JP3374171B2

JP3374171B2 - 熱輸送装置

Info

Publication number: JP3374171B2
Application number: JP10915799A
Authority: JP
Inventors: 平野　　聡
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2003-02-04
Anticipated expiration: 2019-04-16
Also published as: JP2000304477A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱を上方から下方へ輸
送する熱輸送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３は文献”ＳｏｌａｒＥｎｅｒｇ
ｙ，” Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．２，（１９８５），
ｐｐ．１２７−１３４，ＰｅｒｇａｍｏｎＰ
ｒｅｓｓＬｔｄ．（Ｕ．Ｓ．Ａ．）．に記載された
従来の熱輸送装置の断面図である。図において、１８は
装置に熱を加えるための熱源、１９は装置内に封入され
た熱媒体、１１は熱媒体１９を貯蔵するための貯留器、
１２は熱源１８から熱を取得し、中に蓄えられた液体状
の熱媒体１９を蒸発あるいは沸騰させる蒸発器である。
Ａは貯留器１１と蒸発器１２とをつなぐ連通管である。
１７は蒸発器１２内に設けられ、蒸発器１２内に滞留す
る液体状の熱媒体の量の変化に応じて、弁を開閉させる
フロート弁であり、熱媒体１９の液位がある高さよりも
上になると弁は自ずから閉じ、液位がある高さよりも下
になると弁は自ずから開くようになっている。１５は連
通管Ａの途中に設けられた流体の流れを一方向だけ許容
する第１の逆止弁であり、貯留器１１から蒸発器１２へ
の流体の移動のみを可能にするように配置されている。
１４は蓄熱槽であり、１３は蓄熱槽１４の内部に位置す
る凝縮器である。Ｂは蒸発器１２と凝縮器１３とをつな
ぐ連通管である。凝縮器１３は連通管Ｂを通過して降り
てくる気体状の熱媒体１９を凝縮させ、その際に奪う熱
で蓄熱槽１４内に充填されている蓄熱材を加熱する。し
たがって、熱媒体１９は熱源１８の加熱によって蒸発あ
るいは沸騰し、蓄熱槽１４での冷却によって凝縮するよ
うな物質が選ばれる。自明のこととして図面には記入さ
れていないが、外部との熱交換手段により、蓄熱槽１４
に貯蔵される熱は適宜外部で有効利用される。Ｃは凝縮
器１３と貯留器１１とをつなぐ連通管である。１６は第
２の逆止弁であり、凝縮器１３から貯留器１１に至る方
向の流体の移動のみを可能にする。Ｄは貯留器１１の上
部と蒸発器１２の上部とをつなぐ連通管であり、途中に
フロート弁１７が設けられている。熱媒体１９は主に温
度に応じて気体状になったり液体状になったりするが、
図では液体状になっている部分をハッチングで指示し、
管路の横に付された矢印は、熱媒体１９の流れる方向を
指示し、また逆止弁の横に付された矢印は、逆止弁が許
容する流れの方向を指示する（以降の図も同様）。すな
わち、逆止弁１５、１６の働きによって系内の液体は、
貯留器１１→連通管Ａ→蒸発器１２→連通管Ｂ→凝縮器
１３→連通管Ｃ→貯留器１１という方向にしか移動する
ことができない。

【０００３】次に、上述の熱輸送装置の動作について説
明する。最初の段階では蒸発器１２内に十分な液体状の
熱媒体１９が存在し、フロート弁１７は貯留器１１と蒸
発器１２とを遮断する状態にある。熱源１８からの熱に
よって蒸発器１２内の熱媒体は加熱されて次第に温度が
上昇し、やがて蒸発、沸騰する。その蒸気は凝縮器１３
へと下降する。蒸発器１２から下降してきた蒸気は、凝
縮器１３で凝縮して元の液体状へ戻り、徐々に連通管Ｃ
に滞留して行く。この凝縮によって放出される熱は、蓄
熱槽１４内の蓄熱材に奪われる。したがって、熱は上方
にある熱源１８から下方にある蓄熱槽１４へと輸送され
たことになる。

【０００４】貯留器１１内の圧力は、貯留器１１内に滞
留する熱媒体１９の蒸気圧に等しい。蒸発器１２内の圧
力は、蒸発器１２内に滞留する熱媒体１９の蒸気圧に等
しい。凝縮器１３内の圧力は、貯留器１１内の圧力と蒸
発器１２内の圧力との間になる。凝縮器１３内に滞留す
る熱媒体１９の液面の位置では、連通管Ｂの方向からは
蒸発器１２から押される圧力が掛かり、連通管Ｃの方向
からは貯留器１１から凝縮器１３にいたる連通管Ｃ及び
凝縮器に滞留する熱媒体１９の重量と、貯留器１１内の
蒸気圧との和による圧力が掛かる。このため、両者の圧
力が釣り合う位置で液面は平衡状態を維持することにな
る。したがって、蒸発器１２から移動してくる熱媒体１
９が凝縮器１３で凝縮して液量が増加し、上記安定的な
点よりも液面が高くなると、連通管Ｃの方向から働く圧
力の方が小さくなるので、液面には連通管Ｃの方向への
力が作用し、連通管Ｃに充満している液体状の熱媒体１
９は貯留器１１へ押し上げられて貯留器１１に滞留する
ことになる。

【０００５】以上の動作が徐々に進行すると、貯留器１
１では熱媒体１９の液面が上昇して行き、蒸発器１２で
は蒸発により熱媒体１９の液位が下がり、したがって液
上に浮いているフロート弁１７の位置も下がり、弁が開
いて貯留器１１と蒸発器１２とが遮断されていた状態か
ら、連通管Ｄによって空間的に接続された状態へと変化
する。この時の状態を図１４に示す。空間的に接続され
ることにより、貯留器１１内の圧力と蒸発器１２内の圧
力は等しくなる。ところが貯留器１１は蒸発器１２より
も高位置にあるので、貯留器１１内の液体は、重力によ
って逆止弁１５の設けられた連通管Ａを通り蒸発器１２
内に流れ落ちる。この際、逆止弁１６の作用によって、
連通管Ｃに滞留している熱媒体１９は凝縮器１３へ逆流
することはない。貯留器１１から蒸発器１２に熱媒体１
９が流れ込むと、蒸発器１２内の液位が上がるので、フ
ロート弁１７も上昇して弁が閉じ、貯留器１１と蒸発器
１２とを空間的に遮断して系が再び初めの状態に戻る。
上述の動作が繰り返されることによって、上方の熱が下
方へと間欠的に輸送される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の熱
輸送装置においては、貯留器１１と蒸発器１２とを接続
／遮断する手段としてフロート弁１７が用いられてお
り、フロート弁１７は貯留器１１内の空間と蒸発器１２
内の空間とを直接的に接続／遮断する構造になってい
る。しかし、弁の開閉力をフロートの浮力のみに依存す
るフロート弁１７は、気体の通過を遮断するには弁とし
ての精密さに欠け、また高温・高圧という条件下での使
用における耐久性にも問題がある。このため、フロート
弁１７は長時間の使用によって弁のしまり具合が低下
し、装置内の熱媒体１９の量的なバランスが崩れてしま
ったり、場合によっては貯留器１１と蒸発器１２とを完
全に遮断できなくなったりして、熱輸送装置の動作不良
の原因になっていた。

【０００７】また、従来の熱輸送装置においては、蒸発
器１２内に滞留する熱媒体１９の液面の位置がある高さ
よりも下がることによって貯留器１１から液体状の熱媒
体１９が流れ込むことになるが、蒸発器１２内の液面の
位置が回復して前記高さよりも上がることによって貯留
器１１からの熱媒体１９の流入がすぐに停止するので、
貯留器１１から蒸発器１２へ熱媒体１９が十分に流れ落
ちる前に、貯留器１１からの熱媒体１９の流れ込みが停
止し、小刻みで不安定な動作となる原因になっていた。

【０００８】本発明は、上述のような問題点を解決する
ためになされたものであり、貯留器１１と蒸発器１２と
の遮断性、耐久性、あるいは動作の安定性に優れた熱輸
送装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による熱輸送装置
は、熱が与えられ、その内部の液体を蒸発させる第１の
槽と、前記第１の槽からの蒸気を受け、凝縮させる凝縮
器と、前記凝縮器で凝縮された液体を受け、前記第１の
槽に該液体を流出させる手段の設けられた第２の槽とを
備え、前記第１の槽と第２の槽とは、気体は自由に通過
させるが液体の通過は抑制する弁が途中に設けられた第
１の管を介して連通し、前記第１の管の下端は前記第１
の槽の液面の変動により液面下にも液面上にも位置する
ことのできる所定高さに配置されていることを特徴とす
る。

【００１０】また、前記第１の槽と液体の通過を抑止す
る弁との間にあって、前記第１の管の鉛直上方に蒸気を
溜める容器が設けられていることを特徴とする。

【００１１】あるいは、熱が与えられ、その内部の液体
を蒸発させる第１の槽と、前記第１の槽からの蒸気を受
け、凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された液体
を受け、前記第１の槽に該液体を流出させる手段の設け
られた第２の槽とを備え、前記手段は、前記第２の槽か
ら一方向の流れだけを許容する弁を経て前記第１の槽へ
連通する第２の管であって、該第２の管の途中には前記
第１の槽への通気管が設けられていることを特徴とす
る。

【００１２】また、前記第２の管において、前記通気管
の接続された部分から前記第１の槽に接続された部分ま
でに液体を滞留させる手段の設けられていることを特徴
とする。

【００１３】あるいは、熱が与えられ、その内部の液体
を蒸発させる第１の槽と、前記第１の槽からの蒸気を受
けて凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された液体
を受けて前記第１の槽に該液体を流出させる第１の手段
の設けられた第２の槽とを備え、前記第１の手段は前記
第１の槽と第２の槽とを接続し、互いに逆向きの一方向
の流れだけを許容する弁を二つ備える第３の管であっ
て、該第３の管の二つの弁で挟まれた部分には、前記第
１の槽への通気管が設けられており、該二つの弁のうち
第１の槽側にある弁は流体の流速や圧力が小さいときに
逆向きの流れも許容することを特徴とする。

【００１４】また、前記第３の管において、前記通気管
の接続された部分から前記第１の槽に接続された部分ま
でに液体を滞留させる第２の手段の設けられていること
を特徴とする。

【００１５】本発明は上記のように構成したので、第１
の槽と第２の槽とが空気抜き弁の設けられた第１の管で
連通されており、前記第１の槽に液体が十分に満たされ
ていて、かつ前記第１の槽の圧力が前記第２の槽の圧力
よりも大きい場合に、前記第１の管の末端は液面下にあ
るので、前記第１の槽内の液体は前記第１の管へ流入
し、上昇して前記第２の槽の方向へ移動して行くが、空
気抜き弁により液体は第２の槽に流入できないため、前
記第１の槽の上部にある気体と前記第２の槽の上部にあ
る気体とは、前記第１の管内に充満した液体によって、
空間的に確実に遮断される。

【００１６】また、前記第１の管の鉛直上方に設置され
た蒸気を溜める容器は、第１の管に液体が満たされて、
第１の槽と第２の槽が遮断されている際に、たとえ前記
第１の槽から前記第１の管へ気泡が進入し、あるいは前
記第１の管内下方で気泡が発生して前記空気抜き弁の方
向へ向かおうとしても、気泡を受けとめて前記空気抜き
弁へ達することを不可能にするので、空気抜き弁の安定
的な遮断動作を行わせることができる。

【００１７】また本発明による熱輸送装置は、第１の槽
の液体が蒸発、沸騰して水位が低下し、第２の槽から前
記第１の槽へ第２の管を経て液体が流入することによっ
て、前記第１の槽と前記第２の槽が再び空間的に遮断さ
れる場合に、前記第１の槽内の圧力が第２の槽内の圧力
より高くなり始めても、前記第２の管の途中に設けられ
た第１の槽への通気管によって、前記第２の管内にある
液体のうち、前記通気管と前記第１の槽の間とに位置す
る部分は、空間的に接続されており、前記第１の槽の方
向への流れ込みが自由であるので、前記第１の槽内の液
位と釣り合う高さまで、重力により自由落下する。これ
により、前記第２の槽から前記第１の槽へ一定量の液体
が流れ込んで前記第１の槽内の液位が十分に上昇し、フ
ロート弁に確実な遮断動作を行わせる。すなわち、第１
の槽と第２の槽との遮断終了から再開始までの動作に、
実質的に一定の時間差を設けたことになるので、装置の
安定的な動作を行わせることができる。

【００１８】また、前記第２の管において、前記通気管
の接続された部分から前記第１の槽に接続された部分ま
でに液体を滞留させる手段は、第１の槽の液体が蒸発、
沸騰して水位が低下し、第２の槽から前記第１の槽へ第
２の管を経て液体が流入することによって、前記第１の
槽と前記第２の槽が再び空間的に遮断される際に、遮断
後も継続して流れ込む液体の量と流れ込む速度とを調節
する。これにより、装置の動作を細かに調節してより安
定的な動作を行わせることができる。

【００１９】さらに、本発明による熱輸送装置は、第１
の槽の液体が蒸発、沸騰して水位が低下し、第２の槽か
ら前記第１の槽へ第２の管を経て液体が流入する際に、
まず前記第１の槽と第２の槽とを接続する第３の管にお
いて、一方向の流れだけを許容する第１の弁と第３の弁
のうち、前記第２の槽に近い側にある前記第１の弁は液
体の流入を許容し、その次にある前記第３の弁は液体の
流入を拒絶するので、液体は前記第３の管の二つの弁で
挟まれた部分に接続された通気管に流入する。前記通気
管は上部で前記第１の槽に接続されているため、前記通
気管に流れ込んだ液体は前記第１の槽に流れ込む。前記
第１の槽と前記第２の槽とは、前記通気管からの液体の
流れ込みによってフロート弁が作動し、再び空間的に遮
断されるが、前記通気管は前記第１の槽と空間的に接続
されているので、前記通気管に残っている液体は、前記
第１の槽内の液位と釣り合う高さまで、重力により自由
落下しようとする。前記第３の弁は、弁前後の圧力差が
大きい（すなわち流速が大きい）場合には弁がきつく閉
まって通過しがたいが、圧力差が僅かな（すなわち流速
が非常に小さい）場合には弁と弁座のすきまから液体が
漏れやすいようになっているので、液体は前記通気管か
ら前記第１の槽へ前記第３の弁を逆向きに僅かずつ漏れ
出し、流れ込むことになる。これにより、前記第２の槽
から前記第１の槽へ十分な量の液体が流れ込んで前記第
１の槽内の液位が十分に上昇し、フロート弁に確実な遮
断動作を行わせる。第１の槽と第２の槽との遮断終了か
ら再開始までの動作に一定の時間差が発生するので、装
置の安定的な動作を行わせることができる。

【００２０】また、前記第３の管において、前記通気管
の接続された部分から前記第１の槽に接続された部分ま
でに液体を滞留させる手段は、第１の槽の液体が蒸発、
沸騰して水位が低下し、第２の槽から前記第１の槽へ前
記通気管を経て液体が流入することによって、前記第１
の槽と前記第２の槽が再び空間的に遮断される際に、遮
断後も継続して流れ込む液体の量と流れ込む速度とを調
節する。これにより、装置の動作を細かに調節してより
安定的な動作を行わせることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施例１.図１は、本発明におけ
る熱輸送装置の断面図である。図１において、１１〜１
６、１８、１９、Ａ〜Ｃは従来図１３と同一あるいは相
当のものを示す。１は貯留器１１と蒸発器１２とをつな
ぐ連通管Ｄの間に設けられた空気抜き弁であり、空気調
和装置や給湯装置の配管中の空気抜きなどに常用されて
いるものである。空気抜き弁は図１１のように流路中に
浮体２１と可動式の弁体２２が設けられており、下方に
液体が満たされていなければ、弁体２２が下がって上方
の管が開放され、流体の交通は自由であるが、図１２の
ように下方に液体２３が充満すると、浮体２１が浮力で
上昇し、弁体２２を押し上げて上方の管の入口を弁体２
２で塞ぎ、流体の通過を阻止する仕組みになっている。
これにより、蒸発器１２から貯留器１１への流体の移動
は、気体は可能であるが、液体は不可能となる。空気抜
き弁１の構造は、上記機能を発現するものであれば、こ
れに限定されない。

【００２２】次に、上述の熱輸送装置の動作について説
明する。最初の段階では、貯留器１１を介して外部から
注入された液体状の熱媒体１９は、連通管Ａを経て蒸発
器１２内に十分に存在する。このとき、連通管Ｄの蒸発
器１２側の一端は液面下に潜っており、連通管Ａと同様
に、蒸発器１２の液面と同一の高さまで液体状の熱媒体
１９が充満している。いま仮に、貯留器１１内の圧力を
Ｐ１、蒸発器１２内の圧力をＰ２、凝縮器１３内の圧力
をＰ３で表すと、この段階ではＰ１＝Ｐ２＝Ｐ３であ
る。図２に示すように、熱源１８からの熱によって蒸発
器１２内の熱媒体１９が温められると、熱媒体１９が蒸
発して圧力Ｐ２が徐々に上昇し、貯留器１１、蒸発器１
２、凝縮器１３それぞれの内部の圧力関係はＰ２＞Ｐ
１、Ｐ２＞Ｐ３となる。貯留器１１と蒸発器１２とは、
連通管Ａ、連通管Ｂ及び連通管Ｃ、連通管Ｄでそれぞれ
接続されている。連通管Ａの経路では、逆止弁１５によ
って蒸発器１２から貯留器１１への熱媒体１９の移動は
阻止される。連通管Ｂ及び連通管Ｃの経路では、蒸発器
１２から発生する熱媒体１９の蒸気が凝縮器１３へ下降
し、凝縮器１３内で凝縮して元の液体状に戻って、徐々
に連通管Ｃ及び凝縮器１３に蓄積される。凝縮器１３で
逃がされる熱は、蓄熱槽１４内の物質へ移動するため、
結果として上方にある熱源１８から下方にある蓄熱槽１
４へと熱が輸送されることになる。連通管Ｄの経路で
は、貯留器１１と蒸発器１２との圧力差によって、まず
連通管Ｄに充満している気体状の熱媒体１９が、貯留器
１１の方向へ移動する。連通管Ｄの下端は液面下にある
ため、連通管Ｄには蒸発器１２に満たされている液体状
の熱媒体１９が流入し、連通管Ｄ内の液面が上昇して行
く。図２のように連通管Ｄ内の液面が空気抜き弁１まで
上昇すると、空気抜き弁１の作用によって、液体はそれ
以上先に進めなくなる。すなわち、連通管Ｄ内の液体状
の熱媒体１９は、貯留器１１に流れ込むことはなく、ま
た連通管Ｄの下方に充満している液体状の熱媒体１９に
よって、実質的に貯留器１１と蒸発器１２との気体の交
通も遮断されるので、蒸発器１２から蒸発した気体状の
熱媒体１９は、連通管Ｂにしか流入できない状態に置か
れる。

【００２３】貯留器１１内の圧力Ｐ１は、貯留器１１あ
るいは連通管Ａの貯留器１１側に滞留する熱媒体１９の
蒸気圧にほぼ等しい。凝縮器１３内の圧力Ｐ３は、貯留
器１１、蒸発器１２、凝縮器１３それぞれの温度によっ
て変動する。連通管Ｂと凝縮器１３の接続部分では、蒸
気の温度が蒸発器１２に近いため、圧力もほぼＰ２に近
い値となる。連通管Ｃと凝縮器１３の接続部分では、貯
留器１１から凝縮器１３にいたる連通管Ｃに滞留する熱
媒体１９の重量と、貯留器１１内の圧力Ｐ１との和によ
る圧力Ｐ３''が掛かる。凝縮器１３内に滞留する熱媒体
１９の液面では、連通管Ｂの方向からはＰ２に近い圧力
Ｐ２’で押され、連通管Ｃの方向からは上記Ｐ３''か
ら、凝縮器１３内に滞留する液体状の熱媒体１９の重量
による圧力を減じた圧力Ｐ３’で押される。このため、
Ｐ２’とＰ３’がほぼ等しくなるような位置に液面が安
定的に形成される。たとえば、凝縮器１３内に滞留する
熱媒体１９の液面は、凝縮器１３の温度が高いほど凝縮
器１３内の低い位置となり、凝縮器１３の温度が低いほ
ど凝縮器１３内の高い位置となる。いずれにせよ、蒸発
器１２から移動してくる熱媒体１９が凝縮器１３で凝縮
して液量が増加し、上記安定的な点よりも液面が高くな
ると、連通管Ｃの方向から働く圧力Ｐ３’の方がＰ２’
よりも小さくなり、液面には連通管Ｃの方向への力が作
用するので、連通管Ｃに充満している液体状の熱媒体１
９は貯留器１１へ徐々に押し上げられ、貯留器１１に滞
留する。

【００２４】蒸発器１２での蒸発が進むと、貯留器１１
では熱媒体１９の液位が上昇して行き、蒸発器１２では
熱媒体１９の液位が低下して行く。なおも時間が経過す
ると、図３に示すように連通管Ｄの下端の位置に熱媒体
１９の液面が下がり、連通管Ｄの下端から連通管Ｄへ熱
媒体１９の蒸気が進入し、連通管Ｄの一部に充満してい
た液体状の熱媒体１９が下降し始める。熱媒体１９の蒸
気の進入により連通管Ｄ内に液体状の熱媒体１９が存在
しなくなると、熱媒体１９の蒸気は蒸発器１２から空気
抜き弁１を通過して貯留器１１へと移動し、蒸発器１２
と貯留器１１とは空間的に接続された状態へと変化す
る。空間的につながることにより、貯留器１１内の圧力
Ｐ１と蒸発器１２内の圧力Ｐ２とは等しくなり、蒸発器
１２よりも高い位置にある貯留器１１内の液体状の熱媒
体１９は、自由落下により逆止弁１５の設けられた連通
管Ａを通って蒸発器１２内に流れ込む。貯留器１１から
の液の流れ込みによって蒸発器１２内の液位が上がり、
連通管Ｄの下端が液面下になって、図１のような初めの
状態に戻る。

【００２５】以後、この熱輸送装置は図１から図３で説
明した上記動作を繰り返す。なお、本実施例では、凝縮
器１３と熱交換を行う装置として蓄熱器を使用したが、
これは蓄熱器に限定されるものではない。

【００２６】本発明では、空気抜き弁１を有する連通管
Ｄを設けることにより、貯留器１１と蒸発器１２とは液
体を介して遮断されることになり、従来のフロート弁の
みを介した遮断に比べると信頼性、したがって耐久性に
優れた動作を提供することができる。しかも、従来の方
式ではフロート弁の動作点の調節が困難であったのに対
して、本発明の動作点を左右する連通管Ｄの下端の位置
調節は、非常に容易である。

【００２７】実施例２.実施例１では、空気抜き弁１を
連通管Ｄの下端の鉛直上方に設けたが、図４に示すよう
に連通管Ｄを途中で分岐させ、蒸発器１２側にある連通
管Ｄの下端の鉛直上方に蒸気溜め２を設け、途中で分岐
させた連通管Ｄに空気抜き弁１を設けてもよい。蒸発器
１２の圧力が上昇し、蒸発器１２内にある液体状の熱媒
体１９が連通管Ｄに流入、上昇する際に、液体状の熱媒
体１９は空気抜き弁１と同時に蒸気溜め２にも流入する
が、蒸気溜め２は空間的に閉じているため、蒸気溜め２
の上部にある空間の圧力と蒸気溜め２につながる連通管
Ｄの圧力が釣り合う位置で、蒸気溜め２への熱媒体１９
の流入は停止する。蒸発器１２から空気抜き弁１までの
連通管Ｄに液体状の熱媒体１９が充満して、蒸発器１２
から貯留器１１への流体の移動を遮断する際に、蒸発器
１２から連通管Ｄの下端に気泡が入り込んだり、連通管
Ｄで気泡が発生しても、気泡は鉛直上方に上昇する性質
があるので、上昇した気泡は蒸気溜め２に集積し、空気
抜き弁１には至らない。したがって、空気抜き弁の動作
がより安定化する。蒸気溜め２以外の部分の本実施例の
構成及び動作原理は、実施例１のものと同様である。

【００２８】実施例３.図５は、本発明における熱輸送
装置の断面図である。図５において、１１〜１９、Ｂ〜
Ｄは従来図１３と同一あるいは相当のものを示す。Ａは
貯留器１１と蒸発器１２とをつなぐ連通管であり、貯留
器１１から途中に挿入されている逆止弁１５までは図１
３と同様であるが、逆止弁１５と蒸発器１２との間は、
図５のように上方に一旦立ち上がり、再び降下して蒸発
器１２に接続される。３は逆止弁１５の先で一旦立ち上
がった連通管の最上部と蒸発器１２とを空間的に接続す
る通気管である。４は連通管Ａの途中に挿入された貯留
器である。

【００２９】次に、上述の熱輸送装置の動作について説
明する。連通管Ａの付加的な動作を除き、基本的な動作
は従来の技術で説明した装置と同様であるので、省略す
る。図５では紙面の都合上、通気管３と貯留器４とを併
記したが、貯留器４は通気管３に対する付加発明である
ため、まずは、貯留器４が連通管Ａの途中に存在しない
場合について、つまり、通気管３のみの作用・効果につ
いて説明する。蒸発器１２に滞留する液体状の熱媒体１
９の液面が高く、貯留器１１と蒸発器１２とを接続する
連通管Ｄをフロート弁１７が閉じている際には、連通管
Ａでも逆止弁１５の作用により、貯留器１１と蒸発器１
２とを空間的に分離するように動作するので、蒸発器１
２から蒸発した気体状の熱媒体１９は、連通管Ｂにしか
流入できない状態におかれる。蒸発器１２での熱媒体１
９の蒸発が進み、液面が低下すると、フロート弁１７が
開いて貯留器１１から蒸発器１２へ液体状の熱媒体１９
が流れ込む。貯留器１１からの熱媒体１９の液の流れ込
みによって蒸発器１２内の液位が上がり、フロート弁１
７が閉じ、初めの状態に回復する。フロート弁１７が閉
じる際には、逆止弁１５と蒸発器１２との間の連通管Ａ
に液体状の熱媒体１９が残っているが、該当部分の最も
高い位置は通気管３によって蒸発器１２の上部の空間と
接続されている。このため、連通管Ａにおいて通気管３
の接続口のある位置は、蒸発器１２の上部の空間と同じ
圧力になる。したがって、連通管Ａに残っている熱媒体
１９の液のうち、通気管３の接続部と蒸発器１２との間
にあるものは、図６のように連通管Ａの蒸発器１２側の
液面と蒸発器１２の液面とが等しくなるまで、自由落下
して蒸発器１２に流れ込むことになる。すなわち、従来
例ではフロート弁１７が再び閉じて蒸発器１２の圧力が
貯留器１１の圧力よりも高くなり、貯留器１１側から蒸
発器１２への熱媒体１９の流れ込みが起き得ない状態に
なっても、図５の装置では熱媒体１９の流れ込みが暫く
継続することになる。これにより、貯留器１１と蒸発器
１２との遮断終了から再開始までの動作に、実質的に一
定の時間差を設けたことになるので、連通管Ｄの作用に
よる動作状態の変化がより明確化し、装置の不安定な動
作を防止することができる。

【００３０】上述のように貯留器４が存在しない場合で
は貯留器１１から蒸発器１２への熱媒体１９の流れ込み
の時間調整に、連通管Ａのうち通気管３との接続部から
蒸発器１２との接続部までの空間を利用しているが、図
５のように連通管Ａの途中に適当な容積の貯留器４を挿
入し、その容積や形状を調節することで、熱媒体１９の
流れ込み量と流れ込み速度を容易に調節することが可能
になる。また、本実施例のフロート弁１７を実施例１で
説明した空気抜き弁１に変更することで、連通管Ｄの遮
断動作を安定的に行わせながら、貯留器１１から蒸発器
１２への熱媒体１９の流れ込みに任意の時間差を設け
て、装置の安定的な動作を行わせることが可能になる。
さらに、上記空気抜き弁１を付加した装置に、実施例２
で説明した蒸気溜め２を追加することで、連通管Ｄの遮
断動作をより安定的に行わせながら、貯留器１１から蒸
発器１２への熱媒体１９の流れ込みに任意の時間差を設
けて、装置の安定的な動作を行わせることが可能にな
る。

【００３１】本実施例では貯留器４を蛇管で示してある
が、熱媒体１９の液を一定時間貯蔵することができるも
のであれば、構造は限定されない。また、図５では通気
管３及び貯留器４は蒸発器１２の外部に位置している
が、図７のように両者を蒸発器１２内に置き、通気管３
の出口を蒸発器内に開放することで、通気管３と蒸発器
１２との接続部分を省略することも可能である。また、
本実施例では凝縮器１３と熱交換を行う装置として蓄熱
器を使用したが、これは蓄熱器に限定されるものではな
い。

【００３２】実施例４.図８は、本発明における熱輸送
装置の断面図である。図８において、１１〜１９、Ｂ〜
Ｄは従来図１３と同一あるいは相当のものを示す。Ａは
貯留器１１と蒸発器１２とをつなぐ連通管であり、貯留
器１１から途中に挿入されている逆止弁１５までは図１
３と同様である。５は逆止弁１５と蒸発器１２との間の
連通管に挿入された逆止弁で、逆止弁１５とは逆向きの
流れを許容する。逆止弁５は、流体の流速や圧力が小さ
い場合には、逆向きに漏れのある構造とし、例えばスイ
ング式の逆止弁を図８のように横方向に取り付けること
で実現することができる。６は連通管Ａで逆止弁１５と
逆止弁５に挟まれた部分と蒸発器１２とを空間的につな
ぐ通気管である。７は通気管６の途中に挿入された貯留
器である。

【００３３】次に、上述の熱輸送装置の動作について説
明する。連通管Ａの付加的な動作及び逆止弁５の動作を
除き、基本的な動作は従来の技術で説明した装置と同様
であるので、省略する。図８では紙面の都合上、逆止弁
５及び通気管６と貯留器７とを併記したが、貯留器７は
逆止弁５及び通気管６に対する付加発明であるため、ま
ずは貯留器７が連通管Ａの途中に存在しない場合につい
て、つまり、逆止弁５及び通気管６のみの作用・効果に
ついて説明する。蒸発器１２に滞留する液体状の熱媒体
１９の液面が高く、貯留器１１と蒸発器１２とを接続す
る連通管Ｄをフロート弁１７が閉じている際には、連通
管Ａでも逆止弁１５の作用により、貯留器１１と蒸発器
１２とを空間的に分離するように動作するので、蒸発器
１２から蒸発した気体状の熱媒体１９は、連通管Ｂにし
か流入できない状態におかれる。蒸発器１２での熱媒体
１９の蒸発が進み、液面が低下すると、フロート弁１７
が開いて貯留器１１から蒸発器１２の方向へ液体状の熱
媒体１９が流れ出す。その際、逆止弁５は貯留器１１か
ら蒸発器１２への急激な流れを阻止するように働くの
で、貯留器１１から逆止弁１５を通過した液体状の熱媒
体１９は、通気管６を通過して蒸発器１２へ流入する。
貯留器１１からの熱媒体１９の液の流れ込みによって蒸
発器１２内の液位が上がり、フロート弁１７が閉じて、
初めの状態に回復する。フロート弁１７が再び閉じる際
には、通気管６には液体状の熱媒体１９が残っている
が、通気管６の片側は蒸発器１２の上部の空間と接続さ
れているので、通気管６の上部は蒸発器１２の上部の空
間と同じ圧力になる。ところで、逆止弁５は流体の流速
や圧力が小さい場合には逆向きに漏れのある構造をして
いるため、逆止弁１５側の圧力の方が蒸発器１２側の圧
力よりも僅かに小さい状態では、ごく僅かな流速ながら
逆止弁１５側から蒸発器１２側へと液が漏れ込むことが
できる。したがって、通気管６に残っている熱媒体１９
の液は、図９のように通気管６内の液面と蒸発器１２の
液面が等しくなるまで、ゆっくりと自由落下して蒸発器
１２に流れ込むことになる。すなわち、従来例ではフロ
ート弁１７が再び閉じて蒸発器１２の圧力が貯留器１１
の圧力よりも高くなり、貯留器１１側から蒸発器１２へ
の熱媒体１９の流れ込みが起き得ない状態になっても、
図８の装置では熱媒体１９の流れ込みが暫く継続するこ
とになる。これにより、貯留器１１と蒸発器１２との遮
断終了から再開始までの動作に、実質的に一定の時間差
を設けたことになるので、連通管Ｄの作用による動作状
態の変化がより明確化し、装置の不安定な動作を防止す
ることができる。

【００３４】上述のように貯留器７が存在しない場合は
貯留器１１から蒸発器１２への熱媒体１９の流れ込みの
時間調整に、通気管６の空間を利用しているが、図８の
ように通気管６の途中に適当な容積の貯留器７を挿入
し、その容積や形状を調節することで、熱媒体１９の流
れ込み量と流れ込み速度を容易に調節することが可能に
なる。ただし、貯留器７の容積が大きく、逆止弁１５を
通過した液がすべて貯留器７に滞留する場合には、上述
のような通気管６を介した熱媒体１９の流れ込みは起き
ず、通気管６は貯留器７と蒸発器１２を空間的に接続
し、両者の圧力を等しくする作用だけを及ぼす。また、
本実施例のフロート弁１７を実施例１で説明した空気抜
き弁１に変更することで、連通管Ｄの遮断動作を安定的
に行わせながら、貯留器１１から蒸発器１２への熱媒体
１９の流れ込みに任意の時間差を設けて、装置の安定的
な動作を行わせることが可能になる。さらに、上記空気
抜き弁１を付加した装置に、実施例２で説明した蒸気溜
め２を追加することで、連通管Ｄの遮断動作をより安定
的に行わせながら、貯留器１１から蒸発器１２への熱媒
体１９の流れ込みに任意の時間差を設けて、装置の安定
的な動作を行わせることが可能になる。

【００３５】本実施例では貯留器７を単純な箱形で示し
てあるが、熱媒体１９の液を一定時間貯蔵することがで
きるものであれば、構造は限定されない。また、図８で
は逆止弁５、通気管６、および貯留器７は蒸発器１２の
外部に位置しているが、図１０のように三者を蒸発器１
２内に置き、通気管６の出口を蒸発器１２内に開放する
ことで、通気管６と蒸発器１２との接続部分を省略する
ことも可能である。また、本実施例では凝縮器１３と熱
交換を行う装置として蓄熱器を使用したが、これは蓄熱
器に限定されるものではない。

【００３６】

【発明の効果】本発明による熱輸送装置は、空気抜き弁
１を有する連通管Ｄを設けることにより、蒸発器１２と
貯留器１１とは液体を介して遮断されることになり、従
来のフロート弁１７のみを介した遮断に比べると信頼
性、したがって耐久性に優れている。しかも、従来の方
式では連通管Ｄの開閉動作は、フロート弁１７の設置高
さと弁体のヒステリシスの両者に敏感に依存するので、
調節が複雑になりがちであったのに対して、本発明の方
式では連通管Ｄの開閉は、単純に連通管Ｄの下端の位置
だけに依存するので、調節が非常に容易である。

【００３７】また、連通管Ｄの上端に蒸気溜め２を設け
ることにより、たとえ連通管Ｄの下部に気泡が発生した
としても、気泡は蒸気溜め２に捉えられ、空気抜き弁１
には到達しないので、空気抜き弁１の開閉動作をより安
定にすることができる。

【００３８】さらに、従来は貯留器１１から蒸発器１２
への環流速度が、主にフロート弁１７のヒステリシスで
決まるため、環流速度を大幅に小さくすることは困難で
あったが、本発明の方式によれば、通気管３あるいは通
気管６によって連通管Ａの途中に蒸発器１２と圧力の等
しい部分を出現させることができるので、フロート弁１
７が再び閉鎖した後も、暫く環流が起きるように容易に
設定することができる。同時に、従来は貯留器１１から
蒸発器１２への環流量も、主にフロート弁１７のヒステ
リシスで決まるため、環流量を大幅に大きくすることは
困難であったが、本発明の方式によれば、通気管３ある
いは通気管６で蒸発器１２に空間的に接続された貯留器
４あるいは貯留器７により、環流を一時的に貯蔵するこ
とができるので、フロート弁１７が再び閉鎖した後の環
流量も容易に設定することができる。これにより、連通
管Ｄの作用による動作状態の変化がより明確化し、装置
の不安定な動作を防止することができる。

【００３９】本発明による熱輸送装置は、上述の空気抜
き弁１と蒸気溜め２、通気管３あるいは通気管６、貯留
器４あるいは貯留器７を組み合わせることができるの
で、従来例よりも連通管Ｄの遮断動作をより安定的に行
わせながら、貯留器１１から蒸発器１２への熱媒体１９
の流れ込みに任意の時間差を設けて、装置の安定的な動
作を行わせることも可能になる。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における熱輸送装置の断面図である。

【図２】本発明における熱輸送装置の断面図である。

【図３】本発明における熱輸送装置の断面図である。

【図４】本発明における熱輸送装置の断面図である。

【図５】本発明における熱輸送装置の断面図である。

【図６】本発明における熱輸送装置の断面図である。

【図７】本発明における熱輸送装置の断面図である。

【図８】本発明における熱輸送装置の断面図である。

【図９】本発明における熱輸送装置の断面図である。

【図１０】本発明における熱輸送装置の断面図である。

【図１１】空気抜き弁の断面図である。

【図１２】空気抜き弁の断面図である。

【図１３】従来の熱輸送装置の断面図である。

【図１４】従来の熱輸送装置の断面図である。

【００４１】

【符号の説明】

１空気抜き弁２蒸気溜め３連通管４貯留器５逆止弁６連通管７貯留器１１貯留器１２蒸発器１３凝縮器１４蓄熱槽１５逆止弁１６逆止弁１７フロート弁１８熱源１９熱媒体２１浮体２２弁体２３液体Ａ〜Ｄ連通管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28D 15/02 101 L

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱が与えられ、その内部の液体を蒸発さ
せる第１の槽と、前記第１の槽からの蒸気を受け、凝縮
させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された液体を受け、
前記第１の槽に該液体を流出させる手段の設けられた第
２の槽とを備え、前記第１の槽と第２の槽とは、気体は
自由に通過させるが液体の通過は抑制する弁が途中に設
けられた第１の管を介して連通し、前記第１の管の下端
は前記第１の槽の液面の変動により液面下にも液面上に
も位置することのできる所定高さに配置されていること
を特徴とする熱輸送装置。
【請求項２】前記第１の槽と液体の通過を抑止する弁
との間にあって、前記第１の管の鉛直上方に蒸気を溜め
る容器が設けられていることを特徴とする請求項第１に
記載の熱輸送装置。
【請求項３】熱が与えられ、その内部の液体を蒸発さ
せる第１の槽と、前記第１の槽からの蒸気を受け、凝縮
させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された液体を受け、
前記第１の槽に該液体を流出させる手段の設けられた第
２の槽とを備え、前記手段は、前記第２の槽から一方向
の流れだけを許容する弁を経て前記第１の槽へ連通する
第２の管であって、該第２の管の途中には前記第１の槽
への通気管が設けられていることを特徴とする熱輸送装
置。
【請求項４】前記第２の管において、前記通気管の接
続された部分から前記第１の槽に接続された部分までに
液体を滞留させる手段の設けられていることを特徴とす
る請求項第３に記載の熱輸送装置。
【請求項５】熱が与えられ、その内部の液体を蒸発さ
せる第１の槽と、前記第１の槽からの蒸気を受けて凝縮
させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された液体を受けて
前記第１の槽に該液体を流出させる第１の手段の設けら
れた第２の槽とを備え、前記第１の手段は前記第１の槽
と第２の槽とを接続し、互いに逆向きの一方向の流れだ
けを許容する弁を二つ備える第３の管であって、該第３
の管の二つの弁で挟まれた部分には、前記第１の槽への
通気管が設けられており、該二つの弁のうち第１の槽側
にある弁は流体の流速や圧力が小さいときに逆向きの流
れも許容することを特徴とする熱輸送装置。
【請求項６】前記第３の管において、前記通気管の接
続された部分から前記第１の槽に接続された部分までに
液体を滞留させる第２の手段の設けられていることを特
徴とする請求項第５に記載の熱輸送装置。
【請求項７】前記第１の槽と第２の槽とは、気体は自
由に通過させるが液体の通過は抑制する弁が途中に設け
られた第１の管を介して連通し、前記第１の管の下端は
前記第１の槽の液面の変動により液面下にも液面上にも
位置することのできる所定高さに配置されていることを
特徴とする請求項第３乃至請求項第６に記載の熱輸送装
置。
【請求項８】前記第１の槽と第２の槽とは、気体は自
由に通過させるが液体の通過は抑制する弁が途中に設け
られた第１の管を介して連通し、前記第１の管の下端は
前記第１の槽の液面の変動により液面下にも液面上にも
位置することのできる所定高さに配置されており、さら
に前記第１の槽と液体の通過を抑止する弁との間にあっ
て、前記第１の管の鉛直上方に蒸気を溜める容器が設け
られていることを特徴とする請求項第３乃至請求項第６
に記載の熱輸送装置。