DE950580C - Fluessigkeitsgekuehltes Entladungsgefaess mit metallenen Gefaesswaenden - Google Patents

Description

• Flüssigkeitsgekühltes Entladungsgefäß mit metallenen Gefäßwänden Es ist bekannt, daß Eisen und einige andere Metalle die Eigenschaft bes#i:tzen, für atomaren Wasserstoff durchlässig zu-sein. Diese Erscheinung kann bei elektrischen Entladungsgefäßen mit einer Gefäßwand aus Eisen oder einem anderen für Wasserstoff durchlässigen Metall zu einer Beeinträchtigung des Vakuums führen, wenn die Gefäßwandungen von einer Kühlflüssigkeit umspült werden, welche Wass-erstoffi.onen enthält. Die Möglichkeit des Durchtritts von aus der Kühlflüssigkeit stammendem Wasserstoff durch de Gefäßwandungen ist besonders dann zu berücksIchtigen, wenn es sich um sog mannte abgeschmolzene Entladungsgefäße handelt, d. h. um Entladungsgefäße, welche ständig ohne Vakuumpumpe betrieben werden sollen. Um diese mögliche Störungsquelle mit Sicherheit auszuschließen, ist bekanntl:ich bereits der Vorschlag gemacht worden, entweder für die Gefäßwände ein Metall zu verwenden, welches keine Wasserstoffdiffusion gestattet bzw. die Gefäßwän@de mit einer für Wasserstoff undurchlüs,sigen Schicht zu überziehen oder aber eine Kühlflüssigkeit zu verwenden, welche von vornherein keine Wasserstoffionen enthält. Beide Maßnahmen sind aber n@i,cht immer ohne Schwierigkeiten oder anderweitige Nachteile durchführbar.
• Durchgeführte Versuche imachen es wahrscheinlich, daß die Erscheinung der Wasserstoffdiffusion durch metallene Vakuwmgefäß.wän-de aus der Küh1-flüssigkeit .immer mit einer Korrosion der äußeren Gefäßwmdobe.rfläche Hand in Hand geht bzw. eine Korrosion zur Voraussetzung hat. Die Korrosion ist aber ein elektrolytischer Vorgang, der dadurch zustande kommt, daß sich an der Oberfläche der von der Flü ssigkeit umspülten Gefäßwandung infolge von Unglei@chmäß@igleiten. in-der Materialstruktur Lokalelemente bilden. Das bedeutet, daß in unmittelbarer Nähie der Gefäßwandung in der Nähie der Lokalkathoden eine Erhöhung der Wasserstoffio nenkonzentrafton in statu. nascendi in der Kühlflüssigkeit auftritt und an den Lokalkathoden atomarer Wasserstoff abgeschieden wird.
• Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die in der Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, von vornherein vorhandenen oder durch elektrolytiische in ihr entstehenden Wasserstoffnonen von der Gefäß-wandunig nach Möglichkeit fernzuhalten. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung bei einem elektrischen Entladu@ngsigefä@ß, vorzugsweise für pumpenlosen Betrieb, mit von einer wasserstoffionenhaltigen Kühlflüssigkeit umspülten Gefäßwänden aus Eisen oder einem anderen Metall, welches Wasserstoff aufnimmt, vor, d.aß die den.evaku.ierten Raum umschließende Gefäßwandung als Wand des sie umschließenden Kühlmantels auf einem gegenüber der Kühlflüssigkeit pos,itiven Potential gehalten wird. Es entsteht dann in der Kühlflüssigkeit ein elektrisches Feld, unter dessen Einfluß die Wasserstoffionen, da sie positiv geladen sind, .in Richtung von, der Gefäßwandung weg wandern.
• Bei der praktischen Durchführung der Erfindung kann man sich entweder einer besonderen, eigens für :diesen Zweck vorgesehenen Gegenelektrode zu der Gefäßwandung bedienen, man kann aber unter Umständen auch den Kühlmantel, welcher die andere Wandung ödes von der Küblflüss.igkeit durchströmten Hohlraumes bildet, als Gegenelektro:de benutzen, wenn man ihn von der eigentl.iichen Gefäßwandung isoliert. Besonders einfach dürfte die Verwendung des Kühlmantels als Gegeneliektro:de dann sein, wenn es sich um Gefäße mit abnehmbarem Kühlmantel bandelt, da dieser ohnehin unter Zwischenfügung von Dichtungsmaterialien an den Gefäßwandungen: befestigt werden muß. Zum Beispiel ist mit der Verwendung von Gummi als Dichtungsmaterial das Zifel, eine Isolation zwischen Kühlmantel und Gefäßwandung vorzusehen, bereits erreiicht. Wird eine besondere Gegenelektrode verwendet, so kann diese beispielsweise in- Form eines vor der gesamten Fläche der Gefäßwandung, also auch, in Innenkühile:rn angeordneten Gitters ausgeführt werden.
• Die Höhe der Potentialdifferenz zwischen Gefäßwandung und Gegeneilektrode wird man je nach den vorliegenden Verhältnissen wählen müssen. Es wird vielfach zweckmäßig sein, mit dieser Potentialdifferenz unter der Zersetzungsspannung zu bilei!ben, um mit einer kleinen Leitung auszukommen und keine zusätzliche Gasentwicklung hervorzurufen. Welcher Strom durch die Kühlflüssigkeit fließen muß, um die Wasserstoffionen von der Gefäßwandung fernzuhalten, ist durch Versuche für das jeweils verwendete Wandmaterial (Eisensorte) leicht zu ermitteln. Wahrscheinlich: wird der Strom etwas größer sein müssen als die Summe der Ströme sämtlicher an der Gefäßob,rfläche eiftstehenden Lokalelemente. Die aufzuwendende Potentialdifferenz -zwischen Gefäßwandung und Gegenelektrode richtet sich auch nach der Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit. Es kann. zweckmäßig sein, durch Zusätze von Säure oder Lauge die Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit künstlich zu erhöhen, da die Stromverteilung in der Kühlflüssigkeit um so gleichmäßiger wird, je höher die Leitfähigkeit der letzteren ist. Hinsichtlich der chemischen Beschaffenheit der Kühlflüssigkeit ist es ratsam, diel Stoffe so, auszuwählen, daß die Kühlflüssigkeit keine die Gefäßwandung angreifenden Ionen enthält. Ein Zusatz von z % Natronlauge zu dem Kühlwasser führt bereits zu guten Ergebnissen.
• Zur Erzeugung der erforderlichen Potentialdifferenz zwischen Gefäßwandung und Gegenelektrode kann es unter Umständen genügen, wenn, man diese beiden Teile aus Metallen herstellt, diel an verschiedenen Stellen der Spannungsreihe stehen. Dabei ist auf die Kontaktspannung Rücksicht zu nehmen. Für die Gegenelektrode ist demnach ein, edleres Metall zu nehmen als für die Gefäßwand, auch Nichtmetalle, wie Graphit, kommen hier in Betracht. Man kann aber auch, eine besondere Hilfsspannungsqu:elle vorsehen, welche diel nötige Potentialdifferenz erzeugt. Meiist wird in diesem, Fall ein kleiner Trocken gleichricbter genügen, welcher keine Glättungsmittel aufzuweisen braucht und: deshalb keine nennenswerte Verteuerung der Anlage mit sich bringt. Die Potentialdifferenz zwischen, Gefäßwand und Gegenelektrode kann, aber im Betrieb der Stromrichteranordnung, zu der das Entladungsgefäß gehört, auch der Stromrich.terschalt:ung selbst entnommen werden. So, wird es vielfach genügen, die Gegenelektrode mit der Kathode des Entladungsgefäßes, ge= gebenenfa:lls über einen Widerstand, zu verbinden, da, ja, die Gefäßwandung des stromführenden Gefäßes sich ohnehin auf ein positives Potential gegenüber der Kathode einstellt. Eine andere Möglichkeit, die Hilfsspannung der Stromrichterschaltung zu entnehmen:, besteht beispielsweise darin, daß der Minuspol der Stromrichterschaltung (beii. eüner Gleichrichterschaltung in Nullpunktschaltung, also der Transforma:tornu:llpunkt) über einen Widerstand mit der Gegenelektrode verbunden wird. In diesen Fällen steht allerdings die Hilfsspannung nur so lange zur Verfügung, wie sich die Stromrichterainlage in Betrieb befindet, während die Gefahr der Wasserstoffdiffusion auch während der Ruhepausen besteh-en bleibt und' dann sogar besonders unangenehm ist. Man wird deshalb in. diesem Fall zusätzlich noch eine besondere Hilfsspannungsquelle, beispielsweise einen. kleinen Trockengleichrichter, vorsehen, welcher während der Betriebspausen der Stromrichterschaltung die, notwendige Spannung liefert, um die Gefäßwandung auf dem gewünschten Potential gegenüber der Gegenelektrode zu halten. Diese Hilfsspannungsquelle_ fällt aber auch bei Anlagen: mit vielen Entladungsgefäßen,, _ z. B. bei Anlagen mit einanoidigen: Entladungsgefäßen, kaum ins Gewicht, weil eine einzige Hilfsspannungsquella für sämtliche Gefäße der Anlage genügt. Beim Inbeitriebsetzen. der Stromrichteramlage müssen dann die Verbindungen der Gefäßwandungen bzw. der Gegenelektroden mit der gemeinsamen: Hilfs: spannungsquelle getrennt werden,. soweit nicht durch Schutzwiderstände die Entstehung stärkerer Ausgleichströme zwischen den einzelnen Gefäßwandungen verhindert wird. Gegebenenfalls braucht die positive Vorspannung der Gefäßwand gegenüber der Kühlflüssigkeit nur für- die Dauer der Betriebspausen allein, aufrechterhalten zu werden. Die Potentialdifferenz der Gefäßwandung gegenüber der Gegenelektrode braucht nicht konstant zu sein. Es kann unter Umständen vorteilhaft sein, sie schneller oder langsamer periodisch schwanken zu lassen.
• Wenn unter dem Einfluß des die; Kühlflüssigkeit durchfließenden Stromes nennenswerte Gasmengen abgeschieden werden, so muß dafür gesorgt werdein, daß sich diese nicht als explosives Gemisch irgendwo: in dem Kühlmantel sammeln können, wo, infolge fehlender Wärmeabfuhr eine Erhitzung der Gefäßwand möglich ist. Man muß in: diesem Fall En.tgasungseinrichtungen im Kühlkreislauf vorsehen. Im allgemeinen werden die Gasbläschen von der verhältnismäßig rasch strömenden Kühlflüssigkeit mitgerissen. werden, so, daß es genügt, in der Abflußleitung des Kühlmittels eine; Stehle vorzusehen, an. welcher die Gasbläschen entweichen können. Hierzu kann beispielsweise bei einem geschlossenen Kühlkreislauf das Ausdehnungsgefäß benutzt werden., das in diesem Fall zweckmäßig an dem höchsten Punkt der Kühlmiittelleitung angeordnet: und als. Überlaufgefäß mit einer Entgas.ungsöffn.ung- ausgebildet wird, die mit einem Abzugskan.a.l in Verbindung steht.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Entladungsgefäß, vorzugsweise für pumpenlosem Betrieb, mit vom einer wasserstoffioneinha:ltigen Kühlflüssigkeit umspülten Gefäßwänden aus Eisen oder einem anderen Metall, welches Wasserstoff aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die den evakuierten Raum =schließende! Gefäßwandung als Wand dies sie umschließenden Kühlmantels auf einem gegenüber der Kühlflüssigkeit positiven; Potemr tia.l gehalten, wirdil.
2. 2. Entladungsgefäß nach Anspruch i, da. -durch gekennzeichnet, daß die Po:tentiaIdifferenz zwischen der Gefäßwandung und einer von der Kühlflüssigkeit ebenfalls umspülten. Gegenelektrode unterhalb der Zersetzungsspannung der Kühlflüssigkeit gehalten wird.
3. 3. Entladungsgefäß nach Anspruch i, da. -durch gekennzeichnet, daß dieLeitfähigkeit der Kühlflüssigkeit durch einen Zusatz von Säure oder I auge erhöht ist. q.. Entladungsgefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Küh.lflüss.igkeiit keine die Gefäßwandung angreifenden Ionen enthält. 5. Entladungsgefäß nach Anspruch: i, d!adurch gekennzeichnet, daß in der Kühlflüssigkeit eine besondere Gegenelektrode zu der Gefäßwandung vorgesehen ist. 6. Entladungsgefäß nach Anspruch 5, dar durch gekennzeichnet, daß die Gegenielektrodie glitterförmig aus:gebild!et ist. 7. Entladungsgefäß nach Anspruch i, dar durch gekennzeichnet, daß als Gegenelektrode der- an der Gefäßwandung isoliert befestigte, gegebenenfalls abnehmbare Kühlmantel dient. B. Entladungsgefäß nach Anspruch i, da, durch gekennzeichnet, daß die Po@tentiaIdiffere;nz zwischen Gefäßwandung und Kühlflüssigkeit lediglich durch die, Verschiedenheit des Gefäßwandungsmetalles und des Metalleis dIer Gegenelektrode erzeugt wird. Entladungsgefäß nach Anspruch i, dar durch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen, Gefäßwandung und Gegenelektrode, durch einen Trockengleichrichter; vorzugsweise ohne Glättun:gsmitteil, erzeugt wird. io. Entladungsgefäß nach Anspruch i, da; durch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen Gefäßwandung und , Gegenelektrode der Stromrich:terschaltung selbst entnommen wird. i i. Entladungsgefäß mach Anspruch i, dar durch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode mit der Kathode verbunden ist. 12. Entladungsgefäß nach[ Anspruch ioy da. durch gekennzeichnet, da:ß der Minuspol der Stro@mrichterschaltung (bei einem Gleiehr rechter in Nullpunktschaltung, also der Transformatornullpunkt) mit der Gegenelektro[dle über einen Widerstand verbunden ist. 13. Entladungsgefäß naohAnspruch io bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur AufrechterhaJtung der Potentialdifferenz zwischen Ger fäßwainidung und Gegenelektrode während der Betriebspausen der Stromrich.teranordnung eine für alle Entladungsgefäße der Stromrichteranordnung gemeinsame, Hilfsspannu:ngsquelle vorgesehen ist. 1q.. Entlad,un.gsgefäß nach Anspruch, i, da, durch gekennzeichnet, daß das Potential der Gefäßwandung gegenüber der Kühlflüssigkeit veränderbar ist. 15. Entladungsgefäß nach Anspruch i, da, -durch gekennzeichnet, daß .in den, Kühlmitte[1-kreis.la,uf eine Entgasungsvorrichtung ein. gesdialtet ist. 16. Entladungsgefäß nach Anspruch, 15, dar durch gekennzeichnet, daß ein in, der Kühlmittelabflußleitung angeordnetes; Ausdehnungsgefäß a:ls. En.tgasungsvorrich:tung anisgebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 496461, 559503, 567 771, 727 o96.