(57)【要約】【課題】熱エネルギの有効利用効率の向上が可能な融雪設備を提供する。【解決手段】融雪エリアに敷設されて内部に第一の熱媒液１が流通する放熱管１１と、地中に埋設されて内部に第二の熱媒液２を貯留する蓄熱槽１２と、蓄熱槽１２内の第二の熱媒液２を加温する加温装置１３と、第二の熱媒液２と第一の熱媒液１との間で熱交換させる熱交換器１４と、蓄熱槽１２を包囲するように前記地中に埋設されて内部に第三の熱媒液３を貯留する熱回収槽１５と、熱回収槽１５内に設けられた蓄熱材１６と、第三の熱媒液３を自然熱により加温する集熱管１７と、第三の熱媒液３と第一の熱媒液１との間で熱交換させる熱交換器１８とを備えて融雪設備１０を構成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融雪エリアに敷設されて内部に第一の熱媒液が流通する放熱管と、
地中に埋設されて内部に第二の熱媒液を貯留する蓄熱槽と、
前記蓄熱槽内の前記第二の熱媒液を加温する第二の熱媒液加温手段と、
前記第二の熱媒液と前記第一の熱媒液との間で熱交換させる第一の熱交換手段と、
前記蓄熱槽を包囲するように地中に埋設されて内部に第三の熱媒液を貯留する熱回収槽と、
前記熱回収槽内に設けられた蓄熱材と
を備えていることを特徴とする融雪設備。
【請求項２】
請求項１において、
前記第三の熱媒液を自然熱又は廃熱により加温する第三の熱媒液加温手段を備えている
ことを特徴とする融雪設備。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記第三の熱媒液と前記第一の熱媒液との間で熱交換させる第二の熱交換手段を備えている
ことを特徴とする融雪設備。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、
前記第二の熱媒液加温手段が、自然熱又は廃熱を利用して前記第二の熱媒を加温する
こと特徴とする融雪設備。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかにおいて、
前記蓄熱材が、容器内に相変化材を入れたものである
こと特徴とする融雪設備。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかにおいて、
前記熱媒液が、水、不凍液、相変化材を入れたカプセルを水又は不凍液に分散させたスラリ、のうちのいずれかである
こと特徴とする融雪設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路や駐車場等に積もった雪を融解させる融雪設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路や駐車場等に積もった雪を融解させる従来の融雪設備としては、例えば、図２に示すように、内部に第一の熱媒液１０１を流通させる放熱管１１１を融雪エリアに敷設すると共に、第二の熱媒液１０２を貯留した蓄熱槽１１２を地中に埋設し、蓄熱槽１１１内の第二の熱媒液１０２を空気熱源のヒートポンプ方式の加温装置（熱交換器）１１３で加温すると共に、加温した第二の熱媒液１０２と第一の熱媒液１０１とを熱交換器１１４で熱交換させて第一の熱媒液１０１を加温することにより、加温された第一の熱媒液１０１を放熱管１１１内に流通させて、道路や駐車場等の融雪エリアに積もった雪を融解するようにしている。なお、図２中、１１９ａ〜１１９ｃは循環ポンプである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−０８１２６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような従来の融雪設備１１０においては、加温された第二の熱媒液１０２の熱エネルギが蓄熱槽１１１を介して地中に逃げてしまい、熱エネルギに無駄を生じてしまっていた。このため、蓄熱槽１１１を断熱材で包囲するようにしているものの、蓄熱槽１１１からの放熱を十分に抑えることができず、熱エネルギの有効利用効率のさらなる向上が求められている。
【０００５】
このようなことから、本発明は、熱エネルギの有効利用効率を高めることができる融雪設備を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明による融雪設備は、融雪エリアに敷設されて内部に第一の熱媒液が流通する放熱管と、地中に埋設されて内部に第二の熱媒液を貯留する蓄熱槽と、前記蓄熱槽内の前記第二の熱媒液を加温する第二の熱媒液加温手段と、前記第二の熱媒液と前記第一の熱媒液との間で熱交換させる第一の熱交換手段と、前記蓄熱槽を包囲するように地中に埋設されて内部に第三の熱媒液を貯留する熱回収槽と、前記熱回収槽内に設けられた蓄熱材とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
第二番目の発明による融雪設備は、第一番目の発明において、前記第三の熱媒液を自然熱又は廃熱により加温する第三の熱媒液加温手段を備えていることを特徴とする。
【０００８】
第三番目の発明による融雪設備は、第一番目又は第二番目の発明において、前記第三の熱媒液と前記第一の熱媒液との間で熱交換させる第二の熱交換手段を備えていることを特徴とする。
【０００９】
第四番目の発明による融雪設備は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記第二の熱媒液加温手段が、自然熱又は廃熱を利用して前記第二の熱媒を加温すること特徴とする。
【００１０】
第五番目の発明による融雪設備は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記蓄熱材が、容器内に相変化材を入れたものであること特徴とする。
【００１１】
第六番目の発明による融雪設備は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記熱媒液が、水、不凍液、相変化材を入れたカプセルを水又は不凍液に分散させたスラリ、のうちのいずれかであること特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による融雪設備の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は、融雪設備の概略構成図である。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態に係る融雪設備１０は、融雪エリアに敷設されて内部に第一の熱媒液１が流通する放熱管１１と、地中に埋設されて内部に第二の熱媒液２を貯留する蓄熱槽１２と、蓄熱槽１２内の第二の熱媒液２を加温する第二の熱媒液加温手段である加温装置１３と、第二の熱媒液２と第一の熱媒液１との間で熱交換させる第一の熱交換手段である熱交換器１４と、蓄熱槽１２を包囲するように前記地中に埋設されて内部に第三の熱媒液３を貯留する熱回収槽１５と、熱回収槽１５内に設けられた蓄熱材１６と、第三の熱媒液３を自然熱により加温する第三の熱媒液加温手段である集熱管１７と、第三の熱媒液３と第一の熱媒液１との間で熱交換させる第二の熱交換手段である熱交換器１８とを備えてなっている。なお、図１中、１９ａ〜１９ｅは循環ポンプである。
【００１４】
前記放熱管１１は、道路や駐車場等の融雪エリアに蛇行するようにして敷設され、循環ポンプ１９ａの作動により、不凍液からなる熱媒液１が内部に循環流通するようになっている。
【００１５】
前記蓄熱槽１２は、融雪エリアの地中に埋設され、水からなる熱媒液２を貯留している。
【００１６】
前記加温装置１３は、大気中から熱を吸収するヒートポンプと、当該ヒートポンプからの熱により前記熱媒液２を加温する凝縮器と、その他、膨張弁や蒸発器や受液記や圧縮器等とを備えてなり、循環ポンプ１９ｂの作動により、蓄熱槽１２内の熱媒液２を循環流通させて加温することができるようになっている。
【００１７】
前記熱交換器１４は、循環ポンプ１９ｃの作動により循環流通する前記蓄熱槽１２からの熱媒液２と、循環ポンプ１９ａの作動により循環流通する前記放熱管１１からの熱媒液１との間で熱交換させて熱媒液１を加温することができるようになっている。
【００１８】
前記熱回収槽１５は、蓄熱槽１２を包囲するように融雪エリアの地中に埋設され、水からなる熱媒液３を内部に貯留している。
【００１９】
前記蓄熱材１６は、熱回収槽１５の外方向側の内壁面に沿って配設された樹脂製の容器内に相変化材（Ｐｈａｓｅ　Ｃｈａｎｇｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌ：ＰＣＭ）を入れたものである。このＰＣＭは、外部からの熱エネルギにより、固体から液体に相が変化して当該熱エネルギを蓄える一方、液体から固体に相が変化することにより、蓄えている熱エネルギを外部に放出することができるものである。
【００２０】
上記ＰＣＭとしては、地中の温度（約１３〜１６℃）前後で相変化すると共に、潜熱量の大きいものが好ましく、具体的には、例えば、ミリスチン酸エチル（融解温度：１３．３℃，融解熱量：４１．４ｃａｌ／ｇ）等であると好ましい。
【００２１】
前記集熱管１７は、地中に蛇行するようにして埋設され、循環ポンプ１９ｄの作動により、前記熱媒液３を内部に循環流通させて地熱で加温することができるようになっている。
【００２２】
前記熱交換器１８は、循環ポンプ１９ｅの作動により循環流通する前記熱回収槽１５からの熱媒液３と、循環ポンプ１９ａの作動により循環流通する前記放熱管１１からの熱媒液１との間で熱交換させて熱媒液１を加温することができるようになっている。
【００２３】
このような本実施の形態に係る融雪設備１０の作用を次に説明する。
【００２４】
前記循環ポンプ１９ｂ，１９ｄを作動させると共に、加温装置１３を作動させると、蓄熱槽１２内の熱媒液２が加温装置１３内を流通することにより、大気中の熱を吸収して加温（例えば３０℃）されて蓄熱槽１２内に戻されると共に、熱回収槽１５内の熱媒液３が集熱管１７内を流通することにより、地中の熱を吸収して加温（例えば１４℃）されて熱回収槽１５内に戻される。また、前記蓄熱材１６は、周囲の地熱を吸収して蓄えると共に、熱媒液３の熱エネルギを地中へ放出させることなく蓄える。
【００２５】
前記循環ポンプ１９ａ，１９ｃ，１９ｅを作動させると、熱回収槽１５内の熱媒液３が熱交換器１８内を流通して、当該熱交換器１８内を流通する熱媒液１を加温した後（例えば８．５℃）、熱回収槽１５内に戻される（例えば４℃）と共に、蓄熱槽１２内の熱媒液２が熱交換器１４内を流通して、前記熱交換器１８内を流通した後に当該熱交換器１４内を流通する熱媒液１を加熱した後（例えば１８．５℃）、蓄熱槽１２内に戻される（例えば２０℃）。
【００２６】
前記熱交換器１４，１８を流通して加温された熱媒液１は、放熱管１１内を流通して、融雪エリアで放熱することにより、融雪して温度低下した後（例えば３．５℃）、前記熱交換器１４，１８内を再び流通して加熱される。
【００２７】
これにより、道路や駐車場等の融雪エリアに積もった雪は融解されて除去される。
【００２８】
このような融雪設備１０においては、熱回収槽１５内の前記蓄熱材１６が、当該熱回収槽１５の周囲の地熱を吸収して蓄えると共に、当該熱回収槽１５内の熱媒液３から地中へ逃げてしまう熱エネルギを抑制するので、蓄熱槽１２が地中温度程度で保温されると共に、蓄熱槽１２内の熱媒液１から地中へ逃げてしまう熱エネルギが大幅に抑制されるようになる。
【００２９】
したがって、本実施の形態によれば、加温された熱媒液１の熱エネルギの地中への放出を大幅に抑制することができるので、熱エネルギの有効利用効率を高めることができる。
【００３０】
また、地中に埋設した集熱管１７内に前記熱媒液３を流通させるようにしたので、地中の熱エネルギを熱媒液３に積極的に取り込むことができ、地中の自然熱をさらに有効利用することができる。
【００３１】
また、熱媒液３と熱媒液１とを熱交換させて熱媒液３の熱エネルギを熱媒液１に与えるようにしたので、熱媒液３の熱エネルギが地中に逃げるようなことはほとんどなく、熱エネルギの有効利用効率をさらに高めることができる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、道路や駐車場等に放熱管１１を敷設した場合について説明したが、他の実施の形態として、例えば、運動場のグランドや建物の屋根等に放熱管１１を敷設することにより、本実施の形態の場合と同様にして融雪することも可能である。
【００３３】
また、本実施の形態では、大気中からヒートポンプで熱を吸収して熱媒液２を加温する加温装置１３を利用するようにしたが、他の実施の形態として、例えば、融雪して生じた水や排水等の各種の水中からヒートポンプで熱を吸収して熱媒液２を加温することも可能である。さらに、このような自然熱だけでなく、建物から排出される廃熱を利用する加温手段を適用することも可能である。
【００３４】
また、本実施の形態では、前記熱媒液３を地熱で加温するようにしたが、このような自然熱だけでなく、他の実施の形態として、例えば、建物から排出される廃熱を利用して前記熱媒液３を加温することも可能である。
【００３５】
また、本実施の形態では、熱媒液３と熱媒液１とを熱交換させて熱媒液３の熱エネルギを熱媒液１に与えるようにしたが、他の実施の形態として、例えば、前記加温装置１３の大気との熱交換部分の霜取り（デフロスト）の熱源として熱媒３の熱エネルギを利用することも可能である。
【００３６】
また、本実施の形態では、第一の熱媒液１として不凍液を使用するようにしたが、他の実施の形態として、例えば、水や、ＰＣＭを入れた粒状の樹脂製のカプセルを不凍液又は水に分散させたスラリを適用することも可能である。このときのＰＣＭとしては、例えば、ｎ−テトラデカン（融解温度：５．６℃，融解熱量：５２．６ｃａｌ／ｇ）等が好ましい。
【００３７】
また、本実施の形態では、第二の熱媒液２として水を使用するようにしたが、他の実施の形態として、例えば、不凍液や、ＰＣＭを入れた粒状の樹脂製のカプセルを水又は不凍液に分散させたスラリを適用することも可能である。このときのＰＣＭとしては、例えば、パルミチン酸メチル（融解温度：３０．５℃，融解熱量：４２．９ｃａｌ／ｇ）等が好ましく、豪雪時には、さらに高い温度とする必要があるため、ステアリン酸メチル（融解温度：３６．２℃，融解熱量：４２．３ｃａｌ／ｇ）や１−ドデカノール（融解温度：３６．６℃，融解熱量：４５．４ｃａｌ／ｇ）等が好ましい。
【００３８】
また、本実施の形態では、第三の熱媒液３として水を使用するようにしたが、他の実施の形態として、例えば、不凍液や、ＰＣＭを入れた粒状の樹脂製のカプセルを水又は不凍液に分散させたスラリを適用することも可能である。このときのＰＣＭとしては、例えば、ミリスチン酸エチル（融解温度：１３．３℃，融解熱量：４１．４ｃａｌ／ｇ）等が好ましい。
【００３９】
【発明の効果】
第一番目の発明による融雪設備は、融雪エリアに敷設されて内部に第一の熱媒液が流通する放熱管と、地中に埋設されて内部に第二の熱媒液を貯留する蓄熱槽と、前記蓄熱槽内の前記第二の熱媒液を加温する第二の熱媒液加温手段と、前記第二の熱媒液と前記第一の熱媒液との間で熱交換させる第一の熱交換手段と、前記蓄熱槽を包囲するように地中に埋設されて内部に第三の熱媒液を貯留する熱回収槽と、前記熱回収槽内に設けられた蓄熱材とを備えていることから、熱回収槽内の蓄熱材が、熱回収槽の周囲の地熱を吸収して蓄えると共に、熱回収槽内の第三の熱媒液から地中へ逃げてしまう熱エネルギを抑制するので、蓄熱槽が地中温度程度で保温されると共に、蓄熱槽内の第二の熱媒液から地中へ逃げてしまう熱エネルギが大幅に抑制されるようになる。その結果、加温された第二の熱媒液の熱エネルギの地中への放出を大幅に抑制することができるので、熱エネルギの有効利用効率を高めることができる。
【００４０】
第二番目の発明による融雪設備は、第一番目の発明において、前記第三の熱媒液を自然熱又は廃熱により加温する第三の熱媒液加温手段を備えているので、自然熱又は廃熱を第三の熱媒液に積極的に取り込むことができ、自然熱又は廃熱を有効利用することができる。
【００４１】
第三番目の発明による融雪設備は、第一番目又は第二番目の発明において、前記第三の熱媒液と前記第一の熱媒液との間で熱交換させる第二の熱交換手段を備えているので、第三の熱媒液の熱エネルギが地中に逃げるようなことはほとんどなく、熱エネルギの有効利用効率をさらに高めることができる。
【００４２】
第四番目の発明による融雪設備は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記第二の熱媒液加温手段が、自然熱又は廃熱を利用して前記第二の熱媒を加温するので、熱エネルギを有効利用することができる。
【００４３】
第五番目の発明による融雪設備は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記蓄熱材が、容器内に相変化材を入れたものであるので、蓄熱効果を大幅に高めることができる。
【００４４】
第六番目の発明による融雪設備は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記熱媒液が、水、不凍液、相変化材を入れたカプセルを水又は不凍液に分散させたスラリ、のうちのいずれかであるので、上述した効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による融雪設備の実施の形態の概略構成図である。
【図２】従来の融雪設備の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
１　第一の熱媒液
２　第二の熱媒液
３　第三の熱媒液
１０　融雪設備
１１　放熱管
１２　蓄熱槽
１３　加温装置
１４　熱交換器
１５　熱回収槽
１６　蓄熱材
１７　集熱管
１８　熱交換器
１９ａ〜１９ｅ　循環ポンプ
【図１】
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【図２】
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