(57)【要約】【課題】道路等の構造体に設置したヒートパイプを利用し、集熱と給熱の２つの機能を１つのシステムで利用するようにしたヒートパイプによる集熱、給熱システムの提供【解決手段】構造体の所定深さに一端を上部に他端を下部にヒートパイプ１を傾斜させ設置する。ヒートパイプ１の上部端部に集熱体２を、ヒートパイプ１の下部端部に給熱体３を接続させる。集熱体２または給熱体３に熱媒体液を管路体８を介して熱媒体液供給装置７から循環用ポンプ９により供給する。例えば冬期に温水を給熱体に供給し融雪に利用し、夏期は冷水を集熱体に供給し風呂湯等に利用する。管路体８を介して集熱体２または給熱体３に対する熱媒体液供給の切換は、バルブ１０，１１，１２，１３により行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体の所定深さに一端を上部に他端を下部に傾斜させ設置されるヒートパイプ（１）と、
前記ヒートパイプの上部端部に接続されて設置される集熱体（２）と、
前記ヒートパイプの下部端部に接続されて設置される給熱体（３）と、
前記集熱体及び前記給熱体に熱媒体液を導く管路体（８）と、
前記管路体に接続され前記熱媒体液を供給する熱媒体液供給装置（７）と、
前記熱媒体液供給装置と前記管路体および前記集熱体と前記給熱体とに前記熱媒体液を循環させる循環用ポンプ（９）と、
前記集熱体又は前記管路体に設けられる第１バルブ（１０，１１）と、
前記給熱体又は前記管路体に設けられる第２バルブ（１２，１３）と
からなるヒートパイプによる集熱、給熱システム。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートパイプによる集熱、給熱システムにおいて、
前記構造体は、道路（６）であることを特徴とするヒートパイプによる集熱、給熱システム。
【請求項３】
請求項１に記載のヒートパイプによる集熱、給熱システムにおいて、
前記構造体は、建造物（２３）であることを特徴とするヒートパイプによる集熱、給熱システム。
【請求項４】
請求項１に記載のヒートパイプによる集熱、給熱システムにおいて、
前記第１バルブは、前記集熱体へ前記熱媒体液を導く入口用第１バルブ（１０）と、前記集熱体から前記熱媒体液を導く出口用第１バルブ（１１）とから構成されていることを特徴とするヒートパイプによる集熱、給熱システム。
【請求項５】
請求項１に記載のヒートパイプによる集熱、給熱システムにおいて、
前記第２バルブは、前記給熱体へ前記熱媒体液を導く入口用第２バルブ（１２）と、前記給熱体から前記熱媒体液を導く出口用第２バルブ（１３）とから構成されていることを特徴とするヒートパイプによる集熱、給熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプを利用し、熱を供給又は集熱するシステムに関する。更に詳しくは、構造体に埋設されたヒートパイプを介し、低温時には温湯を供給してヒートパイプに熱を加え消雪等に利用し、高温時にはヒートパイプを介して得られた熱を集熱して風呂湯等に利用するヒートパイプによる集熱、給熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地中にヒートパイプを埋設し、地中の熱の利用あるいは温湯を供給するシステムは知られている。例えば、融雪を目的とするシステムでは、複数本のヒートパイプを互いに平列して道路下に設け、ヒートパイプの放熱により地表の融雪を行うものが知られている（例えば特許文献１参照）。これは道路等に散水することなく雪を溶かす方法として利用されるものである。
【０００３】
これは一定深さにヒートパイプを埋設し、その蒸発部に気温が０℃以下の降雪時に温水を送って、この熱をヒートパイプの凝縮部から道路等に畜熱し、この熱の放熱とヒートパイプの凝縮部からの放熱により道路等の雪を溶かすシステムである。このようなシステムに温水を送る方法は種々あり、例えば廃棄物焼却炉の熱を利用し、廃棄物を燃焼する際に発生する熱により冷却ジャケット内の冷却水を温水にし、地中に配置したヒートパイプと接続した畜熱温水槽等に送り込み、融雪等に利用する装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
特にこの廃棄物の燃焼による熱は、浴槽等の湯を沸かすのに利用されていることもよく知られている。一方、地熱あるいは太陽熱を集熱してその熱を利用することも知られている。例えば太陽熱の利用では、山間部において、太陽光熱発電併給装置により発電された電力エネルギーを温水循環給湯装置や各種電力消費機器に連結して有効利用する技術が知られている（例えば特許文献３参照）。
【０００５】
又、一般家屋では、屋根に太陽熱利用の装置を設け、家庭内の発電にあるいは風呂等の温湯のために利用されていることもよく知られている。又、地熱採熱の例として、消費エネルギーを削減した例で熱媒循環ポンプを省略したシステムが知られている（例えば特許文献４参照）。このように地中に熱を供給する融雪システム、あるいは地熱、太陽熱を集熱して利用するシステムは、個々の技術としてはよく知られているところである。
【特許文献１】特開平５−２８０００９号公報
【特許文献２】特開平７−３１０９５６号公報
【特許文献３】特開２００７−２４３４２号公報
【特許文献４】特開平９−３２４９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上説明したように、地中に温水を介して畜熱させ融雪等を行う技術、あるいは逆に地中又は太陽から熱を集熱しその熱を利用する技術は、ヒートパイプを使用したものとして個々に種々の方式が開発され実用化されている。しかしながら、その技術を適用した装置やシステムは、その個々の目的にのみ使用され、目的外においては使用されていないのが現状である。
【０００７】
例えば、融雪システムは、冬の降雪時にのみ適用され降雪した道路等の地中に埋設したヒートパイプを介して地表の雪を融かし、道路の車両走行や歩行をスムースにさせることを目的にしている。又、住宅の屋根にこのシステムを設置すれば、屋根に積もった雪を融かしたり、雪が積もらないように屋根を暖めたりして堆雪を防ぐことができることも知られている。これらのシステムの使用は降雪時に限られている。降雪しない時期には、このシステムは稼動していない。
【０００８】
又、太陽光熱や地熱を利用するシステムは、恒久的なシステムとして専用の施設が設けられており、その施設は高価で複雑大規模のものが多い。現状は簡素な施設とは言い難い。本発明は、このような従来のシステムにおける問題点を解決するために開発されたものであり、設備を無駄なく有効に利用できるように開発されたものであり、次の目的を達成する。本発明の目的は、構造体に設置したヒートパイプを利用し、集熱と給熱の２つの機能を１つのシステムで行うようにし有効な熱利用を可能にしたヒートパイプによる集熱、給熱システムの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
即ち、本発明１のヒートパイプによる集熱、給熱システムは、構造体の所定深さに一端を上部に他端を下部に傾斜させ設置されるヒートパイプと、前記ヒートパイプの上部端部に接続されて設置される集熱体と、前記ヒートパイプの下部端部に接続されて設置される給熱体と、前記集熱体及び前記給熱体に熱媒体液を導く管路体と、前記管路体に接続され前記熱媒体液を供給する熱媒体液供給装置と、前記熱媒体液供給装置と前記管路体および前記集熱体と前記給熱体とに前記熱媒体液を循環させる循環用ポンプと、前記集熱体又は前記管路体に設けられる第１バルブと、前記給熱体又は前記管路体に設けられる第２バルブと、からなっている。
【００１０】
本発明２のヒートパイプによる集熱、給熱システムは、発明１において、前記構造体は、道路であることを特徴とする。
【００１１】
本発明３のヒートパイプによる集熱、給熱システムは、発明１において、前記構造体は、建造物であることを特徴とする。
【００１２】
本発明４のヒートパイプによる集熱、給熱システムは、発明１において、前記第１バルブは、前記集熱体へ前記熱媒体液を導く入口用第１バルブと、前記集熱体から前記熱媒体液を導く出口用第１バルブとから構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明５のヒートパイプによる集熱、給熱システムは、発明１において、前記第２バルブは、前記給熱体へ前記熱媒体液を導く入口用第２バルブと、前記給熱体から前記熱媒体液を導く出口用第２バルブとから構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は以上のように、集熱と給熱の２つの機能を有するシステムとしたので、このシステムを使用する対象の条件が変わっても、その条件の変化に対応し休止することなく有効に稼動させることが出来るシステムとなった。又、システムそのものは、コストの高い規模を要するものではなく、低コストで簡素な構成のものである。このため、一般家庭においても利用できる汎用性のあるシステムとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづき説明する。本発明に関わる構造体はあらゆるものに適用可能であるが、先ず構造体を道路に適用しヒートパイプを道路下の地中に埋設する場合の例で説明する。図１は、地中にヒートパイプを埋設しその熱を利用するための基本的構成を平面的に模式図として示すシステム構成図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面を示し、地中に埋設したシステムを断面で示す構成図である。
【００１６】
図において、本実施の形態は、主構成をなすヒートパイプ１に吸熱用の集熱体である集熱パイプ２と給熱用の給熱体である給熱パイプ３を両端に保持したものである。このヒートパイプ１は地中に傾斜して埋設されており、ヒートパイプ１は複数個併設して傾斜して配置されている。このヒートパイプには複数のフィン１ａが外部に設けられていて熱交換の効率を高めている。各々の端部に、即ち傾斜上部のヒートパイプ地表側端部４に集熱パイプ２が保持されている。又、傾斜下部のヒートパイプ地中側端部５には給熱パイプ３が保持されている。
【００１７】
ヒートパイプ１の端部は、その保持する熱が伝達できるように、集熱パイプ２及び給熱パイプ３内にその端部を食い込ませている。集熱パイプ２及び給熱パイプ３は、一定の内部空間を有し管状体になっており、対流する熱媒体液の熱を保持するとともに、熱媒体液である温水又は冷水を導き流す構成になっている。ヒートパイプ１と集熱パイプ２及び給熱パイプ３は道路６等の構造体に設けられているが、この道路６又は道路下の地中に埋設された集熱パイプ２又は給熱パイプ３に冷水または温水を送るための熱媒体液供給装置７が管路体８を介して道路近傍に設けられている。
【００１８】
この熱媒体液供給装置７は、融雪等の場合は温水タンクとなり給熱パイプ３に温水を供給する。又、集熱の場合には冷水タンクとなり集熱パイプ２に冷水を供給する。又、このシステムを循環する熱媒体液の回収も行っている。又、この冷水または温水を送るための駆動源である循環用ポンプ９が熱媒体液供給装置７に付随して設けられている。通常は、この熱媒体液供給装置７と循環用ポンプ９はセットになり一体化してユニット設備７ａを構成している。
【００１９】
さらに、この管路体８の経路には、集熱パイプ２及又は給熱パイプ３あるいはその近傍の管路体８にバルブが各々設けられている。このバルブは、集熱パイプ２の前後、即ちこの集熱パイプ２の入口側と出口側に２つのバルブが設けられ、入口用第１バルブ１０と出口用第１バルブ１１として取り付けられている。同様に給熱パイプ３側にもその前後に入口用第２バルブ１２と出口用第２バルブ１３として取り付けられている。
【００２０】
本発明のヒートパイプによる集熱、給熱システムはこのように構成される。次にこのシステムの機能について説明する。前述のように本システムは集熱と給熱の２つの機能を有しているが、先ず融雪システムとして使用する場合は、主として冬期の降雪時に給熱として適用されるシステムである。融雪で使用する場合は、熱媒体液供給装置７内には温水が貯留されている。この温水は循環用ポンプ９により熱媒体液供給装置７から管路体８に送られる。
【００２１】
送られる温水は給熱パイプ３に管路体８を通し入口用第２バルブ１２を介して給湯される。このとき給熱パイプ３側に給湯された温水はヒートパイプ１と接触し、傾斜しているヒートパイプ１の下部の蒸発部のヒートパイプ熱媒体と熱交換し、ヒートパイプ熱媒体を蒸発させる。このとき温水は冷却される。この冷却水は給熱パイプの出口用第２バルブ１３を介して回収され、熱媒体液供給装置７に貯留される。
【００２２】
一方ヒートパイプにおいては、その下部で温められると、ヒートパイプ１内のヒートパイプ熱媒体は温水により加熱され蒸発して熱を上方へ移動し伝達させる。この移動過程で熱放散し地中を加熱し畜熱する。ヒートパイプ熱媒体はヒートパイプ１の上方に移動すると、上方は冬期で温度は低い状態になっているので、凝縮され冷却し液体化する。冷却し液体化されたヒートパイプ熱媒体はヒートパイプ１の下部に移動し温水により再び蒸発して上方へもたらされ熱放散する。これを温水の連続的給湯により繰り返し、熱交換する。
【００２３】
地中の上部には道路があり、地中の畜熱により道路は温められて道路上の降雪を融かす。また降雪前に道路を温めておけば、降雪と同時に雪は溶け、道路上の積雪は防止できる。給熱パイプ３に給熱された温水はヒートパイプ１を介して冷却され冷却水となり出口用給熱第２バルブ１３を通り管路体８を介して回収される。回収された冷却水は熱媒体液供給装置７に貯留される。貯留された冷却水は再び加熱され温水化される。
【００２４】
この温める手段については、前述したように廃棄物焼却炉、あるいはボイラーのような公知の手段を適用すればよい。特にボイラーについては、家庭用のボイラーの使用も可能である。又、給熱パイプ３側に入口用第２バルブ１２と出口用第２バルブ１３の２つのバルブを設けることで説明したが、入口用第２バルブ１２または出口用第２バルブ１３のどちらか１つのバルブを設けることでもよい。
【００２５】
この場合、例えば出口用第２バルブを省略すると、この出口側管路は集熱パイプ側への逆流を避けるため熱媒体液供給装置にこの管路を直接連結するようにすればよい。これは、集熱パイプ側にも適用され、出口用第１バルブ１１を省略すると、この出口側管路も熱媒体液供給装置７に直接連結するようにする。いずれにしてもどちらかのバルブの開閉のみで、給熱パイプ側への温水供給の有無をコントロールすることが可能である。
【００２６】
次に同一のこのシステムで集熱を行う場合について説明する。集熱の場合は、特に暑い時期に集熱パイプ２を使用することになる。そのため集熱パイプ２側の入口用第１バルブ１０と出口用第１バルブ１１を開放し、逆に給熱パイプ３側の入口用第２バルブ１２と出口用第２バルブ１３を閉じる。このような構成にして、熱媒体液供給装置７から冷水を循環用ポンプ９により管路体８を介して集熱パイプ２に送り込む。
【００２７】
道路６等の地表面は太陽熱を受け高熱状態になっており、それに伴ない地中も高温を維持している。これによりヒートパイプ１は加熱された状態になっている。集熱パイプ２に送り込まれた冷水はヒートパイプ１に接触し、ヒートパイプ１との熱交換により、ヒートパイプ１で蒸発状態にあるヒートパイプ熱媒体は冷水により凝縮し液体化する。このとき冷水は熱を受けて温水となる。
【００２８】
液体化したヒートパイプ熱媒体はヒートパイプ１の下方に移動するが、地中の熱を吸収し再び蒸発してヒートパイプ１の上方へもたらされる。上方のヒートパイプ熱媒体は冷水により再度凝縮しヒートパイプ１の下方に移動しこれを繰り返す。一方、冷水の方は、前述のように逆にヒートパイプ１により温められて温水となり集熱パイプ２の出口用第１バルブ１１にもたらされる。
【００２９】
この温水は出口用第１バルブ１１から管路体８を介して、熱媒体液供給装置７に回収される。熱媒体液供給装置７は水道水や井戸水を扱う装置であってもよい。回収された温水は何らかの形で吸熱利用され再び冷却して熱媒体液供給装置７により集熱パイプ２へ送り込んでもよいが、例えば風呂の湯として利用してもよい。このように本システムは、ヒートパイプ１の両端に集熱パイプ２と給熱パイプ３を接続させる構成により、同一のシステムで冬期は融雪等地表側に対して給熱する機能と、逆に夏期には地表の熱を集熱する機能を有したものである。
【００３０】
このシステムは小規模の装置での利用が可能である。このシステムの適用対象を道路として説明したが、本発明の構造体は、例えば住宅や事務所等の家屋の屋根や床であってもよい。例えば屋根２５であれば、図３に示すように、屋根裏側（屋根表側であってもよい）に、ヒートパイプ２０、集熱パイプ２１、給熱パイプ２２を傾斜させて取り付け、風呂等の設備２３と管路体２４を介して接続し、前述同様の機能を果たせばよい。
【００３１】
冬期は屋根２５の降雪を防止するのに有効であり、その場合に例えば風呂の残り湯を温水とし、給熱パイプ２２に送り込むことになる。夏季等においては、屋根２５からの太陽熱を受けて集熱パイプ２１からの温水を風呂等の湯として利用することができる。また図示していないが、床に適用した場合には、同様に冬期には温水を供給することにより床を温め床暖房し、夏期には冷水を供給することにより床を冷やしクーラーの機能を果たすことが可能である。これらの切換は設備の条件変更と前述のバルブ切換で簡単に行うことができる。
【００３２】
本発明の実施の形態について以上のとおり説明したが、本発明はこの形態例に限定されないことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の基本構成を示すシステム構成図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、本発明を家屋に適用した例を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ：ヒートパイプ
２  ：集熱パイプ
３  ：給熱パイプ
４  ：ヒートパイプ地表側端部
５  ：ヒートパイプ地中側端部
６  ：道路
７  ：熱媒体液供給装置
８  ：管路体
９  ：循環用ポンプ
１０：入口用第１バルブ
１１：出口用第１バルブ
１２：入口用第２バルブ
１３：出口用第２バルブ
２３：設備
２５：屋根
【図１】
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【図２】
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【図３】
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