JPS6238148Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は巡環路を構成する配管内に封入され
た作動流体の液相と気相との間の相変化を利用し
て上部の熱を下部へ熱輸送する熱伝達装置に関す
るものである。

第１図はこの種の従来の熱伝達装置の構成を示
す模式系統図で、図において１は上部に位置する
蒸発器、２は下部に位置する凝縮器、３Ａ，３Ｂ
はそれぞれ第１および第２の逆止弁、４はアキユ
ムレータ、５は液溜器、６は気液分離器で、これ
ら液溜器５と気液分離器６とは蒸発器１よりわず
か高い位置に設けられている。７はフアンであ
り、凝縮器２の熱はこのフアン７が動作すること
により奪われる。８Ａは蒸発器１と気液分離器６
下部との間の配管、８Ｂは気液分離器６上部と凝
縮器２との間の配管、８Ｃは凝縮器２と第１の逆
止弁３Ａとの間の配管、８Ｄは第１の逆止弁３Ａ
と第２の逆止弁３Ｂとの間の配管であり、その配
管８Ｄの一部はＴ字形になつており、アキユムレ
ータ４下部にもつながつている。８Ｅは第２の逆
止弁３Ｂと液溜器５上部との間の配管、８Ｆは液
溜器５下部と蒸発器１との間の配管である。な
お、第１の逆止弁３Ａおよび第２の逆止弁３Ｂは
作動流体９が配管８Ｃから配管８Ｄおよび８Ｅの
方向に流れるときは開となり、これとは逆の方向
に流れようとするときは閉となるように配設され
ている。以上説明した構成において作動流体９は
アキユムレータ４を除く全ての内部に液状の作動
流体〔以後液状の作動流体は液９Ａ、蒸気状の作
動流体は蒸気９Ｂとして説明を進める。〕が充満
する程度封入されている。また、アキユムレータ
４内には窒素などの非凝縮性ガス１０が適量封入
されいる。

次に上記構成における熱輸送原理について説明
する。最初、蒸発器１に熱が供給されると蒸発器
１は作動流体９との伝熱特性に基づく温度にまで
昇温し、その内部の液９Ａは蒸発熱を奪つて作動
流体９の蒸発器１温度に相当した高圧の蒸気９Ｂ
となるため、アキユムレータ４と蒸発器１との間
に差圧が生じるが、蒸発器１の圧力の方が高いた
め配管８Ｂや凝縮器２にある液９Ａは押されて第
１の逆止弁３Ａを通り、アキユムレータ４へ流れ
て溜まるとともにアキユムレータ４の圧力を徐々
に高くする。なお、このとき第２の逆止弁３Ｂは
構成上閉じることになり、配管８Ｅにある液９Ａ
は動かない。この動作により蒸発器１で発生した
蒸気９Ｂは凝縮器２にも達することになるが、凝
縮器２に達した蒸気９Ｂはそこで冷却され、凝縮
熱をを放出して液化するため蒸発器１の温度と凝
縮器２の温度との両方に規制されることになり、
結局蒸発器１や凝縮器２の蒸気９Ｂの圧力は作動
流体９の蒸発器１の温度と凝縮器２の温度との中
間程度の温度に相当した飽和蒸気圧になる。した
がつて、蒸発部１で液９Ａの蒸発が行なわれてい
る間のアキユムレータ４の圧力もほぼこの圧力に
なる。

蒸発器１で発生した蒸気９Ｂが凝縮器２に達
し、そこで再び液化する動作により蒸発器１の熱
が凝縮器２に熱輸送されることになるが、この動
作は蒸発器１に液９Ａが無くなるまで持続され
る。なお、このときフアン７は常時動作して凝縮
器２を送風冷却している。また、気液分離器６は
凝縮器２へ蒸気９Ｂのみを流す働きをする。

蒸発器１内の液９Ａが全て蒸発して無くなる
と、蒸発器１や凝縮器２にある蒸気９Ｂの圧力は
凝縮器２の温度のみにより規制されることになり
低くなる。そうすると、アキユムレータ４と蒸発
器１との間に差圧が生じ、アキユムレータ４側の
圧力が高いため、アキユムレータ４に溜つている
液９Ａは第２の逆止弁３Ｂを通り蒸気器１へと還
流する。なお、このとき第１の逆止弁３Ａは構成
上閉じており、アキユムレータ４の液９Ａは第２
の逆止弁３Ｂを通つてのみ流れるとができる。ま
た、蒸発器１へ液９Ａが還流する際、液９Ａは一
旦液溜器５に入つた後、蒸発器１へ流れるため、
液溜器５が無い場合に比べてより多くの液９Ａを
蒸発器１へ還流させることができる。

以上の動作が順次繰り返されることにより上部
に位置する蒸発器１からの熱が下部に位置する凝
縮器２へ動力を使わずして熱輸送可能な熱伝達装
置を得ることができる。

従来の熱伝達装置は以上のように構成されてい
るため、蒸発器１では頻繁に液９Ａの無い状態
〔以下「ドライアウト」と称する。〕が起こること
になる。蒸発器１でドライアウトが起こると、そ
の間は熱輸送が行なわれず、熱交換器として有効
利用できないばかりでなく、蒸発器１温度は急激
に高くなるため、次に液９Ａが蒸発器１へ還流し
てきた際に液９Ａは高温壁に触れて分解しやすく
なる。なお、作動流体９にフロンを使つた場合な
ど特に分解しやすく熱伝達装置の性能が劣化す
る。また、蒸発器１をトランジスタなど電子機器
の発熱体に取付けてその冷却を行なう場合には、
蒸発器１のドライアウトによる温度上昇は致命的
欠点となる。

この考案は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、蒸発器と凝縮器間
管路の開閉と、それに蒸発器とアキユムレータと
を連通する管路の開閉とを適時行なうことによ
り、作動流体の還流に必要な系内圧力変化を生ぜ
しめ、蒸発器内には常に液が有り、ドライアウト
を起こさない熱伝達装置を提供することを目的と
している。

以下この考案の一実施例を図について説明す
る。第２図において、１〜７、並びに９および１
０は従来の熱伝達装置と同様であり説明を省略す
る。１１は液面計であり、液溜器５内の底部近く
に設けられている。１２Ａは蒸発器１と気液分離
器６の下部との間の配管、１２Ｂは気液分離器６
の上部と三方弁１３との間の配管、１２Ｃは三方
弁１３と凝縮器２との間の配管、１２Ｄは凝縮器
２と第１の逆止弁３Ａの入口との間の配管、１２
Ｅは三方弁１３とアキユムレータ４下部、さらに
第１の逆止弁３Ａの出口および第２の逆止弁３Ｂ
の入口とを連通する配管、１２Ｆは第２の逆止弁
３Ｂの出口と液溜器５の下部との間の配管、１２
Ｇは液溜器５の下部と蒸発器１との間の配管であ
る。なお液面計１１と三方弁１３とは電気的に接
続されており、三方弁１３は液面計１１の指示で
その管路接続を変えるが、液溜器５の液面が液面
計１１より上の場合は、配管１２Ｂと配管１２Ｃ
との間は開、配管１２Ｂ，１２Ｃと配管１２Ｅと
の間は閉となる（すなわち第１図の構成と同
等）。また、液溜器５の液面が液面計１１より下
の場合は、一定時間に限り配管１２Ｂと配管１２
Ｅとの間は開、配管１２Ｂ，１２Ｅと配管１２Ｃ
との間は閉となる構成になつている（第２図に図
示の状態）。

この実施例においても熱伝達装置による熱輸送
原理は前記した第１図の場合と同様である。した
がつて蒸発器１で液９Ａの蒸発がつづくと液溜器
５内のの液量が減りその液面も徐々に低くなつて
くる。このとき、液溜器５の液面が液面計１１よ
り上の場合には、三方弁１３は配管１２Ｂと配管
１２Ｃとの間を連通しており、従来例同様、通常
の熱輸送が行なわれる。そして、液溜器５内の液
面が液面計１１より下になると、その後一定時間
は配管１２Ｂと配管１２Ｅとの間が三方弁１３の
作動により連通し、配管１２Ｂと配管１２Ｃとの
間の管路は閉じた状態になる。この状態では、蒸
発器１で発生した蒸気９Ｂはアキユムレータ４に
直接流れ込み、アキユムレータ４の圧力は作動流
体９の蒸発器１の温度に相当した飽和蒸気圧にま
で上昇する。三方弁１３は一定時間経過後再び配
管１２Ｂと配管１２Ｃとの間が連通する状態にな
るため、アキユムレータ４と配管１２Ｅとを除い
た部分の圧力は作動流体９の蒸発器１の温度と凝
縮器２の温度との中間の温度に対応する飽和蒸気
圧になる。このときアキユムレータ４の圧力は蒸
発器１の圧力よりも高いため、その差圧によりア
キユムレータ４にあつた液９Ａは第２の逆止弁３
Ｂおよび配管１２Ｆを通つて液溜器５に溜まる。
すなわち、三方弁１３が作動する一定時間の間、
蒸発器１で蒸発する液９Ａ量が液溜器５に残るよ
うに液面計１１の取付位置を決めることにより蒸
発器１には常に液９Ａが存在するようになり、ド
ライアウトの起こらない熱伝達装置が得られる。

以上のように、この考案によれば、蒸発器への
液状の作動流体を供給する液溜器内の液状の作動
流体の液面位置と関連して作動流体管路を適時変
更するだけで、蒸発器の加熱条件や凝縮器の冷却
条件を変えることなく、作動流体の還流に必要な
系内圧力変化を生ぜしめ、蒸発器のドライアウト
を防止できる。このため温度に関して安定した熱
輸送が可能となり装置の信頼性が高くなる。ま
た、ドライアウトが起こらないので、蒸発器を有
効利用でき熱輸送量も増加する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱伝達装置の構成を示す模式系
統図、第２図はこの考案の一実施例による熱伝達
装置の構成を示す模式系統図である。 図において、１は蒸発器、２は凝縮器、３Ａお
よび３Ｂはそれぞれ第１および第２の逆止弁、４
はアキユムレータ、５は液溜器、６は気液分離
器、７はフアン、１２Ａ〜１２Ｃは第１の配管、
１２Ｄ，１２Ｆおよび１２Ｇは第２の配管、１２
Ｅは第３の配管、９，９Ａ，９Ｂは作動流体、１
０は非凝縮性ガス、１１は液面計、１３は三方弁
である。なお、各図中、同一符号は同一または相
当部分を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 上部位置に設けられた蒸発器、下部位置に設
   けられた凝縮器、上記蒸発器の出口と上記凝縮
   器の入口とを結ぶ第１の配管、および上記凝縮
   器の出口と上記蒸発器の入口とを結び途中に第
   １の逆止弁と第２の逆止弁と上記蒸発器より上
   方に設けられた液溜器とが順次挿入された第２
   の配管からなり、上記第１の配管から分岐して
   上記第２の配管の上記第１の逆止弁と上記第２
   の逆止弁との中間部に連通する第３の配管とこ
   の第３の配管から分岐配設されたアキユムレー
   タとを有する巡環路に作動流体が所要量封入さ
   れ、上記蒸発器から上記凝縮器へ熱輸送をする
   ようにしたものにおいて、平常運転時には上記
   第１の配管を流通させるとともに上記第３の配
   管への分岐を閉鎖するようにし、上記蒸発器へ
   液状の上記作動流体を補給する上記液溜器内の
   上記液状の作動流体の液面が所定位置以下にな
   つたときに所定時間上記第１の配管から上記凝
   縮器への上記作動流体の流入を阻止するととも
   に上記第３の配管への分岐を開くようにしたこ
   とを特徴とする熱伝達装置。 (2) 液溜器の下部に液面計を設け、上記液溜器内
   の作動流体液面が上記液面計以下になつたとき
   に所定時間第１の配管から凝縮器への上記作動
   流体の流入を阻止するとともに上記第３の配管
   への分岐を開くようにしたことを特徴とする実
   用新案登録請求の範囲第１項記載の熱伝達装
   置。 (3) 第１の配管からの第３の配管の分岐点に三方
   弁を設けこれによつて上記第１の配管から凝縮
   器への作動流体の送給もしくは流入阻止、並び
   に上記第１の配管から上記第３の配管への分岐
   の閉鎖もしくは開通を行わしめるようにしたこ
   とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項
   または第２項記載の熱伝達装置。