DE1539940C - Kuhlvorrichtung fur Elektronenrohren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für temperatur liegende hohe Temperaturen, so daß vor

Elektronenröhren, bei welcher der zu kühlende Teil der Rückführung in den Vorratsbehälter, bzw. der

der Röhre in ein in einem Verdampferkessel befind- Zuführung zur Umwälzpumpe ein verhältnismäßig

liches Kühlmittel eintaucht, welches dem Verdampfer- aufwendiger Wärmetauscher vorgesehen werden muß,

kessel aus einem Vorratsbehälter durch eine Um- 5 der in der Lage ist, die relativ hohe Temperatur von

wälzpumpe zugeführt wird und von dem ein Teil ver- etwa 80° C um mindestens 20 bis 30° C herabzu-

dampft und über einen Kondensator wieder zum setzen. ·

Vorratsbehälter zurückgeführt wird und ein weiterer Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei

Teil unverdampft in einer solchen Menge zum Vor- einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art

ratsbehälter zurückgeleitet wird, daß der Flüssigkeits- io eine Vereinfachung des Kühlsystems durch Wegfall

stand in dem Verdainpferkessel konstant bleibt. der bisher üblichen Wärmetauscher zu erzielen und

Die allgemein bei wassergekühlten Elektronen- dabei trotzdem die Eintrittstemperatur des Kühlmitröhren in den Kühlmittelkreisläufen zur Umwälzung tels in die Umwälzpumpe im Kühlmittelkreislauf so eingesetzten Wasserpumpen arbeiten oberhalb einer niedrig wie bisher zu halten.

gewissen Temperatur — typisch etwa 80° C — nicht 15 Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, wirtschaftlich. Es müssen daher für einen wirtschaft- daß der unverdampft zurückgeleitete Teil vor dem liehen Pumpenbetrieb Mittel vorgesehen werden, die Eintritt in den Verdampferkessel aus dem Kühlmitteleine Wassereintrittstemperatur für die Pumpe gewähr- kreislauf abgezweigt ist und in einem solchen Menleisten, welche unterhalb dieser Temperatur liegt. genverhältnis zu dem verdampften und über den Derartige Mittel bestehen gewöhnlich aus Wärme- 20 Kondensator zurückgeführten Teil steht, daß die tauschern im Kühlmittelkreislauf zwischen dem Ein- Mischtemperatur der beiden Teile unter 80° C liegt, tritt in die Wasserpumpe und dem Austritt aus dem Vorteilhafterweise liegt die Mischtemperatur bei Verdampferkessel, d. h., dem Teil des Kühlsystems, 50 bis 60° C.

dem die Wärme von der zu kühlenden Röhre züge- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser führt wird. Derartige Wärmetauscher weisen jedoch 35 Kühlvorrichtung ist vorgesehen, daß der vor dem einen verhältnismäßig großen Raumbedarf auf und Eintritt in den Verdampferkessel aus dem Kühlmittelsind teuer. kreis abgezweigte Teil als vom Verdampferkessel ge-

Aus der französischen Patentschrift 1 104 430 ist trennter äußerer Überlauf durch das obere Ende eines eine mit einem Kühlmittelkreislauf und Verdampfung Rohres gebildet wird, das von einer Abzweigung des arbeitende Kühlvorrichtung für Elektronenröhren be- 30 Kühlmitteleintrittsrohres, durch das dem Verdampkannt, in welcher einem Verdampferkessel zwei von ferkessel an einer tief gelegenen Stelle Kühlmittel zuunten aus einem Reservoir 27 über eine Pumpe 19 geführt wird, mit Kühlmittel gespeist wird und das Kühlflüssigkeit zugeführt wird. Diese wird teilweise von einem gegen die Außenatmosphäre hin offenen durch die Anode 4 der Elektronenröhre verdampft. Mantelrohr umschlossen ist, und daß das Mantelrohr Der Dampf wird bei 17 abgezogen, in einem Konden- 35 ein Kühlmittelaustrittsrohr aufweist, das von einer sator 25 kondensiert und in das Reservoir 27 zurück- tief gelegenen Stelle des Mantelrohrs zu dem Vorgeführt. Außerdem wird bei 18 mittels einer Pumpe ratsbehälter führt (F i g. 3).

21 direkt heiße Flüssigkeit aus dem Kessel 2 abge- Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erzogen und in das Reservoir 27 zurückgeleitet. Mittels findung ergibt sich dadurch, daß der vor dem Eineines Ventils 28 kann das aus dem Reservoir 27 über 40 tritt in den Verdampferkessel aus dem Kühlmitteldie Pumpe 19 zugeführte Kühlmittel auch direkt in kreis abgezweigte Teil als vom Verdampferkessel geden äußeren Teil des Verdampferkessels 2 zugeführt trennter äußere Überlauf durch die Oberkante einer werden. Trennwand gebildet wird, die sich vom Boden eines

Es ist weiterhin aus der deutschen Patentschrift gegen die Außenatmosphäre offenen Behälters nach 1 070 300 bekannt, in einer Röhrenkühlvorrichlung 45 oben erstreckt, daß der Behälter auf der einen Seite die Speisung mit Kühlflüssigkeit mit einer das pro der Trennwand ein vom Vorratsbehälter heranführen-Zeileinheit verdampfende Volumen weit überschrei- des Kühlmitteleintrittsrohr, sowie ein zu einer tief tenden Liefermenge durchzuführen. Die überflüssige gelegenen Stelle des Kessels führendes Kühlmittel-Menge des Kühlmittels strömt dabei durch eine austrittsrohr für den Rückfluß des Kühlmittels von Überlaufleitung zur Kühlung des an den Behälter 50 einer tief gelegenen Stelle des Behälters zum Vorratsangeschlossenen Flüssigkeitskreislaufes im Haupt- behälter aufweist (F i g. 5).

Schluß zum Vorratsbehälter zurück. Diese Vorrich- Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Er-

lung bezweckt im wesentlichen eine unmittelbare und findung sieht vor, daß in einem Teil des Kühlkreis-

rasch erfolgende Trennung von Dampf und Flüssig- laufes, der das Kühlmittel zu dem Vorratsbehälter

keil. 55 zurückführt, die Rohrleitungen mit Kühlrippen ver-

Weiterhin ist aus der deutschen Auslegeschrift sehen sind.

1 169 592 ein Kühlsystem bekannt, bei dem eine Um- Falls die zu kühlende Elektronenröhre es erfordert,

wälzpumpe in den Kühlkreislauf eingeschaltet ist, kann der Verdampferkessel in eine Haupt-und eine

welche das Wasser durch den Wärmetauscher drückt. Nebenkühlkammer gegliedert sein, die im Kühlkreis-

Der Wärmetauscher ist vorgesehen,, um eine hinrei- So lauf von und zu dem Vorratsbehälter in Reihe ge-

cheiule Abkühlung des Kühlmittels zu gewähr- schaltefsind.

leisten. Die Ausbildung der Kühlvorrichtung gemäß der

Hei den bekannten Kühlvorrichtungen mit leilwei- Erfindung hat zur Folge, daß in dem vorzugsweise scr direkter Rückführung des Kühlmittels zur Kon- mit einem an sich bekannten Überlauf arbeitenden stanthaltiing des Niveaus in dem Verdainpferkessel 65 Nebenschluß wesentlich mehr Kühlmittel zurückhaben sowohl das teilweise zurückgeführte Kühlmittel fließt als bei den bekannten Kühlvorrichtungen, denn als auch das vom Kondensator kommende Konden- bei letzteren ist der Rückfluß auf solche Werte besät im wesentlichen nur wenig unterhalb der Siede- grenzt, daß die Temperatur im Verdainpferkessel

nicht auf Werte absinkt, die eine Verdampfung unmöglich machen.

Der wesentliche, durch die Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist darin zu sehen, daß bei einer Elektronenröhren-Kühlvorrichtung die bisher üblichen Wärmetauscher überflüssig werden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen

Fig. 1 und 2 typische bekannte Wasserkühlvorrichtungen und

F i g. 3, 4, 5 schematische Erläuterungen der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch ein typisches bekanntes Kühlsystem für ein Hochleistungsklystron, während F i g. 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 dargestellt) eintaucht, übertragen wird. Fig. 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 dem kein Dampf erzeugt wird) bei einem 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 Fig. 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 Austrittswasser 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 somit vor der neuen Umwälzung durch die Pumpe 3 auf eine Temperatur unter etwa 80° C herabgekühlt zu werden. Für den Kühlwassermantel 6 des Klystrongehäuses ist ein zweiter Kühlwassermantel vorgesehen, der einen Vorratsbehälter 7, eine Pumpe 8 und einen Wasser-Wärmetauscher 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.

F i g. 2 zeigt den inneren Überlauf in dem Kessel 1. Dieser hat ein Wassereinlaßrohr 10 (dem von der Pumpe 3 Wasser 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 Wasser bis zur Oberseite des Überlaufs ansteigt und überschüssiges Wasser durch das Rohr 11 abfließt. Die Temperatur dieses Wassers liegt nahe der Siedetemperatur.

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

F i g. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Anordnung des Kessels für das Kühlsystem und Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlsystems nach der Erfindung.
Gemäß F i g. 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

ίο und dessen anderer Zweig 16 außerhalb des Kessels verläuft und ein offenes Ende in Höhe des im Kessel einzuhaltenden Wasserstandes 17 hat. Ein Mantelrohr 18 umschließt den Zweig 16 und erstreckt sich von direkt oberhalb des Zweiges 15 bis hinauf zur Oberseite des Kessels. Nahe seinem Boden führt ein Wasseraustrittsrohr 19 heraus. Das Mantelrohr 18 ist mit der Außenatmosphäre durch eine Öffnung 20 in seiner oberen Abschlußwand verbunden. Wie aus der in F i g. 3 dargestellten Anordnung ersichtlich ist, enthält diese einen Überlauf außerhalb des Kessels, durch den das von der Pumpe zugeführte überschüssige Wasser zu dem Vorratsbehälter rückgeführt wird. Der Überlauf wird durch die Oberseite des Rohres 16 gebildet, die in der Höhe des im Kessel einzuhaltenden Wasserstandes liegt. Auf diese Weise wird zu dem Kessel für das überschüssige Wasser 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 16 oder im Mantelrohr 18 stattfindet, liegt die Temperatur des aus dem Austrittsrohr 19 austretenden Kühlmittels nicht wesentlich über des Kühlmittels, das durch das Einlaßrohr 14 herangeführt wird.

Gemäß Fig. 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 F i g. 1), aus der das Wasser in den Kessel 1 eintritt. Die Pumpe speist weiter Wasser in das Einlaßrohr 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, so daß der Kühlwassermantel direkt in Reihe mit dem Wasserkreislauf liegt. Der Dampf aus dem Dampfaustrittsrohr 21 tritt in den Kondensator 4 ein, aus dem das kondensierte Wasser über das Sperrventil X zu dem Vorratsbehälter 2 rückfließt. Das Wasseraustrittsrohr

. 19 (aus dem Mantelrohr 18 in F i g. 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 Fig. 1 kann somit entfallen. Die Verrippung23

unterstützt den Kühlvorgang weiter. Das der Pumpe 3 zugeführte Wasser hat demnach eine Temperatur, bei der eine normale Pumpe wirtschaftlich arbeitet.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Abwandlung wird für das überschüssige Wasser eine etwas unterschiedliehe Anordnung des äußeren Überlaufs verwendet. Bei dieser Ausführungsform ist ein Außenbehälter 181 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 Pumpe3 (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 Wassers tritt an einer tief gelegenen Stelle über das Rohr 15 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 Wasser über die Trennwandoberkante läuft und in den Raum auf der anderen Seite der Trennwand fließt, von dem es über das tief angesetzte Rohr 19 (F i g. 4) in den Vorratsbehälters 2 rückfließt. Bei dieser Ausführungsform wird der äußere Überlauf durch die Oberkante der Trennwand 161 gebildet, die die Höhe des im Kessel einzuhaltenden Wasserstandes 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 Wärmetauscher 9 nach F i g. 1 entfallen kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kühlvorrichtung für Elektronenröhren, bei welcher der zu kühlende Teil der Röhre in ein in einem Verdampferkessel befindliches Kühlmittel eintaucht, welches dem Verdampferkessel aus einem Vorratsbehälter durch eine Umwälzpumpe zugeführt wird und von dem ein Teil verdampft und über einen Kondensator wieder zum Vorratsbehälter zurückgeführt wird und ein weiterer Teil unverdampft in einer solchen Menge zum Vorratsbehälter zurückgeleitet wird, daß der Flüssigkeitsstand in dem Verdampferkessel konstant bleibt, dadurchgekennzeichnet, daß der unverdampft zurückgeleitete Teil vor dem Eintritt in den Verdampferkessel (1) aus dem Kühlmittelkreislauf abgezweigt ist und in einem solchen Mengenverhältnis zu dem verdampften und über den Kondensator (4) zurückgeführten Teil steht, daß die Mischtemperatur der beiden Teile unter 80° C liegt.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischtemperatur bei 50 bis 60° C liegt.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vor dem Eintritt in den Verdampferkessel (1) aus dem Kühlmittelkreis abgezweigte Teil als vom Verdampferkessel getrennter äußerer Überlauf durch das obere Ende eines Rohres (16) gebildet wird, das von einer Abzweigung des Kühlmitteleintrittsrohres (15), durch das dem Verdampferkessel (1) an einer tief gelegenen Stelle Kühlmittel zugeführt wird, mit Kühlmittel gespeist wird und das von einem gegen die Außenatmosphäre hin offenen Mantelrohr (18) umschlossen ist, und daß das Mantelrohr

(18) ein Kühlmittelaustrittsrohr (19) aufweist, das von einer tief gelegenen Stelle des Mantelrohres zu dem Vorratsbehälter (2) führt (F i g. 3).

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vor dem Eintritt in den Verdampferkessel (1) aus dem Kühlmittelkreis abgezweigte Teil als vom Verdampferkessel getrennter äußere Überlauf durch die Oberkante einer Trennwand (161) gebildet wird, die sich vom Boden eines gegen die Außenatmosphäre offenen Behälters (181) nach oben erstreckt, daß der Behälter auf der einen Seite der Trennwand (161) ein vom Vorratsbehälter (2) heranführendes Kühlmitteleintrittsrohr (141) sowie ein zu einer tief gelegenen Stelle des Kessels (1) führendes Kühlmittelaustrittsrohr (15), über das der Kessel gespeist wird, und auf der anderen Seite der Trennwand ein Kühlmittelaustrittsrohr

(19) für den Rückfluß des Kühlmittels von einer tief gelegenen Stelle des Behälters (181) zum Vorratsbehälter (2) aufweist (F i g. 5).

5. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Teil des Kühlkreislaufes, der das Kühlmittel zu dem Vorratsbehälter zurückführt, die Rohrleitungen mit Kühlrinnen (23) versehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen