JPH02500230A - 電気要素のための熱交換器装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 、のための熱　器装置 １１座±１ 本発明は、概して電気要素のための熱消散手段に関し、特に、航空機もしくは航 空宇宙のような適用において、ゼロ重力もしくは反転に対抗し得る電気要素のた めの熱交換器装置に関するものである。

九１Ｌ１遣 適度の量の熱を発生する要素を、熱を消散させる目的で冷却することは一般的で ある。例えば、適度の量の熱を発生する電気要素は、ガス状の絶縁体により取り 囲まれた金属製の容器に装着され得る０発生された熱は取り囲まれた空気に伝達 されそして金属製の容器によって伝導される。

しかしながら、かなり大きい量の熱を発生する要素は、該要素からの熱を金属製 のハウジングを通す等して伝導するために誘電液を必要とする。

誘電液の冷却材が必要とされた場合には、容器内の液体の熱膨張を許容しなけれ ばならない。もし、誘電液の冷却材が膨張する空間を提供するよう容器が単に部 分的に満たされているならば、該冷却材内のボイドもしくは空所は温点もしくは 電気的な断線を生じ得る。この問題は、１９５７年１月８日付けでウィツトマン （Ｍｈｉｔ＋＊ａｎ）に発行された米国特許第２，７７７．００９号明細書に示 されたもののような、種々の方法により提起されてきた。

ウィツトマンにおいては、電気装置は、密閉した主タンク内で誘電液に沈められ 、誘電液の上には非凝縮性のガスがある。ガス・タンクは、非凝縮性ガスと、装 置の動作中に形成された誘電液の蒸気とを分離するよう主タンク内に配置されて いる。ガス・タンクは頂部の開口を有し、ガス・タンクの底部は誘電液に接触す る。２つのタンクの側壁は狭く離されており、その内部で、誘電液の蒸気は、動 作中に連続的に上昇し、かつ同時に非凝縮性ガスがガス・タンク内の空間を吹き 上がる間に凝縮する。

ウィツトマンの特許について示した概して上述したような既知の方法は、主タン クの底に誘電液を保持するよう充分な重力がある限り、そしてタンクが直立した ままである限り、動作的に機能的ではある。しかしながら、このような方法は、 タンクが反転されるようになるが、もしくは航空宇宙の適用におけるようにゼロ 重力を受けるような場合には適用可能ではない、０°Ｇにおいては、誘電液は電 気要素を離れて全く持ち上がり、該電気要素は数秒にして断線し得る。このよう な事態は、例えば航空機が空間を通して突然に落下するときに経験され得る。か かる適用において用いられる電気要素のための熱交換器装置に対する明白な必要 性がある。

本発明は、上述の問題を解決し、説明した特性の熱交換器装置に対する必要性を 満足することに向けられている。

図面の簡単な説明 新規であると信じる本発明の特徴は、添付した請求の範囲に詳細に述べられてい る０本発明は、その目的及び長所と共に、添付図面と共になされる以下の説明を 参照して最も良く理解され得る。

なお、図中、同様の参照数字は同様の要素を特定する。図において、 第１図は、本発明の概念を実施した熱交換器装置を通した幾分図式的な垂直断面 図であり；そして 第２図は、熱交換器装置の主室のひれのついた外側表面を示す図である。

第３図は、本発明の他の実施例である。

適ｔ・　の祥細か＝日 図を詳細に参照し、最初に第１図を参照すると、本発明は、密封された主室すな わちタンク１６の底で誘電液（ａ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　１ｉｑｕｉｄ）　１ ４内に沈められた電気要素１２から熱を消散するための、総括的に１０で示され た熱交換器装置の形態でここに示されている。タンク１６は、密封されており、 金属のような熱消散物質から構成される装置は、３／４”〜１”程度の直径であ って良いシリコーン・チップのような型の電気要素を収容するよう設計されてい る。要素は、高出力であり、平方特表平２−５００２３０（３） センナメートル（ｃｍ’）当たり３０〜５０ワット程度であり得る。いくつかの シリコーン・チップもしくはデバイスはモジュールで構成され得る。換言すれば 、本発明が適用可能な電気要素は、大量の熱が消散されなければならない要素で ある。

装置は、第１図において直立状態で示されている。しかしながら、本発明は、装 置が傾けられまたは反対にされ得るか、もしくはゼロ重力を受け得る、大気及び 宇宙空間の適用において遭遇するかも知れない状態に向けられる。かかる状態の もとで、誘電液１４が前述のシリコーン・デバイスのような電気要素１２から去 るならば、デバイスは、実際、たちまちのうちに焼き切られる０本発明の装置は 、反対にされた状態、または航空機の空間を通しての降下中のようなゼロ重力を １５秒程度耐えるよう設計される。

誘電液（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｆｌｕｉｄ）　１４は、第１図では１８におけ るように沸騰しているように示されており、蒸気泡２０を形成し、該蒸気泡２０ は、蒸気となって矢印“Ａ”の方向に上昇する。誘電液は、商品名フルオリナー ）　（Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ）のもとに３Ｍ商会によって作られているもののよ うな、フレオン（Ｆｒｅｏｎ　）の形態であって良い。誘電液は、室温において ０．６　ｐｓｉの蒸気圧でもって１００°Ｃの沸点を有し得るということが予想 される。

本発明は、窒素のような非凝縮ガスを保持し、かつ該ガスと熱交換器の動作中に 形成される誘電液の蒸気とを分離するために、密封された主室１６内で密封され た妨害室２２の形態にある手段を提供することを意図する。第１図に見られるよ うに、妨害室２２は、誘電液１４の頂部で該誘電液と接触して、主室１６内に位 置付けられる。２つの室の側壁は、例えば円筒形であって良く、それらの回りに 狭い凝縮兼分離ダクト手段２４を形成するよう互いに間隔を置かれ、該手段２４ 内で誘電液の蒸気が上昇しかつ凝縮する９通常動作において、ダクト手段の上部 領域は、非凝縮ガスで充填される。

小さい穴もしくはオリフィス２６が、密封された妨害室２２の上部壁２８の近辺 で事実上それを貫いて形成される。このオリフィスは、非″ａ縮ガスがダクト手 段２４を吹上られるとき該非凝縮ガスが妨害室内に入り込むのを許容するが、装 置が反対にされるかまたはゼロ重力を受けるならば、どのような誘電液が入り込 むのも禁止するような大きさである。オリフィスは、誘電液の入り込みを禁止す るために０．０１０インチ程度であり得る。

このことは、１５秒程度の反対にされた状態に装置が耐えるのを可能にするだろ う。

沸騰液で遭遇するもう１つの問題は、低い蒸気圧、または極めて低い蒸気密度で ある。それ故。

本発明は、通常“間欠泉噴出もしくはガイザリング（ｇｅｙｓｅｒｉｎｇ　）” と呼ばれる、極めて早いまたは揮発性の沸騰を避けるために、装置すなわち密封 された妨害室２２を成る与えられた圧力レベルに前もって充気しておくことを意 図している。このことは、それ自身電気要素の焼き切りの状態を生じ得る。装置 を前もって充気する量または程度は、用いられている誘電液に依存するであろう 。

分かりやすく言えばシステムは、液体の沸点が既定充気圧力に到達しなければな らない状態を創設するよう、前もって充気される。もちろん、妨害室２２を前も って充気することによって、オリフィス２６でもって、凝縮された蒸気より上で 妨害室の上部領域の回りのダクト手段２４も前もって充気される。

妨害室２２の上部壁２８の上または回りで凝縮するどんな液も、妨害室より下の 主室１６の底部の液に戻すために手段が設けられる。特定的には、煙突形状もし くはじょうご形状の通路３ｏが妨害室を貫通して形成され、そして主室の底の液 体の貯蔵場所と連通ずる、通路の底の小さい液体通過口３２に導かれる。

総括的に３４で示された、空気衝突手段もまた冷却空気を密封された主室１６に 向けるために該密封された主室１６の回りに設けられている。空気衝突手段には 、冷却空気入口３８及び温暖空気出口４０が設けられている。

第２図は、主室１６の外部にも、熱の消散を容易にするために冷却ひれ４２が設 けられ得るのを示す、ひれは、清掃の目的で３〜６インチ程度で離間され得る。

ｆｉ後に、図の説明で述べたように、本発明はここに幾分図式的に示されている 。密封され、金属で密封された主室１６は、ある型または他の下方の支持手段（ 図示せず）によって支持されなければならず、そして空気衝突手段３４は、主室 １６の回りで適切に支持されるのが明白であるということが理解されるであろう 。しかしながら、空気衝突手段３４は開口端４４を有し、該開口端を通して主室 １６が配置可能であるということに気づくべきである。このことは、主室が清掃 の目的で容易に取外すされるのを可能にする。このことは、機内の空気が熱交換 器デバイスにおける冷却空気としてしばしば用いられる航空機の適用において特 に重要である０機内の空気は、残留物の蓄積と生じるたばこの煙または同様のも のを帯びており、結果として、装置の熱交換器表面の清掃を容易にする必要性が 生じる。

第３図は、本発明のもう１つの実施例の断面図に向けられる。第３図の本発明の 実施例は、図の左側端に示されるように接続された管５１を含んでいる妨害室５ ０を用いたことを特徴とする。管５１の上部端には、第１図に示されたオリフィ ス２６と同じ態様で作用する小さいオリフィス５２がある。

第３区の熱交換器は、誘電液５５に沈められた電気的要素５３．５４を含んでい る。密封された主室５６は誘電液５５及び該液体５５の表面５７上の非凝縮ガス を保有するために設けられる。

妨害室５０は、非凝縮ガスに対し囲まれた空間を提供し、熱交換器の動作中に形 成される液体のガス及び蒸気を分離するよう作用する。第３図において容易に気 づかれ得るように、、妨害室５０は、主室５６内に誘電液５５と接触して置かれ る０間隔を置かれて示される側壁５８．５９は、狭い凝縮及び分離ダクト手段を 形成し、その内部で液体の蒸気が上昇しかつ凝縮する。管５１のオリフィス５２ は、熱交換器主室５６の頂部近くに置かれる。オリフィス５２は、ガスがダクト 手段を吹き上げられるとき、非凝縮ガスが妨害室５０内に入り込むのを許容し、 そして装置が逆にされるかまたはゼロ重力を受けるならば、液体が入り込むのを 阻止するような大きさである。

本発明のこの実施例には、示されているようにファン６０が設けられており、該 ファン６０は冷却空気を矢印６１．６２によって示されているように外側の環状 通路６３を通して上方に、そして次に矢印６５．６６によって示されているよう に内側の環状通路６４を通して下方に吸込み、それから、示されているようにフ ァン６０は、暖かい空気を追出す。図示しないが、壁５８．５９間に熱を解放す るひれ構造が位置付けられ得、すでに説明したように、ダクト手段における蒸気 と熱交換器を通して吸込まれる空気とからの熱の抽出を高める。

本発明は、その精神並びに中心的特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で 実施され得るのを理解するであろう、従って、本例並びに実施例は、すべての観 点において、説明的なものと見なすべきであり、制限的なものとして見なすべき ではなく、そして本発明は、ここに与えられた詳細に限定されるべきではない。

補正書の翻訳文提出書く特許法第１８４条の７第１項）平成　１年　４月１９日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．誘電液に沈められる電気要素のための熱交換器装置であって、 前記誘電液及び該誘電液の上に非凝縮性のガスを保有するよう、密閉した主室を 区画する主室区画手段と、 前記非凝縮性ガスを保有しかつ該ガスと前記熱交換器の動作中に形成される前記 誘電液の蒸気とを分離するよう妨害室を区画する妨害室区画手段であって、該妨 害室は、前記誘電液と接触して前記主室内に位置付けられ、妨害室及び主室の側 壁は、内部で前記誘電液の蒸気が上昇しかつ凝縮する狭い凝縮及び分離ダクト手 段を形成するよう互いに離間されている前記妨害室区画手段と、前記密閉した妨 害室の頂部の近傍で該妨害室に設けられたオリフィス手段であって、前記非凝縮 性ガスが前記ダクト手段を吹き上げられるとき該非凝縮柱ガスの前記妨害室への 流入を許容するが、前記熱交換器装置が反転されるかもしくはゼロ重力を受けた 場合には誘電液の流入を禁止するような大きさである前記オリフィス手段と、を 備えた電気要素のための熱交換器装置。 ２．前記密閉した主室に対して冷却空気を向けるよう該主室の回りに空気衝突手 段を含んだ特許請求の範囲第１項記載の電気要素のための熱交換器装置。 ３．前記主室の外側に冷却ひれ手段を含んだ特許請求の範囲第２項記載の電気要 素のための熱交換器装置。 ４，前記主室の外側に冷却ひれ手段を含んだ特許請求の範囲第１項記載の電気要 素のための熱交換器装置。 ５．前記妨害室は頂部壁を有し、前記オリフィス手段を該頂部壁に位置させるよ うにした特許請求の範囲第１項記載の電気要素のための熱交換器装置。 ６．前記妨害室の頂部で凝縮した誘電液を前記主室の底部に戻すために該妨害室 の頂部壁から該妨害室を貫通して該妨害室の底部まで延びる通路手段を含んだ特 許請求の範囲第５項記載の電気要素のための熱交換器装置。 ７．前記通路手段はじょうご形状であり、その底に小さい液体の通路開口を含ん だ特許請求の範囲第６項記載の電気要素のための熱交換器装置。 ８．前記妨害室の頂部で凝縮した誘電液を前記主室の底部に戻すために該妨害室 の頂部壁から該妨害室を貫通して該妨害室の底部まで延びる通路手段を含んだ特 許請求の範囲第１項記載の電気要素のための熱交換器装置。 ９．前記通路手段はじょうご形状であり、その底に小さい液体の通路開口を含ん だ特許請求の範囲第８項記載の電気要素のための熱交換器装置。 １０．誘電液に沈められる電気要素のための熱交換器装置であって、 前記誘電液及び該誘電液の上に非凝縮性のガスを保有するよう、密閉した主室を 区画する主室区画手段と、 前記非凝縮性ガスを保有しかつ該ガスと前記熱交換器の動作中に形成される前記 誘電液の蒸気とを分離するよう妨害室を区画する妨害室区画手段であって、該妨 害室は、前記誘電液と接触して前記主室内に位置付けられ、妨害室及び主室の側 壁は、内部で前記誘電液の蒸気が上昇しかつ凝縮する狭い凝縮及び分離ダクト手 段を形成するよう互いに離間されている前記妨害室区画手段と、前記密閉した妨 害室の頂部の近傍で該妨害室に設けられたオリフィス手段であって、前記非凝縮 性ガスが前記ダクト手段を吹き上げられるとき該非凝縮性ガスの前記妨害室への 流入を許容するが、前記熱交換器装置が反転されるかもしくはゼロ重力を受けた 場合には誘電液の流入を禁止するような大きさである前記オリフィス手段と、前 記妨害室の頂部で凝縮した誘電液を前記主宰の底部に戻すために該妨害室の頂部 壁から該妨害室を貫通して該妨害室の底部まで延びる通路手段と、 前記密閉した主室に対して冷却空気を向けるように該主室の回りに設けられた空 気衝突手段と、を備えた電気要素のための熱交換器装置。 １１．前記主室の外側に冷却ひれ手段を含んだ特許請求の範囲第１０項記載の電 気要素のための熱交換器装置。 １２．前記オリフィス手段は、前記妨害室の前記頂部壁に位置する特許請求の範 囲第１０項記載の電気要素のための熱交換器装置。 １３．前記通路手段はじょうご形状であり、その底に小さい液体の通路開口を含 んだ特許請求の範囲第１０項記載の電気要素のための熱交換器装置。