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Siede-Kühlsystem für Elektronenröhren großer Leistung und Speisevorrichtung
hierfür Die Erfindung betrifft ein Siede-Kühlsystem für Elektronenröhren großer
Leistung, deren Anode aus einem massiven Körper besteht, der mit parallel zur Anodenachse
liegenden, oben und unten offenen Kühlkanälen versehen ist, bei dem die Kühlflüssigkeit,
z. B. Wasser, von unten in die Kanäle eintritt und bei dem der Dampf am oberen Ende
zu einer Dampfkammer hin austritt.
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Es ist bereits ein Siede-Kühlsystern für Elektronenröhren mit einem
massiven Körper als Anode bekannt, bei dem die Anode von einem Kühltopf umgeben
ist, in dem ein Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist, neben dem sich ein freier Raum
für die Evakuierung des Dampfes befindet. Die sich an der Berührungsfläche zwischen
Anode und Wasser bildenden Dampfblasen steigen nach oben und werden durch den den
Flüssigkeitsbehälter umgebenden freien Raum abgeführt.
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Dieses bekannte Kühlsystem hat den Nachteil, daß der Kühltopf und
der darin enthaltene Flüssigkeitsbehälter die Kapazität der Anode gegen Masse erhöhen,
was bei kurzen und ultrakurzen Wellen höchst unerwünscht ist.
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Ziel der Erfindung ist eine Siede-Kühlvorrichtung, bei der dieser
Nachteil vermieden und die Anoden-Masse-Kapazität auf ein Minimum herabgesetzt wird.
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Hierzu sieht die Erfindung bei einem Siede-Kühlsystem der eingangs
genannten Gattung vor, daß die Kühlflüssigkeit zur Erzielung einer geringen Anoden-Masse-Kapazität
nur unter den Boden der Anode zugeleitet wird, während die Mantelfläche der Anode
direkt von der äußeren Atmosphäre umgeben ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise
beschrieben; in dieser zeigt F i g. 1 den Längsschnitt einer durch eine Vorrichtung
gemäß der Erfindung gekühlten Röhre, F i g. 2 eine Abwandlung des Gegenstandes
der F i g. 1 und die F i g. 3 und 4 zwei Beispiele von Anlagen zur
Kühlung mittels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Nach F i g. 1 besteht
die Anode 2 einer Elektronenröhre 1 großer Leistung entweder selbst aus einem
dicken Körper oder sie ist mit einem solchen fest verbunden. Dieser Körper ist aus
einem oder mehreren Stücken nach irgendeinem bekannten Verfahren hergestellt. Er
ist mit parallel zur Röhrenachse verlaufenden, oben und unten offenen Kanälen
3 versehen.
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Diese Kanäle können vorzugsweise einen im Sinne des Umlaufes der Dampfblasen
zunehmenden Querschnitt aufweisen, d. h. sich im Sinne von dem untenliegenden
Einlaß zu dem obenliegenden Ausgang erweitern. Diese Form bietet den Vorteil einer
merklichen Verringerung von heftigen Stößen und Schwingungen, welche auftreten,
wenn die gebildeten Dampfblasen eine Tendenz zum raschen Entweichen besitzen. Weiter
verbessert diese Form den Wärmeaustausch dadurch, daß die Blasen in gutem Kontakt
mit der Flüssigkeit stehen können, aus der sie entstehen.
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Im oberen Teil der Anode ist eine Dampfkammer 5 vorgesehen.
Sie ist mit einem Dampf-Abführungsrohr 6 versehen.
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Das Zuführungsrohr 8 für das unter Druck oder nicht unter Druck
stehende Wasser endet in einem Teil 7, zwischen dem und dem Boden der Anode
2 eine Ringdichtung 9 vorgesehen ist, damit das Wasser nur in die Kanäle
3 eintreten, jedoch nicht auch die Außenfläche der Anode 2 bespülen kann.
Somit ist um die Mantelfläche der Anode herum kein Behälter zur Aufnahme des Wassers
angeordnet und die Masse-Kapazität der gesamten Vorrichtung beträchtlich herabgesetzt.
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Der Abschluß des wasserdichten, durch die Dichtung 9 begrenzten
Raumes kann durch einen Flanschring 10 und Bolzen 11 bewirkt werden.
Wenn
eine Ersetzung der Röhre vorgenommen werden soll, ist es bei der Vorrichtung nach
F i g. 1
notwendig, ein Wasser-Zuführungsventil in dem Rohr 8 zu schließen.
Um das zu vermeiden, kann das Teil 7 nach F i g. 2, wenn erwünscht,
mit einer zylindrischen Wand 13 versehen werden, deren Durchmesser sehr wenig
größer als der der Anode 2 ist. Diese Wand dient nur dazu, ein Auslaufen des Wassers
zu verhindern, wenn die Röhre herausgezogen wird, ohne daß das Zuführungsventil
geschlossen wurde. Diese Wand bildet zusammen mit dem Teil 7
tatsächlich einen
Behälter; sein Durchmesser ist je-
doch sehr viel geringer als der der Behälter
der bekannten Vorrichtungen. Sein ungünstiger Einfluß auf die Kapazität ist also
relativ gering. Außerdem ist das Vorhandensein dieses Behälters nicht unvereinbar
mit dem Merkmal der Erfindung, denn nach dem Wiedereinsetzen der Röhre mit der Dichtung
9 gelangt das Kühlwasser nur zum Boden der Anode in den durch diese Dichtung
begrenzten Raum. Das zwischen der Anode 2 und der Wand 13 vorhandene Wasser
steht dagegen still; es steht unter keinem Druck und ist nur in sehr geringer Menge
vorhanden, welche während des Betriebes der Röhre durch Verdampfung verschwindet.
Das der Röhre zugeführte Wasser kann 1. entweder unter keinem Druck stehen,
wobei der Pegel durch ein Gefäß mit konstanter Füllhöhe gehalten wird, so daß das
Wasser einen Teil der Länge der Kanäle einnimmt, während der Rest mit Dampf oder
mit einer Emulsion von durch die Blasen mitgenommener Flüssigkeit gefüllt ist, 2.
oder es steht unter Druck, welcher durch eine Pumpe aufrechterhalten wird, deren
Durchsatz derart eingeregelt wird, daß das Wasser die Kanäle vollständig, die darüber
liegende Dampfkammer und die Abführungsrohrleitung jedoch nicht vollständig füllt.
Auf diese Weise bleibt in dieser Kammer und in dieser Rohrleitung Platz für den
Dampf. Die F i g. 3 und 4 stellen zwei Beispiele von Anlagen dar, welche
jeweils einer dieser beiden Ausführungsfonnen entsprechen.
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Nach F ig. 3 stellt das Rechteck 4 schematisch eine Röhre nach
einer der F i g. 1 oder 2 dar, deren Wasserzuleitung bei 8 und deren
Dampfabführung bei 6 dargestellt sind. Das Rohr 6 steht in ausreichend
dichter Verbindung mit einem Rohr 14, welches den Dampf zu einem Verflüssiger-Kühler
15 leitet. Von dort gelangt das Wasser durch den Kanal 16 wieder in
den Kreislauf. Ein Kanal 17 dient zur Rück-Crewinmin- der Niederschläge,
die sich in dem Rohr C C
14 bilden. Der konstante Pegel 12 wird durch einen
Behälter 18 konstanter Füllhöhe mit einem Schwimmerverschluß 19 und
einem Vorratsbehälter 20 aufrechterhalten.
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In F i g. 4 bezeichnen die gleichen Bezugszahlen die entsprechenden
Elemente wie in F i g. 3. Der Unterschied der Ausführungsform nach F i
g. 4 ist der, daß zwischen dem Behälter 18 und dem Rohr
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eine Pumpe 23 und ein Austauscher-Kühler 22 geschaltet ist. Diese
Pumpe drückt das Wasser durch den Austauscher, so daß es die Kanäle nach den F i
g. 1 oder 2 vollständig füllt, jedoch nicht den gesamten Querschnitt des
Rohres 6 einnimmt, so daß Platz für den Dampf bleibt. Die Trennung zwischen
Wasser und Dampf erfolgt in der Kamm-er 21. Das Wasser kehrt über das Gefäß
18 und den Austauscher 22 zu dem Kühlumlauf zurück, während der Dampf in
dem Verflüssiger 15 kondensiert wird und durch den Kanal 16 wieder
in den Kühlumlauf gelangt.
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Diese Vorrichtung bildet ein Kühlsystem durch einen von Sieden begleiteten
Umlauf, was durch die Kombination der Dichtung mit den Kanälen und der Dampfkammer
gemäß der Erfindung ermöglicht wird. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung bietet
den Vorteil, daß die Kanäle von auf sehr geringer Temperatur, z. B. 10' C,
gehaltenem Wasser durchflossen werden können. Der Umlauf des Wassers mit einem relativ
geringen Durchsatz ist erforderlich, damit die Strömuna,smitteltemperatur in den
Kanälen der Anode nur wenig zunimmt. Die Dichtung ermöglicht den Umlauf, während
die Dampfkammer die Sammlung der Blasen gestattet, welche sich an den Berührungsstellen
zwischen Metall und Wasser bilden. Es ist bekannt, daß die Verwendung eines Strömungsmittels
mit sehr geringer Temperatur zur Kühlung durch Sieden es ermöglicht, die pro Flächeneinheit
abgeführte Leistung beträchtlich zu erhöhen. Wenn die Temperatur z. B. geringer
als 101 C ist, kann die Abführung bis zu 1 kW pro cm2 betragen.
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Darin besteht ein weiterer wesentlicher Vorteil der Kombination gemäß
der Erfindung, abgesehen von der Verringerung der obenerwähnten unerwünschten Kapazität.