DE1133477B - Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines konstanten Wasserstoffdruckes in einer Entladungsroehre - Google Patents

Description

INTERNAT. KL. HOIj

DEUTSCHES

PATENTAMT

C20993Vnic/21g

ANMELDETAG: 12. MARZ 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 19. JULI 1962

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufrechterhaliung eines konstanten Wasserstoffdruckes im Inneren einer Entladungsröhre, z. B. eines Thyratrons mit Wasserstoffüllung.

Bekanntlich nimmt in diesen mit Wasserstoff gefüllten Entladungsröhren der Gasdruck im Laufe des Betriebes ab, was zu Änderungen der kennzeichnenden Eigenschaften der Röhren führt und ihre Unwirksamkeit zur Folge haben kann. Zur Behebung dieses Übelstandes hat man schon verschiedene, auf der Verwendung von Vorratsbehältern mit Wasserstoff im Röhreninnern beruhende Vorrichtungen verwendet, bei denen in diese Vorratsbehälter Hydride eingebracht sind, die sich leicht umkehrbar unter Wärmeeinwirkung zersetzen und gasförmigen Wasserstoff ergeben. Hierfür kann man außer den chemisch genau bestimmten Hydriden, wie den Hydriden der Alkali- und Erdalkalimetalle, auch feste Lösungen von Wasserstoff in einem Metall und im Gleichgewicht befindliche chemische Systeme, wie z. B. das Wasserstoff-Zirkon-System oder das Wasserstoff-Titan-System, verwenden. Unter Hydrid soll daher bei der weiteren Erläuterung der Vorrichtung nach der Erfindung jede durch chemische oder physikalische Vereinigung erhaltene Wasserstoff-Metall-Verbindung verstanden werden. Im folgenden werden die Wasserstoff-Vorratsbehälter kurz als »Behälter« bezeichnet.

Von diesen Druckaufrechterhaltungsvorrichtungen arbeiten einige mit einem Wasserstoff-Vorratsbehälter bei fester Betriebstemperatur, und ihre Ausführung und Wirkungsweise beruhen auf der Annahme, daß in einem eine gasförmige und eine feste Phase sowie die Verbindung dieser Phasen, d. h. eine feste Lösung, enthaltenden System der Druck des Gases ausschließlich von der Temperatur abhängig ist. Um den Behälter auf eine feste Temperatur zu bringen, ist es bekannt, ihn thermisch mit der Kathode oder einer anderen Elektrode der Röhre zu verbinden, von der anzunehmen ist, daß sie beim Arbeiten der Röhre auf eine feste Temperatur kommt. Man kann statt dessen den Behälter auch an ein von der Röhre unabhängiges elektrisches Heizelement anschließen, das mit einer konstanten äußeren Spannung gespeist wird.

Alle Vorrichtungen dieser Art weisen zwei Mängel auf, die darin bestehen, daß einerseits der Gleichgewichtsdruck sich ziemlich langsam einstellt und insbesondere die Regelung nicht den jähen, manchmal in den Entladungsröhren auftretenden Druckschwankungen folgt und daß andererseits die Annahme der Abhängigkeit des Gleichgewichtsdruckes nur von der Temperatur allein lediglich in erster Annäherung gültig ist und die Praxis eine Druckabnahme während Vorrichtung zur Aufrechterhaltung

eines konstanten Wasserstoffdruckes

in einer Entladungsröhre

Anmelder:

Compagnie Francaise Thomson-Houston,
Paris

Vertreter: DipJ.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,

Patentanwalt,
München-Pasing, Agnes-Bernauer-Str. 202

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 13. März 1959 (Nr. 789 251)

Albert Leclercq,

Palaiseau, Seine-et-Oise (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

der Lebensdauer der Röhre zeigt. Bestenfalls, d. h. bei einem Behälter mit von der Röhre unabhängiger Beheizung kann man diese Nachteile durch eine Steigerung der Heizleistung ausgleichen, was aber eine ständige Überwachung der Röhre erfordert.

Andere Vorrichtungen zur Aufrechterhaltung des Gasdruckes in wasserstoffgefüllten Entladungsröhren weisen Behälter mit veränderlicher Temperatur auf, und bei ihnen ist der Wasserstoffbehälter so angeordnet, daß er bei Herabsetzung des Gasdruckes auf eine höhere Temperatur gebracht wird, was eine Gasentwicklung zur Folge hat. Zu diesem Zweck kann man den Behälter einerseits der Heizwirkung der Kathode mit Hilfe eines temperaturabhängigen Widerstandes und andererseits der Kühlwirkung der Wasserstoffatmosphäre der Röhre aussetzen und dadurch bei Abnahme der Dichte des Gases eine geringere Kühlung des Behälters und eine Erhöhung seiner Temperatur erreichen, oder man kann den Behälter mit einem unabhängigen Heizdraht ausrüsten, der mit einem in die Wasserstoffatmosphäre der Röhre tauchenden Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten in Reihe liegt, dessen Temperatur

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bei Minderung der Dichte der Wasserstoffatmosphäre ansteigt, wodurch sich sein Widerstand verringert und der Heizstrom für den Behälter zunimmt. Diese beiden Vorrichtungen weisen den Nachteil eines zu geringen Regelungsbereiches auf und arbeiten außerdem zu langsam für einen wirksamen Ausgleich der plötzlichen Druckänderungen.

Zu den mit veränderlicher Temperatur arbeitenden Druckaufrechterhaltungsvorrichtungen sind auch die bekannten Vorrichtungen mit an der Anode angeordnetem Wasserstoffbehälter zu rechnen, wenn sie auch von ihren Erfindern zu den mit konstanter Temperatur wirksamen Vorrichtungen gezählt werden, bei denen der Wasserstoffbehälter in Berührung mit einer bei Betrieb der Röhre eine feste Temperatur annehmenden Elektrode der Röhre ist. Eine Druckverminderung läßt nämlich bei ihnen den Entladespannungsabfall und infolgedessen auch die Wärmewirkung und die Temperatur der Anode anwachsen.

Diese Vorrichtungen sind praktisch unbrauchbar: Gibt man der thermischen Strahlung der Kathode die Möglichkeit, diese Elektrode auf eine Temperatur zu bringen, welche eine die Zündung des Entladungsvorganges auslösende Gasentwicklung hervorruft, dann wird, da der Gasdruck bei der normalen Betriebstemperatur der Anode zu groß wird, die Entionisierung zu langsam erfolgen, und es können Rückschlaglichtbogen entstehen. Wenn man dagegen den Wasserstoff-Vorratsbehälter so ausbildet, daß der gewünschte Druck sich bei der normalen Betriebstemperatur der Anode einstellt, dann wird der Behälter, der im kalten Zustand sozusagen die Gesamtheit des Wasserstoffes aufgenommen hat, zuwenig davon bei der unter dem Einfluß der Kathode erreichten Temperatur abgeben und die Entladung der Röhre nicht ausgelöst werden oder während einer bestimmten Zeit bei einem zu niedrigen Gasdruck stattfinden und daher für die Röhre gefährlich sein.

Nach der Erfindung wird eine diese Mängel und Schwierigkeiten vermeidende Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines konstanten Wasserstoffdruckes in einer Entladungsröhre, in der ein Wasserstoff-Vorratsbehälter vorgesehen ist, der eine bei Erhitzung Wasserstoff abgebende Füllung in Form einer wasserstoffhaltigen chemischen Verbindung oder festen Lösung enthält und unmittelbar beim Einschalten der Kathodenheizung auf eine feste, eine für das Zünden der Entladung ausreichende Wasserstoffentwieklung bewirkende Temperatur erwärmt und auf dieser gehalten wird, dadurch geschaffen, daß erfindungsgemäß der auf der festen Temperatur gehaltene Wasserstoff-Vorratsbehälter über den Gasraum der Röhre in Gasaustauschverbindung mit einem zweiten, gleichfalls eine bei Erhitzung Wasserstoff abgebende Füllung enthaltenden Wasserstoff-Vorratsbehälter steht, der thermisch mit der Anode der Röhre verbunden ist und allein durch die Anodenwärme bei Betrieb der Röhre erwärmt wird und der bzw. dessen Füllung in kaltem Zustand mit Wasserstoff gesättigt ist. Der auf die feste Temperatur zu bringende Wasserstoff-Vorratsbehälter kann zwar an einer auf eine entsprechende zweckmäßige, feste Temperatur erhitzten Elektrode, z. B. der Kathode, angeordnet sein, wird aber vorzugsweise mit einem von der Röhre unabhängig beheizten Heizdraht ausgerüstet.

Bei einer in dieser Weise ausgestalteten Vorrichtung ist der mit der Anode verbundene Behälter im kalten Zustand vollständig mit Wasserstoff gesättigt, während dies bei dem anderen Behälter nicht notwendigerweise der Fall ist. Die Heizung der Kathode und des auf die feste Temperatur zu bringenden Behälters wird gleichzeitig begonnen, und dieser liefert dann das Gas in einer die Zündung der Entladung in der Röhre auslösenden, jedoch eine gefährliche Entladung ausschließenden Menge. Der zweite, mit der Anode thermisch verbundene Behälter nimmt infolge seines Sättigungszustandes vor Zündung der Entladung kein Gas auf. Nach dem Anlegen von Hochspannung bewirkt die Verlustleistung an der Anode die Erhitzung des mit dieser verbundenen Wasserstoffbehälters, der nunmehr Gas in größerer Menge abgibt. Sobald der Druck den Gleichgewichtsdruck des auf eine feste Temperatur erhitzten Behälters, der durch dessen Ausführung und diese Temperatur bestimmt ist, in der Röhre überschreitet, saugt dieser auf fester Temperatur befindliche Behälter einen Teil des vom anderen Behälter gelieferten Gases an, bis sich ein neues Druckgleichgewicht einstellt.

Wenn beim Betrieb der Röhre eine Gasabsorption an den Elektroden oder der Röhrenwandung auftritt und eine Drucksenkung hervorruft, steigt die Temperatur der Anode an, und der mit dieser verbundene Behälter gibt wieder Gas ab, das ebenfalls zum Teil, soweit es den Gleichgewichtsdruck übersteigt, vom anderen Behälter aufgenommen wird. Nimmt andererseits der Druck zu, so spielen sich die umgekehrten physikalischen Vorgänge zur Herstellung des Druckgleichgewichts ab. Bei dem Gasaustausch zwischen den beiden in der Entladungsröhre angeordneten Behältern wirkt der auf die feste Temperatur erhitzte Behälter als Moderator oder Bremsorgan, wodurch es bei der im Sinne der Erfindung ausgebildeten Röhre möglich wird, den an der Anode vorgesehenen Behälter, der den Vorteil einer raschen und wirksamen Druckregelung aufweist, aber allein hierfür praktisch nicht verwendbar ist, in seiner Regelungsfähigkeit ohne Nachteil für die Röhre durch das Zusammenarbeiten der beiden Behälter voll auszunutzen, von denen jeder in der gemeinsamen Entladungsröhre eine andere Wirkung als bei alleinigem Vorhandensein in dieser ausübt.

Diese beiden Behälter können bei der erfindungsgemäßen Röhre ohne Schwierigkeit eine Ausführung erhalten, bei der sie den an sie gestellten Anforderungen genügen. Auch eignet sich eine große Zahl von Hydriden für die Füllung der Behälter, insbesondere auch für den auf erne feste Temperatur zu erhitzenden Behälter, und man kann die Betriebstemperatur frei wählen und den Sättigungsgrad beim Auspumpen der Röhre bequem regeln. Beispielsweise kann man für die Behälter, die man in der Regel der Einfachheit halber beide mit dem gleichen Hydrid füllen wird, vornehmlich Zirkonhydrid oder Titanhydrid verwenden, da diese Hydride sehr aktiv sind. Die Sättigung des mit der Anode verbundenen Behälters an Wasserstoff erfolgt dadurch, daß man in diesen Behälter eine genügende Menge von Hydrid, z.B. Zirkon- oder Titanhydrid, einbringt, bis für den stationären Betriebszustand der Röhre die gewünschte Sättigung an Wasserstoff erreicht ist.

Die Zeichnung veranschaulicht die Vorrichtung nach der Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform gemäß

Fig. 1 bei einer Entladungsröhre mit Wasserstofffüllung in schematischer Längsschnittdarstellung, während

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausbildung des thermisch mit der Anode verbundenen Wasserstoff-Vorratsbehälters im Querschnitt wiedergibt.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Entladungsröhre enthält in einem Glaskolben 1 als Hauptbestandteile ein Kathodengebilde 2, ein Gitter 3 und eine Anode 4 Das Kathodengebilde 2 umfaßt einen mit einer inneren, elektronenaussendenden Schicht ausgekleideten Zylinder 5, einen Heizfaden 6 und einen zylindrischen Wärmeschutzschirm 7. Nach dem Gitter 3 hin ist der Schirm 7 durch eine Scheibe 8 ergänzt, die mit ihm durch Streifen 9 verbunden ist, zwischen denen die Entladung hindurchgeht. Die Stromzuleitungen für den Heizfaden 6 sind in Isolatoren 10 geführt, die in den Boden des Kathodenzylinders S und des Schirmes 7 eingesetzt und mit zwei den Glaskolben 1 durchquerenden Trägerstiften 12, 13 verbunden sind. Der die Kathode außen abschließende Schirm 7 ist an dem durch den Glaskolben 1 hindurchgehenden Stift 14 abgestützt.

Das Gittergebilde 3 besteht aus einem Zylinder 15, der an seinem von der Kathode 2 abgewendeten Ende durch eine Scheibe 16 abgeschlossen ist, die an ihrer gelochten Mitte eine nach oben gerichtete Muffe 17 aufweist, während unterhalb der Scheibe 16 eine zu dieser parallele Gitterplatte 18 an einem vom Zylinder 15 nach einwärts ragenden Kranz 19 gehalten ist, der mittels Lappen 21 auch einen unter der Gitterplatte 18 liegenden ebenen Schirm 20 trägt. Der Zylinder 15 des Gittergebildes 3 ist an einer den Glaskolben 1 durchsetzenden Leiste 22 befestigt und dadurch in seiner Lage in der Röhre gesichert. Die Anode 4 ist als eine Scheibe z. B. aus Molybdän gestaltet, die zwischen der Scheibe 16 und der Gitterplatte 18 im Gitterzylinder 15 quer zu dessen Achse angeordnet und von einem Stromzuführungsstift 23 gehalten ist, der in einem röhrenförmigen Ansatz 24 des Glaskolbens 1 geführt ist, der in die Muffe 17 der den Gitterzylinder 15 am einen Ende abschließenden Scheibe 16 greift.

Im Innern des Glaskolbens 1 ist unterhalb des Kathodengebildes 2 der Wasserstoff-Vorratsbehälter 25 mit von den Elektroden unabhängiger Heizung und oberhalb des Gittergebildes 3 der zweite, in thermischer Berührung mit der Anode 4 stehende Wasserstoff-Vorratsbehälter 26 vorgesehen. Der Behälter 25 besteht aus einem Nickelrohr 27, das eine Füllung 28 aus einem Metallhydrid mit einem von der Temperatur abhängigen Dissoziationsgrad, z. B. aus Titanhydrid, aufweist und um das ein mit einer Isolierschicht aus Aluminium überzogener Heizdraht 29 gewickelt ist. Ein zylindrischer Wärmeschutzschirm 30 umschließt das Rohr 27, und der Heizdraht 29 ist einerseits mit der den Glaskolben 1 durchquerenden stiftförmigen Stromzuleitung 31 und andererseits über den Schirm 30 mit dem ebenfalls den Glaskolben 1 durchsetzenden Stromzuführungsstift 13 verbunden, der auch für die Kathode 2 zur Stromspeisung dient.

Der mit der Anode verbundene Wasserstoff-Vorratsbehälter 26 ist durch eine an der Oberseite der Molybdänscheibe 4 ausgesparte ringförmige Nut gebildet, die eine Füllung 32 aus einem Metallhydrid enthält, das sich bei der von der Anode während des normalen Betriebes der Röhre erreichten Temperatur zersetzt und wofür das gleiche Metallhydrid wie beim Behälter 27 geeignet ist. Die mit Metallhydrid gefüllte Ringnut26 ist durch eine dünne Folie33, z.B. aus Molybdän, bedeckt, die nur punktweise an ihrem Umfang mit der Scheibe 4 verschweißt ist, um den Austritt des Wasserstoffgases aus der Ringnut 26 zu gestatten.

Wie Fig. 2 zeigt, kann der mit der Anode thermisch verbundene Behälter auch dadurch gebildet sein, daß die Anode aus zwei Kreisscheiben 34 und 35, z. B. aus Molybdän, zusammengesetzt ist, die mit einer dazwischengelegten Scheibe 36 von kleinerem Durchmesser und einem die Scheibe 36 mit Abstand umschließenden Flachring 37 mit einem gegenüber dem Durchmesser der Scheibe 36 größeren Innendurchmesser verschweißt sind, so daß zwischen dem Flachring 37 und der mittleren Scheibe 36 ein freier Ringraum 38 entsteht, der mit einer Füllung aus einem Metallhydrid, z. B. aus Titan- oder Zirkonhydrid, versehen wird.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines konstanten Wasserstoffdruckes in einer Entladungsröhre, in der ein Wasserstoff-Vorratsbehälter vorgesehen ist, der eine bei Erhitzung Wasserstoff abgebende Füllung in Form einer wasserstoffhaltigen chemischen Verbindung oder festen Lösung enthält und unmittelbar beim Einschalten der Kathodenheizung auf eine feste, eine für das Zünden der Entladung ausreichende Wasserstoffentwicklung bewirkende Temperatur erwärmt und auf dieser gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der festen Temperatur gehaltene Wasserstoff-Vorratsbehälter (25) über den Gasraum der Röhre in Gasaustauschverbindung mit einem zweiten, gleichfalls eine bei Erhitzung Wasserstoff abgebende Füllung enthaltenden Wasserstoff-Vorratsbehälter (26) steht, der thermisch mit der Anode (4) der Röhre verbunden ist und allein durch die Anodenwärme bei Betrieb der Röhre erwärmt wird und der bzw. dessen Füllung in kaltem Zustand mit Wasserstoff gesättigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf eine feste Temperatur zu erwärmende Vorratsbehälter (25) mit einem Heizdraht für eine von der Röhre unabhängige Beheizung versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf eine feste Temperatur zu erwärmende Vorratsbehälter (25) mit der bei Betrieb der Röhre eine feste Temperatur annehmenden Kathode (2) thermisch verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Anode (4) thermisch verbundene Wasserstoff-Vorratsbehälter (26) durch eine in dem Anodenkörper (4) ausgesparte Nut gebildet ist, die mit einer dünnen Metallfolie (33) bedeckt ist, die nur punktweise mit dem Anodenkörper (4) verschweißt ist (Fig. 1).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Anode thermisch verbundene Wasserstoff-Vorratsbehälter dadurch gebildet ist, daß die Anode aus zwei Kreisscheiben (34, 35) besteht, die mit einer dazwischengelegten Kreisscheibe (36) von

kleinerem Durchmesser und mit einem diese kleine Kreisscheibe (36) mit Abstand umschließenden Flachring (37) entsprechend größeren Durchmessers verschweißt sind, und der zwischen Flachring (37) und mittlerer Kreisscheibe erhal-

tene Ringraum (38) mit einem Metallhydrid gefüllt ist (Fig. 2).

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 708 247, 2 528 547.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen