JPH0949690A - サーモサイフォン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーモサイフォンにおいて、作動流体が蒸発
管の内周方向に均一に散布されない。 【解決手段】 下端部を高温の熱源部１５に挿入した状
態で上下方向に沿って配置された蒸発管１３の上端部
に、外部に放熱する凝縮部１４が連通されている。その
凝縮部１４の下方に液溜め部１８が連通して設けられる
とともに、その液溜め部１８から給液されかつその管壁
を貫通する流出口２０が設けられた液戻し管１７が、蒸
発管１３の内部にその軸線方向に沿って配設され、さら
に凝縮性の作動流体１６が封入されたサーモサイフォン
において、液戻し管の１７外周部に、ほぼ接線方向に向
けて開口した噴射口２２を備えた回転体２１が回転可能
に嵌合されている。また、その回転体２１の内部に流出
口２０を介して液相の作動流体１６が給液されるように
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地熱の抽出など
に用いられるサーモサイフォンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにサーモサイフォンは、空気
などの非凝縮性ガスを真空脱気した密閉管の内部に水や
アルコール等の凝縮性の流体を作動流体として封入し、
その密閉管を鉛直方向に沿って設置するとともに、その
下端部側を外部から熱を与える吸熱部とし、かつ上端部
側を熱を奪う放熱部としたものである。したがって、吸
熱部に与えられた熱によって内部の作動流体が蒸発し、
その蒸気が放熱部に流動した後に放熱して凝縮すること
により、作動流体の潜熱として熱を輸送し、そして液化
した作動流体は重力によって液膜流となって吸熱部に還
流する。したがって、サーモサイフォンは下から上への
熱輸送を動力を要さずに行うことができる。

【０００３】その概略的な構成は図４に示す通りであ
る。すなわち、ここに示すサーモサイフォン１は、吸熱
部２を構成する蒸発管３と、その内部で生じた作動流体
Ａの蒸気を放熱部４に導く蒸気流管５と、凝縮した作動
流体Ａを蒸発管３の底部に供給する液戻し管６とからな
る密閉管によってコンテナが形成されている。蒸発管３
は上下両端部を密閉した長尺の直管であって、例えば地
中の高温部に鉛直方向に沿って配設されている。また蒸
気流管５は、その蒸発管３の上端部に接続されるととも
に、側方に延びかつ所定の箇所で下方に屈曲されてい
る。

【０００４】蒸気流管５の下端部は大径になっていて、
ここにリザーバ７が形成されている。そして、蒸気流管
５のうちこのリザーバ７より僅か上側の部分には、例え
ば水や空気等の受熱媒体を流すジャケット８が取り付け
られており、ここが放熱部４となっている。また前記リ
ザーバ７の底部には、流量調整弁９を介して液戻し管６
が接続されている。

【０００５】この液戻し管６は前記蒸発管３の外側から
内側に貫通しており、その被挿入部分の下端部には、互
いに等間隔をおいた複数の噴射孔１０が軸線方向で直列
に設けられている。なお、この噴射孔１０は、サーモサ
イフォン自体の規模や最大熱輸送量等の要因によって、
その口径や個数ならびに配列等が適宜に設定されてい
る。そして、蒸発管３と蒸気流管５および液戻し管６と
からなる密閉管の内部には、非凝縮性ガスを脱気した状
態で水やアルコール等の目的温度で蒸発および凝縮する
作動流体Ａが封入されている。すなわち、上記のサーモ
サイフォン１は、液相作動流体Ａを液戻し管６側から蒸
発管３側に供給するにあたり、液相作動流体Ａの水頭圧
により各噴射孔１０から蒸発管３の内面に吹き付けるよ
う構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
サーモサイフォン１では、複数個の噴射孔１０は液戻し
管６の軸線方向で直列に設けられているから、蒸発管３
の内壁面のうち、それらの噴射孔１０と向かい合う箇所
とその近傍のみにしか作動流体Ａが散布されないおそれ
が多分にある。換言すれば、作動流体Ａを蒸発管３の周
方向での広範囲には散布し得ず、したがって、上記の長
尺サーモサイフォン１では、入熱部分への作動流体Ａの
供給不足いわゆるドライアウトが生じて、熱輸送が良好
に行われないおそれがあった。

【０００７】そこで従来では、各噴射孔１０を周方向に
ずらした液戻し管６もあるが、その場合にも、管壁を流
下する液相の作動流体Ａが内周方向に薄膜状に分散され
ることはほとんどなく、すなわち幾つかの筋状に流下し
易い。そのため、作動流体Ａが多数のあるうちの限られ
た噴射孔１０からしか良好には噴射されず、その結果、
やはり蒸発管３の内周方向に均一に散布することができ
なかった。

【０００８】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、蒸発管の内周面の広範囲に均一かつ充分に作動流
体を還流させることのできるサーモサイフォンを提供す
ることを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するためにこの発明は、下端部を高温の熱源部
に挿入した状態で上下方向に沿って配置された蒸発管の
上端部に、外部に放熱する凝縮部が連通され、その凝縮
部の下方に液溜め部が連通して設けられるとともに、そ
の液溜め部から給液されかつその管壁を貫通する流出口
が設けられた液戻し管が、前記蒸発管の内部にその軸線
方向に沿って配設され、さらに凝縮性の作動流体が封入
されたサーモサイフォンにおいて、前記液戻し管の外周
部に、ほぼ接線方向に向けて開口した噴射口を備えた回
転体が回転可能に嵌合されるとともに、その回転体の内
部に前記流出口を介して液相の作動流体が給液されるよ
うに構成されていることを特徴とするものである。

【００１０】この発明によれば、作動流体は蒸発管の下
端部側で熱源部に加熱されて蒸発し、低温低圧の凝縮部
に向けて上昇して、そこから外部に向けて放熱して凝縮
する。再度液相になった作動流体は、重力によって液溜
め部に流れ込むとともに、そこから液戻し管の内壁面を
流下する。その作動流体は、流出口から回転体の内部に
送られ、さらに噴射口から蒸発管の内壁面に向けて噴射
される。その際に、噴射口が回転体の外周部にほぼ接線
方向に向けて開口した構成であるから、噴射の反動によ
って回転体が液戻し管の外周部を一定方向に回転する。
換言すれば、回転体が液戻し管を軸として作動流体を噴
射しつつ所定の範囲内で回転するから、蒸発管の内壁面
の周方向での広範囲にほぼ均一に作動流体が散布され
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、この
発明をより具体的に説明する。図１はこの発明に係る一
具体例を原理的に示す模式図であって、ここに示すサー
モサイフォン１１のコンテナは、下端部を蒸発部１２と
しかつ上端部を凝縮部１４とする蒸発管１３から形成さ
れている。より具体的には、蒸発管１３は上下両端部が
密閉された大径かつ長尺の直管状あるいはコルゲート状
の金属パイプであって、例えば熱源部としての地中の高
温部１５に、その下端部を挿入した状態で鉛直方向に沿
って配置されている。そして、蒸発管１３の内部には、
非凝縮性ガスを脱気した状態で水やアルコール等の目的
温度で蒸発および凝縮する作動流体１６が封入されてい
る。

【００１２】また、この蒸発管１３の上端部は側方に僅
かに延ばされていて、ここが外部に放熱する凝縮部１４
となっている。さらに凝縮部１４より下側には、大径部
が形成されていて、ここが液相作動流体１６を一時的に
貯溜するリザーバ１８となっている。したがって、リザ
ーバ１８は凝縮部１４に連通し、凝縮部１４は蒸発管１
３に連通している。

【００１３】リザーバ１８の底部には、円形断面でかつ
直管状の金属パイプからなる液戻し管１７の基端部が連
通されており、その液戻し管１７の先端部側は、長さ方
向での所定間隔で取り付けられたスペーサ（図示せず）
によって、蒸発管１３の内部空間にその中心軸線に沿っ
て垂下されている。そして、この液戻し管１７には、壁
面を貫通する複数個の流出口２０が、互いに等間隔をあ
けて軸線方向で直列に設けられている。また、前記リザ
ーバ１８と液戻し管１７との間には、液相作動流体１６
の流量を調整するバルブ１９が介設されている。

【００１４】液戻し管１７のうち各流出口２０の外周部
には、回転体としてのスプリンクラ部２１が嵌合されて
いる。図２および図３に示す通り、このスプリンクラ部
２１は、後述の噴射口２２を備えた略円筒状の本体部２
３と、ボールベアリング２４と、パッキン２５とから構
成されている。

【００１５】前記本体部２３の内周面には、ボールベア
リング２４の外輪の背面側が一体に固着されている。こ
のボールベアリング２４は、ここでは各スプリンクラ部
２１ごとに２個づつ設けられている。さらに本体部２３
は、液戻し管１７に固着された環状の支持部材２７によ
って下端部を支持されており、また両者の接触箇所には
グリスが充填されるなど潤滑手段が施されている。した
がって、スプリンクラ部２１が液戻し管１７の外周部を
自在にかつスムースに回転し得るよう構成されている。
そして、本体部２３の高さ方向での中央部位には、その
壁面を液戻し管１７の外周部の接線方向に向けて貫通し
て開口する噴射口２２が設けられている。なお、この噴
射口２２はここでは円形状を成し、かつ周方向に位置を
ずらした状態でスプリンクラ部２１に２か所づつ設けら
れている。

【００１６】また、前記ボールベアリング２４同士の対
向する端面と、各ボールベアリング２４の内輪と液戻し
管１７の外壁面との間は、リング状のパッキン２５など
によってシールされている。したがって、この上下に対
向する２つのパッキン２５同士の間のスペースが、本体
部２３の内面と液戻し管１７の外面との間の隙間部２６
として、両者の周方向に亘って形成されている。すなわ
ち、この隙間２６を介して噴射口２２と流出口２０とが
連通している。

【００１７】したがって、上記のように構成されたサー
モサイフォン１１を動作させるには、まず所定の開度に
バルブ１９が開けられる。すると、リザーバ１８に溜め
られた作動流体１６が、重力によって蒸発管１６の壁面
を流下し、各流出口２０から本体部２３側に順次噴射さ
れる。ここで、各流出口２０の位置に対して各噴射口２
２の位置が円周方向でずれている場合があるので、その
作動流体１６の噴射流は、いずれか一方の噴射口２２の
うち液戻し管１７の中心軸側に対して外側の壁面に衝突
するか、あるいは本体部２３の内壁面に衝突する。

【００１８】さらに、その作動流体１６の噴射流は、噴
射口２２にそのまま導かれてその開口部から蒸発管１３
の内面に向けて噴き出されるか、もしくは、空間部２６
に沿って流れた後に近傍に位置する噴射口２２に流入
し、同様にそこから噴射される。すなわち、作動流体１
６の噴射流が、噴射口２２によって液戻し管１７の接線
方向に強制的に方向変換させられる。そして、その噴射
の反動によって、各スプリンクラ部２１が液戻し管１７
の外周部を図３での矢印方向に所定範囲で回転する。言
い換えれば、各スプリンクラ部２１が一定方向に回転し
つつ作動流体１６を噴射する。

【００１９】蒸発管１３の内面に向けて散布された作動
流体１６は、地熱に加熱されて蒸発し、内部圧力の低い
凝縮部１４に向けて上昇する。そして、その作動流体蒸
気１６は、外気に熱を奪われて再度液相になるが、バル
ブ１９が開いていることによりリザーバ１８には溜めら
れず、各噴射口２６まで送られ、そこから蒸発管１３に
向けて噴射される。以降、バルブ１９が閉じられるまで
同様のサイクルが続けられる。

【００２０】このように、液戻し管１７の各流出口２０
の外周部に各々スプリンクラ部２１が設けられており、
また各スプリンクラ部２１は流出口２０と噴射口２２と
の位置が相互にずれていても確実に回転しつつ作動流体
１６を噴射するから、蒸発管１３の長さ方向および周方
向での広範囲に確実かつ均一に作動流体１６を散布する
ことができる。また、これによってサーモサイフォン１
１の熱輸送力が良好になる。

【００２１】なお、上記実施例では、液戻し管１７の一
部を蒸発管１３の外部に配設する構成とし、また熱源部
として地中の高温部１５を例示したが、この発明は上記
実施例に限定されるものではなく、液戻し管１７を蒸発
管１３の内部に備える構成であってもよく、また熱源部
は適宜の加熱手段でもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、液戻し
管の外周部に、ほぼ接線方向に向けて開口した噴射口を
備えた回転体が回転可能に嵌合され、またその回転体の
内部に流出口を介して液相の作動流体が給液されるよう
に構成されているので、蒸発管の内周方向での広い範囲
にほぼ均一に液相作動流体を供給することができ、その
ため、熱輸送力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る一具体例を示す概略図である。

【図２】液戻し管とスプリンクラ部との組み付け状態を
一部切り欠いて示す概略図である。

【図３】図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図であ
る。

【図４】一般的な長尺のサーモサイフォンを示す概略図
である。

【符号の説明】

１１…サーモサイフォン、 １３…蒸発管、 １４…凝
縮部、 １５…高温部、 １６…作動流体、 １７…液
戻し管、 １８…リザーバ、 ２０…流出口、２１…ス
プリンクラ部、 ２２…噴射口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 祐士 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】 下端部を高温の熱源部に挿入した状態で
   上下方向に沿って配置された蒸発管の上端部に、外部に
   放熱する凝縮部が連通され、その凝縮部の下方に液溜め
   部が連通して設けられるとともに、その液溜め部から給
   液されかつその管壁を貫通する流出口が設けられた液戻
   し管が、前記蒸発管の内部にその軸線方向に沿って配設
   され、さらに凝縮性の作動流体が封入されたサーモサイ
   フォンにおいて、 前記液戻し管の外周部に、ほぼ接線方向に向けて開口し
   た噴射口を備えた回転体が回転可能に嵌合されるととも
   に、その回転体の内部に前記流出口を介して液相の作動
   流体が給液されるように構成されていることを特徴とす
   るサーモサイフォン。