JP2001208448A - 地中熱・空気熱利用の融雪システム及び融雪／冷房システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冬期降雪時における融雪用電力の電源遮断
時、凍結防止、予熱期間等複雑な融雪対策に順応できる
多用性を持つ省エネルギの融雪蓄熱システムと、地中熱
の蓄熱性の有効利用を図るとともに空気熱を併用した自
然作動媒体のアンモニア冷媒を使用するヒートポンプを
介して、夏期は冷房、冬期は融雪可能の地中熱・空気熱
利用の融雪／冷房システムを提供する。 【構成】 本発明の融雪蓄熱システムは、ヒーティング
タワー１０と圧縮機１１と蓄熱用のブラインヒータを形
成する顕熱熱交換器１２と融雪用のブラインヒータを形
成する凝縮器１４と膨張弁１６とよりなる空気熱源のヒ
ートポンプ２０と、蓄熱パイプ１３と融雪パイプ１５と
ブライン供給路１８とより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、降雪地帯の融雪用
に、通常融雪運転、融雪用電力の電源遮断時の融雪運転
及び予熱・凍結防止用の運転等の広範囲の運転に対応す
る地中熱・空気熱利用の融雪システムと、地中熱の採熱
と空気熱の採熱とにより温熱を発生させ、地中及び空気
中への放熱により冷熱を発生させる、地中熱と空気熱と
を併用した自然作動媒体を冷媒に使用するヒートポンプ
を介しての地中熱・空気熱利用の融雪／冷房システムと
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、道路の凍結や積雪を防止する
ために道路表面近くの地中に融雪発熱体を埋設してい
る。前記発熱体には、電気ヒータ等が使用されている
か、または地上表面近くの路盤上の舗装体（アスファル
ト層やコンクリート層）に埋設した配管に温水を循環さ
せる方法が融雪ないし凍結防止手段として使用されてい
る。

【０００３】ところで、従来の温水による融雪は、上記
したように地表近くに埋設した融雪管に空気を熱源とす
る温水加熱を目的とするヒートポンプが使用されている
が、電源遮断時には融雪が不可能となり何らかの対策が
必要とされていた。また、空気熱を熱源とするため、空
気熱の供給源であるヒーティングタワーの伝熱面の着霜
が熱効率の低下に繋がりデフロストを必要とするが、こ
のデフロストのためには一時融雪を停止する問題があっ
た。また、一時的な異常気象による豪雪に対処するため
には従来の融雪手段では熱容量に余裕がなく柔軟性に欠
ける問題があった。そして、積雪地帯では、融雪に融雪
用の電力契約があるが、該契約に伴う特定時間帯におけ
る電力遮断（ピークカット）を余儀なくさせられ、その
ため融雪を停止せざるを得ない問題がある。

【０００４】ところで、近年、地球温暖化、オゾン層破
壊、省エネルギ等の環境問題が叫ばれており、自然冷媒
・自然エネルギの有効利用も求められている。その中
で、大地はどこにも存在する安全で自然の材料であり、
特別なスペースを必要としない等の特徴を持っており、
この地中熱の有効利用並びに大地の蓄熱性の利用も考え
られ、地中熱の利用に対する提案もされている。

【０００５】例えば、特開平１１−１５９８９１号公報
には「地中熱利用ヒートポンプシステム」として上記提
案の一が開示されている。上記提案によれば、本提案に
よるヒートポンプシステムは、排湯発生施設で発生した
排湯を貯留する排湯槽、または湯使用施設で使用する湯
を貯留する給湯槽とを設け、これらの排湯槽または給湯
槽における貯留湯と地中との両方から採熱させながら温
熱発生をさせるとともに、貯留水を加熱して湯使用施設
での使用湯を生成する給湯槽を設け、この給湯槽構成に
おける貯留水と地中との両方へ放熱させながら冷熱を発
生させる、ヒートポンプにより構成したものである。

【０００６】則ち、温熱の発生には、貯留湯の熱と地中
の熱を使用して地熱の低下による採熱低下を防止して安
定運転を可能とし、また、冷熱の発生には、給湯槽の貯
留水と地中の両方への放熱によりヒートポンプの安定運
転を図ったもので、従来の地中熱のみ利用のヒートポン
プシステムにおける短時間の継続運転での採熱不良によ
るヒートポンプ装置の温熱発生量の低下や消費電力の増
大を防止するようにしたものである。なお、本提案に使
用されている地中熱の取出し用の熱交換器は、地中深く
埋設した二重管式熱交換器で、図面からは熱容量は余り
大きく採れない縦型構造のものと考えられる。

【０００７】ところが、地中温度は土壌の種類により異
なるが略５〜９ｍの地下になると年間を通じて略１０℃
前後の一定温度になり、このレベルの温度は冷房時の外
気温度よりも低く、また、暖房時の外気温度より高いの
で、地中熱の利用の仕方によっては大気を熱源とする従
来方式より年間を通じてシステムの成績係数が高く且つ
一次エネルギの消費量を減ずることもできる利点もあ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みなされたもので、冬期降雪時における融雪用電力
の電源遮断時、凍結防止、予熱期間等複雑な融雪対策に
順応できる多用性を持つ省エネルギの融雪蓄熱システム
と、地中熱の有効利用を図るとともに空気熱を併用した
自然冷媒のヒートポンプを介して、夏期は冷房、冬期は
融雪を可能とした地中熱・空気熱利用の融雪／冷房シス
テムとの提供を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の第１の
発明である地中熱・空気熱利用の融雪システムは、融雪
用電力の遮断時にもピークカットの無い低圧電力を使用
してポンプ駆動による融雪運転を継続させるべく路盤加
熱用の融雪パイプと該融雪パイプに融雪用ブラインを送
る地盤加熱用の蓄熱パイプを設けたものである。則ち、
ブラインを加熱すべく採熱器として機能するヒーティン
グタワーと圧縮機と凝縮器と膨張弁とよりなる空気熱源
のヒートポンプと、該ヒートポンプにより加熱形成され
た温ブラインを流通させて地表の降雪を融解するため路
盤上ないし地盤上の地層との間で熱交換をする熱交換用
パイプと、該パイプと前記ヒートポンプの間を結合する
ブライン供給路とよりなる地中熱・空気熱利用の融雪シ
ステムにおいて、前記ヒートポンプの圧縮顕熱熱交換器
に結合して第１の温ブラインを流通させ地盤上の地層と
熱交換する蓄熱パイプと、前記ヒートポンプの凝縮器に
結合して第１の温ブラインより低い温度の第２温ブライ
ンを流通させ路盤上のアスファルト層と熱交換する融雪
パイプとを設ける構成としたことを特徴とする。

【００１０】本発明は上記構成に示すように、融雪に必
要なブラインの加熱に空気熱を熱源とする圧縮ヒートポ
ンプを使用し、且つ加熱された温ブラインにより地表近
くの路盤上の地層の加熱だけでなく路盤の下部の地盤上
の地層の加熱を可能として、異常気象による豪雪等によ
る融雪負荷の変動に対応できる熱容量の蓄熱を可能とし
たものである。

【００１１】即ち、上記地表近くの路盤上の地層の加熱
には例えば１０〜３０℃（好ましくは約２５℃前後）の
温ブラインを使用し直接融雪に関与させ、路盤とその下
部の地盤上の地層の加熱には例えば３０〜６０℃（好ま
しくは約５０℃前後）の温ブラインを使用し負荷の変動
に対応できる熱容量を持つ蓄熱に関与させるようにして
ある。そして、前記空気熱源のヒートポンプの圧縮機の
吐出側に吐出ガスの顕熱熱交換器を設け、該熱交換器を
介して約５０℃前後の温ブラインを得て、蓄熱パイプを
作動させ、地盤上部の地層との間の蓄熱熱交換を行い、
融雪負荷の変動に対応させる構成とし、ついで、前記吐
出ガスを凝縮する凝縮器で約２５℃前後の温ブラインを
得て、融雪パイプを作動させ、路盤上部の地層の融雪に
直接関与させる構成としたものである。

【００１２】また、請求項１記載の融雪パイプ及び蓄熱
パイプとヒートポンプとの間を結ぶそれぞれのブライン
供給路は、切り替えバルブ群を介してヒートポンプより
切り離して互いに結合させ路盤地層と地盤地層の間を循
環する温ブラインの循環路を形成させ、該循環路を介し
て融雪用電力の電源遮断時（ピークカット時）の融雪運
転及び凍結防止・予熱運転に対し、ピークカットの無い
低圧電力でブライン循環ポンプを駆動させ対応させる構
成にしたことを特徴とする。

【００１３】上記請求項２記載の発明により、前記ヒー
トポンプの顕熱熱交換器と蓄熱パイプを結ぶ温ブライン
供給路と、前記ヒートポンプの凝縮器と融雪パイプを結
ぶ温ブライン供給路は、それぞれ切り替え回路によりヒ
ートポンプより切断分離し、分離した融雪パイプと蓄熱
パイプを結合するブライン循環路を形成させ、低圧動力
で駆動するブライン循環ポンプを駆動させる構成とし、
融雪用電力の電源遮断時に対応するヒートポンプ休転時
の融雪を可能とするとともに、凍結防止・予熱運転時に
もヒートポンプを休転させ蓄熱により路面の暖めること
ができるようにしてある。

【００１４】また、請求項１記載のヒートポンプは、前
記ヒーティングタワーをデフロスト用凝縮器（放熱器）
として切り替え作動させ、前記凝縮器をデフロストした
低温冷媒ガスの蒸発器として切り替え作動させる構成と
し、蓄熱パイプより温ブラインを前記供給路及び切り替
えバルブ群を介して前記蒸発器として切り替え作動する
凝縮器に導入して、導入した地盤地層の蓄熱により低温
冷媒ガスを加熱させ、さらに圧縮機を介して加圧してデ
フロスト用ホットガスを形成させ、前記ヒーティングタ
ワーで放熱デフロストする構成とした、ことを特徴とす
る。

【００１５】ところで、空気熱源のヒートポンプを運転
して外気より採熱する場合、ヒーティングタワーには上
流の膨張弁により低温ガス化された冷媒ガスが通過する
ため、伝熱面に着霜を生じ熱効率の低下を来す。このた
め、ときどき運転を停止して前記着霜面のデフロストを
する必要があるが、この際、請求項３記載の発明によ
り、融雪側に影響を与えないように地盤と路盤の間に蓄
熱された熱を蓄熱パイプを介して熱源として使用するよ
うにしたものである。

【００１６】即ち、着霜したヒーティングタワーをデフ
ロスト用凝縮器（放熱器）として機能させ、凝縮器を前
記ヒーティングタワーにより放熱凝縮した冷媒液を膨張
弁を介して蒸発させる蒸発器として機能させたものであ
る。そして、蒸発器として機能する凝縮器で気化した冷
媒ガスは、蓄熱パイプを介して導入された路盤と地盤と
の間の蓄熱により加熱され、さらに圧縮機により加熱さ
れデフロスト用ホットガスを得るようにしたものであ
る。

【００１７】また、前記請求項１記載のヒートポンプ
は、前記ヒーティングタワーをブライン間接型とし、凝
縮器と顕熱熱交換器のブライン回路の切り替えにより作
動させる構造とし、温ブラインを蓄熱パイプにより前記
供給路及び切り替えバルブ群を介して蒸発器に導入し
て、導入した地盤地層の蓄熱により低温冷媒ガスを加熱
させ、さらに圧縮機を介して加圧して凝縮器でヒーティ
ングタワーに通ずる温ブラインを形成させ、前記ヒーテ
ィングタワーに導入して放熱デフロストする構成とした
ことを特徴とする。

【００１８】上記請求項４記載の発明により、蒸発器の
介在によるブライン間接型の場合は、蒸発器で気化した
冷媒ガスは、蓄熱パイプを介して導入された路盤と地盤
との間の蓄熱により加熱され、さらに圧縮機により加熱
され凝縮器でデフロスト用温ブラインを得るようにした
ものである。

【００１９】また、前記請求項１記載のヒートポンプ
は、二次側はブラインを使用した間接型とし、一次側は
自然型冷媒使用の自己完結型としたことを特徴とする。

【００２０】上記請求項５記載の発明は、二次側にブラ
インを使用した間接型とし、一次側との連携を完全に断
つとともに、一次側に環境にやさしい自然作動流体のア
ンモニア冷媒を使用し、冷媒漏洩等の冷媒事故を最小に
抑えるため、自己完結型としてある。

【００２１】本発明の第２の発明である、地中熱・空気
熱利用の融雪／冷房システムは、併設した空気熱交換器
であるヒーティングタワーと、地中熱交換器と、圧縮機
と、ブライン熱交換器と、膨張弁と蒸発圧力調整弁とよ
りヒートポンプを形成して、冬期／夏期にはそれぞれ融
雪／冷房用としてそれぞれ作動させるヒートポンプを使
用するようにした地中熱・空気熱利用の融雪／冷房シス
テムにおいて、冬期においては、蒸発器として作動する
地中熱交換器と該熱交換器に併設したヒーティングタワ
ーより、地中熱と空気熱とを採熱させながら、ヒートポ
ンプを形成する圧縮機を介して高温高圧冷媒ガスを発生
させ、凝縮器として作動するブライン熱交換器で融雪用
温熱を発生させる構成としたことを特徴とする。

【００２２】上記請求項６記載の第２の発明は、地中熱
交換器を介して地中熱の有効採熱を図るとともに、不足
分をヒーティングタワーによる空気熱の採熱で補い、冬
期には融雪を可能とした高成績係数の省エネのヒートポ
ンプシステムを構成したものである。

【００２３】また、請求項６記載のヒートポンプにはボ
イラを付設させ、冬期における暖房及びヒートポンプに
よる融雪用温熱の供給不可及び大量降雪時の融雪に対応
する構成としたことを特徴とする。

【００２４】上記請求項７記載の発明は、本発明のヒー
トポンプシステムにボイラを付設し、冬期には該ボイラ
の出力をブライン加熱器を介して、暖房とヒートポンプ
駆動用電力遮断時及びデフロスト運転時及び豪雪時に対
応して、所用の温熱の供給を可能にしている。

【００２５】また、前記請求項６記載のブライン熱交換
器には蓄熱用アイスバンクを併設させ圧縮顕熱熱交換器
として結合して、冬期において圧縮顕熱を温蓄熱し、電
源遮断時の融雪運転及び凍結防止・予熱運転、デフロス
トに対応させる構成としたことを特徴とする。

【００２６】上記請求項８記載の発明により、本発明の
ヒートポンプシステムに蓄熱用アイスバンクを併設させ
圧縮顕熱熱交換器として結合させ、冬期には圧縮顕熱を
温蓄熱し、電源遮断時の融雪運転及び凍結防止・予熱運
転、デフロスト運転に対応して所定の温熱の供給を可能
にしている。

【００２７】また、本発明の第２の発明である、地中熱
・空気熱利用の融雪／冷房システムは、併設したヒーテ
ィングタワーと地中熱交換器と、圧縮機と、ブライン熱
交換器と、膨張弁と蒸発圧力調整弁とよりヒートポンプ
を形成して、冬期／夏期にはそれぞれ融雪／冷房用とし
てそれぞれ作動させるヒートポンプを使用するようにし
た地中熱・空気熱利用の融雪／冷房システムにおいて、
夏期においては、圧縮機で形成された高温高圧冷媒ガス
を、凝縮器として作動する地中熱交換器と該熱交換器に
併設したヒーティングタワーより放熱させながら、蒸発
器として作動するブライン熱交換器で冷房用冷熱を発生
させる構成としたことを特徴とする。

【００２８】上記請求項９記載の発明は、夏期において
は、圧縮機により形成された高温高圧冷媒ガスを前記地
中熱交換器で凝縮させるとともにヒーティングタワーで
放熱させて、前記凝縮により地中に蓄熱させる。一方冬
期に融雪用熱交換器として使用したブライン熱交換器を
介して冷房用冷熱を発生させるようにしたものである。

【００２９】また、請求項９記載のブライン熱交換器に
は、蓄熱用アイスバンクを併設させ、冬期にはブライン
熱交換器による冷熱供給とアイスバンクによる温蓄熱を
し、夏期にはアイスバンクによる冷熱の蓄熱供給して、
冷房に使用する構成としたことを特徴とする。

【００３０】上記請求項１０記載の発明は、蓄熱能力に
優れ、負荷の変動による影響を冷凍機に直接与えず、ア
イスバンクを前記ブライン熱交換器に併設させ、アイス
バンクの水槽内に設けた冷却コイルの外周を夜間に氷結
させ、冷却熱を氷の形に変えて蓄熱し昼間のヒートポン
プ停止中においても冷房負荷の変動に応じて融解し使用
するようにしたものである。

【００３１】また、請求項６、請求項９記載の地中熱交
換器に接続する採熱用の蓄熱パイプは、融雪パイプの下
層に設けたことを特徴とする。

【００３２】上記請求項１１記載の発明は、地中熱の有
効利用を図るべく、融雪パイプ群の下部の同一面に水平
に広く配設し夏期は前記融雪パイプ群の配設したアスフ
ァルト路盤層を通して太陽熱による輻射熱を回収し採熱
ポンプ部に融雪パイプと採熱パイプをブラインが循環す
ることにより蓄熱も出来るようにしてある。

【００３３】また、前記請求項６、請求項９記載のヒー
トポンプは、二次側はブラインを使用した間接型とし、
一次側は自然冷媒使用の自己完結型としたことを特徴と
する。

【００３４】上記請求項１２記載の発明は、二次側にブ
ラインを使用した間接型とし、一次側との連携を完全に
断つとともに、一次側に環境にやさしい自然作動流体の
アンモニア冷媒を使用し、冷媒漏洩等の事故を最小に抑
える、自己完結型としてある。

【００３５】また、前記請求項６、請求項９記載のヒー
トポンプは、前記ヒーティングタワーをブライン間接型
とし、ブライン熱交換器（凝縮器）と蒸発器のブライン
回路の切り替えにより作動させる構成とし、温ブライン
を融雪パイプと採熱パイプよりブライン回路の切り替え
バルブ群を介して蒸発器に導入して、導入した地中の蓄
熱により低温冷媒ガスを加熱させ、さらに圧縮機を介し
て加圧してブライン熱交換器（凝縮器）で温ブラインを
形成させ、前記ヒーティングタワーに導入して放熱デフ
ロストする構成としたことを特徴とする。

【００３６】上記請求項１３記載の発明は、前記ヒーテ
ィングタワーをブライン間接型とし、ブライン熱交換器
（凝縮器）と蒸発器のブライン回路を切り替え作動させ
ることにより、前記ヒーティングタワーに温ブラインを
導入し放熱デフロストするため、アンモニア冷媒量を極
小化でき、複雑な冷媒配管が不要となるため、漏洩によ
る事故の危険性をさらに低くすることができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに
限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１は
本発明の第１の発明の地中熱・空気熱利用の融雪システ
ムの概略の構成を示す系統図で、図２は図１のシステム
系統図についてヒーティングタワーをブライン間接型に
した場合の系統図で、図３は図１の融雪パイプと蓄熱パ
イプの舗装路における埋設状況の一例を示す断面図で、
図４は図１の融雪パイプと蓄熱パイプへのブライン配管
詳細図で、通常運転時の温ブラインの流れを示す図であ
る。図５は電源遮断時及び予熱時、凍結防止時における
温ブラインの流れを示すブライン配管詳細図である。図
６は図１のヒーティングタワーのデフロスト運転の際の
地盤上の蓄熱を熱源とする冷媒の流れを示す図で、図７
は図６における蓄熱パイプと融雪パイプのブラインの流
れを示す配管詳細図である。図８は本発明の第２の発明
の地中熱・空気熱利用の融雪／冷房システムの冬期にお
ける一実施例の系統図で、図９は図８の夏期における冷
房用冷熱発生の図である。図１０は図８、図９におい
て、ヒーティングタワーをブライン間接型にした場合の
システム系統図で、図１１は図８の別の実施例を示す図
で、図１２は図９の別の実施例を示す図である。図１３
は図８、図９における融雪パイプと採熱パイプの配設状
況を示す模式的断面図である。

【００３８】図１に示すように、本発明の第１の発明の
地中熱・空気熱利用の融雪システムは、ヒーティングタ
ワー１０と圧縮機１１と蓄熱用のブラインヒータを形成
する顕熱熱交換器１２と融雪用のブラインヒータを形成
する凝縮器１４と膨張弁１６とよりなる空気熱源のヒー
トポンプ２０と、蓄熱パイプ１３と融雪パイプ１５とブ
ライン供給路１８とより構成する。

【００３９】なお、図１のヒーティングタワー１０の蒸
発器をブライン間接型とした場合は、図２に示すように
蒸発器１０ａを追加付設し、凝縮器１４と顕熱熱交換器
１２のブライン切り替え回路１９ｄ、１９ｅを追加付設
する。

【００４０】前記空気熱源のヒートポンプ２０は、ヒー
ティングタワー１０により大気中より採熱した空気熱を
熱源として冷媒ガスを加熱する。そして加熱された冷媒
ガスは圧縮機１１により高温高圧の冷媒ガスとして吐出
され、吐出ガスの顕熱は顕熱熱交換器１２のブラインヒ
ータを介して蓄熱パイプ１３に流通させるブラインを約
５０℃前後に加熱し蓄熱用の熱を付与して、融雪負荷の
変動ないし後記する融雪用電力の電源遮断時の融雪運
転、ないし予熱、凍結運転に対応させている。ついで顕
熱熱交換器１２を経由した吐出ガスは、凝縮器１４のブ
ラインヒータを介して融雪パイプ１５に流通させるブラ
インを約２５℃前後に加熱し温ブラインとして融雪用の
熱を付与をする。前記凝縮器１４で凝縮された冷媒液は
膨張弁１６を介して冷媒ガスとなりヒーティングタワー
１０に還流循環する。

【００４１】前記ブライン供給路１８は、蓄熱用温ブラ
イン供給路１８ａと融雪用温ブライン供給路１８ｂと、
前記ブライン供給路１８ａ、１８ｂを結ぶ連絡路１８ｃ
とよりなる。蓄熱用温ブライン供給路１８ａは、切り替
えバルブ１７ａ、１７ｂを介し顕熱熱交換器１２のブラ
インヒータに接続して前記したように約５０℃前後の温
ブラインを蓄熱パイプ１３へ供給する。融雪用温ブライ
ン供給路１８ｂは、切り替えバルブ１７ｃ、１７ｄを介
し凝縮器１４のブラインヒータに接続して前記したよう
に約２５℃前後の温ブラインを融雪パイプ１５へ供給す
る。

【００４２】図３には、前記融雪パイプ１５と蓄熱パイ
プ１３の舗装路における埋設状況の一例を示す断面図を
示してある。図３に示すように、舗装道路は地盤２３の
上に厚みＢ（約３００〜６００ｍｍ）の路盤２２を設
け、路盤２２上に厚みＡ（約１００ｍｍ）のアスファル
ト層等の舗装が施工され路面２１が形成されているが、
本発明の融雪蓄熱システムでは前記路盤２２上のアスフ
ァルト層等の舗装に融雪パイプ１５を埋設し、地盤２３
上の地層に蓄熱パイプ１３を埋設する構成にしてある。

【００４３】上記構成を持つ融雪蓄熱システムによる融
雪運転には、図４に示す通常融雪運転と、図５に示す電
源遮断時（融雪用電力契約時）の融雪運転や予熱、凍結
防止運転がある。前記通常融雪運転においては、図４に
見るように、圧縮機１１よりの高温高圧吐出ガスは、顕
熱熱交換器１２の蓄熱用のブラインヒータを介して加熱
され、約５０℃前後の温ブラインとなり蓄熱用温ブライ
ン供給路１８ａ、ブライン循環ポンプ１９ａを介して蓄
熱パイプ１３に供給されて地盤２３上の地層を加熱す
る。それとともに、吐出ガスの凝縮熱は、凝縮器１４の
融雪用のブラインヒータを介して約２５℃前後の温ブラ
インを得るようにして、融雪用温ブライン供給路１８
ｂ、ブライン循環ポンプ１９ｂを介して融雪パイプ１５
に供給され、路盤２２上のアスファルト層を加熱するよ
うにしてある。

【００４４】次に融雪用電力の電源遮断時（ピークカッ
ト時）の融雪運転及び予熱、凍結防止運転は、融雪用電
力駆動のヒートポンプ２０を休転させてピークカットの
無い低圧電力のみで稼働させるもので、この場合はブラ
イン供給路１８に設けた切り替えバルブ１７ａ、１７
ｂ、１７ｃ、１７ｄを介して蓄熱パイプ１３及び融雪パ
イプ１５をそれぞれヒートポンプ２０より切り離し分離
を行なうとともに、図５に見るように蓄熱パイプ１３と
融雪パイプ１５とを連絡路１８ｃを介して直列状に接続
させ（黒マークは閉、白マークは開として）矢印に示す
ように循環路を形成させ、地盤２３上の地層に蓄熱され
た熱は前記循環路、低圧電力駆動のブライン循環ポンプ
１９ｂを介して蓄熱パイプ１３より融雪パイプ１５に融
雪用の熱ないし予熱用の熱ないし凍結防止熱として供給
する構成にしてあり、融雪用電力の遮断によるヒートポ
ンプ２０の休転時にも支障なく対応できるようにしてあ
る。

【００４５】ところで、空気熱源のヒートポンプ２０に
おいては、外気より空気熱を採熱するヒーティングタワ
ー１０の伝熱面の融雪運転時における膨張弁１６により
気化された低温冷媒ガスによる着霜が起き、使用中に熱
効率の低下を来し融雪に支障をもたらす問題があるが、
このため時々ヒートポンプ２０の運転を停止させて前記
伝熱面のデフロストを行なう必要がある。

【００４６】本発明においては、図６に示す見るよう
に、着霜したヒーティングタワー１０をデフロスト用凝
縮器（放熱器）として機能させ、凝縮器１４をヒーティ
ングタワー１０により凝縮した冷媒液を膨張弁１６を介
して蒸発させる蒸発器として機能させるようにしたもの
である。そして、蒸発器として機能する凝縮器１４で気
化した冷媒ガスは、蓄熱パイプ１３を介して導入された
地盤上の地層に蓄熱された熱により加熱され、さらに圧
縮機１１により加熱されデフロスト用ホットガスを得る
ようにしたものである。かくして得られたホットガスは
凝縮器として機能するヒーティングタワー１０で放熱し
伝熱面でのデフロストを行なうようにしてある。

【００４７】前記デフロストの場合は、図７に示すよう
に、融雪用温ブライン供給路１８ｂに接続する融雪パイ
プ１５及び蓄熱用温ブライン供給路１８ａに接続する蓄
熱パイプ１３を夫々切り替えバルブ１７ｃ、１７ｄ、１
７ａ、１７ｂを介してヒートポンプ２０より切り離し分
離するとともに、前記切り離した蓄熱パイプ１３を連絡
路１８ｃ、ブライン循環ポンプ１９ｃを介して融雪ブラ
イン供給路１８ｂに接続し、該供給路を介してヒートポ
ンプ２０の蒸発器として機能するようにした凝縮器１４
に接続する。斯くして、デフロストにより放熱凝縮した
冷媒液を膨張弁１６でガス状とし、それに前記蓄熱パイ
プ１３よりの地盤上の地層に蓄熱された熱の供給を受け
加熱させ、融雪パイプ１５による融雪に支障を与えるこ
となくデフロストできるようにしてある。

【００４８】また、図２に示すヒーティングタワー１０
を蒸発器１０ａを介在させたブライン間接型とした場合
は、凝縮器１４と顕熱熱交換器１２のブライン切り替え
回路１９ｄ、１９ｅに切り替えることにより、凝縮器１
４で生成された温ブラインをヒーティングタワー１０に
導入し放熱させ伝熱面でのデフロストを行うようにして
いる。

【００４９】前記デフロストの場合は、融雪パイプ１５
を切り替えバルブ１７ｃ、１７ｄによりヒートポンプ２
０より切り離し分離するとともに、蒸発器１０ａのヒー
ティングタワー側には回路１９ｄを介して蓄熱用温ブラ
イン供給路１８ａに接続させ、蓄熱パイプ１３からの地
盤上の地層に蓄熱された熱を導入させ、融雪パイプ１５
による融雪に支障を与えることなくデフロストができる
ようにしてある。

【００５０】図８、９は、本発明の第２の発明の地中熱
・空気熱利用の融雪／冷房システムの一実施例を示す図
で図８は冬期における融雪用温熱発生の図で、図９は夏
期における冷房用冷熱発生の図が示してある。図に示す
ように、本発明の第２の発明の地中熱・空気熱利用の融
雪／冷房システムは、地中熱交換器３３と該熱交換器に
併設した空気熱交換器（ヒーティングタワー）３４と圧
縮機３１とブライン熱交換器３２と膨張弁３６ａ、３６
ｂと蒸発圧力調整弁（ＥＰＲ）３５とよりなるヒートポ
ンプ３０と、地表のアスファルト層の下部に埋設されて
前記ブライン熱交換器３２の２次側に配設された融雪パ
イプ３２ａと、該融雪パイプ３２ａの下層の同一領域内
に埋設され前記地中熱交換器３３の２次側を形成する採
熱パイプ３３ａと、別途設けた暖房用のブライン加熱器
４１と、該加熱器４１を介して暖房用温熱を供給するボ
イラ４０とより構成する。

【００５１】また、図８、図９において、ヒーティング
タワー３４を蒸発器を介在させたブライン間接型とした
場合は、図１０に示すように蒸発器３４ａを追加付設
し、凝縮器（ブライン熱交換器）３２と蒸発器３４ａの
ブライン切り替え回路４５ａ、４５ｂとをヒートポンプ
３０に追加付設する。

【００５２】そして図８に示す冬期においては、ヒート
ポンプ３０は、地中熱交換器３３と併設した空気熱交換
器３４とより採熱した地中熱と空気熱を熱源としてアン
モニアガスを加熱する。そして加熱されたアンモニアガ
スは、圧縮機３１により高温高圧のアンモニアガスとし
て吐出され、吐出ガスはストップバルブ３７ａの開放に
より形成された融雪回路４４ａを介してブライン熱交換
器３２に向け矢印Ｗ方向に圧送される。圧送された高温
高圧アンモニアガスは、融雪用のブライン熱交換器３２
により凝縮され、熱交換された凝縮熱は融雪パイプ３２
ａ内を流通するブラインを約２０〜３５℃前後に加熱し
融雪用温熱を地表近くのアスファルト層に付与するよう
にしてある。前記融雪用ブライン熱交換器３２により凝
縮されたアンモニア冷媒液はレシーバ３８に受液された
後、地中熱交換器３３ではＥＰＲ３５により蒸発圧力の
制御のもとに蒸発して地中に蓄熱された地中熱を採熱す
るとともに、空気熱交換器３４では膨張弁３６ｂを介し
て蒸発して大気中より空気熱を採熱し、該採熱により加
熱アンモニアガスを形成し圧縮機３１へ還流する。

【００５３】前記地中に蓄熱された地中熱による土壌温
度は、土壌の性質にもよるが地表から−５ｍで約１０℃
前後が一般的で、前記採熱パイプの埋設高さにもよるが
高い蒸発温度で蒸発できるため、ランニングコストの低
減と省エネルギ化を図ることができる。なお、前記融雪
パイプ３２ａと採熱パイプ３３ａとの埋設状況の一実施
例を図９に示してあるが、採熱パイプの埋設深さは約１
〜３ｍの程度とし地質調査ボーリング結果により決めて
いる。

【００５４】一方、前記ヒートポンプ３０に付設したボ
イラ４０により、暖房用のブライン加熱器４１を介して
空調機４２への温熱を供給する構成としてあるが、豪雪
時、融雪用電力の電源遮断時（ピークカット時）、空気
熱交換器のデフロスト時においても融雪パイプ３２ａへ
切り替え融雪用として温熱を供給できるようにしてあ
る。

【００５５】図９には夏期における冷房用冷熱発生の図
が示してある。図に見るように、この場合はストップバ
ルブ３７ａを閉鎖し冷房回路４４ｂを介して作動媒体で
あるアンモニア冷媒はヒートポンプ３０内を矢印Ｓ方向
に流動させている。、前記地中熱交換器３３及び空気熱
交換器３４は凝縮器として機能させ、前記空気熱交換器
３４を介しての大気中への放熱と前記地中熱交換器３３
を介しての地中への蓄熱をさせ、凝縮アンモニア冷媒液
はレシーバ３８に受液される。そして、受液されたアン
モニア冷媒液は膨張弁３６ａを介して前記融雪用のブラ
イン熱交換器３２を蒸発器として機能させ、発生した冷
熱は空調機４２へ送られ冷房用として使用するようにし
てある。この場合は、アンモニア冷媒をヒートポンプ３
０内を循環させ、空気熱交換器３４及び地中熱交換器３
３を介しての地中及び大気中への放熱により、ブライン
熱交換器３２より冷熱を得ている。なお、前記採熱パイ
プ３３ａは、地表よりの太陽熱の輻射熱と前記地中熱交
換器３３を介しての高温アンモニアガスの凝縮熱とを蓄
熱する。

【００５６】図８、９に見るように、２次側にはブライ
ンを使用した間接型として一次側との連携を完全に断つ
とともに、一次側に環境にやさしい自然作動媒体のアン
モニア冷媒を使用し、冷・熱サイクルは自己完結型に構
成してあるため、冷媒漏洩等の事故を最小に抑え、他の
部位への波及を防止している。

【００５７】また、図８、９におけるヒーティングタワ
ー３４を蒸発器３４ａの介在によるブライン間接型と
し、凝縮器（ブライン熱交換器）３２と蒸発器３４ａの
ブライン切り替え回路４５ａ、４５ｂを切り替え作動さ
せることにより、前記ヒーティングタワー３４に温ブラ
インを導入し放熱させてデフロストするため、アンモニ
ア冷媒量を極小化でき、複雑な冷媒配管が不要となるた
め、漏洩による事故の危険性をさらに低くすることがで
きる。

【００５８】図１１、１２には本発明の第２の発明の別
の実施例が示してあるが、この場合は図に見るように、
ブライン熱交換器３２にアイスバンク３９を併設し前記
ブライン熱交換器は融雪専用の熱交換器として使用し、
前記アイスバンクは冷房時の氷蓄熱槽と融雪時の圧縮顕
熱の温蓄熱槽に使用するとともに、ボイラ４０の出力側
に設けたブライン加熱器４１を介して２次側のブライン
使用の間接熱交換の代わりに空調機４２の冷暖房には直
接熱交換を行なうようにしたものである。圧縮顕熱の蓄
熱は圧縮機３１の吐出側にアイスバンク３９を設けるこ
とにより、アイスバンク内に温水を循環させて、顕熱蓄
熱する。このため、空気熱交換器（ヒーティングタワ
ー）３４のデフロスト時には、図１２に示す氷蓄熱運転
サイクルにすることで、アイスバンク３９内の温水を冷
却するとともにブライン熱交換器３２を断とする運転ラ
インに切り替えられ、融雪パイプ３２ａ内のブラインは
冷却されることなく融雪環境が維持できる。一方蓄熱能
力に優れ、負荷の変動による影響を冷凍機に直接与え
ず、アイスバンク３９の使用により、アイスバンクの水
槽内に設けた冷却コイルの外周を夜間氷結させ、冷却熱
を氷の形に変えて蓄熱し昼間ヒートポンプ停止時におい
ても冷房負荷に応じて融解し使用するようにしてある。
夏期の氷蓄熱運転時の凝縮熱は、採熱パイプ３３ａに放
熱することで冬期の採熱による地中温度の低下を回復さ
せるとともに凝縮温度を低く設定でき効率的な運転がで
きる。さらに、冬期の融雪運転においては夏期に地中に
蓄熱していた熱を採熱するため蒸発温度を高く設定でき
高効率の運転が可能となる。上記以外の構成は図８、９
と同一であるため、該部位に関する説明は省略する。

【００５９】

【発明の効果】上記第１の発明の構成により下記に記載
する効果を上げることができる。 ａ、融雪用電力の電源遮断時（ピークカット時）におい
ても地盤に蓄熱された熱を使用することで、ヒートポン
プを運転することなく確実に融雪を行なうことが出来る
ので、安心して融雪契約を利用できる。 ｂ、路盤の下部に熱を供給することで融雪パイプから路
盤下部へ逃げる熱量を大幅に減少させることが出来、温
ブラインの熱を有効に利用できる。 ｃ、蓄熱を利用することでヒートポンプ能力以上の熱容
量を持つシステムにしてあるので、一時的な異常豪雪に
も対処できる。 ｄ、路盤と地盤の間に蓄熱された熱をデフロスト用とし
て利用できるので、融雪パイプ側に支障を与えることな
くデフロスト運転を行なうことができ、融雪効率を上げ
ることができる。 ｅ、降雪時以外の凍結防止や予熱期間においては、路盤
と地盤の間に蓄熱された熱を利用できるので、ヒートポ
ンプの運転の必要がなく、電力消費を大幅に節減でき
る。また、第２の発明の構成により下記効果を奏する。 ｆ、地中土壌の蓄熱性を利用した地中熱・空気熱併用の
アンモニアヒートポンプのユニットの使用により夏期は
冷房負荷に対応出来るとともに、冬期に融雪や暖房負荷
にブラインによる間接型自己完結型の冷・熱サイクルで
対応出来、安全且つ省エネルギのシステムを提供する。 ｇ、融雪パイプの下層に採熱パイプを埋設したため、省
スペース化が可能である。 ｈ、空気熱交換器（ヒーティングタワー）のデフロスト
時には、氷蓄熱運転サイクルにすることで、アイスバン
ク内の温水を冷却するとともにブライン熱交換器を断と
する運転ラインに切り替えられ、融雪パイプ内のブライ
ンは冷却されることなく融雪環境が維持できる。 ｋ、冬期の融雪運転においては夏期に地中に蓄熱してい
た熱を採熱するため蒸発温度を高く設定でき高効率の運
転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の発明の地中熱・空気熱利用の
融雪システムの概略の構成を示す系統図である。

【図２】 図１のシステム系統図についてヒーティング
タワーをブライン間接型にした場合の系統図である。

【図３】 図１の融雪パイプと蓄熱パイプの舗装路にお
ける埋設状況の一例を示す断面図である。

【図４】 図１の融雪パイプと蓄熱パイプへのブライン
配管詳細図で、通常運転時の温ブラインの流れを示す図
である。

【図５】 図１の電源遮断時及び予熱時、凍結防止時に
おける温ブラインの流れを示すブライン配管詳細図であ
る。

【図６】 図１のヒーティングタワーのデフロスト運転
の際の地盤上の蓄熱を熱源とする冷媒の流れを示す図で
ある。

【図７】 図６における蓄熱パイプと融雪パイプのブラ
インの流れを示す配管詳細図である。

【図８】 本発明の第２の発明の地中熱・空気熱利用の
融雪／冷房システムの冬期における融雪用温熱発生の実
施例の一例を示す図である。

【図９】 図８の夏期における冷房用冷熱発生の実施例
の一例を示す図である。

【図１０】 図８、９において、ヒーティングタワーを
ブライン間接型にした場合のシステム系統図である。

【図１１】 図８の別の実施例を示す図である。

【図１２】 図９の別の実施例を示す図である。

【図１３】 図８、図９における融雪パイプと採熱パイ
プの配設状況を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１０ ヒーティングタワー １１ 圧縮機 １２ 顕熱熱交換器 １３ 蓄熱パイプ １４ 凝縮器 １５ 融雪パイプ １６、３６ａ、３６ｂ 膨張弁 １８ ブライン供給路 ２０、３０ ヒートポンプ ２１ 路面 ２２ 路盤 ２３ 地盤 ３１ 圧縮機 ３２ ブライン熱交換器 ３２ａ 融雪パイプ ３３ 地中熱交換器 ３３ａ 採熱パイプ ３４ 空気熱交換器 ３８ レシーバ ３９ アイスバンク ４０ ボイラ ４１ ブライン加熱器 ４２ 空調機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２５Ｂ 30/06 Ｆ２５Ｂ 30/06 Ｔ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラインを加熱すべく採熱器として機能
   するヒーティングタワーと圧縮機と凝縮器と膨張弁とよ
   りなる空気熱源のヒートポンプと、該ヒートポンプによ
   り加熱形成された温ブラインを流通させて地表の降雪を
   融解するため路盤上ないし地盤上の地層との間で熱交換
   をする熱交換用パイプと、該パイプと前記ヒートポンプ
   の間を結合するブライン供給路とよりなる地中熱・空気
   熱利用の融雪システムにおいて、 前記ヒートポンプの圧縮顕熱熱交換器に結合して第１の
   温ブラインを流通させ地盤上の地層と熱交換する蓄熱パ
   イプと、前記ヒートポンプの凝縮器に結合して第１の温
   ブラインより低い温度の第２の温ブラインを流通させ路
   盤上のアスファルト層と熱交換する融雪パイプとを設け
   る構成としたことを特徴とする地中熱・空気熱利用の融
   雪システム。
2. 【請求項２】 前記融雪パイプ及び蓄熱パイプとヒート
   ポンプとの間を結ぶそれぞれの温ブライン供給路は、切
   り替えバルブ群を介してヒートポンプより切り離すとと
   もに互いに結合させ、路盤地層と地盤地層の間を循環す
   る温ブライン循環路を形成させ、該循環路を介して電源
   遮断時の融雪運転及び凍結防止・予熱運転に対応させる
   構成にしたことを特徴とする請求項１記載の地中熱・空
   気熱利用の融雪システム。
3. 【請求項３】 前記ヒートポンプは、前記ヒーティング
   タワーをデフロスト用凝縮器として切り替え作動させ、
   前記凝縮器をデフロストした低温冷媒ガスの蒸発器とし
   て切り替え作動させる構成とし、 温ブラインを蓄熱パイプより前記供給路及び切り替えバ
   ルブ群を介して前記蒸発器として切り替え作動する凝縮
   器に導入して、導入した地盤地層の蓄熱により低温冷媒
   ガスを加熱させ、さらに圧縮機を介して加圧してデフロ
   スト用ホットガスを形成させ、前記ヒーティングタワー
   で放熱デフロストする構成としたことを特徴とする請求
   項１記載の地中熱・空気熱利用の融雪システム。
4. 【請求項４】 前記ヒートポンプは、前記ヒーティング
   タワーをブライン間接型とし、凝縮器と顕熱熱交換器の
   ブライン回路の切り替えにより作動させる構造とし、 温ブラインを蓄熱パイプにより前記供給路及び切り替え
   バルブ群を介して蒸発器に導入して、導入した地盤地層
   の蓄熱により低温冷媒ガスを加熱させ、さらに圧縮機を
   介して加圧して凝縮器でヒーティングタワーに通ずる温
   ブラインを形成させ、前記ヒーティングタワーに導入し
   て放熱デフロストする構成としたことを特徴とする請求
   項１記載の地中熱・空気熱利用の融雪システム。
5. 【請求項５】 前記ヒートポンプは、二次側はブライン
   を使用した間接型とし、一次側は自然冷媒使用の自己完
   結型としたことを特徴とする請求項１記載の地中熱・空
   気熱利用の融雪システム。
6. 【請求項６】 併設した空気熱交換器であるヒーティン
   グタワーと地中熱交換器と、圧縮機と、ブライン熱交換
   器と、膨張弁と蒸発圧力調整弁とよりヒートポンプを形
   成して、冬期／夏期にはそれぞれ融雪／冷房用としてそ
   れぞれ作動させるヒートポンプを使用するようにした地
   中熱・空気熱利用の融雪／冷房システムにおいて、 冬期においては、蒸発器として作動する地中熱交換器と
   該熱交換器に併設したヒーティングタワーより、地中熱
   と空気熱とを採熱させながら、ヒートポンプを形成する
   圧縮機を介して高温高圧冷媒ガスを発生させ、凝縮器と
   して作動するブライン熱交換器で融雪用温熱を発生させ
   る構成としたことを特徴とする地中熱・空気熱利用の融
   雪／冷房システム。
7. 【請求項７】 前記ヒートポンプにはボイラを併設さ
   せ、冬期における暖房及び融雪用温熱の供給不可及び大
   量降雪時に対応する構成としたことを特徴とする請求項
   ６記載の地中熱・空気熱利用の融雪／冷房システム。
8. 【請求項８】 前記ブライン熱交換器には蓄熱用アイス
   バンクを併設させ圧縮顕熱熱交換器として結合して、冬
   期において圧縮顕熱を温蓄熱し、 電源遮断時の融雪運転及び凍結防止・予熱運転、デフロ
   ストに対応させる構成としたことを特徴とする請求項６
   記載の地中熱・空気熱利用の融雪／冷房システム。
9. 【請求項９】 併設したヒーティングタワーと地中熱交
   換器と、圧縮機と、ブライン熱交換器と、膨張弁と蒸発
   圧力調整弁とよりヒートポンプを形成して、冬期／夏期
   にはそれぞれ融雪／冷房用としてそれぞれ作動させるヒ
   ートポンプを使用するようにした地中熱・空気熱利用の
   融雪／冷房システムにおいて、 夏期においては、圧縮機で形成された高温高圧冷媒ガス
   を、凝縮器として作動する地中熱交換器と該熱交換器に
   併設したヒーティングタワーより放熱させながら、蒸発
   器として作動するブライン熱交換器で冷房用冷熱を発生
   させる構成としたことを特徴とする地中熱・空気熱利用
   の融雪／冷房システム。
10. 【請求項１０】 前記ブライン熱交換器には、蓄熱用ア
    イスバンクを併設させ、夏期にはアイスバンクによる冷
    熱の蓄熱供給をして冷房に使用することを特徴とする請
    求項９記載の地中熱・空気熱利用の融雪／冷房システ
    ム。
11. 【請求項１１】 地中熱交換器に接続する採熱用の蓄熱
    パイプは、融雪パイプの下層に設けたことを特徴とする
    請求項６、請求項９記載の地中熱・空気熱利用の融雪／
    冷房システム。
12. 【請求項１２】 前記ヒートポンプは、二次側はブライ
    ンを使用した間接型とし、一次側は自然冷媒使用の自己
    完結型冷・熱サイクルとしたことを特徴とする請求項
    ６、請求項９記載の地中熱・空気熱利用の融雪／冷房シ
    ステム。
13. 【請求項１３】 前記ヒートポンプは、前記ヒーティン
    グタワーをブライン間接型とし、ブライン熱交換器（凝
    縮器）と蒸発器のブライン回路の切り替えにより作動さ
    せる構成とし、 温ブラインを融雪パイプと採熱パイプよりブライン回路
    の切り替えバルブ群を介して蒸発器に導入して、導入し
    た地中の蓄熱により低温冷媒ガスを加熱させ、さらに圧
    縮機を介して加圧してブライン熱交換器（凝縮器）で温
    ブラインを形成させ、前記ヒーティングタワーに導入し
    て放熱デフロストする構成としたことを特徴とする請求
    項６、請求項９記載の地中熱・空気熱利用の融雪／冷房
    システム。