JPH0732456U - 地熱熱源ヒートパイプ式融雪装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 融雪能力を降雪あるいは積雪状況に応じて制
御することができる地熱熱源ヒートパイプ式融雪装置を
提供する。 【構成】 ヒートパイプ１の蒸発部４が熱源となる地中
３に埋設され、かつ凝縮部５が地表直下２に配置された
地熱熱源ヒートパイプ式融雪装置において、ヒートパイ
プ１のうち凝縮部側５の部分に、液相作動流体を一時的
に貯溜する液溜部６が形成される。その液溜部６に溜め
られた液相作動流体を蒸発部４に選択的に供給する流量
調節手段７が備えられている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、地中に蓄積されている熱をヒートパイプにより汲み上げて被融雪 箇所を加熱する地熱を熱源としたヒートパイプ式融雪装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年、自然環境の保護や省エネルギーなどの観点から、地熱を有効に利用する ことが種々試みられている。そこで、雪を溶かして除雪するにあたり優れた熱輸 送能力を持つヒートパイプが使用されている。このようにヒートパイプを使用し た融雪装置の適用例としてロードヒーティングシステムが挙げられる。このシス テムは路盤上の融雪あるいは凍結を防止して、降雪地域における交通障害の緩和 を目的とするものである。

【０００３】 その構成はヒートパイプの蒸発部となる端部を１０ｍ前後地中に埋設する一方 、凝縮部となる端部を融雪あるいは凍結を防止すべき路盤内に配設するものであ る。冬季など外気温の低い状況下では路盤に配置された凝縮部の温度が地中に埋 設された蒸発部よりも相対的に低くなるので、内部に封入された液相の作動流体 が蒸発部において地中の熱を吸収し、その結果生じた作動流体の蒸気が凝縮部に 流動した後に放熱し、そこで凝縮する。放出された熱は舗装材に伝達されて、路 盤から大気中に放出される。また凝縮して液相になった作動流体は重力の作用に より蒸発部に還流し、再度加熱されて蒸気になる。以上のサイクルを繰り返すこ とにより、路盤が融雪や凍結の防止に充分な温度に加熱される。

【０００４】 このようなシステムによると、労力の掛からない除雪作業が実現され、また除 雪車等の機械的除雪に掛かるランニングコストを大幅に削減することができる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記のようなロードヒーティングシステムに用いられるヒートパイプは、その 両端部において温度差が生じると自動的に熱輸送を開始する特性であり、路盤温 度が地中温度に対して低くなる場合には、路盤上の積雪の有無に係わらず地中の 熱エネルギーを路盤側の端部に向けて継続的に抽出する。

【０００６】 ところで、この種のロードヒーティングシステムを適用する地域は、一般的に 降雪量が多く所謂寒冷地であるので地熱の容量は比較的少ない状態にある。この ように限られた熱エネルギーをヒートパイプが無差別に汲み上げることにより、 熱源となる地中蓄熱量が過度に減衰されてしまうおそれがある。したがって従来 のロードヒーティングシステムには、融雪の効果が必ずしも良好でないなどの問 題があった。また、システムとしての融雪能力の大半をヒートパイプに依存して いるので、積雪あるいは降雪状況に対応して融雪能力を制御することができなか った。

【０００７】 この考案は上記の事情に鑑みてなされたものであり、降雪あるいは積雪状況に 応じて融雪能力を制御することができ、その融雪能力が高いレベルにある地熱熱 源ヒートパイプ式融雪装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この考案は上記の目的を達成するために、ヒートパイプの蒸発部が熱源となる 地中に埋設され、かつ凝縮部が地表直下に配置された地熱熱源ヒートパイプ式融 雪装置において、前記ヒートパイプのうち前記凝縮部側の部分に、液相作動流体 を一時的に貯溜する液溜部が形成されるとともに、その液溜部に溜められた前記 液相作動流体を前記蒸発部に選択的に供給する流量調節手段が備えられているこ とを特徴とするものである。

【０００９】 また、ヒートパイプの蒸発部が熱源となる地中に埋設され、かつ凝縮部が地表 直下に配置された地熱熱源ヒートパイプ式融雪装置において、前記ヒートパイプ のうち前記凝縮部側の端部に、非凝縮性ガスを収容するガス溜部が設けられると ともに、そのガス溜部がその内部の非凝縮性ガスを外気温度に応じて膨張収縮さ せるよう構成されていることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】

上記のように構成される請求項１の考案において、路面を加熱する場合は、流 量調節手段を開くなどして液溜部からヒートパイプの蒸発部側に液相の作動流体 を供給する。地熱により蒸発部内の作動流体が加熱されて蒸気となり、凝縮部の 端部に向けて流動して、そこで放熱して凝縮する。放出された熱は路面に伝達さ れる。また凝縮して液相になった作動流体は、流量調節手段が開かれていること から液溜部には貯溜されず、蒸発部に向けて還流して再び加熱される。以降同様 のサイクルが繰り返される。

【００１１】 他方、路面を加熱しない場合には、流量調整手段を閉じるなどすることにより 、凝縮部で液相となった作動流体が液溜部に一時的に貯溜される。蒸発部への作 動流体の供給が中断されるのでヒートパイプ機能が停止する。すなわち熱輸送サ イクルが行なわれなくなる。このように流量調整手段によって融雪能力が制御さ れる。

【００１２】 また請求項２の考案において、外気温度が高く、路面の加熱を要しない場合に は、ガス溜部の内部の非凝縮性ガスが膨脹してヒートパイプの凝縮部側に流出す る。凝縮部に非凝縮性ガスが存在すると、その部分での気相作動流体の凝縮が妨 げられる。すなわち凝縮部がヒートパイプの不活動部分となるので、路面に対す る熱伝達は行なわれない。

【００１３】 他方、外気温度が低くて、路面を加熱する場合には、ガス溜部内の非凝縮性ガ スが収縮してヒートパイプの凝縮部からガス溜部に非凝縮性ガスが退く。その結 果、ヒートパイプの凝縮部の遮蔽が解除されるので、すなわち凝縮部に不活動部 分がなくなるので、気相作動流体は凝縮部において放熱して凝縮し、その熱は路 面に伝達される。このようにガス溜部の非凝縮性ガスによって融雪能力が制御さ れる。

【００１４】

【実施例】

つぎにこの考案をロードヒーティングシステムに適用した例について図面を参 照にして説明する。図１は第一実施例を示すものであり、図においてヒートパイ プ１は一端部がアスファルト等の舗装材からなる路盤２に熱授受可能に配置され 、他端部が地盤３の鉛直方向に向けて１０ｍ程度延出して配置されている。した がって、地盤３側の端部が蒸発部４となり路盤２側の端部が凝縮部５となる。こ のヒートパイプ１は、比較的鋭角に屈曲されたＬ字型のコンテナからなり、凝縮 部５側の端部にはコンテナと一体的に成形された液溜部６が設けられている。こ の液溜部６は、コンテナに封入される作動流体の全量を貯溜できる容積に設定さ れている。液溜部６の下部には流量制御手段としての流量制御バルブ７が設けら れている。なお、この流量制御バルブ７は路盤２に形成されたハンドホール（図 示せず）等を介することにより任意に手動で開閉することができる。流量制御バ ルブ７の下方には、液戻し管８が取り付けられている。この液戻し管８は液溜部 ６に貯溜された作動流体を蒸発部４に供給する際の流体通路となるものであり、 その先端部がヒートパイプ１の蒸発部４の内部に連通され、かつ作動流体蒸気が 流量制御バルブ７側に逆流しないように斜め上方に開口するよう形成されている 。

【００１５】 つぎに以上のように構成したロードヒーティングシステムの作用を説明する。 例えば路盤２を加熱して融雪を行なう場合には、路盤２上の積雪状況に対応して 流量制御バルブ７を適当な開度に調整し、液溜部６から蒸発部４側に液相の作動 流体を流入させる。この作動流体が蒸発部４管において地盤３の保有する熱によ り加熱されて蒸気となる。その蒸気は路盤２の内部に配置された凝縮部５の端部 に向けて流動して、そこで放熱して凝縮する。放出された熱は路盤２に伝達され た後にその表面から大気中に向けて放出される。また、凝縮して液相になった作 動流体は液溜部６を経由して液戻し管８に流入し、重力の作用によりその内壁を 流化した後に蒸発部４の内面に直接に噴射されて還流する。このように流量制御 バルブ７が開かれている状態においては上記の熱輸送サイクルが繰り返される。 その結果、路盤２上の雪は溶かされる。また、路盤２に付着している水分が夜間 などに凍結することを防止できる。

【００１６】 他方、路盤２の融雪を行なわない場合には、流量制御バルブ７を全閉して蒸発 部４への作動流体の供給を中断させる。その結果、蒸発部４が所謂ドライアウト 状態になりヒートパイプ機能が停止する。したがって路盤２への地熱の抽出が行 なわれなくなる。また、凝縮部５で液相となった作動流体は、流量制御バルブ７ が開かれるまで液溜部６に貯溜される。なお、蒸発部４で作動流体の蒸発が生じ ないから、ヒートパイプ１の内部圧力が高くなることはない。

【００１７】 このように、上述したシステムでは熱源となる地熱を過度に汲み上げることが ないので、従来のシステムと比較して降雪時での地中熱容量が大きい分、作動流 体による熱輸送サイクルが活発化され、したがって融雪能力に優れる。

【００１８】 つぎに図２は第二実施例を示すものである。図においてヒートパイプ９は、一 端部が鉛直方向に向けて地盤１０に埋設されるとともに、中間部分が路盤１１の 内部に配置され、かつ他端部が鉛直上方に路盤１１から若干突出して設置されて いる。したがって地盤１０側の端部が蒸発部１２となり、路盤１１側の端部が凝 縮部１３となっている。路盤１１から大気中に延出した前記凝縮部１３側の端部 には、ヒートパイプ９のコンテナと連通する構造のガス溜部１４が設けられてい る。このガス溜部１４は例えば鋼製ベローズからなり、その内部には少なくとも 凝縮部１３の内面を覆う量の例えばアルゴンなどの非凝縮性ガス１５が充填され ている。コンテナのガス溜部１４の直下には、比較的大径のリング状のフィン１ ６が数枚装着されている。なお、ガス溜部１４などの路盤１１から突出する部分 は、道路の路肩部分など車両や歩行者の通行に支障ない箇所に配置される。

【００１９】 つぎに以上のように構成したロードヒーティングシステムの作用を説明する。 直射日光を浴びるなどしてフィン１６が所定の温度に上昇すると、その熱がガス 溜部１４に伝達される。その熱によって、内部に充填された非凝縮性ガス１５が 加熱されて膨張し、ヒートパイプ９の凝縮部１３に流出する。その結果、コンテ ナ内壁が非凝縮性ガス１５によって覆われるので、その箇所での作動流体の凝縮 が行なわれなくなる。すなわち凝縮部１３に不活動部分が形成され、したがって 路盤１１への熱伝達が行なわれなくなる。

【００２０】 一方、雪が降るなどして外気温が低下してフィン１６あるいはガス溜部１４が 所定の温度に冷やされると、結果的にヒートパイプ９の両端部の温度差が大きく なる。したがって、作動流体の熱輸送サイクルが活発化してコンテナ内部を流動 する気相作動流体の圧力が高められるとともに、非凝縮性ガス１５の圧力が下げ られる。その結果、非凝縮性ガス１５が圧縮されてガス溜部１４に流入する。凝 縮部１３の不活動部分が消滅して気相作動流体が凝縮部１３の全域で放熱して凝 縮する。その熱により路盤１１が加熱される。したがって、路盤１１上に積雪が あればその雪は溶かされる。また、雪が溶かされることにより路盤１１に付着し た水分が夜間などに凍結することを防止できる。

【００２１】 このようなシステムでは熱源となる地熱を過度に汲み上げることがないので、 従来のシステムと比較して降雪時の地中熱容量が大きい分、作動流体による熱輸 送サイクルが活発化され、したがって融雪能力に優れる。

【００２２】 つぎに図３は第三実施例を示すものであり、ここに示される例はガス溜部を路 盤の内部に埋設させた例である。ヒートパイプ１７のコンテナは比較的鈍角に屈 曲されたＬ字型をなしている。そのヒートパイプ１７の一端部には耐腐食性や耐 損傷性を高めるＰＥシースが施されており、地盤１８に鉛直方向に向けて配置さ れている。そのヒートパイプ１７の他端部は路盤１９の表層近傍に埋設されてい る。したがって、地盤１８側の端部が蒸発部２０となり、路盤１９側の端部が凝 縮部２１なっている。凝縮部２１側の端部には、例えば鋼製のベローズから形成 されたガス溜部２２が連結されていて、ヒートパイプ１７のコンテナとガス溜部 ２２とは連通している。ガス溜部２２内には凝縮部２１の内面を覆うに充分な量 の非凝縮性ガス２３が充填されている。この非凝縮性ガス２３としては例えばア ルゴンが挙げられる。また、ガス溜部２２の上方および側方はカバー部材２４に より空間を有して覆われている。このカバー部材２４は、路盤１９を打設する際 にガス溜部２２にかけられる荷重を軽減するとともに、ガス溜部２２が膨脹・収 縮する空間を路盤１９の内部に形成するものであり、路盤１９からガス溜部２２ への熱伝達を阻害しない材料で形成されることが好ましく、ここでは板厚の薄い 鋼管を長手方向に二分割したものが使用されている。

【００２３】 したがって、以上のような構成のロードヒーティングシステムでは、外気温度 が高くなるなどして路盤１９が加熱され、所定の温度にガス溜部２２が加熱され るとガス溜部２２の内部に充填された非凝縮性ガス２３が加熱されて膨張し、ヒ ートパイプ１７の凝縮部に流出する。その結果、コンテナ内壁が非凝縮性ガス２ ３によって覆われて、局部的に作動流体の凝縮が行なわれなくなる。すなわち凝 縮部２１に不活動部分が形成される。その結果、路盤１９への熱伝達が行なわれ なくなる。

【００２４】 一方、雪が降るなどして外気温が低下してガス溜部２２が冷やされると、凝縮 部２１と蒸発部２０との温度差が大きくなる。したがって、作動流体による熱輸 送サイクルが活発化してコンテナ内部を流動する気相作動流体が高圧になる。他 方、非凝縮性ガス２３の圧力は低くなるので非凝縮性ガス２３が圧縮されてガス 溜部２２に流入する。その結果、ヒートパイプ１７の凝縮部２１の遮蔽が解除さ れるので、気相作動流体は凝縮部２１において放熱して凝縮し、その熱は路盤１ ９に伝達される。したがって、路盤１９上に雪があれば、その雪を速やかに溶か すことができる。

【００２５】

【考案の効果】

以上の説明から明らかなようにこの考案によれば、ヒートパイプの蒸発部に供 給する作動流体量を任意に調節できるので、積雪あるいは降雪状況に応じて融雪 能力を調整することができる。また、熱源となる地中蓄熱量を過度に減衰させる ことがないので、融雪能力に優れた融雪装置とすることができる。

【００２６】 また、請求項２に記載した考案では、外気温度に対応してヒートパイプの凝縮 部に不活動部分を形成するので、積雪あるいは降雪状況に応じて融雪能力を調整 することができ、その融雪能力を高いレベルのものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の第一実施例を示す概略図である。

【図２】この考案の第二実施例を示す概略図である。

【図３】この考案の第三実施例を示す概略図である。

【符号の説明】

１…ヒートパイプ、 ２…路盤、 ３…地盤、 ４…蒸
発部、 ５…凝縮部、６…液溜部、 ７…流量制御バル
ブ、 ９…ヒートパイプ、 １０…地盤、 １１…路
盤、 １２…蒸発部、 １３…凝縮部、 １４…ガス溜
部、 １５…非凝縮性ガス、 １７…ヒートパイプ、
１８…地盤、 １９…路盤、 ２０…蒸発部、 ２１…
凝縮部、 ２２…ガス溜部、 ２３…非凝縮性ガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 益子 耕一 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)考案者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートパイプの蒸発部が熱源となる地中
   に埋設され、かつ凝縮部が地表直下に配置された地熱熱
   源ヒートパイプ式融雪装置において、前記ヒートパイプ
   のうち前記凝縮部側の部分に、液相作動流体を一時的に
   貯溜する液溜部が形成されるとともに、その液溜部に溜
   められた前記液相作動流体を前記蒸発部に選択的に供給
   する流量調節手段が備えられていることを特徴とする地
   熱熱源ヒートパイプ式融雪装置。
2. 【請求項２】 ヒートパイプの蒸発部が熱源となる地中
   に埋設され、かつ凝縮部が地表直下に配置された地熱熱
   源ヒートパイプ式融雪装置において、前記ヒートパイプ
   のうち前記凝縮部側の端部に、非凝縮性ガスを収容する
   ガス溜部が設けられるとともに、そのガス溜部がその内
   部の非凝縮性ガスを外気温度に応じて膨張収縮させるよ
   う構成されていることを特徴とする地熱熱源ヒートパイ
   プ式融雪装置。