<Desc/Clms Page number 1>
Warmtetransportinrichting, hogedrukontladingslamp voorzien van een warmtetransportinrichting en elektrodeloze lagedrukontladingslamp voorzien van een warmtetransportinrichting.
De uitvinding heeft betrekking op een warmtetransportinrichting omvattende een een werkmedium bevattende gesloten buisvormige houder met een eerste en een tweede eindgedeelte, die rondom een buisas een rondgaand binnenoppervlak heeft dat is bekleed met windingen van een spiraal die zieh schroeflijnvormig in de richting van de buisas tegen het rondgaande binnenoppervlak uitstrekken, welke spiraal capillaire kanalen vormt.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een hogedrukontladingslamp voorzien van een dergelijke warmtetransportinrichting.
De uitvinding heeft voorts betrekking op een elektrodeloze lagedrukontladingslamp voorzien van een dergelijke warmtetransportinrichting.
Een warmtetransportinrichting van de in de aanhef beschreven soort, veelal"heatpipe"genoemd, is bekend uit US 3 811 496. In een dergelijke warmtetransportinrichting vindt warmtetransport plaats doordat aan een eerste eindgedeelte van de houder toegevoerde warmte het werkmedium doet verdampen, de toegevoerde warmte door de damp meegevoerd wordt, waarna de damp onder afgifte van warmte aan een tweede eindgedeelte van de houder condenseert. De zieh tegen het rondgaande binnenoppervlak uitstrekkende windingen van de spiraal vormen een bekleding. Gecondenseerd werkmedium vloeit via capillaire kanalen daarin terug naar het eerste eindgedeelte.
In de in het genoemde octrooischrift beschreven warmtetransportinrichting worden capillaire kanalen gevormd door geheel of gedeeltelijk rondgaande groeven in de draad waaruit de spiraal is vervaardigd.
Een bezwaar van de bekende warmtetransportinnchting is dat het relatief moeilijk en kostbaar is de groeven in de draad aan te brengen. Een verder bezwaar is dat de groeven het risico van uitval door draadbreuk, bijvoorbeeld tijdens het winden van de draad tot een spiraal, vergroten.
<Desc/Clms Page number 2>
Doel van de uitvinding is een warmtetransportinrichting van de in de aanhef beschreven soort te verschaffen die van een konstruktie is die relatief gemakkelijk is te vervaardigen en die het risico van uitval bij de vervaardiging ervan tegengaat.
Volgens de uitvinding heeft de warmtetransportinrichting van de in de aanhef beschreven soort daartoe het kenmerk, dat windingen van de spiraal zijn samengesteld uit verdere windingen die zich schroeflijnvormig in een tangentiële richting t. o. v. de buisas uitstrekken. Capillaire kanalen voor transport van gecondenseerd werkmedium worden gevormd tussen naburige verdere windingen onderling en tussen de verdere windingen en het rondgaande binnenoppervlak van de houder. De spiraal, hierna ook samengestelde spiraal genoemd, is bijvoorbeeld een tweevoudig schroeflijnvormig gewonden spiraal. Een dergelijke samengestelde spiraal kan worden verkregen door een draad tot een enkelvoudige schroeflijnvormige spiraal te winden en de zo verkregen enkelvoudige spiraal vervolgens schroeflijnvormig tot een tweevoudige spiraal te winden met de gewenste afmetingen.
Anderszins kan de spiraal drie- of meervoudig schroeflijnvormig gewonden zijn. De verdere windingen zijn dan zelf samengesteld uit weer verdere windingen. Samengestelde spiralen met voor dit doel geschikte afmetingen zijn gemakkelijk verkrijgbaar, omdat dergelijke spiralen algemeen toegepast worden als gloeilichaam in gloeilampen. Ook samengestelde spiralen geschikt voor een houder met een relatief kleine binnendiameter, b. v. in de orde van grootte van 100 ism zijn te vervaardigen. De verhouding tussen de diameter van de windingen en die van de verdere windingen ligt uit hoofde van een gunstige fabrikagetechnologie bij voorkeur tussen 3. 5 en 4. 5. Het is veelal voldoende als het rondgaande binnenoppervlak van de houder bekleed is met een enkele laag windingen van de samengestelde spiraal.
Een verdere vergroting van het aantal voor transport van gecondenseerd werkmedium beschikbare capillaire kanalen is mogelijk door tegen deze laag één of meer verdere lagen van windingen aan te brengen.
Afhankelijk van de toepassing zijn voor gebruik als werkmedium geschikte stoffen bijvoorbeeld alkalimetalen zoals kalium, natrium en lithium, andere metalen zoals kwik, en koolwaterstoffen zoals aceton en pentaan. Andere stoffen geschikt voor gebruik als werkmedium zijn bijvoorbeeld water, stikstof en helium. De
<Desc/Clms Page number 3>
houder kan behalve het werkmedium ook een stof bevatten die tijdens bedrijf van de warmtetransportinrichting uitsluitend in de gasfase in de houder aanwezig is. Bij gebruik van natrium als werkmedium kan de genoemde stof bijvoorbeeld een edelgas zijn.
Een aantrekkelijke uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat verdere windingen aan het eerste eindgedeelte een relatief kleine spoed hebben ten opzichte van verdere windingen in een tussen de eindgedeelten gelegen centraal gedeelte van de buisvormige houder. Als gevolg van de kleine spoed van de verdere windingen nabij het eerste eindgedeelte heeft de bekleding een relatief groot aantal capillaire kanalen en hebben deze een relatief kleine doorsnede. Het transport van gecondenseerd werkmedium van het tweede naar het eerste eindgedeelte wordt daardoor sterk bevorderd.
Een verdere aantrekkelijke uitvoeringsvorm van de warmtetransportinrichting volgens de uitvinding, heeft het kenmerk, dat aan het tweede eindgedeelte van de buisvormige houder, verdere windingen een relatief grote spoed hebben 1. 0. V. verdere windingen in een tussen de eindgedeelten gelegen centraal gedeelte van de buisvormige houder. Een relatief grote spoed van verdere windingen aan het tweede eindgedeelte heeft het voordeel dat gecondenseerd werkmedium gemakkelijk door de openingen tussen de verdere windingen opgenomen kan worden.
In een gunstige uitvoeringsvorm van de warmtetransportuitvinding omgeven de verdere windingen van de spiraal een doom. Door de doom is de hydraulische diameter van de capillaire kanalen in de bekleding klein in vergelijking tot die van een uitvoeringsvorm waarin de secundaire windingen geen doom omgeven. Dit bevordert de capillaire werking van de kanalen en daarmee het transport van gecondenseerd werkmedium. Een dergelijke doom is in het algemeen noodzakelijk bij het vervaardigen van de verdere windingen en behoeft in dit geval niet verwijderd te worden.
Bij een relatief kleine verhouding tussen de binnendiameter van de houder en de diameter van de draad waaruit de samengestelde spiraal is gevormd, is in het algemeen in de samengestelde spiraal een mechanische spanning aanwezig die voldoende groot is om deze zonder verdere hulpmiddelen in de houder te fixeren. Bij een relatief grote diameter van de houder kan het voorkomen dat de mechanische spanning in de samengestelde spiraal hiertoe onvoldoende is. In een gunstige variant van de laatstgenoemde uitvoeringsvorm is de doom dan ook een gesloten buis die is gevuld met
<Desc/Clms Page number 4>
een vulmedium dat althans tijdens nominaal bedrijf een druk heeft die groter is dan de in de houder heersende druk.
Door de relatief hoge druk in het inwendige van de doom heeft deze de tendens zich te strekken en daarmee de samengestelde spiraal tegen het rondgaand binnenoppervlak van de houder te drukken. Het is voldoende als het vulmedium althans tijdens nominaal bedrijf een hogere druk heeft dan de druk van het werkmedium. Indien het werkmedium natrium is, kan als vulmedium bijvoorbeeld kalium of calcium zijn toegepast. Bij voorkeur is het vulmedium een inert gas, bijvoorbeeld een edelgas. Dan blijven bij een eventuele lekkage van de doom, chemische reakties tussen het vulmedium en andere in de houder aanwezige bestanddelen uit.
Een voordelige uitvoeringsvorm van de warmtetransportinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat windingen met nauwe passing een aan de uiteinden open binnenbuis omgeven die zich in een tussen de eindgedeelten gelegen centraal gedeelte uitstrekt. Enerzijds ontstaan tussen de binnenbuis en de bekleding verdere capillaire kanalen, waardoor transport van gecondenseerd werkmedium bevorderd wordt. Anderzijds voorkomt de binnenbuis dat in dampfase verkerend werkmedium, gecondenseerd werkmedium meevoert naar het tweede eindgedeelte.
De warmtetransportinrichting volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor toepassing in een hogedrukontladingslamp. Een dergelijke lamp is voorzien van een gasdicht gesloten, straling doorlatend ontladingsvat met een ioniseerbare vulling, in welk ontladingsvat tenminste één elektrode is opgesteld. De warmtetransportinrichting is daarbij althans thermisch gekoppeld met de elektrode en treedt door de wand van het ontladingsvat heen naar buiten. Tijdens bedrijf van de lamp voert de warmtetransportinrichting warmte van de elektrode af. Toepassing van de warmtetransportinrichting maakt een hogere belasting van de lamp mogelijk.
Bovendien is hierdoor een grotere ontwerpruimte beschikbaar, bijvoorbeeld t. a. v. de dikte van de elektrode en t. a. v. de keuze van de afstand tussen de elektrodetop en het nabijgelegen einde van het ontladingsvat.
Opgemerkt wordt dat uit GB 1. 489. 799 een hogedrukontladingslamp bekend is waarin een warmtetransportinrichting is toegepast. De warmtetransportinrichting doet daarin tevens dienst als kathode en als stroomtoevoergeleider. De houder van de warmtetransportinrichting bevat behalve kwik als werkmedium, ook argon. Het octrooischrift vermeldt niet wat de aard van de
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
bekleding is.
De warmtetransportinrichting volgens de uitvinding is voorts zeer geschikt voor toepassing in een elektrodeloze lagedrukontladingslamp. De elektrodeloze lagedrukontladingslamp is voorzien van een gasdicht gesloten, straling doorlatend ontladingsvat met een ioniseerbare vulling, en van induktieve middelen die tijdens bedrijf in een instulping van het ontladingsvat aanwezig zijn en die een spoel van metaaldraad rond een cilindervormige kern van zacht-magnetisch materiaal omvatten, welke spoel tijdens bedrijf is gekoppeld met een hoogfrequent elektrische voedingsbron, waarbij een hoogfrequent elektrisch veld binnen het ontladingsvat wordt opgewekt en waarbij de warmtetransportinrichting in kontakt is met de cilindervormige kern en zich buiten de cilindervormige kern uitstrekt. Tijdens bedrijf wordt op deze wijze in de cilindervormige kern ontwikkelde warmte efficient afgevoerd.
De warmtetransportinrichting voorkomt daardoor oververhitting van de kern. Daarmee wordt een achteruitgang van de magnetische eigenschappen van de kern, alsmede het optreden van magnetische verliezen vermeden.
In de nog niet gepubliceerde Europese aanvrage 92204608. is een warmtetransportinrichting beschreven, die is toegepast in een elektrodeloze lagedrukontladingslamp. Deze bekende inrichting heeft een bekleding gevormd uit opgerold gaas. Deze inrichting is echter moeilijk te vervaardigen en blijkt in de praktijk slechts een beperkt capillair transport van het werkmedium op te leveren.
Opgemerkt wordt nog dat de toepassing van de warmtetransportinrichting volgens de uitvinding niet beperkt is tot de bovengenoemde. Daar de warmtetransportinrichting volgens de uitvinding een zeer kleine diameter kan hebben is deze bijvoorbeeld zeer geschikt voor lokale koeling van geintegreerde circuits.
Uitvoeringsvoorbeelden van de warmtetransportinrichting volgens de uitvinding worden nader toegelicht aan de hand van de tekeningen.
Daarin toont Figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm in langsdoorsnede, Figuur 2 een dwarsdoorsnede volgens II-II in Figuur 1, Figuur 3 een tweede uitvoeringsvorm in langsdoorsnede, Figuur 4 een dwarsdoorsnede volgens IV-IV in Figuur 3, Figuur 5 een hogedrukontladingslamp voorzien van een uitvoeringsvorm
<Desc/Clms Page number 6>
van de warmtetransportinrichting volgens de uitvinding,
Figuur 6 een elektrodeloze lagedrukontladingslamp voorzien van een uitvoeringsvorm van de warmtetransportinrichting volgens de uitvinding.
De onderdelen zijn in de figuren niet op schaal weergegeven.
Een in de figuren 1 en 2 getoonde eerste uitvoeringsvorm van de warmtetransportinrichting 10 volgens de uitvinding omvat een gesloten buisvormige houder 20 met een eerste en een tweede eindgedeelte 24,25 die een werkmedium bevat.
De buisvormige houder 20 heeft rondom een buisas 22 een rondgaand binnenoppervlak 23 dat is bekleed met zieh schroeflijnvormig in de richting van de buisas 22 tegen het rondgaande binnenoppervlak 23 uitstrekkende windingen 32 van een spiraal 31.
Windingen 32 van de spiraal 31 zijn samengesteld uit verdere windingen 34 die zieh schroeflijnvormig in een tangentiële richting t. o. v. de buisas 22 uitstrekken.
De spiraal 31 is een samengestelde spiraal, in casu een tweevoudig schroeflijnvormig gewonden spiraal. Capillaire kanalen 35 voor transport van gecondenseerd werkmedium in de richting van de buisas 22 worden gevormd tussen naburige verdere windingen 34a, 34b onderling en tussen de verdere windingen 34a, 34b en het rondgaand binnenoppervlak 23.
Tijdens nominaal bedrijf van de warmtetransportinrichting verdampt werkmedium aan een eerste eindgedeelte 24 van de houder, verplaatst zieh via een dampkanaal 26 en condenseert aan een tweede eindgedeelte 25 van de houder 20, waarna het gecondenseerde werkmedium via capillaire kanalen 35 van het tweede naar het eerste eindgedeelte 25,24 vloeit.
Figuur 3 en 4 tonen een tweede uitvoeringsvorm van de warmtetransportinrichting 110 volgens de uitvinding. Onderdelen daarin die overeenkomen met die uit Figuur 1 en 2 hebben een verwijzingscijfer dat 100 hoger is.
Verdere windingen 134 aan het eerste eindgedeelte 124 hebben een relatief kleine spoed ten opzichte van verdere windingen 134 in een tussen de eindgedeelten 124,125 gelegen centraal gedeelte 127 van de buisvormige houder 120.
Aan het tweede eindgedeelte 125 van de buisvormige houder 120 hebben verdere windingen 134 een relatief grote spoed t. o. v. verdere windingen 134 in een tussen de eindgedeelten 124,125 gelegen centraal gedeelte 127 van de buisvormige
<Desc/Clms Page number 7>
houder 120.
De verdere windingen 134 omgeven een doom 136.
De doom 136 is een gesloten buis die is gevuld met een vulmedium, bij voorkeur een inert gas, bijvoorbeeld argon, dat althans tijdens nominaal bedrijf een druk heeft die groter is dan de in de houder 120 heersende druk.
De windingen 132 omgeven met nauwe passing een aan de uiteinden open binnenbuis 128 die zich in een tussen de eindgedeelten 124,125 gelegen centraal gedeelte 127 uitstrekt. Voor de duidelijkheid is in Figuur 3 de binnenbuis 128 transparant weergegeven
Figuur 5 toont een hogedrukontladingslamp voorzien van een warmtetransportinrichting volgens de eerstgenoemde uitvoeringsvorm. Onderdelen in deze figuur die overeenkomen met die uit Figuur 1, hebben afgezien van een index a, b hetzelfde verwijzingscijfer. Van de warmtetransportinrichting lOa en lOb is voor de duidelijkheid slechts het buitenoppervlak van de houder 20a, 20b getoond. De hogedrukontladingslamp van Figuur 5 is voorzien van een gasdicht gesloten, straling doorlatend ontladingsvat 50 van aluminiumoxide.
Het ontladingsvat 50 heeft een lengte van 58 mm, een buitendiameter van 4. 5 mm en een wanddikte van 0. 6 mm. Het ontladingsvat 50 is voorzien van een ioniseerbare vulling. In casu bevat de vulling behalve 25 mg van een amalgaam met 18. 5 gew. % natrium ook xenon met een vuldruk van 7 kPa. In het ontladingsvat 50 is aan weerszijden een wolfraam elektrode 51a, 51b opgesteld met een dubbele wikkeling eveneens van wolfraam. De elektroden 51a, 51b hebben een lengte van 5. 1 mm. Met elke elektrode 51a, 51b is een warmtetransportinrichting lOa, lOb thermisch gekoppeld, die door de wand van het ontladingsvat 50 heen naar buiten treedt. Tijdens bedrijf voeren de warmtetransportinrichtingen lOa, lOb warmte van de elektroden 51a, 5lb af.
De warmtetransportinrichtingen lOa, lOb zijn met smeltkeramiek bevestigd in een keramische ring 53a, 53b die in een uiteinde 54a, 54b van het ontladingsvat 50 is vastgesinterd. De warmtetransportinrichting lOa, lOb doet in deze uitvoeringsvorm tevens als stroomtoevoergeleider dienst. De elektroden 51a, 51b zijn elk aan een afgerond uiteinde 27a, 27b van het eerste eindgedeelte 24a, 24b van een
EMI7.1
warmtetransportinrichting lOa, lOb vastgelast. De warmtetransportinrichtingen lOa, lOb strekken zich elk ongeveer 3 mm binnen de ontladingsruimte uit. In deze uitvoeringsvorm heeft de warmtetransportinrichting 10a, lOb een cilindrische houder
<Desc/Clms Page number 8>
20a, 20b van niobium met een lengte van ongeveer 35 mm, een binnendiameter van 1. 6 mm en een buitendiameter van 2. 1 mm.
De samengestelde spiraal is tweevoudig schroeflijnvormig gewonden uit wolfraamdraad met een dikte van 70 jum. De samengestelde spiraal heeft windingen die zich schroeflijnvormig in de richting van de buisas uitstrekken en die een buitendiameter hebben die overeenkomt met de binnendiameter van de houder. De windingen zijn samengestelde uit verdere windingen met een diameter van 260 jim en een konstante spoed van 140 gm. De houder 20a, 20b bevat 10 mg Na en een stof die tijdens bedrijf uitsluitend in de gasfase is.
De aanwezigheid van de stof in de houder 20a, 20b, in casu argon met een vuldruk van ongeveer 6. 5 kPa, draagt er toe bij dat de aan de uiteinden 54a, 54b van het ontladingsvat en in de elektroden 51a, 51b heersende temperaturen ook bij schommelingen van de omgevingstemperatuur en bij variaties in het door de lamp opgenomen vermogen relatief stabiel blijven.
Figuur 6 toont een elektrodeloze lagedrukontladingslamp voorzien van een warmtetransportinrichting 210 volgens de uitvinding. De lamp is voorts voorzien van een gasdicht gesloten, straling doorlatend ontladingsvat 260 met een ioniseerbare vulling. Verder is de lamp voorzien van induktieve middelen 270 die tijdens bedrijf in een instulping 261 van het ontladingsvat 260 aanwezig zijn en die een spoel 271 van metaaldraad rond een cilindervormige kern 272 van zacht-magnetisch materiaal omvatten. De spoel 272 is tijdens bedrijf via stroomtoevoergeleider 281a, 281b gekoppeld met een hoogfrequent elektrische voedingsbron 280. Daarbij wordt een hoogfrequent elektrisch veld binnen het ontladingsvat 260 opgewekt. De warmtetransportinrichting 210 is in kontakt met de cilindervormige kern 272 en strekt zich buiten de cilindervormige kern 272 uit.
Tijdens bedrijf voert de warmtetransportinrichting 210 warmte van de cilindervormige kern 272 af naar een metalen flens 211 en een daarmee verbonden metalen huis 212.