技術 融雪システム

0001

本発明は一般に、融雪システムに関する。より詳細には、本発明は、地熱や下水道管などから発生する熱を利用する融雪システムに関する。

0002

本出願人は、地熱を利用した種々の融雪システムを提案している（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。これらの融雪システムでは、液体を地熱で温め、これらの液体をポンプやヒーター等の補助装置を用いて循環させて、融雪を行っている。

0003

特公平７−４９６５０号公報
特許第３０８９４００号公報

0004

本発明は、上述の融雪システムを改良発展させたものであって、内部に収容される融雪用液体の温度差に起因する自然対流を利用して融雪を行う融雪システムを提供することを目的としている。

0005

本願請求項１に記載の融雪システムは、頂壁、底壁、及び側壁を有し、前記頂壁と前記底壁との間に配置された隔壁によって上部空間と下部空間とに分割されている本体と、前記本体の下方に配置され、地中の熱を吸収するための吸熱管とを備え、前記本体の前記上部空間と前記下部空間とが、前記隔壁の周縁部に設けられた開口によって互いに連通しており、前記吸熱管が、外管と内管とによって構成される二重管であり、前記外管の上端が前記下部空間と連通し、下端が閉鎖しており、前記内管の上端が前記上部空間と連通し、下端が開放しており、前記上部空間内と前記下部空間内の両方又はいずれか一方に配置された複数の整流板を更に備え、前記上部空間内に配置された前記整流板が、前記内管の上端付近の箇所から前記開口付近の箇所に向かって延び、少なくとも上縁を前記頂壁に固定することによって前記上部空間内に取り付けられており、前記下部空間内に配置された前記整流板が、前記外管の上端付近の箇所から前記開口付近の箇所に向かって延びており、前記本体及び前記吸熱管内に、融雪用液体が収容されており、地熱により温められて温水となった前記外管内の融雪用液体が、自然対流により、前記内管を通って前記上部空間に達し、前記本体の上方に位置する雪を融解して冷水となった融雪用液体が、前記開口から前記下部空間を通って前記外管内に戻る過程を繰り返し、或いは、地熱により温められて温水となった前記外管内の融雪用液体が、自然対流により、前記外管、次いで前記下部空間を通って前記開口から前記上部空間に達し、前記本体の上方に位置する雪を融解して冷水となった融雪用液体が、前記内管を通って前記外管内に戻る過程を繰り返すことによって、融雪するように構成されていることを特徴とするものである。

0006

本願請求項２に記載の融雪システムは、前記請求項１の融雪システムにおいて、前記整流板が熱伝導率の大きな材料で形成されていることを特徴とするものである。

0007

本願請求項３に記載の融雪システムは、前記請求項１又は２の融雪システムにおいて、前記外管のうち、少なくとも地中の熱を吸収する部分が熱伝導率の大きな材料で形成されていることを特徴とするものである。

0008

本願請求項４に記載の融雪システムは、前記請求項１から請求項３までのいずれか１項の融雪システムにおいて、前記隔壁が熱伝導率の小さな材料で形成されていることを特徴とするものである。

0009

本発明の融雪システムによれば、自然対流により融雪用液体を循環させているので、動力源を必要とせずに、廉価な維持コストで融雪を行うことができる。また、本発明の融雪システムにおいて整流板を設けたことにより、上部空間内において温水を均等に流すことができるとともに、層流状態を保持して自然対流を促進させるという効果を得ることができる。

0010

次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る融雪システムについて詳細に説明する。図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る融雪システムを示した斜視図である。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係る融雪システムは、本体１２を備えている。

0011

本体１２は、頂壁１２ａ、底壁１２ｂ、及び頂壁１２ａと底壁１２ｂとを連結する側壁１２ｃを有する箱型ケーシングによって形成されており、その内部は、頂壁１２ａ及び底壁１２ｂに実質的に平行に配置された隔壁１２ｄによって上部空間１４と下部空間１６に分割されている。

0012

本体１２の上部空間１４と下部空間１６は、隔壁１２ｄの周縁部に設けられた複数の開口１８によって、互いに連通している（図３（ａ）、図４（ａ）参照）。複数の開口１８を設ける代わりに、頂壁１２ａ、底壁１２ｂよりも小さい隔壁１２′ｄを支持部材１８ａ′で支持することによって形成される隙間を開口１８′としてもよく（図４（ｂ）参照）、上部空間１４と下部空間１６とを連通させる他の適当な手段を用いてもよい。

0013

本体１２は、詳細には後述するように、頂壁１２ａの上方が融雪面となるため、少なくとも頂壁１２ａは、金属材料で形成されている。本体１２の頂壁１２ａ以外の部分（すなわち、底壁１２ｂ、側壁１２ｃ、各壁１２ｄ）は、任意の適当な材料で形成されている。

0014

融雪システム１０は又、本体１２の下方に本体１２に対して実質的に直交するように配置され、地中の熱（地熱、地中に埋設されている下水道管などから発生する熱）を吸収するための吸熱管２０を備えている。吸熱管２０は、外管２２と内管２４とによって構成される二重管である。図２に示されるように、外管２２の上端２２ａは、本体１２の下部空間１６と連通しており、内管２４の上端２４ａは、本体１２の上部空間１４と連通している。また、外管２２の下端２２ｂは、底壁によって閉鎖されており、内管２４の下端２４ｂは、開放している。なお、図示されている例では、外管２２の下端２２ｂが底壁によって閉鎖されているが、下端が開放した管状部材を用い、管状部材の下端周辺にコンクリート等を注入等することによって、下端を閉鎖してもよい。

0015

融雪システム１０は更に、本体１２の上部空間１４内に配置された複数の整流板２６を備えている（図１では、整流板２６は図示されていない）。整流板２６は、図３に示されるように、内管２４の上端２４ａの付近の箇所から、外管との連通箇所（開口１８）の付近の箇所に向かって、放射状に延びており、その上縁２６ａを本体１２の頂壁１２ａに固定することによって本体１２に取り付けられている（図２参照）。

0016

図示されている整流板２６は、上縁２６ａが本体１２の頂壁１２ａに固定されているが、上縁２６ａを頂壁１２ａに固定し、下縁を隔壁１２ｄに固定してもよい。

0017

整流板２６は、（１）温水を内管２４の上端２４ａから上部空間１２の開口１８に向かって均等に流し、（２）温水を層流状態で流して自然対流を促進させる、のに役立つ。また、整流板２６を熱伝導率の大きな材料（例えば、金属材料）で形成した場合には、温水の熱を本体１２の頂壁１２ａに伝達するのに役立つ。

0018

なお、融雪システム１０は、地中に埋設されており、本体１２の頂壁１２ａの上方は、舗装で被覆されている。また、融雪システム１０の本体１２及び吸熱管２０内には、融雪用液体（例えば、水、不凍液）が収容されている。

0019

以上のように構成された融雪システム１０の作動について説明する。水の密度は４°Ｃにおいて最大となることは周知である（したがって、水は、４°Ｃ以下（例えば、３°Ｃ）では温められると重くなり、４°Ｃ以上（例えば、５°Ｃ）では温められると軽くなる）。図５は、融雪用液体が４°Ｃ以下の水である場合における融雪システム１０の作動を模式的に示した図である。まず、外管２２内の融雪用液体が地熱により温められて温水となる。すると、温められた温水は外管２２内を下降し、次いで、内管２４の下端２４ｂから、自然対流によって上昇し、内管２４の上端２４ａから上部空間１４に達する。上部空間１４に達した温水により、本体１２の頂壁１２ａの上方に位置する雪が融かされる。その際、上部空間１４内に配置された整流板２６により、温水が内管２４の上端２４ａから均等に且つ層流状態を保って上部空間の周縁部に流れるので、雪が均等に融かされる。また、整流板２６が頂壁１２ａに固定されているので、温水の熱が整流板２６を介して頂壁１２ａに伝達され、雪を融かすのに役立つ。雪を融かして冷水となった融雪用液体は、自然対流により、開口１８から下部空間１６を通って外管２２内に到達し、再び地熱によって温められ温水となる。このようにして自然対流を利用して、温水を本体１２の上部空間１４に循環させることにより、効率的に融雪を行うことができる。

0020

図６は、融雪用液体が４°Ｃ以上の水である場合における融雪システム１０の作動を模式的に示した図である。この場合には、融雪用液体の循環経路は、図５に示した場合と逆になる。すなわち、地熱により温められて温水となった外管２２内の融雪用液体が外管２２内を上昇し、自然対流により、下部空間１６を通って開口１８から上部空間１４に達し、本体１２の上方に位置する雪を融解して冷水となった融雪用液体が、内管２４を通って外管２２内に戻る過程が繰り返される。

0021

融雪システム１０が図６に示すような作動をする場合には、上部空間１４に配置されている整流板２６と同様な整流板２８を下部空間１６に配置するのが好ましい。下部空間１６に配置される整流板２８は、頂壁１２ａへの熱伝導を考慮する必要がないので、整流板２６と異なり、特に上縁を隔壁１２ｄに固定しなくともよい（換言すると、下縁を底壁１２ｂに固定してもよく、上縁を隔壁１２ｄに固定してもよく、或いは、下縁を底壁１２ｂに固定し上縁を隔壁１２ｄに固定してもよい）。

0022

上述のように、整流板は、融雪用液体の温度に応じて、上部空間１４又は下部空間１６のいずれか一方のみに配置してもよく、上部空間１４と下部空間１６の両方に配置してもよい。

0023

なお、吸熱管２０の外管２２のうち、少なくとも地熱を吸収する部分は、地熱の熱エネルギーを融雪用液体に良好に伝達することができるように、熱伝導率の大きい材料（例えば、金属材料）で形成するのが好ましい。また、本体１２の隔壁１２ｄは、上部空間１４内の融雪用液体と下部空間１６内の融雪用液体との温度差を保持し、自然対流を促進させるために、熱伝導率の小さな材料（例えば、合成樹脂材料）で形成するのが好ましい。

0024

本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

0025

例えば、以上の実施の形態において、本体１２は平面視で矩形に形成され、吸熱管２０は円筒形の管で形成されているが、これらの形状に限定されるものではない。また、図示されている整流板２６の形状や基数、開口１８の形状や基数は、単なる例示的なものにすぎない。また、融雪システム１０が地熱を利用するものとして説明されているが、地熱以外の熱エネルギー（例えば、下水道管により生ずる熱）を利用するものでもよい。

0026

また、前記実施の形態では、隔壁１２ｄが頂壁１２ａ及び底壁１２ｂに対して実質的に平行に配置され、吸熱管２０が本体１２に対して実質的に直交するように配置されているが、これらの形態に限定されるものではない（例えば、融雪用液体の対流を助長させるべく、隔壁１２ｄに傾斜を設けてもよいし、融雪システム１０を傾斜地に設置する等の場合には、吸熱管２０が本体１２に対して傾斜していることもあり得る）。

0027

本発明の好ましい実施の形態に係る融雪システムの斜視図である。
図１の融雪システムの縦断面図である。
図３（ａ）は、図２の線３ａ−３ａに沿って見た断面図、図３（ｂ）は、図２の線３ｂ−３ｂに沿って見た断面図である。
図４（ａ）は隔壁に設けられる開口を示した部分切り取り斜視図、図４（ｂ）は隔壁に設けられる別の形態の開口を示した部分切り取り斜視図である。
図１の融雪システムの作動状態を説明するための模式図である。
図１の融雪システムの別の作動状態を説明するための模式図である。

0028

１０融雪システム
１２ 本体
１４ 上部空間
１６ 下部空間
１８ 開口
２０吸熱管
２２外管
２４内管
２６、２８ 整流板