JPS6329196B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、熱伝達装置、特に管路内に封入し
た作動流体の液と蒸気と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。

第１図は従来のこの種の熱伝達装置の構成の概
要を示す系統図である。図において、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の下方であつて装置の下部に配置された放熱
部、３は受熱部１の上方に設けられたアキユムレ
ータ（蓄液器）、４はアキユムレータ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
キユムレータ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と連通する液面上に
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はアキユ
ムレータ３から受液器４に向かつてのみ液が流れ
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
つた場合に上記液を器外に排出するようになつて
いる。

１１は受液器４と受熱部１の低部間を連結する
液管、１２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管路、１３Ｂは放熱部
２の他部とアキユムレータ３とを連結する管路、
１３Ｃはアキユムレータ３の底部と逆止弁９とを
連結する管路、１３Ｄは逆止弁９と受液器４の上
部とを連結する管路であり、このようにして各管
路１３Ａ〜１３Ｄはループ（閉管路）を形成し、
アキユムレータ３を含む管路内に熱輸送媒体とし
てのフロン、メチルアルコール等の凝縮性液体で
ある作動流体１４が適量だけ封入されるととも
に、始動時には、アキユムレータ３の上部以外の
管路内に液体状の作動流体１４が満たされた状態
になる。なお、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
フアンである。

以上のように構成された従来装置の動作は次の
とおりである。

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１４Ｂを発生し、受熱部１とアキユ
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、管路１３Ａ、放熱部２、管路
１３Ｂにある液１４Ａがアキユムレータ３内に流
れ込み、このアキユムレータ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１４Ｂは、蒸
気管１２を通つて受液器４に流れ、受液器４から
管路１３Ａを通つて放熱部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制されることになり、結
果的には、受熱部１、管路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、したがつて受熱部１で液１４Ａの蒸発が行
われている間、アキユムレータ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１４Ｂ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よりも上方に
あり、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を通つて受液器４内に還
流し、受液器４から管路１３Ａを経由して放熱部
２へ流れることになる。

したがつて受液器４に液１４Ａがある限り、受
熱部１は液１４Ａで満たされており、受熱部１か
ら放熱部２へ熱輸送が行われるにしたがつて、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より
も高い位置にある間は、液１４Ａの浮力の作用に
より、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５は開放状態となる。その
ため受液器４内の蒸気１４Ｂはアキユムレータ３
に流入し、受液器４とアキユムレータ３の蒸気相
は均圧されることになる。この場合、アキユムレ
ータ３が受液器４より上方に置かれているため、
動力の作用により、アキユムレータ３から逆止弁
９を通つて受液器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、したがつて、ある一定量の液１４Ａが流入す
ることが可能となる。液１４Ａがアキユムレータ
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
ユムレータ３に流れ、アキユムレータ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
用することによつて、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
とができるばかりでなく、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１０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
り、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。

従来の熱伝達装置は以上のように構成されてい
るので、開閉弁６が開放状態のとき、受液器４内
の蒸気１４Ｂは連通管５を通つてアキユムレータ
３に流れ込み、その結果、放熱部２への蒸気流が
減少することになる。即ち、開閉弁６が開の間、
受熱部１から放熱部２への熱輸送量が減少或いは
停止し、熱輸送に時間的脈動が生じるという欠点
を有していた。

そこで、本発明は以上のような従来の実情に鑑
み、アキユムレータ複数個使用することにより、
熱輸送の脈動がなく、信頼性の大きい熱輸送装置
を提供することを目的としている。

即ち、本発明は受熱部と放熱部とを介装したル
ープ状管路を備え、該管路内に熱輸送媒体として
の凝縮性作動流体を封入してなる熱伝達装置にお
いて、前記受熱部上流側で放熱部下流側の管路に
複数並列配管されたアキユムレータを介装する一
方、少なくとも１つのアキユムレータに対し前記
放熱部で凝縮された作動流体をアキユムレータに
流入させる動作と、アキユムレータ内にある流体
を前記受熱部へ還流させる動作と、を交互に行わ
せると共に他のアキユムレータに対し、前記動作
と逆の順序で同様動作を交互に行わせしめる手段
を設けた熱伝達装置である。

以下、本発明の実施例を第２図〜第６図に基づ
いて説明する。

尚、これらの図において、第１図と同一要素の
ものには同一符号を付して説明を簡単にする。

第２図において、２１及び２２は夫々受液器４
の上部に設けられた第１、第２のアキユムレー
タ、２５Ａ及び２５Ｂは夫々のアキユムレータ２
１，２２内下部空間と受液器４内上部空間とを連
通接続する管路、２５Ｃ及び２５Ｄは夫々のアキ
ユムレータ２１，２２内上部空間と放熱部２とを
連通接続する管路で、放熱部２側管路１３Ｂから
分岐して設けられている。２３〜２７は夫々管路
２５Ａ〜２５Ｄを選択的に開閉する開閉手段とし
ての開閉弁で、２３及び２４は管路２５Ａ及び２
５Ｂに介装された開閉手段としての第１及び第２
の開閉弁、２６及び２７は管路２５Ｃ及び２５Ｄ
に介装された開閉手段としての第３及び第４の開
閉弁である。

かかる構成の熱伝達装置は、第１図に示した従
来装置のように受液器４内にはサイフオン１Ｄが
設けられてなく、又、開閉弁６、連通管５も設け
られていない。

次に、上記第１〜第４の開閉弁２３〜２７の動
作は次のように行わせる。即ち、第１、第４の開
閉弁２３，２７が両者共に開で、第２、第３の開
閉弁２４，２６が両者共に閉の第１の状態と、第
１、第４の開閉弁２３，２７が両者共に閉で、第
２、第３の開閉弁２４，２６が両者共に開の第２
の状態と、を交互に適当な時間間隔で繰り返す。

第２図は前記第１の状態を示しており、この場
合、受熱部１で発生した蒸気１４Ｂは配管１３Ａ
を通つて放熱部２の流れ冷却されて凝縮する。凝
縮された液体は配管１３Ｂ、配管２５Ｄ及び第４
の開閉弁２７を通つて第２のアキユムレータ２２
へ流れ込む作用により熱が受熱部１から放熱部２
へ輸送される。この間、第２の開閉弁２４は閉に
なつているため、受液器４から第２のアキユムレ
ータ２２へ管路２５Ｂを通つて直接蒸気が流れ込
むことはない。又、第１の開閉弁２３は開、第３
の開閉弁２６は閉になつているので、重力の作用
により第１のアキユムレータ２１内にある液体は
配管２５Ａ、第１の開閉弁２３を通つて受液器４
へ還流することになる。この場合、受液器４内の
蒸気１４Ｂは配管２５Ａを通つて第１のアキユム
レータ２１へ流れるが、その量は第１のアキユム
レータ２１の容積だけで良く、わずかなものとな
る。従つて、受液器４内の蒸気１４Ｂの大部分は
放熱部２へ流れることになり、熱輸送量の変化は
わずかで脈動が小さくなることになる。

次に、第１及び第４の開閉弁２３，２７が両者
共に閉で、第２及び第３の開閉弁２４，２６が両
者共に開の第２の状態に切り換えると、受熱部１
で蒸発した蒸気１４Ｂは放熱部２で液化した後、
第１のアキユムレータ２１へ溜り込み、第２のア
キユムレータ２２から受液器４の液が還流すると
いう点が異なるだけの第１の状態と全く同様な作
用で熱輸送が行なわれる。

以上のように第１〜第４の開閉弁２３〜２７の
開閉の切り換えで、受熱部１から放熱部２へ熱輸
送を行なわせ、ほぼ連続的にアキユムレータ２
１，２２から受熱器４へ液を還流させることによ
り、熱輸送の脈動を小さくし、熱輸送効率を増大
させることができる。

従つて、第１〜第４の開閉弁２３〜２７によつ
て少なくとも１つのアキユムレータに対し前記放
熱部で凝縮された作動流体をアキユムレータに流
入させる動作と、アキユムレータ内にある流体を
前記受熱部へ還流させる動作と、を交互に行わせ
ると共に他のアキユムレータに対し、前記動作と
逆の順序で同様動作を交互に行わせしめる本発明
に係る手段が構成される。

尚、第２図において、第１・第２のアキユムレ
ータ２１，２２から受液器４への液の移動が円滑
に行なわれるためには、第１、第２の開閉弁２
３，２４を開閉した場合の受液器４と第１のアキ
ユムレータ２１或いは受液器４と第２のアキユム
レータ２２の蒸気の均圧が円滑に行なわれる必要
があるが、この均圧作用を円滑に行う構成とした
ものを第３図に示す。即ち、この図において、３
１，３２は受液器４と第１、第２のアキユムレー
タ２１，２２を均圧させるための均圧管で、その
中途に開閉手段としての第５、第６の開閉弁３
３，３４が設けられている。この第５、第６の開
閉弁３３，３４の開閉は夫々第１、第２の開閉弁
２３，２４と同期して行なわれ、第１の開閉弁２
３が開で、第２の開閉弁２４が閉の第１の状態の
場合は第５の開閉弁３３は開、第６の開閉弁３４
は閉、又、第２の状態では夫々の開閉が逆となる
ように動作される。

例えば、第１の開閉弁２３が開の場合は、第５
の開閉弁３３も開になつており、受液器４内の蒸
気１４Ｂは均圧管３１、第５の開閉弁３３を通つ
て第１のアキユムレータ２１へ流れ、受液器４と
第１のアキユムレータ２１が容易に均圧される結
果、第１のアキユムレータ２１内の液体が、配管
２５Ａ、第１の開閉弁２３を通つて円滑に受液器
４へ還流することになる。

尚、第２図、第３図の実施例における第１〜第
６の開閉弁２３〜３４のかわりに第４図に示すよ
うな３方弁４１〜４３を使用して開閉の切り換え
を行うようにしても良い。この場合は、管路に設
ける弁の数が少なくて済むという利点がある。

第５図及び第６図は夫々本発明の他の実施例を
示す図で、少なくとも１つのアキユムレータに対
し前記放熱部で凝縮された作動流体をアキユムレ
ータに流入させる動作と、アキユムレータ内にあ
る流体を受液器へ還流させる動作と、を交互に行
わせると共に他のアキユムレータに対し、前記動
作と逆の順序で同様動作を交互に行わせしめる手
段として、第３図に示した第１、第２の開閉弁２
３，２４のかわりに、アキユムレータ２１，２２
から受液器４へ向つてのみ液が流れるような第１
及び第２の、逆止弁５１，５２を管路２５Ａ，２
５Ｂに介装した構成を採つたもので、第２図〜第
４図に示した実施例と同様の作用・効果を奏す
る。又、第６図に示したものは、第３及び第４の
開閉弁２６，２７のかわりに、放熱部２からアキ
ユムレータ２１，２２へ向つてのみ液が流れるよ
うな第３及び第４の逆止弁６１，６２を介装した
構成を持つたものであり、これも又、先の実施例
と同様の作用・効果を奏する。

尚、第２図〜第６図に示した実施例における開
閉弁２３〜２７，３３，３４及び３方弁４１〜４
３の開閉は、タイムスイツチ等により一定周期で
行わせるようにするか、受液器４或いは第１、第
２のアキユムレータ２１，２２内の液面変化を検
知して行うようにすると良い。

このうち、受液器４内の液面を検知して、弁の
切り換えを行うものでは、受熱部１から液がなく
なることを防止できるので、受熱部１の過熱を防
止でき、装置の信頼性、熱輸送効率が増大する効
果が得られることになる。

又、以上の実施例ではアキユムレータを２個使
用した場合について説明したが、これに限らず複
数のアキユムレータを使用したものであつても良
いことは勿論である。

以上説明したように本発明によれば、アキユム
レータを複数個設け、該アキユムレータから交互
に受液器へ作動流体が還流するよう構成したこと
により、熱輸送の脈動を小さなものとでき、熱輸
送の効率を向上して、信頼性の高い装置が得られ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱伝達装置の一例を示す概略
図、第２図は本発明に係る熱伝達装置の一実施例
を示す概略図、第３図〜第６図は夫々同上装置の
他の実施例を示す概略図である。 １……受熱部、２……放熱部、４……受液器、
２１，２２……アキユムレータ、２３〜２７，３
３，３４……開閉弁、４１〜４３……３方弁、５
１，５２……逆止弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 受熱部と連通し、受熱部より上方に位置する
   受液器と放熱部とを介装したループ状管路を備
   え、該管路内に熱輸送媒体としての凝縮性作動流
   体を封入してなる熱伝達装置において、前記受液
   器上流側で放熱部下流側の管路に複数並列配管さ
   れたアキユムレータを介装する一方、少なくとも
   １つのアキユムレータに対し前記放熱部で凝縮さ
   れた作動流体をアキユムレータに流入させる動作
   と、アキユムレータ内にある流体を前記受液器へ
   還流させる動作と、を交互に行わせると共に他の
   アキユムレータに対し、前記動作と逆の順序で同
   様動作を交互に行せしめる手段を設けたことを特
   徴とする熱伝達装置。 ２ 前記手段は、アキユムレータ内下部空間と前
   記受液器とを、アキユムレータ内上部空間と放熱
   部とを、夫々連通接続する管路を夫々選択的に開
   閉する開閉手段からなる特許請求の範囲第１項記
   載の熱伝達装置。 ３ 開閉手段は、各管路に介装された開閉弁から
   なり、同一のアキユムレータ側の２つの開閉弁の
   開閉は、交互に行なわれかつ少なくとも他の１つ
   のアキユムレータ側の２つの開閉弁の開閉状態と
   は逆の開閉状態となるように構成されてなる特許
   請求の範囲第２項記載の熱伝達装置。 ４ 開閉手段は、アキユムレータ側と受液器間の
   複数の管路の合流部と、該アキユムレータと放熱
   部間の複数の管路の合流部に夫々介装された３方
   弁からなる特許請求の範囲第２項記載の熱伝達装
   置。 ５ アキユムレータ内上部空間と受液器とを夫々
   開閉手段によつて開閉される均圧管を介して連通
   接続してなる特許請求の範囲第２項〜第４項記載
   のうちいずれか１つに記載の熱伝達装置。 ６ 前記手段は、アキユムレータ内上部空間と放
   熱部とを連通接続する管路を選択的に開閉する開
   閉手段と、アキユムレータ内下部空間と受液部と
   を連通接続する管路に介装されて該アキユムレー
   タから受液器へ向つてのみ流体が流れる逆止弁
   と、アキユムレータ内上部空間と受液器とを連通
   接続しかつ開閉手段によつて開閉される均圧管
   と、からなる特許請求の範囲第１項記載の熱伝達
   装置。 ７ 前記手段は、アキユムレータ下部空間と受液
   器とを連通接続する管路に介装されて該アキユム
   レータから受液器へ向つてのみ流体が流れる逆止
   弁と、アキユムレータ内上部空間と放熱部とを連
   通接続する管路に介装されて該放熱部からアキユ
   ムレータ内上部空間と受液器とを連通接続しかつ
   開閉手段によつて開閉される均圧管と、からなる
   特許請求の範囲第１項記載の熱伝達装置。