JPH08109607A - 未利用熱源使用融雪システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温の未利用熱源を使用しても、充分な融雪
能力を備える融雪システムを提供する。 【構成】 ループ型ヒートパイプの蒸発部１が未利用熱
源に配設されるとともに、凝縮部２が路面下に埋設さ
れ、蒸発部１から凝縮部２への作動流体の流路６に、圧
縮器１０を備える第１のバイパス流路１１が配設される
とともに、凝縮部２から蒸発部１への作動流体の流路９
に、膨張弁１２を備える第２のバイパス流路１３が配設
され、作動流体をこれらバイパス流路１１，１３に流通
させる制御手段が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、未利用の低温熱源、
例えば海水熱、河川水熱、下水熱および地熱等を使用し
て、路面上の融雪および路面の凍結防止を行う融雪装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】交通の安全性や日常生活の簡便性の確保
などの観点から、降雪量の多い地域での道路上の除雪は
必須である。そこで最近では、ヒートパイプを路面下に
布設して、路面上の融雪を行うことが提案されている。
この種のヒートパイプ式融雪装置では、温水ボイラー等
により所定温度に加熱された温水でヒートパイプの蒸発
部を加熱し、そのヒートパイプに封入されている作動流
体を蒸発させ、この蒸気が凝縮部へ移動する。そして凝
縮部では、作動流体の蒸気が、熱輸送してきた蒸発潜熱
を放出して凝縮し、液相の作動流体に戻って、再び蒸発
部に還流する。このとき、路面下に配設された凝縮部か
ら放出された熱によって、路面上の融雪および路面の凍
結防止が行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記従来の
ヒートパイプ式融雪装置は、冬季期間中、温水ボイラー
等を連続的に運転しなければならず、そのため温水ボイ
ラー等のランニングコストが高くなるという欠点を有し
ていた。そこで、現在利用されていない低温の熱源、例
えば、海、河川、下水や地下等に、ヒートパイプの蒸発
部を配設して、これらの熱を輸送して融雪を行うことが
考えられるが、多量の積雪を迅速に融雪するだけの熱エ
ネルギーをヒートパイプの凝縮部に供給することができ
ないおそれがあった。

【０００４】この発明は、上記の事情を背景としてなさ
れたもので、低温の未利用熱源を利用しても、充分な融
雪能力を備える融雪システムを提供することを目的とす
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載された発明は、実質的に凝縮性作
動流体のみが封入されたループ型ヒートパイプの蒸発部
が未利用熱源に配設されるとともに、凝縮部が路面下に
埋設され、蒸発部から凝縮部への作動流体の流路に、圧
縮器を備える第１のバイパス流路が配設されるととも
に、凝縮部から蒸発部への作動流体の流路に、膨張弁を
備える第２のバイパス流路が配設され、作動流体をこれ
らバイパス流路に流通させる制御手段が設けられている
ことを特徴とするものである。

【０００６】また、請求項２に記載された発明は、実質
的に凝縮性作動流体のみが封入されるとともに、未利用
熱源に配設される蒸発部と、路面下に埋設される凝縮部
とを備えたヒートパイプと、未利用熱源を利用するヒー
トポンプと、このヒートポンプにより加熱される高温流
体が循環する循環配管と、ヒートポンプと高温流体の循
環とを動作させる制御手段とを有し、循環配管が凝縮部
とほぼ隣接するよう配設されていることを特徴とするも
のである。

【０００７】

【作用】請求項１に記載された発明の融雪システムは、
通常、ヒートパイプとして動作して、未利用熱源の熱エ
ネルギーを作動流体の蒸発潜熱として輸送し、融雪を行
う。ここで、凝縮部で多量の融雪を行う場合、制御手段
が、第１のバイパス流路と第２のバイパス流路とに作動
流体を流通させる。すると、蒸発部で気化した作動流体
は、圧縮器で圧縮され、その内部エネルギーが増大す
る。したがって、凝縮部で凝縮する際に、単位質量あた
りの作動流体が放出する熱エネルギーが増大する。言い
換えると、圧縮器が作動流体に与えらた機械的エネルギ
ーを熱エネルギーとして放出する。また、バイパス流路
に動作流体が流通しているときは、このヒートパイプは
逆ランキンサイクルとなるため、通常のヒートパイプと
して動作時に比べて、凝縮部における作動流体は高温高
圧状態になるとともに、蒸発部における作動流体は低圧
状態になる。そのため、作動流体の気化ならびに凝縮が
促進されるので、単位時間あたりの熱輸送量が増大す
る。

【０００８】請求項２に記載された発明によれば、通
常、ヒートパイプのみが動作して、路面に熱エネルギー
を供給して融雪等を行う。ここで、ヒートパイプにより
輸送される熱エネルギーが不足した場合、制御手段がヒ
ートポンプと高温流体の循環と行う。すなわち、ヒート
ポンプは、ヒートパイプの熱輸送量を補助するよう動作
する。つまり、ヒートポンプは必要以上に駆動されるこ
となく、融雪に必要な熱エネルギーを路面に常時供給す
る。

【０００９】

【実施例】まず、この発明の第１実施例を図１および図
２を参照して説明する。この第１実施例は、河川水を熱
源とする融雪システムの例であり、真空脱気した後、フ
ロン２２（ＣＨＣｌＦ₂ 、以下、Ｒ２２という）からな
る作動流体とが封入されたヒートパイプの蒸発部１が河
川中に配設されるとともに、凝縮部２が融雪を必要とす
る路面下に埋設さている。この凝縮部２は略平行に配置
される２本のヘッダー管３，４を有し、これらヘッダー
管３，４の間に多数本の凝縮管５が接続されている。そ
して一方のヘッダー管３が、配管６と自動弁７とを介し
て、蒸発部１に接続され、他方のヘッダー管４は、自動
弁８が設けられた液戻り管９に接続されている。この液
戻り管９は、蒸発部１内部の先端付近まで挿入されてい
る。すなわち、この第１実施例のヒートパイプは、長尺
の蒸発部１の内部に液戻り管９を備えた２重管式のもの
であり、ヒートパイプの全体が閉ループ状に構成され
て、河川水の熱エネルギーを凝縮部２に輸送するもので
ある。

【００１０】ここで、蒸発部１から凝縮部２へ連通する
配管６には、自動弁７と並列となるように圧縮器１０が
配設されたバイパス管１１が設けられており、また、凝
縮部２から蒸発部１へ連通する液戻り管９には、自動弁
８と並列となるように膨張弁１２が配設されたバイパス
管１３が設けられている。そして、スノーセンサーもし
くは路面温度センサーからの信号が入力される制御装置
（それぞれ図示せず）により、圧縮器１０および自動弁
７，８が動作するよう構成されている。

【００１１】この第１実施例の動作につき説明する。前
記各種センサーにより路面の状況を感知して、路面の凍
結を防止する場合や、少量の積雪を融雪する場合には、
制御装置により自動弁７，８が開き、第１実施例の融雪
システムは、ループ型ヒートパイプとして動作する。す
なわち、蒸発部で気化したＲ２２のガスは、配管６を通
り、凝縮部２に移動して、熱エネルギーを放出し、凝縮
して液相に戻り、液戻り管９を介して蒸発部１に還流す
る。つまり、外部から一切動力を必要とせず、路面下に
配設された凝縮部２から放出される熱エネルギーによっ
て、路面上の融雪および凍結防止が行われる。例えば、
河川水の温度が１０〜１５℃であるとき、凝縮部２内部
のＲ２２の温度が８〜１０℃になる。

【００１２】また、多量の積雪を融雪する場合には、制
御装置により自動弁７，８が閉じられるとともに、圧縮
器１０が動作する。すなわち、蒸発部１で気化したＲ２
２のガスは、圧縮器１０により、圧力・温度が共に上昇
する。つまり、Ｒ２２のガスは、内部エネルギーが増大
され、凝縮部２に輸送される。このＲ２２のガスは、凝
縮部２で熱エネルギーを放出して液相に戻る。液相に戻
ったＲ２２は、バイパス管１３すなわち膨張弁１２を介
して、その圧力が下降してから、蒸発部１へ還流する。

【００１３】この様子をＰ−ｈ線図で図２に示す。これ
を簡単に説明すると、蒸発部１で気化したＲ２２は、圧
縮器１０により、Ｒ２２の高圧気化ガス（以下、ＨＰＶ
という）として凝縮部２に供給され、凝縮部２で凝縮し
たＲ２２の高圧液（以下、ＨＰＬという）は、膨張弁１
２により、Ｒ２２の低圧液（以下、ＬＰＬという）とし
て蒸発部１に還流し、蒸発部１で低圧気化ガス（以下、
ＬＰＶという）として気化する。凝縮部２に導入される
ＨＰＶは、約３０℃の高温高圧状態であり、蒸発部１に
還流するＬＰＬは、低圧状態となっている。そのため、
蒸発部１および凝縮部２におけるＲ２２の気化および凝
縮の速度が高まる。したがって、単位時間あたりの熱エ
ネルギー輸送量が増大する。また、凝縮部２におけるＨ
ＰＶの凝縮は、圧縮器１０に与えられた機械的エネルギ
ーも併せて放出するので、その分、放出熱エネルギー量
が増大する。さらに、圧縮器１０の動作時には、この融
雪システムは、ヒートポンプとして機能するため、未利
用熱源の温度が低下していても、凝縮部に安定して熱エ
ネルギーを供給することができる。

【００１４】つぎに、この発明の第２実施例を図３を参
照して説明する。この第２実施例は、下水を熱源とする
融雪システムの例である。この第２実施例における蒸発
部１は、下水路と連通するコンクリート製の箱（コンク
リートピット）１４の内部に、腐食しないようポリエチ
レンによって皮膜されたステンレス製のコルゲート管１
５が螺旋状に配置されて構成されている。また、凝縮部
２の凝縮管５は、路面下に蛇行するよう配設されてい
る。その他の構成は、第１実施例と同様である。したが
って、この第２実施例も第１実施例と同様に動作する。

【００１５】また、この発明の第３実施例を図４を参照
して説明する。この第３実施例は、地熱を熱源とする融
雪システムの例である。この第３実施例は、上記説明し
た第１および第２実施例とは異なり、ヒートパイプによ
る融雪と、ヒートポンプによる融雪とを並行して行うよ
うに構成した融雪システムである。

【００１６】まず、ヒートパイプによる融雪システムに
ついて説明する。ヒートパイプ１６の蒸発部１は、地表
から下方に向けて掘削された掘削孔１７の内部に配設さ
れるとともに、凝縮部２の凝縮管５は、第２実施例と同
様に路面下に蛇行するよう配設され、ヒートパイプ１６
は全体として閉ループ状に構成されている。また、この
ヒートパイプ１６には、制御装置に開閉される自動弁１
８が設けられていて、融雪を必要としない時には、作動
流体を循環させずに、地熱を蓄えるよう構成されてい
る。

【００１７】つぎに、ヒートポンプによる融雪システム
について説明する。この融雪システムは、地熱を取り出
すヒートポンプ１９と、このヒートポンプ１９により加
熱される不凍液が循環する不凍液配管２０とを備えてい
る。ヒートポンプ１９は、掘削孔２１内部に配設される
コイル型の蒸発器２２から、配管２３およびコールドレ
シーバー２４および圧縮器１０を介して、凝縮器２５に
連通するよう構成されており、また、凝縮器２５から、
配管２６および膨張弁１２およびコールドレシーバー２
４およびポンプ２７を介して蒸発器２２に連通するよう
構成されている。

【００１８】一方、不凍液配管２０は、凝縮器２５で熱
交換して加熱されるよう構成されるとともに、ブライン
ポンプ２８が配設されている。そして、この不凍液配管
２０は、ヒートパイプ１６の凝縮管５とほぼ平行に所定
間隔で対向するよう、路面下に配設されている。言い換
えると、不凍液配管２０とヒートパイプ１６の凝縮管５
とは、路面下に、ほぼ隣接するよう配設されている。こ
れらヒートポンプ１９および不凍液の循環、すなわち圧
縮器１０およびポンプ２７ならびにブラインポンプ２８
の動作も前記制御装置に制御されるよう構成されてい
る。

【００１９】以下、この第３実施例の動作につき説明す
る。路面の凍結を防止する場合や、少量の積雪を融雪す
る場合には、制御装置により自動弁１８が開いてヒート
パイプ１６のみが動作する。当然、このとき外部からの
動力を一切必要としない。そして、多量の積雪を融雪す
る場合には、制御装置により、ヒートポンプ１９の圧縮
器１０およびポンプ２７と、不凍液配管２０のブライン
ポンプ２８とが動作する。したがって、ヒートパイプ１
６とヒートポンプ１９とが同時に動作して、路面上の融
雪を行う。つまり、ヒートポンプ１９は、ヒートパイプ
１６による熱輸送量を補助して、路面上の融雪に必要な
熱エネルギーを供給する。

【００２０】このとき、不凍液配管２０を循環する不凍
液は、路面下に導入される入口付近で多くの熱エネルギ
ーを放出するので、路面下では不凍液の温度は均一にな
らないが、不凍液配管２０と隣接して配設されるヒート
パイプ１６の均温特性により、路面の温度を均一にする
ことができ、路面上の融雪が均一に行われる。したがっ
て、前記出口付近における不凍液による融雪を充分に行
うために、不凍液の流量を増大させる必要がなくなり、
不凍液の増大に伴う各種のコスト増大を招くおそれがな
くなっている。

【００２１】なお、この発明は上記各実施例に限定され
ることはなく、低温の未利用熱源を利用、例えば河川と
下水とを熱源とする融雪システムを組み合わせて使用す
ること等ができることはいうまでもない。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載された発明によれば、路面の凍結防止や少量の
融雪を行う場合には、ヒートパイプとして動作するた
め、外部から動力等を導入する必要がなく、ランニング
コストが低減される。また、多量の融雪を行う場合に
は、圧縮器および膨張弁が動作して、低温の未利用熱源
から充分に熱エネルギーを輸送することができる。当
然、路面上の融雪を均一に行うことができる。

【００２３】請求項２に記載された発明によれば、通
常、ヒートパイプのみが動作するため、ランニングコス
トが低減される。また、多量の融雪を行う場合には、ヒ
ートポンプによる融雪が、ヒートパイプによる融雪を補
助するよう動作するため、充分な融雪能力を備えること
ができる。このときも、路面上の融雪を均一に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す概略図である。

【図２】第１実施例におけるＰ−ｈ線図を示した図であ
る。

【図３】この発明の第２実施例を示す概略図である。

【図４】この発明の第３実施例を示す概略図である。

【符号の説明】

１…蒸発部、 ２…凝縮部、 ７，８…自動弁、 １０
…圧縮器、 １１…バイパス管、 １２…膨張弁、 １
３…バイパス管、 １６…ヒートパイプ、 １９…ヒー
トポンプ、 ２０…不凍液配管、 ＨＰＶ…高圧気化ガ
ス（High Presure Vapor）、 ＨＰＬ…高圧液（High P
resure Liquid ）、 ＬＰＶ…低圧気化ガス（Low Pres
ure Vapor ）、 ＬＰＬ…低圧液（Low Presure Liqui
d）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 幹幸 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実質的に凝縮性作動流体のみが封入され
   たループ型ヒートパイプの蒸発部が未利用熱源に配設さ
   れるとともに、凝縮部が路面下に埋設され、蒸発部から
   凝縮部への作動流体の流路に、圧縮器を備える第１のバ
   イパス流路が配設されるとともに、凝縮部から蒸発部へ
   の作動流体の流路に、膨張弁を備える第２のバイパス流
   路が配設され、作動流体をこれらバイパス流路に流通さ
   せる制御手段が設けられていることを特徴とする未利用
   熱源利用融雪システム。
2. 【請求項２】 実質的に凝縮性作動流体のみが封入され
   るとともに、未利用熱源に配設される蒸発部と、路面下
   に埋設される凝縮部とを備えたヒートパイプと、未利用
   熱源を利用するヒートポンプと、このヒートポンプによ
   り加熱される高温流体が循環する循環配管と、ヒートポ
   ンプと高温流体の循環とを動作させる制御手段とを有
   し、循環配管が凝縮部とほぼ隣接するよう配設されてい
   ることを特徴とする未利用熱源使用融雪システム。