(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温部と低温部との間に並列に延在する複数の流路部を備える流路と、該流路内にほぼ満たされた状態で封入される液体と、該液体を流路内で流路部の延在方向に沿って往き来するように振動させる加振手段とを備え、前記流路の隣合う流路部内の液体同士が壁を隔てて隣接して配置されるとともに、前記加振手段による振動が隣接する流路部内の液体同士で逆位相となるように該流路部内の液体を振動させた状態で、隣接する流路部内の液体同士が壁を介して熱交換を行う熱伝導部材と、
各種センサ・機器等の装置に接続されて信号を出力する信号出力手段と、
該信号出力手段から出力された信号に基づいて、前記加振手段により液体に加えられる振動の開始及び停止と、振動の振幅と、振動の振動数とのうちの少なくとも一つを制御するとともに、前記加振手段の作動及び停止を制御する制御手段と、を備える熱伝導装置を用いたボイラであって、
缶水を有する缶体と、
前記缶水を加熱する加熱部と、
該加熱部からの熱を缶水に伝える熱交換部と、
前記加熱部からの排気を放出する排気系と、
前記缶水の温度を計測するセンサを備えるとともに計測された温度を示す信号を出力する前記信号出力手段となる温度計測手段と、を備え、
前記熱伝導部材は、前記排気系から前記缶水に熱を伝導し、
前記制御手段は、前記缶水の温度が所定の温度付近に達するまでは、前記熱伝導部材が高い熱伝導率で前記排気系の熱を前記缶水に伝導するように前記加振手段を制御し、前記缶水の温度が所定の温度付近に達した場合には、前記熱伝導部材の熱伝導率が前記缶水の温度がほぼ所定の温度を維持するものとなるように前記加振手段を制御することを特徴とするボイラ。
【請求項２】
高温部と低温部との間に並列に延在する複数の流路部を備える流路と、該流路内にほぼ満たされた状態で封入される液体と、該液体を流路内で流路部の延在方向に沿って往き来するように振動させる加振手段とを備え、前記流路の隣合う流路部内の液体同士が壁を隔てて隣接して配置されるとともに、前記加振手段による振動が隣接する流路部内の液体同士で逆位相となるように該流路部内の液体を振動させた状態で、隣接する流路部内の液体同士が壁を介して熱交換を行う熱伝導部材と、
各種センサ・機器等の装置に接続されて信号を出力する信号出力手段と、
該信号出力手段から出力された信号に基づいて、前記加振手段により液体に加えられる振動の開始及び停止と、振動の振幅と、振動の振動数とのうちの少なくとも一つを制御するとともに、前記加振手段の作動及び停止を制御する制御手段と、を備える熱伝導装置を用いたボイラであって、
缶水を有する缶体と、
前記缶水を加熱する加熱部と、
該加熱部からの熱を缶水に伝える熱交換部と、
前記加熱部からの排気を放出する排気系と、
該排気系から放出される熱を蓄熱する蓄熱部と、
該蓄熱部の温度を計測するセンサを備えるとともに計測された温度を示す信号を出力する前記信号出力手段となる温度計測手段と、を備え、
前記熱伝導部材は、前記排気系から前記蓄熱部に熱を伝導し、
前記制御手段は、前記蓄熱部の温度が所定の温度付近に達するまでは、前記熱伝導部材が高い熱伝導率で前記排気系の熱を前記蓄熱部に伝導するように前記加振手段を制御し、前記蓄熱部の温度が所定の温度付近に達した場合には、前記熱伝導部材の熱伝導率が前記蓄熱部の温度がほぼ所定の温度を維持するものとなるように前記加振手段を制御することを特徴とするボイラ。
【請求項３】
請求項１または２記載のボイラにおいて、
前記信号出力手段として、加熱部による缶水の加熱の開始・停止に際し、加熱の開始・停止を示す信号を出力する加熱信号出力手段を備え、前記制御手段が前記加熱部の開始・停止に連動して加振手段の振動の開始・停止を制御することを特徴とするボイラ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のボイラにおいて、
前記缶水を用いて給湯・暖房用等に使用される温水を発生させるための回路、該回路の給水側配管及び該給水側配管に接続されて前記回路に給水する給水手段と、
該給水手段に接続されて給水の開始・停止を示す信号を出力する前記信号出力手段としての給水信号出力手段と、を備え、
前記熱伝導部材は、前記排気系から前記給水側配管に熱を伝導し、
前記制御手段は、前記給水手段の給水の開始・停止に連動して前記加振手段の振動の開始・停止を制御することを特徴とするボイラ。
【請求項５】
高温部と低温部との間に並列に延在する複数の流路部を備える流路と、該流路内にほぼ満たされた状態で封入される液体と、該液体を流路内で流路部の延在方向に沿って往き来するように振動させる加振手段とを備え、前記流路の隣合う流路部内の液体同士が壁を隔てて隣接して配置されるとともに、前記加振手段による振動が隣接する流路部内の液体同士で逆位相となるように該流路部内の液体を振動させた状態で、隣接する流路部内の液体同士が壁を介して熱交換を行う熱伝導部材と、
各種センサ・機器等の装置に接続されて信号を出力する信号出力手段と、
該信号出力手段から出力された信号に基づいて、前記加振手段により液体に加えられる振動の開始及び停止と、振動の振幅と、振動の振動数とのうちの少なくとも一つを制御するとともに、前記加振手段の作動及び停止を制御する制御手段と、を備える熱伝導装置を用いた発電装置であって、
ガスタービンと、
該ガスタービンの回転により発電を行う発電部と、
前記ガスタービンの排気を放出する排気系と、
該排気系から放出される熱を蓄熱する蓄熱部と、
該蓄熱部の温度を計測するセンサを備えるとともに計測された温度を示す信号を出力する前記信号出力手段となる温度計測手段と、を備え、
前記熱伝導部材は、前記排気系から前記蓄熱部に熱を伝導し、
前記制御手段は、前記蓄熱部の温度が所定の温度付近に達するまでは、前記熱伝導部材が高い熱伝導率で前記排気系の熱を前記蓄熱部に伝導するように前記加振手段を制御し、前記蓄熱部の温度が所定の温度付近に達した場合には、前記熱伝導部材の熱伝導率が前記蓄熱部の温度がほぼ所定の温度を維持するものとなるように前記加振手段を制御することを特徴とする発電装置。
【請求項６】
請求項５記載の発電装置において、
前記信号出力手段として、前記ガスタービンの作動の開始・停止に際し、作動の開始・停止を示す信号を出力する作動信号出力手段を備え、前記制御手段が前記ガスタービンの作動の開始・停止に連動して前記加振手段の振動の開始・停止を制御することを特徴とする発電装置。
【請求項７】
高温部と低温部との間に並列に延在する複数の流路部を備える流路と、該流路内にほぼ満たされた状態で封入される液体と、該液体を流路内で流路部の延在方向に沿って往き来するように振動させる加振手段とを備え、前記流路の隣合う流路部内の液体同士が壁を隔てて隣接して配置されるとともに、前記加振手段による振動が隣接する流路部内の液体同士で逆位相となるように該流路部内の液体を振動させた状態で、隣接する流路部内の液体同士が壁を介して熱交換を行う熱伝導部材と、
各種センサ・機器等の装置に接続されて信号を出力する信号出力手段と、
該信号出力手段から出力された信号に基づいて、前記加振手段により液体に加えられる振動の開始及び停止と、振動の振幅と、振動の振動数とのうちの少なくとも一つを制御するとともに、前記加振手段の作動及び停止を制御する制御手段と、を備える熱伝導装置を用いた発電装置であって、
ガスタービンと、
該ガスタービンの回転により発電を行う発電部と、
前記ガスタービンの排気を放出する排気系と、
前記排気系の余熱を用いて給湯・暖房用等に使用される温水を発生させるための回路、該回路の給水側配管及び該給水側配管に接続されて前記回路に給水する給水手段と、
該給水手段に接続されて給水の開始・停止を示す信号を出力する前記信号出力手段としての給水信号出力手段と、を備え、
前記熱伝導部材は、前記排気系から前記給水側配管に熱を伝導し、
前記制御手段は、前記給水手段の給水の開始・停止に連動して前記加振手段の振動の開始・停止を制御することを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
高温部と低温部との間に並列に延在する複数の流路部を備える流路と、該流路内にほぼ満たされた状態で封入される液体と、該液体を流路内で流路部の延在方向に沿って往き来するように振動させる加振手段とを備え、前記流路の隣合う流路部内の液体同士が壁を隔てて隣接して配置されるとともに、前記加振手段による振動が隣接する流路部内の液体同士で逆位相となるように該流路部内の液体を振動させた状態で、隣接する流路部内の液体同士が壁を介して熱交換を行うことにより熱伝導率を高めることが可能な熱伝導部材を用いたボイラ及び発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、図８に示すような、工場等における給湯及び暖房のために、湯を貯蔵しておく缶体１３を備え、かつ、排気熱を回収するための排熱回収熱交換器１を備えたボイラ１０がある。該ボイラ１０は、該ボイラ１０の主動力としてバーナ１１（加熱部）を備え、該バーナ１１の燃焼による排気ガスが通る熱交換部１２（熱交換部）が缶水を貯蔵している缶体１３内に設けられ、該缶体１３内の缶水を加熱している。また、該熱交換部１２及び排熱回収熱交換器１を通過後の該排気ガスを外部へ排出させるための煙道１４（排気系）と、前記缶体１３内の缶水を該缶体１３内部や排熱回収熱交換器１へ循環させるためのポンプ１５、配管１６と、ボイラ１０の熱エネルギーを外部に供給する外部熱交換部１７を備えている。
通常は、ボイラ１０のバーナ１１によって生じる排気熱は、煙道１４を通ってそのまま外部に捨てられてしまうが、熱交換部１２の出口である煙道１４に排熱回収熱交換器１を設けることにより、この捨てられている排気熱の熱エネルギを該排熱回収熱交換器１を用いて缶水の加温を行わせ、再利用させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ボイラ１０では、該排熱回収熱交換器１を前記熱交換部１２の出口と煙道１４の間に設ける為にボイラのスペース（体積）が増え、また該排熱回収熱交換器１に缶水を循環させる為の配管を設け、さらに該排熱回収熱交換器１を通過する水の圧損が加わる為にポンプサイズやその動力に余計なコストがかかっていた。
また、熱伝導装置としては、例えば、二相の蒸発と凝縮との相変化によるヒートパイプ等が知られており、この熱伝導装置を用いて排気熱を缶水側に伝導することが考えられる。
しかし、ヒートパイプ等の相変化を利用した熱伝導装置は、主に、熱伝導率を上げるが、高温部の熱が制御されることなく一方的に低温部に搬送され、従って放熱等の目的でしか使用されていなかった。
【０００４】
すなわち、二相の蒸発と凝縮との相変化による熱伝導装置では流れる熱量を制御する機能がないため、受熱部で吸熱した熱を自動的に運び、そのまま放熱部で放熱するしかない。したがって、上述のボイラの排気熱の再利用に用いた場合に、従来の熱伝導装置では、排気熱の缶水への熱伝導を制御することはできず、熱の消費の負荷がない時は熱伝導装置の缶水への放熱部分で過熱する恐れもあった。さらに、ボイラが停止し、煙道１４の温度が缶水より下がった時の熱の逆流も制御できなかった。
一方、排気熱の熱量を貯蓄しておくための蓄熱槽を備えたボイラでは、従来の熱伝導装置が熱伝導率を適宜制御できないため、蓄熱槽から使用され、消費される熱とのバランスにおいて、該蓄熱槽内の熱媒体の温度を一定に保つことは難しかった。
しかし、実際の日常生活において、熱を利用する暖房や給湯では、絶対的な熱量も必要であるが、それよりも快適に利用できる温度レベルを常時保つことが重要であった。
【０００５】
また、従来の二相式のヒートパイプを用いて、例えば、ビル等の建築物の冷暖房システムを構築しようとした場合に、すなわち、室外機と室内機との間の熱輸送にヒートパイプを用いた場合に、室外機を屋上に設置すると以下のような問題が発生する。
すなわち、暖房時に、従来の二相式のヒートパイプを熱輸送に使用すると、放熱部が受熱部より下の位置となり、その間の距離が長くなると、ヒートパイプに封入された液体が蒸発しても下に降りない為、ヒートパイプの機能は極端に低下する。
本発明の課題は、熱輸送量の制御性が備えられ、液体一相の振動流型ヒートパイプを熱伝導部材として用いたボイラ及び発電装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のボイラは、図１から図３に示すように、
高温部と低温部との間に並列に延在する複数の流路部（２ｅ）を備える流路と、該流路内にほぼ満たされた状態で封入される液体（２ｃ）と、該液体を流路内で流路部の延在方向に沿って往き来するように振動させる加振手段（加振器２ｄ）とを備え、前記流路の隣合う流路部内の液体同士が壁（流路壁２ｂ）を隔てて隣接して配置されるとともに、前記加振手段による振動が隣接する流路部内の液体同士で逆位相となるように該流路部内の液体を振動させた状態で、隣接する流路部内の液体同士が壁を介して熱交換を行う熱伝導部材（対向振動流型ヒートパイプ２）と、
各種センサ・機器等の装置に接続されて信号を出力する信号出力手段（サーモセンサー６）と、
該信号出力手段から出力された信号に基づいて、前記加振手段により液体に加えられる振動の開始及び停止と、振動の振幅と、振動の振動数とのうちの少なくとも一つを制御するとともに、前記加振手段の作動及び停止を制御する制御手段（制御ボックス５）と、を備える熱伝導装置を用いたボイラ（１０）であって、
缶水を有する缶体（１３）と、
前記缶水を加熱する加熱部（バーナ１１）と、
該加熱部からの熱を缶水に伝える熱交換部（１２）と、
前記加熱部からの排気を放出する排気系（煙道１４）と、
前記缶水の温度を計測するセンサを備えるとともに計測された温度を示す信号を出力する前記信号出力手段となる温度計測手段と、を備え、
前記熱伝導部材は、前記排気系から前記缶水に熱を伝導し、
前記制御手段は、前記缶水の温度が所定の温度付近に達するまでは、前記熱伝導部材が高い熱伝導率で前記排気系の熱を前記缶水に伝導するように前記加振手段を制御し、前記缶水の温度が所定の温度付近に達した場合には、前記熱伝導部材の熱伝導率が前記缶水の温度がほぼ所定の温度を維持するものとなるように前記加振手段を制御することを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、例えば、前記信号出力手段を、温度を計測するセンサを備えるとともに計測された温度を示す信号を出力する温度計測手段とし、該温度計測手段が前記低温部に設けられた場合、温度計測手段は低温部の温度を感知して制御手段に信号を送り、該信号によって制御手段は、熱伝導部材内部の加振手段の振動の振幅及び振動数や、該加振手段の作動及び停止を制御することができる。また、該熱伝導部材は、該熱伝導部材内部の液体の振動が変化すれば、該熱伝導部材の熱伝導率も変化する機能を備えているので、前記高温部から前記低温部へ伝導する熱量、即ち、熱輸送量を前記低温部の温度によって、適宜制御することができる。
従って、前記熱伝導装置は、前記低温部の温度をほぼ一定に保つ制御を行うことができる。
また、前記温度計測手段が前記高温部に設けられた場合、該温度計測手段は該高温部の温度を感知して前記制御手段に信号を送り、該信号によって該制御手段は、前記熱伝導部材内部の前記加振手段の振動の振幅及び振動数のうちの少なくとも一つを制御するとともに、該加振手段の作動及び停止を制御することができる。この時、該高温部の温度がある所定の温度を越えると前記加振手段を停止させ、所定の温度以下であれば該加振手段を作動させるといった制御を行い、かつ、該所定の温度を前記熱伝導部材が熱伝導できる限界以下の温度近傍に設定しておけば、該熱伝導部材の寿命を長持ちさせることができる。また、該高温部の温度がある所定の温度を越えると前記加振手段を作動させ、所定の温度以下であれば該加振手段を停止させるといった制御を行い、かつ、該所定の温度を前記低温部の温度に設定しておけば、該低温部の温度が前記高温部の温度よりも、高くなることによって生じる該低温部から該高温部への熱輸送量の逆流現象を防ぐことができる。
なお、信号出力手段は、上述の温度計測手段に限定されるものではなく、例えば、高温部側の熱源のオンオフに対応して信号を出力するものや、本発明の熱伝導装置により熱が伝導されて温められる媒体の供給の開始と停止とに対応して信号を出力するものであってもよい。
【０００８】
また、上記構成によれば、前記缶水の温度が所定の温度以下の時は、前記熱交換部と高い熱伝導率になっている前記熱伝導部材とによって、該缶水は急速に加熱される。そして、該缶水の温度が所定の温度に達した時、該缶水に設置されている前記温度計測手段が該缶水の温度を感知して温度を示す信号を出力し、該信号が前記制御手段に入力される。該制御手段は、該熱伝導部材の熱伝導率を下げて、該缶水の温度をほぼ所定の温度に維持させるように、前記加振手段を適宜制御する。
以上のことから、前記排気系から前記缶水に熱を伝導する前記熱伝導部材により、該缶水の加熱を補助することができる。また、前記温度計測手段が該缶水の温度を感知して前記制御手段に温度を示す信号を送り、該信号によって該制御手段は、前記加振手段の振幅及び振動数を前記制御手段が制御することによって、該熱伝導部材の熱伝導率を制御し、該缶水の温度を一定に維持する制御を行うことができる。
なお、ここで言うボイラとは、熱源からの熱で缶体（容器）内の水を加熱して温水若しくは蒸気を発生させる装置を定義し、法規上の分類である「ボイラー」や商品名に使われている「温水機」、「給湯器」に限定されない。そこで、前記ボイラとしては、湯を溜めておく缶体として大気に開放した容器を用いたものや、圧力容器を用いたものや、真空容器を用いて容器内部を負圧に保ったものなどがあり、一般のボイラ、給湯器及び温水器に属するものは、どのようなものを用いても良い。
【０００９】
本発明の請求項２記載のボイラは、
高温部と低温部との間に並列に延在する複数の流路部（２ｅ）を備える流路と、該流路内にほぼ満たされた状態で封入される液体（２ｃ）と、該液体を流路内で流路部の延在方向に沿って往き来するように振動させる加振手段（加振器２ｄ）とを備え、前記流路の隣合う流路部内の液体同士が壁（流路壁２ｂ）を隔てて隣接して配置されるとともに、前記加振手段による振動が隣接する流路部内の液体同士で逆位相となるように該流路部内の液体を振動させた状態で、隣接する流路部内の液体同士が壁を介して熱交換を行う熱伝導部材（対向振動流型ヒートパイプ２）と、
各種センサ・機器等の装置に接続されて信号を出力する信号出力手段（サーモセンサー６）と、
該信号出力手段から出力された信号に基づいて、前記加振手段により液体に加えられる振動の開始及び停止と、振動の振幅と、振動の振動数とのうちの少なくとも一つを制御するとともに、前記加振手段の作動及び停止を制御する制御手段（制御ボックス５）と、を備える熱伝導装置を用いたボイラ（１０）であって、
缶水を有する缶体（１３）と、
前記缶水を加熱する加熱部（バーナー１１）と、
該加熱部からの熱を缶水に伝える熱交換部（１２）と、
前記加熱部からの排気を放出する排気系（煙道１４）と、
該排気系から放出される熱を蓄熱する蓄熱部（蓄熱槽２０）と、
該蓄熱部の温度を計測するセンサを備えるとともに計測された温度を示す信号を出力する前記信号出力手段となる温度計測手段と、を備え、
前記熱伝導部材は、前記排気系から前記蓄熱部に熱を伝導し、
前記制御手段は、前記蓄熱部の温度が所定の温度付近に達するまでは、前記熱伝導部材が高い熱伝導率で前記排気系の熱を前記蓄熱部に伝導するように前記加振手段を制御し、前記蓄熱部の温度が所定の温度付近に達した場合には、前記熱伝導部材の熱伝導率が前記蓄熱部の温度がほぼ所定の温度を維持するものとなるように前記加振手段を制御することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、例えば、前記信号出力手段を、温度を計測するセンサを備えるとともに計測された温度を示す信号を出力する温度計測手段とし、該温度計測手段が前記低温部に設けられた場合、温度計測手段は低温部の温度を感知して制御手段に信号を送り、該信号によって制御手段は、熱伝導部材内部の加振手段の振動の振幅及び振動数や、該加振手段の作動及び停止を制御することができる。また、該熱伝導部材は、該熱伝導部材内部の液体の振動が変化すれば、該熱伝導部材の熱伝導率も変化する機能を備えているので、前記高温部から前記低温部へ伝導する熱量、即ち、熱輸送量を前記低温部の温度によって、適宜制御することができる。
従って、前記熱伝導装置は、前記低温部の温度をほぼ一定に保つ制御を行うことができる。
また、前記温度計測手段が前記高温部に設けられた場合、該温度計測手段は該高温部の温度を感知して前記制御手段に信号を送り、該信号によって該制御手段は、前記熱伝導部材内部の前記加振手段の振動の振幅及び振動数のうちの少なくとも一つを制御するとともに、該加振手段の作動及び停止を制御することができる。この時、該高温部の温度がある所定の温度を越えると前記加振手段を停止させ、所定の温度以下であれば該加振手段を作動させるといった制御を行い、かつ、該所定の温度を前記熱伝導部材が熱伝導できる限界以下の温度近傍に設定しておけば、該熱伝導部材の寿命を長持ちさせることができる。また、該高温部の温度がある所定の温度を越えると前記加振手段を作動させ、所定の温度以下であれば該加振手段を停止させるといった制御を行い、かつ、該所定の温度を前記低温部の温度に設定しておけば、該低温部の温度が前記高温部の温度よりも、高くなることによって生じる該低温部から該高温部への熱輸送量の逆流現象を防ぐことができる。
なお、信号出力手段は、上述の温度計測手段に限定されるものではなく、例えば、高温部側の熱源のオンオフに対応して信号を出力するものや、本発明の熱伝導装置により熱が伝導されて温められる媒体の供給の開始と停止とに対応して信号を出力するものであってもよい。
【００１１】
また、上記構成によれば、前記排気系から前記蓄熱部に熱を伝導する前記熱伝導部材により、該蓄熱部の加熱をすることができるとともに、前記温度計測手段が該蓄熱部の温度を感知して前記制御手段に信号を送り、該信号によって該制御手段は、前記加振手段の振幅及び振動数を前記制御手段が制御することによって、該熱伝導部材の熱伝導率を制御し、該蓄熱部の温度を一定に維持する制御を行うことができる。
【００１９】
本発明の請求項３記載のボイラは、請求項１または２記載のボイラにおいて、
前記信号出力手段として、加熱部による缶水の加熱の開始・停止に際し、加熱の開始・停止を示す信号を出力する加熱信号出力手段を備え、前記制御手段が前記加熱部の開始・停止に連動して加振手段の振動の開始・停止を制御することを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、前記制御手段に前記ボイラによる加熱が停止したという信号が送られることによって、該制御手段は前記加振手段の振動を停止させる。さらに、該加振手段が停止することによって、前記熱伝導部材は、熱伝導率が極端に低下する。
従って、前記制御手段が熱伝導の必要がないときに前記加振手段の振動を停止させることにより総合効率が高くなるとともに、通常は前記ボイラが停止すると、前記排気系の温度が前記缶水若しくは前記蓄熱部の温度より下がってしまい、該缶水等の熱量が排気系に放出されてしまうが、前記加振手段の停止によって前記熱伝導部材の熱伝導が遮断されるので、この無駄な熱量損失を防ぐことができる。
【００２１】
本発明の請求項４記載のボイラは、例えば、図５に示すように、請求項１〜３の何れかに記載のボイラにおいて、
前記缶水を用いて給湯・暖房用等に使用される温水を発生させるための回路（外部熱交換部１７）、該回路の給水側配管（配管１８ｂ）及び該給水側配管に接続されて前記回路に給水する給水手段（給水ポンプ１８ａ）と、
該給水手段に接続されて給水の開始・停止を示す信号を出力する前記信号出力手段としての給水信号出力手段と、を備え、
前記熱伝導部材は、前記排気系から前記給水側配管に熱を伝導し、
前記制御手段は、前記給水手段の給水の開始・停止に連動して前記加振手段の振動の開始・停止を制御することを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、加熱された缶水（気化して蒸気となっていてもよい）を用いて、温水を生成する回路を備えたボイラ（温水器）において、温水を生成する回路に供給される水が、熱伝導部材により伝導された排気熱により予め温められることになる。これにより、前記回路で必要とされる熱量が減少し、ボイラの効率を高めることができる。
このようなボイラにおいて、温水が使用されている間は、給水が行なわれ、温水が使用されていない場合は、給水が止まることになる。一方、ボイラの加熱部側は、基本的に缶体内の缶水が所定温度に保たれるように作動する。したがって、加熱部の加熱の開始及び停止と、給水手段の給水の開始及び停止とは、必ずしも一致しない。したがって、排気熱を無制御に給水側配管に伝導した場合に、給水が止まっている間も配管が加熱されることになり、配管内部でとまった状態の水が過熱する可能性がある。したがって、このような構成の場合には、加熱部の制御に、給水配管側の温度を考慮するなどの変更が必要となるが、給水がとまっている間、加熱部の加熱を停止するような制御をすると缶体内の缶水の温度が低下して、給水が再開した際の温水の温度が低下するなどの問題を生じる可能性がある。
しかし、本発明においては、制御手段により給水が止まった際には、熱伝導部材の加振手段が制御されて、熱伝導部材の熱伝導率が極端に低下するので、特に給水側配管の温度を考慮して加熱部を制御しなくとも、給水停止時に給水配管が過熱状態となるのを防止することができる。
【００２３】
本発明の請求項５記載の発電装置は、例えば、図４に示すように、
高温部と低温部との間に並列に延在する複数の流路部（２ｅ）を備える流路と、該流路内にほぼ満たされた状態で封入される液体（２ｃ）と、該液体を流路内で流路部の延在方向に沿って往き来するように振動させる加振手段（加振器２ｄ）とを備え、前記流路の隣合う流路部内の液体同士が壁（流路壁２ｂ）を隔てて隣接して配置されるとともに、前記加振手段による振動が隣接する流路部内の液体同士で逆位相となるように該流路部内の液体を振動させた状態で、隣接する流路部内の液体同士が壁を介して熱交換を行う熱伝導部材（対向振動流型ヒートパイプ２）と、
各種センサ・機器等の装置に接続されて信号を出力する信号出力手段（サーモセンサー６）と、
該信号出力手段から出力された信号に基づいて、前記加振手段により液体に加えられる振動の開始及び停止と、振動の振幅と、振動の振動数とのうちの少なくとも一つを制御するとともに、前記加振手段の作動及び停止を制御する制御手段（制御ボックス５）と、を備える熱伝導装置を用いた発電装置（３０）であって、
ガスタービン（タービン３２）と、
該ガスタービンの回転により発電を行う発電部（発電機３４）と、
前記ガスタービンの排気を放出する排気系（煙道３６）と、
該排気系から放出される熱を蓄熱する蓄熱部と、
該蓄熱部の温度を計測するセンサを備えるとともに計測された温度を示す信号を出力する前記信号出力手段となる温度計測手段と、を備え、
前記熱伝導部材は、前記排気系から前記蓄熱部に熱を伝導し、
前記制御手段は、前記蓄熱部の温度が所定の温度付近に達するまでは、前記熱伝導部材が高い熱伝導率で前記排気系の熱を前記蓄熱部に伝導するように前記加振手段を制御し、前記蓄熱部の温度が所定の温度付近に達した場合には、前記熱伝導部材の熱伝導率が前記蓄熱部の温度がほぼ所定の温度を維持するものとなるように前記加振手段を制御することを特徴とする。
【００２４】
上記構成によれば、前記排気系から前記蓄熱部に熱を伝導する前記熱伝導部材により、該蓄熱部の加熱をすることができるとともに、前記温度計測手段が該蓄熱部の温度を感知して前記制御手段に信号を送り、該信号によって該制御手段は、前記加振手段の振幅及び振動数を前記制御手段が制御することによって、該熱伝導部材の熱伝導率を制御し、該蓄熱部の温度を一定に維持する制御を行うことができる。
【００２５】
本発明の請求項６記載の発電装置は、請求項５記載の発電装置において、
前記信号出力手段として、前記ガスタービンの作動の開始・停止に際し、作動の開始・停止を示す信号を出力する作動信号出力手段を備え、前記制御手段が前記ガスタービンの作動の開始・停止に連動して前記加振手段の振動の開始・停止を制御することを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、前記制御手段に前記ガスタービンによる加熱が停止したという信号が送られることによって、該制御手段は前記加振手段の振動を停止させる。さらに、該加振手段が停止することによって前記熱伝導部材は、ほとんど熱を通さない状態になる。
従って、前記制御手段が熱伝導の必要がないとき前記加振手段の振動を停止させることにより総合効率が高くなるとともに、通常は前記ガスタービンが停止すると、前記排気系の温度が前記蓄熱部の温度より下がってしまい、該蓄熱部の熱量が排気系に放出されてしまうが、前記加振手段の停止によって前記熱伝導部材の熱伝導が遮断されるので、この無駄な熱量損失を防ぐことができる。
【００２７】
本発明の請求項７記載の発電装置は、
高温部と低温部との間に並列に延在する複数の流路部（２ｅ）を備える流路と、該流路内にほぼ満たされた状態で封入される液体（２ｃ）と、該液体を流路内で流路部の延在方向に沿って往き来するように振動させる加振手段（加振器２ｄ）とを備え、前記流路の隣合う流路部内の液体同士が壁（流路壁２ｂ）を隔てて隣接して配置されるとともに、前記加振手段による振動が隣接する流路部内の液体同士で逆位相となるように該流路部内の液体を振動させた状態で、隣接する流路部内の液体同士が壁を介して熱交換を行う熱伝導部材（対向振動流型ヒートパイプ２）と、
各種センサ・機器等の装置に接続されて信号を出力する信号出力手段（サーモセンサー６）と、
該信号出力手段から出力された信号に基づいて、前記加振手段により液体に加えられる振動の開始及び停止と、振動の振幅と、振動の振動数とのうちの少なくとも一つを制御するとともに、前記加振手段の作動及び停止を制御する制御手段（制御ボックス５）と、を備える熱伝導装置を用いた発電装置（３０）であって、
ガスタービン（タービン３２）と、
該ガスタービンの回転により発電を行う発電部（発電機３４）と、
前記ガスタービンの排気を放出する排気系（煙道３６）と、
前記排気系の余熱を用いて給湯・暖房用等に使用される温水を発生させるための回路、該回路の給水側配管及び該給水側配管に接続されて前記回路に給水する給水手段と、
該給水手段に接続されて給水の開始・停止を示す信号を出力する前記信号出力手段としての給水信号出力手段と、を備え、
前記熱伝導部材は、前記排気系から前記給水側配管に熱を伝導し、
前記制御手段は、前記給水手段の給水の開始・停止に連動して前記加振手段の振動の開始・停止を制御することを特徴とする。
【００２８】
上記構成によれば、ガスタービンによる発電の際の排気熱を利用して温水を供給することが可能な発電装置において、請求項４記載のボイラと同様の効果を奏することができる。すなわち、この発電装置においては、排気熱を利用して給湯を行なう際に、予め、温水を生成する回路に供給される水を熱伝導部材により伝導された排気熱で予熱して、前記回路における負荷を減少させることができる構成において、温水が消費されずに給水が止まっている間、熱伝導部材の熱伝導率を極端に低下させて給水される水が過熱するのを防止することができる。
なお、給水される水を温めて温水を生成する回路の負荷を減少させることで、給湯量が多く、補助的にバーナを必要とするような場合に、バーナに使用されるエネルギを低減させたり、補助的なバーナを使用せずにすむような構成とすることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の熱伝導装置、ボイラ、発電装置及び加温・冷却装置における実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
本発明の熱伝導装置に用いられる熱伝導部材には、図１に示す対向振動流型ヒートパイプ２を用いている。該対向振動流型ヒートパイプ２は、全体が薄い板状体２ａになっている。該板状体２ａ内部は、流路が高温部から低温部を往復するように蛇行することにより各流路部２ｅが高温部と低温部との間で並列に配置された状態とされている。、また、並列に配置された流路部２ｅ同士は、それぞれ流路壁２ｂにより隔てられるとともに、各流路部２ｅは、それぞれ一方の端部側において右隣の流路部２ｅに接続され、他方の端部側において左隣の流路部２ｅに接続され、さらに左右の端部の流路部２が互いに接続されることで、流路は閉回路循環流路になっている。そして、該閉回路循環流路内部には熱を伝える媒体となる液体２ｃが、流路内にほぼ満たされた状態で封入されている。該液体２ｃは流路内に設置されている加振器２ｄ（加振手段）によって、該流路内を高温部(Hot side)へ向う方向と低温部(Cold side)へ向う方向との間で往き来するように振動する。また、該液体２ｃは、蛇行した流路内を振動するため、流路壁２ｂを隔てて隣接する液体２ｃ同士は互いに逆位相になっている。
【００３５】
以下に、前記対向振動流型ヒートパイプ２の熱を伝達する仕組みについて説明する。
まず、振動によって高温部に振れた壁温より低い温度の液体２ｃは、流路壁２ｂを隔てて隣接する逆位相の液体２ｃが高温部から運んでくる熱量を該流路壁２ｂを通して吸熱する。そして該熱量を吸熱した液体２ｃは、低温部へ該熱量を運ぶ。その後、低温部に振れた液体２ｃは壁温より温度が高いので、流路壁２ｂを隔てて隣接する高温部に振れた液体２ｃに該熱量を流路壁２ｂを通して放熱する。これら上記動作の繰り返しにより、高温部から低温部へ熱が伝達されていく。そのため、流路内で熱媒体を移動させることによって、該熱媒体とともに熱を移動させるものに対して、上記本発明のように隣接した流路壁２ｂを通して、熱を伝導させるものの方が、より大きな熱輸送量を運ぶことができる。
さらに、前記加振器２ｄの振動数を多くすると上記動作が、早く行われるため熱伝導率が向上し、また、振動数を少なくすると上記動作が、遅く行われるため熱伝導率が下がる。また、振幅を広くすることにより一回の振動による熱の移動距離が延びて熱伝導率が向上し、振幅を狭くすると逆に熱伝導率が低下する。このように加振器２ｄの振動数や振幅を変えることにより、前記熱伝導率は振動数の平方根から二乗の間（振動数領域による）に、また、その液体の振動流の振幅の二乗に比例するので、熱の伝わり方を広い範囲で変えることができる。
【００３６】
次に、本発明の第１例としての熱伝導装置及びボイラについて、以下に説明する。
図２に示すボイラ１０は、該ボイラ１０の主動力としてバーナ１１（加熱部）を備え、該バーナ１１の燃焼による排気ガスが通る熱交換部１２（熱交換部）が缶水を貯蔵している缶体１３内に設けられ、該缶体１３内の缶水を加熱している。また、該熱交換部１２を通過後の該排気ガスを外部へ排出させるための煙道１４（排気系）と、前記缶体１３内の缶水を循環させるためのポンプ１５、配管１６と、ボイラ１０の熱エネルギーを外部に供給する外部熱交換部１７を備えている。なお、このボイラ１０は、以下に説明する本発明の熱伝導装置が備えられ、該熱伝導装置により排気熱を利用して缶水を加熱する構成とその制御方法以外は、基本的に周知の開放型の容器を利用した温水器とほぼ同様のものである。
また熱伝導装置には、熱伝導部材として上記対向振動流型ヒートパイプ２が用いられ、該対向振動流型ヒートパイプ２の高温部に、該バーナ１１の排気ガスから熱を吸熱する受熱部３、低温部には缶体１３内部に該対向振動流型ヒートパイプ２より伝達してきた熱を放熱する放熱部４が設けられている。そして、該受熱部３は前記煙道１４に設置され、該放熱部４は前記缶体１３内に設置される。前記対向振動流型ヒートパイプ２の内部に設けられる前記加振器２ｄには、該加振器２ｄの振動数、振幅を温度によって制御する制御ボックス５（制御手段）が接続され、該制御ボックス５は該缶体１３外壁に設けられている。また、該缶体１３内の缶水の温度を感知するために該缶体１３内にサーモセンサー６（温度計測手段）が設けられている。そして、該サーモセンサー６が感知した温度が、サーモセンサ６内にある図示しない信号出力手段によって温度を示す信号となって、前記制御ボックス５に出力される。
【００３７】
ここで、前記対向振動流型ヒートパイプ２の高温部に設けられる受熱部３は、図３に示すように、二相の蒸発と凝縮との相変化による従来型ヒートパイプ３ａと、金属材料等で作られる伝熱板３ｂとで構成される。一方、放熱部４も受熱部３と同様な構成になっている。ここで、前記従来型ヒートパイプ３ａは、パイプが蛇行する流路であるため、対向振動流型ヒートパイプ２のように流路壁２ｂを隔てて隣接していない。従って、蛇行の往復回数を多くすることにより、その表面積を容易に大きくすることができる。
次に、受熱部３から対向振動流型ヒートパイプ２へ熱量を伝達する仕組みについて説明する。まず、従来型ヒートパイプ３ａが、煙道１４から熱量を受熱する。従来型ヒートパイプ３ａが受熱する熱量は、該従来型ヒートパイプ３ａ内を流れて伝熱板３ｂ側へ伝達される。そして、該熱量は該伝熱板３ｂ内を流れ、対向振動流型ヒートパイプ２へ伝達される。一方、放熱部４については、上記とは逆の順序で伝達される熱量が缶体１３内の缶水に放熱される。
【００３８】
以上のように、受熱部３を設けることにより、従来型ヒートパイプ３ａの表面積が対向振動流型ヒートパイプ２の表面積より大きくなるため、煙道１４からの熱量を受熱する効率が上がるとともに、放熱部４も上記と同様な作用で、缶体１３内への熱量を放熱する効率が上がるため、熱伝導装置の総合伝熱効率を高めることができる。
また、対向振動流型ヒートパイプ２は、液体２ｃが流路内にほぼ満たされた状態で封入されているので、排熱をその高温部で直接受熱させると、排熱温度が液体２ｃの沸点温度以上になった場合に正常に機能しない可能性がでてくる。一方、従来型ヒートパイプ３ａ内には既に蒸発した気体が存在する。そのため、排熱温度が従来型ヒートパイプ３ａ内に封入された液体の沸点温度を大幅に越えた場合、仮に封入される液体が水であったとしても、該従来型ヒートパイプ３ａは３００℃程度まで耐えうる構造になっている。従って、排熱を該従来型ヒートパイプ３ａで直接受熱させることができる。さらに、従来型ヒートパイプ３ａ及び伝熱板３ｂにおける熱損失を利用して、対向振動流型ヒートパイプ２に到達する熱の温度を液体２ｃの沸点温度に達しないように設定すれば、該対向振動流型ヒートパイプ２を適正な条件で使用できる。
なお、煙道１４及び缶体１３の熱量を受熱及び放熱させる部材としては、前記従来型ヒートパイプ３ａに限定されず、例えば、金属板を幾層にも重ねたもの等でも良く、ヒートパイプ以外に、その表面積が大きく伝熱可能な金属部材であればどのようなものでも良い。
また、なお外部熱交換部１７は、加熱された缶水の熱で、外部熱交換部１７に給水される水を温めて温水を生成して給湯するためのものである。
【００３９】
次に、第１例におけるボイラ１０が稼働している時の、熱伝導装置の動作について説明する。
まず、缶体１３内の缶水を加熱するために、バーナ１１の主電源を入れると、前記加振器２ｄ及び前記サーモセンサー６の電源、制御ボックス５も連動してオンになる。そして、前記缶体１３内の缶水の温度をサーモセンサー６が感知し、前記制御ボックス５に情報が伝達される。ここで、該缶体１３内の缶水温度がまだ常温（例えば２０℃）であり、該缶水温度が該缶体１３内のあらかじめ設定された缶水設定温度の下限値（例えば６７℃）に達していないとすると、該制御ボックス５は、前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄをＨｉモードとさせる指令を与え、該加振器２ｄを高速で振動させる。該加振器２ｄが高速で振動することにより、前記対向振動流型ヒートパイプ２の熱伝導率は高くなり、多くの熱量を該缶体１３内の缶水に伝導する。多量の該熱量が放熱部４から放熱されるため、該缶体１３内の缶水の温度は急激に上がっていく。
【００４０】
やがて、該缶水の温度が前記缶水設定温度の下限値に達すると、該制御ボックス５は前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄをＬｏｗモードにさせる指令を与え、該加振器２ｄを低速で振動させる。該加振器２ｄが低速で振動することにより、前記対向振動流型ヒートパイプ２の熱伝導率が低くなり、比較的少ない熱量を該缶体１３内の缶水に伝導する。少量の該熱量は放熱部４より放熱されるため、該缶体１３内の缶水の温度上昇は、前記加振器２ｄがＨｉモードの時と比べ、緩やかなものとなる。該缶水の温度は緩やかに上がっていき、やがて前記缶水設定温度の上限値（例えば７３℃）を越えると、前記制御ボックス５は、前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄを強制的に停止させる指令を与え、該加振器２ｄを停止させる。該加振器２ｄが停止することによって、前記対向振動流型ヒートパイプ２は、受熱部３からの熱伝導をほぼ遮断してしまう。
【００４１】
該熱伝導が遮断されてしまった前記缶体１３内の缶水の温度は上昇しなくなり、やがて緩やかに下降し始める。該缶水の温度がどんどん下降し、前記缶水設定温度の範囲内のある決められた温度（例えば６８．５℃）に達すると、前記制御ボックス５は前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄを再びＬｏｗモードで始動させる指令を出し、該加振器２ｄは低速で振動を始める。該加振器２ｄが始動することにより、前記対向振動流型ヒートパイプ２の伝熱機能も復活し、少量の熱量を受熱部３から放熱部４へ伝導する。そして、前記缶体１３内の缶水の温度も再び、緩やかに上昇を始める。但し、使用負荷が大きく缶水温度が更に降下し、前記缶水設定温度の下限値（例えば６７℃）を下まわり、例えば６０℃以下になった時はＨｉモードとする指令を再び与え、運転のスタート時と同様な動作を行う。以上の動作を繰り返すことによって、該缶体１３内のあらかじめ設定された前記缶水設定温度上限から下限までの領域で、缶水に熱を供給する前記熱交換部１２の補助的役割を果たし、該領域間での缶水加熱の微調整を行うことができる。
【００４２】
従って、上記本発明の第１例によれば、前記対向振動流型ヒートパイプ２を使用することによって、バーナ１１による排気ガスの熱量を再利用できるとともに、前記対向振動流型ヒートパイプ２が、缶水を補助的に加熱する必要がなくなると、前記加振器２ｄが停止するため、省エネの効果を上げることができる。さらに、缶体１３内の缶水を微調整しながら加熱することができる。
また、該対向振動流型ヒートパイプ２は、受熱部と放熱部とを繋ぐだけで良く、図５に示すような従来の熱伝導装置として利用されてきた排気回収熱交換器１のように、熱媒体である缶水を該排気回収熱交換器１内部の配管へ循環させて缶体１３に熱伝達させるような大掛かりな設備とは違い、熱のみを伝達するため設置スペースが必要なく、ボイラ設備のコンパクト化が実現する。さらに、従来の排気回収熱交換器１のようにポンプ１５によって、缶水を該排気回収熱交換器１内に循環させる必要がないので、ポンプ１５の容量を大きくしたり、数を増やしたりする必要がなくなり、コストも安くなる。
さらに、他のポンプを備えた熱伝導装置と比べると、対向振動流型ヒートパイプ２の方が構成部品が少ないため、製造コストが安くなる。
また、缶水を循環させる動力に比べ振動を発生させる動力は１０分の１程度ですみ、省エネルギーを実現できる。
【００４３】
本発明の第２例としての熱伝導装置及びボイラについて、以下に説明する。
図４に示すボイラ１０は、蓄熱槽２０（蓄熱部）を備え缶体１３内の缶水とは別に蓄熱槽２０の熱を利用可能な構成とされ、かつ、本発明の熱伝導装置が、第１例のように排気熱を缶体１３内に伝導するのではなく、蓄熱槽２０に伝導するようになっている以外は、第１例のボイラ１０とほぼ同様な構成となっており、第１例と同様の構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。なお、蓄熱槽２０内に水等の熱媒体２１が充填されており、温水等を供給できるようになっている。
【００４４】
また熱伝導装置には、熱伝導部材として上記対向振動流型ヒートパイプ２が用いられ、該対向振動流型ヒートパイプ２の高温部に、該バーナ１１の排気ガスから熱を吸熱する受熱部３、低温部には該蓄熱槽２０内の熱媒体２１に該対向振動流型ヒートパイプ２より伝達してきた熱を放熱する放熱部４が設けられている。そして、該受熱部３は前記煙道１４に設置され、該放熱部４は前記蓄熱槽２０内に設置される。前記対向振動流型ヒートパイプ２の内部に設けられる前記加振器２ｄには、該加振器２ｄの振動数、振幅を温度によって制御する制御ボックス５が接続され、該制御ボックス５は該蓄熱槽２０外壁に設けられている。また、該蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度を感知するために該蓄熱槽２０内にサーモセンサー６が設けられている。そして、該サーモセンサー６が感知した情報が信号となって、前記制御ボックス５に送信される。
【００４５】
次に、第２例におけるボイラ１０が稼働している時の、熱伝導装置の動作について説明する。
まず、缶体１３内の缶水を加熱するために、バーナ１１の主電源を入れると、前記加振器２ｄ及び前記サーモセンサー６、制御ボックス５の電源も連動してオンになる。そして、蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度をサーモセンサー６が感知し、前記制御ボックス５に情報が伝達される。ここで、該蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度がまだ常温（例えば２０℃）であり、該熱媒体２１の温度が蓄熱槽２０内のあらかじめ設定された熱媒体設定温度の下限値（例えば６７℃）に達していないとすると、該制御ボックス５は、前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄをＨｉモードとさせる指令を与え、該加振器２ｄを高速で振動させる。該加振器２ｄが高速で振動することにより、前記対向振動流型ヒートパイプ２の熱伝導率は高くなり、多くの熱量を該蓄熱槽２０内の熱媒体２１に伝達する。この時、多量の熱量が放熱部４から放熱されるため、該蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度は急激に上がっていく。やがて、該熱媒体２１の温度が前記熱媒体設定温度の下限値に達すると、該制御ボックス５は前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄをＬｏｗモードにさせる指令を与え、該加振器２ｄを低速で振動させる。
【００４６】
該加振器２ｄが低速で振動することにより、前記対向振動流型ヒートパイプ２の熱伝導率が低くなり、比較的少ない熱量を該蓄熱槽２０内の熱媒体２１に伝導する。少量の熱量が放熱部４より放熱されるため、該蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度上昇は、前記加振器２ｄがＨｉモードの時と比べ、緩やかなものとなる。その後、該熱媒体２１の温度は緩やかに上がっていき、やがて熱媒体設定温度の上限値（例えば７３℃）を越えると、前記制御ボックス５は前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄを強制的に停止させる指令を与え、該加振器２ｄを停止させる。該加振器２ｄが停止することによって、前記対向振動流型ヒートパイプ２は、受熱部３からの熱伝導をほぼ遮断してしまう。
【００４７】
該熱伝導が遮断されてしまった前記蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度は上昇しなくなり、やがて緩やかに下降し始める。該熱媒体２１の温度がどんどん下降し、前記熱媒体設定温度の範囲内のある決められた温度（例えば６８．５℃）以下になると、前記制御ボックス５は前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄを再びＬｏｗモードで始動させる指令を出し、該加振器２ｄは低速で振動を始める。該加振器２ｄが始動することにより、前記対向振動流型ヒートパイプ２の伝熱機能も復活し、少量の熱量を受熱部３から放熱部４へ伝達する。そして、前記蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度も再び、緩やかに上昇を始める。但し、使用負荷が大きく熱媒体温度が更に降下し、前記熱媒体設定温度の下限値（例えば６７℃）を下まわり、例えば６０℃以下になった時はＨｉモードとする指令を再び与え、運転のスタート時と同様な動作を行う。以上の動作を繰り返すことによって、該蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度をほぼ一定に保つことができる。
【００４８】
従って、上記本発明の第２例によれば、前記対向振動流型ヒートパイプ２を使用することによって、バーナ１１による排気ガスの熱量を再利用できるとともに、蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度をほぼ一定に保つことができる。
また、従来のようにバーナ１１を直接制御することがないので、缶体１３内で缶水を加熱し続けながら蓄熱槽２０内温度を制御することができる。従って、総合効率も従来に比べ高いものとなる。
なお、第１、２例では、制御ボックス５の制御対象は加振器２ｄに限定したが、例えば、バーナ１１の排気ガスの温度が高くなりすぎないように、煙道１４内にサーモセンサー６を設け、該排気ガスの温度を感知させ、該制御ボックス５を介して該バーナ１１を制御させても良い。
【００４９】
また、前記制御ボックス５に前記ボイラ１０による加熱が停止したという信号が送られることによって、該制御ボックス５が前記加振器２ｄの振動を停止させても良い。該加振器２ｄが停止することによって、前記対向振動流型ヒートパイプ２は、ほとんど熱を通さない状態になり、前記制御ボックス５が前記加振器２ｄの振動を停止させることにより総合効率が高くなるとともに、通常は前記ボイラ１０が停止すると、前記煙道１４の温度が前記缶水若しくは前記蓄熱槽２０の温度より下がってしまい、該缶水等の熱量が煙道１４に放出されてしまうが、前記加振器２ｄの停止によって前記対向振動流型ヒートパイプ２の熱伝導が遮断されるので、この無駄な熱量損失を防ぐことができる。
さらに、受熱部３及び放熱部４の構成は、第１例と同様な構成であっても良い。
【００５０】
次に、本発明の第３例としての熱伝導装置及びボイラ１０について、以下に説明する。
図５に示すボイラ１０は、本発明の熱伝導装置が、第１例のように排気熱を缶体１３内に伝導するのではなく、給湯を行なうための外部熱交換部１７への給水側の配管１８ｂに伝導するようになっている以外は、第１例のボイラ１０とほぼ同様な構成となっており、第１例と同様の構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。
外部熱交換部１７を備えた給湯設備１８は、そのほかに、図示しない給水タンクから水を外部熱交換部１７に送る給水ポンプ１８ａと、給水ポンプ１８ａから送られる水が通る配管１８ｂと、外部熱交換部１７で温められた水を使用するために給湯配管１８ｄ及びその先に設置される温水を消費する機器（例えば、暖房機器や蛇口１８ｃ等を含む）から構成される。
【００５１】
また熱伝導装置には、熱伝導部材として上記対向振動流型ヒートパイプ２が用いられ、該対向振動流型ヒートパイプ２の高温部には、バーナ１１の排気ガスから熱を吸収する受熱部３、低温部には前記配管１８ｂ内の水に熱を放熱する放熱部４が設けられている。そして、該受熱部３は煙道１４に設置され、該放熱部４は前記配管１８ｂ内に設置される。前記対向振動流型ヒートパイプ２の内部に設けられる加振器２ｄには、該加振器２ｄの振動数、振幅を温度によって制御する制御ボックス５が接続される。また、前記給湯配管１８ｄ内の湯の温度を感知するために該給湯配管１８ｄ内に図示しないサーモセンサーが設けられている。そして、該サーモセンサーが感知した温度が図示しない信号出力手段により温度を示す信号となって、前記制御ボックス５に出力される。
【００５２】
また、給水ポンプ１８ａには、給水ポンプ１８ａの給水の開始・停止を示す信号を出力する信号出力手段が備えられている。
なお、給水の開始と停止とを示す信号は、例えば、給水開始時や給水停止時にパルス状の信号を出力するものであってもよいし、給水中及び給水停止中のうちの一方の場合にハイレベルの信号を継続して出力し、他方の場合にローレベルの信号を継続して出力するものであってもよい。
また、制御ボックス５は、演算処理装置としてのＣＰＵ、ＣＰＵにバスにより接続されたＲＡＭ・ＲＯＭ等のメモリを備えた記憶装置、ＣＰＵと外部機器との間で信号の入出力を行なうインタフェースなどを備えた周知の制御装置である
また、制御ボックス５は、給水ポンプ１８ａにおける給水の開始・停止に連動して、熱伝導装置の加振器２ｄの加振の開始・停止を制御するとともに、給湯配管１８ｄ内の水温に基づいて、加振器２ｄの振動数（振幅）を制御する。
【００５３】
次に、第３例におけるボイラ１０が稼働している時の、熱伝導装置の動作について説明する。
まず、給湯が開始される（例えば、温水を消費する機器で温水用のバルブがあけられ給水ポンプ１８ａ部分で水圧が低下したのがセンサ等で検知される）と給水ポンプ１８ａが作動する。そして、給水ポンプ１８ａが作動すると給水ポンプ１８ａに接続された信号出力手段から給水開始を示す信号が出力される。この信号が入力された制御ボックス５は、給水開始に連動して、対向振動流型ヒートパイプ２の加振器２ｄを高い振動数のＨｉモードで作動させ、対向振動流型ヒートパイプ２がほとんど熱伝導しない状態から高い熱伝導率で熱伝導する状態とし、排気熱により外部熱交換部１７に給水される水を予熱する。
【００５４】
また、給水ポンプ１８ａが作動している給湯中は、対向振動流型ヒートパイプ２の加振器２ｄを基本的に常に作動させ、ボイラ１０の排気熱を再利用する。一方、給湯は移管１８ｃ内の湯の温度が予め設定された設定温度基準値（例えば、７０℃）に達していない場合は、ボイラ１０のバーナ１１を高燃焼状態とし、前記湯の温度が予め設定された設定温度基準値に達している場合は、ボイラ１０のバーナ１１を低燃焼状態とする。これにより、給湯中は、排気熱により常に、外部熱交換部１７に給水される配管１８ｂの水を予熱した状態となるとともに、温度の制御はバーナ１１側で行なわれるので、水を予熱することにより、設定温度基準値を保つための缶水からの熱量は少なくて済む。すなわち、バーナ１１は、相対的に低燃焼状態の時間が長くなり、省エネルギが実現される。
【００５５】
また、給湯が停止される（例えば、温水を消費する全ての機器で温水用のバルブが閉じられ給水ポンプ１８ａ部分で水圧が上昇したのがセンサ等により検知される）と給水ポンプ１８ａも停止する。そして、給水ポンプ１８ａが停止すると給水ポンプ１８ａに接続された信号出力手段から給水停止を示す信号が出力される。そして、前記給湯配管１８ｄ内の湯の温度が設定温度基準値に達している場合は、制御ボックス５において、給湯配管１８ｄ内のサーモセンサから湯の温度が設定温度基準値より高いことを示す信号と、給水ポンプ１８aの信号出力手段からの給水ポンプ１８aが停止したことを示す信号が入力された際に、制御ボックス５は、給水停止に連動して、対向振動流型ヒートパイプ２の加振器２ｄを停止させ、対向振動流型ヒートパイプ２がほとんど熱伝導しない状態とし、外部熱交換部１７に給水される水の予熱を停止する。
【００５６】
一方、給水ポンプ１８aの信号出力手段から給水ポンプ１８aの停止を示す信号が出力された場合でも、給湯配管１８ｄ内のサーモセンサから湯の温度が設定温度基準値より低いことを示す信号が出力されている場合は、対向振動流型ヒートパイプ２の加振器２ｄを停止せずに、振動数を下げたＬＯＷモードで加振器２ｄを振動させる。これにより、配管１８ｂ内の水が温められるとともにこの配管１８ｂに連続する給湯配管１８ｄの水も温められ、給湯配管１８ｄ内の湯の温度が緩やかに上昇し、設定温度基準値に達する。そして、設定温度基準値に達したことを示す信号がサーモセンサから出力された際に、制御ボックス５が対向振動流型ヒートパイプ２の加振器２ｄを停止させる。
また、上述のように対向振動流型ヒートパイプ２の加振器２ｄが停止した状態もしくはＬＯＷモードで振動している状態の場合に、給水ポンプ１８ａが作動した際には、前記信号出力手段から制御ボックス５に給水ポンプ１８ａが作動したことを示す信号が出力され、制御ボックス５が対向振動流型ヒートパイプ２の加振器２ｄをＨｉモードで作動させる。
【００５７】
従って、上記本発明の第３例によれば、前記対向振動流型ヒートパイプ２を使用することによって、バーナ１１による排気ガスの熱量を再利用できるとともに、給湯設備１８の熱源としての外部熱交換部１７の補助的な役割を果たし、総合伝熱効率の高い給湯設備１８を実現可能にする。
また、給湯が停止して外部熱交換部１７への給水が停止している間は、外部熱交換部１７に給水される水が加熱されることがなく、給水停止時に外部交換部１７の手前で水が必要以上に加熱されるのを防止することができる。
なお、受熱部３及び放熱部４の構成は、第１例と同様な構成であっても良い。
【００５８】
次に、本発明の第４例としての熱伝導装置及び発電装置について、以下に説明する。
図６に示す発電装置３０は、燃料ガスと圧縮された空気を混合させ、燃焼させるための燃焼室３１と、該燃焼室３１から放出される燃焼エネルギーから回転力を得るタービン３２（ガスタービン）と、該タービン３２の回転力によって、空気を圧縮する圧縮機３３及び電気を発生させる発電機３４（発電部）と、該圧縮機３３によって圧縮された空気を排気ガスの熱によって加熱するための熱交換器であるレキュペレータ３５と、該排気ガスを誘導し外部へ放出するための煙道３６（排気系）と、該圧縮機３３内に取り入れる空気を浄化するための高性能フィルタ３７とを備えている。さらに、該発電装置３０には、燃料全体の約３分の１を占める放射・排ガス損失を回収すべく、前記燃焼室３１から放出される排気ガスの熱エネルギを貯蓄しておくための蓄熱槽２０（蓄熱部）が設けられ、また、該排気ガスの熱エネルギを該蓄熱槽２０に伝達させる前記熱伝達装置が設けられている。そして、前記発電機３４から得られた電力は、AC/DCコンバータ４０を介して、蓄電池４１に充電されたり、AC/DCコンバータ４０及びAC/DCインバータ４２、変圧器４３を介して、商用電源４４として利用される。また、蓄電池４１、商用電源４４にそれぞれ切り換えるための遮断器４５を備えている。さらに前記蓄熱槽２０の熱エネルギは、温水供給や暖房等の熱供給装置５０として利用される。
【００５９】
次に、第４例における発電装置３０が稼働している時の、熱伝導装置の動作について説明する。
まず最初に、前記燃料ガスが通る配管のバルブを開け、該燃料ガスを前記燃焼室３１に流入させる。該燃料ガスは、該燃焼室３１内の図示しない点火プラグ等で点火されることによって、燃焼を開始し、排気ガスを該燃焼室３１外に放出する。該排気ガスは、タービン３２の羽根を回し、レキュペレータ３５及び煙道３６を通って外部へ放出される。
ここで、前記点火プラグ等のスタータがオンになると、前記加振器２ｄ及び前記サーモセンサー６、制御ボックス５の電源も連動してオンになる。そして、蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度を該サーモセンサー６が感知し、該サーモセンサー６に設けられる送信部から、前記制御ボックス５の受信部に情報が伝達される。ここで、該蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度がまだ常温（例えば２０℃）であり、該熱媒体２１の温度が蓄熱槽２０内のあらかじめ設定された熱媒体設定温度の下限値（例えば６７℃）に達していないとすると、該制御ボックス５は、前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄをＨｉモードとさせる指令を与え、該加振器２ｄを高速で振動させる。
【００６０】
該加振器２ｄが高速で振動することにより、前記対向振動流型ヒートパイプ２の熱伝導率は高くなり、多くの熱量を該蓄熱槽２０内の熱媒体２１に伝導する。この時、多量の熱量が放熱部４から放熱されるため、該蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度は急激に上がっていく。やがて、該熱媒体２１の温度が熱媒体設定温度の下限値に達すると、該制御ボックス５は前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄをＬｏｗモードにさせる指令を与え、該加振器２ｄを低速で振動させる。該加振器２ｄが低速で振動することにより、前記対向振動流型ヒートパイプ２の熱伝導率が低くなり、比較的少ない熱量を該蓄熱槽２０内の熱媒体２１に伝導する。少量の熱量が放熱部４より放熱されるため、該蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度上昇は、前記加振器２ｄがＨｉモードの時と比べ、緩やかなものとなる。
【００６１】
その後、該熱媒体２１の温度は緩やかに上がっていき、やがて熱媒体設定温度の上限値（例えば７３℃）を越えると、前記制御ボックス５は前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄを強制的に停止させる指令を与え、該加振器２ｄを停止させる。該加振器２ｄが停止することによって、前記対向振動流型ヒートパイプ２は、受熱部３からの熱伝導をほぼ遮断してしまう。該熱伝導が遮断されてしまった前記蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度は上昇しなくなり、やがて緩やかに下降し始める。該熱媒体２１の温度がどんどん下降し、前記熱媒体設定温度の範囲内のある決められた温度（例えば６８．５℃）以下になると、前記制御ボックス５は前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄを再びＬｏｗモードで始動させる指令を出し、該加振器２ｄは低速で振動を始める。該加振器２ｄが始動することにより、前記対向振動流型ヒートパイプ２の伝熱機能も復活し、少量の熱量を受熱部３から放熱部４へ伝導する。そして、前記蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度も再び、緩やかに上昇を始める。但し、使用負荷が大きく熱媒体温度が更に降下し、前記熱媒体設定温度の下限値（例えば６７℃）を下まわり、例えば６０℃以下になった時はＨｉモードとする指令を再び与え、運転のスタート時と同様な動作を行う。以上の動作を繰り返すことによって、該蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度をほぼ一定に保つことができる。
【００６２】
従って、上記本発明の第４例によれば、前記対向振動流型ヒートパイプ２を使用することによって、前記ガスタービンの前記燃焼室３１から放出される燃焼エネルギーを再利用できるとともに、蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度をほぼ一定に保つことができる。
なお、第４例では、制御ボックス５の制御対象は加振器２ｄに限定したが、例えば、燃焼室３１から噴出する排気ガスの温度が高くなりすぎないように、煙道３６内にサーモセンサーを設け、該排気ガスの温度を感知させ、該制御ボックス５を介して発電装置３０の燃料供給バルブの開閉を制御させても良い。
また、受熱部３及び放熱部４の構成は、第１例と同様な構成であっても良い。
さらに、放熱部４の設置個所を蓄熱槽２０内に限らずに、例えば、第３例のような外部熱交換部の代わりに蓄熱層もしくは貯湯式ボイラを備えた給湯設備の配管内等にしても良い。この場合には、対向振動流型ヒートパイプ２を用いてタービン３２の排気熱により給水される水を加熱して温水を生成するものとし（必要に応じて補助バーナを用いるものとしてもよい）、第三例のように給湯設備への給水の開始・停止に連動して熱伝導部材の加振器の加振の開始・停止を制御するようにしてもよい。
【００６３】
本発明の第５例としての熱伝導装置を用いた加温装置としての床暖房６０について、以下に説明する。
図７に示す床暖房６０は、所定の大きさの床材６１と、該床材６１内部に蛇行して張り巡らされている上記対向振動流型ヒートパイプ２と、該対向振動流型ヒートパイプ２内部の加振器２ｄを制御する制御ボックス５と、前記床材６１の室内側に設置される図示しないサーモセンサーと、該対向振動流型ヒートパイプ２に熱を供給する熱源６２から構成される。
次に、熱源６２から床材６１へ熱を伝達する仕組みについて説明する。まず、床暖房６０の主電源を入れると、前記熱源６２の電源及び前記加振器２ｄ、前記サーモセンサー及び制御ボックス５の電源も連動してオンになる。そして、室内温度を前記サーモセンサーが感知し、該サーモセンサーに設けられる送信部から、前記制御ボックス５の受信部に情報が伝達される。
【００６４】
ここで、室内温度がまだ常温（例えば１５℃）であり、室内温度があらかじめ設定された設定温度の下限値（例えば２４℃）に達していないとすると、該制御ボックス５は、前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄをＨｉモードとさせる指令を与え、該加振器２ｄを高速で振動させる。該加振器２ｄが高速で振動することにより、前記対向振動流型ヒートパイプ２の熱伝導率は高くなり、多くの熱量を床材６１に伝導する。この時、多量の熱量が床材６１から放熱されるため、室内温度は急激に上がっていく。やがて、室内温度が設定温度の下限値に達すると、該制御ボックス５は前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄをＬｏｗモードにさせる指令を与え、該加振器２ｄを低速で振動させる。該加振器２ｄが低速で振動することにより、前記対向振動流型ヒートパイプ２の熱伝導率が低くなり、比較的少ない熱量を床材６１に伝導する。少量の熱量が床材６１より放熱されるため、室内温度上昇は、前記加振器２ｄがＨｉモードの時と比べ、緩やかなものとなる。
【００６５】
その後、室内温度は緩やかに上がっていき、やがて設定温度の上限値（例えば２６℃）を越えると、前記制御ボックス５は前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄを強制的に停止させる指令を与え、該加振器２ｄを停止させる。該加振器２ｄが停止することによって、前記対向振動流型ヒートパイプ２は、熱源６２からの熱伝導をほぼ遮断してしまう。熱伝導が遮断されると、室内温度は上昇しなくなり、やがて緩やかに下降し始める。室内温度がどんどん下降し、設定温度の範囲内のある決められた温度（例えば２４．５℃）以下になると、前記制御ボックス５は前記加振器２ｄに対し、該加振器２ｄを再びＬｏｗモードで始動させる指令を出し、該加振器２ｄは低速で振動を始める。該加振器２ｄが始動することにより、前記対向振動流型ヒートパイプ２の伝熱機能も再開し、少量の熱量を熱源６２から床材６１へ伝導する。そして、室内温度も再び、緩やかに上昇を始める。但し、気温が相当低く、室内温度が更に降下し、前記室内設定温度の下限値（例えば２４℃）を下まわり、例えば２０℃以下になった時はＨｉモードとする指令を再び与え、運転のスタート時と同様な動作を行う。以上の動作を繰り返すことによって、室内温度をほぼ一定に保つことができる。
【００６６】
従って、上記本発明の第５例によれば、前記対向振動流型ヒートパイプ２を使用することによって、室内温度をほぼ一定に保つことができる。
なお、前記対向振動流型ヒートパイプ２の利用方法は、上記床暖房に限定されず、各種暖房装置や、豪雪地域等の道路に埋設して道路上に積もった雪を融かす融雪装置として利用しても良い。床暖房以外の場合には、例えば、対向振動流型ヒートパイプ２の放熱部をパネルヒータ状にしたり、オイルヒータ状にしたりしてもよい。
さらに、受熱部３の構成は、第１例と同様な構成であっても良い。
また、第５例の室内温度の設定温度を手動によって自由に選択させても良い。設定温度が変化しても上記の作用は再現されるため、室内温度をその設定温度にほぼ一定に保つことができる。
【００６７】
また、図７で、熱源６２の温度を床材６１の温度より低くする、例えば、温度制御しない場合の室温が３０℃で、例えば５℃程度の冷水もしくは井戸水を冷熱源６２として用いれば、上述の床暖房のシステムを用いて冷房を行なうことができる。
また、冷暖房システムにおいて、室外機と室内機との間の熱輸送に対向振動流型ヒートパイプ２を用いるものとしてもよい。すなわち、室外機と室内機との間を対向振動流型ヒートパイプ２を用いて接続し、室外機を熱源もしくは冷熱源とし、室内機側に対向振動流型ヒートパイプ２を用いて熱を輸送する構成としてもよい。このような構成とした場合に、従来の二相式のヒートパイプをビルの冷暖房システムに応用した際のように、上下方向で熱の輸送に支障が生じるようなことがない。例えば、従来のヒートパイプにより、ビルの上側に室外機を設置して、ビルの下階側に暖房を行なうような場合には、ヒートパイプ中の温められて気化した気体が下方に降りないことにより、熱輸送に支障が生じたり、逆にビルの下側に室外機を設置して、ビルの上階側に冷房を行なうような場合にヒートパイプ中で冷やされて凝縮した液体が上方に登らないことにより、熱輸送に支障が生じたりする。
それに対して、対向振動流型ヒートパイプ２では、その内部が常時液体によりほぼ満たされた状態となっているので、上下方向にほとんど関係なく熱を輸送することができる。したがって、上述のような冷暖房システムを中高層のビルに好適に応用することができる。また、熱源（冷熱源）は、一般的な室外機に限られるものではなく、各種蓄熱槽（冷熱源として氷を作るものでもよい）や、湧き水、井戸水、各種排気熱、地熱、温泉を用いるものとしてもよい。そして、熱源側で温度コントロールが不可能なものでも、上述のように対向振動流型ヒートパイプ２の加振の状態により熱輸送量を制御して温度を制御することができる。また、温度コントロールが可能な熱源を用いるものとした際も、熱源のオンオフに対応して対向振動流型ヒートパイプ２の加振を制御することで、エネルギロスを低減することができる。
【００６８】
また、第１〜５例では、加振器２ｄの制御をＨｉモード、Ｌｏｗモード、停止の３パターンに限定したが、該対向振動流型ヒートパイプ２の熱伝導率は振動に対応して変化するものなので制御の段階を増加させ、給湯や、暖房の負荷に応じたり、温度に合わせて適宜制御することも可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、本実施形態における熱伝導装置によれば、前記温度計測手段は前記低温部の温度を感知して前記制御手段に信号を送り、該信号によって該制御手段が、前記熱伝導部材内部の前記加振手段の振動の振幅及び振動数のうちの少なくとも一つを制御するとともに、該加振手段の作動及び停止を制御するため、前記高温部から前記低温部へ移動する熱量、即ち、熱輸送量を前記低温部の温度によって、適宜制御することができる。
従って、前記熱伝導装置は、前記低温部側の温度をほぼ一定に保つ制御を行うことができる。
また、前記熱伝導装置を備えたボイラ１０及び発電装置によれば、ボイラ１０の前記缶体１３、または、前記蓄熱槽２０に前記熱伝導部材の低温部及び前記温度計測手段を設置することにより、該ボイラ１０の缶体１３内の缶水や、該蓄熱槽２０内の熱媒体２１の温度を常時、ほぼ一定に保つことができる。
また、蒸気熱伝導装置を備えた加熱・冷却装置によれば、熱源（冷熱源）からの熱輸送量を調整して温度制御したり、エネルギロスを低減したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例の第１例の熱交換装置を示す平面及び側面図である。
【図２】本発明の実施の形態例の第２例のボイラを示す概略図である。
【図３】前記ボイラに用いられる熱交換装置の受熱部を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態例の第３例のボイラを示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態例の第４例のボイラを示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態例の第５例の発電装置を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態例の第６例の加温装置としての床暖房装置を示す概略図である。
【図８】従来例である熱交換器を備えたボイラを示す概略図である。
【符号の説明】
１      熱交換器
２      対向振動流型ヒートパイプ（熱伝導部材）
２ｂ    流路壁（壁）
２ｃ    液体（液体）
２ｄ    加振器（加振手段）
２ｅ    流路部（流路部）
５      制御ボックス（制御手段）
６      サーモセンサー（温度計測手段）
１０    ボイラ
１１    バーナ（加熱部）
１２    煙管群（熱交換部）
１３    缶体
１４    煙道（排気系）
２０    蓄熱槽（蓄熱部）
３２    タービン（ガスタービン）
３４    発電機（発電部）
３６    煙道（排気系）
【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】
0004416316.tif 000007
【図７】
0004416316.tif 000008
【図８】
0004416316.tif 000009