JPH0645171Y2 - ヒ−トパイプ式熱交換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案はヒートパイプを介して高温流体と低温流体と
の間で熱交換を行なわせる熱交換器に関するものであ
り、特に原子炉の液体金属冷却材との間で熱交換する場
合に有効な熱交換器に関するものである。

従来の技術 周知のようにヒートパイプは、真空排気した密閉管の内
部に凝縮性の流体を作動流体として封入し、その作動流
体が加熱蒸発および放熱凝縮を行なって密閉管の内部を
循環流動することにより、作動流体の潜熱として熱輸送
を行なうものである。したがってヒートパイプは優れた
熱伝導性を示すため、接触や混合を避ける必要のある２
種類の流体の間で熱交換を行なう熱交換器に使用すれ
ば、効率の良い熱交換を行なうことができる。その一例
として、原子炉の１次もしくは２次冷却材であるナトリ
ウムと水との間で熱交換させる熱交換器が、1986年３月
19日付「THE ENERGY DAITY」に記載されている。その
構成は第３図および第４図に示すように、水銀を作動流
体１としたヒートパイプ２の内部を、通気孔３のあるバ
ッフルプレート４によって複数に区画し、このヒートパ
イプ２を原子炉の冷却材であるナトリウム５中に縦向き
に浸漬し、さらにＵ字状に形成した冷却水管６をそのヒ
ートパイプ２内に上側から挿入した構成である。したが
ってヒートパイプ２の内壁面で蒸発した作動流体１は、
冷却水管６の外周面に接触してその潜熱を冷却水管６内
の水に与え、結果的にはナトリウム５と水との間で熱交
換が行なわれる。

考案が解決しようとする問題点 ところで第３図および第４図に示す熱交換器にあって
は、ヒートパイプ２の内側に冷却水管６が位置している
ことにより小型化することができ、またナトリウム５と
水との接触や混合を避け、安全性を確保することができ
る。しかしながらヒートパイプ２の内壁面の全体が作動
流体１を蒸発させる蒸発部となるため、ヒートパイプ２
の内壁面の上下方向における全体に作動流体１を分散さ
せるべくバッフルプレート４を設けているが、冷却水管
６の外周面に接触して凝縮した作動流体１がバッフルプ
レート４の上面に溜まるものの、蒸発部であるヒートパ
イプ２の内周面の全体に必ずしも積極的には供給され
ず、そのためにヒートパイプ２が効率良く動作しなくな
って熱交換効率が低下するなどの問題があった。

この考案は上記の事情に鑑みてなされたもので、熱交換
効率の良いヒートパイプ式熱交換器を提供することを目
的とするものである。

問題点を解決するための手段 この考案は、上記の目的を達成するために、加熱源中に
上下方向に向けて配置される外管の内部に、低温媒体流
通用の内管が挿通されるとともに、内管の外周面から外
管の内周面に向けて下向きに傾斜したプレートが、内管
と外管との間に配設されており、かつ前記プレートが、
内管の外周面に密着するとともに外管の内周面との間に
わずかな隙間を形成するように設けられ、しかも前記プ
レートに通気孔が形成されており、さらに前記外管が密
閉され、その外管の内部が、真空脱気した状態で凝縮性
の流体を封入することによりヒートパイプとされている
ことを特徴とするものである。

作用 この考案の熱交換器では、外管の外側にある加熱源によ
って作動流体が加熱・蒸発させられ、その蒸気の一部
は、直ちに内管に接触し、他の蒸気は各プレートの通気
孔を順次通って上昇してから内管に接触する。このよう
にして内管に接触した作動流体蒸気は、内管の内部に流
れる低温流体に熱を奪われて凝縮する。その結果生じた
作動液は、内管に沿って流下し、さらに内管の外周側の
斜め下向きに傾斜したプレートにガイドされて外管の内
面付近に至る。そして外管の内面とプレートとの間のわ
ずかな隙間を通り、外管の内面に沿って流下する。すな
わち作動液は、プレートおよびそのプレートと外管内面
の隙間によって蒸発部である外管の内面に広く分散供給
される。

実施例 つぎにこの考案の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの考案の一実施例を示す概略的な断面図であ
って、溶融ナトリウムなどの加熱源10内に浸漬される外
管11はＵ字状に湾曲した形状であり、その内部には、中
心軸線に沿って内管12が挿通されている。この内管12
は、水など低温流体を流通させるためのものであって、
外管11と同様にＵ字状をなし、かつ外管11の両端部から
上方に引き出されている。また外管11の両端部はエンド
プレートを取付けるなどのことにより密閉されるととも
に、外管11の内部、特に上下方向を向く部分には、内管
12の外周面から外管11の内周面に向けて下向きにテーパ
状に傾斜した多数枚のプレート13が設けられている。そ
して外管11の内部は、真空脱気した状態で適宜の凝縮性
流体（例えば水銀やフロン（商標）など）を作動流体14
として封入することによりヒートパイプとして構成され
ている。

ところで、前記プレート13は、液相の作動流体14を外管
11の内周面に導くためのものであり、より具体的には、
第２図に示すように、内管12の外周面に密着し、かつ外
管11の内周面との間にはわずかな隙間Ｃを設定し、さら
に中間部に通気孔15を形成した構成である。なお、通気
孔15は第２図に示すように上側に凸となるようバーリン
グ加工によって形成したものとすることが好ましい。

上記のように構成した熱交換器の作用について説明する
と、外管11の内部に封入した作動流体14は、外管11の外
部にある加熱源10から熱を受けて蒸発し、その蒸気の一
部は直ちに内管12に接触し、また他の蒸気はプレート13
の通気孔15を通って上昇流となり、しかる後内管12に接
触する。このようにして内管12に接触した作動流体蒸気
は、内管12の内部を流れている水などの低温流体16に熱
を奪われて凝縮し、したがって作動流体14は、加熱源10
の有する熱を低温流体に対してその潜熱として熱輸送す
る。その結果、低温流体16を水とした場合には、内管12
の内部を流れる間に蒸気とすることができる。

内管12に接触して凝縮した作動流体14は、内管12の外周
面を伝って流下するが、内管12の外周面には外管11の内
周面に向けて傾斜したプレート13が取付けられているか
ら、液相の作動流体14はそのプレート13にガイドされて
外管11の内面に向けて流れ、さらにプレート13と外管11
の内周面との間にはわずかな隙間が形成されているか
ら、作動液は外管11の内周面を伝って流下する。すなわ
ち内管12の内部を流れる低温流体16に熱を奪われて生じ
た作動液は、プレート13によって外管11の内周面の全体
に積極的に還流させられる。したがって蒸発部である外
管11の内周面に液相作動流体14の還流が充分に生じるか
ら、作動流体14による熱輸送が積極的に行なわれ、高い
熱交換効率を得ることができる。なお、前記通気孔15を
上側に凸となるバーリング加工によって形成した場合に
は、プレート13の上面を流れる作動液が通気孔15に流入
することがなく、したがって作動液と作動流体蒸気との
干渉や作動液の外管11の内周面に対る還流不足を防止す
ることができる。

なお、上述した各実施例では、上下方向を向いているこ
とにより、作動液を重力によって流下させる構成とした
が、作動液の分散をより積極的に行なうために、通常の
ヒートパイプと同様に、外管の内部に金属網などのウイ
ックを設けてもよい。

考案の効果 以上の説明から明らかなようにこの考案の熱交換器によ
れば、作動流体の蒸気をプレートに形成した通気孔によ
って上下に通気させ、かつ内管の外周面に接触すること
により熱を奪われて凝縮した作動流体をプレートによっ
て蒸発部である外管の内周面に強制的に導いて、外管の
内周面とプレートとの間の隙間を通して外管の内面に沿
って流下させ、これによって外管の内面に広く分散させ
るように構成したから、上下方向に向けて設置するもの
であっても、蒸発部である外管の内面に対して充分に広
い面積で液相作動流体が供給され、その結果、直接的な
蒸発面積が広くなり、高い熱交換効率を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す概略的な断面図、第
２図はその一部を拡大して示す断面図、第３図は従来の
熱交換器の一例を示す概略的な断面図、第４図は第３図
のＶ−Ｖ線矢視図である。 10…加熱源、11…外管、12…内管、 13…プレート、14…作動流体、15…通気孔、16…低温流
体、Ｃ…隙間。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱源中に上下方向に向けて配置される外
   管の内部に、低温媒体流通用の内管が挿通されるととも
   に、内管の外周面から外管の内周面に向けて下向きに傾
   斜したプレートが、内管と外管との間に配設されてお
   り、かつ前記プレートが、内管の外周面に密着するとと
   もに外管の内周面との間にわずかな隙間を形成するよう
   に設けられ、しかも前記プレートに通気孔が形成されて
   おり、さらに前記外管が密閉され、その外管の内部が、
   真空脱気した状態で凝縮性の流体を封入することにより
   ヒートパイプとされていることを特徴とするヒートパイ
   プ式熱交換器。