JPH0767915B2 - 深海用耐圧殻入り熱発電システムの放熱装置 - Google Patents
深海用耐圧殻入り熱発電システムの放熱装置Info
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- JPH0767915B2 JPH0767915B2 JP31574392A JP31574392A JPH0767915B2 JP H0767915 B2 JPH0767915 B2 JP H0767915B2 JP 31574392 A JP31574392 A JP 31574392A JP 31574392 A JP31574392 A JP 31574392A JP H0767915 B2 JPH0767915 B2 JP H0767915B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば潜水調査船や
海洋開発等における極めて有効で、かつ長期的な動力源
として期待されているところの原子炉やラジオアイソト
ープ（以下、ＲＩと称する）を熱源とした熱機関発電シ
ステムや熱電気発電システム、あるいは熱電子発電シス
テム等のように、熱エネルギを電気エネルギに変換する
熱発電システムにおいて、熱エネルギを電気エネルギに
変換した後の廃熱を耐圧殻から海水へ放熱するための深
海用耐圧殻入り熱発電システムの放熱装置に関するもの
である。
海洋開発等における極めて有効で、かつ長期的な動力源
として期待されているところの原子炉やラジオアイソト
ープ（以下、ＲＩと称する）を熱源とした熱機関発電シ
ステムや熱電気発電システム、あるいは熱電子発電シス
テム等のように、熱エネルギを電気エネルギに変換する
熱発電システムにおいて、熱エネルギを電気エネルギに
変換した後の廃熱を耐圧殻から海水へ放熱するための深
海用耐圧殻入り熱発電システムの放熱装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】この種の従来の深海用耐圧殻入り熱発電
システムの放熱装置としては、耐圧殻外に設置された肉
厚の比較的薄いパイプで構成される冷却用コイルに作業
流体または冷却媒体を導き、プロペラなどで海水を強制
的に流動させて、このコイルを冷却する強制対流熱交換
器を用いているのが一般的である。
システムの放熱装置としては、耐圧殻外に設置された肉
厚の比較的薄いパイプで構成される冷却用コイルに作業
流体または冷却媒体を導き、プロペラなどで海水を強制
的に流動させて、このコイルを冷却する強制対流熱交換
器を用いているのが一般的である。
【０００３】図３に、深海用耐圧殻入り熱発電システム
の一例として、2500m 〜6000m の深海用、出力50kWの耐
圧殻入りクローズド・ブレートン・サイクル熱発電シス
テムのシステムフローを示す。ここで、クローズド・ブ
レートン・サイクルとは、図３のシステムフローで明ら
かなように、不活性のキセノン（Ｘｅ）ガスとヘリュー
ム（Ｈｅ）ガスを分子量が４０になるように混合した作
動流体が、ガスタービンＴとコンプレッサーＣおよび発
電機Ａを一体化したブレートン・サイクル発電機と、レ
キュペレータＲ、ヒータＨおよびクーラーＣＬを備えた
閉ループを循環するように構成されたシステムである。
このシステムの熱源は、コンプレッサＣ１及びエコノマ
イザＥを経て供給される液体水素（Ｈ2 ）と液体酸素
（Ｏ2 ）を燃焼器ＣＢで燃焼させて得られる燃焼熱で、
上記作動流体はガスタービンＴの前でヒータＨを介して
その燃焼熱で加熱され、、ガスタービンＴで仕事した
後、コンプレッサＣの前でクーラーＣＬを介してエチレ
ングリコールを冷却媒体とする第１次冷却ループＰＣ１
および液体水素（Ｈ2 ）、液体酸素（Ｏ2 ）によりそれ
ぞれ冷却される。
の一例として、2500m 〜6000m の深海用、出力50kWの耐
圧殻入りクローズド・ブレートン・サイクル熱発電シス
テムのシステムフローを示す。ここで、クローズド・ブ
レートン・サイクルとは、図３のシステムフローで明ら
かなように、不活性のキセノン（Ｘｅ）ガスとヘリュー
ム（Ｈｅ）ガスを分子量が４０になるように混合した作
動流体が、ガスタービンＴとコンプレッサーＣおよび発
電機Ａを一体化したブレートン・サイクル発電機と、レ
キュペレータＲ、ヒータＨおよびクーラーＣＬを備えた
閉ループを循環するように構成されたシステムである。
このシステムの熱源は、コンプレッサＣ１及びエコノマ
イザＥを経て供給される液体水素（Ｈ2 ）と液体酸素
（Ｏ2 ）を燃焼器ＣＢで燃焼させて得られる燃焼熱で、
上記作動流体はガスタービンＴの前でヒータＨを介して
その燃焼熱で加熱され、、ガスタービンＴで仕事した
後、コンプレッサＣの前でクーラーＣＬを介してエチレ
ングリコールを冷却媒体とする第１次冷却ループＰＣ１
および液体水素（Ｈ2 ）、液体酸素（Ｏ2 ）によりそれ
ぞれ冷却される。
【０００４】また、上記第１次冷却ループＰＣ１は、耐
熱殻外に設置されたアキシャルポンプＡＸのプロペラＰ
により流動する海水で冷却される強制対流熱交換器ＥＸ
を持つ第２次冷却ループＰＣ２により冷却されている。
この第２次冷却ループＰＣ２の冷却媒体も第１次冷却ル
ープＰＣ１と同様に、水とエチレングリコールの混合液
である。そして、このシステムは、図示省略するが、ク
ローズド・ブレートン・サイクルを内蔵した出力変換耐
圧殻モジュールと、液体水素、液体酸素および燃焼後の
凝縮液を貯蔵する３つの耐熱殻モジュールの合計４つの
モジュールで構成されている。
熱殻外に設置されたアキシャルポンプＡＸのプロペラＰ
により流動する海水で冷却される強制対流熱交換器ＥＸ
を持つ第２次冷却ループＰＣ２により冷却されている。
この第２次冷却ループＰＣ２の冷却媒体も第１次冷却ル
ープＰＣ１と同様に、水とエチレングリコールの混合液
である。そして、このシステムは、図示省略するが、ク
ローズド・ブレートン・サイクルを内蔵した出力変換耐
圧殻モジュールと、液体水素、液体酸素および燃焼後の
凝縮液を貯蔵する３つの耐熱殻モジュールの合計４つの
モジュールで構成されている。
【０００５】従来の放熱装置の他の例としては、実開昭
６４−３４３９８号公報に開示されているように、シエ
ル・チューブ型熱交換器の管板を耐熱殻の一部として形
成し、その管板に対してポンプにより海水を強制的に循
環させるようになした強制対流熱交換器が提案されてい
る。
６４−３４３９８号公報に開示されているように、シエ
ル・チューブ型熱交換器の管板を耐熱殻の一部として形
成し、その管板に対してポンプにより海水を強制的に循
環させるようになした強制対流熱交換器が提案されてい
る。
【０００６】また、以上のものとは異なり、耐圧殻を直
接伝熱面として利用する方法として、実開昭６３−８７
２００号公報に開示されているように、発熱体からの熱
をヒートパイプで耐圧殻まで導き、そのヒートパイプの
先端を耐圧殻の内面にバネを介して機械的に押しつけて
ヒートパイプで輸送されてきた熱を耐圧殻に伝達し、こ
の耐圧殻から海水へ自然対流熱伝達で放熱するようにし
たものも提案されている。さらに、特開昭６４−５７１
９８号公報に開示されているように、電子炉を冷却する
ための冷却媒体を耐圧殻の内面に対して循環させるとと
もに、耐圧殻の内面または外面に熱電変換素子を貼付れ
て起電力を発生させ、廃熱は自然対流熱伝達で放熱する
ようにしたものが提案されている。
接伝熱面として利用する方法として、実開昭６３−８７
２００号公報に開示されているように、発熱体からの熱
をヒートパイプで耐圧殻まで導き、そのヒートパイプの
先端を耐圧殻の内面にバネを介して機械的に押しつけて
ヒートパイプで輸送されてきた熱を耐圧殻に伝達し、こ
の耐圧殻から海水へ自然対流熱伝達で放熱するようにし
たものも提案されている。さらに、特開昭６４−５７１
９８号公報に開示されているように、電子炉を冷却する
ための冷却媒体を耐圧殻の内面に対して循環させるとと
もに、耐圧殻の内面または外面に熱電変換素子を貼付れ
て起電力を発生させ、廃熱は自然対流熱伝達で放熱する
ようにしたものが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上に述べた従来の深
海用耐圧殻入り熱発電システムの放熱装置のうち、耐圧
殻を直接伝熱面として利用して自然対流熱伝達で放熱す
る形式のものでは、一般に、深海の水圧に耐えるために
耐圧殻の肉厚を厚くしなければならず、また、耐圧殻の
材料に用いられるチタン合金などは熱伝導率が低くて熱
抵抗が大きいうえに、強制対流熱伝達率に比べ自然対流
熱伝達率が小さいので、放熱する熱量に大きな制約を受
け、放熱量が少ない場合にしか適用できない。したがっ
て、放熱量が多い場合には強制対流熱交換器を用いざる
を得ないが、強制対流熱交換器を用いる場合は、耐圧殻
以外に、強制対流熱交換器を構成する冷却媒体用の冷却
用コイル、海水を流動させるポンプまたはプロペラ、ケ
ーシング、冷却媒体を耐圧殻外の熱交換器に連絡する配
管系などの余分な装置が必要で、放熱装置の全体が複雑
かつ大型化する難点がある。
海用耐圧殻入り熱発電システムの放熱装置のうち、耐圧
殻を直接伝熱面として利用して自然対流熱伝達で放熱す
る形式のものでは、一般に、深海の水圧に耐えるために
耐圧殻の肉厚を厚くしなければならず、また、耐圧殻の
材料に用いられるチタン合金などは熱伝導率が低くて熱
抵抗が大きいうえに、強制対流熱伝達率に比べ自然対流
熱伝達率が小さいので、放熱する熱量に大きな制約を受
け、放熱量が少ない場合にしか適用できない。したがっ
て、放熱量が多い場合には強制対流熱交換器を用いざる
を得ないが、強制対流熱交換器を用いる場合は、耐圧殻
以外に、強制対流熱交換器を構成する冷却媒体用の冷却
用コイル、海水を流動させるポンプまたはプロペラ、ケ
ーシング、冷却媒体を耐圧殻外の熱交換器に連絡する配
管系などの余分な装置が必要で、放熱装置の全体が複雑
かつ大型化する難点がある。
【０００８】また、実開昭６３−８７２００号公報に開
示されているように、ヒートパイプを用いて発熱体から
耐圧殻へ熱を運び、その耐圧殻を放熱面として利用する
装置においても、ヒートパイプから耐圧殻への熱伝達を
バネで押しつける機械的な接触熱伝達に頼っているた
め、この部分での接触熱抵抗が大きくて、効率のよい放
熱がおこなえないという欠点があった。
示されているように、ヒートパイプを用いて発熱体から
耐圧殻へ熱を運び、その耐圧殻を放熱面として利用する
装置においても、ヒートパイプから耐圧殻への熱伝達を
バネで押しつける機械的な接触熱伝達に頼っているた
め、この部分での接触熱抵抗が大きくて、効率のよい放
熱がおこなえないという欠点があった。
【０００９】この発明は上記のような実情に鑑みてなさ
れたもので、海水中の耐圧殻入りの熱発電システムにお
いて、廃熱を簡単な装置で効率よく、かつ大量に耐圧殻
から海水へ放熱することができる深海用耐圧殻入り熱発
電システムの放熱装置を提供することを目的とする。
れたもので、海水中の耐圧殻入りの熱発電システムにお
いて、廃熱を簡単な装置で効率よく、かつ大量に耐圧殻
から海水へ放熱することができる深海用耐圧殻入り熱発
電システムの放熱装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係る深海用耐圧殻入り熱発電システムの
放熱装置は、熱発電システムを内蔵する深海用耐圧殻入
り熱発電システムにおいて、耐圧殻内の廃熱を耐圧殻の
上外に形成した球殻状の放熱部へヒートパイプを用いて
輸送し、上記球殻状の放熱部をヒートパイプの凝縮部と
して利用するとともに、上記球殻状の放熱部に、直径が
小さく、かつ肉厚の薄い適当長さの管状の冷却シリンダ
の多数本を取り付けて自然対流熱伝達で海水へ放熱する
ように構成したものである。
に、この発明に係る深海用耐圧殻入り熱発電システムの
放熱装置は、熱発電システムを内蔵する深海用耐圧殻入
り熱発電システムにおいて、耐圧殻内の廃熱を耐圧殻の
上外に形成した球殻状の放熱部へヒートパイプを用いて
輸送し、上記球殻状の放熱部をヒートパイプの凝縮部と
して利用するとともに、上記球殻状の放熱部に、直径が
小さく、かつ肉厚の薄い適当長さの管状の冷却シリンダ
の多数本を取り付けて自然対流熱伝達で海水へ放熱する
ように構成したものである。
【００１１】
【作用】この発明によれば、耐圧殻内の廃熱のもつ大量
の熱量がヒートパイプを介して球殻状の放熱部へ容易に
輸送されるとともに、その放熱部が直接ヒートパイプの
凝縮部として利用されているから、ヒートパイプを耐圧
殻に機械的に押し付けて熱を伝達する場合のような接触
熱抵抗がなく、熱輸送効率が高められる。
の熱量がヒートパイプを介して球殻状の放熱部へ容易に
輸送されるとともに、その放熱部が直接ヒートパイプの
凝縮部として利用されているから、ヒートパイプを耐圧
殻に機械的に押し付けて熱を伝達する場合のような接触
熱抵抗がなく、熱輸送効率が高められる。
【００１２】また、ヒートパイプの凝縮部として利用す
る球殻状の放熱部に、直径が小さく、かつ適当長さの多
数本の冷却シリンダを取り付けているので、この冷却シ
リンダの肉厚を十分に薄くできる。すなわち、耐圧殻入
り熱発電システムが使われる海中深度が与えられると、
耐圧殻に作用する海水圧力が定まる。ここで、円筒状の
耐圧殻の強度上必要な肉厚は与えられた外圧に対して直
径に比例して定まるので、熱発電システムを内蔵する直
径の大きな耐圧殻本体の肉厚は数１０ｍｍと厚くせざる
を得ないが、冷却シリンダは、その内部にヒートパイプ
の作動流体の液と蒸気が出入りできるだけの空間があれ
ば良いので、直径を十分に小さくできる。したがって、
所要の強度を得る上での肉厚も数ｍｍ程度の薄いもので
よいことになり、肉厚が薄くなれば熱抵抗も減るので、
放熱性能が一層向上する。さらに、このように直径の小
さな適当長さの多数の冷却シリンダを放熱部に取り付け
ることで、全伝熱面積を大きくすることができるので、
自然対流熱伝達率が小さくても大量の熱の放熱が可能と
なる。
る球殻状の放熱部に、直径が小さく、かつ適当長さの多
数本の冷却シリンダを取り付けているので、この冷却シ
リンダの肉厚を十分に薄くできる。すなわち、耐圧殻入
り熱発電システムが使われる海中深度が与えられると、
耐圧殻に作用する海水圧力が定まる。ここで、円筒状の
耐圧殻の強度上必要な肉厚は与えられた外圧に対して直
径に比例して定まるので、熱発電システムを内蔵する直
径の大きな耐圧殻本体の肉厚は数１０ｍｍと厚くせざる
を得ないが、冷却シリンダは、その内部にヒートパイプ
の作動流体の液と蒸気が出入りできるだけの空間があれ
ば良いので、直径を十分に小さくできる。したがって、
所要の強度を得る上での肉厚も数ｍｍ程度の薄いもので
よいことになり、肉厚が薄くなれば熱抵抗も減るので、
放熱性能が一層向上する。さらに、このように直径の小
さな適当長さの多数の冷却シリンダを放熱部に取り付け
ることで、全伝熱面積を大きくすることができるので、
自然対流熱伝達率が小さくても大量の熱の放熱が可能と
なる。
【００１３】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面にもとづい
て簡単に説明する。図１は、この発明を適用した潜水深
度６００ｍの大型有人潜水調査船用の出力３０ＫＷの耐
圧殻入り熱機関発電システムの概略図である。
て簡単に説明する。図１は、この発明を適用した潜水深
度６００ｍの大型有人潜水調査船用の出力３０ＫＷの耐
圧殻入り熱機関発電システムの概略図である。
【００１４】図１において、１はＲＩ熱源であり、この
熱源はラジオアイソトープ（ＲＩ）のストロンチューム
（90Ｓｒ）で、熱機関９はフリーピストン・スターリン
グエンジンである。上記ＲＩ熱源１のストロンチューム
は、ＲＩ熱源カプセル２に格納され、このＲＩ熱源カプ
セル２の１３９本をＲＩ熱源容器３に収納させることで
構成されおり、該ＲＩ熱源１の総熱出力は１１２ｋＷｔ
である。４は、上記ＲＩ熱源容器３の外側を適当な厚み
で覆う断熱材であり、この断熱材４の外側がＲＩ熱源１
から出る制動Ｘ線を遮蔽するために、例えばタングステ
ンからなる遮蔽体５で覆い、さらに、それらを耐圧殻６
内に格納する構造になっており、また、上記ＲＩ熱源容
器３は支持金物７を介して上記遮蔽体４から吊り下げ支
持されている。
熱源はラジオアイソトープ（ＲＩ）のストロンチューム
（90Ｓｒ）で、熱機関９はフリーピストン・スターリン
グエンジンである。上記ＲＩ熱源１のストロンチューム
は、ＲＩ熱源カプセル２に格納され、このＲＩ熱源カプ
セル２の１３９本をＲＩ熱源容器３に収納させることで
構成されおり、該ＲＩ熱源１の総熱出力は１１２ｋＷｔ
である。４は、上記ＲＩ熱源容器３の外側を適当な厚み
で覆う断熱材であり、この断熱材４の外側がＲＩ熱源１
から出る制動Ｘ線を遮蔽するために、例えばタングステ
ンからなる遮蔽体５で覆い、さらに、それらを耐圧殻６
内に格納する構造になっており、また、上記ＲＩ熱源容
器３は支持金物７を介して上記遮蔽体４から吊り下げ支
持されている。
【００１５】一方、上記ＲＩ熱源容器３は、ソジューム
（Ｎａ）などの作動流体を充填した高温側ヒートパイプ
８の蒸発部を兼ねており、１１２ｋＷｔの熱出力は高温
側ヒートパイプ８により熱機関（スターリング・エンジ
ン）９のヒータ１０へ運ばれ、ここで熱機関９の作動流
体、例えばヘリュームガス（Ｈｅ）と熱交換される。こ
のヘリュームガスなどの熱機関９の作動流体は、膨張・
圧縮のサイクルごとに、ヒータ１０、再生器１１、クー
ラ１２を通って膨張室１３と圧縮室１４の間を往復動す
るようになされている。
（Ｎａ）などの作動流体を充填した高温側ヒートパイプ
８の蒸発部を兼ねており、１１２ｋＷｔの熱出力は高温
側ヒートパイプ８により熱機関（スターリング・エンジ
ン）９のヒータ１０へ運ばれ、ここで熱機関９の作動流
体、例えばヘリュームガス（Ｈｅ）と熱交換される。こ
のヘリュームガスなどの熱機関９の作動流体は、膨張・
圧縮のサイクルごとに、ヒータ１０、再生器１１、クー
ラ１２を通って膨張室１３と圧縮室１４の間を往復動す
るようになされている。
【００１６】１５は熱機関９に直結されたリニア発電機
であり、熱機関９は与えられた１１２ｋＷｔの熱で仕事
をして、該リニア発電機１５を駆動し３０ｋＥｅの電気
出力に変換する。残りの８２ｋＷｔの廃熱は、作動流体
として水を作動流体とした低温側ヒートパイプ１６によ
り上記耐圧殻６の上部に形成された球殻状の放熱部１７
へ輸送される。この放熱部１７は低温側ヒートパイプ１
６の凝縮部を兼ねており、この放熱部１７の外周部分
に、直径が小さく、かつ肉厚の薄い適当な長さの管状の
冷却シリンダ１８が適当間隔ごとに多数本配置されてお
り、上記低温側ヒートパイプ１６を経て放熱部１７に運
ばれた廃熱は、これら多数本の冷却シリンダ１８を介し
て、その外側の海水の自然対流熱伝達で海水中へ放熱さ
れる。
であり、熱機関９は与えられた１１２ｋＷｔの熱で仕事
をして、該リニア発電機１５を駆動し３０ｋＥｅの電気
出力に変換する。残りの８２ｋＷｔの廃熱は、作動流体
として水を作動流体とした低温側ヒートパイプ１６によ
り上記耐圧殻６の上部に形成された球殻状の放熱部１７
へ輸送される。この放熱部１７は低温側ヒートパイプ１
６の凝縮部を兼ねており、この放熱部１７の外周部分
に、直径が小さく、かつ肉厚の薄い適当な長さの管状の
冷却シリンダ１８が適当間隔ごとに多数本配置されてお
り、上記低温側ヒートパイプ１６を経て放熱部１７に運
ばれた廃熱は、これら多数本の冷却シリンダ１８を介し
て、その外側の海水の自然対流熱伝達で海水中へ放熱さ
れる。
【００１７】１９は機関故障などによる停止時の非常用
排熱装置であり、この非常用排熱装置１９の熱輸送系
は、ハイプ軸線方向の長さを除いて、上述した熱機関９
の高温側ヒートパイプ８および低温側ヒートパイプ１６
とそれぞれ同一の諸元を持つ非常用高温側ヒートパイプ
２０および非常用低温側ヒートパイプ２１とこれら両ヒ
ートパイプ２０，２１を接続する非常用熱交換器２２か
ら構成されている。
排熱装置であり、この非常用排熱装置１９の熱輸送系
は、ハイプ軸線方向の長さを除いて、上述した熱機関９
の高温側ヒートパイプ８および低温側ヒートパイプ１６
とそれぞれ同一の諸元を持つ非常用高温側ヒートパイプ
２０および非常用低温側ヒートパイプ２１とこれら両ヒ
ートパイプ２０，２１を接続する非常用熱交換器２２か
ら構成されている。
【００１８】上記構成の放熱装置においては、熱機関９
の作動にともなって、耐圧殻６内に発生した８２ｋＷｔ
の廃熱は低温側ヒートパイプ１６により上記耐圧殻６の
上部に形成された球殻状の放熱部１７へ輸送され、この
放熱部１７において、低温側ヒートパイプ１６の作動流
体が凝縮して大量の熱が放出される。このようにして放
熱部１７へ輸送された廃熱は、多数本の冷却シリンダ１
８を介して、その外側の海水の自然対流熱伝達で海水中
へ放熱されることになる。ここで、上記冷却シリンダ１
８は、直径が小さくて肉厚も薄いので、熱抵抗は非常に
低く、伝熱面積が大きいことと相まって、大量の熱を効
率よく海水へ放出することができる。
の作動にともなって、耐圧殻６内に発生した８２ｋＷｔ
の廃熱は低温側ヒートパイプ１６により上記耐圧殻６の
上部に形成された球殻状の放熱部１７へ輸送され、この
放熱部１７において、低温側ヒートパイプ１６の作動流
体が凝縮して大量の熱が放出される。このようにして放
熱部１７へ輸送された廃熱は、多数本の冷却シリンダ１
８を介して、その外側の海水の自然対流熱伝達で海水中
へ放熱されることになる。ここで、上記冷却シリンダ１
８は、直径が小さくて肉厚も薄いので、熱抵抗は非常に
低く、伝熱面積が大きいことと相まって、大量の熱を効
率よく海水へ放出することができる。
【００１９】因みに、この実施例において、各冷却シリ
ンダ１８の外径を５０ｍｍ、長さを２００ｍｍとし、構
成材料としてボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管を選択した
場合、外圧６ＭＰａに対して、強度上必要な厚みｔは
１．６ｍｍで十分であることが分かった。他方、自然対
流熱伝達については、次の関係式が成り立つ。 Ｎｕ＝０．５７・Ｒａ10.25 Ｎｕ：ヌッセルト数＝αSW・ＬCC／ｋSW ここで、αSW：海水の自然対流熱伝達率 Ｌcc：冷却シリンダの長さ ｋSW：海水の熱伝導率 Ｒａ1:レーレ数＝Ｐｒ・Ｇｒ1 Ｐｒ：プラントル数＝μSW・ＣｐSW／ｋSW ここで、μSW：海水の粘度、ＣｐSW：海水の比熱 Ｇｒ1 ：グラスホフ数＝ｇ・β（ＴCCO −ＴSW）・Ｌcc
3 ／νCCO 2 β：海水の体膨張係数＝ (ρSW -ρcco )/ (ρcco ・(
Ｔcco - ＴSW)) ここで、ρSW：遠方の海水密度、ρcco ：冷却シリンダ
上の海水密度 ＴSW：遠方の海水温度、Ｔcco ：冷却シリンダ上の海水
温度 νCCO ：冷却シリンダ上の海水の動粘性係数
ンダ１８の外径を５０ｍｍ、長さを２００ｍｍとし、構
成材料としてボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管を選択した
場合、外圧６ＭＰａに対して、強度上必要な厚みｔは
１．６ｍｍで十分であることが分かった。他方、自然対
流熱伝達については、次の関係式が成り立つ。 Ｎｕ＝０．５７・Ｒａ10.25 Ｎｕ：ヌッセルト数＝αSW・ＬCC／ｋSW ここで、αSW：海水の自然対流熱伝達率 Ｌcc：冷却シリンダの長さ ｋSW：海水の熱伝導率 Ｒａ1:レーレ数＝Ｐｒ・Ｇｒ1 Ｐｒ：プラントル数＝μSW・ＣｐSW／ｋSW ここで、μSW：海水の粘度、ＣｐSW：海水の比熱 Ｇｒ1 ：グラスホフ数＝ｇ・β（ＴCCO −ＴSW）・Ｌcc
3 ／νCCO 2 β：海水の体膨張係数＝ (ρSW -ρcco )/ (ρcco ・(
Ｔcco - ＴSW)) ここで、ρSW：遠方の海水密度、ρcco ：冷却シリンダ
上の海水密度 ＴSW：遠方の海水温度、Ｔcco ：冷却シリンダ上の海水
温度 νCCO ：冷却シリンダ上の海水の動粘性係数
【００２０】以上の諸式と、温度依存性を考慮した海水
の物性値、および冷却シリンダの壁の熱伝導率ｋcc＝５
４Ｗ／ｍ℃、放熱すべき総熱量Ｑcc＝８２ＫＷを用い
て、海水温度ＴSWを安全側をとってＴSW＝３２℃とし
て、冷却シリンダ本数とシリンダ壁温度の関係を求めて
みると、図２の結果が得られた。同図において、
Ｔcci 、ＴccO は冷却シリンダの内外面温度、ＴELは機
関低温側ガス温度、αは海水の自然対流熱伝達率であ
る。ここで、この実施例の場合、低温側ヒートパイプの
上記温度ＴLVは８４．９℃と推定されたので、図２にＴ
cci ＝ＴLVをおいて記入すると、冷却シリンダの必要本
数は６０本となった。
の物性値、および冷却シリンダの壁の熱伝導率ｋcc＝５
４Ｗ／ｍ℃、放熱すべき総熱量Ｑcc＝８２ＫＷを用い
て、海水温度ＴSWを安全側をとってＴSW＝３２℃とし
て、冷却シリンダ本数とシリンダ壁温度の関係を求めて
みると、図２の結果が得られた。同図において、
Ｔcci 、ＴccO は冷却シリンダの内外面温度、ＴELは機
関低温側ガス温度、αは海水の自然対流熱伝達率であ
る。ここで、この実施例の場合、低温側ヒートパイプの
上記温度ＴLVは８４．９℃と推定されたので、図２にＴ
cci ＝ＴLVをおいて記入すると、冷却シリンダの必要本
数は６０本となった。
【００２１】なお、上記実施例では、海中深度６００ｍ
の大型熱機関発電システムを例として説明したが、深度
６０００ｍ以上の小型熱機関発電システムに適用しても
よく、また、熱電気発電システムや熱電子発電システム
にも適用可能である。
の大型熱機関発電システムを例として説明したが、深度
６０００ｍ以上の小型熱機関発電システムに適用しても
よく、また、熱電気発電システムや熱電子発電システム
にも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ヒー
トパイプを利用して輸送されてくる大量の熱量を放出す
るための冷却シリンダを、直径が小さくて肉厚の薄いも
のに構成したので、熱抵抗を著しく小さくするととも
に、伝熱面積を十分に大きくすることができるから、自
然対流熱伝達率が小さくても、大量の熱を効率よく放熱
することができる。しかも、従来のように、作動流体ま
たは冷却媒体を耐圧殻の外部の冷却用コイルに導いて、
プロペラなどを用いて強制対流熱伝達で冷却するといっ
た場合に必要な複雑な構成が不要となり、装置全体を構
造簡単で、かつ小型に、また、安価にしながら、耐圧殻
から海水へ非常に効率的に放熱することができるといっ
た効果を奏する。
トパイプを利用して輸送されてくる大量の熱量を放出す
るための冷却シリンダを、直径が小さくて肉厚の薄いも
のに構成したので、熱抵抗を著しく小さくするととも
に、伝熱面積を十分に大きくすることができるから、自
然対流熱伝達率が小さくても、大量の熱を効率よく放熱
することができる。しかも、従来のように、作動流体ま
たは冷却媒体を耐圧殻の外部の冷却用コイルに導いて、
プロペラなどを用いて強制対流熱伝達で冷却するといっ
た場合に必要な複雑な構成が不要となり、装置全体を構
造簡単で、かつ小型に、また、安価にしながら、耐圧殻
から海水へ非常に効率的に放熱することができるといっ
た効果を奏する。
【図１】この発明の一実施例による耐圧殻入り熱機関発
電システム全体の概略構成図である。
電システム全体の概略構成図である。
【図２】本発明者による実験結果から得られた冷却シリ
ンダ本数とシリンダ壁温度および自然対流熱伝達率との
関係を示す特性図である。
ンダ本数とシリンダ壁温度および自然対流熱伝達率との
関係を示す特性図である。
【図３】従来の耐圧殻入りクローズド・ブレートン・サ
イクル熱発電システムのフロー図である。
イクル熱発電システムのフロー図である。
１ ＲＩ熱源 ６ 耐圧殻 ８ 高温側ヒートパイプ １６ 低温側ヒートパイプ １７ 放熱部 １８ 冷却シリンダ
Claims (1)
- 【請求項１】 熱発電システムを内蔵する深海用耐圧殻
入り熱発電システムにおいて、耐圧殻内の廃熱を耐圧殻
の上部に形成した球殻状の放熱部へヒートパイプを用い
て輸送し、上記球殻状の放熱部をヒートパイプの凝縮部
として利用するとともに、上記球殻状の放熱部に、直径
が小さく、かつ肉厚の薄い適当長さの管状の冷却シリン
ダの多数本を取り付けて自然対流熱伝達で海水へ放熱す
るように構成したことを特徴とする深海用耐圧殻入り熱
発電システムの放熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31574392A JPH0767915B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 深海用耐圧殻入り熱発電システムの放熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31574392A JPH0767915B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 深海用耐圧殻入り熱発電システムの放熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06199283A JPH06199283A (ja) | 1994-07-19 |
| JPH0767915B2 true JPH0767915B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=18069005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31574392A Expired - Fee Related JPH0767915B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 深海用耐圧殻入り熱発電システムの放熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0767915B2 (ja) |
-
1992
- 1992-10-30 JP JP31574392A patent/JPH0767915B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06199283A (ja) | 1994-07-19 |
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