Катодный узел электронной лампы Советский патент 1981 года по МПК H01J1/20 

(54) КАТОДНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЫ

Изобретение относится к радиоэле тронике, конкретно к катодным узлам электронных ламп с испарительным ох лаждением. Известны электродные узлы, для электронных ламп с. испарительным ох лаждением, содержащие бойлер, конденсатор и паропровод для передачи пара из бойлера в конденсатор и.во врата конденсата в бойлер В этом устройстве тепловосПринимающий и теплорассеивающий участки смещены друг относительно друга в осевом направлении так, что хотя бы один из концов их не совпадает, В результате этого пути тепловых пото ков через стенку удлиняются и устанавливается больший температурный градиент между тепловоспринимающим и теплорассеивакхцим участками, а также большая неизотермичность теплорассеивающей поверхности. При включении источника тепла жидкость на теплорассеивающей поверхности начинает кипеть. Особенно ти кипения на такой неизотермическо поверхности заключаются в сосуществовании различных, режимов кипения пленочного на наиболее нагретой час поверхности, переходного и развитого пузырькового - на срединной части поверхности и слаборазвитого пузырькового либо конвективного теплообмена - на более холодной части поверхности. При возрастании теплового потока область с пленочньм режимом кипения увеличивается, а остальные области смещаются в сторону более холодной части поверхности. Пленочный режим кипения характеризуется малым коэффициентом теплоотдачи и большими градиентами температуры от стенки к жидкости. Слаборазвитое пузырьковое кипение и конвективный теплообмен характеризуется малым коэффициентом теплоотдачи и малыми градиентами температуры, С каийольшей эффективностью теплоотдача осуществляется на части поверхности с переходным и раэвнтьм пузырьковым кипениеМ; К недостаткам этого устройства следует отнести то, что часть теплорассеивающей поверхности блокируется пленочным режимом кипения и это уменьшает средний коэффициент теплоотда 1и. Кроме того, для стабильной работы теплорассеивагадего устройства необходимо предусматривать резервную (холодную) часть поверхности со елаборазвнтым пузырьковым кипением. Это еще больше уменьшает средний ко : Ффициент теплоотдачи, отнесенный ко всей поверхности теплообмена.

Следует также отметить, что работа теплорассеивающего устройства регламентируется допустимой разность температур поверхности тепловоспринимающего участка и невозмущенных жидкости, у теплорассеивающего участка. Для радиоэлектронных ламп эта разность температур может достигать нескольких сотен градусов. Эффективное использование такого температурного напора таит в себе большие потенциальные возможности для интенсификации теплообмена в теплорассеивающем устройстве. Большая часть этой допустимой разности температур теряется в стенке при удлинении пути тепловых потоков, а также неэффективно используется в пленочном режиме кипения.

Известна также конструкция катодного узла дляэлектронной лампы с эмитирующей поверхностью, расположенной на наружной стороне резервуара, содержащего теплоноситель, соединенный паропроводом с конденсатором Катодная ножка представляет собой цилиндрический корпус, ограниченный снизу плоским дном. Внутри катодной ножки в области самого катода создан резервуар, содержащий сопло с отверстиями и теплоноситель. В нем обеспечивается процесс испарения, конденсации и циркуляции теплоносителя на горячих и холодных участках катодного узла. В качестве теплоносителя используется, например кальцинированная сода, температура плавления которой 840-850 С, что обеспечивает поддержание.температуры на катоде около 8 5 о С С5 -ДТаким образом, для обеспечения требуемого теплового режима катода используется высокотемпературный теплоноситель. Для таких теплоносителей коэффициент теплопередачи сравнительно невысок. Это вынуждает интенсифицировать циркуляцию теплоносителя в катодной ножке, вводя, например, сопло с отверстиями, т.е. ведет к усложнению конструкции . Не используется высокая допустимая температура эмитирукндей поверхности катода для увеличения теплопередающей способности катодного узла. Разность температур катода и теплоносителя мала также из-за высокотемпературного теплоносителя.

Увеличение мощности тепловыделен или плотности теплового потока в устройстве приводит к росту температурных напряжений в конструкции, разрушению катодной ножки вследстви температурных напряжений или пережега.

Мощность, подводимая к эмитирующей поверхности ограничена размером теплоотдающей поверхности, которая равна или. меньше размеров тепловоспринимающей поверхности, и коэффициентом теплоотдачи высокотемпературного теплоносителя, который сравнительно невелик.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и увеличение равномерности термостабилизации на его эмитирующем участке.

Указанная цель достигается тем,что в катодном узле с эмитирующей поверхностью, расположенной на Наружной стороне корпуса, содержащего теплоноситель, соединенный паропроводом с конденсатором, в корпусе установлена втулка из материала с высокой теплопроводностью, в которую вставлен стакан конической формы, образующий своей наружной поверхностью с втулкой зазор, заполненный материалом с низкой теплопроводностью (например, керамикой или парами теплоносителя).

На чертеже изображена предлагаемая конструкция катодного узла в разрезе общий вид.

На наружной поверхности корпуса 1 катодного узла установлен охлаждаемый катод 2 электронной лампы. В корпус 1 вставлена втулка 3, выполненная из теплопроводного материала, в которую с зазором вставлен стакан 4, имеющий коническую форму. Зазор между стаканом и втулкой заполнен материалом с низкой теплопроводностью 5 г например керамикой.

В стакан налит теплоноситель 6, например вода. Корпус 1 и конденсатор 7 соединены паропроводом 8.

Устройство работает следующим образом.

При включении электронной лампы на катоде 2 выделяется тепло.

Тепло от катода 2 вследствие большого термического сопротивления слоя керамики 5 растекается по теплопроводной втулке 3 и распределяется равномерно по стенке конического стакана 4. Отвод тепла, с конического стакана осуществляется в-режиме развитого пузырькового кипения жидкого теплоносителя 6, причем интенсивность кипения поддерживается одинаковой на всей внутренней поверхности стакана.

Образующий пар по пароп говоду поступает в конденсатор, где конденсируется. Конденсат стекает обратно в конический стакан 4. В указанной конструкции при нагреве катода 2 на внутренней поверхности стакана 4 устанавливается тепловой поток, определякяцийся теплопроводностью. конструкции внутрь, стакана и зависящий от следукнцих величин: теплопроводности и толщины стенки катодной ножки, теплопроводности и толщины керамики или другого заполнителя зазора, теплопроводности и толщины материала стакана. Такое устройство приводит к увеличению размеров теплоотдающей поверхности и установлению такого режима теплоотдачи, что возможно применение теплоносителей, имеющих тем пературу кипения значительно ниже, чем рабочая температура эмитирующей поверхности, например воды. Примене ние воды в качестве теплоносителя тем более удобно, что коэффициенты теплоотдачи при ее кипении значительно выше, чем при использовании в качестве теплоносителя расплава кальцинированной соды. Размеры зазора и теплопроводность его наполнителя такие, что на внутренней поверхности стакана 4 устанавливается температура, соответствующая развитому кипению выбра ного теплоносителя 6. Для катодного узла, в котором в качестве теплоносителя используется вода, при давлении близком к атмосферному , развитому кипению соответствует температуре . При нагреве эмитирующего участка 2 на .внутренней поверхности стакана 4 установится расчетный температурный напор,а перепад в стенке катод ного узла составит: & TO, где Тд - температура :эмитирующей поверхности, , Tjj - температура развитого кипе ния выбранного теплоносите ля при заданном давлении. Для предлагаемого катодного узла температурный перепад в стенке соетавляет:9 850-120 730С Этот же температурный перепад ус танавливается вдоль стенки катодног узла. Под действием температурного напора тепловой поток передается участкам стенки кат 5дного узла,удаленным от эмитирующей пЪверхности и вдоль стенки установится соответствующий градиент температур. Размеры зазора 5, заполненного керамикой, меняются по длине катодной ножки и рассчитываются, исходя из условий поддержания заданной температуры на внутренней поверхности стакана и температуры стенки катодной ножки в данном сучении. Втулка 3 из теплопроводного материала , установленная в корпусе 1 катодного узла, служит для ,уменьшения градиента температур на эмитиру щем участке 2 катодного узла, так как благодаря ее высокой теплопроводности выделяющееся тепло перетекает вдоль стенки катодного узла с меньшим градиентом температур. При указанной выше конструкции стенки катодной ножки на эмитирующей поверхности устанавливается температурный перепад, обусловленный разностью тепловыделения на эмитирующей поверхности и на поверхности стакана теплопроводностью и толщиной втулки и стенки катодного узла. Установка внутри стенки катодной ножки втулки, выполненной из материала с высокой теплопроводностью, способствует установлению более равномерного поля .температур на поверхности катодного узла, а установка стакана позволяет равномерно распределить тепловой поток по стенке катодного узла и довести его до плотности наиболее рациональной в условиях эксплуатации с использованием наиболее эффективных теплоносителей. Формула изобретения 1.Катодный узел электронной лампы с эмитирукедей поверхностью,расположенной на наружной стороне корпуса, содержащего теплоноситель, соединенный паропроводом с конденсатором, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы и увеличение равномерности термостабилизаций на эмитирукицем участке, в корпусе установлена втулка из матсриа ;а с вь1сокой теплопроводностью, в которую вставлен стакан конической формы, образующий своей наружной поверхностью с втулкой заэор, заполненный материалом с низкой теплопроводностью. 2.Катодный узел по п.1, отличающийся тем, что в качестве материсша с низкой теплопроводностью использована керамика. 3.Катодный узел по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала с низкой теплопроводностью использованы пары теплоносителя. Источники информации,, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3196936, кл. 165-47, опублик. 1970. 2.Патент Великобритании 1263766, :л. HID, опублик. 1972 (прототип).