JP2013532812A - 自然対流とは逆の方向への自発的熱伝達のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
この方法は、追加のポンピング物質が加熱区域の流れ回路の中へ導入されることを想定している。この物質は、液体伝熱剤より低い密度を有しており、伝熱剤中に不溶性であり、その沸騰温度は伝熱剤の個々の沸騰温度より低い。ペンタンは、大気圧での沸騰温度が36.1℃であることから、ポンピング物質として使用される。次に、伝熱剤が熱せられてゆき、ポンピング物質が蒸発すると、ポンピング物質の蒸気圧力が強制的に伝熱剤に循環ループの枝路の中を循環させる。ポンピング物質の使用済み蒸気は、高温の下降枝路の上側部分から、より低温の帯域へ移送され、そこで蒸気は凝縮に曝される。凝縮物は、その後、加熱区域へ再び導入され、ポンピング物質の量は、循環ループの液体伝熱剤によって占められていない部分を満たすとともに凝縮区域から蒸発区域へ通じる凝縮物排流通路を満たすのに必要なポンピング物質蒸気質量以上である。
本発明による装置の模式図が図1に示されている。それは、冷却器1を含む閉循環ループとして作られており、冷却器へは、液体伝熱剤4(熱源3の使用により高温流体容器A内で既に熱せられている)が高温の下降枝路2経由で送られてくる。冷却された伝熱剤は冷却器を去り低温の上昇枝路5を経て低温流体容器Bの中へ送達される。更に、本装置は、高温流体容器A内部に設置されていて定量定量注入容器6と充填サイホン7と通路管8とから成る液体シール型式の制御弁を有している。通路管8の入口は、定量定量注入容器6の底部付近に設置されているのに対し、その出口は、低温流体容器Bの上側部分に設置されている。本装置は、更に、一端が高温流体容器A直下の高温枝路2と接続されている中間チャネル9を有している。管の第2端は、低温流体容器Bの底部に取り付けられている。低温流体容器Bの側からは中間チャネル9の中へ入子管10が導入されており、管は垂直方向に沿って拘束されずに動くことができる。入子管10の自由端には、入子管への入口が容器B内部の液体表面直下に位置付けられるように寸法設定された浮子11が設けられている。更に、中間チャネル9と低温の上昇枝路5には、逆止弁12及び13が設けられている。
本発明の実施形態2として記載されている装置の別の実施例は、図5に示されている装置であり、低温流体容器Bに捕集されたポンピング物質の凝縮物は、中間チャネル9へ、当該チャネルの入口に取り付けられている捕集漏斗15を介して供給される。中間チャネル9は低温流体容器Bの底部より上方に立ち上げられていて、チャネル入口の高度、従って捕集漏斗が取り付けられている点は、送り込み段階終了時に低温流体容器Bが充填されている最大水位と下方排流段階終了時に前記容器が充填されている最小水位の間に設置されている。また、中間チャネル9は、低温流体容器Bの底近くその上方に設置されている断面積F2の追加の入口16を有している。断面積は、装置ごとに個々に求められなくてはならず、
以上に本発明の実施形態2及び実施形態3として記載されている装置の別の実施形態が、図8に示されている。この事例では、ポンピング物質の蒸気は、凝縮器17内部で凝縮され、凝縮熱は周囲環境へ放散される。使用済み蒸気は、低温流体容器Bの上側部分に位置する入口を有しているチャネル18経由で凝縮器17へ供給され、凝縮器17を凝縮物の形態で排流チャネル19を経由して去り、一方、低温の伝熱剤は、低温流体容器Bの底部に位置する入口を有している中間チャネル9経由で下方排流される。
実施形態5―熱交換器−凝縮器
本発明のこの実施形態(図9)では、装置の実施形態4とは対照的に、ポンピング物質の蒸気は、膜型式熱交換器−凝縮器17内で、冷却器1から直接に上昇枝路5経由で前進してくる低温の伝熱剤の供給を受けて凝縮される。その後、伝熱剤は熱交換器をチャネル20経由で去り、低温流体容器Bに到達する。
本発明のこの実施形態について、液体シールの形態に設計されている制御弁6、7、8は、定量定量注入容器6内部に設置されていてフラップ22へ接続されている浮子21、並びに高温流体容器A内部に直接設置されている追加の浮子23を有する。加えて、制御弁は、前記両浮子を相互接続している紐接続機構24を有する(図11)。高温流体容器A内部の伝熱剤の水位がサイホン7のL字曲がりのレベルまで上昇した後、伝熱剤はサイホン7を介して定量定量注入容器6を充填し、浮子21を持ち上げる。浮子が上向きに動くと、その結果、フラップ22が持ち上げられて通路管8を締め切り、すると、加熱された流体を高温流体容器Aから冷却器1経由で低温流体容器Bへ押し出す段階が始まる(図12)。容器A内部の液体伝熱剤の水位が、紐接続機構24の長さによって確定されている高さまで減少すると、浮子23へ働いていた重力は、紐接続機構24を介して浮子21へ伝わる。浮子21は沈み、従って通路管8が開き、すると循環ループの上側部分の蒸気圧力の平衡が可能になる(図13)。
循環ループ内の液体の温度がポンピング物質の沸騰温度より下に下がって陰圧が形成されることを防止するために、図14に示されている装置は、真空防止膜26を用いて仕切られた圧力膨張容器25を有している。圧力容器の一方の側は、周囲環境へ開放されており、第2の側は低温流体容器B直下の上行低温枝路5へ接続されている。装置内の温度がポンピング物質の沸騰温度よりも下に下がったら、周囲圧力が膜26に働き掛け、容器25から装置への伝熱剤の移送を強行し、循環ループは一杯まで充填される(図15)。他方、温度が増大すると、結果としてポンピング物質が蒸発して伝熱剤を装置から圧力展張容器25へ吐き出させるが、ここで吐き出される伝熱剤の量は容器の容量によって確定される。
2 下降枝路
3 熱源
4 液体伝熱剤
5 上昇枝路
6 定量注入(投入)容器
7 充填サイホン
8 通路管、通路チャネル
6、7、8 制御弁
9 中間チャネル
10 入子管
11 浮子
12、13 逆止弁
14 ポンピング物質
15 捕集漏斗
16 入口
17 凝縮器−熱交換器
18 チャネル
19 排流チャネル
20 チャネル
21、23 浮子
22 フラップ
24 紐接続機構
25 圧力膨張(展張)容器
26 真空防止膜
A 高温流体容器
B 低温流体容器
Claims (9)
- 自然対流とは逆の方向への熱伝達のための方法において、伝熱剤中に不溶解性であってその沸騰温度が前記伝熱剤の沸騰温度より低い追加のポンピング物質が、加熱区域に導入され、次いで前記伝熱剤は加熱され、その結果、前記ポンピング物質が蒸発し、生成された蒸気圧は、流れ回路の枝路の中の前記伝熱剤の循環を強行するのに使用され、
一方で、使用済みの前記蒸気は、高温の下降枝路の上側部分から、より低い温度を有する区域へ移送され、そこで前記使用済み蒸気は凝縮され、当該凝縮物が前記加熱帯域へ再度導入され、また、前記ポンピング物質の量は、前記循環ループの前記液体伝熱剤の無い残り部分をその蒸気で満たすとともに前記凝縮区域から前記蒸発区域へ通じる前記凝縮物の排流経路を満たすのに必要とされる量以上である、ことを特徴とする方法。 - 前記液体ポンピング物質が、好適には、前記伝熱剤より低い密度を有している、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 自然対流とは逆の方向への熱伝達のための装置であって、2つの枝路、即ち、高温の下降枝路(2)と低温の上昇枝路(5)を組み入れて閉じた循環ループとして作られていて、前記両枝路は、一方の側が冷却器(1)を介して相互に接続されており、他方の側ではこれらの枝路は高温容器(A)と低温容器(B)の2つの容器にそれぞれ終端しており、前記装置は、更に、言及されている前記容器の蒸気体積同士を接続することを意図した通路管(8)を有する液体シールとして実装されている制御弁(6、7、8)と、前記伝熱剤を前記低温流体容器(B)から前記高温流体容器(A)へ排流する中間チャネル(9)と、液体の一方向流れを確保する逆止弁(12、13)と、を有している、自然対流とは逆の方向への熱伝達のための装置において、その設計が、前記ポンピング物質の蒸気凝縮を目的とした技術手段並びに前記凝縮物を前記凝縮区域から前記蒸発区域へ排流することを目的とした技術手段を組み入れている、ことを特徴とする装置。
- 前記ポンピング物質の蒸気凝縮を目的とした手段が、前記低温流体容器(B)内に貯留されている低温の前記伝熱剤であり、更に前記ポンピング物質の蒸気は当該熱搬送剤との直接接触によって凝縮され、一方、前記ポンピング物質由来の凝縮物の排流のための手段が、入子管(10)で終端している中間チャネル(9)であって、前記入子管は、前記中間チャネル(9)内部で拘束されずに垂直方向に動くことができるやり方で固定されているのに対し、当該管の入口は、前記中間チャネルの外部に位置し、浮子(11)を用いて前記低温流体容器(B)内の液体表面の直下に保持されている、ことを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 前記ポンピング物質の凝縮物の前記凝縮区域から前記蒸発区域への排流のための手段が、前記低温流体容器(B)の底部より上方に位置する前記中間チャネル(9)への入口に取り付けられている捕集漏斗(トランペット)(15)であり、一方、前記中間チャネル(9)は前記捕集漏斗(15)より下方に第2入口(16)を有しており、また、当該第2入口の断面積及び前記中間チャネルの流体力学的抵抗が、前記低温流体容器(B)内部の伝熱剤の水位が前記捕集漏斗(15)より下になったときは前記中間チャネル内部の伝熱剤の水位が前記第2入口(16)より下になるというやり方で調節されている、ことを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 前記装置が、周囲環境と熱的接触にある凝縮器(17)と、前記凝縮器に蒸気を供給するために提供されていて前記低温流体容器(B)の上側部分から前記凝縮器(17)の上側部分へ通じている管(18)と、更に凝縮物のための排流チャネル(19)と、を有しており、一方、前記チャネル(19)の出口が、前記高温流体容器(A)内部の液体水位より下方に位置を定められていて、前記凝縮器(17)が、前記高温流体容器(A)より上方に、前記排流チャネル(19)の前記出口での凝縮物の静水圧が前記高温流体容器(A)内部の圧力を超える高さに設置されている、ことを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 熱交換器(17)として作られている前記凝縮器は、2つの流体流れ通路を有しており、それらのうちの一方は、一方の側が前記ループの前記低温上昇枝路(5)へ接続され、他方の側が前記低温流体を下方排流するための前記チャネル(20)を介して前記低温流体容器(B)の液体区域へ接続されており、他方の通路は、一方の側が使用済み蒸気を移送するための前記チャネル(18)を介して前記容器(B)の前記蒸気区域へ接続され、他方の側が前記排流チャネル(19)へ接続されており、前記排流チャネルは、前記高温流体容器(A)内部の前記液体水位より下方に設置されている出口と、前記チャネル(19)内部の捕集された凝縮物の静水圧がその出口で前記容器(A)内部の圧力を超えるというやり方で目的をもって調節されている高さと、を有している、ことを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 自然対流とは逆の方向への熱伝達のための装置であって、2つの枝路、即ち、高温の下降枝路と低温の上昇枝路で構成されている流れ回路の形態に設計されていて、前記両枝路は、底部側が冷却器を介して相互接続されており、上側では、それらは2つの容器、即ち高温流体容器(A)と低温流体容器(B)にそれぞれ終端しており、前記装置は、更に、液体シールとして作られている制御弁であって前記容器の蒸気区域同士を圧力補償の目的で相互接続するための通路チャネル(8)を有する液体シール(6、7、8)として作られている制御弁と、前記伝熱剤を下方排流するための中間チャネル(9)と、液体の一方向流れを提供するための逆止弁(12、13)と、を有している、自然対流とは逆の方向への熱伝達のための装置において、前記制御弁(6、7、8)が、フラップ(22)へ接続されていて前記液体シールの定量投入容器(6)内部に設置されている浮子(21)及び更に前記高温流体容器(A)内部に直接設置されている追加の浮子(23)と、前記両浮子を接続しそれらに制限された範囲の自由運動を可能にする紐機構(24)と、を有している、ことを特徴とする装置。
- 前記装置が、当該装置内部の圧力が大気圧より下へ低下しないように保護するための膨張容器(25)であって、周囲環境へ開放されていて真空防止膜(6)が設けられている膨張容器を有しており、前記伝熱剤は前記膜(26)の一方の側にあり、前記膜の他方の側には、周囲圧下の媒体があり、前記容器の有効容量は、前記装置内の前記圧力が周囲圧力と等しいか又はそれより大きいときに前記ポンピング物質の前記蒸気によって占められている体積以上である、ことを特徴とする請求項3、4、5、6、7、及び8に記載の装置。
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