DE1265307B - Metal vapor converter vessel with a liquid cathode, an excitation anode and a stain fixer - Google Patents
Metal vapor converter vessel with a liquid cathode, an excitation anode and a stain fixerInfo
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Description
Metalldampf-Stromrichtergefäß mit flüssiger Kathode, einer Erregeranode und einem Fleckfixierer Zur Fixierung des Kathodenflecks bei Metalldampf-Stromrichtern, z. B. Quecksilberdampf-Stromrichtern, ist es bekannt, in der Kathode Metallkörper, sogenannte Fleckfixierer, anzuordnen. Diese bestehen vorzugsweise aus Molybdän oder Wolfram und dienen dazu, den Kathodenfleck festzuhalten und dadurch die Verdampfung von Quecksilber zu vermindern. Die Neigung zum Fixieren des Kathodenflecks ist um so größer, je besser die Wärme von der Brennlinie ,abgeleitet wird. Man hat daher bei flüssigkeitsgekühlten Entladungsgefäßen hohl ausgebildete Fixierkörper verwendet, die von Kühlflüssigkeit durchströmt werden. Bei diesen Entladungsgefäßen sind die Kühleinrichtungen und die besondere Ausbildung der Fleckfixierer aufwendig.Metal vapor converter vessel with a liquid cathode, an excitation anode and a spot fixer To fix the cathode spot in metal vapor converters, z. B. mercury vapor converters, it is known to have metal bodies in the cathode, so-called stain fixers to be arranged. These are preferably made of molybdenum or Tungsten and serve to hold the cathode spot in place and thereby the evaporation of mercury to diminish. The tendency to fix the cathode spot is up the better the heat is dissipated from the focal line. One therefore has in the case of liquid-cooled discharge vessels, hollow fixing bodies are used, through which coolant flows. With these discharge vessels are the Cooling devices and the special training of the stain fixer are expensive.
Bei einem Entladungsgefäß mit flüssigkeitsgekühltem Kathodenboden ist es ferner bekannt, in der Mitte des Kathodenbodens einen massiven Fleckfixierkörper anzuordnen und außerdem einen ringförmigen Fleckfixierkörper vorzusehen, der jedoch nur eine geringe Wandstärke hat. Diese Fleckfixierkörper sind zur Erzielung einer guten Wärmeableitung über ihren vollen Querschnitt mit dem Kathodenboden metallisch verbunden. Die einwandfreie Verbindung einheitlicher Körper großen Querschnitts mit dem Kathodenboden bereitet jedoch erhebliche Schwierigkeiten.In the case of a discharge vessel with a liquid-cooled cathode base it is also known to have a massive stain fixing body in the middle of the cathode base to arrange and also to provide an annular stain fixing body, which, however has only a small wall thickness. These stain fixing bodies are to achieve a good heat dissipation over its full cross-section with the cathode base metallic tied together. The perfect connection of uniform bodies with a large cross-section with the cathode bottom, however, causes considerable difficulties.
Bei einem weiteren bekannten Entladungsgefäß ist ebenfalls ein ringförmiger Fleckfixierer geringer Wandstärke mit dem Kathodenboden verbunden; über diesem Fleckfixierer ist eine ebenfalls ringförmige Erregeranode angeordnet, die auf der Unterkante abgeschrägt ist, so daß der Erregerlichtbogen nur auf der Seite ihres kleinsten Abstandes vom Fleckfixierer brennt, wodurch der Fleckfixierer ungleichmäßig belastet wird.Another known discharge vessel is also an annular one Stain fixer of small wall thickness connected to the cathode base; over that stain fixer a ring-shaped excitation anode is arranged, which is beveled on the lower edge is so that the excitation arc is only on the side of their smallest distance from The stain fixer is on fire, causing the stain fixer to be unevenly loaded.
Es ist auch bereits ein Gefäß angegeben worden, bei dem die Wand des Kathodenmetallbehälters unmittelbar als Fleckfixierer wirkt und bei dem eine Erregeranode in Form eines konischen Schirmes vorgesehen ist, die von der Brennlinie überall den gleichen Abstand hat. Hierbei tritt jedoch das Problem, die an einem besonderen Fleckfixierkörper entwikkelte Wärme an den Kathodenboden abzuführen, nicht auf.A vessel has also already been given in which the wall of the Cathode metal container acts directly as a stain fixer and in which an exciter anode in the form of a conical screen is provided, extending from the focal line everywhere has the same distance. Here, however, the problem arises, which is due to a particular one Fleckfixierkörper dissipate developed heat to the cathode base, not on.
Bekannt ist es auch, ringförmige Fleckfixierkörper frei tragend an Stromzuführungen zu befestigen, wobei die Fleckfixierkörper aus Ringsegmenten zusammengesetzt sein können. Eine unmittelbare Wärmeableitung von dem Fleckfixierkörper an den Kathodenmetallbehälter liegt hier jedoch nicht vor.It is also known to carry ring-shaped stain fixing bodies in a cantilevered manner To attach power leads, the Fleckfixierkörper composed of ring segments could be. An immediate heat dissipation from the stain fixing body to the cathode metal container is not present here, however.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Metalldampf-Stromrichtergefäß mit flüssiger Kathode, einer Erregeranode mit kreisförmigem Umriß und einem unter dieser .angeordneten, mit dem Boden des Kathodenmetallbehälters verbundenen Fleckfixierer mit ebenfalls kreisförmigem Umriß. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Fleckfixierer aus mehreren massiven Fleckfixierkörpern besteht, deren Durchmesser etwa 1,5- bis 2mal so groß ist wie die Spiegelhöhe des Kathodenmetalls und die unter dem Umriß der eine horizontale Unterkante aufweisenden Erregeranode in einer kranzförmigen Reihe mit gleichen Abständen von der Erregeranode angeordnet und in an sich bekannter Weise mit ihrem vollen Querschnitt mit ,dem gekühlten Kathodenboden gut wärmeleitend verbunden sind.The invention relates to a metal vapor converter vessel liquid cathode, an excitation anode with a circular outline and one below this .Arranged stain fixer connected to the bottom of the cathode metal container also with a circular outline. It is characterized in that the stain fixer consists of several massive stain fixation bodies, the diameter of which is about 1.5 to 2 times as large as the mirror height of the cathode metal and that under the outline the exciter anode having a horizontal lower edge in a ring-shaped one Row arranged at equal distances from the exciter anode and known per se With its full cross-section, the cooled cathode base conducts heat well are connected.
Nach dem Grundgedanken der Erfindung ist der im ganzen ringförmige Fleckfixierer in mehrere Teilkörper aufgelöst; diese Teilkörper können nacheinander mit dem Kathodenboden verbunden werden, so daß die Probleme, die bei der Verbindung eines einheitlichen Körpers großen Querschnitts mit dem Kathodenboden auftreten, entfallen. Die Erfindung ermöglicht es daher, den Gesamtquerschnitt des Fleckfixierers, der für die Ableitung der am Kathodenfleck entwickelten Wärme zum Kathodenboden maßgebend ist, wesentlich größer zu wählen als bisher. Außerdem sind infolge des überall gleichen Abstandes der Erregeranode vom Fleckfixierer die Betriebsbedingungen des Lichtbogens am gesamten Umfang des Fleckfixierers die gleichen, so daß sich die vom Kathodenfleck entwickelte Wärme im zeitlichen Mittel - infolge Wanderung des Kathodenflecks - gleichmäßig auf den Fleckfixierer verteilt. Der große Gesamtquerschnitt des Fleckfixierers und die gleichmäßige mittlere Belastung der einzelnen Fleckfixierkörper haben gemeinsam die Wirkung, daß die Temperatur der Fleckfixierkörper an der Brennlinie niedrig bleibt ünd dementsprechend der Kathodenfleck sicher festgehalten wird.According to the basic idea of the invention, it is ring-shaped as a whole Stain fixer dissolved into several sub-bodies; these partial bodies can be consecutively be connected to the cathode bottom, so that the problems associated with the connection a uniform body with a large cross-section occur with the cathode base, omitted. The invention therefore makes it possible to reduce the overall cross-section of the stain fixer, that for the dissipation of the heat developed at the cathode spot to the cathode bottom the decisive factor is to choose significantly larger than before. In addition, as a result of the everywhere the same distance between the exciter anode and the stain fixer, the operating conditions of the arc on the entire circumference of the stain fixer the same, so that the Heat developed by the cathode spot on average over time - as a result of migration of the Cathode stain - evenly distributed on the stain fixer. The large overall cross-section of the stain fixer and the even average load on the individual stain fixer have the common effect that the temperature of the stain fixing body at the focal line remains low and accordingly the cathode spot is securely held.
Die Fleckfixierkörper bestehen vorzugsweise aus Molybdän oder Wolfram. Um einen besonders guten Wärmeübergang an der Verbindungsstelle mit dem Kathodenboden zu erhalten, werden die Fleckfixierkörper gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung mit Hilfe einer Nickelzwischenschicht auf den Kathodenboden aufgelötet oder aufgeschweißt.The stain fixing bodies are preferably made of molybdenum or tungsten. To ensure particularly good heat transfer at the connection point with the cathode base to obtain, the stain fixing body according to an expedient development of the invention soldered to the cathode base with the aid of a nickel intermediate layer or welded on.
Außen am Kathodenboden können Kühlfahnen angeordnet und z. B. mit Hilfe einer Kupferzwischenschicht am Kathodenboden angelötet sein.On the outside of the cathode base cooling tabs can be arranged and z. B. with Be soldered to the bottom of the cathode using a copper interlayer.
Es ist vorteilhaft, die Wärmeleitkörper von Stangen aus gehämmertem Molybdän oder Wolfram abzutrennen und die Nickelzwischenschicht auf dem Wärmeleitkörper unter Verwendung von elektrischem Strom elektrolytisch bzw. galvanisch aufzubringen. Die Nickelschicht kann aber auch im stromlosen Vernickelungsverfahren auf den Wärmeleitkörper aufgebracht werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Nickelschicht eine Höhe von etwa 20 bis 25 #t hat, um den günstigsten Wärmeübergang zu erzielen.It is advantageous to have the heat conducting body hammered from rods Separate molybdenum or tungsten and the intermediate nickel layer on the heat conductor to be applied electrolytically or galvanically using electric current. The nickel layer can, however, also be applied to the heat conducting body in the electroless nickel plating process be applied. It has proven to be advantageous that the nickel layer has a height of around 20 to 25 #t in order to achieve the most favorable heat transfer.
Der Abstand der Erregeranode von der Oberkante der Fleckfixierer soll so groß sein, daß bei betriebsmäßigen Quecksilberspiegelschwankungen keine Berührung zwischen dem Kathodenquecksilber und der Erregeranode eintritt.The distance between the exciter anode and the top edge of the stain fixer should be be so large that no contact is made with operational fluctuations in the mercury level occurs between the cathode mercury and the exciter anode.
Werden bei größeren Stromstärken mehrere Wärmeableitkörper notwendig, so ist es vorteilhaft, je Ampere maximaler Stromstärke ein Molybdängewicht von mindestens 0,1 g zu wählen.If several heat dissipators are required for higher currents, so it is advantageous to have a molybdenum weight of at least per ampere of maximum current strength 0.1 g to choose.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß bei Verwendung mehrerer Wärmeableitkörper am Wärmeableitkörper mindestens 0,5 mm Benetzungslinienlänge je Ampere maximaler Stromstärke vorhanden sein sollen. Schließlich ist es noch in weiterer Ausbildung der Erfindung vorteilhaft, d.aß der Wärmewiderstand des Wärmeableit körpers einen Wert von 0,5 bis 1°C je Watt möglichst nicht überschreitet.An expedient development of the invention is that at Use of several heat dissipators on the heat dissipator at least 0.5 mm long wetting line should be present for each ampere of maximum current strength. After all, it's still in further development of the invention advantageous, d.aß the thermal resistance of the heat sink body does not exceed a value of 0.5 to 1 ° C per watt if possible.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Stromrichters nach der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der F i g. 1 und 2 zu entnehmen.Further details and advantages of the converter according to the invention are from the following description of an embodiment of the invention Hand of fig. 1 and 2.
F i g. 1 zeigt schematisch die Anordnung von Fleckfixierern, und F i g. 2 :ein Diagramm für den Verlauf des Wärmeableitwiderstandes Rw und des Wärmeausbreitungswiderstandes Ra in ° C/Watt in Abhängigkeit vom Durchmesser d des Wärmeableitkörpers.F i g. Fig. 1 schematically shows the arrangement of stain fixers, and F i g. 2: a diagram for the course of the heat dissipation resistance Rw and the heat dissipation resistance Ra in ° C / watt as a function of the diameter d of the heat sink.
Gemäß der F i g. 1 ist der Boden des Kathodenmetallbehälters mit 1, das in ihm befindliche Quecksilber mit 2 und die Fleckfixierkörper mit 3 bezeichnet. Sie sind durch Lötschichten 4 mit dem Boden 1 gut verlötet. Außerdem sind am Boden 1 Kühlfahnen 5 angeordnet und ebenfalls gut wärmeleitend, beispielsweise durch eine Schweißung 6, mit dem Boden 1 verbunden. Die Kühlluft strömt in Pfeilrichtung 7 gegen den Boden 1 und umspült dabei die Kühlfahnen 5. Der Fleckfixierkörper 3 hat einen Durchmesser 8 und eine Höhe 9. Der Quecksilberspiegel 10 hat eine Höhe 11. Die Höhe 9 des Fleckfixierers ist mindestens gleich der Höhe 11. Der Abfluß der Wärme von der Benetzungskante oder Brennlinie 12 ist durch die gestrichelten Linien 13 angedeutet.According to FIG. 1 is the bottom of the cathode metal container with 1, the mercury in it is designated with 2 and the stain fixing body with 3. They are well soldered to the base 1 by solder layers 4. Also, are on the ground 1 cooling tabs 5 arranged and also conducts heat well, for example by a Weld 6, connected to the bottom 1. The cooling air flows in the direction of arrow 7 against the floor 1 and washes around the cooling tabs 5. The stain fixing body 3 has a diameter 8 and a height 9. The mercury mirror 10 has a height 11. The height 9 of the stain fixer is at least equal to the height 11. The drain of the Heat from the wetting edge or focal line 12 is indicated by the dashed lines 13 indicated.
Die Fleckfixier- oder Wärmeableitkörper bestehen vorzugsweise aus Molybdän oder Wolfram, weil diese Werkstoffe besonders gute Wärmeleitfähigkeiten besitzen, die etwa doppelt so hoch wie die des Eisens sind.The stain fixing or heat dissipating bodies preferably consist of Molybdenum or tungsten, because these materials have particularly good thermal conductivity which are about twice as high as that of iron.
Der Wärmeableitquerschnitt ergibt sich aus der Forderung, daß der Fixierkörper bei Belastung mit einem Brennfleck eine möglichst geringe übertemperatur haben soll. Dies ist bei flächenhaftem Fleckansatz des Kathodenflecks auf der Stirnfläche 14 des Fleckfixierers bei einem möglichst großen Fixierkörperquerschnitt der Fall. Der Wärmewiderstand ist in diesem Fall Rw proportional 1/d2, wobei d der Durchmesser des runden Wärmeableitkörpers oder die Kantenlänge eines viereckigen W`a'rmeableitkörpers ist. Setzt der Kathodenfleck jedoch an der Benetzungskante 12 punktförmig bzw. linienförmig an, so ist die übertemperatur an der Benetzungskante durch den »Ausbreitungswiderstand« Ra proportional 1ld bestimmt.The heat dissipation cross section results from the requirement that the Fixing body, when exposed to a focal point, the lowest possible excess temperature should have. This is when the cathode spot is flat on the face 14 of the stain fixer is the case with the largest possible fixation body cross-section. In this case, the thermal resistance is proportional to Rw 1 / d2, where d is the diameter of the round heat sink or the edge length of a square heat sink is. If, however, the cathode spot sets at the wetting edge 12 in a punctiform or linear manner on, the excess temperature at the wetting edge is due to the "expansion resistance" Ra proportional to 1ld determined.
Der optimale Querschnitt für das billigste handelsübliche Stangenmolybdän, vorzugsweise in Form von Rundmaterial, ergibt sich somit dann, wenn der Wärmewiderstand Rw nicht größer als der Ausbreitungswiderstand Ra ist; dies ist der Fall, wenn der Durchmesser 8 (d) etwa 1,5- bis 2mal so groß wie die Höhe 11(h) ist. Hierbei liegt der Wärmewiderstand für alle Fleckansätze bei 0,5 bis 1°C/Watt.The optimal cross-section for the cheapest commercially available rod molybdenum, preferably in the form of round material, is thus obtained when the thermal resistance Rw is not greater than the propagation resistance Ra ; this is the case when the diameter 8 (d) is about 1.5 to 2 times as large as the height 11 (h). The thermal resistance for all stain approaches is 0.5 to 1 ° C / watt.
Die für den gesamten Entladungsgefäßstrom notweridige Anzahl Fixierkörper ergibt sich aus den Forderungen, daß auch bei der höchsten Stoßlast keine Fleckablösung eintreten darf und daß außerdem die Temperatur des belasteten Fixierers wesentlich niedriger sein muß als eine mit dem gleichen Strom belastete freie Quecksilberoberfläche. Diese Bedingungen sind erfüllt, wenn je Ampere Kathodenstrommaximalwert 0,5 mm Benetzungslinie und 0,1 g Molybdängewicht vorhanden sind.The number of fixation bodies necessary for the entire discharge vessel current results from the requirements that no stain detachment even with the highest impact load may occur and that also the temperature of the loaded fixer is essential must be lower than a free mercury surface loaded with the same current. These conditions are met if the maximum cathode current value per ampere is 0.5 mm wetting line and there is 0.1 gram weight of molybdenum.
In der F i g. 1 ist mit 15 ein vorzugsweise aus Quarz bestehender Zylinder beziffert, der die Kathodenbehälterwand 1a vor der Einwirkung der Wärme des Lichtbogens schützt. Mit 16 ist eine Erregeranode bezeichnet. Die Zeichnung zeigt, daß die Wärmeableitkörper 3 dicht unter der ringförmigen Erregeranode 16 angeordnet sind. Mit 17 ist der Abstand der Unterkante 18 der Erregeranode 16 von der Oberfläche 14 der Wärmeableitkörper3 beziffert.In FIG. 1 with 15 is preferably made of quartz Numbered cylinder that the cathode container wall 1a before the action of heat the arc protects. With an exciter anode is designated. The drawing shows that the heat dissipation body 3 is just below the annular exciter anode 16 are arranged. At 17, the distance between the lower edge 18 of the exciter anode 16 is from the surface 14 of the heat sink 3 numbered.
In der F i g. 2 sind der Verlauf des Wärmeableitwiderstandes Rw und des Wärmeausbreitungswiderstandes Ra in ° C(Watt in Abhängigkeit vom Durchmesser d des Wärmeableitkörpers in Zentimeter dargestellt. Der Wärmeableitwiderstand Rw ist proportional 1ld2, und der Wärmeausbreitungswiderstand Ra ist proportional lld.In FIG. 2 are the course of the heat dissipation resistance Rw and the heat propagation resistance Ra in ° C (watts depending on the diameter d of the heat sink shown in centimeters. The heat dissipation resistance Rw is proportional to 1ld2, and the heat propagation resistance Ra is proportional to lld.
Die Erfindung ist nicht an das beschriebene Aus, führungsbeispiel gebunden. So kann z. B. an Stelle der Nickelzwischenschicht 4 eine Schicht aus einer Nickel- oder Eisenlegierung verwendet werden. Die Nickellegierung hat aber den besonderen Vorteil, daß sie sich galvanisch aufbringen läßt und eine gute Bindung zu den Werkstoffen der beiden miteinander zu verbindenden Teile hat. Ferner kann an Stelle einer Luftkühlung auch eine Flüssigkeitskühlung treten.The invention is not based on the embodiment described bound. So z. B. in place of the nickel intermediate layer 4, a layer of a Nickel or iron alloy can be used. But the nickel alloy has something special The advantage that it can be applied galvanically and has a good bond with the materials of the two parts to be connected. It can also be used in place one Air cooling can also occur liquid cooling.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB953032A (en) | 1964-03-25 |
| CH392711A (en) | 1965-05-31 |
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