JPH11350411A - 地熱および補助熱源を利用したヒートパイプ式道路融雪装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地熱および補助熱源を利用したヒートパイプ
式道路融雪装置において、補助ヒータの小容量化および
融雪能力の向上を図る。 【解決手段】 ヒートパイプ６の下端吸熱部７が地中の
熱源に挿入されるとともに、そのヒートパイプ６の上端
放熱部１６が路面３の直下に埋設され、更に補助ヒータ
９が下端吸熱部７の近傍の地中に設けられた地熱および
補助熱源を利用したヒートパイプ式道路融雪装置であっ
て、下端吸熱部７と補助ヒータ９とが、ヒートパイプ６
の埋設されている地盤４よりも熱伝導率の高い材料から
なる伝熱部材１３によって互いに熱授受可能にかつ一体
に包み込まれている。またヒートパイプ６の長さ方向で
の中間部８と地盤４との間には、その地盤４よりも熱伝
導率の低い断熱部１４，１５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、ヒートパイプに
よって地中から採熱し、その熱によって路面の融雪を行
なう道路融雪装置に関し、特に熱量の不足を補助熱源に
よって補う構成の融雪装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】降雪量の多い地域での道路の融雪は、交
通の安全性および生活の簡便性を確保するうえで重要で
あるが、融雪のために必要とする熱源の温度が比較的低
くてよいものの、融雪を行なうべき面積が広いために種
々の問題がある。すなわち融雪のための温度が低くても
よいものの、面積が広いことにより必要とする全熱量が
相当多く、人工的なエネルギを使用するとすれば、エネ
ルギコストが嵩むことになる。また融雪のための設備は
自然環境下に置かれるから、耐久性に優れかつメンテナ
ンスの不必要なものであることが好ましい。

【０００３】そこで従来、地熱を熱源としたヒートパイ
プ式融雪装置が提案されている。これは地下水脈などの
比較的温度の高い箇所に向けて地上から掘削孔を形成
し、その掘削孔内にヒートパイプの下端吸熱部を挿入す
るとともに、上端放熱部を路面直下に埋設したものであ
る。このヒートパイプ式融雪装置においては、降雪によ
って路面温度が低下すれば、下端吸熱部と上端放熱部と
の温度差により、地中の熱が路面直下に輸送され、その
熱によって路面の雪が溶かされる。したがって人工的な
熱源を必要としないうえに動力源も不要であるから、ラ
ンニングコストが掛からず、またメンテナンスも特に必
要としない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したヒートパイプ
式融雪装置では、地中の熱源として１０〜１５℃前後の
箇所を設定している。これは、融雪のための温度として
はその程度の温度が必要であり、またそれ以上の高温の
箇所まで掘削すると掘削コストが高くなるからである。
その反面、熱量に余裕がないために降雪量が一時的に増
大した場合には、充分な融雪を行ない得ず、また熱量の
一時的な減少によって充分な融雪を行ない得ない場合が
ある。このような一時的な事態に対処する手段として、
電気ヒータなどの補助熱源をヒートパイプの下端吸熱部
の近傍に設置することがある。

【０００５】しかしながら、補助熱源を用いてヒートパ
イプを強制的に加熱することにより下端吸熱部の温度が
ヒートパイプの周囲の地盤の温度よりも高くなるため
に、ヒートパイプの輸送する補助熱源の熱うちの大半
が、コンテナの長さ方向での中間部周囲の地盤によって
奪われてしまい、路面に対して良好に供給されないおそ
れが多分にあった。またこの種の装置では、補助熱源の
熱が掘削孔内の空間または周囲の地盤あるいは流動する
地下水などに拡散されてしまい下端吸熱部に対して良好
に供給されないおそれがあり、すなわち補助熱源の熱が
路面の加熱以外にも消費されてしまうために、補助熱源
の大容量化を余儀なくされる問題があった。

【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、補助ヒータの容量が小さくかつ融雪能力の高
い地熱および補助熱源を利用したヒートパイプ式道路融
雪を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の課
題を解決するための手段として、この発明は、ヒートパ
イプの下端吸熱部が地中の熱源に挿入されるとともに、
そのヒートパイプの上端放熱部が路面の直下に埋設さ
れ、更に補助ヒータが前記下端吸熱部の近傍の地中に設
けられた地熱および補助熱源を利用したヒートパイプ式
道路融雪装置において、前記下端吸熱部と前記補助ヒー
タとが、前記ヒートパイプの埋設されている地盤よりも
熱伝導率の高い材料からなる伝熱部材によって互いに熱
授受可能にかつ一体に包み込まれるとともに、前記ヒー
トパイプの長さ方向での中間部と前記地盤との間に該地
盤よりも熱伝導率の低い断熱部が設けられていることを
特徴とするものである。

【０００８】したがってこの発明によれば、下端吸熱部
の周囲の地盤の地熱および／あるいは補助ヒータの熱
が、ヒートパイプの作動流体を介して上端放熱部まで運
ばれるとともに路面に供給され、路面上の積雪が溶かさ
れる。

【０００９】また熱伝導率の高い材料からなる伝熱部材
によってヒートパイプの下端吸熱部と補助ヒータとが一
体に包み込まれた構成であるために、補助ヒータの熱が
周囲の地盤あるいは流動する地下水などには伝達されに
くく、実質的に下端吸熱部に対してのみ伝達される。な
お伝熱部材を備えていることにより、下端吸熱部とその
周囲の地盤との間での熱抵抗が小さいために、補助ヒー
タを使用せずに地熱のみを熱源とした場合においても融
雪能力が高い。

【００１０】更にこの発明では、断熱材によって中間部
と地盤との熱授受が抑制されているために、ヒートパイ
プの輸送する補助ヒータの熱および地熱が中間部周囲の
地中には殆ど奪われず、路面に対して確実に供給され
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明の一具体例を、図
１を参照して説明する。この具体例で対象とする道路１
は、コンクリートからなる舗装体２によって路面３が形
成された車道であり、舗装体２の下側の地盤４には、掘
削孔５が鉛直下方に向けた姿勢で形成されている。この
掘削孔５の内部には、ヒートパイプ６の下端吸熱部７お
よび中間部８が掘削孔５の内壁面と接触しない状態で挿
入されている。

【００１２】また掘削孔５の内部の下端部には、一例と
して電熱線ヒータからなる補助ヒータ９が配置されてい
る。この補助ヒータ９の配線１０は、舗装体２の内部を
経由して道路１の路肩箇所１１から路面３の上部に延出
するとともに、その路肩箇所１１の近傍に設けられたス
イッチ１２および電源１３に連結されている。つまり補
助ヒータ９の制御を地上において行なうことのできる構
成となっている。

【００１３】更に掘削孔５の内部の下端部には、この発
明の伝熱部材に相当するコンクリートブロック１３が形
成されていて、このコンクリートブロック１３によって
ヒートパイプ６の下端吸熱部７と補助ヒータ９とが一体
に包み込まれた状態に組み付けられている。なおコンク
リートブロック１３の熱伝導率は、掘削孔５の周囲の地
盤４の熱伝導率よりも高く、したがって下端吸熱部７と
補助ヒータ９とが熱授受可能な構成となっている。

【００１４】これに対してヒートパイプ６の中間部８の
外周部は、断熱材１４によって被覆されている。なお断
熱材１４の外周部は、掘削孔５の内壁面に接触しておら
ず、すなわち断熱材１４と掘削孔５との間に空隙１５が
形成されている。また断熱材１４の材料としては、掘削
孔５の周囲の地盤４よりも熱伝導率の低い発泡スチロー
ルあるいはポリエチレンフォームまたはグラスウールや
断熱モルタルなどが挙げられる。すなわち断熱材１４と
空隙１５とが、この発明の断熱部に相当する。なお断熱
材１４および空隙１５の両方を必ずしも備えなくてもよ
く、いずれか一方を適宜選択して設けてもよい。

【００１５】更にヒートパイプ６の上端放熱部１６は、
掘削孔５の開口部から延出するとともに、道路１の幅方
向（図１での右方向）に向けた姿勢で舗装体２の内部に
配設されている。すなわちヒートパイプ６の全体として
のコンテナ形状は、上端放熱部１６と中間部８との境界
箇所において屈曲したＬ字状を成している。なお必要に
応じた本数のヒートパイプ６（図１では１本のみを図
示）が道路１の長さ方向に所定の間隔をあけて設けられ
ている。

【００１６】つぎに上記のように構成されたこの発明の
作用について説明する。この融雪装置においても、降雪
量あるいは積雪量が予め定めた値以下である場合には、
地熱のみを利用した融雪が行なわれるとともに、多量の
降雪（積雪）があった場合には補助ヒータ９を併用した
融雪が行なわれる。

【００１７】すなわちスイッチ１２をオンすることによ
り補助ヒータ９が発熱し、その熱および地盤４の有する
地熱が、コンクリートブロック１３を介して下端吸熱部
７の内部に溜まる液相の作動流体に伝達される。前述の
通り下端吸熱部７と補助ヒータ９とがコンクリートブロ
ック１３によって包み込まれ構成であるから、補助ヒー
タ９の熱が周囲の地盤４あるいは流動する地下水などに
は伝達されにくく、実質的に下端吸熱部７に対してのみ
伝達される。

【００１８】これにより下端吸熱部７において液相の作
動流体が加熱されて蒸発し、その作動流体蒸気は、温度
および内部圧力が共に低くなっている上端放熱部１６に
向けて流動する。そして作動流体蒸気は上端放熱部１６
の内面で周囲の舗装体２に放熱して凝縮する。その結
果、路面３上に積雪があればそれが速やかに溶かされ、
積雪がないとしても凍結が防止される。なお放熱して再
度液相になった作動流体は、コンテナの内壁面を下端吸
熱部７に向けて流下し、そこで再度加熱されて蒸発す
る。そして以降、前述と同様の熱輸送サイクルが継続さ
れて、補助ヒータ９の熱ならびに下端吸熱部７の付近の
地盤４の地熱によって舗装体２が暖められる。

【００１９】ここで補助ヒータ９を動作させていること
により、ヒートパイプ６のうち下端吸熱部７の温度が中
間部８の周囲の地盤４の温度に対して高くなる。しか
し、断熱材１４ならびに空隙１５によって中間部８とそ
の周囲の地盤４との熱授受が抑制されているために、ヒ
ートパイプ６の輸送する熱が中間部８の周囲の地盤４に
よって殆ど奪われることがなく、すなわち補助ヒータ９
の熱ならびに地熱を路面３に対して確実に供給すること
ができる。

【００２０】このように上記構成の融雪装置によれば、
補助ヒータ９の熱が実質的に下端吸熱部７のみに伝達さ
れることに加えて、補助ヒータ９の熱がコンテナの途中
で放出されずに路面３まで運ばれるから、容量の小さい
補助ヒータ９においても高い融雪能力を得ることがで
き、換言すれば補助ヒータ９の小容量化を図ることがで
きる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ヒートパイプの下端吸熱部と補助ヒータとが地盤よ
りも熱伝導率の高い材料からなる伝熱部材によって一体
に包み込まれるとともに、ヒートパイプの中間部の外周
に地盤よりも熱伝導率の低い断熱部が設けられていて、
補助ヒータの熱が実質的に下端吸熱部のみに伝達される
ことに加えて中間部から地盤に向けた放熱が抑制される
ために、補助ヒータの小容量化を図ることができるとと
もに、融雪能力の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明を車道に適用した具体例を示す概略
図である。

【符号の説明】 １…道路、 ３…路面、 ４…地盤、 ５…掘削孔、
６…ヒートパイプ、７…下端吸熱部、 ８…中間部、
９…補助ヒータ、 １３…コンクリートブロック、 １
４…断熱材、 １５…空隙、 １６…上端放熱部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートパイプの下端吸熱部が地中の熱源
   に挿入されるとともに、そのヒートパイプの上端放熱部
   が路面の直下に埋設され、更に補助ヒータが前記下端吸
   熱部の近傍の地中に設けられた地熱および補助熱源を利
   用したヒートパイプ式道路融雪装置において、 前記下端吸熱部と前記補助ヒータとが、前記ヒートパイ
   プの埋設されている地盤よりも熱伝導率の高い材料から
   なる伝熱部材によって互いに熱授受可能にかつ一体に包
   み込まれるとともに、前記ヒートパイプの長さ方向での
   中間部と前記地盤との間に該地盤よりも熱伝導率の低い
   断熱部が設けられていることを特徴とする地熱および補
   助熱源を利用したヒートパイプ式道路融雪装置。