JPH0445393A - 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、閉ループを形成する密閉され
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
蒸発し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、制御弁が何らかの異常により常時開状態となった
場合、循環管路は閉ループを形成しているため、伝熱流
体は蒸発・凝縮を繰り返しながら流動し続け、最終的に
蒸気となった伝熱流体の潜熱放出量が凝縮部での熱交換
性能以上となる場合がある。この場合、循環管路内で蒸
気圧力が入熱温度に応じて上昇を続け、循環管路の破裂
等危険な状態に陥る恐れがあった。

故に本発明は、循環管路内で蒸気圧力が異常上昇し続け
るのを防止することを、そ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発明において講じた
技術的手段は、蒸発部から凝縮部へ至る間の循環管路途
中の前記蒸発部付近に分岐接続された分岐管路と、該分
岐管路に配設され前記分岐管を介して前記循環管路より
受ける所定値以上の蒸気圧力により作動する駆動部と、
前記凝縮部から前記蒸発部へ至る間の制御弁より前記凝
縮部側の循環管路途中に配設され且つ前記駆動部に連係
され前記駆動部の作動により連動して前記循環管路を閉
塞する従動弁とを有したことである。

（作用） 上記技術的手段は次のように作用する。循環管路の内の
蒸気圧力が異常上昇すると、それを検知して駆動部が作
動する。この駆動部の作動に連係して従動弁が作動し、
凝縮部から蒸発部へ至る間の制御弁より凝縮側で循環管
路が閉塞される。これにより、伝熱流体の流動が強制的
に停止され蒸発部での伝熱流体の蒸発が停止する。この
結果、循環管路内で蒸気圧力が異常上昇し続けることが
防止される。

（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ｌ
Ｏと蒸発部ｌＯ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２０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１０への流量を給水温度、出湯温度及び
上記温度等に基づいて制御回路８により設定された流量
に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′口５への流量及びバイパス管路４Ｃから出湯口５へ
の流量に基づいて出湯温度を調整するサーモスタット式
自動弁又はニバルプ式手動弁等の混合弁７が配設されて
いる。又、凝縮管１Ｙ１２ａの流量調整弁６より凝縮部
２０側には凝縮液化した作動流体を溜めるリザーバタン
ク９が形成されている。

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に連結された下
ヘッダー１１と蒸気管路２ｂに連結された上ヘッダー１
２とを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には一体化又は接合して金属
、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
れた複数の電気ヒータ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・
断熱されている。このように構成された蒸発部ｌＯで、
電気ヒータ１６により加熱され蓄熱体１５に蓄えられた
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図に示されるように、凝縮部２０は、蒸気管路２ｂ
に連結された上ヘッダー２１と凝縮管路２ａに連結され
た下ヘッダー２２とを上下方向に延在する多数の直管２
３により連結されて縦多管ヘッダー型の凝縮熱交換器２
４を構成している。

この凝縮熱交換器２４は、上部が出湯管路４ａに連結さ
れ下部が給水管路４ｂに連結された熱交換室２５内に内
包されており、この熱交換室２５内には給水が流入する
。このように構成された凝縮部２０で、流入する高温の
蒸気となった作動流体が凝縮し潜越が放出されて給水に
伝えられて作動流体から給水へと熱交換が行われ、給水
が高温水となり作動流体が凝縮液となる。

第１図に示されるように、給水管路２ｂの凝縮部１０付
近には分岐管３０が連結されている。この分岐管３０に
は内部に分岐管３０と連通ずる加圧室３１が形成される
ケース３２が連結されている。このケース３２内には金
属製のダイヤフラム３３が支持されており、このダイヤ
フラム３３には分岐管３０と加圧室３１との連通部に形
成された弁座３４に着座可能な金属製の弁体３５が固定
されている。この弁体３５は、ケース３２とダイヤフラ
ム３３との間に配設されたスプリング３６の付勢力によ
り付勢され弁座３４に着座し常時分岐管３０と加圧室３
１との連通を閉塞している。

このケース３２．ダイヤフラム３３及び弁体３５により
ダイヤフラムモータ３７を構成している。

凝縮管路２ａの流Ｎ調整弁６とリザーバタンク９との間
には凝縮管路２ａの一部を構成する通路３日が形成され
たケース３９が配設されている。このケース３９には通
路３８回りに形成された弁座４０に着座可能な弁体４１
が支持されており、この弁体４１は、ケース３９の弁体
４１のロッド４１ａとの間に配設された金属製のベロー
ズ４２の付勢力により付勢され弁座４０より離間し常時
通路３８を開放している。このケース３９及び弁体４１
により緊急閉止弁４３を構成している。又、ダイヤフラ
ムモータ３７の弁体３５のロッド３５ａにはリンク４４
が連結されており、このリンク４４はワイヤケーブル４
５及び調節部材４６を介して緊急閉止弁４３の弁体４１
のロッド４１ａに連結されている。これにより、弁体３
５（ダイヤフラム３３）の移動つまりダイヤフラムモー
タ３７の作動により弁体４１つまり緊急閉止弁４３を作
動させ通路３８つまり供給管路２ａを閉塞させる。尚、
調節部材４６はネジ式のものでダイヤフラムモータ３７
と緊急閉止弁４３との作動タイミングの釣り合いを取る
ためのものである。更に、ダイヤフラムモータ３７の加
圧室３１にはオリフィス部４７を介して連結管４日が連
結されており、この連結管４８は緊急閉止弁４３の通路
３８に連結されている。

次に作動について説明する。

第２図に示される流量調整弁６が正常に作動している場
合において、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の蒸気管路２ｂを介して凝縮部２０に流入し、
この凝縮部２０にて作動流体の潜熱が給水管路４ｂを介
して流入する給水に伝達されて熱交換が行われ、給水が
高温の温水となると共に作動流体が凝縮して凝縮液とな
る。この後、高温の温水となった給水は排水管路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より出湯される。

方、凝縮液となった作動流体は凝縮管路２ａを介してリ
ザーバタンク９及び蒸発部１０に導かれる。

上記した作動中においては、流量調整弁６が正常に作動
しているため、蒸発潜熱を充分に吸収しうる熱交換が行
われており、蒸気管路２ｂ内の蒸気圧力は設定（安全）
値以内で過大しない。このため、弁体３５はスプリング
３６の付勢力により押圧され弁座３４に着座し分岐管３
０を閉塞していると共に弁体４１はベローズ４２の付勢
力により押され弁座４０より離間し通路３８を最大限に
開状態としている。これにより、正常状態時における作
動流体の流れが阻害されることがない。又、弁体３５と
弁座３４とは共に金属であるためメタルタッチとなり完
全な密閉状態で分岐管３ｏを閉塞することはできずわず
かな隙間が存在するが、この隙間より流入する蒸気はオ
リフィス部４７及び連結管４８を介して通路３８に排出
されるため、その蒸気の滞留による加圧室３ｏ内の蒸気
圧力の上昇によりダイヤフラムモータ３７が誤作動する
ことはない。このように、作動流体の循環による蒸発及
び凝縮の繰り返しにより温水を得ることができるので、
ガスや灯油等での燃焼生成物を必発生することがなく、
環境汚染や燃焼騒音及びガス漏れ等の事故の恐れがない
。

第２図に示される正常状態で流量調整弁６が何らかの故
障により調整不能となり開状態のままとなってしまうと
、蒸発部１０では過剰な蒸気発生に至り、凝縮部２０で
はその熱交換能力を越え蒸発潜熱を充分に吸収すること
ができず、蒸気管路２ｂ内の蒸気圧力が設定（安全）値
を越え過大となってしまう。この場合、第３図に示され
るように、その圧力が分岐管３０を介して弁体３５にか
かり、スプリング３６の付勢力に抗して弁体３５がダイ
ヤフラム３３と共に移動し、分岐管３０と加圧室３１と
が連通状態なると共に加圧室３１の圧力が上昇しダイヤ
フラム３３が押圧されてさらに移動し、ロッド３５ａも
移動する。このロッド３５ａの移動によりリンク４４及
びケーブル４５を介してロッド４１ａつまり弁体４１が
ヘローズ４２の付勢力に抗して引っ張られ弁座４０に着
座し通路３８を閉塞する。これにより、凝縮管路２ａが
閉塞され作動流体の流れが強制的に停止される。このよ
うに、作動流体の蒸気圧力の異常上昇時においては分岐
管３０を閉塞して作動流体の流れを強制的に停止させる
ので、それ以上の蒸気圧力の異常上昇を防止することが
でき、ヒートパイプ２の破裂等を防止することができる
。又、蒸気圧力の異常上昇に伴う蒸気温度のそれ以上の
異常昇温も防止することができるので、この蒸気温度の
異常上昇による給水の沸騰現象で出湯口５から高温水や
高温蒸気が噴出することを防止できる。

尚、作動流体の流れの停止後、作動流体の蒸気圧力が所
定値以内に減圧されてくるに従い、ダイヤフラム３３及
び弁体３５が第２図示の如く正常状態に復帰してくるが
、作動流体の異常高圧への再度の繰り返しを回避するた
めに、リンク４４又はケーブル４５に設けられたインタ
ーロック手段（図示せず）の作動により弁体４１を第３
図示の状態に保持させ、インターロック手段が別途手段
（図示せず）で解除されない限り第２図示の如く正常状
態とならないように構成している。又、ロッド３５ａの
移動は弁体３５の開弁によって設定（安全）値付近から
のみ急変位するので、設定値以下の圧力での斬増的なロ
ッド３５ａの移動を防止することができ、緊急閉止弁４
３の無用な誤作動を防止することができる。

以上の如く、緊急閉止弁４３を作動させる手段としてメ
カニカルのダイヤフラムモータ３７を用いているため、
停電等の影響を受けず、常に信較性の高い安全装置とす
るとかできる。又、ダイヤフラムモータ３７と緊急閉止
弁４３とをケーブル４５を介して連結しているため、そ
れぞれの位置関係が離れていても確実に連動させること
ができ、配置自由度が大きく、コンパクトに施工するこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明は、閉ループを形成する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した前記伝
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、前記蒸発部から前記凝縮部
へ至る間の循環管路途中の前記蒸発部付近に分岐接続さ
れた分岐管路と、該分岐管路に配設され前記分岐管を介
して前記循環管路より受ける所定値以上の蒸気圧力によ
り作動する駆動部と、前記凝縮部から前記蒸発部へ至る
間の前記制御弁より前記凝縮部側の循環管路途１号こ配
設され且つ前記駆動部に連係され前記駆動部の作動によ
り連動して前記循環管路を閉塞する従動弁とを有してル
ープ型ヒートパイプ式熱交換装置を構成したので、循環
管路の内の蒸気圧力が異常上昇した場合、伝熱流体の流
動が強制的に停止させ蒸発部での伝熱流体の蒸発を停止
させることができる。これにより、循環管路内で蒸気圧
力が異常上昇し続けることが防止され、ヒートパイプの
破裂等を防止することができる。又、蒸気圧力の異常上
昇に伴う蒸気温度のそれ以上の異常昇温も防止すること
ができるので、この蒸気温度の異常上昇のよる給水の沸
騰現象での出湯口からの高温水や高温蒸気の吐出を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るループ型ヒートパイプ式熱交換器
の平面図、第２図及び第３図は第１図の作動を示す平面
図である。 ２・・・ヒートパイプ（循環管路）。 ６・・・流量調整弁（制御弁）。 １０・・・蒸発部。 ２０・・・凝縮部。 ３０・・・分岐管（分岐管路。 ３７・・・ダイヤフラムモータ（駆動部）。 ４３・・・緊急、閉止弁（従動弁）。 Ｉ！！２図 第３図 手 続 補 正　　書（方　式） ％式％ 事件の表示 平成　２年特　許　願第１５３４７５号発明の名称 ループ型ヒートパイプ式熱交換器 補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地５゜ ６゜ 平成　２年　８月１３日 （発送臼　平成　２年　８月２８日） 補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄。 補正の内容 明細書第２頁第４行目と同第５行目の間にの詳細な説明
」を挿入する。 「発明

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 閉ループを形成する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し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、前記蒸発部から前記凝縮部へ至る間の
   循環管路途中の前記蒸発部付近に分岐接続された分岐管
   路と、該分岐管路に配設され前記分岐管を介して前記循
   環管路より受ける所定値以上の蒸気圧力により作動する
   駆動部と、前記凝縮部から前記蒸発部へ至る間の前記制
   御弁より前記凝縮部側の循環管路途中に配設され且つ前
   記駆動部に連係され前記駆動部の作動により連動して前
   記循環管路を閉塞する従動弁とを有するループ型ヒート
   パイプ式熱交換装置。