JPS6038589A - 熱伝達装置 - 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】 〈発明の技術分野〉 この発明は、熱伝達装置、特に管路内に封入した作動流
体の液と蒸気との相変化を利用して、受熱部で吸収した
熱を放熱部に熱輸送して発散させるようにした熱伝達装
置に関するものである。

〈従来技術〉 第１図は従来のこの糧の熱伝達装置の構成の概要を示す
系統図である。図において、１は装置の比較的上部に配
置された受熱部、２はこの受熱部１の下方であって装置
の下部に配置された放熱部、３は受熱部１の上方に設け
られたアキュムレータ（蓄液器）、４はアキュムレータ
３と受熱部１との間に設けられた受液器、５は受液器４
とアキュムレータ３との間を連通させて内部の圧力をバ
ランスさせる連通管、６は連通管５の途中に設けられた
開閉弁で、受液器４と連通ずる液面上に浮上するように
設けられたフロート７および連通管５に接続開口した弁
座８を有する。９はアキュムレータ３から受液器４に向
かってのみ液が流れるように配置された逆止弁、１０は
受液器４内に設けられたサイフオンで、所定量以上の液
が溜まった場合に上記液を器外に排出するようになって
いる。

１１は受液器４と受熱部１の低部間を連結する液管、１
２は受液器４の上部と受熱部１の上部とを連結する蒸気
管、１３Ａは受液器４の上部と放熱部２の一端とを連結
する管路、１３Ｂは放熱部２の他部とアキュムレータ３
とを連結する管路、１３Ｃはアキュムレータ３の底部と
逆止弁９とを連結する管路、１３Ｄは逆止弁９と受液器
４の上部とを連結する管路であり、このようにして各管
路１３Ａ〜１３Ｄはループ（閉管路）を形成し、アキュ
ムレータ３を含む管路内に熱輸送媒体としてのフ四ン、
メチルアルコール等の凝縮性液体である作動流体１４が
適量だけ封入されるとともに、始動時には、アキュムレ
ータ３の上部以外の管路内に液体状の作動流体１４が満
たされた状態になる。なお、以下この液体状の作動流体
１４を液１４Ａと呼び、これに対し、気体状の作動流体
１４を蒸気１４Ｂと呼ぶことにする。１５は送風ファン
である。

以上のように構成された従来装置の動作は次のとおりで
ある。

まず、受熱部１に熱が供給されると、との受熱部１にお
ける液１４Ａが与えられた温度に対応する高圧の蒸気１
４１１発生し、受熱部１とアキュムレータ３との間に圧
力差？生じ、受熱部１の方が高圧となるため、管路１３
Ａ１放熱部２、管路１３Ｂにある液１４Ａがアキュムレ
ータ３内に流し込ミ、このアキュムレータ３の圧力を除
々に高めることとなる。

次いで、受熱部１で発生した蒸気１４Ｂは、蒸気管１２
を通って受液器４に流れ、受液器４から管路１３Ａ’ｉ
通って放熱部２に達して冷却され、凝縮熱を放出して液
化するために、これが受熱部温度と放熱部温度とに規制
されることになシ、結果的には、受熱部１、管路１３Ａ
および放熱部２の蒸気１４Ｂの圧力は、この受熱部温度
と放熱部温度との中間程度の温度に和尚した飽和蒸気圧
となシ、したがって受熱部１で液１４Ａの蒸発が行われ
ている間、アキュムレータ３の圧力もほぼこの圧力に維
持される。

この状態で受熱部１に発生した蒸気１４Ｂが放熱部２に
達して再び液化される動作によシ、受熱部１での熱が放
熱部２１Ｃ熱輸送されることになる。

この場合、受液器４が受熱部１よシも上方にあり、液管
１１と蒸気管１２で連結されているので、液体は受液器
４から液管１１を経て受熱部１に流れ、受熱部１で熱を
受けて蒸発し、蒸発した蒸気１４Ｂは蒸気管１２を通っ
て受液器４内に還流し、受液器４から管路１３Ａを経由
して放熱部２へ流れることになる。

したがって受液器４に液１４Ａがある限シ、受熱部１は
液１４Ａで満たされておシ、受熱部１から放熱部２へ熱
輸送が行われるにしたがって、受液器４内の液面は低下
してくることになる。この場合、受液器４内の液面が開
閉弁６の弁座８よシも高い位置におる間は、液１４Ａの
浮力の作用によシ、フロート７が弁座８を押しつけられ
、開閉弁６を閉じることになる。その結果、受液器４内
の蒸気１４Ｂはすべて、放熱部２へ流れ、熱輸送が行わ
れる。

受液器４内の液が熱輸送の結果消費されて、次第に液面
が低下し、弁座８の位置以下に低下すると、フロートＴ
も液面の低下とともに低下し、弁座８から離れ、開閉弁
５は開放状態となる。そのため受液器４内の蒸気１４Ｂ
はアキュムレータ３に流入し、受液器４とアキュムレー
タ３の蒸気相は均圧されることになる。この場合、アキ
ュムレータ３が受液器４よシ上方に置かれているため、
重力の作用によシ、アキュムレータ３から逆上弁９を通
って受液器４に液ｉ４Ａが還流してくるが、受液器４内
に設けられたサイフオン１００作用により、受液器４の
液面は上昇することがなく、シたがって、ある一定量の
液１４Ａが流入することが可能となる。液１４Ａがアキ
ュムレータ３から受液器４に流入している間は、受液器
４からの熱が連通管５を通じての蒸気流によシ、アキュ
ムレータ３に流れ、アキュムレータ３の圧力が多少上昇
することになるが、サイフオン１０を使用することによ
って、多量の液を一度に流入させることが可能となるた
め、開閉弁６が閉じている時間を長くすることができ、
開閉弁６を開いている時間に生じた圧力の上昇の影響を
小さくすることができるばかりでなく、開閉弁６の開閉
の頻度も少なくなるため、開閉弁６の耐久性も増加する
ことになる。

所定量の液１４Ａが受液器４内に流入し、サイフオン１
０から液１４Ａが排出されると、再び液面が上昇し、開
閉弁６が閉じ、最初の状態に戻シ、受熱部１から放熱部
２への熱輸送が行われることになる。

以上の動作の繰返しによシ、受熱部１から放熱部２へ熱
輸送が行われる。

従来の熱伝達装置は以上のように構成されているので、
開閉弁６が開放状態のとき、受液器４内の蒸気１４Ｂは
連通管５を通ってアキュムレータ３に流れ込み、その結
果、放熱部２への蒸気流が減少することになる。即ち、
開閉弁６が開の間、受熱部１から放熱部２への熱輸送量
が減少或いは停止し、熱輸送に時間的脈動が生じるとい
う欠点を有していた。

また、受熱部１で発生した蒸気の大部分が連通管５を流
れるので、連通管５での圧力損失が大きく、受液器４と
アキュムレータ３の均圧が行なわれにくいという欠点も
あった。

〈発明の概要〉 そこで、本発明は以上のような従来の実情に鑑み、アキ
ュムレータを２つ使用することによシ、熱輸送の脈動が
なく、信頼性の大きい熱輸送装置を提供することを目的
としている。

即ち、本発明は、管路内部に封入した熱輸送媒体として
の凝縮性作動流体の循環によって受熱部から放熱部へ熱
輸送を行なう熱伝達装置において、前記受熱部よシ上方
位賃に２つのアキュムレータを配設し、該２つのアキュ
ムレータ夫々の下部空間と前記受熱部の入口部とを、２
つのアキュムレータ夫々の上部空間と受熱部の出口部と
を、夫々管路を介して連通ずると共に一方のアキュムレ
ータ上部空間と前記放熱部の一側流通口とを、他方のア
キュムレータ上部空間と該放熱部の他側流通口とを、夫
々管路を介して連通ずる一方、前記放熱部で凝縮された
作動流体を一方のアキュムレータに流入させると共に他
方のアキュムレータ内にある流体を受熱部に還流させる
動作をアキュムレータ毎交互に行わせしめる手段を設け
た熱伝達装置である。

〈発明の実施例〉 以下、本発明の実施例を第２図及び第３図に基づいて説
明する。

尚、第２図において、第１図と同一要素のものには同一
符号を付して説明全簡単にする。

第２図において、２１．２２は受熱部１の上方に配設さ
れた第１及び第２のアキュムレータである。この２つの
アキュムレータ２１．２２の下部空間は夫々管路２３．
２１介して受熱部１０入口部即ち液管１１に連通接続さ
れる。又、２つのアキュムレータ２１．２２の上部空間
は夫々管路２９．３０を介して受熱部１の出口部即ち蒸
気管１２に連通接続される。更に１一方のアキュムレー
タ２１の上部空間は管路３１を介して放熱部２の一側流
通口に、他方のアキュムレータ２２の上部空間は管路３
２を介して放熱部２の他側流通口に、夫々連通接続され
る。２７及び２８は管路２９及び３０に夫々介装された
開閉手段としての第１及び第２の開閉弁、２５及び２６
は管路２３及び２４に夫々介装されてアキュムレータ２
１，２２から受熱部２へ向ってのみ流体が流れる第１及
び第２の逆止弁である。

かかる構成の熱伝達装置においては、第１図に示したよ
うな受液器４、開閉弁６及びサイフオン１０がない。

尚、齢記第１の開閉弁２７と第２の開閉弁２８の開閉は
交互に行なわれ、両者が同時に開成いは閉となることが
ないようになっている。

次にかかる熱伝達装置の作用について説明する。

図は第１の開閉弁２Ｔが開、第２の開閉弁２８が閉の状
態での蒸気流を点線矢印で、液流を実線矢印で示してい
る。この場合、受熱部１と第１のアキュムレータ２１は
開状態にある第１の開閉弁２７によって連通状態にある
ため、第１のアキュムレータ２１内の液体は重力の作用
で、第１の逆止弁２５を通って受熱部１に流入し、熱を
受けて蒸発する。蒸発した蒸気は蒸気管１２、第１の開
閉弁２７及び配管２Ｂを通って、第１のアキュムレータ
２１に流入し、気液分離した後配管３１を通って放熱部
２に流れ、ここで冷却されて凝縮液化されると共に熱を
放出する。液化された液体は、蒸気流に押し出されて配
管３２’！ｉ−通って第２のアキュムレータ２２へ流入
し、溜ル込む。この時、第２の開閉弁２８は間圧なって
おシ、受熱部１かう直接第２のアキュムレータ２２へ蒸
気が流入することがなく、受熱部１での蒸発熱量は全て
放熱部２へ流れることになる。

次に、第１のアキュムレータ２１内の流量がある程度減
少した時点で開閉弁２７．２８の開閉を切り換え、第１
の開閉弁２７を閉、第２の開閉弁２８を開にすると、全
く逆の蒸気流、液流が生じ、第２のアキュムレータ２２
からの液は受熱部１で蒸発した後、管路３２を通って放
熱部２へ流れ、熱を放出し、液化する。液化した液体は
配管３１を逆流して第１のアキュムレータ２１へ溜シ込
むことになる。次に、両開閉弁２７．２８の開閉を切シ
換えると再び元の状態に戻る。

以上のように第１及び第２の開閉弁２７．２８ノ切υ換
えで、第１及び第２のアキュムレータ２１゜２２間の液
移動を行なわせることによシ、受熱部１から放熱部２へ
の熱輸送を連続的に行なわせ、熱輸送の脈動を小さくし
、熱輸送効率を増大させることができる。

従って、第１及び第２の逆止弁２３．２４と開閉手段と
しての第１及び第２の開閉弁２７．２８によって、放熱
部で凝縮された作動流体を一方のアキュムレータに流入
させると共に他方のアキュムレータ内にある流体を受熱
部に還流させる動作をアキュムレータ毎交互に行わせし
める本発明の対象とする手段が構成される。

尚、以上説明した実施例においては、管路２９゜３０の
開閉手段として、開閉弁２７．２８’ｔ−適用したが、
両管路２９．３０の合流部に介装した３方弁によって構
成しても良い。又、第１及び第２の逆止弁２５．２６の
かわシに、第１及び第２の開閉弁２７．２８と夫々同期
して開閉される開閉弁を管路２３．２４に介装しても良
いことは勿論である。

更に、第１及び第２の開閉弁２７．２８の開閉或いは上
述の３方弁の切シ換えは、タイムスイッチ等によシ一定
周期で行わせるよう処するか、アキュムレータ２１．２
２内の液面を検知して行うようにすると良い。

この液面検知の手段としては第３図に示すようなフロー
ト弁４１を用いるのが良い。

即ち、このフロート弁４１は第２図中第１のアキュムレ
ータ２１と第１の開閉弁２Ｔとを組み合わせたもので、
内側が２重管構造となっておシ、配管３１から流入した
液は、一度外側容器４２に溜シ、所定置溝ると、サイフ
オン４３の働きで外側容器４２内の液体が内側容器４４
内に流入し、フロート４５を押し上げる構成となってい
る。そして、フロート４５が浮くと、弁４６が開になシ
、配管２７からの蒸気は、容器４４．４２内を通って配
管３１から流出すると同時に内側容器４４内の液は、配
管２３を通って流出する。この結果、第２図で示したア
キュムレータと開閉弁の作用をもつことになる。

フロート弁４１を使用した場合、アキュムレータ２１．
２２内の液が完全になくなる前に弁４６が閉になるので
、受熱部１内が液不足となることがなく、受熱部１の過
熱が防止でき、装置の信頼性、熱輸送効率が増大する効
果が得られることになる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、アキュムレータを
２つ設け、該アキュムレータから交互に受熱部へ作動流
体が還流するよう構成したことによシ、熱輸送の脈動を
小さなものとでき、熱輸送の効率を向上して、信頼性の
高い装置が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱伝達装置の一例を示す概略図、第２図
は本発明に係る熱伝達装置の一実施例を示す概略図、第
３図はフロート弁の一例を示す縦断面図である。 １・・・受熱部　２・・・放熱部　２１．２２・・・ア
キュムレータ　２３．２４．２９．３０・・・管路２５
．２６・・・逆止弁　２７．２Ｂ・・・開閉弁代理人　
大岩増雄（ほか２名） 第１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）管路内部に封入した熱輸送媒体としての凝縮性作
   動流体の循環によって受熱部から放熱部へ熱輸送を行な
   う熱伝達装置において、前記受熱部よシ上方位置に２つ
   のアキュムレータを配設し、該２つのアキュムレータ夫
   々の下部空間と前記受熱部の入口部とを、２つのアキュ
   ムレータ夫々の上部空間と受熱部の出口部とを、夫々管
   路を介して連通ずると共に一方のアキュムレータ上部空
   間と前記放熱部の一側流通口とを、他方のアキュムレー
   タ上部空間と該放熱部の他側流通口とを、夫々管路を介
   して連通ずる一方、前記放熱部で凝縮された作動流体を
   一方のアキュムレータに流入させると共に他方のアキュ
   ムレータ内にある流体を受熱部に還流させる動作をアキ
   ュムレータ毎交互に行わせしめる手段を設けたことを特
   徴とする熱伝達装置。
2. （２）前記手段は、アキュムレータ内下部空間と受熱部
   とを、アキュムレータ内下部空間と受熱部とを、夫々連
   通する管路を夫々選択的に開閉する開閉手段からなる特
   許請求の範囲第１項記載の熱伝達装置。
3. （３）開閉手段は、各管路に介装された開閉弁からナシ
   同一のアキュムレータ側の２つの開閉弁の開閉は同じ状
   態に行われ、かつ一方のアキュムレータ側の２つＱ開閉
   弁の開閉と他方のアキュムレータ側の開閉弁の開閉とは
   逆の状態となるように構成されてなる特許請求の範囲第
   ２項記載の熱伝達装置。
4. （４）開閉手段は、アキュムレータと受熱部間の管路の
   合流部に介装された３方弁からなる特許請求の範囲第２
   項記載の熱伝達装置。 ｌ！５）前記手段は、アキュムレータ内下部空間と受熱
   部とを連通ずる管路に夫々介装されて、該アキュムレー
   タから受熱部へ向ってのみ流体が流れる逆止弁と、アキ
   ュムレータ内下部空間と受熱部とを連通ずる管路を夫々
   選択的に開閉する開閉手段と、からなる特許請求の範囲
   第１項記載の熱伝達装置。