ГЕТТЕРНЫЙ НАСОС КВАНТОВОГО ВОДОРОДНОГО ГЕНЕРАТОРА

Полезная модель относится к вакуумной технике, а именно сорбционным (геттерным) насосам, и может быть использована в вакуумных системах водородных стандартов частоты.
-6
3
Для обеспечения необходимого давления (1-3) 10 Па в накопительной колбе вакуумной системы квантового водородного генератора стандарта частоты скорость откачки насоса должна быть не менее (1-3) м/с. Такую скорость откачки при приемлемых габаритах может обеспечить только сорбционный насос, как например в водородном стандарте частоты типа Ч1-75 (см. «Кварцевые и квантовые меры частоты» под ред. Макаренко Б.И., М., Мин. обороны СССР, 1989 г., с.358, рис.6.136). Такие насосы после их активации в высоком вакууме при температуре 700-800°С способны поглощать в большом количестве водород. В качестве сорбента в них используются прессованная титановая стружка или фольга. Такие насосы занимают небольшой объем и не потребляют при работе энергии.
Недостатком конструкций таких насосов является то, что титан, обладая высокой энергией связи с водородом, медленно поглощает водород, что снижает скорость сорбции, которая должна превышать
скорость потока атомов водорода для обеспечения требуемого давления в накопительной колбе.
5
Известен геттерный насос квантового водородного генератора по патенту RU №2183768, 2002 г., F 04 В 37/14, содержащий (для повышения скорости сорбции водорода) в качестве сорбента прессованную тонкую титановую стружку, в которую добавлен интерметаллид сплав лантан-никеля (LaNi), составляющий от массы титановой стружки 10-15%.
Недостатком такой конструкции является высокая температура активации геттерного материала (около 800°С), что значительно усложняет конструкцию насоса, так как нагрев до таких температур проводят внутренним нагревателем с электрическим вакуумно-плотным вводом для токов порядка 10 А.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции насоса за счет снижения температуры активации геттерного материала, уменьшения потребляемой мощности на активацию и повышения эффективности его работы.
Сущность технического решения заключается в том, в геттерном насосе квантового водородного генератора, содержащем множество сплошных геттерных элементов из пористого спеченного геттерного материала, в качестве геттерного материала использован титан - ванадиевый сплав, соответствующий, например, составу
5-30% ванадия по весу, остальное титан.
Геттерные элементы насоса, уложенные в цилиндрическом корпусе, выполнены в виде пластин, например, прямоугольной формы.
Пластины расположены вдоль радиусов цилиндрической поверхности корпуса.
В варианте выполнения насоса геттерные элементы, уложенные в цилиндрическом корпусе, выполнены в виде колец, нагрев которых осуществляется внешним нагревателем.
Геттерные элементы, уложенные в цилиндрическом корпусе, выполнены в виде полуколец, нагрев которых осуществляется прямым накалом, причем полукольца соединены по электрическому току последовательно.
Для увеличения электрического сопротивления и снижения величины тока нагрева на полукольцах выполнены пазы, например, радиальные.
На фиг.1 представлена общая схема геттерного насоса с радиальным расположением прямоугольных пластин (продольный разрез); на фиг.2 - вид по А-А на фиг.1; на фиг.3 представлена общая схема геттерного насоса с кольцевыми пластинами (продольный разрез); на фиг.4 - вид по Б-Б на фиг.3; на фиг.5 -вариант выполнения геттерных элементов в виде полуколец,
(разрезных колец) выполненных с прорезями и соединенных по электрическому току последовательно: на фиг.6 - вид по В-В на фиг.5.
Конструктивно геттерный насос квантового водородного генератора содержит металлический корпус 1 по типу «цилиндр в цилиндре», в котором в герметичном пространстве между внутренней поверхностью внешнего цилиндра 2 и внешней поверхностью внутреннего цилиндра 3 расположены вертикально установленные по радиусам цилиндрических поверхностей корпуса 1 множество (более 90 штук) тонких геттерных пластин 4 прямоугольной формы (фиг.2), выполненных из пористого спеченного титан - ванадиевого сплава, соответствующий составу: 70% титана и 30% ванадия по весу. Геттерные пластины вставлены в специальные пазы 5, выполненные в продольном направлении на соответствующих цилиндрических поверхностях корпуса 1 насоса, и отделены друг от друга пустым промежуточным пространством.
В варианте выполнения геттерного насоса (фиг.3-4) геттерные пластины 6 выполнены в виде колец, расположенных в корпусе 1 по высоте плоскими поверхностями параллельно друг другу, отделены друг от друга пустым промежуточным пространством путем
закрепления колец 6 на вертикальной стойке 7. Нагрев пластин осуществляется внешним нагревателем (ввод нагревателя 8).
В варианте выполнения геттерного насоса (фиг.5) геттерные пластины 6 выполнены в виде разрезных колец 9, расположенных
в корпусе 1 по высоте плоскими поверхностями параллельно друг другу, отделены друг от друга пустым промежуточным пространством путем закрепления полуколец 9 на вертикальной стойке 7. Сами полукольца 9 соединены по току последовательно.
Для увеличения электрического сопротивления и снижения величины тока нагрева на полукольцах 9 выполнены радиальные пазы 10 (фиг.6).
-5
Работа геттерного насоса заключается в поглощении отработанных в накопительной колбе квантового генератора атомов водорода. С целью поглощения большого количества водорода пластины геттерного насоса активируют в высоком вакууме (Р<1·10 Па). Так как геттерные пластины выполнены из пористого титан - ванадиевого сплава температура их активации снижена до 300-400°С. Нагрев до такой температуры производят внешним нагревателем (ввод нагревателя 8), что значительно упрощает констукцию насоса и снижает расход электроэнергии на проведение процесса активации геттера. Кроме того, пористость геттерного материала обеспечивает менее "плотную" упаковку поглотительных
элементов, уменьшая сопротивление газа и тем самым увеличивая скорость его откачки. Радиальное расположение поглощающих пластин в корпусе насоса способствует при обеспечении жесткости и технологичности конструкции хорошему проникновению газа в радиальные каналы между пластинами и эффективного его удаления. Прямой нагрев (накал) геттерных пластин позволяет упростить систему прогрева насоса (не надо делать отдельные внешние нагреватели), повышая ее эффективность и надежность.
Полезная модель может быть использована при изготовлении геттерных насосов квантовых водородных генераторов для использования их в водородных стандартах частоты при работе их в качестве источников высокостабильных сигналов.