ル―プ型ヒ―トパイプ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、蒸気流路と液流路とが分離されたループ型ヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２は特定の熱源から熱を取り出し、これを有効利用する例えば地熱利用装置のようなヒートパイプ式熱利用装置を示している。このヒートパイプ式熱利用装置は熱源からの熱を所定位置まで取り出す大型のループ型ヒートパイプ１と、このヒートパイプ１により取り出された熱を有効利用する熱回収装置２とから構成されている。
【０００３】上記ヒートパイプ１は、その密閉管が、径の大きい主として作動流体の蒸気Ｖが流れる蒸発管２０と、小径で液状作動流体Ｌが流れる給液管２１等とから構成されている。蒸発管２０は、その下部側の傾斜部上方が垂直に立ち上がった後、水平方向に屈曲され、さらにその後下向きに屈曲されている。そして、下端が閉塞された蒸発管２０の傾斜部は、地熱部等の熱源Ｈ中に配設され、ここにヒートパイプ１の蒸発部１０が形成されているとともに、蒸発管２０の上部側の拡径した下降部に、このループ型ヒートパイプ１の凝縮部１１が形成されている。
【０００４】また、給液管２１は、その上端が蒸発管２０の凝縮部１１側端部に連結された状態で垂直に下降し、その後屈曲されて水平に延びた後、下向きに傾斜した蒸発部１０内に気密状態で差し込まれている。蒸発部１０内の給液管２１はその下端が閉塞された状態で蒸発部１０の下端部近傍まで達しており、この蒸発部１０内の給液管２１には、その長手方向に、蒸発管２０の内面に向かって液相の作動流体Ｌを噴出する複数の孔部からなる給液部２１ａが形成されている。
【０００５】また、給液管２１の垂直下降部側には、給液管２１内を流れる液相の作動流体Ｌの流量を蒸発部１０における熱源Ｈの加熱量に合わせて増減させるヒートパイプ１の液還流量制御装置１２が取り付けられ、給液管２１の水平部には蒸発部１０側に液相の作動流体Ｌを送り込むヒートパイプ１の液還流ポンプ２２が取り付けられている。液還流量制御装置１２は液相の作動流体Ｌを一時的に貯える貯溜タンク２３と、この貯溜タンク２３の液面レベルの上昇および下降を検知する液面移動検知器２４と、給液管２１内を流れる液相の作動流体Ｌの流量を調整する流量調整弁２５と、液面移動検知器２４からの信号により流量調整弁２５の弁開度を制御する液面コントローラ２６とから構成されている。なお、液還流ポンプ２２、貯溜タンク２３、流量調整弁２５はこのヒートパイプ１の密閉管の一部を構成している。
【０００６】ここで、ヒートパイプ１は真空脱気した密閉管の内部にフロンやアルコールなどの目的温度範囲で蒸発・凝縮する流体を作動流体として封入したものであり、蒸発部１０における吸熱によって作動流体を蒸発させ、この蒸気を蒸発管２０を介して凝縮部１１に移動させて、これをこの凝縮部１１にて凝縮・液化させることにより、その熱を外部に放出させるものである。そして凝縮部１１から蒸発部１０への作動流体の液還流は、蒸発管２０とは別途設けられた給液管２１を介して液還流ポンプ２２によってなされる。すなわち、このヒートパイプ１は作動流体の蒸気Ｖが流れる蒸発管２０と液相の作動流体Ｌが流れる給液管２１とをおのおの有したループ型ヒートパイプとなっている。なお、蒸発部１０の下部には液相の作動流体Ｌの液体溜り１０ａが形成される。
【０００７】熱回収装置２は、ヒートパイプ１の凝縮部１１内に設けられ、ヒートパイプ１側の熱を熱媒に吸収させる吸熱管３０と、この熱媒の熱を利用して温水やスチームを発生させる熱利用設備３１と、吸熱管３０と熱利用設備３１との間を連結する連絡管３２，３３と、熱媒を循環させる循環ポンプ３４とから構成されている。
【０００８】つぎにこのヒートパイプ式熱利用装置の作用を説明する。給液管２１の給液部２１ａを介してヒートパイプ１の蒸発部１０の蒸発管２０内面に噴出された液相の作動流体Ｌは、この蒸発管２０の内面に沿って下降するうちに熱源Ｈからの熱を吸収して蒸発する。そして、この作動流体の蒸気Ｖは蒸発管２０内を上昇してヒートパイプ１の凝縮部１１に達し、この凝縮部１１にて吸熱管３０内の熱媒に熱を放出して凝縮・液化する。そして、この液相の作動流体Ｌは液還流ポンプ２２により給液管２１内を通って再び蒸発部１０の方へ還流される。また、熱回収装置２の吸熱管３０内の熱媒は、循環ポンプ３４により連絡管３３を通って熱利用設備３１に移動され、この熱利用設備３１側に熱を与えて冷却された後、連絡管３２を通って再び給液管２１内に送り込まれる。
【０００９】つぎにヒートパイプ１の蒸発部１０において、熱源Ｈの加熱量が変動する場合について説明する。熱源Ｈの加熱量が減少すれば、当初は蒸発部１０における作動流体の蒸発量より給液管２１を介した蒸発部１０への液還流量が多いため、蒸発部１０下部の液体溜り１０ａに液相の作動流体Ｌが溜められ、貯溜タンク２３の液面レベルは下降するが、この液面レベルの下降は液面移動検知器２４により検知される。そして、この液面移動検知器２４からの検知信号に基づいて液面コントローラ２６により流量調整弁２５が制御され、液相の作動流体Ｌの流量は減少されて、蒸発部１０への液還流量は熱源Ｈの加熱量に対応するよう直ちに変更される。また、熱源Ｈの加熱量が増加すれば、当初は、蒸発部１０下部の液体溜り１０ａに溜められた液相の作動流体Ｌが蒸発し、蒸発部１０における作動流体の蒸発量より給液管２１を介した蒸発部への液還流量が少なくなるため、貯溜タンク２３の液面レベルは上昇するが、この液面レベルの上昇は液面移動検知器２４により検知される。そして、この液面移動検知器２４からの検知信号に基づいて液還流コントローラ２６により流量調整弁２５が制御され、液相の作動流体Ｌの流量が増加されて、蒸発部１０への液還流量は熱源Ｈの加熱量に対応するよう直ちに変更される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記ヒートパイプ１においては、蒸発部１０の熱源Ｈの加熱量が全体的に変動した場合は、液還流量制御装置１２により熱源Ｈの加熱量に見合った分だけ、給液管２１を介して蒸発部１０の蒸発管２０内面に迅速に液相の作動流体Ｌの液環流を行なうことができ、熱源Ｈの加熱量に応じて熱源Ｈ側から充分に熱を取り出すことができるが、熱源Ｈの加熱量が蒸発部１０の長手方向に沿って異なるように変動する場合は、液還流量制御装置１２では熱源Ｈの加熱量の変化に対応させて、蒸発部１０の蒸発管２０内面に液環流をすることができず、熱源Ｈの加熱量に応じて熱源Ｈ側から充分に熱を取り出すことができないという不都合があった。
【００１１】この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、蒸発部における熱源側の加熱量が蒸発部の位置によって異なった状態で変動する場合、この変動に対して液環流量を迅速に対応させることができるループ型ヒートパイプを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題を解決するために、蒸発管の下部に設けられた蒸発部のこの蒸発管内面側に、凝縮部から給液管を介して作動流体の液還流がなされるループ型ヒートパイプにおいて、前記給液管の前記蒸発部側を複数の小給液管に枝分れさせ、この各小給液管の前記蒸発部に対する給液部を、熱源側の加熱量の変動状態が互いに異なるこの蒸発部の各領域にそれぞれ配設し、かつ前記蒸発部の前記領域に蒸発管の温度を検出する温度検知手段をそれぞれ設けるとともに、前記各小給液管内を流れる作動流体の流量を調整する流量調整手段を設け、さらに前記各温度検知手段からの温度信号に基づいてこの温度検知手段に対応する前記流量調整手段を制御する制御手段を設けたことを特徴としている。
【００１３】
【作用】蒸発部の蒸発管の温度は、蒸発部に対する熱源側の加熱量の増大によって上昇し、熱源側の加熱量の減少によって下降する。このため、蒸発部の蒸発管の温度の上昇により作動流体の液環流量を増大させ、この温度の降下により作動流体の液環流量を減少させれば、蒸発部は熱源側の加熱量に合わせてこの熱源側から熱を充分に吸収することができる。
【００１４】したがって、熱源側の加熱量の変動状態が互いに異なる蒸発部の各領域の蒸発管の温度を温度検知手段によりそれぞれ検知し、この温度信号に基づいて各小給液管に設けられた流量調整弁を制御手段により制御することにより、前記各小給液管を介して蒸発部の熱源側の加熱量の変動状態が互いに異なる前記領域に、熱源側の加熱量に見合った量の作動流体の液環流を行なうことができる。
【００１５】
【実施例】つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説明する。図１はヒートパイプ式熱利用装置を示している。このヒートパイプ式熱利用装置はループ型ヒートパイプ１と熱回収装置２とから構成され、前述の図２に示すものとその基本構成は同一であるが、ヒートパイプ１が熱源Ｈの場所ごとの加熱量の変動に対処できるような構成になっている点で、前述のものと異なっている。なお、図１においても図２に示すヒートパイプ式熱利用装置と同一または相当部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００１６】熱源Ｈはその加熱量の変動状態が互いに異なる例えば第１領域Ｈ１、第２領域Ｈ２、第３領域Ｈ３に分けられる。この場合の「加熱量の変動状態が互いに異なる」とは、前記３領域の加熱量が独自に変動する場合を言うが、この３領域の内１領域は加熱量が変動しない領域であってもよい。そして熱源Ｈのこの領域の数（本実施例の場合３つ）だけ、ヒートパイプ１の給液管２１は、その垂直部の下部において小給液管４１，４２，４３に枝分けされ、この各小給液管４１，４２，４３に液還流ポンプ４４が設けられている。そして各小給液管４１，４２，４３の下部側は、その下端が閉塞された状態で蒸発部１０の蒸発管２０内に差し込まれ、その下端部側にそれぞれ熱源Ｈの各領域に対応した蒸発部１０の蒸発管２０の内面に液相の作動流体Ｌを噴出する給液部４１ａ，４２ａ，４３ａを有している。
【００１７】すなわち、第１小給液管４１の給液部４１ａは熱源Ｈの第１領域Ｈ１に対応する蒸発部１０（以下第１蒸発部１０ａという）の蒸発管２０内面に向かって作動流体Ｌを噴出するように設けられ、同様に、第２小給液管４２の給液部４２ａは熱源Ｈの第２領域Ｈ２に対応する蒸発部１０（以下第２蒸発部１０ｂという）の蒸発管２０内面に向かって形成され、また第３小給液管４３の給液部４３ａは熱源Ｈの第３領域Ｈ３に対応する蒸発部１０（以下第３蒸発部１０ｃという）の蒸発管２０内面に向かって設けられている。
【００１８】また、このヒートパイプ１には、熱源Ｈ側の各領域の加熱量の変動に対応して、各小給液管４１を介した蒸発部１０の前記各部への作動流体の液環流量を制御する領域別液還流量制御装置１３が設けられている。
【００１９】領域別液還流量制御装置１３は、各小給液管４１，４２，４３の液還流ポンプ４４の下流側に設けられた液相の作動流体Ｌの流量調整手段としての流量調整弁２７と、第１、第２、第３蒸発部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各蒸発管２０の外面に設けられるこの蒸発管２０の温度検知手段としての温度検知器２８と、第１蒸発部１０ａに設けられた温度検知器２８からの温度信号に基づき、第１小給液管４１中の流量調整弁２７を制御し、第２蒸発部１０ｂに設けられた温度検知器２８からの温度信号に基づき、第２小給液管４２中の流量調整弁２７を制御し、第３蒸発部１０ｃに設けられた温度検知器２８からの温度信号に基づき、第３小給液管４３中の流量調整弁２７を制御する制御手段としての液還流コントローラ２９とから構成されている。なお、流量調整弁２７および前記液還流ポンプ４４はヒートパイプの密閉管の一部を構成する。
【００２０】ここで、熱源Ｈの加熱量はこの熱源Ｈの温度が上昇すると増加し、下降すると減少する。また、蒸発部１０の蒸発管の２０外面温度は、その内面側に液相の作動流体Ｌが無ければ熱源Ｈの温度とほぼ同一となるが、その内面側に液相の作動流体Ｌがあり、熱源Ｈ側から熱を吸収すると熱源Ｈの温度より下降する。そして熱源Ｈの温度が極端に上下しない限り、熱源Ｈからの加熱量と液相の作動流体Ｌの蒸発による吸熱量とが等しい場合には、蒸発部１０の蒸発管２０外面温度はほぼ一定温度（以下、基準温度と言う）となる。
【００２１】したがって、例えば熱源Ｈの温度が上昇し、蒸発部１０の蒸発管２０の外面温度が基準温度より上昇した場合、これを前記基準温度まで下げて熱源Ｈからの加熱量に見合った吸熱量を得るには、蒸発管２０内面側へ供給される液相の作動流体Ｌの量を増大させ、熱源Ｈ側からより多くの熱を吸収させるようにすればよい。また逆に、熱源Ｈの温度が下降し、蒸発部１０の蒸発管２０の外面温度が基準温度より下降した場合、これを前記基準温度まで上げて熱源Ｈからの加熱量に見合った吸熱量を得るには、蒸発管２０内面側へ供給される液相の作動流体Ｌの量を減少させ、蒸発部１０に供給される過剰の液相の作動流体Ｌを無くせばよい。すなわち、熱源Ｈの各領域においてそれぞれ温度が変動し加熱量が異なってきた場合、蒸発部１０の各部に対する液相の作動流体Ｌの供給量を増減し、それぞれの蒸発管２０の外面温度が基準温度になるようにすればよい。
【００２２】なお、このヒートパイプ式熱利用装置のヒートパイプ１には液還流量制御装置１２は設けられてはいないが、給液管２１の下降部に貯溜タンク２３と流量調整弁２５は設けられている。
【００２３】つぎにこのヒートパイプ式熱利用装置の作用をヒートパイプ１の領域別液還流量制御装置１３との関連で説明する。熱源Ｈの温度が一定でその加熱量に変動がない場合は、流量調整弁２７の開度は一定となり、第１、第２、第３小給液管４１，４２，４３の各給液部４１ａ，４２ａ，４３ａを介して、蒸発部１０の第１、第２、第３蒸発部１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれの蒸発管２０内面に一定量の液相の作動流体Ｌが噴出され、第１、第２、第３蒸発部１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれの蒸発管２０の外面温度は基準温度に保持される。そして、蒸発部１０において熱源Ｈから熱を吸収して蒸発した作動流体は凝縮部１１に移動し、ここで熱回収装置２の熱媒側に熱を放出して凝縮・液化する。そして、この液相の作動流体Ｌは貯溜タンク２３に一時的に溜められ、その後全開とした流量調整弁２５等を介して各小給液管４１，４２，４３の液還流ポンプ４４に供給されて、この液還流ポンプ４４により加圧されて流量調整弁２７側に送り出される。
【００２４】つぎに、例えば熱源Ｈの第１領域Ｈ１の温度が上昇し、その第１蒸発部１０ａに対する加熱量が増加すれば、この第１蒸発部１０ａの蒸発管２０の外面温度は基準温度より上昇するため、温度検知器２８からの信号に基づき液還流コントローラ２９は第１小給液管４１の流量調整弁２７の弁開度を大きくする。このため、第１小給液管４１の給液部４１ａから噴出される液相の作動流体Ｌの量が増大し、第１蒸発部１０ａにおける熱源Ｈの第１領域Ｈ１からの吸熱量を増大させる。このことにより、第１蒸発部１０ａの蒸発管２０の外面温度は下降し基準温度に近づいてくる。そして、この温度が基準温度近傍に達すれば、液還流コントローラ２９は第１小給液管４１の流量調整弁２７の開度をその状態に保持させる。
【００２５】また、例えば熱源Ｈの第３領域Ｈ３の温度が下降し、その第３蒸発部１０ｃに対する加熱量が減少すれば、この第３蒸発部１０ｃの蒸発管２０の外面温度は基準温度より下降するため、温度検知器２８からの信号に基づき、液還流コントローラ２９は第３小給液管４３の流量調整弁２７の弁開度を小さくする。このため、第３小給液管４３の給液部４３ａから噴出される液相の作動流体Ｌの量が減少し、第３蒸発部１０ｃに供給される過剰な液相の作動流体Ｌの量が減少する。このことにより、第３蒸発部１０ｃの蒸発管２０の外面温度は上昇し、基準温度に近づてくる。そして、この温度が基準温度近傍に達すれば、液還流コントローラ２９は第３小給液管４３の流量調整弁２７の弁開度をその状態に保持させる。なお、この場合、過剰に供給された液相の作動流体Ｌは蒸発部１０下部の液体溜り４０に溜められる。
【００２６】一方、熱源Ｈの各領域の加熱量の変動に合わせて、各小給液管４１，４２，４３の流量調整弁２７の開度を迅速に増減させて、このヒートパイプ式熱利用装置の運転を行っていても、液還流コントローラ２９による流量調整弁２７の制御には時間を要するため、どうしても蒸発部１０下部の液体溜り４０には液相の作動流体Ｌが溜まりぎみとなり、貯溜タンク２３の液面レベルは下降してくる。このため、貯溜タンク２３の液面レベルが所定位置以下に下がれば領域別液還流量制御装置１３によるコントロールを一旦中断し、流量調整弁２７の弁開度を保持した状態で、流量調整弁２５を例えばマニュアル操作で少しずつ閉じ貯溜タンク２３の液面レベルを上昇させる。そして貯溜タンク２３の液面レベルが所定位置まで上昇すれば、ふたたびこの流量調整弁２５を全開にし、領域別液還流量制御装置１３によるコントロールを開始する。
【００２７】以上のように熱源Ｈの各領域に対応させて蒸発部１０の蒸発管２０外面の温度を測定し、この温度によって熱源Ｈの加熱量の各領域変動を検知して、熱源Ｈの各領域別にその加熱量に見合った分だけ蒸発部１０の各部に液相の作動流体Ｌを供給するようにしているため、蒸発部１０の熱源Ｈ側の加熱量がその領域によって独自に変動しても、この変動に合わせて蒸発部１０に作動流体の液環流ができ、このヒートパイプ１により熱源Ｈ側の熱を最大限に吸収することができる。
【００２８】なお、液還流ポンプ４４を例えば回転速度の制御ができるポンプとして、この液還流ポンプ４４に流量調整手段としての機能を持たせ、液還流コントローラ２９によりこの液還流ポンプ４４を制御するようにすれば流量調整弁２７は不要となる。すなわち、蒸発部１０の蒸発管２０外面の温度が上昇すれば、液還流ポンプ４４の回転速度を上げて蒸発部１０に対する液相の作動流体Ｌの供給量を増加し、温度が下降すれば、液還流ポンプ４４の回転速度を下げて蒸発部１０に対する液相の作動流体Ｌの供給量を減少すればよい。また、このヒートパイプ１の蒸発部１０への作動流体の液環流が重力の作用によって充分になされる場合は、液還流ポンプ４４は不要となる。さらに、流量調整弁２７間の相互干渉を防止できるならば、３台分の容量を有する液還流ポンプ４４を流量調整弁２５の下流側に共通して１台設ければよい。
【００２９】なお、上記実施例においては、温度検知器２８をヒートパイプ１の外面に設けたが、この温度検知器２８をヒートパイプ１の内部に設けることもできる。
【００３０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなようにこの発明によれば、ヒートパイプの蒸発部における熱源側の加熱量が蒸発部の位置によって異なるように変動しても、この変動を温度検知器手段で検知し、制御手段により各小給液管の流量調整手段を制御して、複数の小給液管を介して蒸発部の熱源側の加熱量の変動状態が異なる領域にそれぞれ液環流をしているため、上記熱源側の加熱量の変動に対して液環流量を迅速に対応させることができ、加熱量に応じた熱量を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すヒートパイプ式熱利用装置の断面図である。
【図２】従来のヒートパイプ式熱利用装置の断面図である。
【符号の説明】
１ ループ型ヒートパイプ
１０ 蒸発部
１０ａ 第１蒸発部（加熱量の変動状態が異なる領域）
１０ｂ 第２蒸発部（加熱量の変動状態が異なる領域）
１０ｃ 第３蒸発部（加熱量の変動状態が異なる領域）
１１ 凝縮部
２０ 蒸発管
２１ 給液管
２７ 流量調整弁（流量調整手段）
２８ 温度検知器（温度検知手段）
２９ 液還流コントローラ（制御手段）
４１ 第１小給液管
４１ａ 給液部
４２ 第２小給液管
４２ａ 給液部
４３ 第３小給液管
４３ａ 給液部
Ｈ 熱源
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、蒸気流路と液流路とが分離されたループ型ヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２は特定の熱源から熱を取り出し、これを有効利用する例えば地熱利用装置のようなヒートパイプ式熱利用装置を示している。このヒートパイプ式熱利用装置は熱源からの熱を所定位置まで取り出す大型のループ型ヒートパイプ１と、このヒートパイプ１により取り出された熱を有効利用する熱回収装置２とから構成されている。
【０００３】上記ヒートパイプ１は、その密閉管が、径の大きい主として作動流体の蒸気Ｖが流れる蒸発管２０と、小径で液状作動流体Ｌが流れる給液管２１等とから構成されている。蒸発管２０は、その下部側の傾斜部上方が垂直に立ち上がった後、水平方向に屈曲され、さらにその後下向きに屈曲されている。そして、下端が閉塞された蒸発管２０の傾斜部は、地熱部等の熱源Ｈ中に配設され、ここにヒートパイプ１の蒸発部１０が形成されているとともに、蒸発管２０の上部側の拡径した下降部に、このループ型ヒートパイプ１の凝縮部１１が形成されている。
【０００４】また、給液管２１は、その上端が蒸発管２０の凝縮部１１側端部に連結された状態で垂直に下降し、その後屈曲されて水平に延びた後、下向きに傾斜した蒸発部１０内に気密状態で差し込まれている。蒸発部１０内の給液管２１はその下端が閉塞された状態で蒸発部１０の下端部近傍まで達しており、この蒸発部１０内の給液管２１には、その長手方向に、蒸発管２０の内面に向かって液相の作動流体Ｌを噴出する複数の孔部からなる給液部２１ａが形成されている。
【０００５】また、給液管２１の垂直下降部側には、給液管２１内を流れる液相の作動流体Ｌの流量を蒸発部１０における熱源Ｈの加熱量に合わせて増減させるヒートパイプ１の液還流量制御装置１２が取り付けられ、給液管２１の水平部には蒸発部１０側に液相の作動流体Ｌを送り込むヒートパイプ１の液還流ポンプ２２が取り付けられている。液還流量制御装置１２は液相の作動流体Ｌを一時的に貯える貯溜タンク２３と、この貯溜タンク２３の液面レベルの上昇および下降を検知する液面移動検知器２４と、給液管２１内を流れる液相の作動流体Ｌの流量を調整する流量調整弁２５と、液面移動検知器２４からの信号により流量調整弁２５の弁開度を制御する液面コントローラ２６とから構成されている。なお、液還流ポンプ２２、貯溜タンク２３、流量調整弁２５はこのヒートパイプ１の密閉管の一部を構成している。
【０００６】ここで、ヒートパイプ１は真空脱気した密閉管の内部にフロンやアルコールなどの目的温度範囲で蒸発・凝縮する流体を作動流体として封入したものであり、蒸発部１０における吸熱によって作動流体を蒸発させ、この蒸気を蒸発管２０を介して凝縮部１１に移動させて、これをこの凝縮部１１にて凝縮・液化させることにより、その熱を外部に放出させるものである。そして凝縮部１１から蒸発部１０への作動流体の液還流は、蒸発管２０とは別途設けられた給液管２１を介して液還流ポンプ２２によってなされる。すなわち、このヒートパイプ１は作動流体の蒸気Ｖが流れる蒸発管２０と液相の作動流体Ｌが流れる給液管２１とをおのおの有したループ型ヒートパイプとなっている。なお、蒸発部１０の下部には液相の作動流体Ｌの液体溜り１０ａが形成される。
【０００７】熱回収装置２は、ヒートパイプ１の凝縮部１１内に設けられ、ヒートパイプ１側の熱を熱媒に吸収させる吸熱管３０と、この熱媒の熱を利用して温水やスチームを発生させる熱利用設備３１と、吸熱管３０と熱利用設備３１との間を連結する連絡管３２，３３と、熱媒を循環させる循環ポンプ３４とから構成されている。
【０００８】つぎにこのヒートパイプ式熱利用装置の作用を説明する。給液管２１の給液部２１ａを介してヒートパイプ１の蒸発部１０の蒸発管２０内面に噴出された液相の作動流体Ｌは、この蒸発管２０の内面に沿って下降するうちに熱源Ｈからの熱を吸収して蒸発する。そして、この作動流体の蒸気Ｖは蒸発管２０内を上昇してヒートパイプ１の凝縮部１１に達し、この凝縮部１１にて吸熱管３０内の熱媒に熱を放出して凝縮・液化する。そして、この液相の作動流体Ｌは液還流ポンプ２２により給液管２１内を通って再び蒸発部１０の方へ還流される。また、熱回収装置２の吸熱管３０内の熱媒は、循環ポンプ３４により連絡管３３を通って熱利用設備３１に移動され、この熱利用設備３１側に熱を与えて冷却された後、連絡管３２を通って再び給液管２１内に送り込まれる。
【０００９】つぎにヒートパイプ１の蒸発部１０において、熱源Ｈの加熱量が変動する場合について説明する。熱源Ｈの加熱量が減少すれば、当初は蒸発部１０における作動流体の蒸発量より給液管２１を介した蒸発部１０への液還流量が多いため、蒸発部１０下部の液体溜り１０ａに液相の作動流体Ｌが溜められ、貯溜タンク２３の液面レベルは下降するが、この液面レベルの下降は液面移動検知器２４により検知される。そして、この液面移動検知器２４からの検知信号に基づいて液面コントローラ２６により流量調整弁２５が制御され、液相の作動流体Ｌの流量は減少されて、蒸発部１０への液還流量は熱源Ｈの加熱量に対応するよう直ちに変更される。また、熱源Ｈの加熱量が増加すれば、当初は、蒸発部１０下部の液体溜り１０ａに溜められた液相の作動流体Ｌが蒸発し、蒸発部１０における作動流体の蒸発量より給液管２１を介した蒸発部への液還流量が少なくなるため、貯溜タンク２３の液面レベルは上昇するが、この液面レベルの上昇は液面移動検知器２４により検知される。そして、この液面移動検知器２４からの検知信号に基づいて液還流コントローラ２６により流量調整弁２５が制御され、液相の作動流体Ｌの流量が増加されて、蒸発部１０への液還流量は熱源Ｈの加熱量に対応するよう直ちに変更される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記ヒートパイプ１においては、蒸発部１０の熱源Ｈの加熱量が全体的に変動した場合は、液還流量制御装置１２により熱源Ｈの加熱量に見合った分だけ、給液管２１を介して蒸発部１０の蒸発管２０内面に迅速に液相の作動流体Ｌの液環流を行なうことができ、熱源Ｈの加熱量に応じて熱源Ｈ側から充分に熱を取り出すことができるが、熱源Ｈの加熱量が蒸発部１０の長手方向に沿って異なるように変動する場合は、液還流量制御装置１２では熱源Ｈの加熱量の変化に対応させて、蒸発部１０の蒸発管２０内面に液環流をすることができず、熱源Ｈの加熱量に応じて熱源Ｈ側から充分に熱を取り出すことができないという不都合があった。
【００１１】この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、蒸発部における熱源側の加熱量が蒸発部の位置によって異なった状態で変動する場合、この変動に対して液環流量を迅速に対応させることができるループ型ヒートパイプを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題を解決するために、蒸発管の下部に設けられた蒸発部のこの蒸発管内面側に、凝縮部から給液管を介して作動流体の液還流がなされるループ型ヒートパイプにおいて、前記給液管の前記蒸発部側を複数の小給液管に枝分れさせ、この各小給液管の前記蒸発部に対する給液部を、熱源側の加熱量の変動状態が互いに異なるこの蒸発部の各領域にそれぞれ配設し、かつ前記蒸発部の前記領域に蒸発管の温度を検出する温度検知手段をそれぞれ設けるとともに、前記各小給液管内を流れる作動流体の流量を調整する流量調整手段を設け、さらに前記各温度検知手段からの温度信号に基づいてこの温度検知手段に対応する前記流量調整手段を制御する制御手段を設けたことを特徴としている。
【００１３】
【作用】蒸発部の蒸発管の温度は、蒸発部に対する熱源側の加熱量の増大によって上昇し、熱源側の加熱量の減少によって下降する。このため、蒸発部の蒸発管の温度の上昇により作動流体の液環流量を増大させ、この温度の降下により作動流体の液環流量を減少させれば、蒸発部は熱源側の加熱量に合わせてこの熱源側から熱を充分に吸収することができる。
【００１４】したがって、熱源側の加熱量の変動状態が互いに異なる蒸発部の各領域の蒸発管の温度を温度検知手段によりそれぞれ検知し、この温度信号に基づいて各小給液管に設けられた流量調整弁を制御手段により制御することにより、前記各小給液管を介して蒸発部の熱源側の加熱量の変動状態が互いに異なる前記領域に、熱源側の加熱量に見合った量の作動流体の液環流を行なうことができる。
【００１５】
【実施例】つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説明する。図１はヒートパイプ式熱利用装置を示している。このヒートパイプ式熱利用装置はループ型ヒートパイプ１と熱回収装置２とから構成され、前述の図２に示すものとその基本構成は同一であるが、ヒートパイプ１が熱源Ｈの場所ごとの加熱量の変動に対処できるような構成になっている点で、前述のものと異なっている。なお、図１においても図２に示すヒートパイプ式熱利用装置と同一または相当部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００１６】熱源Ｈはその加熱量の変動状態が互いに異なる例えば第１領域Ｈ１、第２領域Ｈ２、第３領域Ｈ３に分けられる。この場合の「加熱量の変動状態が互いに異なる」とは、前記３領域の加熱量が独自に変動する場合を言うが、この３領域の内１領域は加熱量が変動しない領域であってもよい。そして熱源Ｈのこの領域の数（本実施例の場合３つ）だけ、ヒートパイプ１の給液管２１は、その垂直部の下部において小給液管４１，４２，４３に枝分けされ、この各小給液管４１，４２，４３に液還流ポンプ４４が設けられている。そして各小給液管４１，４２，４３の下部側は、その下端が閉塞された状態で蒸発部１０の蒸発管２０内に差し込まれ、その下端部側にそれぞれ熱源Ｈの各領域に対応した蒸発部１０の蒸発管２０の内面に液相の作動流体Ｌを噴出する給液部４１ａ，４２ａ，４３ａを有している。
【００１７】すなわち、第１小給液管４１の給液部４１ａは熱源Ｈの第１領域Ｈ１に対応する蒸発部１０（以下第１蒸発部１０ａという）の蒸発管２０内面に向かって作動流体Ｌを噴出するように設けられ、同様に、第２小給液管４２の給液部４２ａは熱源Ｈの第２領域Ｈ２に対応する蒸発部１０（以下第２蒸発部１０ｂという）の蒸発管２０内面に向かって形成され、また第３小給液管４３の給液部４３ａは熱源Ｈの第３領域Ｈ３に対応する蒸発部１０（以下第３蒸発部１０ｃという）の蒸発管２０内面に向かって設けられている。
【００１８】また、このヒートパイプ１には、熱源Ｈ側の各領域の加熱量の変動に対応して、各小給液管４１を介した蒸発部１０の前記各部への作動流体の液環流量を制御する領域別液還流量制御装置１３が設けられている。
【００１９】領域別液還流量制御装置１３は、各小給液管４１，４２，４３の液還流ポンプ４４の下流側に設けられた液相の作動流体Ｌの流量調整手段としての流量調整弁２７と、第１、第２、第３蒸発部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各蒸発管２０の外面に設けられるこの蒸発管２０の温度検知手段としての温度検知器２８と、第１蒸発部１０ａに設けられた温度検知器２８からの温度信号に基づき、第１小給液管４１中の流量調整弁２７を制御し、第２蒸発部１０ｂに設けられた温度検知器２８からの温度信号に基づき、第２小給液管４２中の流量調整弁２７を制御し、第３蒸発部１０ｃに設けられた温度検知器２８からの温度信号に基づき、第３小給液管４３中の流量調整弁２７を制御する制御手段としての液還流コントローラ２９とから構成されている。なお、流量調整弁２７および前記液還流ポンプ４４はヒートパイプの密閉管の一部を構成する。
【００２０】ここで、熱源Ｈの加熱量はこの熱源Ｈの温度が上昇すると増加し、下降すると減少する。また、蒸発部１０の蒸発管の２０外面温度は、その内面側に液相の作動流体Ｌが無ければ熱源Ｈの温度とほぼ同一となるが、その内面側に液相の作動流体Ｌがあり、熱源Ｈ側から熱を吸収すると熱源Ｈの温度より下降する。そして熱源Ｈの温度が極端に上下しない限り、熱源Ｈからの加熱量と液相の作動流体Ｌの蒸発による吸熱量とが等しい場合には、蒸発部１０の蒸発管２０外面温度はほぼ一定温度（以下、基準温度と言う）となる。
【００２１】したがって、例えば熱源Ｈの温度が上昇し、蒸発部１０の蒸発管２０の外面温度が基準温度より上昇した場合、これを前記基準温度まで下げて熱源Ｈからの加熱量に見合った吸熱量を得るには、蒸発管２０内面側へ供給される液相の作動流体Ｌの量を増大させ、熱源Ｈ側からより多くの熱を吸収させるようにすればよい。また逆に、熱源Ｈの温度が下降し、蒸発部１０の蒸発管２０の外面温度が基準温度より下降した場合、これを前記基準温度まで上げて熱源Ｈからの加熱量に見合った吸熱量を得るには、蒸発管２０内面側へ供給される液相の作動流体Ｌの量を減少させ、蒸発部１０に供給される過剰の液相の作動流体Ｌを無くせばよい。すなわち、熱源Ｈの各領域においてそれぞれ温度が変動し加熱量が異なってきた場合、蒸発部１０の各部に対する液相の作動流体Ｌの供給量を増減し、それぞれの蒸発管２０の外面温度が基準温度になるようにすればよい。
【００２２】なお、このヒートパイプ式熱利用装置のヒートパイプ１には液還流量制御装置１２は設けられてはいないが、給液管２１の下降部に貯溜タンク２３と流量調整弁２５は設けられている。
【００２３】つぎにこのヒートパイプ式熱利用装置の作用をヒートパイプ１の領域別液還流量制御装置１３との関連で説明する。熱源Ｈの温度が一定でその加熱量に変動がない場合は、流量調整弁２７の開度は一定となり、第１、第２、第３小給液管４１，４２，４３の各給液部４１ａ，４２ａ，４３ａを介して、蒸発部１０の第１、第２、第３蒸発部１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれの蒸発管２０内面に一定量の液相の作動流体Ｌが噴出され、第１、第２、第３蒸発部１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれの蒸発管２０の外面温度は基準温度に保持される。そして、蒸発部１０において熱源Ｈから熱を吸収して蒸発した作動流体は凝縮部１１に移動し、ここで熱回収装置２の熱媒側に熱を放出して凝縮・液化する。そして、この液相の作動流体Ｌは貯溜タンク２３に一時的に溜められ、その後全開とした流量調整弁２５等を介して各小給液管４１，４２，４３の液還流ポンプ４４に供給されて、この液還流ポンプ４４により加圧されて流量調整弁２７側に送り出される。
【００２４】つぎに、例えば熱源Ｈの第１領域Ｈ１の温度が上昇し、その第１蒸発部１０ａに対する加熱量が増加すれば、この第１蒸発部１０ａの蒸発管２０の外面温度は基準温度より上昇するため、温度検知器２８からの信号に基づき液還流コントローラ２９は第１小給液管４１の流量調整弁２７の弁開度を大きくする。このため、第１小給液管４１の給液部４１ａから噴出される液相の作動流体Ｌの量が増大し、第１蒸発部１０ａにおける熱源Ｈの第１領域Ｈ１からの吸熱量を増大させる。このことにより、第１蒸発部１０ａの蒸発管２０の外面温度は下降し基準温度に近づいてくる。そして、この温度が基準温度近傍に達すれば、液還流コントローラ２９は第１小給液管４１の流量調整弁２７の開度をその状態に保持させる。
【００２５】また、例えば熱源Ｈの第３領域Ｈ３の温度が下降し、その第３蒸発部１０ｃに対する加熱量が減少すれば、この第３蒸発部１０ｃの蒸発管２０の外面温度は基準温度より下降するため、温度検知器２８からの信号に基づき、液還流コントローラ２９は第３小給液管４３の流量調整弁２７の弁開度を小さくする。このため、第３小給液管４３の給液部４３ａから噴出される液相の作動流体Ｌの量が減少し、第３蒸発部１０ｃに供給される過剰な液相の作動流体Ｌの量が減少する。このことにより、第３蒸発部１０ｃの蒸発管２０の外面温度は上昇し、基準温度に近づてくる。そして、この温度が基準温度近傍に達すれば、液還流コントローラ２９は第３小給液管４３の流量調整弁２７の弁開度をその状態に保持させる。なお、この場合、過剰に供給された液相の作動流体Ｌは蒸発部１０下部の液体溜り４０に溜められる。
【００２６】一方、熱源Ｈの各領域の加熱量の変動に合わせて、各小給液管４１，４２，４３の流量調整弁２７の開度を迅速に増減させて、このヒートパイプ式熱利用装置の運転を行っていても、液還流コントローラ２９による流量調整弁２７の制御には時間を要するため、どうしても蒸発部１０下部の液体溜り４０には液相の作動流体Ｌが溜まりぎみとなり、貯溜タンク２３の液面レベルは下降してくる。このため、貯溜タンク２３の液面レベルが所定位置以下に下がれば領域別液還流量制御装置１３によるコントロールを一旦中断し、流量調整弁２７の弁開度を保持した状態で、流量調整弁２５を例えばマニュアル操作で少しずつ閉じ貯溜タンク２３の液面レベルを上昇させる。そして貯溜タンク２３の液面レベルが所定位置まで上昇すれば、ふたたびこの流量調整弁２５を全開にし、領域別液還流量制御装置１３によるコントロールを開始する。
【００２７】以上のように熱源Ｈの各領域に対応させて蒸発部１０の蒸発管２０外面の温度を測定し、この温度によって熱源Ｈの加熱量の各領域変動を検知して、熱源Ｈの各領域別にその加熱量に見合った分だけ蒸発部１０の各部に液相の作動流体Ｌを供給するようにしているため、蒸発部１０の熱源Ｈ側の加熱量がその領域によって独自に変動しても、この変動に合わせて蒸発部１０に作動流体の液環流ができ、このヒートパイプ１により熱源Ｈ側の熱を最大限に吸収することができる。
【００２８】なお、液還流ポンプ４４を例えば回転速度の制御ができるポンプとして、この液還流ポンプ４４に流量調整手段としての機能を持たせ、液還流コントローラ２９によりこの液還流ポンプ４４を制御するようにすれば流量調整弁２７は不要となる。すなわち、蒸発部１０の蒸発管２０外面の温度が上昇すれば、液還流ポンプ４４の回転速度を上げて蒸発部１０に対する液相の作動流体Ｌの供給量を増加し、温度が下降すれば、液還流ポンプ４４の回転速度を下げて蒸発部１０に対する液相の作動流体Ｌの供給量を減少すればよい。また、このヒートパイプ１の蒸発部１０への作動流体の液環流が重力の作用によって充分になされる場合は、液還流ポンプ４４は不要となる。さらに、流量調整弁２７間の相互干渉を防止できるならば、３台分の容量を有する液還流ポンプ４４を流量調整弁２５の下流側に共通して１台設ければよい。
【００２９】なお、上記実施例においては、温度検知器２８をヒートパイプ１の外面に設けたが、この温度検知器２８をヒートパイプ１の内部に設けることもできる。
【００３０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなようにこの発明によれば、ヒートパイプの蒸発部における熱源側の加熱量が蒸発部の位置によって異なるように変動しても、この変動を温度検知器手段で検知し、制御手段により各小給液管の流量調整手段を制御して、複数の小給液管を介して蒸発部の熱源側の加熱量の変動状態が異なる領域にそれぞれ液環流をしているため、上記熱源側の加熱量の変動に対して液環流量を迅速に対応させることができ、加熱量に応じた熱量を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すヒートパイプ式熱利用装置の断面図である。
【図２】従来のヒートパイプ式熱利用装置の断面図である。
【符号の説明】
１ ループ型ヒートパイプ
１０ 蒸発部
１０ａ 第１蒸発部（加熱量の変動状態が異なる領域）
１０ｂ 第２蒸発部（加熱量の変動状態が異なる領域）
１０ｃ 第３蒸発部（加熱量の変動状態が異なる領域）
１１ 凝縮部
２０ 蒸発管
２１ 給液管
２７ 流量調整弁（流量調整手段）
２８ 温度検知器（温度検知手段）
２９ 液還流コントローラ（制御手段）
４１ 第１小給液管
４１ａ 給液部
４２ 第２小給液管
４２ａ 給液部
４３ 第３小給液管
４３ａ 給液部
Ｈ 熱源
【特許請求の範囲】
【請求項１】 蒸発管の下部に設けられた蒸発部のこの蒸発管内面側に、凝縮部から給液管を介して作動流体の液還流がなされるループ型ヒートパイプにおいて、前記給液管の前記蒸発部側を複数の小給液管に枝分れさせ、この各小給液管の前記蒸発部に対する給液部を、熱源側の加熱量の変動状態が互いに異なるこの蒸発部の各領域にそれぞれ配設し、かつ前記蒸発部の前記領域に蒸発管の温度を検出する温度検知手段をそれぞれ設けるとともに、前記各小給液管内を流れる作動流体の流量を調整する流量調整手段を設け、さらに前記各温度検知手段からの温度信号に基づいてこの温度検知手段に対応する前記流量調整手段を制御する制御手段を設けたことを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【請求項１】 蒸発管の下部に設けられた蒸発部のこの蒸発管内面側に、凝縮部から給液管を介して作動流体の液還流がなされるループ型ヒートパイプにおいて、前記給液管の前記蒸発部側を複数の小給液管に枝分れさせ、この各小給液管の前記蒸発部に対する給液部を、熱源側の加熱量の変動状態が互いに異なるこの蒸発部の各領域にそれぞれ配設し、かつ前記蒸発部の前記領域に蒸発管の温度を検出する温度検知手段をそれぞれ設けるとともに、前記各小給液管内を流れる作動流体の流量を調整する流量調整手段を設け、さらに前記各温度検知手段からの温度信号に基づいてこの温度検知手段に対応する前記流量調整手段を制御する制御手段を設けたことを特徴とするループ型ヒートパイプ。
【図１】
【図２】
【図２】
【特許番号】第２５３０５８２号
【登録日】平成８年（１９９６）６月１４日
【発行日】平成８年（１９９６）９月４日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−３３６６８１
【出願日】平成４年（１９９２）１１月２４日
【公開番号】特開平６−１５９９５９
【公開日】平成６年（１９９４）６月７日
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【上記１名の代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 丈夫
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【上記１名の指定代理人】
【氏名又は名称】工業技術院機械技術研究所長 （外１名）
【参考文献】
【文献】特開昭６２−１３１１９９（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成８年（１９９６）６月１４日
【発行日】平成８年（１９９６）９月４日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）１１月２４日
【公開番号】特開平６−１５９９５９
【公開日】平成６年（１９９４）６月７日
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【上記１名の代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 丈夫
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【上記１名の指定代理人】
【氏名又は名称】工業技術院機械技術研究所長 （外１名）
【参考文献】
【文献】特開昭６２−１３１１９９（ＪＰ，Ａ）
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