JPS6130065Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はヒートパイプを利用した回転型ガス
用熱交換器に関する。

両端を密閉したパイプの内周面に多孔質層のウ
イツクを固着するとともに、上記パイプ内にウイ
ツクを浸潤する程度の作動液を封入し、パイプの
一端を高温ガス中に、他端を低温ガス中に配置す
ることによつて、高温ガス側の作動液が加熱され
て蒸気となり、その加熱蒸気が低温ガス側に移行
して凝縮し、その凝縮熱によつて低温ガスが加熱
されるとともに、凝縮した作動液は高温ガス側に
還流されるようにしたヒートパイプが知られてい
る。

上記ヒートパイプをガス用熱交換器に利用した
場合、ヒートパイプの低温ガス側（凝縮部）で凝
縮された作動液が高温ガス側（蒸発部）に還流す
るのはヒートパイプ内のウイツクの毛細管作用に
よるものであるから、作動液の還流速度に限界が
あり、ひいてはヒートパイプの熱交換率に限界が
あつた。また高温ガス中に液状または固状の微粒
子成分が含有されている場合、この微粒子成分が
高温ガス側のヒートパイプ外周面に付着して、ヒ
ートパイプに対する給熱効果を低下させるという
欠点がある。

さきにこの出願人は、上記従来のヒートパイプ
を利用したガス用熱交換器の欠点を除去するため
に、外筒の両端に形成した両端板の中心に軸架し
た回転軸に内筒を取付けて、内筒の内外に受熱室
と給熱室とを形成し、該内筒を貫通する多数本の
ウイツク無しのヒートパイプを上記回転軸に対し
て放射状かつ多段状に取付け、上記給熱室に高温
の給熱ガスを、受熱室に低温の受熱ガスを互いに
相反する方向に流通するようにしたガス用熱交換
器（特開昭54−28053号公報参照）を提案した。
しかしながら、上記提案の回転型のガス用熱交換
器は、凝縮された作動液が遠心力によつて蒸発部
に還流される際、蒸発部のパイプの先端部に作動
液が集中しやすく、特に回転軸の回転に伴う遠心
力が大きければ大きい程その傾向が強くなつて、
作動液の蒸発が主として上記蒸発部の先端部で起
こるため、高温ガスの熱量を蒸発部全面で利用で
きないという欠点があつた。

この考案は、上記提案の回転型ガス用熱交換器
の欠点を除去するものである。

すなわちこの考案は、上記構造の回転型ガス用
熱交換器において、ヒートパイプの蒸発部内周面
に、パイプ先端に向かつて内径が段階的に小さく
なつた複数個の同心中空体状に形成されて作動液
の還流に抵抗を与える流動抵抗部を設け、遠心力
によつて還流された作動液が蒸発部のパイプ軸方
向に均一に分布されるようにしたことを特徴とす
る回転型ガス用熱交換器である。

以下にこの考案の実施例を図面によつて説明す
る。

第１図、第２図はこの考案が適用される回転型
ガス用熱交換器の一般的な概要を示すもので、垂
直に配置した円筒形状の外筒１の両端に固着した
蓋板１ａと底板１ｂの中心に、モータ２によつて
駆動される回転軸３が軸架され、該回転軸３に放
射状に取付けた数本のアーム４，４を介して内筒
５が取付けられている。該内筒５の上端部及び下
端部は、外筒１の蓋板１ａ及び底板１ｂに突設し
たガスシール用の短管６ａ，６ｂの外周面に摺接
して、内筒５の内外に給熱室Ａと受熱室Ｂとが形
成される。また上記回転軸３には、数本のヒート
パイプ７が回転軸３に対して直角の水平面上で放
射状（第２図）に、かつ上下方向に多段状（第１
図）に取付けられている。上記ヒートパイプは内
筒５を貫通してその中央部が内筒５に支持され、
ヒートパイプ７の他端は外筒１内面に近接してい
る。外筒１の蓋板１ａには、給熱室Ａに開口する
排ガス導入管８ａと受熱室Ｂに開口する受熱ガス
送出管９ｂとが接続され、また底板１ｂには排ガ
ス排出管９ａと受熱ガス導入管８ｂとが接続され
ている。なお１０はヒートパイプ７から振り飛ば
された微粒子成分を排出するための排出孔、１１
は上記排出孔１０から排出される微粒子成分を収
納する受け器である。

上記の構造において、モータ２の回転によつて
内筒５及びヒートパイプ７が回転されると共に、
高温の排ガスGaは排ガス導入管８ａから給熱室
Ａへ、低温の受熱ガスGbは受熱ガス導入管８ｂ
から受熱室Ｂへフアン（図示していない）によつ
てそれぞれ導入され、排ガスGaと受熱ガスGbは
互いに逆方向に流通されるようになつている。

第３図、第４図はこの考案におけるヒートパイ
プの第１例を示し、内筒５で仕切られて給熱室Ａ
に突出する側が蒸発部７ａ、受熱室Ｂ側が凝縮部
７ｂになつており、上記蒸発部７ａ内周面に設け
られる流動抵抗部１２は、パイプ先端に向かつて
内径が段階的に小さくなつた同心中空体１３ａ，
１３ｂ，１３ｃによつて形成されている。

上記構造のヒートパイプ７は、凝縮部７ｂにお
いて凝縮され液体となつた作動液が回転軸３の回
転に伴う遠心力によつて凝縮部７ｂの内周面に沿
つて蒸発部７ａに戻り、その際に蒸発部７ａ内周
面に形成された流動抵抗部１２すなわち同心中空
体部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの各段の段端面１４
ａ，１４ｂ，１４ｃの抵抗を受けることによつ
て、作動液が蒸発部７ａの先端部に集中するのが
防止され、作動液が各同心中空体部１３ａ，１３
ｂ，１３ｃおよびパイプ内径と同一な内径部１３
ｄからなる蒸発部７ａ全内周面にほぼ均一に環流
するようになり、その結果、作動液が蒸発部７ａ
のパイプ軸方向全面で蒸発するようになるのであ
る。

第５図はヒートパイプの第２例を示し、上記第
１例の蒸発部７ａの同心中空体部１３ａ，１３
ｂ，１３ｃにパイプ軸と平行方向の多数条の溝１
５を削設したものである。

第６図はヒートパイプの第３例を示し、上記第
１例の蒸発部７ａの同心中空体部１３ａ，１３
ｂ，１３ｃおよび内径部１３ｄの各内周面に網状
物、クロス、フアイバー、フエルト、焼結金属等
のようなウイツク１６を固着したものである。

上記の説明した各例のヒートパイプは、パイプ
外周面全面または蒸発部、凝縮部のいずれか一方
のパイプ外周面にフインを突設することが好まし
く、フインを設けたものは給熱ガスと受熱ガス間
の伝熱効果が向上する。

上記各例のヒートパイプの材質は、給熱性、放
熱性がよく、封入される作動液に犯されず、かつ
軽いものから選択され、例えばアルミニウム、ス
テンレススチール、銅等が好適である。またヒー
トパイプの外径は５〜50mmが好ましい。

上記ヒートパイプの蒸発部内周面に設けられる
段階状の同心中空体の段の高さ、個数は使用条
件、例えば給熱ガス、受熱ガスの温度および圧
力、ヒートパイプの回転によつて生ずる遠心力、
作動液の種類、封入量および作動液の蒸気粘度、
蒸気密度、表面張力等によつて最も大きな効果が
得られるように設定される。

上記ヒートパイプの全本数は、給熱ガス、受熱
ガスの温度、風量、風圧、ヒートパイプの材質、
作動液の種類によつて適宜に設定される。

上記ヒートパイプ内に封入される作動液として
は、水、アンモニア、ベンゼン、アセトン、フレ
オン（商品名）、メタン、水銀等が適宜選択され
る。

回転軸の回転数は、ヒートパイプの凝縮部で凝
縮した作動液が蒸発部へ還流されるために必要な
遠心力を生ずるように定められ、例えばヒートパ
イプの長さが50cmの場合は、50rpm以上、好まし
くは150〜500rpmである。

給熱室と給熱室との容積比は、給熱ガスと受熱
ガスの圧力が均衡するように設定することが好ま
しく、両ガスの圧力に大差がないときは、その容
積比はほぼ１対１であることが好ましい。

次にこの考案による実施例を説明する。

全長373mm（蒸発部長さ160mm）、外径25.4mm、
内径23.8mmで凝縮部のパイプ外周面に外径50mmの
フインを多数個設けたアルミニウム製で、作動液
としてフレオンを封入したヒートパイプにおい
て、蒸発部における流動抵抗部を、 (イ) 第１例（第３図）の３段階の同心中空体と
し、各段部の高さｈ＝１mm、ピツチｐ＝40mmと
したヒートパイプ、 (ロ) 内周面に流動抵抗部を有しない円滑状のヒー
トパイプ（比較例）、 の２種類について、回転軸の回転数を120rpmと
して、ヒートパイプの蒸発部外面温度t₁と凝縮部
外面温度T₂との温度差△Ｔ（＝t₁−t₂）と、ヒー
トパイプの熱伝導量との関係を測定し、その結果
を第７図のグラフで示した。グラフ中(イ)、(ロ)の符
号は上記(イ)，(ロ)の２種類のヒートパイプの測定値
を示す。グラフで分かるように、例えば温度差△
Ｔが10℃において、この考案の(イ)のヒートパイプ
熱伝導量は160Kcal／時で大きいのに対し、比較
例(ロ)のヒートパイプ熱伝導量は約92Kcal／時で
小さかつた。なお、回転軸の回転数を200rpmに
した場合は、上記(イ)のヒートパイプ熱伝導量は
150Kcal／時（低下率6.3％）に低下するが、(ロ)の
ヒートパイプ熱伝導量は58Kcal／時（低下率37.0
％）に低下してその低下率は、(イ)に比べて著しく
大きい。

以上に説明したようにこの考案は、ヒートパイ
プの蒸発部内周面に、パイプ先端に向かつて内径
が段階的に小さくなつた複数個の同心中空体状に
形成された流動抵抗部を設けることによつて、蒸
発部に還流してきた作動液が蒸発部のパイプ軸方
向にほぼ均一に分布され、高温ガスの熱量を蒸発
部全面で利用できるので、熱伝導率が良好であ
る。また回転軸の回転数が大きくなつてもヒート
パイプ熱伝導量の低下が小さく、回転数の変化に
よる熱伝導量の変化が少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案が適用される回転型ガス用熱
交換器の一般的な例を示す垂直切断正面図、第２
図は第１図の−線矢視水平断面図、第３図は
この考案のヒートパイプの第１例を示す垂直切断
側面図、第４図は第３図の−線矢視断面図、
第５図はヒートパイプの第２例を示す第４図同様
の断面図、第６図はヒートパイプの第３例を示す
第４図同様の断面図、第７図はこの考案のヒート
パイプと内周面に流動抵抗部を有しないヒートパ
イプとの伝熱効果の比較を示すグラフである。 １……外筒、１ａ……蓋板（端板）、１ｂ……
底板（端板）、３……回転軸、５……内筒、７…
…ヒートパイプ、７ａ……蒸発部、７ｂ……凝縮
部、１２……流動抵抗部、１３ａ，１３ｂ，１３
ｃ……同心中空体、１５……溝、１６……ウイツ
ク、Ａ……給熱室、Ｂ……受熱室、Ga……排ガ
ス、Gb……受熱ガス。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 〔1〕 外筒の両端に形成した両端板の中心に軸架
   した回転軸に内筒を取付けて内筒の内外に受熱
   室と給熱室とを形成し、該内筒を貫通する多数
   本のヒートパイプを上記回転軸に対して放射状
   かつ多段状に取付け、上記給熱室に高温の給熱
   ガスを、受熱室に低温の受熱ガスを互いに相反
   する方向に流通するようにした回転型ガス用熱
   交換器において、ヒートパイプの蒸発部内周面
   に、パイプ先端に向かつて内径が段階的に小さ
   くなつた複数個の同心中空体状に形成されて作
   動液の還流に抵抗を与える流動抵抗部を設け、
   遠心力によつて蒸発部の還流された作動液が蒸
   発部のパイプ軸方向に均一に分布されるように
   したことを特徴とする回転型ガス用熱交換器。 〔2〕 流動抵抗部を形成する複数個の同心中空体
   にパイプ軸に平行方向の溝を多数条削設した実
   用新案登録請求の範囲第１項記載の回転型ガス
   用熱交換器。 〔3〕 流動抵抗部を形成する複数個の同心中空体
   の内周面にウインクを固着した実用新案登録請
   求の範囲第１項記載の回転型ガス用熱交換器。 〔4〕 ヒートパイプの外周面にフインを取付けた
   実用新案登録請求の範囲第１項ないし第３項の
   いずれかに記載の回転型ガス用熱交換器。