifiers, in particular also large mercury vapor rectifiers, with several attached to the lid of the rectifier vessel, concentric around the Vessel axis with spaced apart cooling cylinders become known at those in the annulus between the innermost and the next larger cooling cylinder Anodes arranged in a ring and located in protective tubes are provided.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Metalldampfgleichrichter der vorerwähnten Art besteht darin, daß mit den bisherigen Mitteln und Kühlanordnungen kein sicheres Mittel zur Vermeidung von Betriebsstörungen gefunden wurde. Besonders groß ist bei Quecksilberdampfgleichrichtern sehr hoher Leistung immer noch die Gefahr des Auftretens von Rückzündungen, Kurzschlüssen o. dgl.A major disadvantage of the known metal vapor rectifier aforementioned type is that with the previous means and cooling arrangements no sure means of avoiding malfunctions has been found. Particularly there is still a great danger with very high power mercury vapor rectifiers the occurrence of flashbacks, short circuits or the like.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die erwähnten Nachteile ausgeschlossen, wenn der innerste Kühlzylinder an seinem nach der Kathode zu liegenden Ende in einen in der Mitte entsprechend der unteren Weite des von dem innersten Kühlzylinder gebildeten I#ühlschachtes durchbrochenen Doppelkonns ausläuft, der in den vor den Anodenschutzrohröffnungen liegenden Teil des Lichtbogenweges, die Schutzrohröffnungen nach unten hin nahezu vollständig abdeckend, hineinragt. An das untere Ende des innersten Kühlzylinders, der oben im Gegensatz zu der äußeren Begrenzung des die Anoden enthaltenden, von den Kühlzylindern gebildeten Ringraums einen ringförmigen Spalt mit dem Gefäßdeckel für den Dampfdurchtritt freiläßt, schließt sich ein aus Isoliermaterial bestehender Zy- linder an. Dieser Zylinder reicht vorteilhaft bis in das Katliodennietall herab und grenzt so einen äußeren ringförmigen" den Lichtbogenansatz aufweisenden Teil des Kathodenmetalls von einem inneren, durch besondere Mittel bis zur Verdampfung beheizten Teil ab. Der innerste Kühlzylinder kann ' nach der Kathode zu eine konische Erweiterung aufweisen, an die sich der Doppelkonus anschließt. An den zentralen Kühlkörper ist zweckmäßig ein Kühlmittelkreislauf angeschlossen, der von dem Deckelkühler über eine Pumpe und einen Erhitzer unmittelbax zum Kathodenbehälter führt, In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt.According to the present invention, the disadvantages mentioned are excluded if the innermost cooling cylinder ends at its end located after the cathode into a double cone pierced in the middle corresponding to the lower width of the I # ühlschachtes formed by the innermost cooling cylinder, which is in the anode protection tube openings lying part of the arc path, almost completely covering the protective tube openings towards the bottom, protrudes. A cylinder made of insulating material adjoins the lower end of the innermost cooling cylinder, which at the top, in contrast to the outer boundary of the annular space containing the anodes and formed by the cooling cylinders, leaves an annular gap with the vessel cover for the passage of steam. This cylinder extends advantageously up in the Katliodennietall down and is adjacent to an outer annular "the arc approach having part of the cathode metal from an inner, by special means until heated to evaporate part from. The innermost cooling cylinder can 'by the cathode have to a conical extension, A coolant circuit is expediently connected to the central cooling body and leads directly from the cover cooler via a pump and a heater to the cathode container.

Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch, einen Metalldampfgleichrichter und die Abb. 2 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform von Großgleichrichterii.-.' Abb. 3 ist ein vertikaler Teilschnitt durch den mittleren Kühler mit einem Wärmeregler oder Thermostaten.Fig. I shows a longitudinal section through a metal vapor rectifier and Fig. 2 shows a section through another embodiment of large rectifier. ' Fig. 3 is a partial vertical section through the center radiator with a thermostat or thermostat.

Der in Abb. i dargestellte Großgleichrichter hat einen Hauptbehälter 7 und einen isolierten Kathodenbehälter 8 mit dem Quecksilberkathodenteich 811. Die Wände des Gleichrichterbehälters sind mit einem Kühlmantel 9 und der Kathodenbehälter mit einem Kühlmantel io versehen. Von der Mitte des Deckels ii des Kessels hängt ein zylindrischer Kühlmantel 12 herab, der an seinem ünteren Ende in einem doppelt konischen Körper 13 endigt. Der Kühlmantel 12, und der konische Körper 13 werden durch Wasser gekühlt, das durch das Rohr 14 zugeführt und durch ein Rohr 15 abgeführt wird.The large rectifier shown in Fig. I has a main container 7 and an insulated cathode container 8 with the mercury cathode pond 811. The walls of the rectifier container are provided with a cooling jacket 9 and the cathode container with a cooling jacket. A cylindrical cooling jacket 12 hangs down from the center of the lid ii of the boiler and terminates in a double-conical body 13 at its lower end. The cooling jacket 12 and the conical body 13 are cooled by water which is supplied through the pipe 14 and discharged through a pipe 15.

Eine Anzahl Anoden 16 sind kranzartig um den oberen Teil des Kühlkörpers 12 und oberhalb des konischen Körpers 13 angeordnet. Jede Anode ist mit einem Schutzrohr 17 versehen, dessen Boden durch ein Gitter 18 abgeschlossen ist. Um den Anodenschaft 2o ist eine Hülle ig aus Quarz angeordnet, die in eine in dem Anodenkopf 16 vorgesehene Ausnehmung hineinragt. Um die Hülle ig ist eine Ouarzscheibe 21 gelegt, die auf dem oberei Teil des Anodenkopfes 16 ruht und von dem unteren Ende des Anodenisolators 22-absteht. Dieser Zwischenraum sowie die Quarzhülle ig. sind für die Vermeidung von Rückzündungen besonders wesentlich.A number of anodes 16 are arranged in a ring around the upper part of the cooling body 12 and above the conical body 13 . Each anode is provided with a protective tube 17, the bottom of which is closed by a grid 18. A sleeve ig made of quartz is arranged around the anode shaft 2o and protrudes into a recess provided in the anode head 16. An Ouarz disk 21 is placed around the envelope 1, which rests on the upper part of the anode head 16 and protrudes from the lower end of the anode insulator 22. This space as well as the quartz shell ig. are particularly important for avoiding re-ignition.

Die kranzartig angeordneten Anoden 16 liegen verhältnismäßig dicht an dem mittleren Kühlmantel 12, d. h. viel näher an dem Kühlmantel 1:2 als an den Seitenwänden des Kessels 7. Die gesamtefi Anoden sind von einem Zwischenkühlmantel :24 umgeben, der wiederum von einem äußeren Kühlmantel umschlossen sein kann. Der äußere Kühlmantel 25 und der Kesselkühlmantel 9 bilden die äußersten Wände, an denen sich das Quecksilber kondensiert, um in flüssigem Zustand nach der Kathode zurückzufließen.The anodes 16 arranged in a ring are relatively close to the central cooling jacket 12, i. H. much closer to the cooling jacket 1: 2 than to the side walls of the vessel 7. The entire fi anodes are surrounded by an intermediate cooling jacket: 24, which in turn can be enclosed by an outer cooling jacket. The outer cooling jacket 25 and the boiler cooling jacket 9 form the outermost walls on which the mercury condenses in order to flow back in the liquid state to the cathode.

Außer einer mittleren Dan-.Lpfströmung, die von der Kathode emporsteigt, gibt es eine radiale Dampfströmung, die unterhalb der konischen Ablenkfläche nach den Seitenwänden des Kessels und dem Außenkühler 25 gehen, um sich schließlich zu vereinigen und den Hg-Dampf an den Wänden des Kesselkühlers 9 und des Außenkühlers 25 zu. kondensieren.In addition to a medium Dan-Lpfstrom, which rises from the cathode, there is a radial steam flow, which go below the conical deflecting surface to the side walls of the boiler and the external cooler 25 to finally merge and the Hg-steam on the walls of the Boiler cooler 9 and the external cooler 25 too. condense.

Hierbei ist es wesentlich, daß# der mittlere Kühler eine niedrigere Temperatur hat als der emporschießende Ouecksilberdampfstroni, so daß der Quecksilbirdampf sich an diesem Kühler kondensiert. Die Temperatur dieses .Kühlers ist jedoch vorteilhaft höher als die der Endkondensationswände, so daß der expandierende Dampf, der an Geschwindigkeit und Druck verliert, als entionisierter Dampf schnell weiter geführt wird. Der mittlere Kühler 24 hat vorteilhaft eine Temperatur, die annähernd derjenigen der Ternperatur des inneren Kühlers 1:2 entspricht.It is essential that # the middle cooler has a lower one The temperature of the rising mercury vapor stroni, so that the mercury vapor condenses on this cooler. However, the temperature of this cooler is advantageous higher than that of the end condensation walls, so that the expanding steam that is at Loss of speed and pressure, as deionized steam quickly passed on will. The middle cooler 24 advantageously has a temperature which approximates that corresponds to the temperature of the inner cooler 1: 2.

Bei dem Gleichrichter nach Abb. i wird das bei 3o eintretende Kühlwasser zuerst in die Kathodenkühler io, dann durch eine nachgiebige Verbindung 31 und das Eintrittsrohr 3:2 in den Kesselkühler 9 geführt. Den Kesselkühler verläßt es durch das Austrittsrohr 33 und tritt in den Außenkühler 25 ein. Beim Verlassen des Außenkühlers 25 durch das Austrittsrohr 35 kommt das Kühlwasser in den Zwischenkühler:24, von dem es durch die Rohre 36 nach dem Rohr 14 des mittleren Kühlers 12 und dem Konus 13 fließt. Das Wasser tritt aus dem mittleren Kühler 12 durch das Rohr 15 nach dem Deckelkühler 38, von wo. es durch das Ablaßrohr 39 (Abb. i links oben) abgeführt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform befindet sich das wärmste Kühlwasser im Kühler 12 und das kältesle Kühlwasser in dem Kesselkühler 9 und dem Außenkühler 25. In the rectifier according to Fig. I, the cooling water entering at 3o is first fed into the cathode cooler io, then through a flexible connection 31 and the inlet pipe 3: 2 into the boiler cooler 9 . It leaves the boiler cooler through the outlet pipe 33 and enters the external cooler 25 . When leaving the external cooler 25 through the outlet pipe 35 , the cooling water enters the intercooler: 24, from which it flows through the pipes 36 to the pipe 14 of the central cooler 12 and the cone 13 . The water exits the central cooler 12 through the pipe 15 to the lid cooler 38, from where. it is discharged through the drain pipe 39 (Fig. i, top left). In the present embodiment, the warmest cooling water is located in the radiator 12 and the cold cooling water is located in the boiler cooler 9 and the external cooler 25.

Die in Abb. i dargestellte Ausführung ist besonders empfindlich gegen plötzlich auftretende Belastungen. Die meisten bisherigen Rückzündungen erfolgen besonders gern, wenn die Belastung plötzlich erhöht wird, z. B. bei plötzlicher Steigerung der Belastung von :25 0/, der Vollast bis zu 2oo % der Volllast. Die Häufigkeit der Rückzündungen steht unter solchen Umständen im Verhältnis von etwa i : iooo. Es hat sich nun herausgestellt, daß nach einer solchen Belastungserhöhung der Lichtbogenabfall einige Minuten lang wesentlich höher und sehr unbeständig wird. Dies wird besonders auf die Langsamkeit zurückgeführt, mit der sich die Kathodenflecke über die Oberfläche des Ouecksilberteiches ausbreiten, um die erhöhte ffelastung zu führen, sowie auf die Zeit, die erforderlich ist, um die Durchschnittstemperatur der Oberfläche des Quecksilberteiches auf den erforderlichen Wert zu erhöhen, bei dem eine größere Menge Quecksilberdampf für den Lichtbogenweg entwickelt wird. Mit anderen Worten, in der dargestellten Ausführung kann der mittlere Dampfstrom unter Umständen nicht groß genug sein, um eine ausreichendeAnzahl von entionisiertenQuecksilbermolekülen in die Gegend unter den Anodenschutzrohren 17 zu führen, so daß dort nicht eine genügende Anzahl von Gasteilchen vorhanden ist, um den erhöhten Belastungsstrom ohne übermäßigen Lichtbogenabfall zu führen.The design shown in Fig. I is particularly sensitive to sudden loads. Most previous re-ignitions are particularly popular when the load is suddenly increased, e.g. B. with a sudden increase in the load of: 25 0 /, the full load up to 2oo % of the full load. The frequency of the re-ignition is in such circumstances in the ratio of about i : iooo. It has now been found that after such an increase in load the arc drop becomes much higher and very unstable for a few minutes. This is particularly attributed to the slowness with which the cathode spots spread over the surface of the mercury pond in order to carry the increased load, as well as the time required to raise the average temperature of the surface of the mercury pond to the required value, in which a large amount of mercury vapor is generated for the arc path. In other words, in the illustrated embodiment, the average vapor stream may may not be large enough to cause a sufficient number of entionisiertenQuecksilbermolekülen in the area under the anode protection tubes 17 so that there is a sufficient number of gas particles is not available to the increased load current without excessive arc waste.

Es gibt nun zwei Möglichkeiten, diese Schwierigkeiten zu beseitigen. Eine Mög,-lichkeit besteht darin, daß eine Hilfsquelle für Quecksilberdarhpf für die entionisierte Flamme, wie in Abb..2 dargestellt, verwendet wird. In diesem Falle wird der rohrförmige Ablenkkörper43 aus Quarz zwischen dem mittleren Kühler 12 und dein mittleren Teil des Quecksilberteiches vorgesehen, welcher von dem Kathodenkühler io, wie bei 44 angegeben, wärmeisoliert ist. Eine Heizung45 ist in diesem mittleren Quecksilberteich vorgesehen, mittels deren das Quecksilber in beliebiger Menge verdampft werden kann. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden in'dem äußeren, wirksamen, ringförmigen Teil des Ouecksilberteiches 47 eine oder mehrere Zündanoden 46 vorgesehen.There are now two ways of overcoming these difficulties. One possibility is that an auxiliary source of mercury vapor for the deionized flame as shown in Fig..2 is used. In this case is the tubular baffle 43 made of quartz between the central radiator 12 and the middle part of the mercury pond is provided, which is from the cathode cooler io, as indicated at 44, is thermally insulated. A heater45 is in this middle one Mercury pond provided, by means of which the mercury evaporates in any amount can be. In this embodiment of the invention, in'dem the external, effective, annular part of the Ouecksilberteiches 47 one or more ignition anodes 46 is provided.

Abb. 2 zeigt ferner eine hängend angeordnete rohrförmige Ablenkfläche 49, die von dem Deckel ii in der Umgebung der kranzartig angeordneten Anoden 16 herabhängt und dazu dient, den Dampfstroni nach unten an den Mündungen der Schutzrohre 17 vorbeizuleiten.FIG. 2 also shows a hanging tubular deflecting surface 49, which hangs down from the cover ii in the vicinity of the anodes 16 arranged in a ring and serves to guide the steam downward past the mouths of the protective tubes 17 .

Ein anderes Verfahren, um einen größeren mittleren Dampfstrom zu erhalten, die für die in Abb. i dargestellte Ausführung besonders vorteilhaft ist, ist in Abb. 3 gezeigt, in welcher die Mündung des mittleren Kühlers 12a in Form eines erweiterten Trichters, wie bei 51 angegeben ist, ausgeführt ist, so daß sie sich über die ganze Oberfläche des Quecksilberteiches ausbreitet. Auf diese Weise ist es möglich, daß eine größere Menge von Ouecksilberdampf durch den mittleren Kühi-er 12a hindurchgeht, ohne daß es erforderlich ist, darauf zu warten, daß die ganze Fläche des Quecksilbers bei plötzlicher Belastungserhöhung die Temperatur der Kathodenflecke annimmt.Another method of obtaining a greater mean vapor flow, which is particularly advantageous for the embodiment shown in FIG. 1, is shown in FIG is carried out so that it spreads over the entire surface of the mercury pond. In this way it is possible for a larger amount of mercury vapor to pass through the central cooler 12a without having to wait for the entire surface of the mercury to assume the temperature of the cathode spots with a sudden increase in the load.

Die neue Gleichrichteranordnung ist be-_ sonders vorteilhaft für Gleichrichteraggregate sehr hoher Leistung, bei denen an Stelle eines einzigen hoch leistungsfähigen Gleichrichters eine Anzahl einzelner Teilgleichrichter, die gegebenenfalls übereinander angeordnet sind, verwendet werden.The new rectifier arrangement is particularly advantageous for rectifier assemblies very high performance where in place of a single high performance rectifier a number of individual partial rectifiers, which may be arranged one above the other are to be used.

Claims

PATENT CLAIMS -. i. Metal vapor rectifier, in particular large-scale mercury vapor rectifier, with several cooling cylinders attached to the lid of the rectifier vessel, concentrically spaced around the vessel axis, and with anodes in protective tubes arranged in a ring in the annular space between the innermost and the next larger cooling cylinder, characterized in that the innermost cooling cylinder at its end facing the cathode, it ends in a double cone that is perforated in the middle, corresponding to the lower width of the cooling shaft formed by the innermost cooling cylinder, which almost completely covers the part of the arc path in front of the anode protective tube openings, the protective tube openings downwards, protrudes.

2. Metal vapor rectifier according An-'spruch i, characterized in that at the lower end of the innermost cooling cylinder, the top as opposed to the perimeter of the anodes containing overall from the cooling cylinders formed annular chamber an annular gap with the vessel ceiling ' 1 leaves free for the passage of steam, a cylinder made of insulating material is connected, which extends down into the cathode metal and thus separates an outer, ring-shaped part of the cathode metal, which has the arc attachment, from an inner part, which is heated by special means up to evaporation. 3. Metal vapor rectifier according to claim i, characterized in that the innermost cooling cylinder has a conical widening after the cathode, to which the double cone is connected.