JPH01130007A - 動力発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ０発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱エネルギーを運動エネルギー又は電気エネル
ギーに変換し利用するエネルギー変換装置の構造に関す
るものである。

特に本発明は高温部における流体の沸騰又は膨張、及び
低温部における流体の凝縮又は収縮、を原動力として自
ら発生する推進力により閉ループ管型の密閉コンテナ内
を高速で循環する熱搬送流体により熱輸送を行なう熱伝
達装置をエネルギー変換手段として用い、該熱搬送流体
の運動エネルギーを機械的回転力又は電力としてコンテ
ナ外に取出して利用する動力発生装置に関する。

〔従来の技術〕

受放熱部間の温度差を利用して動力を発生ずる例として
はスターリングエンジン、ゼーベツク効果による熱電気
発電等各種の手段がある。近年にはヒートパイプ内の温
度差により発生する熱媒流体の循環流を利用する動力発
生が着目されている。

この手段はそれ自身の動力発生効率は悪くても、比較的
低温の流域内におけるヒートパイプに依る２Ｂ輸送時に
、その熱エネルギー利用効率を向上せしめる効果が期待
される。ヒートパイプによる動力発生手段としては通常
ヒートパイプの円筒形コンテナの断熱部にピストンを作
り込んで往復運動をさせる型のものや、蒸気タービンを
挿接した発電装置等が提案されているが、通常のヒート
パイプは凝縮作動液を同一のコンテナ内において受熱部
に還流せしめる必要があるので複雑な構造となり、又ヒ
ートパイプ独特の性質であるドライアウトの発生等もあ
り実用化が困難であった。これに対しループ型コンテナ
を用いて作動液流を循環せしめて実施する発電機が検討
されその実用化の可能性が報告されている。第１５図に
ループ型ヒートパイプ式発電装置の線図式系統図を示す
。ループ型ヒートパイプは多管式蒸気発生部１３と多管
式凝縮部１４とこれを結ぶ作動液流管路１２−１と蒸気
流管路１２−２からなる閉ループ型コンテナにより形成
される。蒸気発生部１３と凝縮部１４の間の温度差によ
り高温部である蒸気発生部１３で沸騰発生した圧力蒸気
は自己の蒸気圧により推進され、凝縮により負の蒸気圧
となっている凝縮部１４に向って蒸気流１５となって噴
流する。

凝縮部１４で凝縮せしめられた作動液は重力の助けによ
るサイホン作用により帰還作動液流１６として蒸気発生
部１３に還流する。蒸気流管路１２−２の径路の所定の
部分には蒸気タービン１８が設けられてあり蒸気の噴流
により高速回転せしめられる。この場合蒸気発生部１３
における作動液沸騰による液の吹き上げはタービンブレ
ードを損傷する恐れがあり、又タービンの円滑な回転を
妨げる恐れがあるので蒸気流１５はタービン１８に到達
する前に気液分離器１７により蒸気流のみとなり、吹上
げられた作動液は重力により蒸気発生部１３に戻される
。タービン１８はこれと直結された発電機１９を回転せ
しめ、作動液蒸気の運動エネルギーは電力としてヒート
パイプ外に取出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ループ型ヒートパイプ式発電装置はヒートパイプ式動力
発生装置の中で実用化に最も近いものと考えられるが解
決すべき問題点として次の点かあげられる。

（ａｌ　　ループの構成が複雑な為作動液の高速循環流
が得られない。従ってループ型コンテナ内で動力発生手
段として利用出来るのは蒸気流路内の一部に過ぎない。

即ち、第１５図から分かる如く、多管式蒸気発生部１３
及び多管式凝縮部１４においては多数並列管となる為作
動液循環流速は極めて低速になり、特に凝縮部１４にお
いては凝縮による大幅な容積縮小により、作動液の循環
推進力は殆ど失なわれる。作動液流管路１２−１におけ
る作動液に加わる推進圧力は凝縮部１４と蒸気発生部１
３間の水位差が１０ｍとして始めて１ｋｇ　／　ｃｏｔ
に達するもので通常の装置においてはその数分の−に過
ぎない。又蒸気流１５において比較的大きな推進力を有
する気液分離器１７を通過する以前の蒸気流は前述の如
く、蒸気タービンに使用することが出来ない。更に気液
分離器１７における蒸気流の圧力損失は比較的大きい。

従って蒸気タービン１８を通過した蒸気の推進力は大幅
に低下せしめられる。この失なわれたエネルギーをスー
パーヒータ等により外部から補給することは熱の利用効
率を向上せしめる為の発電と云う本来の目的から考えれ
ば望ましくない。

（ｂ）　　装置の適用姿勢に大きな制限がある。作動液
の循環推進力の原動力は蒸気発生部１３と凝縮部１４の
間の水位差により重力作用であるからこの水位差が小さ
くなる様な姿勢での適用は不可能である。特にこの水位
差が逆になるトップヒート姿勢で使用する場合は揚水ポ
ンプを使用して蒸気発生部１３に作動液を強制的に供給
する必要がある。この様な外部エネルギーの消費は動力
発生装置の効率を低下させる。

（Ｃ）　　高温高蒸気圧での長期使用に際しての信頼性
維持に懸念がある。構造が複雑であり、特に多管式蒸気
発生部において多数の溶接部を必要とする構造はその信
頼性低下につながるもので、実用機において蒸発管本数
が大幅に増加した場合の信頼性維持に懸念がある。

本発明は上記（ａｌ　（ｂ）　ｆｃｌ　３項の問題点を
解決し、強力なループ型熱伝達装置を提供しこれを応用
した実用性の高い動力発生装置を提供する。

口１発明の構成 〔問題点解決の為の手段〕 発明者は先願の特願昭６２−１５５７４７号においてル
ープ型細管ヒートパイプを提案した。本発明における問
題点解決の手段は該ループ型細管ヒートパイプの構造を
応用し改善したものである。第２図はループ型細管ヒー
トパイプの略図であって線で図示された閉ループ型細管
コンテナ１１には夫々少なくも１個所以上の受熱部１１
−Ｈと放熱部１１−Ｃが設けられ夫々に高温部Ｈと低温
部Ｃに密着せしめられてあり、且つその内部の複数の所
定の部分には作動液の循環方向規制手段４が設けられて
構成されてある。この様に構成されて、受放熱部が加熱
冷却されると、循環方向規制手段と該手段によりループ
型流路が仕切られて形成される複数の圧力室と受放熱部
間の温度差との３要素間に相互作用が発生し、作動液に
は推進力が与えられてループ型流路内を所定の方向に循
環する。

ループ型細管ヒートパイプはこれにより受放熱部間に熱
量を授受して熱量を伝達する。この様なループ型ヒート
パイプはループ全体にわたって作動液は強力且つ高速度
で循環する。その推進力は循環方向規制手段により受熱
部に発生する蒸気圧が所定の方向のみに規制されて生じ
る推進力であるから極めて強力であり、ヒートパイプの
配設姿勢の如何に関係なく作動液を順調に循環せしめ、
例え完全なトップヒート姿勢であっても自己推進力のみ
で強力な循環を続けさせることが出来る。又細管コンテ
ナであるから薄肉であっても極力な内圧にも耐えること
が可能であり、更に流路の構成が単純であるから高い信
頼性を保持せしめることが出来る。

本発明に係る動力発生装置は上述の如きループ型細管ヒ
ートパイプのコンテナが多数並列に且つ円柱形状に集合
されて構成されてあり、その基本構造及び作用は全く同
等である。第１図は本発明に係る動力発生装置の基本構
造を示す平面略図である。閉ループ管型コンテナ１は第
２図のループ型細管コンテナの多数が円柱型状に集合さ
れた複合コンテナであり、そのＸ＋　　Ｙ＋断面の拡大
図を第３図（イ）に示す。第３図における１−１はルー
プ型細管コンテナ、１−２はタービン又は水車の回転力
を直接コンテナ外に取出す場合の回転軸６−２の導出管
であり、シール手段は省略されてある。第１図における
閉ループ管コンテナ１の形状は図の形状に限定されるも
のでなく、高温部Ｈ及び低温部Ｃの数、形状、配置によ
り蛇行ループ型に形成される場合もあり、又受放熱手段
によってはフィン群が装着されたり、又細管群の一部の
集合が解除され所定の形状に展開される場合もある。又
循環流の方向転換部はコンテナの往路、復路の間隔が小
さい場合は曲管を使用せず、多数の管路の共通流路のヘ
ッダで連結される場合もある。

循環方向規制手段４は複合コンテナを構成する各ループ
型細管コンテナの夫々の少なくも１個所の所定の位置に
設けられてある。複合コンテナである閉ループ管型コン
テナ１はその所定の個所において単一の管からなるシリ
ンダ型コンテナ５が連結されてある。シリンダ型コンテ
ナ５は動力発生シリンダであって、その連結される位置
が熱搬送流体が液相で流れる部分である場合は水車６が
、又はその位置を流れる熱鍛送流体が気相である場合は
蒸気タービン７が第３図（１１）の断面図の如く装着さ
れる。

閉ループ管コンテナｌは　　　″゛ 洪＝熱搬送流体が封入されてあり、該熱搬送流体はｌ液
２相の流体か、１液２相の流体と他の液体の混合流体の
何れかである。１液２相流体の場合は該動力発生装置は
特願昭６２−１５５７４７号に係るループ型細管ヒート
パイプと同等に作動し受熱部にて気相となり放熱部にて
液相となり循環する。１液２相の流体と他の液体の混合
流体の場合は受熱部にて泡流となり、放熱部で泡の縮小
した泡流か、液流のみか何れかの状態で循環し、１液２
相流体が熱搬送流体推進の役目を発揮し、熱伝達は主と
して強制対流伝熱による顕熱の熱伝達となる。この場合
は相変化による潜熱の吸放出によるヒートパイプの場合
よりも高速循環時には、はるかに多量の熱量をより効率
的に伝達することが出来る。

上述の如き動力発生装置は高温部Ｈと低温部Ｃの温度差
により、閉ループ管型コンテナｌを構成する各々のルー
プ型細管コンテナ内において熱搬送流体を強力に所定の
方向に循環せしめ、動力発生部であるシリンダ型コンテ
ナ５の内部に噴出せしめる。又同時にシリンダ型コンテ
ナ５内の熱搬送流体は噴出側に対向する反対側の各ルー
プ型細管群の８各により強力に吸引される。この様にし
てシリンダ型コンテナ内には各細管コンテナ群の共通流
路として熱搬送流体の強力な噴流が形成される。この噴
流によりシリンダ型コンテナ５の内部に装着された水車
６又は蒸気タービン７は高速且つ強力な回転力を与えら
れる。この回転力を直接外部に機械的回転力として取出
す場合は第３図（イ）（Ｕ）に示された回転軸６−２の
延長軸と回転軸導出管１−２によりコンテナ外に取出さ
れる。図示されていないがその場合は各細管コンテナ１
−１は屈曲され展開されて回転軸６−２の延長軸はその
間隙を貫通して外部の伝動手段と連結される。

又シリンダ型コンテナ内には水車６又は蒸気タービン７
と一体化された発電機が共にシリンダ型コンテナ５の中
に配設され、電気回線により電力としてエネルギーを外
部に取出されても良い。又図示されていないが磁気的手
段によって水車６又は蒸気タービン７の回転をシリンダ
型コンテナ５の周囲に設けられた磁気的回転手段に伝達
することも出来る。又、水車６又は蒸気タービン７の回
転を超音波に変換して、シリンダ型コンテナ５の周囲に
設けられた超音波モータを駆動せしめて実施する手段も
ある。水車６又は蒸気タービン７の回転を外部に電力と
して取出す手段は他の如何なる手段であっても良い。

〔作　用〕

上述の如き本発明に係る動力発生装置はその閉ループ管
型コンテナを構成するループ型細管コンテナの作用がそ
のままに発揮されるから、熱搬送流体の循環力は強力で
あり、重力に影響されることなく如何なる姿勢でも動力
を発生することが出来る。又細管コンテナ内の熱搬送流
体の流れは細管内を閉塞して流れる閉塞流で、熱搬送流
体は飛散して吹上げる如きことが無いから気液分離器を
介する必要がなく蒸気圧を失なうことなく蒸気タービン
を回転させることが出来る。管内流路の如何なる部分に
おいても循環流は強力であるから、動力発生用シリンダ
型コンテナは熱搬送流体の如何なる部分にも設けること
が出来る。従って気相部を利用する蒸気タービンであっ
ても液相部を利用する水車であってもその利用は任意で
あり、又ループ上の受放熱部を増加せしめて、動力発生
部をループ上に複数個所に設けることも自在である。

又閉ループ管コンテナの構造は簡易であり、従って長年
月にわたる信頼性の保持も容易となり、従来のヒートパ
イプ式発電装置の問題点の総てを解決する。

本発明に係る動力発生装置は受放熱部間の水位差を全く
利用しないから装置が極めて小型化出来る点、及び構成
要素が細管コンテナであるから、容易に高耐圧構造とす
ることが出来るので熱搬送流体を充分に高速化せしめ強
力な動力を発生せしめることが容易な点の２点は装置の
実用性を高める。

〔実施例〕

第１実施例 本発明に係る動力発生装置においてエネルギー変換に使
用される閉ループ管型熱伝達装置と水車の組合わせによ
る動力発生装置の１例を第１実施例として第１図に例示
しである。該実施例における熱搬送流体は１液２相の流
体で一般のヒートパイプの作動液と同じである。即ちそ
の蒸気（気相）は凝縮性でありループ型流路の放熱部１
−Ｃ及び放熱部１−Ｃから受熱部１−Ｈに至る間の流路
中においては液相で循環し、受熱部１−Ｈ及び受熱部１
−Ｈから放熱部１−Ｃに至る間の流路中においては気相
で循環する。

本実施例では第１図の如く熱媒流体が液相流である部分
においてシリンダ型コンテナ５と細管コンテナ群の複合
コンテナとが連結されて閉ループ管型コンテナｌを形成
している。従ってシリンダ型コンテナ５の中には水車６
が配設されて動力発生部が構成されてある。水車６はシ
リンダ型コンテナ５内に噴出し又細管コンテナ群に強力
に吸入される熱搬送流体の液相流３−Ｃにより強力に駆
動される。本実施例において閉ループ管型コンテナ１内
に封入される液量がコンテナ内容積の８０〜９０％の如
く多量である場合は、気相流部分は受熱部内とその下流
の近接部だけとなるから、シリンダ型コンテナ５は放熱
部１−Ｃに近い放熱部ｔ−Ｃの上流側に連結して実施す
ることも出来る。

第２実施例 第２実施例は第４図例示の如くシリンダ型コンテナ５は
受熱部■（の下流側で熱搬送流体が気相流をなす部分で
閉ループ型コンテナ１と連結されてある。該連結部は受
熱部Ｈの部分内であっても良い。気相流であるからシリ
ンダ型コンテナ５内に配設される動力発生手段は蒸気タ
ービン７となる。

該実施例の場合閉ループ管型コンテナ１内に封入されて
ある？ｔ！、搬送流体のコンテナ内容積に対する比率が
大きい場合はシリンダ型コンテナ５の連結位置を受熱部
１−Ｈに近接させるか、受熱部１−Ｈの範囲内とする必
要がある。コンテナが従来構造のループ型ヒートパイプ
である場合は受熱部から作動液が吹き上げたり、蒸気中
に作動液の微粒が大量に混入し、蒸気タービンの効率を
低下せしめたり、ブレードを破損する恐れがあるので蒸
気タービン７と受熱部１−Ｈの間の流路中に気液分離器
を設ける必要があった。本発明に係る動力発生装置の閉
ループ管型コンテナｌは細管コンテナの集合体であるか
ら気液は常に分離されて循環するので気液分離器の配設
は不要であり、受熱部ｌ−Ｈの飽和蒸気圧は殆ど圧力降
下することなく蒸気タービン７に吹き付けられ、動力発
生効率が向上する。

第３実施例 本実施例においては熱搬送流体が気液２相の流体と他の
液体との混合流体であることを特徴とする。この場合は
１液２相の流体は受熱部１−Ｈと放熱部１−Ｃとの間の
温度差を熱搬送流体の推進力に変換せしめる役目を主た
る機能とする。そして熱伝達の熱担体としての役目は混
合流体中に混合された他の液体が掌る。従って第１実施
例、第２実施例においては熱搬送流体の相変化による潜
熱の授受によって熱伝達を行なう出共に自らの推進力に
よって循環するのに対し、本実施例においては１液２相
の流体により循環推進力を与えられた混合液体が顕熱に
よる強制対流熱伝達を行ないながら循環する。循環中の
混合流体は多くの場合泡流となって循環し独立気泡が受
熱部にてその容積を増大させて、放熱部において縮小し
つつ循環する。又独立気泡は放熱部では総て凝縮して消
滅し、液流となり、受熱部において１液２相の流体が気
化して多数の独立気泡が発生し泡流となる如き循環が行
なわれる場合がある。更に１液２相流体の凝縮液と他の
液体が相互に混合又は共溶し得ない場合は気相流と液相
流が分離して循環することになる。この様な場合は熱搬
送流体封入時点において１液２相の流体と他の液体を少
量づつ交互にループ型細管コンテナ中に封入することに
より、ループ型流路内の循環流は２種流体が小間隔て交
互に流れる循環流となる。

上述の如き熱搬送流体は第１図における閉ループ管型コ
ンテナ内のあらゆる部分で実質的に液体として循環する
ものと考えてよい。従ってシリンダ型コンテナ５は閉ル
ープ管型コンテナ１の如何なる部分にでも任意に連結さ
れてループが構成されても良い。この場合シリンダ型コ
ンテナ５の内部に配設される動力発生手段は水車６とな
る。本実施例は特に図示されていないが第１図と同様な
構成となる。

第４実施例 本発明に係る動力発生装置においては動力発生部が１個
所の場合であっても少なくも往路熱搬送流体流路と復路
熱搬送流体流路を有する１ターンの閉ループ管型コンテ
ナを必要とする。この場合第１図及び第４図の如く受熱
部及び放熱部が２個所づつ設けられた装置で有る場合、
往路と復路に全く同一条件で熱搬送流体が循環する部分
が発生する。従って該複合コンテナ上には対称の位置に
全く同一の動力発生手段を設け、外部に取出したエネル
ギーを連結して使用する方が効率的である。

第１図は対称の位置に共に水車６か内部に配設された２
個所のシリンダ型コンテナ５が連結されて構成された動
力発生装置を示してあり、第４図には対称の位置に夫々
の中に蒸気タービン７が配設された２個所のシリンダ型
コンテナ５が連結されて構成された動力発生装置を示し
である。

図示していないがループ内に受熱部及び放熱部が夫々１
個所に設けられて構成されてある場合は、往路が液相流
である場合は復路は気相流となるので、往路側には水車
が配設されたシリンダ型コンテナが連結され、復路側に
は蒸気タービンが配設されたシリンダ型コンテナが連結
されて構成されてあっても良い。

更に第１図、第４図において高温部Ｈの加熱能力及び低
温部Ｃの冷却能力に余裕がある場合には往路側、復路側
の夫々に水車及び蒸気タービンが夫々に配設された２個
所づつのシリンダ型コンテナが連結された構造の動力発
生装置であっても良い。

第５実施例 第１図及び第４図に例示した各実施例においてはループ
の形状については限定しない。然し第１図及び第４図の
如く往路複合コンテナと復路複合コンテナが並列であり
、■往復のみのループの場合には、実施に際して往路及
び復路の複合コンテナを近接せしめて配置し装置の小型
化、簡略化を計かることが多い。その様な場合は両端に
おける熱搬送流体の流れ方向転換部において多数の曲管
部が錯綜して、その取扱いが困難となる。第５図に例示
の第５実施例はこの問題点を解決するためのものである
。即ち図に示した如く、両複合コンテナはその両端末に
近い受熱部又は放熱部の附近から両端末に至る間におい
て両複合コンテナは更に複合されて、細管コンテナから
なる一体の円柱状複合コンテナに形成されてあり、両端
末にお゛いて往路細管コンテナ群と復路細管コンテナ群
を連結してループを形成し熱搬送流体の流れ方向を転換
する部分としては、全細管コンテナ群に共通の流れ方向
転換部となる円筒キャップ型ヘッダ８が気密に接着され
た構造になっている。この様な構成の場合は各細管コン
テナの１本毎に循環方向規制手段４を少なくも１個所づ
つは設けられてある必要がある。又図の如く円筒キャッ
プ型ヘッダ８の円筒部分を受放熱部全長にわたって延長
し、複合コンテナと密着せしめて形成されてあればキャ
ップ型ヘッダと複合コンテナの接着部の信頼性を向上せ
しめるだけでなく、該部分の高温部や低温部に対する挿
着性を改善し、又フィン群の装着を便ならしめる利点が
ある。

第６実施例 閉ループ型細管コンテナを集合して構成された複合コジ
テナである閉ループ管型コンテナは閉ループ型細管コン
テナと同様に受放熱部と循環方向規制手段の相互作用に
より、その閉ループの全長に制限なく長尺化することが
出来る。又自在に屈曲せしめて多数の並列部を有する蛇
行ループ型に形成することが出来る。第６図に例示の第
６実施例はこの様な多数の並列部を有する蛇行ループ型
の閉ループ型熱伝達装置を適用した多段直列型の動力発
生装置を系統図として示しである。図において熱搬送流
体は循環方向規制手段４によって同一方向に循環してい
る。図における矢印の方向に流れる場合、低温部Ｃに連
結された放熱部１−Ｃから受熱部１−Ｈに向う（左側に
向う）矢印の流れは総て液相流３−Ｃである。又高温部
Ｉ］と連結された受熱部１−１１から放熱部１−Ｃに向
う（右側に向う）矢印の流れは総て気相流３−Ｉ］であ
る。

従って液相流３−Ｃの流路中には総て水車が装着された
シリンダ型コンテナ５−６が複合コンテナと連結されて
ある。同様に気相流３−Ｆ［の流路中には総て蒸気ター
ビンが装着されたシリンダ型コンテナ５−７が複合コン
テナと連結されてある。

例図においては該動力発生手段は総て並列部において連
結されてあるから５−６と５−７は交互になっている。

この様に構成された動力発生装置は水車方式と蒸気ター
ビン方式が交互に多段直列に設けられた動力発生装置と
なっている。動力発生手段の配設位置は必ずしも図の位
置に限定されない。総て放熱部１−Ｃの中に設けられる
場合も又受熱部１−Ｈの中に設けられる場合もあり、そ
れらの組合わせの場合もある。但しそれ等の場合は相変
化の完了した位置に設けられる必要があり、相変化の完
了した位置における熱搬送流体が液相であれば水車方式
、気相であれば蒸気タービン方式が適用される。

■ターンのみのループにより強力大容量の動力発生装置
を構成する場合はあまりに多数のループ型細管コンテナ
を集合して複合コンテナを構成することになり組立てが
困難となる場合がある。又細管コンテナの１本毎に少な
くとも１個所の循環方向規制手段を設ける必要があるの
でその必要個数も膨大となりコスト上昇の要因となる。

この様な場合は第６実施例の如き蛇行ループに形成して
多段直列の動力発生装置に構成した方が組立ても容易で
あり、循環方向規制手段の必要数量も蛇行ループ全体で
数ケ所のみで良いから、その配設数量も数分の−に減少
する。又発生動力の利用対象が多数である場合は第６実
施例の如き多段直列の動力発生部を使い分ける方が便利
な場合がある。

第７実施例 往路複合コンテナと復路複合コンテナが並列であり且つ
１往復のみのループ型に形成される動力発生装置におい
て装置のコンパクト化を計る為に往路コンテナと復路コ
ンテナとを近接せしめる手段として第５実施例が案出さ
れた。第７実施例は更にコンパクト化を推進しミ　１本
の直管型ヒートパイプと同様に扱うことの出来る動力発
生装置を提供する。第７図及び第８図はその様な閉ルー
プ管型熱伝達装置を使用した動力発生装置を示す。

図において１往復のループをなす閉ループ管コンテナ１
は往路細管コンテナ群と復路細管群からなり、何れか一
方の群を中心に、他方の群が゛その周囲を囲繞する同心
状の円柱型に集合一体化されてある。その状態は第７図
のＸ、−Ｙ、部の断面図を第１０図（イ）に示しである
。（イ）図において例えば３−Ｃを往路の熱搬送流体と
すれば３−Ｈは復路の熱搬送流体となる。図において中
心側細管コンテナは本数が少ないので、外周側細管コン
テナより直径を大きくして往路及び復路の流速が等しく
なる様にしである。流速が異なる事が是認される場合は
内外周の細管コンテナは同径であっても良い。該（イ）
図における６−２は蒸気タービン又は水車の回転軸で、
６−３はその導出管であり、回転軸６−２を介して動力
を閉ループ型コンテナ外に取出す場合の構造であり、電
磁的手段等でエネルギーを外部に取出す場合には不要で
あり、細管コンテナと置換えられる。

第７図、第８図において８は円筒キャップ型ヘッダで、
その円筒部は複合コンテナである閉ループ管型コンテナ
１の両端末に充填材の助けにより気密に接着されてある
。該キャップの円筒部は閉ループ管型コンテナの受熱部
（又は放熱部）の外周を平滑円筒にすることにより、受
放熱部と高温部（又は低温部）との挿着やフィン群形成
を便ならしめる。円筒キャップ型ヘッダの作動状態は第
９図に断面図で示す。矢印に示す如く往路側細管コンテ
ナ群内から噴出する熱搬送流体の液相流３−Ｃ（又は気
相流３−Ｈ）はヘッダ内で方向転換し復路側細管コンテ
ナ群内に強力に吸入されループ状循環流を形成せしめる
。ヘッダ８内での方向転換を容易ならしめる為、実施に
当ってはヘッダ内面の形状は夫々の細管コンテナの配列
に適した形状に形成される。図において蒸気タービン７
又は水車６の回転軸の延長である６−２、回転軸導出管
６−３、シール部６−４は回転力を直接外部に取出す場
合にのみ必要で、電磁的手段で取出す場合は不必要であ
る。第９図において４は循環方向規制手段であり、熱搬
送流体の循環流が単に熱伝達のみに適用される場合は往
路細管コンテナ群か復路細管群の何れかのみに設けられ
てあれば良いが、動力発生装置の場合は総ての細管コン
テナの夫々に少なくも１個〜２個の循環方向規制手段を
設け、強力な循環流を与えることが望ましい。

シリンダ型コンテナ５内における熱搬送流体の噴流の相
は高温部Ｈ及び低温部Ｃとの関係位置によって定まり、
流れの規制方向が矢印の如くであり、高温部１１及び低
温部Ｃの位置が図の如き場合は第７図においては往路側
（内側）は液相流３−Ｃとなり、復路側（外側）は気相
流３−Ｈとなる。又第８図においては復路側（内側）が
気相流３−Ｈとなり復路側（外側）は液相流となる。従
ってシリンダ型コンテナ５は噴流の相の気相液相の何れ
を動力としてエネルギー変換を行なうかにより構造が異
なる。第１０図における（口）図及び（ハ）図は何れも
第７図、第８図におけるＸｚ　　Ｙｚ断面図を示し、（
ロ）図は往路側（内側）の噴流を利用する場合、（ハ）
図は復路側（外側）の噴流を利用する場合を示す。（０
）図においてシリンダ型コンテナは往路の細管コンテナ
群の複合コンテナと連結しであるが、復路をも含めた複
合コンテナの外周に接して連結されてあっても良い。当
然ではあるが連結部においては各細管コンテナ間相互間
の空隙はシリンダ型コンテナの両端部に設けられた壁面
若しくは充填材にて気密にシールされてある。

（ロ）図における６−２は水車６又は蒸気タービン７の
回転軸である。（ハ）図の例では水車６又は蒸気タービ
ン７は往路細管群の周囲に設けられたボールベアリング
９によって回転し回転を直接外部に取出す為の回転軸を
有しない。従ってこの場合のエネルギーは電磁的手段や
振動エネルギ一応用手段等によって間接的にコンテナ外
に取出される。

本実施例に係る動力発生装置はあたかも直管型ヒートパ
イプの如く小型で装着性が流行である。

更に便利な点として、閉ループ型コンテナ１は細管コン
テナ群の複合コンテナであるから自在に屈曲せしめて使
用出来るので直管型ヒートパイプや従来のループ型ヒー
トパイプで構成した動力発生装置に比較して高温部（加
熱部）及び低温部（冷却部）の形状配置等に対する適応
性が良好である。

第８実施例、第９実施例 動力発生装置を構成する閉ループ型コンテナ１は細管コ
ンテナの集合による複合コンテナであるから各細管を屈
曲せしめて所定の部分を展開することが出来る。従って
低温部Ｃ又は高温部Ｈが流体である場合、各細管相互間
を流体が容易に流通可能な状態に展開せしめて効果的な
受熱部又は放熱部を構成することが出来る。特に細管群
の強制対流熱伝達率は極めて大ぎいからフィン群の装着
を省略りて有効な熱交換をすることが出来る。第１１図
の略図には流体が冷媒流体である場合の第８実施例を示
し、第１２図の略図には流体が熱媒流体である場合の第
９実施例を示しである。

第１０実施例 第７図及び第８図に例示の第７実施例は直管型ヒートパ
イプの如く取扱うことが可能であり、更に屈曲性が良好
である等使用上非常に便利であるが、細管コンテナ群か
らなる複合コンテナである為その外表面は凹凸が激しい
点から被装着体に深く挿入装着して使用する場合に熱抵
抗が大きい。

又対流熱交換で使用する場合にフィン群の装着が困難で
ある。などの問題点は避けることが出来ない。又高い温
度差、高い飽和蒸気圧で使用されて然も長年月の信頼性
が要求される如き使用条件の場合は凹凸の多い複合コン
テナ部と動力発生室となるシリンダ型コンテナとの接合
部、及び円筒キャップ型ヘッダとの接合部等には接合作
業者の伎（由の差異による信頼性の差異が発生する。第
１３図に例示の第１０実施例はこの様な問題点を解決す
る。第１Ｏ実施例においては第１３図の密閉耐圧容器１
０の中に第７図、第８図に例示の第７実施例の動力発生
装置が聡で作り込まれであることを特徴とする。該密閉
耐圧容器１０は動力発生条件において熱搬送流体が発生
する飽和蒸気圧に充分に耐え且つ該蒸気圧と放熱部にお
ける凝縮時の負圧との激しい繰返しにも充分に耐える様
構成されてある。又該密閉耐圧容器１０はシリンダ型コ
ンテナ５を兼ね、且つ両端末における円筒キャップ型ヘ
ッダ８をも兼ねており、第７実施例の如きそれ等との連
結の為の接続個所が全く発生しない。

この様に継目無しに構成された動力発生装置は故障個所
の無い極めて信頼性の高い装置となり、且つその平滑な
外周面を有する円筒形状は挿着を容易にし且つフィン群
の装着をも容易とする。

該実施例の他の部分の構成は第７実施例と全（同じであ
る。従って第７図及び第８図の如く受熱部、放熱部の位
置とシリンダ型コンテナ部に相当する動力発生室の関係
位置によって、動力発生手段は水車６又は蒸気タービン
７の何れかが選択される。

第１１実施例 第７実施例及び第１０実施例においてシリンダ型コンテ
ナ５は複合コンテナ（閉ループ型コンテナ１）の両端末
の何れかに連結して設ける場合はシリンダ型コンテナ５
と円筒キャップ型ヘッダ８を兼ねて構成することが出来
る。この場合には水車６又は蒸気タービン７は細管コン
テナ群の内周側の群及び外周側群からの噴出流及び吸入
流の双方の噴流を受ける。第１１実施例はこの様な場合
の動力発生部の構造に関する。体１３図は該実施例にお
けるシリンダ型コンテナ部の断面図である。

水車６　（又は蒸気タービン７）は外周水車ランナー６
−０　　（又は外周タービンブレード）と内周水車ラン
ナー６−１　（又は内周タービンブレード）の２重構造
に構成されてある。内外周を連結する管状セパレータ６
−２の一端はヘッダ側に突出して、対向流である外周側
の噴流と内周側の噴流が水車（又は蒸気タービン）人口
で相互干渉を引起すことを防止する様になっている。こ
の様に構成された水車６　（又は蒸気タービン７）は噴
出流と吸入流の双方により回転せしめられるから、強力
な回転力を発揮する。又この様に端末に動力源が配置さ
れてある場合は回転軸をコンテナ外に延長して回転力を
直接取出す場合に好都合である。

ハ０発明の効果 多数の閉ループ型細管コンテナの複合コンテナからなる
閉ループ管型熱伝達装置における熱搬送流体の強力な循
環流を動力発生手段とする本発明に係る動力発生装置は
、重力による作動液循環流を利用する従来のヒートパイ
プ式発電装置に比較して、その問題点を解決するに止ま
らずより卓越した各種性能を発揮する。即ち熱搬送流体
が細管コンテナの受熱部で発生する飽和蒸気圧による自
らの推進力は強力で、それによる流速も高速度であり、
装置の装着姿勢を問わず効率的な動力を発生し、その動
力発生手段としては水車、蒸気タービンの何れでも適用
することが可能で、直接に機械的回転力としてでも電力
としてでも取出すことが可能である。スルなくとも従来
より数分の−に小型化することが可能であり、自在に屈
曲せしめて装着することも可能で取扱いが容易である。

又構造が簡素で、信頼性が高い。更に同一の熱伝達装置
に複数又は多数の動力発生部を設けることが出来る等の
多くの新規な機能を発揮する。

これらの卓越した各種の効果は従来実験室の範囲を出な
かったヒートパイプ式発電機又は動力発生装置を実用化
段階に向けて大きく前進せしめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る動力発生装置の基本構成及び第１
．第３．第４実施例を示す平面略図。 第２図は本発明に係る動力発生装置の構成要素であるル
ープ型細管ヒートパイプの平面略図。 第３図は第１図及び第４図のＸ、−Ｙ、断面及びＸｚ　
　Ｙｚ断面図。 第４図は第２．第４実施例 第５図は第５実施例 第６図は第６実施例 第７図は第７実施例 第８図は第７実施例 第９図は円筒キャップ型ヘッダの断面図。 第１０図は第７図及び第８図のＸ＋　　Ｙｌ断面及びＸ
、−Ｙ２断面図。 第１１図は第８実施例 第１２図は第９実施例 第１３図は第１Ｏ実施例 第１４図は第１１実施例におけるシリンダ型コンテナ部
断面図。 第１５図はループ型ヒートパイプ式発電装置である。 Ｈ・・・高温部、Ｃ・・・低温部、１−Ｈ・・・受熱部
、１−Ｃ・・・放熱部、１・・・閉ループ管型コンテナ
、３−Ｃ・・・熱搬送流体液相流、３−Ｈ・・・熱搬送
流体気相流、４・・・循環方向規制手段、５・・・シリ
ンダ型コンテナ、６・・・水車、７蒸気タービン、２−
Ｈ・・・蒸気流、２−Ｃ・・・作動液流、１１・・・閉
ループ型細管コンテナ、１１−Ｃ・・・放熱部（ヒート
パイプ）、１１−Ｈ・・・受熱部（ヒートパイプ）、６
−２・・・回転軸、６−３・・・回転軸導出管、８・・
・円筒キャップ型ヘッダ、６−４・・・シール部、９・
・・ボールベアリング、１０・・・密閉耐圧容器、６−
０・・・外周水車ランナー（又は外周タービンブレード
）、６−１・・・内周水車ランナー（又は内周タービン
ブレード）、６−５・・・管状セパレータ、１２−１・
・・作動液流管路、１２−２・・・蒸気流管路、１３・
・・多管式蒸気発生部、１４・・・多管式凝縮部、１５
・・・蒸気流、１６・・・帰還作動液流、１７・・・気
液分離器、１８・・・蒸気タービン（ヒートパイプ）、
１９・・・発電機。 出　願　人　　アクトロニクス株式会社はか１名 第　１　図 （イ）（Ｘ＋−Ｙ１輸）　　　　　　（ロ）（Ｘ２−Ｙ
２断０）第３図 第４図 第５　ｒＭ””’ 第　６　図 第７図 第８図 第　９　　ご≧ｆｆ（日高キや）ブ型へ−デン第　１０
図 第１１図 第　Ｉ２図 （シ□）ノ９１つンテ寸１セ） 第１５図

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温部と低温部との間を閉ループ管型熱伝導装置
   により連結し、両部間の温度差により生じる熱伝達エネ
   ルギーの一部を機械的回転力又は電力として装置外に取
   出して利用する動力発生装置であって、閉ループ管型熱
   伝達装置は、それを構成している閉ループ管型の密閉コ
   ンテナ内に１液２相の流体か、１液２相の流体と他の液
   体との混合流体の何れかの流体が熱搬送流体として 封入されてあり、該コンテナのループ 上には少なくも夫々１個所以上の受熱部と放熱部が夫々
   に高温部と低温部に密着せしめられて設けられてあり、
   且つコンテナの内部の複数の所定の部分には熱搬送流体
   の循環方向規制手段が設けられてあることを特徴とする
   熱伝達装置であり、更に該装置の閉ループ管型コンテナ
   は多数の細管コンテナ群が円柱状に集合された複合コン
   テナと単管からなるシリンダ型コンテナとが連結されて
   閉ループ型に構成されてあるコンテナであり、前述の循
   環方向規制手段は細管コンテナの夫々の内部に少なくも
   １個所づつ設けられてあり、シリンダ型コンテナ内には
   水車か蒸気タービンの何れかが配設されてあり、水車又
   は蒸気タービンの回転力は回転軸の延長により機械的回
   転力として直接コンテナ外に取出される様構成されてあ
   るか、水車又は蒸気タービンの回転力を電磁的手段か振
   動エネルギー利用による手段の何れかを介して、電気的
   エネルギー又は機械的回転力の何れかに変換して間接的
   にコンテナ外に取出される様構成されてあることを特徴
   とする動力発生装置。
2. （２）閉ループ管型熱伝達装置の熱搬送流体は１液２相
   の流体であり、複合コンテナと連結されて閉ループ管型
   コンテナを構成するシリンダ型コンテナは、閉ループ管
   型コンテナの放熱部の所定の部分か、放熱部の下流側に
   おける熱搬送流体が液相流をなしている部分の何れかの
   部分において複合コンテナと連結されてあり、シリンダ
   型コンテナ内には水車が配設されてあることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の動力発生装置。
3. （３）閉ループ管型熱伝達装置の熱搬送流体は１液２相
   の流体であり、複合コンテナと連結されて閉ループ管型
   コンテナを構成するシリンダ型コンテナは、閉ループ管
   型コンテナの受熱部の所定の部分か、受熱部の下流側に
   おける熱搬送流体が気相流をなしている部分の何れかの
   部分において複合コンテナと連結されてあり、シリンダ
   型コンテナ内には蒸気タービンが配設されてあることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の動力発生装置
   。
4. （４）閉ループ管型熱伝達装置の熱搬送流体は１液２相
   の流体と他の液体の混合流体であり、複合コンテナと連
   結されて閉ループ管型コンテナを構成するシリンダ型コ
   ンテナは閉ループ管型コンテナの任意の部分において複
   合コンテナと連結されてあり、シリンダ型コンテナ内に
   は水車が配設されてあることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の動力発生装置。
5. （５）シリンダ型コンテナは閉ループ管型コンテナにお
   ける熱搬送流体の往路及び復路の所定の部分に設けられ
   てあることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   動力発生装置。
6. （６）閉ループ管型コンテナは往路の複合コンテナと復
   路の複合コンテナが近接して並列に配置された１往復の
   ループ型コンテナであり、その両端部に近い受熱部又は
   放熱部の附近から両端末に至る間において両複合コンテ
   ナは更に複合されて細管コンテナ群からなる一体の円柱
   状複合コンテナに形成されてあり、両端末において往路
   細管コンテナ群と復路細管コンテナ群を連結してループ
   を形成し熱搬送流体の流れ方向を転換する部分としては
   、全細管コンテナ群に共通の流れ方向転換部となる円筒
   キャップ型ヘッダが気密に接続されて構成されてあるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の動力発生
   装置。
7. （７）閉ループ管型コンテナは多数の並列部を有する長
   尺の蛇行ループ型に形成されてあり、該コンテナには蛇
   行の各ターン毎に少なくも夫々１個所の受熱部と放熱部
   とが設けられてあり、シリンダ型コンテナは蛇行ループ
   の各並列部の夫々の所定の部分において、複合コンテナ
   と連結されて設けられてあることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の動力発生装置。
8. （８）閉ループ管型コンテナは多数並列の往路細管コン
   テナ群と多数並列の復路細管コンテナ群とからなる１往
   復のループ型コンテナであり、両コンテナ群は何れか一
   方の群を中心に他方の群がその周囲を囲繞する同心状の
   円柱形に集合一体化されてあり、循環方向規制手段は各
   細管コンテナ毎に少なくも１個所ずつ所定の位置に設け
   られてあり、両細管コンテナ群の両端における流れ方向
   転換部には全細管コンテナに共通の流れ方向転換部とな
   る円筒キャップ型ヘッダが気密に接続されてあり、上記
   の如くして円柱状構造体に構成された閉ループ管型コン
   テナの所定の部分には、往路細管コンテナ群のみの共通
   流路であるか、復路細管コンテナ群のみの共通流路であ
   るか、又は往路細管コンテナ群と復路細管コンテナ群の
   夫々の共通流路が相互に干渉することのない両者の共通
   流路であるか、の何れかの機能を有するシリンダ型コン
   テナが往路及び復路の細管コンテナ群からなる複合コン
   テナと相互に連結されて閉ループが構成されてあること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の動力発生装
   置。
9. （９）放熱部は流体冷却方式の放熱部であり、該部分に
   おける各細管コンテナは所定の形状に屈曲せしめられて
   各細管コンテナ相互間には冷媒流体の流通を容易ならし
   めるに充分な間隙が設けられてあることを特徴とする特
   許請求の範囲第８項に記載の動力発生装置。
10. （１０）受熱部は流体加熱方式の受熱部であり、該部分
    における各細管コンテナは所定の形状に屈曲せしめられ
    て各細管コンテナ相互間には熱媒流体の流通を容易なら
    しめるに充分な間隙が設けられてあることを特徴とする
    特許請求の範囲第８項に記載の動力発生装置。
11. （１１）円柱状構造体に構成され、その所定の部分にお
    いて複合コンテナとシリンダ型コンテナとが相互に気密
    に連結されて閉ループが構成されてある往路及び復路の
    細管コンテナ群は、その両端末の流れ方向転換部である
    円筒キャップ型ヘッダを兼ねて一体に形成されてある円
    筒形状の密閉耐圧容器内に、その内壁に気密に密着挿接
    され、一体化されて構成されてあることを特徴とする特
    許請求の範囲第８項に記載の動力発生装置。
12. （１２）シリンダ型コンテナは細管コンテナ群の集合体
    である円柱状構造体の端末とキャップ型ヘッダの間にそ
    れ等を連結し、一体化せしめて設けられてあり、シリン
    ダ型コンテナに配設される蒸気タービン又は水車は往路
    又は復路の細管コンテナ群からキャップ型ヘッダに向か
    う熱搬送流体の噴出流と、キャップ型ヘッダから細管コ
    ンテナ群に向かう吸入流との両対抗流に対応して同一方
    向に軸を回転せしめる同心２層のブレード又はランナが
    設けられてある構造のものであることを特徴とする特許
    請求の範囲第８項に記載の動力発生装置。