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CN109494138B - 设有紧凑型液冷结构的回旋管 - Google Patents

设有紧凑型液冷结构的回旋管 Download PDF

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CN109494138B CN201811586816.1A CN201811586816A CN109494138B CN 109494138 B CN109494138 B CN 109494138B CN 201811586816 A CN201811586816 A CN 201811586816A CN 109494138 B CN109494138 B CN 109494138B
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马国武
卓婷婷
张明君
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Abstract

本发明公开了设有紧凑型液冷结构的回旋管，属于回旋管技术领域，其包括有波导管段、冷却腔以及套于波导管段外的冷却管，波导管段外壁上还设置有分隔条，分隔条沿波导管段轴向延伸，并将冷却腔分隔为第一冷却区以及第二冷却区，第一冷却区以及第二冷却区之间通过设置于分隔条上的周向通道相连通，入液口和出液口设置于冷却腔的同一端，而周向通道则设置于冷却腔的另一端。本发明通过设置分隔条以及周向通道，改变了冷却液的流动路径，在避免了冷却腔内出现大体积的死水区的前提下，使冷却腔的出液口和入液口可置于冷却腔的同一端，且使波导管段整体在径向上结构保持了紧凑的单层结构。

Description

设有紧凑型液冷结构的回旋管
技术领域
本发明涉及回旋管技术领域，尤其涉及设有紧凑型液冷结构的回旋管。
背景技术
回旋管是一种重要的大功率毫米波、亚毫米波真空电子器件，自20世纪70年代以来，在受控核聚变、毫米波雷达、高能物理和工业应用的推动下，在各个领域的应用都获得了显著的发展。
在回旋管系统中，其谐振腔及微波输出段为圆管形状的波导管段；在大功率运行时，这些波导管段均需要进行冷却。而目前，现有回旋管，主要存在两种液冷结构：
第一种，即是单层液冷结构，如图1所示，其主要包括有两端设置有凸缘的波导管段、套于波导管段之外的冷却管，以及冷却腔。其中，冷却腔由两端凸缘之间，波导管段外壁至冷却管内壁之间的空间构成，凸缘与冷却管内壁之间液密封配合，以保障冷却腔的封闭性。在使用时，单层液冷结构为保证冷却液的流动性，避免冷却腔内出现大体积的死水区，冷却腔的入液口和出液口只能分别设置在冷却腔的两端，但由于波导管段工作时中存在多个处于高电压状态的电极，导致单层液冷结构存在着难以设置冷却腔出入口的问题。所以在实际的设计当中，极少采用单层液冷结构。
第二种，即是双层液冷结构，双层液冷结构将单层液冷结构中的冷却腔分隔为内外两层，冷却液由入液口从内层注入，流经需要冷却的区域，之后经外层流回，并于出液口流出。其中，双层液冷结构的出液口和入液口可以设置在同一端，以解决冷却腔出入口难以设置的问题。但是，由于双层液冷结构具有内、外两层冷却腔，导致其在径向上较为臃肿，并不于适用于空间受限的情况。
发明内容
综上所述，本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种冷却腔的出入液口均设置于同一端时，依然能保持径向结构紧凑的回旋管。
本发明采用的技术方案如下：设有紧凑型液冷结构的回旋管，包括波导管段以及套于波导管段外的冷却管，所述波导管段的两端均设置有凸缘，所述凸缘与冷却管之间液密配合，在两端凸缘之间，由波导管段外壁至冷却管内壁的空间构成冷却腔，所述波导管段外壁上还设置有分隔条，所述分隔条沿波导管段轴向延伸，并将冷却腔分隔为第一冷却区以及第二冷却区，所述第一冷却区以及第二冷却区之间通过设置于分隔条上的周向通道相连通，所述冷却腔的入液口与第一冷却区相连通，所述冷却腔的出液口与第二冷却区相连通，所述入液口和出液口设置于冷却腔的同一端，而所述周向通道则设置于冷却腔的另一端。
进一步的，所述周向通道的数量为2个，且沿所述波导管段的周向相对布置。
进一步的，还包括多条沿波导管段周向间隔布置于其外壁上的支撑条，所述支撑条沿波导管段轴向延伸，所述波导管段通过支撑条与冷却管内壁相连接，相邻两支撑条之间以及相邻的支撑条和分隔条之间留有构成轴向通道的周向空隙。
进一步的，所述分隔条远离出液口的端部与凸缘之间留有间隙，该间隙构成周向通道。
进一步的，所述支撑条在垂直于波导管段轴线的截面上呈较小端与波导管段相接的扇环形状。
进一步的，所述分隔条、支撑条与波导管段一体成型
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明通过设置分隔条以及周向通道，改变了冷却液的流动路径，在避免冷却腔出现大体积的死水区的前提下，使冷却腔的出液口和入液口可置于冷却腔的同一端处，且使作为一个整体的波导管段和冷却管在径向上保持了紧凑的单层结构。
2、本发明通过设置在波导管段外壁上支撑条，增大了波导管段外周面积，提高了波导管段散热性能。
3、本发明中，轴向通道保障了冷却液沿波导管段的轴向流动，从而避免了冷却液在冷却腔中大幅度的周向流动，提高了冷却液的循环速率以及波导管段的冷却效率。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为传统单层液冷结构的结构示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3为图2中A-A处的截面示意图；
图4为图2中B-B处的截面示意图。
【附图标记说明】1-波导管段，2-冷却管，3-凸缘，4-冷却腔，41-第一冷却区，42-第二冷却区，5-分隔条，6-周向通道，7-支撑条，8-入液口，9-出液口，10-轴向通道。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明所提供的设有紧凑型液冷结构的回旋管，其包括波导管段1以及套于波导管段1外的冷却管2，所述波导管段1的两端均设置有凸缘3，所述凸缘3与冷却管2之间液密配合，在两端凸缘3之间，由波导管段1外壁至冷却管2内壁的空间构成冷却腔4，所述波导管段1外壁上还设置有分隔条5，所述分隔条5沿波导管段1轴向延伸，并将冷却腔4分隔为第一冷却区41以及第二冷却区42，所述第一冷却区41以及第二冷却区42之间通过设置于分隔条5上的周向通道6相连通，所述冷却腔4的入液口8与第一冷却区41相连通，所述冷却腔4的出液口9与第二冷却区42相连通，所述入液口8和出液口9设置于冷却腔4的同一端，而所述周向通道6则设置于冷却腔4的另一端。
如图2所示，波导管段1在进行冷却时，冷却液于入液口8进入至冷却腔4的第一冷却区41内，由于分隔条5沿波导管段1的轴向延伸，且周向通道6和入液口8分置于冷却腔4的两端，所以冷却液必须在第一冷却区41沿波导管段1的轴向流动，由冷却腔4的首端至其末端后，才能通过周向通道6进入第二冷却区42内；进入至第二冷却区42的冷却液，必须由冷却腔4末端再次沿波导管段1的轴向流动至其首端后，才能于冷却腔4的出液口9排出，从而有效避免了冷却腔4内出现大体积的死水区。本发明通过设置分隔条5以及周向通道6，改变了冷却液的流动路径，在避免了冷却腔4内出现大体积的死水区的前提下，使冷却腔4的出液口9和入液口8可以置于冷却腔4的同一端，且使作为一个整体的冷却管2和波导管段1在径向上保持了紧凑的单层液冷结构。
其中，实施者可以根据自身需要而选择周向通道6的数量和布置方式，只要使周向通道6和冷却腔4出入液口分置于冷却腔4的两端，即可保障冷却腔4中不会出现大体积的死水区；而如图4所示，在本实施方式当中，为进一步优化冷却液的流动路径，所述周向通道6的数量为2个，且沿所述波导管段1的周向相对布置。两个周向通道6沿波导管段1周向相对布置，从而避免仅设有单个周向通道6时，冷却腔4末端未设置周向通道6的一侧出现少量死水区。
在上述实施方式的基础上，本实施方式当中，还包括多条沿波导管段1周向间隔布置于其外壁上的支撑条7，所述支撑条7沿波导管段1轴向延伸，所述波导管段1通过支撑条7与冷却管2内壁相连接，相邻两支撑条7之间以及相邻的支撑条7和分隔条5之间留有构成轴向通道10的周向空隙。其中，传统的单层液冷结构仅通过其凸缘3支撑连接起冷却管2，而如图3所示，在本实施方式当中，支撑条7有效提高了冷却管2与波导管段1之间的支撑可靠性，并通过增大波导管段1外周面积的方式，有效提高了波导管段1的散热性能；更为重要的，如图3所示，在本实施方式当中，波导管段1周向上的间隙所构成的轴向通道10，使冷却液沿轴向通道10流动，保障了冷却液的流动路径是沿波导管段1轴向的，避免了冷却液在冷却腔4中大幅度的周向流动，提高了冷却液的循环更新速率以及波导管段1的冷却效率。其中，多个支撑条7即指支撑条7的数量在2个以上。同时，在本实施方式当中，为降低加工制造难度，简化结构设计，所述分隔条5由其中一对支撑条7所构成。
在其他实施方式当中，连通第一冷却区41和第二冷却区42的周向通道6，由设置于分隔条5上的豁口，或者，密集布置于分隔条5上的小孔所构成；但显然，上述这些实施方式均需要再次对分隔条5进行加工，加工制造较为繁琐且成本较高，所以为进一步的简化结构，本实施方式当中，所述分隔条5远离出液口9的端部与凸缘3之间留有间隙，该间隙构成周向通道6。在冷却时，冷却液即由第一冷却区41通过该间隙形成的周向通道6而进入第二冷却区42内，其具有结构简单、制造方便的优势。
为提高波导管段1与冷却管2之间的支撑可靠性，如图3所示，本实施方式当中，支撑条7在垂直于波导管段1轴线的截面上呈扇环形状，相较于同截面面积并呈方形的支撑条7，截面呈扇环形状的支撑条7与冷却管2之间的接触面积更大，其支撑可靠性更强。
此外，回旋管作为真空电子器件，其波导管段1的强度也是反应其性能的一个重要参考指标，而在本实施方式当中，所述分隔条5、支撑条7与波导管段1一体成型。与波导管段1一体成型的支撑条7和分隔条5，在波导管段1外周上起到了加强筋的作用，从而提高了波导管段1的整体强度。

Claims (4)

1.设有紧凑型液冷结构的回旋管，包括波导管段(1)以及套于波导管段(1)外的冷却管(2)，其特征在于：所述波导管段(1)的两端均设置有凸缘(3)，所述凸缘(3)与冷却管(2)之间液密配合，在两端凸缘(3)之间，由波导管段(1)外壁至冷却管(2)内壁的空间构成冷却腔(4)，所述波导管段(1)外壁上还设置有分隔条(5)，所述分隔条(5)沿波导管段(1)轴向延伸，并将冷却腔(4)分隔为第一冷却区(41)以及第二冷却区(42)，所述第一冷却区(41)以及第二冷却区(42)之间通过设置于分隔条(5)上的周向通道(6)相连通，所述冷却腔(4)的入液口(8)与第一冷却区(41)相连通，所述冷却腔(4)的出液口(9)与第二冷却区(42)相连通，所述入液口(8)和出液口(9)设置于冷却腔(4)的同一端，而所述周向通道(6)则设置于冷却腔(4)的另一端；
还包括多条沿波导管段(1)周向间隔布置于其外壁上的支撑条(7)，所述支撑条(7)沿波导管段(1)轴向延伸，所述波导管段(1)通过支撑条(7)与冷却管(2)内壁相连接，相邻两支撑条(7)之间以及相邻的支撑条(7)和分隔条(5)之间留有构成轴向通道(10)的周向空隙；各所述周向空隙之间在波导管段(1)周向上相互隔断；
所述支撑条(7)垂直于波导管段(1)轴线的截面呈较小端与波导管段(1)相接的扇环形状；
轴向通道之间通过设置于支撑条上的第二周向通道连通，第二周向通道与入液口位于同一端。
2.如权利要求1所述的设有紧凑型液冷结构的回旋管，其特征在于：所述周向通道(6)的数量为2个，且沿所述波导管段(1)的周向相对布置。
3.如权利要求1所述的设有紧凑型液冷结构的回旋管，其特征在于：所述分隔条(5)远离出液口(9)的端部与凸缘(3)之间留有间隙，该间隙构成周向通道(6)。
4.如权利要求1所述的设有紧凑型液冷结构的回旋管，其特征在于：所述分隔条(5)、支撑条(7)与波导管段(1)一体成型。
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