JP2001107307A

JP2001107307A - 融雪，凍結防止装置

Info

Publication number: JP2001107307A
Application number: JP28451999A
Authority: JP
Inventors: Bunshiro Narisawa; 文四郎成沢
Original assignee: Maeta Concrete Industry Ltd
Current assignee: Maeta Concrete Industry Ltd
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2001-04-17

Abstract

(57)【要約】【課題】施工のしやすい地中深さ３〜４ｍの熱交換杭
を使用した場合でも、十分な融雪能力を備えた装置を提
供することにある。【解決手段】地中に埋設するコンクリート製中空杭の
コンクリート層１Ａ内に熱交換パイプ５を埋設した熱交
換杭１と、地表面に敷設する熱交換パイプ６を埋設した
放熱板２と、不凍液等の熱媒体Ｍを前記熱交換パイプ内
に循環させる循環ポンプ３と、前記熱媒体を加熱する補
助熱源４とからなる融雪，凍結防止装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、融雪，凍結防止装
置に関し、更に詳しくは、地中に埋設して地熱を吸収す
る熱交換杭と、この地熱を吸収した熱媒体を地表面に敷
設した放熱板内を循環させて、融雪あるいは凍結防止を
行う融雪，凍結防止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冬季における融雪方法として、汲み上げ
た地下水を地表部に散水して融雪する散水式の消雪法が
行われてきたが、この散水式消雪法は地下水資源の枯
渇、地下水の汲上げによる地盤沈下等の環境社会問題が
生じることに加えて、降雪量によっては路面上に雪が融
けずに残り、更に散水した水が凍り付いて自動車の走行
や歩行者の歩行に危険である、などの諸欠点があった。

【０００３】このような従来の欠点を解消するため、熱
交換杭を地中に埋め込み、この杭内に不凍液等の熱媒体
を循環させ、地熱のみで地表部の雪を融雪する無散水消
雪法に関する研究開発がなされている。この無散水消雪
法に利用する熱交換杭の利点は地熱のみを利用し、人工
的な発熱源の使用を極力抑えたものであり、融雪や暖房
に有効活用できることが望まれている。しかしながら、
この無散水消雪法に関する従来の技術には、解決しなけ
ればならない以下のような諸問題点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】地下３ｍ付近の地中温
度は一年を通じて１２〜１４℃であるが、施工し易い地
中深さ３〜４ｍの熱交換杭を埋設した場合では、冬場の
日本海沿岸地域など降雪量の多い豪雪地帯や、風が強く
路面上の熱が放散しやすい地域では十分な融雪能力が得
られない。したがって、融雪，凍結防止などに十分な熱
量の地熱を得るには、地中３ｍより深く熱交換杭を埋設
しなければならない。

【０００５】そこで、融雪，凍結防止に十分な熱量の地
熱を得るには、地中深く埋設し、熱交換杭の長さを大き
くすれば大きくするほど採熱面積が大きくなるので、融
雪能力が大きくなる。しかし、それに伴い施工費が高く
なり、実用化が困難になる、といった問題点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
従来の諸問題点を解決するために成されたもので、施工
のしやすい地中深さ３〜４ｍの熱交換杭を使用した場合
でも、且つ施工場所に制約されることなく、十分な融雪
能力を備えた装置を提供することを目的としたものであ
り、その要旨は、地中に埋設するコンクリート製中空杭
のコンクリート層内に熱交換パイプを埋設した熱交換杭
と、地表面に敷設する熱交換パイプを埋設した放熱板
と、不凍液等の熱媒体を前記熱交換パイプ内に循環させ
る循環ポンプと、前記熱媒体を加熱する補助熱源とから
それぞれ構成したことを特徴とする融雪，凍結防止装置
にある。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施態
様により詳細に説明する。図１は本発明に係る融雪，凍
結防止装置の概略構成図で、地中に埋設されて地熱を吸
収する熱交換杭１と、地表面に敷設されて融雪，凍結防
止を行う放熱板２と、不凍液などの熱媒体Ｍを前記熱交
換杭１内および放熱板２内を循環させる循環用ポンプ３
と、前記熱媒体Ｍを加熱する補助熱源４とから構成され
ている。そして、図２に示すように、前記熱交換杭１，
放熱板２，循環用ポンプ３，補助熱源４の各構成部品は
直列に接続されている。

【０００８】前記熱交換杭１は、図４及び図５に示すよ
うな構成からなるコンクリート製の中空杭で、例えば全
長３ｍ，直径２５ｃｍのものである。５は２本一組とし
た熱交換パイプで、コンクリート層１Ａ内に埋設されて
いて前記熱媒体Ｍを循環させるためのものであり、図示
の例では二組設置されている。各組の熱交換パイプ５は
いずれも、二本の垂直パイプ部５Ａと一本の底パイプ部
５Ｂとからそれぞれ構成されており、垂直パイプ部５Ａ
の下端を底パイプ部５Ｂと互いに直交状に連結してＵ字
型に形成されている。なお、前記熱交換パイプ５を垂直
パイプ部５Ａで構成することにより、熱媒体Ｍの循環が
円滑で、循環ポンプ３にかかる圧力を低く抑ることが出
来るとゝもに、伝熱面積を大きく取れる。

【０００９】また、前記放熱板２は、図６に示すような
平面視が長方形状の鉄筋コンクリート製ブッロクで、例
えばその厚さは１０ｃｍ，表面積は１ｍ^２のものであ
り、その表面に蛇行して形成した溝２Ａ内には放熱用パ
イプ６が配置されている。この放熱用パイプ６は、モル
タル等の結合材７を介して前記溝２Ａ内に設置固定され
ており、ブロックの表面を均一にしてある。なお、前記
熱交換パイプ５，６は硬質塩化ビニールパイプ等の樹脂
製パイプや、ステンレス製パイプ，銅製パイプ，鉄製パ
イプ等の金属製パイプ等を使用することができるが、熱
伝導性や耐蝕性に観点からステンレス製パイプの使用が
望ましい。

【００１０】８は前記放熱板２の高さ調整機構で、図７
に示すように、放熱板２の凹部２Ｂ底部に形成したナッ
ト部９にボルト１０を回転可能に螺合した構造のもの
で、前記放熱板２の敷設時に前記ボルト１０を回転し
て、隣接する放熱板２の表面と同一面となるように高さ
を調整するものである。なお、前記放熱板２の表面に装
飾用ブロック等を敷設することによって、小規模な駐車
場，建物のアプローチ，バスの停留場等での利用が考え
られる。

【００１１】また、前記補助熱源４は、図８に示すよう
な貯水加熱タンク１１で具体化される。すなわち、この
貯水加熱タンクは、例えば内容量約３０リットルの円筒
形鋼製容器で、その上面開口部には開閉可能な蓋１２を
設けて内部をチェックできるように構成されており、前
記貯水加熱タンク１１の底板下には加熱用の電磁誘導加
熱装置１３が設置されている。

【００１２】この電磁誘導加熱装置１３は、その電磁コ
イル１３Ａに交流電源回路Ｐから交流電流を流すと、磁
束変化により貯水加熱タンク１１の底板に発生するうず
電流と、タンク自体の内部抵抗とから発生するジュール
熱によって貯水加熱タンク１１全体を加熱し、これによ
って貯水加熱タンク１１内の熱媒体Ｍを自然対流により
加熱する構成としている。なお、温まった熱媒体Ｍは、
貯水加熱タンク１１の上部に移動するため流出口１１Ｂ
は上部に設け、流入口１１Ａは下部に設けてある。ま
た、前記貯水加熱タンク１１の外側表面は、保温のため
発泡スチロール等の保温材で覆うことが望ましい。

【００１３】次に、前記実施例の作用について説明する
と、地中深さ３ｍに埋設した熱交換杭１の熱交換パイプ
５内の熱媒体Ｍは、地熱を吸収して所定温度に熱せられ
ている。そこで、前記循環用ポンプ３を動作すると、前
記加熱された熱媒体Ｍは、放熱板２に設置した熱交換パ
イプ６，循環用ポンプ３，貯水加熱タンク１１，熱交換
杭１の熱交換パイプ５をそれぞれ循環し、前記放熱板２
の熱交換パイプ６を加熱する。これにより、前記放熱板
２の表面から熱を放出させて地表面の融雪，凍結防止が
行われ、例えば外気温がー２°Ｃの場合、放熱板の表面
温度は１°Ｃとなり、融雪，凍結防止が可能となる。

【００１４】ここで、前記熱交換杭１で加熱された熱媒
体Ｍの温度は、放熱板２においてその放熱により急激に
低下し、この低温度の熱媒体Ｍが熱交換杭１内に流入す
ることになるため、該熱交換杭１の地熱吸収効率が悪く
なる。そこで、貯水加熱タンク１１で熱媒体Ｍを加熱す
る。しかし、前記貯水加熱タンク１１により熱媒体Ｍを
加熱した場合、地熱を吸収した熱交換杭１内の熱媒体の
温度と、前記貯水加熱タンク１１で加熱された熱媒体の
温度との間に高低差を生じることがある。

【００１５】すなわち、貯水加熱タンク１１による熱媒
体の温度が、熱交換杭１内の熱媒体の温度より高くなっ
た場合には熱交換杭１による地熱の吸熱が行われず、逆
に熱交換杭１から地中への放熱が起こることがある。そ
こで、前記貯水加熱タンク１１内の熱媒体Ｍの温度制御
を行って、熱交換杭１内と貯水加熱タンク１１内との熱
媒体の温度の高低差が生じないようにする温度制御を行
う必要がある。

【００１６】この温度制御機構の１例としては、図２に
示すように、前記電磁コイル１３Ａと交流電源回路Ｐと
の間にインバータＩを設け、また前記貯水加熱タンク１
１の流出口および熱交換杭１の流出口にそれぞれ温度計
Ｔを設けるとゝもに、前記両温度計Ｔの検出信号を比較
回路Ｃを介して前記インバータＩに加えるように接続さ
れている。

【００１７】そして、前記貯水加熱タンク１１と熱交換
杭１の両温度計のデータを比較回路Ｃにより比較し、貯
水加熱タンク１１の熱媒体温度が熱交換杭１の熱媒体温
度より低い間は、前記比較回路Ｃの出力によりインバー
タＩを介して交流電源回路Ｐから電磁コイル１３Ａに電
流を流し、前記貯水加熱タンク１１内の熱媒体Ｍを加熱
する。逆に、前記貯水加熱タンク１１の熱媒体温度が熱
交換杭１の熱媒体温度に近くなった場合には、比較回路
Ｃの出力をなくして電磁コイル１３Ａによる加熱を中断
する。

【００１８】図３は融雪システムの他実施例で、前記貯
水加熱タンク１１を熱交換杭１と並列接続するとゝも
に、停止弁Ｖにより貯水加熱タンク１１への熱媒体の流
出入を随時停止できるように構成する。そこで、前記温
度制御機構によって貯水加熱タンク１１の熱媒体温度が
高くなる場合には、停止弁Ｖを動作して貯水加熱タンク
１１を通さないで、熱交換杭１で温められた熱媒体を放
熱板２に流すことによって熱交換杭１から地中への放熱
をなくすことができる。

【００１９】また、この融雪システムの並列構成は、外
気温がそれほど低くない場合や、狭い地域での舗道，路
面等の凍結防止の場合には、停止弁Ｖにより貯水加熱タ
ンク１１を熱交換杭１から切離して、熱交換杭１と循環
ポンプ３だけを動作させることによりランニングコスト
を低く抑えることができる。更に、この実施例は既設の
融雪システムの熱交換杭１において、その融雪能力が不
足している場合、融雪システム内に貯水加熱タンク１１
および電磁誘導加熱装置１３を設置することによって簡
単，安価に高能率の融雪，凍結防止装置とすることが可
能となる。

【００２０】

【発明の効果】本発明に係る融雪，凍結防止装置は、上
記のような構成であるから、融雪能力が大幅に向上し、
冬場の地域環境に左右されずに融雪，凍結防止を図れる
とゝもに、低コストで、既設の融雪装置に簡単に設置す
ることが可能である、といった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る融雪，凍結防止装置の概略構成図
である。

【図２】融雪，凍結防止装置の系統図である。

【図３】融雪，凍結防止装置の他実施例の系統図であ
る。

【図４】熱交換杭の縦断面図である。

【図５】熱交換杭の構成部品斜視図である。

【図６】放熱板の斜視図である。

【図７】放熱板の要部拡大斜視図である。

【図８】貯水加熱タンクの縦断面図である。

【符号の説明】

１熱交換杭２放熱板３循環用ポンプ４補助熱源５熱交換パイプ６熱交換パイプ１１貯水加熱タンク１３電磁誘導加熱装置１３Ａ電磁コイルＭ熱媒体Ｐ交流電源回路ＩインバータＣ比較回路Ｔ温度計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地中に埋設するコンクリート製中空杭の
コンクリート層内に熱交換パイプを埋設した熱交換杭
と、地表面に敷設する熱交換パイプを埋設した放熱板
と、不凍液等の熱媒体を前記熱交換パイプ内に循環させ
る循環ポンプと、前記熱媒体を加熱する補助熱源とから
夫々構成したことを特徴とする融雪，凍結防止装置。
【請求項２】前記補助熱源として、前記熱媒体を貯水
し電磁誘導加熱装置で加熱する貯水加熱タンクを用いた
ことを特徴とする請求項１項記載の融雪，凍結防止装
置。
【請求項３】前記熱交換杭，放熱板，循環ポンプ及び
補助熱源を直列接続したことを特徴とする請求項１又は
２記載の融雪，凍結防止装置。
【請求項４】前記熱交換杭と補助熱源とを並列接続で
構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の融雪，
凍結防止装置。
【請求項５】前記補助熱源内の熱媒体温度を、熱交換
杭内の熱媒体温度と比較して制御するようにしたことを
特徴とする請求項４記載の融雪，凍結防止装置。