JPH0379636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は密閉管の内部に封入した凝縮性の作
動流体を蒸発および液化させつつ上下方向におい
て循環流動させることにより作動流体の蒸発潜熱
として熱の輸送を行なうサーモサイホンに関する
ものである。

従来の技術 サーモサイホンは基本的には、密閉管の内部か
ら空気などの非凝縮性のガスを真空排気した後に
水などの凝縮性の流体を作動流体として封入し、
その密閉管をほぼ垂直に設置した状態でその下端
部に熱を与えることにより作動流体を蒸発させ、
同時に密閉管の上端部から熱を奪うことにより、
作動流体蒸気を密閉管の上端部で凝縮液化させ、
さらに液化した作動流体を密閉管の内面に沿わせ
て流下させ、その結果、作動流体の蒸発潜熱とし
て熱の輸送を行なうものである。したがつてサー
モサイホンは構成が簡単であるうえに、外部動力
を要さずに熱の輸送を行なわせることができるか
ら、地熱の採取あるいは地中からの抜熱による地
中への冷熱の蓄熱等に用いることが考えられる。

しかしながら上述したような一般的なサーモサ
イホンでは、作動液を密閉管の内面を伝つて流下
させる構成であるから、凝縮液化した作動流体
を、外部から入熱のある蒸発部の内周面全体に必
ずしも充分分散させることができず、また作動液
の流動方向と作動流体蒸気の流動方向とが反対と
なつて両者が対向流となるから、作動液が入熱の
ある蒸発部に還流する以前に蒸気流によつて飛散
させられ、その結果蒸発部での作動液が不足して
熱輸送量が制限される問題がある。このような問
題を解決することのできるサーモサイホンとして
第５図に示す構成のものが従来提案されている。
これは、密閉管１の上端部にフイン２を取り付け
た放熱兼液溜め部３を形成し、かつ多数の小孔を
周壁部に形成した分配管４を前記放熱兼液溜め部
３の底部に接続する一方、その分配管４の下端部
側を前記密閉管１の外側から内側に周壁部を貫通
させて引き入れ、さらに密閉管１の内部には、空
気等の非凝縮性のガスを真空排気した状態で水な
どの凝縮性の流体を作動流体として封入した構成
である。このような構成のサーモサイホンであれ
ば、前記放熱兼液溜め部３を上側として垂直に立
てた密閉管１の下端部側に熱Ｑを与え、かつ放熱
兼液溜め部３から熱Ｑを奪えば、作動流体蒸気が
密閉管１の内部を上方に流れて放熱兼液溜め部３
において凝縮液化し、その結果生じた作動液が分
配管４の内部を通つて流下し、密閉管１の内周面
全体に分散供給される。

発明が解決しようとする問題点 しかるに第５図に示す従来のサーモサイホンで
は、前記分配管４における各小孔から噴出する作
動液の量はその小孔の上下位置に基づく水頭圧に
よつて大きく影響されるから、密閉管１の内周面
全体に均一に作動液を分散させることが難しく、
また小径の分配管４を密閉管１の内部に引き入れ
て所期の位置に固定することが困難であるなどの
製造上の問題があつた。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、製造作業が良好で、しかも熱輸送量の優れた
垂直サーモサイホンを提供することを目的とする
ものである。

問題点を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、上
下方向に向けて配置する密閉構造の外管の内部
に、その外管より小径かつ短寸で少なくとも上端
の開口した内管を同心状に挿入配置し、その外管
の内周面と内管の外周面との間に螺旋状の線条体
を挟み込み、さらに前記外管の内部に実質的に凝
縮性の作動流体のみを封入するとともに、前記内
管の周壁に多数の通気孔を形成したことを特徴と
するものである。

またこの発明においては、内管に上端部でつな
がつた切り起こし片を形成し、これを内管の外側
に折り曲げて前記通気孔を形成することが好まし
い。

さらにこの発明では、少なくとも内管をスパイ
ラルコルゲート管とした場合には、前記通気孔
を、内管の周壁のうち外表面が斜め下側を向いた
箇所に形成することが好ましい。

作 用 この発明のサーモサイホンにおいても、作動流
体が蒸発して上端側に流動し、しかる後放熱して
液化することにより、作動流体の蒸発潜熱として
熱の輸送を行なう。その場合、この発明では、内
管と外管との間に螺旋状の線条体を挟み込んだか
ら、内管と外管との間に螺旋状の液溜め部が形成
されていて、ここで作動流体の蒸発が生じ、その
蒸気が内管と外管との間を上方に流れるが、内管
と外管との間の空間は螺旋状になつているので、
作動流体蒸気が次第に通気孔から内管の内側に流
れ込み、実質的には内管の内部が蒸気流路となつ
て作動流体蒸気がここを通つて上端部に至る。ま
た内管は外管より短いから、上端部に流れた作動
流体蒸気は外管の内周面に接触して熱を外部に放
出し、その結果生じた液相の作動流体は、外管の
内周面を伝つて流下し、したがつて内管と外管と
の間の螺旋状の空間部が液流路となり、気液分離
が行なわれる。さらに作動液は螺旋流となつて流
下するから、熱授受の生じる外管の内周面全体に
充分分散供給される。

実施例 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明
する。

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図であ
つて、外管１０の内部に内管１１を同心状に挿入
配置し、さらにこれら外管１０と内管１１との間
に螺旋状の線条体１２を挟み込んで全体としての
容器が形成されている。ここで外管１０は、周壁
部の凹凸を螺旋状とした密閉構造のスパイラルコ
ルゲート管からなるものであつて、垂直に立てて
使用され、その上端部は直管状に形成されるとと
もにフイン１３を取付けて放熱部１４とされ、ま
た下端部の大半が外部から入熱のある蒸発部１５
とされ、さらにその蒸発部１５と放熱部１４との
間に断熱部１６が形成されている。これに対し内
管１１は上記の外管１０より小径かつ短寸で前記
外管１０と同ピツチのスパイラルコルゲート管か
らなるものであつて、この内管１１はその上端部
が前記放熱部１４の下側に位置するよう前記外管
１０の内部に同心状に配置されている。そして前
記線条体１２は外管１０の内面と内管１１の外面
とに接触した状態でその両者の間に挟み付けられ
ている。なお、線条体１２は外管１０と内管１１
とのいずれか一方に溶接等の手段によつて固定し
ておいてもよく、そのようにした場合には線条体
１２をネジ山として内管１１を外管１０の内部に
ねじ込めばよい。

また内管１１のうち前記線条体１２に接触しな
い箇所でかつ外表面が斜め下方を向く箇所に丸形
等の任意の形状の通気孔１７が形成されている。
この通気孔１７は内管１１の一部を単に打ち抜い
て形成したものであつてもよいが、第２図に示す
ように内管１１の一部に切り込みを入れて上端部
でつながつた切り起こし片１８を形成し、その切
り起こし片１８を内管１１の外側に折り曲げて形
成することが好ましい。

そして上記のように構成した外管１０の内部に
は、空気等の非凝縮性のガスを真空排気した後に
水などの使用目的の温度で蒸発する凝縮性の作動
流体１９が封入されている。

以上のように構成したサーモサイホンにおいて
蒸発部１５に外部から熱Ｑを与え、かつ放熱部１
４から熱Ｑを奪えば、作動流体１９が蒸発部にお
いて蒸発気化し、その蒸気は圧力の低い放熱部１
４に向けて上方に流れる。その場合、作動流体蒸
気は内管１１と外管１０との間で発生して上昇流
となるが、内管１１と外管１０との間は前記線条
体１２を挟み込んであることにより螺旋状の空間
となつていて流動抵抗が大きいから、作動流体蒸
気は内管１１に形成した通気孔１７を通つて内管
１１の内側に入り、ここを放熱部１４に向けて流
れる。特に、通気孔１７を第２図に示すように切
り起こし片１８を残した構成としておけば、切り
起こし片１８がガイドとなることにより作動流体
蒸気が速やかに内管１１の内側に入り込む。内管
１１が前述したように外管１０より短寸であるか
ら、作動流体蒸気は放熱部１４において外管１０
の内周面に接触して、ここで放熱して凝縮液化す
る。その結果生じた液相作動流体は外管１０の内
面を伝つて流下するから、放熱部１４より下側の
部分で内管１１と外管１０との間に入り込むが、
内管１１と外管１０との間は前記線条体１２を挟
み込んであることにより螺旋状の空間となつてい
るから、作動液は螺旋流となつて内管１１の外側
を流れる。

したがつて上記のサーモサイホンでは、内管１
１の内側が蒸気流路となるとともに内管１１の外
側が作動液流路となるから、気液分離が行なわれ
て作動液が蒸気流によつて飛散することがなく、
すなわち飛散限界による制約が殆んどなくなり、
また作動液は螺旋流となるから外管１０の内周面
全体に分散させられ、その結果、入熱のある蒸発
部１５の内周面全体に充分な量の作動液を供給す
ることができる。

なお、この発明における外管および内管はスパ
イラルコルゲート管に限定されるものではないの
であつて、直管によつて外管および内管を形成す
ることができる。その例を第３図および第４図に
示す。これらの図に示すように密閉構造の直管に
よつて外管２０が形成されるとともに、その内部
に、外管２０より小径でかつ短寸の直管状の内管
２１が同心状に挿入配置されており、これらの外
管２０と内管２１との間に螺旋状の線条体２２が
挟み込んで固定されている。また外管２０のうち
内管２１より上側の部分には、フイン２３が取付
けられ放熱部２４とされている。これに対し外管
２０の下側の大半が蒸発部２５とされるととも
に、その蒸発部２５と放熱部２４との間のわずか
な部分が断熱部２６とされている。

他方、内管２１には、第４図に示すように前記
線条体２２に干渉しない位置に多数の通気孔２７
が形成されている。この通気孔２７は前述した実
施例におけると同様に単に打ち抜いて形成しても
よく、あるいは上端部がつながつた切り起こし片
を持つ貫通孔として形成してもよい。

以上の外管２０と内管２１とによつて全体の容
器が構成され、その内部に実質的に凝縮性の作動
流体２９のみが封入されている。

なおここで内管２１の内径Ｄが25φ程度であつ
た場合には、通気孔２３の径ｄは、1φ≦Ｄ≦8φ
程度に設定することが好ましい。

第３図に示すように直管によつて外管２０と内
管２１とを形成した構成であつても、前述した実
施例におけると同様に、内管２１と外管２０との
間が螺旋状の作動液の還流部となり、また内管２
１の内部が作動流体蒸気の流路となつて両者が隔
絶されるから、作動液を蒸発部２５の全体に充分
分散供給することができる。

発明の効果 以上説明したようにこの発明によれば、所謂飛
散限界による熱輸送量の制約がなくなるうえに、
入熱箇所全体への作動液の分散供給を充分行なう
ことができるから、熱輸送量を従来になく高める
ことができ、一般的なサーモサイホンに比べて熱
輸送量を約数倍にすることができた。またこの発
明では、外管の内部に孔開き構造の内管を挿入固
定さればよいので、製造作業性の良好なものとす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第
２図はその部分図、第３図はこの発明の他の実施
例を示す断面図、第４図はその内管を示す正面
図、第５図は従来のサーモサイホンの一例を示す
略解図である。 １０，２０……外管、１１，２１……内管、１
２，２２……線条体、１４，２４……放熱部、１
５，２５……蒸発部、１７，２７……通気孔、１
８……切り起こし片、１９，２９……作動流体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上下方向に向けて配置する密閉構造の外管の
   内部に、その外管より小径かつ短寸で少なくとも
   上端の開口した内管を同心状に挿入配置し、その
   外管の内周面と内管の外周面との間に螺旋状の線
   条体を挟み込み、さらに前記外管の内部に実質的
   に凝縮性の作動流体のみを封入するとともに、前
   記内管の周壁に多数の通気孔を形成したことを特
   徴とする気液分離型垂直サーモサイホン。 ２ 前記通気孔は、前記内管の一部に切り込みを
   入れて上端部でつながつた切り起こし片を形成
   し、かつその切り起こし片を内管の外周側に折り
   曲げて形成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の気液分離型垂直サーモサイホ
   ン。 ３ 前記外管および内管のうち少なくとも内管が
   スパイラルコルゲート管によつて形成され、かつ
   前記通気孔が、その内管の周壁のうち外表面が斜
   め下方を向いた箇所に形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載
   の気液分離型垂直サーモサイホン。