JP2018003542A - Geothermal snow-melting facility - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、雪を融かす融雪設備に関し、特に、地熱によって雪を融かす地熱式融雪設備に関する。 The present invention relates to a snow melting facility for melting snow, and more particularly to a geothermal snow melting facility for melting snow by geothermal heat.
例えば、電力施設において降雪があった場合、通路やフェンス扉周辺などを除雪機や人力で除雪しなければならず、多大な時間と労力とを要していた。そこで、除雪を不要にするために、電気による熱で雪を融かす融雪装置(例えば、特許文献1参照。)や、ポンプで汲み上げた流水を利用して雪を融かす融雪装置(例えば、特許文献2参照。)が知られている。 For example, when there is snow in an electric power facility, it has been necessary to remove snow around a passageway and fence doors with a snow remover and human power, which requires a lot of time and labor. Therefore, in order to eliminate the need for snow removal, a snow melting device that melts snow with heat generated by electricity (see, for example, Patent Document 1) and a snow melting device that melts snow using running water pumped by a pump (for example, patents). Reference 2) is known.
また、地熱を利用した融雪システムが知られている(例えば、特許文献3参照。)。すなわち、地中に人工熱源が埋設され、この人工熱源の直下から地盤までの間に、人工熱源の不作動時には地熱を吸収して蓄熱すると共に、人工熱源の作動時にはそれから放出される熱エネルギーの一部を吸収して蓄熱する蓄熱層が積層されている。また、この蓄熱層から地面までに、高熱伝導材が混入されて蓄熱層より熱伝導特性および熱放射特性に優れた放熱層が積層されているものである。 In addition, a snow melting system using geothermal heat is known (see, for example, Patent Document 3). In other words, an artificial heat source is buried in the ground, and from immediately below this artificial heat source to the ground, it absorbs geothermal heat when the artificial heat source is inactive and stores heat, and when the artificial heat source is activated, the heat energy released from it is stored. A heat storage layer that absorbs part of the heat and stores it is stacked. In addition, a high heat conductive material is mixed from the heat storage layer to the ground, and a heat dissipation layer having better heat conduction characteristics and heat radiation characteristics than the heat storage layer is laminated.
ところで、特許文献1に記載の融雪装置では、電気が必要なため、電気が供給されていない山間部などでは適用することができない。同様に、特許文献2に記載の融雪装置では、流水が必要なため、水道水や谷水、地下水などの水源がない場所では適用することができず、適用場所が限定される。しかも、融雪装置の配水管などが凍結して使用できない場合も生じ得る。さらに、特許文献1、2に記載の融雪装置では、電気代や水道代などのランニングコストがかかる。
By the way, in the snow melting apparatus of patent document 1, since electricity is required, it cannot apply in the mountain part etc. to which electricity is not supplied. Similarly, in the snow melting apparatus described in
また、特許文献3に記載の融雪システムでは、地中に人工熱源(電気ヒータ等)を埋設して、人工熱源の直下から地盤までの間に蓄熱層を積層し、さらに、蓄熱層から地面までに放熱層を積層しなければならない。このため、設置に大掛かりな工事を要し、多大な費用を要するばかりでなく、周囲の環境などによっては適用できない場合も生じ得る。
Further, in the snow melting system described in
そこでこの発明は、電気や水が不要で設置が容易な地熱式融雪設備を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a geothermal snow melting facility that does not require electricity or water and is easy to install.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、棒状で高熱伝導性を有し、上下方向に延びて地中に埋設され、下端側で集熱した地熱を上端側に伝導する複数の熱伝導棒と、高熱伝導性を有し、前記熱伝導棒の上端側に接続され、地表に沿って配設され、前記熱伝導棒から伝導された地熱を放熱する放熱体と、を備えることを特徴とする地熱式融雪設備である。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is a rod-like and has high thermal conductivity, extends in the vertical direction, is buried in the ground, and conducts geothermal heat collected at the lower end side to conduct to the upper end side. A heat conduction rod, and a heat radiator that has high thermal conductivity, is connected to the upper end side of the heat conduction rod, is disposed along the ground surface, and dissipates the geothermal heat conducted from the heat conduction rod. This is a geothermal snow melting facility characterized by
この発明によれば、複数の熱伝導棒で集熱された地熱が、放熱体に伝導されて放熱体から放熱され、この地熱によって地表の雪が融ける。 According to this invention, the geothermal heat collected by the plurality of heat conducting rods is conducted to the heat radiating body and radiated from the heat radiating body, and the ground snow melts by this geothermal heat.
請求項2の発明は、請求項1に記載の地熱式融雪設備において、前記熱伝導棒の外周面は、下端側を除いて断熱材で覆われている、ことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the geothermal snow melting facility according to the first aspect, the outer peripheral surface of the heat conducting rod is covered with a heat insulating material except for the lower end side.
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の地熱式融雪設備において、前記放熱体は、地熱を放熱する複数の棒状の放熱棒が格子状に配設されて構成されている、ことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the geothermal snow melting facility according to the first or second aspect, the heat radiator is configured by arranging a plurality of rod-shaped heat radiation rods that dissipate geothermal heat in a grid pattern. It is characterized by.
請求項1の発明によれば、地熱によって地表の雪を融かすため、電気や水が不要で、多様な場所に適用することができるとともに、ランニングコストを低減することができる。また、複数の熱伝導棒を地中に埋設して、地表に沿って放熱体を配設するだけでよいため、設置が容易で、設置費用を低く抑えることが可能となるとともに、多様な場所に適用することが可能となる。 According to the invention of claim 1, since snow on the surface is melted by geothermal heat, electricity and water are unnecessary, and it can be applied to various places and the running cost can be reduced. In addition, since it is only necessary to embed a plurality of heat conduction rods in the ground and dispose a radiator along the surface of the earth, it is easy to install and can reduce installation costs. It becomes possible to apply to.
請求項2の発明によれば、熱伝導棒の外周面が下端側を除いて断熱材で覆われているため、熱伝導棒の下端側で集熱された地熱が効率的・効果的に上端側および放熱体に伝導され、効果的に雪を融かすことができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、複数の放熱棒が格子状に配設されて放熱体が構成されているため、少ない材料で効果的に地熱を放熱することが可能となる。また、複数の放熱棒を連結自在にすることで、放熱棒の配設位置(レイアウト)を変えるだけで容易に、設置場所や周囲環境に適合した放熱体を構成することができ、利便性や自由度が高い。また、一部の放熱棒が損傷した場合には、その放熱棒のみを修理、交換等すればよいため、低費用で迅速かつ適正に対応することが可能となる。 According to the third aspect of the present invention, since the heat radiating body is configured by arranging the plurality of heat radiating rods in a lattice shape, it is possible to effectively radiate geothermal heat with a small amount of material. In addition, by making it possible to connect multiple heatsinks, it is possible to easily configure a heatsink suitable for the installation location and the surrounding environment simply by changing the location (layout) of the heatsink. High degree of freedom. Further, when some of the heat radiating rods are damaged, only the heat radiating rods need to be repaired or replaced, so that it is possible to respond quickly and appropriately at low cost.
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 The present invention will be described below based on the illustrated embodiments.
(実施の形態1)
図1および図2は、この実施の形態に係る地熱式融雪設備1を示す平面図と断面図である。この地熱式融雪設備1は、地熱によって雪Sを融かす設備であり、主として、複数の熱伝導棒2と放熱体3とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 and FIG. 2 are a plan view and a cross-sectional view showing a geothermal snow melting facility 1 according to this embodiment. The geothermal snow melting facility 1 is a facility that melts snow S by geothermal heat, and mainly includes a plurality of
熱伝導棒2は、棒状で高熱伝導性を有し、上下方向に延びて地中Gに埋設され、下端側21で集熱した地熱を上端側22に伝導するものである。すなわち、この実施の形態では、高い熱伝導性を有する銅やカーボンナノチューブで構成された丸棒体で、垂直に延びて地中Gに埋設され、上端側22の端面が地表G1近くに位置している。この熱伝導棒2の長さ、つまり、下端側21の深さは、周囲の地熱で地表G1の雪Sを融かせるように設定されており、例えば、下端側21の端面が地表G1から5mの深さに設定されている。
The
また、この実施の形態では、下端側21の断面(外径)は、他の部分である伝導部よりも大きく、この下端側21の断面と長さ(集熱面積)は、集熱部である下端側21で集熱した地熱で地表G1の雪Sを融かせるように設定されており、例えば、下端側21の外径が10cmで長さが1mに設定されている。そして、下端側21で集熱した地熱が中央部を介して上端側22に伝導される。
Moreover, in this embodiment, the cross section (outer diameter) of the
このような熱伝導棒2の外周面は、下端側21を除いて断熱材4で覆われている。すなわち、下端側21で集熱された地熱が外部に逃げずに効率的に放熱体3に伝達されるように、熱伝導棒2の伝導部である中央部と上端側22の外周面が、発泡スチロールやグラスウールなどの断熱材4で覆われている。さらに、断熱材4が硬質のカバー(図示せず)で覆われて、熱伝導棒2と断熱材4とが一体的に構成され、埋設や搬送などの取り扱いがしやすいようになっている。
The outer peripheral surface of the
放熱体3は、高熱伝導性、高熱放射性を有し、熱伝導棒2の上端側22に接続され、地表G1に沿って配設され、熱伝導棒2から伝導された地熱を放熱するものであり、地熱を放熱する複数の棒状の放熱棒31が格子状に配設されて構成されている。すなわち、この実施の形態では、高い熱伝導性つまり放熱性を有する銅やカーボンナノチューブで構成された角棒状の放熱棒31が、縦横に複数配設されて四角い升目の格子が形成され、さらに、対角線上に沿って放熱棒31が配設されて、格子板状の放熱体3が構成されている。
The
ここで、別体である放熱棒31を組み合わせて(連結して)放熱体3を構成してもよいし、複数の放熱棒31から成る放熱体3を一体的に構成してもよいが、この実施の形態では、別体である放熱棒31を連結して放熱体3が構成されている。すなわち、銅やカーボンナノチューブの長尺体を所望の長さに切断して各放熱棒31を製作し、放熱棒31同士を連結・接合して放熱体3が構成されている。
Here, the
ここで、放熱棒31同士の連結・接合は、どのようなものであってもよいが、例えば、図3(a)に示すように、放熱棒31の側面同士を連結具51を介してボルト(締結部材)で着脱自在に連結してもよい。また、図3(b)に示すように、放熱棒31の平面(上面または下面であり、図では下面を示す)同士を連結具52を介してボルトで着脱自在に連結してもよい。あるいは、接合剤で放熱棒31同士を接合してもよい。
Here, the connecting and joining of the
このような放熱体3が各熱伝導棒2の上端側22の端面に接続され、放熱体3の上面が地表G1に沿うように配設されている。ここで、放熱体3と各熱伝導棒2との接続は、どのようなものであってもよく、接合剤で接合したり、連結具を介して連結したり、嵌合や係合によって連結したりしてもよい。例えば、図4(a)に示すように、放熱棒31の下面と熱伝導棒2の側面を連結具61を介してボルトで着脱自在に連結してもよいし、図4(b)に示すように、放熱棒31の下面に設けた嵌合穴62に、熱伝導棒2の上端面に設けた凸部63を着脱自在に嵌合させてもよい。
Such a
また、地表G1とは、上から降ってきた雪Sが当たる表面(降雪面)であり、地面に限らず建物のエントランスや舗装された通路などを含む。つまり、地熱式融雪設備1で融かしたい雪Sが積もる場所の表面である。 The ground surface G1 is a surface (snow surface) on which snow S falling from above hits, and includes not only the ground but also the entrance of a building, a paved passage, and the like. That is, the surface of the place where the snow S to be melted by the geothermal snow melting facility 1 is accumulated.
さらに、放熱体3の上面には、人が歩いたりするための天板(図示せず)が敷設されている。そして、熱伝導棒2から伝導された地熱が放熱体3から外部・周囲に放熱されるものであり、放熱棒31の大きさと配設数(放熱体3の放熱面積)は、放熱体3から放熱される地熱で地表G1(放熱体3の天板上)の雪Sを融かせるように設定されている。
Furthermore, a top plate (not shown) for a person to walk is laid on the upper surface of the
具体的には、まず、このような放熱体3からの放熱によって雪Sを融かせるように、単位面積あたりの熱伝導棒2の配設数が設定されている。例えば、熱伝導棒2がカーボンナノチューブ製で下端側21の外径を10cmとした場合、次のようにして算出、設定する。
Specifically, first, the number of the heat
1本の熱伝導棒2に伝わる熱量Qは、次式で求められる。
Q=λ×S×(TH−TL)÷L
λ:熱伝導率(カーボンナノチューブの場合5,500W/(m・K))
S:熱伝導棒2の断面積(0.0079m2)
TH:高い方の温度(下端側21の温度で、10℃とする)
TL:低い方の温度(地表G1側の温度で、0°とする)
L:熱伝導棒2の長さ(5mとする)
Q=5,500×0.0079×(10−0)÷5=86.9J
=20.77cal/本
The amount of heat Q transmitted to one
Q = λ × S × (TH−TL) ÷ L
λ: thermal conductivity (5,500 W / (m · K) for carbon nanotube)
S: cross-sectional area of the heat conducting rod 2 (0.0079 m 2 )
TH: Higher temperature (the temperature at the
TL: Lower temperature (temperature on the ground surface G1 side, 0 °)
L: Length of the heat conduction rod 2 (assumed to be 5 m)
Q = 5,500 × 0.0079 × (10−0) ÷ 5 = 86.9J
= 20.77 cal / book
1m2に1時間で1cm積もる雪を融かすのに必要な熱量QLは、次式で求められる。
QL=80,000cal×M=80,000cal×(ρ×R)
80,000:氷の融解熱
M:単位面積当たりの降雪量
ρ:新雪の密度(60kg/m3とする)
R:降雪量(0.01m/h)
QL=80,000×(60×0.01)=48,000cal
Heat QL required to comb the 1cm piled up snow 1 hour 1 m 2 is obtained by the following equation.
QL = 80,000 cal × M = 80,000 cal × (ρ × R)
80,000: Heat of melting of ice M: Amount of snowfall per unit area ρ: Density of fresh snow (assumed to be 60 kg / m 3 )
R: Snowfall (0.01m / h)
QL = 80,000 × (60 × 0.01) = 48,000cal
これを、熱伝導棒2の断面積当たりの熱量に換算すると、
48,000cal×0.0079m2=379.2cal
従って、1m2に1時間で1cm積もる雪を融かすのに必要な熱伝導棒2の本数は、
379.2cal÷20.77cal/本=18.26≒20本/m2 となる。
When this is converted into the amount of heat per sectional area of the
48,000 cal × 0.0079 m 2 = 379.2 cal
Therefore, the number of the
379.2 cal ÷ 20.77 cal / line = 18.26≈20 lines / m 2 .
そして、このような配設数の熱伝導棒2から放熱体3に伝導された地熱で雪Sを融かせるように、放熱棒31の大きさ(断面積、表面積)や配設数、配設位置が算出、設定されている。
And the size (cross-sectional area, surface area), the number of arrangements, and the arrangement of the radiation bars 31 so that the snow S is melted by the geothermal heat conducted from the heat conduction bars 2 with the number of arrangements to the
このような構成の地熱式融雪設備1によれば、複数の熱伝導棒2の下端側21で集熱された地熱が、放熱体3に伝導されて放熱体3から放熱され、この地熱によって地表G1(放熱体3上)の雪Sが融ける。
According to the geothermal snow melting facility 1 having such a configuration, the geothermal heat collected on the
このように、地熱によって地表G1の雪Sを融かすため、電気や水が不要で、多様な場所に適用することができるとともに、ランニングコストを低減することができる。また、熱伝導棒2の外周面が下端側21を除いて断熱材4で覆われているため、熱伝導棒2の下端側21で集熱された地熱が効率的・効果的に上端側22および放熱体3に伝導され、効果的に雪Sを融かすことができる。そして、このような地熱式融雪設備1を電力施設の通路やフェンス扉周辺などに設けることで、緊急時に迅速かつ適正、円滑に対応することが可能となる。
Thus, since the snow S on the ground surface G1 is melted by geothermal heat, electricity and water are unnecessary, and it can be applied to various places, and the running cost can be reduced. Moreover, since the outer peripheral surface of the
一方、複数の熱伝導棒2を地中Gに埋設して、地表G1に沿って放熱体3を配設するだけでよいため、設置が容易で、設置費用を低く抑えることが可能となるとともに、多様な場所に適用することが可能となる。すなわち、ドリルなどで地中Gに埋設孔を掘って(削孔して)熱伝導棒2を埋設すればよいため、地中Gを広く深く掘り返す必要がなく、容易に低費用で設置が行え、かつ、適用が周囲環境などによって制約されるということが軽減される。しかも、電気や水が不要で構成が簡易なため、故障の発生が低減され、メンテナンス費用を軽減することができる。
On the other hand, since it is only necessary to embed a plurality of
また、複数の放熱棒31が格子状に配設されて放熱体3が構成されているため、少ない材料で効果的に地熱を放熱することが可能となる。すなわち、表面積を増やして効果的に地熱を放熱することが可能で、全面にカーボンナノチューブなどを敷き詰める場合に比べて材料を抑えることができる。また、複数の放熱棒31が連結されて放熱体3が構成されているため、放熱棒31の配設位置(レイアウト)を変えるだけで容易に、設置場所や周囲環境に適合した放熱体3を構成することができ、利便性や自由度が高い。また、一部の放熱棒31が損傷した場合には、その放熱棒31のみを修理、交換等すればよいため、低費用で迅速かつ適正に対応することが可能となる。
In addition, since the
ところで、夏季などで外気温度が地熱温度よりも高い場合、放熱体3から熱伝導棒2に向って熱が伝導される。つまり、外気の熱が地中Gに伝導され、冷房効果を得ることができる。このため、例えば、作業が頻繁に行われる場所などにこの地熱式融雪設備1を設けることで、熱中症などを抑制することができる。
By the way, when the outside air temperature is higher than the geothermal temperature in summer or the like, heat is conducted from the
(実施の形態2)
図5は、この実施の形態に係る地熱式融雪設備10を示す平面図(a)と、そのA−A断面図(b)である。この実施の形態では、放熱体3の形状が実施の形態1と異なり、実施の形態1と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a plan view (a) showing the geothermal
この実施の形態の放熱体3は、平板状で、地熱を放熱する複数のパネル状(平板状)の放熱板35が、同一水平面上に配設されて構成されている。すなわち、放熱板35は、平面形状が略長方形で、下面の中央部に熱伝導棒2の上端側22を嵌合、接続するための嵌合穴35bが形成されている。また、放熱板35の対向する一対の側辺部には、段差部35aが形成され、隣接する放熱板35の段差部35a同士を重ねることで、複数の放熱板35が隙間なくかつずれることなく同一水平面上に配設されるようになっている。
The
このような放熱板35が融雪エリアに応じて所望数配設されて放熱体3が構成され、放熱体3が地表G1に沿って配設されている。また、各放熱板35の嵌合穴35bに熱伝導棒2の上端側22が嵌合されて、各熱伝導棒2と放熱体3とが接続されている。
A desired number of such
このような実施の形態によれば、放熱体3が平板状で隙間を有さないため、熱伝導棒2からの地熱が放熱体3の全面にわたって平均的に伝導され、地表G1(放熱体3上)の雪Sをくまなく均等に融かすことが可能となる。
According to such an embodiment, since the
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、熱伝導棒2と放熱体3を銅やカーボンナノチューブで構成しているが、その他の高熱伝導性材料で構成してもよく、また、銅とカーボンナノチューブなどを組み合わせて構成してもよい。例えば、主体をカーボンナノチューブで構成し、外殻や連結部など強度・剛性を要する部分を銅で構成してもよい。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the specific configuration is not limited to the above embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention, Included in the invention. For example, in the above embodiment, the
1、10 地熱式融雪設備
2 熱伝導棒
21 下端側(集熱部)
22 上端側
3 放熱体
31 放熱棒
4 断熱材
S 雪
G 地中
G1 地表
1, 10 Geothermal
22
Claims (3)
高熱伝導性を有し、前記熱伝導棒の上端側に接続され、地表に沿って配設され、前記熱伝導棒から伝導された地熱を放熱する放熱体と、
を備えることを特徴とする地熱式融雪設備。 A plurality of heat conducting rods that have a high thermal conductivity in a rod shape, extend in the vertical direction and are embedded in the ground, and conduct geothermal heat collected at the lower end side to the upper end side;
A heat radiator having high thermal conductivity, connected to the upper end side of the heat conduction rod, arranged along the ground surface, and radiating the geothermal heat conducted from the heat conduction rod,
A geothermal snow melting facility characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の地熱式融雪設備。 The outer peripheral surface of the heat conducting rod is covered with a heat insulating material except for the lower end side,
The geothermal snow melting facility according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の地熱式融雪設備。
The radiator is configured by arranging a plurality of rod-shaped radiator rods that dissipate geothermal heat in a grid pattern,
The geothermal snow melting facility according to any one of claims 1 and 2.
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
KR20230105123A (en) * | 2022-01-03 | 2023-07-11 | 경북대학교 산학협력단 | Ice and snow prevention system |
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2016
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