JPH09189006A - ヒートパイプ式融雪装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気象状況、路面状況に応じた熱量に調節し、
効率よくかつ確実に融雪できる融雪装置を提供する。 【解決手段】 融雪面１８の直下にヒートパイプ３が布
設されている。ヒートパイプ３の一端部が流体循環路８
内の流体と熱交換可能に配設されている。自然エネルギ
ーによる第一の加熱源と人工エネルギーによる第二の加
熱源とが流体循環路８に介在されている。融雪面１８の
状況を検出する複数のセンサーが設けられている。その
センサーからの出力信号に応じて第二の加熱源を流体の
加熱に選択的に関与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】

【発明の属する技術分野】この発明は、ヒートパイプを
利用して融雪を行う融雪装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車道や歩道等の除雪は、冬季の交通手段
を確保する上で特に重要であるが、これらの路面は自然
環境下に直接晒されているうえに、対象とする面積が広
いために、人力による除雪を行うとすれば多大の労力と
時間とを要する。

【０００３】そこで従来、雪を溶かして除雪するにあた
り、ヒートパイプを用いた融雪装置が用いられている。
その融雪装置は、ヒートパイプの凝縮部（放熱部）を地
表面の直下に、該地表面とほぼ平行に布設し、熱源から
の熱によりヒートパイプの蒸発部となる一端部が加熱昇
温され、ヒートパイプがその作動流体の潜熱として地表
面直下の広い範囲に亘って熱を分散供給することによ
り、融雪を行うものである。そしてそのヒートパイプ式
融雪装置を路面融雪装置として稼働させるための熱源と
しては、主にボイラーや、源泉（廃湯）が用いられてい
る。

【０００４】ボイラーを熱源とする場合には、予め融雪
地域の気象データにより算出した運転定格容量でボイラ
ーが作動され、そのボイラーで発生させた熱を輸送する
流体がポンプにより循環されることにより、ヒートパイ
プの蒸発部が加熱される。

【０００５】なお、ボイラーやポンプ等のスイッチの切
り替え方式としては、手動方式または自動方式がある。
手動方式の場合は、作業員が気象状況などを判断して、
融雪装置のボイラーやポンプのスイッチの切り替えるも
のであり、これに対して、自動方式の場合は、降雪セン
サーや路面温度センサーなどにより気象状況を判断し
て、スイッチを自動的に切り替えるものである。

【０００６】またボイラーに替えて、源泉（廃湯）を熱
源とする場合には、道路の両側または片側に溝が設ら
れ、その溝にヒートパイプの蒸発部となる一端部を挿入
し、その溝を流れる源泉（廃湯）によって、そのヒート
パイプの蒸発部となる一端部が加熱されるようになって
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
手動切り替え方式では、作業員が路面状況や気象状況を
判断して融雪装置のスイッチを切り替えるので、これを
行う作業員の手に融雪装置の作動制御を頼ることにな
り、判断ミスから、融雪が必要なときに稼働されなかっ
たり、またその逆に不必要な場合に稼働する恐れがあっ
た。そのため効率的な運転を望むことは難しかった。こ
れに対して自動方式では、その熱源となるボイラーの熱
量すなわち運転出力を気象状況や路面状況に応じて調節
することはできず、その装置を設置する地域の１２月〜
１月の最低気温、積雪量、風速の平均から算出して熱量
が設定されているため、どんな状況にあっても常に同出
力で稼働させている。

【０００８】そのため、平均気象状況以下で融雪装置が
稼働した場合、ボイラーはその状況に対して必要以上の
熱量を出力することとなり、その分、燃料を消費してし
まい、結局、少量の積雪量であってもその積雪量に対し
ては過剰な熱量を出力するため、効率が悪い。

【０００９】また熱源として源泉（廃湯）を用いた場
合、必要とする熱量を安定して確保することが難しいう
えに、源泉（廃湯）の持つ温度や流量等に融雪能力が制
約されてしまう不都合がある。

【００１０】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、熱源からの熱量を、融雪する箇所の気象状況およ
び路面状況に応じて調節し、効率よくかつ確実な融雪を
行う融雪装置を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するためにこの発明は、融雪面直下にヒートパ
イプが布設されるとともに、そのヒートパイプの一端部
が流体循環路内の流体と熱交換可能に配設されたヒート
パイプ式融雪装置であって、自然エネルギーによる第一
の加熱源と人工エネルギーによる第二の加熱源とが前記
流体循環路に介在されるとともに、前記融雪面の状況を
検出する複数のセンサーが設けられ、そのセンサーから
の出力信号に応じて前記第二の加熱源を前記流体の加熱
に選択的に関与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。

【００１２】このヒートパイプ式融雪装置は、少なくと
も二つの加熱源を備えており、自然エネルギーと人工エ
ネルギーとによって流体を加熱し、その流体がヒートパ
イプの一端部に熱を輸送することにより、ヒートパイプ
を介した融雪が行われる。その人工エネルギーによる第
二の加熱源は、常時は、流体の加熱に関与していず、セ
ンサーの出力信号に基づいて制御手段によって制御され
て流体の加熱に関与する。具体的には、降雪や温度低下
などがセンサーによって検出されることにより、第二の
加熱熱源が前記流体を加熱する。したがって第一の加熱
源による熱量の不足を補うことができ、また人工エネル
ギーを不必要に消費することがないので、ランニングコ
ストを下げることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の一実施例を図１
ないし図２に基づいて説明する。まず、この実施例で
は、融雪面を路面１８とし、自然エネルギーとなる第一
の加熱源としては源泉１（廃湯）が使用され、人工エネ
ルギーとなる第二の加熱源としては電気もしくは燃焼熱
を利用するボイラー２が使用されている。また流体循環
路８内の流体の一例として、不凍液５が使用されてい
る。

【００１４】この実施例のヒートパイプ式融雪装置は、
図２（ａ）に示すように、複数本のヒートパイプ３が路
面１８の直接的な加熱手段として用いられており、これ
らのヒートパイプ３が路面１８の直下に埋設されてい
る。なお、これらのヒートパイプ３は、凝縮部４となる
一端部が蒸発部６となる端部より高い位置となるように
僅かに傾斜して配置されている。この蒸発部６となる端
部には循環ヘッダー２１が備えられており、その循環ヘ
ッダー２１には、不凍液５が循環する流体循環路８が接
続されている。すなわち前記蒸発部６となる端部が不凍
液５と熱交換可能に配設されている。

【００１５】図１にこの実施例の融雪装置における全体
的な系統図を示す。熱源となる源泉（廃湯）１と前記不
凍液５との間で熱授受させるための熱交換器９が設けら
れており、この熱交換器９には、前記流体循環路８の他
に源泉１を流通させる配管７が接続されている。したが
ってこの熱交換器９がこの発明の第一の加熱源に相当し
ている。この熱交換器９に接続されて前記流体循環路８
のうち、熱交換器９からの流出側の管路には、この発明
の第二の加熱源に相当するボイラー２が介在されてい
る。またこのボイラー２から前記ヒートパイプ３の循環
ヘッダー２１に至る間には不凍液５を循環流動させるた
めの循環ポンプ１０が介在されている。

【００１６】さらに前記ボイラー２および循環ポンプ１
０を制御するための制御装置１１が設けられており、こ
の制御装置１１には、降雪や温度などの路面１８の状況
を検出して信号を出力する複数のセンサーが接続されて
いる。そのセンサーとしては、降雪の有無を検出する降
雪センサー１２、積雪量を検出する積雪量センサー１３
および積雪量センサー１４、融雪面となる路面の温度を
検出する温度センサー１５、融雪面となる路面の水分を
検出する水分センサー１６、大気の温度を検出する気温
センサー１７が使用されており、融雪面となる路面１８
の上側に配置されている。

【００１７】上記のように構成されたヒートパイプ式融
雪装置は、通常時には、まず、熱交換器９で源泉（廃
湯）１の保有熱により不凍液５が加熱される。そして、
加熱された不凍液５が循環ポンプ１０により、ヒートパ
イプの蒸発部となる一端部に備えられた循環ヘッダー２
１内に循環されるとともに、その不凍液５の熱がヒート
パイプ３に伝達される。しかし、路面１８の状況によっ
ては、第一の加熱源に相当する源泉（廃湯）１の熱量が
不足することがあり、その場合には、前記不凍液５をさ
らに加熱する手段として設けられた第二の加熱源に相当
するボイラー２を作動し、熱を供給し熱量の不足を補っ
ている。このように熱を供給するシステムを制御装置１
１が制御している。

【００１８】その制御方式は、複数のセンサーの出力信
号から、システムの運転モードを切り替えるものであ
り、その運転モードとしては、多雪、中雪、少雪の３つ
がある。制御装置１１で決定した運転モードにより、融
雪装置が稼働し、ヒートパイプ３の蒸発部となる一端部
が加熱昇温されると、図２（ａ）に示すように、ヒート
パイプ３の凝縮部（放熱部）４となる端部が、路面１８
の直下に、かつ該路面１８とほぼ平行に布設されている
から、ヒートパイプが作動流体の潜熱として地表面の直
下の広い範囲に亘って熱を分散供給することになり、融
雪が行われる。

【００１９】ヒートパイプ３内では、図２（ｂ）に示す
ように、蒸発部６の作動流体２０に熱が伝わり蒸発す
る。気化した作動流体２０は、ヒートパイプ３の凝縮部
４に流動し、その周囲の温度が低いためにここで放熱し
て凝縮する。このように熱がヒートパイプ３内の作動流
体２０によって路面１８に伝達されるため、路面１８上
の雪は、その熱によって溶かされ、除雪される。その場
合、ヒートパイプ３のコンテナ１９の上端側の所定長さ
の部分である凝縮部４が路面１８の直下で、かつほぼ平
行に布設されているから、その長い凝縮部４の全長に亘
る表面の全体が放熱面を形成し路面１８を加熱すること
ができる。

【００２０】一方、ヒートパイプ３の凝縮部４において
液化した作動流体２０は、コンテナ１９の壁面を蒸発部
６に向けて流動する。そして蒸発部６において、加熱さ
れた不凍液５から熱を受けて再度蒸発し、その蒸気が凝
縮部４に向けて流動する。このような作動流体２０によ
る熱輸送サイクルにおいては、前記各センサーからの出
力信号を制御装置１１が受け、その制御装置１１から循
環ポンプ１０およびボイラー２の作動停止の指示が出力
されるまで、不凍液５が加熱および循環され融雪が継続
される。

【００２１】この実施例の融雪装置の制御すなわちボイ
ラー２と循環ポンプ１０との制御は、降雪センサー１
２、積雪量センサー１３、積雪量センサー１４、温度セ
ンサー１５、水分センサー１６、気温センサー１７の出
力信号より制御装置１１内で行われており、図３に示す
ように融雪装置の運転を切り替えている。

【００２２】この実施例で用いる各センサーは、以下の
条件のとき制御装置１１に信号を出力する。

【００２３】降雪センサー１２ …降雪有り。

【００２４】積雪量センサー１３ …積雪量が所定量ａ
以上。

【００２５】積雪量センサー１４ …積雪量が所定量ｂ
以上（ａ＜ｂ）。

【００２６】温度センサー１５ …路面温度１℃以下。

【００２７】水分センサー１６ …路面に水分有り。

【００２８】気温センサー１７ …気温２℃以下。

【００２９】上記センサーの信号により、制御装置１１
は、融雪に必要な熱量を判断し、循環ポンプ１０および
ボイラー２の作動を制御する。

【００３０】この実施例の装置の運転を制御する制御装
置１１内での制御内容は、図３に示すように、まず、ス
テップ１で、降雪の有無が判定される。降雪が有ること
により降雪センサー１２が信号を出力していると、ステ
ップ２で、積雪量が判定される。積雪量が所定量ａ以上
であることにより、積雪量センサー１３が信号を出力し
ていると、さらにステップ３で、積雪量が判定される。
積雪量が所定量ｂ以上であることにより積雪量センサー
１４が信号を出力していると、ステップ４の多雪運転モ
ードに決定される。多雪運転モードと決定されると、ス
テップ５で循環ポンプの作動が指示されるとともに、ス
テップ６でボイラー２を高出力運転とするよう指示され
る。その結果、不凍液５は、源泉（廃湯）１によって加
熱されたうえに、ボイラー２において多量の熱が加えら
れて、さらに加熱されるとともに循環される。

【００３１】また、ステップ３で、積雪量が所定値ｂ未
満であることにより積雪量センサー１４が信号を出力し
ないと、ステップ７の中雪運転モードに決定される。中
雪運転モードと決定されると、ステップ８で循環ポンプ
の作動が指示されるとともに、ステップ９でボイラー２
を低出力運転とするように指示される。その結果、不凍
液５は、源泉（廃湯）１に加熱されたうえに、ボイラー
２において少量の熱が加えられて、さらに加熱されると
ともに循環される。

【００３２】さらに、ステップ２で積雪量が所定量ａ未
満であることにより積雪量センサー１３が信号を出力し
ないと、ステップ１０の少雪運転モードに決定される。
少雪運転モードと決定されると、ステップ１１で、循環
ポンプの作動が指示される。しかし、ステップ１２で
は、ボイラー２に作動の指示はされず、熱交換器９で伝
達された源泉（廃湯）１の保有熱のみが循環されること
になる。

【００３３】そして、ステップ１で降雪が無いことによ
り降雪センサー１２が信号を出力しないと、降雪無しと
判断され、ステップ１３で路面温度が判定される。路面
温度が１℃を越えていることにより温度センサー１５が
信号を出力すると、ステップ１４で気温を判定する。大
気温度が２℃を越えていることにより気温センサー１７
が信号を出力すると、ステップ１５で作動停止の指示が
出される。作動停止の指示を受けると、ステップ１６の
循環ポンプ１０およびステップ１７のボイラー２はとも
作動されず、不凍液５が加熱および循環されなくなる。

【００３４】ステップ１３で路面温度が１℃以下である
ことにより温度センサー１５が信号を出力すると、ステ
ップ１８で路面水分が判定される。路面に水分が有るこ
とにより水分センサー１６が信号を出力すると、ステッ
プ７の中雪運転モードに決定される。

【００３５】また、ステップ１８で路面の水分が無いこ
とにより水分センサー１６が信号を出力しないと、ステ
ップ１４で気温を判定することになる。ステップ１４で
大気温度が２℃以下であることにより、気温センサー１
７が信号を出力すると、ステップ１０の少雪運転モード
と決定される。

【００３６】以上のように降雪センサー１２、積雪量セ
ンサー１３、積雪量センサー１４、温度センサー１５、
水分センサー１６、気温センサー１７を用いることによ
り制御装置１１で、少雪運転モード、中雪運転モード、
多雪運転モードという三種類のモードにボイラーの出力
を調節することが可能となり、ボイラー２の燃料消費量
の低減が図れ、また、融雪面積の制約も受けなくなる。

【００３７】なお、上記実施例においては、運転モード
を三つとしたが、これに限定されるものではなく、セン
サーの数を増やして、作動条件を細かく規定することに
より、運転モードを増やし、より効率のよい融雪装置と
することもできる。また運転モードを三つも必要ない場
合には、逆に運転モードを減らしてもよい。

【００３８】さらに、上記実施例において自然エネルギ
ーとなる熱源に源泉１（廃湯）を用いたが、地熱、地下
水、トンネル湧き水などのコントロール困難な廃熱を熱
源としてもよく、また人工エネルギーとなる第二の加熱
源としてボイラー２を用いたが、熱のコントロールが容
易にできるものであればよくボイラー２に替えて別の熱
源を用いてもよい。

【００３９】そして、上記実施例において、ヒートパイ
プ３が、路面１８の直下に、かつ、凝縮部４となる一端
部が蒸発部６となる端部より高い位置となるように僅か
に傾斜して配設されているが、これに限定されることな
く、ヒートパイプ３の凝縮部（放熱部）４を路面１８の
直下に布設し、熱源からの熱によりヒートパイプ３の蒸
発部６となる一端部が加熱昇温され、ヒートパイプ３が
作動流体２０の潜熱として路面１８の直下の広い範囲に
わたって熱を分散供給できるようになっていればよい。
すなわち、ヒートパイプ３内で蒸発した作動流体２０
が、路面１８の直下の凝縮部４となる他端部で液化した
後、蒸発部６となる端部に流動するようになっていれば
よい。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明のヒートパイプ式融雪装置によれば、少なくとも、自
然エネルギーおよび人工エネルギーの二つの加熱源を備
えており、気象状況や積雪状況を検出するセンサーの出
力信号に基づいて、人工エネルギーとなる第二の加熱源
を、第一の加熱源による熱量が不足するときにのみに、
多モードに選択された出力で稼働させるから、不必要に
人工エネルギーを消費することがなく、ランニングコス
トを下げることができる。

【００４１】また、センサーの出力信号に基づいて、前
記第二の加熱源を多モードに選択する手段が、その加熱
源および循環ポンプの作動を制御し、ヒートパイプに伝
達する熱量を調節するから、気象状況や積雪状況に応じ
た最適な出力熱量を得ることができ、融雪箇所の融雪を
確実かつ効率よく行うことができる。

【００４２】さらに、この発明の融雪装置において、自
然エネルギーとして源泉（廃湯）のほか、地熱、地下
水、トンネル湧き水などのコントロール困難な廃熱を第
一の加熱源とし、人工エネルギーとして、ボイラーのよ
うな熱量のコントロール容易な熱源を第二の加熱源とす
れば、温泉地域以外でも設置することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における融雪装置を示す概略図
である。

【図２】そのヒートパイプの布設状況を示す概略図であ
る。

【図３】その自動制御方式を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１…源泉（廃湯）、 ２…ボイラー、 ３…ヒートパイ
プ、 ５…不凍液、７…源泉用配管、 ８…不凍液用配
管、 ９…熱交換器、 １０…循環ポンプ、１１…制御
装置、 １２…降雪センサー、 １３…積雪量センサ
ー、 １４…積雪量センサー、 １５…温度センサー、
１６…水分センサー、 １７…気温センサー、 １８
…路面、 １９…コンテナ、 ２０…作動流体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 融雪面直下にヒートパイプが布設される
   とともに、そのヒートパイプの一端部が流体循環路内の
   流体と熱交換可能に配設されたヒートパイプ式融雪装置
   において、 自然エネルギーによる第一の加熱源と人工エネルギーに
   よる第二の加熱源とが前記流体循環路に介在されるとと
   もに、前記融雪面の状況を検出する複数のセンサーが設
   けられ、そのセンサーからの出力信号に応じて前記第二
   の加熱源を前記流体の加熱に選択的に関与させる制御手
   段が設けられていることを特徴とするヒートパイプ式融
   雪装置。