JP2000180078A - 熱交換熱輸送機器 - Google Patents
熱交換熱輸送機器Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は溶液循環流量および熱輸送量の増大
を可能とした熱交換熱輸送機器の提供をその目的として
いる． 【構成】 気液分離器１に，溶液輸送パイプ１２を介し
てそれぞれが接続された下部熱交換器９と膜モジュール
１０と上部熱交換器１１を経て該気液分離器１に戻る一
循の溶液輸送ループ１５を連接すると共に，該気液分離
器１と膜モジュール１０との間に，蒸気輸送パイプ１７
を介して凝縮器１６を接続した蒸気輸送ループ１８から
構成したことを特徴とする熱交換熱輸送機器である．ま
た，該機器の気液分離器１に溶液輸送パイプ１２を介し
て接続された下部熱交換器９と上部熱交換器１１を経て
該気液分離器１に戻る一循の１本または２本以上の溶液
バイパス輸送ループ２０を連接したことを特徴とする熱
交換熱輸送機器である．
を可能とした熱交換熱輸送機器の提供をその目的として
いる． 【構成】 気液分離器１に，溶液輸送パイプ１２を介し
てそれぞれが接続された下部熱交換器９と膜モジュール
１０と上部熱交換器１１を経て該気液分離器１に戻る一
循の溶液輸送ループ１５を連接すると共に，該気液分離
器１と膜モジュール１０との間に，蒸気輸送パイプ１７
を介して凝縮器１６を接続した蒸気輸送ループ１８から
構成したことを特徴とする熱交換熱輸送機器である．ま
た，該機器の気液分離器１に溶液輸送パイプ１２を介し
て接続された下部熱交換器９と上部熱交換器１１を経て
該気液分離器１に戻る一循の１本または２本以上の溶液
バイパス輸送ループ２０を連接したことを特徴とする熱
交換熱輸送機器である．
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，蓄熱，融雪あるい
は冷暖房などに使用される熱交換熱輸送機器に関するも
のである．
は冷暖房などに使用される熱交換熱輸送機器に関するも
のである．
【０００２】
【従来技術】これまでにこの種の機器として，図４で示
す文献「日本機械学会論文集，６１−５９１，Ｂ（１９
９５）」に記載された浸透ヒートパイプ型の熱輸送機器
が考案されている．図４で示すように，気液分離器併用
熱交換器２１で加熱し，溶液３中の溶媒８の一部が蒸発
し生じた蒸気４と分離した高い温度で高濃度の溶液３
は，輸送途中に下部熱交換器９を設けた溶液輸送パイプ
１２に誘導されながら，下部熱交換器９内の熱交換によ
り，保有する顕熱を放出しつつ冷却され，膜モジュール
１０に送入される．また，気液分離器併用熱交換器２１
で高い温度で高濃度の溶液３と分離した蒸気４は，輸送
途中に凝縮器１６を設けた蒸気輸送パイプ１７に誘導さ
れながら，凝縮器１６内の熱交換により，保有する潜熱
および顕熱を放出しつつ冷却され，凝縮液つまり溶媒８
となり，膜モジュール１０に送入される．蒸気輸送パイ
プ１７から膜モジュール１０に送入した溶媒８は，図２
で拡大断面図を示すようなチューブラ型の膜モジュール
１０の容器内を浸透膜１３で仕切られて形成された溶液
通路１４を通過する高濃度の溶液３との濃度差による浸
透作用によって，浸透膜１３を経て溶液通路１４内に流
入し，該溶液３と混合し，該溶液３の濃度を低下させな
がら低濃度の溶液３となり，該溶液３は溶液輸送パイプ
１２を介して気液分離器併用熱交換器２１に送り込まれ
る．気液分離器併用熱交換器２１に戻った低い温度の低
濃度の溶液３は，加熱され，該溶液３中の溶媒８の一部
が蒸発し分離され，再び高い温度で高濃度の溶液３と蒸
気４となり，機器内をそれぞれ循環する．この機器に使
用される溶液３としては，該機器が溶媒８の相変化およ
び浸透膜１３で隔てられた溶液３と溶媒８の間の濃度差
によって生じる浸透作用を利用した熱輸送機器であるこ
とから，蒸留水などのように気液の相変化を生じる液体
の溶媒８と，塩化ナトリウム，塩化カリウム，しょ糖お
よびポリエチレングリコールなどのように溶媒８に溶解
し，共沸を生ぜず，さらに浸透膜１３を透過できない固
体または液体などの溶質とを混合したものが使用され
る．
す文献「日本機械学会論文集，６１−５９１，Ｂ（１９
９５）」に記載された浸透ヒートパイプ型の熱輸送機器
が考案されている．図４で示すように，気液分離器併用
熱交換器２１で加熱し，溶液３中の溶媒８の一部が蒸発
し生じた蒸気４と分離した高い温度で高濃度の溶液３
は，輸送途中に下部熱交換器９を設けた溶液輸送パイプ
１２に誘導されながら，下部熱交換器９内の熱交換によ
り，保有する顕熱を放出しつつ冷却され，膜モジュール
１０に送入される．また，気液分離器併用熱交換器２１
で高い温度で高濃度の溶液３と分離した蒸気４は，輸送
途中に凝縮器１６を設けた蒸気輸送パイプ１７に誘導さ
れながら，凝縮器１６内の熱交換により，保有する潜熱
および顕熱を放出しつつ冷却され，凝縮液つまり溶媒８
となり，膜モジュール１０に送入される．蒸気輸送パイ
プ１７から膜モジュール１０に送入した溶媒８は，図２
で拡大断面図を示すようなチューブラ型の膜モジュール
１０の容器内を浸透膜１３で仕切られて形成された溶液
通路１４を通過する高濃度の溶液３との濃度差による浸
透作用によって，浸透膜１３を経て溶液通路１４内に流
入し，該溶液３と混合し，該溶液３の濃度を低下させな
がら低濃度の溶液３となり，該溶液３は溶液輸送パイプ
１２を介して気液分離器併用熱交換器２１に送り込まれ
る．気液分離器併用熱交換器２１に戻った低い温度の低
濃度の溶液３は，加熱され，該溶液３中の溶媒８の一部
が蒸発し分離され，再び高い温度で高濃度の溶液３と蒸
気４となり，機器内をそれぞれ循環する．この機器に使
用される溶液３としては，該機器が溶媒８の相変化およ
び浸透膜１３で隔てられた溶液３と溶媒８の間の濃度差
によって生じる浸透作用を利用した熱輸送機器であるこ
とから，蒸留水などのように気液の相変化を生じる液体
の溶媒８と，塩化ナトリウム，塩化カリウム，しょ糖お
よびポリエチレングリコールなどのように溶媒８に溶解
し，共沸を生ぜず，さらに浸透膜１３を透過できない固
体または液体などの溶質とを混合したものが使用され
る．
【０００３】上記のような構造の熱輸送機器は，膜モジ
ュール１０と気液分離器併用熱交換器２１を連結する溶
液輸送パイプ１２内の低濃度の溶液３と，気液分離器併
用熱交換器２１と下部熱交換器９を連結する溶液輸送パ
イプ１２内の高濃度の溶液３との密度差により溶液３は
循環させられ，常に膜モジュール１０内に高濃度の溶液
３を輸送し，浸透作用を生じさせる．また，該気液分離
器併用熱交換器２１から溶液輸送パイプ１２を経て下部
熱交換器９に輸送される高い温度の溶液３が下部熱交換
器９において冷却され，つまり，この溶液３の循環に伴
う顕熱輸送が行える．また，気液分離器併用熱交換器２
１から蒸気輸送パイプ１７を経て凝縮器１６に輸送され
る蒸気４が，該凝縮器１６内で凝縮および冷却される．
従って，蒸気４つまり溶媒８の循環に伴う潜熱および顕
熱輸送が行える．このように，従来考案された熱輸送機
器は，外部動力を用いずに，溶液３および溶媒８の循環
そして相変化により上部の高熱源から下部の低熱源へ熱
を輸送することができる．
ュール１０と気液分離器併用熱交換器２１を連結する溶
液輸送パイプ１２内の低濃度の溶液３と，気液分離器併
用熱交換器２１と下部熱交換器９を連結する溶液輸送パ
イプ１２内の高濃度の溶液３との密度差により溶液３は
循環させられ，常に膜モジュール１０内に高濃度の溶液
３を輸送し，浸透作用を生じさせる．また，該気液分離
器併用熱交換器２１から溶液輸送パイプ１２を経て下部
熱交換器９に輸送される高い温度の溶液３が下部熱交換
器９において冷却され，つまり，この溶液３の循環に伴
う顕熱輸送が行える．また，気液分離器併用熱交換器２
１から蒸気輸送パイプ１７を経て凝縮器１６に輸送され
る蒸気４が，該凝縮器１６内で凝縮および冷却される．
従って，蒸気４つまり溶媒８の循環に伴う潜熱および顕
熱輸送が行える．このように，従来考案された熱輸送機
器は，外部動力を用いずに，溶液３および溶媒８の循環
そして相変化により上部の高熱源から下部の低熱源へ熱
を輸送することができる．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の熱輸送
機器では，溶液３の循環駆動力が膜モジュール１０と気
液分離器併用熱交換器２１を連結する溶液輸送パイプ１
２内の低濃度の溶液３と，気液分離器併用熱交換器２１
と下部熱交換器９を連結する溶液輸送パイプ１２内の高
濃度の溶液３との密度差による浮力であるため，溶液３
の循環流量が著しく小さかった．その結果，溶液３の循
環に伴う顕熱輸送量が小さく，熱負荷変動の影響が該機
器全体に伝わるまでには相当の時間を要し，不安定であ
った．また，使用される膜モジュール１０は，流動抵抗
の小さなチューブラ型の膜モジュール１０に限定されて
いた．
機器では，溶液３の循環駆動力が膜モジュール１０と気
液分離器併用熱交換器２１を連結する溶液輸送パイプ１
２内の低濃度の溶液３と，気液分離器併用熱交換器２１
と下部熱交換器９を連結する溶液輸送パイプ１２内の高
濃度の溶液３との密度差による浮力であるため，溶液３
の循環流量が著しく小さかった．その結果，溶液３の循
環に伴う顕熱輸送量が小さく，熱負荷変動の影響が該機
器全体に伝わるまでには相当の時間を要し，不安定であ
った．また，使用される膜モジュール１０は，流動抵抗
の小さなチューブラ型の膜モジュール１０に限定されて
いた．
【０００５】そこで，本発明は，上記従来例の問題点を
解決すべく，溶液３の循環流量および熱輸送量の増大を
可能とする熱交換熱輸送機器の提供をその目的とするも
のである．
解決すべく，溶液３の循環流量および熱輸送量の増大を
可能とする熱交換熱輸送機器の提供をその目的とするも
のである．
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成したもので，その要旨は，気液分離器１に，溶液輸送
パイプ１２を介してそれぞれが接続された下部熱交換器
９と膜モジュール１０と上部熱交換器１１を経て該気液
分離器１に戻る一循の溶液輸送ループ１５を連接すると
共に，該気液分離器１と膜モジュール１０との間に，蒸
気輸送パイプ１７を介して凝縮器１６を接続した蒸気輸
送ループ１８からなる熱交換熱輸送機器である．さらに
本発明は，該機器の気液分離器１に溶液輸送パイプ１２
を介して接続された下部熱交換器９と上部熱交換器１１
を経て該気液分離器１に戻る一循の溶液バイパス輸送ル
ープ２０を１本または２本以上連接した熱交換熱輸送機
器である．
成したもので，その要旨は，気液分離器１に，溶液輸送
パイプ１２を介してそれぞれが接続された下部熱交換器
９と膜モジュール１０と上部熱交換器１１を経て該気液
分離器１に戻る一循の溶液輸送ループ１５を連接すると
共に，該気液分離器１と膜モジュール１０との間に，蒸
気輸送パイプ１７を介して凝縮器１６を接続した蒸気輸
送ループ１８からなる熱交換熱輸送機器である．さらに
本発明は，該機器の気液分離器１に溶液輸送パイプ１２
を介して接続された下部熱交換器９と上部熱交換器１１
を経て該気液分離器１に戻る一循の溶液バイパス輸送ル
ープ２０を１本または２本以上連接した熱交換熱輸送機
器である．
【０００７】
【発明の実施の形態】以下，本発明について，図面を参
照しながら詳細に説明する．図１および図２は本発明の
一実施例を示したものである．図１において，１は気液
分離器であり，気液分離器１は，収容された高い温度の
熱を保有する気液二相流体２を液体の溶液３と気体の蒸
気４に分離する機器であって，上部側に蒸気送出口５を
また下部側に溶液送出口６を設け，その間の側壁面に気
液二相流体送入口７が設けられている．気液分離器１に
収容された溶液３には，先の従来技術で説明したよう
に，蒸留水などの溶媒８と塩化ナトリウムや塩化カリウ
ムなどの溶質とを混合したものを使用する．９は下部熱
交換器，１０は膜モジュール，１１は上部熱交換器で，
これらは溶液輸送パイプ１２を介して気液分離器１と一
連状に接続されている．すなわち，気液分離器１から送
出された高い温度で高濃度の溶液３は，下部熱交換器９
で冷却されて保有する顕熱を放出後，膜モジュール１０
の浸透膜１３からなる溶液通路１４を通過しながら，該
溶液通路１４内で生じる浸透作用により低濃度の溶液３
となり，さらに上部熱交換器１１で加熱され，高い温度
の気液二相流体２となり，再び気液分離器１に戻る一循
の溶液輸送ループ１５を構成する．本発明において膜モ
ジュール１０は，図２で示すようなチューブラ型の膜モ
ジュール１０の他に，中空糸型およびスパイラル型の膜
モジュール１０など一般に市販されているものが使用さ
れる．１６は凝縮器で，蒸気輸送パイプ１７を介して気
液分離器１と膜モジュール１０との間を接続する．すな
わち，凝縮器１６は，蒸気輸送パイプ１７によって輸送
される蒸気４を凝縮し冷却しながら，該凝縮器１６内で
該蒸気４が保有する潜熱および顕熱を放出し相変化し生
じた低い温度の溶媒８を，膜モジュール１０へ送出する
蒸気輸送ループ１８を構成する．
照しながら詳細に説明する．図１および図２は本発明の
一実施例を示したものである．図１において，１は気液
分離器であり，気液分離器１は，収容された高い温度の
熱を保有する気液二相流体２を液体の溶液３と気体の蒸
気４に分離する機器であって，上部側に蒸気送出口５を
また下部側に溶液送出口６を設け，その間の側壁面に気
液二相流体送入口７が設けられている．気液分離器１に
収容された溶液３には，先の従来技術で説明したよう
に，蒸留水などの溶媒８と塩化ナトリウムや塩化カリウ
ムなどの溶質とを混合したものを使用する．９は下部熱
交換器，１０は膜モジュール，１１は上部熱交換器で，
これらは溶液輸送パイプ１２を介して気液分離器１と一
連状に接続されている．すなわち，気液分離器１から送
出された高い温度で高濃度の溶液３は，下部熱交換器９
で冷却されて保有する顕熱を放出後，膜モジュール１０
の浸透膜１３からなる溶液通路１４を通過しながら，該
溶液通路１４内で生じる浸透作用により低濃度の溶液３
となり，さらに上部熱交換器１１で加熱され，高い温度
の気液二相流体２となり，再び気液分離器１に戻る一循
の溶液輸送ループ１５を構成する．本発明において膜モ
ジュール１０は，図２で示すようなチューブラ型の膜モ
ジュール１０の他に，中空糸型およびスパイラル型の膜
モジュール１０など一般に市販されているものが使用さ
れる．１６は凝縮器で，蒸気輸送パイプ１７を介して気
液分離器１と膜モジュール１０との間を接続する．すな
わち，凝縮器１６は，蒸気輸送パイプ１７によって輸送
される蒸気４を凝縮し冷却しながら，該凝縮器１６内で
該蒸気４が保有する潜熱および顕熱を放出し相変化し生
じた低い温度の溶媒８を，膜モジュール１０へ送出する
蒸気輸送ループ１８を構成する．
【０００８】上記のように構成された本発明の熱交換熱
輸送機器によると，蒸留水などの溶媒８と塩化ナトリウ
ムなどの溶質とを混合した高い温度で高濃度の溶液３
と，溶媒８が相変化して生じた蒸気泡１９からなる気液
二相流体２は，気液分離器１で高い温度で高濃度の溶液
３と蒸気４に分離された後，該溶液３は，溶液輸送ルー
プ１５の溶液輸送パイプ１２で誘導されながら下部熱交
換器９内の熱交換により，保有する顕熱を放出しつつ冷
却された後，膜モジュール１０に送り込まれる．また気
液分離器１で溶液３と分離された蒸気４は，蒸気輸送ル
ープ１８の蒸気輸送パイプ１７に誘導されて凝縮器１６
内の熱交換により，保有する潜熱および顕熱を放出しつ
つ冷却され，凝縮液つまり溶媒８となり，膜モジュール
１０に送り込まれる．膜モジュール８では，溶媒８が浸
透膜１３で形成された溶液通路１４を通過する高濃度の
溶液３との濃度差による浸透作用によって，浸透膜１３
を経て溶液通路１４内に流入し，該溶液３と混合し，該
溶液３の濃度を低下させながら低濃度の溶液３となる．
該溶液３は，溶液輸送パイプ１２で誘導されながら上部
熱交換器１１で加熱されつつ沸騰し，濃縮され再び高い
温度で高濃度の溶液３となると共に蒸気泡１９が発生
し，該蒸気泡１９と該溶液３からなる高い温度の気液二
相流体２となり，気液分離器１に送り込まれる．本発明
は，この循環を繰返しながら常に膜モジュール８内に高
濃度の溶液３を輸送し，膜モジュール内で浸透作用を生
じさせ，また上部熱交換器１１から下部熱交換器９へ顕
熱を輸送すると共に，上記した蒸気４の循環を繰返しな
がら，上部熱交換器１１から凝縮器１６へ潜熱および顕
熱を輸送する．
輸送機器によると，蒸留水などの溶媒８と塩化ナトリウ
ムなどの溶質とを混合した高い温度で高濃度の溶液３
と，溶媒８が相変化して生じた蒸気泡１９からなる気液
二相流体２は，気液分離器１で高い温度で高濃度の溶液
３と蒸気４に分離された後，該溶液３は，溶液輸送ルー
プ１５の溶液輸送パイプ１２で誘導されながら下部熱交
換器９内の熱交換により，保有する顕熱を放出しつつ冷
却された後，膜モジュール１０に送り込まれる．また気
液分離器１で溶液３と分離された蒸気４は，蒸気輸送ル
ープ１８の蒸気輸送パイプ１７に誘導されて凝縮器１６
内の熱交換により，保有する潜熱および顕熱を放出しつ
つ冷却され，凝縮液つまり溶媒８となり，膜モジュール
１０に送り込まれる．膜モジュール８では，溶媒８が浸
透膜１３で形成された溶液通路１４を通過する高濃度の
溶液３との濃度差による浸透作用によって，浸透膜１３
を経て溶液通路１４内に流入し，該溶液３と混合し，該
溶液３の濃度を低下させながら低濃度の溶液３となる．
該溶液３は，溶液輸送パイプ１２で誘導されながら上部
熱交換器１１で加熱されつつ沸騰し，濃縮され再び高い
温度で高濃度の溶液３となると共に蒸気泡１９が発生
し，該蒸気泡１９と該溶液３からなる高い温度の気液二
相流体２となり，気液分離器１に送り込まれる．本発明
は，この循環を繰返しながら常に膜モジュール８内に高
濃度の溶液３を輸送し，膜モジュール内で浸透作用を生
じさせ，また上部熱交換器１１から下部熱交換器９へ顕
熱を輸送すると共に，上記した蒸気４の循環を繰返しな
がら，上部熱交換器１１から凝縮器１６へ潜熱および顕
熱を輸送する．
【０００９】また，上記のように構成された本発明は，
上部熱交換器１１を冷却用熱交換器として，下部熱交換
器９を膜モジュール１０側が若干高くなるように傾けて
設置し，加熱用熱交換器として使用することにより，下
部の高熱源から上部の低熱源へ熱を輸送することができ
る．該機器によると，溶液３は，下部熱交換器９内で加
熱され沸騰し，蒸気泡１９が発生し，該蒸気泡１９と溶
液３からなる高い温度の気液二相流体２となり，溶液輸
送パイプ１２を介して膜モジュール１０を経て，上部熱
交換器１１へ送込まれる．上部熱交換器１１では，該気
液二相流体２が冷却されつつ，該気液二相流体２中の蒸
気泡１９が凝縮し，保有する潜熱および顕熱を放出しな
がら，低い温度の溶液３となり，溶液輸送パイプ１２を
介して気液分離器１を経て再び下部熱交換器９へ送り込
まれる．本発明は，この循環を繰返しながら下部熱交換
器９から上部熱交換器１１へ潜熱および顕熱を輸送す
る．この場合，凝縮器１６および蒸気輸送パイプ１７は
何ら機能を有しない．よって，本発明は，上部熱交換器
１１と下部熱交換器９の利用形態を変更することによ
り，下部の高熱源から上部の低熱源へ熱を輸送すること
ができる．
上部熱交換器１１を冷却用熱交換器として，下部熱交換
器９を膜モジュール１０側が若干高くなるように傾けて
設置し，加熱用熱交換器として使用することにより，下
部の高熱源から上部の低熱源へ熱を輸送することができ
る．該機器によると，溶液３は，下部熱交換器９内で加
熱され沸騰し，蒸気泡１９が発生し，該蒸気泡１９と溶
液３からなる高い温度の気液二相流体２となり，溶液輸
送パイプ１２を介して膜モジュール１０を経て，上部熱
交換器１１へ送込まれる．上部熱交換器１１では，該気
液二相流体２が冷却されつつ，該気液二相流体２中の蒸
気泡１９が凝縮し，保有する潜熱および顕熱を放出しな
がら，低い温度の溶液３となり，溶液輸送パイプ１２を
介して気液分離器１を経て再び下部熱交換器９へ送り込
まれる．本発明は，この循環を繰返しながら下部熱交換
器９から上部熱交換器１１へ潜熱および顕熱を輸送す
る．この場合，凝縮器１６および蒸気輸送パイプ１７は
何ら機能を有しない．よって，本発明は，上部熱交換器
１１と下部熱交換器９の利用形態を変更することによ
り，下部の高熱源から上部の低熱源へ熱を輸送すること
ができる．
【００１０】さらに本発明は，溶液循環流量の増大に伴
う顕熱輸送量の増大つまり本発明の熱輸送能力を増大さ
せるために，図１で示した構造の機器に１本または２本
以上の溶液バイパス輸送ループ２０を組合わせた機器を
提供するものである．図３はその一実施例を示す．図３
において，２０は溶液バイパス輸送ループである．溶液
バイパス輸送ループ２０は，下部熱交換器９と上部熱交
換器１１を溶液輸送パイプ１２を介して，気液分離器１
に接続したものである．すなわち，気液分離器１から送
出された高い温度で高濃度の溶液３を，下部熱交換器９
で冷却し，該溶液３の保有する顕熱を放出させた後，上
部熱交換器１１で加熱し，該溶液３が溶液３の沸騰に伴
い発生した蒸気泡１９と溶液３からなる気液二相流体２
となり，該上部熱交換器１１において得た熱を保有した
高い温度の気液二相流体２を気液分離器１に戻す循環工
程を設けることによって，本発明の熱輸送能力を大幅に
増大させる．この効果は，２本または３本以上の溶液バ
イパス輸送ループ２０を，前記した膜モジュール１０を
通過する溶液輸送ループ１５と共に併設することによっ
て，その効果は顕著に現れる．また，実際の使用におい
ては２または３以上の熱源からの熱を輸送しなければな
らない場合が多く，本発明では上部熱交換器１１を点在
する熱源ごとに設置することにより対応することがで
き，より柔軟な配置が可能である．
う顕熱輸送量の増大つまり本発明の熱輸送能力を増大さ
せるために，図１で示した構造の機器に１本または２本
以上の溶液バイパス輸送ループ２０を組合わせた機器を
提供するものである．図３はその一実施例を示す．図３
において，２０は溶液バイパス輸送ループである．溶液
バイパス輸送ループ２０は，下部熱交換器９と上部熱交
換器１１を溶液輸送パイプ１２を介して，気液分離器１
に接続したものである．すなわち，気液分離器１から送
出された高い温度で高濃度の溶液３を，下部熱交換器９
で冷却し，該溶液３の保有する顕熱を放出させた後，上
部熱交換器１１で加熱し，該溶液３が溶液３の沸騰に伴
い発生した蒸気泡１９と溶液３からなる気液二相流体２
となり，該上部熱交換器１１において得た熱を保有した
高い温度の気液二相流体２を気液分離器１に戻す循環工
程を設けることによって，本発明の熱輸送能力を大幅に
増大させる．この効果は，２本または３本以上の溶液バ
イパス輸送ループ２０を，前記した膜モジュール１０を
通過する溶液輸送ループ１５と共に併設することによっ
て，その効果は顕著に現れる．また，実際の使用におい
ては２または３以上の熱源からの熱を輸送しなければな
らない場合が多く，本発明では上部熱交換器１１を点在
する熱源ごとに設置することにより対応することがで
き，より柔軟な配置が可能である．
【００１１】
【発明の効果】以上述べたような本発明の熱交換熱輸送
機器は，顕著な熱輸送能力を有する．図１に示す本発明
の熱交換熱輸送機器を用いて実験を行った．溶液輸送ル
ープ１５の高さは３．５ｍ，溶液輸送パイプ１２および
蒸気輸送パイプ１７の内径は１６．１ｍｍであり，浸透
膜１３として日東電工製，ＮＴＲ−１５９５（内径１
１．５ｍｍ，外径１１．８ｍｍ，長さ５９５ｍｍ）を１
８本用いた．溶液３としてポリエチレングリコール６０
０水溶液を使用した．また，図４で示される従来考案さ
れた熱輸送機器と比較するために，図１内の気液分離器
１内にヒーターを設置し，そのヒーターからのみ熱を供
給し同様の条件のもとで実験を行った．その結果得られ
た有効浸透面積（機器が定常熱輸送を行うために必要と
する浸透膜１３を通過する溶媒８の透過量を生じさせる
ために必要とする，浸透膜１３が溶液３と溶媒８の両方
に接する部分の面積）と熱輸送量の関係を図５および図
６で示す．従来考案された熱輸送機器では，初期濃度
（溶液３中に含まれる溶質の質量割合）が０．１，０．
３および０．５の場合において，それぞれ熱輸送量が３
００Ｗ，６５０Ｗおよび９００Ｗで有効浸透面積が該機
器の最大膜面積に達し，各初期濃度に対しそれぞれの値
以上の熱負荷を供給した場合，浸透膜１３の面積が不足
し，熱輸送を行うことができない．一方，本発明に関す
る有効浸透面積は，各初期濃度の場合とも，熱輸送量の
増加に伴い増大するが，ある熱輸送量において極大値と
なり，その後減少し，本実験では装置の最大膜面積に達
することは無かった．本発明では，初期濃度の小さな方
から２３００Ｗ，２０００Ｗおよび１５００Ｗまでの熱
輸送実験を行えたことから，本発明の最大熱輸送量はこ
れらの値以上である．したがって，本発明の熱輸送能力
は従来考案された熱輸送機器に比べ数倍大きい．また，
溶液循環質量流量と熱輸送量の関係を図７および図８で
示す．初期濃度が０．５，熱輸送量が５００Ｗの場合に
ついて比較すると，従来の熱輸送機器では０．０９５ｇ
／ｓ，本発明では１．２ｇ／ｓであり，従来の熱輸送機
器に比べ本発明の溶液循環質量流量は非常に大きい．
機器は，顕著な熱輸送能力を有する．図１に示す本発明
の熱交換熱輸送機器を用いて実験を行った．溶液輸送ル
ープ１５の高さは３．５ｍ，溶液輸送パイプ１２および
蒸気輸送パイプ１７の内径は１６．１ｍｍであり，浸透
膜１３として日東電工製，ＮＴＲ−１５９５（内径１
１．５ｍｍ，外径１１．８ｍｍ，長さ５９５ｍｍ）を１
８本用いた．溶液３としてポリエチレングリコール６０
０水溶液を使用した．また，図４で示される従来考案さ
れた熱輸送機器と比較するために，図１内の気液分離器
１内にヒーターを設置し，そのヒーターからのみ熱を供
給し同様の条件のもとで実験を行った．その結果得られ
た有効浸透面積（機器が定常熱輸送を行うために必要と
する浸透膜１３を通過する溶媒８の透過量を生じさせる
ために必要とする，浸透膜１３が溶液３と溶媒８の両方
に接する部分の面積）と熱輸送量の関係を図５および図
６で示す．従来考案された熱輸送機器では，初期濃度
（溶液３中に含まれる溶質の質量割合）が０．１，０．
３および０．５の場合において，それぞれ熱輸送量が３
００Ｗ，６５０Ｗおよび９００Ｗで有効浸透面積が該機
器の最大膜面積に達し，各初期濃度に対しそれぞれの値
以上の熱負荷を供給した場合，浸透膜１３の面積が不足
し，熱輸送を行うことができない．一方，本発明に関す
る有効浸透面積は，各初期濃度の場合とも，熱輸送量の
増加に伴い増大するが，ある熱輸送量において極大値と
なり，その後減少し，本実験では装置の最大膜面積に達
することは無かった．本発明では，初期濃度の小さな方
から２３００Ｗ，２０００Ｗおよび１５００Ｗまでの熱
輸送実験を行えたことから，本発明の最大熱輸送量はこ
れらの値以上である．したがって，本発明の熱輸送能力
は従来考案された熱輸送機器に比べ数倍大きい．また，
溶液循環質量流量と熱輸送量の関係を図７および図８で
示す．初期濃度が０．５，熱輸送量が５００Ｗの場合に
ついて比較すると，従来の熱輸送機器では０．０９５ｇ
／ｓ，本発明では１．２ｇ／ｓであり，従来の熱輸送機
器に比べ本発明の溶液循環質量流量は非常に大きい．
【００１２】上記の結果から，従来の熱輸送機器は千ワ
ット未満の比較的小さな熱輸送能力しか有しないが，本
発明は数千ワット以上の大きな熱輸送能力を有し，実施
用に供する．使用例としては，夏季に道路に降注ぐ太陽
熱により高い温度になった路面から地下十数メートルに
位置する低い温度の蓄熱帯へ，本発明を用い熱を輸送し
蓄熱し，冬季に路面に降り積もる雪を，本発明により該
蓄熱帯が保有する熱を路面へ輸送することにより融雪
し，積雪による道路の不通およびスリップ事故などを防
止することができる．また，建物の側壁または内部に本
発明の上部熱交換器１１を埋設または設置し，生活使用
排水，地下水または河川などに下部熱交換器９を浸水さ
せることにより，夏季における建物周囲から内部へ流入
する熱を排熱することができ，冷房費を削減することが
できる．
ット未満の比較的小さな熱輸送能力しか有しないが，本
発明は数千ワット以上の大きな熱輸送能力を有し，実施
用に供する．使用例としては，夏季に道路に降注ぐ太陽
熱により高い温度になった路面から地下十数メートルに
位置する低い温度の蓄熱帯へ，本発明を用い熱を輸送し
蓄熱し，冬季に路面に降り積もる雪を，本発明により該
蓄熱帯が保有する熱を路面へ輸送することにより融雪
し，積雪による道路の不通およびスリップ事故などを防
止することができる．また，建物の側壁または内部に本
発明の上部熱交換器１１を埋設または設置し，生活使用
排水，地下水または河川などに下部熱交換器９を浸水さ
せることにより，夏季における建物周囲から内部へ流入
する熱を排熱することができ，冷房費を削減することが
できる．
【図１】本発明の断面図である．
【図２】膜モジュールの断面図である．
【図３】溶液バイパス輸送ループを連接した本発明の断
面図である．
面図である．
【図４】従来の熱輸送機器の断面図である．
【図５】本発明における有効浸透面積と熱輸送量の関係
である．
である．
【図６】従来の熱輸送機器における有効浸透面積と熱輸
送量の関係である．
送量の関係である．
【図７】本発明における溶液循環質量流量と熱輸送量の
関係である．
関係である．
【図８】従来の熱輸送機器における溶液循環質量流量と
熱輸送量の関係である．
熱輸送量の関係である．
１ 気液分離器 ２ 気液二相流体 ３ 溶液 ４ 蒸気 ５ 蒸気送出口 ６ 溶液送出口 ７ 気液二相流体送入口 ８ 溶媒 ９ 下部熱交換器 １０ 膜モジュール １１ 上部熱交換器 １２ 溶液輸送パイプ １３ 浸透膜 １４ 溶液通路 １５ 溶液輸送ループ １６ 凝縮器 １７ 蒸気輸送パイプ １８ 蒸気輸送ループ １９ 蒸気泡 ２０ 溶液バイパス輸送ループ ２１ 気液分離器併用熱交換器
Claims (2)
- 【請求項１】 気液分離器１に，溶液輸送パイプ１２を
介してそれぞれが接続された下部熱交換器９と膜モジュ
ール１０と上部熱交換器１１を経て該気液分離器１に戻
る一循の溶液輸送ループ１５を連接すると共に，該気液
分離器１と膜モジュール１０との間に，蒸気輸送パイプ
１７を介して凝縮器１６を接続した蒸気輸送ループ１８
から構成したことを特徴とする熱交換熱輸送機器． - 【請求項２】 気液分離器１に，溶液輸送パイプ１２を
介してそれぞれが接続された下部熱交換器９と膜モジュ
ール１０と上部熱交換器１１を経て該気液分離器１に戻
る一循の溶液輸送ループ１５と，溶液輸送パイプ１２を
介して接続された下部熱交換器９と上部熱交換器１１を
経て該気液分離器１に戻る一循の溶液バイパス輸送ルー
プ２０を１本または２本以上連接すると共に，該気液分
離器１と膜モジュール１０との間に，蒸気輸送パイプ１
７を介して凝縮器１６を接続した蒸気輸送ループ１８か
ら構成したことを特徴とする熱交換熱輸送機器．
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10377790A JP2000180078A (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 熱交換熱輸送機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10377790A JP2000180078A (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 熱交換熱輸送機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000180078A true JP2000180078A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18509161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10377790A Pending JP2000180078A (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 熱交換熱輸送機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000180078A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1306240C (zh) * | 2003-01-21 | 2007-03-21 | 三菱电机株式会社 | 气泡泵型热输送设备 |
| CN100434857C (zh) * | 2003-01-21 | 2008-11-19 | 三菱电机株式会社 | 气泡泵型热输送设备 |
| CN109477695A (zh) * | 2016-09-09 | 2019-03-15 | 株式会社电装 | 设备温度调节装置 |
| CN111981882A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-11-24 | 华北电力大学 | 一种间断式相分离回路热管 |
-
1998
- 1998-12-10 JP JP10377790A patent/JP2000180078A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1306240C (zh) * | 2003-01-21 | 2007-03-21 | 三菱电机株式会社 | 气泡泵型热输送设备 |
| CN100434857C (zh) * | 2003-01-21 | 2008-11-19 | 三菱电机株式会社 | 气泡泵型热输送设备 |
| US7721793B2 (en) | 2003-01-21 | 2010-05-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Vapor-lift pump heat transport apparatus |
| US7810551B2 (en) | 2003-01-21 | 2010-10-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Vapor-lift pump heat transport apparatus |
| CN109477695A (zh) * | 2016-09-09 | 2019-03-15 | 株式会社电装 | 设备温度调节装置 |
| CN111981882A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-11-24 | 华北电力大学 | 一种间断式相分离回路热管 |
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