JPS6329193A - 気液分離型垂直サ−モサイホン - 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】 産業上の利用分野 この発明は密閉管の内部に封入した凝縮性の作動流体を
蒸発および液化させつつ上下方向において循環流動させ
ることにより作動流体の蒸発潜熱として熱の輸送を行な
うサーモサイホンに関するものである。

従来の技術 サーモサイホンは基本的には、密閉管の内部から空気な
どの非凝縮性のガスを真空排気した後に水などの凝縮性
の流体を作動流体として封入し、その密閉管をほぼ垂直
に設置した状態でその下端部に熱を与えることにより作
動流体を蒸発させ、同時に密閉管の上端部から熱を奪う
ことにより、作動流体蒸気を密閉管の上端部で凝縮液化
させ、ざらに液化した作動流体を密閉管の内面に沿わせ
て流下させ、その結果、作動流体の蒸発潜熱として熱の
輸送を行なうものである。したかってサーモサイホンは
構成が簡単であるうえに、外部動力を要さずに熱の輸送
を行なわせることかて゛きるから、地熱の採取あるいは
地中からの後熱による地中への冷熱の蓄熱等に用いるこ
とが考えられる。

しかしながら上述したような一般的なサーモサイホンで
は、作動液を密閉管の内面を伝って流下させる構成であ
るから、凝縮液化した作動流体を、外部から入熱のある
蒸発部の内周面全体に必ずしも充分分散させることがで
きず、また作動液の流動方向と作動流体蒸気の流動方向
とが反対となって両者が対向流となるから、作動液が入
熱のある蒸発部に還流する以前に蒸気流によって飛散さ
せられ、その結果蒸発部での作動液が不足して熱輸送量
が制限される問題がある。このような問題を解決するこ
とのできるサーモサイホンとして第５図に示す構成のも
のが従来提案されている。これは、密閉管１の上端部に
フィン２を取り付けた放熱兼液溜め部３を形成し、かつ
多数の小孔を周壁部に形成した分配管４を前記放熱兼液
溜め部３の底部に接続覆る一方、その分配管４の下端部
側を前記密閉管１の外側から内側に周壁部を貫通させて
引き入れ、ざらに密閉管１の内部には、空気等の非凝縮
性のガスを真空排気した状態で水などの凝縮Ｈの流体を
作動流体として封入した構成で必る。このような構成の
サーモサイホンであれば、前記放熱兼液溜め部３を上側
として垂直に立てた密閉管１の下端部側に熱Ｑを与え、
かつ放熱兼液溜め部３から熱Ｑを奪えば、作動流体蒸気
が密閉管１の内部を上方に流れて放熱兼液溜め部３にお
いて凝縮液化し、その結果生じた作動液が分配管４の内
部を通って流下し、密閉管１の内周面全体に分散供給さ
れる。

発明が解決しようとする問題点 しかるに第５図に示す従来のサーモサイホンでは、前記
分配管４における各小孔から噴出する作動液の量はその
小孔の上下位置に基づく水頭圧によって大きく影響され
るから、密閉管１の内周面全体に均一に作動液を分散さ
せることが離しく、また小径の分配管４を密閉管１の内
部に引き入れて所期の位置に固定することが困難である
などの製造上の問題がおった。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、製造作
業性が良好で、しかも熱輸送量の優れた垂直曇ナーモサ
イホンを提供覆ることを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、上下方向に
向けて配置する密閉構造の外管の内部に、その外管より
小径かつ短寸で少なくとも上端の開口した内管を同心状
に挿入配置し、その外管の内周面と内管の外周面との間
に螺旋状の線条体を挟み込み、さらに前記外管の内部に
実質的に凝縮性の作動流体のみを封入するとともに、前
記内管の周壁に多数の通気孔を形成したことを特徴とす
るものである。

またこの発明においては、内管に上端部でつながった切
り起こし片を形成し、これを内管の外側に折り曲げて前
記通気孔を形成することが好ましい。

ざらにこの発明では、少なくとも内管をスパイラルコル
ゲート管とした場合には、前記通気孔を、内管の周壁の
うら外表面が斜め下側を向いた箇所に形成することが好
ましい。

作　　　用 この発明のサーモサイホンにおいても、作動流体が蒸発
して上端側に流動し、しかる後放熱して液化することに
より、作動流体の蒸発潜熱として熱の輸送を行なう。そ
の場合、この発明では、内管と外管との間に螺旋状の線
条体を挟み込んだから、内管と外管との間に螺旋状の液
溜め部か形成されていて、ここで作動流体の蒸発が生じ
、ぞの蒸気が内管と外管との間を上方に流れるが、内管
と外管との間の空間は螺旋状になっているので、作動流
体蒸気が次第に通気孔から内管の内側に流れ込み、実質
的には内管の内部が蒸気流路となって作動流体蒸気がこ
こを通って上端部に至る。また内管は外管より短いから
、上端部に流れた作動流体蒸気は外管の内周面に接触し
て熱を外部に放出し、その結果生じた液相の作動流体は
、外管の内周面を伝って流下し、したがって内懐と外管
との間の螺旋状の空間部が液流路となり、気液分離が行
なわれる。ざらに作動液は螺旋流となって流下するから
、熱授受の生じる外管の内周面全体に充分分散供給され
る。

実施例 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図であって、外
管１０の内部に内管１１を同心状に挿入配置し、ざらに
これら外管１０と内管１１との間に螺旋状の線条体１２
を挟み込んで全体としての容器が形成されている。ここ
で外管１０は、周壁部の凹凸を螺旋状とした密閉構造の
スパイラルコルゲート管からなるもので必って、垂直に
立てて使用され、その上端部は直管状に形成されるとと
もにフィン１３を取付けて放熱部１４とされ、また下端
部の大半が外部から入熱のある蒸発部１５とされ、さら
にその蒸発部１５と放熱部１４との間に断熱部１６が形
成されている。これに対し内管１１は上記の外管１０よ
り小径かつ短寸で前記外管１０と同ピツチのスパイラル
コルゲート管からなるものであって、この内管１１はそ
の上端部が前記放熱部１４の下側に位置するよう前記外
管１０の内部に同心状に配置されている。そして前記線
条体１２は外管１０の内面と内管１１の外面とに接触し
た状態でその両者の間に挟み付けられている。なあ、線
条体１２は外管１０と内管１１とのいずれか一方に溶接
等の手段によって固定しておいてもよく、そのようにし
た場合には線条体１２をネジ山として内管１１を外管１
０の内部にねじ込めばよい。

また内管１１のうち前記線条体１２に接触しない箇所で
かつ外表面が斜め下方を向く箇所に丸形等の任意の形状
の通気孔１７が形成されている。

この通気孔１７は内管１１の一部を単に打ら太いて形成
したものでおってもよいが、第２図に示すように内管１
１の一部に切り込みを入れて上端部でつながった切り起
こし片１８を形成し、その切り起こし片１８を内管１１
の外側に折り曲げて形成することが好ましい。

そして上記のように構成した外管１０の内部には、空気
等の非凝縮性のガスを真空排気した後に水などの使用目
的の温度で蒸発する凝縮性の作動流体１９が封入されて
いる。

以上のように構成したサーモサイホンにおいて蒸発部１
５に外部から熱Ｑを与え、かつ放熱部１４から熱Ｑを奪
えば、作動流体１９が蒸発部において蒸発気化し、その
蒸気は圧力の低い放熱部１４に向けて上方に流れる。そ
の場合、作動流体蒸気は内管１１と外管１０との間で発
生して上行流となるが、内管１１と外管１０との間は前
記線条体１２を挟み込んであることにより螺旋状の空間
となっていて流動抵抗が大きいから、作動流体蒸気は内
管１１に形成した通気孔１７を通って内管１１の内側に
入り、ここを放熱部１４に向けて流れる。特に、通気孔
１７を第２図に示すように切り起こし片１８を残した構
成としておけば、切り起こし片１８がガイドとなること
により作動流体蒸気が速やかに内管１１の内側に入り込
む。内管１１が前述したように外管１０より短寸である
から、作動流体蒸気は放熱部１４において外管１０の内
周面に接触し、ここで放熱して凝縮液化する。

その結果生じた液相作動流体は外管１０の内面を伝って
流下するから、放熱部１４より下側の部分で内管１１と
外管１０との間に入り込むが、内管１１と外管１０との
間は前記線条体１２を挾み込んであることにより螺旋状
の空間となっているから、作動液は螺旋流となって内管
１１の外側を流れる。

したがって上記のサーモサイホンでは、内管１１の内側
が蒸気流路となるとともに内管１１の外側が作動液流路
となるから、気液分離が行なわれて作動液が蒸気流によ
って飛散することがなく、ずなわら飛散限界による制約
が殆んどなくなり、また作動液は螺旋流となるから外管
１０の内周面全体に分散させられ、その結果、入熱の必
る蒸発部１５の内周面全体に充分な量の作動液を供給す
ることができる。

なあ、この発明にあける外管および内管はスパイラルコ
ルゲート管に限定されるものではないのであって、直管
によって外管および内管を形成することかできる。その
例を第３図および第４図に示す。これらの図に示すよう
に密閉構造の直管によって外管２０か形成されるととも
に、その内部に、外管２０より小径でかつ短寸の直管状
の内管２１が同心状に挿入配置されており、これらの外
管２０と内管２１との間に螺旋状の線条体２２が挟み込
んで固定されている。また外管２０のうら内管２１より
上側の部分には、フィン２３が取付けられ放熱部２４と
されている。これに対し外管２０の下側の太平が蒸発部
２５とされるとともに、その蒸発部２５と放熱部２４と
の間のわずかな部分が断熱部２６とされている。

他方、内管２１には、第４図に示すように前記線条体２
２に干渉しない位置に多数の通気孔２７が形成されてい
る。この通気孔２７は前述した実施例におけると同様に
単に打ち疲いて形成してもよく、あるいは上端部がつな
がった切り起こし片を持つ円通孔として形成してもよい
。

以上の外管２０と内管２１とによって全体の容器が構成
され、その内部に実質的に凝縮性の作動流体２９のみが
封入されている。

なおここで内管２１の内径りが２５φ程度であった場合
には、通気孔２７の径ｄは、１φ≦Ｄ≦８φ程度に設定
することが好ましい。

第３図に示すように直管によって外管２０と内管２１と
を形成した構成であっても、前）ホした実施例における
と同様に、内管２１と外管２０との間が螺旋状の作動液
の還流部となり、また内管２１の内部が作動流体蒸気の
流路となって両者が隔絶されるから、作動液を蒸発部２
５の全体に充分分散供給することができる。

発明の詳細 な説明したようにこの発明によれば、所謂飛散限界によ
る熱輸送ｄの制約がなくなるうえに、入熱箇所全体への
作動液の分散供給を充分性なうことができるから、熱輸
送量を従来になく高めることができ、一般的なサーモサ
イホンに比へて熱輸送量を約数倍にすることができた。

またこの発明では、外管の内部に孔開き構造の内管を挿
入固定さればよいので、製造作業性の良好なものとブる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図はそ
の部分図、第３図はこの発明の他の実施例を示す断面図
、第４図はその内管を示す正面図、第５図は従来のサー
モサイホンの一例を示す略解図である。 １０．２０・・・外管、　１１．２１・・・内管、　１
２゜２２・・・線条体、　１４．２４・・・放熱部、　
１５゜２５・・・蒸発部、　１７．２７・・・通気孔、
１８・・・切り起こし片、　１９．２９・・・作動流体
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）上下方向に向けて配置する密閉構造の外管の内部
   に、その外管より小径かつ短寸で少なくとも上端の開口
   した内管を同心状に挿入配置し、その外管の内周面と内
   管の外周面との間に螺旋状の線条体を挟み込み、さらに
   前記外管の内部に実質的に凝縮性の作動流体のみを封入
   するとともに、前記内管の周壁に多数の通気孔を形成し
   たことを特徴とする気液分離型垂直サーモサイホン。
2. （２）前記通気孔は、前記内管の一部に切り込みを入れ
   て上端部でつながった切り起こし片を形成し、かつその
   切り起こし片を内管の外周側に折り曲げて形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の気液分
   離型垂直サーモサイホン。
3. （３）前記外管および内管のうち少なくとも内管がスパ
   イラルコルゲート管によって形成され、かつ前記通気孔
   が、その内管の周壁のうち外表面が斜め下方を向いた箇
   所に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項もしくは第２項記載の気液分離型垂直サーモサイホ
   ン。