CH171157A - Ionenventil. - Google Patents

Description

      Ionenventil.            Ionenventile,    die als Leiter ein Edelgas  oder einen Metalldampf, zum Beispiel     Qlueck-          silberdampf,    benutzen, sind für grosse Lei  stungen und mittlere Spannungen     gewöhnlich     mit einem Hauptgefäss aus Metall und einem  Kathodenbehälter und Anodendurchführun  gen aus Isolierstoff ausgeführt. Für sehr  hohe Spannungen wird öfters empfohlen, die  Anoden in den obern Enden von     rohrförmi-          gen    Isolatoren anzubringen, die ausserhalb  oder innerhalb des im Metall oder Isolier  material ausgeführten Hauptgefässes liegen.

    Diese rohrförmigen Isolatoren dienen dazu,  das Entstehen allzu kleiner Abstände zwi  schen den Anoden und den Gefässwänden zu  vermeiden. Es wurde     nrun    gefunden, dass das  Vorsehen derartiger     Rohrisolatoren    im all  gemeinen nicht genügt, um Rückzündungen  zu vermeiden, weil das elektrische Feld an  gewissen Stellen allzu stark zusammen  gedrängt wird, falls es lediglich durch die  elektrostatische Wirkung bestimmt werden    soll. Erfindungsgemäss wird deshalb im  Isolierrohr der Anode ein Körper aus Wi  derstandsstoff angebracht, der einen ge  nügenden Widerstand besitzt, um zwischen  seinen Enden die ganze Spannung zwischen  Anode und Kathode ohne Überhitzung zu er  tragen, und der dazu dient, die Feldverteilung  im Isolierrohr während des Sperrzeitraumes  im wesentlichen zu bestimmen.  



  Ausführungsbeispiele des Erfindungs  gegenstandes sind in der beiliegenden Zeich  nung dargestellt.  



  In der Zeichnung zeigt     Fig.    1 ein voll  ständiges     Ionenventil    (zum Beispiel als  Gleichrichter arbeitend) in senkrechtem       Schnitt    mit besonderer Anodenausführung;       F'ig.    2 zeigt eine andere Ausführungs  form der Anoden in teilweisem senkrechtem  Schnitt und       Fig.    3 einen Querschnitt nach der Linie       3-d    in     Fig.    2;           Fig.    4 zeigt eine Abänderung der     Fig.    3;       Fig.    5 bis 7 stellen weitere Ausführungs  formen der Anoden in senkrechten Schnit  ten dar.  



  In     Fig.    1 bezeichnet 1 das Hauptgefäss'  des     Ionenventils,    das zum Beispiel aus Eisen  ausgeführt ist und einen     Kondensierdom    2,  einen isolierten Kathodenbehälter 3     und     Kühlmantel 4 besitzt. Das     Ionenventil    ent  hält ferner eine Zündanode 5\, Erregeranoden,  deren eine bei 6 dargestellt ist, und Haupt  anoden 7. Der Hauptteil der Strombahn von  jeder     Anode    nach der Kathode ist von einem  Isolierrohr 8, beispielsweise aus Porzellan,  Glas oder Quarz, umgeben, das aus dem  Hauptgefäss hinausragt und am     obern    Ende  durch eine Metallkappe 9 abgeschlossen ist,  die gegen das Rohr 8 und gegen den Anoden  isolator abdichtet.  



  Das Rohr 8 enthält ein     inneres    Rohr 11  aus Leitungsmaterial hohen spezifischen Wi  derstandes,     zum.    Beispiel     Siliziumkarbid,    wo  bei das Ende des innern Rohres sich in klei  nem     Abstande    von der Anode 7 befindet.

    Das genannte Ende wird unter einer geeig  neten Spannung gehalten, indem es entweder       unmittelbar        mit    der Anode oder, wie gezeigt,  mit     einem    Punkt, deren Stromquelle 12     (zum     Beispiel der Sekundärwicklung eines Trans  formators) verbunden ist, derart, dass das  Rohrende wenigstens während des Sperrzeit  raumes ein negatives Potential     in    bezug auf  die Anode erhält. Das untere Ende des Wi  derstandes kann eine Zuleitung 13 besitzen,  um zum Beispiel eine nach einem bestimmten  Gesetz wechselnde     Steuerspannung    aufzu  drücken.

   In     gewissen    Fällen kann jedoch das  Aufdrücken einer derartigen     Steuerpannung     auf das Widerstandsrohr einen allzu     grossen     Energieverbrauch bedeuten und daher nicht  wünschenswert sein. Man kann dann anstatt  dessen die     Steuerspannung    auf ein besonde  res, unterhalb des Rohres angebrachtes Gitter  14     mittelst    eines Leiters 15 aufdrücken, wäh  rend,das untere Ende des Widerstandsleiters  11 zum Beispiel mit einem Punkt von etwa       Kathodenpotentiäl        verbunden    wird. Der Wi  derstandsleiter soll jedenfalls imstande sein,    die ganze     Spannung    zwischen Anode und  Kathode ohne Überhitzung auszuhalten.

    



  Da     die        Spannungsverhältnisse    nahe der  Anode nicht nur vom Widerstand des Roh  res 11, sondern auch von der Temperatur,  teils unmittelbar, teils mittelbar durch ihren       Einfloss    auf den Widerstand, beeinflusst wer  den, ist es oft empfehlenswert, das äussere  Isolierrohr durch eine Wärmeisolierung oder  eine Heizvorrichtung zu umgeben, .die seine  Temperatur auf einem     bestimmten    Wert hält.       Eine    derartige Vorrichtung ist bei 16 sche  matisch dargestellt.  



  Der     Durchmesser    des Widerstandsrohres,  beziehungsweise der mittlere Durchmesser,  falls das     Rohr    von unregelmässiger Form ist  (siehe weiter unten), soll vorzugsweise einen  Wert nicht überschreiten, der eine genügende       Einwirkung    des Rohres auf die Feldvertei  lung im leitenden Dampf ermöglicht. Diese       Einwirkung    beruht auf der Höhe der (aus  positiven Ionen bestehenden)     R.aumlädungs-          schicht,    welche den Widerstandskörper be  deckt, wenn er in bezug auf die Kathode  negativ ist,     denn    ausserhalb dieser Schicht  hat der vorher ionisierte Dampf stets prak  tisch das Potential der Kathode.

   Die Höhe  der     Raumladungsschicht    beruht ihrerseits auf  dem Potential der in Frage kommenden     Stelle     des Widerstandskörpers und ist selbst für  hohe Spannungen, bei dem Druck und der  Temperatur, die gewöhnlich in den fraglichen  Apparaten vorkommen, nur von der Grössen  ordnung einiger Zentimeter. Bei aus regel  mässigen Rohren bestehenden Widerstands  körpern, die die     kleinsten    Verluste in der  Strombahn ergeben, soll der Durchmesser des  Rohres deshalb in einer gewissen Entfernung  von der Anode kleiner als die zweifache ent  sprechende Höhe der     Raumladungsschicht     sein.  



  In     Fig.    1 ist die     R.aumladungsschicht     durch eine schwache     wagrechte        Schraffierung     und ihre der Rohrwandung gegenüberliegende  Grenze durch gestrichelte Linien angedeutet.  Die Grenzfläche wird im wesentlichen eine  Kegelfläche sein, da die Höhe der Schicht  im wesentlichen proportional der- Spannung      Lind letztere ihrerseits im     wesentlichen    pro  portional der Entfernung vom der Kathode  zugewandten Rohrende ist (gleichmässige  Stromdichte und gleichmässiger spezifischer  Widerstand vorausgesetzt). Die Spitze dieses  Kegels muss in einer beträchtlichen Ent  fernung von der Anode liegen, um eine hin  reichende Sicherheit gegen Rückzündung zu  ergeben.

   Diese Sicherheit kann als im wesent  lichen proportional der Höhe der die Anode  von einem Punkt mit Kathodenpotential  trennenden     Raumladungsschicht    angesehen  werden. Falls die Spitze des Kegels in der  selben oder in kleinerer Entfernung von  der Anode als die Höhe der Raum  ladungsschicht, welche die Anode selbst  schaffen würde, liegen würde, wäre die  Sicherheit nicht wesentlich grösser als die  ohne das Rohr erhaltene.     Die    Entfernung der  Kegelspitze von der Anode soll deshalb be  deutend grösser sein als die     Höhe    der Raum  ladungsschicht, welche die Anode selbst er  gäbe, was in der Praxis bedeutet,     dass    der Halb  messer des Rohres wesentlich kleiner als jene  Schichthöhe sein soll.

   Man kann die Sache  auch so ausdrücken,     dass!    der Halbmesser des  Rohres höchstens gleich der Schichthöhe  sein darf, welche eine Spannung ergibt bei  welcher eine ungeschützte Anode die Neigung  zum     Rückzünden    zeigt. Die     Länge    des Roh  res wird dann von der wirklichen     Spannung     zwischen Anode und Kathode bestimmt und  wird um so     viel    grösser als die Länge des  Kegels, als die wirkliche Spannung höher  als die für eine ungeschützte Anode zulässige  ist.

   Man kann für gewöhnliche Verhältnisse  etwa 50 Millimeter als eine zulässige obere  Grenze für den Rohrdurchmesser ansehen,  und zwar für den Hauptteil des Rohres;  denn kürzere Stellen mit grösserem Durch  messer haben keinen beträchtlichen Einfluss  auf die elektrische Feldverteilung.  



  Eine Folge des Höchstmasses für das Rohr  ist auch, dass der Strom pro Anode oder we  nigstens pro Anodenrohr begrenzt wird, in  Praxis auf etwa 75 Ampere bei Apparaten  mit Quecksilberdampf niedrigen Druckes  als Leiter. Für grössere Apparate wäre    es     dann    nötig, den Strom auf mehrere Anoden  oder wenigstens mehrere Anodenrohre zu  verteilen.  



  In     Fig.    2. ist die Anode 22 innerhalb  des Hauptgefässes 2:1 angebracht und von  einem Isolierrohr 28 umgeben, das in einem  Stück mit dem Durchführungsisolator des  Anodenschaftes ausgeführt ist. Das Rohr 28  enthält einen Widerstandskörper 28, der in  Seitenansicht in     Fig.    2 und im     Querschnitt     in     Fig.    3 dargestellt ist.

   An beiden Enden  trägt der Körper Metallplatten 26, 27 zur  Verbindung mit den Zuführungsleitern 24,25  und zur Verteilung des Stromes über seinen       Querschnitt.    Der Körper kann zum Beispiel  gleich wie die freien Rohre der übrigen Fi  guren, aus einem Stoff von verhältnismässig  hohem spezifischen Widerstand     bestehen,     zum Beispiel aus     Siliziumkarbid        (Karbo-          rundum,        Silit),    das einen spezifischen Wi  derstand von etwa 1     Ohmzentimeter    besitzt.  



       Fig.    4 zeigt im Querschnitt eine Ab  änderung des Widerstandskörpers, indem er  aus fünf parallelgeschalteten     Stäben    29 an  statt eines sternförmigen     Stabes,    wie in     Fig.    2  und 3 besteht. Das praktische Ergebnis bleibt  unverändert.  



  In     Fig.    5 ist die Anode 52 von einem  Isolierrohr 58 umgeben, das wieder aus dem  Gefäss' 51 herausgeht. Der Widerstandskörper  besteht hier aus einem     innern    Überzug 53  des Rohres 58. Da ein solcher Überzug ganz  dünn sein kann, ist es möglich, ihn aus  einem Stoff von verhältnismässig niedrigem  spezifischen Widerstand, wie     Graphit,-her-          zustellen.     



  In     Fig.    6 besteht der untere     Teil    des  äussern Rohres aus einem aus dem Haupt  gefäss 61 herausragenden Metallrohr 63 und  nur der obere, die Anode umgebende Teil  aus einem Isolierrohr 64. Der rohrförmige  Widerstandskörper 65 erstreckt sich durch die  beiden Aussenrohre.  



  In     Fig.    7 ist das Aussenrohr 74 im  Hauptgefäss 71     eingeschlossen    und besteht  ganz aus Isolierstoff. Die Anode 72 ist  schalenförmig und der Widerstandskörper 75  bildet ihre direkte Fortsetzung. Das untere      Ende des Widerstandsrohres wird in diesem  Falle lediglich durch die Berührung     mit    dem  ionisierten Gas auf dem     geeigneten        Potential     gehalten, und da der Strom allmählich zum  Gas herausfliesst, nimmt die Dicke des Roh  res gegen das untere Ende ab, um eine gleich  förmige Stromdichte und daher einen gleich  förmigen Spannungsabfall zu geben.

   Das  Isolierrohr trägt an der Innenseite, unter  halb und nahe der Anode, einen ringförmigen  Wulst 76, um den Zutritt des Lichtbogens  zur Aussenfläche der Anode zu verhindern.  Die Widerstandskörper können übrigens  ganz allgemein mehrere längs- oder quer  laufende Wulste besitzen, um die     wirksame     Kontaktfläche gegenüber dem Gas zu ver  grössern.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Ionenventil mit Gas oder Dampf nie drigen Druckes als Leiter, bei dem der der Anode am nächsten liegende Teil der Strombahn von einem Isolierrohr umgeben ist, gekennzeichnet durch einen in diesem Rohr angebrachten Körper aus Widerstands stoff, der einen genügenden Widerstand be sitzt, um zwischen seinen Enden die ganze Spannung zwischen Anode und Kathode ohne Überhitzung zu ertragen, und der dazu dient, die Feldverteilung im Isolierrohr während des Sperrzeitraumes im wesentlichen zu bestimmen. - UINT'fERANSPRÜ CHE 1.

   Ionenventil nach Patentanspruch, äa- durch gekennzeichnet, dass der Wider standskörper aus einem langgestreckten Körper von einem Stoff mit einem spe zifischen Widerstand von der Grössen ordnung 1 Ohmzentimeter besteht. 2. Ionenventil nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Wider standskörper aus mehreren parallelen, langgestreckten Körpern von einem Stoff mit einem spezifischen Widerstand von der Grössenordnung 1 Ohmzentimeter be steht.

   B. Ionenventil nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass der Wider standskörper rohrförmig ist. 4. Ionenventil nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der von der Anode am entferntesten liegende Teil des Widerstandskörpers von einem Metall rohr umgeben ist. 5. Ionenventil nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das den Widerstandskörper umgebende Rohr aus dem Hauptgefäss des Ventils herausragt.

   6. Ionenventil nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Wider standskörper aus einem innern Überzug am Isolierrohr, der von einem Stoff von einem spezifischen Widerstand von der Grössenordnung l0-3 Ohmzentimeter ge bildet ist, besteht. 7. Ionenventil nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das der Anode am nächsten liegende Ende des Widerstandskörpers an der Anode an geschlossen ist.

   B. Ionenventil nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das der Anode am nächsten liegende Ende des Widerstandskörpers an einer Stromquelle mit wenigstens während des Sperrzeit raumes negativem Potential in bezug auf die Anode angeschlossen ist. 9. Ionenventil nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass ein von der Anode fernliegender Punkt des Wider standskörpers mit einemEinführungsleiter zum Aufdrücken einer Steuerspannung verbunden ist. 10. Ionenventil nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass ein vom Widerstandskörper unabhängiges Gitter zur Einführung einer Steuerspannung dient.

   11. Ionenventil nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass das aus dem Hauptgefäss herausragende Rohr von einer Vorrichtung umgeben ist, die seine Temperatur höher als die durch freie Strahlung bedingte hält. 12. Ionenventil nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die vom Widerstandskörper begrenzten Strom wege genügend eng sind, um eine die Anode schützende Raumladungsschicht von mehrmols grösserer Höhe als die von der Anode allein geschaffene hervorzu rufen.

   13. Ionenventil nach Unteranspruch 12, mit rohrförmigen Widerstandskörpern, da- durch gekennzeichnet, dass der Durch messer jedes Rohres kleiner ist als die Höhe der der Betriebsspannung des Ventils entsprechenden Raumladungs- schicht.