JPS6071857A - 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湯システムにおいて
、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−リ− 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等の動力源必要とした
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
環ポンプや圧縮機等を必要とせず、かつ作動液を常に一
方向にスムーズに循環させることのできる熱輸送システ
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、蒸発器と、蒸発器と
同一高さ位置またはこれよりも下方に配置された凝縮器
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てなる熱輸送システム
において、　Ｑ− 凝縮器と同一高さ位置またはこれよりも下方の高さ位置
で作動液循環回路に作動液溜部が設けられ、作動液循環
回路における蒸発器および凝縮器間の部分がガス状作動
液供給路となされ、同じく凝縮器および作動液溜部間の
部分が作動液送り込み路となされ、作動液送り込み路に
、作動液の凝縮器から作動液溜部への流れだけを許容す
る逆止弁が設けられ、ガス状作動液供給路および作動液
送り込み路のうちいずれか一方と作動液溜部との間に凝
縮器内圧力と作動液溜部内圧力とを均圧化する均圧路が
設けられ、この均圧路にフロート弁が設けられ、作動液
溜部内の蒸気圧を高める蒸気圧上昇装置を備えているも
のである。

上記において、蒸発器としては、たとえば太陽熱集熱器
からなるものが用いられ、屋根の上など屋外の高所に配
置される。また、上記において、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
不凝縮ガスを除去した状態で作動液循環回路内に密閉さ
れる。・また、上記において、作動液溜部としては、タ
ンク、Ｕ字形管、蛇行管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。こうしておけば、内部蒸気圧上昇装置
によって作動液溜部内の蒸気圧を高めたさいに、作動液
溜部内の作動液は容易に蒸発器に流れる。均圧路のフロ
ート弁は、均圧路を作動液溜部から作動液循環回路との
接続部に向って流れてきた作動液によりフロートが押−
りげられ−５−、。

−今　− て弁座に密着し閉状態となるようになっている。

内部蒸気圧上昇装置は、作動液溜部内の蒸気圧を高める
ためのものであって、作動液溜部内の作動液を加熱しこ
れを気化させる加熱装置や、作動液溜部と加圧路を介し
て連通させられており、かつ内部に封入された作動液を
加熱して気化させこのガス状作動液を加圧路を通って作
動液溜部に送り込む圧力発生器などが用いられる。

この熱輸送システムにおいて、内部蒸気圧上昇装置によ
り作動液溜部内の蒸気圧が高められると、作動液溜部内
の作動液は作動液循環回路における作動液溜部および蒸
発器間の部分、均圧路および作動液送り込み路を通って
、作動液溜部から出てい（。まず、作動液送り込み路を
流れる作動液が逆止弁まで到りその流れが逆止弁により
停止させられる。つぎに、均圧路を流−〇− れる作動液がフロート弁まで到り、フロートが押上げら
れてフロート弁が閉じ作動液の流れが停止させられる。

その結果、作動液溜部内の蒸気圧が一層高くなり、作動
液循環回路における蒸発器および作動液溜部間の部分内
の作動液は速やかに流れ続け、蒸発器内に流入する。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。ガス状作動液はガス状作動液供給路を通って凝縮
器に到り、ここで放熱して凝縮する。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渇水等が得られ
る。液化した作動液は作動液送り込み路を通って作動液
溜部に送られる。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に
伝えられ、これが加熱される。

上述のように、この発明の熱輸送システムによれば、蒸
気圧上昇装置により作動液溜部内の蒸気圧を高めるだけ
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＾くなる。

また、作動液循環回路における作動液送り込み路に、作
動液の凝縮器から作動液溜部への流れだけを許容する逆
１Ｆ弁が設けられ、均圧路の途上にフロート弁が設けら
れているので、作動液溜部内に溜っている作動液は作動
液循環回路における蒸発器と作動液溜部とを連通させる
部分だけを流れて蒸発器に至る。したがって、この熱輸
送システムにおいては、作動液は常に一方向のみに循環
する。さらに、作動液溜部が均圧路を備えているので、
フロート弁が開状態になった場合に凝縮器内と作動液溜
部内との圧力が均圧化され、凝縮器を通過して液化され
た作動液は、ス７− ムースに作動液溜部に送られる。

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
給湯システムに使用されている場合が示されている。

実施例１ この実施例は第１図に示されたものである。

第１図において、太陽熱利用給湯システムは、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）−〇− ８− 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）（
作動液送り込み路）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、この回路（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離
器（８）が配置されたものである。

作動液溜部（２）の下半部の周囲には作動液加熱用ヒー
タ（蒸気圧上昇装置）（９）が配置されている。凝縮器
（３）は、下端部に冷水入口（１０）を備えかつ上端部
に温水出口（１１）を備えたタンク（１２）と、タンク
（１２）内に垂直状に配置されたコイル状パイプ（１３
）とよりなる。そして、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１０− が、冷水入口（１０）からタンク（１２）内に供給され
た冷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。この渇水が温水出口（１１）から送り出される
。

揚液路（４）における作動液溜部（２）と気液分離器（
８）とを連通する部分（４ａ）の下端部は作動液溜部（
２）内に入り込んでその底部で開口している。また、こ
の部分（４ａ）の上端は気液分離器（８）の周壁に連通
状に接続されている。揚液路（４）における気液分離器
（８）と蒸発器（１）とを連通ずる部分（４ｂ）の上端
は気液分離器（８）の底壁に連通状に接続され、下端は
蒸発器（１）の下端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
（８）とを連−１１− 通する部分（５ａ）の下端は蒸発器（１）の上端に連通
状に接続されており、上端部は気液分離器（８）の底壁
を貫通してその中に入り込んで気液分離器（８）内の頂
部に開口しており、この部分（５ａ）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）により蒸発器（１）内と気液分離
器（８）内の上部空間とが均圧化され、気液分離器（８
）内の作動液は自重により揚液路（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（８）と凝縮器（３）とを
連通ずる部分（５ｂ）の上端は気液分離器（８）の頂壁
に連通状に接続され、下端は凝縮器（３）のコイル状パ
イプ（１３）の上端に連通状に接続されている。また、
この部分（５ｂ）の下端部と作動液溜部（２）との間に
は、凝縮器（３）内圧力と作動液溜部（２）内圧力とを
均圧化する均圧路（１４）が設けられている。均圧路（
１４）は、一端がガス状作動液供給路（５）の部分（５
ｂ）に連通状に接続され、他端部が作動液溜部（２）の
頂壁を貫通してその内部に入り込み、揚液路（４）の下
端開口よりも上方の位置で作動液溜部（２）内に開口し
ている。また、均圧路（１４）における作動液溜部（２
）よりも上方の部分にはフロート弁（１５）が設けられ
ている。

降液路（６）の上端は凝縮器（３）のコイル状パイプ（
１３）の下端に連通状に接続され、下端部は作動液溜部
（２）の頂壁を貫通してその内部に入り込み、均圧路（
１４）の下端よりも上方の位置において作動液溜部（２
）内に開口し１３− −１２− ている。また、降液路（６）の下端と均圧路（１４）の
下端とは同一高さ位置にあってもよい。

降液路（６）における作動液溜部（２）よりも上方の部
分でかつフロート弁（１５）よりも下方の位置には逆止
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）にのみ流れるようにするものである。

このような太陽熱利用給湯システムにおいて、ヒータ（
９）によって作動液溜部（２）内に溜まっている作動液
を加熱すると、作動液が気化させられ、作動液溜部（２
）内の蒸気圧が上昇する。その結果、作動液は揚液路（
４）、均圧路（１４）および降液路（６）内を上昇する
。まず、降液路（６）を上昇する作動液が逆止弁（１６
）まで到りその上昇が逆止弁（１６）により一　１　Ａ
　− 停止させられる。つぎに、均圧路（１４）を上昇する作
動液がフロート弁（１５）まで到り、フロートが押上げ
られてフロート弁（１５）が閉じ作動液の上昇が停止さ
せられる。そうすると、作動液溜部（２）内の蒸気圧は
一層高くなり、揚液路（４）内の作動液は速やかに上野
を続（プ、一旦気液分離器（８）内に流れ込む。そして
、気液分離器（８）の作用により作動液だけが自重によ
って蒸発器（１）内に流入する。蒸発器（１）内の作動
液は太陽熱によって加熱されて気化させられ、蒸発器（
１）内の蒸気圧が高まるとこのガス状作動液が気液分離
器（８）内の上部空間およびガス状作動液供給路（５）
を経て凝縮器（３）に流入し、コイル状パイプ（１３）
の外周面で放熱して凝縮する。ガス状作動液が凝縮する
さいに放たれた熱はタンク（１２）内の水に伝わり、こ
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。再液化した作動液は降液路
（６）内にたまる。このようにして作動液溜部（２）内
の作動液は第１図に矢印で示す方向にだけ流れるが、作
動液溜部（２）内の作動液が減少してその液面が均圧路
（１４）の下端開口よりも下方にくると、均圧路（１４
）内におけるフロート弁（１５）よりも下方の部分の作
動液が作動液溜部（２）内に落下し、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）内の圧力が均圧化され
、逆止弁（１６）が開いて降液路（６）内の作動液が作
動液溜部（２）に送られる。そして、作動液溜部（２）
内の作、動液の液面が均圧路（１４）の下端開口よりも
上方にくると、作動液は再び１５− 揚液路（４）、均圧路（１４）および降液路（６）内を
上昇し、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スムーズに行なわれ、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
。

実施例２ この実施例は第２図に示されたものである。

第２図に示された太陽熱利用給湯システムは、内部蒸気
圧上昇装置として作動液加熱ヒータの代わりに圧力発生
器（１７）が用いられた点が実施例１の太陽熱利用給湯
システムと異なっており、その他の構成は同じである。

そして、第１図に示すものと同一部分および同一部材に
は同一符号を付して説明を省略する。圧力発生器（１７
）は太陽熱集熱器からなるものであって、蒸発器（１）
と作動液溜部（２）との間におい１７− １６− て蒸発器（１）よりも若干下方の高さ位置で屋根の上に
配置されている。蒸発器（１）と圧力発生器（１７）と
は作動液供給路（１８）によって連通させられている。

作動液供給路（１８）の一端は蒸発器（１）の下端に連
通状に接続され、他端は圧力発生器（１７）の下端に連
通状に接続されている。また、作動液供給路（１８）に
は逆止弁（１９）が設けられている。逆止弁（１９）は
、作動液が蒸発器（１）から圧力発生器（１７）にだけ
流れるようにするものである。圧力発生器（１７）と作
動液溜部（２）とは加圧路（２０）によって連通させら
れている。加圧路（２０）の一端は圧力発生器（１７）
の上端に連通状に接続され、他端は作動液溜部（２）の
上端に連通状に接続されている。

このような太陽熱利用給温システムにおいて、−１Ｑ　
− 圧力発生器（１７）内の作動液が太陽熱により加熱され
ると、作動液が気化させられ、圧ノ〕発生器（１７）内
の蒸気圧が上昇してガス状作動液が加圧路（２０）を経
て作動液溜部（２）内に送られる。その結果、作動液溜
部（２）内の蒸気圧が上昇する。その後は上記実施例１
の場合と同様にして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。凝縮器〈３）により液化され
降液路（６）内にたまっていた作動液が作動液溜部（２
）内に送られると、蒸発器（１）内の蒸気圧と作動液溜
部（２）内の蒸気圧とが均圧化され、蒸発器（１）内の
作動液の一部が重力により作動液供給路（１８）を経て
圧力発生器（１１）内に流入する。この実施例では、圧
力発生器（１７）は太陽熱により内部の作動液を加熱す
るようになっているが、これに限るものではない。

実施例３ この実施例は第３図に示されたものである。

第３図に示された太陽熱利用給湯システムは、実施例１
のシステムにおけるタンクからなる作動液溜部の代わり
にＵ字形管からなる作動液溜部（２２）が用いられてい
る。そして、揚液路（４）における作動液溜部（２２）
と気液分離器（８）とを連通ずる部分（４ａ）の下端が
Ｕ字形作動液溜部（２２）の２つの立上り部（２２ａ　
）（２２ｂ　）のうちいずれか一方の立上り部（２２ａ
　）の上端に連通状に接続され、降液路（６）の下端が
作動液溜部（２２）の同他方の立上り部（２２ｂ）の上
端に連通状に接続されている。また、均圧路（１４）の
下端は、作動液溜部（２２）における揚液路（４）と接
続された立上り部（２２ａ　）１９− の上端に連通状に接続されている。作動液溜部（２２）
における降液路（６）と接続された立上り部（２２ｂ　
）の周囲に作動液加熱用ヒータ（２３）が配置されてい
る。その他の構成は実施例１のシステムと同一であり、
同一物品および同一部分には同一符号を付して説明を省
略する。

このような構成において、ヒータ（２３）によって作動
液溜部（２２）内に溜まっている作動液を加熱すると、
作動液が気化させられて作動液溜部（２２）内の蒸気圧
が上昇し、その結果作動液溜部（２２）内の作動液は、
揚液路（４）、均圧路（１４）および降液路（６）内を
上昇し、第１図に示すシステムと同様にして渇水が得ら
れる。作動液溜部（２２）内の作動液が減少し、揚液路
（４）内を上昇している部分の下端がフロート弁（１５
）よりも上方にくると均圧路（１４）２１　− ２０− 内における７日−ト弁（１５）よりも下方の部分の作動
液が作動液溜部（２２）内に落下し、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（２２）内の圧力と凝縮器（３）内の圧力とが均圧化
され、降液路（６）内の作動液が作動液溜部（２２）内
に流下して元の状態に戻る。このような動作が繰返して
行なわれる。

実施例４ この実施例は第４図に示されたものである。

第４図に示された太陽熱利用給湯システムは、実施例２
におけるタンクからなる作動液溜部の代わりに、実施例
３と同様なＵ字形管からなる作動液溜部が用いられたも
のであり、実施例２のシステムと同一物品および同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。また、作動液
溜一つつ− 部には、実施例３の作動液溜部と同一の符号を付す。圧
力発生器（１７）から作動液溜部（２２）にガス状作動
液を送るための加圧路（１１）の下端は、作動液溜部（
２２）における降液路（６）と接続された立上り部（２
２ｂ　）に連通状に接続されている。

このような構成において、圧力発生器（１７）内の作動
液が太陽熱により加熱されると、作動液が気化させられ
、圧力発生器（１７）内の蒸気圧が上昇してガス状作動
液が加圧路（２０）を経て作動液溜部（２２）内に送ら
れる。その結果、作動液溜部（２２）内の蒸気圧が上昇
する。その後は上記実施例３の場合ど同様にして、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４つの実施例においては気液分離器（８）が設けら
れているが、これは必ずしも必要とするものではない。

また、上記４つの実施例では、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おく。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４つの実施例においては、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、；Ａ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
置してもよい。

【図面の簡単な説明】

−２３− 第１図はこの発明の第１の実施例を示し、熱輸送システ
ムを用いた太陽熱利用給温システムの回路図、第２図は
この発明の第２の実施例を示し、熱輸送システムを用い
た太陽熱利用給湯システムの回路図、第３図はこの発明
の第３の実施例を示し、熱輸送システムを用いた太陽熱
利用給湯システムの回路図、第４図はこの発明の第４の
実施例を示し、熱輸送システムを用いた太陽熱利用給湯
システムの回路図である。 （１）・・・蒸発器、（２＞（２２）・・・作動液溜部
、（３）・・・凝縮器、（５）・・・ガス状作動液供給
路、（６）・・・降液路（作動液送り込み路）、（ア）
・・・作動液が密閉された作動液循環回路、（９）・・
・作動液加熱用ヒータ（蒸気圧上昇装置）、（１４）・
・・均圧路、（１５）・・・フロート弁、（１６）・・
・逆止弁、（１７）・・・圧力発生器（蒸気圧上屏装２
４− 置〉、（２３）・・・ヒータ（蒸気圧上昇装置）。 以　上 外４名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 蒸発器（１）と、蒸発器（１）と同一高さ位置またはこ
   れよりも下方に配置された凝縮器（３）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）が構成されてなる熱輸送システムにおいて
   、凝縮器（３）と同一高さ位置またはこれよりも下方の
   高さ位置で作動液循環回路（７）に作動液溜部（２）（
   ２２）が設けられ、作動液循環回路（７）における蒸発
   器（１）および凝縮器（３）間の部分がガス状作動液供
   給路（５）となされ、同じく凝縮器（３）および作動液
   溜部（２）（２２）間の部分が作動液送り込み路（６）
   とな１− され、作動液送り込み路（６）に、作動液の凝縮器（３
   ）から作動液溜部（２）（２２）への流れだけを許容す
   る逆止弁（１６）が設けられ、ガス状作動液供給路（５
   ）および作動液送り込み路（６）のうちいずれか一方と
   作動液溜部（２）（２２）との間に凝縮器（３）内圧力
   と作動液溜部（２）（２２）内圧力とを均圧化する均圧
   路（１４）が設けられ、この均圧路（１４）にフロート
   弁（１５）が設けられ、作動液溜部（２）（２２）内の
   蒸気圧を高める蒸気圧上昇装置（９）　（１７）（２３
   ）を備えている熱輸送システム。