DE1416821C - Flussigkeitsgekuhlte Auffangelektro de - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeits- gesehen sind, dann fließt das Kühlungsmittel sehr gekühlte Auffangelektrode für eine langgestreckte leicht ungleichmäßig um die Auffangelektrode, was Hochleistungsröhre für sehr kurze Wellen, insbe- zu unterschiedlicher Kühlung und damit starker Besondere für Hochleistungsröhren nach Art eines anspruchung der Auffangelektrode führt. Besonders Klystrons oder einer Wanderfeldröhre, bei der die 5 ungünstig ist bei einer derartigen Anordnung die Außenwand des an die Elektronenstrahleintritts- Kühlung aber dann, wenn das Kühlmittel zunächst Öffnung sich anschließenden rohrförmigen Auffang- durch den äußeren ringförmigen Kanal an der Aufteils mit einer Vielzahl von Nuten versehen ist, die, fangelektrode entlang und anschließend erst direkt gleichmäßig über die Außenwand verteilt, parallel neben der Außenwand der Auffangelektrode zurückzur Auffangelektrodenachse (Röhrenachse) ver- io geführt wird. Denn wegen der bei dieser Anordnung laufen (Längsnuten), bei der des weiteren der rohr- schlechten Isolation zwischen den für Vorlauf und förmige Auffangteil von einem rohrförmigen metalli- Rücklauf des Kühlmittels verwendeten Kühlmittelschen Teil koaxial umgeben ist, der die Nuten so kanälen wird das eintretende Kühlmittel das ausabdeckt, daß geschlossene Kühlmittelkanäle ent- tretende kühlen, so daß das Kühlmittel die Auffangstehen (Längskanäle), und bei der schließlich die 15 elektrode nie mit optimaler Temperatur verlassen Kühlmittelzufiußleitung und die Kühlmittelabfhiß- kann. Wenn das Kühlmittel durch spiralförmige leitung derart an die Auffangelektrode angeschlossen Kanäle um die Auffangelektrode hin- und zurücksind, daß am abgeschlossenen Ende des Auffang- geführt wird, dann liegen Stellen starker Kühlung teils der Kühlmittelzu- und -abfluß konzentrisch zu- und Stellen schwacher Kühlung dicht beieinander, einander erfolgen. . ao so daß auch wieder eine stellenweise unterschiedliche

Auf dem Gebiet der mit hoher Frequenz arbeiten- Beanspruchung der Auffangelektrode erfolgt,
den Elektronenröhren werden äußerst hohe Leistun- Neben diesen Anordnungen sind ferner noch gen entwickelt; Hochleistungsklystrons im Bereich spezielle Anoden- bzw. Kollektorkühlungen bekannt, von 0,4 bis 4,45 Gigahertz, die zur Zeit in Ge- die eine örtliche Überhitzung des Kühlmittels im brauch sind, erzeugen Spitzenausgangsleistungen von 25 Innern der Kühlkanäle auf Grund eines zu großen 1,25 MW und durchschnittliche Ausgangsleistungen Temperaturgradienten über Kühlrippen verhindern von 75 kW. Bei diesen großen abgegebenen Leistun- sollen. Dies wird dadurch erreicht, daß der Wärmegen hat die zu beseitigende Wärmemenge eine Übergang aus dem Innern des Kollektors in die äußerst große Bedeutung. Daher werden Kühl- Kühlrippen hinein durch zusätzliche Bohrungen an vorrichtungen zunehmend wichtiger, durch die ver- 30 geeigneten Stellen künstlich erschwert ist. Wenn hindert werden soll, daß die auf dem Kollektor auf- auch dadurch eine konstantere Temperatur über die schlagenden Elektroden den Kollektor schnell Kühlrippen hinweg erzielt wird, so muß bei dieser durchbrennen und in die Hochleistungsröhre den ' Lösung mit einer höheren Temperatur im Innern Druck der umgebenden Luft einlassen. · des Kollektors gerechnet werden, was sich wegen Es ist bereits eine oben beschriebene flüssigkeits- 35 einer höheren Zerstäubungs- bzw. Verdampfungsgckühlte Auffangelektrode für langgestreckte Hoch- rate des Kollektormaterials auch ungünstig auf die leistungsröhren, deren Aufbau sehr kapazitätsarm Lebensdauer der Röhre auswirkt,
ist, bekannt, bei der der Durchmesser der Kühl- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus-

_t mittclzufiußleitung am abgeschlossenen Ende des gehend von der . oben beschriebenen flüssigkeits-Auffangteils von den Längskanälen derart erweitert 40 gekühlten Auffangelektrode eine möglichst gleichist, daß die Kühlmittelzufiußleitung mit allen mäßige Kühlung der gesamten Oberfläche der Auf-Längskanälen verbunden werden kann. Die Kühl- fangelektrode einschließlich des abgeschlossenen mittelabfiußleitung umgibt die Kühlmittelzufluß- Endes des Auffangteils vorzusehen,
leitung konzentrisch und weist seitlich neben der Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß am abge-Kühlmittelzufiußleitung einen Auslaß auf. Da bei 45 schlossenen Ende des Auffangteils die Außenwand dieser Anordnung das Kühlmittel von der eigent- des Auffangteils ebenfalls mit einer Vielzahl von liehen Kühlmittelzufiußleitung mit geringem·Durch- Nuten versehen ist, die gleichmäßig über die Außenmesser über ihr Ende mit stark erweitertem Durch- wand verteilt, fächerförmig von innen nach außen messer in die einzelnen Längskanäle fließt, entstehen verlaufen (Fächernuten) und von der den Kühlbei diesem Übergang ungleichmäßige Strömungs- 5° mittelzufluß vom Kühlmittelabfiuß trennenden Zwi-

" Verhältnisse des Kühlmittels, und das Kühlmittel schenwand ebenfalls so abgedeckt sind, daß gewird insbesondere im mittleren Teil der Endfläche schlossene Kühlmittelkanäle entstehen (Fächerder rohrförmigen Auffangelektrode etwas gestaut. kanäle) und daß die Fächerkanäle außen jeweils an Dadurch kann ein uneinheitliches Eintreten des einen der Längskanäle angeschlossen sind und innen Kühlmittels in die Längskanäle auftreten. Es ergibt 55 mit der zentral angeordneten Kühlmittelleitung (Zusich dadurch eine ungleichmäßige Kühlung der Auf- oder Abflußleitung) in Verbindung stehen,
fangelektrode, wobei es stellenweise auch zu starken Durch diesen Aufbau ist eine gleichmäßige gute Erwärmungen kommön kann, wodurch die Lebens- Kühlung auch des Auffangteils der Auffangelektrode dauer der mit der beschriebenen Kühlvorrichtung gewährleistet, und die Lebensdauer dieser Auffangversehenen Auffangelcktrode relativ gering ist. 60 elektrode ist entsprechend groß.

Hs sind ferner andere Auffangelcktroden mit kon- Ausführungsformen der Erfindung werden nach-

zentrischer Anordnung von Zu- und Ablauf bekannt. stehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber

Diese bekannten Auffangelektrodcn haben jedoch erläutert. Dabei zeigt > ■'

entweder keine Vielzahl von einzelnen Längs- F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer flüssig-

kanälen, sondern nur einige, oder aber das Kühl- 65 kcitsgekühltcn Auffangclektrode mit einem wegge-

miltel wird durch spiralförmige Kanäle an der brochenen Teil, die die Kühlmittelkanäle für das.

Außenwand der Auffangelcktrode vor- und zurück- rund um das Auffangteil strömende Kühlmittel

geführt. Wenn nur einige wenige Längskanäle vor- zeigt,

3 4

Fig. 2 einen Schnitt durch die lliissigkeitsgekühlte Endes des äußeren Zylinders 19 einen Ausgang für

Auffangelektrode nach Fig. 1 längs der Linie2-2, die Leitungsverzweigung 18 darstellt. Beide Öffnun-

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch die Auffang- gen22 und 23 sind mit leicht abnehmbaren Ein-

elektrode nach F i g. 2 längs der Linie 3-3, schraubstücken (nicht dargestellt) ausgestattet.

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer anderen 5 Während des Betriebs wird das Kühlmittel, nor-

Ausfühningsform einer flüssigkeitsgekühlten Auf- malerweise Wasser, durch die Öffnung 22 und das

fangelektrode mit einem weggebrochenen Teil, bei Zuleitungsrohr 21 in den Verteilerkörper 15 einge-

der das Kühlmittel 'rund um das Auffangteil strömt, lassen. Die Spitze des Auffangteilkegels 12 dient als

Fig. ;i einen Längsschnitt durch die Auffang- Trennvorrichtung für das Wasser, das dann in die

elektrode nach Fig.4 längs der Linie5-5 und io Fächerkanäle 13& an der Außenwand des Auffang-

F i g. 6 einen Querschnitt durch die Auffang- ' teilkegels und durch diese in die Längskanäle 13 a

elektrode nach F i g. 5 längs der Linie 6-6. des zylindrischen Körpers 11 hineinströmt Die

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Auffangteil, der einen Breite und Tiefe der von den Fdcherkanälen 13 6

hohlen zylindrischen Körper 11 mit einem offenen und den Längskanälen 13 α begrenzten Stege sind

Ende aufweist, mit einer Ausführungsform einer 15 etwa einander gleich. Dadurch wird die maximale

Kühlvorrichtung dargestellt; der zylindrische Körper Berührungsfläche zwischen Wasser und Metall aus-

11 kann an seinem einen Ende von einem Kegel 12 genutzt, und die Kühlung wird gleichmäßig über aus Kupfer abgeschlossen sein, der bündig durch das gesamte Auffangteil verteilt. Durch die Längs-Hartverlötung an einer Schulter 11' festsitzt, die in kanäle 13 a läuft das Kühlmittel in Richtung auf das das geschlossene Ende des zylindrischen Körpers 11 20 offene Ende des zylindrischen Körpers, an dem der eingeschnitten ist. In die Außenwand des zylindri- Ring 17 das Wasser rund um das Ende des ersten sehen Körpers 11 und des Kegels 12 sind maschinell . rohrförmigen Teils 14 . herumleitet, so daß es zwizahlreiche enge, tiefe und parallele Längskanäle 13 α sehen dem zweiten rohrförmigen Teil 16 und dem bzw. Fächerkanäle 13 b eingearbeitet, zwischen ersten rohrförmigen Teil 14 in den Wassersammeldenen kurze dicke Stege 13' fast über die gesamte 25 raum 18' zurückfließt und durch die Ausgangs-Länge des zylindrischen Körpers 11 sowie des Kegels öffnung 23 austritt.

12 verlaufen. Auf den Stegen 13' ist z. B. nach dem Wenn die Tiefe der Stege 13' größer gewählt wird, Heliarc-Schweißverfahren ein hohles, mit einem wird die Kühlung wegen des schnellen Temperaturoffenen Ende versehenes erstes rohrförmiges Teil 14 abfalls in Längsrichtung der Stege nicht verbessert; aus einem Werkstoff befestigt, der eine relativ geringe 30 wenn man die Stege breiter wählt, würde die BeWärmeleitfähigkeit aufweist, beispielsweise aus rost- rührungsfläche zwischen dem Kühlmittel und dem freiem Stahl. Das erste rohrförmige Teil 14 hat einen Metall verkleinert sein. Daher sind optimale geogeringen Abstand vom offenen Ende des zylin- metrische Abmessungen in dem Fall vorhanden, drischen Körpers 11 und begrenzt einen von den wenn die Stege annähernd die gleiche Breite und Kühlmittellängskanälen 13 a gebildeten, von den 35 Tiefe haben.

Stegen 13' durchsetzten inneren Kühlmittelring- Ob das Kühlmittel in die Öffnung 22 eintritt und körper. Das erste rohrförmige Teil 14 ist von einem aus der Öffnung 23 austritt, wie es durch Pfeile in zweiten rohrförmigen Teil 16 umgeben, das als den Figuren dargestellt ist, oder ob man die umZylinder mit einem offenen Ende ausgebildet ist, gekehrte Richtung wählt, bleibt dahingestellt.
dessen Innendurchmesser etwas größer als der 4° Für das erste rohrförmige Teil 14 zwischen dem Außendurchmesser des ersten rohrförmigen Teils 14 inneren und äußeren Kühlmittelringkörper wird rostist und einen in Längsrichtung durch Zwischen- freier Stahl wegen seiner relativ geringen Wärmewände unterteilten äußeren Kühlmittelringkörper leitfähigkeit verwendet. Dieser verhindert eine Erbildet. Zwischen dem zweiten rohrförmigen Teil 16 wärmung der einströmenden Flüssigkeit durch die und dem offenen Ende des zylindrischen Körpers 11 45 ausströmende Flüssigkeit.

sitzt ein Ring 17, der zur Halterung des einen Endes In den Fig. 4 bis 6 ist eine weitere Ausführungs-

des zweiten rohrförmigen Teils 16 und zur Um- form des Auffangteils und dessen Kühlvorrichtung

kehrung der Kühlmittelströmung dient. . dargestellt; der Auffangteil enthält einen mit einem

An dem geschlossenen Ende des zweiten rohr- offenen Ende versehenen zylindrischen Körper 31,

förmigen Teils 16 befindet sich eine Leitungs- 50 z. B. aus Kupfer, der an seinem einen Ende ab-

verzweigung 18, die an der Innenfläche des zweiten geschlossen ist. In den Außenwänden des zylindri-

rohrförmigen Teils 16 mit einem O-förmigen Ring sehen Körpers 31 sind maschinell enge, tiefe, par-

24 und an der innenfläche des ersten rohrförmigen allele Längskanäle 33 angefertigt, zwischen denen

Teils 14 mit einem O-Ring 25 abgedichtet ist. Die mehrere kurze, dicke Stege 32 und 32' ausgebildet

Leitungsverzweigung 18, die beispielsweise aus 55 sind, die fast über die gesamte Länge des zylin-

Bronze hergestellt ist, sammelt und verteilt das drischen Körpers 31 verlaufen. Die Stege 32\ die um

Kühlmittel in der Kühlvorrichtung und besteht aus den vollständigen Umfang des zylindrischen Körpers

einem , gegossenen äußeren Zylinder 19, der an 31 den jeweils zweiten Steg eines Paares darstellen,

seinem einen Ende abgeschlossen ist und an diesem sind etwas kürzer als ihre benachbarten Stege 32, die

Ende zwei öffnungen aufweist. Innerhalb des 60 über die gesamte Länge des zylindrischen Körpers

äußeren Zylinders 19 befindet sich ein gegossener, 31 laufen. Bei dieser Anordnung werden Ver-

trichterförmiger Verteilerkörper 15, der ein Zu- bindungskanäle 30 zwischen zwei benachbarten

leitungsrohr 21 aufweist, das an einer Eintritts- Kanalpaaren 33 hergestellt.

öffnung 22 des abgeschlossenen Endes des äußeren Im geschlossenen Ende des zylindrischen Körpers

Zylinders. 19 angeschweißt ist. Der Raum zwischen 65 31 sind mehrere; strahlenförmig nach außen ver-

dem Verteilerkörper 15 und dem äußeren Zylinder laufende, den Kanälen 33 ähnliche Kanäle 35 ma-

19 dient als Sammelraum 18' für das Kühlmittel, wo- schinell eingearbeitet, die mit abwechselnden Kanälen

bei eine weitere öffnung 23 des abgeschlossenen 33 in Verbindung stehen.

Auf den Stegen 32 und 32' ist z. B. durch das Heliarc-Schweißverfahren ein hohles, mit einem offenen Ende versehenes rohrförmiges Teil 36 befestigt, das etwas an den Enden des zylindrischen Körpers 31 übersteht. Im geschlossenen Ende des zylindrischen Körpers 31 ist auf den Stegen 35', die von den Kanälen 35 begrenzt werden, eine mit Öffnungen versehene. Zwischenscheibe 37 fest aufgezogen, die mit den Stegen 35' und der Innenwand des rohrförmigen Teils 36 nahe am geschlossenen Ende hart verlötet ist. Im Umfang der Zwischenscheibc 37 sind mehrere Schlitze 37' vorgesehen, die auf abwechselnde Kanäle 33 des zylindrischen Körper 31 ausgerichtet und den Kanälen 33 benachbart sind, die mit den Kanälen 35 im geschlossenen Ende des zylindrischen Körpers 31 in Verbindung stehen.

Mit dem offenen Ende des zylindrischen Körpers 31 ist eine mit einer Mittelöffnung versehene Scheibe 42 hart verlötet, die an der Innenwand des offenen ao Endes des rohrförmigen Teils 36 abgedichtet ist. Die Scheibe 42 steht ferner mit den Stegen 32 in Verbindung und ist an diesen luftdicht abgeschlossen.

Die Bezeichnung »offenes Ende« soll das Ende des Auffangteils angeben, in das der Elektronenstrahl eintritt, während das »geschlossene Ende« das entgegengesetzte Ende des Auffangteils darstellt.

Vom geschlossenen Ende des rohrförmigen Teils 36 wird eine Kühlmittelverteilungsleitung 38 getragen, die gegenüber der Innenwand des geschlossenen Endes des rohrförmigen Teils 36 luftdicht abgeschlossen ist. Die Verteilungsleitung 38 verteilt und sammelt das Kühlmittel für den zylindrischen Körper 31 und enthält eine in der Mitte gelegene öffnung 46 und eine versetzte Öffnung 41, die den Einlaß bzw. den Auslaß bilden. Wenn die Verteilungsleitung 38 in dieser Lage abgedichtet ist, wird eine Verteilerkammer 45 gebildet, die mit abwechselnden Kanälen 33 durch die Schlitze 37' in der Zwischenscheibe 37 an dem einen Ende und mit 4» der versetzten öffnung 41 auf der anderen Seite in Verbindung steht. Außerdem ist eine weitere Verteilerkammer 46 vorgesehen; die mit den Kanälen 35 auf dem einen Ende und mit der in der Mitte gelegenen öffnung auf dem anderen Ende in Verbindung steht.

Während des Betriebs tritt das Kühlmittel, normalerweise Wasser, in die Verteilungsleitung 38 durch die Öffnung in die Verteilerkammer 46 ein. Das Kühlmittel geht dann durch die Kanäle 35 in dem umschlossenen Ende des zylindrischen Körpers 31 und in Längsrichtung durch die Kühlmittelkanäle 33 zu dem anderen Ende des zylindrischen Körpers 31 hindurch, an dem die Kanäle 30 eine Querverbindung herstellen, und läuft dann durch die benachbarten Kanäle 33 und die Schlitze 37' der Zwischenscheibe 37 in die Verteilerkammer 45 und somit zur Auslaßöffnung 41 zurück. In welche Öffnung das Kühlmitte! eintritt und in welche Pfeilrichtung es in F i g. 5 läuft, ist frei wählbar; daher kann für die Strömung auch die umgekehrte Richtung gewählt werden.

Wenn die Tiefe der Stege vergrößert wird, wird die Kühlung wegen des schnellen Temperaturabfalls in Längsrichtung der Stege nicht verbessert; wenn man die Stege breiter wählt, würde sich die Berührungsfläche zwischen dem Metall und der Strömung verkleinern. Daher sind optimale geometrische Abmessungen dann gegeben, wenn die Stege eine annähernd gleiche Tiefe und Breite aufweisen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsgekühlte Auffangelektrode für eine langgestreckte Hochleistungsröhre für sehr kurze Wellen, insbesondere für Hochleistungsröhren nach Art eines Klystrons oder einer Wanderfeldröhre, bei der die Außenwand des an die Elektronenstrahleintrittsöffnung sich an-. schließenden rohrförmigen Auffangteils mit einer Vielzahl von Nuten versehen ist, die, gleichmäßig über die Außenwand verteilt, parallel zur Auffangelektrodenachse (Röhrenachse) verlaufen (Längsnuten), bei der des weiteren der röhrförmige Auffangteil von einem rohrförmigen metallischen Teil koaxial umgeben ist, der die Nuten so abdeckt, daß geschlossene Kühlmittelkanäle entstehen (Längskanäle), und bei der schließlich die Kühlmittelzuflußleitung und die Kühlmittelabflußleitung derart an die Auffangelektrode angeschlossen sind, daß am abgeschlossenen Ende des Auffangteils der Kühlmittelzu- und -abfluß konzentrisch zueinander erfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß am abgeschlossenen Ende des Auffangteils die Außenwand des Auffangteils ebenfalls mit einer Vielzahl von Nuten versehen ist, die gleichmäßig über die Außenwand verteilt, fächerförmig von innen nach außen verlaufen (Fächernuten) und von der den Kühlmittelzufluß vom Kühlmittelabfluß trennenden Zwischenwand ebenfalls so abgedeckt sind, daß geschlossene Kühlmittelkanäle entstehen (Fächerkanäle), und daß die Fächerkanäle außen jeweils an einen der Längskanäle angeschlossen sind und innen mit der zentral angeordneten Kühlmittelleitung (Zu- oder Abflußleitung) in Verbindung stehen.

2. Auffangelektrode nach Anspruch 1, bei der der die Längsnuten abdeckende (erste) rohrförmige metallische Teil mit Abstand von einem weiteren (zweiten) rohrförmigen metallischen Teil koaxial umgeben ist und diese Teile so mit der Kühlmittelzuflußleitung und der Kühlmittelabflußleitung verbunden sind, daß das Kühlmittel entweder zunächst die Kühlmittelkanäle bis etwa in Höhe des offenen Endes des Auffangteils (Elektronenstrahleintrittsöffnung) durchfließt, dann umgelenkt wird und über den Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten rohrförmigen metallischen Teil zurückfließt oder diesen Weg in umgekehrter Richtung zurücklegt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste rohrförmige metallische Teil (Scheidewand) aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit besteht (Fig. 1 bis 3).

3. Auffangelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeschlossene Ende des Auffangteils kegelförmig ausgebildet ist.

4. Auffangelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fächerkanäle an jeden zweiten der Längskanäle angeschlossen sind und mit diesen die Zuflußkanäle für das Kühlmittel bilden, daß das Kühlmittel etwa in Höhe

des offenen Endes des Auffangteils (Elektronenstrahleintrittsöffnung) jeweils in den benachbarten Längskanal umgelenkt wird und in diesem zurückfließt, und daß die zum Rückfließen des Kühlmittels dienenden Längskanäle im abgeschlossenen Ende des Auffangteils in eine ringförmige Kammer münden, die mit der Abflußleitung in Verbindung steht (F i g. 4 bis 6).

5. Auffangelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die die Längskanäle begrenzenden Stege etwa die gleiche Breite und Tiefe haben.

6. Auffangelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskanäle eine geringere Breite als die Stege' zwischen ihnen haben.

7.. Auffangelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fächerkanäle eine geringere Breite als die Stege zwischen ihnen haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109617/16