Brevet FR2564239A1 — publié le 19851115

TUBE ELECTRONIQUE MUNI D'UN DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE LA CATHODE 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 sou- tenant la cathode du tube. Comme représenté schématiquement sur la figure I qui con- cerne 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 com- prenant une anode 1, une grille écran 2 dite grille G2, une grille de commande 3 dite grille G1 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 suffi- samment basse qui ne les détériore pas. Toutefois, le fonctionnement en hyperfréquence de ce type de tube donne lieu à une répartition sinusoïdale des courants élec- triques de surface. En conséquence, certaines zones de ces surfaces qui correspondent à un "ventre" de courant o 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 81.21804 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 tem- pérature 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 thorié. Ce manchon cylindrique est relié à la connexion de sortie par l'inter- médiaire 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 a 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, défor- mations qui sont nuisibles à la durée de vie du tube. La présente invention a pour but de remédier aux incon- vénients ci-dessus en refroidissant les pièces o 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 constituées par une anode, une cathode et au moins une grille dans lequel la cathode est reliée à une connexion de sortie par l'intermédiaire d'au moins une jupe caractérisé en ce qu'il comporte à l'intérieur du tube, au niveau du raccordement entre la jupe et la connexion de sortie, un élément tubulaire comportant une partie en forme de spire qui se prolonge par des tubes d'amenée et d'évacuation débouchant à l'extérieur du tube électronique, ledit élément tubulaire étant parcouru par un fluide de refroidissement. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'élément tubulaire en forme de spire est réalisé en métal tel que le nickel ou le cuivre. De préférence, il est brasé dans 'une gorge usinée dans le plateau soutenant la jupe de la cathode. D'autre part, le plateau étant réalisé, de préférence, en molybdène ou en nickel et les connexions étant réalisées de préf é- rence en un alliage fer-nickel-cobalt, ces différentes pièces pré- sentent des coefficients de dilatation différents. En conséquence, pour absorber les contraintes sur l'élément de refroidissement entre le plateau et la connexion, l'élément de refroidissement présente un coude en U, ce qui lui donne de l'élasticité. 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 figure 1, déjà décrite, est une vue en coupe schématique d'un tube électronique auquel s'applique l'invention, et - la figure 2 est une vue en coupe agrandie de la cathode du tube de figure I 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 figure 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 respec- tivement sur deux plateaux métalliques, seul le plateau inférieur 41 -15 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 refroi- dissement 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 élé- ment 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 figure 2. La partie en forme de spire 45 de l'élément tubulaire est brasée 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 boulonnée sur ledit plateau. D'autre 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 figure 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 re- froidit 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 tem- pérature 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 réfrac- taire 42 est refroidi. Il sert ainsi d'écran aux calories provenant de la cathode et protège l'embase o sont brasés les isolateurs en céramique. Il est évident pour l'homme de l'art que la présente invention peut être utilisée dans tous tubes électroniques de puissance tels que triodes, tétrodes, ou pentodes, nécessitant un refroidissement important. REVENDICATIONS 1. Un tube électronique à électrodes coaxiales constituées par une anode (1) une cathode (4) et au moins une grille (2, 3) dans lequel la cathode est reliée à une connexion (7) de sortie par l'inter- médiaire d'au moins une jupe (42) caractérisé en ce qu'il comporte à l'intérieur du tube, au niveau du raccordement entre la jupe (42) et la connexion de sortie (7), un élément tubulaire comportant une partie en forme de spire (45) qui se prolonge par au moins un tube d'amenée (46) et un tube d'évacuation débouchant vers l'extérieur, ledit élément tubulaire étant parcouru par un fluide de refroidis- sement. 2. Un tube électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément tubulaire est réalisé en nickel ou en cuivre. 3. Un tube électronique selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que la partie en forme de spire (45) est brasée dans une gorge usinée dans un plateau prévu entre la jupe (42) et la connexion (7). 4. Un tube électronique selon l'une quelconque des revendi- cations I à 3, caractérisé en ce que les tubes d'amenée et d'éva- cuation présentent un coude en U.