JPS60174452A - 液加熱システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液加熱システＪ−に関し、特にしかしそれに限
られるわけではないが、オフピーク電力δこよっ゛ζ加
熱された蓄熱器から供給水に熱を伝えるためのヒートパ
イプを利用した装置に適用可能な液加熱システムに関す
る。

本発明は、オフピーク電力によって比較的高い温度に加
熱されるべき蓄熱器であってその比較的高い温度よりも
低い温度まで加熱されるべき第１の液を入れるための容
器にヒートパイプによって熱的に連結されている蓄熱器
よりなり、そのヒートパイプは該蓄熱器と熱的に接力ｊ
ｉシている蒸発帯と該容器と熱的に接触している凝１ｊ
ト：１）とよりなり、それらの４ｉｐ域は１ないしそれ
以上のダクトによってつながっており、その蒸発帯と凝
縮帯とダクトとは気密状に封止されていて一定の■の揮
発性の第２の液を含んでおり、ヒートパイプは第２の液
が蒸発帯で蒸発したあと第２の液はダクトを通っ°ζ凝
縮（；；に通過しζそごで凝１１ｄシ、そこから第２の
液はダクトを通っ゛ζ蒸発（１：に戻るよ・うにつくら
れており、第２の液の星は使用する際に蒸発帯から凝縮
帯・＼の坊伝導の速度が蒸発した第２の液の凝１１ｈ帯
への流れの速度でも蒸発帯−１のあるいは凝縮帯からの
熱の伝導でもなくて第２の液の蒸発帯・・戻る流れの速
度によゲζ決まるよ・うに充分に少量であるように選択
される、第１の液を加熱するだめの液加熱システムを提
供する。

該液加鳩ンステＪ、は第２の液の一定量を集めるように
つくられた制御手段を有し、該量はヒートパイプ中の圧
力あるいは温度が上昇したときにヒートパイプの中を循
環している第２の液の星を減らずために、ヒートパイプ
の中の圧力あるいは温度に応答し一ζ変化することがで
きると都合がよい。

液加熱システムは咳、第２の液を一定のレベルまで集め
るように位置決めされた液だめ手段とヒートパイプ中の
圧力の温度の変化に応答し°ζ液だめ手段の中の第２の
液の容量を変えるための手段を含むのが好ましい。

蓄熱器は例えばレンガのような、電気抵抗体によっζ熱
せられるべき全体的に均質なものの塊りでつくられるこ
とができる。さらに蒸発帯と熱的に接触していて、その
均質なものの中に延在しＣいる金属のフィンがあっても
よい。そのようなフィンは鋳鉄のプレートであってよい
。

好ましくは凝縮帯の外側には容器の中に熱交換フィン、
波形あるいはその他の熱交換表面を設＆Ｊる。

液だめの上の凝縮帯の壁は下向きに収斂する形のもので
あっζよく、それによってその壁に凝縮した凝縮液は流
れ落ちて液だめの中に落ち込むであろう。

液だめ手段は凝縮器の圧力が上昇するときに容積が小さ
くなる密封されたカプセルを有すると都合がよい。

この液加熱システムは凝縮器の温度あるいは圧力が上昇
したときにダクトに沿った凝縮した第２の液の流れを制
御す、るためのバルブ手段を有することができる。

第１の液は水であってよく、容器は給湯セントラルヒー
ティングシステムにつなくことができる。

実施例を示した図を参照して本発明を説明する。

第１図はオフピーク電力によって熱せられた蓄熱器１０
から熱を取り出し“ζ例えば家庭用セントラルヒーティ
ンク設備のようなシステム内を循環する水に熱を伝える
本発明の−・実施態様を図式的に示す。蓄熱器１０は図
には示していないが電気抵抗発熱体が公知の方法で埋め
込んであるレンガの方形のスタックよりなる。通常は電
気が安く供給されることのできる時間にレンガ１１を暖
めるために用いられ、レンガ１１を何時間にもわたって
暖める。

蓄熱器１０全体は断熱材で囲われているが、断熱ＩはＷ
部１２以外は図示していない。

レンガ１１を介し″この熱の伝導はレンガよりも熱伝導
性のよい水平に拡がっているプレート１３と縦のヒート
パイプ１５が貫通して取り（′ＪｂＪられ”ζいる一線
にそろった中央のボス１４によっ−Ｃ補助される。

ヒートパイプ１５は必ずしもボス１４にイζＪ属してい
る必要はないが少なく占も良好な熱の伝導を確保するだ
めにボスに極く接近している。熱はレンガ１１を介して
比較的短い距離を最も近いプレート１３に伝わる。次い
で熱はプレー１１３に沿ゲζ内側に伝わりそしてヒート
パイプ１５に伝わる。

ヒートパイプ１５は基部ばふさがれており、頂部で凝縮
器１８の下向きにすほまっている基部１７に開口してい
る気密状に封止した垂直な蒸発パイプよりなる。凝縮器
１８は円筒状の側壁１９と頂部２０を有する。

凝縮器１８は入口バイブ２２と出口バイブ２３のある水
タンク２１の中にに沈められている。

典型的な家庭用セントラルヒーティングシステムにおい
ては、水は入口バイブ２２を介してポンプで汲み上げら
れ、タンク２１を通り出口バイブ２３から出ているいろ
な室のラジェータに送られる。凝縮器の壁面１９からの
熱の伝導を助りるために、タンク２１の水の中に沈んで
いるところは波形にするとかその他適当な熱交換表面２
４につくられている。

ヒートパイプ１５は一般に数ｃｃの適当な揮発性の液、
例えば水のような液体を除いてガス、水などは抜い−Ｃ
あり、その結果ヒートパイプ１５の中には水か水英気し
７かない。使用するときには、レンガ１１からの熱は蒸
発器１６の壁を暖め、そして蒸発器１６の中央を上昇し
て凝縮器１８に入る水を蒸発さセる。凝縮器１８では水
は壁面に凝縮して矢印のように蒸発器の壁を流れ落も、
参発器で再び蒸発し、かくしてこの連続するサイクルが
繰り返される。

ごのヒートパイプ１５の原理は周知であり、高能率の熱
伝導が蒸発器１６と凝縮器Ｉ８の間に行われるのを可能
にする。

レンガ１１の２Ｍ４度は電気が流され（いる間に上昇し
てｆｔ　ｌｆ’ｆｌ　ＩＪ！氏数画数白瓜１！Ｉ′；、
、４るごあろ）。その熱が取り出されている１１１目こ
レンガ＋１の温度はその最高（■代数百度の温度から下
がる。このようにしてポテンシャルな熱の蒸発器１６へ
の供給は時間とともに変化する。

同様にセントラルヒーティングシステムの残りの部分か
ら奪われる熱量によって、パ・イブ２２から入る水の〆
１！！度か氷点下からパ・イブ２；）から出ていく水の
温度近くまで変化するにも拘らずｉｆｆ！常はタンク２
１からパイプ２３に流れる水は１００’ｃより幾分低い
温度であることが必要である。ある場合には、ポンプは
水がほとんどタンク２１を通っζ流れないように停めら
れてもよい。その場合には、蒸発器１６に供給される熱
とパイプ２３へ出て行く水によって奪われる熱とが釣り
合わないことがおそらくあるであろう。特にタンク２１
の水があってはならない沸騰をする傾向が多分あるであ
ろう。

この事態は熱がヒートパイプ１５に伝えられる速度を自
動制御することによっ゛ζ緩和される。凝縮器１８には
構造体２６によって凝縮器１）（からしっかりと動かな
いように位置決めされた１１′］部が開＋　１　Ｌ、　
’（いる液だめ２５が設けである。水やガスを抜いたー
、ロースカプセル２７がその液だめ２５の中に固定され
ζいる。凝縮器１８の中の水蒸気圧が高くなったり低く
なったりするのでカプセル２７はそれに従って短くされ
たり長くされたりするであろう。

しばらくの間レンガＩＩとプレーＨ３から筑発器１６に
入った熱は実質的に一定の渚４度のままであろうとする
であろう。それに対しもしパイプ２２を通過する水が流
■が減るか？Ａ！＋　Ｉｎが上Ａするとパイプ２３から
出る水によっζイぐわれる熱は少なくなるである・）。

この状態では、蒸発器１６と凝縮器１８の水茂気の温度
は」−昇しようとするである・う。そしてその中の蒸気
圧は高くなるである・う。かくしてカブーｐル２７は短
くなるであろう。通常の運転では、凝縮器■８の中の蒸
気を冷やすと液だめ２５の中にしかしカプセル２７の外
側で水は液の状態で集められる。従っ゛ζ水蒸気の温度
と圧力が」−１し、カプセル２７が短くなるときには液
だめ２５の中により多くの水を集めるべき空間かあ、る
。その結果、蒸発器１６と凝縮器１８を循環する水の里
は減り、蒸発器Ｉ６から凝縮器１８への熱の伝導の速度
が遅くなり、かクシ゛（、パイプ２３を通っζ引き出さ
れるのに必要な熱量を補正する効果をもたらす。もしカ
プセル２７が所定の温度で液だめ２５がヒートパイプ１
５の中のすべての液を収容する点まで軸方向に縮むよう
につくられているき、それによる熱の伝導は事実上その
温度で停止するであろう。

ヒートパイプ１５の液ば、凝縮器１８の中の適切な運転
圧力において、その液の沸点がパイプ２３を出る水に要
求される最高温度よりわずかに高いだけであるように選
択される。従って、熱源は蒸発器１６に達する液を容易
に蒸発させることができる。

その結果は伝わった熱はレンガ１１とプレー１−１３の
温度の影響を受けないことであり、その温度は、何の効
果も伴わないで時間を＠遇して大きく変化することがで
きる。さらに運転圧力は蒸発器１６の温度におりるより
も凝縮器１８の温度における運転流体の蒸気圧により近
く、そのためその圧力も又レンガ１１とプレート１３の
温度の影響を受ＢＪない。

それ故レンガ１１とプレート１３の温度の企図された最
高の温度では普通には許されるであろうよりももっと揮
発性の大きい運転液を安全に使用することができる。

タンク２１の中の水に接触している凝縮器１日の大きな
表面領域は凝縮器１８の中土水が凝縮する温度がわずか
な量だけタンク２１の中の水の温度よりも高いことを保
証する。このことはヒートパイプ１５の安定した運転の
ために必要である。

凝ｋｉ？ｉ器１８の圧力が約０．４絶対気圧のときに液
だめ２５からできるだけ多く液を排出するようにカプセ
ル２７がつくられていると都合がよい。圧力が約０．８
５絶対気圧のときに液だめ２５がずべての液（典型的に
はわずか数立方センチメートル）を集めることができる
ようにカプセル２７はつくられている。

それ故ヒートパイプ１５は水の温度が約７５℃のラジェ
ータに最大量の熱（数百ワットからおよそ２〜３キロワ
ノ日を伝え、次いで約９５℃で熱の伝導が零になるまで
次第に熱の伝導量は少なくなる。

もし凝縮器１８の回りを水が流れないと、停滞した水は
９５℃に達し、冷たい水がラジェータから入るまではそ
れ以上のことは起こらない。

第２図はへローズ２７が凝縮器Ｉ８とタンク２１の中の
水の圧力との間の圧力の違いを検出するように作られて
いる第１図における一Ｌ部の別の態様を示す。タンク２
１の中の水の圧力ば一般に大気圧よりわずかに高く一定
した圧力であろう。この目的のために、ヘローズ２７の
内部はゆるくはまりあっている円筒状の案内部材２８　
、２９を介して凝縮器１８に空気が抜けるようになって
おり、一方カプセル全体はタンク２１の水の中に沈んで
いる。

図には示してないが、さらに別の態様では、ヘロース２
７ハ、タンク２１の空気のある外部にヘローズカプセル
２７を置くことによって、凝縮器１８と大気圧との圧力
差に応答すむものであってもよい。

パイプ２３を通る水の温度の自動制御に加え゛乙得られ
た実際の熱は例えばスプリングを介して、ヘローズ２７
に適当な外部からの軸方向の力を加えることによって調
節されることができる。それに代えて第１図の液だめ２
５とカプセル２７の軸方向の相対的な配置は液のすべて
が液だめ２５の中に閉じ込められるようになるように調
節されることができる。

第３図でば液だめ２５はへローズカプセル２７ともう一
つ別の同軸のへローズカプセル３ｏの間に部分的につく
られている。カプセル２７と３０は底部で一緒に密封さ
れており、同時にカプセル２７ば頂部で凝縮器１８に密
封され、カプセル３０は頂部で蒸発器１６に密封されて
いる。蒸発器１６の上部ばわずがな隙間をあけて凝縮器
１８の下部の中にはまっており、その結果、凝縮器１８
の壁に凝縮した液はその隙間を通ってしたたり落らて蒸
発器１６の−１−、ＰＦＨＡの水準まで液だめ２５を液
でいっばいに保つ。この態様では、運転圧が増すときに
は、循環する液の星が急速に減るように液のためのより
大きな余地が液だめ２５の中につくられる。そのメカニ
ズムはいくらかの凝縮した液の流れと液だめの中での水
蒸気の凝縮というよりも凝１宿した？夜すべての液ノど
め２５−・の流れである。

」二記の装置すべては、へ１ｒｌ−ズの波形が液だめの
中の液の高さよりも低いところにあることを保証する。

もしそうでないと、液は波形の中で凝縮しそごに閉し込
められてしまう可能性がある。

ラシェークの水の温度による熱伝導の変化及びヒートバ
イブ１５の運転の安定性は、液だめ２５から液を追い出
す構成部分及び／又は液だめ２５自体が高さによって変
化する横断面領域を有するようにつくることによって変
えられることができる。

熱伝導のレンガ１１の温度に対する感応性はさらにいろ
いろな手段、例えば液の薄い層を水平に対して小さな角
度で流れさゼ、従ってその流れを遅くし又凝縮器１８の
水の含有量を増加さ・Ｕる、蒸発器の壁に設けたらせん
形の溝あるいは針金、あるいは凝縮器１８の壁に設けた
多数の環状の波形によってさらに減らされることができ
る。

高温のレンガ１１からタンク２１の水・＼の熱の伝導の
代わりに、上記したシステムの別の用途は対象物あるい
は空間を変化しうる熱１員失に対して一定の温度に維持
する必要がある場合ｅある。対象物あるいは空間は上記
した型のヒートバイブ１５の凝縮器１８に熱的に連絡し
て連結されている。蒸発器１６の回りの温度を著しく上
げさせたり下げさ−ひたりする単純なオン−オフ制御を
介して蒸発器Ｉ６に熱を加えることができる。しかし、
上記した理由によって、対象物あるいは空間は円滑に所
定の温度に近づきその温度を維持しようとするであろう
。

上記の実施態様では、凝縮器１８は蒸発器１Ｇの上方に
置かれており、その結果凝縮した液は重力で蒸発器に流
れ落ちることができる。毛管現象によって、例えばヒー
トバイブプの分野では公知である灯芯あるいは多孔質な
部材を利用することによって、凝縮した液が凝縮器１８
から蒸発器１６へ戻されるならばその＋１４成要素の別
の配置を利用することもできる。

上記の実施態様のいずれにおいても、ヒー１−／ぐイブ
１５の中の液■ば蒸発器１６の壁を流れ落ちる液が底に
達しないうちに、蕉発してしまうように選ばれる。それ
故蒸発器１６からぶ縮器１８への熱伝導は液の薄い層が
凝縮器１８から蒸発器１６へ落らることができる速度に
よって決定される。径の小さい蒸発器１６は、循環する
水のいかなる所定量に対しても、水の薄い層の厚さとそ
の結果としての熱の伝導が、蒸発器１６が凝縮器１８と
同し大きさである場合よりもレンガの温度に対する感応
性が小さし）ことを意味する。これは循環する水のわず
かな留分だけが蒸発器１６の中にあるためである。

第４図では、凝縮器１８の頂壁は下向きに収斂する円錐
形をしており、その結果壁２０に凝縮した蒸気は下向き
にそして内向きに流れ落ちて凝縮器■８に動かないよう
に固着されている液だめ２５にしたたり落ちる。

液だめ２５の中にはへローズカプセル２７があり、該カ
プセルの端は夫々液だめ２５の４−ヤソプ３２とベース
３３に密封されている。凝縮器の中の圧力が高くなると
カプセル２７はチューブ３１がベース３３にのり、キャ
ンプ３２がチューブ３１の頂端に当たるまで短くなる。

キャップ３２がそのようにしてベース３３の方にいっば
いに下がったときに、３木のロノ１３５によってキャッ
プ３２からつり下げられているシールド３４はヒートバ
イブ１５の上部をぴったりと閉じて、水蒸気の対流によ
る熱の伝導を防止するようにつくられている。　・ 凝縮器１８の圧力が落ちるとキャップ３２ば上昇し７、
次いでシールド３４が上がってヒートバイブ１５と凝縮
器の間の充分な水蒸気の流れを復活させる。

凝縮器１８の内部はガスが抜かれており、真空開閉栓３
６を介して水が充填されている。

第４図では出口バイブ２３は壁２０の頂上の高さよりも
低いところにある。このシステムの安定した運転の間、
熱伝導のほとんどは凝縮器１））の側壁１９と熱交換表
面２４を介して起こる。このようにして凝縮液のほとん
どは側壁でつくられ°ζ液だめ２５に注がれない。しか
し、タンク２１の水の温度が上がりはしめるといくぶん
出口２３を出る主流から離れ°ζいる円錐形の壁２０の
中の水の温度の上昇が遅れ、その結果凝縮液が壁２０に
つくられ続けてヒートパイプ１５の増加した圧力に応答
したヘローズカプセル２７の圧縮によってその容積を増
加させられているであろう液だめ２５に入る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液加熱システムの一実施態様の図式的
縦断面図、第２図及び第３図は第１図のシステム、の上
部の人々側のＩＩＩＥ様の図式的縦断面図、第４図はさ
らに別の態様の上部の図式的縦断面図である。 特許出願人 ティーアイ（グループ　ザービシーズ）リミテッド 図面の浄書（内Ｙトに変更なし） 手続補正書動式） 昭和６０年３月２７日 特許庁長官　志賀　学　殿 １、事件の表示　特願昭５９−２３４８６１号２、発明
の名称　液加熱システム ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ティーアイ　（グループ　サービシーズ）リミテッド ４、代理人 東京都港区虎ノ門１１−２３ ランピン虎ノ門ビル７階 ５、補正命令の日付 昭和６０年２月６日（発送日：２月２６日）６、補正の
対象 図面 ７、補正の内容 願書に最初に添イリした図面の浄書　別紙のとおり（内
容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、オノピーク電力によって比較的高い温度に熱−υら
   れるべき蓄熱器であってその比較的高い温度よりも低い
   温度まで熱セられるべき第１の液を入れるための容器に
   熱的に連結されζいる蓄熱器を有する第１の液を熱する
   だめの液加熱システムにおいζ、該熱的な連結がヒート
   パイプ（１５，１６，１８）によるものであり、該ヒー
   トパイプは該蓄熱器（１０）と熱的に接触している蒸発
   体（１６）と該容器（２１）と熱的に接触している凝縮
   帯（１日）とよりなり、それらの帯域は■ないしそれ以
   上のダクＩｉ＋５）によって連結されており、その蒸発
   帯（Ｉ６）と凝縮帯（１８）と１ないしそれ以上のダク
   ト（１５）とは気密状に封止されていて一定の■の揮発
   性の第２の液を含有しており、ヒートパイプは第２の液
   が蒸発帯で蒸発した後節２の液はそのダクトあるいは杉
   のダクトの１つを通って凝縮帯に通過してそこで凝縮し
   、そごから第２の液はそのダクトあるいはそのダクトの
   うらの別のダクトを通って蒸発帯に戻るようにつくられ
   ており、第２の液の量は使用する際に蒸発帯から凝縮帯
   への熱伝導の速度が蒸発した第２゛の液の凝ｋｌｉ！帯
   への流れの速度でも蒸発帯へのあるいは凝縮帯からの熱
   伝導でもなくて第２の液の蒸発帯へ戻る流れの速度によ
   って決まるように充分に少■に選Ｕｅされるごとを’Ｉ
   ；ｌ’徴とする前記液加熱システム。 ２、液だめ手段（２５）が該第２の液を一定のレヘルに
   達するまで集めるように位置決めされており、又ヒート
   パイプ中の圧力あるいは温度の変化に応答して第２の液
   の容量を変えるための手段を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の液加熱システム。 ３、酸液だめ（２５）の上の凝縮帯（１８）の壁（２０
   ）が下向きに収斂する形のものであり、それによって壁
   に凝縮した凝縮液が流れ落し”（酸液だめの中にしたた
   り落らることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   の液加熱システム。 ４．蓄熱器（１０）が電気抵抗体によって加熱されるべ
   き全体的に均質な物の埋りでできていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１ないし３項のいずれか１項に記載
   の液加熱システム。 ５、該蒸発帯と熱的に接触しており、該均質な物の中に
   延びているフィン（１３）を有するご七を特徴とする特
   許請求の範囲第４項に記載の液加熱システム。 ６、酸液だめ手段（２５）が凝縮器の圧力が上がったと
   きに容積が小さくなる密１．１されたカプセル（２７）
   を有することを特徴とする特ｉｆ’ｌ’　ａｌにの範囲
   第２項Ｇご記載の液加えイ１システム。 ７．４１ｉｉｉ器の温度と圧力がにがったときに蒸発し
   た第２の？夜のダクト（Ｉ５）の流れを：１，１月恨す
   るようにつくられたバルブ手段（３４）を有することを
   ′１．＋Ｉ徴とする特許請求の範囲第１ないし６項のい
   ずれか１項ムこ記載の液加熱システＪ・。 ８、第１の液が水であり、容器が給湯センＩ・ラルヒー
   ティングシステムに接続されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第７項に記載の液加熱システ１−０