JP2015086625A - 採熱構造体，流体熱利用装置及び流体通過体の改修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】採熱構造体，流体熱利用装置及び流体通過体の改修方法を提供する。【解決手段】液体や気体などの流体１の熱を採熱する採熱構造体であって、流体１が通過する流体通過路２が設けられたＵ字状，逆う字状，管状若しくはＣ字状などの本体３を有し、この本体３には、流体通過路２に開口する凹部４が設けられ、この凹部４には熱交換媒体５が設けられ、また、凹部４には、熱交換媒体５を該凹部４に導入する熱交換媒体導入部及び凹部４から熱交換媒体５を導出する熱交換媒体導出部７が設けられ、凹部４の開口部４ａは伝熱体８で閉塞されたものである。【選択図】図２

Description

本発明は、採熱構造体，流体熱利用装置及び流体通過体の改修方法に関するものである。

従来、融雪装置は地下水を汲み上げて散水する散水方式が一般的であるが、この方式は地下水の枯渇による地盤沈下が懸念されるため、地下水の少ない地域に適したものではない。

そこで、例えば実開平６−４０００７号に開示されるようなヒートパイプを利用した融雪装置（以下、ヒートパイプ式融雪装置という。）が提案されている。尚、ヒートパイプは、熱伝導性が高い材質から成るパイプの中に揮発性の液体を封入したもので、パイプの一端部で発生した熱を他端部へ移動させるものである。

このヒートパイプ式融雪装置は、ヒートパイプの一端部を道路脇などの側溝（Ｕ字溝）内に配設し、他端部を道路などの融雪を行う部分の下方に配設するもので、一端部において側溝内を流れる水から熱を採り、この熱を他端部に移動させて融雪を行う部分で放熱し、融雪が行われることになる。

従って、ヒートパイプ式融雪装置は、地下水を汲み上げることが無い為、地下水の少ない地域に適したものとなり、しかも、熱源を側溝を流れる水に求める構造のため、例えば地熱を利用するタイプの融雪装置のように土壌を深くまで掘削する手間も少なく、施工性が良い。

しかしながら、ヒートパイプ式融雪装置は、現在提案されるヒートパイプの構造上、十分な融雪効果を得る為には側溝内を流れる水の温度は約１０℃以上とされ、使用できる場所が制限されてしまうという問題点があり（融雪が必要な寒冷地域において側溝を流れる水温が約１０℃以上となる場所は極めて少ない。）、しかも、水温度変動による影響を受け易いという問題点があった。

そこで、本出願人は、特許第５２７９７７９号に開示される融雪装置（以下、従来例という。）を提案している。

この従来例は、融雪水や排水などの水が流れる側溝に配される第一熱交換部と、道路や歩道や駐車スペースなどの融雪したい融雪箇所に設けられる第二熱交換部と、第一熱交換部と第二熱交換部とを連設するヒートポンプとで構成されており、この構成から、地下水の少ない地域に適したものとなり、また、熱源を側溝を流れる水に求める簡易構造のため極めて施工性が良く、しかも、ヒートポンプを利用することにより、流水溝を流れる水の温度が低温であっても融雪に必要な熱を採熱することができて場所の制限を受けず、また、水温度変動の影響を受けにくく常に安定した融雪が行えることになるなどの秀れた作用効果を発揮して画期的である。

実開平６−４０００７号公報 特許第５２７９７７９号公報

本発明者は、前述した流体の熱を採熱する採熱構造体について更に研究開発を進め、従来にない作用効果を発揮する画期的な採熱構造体，流体熱利用装置及び流体通過体の改修方法を開発した。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

液体や気体などの流体１の熱を採熱する採熱構造体であって、前記流体１が通過する流体通過路２が設けられたＵ字状，逆Ｕ字状，管状若しくはＣ字状などの本体３を有し、この本体３には、前記流体通過路２に開口する凹部４が設けられ、この凹部４には熱交換媒体５が設けられ、また、前記凹部４には、前記熱交換媒体５を該凹部４に導入する熱交換媒体導入部６及び該凹部４から該熱交換媒体５を導出する熱交換媒体導出部７が設けられ、前記凹部４の開口部４ａは伝熱体８で閉塞されていることを特徴とする採熱構造体に係るものである。

また、請求項１記載の採熱構造体において、前記凹部４は、前記流体通過路２の底部若しくは内壁に設けられていることを特徴とする採熱構造体に係るものである。

また、請求項１，２いずれか１項に記載の採熱構造体において、前記凹部４は、前記本体３の長さ方向に長さを有する凹部４であり、一端部が前記熱交換媒体導入部６に連設され、他端部が前記熱交換媒体導出部７に連設されていることを特徴とする採熱構造体に係るものである。

また、請求項１〜３いずれか１項に記載の採熱構造体において、前記凹部４の内面には適宜な防食コーティングが施されていることを特徴とする採熱構造体に係るものである。

また、請求項１〜４いずれか１項に記載の採熱構造体において、前記熱交換媒体導入部６及び前記熱交換媒体導出部７は、前記本体３に設けられた貫通孔であることを特徴とする採熱構造体に係るものである。

また、請求項１〜５いずれか１項に記載の採熱構造体において、前記本体３はコンクリート成形品であることを特徴とする採熱構造体に係るものである。

また、請求項１〜６いずれか１項に記載の採熱構造体を具備した第一熱交換部10と、熱を得たい箇所に設けられる第二熱交換部11と、前記第一熱交換部10と前記第二熱交換部11とを連設するヒートポンプ12とで構成されていることを特徴とする流体熱利用装置に係るものである。

また、請求項７記載の流体熱利用装置において、前記第二熱交換部11は、道路や歩道や駐車スペースなどの融雪したい融雪箇所に設けられることを特徴とする流体熱利用装置に係るものである。

また、液体や気体などの流体１が流れる箇所に既設されており、前記流体１が通過する流体通過路２が設けられたＵ字溝若しくは管体などの流体通過体を、前記流体１の熱を採熱する採熱構造体に改修する方法であって、前記流体通過路２に開口する凹部４，前記凹部４に熱交換媒体５を導入する熱交換媒体導入部６及び前記凹部４から前記熱交換媒体５を導出する熱交換媒体導出部７を設けるとともに、前記凹部４の開口部４ａを伝熱体８で閉塞し、前記熱交換媒体導入部６，前記凹部４及び前記熱交換媒体導出部７で循環路を構成することを特徴とする流体通過体の改修方法に係るものである。

また、請求項９記載の流体通過体の改修方法において、前記凹部４を前記流体通過路２の底部若しくは内壁に設けることを特徴とする流体通過体の改修方法に係るものである。

また、請求項９，１０いずれか１項に記載の流体通過体の改修方法において、前記凹部４は、前記流体通過体の長さ方向に長さを有する凹部４で構成され、一端部が前記熱交換媒体導入部６に連設され、他端部が前記熱交換媒体導出部７に連設されることを特徴とする流体通過体の改修方法に係るものである。

また、請求項９〜１１いずれか１項に記載の流体通過体の改修方法において、前記凹部４の内面に防食コーティングを施すことを特徴とする流体通過体の改修方法に係るものである。

また、請求項９〜１２いずれか１項に記載の流体通過体の改修方法において、前記熱交換媒体導入部６及び前記熱交換媒体導出部７は、流体通過体に設けられる貫通孔であることを特徴とする流体通過体の改修方法に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、液体や気体などの流体の熱を確実に採熱することができ、しかも、本体における熱交換媒体が通過する部位を、流体通過路内へ突出しない凹部で構成したから、流体の流れに支障を来すことなく良好に採熱を行うことができ、そして更に、簡易構造故にコスト安にして量産性に秀れるなどの従来にない作用効果を発揮する画期的な採熱構造体，流体熱利用装置及び流体通過体の改修方法となる。

本実施例を示す平面図である。 本実施例に係る要部を示す説明斜視図である。 本実施例に係る要部を示す端面図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

本発明の採熱構造体は、例えば熱交換媒体供給源から熱交換媒体導入部６を介して導入された熱交換媒体５が凹部４を通過する。この際、流体通過路２を通過する流体１の熱は伝熱体８を介して熱交換媒体５により採熱される。その後、凹部４を通過して流体１の熱を得た熱交換媒体５は熱交換媒体導出部７から導出され、所定の箇所でこの熱は利用される。

また、本発明は、本体３における熱交換媒体５が通過する部位を、流体通過路２内へ突出しない凹部４で構成したから、流体１の流れに支障を来すことなく良好に採熱を行うことができる。例えばこの採熱部位が流体通過路２内へ突出する構造の場合、この突出部位に流体１が衝突して騒音が発生したり汚れが溜まったりするなど、流体１を通過させる本来の機能に支障を来す場合があるが、本発明によればこれらの問題は生じることはない。

また、本発明は、本体３の製造時に凹部４，熱交換媒体導入部６及び熱交換媒体導出部７を設けることができ、例えば従来例のように熱交換プレートを別途作製するものではないため（この熱交換プレートをＵ字溝の底に載置する従来例は上記「突出」による問題も生じる。）、簡易構造故にコスト安にして量産性に秀れる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、液体や気体などの流体１の熱を採熱する採熱構造体であって、前記流体１が通過する流体通過路２が設けられたＵ字状，逆う字状，管状若しくはＣ字状などの本体３を有し、この本体３には、前記流体通過路２に開口する凹部４が設けられ、この凹部４には熱交換媒体５が設けられ、また、前記凹部４には、前記熱交換媒体５を該凹部４に導入する熱交換媒体導入部６及び該凹部４から該熱交換媒体５を導出する熱交換媒体導出部７が設けられ、前記凹部４の開口部４ａは伝熱体８で閉塞されたものである。

以下、本実施例に係る構成各部について詳細な説明をする。

本体３は、図１，２に図示したようにコンクリートで成形したＵ字ブロックであり、道路や歩道や駐車スペースの所定位置に他のＵ字ブロックとともに敷設して流水溝が形成される。

具体的には、本体３は、底壁部３ｂの左右位置に側壁３ａを立設したものであり、この底壁部３ｂ及び左右の側壁３ａで囲まれた流体通過路２が設けられている。

尚、本実施例では、本体３を一つのブロックで構成したが、複数のブロックで構成しても良く、また、本体３の形状は前述したＵ字状に限らず、逆Ｕ字状や管状（円筒状や角筒状）やＣ字状やＬ字状でも良く、この管状の場合、後述する凹部４は本体３を設置した際に底部となる位置に設けるのが望ましく、また、本体３の材質はコンクリート製に限らず合成樹脂製や金属製などでも良い。

また、本体３の底壁部３ｂの内面部には、流体通過路２に開口する凹部４が一体成形により設けられている。

この凹部４は、図１，２に図示したように本体３の長さ方向に長さを有する凹部４で構成され、具体的には、本実施例では本体３の一端部から他端部へ長さを有する凹条４’を二本形成し、この凹条４’夫々の他端部を折り返し凹条４”を介して連設し、一の凹条４’の一端部は後述する熱交換媒体導入部６に連設され、他の凹条４’の他端部は後述する熱交換媒体導出部７に連設されている。尚、凹部４は、底壁部３ｂに限らず側壁３ａ（内壁）に設けても良く（本体３が管状や逆Ｕ字状の場合は天壁部に設けても良い。）、また、凹条４’の数は１条でも３条，４条・・・と適宜変更し得るものであり、増加した場合には適宜折り返し凹条４”を介して凹条４’同士を連設して一本の蛇行した流路が形成されるように設ける。

また、凹部４の内面には、適宜な防食コーティングが施されている。

従って、凹部４に熱交換媒体５を配した際に危惧されるコンクリートの腐食が防止される。尚、防食コーティングは薬剤を塗布することで行っても、シート体を配設することで行っても良い。

また、凹部４の開口部４ａは伝熱体８で密閉状態に閉塞されている。

この伝熱体８は、適宜な金属製の部材（アルミ）で形成された方形板であり、止着部材13（ビス）を介して本体３に固定される。尚、伝熱体８の素材はアルミに限らず銅など伝熱性（導熱性）が良いものが望ましい。

また、本実施例では、凹部４（凹条４’）の周辺部位には、本体３の内面より段状に下がる凹段部が形成されており、この凹段部の高さは板状の伝熱体８の厚み分に設定されており、凹部４の開口部４ａを伝熱体８で閉塞した際、伝熱体８の上面が本体３の内壁面と面一若しくはそれ以下となるように構成されている。

また、本体３には、凹部４に熱交換媒体５を導入する熱交換媒体導入部６及び凹部４を通過した熱交換媒体５を導出する熱交換媒体導出部７が設けられており、この熱交換媒体導入部６及び熱交換媒体導出部７は、一端部が凹部４に開口し、他端部が本体３の外面に開口する貫通孔を本体３に設けた構成である。

具体的には、熱交換媒体導入部６及び熱交換媒体導出部７は、本体３の成形時に側壁３ａと底壁部３ｂに合成樹脂製のパイプ部材６’，７’を配して設けられており、本体３には、熱交換媒体導入部６と凹部４と熱交換媒体導出部７とから成る第一熱交換媒体流路９が形成され、この熱交換媒体導入部６及び熱交換媒体導出部７夫々における本体３の外面に開口する部位には、後述するヒートポンプ12の第一循環路15（往路管15ａ及び復路管15ｂ）が接続される。

従って、ヒートポンプ12の第一循環路15を流れる熱交換媒体５はこの熱交換媒体導入部６から凹部４内に配され、この凹部４を通過した熱交換媒体５は熱交換媒体導出部７から本体３の外部に導出される。この熱交換媒体導入部６から導入された熱交換媒体５が凹部４を通過する際、流体通過路２を通過する流体１の熱は伝熱体８を介して熱交換媒体５により採熱される。

以上の構成から成る採熱構造体の利用場面について、本実施例では、採熱構造体を具備した第一熱交換部10と、熱を得たい箇所に設けられる第二熱交換部11と、第一熱交換部10と第二熱交換部11とを連設するヒートポンプ12とで構成された流体熱利用装置を設けており、具体的には、第二熱交換部11を道路や歩道や駐車スペースなどの融雪したい融雪箇所に設けた融雪装置を設けている。尚、本実施例の利用場面（流体熱利用装置）は融雪装置に限らず、第二熱交換部11を適宜な熱を得たい箇所に設けることで空調や給湯などの冷温水循環装置にも利用できるなど、本実施例の特性を発揮する構成であれば適宜採用し得るものである。

即ち、第一熱交換部10は、図３に図示したように道路や歩道や駐車スペースの所定位置にＵ字ブロックを敷設して流水溝を形成する際、一部のＵ字ブロックとして本実施例に係る採熱構造体（本体３）を敷設する。尚、必要となる熱量の確保のため、前述した第一熱交換媒体流路９（熱交換媒体導入部６と凹部４と熱交換媒体導出部７）を具備した複数の本体３を並設しても良い（この場合、隣接する本体３の第一熱交換媒体流路９同士を接続して熱交換媒体５が流れる一つの流路を形成する。）。

また、本体３の第一熱交換媒体流路９には、ヒートポンプ12の蒸発部16に設けられ熱交換媒体５（不凍液）を循環する第一循環路15が連設される。

第二熱交換部11は、図３に図示したように融雪したい融雪箇所に設けられる舗装構造体で構成されている。

この舗装構造体は、図３に図示したようにコンクリート製の排水性ブロックを複数敷設して成る歩道であり、この舗装構造体には、ヒートポンプ12の凝縮部17に設けられ熱交換媒体18（不凍液）が封入されて循環する第二熱交換媒体流路19が連設されている。

尚、舗装構造体としては、前述した歩道に限らず、道路や駐車スペースでも良く、更に、この舗装構造体には、ヒートポンプ12の凝縮部17に第二熱交換部11の熱交換媒体18を循環する往路管と復路管とから成る第二循環路を連設し、この第二循環路を第二熱交換媒体流路19に連結部を介して連設した構造としても良いなど、本実施例の特性を発揮し得る構成であれば適宜採用し得るものである。

ヒートポンプ12は、図３に図示したように膨張弁20、圧縮機21を有しヒートポンプ熱交換媒体22（不凍液）が封入されて循環する第三循環路23内に蒸発部16、凝縮部17が設けられた公知構造のものである。

蒸発部16には、熱交換媒体５を循環する第一循環路15が設けられており、この第一循環路15は往路管15ａと復路管15ｂとで構成されている。符号24はポンプである。尚、ヒートポンプ12の蒸発部16には第一熱交換媒体流路９を直接連設するようにしても良い。

凝縮部17には、熱交換媒体18を循環する第二熱交換媒体流路19が設けられており、この第二熱交換媒体流路19は、一本の管体で構成され舗装構造体に連設されている。符号25はポンプである。尚、凝縮部17に往路管及び復路管から成る第二循環路を設け、この第二循環路を第二熱交換媒体流路19に連結部を介して接続する構成としても良い。

ところで、本実施例は、予め熱交換構造を具備した本体３を適用箇所（融雪したい箇所）に設置しているが、既設の流体通過体（Ｕ字溝や管体など）に、流体通過路２に開口する開口部４ａが伝熱体８で閉塞される凹部４，凹部４に熱交換媒体５を導入する熱交換媒体導入部６及び凹部４を通過した熱交換媒体５を導出する熱交換媒体導出部７を切削することで熱交換構造を具備せしめても良く、既存構造を利用したコスト安な流体通過体の改修方法となる。

以上の構成から成る本実施例に係る融雪装置による融雪について説明する。

先ず、第一熱交換部10で流水溝を流れる水１から熱を得る。

具体的には、ポンプ24により第一循環路15の熱交換媒体５は本体３の凹部４（第一熱交換媒体流路９）内を通過し、熱交換媒体５は伝熱体８を介して流水溝を流れる水１（例えば施設排水、降水排水、消雪パイプ排水）から熱を得る。

次に、この熱交換媒体５で得た熱はヒートポンプ12へ送られて温度上昇せしめられる。

具体的には、この熱を得た熱交換媒体５は蒸発部16の通過時に採熱されて第三循環路23のヒートポンプ熱交換媒体22に伝熱し、このヒートポンプ熱交換媒体22が圧縮機21を通過すると温度が上昇せしめられる。

このヒートポンプ12で温度上昇せしめられたヒートポンプ熱交換媒体22は第二熱交換部11へ送られ、該第二熱交換部11で放熱されることにより融雪したい融雪箇所の雪を融雪する。

具体的には、この圧縮機21で温度上昇せしめられたヒートポンプ熱交換媒体22は凝縮部17の通過時に採熱されて第二熱交換媒体流路19の熱交換媒体18に伝熱し、この熱交換媒体18が第二熱交換部11としての舗装構造体を通過することで放熱されて融雪される。

尚、本体３が管状（例えば下水処理施設のヒューム管や空調設備の塩ビ管）の場合、この管状の本体３を流れる流体１（例えば下水排水や排気）から採熱を行うようにしても良い。

よって、本実施例によれば、液体や気体などの流体１の熱を確実に採熱することができ、しかも、本体３における熱交換媒体５が通過する部位を、流体通過路２内へ突出しない凹部４で構成したから、流体１の流れに支障を来すことなく良好に採熱を行うことができ、そして更に、本体３に熱交換部位を持たせた従来にない製造効率の良い構造であって簡易構造故にコスト安にして量産性に秀れることになる。

また、本実施例は、伝熱体８は、適宜な金属製の部材（アルミ）で形成されており、採熱性及び耐久性に秀れている。

また、本実施例は、ヒートポンプ12を利用することにより流水溝を流れる水１の温度が低温であっても融雪に必要な熱を採熱できるから場所の制限を受けず、また、水温度変動の影響を受けにくく常に安定した融雪が行えることになる。

また、本実施例は、第二熱交換部11は、融雪したい融雪箇所に設けられる舗装構造体で構成され、この舗装構造体には、ヒートポンプ12の凝縮部17に設けられ熱交換媒体18を循環する第二熱交換媒体流路19が連設されているから、融雪するに十分な熱を確実に舗装構造体の表面に伝えて融雪することができる。

尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

１ 流体
２ 流体通過路
３ 本体
４ 凹部
４ａ 開口部
５ 熱交換媒体
６ 熱交換媒体導入部
７ 熱交換媒体導出部
８ 伝熱体
10 第一熱交換部
11 第二熱交換部
12 ヒートポンプ

Claims (13)

1. 液体や気体などの流体の熱を採熱する採熱構造体であって、前記流体が通過する流体通過路が設けられたＵ字状，逆Ｕ字状，管状若しくはＣ字状などの本体を有し、この本体には、前記流体通過路に開口する凹部が設けられ、この凹部には熱交換媒体が設けられ、また、前記凹部には、前記熱交換媒体を該凹部に導入する熱交換媒体導入部及び該凹部から該熱交換媒体を導出する熱交換媒体導出部が設けられ、前記凹部の開口部は伝熱体で閉塞されていることを特徴とする採熱構造体。
2. 請求項１記載の採熱構造体において、前記凹部は、前記流体通過路の底部若しくは内壁に設けられていることを特徴とする採熱構造体。
3. 請求項１，２いずれか１項に記載の採熱構造体において、前記凹部は、前記本体の長さ方向に長さを有する凹部であり、一端部が前記熱交換媒体導入部に連設され、他端部が前記熱交換媒体導出部に連設されていることを特徴とする採熱構造体。
4. 請求項１〜３いずれか１項に記載の採熱構造体において、前記凹部の内面には適宜な防食コーティングが施されていることを特徴とする採熱構造体。
5. 請求項１〜４いずれか１項に記載の採熱構造体において、前記熱交換媒体導入部及び前記熱交換媒体導出部は、前記本体に設けられた貫通孔であることを特徴とする採熱構造体。
6. 請求項１〜５いずれか１項に記載の採熱構造体において、前記本体はコンクリート成形品であることを特徴とする採熱構造体。
7. 請求項１〜６いずれか１項に記載の採熱構造体を具備した第一熱交換部と、熱を得たい箇所に設けられる第二熱交換部と、前記第一熱交換部と前記第二熱交換部とを連設するヒートポンプとで構成されていることを特徴とする流体熱利用装置。
8. 請求項７記載の流体熱利用装置において、前記第二熱交換部は、道路や歩道や駐車スペースなどの融雪したい融雪箇所に設けられることを特徴とする流体熱利用装置。
9. 液体や気体などの流体が流れる箇所に既設されており、前記流体が通過する流体通過路が設けられたＵ字溝若しくは管体などの流体通過体を、前記流体の熱を採熱する採熱構造体に改修する方法であって、前記流体通過路に開口する凹部，前記凹部に熱交換媒体を導入する熱交換媒体導入部及び前記凹部から前記熱交換媒体を導出する熱交換媒体導出部を設けるとともに、前記凹部の開口部を伝熱体で閉塞し、前記熱交換媒体導入部，前記凹部及び前記熱交換媒体導出部で循環路を構成することを特徴とする流体通過体の改修方法。
10. 請求項９記載の流体通過体の改修方法において、前記凹部を前記流体通過路の底部若しくは内壁に設けることを特徴とする流体通過体の改修方法。
11. 請求項９，１０いずれか１項に記載の流体通過体の改修方法において、前記凹部は、前記流体通過体の長さ方向に長さを有する凹部で構成され、一端部が前記熱交換媒体導入部に連設され、他端部が前記熱交換媒体導出部に連設されることを特徴とする流体通過体の改修方法。
12. 請求項９〜１１いずれか１項に記載の流体通過体の改修方法において、前記凹部の内面に防食コーティングを施すことを特徴とする流体通過体の改修方法。
13. 請求項９〜１２いずれか１項に記載の流体通過体の改修方法において、前記熱交換媒体導入部及び前記熱交換媒体導出部は、流体通過体に設けられる貫通孔であることを特徴とする流体通過体の改修方法。

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