DE2059770B2

DE2059770B2 - Device for evacuating gases

Info

Publication number: DE2059770B2
Application number: DE19702059770
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 7500 Karlsruhe Henkes
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 1970-12-04
Filing date: 1970-12-04
Publication date: 1979-09-13
Also published as: CH530748A; NL7116644A; DE2059770C3; DE2059770A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Es ist bereits eine Vorrichtung bekannt (DE-AS 26 448), in der ein auf Hochspannungspotential liegender Behälter innerhalb eines Drucktanks angeordnet ist, wobei der Raum zwischen Drucktank und Behälter mit einem unter höherem als Atmosphärendruck stehenden gasförmigen isolierstoff gefüllt ist. Dort ist die Beschleunigungsröhre in einem Isolierrohr angeordnet, das mit einem flüssigen oder gasförmigen Isolierstoff gefüllt ist, der beim Ausbau der Beschleun igungsröhre abgelassen wird, während der Drucktank gefüllt bleibt.A device is already known (DE-AS 26 448) in which a high-voltage potential horizontal container is arranged within a pressure tank, the space between the pressure tank and Container is filled with a gaseous insulating material which is under higher than atmospheric pressure. There the acceleration tube is arranged in an insulating tube that is connected to a liquid or gaseous Insulating material is filled, which ure tube when removing the accelerator is drained while the pressure tank remains filled.

Bei derartigen Vorrichtungen, beispielsweise zum Erzeugen und Beschleunigen von Wasserstoff-Agglomerat-Ionen, ergeben sich eine Reihe technischer Schwierigkeiten. Diese werden im wesentlichen durch Gase verursacht, die beim Betrieb des für die Agglomerat-Erzeugung notwendigen Kryostaten anfallen und aus verdampfenden Kühlmitteln sowie dem Strahlgas, also z. B. Wasserstoff, Helium und Stickstoff bestehen.In such devices, for example for generating and accelerating hydrogen agglomerate ions, a number of technical difficulties arise. These are essentially through Causes gases that arise during the operation of the cryostat necessary for the agglomerate generation and from evaporating coolants and the jet gas, so z. B. hydrogen, helium and nitrogen exist.

Während bei bekannten Einrichtungen der gasförmige Isolierstoff (Druckgas) im Drucktank Drucke von einigen 10 bar besitzen muß, damit die erforderliche elektrische Festigkeit erreicht wird, fällt innerhalb der Hochspannungselektrode, die von dem Druckgas eingeschlossen ist. Gas von erheblich geringerem Druck, z. B. Atmosphärendruck, in einer Größenordnung von etwa 1 mVh an. Dieses Gas kann nur dann durch ein den Drucktank durchdringendes Isolierrohr abgeführt werden, wenn es wegen seiner in bezug auf das Druckgas geringen elektrischen Festigkeit auf einen Druck gebracht wird, der höher ist als der des Druckgases im Drucktank. Das ist jedoch nur möglich durch einen innerhalb der Hochspannungselektrode angeordneten Kompressor, der bei Spannungen größer als 1 MV über eine Isolierwelle angetrieben werden muß. Bei einer solchen Anordnung muß das Nachfüllen von Kühlflüssigkeit während einer Betriebspause durch ein anderes ebenfalls durch den Drucktank geführtes Isolierrohr vorgenommen werden, das außerdem zur Vermeidung von Gleitfunkenentladungen vor Wiederinbetriebnahme der Einrichtung mit Druckgas zu füllen istWhile in known devices the gaseous insulating material (compressed gas) in the pressure tank pressures of Must have some 10 bar so that the required electrical strength is achieved falls within the High-voltage electrode that is enclosed by the compressed gas. Gas of considerably less Pressure, e.g. B. atmospheric pressure, in an order of magnitude from about 1 mVh on. This gas can only then pass through an insulating tube penetrating the pressure tank be discharged if it is due to its low electrical strength in relation to the compressed gas to a Pressure is brought which is higher than that of the pressurized gas in the pressure tank. However, that is only possible by a compressor arranged inside the high-voltage electrode, which increases with voltages than 1 MV must be driven via an insulating shaft. Such an arrangement requires refilling of coolant during a break in operation by another also passed through the pressure tank Isolation tube are made, which also to avoid sliding spark discharges before restarting the device is to be filled with pressurized gas

Es ergeben sich also eine Reihe von Nachteilen, die insbesondere darin bestehen, daß aufwendige Einrichtungen zum Erhöhen des Gasdruckes und zum Abführen des Gases erforderlich sind, die den Zugang zum Innenraum der Hochspannungs-Elektrode bei notwendigen Wartungsarbeiten wesentlich erschweren und die Betriebssicherheit der Anlage beeinträchtigen.So there are a number of disadvantages, which are in particular that expensive facilities to increase the gas pressure and to discharge the gas are required, which provide access to Make the interior of the high-voltage electrode considerably more difficult and the necessary maintenance work Impair the operational safety of the system.

Diese Nachteile können natürlich nicht dadurch beseitigt werden, daß auf den Drucktank verzichtet wird, weil dann wegen der geringeren elektrischen Festigkeit der Luft nur mit wesentlich kleineren Spannungen gearbeitet werden könnte und für die meisten Anwendungen nur völlig unzureichende Ionenenergien erzielbar wären.Of course, these disadvantages cannot be eliminated by dispensing with the pressure tank is because then because of the lower electrical strength of the air only with much smaller Voltages could be worked and for most applications only completely inadequate ion energies would be achievable.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, aus dem Innenraum eines auf Hochspannungspotential betriebenen Behälters, der allseitig von unter hohem Druck stehenden isolierenden Medien eingeschlossen ist, bei niederem Druck anfallende Gase während des Betriebes abzuführen und trotzdem die Betriebssicherheit auch bei hohen Spannungen aufrechtzuerhalten und eine einfache Wartung durch leichte Zugänglichkeit des Innenraumes der Hochspannungselektrode sicherzustellen, die nur kurze Betriebsunterbrechungen erfordert The invention is therefore based on the object to provide a device that makes it possible from the Interior of a container operated at high voltage potential, which is under high pressure on all sides standing insulating media is included, with low pressure gases occurring during operation dissipate and still maintain operational reliability even at high voltages and a ensure easy maintenance through easy access to the interior of the high-voltage electrode, which only requires brief business interruptions

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches I beschriebene Einrichtung gelöst.According to the invention, this object is achieved by what is described in the characterizing part of claim I. Establishment solved.

Die konstruktive Gestaltung des Isolators ist unter anderem abhängig von dem auf dessen Außenwand wirkenden Druck des Isoliergases im Drucktank, von der Betriebsspannung und der elektrischen Festigkeit des im Innenraum des Isolators befindlichen flüssigen Isolierstoffes. Dabei ist es zweckmäßig, zur Einstellung einer linearen Spannungsverteilung in Richtung der Längsachse z. B. Zwischenelektroden mit Coronaringen oder andere in der Hochspannungstechnik üblichenThe structural design of the isolator depends, among other things, on the one on its outer wall acting pressure of the insulating gas in the pressure tank, the operating voltage and the electrical strength of the liquid insulating material located in the interior of the insulator. It is useful to adjust a linear stress distribution in the direction of the longitudinal axis z. B. intermediate electrodes with corona rings or others commonly used in high voltage engineering

Take action.

Die Auslaßeinrichtung für die Gase besteht aus einer Düse, deren Düsenöffnung so einstellbar ist, daß Gas dosiert unter Bildung von Blasen durchströmt, der Durchtritt einer Flüssigkeit, insbesondere der Isolierflüssigkeit, jedoch ausgeschlossen illThe outlet device for the gases consists of a nozzle, the nozzle opening of which is adjustable so that gas the flow is metered with the formation of bubbles, the passage of a liquid, in particular the insulating liquid, but excluded ill

In bestimmten Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, das Abführen der Gase dadurch zu fördern, daß innerhalb des Isolators Mittel zum Erzeugen einer im wesentlichen in Achsrichtung von unten nach oben gerichteten Konvektionsströmung der Isolierflüssigkeit angeordnet sind. Solche Mittel können beispielsweise aus Vorrichtungen zum Kühlen und/oder Umwälzen der Isolierflüssigkeit bestehen, die am oberen Ende des Isolators angeordnet sind.In certain applications it can be advantageous to promote the removal of the gases in that inside the isolator means for generating a substantially in the axial direction from bottom to top directed convection flow of the insulating liquid are arranged. Such means can for example consist of devices for cooling and / or circulating the insulating liquid, which at the upper end of the Isolator are arranged.

Da häufig mehrere unterschiedliche Gase in bestimmten Volumenbereichen entstehen, deren Mischung verhindert werden soll, ist es vorteilhaft, den Innenraum des Isolators durch in achsialer Richtung verlaufende Trennwände in Kammern für unterschiedliche Gase zu unterteilen und am Boden jeder Kammer mindestens eine Auslaßeinrichtung anzuordnen und die Auslaßein· richtungen über Rohrleitungen zum getrennten Abführen unterschiedlicher Gase mit einer im Behälter angeordneten Einrichtung zu verbinden.Since several different gases are often created in certain volume areas, their mixture is to be prevented, it is advantageous to extend the interior of the insulator by extending in the axial direction Partition walls to divide into chambers for different gases and at the bottom of each chamber at least to arrange an outlet device and the outlet devices via pipelines for separate discharge to connect different gases with a device arranged in the container.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung bestehen insbesondere darin, daß auf Hochspannungspotential zu betreibende Mittel zum Komprimieren der Gase, die über eine durch den Drucktank geführte Isolierweile von außen angetrieben werden müssen, nicht benötigt werden und allein dadurch eine wesentliche Erhöhung der Betriebssicherheit und ein sehr vereinfachter Aufbau möglich wird. Der Innenraum der Hochspannungselektrode mit dem System zum Erzeugen von z. B. Wasserstoff-Agglomerat-Ionen wird leichter zugänglich, da nur die Isolierflüssigkeit aus dem rohrförmigen Isolator abzulassen ist der Drucktank jedoch nicht geöffnet werden muß. Die Erfindung schafft also die Voraussetzung zum Beherrschen höherer Betriebsspannungen bei einfacherem Aufbau und damit hoher Betriebssicherheit und ermöglicht gleichzeitig eine Vereinfachung der Wartungsarbeiten bzw. eine unkomplizierte Anpassung an veränderte Betriebsbedingungen.The advantages of the device according to the invention are in particular that on high voltage potential to be operated means for compressing the gases, which is passed through the pressure tank via a Isolier meanwhile must be driven from the outside, are not required and thereby alone a significant increase in operational safety and a very simplified structure is possible. The interior the high voltage electrode with the system for generating z. B. hydrogen agglomerate ions The pressure tank is more easily accessible, since only the insulating liquid can be drained from the tubular insulator however does not have to be opened. The invention thus creates the prerequisites for control higher operating voltages with a simpler structure and thus high operational reliability and enables Simultaneously a simplification of the maintenance work or an uncomplicated adaptation to changed Operating conditions.

Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung is· in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:An embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing and is shown in FIG the following is described in more detail:

Eine Einrichtung 1 zum Erzeugen von Wasserstoff-Agglcmeraten und eine Ionenquelle 2 ist von einem druckfesten Behälter 3 umschlossen, der auf Hochspannungspotential betrieben wird und als Hochspannungselektrode zum Beschleunigen von Wasserstoff-Agglomerat-Ionen dient, die durch ein an die Ionenquelle horizontal angeschlossenes Beschleunigungsrohr 4 bewegt weruen. Der Behälter 3 ist am oberen Ende eines Hochspannungsgenerators 5 angeordnet, die gesamte Anordnung wird von einem Erdpotential führenden Drucktank 6 umschlossen, der mit einem gasförmigen Isoliermittel 7 (z. B. SFe) bei einem Druck von 10 bis 20 bar gefüllt istA device 1 for generating hydrogen agglomerates and an ion source 2 is enclosed by a pressure-tight container 3 which is at high voltage potential is operated and as a high-voltage electrode to accelerate hydrogen agglomerate ions is used, which is carried out by an acceleration tube 4 moved weruen. The container 3 is arranged at the upper end of a high voltage generator 5, the entire arrangement is enclosed by a pressure tank 6 leading to earth potential, which is equipped with a gaseous insulating agent 7 (z. B. SFe) at a pressure is filled from 10 to 20 bar

Die Einrichtung 1 zum Erzeugen von Wasserstoff-Agglomeiaten wird mit flüssigem Helium gekühlt Das verdampfende Kühlmittel wird über Abgasleitungen 8 für Stickstoff und 9 für Helium zu Düsen 10 und 11 geleitet, durch welche die Gase in eine Isolierflüssigkeit 12 (z.B. eine Fluor-Carbon-Verbindung FC43) unter Bildung von Blasen austreten.The device 1 for generating hydrogen agglomerates is cooled with liquid helium The evaporating coolant is via exhaust pipes 8 for nitrogen and 9 for helium to nozzles 10 and 11, through which the gases in an insulating liquid 12 (e.g. a fluorocarbon compound FC43) escape with the formation of bubbles.

Die Isolierflüssigkeit 12 füllt den Innenraum eines senkrecht orientierten Rohres 13 aus einem Isoliermaterial, der zum Einstellen einer linearen Spannungsverteilung mit Potentialsteuerelektroden 14 ausgerüstet ist und an seinem unteren Ende 15 druckdicht an die Hochspannungselektrode 3 und an sei«ßm oberen Ende 16 druckdicht an den Drucktank 6 angeschlossen istThe insulating liquid 12 fills the interior of a vertically oriented tube 13 made of an insulating material, which is equipped with potential control electrodes 14 for setting a linear voltage distribution and at its lower end 15 pressure-tight to the high-voltage electrode 3 and to its upper end 16 is connected to the pressure tank 6 in a pressure-tight manner

Der Innenraum des Rohres 13 ist durch eine ebenfalls als Isolator mit Potentialsteuerelektroden ausgebildete Trennwand 17 in zwei Kammern 18 und 19 geteilt, die an ihrem unteren Ende 15 durch einen Hochspannungspotential führenden Deckel 20 verschlossen sind, an den die Stickstoffdüse 10 und die Heliumdüse 11 angeschlossen sind.The interior of the tube 13 is also designed as an insulator with potential control electrodes Partition wall 17 divided into two chambers 18 and 19, which at its lower end 15 by a high voltage potential leading cover 20 are closed, to which the nitrogen nozzle 10 and the helium nozzle 11 are connected are.

Der Isolator 3 ist an seinem oberen Ende 16 mit einer Abdeckung 21 verschlossen, in die ein Stutzen 22 zum Anschließen einer Abgasleitung für Stickstoff und ein Stutzen 23 für eine Heliumabgasleitung eingelassen ist.The insulator 3 is closed at its upper end 16 with a cover 21, into which a nozzle 22 for Connecting an exhaust line for nitrogen and a nozzle 23 for a helium exhaust line is let in.

In jeder der Kammern 18 und 19 ist eine Leitvorrichtung 24 zum Führen der Strömung des flüssigen Isoliermittels 12 angeordnet Diese Leitvorrichtungen 24 sind mit Potentialsteuerelektroden ausgerüstet, die mit entsprechenden Steuerelektroden 14a der Trennwand 17 elektrisch leitend verbunden sind, wobei diese Verbindungen und die Steuerelektroden der Leitvorrichtungen 24 der besseren Darstellung wegen nicht gezeichnet sind. In Betriebsstellung sind alle Potentialsteuerelektroden gleichen Potentiates untereinander verbunden.In each of the chambers 18 and 19 is a guide device 24 for guiding the flow of the liquid insulating means 12 arranged. These guiding devices 24 are provided with potential control electrodes equipped, which are electrically conductively connected to corresponding control electrodes 14a of the partition wall 17, these connections and the control electrodes of the guiding devices 24 being for better illustration because of are not drawn. In the operating position, all potential control electrodes have the same potential connected to each other.

Zum Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit sind an der Abdeckung 21 Motore 25 zum Antreiben von Schrauben 26 angeordnet, weiche das flüssige Isoliermittel auf der von der Gasaustrittsdüse 10 bzw. 11 abgewandten Seite der Trennwand 24 von oben nach unten bewegen. Dieser Effekt kann verstärkt werden durch Kühlschlangen 37.To increase the flow rate, motors 25 for driving are on the cover 21 Screws 26 arranged, soft the liquid insulating agent on the of the gas outlet nozzle 10 and 11, respectively move away from the side of the partition wall 24 from top to bottom. This effect can be amplified by cooling coils 37.

1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1, device for discharging gases from a closed one lying on high voltage potential Container which is arranged within a pressure tank, with the space between the pressure tank and containers with a gaseous insulating material which is under higher than atmospheric pressure is filled, characterized in that the container (3) by a vertically upwards extending pipe (13) consisting of an insulator with the outside of the pressure tank (6) is connected that the container (3) is filled with an insulating liquid (12), and that on the container (3) one or more outlet devices (10, 11) allow gases from the container (3) to enter the Allow insulating liquid (12) to form bubbles.

Z device according to claim 1, characterized in that that the outlet device consists of a nozzle (10, 11), the nozzle opening of which is so adjustable is that gas flows through metered with the formation of bubbles, the passage of a liquid, in particular the insulating liquid (12), however, is excluded

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that within the tube (13) Means for generating a substantially axially directed from bottom to top Convection flow of the insulating liquid (12) are arranged.

4. Device according to claim 3, characterized in that that at the upper Enc'v of the pipe (13) Devices (27) for cooling the insulating liquid (12) are arranged.

5. Device according to claim 3, characterized in that that at the upper end of the tube (13) devices (25, 26) for circulating the insulating liquid (12) are arranged.

6. Device according to claim 1, characterized in that the interior of the tube (13) through a partition (17) extending in the axial direction into chambers (18, 19) for different gases is subdivided so that at least one outlet device (10, 11) is arranged at the bottom of each chamber (18, 19) is, and that the outlet means (10, 11) over Pipelines (8, 9) for the separate discharge of different gases with one in the container (3) arranged device (1) are connected.