JPS60205187A - 熱輸送システム - 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】 この発明は、たとえば太陽熱利用給温システムにおいて
、太陽光から吸収した熱を熱媒を介して離れた場所にあ
る蓄熱槽内の水に伝え、この水を加温するシステムとし
て用いられる熱輸送システムに関する。

従来の太陽熱利用給湯システムにおいては、熱媒を循環
させるために循環ポンプや圧縮機などの動力源を必要と
したが、これらの動力源は故障し易く、修理や保守点検
が面倒であるという問題があった。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、循
環ポンプや圧縮機などを必製としない熱輸送システムを
提供することを目的とする。

この発明による熱輸送システムは、所定高さ位置に配置
された蒸発器と、蒸発器以下の高さ位置に配置された凝
縮器と、凝縮器以下の高さ位置に配置された作動液溜部
とが導管を介して接続されて内部に作動液が封入された
密閉状作動液循環回路が構成され、蒸発器と作動液溜部
との間に圧力発生器が配置され、蒸発器と圧力発生器と
が作動液供給路で連通さじられ、圧力発生器と作動液溜
部どが加圧路で連通させられ、加圧路に弁が設けられ、
作動液溜部内に、作動液よりも比ｍが小さく、かつ外周
が作動液溜部の内周とほぼ合致する断熱性フロートが入
れられているものである。

上記にＪ３いて、作動液としてはフレオン１１、フレオ
ン１１３、水等のように気相と液相とに相互に変化しや
すいものが用いられる。また、作動液は、システム内を
真空引きしだ後不凝縮ガスを除去した状態で蒸発器およ
びＢ、力発生器内に密閉される。

上記において、圧力発生ｉ！ｉｉはその内部の作動液を
加熱して気化させ、このガス状作動液を作動液溜部に送
って作動液溜部内の圧力を上昇させるためのものである
。加熱源としては、太陽熱、ガスヒータ、電気ヒータな
どが用いられる。

圧力発生器内の作動液を加熱し気化させたときの内部蒸
気圧は、蒸発器内の作動液が加熱され気化させられたと
ぎの内部蒸気圧よりし人きくなるようにしておくのがよ
い。

作動液溜部としては、タンク、Ｕ字形管、蛇行管などか
らなるものが用いられる。作動液溜部の内容積は、作動
液循環回路における作動液溜部と蒸発器とを連通させる
部分の内容積よりも大きくしておくのがよい。こうして
お（）ば、圧力発生器から作動液溜部内にガス状作動液
を送り込んださいに、作動液溜部内の作動液は容易に蒸
発器に流れる。

作動液溜部内に入れられる断熱性フロートとしては、ポ
リプロピレン、１３よびそのガラス繊維強化品、ならび
にＡ　Ｂ　Ｓ　Ｊ３よびそのガラス繊維強化品などから
なるものが用いられる。

加圧路に設置ノられる弁は、圧力発生器内の圧力が所定
圧に達するまで（よ閉状態とされ、所定圧に達Ｊ′ると
開状態とされ、再度圧力が下がると閉状態とされるもの
で、たとえば電磁弁、圧力調整弁などが用いられる。

この熱輸送システムにおいて、圧）〕発生器内の作動液
が、太陽熱等で加熱されると圧力発生器内の作動液が蒸
発し、圧力発生器内の蒸気圧が高まる。この蒸気圧が高
まって所定圧に達したときに加圧路の弁が開状態となる
とこのガス状作動液が加圧路を通って作動液溜部内に流
れ込んでフＯ−１・が押下げられる。その結果、作動液
は、作動液循環回路における作動液溜部と蒸発器とを連
通させる部分を流れ、蒸発器内に流入する。フロートが
断熱性を右するので、作動液溜部内に流れ込んだガス状
作動液が、作動液溜部内に溜まっていた作動液により凝
縮させられることはない。蒸発器内の作動液は、太陽熱
等により加熱され気化させられる。また、作動液溜部か
ら送り込まれた作動液は、作動液供給路を通過して圧ノ
〕発生器内に入る。一方、圧力光、１器から作動液溜部
内に流入したガス状作動液は作動液溜部内に溜まってい
る。ガス状作釉液が作動液溜部に流入した結果圧力発生
器内の蒸気圧が所定圧以下に下がると、加圧路に設けら
れた弁が閉状態となる。そして、蒸発器で得られたガス
状作動液は凝縮器に到り、ここで放熱して凝縮づる。凝
縮するさいに放たれた熱が蓄熱槽内の水等に伝えられて
湿水等が得られる。液化した作動液は、作動液循環回路
における凝縮器と作動液溜部とを連通させる通液路を通
って作動液溜部に送られる。また、圧力発生器から作動
液溜部に流入したガス状作動液は、作動液溜部内の作動
液に放熱して液化する。このような動作を繰返して、蒸
発器で得られた熱が、作動液の相変化の潜熱を仲介にし
て水等に伝えられ、これが加熱される。

上述のように、この光用Ｑ熱輸送システムによれば、圧
力発生器内の作動液が加熱されるだけで熱輸送を行なう
ことが可能となるので、従来のように循環ポンプや圧縮
機を必要とせず、信頼性も高くなる。また、受熱部の下
方に放熱部が位置していてもスムーズな熱輸送を行なえ
る。さらに、断熱性フロートによって、圧力発生器から
作動液溜部内に流れ込んだガス状作動液の凝縮が防止さ
れるので、作動液を作動液溜部から蒸発器に送るための
圧力が減少することもない。

この発明を、以下図面に示す実施例について説明する。

図面には、この発明による熱輸送システムが太陽熱利用
給湯システムとして使用されている場合が示されている
。

太陽熱利用給温システムは、屋根の上等屋外の高所に配
置された太陽熱集熱器からなる蒸発器（１）と、蒸発器
（１）の下方に配置されたタンクからなる作動液溜部（
２）と、蒸発器（１）と作動液溜部（２）との間の高さ
の中間部に配置された凝縮器（３）と、作動液溜部（２
）と蒸発器（１）とを連通させる揚液路（４）と、蒸発
器（１）と凝縮器（３）とを連通させるガス状作動液供
給路（５）と、凝縮器（３）と作動液溜部（２）とを連
通させる降液路（６）とで作動液が密閉された密閉状作
動液循環回路（７）が形成されている。蒸発器（１）と
作動液溜部（２）どの間にＪ３いて蒸発器（１）とほぼ
同じ＾さ位置に圧力発生器（９）が配置され、蒸発器（
１）と圧力発生器（９）とが作動液供給路（１０）で連
通ざゼられ、圧力発生器（９）と作動液溜部（２）どが
加圧路（１１）で連通させられている。密閉状作動液循
環回路（７）内における蒸発器（１）よりも上方の位置
において、揚液路（４）とガス状作動液供給路（５）に
またがるように気液分ｌｌ１ｌｌ器（１２）が配置され
ている。

作動液溜部（２）内には、作動液よりも比重の小さい断
熱性フロート（１３）が入れられている。断熱性フロー
ト（１３）の外周と作動液溜部（２）の内周とはほぼ合
致するが、断熱性フロート（１３）と作動液溜部（２）
の内周面との間の隙間を、作動液およびガス状作動液が
通過しうるようになっている。

凝縮器（３）は、その内部にコイル状パイプ（図示略）
を備えており、ガス状作動液供給路（５）を通って蒸発
器（１）から送られてきたガス状作動液が、コイル状バ
イブ内を流れる水によって冷却されて凝縮する。凝縮す
るさいに放たれた熱は冷水に伝わり、この水が加熱され
て温水が得られる。

揚液路（４）における作動液溜部（２）と気液分離器（
１２）とを連通させる部分（４ａ）の一端は作動液溜部
（２）の周壁下端に連通状に接続されている。また、こ
の部分の他端は気液分離器（１２）の周壁に連通状に接
続されている。

器（１２）の底壁に連通状に接続され、他端は蒸発器（
１）の底壁に連通状に接続されている。

ガス状作動液供給路（５）における蒸発器（１）と気液
分離器（１２）とを連通させる部分の一端は蒸発器（１
）の頂壁に連通状に接続され、他端は気液分離器（１２
）内に入り込んでその頂部に開口しており、この部分の
上端は常に作動液の液面よりも上方にくるようになって
いる。したがって、この部分（５ａ）にＪ：り蒸発１！
！！（１）内と気液分離器（１２）内の上部空間とが均
圧化され、気液分離器（１２）内の作動液は自重によっ
て揚液路（４）の部分（４ｂ）を通って蒸発器（１）内
に流入する。ガス状作動液供給路（５）における気液分
離器（１２）と凝縮器（３）とを連通させる部分（５ｂ
）の一端は気液分離器（１２）の頂壁に連通状に接続さ
れ、他端は凝縮器（３）の頂壁に連通状に接続されてい
る。

凝縮器（３）と作動液溜部（２）との間に凝縮器（３）
内圧力と作動液溜部（２）内圧力とを均圧化させる均圧
路（１４）が設けられている。

均圧路（１４）は、一端が凝縮器（３）の頂壁に連通状
に接続され、他端が作動液溜部（２）の周壁上端に連通
状に接続されている。均圧路（１４）にはフｏ−ト弁（
１５）が設けられている。

降液路（６）の上端は凝縮器（３）の下端に連通状に接
続され、下端部は作動液溜部（２）の頂壁に連通状に接
続されている。降液路（６）の途上には逆止弁（１６）
が設けられている。逆止弁（１６）は、作動液が上方か
ら下方、すなわち凝縮器（３）から作動液溜部（２）に
向ってのみ流れるようにＪ′るものである。

圧力発生器（９）は、太陽熱集熱器からなり、屋根の上
等に配置されている。作動液供給路（１０）は、一端が
蒸発器（１）の周壁に連通状に接続され、他端が圧力発
生器（９）の下端に連通状に接続されている。作動液供
給路（１０）における蒸発器（１）への接続部の高さ位
置はできるだけ上方にあるほうがよい。こうしてＪ３け
ば、蒸発器（１）から圧力発生器（９）に流入する作動
液の邑が少なくなって圧力発生器（９）内で蒸発しやす
くなるので、流入した作動液はずぐに蒸発し圧ツノ発生
器（９）内の圧力が高くなりやすい。また、作動液供給
路（１０）には逆止弁（１７）が設けられている。逆止
弁（１７）は、作動液が蒸発器（１）から圧力発生器（
９）に向ってだけ流れるように（′るものである。加圧
路（１１）の一端は圧力発生器（９）の上端に連通状に
接続され、他端は作動液溜部（２）の頂壁に連通状に接
続されている。加圧路（１１）には、圧ノ〕発生器（９
）内の蒸気圧が所定圧に達するまでは閉状態ぐ、所定圧
に達したとぎにのみ閉状態となり、蒸気圧が再度下がる
と閉状態となる［ｉ弁（１８）が設（プられている。上
記所定圧とは、この実施例においては、蒸発器（１）向
上部の蒸気圧に、作動液を作動液溜部（２）から気液分
離器（１２）まで揚げるのに必要な圧力を加えたもので
ある。

作動液は、システム内を真空引きした後に蒸発器（１）
および圧力発生器（９）に入れられる。作動液の伍は、
熱輸送システムの稼動中、蒸発器（１）および圧力発生
器（９）が決して空にならないような市とされている。

このような太陽熱利用給温システムにおいて、まず蒸発
器（１）内の作動液が太陽熱にＪ、り加熱されて気化さ
せられ、ガス状作動液が気液分離器（１２）の上部空間
およびガス状作動液供給路（５）を通って凝縮器（３）
内に送られる。

そして、コイル状パイプ内を流れる冷水によって冷却さ
れて液化し、液化した作動液が降液路（６）を通って作
動液溜部（２）内に流入し、その液面が揚液路（４）の
下端開口よりも上方にくる。フロート（１３）は作動液
の液面に浮く。

圧力発生器（９）内の作動液が太陽熱により加熱され気
化させられると圧力発生器（９）内の蒸気圧が上昇する
。この蒸気圧が所定圧に達すると電磁弁（１８）が開き
、高圧のガス状作動液が加圧路（１１）を通って勢いよ
く作動液溜部（２）に送込まれる。そして、フロート弁
（１５）が閉じるとともに逆止弁（１６）が閉じられて
凝縮器（３）から作動液溜部（２）への作動液の流入が
停止する。その結果フロート（１３）が押下げられ、作
動液溜部（２）内に溜まっている作動液が揚液路（４）
を通って一旦気液分離器（１２）に流れ込む。フロー１
〜（１３）が断熱性を有するので、作動液溜部（２）内
に流入したガス状作動液が作動液溜部（２）内に溜まっ
ている作動液に放熱して凝縮することはない。そして、
気液分離器（１２）の作用により作動液だけが自重によ
って蒸発器内に流入する。蒸発器（１）内の作動液の液
面が、作動液供給路（１０）の蒸発器（１）への接続部
よりも上方にくると、作動液は作動液供給路（１０）を
通って圧力発生器（９）に送り込まれ、送り込まれたも
のから順々に蒸発していく。作動液溜部（２）内に送り
込まれたガス状作動液は作動液溜部（２）内にとどまっ
ている。作動液溜部（２）内の液面が下がって揚液路（
４）の下端よりも下方にくると圧力発生器（９）内の蒸
気圧が所定圧以下に下がって電磁弁（１８）が閉じる。

一方、圧力発生ａ（９）内のガス状作動液が作動液溜部
（２）に送り込まれている間にも蒸発器（１）内の作動
液は太陽熱により加熱され気化させられており、このガ
ス状作動液がガス状作動液供給路（５）を通って凝縮器
（３）内に流入し、コイル状パイプ内を流れる水に放熱
して凝縮づる。ガス状作動液が凝縮するざいに放たれた
熱によりコイル状パイプ内の水が加熱される。こうして
温水が得られ、この温水が給湯、暖房等に供せられる。

電磁弁（１８）が閉じて圧力発生器（９）から作動液溜
部（２）内へのガス状作動液の供給が停止され、かつ作
動液溜部（２）内の液面が揚液路（４）の下端よりも上
方にきて作動液溜部（２）内の圧力が下がるとフロート
弁（１５）が開く。その結果、均圧路（１４）によって
作動液溜部（２）内の圧力と凝縮器（３）内の圧力とが
均圧下され、逆止弁＜１６）が問いて凝縮器（３）で液
化した作動液が作動液溜部（２）に送られる。圧力発生
器（９）から作動液溜部（２）に送り込まれたガス状作
動液は、凝縮器（３）から作動液溜部（２）に流入して
きた作動液に放熱して凝縮する。そして、作動液溜部（
２）内の作動液の液面が揚液路（４）の下端開口よりも
上方にきて、しかも圧力発生器（９）内の圧力が所定圧
に達すると上記と同様な動作が行なわれる。このような
動作が繰返して行なわれ、太陽熱が、作動液の相変化の
潜熱を仲介にして水に伝えられる。

上記実施例においては圧力発生器として太陽熱集熱器か
らなるものが用いられているが、これに限らず電気ヒー
タ、ガスヒータ等により加熱されるものを用いてもよい
。また、上記実施例では、この発明の熱輸送システムが
太陽熱利用給湯システムに適用された場合が示されてい
るが、これに限らず排熱回収システムに適用することも
可能である。この場合、蒸発器（１）内の作動液が排熱
で加熱されるようにしてｔｊ＜。

さらに、この発明の熱輸送システムは他のシステムにも
適用可能である。

また、上記実施例においては、蒸発器の下方に凝縮器が
配置され、凝縮器の下方に作動液溜部が配置されている
が、これに限るものではなく、蒸発器と凝縮器、凝縮器
と作動液溜部、または３者を同一高さ位置に配置して゛
おいてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示す太陽熱利用給温システム
の回路図である。 （１）・・・蒸発器、（２）・・・作動液溜部、（３）
・・・凝縮器、（７）・・・作動液が密閉された密閉状
作動液循環回路、（９）・・・圧力発生器、（１ｏ）・
・・作動液供給路、（１１）・・・加圧路、（１３）・
・・フロート、（１８）・・・１ｆｌｉｌｉ弁。 以　上 外４名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定高さ位置に配置された蒸発器（１）と、蒸発器（１
   ）以下の高さ位置に配置された凝縮器（３）と、凝縮器
   （３）以下の高さ位置に配置された作動液溜部（２）と
   が導管を介して接続されて内部に作動液が封入された密
   閉状作動液循環回路（７）が構成され、蒸発器（１）と
   作動液溜部（２）との間に圧ツク発生器（９）が配置さ
   れ、蒸発器（１）と圧力発生器（９）とが作動液供給路
   （１０）で連通させられ、圧力発生器（９）と作動液溜
   部（２）とが加圧路（１１）で連通させられ、加圧路（
   １１）に弁（１８）が設けられ、作動液溜部（２）内に
   、作動液よりも比重が小さく、かつ外周が作動液溜部（
   ２）の内周とほぼ合致する断熱性フロート（１３）が入
   れられている熱輸送システム。