JPH0338487B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般の住宅における熱搬送方法に関
するものである。

一般の住宅において、熱源機を例えば屋外に設
置し、この屋外の熱源機で発生した熱を屋内の各
種放熱器、給湯栓、浴槽等へ送り出す手段とし
て、所謂セントラルヒーテイングシステムが知ら
れている。

第１図はこのセントラルヒーテイングシステム
のシステム図であるが、熱源機０１内において水
を加熱し、この加熱した水を循環ポンプ０７を利
用して往き管０２から放熱器０３、給湯栓０４、
浴槽０５等へ供給し、放熱器０３或いはバスヒー
ター０６付の浴槽０５の場合には帰り管を介して
冷えた温水を熱源機０１へ戻し、再び加熱して送
り出すという強制循環方式である。

このように、従来のセントラルヒーテイングシ
ステムにおいては、必ず循環ポンプ０７が必要と
なり、メンテナンス上この循環ポンプ０７の管
理、維持がひとつのネツクとなつている。又、循
環ポンプ０７を運転することにより電力を消費
し、騒音も発生することから、特に一般の住宅に
おいては省エネ、騒音公害対策が迫られている。

なお、循環ポンプを使用しない熱搬送手段とし
てはヒートパイプ方式或いは重力還液方式などが
考えられるが、ヒートパイプ方式ではコストが非
常に高くつくと共に施工上の制限が多く、一般住
宅への適用は無理である。又、重力還液方式は第
２図に示すように蒸気発生器１で発生した蒸気を
蒸気管３を介して放熱部４内の放熱コイル５へ送
り、蒸発潜熱を奪われて凝縮した凝縮液を還液管
１２を介して前記蒸気発生器１へ還流する方式で
あるが、この重力還液方式の場合には、還液管１
２内の凝縮液の液位は蒸気発生器１の液位より管
路の圧力損失Ｈだけ高くなり、さらに放熱部４は
還液管１２の上部に設置しなければならないとい
う設置上の制約があり、又施工上前記Ｈをあまり
大きくとることは建物の関係で出来ないので、抵
抗の大きい放熱部１（放熱コイル５）或いは管径
の細い蒸気管３を使用することは出来ず、益々小
型化している現代の一般住宅への適用には不向き
である。

本発明は斯かる点に鑑みて提案されるもので、
循環ポンプを使用しないで熱搬送を行なうことが
できると共に管路或いは放熱部内での圧力損失を
大きく設定しても有効に熱搬送を行なうことので
きる熱搬送方法を提案するのが目的である。

本発明は上記目的を達成する技術的手段とし
て、加熱源を有する蒸気発生器にて飽和蒸気を発
生させてこの圧力により飽和蒸気を管路を介して
暖房器、貯湯器、風呂等に設けた放熱部側へ送る
と共に放熱部内で潜熱を奪われて凝縮した凝縮液
を一旦貯液タンク内に溜め、蒸気発生器内の液が
蒸発して減少し、所定の量になつたときに前記加
熱源をOFFにして蒸気の発生を止め、蒸気発生
器内の冷却に基づく真空作用により前記貯液タン
ク内に溜めた凝縮液を蒸気発生器内に還流させ、
所定の量が還流したところで再び加熱源をONに
して蒸気の発生を開始し、この作動の繰り返しに
より熱発生部で発生した熱を放熱部まで搬送する
ようにしたものである。

すなわち本発明の特徴は、熱発生部において熱
搬送媒体を飽和蒸気化すること、そしてこの蒸気
化に伴なう圧力の上昇作用を利用して飽和蒸気を
放熱部まで送り屈けること、放熱部において潜熱
を奪われて凝縮した熱搬送媒体を一旦タンク内に
溜めること、熱発生部側の熱搬送媒体が減少した
ときに飽和蒸気化を一旦止めること、この飽和蒸
気化の停止に伴なう真空作用を利用して先程溜め
たタンク内の熱搬送媒体を放熱部→蒸気管→熱発
生部へと還流させること、そしてこの還流が終了
したなら再び熱発生部において熱搬送媒体を飽和
蒸気化して放熱部へ送り出すという熱の間欠搬送
方式であつて、熱搬送媒体を蒸気化してこの蒸気
圧で放熱部まで熱を搬送するために熱の搬送手段
として従来の循環ポンプがいらない。又、凝縮し
て液化した熱搬送媒体を熱搬送部へ還流する手段
として真空作用を利用しているため、この場合に
も還液用の循環ポンプがいらない。

更に本発明は、前記のとおり熱搬送媒体を蒸気
化して送り出すため、管路及び放熱チユーブ内の
圧損を大きくとることができる。そして、凝縮し
て液化した熱搬送媒体を還液させるのに真空作用
を利用しているため、前記圧損を大きくとつた放
熱チユーブ及び管路を介してタンク内に溜つた熱
搬送媒体を熱発生部まで還液させることができ
る。

以上の特徴から、循環ポンプのいらない熱搬送
手段、圧損を大きくとれる熱搬送手段の効果を生
み、この効果は循環ポンプにまつわるトラブルの
解消、省エネ化、熱搬送手段の小型化を可能にす
る。

以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて詳
記する。

第３図において、１３は蒸気発生器であり、こ
の蒸気発生器１３には低液位検出センサー２０
と、一端が大気に開口した閉止弁２１とが取り付
けられており、またガスを利用した加熱源１４が
付属し、以上の構成が熱発生部である。

１６は放熱部であり、放熱コイル（チユーブ）
１７を内蔵している。この放熱コイル１７の入口
２３は周囲を断熱された蒸気管１５を介して蒸気
発生器１３の頂部に設けられた蒸気出口２２に結
ばれており、出口２４は凝縮液管１８に接続され
ている。凝縮液管１８の他端は上部が大気に開口
した凝縮液溜１９の液体内に挿入されている。

次に上記実施例の動作について説明する。

本装置を運転するには第３図において蒸気発生
器１３、蒸気管１５、放熱コイル１７、凝縮液管
１８の総容積に等しい量以上の液相熱媒体が必要
である。本装置を初めて運転する時には、この量
の液相熱媒体を用意して、第３図において、蒸気
発生器１３の上部に取付けられた閉止弁２１を開
き、任意量の液相熱媒体を蒸気発生器１３内に注
入後閉止弁２１を閉じ、残量を凝縮液溜１９に注
ぎ入れる。しかる後、加熱源１４をONとすれば
蒸気発生器１３内に注入された液相熱媒体は飽和
蒸気となり、蒸気発生器１３、蒸気管１５、放熱
コイル１７に滞留していた空気は凝縮液溜１９か
ら大気中に放出されるので、加熱源１４をOFF
とすれば蒸気発生器１３の器壁が冷却され、内部
の蒸気が凝縮して真空が生じ凝縮液溜１９にため
られた液相熱媒体が放熱コイル１７→蒸気管１５
を通つて蒸気発生器１３内に送液される。

通常の運転時において、加熱源１４をONとす
ると蒸気発生器１３内に封入された液相熱媒体が
加熱されて飽和蒸気が発生し、飽和蒸気は蒸気管
１５、放熱コイル１７内の液相熱媒体を凝縮液溜
１９に排出し、放熱コイル１７において周囲流体
に熱を与えながら徐々に凝縮が進行して放熱コイ
ル１７の後部と凝縮液管１８内が凝縮液で満たさ
れた状態で凝縮液が凝縮液溜１９に吐き出され
る。放熱コイル１７内の凝縮液は顕熱の一部を周
囲流体に与えて温度が降下する。

蒸気発生器１３内の飽和蒸気の圧力Psは、蒸
気管１５における蒸気の圧力損失をPv、放熱コ
イル１７における蒸気の圧力損失をPh、凝縮液
溜１９内の凝縮液表面から放熱コイル１７内の凝
縮液面までの距離を（垂直上方を正として）ｈ、
大気圧をPa、凝縮液の比重量をγとすると Ps−Pa＝Pv＋Ph−γh なるゲージ圧力となるように形成される。なお、
放熱コイル１７内の凝縮液と蒸気との界面は負圧
となる。

蒸気発生器１３内の液位が下がり、低液位セン
サ２０に低液位状態が検知されると加熱源１４が
OFFとなり、蒸気発生器１３の器壁が冷却され
ることにより内部の蒸気が凝縮して真空が生じ、
凝縮液溜１９にためられた凝縮液の表面にかかる
大気圧により、凝縮液は蒸気の流れ方向とは逆に
凝縮液管１８、放熱コイル１７、蒸気管１５を通
つて蒸気発生器１３に送液される。加熱源１４を
再びONとすれば、飽和蒸気が発生して上述の過
程を繰り返して放熱コイル１７に蒸気が送出さ
れ、放熱部１６にて周囲の流体の加熱に利用され
る。

本実施例においては、蒸気発生器１３内に発生
する飽和蒸気の圧力は、蒸気管１５および放熱コ
イル１７が液で満たされている加熱初期には、そ
の液を凝縮液溜１９に吐き出すのに十分な値に形
成され、また蒸気輪送時には、蒸気が蒸気管１
５、放熱コイル１７を通過する際に生ずる圧力損
失に応じて形成されるので、いかなる寸法、形状
の放熱器を、いかなる場所に設置してもよいし、
蒸気管１５の管径を細くできるという利点があ
る。また蒸気の発生と凝縮液の蒸気発生器１３へ
の送液モードは、加熱源１４のON、OFFだけで
切り換えができ、しかも輸送管を共用できるので
構造が簡単で、配管設備費を低減できるという利
点がある。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第４図において１９′は装置の最上部に設けた
凝縮液溜であり、この凝縮液溜１９′の下部は凝
縮液管１８′を介して放熱コイル１７に結ばれて
おり、凝縮液表面は大気に開口している。

上記第２の実施例の動作について説明する。

本装置を初めて運転する時には、第１の実施例
において述べた量の液相熱媒体を全量凝縮液溜１
９′に注ぎ入れた後、蒸気発生器１３の上部に取
付けられた閉止弁２１を開き、少量の液が閉止弁
２１を通つて外部に吐き出されたところで閉止弁
２１を閉じれば系内の滞留空気を排除できる。

通常の運転動作については第１の実施例と全く
同じであるが、蒸気発生器１３にて発生する飽和
上記の圧力Psは凝縮液溜１９′内の凝縮液表面か
ら放熱コイル１７内の凝縮液面までの距離ｈを、
垂直上方を正として測れば、第１の実施例と同じ
Ps−Pa＝Pv＋Ph−γhが成り立ち、Ps−Paなる
ゲージ圧力をもつ飽和蒸気が形成される。

第２の実施例においては放熱コイル１７内の凝
縮液と蒸気との界面が正圧に保たれる。

次に本発明の第３の実施例について説明する。

第５図において１９″はシリンダー状の凝縮液
溜であり、この凝縮液溜１９″は、ピストン２５
を内蔵しており、ピストン２５はシリンダー状凝
縮液溜１９″内をスムーズに上下方向に移動する
ように設計されている。凝縮液溜１９″の下部は
凝縮液管１８″を介して放熱コイル１７に結ばれ
ている。

上記第３の実施例の場合、通常の動作は第１、
２の実施例と全く同じであるが、蒸気発生器１３
にて発生する飽和蒸気の圧力Psは、ピストンの
重さをＧ、断面積をＡとすれば、 Ps−Pa＝Pv＋Ph＋Ｇ／Ａ−γh となり、発生圧力は_G/Aだけ増加するが、熱媒体
と大気との接触を断つことができるので、空気に
よる装置の腐食を防止でき、耐久性を向上させる
こができる。

次に本発明の第４の実施例について説明する。

第６図において１９は凝縮液溜であり、この
凝縮液溜１９の頂部には伸縮自在の気体用バツ
フアータンク２６が取り付けられており、下部に
は凝縮液管１８が連結されている。

装置内の滞留空気を排除後、凝縮液溜１９お
よびバツフアータンク２６の空間部に窒素等の不
活性ガスを封入する。

上記第４の実施例の場合通常の動作は第１、２
の実施例と全く同じであるが、凝縮液溜１９に
おける凝縮液量増加分に相当する封入ガスをバツ
フアータンク２６に送り込むことにより凝縮液表
面にかかる圧力を概略大気圧に保ちながら熱媒体
と空気との接触を防止することができるという利
点を有する。

次に本発明の第５の実施例ついて説明する。

第７図において１９′′′′は凝縮液溜であり、こ
の凝縮液溜は密閉構造となつていて、上部には真
空引き用閉止弁２７が、また下部には凝縮液管１
８′′′′が連結されている。

装置内の滞留空気を排除後、凝縮液溜１９
′′′′の頂部に備えられた閉止弁２７に真空ポンプ
を接続して、閉止弁２７を開き真空引き後、閉止
弁２７を閉じる。

上記第５の実施例の場合、凝縮液溜１９′′′′の
空間部には熱媒体蒸気が、その場の温度、圧力に
応じた平衡濃度だけ存在するが、大気圧に比べれ
ば減圧された状態となつている。加熱源１４を
ONとすると、蒸気発生器１３内で発生した飽和
蒸気が管路の液相熱媒体を凝縮液溜１９′′′′に送
出するため凝縮液溜１９′′′′内の圧力が上昇し、
さらに放熱部１６にて放熱後凝縮した液が凝縮液
溜１９′′′′に吐き出されるために徐々に圧力が上
昇する。蒸気発生器１３の液位が低液位状態にな
るとき、この圧力は最大となるが、この時加熱源
１４がOFFとなり、凝縮液は凝縮液溜１９′′′′か
ら蒸気発生器１３に送液され、最初の減圧状態に
戻る。

第５の実施例では、凝縮液溜１９′′′′の圧力が
上述のように変化するので、蒸気発生器１３内の
圧力、従つて温度も１サイクルの間で変化するこ
とになるが、熱媒体と空気との接触を防止するこ
とができる。

実施例は上記のような構成であり、以下に示す
効果が得られるものである。

蒸気発生器内に発生する飽和蒸気の圧力は蒸気
通過部にて生ずる圧力損失に応じて形成されるの
で、いかなる寸法、形状の放熱部をいかなる場所
に設置してもよいし、蒸気管の径を細くすること
もできる。

また装置内の空気は初期運転時に大気中に放出
されるので凝縮液溜を放熱部下部に設けることが
でき、設計の自由度が広いと共に凝縮液溜内の凝
縮液を給湯とか浴湯等に直接使用することも可能
である。

また蒸気の発生と、凝縮した熱媒体の蒸気発生
器内への送液とのモードの切り換えは加熱源の
ON、OFFだけで行うことができ、しかも輸送管
を共用できるので、構造が簡単で、配管設備費を
低減でき、従つて、低廉なる蒸気媒体熱利用シス
テムを構成することができる。

また、シリンダー・ピストン型凝縮液溜がバツ
フアータンク付凝縮液溜、あるいは密閉用凝縮液
溜と組み合わすこともでき、この場合には熱媒体
と空気との接触を防止でき装置の耐久性を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のセントラルヒーテイングシステ
ムのシステム図である。第２図は従来の重力還液
方式の説明図である。第３図は本発明の実施例図
である。第４図は凝縮液溜を装置の上部に設けた
実施例図である。第５図はシリンダー状の凝縮液
溜の実施例図である。第６図は気体用バツフアー
タンクを取り付けた凝縮液溜の実施例図である。
第７図は密閉式凝縮液溜の実施例図である。 １３……蒸気発生器、１４……加熱源、１５…
…蒸気管、１６……放熱部、１７……放熱コイ
ル、１８……凝縮液管、１９……凝縮液溜、２０
……低液位センサ、２１……閉止弁、２２……蒸
気出口、２３……放熱コイル入口、２４……放熱
コイル出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加熱源を有する蒸気発生器にて飽和蒸気を発
   生させてこの圧力により飽和蒸気を管路を介して
   放熱部側へ送ると共に放熱部内で潜熱を奪われて
   凝縮した凝縮液を一旦貯液タンク内に溜め、蒸気
   発生器内の液が蒸発して減少し、所定の量になつ
   たときに前記加熱源をOFFにして蒸気の発生を
   止め、蒸気発生器内の冷却に基づく真空作用によ
   り前記貯液タンク内に溜めた凝縮液を蒸気発生器
   内に還流させ、所定の量が還流したところで再び
   加熱源をONにして蒸気の発生を開始し、この作
   動の繰り返しにより熱発生部で発生した熱を放熱
   部まで搬送する住宅における熱搬送方法。