JPH0428993B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の技術分野＞ この発明は、熱伝達装置、特に管路内に封入し
た作動流体の液と蒸気との相変化を利用して、受
熱部で吸収した熱を放熱部に熱輸送して発散させ
るようにした熱伝達装置に関するものである。

＜従来技術＞ 第１図は従来のこの種の熱伝達装置の構成の概
要を示す系統図である。図において、１は装置の
比較的上部に配置された受熱部、２はこの受熱部
１の下方であつて装置の下部に配置された放熱
部、３は受熱部１の上方に設けられたアキユムレ
ータ（蓄液器）、４はアキユムレータ３と受熱部
１との間に設けられた受液器、５は受液器４とア
キユムレータ３との間を連通させて内部の圧力を
バランスさせる連通管、６は連通管５の途中に設
けられた開閉弁で、受液器４と連通する液面上に
浮上するように設けられたフロート７および連通
管５に接続開口した弁座８を有する。９はアキユ
ムレータ３から受液器４に向かつてのみ液が流れ
るように配置された逆止弁、１０は受液器４内に
設けられたサイフオンで、所定量以上の液が溜ま
つた場合に上記液を器外に排出するようになつて
いる。

１１は受液器４と受熱部１の低部間を連結する
液管、１２は受液器４の上部と受熱部１の上部と
を連結する蒸気管、１３Ａは受液器４の上部と放
熱部２の一端とを連結する管路、１３Ｂは放熱部
２の他部とアキユムレータ３とを連結する管路、
１３Ｃはアキユムレータ３の底部と逆止弁９とを
連結する管路、１３Ｄは逆止弁９と受液器４の上
部とを連結する管路であり、このようにして各管
路１３Ａ〜１３Ｄはループ（閉管路）を形成し、
アキユムレータ３を含む管路内に熱輸送媒体とし
てのフロン、メチルアルコール等の凝縮性液体で
ある作動流体１４が適量だけ封入されるととも
に、始動時には、アキユムレータ３の上部以外の
管路内に液体状の作動流体１４が満たされた状態
になる。なお、以下この液体状の作動流体１４を
液１４Ａと呼び、これに対し、気体状の作動流体
１４を蒸気１４Ｂと呼ぶことにする。１５は送風
フアンである。

以上のように構成された従来装置の動作は次の
とおりである。

まず、受熱部１に熱が供給されると、この受熱
部１における液１４Ａが与えられた温度に対応す
る高圧の蒸気１４Ｂを発生し、受熱部１とアキユ
ムレータ３との間に圧力差を生じ、受熱部１の方
が高圧となるため、管路１３Ａ、放熱部２，管路
１３Ｂにある液１４Ａがアキユムレータ３内に流
れ込み、このアキユムレータ３の圧力を除々に高
めることとなる。

次いで、受熱部１で発生した蒸気１４Ｂは、蒸
気管１２を通つて受液器４に流れ、受液器４から
管路１３Ａを通つて放熱部２に達して冷却され、
凝縮熱を放出して液化するために、これが受熱部
温度と放熱部温度とに規制されることになり、結
果的には、受熱部１、管路１３Ａおよび放熱部２
の蒸気１４Ｂの圧力は、この受熱部温度と放熱部
温度との中間程度の温度に相当した飽和蒸気圧と
なり、したがつて受熱部１で液１４Ａの蒸発が行
われている間、アキユムレータ３の圧力もほぼこ
の圧力に維持される。

この状態で受熱部１に発生した蒸気１４Ｂが放
熱部２に達して再び液化される動作により、受熱
部１での熱が放熱部２に熱輸送されることにな
る。この場合、受液器４が受熱部１よりも上方に
あり、液管１１と蒸気管１２で連結されているの
で、液体は受液器４から液管１１を経て受熱部１
に流れ、受熱部１で熱を受けて蒸発し、蒸発した
蒸気１４Ｂは蒸気管１２を通つて受液器４内に還
流し、受液器４から管路１３Ａを経由して放熱部
２へ流れることになる。

したがつて受液器４に液１４Ａがある限り、受
熱部１は液１４Ａで満たされており、受熱部１か
ら放熱部２へ熱輸送が行われるにしたがつて、受
液器４内の液面は低下してくることになる。この
場合、受液器４内の液面が開閉弁６の弁座８より
も高い位置にある間は、液１４Ａの浮力の作用に
より、フロート７が弁座８を押しつけられ、開閉
弁６を閉じることになる。その結果、受液器４内
の蒸気１４Ｂはすべて、放熱部２へ流れ、熱輸送
が行われる。

受液器４内の液が熱輸送の結果消費されて、次
第に液面が低下し、弁座８の位置以下に低下する
と、フロート７も液面の低下とともに低下し、弁
座８から難れ、開閉弁６は開放状態となる。その
ため受液器４内の蒸気１４Ｂはアキユムレータ３
に流入し、受液器４とアキユムレータ３の蒸気相
は均圧されることになる。この場合、アキユムレ
ータ３が受液器４より上方に置かれているため、
重力の作用により、アキユムレータ３から逆止弁
９を通つて受液器４に液１４Ａが還流してくる
が、受液器４内に設けられたサイフオン１０の作
用により、受液器４の液面は上昇することがな
く、したがつて、ある一定量の液１４Ａが流入す
ることが可能となる。液１４Ａがアキユムレータ
３から受液器４に流入している間は、受液器４か
らの熱が連通管５を通じての蒸気流により、アキ
ユムレータ３に流れ、アキユムレータ３の圧力が
多少上昇することになるが、サイフオン１０を使
用することによつて、多量の液を一度に流入させ
ることが可能となるため、開閉弁６が閉じている
時間を長くすることができ、開閉弁６を開いてい
る時間に生じた圧力の上昇の影響を小さくするこ
とができるばかりでなく、開閉弁６の開閉の頻度
も少なくなるため、開閉弁６の耐久性も増加する
ことになる。

所定量の液１４Ａが受液器４内に流入し、サイ
フオン１０から液１４Ａが排出されると、再び液
面が上昇し、開閉弁６が閉じ、最初の状態に戻
り、受熱部１から放熱部２への熱輸送が行われる
ことになる。

以上の動作の繰返しにより、受熱部１から放熱
部２へ熱輸送が行われる。

従来の熱伝達装置は以上のように構成されてい
るので、開閉弁６が開放状態のとき、受液器４内
の蒸気１４Ｂは連通管５を通つてアキユムレータ
３に流れ込み、その結果、放熱部２への蒸気流が
減少することになる。即ち、開閉弁６が開の間、
受熱部１から放熱部２への熱輸送量が減少或いは
停止し、熱輸送に時間的脈動が生じるという欠点
を有していた。

また、受熱部１で発生した蒸気の大部分が連通
管５を流れるので、連通管５での圧力損失が大き
く、受液器４とアキユムレータ３の均圧が行なわ
れにくいという欠点もあつた。

＜発明の概要＞ そこで、本発明は以上のような従来の実情に鑑
み、アキユムレータを２つ使用することにより、
熱輸送の脈動がなく、信頼性の大きい熱輸送装置
を提供することを目的としている。

即ち、本発明は、管路内部に封入した熱輸送媒
体としての凝縮性作動流体の循環によつて受熱部
から放熱部へ熱輸送を行なう熱伝達装置におい
て、前記受熱部より上方位置に２つのアキユムレ
ータを配設し、該２つのアキユムレータ夫々の下
部空間と前記受熱部の入口部とを、２つのアキユ
ムレータ夫々の上部空間と受熱部の出口部とを、
夫々管路を介して連通すると共に一方のアキユム
レータ上部空間と前記放熱部の一側流通口とを、
他方のアキユムレータ上部空間と該放熱部の他側
流通口とを、夫々管路を介して連通する一方、前
記放熱部で凝縮された作動流体を一方のアキユム
レータに流入させると共に他方のアキユムレータ
内にある流体を受熱部に還流させる動作をアキユ
ムレータ毎交互に行わせしめる手段を設けた熱伝
達装置である。

＜発明の実施例＞ 以下、本発明の実施例を第２図及び第３図に基
づいて説明する。

尚、第２図において、第１図と同一要素のもの
には同一符合を付して説明を簡単にする。

第２図において、２１，２２は受熱部１の上方
に配設された第１及び第２のアキユムレータであ
る。この２つのアキユムレータ２１，２２の下部
空間は夫々管路２３，２４を介して受熱部１の入
口部即ち液管１１に連通接続される。又、２つの
アキユムレータ２１，２２の上部空間は夫々管路
２９，３０を介して受熱部１の出口部即ち蒸気管
１２に連通接続される。更に、一方のアキユムレ
ータ２１の上部空間は管路３１を介して放熱部２
の一側流通口に、他方のアキユムレータ２２の上
部空間は管路３２を介して放熱部２の他側流通口
に、夫々連通接続される。２７及び２８は管路２
９及び３０に夫々介装された開閉手段としての第
１及び第２の開閉弁、２５及び２６は管路２３及
び２４に夫々介装されてアキユムレータ２１，２
２から受熱部２へ向つてのみ流体が流れる第１及
び第２の逆止弁である。

かかる構成の熱伝達装置においては、第１図に
示したような受液器４、開閉弁６及びサイフオン
１０がない。

尚、前記第１の開閉弁２７と第２の開閉弁２８
の開閉は交互に行なわれ、両者が同時に開或いは
閉となることがないようになつている。

次にかかる熱伝達装置の作用について説明す
る。

図は第１の開閉弁２７が開、第２の開閉弁２８
が閉の状態での蒸気流を点線矢印で、液流を実線
矢印で示している。この場合、受熱部１と第１の
アキユムレータ２１は開状態にある第１の開閉弁
２７によつて連通状態にあるため、第１のアキユ
ムレータ２１内の液体は重力の作用で、第１の逆
止弁２５を通つて受熱部１に流入し、熱を受けて
蒸発する。蒸発した蒸気は蒸気管１２、第１の開
閉弁２７及び配管２９を通つて、第１のアキユム
レータ２１に流入し、気液分離した後配管３１を
通つて放熱部２に流れ、ここで冷却されて凝縮液
化されると共に熱を放出する。液化された液体
は、蒸気流に押し出されて配管３２を通つて第２
のアキユムレータ２２へ流入し、溜り込む。この
時、第２の開閉弁２８は閉になつており、受熱部
１から直接第２のアキユムレータ２２へ蒸気が流
入することがなく、受熱部１での蒸発熱量は全て
放熱部２へ流れることになる。

次に、第１のアキユムレータ２１内の流量があ
る程度減少した時点で開閉弁２７，２８の開閉を
切り換え、第１の開閉弁２７を閉、第２の開閉弁
２８を開にすると、全く逆の蒸気流、液流が生
じ、第２のアキユムレータ２２からの液は受熱部
１で蒸発した後、管路３２を通つて放熱部２へ流
れ、熱を放出し、液化する。液化した液体は配管
３１を逆流して第１のアキユムレータ２１へ溜り
込むことになる。次に、両開閉弁２７，２８の開
閉を切り換えると再び元の状態に戻る。

以上のように第１及び第２の開閉弁２７，２８
の切り換えで、第１及び第２のアキユムレータ２
１，２２間の液移動を行なわせることにより、受
熱部１から放熱部２への熱輸送を連続的に行なわ
せ、熱輸送の脈動を小さくし、熱輸送効率を増大
させることができる。

従つて、第１及び第２の逆止弁２３，２４と開
閉手段としての第１及び第２の開閉弁２７，２８
によつて、放熱部で凝縮された作動流体を一方の
アキユムレータに流入させると共に他方のアキユ
ムレータ内にある流体を受熱部に還流させる動作
をアキユムレータ毎交互に行わせしめる本発明の
対象とする手段が構成される。

尚、以上説明した実施例においては、管路２
９，３０の開閉手段として、開閉弁２７，２８を
適用したが、両管路２９，３０の合流部に介装し
た３方弁によつて構成しても良い。又、第１及び
第２の逆止弁２５，２６のかわりに、第１及び第
２の開閉弁２７，２８と夫々同期して開閉される
開閉弁を管路２３，２４に介装しても良いことは
勿論である。

更に、第１及び第２の開閉弁２７，２８の開閉
或いは上述の３方弁の切り換えは、タイムスイツ
チ等により一定周期で行わせるようにするか、ア
キユムレータ２１，２２内の液面を検知して行う
ようにすると良い。

この液面検知の手段としては第３図に示すよう
なフロート弁４１を用いるのが良い。

即ち、このフロート弁４１は第２図中第１のア
キユムレータ２１と第１の開閉弁２７とを組み合
わせたもので、内側が２重管構造となつており、
配管３１から流入した液は、一度外側容器４２に
溜り、所定量溜ると、サイフオン４３の動きで外
側容器４２内の液体が内側容器４４内に流入し、
フロート４５を押し上げる構成となつている。そ
して、フロート４５が浮くと、弁４６が開にな
り、配管２７からの蒸気は、容器４４，４２内を
通つて配管３１から流出すると同時に内側容器４
４内の液は、配管２３を通つて流出する。この結
果、第２図で示したアキユムレータと開閉弁の作
用をもつことになる。

フロート弁４１を使用した場合、アキユムレー
タ２１，２２内の液が完全になくなる前に弁４６
が閉になるので、受熱部１内が液不足となること
がなく、受熱部１の過熱が防止でき、装置の信頼
性、熱輸送効率が増大する効果が得られることに
なる。

＜発明の効果＞ 以上説明したように本発明によれば、アキユム
レータを２つ設け、該アキユムレータから交互に
受熱部へ作動流体が還流するよう構成したことに
より、熱輸送の脈動を小さなものとでき、熱輸送
の効率を向上して、信頼性の高い装置が得られる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱伝達装置の一例を示す概略
図、第２図は本発明に係る熱伝達装置の一実施例
を示す概略図、第３図はフロート弁の一例を示す
縦断面図である。 １……受熱部、２……放熱部、２１，２２……
アキユムレータ、２３，２４，２９，３０……管
路、２５，２６……逆止弁、２７，２８……開閉
弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管路内部に封入した熱輸送媒体としての凝縮
   性作動流体の循環によつて受熱部から放熱部へ熱
   輸送を行なう熱伝達装置において、前記受熱部よ
   り上方位置に２つのアキユムレータを配設し、該
   ２つのアキユムレータ夫々の下部空間と前記受熱
   部の入口部とを、２つのアキユムレータ夫々の上
   部空間と受熱部の出口部とを、夫々管路を介して
   連通すると共に一方のアキユムレータ上部空間と
   前記放熱部の一側流通口とを、他方のアキユムレ
   ータ上部空間と該放熱部の他側流通口とを、夫々
   管路を介して連通する一方、前記放熱部で凝縮さ
   れた作動流体を一方のアキユムレータに流入させ
   ると共に他方のアキユムレータ内にある流体を受
   熱部に還流させる動作をアキユムレータ毎交互に
   行わせしめる手段を設けたことを特徴とする熱伝
   達装置。 ２ 前記手段は、アキユムレータ内下部空間と受
   熱部とを、アキユムレータ内上部空間と受熱部と
   を、夫々連通する管路を夫々選択的に開閉する開
   閉手段からなる特許請求の範囲第１項記載の熱伝
   達装置。 ３ 開閉手段は、各管路に介装された開閉弁から
   なり同一のアキユムレータ側の２つの開閉弁の開
   閉は同じ状態に行われ、かつ一方のアキユムレー
   タ側の２つの開閉弁の開閉と他方のアキユムレー
   タ側の開閉弁の開閉とは逆の状態となるように構
   成されてなる特許請求の範囲第２項記載の熱伝達
   装置。 ４ 開閉手段は、アキユムレータと受熱部間の管
   路の合流部に介装された３方弁からなる特許請求
   の範囲第２項記載の熱伝達装置。 ５ 前記手段は、アキユムレータ内下部空間と受
   熱部とを連通する管路に夫々介装されて、該アキ
   ユムレータから受熱部へ向つてのみ流体が流れる
   逆止弁と、アキユムレータ内上部空間と受熱部と
   を連通する管路を夫々選択的に開閉する開閉手段
   と、からなる特許請求の範囲第１項記載の熱伝達
   装置。