JPH0336495A - ヒートパイプ式熱交換装置 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、例えば自動車の排熱ないし工業的な排熱等
を利用して暖房等を行うのに使用されるヒートパイプ式
熱交換装置に関する。

従来の技術 この種のヒートパイプ式熱交換装置は、例えばこれを自
動車用等の暖房装置に適用する場合、エンジン側からの
排気ガス、冷却水等を熱源として、該熱源となる加熱流
体の流通系にヒートパイプの一端蒸発部を配置し、他方
の凝縮部を、上記系からの熱を有効利用するための被加
熱流体、即ち暖房用空気の流通系内に配置して、上記両
系間で熱交換を行わせるものとなされている。

ところが、実際上、暖房装置は、外気温等との関係でし
ばしばその作動を停止させる必要があるのに対し、熱源
となる加熱流体はこれを止めてしまうことはできない。

このため、例えば、暖房用空気の送風ファンを停止して
暖房装置の運転を停止した場合、ヒートパイプの凝縮部
側での放熱量が減少し、作動流体の凝縮作用がはとんど
停止されるのに対し、蒸発部側では加熱流体によって作
動流体の蒸発が継続する結果を生じ、何らの対策を講じ
ないときには、ヒートパイプ内の異常な内圧上昇を生じ
、甚だしくはヒートパイププの破裂を招くというような
危険性がある。

そこで、このような危険防止のための安全対策をして、
従来では一般に、蒸発部の配置される加熱用流体の流通
路に蒸発部を迂回するバイパス通路を設け、バルブの操
作により、加熱用流体が蒸発部を流通する状態と、バイ
パス通路を流通する状態との間で切替えをなしうる構成
となし、これにより、暖房を停止させるときはファンを
ＯＦＦにすると共に、加熱用流体のすべてをバイパス通
路を流通せしめるものとして、ヒートパイプに高温の加
熱流体が直接関与しないようにする方式が採られていた
。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来の上記のような方式によるときは、
加熱用流体のすべてを迂回させる必要があるためバイパ
ス通路を加熱用流体の流通路と同じ大きなものにしなけ
ればならず、またそのため加熱用流体の流れ方向を制御
するパルプも大型化し、その結果、設備ないし装置が大
掛かりなものとなり、かつコストが高いものになるとい
う問題があった。

この発明は、上記のような従来の問題点に檻み、コンテ
ナに内圧増大による過負荷がか＼るのを確実に防止でき
、もってコンテナに破裂等の不具合が発生するのを回避
することができ、しかもこれをコンパクトな構造で、か
つ低コストにて実現しうるヒートパイプ式熱交換装置を
提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するため、この発明は、熱源となる加熱
用流体の流通系と、該系から取り出した熱を有効利用す
るための被加熱流体の流通系との間に跨って配置された
ヒートパイプを介して上記両系間で熱交換を行うように
なされたヒートパイプ式熱交換装置において、前記ヒー
トパイプのコンテナに内圧増大に伴う過負荷がかかるの
を防止すべく該コンテナ内の作動流体を逃出させて貯溜
する作動流体貯溜槽が、コンテナの一部から連通接続管
を介して分離独立状態に設けられると共に、該貯溜槽に
該槽内の貯溜作動流体を、ヒートパイプ作動時において
必要量強制戻帰せしめる戻帰手段が具備されてなること
を特徴とするヒートパイプ式熱交換装置を要旨とする。

作用 上記の構成では、ヒートパイプを作動させる時、即ち加
熱用流体の流通系と被加熱流体の流通系との間で熱交換
を行う時には、戻帰手段により、作動流体貯溜槽内の貯
溜作動流体をヒートパイプ側に強制戻帰せしめることに
よってその通常運転を可能とする。一方、加熱用流体か
らヒートパイプに熱伝達がなされつ〜もヒートパイプか
ら被加熱流体の流通系に放熱がなされない時には、戻帰
手段の機能を解除するここによって、コンテナ内の作動
流体が貯溜槽に逃出され、コンテナに内圧増大による過
負荷がか＼るのが防止される。

実施例 以下に、この発明のヒートパイプ式熱交換装置をエンジ
ンの排気ガスの熱を利用して車内暖房を行う自動車用暖
房装置に適用した実施例について、図面を参照りつ〜説
明する。

第１図に示される自動車用暖房装置（１）において、（
６）は熱源となる加熱用流体の流通系としての排気ガス
の流通する排気ガス流通管、（７）は被加熱流体の流通
系としての空気吹出用ダクトである。また、（２）はヒ
ートパイプであって、これは、蒸発部（３）と、放熱部
（４）と、両者を接続する工ないし複数本の連通管部（
５）とを有する。蒸発部（３）は排気ガ排気ガス流通管
（６）内に配置されている。

また、放熱部（４）は空気吹出用ダクト（７）に配置さ
れている。空気吹出用ダクト（７〉には、更に通風のた
めの送風ファン（８）が配置されている。従って、矢印
Ａで示されるように、流通管（６）を高温状態の排気ガ
スが流通し、かつ送風ファン（８）が作動している状態
では、ヒートパイプ（２）のコンテナ内の蒸発部（３）
対応部分に位置している作動流体が活発に蒸発され、そ
れが連通管部（５）を介して放熱部（４）側に送られる
。そして、放熱部（４）では、送風ファン（８）による
冷却作用で作動流体の凝縮が行なわれ、それが同じく連
通管部（５）を介して蒸発部（３）に送られる。この繰
返しにより、排気ガス流通管（６）を流通する高温状態
の排気ガスと、空気吹出用ダクト（７）を流通する空気
との間で熱交換が行なわれ、室内に温風が吹出されるも
のとなる。

そして、この装置（１）では、送風ファン（８）の作動
停止による放熱部（４）での凝縮作用の低下に起因して
ヒートパイプ（２）のコンテナに内圧上昇に伴う過負荷
がかかるのを防止すべく、該コンテナ内の作動流体を逃
出させて貯溜する好ましくは断熱構造の密閉筒状の作動
流体貯溜槽（９）が、コンテナの蒸発部（３）の連通管
部（５）寄りの下方位置において、連通接続管（１０）
を介してコンテナとは分離独立の状態に設けられている
。なお、この連通接続管（ｌＯ）は細管であるのが好ま
しい。そして、核種（９）内に逃出した貯溜作動流体（
１４）を強制戻帰せしめる戻帰手段（１１）として、次
のような構成を採用している。即ち、貯溜槽（９）内に
ピストン（１２）が摺接状態に配置され、このピストン
（１２）をシリンダー（１３）の作動で移動し、貯溜槽
（９）内の容積を変化させうるちのとなされている。

上記構成の自動車用暖房装置（１）で暖房運転を行う場
合は、送風ファン（８）を作動すると共に、シリンダ（
１３）を作動してピストン（１２）を図面仮想線で示す
進出位置に移行させ貯溜槽（９）内の容積を減少させる
。これにより、貯溜槽（９）内の作動流体（１４）は、
ヒートパイプ（２）のコンテナ内に戻帰されて、暖房運
転に供さ・れる。一方、暖房運転を停止する場合には、
送風ファン（８）を停止すると共に、シリンダ（１３）
を作動してピストン（１２）を図面実線で示す後退位置
に移行させ、貯溜槽（９）内の容積を増加させる。する
と、ヒートパイプ（２）のコンテナ内の液化状態ないし
気化状態の作動流体は、連通接続管（ｌＯ）を介して貯
溜槽（９）内に逃出する。なお、気化状態のまま逃出し
た作動流体は、貯溜槽（９）内で凝縮し液化状態となっ
て貯溜される。その結果、ヒートパイプ（２）のコンテ
ナ内の作動流体の量が減少され、排気ガス流通管（６）
内に排気ガスが流通している状態においても、ヒートパ
イプ（２）のコンテナの内圧が上昇することはない。

なお、シリンダー（１３）の制御方式として、シリンダ
ー（１３）を独立して作動させる方式の他、送風ファン
（８）のＯＮ、ＯＦＦを検知して、その検知信号に応答
して作動する方式や、あるいは排気ガス流通管（６）内
の温度を検知してその検知信号に応答して作動する方式
、更にはこれらを組合せた方式等、種々の方式をとるこ
とができる。また、ピストン（１２）の貯溜槽（９）内
における位置を制御することにより、ヒートパイプ（２
）のコンテナ内における作動流体の量を調節し、暖房熱
量の調節を行うようにしてもよい。また、上記のような
ピストン・シリンダ方式にかえ、ポンプ方式を採用して
もよい。

１２図に示される自動車用暖房装置（１９）は、戻帰手
段（２０）として、ヒーター（２１）を採用したもので
ある。即ち、作動流体貯溜槽（９）にはヒーター（２１
）が装備されている。なお、この場合、蒸発部（３）と
貯溜槽（９）とを連通接続する管（２２）として、特に
細管を使用するのが好ましい。

この自動車用暖房装置（１９）で暖房運転を行う場合に
は、送風ファン（８）を作動させると共に、ヒーター（
２１）を加熱する。すると、貯溜槽（９）内の作動流体
はヒーター（２１）に加熱されて蒸発し、コンテナとの
内圧差により連通接続管（２２）を介してヒートパイプ
（２）のコンテナ内に戻帰される。その際、連通接続管
（２２）が上記のように細管に構成されることにより、
コンテナ内に戻帰した作動流体が貯溜槽（９）内に逃出
しにくいものとなるのはもとより、連通接続管（２２）
からコンテナ内に戻帰される作動流体が噴出状態に戻帰
されるものとなることにより作動流体が貯溜槽（９）に
逃出しにくいものとなる。一方、暖房運転を停止する場
合には、送風ファン（８）を停止すると共に、ヒーター
（２１）を切る。すると、液化状態ないし気化状態の作
動流体が貯溜槽（９）内に逃出する。なお、気化状態に
ある作動流体は貯溜槽（９）内で凝縮して液化状態とな
って貯溜される。その結果、ヒートパイプ（２）のコン
テナ内の作動流体の量が減少され、上記実施例と同様に
排気ガス流通管（６）内に排気ガスを流通させたままで
も、ヒートパイプ（２）のコンテナの内圧が上昇するこ
とはない。

第３図に示される自動車用暖房装置（２４）は、戻帰手
段（２５）として、排気ガス流通管（６）に、蒸発部（
３）の前後をバイパスするバイパス管（２Ｂ）を設けて
このバイパス管（２６）の中間部を貯溜槽（９）に装着
すると共に、バイパス管（２Ｂ）の入口部及び出口部に
それぞれ開閉バルブ（２７）　　（２７）を設けたもの
を採用している。なお、バルブ（２７）の個数、配置位
置は、排気ガスがバイパス管（２Ｂ）を流通する状態と
、バイパス管（２６）への流入を阻止する状態との間で
の切替えが可能なものであれば、上記以外の個数、配置
位置を採用することもできる。

この自動車用暖房装置（２４）で暖房運転を行う場合に
は、送風ファン（８）を作動させると共に、バルブ（２
７）　　（２７）を開き、排気ガスの一部をバイパス管
（２６）に迂回させる。すると、貯溜槽（９）が加熱さ
れ、作動流体は蒸発してヒートパイプ（２）のコンテナ
内に流入する。

一方、暖房運転を停止する場合には、送風ファン（８）
を停止すると共に、バルブ（２７）　　（２７）を閉じ
、バイパス管（２Ｂ）内を排気ガスが流通しないように
する。これにより、液化状態ないし気化状態の作動流体
が貯溜槽（９）内に逃出し、ヒートパイプ（２）のコン
テナに内圧増大による過負荷がかかるのが防止される。

この実施例のように、排熱を利用して、作動流体を貯溜
槽（９）からヒートパイプ（２）のコンテナに戻帰させ
るものとすることにより、装置におけるエネルギーロス
をなくすことができ、かつ排熱の一層有効な利用を図る
ことができる。

なお、上記各実施例にか＼る自動車用暖房装置では、熱
源となる加熱流体として排気ガスを採用したものについ
て説明しているが、その他、ラジェータとエンジンとの
間を循環する温水等を加熱流体として採用することもで
きる。また、この発明のヒートパイプ式熱交換装置は自
動車用暖房装置の他、工業的な排気ガス、排液等を利用
した室内暖房装置等にも適用することができる。また、
作動流体貯溜１　（９）は、コンテナの連通管部（５）
あるいは放熱部（４）に接続されるものとしてもよく、
その配置高さもヒートパイプ（２）のコンテナの高さと
同等ないしそれよりも高い位置に配置するものとしても
よい。即ち、気化状態にある作動流体を貯溜槽（９）に
逃出せしめ、もって該構内で凝縮復液させて作動流体を
貯溜させるものとしても良い。

発明の効果 上記の次第で、この発明のヒートパイプ式熱交換装置は
、ヒートパイプのコンテナに内圧増大に伴う過負荷がか
かるのを防止すべく該コンテナ内の作動流体を逃出させ
て貯溜する作動流体貯溜槽が、コンテナの一部から連通
接続管を介して分離独立状態に設けられると共に、該貯
溜槽に該槽内の貯溜作動流体を１、ヒートパイプ作動時
において必要量強制戻帰せしめる戻帰手段が具備されて
なる構成を有することにより、加熱用流体からヒートパ
イプに継続的な熱伝達がなされつ〜もヒートパイプから
被加熱流体の流通系への放熱が停止されあるいは著しく
減少された場合にあっても、戻帰手段の機能を解除する
ことにより、コンテナ内の作動流体を貯溜槽に逃出させ
ることによって、コンテナに内圧増大による過負荷がか
かるのが防止され、コンテナに破裂等の不具合が発生す
るのを防止できる。しかも、従来のように、加熱用流体
のすべてを迂回させる大きなバイパス通路を設けかつ大
型のバルブを使用するような場合に比べ、設備ないし装
置のコンパクト化を図ることができ、かつコストダウン
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のヒートパイプ式熱交換装置の一実施
例を概略的に示す全体構成図、第２図はこの発明の他の
実施例を概略的に示す全体構成図、第３図はこの発明の
更に他の実施例を概略的に示す全体構成図である。 （１）　　（１９）　　（２４）・・・自動車用暖房装
置（ヒートパイプ式熱交換装置）、（２）・・・ヒート
パイプ、（６）・・・排気ガス流通管（加熱用流体の流
通系）、（７）・・・空気吹出用ダクト（被加熱流体の
流通系）、（９）・・・作動流体貯溜槽、（１０）　　
（２２）・・・連通接続管、（１１）　　（２０）　　
（２５）・・・戻帰手段。 円　　　ト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱源となる加熱用流体の流通系と、該系から取り出した
   熱を有効利用するための被加熱流体の流通系との間に跨
   って配置されたヒートパイプを介して上記両系間で熱交
   換を行うようになされたヒートパイプ式熱交換装置にお
   いて、前記ヒートパイプのコンテナに内圧増大に伴う過
   負荷がかかるのを防止すべく該コンテナ内の作動流体を
   逃出させて貯溜する作動流体貯溜槽が、コンテナの一部
   から連通接続管を介して分離独立状態に設けられると共
   に、該貯溜槽に該槽内の貯溜作動流体を、ヒートパイプ
   作動時において必要量強制戻帰せしめる戻帰手段が具備
   されてなることを特徴とするヒートパイプ式熱交換装置
   。