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Entlüftungseinrichtung für elektrische Stromrichter mit Quecksilberkathode
Zur Aufrechterhaltung eines hinreichend niederen Vakuumdruckes im Entladungsraum
ist bekanntlich bei stark belasteten Entladungsgefäßen mit Metallwandungen, beispielsweise
den großen mit Metalldampf arbeitenden Stromrichtern, ein ständiges Fortschaffen
der im Entladungsraum während des Betriebes frei werdenden Fremdgase erforderlich.
Aus diesem Grunde sind die großen Metallstromrichter mit besonderen Pumpanordnungen
ausgerüstet, die meist aus einer rotierenden Vorpumpe und einer leistungsfähigen
Diffusionspumpe _als Feinpumpe bestehen.
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Während beim Betrieb großer Stromrichtereinheiten der Aufwand für
die Pumpapparatur verglichen mit .den überhaupt auflaufenden Kosten für die sonstigen
Hilfsgeräte nur von untergeordneter Bedeutung ist, fällt ein solcher Aufwand natürlich
in zunehmendem Maße ins Gewicht, wenn man zu immer kleineren Leistungseinheiten
von Stromrichtern übergeht, weil bei diesen die komplizierten Hilfsapparate fast
ganz überflüssig werden, während aber immer noch eine ständig arbeitsbereite Entlüftungsvorrichtung
vorgesehen werden muß. Es ensteht daher die 3ringende Aufgabe, die Einrichtung zum
Evakuieren des Gefäßinnern für die kleinen Stromrichtereinheiten weitgehend zu verbilligen.
Die erforderliche große Saugleistung für stark belastete elektrische Entladungsapparate
konnte bisher nur mit Diffusionspumpen erzielt werden. Die Diffusionspumpen haben
jedoch den Nachteil, daß sie laufend betriebsbereit gehalten werden müssen und somit
einen dauernden Aufwand sowohl für die Verdampfung des Treibmittels wie auch für
den Kühlmittelumlauf notwendig machen. Eine gute Wirksamkeit der Diffusionspumpe
ist außerdem nur gewährleistet, wenn ein genügendes Vorvakuum dauernd zur Verfügung
steht. Wenn man insbesondere der Billigkeit wegen nur mit einstufigen Diffusionspumpen
arbeiten will, so bedarf es in diesem Falle der Aufrechterhaltung eines relativ
guten Vorvakuums, was natürlich einen ständigen größeren Energieaufwand für die
notwendige gute Vorpumpe zur Folge hat. Man hat auch schon daran gedacht, als Hochvakuumpumpe
für Metalldampfgleichrichter eine nach dem Diffusionsprinzip arbeitende Pumpe zu
ver-. wenden, bei der als Treibmittel für die Pumpe das sich während seines Kreislaufs
kondensierende Ouecksilber des Metalldampfgleichrichters benutzt wird, das sich
aus dem Dampf der Entladungsstrecke an gekühlten Gefäßteilen niederschlägt. Es ist
auch schon eine Entlüftungseinrichtung fürMetalldampfgleichrichteranlagen bekanntgeworden,
bei der eine Quecksilberdampfpumpe zur Anwendung
kommt, der das
an den Wänden des Gleichrichtergefäßes sowie an den Kühleinbauten sich niederschlagende
Kon.densatquecksilber mittels Nuten und Sammelrinnen zugeführt wird. Auch die zuletzt
erwähnten Entlüftungsanlagen sind jedoch für Stromrichteranlagen kleinerer Leistung
noch verhältnismäßig kompliziert.
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Die Erfindung, die die erwähnten Nachteile beseitigt, betrittt eine
Entlüftungseinrichtung für elektrische Stromrichter mit Quecksilberkathode, welche
aus einer am oder im Stromrichtergefäß selbst angeordneten, mit Quecksilber betriebenen
Pumpe besteht, für die als Treibmittel das sich im Stromrichtergefäß niederschlagende,
mittels an geeigneten Stellen der Gefäßwandungen angeordneten Nuten, Sammelrinnen
o. dgl. aufgefangene und zur Pumpe @veitergeleitete und von dort zur Stroinricliterkathodezurückgeführte
Kondensquecksilber dient. Die Erfindung besteht darin. daß eine Tropfenfallpumpe
verwendet wird, welche unmittelbar auf das Gefäß einwirkt und einen oder mehr als
einen Ströinungskanal hat.
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Es ist zwar bekannt, daß man mit Hilfe einer Tropfenfallptimpe ein
hohes Vakuum erzielen kann. Es hat aber -zunächst den Anschein, als ob die Tropfenfallpunipe
als Hochvalcttuinpunipe für Entladungsapparate ungeeignet wäre. Die Tropfenfallpumpe
weist nämlich nur eine geringe Saugleitung auf, und es ist außerdem ihre Handhabung
sehr umständlich, weil außerordentlich große Ouecksilberinengen erforderlich sind,
um sie in Betrieb zu halten. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man die
Nachteile der Tropfei@fallpttinpe dann vermeiden kann, %vijiin nian zum Betrieb
der Tropfenfallpumpe die bei einem Entladungsgefäß mit Quecksilberkathode sich niederschlagende
Kondensflüssigkeit benutzt. Diese Kondensflüssigkeit weist leim Betriebe des Entladungsgefäßes
zwangsläufig einen intensiven Kreislauf auf, so daß ])ei der erfindungsgemäßen Anwendung
der Tropfenfallpunipe lediglich ihre Vorteile, nicht aber ihre Nachteile zur Geltung
kommen.
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Es sind zwar schon Vakuumpttmpanordnungen bekannt, hei denen als eine
Quecksilberdampfstrahlpumpe und als Vorpumpe eine Tropfenfallpunipe verweiiIet wurde.
Diese Anordnungen haben aber niit der Erfindung nichts zu tun; denn die Vorpumpe
braucht keine allzu grolle Saugleittni- aufzuweisen, so daß in diesem halle auch
keine allzu großen Quecksilbermengun zum Betriebe notwendig sind.
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Bei der Entlüftungseinrichtung gemäß der Erfinlun- kann die `t'irl:ung
dadurch verstärkt «-erden, dal.', man die Zahl der Fallrohre für die Tropfenfallpurnpe
entsprechend erhöht. Es kann dabei ohne weiteres eine so grolle Saugwirkung erreicht
werden, daß die Aufrechterhaltung bzw. Verbesserung des Vakuums im Entladungsraum
eines Stromrichters mit Metallwandungen ausreichend gewährleistet ist, wie in anderen
Fällen. mit einer besonderen Feinpumpe.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Entlüftungsvorrichtung
besteht, insbesondere für Stromrichter, die nur mit Luftkühlung arbeiten, darin,
daß jeglicher Kühlwasserurnlauf vermieden werden kann, während bei den bisher bekannten
luftgekühlten Stromrichtern für die Hochleistungsdiffusionsluftpumpe meist noch
Wasserkühlung vorgesehen werden mußte.
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Was die Erzeugung des Vorvakuums in dem Raum am unteren Ende der Fallrohre
betrifft, so genügt hierzu eine einfache Vorpumpe, beispielsweise eine gewöhnliche
Ölpumpe oder sogar eine Wasserstrahlpumpe, die außerdem bei Ausbildung des Vorvakuumrauines
als genügend großes Vorratsvolumen nur zeitweise in Betrieb gehalten zu werden braucht.
Bei Verwendung von Wasserstrahlpumpen müssen natürlich die üblichen Vorsichtsmaßnahmen,
wie z. B. ein Rückschlag-, ventil, vorgesehen sein. Schädliche Wasserdämpfe können
dein Entladungsraum gegebenenfalls leicht ferngehalten werden, indem man im Vorvakuumraum
ein Gefäß mit einem Trockenmittel in geeigneter Weise vorsieht, beispielsweise unter
Benutzung einer Tonwand als Abschluß des Trockengefäßes, die der Wasserdampf infolge
seiner großen Diffusionsfähigkeit schnell passieren kann.
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Sieht man ferner genügende Fallrohrlängen vor, so könnte nian theoretisch
sogar jede Vorpumpe überhaupt entbehren, jedoch stehen einer solchen Ausbildung
der Einrichtung insofern Bedenken gegenüber, als damit während des Umlaufes eine
Berührung der Kondensflüssigkeit mit der vollen Atmosphäre dann notwendig verbunden
ist. Da die Treibflüssigkeit im kontinuierlichen Umlauf aber wieder mit dein Kathodenquecksilber
vereinigt wird, so ist hierbei zur Einschleppung von Luftteilchen in den Entladungsraum
des Stromrichters leicht Veranlassung gegeben.
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Was die Anordnung der einzelnen Fallrohre relativ zum Entladungsgefäß
betrifft, so bietet sich insbesondere bei den großen Stromrichtern finit Wasserkühlung
auch die vorteilhafte Möglichkeit, die ganze neuartige Pumpanlage vollständig ini
Innern des Entladungsgefäßes unterbringen zti können, was in konstruktiver Hinsicht
häufig sehr erwünscht ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung ,sind i in den Fig. i bis 3 dargestellt.
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In Fig. i ist ein Quecksilberdampfstromrichter
schematisch
dargestellt, an dessen Metallwand i im Gefäßinnern an den Stellen 2 eine .leicht
gegen die Horizontale geneigte Sammelrinne, Nute o. dgl. angebracht ist, die das
am oberen Teil der Gefäßwandungen kondensierte Quecksilber zu einer Öffnung 3 führt,
durch die das Quecksilber über eine Rohrleitung in die Fallrohre 4 fließt. Am oberen
Ende der Fallrohre befindet sich ein erweiterter Raum 5, in den die Fremdgase aus
dem Gefäßinnern durch eine weite Leitung 6 dauernd nachströmen. Am unteren Ende
der Fallrohre ist ein Überlauf 7 vorgesehen, der kurz oberhalb eines Quecksilbervorrates
8 mündet und zum Abschluß des Feinvakuums gegen -das Vorvakuum dient. Zwischen den
herabfallenden einzelnen Quecksilbertropfen werden durch die Fallrohre dauernd neue
Gasteilchen von 5 nach 7 befördert, so daß die gewünschte ständige Abnahme des Gasgehaltes
im Raum 5 nebst angeschlossenem Gefäßinnern des Stromrichters erfolgt. Der Vorvakuumraum
steht durch die Rückleitung 9 mit dem Kathodenquecksilber io in Verbindung. Als
Vorvakuumpumpe ist eine rotierende Ölpumpe i i vorgesehen. Die Umgehungsleitung
12 kann zum direkten Anschluß der Pumpe i i oder einer anderen Pumpanordnung an
den Entladungsraum dienen, bei der ersten Inbetriebnahme o. dgl., wenn die Entladung
im Sfromrichter noch nicht gezündet werden soll. Durch das Schutznetz 13 ist ferner
eine Vorrichtung angedeutet, die ein Hineinschlagen von Quecksilberteilchen in die
Vakuumleitung, z. B. bei plötzlichen großen Gasausbrüchen, auftretenden Undichtigkeiten
im Stromrichter o. dgl., verhindern soll.
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Beim Ausführungsbeispiel in Fig.2 ist oberhalb :des normalen Stromrichtergefäßes
ein besonderer Kondensraum i¢ vorgesehen, in dem sich der Teil des Kondensquecksilbers
niederschlägt, der den Fallrohren zugeleitet werden soll. Dieses bringt gegenüber
der -ersten Ausführung den Vorteil mit sich, daß die Seitenwandungen des Stromrichters
keine besonderen Durchbohrungen für die Durchführungen zum Entlüftungssystem zu
erhalten brauchen. Zusätzliche Maßnahmen für die Entlüftungseinrichtung müssen vielmehr
jetzt nur am Gefäßdeckel vorgenommen werden, d. h. an Stellen der Umhüllung, die
an sich schon wegen der Anodenzuführungen .mehrere j Durchführungen aufweisen. Außerdem
ist es hierbei möglich, den aufgesetzten Kondensraum unabhängig von der sonstigen
Kühlvorrichtung schon zu kühlen, ehe der Stromrichter belastet wird, d. h. die Entlüftungsvorrichtung
kann in Gang gesetzt und etwaige Fremdgase können aus. dem Gefäßinnern fortgeschafft
werden, bevor der Stromrichter zu größeren Arbeitsleistungen herangezogen wird.
Das Rücklaufrohr zur Kathode hat seine Öffnung im Vorvakuumraum in diesem Beispiel
unterhalb des Quecksilberniveaus; dadurch erhält die Anordnung zugleich den Vorzug,
daß nur reines Quecksilber zur Kathode zurückströmt, also die Anlage gleichzeitig
zur Quecksilberreinigung benutzt wird. Diejenigen Teile der Anordnung, die ähnlich
wie in Fig. i ausgebildet sind, sind durch dieselben Zahlen gekennzeichnet.
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Die Fig.3 gibt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die .Fallrohre d.
vollständig in das Innere des Stromrichtergefäßes gelegt sind, so daß, abgesehen
von der zum Vorvakuum oder zur Vorvakuumpumpe führenden Leitung, keine besondere
Durchführung für die Entlüftungseinrichtung vorgesehen zu werden braucht. Die Wirkungsweise
ist ohne weiteres aus der Figur zu erkennen. Natürlich muß für eine gute Kühlung
der Wandung 15
des betreffenden Metalleinsatzes Sorge getragen werden, der
die Fallrohre enthält. Das Auffangen des notwendigen Treibmittels geschieht in diesem
Falle vermittels des -2%Ietalltrichters 16, der däs Kondensquecksilber sammelt,
soweit es sich am Deckel des Stromrichters kondensiert.
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Die einzelnen Fallrohre bestehen vorzugsweise aus einem Material,
für das die .\.dhäsion der Kondensflüssigkeit kleiner ist als die Kohäsion der einzelnen
Flüssigkeitsteilchen untereinander. Bei Quecksilber als Betriebsstoff für den Stromrichter
liegt es nahe, Fallrohre aus Glas oder keramischen Massen zu benutzen; indessen
steht auch einer Verwendung von Metallrohren für diesen Zweck nichts im Wege, falls
die betreffenden Metalle von der Kondensflüssigkeit nicht angegriffen werden. "Gegebenenfalls
können auch emaillierte Metallrohre als Fallrohre dienen.
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Wie aus :den vorstehenden Beispielen hervorgeht, zeichnen sich Entlüftungseinrichtungen
nach der Erfindung insbesondere dadurch vorteilhaft aus, daß sie während des Betriebes
eines Stromrichters das Vakuum im Entladungsraum gewissermaßen automatisch in genügender
Höhe halten, ohne daß hierzu ein zusätzlicher Energieaufwand notwendig ist.
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Außerdem besitzen diese Entlüftungseinrichtungen den großen Vorzug,
daß für sie eine Vorpumpe zur Herstellung des erforderlichen Vorvakuums nur zeitweise
zur Verfügung zu stehen braucht, weil ein Nachpumpen nur beispielsweise in Abständen
von i bis 2 Monaten oder in längeren Zeitabständen notwendig ist, d. h. die gleiche
Vorpumpe kann beim Vorhandensein von mehreren Stromrichtern in einer Anlage für
sämtliche Stromrichter nacheinander nutzbar gemacht werden.