JP2562484Y2

JP2562484Y2 - 地熱を利用した融雪システム

Info

Publication number: JP2562484Y2
Application number: JP1991047858U
Authority: JP
Inventors: 正孝望月; 昭太郎吉田; 雅彦伊藤; 祐士斎藤; 進瀬藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1991-05-28
Filing date: 1991-05-28
Publication date: 1998-02-10
Anticipated expiration: 2006-05-28
Also published as: JPH04134507U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は比較的深度の深い地中
の高温部から採熱して道路などの融雪を行う融雪システ
ムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車道や歩道などの除雪は、冬季の交通手
段を確保するうえで特に必要なことであるが、これらの
路面は直接自然環境下に曝されているうえに、対象とす
る面積が広いために、人力による除雪を行うとすれば、
多大の労力と時間とを要することになり、また人工的な
熱エネルギーを使用するとすれば、ランニングコストが
嵩むなどの問題が生じる。そのため従来、雪を溶かして
除雪するにあたり、自然エネルギーを可及的に有効に利
用することが種々試みられている。その一例として、地
下１０m 前後の深さにヒートパイプの下端部を挿入する
一方、そのヒートパイプの上端部を路面直下にほぼ水平
に埋設することにより、１５度前後の地中の熱を地表側
に輸送して路面の雪を溶かすことが行われている。

【０００３】しかしながらこのような装置では、熱源の
温度が低いために、ヒートパイプの必要本数が多くな
り、かつ多量の降雪があった場合には熱量が不足するこ
とが多いので、電気ヒータなどの予備熱源を設けなけれ
ばならないなどの不都合があり、そこで火山地帯やその
隣接地などのように、深度が深くても数百度程度の熱源
がある箇所では、これを利用して融雪を行うことが考え
られている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】上述した高温熱源を利
用すれば、温度および熱量が共に融雪に充分なものとな
るが、熱源の深度が深いうえに温度が高いために設備コ
ストが高くなる問題がある。すなわち前記高温熱源の熱
をそのまま融雪対象地表面の直下に運んで融雪を行う場
合、その融雪装置の容量（能力）は想定される最大降雪
量に合せたものとせざるを得ない。また特に、大深度の
高温熱源から採熱する場合、外部動力が不要でしかも熱
輸送効率に優れたヒートパイプを使用することが好まし
いが、熱源の深度が深く、また温度が高いために、採熱
用のヒートパプとしては蒸発部と凝縮部とを循環管路で
連結したループ型ヒートパイプを使用することになる。
したがって構造およびコストの点で主要部分となる採熱
手段として、構造が若干複雑なループ型ヒートパイプを
使用し、しかもその容量（能力）は、年間のうちの限ら
れた時期にのみ使用するものであるにも拘らず、大容量
のものを使用することになるために、設備コストが高く
ならざるを得ない。

【０００５】この考案は、上記事情を背景としてなされ
たもので、大深度の高温熱源を利用した融雪システムで
あって、設備を小型化しかつ低コスト化することのでき
るシステムを提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この考案は、作動流体が蒸発する蒸発部と作動流
体蒸気が放熱して凝縮する凝縮部とを循環管路をなすよ
う連結した採熱用ループ型ヒートパイプを備える地熱を
利用した融雪システムにおいて、前記循環管路が、前記
蒸発部から凝縮部へ移動する作動流体蒸気が通る蒸気流
管と、前記凝縮部から蒸発部へ移動する液相の作動流体
が通る液戻り管とからなり、前記蒸発部が地中深くの高
温部に配置され、かつ前記凝縮部が地表に近い地中部分
に設けられた蓄熱部に配置されるとともに、その蓄熱部
が、蓄熱材と該蓄熱材から流体によって熱を取り出す取
出手段とを備え、その取出部を介して前記蓄熱部から融
雪対象地表面の直下に前記流体によって熱を輸送して放
出させる放熱装置が設けられ、その放熱装置が、放熱の
実行および停止を制御する制御器を備えていることを特
徴とするものである。

【０００７】

【作用】この考案においては、地中深くの高温部の熱が
採熱用ループ型ヒートパイプの蒸発部を加熱して作動流
体を沸騰させ、発生した作動流体蒸気が、蒸気流管を通
って凝縮部に移動し、凝縮部において蒸発潜熱を放出
し、凝縮して液相の作動流体となる。凝縮部で放出され
た熱は、この凝縮部が配置されている蓄熱部に蓄えられ
る。また、前記凝縮部で凝縮した作動流体は、液戻り管
を通って蒸発部に還流して再び加熱される。そして冬季
の融雪に必要があるときに放熱装置の制御器を開けば、
蓄熱部の熱が融雪対象地表面の直下に運ばれて放出され
るので、その地表面の雪が溶かされる。したがってこの
考案では地中熱源からの採熱と融雪とを時期的に異なら
せることができるので、採熱用ループ型ヒートパイプを
小型化して無積雪時にも採熱を行い、その蓄えた熱によ
って冬季の融雪を行うことができる。

【０００８】

【実施例】図１はこの考案の一実施例を原理的に示す模
式図であって、地下数百メートルないし千メートル程度
にある数百度の地熱帯を熱源１とする例である。この熱
源１は深度が深くまた高温であることに加え、深さが数
十メートル以上の広がりを有しているから、採熱用ヒー
トパイプ２としてループ型ヒートパイプが用いられてい
る。これは従来知られているものと同様に、外部から加
熱される蒸発部３と外部に放熱する凝縮部４とを全体と
して循環管路をなすよう連結し、その内部にフロンやア
ルコールなどの凝縮性の流体を作動流体５として封入し
たものである。すなわち図１に示すように採熱用ヒート
パイプ２の蒸発部３は熱源１に挿入されており、この蒸
発部３から上方に延びた部分が作動流体蒸気が上昇流と
なって流れる蒸気流管６であって、この蒸気流管６が凝
縮部４に連通している。また凝縮部４は蓄熱部７の内部
に配置されており、この凝縮部４の流出側に接続してあ
る液戻り管８には液溜め部９と流量調節弁１０とが介装
されるとともに、その液戻り管８の下端部は前記蒸発部
３の内部に挿入され、液相の作動流体５を蒸発部３の内
壁面に直接噴射するようになっている。なお、前記蒸発
部３より上側の部分には断熱処理１１が施されている。

【０００９】蓄熱部７は地上側に設けられており、これ
は例えば盛土をした道路を融雪対象箇所とする場合に
は、その盛土の内部に含水率２０％程度の土壌を顕熱蓄
熱材として区画して保持することにより構成されてい
る。この蓄熱部７と融雪対象地表面例えば路面１２との
間には、蓄熱部７に蓄えた熱を路面１２の直下に運んで
放出する放熱装置１３が設けられている。この放熱装置
１３としては、様々な構成のものを採用することがで
き、図１に示す例では、ループ型ヒートパイプが採用さ
れている。すなわち蓄熱部７の内部には蒸発管１４が埋
設される一方、路面１２の直下に凝縮管１５が路面１２
とほぼ平行に埋設されており、これらの蒸発管１４と凝
縮管１５とが、全体として循環路を形成するよう蒸気流
管１６および液戻り管１７とによって接続されている。
そしてこの循環路の内部にフロンや水などの適当な凝縮
性流体が作動流体１８として封入されるとともに、液戻
り管１７に液溜め部１９と開閉弁２０が介装されてい
る。

【００１０】図１に示す融雪システムでは、採熱用ヒー
トパイプ２における流量調節弁１０を開くことにより熱
源１から熱が取り出されて蓄熱部７に蓄えられる。すな
わち液溜め部９に貯溜されていた液相の作動流体５が液
戻り管８を通って蒸発部３の内部に供給されるため、そ
の作動流体５が熱源１の熱によって加熱されて蒸発し、
その蒸気が蒸気流管６を通って凝縮部４に流れる。凝縮
部４では作動流体蒸気の有する熱が蓄熱部７に伝達され
て作動流体５が凝縮し、同時に蓄熱部７に熱が蓄えら
れ、そして液化した作動流体５と液溜め部９および液戻
り管８を経て再度蒸発部３に還流する。

【００１１】このような蓄熱作用は蓄熱部７での蓄熱量
が限度に達するまで継続して行うことができ、また季節
による制約がなく、したがって年間を通して蓄熱を行う
ことができる。そしてここに蓄えられた熱は路面１２の
融雪の用に供される。すなわち降雪期あるいは積雪期に
放熱装置１３における開閉弁２０を開けば、液溜め部１
９内の液相の作動流体１８が蒸発管１４に流れ込み、こ
こで蓄熱部７の熱によって加熱され、その蒸気が蒸気管
１６を通って凝縮部１５に流入する。凝縮管１５は路面
１２の上の雪によって冷却されているから、作動流体蒸
気は凝縮管１５において放熱して凝縮し、その結果、路
面１２上の雪は凝縮管１５から伝達される熱によって溶
される。また液化した作動流体１８は、液溜め部１９お
よび液戻り管１７を通って蒸発管１４に還流する。

【００１２】したがって図１に示す融雪システムでは、
地中の高温熱源２からの採熱を冬季に限らず年間を通し
て行い、その蓄えた熱によって融雪を行うことができる
から、大深度の高温熱源１から採熱を行うループ型ヒー
トパイプ２は、想定される最大降雪量（あるいは最大融
雪量）に見合う能力よりも小さいものでよく、したがっ
て採熱用ヒートパイプ２を小型化して設備コストを下げ
ることができる。

【００１３】図２はより具体化したこの考案の実施例を
示すものであって、ここに示す例は蓄熱部７に対する熱
の出入れを温水によって行うよう構成し、それに伴い放
熱装置１３を、路面１２の直下に埋設したヒートパイプ
とこれに熱を輸送する温水循環路とで構成したものであ
る。すなわち図２に示す融雪システムでは、採熱用のル
ープ型ヒートパイプ２が、凝縮部としてシェルチューブ
型熱交換器２１を備えており、また蓄熱部７である土壌
には放熱用温水コイル２２が埋設され、これらの熱交換
器２１と放熱用温水コイル２２との間で温水を循環させ
るようになっている。なお、図２中符号２３は温水循環
ポンプである。

【００１４】また一方、路面１２の直下には、コルゲー
ト管あるいは直管をコンテナとした多数のヒートパイプ
２４が路面１２とほぼ平行に埋設されており、それらの
ヒートパイプ２４の一端部が、互いに直列に接続された
Ｕ字状のヘッダー管２５に挿入されている。そして蓄熱
部７には熱取出し用の温水コイル２６が埋設されてお
り、前記Ｕ字状ヘッダ管２５はこの温水コイル２６に全
体として循環路を形成するように接続されている。な
お、その循環路には、循環ポンプおよび開閉弁（それぞ
れ図示せず）が介装されている。

【００１５】したがって図２に示す例では、地中の高温
熱源１から採熱用ヒートパイプ２によって採取された熱
が、熱交換器２１から温水によって蓄熱部７に運ばれて
蓄熱される。また積雪期には熱取出し用温水コイル２６
とＵ字状ヘッダー管２５との間で温水を循環させれば、
蓄熱部７の有する熱で加熱昇温された温水がヘッダー管
２５でヒートパイプ２４に熱を与え、さらにその熱をヒ
ートパイプ２４が路面１２の直下全体に分散させて放熱
するので、路面１２がヒートパイプ２４によって加熱さ
れ、路面２４上の雪が溶される。このように図２に示す
融雪システムにおいても、融雪のために直接使用される
熱は蓄熱部７に蓄えた熱であり、この蓄熱部７への地中
熱源１からの入熱は年間を通して行うことができ、その
ため採熱用ヒートパイプ２は想定される最大降雪量（も
しくは最大融雪量）に対して小容量のものでよいので、
設備を小型化かつ低コスト化することができる。

【００１６】なお、上記の各実施例では、地中の高温熱
源１から取出した熱の全量を蓄熱する構成を例に採って
説明したが、この考案は上記の実施例に限られるもので
はなく、高温熱源から取出した熱の一部を融雪対象地表
面の直下に直接送るよう構成してもよい。すなわち図３
はその例を示す系統図であって、蓄熱部７と路面１２と
の間には蓄熱部７の有する熱を運んで路面１２の直下で
放出する放熱装置１３が設けられるとともに、これには
熱輸送の実行・停止を制御する制御器２０が設けられて
おり、これに対して熱源１と路面１２との間には、蓄熱
部７および放熱装置１３をバイパスする熱輸送経路３０
が設けられ、かつこの熱輸送経路３０には遮断機構３１
が設けられている。したがって図３に示す構成であれ
ば、熱源１からの融雪用の熱量の不足を蓄熱部７からの
熱量で補うことになるため、採熱用ループ型ヒートパイ
プを小型化することができる。

【００１７】

【考案の効果】以上説明したようにこの考案によれば、
地中深くの高温熱源から採取した熱を、地表に近い地中
部分に設けられた蓄熱部まで運んで蓄え、これを冬季に
融雪の用に供するから、採熱用のループ型ヒートパイプ
を必要最大融雪容量に合致するものとする必要がなく、
その結果、構造およびコストの点で主要部となる採熱用
ヒートパイプを小型化・小容量化できるので、設備コス
トの低廉なシステムを得ることができる。また採熱用の
ヒートパイプとして前記蒸発部から凝縮部へ移動する作
動流体蒸気が通る蒸気流管と、前記凝縮部から蒸発部へ
移動する液相の作動流体が通る液戻り管とからなる循環
管路を備えたループ型ヒートパイプを使用し、凝縮部か
ら蒸発部へ移動する液相の作動流体が、蒸発部から凝縮
部へ向かう蒸気流と干渉することなく円滑に蒸発部へ還
流するので、地中深くの熱源あるいは高温の熱源を利用
する場合等に特に優れた熱輸送能力を発揮することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例を原理的に示す模式図。

【図２】他の実施例を示す模式図。

【図３】更に他の実施例の系統図。

【符号の説明】

１…熱源、２…採熱用ループ型ヒートパイプ、
３…蒸発部、４…凝縮部、５…作動流体、
７…蓄熱部、１２…路面、１３…
放熱装置、１４…蒸発管、１５…
凝縮管、１８…作動流体、２０
…流量調節弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者斎藤祐士東京都江東区木場一丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)考案者瀬藤進東京都江東区木場一丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (56)参考文献特開昭60−126403（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−164114（ＪＰ，Ｕ) 特公昭55−35522（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】作動流体が蒸発する蒸発部と作動流体蒸
気が放熱して凝縮する凝縮部とを循環管路をなすよう連
結した採熱用ループ型ヒートパイプを備える地熱を利用
した融雪システムにおいて、前記循環管路が、前記蒸発
部から凝縮部へ移動する作動流体蒸気が通る蒸気流管
と、前記凝縮部から蒸発部へ移動する液相の作動流体が
通る液戻り管とからなり、前記蒸発部が地中深くの高温
部に配置され、かつ前記凝縮部が地表に近い地中部分に
設けられた蓄熱部に配置されるとともに、その蓄熱部
が、蓄熱材と該蓄熱材から流体によって熱を取り出す取
出手段とを備え、その取出部を介して前記蓄熱部から融
雪対象地表面の直下に前記流体によって熱を輸送して放
出させる放熱装置が設けられ、その放熱装置が、放熱の
実行および停止を制御する制御器を備えていることを特
徴とする地熱を利用した融雪システム。