EP0164282B1 - Tube électronique muni d'un dispositif de refroidissement de la cathode - Google Patents
Tube électronique muni d'un dispositif de refroidissement de la cathode Download PDFInfo
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- EP0164282B1 EP0164282B1 EP85400797A EP85400797A EP0164282B1 EP 0164282 B1 EP0164282 B1 EP 0164282B1 EP 85400797 A EP85400797 A EP 85400797A EP 85400797 A EP85400797 A EP 85400797A EP 0164282 B1 EP0164282 B1 EP 0164282B1
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J19/00—Details of vacuum tubes of the types covered by group H01J21/00
- H01J19/74—Cooling arrangements
Definitions
- the present invention relates to an improvement to electronic tubes, in particular to electronic power tubes operating at frequencies of the order of a few hundred megahertz.
- the present invention relates more particularly to a means allowing internal cooling of the structure supporting the cathode of the tube.
- the electronic tubes to which the present invention applies are vacuum tubes essentially constituted by coaxial cylindrical electrodes comprising an anode 1, a screen grid 2 called grid G 2 , a control grid 3 called grid G i and a cathode 4.
- These different electrodes are connected to the outside of the tube by circular metal connections 5, 6, 7, 8 separated from each other by insulators 9,10,11,12 preferably made of ceramic and moreover ensuring the l sealing of the tube.
- These metal connections 5, 6, 7, 8 are, in general, constituted by stamped parts in the form of cups and are soldered on the insulators.
- the metal connections are connected to different voltage sources which are not shown and are used respectively for the passage of the cathode heating current and for the circulation of high frequency currents.
- connections are cooled by injecting compressed air on the head of the tube. In most cases, this cooling is sufficient to maintain the connections and the solder of these connections to the insulators at a sufficiently low temperature which does not deteriorate them.
- the heating zones due to current “bellies” inside the tube are not cooled.
- the heating is such that it brings the metal parts to a high temperature, the resistance to the passage of the current increasing the temperature.
- the temperature increase can be such that the vapor pressure of the metals in which the electrodes are made are reached. In this case, there is emission of gas, which leads to at least local deterioration of the vacuum and a shutdown of the tube.
- the cathode of cylindrical shape comprises a sleeve formed by a lattice of crossed wires preferably made of theorized tungsten.
- This cylindrical sleeve is connected to the connection so by means of at least one skirt made of a refractory material such as tantalum, molybdenum or the like.
- a refractory material such as tantalum, molybdenum or the like.
- bellies which supply calories in addition to those coming from the cathode. These calories are very difficult to evacuate towards the outside of the tube, because the connections are generally made of an alloy of iron-nickel-cobalt poor conductor of heat and of thin thickness so as to braze easily with ceramic insulators contiguous.
- the object of the present invention is to remedy the above drawbacks by cooling the rooms in which the current "bellies" are located, while not causing a reduction in the operating temperature of the cathode or a significant increase in its power. of heating.
- the subject of the present invention is an electronic tube with coaxial electrodes comprising a cathode successively surrounded by at least one grid and an anode, a connection means comprising a skirt and connecting the cathode to an outlet connection and a tubular element with a part in form of a coil extending by at least one supply tube and a discharge tube, this tubular element being traversed by a cooling fluid to cool one of the electrodes, characterized in that the part in the form of a coil is brazed in a groove machined in a plate provided between the skirt and the connection, which is coaxial with the electrodes and forms part of said connection means, and in that the supply and discharge tubes open out towards the outside of the electronic tube .
- the cathode 4 comprises a cylindrical sleeve 40 formed in a known manner by a lattice of crossed wires, for example, made of thorium tungsten or not.
- the two ends of the sleeve are fixed respectively on two metal plates, only the lower plate 41 having been shown.
- the lower plate is connected to the outlet connection 7 via a cylindrical skirt 42 made of a refractory metallic material such as tantalum, molybdenum or the like.
- the skirt is welded to an intermediate plate 44 on which said connection is fixed.
- the upper plate is connected by rods 43, 43 ′ to connection 8. The potential difference applied between connections 7 and 8 ensures that the cathode is brought up to temperature and maintained.
- a means of cooling by circulation of a fluid is provided at the connection between the skirt 42 and the connection 7. More specifically, the cooling means consists of a tubular element comprising a part shape of a coil 45 which is extended by supply and outlet tubes 46 (not shown) for the cooling fluid, said tubes opening out of the vacuum tube as shown in FIG. 2.
- the spiral-shaped part 45 of the tubular element is brazed by copper brazing in a groove 47 machined in the plate 44 supporting the metal skirt 42.
- the intermediate plate has a certain thickness e. It is preferably made of nickel or molybdenum and the connection 7 made, preferably, of iron-nickel-cobalt alloy is buttoned on said plate.
- the tubular element is made of nickel or copper.
- the inlet and outlet tubes 46 have a U-shaped bend 46 ′ to absorb the stresses due to the difference in expansion between the connection 7 and the plate 44.
- connection 8 is cut in its central part so as to have an annular shape as shown in FIG. 2.
- a plate 13 provided with a passage for the inlet and outlet tubes closes the head of the tube. This plate 13 is brazed on an insulator 14 separating it from the connection 7.
- intermediate plate 44 supporting the refractory skirt 42 is cooled. It thus serves as a screen for the calories coming from the cathode and protects the base where the ceramic insulators are brazed.
Landscapes
- Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)
- Microwave Tubes (AREA)
- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
Description
- La présente invention concerne un perfectionnement aux tubes électroniques, notamment aux tubes électroniques de puissance fonctionnant à des fréquences de l'ordre de quelques centaines de mégahertz.
- La présente invention concerne plus particulièrement un moyen permettant le refroidissement interne de la structure soutenant la cathode du tube.
- Comme représenté schématiquement sur la fig. 1 qui concerne une tétrode de puissance, les tubes électroniques auxquels s'applique la présente invention sont des tubes à vide constitués essentiellement par des électrodes cylindriques coaxiales comprenant une anode 1, une grille écran 2 dite grille G2, une grille de commande 3 dite grille Gi et une cathode 4.
- Ces différentes électrodes sont reliées à l'extérieur du tube par des connexions métalliques circulaires 5, 6, 7, 8 séparées les unes des autres par des isolateurs 9,10,11,12 réalisés, de préférence, en céramique et assurant de plus l'étanchéité du tube. Ces connexions métalliques 5, 6, 7, 8 sont, en général, constituées par des pièces embouties en forme de coupelles et sont brasées sur les isolateurs.
- Les connexions métalliques sont reliées à différentes sources de tension non représentées et servent respectivement au passage du courant de chauffage de la cathode et à la circulation des courants hautes fréquences.
- Cependant, le chauffage de la cathode et la circulation des courants hautes fréquences sont générateurs de calories et ces calories sont évacuées par conduction en direction des connexions métalliques.
- Habituellement, on refroidit les connexions en injectant de l'air comprimé sur la tête du tube. Dans la plupart des cas, ce refroidissement est suffisant pour maintenir les connexions et la brasure de ces connexions aux isolateurs à une température suffisamment basse qui ne les détériore pas.
- Toutefois, le fonctionnement en hyperfréquence de ce type de tube donne lieu à une répartition sinusoïdale des courants électriques de surface. En conséquence, certaines zones de ces surfaces qui correspondent à un «ventre» de courant où l'intensité est maximale, sont soumises à un échauffement local intense.
- Dans certains cas de fonctionnement, ces ventres de courant sont situés au niveau des connexions. En conséquence, on a proposé dans la demande de brevet français n° 8121804 un système de refroidissement extérieur au tube constitué par un tuyau en forme de spire parcouru par un fluide de refroidissement et mis en contact, de préférence par soudure, avec la connexion de l'électrode à refroidir.
- Avec ce système de refroidissement, on arrive à éliminer une quantité importante de calories, en particulier, lorsque l'on se trouve à proximité d'un «ventre» de courant.
- Toutefois, les zones d'échauffement dues à des «ventres» de courant se trouvant à l'intérieur du tube ne sont pas refroidies. Or, dans certains cas, l'échauffement est tel qu'il amène les pièces métalliques à une température élevée, la résistance au passage du courant augmentant la température. Ainsi, l'augmentation de température peut être telle que la tension de vapeur des métaux dans lesquels sont réalisées les électrodes soient atteintes. Dans ce cas, il y a émission de gaz, ce qui entraîne une détérioration au moins local du vide et une mise hors service du tube.
- D'autre part, dans les tubes électroniques de puissance de type connu, la cathode de forme cylindrique comporte un manchon formé par un treillis de fils croisés de préférence en tungstène theorié. Ce manchon cylindrique est relié a la connexion de sorte par l'intermédiaire d'au moins une jupe réalisée en un matériau réfractaire tel que le tantale, le molybdène ou similaire. Or, il existe aussi des «ventres» de courant sur ladite jupe, «ventres» qui fournissent des calories s'ajoutant à celles provenant de la cathode. Ces calories sont très difficiles à évacuer vers l'extérieur du tube, car les connexions sont en général réalisées en un alliage de fer-nickel-cobalt mauvais conducteur de la chaleur et de faible épaisseur de manière à se braser facilement avec les isolateurs en céramique contigus.
- Suivant la position des «ventres» de courant, il peut s'en suivre un chauffage exagéré d'une extrémité de la cathode, ce qui peut provoquer des déformations localisées de ladite cathode, déformations qui sont nuisibles à la durée de vie du tube.
- La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus en refroidissant les pièces où se trouvent les «ventres» de courant, tout en n'entraînant pas une diminution de la température de fonctionnement de la cathode ou une augmentation importante de sa puissance de chauffage.
- La présente invention a pour objet un tube électronique à électrodes coaxiales comportant une cathode entourée successivement par au moins une grille et une anode, un moyen de raccordement comportant une jupe et reliant la cathode à une connexion de sortie et un élément tubulaire avec une partie en forme de spire de prolongeant par au moins un tube d'amenée et un tube d'évacuation, cet élément tubulaire étant parcouru par un fluide de refroidissement pour refroidir l'une des électrodes, caractérisé en ce que la partie en forme de spire est brasée dans une gorge usinée dans un plateau prévu entre la jupe et la connexion, lequel est coaxial avec les électrodes et fait partie dudit moyen de raccordement, et en ce que les tubes d'amenée et d'évacuation débouchent vers l'extérieur du tube électronique.
- D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels:
- la fig. 1, déjà décrite, est une vue en coupe schématique d'un tube électronique auquel s'applique l'invention, et
- la fig. 2 est une vue en coupe agrandie de la cathode du tube de fig. 1 munie d'un moyen de refroidissement conforme à la présente invention.
- Sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments.
- Dans le mode de réalisation représenté à la fig. 2, la cathode 4 comporte un manchon cylindrique 40 formé de manière connue par un treillis de fils croisés, par exemple, en tungstène thorié ou non. Les deux extrémités du manchon sont fixées respectivement sur deux plateaux métalliques, seul le plateau inférieur 41 ayant été représenté.
- Le plateau inférieur est relié à la connexion de sortie 7 par l'intermédiaire d'une jupe cylindrique 42 réalisée en un matériau métallique réfractaire tel que le tantale, le molybdène ou similaire. En fait, la jupe est soudée sur un plateau intermédiaire 44 sur lequel est fixée ladite connexion. D'autre part, le plateau supérieur est relié par les tiges 43, 43' à la connexion 8. La différence de potentiel appliquée entre les connexions 7 et 8 assure la mise et le maintien en température de la cathode.
- Conformément à la présente invention, un moyen de refroidissement par circulation d'un fluide est prévu au niveau du raccordement entre la jupe 42 et la connexion 7. De manière plus spécifique, le moyen de refroidissement est constitué par un élément tubulaire comportant une partie en forme de spire 45 qui se prolonge par des tubes d'amenée 46 et de sortie (non représenté) du fluide de refroidissement, lesdits tubes débouchant à l'extérieur du tube à vide comme représenté sur la fig. 2.
- La partie en forme de spire 45 de l'élément tubulaire est brasé par brasure au cuivre dans une gorge 47 usinée dans le plateau 44 soutenant la jupe métallique 42. De manière plus spécifique, le plateau intermédiaire présente une certaine épaisseur e. Il est réalisé de préférence en nickel ou molybdène et la connexion 7 réalisée, de préférence, en alliage fer-nickel-cobalt est boutonnée sur ledit plateau.
- D'autres part, l'élément tubulaire est réalisé en nickel ou en cuivre. De plus, les tubes d'amenée 46 et de sortie présentent un coude en forme de U 46' pour absorber les contraintes dues à la différence de dilatation entre la connexion 7 et le plateau 44.
- Pour permettre le passage des tubes d'amenée et de sortie, la connexion 8 est découpée en sa partie centrale de manière à présenter une forme annulaire comme représenté sur la fig. 2. Une plaque 13 munie de passage pour les tubes d'amenée et de sortie ferme la tête du tube. Cette plaque 13 est brasée sur un isolateur 14 la séparant de la connexion 7.
- Avec le moyen de refroidissement décrit ci-dessus, on refroidit les «ventres» de courant sur la jupe réfractaire. D'autre part, comme le moyen de refroidissement est relativement éloigné de la cathode proprement dite, il n'y a pas de diminution de la température de fonctionnement et il n'est pas nécessaire d'augmenter la puissance de chauffage pour maintenir le niveau de fonctionnement requis. Ainsi, avec ce dispositif de refroidissement, on a pu obtenir, à une fréquence donnée, des augmentations de puissance allant du simple au triple.
- De plus, le plateau intermédiaire 44 soutenant la jupe réfractaire 42 est refroidi. Il sert ainsi d'écran aux calories provenant de la cathode et protège l'embase où sont brasés les isolateurs en céramique.
- Il est évident pour l'homme de fart que la présente invention peut être utilisée dans tous tubes électroniques de puissance tels que triodes, tétrodes, ou pentodes, nécessitant un refroidissement important.
Claims (2)
1. Un tube électronique à électrodes coaxiales comportant une cathode (4) entourée successivement par au moins une grille (2, 3) et une anode (1), un moyen de raccordement comportant une jupe (42) et reliant la cathode à une connexion (7) de sortie et un élément tubulaire avec une partie en forme de spire (45) se prolongeant par au moins un tube d'amenée (46) et un tube d'évacuation, cet élément tubulaire étant parcouru par un fluide de refroidissement pour refroidir l'une des électrodes, caractérisé en ce que la partie en forme de spire (45) est brasée dans une gorge (47) usinée dans un plateau (44) prévu entre la jupe (42) et la connexion (7), lequel est coaxial avec les électrodes et fait partie dudit moyen de raccordement, et en ce que les tubes d'amenée et d'évacuation débouchent vers l'extérieur du tube électronique.
2. Un tube électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes d'amenée et d'évacuation présentent un coude en U.
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