JPS6245475B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は熱コンダクタンスの極めて大きいヒ
ートパイプによる熱輸送原理を応用し、夏期に蓄
熱した水の熱源を利用することにより、たとえば
道路の融雪除氷を行ない、この冷水をたとえば夏
期における冷房に用いる熱交換装置に関するもの
である。

従来この種の装置として、例えば道路融雪の場
合、第１図に示すように地中１深くヒートパイプ
の加熱部２を埋め、ヒートパイプの放熱部３を道
路のコンクリートスラブ４中に埋設し、地熱を熱
源として熱を道路表面５に導き、道路上の積雪の
融雪を行なつていた。

ヒートパイプ２，３はパイプ状容器の中に熱を
輸送する作動流体、例えば水、アルコール、フロ
ンあるいはアンモニア等を封入したものである
が、極めてよく熱を伝え、数ｍの長さのものでも
殆ど全長が等温になるという特徴がある。一方地
下7.8ｍ〜20ｍの土壌温度は他に熱源がなけれ
ば、ほぼ年間の平均気温と同じ温度を示す。

従つてヒートパイプ加熱部２を地中１深くく挿
入し、放熱部３を道路のコンクリートスラブ４の
中に埋設すれば土壌中の熱が地表面５に輸送され
融雪除氷を可能とする。加熱部２の長さ、放熱部
３の長さ、埋め込みピツチなどによるが、融雪あ
るいは除氷能力を示す表面熱流束は50〜200W／
m²が得られる。

従来の地熱利用融雪、凍結防止装置は以上のよ
うに構成されているので、低温度差であることと
土壌中に蓄積されている熱を取り出す以上、表面
熱流束を大幅に増大できない欠点があつた。加熱
部の長さを20〜30ｍ、放熱部の長さを短かく、あ
るいはピツチを小にすれば、能力は増大するが、
ボーアリング工事費、ヒートパイプ本数がふえ、
装置の投資額が大幅に増加し、経済上種々の欠点
を有していた。

この発明は上記従来のものの欠点を解消するた
めになされたもので、少なくとも１組の蓄熱槽を
管路を介して連通し、この管路と被加熱部あるい
は被冷却部とを伝熱管で接続させ、上記蓄熱槽内
の水を一方から他方へ管路を介して流通させるこ
とにより、夏期には被冷却部を冷却しながら集熱
して一方の蓄熱槽内に温水を貯蔵し、冬期にはこ
の温水を他方の蓄熱槽へ管路を介して流動させる
ことにより被加熱部を加熱しながら集冷熱して他
方の蓄熱槽内に冷水を貯蔵する。以上の動作を適
宜繰返すことにより熱容量および能力が大幅に向
上され且つ経済的にも安価な熱交換装置を提供す
ることを目的としたものである。

以下、この発明の一実施例を冬期の場合につい
て第２図に基づき説明する。舗装路面５中にヒー
トパイプ放熱部３を適当な間隔に埋設し、道路の
側面に設置した管路７中にヒートパイプ加熱部２
を配置する。夏期に集熱し蓄温熱槽８に貯蔵され
た温水をポンプ９により揚水し、三方弁１１を介
して管路７に注入し、ヒートパイプ加熱部２に熱
を与え、ヒートパイプ放熱部３を通じて舗装路面
５を０℃以上に加熱することにより、融雪あるい
は流水の凍結防止を行なう。管路７中を流れる水
は冷却されて、三方弁１５を介して注入配管１４
を通り蓄冷熱槽１２に注入される。上記ヒートパ
イプの埋設の斜視図を第３図に示す。この融雪お
よび凍結防止システムの作動は降雪時あるいは凍
結時にポンプを始動させ、降雪が停止し、融雪の
必要がなくなるとき、あるいは気温が上昇し、凍
結防止の必要がなくなるときはポンプを停止す
る。それと同時に三方弁１１および１５を切替え
管路７中の水をそれぞれ注入配管１０および１４
を通じて各蓄熱槽に注入し、管路７中の水をなく
しかつ三方弁が元通りに切替わり、管路７内での
凍結を未然に防ぐように自動制御装置１６を設置
する。気温が零度以下になる場合、あるいは積雪
しはじめた場合、それぞれ温度センサ１７および
積雪監視装置１８により信号を受け、ポンプ９を
始動する。尚、蓄熱槽はたとえば池、大きな地下
のコンクリート槽、深井戸などでよい。

次に、この発明の他の実施例を夏期の場合につ
いて第４図に基づき説明する。冬期の場合と逆で
融雪、凍結防止システムは太陽熱集熱器に変わ
る。すなわち、夏期は舗装路面に太陽熱あるいは
空気からの対流による熱侵入があり路面が加熱さ
れる。路面温度が管路７を通る冷水の温度より高
くなると、路面に侵入した熱はヒートパイプによ
り集熱される。一方蓄冷熱槽１２から揚水される
冷水は配管１４、三方弁１５を通り管路７に流れ
込み、ヒートパイプ冷却部２より集熱し、加熱さ
れる。加熱された水はさらに三方弁２０、空気対
水熱交換器１９により、空気熱源より熱を吸収
し、さらに加温され、三方弁１１、配管１０を通
して蓄温熱槽８に注入される。この蓄熱過程の作
動も温度センサ１７により始動する。すなわち蓄
冷熱槽１２中の水温より、気温が２〜３℃高いと
きは必ず自動制御装置１６が作動し、各３方弁１
５，２０，２１，１１を動作させ図中矢印のよう
に流路が形成された状態でポンプ１３は始動す
る。

気温が下がり、蓄冷熱槽１２内の水温との差が
２〜３℃以下になると、ポンプ１３は自動的に停
止する。このようにして春から秋にかけての温暖
の時期に太陽熱を効率よく蓄熱する。

このように温暖の時期に太陽熱を蓄え、冬の暖
房あるいは融雪、凍結防止に使用でき、冬期、蓄
冷した熱を夏期冷房に使用することができ熱エネ
ルギーにほとんどコストがかからない利点があ
る。わずかにポンプ動力、熱交換器用フアン動力
自動制御装置用電力に費用がかかる程度である。
又、ボーアリング工事等大がかりな工事も不要と
なる。なお、空気対水熱交換器１９の代りに太陽
熱コレクタを使用してもよく、又、これらの組合
せにより集熱を行なうことも可能である。

また、上記実施例では道路の融雪、凍結防止装
置の応用について説明したが、屋根の融雪、ビル
の屋上、駐車場、高架橋、橋梁の路面、高欄部、
地覆部にも応用できる。

さらに冷暖房装置の応用としては、家庭、ビル
の床、天井、壁などに上記伝熱管を設置し、冬は
暖房、夏は冷房することが可能である。

さらにまた家畜小屋の床、壁などに設置し、冷
暖房を行なうことが可能である。なお、第５図は
建物の壁の中に伝熱管２５を理設した場合の冷暖
房装置の概略構成を示す断面図で、ヒートパイプ
２５の一方向性熱伝達のため冬期は下部の管路２
７に温水を、夏期は上部の管路２６に冷水を流し
て冷暖房できるようにしたものである。又、第６
図は農業用ビニールハウス２３内の地表層および
室内を加温する場合の実施例を示す。

以上のように、この発明によれば少なくとも１
組の蓄熱槽を管路を介して連通し、この管路と被
加熱部あるいは被冷却部とをヒートパイプで接続
させ、上記蓄熱槽内の水を１方から他方へ上記管
路を介して流通させると共に上記管路と直列ある
いは並列に集熱用熱交換器を接続したことによ
り、夏期には被冷却部を冷却しながら集熱して一
方の蓄熱槽内に温水を貯蔵し、冬期にはこの温水
を他方の蓄熱槽へ管路を介して流通させ被加熱部
を加熱しながら集冷熱して他方の蓄熱槽内に冷水
を貯蔵することができるので、熱容量および能力
が大幅に改善され且つ経済的にも安価な熱交換装
置の提供が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱交換装置の一例を示す斜視図
第２図はこの発明の一実施例における熱交換装置
の構成を示すブロツク図、第３図は第２図におけ
る熱交換装置の主要部を構成するヒートパイプの
埋設状態を示す斜視図、第４図はこの発明の他の
実施例における熱交換装置の構成を示すブロツク
図である。第５図および第６図は応用例を示した
もので、建物の壁にヒートパイプを埋設した場
合、農業用ビニールハウス内の地表層にヒートパ
イプを埋設した場合をそれぞれ概略断面図および
斜視図である。 図において、２，３はヒートパイプを構成する
加熱部および放熱部、７は管路、８は蓄温熱槽、
１２は蓄冷熱槽、１９は空気対水熱交換器であ
る。尚、各図中同一符号はそれぞれ同一又は相当
部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管路を介して連通する少なくとも１組の蓄熱
   槽と、一端は上記管路中にそれぞれ配設されると
   共に他端は被加熱部または被冷却部にそれぞれ配
   設されるヒートパイプとを備え、夏期には貯蔵さ
   れた冷水を上記蓄熱槽の一方から管路を流すこと
   により上記ヒートパイプを介して上記被冷却部を
   冷却し温水を上記蓄熱槽の他方に貯蔵すると共
   に、冬期には上記温水を上記蓄熱槽の他方から管
   路を流すことにより上記ヒートパイプを介して上
   記被加熱部を加熱し冷水を上記蓄熱槽の一方に貯
   蔵するようにしたことを特徴とする熱交換装置。 ２ 被加熱部は融雪ならびに凍結防止を必要とす
   る路面であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の熱交換装置。 ３ 被加熱部はつらら発生防止を必要とする橋梁
   の地覆部であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の熱交換装置。 ４ 被加熱部はビルあるいは家屋の床、天井、壁
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の熱交換装置。