JP2000104233A - ヒートポンプ融雪装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積雪地域での歩道、有料道路料金所付近、ト
ンネル抗口などで使用される融雪装置において、省エネ
ルギーで適切に作動ができることを目的とする。 【解決手段】 電動ヒートポンプ２の擬縮器と熱交換す
る熱交換器３と路面表面に埋設した放熱管４との間で不
凍液を循環ポンプ８で循環させて路面融雪を行う。この
とき放熱管４の上流側から下流側へ放熱管４に並列な分
岐管６を設け、熱交換器３からの不凍液を電動三方弁５
によって放熱管４を通過するものと、熱交換器３へその
まま戻るものとに振り分ける。そして電動三方弁５の開
度調節は、路面温度等の外部環境条件および不凍液温度
を検知し処理する制御部９の開度設定器１０によって行
い、外部環境条件に応じた運転と、立ち上がり時には放
熱後の不凍液リターンに放熱前の不凍液を混合すること
で電動ヒートポンプ２の負荷を軽くし、装置の安定運転
と長寿命化および省エネルギーを得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積雪地域での歩道
・交差点・坂道・有料道路料金所付近・トンネル抗口な
どにおいて、安全や生活面での便宜を確保することに使
用される融雪装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の融雪装置は、地下水散水
方式・電熱線埋設システム・ボイラー温水融雪システム
などがあり、特開平８−２１６７４号公報にその一例が
記載されている。以下、その融雪装置について図４を参
照しながら説明する。

【０００３】図に示すように、ガスエンジン式ヒートポ
ンプであるＧＨＰ１０と、第一給湯ライン４０および第
二給湯ライン５０からなる給湯系および路面融雪兼採熱
系６０を備える。ＧＨＰ１０の排ガス、エンジン排熱を
熱交換器４２で熱回収して第一給湯ライン４０に高温水
を得る。ＧＨＰ１０の採熱系熱交換部２０に空気熱交換
器と路面熱交換器を設け、回収した熱を擬縮管で回収し
て第二給湯ライン５０に系間熱交換器を介して低温水を
得る。路面融雪兼採熱系６０は路面熱交換器と結合し、
融雪時および路面採熱による低温水の加温時には第二給
湯ライン５０と結合する。

【０００４】また、路面融雪兼採熱系６０は、採熱系熱
交換部と路面表面に埋設させた路面パイプ６２との間で
不凍液を循環させて、所要に応じて路面融雪または採熱
を行うための系である。

【０００５】この装置の制御部は、主としてマイクロコ
ンピュータと所用のメモリとで構成されており、入出力
ポートを介してＧＨＰ１０、採熱系熱交換部、給湯系、
路面融雪兼採熱系６０および系間熱交換系７０に、何ら
かの制御信号を供給し、電気的に動作する構成部分の制
御を行ったり、また、所用に応じてこれら構成部分から
動作状態を読み込んでくる。そして装置を稼働・停止す
るため、あるいは運転モードを設定するために必要な代
表的な外部条件として、外気温度、高温タンク４４の高
温水温度、低温タンク５２の低温水温度、路面パイプ６
２が敷設されている路盤温度、融雪の有無その他等の環
境条件があり、それぞれを検出するセンサとして、外気
温度センサおよび降雪センサは、この装置の近傍の適当
な箇所に設け、低・高温タンクには温水温度センサを設
ける。そして路盤温度センサは、道路の表面温度を監視
するため路面パイプ６２が敷設した道路の近傍を含めた
路盤中に設ける。

【０００６】融雪時の動作としては、降雪の有無に係わ
りなく、制御部からの指令によって第二給湯ライン５０
の低温水と系間熱交換器７２において路面パイプ６２を
流れる不凍液との間の熱交換器で、不凍液が加熱され路
面融雪が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の融雪
装置では、給湯を常用する所では加熱の立ち上がり面で
は良いが、広範囲の融雪を行う道路関係においては、一
般に給湯を必要とせず、燃料供給網の整備されている市
街地等から遠く離れた場所が多く、燃料の安定供給上の
課題があり、メンテナンスフリーで自動運転をすること
が要求されている。

【０００８】また、気象条件によって変化する路面状態
に、交通安全上適切に対応しなければならないという課
題があり、省エネルギーで作動の立ち上がりを短くする
ことが要求されている。

【０００９】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、広範囲に供給網がある電力によるヒート
ポンプによりメンテナンスフリーで自動運転をすること
ができ、また、路面状態の多様な変化に合わせた運転指
示によって省エネルギーで適切に作動することのできる
ヒートポンプ融雪装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のヒートポンプ融
雪装置は上記目的を達成するために、電動機で駆動する
圧縮機から四方弁、熱交換器、膨張弁および蒸発器を経
て圧縮機へ冷媒を循環するヒートポンプと、融雪対象路
面下に敷設する放熱管と、熱交換器と放熱管との間で不
凍液を循環させる配管と、この配管の経路で熱交換器の
上流側に設けた循環ポンプと、熱交換器の下流側と放熱
管の上流側の間に設けた三方弁と、この三方弁から放熱
管と並列に分岐管を設け、三方弁の開度を制御部を備え
放熱管と分岐管に流れる不凍液の流量を調節するように
したものである。

【００１１】本発明によれば、電力によるヒートポンプ
であるから、燃料の安定供給等に格別の配慮が不要で自
動運転を容易にすることができる。また、放熱管と分岐
管との不凍液の流量を調節することで、ヒートポンプの
負荷を軽減して適切に作動することができるヒートポン
プ融雪装置が得られる。

【００１２】また他の手段は、制御部に外部環境条件検
出器を備え、検出した外部環境条件に基づいて三方弁の
開度を制御するものであるから、省エネルギーで融雪対
象路面の状態に合わせた適切な運転をするヒートポンプ
融雪装置が得られる。

【００１３】また他の手段は、熱交換器の上流側に不凍
液の温度検出器を設け、その検出温度に基づいて三方弁
の開度を設定するものであるから、ヒートポンプの立ち
上げ運転時に不凍液をショートサーキットさせることに
より入口温度を安定化させた長寿命のヒートポンプ融雪
装置が得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明は、電動機で駆動する圧縮
機で冷媒を循環するヒートポンプと、融雪対象路面下に
敷設する放熱管と、ヒートポンプの熱交換器と放熱管と
の間で不凍液を循環させる配管と、この配管の経路で熱
交換器の上流側に配置する循環ポンプと、配管の経路で
熱交換器の下流側と放熱管の上流側との間に設けた三方
弁と、この三方弁から放熱管と並列に配設した分岐管
と、前記三方弁の開度を制御する制御部を備え、放熱管
と分岐管に流れる不凍液の流量を調節するものであり、
放熱管と分岐管に流れる不凍液の流量の比率を変えるこ
とで路面状態に対応でき、熱交換器に戻る不凍液は放熱
管と分岐管に流れた不凍液の混合したものであるから、
ヒートポンプにかかる負荷が軽くなるという作用を有す
る。

【００１５】また、制御部は、外部環境条件検出器と、
この外部環境条件検出器が検出した条件を入力信号とし
て三方弁の開度を判定する開度判定手段を備えたもので
あり、外部環境条件を選択組合せすることで多様な運転
ができるという作用を有する。

【００１６】また、不凍液を循環させる配管の経路で熱
交換器の上流側で分岐管の下流となる所に不凍液温検出
器を設け、ヒートポンプの運転立ち上げ時に不凍液を分
岐管と熱交換器の間でショートサーキットとするように
したもので、ヒートポンプの立ち上がり時間の短縮と過
負荷運転を避けることができる。

【００１７】以下、本発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００１８】

【実施例】（実施例１）図１に示すように、配管１は電
動ヒートポンプ２の擬縮器と熱交換する熱交換器３と路
面表面に埋設した放熱管４との間で不凍液を循環させて
路面融雪を行うものである。放熱管４を介して熱交換器
３の上流側と下流側を連通する配管１に電動三方弁５を
設け、ここから放熱管４の下流側と熱交換器３の上流側
とを連通する配管１に連通する分岐管６によって、放熱
管４に並列する分岐流路が配設され、熱交換器３からの
不凍液を放熱管４と分岐管６に振り分け調節をする。そ
して分岐流路の下流側が配管１に接続する箇所を分岐合
流点７とする。不凍液の循環は熱交換器３の上流側と分
岐合流点７との間に設置した循環ポンプ８によって行わ
れる。

【００１９】融雪コントローラとしての制御部９は、主
としてマイクロコンピュータと所要のメモリとで構成さ
れる直接デジタル方式で、電動ヒートポンプ２と循環ポ
ンプ８の発停制御および開度設定器１０による電動三方
弁５の開度制御を行い、この制御信号を発するための外
部条件として路面温度、路面水分、降雪、外部温度があ
り、内部条件としては不凍液の温度がある。放熱管４を
敷設した道路の環境条件を検出するセンサとして、路面
温度検出器１１は道路の表面温度を監視するセンサ、路
面水分検出器１２は路面が濡れているかどうかを監視す
るセンサ、降雪検出器１３は降雪の有無を監視するセン
サ、外気温度検出器１４は装置周辺気温センサである。
内部条件としての不凍液温度を検出するセンサとして
は、放熱管４の出口における不凍液温検出器１５を設け
る。制御部９は、それぞれのセンサから送られてくる検
知データを処理して、電動ヒートポンプ２および循環ポ
ンプ８に発停指令を、また電動三方弁５に開度指令を伝
え、この装置の自然環境に応じて自動制御をするもので
ある。まず、制御部９においては外部環境条件を処理
し、図２に示すように、降雪有りと検知された場合は融
雪運転として、次に降雪が無く路面水分有りで路面温度
が２℃以下と検知された場合は凍結防止運転として、ま
た、降雪が無く且つ路面水分も無しで路面温度が０℃以
下と検知された場合は待機運転として、電動ヒートポン
プ２および循環ポンプ８に運転指令を発し、前記の３条
件以外は停止指令を発す。

【００２０】このように外部環境条件により、電動ヒー
トポンプ２および環境ポンプ８の運転、停止が行われる
が、融雪運転および凍結防止運転の場合は１００％の能
力を発揮するため始動時の電動三方弁５の開度は放熱管
４へ１００％、分岐管６へは０％と設定される。また、
運転時間の大半を占める待機運転においては地表への放
熱にエネルギーを消費することになるため、この放熱ロ
スを最小限に止め且つ降雪時に素早く対応できる程度の
不凍液を放熱管４に流れるように電動三方弁５の開度を
調節し、放熱前の不凍液を分岐管６に流すことにより、
分岐合流点７で不凍液リターンの温度が上昇し電動ヒー
トポンプ２の負荷が軽減され省エネルギー運転を行うこ
とになる。このとき電動三方弁５の開度を設定する方法
として、開度設定器１０による方法、外部環境条件によ
り自動設定する方法、不凍液温検出器１５により自動設
定する方法がある。このように融雪運転、凍結防止運転
および待機運転に電動ヒートポンプ２の運転状態を選択
し、不凍液リターンの温度を制御することで、運転の立
ち上がりが良く外部環境条件の変化に適切に対応するこ
とができる。

【００２１】（実施例２）図３に示すものは、実施例１
と同様装置であるが配管１に不凍液温度を検出するセン
サとして、放熱管４の出口側に設けた不凍液温検出器１
５の他に、熱交換器３の上流側に不凍液温検出器１６を
設けた構成としたものである。

【００２２】上記構成により、外部環境条件を処理した
制御部９の運転指令によって電動ヒートポンプ２と循環
ポンプ８が起動する。このとき電動三方弁５の開度は開
度設定器１０によって放熱管４へ０％、分岐管６へ１０
０％の不凍液が流れるように設定されており、電動ヒー
トポンプ２の運転開始後の立ち上がり時間の経過に連れ
て、放熱負荷が無くショートサーキットしている不凍液
の温度が徐々に上昇してくることを不凍液温検出器１６
が検出し、検知し制御部９へ信号として送信する。そし
て所定の温度に達すると電動三方弁５の開度を分岐管６
は絞り、放熱管４へ向けて徐々に開放される。このよう
に電動ヒートポンプ２の運転開始時に不凍液を放熱負荷
の無いショートサーキットとすることにより、電動ヒー
トポンブ２の立ち上がり時の長時間に渡る過負荷運転が
押さえられる。

【００２３】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、電動機で駆動するヒートポンプであるから都
市部を離れた道路に設置することの多い装置であって
も、エネルギーの安定供給と設置および運転制御が容易
である。また、放熱管から熱交換器に戻る低温の不凍液
に、放熱管と並列に設けた分岐管から未放熱の不凍液を
混合することでヒートポンプの負荷を低減し、機器の安
定運転と長寿命化及び省エネルギーが図れるという効果
がある。また、自然環境条件を検知して状況に合わせた
運転制御を行うことで、省エネルギーで環境条件の変化
に対応できるという効果のあるヒートポンプ融雪装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の装置を示す系統図

【図２】同制御フローチャート

【図３】本発明の実施例２の装置を示す系統図

【図４】従来の装置を示す系統図

【符号の説明】

１ 配管 ２ 電動ヒートポンプ ３ 熱交換器 ４ 放熱管 ５ 電動三方弁 ６ 分岐管 ７ 分岐合流点 ８ 循環ポンプ ９ 制御部 １０ 開度設定器 １１ 路面温度検出器 １２ 路面水分検出器 １３ 降雪検出器 １４ 外気温度検出器 １５ 不凍液温検出器 １６ 不凍液温検出器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機で駆動する圧縮機から四方弁、熱
   交換器、膨張弁および蒸発器を経て前記圧縮機へ冷媒を
   循環するヒートポンプと、融雪対象路面下に敷設する放
   熱管と、前記熱交換器と前記放熱管との間で不凍液を循
   環させる配管と、前記配管の経路で前記熱交換器の上流
   側に設けた循環ポンプと、前記配管の前記熱交換器の前
   記不凍液の下流側と、前記放熱管の前記不凍液の上流側
   の間に設けた三方弁と、この三方弁から前記放熱管と並
   列に配設した分岐管と、前記三方弁の開度を制御する制
   御部を備え、前記放熱管と前記分岐管に流れる不凍液の
   流量を調節するヒートポンプ融雪装置。
2. 【請求項２】 制御部は、降雪検出器と、路面水分検出
   器と、路面温度検出器と、前記各検出器が検出した外部
   環境条件を入力信号とし運転モードである三方弁の開度
   を判定する開度判定手段を備えた請求項１記載のヒート
   ポンプ融雪装置。
3. 【請求項３】 制御部に開度設定器を設け、運転モード
   を待機モードと判定したとき、三方弁の開度を設定する
   請求項１または２記載のヒートポンプ融雪装置。
4. 【請求項４】 路面温度検出器または外部温度検出器に
   よる測定値に基づき三方弁の開度を設定する請求項３記
   載のヒートポンプ融雪装置。
5. 【請求項５】 放熱管の下流側に不凍液の温度を検知す
   る温度検出器を設け、その検知温度に基づき三方弁の開
   度を設定する請求項３記載のヒートポンプ融雪装置。
6. 【請求項６】 熱交換器の上流側に不凍液の温度を検知
   する温度検出器を設け、その検知温度に基づき三方弁の
   開度を設定し、ヒートポンプの入口温度の安定化を図る
   請求項１または２記載のヒートポンプ融雪装置。