JP2945973B1

JP2945973B1 - 熱輸送装置

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Publication number: JP2945973B1
Application number: JP10920698A
Authority: JP
Inventors: 正和山崎; 勝彦角口; 平野　　聡
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 1999-09-06
Anticipated expiration: 2018-04-20
Also published as: JPH11304380A

Abstract

【要約】【課題】環境負荷として排出されている常温に比
較的近い温度（８０℃以下）の低質排熱を、無動力で熱
移送して、回収し利用又は除去する。【解決手段】噴出口９を有する密閉容器型蒸発器２、
管路５、凝縮器３及び熱媒の貯液槽４を通して熱媒を循
環させ、蒸発器２は、外部からの熱の吸収により熱媒を
蒸発させて高圧蒸気を発生させて、その内部の圧力を高
めると共に、発生した高圧蒸気により噴出口９に付設さ
れた圧力動作弁１０を開放して、熱媒６自身を管路５へ
噴出せしめて、その噴出力により熱媒を管路５内で移送
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は環境負荷として排出
されている環境温度に比較的近い温度（例えば、８０℃
以下）の低質排熱を、何らの外部動力の補助無しに効果
的に熱輸送して、回収・利用するか又は除去するための
熱輸送装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、夏季におけるエアコンの室外機
の温排風、日射による舗装路面や鉄筋コンクリート製建
造物の外表面の焼付き等は、局所的ではあるものの、近
辺の気温を高温化させる。これらの発熱源が密集して存
在する都市域ではこのような低質排熱は逃げ場を失って
おり、地域全体の平均気温を高温化させる、即ちヒート
アイランド現象として大きな環境問題になっている。そ
こで、この排熱を回収して有効に活用を図るか、除去す
る等の対策が必要になる。

【０００３】このような排熱は、環境温度に近く、分散
的に存在しており、しかも非定常的に生じるため、既存
技術による回収・利用の観点からは極めて取り扱いにく
い特徴を有している。例えば発電に使用する、あるいは
お湯を沸かす等のために有効活用することは、何らかの
方法で予め保有熱量の密度を高めると同時にその温度を
上げてやらない限り、従来技術では不可能である。

【０００４】しかし、もし例えばヒートポンプ等により
昇温した場合、そのためにポンプ動力等の付加が必要に
なる。この動力の発生には、詰まるところ燃料の燃焼等
により発生させた電力を投入している。すなわち高々８
０℃以下の低質排熱の活用のために、良質で高価なエネ
ルギー源の消費が必要となる。エネルギー収支の質的評
価を考えると、このことは大幅な良質エネルギー資源の
損失をもたらす。

【０００５】また、この排熱を回収、輸送する手段とし
て、上記の動力投入の問題も考慮した場合には、熱サイ
フォン（特開平４ー３７１７９５号公報参照。）のよう
に無動力で動作する自然対流動作型熱交換器の利用が考
えられる。

【０００６】しかし、この場合、排熱の回収後の熱の輸
送方向は鉛直上向きのみに制限される。そのため排熱の
捨て場所たるヒートシンクは上方に位置せざるを得ず、
そもそも主として大気の自然対流による地表面から上空
への除熱が十分出来ない結果として顕在化している現実
の問題の解決にはならない。

【０００７】すでに、外部から動力を加えることなく熱
を効率的に移送する熱伝達装置に係る発明について、特
願平５ー３４３８５９号（特開平７ー１７４４７５号公
報参照。特許登録第２０９９１７２号）が提案されてい
る。この従来の発明の熱伝達装置は、圧力発生管の作動
流体の加熱域における加熱によって発生する沸騰気泡の
膨張と冷却による気泡の収縮・凝縮により同管内に圧力
変化を生ぜしめて作動流体を間欠的に脈動させるもので
ある。

【０００８】しかしながら、このような熱伝達装置で
は、一回の加熱・冷却に伴う圧力変化が小さいために、
複数の加熱域と冷却域とを交互に設けなくてはならず、
その構成が複雑となる。又、加熱域ではかなりの高温、
高熱流束での加熱が必要であり、上記低質排熱の利用と
いう点では適切でない。さらに、加熱によって発生する
沸騰気泡の膨張と冷却による気泡の収縮・凝縮の相対的
なタイミング、あるいは加熱と冷却の相対的な温度があ
る限定された条件内でないと、スムースな熱輸送のため
の駆動力が発生しない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの従
来の問題点を解決することを目的とし、低質排熱自身か
ら熱媒移送のための駆動力を発生すると共に、この駆動
力を利用して熱媒流体を重力方向に関わりなく適切な外
部ヒートシンク（例えば地中あるいは地下の下水）へと
搬送し放熱する事によって、低質排熱を回収・利用又は
除去する事を可能とする無動力による熱輸送を実現し、
熱交換を行う熱輸送装置を提案するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、密閉容器型蒸発器、熱媒移送管、凝縮器
及び熱媒の貯液槽を有し、熱媒を循環させ、前記蒸発器
と前記凝縮器との間で熱輸送を行う熱輸送装置であっ
て、前記蒸発器は、圧力動作弁を付設した噴出口を有
し、外部から熱を吸収することにより熱媒を蒸発させて
高圧蒸気を発生させ、その内部の圧力を高めると共に、
前記高圧蒸気により前記圧力動作弁を開放して、熱媒自
身を前記熱媒移送管へと噴出せしめ、その噴出力により
移送された熱媒の保有熱を前記凝縮器で外部へ放出する
ことにより熱を輸送することを特徴とする、何らの外部
動力の補助無しに熱輸送を行う熱輸送装置を提供する。

【００１１】前記圧力動作弁は、ばね式安全弁と同様の
原理で、前記高圧蒸気の噴出開始及び終了の動作を行う
ことを特徴とする。

【００１２】前記蒸発器は、逆止弁を介して前記貯液槽
に接続されており、前記噴出口から熱媒を噴出した後の
前記蒸発器内の減圧に伴って、前記貯液槽から自然に熱
媒が前記蒸発器内に補充される。

【００１３】前記蒸発器内に封入される熱媒は、水、メ
チルアルコール、より低沸点のハイドロフルオロエーテ
ル類又は通常の冷房用に用いるフロンの代替冷媒系の流
体である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、実施例と
ともに図面を参照にして説明する。図１は、本発明の熱
輸送装置の第１の実施例を示す図であり、エアコン室外
機からの熱風を回収して下水に輸送する例である。この
熱輸送装置１は、受熱部の高温側熱交換器である蒸発器
２、低温側熱交換器である凝縮器３及び貯液槽４が管路
５（熱媒移送管）により互いに閉ループに結合して構成
される。この閉ループ内には、水、メチルアルコール等
の熱媒６が充填されている。

【００１５】蒸発器２は、夏期においてエアコン室外機
７からの排熱媒体（熱風）８により大気が高温化するの
を緩和するために、排熱媒体（熱風）８の熱を回収して
地下の下水１１に輸送する場合は、排熱媒体（熱風）８
からの熱伝達によって蒸発器２内の熱媒が加熱されるよ
うに構成されている。

【００１６】図２は、本発明の熱輸送の第２の実施例を
示す図であり、実施例１に対応して共通する構成に同じ
符号を付している。蒸発器２’は、夏期において車道や
歩道７’等の路面が太陽からの放射熱８’により高温化
するのを緩和するために、車道や歩道７’等の路面の熱
を回収して地下の下水１１に輸送する場合は、車道や歩
道７’等の路面からの熱伝導によって蒸発器２’内の熱
媒が加熱されるように構成されている。

【００１７】実施例１の蒸発器２と実施例２の蒸発器
２’の構成は、上記の点については互いに相違するが、
上記の点以外の構成については共通であるから、以下、
実施例１及び２を併せて説明する。

【００１８】蒸発器２、２’には噴出口９が設けられ、
この噴出口９には蒸発器２、２’内の圧力が予め設定さ
れた一定の圧力に達したときに開放し、蒸発器２、２’
内部と圧力動作弁下流側との圧力差が閉鎖側の既定値以
下になった時に閉じる圧力動作弁１０が配設されてい
る。

【００１９】凝縮器３は、蒸発器２、２’において加熱
された熱媒と、地下の下水１１との熱交換を行うもので
ある。

【００２０】貯液槽４は、凝縮器３において熱交換が行
われ冷却された熱媒を一時的に貯蔵する為の容器であ
り、蒸発器２、２’内の圧力が貯液槽４の圧力より低く
なると開放する逆止弁１２を介して蒸発器２、２’と結
合されている。

【００２１】次に、以上のように構成された本発明の熱
輸送装置の作用を説明する。蒸発器２、２’が約４０〜
８０℃の外部の低質排熱源により加熱されると、内部の
熱媒６がそれより低い温度（熱媒の種類によるが例えば
メチルアルコールで約２０〜３０℃）で蒸発し始める。
この結果、蒸発器２、２’内部の圧力が増加し始め、例
えばメチルアルコール熱媒の場合、外部熱源温度６０
℃、初期圧力０．１気圧の時、圧力は約５００秒程度で
８倍にも達する。

【００２２】圧力が予め設定された所定値に達した時、
圧力動作弁１０が開き、熱媒の噴出が開始する。例え
ば、上記の条件で、弁の下流側の管内の圧力が加熱開始
前の初期圧力と同等であったとし、かつ蒸発器２、２’
を一種の蒸気用ブロワーと考えてその動力を換算する
と、蒸気に与える動力としての差圧が０．０７ＭＰａで
あり、管摩擦係数０．１、内径１０ｍｍ、長さ１００ｍ
の直管路を蒸気が流れて行くとした場合、瞬間的には蒸
気流速は１２ｍ／ｓにも達し、その時の動力としては６
６Ｗが得られる。

【００２３】これは使用する可能性のある熱媒の中で最
も蒸発し難く高圧化し難いメチルアルコールの場合の試
算であり、より低沸点の他の熱媒では、例えばハイドロ
フルオロエーテル類では、更なる高圧すなわち大動力の
獲得が見込まれる。流出した熱媒は凝縮器３において、
低温側熱媒体と熱交換し外部に熱を放出しつつ、貯液槽
４へと流入する。

【００２４】一方、蒸発器２、２’内の圧力は熱媒流出
に伴い減少するが、同時に減圧に伴って加熱による蒸発
器２、２’内熱媒液の蒸発も活発化する。又蒸発器２、
２’内の圧力が下がって貯液槽４内部の圧力以下になる
と、逆止弁１２を通して貯液槽４内熱媒液が蒸発器２、
２’内に流入して、熱媒の補充をする。圧力動作弁１０
は、蒸発器２、２’内部と圧力動作弁１０の下流側の圧
力差が既定値以下になった時に閉じる。この後、再び上
記の過程を繰り返す。

【００２５】

【発明の効果】以上要するに、本発明では従来用いられ
てきたポンプ動力等を投入した熱回収装置と異なり、蒸
発器２、２’単独で外部からの熱回収と同時にその熱媒
の搬送動力まで発生させることが出来るため、付加的な
投入動力ゼロで極めて高効率に熱回収・輸送を行うこと
が出来る。

【００２６】したがって本発明によれば、例えば夏季の
熱的に過酷な住環境を改善すると共に、地中全体を蓄熱
媒体として夏季に熱を地中に蓄えておき、冬季に回収す
れば、季節間蓄熱が可能になる。また、この結果夏季の
電気使用量が低めに押さえられることになり、その省エ
ネルギー効果・資源節約効果は極めて高い。

【００２７】なお、ここでは大気の温暖化対策を想定し
た例について説明したが、用途はこれに限定されるもの
ではなく、動力自己発生型の熱媒搬送器として多くの熱
回収問題に応用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示した図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示した図である。

【符号の説明】

１熱輸送装置２、２’ 蒸発器３凝縮器４貯液槽５管路（熱媒移送管）６熱媒７エアコン室外機７’ 車道、歩道８排熱媒体（熱風）８’ 太陽からの放射熱９蒸発器の噴出口１０圧力動作弁１１下水１２逆止弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭53−130555（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−143392（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−21876（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F28D 15/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉容器型蒸発器、熱媒移送管、凝縮器
及び熱媒の貯液槽を有し、熱媒を循環させ、前記蒸発器
と前記凝縮器との間で熱輸送を行う熱輸送装置であっ
て、前記蒸発器は、圧力動作弁を付設した噴出口を有し、外
部から熱を吸収することにより熱媒を蒸発させて高圧蒸
気を発生させ、その内部の圧力を高めると共に、前記蒸
発器内の圧力が予め設定された一定の圧力に達したとき
に、前記高圧蒸気により前記圧力動作弁を開放して、熱
媒自身を前記熱媒移送管へと噴出せしめ、その噴出力に
より移送された熱媒の保有熱を前記凝縮器で外部へ放出
することにより熱を輸送し、そして蒸発器内部と圧力動
作弁下流側との圧力差が既定値以下になった時に前記圧
力動作弁を閉じ、前記蒸発器は、逆止弁を介して前記貯液槽に接続されて
おり、前記噴出口から熱媒を噴出した後の前記蒸発器内
の減圧に伴って、前記貯液槽から自然に熱媒が前記蒸発
器内に補充されるようにしたことを特徴とする、何らの
外部動力の補助無しに熱輸送を行う熱輸送装置。
【請求項２】前記圧力動作弁は、ばね式安全弁と同様
の原理で、前記高圧蒸気の噴出開始及び終了の動作を行
うことを特徴とする請求項１記載の熱輸送装置。