JPH0532663B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

この発明は、太陽熱集熱兼用融雪装置等を対象
としたヒートパイプ式集熱兼放熱装置の構成に関
する。

【従来技術とその問題点】

積雪量の多い豪雪地帯では、家屋の屋根に降り
積もつた雪の除雪には殆どの場合に入手による雪
下ろし作業に頼つているのが現状であるが、この
雪下ろし作業は屋根の上に人が登つて作業を行う
ために危険でしかもかなりの重労働が強いられる
ことから、この雪下ろし対策が社会的な問題にも
なつている。 一方、かかる雪下ろし対策として、家屋の屋根
面に多数本の融雪ヒートパイプを分散敷設し、こ
のヒートパイプのボトムに形成した蒸発部へ地上
側から供給した熱媒の保有熱でヒートパイプ内に
封入されている作動媒体液に熱を与えることによ
り、ヒートパイプ内に行われる作動液の蒸発／凝
縮サイクルに伴う潜熱の授受によつて屋根に降り
積もつた雪を効率よく融雪するようにしたヒート
パイプ式融雪装置の開発が進められている。 しかしてこの方法は降雪時期しか稼働せず降雪
時期以外は設備が遊休状態となるので、年間を通
じての設備の稼働率が極めて低い。そこで前記の
ヒートパイプ融雪装置に付いて、同じヒートパイ
プを夏期等の降雪期以外の時期には太陽熱集熱装
置として利用するようにヒートパイプ群のトツプ
およびボトムの相互間をそれぞれ凝縮ヘツダ、蒸
発ヘツダで連接し、かつ凝縮ヘツダには集熱用通
水管、蒸発ヘツダには熱媒供給管をそれぞれ伝熱
的に配管し、運転モードの切換えにより同じヒー
トパイプで太陽熱の集熱と、放熱による融雪を行
うようにした太陽熱熱集熱兼用融雪装置が例えば
特開昭59−212643号にて提案されている。 しかして上記構成のヒートパイプ式集熱兼放熱
装置では、ヒートパイプの蒸発部と凝縮部とを独
立してヒートパイプの両端部に形成し、かつ蒸発
部、凝縮部毎に別々に独立した配管系の熱媒管を
設ける必要があり、しかも融雪を行う放熱モード
では集熱用の熱媒配管系が遊休状態になり、逆に
太陽熱集熱を行う集熱モードでは放熱用配管系が
遊休状態になる等、その利用性に対して設備全体
の構造、配管系が複雑になる問題が残る。

【発明の目的】

この発明は上記の点にかんがみなされたもので
あり、前記した従来装置の問題点を解決し、簡易
な配管系で集熱と放熱とが行えるように構成した
安価で運転管理も容易なヒートパイプ式集熱兼放
熱装置を提供することを目的とする。

【発明の要点】

上記目的を達成するために、この発明はヒート
パイプとの間で熱交換を行うように伝熱結合され
た熱媒管を、ヒートパイプ内に封入されている作
動媒体の液体と蒸気とが共存する箇所でその液相
部と気相部の双方にまたがつて伝熱的に配管し、
且つ、ヒートパイプの長手方向にわたりその内壁
面上にウイツクを装着するとともに、該ウイツク
の一部が液相部に浸漬されるように構成する。よ
つて、集熱モードでは気相部に接する熱媒管の面
域を通じてヒートパイプ側で集熱した熱と熱媒と
の間で熱交換を行つて熱媒を加熱し、放熱モード
では液相部に接する熱媒管の面域を通じて熱媒の
保有すると熱とヒートパイプ側の作動媒体との間
で熱交換を行つて作動媒体を加熱、蒸発すること
となる。従つて、ヒートパイプの凝縮部と蒸発部
とを一箇所に形成し、かつ同一の熱媒管を共用し
て集熱と放熱とを行うようにしてヒートパイプ、
熱媒管を含めた装置全体の構成の簡略化を図るよ
うにしたものである。

【発明の実施例】

以下この発明の実施例を図面により説明する。
まず第１図は当該ヒートパイプ集熱兼放熱装置を
太陽熱集熱兼融雪用として設備した装置全体の配
管系統を示すものであり、図中１は家屋の屋根面
上に沿い左右に並置して配管された多数本のヒー
トパイプである。ここで各ヒートパイプ１は屋根
面上に敷設した放熱、集熱兼用のフインとなる熱
伝導板２に伝熱的に取付けられており、かつその
ボトム側には各ヒートパイプ１の相互間を連通し
てヒートパイプの液溜部を兼ねたヘツダ管３が配
管されている。またこのヘツダ管３の内部にはヒ
ートパイプの作動媒体が作動液１１と蒸気１２が
共存できる程度の量だけ封入してあり、かつ作動
液１１の液面下には後述のようにヒートパイプ１
の長手方向に亙りその内壁面上に張り巡らしたウ
イツクの一端が浸つている。 一方、前記したヘツダ管３には符号４で示す熱
媒管が前記の作動液１１と作動蒸気１２、つまり
作動媒体の液相部と気相部との双方にまたがるよ
うに伝熱的に結合して配管されており、かつこの
熱媒管４は熱媒５１を収納した熱媒槽５２、熱媒
送流ポンプ５３、熱媒加熱用ボイラ５４の内蔵熱
交換器５５等を含めた閉ループの熱媒供給ライン
５に配管接続されている。また前記した熱媒槽５
２には熱利用系である給湯配管６の熱交換器６１
が配置されており、これらで太陽熱の集熱と融雪
を行うヒートパイプ式集熱兼放熱装置を構成して
いる。なお前記の熱媒としては水、あるいはエチ
レングリコール、プロピレングリコール水溶液等
の不凍性熱媒が採用される。 次に上記構成におけるヒートパイプ１、ヘツダ
管３、および熱媒管４の組合せ構造に付いての具
体的な実施例を以下に述べる。まず第２図および
第３図に示す実施例では、ヒートパイプ群のボト
ムを連接する液溜部を兼ねたヘツダ管３を軸方向
に貫通してその内部に熱媒管４が伝熱的に配管さ
れている。なお図中１３はヒートパイプ１に装備
したウイツクであり、その先端がヒートパイプ１
より引き出した上でヘツダ管３の内部で作動液１
１の液面下に浸つている。ここで図示のように熱
媒管４はヘツダ管３内でその下半分域がヒートパ
イプ１に封入されている作動媒体液１１内に浸漬
し、上半分が作動蒸気内に露呈するように液相部
と気相部との双方にまたがる位置に配管されてい
る。 次に上記構成による太陽熱集熱および融雪動作
に付いて説明する。まず融雪時期に屋根に降り積
もつた雪を融雪する場合には、第１図に示した熱
媒加熱用ボイラ５４を焚き、熱媒５１を０℃以上
のできるだけ高い温度に加熱した状態で熱媒送流
ポンプ５３により熱媒供給ライン５を通じて熱媒
５１を熱媒管４へ循環送流する。これによりヘツ
ダ管３の内部では作動液体１１に浸つている熱媒
管４の面域を通じて熱媒５１と作動液１１との間
で熱交換が行われ、熱媒の保有熱であらかじめヘ
ツダ管３内に封入されているアルコール、フレオ
ン等の降雪周囲温度で凍結しない不凍性の高い蒸
発性作動液１１を蒸発させる。これにより作動媒
体の蒸気１２はヒートパイプ１の内部空間へ向け
て拡散し、パイプ壁および熱伝導板２の板面を通
じて屋根に降り積もつた雪へ放熱して雪を融か
す。一方、放熱により凝縮、液化した作動液１１
はウイツク１３および内壁面を伝わつてパイプ内
を流下し、再びヘツダ管３に還流する。このよう
に作動媒体が蒸発／凝縮サイクルを繰り返すこと
により、熱媒加熱用ボイラ５４で熱媒５１に与え
た熱は凝縮潜熱の形でヒートパイプ１および熱伝
導板２を介して屋根に堆積した雪に放熱し、雪を
効率よく融かすようになる。 一方、降雪時期以外の時期に太陽熱集熱用とし
て運転する場合には、熱媒加熱用ボイラ５４を不
動作状態にした上で熱媒供給ライン５を通じて熱
媒を熱媒管４と熱媒槽５２との間で循環送流させ
る。この状態で太陽光が屋根の上に配管されたヒ
ートパイプ１、熱伝導板２に照射すると、太陽熱
によりヒートパイプ内のウイツク１３に含浸され
ている作動液１１が加熱、蒸発し、その蒸気１２
がパイプ内をヘツダ管３へ向けて拡散し、該ヘツ
ダ管内の気相部に露呈している熱媒管４の面域を
通じて作動蒸気１２と熱媒５１との間で熱交換
し、熱媒を加熱する。一方、この熱交換により凝
縮、液化した作動液１１は毛管力によつてウイツ
ク１３内を伝わつてヒートパイプ１の加熱部に還
流する。このように蒸発／凝縮サイクルを繰り返
すことにより熱媒管４内を通流する熱媒は作動媒
体の凝縮潜熱により加熱され、熱媒槽５２内に配
管した熱交換器６１を介して給湯系の水を湯に変
えて各種の用途先に給湯される。なお熱媒として
水を使用する場合には、熱媒槽５２から直接給湯
を得ることができる。しかも前記した熱媒管を含
めた熱媒供給ラインは集熱モードおよび放熱モー
ドに対して共用されるので、従来装置のように運
転モードの切換えの際に片方の熱媒配管系が遊休
状態になることがなく、したがつて配管系が簡単
となり、かつ保守を含めた運転管理も容易にな
る。 次に第２図、第３図に示した実施例と異なる別
の実施例に付いて述べる。まず第４図、第５図に
示す実施例では、熱媒管４がヘツダ管３を囲繞し
てその周域に同心的に配管された二重管構造とし
て成り、熱媒５１が内管のヘツダ管３と外管の熱
媒管４との間に通流される。これにより前述の実
施例と同様に熱媒管４の下半分がヘツダ管３内の
液相部に接し、上半分が気相部に接するようにな
る。 また第６図、第７図に示す実施例では、熱媒管
４がヘツダ管内の液相部と気相部との双方にまた
がるようにヘツダ管３の側方に一体結合して構成
されている。かかる構造によれば前記実施例と比
べて配管の製作が容易である。 さらに第８図、第９図に示す実施例では、液溜
部となるヘツダ管３の内部に配管された熱媒管４
の周面一部にヒートパイプ１から引き出したウイ
ツク１３が巻装されている。この実施例では、作
動液１１は殆ど全てがウイツク１３内に含浸保持
されており、したがつて熱媒管４はその軸方向で
交互に液相部と気相部にまたがつて接するように
なる。なお、ヘツダ管３に複数本のヒートパイプ
１が連通接続されている場合に一部のヒートパイ
プで液枯れが生じるのを防止するために、ヘツダ
管３の底部で軸方向に沿つてウイツクを敷設し、
各ヒートパイプの間でウイツク同士の相互間を結
合して作動液が相互に移動できるようにするのが
よい。またこの実施例ではヒートパイプ内の作動
液封入量はウイツク１３に含浸保持される程度で
よく前記の実施例に比べて厳密な液量の調整が必
要ない利点がある。 第１０図、第１１図はさらに異なる応用実施例
であり、この実施例では液溜部となるヘツダ管３
がヒートパイプ１の中間部に形成されており、前
記の各実施例と同様に作動して集熱、放熱を行う
ことができる。 また第１２図、第１３図に示した実施例は、先
に述べた各実施例のヒートパイプ群の代わりにヒ
ートパイプ１として平板状ヒートパイプを採用し
たものであり、かつその液溜部をヒートパイプの
トツプに形成してここに熱媒管４が貫通配管され
ている。この実施例における集熱モード、放熱モ
ードの際の蒸発／凝縮サイクルは前記の各実施例
と基本的に変わりなく、液化した作動液の還流の
仕方が異なるだけである。すなわち放熱モードで
はパイプ内で凝縮、液化した作動液１１がウイツ
ク１３の毛管力により液溜部に戻り、集熱モード
では液溜部で熱媒との熱交換で凝縮、液化した作
動液がウイツク１３の毛管力で一旦頂部まで吸い
上げられた後にパイプ内を重力により自然流下す
る。 なお上記実施例では太陽熱集熱兼用融雪装置へ
の適用に付いて述べたが、その用途はこれに限定
されるものではなく、それ以外の各種分野で熱回
収、放熱を行う装置に適用して実施することが可
能である。

【発明の効果】

以上述べたようにこの発明によれば、上記の構
成を採用した結果、集熱モードにおけるヒートパ
イプの凝縮部と、放熱モードにおける蒸発部とを
共通にして一箇所に形成し、さらにここに伝熱的
に配管した熱媒管を各運転モードで共用すること
ができ、かくしてヒートパイプ、熱媒管を含めた
装置全体の配管系を簡略化しつつ同じヒートパイ
プで集熱および放熱を行うことのできる安価でそ
の運転管理も容易なヒートパイプ式集熱兼放熱装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例によるヒートパイプ
式集熱兼放熱装置全体の系統図、第２図、第３図
は第１図におけるヒートパイプ部の具体的実施例
の構造を示す平面図およびその拡大断面図、第４
図および第５図、第６図および第７図、第８図お
よび第９図、第１０図および第１１図、第１２図
および第１３図はそれぞれ第２図および第３図の
実施例に対応する異なる実施例の構成を示す平面
図および断面図である。各図において、 １：ヒートパイプ、１１：作動媒体液、１２：
作動蒸気、１３：ウイツク、３：液溜部を兼ねた
ヘツダ管、４：熱媒管、５：熱媒供給ライン、５
１：熱媒、５４：熱媒加熱用ボイラ、６：熱利用
系の給湯配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヒートパイプへ熱媒供給ラインに接続された
   熱媒管を伝熱的に結合し、運転モードの切換えに
   よりヒートパイプを介して集熱および放熱を行う
   ヒートパイプ式集熱兼放熱装置において、前記熱
   媒管をヒートパイプ内に封入されている作動媒体
   の液体と蒸気とが共存する箇所でその液相部と気
   相部の双方にまたがつて伝熱的に配管し、且つ、
   前記ヒートパイプの長手方向にわたりその内壁面
   上にウイツクを装着するとともに、該ウイツクの
   一部が前記液相部に浸漬されるように配設されて
   成ることを特徴とするヒートパイプ式集熱兼放熱
   装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の集熱兼放熱装置
   において、熱媒管が作動媒体の液と蒸気とが共存
   するヒートパイプの液溜部を貫通してその内部に
   配管されていることを特徴とするヒートパイプ式
   集熱兼放熱装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の集熱兼放熱装置
   において、熱媒管が作動媒体の液と蒸気とが共存
   するヒートパイプの液溜部を囲繞してその外周側
   に同心的に配管されていることを特徴とするヒー
   トパイプ式集熱兼放熱装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の集熱兼放熱装置
   において、熱媒管が作動媒体の液と蒸気とが共存
   するヒートパイプの液溜部に隣接してその側方に
   配管されていることを特徴とするヒートパイプ式
   集熱兼放熱装置。 ５ 特許請求の範囲第２項記載の集熱兼放熱装置
   において、熱媒管の周面一部にヒートパイプ側か
   ら引き出した作動媒体液を含浸保持したウイツク
   が巻回されていることを特徴とするヒートパイプ
   式集熱兼放熱装置。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の集熱兼放熱装置
   において、ヒートパイプの液溜部がヒートパイプ
   にボトム、トツプ、中間部のいずれかに形成され
   ていることを特徴とするヒートパイプ式集熱兼放
   熱装置。 ７ 特許請求の範囲第２項ないし第６項の各項に
   記載の集熱兼放熱装置において、ヒートパイプの
   液溜部が並置配列した複数本のヒートパイプの相
   互管を連通するヘツダ管であることを特徴とする
   ヒートパイプ式集熱兼放熱装置。 ８ 特許請求の範囲第１項記載の集熱兼放熱装置
   において、ヒートパイプを家屋の屋根面上に敷設
   し、集熱モードで太陽熱の集熱を行い、放熱モー
   ドで屋根上に降り積もつた雪の融雪を行うことを
   特徴とするヒートパイプ式集熱兼放熱装置。