ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ НАГРЕВАТЕЛЬ Советский патент 1971 года по МПК H05B7/00 H01J37/30 

Известные газоразрядные электронные кольцевые нагревателИ металлических тел симметричной формы с полым катодом не достаточно надежны в работе, имеют небольшой срок службы и достаточно сложную конструкцию.

Отличительная особенность описываемого нагревателя состоит в том, что он снабжен кольцевым источником магнитного поля, например соленоидом, расположенным во внутренней полости кольцевого катода коаксиальпо с ним и с нагреваемым телом, а катод состоит из двух участков, один из которых представляет собой В радиальном сечении С-образный магнитолровод, разомкнутая часть которого находится со стороны нагреваемого тела, другой, выполненный из электр01проводящего немагнитного материала, прилегает к полюсам магнитопровода со стороны, обращенной к источнику магнитного поля, образуя с магнитопроводом электрически надежный и вакуумиоплотный контакт.

Эти отличия -позволяют повысить надежность работы, срОК службы и упростить конструкцию нагревателя.

электродом 3. Анод 4 является объектом нагрева.

Цилиндр 1 Н фланец 2 изготавливаются из ферромагнитного материала и выполняют

одновременно роль магнитолровода и вакуумной оболочки нагревателя. Цилиндрическое кольцо (электрода) 3, изготовленное пз немагнитного материала, выполняет роль вакуумной оболочки нагревателя и соединяется с цилиндром / и фланцем 2 вакуумноплотно методом пайки или сварки для обеспечения хорошей герметизации и электрического контакта.

Фланец 5 и шпилька 6 (шпилек несколько)

являются магнитопроводами и изготавливаются из ферромагнитного материала.

По оси нагревателя размещается нагреваемая деталь (анод 4). Кольцевая полость, ограниченная цилиндром 1, фланцем 2 и цилиндрическим электродом 3, имеющими электрический контакт между собой, при работе нагревателя выполняет роль отрицательного электрода (полого катода).

Напряжение прикладывается между кольцевой полостью (цилиндр 1, фланец 2, цилиндрическое кольцо электрода 5) и нагреваемой деталью (анодом) 4, (плюсом на нагреваемую деталь 4. При работе нагревателя нагреваемая деталь 4 является коллектором электтри пропусканни через нее тока создает магиитное поле, которое с помощью шпилек 6, фланцев 5 и 2 и цилиндра / концентр-ируется в кольцевой лолосБИ. Электромагнитная катушка 7 закрепляется таким образом, чтобы с одной стороны обеспечить необходимую электрическую изоляцию между катушкой 7 и окружаюш,ими ее деталями, и с другой стороны обеспечить досту.п воздуха для охлаждения фланца 2, цилиндрического кольца электрода 3 и цилиндра /.

Принцип работы нагревателя состоит в следующем.

При достижении внутри нагревателя необходимого вакуума с помощью электромагнитной катушки 7 создается магнитное поле в объеме кольцевой полости, и прикладывается наоряжение между кольцевой полостью и нагреваемой деталью. Возникает разряд между поверхностью кольцевой полости и нагреваемой деталью. Магнитное поле, искривляя траектории электронов с одной стороны облегчает возвикно-вение разряда, а с другой стороны способствует увеличению степени ионизации газа в объеме кольцевой полости, так что разряд оказывается локализованным в кольцевой ПОЛОСТИ. Электроны .под действием электрического иоля пр-иобретают кинетическую энергию и, достигнув анода (нагреваемая деталь 4, вызывают его нагрев.

Режим работы нагревателя изменяется изменением параметров разряда (ток и напряжение разряда, давление газа, папряженность магнитного поля).

Устройства и приспособления, необходимые для обеспечения работы нагревателя (вакуумная камера, дер жатель нагреваемой детали и т. п.), подсоединяются со стороны фланцев 2 и 5.

В случае затруднений с подачей напряжения на катушку 7, связанных с необходимостью ее изоляции от магнитопр-овода на полное рабочее напряжение, для создания необходимого магнитного цоля можно использовать .постоянные магниты. Этосуществевно упрощает схему питания наг|ревателя и облегчает его эксплуатацию.

В предлагаемом нагревателе в качестве источника электронов используется газоразрядная плазма, возникающа1Я в разряде между объектом нагрева, являющемся анодом, и полым кольцевым катодом, помещенным в магнитное поле. Наличие магнитного поля в кольцевом полом катоде способствует концентрации плазмы в области катода за счет того, что под действием магнитного поля электроны

движутся по сложным циклическим траекториям и производят большое число ионизирующих соударений и только после этого ухоДят на анод. Под действием электрического поля между анодом и катодом происходит ускорение электронов до энергий, .необходимых для нагрева анода. Применение в кольцевом нагревателе в -качестве источника электронов газоразрядного полого кольцевого катода, цомещенного в магнитное поле постоянного магнита или электромагнита, является новым.

Благодаря использованию газоразрядного полого катода значительно повышается надежность нагревателя. Такой катод не чувствителен к вакууму и Не боится ионной бом.бардировки, что позволяет работать при сравнительно плохом вакууме. Он имеет простую конструкцию н не требует накала. Нагреватель будет работать как на переменном, так и на постоянном напряжении. Отсутствие начальных цепей позволяет запитывать натреватель непосредственно от выпрямителя, если необходимо осуществлять нагрев на постоянном токе, а

если можно вести нагрев на переменном напряжении, то на нагреватель подается напряжение прямо от повышающего трансформатора.

Указанные преимущества газоразрядного

кольцевого нагревателя свидетельствуют о его перспективности. При давлении 5 10 мм рт. ст. получен ток на анод 150 ма при напряжении 500 в.

Предмет изобретения

Газоразрядный электронный кольцевой нагреватель металлических тел симметричной фор;мы, являющихся анодом, содержащий полый катод, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, срока службы и упрощения конструк ЦИ1и, он снабжен кольцевым источнико.м магнитното поля, например, соленоидом, расположенным во внутренней полости указанного катода коаксиально с ним и с нагреваемым телом, а катод состоит из двух участков, один из которых представляет собой в радиальном сечении С-образный магнитопровод, разомкнутая часть которого

находится со стороны нагреваемого тела, другой, выполненный из электропроводящего немагнитного материала, прилегает к полюсам магнитопровода со стороны, обращенной к источнику магнитного поля, образуя с магнитопроводом электрически надежный и вакуумноплотный контакт.

5 3