DE646534C

DE646534C - Automatic electrical control device to keep the operating temperature constant inside artificially cooled vacuum discharge devices, e.g. B. of mercury vapor rectifiers

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Publication number: DE646534C
Application number: DEL87057D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1934-12-01
Filing date: 1934-12-01
Publication date: 1937-06-16

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Vakuumentladungsapparate, z. B. Quecksilberdampfgleichrichter, mit künstlicher Kühlung des Vakuumgefäßes. Beim Betriebe derartiger Vakuumentladungsapparate ist es in der Regel erforderlich, die Gefäße auf einer bestimmten Temperatur, zumindest aber innerhalb eines für den Betrieb besonders günstigen Temperaturbereiches zu halten, um das Auftreten von Störungen zu vermeiden.The invention relates to vacuum discharge apparatus, e.g. B. mercury vapor rectifier, with artificial cooling of the vacuum vessel. It is usually the case when operating such vacuum discharge devices required the vessels at a certain temperature, but at least within one to keep the temperature range particularly favorable for operation in order to prevent the occurrence to avoid interference.

Die Aufrechterhaltung dieser vorbestimmten Betriebstemperatur wird aber dadurch schwierig, daß auf die Temperatur des Gefäßes mehrere Größen Einfluß haben, nämlich die Temperatur des Kühlmittels, die Außentemperatur und die Belastung. Es sind bereits eine Reihe von Regeleinrichtungen zur Konstanthaltung der Betriebstemperatur entwickelt worden, durch welche versucht wird, den iEinfluß der verschiedenen, die Temperatur des Gefäßes bestimmenden Größen einzeln zu beherrschen. Die bisher bekannten Einrichtungen dieser Art haben jedoch nicht befriedigend zu arbeiten vermocht und sind außerdem vielfach sehr kompliziert.The maintenance of this predetermined operating temperature is thereby difficult that several variables have an influence on the temperature of the vessel, namely the temperature of the coolant, the outside temperature and the load. There are already developed a series of control devices to keep the operating temperature constant by which an attempt is made to reduce the influence of the various, the temperature of the vessel determining variables individually. The previously known facilities of this kind, however, have not been able to work satisfactorily and are moreover often very complicated.

Weiterhin sind Regeleinrichtungen bekanntgeworden, bei denen das Regelorgan eine die Betriebstemperatur des Gefäßes beeinflussende Größe in Abhängigkeit von der Temperatur der Gefäßwandungen steuert. Als Regelorgan hat man hierbei einen Bimetallstreifen verwendet, der in der Nähe der Gefäßwandungen angebracht wird und bei Formänderungen infolge Erwärmung die gewünschten Schaltungen auslöst. Ein derartiger Bimetallstreifen ermöglicht aber nur eine ziemlich grobe und träge Regelung, die für den vorliegenden Zweck vielfach nicht ausreicht.Furthermore, control devices have become known in which the control element is a The variable influencing the operating temperature of the vessel as a function of the temperature controls the vessel walls. A bimetallic strip was used as a regulating element, which is attached near the vessel walls and as a result of changes in shape Heating triggers the desired circuits. Such a bimetallic strip allows only one fairly rough and sluggish regulation, which is often insufficient for the present purpose.

Gemäß der Erfindung wird nun eine sehr feinfühlig und einwandfrei arbeitende Regeleinrichtung dadurch geschaffen, daß durch die sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändernde Ausdehnung des Gefäßes der Steuerstrom des Regelorgans im Sinne einer Konstanthaltung der Betriebstemperatur beeinflußt wird, z. B. durch Änderung eines Widerstandes im Steuerstromkreis des Regelorgans oder durch Auslösung von Schaltungen. Die Steuerung des Regelorgans ist also hier von den Längenänderungen des Gefäßes bei Temperaturschwankungen abhängig gemacht. Diese Längenänderungen folgen selbstverständlich sehr gleichmäßig und genau den Temperaturschwankungen. According to the invention, there is now a control device that works very sensitively and properly created by the fact that the control current is created by the expansion of the vessel, which changes as a function of the temperature of the regulating organ in the sense of keeping the operating temperature constant will, e.g. B. by changing a resistance in the control circuit of the regulating member or by triggering circuits. The control of the regulating organ is therefore from here the changes in length of the vessel with temperature fluctuations made dependent. These changes in length naturally follow the temperature fluctuations very evenly and precisely.

Die von dem Regelorgan gesteuerte Betriebsgröße kann z. B. in an sich bekannter Weise der Kühlmittelstrom sein, wobei ein gasförmiges oder ein flüssiges Kühlmittel verwendet werden kann. Es ist aber auch möglich, die Belastung des Gefäßes oder- eine andere, die Betriebstemperatur beeinflussende Größe mittels des Regelorgans zu steuern.The operating variable controlled by the regulating member can, for. B. in a known manner be the coolant flow, using a gaseous or a liquid coolant can be. But it is also possible to reduce the load on the vessel or another that Controlling the operating temperature influencing variable by means of the control member.

Als Regler wird vorteilhaft ein astatisch arbeitender Regler verwendet. Es ist aber auch möglich, einen statisch arbeitenden Regler zu benutzen, insbesondere dann, wenn es nicht erforderlich ist, eine genaue Temperatur der Wandungen innezuhalten, sondern die Aufrechterhaltung eines bestimmten Temperaturbereiches genügt.An astatic controller is advantageously used as the controller. But it is also possible to use a static controller, especially if it is not necessary to maintain an exact temperature of the walls, but rather maintaining a certain temperature range is sufficient.

Als Widerstand im Steuerstromkreis des ίο Reglers wird zweckmäßig eine aus einzelnen Platten, z. B. Kohlescheiben, aufgebaute, durch Druck veränderliche Widerstandssäule vorgesehen, die zwischen zwei Trägern angeordnet ist, deren Abstand von der Temperatur der Gefäßwandungen abhängig gemacht ist.As a resistor in the control circuit of the ίο controller, it is advisable to use one of the individual Panels, e.g. B. carbon disks, built-up resistance column that can be changed by pressure provided, which is arranged between two supports whose distance from the temperature the vessel walls is made dependent.

An Hand der beiliegenden Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Diese stellt eine selbsttätige Regeleinrichtung gemäß der Erfindung bei einem luftgekühlten Gleichrichter dar.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing. These shows an automatic control device according to the invention in an air-cooled rectifier represent.

ι ist ein Vakuumentladungsapparat, z. B. ein Quecksilberdampfgleichrichter, mit einer Quecksilberkathode 2 und den Anodenß, die mittels Einführungen 4 eingeführt werden und sich in Anodenschutzrohren 5 befinden. Das Gefäß ι ist mit einem Kühlmantel 6 umgeben, der in einen Schacht 7 mündet. In diesem befindet sich ein Ventilator 8, der Luft oder ein sonstiges Kühlmittel von oben nach unten durch die Kühlräume saugt. Der Ventilatormotor S wird von einer Stromquelle 9 aus gespeist, an die er über einen Regler angeschlossen ist. Dieser Regler, dessen Konstruktion an sich bekannt ist, besteht aus einem Magneten 10, dessen Anker 11 urn den Zapfen 12 drehbar gelagert ist. Der Magnetanker 11 arbeitet mit einer Widerstandssäule 13 zusammen, die aus einzelnen Scheiben, z.B. aus Kohle, Silber o. dgl., aufgebaut ist. Der Ohmsche Widerstand einer solchen W^riderstandssäule hängt bekanntlich von dem Grade der Zusammendrückung der Scheiben ab. Die Säule ist an ihrem oberen Ende mittels eines Stützlagers 14 ortsfest gelagert und stützt sich mit ihrem unteren Ende 15 an einem an dem Anker 11 vorgesehenen Widerlager 16 ab. Aus der Zeichnung ergibt sich klar, daß die Zusammendrückung der Widerstandssäule 13 und damit ihr Widerstand von der Stellung des Ankers 11 bestimmt wird. Auf diese Stellung wirken außer dem Druck der Säule 13 zwei Kräfte ein, nämlich eine Zugfeder 17, die über ein Stahlband 18 o. dgl. an einem Tragarm 19 angebracht ist, der seinerseits an dem Anker 11 starr befestigt ist. Dieser Tragarm 19 besitzt eine mit einem Lederbelag 20 o. dgl. versehene Führungskurve, gegen welche sich bei einer Drehung des Ankers 11 entgegen dem Uhrzeigersinn das Stahlband 18 anlegt. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, ist der Auflagepunkt des Stahlbandes von der Stellung des Ankers ii und damit des Tragarmes 19 abhängig. Durch diesen Auflagepunkt wird aber auch die Größe ..Jies Hebelarmes bestimmt, mit welchem die !,Feder 17 an dem Tragarm 19 bzw. dem Anker 11 zieht. Die Führungskurve an dem Tragarm 19 ist nun derart bemessen, daß die Feder 17 in jeder Stellung des Ankers 11 praktisch die gleiche Zugkraft auf den Anker ausübt. Die zweite Kraft, die den Anker zu drehen versucht, und zwar in einer entgegengesetzten Richtung wie die Feder 17, ist die Magnetkraft, die durch eine Erregung der Wicklung 21 des Magneten erzeugt wird. Es ist ohne weiteres klar, daß bei einer bestimmten Einstellung der Feder 17, die mittels einer Stellschraube 22 veränderlich ist, nur eine ganz bestimmte Magneterregung der Feder 17 das Gleichgewicht halten kann. Ist diese Magneterregung vorhanden, so steht der Regler ruhig ohne Rücksicht auf die jeweilige Stellung des Ankers 11; wird sie überschritten, so überwiegt die Zugkraft des Magneten. Der Ankern nimmt dann die eine Grenzstellung ein, und wird sie unterschritten, so überwiegt die Zugkraft der Feder, der Anker 11 nimmt dann die andere Grenzstellung ein, in welcher er gezeichnet ist. Der Regler arbeitet also als astatischer Regler.ι is a vacuum discharge device, e.g. B. a mercury vapor rectifier, with a mercury cathode 2 and the Anodenß, which are introduced by means of inlets 4 and are located in anode protection tubes 5. The vessel ι is surrounded by a cooling jacket 6 which opens into a shaft 7. In this there is a fan 8 which sucks air or some other coolant from top to bottom through the cooling spaces. The fan motor S is fed by a power source 9 to which it is connected via a controller. This regulator, the construction of which is known per se, consists of a magnet 10, the armature 11 of which is rotatably mounted around the pin 12. The magnet armature 11 works together with a resistance column 13, which is made up of individual disks, for example made of carbon, silver or the like. The ohmic resistance of such a W ^r iderstandssäule is known to depend on the degree of compression of the discs from. The column is fixedly mounted at its upper end by means of a support bearing 14 and is supported with its lower end 15 on an abutment 16 provided on the armature 11. It is clear from the drawing that the compression of the resistance column 13 and thus its resistance is determined by the position of the armature 11. In addition to the pressure of the column 13, two forces act on this position, namely a tension spring 17 which is attached via a steel band 18 or the like to a support arm 19 which in turn is rigidly attached to the armature 11. This support arm 19 has a guide curve provided with a leather covering 20 or the like, against which the steel band 18 rests when the armature 11 is rotated counterclockwise. As can be seen from the drawing, the point of support of the steel strip is dependent on the position of the armature ii and thus of the support arm 19. This support point also determines the size ..Jies lever arm with which the!, Spring 17 pulls on the support arm 19 or the armature 11. The guide curve on the support arm 19 is now dimensioned such that the spring 17 exerts practically the same tensile force on the armature in every position of the armature 11. The second force which tries to rotate the armature, in a direction opposite to that of the spring 17, is the magnetic force which is generated by energizing the winding 21 of the magnet. It is immediately clear that with a certain setting of the spring 17, which can be changed by means of an adjusting screw 22, only a very specific magnetic excitation of the spring 17 can keep the equilibrium. If this magnetic excitation is present, the controller stands still regardless of the respective position of the armature 11; if it is exceeded, the pulling force of the magnet predominates. The anchor then assumes one limit position, and if it is not reached, the tensile force of the spring predominates, the anchor 11 then assumes the other limit position in which it is drawn. The controller works as an astatic controller.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, wird bei der dargestellten Stellung des Ankers der Widerstand 13 am stärksten zusammengepreßt und in der anderen Grenzstellung des Ankers am stärksten entlastet, während in der Gleichgewichtsstellung eine mittlere Zusammenpressung vorhanden ist.As the drawing shows, in the illustrated position of the armature Resistance 13 most compressed and in the other limit position of the armature most relieved, while in the equilibrium position a medium compression is available.

Da nun der Widerstand 13 in den Steuer-Stromkreis des Ventilatormotors 8 eingeschaltet ist, bedeutet die gezeichnete Reglerstellung den kleinstmöglichen Widerstand des Steuerstromkreises. Der Ventilator läuft also mit seiner größten Tourenzahl, während umgekehrt in der anderen Grenzstellung des Reglers, d. h. also bei Überwiegen der Magneterregung, der Widerstand seinen größten Wert besitzt, so daß der Ventilatormotoi überhaupt nicht oder nur ganz langsam läuft. Schließ- no Hch wird der Ventilatormotor 8 in der Gleichgewichtsstellung des Regler? mit einer zwischen den beiden Grenzgeschwindigkeiten liegenden Geschwindigkeit laufen.Since the resistor 13 is now switched on in the control circuit of the fan motor 8 is, the control position shown means the smallest possible resistance of the Control circuit. The fan runs at its greatest number of revolutions, while vice versa in the other limit position of the controller, d. H. so if the magnetic excitation predominates, the resistance has its greatest value, so that the fan moto at all does not run or runs very slowly. Closing no Hch, the fan motor 8 is in the Equilibrium position of the regulator? with one between the two limit speeds running at a lying speed.

Die Stärke der Erregung der Magnetwicklung 21 ist nun von der Temperatur der Wandungen des Gefäßes 1 abhängig gemacht, und zwar durch Einschaltung eines sich entsprechend der Temperatur der Gefäßwandungen ändernden Widerstandes in den Erregerstromkreis der Magnetwicklung 21. Dieser Widerstand besteht ebenfalls aus einerThe strength of the excitation of the magnet winding 21 depends on the temperature of the walls of the vessel 1 made dependent, namely by switching on a corresponding the temperature of the vessel walls changing resistance in the excitation circuit of the magnet winding 21. This resistance also consists of one

Widerstandssäule 23, die aus Kohlescheiben o. dgl. aufgebaut ist. Die Widerstandssäule ist zwischen zwei Trägern 24 und 25 gelagert, deren Abstand sich in Abhängigkeit von der Wandungstemperatur ändert. Die beiden Träger 24 und 25 bestehen aus zwei in radialer Richtung den Luftmantel durchsetzenden Armen, von denen sich der obere auf die Widerstandssäule 23 auflegt, während der untere einen Stab 26 mit einer Tragplatte 2j trägt, der mittels der Isolierungen 28 und der Mutter 29 in den Tragarm 25 eingesetzt ist. Dieser Stab 26 besteht aus einem Material, das sich bei den in Frage kommenden Temperaturen praktisch nicht ausdehnt, z. B. aus einer unter dem Namen Invar bekannten Nickel-Eisen-Legierung mit 36°/₀ Nickel. Infolge dieser Anordnung hebt und senkt sich der Tragarm 24 entsprechend den Längenausdehnungen des Gefäßes, während die Tragplatte 27 ihre Lage relativ zu dem Gefäß unverändert beibehält, d. h. die Kohlescheiben 23 werden mehr oder weniger zusammengepreßt, so daß sich der Widerstand der SäuleResistance column 23, which is made up of carbon disks or the like. The resistance column is mounted between two supports 24 and 25, the distance between which changes as a function of the wall temperature. The two supports 24 and 25 consist of two arms penetrating the air jacket in the radial direction, of which the upper one rests on the resistance column 23, while the lower one carries a rod 26 with a support plate 2j , which by means of the insulation 28 and the nut 29 in the support arm 25 is used. This rod 26 consists of a material that practically does not expand at the temperatures in question, e.g. B. from a known under the name Invar nickel-iron alloy with 36 ° / ₀ nickel. As a result of this arrangement, the support arm 24 rises and lowers according to the longitudinal expansion of the vessel, while the support plate 27 remains unchanged in its position relative to the vessel, ie the carbon disks 23 are more or less compressed so that the resistance of the column increases

22) entsprechend den Temperaturschwankungen der Gefäßwandungen ändert. Hierdurch wird die Erregung der Magnetwicklung 21 entsprechend gesteuert, da der Widerstand 23, wie die Fig. 1 zeigt, in denErreger-Stromkreis eingeschaltet ist. 22) changes according to the temperature fluctuations of the vessel walls. In this way, the excitation of the magnet winding 21 is controlled accordingly, since the resistor 23, as FIG. 1 shows, is switched into the excitation circuit.

Die Lagerung der Widerstandssäule kann selbstverständlich auch in anderer Weise als hier dargestellt erfolgen. Zum Beispiel kann man den oberen Tragarm 24 beibehalten und den unteren unabhängig von dem Gefäß und gegen dessen Wärmeausstrahlung geschützt lagern.The storage of the resistance column can of course also in other ways than shown here. For example, the upper bracket 24 can be retained and the lower one is independent of the vessel and protected against its heat radiation to store.

Die Wirkungsweise der selbsttätigen Regeleinrichtung ist folgende:The mode of operation of the automatic control device is as follows:

Solange das Gefäß kalt ist, ist seine Länge verhältnismäßig kurz. Infolgedessen ist der Widerstand 23 stark zusammengepreßt, d. h. der Widerstand ist klein und die Magneterregung hoch. Infolgedessen wird die Magneterregung die Gegenkraft der Feder 17 des Reglers überwinden, so daß der Anker 11 die der gezeichneten Stellung entgegengesetzte Lage einnimmt. In dieser besitzt die Widerstandssäule 13 ihren größten Widerstand, so daß der Ventilatormotor 8 nur wenig oder überhaupt nicht laufen wird. Das Gefäß erwärmt sich infolgedessen rasch. Hierbei dehnt es sich aus, so daß sich der Träger 24 hebt und die Zusammenpressung der Kohlescheiben der Säule 23 vermindert. Infolgedessen steigt der Widerstand des Erregerstromkreises der Magnetwicklung 21. Die Magneterregung sinkt, und in einem gewissen Zeitpunkt wird die Federkraft stärker als die Magnetkraft, so daß der Anker 11 sich jetzt in die entgegengesetzte Stellung bewegt, in der der Widerstand 13 seinen kleinstmöglichen Wert hat. Der Ventilator 8 wird infolgedessen mit seiner höchsten Geschwindigkeit laufen. . Zwischen diesen beiden Grenzstellungen bewegt sich der Regler so lange, bis sich'Magnetkraft und Federkraft plus Druck der Widerstandssäule im Gleichgewicht befinden. In dieser Gleichgewichtsstellung läuft der Ventilatormotor mit einer mittleren Geschwindigkeit. As long as the vessel is cold, its length is relatively short. As a result, the Resistance 23 strongly compressed, d. H. the resistance is small and the magnet excitation high. As a result, the magnetic excitation is the counterforce of the spring 17 of the Overcome controller, so that the armature 11 is the opposite of the position shown Position. The resistance column 13 has its greatest resistance in this, see above that the fan motor 8 will run little or not at all. The vessel warms up as a result, quickly. In doing so, it expands so that the carrier 24 rises and the compression of the carbon disks of the column 23 is reduced. As a result, increases the resistance of the excitation circuit of the magnet winding 21. The magnet excitation decreases, and at a certain point in time the spring force becomes stronger than the magnetic force, so that the armature 11 is now in the opposite direction Moved position in which the resistor 13 is at its lowest possible value Has. The fan 8 will consequently run at its highest speed. . The controller moves between these two limit positions until 'Magnetkraft and spring force plus pressure of the resistance column are in equilibrium. In In this equilibrium position, the fan motor runs at a medium speed.

Es liegt im Wesen eines derartigen astatischen Reglers, daß er nur dann zur Ruhe kommen kann, wenn dieser Gleichgewichts- · zustand vorhanden ist, d. h. er wird so lange sich bewegen, bis der Widerstand 23 einen ganz bestimmten Wert aufweist. Dies bedeutet, daß auch die Längenausdehnung des Gefäßes ι eine bestimmte Größe aufweist, und eine bestimmte Längenausdehnung des Gefäßes ist wiederum nur bei einer ganz bestimmten Gefäßtemperatur vorhanden.It is in the essence of such an astatic regulator that it only then comes to rest can come when this state of equilibrium is present, d. H. he will be so long move until the resistor 23 has a very specific value. This means, that the length expansion of the vessel ι has a certain size, and a certain length of the vessel is only a very specific one Vessel temperature available.

Der astatische Regler hält also immer eine ganz bestimmte Länge des Gefäßes und damit auch eine ganz bestimmte Temperatur des Gefäßes aufrecht, ohne Rücksicht darauf, wie hoch die Belastung des Gleichrichters ist und welche Außentemperatur vorhanden ist. Kühlt sich z. B. die Außentemperatur ab, so ändert sich weder die Gefäß temperatur noch der Strom durch die Magnetwicklung 21. Das einzige, was sich ändert, ist die Einstellung des Reglers, die nun etwas anders sein muß, damit der zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichtes erforderliche Strom durch die Magnetwicklung 21 erhalten bleibt. Der Rückgang der Außentemperatur wirkt sich also nur in einer Verringerung der Umlaufgeschwindigkeit des Ventilatormotors 8 aus.The astatic regulator thus always holds a very specific length of the vessel and thus also maintain a very specific temperature of the vessel, regardless of how the load on the rectifier is high and what the outside temperature is. Cools z. B. the outside temperature, so changes neither the temperature nor the vessel Current through magnet winding 21. The only thing that changes is the setting of the regulator, which must now be a little different so that the one to maintain the balance required current through the magnet winding 21 is maintained. The decline the outside temperature therefore only has the effect of reducing the circulation speed of the fan motor 8.

Claims

Patent claims:

1. Automatic electrical control device to keep the operating temperature constant inside artificially cooled vacuum discharge devices, e.g. B. of mercury vapor rectifiers the variable influencing the operating temperature of the vessel,

z. B. the coolant flow, depending on the temperature of the vessel walls controls, characterized in that the expansion of the changing as a function of the temperature Vessel the control current of the regulating member in the sense of keeping the operating temperature constant is influenced, e.g. B. by changing a resistance in the control circuit of the regulating member or Triggering of circuits.

2. Automatic control device according to claim 1, characterized in that

as a resistance one made of individual plates. z. B. from coal disks, built up, resistance column variable by pressure is provided, and that the resistance column is arranged between two supports, their distance from the temperature the vessel walls is made dependent.

3. Automatic control device according to claim 2, characterized in that the resistance column with one end on one in its relative position to the Vessel rests practically immobile support bearing, while at the other end of the column the temperature fluctuations corresponding changes in the vessel dimensions such z. B. by one the vessel rigidly attached pressure arm or by a lever linkage to the effect that the column in Depending on the temperature fluctuations is more or less compressed, whereby the ohmic resistance the column is changed accordingly.

4. Automatic control device according to claim 2 and 3, characterized in that that one of the supports for the resistance column changes its position as a function of the temperature Position of the vessel and participates in the changes in position at this point, while the other is essentially non-participating in vasodilation Place of the vessel is attached and from a non-expanding at the temperatures in question Material exists in such a way that its position relative to the vessel always remains unchanged.

5. Automatic control device according to claim 1 and / or the following, characterized in that the regulator controlled by the changes in resistance is an astatic regulator is, which is only at a predetermined size of the resistance and thus the temperature of the vessel walls in the Is in equilibrium and therefore keeps the temperature constantly at this value.

G. Automatic control device according to claim 1 and / or 2 to 5, characterized characterized in that the controller controlled by the resistance changes is a statically operating controller, which the the operating condition of the vessel influencing size, z. B. the coolant flow, continuously influenced as a function of the size of the resistance and thus the temperature.

1 sheet of drawings