(57)【要約】【課題】自然エネルギを利用し、維持費のかからない路面凍結防止装置を提供する。【解決手段】道路中に埋設または道路上に敷設して雪や氷を融かす融雪パネル１と、融雪パネルに流体を循環させる閉回路形の循環流路２と、この循環流路に設置され、流体を循環させる第１ポンプ３と、第１ポンプの回転軸を自然エネルギによって回転させる回転手段４と、前記循環流路に設けられた絞り手段５と、前記循環流路の低圧側をタンクに接続する吸込チェック弁を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路中に埋設または道路上に敷設して雪や氷を融かす融雪パネルと、
融雪パネルに流体を循環させる閉回路形の循環流路と、
この循環流路に設置され、流体を循環させる第１ポンプと、
第１ポンプの回転軸を自然エネルギによって回転させる回転手段と、
前記循環流路に設けられた絞り手段と、
前記循環流路の低圧側をタンクに接続する吸込チェック弁と、を備えたことを特徴とする路面凍結防止装置。
【請求項２】
前記回転手段は、風車であることを特徴とする請求項１に記載の路面凍結防止装置。
【請求項３】
前記回転手段は、太陽光発電で発電された電力により運転するモータであることを特徴とする請求項１または２に記載の路面凍結防止装置。
【請求項４】
前記第１ポンプをバイパスする第１ポンプバイパス流路と、
このバイパス流路に設置されて電動モータにより運転する第２ポンプとを設け、
前記第１ポンプの回転軸の回転速度に応じて第２ポンプを運転すること特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の路面凍結防止装置。
【請求項５】
前記電動モータは、太陽光発電で発電された電力により運転するモータであることを特徴とする請求項４に記載の路面凍結防止装置。
【請求項６】
太陽光発電で発電された電力により点灯する照明装置を備えたことを特徴とする請求項３または５に記載の路面凍結防止装置。
【請求項７】
前記第１ポンプの回転軸の回転により発電する発電機を備え、発電機によって発電された電力により前記電動モータが運転されることを特徴とする請求項４から６のいずれか一つに記載の路面凍結防止装置。
【請求項８】
前記融雪パネルと絞り手段とをバイパスするパネルバイパス流路を備え、運転条件に応じて流体をパネルバイパス流路と融雪パネルのどちらかに供給することを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の路面凍結防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冬季の間の路面凍結防止装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の路面凍結防止装置として、道路表面等の融雪面の直下に融雪または凍結防止のためのヒートパイプを敷設し、ヒートパイプが流体循環路を循環する流体と熱交換して昇温し、融雪または凍結防止するものがある（特許文献１参照）。流体循環路には流体加熱装置及び流体循環ポンプが備えられ、さらにこれら流体加熱装置及び流体循環ポンプに電力を供給する風力発電機が設置される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１９３５０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の路面凍結防止装置にあっては、流体加熱装置及び流体循環ポンプに電力を供給するための発電機が必要となるほか、流体加熱装置とヒートパイプとの熱交換部が必要となるため、熱交換上、熱の利用効率を上げることができないばかりでなく設備が大型化、高コスト化するという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、路面凍結防止装置において、熱の利用効率に優れるとともに設備の大型化、高コスト化を抑制し運転できる路面凍結防止装置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】
第１の発明は、道路中に埋設または道路上に敷設して雪や氷を融かす融雪パネルと、融雪パネルに流体を循環させる閉回路形の循環流路と、この循環流路に設置され、流体を循環させる第１ポンプと、第１ポンプの回転軸を自然エネルギによって回転させる回転手段と、前記循環流路に設けられた絞り手段と、前記循環流路の低圧側をタンクに接続する吸込チェック弁とを備える。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、回転手段は、風車であることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第１または２の発明において、回転手段は、太陽光発電で発電された電力により運転するモータであることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１から３のいずれか一つの発明において、第１ポンプをバイパスする第１ポンプバイパス流路と、このバイパス流路に設置されて電動モータにより運転する第２ポンプとを設け、前記第１ポンプの回転軸の回転速度に応じて第２ポンプを運転すること特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第４の発明において、電動モータは、太陽光発電で発電された電力により運転するモータであることを特徴とする。
【００１１】
第６の発明は、第３または５の発明において、太陽光発電で発電された電力により点灯する照明装置を備えたことを特徴とする。
【００１２】
第７の発明は、第４から６のいずれか一つの発明において、第１ポンプの回転軸の回転により発電する発電機を備え、発電機によって発電された電力により前記電動モータが運転されることを特徴とする。
【００１３】
第８の発明は、第１から７のいずれか一つの発明において、融雪パネルと絞り手段とをバイパスするパネルバイパス流路を備え、運転条件に応じて流体をパネルバイパス流路と融雪パネルのどちらかに供給することを特徴とする。
【００１４】
【発明の作用および効果】
第１、２、３の発明によると、融雪パネルを循環する流体が流通する閉回路形の循環流路に、風力や太陽光のような自然エネルギによって回転運転する第１ポンプを設けて流体を循環させるため、ポンプの運転にコストがかからず、維持費を著しく低減することができる。また循環経路中に絞り手段を設けたことで、この絞り手段の効果により流体の温度を上昇させることができ、この流体の発熱により融雪パネルを直接昇温できる。したがって、融雪パネルの昇温に新たに加熱装置のような大型装置を設置する必要がなく、また一旦発生した熱を他の媒体等に伝達熱交換する必要がないので発熱の利用効率がよく、低コスト化を図ることができる。
【００１５】
第４の発明によると、第１ポンプに並行して電動モータにより駆動し、流体を循環させる第２ポンプを設け、第１ポンプの回転速度に応じて第２ポンプを運転するため、風が弱いような気象条件下で第２ポンプを運転することで、気象条件に左右されず路面凍結防止装置を運転することができる。
【００１６】
第５の発明によると、第２ポンプを駆動する電動モータを太陽光発電による電力で運転することで、電動モータの運転にかかる費用を著しく低減できる。
【００１７】
第６の発明によると、太陽光発電による電力で点灯する照明装置を備えたため、冬季限定利用の路面凍結防止装置を通年利用可能な照明装置として使用することができ、路面凍結防止装置の付加価値を高めることができ、設備投資コストを低減できる。
【００１８】
第７の発明によると、第１ポンプに発電機を設け、この発電された電力を電動モータの運転に使用するため、電動モータの運転にかかる費用を著しく低減できる。
【００１９】
第８の発明によると、融雪パネルと絞り手段とをバイパスする流路を設け、路面凍結装置として運転せず、照明装置としてのみ運転する場合にはバイパス流路にのみ流体を流通させることで、循環流路内の流体抵抗を低減し、ポンプの運転効率や発電効率を向上することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は本発明の路面凍結防止装置の構成を説明する構成図であり、本装置は、高速道路や橋の路面上に設置される融雪パネル１と、融雪パネル１に熱媒体としての流体を循環させる閉回路形の循環流路２と、この循環流路２内に流体を流通させるための第１ポンプ３と、第１ポンプ３の回転軸と同軸に連結される回転軸を備えた風車４とから構成される。風車４は、例えば風向に左右されず回転力が得られる垂直翼型風車が使用される。さらに循環流路２途中には循環流路２中の流体の流量を制御する可変絞り手段５と、可変絞り手段５をバイパスする第１バイパス流路６に設置され、第１ポンプ３への負荷を所定値以下とするためのリリーフ弁７とからなる。なお、融雪パネル１は、道路上に敷設して使用してもよいし、道路内に埋設して使用してもよい。
【００２２】
閉回路形の循環流路２には流体が供給されるための補給流路８が設置され、補給流路８はタンク９から不足した分の流体のみを循環流路２中に補給するための逆止弁１０が設置されて、流体の補給量を制御するとともに、タンク９への流体の逆流を阻止する。
【００２３】
さらに第１ポンプ３をバイパスする第２バイパス流路１１には、図示しない電源により駆動するモータ１２によって運転する第２ポンプ１３が設置される。第２ポンプ１３の運転は、コントローラ１４によって行われ、コントローラ１４は第１ポンプ３の回転軸の回転速度を検出する回転センサ１５の出力に基づいて第２ポンプ１１の運転を制御する。さらにコントローラ１４は、前述の電磁式の可変絞り手段５とリリーフ弁７の制御を実施することもできる。なお、可変絞り手段５は、手動にて初期設定できれば足りる。
【００２４】
また第１、第２ポンプ３、１３の下流には各ポンプへの流体の逆流を阻止する逆止弁１６、１７が設置される。
【００２５】
次に作用を説明する。
【００２６】
風車４の回転軸に直接的に連結された軸を有する第１ポンプ３は、例えば第１ポンプ３が歯車ポンプとすると、風車４の回転によって歯車が回転し、流体を吐出する。このとき風車４の回転が直接的に第１ポンプ３を回転することになり、第１ポンプ３の運転に電力を用いる必要がなく、また効率がよい。第１ポンプ３の作用により循環流路２内を流通する流体は、可変絞り手段５に送られ、圧力が上昇し、流体の温度が上昇する。この可変絞り手段５によって昇温（通常５０から６０℃に流体は昇温する。）した流体が、融雪パネル１に送られて融雪パネル１を加熱し、融雪パネル１上の雪や氷を融かすことができる。融雪のために熱を奪われ低温となった流体は、第１ポンプ３に戻される。このとき、戻り流体は逆止弁１０のためにタンク９に戻ることができないので、所定温度を保ったまま第１ポンプ３に戻り、再び絞り手段５によって発熱するときに昇温効率を有効にできる。
【００２７】
コントローラ１４は、可変絞り手段５の絞り度合に応じて流体の上昇温度が変化するため、融雪パネル１の目標温度と図示しないセンサによって検出される流体の温度に応じて可変絞り手段５の絞り度合を制御する。融雪パネル１の目標温度は、例えばパネル上の積雪量、外気温、風速（回転速度センサ１５によって検出される第１ポンプ３の回転速度）に基づいて設定される。例えば、融雪パネル１の目標温度は、路面上に敷設して用いる場合には凍結しない最低温度として０℃から２℃である。道路中に埋設して用いる場合には道路表面温度が凍結しない最低温度の０℃から２℃となるように融雪パネル１を発熱させる。
【００２８】
次に風が弱く、風車４による第１ポンプ３の流体供給量では、可変絞り手段５による流体の温度上昇が不足し、融雪パネル１が目標温度に達しないと判定される場合には、モータ１２により運転される第２ポンプ１３の運転を開始する。第２ポンプの運転は、コントローラ１４によって制御されており、コントローラ１４は、回転センサ１５によって検出された風車４の回転速度が目標回転速度以下で、かつ温度センサ１８によって検出された融雪パネル１の温度が目標温度以下の場合に第２ポンプ１３を運転する。ここで風車４の目標回転速度は、第１ポンプ３の可変絞り手段５への流体供給量が融雪パネル１の目標温度以上となるために必要な熱量を発生するための流体流量以上であることを維持するための回転速度である。
【００２９】
循環流路２は、ドレンする構成を持たない閉回路として構成するため、一旦発生した流体の熱がタンクに戻って放出されるのを抑制でき、昇温効果を増すことができる。
【００３０】
なお、本実施形態においては、第１ポンプ３と第２ポンプ１３とを別々に設けたが、モータ１２によって第１ポンプ３を運転するようにして、第２ポンプを削除し、装置の簡略化、低価格化を図っても良い。この構成を用いた場合には、第１ポンプ３と風車４とを接続する軸にクラッチを設け、モータ１２により第１ポンプ３が運転されるときにはクラッチを非締結状態として、風車分の駆動負荷を低減することが好ましい。
【００３１】
このように、本発明の路面凍結防止装置は、自然エネルギにより回転する風車４と同軸に回転軸を形成して風車４の回転により回転運転する第１ポンプ３によって融雪パネル１内に流体を循環させ、融雪パネル１に流体を循環させる循環流路２の途中に絞り手段５を設置し、絞り手段５の作用により昇温した流体をそのまま融雪パネル１に供給して、融雪パネル上または融雪パネル１を埋設した道路表面の雪や氷を融かすものである。
【００３２】
したがって、流体を循環させる第１ポンプ３の回転動力源として風車を用い、また融雪のための熱を絞り手段５によって発生させるため、第１ポンプの運転は自然エネルギによって運転でき、電力等の外部からのエネルギを必要とすることがなく、運転にかかる費用を著しく低減し、路面の凍結を防止することができる。また流体を加熱するために循環流路に絞り手段５を備えただけなので、新たに加熱装置等を備える必要がなく、また一旦発生した熱を他の媒体等に伝達熱交換する必要がないので、発熱利用効率に優れるとともに、装置の大型化やコスト上昇を抑制できる。また循環流路は、閉回路として構成し、不足した流体を補給するようにしたので、絞り手段によって加熱された流体の熱の放出が抑制される。
【００３３】
また、第１ポンプ３をバイパスする流路１１に電動モータ１２によって運転される第２ポンプ１３を設けることにより、第１ポンプ３の回転速度が目標回転速度以下の場合に第２ポンプ１３を運転して、融雪パネル１の温度を目標温度とすることができ、自然条件に左右されることなく、必要に応じて常に融雪することができる。
【００３４】
また、第１ポンプ３を駆動するモータを設け、第１ポンプ３の回転速度が目標回転速度以下の場合に第１ポンプ３をモータによる運転に切り換えることにより、融雪パネルの温度を目標温度とすることができ、自然条件に左右されることなく、必要に応じて常に融雪することができる。
【００３５】
図２は、本発明の第２の実施形態の構成を示す構成図である。第２の実施形態は、第２ポンプ１３を運転するモータ１２に供給する電力を太陽光発電パネル１９により発電する点に特徴を有する。
【００３６】
太陽光発電パネル１９によって発電された電力をバッテリ２０に蓄電し、第２ポンプ１３を運転する必要のあるときにモータ１２に電力を供給する。太陽光発電パネル１９によって発電された電力で第２ポンプ１３を運転することで、風車４によって運転される第１ポンプ３と合わせて、外部からのエネルギの供給を受けることなく路面凍結防止装置を運転することができ、ランニングコストをゼロとすることができ省エネに優れる。またバッテリ２０を備え、バッテリからの電力を用いて例えば、街灯２１を点灯することで、冬場にのみ使用される路面凍結防止装置が、街灯照明装置として通年使用することができ、設備の投資効果を上げることができる。
【００３７】
なお、この実施形態の場合において、路面凍結防止装置として機能する場合以外、つまり街灯照明装置として機能させる場合には、風車４と第１ポンプ３との連結を機械式クラッチ２２で非連結状態とし、またはロックピン等の固定手段により風車４の回転を拘束するようにしておく。
【００３８】
図３は、本発明の第３の実施形態の構成を示す構成図である。第３の実施形態は、第２の実施形態の太陽光発電パネル１７に変わり、風車４の回転によって発電を行う発電機２３を第１ポンプ３の回転軸と同軸に設置したことに特徴を有する。
【００３９】
したがって、風車４の回転により発電機２３が発電し、発電した電力をバッテリ２０に蓄電し、蓄電した電力をモータ１２の運転や街灯２１の点灯に用いる。
このような構成とすることでも、外部からのエネルギの供給を受けることなく路面凍結防止装置を運転することができ、ランニングコストをゼロとすることができ、省エネが図れる。またバッテリ２０を備え、バッテリ２０からの電力を用いて例えば、街灯２１を点灯することで、冬場にのみ使用される路面凍結防止装置が、街灯装置として通年使用することができ、設備の投資効率を上げることができる。
【００４０】
なお、本実施形態の場合には、発電中の循環流路内の油圧抵抗を低減するために、融雪パネル１と可変絞り手段５とをバイパスする第３バイパス流路２４を設け、このバイパス流路２４に逆止弁２５を設け、流体の流通を制御する。つまり、路面凍結防止装置として機能する場合には融雪パネル１に流体を流通するようにし、それ以外の場合（街灯照明装置として機能させる場合）には融雪パネル１への流体の流通を禁止して第３バイパス流路２４を流体が流通するようにする。
このように流体の流通を制御することで、夏場等路面凍結防止装置を作動させない季節での循環流路２内の抵抗を低減して風車４の回転による発電効率を向上させる。この実施形態の風車４の径は、他の実施形態の径より大きく設定される。
これは、発電機２３の回転抵抗分を考慮する必要があるためである。
【００４１】
図４は、本発明の路面凍結防止装置の設置方法の一例を説明するための図である。この設置方法は、橋梁の下側に風車４を吊り下げるようにして設置する方法である。なお風車４は、橋脚に取りつけても、または地面等に取りつけても良いことは言うまでもない。
【００４２】
また融雪パネル１の設置場所としては、高速道路や一般道路の、とくに曲路部、日陰部や橋上に埋設して設置する。または工事箇所の補修路面を覆うように融雪パネル１を敷き詰めるようにして用いても良い。
【００４３】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す路面凍結防止装置の構成図である。
【図２】第２の実施形態を示す路面凍結防止装置の構成図である。
【図３】第３の実施形態を示す路面凍結防止装置の構成図である。。
【図４】本発明の路面凍結防止装置の設置方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  融雪パネル
２  循環流路
３  第１ポンプ
４  風車
５  可変絞り手段
６  第１バイパス流路
７  リリーフ弁
１１  第２バイパス流路
１２  モータ
１３  第２ポンプ
１４  コントローラ
【図１】
2004238867.tif 000003
【図２】
2004238867.tif 000004
【図３】
2004238867.tif 000005
【図４】
2004238867.tif 000006