(57)【要約】【課題】  電気や水が不要で設置が容易な地熱式融雪設備を提供する。【解決手段】  棒状で高熱伝導性を有し、上下方向に延びて地中Ｇに埋設され、下端側２１で集熱した地熱を上端側２２に伝導する複数の熱伝導棒２と、高熱伝導性を有し、熱伝導棒２の上端側２２に接続され、地表Ｇ１に沿って配設され、熱伝導棒２から伝導された地熱を放熱する放熱体３と、を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状で高熱伝導性を有し、上下方向に延びて地中に埋設され、下端側で集熱した地熱を上端側に伝導する複数の熱伝導棒と、
高熱伝導性を有し、前記熱伝導棒の上端側に接続され、地表に沿って配設され、前記熱伝導棒から伝導された地熱を放熱する放熱体と、
を備えることを特徴とする地熱式融雪設備。
【請求項２】
前記熱伝導棒の外周面は、下端側を除いて断熱材で覆われている、
ことを特徴とする請求項１に記載の地熱式融雪設備。
【請求項３】
前記放熱体は、地熱を放熱する複数の棒状の放熱棒が格子状に配設されて構成されている、
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の地熱式融雪設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、雪を融かす融雪設備に関し、特に、地熱によって雪を融かす地熱式融雪設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電力施設において降雪があった場合、通路やフェンス扉周辺などを除雪機や人力で除雪しなければならず、多大な時間と労力とを要していた。そこで、除雪を不要にするために、電気による熱で雪を融かす融雪装置（例えば、特許文献１参照。）や、ポンプで汲み上げた流水を利用して雪を融かす融雪装置（例えば、特許文献２参照。）が知られている。
【０００３】
また、地熱を利用した融雪システムが知られている（例えば、特許文献３参照。）。すなわち、地中に人工熱源が埋設され、この人工熱源の直下から地盤までの間に、人工熱源の不作動時には地熱を吸収して蓄熱すると共に、人工熱源の作動時にはそれから放出される熱エネルギーの一部を吸収して蓄熱する蓄熱層が積層されている。また、この蓄熱層から地面までに、高熱伝導材が混入されて蓄熱層より熱伝導特性および熱放射特性に優れた放熱層が積層されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−９９９９１号公報
【特許文献２】特開昭５７−１２３０６１２号公報
【特許文献３】特開平１１−２２２８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の融雪装置では、電気が必要なため、電気が供給されていない山間部などでは適用することができない。同様に、特許文献２に記載の融雪装置では、流水が必要なため、水道水や谷水、地下水などの水源がない場所では適用することができず、適用場所が限定される。しかも、融雪装置の配水管などが凍結して使用できない場合も生じ得る。さらに、特許文献１、２に記載の融雪装置では、電気代や水道代などのランニングコストがかかる。
【０００６】
また、特許文献３に記載の融雪システムでは、地中に人工熱源（電気ヒータ等）を埋設して、人工熱源の直下から地盤までの間に蓄熱層を積層し、さらに、蓄熱層から地面までに放熱層を積層しなければならない。このため、設置に大掛かりな工事を要し、多大な費用を要するばかりでなく、周囲の環境などによっては適用できない場合も生じ得る。
【０００７】
そこでこの発明は、電気や水が不要で設置が容易な地熱式融雪設備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】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、棒状で高熱伝導性を有し、上下方向に延びて地中に埋設され、下端側で集熱した地熱を上端側に伝導する複数の熱伝導棒と、高熱伝導性を有し、前記熱伝導棒の上端側に接続され、地表に沿って配設され、前記熱伝導棒から伝導された地熱を放熱する放熱体と、を備えることを特徴とする地熱式融雪設備である。
【０００９】
この発明によれば、複数の熱伝導棒で集熱された地熱が、放熱体に伝導されて放熱体から放熱され、この地熱によって地表の雪が融ける。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の地熱式融雪設備において、前記熱伝導棒の外周面は、下端側を除いて断熱材で覆われている、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の地熱式融雪設備において、前記放熱体は、地熱を放熱する複数の棒状の放熱棒が格子状に配設されて構成されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、地熱によって地表の雪を融かすため、電気や水が不要で、多様な場所に適用することができるとともに、ランニングコストを低減することができる。また、複数の熱伝導棒を地中に埋設して、地表に沿って放熱体を配設するだけでよいため、設置が容易で、設置費用を低く抑えることが可能となるとともに、多様な場所に適用することが可能となる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、熱伝導棒の外周面が下端側を除いて断熱材で覆われているため、熱伝導棒の下端側で集熱された地熱が効率的・効果的に上端側および放熱体に伝導され、効果的に雪を融かすことができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、複数の放熱棒が格子状に配設されて放熱体が構成されているため、少ない材料で効果的に地熱を放熱することが可能となる。また、複数の放熱棒を連結自在にすることで、放熱棒の配設位置（レイアウト）を変えるだけで容易に、設置場所や周囲環境に適合した放熱体を構成することができ、利便性や自由度が高い。また、一部の放熱棒が損傷した場合には、その放熱棒のみを修理、交換等すればよいため、低費用で迅速かつ適正に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る地熱式融雪設備を示す平面図である。
【図２】図１の地熱式融雪設備を示す断面図（側面図）である。
【図３】図１の地熱式融雪設備において放熱棒同士を連結する、第１の例（ａ）と第２の例（ｂ）を示す概略平面図である。
【図４】図１の地熱式融雪設備において放熱体と熱伝導棒とを接続する、第１の例（ａ）と第２の例（ｂ）を示す概略側面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る地熱式融雪設備を示す平面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１および図２は、この実施の形態に係る地熱式融雪設備１を示す平面図と断面図である。この地熱式融雪設備１は、地熱によって雪Ｓを融かす設備であり、主として、複数の熱伝導棒２と放熱体３とを備える。
【００１８】
熱伝導棒２は、棒状で高熱伝導性を有し、上下方向に延びて地中Ｇに埋設され、下端側２１で集熱した地熱を上端側２２に伝導するものである。すなわち、この実施の形態では、高い熱伝導性を有する銅やカーボンナノチューブで構成された丸棒体で、垂直に延びて地中Ｇに埋設され、上端側２２の端面が地表Ｇ１近くに位置している。この熱伝導棒２の長さ、つまり、下端側２１の深さは、周囲の地熱で地表Ｇ１の雪Ｓを融かせるように設定されており、例えば、下端側２１の端面が地表Ｇ１から５ｍの深さに設定されている。
【００１９】
また、この実施の形態では、下端側２１の断面（外径）は、他の部分である伝導部よりも大きく、この下端側２１の断面と長さ（集熱面積）は、集熱部である下端側２１で集熱した地熱で地表Ｇ１の雪Ｓを融かせるように設定されており、例えば、下端側２１の外径が１０ｃｍで長さが１ｍに設定されている。そして、下端側２１で集熱した地熱が中央部を介して上端側２２に伝導される。
【００２０】
このような熱伝導棒２の外周面は、下端側２１を除いて断熱材４で覆われている。すなわち、下端側２１で集熱された地熱が外部に逃げずに効率的に放熱体３に伝達されるように、熱伝導棒２の伝導部である中央部と上端側２２の外周面が、発泡スチロールやグラスウールなどの断熱材４で覆われている。さらに、断熱材４が硬質のカバー（図示せず）で覆われて、熱伝導棒２と断熱材４とが一体的に構成され、埋設や搬送などの取り扱いがしやすいようになっている。
【００２１】
放熱体３は、高熱伝導性、高熱放射性を有し、熱伝導棒２の上端側２２に接続され、地表Ｇ１に沿って配設され、熱伝導棒２から伝導された地熱を放熱するものであり、地熱を放熱する複数の棒状の放熱棒３１が格子状に配設されて構成されている。すなわち、この実施の形態では、高い熱伝導性つまり放熱性を有する銅やカーボンナノチューブで構成された角棒状の放熱棒３１が、縦横に複数配設されて四角い升目の格子が形成され、さらに、対角線上に沿って放熱棒３１が配設されて、格子板状の放熱体３が構成されている。
【００２２】
ここで、別体である放熱棒３１を組み合わせて（連結して）放熱体３を構成してもよいし、複数の放熱棒３１から成る放熱体３を一体的に構成してもよいが、この実施の形態では、別体である放熱棒３１を連結して放熱体３が構成されている。すなわち、銅やカーボンナノチューブの長尺体を所望の長さに切断して各放熱棒３１を製作し、放熱棒３１同士を連結・接合して放熱体３が構成されている。
【００２３】
ここで、放熱棒３１同士の連結・接合は、どのようなものであってもよいが、例えば、図３（ａ）に示すように、放熱棒３１の側面同士を連結具５１を介してボルト（締結部材）で着脱自在に連結してもよい。また、図３（ｂ）に示すように、放熱棒３１の平面（上面または下面であり、図では下面を示す）同士を連結具５２を介してボルトで着脱自在に連結してもよい。あるいは、接合剤で放熱棒３１同士を接合してもよい。
【００２４】
このような放熱体３が各熱伝導棒２の上端側２２の端面に接続され、放熱体３の上面が地表Ｇ１に沿うように配設されている。ここで、放熱体３と各熱伝導棒２との接続は、どのようなものであってもよく、接合剤で接合したり、連結具を介して連結したり、嵌合や係合によって連結したりしてもよい。例えば、図４（ａ）に示すように、放熱棒３１の下面と熱伝導棒２の側面を連結具６１を介してボルトで着脱自在に連結してもよいし、図４（ｂ）に示すように、放熱棒３１の下面に設けた嵌合穴６２に、熱伝導棒２の上端面に設けた凸部６３を着脱自在に嵌合させてもよい。
【００２５】
また、地表Ｇ１とは、上から降ってきた雪Ｓが当たる表面（降雪面）であり、地面に限らず建物のエントランスや舗装された通路などを含む。つまり、地熱式融雪設備１で融かしたい雪Ｓが積もる場所の表面である。
【００２６】
さらに、放熱体３の上面には、人が歩いたりするための天板（図示せず）が敷設されている。そして、熱伝導棒２から伝導された地熱が放熱体３から外部・周囲に放熱されるものであり、放熱棒３１の大きさと配設数（放熱体３の放熱面積）は、放熱体３から放熱される地熱で地表Ｇ１（放熱体３の天板上）の雪Ｓを融かせるように設定されている。
【００２７】
具体的には、まず、このような放熱体３からの放熱によって雪Ｓを融かせるように、単位面積あたりの熱伝導棒２の配設数が設定されている。例えば、熱伝導棒２がカーボンナノチューブ製で下端側２１の外径を１０ｃｍとした場合、次のようにして算出、設定する。
【００２８】
１本の熱伝導棒２に伝わる熱量Ｑは、次式で求められる。
Ｑ＝λ×Ｓ×（ＴＨ−ＴＬ）÷Ｌ
λ：熱伝導率（カーボンナノチューブの場合５，５００Ｗ／（ｍ・Ｋ））
Ｓ：熱伝導棒２の断面積（０．００７９ｍ２）
ＴＨ：高い方の温度（下端側２１の温度で、１０℃とする）
ＴＬ：低い方の温度（地表Ｇ１側の温度で、０°とする）
Ｌ：熱伝導棒２の長さ（５ｍとする）
Ｑ＝５，５００×０．００７９×（１０−０）÷５＝８６．９Ｊ
＝２０．７７ｃａｌ／本
【００２９】
１ｍ２に１時間で１ｃｍ積もる雪を融かすのに必要な熱量ＱＬは、次式で求められる。
ＱＬ＝８０，０００ｃａｌ×Ｍ＝８０，０００ｃａｌ×（ρ×Ｒ）
８０，０００：氷の融解熱
Ｍ：単位面積当たりの降雪量
ρ：新雪の密度（６０ｋｇ／ｍ３とする）
Ｒ：降雪量（０．０１ｍ／ｈ）
ＱＬ＝８０，０００×（６０×０．０１）＝４８，０００ｃａｌ
【００３０】
これを、熱伝導棒２の断面積当たりの熱量に換算すると、
４８，０００ｃａｌ×０．００７９ｍ２＝３７９．２ｃａｌ
従って、１ｍ２に１時間で１ｃｍ積もる雪を融かすのに必要な熱伝導棒２の本数は、
３７９．２ｃａｌ÷２０．７７ｃａｌ／本＝１８．２６≒２０本／ｍ２  となる。
【００３１】
そして、このような配設数の熱伝導棒２から放熱体３に伝導された地熱で雪Ｓを融かせるように、放熱棒３１の大きさ（断面積、表面積）や配設数、配設位置が算出、設定されている。
【００３２】
このような構成の地熱式融雪設備１によれば、複数の熱伝導棒２の下端側２１で集熱された地熱が、放熱体３に伝導されて放熱体３から放熱され、この地熱によって地表Ｇ１（放熱体３上）の雪Ｓが融ける。
【００３３】
このように、地熱によって地表Ｇ１の雪Ｓを融かすため、電気や水が不要で、多様な場所に適用することができるとともに、ランニングコストを低減することができる。また、熱伝導棒２の外周面が下端側２１を除いて断熱材４で覆われているため、熱伝導棒２の下端側２１で集熱された地熱が効率的・効果的に上端側２２および放熱体３に伝導され、効果的に雪Ｓを融かすことができる。そして、このような地熱式融雪設備１を電力施設の通路やフェンス扉周辺などに設けることで、緊急時に迅速かつ適正、円滑に対応することが可能となる。
【００３４】
一方、複数の熱伝導棒２を地中Ｇに埋設して、地表Ｇ１に沿って放熱体３を配設するだけでよいため、設置が容易で、設置費用を低く抑えることが可能となるとともに、多様な場所に適用することが可能となる。すなわち、ドリルなどで地中Ｇに埋設孔を掘って（削孔して）熱伝導棒２を埋設すればよいため、地中Ｇを広く深く掘り返す必要がなく、容易に低費用で設置が行え、かつ、適用が周囲環境などによって制約されるということが軽減される。しかも、電気や水が不要で構成が簡易なため、故障の発生が低減され、メンテナンス費用を軽減することができる。
【００３５】
また、複数の放熱棒３１が格子状に配設されて放熱体３が構成されているため、少ない材料で効果的に地熱を放熱することが可能となる。すなわち、表面積を増やして効果的に地熱を放熱することが可能で、全面にカーボンナノチューブなどを敷き詰める場合に比べて材料を抑えることができる。また、複数の放熱棒３１が連結されて放熱体３が構成されているため、放熱棒３１の配設位置（レイアウト）を変えるだけで容易に、設置場所や周囲環境に適合した放熱体３を構成することができ、利便性や自由度が高い。また、一部の放熱棒３１が損傷した場合には、その放熱棒３１のみを修理、交換等すればよいため、低費用で迅速かつ適正に対応することが可能となる。
【００３６】
ところで、夏季などで外気温度が地熱温度よりも高い場合、放熱体３から熱伝導棒２に向って熱が伝導される。つまり、外気の熱が地中Ｇに伝導され、冷房効果を得ることができる。このため、例えば、作業が頻繁に行われる場所などにこの地熱式融雪設備１を設けることで、熱中症などを抑制することができる。
【００３７】
（実施の形態２）
図５は、この実施の形態に係る地熱式融雪設備１０を示す平面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面図（ｂ）である。この実施の形態では、放熱体３の形状が実施の形態１と異なり、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略する。
【００３８】
この実施の形態の放熱体３は、平板状で、地熱を放熱する複数のパネル状（平板状）の放熱板３５が、同一水平面上に配設されて構成されている。すなわち、放熱板３５は、平面形状が略長方形で、下面の中央部に熱伝導棒２の上端側２２を嵌合、接続するための嵌合穴３５ｂが形成されている。また、放熱板３５の対向する一対の側辺部には、段差部３５ａが形成され、隣接する放熱板３５の段差部３５ａ同士を重ねることで、複数の放熱板３５が隙間なくかつずれることなく同一水平面上に配設されるようになっている。
【００３９】
このような放熱板３５が融雪エリアに応じて所望数配設されて放熱体３が構成され、放熱体３が地表Ｇ１に沿って配設されている。また、各放熱板３５の嵌合穴３５ｂに熱伝導棒２の上端側２２が嵌合されて、各熱伝導棒２と放熱体３とが接続されている。
【００４０】
このような実施の形態によれば、放熱体３が平板状で隙間を有さないため、熱伝導棒２からの地熱が放熱体３の全面にわたって平均的に伝導され、地表Ｇ１（放熱体３上）の雪Ｓをくまなく均等に融かすことが可能となる。
【００４１】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、熱伝導棒２と放熱体３を銅やカーボンナノチューブで構成しているが、その他の高熱伝導性材料で構成してもよく、また、銅とカーボンナノチューブなどを組み合わせて構成してもよい。例えば、主体をカーボンナノチューブで構成し、外殻や連結部など強度・剛性を要する部分を銅で構成してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１、１０  地熱式融雪設備
２        熱伝導棒
２１      下端側（集熱部）
２２      上端側
３        放熱体
３１      放熱棒
４        断熱材
Ｓ        雪
Ｇ        地中
Ｇ１      地表
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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