JPH02140308A - 熱交換装置 - 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〕 この発明は例えば廃温水を利用し、路面等の融雪、除氷
、凍結防止などを行う熱交換装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図は例えば実公昭５８−３８００５号公報に開示さ
れた従来の熱交換装置を示し、図において、（１）は貯
湯槽であり、廃温水等を留めている。（２）は貯湯槽（
１）内の温水が送水管（３）を通して流通する温水路で
あり、−船釣に高所から低所に温水が流通するように配
置される。（４）は送水管（３）に配置され貯湯槽ｆｌ
ｌ内の温水を温水路（２）に送水する送水ポンプ、（５
）は被加熱部であり、図は一例として路面（以下、路面
と称す）の場合を示している。（６）は一端側の受熱部
（６ａ）が温水路（２）内を流通する温水と熱的に接触
され、他端側の放熱部（６ｂ）が被加熱部である路面（
５）中に埋設されたヒートパイプであり、温水路（２１
の長手方向に複数本配設されており、ヒートパイプ（６
）内部に熱を輸送する作動流体例えば水、アルコール、
フロン、アンモニア等が封入されている。第３図は温水
路（２）の−例を示すものであり、ヒートパイプ（６）
の受熱部（６ａ）は溝形状をした温水路（２）の中に配
置されており、温水路（２）は路面（５）に併設された
場合を示している。

次に動作について説明する。被加熱部である路面（５）
の中にヒートパイプ（６）の放熱部（６ｂ）を適当な間
隔を隔てて埋設し、温水路（２）の中にヒートパイプ（
６）の受熱部（６ａ）を配置する。貯湯槽（１）内の温
水を送水ポンプ（４）により送水管（３）を通して温水
路（２）に流通させる。温水路（２）を流通する温水に
よりヒートパイプ（６）の受熱部（６ａ）が加熱され、
ヒートパイプ（６）内の作動液体は蒸気化し温水の熱量
を蒸発潜熱として奪いヒートパイプ（６）内を通って放
熱部（６ｂ）に移動する。ヒートパイプ（６）の放熱部
（６ｂ）に移動した作動液体の蒸気は路面（５）の方が
温水より低い温度のため凝縮液化して路面（５）に凝縮
潜熱を放出する。液化した作動液体はヒートパイプ（６
）の内壁面を伝って受熱部（６ａ）に還流する。以上の
動作が自然的に繰り返されることにより、温水路（２）
を流通する温水の熱量を路面（５）に熱輸送し、路面（
５）を０℃以上に加熱することができ、路面（５）の融
雪、除氷、凍結防止などを行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の熱交換装置は以上のように構成されているので、
温水路（２）の上部が開放されているため液面からの蒸
発などによる放熱があると共に雨水、融雪水の温水路（
２）への侵入による温水温度の低下などがあり、熱損失
が大きく効率的な熱交換特性が得られなかった。また、
周囲の塵埃が温水路（２）に沈着し易く、熱源として廃
温水などを利用する場合は悪臭が発生するなど非衛生で
あるという問題点があった。また、道路が長手方向に勾
配がある場合は、各位置で温水路（２）内の水面を略一
定に保つために流量の制約が生しる問題点があった。

また、温水は温水路（２）内をただ華に流通させるのみ
であり、温水を無駄に排水していた。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
ものであり、効率が良く信頼性の高い熱交換装置を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る熱交換装置は、温水源からの温水が流通
する管路体と、一端側の受熱部が管路体内を流通する温
水と熱的に接触され他端側の放熱部が被加熱部に配置さ
れるヒートパイプと、管路体の出口側と連通して配設さ
れ、管路体内に温水を充満させると共に管路体内の温水
をオーバーフローさせて排出するオーバーフロー機構と
を設けたものである。

〔作　用〕

この発明における熱交換装置は、温水源からの温水が管
路体に流通され、オーバーフロー機構により温水が管路
体内に充満し、その温水の熱量をヒートパイプにより被
加熱部に熱輸送してその被加熱部を加熱し、オーバーフ
ロー機構により管路体内の温水をオーバーフローさせて
排出する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する
。第１図は例えば温水源として温泉地等の馬場を温水源
として利用して融雪、除氷、凍結防止などを行う熱交換
装置を示し、第１図において、（５）は被加熱部である
路面、（６）はヒートパイプ、（６ａ）は受熱部、（６
ｂ）は放熱部、（７）は例えば温水源（図示せず）であ
る温泉地等の馬場を貯留するタンク、（８）はタンク（
７）からの温水が送水管（９）を通して流通する管路体
であり、例えばタンク（７）より下方に配置されている
。即ち、タンク（７）が管路体（８）より高所に配置さ
れており、この管路体（８）内の温水と熱的に接触する
ようにヒートパイプ（６）の受熱部（６ａ）がその管路
体（８）内に配置されている。０ωは送水管（９）に配
設されタンク（７）からの温水を管路体（８）に送水す
るポンプと、０υはフィルタ、０のは管路体（８）の出
口側と連通して配設され、管路体（８）内に温水を充満
させると共に管路体（８）内の温水をオーバーフローさ
せて排出するオーバーフロー機構である。

次に動作について説明する。温水源からの温水はタンク
（７）に貯留される。タンク（７）は管路体（８）より
上方、即ち、路面（５）より数ｍ程度の高所に配置され
る。タンク（７）の内部に貯留された温水はポンプ０ω
の起動により送水管（９）を経て管路体（＋１　ニＫ　
ｉｌされる。オーバーフロー機構０乃により温水は管路
体（８）内に充満する。管路体（８）の内部に配置され
たヒートパイプ（６）の受熱部（６ａ）は管路体（８）
の内部に充満する温水と熱的に接触し、その温水により
加熱すれ、ヒートパイプ（６）内の作動液体は蒸気化し
温水の熱量を蒸発潜熱として奪いヒートパイプ（６）内
を通って路面（５）に埋設された放熱部（６ｂ）に移動
する。ヒートパイプ（６）の放熱部（６ｂ）に移動した
作動液体の蒸気は路面（５）の方が温水より低い温度の
ため凝縮液化して路面（５）に凝ｍ潜熱を放出する。

液化した作動液体はヒートパイプ（６）の内壁面を伝っ
て受熱部（６ａ）に還流する。この動作は自然的に繰り
返され、これに伴い管路体（８）内の温水の熱量がヒー
トパイプ（６）により路面（５）に熱輸送され、温水の
温度が低下する。温度が低下した温水はオーバーフロー
されてオーバーフロー機構（ロ）から排出されると同時
にタンク（７）内の高い温度の温水が送水管（９）を経
て管路体（８）に流入し管路体（８）内は常に温水が充
満される。以上のような動作の繰り返しにより、路面（
５）は０℃以上に加熱され、路面（５）の融雪、除氷、
凍結防止などを行うようにしている。

その結果、管路体（８）の非開放により液面からの蒸発
による放熱がなくなると共に雨水、融雪水の侵入による
温水温度の低下もなく、ｐ）置火を著しく小さなものと
でき、効率的な熱交換特性が得られる。また、温水源と
して廃温水などを利用する場合に悪臭が発生することが
なく衛生的である。

また、道路が長平方向に勾配がある場合に管路体（８）
内が温水で充満されているので各位置で一定となり均一
化が図れる。また、温水は無駄に排出するのではなく、
温水を管路体（８）内に充満させて滞留させ、温水の熱
量を有効に利用してがら排出するようにしており、温水
を経済的且つ有効に使用することができる。

また、ポンプ００１を温水の送水量の増減を自在に変更
できる可変ポンプとすれば、管路体（８）への温水の送
水量を任意に変更できる。特に、被加熱部（５）への温
水の熱輸送量が増大したときはポンプＱＯＩの送水量を
急激に増大させ、管路体（８）内の温度が低下した温水
とタンク（７）内の高い温度の温水を置換させるときに
効率良く置換させることができる。

また、被加熱部（５）の負荷に応じてポンプ００１によ
る送水量を設定するようにしてもよい。尚、ポンプＱＯ
Ｉを設けているときは、タンク（７）は必ずしも管路体
（８）の上方に位置してなくてもよい。

また、第２図に示すように、送水管（９）にタンク（７
）からの管路体（８）への温水の送水量を調整する調整
弁α蜀を配設したものであり、タンク（７）内に貯留さ
れた温水は調整弁αＪく開くことにより重力流下により
送水管（９）を経て管路体（８）内に流通される。

オーバーフロー機構０３により温水は管路体（８）内に
充満する。管路体（８）内の温水の熱量がヒートパイプ
（６）により路面（５）に熱輸送され、温水の温度が低
下する。温度が低下した温水はオーバーフローされオー
バーフロー機構０のから排出されると同時にタンク（７
）内の高い温度の温水が送水管（９）を経て管路体（８
）に流入し管路体（８）内は常に温水が充満される。以
上のような動作の繰り返しにより、路面（５）は０°Ｃ
以上に加熱され、路面（５）の融雪、除水、凍結防止な
どを行うようにしている。

また、調整弁０湯は開、閉の２位置動作を行う場合につ
いて述べたが、調整弁０３）は例えば少なくとも全開、
半開、全開の３位置動作を行うものとし、全開から半開
の間で管路体（８）への温水の送水量の増減を調整でき
るようにしてもよい。即ち、被加熱部（５）への温水の
熱輸送量が増大したときには調整弁Ｑ３１を全開として
送水量を急激に増大させ、ある時間経過後、調整弁叩を
半開とするように構成し、管路体（８）内の温度が下が
った温水とタンク（７）内の高い温度の温水を置換させ
るときに効率良く置換させることができる。また、被加
熱部（５）の負荷に応じて調整弁０１による送水量を設
定するようにしてもよい。

また、上記実施例では送水管（９）にポンプ００）ある
いは調整弁Ｑ３１を配設した場合について述べたが、こ
れらは必ずしも配設しなくても所期の目的は達成できる
。

また、第３図にしめすように、ポンプα０の駆動時間が
所定時間に達するとポンプ０Ｉｌｌｌを停止させると共
にポンプＱＯＩの停止時間が所定時間に達するとポンプ
００１を駆動させる制御装置０４１を設けたものであり
、タンク（７）の内部に貯留された温水はポンプ０θ）
の起動により送水管（９）を経て管路体（８）に流通さ
れ、オーバーフロー機構（ロ）により管路体（８）内に
充満された状態で余剰の温水はオーバーフロー機構的よ
り排出される。そして、ポンプα［相］の駆動時間が所
定時間に達すると制御装置００によりポンプａ〔が停止
され、温水は管路体（８）内に充満された状態で滞留す
る。管路体（８）内の温水の熱量がヒートパイプ（６）
により路面（５）に熱輸送され、温水の温度が低下する
。また、一方、ポンプ０Φの停止時間が所定時間に達す
ると制御装置α船によりポンプα匂が駆動され、タンク
（７）内の高い温度の温水が送水管（９）を経て管路体
（８）内に流通され、その管路体（８）内に滞留してい
る温度の低下した温水がオーバーフロー機構αのから排
出される。ポンプα０の駆動時間が所定時間に達すると
制御装置ａｔ＋によりポンプａ（至）を停止させ、管路
体（８）の内部に再び温水を充満させた状態で滞留させ
る。以上のような動作の繰り返しにより、路面（５）は
０℃以上に加熱され、路面（５）の融雪、除氷、凍結防
止などを行うようにしている。また、ポンプ００を駆動
してからの時間及びポンプ００を停止してからの時間を
それぞれタイマーして各所定時間に達すると制御装置０
荀によりポンプＯＣＡを駆動、停止させるようにしてよ
い。

また、第４図に示すように、調整弁ａ１を閉しると共に
調。整弁０１の閉状態が所定時間に達すると調整弁０１
を開く制御装置θつを設けたものであり、タンク（７）
の内部に貯留された温水は調整弁０：６を開くことによ
り重力流下により送水管（９）を経て管路体（８）に流
通され、オーバーフロー機構的により管路体（８）内に
充満された状態で余剰の温水はオーバフロー機構側より
υト出される。そして、調整弁０濁の開状態が所定時間
に達すると制御装置０５）により調整弁Ｑ３１が閉じら
れ、温水は管路体（８）内に充満された状態で滞留する
。

管路体（８）内の温水の熱量がヒートパイプ（６）によ
り路面（５）に熱輸送され、温水の温度が低下する。

また、一方、調整弁０美の閉状態が所定時間に達すると
制御装置θつにより調整弁Ｏ）が開かれ、タンク（７）
内の高い温度の温水が送水管（９）を経て管路体（８）
内に流通され、その管路体（８）内に滞留している温度
の低下した温水がオーバーフロー機構（２）から排出さ
れる。調整弁０３１の開状態が所定時間に達すると制御
装置０９により調整弁α濁を閉し、管路体（８）の内部
に再び温水を充満させた状態で滞留される。

以上のような動作の繰り返しにより、路面（５１はＯ°
Ｃ以上に加熱され、路面（５）の融雪、除氷、凍結防止
などを行うようにしている。

また、調整弁０濁が開いてからの時間及び調整弁０カが
閉じてからの時間をそれぞれタイマーして各所定時間に
達すると制御装置０９により調整弁０勺を開閉させるよ
うにしてもよい。

また、第５図に示すように、管路体（８）内の温水の温
度を検出する温度検出器０荀と、温度検出器０υの検出
信号が一定温度以下のときポンプを駆動すると共に温度
検出器００の検出信号がある設定温度以上のとき゛ポン
プ０ωを停止する制御装置０１を設けたものであり、タ
ンク（７）の内部に貯留された温水はポンプＱｌの起動
により送水管（９）を経て管路体（８）内に流通され、
管路体（８）に充満された状態で余剰の温水はオーバー
フロー機構０２）から排出される。

そして、管路体（８）内の温水の温度が温度検出器００
により検出される。制御装置０７１は温度検出器ＱＢ＋
からのある設定温度以上の検出信号が入力されたときポ
ンプＱＯ＋を停止させる。ポンプ００）が停止されると
、温水は管路体（８）内に充満した状態で滞留される。

管路体（８）内の温水の熱量がヒートパイプ（６）によ
り路面（５）に熱輸送され、温水の温度が低下する。

一方、制御装置αＤは温度検出器間からの一定温度以下
の検出信号を入力したときポンプ０ωを駆動する。ポン
プαＱを駆動するとタンク（７）内の高い温度の温水が
送水管（９）を経て管路体（８）内に流通され、その管
路体（８）内に滞留している温度の低下した温水がオー
バーフロー機構（２）から排出され、時間の経過に伴い
管路体（８）内の温水の温度が上昇する。

そして、制御装置０１は温度検出器αωからのある設定
温度以上の検出信号を入力したときポンプａｌｌ）を停
止する。ポンプ０ωを停止すると管路体（８）内に温水
が再び充満された状態で滞留される０以上のような動作
の繰り返しにより、路面（５）は０℃以上に加熱され、
路面（５）の融雪、除氷、凍結防止などを行うようにし
ている。

また、第６図に示すように、管路体（８）の温水の温度
を検出する温度検出器０１と、温度検出器Ｑ［９の検出
信号が一定温度以下のとき調整弁α濁を開状態とすると
共に温度検出器Ｑｌの検出信号がある設定温度以上のと
き調整弁０暑を閉状態とする制御装置０８１を設けたも
のであり、タンク（７）の内部に貯留された温水は調整
弁Ｑ３１を開くことによって重力流下により送水管（９
）を経て管路体（８）内に流通され、管路体（８）に充
満された状態で余剰の温水はオーバーフロー機構（２）
から排出される。そして、管路体（８）内の温水の温度
が温度検出器−により検出される。

制御装置Ｏ１は温度検出器αＱからのある設定温度以上
の検出信号が入力されたとき、調整弁αｊを閉じる。調
整弁Ｑ３１が閉じられると温水は管路体（８）内に充満
した状態で滞留される。管路体（８）内の温水の熱量が
ヒートパイプ（６）により路面（５）に熱輸送され温水
の温度が低下する。一方、制御装置α鴫は温度検出器０
６）からの一定温度以下の検出信号を入力したとき調整
弁α蕩を開く。調整弁ａ１が開くとタンク（７）内の高
い温度の温水が送水管（９）を経て管路体（８）内に流
通され、その管路体（８）内に滞留している温度の低下
した温水がオーバーフロー機構側から排出され、時間の
経過に伴い管路体（８）内の温水の温度が上昇する。そ
して、制′４Ｗ装置Ｑｌは温度検出器Ｏｅからのある設
定温度以上の検出信号を入力したとき調整弁Ｏ１を閉じ
る。調整弁ａ１が閉じると管路体（８）内の温水が再び
充満された状態で滞留される。

以上のような動作の繰り返しにより、路面（５）は０℃
以上に加熱され、路面（５）の融雪、除氷、凍結防止な
どを行うようにしている。

尚、上記実施例では温水源からの温水をタンク（７）に
貯留し、そのタンク（７）から温水を管路体（８）に流
通させる場合について述べたが、タンク（７）を省略し
温水源から温水を管路体（８）に流通させるようにして
もよい。

また、上記実施例では被加熱部が路面であり、その路面
の融雪、除氷、凍結防止などに適用した熱交換装置の場
合について述べたが、被加熱部を屋根としてその屋根の
融雪、除氷、凍結防止などにこの発明を適用し得ること
ができ、上記実施例と同様の効果を奏する。

また、ヒートパイプの放熱部を工場、ビル、家屋の床、
天井、壁などに配置し、暖房装置としてごの発明を適用
するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、温水源からの温水が流通
する管路体と、一端側の受熱部が管路体内を流通する温
水と熱的に接触され他端側の放熱部が被加熱部に配置さ
れるヒートパイプと、管路体の出口側と連通して配置さ
れ、管路体内に温水を充満させると共に、管路体内の温
水をオーバーフローさせて排出するオーバーフロー機構
とを設け、温水源からの温水が管路体に流通され、オー
バーフロー機構により温水が管路体内に充満し、その温
水の熱量をヒートパイプにより被加熱部に熱輸送してそ
の被加熱部を加熱し、オーバーフロー機構により管路体
内の温水をオーバーフローさせて排出するようにしたの
で、熱損失を著しく小さなものとすることができ、効率
が良く信頼性の高い熱交換装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による熱交換装置を示す系
統図、第２図はこの発明の別の実施例による熱交換装置
を示す系統図、第３図はこの発明の別の実施例による熱
交換装置を示す系統図、第４図はこの発明の別の実施例
による熱交換装置を示す系統図、第５回はこの発明の別
の実施例による熱交換装置を示す系統図、第６図はこの
発明の別の実施例による熱交換装置を示す系統図、第７
図は従来の熱交換装置を示す系統図、第８図は従来のヒ
ートパイプの設置状態を示す斜視図である。 図において、（５）は被加熱部、（６）はヒートパイプ
、（７）はタンク、（８）は管路体、ＯＩはポンプ、叩
はオーバーフロー機構、０１は調整弁、Ｑ４１．Ｑつは
制御装置、０６１は温度検出器、Ｑ７１　、α瞬は制御
装置である。 尚、 図中、 同一符号は同一、 又は相当部分を示 す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）温水源からの温水が流通する管路体と、一端側の
   受熱部が上記管路体内を流通する温水と熱的に接触され
   、他端側の放熱部が被加熱部に配置されるヒートパイプ
   と、上記管路体の出口側と連通して配設され、上記管路
   体内に温水を充満させると共に上記管路体内の温水をオ
   ーバーフローさせて排出するオーバーフロー機構とを備
   えたことを特徴とする熱交換装置。
2. （２）温水源からの温水が流通する管路体と、上記温水
   の流量を調整する流量調整手段と、一端側の受熱部が上
   記管路体内を流通する温水と熱的に接触され、他端側の
   放熱部が被加熱部に配置されるヒートパイプと、上記管
   路体の出口側と連通して配設され、上記管路体内に温水
   を充満させると共に上記管路体内の温水をオーバーフロ
   ーさせて排出するオーバーフロー機構とを備えたことを
   特徴とする熱交換装置。