DE720446C - Entladungsrohr mit Gas- oder Dampffuellung von niedrigem Druck - Google Patents

Entladungsrohr mit Gas- oder Dampffuellung von niedrigem Druck

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DE720446C
DE720446C DEA63231D DEA0063231D DE720446C DE 720446 C DE720446 C DE 720446C DE A63231 D DEA63231 D DE A63231D DE A0063231 D DEA0063231 D DE A0063231D DE 720446 C DE720446 C DE 720446C
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G19/00Refining hydrocarbon oils in the absence of hydrogen, by alkaline treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/02Details
    • H01J17/04Electrodes; Screens

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Description

  • Entladungsrohr mit Gas- oder Dampffüllung von niedrigem Druck Es sind Steuereinrichtungen für Gas- oder Dampfentladungsrohre, bei denen während des Betriebes auch im Raum zwischen Anode und Steuergitter Stoßionisation herrscht, bekanntgeworden, welche die verschiedenartigsten Anwendungen des Quecksilberdampfgleichrichters und ähnlicher Steuerröhren für Energie- und Frequenzumformung, Abschaltung von großen Strömen und Leistungen usw. ermöglichen. In wissenschaftlichen Verriffentlichungen wurde bisher. die Ansicht vertreten, daß man in Entladungsröhren mit Gas-oder Dampffüllung während des Bestehens der Entladungsbedingungen das Ventil wohl auf-, nicht aber wieder zumachen kann. Erst wenn die Anode der betreffenden selbständigen Entladung keine positive Spannung gegen die Kathode mehr besitzt, hört der Strom zu fließen auf, so daß das Ventil durch Anlegen einer negativen Spannung gesperrt werden kann.
  • Alle diese Steuerungen haben bei ihrer Anwendung auf Gleich- und Umrichter > den Nachteil, daß die äußeren Schaltungen dieser Apparate oft sehr kompliziert und teuer werden. Außerdem gibt es weitere wertvolle Anwendungsmöglichkeiten für Gleichrichter, die aber erst dann praktisch ausführbar sind, wenn es gelingt, die Anodenströme mit besonderen Steuergittern nicht nur in jedem beliebigen Zeitmoment zu zünden, sondern auch zu löschen, und zwar bevor die Anodenspannung relativ zur Kathode auf Null abgenommen hat.
  • Gegenstand der Erfindung ist nun ein Entladungsrohr mit Gas- oder Dampffüllung von niedrigem Druck, bei dem jede Anode mit einem Steuergitter, das den Raum um die Anode vom übrigen Entladungsraum abschließt und, schon an eine niedrige negative Spannung gelegt, den Anodenstrom in jedem beliebigen Zeitpunkt seiner Brenndauer löscht, versehen ist und bei dem Stoßionisation vorhanden ist, bei dem erfindungsgemäß die gesamte Oberfläche der gleichmäßig über die Gitterfläche verteilten Gitteröffnungen gleich oder kleiner ist als .Io°/a der wirksamen Anodenoberfläche, während die Entfernung zwischen Gitter und Anode kleiner ist als das 5ofache des größten Durchschnittes einer Gitteröffnung, und die Maschenweite oder der Lochdurchmesser bei Verwendung von Quecksilberdampf als Füllgas kleiner oder höchstens gleich der doppelten mittleren freien Weglänge der Gasmoleküle). beim höchsten Arbeitstotaldruck gewählt (d <2 2,), und bei Verwendung 'eines anderen Füllgases der Lochdurchmesser im Verhältnis der Ionisierungsspannung dieses Gases E" zur Ionisierungsspannung des Quecksilberdampfes EH, vergrößert ist ( d<- # 2 A,) .
  • Durch die erfindungsgemäße Bemessung der Durchlässigkeit des Gitters, des Abstandes zwischen Gitter und Anode sowie des Durchinessers der Öffnungen im Gitter im Zusammenhang mit dem verwendeten Gas- oder Metalldampfdruck, der mittleren freien Weglänge der Gasmoleküle und der Ionisierungsspannung wird dafür gesorgt, daß die Dicke der Raumladeschicht im Raume zwischen Gitter und Anode viel größer wird als zwischen den Gittermaschen. Auf diese Weise ist es möglich geworden, Anodenströme zu löschen, ohne daß der Kathodenfleck beseitigt wird. Es ist bei solchen Entladungsröhren auch möglich, Glühkathoden zu verwenden, die bekanntlich keinen Kathodenkrater besitzen, sondern dauernd zur Stromabgabe bereit sind, wenn nur die Temperatur genügend hoch gehalten wird. Die Bemessung des Gitters erfolgt nicht mit Rücksicht auf den Spannungsdurchgriff der Anode durch das Gitter, sondeUn mit Rücksicht auf die Ionisierungsverhältnisse im Raume zwischen Gitter und Anode.
  • Der Erfindung liegt also der Gedanke zugrunde, durch die Dimensionierung der Durchtrittsöffnungen in Steuergittern von Gleichrichtern oder Lichtbogenapparaten das Abschalten oder Unterbrechen eines durch die Öffnungen hindurch brennenden Lichtbogens in einem gewissen Bereich des Metalldampf-oder Gasdruckes bei solchen negativen Gitterspannungen zu ermöglichen, die ein Rückzünden des Gitters noch nicht zur Folge haben, Wie die Versuche gezeigt haben, wird dies dadurch erreicht, daß bei Vakuumzellen, bei denen Stoßionisation auch im Raum zwischen Gitter und Anode stattfindet, die Öffnungen in den Gittern im Zusammenhang mit dem Metalldampfdruck (Quecksilberdampf) oder Gasdruck (Neon, Argon usw.), in welchem der Lichtbogen brennt und die Steuerung stattfindet, so bemessen werden, daß der Langmuirsche Dunkelraum dieselben bei solchen negativen Spannungen überdeckt und verschließt, auf welche sich die Gitter, isoliert angebracht, von selbst aufladen würden. Die Dicke des Langinuirschen Dunkelraumes ändert sich nun proportional mit der Wurzel aus der Gitterspannung. In dein Maße, wie die positive Anodenspannung durch das Gitter und die vorgelagerte Raumladung hindurchgreift, werden Elektronen aus dem Lichtbogen herausgezogen und gelangen durch die Raumladungsschicht und durch die Löcher des Gitters hindurch auf die Anode. Einerseits wirken nun diese Elektronen auf die in den Maschen des Gitters vorhandene und diese eventuell überdeckende und verschließende Schicht der positiven Raumladung des Gitters neutralisierend, andererseits können sie den Raum zwischen Gitter und Anode durch Stoß ionisieren. Sowohl für den Stromtransport als auch für den Durchgriff der Anode durch das Gitter spielt diese Ionisierung hinter dein Gitter eine große Rolle. Ist die Ionisierung z. B. sehr gering, so daß die neutralisierende Wirkung der gebildeten positiven Ionen nicht hinreicht, um die negative Raumladung der durchtretenden Elektronen zu kompensieren, so schirmt die negative Raumladung der Elektronen das Feld der Anode ab, so daß der Einfluß der Anodenspannung durch das Gitter hindurch abnimmt. Bei wachsender negativer Gitterspannung nimmt nun, wie oben bereits erläutert, die Dicke der positiven Raumladeschicht vor dem Gitter zu, so daß der Einfluß derAnodenspannung von dieser Seite aus ebenfalls verringert wird. Nach der Townsendschen Theorie ist die Neubildung von Ladungsträgern durch Stoßionisation bei ein und derselben Gas- oder Dampfart und derselben Elektrodenanordnung abhängig von der Anzahl der stoßenden Teilchen oder Ionen sowie vom Gasdruck und der Feldstärke. Auf vorliegenden Fall angewendet heißt das, daß die Ladungsträgerbildung (Ionisation) im Raume zwischen Gitter und Anode und damit die Stromaufnahme durch die Anode von der Gitter- und von der Anodenspannung und außerdem vom Quecksilberdampfdruck (Gasdruck) sowie von der Dimensionierung der Durchtrittsöffnungen im Gitter abhängig ist. Um daher bei Quecksilberdampfdrücken, wie sie sich im Innern von Großgleichrichtern selbst bei guter Kühlung einstellen, arbeiten zu können, ist es notwendig, den freien Durchtrittsquerschnitt in den Gittern im Vergleich zum Anodenquerschnitt in einem bestimmten, dem Arbeitsdampfdruck angepaßten Verhältnis zu halten. Außerdem ist die Maschenweite oder der Lochdurchmesser bei perforierten Gittern stets kleiner oder höchstens gleich der doppelten mittleren freien Weglänge der Dampfmoleküle beim höchsten Arbeitstotaldruck zu halten. Für die Stoßionisierung im freien Durchtrittsquerschnitt zwischen den Gittermaschen spielt die Ionisierungsspannung des verwendeten Füllgases oder -dampfes insofern eine Rolle, als Gase mit höherer Ionisierungsspannung auch eine höhere, pro freie Weglänge durchlaufene Spannung der ionisierenden Elektronen verlangen. Die Maschenweite des Steuergitters kann daher bei solchen Füllgasen in bezug auf die freie Weglänge größer gewählt werden als z. B. für Quecksilberdampf.
  • Ist: u = das Verhältnis der Ionisierungsspannung eines beliebigen Füllgases zur Ionisierungsspannung des Quecksilberdampfes und bedeutet d die Diagonale der Maschenweite oder den Lochdurchmesser des Steuergitters und 2, die freie Weglänge zwischen Elektroden und Gasmolekülen im verwendeten Füllgas, so ergibt sich für die Berechnung von d folgender Ausdruck: d < u # -, .?.
  • Der Abstand zwischen Gitter und Anode dagegen soll auf keinen Fall mehr als der 5ofache Betrag der Maschenweite des- Gitters betragen. Die Versuche ließen erkennen, wie die zum Unterbrechen des Anodengleichstromes notwendige negative Gitterspannung mit steigendem Quecksilberdampf zunimmt. Es ergab sich dabei für einen Druck von a X io-3 mm Hg eine Steuerspannung von etwa io bis 2o Volt, bei io X io--3 mm Hg 6o bis 85 Volt und bei z8 X io-3 mm Hg 29o Volt. Diese Zahlen gelten für einen Gitterdurchtrittsquerschnitt von 40°/o, bezogen auf die derKathodezugewandteAnodenoberfläche, einen Gitterabstand von 4 mm und einen Lochdurchmesser von o,9 mm. Wählt man bei demselben Gitterabstand einen kleineren Durchtrittsquerschnitt als 4o0/0 der Anodenstirnfläche, so sind die notwendigen Gitterspannungen für dieselben Quecksilberdampfdrücke nach kleineren Werten- verschoben. Bei einem Durchtrittsquerschnitt von mehr als 40"/, dagegen liegen die Gitterspannungen über den angegebenen Werten. Bei größeren Durchtrittsquerschnitten kommt man daher leicht zu einer solch hohen negativen Gitterspannung, daß das Gitter selbst bei den bestehenden Dampfdrücken zur Kathode wird, d. h. rückzündet.
  • Die praktische Anwendungsmöglichkeit solcher Steuergitter auf Gleichrichter, Schalter, Steuerröhren ist naturgemäß eine sehr große, nicht nur zur Abschaltung von Rückzündungen, sondern auch zur Steuerung des Vorwärtsstromes zwecks Regulierung der Leistung oder zwecks Frequenzümformung und vor allem zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom beliebiger Frequenz zwischen o und 40 ooo Hertz und zur Entnahme von voreilendem Strom aus Wechselstromnetzen, d. h. zu Phasenkompensation.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Entladungsrohr mit Gas- oder Dampffüllung von niedrigem Druck, bei dem jede Anode mit einem Steuergitter, das den Raum um die Anode vom übrigen Entladungsraum abschließt und, schon an eine niedrige negative Spannung gelegt, den Anodenstrom in jedem beliebigen Zeitpunkt seiner Brenndauer löscht, versehen ist und bei dem Stoßionisation vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberfläche der gleichmäßig über die Gitterfläche verteilten Gitteröffnungen gleich oder kleiner ist als 40'/o der wirksamen Anodenoberfläche, während die Entfernung zwischen Gitter und Anode kleiner ist als das 5ofache des größten Durchschnittes einer Gitteröffnung, und daß die Maschenweite oder der Lochdurchmesser (d) bei Verwendung von Quecksilberdampf als Füllgas kleiner oder höchstens gleich der doppelten mittleren freien Weglänge der Gasmoleküle (1,) beim höchstenArbeitstotaldruck gew ählt (d _< a A,) und daß bei Verwendung eines beliebigen Füllgases der Lochdurchmesser im Verhältnis der Ionisierungsspannung dieses Gases (E_,) zur Ionisierungsspannung des Quecksilberdampfes (EHS) vergrößert ist (d< z@.).
DEA63231D 1931-08-27 1931-08-28 Entladungsrohr mit Gas- oder Dampffuellung von niedrigem Druck Expired DE720446C (de)

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