CH200170A - Liquid cathode for power converters with a metal vacuum vessel. - Google Patents

Liquid cathode for power converters with a metal vacuum vessel.

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CH200170A
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vacuum vessel
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Walter Lehmann
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Walter Lehmann
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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

  

  Flüssigkeitskathode für Stromrichter mit metallenem     'Vakuumgefäss.       Die     Erfindung    richtet sich auf     :eine          Flüssigkeitskathode    für     Stromrichter    mit  metallenem Vakuumgefäss,     insbesondere    für       Q.ueoksilberdampfgteichrichter,    für grössere       Leistungen.     



  Es ist bekannt, bei     derartigen        .Stromrich-          tern    die Kathode vom     Gehäuse        isoliert    anzu  ordnen und die     @Stromeinführungen    vom  Deckel des Gefässes     aus    mit Hilfe eines  Stromleiters     vorzunehmen,    an dessen     unterem     Ende     eine,den    Stromübergang auf das in der  Regel die Kathodenflüssigkeit bildende       Quecksilber        vermittelnde    Tauchelektrode     be-          festigt        ist.     



  Es     ist        weiterhin    bekannt, für     das        queck-          silber    einen im Innern des Vakuumgefässes  untergebrachten Behälter     aus        Isoliermaterial     vorzusehen, in dessen Boden     sich        eine        Off-          nung        befindet,

      durch     die    ein stromeinführen  der     Leiter        geführt        wird.    Die Stromüber  tragung     erfolgt    dann ebenfalls mit Hilfe  einer .Scheibe oder     :dergl.,        die    den     erforder-          lichen    Kontakt mit dem Quecksilber her  stellt.

   Derartige Kathoden haben verschie-         dene        Vorteile        .gegenüber    der erstgenannten  Art, aber die     Herstellung    :der nötigen       vakuumdichten        Verbindung    bietet     fabri-          katorisch    ziemlich erhebliche     Schwierigkeiten.     



  Zur     Beseitigung    ,der     .Schwierigkeiten:    hat  man     unter    anderem     vorgeschlagen,    als     Queok-          silberbehäRer        eine,        besondere        :

  Schale    vorzu  sehen, welche mit     einem        Halsstück    durch den       Boden    des     Vakuumgefässes        hindurchragt.    An  diesem     Halsstück    hat man dann die vakuum  dichte Verbindung des     Quecksilberbehälters     mit     der    Gefässwandung     bezw.    mit dem     strom-          einführenden        Leiter    vorgenommen.

   Eine  solche     Ausführung    hat jedoch den Nachteil,       dass;    das     Quecksilber,        welches    ein     ziemlich          grosses    Gewicht hat und daher bei     Erschütte-          rungen    erhebliche     Trägheits:kräfte        auslöst,     voll auf dem     Quecksilberbehälter    aufruht  und     insbesondere    den Hals des     Quecksilber-          behältersi    beansprucht.

   Infolgedessen     besteht     die     Gefahr,        dass.        dieser    Hals bei Wellenbewe  gungen des     Quecksilbers    abbricht. Hinzu  kommt     noch,        :

  da3        sich    der Raum zwischen  dem     Quecksilberbehälter    und     cIer    Gefässwan-           dung    während des     Betriebes    mit     Quecksilber     füllt, so dass     durch    den     hydrostatischen    Auf  trieb     eine        weitere    Beanspruchung des Hals  stückes erfolgt.

       Anderseits    ist es aber     mit     Rücksicht auf die Wärmeausdehnung prak  tisch nicht     möglich,    den     obern    Teil des     Queck-          silberbehälters        einwandfrei    abzustützen.  



       Weiterhin    ist es bekannt, den     Queck-          silberbehälter        ausserhalb        des        Vakuumgefässes     anzuordnen und ihn sieh an eine Boden  öffnung des     Gefässes        anschliessen    zu     lassen.     Die Verbindung zwischen der     Gefässwandung     und der     Behälterwandung    erfolgt hierbei  durch einen     Ringflaniseh,

      welcher die Mantel  fläche     des    Behälters     umschliesst    und mit bei  den     Teilen    vakuumdicht verbunden     isst.    Die  Verbindung zwischen dem     stromeinfÜhren-          den        Leiter        und    dem     Quecksilberbehälter    ge  schieht auch bei     dieser    Ausführung     mittels          eines        Halsansatzes        des        Quecksilberbehälters.     Eine solche     Anordnung     <RTI  

   ID="0002.0043">   vermeidet    zwar die  Gefahr     eines        Abbreehens    des     Behälters,    hat       aber    den Nachteil, dass     es    infolge des     grossen          Durchmessers        des        Quecksilberbehälters    sehr       schwierig        ist.    eine     einwandfreie    Verbindung       zwischen        diesem    und der     Vakuumgefäawan-          dung        herzustellen.     

  



  Den     Gegenstand    der vorliegenden Erfin  dung bildet nun eine     Flüssigkeitskathode,     welche die     Nachteile    der bekannten Ausfüh  rungen     vermeidet,    aber     ihre    Vorteile     mitein-          ander    vereinigt.

   Dies     wird    dadurch     erreicht.          da.ss    der Isolierbehälter für     die        Kathoden-          flüssigkeit    aus einer     unterhalb    einer Boden  öffnung des     Vakuumgefässes        angebrachten     Schale     besteht,

      deren     oberer        Rand    sich       gegen    eine     entsprechende    Stützfläche     des          Vakuumgefässes        abstützt    und deren     Unter-          seite    einen zur Einführung des     strom-          einführenden        Leiters    dienenden     Halsansatz          aufweist,

      und dass zur     vakuumdichten     Verbindung des     Isolierbehälters    mit dem       Vakuumgefäss    ein zum Beispiel einen     Ansatz          des        Vakuumgefässes    bildendes oder     ein        beson-          deres,    mit dem     Vakuumgefäss        verschweisstes          Zwischenstück        vorgesehen        ist,    das bis zu dem  Halsansatz des     Isolierbehälters,

          diesen.    kon  zentrisch     umgebend,        geführt        ist    und zum         Beispiel    durch     einen        8chmelzfluss        aus    Glas       oder    Emaille oder durch     einen        Brenn-        oder          Sinterprozess    mit dem     Halsansatz    vakuum  dicht verbunden     ist.     



       Eine    solche     Ausführung    hat den     Vorteil,          dassl    die     Querschnitte,    an     denen        vakuumdichte     Verbindungen     vorzunehmen    sind,     verhältnis-          mässig    klein     sind,        da        man    dem zur Vor  nahme der     Verbindung        dienenden    Halsstück  einen     kleinen        Querschnitt        geben    kann.

   Die  Verbindungen     lassen        sich    daher mit grosser  Sicherheit     ausführen.    Die     Sicherheit    der Ver  bindung wird noch     dadurch    unterstützt, dass  sich der     Quecksdlberbehälter    mit seinem  obern     Rand        gegen    eine     zweckmässig    entspre  chend     geschliffene        Fläehe        des    Vakuum  gefässes anlegt,

   da er durch den an seiner       Aussenseite    wirkenden     Atmosphärendruck    mit       grosser        Kraft        gegen         eine        Stützfläche        gepresst          wird.    Besonders     ,günstig        sind    die     Verhält-          nisse,

      wenn     das        Verbindungsstück        zwischen          Vakuumgefass    und     Halsansatz        membranartig     ausgeführt     wird        und        sich        gegen    den Boden       des        Quecksilberbehälters        anlegt.    Dann kann  der volle     Atmosphärendruck    gegen den       Quecksilberbehälter    wirken.  



  In der     :beiliegenden        Zeichnung    ist     ein          Ausführungsbeispiel    einer     Kathode        gemäss     der     Erfindung        dargestellt.     



  1 ist die aus Metall     bestehende        Wandung          des        Behälters        des        -#7aäuumgefä$es,    2     ist    der  aus     Isoliermaterial,        vorzugsweise        Steatit,     oder     einem        keramischen        Material    mit ähn  lichem     Ausdehnungskoeffizienten        bestehende          Quecksilberbehälter,

      welcher     einen    Halsan  satz 3     aufweist.    4     ist        das        Kathodenqueck-          silber    und 5     ist    der     stromeinführende        Leiber,          welcher    zur Erzielung des     erforderlichen          Kontaktes    mit dem     Quecksilber    ein     verbrei-          tertes        Kopfstück    6 trägt.

   Zur     Herstellung     der     vakuumdichten        Verbindung        zwischen     dem     stromeinführenden        Leiter    5 und dem       Halsansatz    3 dient     eine        Kappe    7 aus zweck  mässig     etwas        elastischem        Blech,

          die    mit dem       stromeinführenden        Leiter    verschweisst und  mit dem     Halsansatz    3 durch Einfügung eines  Glas-     oder        Emailleschmelzflusseg    8 oder  einen     Brenn-        oder,Sinterprozess    verbunden ist.

        Die vakuumdichte     Verbindung        zwischen          dem        Isolierbehälter    2; und dem Vakuum  gefäss 1, wird     mit    Hilfe eines     zylindrischen          Stutzens    9     hergestellt,    der an das Vakuum  gefäss, 1 angeschweisst wird oder mit     diesem     aus     einem        Stück        besteht.    Zwischen     diesen     Stutzen 9 und den Halsansatz 3 ist ein       Ringflansch    10 eingefügt,

   der     einerseits.    mit  dem     ,Stutzen    9 vakuumdicht verschweisst     und          anderseits    mit dem     Halsstück    3     @durch    Zwi  schenfügung eines Glas,- oder     Emaille-          sebmelzflus.ses    11 oder :

  einen Brenn- oder       Sinterprozess        vakuumdicht    verbunden     ist.          Dieser        Ringflansch        10        ist        membranartig     und     legt    sieh dicht     gegen    den Boden  des     Isolierbehälters    2 an.     Zwischen    ,dem  Stutzen 9 und der Wandung des.

       Isolier-          behälters    2     lässt    man zweckmässig einen klei  nem     Zwischenraum,    um den     Wärmeausdeh-          nungen        Rechnung    zu tragen.

   Zur     Verbesse-          rung        des     von dem Behäl  ter 2 auf den     Stutzen    9 wird der     Zwischen-          raum        vorteilhaft    mit     Quecksilber        ausgefüllt,          indem        man    das von dem     Kondensationsdom     des     G,efässies.    in die Kathode zurückfliessende       Quecksilber    entsprechend führt.

   Die Unter  schiede der     Wärmeausdehnung    in     achsialer     Richtung zwischen dem     Behälter    2 und dem  Stutzen 9     werden    durch .die nachgiebige       Membran    10     unschädlich    .gemacht.  



  Wie     bereits        vorstehend    ,erwähnt und die  Abbildung     deutlich    erkennen lässt, sind bei  der erfindungsgemässen     Ausführung    die       schwierigen    vakuumdichten Verbindungen       zwischen        Isoliermaterial    und     Metallteilen    nur  an Flächen kleinen     Querschnittes,    nämlich  an dem     Halsansatz        vorzunehmen.    Die Sicher  heit der Verbindung wird noch dadurch ver  grössert, dass der gegen die Membran 1:

  0 wir  kende     Atmosphärendruck    den Quecksilber  behälter     gegen        seine,        Auflagerfläche    12 an  der     Gefässwandung    1     presst.    Um die sich  hieraus ergebende Verbesserung .der Dich  tung noch weiter zu erhöhen, wird     vorteil-          haft    die     Auflagerfläche    12 entsprechend ver  breitert und     .geschliffen..     



  Zum :Schutze des Behälters 2 gegen Aden  Lichtbogen ist in diesen ein Schutzrohr 1,3    aus Quarz oder einem     keramischen        Material     mit     geringem        Wärmeaus,dehnungskoeffizien          ten        eingesetzt.  



  Liquid cathode for power converters with a metallic 'vacuum vessel. The invention is directed to: a liquid cathode for power converters with a metal vacuum vessel, in particular for carbon silver vapor rectifiers, for greater powers.



  It is known to arrange the cathode insulated from the housing in such .Stromricht- and to make the current inlets from the lid of the vessel with the help of a current conductor, at the lower end of which a current transfer to the mercury, which usually forms the catholyte, mediates Immersion electrode is attached.



  It is also known to provide a container made of insulating material for the mercury, which is housed inside the vacuum vessel and has an opening in the bottom.

      through which a current feed of the conductor is passed. The current is then also transmitted with the aid of a disk or the like, which makes the necessary contact with the mercury.

   Such cathodes have various advantages over the first-mentioned type, but the production: the necessary vacuum-tight connection presents considerable difficulties in terms of manufacturing.



  To eliminate the .difficulties: it has been suggested, among other things, as a queukilver container, a special one:

  To see shell, which protrudes with a neck piece through the bottom of the vacuum vessel. At this neck piece you then have the vacuum-tight connection of the mercury container with the vessel wall BEZW. made with the current-introducing conductor.

   However, such a design has the disadvantage that; the mercury, which is quite heavy and therefore triggers considerable inertia when shaken, rests fully on the mercury container and especially stresses the neck of the mercury container.

   As a result, there is a risk that this neck will break off when the mercury waves waves. Additionally,        :

  that the space between the mercury container and the wall of the vessel fills with mercury during operation, so that the neck piece is further stressed by the hydrostatic buoyancy.

       On the other hand, considering the thermal expansion, it is not practically possible to properly support the upper part of the mercury container.



       Furthermore, it is known to arrange the mercury container outside the vacuum vessel and to allow it to be connected to a bottom opening of the vessel. The connection between the vessel wall and the container wall is made by a ring flange,

      which encloses the jacket surface of the container and is connected to the parts in a vacuum-tight manner. The connection between the current-carrying conductor and the mercury container is also made in this embodiment by means of a neck of the mercury container. Such an arrangement <RTI

   ID = "0002.0043"> avoids the risk of the container breaking off, but has the disadvantage that it is very difficult due to the large diameter of the mercury container. to establish a perfect connection between this and the vacuum vessel.

  



  The subject matter of the present invention is a liquid cathode which avoids the disadvantages of the known designs but combines their advantages with one another.

   This is achieved through this. that the insulating container for the cathode liquid consists of a shell attached below a bottom opening of the vacuum vessel,

      the upper edge of which is supported against a corresponding support surface of the vacuum vessel and the lower side of which has a neck which serves to introduce the current-introducing conductor,

      and that for the vacuum-tight connection of the insulating container to the vacuum vessel, an intermediate piece, for example, which forms an extension of the vacuum vessel or a special intermediate piece welded to the vacuum vessel, is provided, which extends up to the neck extension of the insulating vessel,

          this. concentrically surrounding, is guided and is vacuum-tightly connected to the neck base, for example, by a melt flow of glass or enamel or by a firing or sintering process.



       Such an embodiment has the advantage that the cross-sections on which vacuum-tight connections are to be made are relatively small, since the neck piece used to make the connection can be given a small cross-section.

   The connections can therefore be made with great security. The security of the connection is further supported by the fact that the upper edge of the mercury container rests against an appropriately ground surface of the vacuum vessel,

   because it is pressed with great force against a support surface by the atmospheric pressure acting on its outside. The proportions are particularly favorable,

      if the connection piece between the vacuum vessel and the neck is designed like a membrane and rests against the bottom of the mercury container. Then the full atmospheric pressure can act against the mercury container.



  In the accompanying drawing, an embodiment of a cathode according to the invention is shown.



  1 is the metal wall of the container of the - # 7aäuumgefä $ es, 2 is the mercury container made of insulating material, preferably steatite, or a ceramic material with a similar expansion coefficient,

      which has a neck 3 set. 4 is the cathode mercury and 5 is the current-introducing body, which has a widened head piece 6 to achieve the necessary contact with the mercury.

   To produce the vacuum-tight connection between the current-introducing conductor 5 and the neck extension 3, a cap 7 is made from a suitably somewhat elastic sheet metal,

          which is welded to the current-introducing conductor and connected to the neck extension 3 by inserting a glass or enamel melt flow path 8 or a firing or sintering process.

        The vacuum-tight connection between the insulating container 2; and the vacuum vessel 1 is produced with the help of a cylindrical connector 9 which is welded to the vacuum vessel 1 or consists of one piece with it. An annular flange 10 is inserted between these connecting pieces 9 and the neck 3,

   the one hand. welded vacuum-tight to the socket 9 and on the other hand to the neck piece 3 @ by interposing a glass or enamel flux 11 or:

  a burning or sintering process is connected in a vacuum-tight manner. This annular flange 10 is membrane-like and fits tightly against the bottom of the insulating container 2. Between, the nozzle 9 and the wall of the.

       Insulating container 2 is expediently left a small space in order to take account of thermal expansions.

   To improve the flow from the container 2 to the nozzle 9, the space is advantageously filled with mercury by removing that from the condensation dome of the tank. mercury flowing back into the cathode leads accordingly.

   The differences in thermal expansion in the axial direction between the container 2 and the nozzle 9 are rendered harmless by the flexible membrane 10.



  As already mentioned above and the figure clearly shows, in the embodiment according to the invention the difficult vacuum-tight connections between insulating material and metal parts are only to be made on surfaces with a small cross section, namely on the neck. The security of the connection is increased by the fact that the one against membrane 1:

  0 we kende atmospheric pressure presses the mercury container against its, support surface 12 on the vessel wall 1. In order to further increase the resulting improvement in the seal, the bearing surface 12 is advantageously widened and ground accordingly.



  To: protect the container 2 against adene arc, a protective tube 1.3 made of quartz or a ceramic material with low heat, expansion coefficients is used in this.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: FlüssigkeitskaIhode für Stromrichter mit metallenem Vakuumgefäss, bei welchem sich die Kathodenflüssigkeit in einem besonderen Behälter aus Isoliermaterial befindet und die Stromeinführung vom Boden des Isolier- behälters aus erfolgt, dadurch gekennzeich net, dass, PATENT CLAIM: Liquid electrode for converters with a metal vacuum vessel, in which the cathode liquid is in a special container made of insulating material and the current is introduced from the bottom of the insulating container, characterized in that, der Isolierbehälter aus- einer unter- halb einer Bodenöffnung des Vakuumgefässes angebrachten Schale besteht, deren oberer Rand sich <B>gegen</B> eine entsprezhende Stütz- fläche des Vakuumgefässes abstützt und deren Unterseite einen zur Einführung .des. The insulating container consists of a shell attached below a bottom opening of the vacuum vessel, the upper edge of which is supported against a corresponding support surface of the vacuum vessel and the underside of which is supported by a. strom- einführenden Leiters dienenden Halsansatz aufweist, und dass zur vakuumdichten Ver bindung des Isolierbehälters mit dem Va- kuumgefäss! ein Zwischenstück bis zu dem Halsansatz des Isolierbehälters., .diesen kon- zentiisch umgebend, having the current-introducing conductor serving neck, and that for the vacuum-tight connection of the insulating container with the vacuum vessel! an intermediate piece up to the neck of the insulated container.,. surrounding this concentric, geführt und mit ihm vakuumd@ioht verbunden ist. UNTERANSPRüCHE: 1. Flüssigkeitskathode nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass, sich das Zwischenstück zur Befestigung .des Iso- lierbehälters an den Boden des Isolierbe- hälters anlegt und gegenüber dem Boden als nachgiebige Membran ausgebildet ist. guided and connected to it vacuumd @ ioht. SUB-CLAIMS: 1. Liquid cathode according to claim, characterized in that the intermediate piece for fastening the insulating container rests against the bottom of the insulating container and is designed as a flexible membrane with respect to the bottom. 2. Flüssigkeitskathode nach Patentanspruch und. Unteranspruch 1, @da,durch .gekenn zeichnet, dassidas Zwischenstück aus einem die Seitenfläche des. Isolierbehälters, um gebenden Zylinder besteht, an den. sich ein gegen; 2. Liquid cathode according to claim and. Dependent claim 1, @ da, characterized by .gekenn that the intermediate piece consists of a cylinder which surrounds the side surface of the insulating container and to which. one against; den Boden des Isolierbehälters anlegender membranartiger Ringflansch anschliesst. 3. the bottom of the insulating container is connected by a membrane-like ring flange. 3. Flüssigkeitskathode nach Patentanspruch und Untexansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da3 auf den 8tromeinfüh- renden Irreiter eine Kappe aufgesetzt ist, -die einerseits mit ,dem stromeinführenden Leiter verschweisst und anderseits mit dem Halsansatz des Isolierbehälters ver bunden ist. Liquid cathode according to patent claim and subordinate claims 1 and 2, characterized in that a cap is placed on the current-introducing falsehood, -which is welded on the one hand to the current-carrying conductor and on the other hand connected to the neck of the insulating container.
CH200170D 1936-12-15 1937-10-28 Liquid cathode for power converters with a metal vacuum vessel. CH200170A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE976316C (en) * 1952-11-25 1963-06-27 Siemens Ag Converter vessel with liquid, insulated cathode with power supply from below, in which the insulation of the cathode is arranged below the cathode metal

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE976316C (en) * 1952-11-25 1963-06-27 Siemens Ag Converter vessel with liquid, insulated cathode with power supply from below, in which the insulation of the cathode is arranged below the cathode metal

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