JPH06511074A - ヒートパイプ装置 - 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】 ヒートパイプ装置 本発明は、一般的にヒートバイブ装置、特に、太陽放射熱コレクターに使用され る装置に間する。

ヒートバイブは、熱伝達媒体として使用される作動流体の気化並びに凝縮により 熱を伝達並びに分配する。このヒートバイブの原理態様は、装置内での液体並び に蒸気の流れに必要なエネルギーが、重置の存在のもとで、熱源により完全に与 えられ、この結果、外部のポンプ手段を必要としないことである。

太陽放射熱コレクターは、太陽放射熱を作動流体の熱に変換し、この熱を最大限 に可能な効率で、例えば、水や空気のような二次的な熱伝達流体に伝達にするよ うになっている。太陽熱コレクターでのヒートバイブの使用は、例えば、英国特 許Ｎｏ、２０２３８０４号並びに英国特許Ｎｏ。

２０２３８０３号により、知られている。

ヒートバイブは、一般的には、相互に導管により接続された、エバポレータ部材 と、コンデンサ一部材とを具備し、コンデンサーは使用に際してはエバポレータ の上に配置されている。装置が冷却されると、作動流体はエバポレータのベース 内に集められる。熱がエバポレータに供給されると、作動流体は気化してコンデ ンサー内へと上昇する。ここで、熱が蒸気から奪われて蒸気は凝縮し、重力のも とてエバポレータ内に戻る。

熱は、熱伝達流体が流されるマニホールド内にコンデンサーを配置させることに より、通常、蒸気から奪われる。コンデンサーから熱伝達流体の循環への熱伝達 が効率的で、コンデンサーと熱伝達流体との間の熱的抵抗が少ないことが望まれ ている。コンデンサーはヒートバイブの出力が適当になるように設計されている 。

好ましくは、太陽放射熱コレクターは、構成部品から容易に組立てられ、またこ れら部品は容易に取換えられ得ることが望ましい。

もし、熱がコンデンサーから奪われないと、即ち、充分に高い率で奪われないと 、コンデンサーはオーバヒートし、装置、即ちシステムは損傷する。これを防止 するためには、装置、即ち、システムに安全測定部材が設けらなければならない 。コンデンサーの最高温度が選定された温度Ｔｏに制限するような手段を設ける ことが好ましい。これは、もし、作動流体がコンデンサー部材内に集められ、コ ンデンサーが制限温度Ｔ。に達したときに流体をエバポレータに戻し得るように することにより、達成され得る。従って、熱がコンデンサーに与えられ続けると 、エバポレータは徐々に乾燥し、全ての作動流体はコンデンサー内に溜まり、こ の結果、エバポレータとコンデンサーとの間の熱伝達は中断される。

ＰＣＴ出願ＷＯ３７１０７００３号には、正常の動作の間、凝縮された作動流体 は排出もしくはコンデンサーに戻されて熱伝達サイクルを維持し、そして、もし 、コンデンサーの温度が温度Ｔ。より上昇すると、凝縮した作動流体をチャンバ 内ニ集めて流体をエバポレータに戻さないようにする規制手段を設けたヒートパ イプが開示されている。

この規制手段は、形状記憶合金により作られた手段により制御されるバルブを有 し、この合金は制限温度Ｔ。に達したときに形状を変えるように設定されている 。

ＷＯ８７１０７００３号に開示された規制手段は、バルブが開成状態にあるとき に、適当なシールを保証するようにバルブを動作するためには比較的大きな力を 必要とする。さらに、バルブは、良好なシールを果たすように精巧に機械加工並 びに装着しなければならない。そしてシール面は、使用の間に損傷され易い。か くして、この規制手段を使用したヒートパイプは生産するのが困難で高価である 。

本発明に係われば、エバポレータと、コンデンサーと、エバポレータとコンデン サーとを相互接続する開口と、コンデンサー内の最高温度を所定の温度に制限す る制限手段とを具備し、この制限手段は、前記開口が開成する第１の位置と、作 動流体がコンデンサー内に集まるようにコンデンサーからエバポレータへの作動 流体の流れを制限し、また規制された開口を介する気化した作動流体の通路がコ ンデンサーから工、バポレータへの作動流体の流れを制限するように前記開口を 規制する第２の位置との間で温度感知部材により移動されるプラグを有する、作 動流体を含むヒートパイプが提供される。

好ましくは、気化された作動流体の圧力により、プラグは持ち上げられて、この 作動流体はエバポレータからコンデンサーへの規制された開口を通る。そして、 規制された開口を通った作動流体の蒸気は、コンデンサーからエバポレータへの 作動流体の流れを制限しており、コンデンサー内の開口周辺に集まっていた作動 流体を開口を通って押し戻す。さらに、開口をリークした流体は急速に気化して 流体をプラグの周囲で押し戻す。従って、プラグと開口との間の高信頼性のシー ルは不要であり、比較的安価な装置が利用され得る。

前記温度関知部材は、好ましくは、バイメタルもしくは形状記憶合金により形成 される。

本発明の一態様によれば、プラグは可撓性のバイメタル片の一端に支持され、こ のバイメタル片の他端はコンデンサー内に装着支持されている。このバイメタル 片は、プラグを第１の位置と第２の位置との間で軸方向もしくは半径方向に移動 させるように配置され得る。

代わって、プラグは軸方向に摺動可能なバーに装着もしくは一体的に形成され得 、温度関知部材は、プラグ並びにバーに作用してプラグを第１の位置と第２の位 置との間で移動させるヘリカルばねの形態である。ヘリカルばねのような不可の 付勢手段が、温度関知部材が初期のセッテング状態に戻されたときに、プラグを 第１の位置に戻すために設けられ得る。

本発明のヒートパイプは、好ましくは、エバポレータの周囲に取着された吸収装 置とコンデンサーから熱を奪う二次流体回路とを有する太陽放射熱コレクターに 使用され得る。

本発明の幾つかの実施例を添付の図面を参照した例により、以下に説明する。

図ＩＡは、太陽放射熱コレクターに使用されるヒートパイプの一実施例を、コン デンサーの温度が所定の最高温度Ｔ。

より低いときに要求される形態で示す図である。

図ＩＢは、図ＩＡに示すヒートパイプを、コンデンサーの温度が所定の最高温度 Ｔ。より高いときに要求される形態で示す図である。

図２Ａ並びに３Ａは、ヒートパイプの他の実施例を、コンデンサーの温度が所定 の最高温度Ｔ。より低いときに要求される形態で示す図である。

図２Ｂ並びに３Ｂは、図２Ａ並びに３Ａに夫々示すヒートパイプを、コンデンサ ーの温度が所定の最高温度Ｔｏより高いときに要求される形態で示す図である。

図４Ａは、他の実施例のヒートパイプのコンデンサーを、コンデンサーの温度が 所定の最高温度Ｔｏより低いときに要求される形態で示す斜視図である。

図４Ｂは、図４Ａに示すコンデンサーを、コンデンサーの温度が所定の最高温度 Ｔ。より高いときに要求される形態で示す図である。

図ＩＡ並びにＩＢにおいて、ヒートパイプ１は作動流体１０を含み、コンデンサ ー２と、エバポレータ３と、これらコンデンサーとエバポレータとを接続する相 互接続導管、即ち、チューブ４とを具備する（エバポレータの上部のみが図ＩＡ 並びにＩＢに示されている）。太陽放射熱コレクター内で使用するときには、エ バポレータ３には、好ましくは平面形状の吸収装置５が設けられている。この吸 収装置５は、ガラスチューブのような透明ジャケット６と、好ましくは熱伝達損 失を減じるように真空に排気され、ジャケットとエバポレータとの間に規制さけ た空間７とを備えている。また、ジャケットには放射熱吸収フィン（図示せず） が設けられ得、端部が閉じた金属チューブで形成されたエバポレータに熱的に接 触して取着されている。前記吸収装置は、好ましくは、低熱放射特性を有する。

使用に際して、太陽が照らないときには、作動流体はエバポレータの閉塞底端部 内に集まる。そして太陽が照ると、吸収装置の全プレートかくしてエバポレータ が加熱される。この結果、エバポレータの閉塞底端部内の作動流体は気化し始め 、チューブ４内を矢印９で示す方向に上昇しコンデンサー２に入る。空気や水の ような熱伝達流体が中を流れるマニホールド（図示せず）内にコンデンサーが配 設されているので、上昇した前記蒸気は、凝縮プロセスにより、自身の熱をコン デンサーに伝達する。かくして、コンデンサーの外面はマニホールド内の熱伝達 流体に直接接触している。この結果、凝縮した作動流体の水滴８は、プロセスを 繰返すために、チューブ４へと落下して戻りエバポレータ３内に入る。

エバポレータとジャケットとの間の真空、並びに吸収装置の低熱伝達特性の結果 、太陽放射熱コレクターの熱損失は非常に少なく、また吸収装置の温度は２００ ℃以上もしくは均一な比較的高い温度となるであろう。一般的に、このような太 陽放射熱コレクターは１００℃以上の最高使用温度をつくるように使用される。

もし、マニホールド循環ポンプに欠陥があるか、システム内での熱消費が少ない （例えば、熱湯が要求されないとき）場合には、コンデンサー内の温度は所望の １００℃の最高制限温度もしくは他の設定された最高温度を越えるであろう。オ ーバヒート、及びコンデンサー並びに全システムの可能な損傷並びに破壊を防止 するために、安全手段がコンデンサーの最高温度を制限するように設けられてい る。

上記安全手段は、図示するようにコンデンサー内に設けられている。支持ブラケ ット１１がコンデンサー２内に装着され、またロッド１２が支持ブラケット内に 軸方向に摺動可能に適合されている。プラグ１３がロッド１２の一端に固定され るかもしくは一体的に形成されている。二ノくポレータとコンデンサーとを接続 するチューブ４には、コンデンサー内に開口１６が形成されている。コンデンサ ーの温度が設定温度Ｔｏより低い場合、（図ＩＡに示すように）口・ンドとプラ グとは、プラグ１３と開口１６との間に間隙を有するようにしてブラケットに支 持されており、この結果、開口は開成した排出孔となる。プラグがこのような位 置にあるときに、凝縮した作動流体は接続チューブ４を通って戻り、エノくポレ ータ内に落下して熱伝達プロセスが続く。

例えば、形状記憶合金で形成されたヘリカルばね１４が支持ブラケット１１とプ ラグ１３との間の口・ソド１２の外周部に位置されている。コンデンサーの温度 がＴｏに達すると、ヘリカルばね１４により、プラグは図ＩＢに示すように開口 １６を閉塞するまでコンデンサーのベースに向かって下降される。付加のヘリカ ル圧縮ばね１５が支持ブラケットと突起との間でロッドのプラグとは反対側の端 部に設けられている。

この付加のばね１５は、コンデンサーの温度がＴｏ以下に画工になっている間中 。開口からプラグより離すように保持する。

ヘ−リカル形状の形状記憶合金のばね１４は、バイメタルやコンデンサーの外か ら駆動される磁気カップリングのような他の適当な温度感知装置に交換され得る 。コンデンサーの温度が高（なるのにしたがって、バイメタルの温度感知装置は プラグを徐々に開口に近付け、設定温度Ｔｏに達したときに開口はプラグにより 閉じられる。もし、形状記憶合金のばねが使用されると、温度Ｔ。に達すると、 プラグは開口を閉塞するように急速に動く。

温度Ｔ。に達し、プラグが開口を閉塞すると、凝縮された作動流体はエバポレー タに戻ることができなくなる。しかし、エバポレータ内の残った作動流体は蒸発 し続け、エバポレータ内の圧力が増加することによりプラグを押して開口より離 し、蒸気がコンデンサー内に入れるようになる。そして、蒸気がプラグの周囲よ りコンデンサー内に入るのに従って、コンデンサー内にすでに溜まっていた流体 を押し戻しエバポレータ内への流体の僅かなリークが生じる。さらに、このリー クした流体は急速に気化されて流体をプラグの周囲で押す。

従って、プラグと開口との間に非常に信頼性のあるシールを必要とせず、比較的 安価な装置が使用され得る。

コンデンサー内に作動流体が集められるのに従って、これはエバポレータとコン デンサーとの間のシールを改良するようにプラグに作用し、コンデンサーからエ バポレータへの作動流体のリークを制限する。

明らかに、コンデンサーは、ヒートパイプ内に全ての作動流体を含むのに充分な 客員を持たなければならない。

図２Ａ並びに２Ｂに示す本発明の別の実施例は、図ＩＡ並同同一分には同一符号 を付す。

図２Ａ並びに２Ｂに示す実施例にて、コンデンサー２にはエバポレータ３から上 部コンデンサー室２１を分離する分離プレート２０が設けられている。この分離 プレート２０は開口２２を有する。この分離プレートに適合する支持ブラケット ２３は、例えば、バイメタル片のような温度感知装置２４の一端を支持している 。プラグ２５が温度感知装置の他端に取着されている。コンデンサーの温度が温 度Ｔｏよりも低いときには、温度感知装置２４はプラグ２５を図２Ａに示す位置 に保持し、この結果、凝縮した作動流体はエバポレータ内に自由に戻ることがで きる。温度が温度Ｔ。に達するまで上昇すると、装置２４はプラグをほぼ軸方向 に動かして開口２２を閉塞させる。この結果、図２Ｂに示すようにコンデンサー からエバポレータへの流体の流れは制限される。

上述したように、エバポレータ内に残った作動流体からの蒸気が発生しプラグを 押し戻して、蒸気がコンデンサー室２１内に逃げられるようになる。このような 配置により、プラグ２５と開口２２との間の非常に有効なシールは必要としない 。そして、コンデンサー室内の液体はシールの有効性を減じ、コンデンサーから エバポレータへの流体の流れを制限する。

図３Ａ並びに３Ｂに示す実施例もまた、コンデンサー内に、開口２２を有する分 離プレート２０を使用している。口・ソド３０がこの開口内で軸方向に移動可能 に支持プラグ・ソト３１により支持されている。このロッド３０の中間部にはプ ラグ３２が装着もしくは一体的に設けられている、ヘリカル形状記憶合金ばね３ ３がプラグと支持プラグ・ントとの間に配置されている。付加のリセット付勢手 段３４が口・ソドの一端に取着されている。

コンデンサー室の温度がＴ。以下のときには、プラグは付勢手段３４により図３ Ａに示す位置に保持されており、凝縮した作動流体はエバポレータ内へと戻るよ うに流れ得る。温度Ｔ　に達すると、ヘリカルばね３３によりプラグ３２は動か されて開口２２を（図３Ｂに示すように）閉成し、コンデンサーからエバポレー タへの作動流体の流れを制限する。

図４Ａ並びに４Ｂは、図２Ａ並びに２Ｂに示すコンデンサーと類似のコンデンサ ーを示す。温度感知片４０は一端でペグ４１により分離プレート２０に支持され ている。プラグ４２が温度感知片の他端に取着されている。温度がＴｏ以下のと きには、片はプラグを図４Ａに示す位置に保持されており、開口２２は開成され ている。温度Ｔ。に達すると、片は機能して、プラグ４２をほぼ半径方向に動か して開口を開成する。

上記各々の実施例において、コンデンサーの温度が再びＴｏ以下に下がると、温 度感知装置は開口を開成するようにプラグを動かし、作動流体がエバポレータに 戻ることを可能にして、再び充分な熱伝達を果たす。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成５年１０月１８日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．エバポレータと、コンデンサーと、エバポレータとコンデンサーとを相互接 続する開口と、コンデンサー内の最高温度を所定の温度に制限する制限手段とを 具備し、この制限手段は、前記開口が開成する第１の位置と、作動流体がコンデ ンサー内に集まるようにコンデンサーからエバポレータヘの作動流体の流れを制 限し、また規制された開口を介する気化した作動流体の通路がコンデンサーから エバポレータヘの作動流体の流れをさらに制限するように前記開口を規制する第 ２の位置との間で温度感知部材により移動されるプラグを有する、作動流体を含 むヒートパイプ。
2. ２．前記プラグは可撓性の片により支持されている請求項１のヒートパイプ。
3. ３．前記可撓性の片は前記温度感知部材を有する請求項２のヒートパイプ。
4. ４．前記プラグは軸方向に移動可能なロッドにより支持されている請求項１のヒ ートパイプ。
5. ５．前記温度感知部材はプラグに作用するヘリカルばねの形態である請求項４の ヒートパイプ。
6. ６．付加の付勢手段が、温度感知部材が初期のセッテングに戻ったときにプラグ を第１の位置に戻すように、設けられている請求項５のヒートパイプ。
7. ７．前記温度感知部材はバイメタルで形成されている上記請求項のうちのいずれ か１のヒートパイプ。
8. ８．前記温度感知部材は形状記憶合金で形成されている請求項１ないし６のうち いずれか１のヒートパイプ。
9. ９．前記温度感知部材はコンデンサーの外から駆動される磁気カップリングを有 する請求項１のヒートパイプ。
10. １０．エバポレータの周囲に取着された吸収装置とコンデンサーから熱を奪う二 次流体回路とを有する太陽放射熱コレクターに使用される上記請求項のうちのい ずれか１のヒートパイプ。