JPH10238972A

JPH10238972A - 熱伝達装置

Info

Publication number: JPH10238972A
Application number: JP3921997A
Authority: JP
Inventors: Michio Yanatori; 美智雄梁取; Akitomo Higuchi; 秋肥樋口; Fumio Suzuki; 文雄鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】蒸発性液体を用いた熱サイクルを介し熱輸送を
行う熱伝達装置において、高蒸気圧による配管材料の劣
化を防止する。【解決手段】高温ガスから受熱する蒸発器１と、第１の
液体８を収納した第１の蓄熱タンク７と、この第１の蓄
熱タンク７内に設けられた第１の凝縮器２と、内部に蒸
発性の液体が封入され蒸発器１と第１の凝縮器２とを連
結するパイプ４，５と、第２の液体７８を収納した第２
の蓄熱タンク７７と、この第２の蓄熱タンク７７内に設
けられた第２の凝縮器７２と、この第２の凝縮器７２へ
蒸気を導入する蒸気導入用パイプ７５と、第２の凝縮器
７２から凝縮液を導出する液戻り用パイプ７６と、バル
ブ１６，１７と、温度センサ１３，８３と、バルブ１
６，１７の開閉動作を制御する調節器１４とを備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱源からの熱を熱
サイクルを介して輸送する熱伝達装置に係わり、特に、
蒸発性液体を用いた熱サイクルを介し熱輸送を行う熱伝
達装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の熱伝達装置に関する公知
技術としては、例えば以下のものがある。特開平５−２４８７０７号公報この公知技術による熱伝達装置は、ポンプでパイプ内に
冷却水を循環させて１次側熱サイクルを形成し、これに
よってエンジンの発電機からの排熱を熱回収用熱交換器
へ輸送する。そしてこの熱交換器において２次側熱サイ
クルと熱交換することにより、２次側熱サイクルへ熱を
回収する。特開昭５７−２１７８５号公報この公知技術による熱伝達装置は、蒸発性液体を閉ルー
プ管路内に満たした熱サイホンによって１次側熱サイク
ルを形成し、これによってボイラー排ガス等高温ガスか
らの排熱を熱回収用熱交換器へ輸送する。そしてこの熱
交換器で２次側の低温ガスを加熱する。特開昭５７−８７５６５号公報この公知技術による熱伝達装置も、上記同様、蒸発性
液体を用いた熱サイホンで１次側熱サイクルを形成し、
これによって日光による受熱を熱回収用熱交換器へ輸送
する。そしてこの熱交換器で２次側の室内空気と熱交換
することにより、室内暖房を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知技術には以下の課題が存在する。公知技術は、１次
側熱サイクルの伝熱媒体（冷媒）として水（但し非蒸留
水）を用いているため、熱交換器を構成する細いパイプ
内に湯あかが付着し熱交換器の伝熱効率が悪くなる。ま
たこの湯あかを除去し伝熱効率を改善するためには細い
パイプ内を洗浄する必要があり、極めて煩しい作業とな
る。また公知技術は、１次側熱サイクルの伝熱媒体
として蒸発性液体を用いるため上記のような問題は生じ
ないが、新たに以下の課題を生じる。すなわち、蒸発性
液体を用いることにより、２次側流体が非常な高温とな
り熱サイホンが過熱した場合にはサイホン内の蒸気圧が
極めて高くなる。この場合配管材料を劣化させる可能性
があり、必ずしも好ましいとは言えない。

【０００４】本発明は、以上の従来技術の課題に鑑みて
なされたものであり、その目的は、蒸発性液体を用いた
熱サイクルを介し熱輸送を行う熱伝達装置において、高
蒸気圧による配管材料の劣化を防止することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（１）上記目的を達成するために、本発明は、熱源から
受熱する蒸発器と、第１の液体を収納した第１の蓄熱タ
ンクと、この第１の蓄熱タンク内に設けられた第１の凝
縮器と、内部に蒸発性の液体を通じ前記蒸発器と前記第
１の凝縮器とを閉ループを構成するように連結するルー
プ管路とを有し、前記熱源からの熱を前記第１の凝縮器
に導き前記第１の液体を加熱する熱伝達装置において、
第２の液体を収納した第２の蓄熱タンク内に第２の凝縮
器を設け、前記第２の凝縮器へ蒸気を導入する導入管路
及び該第２の凝縮器から凝縮液を導出する戻り管路を前
記ループ管路に接続して、前記熱源からの熱の少なくと
も一部を前記第２の凝縮器へ導入可能とし、前記熱源か
らの熱で第１及び第２の液体のうちいずれを加熱するか
を選択可能とする弁手段を設ける。まず第１の液体を加
熱するように弁手段を操作すると、熱源からの受熱によ
り蒸発器で生じた蒸気が第１の凝縮器へ導かれ、ここで
蒸気が凝縮して第１の液体が加熱される。これにより第
１の蓄熱タンク内に熱が蓄えられ、時間の経過とともに
第１の液体の温度は上昇していく。ここで、第１の液体
が所定の温度になったら、第２の液体を加熱するように
弁手段を操作する。これにより、熱源から受熱で生じた
蒸気が導入管路を介して第２の凝縮器へ導かれ、ここで
蒸気が凝縮して第２の液体が加熱されて第２の蓄熱タン
ク内に熱が蓄えられる。これにより、第１の液体が過度
な高温となるのを防止できるので、ループ管路内の蒸発
性液体の温度が過度に上昇し蒸気圧が過度に高くなるの
を防止できる。したがって、高蒸気圧による配管材料の
劣化を防止することができる。

【０００６】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記ループ管路は、前記第１の凝縮器へ蒸気を導く蒸気
導入部と前記第１の凝縮器から凝縮液を導出する液戻り
部とを備えており、前記導入管路は、前記蒸気導入部、
前記液戻り部、及び前記第１の凝縮器のうちいずれか１
つに接続され、前記戻り管路は、前記液戻り部に接続さ
れている。

【０００７】（３）上記（２）において、さらに好まし
くは、前記導入管路は、前記液戻り部に接続されてお
り、前記弁手段は、前記液戻り部のうち前記導入管路の
接続点と前記戻り管路の接続点との間に設けられた直通
用バルブと、前記導入管路の入口部分に設けられた分岐
用バルブとを含んでいる。これにより、まず直通用バル
ブを開くとともに分岐用バルブを閉じることにより、閉
ループ内に第１の凝縮器のみが位置することとなり、第
１の凝縮器へ蒸気を導いて第１の液体を加熱することが
できる。その後、第１の液体が所定の温度になったら、
分岐用バルブを開くとともに直通用バルブを閉じること
により、第２の凝縮器も閉ループ内に組み込まれる。こ
のとき蒸気は蒸発器→ループ管路の蒸気導入部→第１の
凝縮器と流れるが、第１の凝縮器は既に比較的高温とな
っていることから蒸気はこれを通過し、さらに液戻り部
→導入管路→第２の凝縮器と流れる。これにより、第２
の液体を加熱することができる。第２の液体が所定の温
度になったら、再び直通用バルブを開くとともに分岐用
バルブを閉じることで同様の操作を繰り返すことができ
る。

【０００８】（４）上記（２）において、また好ましく
は、前記導入管路は前記蒸気導入部に接続されており、
前記弁手段は、前記導入管路に設けられた分岐用バルブ
を含む。この場合、導入管路が蒸気導入部に接続され、
戻り管路が液戻り部に接続されることから、第２の凝縮
器は蒸発器に対して第１の凝縮器と並列接続されること
となる。ここで、まず分岐用バルブを閉じることによ
り、蒸発器からの蒸気は第１の凝縮器のみに導かれ第１
の液体を加熱することができる。その後、第１の液体が
所定の温度になったら、分岐用バルブを開くことによ
り、蒸気は第１の凝縮器にも第２の凝縮器にも導入可能
となる。しかしながらこのとき、第１の凝縮器は既に比
較的高温となっていることから、蒸気は主として導入管
路→第２の凝縮器へと流れ、これにより第２の液体を加
熱することができる。第２の液体が所定の温度になった
ら、再び分岐用バルブを閉じることで同様の操作を繰り
返すことができる。

【０００９】（５）上記（２）において、また好ましく
は、前記導入管路は前記第１の凝縮器に接続されてお
り、前記弁手段は、前記導入管路に設けられた分岐用バ
ルブを含む。この場合、導入管路が第１の凝縮器に接続
され、戻り管路が液戻り部に接続されることから、第２
の凝縮器は蒸発器に対して第１の凝縮器とほぼ並列接続
されることとなる。ここで、まず分岐用バルブを閉じる
ことにより、蒸発器からの蒸気は第１の凝縮器のみに導
かれ第１の液体を加熱することができる。その後、第１
の液体が所定の温度になったら、分岐用バルブを開くこ
とにより、蒸気は第１の凝縮器にも第２の凝縮器にも導
入可能となる。しかしながらこのとき、第１の凝縮器は
既に比較的高温となっていることから、蒸気は主として
第１の凝縮器→導入管路→第２の凝縮器へと流れ、これ
により第２の液体を加熱することができる。第２の液体
が所定の温度になったら、再び分岐用バルブを閉じるこ
とで同様の操作を繰り返すことができる。

【００１０】（６）上記（１）において、また好ましく
は、前記第１及び第２の液体のうち少なくとも一方の温
度を検出する検出手段と、この検出手段の検出結果に応
じて前記弁手段の開閉動作を制御するバルブ制御手段と
をさらに有する。これにより、検出手段の結果に応じ
て、例えば第１の液体の温度が所定温度にまで上昇した
ときには第２の液体を加熱し、また第１の液体の温度が
所定温度にまで下降したときには第１の液体を加熱する
ように、バルブ制御手段で弁手段を開閉させることがで
きる。すなわち自動操作で配管材料の劣化防止を図るこ
とができる。

【００１１】（７）また上記目的を達成するために、本
発明は、熱源から受熱する蒸発器と、第１の液体を収納
した第１の蓄熱タンクと、この第１の蓄熱タンク内に設
けられた第１の凝縮器と、内部に蒸発性の液体を通じ前
記蒸発器と前記第１の凝縮器とを閉ループを構成するよ
うに連結するためのループ管路とを有し、前記熱源から
の熱を前記第１の凝縮器に導き前記第１の液体を加熱す
る熱伝達装置において、前記第１のタンク外に設けられ
た第３の凝縮器と、この第３の凝縮器を冷却する冷却手
段とを有し、かつ、この第３の凝縮器へ蒸気を導入する
導入管路及び該第３の凝縮器から凝縮液を導出する戻り
管路を前記ループ管路に接続し、前記熱源からの熱の少
なくとも一部を前記第３の凝縮器へ導入可能とする。ま
ず最初には冷却手段による冷却を行わない状態にしてお
き、熱源からの受熱により蒸発器で生じた蒸気を、第１
のタンク内にある第１の凝縮器へ導く。これにより、こ
こで蒸気が凝縮して第１の液体が加熱されるので、第１
の蓄熱タンク内に熱が蓄えられ、時間の経過とともに第
１の液体の温度は上昇していく。ここで、第１の液体が
所定の温度になったら、冷却手段による冷却を行う状態
とするとともに蒸気を第３の凝縮器へ導くことにより、
ここで蒸気を凝縮させることができるので、第１の液体
が過度な高温となるのを防止できる。したがって、ルー
プ管路内の蒸発性液体の温度が過度に上昇し蒸気圧が過
度に高くなるのを防止できるので、高蒸気圧による配管
材料の劣化を防止することができる。

【００１２】（８）また上記目的を達成するために、本
発明は、熱源から受熱する蒸発器と、第１の液体が流さ
れる流路中に設けられた第１の凝縮器と、内部に蒸発性
の液体を通じ前記蒸発器と前記凝縮器とを閉ループを構
成するように連結するループ管路と、前記第１の液体を
貯留する水槽と、前記水槽から該第１の液体を吸い込ん
で前記流路中を循環させるポンプとを有し、前記熱源か
らの熱を前記第１の凝縮器に導き前記第１の液体を加熱
する熱伝達装置において、前記流路外に設けられた第３
の凝縮器と、この第３の凝縮器を冷却する冷却手段とを
有し、かつ、この第３の凝縮器へ蒸気を導入する導入管
路及び該第３の凝縮器から凝縮液を導出する戻り管路を
前記ループ管路に接続し、前記熱源からの熱の少なくと
も一部を前記第３の凝縮器へ導入可能とする。まず最初
には冷却手段による冷却を行わない状態にしておき、熱
源からの受熱により蒸発器で生じた蒸気を、流路中にあ
る第１の凝縮器へ導く。これにより、ここで蒸気が凝縮
し、流路内をポンプで循環されている第１の液体が加熱
されるので、水槽に熱が導かれる。ここで、水槽内の第
１の液体が所定の温度になったら、冷却手段による冷却
を行う状態とするとともに蒸気を第３の凝縮器へ導くこ
とにより、ここで蒸気を凝縮させることができるので、
水槽内の第１の液体が過度な高温となるのを防止でき
る。したがって、ループ管路内の蒸発性液体の温度が過
度に上昇し蒸気圧が過度に高くなるのを防止できるの
で、高蒸気圧による配管材料の劣化を防止することがで
きる。

【００１３】（９）上記（７）又は（８）において、好
ましくは、前記冷却手段を制御する冷却制御手段をさら
に有し、かつ、前記導入管路及び前記戻り管路は、前記
第３の凝縮器が前記蒸発器に対して前記第１の凝縮器と
直列接続となるように、前記ループ管路に接続されてい
る。例えば、バルブを設けず第３の凝縮器と第１の凝縮
器とを蒸発器に対して単純に直列接続する場合には、最
初は冷却制御手段で冷却手段による冷却を行わない状態
にしておくと、蒸発器で生じた蒸気は、第１のタンク内
にある加熱前の比較的低温の液体と接している第１の凝
縮器において主として凝縮し、これにより第１の液体を
加熱することができる。その後、第１の液体が所定の温
度になったら、冷却制御手段で冷却手段による第３の凝
縮器の冷却を開始することにより、蒸気を、既に比較的
高温となった第１の凝縮器よりも主として第３の凝縮器
において凝縮させることができる。

【００１４】（１０）上記（９）において、さらに好ま
しくは、前記ループ管路は、前記第１の凝縮器へ蒸気を
導く蒸気導入部と前記第１の凝縮器から凝縮液を導出す
る液戻り部を備えており、前記導入管路及び前記戻り管
路は、前記液戻り部の一部を構成しており、かつ、前記
蒸気導入部と前記導入管路とを連結する短絡管路と、こ
の短絡管路上の短絡用バルブとをさらに設ける。この場
合、まず短絡用バルブを閉じるとともに冷却制御手段で
冷却手段による冷却を行わない状態にしておくことによ
り、短絡管路は導通せず第１の凝縮器と第３の凝縮器と
が単なる直列接続となるので、蒸発器で生じた蒸気は、
ループ管路の蒸気導入部→第１の凝縮器→導入管路→第
３の凝縮器と流れる。したがって、第１のタンク内にあ
る加熱前の比較的低温の液体と接している第１の凝縮器
において主として凝縮し第１の液体を加熱することがで
きる。その後、第１の液体が所定の温度になったら、短
絡用バルブを開くとともに冷却制御手段で冷却手段によ
る冷却を開始する。このとき、蒸発器で生じた蒸気は、
蒸気導入部→第１の凝縮器へ流れるとともに蒸気導入部
→短絡管路→導入管路→第３の凝縮器へも流れるが、第
３の凝縮器の冷却が開始されているので主として第３の
凝縮器において凝縮させることができる。

【００１５】（１１）上記（９）において、また好まし
くは、前記第３凝縮器は、前記第１凝縮器より下方に位
置している。これにより、先に第１の液体が高温となっ
たときに、第１の液体の保有する熱が第３凝縮器内に流
入するのを防止できる。

【００１６】（１２）上記（７）又は（８）において、
また好ましくは、前記導入管路及び前記戻り管路は、前
記第３の凝縮器が前記蒸発器に対して前記第１の凝縮器
と並列接続となるように、前記ループ管路に接続されて
おり、かつ、前記導入管路上に分岐用バルブをさらに設
ける。まず分岐用バルブを閉じるとともに冷却手段によ
る冷却を行わない状態にしておくことにより、蒸発器で
生じた蒸気は、蒸気導入部→第１の凝縮器にのみ導かれ
第１の液体を加熱することができる。その後、第１の液
体が所定の温度になったら、分岐用バルブを開くととも
に冷却手段の冷却を行う状態とする。このとき、蒸発器
で生じた蒸気は、第１の凝縮器へ流れるとともに導入管
路→第３の凝縮器へも流れるが、第３の凝縮器の冷却が
開始されているので主として第３の凝縮器において凝縮
させることができる。

【００１７】（１３）上記（１２）において、さらに好
ましくは、前記ループ管路は、前記第１の凝縮器へ蒸気
を導く蒸気導入部と前記第１の凝縮器から凝縮液を導出
する液戻り部とを備えており、前記導入管路は前記蒸気
導入部に接続され、前記戻り管路は前記液戻り部に接続
されている。

【００１８】（１４）上記（１）、（７）、（８）のい
ずれか１つにおいて、好ましくは、前記第１及び第２の
凝縮器の外で、前記第１の液体及び前記第２の液体のう
ち少なくとも第１の液体を加熱する加熱手段をさらに有
する。熱源からの熱が少なくあまり液体の温度が上がら
なかった場合にも、この加熱手段によって適宜液体を補
助的に加熱することにより、タンクから液体を取り出し
て利用するときに、液体を利用しやすい温度に保つこと
ができる。

【００１９】（１５）また上記目的を達成するために、
本発明は、高温流体の流路内に設けられた蒸発器と、該
流路外に設けられた第１の凝縮器と、内部に蒸発性の液
体を通じ前記蒸発器と前記第１の凝縮器とを閉ループを
構成するように連結するループ管路とを有し、前記高温
流体からの熱を前記第１の凝縮器へ導く熱伝達装置にお
いて、前記流路のうち前記蒸発器の配置位置の上流側か
ら分岐する分岐流路と、その分岐点に設けられ、上流側
から流れてきた高温流体を前記蒸発器側に流すか前記分
岐流路側に流すかを切り替える流路切り替え手段とを設
ける。まず蒸発器側に流路切り替え手段を切り替える
と、高温流体からの熱により蒸発器で生じた蒸気が第１
の凝縮器へ導かれ、ここで蒸気が凝縮し、凝縮器まわり
の流体を加熱する。ここで、凝縮器まわりの流体が所定
の温度になったら、流路切り替え手段を分岐流路側に切
り替える。これにより、蒸気が分岐流路側に導かれ、蒸
発器側へは導かれなくなるので、凝縮器まわりの流体が
過度な高温となるのを防止できる。したがって、ループ
管路内の蒸発性液体の温度が過度に上昇し蒸気圧が過度
に高くなるのを防止できるので、高蒸気圧による配管材
料の劣化を防止することができる。

【００２０】（１６）上記（１）、（７）、（８）、及
び（１５）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記
ループ管路は、前記蒸発性の液体を内部に封入してお
り、熱サイホンの一部を形成している。

【００２１】（１７）上記（１）、（７）、（８）、及
び（１５）のいずれか１つにおいて、また好ましくは、
前記ループ管路内に前記蒸発性の液体を循環させるポン
プをさらに有する。これにより、凝縮器が蒸発器より下
方に位置する場合であっても、液体を強制的に循環させ
ることができるので、凝縮器と蒸発器との位置関係にお
ける制約が少なくなり、設計の自由度が増大する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。本発明の第１の実施形態を図１〜
図５により説明する。本実施形態による熱伝達装置の全
体構造を表す配置図を図１に示す。この図１において、
熱伝達装置は、熱源としての高温ガスが導かれる煙道２
０に配置され、高温ガスから受熱する蒸発器１と、第１
の液体８（例えば水）を収納した第１の蓄熱タンク７
と、この第１の蓄熱タンク７内に設けられた第１の凝縮
器２と、内部に蒸発性の液体（例えば水、フロン等）が
封入され蒸発器１と第１の凝縮器２とを連結するパイプ
４，５と、第２の液体７８（例えば水）を収納した第２
の蓄熱タンク７７と、この第２の蓄熱タンク７７内に設
けられた第２の凝縮器７２と、この第２の凝縮器７２へ
蒸気を導入する導入管路としての蒸気導入用パイプ７５
と、第２の凝縮器７２から凝縮液を導出する戻り管路と
しての液戻り用パイプ７６と、弁手段としてのバルブ１
６，１７と、第１の液体８及び第２の液体７８の温度を
それぞれ検出する検出手段としての温度センサ（例えば
熱電対・サーミスタ等）１３，８３と、これら温度セン
サ１３，８３の検出結果に応じてバルブ１６，１７の開
閉動作を制御するバルブ制御手段としての調節器１４
と、第１の凝縮器２及び第２の凝縮器７２の外で、第１
の液体８及び第２の液体７８をそれぞれ加熱する加熱手
段としてのヒータ５０，９０と、第１の蓄熱タンク７に
給水するための給水用パイプ１１と、この給水用パイプ
１１に設けられた給水用バルブ１２と、第１の蓄熱タン
ク７から取水するための取水用パイプ９と、この取水用
パイプ９に設けられた取水用バルブ１０と、第２の蓄熱
タンク７７に給水するための給水用パイプ８１と、この
給水用パイプ８１に設けられた給水用バルブ８２と、第
２の蓄熱タンク７７から取水するための取水用パイプ７
９と、この取水用パイプ７９に設けられた取水用バルブ
８０とを備えている。

【００２３】パイプ４，５は蒸発器１と第１の凝縮器２
とを連結するループ管路を形成しており、高温ガスから
の熱を第１の凝縮器２に導き第１の液体８を加熱するル
ープ型熱サイホンの一部を構成している。そのうちパイ
プ４は、第１の凝縮器２へ蒸気を導く蒸気導入部を構成
する蒸気導入用パイプであり、パイプ５は、第１の凝縮
器２から凝縮液を導出する液戻り部を構成する液戻り用
パイプとなっている。蒸気導入用パイプ７５及び液戻り
用パイプ７６は、いずれも液戻り用パイプ５に接続され
ており、高温ガスからの熱の少なくとも一部を第２の凝
縮器７２へ導入可能となっている。バルブ１６，１７
は、高温ガスからの熱で第１の液体８及び第２の液体７
８のいずれを加熱するかを選択可能とする役割を果たし
ており、そのうちバルブ１７は、液戻り用パイプ５のう
ち蒸気導入用パイプ７５の接続点と液戻り用パイプ７６
の接続点との間に設けられた直通用バルブであり、バル
ブ１６は、蒸気導入用パイプ７５の入口部分に設けられ
ている。またバルブ１６，１７はいずれも電磁弁であ
り、調節器１４の制御信号により開閉動作を制御され
る。なお、第１の凝縮器２及び第２の凝縮器７２は、い
ずれも蒸発器１より上方に位置するように配置されてい
る。

【００２４】次に上記構成における動作及び作用を以下
に説明する。まず最初には、調節器１４が、バルブ１７
を開くとともにバルブ１６を閉じる。これにより、熱サ
イホンの閉ループ内には２つの凝縮器２，７２のうち第
１の凝縮器２のみが位置することとなり、煙道２０内の
排熱により蒸発器１で生じた蒸発性液体の蒸気が蒸気圧
差によって第１の凝縮器２へ導かれる。そして、ここで
蒸気が凝縮して、凝縮の潜熱を放出・液化して第１の液
体８を加熱し、これにより、第１の蓄熱タンク７内に熱
が蓄えられるとともに熱サイホン内の温度が適正に保た
れる。第１の凝縮器２内にて凝縮した液体はパイプ５を
通った後、蒸発器１内へ流入して前と同じサイクルをく
り返す。

【００２５】その後、時間の経過とともに第１の液体８
の温度は上昇していくが、第１の液体８が所定の温度
（あらかじめ設定）になったら、調節器１４がバルブ１
６を開くとともにバルブ１７を閉じ、これにより第２の
凝縮器７２も閉ループ内に組み込まれる。このとき蒸気
はまず蒸発器１→蒸気導入用パイプ４→第１の凝縮器２
と流れるが、第１の凝縮器２は既に比較的高温となって
いることから蒸気は凝縮せずにそのままこれを通過し、
さらに液戻り用パイプ５→蒸気導入用パイプ７５→第２
の凝縮器７２へと流れる。これにより、蒸発性の液体の
蒸気が凝縮の潜熱を放出して液化し第２の液体７８を加
熱するので、第２の蓄熱タンク７７内に熱が蓄えられ
る。したがって、第１の液体８が所定温度を超えて過度
な高温となるのを防止できるので、サイホン内の蒸発性
液体の温度が過度に上昇し蒸気圧が過度に高くなるのを
防止できる。

【００２６】その後、さらに時間の経過とともに第２の
液体７８の温度は上昇していくが、第２の液体が所定の
温度になる前に、取水用バルブ１０を例えば手動で開く
ことにより、取水用パイプ９を介し適正な温度に温まっ
た第１の液体８を取り出して利用することができる。そ
の後、給水用バルブ１２を例えば手動で開き、給水用パ
イプ１１を介して低温の第１の液体８を第１の蓄熱タン
ク７内に供給しておく。

【００２７】そして、第２の液体７８が所定の温度にな
ったら、再び調節器１４がバルブ１７を開くとともにバ
ルブ１６を閉じ、蒸発器１からの熱を第１の蓄熱タンク
７内の第１の液体８に伝達し、第１の液体８を再び加熱
する。そして、第１の液体８が所定の温度になる前に、
前述した操作と同様、取水用バルブ８０を例えば手動で
開くことにより、取水用パイプ７９を介し適正な温度に
温まった第２の液体７８を取出し利用することができ
る。なお、以上の動作において、煙道２０内の排熱が変
動し一時的に煙道２０側の温度が低くなったとしても、
蒸発器１より第１の凝縮器２及び第２の凝縮器７２は上
方部に位置しているため、熱サイホンは一方向性とな
り、凝縮器２，７２側から蒸発器１側へ熱は逆流するこ
とはない。したがって蓄熱タンク７，７７内に蓄熱され
た熱は蒸発器１側へ放熱することはない。

【００２８】以上説明したように、本実施形態の熱伝達
装置によれば、熱サイホン内の蒸発性液体の温度が過度
に上昇し蒸気圧が過度に高くなるのを防止できるので、
高蒸気圧による配管材料の劣化を防止することができ
る。また、第２の蓄熱タンク７７に蓄熱している間は第
１の蓄熱タンク７から熱を取り出し、第１の蓄熱タンク
７に蓄熱している間は第２の蓄熱タンク７７から熱を取
り出すことにより、途中中断することなく熱を連続的に
取り出すことができる。また、ヒータ５０，９０を設け
ることにより、高温ガスからの熱が少なくあまり第１及
び第２の液体８，７８の温度が上がらなかった場合に
も、このヒータ５０，９０によって適宜第１及び第２の
液体８，７８を補助的に加熱することにより、第１及び
第２の蓄熱タンク７，７７から第１及び第２の液体８，
７８を取り出して利用するときに、液体を利用しやすい
温度に保つことができる。

【００２９】なお、上記第１の実施形態の構成に加え、
第３の蓄熱タンクを別個に設け、この内部に第３の凝縮
器を設け、ループ型熱サイホンと組合わせて利用すれ
ば、さらに利用側で温度変化の少ない温水を取得でき
る。また、上記第１の実施形態においては、ヒータ５
０，９０を用いて補助的に追い炊きを行ったがこれに限
られず、バーナで発生させた熱やあるいは別の排熱を熱
源として追い炊きを行ってもよい。

【００３０】さらに、上記第１の実施形態においては、
図１に示されるように、第２の凝縮器７２は蒸発器１に
対して第１の凝縮器２と直列接続としたが、これに限ら
れず、並列接続としてもよい。このような構造を備えた
第１〜第４の変形例を図２〜図５により説明する。

【００３１】（１−１）第１の変形例図２は、第１の変形例による熱伝達装置の全体構造を表
す配置図である。図１と同等の部材には同一の符号を付
し、説明を省略する。図２において、第２の凝縮器７２
へ蒸気を導入する蒸気導入用パイプ７５が蒸気導入用パ
イプ４に接続され、第２の凝縮器７２から凝縮液を導出
する液戻り用パイプ７６が液戻り用パイプ５に接続され
おり、また蒸気導入用パイプ７５のバルブ１６のほか
に、液戻り用パイプ７６の出口部分、蒸気導入用パイプ
４の蒸気導入用パイプ７５接続位置より下流側、及び液
戻り用パイプ５の液戻り用パイプ７６接続位置よりも上
流側に、バルブ８７、バルブ２１、及びバルブ２２がそ
れぞれ設けられている点が、図１の構造と異なる。ま
た、バルブ８７，２１，２２は、バルブ１６と同様、開
閉動作を調節器１４の制御信号により制御される電磁弁
である。

【００３２】その他の構造は、図１とほぼ同様である。

【００３３】上記構成における主な動作は、以下のよう
である。最初に、調節器１４が、バルブ２１，２２を開
くとともにバルブ１６，８７を閉じることにより、蒸発
器１で生じた蒸発性液体の蒸気が第１の凝縮器２へ導か
れ、第１の蓄熱タンク７内に熱が蓄えられるとともに熱
サイホンの温度が適正に保たれる。第１の凝縮器２内に
て凝縮した液体はパイプ５を通った後、蒸発器１内へ流
入する。その後、第１の液体８が所定の温度になった
ら、調節器１４がバルブ１６，８７を開くとともにバル
ブ２１，２２を閉じる。これにより、蒸気は、蒸気導入
用パイプ７５→第２の凝縮器７２へと流れて第２の液体
７８を加熱し、第２の蓄熱タンク７７内に熱が蓄えられ
る。そして、第２の液体７８が所定の温度になったら、
再び調節器１４がバルブ２１，２２を開くとともにバル
ブ１６，８７を閉じ、第１の液体８を加熱する。なお、
上記動作から明らかなように、これら４つのバルブ１
６，８７，２１，２２は、高温ガスからの熱で第１の液
体８及び第２の液体７８のいずれを加熱するか選択可能
な弁手段を構成する。取水・給水を含むその他の動作
は、図１の場合とほぼ同様である。

【００３４】本変形例によっても、図１の構成と同様の
効果を得る。なお、上記第１の変形例において、バルブ
８７，２１，２２は必ずしも必要でなく、バルブ１６の
みとしてもよい。この場合、最初にバルブ１６を閉じて
第１の蓄熱タンク７内を加熱した後、第１の液体８が所
定の温度になったらバルブ１６を開放する。こうする
と、蒸気は第１の凝縮器２及び第２の凝縮器７２の両方
へ導かれ得るが、既に第１の凝縮器２は比較的高温とな
っていることから蒸気は主として第２の凝縮器７２へと
導かれ、第２の蓄熱タンク７７内を加熱する。その後、
第２の液体７８が所定の温度になったら、再びバルブ１
６を閉じることで、同様の操作を繰り返すことができ
る。この場合、バルブ１６のみが、高温ガスからの熱で
第１の液体８及び第２の液体７８のいずれを加熱するか
を選択可能な弁手段を構成する。

【００３５】（１−２）第２の変形例図３は、第２の変形例による熱伝達装置の全体構造を表
す配置図である。図１及び図２と同等の部材には同一の
符号を付し、説明を省略する。図３において、第１の変
形例と異なる点は、第１蓄熱タンク７と第２蓄熱タンク
７７との高さ方向位置が同一であることと、温度センサ
１３，８３が凝縮器２，７２の表面に設けられているこ
とと、バルブ２２，８７が省略されていることである。
その他の構造は第１の変形例とほぼ同様である。

【００３６】上記構成における動作は、第１の変形例に
おけるバルブ２１，２２の開閉動作をバルブ２１の開閉
動作に読み換えるとともにバルブ１６，８７の開閉動作
をバルブ１６の開閉動作に読み換えれば、第１の変形例
とほぼ同様であるので、説明を省略する。すなわち、２
つのバルブ１６，２１が、第１の液体８及び第２の液体
７８のいずれを加熱するか選択可能な弁手段を構成す
る。本変形例によっても、第１の変形例と同様の効果を
得る。また、蓄熱タンク７，７７の設置スペース高さが
狭いときにも実施可能というメリットもある。なお、第
１の変形例同様、バルブ２１は必ずしも必要なく、バル
ブ１６のみとしてもよい。この場合も同様の効果を得
る。

【００３７】（１−３）第３の変形例図４は、第３の変形例による熱伝達装置の全体構造を表
す配置図である。図１〜図３と同等の部材には同一の符
号を付し、説明を省略する。図４において、第２の変形
例と異なる点は、蒸気導入用パイプ７５が第１の凝縮器
２に接続され、バルブ２１及び温度センサ８３が省略さ
れていることである。その他の構造は第２の変形例とほ
ぼ同様である。

【００３８】上記構成における主な動作は、以下のよう
である。最初に、調節器１４がバルブ１６を閉じること
により、蒸発器１で生じた蒸発性液体の蒸気が第１の凝
縮器２へ導かれ、第１の蓄熱タンク７内に熱が蓄えられ
るとともに熱サイホンの温度が適正に保たれる。第１の
凝縮器２内にて凝縮した液体はパイプ５を通った後、蒸
発器１内へ流入する。その後、第１の液体８が所定の温
度になったら、調節器１４がバルブ１６を開く。これに
より、蒸気は第１の凝縮器２の途中から蒸気導入用パイ
プ７５→第２の凝縮器７２へと流れはじめ、すなわち第
１の凝縮器２及び第２の凝縮器７２の両方へ導かれる。
しかし既に第１の凝縮器２は比較的高温となっているこ
とから蒸気は主として第２の凝縮器７２へと導かれるこ
ととなり、第２の蓄熱タンク７２内を加熱する。そし
て、第２の液体７８が所定の温度になるようなタイミン
グ（あらかじめ設定するか若しくは適宜手動入力する）
を見計らって、再び調節器１４がバルブ１６を閉じるこ
とで、同様の操作を繰り返すことができる。なお、上記
動作から明らかなように、バルブ１６は、高温ガスから
の熱で第１の液体８及び第２の液体７８のいずれを加熱
するかを選択可能な弁手段を構成する。取水・給水を含
むその他の動作は、第２の変形例とほぼ同様である。

【００３９】本変形例によっても、図１とほぼ同様の効
果を得る。

【００４０】（１−４）第４の変形例図５は、第４の変形例による熱伝達装置の全体構造を表
す配置図である。図１〜図４と同等の部材には同一の符
号を付し、説明を省略する。図５において、第３の変形
例と異なる点は、蒸気導入用パイプ７５が第１の凝縮器
２のさらに上流側に接続されるとともに、液戻り用パイ
プ７６にバルブ９１が追加されていることである。その
他の構造は第３の変形例とほぼ同様である。なお、バル
ブ１６，９１が第１の液体８及び第２の液体７８のいず
れを加熱するかを選択可能な弁手段を構成する。上記構
成における動作は、第３の変形例におけるバルブ１６の
開閉動作をバルブ１６，９１の開閉動作に読み換えれ
ば、第３の変形例とほぼ同様であるので、説明を省略す
る。

【００４１】本変形例によっても、第３の変形例と同様
の効果を得る。

【００４２】なお、バルブ９１は必ずしも必要なく、バ
ルブ１６のみとしてもよい。この場合はバルブ１６のみ
が弁手段を構成し、同様の効果を得る。

【００４３】次に、本発明の第２の実施形態を図６によ
り説明する。第１の実施形態と同等の部材には同一の符
号を付す。図６は、本実施形態による熱伝達装置の全体
構造を表す配置図であり、熱伝達装置は、熱源としての
高温ガスが導かれる煙道２０に配置され、高温ガスから
受熱する蒸発器１と、第１の液体８（例えば水）を収納
した第１の蓄熱タンク７と、この第１の蓄熱タンク７内
に設けられた第１の凝縮器２と、内部に蒸発性の液体
（例えば水、フロン等）が封入され蒸発器１と第１の凝
縮器２とを連結するためのパイプ４，５と、第１の蓄熱
タンク７外に設けられた空冷型の第３の凝縮器３と、こ
の第３の凝縮器３を冷却する冷却手段として設けられた
モータ駆動のファン１５と、第３の凝縮器３へ蒸気を導
入する導入管路としての蒸気導入用パイプ８５と、第３
の凝縮器３から凝縮液を導出する戻り管路としての液戻
り用パイプ８６と、第１の液体８（例えば、温水等）の
温度を検出する検出手段としての温度センサ（例えば熱
電対・サーミスタ等）１３と、これら温度センサ１３の
検出結果に応じてファン１５の動作を制御する冷却制御
手段としての調節器１４と、第１の凝縮器２の外で第１
の液体８を加熱する加熱手段としてのヒータ５０と、第
１の蓄熱タンク７に給水するための給水用パイプ１１
と、この給水用パイプ１１に設けられた給水用バルブ１
２と、第１の蓄熱タンク７から取水するための取水用パ
イプ９と、この取水用パイプ９に設けられた取水用バル
ブ１０とを備えている。

【００４４】パイプ４，５は蒸発器１と第１の凝縮器２
とを連結するループ管路を形成するためのものであり、
高温ガスからの熱を第１の凝縮器２に導き第１の液体８
を加熱するループ型熱サイホンの一部を構成している。
そのうちパイプ４は、第１の凝縮器２へ蒸気を導く蒸気
導入部を構成する蒸気導入用パイプであり、パイプ５
は、第１の凝縮器２から凝縮液を導出する液戻り部を構
成する液戻り用パイプとなっている。そして、蒸気導入
用パイプ８５及び液戻り用パイプ８６は、液戻り用パイ
プ５の途中に挿入されて液戻り部の一部を構成するよう
に接続されており、この結果、第３の凝縮器３が蒸発器
１に対して第１の凝縮器２と直列接続となっている。そ
してこれにより、高温ガスからの熱の少なくとも一部を
第３の凝縮器３へ導入可能となっている。

【００４５】なお、第１の凝縮器２及び第３の凝縮器３
は、いずれも蒸発器１より上方位置となるように配置さ
れている。

【００４６】次に上記構成における動作及び作用を以下
に説明する。まず最初は、調節器１４は、ファン１５を
駆動せず冷却を行わないようにしておく。これにより、
蒸発器１で生じた蒸発性液体の蒸気が第１の凝縮器２へ
導かれる。そして、ここで蒸気が凝縮して凝縮の潜熱を
放出・液化して第１の液体８を加熱し、これにより、第
１の蓄熱タンク７内に熱が蓄えられるとともに熱サイホ
ンの温度が適正に保たれる。第１の凝縮器２内にて凝縮
した液体は、パイプ５、蒸気導入用パイプ８５、第３の
凝縮器３、及び液戻り用パイプ８６をそのまま通った
後、蒸発器１内へ流入して前と同じサイクルをくり返
す。その後、時間の経過とともに第１の液体８の温度は
上昇していくが、第１の液体８が所定の温度（あらかじ
め設定）になったら、調節器１４がファン１５を駆動し
冷却を開始する。このとき蒸気はまず蒸発器１→蒸気導
入用パイプ４→第１の凝縮器２と流れるが、第１の凝縮
器２は既に比較的高温となっていることから蒸気は凝縮
することなくこれを通過し、さらに液戻り用パイプ５→
蒸気導入用パイプ８５を介して、第１の凝縮器２より低
温の第３の凝縮器３へと流れる。これにより、第３の凝
縮器３で蒸発性の液体の蒸気が凝縮の潜熱を放出して液
化するので、第１の液体８が過度な高温となるのを防止
でき、したがってサイホン内の蒸発性液体の温度が過度
に上昇し蒸気圧が過度に高くなるのを防止できる。この
とき、第１の蓄熱タンク７に設けてある取水用バルブ１
０を例えば手動で開くことにより、取水用パイプ９を介
し適正な温度に温まった第１の液体８を取り出して利用
することができる。その後、給水用バルブ１２を例えば
手動で開き、給水用パイプ１１を介して低温の第１の液
体８を第１の蓄熱タンク７内に供給すればよい。

【００４７】なお、以上の動作において、煙道２０内の
排熱が変動し一時的に煙道２０側の温度が低くなったと
しても、蒸発器１より第１の凝縮器２及び第３の凝縮器
３は上方部に位置しているため、熱サイホンは一方向性
となり、凝縮器２，３側から蒸発器１側へ熱は逆流する
ことはない。したがって蓄熱タンク７内に蓄熱された熱
は蒸発器１側へ放熱することはない。また、第３の凝縮
器３は第１の凝縮器２より低位置に配置してあるため、
第１の蓄熱タンク７内の液体８の保有する熱は第３の凝
縮器３側には移動しない。

【００４８】以上説明したように、本実施形態の熱伝達
装置によれば、熱サイホン内の蒸発性液体の温度が過度
に上昇し蒸気圧が過度に高くなるのを防止できるので、
高蒸気圧による配管材料の劣化を防止することができ
る。また、ヒータ５０を設けることにより、高温ガスか
らの熱が少なくあまり第１の液体８の温度が上がらなか
った場合にも、このヒータ５０によって適宜第１の液体
８を補助的に加熱することにより、第１の蓄熱タンク７
から第１の液体８を取り出して利用するときに、液体を
利用しやすい温度に保つことができる。

【００４９】なお、上記第２の実施形態においては、温
度センサ１３は第１の蓄熱タンク７の下部に設けたが、
これに限られず、必要に応じて第１凝縮器２の上方部若
しくはその表面に設置してもよい。また、上記第２の実
施形態においては、ヒータ５０を用いて補助的に追い炊
きを行ったがこれに限られず、バーナで発生させた熱や
あるいは別の排熱を熱源として追い炊きを行ってもよ
い。さらに、上記第２の実施形態においては、冷却手段
としてファン１５を用いたが、これに限られない。すな
わち、例えば冷却用の空気取り入れ口に開度を制御可能
なシャッターを設け、このシャッターを介して取り入れ
た冷却空気で第３の凝縮器を自然空冷してもよい。要
は、冷却能力が制御可能であるような手段であれば足り
る。

【００５０】また、上記第２の実施形態においては、第
３の凝縮器３を単純にパイプ５の途中に挿入するように
設けたが、これに限られず、この第３の凝縮器３の接続
方法に関しては他の変形もありうる。以下、このような
第１〜第５の変形例を図７〜図１１により説明する。

【００５１】（２−１）第１の変形例図７は、第１の変形例による熱伝達装置の全体構造を表
す配置図である。図６と同等の部材には同一の符号を付
し、説明を省略する。図７において、図６と異なる点
は、第３の凝縮器３を第１の凝縮器２よりも上流側に接
続したことである。その他の構造は、図６とほぼ同様で
ある。

【００５２】上記構成における主な動作は、まず蒸発器
１で生じた蒸発性液体の蒸気は第３の凝縮器２へ導かれ
るが、最初は調節器１４がファン１５を駆動せず、これ
により蒸気はここで凝縮せずにそのまま通過し、第１の
蓄熱タンク７内の比較的低温の第１の液体７と接してい
る第１の凝縮器２で凝縮して液化する。これによって第
１の蓄熱タンク７内に熱が蓄えられるとともに熱サイホ
ンの温度が適正に保たれる。その後、第１の液体８が所
定の温度になると調節器１４がファン１５を駆動する。
これにより、蒸気は、第３の凝縮器３で凝縮し、第１の
液体８が過度な高温となるのを防止する。なお、取水・
給水を含むその他の動作は、図６の場合とほぼ同様であ
る。本変形例によっても、図６と同様の効果を得る。

【００５３】（２−２）第２の変形例図８は、第２の変形例による熱伝達装置の全体構造を表
す配置図である。図６及び図７と同等の部材には同一の
符号を付し、説明を省略する。図８において、液戻り部
の一部を構成するように接続された蒸気導入用パイプ８
５と蒸気導入部を構成する蒸気導入用パイプ４とを連結
する短絡用パイプ７４を設けたことと、さらにこの短絡
用パイプ７４に短絡用バルブ７３を設けたことと、ファ
ン１５に代わりる冷却手段として、ポンプ（例えば電動
ポンプ）６０の動力で水槽６３内の水６４をパイプ６２
及び散水栓６１を介し蒸発器３外面に散水することとが
図６と異なる。このとき、ポンプ６０の動作が調節器１
４で制御される。その他の構造は、図６とほぼ同様であ
る。

【００５４】上記構成における主な動作は、以下のよう
である。まず最初は、調節器１４は、バルブ２１，２２
を開き状態にかつバルブ７３を閉じ状態にし、ポンプ６
０を駆動せず冷却を行わないようにしておく。これによ
り、蒸発器１で生じた蒸発性液体の蒸気が第１の凝縮器
２へ導かれる。そして、ここで蒸気が凝縮して凝縮の潜
熱を放出・液化して第１の液体８を加熱し、これによ
り、第１の蓄熱タンク７内に熱が蓄えられるとともに熱
サイホンの温度が適正に保たれる。第１の凝縮器２内に
て凝縮した液体は、パイプ５、蒸気導入用パイプ８５、
第３の凝縮器３、及び液戻り用パイプ８６をそのまま通
った後、蒸発器１内へ流入して前と同じサイクルをくり
返す。その後、第１の液体８が所定の温度になったら、
調節器１４がバルブ２１，２２を閉じ状態にかつバルブ
７３を開き状態にし、さらにポンプ６０を駆動し散水に
よる冷却を開始する。これにより、すべての蒸気が蒸気
導入用パイプ４→短絡用パイプ７４→蒸気導入用パイプ
８５を介して第３の凝縮器３へと流れ、蒸発性の液体の
蒸気が凝縮の潜熱を放出して液化する。したがって、第
１の液体８が過度な高温となるのを防止でき、サイホン
内の蒸発性液体の温度が過度に上昇し蒸気圧が過度に高
くなるのを防止できる。取水・給水を含むその他の動作
は、第１の変形例とほぼ同様である。

【００５５】本変形例によっても、第１の変形例と同様
の効果を得る。

【００５６】なお、上記第２の変形例において、バルブ
２１，２２は必ずしも必要でなく、バルブ７３のみとし
てもよい。この場合、最初にバルブ７３を閉じて第１の
蓄熱タンク７内を加熱した後、第１の液体８が所定の温
度になったらバルブ７３を開放する。こうすると、蒸気
は第１の凝縮器２及び第３の凝縮器３の両方へ導かれ得
るが、既に第１の凝縮器２は比較的高温となっているこ
とから蒸気は主として第３の凝縮器３へと導かれる。そ
の後再びバルブ１６を閉じることで、同様の操作を繰り
返すことができる。

【００５７】また、上記第２の変形例における短絡用パ
イプ７４及びバルブ７３を、図６に示した第１の実施形
態に適用してもよい。すなわち、短絡用パイプ７４の一
端を蒸気導入用パイプ４の途中に接続するとともに、他
端を蒸気導入用パイプ８５に接続する。これによって
も、上記第２の変形例と同様の効果を得る。

【００５８】さらに、上記第２の変形例においては、冷
却を散水栓６１からのミスト冷却により行ったが、これ
に限られず、流下液膜流を利用した冷却方式でもよい。
この場合も、同様の効果を得る。

【００５９】（２−３）第３の変形例図９は、第３の変形例による熱伝達装置の全体構造を表
す配置図である。図６〜図８と同等の部材には同一の符
号を付し、説明を省略する。図９において、図６と異な
る点は、蒸気導入用パイプ８５及び液戻り用パイプ８６
が、第３の凝縮器３が蒸発器１に対して第１の凝縮器２
と並列接続となるように、蒸気導入用パイプ４及び液戻
り用パイプ５にそれぞれ接続されていることと、蒸気導
入用パイプ８５に分岐用のバルブ２３を設けたことであ
る。その他の構造は、図６とほぼ同様である。

【００６０】上記構成における主な動作は、以下のよう
である。最初に、調節器１４が、ファン１５を駆動する
ことなくかつバルブ２３を閉じることにより、蒸発器１
で生じた蒸発性液体の蒸気が第１の凝縮器２のみへ導か
れ、第１の蓄熱タンク７内に熱が蓄えられるとともに熱
サイホンの温度が適正に保たれる。その後、第１の液体
８が所定の温度になると調節器１４がファン１５を駆動
するとともにバルブ２３を開く。これにより、蒸気は、
第１の凝縮器２及び第３の凝縮器３の両方へ導かれ得る
が、既に第１の凝縮器２は比較的高温となっていること
から蒸気は主として第３の凝縮器３へと導かれる。これ
により、蒸気は、第３の凝縮器３で凝縮し、第１の液体
８が過度な高温となるのを防止する。なお、取水・給水
を含むその他の動作は、図６の場合とほぼ同様である。
本変形例によっても、図６と同様の効果を得る。

【００６１】なお、上記第３の変形例においては、ファ
ン１５を調節器１４で制御したが、これに限られない。
すなわち、ファン１５は常に駆動して冷却状態にしてお
いてもよい。この場合でも、調節器１４でバルブ２３を
開くことで蒸気の冷却を開始し、バルブ２３を閉じるこ
とで蒸気の冷却を中止することができる。さらにこの場
合、第３の凝縮器自体を冷却風が通るダクト等の中に配
置し、ファン１５を省略してもよい。これらの場合も、
同様の効果を得る。

【００６２】（２−４）第４の変形例図１０は、第４の変形例による熱伝達装置の全体構造を
表す配置図である。図１〜図９と同等の部材には同一の
符号を付し、説明を省略する。図１０において、この熱
伝達装置は、先に第１の実施形態の第１の変形例で説明
した図２の構造に、ファン１５で空冷される第３の凝縮
器３を追加したものである。すなわち、第１の凝縮器２
へ蒸気を導入する蒸気導入用パイプ４に、第３の凝縮器
３へ蒸気を導入する蒸気導入用パイプ８５を接続し、第
１の凝縮器２から凝縮液を導出する液戻り用パイプ５
に、第３の凝縮器から凝縮液を導出する液戻り用パイプ
８６を接続し、蒸気導入用パイプ８５及び液戻り用パイ
プ８６に、調節器１４で開閉動作を制御されるバルブ２
３及び２４をそれぞれ設けている。その他の構造は、図
２とほぼ同様である。

【００６３】上記構成における基本的な動作及び効果は
図２とほぼ同様であるが、これに加え、熱源から大量に
熱が放出され第１の蓄熱タンク７内の第１の液体８及び
第２の蓄熱タンク７７内の第２の液体７８のいづれもが
温度上昇してしまったときに、バルブ２３，２４を開く
とともにファン１５を駆動することにより、熱サイホン
内の蒸発性液体の温度が過度に上昇し蒸気圧が過度に高
くなるのをさらに確実に防止できる。したがって、高蒸
気圧による配管材料の劣化をさらに確実に防止すること
ができる。

【００６４】（２−５）第５の変形例図１１は、第５の変形例による熱伝達装置の全体構造を
表す配置図である。図１〜図１０と同等の部材には同一
の符号を付し、説明を省略する。図１１において、図１
０と異なる点は、冷却手段としてファン１５を設ける代
わりに、第３の凝縮器３自体を、冷却空気等が流される
風路６９に設けるものである。その他の構造は、第４の
変形例とほぼ同様である。また上記構成における動作も
第４の変形例とほぼ同様であるので、説明を省略する。

【００６５】本実施形態によっても、第４の変形例と同
様の効果を得る。またこれに加え、風路６９内で第３の
凝縮器３によって昇温された気流を、例えば室内に導入
して暖房等に有効に利用することができる。

【００６６】次に、本発明の第３の実施形態を図１２に
より説明する。第１及び第２の実施形態と同等の部材に
は同一の符号を付す。

【００６７】図１２は、本実施形態による熱伝達装置の
全体構造を表す配置図である。この図１２において、熱
伝達装置は、熱源としての高温ガスが導かれる煙道２０
に配置され、高温ガスから受熱する蒸発器１と、第１の
液体３５（例えば水）が導かれる水路６８内に設けられ
た第１の凝縮器２と、内部に蒸発性の液体（例えば水、
フロン等）を通じ蒸発器１と第１の凝縮器２とを連結す
るパイプ４，５と、パイプ５に設けられパイプ４，５内
に蒸発性液体を循環させるためのポンプ３０と、これら
のパイプ４，５にそれぞれ設けられたバルブ２１，２２
と、例えば冷却風等が導かれる風路６９内に設けられた
第３の凝縮器３と、この第３の凝縮器３へ蒸気を導入す
る導入管路としての蒸気導入用パイプ８５と、第３の凝
縮器３から凝縮液を導出する戻り管路としての液戻り用
パイプ８６と、パイプ８５，８６にそれぞれ設けられた
バルブ２３，２４と、第１の液体３５を貯留する水槽３
４と、この水槽３４から第１の液体３５を吸い込んでパ
イプ３２，３３及び水路６８中を循環させるポンプ３１
と、パイプ３２内の第１の液体３５の温度を検出する検
出手段としての温度センサ（例えば熱電対・サーミスタ
等）１３と、この温度センサ１３の検出結果に応じてバ
ルブ２３，２４，２１，２２の開閉動作を制御するバル
ブ制御手段としての調節器１４と、水槽３４内で第１の
液体３５を加熱する加熱手段としてのヒータ５０と、水
槽３４への給水・取水用の給水用パイプ及び取水用パイ
プ（共に図示せず）及びこの給水用・取水用パイプに設
けられた給水用バルブ及び取水用バルブ（同）とを備え
ている。

【００６８】パイプ４，５は蒸発器１と第１の凝縮器２
とを連結するループ管路を形成している。これらのうち
パイプ４は、第１の凝縮器２へ蒸気を導く蒸気導入部を
構成する蒸気導入用パイプであり、パイプ５は、第１の
凝縮器２から凝縮液を導出する液戻り部を構成する液戻
り用パイプとなっている。蒸気導入用パイプ８５及び液
戻り用パイプ８６は、蒸気導入用パイプ４及び液戻り用
パイプ５にそれぞれ接続されており、この結果、第３の
凝縮器３は蒸発器１に対して第１の凝縮器２と並列接続
となっている。そして、高温ガスからの熱の少なくとも
一部を第２の凝縮器７２へ導入可能となっている。バル
ブ２１，２２，２３，２４はいずれも電磁弁であり、調
節器１４の制御信号により開閉動作を制御される。第１
の凝縮器２及び第２の凝縮器７２は、いずれも蒸発器１
より上方に位置するように配置されている。なお、冷却
風等が導かれる風路６９は、第３の凝縮器３を冷却する
冷却手段を構成する。

【００６９】次に上記構成における動作及び作用を以下
に説明する。

【００７０】まず最初には、調節器１４が、バルブ２
１，２２を開くとともにバルブ２３，２４を閉じる。こ
れにより、煙道２０内の排熱により蒸発器１で生じた蒸
発性液体の蒸気がポンプ３０によって第１の凝縮器２へ
導かれる。そして、ここで蒸気が凝縮して凝縮の潜熱を
放出して液化する。一方このとき、ポンプ３１が駆動さ
れて水槽３４→パイプ３２→水路６８→パイプ３３→水
槽３４の経路で第１の液体３５が流されていることか
ら、第１の液体３５に熱が伝達され、これを介して水槽
３４内に熱が蓄えられるとともにループ配管４，５内の
温度が適正に保たれる。第１の凝縮器２内にて凝縮した
液体はパイプ５を通った後、蒸発器１内へ流入して前と
同じサイクルを繰り返す。

【００７１】その後、時間の経過とともに第１の液体３
５の温度は上昇していくが、温度センサ１３で第１の液
体３５が所定の温度（あらかじめ設定）になったことが
検出されたら、調節器１４がバルブ２３，２４を開くと
ともにバルブ２１，２２を閉じる。これにより、蒸発性
の液体の蒸気が蒸気導入用パイプ８５→第３の凝縮器３
へと流れて、第３の凝縮器内で凝縮の潜熱を放出して液
化し、風路６９内に流れてくる気流を加熱する。これに
より、水槽３４内の第１の液体３５が過度な高温となる
のを防止できるので、ループ管路４，５内の蒸発性液体
の温度が過度に上昇し蒸気圧が過度に高くなるのを防止
できる。その後、所定の時間が経過したら、再び調節器
１４がバルブ２１，２２を開くとともにバルブ２３，２
４を閉じ、第１の液体８を再び加熱する。なお、水槽３
４に設けてある取水用バルブを例えば手動で開くことに
より、取水用パイプを介し適正な温度に温まった第１の
液体３５を取り出して利用することができる。その後、
給水用バルブを例えば手動で開き、給水用パイプを介し
て低温の第１の液体３５を水槽３４内に供給しておけば
よい。

【００７２】本実施形態の熱伝達装置によれば、閉ルー
プ管路４，５内の蒸発性液体の温度が過度に上昇し蒸気
圧が過度に高くなるのを防止できるので、高蒸気圧によ
る配管材料の劣化を防止することができる。またこれに
加え、パイプ３２→流路６８→パイプ３３内にポンプ３
１で第１の液体３５を循環させることにより、凝縮器２
を強制対流により効率よく冷却できるので、凝縮器２を
小型化できる。さらに水槽３４として既存の水槽を用い
れば、既存施設の有効活用を図ることができる。また、
ポンプ３０で閉ループ管路４，５内に蒸発性液体を循環
させることにより、仮にスペース上の制約で凝縮器２，
３が蒸発器１より下方に位置する場合であっても蒸発性
液体を強制循環させることができるので、凝縮器２，３
と蒸発器１との位置関係における制約が少なくなり、設
計の自由度が増大する。

【００７３】なお、上記第３の実施形態において、バル
ブ２４，２１，２２は必ずしも必要でなく、バルブ２３
のみとしてもよい。この場合、最初にバルブ２３を閉じ
て水路６８内を加熱した後、第１の液体３５が所定の温
度になったらバルブ２３を開放する。こうすると、蒸気
は第１の凝縮器２及び第３の凝縮器３の両方へ導かれ得
るが、既に第１の凝縮器２は比較的高温となっているこ
とから蒸気は主として第３の凝縮器３へと導かれ、風路
６９内を加熱する。その後再びバルブ１６を閉じること
で、同様の操作を繰り返すことができる。また、上記第
３の実施形態の構成において、図１１に示した第５の変
形例同様、バルブをそれぞれ備えたパイプ７５，７６を
パイプ４，５から分岐して設け、第２の凝縮器７２へ蒸
気を導き、そして、この第２の凝縮器７２を別個に設け
た水槽の液体によって冷却するようにしてもよい。さら
に、上記第３の実施形態では、第３の凝縮器３は蒸発器
１に対して第１の凝縮器２と並列接続となっていたが、
これに限られず、図６〜図８に示した第２の実施形態及
びその変形例のように直列接続としてもよい。

【００７４】次に、本発明の第４の実施形態を図１３及
び図１４により説明する。本実施形態による熱伝達装置
の全体構造を表す配置図を図１３に示す。この図１３に
おいて、本実施形態による熱伝達装置は、熱源としての
高温流体（例えば高温ガス）が導かれる流路（例えば煙
道）１２０内に設けられ高温ガスから受熱する蒸発器１
０１と、流路１２０のうち蒸発器１０１の配置位置の上
流側から分岐する分岐流路１２１と、その分岐点に設け
られ、上流側から流れてきた高温流体を蒸発器１０１側
に流すか分岐流路１２１側に流すかを切り替える流路切
り替え手段（例えばダンパー）１４０と、流路１２０外
の他の流路１２２内に設けられ流路１２２を流れる流体
（例えば空気）を加熱する第１の凝縮器１０２と、内部
に蒸発性の液体（例えば水、フロン等）が封入され蒸発
器１０１と第１の凝縮器１０２とを連結するパイプ１０
４，１０５と、流路１２２内の流体の温度を検出する検
出手段としての温度センサ（例えば熱電対・サーミスタ
等）１１３と、この温度センサ１１３の検出結果に応じ
てダンバー１４０を駆動するモータ１４１（後述）の動
作を制御する調節器１１４とを有している。

【００７５】ダンバー１４０近傍の詳細構造を表す斜視
図を図１４に示す。この図１４において、モータ１４１
（例えばサーボモータ）のモータ軸の回転力が、モータ
軸に固定された主歯車１４２から従属歯車１４３を介し
てダンパー１４０の回転軸１４０Ａに伝達され、これに
よりダンパー１４０の開き位置（開度）を変更するよう
になっている。

【００７６】上記構成において、まず蒸発器１０１側に
ダンパー１４０を切り替えると、高温流体からの熱によ
り蒸発器１０１で生じた蒸気が第１の凝縮器１０２へ導
かれ、ここで蒸気が凝縮して液化し、第１の凝縮器１０
２まわりの流体を加熱する。ここで、第１の凝縮器１０
２まわりの流体が所定の温度になったら、調節器１１４
がダンパー１４０を分岐流路１２１側に切り替える。こ
れにより、蒸気が分岐流路側１２１に導かれ、蒸発器１
０１側へは導かれなくなるので、凝縮器１０２まわりの
流体が過度な高温となるのを防止できる。したがって、
ループ管路１０４，１０５内の蒸発性液体の温度が過度
に上昇し蒸気圧が過度に高くなるのを防止できるので、
高蒸気圧による配管材料の劣化を防止することができ
る。

【００７７】なお、以上説明した第１、第２、及び第４
の実施形態においては、ループ管路内に蒸発性の液体を
封入したが、これに限られず、別途ポンプを設けてルー
プ管路内を循環させてもよい。この場合も、同様の効果
を得る。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、蒸発性液体を用いた熱
サイクルを介し熱輸送を行う熱伝達装置において、高蒸
気圧による配管材料の劣化を防止する構成を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による熱伝達装置の全
体構造を表す配置図である。

【図２】図１の第１の変形例による熱伝達装置の全体構
造を表す配置図である。

【図３】図１の第２の変形例による熱伝達装置の全体構
造を表す配置図である。

【図４】図１の第３の変形例による熱伝達装置の全体構
造を表す配置図である。

【図５】図１の第４の変形例による熱伝達装置の全体構
造を表す配置図である。

【図６】本発明の第２の実施形態による熱伝達装置の全
体構造を表す配置図である。

【図７】図６の第１の変形例による熱伝達装置の全体構
造を表す配置図である。

【図８】図６の第２の変形例による熱伝達装置の全体構
造を表す配置図である。

【図９】図６の第３の変形例による熱伝達装置の全体構
造を表す配置図である。

【図１０】図６の第４の変形例による熱伝達装置の全体
構造を表す配置図である。

【図１１】図６の第５の変形例による熱伝達装置の全体
構造を表す配置図である。

【図１２】本発明の第３の実施形態による熱伝達装置の
全体構造を表す配置図である。

【図１３】本発明の第４の実施形態による熱伝達装置の
全体構造を表す配置図である。

【図１４】ダンバー近傍の詳細構造を表す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１蒸発器２第１の凝縮器３第３の凝縮器４蒸気導入用パイプ（ループ管路、蒸気導入
部）５液戻り用パイプ（ループ管路、液戻り部）７第１の蓄熱タンク８第１の液体１３温度センサ（検出手段）１４調節器（バルブ制御手段、冷却制御手段）１５ファン（冷却手段）１６バルブ（分岐用バルブ、弁手段）１７バルブ（直通用バルブ、弁手段）２１バルブ（弁手段）２２バルブ（弁手段）２３バルブ（分岐用バルブ）３１ポンプ３２パイプ（第１の液体が流される流路）３３パイプ（第１の液体が流される流路）５０ヒータ（加熱手段）６０ポンプ（冷却手段）６１散水栓（冷却手段）６２パイプ（冷却手段）６３水槽（冷却手段）６４水（冷却手段）６８水路（第１の液体が流される流路）６９風路（冷却手段）７２第２の凝縮器７３バルブ（短絡用バルブ）７５蒸気導入用パイプ（導入管路）７６液戻り用パイプ（戻り管路）７７第２の蓄熱タンク７８第２の液体８３温度センサ（検出手段）８５蒸気導入用パイプ（導入管路）８６液戻り用パイプ（戻り管路）８７バルブ（弁手段）９０ヒータ（加熱手段）９１バルブ（弁手段）１０１蒸発器１０２第１の凝縮器１０４パイプ（ループ管路）１０５パイプ（ループ管路）１２０流路１２１分岐流路１４０ダンパー（流路切り替え手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱源から受熱する蒸発器と、第１の液体を
収納した第１の蓄熱タンクと、この第１の蓄熱タンク内
に設けられた第１の凝縮器と、内部に蒸発性の液体を通
じ前記蒸発器と前記第１の凝縮器とを閉ループを構成す
るように連結するループ管路とを有し、前記熱源からの
熱を前記第１の凝縮器に導き前記第１の液体を加熱する
熱伝達装置において、第２の液体を収納した第２の蓄熱タンク内に第２の凝縮
器を設け、前記第２の凝縮器へ蒸気を導入する導入管路及び該第２
の凝縮器から凝縮液を導出する戻り管路を前記ループ管
路に接続して、前記熱源からの熱の少なくとも一部を前
記第２の凝縮器へ導入可能とし、前記熱源からの熱で第１及び第２の液体のうちいずれを
加熱するかを選択可能とする弁手段を設けたことを特徴
とする熱伝達装置。
【請求項２】請求項１記載の熱伝達装置において、前記
ループ管路は、前記第１の凝縮器へ蒸気を導く蒸気導入
部と前記第１の凝縮器から凝縮液を導出する液戻り部と
を備えており、前記導入管路は、前記蒸気導入部、前記
液戻り部、及び前記第１の凝縮器のうちいずれか１つに
接続され、前記戻り管路は、前記液戻り部に接続されて
いることを特徴とする熱伝達装置。
【請求項３】請求項２記載の熱伝達装置において、前記
導入管路は、前記液戻り部に接続されており、前記弁手
段は、前記液戻り部のうち前記導入管路の接続点と前記
戻り管路の接続点との間に設けられた直通用バルブと、
前記導入管路の入口部分に設けられた分岐用バルブとを
含むことを特徴とする熱伝達装置。
【請求項４】請求項２記載の熱伝達装置において、前記
導入管路は前記蒸気導入部に接続されており、前記弁手
段は、前記導入管路に設けられた分岐用バルブを含むこ
とを特徴とする熱伝達装置。
【請求項５】請求項２記載の熱伝達装置において、前記
導入管路は前記第１の凝縮器に接続されており、前記弁
手段は、前記導入管路に設けられた分岐用バルブを含む
ことを特徴とする熱伝達装置。
【請求項６】請求項１記載の熱伝達装置において、前記
第１及び第２の液体のうち少なくとも一方の温度を検出
する検出手段と、この検出手段の検出結果に応じて前記
弁手段の開閉動作を制御するバルブ制御手段とをさらに
有することを特徴とする熱伝達装置。
【請求項７】熱源から受熱する蒸発器と、第１の液体を
収納した第１の蓄熱タンクと、この第１の蓄熱タンク内
に設けられた第１の凝縮器と、内部に蒸発性の液体を通
じ前記蒸発器と前記第１の凝縮器とを閉ループを構成す
るように連結するためのループ管路とを有し、前記熱源
からの熱を前記第１の凝縮器に導き前記第１の液体を加
熱する熱伝達装置において、前記第１のタンク外に設けられた第３の凝縮器と、この第３の凝縮器を冷却する冷却手段とを有し、かつ、この第３の凝縮器へ蒸気を導入する導入管路及び
該第３の凝縮器から凝縮液を導出する戻り管路を前記ル
ープ管路に接続し、前記熱源からの熱の少なくとも一部
を前記第３の凝縮器へ導入可能としたことを特徴とする
熱伝達装置。
【請求項８】熱源から受熱する蒸発器と、第１の液体が
流される流路中に設けられた第１の凝縮器と、内部に蒸
発性の液体を通じ前記蒸発器と前記凝縮器とを閉ループ
を構成するように連結するループ管路と、前記第１の液
体を貯留する水槽と、前記水槽から該第１の液体を吸い
込んで前記流路中を循環させるポンプとを有し、前記熱
源からの熱を前記第１の凝縮器に導き前記第１の液体を
加熱する熱伝達装置において、前記流路外に設けられた第３の凝縮器と、この第３の凝縮器を冷却する冷却手段とを有し、かつ、この第３の凝縮器へ蒸気を導入する導入管路及び
該第３の凝縮器から凝縮液を導出する戻り管路を前記ル
ープ管路に接続し、前記熱源からの熱の少なくとも一部
を前記第３の凝縮器へ導入可能としたことを特徴とする
熱伝達装置。
【請求項９】請求項７又は８記載の熱伝達装置におい
て、前記冷却手段を制御する冷却制御手段をさらに有
し、かつ、前記導入管路及び前記戻り管路は、前記第３
の凝縮器が前記蒸発器に対して前記第１の凝縮器と直列
接続となるように、前記ループ管路に接続されているこ
とを特徴とする熱伝達装置。
【請求項１０】請求項９記載の熱伝達装置において、前
記ループ管路は、前記第１の凝縮器へ蒸気を導く蒸気導
入部と前記第１の凝縮器から凝縮液を導出する液戻り部
を備えており、前記導入管路及び前記戻り管路は、前記
液戻り部の一部を構成しており、かつ、前記蒸気導入部
と前記導入管路とを連結する短絡管路と、この短絡管路
上の短絡用バルブとをさらに設けたことを特徴とする熱
伝達装置。
【請求項１１】請求項９記載の熱伝達装置において、前
記第３凝縮器は、前記第１凝縮器より下方に位置してい
ることを特徴とする熱伝達装置。
【請求項１２】請求項７又は８記載の熱伝達装置におい
て、前記導入管路及び前記戻り管路は、前記第３の凝縮
器が前記蒸発器に対して前記第１の凝縮器と並列接続と
なるように、前記ループ管路に接続されており、かつ、
前記導入管路上に分岐用バルブをさらに設けたことを特
徴とする熱伝達装置。
【請求項１３】請求項１２記載の熱伝達装置において、
前記ループ管路は、前記第１の凝縮器へ蒸気を導く蒸気
導入部と前記第１の凝縮器から凝縮液を導出する液戻り
部とを備えており、前記導入管路は前記蒸気導入部に接
続され、前記戻り管路は前記液戻り部に接続されている
ことを特徴とする熱伝達装置。
【請求項１４】請求項１、７及び８のいずれか１項記載
の熱伝達装置において、前記第１及び第２の凝縮器の外
で、前記第１の液体及び前記第２の液体のうち少なくと
も第１の液体を加熱する加熱手段をさらに有することを
特徴とする熱伝達装置。
【請求項１５】高温流体の流路内に設けられた蒸発器
と、該流路外に設けられた第１の凝縮器と、内部に蒸発
性の液体を通じ前記蒸発器と前記第１の凝縮器とを閉ル
ープを構成するように連結するループ管路とを有し、前
記高温流体からの熱を前記第１の凝縮器へ導く熱伝達装
置において、前記流路のうち前記蒸発器の配置位置の上流側から分岐
する分岐流路と、その分岐点に設けられ、上流側から流
れてきた高温流体を前記蒸発器側に流すか前記分岐流路
側に流すかを切り替える流路切り替え手段とを設けたこ
とを特徴とする熱伝達装置。
【請求項１６】請求項１、７、８、及び１５のいずれか
１項記載の熱伝達装置において、前記ループ管路は、前
記蒸発性の液体を内部に封入しており、熱サイホンの一
部を形成していることを特徴とする熱伝達装置。
【請求項１７】請求項１、７、８、及び１５のいずれか
１項記載の熱伝達装置において、前記ループ管路内に前
記蒸発性の液体を循環させるポンプをさらに有すること
を特徴とする熱伝達装置。