JPH03279790A - ヒートサイフォン式熱交換器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はヒートサイフォン式熱交換器熱交換器、特に水
の顕熱および潜熱を利用する蓄熱装置等に有用なヒート
サイフオン形式〇熱交換器に関する。

〔従来の技術〕

ヒートサイフォン式熱交換器熱交換器は、等温性により
効率のよい熱交換ができるヒートパイプの原理を利用し
て、双方向の熱交換を行うもので、ヒートパイフオンに
より冷媒と水の間て熱交換を行い、水槽中の水に蓄熱す
る蓄熱装置は、効率のよい冷暖房装置として利用される
。

ヒートサイフォン式熱交換器熱交換器は、作動液の封入
されたヒートパイプの上下両端部を二重管の外管（鞘管
）で形成し、内管（伝熱管という）には冷媒を通し、中
間部分（熱交換管と言われる）を水槽中に沈め、伝熱管
中でフロン類等の冷媒の凝縮または蒸発を行わせ、冷媒
が放出または吸収した熱でヒートパイプ作動液を蒸発ま
たは凝縮させて、その気化熱により水槽中の水を冷却ま
たは加熱し、水槽中の水に蓄熱を行うのに用いられる。

すなわち、水槽中に水の顕熱を利用する蓄熱を行う場合
には、ヒートザイフォン下部の鞘管に通された伝熱管中
で冷媒蒸気を凝縮させ、冷媒から放出された気化熱によ
り鞘管中の作動液を蒸発させ、作動液の蒸気が水槽中に
静めた熱交換管内で水槽中の水により冷却されて凝縮す
る際放出される気化熱によえい、熱交換管の表面で水を
加熱する。

一方、水の潜熱を利用する蓄熱（蓄冷）を行う場合には
、ヒートザイフメン上部の鞘管に通された伝熱管中で冷
媒を蒸発させ、冷媒が吸収する気化熱により鞘管中の作
動液蒸気は冷却されて凝縮し、熱交換管中では平衡を保
つために作動液が気化し、周囲の水から気化熱を吸収す
るので、熱交換管の周囲では水が冷却されて氷結し、氷
蓄熱（蓄冷）が行われる。

ヒートサイフォン式熱交換器熱交換器で効率よく熱交換
を行うためには、熱交換管が水槽中の水に対し充分な伝
熱面積を有する必要がある。そのために、特開平１−１
１４６３９号に記載された熱交換器では上部鞘管と下部
鞘管の間に多数の熱交換管を並列に設けている。

また本発明者は平成２年３月２６日付の特許出願（発明
の名称「ヒートサイフォン式熱交換器熱交換器」）で、
熱交換管に蛇行管を用いることを提案した。

この熱交換器は、第４図に示すように、蛇行管から成る
熱交換管４１と上部鞘管２、上部伝熱管３、下部鞘管４
、下部伝熱管５から成る。これらの中にはヒートパイプ
作動液６が封入されている。上部伝熱管３は上部鞘管２
内に通され、二重管を形成している。下部伝熱管５も下
部鞘管４内に通され、二重管を形成している。上部鞘管
２と下部鞘管４とは、熱交換管４１以外に連通管４２で
も連絡されている。熱交換管４１は水槽７中の水７ａの
中に沈められている。このヒートサイフォン式熱交換器
熱交換器の動作は前述の通りである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、多数の熱交換管を並列に設けた上記の熱交換器
では、上部および下部各鞘管に多数の熱交換管を接続す
るための溶接の作業に手間がかかり、一定体積中の熱交
換管の数を増すために熱交換管の間隔を狭くするほど、
この作業は困難を増す。

熱交換管に蛇行管を用いる熱交換器は、このような多数
の熱交換管を設ける手間を要しないが、熱交換管が全体
として長いため圧力損失があり、また屈曲部が上部で凝
縮した作動液の流下を妨げるので、氷蓄熱の際蛇行管に
沿って氷が均一に生成されない。その結果、期待したほ
どは熱交換効率が上がらなかった。また、折り返しの多
い蛇行管の製作にはかなりの手間を要する。

それ故、本発明の目的は、熱交換効率が高く、製作に要
する手間の少ないヒートサイフォン式熱交換器熱交換器
を実現することにある。

〔課題を解決するための手段〕

ヒートサイフォン式熱交換器熱交換器を熱交換効率が高
く、製作に要する手間の少ないものとするため、本発明
では、」二部鞘管と下部鞘管の間をそれらに両端で交わ
らない線分で少なくとも二つの領域に分割し、それらの
領域内にそれぞれ蛇行管からなる熱交換管を配する。こ
れらの熱交換管の両端は上部鞘管と下部鞘管に接続され
る。

上部鞘管と下部鞘管の間を、それらに平行な線で分割す
ることが簡便であるが、例えば上部鞘管と下部鞘管で形
成される四辺形の対角線等で斜めに分割することもでき
る。上部鞘管、下部鞘管のいずれかに一端で交わる（接
する）線分で上部鞘管と下部鞘管の間を分割することも
できるが、上部鞘管と下部鞘管のいずれにも交わらない
線分で分割することが好ましい。各領域内の蛇行する熱
交換管の両端はそれぞれ上部鞘管と下部鞘管に接続され
るため、熱交換管の一部は他の領域を通ってもよい。あ
るいはいずれかの熱交換管の一部が他の領域の蛇行管の
側面を通ってもよい。

各領域の熱交換管の上端（上部鞘管側の端）は上部鞘管
の同し場所（例えば一端）に接続してもよいが、上部鞘
管を長さ方向で二つ以上の区画に分割し、各区画に接続
してもよい。

伝熱管に冷媒が同時に通る複数組の上部および下部鞘管
を存する場合に、互いに連結された上部鞘管、下部鞘管
、熱交換管の各組に属する熱交換管の下端（下部鞘管側
の端を言う）は、それぞれ下部鞘管に接続するだけでな
く、各組の間で互いに直接連結するか、連通管に連結す
ることが好ましい。二つ以上の連通管に連結し、それら
を連結してもよい。例えば、複数組の熱交換器を横（側
面）方向に並べる場合に、各組の熱交換管の対応する領
域（最も上部鞘管に近い領域等）にある熱交換管の下端
を、互いに連結するか、連通管に連結する。こうするこ
とにより、各組の熱交換器および各領域の熱交換管の間
で着氷の均一性が確保される。複数組の上部または下部
鞘管を通る伝熱管には、冷媒を順次すなわち直列に通し
てもよいし、並列に通してもよい。

氷蓄熱（蓄冷）のみを行う場合には、下部鞘管を省略し
てもよい。この場合には各熱交換管を、上部鞘管と上部
鞘管に平行で熱交換管と交わらない直線との間を、それ
らに両端で交わらない線分（例えば上部鞘管に平行な線
分）で分割した２以上の領域に配する。

〔作用〕

蛇行管から成る個々の熱交換管は屈曲数が少ないため、
作動液の流動が妨げられないから、氷蓄熱時の結氷が均
一に行われ、蛇行管の製作も容易になる。また熱交換管
の全長が短いために圧力損失が少ないことも、氷蓄熱時
の結氷を均一にする。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

〔実施例１〕 第１図に本発明によるヒートサイフォン式熱交換器熱交
換器を用いた氷蓄熱装置の熱交換管に沿った断面を示す
。第１図においてヒートサイフォン式熱交換器熱交換器
は、熱交換管１、上部鞘管２および下部鞘管４を具え、
水槽７内の水７ａ中に沈められている。

」二部鞘管２は三つの区画２１，２２．２３に分かれて
おり、各区画には共通の内管すなわち上部伝熱管３が通
っている。下部鞘管４には下部伝熱管５が通っている。

熱交換管１は３つの部分１１゜１２．１３に分かれ、熱
交換管１１は最も上部鞘管２に近く、熱交換管１３は下
部鞘管４に近く、熱交換管１２はその中間に位置する。

熱交換管１１の蛇行部１１ａの上端は、上部鞘管の区画
２１の右端に直接に接続されている。熱交換管１２の蛇
行部１２ａの上端は、直管の連結部１２ｂを介して上部
鞘管の中央の区画２２の右端に接続されている。同様に
熱交換管１３の蛇行部１３ａの上端は、直管の連結部１
３ｂを介して上部鞘管の区画２３のの右端に接続されて
いる。熱交換管　１１．１２の蛇行部１１ａ、１２ａの
下端はそれぞれ連結部１１ｂ、］２Ｃを介して下部鞘管
４の右端に、熱交換管１３の蛇行部１３ａの下端は直接
下部鞘管４の右端部に、それぞれ接続されている。熱交
換管１、上部鞘管２、下部鞘管４中にはヒートパイプ作
動液６が封入されている。

ヒートサイフォン式熱交換器熱交換器を用いて上記蓄熱
装置に水の顕熱を利用する蓄熱を行う場合には、熱交換
器の下部鞘管４に通された下部伝熱管５の中で冷媒蒸気
８ａを凝縮させると、放出された気化熱により下部鞘管
５中のヒートパイプ作動液６が蒸発し、作動液６の蒸気
が熱交換管１内で周囲の水７ａにより冷却されて凝縮し
、気化熱を放出する。熱交換管１の周囲の水７ａはヒー
トパイプ作動液６から放出された気化熱によって加熱さ
れる。このようにして水槽７中の水７ａに顕熱が蓄熱さ
れる。

０ 水の潜熱を利用して氷蓄熱（高冷）を行う場合には、上
部鞘管２１，２２．２３に通された上部伝熱管３中で冷
媒８を蒸発させ、冷媒８が吸収する気化熱により鞘管　
２１．２２．２３中で作動液６の蒸気は冷却され、凝縮
する。熱交換管１１１２．１３中では蒸気圧の平衡を保
つために作動液６が気化する。そのための気化熱は周囲
の水７ａから吸収するので、水７ａは冷却され、熱交換
管１１，１２．１３の周囲に氷結する。こうして水槽７
中の水７ａに潜熱による氷蓄熱（高冷）が行われる。

」二記のヒートサイフォン式熱交換器熱交換器で氷蓄熱
時の氷結は、熱交換管に沿ってほぼ均一であった。

〔実施例２］ 本発明によるヒートサイフォン式熱交換器熱交換器を用
いた蓄熱装置の別の例を第２図および第３図に示す。こ
の蓄熱装置は、第３図に示すように、本発明による３組
の熱交換器３０を一つの水槽７の中に具えている。第２
図は熱交換管等に沿った蓄熱装置の断面を、第３図は上
部鞘管等に垂直な面に１ おける蓄熱装置の断面を示す。第２図には任意の１組の
熱交換器の熱交換管に沿った断面での構造が示されてお
り、第１図に示したものと大部分間しであるが、熱交換
管１１，１２．１．３の各下端１１ｃ、１２ｄ、１３ｃ
はそれぞれ連通管９１９２．９３に接続されている。第
３図に示すように、このような構造の熱交換器３０が横
方向に３組並べて水槽７中に設けられている。連通管９
１９２．９３は３組の熱交換器３０に共通で、いずれも
連結管９４を経て３木の下部鞘管４の各右端に接続され
ている。

水の顕熱を利用する蓄熱を行う場合および水の潜熱を利
用して氷蓄熱（高冷）を行う場合の動作は、実施例１と
同様であるが、各熱交換器３０の熱交換管１１，１２．
１３と下部鞘管４の間の作動液６またはその蒸気の流通
は、連通管９１゜９２．９３および連結管９４を経て行
われる。

蓄冷のみ行う場合には、第４図および第５図に示すよう
に下部鞘管４および下部伝熱管５を省略できる。

２ 〔発明の効果〕 熱交換管の屈曲数が少ないので、作動液の流動が屈曲部
で妨げられず、また熱交換管の全長が短いので圧力損失
も少ないため、氷蓄熱時の結氷が均一に行われ、熱交換
効率が高い。そして蛇行管の製作も容易となるため、本
発明のヒートサイフォン式熱交換器熱交換器は製作に要
する手間が少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるヒートサイフォン式熱交換器熱交
換器の一実施例により構成した氷蓄熱装置の断面図、第
２図および第３図は他の実施例により構成した氷蓄熱装
置の断面図、第４図および第５図は他の実施例により構
成した蓄冷装置の説明図、第６図は従来のヒートサイフ
ォン式熱交換器熱交換器の断面図である。 符号の説明 ニー−−熱交換管　　　　２−〜〜〜−−−−−上部鞘
管３−−−−−−−上部伝熱管　　　４−−−−−−−
一−下部鞘管５−−−−−−下部伝熱管 ６−−−−−−−−ヒートパイプ作動液■ 水槽　　　　　　７　ａ　−−−−−水冷媒　　　　　
　８　ａ　−一−−−−冷媒蒸気１．１２．１３−〜−
−−−−−−−〜−−−−−−−熱交換管の部分１　ａ
、　　１２　ａ、　　１３　ａ−−−−−−−熱交換管
の蛇行部１　ｂ　、　　１２　ｃ−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−熱交換管ノ連結部２　ｂ　、　　
１３　ｂ−−−−−−−−−−−−＝−一−−−−熱交
換管の連結部１　ｃ、　　１２　ｄ、　　１３　ｃ−−
−−−−−熱交換管の下端１．２２．２３−〜＝−−−
−−−＝−−−−−−−上部鞘管の区画０−＝−−−−
一熱交換器　　　４１〜−一−−−−−＝−熱交換管２
−−−−−−−−一連通管 １　、　９２　、　９３−−一〜−−−一連通管４−・
−・一連結管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷房時に作動液を凝縮させる上部鞘管、および前
   記上部鞘管に連結され作動液を通す熱交換管から成るヒ
   ートサイフォン式熱交換器において、前記熱交換管は少
   なくとも２の、それぞれ端が前記上部鞘管に接続された
   蛇行管から成り、前記蛇行管から成る熱交換管は、前記
   上部鞘管と前記上部鞘管に平行で前記熱交換管と交わら
   ない直線との間を、それらに両端で交わらない線分で分
   割した少なくとも２の領域に、それぞれ配されているこ
   とを特徴とする、ヒートサイフォン式熱交換器。
2. （２）２以上の前記上部鞘管を具え、前記２以上の上部
   鞘管にそれぞれ一端において接続された前記蛇行管から
   成る熱交換管が、それぞれ他端において互いに直接また
   は連通管を介して連結されている、請求項第１項のヒー
   トサイフォン式熱交換器。
3. （３）冷房時に作動液を凝縮させる上部鞘管、暖房時に
   作動液を蒸発させる下部鞘管、および前記上部鞘管と前
   記下部鞘管を連通して作動液を通す熱交換管から成るヒ
   ートサイフォン式熱交換器において、 前記熱交換管は少なくとも２の、それぞれ両端が前記上
   部鞘管と前記下部鞘管に接続された蛇行管から成り、 前記蛇行管から成る熱交換管は、前記上部鞘管と前記下
   部鞘管の間をそれらに両端で交わらない線分で分割した
   少なくとも２の領域に、それぞれ配されていることを特
   徴とする、ヒートサイフォン式熱交換器。