JPS5947234B2 - 軸方向遠心推力をもつ熱媒体密封式熱伝達装置及び熱交換器 - Google Patents
軸方向遠心推力をもつ熱媒体密封式熱伝達装置及び熱交換器Info
- Publication number
- JPS5947234B2 JPS5947234B2 JP10169476A JP10169476A JPS5947234B2 JP S5947234 B2 JPS5947234 B2 JP S5947234B2 JP 10169476 A JP10169476 A JP 10169476A JP 10169476 A JP10169476 A JP 10169476A JP S5947234 B2 JPS5947234 B2 JP S5947234B2
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- Japan
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- heat
- gas
- rotating shaft
- heat pipe
- heat exchanger
- Prior art date
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0208—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes using moving tubes
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はヒートパイプの熱輸送量の大巾向上をはかる
ヒートパイプ装置の構造に関する。
ヒートパイプ装置の構造に関する。
ヒートパイプおよびヒートパイプ熱交換器の小形化、低
価格化はヒートパイプ１本当りの熱輸送量の増加がなけ
れば不可能である。
価格化はヒートパイプ１本当りの熱輸送量の増加がなけ
れば不可能である。
従来のヒートパイプは重力と毛細管力といった限界のあ
る自然力のみを作動媒体の液体側循環の推力としている
。
る自然力のみを作動媒体の液体側循環の推力としている
。
従来形ヒートパイプの熱輸送量を制限する要因は次のも
のである。
のである。
（イ）毛細管力限界
（ロ）飛散限界
（ハ）沸騰限界
に）音速限界
これらの制限要因は作動媒体の種類、ヒートパイプ本体
の大きさパイプ内溝等ウィックの構造、温度領域等によ
って変化するが一般的傾向として高温用ヒートパイプに
ついては第１図、低温用ヒートパイプについては第２図
に示すような関係を有する。
の大きさパイプ内溝等ウィックの構造、温度領域等によ
って変化するが一般的傾向として高温用ヒートパイプに
ついては第１図、低温用ヒートパイプについては第２図
に示すような関係を有する。
なお図中の符号イロハニは前記要因に付した符号に対応
する。
する。
水、フロン、アルコール、等を作動媒体とし内蔵する低
温用ヒートパイプでは低温側で毛細管力による制限を受
は高温側で沸騰による制限を受ける。
温用ヒートパイプでは低温側で毛細管力による制限を受
は高温側で沸騰による制限を受ける。
音速による制限には触れることはないが、飛散による制
限は溝等ウィックの構造次第である。
限は溝等ウィックの構造次第である。
なお溝ウィック等を使用すると沸騰制限が出現しにくく
なる。
なる。
一方ナトリウム、カリウム等の液体金属を作動媒体とす
る高温用ヒートパイプでは低温側で音速による絶体値的
限界としての制限を受け、高温側ではまず毛細管力によ
る制限、さらに高温側では沸騰による制限を受ける。
る高温用ヒートパイプでは低温側で音速による絶体値的
限界としての制限を受け、高温側ではまず毛細管力によ
る制限、さらに高温側では沸騰による制限を受ける。
飛散による制限は高温側で発生する可能性がある。
最も広い用途分野が期待される低温用ヒートパ・−イブ
においては四つの制限要因中、最も支配的な要因は毛細
管力制限である。
においては四つの制限要因中、最も支配的な要因は毛細
管力制限である。
毛細管力は重力方向に作動媒体液が流動する場合と逆行
する場合とでは当然大きな差が生ずる。
する場合とでは当然大きな差が生ずる。
その具体例を第１表に示す。
以上の如〈従来形ヒートパイプは重力と毛細管力といっ
た自然力に依存するため当然の結果としてそれらによる
動かしがたい制限があり、作動媒体の高速化推力上昇に
よる循環量増大、即ち熱輸送量の増大化をある程度以上
にすることは困難である。
た自然力に依存するため当然の結果としてそれらによる
動かしがたい制限があり、作動媒体の高速化推力上昇に
よる循環量増大、即ち熱輸送量の増大化をある程度以上
にすることは困難である。
この発明は、上記した従来形ヒートパイプ熱輸送量の制
限を大巾に上昇させた新方式ヒートパイプを使用し特に
凝縮成分含有ガスについての熱交換に好適な熱交換器を
提供することを目的とする。
限を大巾に上昇させた新方式ヒートパイプを使用し特に
凝縮成分含有ガスについての熱交換に好適な熱交換器を
提供することを目的とする。
要するにこの発明は、毛細管力限界の大巾上昇、飛散限
界の向上を図るため、従来の重力、毛細管力等自然力の
外に強制力としてヒートパイプ軸方向遠心力を附加する
ようにしたものである。
界の向上を図るため、従来の重力、毛細管力等自然力の
外に強制力としてヒートパイプ軸方向遠心力を附加する
ようにしたものである。
第３図、第４図は従来知られている遠心推力を受ける熱
交換装置（特開昭５１−５２５４９号公報の発明、実開
昭４８−８８５５３号公報の考案）にその主要構成部分
が近似する装置の断面図である。
交換装置（特開昭５１−５２５４９号公報の発明、実開
昭４８−８８５５３号公報の考案）にその主要構成部分
が近似する装置の断面図である。
外面冷却部２ａが回転軸８のある軸心に近い中心側に、
外面加熱部２ｂがヒートパイプ外端に近い外周側となる
ようヒートパイプ１を設置した気体対気体熱交換器の構
造とした場合は、加熱側気体は加熱側気体入口ダクト３
より流入し回出ロダクト５より流出する。
外面加熱部２ｂがヒートパイプ外端に近い外周側となる
ようヒートパイプ１を設置した気体対気体熱交換器の構
造とした場合は、加熱側気体は加熱側気体入口ダクト３
より流入し回出ロダクト５より流出する。
ヒートパイプは駆動用電動機７により回転する回転軸８
に装着され、外面冷却部１を中心側とし軸８中心として
回転する。
に装着され、外面冷却部１を中心側とし軸８中心として
回転する。
加熱側気体と被加熱側気体とは仕切板９によって仕切ら
れる。
れる。
仕切板はヒートパイプと一体となり回転するため被加熱
側気体出入口ダクトとの接触部はスライデングシール方
式を採用する。
側気体出入口ダクトとの接触部はスライデングシール方
式を採用する。
一方ヒートパイプ内面の作動媒体は外面加熱部２ｂにお
いて蒸発し、外面冷却部２ａにおいて凝縮し液体となる
。
いて蒸発し、外面冷却部２ａにおいて凝縮し液体となる
。
液化した作動媒体はヒートパイプが回転するため軸方向
遠心力が働き、かつヒートパイプ内の縦溝における毛細
管力が附加され、強い循環推力となる。
遠心力が働き、かつヒートパイプ内の縦溝における毛細
管力が附加され、強い循環推力となる。
この遠心方向循環推力は回転軸８の回転速度制御するこ
とにより任意に設定、変更することが可能であり、熱交
換器の設計条件、運転条件に対応した広範囲の最適化設
計、最適運転が出来るようになる。
とにより任意に設定、変更することが可能であり、熱交
換器の設計条件、運転条件に対応した広範囲の最適化設
計、最適運転が出来るようになる。
上記のように循環推力の強力化により作動媒体液は従来
形ヒートパイプより高速で蒸発部に向って流動循環する
。
形ヒートパイプより高速で蒸発部に向って流動循環する
。
即ち毛細管力限界が上昇し、熱輸送量は大巾に上昇する
。
。
作動媒体は回転するヒートパイプの外周側で蒸発し気体
を遠心力に逆行して回転軸中心側に向って流れることに
なる。
を遠心力に逆行して回転軸中心側に向って流れることに
なる。
そのため内面蒸発部では重い液滴には軽い蒸気より大き
い遠心力が働くこととなり遠心力が気液分離エネルギー
として働く。
い遠心力が働くこととなり遠心力が気液分離エネルギー
として働く。
従って従来形ヒートパイプにくらべ飛散限界はこの気液
分離機能を有する分だけ上昇し、熱輸送量を大きくする
ことになる。
分離機能を有する分だけ上昇し、熱輸送量を大きくする
ことになる。
この発明は前記のような遠心推力を受けるヒートパイプ
付き熱交換装置を凝縮成分を含有するガス中で使用する
のに好適な熱交換器を提案するものである。
付き熱交換装置を凝縮成分を含有するガス中で使用する
のに好適な熱交換器を提案するものである。
第５図は、この発明の一実癩例にかかるヒートパイプ付
き熱交換装置を凝縮成分（水蒸気）を含有する燃焼排ガ
ス中におき、含有する水分を回収し同時に白煙防止をす
ることともなる熱交換器の構造を示す断面図である。
き熱交換装置を凝縮成分（水蒸気）を含有する燃焼排ガ
ス中におき、含有する水分を回収し同時に白煙防止をす
ることともなる熱交換器の構造を示す断面図である。
ヒートパイプの設置方法およびダクトの配置は前記気体
対気体熱交換器第３図の装置と同様に回転軸にヒートパ
イプ（熱媒体密封型熱素子）をガス流れ方向につき多段
に設けている。
対気体熱交換器第３図の装置と同様に回転軸にヒートパ
イプ（熱媒体密封型熱素子）をガス流れ方向につき多段
に設けている。
水蒸気含有燃焼排ガスはダクト３ａより流入し１ヒ一ト
パイプ外面加熱部２ｂでヒートパイプ内作動媒体により
蒸発冷却され、同時に水蒸気がヒートパイプ外面に凝縮
する。
パイプ外面加熱部２ｂでヒートパイプ内作動媒体により
蒸発冷却され、同時に水蒸気がヒートパイプ外面に凝縮
する。
凝縮した水滴は水滴のまま、あるいは水膜として軸方向
遠心力により凝縮水回収水槽１０に回収され、この装置
ではヒートパイプの外表面に形成される凝縮成分の液膜
は常に遠心力で外方にはね飛ばされるので、ヒートパイ
プ外表面はほぼ乾燥に近い状態に保持することができ、
排ガスとの熱交換を効率の良いものにすることができる
。
遠心力により凝縮水回収水槽１０に回収され、この装置
ではヒートパイプの外表面に形成される凝縮成分の液膜
は常に遠心力で外方にはね飛ばされるので、ヒートパイ
プ外表面はほぼ乾燥に近い状態に保持することができ、
排ガスとの熱交換を効率の良いものにすることができる
。
液化天然ガス、石油系燃料等水素分の多い燃料を使用す
るボイラや工業炉の排ガスよりの水分回収のほか、排ガ
ス中の水分たる冬期白煙の防除、製鉄所コークス炉消火
塔よりの水分回収白煙防除等にも当然使用出来るもので
ある。
るボイラや工業炉の排ガスよりの水分回収のほか、排ガ
ス中の水分たる冬期白煙の防除、製鉄所コークス炉消火
塔よりの水分回収白煙防除等にも当然使用出来るもので
ある。
上記は冷却に空気を使用した場合であるが同じような装
置により空気の代りに第６図に示す如く常温水、冷凍機
冷却水、冷媒などを管路１１より供給し管路１２より排
出させる液相冷却、水または冷媒スプレーによる蒸発熱
利用相変化冷却にも適用することが出来る。
置により空気の代りに第６図に示す如く常温水、冷凍機
冷却水、冷媒などを管路１１より供給し管路１２より排
出させる液相冷却、水または冷媒スプレーによる蒸発熱
利用相変化冷却にも適用することが出来る。
要するにこの発明は以下の特徴を有する。
（１）−以上のヒートパイプを回転軸にその一端を装着
し、前記回転軸に近い部分を外面冷却部、外端側を外面
加熱部とした軸方向遠心推力をもつヒートパイプ装置で
あり、加えてヒートパイプ外表面の液膜は遠心力ではね
飛ばされ、常にその外表面はほぼ乾燥の状態に保持する
ことができ熱交換の効率を良いものにしていること。
し、前記回転軸に近い部分を外面冷却部、外端側を外面
加熱部とした軸方向遠心推力をもつヒートパイプ装置で
あり、加えてヒートパイプ外表面の液膜は遠心力ではね
飛ばされ、常にその外表面はほぼ乾燥の状態に保持する
ことができ熱交換の効率を良いものにしていること。
（２）軸方向遠心推力をもつヒートパイプを回転軸より
放射状かつ多段に設け、回転軸の回転速度を制御し、ヒ
ートパイプ外表面の液膜をはね飛ばしすることによる伝
熱効率の向上も加え、熱交換速度を変化させる熱交換器
であること。
放射状かつ多段に設け、回転軸の回転速度を制御し、ヒ
ートパイプ外表面の液膜をはね飛ばしすることによる伝
熱効率の向上も加え、熱交換速度を変化させる熱交換器
であること。
（３）気体対気体の熱交換を軸方向遠心推力をもつヒー
トパイプ装置を設けて行なう熱交換器であること。
トパイプ装置を設けて行なう熱交換器であること。
（４）気体対液体の熱交換を軸方向遠心推力をもつヒー
トパイプ装置を設けて行なう熱交換器であること。
トパイプ装置を設けて行なう熱交換器であること。
この発明を実箔することにより軸方向遠心力を効果的に
利用することができ、加えてヒートパイプ外表面の液膜
の遠心力によるはね飛ばしで伝熱効率の向上もあり、従
来方式ヒートパイプでは達成困難であった熱輸送量の制
限要因の限界を大きく上昇させ、ヒートパイプおよびヒ
ートパイプ熱交換器の小形化、伝路化、一般熱交分野へ
の普及化を可能とする管種々の効果を奏するものである
。
利用することができ、加えてヒートパイプ外表面の液膜
の遠心力によるはね飛ばしで伝熱効率の向上もあり、従
来方式ヒートパイプでは達成困難であった熱輸送量の制
限要因の限界を大きく上昇させ、ヒートパイプおよびヒ
ートパイプ熱交換器の小形化、伝路化、一般熱交分野へ
の普及化を可能とする管種々の効果を奏するものである
。
第１図は四つの制限要因についての作動温度と熱輸送量
の関係を高温用ヒートパイプについて示した線図、第２
図は同様にして低温用ヒートパイプについて示した線図
、第３図は従来の遠心推力型のヒートパイプ装置を熱交
換器に装着した場合の構造を示す縦断面図、第４図はヒ
ートパイプの機能の説明図、第５図はこの発明の一実癩
例にかかる気体対気体熱交換器の縦断面図、第６図はこ
の発明の一実鉋例にかかる気体対液体熱交換器の縦断面
図である。 １・・・・・・ヒートパイプ（熱媒体密封型伝熱素子）
、２ａ・・・・・・外面冷却部、２ｂ・・・・・・外面
加熱部、３・・・・・・加熱側気体入口ダクト、４・・
・・・・被加熱側気体入口ダクト、５・・・・・・加熱
側気体出口ダクト、６・・・・・・被加熱側気体出口ダ
クト、７・・・・・・駆動用電動機、８・・・・・・軸
、９・・・・・・仕切板、１０・・・・・・回収水槽、
ｌＬ１２・・・・・・管路。
の関係を高温用ヒートパイプについて示した線図、第２
図は同様にして低温用ヒートパイプについて示した線図
、第３図は従来の遠心推力型のヒートパイプ装置を熱交
換器に装着した場合の構造を示す縦断面図、第４図はヒ
ートパイプの機能の説明図、第５図はこの発明の一実癩
例にかかる気体対気体熱交換器の縦断面図、第６図はこ
の発明の一実鉋例にかかる気体対液体熱交換器の縦断面
図である。 １・・・・・・ヒートパイプ（熱媒体密封型伝熱素子）
、２ａ・・・・・・外面冷却部、２ｂ・・・・・・外面
加熱部、３・・・・・・加熱側気体入口ダクト、４・・
・・・・被加熱側気体入口ダクト、５・・・・・・加熱
側気体出口ダクト、６・・・・・・被加熱側気体出口ダ
クト、７・・・・・・駆動用電動機、８・・・・・・軸
、９・・・・・・仕切板、１０・・・・・・回収水槽、
ｌＬ１２・・・・・・管路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 熱媒体密封式伝熱素子（ヒートパイプ）の一部を回
転軸に装着し、前記回転軸に近い部分を外面冷却部、そ
の反対側を外面加熱部とし、前記外面加熱部を凝縮成分
含有ガスと接触させるように構成したことを特徴とする
軸方向遠心推力をもつ熱媒体密封式熱伝達装置。 ２ 前記外面加熱部の遠心方向外側に前記凝縮成分の凝
縮液槽を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の軸方向遠心推力をもつ熱媒体密封式熱伝達装置。 ３−以上のヒートパイプを回転軸に夫々その一端を放射
状かつ凝縮成分含有ガス流れ方向につき多段に装着し、
前記回転軸に近い部分を外面冷却部、外端側を外面加熱
部とし、前記外面加熱部を凝縮成分含有ガスと接触させ
るように構成し、前記回転軸の回転速度を制御して熱交
換及び凝縮成分回収速度を変化させるように構成したこ
とを特徴とする熱交換器。 ４ 気体対気体の熱交換を軸方向遠心推力をもっヒート
パイプ装置を設けて行なうことを特徴とする特許請求の
範囲第３項記載の熱交換器。 ５ 気体対液体の熱交換を軸方向遠心推力をもつヒート
パイプ装置を設けて行なうこ吉を特徴とする特許請求の
範囲第３項記載の熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10169476A JPS5947234B2 (ja) | 1976-08-27 | 1976-08-27 | 軸方向遠心推力をもつ熱媒体密封式熱伝達装置及び熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10169476A JPS5947234B2 (ja) | 1976-08-27 | 1976-08-27 | 軸方向遠心推力をもつ熱媒体密封式熱伝達装置及び熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5327155A JPS5327155A (en) | 1978-03-14 |
| JPS5947234B2 true JPS5947234B2 (ja) | 1984-11-17 |
Family
ID=14307431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10169476A Expired JPS5947234B2 (ja) | 1976-08-27 | 1976-08-27 | 軸方向遠心推力をもつ熱媒体密封式熱伝達装置及び熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5947234B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63131799A (ja) * | 1986-11-21 | 1988-06-03 | Nec Corp | ボタン電話装置 |
| JPS649432U (ja) * | 1987-07-06 | 1989-01-19 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3342985A1 (de) * | 1983-11-28 | 1985-06-13 | Fritz Dipl.-Ing. Kaubek | Kontinuierlichwirkende sorptionsapparate und verfahren zu deren betrieb |
-
1976
- 1976-08-27 JP JP10169476A patent/JPS5947234B2/ja not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63131799A (ja) * | 1986-11-21 | 1988-06-03 | Nec Corp | ボタン電話装置 |
| JPS649432U (ja) * | 1987-07-06 | 1989-01-19 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5327155A (en) | 1978-03-14 |
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