JPH0415889Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は屋根面で放熱させ、また屋根面にお
いて集熱することのできる装置に関し、特に屋根
の融雪や太陽熱の集熱を行なう分離型ヒートパイ
プ式の放熱兼集熱装置に関するものである。

従来の技術 この種の装置が実開昭60−177225号公報に記載
されている。この装置の基本的な構成は、第２図
に示すように、多数本のヒートパイプ１を屋根面
にその傾斜に沿つて配置するとともに、その上端
部を上部ヘツダ管２に挿入し、また下端部を下部
ヘツダ管３に挿入し、積雪期には、タンク４内の
温水をポンプ５によつて下部ヘツダ管３に配管６
を介して循環させて供給することにより、温水の
有する熱をヒートパイプ１によつて屋根の全面に
供給して融雪を行ない、また夏期などの積雪のな
い時期には、冷水をポンプ５によつて上部ヘツダ
管２に配管７を介して循環させて供給することに
より、ヒートパイプ１が受けた太陽熱を上部ヘツ
ダ管２内の水に与えてこれを温水とし、太陽熱を
温水として集熱する構成である。

しかるに上記の装置では、温水や冷水を屋根の
上までポンプによつて汲み上げてヒートパイプと
の間で熱の授受を行なわせる構成であるから、融
雪の際および集熱の際のいずれにおいてもポンプ
を駆動し続ける必要があり、そのためにランニン
グコストが嵩み、また温水や冷水を循環させるた
めの配管経路が錯綜して装置が全体として複雑に
なる問題があつた。

そこで従来、動力を必要とせずに融雪を行なう
ことのできる装置が考えられている。これを模式
的に示すと第３図の通りであり、屋根１０の上面
に設置した凝縮器２０は、上部ヘツダ２１と下部
ヘツダ２２との間にこれらに連通する複数本の小
径管２３を格子状に配置した構成であり、また蒸
発器３０は、凝縮器２０と同様に、上部ヘツダ３
１と下部ヘツダ３２との間にこれらに連通する複
数の小径管３３を格子状に配置した構成であつ
て、例えば温水槽などの前記凝縮器２０より低い
位置に設置した容器４０内に設置されており、さ
らに上部ヘツダ２１，３１同士が蒸気管５０によ
つて互いに連通され、また下部ヘツダ２２，３２
同士が液還流管６０によつて互いに連通されて全
体として密閉循環路が形成されている。そしてこ
の密閉循環路の内部には、空気などの非凝縮性ガ
スを排気した状態でフロンなどの作動流体が封入
されている。したがつて上記の融雪装置では、屋
根１０に積雪があつた場合、容器４０に温水を流
せば、蒸発器３０で作動流体が蒸発してその蒸気
が蒸気管５０を通つて凝縮器２０に流れ、凝縮器
２０では、作動流体蒸気が雪に熱を奪われて凝縮
し、同時に屋根１０の雪が溶かされ、そして液化
した作動流体は液還流管６０を通つて蒸発器３０
に還流する。

考案が解決しようとする問題点 周知のようにヒートパイプは温度差が生じるこ
とにより、作動流体が蒸発するとともに、その蒸
気が温度の低い部分に流れて作動流体の蒸発潜熱
として熱の輸送を行なうものであるから、第３図
に示す装置では、屋根１０上の凝縮器２０と容器
４０内の蒸発器３０との温度差に起因して熱輸送
が生じ、したがつて積雪期においては、前述した
実開昭60−177225号公報に記載されている装置と
は異なり、動力を要さずに融雪を行なうことがで
きる。しかしながら液相作動流体の蒸発に生じる
部分への還流は、上記の装置では重力によつて生
じさせるから、積雪のある冬期の場合とは反対
に、太陽熱によつて屋根１０上の凝縮器２０の温
度が蒸発器３０の温度より高くなる夏期において
は、作動流体の殆ど全てが、低い位置にある蒸発
器３０に溜つてしまい、たとえ蒸発器３０と凝縮
器２０とで温度差があつても、作動流体の蒸発す
なわち外部からの吸熱が生じない。

すなわち第３図に示す従来の融雪装置は、積雪
のある冬期にのみ機能し、それ以外の時期には完
全に休止させておくしかなく、したがつて設備投
資の回収が遅れ、結局はコストの高いものになら
ざるを得ない問題があつた。

この考案は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、ランニグコストが低廉で、しかも屋根の融雪
と太陽熱の集熱との両方を行なつて年間を通して
有効に利用することのできる装置を提供すること
を目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この考案の装置は、前述の目的を達成するた
め、複数本のパイプからなる放熱兼集熱器を屋根
面に設置するとともに、熱交換用媒体を流通させ
る容器の内部に複数本のパイプを配置してなる熱
交換器を前記放熱兼集熱器より低い位置に設置
し、かつ放熱兼集熱器を構成するパイプの一方の
端部と熱交換器を構成するパイプの一方の端部と
を第１配管によつて連通するとともに、これらの
パイプの他方の端部同士を第２配管によつて連通
して密閉循環路を形成し、その密閉循環路の内部
に温度および圧力の状態に応じて蒸発および凝縮
を行なう凝縮性流体のみを封入し、さらに前記第
２配管の中間部には、その第２配管中間部に対し
て並列状となるバイパス管路を設け、そのバイパ
ス管路には、凝縮性流体を圧送するための循環ポ
ンプと、凝縮性流体を貯留するリザーバータンク
とを設け、さらに前記第２配管中間部およびバイ
パス管路には、前記バイパス管路の循環ポンプと
リザーバータンクとを密閉循環路から遮断した状
態と、循環ポンプを密閉循環路に組入れるととも
にその循環ポンプの吸入側にリザーバータンクを
連通させた状態と、循環ポンプを密閉循環路に組
入れかつリザーバータンクを循環ポンプから遮断
した状態との３状態に切替えるための複数の弁を
設けた構成としている。

作 用 この考案の装置において、各弁を操作してリザ
ーバータンクおよび循環ポンプを密閉循環路から
遮断した状態では、第３図に示す従来の融雪装置
と同様になり、したがつて屋根に積雪があつた場
合に熱交換器に温度の高い熱交換用媒体を流して
その内部のパイプに熱を供給すれば、内部に封入
した流体が熱交換器におけるパイプの内部で蒸発
するとともに、その蒸気が配管を通つて放熱兼集
熱器に流れ、かつ放熱兼集熱器において放熱して
雪を溶かし、同時に蒸気が凝縮する。また凝縮し
た流体は他の配管を通つて熱交換器に還流する。
一方、夏期などの積雪のない時期には、予め各弁
を操作して、循環ポンプを密閉循環路に組入れる
とともに循環ポンプの吸入側にリザーバータンク
を連通させた状態とする。この状態で循環ポンプ
を動作させれば、リザーバータンクから密閉循環
路内に凝縮性流体が補給されるから、例えば放熱
兼集熱器の配管の半分程度が液相の凝縮性流体に
よつて満たされるように密閉循環路内の液相の凝
縮性流体を増量させることができる。次いで各弁
を操作して、循環ポンプを密閉循環路に組入れか
つリザーバータンクを循環ポンプから遮断した状
態とし、その状態で循環ポンプを作動させれば、
液相の凝縮性流体が循環ポンプによつて放熱兼集
熱器と熱交換器内のパイプとの間で循環される。
この状態で熱交換器の容器内に水などの低温の流
体を流通させれば、凝縮性流体は放熱兼集熱器に
おいて太陽熱を受けてその温度が上昇し、あるい
は蒸発し、こうして温度の上がつた流体は熱交換
器において水などの熱交換用媒体に熱を与え、し
たがつて温水などの形で太陽熱を集熱することが
できる。

実施例 つぎにこの考案の実施例を説明する。

第１図はこの考案の実施例を示す模式図であつ
て、ここに示す装置は、第３図に示す従来の融雪
装置を改良したものである。すなわち従来では作
動流体の凝縮のみを行なわせていた凝縮器２０
を、作動流体の凝縮と太陽熱による作動流体の加
熱とを行なう放熱兼集熱器２０とし、また従来の
蒸発器３０と容器４０との両方を併せた両者を作
動流体の加熱・蒸発と作動流体から熱を外部に取
出す熱交換器７０として構成したものである。放
熱兼集熱器２０と蒸発器３０とは第１配管である
蒸気管５０と第２配管である液還流管６０とによ
つて密閉循環路を形成するよう連通されており、
その密閉循環路の内部は真空排気した状態で適宜
の凝縮性の作動流体、例えばフロンが封入され、
したがつて上記の密閉循環路が分離型ヒートパイ
プとして構成されている。

液還流管６０の中間部には、その部分に対し並
列状となるようにバイパス管路９０が設けられて
いる。このバイパス管路９０には、吐出口を放熱
兼集熱器２０の側に向けた循環ポンプ８０と、そ
の循環ポンプ８０の吸込口の側に連通される、作
動流体を貯留するためのリザーバータンク８１と
が設けられている。そして液還流管６０における
循環ポンプ８０に対し並列となる部分には第１開
閉弁８２が設けられ、またリザーバータンク８１
の前後両側には第２開閉弁８３と第３開閉弁８４
とがそれぞれ設けられ、さらに循環ポンプ８０の
吸込口を直接液還流管６０に接続している配管に
第４開閉弁８５が介挿され、またさらに循環ポン
プ８０の吐出口側には第５開閉弁８６および逆止
弁８７がそれぞれ設けられている。

上記の装置は、積雪期には融雪装置として機能
し、その場合は、第１開閉弁８２のみを開いて他
の開閉弁８３〜８６を閉じておき、かつ熱交換器
７０を構成する容器４０の内部に温水などの温度
の高い熱交換媒体を流しておく。すなわち密閉循
環路から循環ポンプ８０およびリザーバータンク
８１を遮断した状態で熱交換器７０に熱を供給す
ると、作動流体は蒸発器３０において蒸発し、そ
の蒸気が蒸気管５０を通つて放熱兼集熱器２０に
流れる。放熱兼集熱器２０はその上に積つている
雪によつて冷やされているから、作動流体蒸気が
ここで放熱して熱を雪に与え、その結果、雪が溶
かされる。そして凝縮した作動流体は下部ヘツダ
２２および液還流管６０を通つて蒸発器３０に戻
り、再度、熱を受けて蒸発し、このように作動流
体が蒸発および凝縮を繰返して循環流動すること
により、熱交換用媒体の有する熱が屋根１０の上
の雪に送られ、融雪が行なわれる。

他方、夏期などの積雪のない時期には、先ず、
第１開閉弁８２および第２開閉弁８３を閉じると
ともに、他の開閉弁８４〜８６を開いて循環ポン
プ８０を密閉循環路に組入れるとともに循環ポン
プ８０の吸入側にリザーバータンク８１を連通さ
せ、この状態で循環ポンプ８０を駆動することに
より、リザーバータンク８１内の作動流体を密閉
循環路内に送り出し、例えば放熱兼集熱器２０側
の配管内の半分程度を作動液が満すよう作動液の
量を増やす。ついで第１ないし第３開閉弁８２〜
８４を閉じるとともに他の開閉弁８５，８６を開
いて循環ポンプ８０のみを密閉循環路に組入れ、
リザーバータンク８１は循環ポンプ８０から遮断
する。そして循環ポンプ８０を駆動すると、作動
液は放熱兼集熱器２０にその下部ヘツダ２２側か
ら供給され、また上部ヘツダ２１から蒸気管５０
を通つて蒸発器３０に戻される。このように循環
する間に、屋根１０に設置した放熱兼集熱器２０
は太陽熱によつて加熱されているから、作動液は
この放熱兼集熱器２０において加熱昇温され、あ
るいは蒸発する。これに対して熱交換器７０に冷
水などの温度の低い熱交換用媒体を流しておけ
ば、放熱兼集熱器２０において加熱昇温された作
動液もしくはその蒸気が熱交換器７０において熱
交換用媒体に熱を与え、その温度が上昇する。す
なわち無積雪期では、作動流体をポンプ８０によ
つて強制的に循環させることにより、作動流体が
太陽熱を運んで熱交換用媒体に与え、したがつて
太陽熱を温水などの形で回収することができる。

考案の効果 以上の説明から明らかなようにこの考案の装置
では、屋根面に放熱兼集熱器を設置した分離型ヒ
ートパイプにおいて、作動液を高い位置にある放
熱兼集熱器に強制的に汲上げるポンプを設け、か
つそのポンプを複数の弁によつて作動流体の循環
経路に対して接続および遮断するよう構成したか
ら、積雪期においては、循環ポンプを遮断して動
力を用いずに融雪を行なうことができ、また無積
雪期には、ポンプを用いて太陽熱集熱器とするこ
とができる。またこの考案では、屋根上の雪に対
する熱の輸送および太陽熱の熱交換用媒体に対す
る輸送の両方を、ヒートパイプ内の作動流体が行
なうから、前述したように融雪の際の駆動力が不
要であることに加え、必要とする熱交換器の数が
少なくてよく、また配管経路が簡素化され、した
がつてこの考案によれば装置の低廉化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す模式図、第
２図は実開昭60−177225号公報に記載されている
装置を簡略化して示す模式図、第３図は分離型ヒ
ートパイプを用いて構成した融雪装置の模式図で
ある。 １０……屋根、２０……放熱兼集熱器、２３…
小径管、３０……蒸発器、３３……小径管、４０
……容器、５０……蒸気管、６０……液還流管、
７０……熱交換器、８０……循環ポンプ、８１…
…リザーバータンク、８２，８３，８４，８５，
８６……開閉弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複数本のパイプからなる放熱兼集熱器が屋根面
   に設置されるとともに、熱交換用媒体を流通させ
   る容器の内部に複数本のパイプを配置してなる熱
   交換器が前記放熱兼集熱器より低い位置に設置さ
   れ、かつ放熱兼集熱器を構成するパイプの一方の
   端部と熱交換器を構成するパイプの一方の端部と
   が第１配管によつて連通されるとともに、これら
   のパイプの他方の端部同士が第２配管によつて連
   通されて密閉循環路が形成され、その密閉循環路
   の内部に温度および圧力の状態に応じて蒸発およ
   び凝縮を行なう凝縮性流体のみが封入され、さら
   に前記第２配管の中間部には、その第２配管中間
   部に対して並列状となるバイパス管路が設けら
   れ、そのバイパス管路には、凝縮性流体を圧送す
   るための循環ポンプと、凝縮性流体を貯留するリ
   ザーバータンクとが設けられており、さらに前記
   第２配管中間部およびバイパス管路には、前記バ
   イパス管路の循環ポンプとリザーバータンクとを
   密閉循環路から遮断した状態と、循環ポンプを密
   閉循環路に組入れるとともにその循環ポンプの吸
   入側にリザーバータンクを連通させた状態と、循
   環ポンプを密閉循環路に組入れかつリザーバータ
   ンクを循環ポンプから遮断した状態との３状態に
   切替えるための複数の弁が設けられていることを
   特徴とする屋根用融雪兼集熱装置。