СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ПРИБОРА Советский патент 1996 года по МПК H01J19/74 

Изобретение относится к области высоковольтных приборов, а более конкретно к системам принудительного жидкостного охлаждения деталей и узлов высоковольтных электровакуумных и газоразрядных приборов.

Целью изобретения является существенное повышение интенсивности теплообмена в контуре охлаждения с тем, чтобы стало возможным отказаться от механических средств прокачки в мощных приборах и тем самым повысить их надежность и экономичность, а также уменьшить габаритно-массовые параметры.

На фиг. 1 схематично изображена система охлаждения; на фиг. 2 то же, предлагаемая конструкция системы; на фиг. 3 то же, вариант выполнения; на фиг. 4 сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 5 сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 - система охлаждения, вариант выполнения.

Система охлаждения высоковольтного прибора содержит высоковольтный изолятор 1, центральный электрод 2 и электрод 3, создающие электрическое поле, в котором за счет электроконвекции движется электрическая жидкость (например, трансформаторное или конденсаторное масло, диэлектрическую вставку 4, второй изолятор 5 и электрод 6. Диэлектрическая вставка 4 разделяет заполненные маслом полости 7 и 8, образующие контур охлаждения.

Теплонагруженным элементом, требующим охлаждения, может являться электрод 3, тогда сброс тепла происходит соответственно на электрод 6, и наоборот, с электрода 6 тепло жидкостью может переносится на электрод 3 (см. фиг. 1). Направление движения жидкости в контуре охлаждения показано стрелками. Пунктирными стрелками показано направление движения обратных потоков (имеющих направление, противоположное направлению основного потока), снижающее эффективность системы охлаждения.

На фиг. 2 показан пример конструкции, где устраняются обратные потоки. При этом за счет введения высоковольтного изолятора 9 в центральной полости сужение 10 образует полупроводящий затвор, препятствующий возникновению обратного потока.

Повышения съема тепла с электродов при увеличении объема прокачки можно добиться, если ввести в циркуляционный канал развитую поверхность (см. фиг. 3), например в виде ребер 11, 12, плоскость которых параллельна направлению движения жидкости, а внешний изолятор изготовить в виде стакана 13. Вторичный охладитель (например, воду) можно направить по центральному электроду, изготовленному в виде трубки.

На фиг. 6 представлен вариант конструкции системы охлаждения катодно-сеточного узла 14 высоковольтного прибора. При этом питание узла 14 осуществляется по высоковольтному кабелю 15, проводники 16 из которого проходят внутри центрального электрода 2, выполненного в виде трубки. Такая конструкция позволяет существенно снизить габаритно-массовые параметры приборов, особенно имеющих рабочие напряжения свыше 50 кВ.

Работа системы охлаждения происходит следующим образом.

Жидкость, нагретая от электрода 6 (см. фиг. 2) под действием электрического поля, создаваемого в полости сужения 10, между электродами 2 и 3 за счет эффекта электроконвекции приходит в движение, причем в результате повышения скорости движения жидкости в сужении образуется полупроводящий затвор, способствующий прокачке жидкости только в одном направлении. Это приводит в движение весь объем жидкости, заключенный в циркуляционных полостях системы. Таким образом, нагретая от электрода 6 жидкость проходит к электроду 3, где охлаждается и снова движется к электроду 6 и т.д.

Система охлаждения, основанная на эффекте электроконвекции, весьма эффективна для приборов с рабочими напряжениями свыше 50 кВ, но может быть применена с успехом и в случае создания напряженности поля в высоковольтном промежутке с жидким диэлектриком 10 кВ/см в блоке низковольтных приборах. Мощность, требуемая для прокачки, весьма мала и определяется током утечки высоковольтных электродов в жидком диэлектрике. Так, в конструкции системы охлаждения, соответствующей фиг. 2, при рабочем напряжении 100 кВ и объеме прокачки 8 л/мин ток утечки составляет 0,2 мкА, т.е. мощность, теряемая в контуре охлаждения, равна 2•10^-2 Вт. Такая система охлаждения работает устойчиво, ее работоспособность не зависит от пространственного положения прибора относительно земной поверхности, может работать в невесомости.

По сравнению с прототипом, где максимальный объем прокачки приблизительно равен 0,7 л/мин при напряженности электрического поля 30 кВ/см, в предлагаемой конструкции (см. фиг. 2) объем прокачки при той же напряженности электрического поля достигает 10,5 л/мин (в конструкции, соответствующей фиг. 1, объем прокачки 2 л/мин). Достигнутые объемы прокачки позволяют охлаждать электроды, на которых выделяется мощность порядка нескольких киловатт. При этом максимальные размеры предлагаемой системы охлаждения (см. фиг. 2) составляют: диаметр 60 мм, длина 100 мм. Увеличение объемов прокачки в данной системе можно добиться путем повышения напряженности электрического поля до 40 50 кВ/см и увеличения диаметра полостей 7 и 8.

Изобретение может быть использовано в системах принудительного жидкостного охлаждения деталей и узлов высоковольтных (ВВ) электровакуумных и газоразрядных приборов. Система охлаждения ВВ приборов содержит ВВ электрод 2 в виде нити или стержня, расположенного на оси полостей 7 и 8, разделенных диэлектрической (ДЭ) стенкой 4 и заполненных ДЭ жидкостью, например трансформаторным маслом, осуществляющей охлаждение. Она содержит также твердый изолятор 1 и изолятор 5, ВВ электрод 3 и электрод 6, которые могут играть роль теплонагруженного элемента. Повышается интенсивность теплообмена. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Система охлаждения высоковольтного прибора, содержащая высоковольтные электроды, разделенные твердым изолятором, и контур охлаждения, заполненный жидким диэлектриком, отличающаяся тем, что, с целью повышения интенсивности теплообмена, контур охлаждения выполнен в виде коаксиальных полостей, разделенных диэлектрической стенкой, причем один из высоковольтных электродов выполнен в виде нити или стержня, расположенного на оси полостей, а контур охлаждения снабжен полупроводниковым затвором, установленным в области конструкции с максимальной средней напряженностью поля. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что площади поперечных сечений внутренней и внешней полостей соотносятся как 1 1,5. 3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что центральный электрод выполнен в виде трубки с ребрами, плоскость которых параллельна оси полостей.