JPS5938512B2 - ヒ−トパイプサ−モスタツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス制御ヒートチャンバに関する。

これはまた、例えばルクセンブルグ国特許第７０４１９
号明細書に記載の如くヒートパイプサーモスタットとし
ても知られているものであり、作動流体の蒸発−凝縮サ
イクルを生起せしめる様に蒸発領域と凝縮領域とを備え
たヒートパイプの内部に熱処理室或は温度制御チャンバ
を設けて、蒸発領域から凝縮領域へと伝達される作動流
体の気化熱によりチャンバの温度制御を行うために用い
られる。

凝縮領域内で凝縮した流体は例えば毛細管力によって蒸
発領域へと還流され、ヒートパイプ内に作動流体の蒸発
−凝縮サイクルが維持される。

この場合、ヒートパイプに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規制装置系が接続され、ヒー
トパイプの作動流体と制御ガスとの間にバッファ（緩衝
）域が形成されている。

このヒートパイプの正常な作動時には、バッファ域はヒ
ートパイプの冷却領域の一部にある。

しかし、蒸発領域への熱入力の偶発的な増減によって作
動流体圧の増減が生ずると、作動流体圧と制御ガスとの
圧力均衡が崩れてバッファ域が移動する。

これはヒートパイプの有効冷却面積を増減させることと
なり、その結果熱入力の変動が補償されて温度制御チャ
ンバの温度が一定に保たれるようにされている５、本発
明は、特に、温度制御チャンバ内に高精度を以って所望
の温度を設定しかつ保持せしめることが可能であるヒー
トパイプサーモスタットに関する。

従来周知の如く、ガス制御ヒートパイプにおいては理想
的な場合、制御ガス圧力と温度制御チャンバの温度との
間には作動流体の蒸気圧曲線により決定される関係が存
在する。

しかしながら、実際上は理想的動作から外れた動作が発
生し、これは高精度のヒートパイプサーモスタットにお
いては極めて不御合な現象である。

即ち前述の如く、従来のヒートパイプサーモスタットで
は作動の際に、ヒートパイプ内に形成された制御ガス及
び作動流体の蒸気の間の界面境界が蒸発領域での熱入力
の変動に応じて移動し、この熱入力の変動を常時補償し
てヒートパイプ内及びその中に置かれた温度制御チャン
バ内の温度を一定に保つように構成されているが、実際
には温度制御チャンバの壁に汚損物質が晴着し、このた
め理想的動作から外れた動作をするという欠点があった
。

本発明の要点をなす研究結果によれば、多くの場合上述
の変動は、温度制御チャンバの壁土における作動流体内
の自記発生的不純物に起因することが判明１７た。

これらの不純物は、例えば作動流体によって温度制御チ
ャンバの壁から脱落させ得る物質である可能性がある。

作動流体内にこの種の不純物が存在すると、設定された
温度における該作動流体の蒸気圧が減少する。

従って予め定められた制御ガス圧力においては、上述の
脱落した不純物は蒸気の飽和温度を上昇させることにな
る。

従って、温度制御チャンバの温度をも上昇させる効果を
有しており、この効果は液体と蒸気相の境界における脱
落不純物の濃度の大きさに比例するものである。

実際上、この効果は低揮発性の不純物によってのみ誘起
されることに注意せねばならない。

何故ならば、高度の揮発性を有する不純物は液体相と蒸
気相の境界において蒸気相へと拡散してしまうからであ
り、かくなれば作動流体の表面における該不純物の濃度
は実際上ゼロとみなせるからである。

上述の汚染効果は温度制御チャンバの構造上の詳細及び
状態に依存するものであり、実質的に予測が不可能であ
るだめ、この効果によって生ずる温度低下は、一般的に
言って温度制御チャンバの温度及びその一定期間にわた
る保持に影響する不確定因子の一つとして考慮されなけ
ればならない。

従って本発明の目的とするところは、この温度誤差因子
即ち温度制御チャンバの壁土の作動流体内における低揮
発生の不純物の存在を低く押えかつそれを保持するヒー
トパイプサーモスタットを提供することにある。

本発明は次の考察に基づいて構成されているものである
。

即ち不純物の濃度は次の各項の場合高くなるという考察
に基づいている。

（イ）温度制御チャンバの壁に作動流体が停滞する場合
。

何故ならば、この場合温度制御チャンバの壁から作動流
体内へと不純物が拡散する時間的余裕が大きくなり、か
くて作動流体内の不純物の濃度は平衡状態に迄上昇する
ことが可能となってしまうからである。

（ロ）温度制御チャンバの壁土に全方向から作動流体の
流れが集中する蒸発領域が生ずる場合。

何故ならば作動流体の流れによって捕捉された低揮発性
不純物はこのような領域に堆積し、かくして該不純物の
濃度は溶解限度に迄上昇する可能性があるからである。

温度制御チャンバの壁にこのような蒸発領域が発生する
のは、温度制御チャンバの内部での発熱作用によって、
又は例えばチャンバの壁に当たる過熱蒸気又はヒートパ
イプの実際の加熱領域のような非常に高温の表面からの
熱放射により外部から熱がチャンバの壁に伝えられる時
である。

本発明はまた冷却領域内に新たに形成された凝縮体は特
に清浄であるという考察に基づいている。

何故なら、蒸気内には低揮発性の不純物は殆んど存在し
ておらず、従って不純物はこのような蒸気から得られた
凝縮体には存在していないからであり、また不純物が壁
から脱落乃至溶出するにはある程度の時間が必要である
からである。

一般的に言って、新鮮な凝縮体には揮発性の不純物、特
に制御ガス、のみが含まれており、この揮発性の不純物
は上述の如き溶出不純物を介しての蒸気圧低下の効果に
対しては伺ら重要な意味をもっていない。

これらの考察に基づいた本発明の特徴によれば、本発明
は、蒸発領域および凝縮領域を備えるヒートパイプとこ
のヒートパイプに接続されたガス圧力規制装置とを有し
、これら蒸発領域および凝縮領域がヒートパイプ内にガ
ス制御の元に作動流体の蒸発および凝縮サイクルを生起
するようにされており、さらにこの蒸発および凝縮サイ
クルに少なくも部分的にさらされ温度を制御されるよう
にヒートパイプ内に配設された温度制御チャンバを有す
るガス制御ヒートパイプサーモスタットにおいて、ヒー
トパイプ内には凝縮体を作るために冷却表面が配設され
、この冷却表面は該冷却表面からの凝縮体が温度制御チ
ャンバの外側壁上を指向的に流れて温度制御チャンバの
外側壁の表面の不純物を除去するようにこの温度制御チ
ャンバの外側壁へ接続されているヒートパイプサーモス
タットを提供する。

本発明の実施に当っては多くの可能性が考えられるが、
基本的には以下の要点が満足されていることが不可欠で
ある。

即ち（イ）凝縮が行なわれる冷却表面の存在。

（ロ）凝縮体を前記冷却表面から淵度制釘チャンバの表
面へ指向させる適当な設備の存在。

（ハ）不純物を除去するよう前記凝縮体を温度制御チャ
ンバの表面に分配する手段の存在。

に）前記凝縮体を温度制御チャンバの壁から蒸発器へと
通過可能ならしめる適当な「接続部材」の存在。

以下に、添付図面を参照し本発明の実施例について説明
する。

第１図は本発明に係るヒートパイプサーモスタットの実
施例の概略断面を示している。

この実施例の構成は、本発明に係る部分を除いて従来の
ヒートパイプサーモスタットの原理に依るものである。

従って、これらの構成部分について詳細な説明は行わな
いが、はぼ円筒状のヒートパイプ部分の両側に参照符号
にで示される領域を冷却されるようにされた凝縮領域１
と、参照符号Ｈで示す部分を加熱されるようにされた蒸
発領域５とがそれぞれ配設され、これら両領域間のヒー
トパイプ内に温度制御チャンバ６が配置されている。

才だ、蒸発領域５のさらに外側には、冷却領域にと同様
な冷却領域ｋが設けられ、この冷却領域ｋにガス圧力規
制装置Ｇが接続される。

これら冷却領域におよびｋにおけるヒートパイプ内壁に
は、凝縮体を蒸発領域５へ還流させるために幾層かの微
細網目のワイヤネットで形成された毛細管構造体が取付
けられている。

本発明によるこの実施例では、上記毛細管構造体と同様
な構成の毛細管構造体３が温度制御チャンバ６の周囲に
取付けられ、第２図に示される様に南様な毛細管構造体
２および４を介してそれぞれ凝縮領域１および蒸発領域
５に接続されている。

なお、作動流体の種類、制御ガスの種類および圧力、蒸
発領域における熱入力の大きさ等の作動条件が所望の制
御温度に応じて設定されるのは、従来のヒートパイプサ
ーモスタットにおける場合と同様である。

この実施例の作動においては、第１図に示される如く熱
がＨ部においてヒートパイプに伝達され、そこで蒸発領
域５内の作動流体を気化する。

蒸気の一部■了はガス圧力規制装置Ｇと接続された冷却
領域■ぐへと逃げ、この領域■ぐに制御ガスとのガスバ
ッファ（緩衝）域７が形成される。

この蒸気の一部■による蒸発−凝縮サイクルは、次に述
べる残りの蒸気による蒸発−凝縮サイクルを制御ガスの
直接影響から隔てるのに役立っている。

残りの蒸気りは、温度制御チャンバ６の周囲を通って冷
却領域Ｋに至る。

温度制御チャンバ６の温度制御は、主としてこの蒸気り
によって行われる。

冷却領域には締切弁８を介して図示せぬ低圧室へ接続す
ることが出来る。

凝縮領域１において生じる凝縮体は、毛細管構造体２を
経由して、温度制御チャンバ６の頂部へ流通する。

凝縮体は同様な毛細管構造体３を介して温度制御チャン
バの表面上へ配分され、最終的にヒートパイプの底部に
おいて別の毛細管構造体４を経由して蒸発領域５へ戻る
。

かくして本実施例においては、温度制御チャンバ６の外
壁上の作動流体に高濃度の不純物が集中することは防止
される。

、何故ならば、温度制御チャンバ６の外壁は凝縮領域１
で作られた常に新鮮な凝縮体の指向性の有る流れによっ
て不純物を除去されているからである。

この流れの存在により、作動流体が温度制御チャンバ６
の壁土に停留する時間は短時間に保持され、かくてこの
時間内に壁から溶出する不純物の濃度は低いものとなる
。

さらに、前述の如く温度制御チャンバ６の内部での発熱
作用或はチャンバの壁に当たる過熱蒸気等によって温度
制御チャンバ６０表面上に蒸発領域が生ずる場合であっ
ても、この指向性の有る凝縮体の流れは前述の集中する
流れと合流し、結果的に蒸発分を補うため作動流体が全
方向からチャンバ上の蒸発領域内に流れ込むということ
はもはや発生しない。

その代り作動流体の流れは一方の側から流入し蒸発のた
め幾分少ない流量で他方の側へと流出するので、低揮発
性の不純物の堆積が防止される。

以上述べた如く、本発明に係るヒートパイプサーモスタ
ットでは、ヒートパイプ内に凝縮体を作る冷却表面を設
け、この冷却表面を冷却表面からの凝縮体が温度制御チ
ャンバの外壁上を指向的に流れるように温度制御チャン
バへ接続するという構成によって、常に新鮮な凝縮体で
温度制御チャンバの外壁上が清掃されて低揮発性の不純
物の存在が低く押えられるため、高精度を以って所望の
温度を設定しかつ保持せしめることが可能である。

本発明の実施例の記載は何ら本発明の範囲を限定するも
のではない。

例えば、実施例の説明では凝縮体を作る冷却表面を凝縮
領域の冷却領域が兼ねるものとしたが、当業界に精通す
る者にとって明らかな如く、別個に冷却表面を設けるこ
とも可能であり、また温度制御チャンバへ凝縮体を導く
のに毛細管構造体を利用する外にも、例えば分配通路を
利用することも可能であり、或は単に凝縮体を温度制御
チャンバ上へ滴下せしめることによっても実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るヒートパイプサーモスタットの長
手方向断面図、第２図は第１図の線ＩＴ −Ｈに沿って
眺めた断面図をそれぞれ示す。 １・・・凝縮領域、２，３，４・・・毛細管構造体、５
・・・蒸発領域、６・・・温度制御チャンバ、Ｋ、Ｋ・
・・冷却領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸発領域５および凝縮領域１を備えるヒートパイプ
   とこのヒートパイプに接続されたガス圧力規制装置Ｇと
   を有し、前記蒸発領域および前記凝縮領域が前記ヒート
   パイプ内にガス制御の元に作動流体の蒸発および凝縮サ
   イクルを生起するようにされており、さらにこの蒸発お
   よび凝縮サイクルに少なくも部分的にさらされ温度を制
   御されるように前記ヒートノ督ブ内に配設された温度制
   御チャンバ６を有するガス制御ヒートパイプサーモスタ
   ットにおいて、前記ヒートパイプ内には凝縮体を作るた
   めに冷却表面が配設され、前記冷却表面は該冷却表面か
   らの凝縮体が前記温度制御チャンバ６の外側壁上を指向
   的に流れて該温度制御チャンバ６の外側壁の表面の不純
   物を除去するように該温度制御チャンバ６の外側壁へ接
   続されていることを特徴とするヒートパイプサーモスタ
   ット。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のヒートパイプサーモ
   スタットにおいて、前記冷却表面は前記ヒートパイプの
   作動流体のだめの前記凝縮領域１内にあることを特徴と
   するヒートパイプサーモスタット。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載のヒートパイプサーモ
   スタットにおいて、前記冷却表面は制御ガスの直接作用
   範囲外にあることを特徴とするヒートパイプサーモスタ
   ット。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか一
   項に記載のヒートパイプサーモスタットにおいて、前記
   冷却表面の前記温度制御チャンバ６の外側壁への接続は
   毛細管構造体２，３によって行なわれることを特徴とす
   るヒートパイプサーモスタット。