NO135482B - - Google Patents

Abstract

Lettvegg.

Description

Anordning for fordampningskjøling ved kokning av kjolevæske,

særlig for anoder i elektronrør.

Nærværende oppfinnelse vedrører kjø-ling av legemer i hvilke der utløses en stor varmemengde som må bortledes med en høy termisk fluks uten at det varme legeme overskrider den maksimumstemperatur som er forenlig med god bevaring av legemet. Anoden i et høyeffekts elektronrør danner et særlig viktig eksempel på et varmt legeme ved hvilket et slikt problem er aktu-elt, og nedenstående beskrivelse refererer seg særlig til dette eksempel.

Oppfinnelsen anvendes særlig i tilfel-ler da kjølingen vesentlig sikres ved fordampning av en væske i hvilken det varme legeme er helt eller delvis neddykket.

Det irreversible fenomen som bevirker lokal overopphetning fra det øyeblikk da den varme flates temperatur overstiger ca. 25° over væskens kokepunkt bevirket at tidligere forsøk på kjøling av elektronrør ved fordampning av vann ble oppgitt. Dette forhold kan imidlertid beherskes og over-føres til meget høyere effekter ved hjelp av kjente anordninger. Et inngående stu-dium av virkemåten av de såkalte «Vapo-tron» elektronrør forsynt med slike kjente midler har vist at anordningens forbau-sende effektivitet skyldes kontinuiteten av den temperaturgradient som etableres langs de individuelle massive utvekster, mellom deres varme grunnflate og deres ytterende som holdes forholdsvis kold av den væske som de er neddykket i, utenfor den sone i hvilken den intense varmeutveksling frembringer koking.

Fig. 1 viser et tverrsnitt av et eksempel

på et slikt element ifølge det som er kjent tidligere for et elektronrør. Anoden 1 er forsynt med individuelle massive frem-spring eller utvekster 2 hvis dimensjoner er store i forhold til dampblærenes og som er adskilt ved mellomrom 3 som fortrinsvis danner vertikale passasjer i hvilke vann og damp stiger raskt opp. Kokingen oppstår på utvekstenes sideflate i nærheten av grunnflaten 4 og strekker seg ut over flan-kene 5 når den effekt som skal bortledes stiger. Hvis utvekstene er tilstrekkelig massive, er utbredelsen av denne sone med varmeutveksling ved koking som funksjon av effekten stabil og reversibel.

Erfaringen har vist at denne stabile virkning vesentlig ligger i tilstedeværelsen av en «kold» metallmasse ved utvekstenes ende 6, og at den øvre grense for utveksel-bar effekt nåes når denne enderegion del-tar vesentlig i varmeutvekslingen ved koking.

Nærværende oppfinnelse består i en forbedring av de tidligere ovenfor beskrevne anordninger.

Oppfinnelsen tar sikte på en anordning for kjøling ved koking, særlig for elek-tronrøranoder, og som bruker en radiator omfattende radielle utvekster 2, i form av tykke protuberanser eller massive ribber hvis grunnflater er bredere enn bunnene av de kanaler 3 som befinner seg mellom disse og hvis overflater er store i forhold til dimensjonene av de dampblærer som dannes, idet elementene i radiatoren er anordnet slik at kanalene 3 mellom de radielle naboutvekster 2 foruten i sine ender, i det minste i visse punkter av sitt løp, kommu-niserer innbyrdes eller med radiatorens ytre rom, karakterisert ved at de radielle massive utvekster 2 er forsynt med forlengelser 8 som pr. lengdeenhet regnet i radiatorens radialretning, oppviser en større kontaktflate med væsken enn kontaktflaten mellom de deler av de radielle utvekster som ligger mellom grunnflaten og forlengelsene.

I anordningen ifølge oppfinnelsen er forlengelsene 8 på de radielle utvekster 2 i god termisk kontakt med væsken utenfor den sone i hvilken den interne varmeveks-ling bevirker koking av væsken. Endene av de radielle utvekster blir således utsatt for en ekstra kjøling og følgelig en lokal ned-settelse av deres temperatur. Herav følger en økning av temperaturgradienten langs de radielle utvekster, hvilket i vesentlig grad øker den maksimale arbeidseffekt. Det skal bemerkes at selve forlengelsene bare bortleder en negligerbar varmemengde. Deres effektivitet består tvertimot deri at de ved å stabilisere det kolde punkt og dermed temperaturgradienten, sikrer en vesentlig økning av varmevekslingen ved koking ved utvekstenes flanker 5 og deres grunnflate 4, hvis temperatur nå kan nå og endog overstige 125° C uten risiko for overopphetning.

Forlengelsene på de radielle utvekster kan forenes til et enkelt element, men ifølge oppfinnelsen bør forlengelsen eller forlengelsene utformes slik at de ikke hindrer kommunikasjon mellom kokekanalene 3, enten innbyrdes eller med radiatorens ytre rom. Eksperimenter har også vist at ved meget høy utviklet effekt oppviser de sideveis lukkede kanaler en mindre rolig virkemåte, idet dampblærene støtes nedover, hvilket minsker den maksimalt anvende-lige effekt. I det tilfelle radiatorens radielle utvekster er ribber, ville da en lukket sylindrisk trøye i kontakt med spissen av ribbene, innenfor rammen av oppfinnelsen, ikke være et egnet middel for kjøling av ribbenes ender.

De følgende figurer angir eksempler på ytterligere utformninger ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 og 9 viser utformninger i hvilke forlengelsene 8 i fig. 1 øker kjøleeffektivi-teten ved deres kontakt med den væske de er neddykket i utenfor den sone som om-fattes av dampen. Ifølge fig. 2 kan man øke forlengelsens 8 kontaktflate ved lokal ruhet 9 som øker den virksomme overflate for termisk utveksling med væsken to eller tre ganger. Dette kan også oppnåes ved en hvilken som helst annen lokal oppsnitting av overflaten. Ifølge fig. 3 kan forlengelsen

8 oppdeles i tenner som for eksempel kan

bøyes i vekslende retninger. Man får på denne måte effektiv turbulens i den væske-strøm som sirkulerer i dette område.

Fig. 4 gir et eksempel på kombinasjon av de to foregående midler, hvor der er anordnet en rifling av forlengelsenes 8a og 8b flanker.

Det skal bemerkes at eksemplene i fig. 2, 3, 4 kan anvendes på hvilke som 'helst tidligere kjente former av de radielle utvekster 2.

En meget interessant utformning ifølge fig. 3 eller 4 vedrører rettlinjede, vertikale radielle utvekster 2, som danner massive ribber som kan oppnåes ved støpning i vakuum i en blokk og i ett med anodelegemet 1, og hvis forlengelser 8 er oppsnittet og bøyet i avvekslende retninger slik at det hele får utseende av siksak-anordnede tannrekker, mens passasjene 3 er rettlinjet i den sone hvor varmeutvekslingen foregår ved fordampning. Denne anordning har den fordel at den ikke ved en unyttig turbulens forstyrrer virkningen i den sone, hvor kokingen i seg selv sikrer den mest effektive varmetransport, mens forlengelsene 8 har fordel av anordningen i tannrekker hvilket sikrer en sterk turbulens og derav følgende maksimal effektivitet av varmeutvekslingen i dette område.

Alle lett tenkelige varianter av den massive forlengelse 8, anordnet for best mulig overføring av varme uten lokal koking kan med fordel anvende en avbøynings-sylinder 10 montert koaksialt mellom koke-rens vegg og og radiatoren, i liten avstand fra sistnevnte. Denne avbøyningssylinder er anordnet for kanalisering av termohever-tens virkning, idet den adskiller den opp-adgående strøm fra den nedadgående.

Sylinderen 10 kan bæres av forlengelsene 8 og kan for eksempel gå i ett med disses ender, og eventuelt i intim kontakt med disse slik som vist i fig. 4.

Det kan likeledes festes på en avstand som finnes optimal, vanligvis noen milli-meter, fig. 3, og i dette tilfelle kan den ut-gjøre en del av konstruksjonen forøvrig.

Fig. 5 viser en variant av oppfinnelsen i hvilken forlengelsene 8 på de massive ribber 2 er oppsplittet på langs og utbøyet symmetrisk i 8a og 8b til begge sider.

I fig. 6 er forlengelsene 8 tilveiebragt ved elementer festet ved lodding til enden av de vertikale ribber 2, idet disse ende-elementers overflate eventuelt er forøket ved fine rifler 9.

Fig. 7 viser eksempelvis en konstruksjon i hvilken de samlede forlengelser 8 dannes av en sylindrisk metalltrøye loddet i kontakt med endene 6 på de radielle ut-

108

videlser 2 som har form av parallelle ribber.

Den skadelige kontinuitet av de vertikale kanalers 3 sideveis lukning er ifølge opfinnelsen brutt av sirkulære avløp 12.

Fig. 8 viser en variant i utformningen

av den siste type i hvilken den tykke ano-devegg som kjent omfatter parallelle kanaler 3. Sideåpningene 13 er vist som sylind-riske hull, men de kan også utformes som parallelle avløp som 12, eller som et skrue-formet avløp med stigning lik avstanden mellom avløpene 12. Der er også vist en eventuell rifling 9 av ytterflaten 8.

Endelig viser fig. 9 en radiator i hvilken

de samlede forlengelser 8 dannes av en perforert plate 8 av godt varmeledende metall og som loddes til de utveksters 2 ender 6. Denne variant som omfatter et stort antall hull 13 kan brukes ved alle kjente former for disse utvekster, og særlig de mest kom-pliserte omfattende pyramidiske utvekster ordnet i stabel.

Alle varianter av oppfinnelsen utført i henhold til figurene 5 til 9 kan også med fordel tilføyes en koaksial sylinder 10 som den på tegningen viste. Denne sylinder hvis optimale stilling er 5 eller 10 mm fra de radielle ender av forlengelsene 8, kan med fordel heller bæres av anordningens øvrige konstruksjonsdeler enn av anodelegemet.

De ovenfor beskrevne utformninger av oppfinnelsen er meget effektive og tilfreds-stiller de fleste av de krav som hittil ikke har kunnet bli tilfredsstillet av den mest fullkommengjorte tidligere kjente teknikk.

Det gis imidlertid unntakstilfeller som krever ennu mere spesielle utformninger, eller i hvilke plassmangelen ikke tillater at forlengelsene 8 gis den nødvendige enkle formløsning. Man kan i dette tilfelle kon-statere at den store mengde av damp 7 som dannes i passasjene 3 kan komme til å øde-legge væskens kontakt med forlengelsene 8.

Det er da fordelaktig å realisere opp-finnelsens prinsipp ved å sikre stabiliteten av temperaturen ved endene 4 av de massive utvekster 2.

De følgende figurer viser varianter som unngår interferens mellom de to prosesser for varmeutveksling hvis sameksistens sikrer Vapotronets virkemåte og ytelse, nem-lig fordampningen ved utvekstenes grunnflate 4 og avledningen uten merkbar fordampning ved de «kolde» ender 6.

Denne siste forbedring består i å sikre stabiliteten av det«kolde punkt» ved endene 6 av utvekstene ved at der i deres masse eller i kontakt med dem utformes lukkede kjølekanaler 14 i hvilke der ved termohe-vertvirkning etableres en sir kulas jonsbeve-gelse uavhengig av sirkulasjonen av der

345 3

damprike emulsjon som unnslipper gjennom passasjene 3.

I fig. 10 er i tverrsnitt vist en del av en anoderadiator 1 med massive ribber 2 som nær enden 6 er modifisert ved boring av en kanal 14 med sirkulært tverrsnitt. Det vil sees at hvis en slik konstruksjon nedsenkes i en væske for kjøling, vil der etableres to uavhengige termohevertvirkninger, den ene i de vertikale passasjer 3 med intens fordampning ved grunnflaten 4 og ved flan-kene 5 på utvekstene 2, den annen i kanalene 14 som er vesentlig mindre opptatt av dampblærer idet den i denne kanal utvik-lede effekt er meget mindre enn den som frembringer kokingen i passasjene 3. For-øvrig har erfaringen vist at den nyttige varmeutveksling i kanal 14 bare finner sted på den halvdel av dens indre flate som ven-der mot anoden, idet den annen halvdel bare spiller rolle som- skillevegg som kan være tynn eller endog ikke ledende. Fig. 11 viser en utformning i hvilken kanalen 14 dannes av et metallrør 17 som er festet ved lodding i et spor 15 tatt ut i enden 6 av utveksten 2. En slik utformning kan med fordel også anvendes for andre utformninger av anodeforlengelsene. Fig. 12 og 13 viser varianter i hvilke de utfreste spor 15 i ribbene 2 er lukket av et påsatt metallbånd 18.

Alle disse anordninger passer for an-vendelse sammen med en koaksial sylinder 10 hvis hensikt er å lede termohevertvirk-ningen i passasjene 3.

Kanalene 14 krever ikke tett sideveis lukning. Det er tilstrekkelig at de er lukket over den største del av omkretsen, og dette kan gjøres kollektivt for alle kanalene ved hjelp av sylinderen 10, når man monte-rer denne i meget liten avstand fra endene 6 av de radielle utvekster.

Til slutt viser fig. 15 og 16 utformninger av oppfinnelsen i hvilke det varme legeme er anoden i et elektronrør med såkalt «indre anode». I dette tilfelle omfatter det varme legeme 1, anoden, som opptar varmen utenfra, i sitt indre et sylindrisk hulrom som inneholder kjølevæsken og hvis

vegg er anordnet slik at den danner en radiator, idet de radielle utvekster 2 er rettet mot hulrommets akse. I de passasjer 3 som adskiller dem, oppstår kokingen.

I den i fig. 15 viste utformning kjøles endene 6 på de radielle utvekster i kontakt med kanalene 14 gjennom hvilke der føres en termohevertstrøm, uavhengig av den strøm av kokende væske som oppstår i passasjen 3. I utformningen i fig. 16 er de individuelle kanaler 14 erstattet av en enkelt kanal som dannes av to koaksiale rør l 17 og 19 hvorav det ytre 17 er i termisk kontakt med endene 6 på de radielle utvekster 2. Det indre rør 19 sikrer samtidig

tilbakeløpet for den termohevertstrøm som

føres i kanalen 17, 19 og for den som føres

i passasjene 3.

Selvsagt kan anordningene ifølge fig.

10 til 16 kombineres med andre allerede

beskrevne anordninger, og spesielt med anordninger som øker kontaktflaten med væsken, som for eksempel rifler 9 i endene 6

eller på forlengelsene 8.

Claims (14)

1. Anordning for fordampningskjøling

ved koking av en kjølevæske, særlig for anoder i- elektronrør med en radiator som omfatter radielle utvekster (2) i form av tykke forhøyninger eller massive ribber, hvis grunnflater er større enn arealet av bunnen' av de kanaler (3) som befinner seg mellom dem og hvis overflater er store i forhold til dimensjonene av de dampblærer som dannes, idet radiatorens elementer er anordnet slik at kanalene (3) mellom tilstøtende radielle utvekster (2), foruten i endene, også på visse steder av deres løp, kommu-niserer innbyrdes eller med rommet utenfor radiatoren, karakterisert ved at de radielle massive utvekster (2) er utstyrt med forlengelser (8) som pr. lengdeenhet målt i radiatorens radielle retning har en kontaktflate med væsken som er større enn kontaktflaten av de deler av de radielle utvekster (2) som befinner seg mellom deres grunnflate og forlengelsene (8).

2. Anordning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at forlengelsene (8, fig. 2) har en korrugert overflate.

3. Anordning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at forlengelsene (8, fig. 3) er oppdelt i tenner (8a, 8b) som avvekslende er bøyet i motsatte retninger.

4. Anordning som angitt i de foregående påstander, karakterisert ved at radiatoren er permanent forbundet med en metalldeflektor (10) i god termisk kontakt med endene av forlengelsene (8).

5. Anordning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at de massive ribbers (2) forlengelser (8) er oppsplittet på langs og innbøyet symmetrisk til begge sider, dog slik at der blir et fritt mellomrom som hindrer sideveis lukking av de kanaler som eksisterer mellom de radielle utvekster (2, fig. 5).

6. Anordning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at de radielle ut- veksters (2) forlengelser består av flate elementer (8c) av godt ledende metall som er sveiset til de massive forhøyninger.

7. Anordning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at forlengelsene består av en ledende sylinder (8) sveiset i kontakt med endene av de radielle utvekster (2), idet sylinderen er oppdelt ved hjelp av diskontinuiteter (12) som utgjør et tilstrekkelig antall sideveis kommunikasjons - innganger mellom kanalene og den væske i hvilken radiatoren er neddykket.

8. Anordning som angitt i påstand 7, karakterisert ved at den utgjøres av en enhetlig støpt metallblokk (1, 2, fig. 8).

9. Anordning som angitt i påstand 8, karakterisert ved at den ytre sy-linderoverflate har fine rifler (9, fig. 8).

10. Anordning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at forlengelsen av de radielle utvekster (2, fig. 9) består av en perforert metallplate (8, fig. 9) sveiset til endene av utvekstene slik at der dannes en felles forlengelse (8) for alle utvekster.

11. Anordning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at der inne i ytterdelen (6, fig. 10) på de radielle utvekster (2) er anordnet en vertikal kanal (14), i hvilken væsken sirkulerer ved termohe-vertvirkning, uten vesentlig fordampning.

12. Anordning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at enden (6) på de radielle utvekster (2, fig. 11 og 13) omfatter en vertikal hals hvis vegg er i termisk kontakt med en langs omkretsen lukket metallkanal (14, fig. 11 og 13).

13. Modifikasjon av anordningen som angitt i påstand 12, karakterisert ved at metallkanalen (14) har et åpent parti og at en metallsylinder omgir radiatoren i liten avstand fra kanalens åpning slik at der dannes kanaler med liten åpning utad.

14. Anordning som angitt i påstand 1 og én av de følgende påstander, karakterisert ved at anoden (1, fig. 15 og 16) som opptar varmen utenfra, i sitt indre omfatter et sylindrisk hulrom som inneholder kjølevæsken og hvis vegg danner en radiator, idet de radielle utvekster (2, fig. 15 og 16) på radiatoren er rettet mot hulrommets akse.