JPH0723839B2 - 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７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８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被加熱部に配置さ
れるヒートパイプと、管路体の出口側と連通して配置さ
れ、管路体内に温水を充満させると共に管路体内の温水
をオーバーフローさせて排出するオーバーフロー機構と
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、オーバーフロー機構により温水が管路
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、オーバーフ
ロー機構により管路体内に温水をオーバーフローさせて
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、（6
b）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
するポンプと、（11）はフィルタ、（12）は管路体
（８）の出口側と連通して配設され、管路体（８）内に
温水を充満させると共に管路体（８）内の温水をオーバ
ーフローさせて排出するオーバーフロー機構である。

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。オーバーフロー機構（12）により温水は管路
体（８）内に充満する。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。温度が低下した温水はオーバーフローされてオ
ーバーフロー機構（12）から排出されると同時にタンク
（７）内の高い温度の温水が送水管（９）を経て管路体
（８）に流入し管路体（８）内は常に温水が充満され
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）を温水を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、被加熱部（５）への温
水の熱輸送量が増大したときはポンプ（10）の送水量を
急激に増大させ、管路体（８）内の温度が低下した温水
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、被加熱部
（５）の負荷に応じてポンプ（10）による送水量を設定
するようにしてもよい。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（13）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（13）く開くことにより重力流
下により送水管（９）を経て管路体（８）内に流通され
る。オーバーフロー機構（12）により温水は管路体
（８）内に充満する。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。温度が低下した温水はオーバーフロ
ーされオーバーフロー機構（12）から排出されると同時
にタンク（７）内の高い温度の温水が送水管（９）を経
て管路体（８）に流入し管路体（８）内は常に温水が充
満される。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、被加熱部（５）への温
水の熱輸送量が増大したときには調整弁（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。ま
た、被加熱部（５）の負荷に応じて調整弁（13）による
送水量を設定す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所期の目的は達成でき
る。

また、第３図にしめすように、ポンプ（10）の駆動時間
が所定時間に達するとポンプ（10）を停止させると共に
ポンプ（10）の停止時間が所定時間に達するとポンプ
（10）を駆動させる制御装置（14）を設けたものであ
り、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、オーバーフロー機構（12）により管路体（８）
内に充満された状態で余剰の温水はオーバーフロー機構
（12）より排出される。そして、ポンプ（10）の駆動時
間が所定時間に達すると制御装置（14）によりポンプ
（10）が停止され、温水は管路体（８）内に充満された
状態で滞留する。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。また、一方、ポンプ（10）の停止時間が
所定時間に達すると制御装置（14）によりポンプ（10）
が駆動され、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、その管路体
（８）内に滞留している温度の低下した温水がオーバー
フロー機構（12）から排出される。ポンプ（10）の駆動
時間が所定時間に達すると制御装置（14）によりポンプ
（10）を停止させ、管路体（８）の内部に再び温水を充
満させた状態で滞留させる。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、ポンプ（10）を駆動してからの時間及びポン
プ（10）を停止してからの時間をそれぞれタイマーして
各所定時間に達すると制御装置（14）によりポンプ（1
0）を駆動、停止させるようにしてよい。

また、第４図に示すように、調整弁（13）を閉じると共
に調整弁（13）の閉状態が所定時間に達すると調整弁
（13）を開く制御装置（15）を設けたものであり、タン
ク（７）の内部に貯留された温水は調整弁（13）を開く
ことにより重力流下により送水管（９）を経て管路体
（８）に流通され、オーバーフロー機構（12）により管
路体（８）内に充満された状態で余剰の温水はオーバー
フロー機構（12）より排出される。そして、調整弁（1
3）の開状態が所定時間に達すると制御装置（15）によ
り調整弁（13）が閉じられ、温水は管路体（８）内に充
満された状態で滞留する。

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。ま
た、一方、調整弁（13）の閉状態が所定時間に達すると
制御装置（15）により調整弁（13）が開かれ、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）内に流通させ、その管路体（８）内に滞留してい
る温度の低下した温水がオーバーフロー機構（12）から
排出される。調整弁（13）の開状態が所定時間に達する
と制御装置（15）により調整弁（13）を閉じ、管路体
（８）の内部に再び温水を充満させた状態で滞留され
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）が開いてからの時間及び調整弁（1
3）が閉じてからの時間をそれぞれタイマーして各所定
時間に達すると制御装置（15）により調整弁（15）を開
閉させるようにしてもよい。

また、第５図に示すように、管路体（８）内の温水の温
度を検出する温度検出器（16）と、温度検出器（16）の
検出信号が一定温度以下のときポンプを駆動すると共に
温度検出器（16）の検出信号がある設定温度以上のとき
ポンプ（10）を停止する制御装置（17）を設けたもので
あり、タンク（７）の内部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、管路体（８）に充満された状態で余剰の温
水はオーバーフロー機構（12）から排出される。そし
て、管路体（８）内の温水の温度が温度検出器（16）に
より検出される。制御装置（17）は温度検出器（16）か
らのある設定温度以上の検出信号が入力されたときポン
プ（10）を停止させる。ポンプ（10）が停止されると、
温水は管路体（８）内に充満した状態で滞留される。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、制御装置（17）は温度検出器（16）からの一定温度
以下の検出信号を入力したときポンプ（10）を駆動す
る。ポンプ（10）を駆動するとタンク（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、その管路体（８）内に滞留している温度の低下した
温水がオーバーフロー機構（12）から排出され、時間の
経過に伴い管路体（８）内の温水の温度が上昇する。そ
して、制御装置（17）は温度検出器（16）からのある設
定温度以上の検出信号を入力したときポンプ（10）を停
止する。ポンプ（10）を停止すると管路体（８）内に温
水が再び充満された状態で滞留される。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、第６図に示すように、管路体（８）の温水の温度
を検出する温度検出器（16）と、温度検出器（16）の検
出信号が一定温度以下のとき調整弁（13）を開状態とす
ると共に温度検出器（16）の検出信号がある設定温度以
上のとき調整弁（13）を閉状態とする制御装置（18）を
設けたものであり、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）内に流通され、管路体
（８）に充満された状態で余剰の温水はオーバーフロー
機構（12）から排出される。そして、管路体（８）内の
温水の温度が温度検出器（16）により検出される。制御
装置（18）は温度検出器（16）からのある設定温度以上
の検出信号が入力されたとき、調整弁（13）を閉じる。
調整弁（13）が閉じられると温水は管路体（８）内に充
満した状態で滞留される。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、制御装置（18）は温度検出
器（16）からの一定温度以下の検出信号を入力したとき
調整弁（13）を開く。調整弁（13）が開くとタンク
（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、その管路体（８）内に滞留してい
る温度の低下した温水がオーバーフロー機構（12）から
排出され、時間の経過に伴い管路体（８）内の温水の温
度が上昇する。そして、制御装置（18）は温度検出器
（16）からのある設定温度以上の検出信号を入力したと
き調整弁（13）を閉じる。調整弁（13）が閉じると管路
体（８）内の温水が再び充満された状態で滞留される。
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。

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し得ること
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、管路体の出口側と連通して配置さ
れ、管路体内に温水を充満させると共に、管路体内の温
水をオーバーフローさせて排出するオーバーフロー機構
とを設け、温水源からの温水が管路体に流通され、オー
バーフロー機構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、オーバーフロー機構により管路体
内の温水をオーバーフローさせて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４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５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６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７
図は従来の熱交換装置を示す系統図、第８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、（10）はポン
プ、（12）はオーバーフロー機構、（13）は調整弁、
（14），（15）は制御装置、（16）は温度検出器、（1
7），（18）は制御装置である。 尚、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願昭63−212872 (32)優先日 昭63(1988)８月25日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願昭63−212873 (32)優先日 昭63(1988)８月25日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願昭63−212874 (32)優先日 昭63(1988)８月25日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ）

Claims (4)

【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と連通して配設され、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
   水をオーバーフローさせて排出するオーバーフロー機構
   とを備えたことを特徴とする熱交換装置。
2. 【請求項２】温水源からの温水が流通する管路体と、上
   記温水の流量を調整する流量調整手段と、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と連通して配設され、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オーバ
   ーフローさせて排出するオーバーフロー機構とを備えた
   ことを特徴とする熱交換装置。
3. 【請求項３】流量調整手段の駆動時間が所定時間に達す
   ると上記流量調整手段を停止させると共に上記流量調整
   手段の停止時間が所定時間に達すると上記流量調整手段
   を駆動させる制御装置を備えたことを特徴とする請求項
   第２項記載の熱交換装置。
4. 【請求項４】管路体内の温水の温度を検出する温度検出
   器と、上記温度検出器の検出信号が一定温度以下のとき
   流量調整手段を作動して温水を上記管路体内に供給する
   と共に上記温度検出器の検出信号がある設定温度以上の
   とき上記流量調整手段を作動して上記温水の供給を停止
   する制御装置とを備えたことを特徴とする請求項第２項
   記載の熱交換装置。