JPH0650232B2

JPH0650232B2 - 蓄熱型融雪装置

Info

Publication number: JPH0650232B2
Application number: JP2222169A
Authority: JP
Inventors: 格山本; 伸一杉原; 正孝望月; 昭太郎吉田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1990-08-22
Filing date: 1990-08-22
Publication date: 1994-06-29
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: JPH04103992A

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パイプを用いて、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ヒートパイプ６
と、前記第１ヒートパイプ６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ヒートパイプ６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ヒートパイプ６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ヒートパイプ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ほーとパイプ６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の値下
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ヒートパイプ６
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ヒートパイプ６の受熱部４か
ら蓄熱部５への熱輸送を行って蓄熱する。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、ほ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
ヒートバルブ２４が形成され、その上部をバルブＶ_１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Ｖ_２を介して集合管１９に接続されている。ま
た、前記ヒートバルブ２４は、配管を部分的に加熱して
気泡を発生させ、この気泡液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Ｖ_３を介して集合管２０に接続され、上部
はバルブＶ_４ヲ介して集合管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Ｖ_５を介
して集合管１９に、その上部をバルブＶ_６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Ｖ_７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Ｖ_８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Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_５，Ｖ
_８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、太陽熱の蓄熱を行なう場合には、２次ル
ープ側に連通するバルブＶ_５，Ｖ_６，Ｖ_７，Ｖ_８を閉じ
た状態で、バルブＶ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_４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２０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１７ａ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２
０に介設されたヒートバルブ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、降雪器が到来したら、先ず１次ループ
側に連通するバルブＶ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_４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
に作動液を、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と閉じる。次に、２次ループ側に
連通するバルブＶ_６，Ｖ_７を開き、ガス開きバルブ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Ｖ_５，Ｖ_８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
ープ型ヒートパイプが形成される。

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、ヒートバルブ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もの
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
パイプ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次ループ系の作動と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、２５……膨張タンク、Ｖ_１〜Ｖ_８……バル
ブ、Ｒ……路面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田昭太郎東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内審査官熊谷繁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。