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Einwegstromrichter mit flüssiger Kathode Die Erfindung betrifft einen
Einwegstromrichter mit flüssiger Kathode, bei dem die Entladung in jeder Stromdurchgangsperiode
von neuem mittels einer Initialzündelektrode gezündet wird. Ein derartiger Gleichrichter
weist den Vorzug auf, daß die Entladung an der Kathode während der Sperrphase vollkommen
erlischt, so daß sich in dieser Zeit Ladungsträger, welche die Rückzündungssicherheit
herabsetzen könnten, nicht bilden. Durch die Erfindung wird eine weitere Verbesserung
der bekannten Einweggleichrichter erzielt. Der Einweggleichrichter gemäß der Erfindung
zeichnet sich durch derart gegenüber der Kathode angeordnete und von der Entladungsbahn
vor der Anode abgetrennte Kondensationsräume und derartige Leitflächen für den von
der Kathode ausgehenden Dampf aus, daß die von der Kathode emporsteigenden Dämpfe
in die Kondensationsräume schießen und auf diesem Wege ejektorartig auf die vor
der Anode liegende Entladungsbahn einwirken. Gegenüber den bekannten Einweggleichrichtern
erzielt man auf diese Weise eine wesentlich größere Rückzündungssicherheit, da beim
erfindungsgemäßen Einweggleichrichter nicht nur die Bildung von neuen Ladungsträgern
während der Sperrphase unterbunden wird, sondern auch die in der Entladungsbahn
noch vorhandenen Ladungsträger so rasch als möglich aus dieser entfernt werden.
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Gleichrichter mit flüssiger Kathode, bei denen die vor der Anode befindlichen
Ladungsträger durch
neutrale Metalldämpfe entfernt werden, sind
an sich bekannt. Bei diesen bekannten Gleichrichtern werden aber die Metalldämpfe
entweder dadurch erzeugt, daß man das in einem vom Kathodenbehälter gesonderten
Behälter angeordnete Metall verdampft, oder aber man benutzt die aus der Kathode
aufsteigenden Metalldämpfe und neutralisiert dieselben. Diese bekannten Anordnungen
haben jedoch den Nachteil, daß auch während der Brennphase neutrale Metalldämpfe
vor die Anode gelangen, wodurch eine Erhöhung der Brennspannung eintritt. Beim erfindungsgemäßen
Gleichrichter wird demgegenüber der unmittelbar aus der Kathode aufsteigende Metalldampf
zur Reinigung der Entladungsbahn von Ladungsträgern benutzt. Man macht dabei von
dem Umstand Gebrauch, daß bei Einweggleichrichtern mit flüssiger Kathode und Initialzündelektrode
an der Kathode abwechselnd schichtweise neutrale und elektrisch geladene Dämpfe
gebildet werden, so daß eine Reinigung der Entladungsbahn von Ladungsträgern nur
in der Sperrphase erzielt wird.
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Es sind auch bereits mehranodige Gleichrichter bekannt, bei denen
der aus der Kathode emporsteigende Metalldampf in die Kondensationsräume schießt
und auf diesem Wege ejektorartig auf die vor der Anode liegende Entladungsbahn einwirkt.
Eine Reinigung der Entladungsbahn von Ladungsträgern wird bei diesen mehranodigen
Gleichrichtern jedoch nicht erzielt, da immer jeweils eine Entladung an der Kathode
ansetzt, so daß Metalldämpfe, die neutral sind, von der Kathode nicht aufsteigen
können. Demgegenüber bietet der neue Gleichrichter den Vorteil, daß störende Einflüsse
von Nachbarentladungen und dadurch entstehende Ionisierungen verhindert werden.
Dia Verwendung einer Initialzündung ohne ständige Erregung bei dem neuen Stromrichter,
bei dem die Kathode zur Erzeugung des für den Brenn- und den Löschvorgang benötigten
Dampfes gleichzeitig benutzt wird, bietet, wie schon gesagt, den Vorteil, daß an
der Kathode abwechselnd ionisierte und neutrale Dampfwolken erzeugt werden. Die
Blaswirkung des Quecksilberdampfes kann man durch thermische oder magnetische Einwirkungen
auf den Dampfrauni öder das Quecksilber beeinflussen, man kann sie beispielsweise
durch Beheizung erhöhen. Die Anode kann fest oder flüssig sein. Man kann beispielsweise
als Kathodenstoff Quecksilber oder Gallium verwenden.
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Die beiden Hauptelektroden können vorteilhaft in Hüllkörpern (Schutzkörpern)
untergebracht werden, die als Leitkörper für die Dampfströmung dienen und die die
Dampfströmung durch an ihnen vorgesehene Mittel (z. B. Düsen) beschleunigen. Der
sich in der Hülle ausdehnende Dampf reißt störende Ladungsträger mit sich fort und
entzieht sie damit den Gebieten, in denen sie zu Rückzündungen, Kurzschlüssen und
ähnlichen Störungen Anlaß geben können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich
die Strömung der Kathode mit der Strömung des an der Anode expandierenden Dampfes
ergänzt. ' Der neue Entladungsapparat bietet die Möglichkeit, bei sehr hohen Drücken
des Metalldampfes (Quecksilberdampfes) zu arbeiten. Arbeitet man beispielsweise
mit einem Dampf, der unter dem Druck mehrerer Atmosphären oder Gas unter Hochdruck
steht, so erreicht man gegenüber den bekannten Entladungsapparaten, die mit niederem
Druck arbeiten, den Vorteil erhöhter Durchschlagsfestigkeit und Betriebssic'her'heit.
Eine Folge hiervon ist eine wesentlich größere Lebensdauer. Bei solchen Apparaten
empfiehlt es,sich, mit Rücksicht auf die besonderen thermischen Beanspruchungen
für die Gefäßwandungen und für die Innenteile besonders geeignete hochleistungsfähige
Werkstoffe zu verwenden. Namentlich für die den Elektroden zugeordneten Hüllkörper,
die beispielsweise Düsenform aufweisen, ist es notwendig, thermisch hochwiderstandsfähige
Werkstoffe, wie beispielsweise Graphit, gesintertes Aluminiumoxyd od. dgl., zu verwenden.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt.
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Fig. i und 2 zeigen schematisch zwei Ausführungsformen von Einwegstromrichtern
mit zwei flüssigen Elektroden; Fig. 3, 4 und 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen
von Stromrichtern mit flüssiger Kathode und fester Anode.
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Das in Fig. i dargestellte Gleichrichtergefäß i 'hat einen Kathodenbehälter
:2 und einen Anodenbehälter 3. Kathode und Anode bestehen aus flüssigem Metall (Quecksilber).
Zur Zündung dient eine schematisch angedeutete Initialzündelektrode .4. Oberhalb
der Elektrodenbehälter 2 und 3 befinden sich Kondensationsräume 5 und 6, die durch
Rohr 7 und 8 mit den Elektrodenbehältern verbunden sind. An den Rohren 7 und 8 befindet
sich eine Abzweigung 9, die die Gefäßteile 2 und 3 miteinander verbindet Die Wirkungsweise
dieses Stromrichters ist etwa folgende: Die Entladungsbahn erstreckt sich von der
Anode 3 durch den Verbindungsweg 9 zur Kathode hin. Während des Betriebes werden
die Elektroden heiß und lassen einen Dampfstrahl in die Kondensationsräume 5 und
6 aufsteigen. Die Wände Öer Rohre 7 und 8 ,dienen -dabei als Leitflächen für die
Dampfströmung. Der aufsteigende Dampfstrahl reißt Ladungsträger mit sich fort und
führt sie in den Teilen 5 und 6 zur Neutralisation. Der Druck des aus den Elektroden
emporschießenden Dampfes ist so groß, daß auch die in dem Verbindungsweg 9 befindlichen
Ladungsträger ejektorähnlich praktisch vollkommen mitgerissen und in den Teilen
5 und 6 neutralisiert werden, soweit sie nicht bereits an den Wänden oder an in
dem Verbindungsweg befindlichen NeutralisutionsflächenihreRekombination vollzogen
haben. Die Dampfdichte wird im Verbindungsraube 9 möglichst niedrig gehalten, sei.
es durch sc'harfeKühlung oder durch zusätzlicheÜberhitzung des Dampfes. Im Falle
des Ausführungsbeispiels nach Fig. i wird die Wirkung des von der Kathode aufsteigenden
Metalldampfes. auf den Entladungsweg, insbesondere den im Rohr 9
liegenden
Teil vor der Anode durch den von der Anode ausgehenden Metalldampf unterstützt.
Gleiches gilt für,die Ausführungsform nach Fig. 2. Bei der Ausführungsform nach
Fig. 2 sind die Kondensationsräume zu dem Gefäßteil io baulich vereinigt. Die Anode
i i steht mit der Kathode 12 einerseits über das Rohr i3 und andererseits über den
Rücklauf 14 in Verbindung. Die Entladung geht durch das Rohr 13. Der Rücklauf 14
dient zum Ausgleich der Oue.cksilberspiegel in dem Anoden-und Kathodenbehälter.
Der Rücklauf 14 ist wesentlich länger als der Entladungsweg, so daß der Durchgang
einer Entladung durch den Weg 14 nicht zu befürchten ist. Indem Rückweg 14 befinden
sich Überfälle 15, die das Unterbrechen durch das Rohr 1.4, hinablaufender Rinnsale
zur Folge haben und damit eine sichere elektrische Trennung gewährleisten. In dem
Rückweg 14 können Sperrvorrichtungen, beispielsweise Gitter 16, vorgesehen sein.
Der Anodenbehälter i i und der Kathodenbehälter 12 stehen durch je ein Rohr 17 und
18 mit dem Kondensationsraum io in Verbindung.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist das :Metallgefäß mit 21, die
Kathode mit 22 und die Anode mit 23 bezeichnet. Die Initialzündelektrode ist nicht
dargestellt. Zwischen Gefäß 21 und Kathode 22 liegt der an sich bekannte KathodenisolatOr
24.. In der Kathode steht das Einsatzrohr 25, das vorteilhaft aus Isolierwerkstoff
besteht und dessen Höhe etwa zweimal so groß ist wie sein Innendurchmesser. Die
oberhalb der Kathode befindliche Anode 23 ist von einer Hülle 26 umgeben, deren
nach der Kathode hin liegende Öffnung 27 verengt ist. Bei Heißwerden der Anode expandiert
der in der Hülle 26 befindliche Dampf und tritt aus der Öffnung 27, wie mit Pfeil
angedeutet, aus. Der Austritt des expandierenden Dampfes wird unterstützt durch
die Strömung des in der Richtung der Pfeile 28 an dem Röhr 25 emporschießenden Dampfstromes.
Bei 29 sind Kühlflächen angedeutet.
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In Abb. d. sind die -der Abb. 3 entsprechenden Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Die Anodenhülse 30 ist nach der Kathode hin nicht
verengt; es liegt außerdem zwischen Anode und Kathode ein Leitkörper 31, der dem
im Anodenraum expandierenden Dampf und,dem aus der Kathode emporschießenden Dampf
die mit Pfeilen angedeuteten Wege vorschreibt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die Kathode 34. mit ihrem
Hüll'körper und die Anode mit dem Hüllkörper 35 so anb ordnet"daß die Hüllkörper
einen spitzen Winkel miteinander bilden. Der aus dem Kathodenrohr austretende Dampf
reißt ejektorartig den im Anodenrohr 35 expandierenden Dampf mit sich fort und treibt
ihn gegen die Neutralisationsflächen 37. Der Hüllkörper der Anode hat an seinem
oberen Ende Öffnungen zum Nachsaugen von neutralem Dampf. Die Initialzündelektroden
sind auch in den Fig. q. und 5 nicht angedeutet.