JPS6026286A - 熱伝達装置 - 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、熱伝達装置、とくに管路内に封入した作動
流体の液体と気体の相変化を利用して受熱部で吸収した
熱を放熱部に熱輸送して発散させるようにした熱伝達装
置に関す・るものであるＯ 要を示す系統図である。第１図に−Ｉｄいて、１は装置
の比較的上部に配置された受熱部、２はこの受熱部１の
下方であって装置の下部に配置１′（された放熱部、３
は受熱部１の上方に設けられたアキュムレータ（蓄液器
）、４はアキュムレータ３と受熱部１との間に設けられ
た受液器、５は受液器４とアキュムレータ３との間を連
通させて内部の圧力をバランスさせる連通管、６は連通
管５の途中に設けられた開閉弁で、受液器４と連通ずる
液面上に浮上するように設けられたフロート７および連
通管５に接続開口した弁座８を有する。９はアキュムレ
ータ３から受液器４に向かってのみ液が流れるように配
置された逆止弁、１０は受液器４内に設けられたサイフ
オンで、所定量以上の液が溜まった場合に上記液を器外
に排出するようになっている。

】１は受液器４と受熱部１の底部間を連結する液管、１
２は受液器４の上部と受熱部１の上部とを連結する蒸気
管、１３Ａは受液器４の上部と放熱部２の一端とを連結
する配管、１３Ｂは放熱部２の他端とアキュムレータ３
とを連結する配管。

１３Ｃはアキュムレータ３の底部と逆止弁９とを連結す
る配管、１３Ｄは逆止弁９と受液器４の上部とを連結す
る配管でアシ、このようにして各配管１３Ａ〜１３Ｄは
ループ（閉管路）を形成し、アキュムレータ３を含む配
管内に熱輸送媒体としてのフロン、メチルアルコールな
どの凝縮性液体でちる作動流体１４が適量だけ封入され
るとともに、始動時には、アキュムレータ３の上部以外
の配管内に液体状の作動流体１４が満たされた状態にな
る。彦お、以下この液体状の作動流体１４を液１４Ａと
呼び、これに対し、気体状の作動流体１４を蒸気１４Ｂ
と呼ぶことにする。１５は送風ファンである。

以上のように構成された従来装置の動作は次のとおシで
ある。

まず、受熱部１に熱が供給されると、この受熱部１にお
ける液１４Ａが与えられた温度に対応する高圧の蒸気１
４Ｂを発生し、受熱部ｌとアキュムレータ３との間に圧
力差を生じ、受熱部１の方が高圧となるため、配管１３
Ａ、放熱部２゜配管１３Ｂにある液１４Ａがアキュムレ
ータ３内に流し込み、このアキュムレータ３の圧力を徐
々に高めることとなる。

次いで、受熱部１で発生した蒸気１４　Ｂは、蒸気管１
２を通って受液器４に流れ、受液器４から配管１３Ａを
通って放熱部２に達して冷却され、凝縮熱を放出して液
化するために、これが受熱部温度と放熱部温度とに規ｆ
ｌｉｌＪされることになシ、結果的にば、受熱部１．配
管１３Ａおよび放熱部２の蒸気１４Ｂの圧力は、この受
熱部温度と放熱部温度との中間程度の温度に相当した飽
和蒸気圧となり、したかつて受熱部１で液１４Ａの蒸発
が行われている間、アキュムレータ３の圧力もほぼこの
圧力に維持される。

この状態で受熱部１に発生した蒸気３４Ｂが放熱部２に
達して再び液化される動作により、受熱部１での熱が放
熱部２に熱輸送されることになる。この場合、受液器４
が受熱部１よりも土方にｈ’）、液管１１と蒸気管１２
で連結されているので、液体は受液器４から液管１１を
経て受熱部１に流れ、受熱部１で熱を受けて蒸発し、蒸
発した蒸気１４Ｂは蒸気管１２を通って受液器４内に還
流し、受液器４から配管１３Ａを経由して放熱部２へ流
れることになる。

したがって、受液器４に液１４Ａがある限シ、受熱部１
は液１４Ａで満たされておシ、受熱部１から放熱部２へ
熱輸送が行われるにしたがって、受液器４内の液面は低
下してくることになる。

この場合、受液器４内の液面が開閉弁６の弁座８よシも
高い位置にある間は、液１４Ａの浮力の作用によシ、フ
ロート７が弁座８を押しつけられ、開閉弁６を閉じるこ
とになる。その結果、受液器４内の蒸気１４Ｂはすべて
、放熱部２へ流れ、熱輸送が行われる。

受液器４内の液が熱輸送の結果消費されて、次第に液面
が低下し、弁座８の位置以下に低下すると、フロート７
も液面の低下とともに低下し、弁座８から離れ、開閉弁
６は開放状態となる。そのため、受液器４内の蒸気１４
Ｂはアキュムレータ３に流入し、受液器４とアキュムレ
ータ３の蒸気相は均圧されることになる。この場合、ア
キュムレータ３が受液器４より上方に（６かれているた
め、重力の作用により、アキュムレータ３から逆止弁９
を通って受液器４に液１４Ａが還流してくるが、受液器
４内に設けられたサイフオン１０の作用により、受液器
４の液面は上昇することがなく、したがって、ある一定
相の液１４Ａが流入することが可能となる。液１４Ａが
アキュムレータ３から受液器４に流入している間は、受
液器４からの熱が連通管５を通じての蒸気流により、ア
キュムレータ３に流れ、アキュムレータ３の圧力が多少
上昇することになるが、サイフオン１０を使用すること
によって、多量の液を一度に流入させることが可能とな
るため、開閉弁６が閉じている時間を長くすることがで
き、開閉弁６を開いている時間に生じた圧力の上昇の影
響を小さくすることができるはかシでなく、開閉弁６の
開閉の頻度も少なくなるため、開閉弁６の耐久性も増加
することになる。

所定量の液１４Ａが受液器４内に流入し、サイフオン１
０から液１４Ａが排出されると、再び液面が上昇し、開
閉弁６が閉じ、最初の状態に戻シ、受熱部１から放熱部
２への熱輸送が行われることになる。

以上の動作の繰返しにより、受熱部１から放熱部２へ熱
輸送が行われる。

従来の装置は以上のように構成されているので、受熱部
１で発生する蒸気１４Ｂの圧力は、アキュムレータ３の
圧力よりも、少なくともアキュムレータ３および放熱部
２間の配管１３Ｂにある液１４人に生じる重力差だけ高
くなるとともに、アキュムレータ３の圧力の変動に伴っ
て変化することになる。蒸気１４Ｂは本装置のどの部分
においても飽和蒸気となっておシ、その温度と圧力には
１対１の関係がある。このことは圧力が変化すれば温度
も変化することを意味しておシ、例えば、アキュムレー
タ３の温度が変化すれば、アキュムレータ３の圧力が変
化し、それに伴つて受熱部１で発生する蒸気１４Ｂの圧
力、温度が変化し、ひいては受熱部１の壁面温度が変化
することになる。そのため、上記従来の装置では、アキ
ュムレータ３の雰囲気の温度が一時的に高くなった場合
、アキュムレータ３の温度、圧力が上昇し、その結果受
熱部１の温度が許容温度以上になるなど、装置の動作が
不安定であシ、また、受熱部１の温度がアキュムレータ
の温度よシも少なくとも重力による圧力差に相当する飽
和蒸気温度差だけ高くなるという欠点があったＯ この発明は、上述のよう々従来のものの欠点を除去しよ
うとするものであって、高圧の作動液体を封入する蓄圧
器と、受液器から上記蓄圧器へ間欠的に液を戻す手段を
設け、蓄圧器からの蒸気でアキュムレータ内の液を受液
器へ還流させることによシ、装置の動作が低温で安定な
熱伝達装置を提供することを目的としている。

以下、この発明の一実施例を第２図について説明する。

第２図において、１は受熱部、２は放熱部であυ、これ
らは上述した第１図に示す従来例のものと同様である。

２１は放熱部２と同じ吸熱源中に設置されたアキュムレ
ータ、２２は受熱部１の上方に設置された受液器、おは
受液器２２の下方で加熱源中に別途設けられた蓄圧器で
あシ、受液器２２．蓄圧器お内には作動流体の液１４Ａ
が封入されている。

受熱部１．放熱部２．アキュムレータ２１および受液器
２２は配管によってループ状に連結されている。２４Ａ
は受熱部１と放熱部２の間の配管、２４Ｂは放熱部２と
アキュムレータ２１の間の配管、２４Ｃはアキュムレー
タ２１と受液器２２間の配管でアシ、配管２４Ｂの中途
には放熱部２からアキュムレータ２１の方向のみに開く
第１の逆止弁部が設けられ、配管２４ｃの中途にはアキ
ュムレータ２１から受液器２２の方向のみに開く第２の
逆止弁２６が設けられている。

また、アキュムレータ２１の上部と蓄圧器器の上部とは
配管２４Ｆで連結され、配管２４Ｆには第１の開閉弁２
９が設けられている。蓄圧器るの上方に位置する受液器
２２の底部と蓄圧器るの上部とは液配管２４Ｄで連結さ
れ、液配管２４Ｄの中途には受液器２２から蓄圧器ｎの
方向のみに開く第３の逆止弁２７が設けられ、受液器２
２の上部と蓄圧器器の上部とが均圧用配管２４Ｂで連結
され、均圧用配管２４にの中途には第２の開閉弁路が設
けられて、受液器２２から蓄圧器るへ間欠的に液を戻す
手段が構成されている。

以上のように構成された一笑施例の熱伝達装置の動作は
次のとおシである。

受熱部１で蒸発した作動流体の蒸気が配管２４Ａを通っ
て放熱部２に流れ、放熱部２で凝縮する作用によシ、受
熱部ｌから放熱部２へ熱輸送する原理は、上述した従来
例のものと同様である。

なお、本実施例では、最初は開閉弁２８　、２９が閉じ
ている。

本実施例では、放熱部２で凝縮した液は受熱部ｌからの
蒸気に押され、第１の逆止弁２５ヲ通ってアキュムレー
タ２１に溜まる。この場合に、アキュムレータ２１は吸
熱源内に配置されているので、温度が吸熱源温度に近い
低いものとなシ、したがって、アキュムレータ２１内の
圧力も低くなシ、ひいては放熱部２内の圧力も低くなる
。

その結果、受熱部１内の蒸気圧は放熱部２内の蒸気圧に
ほぼ等しい低いものとなシ、受熱部１の温度も吸熱源の
温度に近い低温で安定したものとなる。

一方、蓄圧器る内の液１４Ａは、加熱源から加熱されて
蒸発するが冷却されないので、加熱温度にほぼ等しい高
温となり、蓄圧器ｎ内の圧力は内部の高温の液１４Ａの
飽和蒸気圧となって高圧状態が保たれる。

アキュムレータ２１に液１４Ａがある程度部った時点で
、閉じていた第１の開閉弁２９を開くと。

蓄圧器器内にある高圧の蒸気は配管２４Ｆ、第１の開閉
弁２９を通ってアキュムレータ２１に流れ。

アキュムレータ２１内の液１４Ａが第２の逆止弁脚。

配管２４Ｃを通って受液器２２へ押出され、その結果、
アキュムレータ２１内の液が受液器２２へ還流すること
になる。この場合、蓄圧器器からの高受熱部ｌから放熱
部への熱輸送が継続的に行われておシ、液だけがアキュ
ムレータ２１から受液器２２へ還流することになる。ア
キュムレータ２１内の液が受液器２２へ還流した後に、
第１の開閉弁２９を閉じる。

第１の開閉弁２９を一時的に開いた結果、蓄圧器器内の
高圧蒸気はアキュムレータ２１へ流出し、そのために蓄
圧器ｎ内の液量は減少するが、この場合、閉じていた第
２の開閉弁２８を開くと、蓄圧器器と受液器２１が連通
されて、これらの圧力が等しくなる。その結果、重力の
作用で受液器２２内の液１４Ａが第３の逆止弁２７．液
配管２４Ｄを通って蓄圧器器へ還流し、蓄圧器ｎ内の液
１代が補充されることになる。その後、第２の開閉弁２
８を閉じる。なお、第１．第２の開閉弁２９゜邪の開閉
は、それぞれアキュムレータ２】、蓄圧器田内の液量変
化を検知して行わせ、あるいは時間的にある一定の周期
で行わせる。

以上の動作によって、受熱部１から放熱部２への熱輸送
が継続的に低温でしかも安定して行わｎることになる。

なお、上述した実施例では、蓄圧器羽が加熱源中にある
場合を示したが、この発明は、蓄圧器２３を加熱するた
めに、別途設けた補助ヒータを使用してもよい。また、
上述した実施例では、アキュムレータおが吸熱命中にあ
る場合を示したが、この発明では、アキュムレータ２１
金吸熱漁中に設けることが困難な場合でも、アキュムレ
ータは安定した雰囲気中であればどの位置に設置しても
、安定した動作が得られる。

さらに、上述した実施例では、受液器２２から蓄圧器お
へ間欠的に作動液体を戻す還流手段として、第３の逆止
弁２７を有する液配管２／ＩＤと第２の開閉弁２８を有
する均圧用配管２４Ｆとを用いた例を説明したが、この
発明は、上述した実施例に限られるものではない。すな
わち、第３図に示すように、受液器２２と蓄圧器おの間
に液溜器４１を設置し、受液器２２と液溜器４１を受液
器２２から液溜器４１の方向のみに開く逆止弁４２を有
する液配管４３および第３の開閉弁４４を有する均圧用
配管４５でそれぞれ連結させ、液溜器４１と蓄圧器るを
液溜器４１から蓄圧密器の方向のみに開く逆止弁４６を
有する液配管４７および第４の開閉弁４８を有する均圧
用配管４９でそれぞれ連結させてもよい。なお、第３図
に示すものでは、均圧用配管４５　、４９は開閉弁４４
．４８よυ液溜器１１１側を共用させである。

以上のように構成された第３図に示す実施例では、受液
器２２内の作動流体の液１４Ａは第３の開閉弁４４を開
き第４の開閉弁４８を閉じると、一時的に液溜器４１に
溜められ、次に第３の開閉弁４４を閉じ第４の開閉弁４
８を開くと液溜器４１内の液１４Ａが重力の作用で蓄圧
器ｎに還流する。この場合には、開閉弁４４と４８を交
互に開閉することで、蓄圧器ると受液器２２が直接連通
しないので、蓄圧器器内の高圧蒸気が受液器２２へ直接
流れ込むことがなく、第２図に示すもので第２の開閉弁
路が開いた時に生じる受液器２２内の一時的力圧力上昇
を避けることができて、よシ安定した動作が行えるとい
う利点がある。

また、加熱源の温度が高すぎる場合には、蓄圧器器内の
圧力が高くなシすぎて、蓄圧器２３が破損する恐れがあ
るが、第４図に示すように、蓄圧器ｎと受液器２２とを
自動圧力調整弁５１を有する保安用配管５２で連結する
ことによシ、蓄圧器２３と受液器２２の圧力差を一定に
保つことができ、その結果、蓄圧器器内の圧力をある値
以下□　に保つことができて、蓄圧器器の破損を防止で
きるという利点がある。そして、圧力調整弁５１の代シ
に保安用配管５２に毛細管を設けても、第４図に示すも
のと同様な利点が得られる。

なお、第３図、第４図に示す熱伝達装置の上述した以外
の構成、動作は、第２図に示すものと同様であるから説
明を省略する。

以上説明したように、この発明によれば、アキュムレー
タ内の液を受液器へ戻す手段として、別途設けた蓄圧器
内の高圧蒸気を利用するように構成したことにより装置
の動作が低温で安定したものになるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱伝達装置ａを示す構成図、第２図はこ
の発明の一実施例による熱伝的装ｆ汽を示す構成図、第
３図はこの発明の他の実施例による熱伝達装置を示す装
部の構成図、第４図は同さらに他の実施例による熱伝達
装置を示す要部の構成説明図である。 １・・・受熱部、２・・・放熱部、２１・・・アキュム
レータ、２２・・・受液器、乙・・・蓄圧器、２／ＩＡ
〜２４Ｆ・・・配管、部、　２６　、２７・・・逆止弁
、２８　、２９・・・開Ｈ１弁、４１、・・・液溜器、
４２　、４６・・・逆止弁、１１３　、４７・・・、夜
配管、４４　、４８・・・開閉弁、−１５、４９・・・
均圧用配管、５１・・・圧力調整弁、５２・・・保安用
配管。 なお、図中間−打号は同一または相当部力を示す。 代理人太′、゛≦増雄（外２名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）蒸発器となる受熱部と凝縮器となる放熱部とをル
   ープ状に接続し、内部に熱輸送媒体としての凝縮性液体
   からなる作動流体を封入した熱伝達装置において、蒸発
   器の上方に受液器を設ユムレータの方向のみに開く第１
   の逆上弁を介して連結させ、アキュムレータと受液器と
   をアキュムレータから受液器の方向のみに開く第２の逆
   止弁を介して連結させ、さらに高圧の作動液体を封入す
   る蓄圧器と、上記受液器から蓄圧器へ間欠的に作動液体
   を戻す手段とを具備させ、蓄圧器とアキュムレータを開
   閉弁を有する配管で連結させ、上記開閉弁を間欠的に開
   閉させて、受熱部から放熱部への定常的な熱輸送を行う
   ようにしたことを特徴とする熱伝達装置。 ＜２４　受液器から蓄圧器へ間欠的に作動液体を戻す手
   段は、受液器を蓄圧器の上方に配置し、受液器と蓄圧器
   とを受液器から蓄圧器の方向のみに開く逆止弁を有する
   液配管および第２の開閉弁を有する均圧用配管でそれぞ
   れ連結させ、上記第２の開閉弁を間欠的に開閉させ、重
   力差によって作動液体を蓄圧器へ戻すようにしたもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の熱伝達装置。 （３）受液器から蓄圧器へ間欠的に作動液体を戻す手段
   は、受液器を蓄圧器の上方に配置し、受液器と蓄圧器の
   中間の位置に液溜器を配置し、上記受液器と液溜器とを
   受液器から液溜器の方向のみに開く逆止弁を廟する液配
   音および開閉弁を有する均圧用配管でそれぞれ連結させ
   、上記液溜器と蓄圧器とを液溜器から蓄圧器の方向のみ
   に開く他の逆上弁を有する他の液配管および他の開閉弁
   を有する他の均圧用配管でそれぞれ連結させ、上記２つ
   の開閉弁を交互に開閉し、重力差によって受液器から液
   溜器を介して蓄圧器へ作動液体を戻すようにしたもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の熱伝達装置。 （４）蓄圧器を加熱源中に設置した特許請求の範囲第１
   項記載の熱伝達装置。 （５）　蓄圧器にヒータを設けた特許請求の範囲第１項
   記載の熱伝達装置。 （６）アキュムレータを放熱部と同じ吸熱源中に設置し
   た特許請求の範囲第１項記載の熱伝達装置。 （７）蓄圧器と受液器とを圧力調整弁を有する保安用配
   管で連通させた特許請求の範囲第１項記載の熱伝達装置
   。 （８）蓄圧器と受液器とを毛細管を有する保安用配管で
   連通させた％ＪＦ請求の範囲第１項記載の熱伝達装置。