[發(fā)明專利]一種大功率同軸陶瓷窗冷卻裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011279650.6
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112886158B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳根;毛玉周;趙燕平;程誠;蘭彥;沈潔;王永勝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: H01P1/08
• 分類號: H01P1/08;H01P1/30
• 代理公司: 廣州科沃園專利代理有限公司 44416
• 代理人: 王維霞

本發(fā)明公開一種大功率同軸陶瓷窗冷卻裝置，包括陶瓷窗、方形冷卻水管、聚四氟乙烯內(nèi)支撐、同軸饋線內(nèi)導(dǎo)體、同軸饋線外導(dǎo)體、銅接頭、基石水冷管道、銅片、法蘭、內(nèi)插芯；同軸饋線內(nèi)導(dǎo)與銅片一端連接；銅片彎折90度后與銅接頭連接；銅接頭另一端與陶瓷窗內(nèi)導(dǎo)體連接；基石水冷管道經(jīng)過法蘭與銅接頭內(nèi)部水冷管道下端；銅接頭內(nèi)部水冷管道上端與陶瓷窗內(nèi)導(dǎo)體水冷管道下端連接，陶瓷窗內(nèi)導(dǎo)體水冷管道上端延伸至內(nèi)導(dǎo)體頂端；陶瓷窗分離為上端真空側(cè)和下端大氣側(cè)；陶瓷窗外導(dǎo)體纏繞方形冷卻水管。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了大功率同軸陶瓷窗冷卻，同時(shí)沒有對陶瓷窗的傳輸性能造成影響，解決陶瓷窗因功率損耗發(fā)熱造成破裂的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大功率同軸陶瓷窗冷卻領(lǐng)域，沒有對陶瓷窗的傳輸性能造成影響，解決陶瓷窗因功率損耗造成的發(fā)熱問題，延長陶瓷窗的使用壽命。鑒于大功率本身的功率范圍很難界定,暫定功率容量大于10kW的陶瓷窗即位大功率陶瓷窗。

背景技術(shù)

在各種等離子體加熱裝置、粒子加速器等的微波傳輸系統(tǒng)中，廣泛地使用著陶瓷窗。陶瓷窗是微波傳輸系統(tǒng)至關(guān)重要的器件，其功能主要是分離管內(nèi)外的高真空環(huán)境和大氣環(huán)境，同時(shí)盡量低損耗地傳輸微波功率，起到微波能量傳輸和氣體密封的作用。

目前傳輸饋線上陶瓷窗主要分為同軸陶瓷窗和波導(dǎo)窗，大功率微波通過時(shí)，陶瓷片受到高能電子或者離子的轟擊引起二次電子倍增效應(yīng)，在陶瓷片的表面出現(xiàn)強(qiáng)烈的放電而導(dǎo)致破損，同時(shí)陶瓷片材料具有介質(zhì)損耗，而且由于陶瓷片的熱傳導(dǎo)系數(shù)低，微波能量通過時(shí)不能將沉積的微波能量快速帶走，導(dǎo)致其自身溫升過高，由于材料熱膨脹引起的強(qiáng)應(yīng)力超出陶瓷窗的承受能力而導(dǎo)致陶瓷窗破裂；防止熱應(yīng)力對陶瓷窗的損壞時(shí)關(guān)鍵的問題，陶瓷窗冷卻裝置的設(shè)計(jì)尤其重要。目前國內(nèi)外，對大功率同軸陶瓷窗冷卻設(shè)計(jì)，采用的是在陶瓷窗外部包裹冷卻水管，此設(shè)計(jì)無法有效冷卻同軸陶瓷窗內(nèi)導(dǎo)體及陶瓷片，造成陶瓷頻繁破裂，需要經(jīng)常更換。因此，需要更有效地冷卻裝置，快速把同軸陶瓷窗沉積的微波能量帶走，防止陶瓷窗因溫度過高開裂。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大功率同軸陶瓷窗冷卻裝置，在沒有對陶瓷窗傳輸性能造成影響的情況下，實(shí)現(xiàn)大功率同軸陶瓷窗冷卻，快速把同軸陶瓷窗沉積的微波能量帶走，解決陶瓷窗因功率損耗發(fā)熱造成破裂的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種大功率同軸陶瓷窗冷卻裝置，包括：陶瓷窗、冷卻水管、聚四氟乙烯內(nèi)支撐、同軸饋線內(nèi)導(dǎo)體、同軸饋線外導(dǎo)體、銅接頭、基石水冷管道、銅片、法蘭和內(nèi)插芯；

所述陶瓷窗，用于功率傳輸，同時(shí)起到真空密封和隔離大氣的作用；陶瓷窗上段與真空腔連接，下端與同軸饋管連接；所述陶瓷包括：陶瓷窗內(nèi)導(dǎo)體水冷管道、陶瓷片、可伐、陶瓷窗內(nèi)導(dǎo)和陶瓷窗外導(dǎo)；

銅接頭內(nèi)部設(shè)計(jì)有冷卻用途的水冷管道，銅接頭下端與基石水冷管道連接；所述同軸饋線內(nèi)導(dǎo)體穿過聚四氟乙烯內(nèi)支撐，通過聚四氟乙烯內(nèi)支撐夾緊固定；銅片彎折90度后一端與銅接連接，銅片的另一端與同軸饋線內(nèi)導(dǎo)體連接，同軸饋線內(nèi)導(dǎo)體通過聚四氟乙烯內(nèi)支撐夾緊固定，與內(nèi)插芯連接，然后再連接外部同軸饋管；基石水冷管道穿過法蘭外部水冷系統(tǒng)連接，法蘭可上下調(diào)節(jié)用于調(diào)節(jié)匹配功率傳輸；所述基石水冷管道起到絕緣作用，有效避免大功率時(shí)在此處打火現(xiàn)象。

所述陶瓷窗內(nèi)導(dǎo)體水冷管道上端與銅接頭內(nèi)部水冷管道上端連接；陶瓷窗外導(dǎo)體纏繞冷卻水管，通過真空釬焊焊接在一起；陶瓷窗內(nèi)導(dǎo)體水冷管道下端與陶瓷窗內(nèi)導(dǎo)頂端連接；陶瓷窗內(nèi)導(dǎo)與銅接頭連接，陶瓷片外徑與可伐、內(nèi)徑與內(nèi)導(dǎo)體真空釬焊在一起，此結(jié)構(gòu)有效快速帶走同軸陶瓷內(nèi)部熱量；同軸饋線內(nèi)導(dǎo)體穿過聚四氟乙烯內(nèi)支撐并保證同軸饋線內(nèi)導(dǎo)、同軸饋線外導(dǎo)體具有同軸度。

所述陶瓷窗中采用氧化鋁含量為99％的陶瓷，雜質(zhì)少,且陶瓷表面鍍有高頻釉，一方面有利于減小傳輸損耗，另一方面有利于氧化鋁陶瓷表面污染物的酸洗處理。

所述冷卻水管采用方形水管，與陶瓷窗外導(dǎo)體接觸面積大，冷卻效果好。