ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ ВАКУУМНЫЙ НАСОС Российский патент 1995 года по МПК H01J41/12 

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для поглощения и захоронения радиоактивных инертных газов, образующихся в тепловыделяющих элементах и теплоэмиссионных электрогенерирующих каналах, а также в других устройствах, связанных с радиоактивными процессами.

Известно электроразрядное устройство, содержащее корпус с установленными в нем анодами, число которых равно числу фаз питающей сети переменного тока, катод, присоединенный к нулевому проводу трехфазной сети, и выпрямитель переменного тока [1]
Однако питание анодов переменным током осуществляется в этом устройстве без дроссельных нагрузок, а сами аноды не образуют с катодом систему полого катода.

Кроме того, система электропитания такого электроразрядного устройства требует обязательного наличия отдельного выпрямителя переменного тока, при этом увеличение производительности электроразрядного устройства может достигаться только за счет увеличения поверхности ионизации, что усложняет и удорожает электроразрядное устройство.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является электроразрядный вакуумный насос, содержащий отрицательно заряженный электрод, установленный с зазором относительно корпуса, между параллельными поверхностями которого образован полый катод, и положительно заряженный электрод, соединенные с системой электропитания [2]
Недостатком этого насоса является низкая производительность откачки инертных газов из-за импульсного режима его работы и отсутствия охлаждения катодов.

В случае повышения температуры катодов выше пороговой происходит десорбция уже поглощенных ионов инертных газов и прекращение процесса откачки.

Кроме того, для электропитания насоса требуется специальный источник постоянного тока, включающий в себя повышающий трансформатор 220-6000 В, выпрямитель и блок автоматического регулирования режимов питания. Такая система питания электроразрядного насоса является сложной и неудобной в эксплуатации из-за ее габаритов и большого веса по сравнению с самим насосом.

Целью изобретения является упрощение системы электропитания за счет использования источника многофазного переменного напряжения и повышение производительности насоса.

Для этого в электроразрядном вакуумном насосе, содержащем отрицательно заряженный электрод, установленный с зазором относительно корпуса, между параллельными поверхностями которого образован полый катод, и положительно заряженный электрод, соединенные с системой электропитания, анод расположен заподлицо с внутренней поверхностью корпуса и выполнен в виде трех электродов, каждый из которых подключен к выводу одной из фаз источника питания через индуктивные дроссели.

На чертеже изображен электроразрядный вакуумный насос.

Электроразрядной вакуумный насос представляет собой, например, цилиндрический полый токопроводящий водоохлаждаемый герметичный корпус 1. На внутренней поверхности корпуса 1 на изоляторах укреплен на расстоянии 2-5 см от боковой стенки катод 2, имеющий развитую поверхность, например, в виде перфорированного цилиндра или "беличьего" колеса, или сетки и т. д. изготовленный из легкораспыляемого материала, например титана.

На торцовой части цилиндрического корпуса на изоляторах укреплен анод 3 в виде изолированных от корпуса и друг от друга трех электродов А, В и С, образующий с катодом 2 систему полого катода.

Каждый электрод А, В и С анода 3 через дроссельный элемент 4 соединен с одной из фаз трехфазной сети, нулевой провод "0" которой соединен с катодом 2. Корпус 1 насоса имеет независимое заземление.

Электроразрядный вакуумный насос работает следующим образом.

От трехфазной сети с нулевым проводом на каждый электрод А, В и С анода через дроссельный элемент 4 подается переменное напряжение. В первый момент времени t₁ на электрод А от соответствующей фазы подается положительное напряжение U_А, в то же время на электроды В и С приходится напряжение меньшее или отрицательное.

Ток в момент времени t₁ будет проходить только через дроссельный элемент 4 и электрод А.

Дроссельный элемент 4 выполняет роль стабилизатора тока.

Величина тока в момент вступления электрода в работу определяется величиной напряжения фазы в этот момент времени и сопротивлением нагрузки. Активным сопротивлением в данном случае служит внутреннее сопротивление полого катода, который образует систему анод 3 катод 2.

В следующий момент t₂ положительный потенциал подается на электрод В, при этом напряжение U_А на электроде А будет меньше напряжения U_В на электроде В.

В момент t₂ происходит смена проводящего ток электрода.

Аналогично в следующий момент t₃ гаснет электрод В и вступает в работу электрод С.

Следовательно, в каждый момент трехфазного электропитания насоса ток проходит только через один из электродов анода 3, который находится под самым большим напряжением.

Попеременно чередуясь в соответствии с частотой трехфазной сети, три электрода анода 3 в системе полого катода с катодом 2 образуют трехфазный выпрямитель, что обеспечивает постоянное горение тлеющего разряда в корпусе насоса в диапазоне разрежения от 1˙10^-1 до 1˙10^-3 мм рт. ст.

Радиоактивный инертный газ подается в насос автоматически с помощью известных средств, работающих от датчиков разрежения.

Газ начинает подаваться при падении давления до 1˙10^-3 мм рт. ст. и заканчивается при достижении давления в насосе не выше 1˙10^-1 мм рт. ст.

При подаче на анод напряжения ≈ 600 В между анодами и катодом возникает тлеющий разряд в виде полого катода.

В зоне полого катода образуются вторичные электроны, которые, соударяясь с молекулами инертного газа, превращают их в заряженные ионы. Эти ионы под действием электрического поля разгоняются и бомбардируют поверхность катода 2, вызывая испарение материала катода.

Испаренный материал катода осаждается на охлаждаемой стенке корпуса 1, захоронивая при этом происходит захоронение ионов радиоактивного газа.

Процесс поглощения газа идет до разрешения 1˙10^-3 мм рт. ст. т. е. до тех пор, пока в корпусе насоса сохраняются условия для горения тлеющего разряда в форме полого катода.

Прекращение тока между анодом и катодом автоматически включает напускной клапан для впуска новой порции радиоактивного инертного газа до давления 1˙10^-1 мм рт. ст. после чего клапан перекрывается и процесс откачки продолжается. При четкой работе автоматики процесс откачки газа и его захоронение на охлаждаемой стенке корпуса насоса идет практически непрерывно.

Таким образом, предлагаемое изобретение обладает определенным преимуществом перед известными за счет упрощения системы электропитания, так как предлагаемая система электропитания позволяет отказаться от трансформатора и выпрямителя и дает возможность пользоваться обычной промышленной трехфазной системой с нулевым проводом, используя только фазные дроссели. При этом, если при одноэлектродном аноде нагрев электрода-анода происходит непрерывно, то при трехэлектродном аноде в каждый момент времени практически два из трех электродов охлаждаются излучением, что позволяет повысить величину предельно допустимой тепловой нагрузки на один электрод в процессе нахождения его под напряжением и увеличить производительность насоса минимум в два раза.

Использование: изобретение относится к вакуумной технике и может быть использовано при разработке электрозарядных насосов для поглощения газообразных продуктов деления тепловыделяющих элементов, например радиоактивных инертных газов в термоэмиссионных каналах. Сущность изобретения: с целью повышения эффективности насоса в случае выполнения системы электропитания электроразрядного вакуумного насоса в виде источника многофазного переменного напряжения, а анода - в виде изолированных секций, указанные секции установлены заподлицо с внутренней поверхностью корпуса и каждая из них к одной из фаз упомянутого источника подключена через индуктивный дроссель. 1 ил.

ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ ВАКУУМНЫЙ НАСОС, содержащий отрицательно заряженный электрод, установленный с зазором относительно корпуса, между параллельными поверхностями которого образован полый катод, и положительно заряженный электрод, соединенные с системой электропитания, отличающийся тем, что, с целью упрощения системы электропитания за счет использования источника многофазного переменного напряжения и повышения производительности насоса, анод расположен заподлицо с внутренней поверхностью корпуса и выполнен в виде трех электродов, каждый из которых подключен к выводу одной из фаз источника питания через индуктивные дроссели.