JP5253507B2 - 可変容量真空コンデンサ用冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、可変容量真空コンデンサ用冷却システムに関する。

従来技術において、様々な目的で、ある容量の固定容量真空コンデンサ及び容量がある範囲内で調節可能な可変容量真空コンデンサが使用されている。真空コンデンサは、放送システム、フラット・パネル・ディスプレイ又は半導体製造システムその他の産業用途に使用することがある。誘電性媒体としての真空は、多くの利点を有する。高い絶縁耐力のため、非常に接近したプレート間隔を維持し、しかもかなり高電圧のコンデンサができる。通常、絶縁破壊が生じると、紙、ＳＦ_６その他の誘電体を有するコンデンサの場合、しばしば永久破損を生じるが、真空コンデンサ内の絶縁破壊は永久破損とはならない。可変容量真空コンデンサは、しばしば、可変容量真空コンデンサのハウジングの第１部分に関して、金属ベローズにより、移動可能に配置される第１電極を含む。ハウジングの第１部分とハウジングの第２部分との間に絶縁体がしっかりと結合される。ハウジングの第２部分は、第２電極を含む。ハウジング内部を真空にすると第１電極と第２電極との間も真空になる。可変容量コンデンサは、このように構成され、その容量は、移動可能に配置された第１電極と第２電極との間の距離によって決まる。このような可変容量真空コンデンサが使用中、電気エネルギは、ハウジングの第１部分と第１電極との間の金属ベローズを介して伝達される。金属ベローズは、第１電極がスムーズに移動できるように十分柔軟で、良導電体でなければならない。しかし、これらの要件を同時に満足するのは困難である。したがって、このような可変容量真空コンデンサが高エネルギ用途で使用されると、金属ベローズ内に過剰な熱エネルギを発生することがある。従来技術では、可変容量真空コンデンサを十分に冷却するために水冷システムを使用していた。スイス特許公告第６５６７４０号（ＣＨ６５６７４０）には、高効率の渦流水冷システムが記載されている。水冷システムは、水流を金属ベローズ内部に案内し、金属ベローズの効率的な冷却を可能にするように構成される。水冷システムの欠点は、蒸留水又は脱イオン水を使用しなければならないことである。さらに、水の純度及びフロー・プロテクション（ｆｌｏｗ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）を周期的にチェックして過度の劣化を防ぐべきである。水の純度は、様々な冷却システム・コンポーネントからの汚染物質により著しく劣化することがある。例えば、冷却剤内の自由酸素及び二酸化炭素は、表面上に銅酸化物を形成して、冷却効率を低減する。さらに、ある期間、水冷真空コンデンサが使用されない場合、腐食を回避するためには、まず複雑な乾燥手順を実行しなければならない。

本発明の目的は、新規な可変容量真空コンデンサ用冷却システムを提案することであり、この冷却システムには従来技術の欠点が無い。特に、この新規な冷却システムは、通常の工業用水が使用可能であり、ある期間、可変容量真空コンデンサが使用されない場合の腐食の危険性を低減する。

これらの目的は、本発明に従って独立請求項の構成要素により達成される。さらなる好ましい実施形態が従属請求項及び明細書に記載されている。

前記目的は、本発明により達成され、そこでは、液体は、閉じた冷却容器（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）内部に配置され、容器の第１部分は、可変容量真空コンデンサの第１電極への電気エネルギの輸送を担う可変容量真空コンデンサの第１ベローズから熱エネルギを吸収するように設計され、容器の第２部分は、熱エネルギを冷却回路に向けて放散するように設計され、かつヒート・パイプは、容器の第１部分と容器の第２部分との間に配置される。特に、冷却回路は、通常の工業用水をいかなる浄化をすることもなく使用できるように容易に設計することができる。さらに、冷却回路内の腐食の危険性が大幅に低減される。例えば、冷却回路は、ステンレス鋼材で製造することができる。さらに、冷却回路の乾燥手順が単純化される。例えば、高圧空気による単純な乾燥で十分かもしれない。

実施形態の一つの変形例では、閉じた冷却容器内部に配置された液体は、オイルを含む。特に、実施形態のこのような変形例には、適切な熱的及び電気的性質を有する比較的低廉な液体を冷却容器内部に配置してよいという利点がある。

実施形態のもう一つの変形例では、冷却回路は、ステンレス鋼材その他の耐腐食性で熱エネルギ伝達能力のある任意の材料で製造される。特に、実施形態のこのような変形例には、冷却回路内の熱エネルギ輸送に通常の工業用水を使用してよいという利点がある。

実施形態のもう一つの変形例では、冷却回路は、周囲へ熱エネルギを放散させる手段を含む。このような手段は、任意のタイプの熱交換装置を含んでよい。例えば、熱交換装置は、金属体から空気中へ熱を放散させるいくつかのラミネーション（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）を含んでよい。

実施形態のもう一つの変形例では、オリフィス（ｏｒｉｆｉｃｅ）は、容器の中を液体が自由に循環できるようにするために、容器の第１部分と容器の第２部分との間に配置される。熱エネルギ吸収を良くするために、冷却容器の第１部分は、熱エネルギが発生する場所の近くに配置しなければならない。熱エネルギ放散を良くするために、冷却容器の第２部分は、熱エネルギを容易に放散できる場所の近くに配置しなければならない。容器の第１部分と容器の第２部分を配置する際の様々な構造上の要件を満たされなければならない。特に、オリフィスが容器の第１部分と第２部分との間に配置されると、容器内部の液体が自由に循環できるという利点がある。

実施形態のもう一つの変形例では、容器の容積を一定にするために第２ベローズが配置される。特に、第２ベローズにより、液体で完全に充填することができる閉じた容器をつくることができるという利点がある。

実施形態のさらなる変形例では、第１ベローズは、金属材料、特に、青銅その他の合金により構成される。特に、熱エネルギの伝達に関して周知の性質の材料を使用できるという利点がある。

実施形態のもう一つの変形例では、第２ベローズは、プラスチック材料、特に、ゴムその他の柔軟な材料により構成される。特に、機械的柔軟性に関して周知の性質の材料を使用できるという利点がある。

本発明の第１の実施形態を示す。 本発明に従った可変容量真空コンデンサの概略を示す。

以下に、本発明の実施形態について説明する。図１及び図２に実施形態の例を示す。図１中の参照番号１は、可変容量真空コンデンサを示す。特に、可変容量真空コンデンサは、絶縁体により電気的に分離されかつ真空中に配置される二つの電極を含む。電極は、図１に図示されていない。図１は、可変容量真空コンデンサ１のための冷却システムを示す。図１中の参照番号２は、冷却回路を示す。冷却回路２は、可変容量真空コンデンサ１の外部に配置される。冷却回路２は、高圧冷却回路でよい。冷却回路２は、可変容量真空コンデンサ外部に熱エネルギを輸送するように設計してよい。熱エネルギの輸送は、適切な水の輸送により実施してよい。しかし、可変容量真空コンデンサ外部に熱エネルギを輸送するための任意の他の手段を使用してよい。このような他の手段は、例えば、可変容量真空コンデンサ１の表面上に配置されたいくつかのラミネーションを含んでよい。従来技術において、多くの熱エネルギ輸送方法が知られている。熱エネルギの輸送を実施するのに循環水が使用される場合、材料の腐食に関する問題が生じるかもしれない。しばしば、腐食に関する問題を回避するためには、水純度要件を満たし、関連する装置の取り扱いに細心の注意を払わなければならない。しかし、図１に従った可変容量真空コンデンサ１の場合のように、関連する材料を慎重に選択できれば、水純度要件の重要性は低くなり、関連する装置の取り扱いに払う注意を簡素化してよい。例えば、このような材料は、水との接触に関して不活性でありかつ熱エネルギを十分に輸送するステンレス鋼その他の材料を含んでよい。従来技術では、可変容量真空コンデンサに対して、可変容量真空コンデンサのベローズ内部の水の循環に基づく冷却回路が使用されてきた。しかし、このような冷却回路には、水純度要件が非常に高く、関連する装置を慎重に取り扱わなければならないという欠点がある。

図１中の参照番号３は、冷却容器を示す。図１中の参照番号６は、第１ベローズを示す。特に、第１ベローズ６は、金属材料で製造されてよい。冷却容器３は、可変容量真空コンデンサ１の金属ベローズ６の内部に配置される。コンデンサの金属ベローズ６は、コンデンサの電極の一つへの電気エネルギの輸送に使用される。同様に、金属ベローズ６は、コンデンサ内部の真空とコンデンサ外部の空気との間の分離面を提供する機能を有する。さらに、金属ベローズ６は、それに取り付けられた電極をそれに応じて移動できるように十分柔軟でなければならない。金属ベローズ６は、例えば、青銅材料で製造されてよい。電極が移動すると、金属ベローズ６の容積が変化する。冷却容器３の内部に液体を配置してよい。このような液体は、任意の適切なオイルを含んでよい。例えば、十分な熱エネルギの輸送能力及び十分な電気的能力を有する合成油を容器３の内部に配置してよい。図１中の参照番号５は、第２ベローズを示す。第２ベローズ５は、プラスチック又はゴム材料により構成してよい。例えば、第２ベローズは、ゴム材料で製造されてよい。ゴム・ベローズ５は、容器３と可変容量真空コンデンサ外部との間に閉じた表面が存在するように配置される。したがって、図３に示すように、冷却容器３は、金属ベローズ６の近くに配置された第１部分及びゴム・ベローズ５の近くに配置された第２部分を含む。図１に示すように、金属ベローズ６の中心及びゴム・ベローズ５の中心には、金属ベローズ６に取り付けられた電極をそれに応じて移動できる手段が配置される。このような手段は、基本的に、可変容量真空コンデンサの開口を通って案内されるロッドを含んでよい。可変容量真空コンデンサの開口は、ロッドを案内するためのマウント（ｍｏｕｎｔ）を含んでよい。マウントは、容器３の中に配置された液体の自由な移動及び自由な循環が生じるようなオリフィスを含んでよい。このような容器３により、金属ベローズ６に発生する熱エネルギを容器内に配置された液体に吸収させることができる。熱エネルギは、ゴム・ベローズ５へ向けて伝達され、この伝達された熱エネルギは、冷却回路２によりさらに吸収されてよい。

図１中の参照番号４は、ヒート・パイプを示す。ヒート・パイプ４は、作動流体とその蒸気が、キャピラリ・ウィック・ライニング・システム（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｗｉｃｋ ｌｉｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）と共に入っている密封された管を含んでよい。ヒート・パイプは、超熱伝導体と考えられ、大量の熱エネルギを一端から他端へ輸送可能な熱エネルギ伝達システムを提供することができる。ヒート・パイプ４は、熱エネルギがマウントを介して金属ベローズ６の近くに配置される容器３の部分からゴム・ベローズ５の近くに配置される容器３の部分まで伝達されるように配置される。ヒート・パイプ４は、大量の熱エネルギを金属ベローズ６に近い領域からゴム・ベローズ５に近い領域に吸収することができる。

図２中の参照番号１．０は、可変容量真空コンデンサの絶縁体を示す。例えば、絶縁体１．０は、セラミック材料その他の任意の材料で製造される。第１端部において、絶縁体１．０は、可変容量真空コンデンサのハウジングの第１部分１．１に取り付けられる。第２端部において、絶縁体１．０は、可変容量真空コンデンサのハウジングの第２部分１．２に取り付けられる。ハウジング１．１、１．２及び絶縁体１．０の内部には、二つの電極が配置される。第１電極８は、ハウジングの第１部分１．１に取り付けられる。金属ベローズ６は、一端が、ハウジングの第２部分１．２に取り付けられる。第２電極７は、金属ベローズ６の他端に取り付けられる。可変容量真空コンデンサ内部を真空にするので、第１電極８と第２電極７との間が真空になる。真空は、ベローズ６、ハウジングの第２部分１．２、絶縁体１．０及びハウジングの第１部分１．１により可変容量真空コンデンサ外部から分離される。図２中の参照番号９は、ロッドを示す。ロッド９は、外力により第２電極７を第１電極８の近くに又は第２電極７を遠くに移動することができるように金属ベローズ６の内部に配置される。電極間の距離の変化により可変容量真空コンデンサの容量が変化する。ハウジングの第１部分１．１を介して第１電極８に電気が供給される一方、ハウジングの第２部分１．２及び金属ベローズ６を介して第２電極７に電気が供給される。図２中の参照番号２は、冷却回路を示す。冷却回路２は、その中を水が循環することができるチューブを含んでよい。したがって、冷却回路２が配置される領域外に熱エネルギを輸送することができる。図２中の参照番号３．１は、容器の第１部分を示す。容器の第１部分３．１は、金属ベローズ６の近くに配置される。図２中の参照番号３．２は、容器の第２部分を示す。容器の第２部分３．２は、冷却回路２の近くに配置される。容器の第１部分３．１及び容器の第２部分３．２は、液体、例えば、十分な熱伝達能力及び適切な電気的性質を有するオイルその他の任意の液体で充填される。容器の第１部分３．１と容器の第２部分３．２との間には、容器内の液体が容器の二つの部分間を自由に循環できるように、オリフィスを配置してよい。図２中の参照番号５は、ゴム・ベローズを示す。ゴム・ベローズ５は、一方を可変容量真空コンデンサの外側に取り付け、他方をロッド９に取り付けてよい。ゴム・ベローズ５は、閉じた容器を形成する。ロッド９が一方向又は他方向へ移動すると、液体は、容器の二つの部分間のオリフィスを通って輸送される。図２中の参照番号４は、ヒート・パイプを示す。ヒート・パイプ４は、既知の技術に従って製造され大量の熱エネルギを輸送可能である。図２に示すように、いくつかのヒート・パイプ４を配置することができる。ヒート・パイプ４は、容器の第１部分３．１から容器の第２部分３．２へ熱エネルギが輸送されるように配置される。本発明に従った冷却システムは、容器３．１、３．２の液体による熱伝達、ヒート・パイプ４による熱伝達、及び冷却回路２による熱伝達に基づく。容器３．１及び３．２は、いかなる保守も必要としない閉じた容器として製造することができる。冷却回路２は、通常の工業用水を冷却媒体として使用できるように製造することができる。

Claims (8)

1. 液体は、閉じた冷却容器（３）の内部に配置され、
   冷却容器の第１部分（３．１）は、可変容量真空コンデンサの第２電極（７）への電気的エネルギの輸送を担う可変容量真空コンデンサの第１ベローズ（６）から熱エネルギを吸収するように設計され、
   冷却容器の第２部分（３．２）は、熱エネルギを冷却回路（２）へ向けて放散するように設計され、かつ
   ヒート・パイプ（４）は、冷却容器の第１部分（３．１）と冷却容器の第２部分（３．２）との間に配置される可変容量真空コンデンサ用冷却システム。
2. 請求項１記載の冷却システムであって、閉じた冷却容器（３）の内部に配置された液体は、オイルを含むシステム。
3. 請求項１から２の一つの請求項に記載の冷却システムであって、冷却回路（２）は、ステンレス鋼材その他の耐食性で熱エネルギ伝達能力のある任意の材料で製造されるシステム。
4. 請求項１から３の一つの請求項に記載の冷却システムであって、冷却回路（２）は、熱エネルギを周囲へ放散する手段を含むシステム。
5. 請求項１から４の一つの請求項に記載の冷却システムであって、オリフィスは、冷却容器（３）の中を液体が自由に循環できるようにするために、冷却容器の第１部分（３．１）と冷却容器の第２部分（３．２）との間に配置されるシステム。
6. 請求項１から５の一つの請求項に記載の冷却システムであって、第２ベローズ（５）は、柔軟性があり、冷却容器（３）の容積を一定にするために配置されるシステム。
7. 請求項１から６の一つの請求項に記載の冷却システムであって、第１ベローズ（６）は、金属材料、特に、青銅その他の合金により構成されるシステム。
8. 請求項６から７の一つの請求項に記載の冷却システムであって、第２ベローズ（５）は、プラスチック材料、特に、ゴムその他の柔軟な材料により構成されるシステム。

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