(57)【要約】【課題】双方向に熱交換を行うヒートパイプを提供する。【解決手段】真空状態の密閉容器に熱交換媒体を封入し、この熱交換媒体を用いて熱輸送を行うヒートパイプであって、液相の熱交換媒体を溜める上タンク１１と、上タンク１１に対して鉛直方向の下部に位置して液相の熱交換媒体を溜める下タンク１２と、液溜まり１１ａと下タンク１２とを連結し、下タンク１２に溜められた液相の熱交換媒体を液溜まり１１ａに供給する熱源１５が設けられたサブパイプ１４と、上タンク１１と下タンク１２とを連結して液相の熱交換媒体を双方向で循環させるメインパイプ１３とを備える。【選択図】  図１
2008121909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空状態の密閉容器内に熱交換媒体を封入し、この熱交換媒体の状態を液相と気相とに変化させて熱輸送を行うヒートパイプにおいて、
上記密閉容器の上部に液相の上記熱交換媒体を溜める第１熱交換部と、
上記第１熱交換部に対して鉛直方向の下部に位置し、液相の上記熱交換媒体を溜める第２熱交換部と、
上記第１熱交換部と上記第２熱交換部とを連結し、気相の上記熱交換媒体を双方向に循環させる熱交換媒体循環路と、
上記第１熱交換部と上記第２熱交換部とを連結し、上記第２熱交換部に溜まった液相の上記熱交換媒体を上記第１熱交換媒体に供給する熱交換媒体供給手段を設けた液相熱交換媒体供給路とを備え、
上記熱交換媒体が、
上記第１熱交換部を高温側とし上記第２熱交換部を低温側とした状態において、上記第１熱交換部で気化して上記第２熱交換部へ移動して液化することにより上記第１熱交換部から上記第２熱交換部への熱輸送を行うとともに、上記熱交換媒体供給手段により上記第２熱交換部から上記液相熱交換媒体供給路を介して上記第１熱交換部へと供給され、
上記第１熱交換部を低温側とし上記第２熱交換部を高温側とした状態において、上記第２熱交換部で気化して上記第１熱交換部へ移動して液化することにより上記第２熱交換部から上記第１熱交換部への熱輸送を行って上記第１熱交換部に溜められるとともに、液相の状態でこの第１熱交換部から上記第２熱交換部へ落下すること
を特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
上記熱交換媒体供給手段が、上記液相熱交換媒体供給路内の液相の上記熱交換媒体を沸騰させて気泡を生成し、この気泡により上記熱交換媒体を上記熱交換媒体供給路内を上昇させて、上記第１熱交換部へ供給させることを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ。
【請求項３】
上記液相熱交換媒体供給路が、上記熱交換媒体循環路の外部に設けられることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートパイプ。
【請求項４】
上記液相熱交換媒体供給路が、上記熱交換媒体循環路の内部に設けられることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートパイプ。
【請求項５】
上記液相熱交換媒体供給路及び上記熱交換媒体循環路が、蛇腹管であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載のヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空状態の密閉容器内に熱交換媒体を封入し、この熱交換媒体の状態を液相と気相とに変化させて熱輸送を行うヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートパイプは、伝熱特性が優れた熱輸送手段として広く用いられている。ヒートパイプは、真空状態の密閉構造のパイプ内に熱交換媒体を封入し、この熱交換媒体の状態を液相と気相とに変化させて熱輸送を行うものである。ヒートパイプは、一般的にボトムヒート型とトップヒート型との２種類に大別される。
【０００３】
ボトムヒート型のヒートパイプでは、熱交換媒体が、パイプの下端部で外部から熱を吸収することにより気化してパイプ内を上昇する。パイプ内を上昇した熱交換媒体は、パイプの上端部で外部へ放熱することにより液化し、自由落下によりパイプの下端部に戻るような構造を有している。このように、ボトムヒート型のヒートパイプでは、パイプの下端部を加熱部としパイプの上端部を放熱部とし、鉛直方向を基準として下から上へ熱を伝えるように動作する。
【０００４】
一方、トップヒート型のヒートパイプでは、上端部を加熱部とし、下端部を放熱部として、鉛直方向を基準に上から下へ熱を伝えるように熱交換媒体が循環する。トップヒート型のヒートパイプには、例えば、ウィックによる毛細管力や浸透膜による浸透圧力を利用して液化した熱交換媒体を下から上へ還流させるものがある。このような従来のトップヒート型ヒートパイプでは、高さ１ｍ程度を上限として熱交換媒体を上昇することができる。また、特許文献１には、サーモサイホンのパイプの下部に配置される水槽の冷却水を用いてタービンを回転することにより、下部から上部へ液体の作動液を連続的に強制還流させて、トップヒート型として使用するサーモサイフォンが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２８６７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来のヒートパイプには、下から上へ熱輸送を行うボトムヒート式と、上から下へ熱輸送を行うトップヒート式とがある。しかしながら、従来のヒートパイプは、それぞれの種類で熱交換媒体の循環方向が一方向に固定されているため、熱輸送の方向が予め一方の方向に限定されている。例えば、ヒートパイプは、外部と熱交換を行う２つの熱交換部のうち、第１熱交換部を高温側とし、第２熱交換部を低温側として、第１熱交換部から第２熱交換部へ熱輸送を行うように設計して所定の位置に固定した場合に、第１熱交換部が低温側となり第２熱交換部が高温側となる条件下において、第２熱交換部から第１熱交換部へ熱輸送を行うことができない。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、双方向に熱輸送を行うヒートパイプ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】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明は、真空状態の密閉容器内に熱交換媒体を封入し、この熱交換媒体の状態を液相と気相とに変化させて熱輸送を行うヒートパイプであって、上記密閉容器の上部に液相の上記熱交換媒体を溜める第１熱交換部と、上記第１熱交換部に対して鉛直方向の下部に位置し、液相の上記熱交換媒体を溜める第２熱交換部と、上記第１熱交換部と上記第２熱交換部とを連結し、気相の上記熱交換媒体を双方向に循環させる熱交換媒体循環路と、上記第１熱交換部と上記第２熱交換部とを連結し、上記第２熱交換部に溜まった液相の上記熱交換媒体を上記第１熱交換媒体に供給する熱交換媒体供給手段を設けた液相熱交換媒体供給路とを備え、上記熱交換媒体が、上記第１熱交換部を高温側とし上記第２熱交換部を低温側とした状態において、上記第１熱交換部で気化して上記第２熱交換部へ移動して液化することにより上記第１熱交換部から上記第２熱交換部への熱輸送を行うとともに、上記熱交換媒体供給手段により上記第２熱交換部から上記液相熱交換媒体供給路を介して上記第１熱交換部へと供給され、上記第１熱交換部を低温側とし上記第２熱交換部を高温側とした状態において、上記第２熱交換部で気化して上記第１熱交換部へ移動して液化することにより上記第２熱交換部から上記第１熱交換部への熱輸送を行って上記第１熱交換部に溜められるとともに、液相の状態でこの第１熱交換部から上記第２熱交換部へ落下することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るヒートパイプは、第１熱交換部から第２熱交換部へ熱輸送を行うために第１熱交換部から第２の熱交換部へ移動した液相の熱交換媒体を、熱交換媒体供給手段により第１熱交換部へ供給する。また、このヒートパイプは、第２熱交換部から第１熱交換部へ熱輸送を行うために第２熱交換部から第１熱交換部へ移動した液相の熱交換媒体が、第１熱交換部から第２熱交換部へ落下する。このようにして、このヒートパイプは、熱交換媒体を循環させるので、第１熱交換部と第２熱交換部との間で双方向に熱輸送を行うことができる。よって、本発明では、単純な構造の密閉容器からなるヒートパイプを用いて、双方向に熱輸送を行うことができる。
【００１０】
また、このヒートパイプは、毛細管力や浸透圧力により高さ１ｍ程度を上限として熱交換媒体を上昇させる従来のトップヒート型ヒートパイプと比べて、熱交換媒体供給手段がより高く熱交換媒体を上昇させることができる。すなわち、本発明では、熱交換部間の高低差が大きくても、単純な構造の密閉容器により双方向に熱輸送を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
第１の実施形態のヒートパイプ１０は、図１に示すように、第１熱交換部を構成する上タンク１１と、第２熱交換部を構成する下タンク１２と、熱交換媒体循環路を構成するメインパイプ１３と、液相熱交換媒体供給路を構成するサブパイプ１４と、熱交換媒体供給手段を構成する熱源１５とから形成される密閉構造の容器を真空状態にして、熱交換媒体を封入させたものである。ヒートパイプ１０を構成する密閉容器の中には、ほぼ熱交換媒体のみで満たされる。
【００１３】
ヒートパイプ１０は、熱伝導性が高い材質からなる密閉容器である。ヒートパイプ１０は、熱伝導性の高い材質からなる密閉容器の具体例として、例えば銅、鉄、ステンレスなどの金属によって製造される。ヒートパイプは、金属製の密閉容器とすることで、機械的強度が高く、加工し易いという利点がある。
【００１４】
また、ヒートパイプ１０に封入される熱交換媒体は、液相と気相とに変化が可能な物質である。具体的に、ヒートパイプ１０に封入される熱交換媒体は、水、アンモニア、アルコール、ふっ化化合物（例えば、Ｒ１３４ａ。）などの比較的熱交換効率の高い物質が用いられる。
【００１５】
なお、ヒートパイプ１０を構成する密閉容器の材質、及び、この密閉容器に封入される熱交換媒体は、それぞれ上述した機能を果たすものであれば、具体例として挙げたものに限らず、いかなるものを用いるようにしても良い。
【００１６】
上タンク１１は、ヒートパイプの上部において、液相の熱交換媒体を溜めるタンクである。ヒートパイプ１０は、上タンク１１が液相の熱交換媒体を溜める機能を果たすために、例えば次に示されるような構造を有する。
【００１７】
ヒートパイプ１０は、メインパイプ１３及びサブパイプ１４の上部が上タンク１１の底部から内部へ突出して連結される。すなわち、ヒートパイプ１０では、メインパイプ１３及びサブパイプ１４のそれぞれの上端の開口部１３ａ、１４ａが、上タンク１１の内部に設けられる。ヒートパイプ１０は、上タンク１１の内部にメインパイプ１３の開口部１３ａとサブパイプ１４の開口部１４ａが配置されるので、上タンク１１内に熱交換媒体を溜める液溜まり１１ａが形成される。このようにして、ヒートパイプ１０は、単純な構造で上タンク１１内に液相の熱交換媒体を溜める機能を果たすことができる。
【００１８】
なお、ヒートパイプは、上タンクが液相の熱交換媒体を溜める機能を果たす構造を有していれば、上述した構造に限定されず、いかなる構造を有するものを用いるようにしても良い。
【００１９】
下タンク１２は、上タンク１１の垂直方向の下部に位置し、メインパイプ１３と一体形成されている。また、下タンク１２は、その下端部の側面で、サブパイプ１４と連結されている。なお、下タンク１２は、メインパイプ１３と一体形成されている構造に限定されず、例えば、下タンク１２の上部に開口部を設け、この開口部でメインパイプ１３と連結するような構造にしても良い。
【００２０】
メインパイプ１３及びサブパイプ１４は、例えば、変形可能な蛇腹管が用いられ、メインパイプ１３及びサブパイプ１４を撓ませてヒートパイプ１０を運びやすい形状に変形することができる。
【００２１】
熱源１５では、例えば、サブパイプ１４の下端部に設けられており、サブパイプ１４内にある液相の熱交換媒体を加熱して沸騰させる。そして、サブパイプ１４では、沸騰した熱交換媒体から気泡が生成し、この気泡が上昇するのに伴って、液相の熱交換媒体が上昇する。サブパイプ１４内を上昇した液相の熱交換媒体は、上タンク１１に設けられた開口部から溢れだして液溜まり１１ａに供給される。このようにして、熱源１５は、サブパイプ１４内にある液相の熱交換媒体を加熱し、サブパイプ１４内において液相の熱交換媒体を上昇させて上タンク１１の液溜まり１１ａに供給する。このようにヒートパイプ１０は、熱源１５の加熱によって、毛細管力や浸透圧力により高さ１ｍ程度を上限として熱交換媒体を上昇させる従来のトップヒート型ヒートパイプと比べて、より高く熱交換媒体を上昇させることができる。
【００２２】
次に、ヒートパイプ１０に封入された熱交換媒体を循環させることによって行われる熱輸送について説明する。
【００２３】
図２は、上タンク１１が高温側となり、下タンク１２が低温側となる条件下で設置された場合のヒートパイプ１０の動作を示した図である。ヒートパイプ１０は、高温側の上タンク１１で熱交換媒体が外部から熱を吸収し、低温側の下タンク１２で熱交換媒体が外部へ熱を放出することにより上タンク１１から下タンク１２へ熱を伝える。
【００２４】
ヒートパイプ１０では、図２（Ａ）に示すように、上タンク１１の液溜まり１１ａに溜まっている熱交換媒体が外部から熱を吸収して、液溜まり１１ａに溜まった熱交換媒体の温度が上昇する。
【００２５】
続いて、ヒートパイプ１０では、液溜まり１１ａに溜められた熱交換媒体の温度が上昇すると熱交換媒体が気化して、図２（Ｂ）に示すように、気相の熱交換媒体がメインパイプ１３を介して下タンク１２へ移動する。
【００２６】
すなわち、ヒートパイプ１０では、その密閉容器内にほぼ熱交換媒体のみで満たされているので、熱交換部間で温度差が生じると、この温度差に伴って圧力差が生じ、液溜まり１１ａに溜まった熱交換媒体が気化する。
【００２７】
下タンク１２に移動した気相の熱交換媒体は、高温側の上タンク１１で外部から吸収した熱を、低温側の下タンク１２で外部へ放出する。そして、熱を外部へ放出した気相の熱交換媒体は、その温度が低下することで液化して下タンク１２に溜まる。
【００２８】
その後、ヒートパイプ１０では、図２（Ｃ）に示すように、液溜まり１１ａに溜められた熱交換媒体が全て気化し、封入されている熱交換媒体の大部分が液相の状態で下タンク１２に溜まった状態になると、サブパイプ１４内における熱交換媒体の水位が、熱源１５の設置位置よりも高くなる。そして、熱源１５は、サブパイプ１４の下端部に溜まった液相の熱交換媒体を加熱して沸騰させる。
【００２９】
ヒートパイプ１０では、液溜まり１１ａに熱交換媒体が常に溜められた状態を保つように、熱源１５の動作を制御することを要する。具体的に熱源１５の動作を制御する方法を次に示す。
【００３０】
例えば、ヒートパイプ１０では、液溜まり１１ａにおいて液相の熱交換媒体の液量が少なくなると上タンク１１内の圧力が高まる。ヒートパイプ１０は、この圧力変化を検出し、この検出結果に応じて、次に示すように熱源１５の動作制御を行う。すなわち、ヒートパイプ１０は、圧力センサを上タンク１１に設けて圧力値を検出し、この検出結果に基づく上タンク１１内の圧力上昇に応じて、熱源１５の動作を制御する。
【００３１】
また、ヒートパイプ１０は、上述した圧力センサを用いる場合に限らず、例えば、液溜まり１１ａに熱交換媒体の水位を計測するためのセンサを設けて、液溜まり１１ａに溜まった熱交換媒体の水位を検出し、この検出結果に基づく水位の低下に応じて、熱源１５を制御するようにしてもよい。また、ヒートパイプ１０では、下タンク１２に溜まった熱交換媒体の水位を計測して、この計測結果に応じて、上タンク１１の液溜まり１１ａにおける熱交換媒体の液量の変化を判断して、熱源１５を制御するようにしても良い。
【００３２】
さらに、ヒートパイプ１０は、上述したセンサを用いなくても、一定の周期で熱源１５を動作させて、周期的に熱交換媒体を液溜まり１１ａに供給させることによって、液溜まり１１ａに熱交換媒体が常に溜められた状態を保つようすることができる。
【００３３】
なお、熱源１５の動作は上述した具体例に限らず、液溜まり１１ａに熱交換媒体が常に溜められた状態を保つように制御すれば、いかなる手段を用いるようにしても良い。
【００３４】
熱源１５で加熱された熱交換媒体は、図２（Ｄ）に示すように、気泡状になってサブパイプ１４内を上昇する。サブパイプ１４内では、気泡状の熱交換媒体が上昇するのに伴って、液相の熱交換媒体が上昇して上端の開口部から溢れて、液相の熱交換媒体が上タンク１１の液溜まり１１ａへ供給される。
【００３５】
なお、ヒートパイプ１０では、上タンク１１の液溜まり１１ａへ熱交換媒体を供給する手段として、上述した熱源１５に限定されず、例えば、サブパイプ１４内部にポンプを取り付けて、このポンプが、液相の熱交換媒体に圧力をかけて液溜まり１１ａへ上昇させるようにしても良い。
【００３６】
その後、ヒートパイプ１０では、図２（Ｂ）に示した状態に戻って、図２（Ｂ）から図２（Ｄ）に示した状態になるように熱交換媒体が循環する。
【００３７】
このようして、ヒートパイプ１０では、上タンク１１から下タンク１２へ熱を伝えるために上タンク１１から下タンク１２へ移動した液相の熱交換媒体が、熱源１５で加熱されることにより、サブパイプ１４内を上昇して上タンク１１の液溜まり１１ａへ供給される。
【００３８】
一方、図３は、上タンク１１が低温側となり、下タンク１２が高温側となる条件下で設置された場合のヒートパイプ１０内で行われる熱輸送を示した図である。ヒートパイプ１０は、高温側の下タンク１２において熱交換媒体が外部から熱を吸収し、低温側の上タンク１１において、熱交換媒体が外部へ熱を放出することにより下タンク１２から上タンク１１へ熱を伝える。
【００３９】
ヒートパイプ１０では、図３（Ａ）に示すように、下タンク１２に溜まった液相の熱交換媒体が外部から熱を吸収してその温度が上昇する。
【００４０】
続いて、図３（Ｂ）に示すように、ヒートパイプ１０では、下タンク１２に溜められた熱交換媒体の温度が上昇すると熱交換媒体が気化して、メインパイプ１３又はサブパイプ１４を介して、液相から気相に変化した熱交換媒体が上タンク１１へ移動する。
【００４１】
その後、ヒートパイプ１０では、図３（Ｃ）に示すように、上タンク１１へ移動した気相の熱交換媒体が外部へ熱を放出する。そして、外部へ熱を放出した気相の熱交換媒体は、その温度が低下して上タンク１１の内壁面で結露する。上タンク１１の内壁面で結露した液相の熱交換媒体は、メインパイプ１３又はサブパイプ１４を介して下タンク１２へ自由落下するか、一旦液溜まり１１ａに溜められた後に液溜まり１１ａから溢れだしメインパイプ１３又はサブパイプ１４を介して下タンク１２へ流れ込む。なお、図３では、便宜上、熱交換媒体が主としてメインパイプ１３を介して、熱交換部間を循環する動作を示している。
【００４２】
その後、ヒートパイプ１０では、図３（Ａ）に示した状態に戻って、図３（Ａ）から図３（Ｃ）に示した状態となるように熱交換媒体が循環する。
【００４３】
このようにして、ヒートパイプ１０では、気相の熱交換媒体がメインパイプ１３を介して下タンク１２から上タンク１１へ移動することによって、下タンク１２から上タンク１１へ熱を伝える。
【００４４】
このように、ヒートパイプ１０では、下タンク１２から上タンク１１へ熱を伝える場合に、下タンク１２から上タンク１１の液溜まり１１ａへ移動した液相の熱交換媒体が、液溜まり１１ａから溢れることで下タンク１２に落下するので、上タンク１１と下タンク１２との間で熱交換媒体を循環させることができる。このように、ヒートパイプ１０は、単純な構造の密閉容器からなり、上タンク１１と下タンク１２との間で双方向に熱輸送を行うことができる。また、ヒートパイプ１０は、熱源１５が熱交換媒体を加熱して下タンク１２から上タンク１１へ上昇させるので、毛細管力や浸透圧力により高さ１ｍ程度を上限として熱交換媒体を上昇させる従来のトップヒート型ヒートパイプと比べて、より高い位置まで熱交換媒体を上昇させることができる。すなわち、ヒートパイプ１０は、この熱交換部間の高低差が大きくても単純な構造で双方向の熱輸送を行うことができる。
【００４５】
なお、ヒートパイプ１０は、液溜まり１１ａから溢れだした液相の熱交換媒体が自由落下により下タンク１２へ移動すればよいので、必ずしも上タンク１１の垂直下方向に下タンク１２が位置する場合に限らず、少なくとも上タンク１１が鉛直方向の下部に下タンク１２が位置するように配置されればよい。
【００４６】
次に、第１の実施形態に係るヒートパイプ１０と同様に、双方向で熱輸送を行う第２の実施形態のヒートパイプ２０の構造を図４に示す。
【００４７】
ヒートパイプ２０は、図４に示すように、第１熱交換部を構成する上タンク２１と、第２熱交換部を構成する下タンク２２と、熱交換媒体循環路を構成するメインパイプ２３と、液相熱交換媒体供給路を構成するサブパイプ２４と、熱交換媒体供給手段を構成する熱源２５とから形成された密閉構造の容器である。
【００４８】
上タンク２１は、上述したように、ヒートパイプ２０の上部において、液相の熱交換媒体を溜めるタンクであって、本実施の形態では次に示すような構造を有する。
【００４９】
すなわち、上タンク２１には、メインパイプ２３とサブパイプ２４とがそれぞれ接続されている。また、ヒートパイプ２０では、メインパイプ２３及びサブパイプ２４の上部がそれぞれ上タンク２１の下部から内部へ突出して連結されているので、メインパイプ２３及びサブパイプ２４のそれぞれの上端の開口部２３ａ、２４ａが上タンク２１の内部に設けられている。上タンク２１では、例えば、図４に示すように、上タンク２１の底部を基準としたサブパイプ２４の開口部２４ａの位置をメインパイプ２３の開口部２３ａの位置よりも高くすることにより、上タンク２１の底面から開口部２３ａの高さまで液溜まり２１ａが形成される。よって、上タンク２１では、単純な構造で液相の熱交換媒体を溜める液溜まり２１ａを形成することができる。
【００５０】
なお、ヒートパイプは、上タンクが液相の熱交換媒体を溜める機能を果たす構造を有していれば、上述した構造に限定されず、いかなる構造を有するものを用いるようにしても良い。
【００５１】
下タンク２２は、メインパイプ２３と一体形成されている。また、メインパイプ２３は、その内部にサブパイプ２４が設けられており、このサブパイプ２４を支持するスペーサー２６が上下に亘って複数箇所に設けられている。また、サブパイプ２４は、下タンク２２の底部に開口部２４ｂを形成している。また、サブパイプ２４の下部には、熱源２５が設けられている。
【００５２】
熱源２５は、サブパイプ２４がメインパイプ２３の内部に設けられることでサブパイプ２４がメインパイプ２３よりも細いため、より少ない加熱量で熱交換媒体を沸騰させることができる。
【００５３】
なお、第２の実施形態に係るヒートパイプ２０では、第１の実施形態に係るヒートパイプ１０と構造が異なるが、熱輸送を行う際の熱交換媒体の循環動作が同様なので、その説明を省略する。
【００５４】
次に、上述した実施形態に係るヒートパイプを用いた具体的な用途として、集中式冷暖房システム３０への適用例について以下説明する。
【００５５】
図５は、一端部が地中に、他端部が地上に位置するようにヒートパイプ４０を設置し、このヒートパイプ４０が季節を通じて略一定に保たれた地中の熱を地上へ伝え、この熱を、季節に応じて冷房及び暖房に切り換えられる集中式冷暖房システム３０に利用する適用例を示した図である。
【００５６】
集中式冷暖房システム３０は、図５に示すように、例えば、住宅３１の床下部３２に冷暖房機器３３を設け、この冷暖房機器３３を用いて冷風及び温風を各部屋３４（例えば、和室３４ａ、ＬＤＫ３４ｂ、洋室３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ。）へ供給するものである。また、床下部３２には、通気口３５が設けられている。
【００５７】
冷暖房機器３３の吸気口は、床下部３２内に設けられた熱交換フィン３６と連結されている。冷暖房機器３３は、通気口３５から床下部３２の内部へ流れ込む外気を熱交換フィン３６を介して取り込んで、取り込んだ外気を冷風化・温風化して、各部屋３４へ供給する。また、冷暖房機器３３の室外機３７は、床下部３２の外部に設けられている。
【００５８】
このような、集中式冷暖房システム３０に対して、本適用例では、冷暖房機器３３に双方向の熱輸送を可能とするヒートパイプ４０の上タンク４１を床下部３２に設置するとともに、ヒートパイプ４０の上タンク４１以外の部分を地中に設置する。
【００５９】
ヒートパイプ４０は、地上に設置された上タンク４１と地中に設置された下タンク４２との間で熱輸送を行い、上タンク４１が地中から伝導された熱と床下部３２内の外気と熱交換を行う。そして、ヒートパイプ４０では、上タンク４１と熱交換フィン３６との間で熱交換が行われた外気を、冷暖房機器３３に供給する。
【００６０】
なお、本適用例に係るヒートパイプ４０は、その構造が上述した第１の実施形態のヒートパイプ１０と同様の構造であり、上タンク４１及び下タンク４２が、それぞれメインパイプとサブパイプとに接続されている。ヒートパイプ４０の構造は、第２の実施形態のヒートパイプ２０でもよい。
【００６１】
また、集中式冷暖房システム３０では、熱交換された外気を効率よく冷暖房機器３３へ供給するため、熱交換フィン３６と上タンク４１とが接続されている。具体的には、上タンク４１の外周壁と熱交換フィン３６の熱交換部材とを密着させて、上タンク４１で地中との間で熱輸送をされた熱を、熱交換フィン３６へ伝導する。このようにして、集中式冷暖房システム３０では、通気口３５から熱交換フィン３６へ流れ込んだ外気を、熱交換フィン３６を介して上タンク４１との間で熱交換されて、冷暖房機器３３へ供給する。
【００６２】
また、ヒートパイプ４０では、下タンク４２が地中で熱交換を行うが、特に、下タンク４２を地下水脈が存在する深さに設置することで効率よく熱交換を行うことができる。
【００６３】
次に、集中式冷暖房システム３０において、冷暖房機器３３とヒートパイプ４０との間で行う熱交換について図６を参照して説明する。
【００６４】
図６（Ａ）は、集中式冷暖房システム３０を暖房として用いる場合の、冷暖房機器３３とヒートパイプ４０との間で行う熱交換について示した図である。
【００６５】
ヒートパイプ４０では、冷暖房機器３３の暖房を補助するために、下タンク４２が地中から吸収した熱を上タンク４１へ熱を伝えて、上タンク４１を暖める。なお、本適用例では、地上の気温を３℃とし、下タンク４２が埋設された地下の温度を１５℃とし、各部屋３４の室温が２０℃程度となるように集中式冷暖房システム３０を動作させる。
【００６６】
ヒートパイプ４０において、上述した熱交換媒体の循環により下タンク４２から上タンク４１へ熱を伝えて、例えば、上タンク４１の温度が１５℃程度まで暖められたとすると、通気口３５から流れ込んだ外気（気温３℃）は、熱交換フィン３６介して上タンク４１と熱交換され、少なくとも地上の温度３℃よりも高温で冷暖房機器３３に供給される。したがって、集中式冷暖房システム３０では、ヒートパイプ４０によって熱輸送をされた熱で外気を暖めてから冷暖房機器３３に供給するので、外気を直接冷暖房機器３３に供給するのに比べて、冷暖房機器３３を稼働させるのに必要なコストを抑えることができる。
【００６７】
一方、図６（Ｂ）は、集中式冷暖房システム３０を冷房として用いる場合の、冷暖房機器３３とヒートパイプ４０との間での熱交換について示した図である。
【００６８】
ヒートパイプ４０では、冷暖房機器３３の冷房を補助するために、熱交換媒体が、上タンク４１で外気から熱を吸収して下タンク４２で放熱する。なお、本適用例では、地上の気温が３２℃とし、下タンク４２が設置された地下の温度が１５℃とし、各部屋３４の室温が２８℃程度になるように集中式冷暖房システム３０を動作させる。
【００６９】
具体的には、上述した熱交換媒体の循環により上タンク４１から下タンク４２へ熱が伝えられて、例えば上タンク４１の温度が１５℃程度まで冷やされたとすると、外気（気温３℃）は、熱交換フィン３６を介して上タンク４１と熱交換され、少なくとも３２℃よりも低温で冷暖房機器３３に供給されることとなる。
【００７０】
具体的に、集中式冷暖房システム３０では、ヒートパイプ４０内の熱交換媒体が、上タンク４１で外気から熱を吸収する。そして、集中式冷暖房システム３０では、上タンク４１によって熱が吸収されて冷やされた外気が冷暖房機器３３に供給されるので、上タンク４１によって熱を吸収せずに外気を冷暖房機器３３に直接供給するのに比べて、冷暖房機器３３の負荷を軽減してコストを抑えることができる。
【００７１】
なお、本実施例に係る集中式冷暖房システム３０では、１つのヒートパイプ４０を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、複数のヒートパイプ４０を用いるようにしても良い。すなわち、複数のヒートパイプ４０を地中に埋設し、冷暖房機器３３に取り込まれる外気が、これらのヒートパイプ４０の上タンク４１との間で熱交換を行うことにより、冷暖房機器３３の負荷をより軽減して冷暖房機器３３を稼働させるのに必要なコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】第１の実施形態に係るヒートパイプの構造を示す斜視図である。
【図２】上タンクが高温側、下タンクが低温側となるような条件下で設置された場合のヒートパイプの動作を示した図である。
【図３】上タンクが低温側、下タンクが高温側となる条件下で設置された場合のヒートパイプの動作を示した図である。
【図４】第２の実施形態に係るヒートパイプの構造を示す斜視図である。
【図５】集中式冷暖房システムの構成を示す模式図である。
【図６】ヒートパイプと冷暖房機器との間で行う熱交換を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０、２０、４０  ヒートパイプ、１１、２１、４１  上タンク、１１ａ、２１ａ  液溜まり、１２、２２、４２  下タンク、１３、２３  メインパイプ、１４、２４  サブパイプ、１３ａ、２３ａ、１４ａ、２４ａ、２４ｂ  開口部、１５、２５  熱源、２６  スペーサ、３０  集中式冷暖房システム、３１  住宅、３２  床下部、３３  冷暖房機器、３４  部屋、３５  通気口、３６  熱交換フィン、３７  室外機
【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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【図６】
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