JPH01263491A - ヒートパイプを用いた熱交換体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、例えば暖房用熱交換体や空調用熱交換体とし
て好適なヒートパイプを用いた熱交換体に関する。

「従来の技術」 従来Ｊ：す、ヒートパイプを熱交換器に応用する技術は
、広く試みられ実用化が行なわれてきた。

それらの多くは、加熱流体の流路にヒートパイプの受熱
部を配置し、被加熱流体の流路にヒートバイブプの放熱
部を１置したものからなる。そして、受熱部において加
熱流体に接触して得た熱を、ヒートパイプの熱輸送力を
利用して速やかに放熱部に伝え、放熱部に接触する被加
熱流体を加熱するようにしている。

また、これらのピー１−パイプを用いた熱交換器では、
加熱流体または被加熱流体との接触面積を増やすために
、受熱部または放熱部にフィンをつけることもあった。

ただし、これらのフィンは、各ヒートパイプのそれぞれ
に個別にフィンをつけたものや、数本のヒートパイプに
共通のフィンをつけたものであり、ヒートパイプの伝熱
促進にのみ関与するものであった。

一方、最近では、熱交換器をコンバク１〜にするという
要求が産業界において高まっており、それに加えて熱交
換体が単に加熱流体と被加熱流体の２流体を熱交換する
のみてはなく、他の熱源とも熱交換をすることができる
ような機能を要求される応用分野も生してきた。例えば
空調用熱交換器は、冬期は暖房、夏期は冷房を行なう必
要゛があるが、それを全く別個の熱交換器で行なうとコ
ンパクト化を達成できないという問題があった。

また、比較的大きなビルなどの暖房施設としては、ボイ
ラによって加熱した水蒸気や温水を流す方式が多く採用
されている。この方式は、暖房管理を一箇所でまとめて
行ない、各部屋における管理が必要ないという便利さが
ある。しかし、ボイラを作動させるには、かなりの手間
がかかり、冬期以外で暖房が必要となる場合に、手軽に
温風を発生させることができなかった。

「発明が解決しようとする課題」 本発明は、」二記のような従来技術の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的は、ネリ数種類の熱源より
熱交換を行なうことができ、しかも装置をコンパクトに
することができるようにしたヒートパイプを用いた熱交
換体を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するため、本発明のヒートバイブを用い
た熱交換体は、ヒートバイブと伝熱管とがその少な（と
も一部において互いにほぼ平行に配列されており、前記
平行に配列された部分が共通のプレートフィンに挿通さ
れていることを特徴としている。

１作用」 ヒートバイブには、他の熱源より熱を受熱する受熱部と
、熱を他のものに伝える放熱部とが設けられる。ヒート
バイブは、その内部に熱輸送する媒体すなわち作動媒体
が入っており、作動媒体の相変化（蒸発、凝縮）により
管内の伝熱を行なうものである。ヒートパイプ受熱部で
は、外部からの入熱により作動媒体が受熱部内表面で蒸
発し、多量の蒸発熱を得る。蒸発した作動媒体は、音速
もしくは音速に近い速さで放熱部に移動し、放熱部内表
面で凝縮して放熱部に多量の熱を与える。

放熱部内表面で凝縮した作動媒体は、ヒートパイプ内表
面に沿って再び受熱部に移動する。こうして極めて短時
間に受熱部から放熱部に多量の熱を伝えることができる
。例えばヒートバイブの受熱部を加熱すると、その熱は
速やかにピー１−バイブの他の部分に伝達され、ヒート
バイブの軸方向温度勾配が殆どない状態で全体が加熱さ
れる。同様にして、ヒートバイブの放熱部を冷却すると
、温度勾配が殆どない状態で全体が冷却される。

本発明の熱交換体は、例えば暖房専用の熱交換体として
も、また冷暖房を兼ねた空調用の熱交換体としても使用
することができる。

暖房専用の熱交換体として使用する場合、伝熱管には、
ボイラで加熱された水蒸気や温水などの加熱流体が流さ
れる。また、ヒートバイブは、共通のフィンを有しない
部分を例えば燃焼ガスなどの加熱流体が流れる受熱部と
し、共通のフィンを有する部分を放熱部とされる。そし
て、被加熱流体である空気は、共通のフィンを有する部
分に流される。

この態様においては１例えば冬期には伝熱管にボイラて
加熱された水蒸気や渇水などの加熱流体を流し、共通の
フィンによって伝熱面積を大きくとりながら、効率的に
空気を加熱することができる。この場合、ピー１〜バイ
ブは、空気を積極的に加熱する作用は有しないが、共通
のフィンとの接触部から伝熱される熱を速やかに他の部
分に伝えるので、フィン全体を均一に加μｍさせて伝熱
効率を高める効果がある。また、冬期以外で暖房が必要
となる場合は、燃焼ガスを発生させてヒートバイブの受
熱部を加熱する。この熱は速やかにヒートバイブの放熱
部に伝えられるので、放熱部に接触する共通のフィンも
加熱され、伝熱面積を大きくとりながら効率的に空気を
加熱することができる。なお、伝熱管に加熱流体を流す
と共に、ヒートバイブの受熱部にも加熱流体を流せば、
伝熱管とヒートバイブの両方から積極的に加熱がなされ
るので、より強い暖房が可能となる。

空調用の熱交換体として使用する場合には、伝熱管に冷
媒が流される。冷却構造が、例えば圧縮器、凝縮器、蒸
発管に冷媒を循環させる構造の場合には、伝熱管は実質
的に蒸発管となる。また、伝熱管に玲却水を流して冷却
する構造としてもよい。暖房時には、ヒートパイプの共
通のフィンを有しない部分を受熱部とし、この部分に燃
焼ガスなどの加熱流体を流して加熱する。この熱は、共
通のフィンを有する放熱部に速やかに伝えられ、放熱部
に接触する共通のフィンも加熱されて、伝熱面積を大き
くとりながら効率的に空気を加熱することができる。ま
た、冷房時には、伝熱管に冷媒を流して冷却し、共通フ
ィンによって伝熱面積を大きくとりながら、空気を冷却
する。この場合、共通フィンに接触しているヒートパイ
プは、フィンどうしの伝熱を促進し、フィン全体を均一
に冷却さセる効果を有する。

このように、ピー１−パイプと伝熱管とを共通のプレー
１〜フイン、好ましくはプレートフィンの全部に挿通さ
せることにより、装置をコンパクトにすることができる
と共に、異なる熱源を選択的にあるいは併用して利用す
ることができるようになる。さらに、伝熱管に熱媒体を
流しているとき、ヒートパイプによりフィンどうしの伝
熱が促進されるので、フィン全体を均一に加熱あるいは
冷却する効果が得られ、それによって空気などの被加熱
流体との伝熱効率を向上させることができる。

「発明の実施例」 図は本発明による熱交換体を温風暖房器に適用した実施
例を示している。

この温風暖房器には、断熱材からなる隔壁１１．１２．
１３により仕切られた、加熱流体である燃焼ガスＩ］が
流通する受熱部１４と、被加熱流体である空気Ｃが流通
する放熱部］５とが設けられている。上下２段に配置さ
れたピー１−パイプ１６．１７は、一端部を受熱部１４
に配置され、他端部を放熱部１５に配置されるようにし
て支持されている。

受熱部１４において、隔壁１２．１３の下部開口には、
ファン１８、燃料ノズル１９が取付けられ、ファン１８
から供給される燃焼用空気と、燃料ノズル１９から供給
される燃料とが、予混合室２０て混合されるようになっ
ている。予混合室２０の上方にはバーナプレート２１が
配置され、予混合気はバーナプレー１−２１の噴出孔か
ら噴出して図示しない点火手段により点火され、面状の
火炎を形成するようになっている。こうして形成された
燃焼ガス■］は、受熱部１４を下方から−Ｆ方に流れる
。

燃焼ガスｌ］の上流側に位置する下段のヒートパイプ１
７の受熱部には、多数のローフイン２２が取付けられて
おり、燃焼ガスＨの下流側に位置する上段のヒートパイ
プ１６の受熱部には、前記ローフイン２２よりもフィン
高さの高い多数のハイフィン２３が取付けられている。

これは、燃焼ガス温度の高い上流側ではフィンの熱損傷
を防止し、燃焼ガス温度が低下する下流側では伝熱面積
をより広くとるようにするためである。なお、下段のヒ
ートパイプ１７の受熱部は、ペアチューブとされていて
もよい。

放熱部１５においては、前記ヒートパイプ１６．１７と
ほぼ平行に複数列の伝熱管２４が配置されている。これ
らの伝熱管２４は、一端が隔壁１２の部分で０字状に折
返され、他端が隔壁１１を貫通して装置外に延出されて
いる。なお、伝熱管２４は、加熱流体の流路が全体とし
て連続するように接続されていてもよく、あるいは加熱
流体の流路が複数に別れるようにされていてもよい。ま
た、隔壁Ｉ１．１２の下部間ロイ」近には、クロスフロ
ー型のファン２５が設置されており、室内の空気Ｃが上
方から下方に流れるようにしている。

そして、本発明においては、放・熱部１５におけるヒー
トパイプ１６．１７と伝熱管２４とが互いにほぼ平行に
配列された部分が、所定間隔で配置された多数の共通の
プレートフィン２６に挿通されている。

これらのプレートフィン２６は、放熱部１５の空気Ｃが
流れるほぼ全域に渡って設けられている。そして、本発
明の熱交換体は、ヒートパイプ１６．１７と伝熱管２４
とプレートフィン２６とによって構成されている。

なお、この実施例の場合、ヒートパイプ１６．１７とし
ては、外径１９．０５　ｍｍの銅製のデユープに作動媒
体として水を封入したものが用いられている。

受熱部の長さは１００ｍｍであり、作動時のヒートパイ
プ温度は１２０〜１．４０°Ｃである。

次に、この温風暖房器の使用方法について説明する。

比較的大きなビルなどの暖房設備として利用された場合
、常時寒さが厳しい冬期においては１通常の出動時から
退社時に至る時間帯で、これらのビルでは常時暖房され
ている。したがって、この間の暖房は、ボイラなとで加
熱された水蒸気や温水を各部屋の伝熱管２４に流すこと
によって行なわれる。伝熱管２４は、これらの加熱流体
によって加熱され、この熱はプレートフィン２６にも伝
えられて加熱される。さらに、プレートフィン２６に接
しているヒートパイプ１６．１７にも伝熱され、ヒート
パイプ１６．１７はその伝熱特性により速やかに全体が
均一に加熱されるので、プレートフィン２６どうしの伝
熱を促進し、プレートフィン２６がほぼ均一に加熱され
ることになる。そして、ファン２５により室内の空気Ｃ
が放熱部１５を上方から下方に流れると、空気Ｃはプレ
ートフィン２６、伝熱管２４、ヒートパイプ１６、Ｊ７
に接触して熱交換され、温風となって室内に供給される
。

Ｊ 通常は暖房を必要としない春期、秋期などにおいては、
これらのビルでは、燃料の浪費を防くため、ボイラは稼
動されず暖房されていない。しかし、春期、秋期などに
おいても一時的に寒さが厳しく暖房を必要とするときが
ある。また、多くの人が退社してしまった後の夜間など
においても、これらのヒルでは、ボイラが止められて暖
房は停止する。しかし、残業をしている部屋などでは、
やはり暖房が必要となる。このような場合、ボイラを一
時的に作動させるのはかなりの手間がかかり、しかも全
室において暖房が必要でない場合には燃料の大幅な浪費
を招く。

この２Ｂ風暖房器では、上記の場合に、受熱部１４て燃
焼を行なわせ、燃焼ガスＩ］を発生させることにより、
各部屋毎に手軽な操作で暖房することができる。ずなわ
ち、ファン１８から燃焼用空気を供給し、燃料ノズル１
９から燃料を供給し、図示しない、点火手段て、点火す
ることにＪ：す、バーナプレー１−２］において面状の
火炎が形成される。こうして発生した燃焼ガスＩ」は、
受熱部１４を下方から上方に流れ、ヒートパイプ１７．
１６の受熱部を順次加熱する。この場合、ヒートパイプ
１７に設けられたローフイン２２、ヒートパイプ１６に
設けられたハイフィン２３により、伝熱面積が大きくと
られ、伝熱効率が高められる。ヒートパイプ１６．１７
の受熱部が加熱されると、その熱は速やかに放熱部に伝
えられ、放熱部に設けられたプレートフィン２６も加熱
される。そして、ファン２５により放熱部を流れる空気
Ｃが加熱され、温風となって室内に供給される。この場
合も、プレートフィン２６により伝熱面積が大きくとら
れ、伝熱効率が高められる。なお、伝熱管２４もプレー
トフィン２６によって加熱されるので伝熱面積増大に寄
与する。

また、この温風暖房器では、寒さが特に厳しい場合、ボ
イラによって加熱された水蒸気や温水などの加熱流体を
伝熱管２４に流すと共に、受熱部１４における燃焼をも
同時に行ない、両者の熱源を併用してより強い暖房を行
なうこともてきる。

なお、−に記実施例では、伝熱管２４に加熱流体を流す
ようにしているが、伝熱管２４に冷媒を流すようにして
冷暖房兼用の空調器を構成することもてきる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、ヒートパイプブ
と伝熱管とを共通のプレー１〜フインに挿通させること
により、装置をコンパクトにすることができる。また、
ヒートパイプと伝熱管とに異なる熱源が適用できるので
、両者を選択的にあるいは併用して利用することにより
、集中管理システムの暖房と個別管理の暖房とを使い分
けたり、冷暖房兼用にしたりすることができる。さらに
、伝熱管に熱媒体を流しているとき、ヒートパイプによ
りフィンどうしの伝熱が促進されるので、フィン全体を
均一に加熱あるいは冷却する効果が得られ、それによっ
て空気などの被加熱流体との伝熱効率を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の熱交換体を温風暖房器に適用した実施例を
示す断面図である。 図中、１４は受熱部、１５は放熱部、１６．１７はヒー
１〜バイブ、２１はバーナプレート、２４は伝熱管、２
５はファン、２６はプレー１〜フイン、ト１は燃焼ガス
、Ｃは空気である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヒートパイプと伝熱管とがその少なくとも一部に
   おいて互いにほぼ平行に配列されており、前記平行に配
   列された部分が共通のプレートフィンに挿通されている
   ことを特徴とするヒートパイプを用いた熱交換体。
2. （２）前記伝熱管に加熱流体が流される請求項１記載の
   ヒートパイプを用いた熱交換体。（３）前記伝熱管に冷
   媒が流される請求項１記載のヒートパイプを用いた熱交
   換体。