DE845372C

DE845372C - Ion discharge tube with liquid cathode and capacitive igniter

Info

Publication number: DE845372C
Application number: DEN2335D
Authority: DE
Inventors: Daniel Marie Duinker; Johannes Gijsbertus Wil Mulder
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1943-06-28
Filing date: 1944-06-25
Publication date: 1952-07-31

Description

Ionenentladungsröhre mit flüssiger Kathode und kapazitivem Zünder Bekanntlich haben Ionenentladungsröhren mit flüssiger Kathode besonders lange Lebensdauer und große Cberlastbarkeit während kurzer Zeit. Die flüssige Kathode wird nicht, wie eine Glühkathode, durch starke Ströme zerstört. Die Dauer und die Größe der zulässigen Überlastung sind durch die Anforderung bedingt, daß kein Röhrenteil eine schädliche Temperatursteigerung erhalten darf, und ein Überlastungsstoß darf um so höher sein, je kürzer er dauert, z. I3. iooo/o über der Normallast während 30 Sekunden, 5o 0/'o während 5 Minuten. Wird die Röhre dann noch länger überlastet, so wird sie infolge zu hoher Temperatur irgendeines Röhrenteils Schaden erleiden.Ion discharge tubes with a liquid cathode and capacitive igniter It is known that ion discharge tubes with a liquid cathode have a particularly long service life and a high overload capacity for a short time. The liquid cathode is not destroyed by strong currents like a hot cathode. The duration and the size of the permissible overload are conditioned by the requirement that no tube part may receive a harmful increase in temperature, and the shorter the duration of an overload surge, the higher it is, e.g. I3. 100% above normal load for 30 seconds, 50% for 5 minutes. If the tube is then overloaded for a longer period of time, it will suffer damage to some tube part as a result of excessively high temperature.

In der Praxis werden Röhren meist durch Automaten oder Schmelzsicherungen geschützt, welche, um Belastungsstöße aufnehmen zu können, die Röhre erst bei eirein bestimmten Vielfachen des gewöhnlichen Stroms ausschalten. Am vorstehenden ist ersichtlich, daß es in diesem Fall immer noch möglich ist, eine Röhre auf schädliche Weise zu überlasten, wenn nämlich der überlastende Strom zwar ;höher ist als die Normallast, aber kleiner als der Auslösestrom der Sicherung, und wenn er hinreichend lange fließt, weil die Sicherung den Zeitfaktor nicht berücksichtigt.In practice, tubes are mostly operated by automatic machines or fuses protected, which, in order to be able to absorb load shocks, the tube only when it is clean turn off certain multiples of the ordinary current. It can be seen from the above, that in this case it is still possible to damage a tube overload, namely if the overloading current is higher than the normal load, but smaller than the tripping current of the fuse, and if it flows for a long enough time, because the backup does not take the time factor into account.

Ein Automat, der die Röhre bei den verschiedenen möglichen Überlastungen immer ausschaltet, läßt sich schwer verwirklichgn. Die Dauer und Größe der zulässigen Überlastung hängen weiter noch davon ab, ob die Röhre beim Einschalten kalt oder warm ist. Da der Automat für den ungünstigsten Fall eingestellt werden muß, ist es also nicht möglich, der Röhre unter allen Bedingungen die Höchstleistung zuzuführen.An automaton that the tube with the various possible overloads always turns off is difficult to achieve. The duration and size of the allowed Overload still depend on whether the tube is cold or cold when switched on is warm. Since the machine must be set for the worst case, is it is therefore not possible to supply the tube with maximum power under all conditions.

Wird die Röhre mittels eines Maximalautomaten geschützt, der die Röhre bereits beim Überschreiten der Normallast ausschaltet, so wird es praktisch immer nötig sein, die Leistung der Röhre wesentlich höher zu nehmen, als für die mittlere Belastung erforderlich ist, da sonst keine Belastungsstöße aufgenommen werden können, und vor allem geht der Vorteil der Überlastbarkeit verloren.If the tube is protected by means of a maximum automaton that controls the tube switches off when the normal load is exceeded, so it becomes practical always it may be necessary to take the power of the tube much higher than for the middle one Load is required, as otherwise no load shocks can be absorbed, and above all the advantage of overloadability is lost.

Die- Erfindung behebt nun diese Nachteile in der Weise: Sie bezieht .sich auf eine Ionenen2ladungsröhre mit flüssiger Kathode und kapazitiv wirkender Zündelektrode. So eine Elektrode besteht aus einem Leiter, der durch eine Schicht aus Isoliermaterial von der flüssigen Kathode getrennt ist. Die Zündung wird dadurch eingeleitet, daß infolge einer lohen, dem Leiter zugeführten Spannung zwischen der Kathodenoberfläche und dem Isolator ein Funke gebildet wird. Dementsprechend werden solche kapazitiven Zünder oft als Funkenzünder bezeichnet. Manchmal steht der Leiter in der Nähe der Kathodenoberfläche nicht in direkter Berührung mit dem Isoliermaterial, sondern kann z. B. in einem Röhrchen aus Isoliermaterial enthaIten sein, das beispielsweise mit einem Edelgas mit einem Druck von einigen Torr gefüllt ist.The invention overcomes these disadvantages in the following way: It relates .is on an ionic charge tube with a liquid cathode and capacitive effect Ignition electrode. Such an electrode consists of a conductor running through a layer is separated from the liquid cathode by insulating material. The ignition is thereby initiated that as a result of a lohen, the conductor supplied voltage between the Cathode surface and the insulator a spark is formed. Be accordingly such capacitive igniters are often referred to as spark igniters. Sometimes the leader is standing not in direct contact with the insulating material near the cathode surface, but can e.g. B. be contained in a tube made of insulating material, for example is filled with an inert gas with a pressure of several torr.

Gemäß der Erfindung wird eine Überlastung dadurch vermieden, daßdurch passende Bauart und Bemessung einer Ionenentladungsröhre mit flüssiger Kathode und kapazitivem Zünder bei Überlastung die Temperatur der Kathode und der Druck in der Röhre so hoch werden, daß der Zünder unwirksam wird, bevor irgendein Röhrenteil infolge zu hoher Temperatur Schaden erleidet.According to the invention, overload is avoided by Appropriate design and dimensioning of an ion discharge tube with a liquid cathode and capacitive igniter in case of overload the temperature of the cathode and the pressure in the Tube so high that the igniter is ineffective before any tube part suffers damage as a result of excessive temperature.

Kapazitive Zünder können über einer gewissen Temperatur der Kathode und einem . gewissen Druck in der Röhre die Entladung nicht mehr zünden. Für einen bestimmten Zünder, bei dem die Röhre nur-Quecksilber enthält, ist gefunden worden, daß er bei einer Kathodentemperatur von annähernd 8o° C (Dampfdruck- annähernd o, t mm) versagt.Capacitive igniter can have a certain temperature of the cathode and one. certain pressure in the tube no longer ignite the discharge. For one certain detonators, in which the tube contains only mercury, has been found that at a cathode temperature of approximately 80 ° C (vapor pressure - approximately o, t mm) fails.

Das Versagen des Zünders läßt sich wahrscheinlich dadurch erklären, daß bei zu hoher Temperatur und zu hohem Druck der Spannungsstoß am Zünder zusammenbricht durch eine Glimmentladung zwischen einer beliebigen, gegebenenfalls tnit Isoliermaterial überzogenen Stelle des Zünders und der Kathode, so daß sich der Zündfunke nicht ausbilden kann. Die Glimmentladung selbst ist nicht fähig, die Entladung in der Röhre zu zünden, es sei denn, daß mit abnorm hohen Anodenspannungen gearbeitet wird.The failure of the detonator can probably be explained by that if the temperature and pressure are too high, the voltage surge at the igniter collapses by a glow discharge between any, optionally with insulating material coated point of the igniter and the cathode, so that the ignition spark does not can train. The glow discharge itself is not capable of the discharge in the Ignite the tube unless abnormally high anode voltages are used.

Wenn der Aü,nder versagt, kann die Röhre also nicht weiter belastet werden und auch nicht durch Überlastung beschädigt werden. Auch die angeschlossenen Geräte, =wie z. B. Transformatoren und die an die Röhre angeschlossenen Verbraucher, können in diesem Fall, wenn sie der Röhre angepaßt sind, nicht überlastet werden.If the outside fails, the tube can no longer be loaded and will not be damaged by overload. Also the connected ones Devices, = such as B. Transformers and the consumers connected to the tube, can in this case, if they are adapted to the tube, not be overloaded.

Zur Bemessung einer Röhre nach der Erfindung kann das folgende Verfahren angewendet werden: Zunächst wird bei dem verwendeten Zündertyp die Kathodentemperatur und der Röhrendruck bestimmt, bei der dieser versagt: An Hand der bei Vollast zu erwartenden Wärmemengen werden dann die Abmessungen der Kathode und der anderen Röhrenteile so berechnet, daß die kritische, damit die Kathodentemperatur, bei der die anderen Röhrenteile gerade noch innerhalb zulässiger Temperaturen bleiben, gerade der Temperatur entspricht, bei welcher der Zünder zu versagen anfängt.To dimension a tube according to the invention, the following procedure can be used can be used: First of all, the cathode temperature is used for the type of igniter used and determines the tube pressure at which it fails: using the closed at full load Expected amounts of heat are then the dimensions of the cathode and the other Tube parts calculated so that the critical, thus the cathode temperature, at the the other tube parts just stay within permissible temperatures, straight corresponds to the temperature at which the igniter begins to fail.

Es hängt ganz von der Wärmekapazität der Röhre ab, ob auch kurzzeitige Überlastungen aufgenommen werden können. 1:s muß besonders dafür gesorgt werden, daß sich die Kathode nicht langsamer aufwärmt als die übrige Röhre, da sonst gewisse Teile der Röhre bereits eine unzulässige Temperatur erreichen, bevor der Zünder unwirksam wird.It depends entirely on the heat capacity of the tube, whether also for a short time Overloads can be absorbed. 1: s special care must be taken that the cathode does not warm up more slowly than the rest of the tube, otherwise certain Parts of the tube already reach an impermissible temperature before the igniter becomes ineffective.

Abgesehen von der Bemessung der Röhre kann ihr Aufbau auch derart vorgenommen werden, daß an der Röhrenwand zusätzliche Mittel zur Erzielung der Wirkung der Erfindung vorgesehen sind. Auch können beide '\1 annahmen kombiniert werden.Apart from the dimensioning of the tube, its structure can also be designed in this way be made that on the tube wall additional means to achieve the effect of the invention are provided. Both '\ 1 assumptions can also be combined.

Bei den üblichen Röhren mit flüssiger Kathode ist die Kathode bei voller Belastung oder sogar bei schwerer Überlastung meist noch zu kalt, und der Druck in der Röhre ist zu niedrig, um den Zünder versagen zu lassen. Ein einfaches Mittel, durch das erreicht wird, daß der Zünder bei unzulässiges .Überlastung unwirksam wird, ist es, den Kathodenraum mit Wärmeisoliermaterial zu umgeben. In diesem Fall kühlt die Kathode nicht so stark ab, und der Dampfdruck wird höher.In the case of the usual tubes with a liquid cathode, the cathode is at full load or even with severe overload mostly still too cold, and the The pressure in the tube is too low to cause the igniter to fail. An easy Means by which it is achieved that the detonator becomes ineffective in the event of impermissible overload is to surround the cathode compartment with thermal insulation material. In this case the cathode does not cool down as much and the vapor pressure becomes higher.

Es ist besonders vorteilhaft, bei einer erfindungsgemäßen Röhre Mittel für zusätzlichen Wärmeaustausch zwischen dem Anoden- und dem Kathodenraum anzubringen. An der Anode wird praktisch immer ein Vielfaches der an der Kathode entwickelten Wärme erzeugt. Durch die Ableitung dieser Wärme zur flüssigen Kathode werden die Temperatur der Kathode und der Druck in der Röhre bei gleicher Belastung höher, als ohne diesen Wärmeaustausch der Fall wäre.It is particularly advantageous to use means in a tube according to the invention for additional heat exchange between the anode and the cathode compartment. A multiple of that developed at the cathode is practically always at the anode Generates heat. By dissipating this heat to the liquid cathode, the The temperature of the cathode and the pressure in the tube are higher for the same load, than would be the case without this heat exchange.

Die Vermittlung des Wärmekontakts zwischen Kathoden- und Anodenraum kann sich bei gekühlten Röhren auf sehr einfache Weise vollziehen, indem die Leitungen für das Kühlmittel derart um die Röhre herum angeordnet werden, daß das Kühlmittel zunächst die Anode kühlt und dann den Kathodenraum umspült. Auch kann die ganze Röhre, zumindest der Anoden- und der Kathodenraum, in einem Flüssigkeitsbad angeordnet werden, das auf natürliche oder auf künstliche Weise gekühlt wird. Das Flüssigkeitsbad vermittelt einen Wärmeaustausch zwischen Anode und Kathode, so daß die Kathode wärmer wird.The mediation of the thermal contact between the cathode and anode compartment can be carried out in a very simple way in the case of cooled tubes, by removing the lines for the coolant are arranged around the tube in such a way that the coolant first cools the anode and then flushes around the cathode compartment. Also can the whole Tube, at least the anode and cathode compartments, arranged in a liquid bath that is cooled naturally or artificially. The liquid bath mediates a heat exchange between anode and cathode, so that the cathode is warmer will.

Es hat besondere Vorteile, bei erfindungsgemäßen Röhren auch die Atiode flüssig zu machen, da die starke Reizung der Anode eine Destillation der ElektrodenflÜssigkeit zur Kathode zur Folge hat. Der Druck oberhalb der Kathode ist dann höher, als der Kathodentemperatur entspricht, und der Zünder wird eher versagen.It has particular advantages, including the atiode in tubes according to the invention to make liquid, as the strong irritation of the anode causes a distillation of the electrode liquid to the cathode. The pressure above the cathode is then higher than that Cathode temperature, and the igniter is more likely to fail.

Ein einfaches Mittel zur Erzielung des Zwecks derErfindung beiRöhren mit zwei flüssigenAnoden und Kathoden ist auch, die Kathode um ein Vielfaches kleiner als die Anode zu gestalten. Dies bedingt eine Erhöhung der Kathodentemperatur und des Dampfdrucks.A simple means of achieving the purpose of the invention on tubes with two liquid anodes and cathode is also, the cathode around a Many times smaller than the anode. This causes an increase in the cathode temperature and the vapor pressure.

Die Erfindung ist auch bei Röhren mit zwei flüssige il Elektroden anwendbar, die beide mit einem kapazitiven Zünder versehen sind. Diese Röhren k;iuneil sowohl zum Durchlassen gleichgerichteten Wechselstroms, aliw-echselnd in der einen und in der anderen Richtung, als auch zur Regelung des dem Verbraucher zugeführten Wechselstroms dienen.The invention also applies to tubes with two liquid il electrodes applicable, both of which are provided with a capacitive igniter. These tubes k; iuneil both for the passage of rectified alternating current, aliw-echselnd in one and in the other direction, as well as to regulate the amount supplied to the consumer Serving alternating current.

Die Anordnung von zusätzlichen Mitteln gemäl.i der Irftndunr; ist nun in der Zeichnung näher erläutert.The arrangement of additional funds according to the Irftndunr; is now explained in more detail in the drawing.

Fig. r ist ein senkrechter Schnitt durch eine erfiliduiigsgemsif.ie Röhre, deren Kathodenraum mit 1@ ärmeisolier material umgellen ist, und Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Röhre bei der die Kathode um ein Vielfaches kleiner als die Anode ist und bei der die Kühlluft nach Erwärmung durch die Anode längs des Kathodeniaums streicht.Fig. R is a vertical section through a erfiliduiigsgemsif.ie Tube, the cathode compartment of which is surrounded by 1 @ arm insulation material, and Fig. 2 is a vertical section through a tube where the cathode is many times smaller than the anode and in which the cooling air is longitudinally after being heated by the anode of the cathodeniaum.

In Fig. i bezeichnet i die Wand der Röhre, 2 die aus Quecksilber bestehende Kathode, 3 die aus einem Graphitblock bestehende Anode, 4 und 5 die Stioniztifiilirungen zu der Anode und der Kathode. !)er kapazitive Zünder besteht aus einem in die Kathode getauchten, dünnwandigen Glaskügelchen 6, das teilweise mit Quec'ksi.lber gefüllt ist. hin Dralit 7 führt zur Anschlußklemme 8 des Zünders. Der Kathodenraum ist mit Wärmeisoliermaterial 9 umgellen, wodurch die Kathode bei voller Pelastung der Röhre eine solche Temperatur annimmt und der Dampfdruck so hoch wird, daß der Zünder noch gerade nicht versagt. Wird die Röhre nun noch stärker belastet, so wird der Zünder die IZölire nicht mehr zünden können, und die Röhre kann also auch nicht infolge zu hoher Temperatur beschädigt werden.In Fig. I, i denotes the wall of the tube, 2 that consisting of mercury Cathode, 3 the anode consisting of a graphite block, 4 and 5 the stionization to the anode and the cathode. !) he capacitive igniter consists of a built into the cathode dipped, thin-walled glass beads 6, which are partially filled with Quec'ksi.lber is. towards Dralit 7 leads to terminal 8 of the igniter. The cathode compartment is with Wrap around heat insulating material 9, so that the cathode is under full load on the tube assumes such a temperature and the vapor pressure is so high that the igniter is still just not failed. If the tube is now more heavily loaded, the detonator will be the celirs can no longer ignite, and so the tube cannot as a result either too high temperature.

111 Fig. 2 sind die denen der Fig. i entsprechenden Einzelteile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. i bezeichnet. Die Stromzuführungen zu Kathode und Anode bestehen aus Kupferstreifen 4 1111:i 5, die unter rechtem Winkel gegeneinander allgeordnet sind, so daß eine falsche Anbringung der IZcilire im Sockel nicht möglich ist. Der Anoden- und Kathodenraum sind durch ein verhältnismäßig enges Verbindungsrohr io verbunden, in dem ein Behälter i t angeordnet ist, der zum Auffangen des aus einer der Elektroden überfließenden Ouecksilbers dient. Die Anschlußklemmen 12 und 13 werden beim Gehrauch der Röhre mit einer Spannungsquelle von sehr niedriger Spannung verbunden. Das im Behälter i t befindliche Quecksilbei- bildet eine elektrische Verbindung zwischen den Klemmen 12 und 13 und wird durch elektrische Heizung verdampft. Der Behälter i i wird also nicht überfließen, und das aus einer der Elektroden überfließende Quecksilber kann also keinen Kurzschluß zwischen den beiden Elektroden herstellen. Anoden- und Kathodenraum umgebend, ist eine Hülle 14 vorgesehen, durch welche Kühlluft geblasen werden kann. Auf der Anodenseite ist ein Anschlußflansch 15 für die Kühlluftleitung angebracht und auf der Kathodenseite ein kleiner Trichter 16 zur Ableitung der Kühlluft. Wie in der Zeichnung deutlich ersichtlich ist, ist die Kathode zum Unterschied gegenüber den üblichen Röhren erheblich kleiner als die Anode. Trotz der Tatsache, daß an der Kathode weniger Wärme entwickelt wird als an der Anode, wird die Kathode also doch bei gewöhnlicher Belastung der Röhre bereits eine hohe Temperatur annehmen. Wird die an der Anode entwicklte Wärme besonders groß, so wird die Kühlluft von der Anode stark erwärmt werden und wieder Wärme an die weniger erwärmte Kathode abtreten. Bei der Bemessung der Röhre ist vor allem darauf Rücksicht zu nehmen, daß das Verbindungsrohr io so eng gehalten werden muß, daß keine Rückzündung in der Röhre auftreten kann, und die Temperatur der Elektroden, bei welcher der Zünder unwirksam wird, muß so gewählt .sein, daß das Rohr io noch nicht die zulässige Temperatur überschritten hat. 111 FIG. 2, the individual parts corresponding to those of FIG. I are denoted by the same reference numerals as in FIG. The power supply lines to the cathode and anode consist of copper strips 4 1111: i 5, which are arranged at right angles to each other, so that incorrect attachment of the IZcilire in the base is not possible. The anode and cathode compartments are connected by a relatively narrow connecting pipe in which a container is arranged which serves to collect the mercury overflowing from one of the electrodes. The terminals 12 and 13 are connected to a voltage source of very low voltage when the tube is also heard. The mercury contained in the container it forms an electrical connection between the terminals 12 and 13 and is vaporized by electrical heating. The container ii will not overflow, and the mercury overflowing from one of the electrodes cannot create a short circuit between the two electrodes. Surrounding the anode and cathode spaces, a sleeve 14 is provided through which cooling air can be blown. A connection flange 15 for the cooling air line is attached to the anode side and a small funnel 16 is attached to the cathode side for discharging the cooling air. As can be clearly seen in the drawing, the cathode, in contrast to the usual tubes, is considerably smaller than the anode. In spite of the fact that less heat is developed at the cathode than at the anode, the cathode will already assume a high temperature under normal stress on the tube. If the heat developed at the anode is particularly great, the cooling air will be heated up considerably by the anode and heat will again be transferred to the less heated cathode. When dimensioning the tube, it is important to ensure that the connecting tube is kept so tight that no flashback can occur in the tube, and that the temperature of the electrodes at which the igniter becomes ineffective must be chosen that the pipe has not yet exceeded the permissible temperature.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Ion discharge tube with a liquid cathode and capacitive scale, characterized in that if the tube is constructed and dimensioned appropriately, the temperature of the cathode and the pressure in the tube become so high in the event of an overload that the igniter becomes ineffective before any part of the tube is damaged as a result of excessively high temperature .

2. Discharge tube according to claim i, characterized characterized in that the cathode space is surrounded with \\ 'iirmisoliermaterial.

3. Discharge tube according to claim i or 2, characterized in that between the Cathode and the anode compartment means for additional heat exchange are attached.

4. Discharge tube according to claim i or 3, characterized in that the tube umgellend arranged lines for the coolant are set up such that the coolant first cools the anode compartment and coils around the cathode compartment therein.

5. Discharge tube according to claim i or 3, characterized in that the whole Tube, at least the anode and the cathode, arranged in a liquid bath is.

6. Discharge tube according to one of the preceding claims, characterized in that The anode is also liquid.

7. Discharge tube according to claim 6, characterized in that that the cathode is many times smaller than the anode. Discharge tube after Claim 1, 3 or 5, characterized in that the two electrodes are liquid and are provided with a capacitive cylinder.