JPH07294166A - 蓄熱体内蔵型ループ式ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄熱体を備えたループ式ヒートパイプの耐久
性や蒸発効率等を向上させる。 【構成】 蒸発部２が蒸気Ｂを導く蒸気管６を介して凝
縮部３に接続し、その凝縮部３が作動液Ａを導く液戻し
管７を介し蒸発部２に接続して閉ループに構成されてい
るループ式ヒートパイプ１であって、蒸発部２が、上下
に平行配置される蒸気管６と液戻し管７との間に蒸発管
２０を並列接続し、その蒸気管６に蓄熱体１０を作動液
Ａと直接熱交換するように内蔵して構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、閉ループに形成され
るヒートパイプであって、蒸発部に蓄熱体を内蔵した蓄
熱体内蔵型ループ式ヒートパイプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば家庭用の小規模な給湯装置とし
て、閉ループに形成されるループ式ヒートパイプを用い
る例が知られている。そしてヒートパイプの蒸発部に、
深夜電力を利用して高温の熱を安定して蓄える蓄熱体を
備え、必要時に蓄熱体の熱を任意に取り出して給湯する
方式が、既に本件出願人により開発して提案されてい
る。この場合に、蓄熱体自体が優れた顕熱蓄熱の特性を
有することは勿論のこと、蓄熱体の熱を取り出す際にヒ
ートパイプの蒸発部の蒸発管に良好に熱伝達して、作動
液を蒸発するように構成することが要求される。

【０００３】この種の蓄熱体を備えた従来のループ式ヒ
ートパイプを示すと、図３のようになっている。即ち、
このヒートパイプ１は、閉ループを構成するコンテナ内
に、真空脱気した状態でフロン等の凝縮性の作動液Ａを
封入したものであって、その蒸発部２には蓄熱体１０
が、また凝縮部３には水を温水に熱交換する熱交換器４
がそれぞれ配設されている。蒸発部２はステンレス等の
金属の蒸発管群５として、平行配置される上部ヘッダー
管５ａと下部ヘッダー管５ｂを有し、これらヘッダー管
５ａ，５ｂの間に多数本の蒸発管５ｃが格子状に接続さ
れている。そして上部ヘッダー管５ａが蒸気管６を介し
て熱交換器４に接続され、また熱交換器４が液戻し管７
を介して下部ヘッダー管５ｂに接続されて、全体として
閉ループに構成されている。

【０００４】蓄熱体１０は、ヒートパイプ１の蒸発部２
の外側に装着されている。即ち、アルミ合金等の融点の
低い金属の蒸発ブロック１１にヒートパイプ１の蒸発部
２のヘッダー管５ａ，５ｂと蒸発管５ｃを鋳包んで一体
化され、この蒸発ブロック１１に電熱ヒータ１２が挿入
されている。また蒸発ブロック１１の左右にはセラミッ
ク等の蓄熱ブロック１３を密着させて、複合ブロック接
合一体化構造になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術のものにあっては、蓄熱体１０がヒートパイプ１の蒸
発部２の外側に装着されるものの、蒸発部２が蓄熱体１
０の蒸発ブロック１１に一体的に鋳包んで収納されるこ
とで、蓄熱と共に熱伝達の特性が良好になるが、以下の
ような不具合を生じる。即ち、高温蓄熱時や作動液が蒸
発管に流入する際には、蒸発部２のステンレス等の金属
の蒸発管群５がアルミ合金等の金属の蒸発ブロック１１
と同一に加熱されるため、両者の熱膨張差により蒸発管
群５に熱応力がかかる。そのため長期使用すると、蒸発
管群５が変形・劣化し、耐久性に劣る不都合があった。
また蒸発部２では蓄熱体１０が蒸発管群５を介して作動
液と熱交換され、蓄熱体１０の熱の一部が蒸発管群５の
加熱に消費されるので、蒸発効率が劣る不都合があっ
た。更に、ヒートパイプ１の蒸発部２の管構造が複雑で
ある等の問題があった。

【０００６】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、蒸発効率や耐久性に優れたループ式ヒートパイ
プを提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
この発明は、蒸発部が蒸気を導く蒸気管を介して凝縮部
に接続され、その凝縮部が作動液を導く液戻し管を介し
蒸発部に接続されて閉ループに構成されているループ式
ヒートパイプにおいて、前記蒸発部が、上下に平行配置
される前記蒸気管と前記液戻し管との間に蒸発管を並列
接続し、その蒸気管に蓄熱体を作動液と直接熱交換する
ように内蔵して構成されていることを特徴とするもので
ある。

【０００８】

【作用】この発明のループ式ヒートパイプでは、蒸発部
において作動流体が加熱され、その蒸気が凝縮部に流れ
て放熱し、かつ凝縮することにより、作動流体の潜熱と
して熱輸送が行われる。凝縮した作動液は液戻し管を経
て蒸発部に還流する。この蒸発部を構成している蒸気管
の内部には、蓄熱材が配置されているので、ここに還流
した作動流体は、その蓄熱体によって加熱されて蒸発す
る。その場合、作動流体が蓄熱体に直接接触するから、
両者の間の熱伝達が良好に行われる。また蒸発管と蓄熱
体とはほぼ同じ温度になるが、蓄熱体は蒸発管の内部に
あり、蒸発管の熱膨張を制止する部材が特にはないの
で、蒸発管に過度な熱応力が作用したり、そのために耐
久性が低下したりすることがない。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１および図２において、蓄熱体内蔵型ループ
式ヒートパイプを給湯装置に適応した実施例について説
明する。符号１はループ式ヒートパイプであり、パイプ
内部に真空脱気した状態で凝縮性の作動液Ａが封入され
ている。ヒートパイプ１は、蒸発部２からの蒸気管６が
凝縮部３の水Ｗを温水Ｃに熱交換する熱交換器４に接続
され、熱交換器４からの液戻し管７が蒸発部２に接続さ
れて、全体として閉ループに構成されている。そして液
戻し管７には、必要時にヒートパイプ１を作動させるた
めの開閉弁８が設けられている。

【００１０】蒸発部２は、蒸気管６と液戻し管７との一
部が上下に平行配置され、これら蒸気管６と液戻し管７
との間に蓄熱体内蔵型蒸発管２０が接続されて構成され
ている。蒸発管２０は、図２のような大径の円筒部２１
を有し、その両端に小径の接続部２２，２３を突設して
形成され、接続部２２，２３を上下の蒸気管６と液戻し
管７とに、相互に接続した状態で結合して垂直に取付け
られている。また蓄熱体１０は、セラミック等で円形中
実状に形成され、この蓄熱体１０の内部中心に外部から
電熱ヒータ１２が挿入されている。そして蓄熱体１０が
大径の円筒部２１の内部に蓄熱可能に設置されている。

【００１１】蓄熱体１０は、外径と長さが円筒部２１の
内面より所定量小さく形成されて、円筒部２１の内部に
浮いた状態で設置されている。これにより円筒部２１の
内部において蓄熱体１０の外周面との間に幅の狭い円筒
状の蒸発通路２１ａが垂直に形成され、蓄熱体１０の両
端面との間に同様に幅の狭い板状の蒸発通路２１ｂ，２
１ｃが形成され、これら蒸発通路２１ａ〜２１ｃで作動
液Ａが蓄熱体１０と直接熱交換することが可能になって
いる。また下端の蒸発通路２１ｃは接続部２３を介して
液戻し管７に作動液Ａの流入が可能に接続され、上端の
蒸発通路２１ｂは接続部２２を介して蒸気管６に蒸気Ｂ
の流出が可能に接続されている。

【００１２】こうして蓄熱体内蔵型蒸発管２０は蓄熱と
蒸発との機能を有しており、その蒸発管２０の１個当た
りの蓄熱容量や蒸発能力が自ら決まっているので、給湯
装置に適応する場合には、この蒸発管２０の個数が給湯
能力等を満たすように定められている。そしてこの蒸発
管２０を複数個、蒸気管６と液戻し管７との間に並列的
に接続して給湯装置に構成されている。

【００１３】次に、この実施例の作用について説明す
る。先ず、電力需要の比較的少ない夜間の電力を利用し
て電熱ヒータ１２に通電することで、ヒートパイプ１の
蒸発部２では、複数個の各蒸発管２０に内蔵される蓄熱
体１０が加熱される。そしてセラミックの蓄熱体１０に
数百度の高温の熱が、熱変形することなく安定して均一
に蓄熱される。

【００１４】そこで給湯時にヒートパイプ１の開閉弁８
を開くと、液状の作動液Ａが液戻し管７により蒸発部２
の各蒸発管２０の下部の接続部２３、蒸発通路２１ｃを
介して内部の円筒状の蒸発通路２１ａの所定の高さに流
入する。このため作動液Ａは蓄熱体１０の外周面の広範
囲に直接触れるようになり、蓄熱体１０の全周でその熱
により直接的に熱交換して、熱的ロスの無い状態で多量
の蒸気Ｂを効率良く発生するように蒸発する。この場合
に、作動液Ａが蓄熱体１０により直接熱交換されること
で、外側の蒸発管２０は加熱や温度上昇することが抑制
され、このため蒸発管２０に熱応力がかかることが回避
される。

【００１５】各蒸発管２０の蒸発通路２１ａの蒸気Ｂ
は、上部の蒸発通路２１ｂと接続部２２により１本の蒸
気管６に流入して集合される。そして蒸気管６の蒸気Ｂ
は、温度の低い凝縮部３の熱交換器４に流れて良好に熱
輸送され、かつ熱交換器４でこの熱により水Ｗが温水Ｃ
に熱交換して給湯される。また熱交換器４では蒸気Ｂが
凝縮して液化し、この液状の作動液Ａが液戻し管７によ
り再び蒸発部２の各蒸発管２０に戻り、このようなサイ
クルを繰返すことで、蓄熱体１０の熱を取り出して連続
して給湯される。

【００１６】以上、この発明の実施例について説明した
が、この発明では、蒸発管に内蔵される蓄熱体の外周の
みならず、内部にも蒸発通路を設けることができる。ま
たヒータの設置位置は任意に選択してよい。さらにこの
発明のヒートパイプは、給湯装置以外にも使用すること
ができる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
ループ式ヒートパイプにおいて、蒸発部が、上下に平行
配置される蒸気管と液戻し管との間に蒸発管を並列接続
し、その蒸気管に蓄熱体を作動液と直接熱交換するよう
に内蔵して構成されているので、作動液は蓄熱体と直接
熱交換して熱的ロスが無くなり、このため蒸発効率が向
上する。また作動液が蓄熱体と直接熱交換して蒸発管の
加熱が抑えられ、同時に蒸発管の熱膨張を制止する部材
が特にはないので、蒸発管にかかる熱応力を大幅に低減
できる。さらに蒸発部は蓄熱体を内蔵した蒸発管だけで
あるから、構造が簡単になる。そしてこの発明では、蒸
発管自体が所定の容量の蓄熱と蒸発の機能を有するの
で、ヒートパイプの種々の用途や能力に対して蒸発管の
個数を定めることで、容易に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る蓄熱体内蔵型ループ式ヒートパ
イプの実施例を一部断面して示す系統図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】従来のループ式ヒートパイプの特に蒸発部と蓄
熱体を示す系統図である。

【符号の説明】

１…ヒートパイプ、 ２…蒸発部、 ３…凝縮部、 ６
…蒸気管、 ７…液戻し管、 １０…蓄熱体、 ２０…
蒸発管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 正孝 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 益子 耕一 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発部が蒸気を導く蒸気管を介して凝縮
   部に接続され、その凝縮部が作動液を導く液戻し管を介
   し蒸発部に接続されて閉ループに構成されているループ
   式ヒートパイプにおいて、 前記蒸発部が、上下に平行配置される前記蒸気管と前記
   液戻し管との間に蒸発管を並列接続し、その蒸気管に蓄
   熱体を作動液と直接熱交換するように内蔵して構成され
   ていることを特徴とする蓄熱体内蔵型ループ式ヒートパ
   イプ。