JPH0387561A - 高温蓄熱体を備えたヒートパイプ式給湯装置 - 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】 産業上の利用分野 この発明は蓄熱体の有する熱をヒートパイプを介して水
に与えて温水を得る給湯装置に関し、特に蓄熱温度の高
い蓄熱体を使用するヒートパイプ式の給湯装置に関する
ものである。

従来の技術 一般家庭などの小規模施設で使用する給湯装置は、必要
充分な温度および量の温水が迅速に得られることに加え
、小型であることが要求され、またランニングコストが
低いことも望まれる。したがって電気ヒータやガスバー
ナによって水を加熱するタイプの給湯装置では、蛇口の
コックを開（などの出湯の要求があってから実際に給湯
がおこなわれるまでの時間が長く、給湯の迅速性に欠け
る不都合があり、しかも電気ヒータを熱源とした場合に
は安価な深夜電力を利用できない不都合もある。これに
対して貯湯タンクを備えた装置では、所定温度の温水を
常時溜めておくために蛇口のコックを開くε同時に温水
を得ることができ、また安価な深夜電力を利用すること
もできるが、その反面、容量の大きい貯湯タンクを必要
とするために、装置が大型化する問題がある。そこで本
出願人等は、蓄熱体と熱交換器とをヒートパイプで連結
し、蓄熱体に蓄えた熱を給湯の要求に従ってヒートパイ
プを介して熱交換器に運び、ここで水を加熱して温水を
得るよう構成した装置を既に提案した。

発明が解決しようとする課題 ところで上記の本出願人等の提案にかかる装置において
蓄熱体の熱を熱交換器に運ぶヒートパイプとしては、得
るべき温水の温度が高々８０℃程度であるから、水ある
いはこれに類した凝縮性の流体を作動流体としたものを
使用することになる。

また蓄熱体としては、装置の小型化を図るために、単位
体積当りの蓄熱量が可及的に多いものが望ましく、それ
に伴い蓄熱温度も高いものとなる。そのためヒートパイ
プの受熱部、すなわち蓄熱体に熱授受可能に接触する部
分においては、作動流体の沸点よりかなり高い温度で作
動流体に外部から熱を与えることになるが、作動流体の
液滴が接触するヒートパイプの内面温度がこのように高
い温度であると、ライデン７０スト現象が生じて作動流
体の蒸発が緩慢になる場合がある。すなわちヒートパイ
プの内面温度が作動流体の温度より　３（１０℃程度高
くなると、ヒートパイプの内面に接触した最初の作動流
体の液滴の表面で瞬時に蒸発が生じ、その蒸気が液滴を
ヒートパイプの内面から離隔させて液滴への熱伝達が阻
害され、その結果、液滴の全量が完全に蒸気になるまで
にかなりの時間を要することになる。これがライデンフ
ロスト現象と称される現象であって、このような現象が
生じると、ヒートパイプの熱輸送能力が低下し、必要充
分な速さで温水を得られなくなる不都合がある。

このような不都合を解消するために、沸点の高い水銀や
カリウムなどを作動流体としたヒートパイプを使用する
ことが考えられるが、このようなヒートパイプは高価で
あるうえに、取扱いに相当の注意を必要とするために一
般家庭などの小規模施設で使用する給湯装置には不向き
である。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、蓄熱温
度を高くしても迅速な給湯を行なうことができ、また小
型かつ安価な給湯装置を提供することを目的とするもの
である。

課題を解決するための手段 この発明は、上記の目的を遠戚するために、非凝縮性ガ
スを脱気した密閉容器内に凝縮性流体を作動流体として
封入してなるヒートパイプの蒸発部を、高温蓄熱体に熱
授受可能に接触させ、かつ前記ヒートパイプの凝縮部を
水との間で熱交換をおこなう熱交換部としたヒートパイ
プ式給湯装置において、前記ヒートパイプのうち前記高
温蓄熱体に熱授受可能に接触させた蒸発部の内面に、内
側に向けて延出した突起を設けたことを特徴とするもの
である。

作　　　　　用 この発明の装置では、ヒートパイプの蒸発部が作動流体
のおんとより相当高温の蓄熱体に接触し、かつそのヒー
トパイプの凝縮部が水との間で熱交換をおこなう熱交換
部となっており、したがって作動流体は蓄熱体側の端部
で蒸発し、その蒸気が熱交換部側に流れた後、放熱して
凝縮する。すなわち蓄熱体の有する熱がヒートパイプを
介して熱交換部に運ばれ、水が加熱されて温水となる。

その場合、蓄熱体の温度が作動流体の温度より高いこと
に伴ってヒートパイプの内面の温度が作動流体の温度よ
り高くなり、そのためヒートパイプの内面に接触した作
動流体の液滴は直ちには蒸発せずに液滴の状態のままヒ
ートパイプの内面から弾き飛ばされるが、ヒートパイプ
の内面側には突起が配置されているために液滴状態の作
動流体はその突起に接触してその突起から熱を奪うと同
時に突起によって分割され、その結果、蒸発が促進され
る。特に突起はその熱容量が小さいので、常時はヒート
パイプの内面はどの高温にならず、したがってここでラ
イデンフロスト現象が生じにくいので、液滴状態の作動
流体の蒸発がこの点でも促進される。

実施例 つぎに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模式図であって、ヒ
ートパイプ１としてループ型のものを使用した例である
。すなわち蒸発部２は上部ヘッダ管３と下部ヘッダ管４
との間に複数のバイブ５を互いに平行に配置して全体と
して格子状に形成されており、また凝縮部６も同様に、
上部ヘッダ管７と下部ヘッダ管８との間に複数のパイプ
９を互いに平行に配置して全体として格子状に形成され
ている。そして蒸発部２が凝縮部６よりも低い位置に配
置されるとともに、上部ヘッダ管３，７同士が蒸気管１
０によって連通され、また下部ヘッダ管４．８同士が液
戻り管１１によって連通されており、その液戻り管１１
の途中に液溜め部１２およびそれより下側に流量調整弁
１３がそれぞれ介装されている。このように全体として
ループ状に形成した管路の内部には、例えば空気などの
非凝縮性のガスを真空脱気した状態で水などの沸点が１
００℃程度の凝縮性の流体が作動流体１４として封入さ
れている。

上述した蒸発部２の全体は、断熱材１５で被覆した高温
蓄熱体１６の内部に埋設するなどのことにより高温蓄熱
体１６に対して熱授受可能に接触している。ここで高温
蓄熱体１６は、作動流体１４の沸点より高い温度で蓄熱
をおこなうものであって、具体的には鋳鉄や鋼、セラミ
ック、岩石などであり、３００〜５［１０℃程度の温度
で蓄熱をおこなう。

また上述した蒸発部２におけるパイプ５の内部に内側に
向けた針状突起１７が設けられている。

これは例えば第２図および第３図に示すように、ウィッ
クとして作用する金網１８をパイプ５の内面に添わせて
配置するとともに、その素線を部分的に切断し、その切
断部分を内側に屈曲させて突出させることにより形成で
き、あるいはその金網を一部分切断してその切断部分を
内側に屈曲させてもよい。またこのような金網１８とし
ては、素線の径がｌ＋ａ＋で、目の粗さが１０メツシュ
程度のものを使用することができる。

他方、前記凝縮部６は、給水口１９と出湯口２０とを備
えたジャケット２１によって水密状態に包囲され、ここ
に水との間で熱交換を行なう熱交換部が形成されている
。

上述した構成の給湯装置では、前記蓄熱体１６を例えば
５００℃程度まで加熱昇温させて蓄熱をおこない、また
前記ジャケット２１の内部に水を供給した状態で前記流
量調整弁１３を開いて液相の作動流体１４を蒸発部２に
供給すると、液相の作動流体１４は水頭圧および金網１
８での毛細管圧力によって各ヘッダ管３，４やパイプ５
の内部に送り込まれる。その作動流体ｔ４は、蒸発部２
が蓄熱体１６によって加熱されているから、ヒートパイ
プ１の容器を構成している各ヘッダ管３，４やパイプ５
の管壁を介して蓄熱体１６によって加熱される。その場
合、蓄熱体１６の温度が作動流体１４の沸点に対して大
幅に高いから、ヒートパイプ１の内壁面に接触した液相
の作動流体１４は直ちには蒸発せずにライデンフロスト
現象によってその液滴がヒートパイプ１の内壁面から内
側に弾き飛ばされる事態が生じる。その弾き飛ばされた
液滴は、第４図に模式的に示すように前記針状突起１７
を横切ることによりこれに突き刺さった状態になるが、
その針状突起１７もヒートパイプ１の内壁面からの熱伝
達によって加熱されているから、これに突き刺さった状
態の液滴はその内部から加熱されることになり、その結
果、作動流体１４の液滴の蒸発が促進される。針状突起
１７に接触して作動流体１４の液滴が蒸発することによ
り針状突起１７はその熱を奪われるが、針状突起１７は
その体積が小さくて熱容量が小さいから、作動流体１４
の液滴の接触およびその蒸発が継続して生じることによ
り針状突起１７の温度はヒートパイプ１の内壁面などの
他の部分より低い温度に維持され、そのため針状突起１
７においてライデンフロスト現象が生じることが防止さ
れ、針状突起１７での作動流体１４の蒸発が活発になる
。

また針状突起１７を横切った作動流体１４の液滴は、針
状突起１７によって分割されて小さい液滴となるので、
この点でも作動流体１４の蒸発が促進される。

以上のようにして気化した作動流体１４は、蒸気管１０
を通って凝縮部７に流れ、ここでジャケット２１内の水
に熱を奪われて凝縮し、同時に水は加熱されて温水とな
る。そして液化した作動流体１４は液戻り管１１を通っ
て液溜め部１２に戻る。

ここで効果を確認するために本発明者等がおこなった試
験例と比較例とを示す。

（試験例） ヒートパイプを構成する密閉管のうち蒸発部となる部分
の内部に、素線の径が１ｍ程度のＩＯメツシュの金網を
内面に沿わせて配置し、かつその素線を複数箇所で切断
して内側に突出させて針状突起を形成した。また作動流
体として水を封入してヒートパイプとした。このヒート
パイプの凝縮部となる他端部を水冷した状態で蒸発部を
約５００℃に加熱した。その加熱開始直後のヒートパイ
プ内の作動流体蒸気の温度の推移を調べたところ、約１
０秒で１００℃、約１５秒で１２０℃となり、以降安定
した。

（比較例） 上述の試験例における金網および針状突起のない一般の
ヒートパイプを使用して上述の試験と同様な操作をおこ
？ｊい、ヒートパイプ内の作動流体蒸気の温度の推移を
調べたところ、約１０秒で５Ｏ℃、約１５秒で５５℃、
約３００秒で１００℃となった。

これらの試験例および比較例から、ヒートパイプの蒸発
部の内部に針状突起もしくはこれに類する突起を設ける
ことにより、ヒートパイプの熱輸送開始の所謂立ち上が
りを改善できることが認められた。

したがって上述した構成の給湯装置では、蓄熱体１６に
接する蒸発部２から熱交換器に接する凝縮部６への熱輸
送が迅速かつ多量におこなわれるので、必要充分な温度
の温水を給湯の要求に応じて迅速に供給することができ
る。

なお、上述した実施例では、ループ型のヒートパイプを
使用した例を取って説明したが、この発明におけるヒー
トパイプはループ型のものに限定されない。

発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明の給湯装置にお
いては、蓄熱体の温度が作動流体の温度に対して高くて
も作動流体を迅速に蒸発させることができるので、応答
性の良い給湯装置を得ることができる。また換言すれば
、応答性を損わずに蓄熱温度を高くすることができるの
で、蓄熱体を小型化し、ひいては装置全体を小型化する
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の全体構成を示す模式図、
第２図はその蒸発部の部分断面図、第３図は第２図のｍ
−ｍ線に沿う断面図、第４図は作動流体の液滴が針状突
起に接触している状態を説明するための模式図である。 １・・・ヒートパイプ、　２・・・蒸発部、　６・・・
凝縮部、　１０・・・蒸気管、　１１・・・液戻り管、
１４・・・作動流体、　１６・・・高温蓄熱体、　１７
・・・針状突起、　　２１・・・ジャケット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　非凝縮性ガスを脱気した密閉容器内に凝縮性流体を作
   動流体として封入してなるヒートパイプの蒸発部を、高
   温蓄熱体に熱授受可能に接触させ、かつ前記ヒートパイ
   プの凝縮部を水との間で熱交換をおこなう熱交換部とし
   たヒートパイプ式給湯装置において、 前記ヒートパイプのうち前記高温蓄熱体に熱授受可能に
   接触させた蒸発部の内面に、内側に向けて延出した突起
   を設けたことを特徴とする高温蓄熱体を備えたヒートパ
   イプ式給湯装置。