JP6122067B2 - 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

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 Download PDF

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Description

本発明は、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に関わる。本
方法と装置はどちらも、様々な経済分野において、熱源の下方に据えられている設備を加
温するため、例えば太陽熱集熱器から下方に据えられているタンクへの熱の伝達のため、
地下のガス貯蔵庫の液化石油ガス（プロパン‐ブタン）を高出力時に温めて高速道路や空
港滑走路及び車庫への私設道の下の地面を加温したり温室又は温床内を加温したりするた
め、及び排煙から回収される廃熱を伝達するため、など、に使用することができる。
特許ＰＬ１９２１６７号の記載は、自然対流とは逆の方向への熱伝達のための方法及び
装置を開示している。特許ＰＬ１９２１６７号による方法は、気体‐液体溶液、例えば水
に二酸化炭素を含んだ溶液を、サイクル運転循環ループでの伝熱剤として使用するという
技法にある。循環ループは不完全に液体が充填されている。気体で飽和された液体の伝熱
剤が、ループの下降枝路の上側部分で加熱される。溶解気体Ｓは溶液から脱離し、その圧
力が希釈された高温の伝熱剤を下向きに下降枝路を通して押し下げてゆく。ループの底部
分で伝熱剤は冷たくなり、その後、上昇枝路へ流れ込む。必然的に、上昇枝路内では液体
の水位が上昇し、低温の希釈された溶液より上方の気体体積は減少し、気体は溶液中に溶
解する。
低温枝路と高温枝路の間で或る一定の圧力差及び水位差に到達すると、ループの上側部
分の通路が開かれ、気体は通路を通って高温下降枝路から低温上昇枝路の上側部分へ流れ
てゆく。同時に、過剰な濃縮低温溶液は、重力によって下方へ中間チャネル経由で低温上
昇枝路から高温下降枝路の上側部分へと流れてゆく。するとループの上側部分の通路が閉
じられ、サイクルは繰り返される。
特許ＰＬ１９２１６７号による装置は、上昇枝路と下降枝路の２つの枝路を有する閉循
環ループと、上昇枝路の上側部分に位置していて気体を溶解させるように設計されている
質量交換器と、更に質量交換器へ接続されている可撓性の壁を備える気体容器と、で構成
されている。下降枝路の上側部分は加熱器を組み入れており、ループの底部分には冷却器
が設置されている。加えて、循環ループには、上側下行部分を上側上行部分と接続するた
めの中間チャネルが設けられており、チャネルの入口は、液体の水位より下方に設置され
ている。また、循環ループは、下降枝路の上側部分に位置する液体シール型式の制御弁を
備え、更に液体シールの通路管が上昇枝路の上側部分へ接続されている。液体シールは、
これら２つの枝路の間の圧力差に依存して、ひいては同様にこれら枝路の液体水位の差に
依存して、自動的に開閉される。ループ内の伝熱剤の一方向流れ、即ち、高温下降枝路か
ら冷却器を経由して低温上昇枝路へ、そしてまた低温上昇枝路の上側部分から中間チャネ
ルを経由して高温下降枝路の上側部分へ、という流れを実現するために、流れ経路上へ逆
止弁が取り付けられている。
特許ＰＬ１９２１６７号
本発明によれば、自然対流とは逆である方向への熱伝達の方法は、追加のポンピング物
質の加熱区域内への導入にある。ポンピング物質は、伝熱剤中に溶解できず、その沸騰温
度は、伝熱剤の沸騰温度より低い。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は、強制的に高温の伝熱剤を循環ループの枝路に沿って流れ
させるのに使用される。次に、ポンピング物質の使用済み蒸気は、高温下降枝路の上側部
分から、より低い温度を有する区域へ移送され、そこで蒸気は凝縮される。得られた凝縮
物は、その後、加熱帯域へ再び導入される。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残り体積をその蒸気で満たし且つ凝縮区域から蒸発区域へ
通じる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。ポンピング物質の密度
は伝熱剤の密度未満であるのが好ましい。
本発明によれば、自然対流とは逆の方向への熱伝達のための装置は、２つの枝路、即ち
、高温の下降枝路と低温の上昇枝路を組み入れて閉じた流れ回路として設計されており、
両枝路は、ループの底部分に位置する冷却器を介して相互に接続されており、一方、上側
部分では、これらの枝路は高温流体容器と低温流体容器の２つの容器に終端している。本
装置は、更に、上述の容器の蒸気区域同士を接続することを意図した通路管を有する液体
シール型式である制御弁と、伝熱剤を低温流体容器から高温流体容器へ排流するための中
間チャネルと、を有している。本装置は、ループの枝路と中間チャネルの中の液体の一方
向流れを確保するための逆止弁も有している。本装置は、その設計がポンピング物質の蒸
気凝縮のための技術手段並びに凝縮物を凝縮区域から蒸発区域へ下方排流するための技術
手段を含んでいる、というやり方を特徴としている。
本発明によれば、本装置は、ポンピング物質の蒸気凝縮のための手段が、低温流体容器
に貯留されている低温の伝熱剤であり、ポンピング物質の蒸気は前記伝熱剤との直接接触
によって凝縮される、というやり方を特徴としている。
本発明によれば、ポンピング物質の凝縮物を蒸発区域へ排流するための手段は、入口に
入子管を有する中間チャネルである。入子管は自身が中間チャネル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、中間チャ
ネル外部に位置し、浮子を用いて低温流体容器内の液体の表面直下に保持されている。
本発明による装置の別の実施形態は、ポンピング物質の凝縮物を蒸発区域へ排流するた
めの手段が中間チャネルへの入口に取り付けられている捕集漏斗である、というものであ
る。漏斗を有する入口が低温流体容器の底部より上方に位置している一方、中間チャネル
は捕集漏斗より下方の低温容器底部の直上に第２入口を有している。漏斗の位置、当該第
２入口の断面、及び中間チャネルの流体力学的抵抗は、排流運転中に液体水位が捕集漏斗
より下に下がったときは中間チャネル内の液体の水位が当該第２入口より下になるという
やり方で調節されている。
発明された装置の更に別の実施形態は、装置が、空冷式凝縮器と、蒸気を低温流体容器
の上側部分から凝縮器の上側部分へ運ぶための管と、更に凝縮物用の排流チャネルと、を
有している、というものである。凝縮物の排流のための前記チャネルの出口は、高温流体
容器内部の液体表面より下方に設置されていて、前記チャネルの高さは、ポンピング物質
の凝縮物柱のチャネル出口での静水圧が、高温流体容器内の伝熱剤の排流チャネルからの
出口点での静水圧を超えるように意図的に調節されている。
本発明による装置の別の実施形態は、ポンピング物質の蒸気凝縮のための手段が、表面
熱交換器であることを特徴としている。交換器の一方のパスにはポンピング物質の使用済
み蒸気が供給されるのに対し、他方のパスには低温の伝熱剤が供給される。熱交換器は、
積った凝縮物が重力によって加熱区域へ下方排流されるやり方で、蒸発区域より上方に設
置されている一方で、凝縮物を排流するためのチャネルの出口は、加熱区域の液体水位よ
り下方に位置しており、凝縮物を排流するためのチャネルの高さは、チャネル内部の凝縮
物の静水圧が、その出口では、高温流体容器内部の伝熱剤の前記チャネルからの出口での
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。
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
、高温流体容器と低温流体容器にそれぞれ終端しており、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を有する液体シールとして作られている制御弁と、伝熱剤を下方排流
するための中間チャネルと、液体の一方向流れを提供するための逆止弁と、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は、制御弁が、フラップへ接続されて前
記液体シールの定量投入容器内部に設置されている浮子及び更に高温流体容器内部に直接
設置されている追加の浮子と、前記両浮子を接続しそれらに制限された範囲での自由運動
を可能にする紐機構と、を有していることを特徴としている。
自然対流とは逆である方向に向けての熱の伝達のための装置は、装置内部の圧力が大気
圧より下へ低下しないように装置を保護することを目的とした可撓性の真空防止膜を備え
る容器であって、周囲環境へ開放されていて真空防止膜が設けられている容器を有してお
り、伝熱剤は前記膜の一方の側にあり、膜の他方の側には周囲圧力下の媒体があり、前記
容器の有効容量は、装置の圧力が周囲圧力と等しいか又はそれより大きいときにポンピン
グ物質の蒸気によって占められる体積以上である、ことを特徴としている。
本発明による方法は、水と冷媒の両方の利点から同時に恩恵を得ることを可能にする。
運転性能については、水及びその溶液は、最も好都合な伝熱剤である。また冷媒は、それ
らの飽和蒸気の圧力が０℃から１００℃までの温度範囲内では大気圧より高いので、効果
的なポンピング剤として働く。このおかげで設備の内側への大気の侵入を防止することが
でき、というのはその様な侵入があればポンピング物質の蒸気の凝縮プロセスが無効にさ
れてしまうからである。問題の型式の装備は、従来の冷媒よりも環境への有害性がはるか
に少ない環境に優しいポンピング物質（例えば炭化水素）を使用していてもよい。もう一
つの重要な因子は、ポンピング物質の量であり、それは、本発明の場合は非常に少なく、
伝達される熱量１ｋＷ当たり約１０グラムにしかならない。
本発明の主題を以下に特定の実施形態及び添付図面に関連付けてより詳細に解説する。
中間チャネルへの可動式（入子式、折り畳み式）入口を有する装置の模式図であって、続いて起こる装置運転段階の或る段階中の模式図を提示している。 図１の装置の後続の運転段階中の模式図である。 図１の装置の後続の運転段階中の模式図である。 図１の装置の後続の運転段階中の模式図である。 捕集漏斗を備える装置の模式図を示している。 図５と共に、捕集漏斗を備える装置の模式図を示している。 図５及び図６と共に、捕集漏斗を備える装置の模式図を示している。 膜型式熱交換器と高温容器への凝縮物排流を備える装置の模式図を示している。 膜型式熱交換器と高温容器への凝縮物排流を備える装置の模式図を示している。 図９と共に、膜型式熱交換器と高温容器への凝縮物排流を備える装置の模式図を示している。 浮子弁を備える液体シールの形態をしている制御弁の実装のための一例として供されている。 図１１と共に、浮子弁を備える液体シールの形態をしている制御弁の実装のための一例として供されている。 図１１及び図１２と共に、浮子弁を備える液体シールの形態をしている制御弁の実装のための一例として供されている。 真空防止圧力膨張容器を備える装置の模式図を提示している。 図１４と共に、真空防止圧力膨張容器を備える装置の模式図を提示している。
自然対流とは逆の方向への熱伝達の方法は、伝熱剤の沸点より低い沸点を有していて前
記伝熱剤中に不溶性である追加のポンピング物質が加熱区域内へ導入されることを特徴と
する。次に、伝熱剤は熱せられてポンピング物質を蒸発させ、その結果生じるポンピング
物質の蒸気圧力は、高温の伝熱剤を循環ループの枝路に沿って押し進めるのに使用され、
一方で、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、より低い温
度の区域へ移送され、そこでポンピング物質は凝縮される。続いて、凝縮物は、加熱区域
へ再び導入される。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
いない残り体積をその蒸気で満たすとともに凝縮区域から蒸発区域への凝縮物排流経路を
満たすのに必要とされる量以上である。液体伝熱剤が一部充填されている閉循環ループへ
導入されるポンピング物質の密度は、伝熱剤の密度未満であるのが好ましい。
自然対流とは逆の方向への熱伝達のための装置は、ポンピング物質の蒸気凝縮を目的と
した技術手段を組み入れるように設計されており、凝縮物を凝縮区域から蒸発区域へ排流
するための技術手段を含んでいる。ポンピング物質の蒸気凝縮を目的とした手段は、低温
膨張容器Ｂに貯留されている低温伝熱剤であり、ポンピング物質の蒸気は、当該伝熱剤と
の直接接触によって凝縮される。装置内部に積った蒸気凝縮物を排流することを目的とし
た手段は、入子管１０で終端している中間チャネル９であって、入子管１０は中間チャネ
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一方、当該
管の入口は、中間チャネル外部に配置されていて、浮子１１を用いて低温流体容器内の液
体表面直下に保持されている。
ポンピング物質の蒸気凝縮物を凝縮区域から蒸発区域へ排流するための手段は中間チャ
ネルへの入口１６に取り付けられている漏斗１５であり、チャネルは低温流体容器Ｂの底
部より上方に位置するその端へと通じている一方、中間チャネル９は捕集漏斗１５より下
方に第２入口１６を有している。当該第２入口の断面積と中間チャネルの流体力学的抵抗
は、低温流体容器Ｂ内部の伝熱剤の水位が捕集漏斗１５より下になったときに中間チャネ
ル内部の伝熱剤の水位が第２入口１６より下になるというやり方で調節されている。
装置は、周囲環境と熱的に接触したままである凝縮器１７と、蒸気を凝縮器へ運ぶこと
を意図していて低温流体容器Ｂの上側部分から凝縮器１７の上側部分へ通じている管２１
と、更に凝縮物のための排流チャネル１９と、を有している一方、凝縮器１７は、高温流
体容器Ａより上方に、排流チャネル１９の出口での凝縮物の静水圧が高温流体容器Ａ内部
の排流チャネル１９の出口が確認される場所の圧力を超える高さに設置されている。
凝縮器は熱交換器１７として実装されており、その一方の通路は、一方の側から、低温
の上昇枝路５へ、そして低温担体を排流することを意図したチャネル２０へ接続されてい
る。熱交換器の他方の通路は、一方の側から、蒸気を低温流体容器Ｂから移送するための
チャネル１８と接続されており、他方の側では、凝縮物排流を目的としたチャネル１９と
接続されている。後者のチャネルの出口は、高温流体容器Ａの底部分の液体表面の水位よ
り下方に設置されている。チャネル１９の高さは、チャネル内部の捕集された凝縮物のそ
の出口での静水圧が、高温流体容器Ａ内部のチャネルからの出口の場所での圧力を超える
ように意図的に調節されている。
自然対流とは逆の方向への熱伝達のための装置は、液体シールの形態に設計されている
制御弁６、７、８が、フラップ２２へ接続され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及び更には高温流体容器Ａ内部に直接設置されている追加の浮子２
３と、前記両浮子を接続する紐機構２４と、を有している、ことを特徴としている。
装置内部の圧力が大気圧より下へ低下しないように装置を保護するために、装置は、真
空防止膜２６と一体に周囲環境へ開放されている圧力展張容器２５を有している。膜２６
の一方の側へは伝熱剤が送達され、膜の他方の側は周囲圧力の媒体と接触しており、容器
の有効容量は、装置内の圧力が周囲圧力と等しいか又はそれより大きいときにポンピング
物質の蒸気によって占められている体積以上である。
実施形態１
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。
実施形態２
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。
装置は、制御弁が閉じられようとする瞬間には、低温流体容器Ｂ内部の伝熱剤の液体表
面が高温流体容器Ａ内の伝熱剤によって実現される水位より高くなっているというやり方
で、液体伝熱剤４が充填されている。加えて、循環ループは、更に、例えばペンタンの様
な液体ポンピング物質１４を、ループの流体で満たされていない残り体積を飽和蒸気で満
たすのに必要な量であって且つ高温流体容器Ａ内部に必要な作動圧力を生成するのに十分
な量だけ備えている。これは、制御弁によって設定された通りの加熱担体の体積を一気に
押し出し、そして当該体積を冷却器１経由で低温流体容器Ｂへ前進させることにとって、
十分に高い。
ポンピング物質の蒸気は、伝熱剤排流の段階中に通路管８経由で低温流体容器Ｂへ移送
される。この使用済み蒸気は当該容器内で低温伝熱剤との直接接触により凝縮され、凝縮
物が層を形成して伝熱剤上に浮く。その後、凝縮物は、次に続く排流の段階中に伝熱剤と
一体に中間チャネル９経由で排流され、一方では、ポンピング物質由来の凝縮物の排流は
、入子管１０を介して可能にされる。
装置はサイクル式に運転され、一方で動作サイクルは、２つの段階、即ち、加熱された
伝熱剤を高温流体容器Ａから冷却器１経由で低温流体容器Ｂへ送り込む段階と、それに続
く、低温の伝熱剤をポンピング物質の凝縮物と一体に低温流体容器Ｂから高温流体容器Ａ
へ排流する段階と、で構成されている。
送り込む段階の開始は、容器Ａ内部の液体水位が、定量定量注入容器６に液体を充填す
るための通路として供されている充填サイホンのＬ字曲がりに到達した時点に対応する。
従って、液体水位は、ポンピング物質によって生成された蒸気の容器Ｂへの移送が起こら
ないようにしている―図１。更に多くの熱が容器Ａへ供給される結果、ポンピング物質に
よって生成される蒸気の量が増加し、同時に容器内部の蒸気圧力も増加し、その結果、液
体の流れ方向が逆転して、中間チャネル９内の逆止弁１２が閉じられ、枝路５内の逆止弁
１３が開かれる。熱せられた伝熱剤は、ポンピング物質の蒸気によって容器Ａから押し退
けられ、冷却器１を経由して容器Ｂに到達する。容器Ｂが冷えた伝熱剤で漸進的に満たさ
れてゆくと、前記容器内部に捕集されたポンピング物質の蒸気は凝縮してゆく。送り込み
段階中の伝熱剤の流れ方向並びに逆止弁及び制御弁の状態は、図２に示されている。
容器Ａ内部のポンピング物質の蒸気圧力が通路管８内の液体の静水圧を超えると、液体
伝熱剤は、定量定量注入容器６から通路管８を経由して容器Ｂへ押し進められる―図３。
定量定量注入容器６が通路管を介して空になった後、ポンピング物質の使用済み蒸気は、
容器Ａから容器Ｂへ流れ、その結果、両方の容器内の蒸気圧力が平衡し、すると下方排流
段階が開始される。容器Ｂを去る流体ストリームの圧力のせいで、枝路５の逆止弁１３が
閉じられ、一方で中間チャネル９の逆止弁１２が開かれる。必然的に、容器Ｂからの流体
は重力のせいで下向きに中間チャネル９経由で容器Ａへ排流され、このとき伝熱剤の流れ
に伴って、通路管８経由で容器Ｂに至る蒸気の流れが同時に起こる。容器Ｂ内では、伝熱
剤は入子管１０を介して中間チャネル９へ流入する。入子管の入口は、浮子１１を用いて
水面近くその下方に保持されており、従って、上層から前記チャネルへのポンピング物質
１４の凝縮物と一体の伝熱剤流れが提供される。下方排流段階中の、伝熱剤の流れ方向、
ポンピング物質の蒸気の流れ方向、並びに逆止弁の状態は、図４に示されている。
実施形態３
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、
Figure 0006122067
 の公式を使用して計算され、ここに、Ｆｌｉは中間チャネルの底部分内の個々の構成要素
の断面積、ξ２はＦ２の断面積を有する入口の抵抗係数、ξｌｉは中間チャネルの底部分
の個々の構成要素の抵抗係数、ｈ０は高温流体容器Ａ内部の液体と低温流体容器Ｂ内部の
液体の水位差である。ｈ２はＢ容器内部の液体柱の入口１６より上の高さである。
下方排流プロセスの第１の段階中、液体は同時に２つの入口を介し、即ち捕集漏斗１５
内部に設置されている入口と前記漏斗より下方に設置されている追加の入口１６を介して
、中間チャネルへ流入する。容器Ｂ内部の流体水位が漏斗縁より下に減少した後、ポンピ
ング物質の凝縮物は漏斗を介して中間チャネルの中へ供給される一方で当該チャネル内部
の液体水位は追加の入口１６よりも下へ下がる―図６。中間チャネル内に存在する凝縮物
は、追加の入口１６を介してチャネルへ流入する伝熱剤ストリームと混ざり合い、伝熱剤
と一体に高温流体容器Ａへ到達する。図７は、高温流体容器Ａと低温流体容器Ｂと中間チ
ャネル９の間の液体水位の差を示している。当該水位差が、凝縮物を液体伝熱剤と混ぜ合
わせ、この混合物を中間チャネルから高温流体容器Ａへ下方排流するための駆動力を提供
する。
実施形態４―凝縮器
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。
排流チャネル１９の出口は、高温流体容器Ａ内部の底部近く液体水位より下方に設置さ
れているのに対し、凝縮器１７は高温流体容器Ａより上方の、
Figure 0006122067
 の式から計算された値以上の高さに設置されており、ここに、ｈＢ ｃ．ｖは低温流体容器
Ｂ内部の液体表面の排流チャネル１９の出口から測定された水位、ρｃｏｎｄは排流チャ
ネル１９内部の凝縮物の密度、ρｃ．ｖは、容器Ｂ内部の液体の密度である。
以上の要件を満たせば（以上の条件を達成すれば）、ポンピング物質の凝縮物が排流チ
ャネル１９から高温流体容器Ａへ排流されることが保証される。
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。
チャネル２０の出口は、低温流体容器Ｂの底部分に、液体の水位より下方に設置されて
いる（図９）。排流段階中、ポンピング物質の蒸気は、制御弁を介して容器Ｂへ供給され
、次いで熱交換器１７へチャネル１８経由で前進させられ、このとき、蒸気は熱交換器を
通過して流れてゆく低温伝熱剤へ膜を介して凝縮熱を引き渡すことで凝縮する。ポンピン
グ物質の凝縮物は、排流チャネル１９に積る。高温流体容器Ａ内部の液体表面の水位より
下方の容器の底部に設置されているチャネル出口で測定される凝縮物の静水圧が、当該場
所のポンピング蒸気及び伝熱剤柱の圧力を超えたとき、凝縮物は排流チャネルから容器Ａ
の中へ排流される。凝縮物のチャネル１９から容器Ａへの重力排流を可能にするためには
、チャネルの高さ、ひいては熱交換器１７が取り付けられる高度は、
Figure 0006122067
 の式から計算された値以上でなくてはならず、ここに、ｈＢ ｃ．ｖは低温流体容器Ｂ内部
の液体表面の排流チャネル１９の出口から測定された水位、ρｃｏｎｄは排流チャネル１
９内部の凝縮物の密度、ρｃ．ｖは、容器Ｂ内部の液体の密度である―図１０。
実施形態６―浮子弁
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）。
実施形態７―圧力膨張容器
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２
５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。
１ 冷却器
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 (6)

  1. 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、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、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おり、
    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、前記排流チャネル（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、ことを特徴とする装置。
  2. 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伝熱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、当該入子管の入口は、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１に記載の装置。
  3. 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１に記載の装置。
  4. 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の上昇枝路（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管（１８）を介して前記低温流体容器（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、前記排流チャネル（１９）内部の捕集された凝縮物の静水圧がその出口で前記高温流体容器（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１に記載の装置。
  5. 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。
  6. 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１乃至５の何れか１項に記載の装置。
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