JPH0723838B2 - 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に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（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）に濃縮潜熱を放
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点があっ
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、管路
体内に温水を充満させると共に管路体内の温水を排出さ
せる開閉弁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、開閉弁を閉状態とすることにより温水
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
弁を開状態とすることにより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図は例えば温泉地等の廃湯を温水源として利用
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、閉状態のとき管路体（８）内に温水を充満
させると共に開状態のとき管路体（８）内の温水を排出
する開閉弁である。

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）は管路体（８）より
上方、即ち、路面（５）より数ｍ程度の高所に配置され
る。タンク（７）の内部に貯留された温水はポンプ（1
0）の起動により送水管（９）を経て管路体（８）に流
通される。開閉弁（12）を閉状態とすると温水は管路体
（８）内に充満する。管路体（８）に温水が充満すると
ポンプ（10）を停止する。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。温水の温度が低下し過ぎない時点で開閉弁（1
2）を開状態とすると管路体（８）内に充満している温
度が低下した温水が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）
内の温度が上昇する。温水の温度がある温度以上に達す
る時点で再び開閉弁（12）を閉状態とすると管路体
（８）の内部に高い温度の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
開放により液面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、温水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（12）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ときに効率良く
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。

又、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
（13）を配設したものであり、タンク（７）の内部に貯
留された温水は調整弁（13）を開くことによって重力流
下により送水管（９）を経て管路体（８）に流通され
る。開閉弁（12）を閉状態とすると温水は管路体（８）
内に充満する。管路体（８）に温水が充満すると調整弁
（13）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。温水の温度が低下し過ぎない時点で開閉
弁（12）を閉状態すると管路体（８）内に充満している
温度が低下した温水が排出されると同時に調整弁（13）
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）内の温度が上昇する。温水の温度がある温度以上
に達する時点で再び開閉弁（12）を閉状態とすると管路
体（８）の内部に高い温度の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（13）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（13）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（13）は例えば少なくとも全
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減を調整
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（13）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（13）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度とタン
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。

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（13）を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初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そうする。

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、管路
体内に温水を充満させると共に管路体内の温水を排出す
る開閉弁とを設け、開閉弁を閉状態とすることにより温
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
閉弁を開状態にすることにより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図はこの発明の別の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、（７）はタンク、（８）は管路体、（12）は開閉弁
である。 尚、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、上記管路体
   内に温水を充満させると共に上記管路体内の温水を排出
   させる開閉弁とを備えたことを特徴とする熱交換装置。
2. 【請求項２】温水の流通量を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。