水銀整流器

水銀整流器（すいぎんせいりゅうき）

水銀整流器は、ガラス管または鉄製容器内に封入された水銀と炭素電極との間で発生するアーク放電を利用して整流を行う装置です。主に大電力の産業用途で使用されており、その独特の機構から、長年にわたって様々な形態と技術が用いられてきました。

構造と機能

水銀整流器は、一般的に1つの陰極に対して1から6の陽極を配置した構造を持っています。特に、複数の陽極を用いた多相半波整流が特徴的で、大型の装置では二段真空ポンプ方式が採用されることが多いです。これにより、安定した電力供給が可能となります。しかし、この装置は温度や真空度、さらにはエイジング管理が必要で、逆弧事故の危険性もあるため、扱いには注意が求められます。

液体の陰極を利用するため、特に鉄道車両への搭載では走行振動が問題となり、アークの安定性が損なわれることが多かったため、その設計には工夫が必要でした。また、ゲート電極を備えた整流器は、位相制御を用いた電圧調整や逆接続による回生電力の供給が可能で、より柔軟な運用が実現されています。そのため、ガラス封止された多陽極式の水銀整流器は「タコ」とも呼ばれることがあります。

種類と応用

水銀整流器には、特に単極水銀整流器の一種としてイグナイトロンやエキサイトロンが開発されました。イグナイトロンは、大気中に浸したイグナイタによりアークを発生させ、エキサイトロンは水銀噴射ポンプを用いて起動時にアークを発生させる方式です。両者の違いは、アークの安定性にあり、エキサイトロンは特に振動下でも安定した放電が可能となっています。

整流回路は主に1陰極多陽極構造を取り、三相[[交流]]を整流する際にはセンタータップ式の両波整流が基本となります。これには相間リアクトルが取り入れられ、効果的な電流流通角の増加が図られています。さらに、大電力用では3相Y結線とΔ結線の組み合わせが使用され、合計12相式整流回路によって高い整流効率が確保されています。電気鉄道などでは、電力の脈動によって通信障害が生じることがあり、それを回避するためのフィルターも装備されることが一般的です。

歴史と現在の利用

1970年代まで、水銀整流器は主に電気鉄道の直流変電所や交流電気機関車等で使用されてきましたが、運転管理や保守の難しさから、後に半導体素子への置換が進みました。しかし、ゲート制御機能によってインバータ動作が可能であり、現在でも小規模な実験装置として需要があります。

また、日本電池（現GSユアサ）が水銀灯や放電ランプを手掛ける背景には、水銀整流器の技術基盤が影響していることがあります。当初は回転変流機などの直流電源装置を供給していましたが、水銀整流器の開発に伴い、これに切り替えたことで技術が進化しました。

注意事項

水銀整流器を使用する際には、水銀蒸気の励起による紫外線の発生に注意が必要です。直視することは視力に悪影響を及ぼす可能性があり、さらに鉄製真空ポンプを用いた場合は水銀蒸気による汚染の危険もあります。運転中に容器が破損した際には水銀の拡散も懸念されるため、取り扱いには細心の注意が必要です。

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