JPH02140307A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は例えば廃温水を利用し、路面等の融雪、除氷
、凍結防止などを行う熱交換装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は例えば実公昭５８−３８００５号公報に開示さ
れた従来の熱交換装置を示し、図において、＋１）は貯
湯槽であり、廃温水等を留めている。（２）は貯湯槽（
１）内の温水が送水管（３）を通して流通する温水路で
あり、−船釣に高所から低所へ温水を流通させるように
配置される。（４）は送水管（３）に配置され貯湯槽（
１）内の温水を温水路（２）に送水する送水ポンプ、（
５）は被加熱部であり、図は一例として路面（以下、路
面と称す）の場合を示している。（６）は一端側の受熱
部（６ａ）が温水路（２）内を流通する温水と熱的に接
触され、他端側の放熱部（６ｂ）が被加熱部である路面
（５）中に埋設されたヒートパイプであり、温水路（２
）の長平方向に複数本配設されており、ヒートパイプ（
６）内部に熱を輸送する作動流体例えば水、アルコール
、フロン、アンモニア等Ｍ　封入されている。第４図は
温水路（２）の−例を示すものであり、ヒートパイプ（
６）の受熱部（６ａ）は溝形状をした温水路（２）の中
に配置されており、温水路（２）は路面（５）に併設さ
れた場合を示している。

次に動作について説明する。被加熱部である路面（５）
の中にヒートパイプ（６）の放熱部（６ｂ）を適当な間
隔を隔てて埋設し、温水路（２）の中にヒートパイプ（
６）の受熱部（６ａ）を配置する。貯湯槽（１）内の温
水を送水ポンプ（４）により送水管（３）を通して温水
路（２）に流通させる。温水路（２）を流通する温水に
よりヒートパイプ（６）の受熱部（６ａ）が加熱され、
ヒートパイプ（６）内の作動液体は蒸気化し温水の熱量
を蒸発ＩＱとして奪いヒートパイプ（６）内を通って放
熱部（６ｈ）に移動する。ヒートパイプ（６）の放熱部
（６ｂ）に移動した作動液体の蒸気は路面（５）の方が
温水より低い温度のため凝縮液化して路面（５）に凝縮
ＷＩ熱を放出する。液化した作動液体はヒートパイプ（
６）の内壁面を伝って受熱部（６ａ）に還流する。

以上の動作が自然的に繰り返されることにより温水路（
２）を流通する温水の熱量を路面（５）に熱輸送し、路
面（５）を０℃以上に加熱することができ、路面（５）
の融雪、除氷、凍結防止などを行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の熱交換装置は以上のように構成されているので、
温水路（２）の上部が開放されているため液面からの蒸
発などによる放熱があると共に雨水、融雪水の鼻水路（
２）への侵入による温水温度の低下などがあり、熱損失
が大きく効率的な熱交換特性が得られなかった。また、
周囲の塵埃が温水路（２）に沈着し易く、熱源として廃
温水などを利用する場合は悪臭が発生するなど非衛生で
あるという問題点があった。また、道路が長平方向に勾
配がある場合は、各位置で温水路（２）内の水面を略一
定に保つために流量の制約が生じる問題点があった。

また、温水は温水路（２）内をただ単に流通させるのみ
であり、温水を無駄に排水していた。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
ものであり、効率が良く信頬性の高い熱交換装置を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る熱交換装置は、温水源からの温水が流通
する管路体と、一端側の受熱部が管路体内を流通する温
水と熱的に接触され、他端側の放熱部が被加熱部に配置
されるヒートパイプと、管路体内の空気を抜くと共に管
路体内を流通する温水の一部が流入される空気抜き機構
と、空気抜き機構に配設され、空気抜き機構内の温水の
水位を検出する水位検出器と、管路体内の温水の温度を
検出する温度検出器と、管路体の出口側に配置された開
閉弁と、水位検出器からの上限水位検出信号を入力した
とき、または温度検出器の検出信号が一定温度以下のと
き開閉弁を開動作させると共に水位検出器からの下限水
位検出信号を入力したとき、または温度検出器の検出信
号がある設定温度以上のとき開閉弁を閉動作させる制御
装置とを設けたものである。

〔作　用〕

この発明における熱交換装置は、温水源からの温水が管
路体に流通され、開閉弁の閉動作により温水が管路体内
に充満し、その温水の熱量をヒートパイプにより被加熱
部に熱輸送してその被加熱部を加熱し、管路体内に充満
する温水の一部及び管路体内の空気は空気抜きＲ構に流
入し、水位検出器からの上限水位検出信号、または温度
検出器からの一定温度以下の検出信号により開閉弁を開
動作させて管路体から温水を排出すると共に水位検出器
からの下限水位検出信号、または温度検出器からのある
設定温度以上の検出信号により開閉弁を閉動作させる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する
。第１図は例えば温水源として温泉地等の産湯を温水源
として利用して融雪、除氷、凍結防止などを行う熱交換
装置を示し、第１図において、（５）は被加熱部である
路面、（６）はヒートパイプ、（６ａ）は受熱部、（６
ｂ）は放熱部、（７）は例えば温水源（図示せず）であ
る温泉地等の産湯を貯留するタンク、（８）はタンク（
７）からの温水が送水管（９）を通して流通する管路体
であり、例えばタンク（７）より下方に配置されている
。即ち、タンク（７）が管路体（８）より高所に配置さ
れており、この管路体（８）内の温水と熱的に接触する
ようにヒートパイプ（６）の受熱部（６ａ）がその管路
体（８）内に配置されている。α０は送水管（９）に配
設され、タンク（７）からの温水を管路体（８）に送水
するポンプ、０υはフィルタ、＠は管路体（８）内の空
気を抜くと共に管路体（８）内を流通する温水の一部が
流入される空気抜き機構であり、図は一例として管路体
（８）の終端部に配置された場合を示す。α湯は空気抜
き機構α乃に配設され、空気抜き機構（ロ）内に流入し
た温水の水位を検出する水位検出器、α荀は管路体（８
）内の温水の温度を検出する温度検出器であり、図は一
例として管路体（８）の終端部に配置された場合を示す
。０９は管路体（８）の出口側に配置された開閉弁、（
１６１は制御装置であり、水位検出器α濁からの上限水
位検出信号を入力したときまたは温度検出器０４）から
の一定温度以下の検出信号を入力したとき開閉弁０５１
を開動作させて管路体（８）から温水を排出すると共に
水位検出器Ｏ１からの下限水位検出信号を入力したとき
または温度検出器０荀からのある設定温度以上の検出信
号を入力したとき開閉弁０９を閉動作させて温水を管路
体（８）内に滞留させる。

次に動作について説明する。温水源からの温水はタンク
（７）に貯留される。タンク（７）は管路体（８）より
上方、即ち、路面（５）より数ｍ程度の高所に配置され
る。タンク（７）の内部に貯留された温水はポンプＯＩ
の起動により送水管（９）を経て管路体（８）に流通さ
れる。開閉弁圓を閉状態とする温水は管路体（８）内に
充満する。管路体（８）の内部に配置されたヒートパイ
プ（６）の受熱部（６ａ）は管路体（８）の内部に充満
する温水と熱的に接触し、その温水により加熱され、ヒ
ートパイプ（６）内の作動液体は蒸気化し温水の熱量を
蒸発潜熱として奪いヒートパイプ（６）内を通って路面
（５）に埋設された放熱部（６ｂ）に移動する。

ヒートパイプ（６）の放熱部（６ｂ）に移動した作動液
体の蒸気は路面（５）の方が温水より低い温度のため凝
縮液化して路面（５）に凝１Ｍ？Ｍ熱を放出する。液化
した作動液体はヒートパイプ（６）の内壁面を伝って受
熱部（６ａ）に還流する。この動作は自然的に繰り返さ
れ、これに伴い管路体（８）内の温水の熱量がヒートパ
イプ（６）により路面（５）に熱輸送されその路面（５
）を加熱する。一方、空気抜き機構−は管路体（８）内
に充満する温水の一部及び管路体（８）内の空気が流入
し、管路体（８）内の空気が排出される。空気抜き機構
ａＳに流入した温水の水位が水位検出器０階により検出
される。制御装置αりは水位検出器α濁からの上限水位
検出信号が入力されたとき開閉弁θすを開動作させて管
路体（８）から温度が低下した温水を排出すると共に水
位検出器α濁からの下限水位検出信号が入力されたとき
開閉弁α０を閉動作させて新たな高い温度の温水を管路
体（８）に補給する形で流通する。この補給は開閉弁０
９を開くと同時になされている。即ち、空気抜き機構０
３内に流入した温水の上限水位と下限水位との範囲で開
閉弁ＱＳＩの開閉動作が行われており、管路体（８）内
は常に温水が充満された状態となっている。他方、管路
体（８）内の温水の温度が温度検出器−により検出さ九
る。制御装置Ｏｌは、温度検出器Ｏａからの一定温度以
下の検出信号が入力されたとき開閉弁ＱＳＩを開動作さ
せる。開閉弁０５）が開くと、管路体（８）内に充満し
ている温度の低下した温水が管路体（８）から排出され
ると同時にポンプＱｌの起動によりタンク（７）内の温
度の高い温水が送水管（９）を経て管路体（８）内に流
通され、管路体（８）内の温水の温度が上昇する。そし
て制御装置ＱＳＩは温度検出器αａからのある設定温度
以上の検出信号が入力されたとき開閉弁αつを閉動作さ
せる。開閉弁０９が閉じると、管路体（８）内に温水が
再び充満されて滞留される。管路体（８）内に温水が充
満されて滞留されるとポンプＯｌを停止する。

以上のような動作の繰り返しにより、路面（５）は０°
Ｃ以上に加熱され、路面（５）の融雪、除氷、凍結防止
などを行うようにしている。その結果、管路体（８）の
非開放により液面からの蒸発による放熱がなくなると共
に雨水、融雪水の侵入による温水温度の低下もなく、熱
損失を著しく小さなものとでき、効率的な熱交換特性が
得られる。また、温水源として廃温水などを利用する場
合に悪臭が発生することがなく衛生的である。また、道
路が長手力向に勾配がある場合に管路体（８）内が温水
で充満されているので各位置で一定となり均一化が図れ
る。

また、）孟水は無駄に排出するのではなく、温水を管路
体（８）内に充満させて滞留させ、温水の熱量を有効に
利用してから排出するようにしており、温水を経済的且
つ有効に使用することができる。

また、ポンプ００）を温水の送水量の増減を自在に変更
できる可変ポンプとすれば、管路体（８）への温水の送
水量を任意に変更できる。特に、開閉弁ａつを開いたと
きにはポンプθ鴨の送水量を急激に増大させ、ある時間
経過後、ポンプ０Ｉｌｌｌを定格運転させるように構成
し、管路体（８）内の温度が下がった温水とタンク（７
）内の高い温度の温水を置換させるときに効率良く置換
させることができる。しかも、空気抜き機構側内の水位
が下限水位を大幅に下がらないように保持できる。尚、
ポンプ００を設けているときは、タンク（７）は必ずし
も管路体（８）の上方に位置してなくてもよい。

また、第２図に示すように、送水管（９）にタンク（７
）からの管路体（８）への温水の送水量を調整する調整
弁０つを配設したものであり、タンク（７）内に貯留さ
れた温水は調整弁θηを開くことにより重力流下により
送水管（９）を経て管路体（８）内に流通される。

開閉弁０４１を閉状態とすると温水は管路体（８）内に
充満する。管路体（８）に温水が充満すると調整弁０η
を閉じる。一方、空気抜き機構Ｏｚは管路体（８）内に
充満する温水の一部及び管路体（８）内の空気が流入し
、管路体（８）内の空気が排出される。空気抜き機構い
に流入し。た温水の水位が水位検出器０蕩に検出される
。制御装置Ｑ６１は水位検出器０争からの上限水位検出
信号が入力されたとき開閉弁０５１を開動作させて管路
体（８）から温度が低下した温水を排出すると共に水位
検出器ａ濁からの下限水位検出信号が入力されたとき開
閉弁０ωを閉動作させると同時に調整弁Ｑ７１を開いて
新たな高い温度の温水を管路体（８）に補給する形で流
通させる。即ち、空気抜き機構（２）内に・流入した温
水の上限水位と下限水位との範囲で開閉弁０りの開閉動
作が行われており、管路体（８）内は常に温水が充満さ
れた状態となっている。他方、管路体（８）内の温水の
温度が温度検出器０４１により１★出される。制御装置
Ｑ６１は温度検出器Ｑ４１からの一定温度以下の検出信
号が入力されたとき開閉弁ａつを開動作さ仕る。開閉弁
（１５１が開くと、管路体（８）内に充満している温度
の低下した温水が管路体（８）から排出されると同時に
調整弁面を開（ことによりタンク（７）内の温度の高い
温水が送水管（９）を経て管路体（８）内に流通され、
管路体（８）内の温水の温度が上昇する。そして、制御
装置００は温度検出器圓からのある設定温度以上の検出
信号が入力されたとき開閉弁ＱＳＩを閉動作させる。開
閉弁０９が閉じると、管路体（８）内に温水が再び充満
されて滞留される。

管路体（８）に温水が充満されて滞留されると調整弁０
０を閉しる。以上のような動作の繰り返しにより路面（
５）は０℃以上に加熱され、路面（５）の融雪、除氷、
凍結防止などを行うようにしている。

また、調整弁０１は開、閉の２位置動作を行う場合につ
いて述べたカベ調整弁Ｏｍは例えば少なくとも全開、半
開、全閉の３位置動作を行うものとし、全開から半開の
間で管路体（８）への温水の送水量の増減を調整できる
ようにしてもよい。即ち、開閉弁０９を開いたときには
調整弁００１を全開として送水量を急激に増大させ、あ
る時間経過後、調整弁［＋０１を半開とするように構成
し、管路体（８）内の温度が下がった温水とタンク（７
）内の高い温度の温水を置換させるときに効率より置換
させることができる。

しかも空気抜き機構ａＳ内の水位が下限水位を大幅に下
がらないように保持できる。

向、上記実施例では温水源からの温水をタンク（７）に
貯留し、そのタンク（７）から温水を管路体（８）に流
通させる場合について述べたが、タンク（７）を省略し
温水源から温水を管路体（８）に流通させるようにして
もよい。

また、上記実施例では送水管（９）にポンプ００１ある
いは調整弁αＤを配設した場合について述べたが、これ
らは必ずしも配設しなくても所期の目的は達成できる。

また、上記実施例では被加熱部が路面であり、その路面
の融雪、除氷、凍結防止などに適用した熱交換装置の場
合について述べたが、被加熱部を屋根としてその屋根の
融雪、除氷、凍結防止などにこの発明を適用することが
でき、上記実施例と同様の効果を奏する。

また、ヒートパイプの放熱部を工場、ビル、家屋の床、
天井、壁などに配置し、暖房装置としてこの発明を適用
するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、温水源からの温水が流
通する管路体と、一端側の受熱部が管路体内を流通する
温水と熱的に接触され、他端側の放熱部が被加熱部に配
置されるヒートパイプと、管路体内の空気を抜くと共に
管路体内を流通する温水の一部が流入される空気抜き機
構と、空気抜き機構に配設され、空気抜き機構内の温水
の水位を検出する水位検出器と、管路体内の温水の温度
を検出する温度検出器と、管路体の出口側に配置された
開閉弁と、水位検出器からの上限水位検出信号を入力し
たとき、または温度検出器の検出信号が一定温度以下の
とき開閉弁を開動作させると共に、水位検出器からの下
限水位検出信号を入力したとき、または温度検出器の検
出信号がある設定温度以上のとき開閉弁を閉動作させる
制御装置とを設け、温水源からの温水が管路体に流通さ
れ、開閉弁の閉動作により温水が管路体内に充満し、そ
の温水の熱量をヒートパイプにより被加熱部に熱輸送し
てその被加熱部を加熱し、管路体内に充満する温水の一
部及び、管路体内の空気は空気抜き機構に流入し、水位
検出器からの上限水位検出信号、または温度検出器から
の一定温度以下の検出信号により開閉弁を開動作させて
管路体から温水を排出すると共に水位検出器からの下限
水位検出信号または温度検出器からのある設定温度以上
の検出信号により開閉弁を閉動作させるようにしたので
、熱損失を著しく小さなものとすることができ、効率が
良く信頼性の高い熱交換装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による熱交換装置を示す系
統図、第２図はこの発明の別の実施例による熱交換装置
を示す系統図、第３図は従来の熱交換装置を示す系統図
、第４図は従来のヒートパイプの設置状態を示す斜視図
である・ 図において、（５）は被加熱部、（６）はヒートパイプ
、（７）はタンク、（８）は管路体、（ロ）は空気抜き
機構、０ωは水位検出器、００は温度検出器、α９は開
閉弁、０Ｑは制御装置である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人　　　　　大　　岩　　増　　雄１６　ホ１）汗
Ｊ徒置 ／６．閣枡利１ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）温水源からの温水が流通する管路体と、一端側の
   受熱部が上記管路体内を流通する温水と熱的に接触され
   、他端側の放熱部が被加熱部に配置されるヒートパイプ
   と、上記管路体内の空気を抜くと共に上記管路体内を流
   通する温水の一部が流入される空気抜き機構と、上記空
   気抜き機構に配設され、上記空気抜き機構内の温水の水
   位を検出する水位検出器と、上記管路体内の温水の温度
   を検出する温度検出器と、上記管路体の出口側に配置さ
   れた開閉弁と、上記水位検出器からの上限水位検出信号
   を入力したとき、または上記温度検出器の検出信号が一
   定温度以下のとき上記開閉弁を開動作させると共に上記
   水位検出器からの下限水位検出信号を入力したとき、ま
   たは上記温度検出器の検出信号がある設定温度以上のと
   き上記開閉弁を閉動作させる制御装置とを備えたことを
   特徴とする熱交換装置。