DE907443C

DE907443C - Metal vapor, especially alkali metal vapor discharge tube

Info

Publication number: DE907443C
Application number: DEK11082A
Authority: DE
Inventors: Dr Jean Bacher; Dr Fritz Kesselring
Original assignee: FRITZ KESSELRING GERAETEBAU A
Current assignee: FRITZ KESSELRING GERAETEBAU A
Priority date: 1951-03-17
Filing date: 1951-08-23
Publication date: 1954-03-25
Also published as: CH287702A; DE1678717U

Description

Metalldampf-, insbesondere Alkalimetalldampf-Entladungsrohr Bei der Inbetriebnahme und beim Betrieb von Metalldampf-, insbesondere Alkalimetalldampf-Entladungsröhren, sind zwei Punkte besonders zu beachten.Metal vapor, especially alkali metal vapor discharge tube Commissioning and operation of metal vapor, especially alkali metal vapor discharge tubes, there are two points to pay particular attention to.

Erstens liegt z. B. bei den Alkalimetallen die für den Dampfdruck maßgebliche Betriebstemperatur bei ungefähr iao bis 300° C. Diese Temperatur ist während der Anheizzeit durch die Heizleistung der Kathode, unter Umständen einer Zusatzheizung, zu erzielen. Weist das Entladungsrohr ganz oder teilweise ein Gefäß aus einem wärmeisolierenden Material auf, z. B. Glas, Keramik, so wird hauptsächlich der Teil des Gefäßes erwärmt, der der Kathode und/oder der Zusatzheizeinrichtung benachbart ist. Der Alkalimetalldampf kondensiert sodann an den kalt gebliebenen Stellen, d. h. der Dampfdruck ist zu klein, das Rohr ist nicht betriebsbereit. Zweitens muß bei solchen Entladungsröhren die thermische Emission von Anode und allenfalls Hilfselektroden, z. B. Gittern, so klein sein,. @daß keine thermischen Rückzündungen und keine großen Gitterströme auftreten. In alkalidampfgefüllten Entladungsröhren hängt nun die thermische Emission außer von der Temperatur der Elektroden noch von adsorbierten, die Emission vergrößernden Alkalimetallschichten ab. Die Emission erreicht bei etwa monomolekularer Bedeckung ein Maximum. Durch zwei Maßnahmen kann die Emission verhindert werden. Einmal dadurch, daß die Temperaturen von Anode und Gitter so hoch getrieben werden, d@aß auf diesen keine adsorbierten Alkalischichten haften, anderseits können die Temperaturen von Anode und Gitter so tief gehalten werden, daß diese Elektroden eine überbedeckung an Alkalimetall aufweisen, so daß das Anoden- bzw. Gittermetall die Emission nicht beeinflußt. In diesem Fall dürfen Belastungserhöhungen die Temperatur von Anode und Gitter nicht stark erhöhen. Es muß also dafür gesorgt werden, d-aß die Wärme von der Anode in genügender Weise abgeleitet wird. Die Gittertemperatur wird durch Belastungsänderungen nur unwesentlich beeinflußt, falls im Gitterkreis ein hochohmiger Widerstand angeordnet und für die Kühlung der Anode gesorgt ist.First, z. B. with the alkali metals for the vapor pressure relevant operating temperature at approximately iao to 300 ° C. This temperature is during the heating-up time due to the heating power of the cathode, possibly one Additional heating to achieve. Has the discharge tube wholly or partially a vessel made of a heat insulating material, e.g. B. Glass, ceramic, so will mainly the part of the vessel that is heated by the cathode and / or the additional heating device is adjacent. The alkali metal vapor then condenses on what has remained cold Bodies, d. H. the steam pressure is too low, the pipe is not ready for use. Secondly must with such discharge tubes the thermal emission of the anode and possibly Auxiliary electrodes, e.g. B. Grids, be so small. @ that no thermal re-ignition and no large lattice currents occur. In discharge tubes filled with alkali vapor the thermal emission depends on the temperature of the electrodes adsorbed alkali metal layers which increase the emission. The emission reaches a maximum at approximately monomolecular coverage. Can by two measures the emission can be prevented. Once by the fact that the temperatures of the anode and Lattices are driven so high that there are no adsorbed alkali layers on them on the other hand, the temperatures of the anode and grid can be kept so low be that these electrodes have a covering of alkali metal, so that the Anode or grid metal does not affect the emission. In this case, load increases are allowed do not increase the temperature of the anode and grid too much. So it has to be taken care of the heat is sufficiently dissipated from the anode. The grid temperature is only insignificantly influenced by changes in load, if in the grid circle a high-resistance resistor is arranged and the anode is cooled.

Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie bei einer Metalldampf-, insbesondere Alkalimetalldampf-Entladungsröhre; die in einem vakuumdichten Isoliergefäß mindestens eine Anode und eine geheizte Kathode enthält, wobei das Isoliergefäß mit gesättigtem Metalldampf gefüllt ist, einerseits die Betriebsbereitschaft rasch hergestellt ist und anderseits eine thermische Emission der Anode und gegebenenfalls weiterer Elektroden verhindert wird. Erfindungsgemäß ist das Metalldampf-Entladungsrohr gekennzeichnet durch außerhalb des Isoliergefäßes angeordnete Mittel, die einen Temperaturausgleich zwischen den Wärmequellen und den für den Metalldampfdruck maßgebenden kühlsten Stellender Isoliergefäßwandung; insbesondere zwischen der Anode und dem die Kathode umgebenden Teil des Isoliergefäßes, gewährleisten. Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung am Beispiel- eines Caesiumdampf-Entladungsrohres näher erläutert, wobei Fig. i eine erste Ausführungsform, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Entladungsrohres, Fig. 3 und d. zwei Varianten zu den Ausführungsformen nach Fig. i und 2 darstellen.The invention now shows a way, as with a metal vapor, in particular Alkali metal vapor discharge tube; in a vacuum-tight isolation vessel at least contains an anode and a heated cathode, wherein the insulating vessel is saturated with Metal vapor is filled, on the one hand, the operational readiness is quickly established and on the other hand a thermal emission of the anode and possibly further electrodes is prevented. According to the invention, the metal vapor discharge tube is characterized by means arranged outside the insulating vessel, which compensate for the temperature between the heat sources and the coolest ones, which are decisive for the metal vapor pressure Placing isolation vessel wall; especially between the anode and the cathode surrounding part of the isolation vessel. The invention is described below explained in more detail on the basis of the drawing using the example of a cesium vapor discharge tube, wherein FIG. 1 shows a first embodiment, FIG. 2 shows a second embodiment of a discharge tube according to the invention, Fig. 3 and d. two variants of the embodiments according to Figs. i and 2 represent.

In allen Figuren sind die gleichen Teile mit .den gleichen Bezugszeichen versehen.In all figures, the same parts are denoted by the same reference numerals Mistake.

In Fig. i bezeichnet i das vakuumdichte Isoliergefäß, das beispielsweise aus caesiumdampffestem Borosilikatglas besteht, 2 eine Wolframoxyd-Caesium-Kathode, 3 eine Anode aus Molybdänblech, q. eine Gitterelektrode aus Molybdän, 5 einen Anodenstift aus Molybdän, dessen Querschnitt derart gewählt ist, daß die in der Anode entwickelte Wärme gut abgeleitet wird, 6 die Zuleitungen zu der Kathode, die aus Molybdän bestehen, 7 die Zuleitung zum Gitter, ebenfalls aus Molybdän bestehend, 8 eine Hülle aus gut wärmeleitendem Metallblech, beispielsweise Aluminium, Kupfer, die unten durch einen Sockel 9 aus Isoliermaterial abgeschlossen ist, durch welche die Zuleitungen 6 und 7 geführt sind. Die Metallhülle 8 liegt auf einem Ansatz 1o des Anodenstiftes 5 mit metallischem Kontakt auf, damit ein guter Wärmetransport zwischen der Metallhülle 8 und dem Anodenstift 5 und umgekehrt gewährleistet ist. Ferner weist,die Metallhülle 8 an der Stelle i i eine Einbuchtung auf, um an den der geheizten Kathode benachbarten Stellen einen guten Wärmeübergang zwischen der Gefäßwand i und der Metallhülle B zu erhalten. Das Innere des vakuumdichten Gefäßes i ist mit gesättigtem Caesiumdampf gefüllt, während sich im Raum 12 zwischen der Metallhülle 8 und dem Isoliergefäß i Luft befindet. Da die Metallhülle 8 direkt leitend mit dem Anodenstift 5 verbunden ist, ist also die Metallhülle 8 selbst stromführend. Dieser Nachteil kann dadurch behoben werden, daß die Metallhülle 8 an der Außenseite mit einem elektrisch isolierenden Überzug, z. B. Isolierlack, versehen und damit ein Berührungsschutz geschaffen wird.In Fig. I i denotes the vacuum-tight insulating vessel, for example consists of cesium vapor-resistant borosilicate glass, 2 a tungsten oxide cesium cathode, 3 an anode made of molybdenum sheet, q. a grid electrode made of molybdenum, 5 an anode pin made of molybdenum, the cross-section of which is chosen such that that developed in the anode Heat is dissipated well, 6 the leads to the cathode, which are made of molybdenum, 7 the supply line to the grid, also made of molybdenum, 8 a cover made of good thermally conductive sheet metal, for example aluminum, copper, the bottom by a Base 9 is completed from insulating material, through which the leads 6 and 7 are performed. The metal shell 8 lies on a shoulder 1o of the anode pin 5 with metallic contact, so that a good heat transport between the metal shell 8 and the anode pin 5 and vice versa is guaranteed. Furthermore, the metal shell 8 at the point i i an indentation to the adjacent to the heated cathode Provide good heat transfer between the vessel wall i and the metal shell B. to obtain. The inside of the vacuum-tight vessel i is saturated with cesium vapor filled, while in the space 12 between the metal shell 8 and the insulating vessel i there is air. Since the metal shell 8 is directly conductively connected to the anode pin 5 is, so the metal shell 8 is itself current-carrying. This disadvantage can be caused by it be fixed that the metal shell 8 on the outside with an electrically insulating Coating, e.g. B. insulating varnish, provided and thus a protection against contact is created.

Die Wirkungsweise der Metallhülle 8 als Mittel zum Temperaturausgleich zwischen den Wärmequellen (Kathode bzw. Anode) und den für den Metalldampfdruck maßgebenden kühlsten Stellen der Wandung ist die folgende: Beim Anheizen werden die der Kathode benachbarten Stellen des Isoliergefäßes stärker erwärmt als die übrige Gefäßwand. Durch die Metallhülle 8 Wird nun durch Wärmeübergang bei der Einbuchtung i i die Metallhülle erwärmt. Diese erwärmt die zwischen dem Gefäß i und der Metallhülle 8 eingeschlossene Luft, wodurch das Isoliergefäß gleichmäßig erwärmt wird. Die Abkühlung durch :den gut wärmeleitenden Anodenstift wird durch die metallische Verbindung zwischen Metallhülle 8 und Anodenstift 5 unmöglich gemacht. Bei Belastung des Rohres erwärmt sich die Anode 3. Durch den Anodenstift 5 wird nun die Wärme an die Hülle 8 :abgeführt, deren Oberfläche sie durch Wärmestrahlung und Wärmeübergang nach außen abgibt. Damit wird verhindert, daß die Anode 3 und damit das Gitter q. eine unzulässig hohe Temperatur annehmen, die unter Umständen zu einer unerwünschten thermischen Emission führen könnte. Die Metallhülle 8 übernimmt also die Aufgabe eines Wärmeausgleichs zwischen den Wärmequellen (Kathode bzw. Anode) und den für den Caesiumdampfdruck maßgebenden kühlsten Stellen .des Isoliergefäßes. Es wird ferner durch die wärmeausgleichende Funktion der Metallhülle 8 erreicht, daß die Temperatur an irgendeiner Stelle des Isoliergefäßes viel unabhängiger von der Belastung des Entladungsrohres ist und daß vor allem die Betriebsbereitschaft schneller erreicht wird und thermische Rückzündungen infolge thermischer Emission von Anode und Gitter ausgeschlossen sind.The mode of operation of the metal shell 8 as a means for temperature compensation between the heat sources (cathode or anode) and those for the metal vapor pressure decisive coolest parts of the wall is the following: When heating up the locations of the insulating vessel adjacent to the cathode are heated more strongly than the remaining vessel wall. Through the metal shell 8 is now through heat transfer at the indentation i i heated the metal shell. This heats the between the vessel i and the metal shell 8 trapped air, whereby the isolation vessel is heated evenly. The cooling off through: the anode pin, which conducts heat well, is through the metallic connection made impossible between metal shell 8 and anode pin 5. When the pipe is loaded the anode 3 heats up. The anode pin 5 now transfers the heat to the shell 8: dissipated, the surface of which they are exposed to through thermal radiation and heat transfer to the outside gives away. This prevents the anode 3 and thus the grid q. one inadmissible assume high temperature, which may lead to an undesirable thermal Emission. The metal shell 8 thus takes on the task of heat compensation between the heat sources (cathode or anode) and those for the cesium vapor pressure decisive coolest parts of the isolation vessel. It is also characterized by the heat balancing Function of the metal shell 8 achieves that the temperature at any point of the Isolation vessel is much more independent of the load on the discharge tube and that above all the operational readiness is reached faster and thermal re-ignition due to thermal emission from the anode and grid are excluded.

Das Entladungsrohr nach Fig. 2 ist in ähnlicher Weise aufgebaut. Es besteht ebenfalls aus einem vakuumdichten Isoliergefäß i aus caesiumdampffestemBorosilikatglas, einer Wolframoxyd-Caesium-Kathode2, einer Molybdänanodc 3, einem Molybdängitter d., einem Anodenstift 5 aus Molybdän, Zuleitungen 6 und 7 zur Kathode :2 bzw. zum Gitter q. aus Molybdän. Ferner ist ebenfalls eine das Isoliergefäß i umgebende Hülle 2o vorgesehen, die jedoch aus Isoliermaterial, beispielsweise Glas, :besteht und unten durch einen Sockel 9 abgeschlossen ist. Im Innern zwischen Hülle 2o und Isoliergefäß i befindet sich eine gut wärmeleitende Kühlflüssigkeit 21, z. B. C51. Bei dieser Ausführung übernimmt in .erster Linie die Kühlflüssigkeit 21 den Wärmeausgleich, zunächst beim Anheizen der Kathode 2, nachher im Betrieb bei der Wärmeabfuhr von der Anode 3 über den Anodenstift 5. Diese Ausführungsform weist gegenüber der Ausführung nach Fig. i den Vorteil auf, daß die Hülle 2o nicht stromführend ist, daß also keine besonderen Vorkehrungen gegen eine Berührung vorgesehen werden müssen.The discharge tube according to FIG. 2 is constructed in a similar manner. It also consists of a vacuum-tight insulating vessel i made of cesium vapor-resistant borosilicate glass, a tungsten oxide cesium cathode2, a molybdenum anodc 3, a molybdenum grid d., an anode pin 5 made of molybdenum, leads 6 and 7 to the cathode: 2 and to the Grid q. made of molybdenum. Furthermore, there is also a casing surrounding the insulating vessel i 2o provided, which, however, consists of insulating material, for example glass, and is completed at the bottom by a base 9. Inside between shell 2o and insulating vessel i is a highly thermally conductive cooling liquid 21, z. B. C51. At this Execution takes on. First and foremost, the cooling liquid 21 takes over the heat compensation, initially when the cathode 2 is heated up, then during operation when the heat is dissipated from the anode 3 via the anode pin 5. This embodiment shows compared to the embodiment according to FIG. i has the advantage that the casing 2o is not energized is that so no special precautions are taken to prevent contact have to.

Im Rahmen der beschriebenen Ausführungsformen sind selbstverständlich verschiedene weitere Ausführungsmöglichkeiten denkbar, um den Wärmeübergang von der Wandung des Gefäßes i auf die Metallhülle 8 bzw. vom Anodenstift 5 auf die Kühlflüssigkeit 21 zu verbessern. So kann in der Ausführungsform nach Fig. i statt der Einbuchtung i i ein Ring 13 vorgesehen werden, der aus gut leitendem Material besteht, z. B. Kupfer oder Aluminium, einerseits mit gutem Wärmekontakt an der Metallhülle 8 befestigt ist und anderseits in guter Wärmeberührung mit der Wandung des Isoliergefäßes i steht, wie dies Fig. 3 zeigt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 kann man beispielsweise (s. Fig. q.) besondere Kühlbleche 22, die auf dem Anodenstift 5 zwischen Hülle 2o und Isoliergefäß i angebracht sind, vorsehen. Diese Kühlbleche 22 mit der relativ großen Oberfläche verbessern die Wärmeableitung vom Anodenstift .9 in die Kühlflüssigkeit.Within the scope of the embodiments described, various other possible embodiments are of course conceivable in order to improve the heat transfer from the wall of the vessel i to the metal shell 8 or from the anode pin 5 to the cooling liquid 21. Thus, in the embodiment of FIG. I are provided instead of the concavity ii a ring 13 which is made of highly conductive material, such. B. copper or aluminum, on the one hand is attached to the metal shell 8 with good thermal contact and on the other hand is in good thermal contact with the wall of the insulating vessel i, as FIG. 3 shows. In the embodiment according to FIG. 2, for example, (see FIG. Q.) These cooling plates 22 with the relatively large surface area improve the heat dissipation from the anode pin .9 into the cooling liquid.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Metal vapor, in particular alkali metal vapor discharge tube, which contains at least one anode and a heated cathode in a vacuum-tight insulating vessel, the insulating vessel being filled with saturated metal vapor, characterized by means arranged outside of the insulating vessel which ensure temperature equalization between the heat sources of the discharge tube ( Anode, cathode) and the coolest points on the wall of the insulating vessel, which are decisive for the metal vapor pressure.

2. Discharge vessel according to claim i, characterized by the The metallic shell surrounding the insulating vessel, on the one hand in metallic contact with the anode lead and on the other hand in contact with those adjacent to the cathode Place the insulating vessel, with a between the insulating vessel and metal shell closed airspace is available.

3. Discharge vessel according to claim 2, characterized characterized in that the surface of the metallic shell is chosen so large that the operating temperature of the insulating vessel necessary for the optimum metal vapor pressure is guaranteed under all operating conditions.

Discharge vessel according to Claim 2, characterized in that the metallic shell on its outside with a electrically insulating coating is provided.

5. discharge vessel according to claim i, characterized by a sleeve made of insulating material surrounding the insulating vessel, wherein the space between the vessel wall and the outer shell is filled with a liquid is.

6. Discharge vessel according to claim 5, characterized in that the liquid is an insulating oil.

7. Discharge vessel according to claim 5, characterized by on the Anode design, cooling plates arranged between the inner and outer shell.