Устройство охлаждения электронной лампы

Союз Соввтскмн Соцмапмстмчвсккн Республик(21) 247 1399/18киМ. КлН 01 4 рнсоединеннем з еударатвеннмй квинтет СССР на делам нзаеретенн н етнритнй(72) Авторы изобретения Резников, С, И. Рябченков и А. И. Бондаренко 1) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЫ ж Устройство охлаждения относится к области электротехники и предназначено дпя эффективного охлаждения различных источников тепла и может быть использовано в электронике больших мощностей, металлургии, ядерной энергетике, силовой полупроводниковой технике, ракетном двигателестроении и, в частности, дпя испаритепьного охлаждения мощных электронных ламп в радиоэпектронике.Известные устройства испарительного охпажцения содержат бойлер, конденсатор и транспортное средство дпя передачи пара из бойлера в конденсатор и возврата конденсата в бойлер 1. Охпаждаемый элемент помещается внутрь бойлера, либо. находится вне бойлера, контактируя с последним, Бойлер заполнен дкостью, кипящей на поверхности, корой подводится тепло, Для значитепь ного повышения коэффициента теппоотдачи поверхность теппообмена вьшопняетсоребренной, шероховатой ипи на нее наносится пористый слой. Известно, что 04.79,Бюллетень 15 (53) УДК 621.385.6(088.8 ния описания 26.04.79 в условиях, когда жидкость, заполняющая бойлер, кипит на поверхности с пористым споем, получен наибольший коэффициент теппоотдачи.Одной из важных задач, решаемых 5 при создании устройств испаритепьногоохлаждения, является обеспечение беспрепятственного отвода пара из бойлера в конденсатор и возвращения конденсата, От того, как решена эта задача, за- О висит хоподопроизводитепьность устройства и допустимые тепповые нагрузки на поверхности охйаждаемого элемента. Йпя этих цепей используются разпичны 9 завихритепи, прямые и наклонные лопатки,трубки и т.д.Известно также устройство охлаждения электронной лапмы, которое представляет собой замкнутый полый баллон, содержащий ахлаждаемый электрод, бойпер конденсатор, отбойную решетку и транспортное средство. Бойлер представляет собой цилиндрическую камеру, ограниченную снизу плоским дном. На бо8622 3 65 ковой поверхности бойлера снаружи закреплен катод - охпаждаемый элемент электронной лампы, а изнутри нанесен пористый слой, аналогичный капиппярно - пористой структуре тепловых труб. Свободное пространство внутри бойлера и пористый спой заполнены жидкостью 21,Бойлер с помощью расширяющейся части баллона соединен с ципиндрическим конденсатором, Стенки расширяющейся части баллона также покрыты пористым споем, являющимся продолжением пористого слоя бойлера, Бойлер отделен от остального объема баллона соплом, сужающимся по направлению к конденсатору, В стенках сопла выпопнено множество отверстий. Над выходом сопла установлена отбойная решетка. Соппо предназначено дпя сжатия и турбупизации потока пара, выходящего иэ бойлера. После выхода из сопла пар резко расширяется и происходит сепарация избыточной влаги, Отбойная решетка препятствует проникновению капель жидкости в конденсатор и направляет их в накопительную емкость,.распопоженную между степками расширяющейся части баллона и сопла. В эту же емкость поступает иэ конденсатора конденсат, стекая по стенкам баллона. Возврат конденсата из накопительной емкости в бойлер осуществляется двумя. путями - по пористому слою вследствие капиллярных сип непосредственно к поверхности теппообмена и через отверстия в стенках сопла в виде капель и струй в свободный объем бойлера,Наибольшей эффективностью рассмотренное устройство будет обладать топько при условии, что свободное пространство внутри бойлера в процессе работы будет постоянно заполнено жидкостью. Сужающееся сопло, примененное в устройстве, обладает большим гидрав-лическим сопротивлением, намного большим, чем сопротивление всех остальных участков устройства охлаждения. Введение сопла приведет к значительному повышению давления в бойлере. Соответственно повысится температура насыщения жидкости (температура кипения) и температура охпаждаемого катода электронной папмы. При этом даже незначительные колебания объемного расхода пара через соппо, вызываемые, например, изменением тепловой нагрузки катода, будет в значительной мере изменять давление в бойлере и, связанные с ним колебания температуры катода могутдостичь недопустимых величин.Высокое статическое давление в бойлере препятствует проникновению капель5 и струй через отверстия в стенках нижней части сопла, На остальной частисопла капли и струи жидкости будут проникать через отверстия в стенках, однако высокий динамический напор в тур 16 булизированном потоке пара будет препятствовать опусканию их в бойлер. Поток. пара будет дробить эти струи и капли,захватывать их и выносить через сопло.Через некоторое время после началаработы устройства жидкость из бойлерапереместится в накопительную емкость,а некоторая ее часть будет циркулировать в контуре "накопительная емкость -стенка сопла - поток пара - пространст 2 О во над соплом - накопительная емкость",Нарушится основное условие высокой хоподонроизводительности усройства -бойлер освободится от жидкости. Отсутствие жидкости в свободном объемеф бойлера превратит устройство в обычнуютепловую трубу. Возврат конденсатав зону испарения будет осуществляться сФэтого момента только пористым споем.Теппопередающая способность устройстваи допустимые тепловые нагрузки на катоде резко уменьшатся,Цепью настоящего изобретения.является устранение указанных недостатков, увеличение производительности3устройства охлаждения, повышение удель.ной мощности, отводимой от электродаи стабилизация его температуры.Указанная цель достигается тем, что4транспортное средство выполнено в видекопокопообразного диффузора с расположенным в нем попым шаром, жесткосоединенным с проходящим сквозь негоштоком, один конец которого подвешенк отбойной решетке на пружине, а второйконец выполнен в виде поршня и входитв цилиндрическую камеру с впускным ивыпускным клапанами, расположенную вбойлере.На приведенном чертеже изображенобщий вид предложенного устройства охлаждения в разрезе, Охпаждаемый катод 1 закреплен на наружной боковойповерхности бойлера 2. На чертеже показаны также анод 3 и магнитная система 4 электронной пампы.Внутренняя боковая поверхность бойлера 2 покрыта пористым слоем 5, выполненным, например, иэ несколькихспоев мепкоячеистой металлической сетки . Бойлер 2 отделен от остальногообъема баплона, содержашего конденсатор 6 и расширяющуюся часть 7, припомощи колоколообразного диффузора 8, 5В нижней части диффузора. 8 выполненыотверстия 9. Со стороны бойлера 2 отверстия 9 закрыты пористым слоем 5.Стенки диффузора 8 и расширяющаясячасть 7 баллона образует емкость, в 16которой скапливается конденсат 1 О.,Через отверстия 9 конденсат 10 впиты-вается пористым слоем 5 и вспедствиекани плярных сил распре де ляется по всему слою. По оси диффузора 8 размещенпопьгй шар 11, жестко соединенный соштоком 12, Верхний конец штока 12 входит во втулку 13 отбойной решетки 14и свободно подвешен к ней с помощьюпружины 15, Один конец пружины 15закреппен на втулке 13, второй - наштоке 12, Нижний конец штока 12 выпопнен в виде поршйя и входит в камеру16. В основании камеры 16, упирающемся в дно бойлера, установлен выпускнойобратный кпапан 17 и имеются отверстия18 дпя выхода конденсата в бойлер. Камера 16 фиксируется по оси бойлера спомощью одного ипи нескольких трубопроводов 19. Трубопроводы 19 соединяют накопительную емкость с камерой 16.На входе каждого трубопровода 19 вкамеру 16 установлен впускной обратный кпапан 20.3В статическом состоянии бойпер 2,пористый спой 5, камера 16, трубопроводы 19 и часть накопитепьной емкости заполнены жидкостью с температурой ( т, ) меньше температуры насыщения ( 1 ). Шар 11 со штоком 12 удерживается пружиной 15 таким образом, что .нижний конец штока, выполненный в виде поршня, находится в верхней части.камеры 16.Работа устройства основана на известном факте возникновения силы,.толкающей шар навстречу обтекающему его в диффуэоре потоку пара. Гри включении эпектронной лампы от катода 1 в бойлер 2 начинает поступать тепло. Жидкость в бойпере нагревается до температуры насыщения и закипает. Образующийся пар выходит через пиффуэоо 8, обтекая при этом шар 11. Скорость пара в наиболее узком сечении между шаром 11 и стенкой диффузора 8 будет максимальной. Сразу за шаром скорость пара резко падает. В струе, обтекающей переднюю часть шара, давление будет намного меньше, чем эа шаром, Благодаря этой разности давлений, на шар действует сила, двигающая его ко входу в диффуэор. Чем бопьше скорость пара, тем больше сила, действующая на шар. При движении ко входу в диффузор, шар 11 увлекает шток 12 и растягивает пружину 15.,Павпение в камере 16. под воздействием нижнего конца штока 12 повышается, выпускной обратный клапан 17 открывается и в бойлер 2 через отверстия 18 поступает порция жидкости, недогретой до температуры насыщения. Процесс парообраэования "гаситсяф на время, пока поступившая жидкость не нагреется до температуры .насьпцения, Поток пара уменьшится и шар 11 со штоком 12, под воздействием пружины, 15 возвратится в исходное положение, При этом выпускной обратный клапан 17 закрывается и в камеру 16 через трубопроводы 19 и впускные обратные кпапаны 20 всасывается следующая порция жидкости, недогретой до температуры насыщения.Подкачка конденсата, саморегупируемая потоком пара, позволяет поддерживать в бойлере требуемый уровень жидкости и обеспечивать, таким образом, условия, необходимые для найбопьшей эффективности устройства охлаждения электронной лампы. При этом в нескопько раэ увеаичивается удельная тепловая мощность, отводимая от катода и стаби)пизируется его температура.Формула изобретенияУстройство охлаждения электронной пампы, содержащее охпаждаемый эпектрод, бойлер, конденсатор, отбойную решетку н транспортное средство, о т - и и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью увеличения производительности устройства охлаждения, улучшения стабипизации температуры электрода, транспортное средство выполнено в виде колоколообразного диффузора с расположенным в нем полым шаром, жестко соединенным с проходящим сквозь него штоком, один конец которого подвешен к отбойной решетке на пружине, а второй конец выполнен в виде поршня и входит в цилиндрическую камеру с впускным и выпуск.) 5 8(1 2 ным клапанами, расположенную в бойлере.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 17 го Составитель Е, Шитова А. Абрамов Техред Э. Чужик 1(орректор М, Пожоираж 9 осуиарс м изобр /К,.1, стоит США М,.И 4.1081,кл.65-74, 1970.2, лтент Великобритании Х 1263766,кл, 11 1 3, 1970,2 Подписноевенного комитета ССС тений и открытийРаушская наб., д, 4/Г