-
Gas- oder Dampfentladungsgefäß, insbesondere Stromrichter mit Quecksilberkathode
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gas-oder Dampfentladungsgefäß, insbesondere einen
Stromrichter mit Ouecksilberkathode, dessen Anoden scheibenförmig ausgebildet sind.
Die Erfindung ist anwendbar für Entladungsgefäße aller Art, also z. B. für Stromrichtergefäße
mit oder ohne Füllung mit chemisch aktivem Gas, mit Metallgefäß oder mit Glasgefäß.
-
Gemäß der Erfindung sind die vorzugsweise kreisscheibenförmig ausgebildeten
Anoden, die so um die Mittelachse des Gefäßes herum angeordnet sind, daß sie ihre
Schmalseite der Kathode zukehren, derart ausgebildet, daß die beiden Stirnflächen
jeder Scheibenanode als Ansatzflächen für den Lichtbogen dienen. Dadurch ergibt
sich gegenüber den üblichen Anoden der Vorteil, daß der überwiegende Teil der Oberfläche
der Anode aktive Oberfläche ist. Ferner sind die Wärmeabstrahlungsverhältnisse außerordentlich
günstig, da die Wärmeabstrahlung praktisch nicht oder nur sehr wenig behindert wird,
während bei den üblichen von Hülsen umgebenen Anoden die Wärmeabstrahlung unter
Umständen sehr stark heruntergesetzt ist. Weiterhin haben die scheibenförmigen Anoden
den Vorteil, daß sie infolge ihrer großen Oberfläche leichter entgast werden können
als z. B. zylindrische Anoden. Schließlich kann die Gesamtgröße der Anoden wesentlich
verringert werden, da, wie bereits erwähnt, ein viel größerer Teil ihrer Oberfläche
als aktive Oberfläche ausnutzbar ist als bei zylindrischen Anoden.
-
Scheibenförmige, ihre schmalen Seiten der gemeinsamen Kathode zukehrende
Anoden sind bei Stromrichtern an sich bekannt. Jedoch dienen bei der bekannten Anordnung
die Schmalseiten der Anodenkörper als Arbeitsoberflächen, während die Breitseiten
durch Anodenschutzhülsen abgedeckt sind. Demgegenüber kommt es beim Erfindungsgegenstand
.gerade darauf an, daß die Entladung an den Stirnflächen ansetzt, denn-erst dadurch
ergeben sich die obenerwähnten Vorteile bezüglich Großflächigkeit und guter Wärmeabstrahlung.
-
Um beim Erfindungsgegenstand die Anoden gegen von der Kathode verspritzendes
oder heruntertropfendes kondensiertes Quecksilber zu schützen und ein unregelmäßiges
Ansetzen des Lichtbogens an der Mantelfläche der Anoden zu verhindern, wird die
Mantelfläche vorteilhaft von einem ringförmigen Schirm umgeben, in welchen Teilhülsen
eingesetzt werden können.
-
Die Verbindung des stromeinführenden Leiters mit der Anodenscheibe,
die aus Graphit oder Kohle bestehen kann, erfolgt durch einen fest eingesetzten
Leiterstab aus hochschmelzendem Metall, wie z. B. Molybdän, welcher mit dem Anodenmaterial
eine feste Verbindung eingeht. Falls die verwendeten Anodenscheiben so flach sind,
daß ein einzelner
genügend starker Tragstift nicht mehr eingesetzt
werden kann, läßt man zweckmäßig den stromeinführenden Leiter in eine. Brille oder
Öse endigen, in welche dann c@ge Anodenscheiben eingepaßt werden.
-
Die Einführung der Anoden kann von oh@ oder unten erfolgen; vorzugsweise
erfolgt sie: vom Boden des Gefäßes aus. Unterhalb und zwischen den Anoden können
hierbei Leitflächen vorgesehen werden, durch welche von der Kathode verspritzendes
Quecksilber aufgefangen wird und welche die Gefäßwandungen gegen die von der aktiven
Anodenoberfläche .ausgehenden Strahlen positiver Ionen schützen. Diese Strahlen
können nämlich beim Auftreffen auf die Gefäßwandung Sekundärzündungen hervorrufen
und hierdurch ein G,berwandern des Kathodenfleckes vom Kathodenquecksilber auf die
Gefäßwandung bewirken, falls diese nicht voneinander isoliert sind.
-
Um mit einer geringen Kühlleistung eine ausreichende Kondensation
des Quecksilberdampfes herbeizuführen, wird gemäß der weiteren Erfindung durch eingebaute
Schirme das Vakuumgefäß in einen oberen Kondensationsraum und einen unteren, die
Anoden und die Kathode enthaltenden Entladungsraum unterteilt, die durch einen ringförmigen
Spalt miteinander in Verbindung stehen. An Stelle eines einfachen Schirmes wird
vorteilhaft bei mit Edelgas gefüllten Gefäßen, bei denen bei Belastung das Edelgas
allmählich aus dem Anodenraum durch den 0uecksilberdampf verdrängt werden soll,
ein Behälter für das Edelgas vorgesehen, welcher ebenfalls das Vakuumgefäß in einen
Kondensationsraum und einen Entladungsraum unterteilt und gleichzeitig zum Sammeln
des Edelgases dient.
-
An Hand der beiliegenden Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert
werden. Fig. i zeigt im Längsschnitt einen Stromrichter, und zwar einen Quecksilberdampfgleichrichter
gemäß der Erfindung, Fig.2 stellt einen Schnitt längs der L1nieI-I der Fig. i dar.
-
Fig.3 zeigt eine erfindungsgemäße Anode in vergrößerter Darstellung.
-
Fig.4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Anode gemäß der Erfindung.
-
Fig. 5 stellt eine zweite Ausführungsform eines Stromrichters gemäß
der Erfindung dar, und zwar zeigt die Figur ein Vakuumgefäß mit Edelgasfüllung.
-
i ist das Vakuumgefäß. Dieses kann aus Glas oder Metall bestehen;
vorteilhaft wird ein von der Pumpe abgetrenntes und vor der Abtrennung von der Pumpe
unter Anwendung hoher Temperaturen entgastes Metallgefäß verwendet. In dem Boden
des Gefäßes, jedoch nicht von diesem isoliert, befindet sich eine Quecksilberkathode
2. Das Quecksilber ist von einem Isolierring 3 umgeben, welcher dazu dient, ein
Herüberwandern des Katholenfleckes auf die eigentliche Wandung des :,efäßes zu verhindern.
Die Anoden, sechs der Zahl, sind bei dem Ausführungsbei-:spiel vom Boden eingeführt.
Sie bestehen aus flachen, kreisförmigen Scheiben q. aus Graphit oder Kohle, bei
denen nahezu die ganze Oberfläche als aktive Oberfläche dienen kann. Die Stromzuführung
zu den Anoden erfolgt mit Hilfe der Anodenbolzen 5. Diese bestehen zweckmäßig aus
hochschmelzendem Material, z. B. Molybdän, und sind fest in die Anodenscheiben eingepaßt.
Falls in Einzelfällen die Anodenscheiben so -dünn sind, daß ein einzelner genügend
starker Tragstift nicht mehr eingesetzt werden kann, so kann die Befestigung der
Anodenscheiben in der in Fig.4 dargestellten Weise erfolgen. Bei dieser Ausführungsform
ist mit dem stromeinführenden Leiter 5 eine Brille oder Öse 24 verschweißt, in welche
die Anodenscheibe eingepaßt wird. Um das Festhalten der Anodenscheibe zu unterstützen,
sind noch mehrere entsprechend dünn ausgebildete Stifte 25, z. B. aus Molybdän,
vorgesehen, , welche in die Anodenscheibe eingreifen. Zur Aufnahme der Wärmedehnungen
weist die Brille 24. einen Schlitz 26 auf. An Stelle der hier angegebenen Verbindung
der Anodenscheibe mit dem stromeinführenden Leiter kann selbstverständlich auch
eine andere geeignete Verbindung benutzt werden.
-
Die Einführung der Anodenbolzen 5 erfolgt mit Hilfe eines Isolierrohres
6 z. B. aus Steatit oder einem Spezialporzellan, dessen Ausdehnungskoeffizient ungefähr
in Übereinstimmung mit dem Ausdehnungskoeffizienten der angrenzenden Metallteile
gebracht werden kann. Dieses Isolierrohr wird einerseits mit einem mit der Gefäßwandung
verschweißten Stutzen 27 und andererseits mit einer mit dem Anodenstab 5 verschweißten
Kappe 28 vollkommen dicht verbunden. Diese Verbindung kann durch einen Brenn-oder
Sinterprozeß oder mit Hilfe eines Schmelzflusses aus Glas oder Emaille erfolgen.
-
Die Mantelflächen der Anoden sind mit einem ringförmigen Schirm 7
umgeben, welcher ein unregelmäßiges Ansetzen des Lichtbogens an der Mantelfläche
der Anode verhindert und die Anoden gegen das Auftreffen von Quecksilber schützt.
Die Schirme 7 sind an einem kreisförmigen Teller 8 befestigt, dessen Öffnung 9 den
Strahl des von der Kathode verspritzten Quecksilbers begrenzt. Dieser Ring 8 ruht
auf dem oberen Ende der Isolatoren 6, so daß er vom Gehäuse i und den Anoden 4 isoliert
ist. Die sechs Schirme 7 dagegen sind leitend, infolge ihrer Befestigung.
an
dem Ringteller 8, miteinander verbunden; sie können aber auch isoliert voneinander
angeordnet werden.
-
In dem Zwischenraum zwischen dem Ringteller 8 und dem Boden des Gleichrichtergefäßes
kann eine an sich bekannte Zündvorrichtung angeordnet werden. Auch die Erregeranoden
können in diesem Raum untergebracht werden.
-
Falls sogenannte Teilhülsen verwendet werden, werden .diese zweckmäßig
in die Schirme 7 eingesetzt, wie die Fig. 3 zeigt, in welcher die Teilhülsen mit
io bezeichnet sind. Diese können bienenwaben- oder schachbrettartig ausgebildet
werden. Die Anbringung der Teilhülsen in den Schirmen 7 und die Befestigung dieser
Schirme an dem Ringteller 8 hat den großen Vorteil, daß die Wärmeausdehnungen des
stromeinführenden Leiters auf den Abstand zwischen den Anoden und den Teilhülsen
keinen Einfluß mehr auszuüben vermögen. Dies ist dann von besonderer Bedeutung,
wenn mit einem hohen Gas- oder Dampfdruck in dem Gefäß gearbeitet wird. Bei hohen
Dampfdrücken, die in der Gegend von einem bis mehreren Hundertstel min H-Säule,
neuerdings in der Gegend von i -inin HB-Säule liegen können, wird nämlich die freie
Weglänge der Ionen derart klein, daß auch die Abstände der Teilhülsen von .der aktiven
Anodenoberfläche auf geringe Werte herabsinken, die bereits durch die mögliche Wärmedehnung
empfindlich verändert werden können. Es kann aber auch in anderer Weise dafür Sorge
getragen werden, daß der Abstand zwischen den Anoden und den Teilhülsen praktisch
konstant bleibt.
-
Um zu verhindern, daß der von der aktiven Anodenoberfläche ausgehende
Strahl positiver Ionen durch ein Auftreffen auf die Gefäßwandung dort eine Sekundärzündung
und damit ein Wandern des Kathodenfleckes auf der Gefäßwandung hervorruft, sind
besondere Schirmwände i i vorgesehen. Diese sind bei dem Ausführungsbeispiel isoliert
und unmittelbar auf dem Ringteller 8 befestigt und immer in der Symmetrieebene zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Anoden und also ungefähr parallel zu der Ebene der Anodenscheiben
angeordnet.
-
Durch diese Schirme ii kann erreicht werden, daß kein einzigerTeil
der Gefäßwandung von der Ionenströmung beaufschlagt wird, so daß auf eine Isolierung
der Kathode gegenüber dein Gefäß verzichtet werden kann, was eine erhebliche Verbilligung
und Vereinfachung der Gesamtkonstruktion bedeutet.
-
Um mit einer möglichst geringen Kühlleistung eine ausreichende Kondensation
des Quecksilberdampfes zu erreichen, ist in das Gefäß ein beispielsweise kegelförmiger
Schirm 12 eingesetzt, welcher in einfacher Weise dadurch befestigt wird, daß er
auf den Schirmen i i ruht. Dieser Schirm unterteilt das Vakuumgefäß i in einen unteren
Entladungsraum 13 und einen oberen Kondensationsraum 1q. und hält die von
den Anoden und der Kathode ausgestrahlte Wärme von dem Kondensationsraum 14 fern.
Zweckmäßig wird der Schirm, wie in Fig. i dargestellt, doppelwandig ausgebildet.
Die Räume 13 und 1d. stehen .durch einen ringförmigen Spalt zwischen dem
Schirm und der Gefäßwandung in Verbindung. Der durch diesen Spalt entweichende Quecksilberdampf
kondensiert dann an der ganzen Gefäßoberfläche. Um zu verhindern, daß das kondensierte
Quecksilber an der Innenseite des Entladungsraumes 13 herunterfließt, ist etwas
oberhalb des Spaltes 15 eine Auffangrinne 16 mit U-förmigem Querschnitt vorgesehen.
Diese wird zweckmäßig an der Stelle angebracht, an welcher die beiden Gefäßteile,
aus denen ein Entladungsgefäß normalerweise besteht, durch eine Schweißnaht miteinander
verbunden werden.
-
In dem Kondensationsraum 1d. befindet sich ein weiterer, zweckmäßig
ebenfalls kegelförmiger Schirm 17, welcher ein Herabtropfeil des an dein Deckel
des Gefäßes i kondensierenden Quecksilbers auf den heißen Schirm 12 verhindern soll.
Von der tiefsten Stelle dieses Schirmes 17 führt ein Abflußrohr 29 zu der
Rinne 16. Aus dieser wird dann das Quecksilber durch nicht mitgezeichnete Rohre,
welche an der Innenseite der Gefäßwandung entlang laufen können, in die Kathode
2 zurückgeleitet.
-
Da der Schirm 17 sich nicht mehr in dem Entladungsraum befindet, kann
er ohne weiteres mit der Gefäßwandung leitend verbunden werden, z. B. kann er mittels
angeschweißter Träger 30 gehalten werden.
-
Falls das Gefäß mit Edelgas oder einem anderen chemisch inaktiven
Gase gefüllt ist und dieses Gas bei zunehmender Erwärmung des Gefäßes infolge Belastung
aus dem Anodenraum, welchen es ebenso wie die übrigen Teile des Gefäßes bei kaltem
Gefäß erfüllt, durch .den von der Kathode aufsteigenden Ouecksilberdampfstrom verdrängt
werden soll, wird an Stelle eines einfachen Schirmes 12 ein geschlossener Behälter
18 in das Vakuumgefäß eingesetzt, dessen Boden in gleicher Weise wie der Schirm
12 wirkt und daher auch mit i`a bezeichnet ist. Dieser Einsatzkörper 18 läßt einen
ringförmigen Raum zwischen sich und der Gefäßwandung frei, in welchem die Kondensation
vor sich geht. An einer von der Dampf- oder Gasströmung abgewendeten Seite des Behälters,
vorteilhaft an der Oberseite des Behälters, ist- eine Öffnung 31 vorgesehen,
die zweckmäßig durch
einen Deckel 32 gegen heruntertropfendes
Quecksilber geschützt wird. In .diesem Behälter sammelt sich dann allmählich das
nicht kondensierbare Edelgas, während das kondensierende Quecksilber an den Wandungen
des Gefäßes i herunterfließt und mehr oder weniger vollständig von der Rinne 16
aufgefangen wird.
-
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ruht der Behälter i8 auf den Schirmen
ii. Selbstverständlich kann aber die Befestigung des Behälters auch in einer anderen
geeigneten Weise erfolgen.
-
Der ganze Entladungsapparat ruht mit Füßen 2o auf einer Grundplatte
ig.
-
Die Kühlung kann durch ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel erfolgen.
Bei Verwendung eines flüssigen Kühlmittels ist eine wasserstoffionenfreie bzw. nicht
abgebende Flüssigkeit zu verwenden, sofern es sich um ein Metallgefäß handelt, oder
aber die Wandung des Vakuumgefäßes ist, soweit sie mit der Kühlflüssigkeit in Berührung
kommt, aus einem Wasserstoffionen nicht ,aufnehmenden Material herzustellen.
-
Bei Benutzung einer Luftkühlung wird zweckmäßig das Vakuumgefäß mit
einem Mantel 21 umgeben, in welchen ein Ventilator eingesetzt ist, dessen Lüfterflügel
mit z2 und dessen Motor mit 23 bezeichnet ist. Am unteren Ende des Mantels 21 sind
Öffnungen 33 vorgesehen. Sowohl bei Verwendung eines flüssigen als auch eines gasförmigen
Kühlmittels ist die Kühlung so auszugestalten, daß der obere Teil des Gefäßes stärker
als der untere gekühlt wird. Bei Luftkühlung kann dies in der Weise geschehen, daß
der Kühlmittelstrom von oben nach unten gerichtet ist.
-
Die nötigen Stromanschlüsse zu den Elektroden erfolgen zweckmäßig
mit Hilfe eines Kabelendverschlusses, der in dem Raum zwischen der Grundplatte ig
und dem Gefäßboden 12 untergebracht wird.