(57)【要約】【課題】第１の熱媒交換器と第２の熱交換器とを接続していている配管の長さが長くなっても、熱量を効率良く移動することができる熱輸送システムを提供する。【解決手段】熱源の熱によって液体の熱媒体を気化させる第１の熱交換器３と、気化した熱媒体を冷却することで熱媒体を凝縮させる第２の熱交換器５と、第１の熱交換器から第２の熱交換器に熱媒体を流す第１の配管７と、第２の熱交換器から第１の熱交換器に熱媒体を流す第２の配管９と、第２の配管の途中に設けられ熱媒体を貯留するリザーブタンク２３と、第２の熱交換器とリザーブタンクの間に第２の熱交換器からリザーブタンク方向への流れのみ許容する逆止弁１９と、リザーブタンクと第１の熱交換器の間にリザーブタンクから第１の熱交換器方向への流れのみ許容する逆止弁２１と、各配管７，９の途中に設けられ各配管の間で熱交換をする第３の熱交換器１とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源の熱によって液体の熱媒体を気化させる第１の熱交換器と、
前記気化した熱媒体を冷却することで前記熱媒体を凝縮させる第２の熱交換器と、
前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に熱媒体を流す第１の配管と、
前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器に熱媒体を流す第２の配管と、
前記第２の配管の途中に設けられ、熱媒体を貯留するリザーブタンクと、
前記第２の熱交換器と前記リザーブタンクの間に、第２の熱交換器からリザーブタンク方向への流れのみ許容する逆止弁と、
前記リザーブタンクと前記第１の熱交換器の間に、リザーブタンクから第１の熱交換器方向への流れのみ許容する逆止弁と、
前記各配管の途中に設けられ、前記各配管の間で熱交換をする第３の熱交換器と、
を有することを特徴とする熱輸送システム。
【請求項２】
請求項１に記載の熱輸送システムにおいて、
前記第２の配管の途中には、熱媒体を暖めるためのオン・オフ自在なヒータが第１の熱交換器と逆止弁の間に設けられており、
前記熱媒体の温度に応じて、前記ヒータをオンしもしくはオフするように構成されていることを特徴とする熱輸送システム。
【請求項３】
請求項１に記載の熱輸送システムにおいて、
前記第２の配管の途中であって、前記リザーブタンクと前記第１の熱交換器の間には、熱媒体を暖めるための排気熱回収器および該排熱回収器とリザーブタンクの間に逆止弁が設けられており、
前記熱媒体の温度に応じて、前記排気熱回収器で暖められた熱媒体を前記第１の熱交換器まで流すか否かの切り換えをするように構成されていることを特徴とする熱輸送システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の熱輸送システムにおいて、
前記第１の熱交換器によって、オートマチックトランスミッションの液体を冷やすように構成されていることを特徴とする熱輸送システム。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の熱輸送システムにおいて、
前記ヒータあるいは排気熱回収器によって、オートマチックトランスミッションの液体を温めるように構成されていることを特徴とする熱輸送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱輸送システムに係り、特に、液体の熱媒体を気化しまた気化した熱媒体を凝縮することで熱量を移動するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図５で示すような熱輸送システム（Ｔシステム）３０１が知られている（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００３】
熱輸送システム３０１は、エバポレータ３０３とコンデンサ３０５とアキュムレータ３０７とを備えて構成されている。エバポレータ３０３とコンデンサ３０５とは配管３０９と配管３１１とによって接続されている。
【０００４】
配管３１１の途中には、チェックバルブ３１３，３１５が設けられており、アキュムレータ３０７は各チェックバルブ３１３，３１５の間で配管３１１に接続されている。
【０００５】
エバポレータ３０３とコンデンサ３０５とアキュムレータ３０７と各配管３０９，３１１内には、熱媒体（たとえば、水）が入っている。エバポレータ３０３は、熱源３１７に隣接している。
【０００６】
そして、熱源３１７によってエバポレータ３０３が加熱されると、エバポレータ３０３内の熱媒体が気化し、この気化した熱媒体が配管３０９内をコンデンサ３０５に向かって流れるようになっている。コンデンサ３０５まで流れてきた熱媒体は、コンデンサ３０５での放熱によって凝縮するようになっている。
【０００７】
コンデンサ３０５内で凝縮した熱媒体は、配管３１１内を流れるとともに各チェックバルブ３１３，３１５を通ってエバポレータ３０３に戻り再び加熱されるようになっている。そして、熱輸送システム３０１内を循環するようになっている。
【０００８】
このような熱媒体の循環によって、エバポレータ３０３からコンデンサ３０５へ熱量が移動するようになっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｔａｍｂｕｒｉｎｉ，Ｐ．，“Ｔ−ＳＹＳＴＥＭ”ｐｒｏｐｏｓａｌ  ｏｆ  ａ  ｎｅｗ  ｃｏｎｃｅｐｔ  ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｓｙｓｔｅｍ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ３ｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｈｅａｔ  Ｐｉｐｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  １９７８  ３４６−３５３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、従来熱輸送システム３０１では、配管３０９や配管３１１の長さが長いと、熱媒体が流れるときの流路抵抗（配管抵抗）が大きくなり、熱量を効率良く移動することができないという問題がある。
【００１１】
すなわち、配管３０９が長くなって流路抵抗が大きくなると、エバポレータ３０３内の熱媒体の圧力が上昇し熱媒体が気化する温度も上昇してしまう。また、ハンチングが発生する。これらにより、エバポレータ３０３で熱源３１７からの吸熱量が減少し、エバポレータ３０３からコンデンサ３０５への熱量の移動効率が悪化してしまう。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱媒体を用いて第１の熱媒交換器ら第２の熱交換器へ熱量を移動する熱輸送システムにおいて、第１の熱媒交換器と第２の熱交換器とを接続していている配管の長さが長くなっても、熱量を効率良く移動することができる熱輸送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、熱源の熱によって液体の熱媒体を気化させる第１の熱交換器と、前記気化した熱媒体を冷却することで前記熱媒体を凝縮させる第２の熱交換器と、前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に熱媒体を流す第１の配管と、前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器に熱媒体を流す第２の配管と、前記第２の配管の途中に設けられ、熱媒体を貯留するリザーブタンクと、前記第２の熱交換器と前記リザーブタンクの間に、第２の熱交換器からリザーブタンク方向への流れのみ許容する逆止弁と、前記リザーブタンクと前記第１の熱交換器の間に、リザーブタンクから第１の熱交換器方向への流れのみ許容する逆止弁と、前記各配管の途中に設けられ、前記各配管の間で熱交換をする第３の熱交換器とを有する熱輸送システムである。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱輸送システムにおいて、前記第２の配管の途中には、熱媒体を暖めるためのオン・オフ自在なヒータが第１の熱交換器と逆止弁の間に設けられており、前記熱媒体の温度に応じて、前記ヒータをオンしもしくはオフするように構成されている熱輸送システムである。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の熱輸送システムにおいて、前記第２の配管の途中であって、前記リザーブタンクと前記第１の熱交換器の間には、熱媒体を暖めるための排気熱回収器および該排熱回収器とリザーブタンクの間に逆止弁が設けられており、
前記熱媒体の温度に応じて、前記排気熱回収器で暖められた熱媒体を前記第１の熱交換器まで流すか否かの切り換えをするように構成されている熱輸送システムである。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の熱輸送システムにおいて、前記第１の熱交換器によって、オートマチックトランスミッションの液体を冷やすように構成されている熱輸送システムである。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の熱輸送システムにおいて、前記ヒータあるいは排気熱回収器によって、オートマチックトランスミッションの液体を温めるように構成されている熱輸送システムである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、熱媒体を用いて第１の熱媒交換器ら第２の熱交換器へ熱量を移動する熱輸送システムにおいて、第１の熱媒交換器と第２の熱交換器とを接続していている配管の長さが長くなっても、熱量を効率良く移動することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る熱輸送システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱輸送システムの１つ目の使用例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱輸送システムの２つ目の使用例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る熱輸送システムの３つ目の使用例を示す図である。
【図５】従来の熱輸送システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態に係る熱輸送システム１は、たとえば、車輌に搭載されて使用されるものであり、図１で示すように、第１の熱交換器（たとえば、エバポレータ）３と、第２の熱交換器（たとえば、コンデンサ）５と、第３の熱交換器１１とを備えて構成されている。
【００２１】
エバポレータ３は、熱源の熱によって（熱源から熱量を奪うことで）液体の熱媒体（たとえば、水）を気化（蒸発）させるようになっている。
【００２２】
コンデンサ５は、エバポレータ３で気化した熱媒体を冷却することで（気化した熱媒体の熱量を、たとえば、空気中に放熱することで）熱媒体を凝縮（液化）させるようになっている。
【００２３】
エバポレータ３とコンデンサ５とは、第１の配管７と第２の配管９とでつながっている。第１の配管７は、エバポレータ３からコンデンサ５に気化した熱媒体を流すようになっている。第２の配管９は、コンデンサ５からエバポレータ３に凝縮した熱媒体を流すようになっている。
【００２４】
第２の配管９の途中には、第１の逆止弁１９が設けられている。この第１の逆止弁１９によって、コンデンサ５からエバポレータ３に向かってのみ熱媒体が第２の配管９内を流れ（一方通行で流れ）、逆方向には流れないようになっている。
【００２５】
また、第２の配管９の途中であって第１の逆止弁１９とエバポレータ３との間には、第２の逆止弁２１が設けられている。この第２の逆止弁２１によっても、コンデンサ５からエバポレータ３に向かってのみ熱媒体が第２の配管９内を流れ（一方通行で流れ）、逆方向には流れないようになっている。
【００２６】
第２の配管９の途中であって、第１の逆止弁１９と第２の逆止弁２１との間には、凝縮した熱媒体が一時的に蓄えられるリザーブタンク（アキュムレータ）２３が設けられている。
【００２７】
第３の熱交換器（たとえば、二重管熱交換器）１１は、各配管７，９の途中であって、たとえば、エバポレータ３側（より好ましくは、エバポレータ３の近傍）に設けられている。そして、二重管熱交換器１１によって、各配管７，９の間（各配管７，９内を流れる熱媒体の間）で熱交換がされるようになっている。
【００２８】
なお、二重管熱交換器１１の外側の通路をエバポレータ３からコンデンサ５に向かう熱媒体が流れ、二重管熱交換器１１の内側の通路をコンデンサ５からエバポレータ３に向かう熱媒体が流れるようになっている。
【００２９】
さらに説明すると、二重管熱交換器１１は、上述したように、たとえば、エバポレータ３の近傍に設けられており、コンデンサ５は、二重管熱交換器１１から離れたところに設けられている。これにより、コンデンサ５と二重管熱交換器１１との間では配管７，９の長さが長くなっている。また、二重管熱交換器１１では、第１の配管７内を流れる熱媒体が第２の配管９内を流れる熱媒体によって冷却されるようになっている。
【００３０】
ここで、熱輸送システム１の動作について説明する。
【００３１】
エバポレータ３が熱源によって加熱されると、エバポレータ３内の熱媒体が気化して熱媒体の体積が膨張し、配管７内の圧力が上昇する。すると、逆止弁１９が開き、配管７、コンデンサ５、配管９内に貯留している液媒体は、リザーブタンク２３内へ流入する。この時、逆止弁２１は逆圧となるため閉じており、配管７からリザーンブタンク３への逆流は発生しない。
【００３２】
発生した蒸気がコンデンサ５まで到達すると、コンデンサ５内で冷却されて凝縮し、圧力が低下する。圧力が低下すると、逆止弁１９は逆圧力となって閉じ、逆止弁２１が開いて、リザーブタンク２３に貯留された液媒体が吸引されてエバポレータ３に供給される。
【００３３】
以下、上記のサイクルを繰り返すことによって、熱媒体が循環し、エバポレータ３からコンデンサ５に熱量が輸送される。この循環をしているときに、エバポレータ３における圧力は、発生した蒸気が配管７、コンデンサ５、配管９に貯留されている液媒体を押し出す時の配管抵抗に相応して高くなる。したがって、コンデンサ９を遠方に配置したい場合は、配管７や配管９が長くなり、エバポレータ３内の圧力が上がってしまう。この圧力上昇は、発生蒸気が液を押し出して進行し、コンデンサ５に到達して凝縮が開始されるまで続く。また、エバポレータ３で発生した蒸気の成長が大きいほど圧力が高くなる。
【００３４】
ここで、熱輸送システム１によれば、各配管７，９の途中に二重管熱交換器１１が設けられており、二重管熱交換器１１によって発生した蒸気とコンデンサ５で過冷却となった液媒体との間で熱交換がなされるので、ここで発生蒸気の一部が凝縮する。すなはち、蒸気成長が抑えられることになり、エバポレータ３とコンデンサ５とをつないでいる配管７の長さが長くても、エバポレータ３内の圧力上昇が抑えられ、熱量を効率良く移動することができる。
【００３５】
すなわち、二重管熱交換器１１がエバポレータ３に近ければ、エバポレータ３からコンデンサ５に熱媒体を流す配管７内の気化した熱媒体が、二重管熱交換器１１で速やかに冷やされて凝縮するので、エバポレータ３内の熱媒体の圧力の上昇が抑えられ気化する温度の上昇も抑えられ、さらにハンチングの発生も抑えられる。これらにより、エバポレータ３での被冷却物の温度が抑えられ、エバポレータ３における冷却性能を確保することができる。
【００３６】
また、配管７，９を長くすることができることで、熱輸送システム１のレイアウトの自由度が高まる（エバポレータ３やコンデンサ５の設置位置の自由度が高まる）。
【００３７】
ところで、熱輸送システム１によって、図２で示すように、オートマチックトランスミッション１３の液体（たとえば、オイル）を冷やすように構成してもよい。
【００３８】
すなわち、ＣＶＴ等のオートマチックトランスミッション１３と第１の熱交換器３とを内部にオートマチックトランスミッション１３のオイルが流れる配管２５，２７で接続し、第１の熱交換器３でオートマチックトランスミッション１３のオイルを冷却するようにしてもよい。
【００３９】
さらに、図３で示すように、ヒータ１５を設けて、オートマチックトランスミッション１３のオイルを冷却だけでなく加熱するようにしてもよい。
【００４０】
図３で示すものでは、第２の配管５の途中であって第１の熱交換器３の近傍に、熱媒体を暖めるためのオン・オフ自在なヒータ（たとえば、電気ヒータ）１５が設けられている。
【００４１】
そして、熱媒体の温度に応じて、ヒータ１５をオンしもしくはオフするように構成されている。
【００４２】
ヒータ１５は、熱媒体の温度が所定の値より低い場合にはオンされ、熱媒体の温度が所定の値以上である場合にオフされるようになっている。なお、ヒータ１５が、オートマチックトランスミッション１３のオイルの温度（たとえば、配管２５内をオートマチックトランスミッション１３から第１の熱交換器３に向かって流れるオイルの温度）に応じて、オンしもしくはオフするようになっていてもよい。
【００４３】
すなわち、第１の熱交換器３でオートマチックトランスミッション１３のオイルを冷やすように構成されているが、車輌が暖機運転しているとき等、熱媒体やオイルの温度が所定の温度よりも低いときには、ヒータ１５をオンとし、ここで熱媒体を気化させる。発生した蒸気は、直後にある熱交換器３で凝縮することにより熱を放出し、オートマチックトランスミッション１３のオイルを暖める。この時の熱媒体の循環も、前記と同様のサイクルで繰り返される。熱媒体やオートマチックトランスミッション１３のオイルの温度が所定の温度よりも高いときには、ヒータ１５をオフして、オートマチックトランスミッション１３のオイルを第１の熱交換器３で冷やすように構成されている。また、暖機初期においては、コンデンサ５内や各配管内には外気温相当の液媒体が存在しているが、それが二重管熱交換器１１で“予熱”された後でリザーブタンク２３へ流入してくることになるため、暖機初期での昇温性能がより向上する。
【００４４】
このように構成された熱輸送システム１によれば、第２の配管９の途中に熱媒体を暖めるためのオン・オフ自在なヒータ１５が設けられており、熱媒体の温度に応じて、ヒータ１５をオンしもしくはオフするように構成されているので、第１の熱交換器３によって加熱を行うことができる。
【００４５】
たとえば、第１の熱交換器３によってオートマチックトランスミッション１３のオイルを冷やすように構成されている場合において、熱媒体の温度やオイルの温度が所定の値よりも低いときにヒータ１５をオンすれば、第１の熱交換器３に入る熱媒体の温度を高めることができ、これにより、第１の熱交換器３によってオートマチックトランスミッション１３のオイルを、１つのシステムによって冷却だけでなく暖めることができる。
【００４６】
また、図４で示すように、ヒータ１５に代えて、車輌のエンジンの排気ガスの熱を回収する排気熱回収器１７を熱輸送システム１に設けてもよい。
【００４７】
図４で示すものでは、第２の配管９の途中に、熱媒体を暖めるための排気熱回収器１７が、ヒータ１５に代えて設けられている点が図３で示すものとは異なる。そして、図３で示すものと同様に、熱媒体の温度に応じて、排気熱回収器１７で暖められた熱媒体を第１の熱交換器３まで流すか否かの切り換えをするように構成されている。
【００４８】
さらに説明すると、第２の逆止弁２１とリザーブタンク２３との間の第２の配管９の部位で、第２の配管９から配管２９が別途分岐している。この分岐している配管２９内を通って、熱媒体が排気熱回収器１７まで流れるようになっている。なお、配管２９の途中には、逆止弁３１が設けられている。
【００４９】
排気熱回収器１７と電磁三方弁等の三方弁３３とは配管３５で接続されており、三方弁３３とリザーブタンク２３とは配管３７で接続されており、三方弁３３と第２の配管９の部位（逆止弁２１と第１の熱交換器３の間の部位）とは、配管３９で接続されている。
【００５０】
そして、車輌が暖機運転しているとき等、熱媒体やオイルの温度が所定の温度よりも低いときには、三方弁３３によって、配管２９、排気熱回収器１７、配管３５、配管３９を通って熱媒体が第１の熱交換器３までが開通する。前例と同じく、排気熱回収器１７内で熱媒体が気化して圧力上昇し、熱交換器３まで流れて凝縮することによってオートマチックトランスミッション１３のオイルを第１の熱交換器３で暖めるようになっている。
【００５１】
一方、熱媒体やオートマチックトランスミッション１３のオイルの温度が所定の温度よりも高いときには、三方弁３３を切り換えて、配管２９、排気熱回収器１７、配管３５、配管３７を開通する。この場合、発生した蒸気により排熱回収器１７および配管３５、配管３７内に存在した液媒体はリザーブタンク２３に押し出され、一定時間後にはこれらは蒸気あるいは空気で満たされる。  何故なら、この経路には冷却器が存在しないため、蒸気が凝縮して圧力が大きく低下することが無いので、逆止弁３１が開いて液媒体を吸引することは無い。また、廃熱回収器１７における負荷が低下して蒸気発生が収まり、緩やかな圧力低下があっても、配管３７のリザーブタンク２３における開口部は液面上の空気層に設けられており、圧力が低下しても液媒体ではなく、空気を吸うことになっているからである。これにより、暖機の必要が無い昇温後には、排気熱回収器１７から無駄な熱を回収することは無い。
【００５２】
熱輸送システム１によれば、第２の配管９の途中に熱媒体を暖めるための排気熱回収器１７が設けられており、熱媒体の温度に応じて、排気熱回収器１７で暖められた熱媒体を第１の熱交換器３まで流すか否かの切り換えをするように構成されているので、排気熱を有効利用しつつ、ヒータを設けた場合と同様にして、第１の熱交換器３によって加熱を行うことができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  熱輸送システム
３  第１の熱交換器
５  第２の熱交換器
７  第１の配管
９  第２の配管
１１  第３の熱交換器
１３  オートマチックトランスミッション
１５  ヒータ
１７  排気熱回収器
１９、２１、３１  逆止弁
２３  リザーブタンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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