DE1539940A1

DE1539940A1 - Kuehlsystem fuer Elektronenroehren

Info

Publication number: DE1539940A1
Application number: DE19661539940
Authority: DE
Inventors: O'loughlin Cian Noel
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1965-11-24
Filing date: 1966-11-23
Publication date: 1970-11-12
Also published as: CH455058A; NL6616551A; GB1114513A; SE311048B; NL152701B; US3388740A; DE1539940B2

Description

dr. müller-bor£ dipl.-ing. gralfs Dr. manitz

PATENTANWÄLTE Λ C Q Ci G £ Π

Braunschweig, 22.11.1966 Unser Zeichen= Kl/kl - E

English lülectric Valve Company Limited English electric House / Strand London ü.0,.2 / England

Kühlsystem fur Elektronenröhren

Priorität: Großbritannien vom 24.11.1965 ( 50004 / 65 )

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für Elektronenröhren, bei dem der zu kühlende Teil der Röhre in ein Kühlmittel in einem Verdampferkessel eintaucht, das dem Kessel aus einem Vorratsbehälter zugeführt wird, und bei dem ein gewünschter vorgegebener Kühlmittelstand im Verdampferkessel automatisch durch Rückfluß dos überschüssigen Kühlmittels eingehalten wird, durch das der Kühlmittelstand im Verdampfer andernfalls über den vorgegebenen Stand hinaus angehoben würde.

Die allgemein bei wassergekühlten Elektronenröhren in den Kühlmittelkreisläufen zur Umwälzung eingesetzten tVasserpumpen zei-

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gen den Nachteil, oberhalb einer gewissen Temperatur - typisch etwa 80 C - niciit wirtschaftlich zu arbeiten. ius müssen daher Mittel vorgesehen werden, die eine »Vassereintrittstemperatur für die Pumpe, welche unterhalb dieser Temperatur liegt, gewährleisten. Derartige Mittel bestehen gewöhnlich aus svärmetauschern im Kühlkreislauf zwischen dem Eintritt in die Wasserpumpe und dem Austritt aus dem Verdampferkessel, d.ii. dem Teil des Kühlsystems, dem die iVärme von der zu kahlenden Röhre zugeführt wird. Derartige Wärmetauscher bauen jedoch groß und sind teuer.

Ziel der Erfindung ist es, eine Vereinfachung des Kühlsystenis durch iVegfall des Wärmetauschers zu bewirken, der Pumpe jedoch nach wie vor »'/asser mit einer Eintrittstemperatur zuzuführen, üie niedrig genug ist, um einen wirtschaftlichen Betrieb sicherzustellen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen die Figuren 1 und 2 typische bekannte tfasserkühlsysteme, während die Figuren 3, 4 und 5 zur Erläuterung der Erfindung dienen.

Figur 1 zeigt schematisch ein typisches bekanntes Kühlsystem für ein Hochleistungsklystron, während Figur 2 eine typische bekannte Verdampferkesselanordnung mit "innerem überlauf" darstellt, bei der Wärme auf das Wasser in dem Kessel 1, in das der Kollektor des zu kühlenden Klystrons (nicht darge-

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stellt) eintaucht, übertragen wird. Figur 1 zeigt zwei getrennte Kühlkreisläufe, von denen der eine bei dem Kessel 1, in welchem die Verlustwärme des Klystron-Kollektors Dampf erzeugt, und der andere (in dein kein Dampf erzeugt wird) bei eine»;! Wasserkühlmantel 6 zur Kühlung des Klystrongehäuses beginnt.

Dem Kessel 1 wird Wasser von einem Wasserbehälter 2 durch eine Pumpe 3 zugeführt, wobei der Wasserstand im Kessel auf einer gewünschten, im wesentlichen konstanten Höhe gehalten wird, die ausreicht, um den Kollektor des Klystrons einzutauchen. Dies geschieht mittels eines in Figur 2 dargestellten inneren Überlaufs. Der Dampf von dem Kessel 1 durchläuft den Kondensator 4, aus dem Wasser mit einer typischen Temperatur von etwa 80 C austritt. Ein Kondensator, der Austritt swasser mit einer niedrigeren Temperatur erzeugen würde, wäre unerwünscht teuer. Dem aus dem Kondensator austretenden Wasser wird über Rohr 11 das überfließende Wasser mit einer typischen Temperatur von etwa 100 C aus dem inneren Überlauf im Kessel 1 beigemischt. Dieses Gemisch aus Kondensatoraustrittswasser und Überlauf-Austrittswasser hat eine Temperatur zwischen 80 und 100 C und wird einem Wasser-Wärmetauscher 5 zugeführt, um vor dem Wiedereintritt in den Behälter 2 und soirit vor der neuen Umwälzung durch die Pumpe auf eine Temperatur unter etwa 80°C herabgekühlt zu werden. Für den Kühlwassermantel 6 des Klystrongehäuses ist ein zweiter Kühlwassermantel vorgesehen, der einen Vorratsbe-

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halter 7, eine Pumpe 8 und einen Wasser-värmetauscher 9 enthält. Die Arbeitsweise des zweiten Kühlsystems geht aus der Figur hervor und erfordert daher keine weitere Beschreibung. Die mit X bezeichneten Blöcke stellen die normalerweise vorgesehenen Wasserabsperrungen dar.

Figur 2 zeigt den inneren Überlauf in dem Kessel 1. Dieser hat ein Wassereinlaßrohr IO (dem von der Pumpe 3 «Vasser zugeführt wird) sowie ein Wasseraustrittsrohr 11, das aufwärts durch den Kessel hindurch verläuft, um einen überlauf 12 zu bilden. Der durch die gestrichelte Linie im Kessel angedeutete Wasserstand wird durch den überlauf 12 eingehalten, indem das von der Pumpe 3 zugeführte vVasser bis zur Oberseite des Überlaufs ansteigt und überschüssiges Wasser durch das Rohr 11 abfliegt. Die Temperatur dieses Wassers liegt nahe der Siedetemperatur.

Gemäß der Erfindung ist ein Kühlsystem der angegebenen Art dadurcii gekennzeichnet, daß Mittel außerhalb des Kessels, die einen Nebenschluß zu diesel bilden, für den Rückfluß des überschüssigen Kühlmittels zu dem Vorratsbehälter vorgesehen sind, wodurch eine beträchtliche Aufheizung dieses überschüssigen Kühlmittels, die beim Durchlaufen des Kessels auftreten wurde, vermieden wird.

Vorzugsweise wird das überschüssige Kühlmittel in ein Rohr, das von einem Kondensator, dem verdampftes Kühlmittel aus dem Kessel zugeführt wird, zu dem Vorratsbehälter führt,

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geleitet.

Das Kühlmittel ist normalerweise Wasser, jedoch ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Wasser als Kühlmittel beschränkt.

Bei einer Form der Anwendung der Erfindung auf ein Kühlsystem, bei dem Kühlmittel von eine.n Behälter über eine Umwälzpumpe einem Kessel zugeführt und das im Kessel verdampfte Kühlmittel durch einen Kondensator kondensiert und in den Behälter rückgeführt wird, ist ein Kühltnitteleintrittsrohr vorgesehen, welches Kahlmittel an einer tief gelegenen Stelle in den Kessel einführt, sowie ein weiteres Rohr, das Kühlmittei zu einem überlaufrohr außerhalb des Kessels, dessen Überlaufhcihe dem im Kessel einzuhaltenden Kühlmittelstand entspricht, führt, wobei das überfließende Kühlmittel aus dem äußeren überlauf rohr zu dein Behälter zurückgeführt wird.

Der äußere Überlauf kann durch das obere Ende eines Kohres gebildet werden, welches durch eine Abzweigung des Eintrittsrohres, durch das dem Kessel Kühlmittel an einer tief gelegenen Stelle zugeführt wird, mit Kühlmittel gespeist wird und von einem gegen die äußere Atmosphäre offenen Mantelrohr umgeben ist, wobei dieses Mantelrohr ein Kühlmittelaustrittsrohr aufweist, das von einer tief gelegenen Stelle innerhalb der Ummantelung zu dem Vorratsbehälter führt. Bei einer Abwandlung wird der äußere überlauf durch die überkante einer Trennwand gebildet, die sich vom Boden eines

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Behälters, der gegen die außenat&oSphäre hin offen ist, nach oben erstreckt. Dieser Behälter hat auf der einen Seite der Trennwand ein Kühlmitteleintrittsrohr, das von dem Vorratsbehälter heranführt, sowie ein Kühlmittelaustrittsrohr, über das der Kessel an einer tief gelegenen Stelle eingespeist wird, und auf der anderen Seite der Trennwand ein Kühlmittelaustrittsrohr zur Rückführung des Kühlmittels von einer tief gelegenen Stelle des genannten Behälters zu·« Vorratsbehälter.

Ist die Kühlung eines weiteren Teils der Elektronenröhre gefordert, beispielsweise bei einem Klystron mit einem Gehäuse-Küalwassermantel, so wird der Kühlmantel dieses Teils vorzugsweise mit deai wasserumlauf kr eis der Pumpe in Reihe geschaltet.

Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Anordnung des Kessels in einem erfindungsgemäßen System und Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines die Erfindung enthaltenden Kühlsystems.

Gemäß Figur 3 enthält der eigentliche Kessel 1, in dem der Kollektor des Klystrons (nicht dargestellt) angeordnet ist, keinen inneren überlauf. Kühlwasser wird durch das verzweigte Einlaßrohr 14, dessen einer Zweig an tief gelegener Stelle in den Kessel eintritt und dessen anderer Zweig 16 außerhalb des Kessels verläuft und ein offenes Ende in Höhe des

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iai Kessel einzuhaltenden Wasserstandes 17 hat. Eiη Mantelrohr 18 umschließt den Zweig 1ΰ und erstreckt sich von direkt oberhalb des Zweiges 15 bis hinauf zur Oberseite des Kessels. Nahe seinem Boden führt ein Wasseraustrittsrohr 19 heraus. Das Alantelrohr 18 ist mit der Außenatmosphäre durch eine öffnung 2ü in seiner oberen Abschlußwand verbunden. »Vie aus der in Figur 3 dargestellten Anordnung ersichtlich ist, enthält diese einen Überlauf außerhalb des Kessels, durch den das von der Pumpe augeführte überschüssige Wasser zu dem Vorratsbehälter rückgeführt wird. Der Überlauf wird durch die Oberseite des Rohres 16 gebildet, die in der Höhe dos iiii Kessel einzuhaltenden Wasserstandes liegt. Auf diese Weise wird zu dem Kessel für das überschüssige tfasser ein Nebenschluß gebildet. Dieses wird infolgedessen nicht mehr beim Durchlaufen des Kessels erwärmt. Der im Kessel erzeugte Dampf tritt durch das Dampfaustrittsrohr 21 aus.

Da keine oder nur eine geringe Wärmeübertragung vom Kessel 1 auf das Wasser in dem Eintrittsrohr IG oder im Mantelrohr 18 stattfindet, liegt die Temperatur des aus dem Austrittsrohr austretenden Kühlmittels nicht wesentlich über der des Kühlmittels, das durch das Einlaßrohr 14 herangeführt wird.

Gemäß Figur 4 (in der die Rohrleitungen schematisch durch einzelne Linien dargestellt sind) fördert die Pumpe 3 Wasser aus dem Vorratsbehälter 2 zu einer Klystrongehäuse-Ummantelung 6 (wie in Figur l), aus der das Wasser in den Kessel 1 eintritt. Die Pumpe speist weiter tfassur in das Einlaß-

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rohr 14 ein. Im dargestellten Fall, in dem ein Klystron-Kühlwassermantel 6 vorhanden ist, wird das Wasser von der Pumpe 3 durch den Kühlwassermantel 6 des Klystrons zu dem Rohr 14 gefördert, sodaß der Kühlwassermantel direkt in Reihe mit dem Wasserkreislauf liegt. Der Dampf aus dem Dampfaustritt srohr 21 tritt in den Kondensator 4 ein, aus dem das kondensierte Wasser über das Sperrventil X (flow interlock) zu dem Vorratsbehälter 2 rückfließt. Das Wasseraustrittsrohr 19 (aus dem Mantelrohr 18 in Figur 3) vereinigt sich mit dem Kondensator-Austrittsrohr an einem Punkt vor dem Wasser-Sperrventil und die Rohrleitung vom Kühlwassermantel zu dem Vorratsbehälter ist zwecks besserer Kühlung wie bei 23 dargestellt mit Kühlrippen besetzt.

Im Betrieb bringt der Kollektor des Klystrons, der in das Wasser im Kessel 1 eintaucht, dieses zum sieden, wobei Dampf entsteht, der in den Kondensator 4 eintritt. Das aus dem Kondensator austretende Wasser hat eine Temperatur von etwa 80°C. Dieses Wasser wird mit dem aus dem Rohr 19 überfließenden Wasser gemischt, wobei das Mischwasser auf Grund der relativ niedrigen Temperatur des Wassers aus dem Rohr 19 eine Temperatur von nur etwa 50° bis 60°C aufweist. Der Wärmetauscher 5 nach Figur 1 kann somit entfallen. Die Verrippung 23 unterstützt den KühlVorgang weiter. Das der Pumpe 3 zugeführte Wassor hat demnach eine Temperatur, bei der eine normale Pumpe wirtschaftlich arbeitet.

Bei der in Figur 5 dargestellten Abwandlung wird für das

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überschüssige .Vasser eine etwas unterschiedliche Anordnung des äußeren Überlaufs verwendet. Bei dieser Ausführungsform ist ein Außenbehälter löl vorgesehen, der an seiner Oberseite über eine Öffnung 20 mit der Außenatmosphäre verbunden ist. Der Behälter 181 hat eine quer verlaufende Trennwand 161, die sich vom Boden des Behälters bis zur Höhe des gewünschten einzuhaltenden Flüssigkeitsstandes im Kessel erstreckt. Aus dem Vorratsbehälter 2 von der Pumpe 3 (Fig. 4) gefördertes Wasser tritt in den Behälter 181 am Boden auf der einen Seite der Trennwand 161 durch das Einlaßrohr 141 ein. Ein Teil des iV'assers tritt an einer tief gelegenen Stelle über das Rohr in den Kessel ein, der über dieses Rohr mit dem Behälter verbunden ist. Das über Rohr 141 geförderte Wasser füllt den Behälter auf dieser Seite der Trennwand bis zur Höhe der Trennwandoberkante, wobei das überschüssige vVassor über die Trennwandoberkante läuft und in den Raum auf der anderen Seite der Trennwand fließt, von dem es über das tief angesetzte Rohr 19 (Fig. 4) in den Vorratsbehälter 2 rückfließt. Bei dieser Ausführungsform wird der äußere Überlauf durch die Oberkante der Trennwand 161 gebildet, die die Höhe des im Kessel einzuhaltenden vVasserstandes bestimmt.

Ist, wie in den Beispielen erläutert, eine Kühlung des Klystrongehäuses vorgesehen, so kann der Klystron-Kühlwassermantel, wie bereits beschrieben, ,mit dem Wasserkreislauf in Reihe geschaltet werden, wodurch der Wär/Anetauscher 9 nach Figur 1 entfallen kann.

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Claims

Bsiegexempiar

Darf nicht n^rrt \*c=den

j,* a t e η t a η s ρ r ü c h e

1. Kühlsystem für Elektronenröhren, bei dem der zu kühlende Toil dor Köhre in ein Kühlmittel in einem Verdanipferkessel eintaucht, welches dem Kessel aus einem Vorratsbehälter zugeführt wird, und bei dein ein gewünschter vorgegebener Kühlmittelstand im Verdampferkessel automatisch durch Rückfluß des überschüssigen Kühlmittels eingehalten wird, das, falls es dem Kessel zugerührt und nicht rückfließen würde, den Kühlmittelstand im Verdampferkessel über den vorgegebenen Stand hinaus anheben würde, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Verdampf crkessels (l) «iittel vorgesehen sind, die einen Nebenschluß zu diese.:) bilden und dem Rückfluß des überschüssigen Kühlmittels zu dem Vorratsbehälter (2) dienen, v/o durch eine beträchtliche Aufheizung dieses überschüssigen Kühlmittels, die beim Durchlaufen des Kessels auftraten würde, vermieden wird.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das überschüssige Kühlmittel in ein Rohr, das von einem Kondensator, dem verdampftes Kühlmittel aus dem Kessel zugeführt wird, zu den Vorratsbehälter führt, geleitet wird.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1 öder 2, bei dem das Kühlmittel von einem Behälter über eine Umwälzpumpe eioesn Verdampferkessel zugeführt und das im Kessel verdampfte Kühlmittel

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durch einen Kondensator kondensiert und in den Behälter rückgeführt wird, gekennzeichnet durch ein Ivühlmittcleintrittsrohr (15), welches Kühlniittel an einer tief gclofjonen Stelle in den Verdampforlcessol (l) einfuhrt, sowie durch ein weiteres Rohr (14), das Kühlmittel zu einem Überlaufrohr (l6) außerhalbs des Kessels (l) führt, wobei die Überlaufhöhe deai im Kessel (l) einzuhaltenden Kühlniittelstand entspricht und das überfließende Kühlmittel von de;:¹, überlaufrohr zu dem Vorratsbehälter (2) rückgefährt wird.

•1. Kühl syst STi nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere überlauf durch das obere Ende eines Rohres (to) gebildet wird, das von einer Abzweigung des Kühlmitteleintrittsrohres (15), durch das dem Verdampferlcessel (l) an einer tief gelegenen Stelle Kühlmittel zugeführt wird, mit Kühlmittel gespeist wird und das von .einem gegen die Außenattüosphäre hin offenen Alantelrohr (18) ■ umschlossen ist, und daß das Mantelrohr (lö) ein Kühlniittelaustrittsrohr (19) aufweist, das von einer tief gelegenen Stelle des Mantelrohrs zu dem Vorratsbehälter (2) führt.

5. Kühlsy stcm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere überlauf durch 'die Oberkante einer Trennwand (161) gebildet wird, die sich vom Boden eines gegen die Außenatmosphüre offenen Behälters (löl) nach oben er-

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streckt, daß der Behälter auf der einen Seite der Trennwand (lüt) ein vom Vorratsbehälter («2) heranführendes Külilmitteleintrittsrohr (I4t) sowie ein zu einer tief gelegenon Stelle des Kosaola (l) fahrendes Kühlmittelaustrittsrohr (15), über das der Kessel gespeist wird, und auf der anderen Seite der Trennwand ein Küulraittelaustrittsrohr (l⁽J) für den Rückfluß des Kühlmittels von einer tief gelegenen Stelle des Behälters (181) zum Vorratsbehälter (2) aufweist.

G. Kühlsystem nach einem dor vorhergehenden Ansprüche, uas eine zusätzliche Kühlkammer aufweist, durch die ein gesonderter Teil der Elektronenröhre gekühlt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß diese zusätzliche Kühlkammer mit dem Kühlkreislauf von und zu dem Vorratsbehälter der Wirkung nach in Reihe geschaltet wird.

7. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Teil des Kühlkreislauf es, der das Kühlmittel zu dem Vorratsbehälter zurückführt, die Rohrleitungen mit Kühlrippen (23) versehen sind·

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