JPS5924796B2 - ガス制御ヒ−トパイプサ−モスタツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は別名ヒートパイプサーモスタットとして知られ
ているガス制御ヒートチャンバに関するものである。

従来実質的に等温変化をするヒートパイプは流体の気化
熱を蒸発領域から凝縮領域へと伝達することが知られて
いる。

この場合パイプの内部には２相サイクルが維持されてお
シ、例えば毛細管力により凝縮領域内で凝縮した流体は
蒸発領域へと還流される。

ヒートパイプの原理は既に数１０年前から知られている
（例えば米国特許第 ２３５０３４８号明細書参照）。

サーモスタット装置にこのようなヒートパイプを使用す
ることも既に提案されている（ルクセンブルグ国特許第
５７４８２号明細書参照）。

この場合ヒートパイプは例えば定圧状態にあるガス貯蔵
タンクの如きガス圧力制御装置系に接続されている。

ここで前記接続の態様は蒸気及びガスの比較的に狭い領
域のみが遷移領域に含まれるよう行なわれている。

これらの条件のもとでは蒸発領域へと通過させられる熱
量が変化すると遷移領域が変動し、かくて熱放出領域も
対応して変化する。

この種の装置における理想状態においては、制御ガスの
圧力とパイプ温度との相関関係は使用される作動流体の
蒸気圧曲線により決定される。

実際上この理想的相関関係よりの偏倚を誘起せしめる幾
つかの作用因子が存在する。

このような因子の一つは作動流体の蒸気内における制御
ガスの混入であり、この現象はとりわけ制御ガスが高い
ガス分圧領域において作動流体内に溶解し、次に該作動
流体と共にヒートパイプの加熱部分へと流通し、次に作
動流体が蒸発される時には作動流体内へと流入するとい
う事実に帰因している。

このような因子の発生がもたらす結果は、制御ガスの圧
力が予め定められていた場合蒸気の飽和温度が低下し、
それとともにヒートパイプの温度が低下するということ
である。

この温度低下は前記蒸気内のガス分圧の大きさに比例す
るものである。

上述のガス溶解効果はヒートチャンバの構造的特性及び
その作動条件に依存するので、天然法則によってはほと
んど予測不能であり、従ってガス溶解効果に帰因する温
度低下は一般的に言ってチャンバの絶対温度レベルに関
する不確定要素として考慮しておかなければならない。

かくて本発明は上述の温度における不確定要素を除外す
るか少なくとも該要素を大巾に減少する問題に関してい
る。

この問題は本発明の特徴によればヒートパイプの有効外
る気化−凝縮サイクルを補助的気化−凝縮サイクルによ
って制御ガスから分離せしめ、以って両サイクルが共通
の蒸発領域を持たせしめることによって解決される。

本発明の原理は付図の第１図を参照して説明することが
出来る。

ダイヤグラム図（第１図）において符号１は蒸気Ｂ′と
制御ガス３′の間に遷移領域２を有するガス匍脚ヒート
チャンバを示している。

尚制御ガス３の圧力はガス圧力規制装置４により一定に
保持されている。

蒸発領域Ｈ内に熱を与えることにより二つの気化−凝縮
サイクルが誘起される。

即ち一方は主サイクルＡ−Ｂ−Ａであり、このサイクル
中には温度制御チャンバ５が存在する。

他方は補助サイクルＡ’−Ｂ’−Ａ’であり該サイクル
は遷移領域２に近接しており、該領域を主サイクルＡ−
Ｂ−Ａから分離せしめている。

それぞれ冷却領域Ｋ及びに′内に凝縮される作動媒体は
それぞれ毛細管構造体６及び６′を経由して矢印で示さ
れる方向において蒸発領域Ｈへと還流させられる。

前記補助サイクルＡ’−Ｂ’−Ａ’は高いガス分圧にあ
る領域２及び３内に溶解したある量の制御ガスを含んで
いる。

これに対し温度制御チャンバ５を取囲んでいるサイクル
Ａ−Ｂ−Ａは極めて少量のガスしか含んでいない。

何故ならばこのサイクルの凝縮領域内には何らのガスバ
ッファ（緩衝部材）も含まれておらず、従ってガスが溶
解出来ないからである。

ガスはサイクルＡ’−Ｂ’−Ａ’からの拡散作用を介し
てのみサイクルＡ−Ｂ−Ａ内へ流入している。

このガスは凝縮領域７内に集積され、そこで除々にガス
分圧を形成し始める。

この分圧形成は経験上極めてゆっくり（例えば数日間に
わたって）進行することが判明しており、例えばバルブ
８を経てガスを真空チャンバ９内に解放してやることに
より放止することが出来る。

このようなガスの解放は特にヒートパイプが加熱されて
いる時に必要である。

何故ならば低温状態においてヒートパイプ中に一様に分
布していたガスの大部分は循環し始めた蒸気によって凝
縮領域７内に閉込められるからである。

本発明の別の実施例においては、ガスの解放は又ヒート
パイプの内部に向けて実施することが可能である。

この場合には冷却領域が一時的に加熱され、かくてサイ
クルＡ−Ｂ−Ａの循環方向が逆転され、部分７に存在す
るガスはサイクルＡ’−Ｂ’−Ａ’内へと排出されそこ
から制御ガスバッファ３へと進行する。

本発明の更に好ましい実施例においては幅の狭い小チュ
ーブからなる装置１０が設けられており、該装置はその
両端がヒートパイプの蒸気内に開口しており、領域７か
らサイクルＡ’−Ｂ’−Ａ’の蒸気内の一点へと延びて
いる。

尚このサイクル地点ニおいては圧力は領域７におけるよ
り幾分低い。

この種の地点は例えば蒸気ダクトの断面積を選ぶことに
より及び／又はサイクルＡ−Ｂ−Ａ又はＡ’−Ｂ′−Ａ
′内に放散される熱量の大きさをＡ′からＢ′への圧力
匂配がＡからＢへの圧力匂配よシも大きくなるよう選ぶ
ことにより実現可能である。

かくして領域７から領域Ｂ′にかけては蒸気微流が定常
的に流れており、この蒸気流の存在により領域７内にガ
スが顕著に堆積するのが防止されている。

この副次的蒸気流によシサイクルＡ−Ｂ−Ａ内に発生す
る作動流体の損失はＡ′からＡにかけての毛細管構造体
により自動的に補償されている。

しかしながらこの付加的流体流れはサイクルＡ’−Ｂ’
−Ａ’からのガス汚染流体から構成されているのである
から出来るだけ少量にとどめねばならない。

即ちチューブ１０内の流れ抵抗は領域７内にガスが顕著
に堆積するのを防止するに足るのみとする、即ち別の言
い方をするならば領域７内の温度低下（前述した如くガ
スの堆積は温度の低下となってあられれる）がもはや顕
著に認められないようにするべきである。

例 本発明に係る装置が正常に機能することを確認するため
に作動流体として水を用い、制御ガスとしてアルゴンを
用いた銅ヒートパイプ内における軸方向温度分布を測定
した。

上記ヒートパイプの長さは５０ＣｒｒＬであり、蒸気ダ
クトの直径は１．２ｃｒＩＬであった。

温度分布は両端が開口し、ヒートパイプ内において軸方
向に配設した外径０．５Ｃ７７１のチューブを用い白金
抵抗の助けを借りて測定した（測定の感度は略１０−４
℃／ｃｍである）。

前記毛細管構造体は外側パイプ及び内側チューブに巻付
けだワイヤネットから構成されていた。

第２図に示すグラフにはチューブ長手方向に沿う偏倚Ｔ
−Ｔｏ０Ｃがプロットされており、ここでＴｏ＝１００
’Ｃは水の理論的気化温度を示す。

第１図と対比させるならば、Ｈ，Ｋ及びに′は蒸発領域
及び二つの冷却領域をそれぞれ示す。

従って二つのサイクルがヒートパイプ内に発生しており
、これらのサイクルは蒸発領域から見て左側にＨＫＨ（
実効領域）及び右側に見てＨＫ’Ｈ（補助領域）の２サ
イクルからなっている。

前記補助領域は制御ガスと直接接触している。

ヒートパイプを定置状態に移動させた後の静止状態にお
いて実施された測定結果によれば蒸発領域の両端におい
て二つの一定温度領域が認められるが、ここで前記実効
領域においては明らかに高い温度が認められるのはこの
領域において循環している蒸気内のより低いガス含有量
に帰因している。

又実効領域内の温度は補助領域内におけるより長時間に
わたり一定値を保持することが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガス制御ヒートパイプサーモスタ
ットの模式的概略図、第２図は本発明の好ましい実施例
に係るヒートパイプサーモスタット内におけるサーモス
タット軸線方向の温度分布図をそれぞれ示す。 １°°叱−トチャンバ、２・・・遷移領域、３・・・制
御ガス、Ｈ・・・蒸発領域、Ａ−Ｂ−Ａ・・・実効サイ
クル、４・・・ガス圧力規制装置、７・・・凝縮領域、
８・・・バルブ、９・・・低圧チャンバ、１０・・・チ
ューブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス制御ヒートパイプサーモスタットにしてそのヒ
   ートパイプ内においてはサーモスタット効果を得る目的
   で気化−凝縮サイクルが維持されておシ、かくてガス圧
   力規制装置の制御ガスが前記パイプに接続された緩衝領
   域を形成しているヒートパイプサーモスタットにおいて
   、実効的な気化−凝縮サイクルが補助的な気化−凝縮サ
   イクルを介して前記制御ガスから分離されていることを
   特徴とするガス制御ヒートパイプサーモスタット。 ２、特許請求の範囲上記第１項に記載のガス制御ヒート
   パイプサーモスタットにおいて、前記実効及び補助サイ
   クルが共通の蒸発領域を有していることを特徴とするガ
   ス制御ヒートパイプサーモスタット。 ３ ガス制御ヒートパイプサーモスタットにしてそのヒ
   ートパイプ内においてはサーモスタット効果を得る目的
   で気化−凝縮サイクルが維持されており、かくてガス圧
   力規制装置の制御ガスが前記パイプに接続された緩衝領
   域を形成しているヒートパイプサーモスタットにおいて
   、実効的な気化−凝縮サイクルが補助的な気化−凝縮サ
   イクルを介して前記制御ガスから分離されていること、
   実効サイクルに係る凝縮領域がバルブを介して時々かつ
   好ましくは自動的にガスを解放するべく該バルブを経由
   し低圧チャンバへと接続されていることを特徴とするガ
   ス制御ヒートパイプサーモスタット。 ４ ガス制御ヒートパイプサーモスタットにしてそのヒ
   ートパイプ内においてはサーモスタット効果を得る目的
   で気化−凝縮サイクルが維持されており、かくてガス圧
   力規制装置の制御ガスが前記パイプに接続された緩衝領
   域を形成しているヒートパイプサーモスタットにおいて
   、実効的な気化−凝縮サイクルが補助的な気化−凝縮サ
   イクルを介して前記制御ガスから分離されていること、
   両端が開口した薄肉のチューブが前記実効サイクルの凝
   縮領域を前記補助サイクル内のより低い制御ガス分圧地
   点へと接続していることを特徴とするガス制御ヒートパ
   イプサーモスタット。