JPH04189906A - 大陽熱蓄熱型路面融雪装置 - 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 この発明は路面の融雪や凍結防止を行なうための装置に
関し、特に太陽熱を利用して融雪を行なう装置に関する
ものである。

従来の技術 例えば道路の除雪は、ショベルローダ等の土木機械によ
る方法が一般的であるが、この種の除雪作業は、ある程
度の積雪量になって初めて行なうものであるうえに、除
雪作業は交通を一時的に遮断する場合もあるから、交通
量の多い道路ではこれに替わる方法が望まれる。また路
面の凍結を防止する手段として石灰などの凍結防止剤を
散布する手段が知られているが、凍結防止剤が車両や路
面あるいは周囲の環境に悪影響を及ぼす場合もあるので
、凍結防止剤を使用することは必ずしも好ましい方法と
は言い得ない。

そこで従来、道路の融雪や凍結防止を行なう装置として
、地下水を散布する装置や、路面の直下にヒートパイプ
を埋設して地熱によって路面を保温する装置が知られて
いる。

発明が解決しようとする課題 前述した地下水を散布する装置は、地下水の温度が５〜
１５℃程度であって雪を溶かすのに充分な熱量を持って
いることにより、これを利用して路面の融雪を行なう装
置であるが、積雪期の全般にわたって常時地下水を汲み
上げて路面に散布する必要があるため、地下水の消費量
が多く、その結果、地盤の沈下を招くおそれが多分にあ
り、また地下水の汲み上げに動力を必要とするために、
ランニングコストがかかる不都合があった。

またヒートパイプによって地熱を路面近くまで汲み上げ
る装置では、自然界の熱をそのまま利用し、しかも熱の
移動のみを行なうものであるから、ランニングコストが
かからず、また可動部分のない装置とすることができる
が、融雪に利用できる地熱の量に対して降雪量が多い場
合が多々あり、このような場合には補助熱源を用いざる
を得ず、結局、地熱の不足分を補うためのコストや設備
を必要とする問題があった。

そして地下水や地熱を利用する設備ではポーリングを行
なう必要があるので、設備コストが高くなる不都合がお
った。

この発明は上記の事情を背景としてなされたもので、太
陽熱を有効に利用して効果的に路面における融雪や凍結
防止を行なうことのできる装置を提供することを目的と
するものである。

課題を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、所定の傾斜
面に太陽に向けて傾斜して設けられた太陽熱集熱部と、
蓄熱槽と、太陽熱集熱部から蓄熱槽に熱を運ぶ第１の熱
輸送手段と、蓄熱槽と路面直下との間で熱輸送を行なう
第２の熱輸送手段とを備えていることを特徴とするもの
である。

またこの発明では、前記太陽熱集熱部を、太陽光がほぼ
垂直に照射するよう傾斜させて配置したヒートパイプを
脩えたヒートパイプ式集熱板とし、かつ第１の熱輸送手
段は、そのヒートパイプの上端部を挿入させかつ前記蓄
熱槽との間で温水を循環させる温水循環路によって構成
することができる。

あるいはまたこの発明では、前記第１の熱輸送手段を、
一端部を前記太陽熱集熱部にその傾斜方向に沿って臨ま
せかつ他端部を蓄熱槽に臨ませた熱ダイオード型ヒート
パイプとすることができる。

さらにこの発明では、前記第２の熱輸送手段を、路面直
下と前記蓄熱槽との間で温水を循環させる温水循環路に
よって構成することができる。

そしてこの発明では、前記第２の熱輸送手段を、一端側
で低くなるよう路面の直下に埋設したヒートパイプと、
そのヒートパイプの上端部と前記蓄熱槽との間およびヒ
ートパイプの下端部と前記蓄熱槽との間のいずれかに選
択的に温水を循環させる温水循環路とで構成することが
できる。

作　　　　　用 この発明では、雪や氷の融解のためのエネルギーとして
太陽熱が使用される。すなわち太陽熱集熱部で集められ
た太陽熱は、第１の熱輸送手段によって蓄熱槽に運ばれ
てここに蓄えられ、路面に積雪があった場合には、この
蓄熱槽に蓄えた熱を、第２の熱輸送手段によって路面の
直下に運ぶことにより、路面が下側から加熱され、路面
上の雪が溶かされる。

また第１の熱輸送手段を、熱ダイオード型ヒートパイプ
によって構成すれば、そのヒートパイプには熱輸送の方
向性があるから、太陽熱集熱部が蓄熱槽に対して低温に
なったとしても、蓄熱槽の熱が太陽熱集熱部に運ばれて
無駄に消費することが自動的に防止される。

また路面に太陽光が照射することにより路面温度が高く
なった場合には、第２の熱輸送手段が路面の熱を蓄熱槽
に運ぶので、第２の熱輸送手段は融雪時のみならず、積
雪のない時期には集熱手段としても機能させることがで
きる。

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。

第１図はこの発明の一実施例を示す系統図であって、こ
こに示す例は、盛土の上に造った道路の融雪を行なうよ
う構成したものである。すなわち路面１の側部の南向き
斜面２には、ヒートパイプ式集熱板３が配置されている
。この集熱板３は、複数のヒートパイプ４を集熱面５の
表面側に配列し、かつ輻射や対流による放熱を可及的に
防ぐよう構成したものであって、ヒートパイプ４が上下
方向を向き、太陽光線が集熱面５にほぼ垂直に照射する
よう配置されている。ここてヒートパイプ４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、
その作動流体が外部から与えられる熱によって蒸発する
とともに、温度の低い箇所に流れた後に放熱して凝縮す
ることにより、作動流体の潜熱として熱の輸送を行なう
ものである。

また第１図中符号６は蓄熱槽であって、例えばコンクリ
ート（好ましくは断熱コンクリート）によって直方体状
に形成されて地中に設置されており、この蓄熱槽６の内
部には、蓄熱媒体として温水７および砕石８が充填され
ている。この蓄熱槽６の底部付近には第１循環路をなす
温水管９の一端部が接続され、またこの温水管９の他方
の端部が蓄熱槽６の上部に接続され、さらにこの温水管
９の中間部所定箇所にポンプ１０が介装されている。そ
してこの温水管９は前記ヒートパイプ式集熱板３側に延
びており、前記ヒートパイプ４の上端部が温水管９内の
温水との間で熱交換可能となるよう温水管９に接続され
ている。なお、この温水管９における温水の流動方向は
第１図に矢印で示す方向である。

さらに前記路面１の直下には、鋼管などからなる高強度
パイプ１１が埋設されている。この高強度パイプ１１は
、路面１に対して熱を与え、また反対に路面１側から熱
を得るためのものであって、路面１の広い範囲に亘って
熱授受を行なうために蛇行した状態で路面１の直下に埋
設され、かつその内部に前記温水を流すために高強度パ
イプ１１の両方の端部が前記蓄熱槽６に接続されるとと
もにポンプ１２およびバルブ１３が介装されている。

したがってこれら高強度パイプ１１および蓄熱槽６によ
っ°て第２の循環路が形成されている。

つぎに上記のように構成した装置の作用を説明する。

上記の装置は無積雪期と積雪期とで異なる作用をする。

すなわち無積雪期は蓄熱作用を行ない、これに対して積
雪期は融雪作用を主として行なう。

具体的には、前記ヒートパイプ式集熱板３に対する太陽
光線の照射量は年間を通して多いため、ヒートパイプ４
の大半の部分が太陽熱によって熱せられ、したかってそ
の状態で蓄熱槽６内の温水をポンプ１０によって温水管
９に流すと、ヒートパイプ４においてはその上端部の温
度が低くなり、その結果、ヒートパイプ４内の作動流体
が太陽熱で熱せられて蒸発し、その蒸気は温度の低い上
端部に流れた後に放熱して凝縮し、したがって温水管９
の内部を流れている温水が、ヒートパイプ式集熱板３に
よって集熱されかつヒートパイプ４によって運ばれた太
陽熱によって加熱・昇温される。

なお、凝縮した作動流体は重力によって下端部側に還流
する。蓄熱槽６内の温水はこうして次第に温度が高くな
り、また蓄熱槽６からの温水の取り出しは、その底部に
近い箇所から行ない、かつ加熱・昇温した温水は上部に
戻すから、蓄熱槽６の内部においては上部側はど温度が
高い状態となって蓄熱が行われる。また夏季などの太陽
光線の強度が強い時期には、路面１の温度が相当高くな
るので、このような状態で前記ポンプ１２を起動して高
強度パイプ１１に蓄熱槽６内の温水を流せば、その温水
が路面１の直下を流れている間に加熱される。したがっ
て高強度パイプ１１および路面１が太陽熱集熱器として
作用する。なお、高強度パイプ１１は路面１を冷却する
作用をも行なっていることになるので、上記の装置によ
れば、路面１の温度の上昇やそれに伴う路面１の軟化を
防止することができる。また上述したヒートパイプ式集
熱板３や高強度パイプ１１を介した太陽熱の集熱は晴天
臼の昼間に限られるから、太陽光線センサーや路面温度
センサー（それぞれ図示せず）の出力信号に基づいて前
記各ポンプ１０．１２の起動・停止の制御を行なうこと
が好ましい。

また一方、冬季の積雪期においては１．前記ヒートパイ
プ式集熱板３を設置しである斜面２が南向きで、積雪期
においても太陽光線が良好に照射する状態であれば、外
気が低くてもヒートパイプ式集熱板３において太陽熱の
集熱が行なわれ、したがって前記温水管９に蓄熱槽６内
の温水を流すことによって蓄熱槽６に蓄熱が行なわれる
。これに対して路面１に対する太陽光線の照射量は少な
く、また雪が積もりやすいので、その表面温度は、蓄熱
槽６内の温水の温度に比較して相当低くなる。

したがってその状態でポンプ１２を起動して高強度パイ
プ１１の内部に蓄熱槽６の温水を流せば、路面１が下側
から加熱され、路面１上の雪が溶かされる。また併せて
路面１の凍結も防止される。

なお、上記の装置は、蓄熱槽６に蓄えた太陽熱を利用す
るものであるから、路面１の融雪や凍結防止は夜間にお
いても行ない得ることは勿論である。

なお、上記の実施例では、蓄熱部として温水および砕石
を蓄熱槽に充填した構成のものを示したが、熱交換器を
使用することができる場合には、蓄熱材として潜熱蓄熱
材を使用し、この潜熱蓄熱材を温水で運んた熱によって
加熱するとともに、その熱を取り出す場合には、潜熱蓄
熱材の有する熱を熱交換器を介して温水に与えるように
してもよい。また蓄熱材として所定の含水率の土壌（道
路の盛土）を使用した蓄熱槽としてもよい。さらに第２
循環路を形成している高強度パイプ１１は低温時に路面
１側のみへの放熱を積極的に行なうことが好ましいので
、その下側に断熱マットや適宜の断熱層を設けることが
好ましい。そして第２循環路は、路面１との間での熱授
受を積極的に行なうものであることが好ましいので、そ
の熱授受面積を広くするためには、上記の実施例で示し
たように蛇行状態に敷設する替わりに、一対のヘッダ管
の間を多数の小径管で連結した構成のものを使用しても
よい。

つぎにこの発明の他の実施例を第２図および第３図を参
照して説明する。

第２図はその系統図であって、地中に設置した蓄熱槽２
０は遮水および断熱の施された層２１内に蓄熱材として
所定の含水率（例えば２０％）の土壌２２・を充填した
ものであり、また太陽熱集熱部として路側の南向きコン
クリート斜面２３が使用されている。このコンクリート
斜面２３の内部には、熱ダイオード型ヒートパイプ２４
の一端部が、先端部を下向きにして埋設されており、ま
たそのヒートパイプ２４の他方の端部は蓄熱槽２０に挿
入されている。ここで熱ダイオード型ヒートパイプ２４
は、例えば真空脱気した密閉管の内部に作動流体を封入
し、液相の作動流体は重力によって蒸発部に還流させる
よう構成したものであって、コンクリート斜面２３側か
ら蓄熱槽２０側にのみ熱輸送を行なうよう構成されてい
るヒートパイプである。

一方、路面２５の直下、より正確には各車線の直下には
、ヒートパイプ２６がそれぞれの車線の幅方向に沿って
埋設されており、またそれぞれのヒートパイプ２６は第
３図に示すように、路側がわで低くかつ中央分離体側で
高くなるよう水平面に対して傾斜させられている。そし
て各ヒートパイプ２６の中央分離体側の端部は、太陽熱
集熱管２７に挿入され、また路側がわの端部は、Ｕ字状
に湾曲した加熱管２８の内部に深く挿入されている。

そして前記蓄熱槽２０の内部には、温水循環パイプ２９
が蛇行した状態で配置されており、その一方の端部は、
二つのバルブ３０．３１を介して前記太陽熱集熱管２７
および加熱管２８のそれぞれの一方の端部に接続され、
また温水循環パイプ２９の他方の端部は、二つのバルブ
３２．３３を介して太陽熱集熱管２７および加熱管２８
のそれぞれの他方の端部に接続されている。したがって
温水循環パイプ２９は太陽熱集熱管２７を通る循環路と
加熱管２８を通る循環路とを形成している。

なお、第２図中符号３４はポンプを示す。

したがって上記の第２図および第３図に示す装置では、
コンクリート斜面２３に照射された太陽熱が熱ダイオー
ド型ヒートパイプ２４によって蓄熱槽２０に運ばれ、こ
こに蓄えられる。なお夜間などの外気温度の低いときに
は、熱ダイオード型ヒートパイプ２４は加熱部が高い位
置となって動作しないので、蓄熱槽２０の熱が外部に放
出されることはない。

また路面２５に積雪があった場合、前記バルブ３０．３
２を開いて温水循環パイプ２９を前記加熱管２８に連通
し、その状態でポンプ３４を起動する。その結果、蓄熱
槽２０において加熱昇温された温水か、加熱管２８に供
給され、その熱をヒートパイプ２６が路面２５の直下の
全体に運んで放熱するので、路面２５の全体が下側から
加熱され、路面２５上の雪か溶かされる。その場合、加
熱管２８はＵ字状をなしていてヒートパイプ２６と温水
との接触面積が大きいので、ヒートパイプ２６による熱
輸送量が充分確保され、またヒートパイプ２６は均温特
性を有しているので、路面２５の全体に亘って均一に融
雪が行われる。また加熱管２８はヒートパイプ２６の低
い位置の端部側に配置されているから、ヒートパイプ２
６としては所謂ボトムヒートモードとなり、ヒートパイ
プ２６による熱輸送が効率良く行われる。このようにし
て融雪のために熱を奪われて温度の低下した温水は、蓄
熱槽２０に還流して再度加熱された後、加熱管２８に送
られ、蓄熱槽２０からの熱の取り出しのための媒体とし
て機能する。

また夏季などの太陽熱量が著しく多い□時期には、前記
バルブ３１．３３を開いて温水循環パイプ２９を太陽熱
集熱管２７に連通させる。すなわちこの場合には、路面
２５の温度が太陽熱によって相当高くなるので、ヒート
パイプ２６としては太陽熱集熱管２７に挿入されている
端部の温度が低くなるとともにそれ以外の部分の温度が
太陽熱を受けて高くなり、その結果、ヒートパイプ２６
は太陽熱集熱管２７内を流れている温水に対して路面２
５からの太陽熱を運び、その温水は蓄熱槽２゜内におい
て蓄熱材である土壌２２に熱を与え、蓄熱を行なう。

なお、第２図および第３図に示す実施例において、蓄熱
槽として第１図に示す温水および砕石を蓄熱材とした蓄
熱槽を採用してもよい。

また上述した各実施例では、道路の融雪を行なう場合を
・例に採って説明したが、この発明は、路面の融雪ある
いは凍結防止以外に、一般の宅地における路面あるいは
ゴルフ場の路面などの融雪や凍結防止を行なう場合にも
適用することができる。

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、年間
を通して太陽熱を集熱して蓄熱し、その熱を路面の融雪
や凍結の防止に使用する構成であるから、利用可能なエ
ネルギー量が多くなって路面の融雪や凍結防止を効果的
に行なうことができ、また太陽熱をそのまま使用し、他
の形態のエネルギーに変換しないから熱効率が良好にな
り、さらに温水を循環するための動力を必要とするが、
その量は僅かでよいから、ランニングコストの低廉な装
置とすることができる。また地下水や地熱を利用する場
合と比較して、この発明の装置ではポーリングを必要と
しないので、設備コストの低廉なものとすることができ
る。

４、□間碇ｒぶり　“ 第１図はこの発明の一実施例を示す概略的な系統図、第
２図はこの発明の他の実施例を示す系統図、第３図はそ
の断面図である。

１．２５・・・路面、　３・・ヒートパイプ式集熱板、
４・・ヒートパイプ、　６．２０・・・蓄熱槽、　７・
・・温水、　９・・・温水管、　１１・・・高強度パイ
プ、２２・・・土壌、　２３・・・コンクリート斜面、
　２４・・・熱ダイオード型ヒートパイプ、　　２６・
・・ヒートパイプ、　２７・・・太陽熱集熱管、　２８
・・・加熱管、２９・・・温水循環パイプ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の傾斜面に太陽に向けて傾斜して設けられた
   太陽熱集熱部と、蓄熱槽と、太陽熱集熱部から蓄熱槽に
   熱を運ぶ第１の熱輸送手段と、蓄熱槽と路面直下との間
   で熱輸送を行なう第２の熱輸送手段とを備えていること
   を特徴とする太陽熱蓄熱型路面融雪装置。
2. （２）前記太陽熱集熱部は、太陽光がほぼ垂直に照射す
   るよう傾斜させて配置したヒートパイプを備えたヒート
   パイプ式集熱板であり、かつ第１の熱輸送手段は、その
   ヒートパイプの上端部を挿入させかつ前記蓄熱槽との間
   で温水を循環させる温水循環路からなる請求項１に記載
   の太陽熱蓄熱型路面融雪装置。
3. （３）前記第１の熱輸送手段は、一端部を前記太陽熱集
   熱部にその傾斜方向に沿って臨ませかつ他端部を蓄熱槽
   に臨ませた熱ダイオード型ヒートパイプである請求項１
   に記載の太陽熱蓄熱型路面融雪装置。
4. （４）前記第２の熱輸送手段は、路面直下と前記蓄熱槽
   との間で温水を循環させる温水循環路からなる請求項１
   ないし３のいずれかに記載の太陽熱蓄熱型路面融雪装置
   。
5. （５）前記第２の熱輸送手段は、一端側で低くなるよう
   路面の直下に埋設したヒートパイプと、そのヒートパイ
   プの上端部と前記蓄熱槽との間およびヒートパイプの下
   端部と前記蓄熱槽との間のいずれかに選択的に温水を循
   環させる温水循環路とからなる請求項１ないし３のいず
   れかに記載の太陽熱蓄熱型路面融雪装置。