JPH04134507U - 地熱を利用した融雪システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化および低コスト化を図る。 【構成】 地中高温熱源１と蓄熱部７との間に採熱用ル
ープ型ヒートパイプ２を配置し、また蓄熱部７と路面１
２の直下との間にループ型ヒートパイプなどからなる放
熱装置１３を設け、その放熱装置１３には熱輸送の実行
および停止を制御する開閉弁２０を設ける。採熱用ヒー
トパイプ２は年間を通して採熱を行い、蓄えた熱を融雪
に利用するので、採熱用ヒートパイプ２は想定される最
大降雪量を見込んだ大容量のものとする必要がなく、し
たがって主要構成部材である採熱用ヒートパイプを小容
量化してシステム全体として小型化で低コストのものと
することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は比較的深度の深い地中の高温部から採熱して道路などの融雪を行う 融雪システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

車道や歩道などの除雪は、冬季の交通手段を確保するうえで特に必要なことで あるが、これらの路面は直接自然環境下に曝されているうえに、対象とする面積 が広いために、人力による除雪を行うとすれば、多大の労力と時間とを要するこ とになり、ま人工的な熱エネルギーを使用するとすれば、ランニングコストが嵩 むなどの問題が生じる。そのため従来、雪を溶かして除雪するにあたり、自然エ ネルギーを可及的に有効に利用することが種々試みられている。その一例として 、地下１０m 前後の深さにヒートパイプの下端部を挿入する一方、そのヒートパ イプの上端部を路面直下にほぼ水平に埋設することにより、１５度前後の地中の 熱を地表側に輸送して路面の雪を溶かすことが行われている。

【０００３】 しかしながらこのような装置では、熱源の温度が低いために、ヒートパイプの 必要本数が多くなり、かつ多量の降雪があった場合には熱量が不足することが多 いので、電気ヒータなどの予備熱源を設けなければならないなどの不都合があり 、そこで火山地帯やその隣接他などのように、深度が深くても数百度程度の熱源 がある箇所では、これを利用して融雪を行うことが考えられている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上述した高温熱源を利用すれば、温度および熱量が共に融雪に充分なものとな るが、熱源の深度が深いうえに温度が高いために設備コストが高くなる問題があ る。すなわち前記高温熱源の熱をそのまま融雪対象地表面の直下に運んで融雪を 行う場合、その融雪装置の容量（能力）は想定される最大降雪量に合せたものと せざるを得ない。また特に、大深度の高温熱源から採熱する場合、外部動力が不 要でしかも熱輸送効率に優れたヒートパイプを使用することが好ましいが、熱源 の深度が深く、また温度が高いために、採熱用のヒートパプとしては蒸発部と凝 縮部とを循環管路で連結したループ型ヒートパイプを使用することになる。した がって構造およびコストの点で主要部分となる採熱手段として、構造が若干複雑 なループ型ヒートパイプを使用し、しかもその容量（能力）は、年間のうちの限 られた時期にのみ使用するものであるにも拘らず、大容量のものを使用すること になるために、設備コストが高くならざるを得ない。

【０００５】 この考案は、上記事情を背景としてなされたもので、大深度の高温熱源を利用 した融雪システムであって、設備を小型化しかつ低コスト化することのできるシ ステムを提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、この考案は、作動流体が蒸発する蒸発部と作動 流体蒸気が放熱して凝縮する凝縮部とを循環管路をなすよう連結した採熱用ルー プ型ヒートパイプが、地中の高温部と地上側の蓄熱部との間に配置されるととも に、その蓄熱部から融雪対象地表面の直下に流体によって熱を輸送する放熱装置 が設けられ、かつその放熱装置が放熱の実行および停止を制御する制御器を備え ていることを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】

この考案においては、地中高温部の熱が採熱用ループ型ヒートパイプによって 地上側の蓄熱部に運ばれ、ここに蓄えられる。そして冬季の融雪に必要があると きに放熱装置の制御器を開けば、蓄熱部の熱が融雪対象地表面の直下に運ばれて 放出されるので、その地表面の雪が溶される。したがってこの考案では、地中熱 源からの採熱と融雪とを時期的に異ならせることができるので、採熱用ループ型 ヒートパイプを小型化して無積雪期にも採熱を行い、その蓄えた熱によって冬季 の融雪を行うことができる。

【０００８】

【実施例】

図１はこの考案の一実施例を原理的に示す模式図であって、地下数百メートル ないし千メートル程度にある数百度の地熱帯を熱源１とする例である。この熱源 １は深度が深くまた高温であることに加え、深さが数十メートル以上の広がりを 有しているから、採熱用ヒートパイプ２としてループ型ヒートパイプが用いられ ている。これは従来知られているものと同様に、外部から加熱される蒸発部３と 外部に放熱する凝縮部４とを全体として循環管路をなすよう連結し、その内部に フロンやアルコールなどの凝縮性の流体を作動流体５として封入したものである 。すなわち図１に示すように採熱用ヒートパイプ２の蒸発部３は熱源１に挿入さ れており、この蒸発部３から上方に延びた部分が作動流体蒸気が上昇流となって 流れる蒸気流管６であって、この蒸気流管６が凝縮部４に連通している。また凝 縮部４は蓄熱部７の内部に配置されており、この凝縮部４の流出側に接続してあ る液戻り管８には液溜め部９と流量調節弁１０とが介装されるとともに、その液 戻り管８の下端部は前記蒸発部３の内部に挿入され、液相の作動流体５を蒸発部 ３の内壁面に直接噴射するようになっている。なお、前記蒸発部３より上側の部 分には断熱処理１１が施されている。

【０００９】 蓄熱部７は地上側に設けられており、これは例えば盛土をした道路を融雪対象 箇所とする場合には、その盛土の内部に含水率２０％程度の土壌を顕熱蓄熱材と して区画して保持することにより構成されている。この蓄熱部７と融雪対象地表 面例えば路面１２との間には、蓄熱部７に蓄えた熱を路面１２の直下に運んで放 出する放熱装置１３が設けられている。この放熱装置１３としては、様々な構成 のものを採用することができ、図１に示す例では、ループ型ヒートパイプが採用 されている。すなわち蓄熱部７の内部には蒸発管１４が埋設される一方、路面１ ２の直下に凝縮管１５が路面１２とほぼ平行に埋設されており、これらの蒸発管 １４と凝縮管１５とが、全体として循環路を形成するよう蒸気流管１６および液 戻り管１７とによって接続されている。そしてこの循環路の内部にフロンや水な どの適当な凝縮性流体が作動流体１８として封入されるとともに、液戻り管１７ に液溜め部１９と開閉弁２０が介装されている。

【００１０】 図１に示す融雪システムでは、採熱用ヒートパイプ２における流量調節弁１０ を開くことにより熱源１から熱が取り出されて蓄熱部７に蓄えられる。すなわち 液溜め部９に貯溜されていた液相の作動流体５が液戻り管８を通って蒸発部３の 内部に供給されるため、その作動流体５が熱源１の熱によって加熱されて蒸発し 、その蒸気が蒸気流管６を通って凝縮部４に流れる。凝縮部４では作動流体蒸気 の有する熱が蓄熱部７に伝達されて作動流体５が凝縮し、同時に蓄熱部７に熱が 蓄えられ、そして液化した作動流体５と液溜め部９および液戻り管８を経て再度 蒸発部３に還流する。

【００１１】 このような蓄熱作用は蓄熱部７での蓄熱量が限度に達するので継続して行うこ とができ、また季節による制約がなく、したがって年間を通して蓄熱を行うこと ができる。そしてここに蓄えられた熱は路面１２の融雪の用に供される。すなわ ち降雪期あるいは積雪期に放熱装置１３における開閉弁２０を開けば、液溜め部 １９内の液相の作動流体１８が蒸発管１４に流れ込み、ここで蓄熱部７の熱によ って加熱され、その蒸気が蒸気管１６を通って凝縮管１５に流入する。凝縮管１ ５は路面１２の上の雪によって冷却されているから、作動流体蒸気は凝縮管１５ において放熱して凝縮し、その結果、路面１２上の雪は凝縮管１５から伝達され る熱によって溶される。また液化した作動流体１８は、液溜め部１９および液戻 り管１７を通って蒸発管１４に還流する。

【００１２】 したがって図１に示す融雪システムでは、地中の高温熱源２からの採熱を冬季 に限らず年間を通して行い、その蓄えた熱によって融雪を行うことができるから 、大深度の高温熱源１から採熱を行うループ型ヒートパイプ２は、想定される最 大降雪量（あるいは最大融雪量）に見合う能力よりも小さいものでよく、したが って採熱用ヒートパイプ２を小型化して設備コストを下げることができる。

【００１３】 図２はより具体化したこの考案の実施例を示すものであって、ここに示す例は 蓄熱部７に対する熱の出入れを温水によって行うよう構成し、それに伴い放熱装 置１３を、路面１２の直下に埋設したヒートパイプとこれに熱を輸送する温水循 環路とで構成したものである。すなわち図２に示す融雪システムでは、採熱用の ループ型ヒートパイプ２が、凝縮部としてシェルチューブ型熱交換器２１を備え ており、また蓄熱部７である土壌には放熱用温水コイル２２が埋設され、これら の熱交換器２１と放熱用温水コイル２２との間で温水を循環させるようになって いる。なお、図２中符号２３は温水循環ポンプである。

【００１４】 また一方、路面１２の直下には、コルゲート管あるいは直管をコンテナとした 多数のヒートパイプ２４が路面１２とほぼ平行に埋設されており、それらのヒー トパイプ２４の一端部が、互いに直列に接続されたＵ字状のヘッダー管２５に挿 入されている。そして蓄熱部７には熱取出し用の温水コイル２６が埋設されてお り、前記Ｕ字状ヘッダ管２５はこの温水コイル２６に全体として循環路を形成す るように接続されている。なお、その循環路には、循環ポンプおよび開閉弁（そ れぞれ図示せず）が介装されている。

【００１５】 したがって図２に示す例では、地中の高温熱源１から採熱用ヒートパイプ２に よって採取された熱が、熱交換器２１から温水によって蓄熱部７に運ばれて蓄熱 される。また積雪期には熱取出し用温水コイル２６とＵ字状ヘッダー管２５との 間で温水を循環させれば、蓄熱部７の有する熱で加熱昇温された温水がヘッダー 管２５でヒートパイプ２４に熱を与え、さらにその熱をヒートパイプ２４が路面 １２の直下全体に分散させて放熱するので、路面１２がヒートパイプ２４によっ て加熱され、路面２４上の雪が溶される。このように図２に示す融雪システムに おいても、融雪のために直接使用される熱は蓄熱部７に蓄えた熱であり、この蓄 熱部７への地中熱源１からの入熱は年間を通して行うことができ、そのため採熱 用ヒートパイプ２は想定される最大降雪量（もしくは最大融雪量）に対して小容 量のものでよいので、設備を小型化かつ低コスト化することができる。

【００１６】 なお、上記の各実施例では、地中の高温熱源１から取出した熱の全量を蓄熱す る構成を例に採って説明したが、この考案は上記の実施例に限られるものではな く、高温熱源から取出した熱の一部を融雪対象地表面の直下に直接送るよう構成 してもよい。すなわち図３はその例を示す系統図であって、蓄熱部７と路面１２ との間には蓄熱部７の有する熱を運んで路面１２の直下で放出する放熱装置１３ が設けられるとともに、これには熱輸送の実行・停止を制御する制御器２０が設 けられており、これに対して熱源１と路面１２との間には、蓄熱部７および放熱 装置１３をバイパスする熱輸送経路３０が設けられ、かつこの熱輸送経路３０に は遮断機構３１が設けられている。したがって図３に示す構成であれば、熱源１ からの融雪用の熱量の不足を蓄熱部７からの熱量で補うことになるため、採熱用 ループ型ヒートパイプを小型化することができる。

【００１７】

【考案の効果】

以上説明したようにこの考案によれば、地中の高温熱源から採取した熱を蓄熱 部に蓄え、これを冬季に融雪の用の供するから、採熱用のループ型ヒートパイプ を必要最大融雪容量に合致するものとする必要がなく、その結果、構造およびコ ストの点で主要部となる採熱用ヒートパイプを小型化・小容量化できるので、設 備コストの低廉なシステムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施例を原理的に示す模式図。

【図２】 他の実施例を示す模式図。

【図３】 更に他の実施例の系統図。

【符号の説明】

１…熱源、 ２…採熱用ループ型ヒートパイプ、
３…蒸発部、４…凝縮部、 ５…作動流体、
７…蓄熱部、１２…路面、 １３…
放熱装置、 １４…蒸発管、１５…
凝縮管、 １８…作動流体、 ２０
…流量調節弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)考案者 瀬藤 進 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動流体が蒸発する蒸発部と作動流体蒸
   気が放熱して凝縮する凝縮部とを循環管路をなすよう連
   結した採熱用ループ型ヒートパイプが、地中の高温部と
   地上側の蓄熱部との間に配置されるとともに、その蓄熱
   部から融雪対象地表面の直下に流体によって熱を輸送す
   る放熱装置が設けられ、かつその放熱装置が放熱の実行
   および停止を制御する制御器を備えていることを特徴と
   する地熱を利用した融雪システム。