JPH07318268A - ヒートパイプ式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 除湿対象となる気体の湿度を所望の値に制御
しうる機能を備えたヒートパイプ式熱交換器を提供する
こと。 【構成】 蒸発部１、蒸気管２、凝縮部３、還流管４が
閉ループ状路を形成するように接続され、作動液が該路
内を循環しうる構造を有するヒートパイプ式熱交換器で
あって、制御対象となる気体の湿度が設定値以下となる
ことに応じて作動液の循環を停止しうるバルブ５を有す
ることを特徴とする。蒸発部と蒸気管は共に終端側が始
端側より高く、凝縮部と還流管は共に終端側が始端側よ
り低くなるように配置されるのがよい。本発明は主とし
て冷却装置に付帯され、主として室内の空気を除湿の対
象とする。バルブの開閉は、自動制御されるのがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒートパイプ式熱交換
器に関し、特に、冷却装置に付帯することによって、対
象となる気体の湿度制御に寄与しうるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートパイプ式熱交換器は、閉ループ状
路内を作動液（熱媒体、冷媒ともいう）が循環する構成
を有する装置であって、温度の異なる物体間の熱交換等
に用いられるものである。このヒートパイプ式熱交換器
を冷房装置に付帯させて、除湿に要するエネルギーを節
約し、冷房装置の負担を軽減することは従来より良く知
られている。冷房装置による除湿は、室内の空気を取り
込み、これをいったん目標の低温以下に冷却することに
よって、空気に含まれる水蒸気の一定量を凝縮させて水
滴として取出し、この空気を再度ヒーターによって適度
な冷気にまで加熱することによって行なっている。この
ような冷房装置にヒートパイプ式熱交換器を付帯させる
とによって除湿能力を向上させ、あるいはエネルギーを
節約しうる従来の構成例を次に示す。

【０００３】図４は、従来における、冷房装置とこれに
取り付けられたヒートパイプ式熱交換器の構成を模式的
に示す図である。同図は、冷房装置Ｓが室内の冷房を行
なう状況であって、該冷房装置が室温の空気Ｈを吸入
し、これを冷却コイルＣによって冷却・除湿し、冷気Ｌ
２を室内に送風し冷房する状況を示している。同図にお
けるヒートパイプ式熱交換器は、吸気口における室温の
空気Ｈと接触するように蒸発部１が配置され、冷却コイ
ルＣの直後における充分冷却された空気Ｌ１と接触する
ように凝縮部３が配置され、これらを通過して作動液が
循環するように設けられている。管内の作動液は、蒸発
部１において室温の空気Ｈから熱を吸収して蒸発し、気
相となって蒸気管２を移動し、凝縮部３において充分冷
却された空気Ｌ１に熱を放出して凝縮し、液相となって
還流管４を移動し、蒸発部１に戻り、１サイクルを終了
する。蒸発部１と凝縮部３には、管路の蛇行やフィンを
施す等、管外雰囲気と管内作動液との間の熱の授受がよ
り効率良く行われるような工夫が加えられている。この
ような構成によって、ヒートパイプ式熱交換器は、吸気
口において室内の温暖な空気Ｈから多くの熱を奪い、そ
の空気Ｈに含まれる水蒸気の一定量を凝縮させて除湿す
る。その空気は冷却コイルＣに送られ本格的に冷却・除
湿され、空気Ｌ１となる。ここでヒートパイプ式熱交換
器は、その空気Ｌ１に対して熱を放出して加熱し、ヒー
ターの代わりに適度な冷気Ｌ２に戻すように作用する。
従って、ヒーターが不要となりエネルギーの節約に寄与
するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来例
のようにヒートパイプ式熱交換器を除湿装置として使用
する場合、特に、冷房装置の除湿機能の補助として使用
する場合、ヒートパイプ式熱交換器に湿度制御の機能が
備えられていないことが問題となる。即ち、冷房装置に
は、湿度を検知し冷却と再加熱とを変化させることによ
って湿度を一定に制御する機能が備えられているが、ヒ
ートパイプ式熱交換器にはそのような機能は無い。この
ため、冷房装置が冷却を行なう限り、ヒートパイプ式熱
交換器は、冷却コイルの前段においてその除湿能力の限
界まで除湿を継続する。これによって、室内の湿度は必
要以上に低下し、快適な湿度を維持することが困難とな
るのである。このような問題は、上記構成例だけでな
く、室外と室内との間でヒートパイプ式熱交換器を単独
に用いる場合においても、同様に発生する問題である。

【０００５】本発明の目的は、除湿対象となる気体の湿
度を所望の値に制御しうる機能を備えたヒートパイプ式
熱交換器を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のヒートパイプ式
熱交換器は、以下の構成を有するものである。 (1) 温度の異なる２つの気体のうち、高い方の温度の気
体内に配置され作動液が蒸発する蒸発部と、低い方の温
度の気体内に配置され作動液が凝縮する凝縮部とが、蒸
気管と還流管を介して閉ループ状路となるように接続さ
れ、作動液がこの閉ループ状路内を循環しうる構造を有
するヒートパイプ式熱交換器であって、制御対象となる
気体の湿度が設定値以下となることに応じて作動液の循
環を停止しうるバルブを有することを特徴とするヒート
パイプ式熱交換器。 (2) 蒸発部と蒸気管が共に終端側が始端側より高い位置
となるように配置され、凝縮部と還流管が共に終端側が
始端側より低い位置となるように配置されるものである
(1)記載のヒートパイプ式熱交換器。 (3) バルブが、湿度を検知するセンサーと、このセンサ
ーから発せられる信号を処理する制御回路とによって自
動的に開閉されるものである (1)記載のヒートパイプ式
熱交換器。

【０００７】本発明のヒートパイプ式熱交換器がおかれ
るべき環境を先に説明する。本発明のヒートパイプ式熱
交換器が配置される気体は、空気・ガス等を問わず、湿
度調整の対象となるものであればどのようなものであっ
てもよい。特に、室内の空気や、工業上用いられるドラ
イエアーに対しては、最も有用な湿度制御の手段とな
る。また、湿度は、一般的には空気中に含まれる水蒸気
の比率を意味するが、本明細書では、空気と水蒸気との
関係だけに限定せず、一般の気体と、該気体に含まれ冷
却によって凝縮し除去することが可能な気相状・霧状の
成分との関係をも含むものとする。

【０００８】温度の異なる２つの流体とは、ヒートパイ
プ式熱交換器の蒸発部と凝縮部を配置するために多くの
温度の流体から選択された２つを意味する。また、温度
の異なる２つの気体の温度差は、例えば室外と室内との
間の温度差のように、どのような過程で生じたものであ
ってもよいが、実施例として図１に示すように、特にク
ーラー等の冷却装置Ｓの作動によって生じたものである
場合が重要である。即ち、冷却前の気体Ｈが蒸発部を配
置すべき高い方の温度の気体であって、冷却コイルＣに
よる冷却後の気体Ｌ１が凝縮部を配置すべき低い方の温
度の気体である。

【０００９】制御対象となる気体は、通常、冷房装置を
用いて除湿することを目的とする室内の気体である。冷
却装置が、外気を導入せず室内の空気を循環させて冷却
するものである場合、制御対象となる気体は室内の空気
だけであるが、冷却装置が外気を導入し冷却して室内に
送風するタイプである場合は、室内の空気を制御対象と
する他に、導入すべき外気を制御対象としてもよい。後
者の場合も、最終目的は室内の除湿制御であるが、外気
の湿度だけに着目して除湿制御を行い、これを室内へ導
入することによって、室内の湿度を結果的に一定とする
方法である。

【００１０】

【作用】除湿対象となる気体の湿度が設定値以下となる
ことに応じてバルブを閉鎖し作動液の循環を停止させる
ことによって、熱交換機能は停止し、ヒートパイプ式熱
交換器による除湿は行われなくなる。その後、除湿対象
となる気体の湿度が上昇すれば、これに応じてバルブの
開放を適当に行う。このように、バルブの開閉を操作す
ることによって、除湿対象となる気体の湿度をコントロ
ールすることが可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。本実施例では、本発明のヒートパイプ式熱交
換器を冷房装置に付帯させ、室内の湿度をコントロール
しうるように構成した例を示す。また、冷房装置は外気
を導入しないタイプとする。図１は、本発明の一実施例
によるヒートパイプ式熱交換器を模式的に示す図であ
る。同図に示すように、本発明のヒートパイプ式熱交換
器は、温度の異なる２つの気体Ｈ、Ｌ１のうち、高い方
の温度Ｈの気体内に配置され作動液が蒸発する蒸発部１
と、低い方の温度の気体Ｌ１内に配置され作動液が凝縮
する凝縮部３とが、蒸気管２と還流管４とを介して閉ル
ープ状路となるように接続され、作動液がこの閉ループ
状路内を循環しうる構造を有するものである。そして、
作動液の循環を止めるバルブ５が前記閉ループ状の管路
のいずれかの位置（同図では還流管）に設けられてい
る。このバルブ５は、制御対象とする気体の湿度が設定
値以下となることに応じて閉鎖され作動液の循環を停止
するものである。同図では、制御対象とする気体が室内
の空気、即ち、高い方の温度の気体Ｈである場合を示し
ている。

【００１２】蒸発部および凝縮部は、作動液と周囲の雰
囲気との間で熱の授受が行われる部分であって、管や細
かく仕切られた流路等によって構成される。高い方の温
度の流体内に配置される蒸発部では、作動液は外部の流
体から熱を与えられ蒸発し、低い方の温度の流体内に配
置される凝縮部では、作動液は外部の流体に熱を奪われ
凝縮する。従って、蒸発部および凝縮部の材料は、上記
熱の授受が効率良く行われるように熱伝導性が良好なも
のが好ましく、機械的強度、耐食性等に優れるものがよ
り好ましい。このような材料としては、銅、アルミ、ま
たはこれらの合金、さらにこれらの金属の上にメッキ等
の表面処理を施したもの等が挙げられる。また、蒸発部
および凝縮部に管を用いる場合、図１に示すように、管
を蛇行・分岐させることや、フィンを管の外側に設ける
こと等によって、管表面と外部流体との接触面積を増大
させ、作動液と流体との間で熱の授受が効率良くなされ
るようにすることが好ましい。

【００１３】蒸気管および還流管を形成する管の材料
は、管内外の断熱性が良好であるものが好ましく、蒸発
部・凝縮部と同様に機械的強度、耐食性等に優れるもの
がより好ましい。このような材料としては、銅管上に発
砲ポリエチレン等の断熱材を巻きつける等によって被覆
したもの等が挙げられる。

【００１４】蒸発部、凝縮部、蒸気管、還流管を接続
し、閉ループ状路を形成するに際しては、蒸発部と蒸気
管が共にその終端側を始端側より高い位置となるように
配置され、凝縮部と還流管が共にその終端側を始端側よ
り低い位置となるように配置されることが好ましい。例
えば、図２（ａ）では、蒸発部１と凝縮部３が共に鉛直
線方向を向くように設けられ、蒸気管２と還流管４が共
に凝縮部側を高い方とする勾配を呈するよう設けられ
る。また、図２（ｂ）では、蒸気管２と還流管４が共に
鉛直線方向を向くように設けられ、蒸発部１と凝縮部３
が共に蒸気管２を高い方とする勾配を呈するよう設けら
れる。ただし、図２（ｂ）における蒸発部１と凝縮部３
の管路の蛇行状態は、図示の便宜上、鉛直線方向に振幅
するように表現しているが、水平方向に振幅し蛇行する
態様が好ましい。また、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す
態様の他に、これらの中間的な配置が例示される。この
ような配置によって、蒸発部１において外部から熱を奪
い蒸発した作動液（気相）は、上方に位置する終端側
（蒸気管側）へ上昇するように自ら移動し、同様に蒸気
管内を終端側へ自ら移動し凝縮部に達する。次に、凝縮
部３において外部に熱を奪われ凝縮した作動液（液相）
は、下方に位置する終端側（還流管側）へ流れ降りるよ
うに自ら移動し、同様に還流管内を終端側へ自ら移動し
蒸発部に達する。このような動作が繰り返されることに
よって、図２の例では時計回りの方向に作動液が自然に
循環し、ポンプ等の循環用の動力を必要としない好まし
い態様となる。

【００１５】作動液は、ヒートパイプ中を循環する熱媒
体（冷媒とも呼ばれる）であって、公知のものが用いら
れるが、特にフロンが好ましく、具体的には、Ｒ１２、
Ｒ２２、Ｒ１３４ａ、Ｒ５０２等が挙げられる。

【００１６】バルブは、制御対象となる気体の湿度が設
定値以下となったことに応じて閉鎖され、作動液の循環
を停止させ得るものであればよく、該バルブを開閉制御
する手段は手動・自動を問わない。また、バルブの開閉
は、開・閉の２通りだけでなく、作動液の流量を制限す
る中間的な状態であってもよい。

【００１７】バルブが手動で開閉制御される場合、湿度
の設定値とは、通常は、例えば湿度２５％〜５０％程度
の快適な状態等、人間が湿気を感じ、自ら判断した所望
の状態を意味し、その時に応じて適当にバルブの開閉は
行なわれる。使用されるバルブとしては、仕切弁や玉形
弁等の人力で開閉されるバルブだけでなく、電磁弁等の
人間のスイッチ操作によって開閉されるバルブや、その
バルブの開閉によって二次的に開閉されるバルブ等が例
示される。また、バルブの閉鎖を手動で行った後の再度
の開放は、タイマー等による自動開放であってもよい。

【００１８】バルブが自動で開閉される場合、制御対象
となる気体の湿度を装置が自動的に判断しバルブの開閉
を行なうものとなり、本発明の好ましい態様となる。そ
のための主な装置として、湿度を検知するセンサーと、
このセンサーから発せられる検知信号を処理しバルブ開
閉をコントロールする制御回路と、この制御回路によっ
て自在に開閉されるバルブとから構成される装置が挙げ
られる。湿度の設定値は、予め制御回路に与えられる。
使用されるバルブとしては、人力以外の信号伝達媒体に
よって開閉可能なものであればよく、電磁弁や、該電磁
弁の開閉によって二次的に開閉されるバルブ等が例示さ
れる。

【００１９】センサーは、電気的、化学的、機械的な検
出法等、湿度を検知しうる手段であればどのようなもの
でもよい。空気中の水蒸気の含有量（比）を検知するセ
ンサーとして、セラミックセンサー、イオン交換膜型セ
ンサー等が挙げられる。センサーの設置場所は、制御対
象となる気体の中であるが、室内の空気を制御対象とし
てセンサーの設置する場合、室内に吹き出される除湿直
後の気体と室内の空気とが十分に混ざり合った場所であ
ることが好ましい。例えば、図１における冷房装置の吸
入口付近もその１つである。また、冷却・除湿直後の空
気に対する測定も制御の参考として行なってよい。

【００２０】制御回路は、上記センサーから発せられる
検知信号に基づいて、その値が湿度の設定値に近づくよ
うに、適当にバルブを開閉させうるものであればよく、
シーケンス回路のようにバルブ開閉の判断が実体的な回
路配線によってなされるものや、コンピュータのように
ソフト上で演算処理されるもの等が例示される。湿度制
御の方式は、湿度の設定値を予め上限値・下限値として
の設定することによってバルブの開閉が行なわれる単純
な方式や、湿度の設定値を１つの目標値としてこれに収
束するフィードバック制御による方式等が例示される。
図３は、フィードバック制御によって室内の湿度を制御
する場合の一実施例を示す模式図である。同図の構成で
は、室内の空気を制御対象とし、その湿度を制御量とし
ている。室内の湿度をセンサーが計測し、その値は制御
回路において予め設定された目標値（湿度の設定値）と
比較され、その差を一定値内に収束させるようにバルブ
が開閉される。このような構成によって、調理の水蒸気
や人間の発汗等による加湿が外乱として室内空気に与え
られても、室内の湿度を速やかに所望の状態にコントロ
ールすることが可能となる。

【００２１】

【発明の効果】本発明のヒートパイプ式熱交換器は、室
内の除湿や、工業上用いられるドライエアーの生成にお
いて、冷却装置等による除湿を補助し、その除湿に係る
エネルギを節約する。特に、バルブを備えた本発明のヒ
ートパイプ式熱交換器は、制御対象とする気体の湿度を
所望の値に調整することが可能であり、従来のヒートパ
イプ式熱交換器では成りえなかった有用な湿度制御の手
段と成りえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるヒートパイプ式熱交換
器を模式的に示す図である。

【図２】本発明のヒートパイプ式熱交換器を閉ループ状
に接続する場合の一例を模式的に示す図である。

【図３】本発明のヒートパイプ式熱交換器を用いて、フ
ィードバック制御によって室内の湿度を制御する場合の
一実施例を示す模式図である。

【図４】従来における、冷房装置とこれに取り付けられ
たヒートパイプ式熱交換器の構成を模式的に示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 蒸発部 ２ 蒸気管 ３ 凝縮部 ４ 還流管 ５ バルブ Ｓ 冷却装置 Ｈ 温度の高い方の気体 Ｌ１ 温度の低い方の気体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度の異なる２つの気体のうち、高い方
   の温度の気体内に配置され作動液が蒸発する蒸発部と、
   低い方の温度の気体内に配置され作動液が凝縮する凝縮
   部とが、蒸気管と還流管を介して閉ループ状路となるよ
   うに接続され、作動液がこの閉ループ状路内を循環しう
   る構造を有するヒートパイプ式熱交換器であって、制御
   対象となる気体の湿度が設定値以下となることに応じて
   作動液の循環を停止しうるバルブを有することを特徴と
   するヒートパイプ式熱交換器。
2. 【請求項２】 蒸発部と蒸気管が共に終端側が始端側よ
   り高い位置となるように配置され、凝縮部と還流管が共
   に終端側が始端側より低い位置となるように配置される
   ものである請求項１記載のヒートパイプ式熱交換器。
3. 【請求項３】 バルブが、湿度を検知するセンサーと、
   このセンサーから発せられる信号を処理する制御回路と
   によって自動的に開閉されるものである請求項１記載の
   ヒートパイプ式熱交換器。