JPS6237318B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はヒートパイプを使用した熱交換器に係
り、特に蒸発側ヒートパイプ群と凝縮側ヒートパ
イプ群とを別置した構成の熱交換器に関する。

第１図、第２図は従来のこの種熱交換器の概略
構成図である。この熱交換器において、蒸発側ヒ
ートパイプ群１と凝縮側ヒートパイプ群２は別の
所に配置されている。蒸発側ヒートパイプ群１
は、２本以上併設されたヒートパイプ３と、それ
らヒートパイプ３の上部開口どうしを連通する上
部ヘツダー４と、ヒートパイプ３の下部開口どう
しを連通する下部ヘツダー５とから主に構成され
ている。また凝縮側ヒートパイプ群２は、２本以
上併設されたヒートパイプ６と、それらヒートパ
イプ６の上部開口どうしを連通する上部ヘツダー
７と（ただし、第２図に示す熱交換器では上部ヘ
ツダー７は付設されていない。）、ヒートパイプの
下部開口どうしを連通する下部ヘツダー８とから
主に構成されている。

熱交換器の起動前には水、アルコール、アンモ
ニア、ベンゼン、フロン、高沸点油、液状金属な
どからなる作動媒体の凝縮液（図示せず）が、前
記蒸発側ヒートパイプ群１の下部ヘツダー５に溜
められている。

蒸発側ヒートパイプ群１の外周に高温流体を流
すと、その流体の保有熱を奪いながら作動媒体が
蒸発を開始し、その蒸気は蒸気流となつて凝縮側
ヒートパイプ群２に送られる。そして凝縮側ヒー
トパイプ群２の外周に低温流体を流せば、ヒート
パイプ６内に流入された作動媒体蒸気が液化熱を
放出しながら凝縮する。作動媒体の凝縮液はヒー
トパイプ６の内面を伝わつて下部ヘツダー８に流
下し、蒸発側ヒートパイプ群１の下部ヘツダー５
に戻される。このような作動媒体の蒸発・凝縮サ
イクルを繰り返すことにより、熱は蒸発潜熱とし
て蒸発側から凝縮側へ輸送され、その間で熱交換
される。

第１図に示す熱交換器の場合、蒸発側ヒートパ
イプ群１の上部ヘツダー４に集められた作動媒体
蒸気を凝縮側ヒートパイプ群２に送るための蒸気
配送管体９が、凝縮側ヒートパイプ群２の上部ヘ
ツダー７に接続されている。また凝縮側ヒートパ
イプ群２の下部ヘツダー８に集められる作動媒体
凝縮液を凝縮側ヒートパイプ群１に送るための凝
縮液配送管体１０が、蒸発側ヒートパイプ群１の
下部ヘツダー５に接続されている。

ところがこの熱交換器では、凝縮側ヒートパイ
プ群２において作動媒体蒸気がヒートパイプ６の
上部から供給されるため、ヒートパイプ６内にお
ける作動媒体蒸気の流れが悪い。またこの構成の
熱交換器では、熱輸送に障害となる非凝縮性ガス
の溜めがない。

第２図に示す熱交換器の場合、蒸気配送管体９
と凝縮液配送管体１０とが一体になり、蒸発側ヒ
ートパイプ群１の上部ヘツダー４と凝縮側ヒート
パイプ群２の下部ヘツダー８とをつないでいる。
従つて凝縮側ヒートパイプ群２で生成した作動媒
体の凝縮液が、蒸気配送管体９ならびにヒートパ
イプ３の内面を伝わつて下部ヘツダー５へ流下す
る間、常に上昇流の作動媒体蒸気と接触する状態
にある。そのため凝縮液の戻りが悪く、蒸発側ヒ
ートパイプ群１でドライアウト現象を生じること
があり、また作動媒体の蒸気が保有している熱を
冷却した凝縮液によつて奪われてしまう。このよ
うなことから、従来の熱交換器では効率の良い熱
交換ができず、耐用寿命でも問題があつた。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解
消し、効率の高い熱交換器を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、蒸気配送
管体と凝縮液配送管体とを別個にし、蒸気配送管
体で蒸発側ヒートパイプ群の上部ヘツダーと凝縮
側ヒートパイプ群の下部ヘツダーとをつなぎ、さ
らに凝縮液配送管体で凝縮側ヒートパイプ群の下
部ヘツダーと蒸発側ヒートパイプ群の下部ヘツダ
ーとをつないだことを特徴とする。

次に本発明の実施例を図とともに説明する。第
３図は、本発明の実施例に係る熱交換器の概略構
成図である。この熱交換器と第１図に示す熱交換
器との相違点は、蒸気配送管体９の設置状態であ
る。すなわち本発明に係る熱交換器では、蒸発側
ヒートパイプ群１の上部ヘツダー４から延びた蒸
気配送管体９が凝縮側ヒートパイプ群２の下部ヘ
ツダー８に接続されている。

蒸発側ヒートパイプ群１の上部ヘツダー４に集
められた作動媒体の蒸気は、蒸気配送管体９によ
つて凝縮側ヒートパイプ群２の下部ヘツダー８に
送られる。そして蒸気は各ヒートパイプ６の下端
開口部から入り、ヒートパイプ６内を上昇しなが
ら冷却・凝縮される。凝縮液はヒートパイプ６の
内面を伝わつて流下して下部ヘツダー８に集めら
れ、凝縮液配送管体１０により蒸発側ヒートパイ
プ群１の下部ヘツダー５に直接送られる。

ヒートパイプ群１，２や配送管体９，１０内な
どに最初から存在していた非凝縮性ガス、あるい
は使用中に生成した非凝縮性ガスは、作動媒体蒸
気の流れによつて凝縮側ヒートパイプ群２の上部
ヘツダー７に集められ、非凝縮性ガスは熱交換系
から排除された状態になる。

本発明の熱交換器において、作動媒体の蒸気が
ヒートパイプ６へ送り込まれる際、凝縮液の流下
を妨げる懸念がある。そのため下部ヘツダー８の
構造を第４図にすようにすれば、前述の懸念が有
効に解消できる。

すなわち、下部ヘツダー８が外管１１と、その
外管１１の内側に所定の間隔をおいて配置された
内管１２との二重管構造になつている。外管１１
の周壁には各ヒートパイプ６の下端開口部が気液
密に接合され、また内管１２の周壁で各ヒートパ
イプ６の下端開口と対応する位置には短尺の分岐
管１３がそれぞれ立設されて、分岐管１３の先端
は各ヒートパイプ６の下端開口に挿入されてい
る。この内管１２は前記蒸気配送管体９と一体に
作られているか、あるいは蒸気配送管体９の先端
が内管１２の一端に溶接などで接続されている。

従つて蒸気配送管体９から送られて来た作動媒
体蒸気１４は、内管１２を通りそれぞれ分岐管１
３の蒸気出口１５からヒートパイプ６の中央部に
送り込まれる。一方、作動媒体の凝縮液１６はヒ
ートパイプ６の内面を伝わつて流下し、ヒートパ
イプ６と分岐管１３との間を通つて外管１１の底
部に到達する。

この例では内管１２の周壁に蒸気出口１５を有
する分岐管１３を設けたが、内管１２の周壁にヒ
ートパイプ６の下端開口の中央部と対応する蒸気
出口１５を開設しただけでもよい。このように下
部ヘツダー８を外管１１と内管１２との二重管構
造にし、内管１２にヒートパイプ６の下端開口と
対応する蒸気口１５を形成して蒸気１４の送り込
み専用とし、一方外管１１を凝縮液１６の回収専
用にすれば、蒸気１４の供給と凝縮液１６の回収
とがスムースになる。

第５図は、下部ヘツダー８の変形例を示す図で
ある。この例では下部ヘツダー８の底部が一方向
に徐々に傾斜して液溜め１７が形成され、液溜め
１７の上方空間には板状の蒸気侵入防止部材１８
が配設されている。ヒートパイプ６内で生成した
凝縮液１６はその内面を伝わつて流下し、液溜め
１７に集められて、そこから凝縮液配送管体１０
で蒸発側ヒートパイプ群１に送られる。一方、蒸
気配送管体９から送られて来た蒸気１４は下部ヘ
ツダー８を通つて各ヒートパイプ６内へ送られる
が、蒸気１４の一部は液溜め１７に集められた凝
縮液１６と接することがある。蒸気１４が冷却し
た凝縮液１６と接触すると保有熱を奪われてしま
うから、蒸気１４が集められた凝縮液１６と接し
ないように液溜め１７の上方に蒸気侵入防止部材
１８が設けられている。

特にこの構造の下部ヘツダー８は、蒸気配送管
体９との接合部と凝縮液配送管体１０との接合部
とが近い場合に有効である。

本発明は前述のような構成になつており、凝縮
側ヒートパイプ群での作動媒体蒸気の流れがスム
ースである。また作動媒体の蒸気の流れと凝縮液
の流れとが対向するのが凝縮側ヒートパイプ群だ
けであるから、蒸気流による凝縮液の流れの阻害
が軽減できる。さらに非凝縮性ガスを、凝縮側ヒ
ートパイプ群の上部ヘツダーに集めることができ
る。このようなことから、効率が良く耐用寿命の
長い熱交換器が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の熱交換器の概略構
成図、第３図は本発明による熱交換器の概略構成
図、第４図および第５図は本発明の熱交換器にお
ける凝縮側ヒートパイプ群の下部ヘツダーの要部
拡大断面図である。 １……蒸発側ヒートパイプ群、２……凝縮側ヒ
ートパイプ群、３，６……ヒートパイプ、４，７
……上部ヘツダー、５，８……下部ヘツダー、９
……蒸気配送管体、１０……凝縮液配送管体、１
１……外管、１２……内管、１４……作動媒体蒸
気、１５……蒸気出口、１６……作動媒体凝縮
液、１７……液溜め、１８……蒸気侵入防止部
材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヒートパイプを併設し、それらヒートパイプ
   の上部開口どうしならびに下部開口どうしをそれ
   ぞれ連通する上部ヘツダーならびに下部ヘツダー
   を有する蒸発側ヒートパイプ群と、ヒートパイプ
   を併設し、それらヒートパイプの上部開口どうし
   ならびに下部開口どうしをそれぞれ連通する上部
   ヘツダーならびに下部ヘツダーを有する凝縮側ヒ
   ートパイプ群とを別置し、前記蒸発側ヒートパイ
   プ群の上部ヘツダーに集められる作動媒体蒸気を
   前記凝縮側ヒートパイプ群に送る蒸気配送管体
   と、凝縮側ヒートパイプ群の下部ヘツダーに集め
   られる作動媒体凝縮液を蒸発側ヒートパイプ群に
   送る凝縮液配送管体とを備えた熱交換器におい
   て、前記蒸気配送管体が前記蒸発側ヒートパイプ
   群の上部ヘツダーと前記凝縮側ヒートパイプ群の
   下部ヘツダーとをつなぐように、前記凝縮液配送
   管体が凝縮側ヒートパイプ群の下部ヘツダーと蒸
   発側ヒートパイプ群の下部ヘツダーとをつなぐよ
   うにそれぞれ配設されていることを特徴とする熱
   交換器。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記凝縮側
   ヒートパイプ群の下部ヘツダーが、周壁に前記ヒ
   ートパイプの下端開口部が接合された外管と、そ
   の外管の内側に配置された内管とで二重管構造に
   なつており、その内管の一端に前記蒸気配送管体
   が連通され、内管の周壁に前記ヒートパイプの下
   端開口部と対応する蒸気出口が形成されているこ
   とを特徴とする熱交換器。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記凝縮側
   ヒートパイプ群の下部ヘツダーに作動媒体凝縮液
   を溜めるための液溜めを設け、その液溜めの上方
   に蒸気侵入防止部材を配設したことを特徴とする
   熱交換器。