JPH02110295A

JPH02110295A - 内部下降管を有する二重管型二相熱サイフォン

Info

Publication number: JPH02110295A
Application number: JP26365188A
Authority: JP
Inventors: Kenji Fukuda; 研二福田; Tetsuya Kondo; 哲也近藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-19
Filing date: 1988-10-19
Publication date: 1990-04-23

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）この発明は太陽熱集熱器や熱交換器などに利用されてい
る密閉型二相熱サイフオンの内部に、上端にロート状の
入口部を有する両端が開いた内部下降管を挿入し、これ
により伝達し得る熱量の増大をはかることを目的とした
内８ト下降管を有する二重管型二相熱サイフオンに関す
るものである。

（従来の技術）密閉型ニ相熱サイフオンの限界熱流束は、内部に封入さ
れている作動流体の充填率によって、二種類存在する０
作動流体の充填率が小さい場合の限界熱流束は、作動流
体の充填率に比例して増大する藺向を示し、この領域は
ドライアウト領域と呼ばれる。普通、この領域の限界熱
流束は、次に述べるバーンアウト領域のそれに比較して
低いため、工業上、利用する際は注意する必要がある。

作動流体の充填率がある値以上になると、限界熱流束は
ほぼ一定の値となり、作動流体の充填率に依存しなくな
る。この領域はバーンアウト領域と呼ばれる。

バーンアウト領域における限界熱流束の発生メカニズム
は以下の通りである。限界熱流束以下の加熱量における
管内の作動流体の流動様式は、加熱部で発生した蒸気が
その浮力により管の中央部分を上昇し、その後冷却部に
おいて凝縮されて液となり、この液はＷ壁に沿−ノて流
下し、加熱部にｉ流する、いわゆる気液対向二ｍ点とな
る。加熱部が限界熱流束以下の場合は、このような安定
した気液対向二相流が実現され、液の瑣［ち比較的スム
ー・ズに行なわれるが、限界Ｍ流束に相当する加熱１に
遼するど、加熱部へ流下する湾が、上町してくる蒸気に
よりＬ方へ吹き上げられ、加熱部への液の供給が不１・
分となり、管内壁は屹いた状態となり、管壁温度は急１
．稈する。このような１−昇（゛る蒸気により、、流下
プる液が吹き−１−げられるＩ■１フラッディングと呼
ぶが、このフラツデイングが１に来の密閉型二相熱サイ
フオンの眼界Ｍｌ′μ束の原因となりでいる。密閉型二
相熱づ゛イノオンの限Ｗ熱洸束は、ブール沸四やボイラ
伝熱管などの強制対流沸騰系の壬れと比較して、茗しく
低いと名う欠点がある。

（発明が解決しようとする課題）そこで、」二連のフラッディングの発生を回避できわ、
ば、Ｖ！閉型−７相熱りイノオンの限界防流束は大幅ζ
２．向−Ｌするが、この方法の一つと１ノＴ、ループ型
二柑熱ザイノオンがある。これは、熱づ、イノすン簀の
り（部に凝縮ｌ）た液を１治させる一ド降管を設りたタ
イプであるが、装置の大型イし、コスト高、ヒートバイ
ブとの互換性がな＋、Ｎなとの欠点がある。

本発明はこのような欠点をもたず、かつ人情な限界防流
束の向上をはかるために発明されたものである。

（課題を解決するための手段）いま、その構成を第１図に従って説明すると次のようで
ある。

（イ）冷却部（１）とそれより直径の異なる加熱部（３
）を、」二部がチー・バー状になった断熱部（２）で結
合して密閉容器とする。

（ロ）　この密１１′！容器内にＩ一端にロート状の入
口部（６）を有する両端の開いた内部下降管（５）を挿
入し、上部支持具（８）及Ｕ　１：部支持具（７）で同
心状に固定する。

以上のように装置する。

（作用）次に、第１図に示した一実施例の作用に−）いて、第′
、２図ζ、−従フて説明する７冷却部（１）は低温の熱
源内に、また加熱１１′Ｆ！１＞は高温の熱源内に挿入
ざわる、管内ζ、二は比較的高い１７：場率になるよう
な量の作１１１１　流体が封入されている。加熱部く３
）より熱が加えられると、加熱部（：１）と内部下降管
〈５）の間に形成されている環状流路内の作ｌｊｌ流体
が沸騰し、蒸気と液が混合した気液混合物となって上昇
１ノ（Ｂ）、断熱部（２）を通り、断熱部（２）の上部
に、ちるテーパ一部（４）に至る。テーパ一部（＝１）
および冷却部（１）の断面積は、加熱部（３）の断面積
ど比較してかなり大きいので、チー・バ一部（４）にＸ
Ｉａｌ混合物が安定して保持され、その−Ｆ４部に形成
される〔１由表面により蒸気と液が分離ｐ５わ、）＾気
は冷却部＜１）に向か７７’−１打＋、、ｔ　（Ａ　＞
、ぞこで、１縮され−Ｃ液となり、冷却部（１）の内訟
面！、１沿−）［流下しくＤ）、再び前記の気Ａｊ責合
物内ζ・、戻る１、−の気液混合物内仁１．：ｉ、内部
Ｐダ４　Ｚぞ（＋−；）の１端にｈる「ｌ−ト状をした
人口８ド（〔３）がある六・め、叉、ポ１り合物はこの
入口部（６）Ｊ、つ内部下降管（５）ξ・、取り込まれ
、その下端まで流Ｆｔ、６（Ｃ）、このようにｊノて連
続的に内部下降管（５）の下端から作動流体が１１１１
熱部（ｒ３）へ供給されるために４安定１ｙた内部循環
が実現できると同時に、物理的な通路である内部下降管
（５）により、）、昇する流れと１・降する流れが分離
されているため、従来の密閉型二相熱サイフインに佇在
し！９ニフラ・ソディングが、原理的４，１発生しなく
なる。

（実施例）以下、当該発明の一実施例を第１図に従ってさらに１体
的に説明する。第１図ζ、−おいて（ａ）図は断面図、
（ｂ）図はそのＸ−Ｘ断面図を示す、第１図においてｌ
は冷却部、２：、を断酔部、３は加熱部であり、これら
は互に結合されで一つの閉空間を形成することに入り、
密ｒ″Ａ型ニー相熱サイフオンの外管を形成１ノでいる
。■ｉ熱部（２）の１ｓ部も・−は〔１−ト状を（〕た
ア・−パ・一部く４）がｌけてあり、互いＷ直径が罠な
る冷却部（１）と７１１Ｉ熱部（３）をなめらかに結合
している。内部には作動流体の戻り通路となる両端が開
［」シた内部下降管（５）が挿入されている。内部下降
管（５）は上部支持具（８）および下部支持具（７）に
よって、加熱部の中央にくるように取り付けられる。さ
らに内部下降管（５）の上端部には、ロート状をした入
口部（６）が設けられている。この入口部（６）は断熱
部（２）にあるテーパ一部（４）とほぼ高さが一致する
ような位置にあり、かつ内部下降管（６）の下端は、加
熱部（３）の下端付近の位置にくるようにする。下部支
持具（７）は第１図の一実施例では多孔質体を用いてい
るが、他の方法で支持しても良い、また第１図の（ｂ）
図に示すように、上部支持具（８）は比較的直径の繕い
金属製の棒を２〜３本用いて、内部下降管（５）を断熱
部（２）へ固定する。

次に、第３図、第４図、第５図、第６図により、この発
明の他の実施例について説明する。まず、第３図は、第
１図の断熱部（２）の上部にあるテーパ一部（４）を取
り除き、かつ上部支持具（８）と同じ構造をもつ下部支
持具（７′）を第１図の（ａ）図に示す下部支持具（７
）の代りに使用した場合である。また、第４図は、内部
下降管（５）の下端が加熱部（３）の中央付近にある実
施例である。この実施例の場合は、他の場合に比べて限
界熱流束の向上は悪くなる。第５図は熱サイフオン管が
水平面に対して垂直に配置されず、傾いた場合の実施例
を示している。この場合、内部下降管（６）の上部にあ
る入口部（６）の開口端を水平面に平行にするとより効
果的である。しかし、傾斜角が小さい場合は第１図に示
す構造で十分である。第６図は、第１図の冷却部（１）
に低温側熱Ｉｌ！流体の通路く９）を設けて、凝縮面積
を大きくした実施例である。

第６図において（ａ）図は断面図、（ｂ）図は側面図を
示す０本実施例は、熱サイフオン管内の作動圧力および
温度をより低く抑えることが必要な場合に有効である。

（発明の効果）このように本発明においてはフラッディングが発生しな
いために、これによる熱輸送限界は存在せず、従って限
界熱流束は従来の密閉型二相熱サイフオンのそれに比較
して、著しく向上する。よって、従来の密閉型二相熱サ
イフオンでは、そのフラッディングによる限界熱流束の
ために適用できなかった、より高温の熱源の熱エネルギ
ーを、Ｈｌｌｔを大型化することなく、有効に伝達また
は回収することが可能である。実験Ｈ置の加熱用ヒータ
ーの電源容量の不足から、本発明による熱サイフオンの
限界熱流束を求めることはできなかったが、従来の熱サ
イフオン（第１図において、内部下降管（５）およびそ
の入口部（６）を取り除いた熱サイフオン）の限界熱流
束の約６倍に相当する加熱量を加えた場合でも、限界熱
流束には達せず、安定した内部循環が実現された。更に
、本発明による熱サイフオンは、熱サイフオン管の外部
に付加的な付属物は一切ないので、従来の熱サイフオン
やヒートバイブと直ちに交換できるという互換性もある
。

第４図は本発明の第３の実施例を示す断面図第５図は本
発明の第４の実施例を示す断面図第６図の（ａ）図は本
発明の第５の実施例を示す断面図、（ｂ）図は側面図１は冷却部、２は断熱部、３は加熱部、４はテーパ一部
、６は内部下降管、６は入口部、７は下部支持具、７′
は下部支持具、８は上部支持具、９は低温側熱源流体の
通路

Claims

【特許請求の範囲】

冷却部（１）とそれより直径の異なる加熱部（３）を、
上部がテーパー状になった断熱部（２）で結合して密閉
容器とし、その内部に作動流体を封入した密閉型二相熱
サイフォンにおいて、その内部に、上端にロート状の入
口部（６）を有する両端の開いた内部下降管（５）を挿
入したことを特徴とする、内部下降管を有する二重管型
二相熱サイフォン