JPH04103992A - 蓄熱型融雪装置 - 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、採取した熱を一旦蓄え、融雪を行なう際に
取り出すことのできる蓄熱部を備えた融雪装置に関する
ものである。

従来の技術 従来のループ型ヒートパイプ１は、第２図に示すように
、ループ内に封入された作動液が、下方に位置する加熱
部２において加熱されて蒸気となり、この蒸気がループ
内を上昇して冷却部３において放熱し、運ばれてきた潜
熱を奪われて凝縮し、液化した作動液はループ内の下方
へ還流する。そして、このように加熱部において加熱さ
れて蒸気となり、冷却部３に向けてループ内を上昇し、
冷却部３において凝縮し、液化して加熱部２に戻るサイ
クルを繰り返して、大量の熱を加熱部２から冷却部３へ
熱輸送する。

この従来のループ型ヒートバイブを用いて、夏期におい
て太陽熱を採取して蓄熱し、この熱を冬期に取り出して
道路の融雪用熱源に使うとした場合には、第３図に示す
ように、太陽熱を採取するソーラコレクタ４と、採取し
た熱を蓄積する蓄熱部５とを有する第１ヒートバイブロ
と、前記第１ヒートバイブロの蓄熱部５に蓄えられた熱
を取り出す加熱部７と、取り出した熱により路面Ｒの積
雪を溶す放熱部８とを有する第２ヒートパイプ９との２
つのループ型ヒートパイプが必要とされる。

すなわち、夏期においては、第１ヒートバイブロのソー
ラコレクタ４によって採取された太陽熱に加熱されて、
第１ヒートバイブロがループ型ヒートパイプとして作動
し、運ばれてきた熱は凝縮部である蓄熱部５に蓄積され
る。このようにして、充分な太陽熱が得られる間は、第
１ヒートバイブによって採取された太陽熱を消費するこ
となく蓄積する。そして、降雪期において、路面Ｒに積
雪があった場合等には、第２ヒートパイプ９を作動させ
、第１ヒートバイブロの蓄熱部５に対して熱伝達可能に
近接配置された加熱部７が、蓄熱部５に蓄えられた熱に
よって加熱される。そして、第２ヒートパイプ９の加熱
部７が加熱されると、作動液が蒸発して路面Ｒの直下に
埋設された放熱部８に潜熱として運ばれて、路面Ｒ上の
積雪を融解する熱源として使用される。

発明が解決しようとする課題 しかし、前述した従来の装置では、第１ヒートバイブロ
と第２ヒートパイプ９との２つのループ型ヒートパイプ
を備えており、一方の第１ヒートバイブロの受熱部４か
ら蓄熱部５への熱輸送を行なって蓄熱する。そして、蓄
えられた熱は、第２ヒートパイプ９の加熱部７に伝えら
れて、放熱部８に運ばれるが、このような場合、１つの
蓄熱部５に対して、２つ以上の熱交換器が必要となるた
め、蓄熱部のための機構が大型になるという問題があっ
た。

この発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、熱交換
器の使用数を削減し、装置の小型化を可能とするととも
に、例えば、夏期において蓄えられた太陽熱を、冬の降
雪期に取り出して路上に積った雪を融解する熱源とする
等の使用が可能な融雪装置を提供することを目的として
いる。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するための手段としてこの発明の蓄熱型
融雪装置は、積雪によって冷却されかっ所定の熱によっ
て加熱される箇所に臨ませた第１熱交換器と、この第１
熱交換器より低い位置にあって蓄熱部に臨ませた第２熱
交換器と、これら二つの熱交換器を循環路の一部として
それぞれ含みかつ互いに独立した１次ループおよび２次
ループと、前記二つの熱交換器を１次ループ側と２次ル
ープ側とのいずれか一方に切替えて連通させるバルブ機
構と、１次ループ内の凝縮性の作動液を充填する手段と
、１次ループ内の作動液を循環させるポンプ手段と、２
次ループ内を所定レベルまで作動液を残した状態で真空
脱気する手段とを有していることを特徴としている。

作　　　用 この蓄熱型融雪装置は、熱の採取および蓄積をを行なう
場合には、バルブ機構を操作して２次ループ側を閉じる
とともに、１次ループ内に作動液が満たされた後、先ず
１次ループの第１熱交換器（受熱部として作動する）が
加熱される。加熱されると第１熱交換器内の作動液が昇
温し、１次ループ内を流れて第１熱交換器から第２熱交
換器（蓄熱部として作用する）へと顕熱として熱輸送が
行なわれ、第２熱交換器側に蓄熱される。

また、第２熱交換器側に蓄えられた熱を取り出して融雪
を行なう場合には、バルブ機構を操作°して、作動液の
充満している１次ループ側を閉じるとともに、第１熱交
換器（放熱部として作動する）内の作動液を抜取った後
、２次ループ側を開いて連通し、さらに、この２次ルー
プ内を真空にする。

その結果、２次ループは、１次ループ時の蓄熱部であっ
た第２熱交換器が加熱部となり、下方の加熱部にのみ作
動液を有する通常のループ型ヒートパイプとして作動す
る。したがって、蓄えられている熱によって加熱された
作動液が蒸発し、作動液の蒸気となって潜熱を放熱部（
第１熱交換器）に輸送する。そして、第１熱交換器にお
いて放熱される熱によって融雪が行なわれ、また、熱を
奪われた蒸気は、凝縮して再び液相の作動液に戻り、第
２熱交換器（蓄熱部兼加熱部）に還流する。

実　　施　　例 以下、この発明の蓄熱型融雪装置を、夏期に太陽熱を採
取して蓄熱し、冬期に熱を取りだして道路の融雪に用い
る道路融雪装置に適用した一実施例を第１図に基づいて
説明する。

ヒートパイプを用いた蓄熱型融雪装置１１は、舗装道路
の路面Ｒの直下に埋設された第１熱交換器１２と、この
第１熱交換器１２より低い位置の地中に設置された第２
熱交換器１３とを備えている。第１熱交換器１２は、若
干傾斜した同一平面上に、傾斜と同じ方向に互いに平行
に並べた複数の金属管１２ａを、その上端および下端を
集合管１４．１５で連通接続したもので、路面Ｒの直下
の熱伝導率の高い舗装材中に埋設されている。この第１
熱交換器１２の高い側の集合管１４にはガス抜きバルブ
１６が、また低い側の集合管１５には、液抜きタンク１
７が液抜きバルブ１７ａを介して配管接続され、また液
抜きタンク１７にはガスボンベ１８が接続されている。

また、第２熱交換器１３は、はぼ垂直に列設された複数
の金属管１３ａと、これらの金属管１３ａの上下両端を
連通接続する集合管１９．２０とを有している。また複
数配列された金属管１３ａの周囲には、大量の蓄熱材（
図示せず）が設けられている。

そして、第１熱交換器１２と第２熱交換器１３とは、第
１熱交換器１２の高い側の集合管１４と、第２熱交換器
１３の上側の集合管１９との間を、１次ループ下降管２
０と２次ループ蒸気管２１が接続している。また第１熱
交換器１２の低い側の集合管１５と、第２熱交換器１３
の下側の集合管２０との間には、１次ループ上昇管２２
と、２次グループ液管２３とが接続している。また、１
次ループ下降管２０の途中には、配管をＳ字状に曲げて
ヒートバブル２４が形成され、その上部をバルブＶｌを
介して集合管１６に、また下部は作動液面に設置された
バルブＶ２を介して集合管１９に接続されている。また
、前記ヒートバブル２４は、配管を部分的に加熱して気
泡を発生させ、この気泡流によって配管内の液体を送り
出す機構である。また１次ループ上昇管２２の途中には
、作動液の供給および体積変化の吸収を行なう膨張タン
ク２５が設けられており、その下部は作動液面に設置さ
れたバルブｖ３を介して集合管２ｏに接続され、上部は
バブルｖ４を介して集合管１５に接続されている。さら
に、２次ループ蒸気管２１は、下部をバルブｖ５を介し
て集合管１９に、その上部をバブルｖ６を介して集合管
１４にそれぞれ接続されている。また、２次ループ液管
２３は、その上部をバルブｖ７を介して集合管１５に、
その下部を、作動液面に設置されたバルブｖ８を介して
集合管２０にそれぞれ接続されている。そして、下方の
作動液面に設置されたバルブＶ２．Ｖ３、Ｖ５．ＶＢよ
り下方となる第２熱交換器１３および各配管内には、凝
縮性の作動液が充填されるとともに、第１熱交換器１２
の下側の集合管１５に接続された液きタンク１７内にも
、同じ作動液が充填されている。

次に、この実施例の作用を説明する。

夏期において、太陽熱の蓄積を行なう場合には、２次ル
ープ側に連通するバルブｖｓ、ｖａ、ｖｖ。

ｖ８を閉じた状態で、バルブＶｌ、Ｖ２．Ｖ３゜ｖ４を
開き、第１熱交換器１２と第２熱交換器１３とを１次ル
ープ側に連通させる。次に、ガス抜きバルブ１６を開放
した後、液抜きバルブ１７ａを開いてガスボンベ１７の
ガス圧によってガス抜きタンク１７内の作動液を第１熱
交換器１２内に充填し、更に１次ループ下降管２ｏおよ
び１次ループ上昇管２２内にも作動液を補充し、作動液
が充満したらガス抜きバルブ１６および液抜きバルブ１
７ａを閉じる。

このようにして１次ループ系の内部に作動液が充満する
と、夏期の陽射しにより路面Ｒが加熱されるため、路面
Ｒの直下に埋設された第１熱交換器１２が受熱部となり
、その内部の作動液が加熱される。第１熱交換器１２内
で加熱されて昇温した作動液は、１次ループ下降管２ｏ
に介設されたヒートバブル２４の働きにより発生する１
次ループ下降管２０内の作動液の流れによって、下方に
位置する第２熱交換器１３に向けて流動する。その結果
、第２熱交換器１３において、高温の作動液の熱が放出
され、その周囲の蓄熱材に吸収されて蓄熱される。そし
て、第２熱交換器１３において熱を奪われた作動液は下
部の集合管２０から１次ループ上昇管２２を経由して、
受熱部である第１熱交換器１２に流れて加熱され、この
サイクルを繰り返すことにより、蓄熱部である第２熱交
換器１３への熱の蓄積が行なわれる。なお、第２熱交換
器１３が地中深く設置されているため断熱され、夏が過
ぎて外気温が低下しても、熱損失が最少に押えられる。

そして冬になり、降雪期が到来したら、先ず１次ループ
側に連通するバルブＶ１．Ｖ２．Ｖ３゜ｖ４を閉じる。

次に、液抜きバルブ１７ａを開いて第１熱交換器１２内
の作動液を、液抜きタンク７内に全て抜き取った後、こ
の液抜きバルブ１７ａを閉じる。次に、２次ループ側に
連通するバルブＶ６．Ｖ７を開き、ガス抜きバルブ２４
から真空引きを行ない、第１熱交換器１２および２次ル
ープ蒸気管２１．２次ループ液管２３内を真空にした後
、バルブＶ５．Ｖ８を開く。したがって、蓄熱によって
加熱部となる第２熱交換器１３内のみに作動液が充填さ
れた状態となり、第１熱交換器１２が冷却部となるルー
プ型ヒートバイブが形成される。

その結果、夏期に採取して第２熱交換器１３に蓄えられ
ていた熱によって作動液が加熱されると、作動液が蒸発
し、作動液の蒸気となって２次ループ上昇管２１中を上
昇して第１熱交換器１２内に移動する。移動した蒸気は
、第１熱交換器１２が路面Ｒ上の積雪で冷却されている
ため、潜熱として運ばれてきた熱を放出して路面Ｒの積
雪を溶すとともに、放熱した蒸気は凝縮して液相の作動
液に戻り、２次ループ液管２３を経由し、第２熱交換器
１３に還流して再び加熱され、このサイクルを繰り返し
て、夏期に第２熱交換器１３に蓄えた熱を用いて路面Ｒ
の融雪を行なう。

したがって、この実施例の蓄熱型融雪装置１１によれば
、夏期における太陽熱を、断熱効果の優れた地中の蓄熱
部（第２熱交換器１３）に蓄積するので熱損失が少なく
、冬期における融雪等のための熱として有効に利用する
ことができる。

また、この実施例においては、夏期において第１熱交換
器１２によって太陽熱を採取し、蓄熱部である第２熱交
換器１３に熱輸送する１次ループ系内全体に熱媒体を充
満させるとともに、ヒートバブル２４をループに介設し
て顕熱により熱輸送するようにしたので、トップヒート
状態であっても効率良く運転することができる。

また、この実施例においては、１次ループ系内に満す熱
媒体として、ループ型ヒートパイプを形成する２次ルー
プ系に充填する凝縮性の作動液と同じものを用いたので
、１次ループ系と２次ループ系との切り替え作業が容易
となるという効果がある。

なお、上記実施例においては、夏期に採取して蓄積され
ていた熱を、降雪期の融雪用に使う場合について説明し
たが、他に例えば、廃熱等を一旦蓄積しておき、降雪時
に融雪用として使用することも可能である。

発明の効果 以上、説明したようにこの発明の蓄熱型融雪装置は、第
１熱交換器と、これより低い位置に設けられた第２熱交
換器とを、顕熱として熱輸送する１次ループと、ヒート
バイブで潜熱として熱輸送する２次ループとで兼用する
とともに、１次ルブ系の作動と２次ループ系の作動との
切り替えをバルブ操作で行なうようにし、夏期等に蓄積
した熱によって冬期の融雪を行なうため、融雪や除雪に
かかる費用を大幅に削減できる。また構造が簡単で故障
しにくいため保守管理が容易である。さらに、使用する
熱交換器の数を半減できるため、設備費が少なくて済む
とともに、設備の小型化が図れる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の蓄熱型融雪装置の一実施例を示すシ
ステム図、第２図は従来の通常のループ型ヒートパイプ
のシステム図、第３図は従来の２重ループ型熱交換器を
示すシステム図である。 １１・・・蓄熱型融雪装置、１２・・・第１熱交換器、
１３・・・第２熱交換器、　１６・・・ガス抜きバルブ
、１７・・・液抜きタンク、　１７ａ・・・液抜きバル
ブ、２０・・・１次ループ下降管、　２１・・・２次ル
ープ蒸気管、　２２・・・１次ループ上昇管、　２３・
・・２次ループ液管、　２４・・・ヒートバブル、　２
５・・・膨張タンク、　■１〜Ｖ８・・・バルブ、　Ｒ
・・・路面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　積雪によって冷却されかつ所定の熱によって加熱され
   る箇所に臨ませた第１熱交換器と、この第１熱交換器よ
   り低い位置にあって蓄熱部に臨ませた第２熱交換器と、
   これら二つの熱交換器を循環路の一部としてそれぞれ含
   みかつ互いに独立した１次ループおよび２次ループと、
   前記二つの熱交換器を１次ループ側と２次ループ側との
   いずれか一方に切替えて連通させるバルブ機構と、１次
   ループ内の凝縮性の作動液を充填する手段と、１次ルー
   プ内の作動液を循環させるポンプ手段と、２次ループ内
   を所定レベルまで作動液を残した状態で真空脱気する手
   段とを有していることを特徴とする蓄熱型融雪装置。