JPS5852158B2 - 熱交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ヒートパイプを備えた熱交換装置特にその
熱輸送の制御に関するものである。

ヒートパイプを備えた熱交換装置は種々の用途ｌこ用い
られるが、以下、便宜上一例として空調機器に応用した
場合について述べる。

ヒートパイプを利用した従来の空調機器として第１図お
よび第２図に示すものがあった。

第１図及び第２図において１はヒートパイプで、このヒ
ートパイプは互に連通した複数本の収納管２、これらの
収納管の両端部をそれぞれ互いに接続する二つの・＼ラ
ダ３（両者を区別して３ａ、３ｂの符号を付す）、収納
管２に封入された熱媒体４及び必要に応じて収納管２の
内壁に装着された図示しないウィック等から成る。

５は収納管２の一端側に設けられたフィン、６はこのフ
ィンの側部を囲繞するように設けられた風胴、Ｔは収納
管２の他端側を囲繞するジャケットで、このジャケット
内を冷水或は温水等の流体８が流通する。

尚、図から明らかなように、収納管２はフィン側端部が
ジャケット側端部よりもやや低くなるように傾斜してい
る。

９は熱交換の対象となる流体で、例えば夏場であれば冷
房を必要ともる室内空気である。

醜 この場合には流体８は冷水である。

流体９の熱は、フィン５間を通過する際に収納管２を介
して流体８に奪われることにより室内は冷房される。

その時のヒートパイプ１の熱輸送原理を第１図に示した
装置の断面図である第２図に従って例えば冷房運転の場
合について説明すると、収納管２はヘッダ３ａが下にな
るようにわずか傾斜しているたへその内部に封入された
熱媒体４の液はヒートパイプ１のうちフィン５側部分に
溜っている。

今、温度の高い流体９が風胴６内を流れると、流体９の
熱は、フィン５を介して収納管２の一端を加熱する。

するとそこに溜っていた熱媒体４は熱せられて蒸発する
が、このとき加熱された一端の内部圧力は他端より高い
ので、蒸気は他端へ向って移動する。

他端はジャケット７を流れる流体８により冷却されてい
るので到達した蒸気は収納管１の内面で凝縮液化し蒸気
の運んで来た熱は収納管２から流体８に伝えられる。

そして凝縮液化した熱媒体４は重力の作用で収納管２内
をフィン５側つまり・＼ラダ３ａ側に流れる。

このように熱媒体４が収納管２の中で絶えず環流するこ
とにより、流体９の熱はフィン５側からジャケット７側
へ連続して伝えられるので室内を冷房することが可能と
なる。

従来のヒートパイプ方式のものは以上のように構成され
ているので、ヒートパイプ１によりフィン側からジャケ
ット側に又は逆の場合も含めて、伝えられる熱量は、流
体９と流体８との温度差に比例して増減する。

従って、いずれかの流体の温度が不適当であれば熱交換
した後の流体８の温度は、低過ぎたり又は高過ぎたりす
る結果になり、冷、暖房運転において室内空気温度を適
切な一定温度に保つことができない欠点があった。

この発明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、内部に熱媒体を収納する容器をヒ
ートパイプに連通させ、且つ冷水或は温水等の流体をそ
の主流路から分流し、その分流された液体により前記容
器内の熱媒体を冷却或は加熱するように構成し、前記容
器内の熱媒体と前記ヒートパイプ内の熱媒体との圧力差
によりヒートパイプと容器との間で熱媒体を相互に授受
することができる熱交換装置を提供することを目的とす
る。

以下この発明の一実施例を第３図に従って説明する。

尚、第３図において第１図及び第２図と同一符号は同−
或は相当部分を示すにつき、符号の説明は適宜省略する
。

第３図において、１０はヒートパイプ１の熱媒体４と同
種の熱媒体４を収納し外気に対して気密状態にある容器
、１１は一端が容器１０の底部に他端がヒートパイプ１
のヘッダ３に接続された接続管で、この接続管は他端が
ヘッダ３ａに接続された第１の接続管１１ａとヘッダ３
ｂに接続された第２の接続管１１ｂとからなる。

１２は接続管１１と協働して容器１０とヒートパイプ１
とを連通ずる切換弁で、第１の接続管１１ａに設けられ
たものを第１の切換弁１２ａ、第２の接続管１１ｂに設
けられたものを第２の切換弁１２ｂと区別する。

１３はジャケット７に流体８を導く主流路、１４は前記
主流路１３に流れる流体８を容器１０側に分流する分流
路で、この分流路は容器１０の外周に巻回された巻回部
１４ａを備えている。

１５は分流路１３に設けられ流体８の分流量を調整する
制御弁である。

尚、ヒートパイプ１は水平線Ｈに対しシーソー状に上下
運動できるように構成されている。

上記構成においてヒートパイプ１による熱輸送原理は従
来の場合と同じだが、例えば温度の低い流体８を利用し
て、本発明の熱交換装置により室内を冷房する際、早く
室内温度を下げたい場合には、第３図においてヒートパ
イプ１はヘッダ３ａが下になるように水平線Ｈに対しわ
ずかの角度θ、傾斜させ第１の切換弁１２ａを開ｌこ、
第２の切換弁１２ｂ、制御弁１５を閉にすれば良い。

容器１０は室内に置かれているので室内空気温度になっ
ているが収納管２は室内空気である流体９と温度の低い
流体８両方にさらされているため、容器１０より低い温
度に保たれる。

このことは容器１０内の熱媒体４圧力より収納管２内の
熱媒体圧力の方が低いことを意味しその差圧により容器
１０内に入っている熱媒体４液は第１の切換弁１２ａ。

第１の接続管１１ａを通ってヘッダ３ａに流れ込み、各
収納管２に均等に熱媒体４量を増すことができるので、
上述した熱輸送原理に従い、冷房を必要とする流体９と
冷却源である流体８との間で盛んに熱交換させ、室内温
度を早く下げることが可能となる。

又逆に室内の送風はするが冷房の必要が無い場合には第
１の切換弁１２ａ、制御弁１５を開にすれば良い。

このとき第２の切換弁１２ｂは冷房する場合と同じく閉
っている。

容器１０は分流路１４の巻回部１４ａに流れる、低温の
流体８により冷却されているが、収納管２は流体８゜９
の両方にさらされているため、容器１０より高い温度に
保たれる。

このことは容器１０内の熱媒体４圧力より収納管２内の
熱媒体４圧力の方が高いことを意味しその差圧により、
収納管２内の熱媒体４は熱媒体４液の溜っているヘッダ
３ａから第１の接続管１１ａ、第１の切換弁１２ａを通
つて容器１０に流れ込むため、各収納管２から均等に熱
媒体４量を減らすことができる。

更には熱媒体４量の減った収納管２内はその伝熱面に、
熱媒体４が無くなってしまい、もはや熱交換を全くおこ
なわない所謂ドライアウト現象がおこりだすため、流体
８と流体９との間で熱交換はせずに送風のみおこなわせ
ることが可能となる。

同様に、流体８を温水（こし、冬期における室内暖房運
転をおこなう場合には熱交換器の・＼ラダ３ｂがわずか
下になるように（図中θ１）傾斜させ第１の切換弁１２
ａは閉に、第２の切換弁１２“ｂは開にし、さらに暖房
を必要とする場合には制御弁１５を開にすればよく、又
送風だけの場合には制御弁１５を閉になるように操作す
れば上述の冷房の場合と同様に熱輸送つまり熱交換の制
御を行なうことができる。

このように、熱媒体４の相変化を利用して、容器１０と
ヒートパイプ１との間で熱媒体４を相互に授受すること
ができる。

ところで、制御弁１５の調節に関しては、例えば室内空
気温度を検出し、この検出温度に応じて制御弁１５の開
度を調節して、流体８の分流量を自動的に制御するよう
に構成すれば、室内温度の自動調節を達成することもで
きる。

上記実施例では、冷、温水を利用した、室内の冷暖房運
転について説明したが、室内等の冷暖房運転にとどまら
ず、例えば化学プラント等における樹脂加熱槽の温度を
一定に保つための放熱調整（こ使った場合にも上記実施
例同様の効果を奏する。

尚、実施例ではヒートパイプ１と容器１０との間で液状
の熱媒体４をやりとりする例を示したが、例えば、ヘッ
ダ３のうち液状の熱媒体４が溜っていないものに接続管
１１を接続して、ヒートパイプ１と容器１０間で気体状
の熱媒体４を授受するように構成してもそれ相当の効果
が得られる。

以上のように、この発明によれば、熱媒体の沸騰、凝縮
を利用して熱輸送をおこなわせるヒートパイプに接続管
を介して連通ずる容器内の熱媒体を、冷温水等の流体を
その主流路から分流することにより冷却或は加熱し、且
つ前記分流量を！＠ｌ］する制御弁を設けたので、前記
ヒートパイプと前記容器間とで熱媒体を相互に輸送する
ことができ、ヒートパイプ内での熱媒体の循環量を制御
すなわち、熱交換量を制御できるヒートパイプ方式の熱
交換装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の斜視図、第２図は、第１図に示した
ものの内部構造を示す要部部分断面図、第３図はこの発
明の一実施例を示す要部部分断面図である。 図において、１はヒートパイプ、２は収納管、３はヘッ
ダ、５はフィン、７はジャケット、１０は容器、１１は
接続管、１２は切換弁、１３は主流路、１４は分流路で
ある。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱媒体を収納する収納管により構成されるヒートパ
   イプ、このヒートパイプと連通配置された容器、前記ヒ
   ートパイプにより熱交換される冷水或いは温水等の流体
   を主流路から分流した管路を前記容器の外周に巻回して
   前記容器内の熱媒体を冷却或いは加熱する分流路、及び
   前記流体の分流量を制御する制御弁を備え、前記容器内
   熱媒体と前記ヒートパイプ内の熱媒体との温度に基づく
   圧力差により前記ヒートパイプと容器との間で熱媒体を
   相互に授受し、前記ヒートパイプ内の熱媒体の量を制御
   するよ−Ｊこしたことを特徴とする熱交換装置。 ２ ヒートパイプは、それぞれ両端部にて互いに連通し
   た複数本の収納管により構成されてなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の熱交換装置。 ３ 接続管は、一端がヒートパイプの一端部に他端が容
   器にそれぞれ接続された第１の接続管と、一端が前記ヒ
   ートパイプの他端部に他端が前記容器にそれぞれ接続さ
   れた第２の接続管とからなり、且つこれらの接続管のう
   ちいずれか一方のみを介して選択的に前記ヒートパイプ
   と容器とを連通することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の熱交換装置。 ４ ヒートパイプは、水平線に対しシーソー状に上下運
   動することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３
   項のいずれかに記載の熱交換装置。