CH163677A - Vakuumentladungsapparat mit flüssigkeitsgekühltem, metallenem Vakuumgefäss. - Google Patents

Description

      vakuumentladungsapparat    mit     flüssigkeitsgekühltem,    metallenem     Takuumgefäss.            Die    Erfindung bezieht sich auf einen       Vakuumentladungsapparat    mit metallenem  Vakuumgefäss, zum Beispiel aus Eisen, das  aus einem Stück oder aus mehreren, zum Bei  spiel durch Schweissen vereinigten Teilen be  stehen kann und das mit Flüssigkeitsküh  lung versehen ist. Der     Vakuumentladungs-          apparat    kann ein     Quecksilberdampfgleich-          richter    mit Quecksilber- oder Glühkathode,  insbesondere ein Grossgleichrichter sein.

   Un  tersuchungen über die beim Betrieb solcher  Apparate frei werdenden Gase haben bei Ge  fässen, die vollkommen .dicht sind und bei  höheren Temperaturen entgast worden waren,  ergeben, dass im Vakuum grosse Mengen  Wasserstoff frei werden. Es zeigte sich, dass  dieser Wasserstoff aus dem     Kühlwasser     stammt.  



  Der Vorgang ist folgender:  Im Kühlwasser ist mit steigender Tempe  ratur ein zunehmender Gehalt an freien  Wasserstoffionen vorhanden. Das Wasser  wird bis zu einem gewissen Grad in H- und    OH-Ionen     dissoziert.    Die     H-Ionen    oder     H-          Atome    haben nun die Eigenschaft, durch  Eisen, Stahl     und    die meisten technischen  Eisenlegierungen     hindurchzudiffundieren    und  als Wasserstoffgas aus den Wandungen aus  zutreten. Diese allmähliche' Verschlechte  rung .des Vakuums durch den eindringenden  Wasserstoff machte es bisher unmöglich, Va  kuumentladungsapparate mit einem Vakuum  gefäss aus Metall dauernd ohne Pumpe zu  betreiben, ausserdem hat sie Rückzündungen  zur Folge.

   Diese Rückzündungen treten um  so häufiger auf, je höher die Temperatur des  Gefässes ist und je länger der Apparat ohne  Unterbrechung betrieben wird. Betriebs  dauer und steigende Temperatur wirken näm  lich beide in gleichem Sinne und haben im  Innern und an der Oberfläche der Wandteile  des     Apparates    eine Anreicherung an Wasser  stoff zur Folge. Eine merkliche Verschlech  terung des Vakuums braucht hiermit nicht  verbunden zu sein, solange die elektrische  Entladung im Apparat     besteht,    da der in das      Vakuum austretende Wasserstoff durch die  Entladung ionisiert und wieder an oder in die  Wandungen zurückgetrieben wird.

   Aber  diese Beteiligung -der Entladung hat zur  Folge, dass nicht nur die vom Kühlwasser       bespülten    Wandteile, sondern alle an das Va  kuum angrenzenden Teile, zum Beispiel die  Elektroden, mit Wasserstoff aufgeladen wer  den. Sobald nun     die    elektrische Entladung  kurzzeitig aussetzt, entsteht eine plötzliche  Verschlechterung des Vakuums. An dieser  plötzlichen Verschlechterung sind vor allem  die heissen Metallteile,     vorwiegend    die Ano  den, beteiligt, da der Wasserstoff von Me  tallen in das Vakuum um so leichter und  rascher abgegeben wird, je höher die Tem  peratur dieser Metalle ist.

   Bei längerem Be  trieb mit Vollast kann die     Aufladung    mit  Wasserstoff so hoch ansteigen,     dass    schliess  lich sogar während des     Sperrintervalles    einer  Anode eine erhebliche Menge Wasserstoff aus  der Anode austritt und durch plötzliche Ver  schlechterung     !des    Vakuums in der Um  gebung der Anoden Rückzündungen     hervor-          ruf    t.  



  Bekanntlich     ist    die Vermeidung des Auf  tretens solcher Störungen     eines    der Haupt  probleme beim Bau von     Vakuumentladungs-          apparaten,    zum Beispiel Gleichrichtern.  



  Gemäss der Erfindung wird dies weit  gehend dadurch erreicht,     .dass    Mittel vor  gesehen sind, die bewirken, dass durch die  Gefässwände höchstens so viel Wasserstoff  ionen     hindurchdiffundieren    können, dass Me  tallteile im Vakuumgefäss, zum Beispiel  Elektroden, keine     Wasserstoffaufladung    er  halten, welche eine den Betrieb gefährdende  Wasserstoffabgabe in das Vakuum     zur    Folge  haben     könnte.     



       Diese        Mittel    können     zum    Beispiel darin  bestehen; dass die nicht von der Kühlflüssig  keit umschlossene äussere Oberfläche des Ge  fässes so gross     ist,,dass    sie mindestens so viele  Wasserstoffionen in die Atmosphäre     entwei-          ehen    lässt, wie das Gefäss aus der Kühlflüs  sigkeit aufnimmt. Dadurch erreicht man,       dass        keine    den Betrieb     beeinträchtigende    Ver  schlechterung :des Vakuums entstehen kann.

      Der     Vakuumentla-dungsapparat    kann daher,  wie die Versuche ergeben haben, dauernd  ohne Pumpe betrieben werden, vorausgesetzt,  dass das Vakuumgefäss porenfrei und bei  höherer Temperatur entgast ist.  



  Ferner können zum Beispiel die Wan  dungen des Gefässes aus einem Material be  stehen, das Wasserstoffionen nur in vermin  dertem Masse oder nicht aufnimmt, oder man  kann eine Kühlflüssigkeit benutzen, die  keine oder nur in verringertem Masse Was  serstoffionen enthält. Schliesslich können  Wandteile, die aus einem Material bestehen,  das an sich Wasserstoffionen aufnehmen  kann, mit vakuumdichten Überzügen ver  sehen werden, die     Wasserstoffionen    nicht  oder nur in genügend verringertem Masse  aufnehmen.  



  Als Materialien, die bei Berührung mit  dem Kühlwasser nicht oder nur in sehr ge  ringem Masse Wasserstoffionen aufnehmen,  kommen für die flüssigkeitsgekühlten Wand  teile, zum Beispiel Zink, Aluminium und  Chrom in Betracht. Auch Eisen kann ver  wendet werden, wenn es mit einem genügend  hohen     Prozentsatz    eines oder mehrerer dieser  Metalle legiert ist. Versuche haben ergeben.  .dass bereits ein Zusatz von 1 % Chrom die  Aufnahmefähigkeit der Wandungen im Ver  gleich zu reinem Eisen auf zirka     '/1o"    herab  setzt. Durch höheren Chromgehalt kann .die  Durchlässigkeit entsprechend stärker redu  ziert werden.  



  Es kann aber auch der     Wasserstoffionen-          gehalt    des Wassers durch     Zusatz    von Basen  zum Wasser, zum Beispiel Kali oder Natron  lauge, stark reduziert werden. Es ist auf  diesem Wege möglich, die durch eine Wand       hindurchdiffundierende    Menge Wasserstoff       auf        @@loo        und.        weniger    herabzumindern. Dies  empfiehlt sich vor allem bei bereits     besLehen-          den        Vakuumentladungsapparaten,    die mit  Wasserkühlung und Rückkühlanlagen ar  beiten.  



  Durch eine einfache Rechnung kann fest  gestellt werden, in welcher Menge die Basen  zugesetzt werden müssen, um eine bestimmte       Konzentrationsverminderung    zu erreichen;      beispielsweise ist in einer wässerigen Lösung  von einem     Mol        Na,0IH    pro Liter die Wasser  stoffionenkonzentration zirka. 10 mal kleiner  als im reinen Wasser mit derselben Tempera  tur.  



  Vorteilhaft ist auch der Zusatz von Am  moniak, weil dann nirgends reines Wasser  kondensieren kann, sondern dieses sich sofort  mit dem im Gasraume stets vorhandenen  Ammoniak anreichert.  



  Als Kühlflüssigkeiten, die keine freien       Wasserstoffionen    enthalten, kommen Schwe  felkohlenstoff,     Toluol,    Benzol,     Xylol,    säure  freies Öl und andere mehr in Frage, vorzugs  weise Flüssigkeiten mit kleiner     Dielektrizi-          tätskonstante.    Je nachdem es sich um eine  Kühlung mit forciertem Umlauf, mit freier  Konvektion oder mit siedender Flüssigkeit  handelt, wird die Wahl der Kühlflüssigkeit  anders getroffen werden müssen, um die  maximal mögliche Kühlwirkung zu erzielen.  



       Verwendet    man derartige Kühlflüssig  keiten ohne freie Wasserstoffionen, so kann  man Materialien für die Gefässwände be  nutzen, die an sich in der Lage sind, Wasser  stoffionen aufzunehmen. Dies hat vielfach  den Vorteil grösserer Billigkeit.  



  In der beiliegenden Zeichnung ist in     Fig.     1 ein Gleichrichter mit einer     Siedekühlein-          richtung    als Ausführungsbeispiel dargestellt.  



  1     ist,das    Vakuumgefäss, 2 sind die Ano  den, die von den Anodenhülsen 3 umgeben  und mittelst Durchführungen 4 eingeführt  sind, 5 ist die Kathode. Das. Vakuumgefäss,  dessen Wandungen zum Beispiel aus Eisen  bestehen, ist mit einem Kühlmantel 6 um  geben, in dem sich das Kühlmittel, zum Bei  spiel Benzol, befindet. Die beim Sieden ent  stehenden     Benzoldämpfe    steigen in dem Rohr  7 auf und gelangen in den Kondensator 8, in  dem sie kondensieren, das Benzol fliesst dann  durch die     Rahrleitung    9 wieder in die Kühl  räume zurück.  



  Um chemische Umsetzungen der Kühl  flüssigkeit zu vermeiden, welche die Bildung  freier Wasserstoffionen zur Folge haben  können, empfiehlt es sich, von der Kühlflüs  sigkeit chemisch mit ihr reagierende Stoffe    fernzuhalten. Insbesondere kann es vorteil  haft sein, die Kühlflüssigkeit gegen die  Atmosphäre dauernd dicht oder vakuumdicht  abzuschliessen, wie auch aus dem Ausfüh  rungsbeispiel gemäss     Fig.    1 zu ersehen ist.  Ausserdem kann man besondere Mittel vor  sehen, um freie     Wasserstoffionen    enthal  tende Verunreinigungen zu absorbieren. Zum  Beispiel ist es immer möglich, aus der Kühl  flüssigkeit Wasser durch Trockenmittel, zum  Beispiel     Phosphorpentoxyd,    zu entfernen.  



  In     Fig.    2. ist als weiteres Ausführungs  beispiel ein     Vakuumentladungsapparat    ge  zeigt, bei dem die Wandungen des Vakuum  gefässes aus einem Material bestehen, das wie  Eisen oder Stahl aus dem Wasser Wasser  stoffionen aufnimmt. Die Kühlflüssigkeit  zirkuliert jedoch in Räumen, deren Wandun  gen, soweit sie mit den Wandungen des Va  kuumgefässes innig metallisch verbunden  sind, zum Beispiel durch Schweissen oder  Löten, aus der Kühlflüssigkeit Wasserstoff  ionen nur in genügend verringertem Masse  oder     garnicht    aufnehmen können. Es hat  sich nämlich gezeigt, dass der Wasserstoff  über eine derartige Verbindung hinüber  diffundiert und sich über weite Strecken zu  sammenhängender Metallteile fortpflanzt.  



  In dem von dem Kühlmantel 6     umschlos-          senenKühlraum    sind Kühlrohre 10 aus Alu  minium, Zink, Chrom oder einer Legierung  aus Eisen und einem dieser Metalle unter  gebracht. Die Zuleitung des als Kühlflüssig  keit dienenden Wassers erfolgt durch die  Rohrleitung 11 und die Ableitung durch die  Rohrleitung 12. Der von den Rohren 10 frei  gelassene Teil 13 des Kühlraumes ist zum  Beispiel mit Zinn vergossen. Hierdurch ent  steht ein inniger,     metallischer    Kontakt zwi  schen den     Wandungen,des    Gefässes und den  keine Wasserstoffionen aufnehmenden Kühl  rohren 10.  



  Ein weiteres Beispiel besteht darin, dass  die Wandungen der Kühlräume, soweit sie  mit .den Wandungen des Vakuumgefässes 1  in innigem, metallischen Kontakt stehen,     miü     einem vakuumdichten Überzug aus einem  Stoff, wie Aluminium, Zink, Chrom, Email,      Lack usw. versehen sind, der aus der Kühl  flüssigkeit keine     Wasserstoffionen    aufnimmt  Es können also in     Fig.    2 an Stelle der Kühl  rohre aus Aluminium solche aus Eisen oder  dergleichen mit einem vakuumdichten Über  zug benutzt werden.  



  Es sei hierbei darauf hingewiesen, dass  die zum Rostschutz üblichen Überzüge nicht  vakuumdicht sind. Infolgedessen ist es er  forderlich, die vakuumdichten     Überzüge          sorgfältigst    herzustellen, da nur dann der  Zweck der Erfindung erreicht wird.  



  Die angestellten Versuche haben weiter  hin ergeben,     dass,    ob eine Metallwand aus  destillierten oder Leitungswasser Wasser  stoffionen aufnimmt oder nicht, durch Vor  gänge in der Grenzfläche zwischen dem Was  ser und dem Metall bestimmt wird. Auch  im Innern von sonst nicht aufnahmefähigen  Metallen,     wie    Zink, können Wasserstoffionen  wandern, wenn sie auf forcierte Weise, zum  Beispiel durch Ionisation des Wasserstoffes  in einer Gasentladung, hereingebracht wer  den; aus dem Wasser aber können solche  Metalle ohne Anwendung elektrischer Ener  gie keinen Wasserstoff. aufnehmen.

   Dies hat  den Vorteil, dass im     Innern    des Gefässes etwa  vorhandener     Wasserstoff    allmählich durch  die Wandungen des Gefässes herausgetrieben  wird, während neuer nicht eindringen kann.  Ohne Zweifel sind es elektrolytische Vor  gänge in der Grenzfläche, welche das Ein  dringen des Wasserstoffes in das Innere des       Metalles    zur Folge haben. Diese Ansicht  wird auch da-durch bestätigt,     dass    an sich  wenig aufnahmefähiges Metall, wie Kupfer,  eine beträchtliche Aufnahmefähigkeit zeigt,  sobald seine äussere Oberfläche nicht hin  reichend rein ist.  



  Hieraus ergibt sich, dass     Unreinlichkeiten     der äussern Oberfläche, die eine erhöhte Auf  nahmefähigkeit für Wasserstoff zur Folge  haben, zu vermeiden sind.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Vakuumentladungsapparat mit flüssig keitsgekühltem, metallenem Vakuumgefäss, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorge sehen sind, die bewirken, dass durch die Ge- fässwände höchstens so viel Wasserstoffionen hindurchdiffundieren können, dass, Metallteile im Vakuumgefäss keine Wasserstoffauf- ladung erhalten, welche eine -den Betrieb ge fährdende Wasserstoffabgabe in das Va kuumgefäss zur Folge haben könnte.

   UNTERANSPRüCHE: 1. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die flüssigkeitsgekühlten Wandteile des. Gefässes aus einem Metall bestehen, das Wasserstoffionen nur in geringem Umfang aufnimmt. 2. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die -flüs sigkeitsgekühlten Wandteile des Gefässes aus Aluminium bestehen.

   3. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens .die flüs sigkeitsgekühlten Wandteile des Gefässes aus einer Legierung von Eisen und Was serstoffionen. höchstens in geringem Um fang aufnehmendem Metall bestehen. 4. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch, dessen flüssigkeitsgekühlte Wandteile aus einem Wasserstoffionen aufnehmenden Material bestehen, da durch gekennzeichnet, dass als Kühlflüs sigkeit eine solche vorgesehen ist, die keine freien Wasserstoffionen enthält.

   5. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch und Unteranspruch 4, ,dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlflüssigkeit Benzol vorgesehen ist. 6. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit, die keine freien Wasserstoffionen ent hält, nur eine kleine Dielektrizitätskon- stante aufweist. 7. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch und Unteransprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da.ss von der Kühlflüssigkeit chemisch mit ihr reagie rende Stoffe ferngehalten sind.

   B. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch und Unteransprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühl flüssigkeit gegen die Einwirkungen der Atmosphäre vakuumdicht abgeschlossen ist. 9. Vakuumentladungsapparat nach . Patent anspruch und. Unteransprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Kühlflüssigkeit Substanzen in Verbin dung gebracht sind, welche Wasserstoff ionen absorbieren.

   10. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch und Unteransprüchen 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, da.ss in den Raum für die Kühlflüssigkeit ein Trockenmit tel eingebracht ist, das der Kühlflüssig keit Wasser entzieht. 11. Vakuumentladungsapparat nach Patent ansprach, dadurch gekennzeichnet, dass dem als Kühlflüssigkeit benutzten Was ser Basen zugesetzt sind, die die Wasser stoffionenkonzentration des Wassers her absetzen. 12. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch und Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlwasser Ammoniak zugesetzt ist.

   13. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für den Umlauf :der Kühlflüssigkeit Be hälter (10) vorgesehen sind, deren mit den Wandungen des Gefässes in innigem, metallischem Kontakt stehenden Teile Wasserstoffionen aus der Kühlflüssig keit nur in beschränktem Umfange auf nehmen können. 14. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch und Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kühlflüssig keit Rohre vorgesehen sind, die aus einem Material bestehen, das aus der Kühlflüssigkeit Wasserstoffionen höch stens in beschränktem Umfang aufneh- men kann.

   15. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch und Unteransprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass- für die Kühlflüssigkeit Rohre vorgesehen sind, die aus Aluminium bestehen. 16. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch und Unteransprüchen 13 und 14, ,dadurch gekennzeichnet, ,dass für die Kühlflüssigkeit Rohre vorgesehen sind, die aus einer Legierung von Eisen und Wasserstoffionen höchstens in geringem Umfange aufnehmendem Metall be stehen.

   17. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch und Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandteile der Kühlräume, die an die Wandungen des Vakuumgefässes anliegen, mit einem vakuumdichten Überzug aus einem Ma terial versehen sind, das, aus der Kühl flüssigkeit Wasserstoffionen höchstens in geringem Masse aufnimmt. 18. Vakuumentladungsapparat nach Patent anspruch, dadurch ,gekennzeichnet, dass .das Vakuumgefäss bei erhöhter Tempera tur entgast ist.