JPH0445392A - ループ型ヒートパイプ式熱交換器 - 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、給湯装置等に利用されるループ型ヒートパイ
プ式熱交換装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種のループ型ヒートパイプ式熱交換装置とし
ては、特開昭６２−１８２５９３号公報に示されるもの
が知られている。これは、密閉された循環管路と、該循
環管路内に封入され蒸発及び凝縮可能な伝熱流体と、前
記循環管路に配設され外部からの入熱により前記作動流
体を蒸発させる蒸発部と、前記循環管路の前記蒸発部よ
り高い位置に配設され前記蒸発部で蒸発された前記伝熱
流体と外部からの被伝熱流体との間で熱交換を行う凝縮
部と、該凝縮部から前記蒸発部へ至る間の前記循環管路
に配設され前記伝熱流体の前記凝縮部から前記蒸発部へ
の流量を調整する制御弁とを有し、凝縮部は、上ヘッダ
ーと下ヘッダーとを複数の直管により連結して伝熱流体
が流れる第１通路を形成し、この第１通路回りに被伝熱
流体が流れる第２通路を形成したいわゆる縦多管ヘッダ
ー型とよばれるものであった。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記したループ型ヒートパイプ式熱交換器であ
ると、凝縮部は、上ヘッダーと下ヘッダーとを複数の直
管により連結するため、溶接箇所が複雑で且つ多く、製
作工数及びコストにおいて不利なものとあり、製作上の
難点が多いものであった。

故に、本発明は、製作しやすい凝縮部とすることを、そ
の発明の技術的課題とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記技術的課題を解決するために本考案において講じた
技術的手段は、凝縮部を、内筒体と外筒体とから構成さ
れその間に伝熱流体が流入する第１通路が形成された長
手方向が高さ方向となる環状蒸気胴体と、該環状蒸気胴
体を包囲するように配設され前記外筒体との間及び前記
内筒体内部に被伝熱流体が流入する第２通路が形成され
た長手方向が高さ方向となる筒体と、前記環状胴体の上
方に形成され前記第１通路と蒸発部から前記凝縮部へ至
る間の循環管路とを連通ずる蒸気流入口と、前記環状胴
体の下方に形成され前記第１通路と前記凝縮部から前記
蒸発部へ至る間の循環管路とを連通ずる凝縮液排出口と
を有して構成したことである。

（作用） 上記技術的手段は次のように作用する。凝縮部は、内筒
体、外筒体及び筒体の組合わせにより構成される。これ
により、溶接箇所が少なく且つ容易な溶接となるため、
製作がしやすくなり、製作工数及びコストにおいて有利
なものとなる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図に示されるように、給湯システム１は、蒸発部１
０と蒸発部１０より上部に配設された凝縮部２０とを有
し、蒸発部１０と凝縮部２０とを内部に伝熱流体である
作動流体が封入されたヒートパイプ２により閉ループを
形成して連結すると共に被伝熱流体である給水の給水圧
源３を配管４により凝縮部２０を循環させて出湯口５に
連結し且つ給水圧源３を配管４の給水管路４ｂより分岐
したバイパス管路４Ｃを介して配管４の出湯管路４ａに
連結して構成している。ヒートパイプ２の凝縮部２−０
から蒸発部１０へ至る凝縮管路２ａには作動流体の凝縮
部２０から蒸発部ｌＯへの流量を給水温度、出湯温度及
び蒸気温度等に基づいて調整する流量調節弁６が配設さ
れ、配管４の出湯管路４ａとバイパス管路４ｃとの連結
部には凝縮部２０から出湯口５へ流れる高温給水とバイ
パス管路４Ｃから出湯口５へ流れる低温給水との金剛に
より出湯温度を調整するサーモスタット式自動弁又はニ
バルブ式手動弁等の混合弁７が配設されている。

上記した構成により、流量調節弁６により流量調節され
た作動流体が蒸発部１０にて気化して高温の蒸気となっ
てヒートパイプ２の蒸発部１０から凝縮部２０へ至る蒸
気管路２ｂを介して凝縮部２０に流入し、この凝縮部２
０にて給水管路４ｂを介して流入する給水と熱交換を行
うと共に作動流体が凝縮して液化する。この後、高温と
なった給水は出湯管路４ａを介して混合弁７へと導かれ
て混合弁７により適温に調節されて出湯口５より出湯さ
れ、作動流体は排水管路２ａを介して蒸発部１０に導か
れる。

次に蒸発部１０の構成について説明する。

第１図に示されるように、排水管路２ａに蒸発部入口１
８を介して連結された下ヘッダー１１と蒸気管路２ｂに
蒸発部用口１９を介して連結された上ヘッダー１２は上
下方向に延在する多数の直管１３により連結されて縦多
管ヘッダー型の蒸発熱交換器１４を構成している。この
蒸発熱交換器１４の周りには蒸発熱交換器１４と一体又
は接して金属、セラミック等の顕熱蓄熱体１５が配設さ
れており、この蓄熱体１５には深夜電力により加熱する
ように制御された電気ヒータ１６が配設されている。こ
の蒸発熱交換器１４及び蓄熱体１５は断熱体１７により
包囲されている。このように構成された蒸発部１０で、
電気ヒータ１６により加熱され蓄熱体１５からの伝熱に
より作動流体を高温の蒸気とする。

次に凝縮部２０について説明する。

第１図及び第２図に示されるように、凝縮部２０は、ヒ
ートパイプ２と連通し作動流体が流入する凝縮スペース
２１を形成する胴体２２（第３図示）と、配管４と連通
し給水が流入する水路２３゜２４を形成する筒体２５（
第５図示）とから構成される凝縮熱交換器６０となって
おり、凝縮熱交換器６０は断熱体２６により包囲されて
いる。この凝縮熱交換器６０（胴体２２及び筒体２５）
は長手方向が高さ方向となるように立設配置される。

第２図ないし第４図に示されるように、胴体２２は熱伝
導性能が良好な銅合金等により形成された内筒体２７と
、二〇内筒体２７を内包するように配設された熱伝導性
能が良好な銅合金等により形成された外筒体２８とから
構成されている。この内筒体２７と外筒体２８との間の
内筒体２７回りに凝縮スペース２１が形成され、この凝
縮スペース２１の上端部は内筒体２７と外筒体２８に接
合され一部分が開口した蓋２９により密閉されており、
下端部は内筒体２７と外筒体２８に接合され一部分が開
口したＭ２Ｏにより密閉されている。

これにより、内筒体２７と外筒体２８とはＭ２Ｏ。

３０を介して接合されることとなる。１ｉ２９の開口部
（凝縮スペース２１の上端部）には凝縮スペース２１と
連通し且つヒートパイプ２の蒸気管路２ｂと連通ずる蒸
気流入口３２が内筒体２７及び外筒体２８に接合されて
配設されている。又、蓋３０の開口部（ｉ縮スペース２
１の下端部）には凝縮スペース２１と連通し且つヒート
パイプ２の凝縮管路２ａと連通ずる凝縮液排出口３３が
内筒体２７及び外筒体２８に接合されて配設されている
。更に、内筒体２７内径下端部は内筒体２７の下端に接
合された蓋３１により密閉されている。

第２図及び第５図に示されるように、筒体２５は外筒体
２８を内包するように配設され、外筒体２８との間の外
筒体２８回りに水路２４を形成する筒部３４と、胴体２
２の下端側に筒部３４と接合して配設され胴体２２の下
端との間に水路２４と連通する水路３５を形成する蓋部
３６とから構成されている。この蓋体３６には水路３５
と連通し且つ配管４の給水管路４ｂと連通ずる流入口３
７及び凝縮液排出口３３をガイドするスリーブ４６が夫
々接合されており、このスリーブ４６の下端には金−属
ベローズ管状の弾性封止体４７が接合されており、この
弾性封止体４７の下端は凝縮液排出口３３にその膨張伸
長を許容するように接合・封止されている。又、外筒体
２８の外周囲りにはコイル３８がスパイラル状に巻回さ
れており、筒部３４の内周と近接して水路２４をスパイ
ラル状にしている。

第２図及び第６図に示されるように、内筒体２７には円
筒形状のチューブ３９が長手方向が高さ方向となるよう
に配設されており、内筒体２７との間のチューブ３９回
りに水路２３が形成される。

このチューブ３９内には水路４０が形成されており、こ
の水路４０はチューブ３９の下端に形成された穴４１に
より水路２３と連通し、チューブ３９の上端に接合され
た排出口４２により配管４の出湯管路４ａと連通してい
る。又、チューブ３９の外回りにはフィン４３がスパイ
ラル状に巻回形成されており、内筒体２７の内周面と接
して水路２３をスパイラル状にしている。

第２図及び第４図に示されるように、胴体２２の上端側
には蓋体４４が筒体２５の筒部３４．蒸気流入口３２及
び排出口４２に接合されて配設されており、胴体２２の
上端との間に水路２３，２４と連通する水路４５が形成
されている。又、蓋３１には下方向に突出する凸部４８
が形成されており、この凸部４８と蓋体３６との間には
スプリング４９が配設される。このスプリング４９は第
４図に示される胴体２２を第５図に示される筒体２５内
に挿入し組付溶接する際の相互の長手方向位置決めの機
能を有している。

このように、凝縮部２０は、胴体２２及び筒体２５の組
み合わせにより構成されるため、従来の縦多管ヘッダー
型と比較して溶接箇所が少なく且つ容易な溶接となるた
め、製作がしやすくなり、製作工数及びコストにおいて
有利なものとするとかできる。

次に凝縮部２０の作動を給湯システム１の作動説明に合
わせて説明する。

第１図及び第２図において、高温の蒸気となった作動流
体はヒートパイプ２の蒸気管路２ｂから蒸気流入口３２
を介して凝縮スペース２１に流入すると共に低温の給水
は配管４の給水管路４ｂより流入口３７を介して水路３
５に流入し、水路２４．４５．２３の順に流れ、さらに
穴４１を介して水路４０に流入する。この時、高温蒸気
となった作動流体は低温の伝熱面（内筒体２７及び外筒
体２８の壁面）へ凝縮液化し、給水は作動流体の凝縮潜
熱を受は取り昇温しで作動流体と給水との熱交換がなさ
れる。この後、液化した作動流体（凝縮液）は凝縮スペ
ース２１の下端部に溜まり、凝縮液排出口３３より排出
されヒートパイプ２の凝縮管路２ａに流入する。又、昇
温した給水は排出口４２より排出され配管４の出湯管路
４ａ内に流入する。尚、排出口４２は凝縮熱交換器６０
の最上位に位置しており且つ前述した混合弁７が出湯管
路４ａ上に設けられて先止め構造となっているため、凝
縮熱交換器６０に貯湯機構をもたせ即出湯可能なことか
ら、給水初期出湯性能を向上させるとかできる。又、給
水の水路２３．２４での流れは、フィン４３及びコイル
３８により流路面積が狭められ且つ一方向に規制されて
スパイラル状となり高流速・乱流化されるため、伝熱面
上を流れが淀むことなく全面に渡って均一に流れる。

これにより、熱交換性能を良好に維持することができる
共に給水内の混入空気や昇温分離した溶解ガス等を排出
口４２より直ちに押し出すことができ、これらの淀みに
よる熱交換性能の阻害を防止することができる。更に、
凝縮熱交換器６０は胴体２２と筒体２５の組み合わせつ
まり円筒形状の組み合わせにより構成されるため、軸方
向へ拡大延長するのみで要求熱交換量の変更に容易に対
応することができ、又、作動流体側及び給水側からの内
部圧力を円筒面で受けることとなるため、耐圧性が大き
く、更に、作動流体側と給水側との間つまり胴体２２と
筒体２５との間にはスプリング４９及び弾性封止体４７
が配設されているため、このスプリング４９及び弾性封
止体４７により両者間の熱膨張差を吸収することができ
、経年的な破損を防止するとかできる。

上記したように、胴体２２はその長手方向を高さ方向と
して配設されているので、作動流体は上方から下方へと
流れる。このため、凝縮液は胴体２２の下端部のみに滞
留することとなり、伝熱面の有効面積を最大限に利用す
ることができる共に凝縮液の滴下性が向上し伝熱面での
液膜の肥大化を最小源に抑えることができる。これによ
り、伝熱性能を良好なものとすることができる。又、上
端に蒸気流入口３２及び下端に凝縮液排出口３３を設け
たので、流入する蒸気と排出される凝縮液とは順方向に
流れることとなり、両者の衝突が防止される。これによ
り、ヒートパイプ２のフラッディング現象を防止するこ
とができ、凝縮液の排出作用が促進され、伝熱性能をさ
らに向上させることができる。

〔発明の効果〕

本発明は、密閉された循環管路と、該循環管路内に封入
され蒸発及び凝縮可能な伝熱流体と、前記循環管路に配
設され外部からの入熱により前記作動流体を蒸発させる
蒸発部と、前記循環管路の前記蒸発部より高い位置に配
設され前記蒸発部で蒸発された前記伝熱流体と外部から
の被伝熱流体との間で熱交換を行う凝縮部と、該凝縮部
から前記蒸発部へ至る間の前記循環管路に配設され前記
伝熱流体の前記凝縮部から前記蒸発部への流量を調整す
る制御弁とを有するループ型ヒートパイプ式熱交換装置
において、前記凝縮部を、内筒体と外筒体とから構成さ
れその間に前記伝熱流体が流入する第１通路が形成され
た長手方向が高さ方向となる環状蒸気胴体と、該環状蒸
気胴体を包囲するように配設され前記外筒体との間及び
前記内筒体内部に前記被伝熱流体が流入する第２通路が
形成された長手方向が高さ方向となる筒体と、前記環状
胴体の上方に形成され前記第１通路と前記蒸発部から前
記凝縮部へ至る間の前記循環管路とを連通ずる蒸気流入
口と、前記環状胴体の下方に形成され前記第１通路と前
記凝縮部から前記蒸発部へ至る間の前記循環管路とを連
通ずる凝縮液排出口とを有して構成したループ型ヒート
パイプ式熱交換装置としたので、溶接箇所が少なく且つ
容易な溶接となるため、製作がしやすく、製作工数及び
コストにおいて有利なものとするとかできる。

又、環状蒸気胴体をその長手方向を高さ方向として配設
したので、作動流体は上方から下方へと流れる。このた
め、凝縮液は環状蒸気胴体の下端部のみに滞留すること
となり、伝熱面の有効面積を最大限に利用することがで
きる共に凝縮液の滴下性が向上し伝熱面での液膜の肥大
化を最小限に抑えることができる。これにより、伝熱性
能を良好なものとすることができる。更に、上方に蒸気
流入口及び下方に凝縮液排出口を形成したので、流入す
る蕪気と排出される凝縮液とは順方向に流れることとな
り、両者の衝突が防止される。これにより、フラッディ
ング現象を防止することができ、凝縮液の排出作用が促
進され、伝熱性能をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱交換器を利用した給湯システム
の説明図、第２図は凝縮部の断面図、第３図は環状蒸気
胴体の断面図、第４図は蓋体を装着した環状蒸気胴体の
部分断面図、第５図は筒体の断面図、第６図はチューブ
の平面図である。 ２・・・ヒートパイプ（Ｉ環管路）。 ６・・・流量調節弁（制御弁）。 １０・・・蒸発部。 ２０・・・凝縮部。 ２１・・・凝縮スペース（第１通路）。 ２２・・・胴体（環状蒸気胴体）。 ２３．２４・・・水路（第２通路）。 ２５・・・筒体。 ２°７・・・内筒体。 ２８・・・外筒体。 ３２・・・蒸気流入口。 ３３・・・凝縮液排出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 密閉された循環管路と、該循環管路内に封入され蒸発及
   び凝縮可能な伝熱流体と、前記循環管路に配設され外部
   からの入熱により前記作動流体を蒸発させる蒸発部と、
   前記循環管路の前記蒸発部より高い位置に配設され前記
   蒸発部で蒸発された前記伝熱流体と外部からの被伝熱流
   体との間で熱交換を行う凝縮部と、該凝縮部から前記蒸
   発部へ至る間の前記循環管路に配設され前記伝熱流体の
   前記凝縮部から前記蒸発部への流量を調整する制御弁と
   を有するループ型ヒートパイプ式熱交換装置において、
   前記凝縮部を、内筒体と外筒体とから構成されその間に
   前記伝熱流体が流入する第１通路が形成された長手方向
   が高さ方向となる環状蒸気胴体と、該環状蒸気胴体を包
   囲するように配設され前記外筒体との間及び前記内筒体
   内部に前記被伝熱流体が流入する第２通路が形成された
   長手方向が高さ方向となる筒体と、前記環状胴体の上方
   に形成され前記第１通路と前記蒸発部から前記凝縮部へ
   至る間の前記循環管路とを連通する蒸気流入口と、前記
   環状胴体の下方に形成され前記第１通路と前記凝縮部か
   ら前記蒸発部へ至る間の前記循環管路とを連通する凝縮
   液排出口とを有して構成したループ型ヒートパイプ式熱
   交換装置。