(57)【要約】【課題】特開２００２−１２２３９２に公開されているループ熱交換輸送機器は、外部動力を要しないで大量の熱を高い位置にある高熱源から低い位置にある低熱源に輸送することができる。この装置では、循環溶液が加熱熱交換器で加熱されて気液二相流体となり、熱交換循環溶液収納容器で凝縮するようになっていて、気液二相流体と溶液の密度差により、循環が起こるようになっている。しかし、熱交換循環溶液収納容器は気液二相流体を凝縮させる機能と、余分な溶液を収納する機能を必要とするため、構造が複雑になっている。本発明は、この問題を解決し、より簡単な構造の熱輸送装置を提供することが課題である。【解決手段】本発明は、熱交換循環溶液収納容器を凝縮器と循環溶液収納容器に分けることにより簡単な構造の熱輸送装置にした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮器４の循環溶液出口５に設けられた循環溶液輸送パイプ９と凝縮器４の気液二相流体入口３に設けられた気液二相流体パイプ２とを連接する循環溶液輸送パイプＣの循環溶液輸送パイプ９路に顕熱放出熱交換器１０を設け、さらに気液二相流体パイプ２路に加熱熱交換器１と、循環溶液輸送パイプＣの任意の箇所または凝縮器４に循環溶液収納容器６を設けて構成したことを特徴とする熱輸送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は外部動力を要しないで、上部にある加熱熱交換器で受熱し、下部にある顕熱放出熱交換器にその熱を放出する熱輸送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】従来の上部に加熱熱交換器を有するループ型熱交換装置には、循環溶液熱輸送パイプが熱交換循環溶液収納容器を貫通するか又は熱交換循環溶液収納容器外壁に接合されているものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１にその発明の実施の形態が、図２、図３を用いて、以下のようにに示されている。【０００３】図２において、１４は熱交換循環溶液収納容器である。熱交換循環溶液収納容器１４は、熱交換用循環溶液１５と該溶液１５が相変化して潜熱を保有する蒸気１６とを収容する容器で、その熱交換用循環溶液１５には、蒸留水、アルコール、液体金属などの単一成分あるいは共沸を示す蒸留水とエタノールを混合した複合成分等の様に気液の相変化を起こす流体が使用され収納されている。また、熱交換循環溶液収納容器１４内を通過（又は貫通）する容器内パイプ１９を設け、さらに該容器１４の気液二相流体送入パイプ２１を設けるとともに、しかもこれらのパイプを一連状に連接する循環溶液輸送パイプＡに設けられている。すなわち、熱交換循環溶液収納容器１４には、収容された熱交換循環溶液１５が該容器１４を出て、溶液送出パイプ１８から容器内パイプ１９を経て気液二相流体送入パイプ２１から該容器１４に戻る一連の循環溶液輸送パイプＡが設けられている。図３は他の一実施例を示したもので、図２の容器内パイプ１９の代わりに、熱交換循環溶液収納容器１４の外周を巡回する容器囲繞パイプ２２を設けた場合の循環溶液輸送パイプＢを設けた場合を示す。すなわち、図３で示す様に、熱交換循環溶液収納容器１４には、該容器１４から送り出された熱交換用循環溶液１５が溶液送出パイプ１８、容器囲繞パイプ２２を経て気液二相流体送入パイプ２１から該容器１４に戻る一連の循環溶液輸送パイプＢが設けられてもよい。２３は顕熱放出熱交換器で、循環溶液輸送パイプＡ又はＢを形成する溶液送出パイプ１８の流通路を高温度の熱を保有して流通する熱交換用循環溶液１５の顕熱を放出させて熱交換し、低温度に冷却するものである。２４は加熱熱交換器である。加熱熱交換器２４は顕熱放出熱交換器２３を通って低温度となった熱交換用循環液１５を、循環溶液輸送パイプＡ又はＢを形成する気液二相流体送入パイプ２１の流通路で、気液二相域の温度に加熱するものである。【０００４】上記のように構成されたループ熱交換熱輸送機器は次の様にして熱が輸送される。図２で示す様なループ熱交換熱輸送機器において、機器内を流動しながら循環する高温度の熱を保有する熱交換用循環溶液１５は、循環溶液輸送パイプＡの溶液出パイプ１８を通過する際に顕熱放出熱交換器２３で顕熱を放出し熱交換し低温度に冷却された後、熱交換循環溶液収納容器１４に収容された熱交換用循環溶液１５内を貫通する容器内パイプ１８を通過する際に熱交換用循環溶液１５から相変化した高温度の蒸気１６で予熱されて昇温し、さらに気液二相流体送入パイプ２１を流動する途中路に設けられた加熱熱交換器２４によってさらに高温度に昇温させられて沸騰し蒸気泡２５を発生させながら、熱交換循環溶液収納容器１４に戻る。熱交換循環溶液収納容器１４に戻った熱交換用循環溶液１５は循環溶液輸送パイプＡを流動しながら再び冷却され余熱された後、さらに沸騰する高温度に昇温する。すなわち、このループ熱交換熱輸送機器においては、熱交換用循環溶液１５の相変化、加熱熱交換器２４から気液二相流体送入口２０までの気液二相流体送入パイプ２１内と容器内パイプ１９および熱交換循環溶液収納容器１４下方気液二相流体送入パイプ２１内との間の熱交換用循環溶液１５の密度差（つまり、この密度差により生じる浮力）を利用し、熱交換用循環溶液１５が機器内を循環し、またこの循環を繰り返しながら加熱熱交換器２４から伝達された高温度の熱が、顕熱放出熱交換器２３から熱を必要とする別の機器に輸送される。【０００５】また、図３で示す様なループ熱交換熱輸送機器において、熱交換循環溶液収納容器１４から循環溶液輸送パイプＢの溶液送出パイプ１８を通過する熱交換用循環溶液１５は、その流通路に設けた顕熱放出熱交換器２３を通過する際に顕熱を放出し熱交換して低温度に冷却された後、熱交換循環溶液収納容器１４の外周を巡回する容器囲繞パイプ２２を流動する間に該熱交換循環溶液収納容器１４から放散される熱で予熱された後、気液二相流体送入パイプ２１の加熱熱交換器２４でさらに高温度に昇温されて沸騰し、蒸気泡２５を発生させながら、熱交換循環溶液収納容器１４に戻る。熱交換循環溶液収納容器１４から送り出された熱交換用循環溶液１５は、再び冷却され予熱され、沸騰する高温度に昇温される循環を繰り返す。
【特許文献１】        特開２００２−１２２３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】しかし、従来のループ熱交換熱輸送機器では、循環溶液熱輸送パイプが熱交換循環溶液収納容器を貫通するかまたは、熱交換循環溶液収納容器の外壁に付けられているため、熱交換循環溶液収納容器は凝縮器としての機能と循環溶液収納の機能を備えなければならない。したがって、熱交換循環溶液収納容器は構造が複雑なものとなる。そこで、本発明は熱交換循環溶液収納容器の構造をより簡単なものにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】上記課題を解決するために、請求項１記載の上部加熱ループ熱交換熱輸送装置は熱交換循環溶液収納容器の代わりに、凝縮器と循環溶液収納容器を分けて設けてある。
【発明の効果】
【０００８】本発明は次のような効果を奏する。請求項１に記載されている発明においては、循環溶液収納容器は気液二相流体を凝縮させる役割を必要としないので、簡単な構造にすることができる。また、凝縮器は循環溶液収納の役割を必要としないので、簡単な構造のものとすることができ、一般的な熱交換器も使用可能となる。
【発明を実施するための裁量形態】
【０００９】本発明について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例を示したものである。図１に示す装置は、加熱熱交換器１、凝縮器４、循環溶液収納容器６、顕熱放出熱交換器１０、凝縮器４を順次、一連の循環溶液輸送パイプＣで連結したものである。循環溶液収納器６には、蒸留水、アルコール、液体金属などの単一成分あるいは蒸留水とアルコールを混合した複合成分、または水道水などの気液の相変化を起こす流体が入ったている。加熱熱交換器１は循環溶液を加熱し、沸騰させるものである。加熱熱交換器１を流出する気液二相流体は、気液二相流体パイプ２及び気液二相流体入り口３を通って凝縮器４に流入し、顕熱放出熱交換器側から流入してくる低温の循環溶液に熱を与えて凝縮する。凝縮した温度の高い循環溶液は循環溶液出口５から流出し、循環溶液輸送パイプ９を通って顕熱放出熱交換器１０に流入する。顕熱放出熱交換器１０で冷却されて温度が低くなった循環溶液は凝縮器４の循環溶液入り口１１より流入し、そこで加熱されて凝縮器４の循環溶液出口１２より流出する。凝縮器４で予熱されて温度が高くなった溶液は、加熱熱交換器１に戻り、再び沸騰して、循環を繰り返す。循環溶液の循環力は、加熱熱交換器１、気液二相流体パイプ２及び凝縮器４の気液二相流体と、凝縮器４の循環溶液出口５から加熱熱交換器１までの間を流れる循環溶液との密度差によって得られるものである。循環溶液収納容器６は、気液二相流体中の蒸気の体積が増えるためには循環する溶液と蒸気の質量の総和が少なくなる必要があるので、少なくなる分を収納できるようにし、また逆に、蒸気の量が減少するためには循環する溶液と蒸気の質量の総和が多くなる必要があるので、多くなる分を放出できるように設けてある。本実施例の場合では、凝縮器として２本のパイプを接合したような簡単なものや一般的な熱交換器を利用できる。また、循環溶液収納容器としては円筒容器等の構造の単純なものを使用できる。
【００１０】図１に示す装置を試作し、実験を行った。その結果は、次の講演論文集に記載されている。立石健一、三浦直勝、伊藤定祐、「上部に集熱部のある熱サイフォンの研究（実験装置の試作及び実験）」、太陽／風力エネルギー講演論文集、２００４年、ｐｐ．２９３−２９６。循環溶液輸送パイプには、内径８．０ｍｍ、外形９．５ｍｍの銅管を使用した。循環溶液を加熱し、気液二相流体にするところは、加熱熱交換器の代わりに内径１１ｍｍ、外形１２．７ｍｍ、長さ６００ｍｍの銅管の外壁に最大出力５００Ｗのリボンヒータを接着したものを使用した。また、凝縮器は２本の循環溶液輸送パイプの同じ銅管２本を半田で接合したものを用いた。循環溶液収納容器には内径６０ｍｍ、外形６２ｍｍの銅管を使用し、顕熱放出熱交換器は内径８．０ｍｍ、外形９．５ｍｍ、長さ１２ｍの銅管を水槽に入れたものとした。顕熱放出熱交換器中央から加熱熱交換器中央までの高さは１ｍとした。循環溶液には水道水を用い、ループ内を真空ポンプで真空にしてから封入した。沸騰は連続的に安定して起こらない場合もあるが、水槽の水温が２０度の場合では、加熱熱交換器部の管壁温度が６０から９０℃程度となり、比較的細いパイプを用いても、高い位置にある高熱源から低い位置にある低熱源に大量の熱を輸送することが可能であった。
【００１１】本発明の他の実施例としては、太陽熱集熱器を加熱熱交換器とし、また、蓄熱水槽を顕熱放出熱交換器として使用する太陽熱給湯器がある。ポンプ動力を必要とせず、また、循環溶液に不凍液を利用することにより、凍結の問題もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の上部加熱ループ熱交換熱輸送装置の一実施例を示す。
【図２】従来の上部加熱ループ熱交換熱輸送装置で循環溶液輸送パイプが熱交換循環溶液収納容器を貫通する場合のものを示す。
【図３】従来の上部加熱ループ熱交換熱輸送装置で循環溶液輸送パイプが熱交換循環溶液収納容器の外壁に取り付けられた場合のものを示す。
【符号の説明】
【００１３】１    加熱熱交換器
２    気液二相流体パイプ
３    気液二相流体入口
４    凝縮器
５    循環溶液出口
６    循環溶液収納容器
７    溶液
７    蒸気
９    循環溶液輸送パイプ
１０  顕熱放出熱交換器
１１  循環溶液入口
１２  循環溶液出口
１３  蒸気泡
１４  熱交換循環溶液収納容器
１５  熱交換用循環溶液
１６  蒸気
１７  溶液送出口
１８  溶液送出パイプ
１９  容器内パイプ
２０  気液二相流体送入口
２１  気液二相流体送入パイプ
２２  容器囲繞パイプ
２３  顕熱放出熱交換器
２４  加熱熱交換器
２５  蒸気泡
Ａ    循環溶液輸送パイプ
Ｂ    循環溶液輸送パイプ
Ｃ    循環溶液輸送パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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