(57)【要約】      （修正有）【課題】機材の輸送や設置が比較的容易である、ヒートパイプを利用した融雪装置を提供する。【解決手段】ヒートパイプは、地中の熱を吸収する蒸発部２２と地上の近傍で放熱する凝縮部２１とを有している。凝縮部２１は、長尺部材２５及び支持脚２６によって設置基準面Ｓ上で支持されている。長尺部材２５は、設置基準面Ｓに沿って延びており、凝縮部２１を支持している。支持脚２６は、凝縮部２１が設置基準面Ｓから離隔するように長尺部材２５を支持している。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
地中の熱を吸収する蒸発部と地上の近傍で放熱する凝縮部とを有するヒートパイプと、
前記凝縮部を支持した凝縮部支持手段とを備えており、
前記凝縮部支持手段が、
設置基準面に沿って延びると共に前記凝縮部を支持した複数本の長尺部材と、
前記凝縮部が前記設置基準面から離隔するように前記長尺部材を支持した支持脚とを備えていることを特徴とする融雪装置。
【請求項２】
前記凝縮部の近傍に設置された放熱部と、
地中熱交換部と、
前記地中熱交換部から採取した熱を、熱媒体を介して前記放熱部へと供給するヒートポンプとをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の融雪装置。
【請求項３】
複数本の前記ヒートパイプが設けられており、
前記放熱部が、前記複数本のヒートパイプにおける前記凝縮部の全体を、平面視において取り囲んでいることを特徴とする請求項２に記載の融雪装置。
【請求項４】
地中に形成された１つの縦穴内に前記蒸発部が挿入された１又は複数本の前記ヒートパイプを有するヒートパイプユニットを複数備えており、
前記放熱部が、前記ヒートパイプユニットを、平面視において少なくとも三方から囲むように延びていることを特徴とする請求項２に記載の融雪装置。
【請求項５】
前記放熱部が、前記ヒートパイプとは異なる別のヒートパイプと、前記別のヒートパイプの延びる方向に沿って前記別のヒートパイプの下部を貫通した貫通管とを備え、前記ヒートポンプにおいて加熱された熱媒体が前記貫通管を通ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の融雪装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、ヒートパイプを利用した融雪装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートパイプを利用した融雪装置である特許文献１に記載の装置においては、地表に設置されたパネル体にヒートパイプの凝縮部が設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８８６５２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で用いられているパネル体は、凝縮部が延びている範囲にわたって平面的に広がっている。よって、パネル体がかさばることで機材の輸送やヒートパイプの設置に困難が生じるおそれがある。
【０００５】
本考案の目的は、機材の輸送や設置が比較的容易である、ヒートパイプを利用した融雪装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の融雪装置は、地中の熱を吸収する蒸発部と地上の近傍で放熱する凝縮部とを有するヒートパイプと、前記凝縮部を支持した凝縮部支持手段とを備えており、前記凝縮部支持手段が、設置基準面に沿って延びると共に前記凝縮部を支持した複数本の長尺部材と、前記凝縮部が前記設置基準面から離隔するように前記長尺部材を支持した支持脚とを備えている。
【０００７】
本考案の融雪装置によると、ヒートパイプの凝縮部支持手段として、パネル体よりかさばりにくい部材である長尺部材とこれを支持する支持脚とを用いる。したがって、機材の輸送や設置が比較的容易である。
【０００８】
また、本考案においては、前記凝縮部の近傍に設置された放熱部と、地中熱交換部と、前記地中熱交換部から採取した熱を、熱媒体を介して前記放熱部へと供給するヒートポンプとをさらに備えていることが好ましい。これによると、ヒートパイプにヒートポンプを併設している。このため、例えば、ヒートパイプのみでは融雪の能力を確保しづらい状況においてヒートポンプを作動させることで、ヒートパイプの融雪能力をヒートポンプに補完させることができる。
【０００９】
また、本考案においては、複数本の前記ヒートパイプが設けられており、前記放熱部が、前記複数本のヒートパイプにおける前記凝縮部の全体を、平面視において取り囲んでいてもよい。これによると、放熱部がヒートパイプの凝縮部を取り囲んでいるため、放熱部からの熱が凝縮部に伝達され、さらにこの熱が凝縮部を通じて凝縮部の周辺に伝達される。これによって、放熱部の周辺のみならず、凝縮部の周辺にも放熱部からの熱による影響を及ぼすことができる。
【００１０】
また、本考案においては、地中に形成された１つの縦穴内に前記蒸発部が挿入された１又は複数本の前記ヒートパイプを有するヒートパイプユニットを複数備えており、前記放熱部が、前記ヒートパイプユニットを、平面視において少なくとも三方から囲むように延びていてもよい。これによると、各ヒートパイプユニットを少なくとも三方から囲むように放熱部が延びている。このため、放熱部が各ヒートパイプユニットに放熱の影響を与えやすい。
【００１１】
また、本考案においては、前記放熱部が、前記ヒートパイプとは異なる別のヒートパイプと、前記別のヒートパイプの延びる方向に沿って前記別のヒートパイプの下部を貫通した貫通管とを備え、前記ヒートポンプにおいて加熱された熱媒体が前記貫通管を通るように構成されていてもよい。これによると、径の小さい貫通管に熱媒体を流通させることで、径の大きいヒートパイプの外表面から広い範囲に放熱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本考案の一実施形態に係る融雪装置の構成を示す概念図である。一点鎖線で囲まれた範囲以外は融雪装置の平面構成を示す図に対応する。一点鎖線で囲まれた範囲は、地中に埋設された部分の構成を横から見た図に対応する。
【図２】ヒートパイプの側面図である。
【図３】ヒートパイプユニットの平面図である。
【図４】ヒートポンプの構成を示すブロック図である。
【図５】ヒートポンプユニットの変形例の平面構成を示す概念図である。
【図６】図６（ａ）はヒートポンプユニットの別の変形例における斜視図である。図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
以下、本考案の一実施形態に係る融雪装置１について、図１〜図４を参照しつつ説明する。融雪装置１は、６つのヒートパイプユニット２と、これに併設されたヒートポンプユニット３とを備えている。６つのヒートパイプユニット２は、図１に示すように、その長尺方向が平面視において互いに平行になるように一列に配列されている。図１において左側の３つのヒートパイプユニット２からなる群をユニット群２ａとし、右側の３つのヒートパイプユニット２からなる群をユニット群２ｂとする。ユニット群２ａとユニット群２ｂとは間隙２ｃを挟んで隣り合っている。
【００１４】
ヒートパイプユニット２は、図２に示すように、土礫層Ｇ１、保護コンクリート層Ｇ２及びアスファルト層Ｇ３の３層からなる地盤内に埋設されている。保護コンクリート層Ｇ２は土礫層Ｇ１上に、アスファルト層Ｇ３は保護コンクリート層Ｇ２上にそれぞれ形成されている。土礫層Ｇ１の上面を設置基準面Ｓとする。本実施形態では、設置基準面Ｓが水平である場合を想定しているが、設置基準面Ｓが傾斜していてもよい。
【００１５】
各ヒートパイプユニット２は、図１及び図３に示すように、３本のヒートパイプ２０を有している。ヒートパイプ２０は、金属製の管と、管内に封入された作動液と、管の内壁面に設けられたウィックとから構成されている。管は密封され、内部が真空に維持されている。ヒートパイプ２０は、図２に示すように、地表面の近傍に配置された凝縮部２１と、地中深くに埋設された蒸発部２２と、凝縮部２１と蒸発部２２の中間部２３とを含んでいる。凝縮部２１は、保護コンクリート層Ｇ２内に、設置基準面Ｓにほぼ沿って直線状に延びている。
【００１６】
設置基準面Ｓ上には、凝縮部２１と交差するように直線状に配置された複数本の長尺部材２５と、長尺部材２５を設置基準面Ｓ上で支持する複数個の支持脚２６とが設けられている。複数本の長尺部材２５は、所定の間隔を挟みつつ互いに平行になるように並んで配置されている。各長尺部材２５には複数個の支持脚２６が設けられている。これらの支持脚２６は、互いの間に適宜の間隔を挟みつつ長尺部材２５に沿って並んでいる。各凝縮部２１は、複数本の長尺部材２５に跨るように、これらの長尺部材２５によって支持されている。凝縮部２１と長尺部材２５とは、例えば、金属製の結束線によって結束されていてもよい。長尺部材２５は、図２に示すように、支持脚２６によって基準接地面Ｓから情報に離隔するように配置されている。これにより、長尺部材２５に固定された凝縮部２１も、基準接地面Ｓから上方に離隔した位置に配置されている。凝縮部２１は、その先端（図２における左端）から中間部２３へと斜め下方に向かうように傾斜している。蒸発部２２は、中間部２３から、土礫層Ｇ１内を鉛直下方に向かっている。中間部２３は、凝縮部２１の後端（図２における右端）から蒸発部２２の上端に向かって湾曲している。蒸発部２２は、土礫層Ｇ１に形成された縦穴ｈ１内に、地上から約２０ｍ程度の深さにわたって設置されている。縦穴ｈ１内において、蒸発部２２の周囲には、珪砂が充填されている。
【００１７】
地下深くの温度が地表近くの温度より高くなる冬季において、ヒートパイプ２０は以下のように地下熱を地表近くに伝導させる。蒸発部２２内の作動液は、地下深くの熱を吸収することで蒸発する。蒸発した作動液は上昇し、中間部２３を通じて凝縮部２１へと向かう。凝縮部２１まで上昇した作動液は、凝縮部２１内において放熱すると共に、凝縮して液体に戻る。凝縮部２１は、中間部２３に向かって斜め下方に傾斜している。よって、凝縮部２１において液体に戻った作動液は、重力により、ウィックを伝って中間部２３へと向かうと共に、中間部２３を通じて蒸発部２２へと戻る。ヒートパイプ２０内におけるこのような作動液の蒸発、移動及び凝縮の循環により、地中の熱が地表近くに伝導する。これによって、凝縮部２１の周辺の積雪を溶かすことができる。
【００１８】
ヒートポンプユニット３は、図１に示すように、ヒートポンプ３１、地中熱交換器３２（地中熱交換部）、並びに循環パイプ３５及び３６（放熱部）を備えている。ヒートポンプ３１と地中熱交換器３２とは、２つのヘッダ３７を介しつつ配管３８によって接続されている。また、ヒートポンプ３１と循環パイプ３５及び３６とは、２つのヘッダ３７を介しつつ配管３９によって接続されている。これらの配管内には熱媒体（水、不凍液等）が封入されている。地中熱交換器３２は、地中深く（地上から約１００ｍの深さ）まで形成された縦穴ｈ２内に配置された配管３２１を備えている。配管３２１にはヘッダ３７及び配管３８を通じ、ヒートポンプ３１からの熱媒体が通される。配管３２１中の熱媒体は、縦穴ｈ２内において地中熱を吸収する。地中熱を吸収した熱媒体は、ヘッド３７及び配管３８を通じてヒートポンプ３１へと戻る。
【００１９】
ヒートポンプ３１は、図４に示すように、熱交換器３１１及び３１２、膨張弁３１３、並びに圧縮器３１４を備えている。これらの機器同士は、熱媒体が封入された配管３１５によって接続されている。熱媒体は、配管３１５を通じてこれらの機器同士の間を図４中反時計回りに循環している。熱交換器３１１には配管３８が配置されている。地中熱交換器３２からの熱媒体は、配管３８を通じ、熱交換器３１１を通過して地中熱交換器３２へと戻る。その際、配管３８側の熱媒体から配管３１５側の熱媒体へと熱が伝導する。熱交換器３１１において吸熱した熱媒体は、配管３１５を通じて圧縮器３１４に向かう。この熱媒体は圧縮器３１４において圧縮される。圧縮器３１４は電源４から電力供給を受けて動作する。電源４から圧縮機３１４への電力供給は、スイッチ３１６によってオン・オフを切り替えることができる。圧縮機３１４において圧縮された熱媒体は、配管３１５を通じて熱交換器３１２に向かう。熱交換器３１２には配管３９が配置されている。循環パイプ３５及び３６からの熱媒体は、配管３９を通じ、熱交換器３１２を通過する。その際、配管３１５側の熱媒体から配管３９側の熱媒体へと熱が伝導する。熱交換器３１２において放熱した熱媒体は、膨張弁３１３において膨張する。膨張した熱媒体は熱交換器３１２に向かう。一方、熱交換器３１２において吸熱した熱媒体は、配管３９及びヘッダ３７を通じて循環パイプ３５及び３６へと向かう。ヒートポンプ３１は、配管３１５を通じた以上のような熱媒体の循環過程により、地中熱交換器３２において採取された熱を循環パイプ３５及び３６内の熱媒体へと供給する。
【００２０】
循環パイプ３５及び３６は、図２に示すコンクリート保護層Ｇ２中に埋設されている。図１に示すように、循環パイプ３５及び３６のそれぞれは平面視において、６つのヒートパイプユニット２の周囲を往路及び復路からなる２重の経路で取り囲んでいる。往路は、図１中左から２番目のヘッダ３７から始まり、ヒートパイプユニット２の近傍の周囲を時計回りに延びている。そして、ユニット群２ａとユニット群２ｂの間の間隙２ｃに図１中下方から入り込み、間隙２ｃの図１中上部において復路に接続している。復路は、間隙２ｃの図１中上部から折り返して間隙２ｃ外へと出る。そして、ヒートパイプユニット２の周囲を往路より外側において反時計回りに取り囲み、図１中左から１番目のヘッダ３７に接続している。ヒートポンプ３１からの熱媒体は、循環パイプ３５及び３６中を、図１の左から２番目のヘッダ３７、往路、復路及び図１の左から１番目のヘッダ３７の順に流れ、ヒートポンプ３１へと戻る。これによって、循環パイプ３５及び３６の周辺の積雪を溶かすことができる。
【００２１】
以上説明した本実施形態によると、ヒートパイプ２０の凝縮部２１を支持する手段として、長尺部材２５及び支持脚２６を用いている。長尺部材２５は細長い部材であるため、複数本を束ねやすい。また、支持脚２６もそれぞれは小さい部材である。したがって、いずれの部材もかさばりにくい。このため、機材の輸送や設置が比較的容易である。
【００２２】
また、本実施形態においては、ヒートパイプユニット２にヒートポンプユニット３を併設している。ヒートパイプ２０のみでも融雪の能力を確保できる期間にはスイッチ３１６をオンにしてヒートポンプユニット３を停止させておく。一方、ヒートパイプ２０のみでは融雪の能力を十分に確保しづらい極寒期等には、スイッチ３１６をオンにしてヒートポンプユニット３を作動させることで、ヒートパイプ２０の融雪能力を補完することができる。
【００２３】
また、本実施形態においては、ヒートポンプユニット３の循環パイプ３５及び３６が６つのヒートパイプユニット２の凝縮部２１を全体的に取り囲んでいる。このため、循環パイプ３５及び３６からの熱が凝縮部２１に伝達され、さらにこの熱が凝縮部２１を通じて伝達される。これによって、循環パイプ３５及び３６の周辺のみならず、凝縮部２１の周辺にも循環パイプ３５及び３６からの熱による影響を及ぼすことができる。
【００２４】
例えば、ヒートポンプユニット３をオンに維持して使用し続ける環境下においては、循環パイプ３５及び３６からの放熱によって凝縮部２１周辺の積雪への融雪能力が継続的に確保される。このため、ヒートパイプ２０において、蒸発部２２を２０ｍまで深く挿入する必要性が低くなるので、２０ｍよりも浅く挿入するのみであってもよい。あるいは、蒸発部２２を地中に設けず、ヒートパイプ全体を地上付近に沿った部分のみとしてもよい。
【００２５】
以下、上述の実施形態におけるヒートポンプユニット３の変形例について説明する。第１の変形例に係る循環パイプ１３５は、循環パイプ３５及び３６の代わりに設けられる。循環パイプ１３５は、図５に示すように、各ヒートパイプユニット２の間を縫うように延びている。これにより、各ヒートパイプユニット２が、平面視において、循環パイプ１３５に三方から囲まれている。循環パイプ１３５にはヒートポンプ３１において加熱された熱媒体が流通する。本変形例によると、各ヒートパイプユニット２が循環パイプ１３５に囲まれているので、循環パイプ１３５からの放熱の影響を受けやすい。
【００２６】
第２の変形例に係るヒートパイプ１３７は、循環パイプ３５及び３６と併用される。ヒートパイプ１３７は、金属製の管と管内に封入された作動液とを備えている。管は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように循環パイプ３５が下部に挿入された状態で密封されており、内部が真空に維持されている。液体の状態の作動液はヒートパイプ１３７の下部において循環パイプ３５と接触している。加熱された熱媒体を循環パイプ３５内に通すと、循環パイプ３５から吸熱した作動液が蒸発する。蒸発した作動液は、ヒートパイプ１３７の内表面にてパイプ外へと放熱して凝縮する。凝縮した作動液はヒートパイプ１３７の下部に戻る。このようにヒートパイプ１３７を循環パイプ３５と併用することにより、径の小さい循環パイプ３５に熱媒体を流通させることで、径の大きいヒートパイプ１３７の外表面から広い範囲に放熱させることができる。
【００２７】
＜その他の変形例＞
以上は、本考案の好適な実施形態についての説明であるが、本考案は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。
【００２８】
例えば、上述の実施形態では、１つのヒートパイプユニット２が３本のヒートパイプ２０を備えている。そして、この３本のヒートパイプ２０の蒸発部２２が１つの縦穴ｈ１に挿入されている。しかし、１つのヒートパイプユニット２が１〜２本、又は４本以上のヒートパイプ２０を備えていてもよい。また、１つの縦穴ｈ１に挿入されているヒートパイプ２０の本数が１〜２、又は４以上であってもよい。
【００２９】
また、上述の実施形態のヒートポンプユニット３には、地中熱交換器３２において閉じた配管経路内に熱媒体を流通させるいわゆるクローズド型のヒートポンプが採用されている。しかし、本考案の地中熱交換部において、地下水脈から汲み上げた地下水から熱を採取し、採取後の地下水を地下水脈に戻す、いわゆるオープン型のヒートポンプが採用されてもよい。
【００３０】
また、上述の実施形態では、スイッチ３１６のオン・オフによってヒートポンプユニット３にヒートパイプユニット２の融雪能力を補完させるか否かを切り替えている。しかし、スイッチ３１６に代えて、又は加えて、ヒートポンプユニット３による熱交換の能力を複数段階で変更するスイッチが設けられてもよい。これによると、ヒートパイプユニット２の融雪能力に応じてヒートポンプユニット３の融雪能力を調整できる。
【符号の説明】
【００３１】
１      融雪装置
２      ヒートパイプユニット
３      ヒートポンプユニット
２０    ヒートパイプ
２１    凝縮部
２２    蒸発部
２５    長尺部材
２６    支持脚
３１    ヒートポンプ
３２    地中熱交換器
３５    循環パイプ
３６    循環パイプ
１３５  循環パイプ
１３７  ヒートパイプ
【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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【図６】
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