JPH07101158B2 - 熱交換装置 - Google Patents

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、
一般的に高所から低所へ温水が流通するように配置され
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（6
a）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
手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、アンモニア等が封入されている。第４図は温水路
（２）の一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
蒸発潜熱として奪いヒートパイプ（６）内を通って放熱
部（6b）に移動する。ヒートパイプ（６）の放熱部（6
b）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）に凝縮潜熱
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、融雪水の温水路
（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、道路が長手方向
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、効率が良く信頼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非加熱部に配置さ
れるヒートパイプと、管路体の出口側に配置された開閉
弁と、開閉弁の開状態が所定時間に達すると開閉弁を閉
じると共に開閉弁の閉状態が所定時間に達すると開閉弁
を開く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、開閉弁を開状態が所定時間に達すると
制御装置により開閉弁が閉じられ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、開閉弁の閉状態が所定
時間に達すると制御装置により開閉弁が開かれ管路体か
ら温水を排出する。

〔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廃湯を利用
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、（6b）は放熱
部、（７）は例えば温水源（図示せず）である温泉地等
の廃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。（10）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、（11）はフィルタ、（12）は管路体（８）の出口側
に配置された開閉弁、（13）は開閉弁（12）の開閉状態
を検出する検出器、（14）は制御装置であり、検出器
（13）が開閉弁（12）の開状態を検出してからある設定
時間Ａに達すると開閉弁（12）を閉じ、温水源からの温
度の高い温水を管路体（８）内に滞留させる。そして、
検出器（13）が開閉弁（12）の閉状態を検出してからあ
る設定時間Ｂに達すると開閉弁（12）を開き、管路体
（８）内の温水を管路体（８）から排出させる。

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）に貯留された温水は
ポンプ（10）の起動により送水管（９）を経て管路体
（８）内に流通される。開閉弁（12）の開状態が検出器
（13）により検出され、その検出信号が制御装置（14）
に入力される。制御装置（14）は検出器（13）から検出
信号を受けてからある設定時間Ａに達すると開閉弁（1
2）を閉状態とするように動作する。開閉弁（12）が閉
じると、管路体（８）の内部には温水が充満する。管路
体（８）に温水が充満するとポンプ（10）を停止する。
ところで、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）に凝縮潜熱を放出する。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、温水の温度が低下する。一
方、検出器（13）により開閉弁（12）の閉状態が検出さ
れ、その検出信号が制御装置（14）に入力される。制御
装置（14）は検出器（13）からの検出信号を受けてから
ある設定時間Ｂ、例えば管路体（８）内の温水が所定温
度以下になる時間に達すると開閉弁（12）を開状態とす
るように動作する。開閉弁（12）が開くと、管路体
（８）内に充満している温度が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（10）の起動によ
りタンク（７）内の高い温度の温水が送水管（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。一方、検出器（13）により開閉弁（1
2）の開状態が検出され、その検出信号が制御装置（1
4）に入力される制御装置（14）はその検出信号を受け
てからある設定時間Ａ、例えば管路体（８）内の温水の
温度がある設定温度以上になる時間に達すると再び開閉
弁（12）が閉じて管路体（８）の内部に温水が再び充満
される。管路体（８）に温水が充満するとポンプ（10）
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℃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）の非開放により液体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、熱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。また道路が長手方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、温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（10）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（13）を開いた
ときにはポンプ（10）の送水量を急激に増大させ、ある
時間経過後、ポンプ（10）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でタンク
（７）内の高い温度の温水を置換させることができる。
尚、ポンプ（10）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（15）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（15）を開くことにより重力流
下によって、送水管（９）を経て管路体（８）内に流通
される。開閉弁（12）の開状態が検出器（13）により検
出されその検出信号が制御装置（14）に入力される。制
御装置（14）は検出器（13）から検出信号を受けてから
ある設定時間Ａに達すると開閉弁（12）を閉状態とする
ように動作する。開閉弁（12）が閉じると、管路体
（８）の内部には温水が充満する。管路体（８）に温水
が充満すると調整弁（15）を閉じる。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、温水の温度が低下する。一方、検出器（13）
により開閉弁（12）の閉状態が検出され、その検出信号
が制御装置（14）に入力される。制御装置（14）は検出
器（13）からの検出信号を受けてからある設定時間Ｂ、
例えば管路体（８）内の温水が所定温度以下になる時間
に達すると開閉弁（12）を閉状態とするように動作す
る。開閉弁（12）が開くと、管路体（８）内に充満して
いる温度が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（15）を開くことによりタンク（７）内
の高い温度の温水が送水管（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。一
方、検出器（13）により開閉弁（12）の開状態が検出さ
れ、その検出信号が制御装置（14）に入力される。制御
装置（14）はその検出信号を受けてからある設定時間
Ａ、例えば管路体（８）内の温水の温度がある設定温度
以上になる時間に達すると再び開閉弁（12）が閉じて管
路体（８）の内部に温水が再び充満される。管路体
（８）に温水が充満すると調整弁（15）を閉じる。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（15）は開、閉の２位置動作を行う場合に
ついて述べたが、調整弁（15）は例えば少くとも全開、
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域を調整でき
るようにしてもよい。即ち、開閉弁（12）を開いたとき
には調整弁（15）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（15）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良く
置換させることができる。

また、上記実施例では開閉弁の開閉状態を検出器により
検出し、検出してからのある設定時間により開閉弁を開
閉動作させる場合について述べたが、検出器を省略し、
制御装置からの開動作出力からのある設定時間及び制御
装置からの閉動作出力からのある設定時間をそれぞれタ
イマーに設定して開閉弁の開閉動作を行うようにしても
よく、上記実施例と同様の効果を奏する。

尚、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）からの温水を管路体（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（10）ある
いは調整弁（15）に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通り、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、管路体の出口側に配置された開閉
弁と、開閉弁の開状態が所定時間に達すると開閉弁を閉
じると共に開閉弁の閉状態が所定時間に達すると開閉弁
を開く制御装置を設け、温水源からの温水が管路体に流
通され、開閉弁の開状態が所定時間に達すると制御装置
により開閉弁が閉じられ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、開閉弁の閉状態が所定時間に達
すると制御装置により開閉弁が開かれ管路体から温水を
排出するようにしたので、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図はこの発明の一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、（８）は管路体、（10）は調整弁、（12）は開閉
弁、（14）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。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、上記管路体の出口側に配置された開閉弁と、
   上記開閉弁の開状態が所定時間に達すると上記開閉弁を
   閉じると共に、上記開閉弁の閉状態が所定時間に達する
   上記開閉弁を開く制御装置とを備えたことを特徴とする
   熱交換装置。
2. 【請求項２】温水の流通量は調整する調整手段を備えた
   ことを特徴とする請求項第１項記載の熱交換装置。