JPS583199B2 - ネツデンタツソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔この発明の目的〕 この発明は、天候の変化、時間の経過等によって変動の
ある太陽エネルギーのような熱入力を、効率よく吸熱し
。

安定した熱エネルギーとして出力側に伝達して出力させ
ることを目的とする熱伝達装置に関するものである。

〔従来技術〕

太陽エネルギーを利用する技術を開発する上で大きな問
題となるのは、第１図ａ 〜 ｅに示す例の如く天候、
時間、昼夜のサイクル等によって入力となる日射量が大
幅に変動するだめ、安定した熱エネルギー源として効率
よく利用系に熱伝達することが困難なことである。

また、一般の熱利用システムの様に、利用系の温度、熱
量等の条件に合せ発生熱量を制御することも太陽エネル
ギーの場合は不可能であり、応答性のよい熱伝達装置と
蓄熱装置の開発が要求される。

従来の技術では、たとえば、ポンプを駆動し熱伝達媒体
を配管を通じて循環させたり、あるいは、第２図に示す
ような一般的なヒートパイプにより集光部から伝熱させ
たりする等の方式が採用されているが、下記の如き点で
問題がある。

■ 天候の変化に対し、ポンプシステムでは、熱容量も
大きく、応答性が悪いため、日射量が急に減少した場合
等は放熱による損失が継続し、日射量が増大した場合は
、急に流量が増えず界面の熱伝達率も悪いため、集熱管
表面温度が異常に上昇して、放射損失が増加したり、表
面の選択吸収面材料を劣化させたりする等の問題がある
。

さらに、第２図に示すように構成される一般のヒートポ
ンプにおいては下記に述べるような問題がある。

すなわち、第２図において、１は密封容器、２はウイツ
クで、細かいメッシュか形成された網状のものを密封容
器１の内面に張り付けるか、その部分に溝を形成するか
してある。

ウイツク２には動作流体３がその表面張力によってつか
まえられている。

４は蒸気通路、５は入力部（蒸発部）、６は出力部（凝
縮部）７は蒸発気体である。

第３図ａ 〜 ｅはそれぞれ従来のウイツク２の形状例
を示すもので、第３図ａはメッシュ状に形成されたスク
リーンウイツク、第３図ｂは細い溝を形成しだオープマ
チャネルウイック、第３図Ｃは第３図ａ、ｂを組合せだ
複合形ウイツクの例である。

、次にこの動作を説明すると、まず、入力部
５に熱入力があると、入力部５の温度はぐんぐん上昇し
、その部分の動作流体３は熱を吸収して蒸発気体７に変
る。

この蒸発気体７が蒸発通路４を通り、出力部６に移動す
る。

出力部６では熱出力が取り出されるのでその部分の温度
は急速に下がり、蒸発気体７は凝縮され再び動作流体３
としてウイツク２に戻される。

ウイツク２に戻された動作流体３は、その毛細管現象に
よる表面張力によって引張られて移動し入力部５に戻る
。

この動作をくり返すことによって出力部６から熱出力を
取り出すことができる。

さて、第２図に示す従来例では、入力部５と出力部６が
同じ構造であり、機能も可逆であることから、日射量が
急に減少すると、伝熱方向が逆転し放熱を継続して利用
系の温度を下げることになり、応答性が良いため逆方向
も効率良く損失が生じる等の問題がある。

■ 集熱装置は一般の熱発生装置と異なり光学的構造を
形成し、かつ熱エネルギーを取り出すため熱伝達装置は
特種な経路が要求されたり、他の機能の障害とならない
ように組み込まれる等の条件により、形状を二次加工す
る必要性が生ずる点について、ポンプシステムは対応す
ることができるが、一般のヒートパイプは第３図ａ〜Ｃ
に示す内部のウイツク２が変形し機能の低下等の障害を
発生し二次加工が困難である（なお、文献は適当なもの
がないので省略する）。

〔この発明の技術的課題〕

上記の点にかんがみ、この発明は、応答性が早く、二次
加工によって機能低丁が無く、かつ入力部と出力部の温
度条件が逆転しても１逆方向には熱伝達機能の低丁がは
かれる太陽エネルギー利用の熱伝達装置を提案するもの
である。

〔この発明の構成〕

この発明は、入力部と出力部にわたってウイツクを配置
した熱伝達装置において、前記ウイツクの金属細線を撚
線化するとともに、複数の分岐部を設けてウイツクを分
岐束にし、その先端が円筒状密封容器の内壁に十分に接
触するようにして入力部とし、出力部はウイツクが内壁
に対して所要の間隙を形成するようにしたものである。

〔この発明の実施例〕

第４図はこの発明の最も単純な形状の実施例を示し、そ
のＸ−Ｘ線による断面図を第６図に示す。

その構成を動作とともに説明する。

まず、入力部１５より熱が与えられ、金属細線の微細な
間隙を浸透して来た液体（動作流体）１３が入力部１５
の内壁に接する所から気化し蒸発潜熱を得て蒸気となり
、蒸気通路１４を通り出力部１６に向う。

出力部１６では外部に熱を放出し、密刊容器１１の器内
で凝縮が内壁部に生ずるとさらにその附近は気圧が下り
、入力部１５側の蒸気は圧力差による密度波として出力
部１６に移動してくる。

出力部１６の内部温度より外部出力のフイン１７がやや
低い温度であれば伝熱が進行し、以上の現象は継続する
。

出力部１６の内壁にできだ液粒は約１〜１０閣程度の間
隙以上に成長するか、又は、壁面に沿って滴下すると金
属細線末に吸浸され、動作流体１３は第６図に示す細線
末の一部の断面を拡大した１２′の通路を、浸透圧によ
って液体の少なくなる入力部１５に向って流れる、した
がって、入力部１５で蒸発する液体は連続的にウイツク
１２より補給される。

この現象は入力部１５の外壁温度が内部蒸気温度より高
く、出力部１６の外壁温度が内部蒸気温度より低い状態
であれば、熱伝達が連続的に、かつ入力部１５より出力
部１６に達する途中の断熱された部分が長くとも器内条
件において音速で熱エネルギーは伝達される。

すなわち、順方向については、従来のヒートパイプと同
様に応答性良く熱伝達が行なわれる。

それに加えこの発明は、中心部分に設けられた金属細線
束が多少撚線化されているだめ、および、ウイツク１２
の先端が内壁に十分接するように分岐部１８の分岐端の
包絡線の外径を器内径より少し大きくしておくことによ
り、やや斜めになって接するような形で挿入されている
等の構成により、．全体が密封された管状に完成された
後、集熱装置に組み込むために要求される形状に変形さ
せても、内部の状況は何ら機能を低下させることのない
状態になっていることが可能である。

たとえば、第８図のように追尾駆動軸２３と集光軸が一
致する場合に、密封容器１１を折り曲げることによって
問題が解決するが、従来のヒートパイプでは内部構造が
変形したり、はく離して機能が無くなってしまう。

なお、第５８図で２１は熱交換部、２２は支持部材、２
３は追尾駆動軸、２４は集光鏡、２５は駆動モータであ
る。

さらに、集熱管として真空ガラス管に封入したり、ある
いは、支持部材２２を貫通する部分で、多少径が細いこ
とが要求される場合等は、完成品をダイスにより線引に
よって細くすることも、又、外径を丸から１面あるいは
２面をややつぶした形状にしたり、多角形化することも
必要に応じ可能である。

たとえば、第９図および第１０図の如く集熱板１９との
熱伝導を良くするだめ密封容器１１の断面形状を円の一
面を平らにして密着面を増やし、集熱板１９の均温化を
促して全体の集熱効率を向上させることができる。

このような類の二次加工は従来のヒートパイプでは内部
構造に障害を生じ不可能であった。

第１０図で、２０は接着剤を示す。

この発明のさらに付加された機能は入力部１５と、出力
部１６との温度条件が逆転した場合にその特徴が現われ
る。

すなわち、本来、出力部１６の内壁が高温になっても、
その壁面がウイツク１２と密着していないため連続的に
直接液体で濡れることがなく、蒸発が熱抵抗の高い間隙
を介して金属細線束より起るために順方向よりは極めて
少ない熱伝達率となる。

実施例として、太陽エネルギーを線状に集光した集熱器
に適応させた場合を第５図に示し、そのＹ−Ｙ線による
断面図を第７図に示す。

第５図において、分岐部１８の細線束は撚線化した主束
であるウイツク１２に編み込んでいる。

分岐数は集光エネルギー密度により２〜２００程度は実
用的に適していて、単位長当り２〜５本／１０ｃｍであ
る。

特にこの発明の方式は太陽エネルギーのようなエネルギ
ー密度の小さい場合に適合し、入力部１５が長くなるケ
ースおよび、管の周囲から不均一な輻射加熱を受ける時
等が太陽エネルギー集熱器におりてはしばしば生じるが
、これらの場合には、長い入力部１５の途中にあっても
、ウイツク１２が中心部にあり、入力部１５の途中の断
面で比較した時、必ず壁がウイツク１２よりわずか高温
になり、同一温度とならないため、先端の方向に向って
浸透するウイツク１２内の液体路の途中で局部的なドラ
イアウト（浸透現象もそこでとまる）現象の発生が無い
、従来のヒートパイプ類は入力部１５の内壁が，ウイツ
ク１２で密になっているが内張りされていて、不均一集
光による局部加熱で途中にドライアウト現象を起す危険
性があった。

ドライアウトを起すとそれより先に連らなる入力部１５
は急激に昇温し、素材の劣化熱応力の発生等不都合な事
態となる。

また、管の周囲に不均一な集光が起ることもしばしばあ
るが、この発明の方式は、分岐束ウイツクのため蒸気経
路が分割されず、常に周方向にも通気性が確保されてい
るので、局部的昇温を下げる方向に蒸発現象が働く、従
来のヒートポンプの一般的なものは管の外壁に同様な作
用があるが、ウイツク１２等で仕切られたものは周方向
の温度不均一を生じやすい。

〔この発明の効果〕

以上詳細に説明したように、この発明は従来の熱伝達技
術では達成できなかった入力変化に対し、応答性が良く
、逆方向熱伝達が悪く、又、入力部に不均上加熱が．あ
っても現象が逓減される構造を有し、さら”に入力部が
長い場合にも支障なく作動する等の機能の他、二次加工
によっても機能低下のない構成をした新しい熱伝達装置
を提供できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｅは太陽エネルギーの日射量のパターン例を
示し変動の大きい入力条件を表わす図、第２図は従来の
一般的なヒートパテプの一部を断面で表わした斜視図、
第３図は従来のヒートパイプの断面ウイツク部の構成を
示す図、第４図はこの発明の一実施例を示す縦断面図、
第５図はこの発明の入力部が長い場合の一実施例を示す
縦断面図、第６図は第４図のＸ−Ｘ線による断面を拡大
した一部分を示す図、第７図は第５図のＹ−Ｙ線による
断面図、第８図は追尾式集光集熱器に組み込まれた熱伝
達装置例を示す斜視図、第９図は平板型集熱器に適用し
た実施例を示す斜視図、第１０図は第９図のＺ−Ｚ部を
拡大した断面図である。 ′図中、１１は密封容器、１２は金属細線を束
ね撚線化し形状を整えたウイツク、１３は動作流体、１
４ぱ蒸気通路、１５ぱ入力部、１６は出力部、１７はフ
ィンである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力部と出力部を設定した円筒状密封容器の中心部
   分に、前記入力部と出力部に亘って金属細線を結束成型
   したウイツクを配置し、前記ウイツク中を毛細管現象に
   よって前記出力部から前記入力部に液体で移動し、前記
   入力部で気化されて前記出力部へ圧力差を平衡させるた
   めに気体で移動し、そこで凝縮熱を放出して液化する液
   体を、前記密封容器に密封してなる熱伝達装置において
   、前記ウイツクの金属細線を撚線化するとともに、複数
   の分岐部を設け、これら分岐させた各分岐束が前記円筒
   状密封容器の内壁に先端を十分に接触するよう配置させ
   て前記入力部とし、さらに前記出力部を前記内壁が前記
   ウィックの金属細線と所要の間隙を置いて形成したこと
   を特徴とする熱伝達装置。