DE758671C - Vorrichtung mit einer elektrischen Gasentladungsroehre - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß manche Gasentladungsröhren beim Betrieb mittels einer meist aus Wasser bestehenden Flüssigkeit gekühlt werden müssen, da die Wand dieser Röhren sonst so heiß werden wird, daß die Röhre zerstört werden würde. Dies ist besonders der Fall bei Entladungsröhren, in denen beim Betrieb ein sehr hoher Druck herrscht, da die Röhrenwand dann nicht nur durch die hohe Temperatur, sondern auch durch den hohen Druck belastet wird.

Es ist bekannt, Metalldampfentladungsröhren, in denen während des Betriebes sehr hohe Dampfdrücke auftreten, in einem geschlossenen Gefäß unterzubringen, das zu einem verhältnismäßig kleinen Teil mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt ist; die Entladungsröhre ist dann derart aufgestellt, daß sie in der Kühlflüssigkeit untergetaucht ist. Der Raum oberhalb der Kühlflüssigkeit wird vor- ao zugsweise luftleer gepumpt, aber er kann gegebenenfalls auch Gas enthalten. Während des Betriebes der Entladungsröhre wird die Kühlflüssigkeit durch die in der Entladungsröhre entwickelte Wärme zum Kochen gebracht. Der Dampf der Kühlflüssigkeit kondensiert auf dem oberen Teil der Wand des die Entladungsröhre umgebenden Gefäßes und gibt seine Kondensationswärme an diesen Wandteil ab, von wo die Wärme an die Umgebung, z. B. durch Strahlung, abgeführt wird. In dem die Entladungsröhre umgebenden

Gefäß spielt sich ein Verdampfungs- und Kondensationskreislauf ab.

Es wurde nun festgestellt,: daß bei der Verwendung dieses Apparates einige Schwierigkeiten auftreten. Durch die in der Kühlflüssigkeit entwickelten und an der Oberfläche der Flüssigkeit freikommenden Dampfblasen wird die Kühlflüssigkeit in unruhige Bewegung versetzt, und es treten auch oft mechanische ίο Erschütterungen auf. Es wurde festgestellt, daß die Lebensdauer des Geräts, insbesondere der Entladungsröhre, hierdurch beträchtlich verkürzt werden kann.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät, in dem sich eine elektrische Gasentladungsröhre befindet, die von einem eine Menge Kühlflüssigkeit und auch eine Menge Gas enthaltenden geschlossenen Raum umgeben ist. Die Erfindung bezweckt, die obengenannten Nachteile zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird das Verhältnis des Gasvolumens zum Flüssigkeitsvolumen so klein gewählt, daß bei einer Erhöhung der Temperatur infolge der beim Betrieb in der Entladungsröhre entwickelten Wärme der Druck im geschlossenen Raum so hoch wird, daß die Flüssigkeit nicht kochen kann.

Die die Entladungsröhre umgebende Flüssigkeit und auch das im abgeschlossenen Raum vorhandene Gas werden während des Betriebes durch die in der Entladungsröhre entwickelte Wärme erhitzt. Infolge dieser Erhitzung dehnt sich die Flüssigkeit aus, wodurch das Gasvolumen verkleinert und der Gasdruck erhöht wird. Die Druckerhöhung des Gases wird außerdem noch durch die Temperaturerhöhung des Gases selbst gefördert; weiterhin nimmt auch der Druck des Dampfes der Flüssigkeit zu. Die bei der Erhitzung auftretende Druckerhöhung, der die Flüssigkeit unterworfen ist, ist vom Verhältnis zwischen dem Gasvolumen und dem Flüssigkeitsvolumen abhängig. Ist dieses Verhältnis klein, so wird der Druck bei einer Steigerung der Temperatur anfänglich verhältnismäßig schnell und später sogar sehr schnell zunehmen. Ist das genannte Verhältnis groß, so wird der Druck mit der Temperatur langsamer anwachsen. Im äußersten Fall, wenn das Verhältnis unendlich groß ist, d. h. wenn das Gefäß offen ist, wird der Druck überhaupt nicht mehr zunehmen.

Dies kann an Hand der Fig. 1 der Zeichnung, die graphisch die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Druck in einem teilweise mit Wasser und teilweise mit Luft gefüllten, geschlossenen Gefäß darstellt, veranschaulicht werden. Ist das Gefäß bei einer Temperatur von 20° C und einem Umgebungsdruck von 1 Atm. geschlossen worden, so stellt der Punkt A den Zustand nach dem Schließen des Gefäßes dar. Die Kurve I stellt nun den Druck des Gefäßes als Funktion der Temperatur des Gefäßes dar, falls das Verhältnis zwischen der Luftmenge zur Wassermenge klein ist. Wird dieses Verhältnis größer gewählt, so erhält man die Kurve II und bei einem noch größeren Verhältnis die Kurve III. Wird das Verhältnis unendlich groß gewählt, d. h. wenn das Gefäß offen ist, so geht die Kurve in die vertikale Linie IV über, die als bei dem Normalsiedepunkt der Flüssigkeit endend zu denken ist, solange Flüssigkeit vorhanden ist.

In der Fig. 1 ist auch die Kurve V dargestellt, welche die Kochtemperatur von Wasser als Funktion des Druckes darstellt. Die Kurven I und II liegen vollständig unterhalb der Kurve V, während die Kurve III teilweise oberhalb derselben liegt. Dies bedeutet, daß, wenn das Verhältnis der Luftmenge zur Wassermenge derart gewählt ist, daß der Druckverlauf durch die Kurve I bzw. II dargestellt wird, kein einziger Erhitzungszustand möglich ist, bei dem das Wasser kocht, während im Fall, daß der Druckverlauf durch die Kurve III dargestellt wird, (las Wasser zum Kochen gebracht werden kann. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, wie oben schon bemerkt wurde, das Verhältnis der Gasmenge zur Flüssigkeitsmenge so klein gewählt, daß die Flüssigkeit nicht zum Kochen gebracht werden kann. Dies ist von großem Vorteil, da hierdurch die obengenannten Nachteile vermieden werden.

Es wurde festgestellt, daß es nicht erforderlich ist, das Verhältnis der Gas- und Flüssigkeitsmengen so klein zu wählen, daß der Druck in der Flüssigkeit so groß ist, daß in keinem einzigen Punkt dieser Flüssigkeit Dampfblasen entstehen können. Die Bildung von Dampf blasen in der Nähe der Entladungsröhre ist zulässig, sofern diese Dampfblasen vor dem Erreichen der Flüssigkeitsoberfläche kondensieren. Vorzugsweise wird aber das genannte Verhältnis so gering gewählt, daß die Dampfblasen bereits in der unteren Hälfte der sich oberhalb der Entladungsröhre befindlichen Flüssigkeitssäule kondensieren.

Die Möglichkeit der Dampfblasenbildung ist in der Nähe der Entladungsröhre am größten. Um an dieser Stelle eine plötzliche Entwicklung von Dampfblasen zu verhindern, ist es vorteilhaft, die Außenoberfläche der Entladungsröhre mit einer Anzahl Vorzugsweise scharfkantiger Vorsprünge zu versehen. Zu diesem Zweck kann auf der Außenoberfläche der Entladungsröhre eine Anzahl' kleiner Stücke Glas oder Quarz festgeschmolzen werden. Diese Vorsprünge beseitigen die oft auftretende Verzögerung in dem Entwickeln und Loslassen von Dampfblasen.

Die Erfindung wird an Hand der Fig. 2 der Zeichnung, die beispielsweise eine Ausführungsmöglichkeit der Erfindung darstellt, näher erläutert.

Das in dieser Figur im Durchschnitt abgebildete Gerät besteht aus einer geschlossenen Glashülle 1 mit einem Traggestell 2, auf dem eine Entladungsröhre 3 befestigt ist. Diese Entladungsröhre besteht in der Hauptsache aus einem engen Quarzröhrchen, z. B. mit einem inneren bzw. äußeren Durchmesser von 2 bzw. 4 mm und ist an jedem Ende mit einer Elektrode^ versehen; neben einer Edelgasfüllung enthält die Röhre eine Menge Quecksilber.

Die rechtwinklig umgebogenen Stromzuführungsdrähte 5 sind mit den durch das Traggestell 2 geführten Drähten 6 verbunden. Die Verbindungsdrähte sind von isolierenden, z. B. aus Gummi bestehenden Mänteln f umgeben. Beim Betrieb wird die Entladungsröhre 3, in Reihe mit einer Vorschaltimpedanz aus einer Wechselstromquelle gespeist. Die Röhre weist dann eine Hochdruckquecksilberdampfentladung unter sehr hohem Quecksilberdampfdruck auf. Die Belastung der Entladungsröhre ist 5:00 Watt, während der Quecksilberdampfdruck etwa 80 Atm. beträgt.
Das Gefäß 1 ist zu einem großen Teil mit Wasser und der übrige Teil mit Luft gefüllt. Das Gefäß ist bei einer Temperatur des Wassers und der Umgebung von etwa 20⁰C geschlossen worden, so daß bei dieser Temperatur der Druck der Luft oberhalb des Kühlwassers r Atm. beträgt. Dabei ist das Verhältnis zwischen dem Luftvolumen und dem Wasservolumen gleich 1 :9 gewählt.

Das Wasser dient zur Kühlung der Entladungsröhre. Die von der Entladungsröhre an das Kühlwasser abgegebene Wärme verbreitet sich über den ganzen Wasserinhalt des Gefäßes 1. Durch das Aufsteigen des geheizten Wassers entsteht eine Zirkulation des Kühlmittels. Das Wasser,überträgt die Wärme auf die Wand des Gefäßes 1, von welcher die Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Die Heizung bewirkt eine Ausdehnung des Wassers, wodurch die sich oberhalb des Wassers befindende Luft zusammengedrückt wird. Die Erhöhung des Luftdrucks wird noch durch die Temperatursteigung der Luft selbst vergrößert. Dies hat zur Folge, daß der Druck auf das Wasser beim Betrieb der Entladungsröhre wesentlich zunimmt. Bei dem obengenannten Verhältnis der Luft- und Wasservolumina steigt der Druck oberhalb des Kühlwassers so stark, daß ein Kochen des Wassers ausgeschlossen ist. Außerdem übt das Wasser einen Gegendruck auf die Wand der Entladungsröhre 3 aus, in der wahrend des Betriebes ein hoher Druck herrscht.

Um die plötzliche Bildung von Dampfblasen bei der Entladungsröhre zu vermeiden, ist auf der Außenseite der Röhre 3 eine große Anzahl kleiner scharfkantiger Quarz- oder Glaskörper S festgeschmolzen.

Die Wärmeabgabe des Gefäßes 1 an die Umgebung kann dadurch vergrößert werden, daß der obere Teil dieses Gefäßes mit Kühlrippen versehen wird. Auch ist es möglich, die Wand des Gefäßes 1 künstlich, z. B. mittels strömenden Wassers, zu kühlen. Dieses Kühlwasser kann gegebenenfalls direkt von der Wasserleitung geliefert werden. Auch ist es möglich, dieses Kühlwasser in einem geschlossenen Kreis, vorzugsweise mittels einer Pumpe, zirkulieren zu lassen. Im Kreis muß dann irgendeine Gelegenheit, z. B. ein Radiator vorhanden sein, wohin das Wasser seine Wärme abgeben kann. Gegenüber den bekannten Vorrichtungen, in denen ein Kühlwasserstrom direkt längs der Entladungsröhre geleitet wird, weist die beschriebene Vorrichtung, bei der die die Röhre umgebende Hülle von einem Kühlmittelstrom gekühlt wird, den Vorteil auf, daß die im Gefäß befindliche und mit der Entladungsröhre in Berührung kommende Wassermenge verhältnismäßig gering ist und sich außerdem in einem geschlossenen Gefäß befindet, so daß ohne weiteres sehr gut gereinigtes Wasser verwendet werden kann, das auch beim Betrieb rein bleibt. Dies ist von großem Vorteil, da sonst oft eine Anfressung der Röhrenwand auftritt. Auch ist es möglich, das die Lampe umgebende Gefäß seinerseits in einem zweiten Gefäß unterzubringen, das teilweise mit einer Kühlflüssigkeit und teilweise mit Gas gefüllt ist und in bezug auf die Umgebungsluft geschlossen ist.

Um zu vermeiden, daß das Wasser im Gefäß ι eine zu hohe Temperatur erhält, kann im Wasser ein Thermostat angebracht werden, der beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur entweder ein Signal in Betrieb setzt oder die Entladungsröhre ausschaltet.

Das von der Entladungsröhre 3 erzeugte Licht tritt in der Hauptsache durch den unteren Teil des Gefäßes hinaus. Dieser Teil des Gefäßes muß deshalb die gewünschten Strahlen gut durchlassen. Wenn man die Vorrichtung zum Aussenden von ultravioletten Strahlen benutzen will, muß dieser Teil des Gefäßes aus einem für ultraviolette Strahlen gut durchlässigen Material, z. B. aus Quarz, angefertigt werden. Es ist nicht erforderlich, daß das Gefäß 1 vollständig aus demselben Material besteht. Wird der untere Teil des Gefäßes z. B. aus Quarz angefertigt, so kann der Teil des Gefäßes, durch den praktisch keine Lichtausstrahlung stattfindet, aus einem Glas angefertigt werden, das gegebenenfalls

mittels einer oder mehrerer Übergangsglassorten an das Quarz angeschmolzen ist. Auch ist es möglich, das Gefäß aus zwei Teilen, z. B. einem Quarzteil und einem Glasteil, bestehen zu lassen und diese Teile derart mechanisch aneinander zu befestigen, daß eine geschlossene Hülle erhalten wird. Durch geeignete Wahl des Kühlmittels kann dieses auch als Filter verwendet werden, z. B. um die von der Entladungsröhre ausgesandten ultravioletten Strahlen zu absorbieren.

Es ist klar, daß oberhalb der Kühlflüssigkeit statt Luft auch andere permanente Gase angewendet werden können; auch ist es möglich, das Gas unter einem anderen als atmosphärischem Druck im Gefäß unterzubringen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung mit einer elektrischen Gasentladungsröhre, die von einem geschlossenen Raum umgeben ist, der teilweise mit einer Flüssigkeit und teilweise mit einem Gas gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Gas- as volumens zum Flüssigkeitsvolumen so klein ist, daß bei einer Erhöhung der Temperatur, infolge der beim Betrieb in der Entladungsröhre entwickelten Wärme, der Druck im geschlossenen Raum so hoch wird, daß die Flüssigkeit nicht kochen kann.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verhältnis derart gewählt ist, daß die in der Nähe der Entladungsröhre gebildeten Dampfblasen in der unteren Hälfte der oberhalb der Entladungsröhre befindlichen Flüssigkeitssäule kondensieren.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenoberfläche der Entladungsröhre mit einer Anzahl vorzugsweise scharfkantiger Vorsprünge versehen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   I 5401 9.53