JPH0678871B2

JPH0678871B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JPH0678871B2
Application number: JP25357588A
Authority: JP
Inventors: 正孝望月; 皓三鈴木; 隆一置鮎; 雅彦伊藤; 益司坂谷
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Kyocera Corp; Fujikura Ltd; Inax Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Kyocera Corp; Fujikura Ltd; Inax Corp; Aisin Corp; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1987-10-12
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPH01252898A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は蒸発部の出口と凝縮部の入口とを連通させる
とともに、凝縮部の出口と蒸発部の入口とを連通させた
ループ型のヒートパイプを使用した給湯装置に関するも
のである。

従来の技術ヒートパイプは密閉容器の内部に封入した水などの凝縮
性の流体の潜熱として熱の輸送を行なうものであって、
熱伝導率が極めて高いから、互いに離隔した２箇所の間
に布設した場合でも、あたかも１枚の隔壁を介した熱交
換と同様な熱交換を行なうことができ、したがってヒー
トパイプは各型式の熱交換器で多用されている。またヒ
ートパイプの他の利点は、外部動力を要さずに自動的に
動作する点にあり、したがって密閉容器の所定の２箇所
で温度差が生じれば、その２箇所の間で入熱量に応じた
熱輸送を自動的に行なう。すなわちヒートパイプによる
熱輸送量は、ヒートパイプの蒸発部に与える熱流束もし
くは凝縮部から放出する熱流束によって決まり、そのた
めにヒートパイプを用した熱交換器での熱交換量の調整
は、蒸発部に流す高温流体や凝縮部に流す吸熱用の低温
流体の流量もしくはその温度などを調整することにより
行なっている。

他方、従来、内部の温度によって動作するバルブを内蔵
したヒートパイプが、実開昭57−1656975号公報や実開
昭57−30577号公報などで提案されており、この種のヒ
ートパイプにおいては、そのバルブによって蒸気流路を
絞ることにより熱輸送量すなわち熱交換器に使用した場
合には熱交換量を制御することができるかも知れない。

ところで従来、給湯装置として、規模に応じて気体燃料
や液体燃料を熱源としたものや、電気ヒータを熱源とし
たものが使用されているが、取扱いや制御の容易性の点
では電気ヒータを熱源としたものが優れているため、一
般家庭や集合住宅では電気温水器が用いられるようにな
ってきている。その電気温水器の型式としては、通水と
同時に電気ヒータをオンとする型式ものや、温水タンク
を設けて常時、一定量でかつ一定温度以上の温水を保持
し、そのタンク内の温水を厨房などに供給する型式のも
のが従来知られている。

発明が解決しようとする問題点しかるにヒートパイプを介して熱交換する熱量を調整す
るために、熱源である高温流体の流量や吸熱材である低
温流体の流量を調整するとすれば、流量調整の機構が複
雑かつ高価になり、その傾向は大型の熱交換器ほど顕著
である。

また上記の各公報に記載された構成のヒートパイプは、
直管をコンテナとしたものであって、そのコンテナの内
部にバルブを設けた構成であるが、そのバルブは基本的
には所謂オン−オフ弁であって作動流体蒸気の流路を単
に開閉するのみであり、流量調整を行なうことができな
い。これを流量調整可能な構成とするには、高圧状態で
の制御を行なう構成とする必要があるためにバルブの構
造が複雑化せざるを得ず、またたとえ流量調整を行ない
得るようになったとしても、それは作動流体蒸気の流量
を調整するものであるから、正確な熱輸送量（熱交換
量）の制御は困難であり、さらにバルブを設けた箇所で
の圧力損失が大きくなって伝熱効率が低下する問題が生
じる。

また一方、給湯装置として、通水と同時に電気ヒータを
オンとする型式の電気温水器では、流水を加熱する関係
上、単位時間でかつ単位面積当りの熱授受量を多くする
必要があり、そのために電気ヒータの容量を大きくしな
ければならず、それに伴い電気ヒータの熱容量が大きく
なって通電開始から所期の温度に達するまでに時間を要
し、換言すれば、直ちに温水を得ることができず、熱応
答性が悪い問題があった。またこの型式の電気温水器で
は、熱を蓄えておくことができないから、安価な深夜電
力を有効に利用できない問題があった。

また温水タンクを備えた貯湯型電気温水器では、温水タ
ンク内の湯を送出すから、必要な時に直ちに温水を得る
ことができるうえに、熱を蓄えておけるので安価な深夜
電力を利用できる利点がある。その反面、容積の大きい
温水タンクを必要とするので、広い設置スペースを確保
しなければならない問題があった。

そこで蓄熱材を利用して熱を蓄え、またその蓄熱材から
ヒートパイプによって熱を運んで水を加熱する型式の給
湯装置が考えられるが、ヒートパイプは、温度差があれ
ば自動的に動作して熱の輸送を行なうから、蓄熱材に蓄
えた熱を有効に利用し、また得られる温水温度をほぼ一
定に維持するには、ヒートパイプの動作も制御する必要
があり、従来ではこの点についての技術が知られていな
い。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、ループ
型ヒートパイプを用いかつ蓄熱材を備えた給湯装置とし
て、蓄熱材に蓄えた熱を有効に利用することができ、し
かも熱応答性が良く、さらに狭いスペースに設置するこ
とのできる給湯装置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発明の給湯装置は、上記の目的を達成するために、
密閉循環管路の内部を、真空排気した状態で蒸発および
凝縮可能な作動流体を封入してヒートパイプとして構成
するとともに、その密閉循環管路の一部を高い位置に配
置し、その高い位置の部分に、前記作動流体の蒸気から
流水に熱を与えて温水とする凝縮部を形成し、かつ密閉
循環管路の低い位置の部分に外部からの入熱によって作
動流体を蒸発させる蒸発部を形成し、また凝縮部の流出
側に第１の開閉弁を設け、さらに前記蒸発部を、上部ヘ
ッダ管および下部ヘッダ管によって上端部同士および下
端部同士を連通させた複数本のパイプと、加熱源とから
構成し、かつ蓄熱部を前記下部ヘッダ管より上側に設
け、しかも蓄熱部より上側でかつ上部ヘッダ管から前記
凝縮部に至る管路途中に第２の開閉弁を設けた構成とし
ている。

またこの発明の給湯装置においては、前記凝縮部と開閉
弁との間に、液相の作動流体の全量を貯溜可能な液溜め
部を設けることができる。

さらにこの発明の給湯装置では、前記蓄熱部を前記パイ
プに密着して該パイプを包囲する状態に設け、かつ前記
熱源を、その蓄熱部を貫通する高温ガス管路とすること
もできる。

あるいは前記蓄熱部を前記パイプに密着して該パイプを
包囲する状態に設け、かつ前記加熱源は、その蓄熱部に
一端部が挿入されかつ他端部が高温ガス流路中に露出さ
せられたヒートパイプとすることもできる。

作用この発明の給湯装置では、第１の開閉弁および第２の開
閉弁を開いた状態で、密閉循環路における低い位置の部
分である蒸発部に蓄熱部や加熱源から熱が与えられれ
ば、その内部の作動流体が蒸発して圧力の低い凝縮部に
流れ、ここで作動流体蒸気の有する熱を外部を流れる流
水に与え、その結果、流水が加熱されて温水となり、同
時に作動流体蒸気は凝縮する。すなわち蒸発部から凝縮
部への熱の移動を作動流体が媒介し、蒸発部に与えた熱
により流水を加熱して温水とすることになる。一方第１
の開閉弁を閉じれば、凝縮部で液化した作動流体が蒸発
部に供給されなくなるので、蒸発部が所謂ドライアウト
した状態になって熱の輸送が生じなくなり、温水が得ら
れない状態となる。また第２の開閉弁を閉じた場合も、
蒸発部から凝縮部に作動流体蒸気が流れ込まなくなるた
め、熱の輸送が生じなくなり、温水が得られない状態と
なる。

ここで、蒸発部には蓄熱部が設けられているため、予め
蓄熱部に蓄熱しておけば、蒸発部に対する入熱が不足し
ても、温水を取り出す際の所謂立ち上がりが良好になっ
て必要温度の温水を常時安定して得ることができる。

そしてまた温水の取出しを必要としない状態において、
前述のように第２の開閉弁を閉じておけば、蓄熱部の有
する熱により作動流体が加熱されて蒸発しても、その蒸
気が凝縮部に向けて流動するとが阻止されるため、蓄熱
部の有する熱による流水の加熱が阻止され、したがって
蓄熱部で蓄えた熱を無駄に消費することなく、熱の有効
利用を図ることができる。

さらに加熱源を下部ヘッダ管の内部に設ければ、蒸発部
に対する入熱量の余剰分を蓄熱部に蓄えることができ
る。

またさらに高温ガスの有する熱を温水を得るための熱源
とすることもできる。

実施例つぎにこの出願の発明の実施例を説明する。

第１図はこの発明に係る給湯装置の一実施例を示す模式
図であって、ここに示す装置は、外部から入熱のある蒸
発部11と水12に対して放熱する凝縮部13とを、蒸気管14
および液戻り管15とによって連結して全体として密閉管
路を形成し、その内部をヒートパイプとしたものであ
る。すなわち蒸発部11は、上下方向に向けて配列した複
数本のパイプ16の下端部同士を下部ヘッダ管17によって
互いに連通させ、また上端部同士を上部ヘッダ管18によ
って互いに連通させて構成されている。他方、凝縮部13
は、第１図および第２図に示すように、水12を流入させ
る流入口19を下端部に、また温水を流出させる流出口20
を上端部にそれぞれ設けた円筒状のシェル21の内部に、
水および温水に対して液密状態とした複数本のチューブ
22を設け、かつ各チューブ22の上端部を上部ヘッダ23に
開口させ、また下端部を下部ヘッダ24に開口させて構成
されている。なお、シェル21の内部には水を蛇行させる
ためのバッフル板25が設けられている。そしてその凝縮
部13が前記蒸発部11に対して高い位置に配置され、蒸発
部11における上部ヘッダ管18と凝縮部13における上部ヘ
ッダ23とが蒸気管14によって連通され、また蒸発部11に
おける下部ヘッダ管17と凝縮部13における下部ヘッダ24
とが液戻り管15によって接続され、その結果、全体とし
て密閉された循環管路となっている。

この循環管路の内部は、空気などの非凝縮性ガスを排除
するために真空排気され、さらにその状態で水やアルコ
ールなどの蒸発および凝縮を行なう作動流体26が封入さ
れており、したがって循環管路の内部は、ループ型ヒー
トパイプとして構成されている。

さらに前記液戻り管15のうち前記凝縮部13における下部
ヘッダ24より若干下側に第１の開閉弁27が設けられてお
り、そして下部ヘッダ24は第１の開閉弁27を閉じること
により液相の作動流体26の全量を貯留可能な容積に設定
され、液溜め部を兼ねている。

またさらに前記蒸発部11のうち少なくともそのパイプ16
の外周には、潜熱もしくは顕熱として熱を蓄わえる蓄熱
材28が密着して設けられており、また下部ヘッダ管17の
内部に加熱源として電気ヒータ29が配置されている。こ
こで蓄熱材28としては、岩石、蓄熱レンガ、SiCやSi₃N₄
あるいはAlNもしくはBNなどのセラミック材料、LiOHやN
aOHなどのアルカリ金属水酸化物、CaCl₂やLiNO₃などの
溶融塩、パラフィンやポリエチレングリコールもしくは
ペンタエリストールなどの有機材料などが有効である。

そしてまた蒸気管14には、第２の開閉弁30が設けられて
いる。

なお、特には図示していないが、上述した循環管路は、
外気との間で熱授受が生じないよう断熱被覆されてい
る。また蒸発部11におけるパイプ１路の内周面には、下
部ヘッダ管17から液相の作動流体26を汲み上げるための
毛細管圧力を生じさせる金網などのウイックを必要に応
じて設けてもよい。

上記の給湯装置では、蓄熱を行なう場合、第１の開閉弁
27を開いて作動流体26を下部ヘッダ管17に供給するとと
もに、第２の開閉弁30を閉じ、その状態で電気ヒータ29
を通電発熱させる。下部ヘッダ管17内の作動流体26は電
気ヒータ29から熱を受けて蒸発するが、蓄熱材28の温度
が低いために作動流体蒸気が、蓄熱材28に接触している
パイプ16の内部で放熱して凝縮し、結局、作動流体26が
電気ヒータ29から蓄熱材28に対して熱を輸送し、蓄熱材
28に熱を蓄える。このとき、第２の開閉弁30は閉じられ
ているから、作動流体蒸気が蒸発部11まで至ることが阻
止される。すなわち蒸発部11で水を加熱するために熱が
消費されることがなく、有効に蓄熱材28に蓄熱すること
ができる。

また温水を得る場合は、少なくとも立ち上がり時に蓄熱
材28に熱を蓄えた状態で各開閉弁27,30を開く。したが
って作動流体26が凝縮部13における下部ヘッダ24から蒸
発部11に供給されて蓄熱材28の有する熱によって加熱さ
れ、その結果生じた蒸気が蒸気管14を経て凝縮部13の上
部ヘッダ23に至り、ここで各チューブ22に分配される。
各チューブ22はシェル21内の水に浸漬した状態になって
いるから、作動流体蒸気の有する熱がチューブ22を介し
て水12に与えられ、したがってシェル21内に連続的に水
12を供給すれば、温水を連続的に得ることができる。こ
のような蒸発部11から凝縮部13における水12への熱の伝
達は、ヒートパイプの熱容量が極めて小さいために、迅
速に生じ、したがって前記開閉弁27を開くことにより温
水を直ちに得ることができ、したがって熱応答性の良い
温水器とすることができる。なおこの場合、蓄熱材28の
有する熱量が不足すれば、電気ヒータ29を通電発熱させ
れば良い。

さらに出力を停止する場合は、第２開閉弁30を開いた状
態で第１の開閉弁27を閉じる。このようにすれば、作動
流体26が凝縮部13における下部ヘッダ24に貯留されて蒸
発部11に供給されないので、蒸発部11から凝縮部13に対
する熱の輸送が生じず、凝縮部13に供給した水12が加熱
昇温されない。すなわち出力の停止状態となる。そして
この状態では、蓄熱材28に蓄えられた熱が凝縮部13に輸
送されないため、蓄熱材28の熱が無駄に消費されてしま
うことがない。

以上のような装置では、蒸発部11に対する熱の供給と凝
縮部13から温水の形での熱の取り出しとを別個に行なう
ことができるので、深夜電力を利用して加熱を行ない、
昼間にその熱によって温水を得ることができる。また上
記の装置は前述したように熱応答性が良く、温水タンク
を設備する必要がないので、狭いスペースい設置するこ
とができる。さらに温水を得るためには、開閉弁27,30
に開けばよいので、その操作が簡単であり、さらにルー
プ型ヒートパイプであるために、開閉弁27,30を閉じた
状態でのその両側の圧力がほぼ等しくなり、したがって
開閉弁27,30に余分な荷重がかからないので、その耐久
性を良好ならしめることができる。

なお、上記の実施例では、蒸発部11を多数本のパイプ16
および上下のヘッダ管17,18によって構成したが、蒸発
部11は螺旋管によって構成してもよい。また凝縮部13も
同様に、螺旋管によって構成してもよい。

そしてまた上記の実施例の構成の装置では、電気ヒータ
29を蓄熱材28から外して下部ヘッダ管17に付設すること
ができるので、蓄熱材28の容量確保が容易であり、また
電気ヒータ29の交換が可能になる。

なお上記の実施例では、加熱源を電気ヒータ29とした
が、この発明では電気ヒータ以外に高温ガスなどの他の
熱源を使用することができる。

その例を第３図および第４図に示す。すなわち第３図に
示す例は、廃ガスや燃焼ガスなどの高温ガスを流す複数
本のガスパイプ31を、前記蓄熱材28を貫通させて設けた
ものであり、高温ガスがガスパイプ31の内部を流れる間
にその熱を蓄熱材28に与え、さらにその熱がパイプ16内
の作動流体26に与えられる。また第４図に示す構成はヒ
ートパイプ32によって高温ガスの有する熱を蓄熱材28に
与えるよう構成したものであり、ヒートパイプ32の一方
の端部が蓄熱材28に挿入されるとともに、そのヒートパ
イプ32の他方の端部が廃ガスや燃焼ガスなどの高温ガス
を流すガスダクト33の内部に挿入されている。したがっ
てガスダクト33の内部を流れる高温ガスの有する熱がヒ
ートパイプ32を介して蓄熱材28に与えられ、さらにその
熱がパイプ26内の作動流体26に与えられる。

発明の効果以上説明したようにこの発明に係る給湯装置によれば、
外部からの入熱のある蒸発部に蓄熱部を設けるととも
に、凝縮部の下部に作動流体の全量を貯留することので
きる液溜め部を配置し、さらにその液溜め部の出口側に
第１の開閉弁を設け、しかも蒸発部と凝縮部との間に第
２の開閉弁を設けたから、温水としての熱の出力を開閉
弁の開閉操作によって簡単に行なうことができ、また蓄
熱材に対する蓄熱を効率良く行なうことができるととも
に、温水の取出しを必要としない状態における蓄熱材の
熱の無駄な消費を防止して、熱の有効利用を図ることが
できる。また蓄熱材の温度が高い状態で温水の形で熱の
出力を開始することになることに加え、ヒートパイプの
熱容量が小さいので、熱応答性が良好になり、その結
果、蛇口を開くなどの操作と同時に迅速に温水を得るこ
とができる。また蓄熱材は温水を得る際の立ち上がりを
良好にすることに加え、温水の必要性の有無に関係なく
熱を蓄えることを可能にするので、この発明の給湯装置
では安価な深夜電力を有効に利用することができ、しか
も温水タンクを必要としないので、スペース効率の良好
な装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る給湯装置の一例を示す模式図、
第２図は第１図のII−II線矢視図、第３図は高温ガスを
加熱源とするよう構成した蒸発部の一例を示す模式図、
第４図は同他の例を示す模式図である。 11…蒸発部、13,…凝縮部、14…蒸気管、15…液戻り
管、27…第１の開閉弁、30…第２の開閉弁、12…水、16
…パイプ、17…下部ヘッダ管、18…上部ヘッダ管、24…
下部ヘッダ、26…作動流体、28…蓄熱材、29…電気ヒー
タ、31…ガスパイプ、32…ヒートパイプ。

フロントページの続き (71)出願人 999999999 アイシン精機株式会社愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 (72)発明者望月正孝東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者鈴木皓三東京都千代田区内幸町１丁目１番３号東京電力株式会社内 (72)発明者置鮎隆一東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者伊藤雅彦東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者坂谷益司東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (56)参考文献特開昭62−131198（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−101640（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−55888（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−120877（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉循環管路の内部が、真空排気した状態
で蒸発および凝縮可能な作動流体を封入されてヒートポ
ンプとして構成されるとともに、その密閉循環管路の一
部が高い位置に配置され、その高い位置の部分に、前記
作動流体の蒸気から流水に熱を与えて温水とする凝縮部
が形成され、かつ密閉循環管路の低い位置の部分に外部
からの入熱によって作動流体を蒸発させる蒸発部が形成
され、また凝縮部の流出側に第１の開閉弁が設けられて
おり、さらに前記蒸発部が、上部ヘッダ管および下部ヘ
ッダ管によって上端部同士および下端部同士を連通させ
た複数本のパイプと、加熱源とから構成され、かつ蓄熱
部が前記下部ヘッダ管より上側に設けられており、しか
も前記蓄熱部より上側でかつ上部ヘッダ管から前記凝縮
部に至る管路途中に第２の開閉弁が設けられていること
を特徴とするループ型ヒートパイプを用いた給湯装置。
【請求項２】前記凝縮部と第１の開閉弁との間に、液相
の作動流体の全量を貯溜可能な液溜め部が設けられてい
ることを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
【請求項３】前記蓄熱部が前記パイプに密着して該パイ
プを包囲する状態に設けられ、かつ前記加熱源は、その
蓄熱部を貫通する高温ガス管路であることを特徴とする
請求項１記載の給湯装置。
【請求項４】前記蓄熱部が前記パイプに密着して該パイ
プを包囲する状態に設けられ、かつ前記加熱源は、その
蓄熱部に一端部を挿入されかつ他端部が高温ガス流路中
に露出させられたヒートパイプであることを特徴とする
請求項１記載の給湯装置。