JPH0772674B2 - ヒートサイフォン式熱交換器 - Google Patents
ヒートサイフォン式熱交換器Info
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- JPH0772674B2 JPH0772674B2 JP1009377A JP937789A JPH0772674B2 JP H0772674 B2 JPH0772674 B2 JP H0772674B2 JP 1009377 A JP1009377 A JP 1009377A JP 937789 A JP937789 A JP 937789A JP H0772674 B2 JPH0772674 B2 JP H0772674B2
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- Japan
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- heat transfer
- tube
- heat exchanger
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- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 10
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Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ヒートサイフォン式熱交換器に関し、とくに
作動液の凝縮あるいは蒸発を促進させるために配置され
る伝熱管の長手方向における鞘管内での伝熱性能を均一
化せしめ系全体の動作が平均的に行なわれるようにした
ヒートサイフォン式熱交換器に関するものである。
作動液の凝縮あるいは蒸発を促進させるために配置され
る伝熱管の長手方向における鞘管内での伝熱性能を均一
化せしめ系全体の動作が平均的に行なわれるようにした
ヒートサイフォン式熱交換器に関するものである。
［従来の技術］ 冷暖房用空調システムにおいて、蓄熱水槽を設置し、深
夜電力などを利用して冷凍サイクルを稼動させ、前記蓄
熱水槽中に氷あるいは温水の形で蓄熱しておき、空調時
にその蓄熱を放出させることで空調の経済効率を大巾に
向上させる方式がある。
夜電力などを利用して冷凍サイクルを稼動させ、前記蓄
熱水槽中に氷あるいは温水の形で蓄熱しておき、空調時
にその蓄熱を放出させることで空調の経済効率を大巾に
向上させる方式がある。
このような蓄熱において、ヒートパイプを用いたヒート
サイフォン式熱交換器を水中に沈設しておき、ヒートパ
イプの等温性により熱伝達効率を大巾に改良したヒート
パイプ式蓄熱水槽が提案されている。
サイフォン式熱交換器を水中に沈設しておき、ヒートパ
イプの等温性により熱伝達効率を大巾に改良したヒート
パイプ式蓄熱水槽が提案されている。
第12図（ａ），（ｂ）およひび第13図は、そのようなヒ
ートパイプ式蓄熱水槽装置の具体的構成を示す説明図で
ある。
ートパイプ式蓄熱水槽装置の具体的構成を示す説明図で
ある。
当該装置は、伝熱用水２を満たした蓄熱水槽１と、蓄熱
水槽１の中に沈設されたヒートサイフォン式熱交換器３
と、コンプレッサ4a,熱交換器（氷蓄熱時にはコンデン
サ、温水蓄熱時にはエバポレータとして動作する）4b,
膨張弁4c,および配管4dよりなる冷凍サイクル４から構
成される。
水槽１の中に沈設されたヒートサイフォン式熱交換器３
と、コンプレッサ4a,熱交換器（氷蓄熱時にはコンデン
サ、温水蓄熱時にはエバポレータとして動作する）4b,
膨張弁4c,および配管4dよりなる冷凍サイクル４から構
成される。
第12図（ｂ）の断面図に示すように、ヒートサイフォン
式熱交換器３は上部伝熱管3aを内部に有する上部鞘管3b
と、下部伝熱管3cを内部に有する下部鞘管3dと、上部鞘
管3bおよび下部鞘管3dを連結する複数の熱交換管3eから
なる一つの密閉空間を構成しており、該密閉空間にはフ
ロン等の作動液５（液体および上記）が封入されてい
る。
式熱交換器３は上部伝熱管3aを内部に有する上部鞘管3b
と、下部伝熱管3cを内部に有する下部鞘管3dと、上部鞘
管3bおよび下部鞘管3dを連結する複数の熱交換管3eから
なる一つの密閉空間を構成しており、該密閉空間にはフ
ロン等の作動液５（液体および上記）が封入されてい
る。
氷蓄熱時においては、コンプレッサ4a、熱交換管4b（こ
の場合コンデンサとして動作する），膨張弁4c,および
配管4dからなる冷凍サイクル４は、第12図（ａ）に示す
ように配管され、ヒートサイフォン式熱交換器３の上部
伝熱管3aと連結される。このとき、上部伝熱管3aは冷凍
サイクル４のエバポレータとして動作する。一方、下部
伝熱管3cは図示していない閉鎖手段によって閉鎖され、
冷凍サイクル４から切り離されている。この状態で、冷
凍サイクル４のコンプレッサ4aで圧縮されて高温になっ
た冷媒ガスが熱交換管4bに導かれて、ここで大気と接し
て放熱冷却されて凝縮される。この凝縮した冷媒ガスは
膨張弁4cを介してヒートサイフォン式熱交換器３の上部
伝熱管3aに送り込まれる。このとき、上部伝熱管3aはエ
バポレータとして作用し、冷媒ガスは上部伝熱管3aの表
面から気化熱を奪って蒸発する。一方、水２の有する熱
で蒸発した作動液５は上部伝熱管3aおよび上部鞘管3bの
周囲で熱交換を行ない凝縮する。このとき、上部伝熱管
3aの周囲で凝縮した凝縮液5aは、第11図に示すように液
滴となって落下し、該凝縮液5aは上部鞘管3bへ滴下され
る。これによって凝縮液5aが上部伝熱管3aから上部鞘管
3b、熱交換管3eへと流れ、第11図に示すように凝縮した
作動液5aを通す熱交換管3eに接触する水を氷結させ、第
10図に示したような状態で水２中に沈設されたヒートサ
イフォン式熱交換器３の周囲に第11図に示すように次第
に氷６が成長していく。
の場合コンデンサとして動作する），膨張弁4c,および
配管4dからなる冷凍サイクル４は、第12図（ａ）に示す
ように配管され、ヒートサイフォン式熱交換器３の上部
伝熱管3aと連結される。このとき、上部伝熱管3aは冷凍
サイクル４のエバポレータとして動作する。一方、下部
伝熱管3cは図示していない閉鎖手段によって閉鎖され、
冷凍サイクル４から切り離されている。この状態で、冷
凍サイクル４のコンプレッサ4aで圧縮されて高温になっ
た冷媒ガスが熱交換管4bに導かれて、ここで大気と接し
て放熱冷却されて凝縮される。この凝縮した冷媒ガスは
膨張弁4cを介してヒートサイフォン式熱交換器３の上部
伝熱管3aに送り込まれる。このとき、上部伝熱管3aはエ
バポレータとして作用し、冷媒ガスは上部伝熱管3aの表
面から気化熱を奪って蒸発する。一方、水２の有する熱
で蒸発した作動液５は上部伝熱管3aおよび上部鞘管3bの
周囲で熱交換を行ない凝縮する。このとき、上部伝熱管
3aの周囲で凝縮した凝縮液5aは、第11図に示すように液
滴となって落下し、該凝縮液5aは上部鞘管3bへ滴下され
る。これによって凝縮液5aが上部伝熱管3aから上部鞘管
3b、熱交換管3eへと流れ、第11図に示すように凝縮した
作動液5aを通す熱交換管3eに接触する水を氷結させ、第
10図に示したような状態で水２中に沈設されたヒートサ
イフォン式熱交換器３の周囲に第11図に示すように次第
に氷６が成長していく。
一方、温水蓄熱時においては、コンプレッサ4a,熱交換
管4b（この場合エバポレータとして動作する），膨張弁
4c,および配管4dからなる冷凍サイクル４は、第13図に
示すように配管され、ヒートサイフォン式熱交換器３の
下部伝熱管3cと連結される。このとき、下部伝熱管3cは
冷凍サイクル４のコンデンサとして動作する。このと
き、上部鞘管3bは図示していない閉鎖手段によって閉鎖
され、冷凍サイクル４から切り離されている。この状態
で、冷凍サイクル４より供給された冷媒が下部伝熱管3c
内で凝縮し、該凝縮によって前記作動液５が蒸発し、熱
交換管3eおよび上部鞘管3bを介して水２で冷却されて凝
縮する。このときの凝縮熱放散により熱交換管3eおよび
上部鞘管3bと接している水２が加熱される。
管4b（この場合エバポレータとして動作する），膨張弁
4c,および配管4dからなる冷凍サイクル４は、第13図に
示すように配管され、ヒートサイフォン式熱交換器３の
下部伝熱管3cと連結される。このとき、下部伝熱管3cは
冷凍サイクル４のコンデンサとして動作する。このと
き、上部鞘管3bは図示していない閉鎖手段によって閉鎖
され、冷凍サイクル４から切り離されている。この状態
で、冷凍サイクル４より供給された冷媒が下部伝熱管3c
内で凝縮し、該凝縮によって前記作動液５が蒸発し、熱
交換管3eおよび上部鞘管3bを介して水２で冷却されて凝
縮する。このときの凝縮熱放散により熱交換管3eおよび
上部鞘管3bと接している水２が加熱される。
このようにして、冷房用氷蓄熱（潜熱利用）および暖房
用温水蓄熱（顕熱利用）が一つの蓄熱水槽のヒートサイ
フォン式熱交換器によって効率良く行なわれる。
用温水蓄熱（顕熱利用）が一つの蓄熱水槽のヒートサイ
フォン式熱交換器によって効率良く行なわれる。
［発明が解決しようとする課題］ 従来のヒートサイフォン式熱交換器に使用される伝熱管
はいずれも単管であり、管内を流れる冷媒の性能には管
の長手方向における差異が生ずる。すなわち、第８およ
び９図は従来構成のヒートサイフォン式熱交換器におけ
る伝熱管の蒸発および凝縮のエンタルピおよび熱伝熱率
を示す説明図である。これよりわかるように、管内で蒸
発が促進されて液＋蒸気の２相流がヒートパイプの入口
側から出口側へ移動するに従い管内の蒸気乾き度Ｘが向
上し、管内の伝熱性能が向上する。（冷媒蒸気乾き度が
高い程蒸発性能は向上する。） この結果、熱交換器の伝熱管の入口側と出口側あるいは
複数配列されたヒートパイプの列間において性能差が生
じ、第４図に示すように、伝熱管3aの入口側の着氷６は
小さく、出口側に行くほど着氷６が大きくなり、着氷度
に大きな差異が生ずるという現象がみられる。最近は、
蓄熱槽をコンパクト化するために熱交換管の配列ピッチ
をできるだけ小さくするようになり、蒸気現象は一層顕
著となり、製氷速度が不足するといった不具合も生じて
いる。
はいずれも単管であり、管内を流れる冷媒の性能には管
の長手方向における差異が生ずる。すなわち、第８およ
び９図は従来構成のヒートサイフォン式熱交換器におけ
る伝熱管の蒸発および凝縮のエンタルピおよび熱伝熱率
を示す説明図である。これよりわかるように、管内で蒸
発が促進されて液＋蒸気の２相流がヒートパイプの入口
側から出口側へ移動するに従い管内の蒸気乾き度Ｘが向
上し、管内の伝熱性能が向上する。（冷媒蒸気乾き度が
高い程蒸発性能は向上する。） この結果、熱交換器の伝熱管の入口側と出口側あるいは
複数配列されたヒートパイプの列間において性能差が生
じ、第４図に示すように、伝熱管3aの入口側の着氷６は
小さく、出口側に行くほど着氷６が大きくなり、着氷度
に大きな差異が生ずるという現象がみられる。最近は、
蓄熱槽をコンパクト化するために熱交換管の配列ピッチ
をできるだけ小さくするようになり、蒸気現象は一層顕
著となり、製氷速度が不足するといった不具合も生じて
いる。
このことは、冷房運転に限らず暖房運転時にも同様であ
り、第８および９図からわかるように、熱交換が進展す
るにつれ、下部鞘管内における蒸発性能が低下し、槽内
における温水温度が不均一となり、熱交換効率が低下す
るようになる上、槽のコンパクト化に伴うヒートパイプ
の間のピッチの最小化から、下部伝熱管の性能が著しく
制限され、必要な暖房量を短時間に得られなくなってい
る。
り、第８および９図からわかるように、熱交換が進展す
るにつれ、下部鞘管内における蒸発性能が低下し、槽内
における温水温度が不均一となり、熱交換効率が低下す
るようになる上、槽のコンパクト化に伴うヒートパイプ
の間のピッチの最小化から、下部伝熱管の性能が著しく
制限され、必要な暖房量を短時間に得られなくなってい
る。
本発明の目的は、蒸気したような従来技術の問題点を解
消し、ヒートサイフォン式熱交換器の作動液の凝縮ある
いは蒸発を促進させるために配置される伝熱管の長手方
向における伝熱性能を均一化せしめ系全体の動作が平均
的に行なわれるようにしたヒートサイフォン式熱交換器
を提供しようとするものである。
消し、ヒートサイフォン式熱交換器の作動液の凝縮ある
いは蒸発を促進させるために配置される伝熱管の長手方
向における伝熱性能を均一化せしめ系全体の動作が平均
的に行なわれるようにしたヒートサイフォン式熱交換器
を提供しようとするものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、作動液を密封して当該作動液の蒸発・凝縮に
基く移動を生じさせることによりその顕熱あるいは潜熱
を利用して熱交換するヒートサイフォン式熱交換系にお
いて、系の上部あるいは下部に前記作動液の動作を促進
させるための伝熱管を少なくとも２本配置し、その伝熱
管の１本を往管とし、残りの管を復管としたことを特徴
とするものである。
基く移動を生じさせることによりその顕熱あるいは潜熱
を利用して熱交換するヒートサイフォン式熱交換系にお
いて、系の上部あるいは下部に前記作動液の動作を促進
させるための伝熱管を少なくとも２本配置し、その伝熱
管の１本を往管とし、残りの管を復管としたことを特徴
とするものである。
［作用］ 伝熱管の長手方向の伝熱性能に差があり、管の入口側か
ら出口側に向って次第に伝熱性能が変化して行く場合
に、当該管を往復配管状態に設置すれば、管の往復それ
ぞれの伝熱性能が恰も算術平均化される形となり、全長
にわたりその性能は均一化される。
ら出口側に向って次第に伝熱性能が変化して行く場合
に、当該管を往復配管状態に設置すれば、管の往復それ
ぞれの伝熱性能が恰も算術平均化される形となり、全長
にわたりその性能は均一化される。
［実施例］ 以下に、本発明について実施例を参照し説明する。
第１およひば２図は、本発明に係るヒートサイフォン式
熱交換器３の実施例を示す説明図であり、第１図は冷房
運転をそして第２図は暖房運転をそれぞれ行なっている
様子を示すものである。
熱交換器３の実施例を示す説明図であり、第１図は冷房
運転をそして第２図は暖房運転をそれぞれ行なっている
様子を示すものである。
本実施例においては、上部伝熱管が3a1および3a2の２
本、下部伝熱管が3c1および3c2の２本がそれぞれ配置さ
れており、管の一方の端部は第３図に示すように折返し
構造となっていて、２列の伝熱管の一方の管3a1が往管
として使用され、他方の管3a2が復管として使用され
る。（下部伝熱管においても同じ。） 第６および７図は、上記のように配列される本発明に係
る熱交換器の伝熱管の蒸発および凝縮時のエンタルピお
よび熱伝達率を示した説明図である。第８および９図に
示した従来例との対比において明らかなように、伝熱管
の入口側と出口側での性能の不均一性が大巾に改善さ
れ、全長にわたり均一化された伝熱性能を示すことがよ
くわかる。
本、下部伝熱管が3c1および3c2の２本がそれぞれ配置さ
れており、管の一方の端部は第３図に示すように折返し
構造となっていて、２列の伝熱管の一方の管3a1が往管
として使用され、他方の管3a2が復管として使用され
る。（下部伝熱管においても同じ。） 第６および７図は、上記のように配列される本発明に係
る熱交換器の伝熱管の蒸発および凝縮時のエンタルピお
よび熱伝達率を示した説明図である。第８および９図に
示した従来例との対比において明らかなように、伝熱管
の入口側と出口側での性能の不均一性が大巾に改善さ
れ、全長にわたり均一化された伝熱性能を示すことがよ
くわかる。
この結果、冷房運転の際の着氷度が長手方向において同
等となり、第３図に示すように全体にわたり同じ成長速
度で氷６を氷結させることができる。同じことは暖房運
転でもいえることであり、槽内の温水を均一化させ、復
管の予熱効果と併せ、急速暖房を可能ならしめる。
等となり、第３図に示すように全体にわたり同じ成長速
度で氷６を氷結させることができる。同じことは暖房運
転でもいえることであり、槽内の温水を均一化させ、復
管の予熱効果と併せ、急速暖房を可能ならしめる。
第５図は、上下鞘管3bおよび3d内における伝熱管の配列
状況を示す断面図であり、同図（ａ）は上部鞘管3b内に
２本の伝熱管3a1,3a2を、同（ｂ）は下部鞘管3d内に２
本の伝熱管3c1,3c2を、また同（ｃ）は下部に３本の伝
熱管3c1,3c2,3c3をそれぞれ配列し、それぞれ往復路を
形成して動作せしめている様子を示している。
状況を示す断面図であり、同図（ａ）は上部鞘管3b内に
２本の伝熱管3a1,3a2を、同（ｂ）は下部鞘管3d内に２
本の伝熱管3c1,3c2を、また同（ｃ）は下部に３本の伝
熱管3c1,3c2,3c3をそれぞれ配列し、それぞれ往復路を
形成して動作せしめている様子を示している。
伝熱管の数については、上記した２本あるいは３本にの
み限定されるものではない。伝熱管を多本化すればそれ
だけ蒸発性能が増大することとなり、熱交換器のコンパ
クト化に寄与せしめ得るという副次的効果を期待するこ
とができる。
み限定されるものではない。伝熱管を多本化すればそれ
だけ蒸発性能が増大することとなり、熱交換器のコンパ
クト化に寄与せしめ得るという副次的効果を期待するこ
とができる。
［発明の効果］ 以上の通り、本発明に係る熱交換器によれば、ヒートパ
イプの配列の長手方向あるいは列間における伝熱性能が
均一化され、さらに伝熱管の蒸発性能の増大による効率
の向上およびそれに伴う装置全体コンパクト化の達成が
可能となるなど、その工業上における価値は非常に大き
なものがある。
イプの配列の長手方向あるいは列間における伝熱性能が
均一化され、さらに伝熱管の蒸発性能の増大による効率
の向上およびそれに伴う装置全体コンパクト化の達成が
可能となるなど、その工業上における価値は非常に大き
なものがある。
第１および２図は本発明に係る実施例の動作状況を示す
説明図、第３図は本発明に係る熱交換器の着氷状況をそ
して第４図は従来例における着氷状況をそれぞれ示す説
明図、第５図は本発明に係る伝熱管の配管状況を示す断
面図、第６および７図は本発明に係る熱交換器のそして
第８および９図は従来例のそれぞれ蒸発および凝縮のエ
ンタルピと熱伝達率を示す説明図、第10図はヒートサイ
フォン式熱交換器を槽中に沈設した様子を示す説明図、
第11図は第10図の熱交換器への着氷状況を示す説明図、
第12および13図はヒートパイプ式蓄熱水槽の動作を説明
するための説明図である。 1:蓄熱水槽、 2:水、 3:ヒートサイフォン式熱交換器、 3a1,3a2：上部伝熱管、 3b:上部鞘管、 3c1,3c2,3c3：下部伝熱管、 3d:下部鞘管、 3e:熱交換管、 5:作動液、 5a:凝縮液、 5b:蒸発ガス、 6:氷。
説明図、第３図は本発明に係る熱交換器の着氷状況をそ
して第４図は従来例における着氷状況をそれぞれ示す説
明図、第５図は本発明に係る伝熱管の配管状況を示す断
面図、第６および７図は本発明に係る熱交換器のそして
第８および９図は従来例のそれぞれ蒸発および凝縮のエ
ンタルピと熱伝達率を示す説明図、第10図はヒートサイ
フォン式熱交換器を槽中に沈設した様子を示す説明図、
第11図は第10図の熱交換器への着氷状況を示す説明図、
第12および13図はヒートパイプ式蓄熱水槽の動作を説明
するための説明図である。 1:蓄熱水槽、 2:水、 3:ヒートサイフォン式熱交換器、 3a1,3a2：上部伝熱管、 3b:上部鞘管、 3c1,3c2,3c3：下部伝熱管、 3d:下部鞘管、 3e:熱交換管、 5:作動液、 5a:凝縮液、 5b:蒸発ガス、 6:氷。
Claims (2)
- 【請求項１】上部鞘管と下部鞘管との間に熱交換管を配
置し、これらの空間内部に作動液を密封して当該作動液
の蒸発・凝縮に基づく相変化を生じさせることによりそ
の顕熱あるいは潜熱を利用して熱交換するヒートパイプ
式蓄熱水槽装置用のヒートサイフォン式熱交換器におい
て、上部鞘管内に、前記作動液の動作を促進させる伝熱
管を少なくとも２本配置し、その伝熱管の１本を往管と
し、残りの１本を復管としてなるヒートサイフォン式熱
交換器。 - 【請求項２】上部鞘管と下部鞘管との間に熱交換管を配
置し、これらの空間内部に作動液を密封して当該作動液
の蒸発・凝縮に基づく相変化を生じさせることによりそ
の顕熱あるいは潜熱を利用して熱交換するヒートパイプ
式蓄熱水槽装置用のヒートサイフォン式熱交換器におい
て、下部鞘管内に、前記作動液の動作を促進させる伝熱
管を少なくとも２本配置し、その伝熱管の１本を往管と
し、残りの１本を復管としてなるヒートサイフォン式熱
交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1009377A JPH0772674B2 (ja) | 1989-01-17 | 1989-01-17 | ヒートサイフォン式熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1009377A JPH0772674B2 (ja) | 1989-01-17 | 1989-01-17 | ヒートサイフォン式熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02192594A JPH02192594A (ja) | 1990-07-30 |
| JPH0772674B2 true JPH0772674B2 (ja) | 1995-08-02 |
Family
ID=11718766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1009377A Expired - Lifetime JPH0772674B2 (ja) | 1989-01-17 | 1989-01-17 | ヒートサイフォン式熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0772674B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6346344A (ja) * | 1986-08-12 | 1988-02-27 | Fuji Electric Co Ltd | ヒ−トパイプ式集熱兼放熱装置 |
| JPS63105398A (ja) * | 1986-10-21 | 1988-05-10 | Shunichi Kuroki | 熱サイホンヒ−トパイプ |
-
1989
- 1989-01-17 JP JP1009377A patent/JPH0772674B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02192594A (ja) | 1990-07-30 |
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