JP2004339741A - 超臨界ｃｏ２冷媒融雪システム - Google Patents
超臨界ｃｏ２冷媒融雪システム Download PDFInfo
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Abstract
【課題】豪雪地域や寒冷地域に対しても、ボイラー加熱手段や電熱線加熱手段等を用いることなく融雪能力の大きい低環境負荷かつ省エネルギーの融雪装置が得られ、かつ融雪パイプに供給される不凍液温度の上昇に対応して融雪パイプの構造を簡単化し、構成部品数を減少して低コスト化した、超臨界ＣＯ２ヒートポンプを備えた融雪システムを提供する。
【解決手段】舗装体の内部に熱源装置に接続された融雪パイプを埋設してなる融雪システムにおいて、前記熱源装置はＣＯ２冷媒を用いたＣＯ２ヒートポンプシステムからなり、前記ヒートポンプのガスクーラを融雪パイプに送られる不凍液とＣＯ２冷媒とを熱交換して該不凍液を所定温度以上に加熱するように構成し、さらに前記融雪パイプを前記舗装体の一定長さ毎に１本の連続したパイプを該舗装体の全面に加熱範囲が広がるように屈曲して形成してなることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】舗装体の内部に熱源装置に接続された融雪パイプを埋設してなる融雪システムにおいて、前記熱源装置はＣＯ２冷媒を用いたＣＯ２ヒートポンプシステムからなり、前記ヒートポンプのガスクーラを融雪パイプに送られる不凍液とＣＯ２冷媒とを熱交換して該不凍液を所定温度以上に加熱するように構成し、さらに前記融雪パイプを前記舗装体の一定長さ毎に１本の連続したパイプを該舗装体の全面に加熱範囲が広がるように屈曲して形成してなることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、舗装道路等の融雪や凍結防止に適用され、舗装体の内部に加熱流体が流動する融雪パイプを埋設し、該融雪パイプに前記加熱流体を生成する熱源装置を接続してなる融雪装置であって、ＣＯ２（炭酸ガス）ヒートポンプを備えた超臨界ＣＯ２冷媒融雪システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
舗装道路上の積雪の除去または凍結防止の融雪装置として、フロンやアンモニアを冷媒とするヒートポンプの熱によって該積雪の除去や凍結防止を行なうようにしたヒートポンプ式融雪システムが用いられている。
図４はかかるヒートポンプ式融雪システムの一例を示し、図において１００はヒートポンプで、該ヒートポンプ１００の凝縮器で冷媒を冷却することにより昇温された不凍液は、不凍液ポンプ０１４によって不凍液供給管０１２を経て入口ヘッダー０１５に達し、該入口ヘッダー０１５に複数接続されている融雪パイプ０１１を通流することにより舗装道路上の積雪を加熱して融解せしめた後、該融雪パイプ０１１から出口ヘッダー０１６に流出し、該出口ヘッダー０１６から不凍液戻り管０１３を通って前記ヒートポンプ１００の凝縮器に戻される。
【０００３】
また、冷媒にＣＯ２（炭酸ガス）を使用したヒートポンプ式融雪システムに関する技術が特許文献１（特開２００１−２４１７８５公報）にて提供されている。
特許文献１の技術においては、ヒートポンプ１００の凝縮器におけるＣＯ２冷媒の冷却流体として吸収冷凍機を循環する冷却流体を用いるとともに、凝縮器においてＣＯ２冷媒を冷却することにより昇温された不凍液等の冷却流体を融雪装置に導き、該昇温流体によって舗装体上の積雪を加熱して融解せしめるように構成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２４１７８５公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示されている従来技術にあっては、前記ヒートポンプ１００の凝縮器からの昇温された不凍液の温度は２５℃程度であって、この不凍液が前記融雪パイプ０１１を通流して舗装道路上の積雪を加熱して融解しヒートポンプ１００の凝縮器に戻される温度が２０℃程度必要であることから、前記不凍液の融雪パイプ０１１出入り口温度差は５℃程度となる。また、従来は一定温度で冷媒が冷却される凝縮過程が存在することから、不凍液の温度の昇温が制限されていた。
このため、かかる従来技術にあっては、積雪量の多い舗装道路の融雪を行う場合には、融雪パイプ０１１の数及び入口ヘッダー０１５、出口ヘッダー０１６を増加した融雪システムが必要となって、融雪装置が大型で、複雑な構造となり、また、積雪量が過大な豪雪地域や寒冷地域においては、ボイラー加熱手段や電熱線加熱手段等の加熱手段を用いることを要しており、ボイラーでは環境負荷が大きく、電熱線ではエネルギー消費が大きい装置となる。
【０００６】
また、融雪パイプ０１１に供給される不凍液温度が２５℃程度と低いことから、加熱効果を上げるため、該融雪パイプ０１１を舗装道路の表面近くに埋設することを必要とし、このため、夏季等の融雪パイプ不使用時において融雪パイプの熱膨張による舗装体の割れが発生し易い。
【０００７】
また、前記特許文献１の技術においては、ＣＯ２冷媒を臨界圧力以下で用いるものであるため、フロンやアンモニア冷媒と同様に凝縮過程が存在し、不凍液温度は３０℃以下に限定される。また、気液分離器や液ポンプが必要となりコストが高くなる。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、豪雪地域や寒冷地域に対しても、ボイラー加熱手段や電熱線加熱手段等を用いることなく融雪能力の大きい融雪装置が得られ、かつ融雪パイプに供給される不凍液温度の上昇に対応して融雪パイプの構造を簡単化し、構成部品数を減少して低コスト化したＣＯ２冷媒を用いた融雪システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる目的を達成するもので、舗装道路等の舗装体の内部に加熱流体が流動する融雪パイプを埋設し、該融雪パイプに前記加熱流体を生成する熱源装置を接続してなる融雪システムにおいて、前記熱源装置はＣＯ２ガス（炭酸ガス）冷媒を超臨界圧力まで圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮した超臨界状態のＣＯ２ガス冷媒を冷却するガスクーラと、該ガスクーラにより冷却したＣＯ２冷媒を減圧、膨張させる膨張装置と、膨張後のＣＯ２冷媒に熱を与えて気化させる蒸発器とを備えたＣＯ２ヒートポンプシステムからなり、前記融雪パイプ内に不凍液を流動せしめるように構成するとともに、前記ガスクーラを前記融雪パイプに送られる不凍液と前記ＣＯ２冷媒とを熱交換して該不凍液を所定温度以上に加熱するように構成し、さらに前記融雪パイプを前記舗装体の一定長さ毎に１本の連続したパイプを該舗装体の全面に加熱範囲が広がるように屈曲して形成して、該融雪パイプの不凍液入口及び出口と前記ガスクーラとを接続管にて接続してなることを特徴とする。
かかる発明において好ましくは、前記ガスクーラは、前記不凍液の前記融雪パイプ入口温度を６０℃程度に加熱するように構成されてなる。
【００１０】
かかる発明によれば、ＣＯ２ガス冷媒は圧縮機において超臨界圧力（７３ａｔｍ）以上に圧縮され、ガスクーラにおいて融雪パイプから接続管を経て導入される冷却流体即ち低温の不凍液と熱交換する。
該ＣＯ２ガス冷媒は、３１℃以上で超臨界状態となり温度が一定となる飽和状態が存在しないため、前記圧縮機においてＣＯ２ガス冷媒を高圧、高温に加圧し、ガスクーラにおいて該高圧、高温のＣＯ２ガス冷媒を冷却流体である不凍液と熱交換することにより、該ＣＯ２ガス冷媒を冷却するとともに、該ＣＯ２ガス冷媒と熱交換後の前記不凍液を６０℃程度の温度レベルにして取り出すことが可能となる。
【００１１】
融雪パイプ内を通流することにより舗装体表面の融雪作用を行った後の不凍液の温度は２０℃程度とすることから、６０℃程度の不凍液を前記融雪パイプに導入することにより、該融雪パイプ内で４０℃程度の温度差まで融雪が可能となり、舗装体の一定長さ毎に１本の連続したパイプを屈曲して該舗装体の全面に加熱範囲が広がるように形成すれば、１本の融雪パイプで該舗装体上の融雪を確実に行うことができる。
【００１２】
従って、かかる発明によれば、融雪パイプに６０℃程度の温度レベルに保持された高温の冷却流体（不凍液）を供給することが可能となって、積雪量の多い舗装体に対しても該舗装体表面への供給熱量を増大して融雪装置の融雪能力を増大することができる。
これにより、従来のヒートポンプ式融雪装置では適用が困難であった豪雪地域や寒冷地域に対しても、ボイラー加熱手段や電熱線加熱手段等の加熱手段を用いることなく、かかる地域に適応した融雪能力の大きい融雪装置を得ることができる。
また、融雪パイプに６０℃程度の温度レベルに保持された高温の冷却流体（不凍液）を供給することが可能となるため、該融雪パイプの埋設深さを大きくしても、充分な融雪作用をなし得ることとなり、これによって、夏季等の融雪パイプ不使用時における融雪パイプの熱膨張量を小さくすることができ、該融雪パイプの熱膨張による舗装体の割れの発生を防止できる。
【００１３】
また、かかる発明によれば、融雪パイプに６０℃程度の温度レベルに保持された高温の不凍液を供給することにより、融雪パイプ出入り口間における不凍液の温度差を大きくとることが可能となって、これによって舗装体の一定長さ毎に１本の連続したパイプで融雪パイプを構成することができ、従来技術のような舗装体毎に多数のパイプを埋設して多数のヘッダーに連結するものに比べて、融雪パイプの構造が簡単化され構成部品数が少なくて済む。
【００１４】
かかる発明において、前記融雪パイプを次のように構成することが可能となる。
即ち、前記融雪パイプを、一定長さの前記舗装体の幅方向外側から内側へ向けて延びかつ該舗装体の長手方向に往復するような形態で埋設する。
また、前記融雪パイプを、前記舗装体の幅方向及び長手方向における埋設間隔が２００ｍｍ〜３００ｍｍの範囲になるように埋設する。
【００１５】
このように構成することにより、融雪パイプの設置ピッチを従来技術（１００ｍｍ〜１５０ｍｍ）よりも大きく採って、従来技術に比べて舗装体当たりの融雪パイプ数を低減でき、融雪パイプの施工コストを低減できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１７】
図１は本発明の第１実施例に係る超臨界ＣＯ２冷媒融雪システムを備えた舗装道路の融雪装置の全体構成を示す系統図である。図２は舗装体及び融雪パイプの平面略図であり、（Ａ）はその第１例を、（Ｂ）はその第２例を示す。図３は冷凍サイクル図である。
【００１８】
第１実施例を示す図１において、１はモータ２により駆動される圧縮機である。
３は圧縮機１から冷媒管２１を通して送られる超臨界高圧ＣＯ２ガスを冷却するガスクーラである。
【００１９】
４は前記ガスクーラ３の冷媒出口に冷媒管２２を介して接続されるＣＯ２ガスの膨張弁である。該膨張弁４は、通常の冷凍サイクル用減圧弁、あるいは毛細管状の細管内を前記ガスクーラ３からのＣＯ２液冷媒を通流させることにより、該ＣＯ２ガス冷媒を減圧する公知のキャピラリチューブを用いるのがよい。
【００２０】
５は前記膨張弁４から、冷媒管２３を通して送られる冷媒を加熱して蒸発、気化する蒸発器で、該蒸発器５にて気化されたＣＯ２ガス冷媒は冷媒管２４を通して、前記圧縮機１の吸入口に送られる。
前記蒸発器５におけるＣＯ２冷媒の蒸発によって、冷却負荷６を循環する冷却流体を冷却するようになっている。
以上により、ＣＯ２ヒートポンプ１００を構成する。
【００２１】
１０は表面が積雪状態にある舗装体、１１は該舗装体の内部に埋設された融雪パイプである。
該融雪パイプ１１は、内部を不凍液が通流し、前記舗装体１０の一定長さＬ毎に１本の連続したパイプを該舗装体１０の全面に加熱範囲が広がるように屈曲して形成している。そして、該融雪パイプ１１の不凍液入口は不凍液供給管１２を介して前記ガスクーラ３の冷却媒体出口に接続され、該融雪パイプ１１の不凍液出口は不凍液戻り管１３を介して前記ガスクーラ３の冷却媒体入口に接続されている。
【００２２】
前記舗装体１０及び融雪パイプ１１の施工例を示す図２において、図２（Ａ）に示す第１例においては、該融雪パイプ１１を、一定長さＬの舗装体１０の幅方向外側から内側へ向けて、長手方向つまり前記一定長さＬの方向に往復するような螺旋状に連続的に巻いた形態で、かつ隣り合うパイプ内における不凍液の流動方向が対向流になるように埋設している。
そして、かかる第１例においては、前記融雪パイプ１１の幅方向間隔ｅ及び長手方向間隔ｆを、図４に示される従来のもの（１５０ｍｍ）よりも大きい２００ｍｍ〜３００ｍｍの範囲になるように（好ましくはｅ＝ｆ＝２５０ｍｍ）設定し、入口及び出口を前記不凍液供給管１２及び不凍液戻り管１３に接続する。
【００２３】
図２（Ｂ）に示す第２例においては、一定長さＬの２つの舗装体１０の夫々について、前記第１例と同一形態で配置した融雪パイプ１１を、２つの舗装体１０における融雪パイプ１１の入口及び出口が向かい合うように、該入口及び出口に関して対称な形態で埋設している。
【００２４】
かかる構成からなるＣＯ２冷凍システムを備えた融雪装置において、前記蒸発器５から冷媒管２４を通して圧縮機１に吸入されたＣＯ２ガス冷媒は、該圧縮機１において圧縮がなされ、図３に示される臨界点ＣＰ（７３ａｔｍ）以上の超臨界圧力に圧縮されて高圧、高温ＣＯ２ガスとなり、ガスクーラ３に導入される。
【００２５】
該ガスクーラ３においては、前記高圧、高温ＣＯ２ガスと、前記融雪パイプ１１にて融雪作用を行った後、不凍液戻り管１３を通して導入された不凍液とを熱交換する。
該ＣＯ２ガス冷媒は、図３に示されるように、３１．１℃以上で超臨界状態となり温度が一定となる飽和状態が存在しないため、前記圧縮機１によって該ＣＯ２ガス冷媒を高圧、高温に加圧し、ガスクーラ３において該高圧、高温のＣＯ２ガス冷媒を冷却流体である不凍液と熱交換することにより、該ＣＯ２ガス冷媒を冷却するとともに、該ＣＯ２ガス冷媒と熱交換後の前記不凍液を６０℃程度の温度レベルにして取り出すことが可能となる。
【００２６】
前記ガスクーラ３において、６０℃程度の温度レベルに昇温された不凍液は不凍液ポンプ１４により不凍液供給管１２を通して融雪パイプ１１に送り込まれ、該融雪パイプ１１内を流動することにより、舗装体１０上の積雪を融解した後、不凍液戻り管１３を通して前記ガスクーラ３に戻される。
ここで、かかる実施例においては、前記融雪パイプ１１を、一定長さＬの舗装体１０の幅方向外側から内側へ向けて、長手方向に往復するような螺旋状に連続的に巻いた形態でかつ隣り合うパイプ内における不凍液の流動方向が対向流になるように配置しているので、該融雪パイプ１１からの熱が舗装体１０内で分散しながら積雪路面に伝達されることとなり、該積雪路面への熱流束を一様にして積雪路面を均一に加熱できる。
【００２７】
一方、前記ガスクーラ３において、前記不凍液によって冷却されたＣＯ２冷媒は膨張弁４に導入される。該膨張弁４においてはＣＯ２冷媒を減圧して蒸発器５に導入されて、該蒸発器５において前記冷熱負荷６を循環する冷却流体（熱媒体）と熱交換することにより、蒸発、気化されて前記圧縮機１に吸入される。
【００２８】
かかる実施例によれば、前記ガスクーラ３において６０℃程度の高温不凍液を生成して、該高温不凍液を融雪パイプ１１に導入して該融雪パイプ１１内を流動せしめ、前記舗装体１０表面の融雪作用を行った後の不凍液の温度は２０℃程度であるから、該融雪パイプ１１内で４０℃程度の温度差まで融雪が可能となる。従って、前記融雪パイプ１１を、図２（Ａ）、（Ｂ）のように、前記舗装体１０の一定長さＬ毎に１本の連続したパイプを屈曲して該舗装体１０の全面に加熱範囲が広がるように形成すれば、１本の融雪パイプ１１で該舗装体１０上の融雪を確実に行うことができる。
【００２９】
従って、かかる実施例によれば、前記ガスクーラ３において６０℃程度の温度レベルに保持された高温の不凍液を生成して、前記融雪パイプ１１に供給することが可能となって、積雪量の多い舗装体１０に対しても該舗装体１０の積雪表面への供給熱量を増大して融雪装置の融雪能力を増大することが可能となる。
これにより、豪雪地域や寒冷地域に対しても、ボイラー加熱手段や電熱管加熱手段等の格別な加熱手段を付設することなく、かかる地域に適応した融雪能力の大きい融雪システムを提供できる。
【００３０】
また、前記融雪パイプ１１に６０℃程度の温度レベルに保持された高温の不凍液を供給することが可能となるため、該融雪パイプ１１の埋設深さを大きくしても、充分な融雪作用をなし得ることとなる。
これによって、夏季等の融雪パイプ不使用時における融雪パイプ１１の熱膨張量を小さくすることができ、該融雪パイプ１１の熱膨張による舗装体１０の割れの発生を防止できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、融雪パイプに６０℃程度の温度レベルに保持された高温の冷却流体（不凍液）を供給することが可能となって、積雪量の多い舗装体に対しても該舗装体表面への供給熱量を増大させて融雪システムの融雪能力を増大することができる。
これにより、従来のヒートポンプ式融雪装置では適用が困難であった豪雪地域や寒冷地域に対しても、ボイラー加熱手段や電熱線加熱手段等の加熱手段を用いることなく、かかる地域に適応した低環境負荷でありかつ省エネルギーの融雪能力の大きい融雪システムを得ることができる。
また、融雪パイプに６０℃程度の温度レベルに保持された高温の冷却流体（不凍液）を供給することが可能となるため、該融雪パイプの埋設深さを大きくしても、充分な融雪作用をなし得ることとなり、これによって、夏季等の融雪パイプ不使用時における舗装体の割れの発生を防止できる。
【００３２】
また、かかる発明によれば、融雪パイプに６０℃程度の温度レベルに保持された高温の不凍液を供給することにより、融雪パイプ出入り口間における不凍液の温度差を大きくとることが可能となって、これによって舗装体の一定長さ毎に１本の連続したパイプで融雪パイプを構成することができ、従来技術のような舗装体毎に多数のパイプを埋設して多数のヘッダーに連結するものに比べて融雪パイプの構造が簡単化され構成部品数が少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る超臨界ＣＯ２冷媒融雪システムを備えた舗装道路の融雪システムの全体構成を示す系統図である。
【図２】舗装体及び融雪パイプの平面略図であり、（Ａ）はその第１例を、（Ｂ）はその第２例を示す。
【図３】超臨界炭酸ガスの冷凍サイクルである。
【図４】従来のヒートポンプ式融雪システムの一例である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ モータ
３ ガスクーラ
４ 膨張弁
５ 蒸発器
６ 冷却負荷
１０ 舗装体
１１ 融雪パイプ
１２ 不凍液供給管
１３ 不凍液戻り管
１４ 不凍液ポンプ
１００ ヒートポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、舗装道路等の融雪や凍結防止に適用され、舗装体の内部に加熱流体が流動する融雪パイプを埋設し、該融雪パイプに前記加熱流体を生成する熱源装置を接続してなる融雪装置であって、ＣＯ２（炭酸ガス）ヒートポンプを備えた超臨界ＣＯ２冷媒融雪システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
舗装道路上の積雪の除去または凍結防止の融雪装置として、フロンやアンモニアを冷媒とするヒートポンプの熱によって該積雪の除去や凍結防止を行なうようにしたヒートポンプ式融雪システムが用いられている。
図４はかかるヒートポンプ式融雪システムの一例を示し、図において１００はヒートポンプで、該ヒートポンプ１００の凝縮器で冷媒を冷却することにより昇温された不凍液は、不凍液ポンプ０１４によって不凍液供給管０１２を経て入口ヘッダー０１５に達し、該入口ヘッダー０１５に複数接続されている融雪パイプ０１１を通流することにより舗装道路上の積雪を加熱して融解せしめた後、該融雪パイプ０１１から出口ヘッダー０１６に流出し、該出口ヘッダー０１６から不凍液戻り管０１３を通って前記ヒートポンプ１００の凝縮器に戻される。
【０００３】
また、冷媒にＣＯ２（炭酸ガス）を使用したヒートポンプ式融雪システムに関する技術が特許文献１（特開２００１−２４１７８５公報）にて提供されている。
特許文献１の技術においては、ヒートポンプ１００の凝縮器におけるＣＯ２冷媒の冷却流体として吸収冷凍機を循環する冷却流体を用いるとともに、凝縮器においてＣＯ２冷媒を冷却することにより昇温された不凍液等の冷却流体を融雪装置に導き、該昇温流体によって舗装体上の積雪を加熱して融解せしめるように構成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２４１７８５公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示されている従来技術にあっては、前記ヒートポンプ１００の凝縮器からの昇温された不凍液の温度は２５℃程度であって、この不凍液が前記融雪パイプ０１１を通流して舗装道路上の積雪を加熱して融解しヒートポンプ１００の凝縮器に戻される温度が２０℃程度必要であることから、前記不凍液の融雪パイプ０１１出入り口温度差は５℃程度となる。また、従来は一定温度で冷媒が冷却される凝縮過程が存在することから、不凍液の温度の昇温が制限されていた。
このため、かかる従来技術にあっては、積雪量の多い舗装道路の融雪を行う場合には、融雪パイプ０１１の数及び入口ヘッダー０１５、出口ヘッダー０１６を増加した融雪システムが必要となって、融雪装置が大型で、複雑な構造となり、また、積雪量が過大な豪雪地域や寒冷地域においては、ボイラー加熱手段や電熱線加熱手段等の加熱手段を用いることを要しており、ボイラーでは環境負荷が大きく、電熱線ではエネルギー消費が大きい装置となる。
【０００６】
また、融雪パイプ０１１に供給される不凍液温度が２５℃程度と低いことから、加熱効果を上げるため、該融雪パイプ０１１を舗装道路の表面近くに埋設することを必要とし、このため、夏季等の融雪パイプ不使用時において融雪パイプの熱膨張による舗装体の割れが発生し易い。
【０００７】
また、前記特許文献１の技術においては、ＣＯ２冷媒を臨界圧力以下で用いるものであるため、フロンやアンモニア冷媒と同様に凝縮過程が存在し、不凍液温度は３０℃以下に限定される。また、気液分離器や液ポンプが必要となりコストが高くなる。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、豪雪地域や寒冷地域に対しても、ボイラー加熱手段や電熱線加熱手段等を用いることなく融雪能力の大きい融雪装置が得られ、かつ融雪パイプに供給される不凍液温度の上昇に対応して融雪パイプの構造を簡単化し、構成部品数を減少して低コスト化したＣＯ２冷媒を用いた融雪システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる目的を達成するもので、舗装道路等の舗装体の内部に加熱流体が流動する融雪パイプを埋設し、該融雪パイプに前記加熱流体を生成する熱源装置を接続してなる融雪システムにおいて、前記熱源装置はＣＯ２ガス（炭酸ガス）冷媒を超臨界圧力まで圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮した超臨界状態のＣＯ２ガス冷媒を冷却するガスクーラと、該ガスクーラにより冷却したＣＯ２冷媒を減圧、膨張させる膨張装置と、膨張後のＣＯ２冷媒に熱を与えて気化させる蒸発器とを備えたＣＯ２ヒートポンプシステムからなり、前記融雪パイプ内に不凍液を流動せしめるように構成するとともに、前記ガスクーラを前記融雪パイプに送られる不凍液と前記ＣＯ２冷媒とを熱交換して該不凍液を所定温度以上に加熱するように構成し、さらに前記融雪パイプを前記舗装体の一定長さ毎に１本の連続したパイプを該舗装体の全面に加熱範囲が広がるように屈曲して形成して、該融雪パイプの不凍液入口及び出口と前記ガスクーラとを接続管にて接続してなることを特徴とする。
かかる発明において好ましくは、前記ガスクーラは、前記不凍液の前記融雪パイプ入口温度を６０℃程度に加熱するように構成されてなる。
【００１０】
かかる発明によれば、ＣＯ２ガス冷媒は圧縮機において超臨界圧力（７３ａｔｍ）以上に圧縮され、ガスクーラにおいて融雪パイプから接続管を経て導入される冷却流体即ち低温の不凍液と熱交換する。
該ＣＯ２ガス冷媒は、３１℃以上で超臨界状態となり温度が一定となる飽和状態が存在しないため、前記圧縮機においてＣＯ２ガス冷媒を高圧、高温に加圧し、ガスクーラにおいて該高圧、高温のＣＯ２ガス冷媒を冷却流体である不凍液と熱交換することにより、該ＣＯ２ガス冷媒を冷却するとともに、該ＣＯ２ガス冷媒と熱交換後の前記不凍液を６０℃程度の温度レベルにして取り出すことが可能となる。
【００１１】
融雪パイプ内を通流することにより舗装体表面の融雪作用を行った後の不凍液の温度は２０℃程度とすることから、６０℃程度の不凍液を前記融雪パイプに導入することにより、該融雪パイプ内で４０℃程度の温度差まで融雪が可能となり、舗装体の一定長さ毎に１本の連続したパイプを屈曲して該舗装体の全面に加熱範囲が広がるように形成すれば、１本の融雪パイプで該舗装体上の融雪を確実に行うことができる。
【００１２】
従って、かかる発明によれば、融雪パイプに６０℃程度の温度レベルに保持された高温の冷却流体（不凍液）を供給することが可能となって、積雪量の多い舗装体に対しても該舗装体表面への供給熱量を増大して融雪装置の融雪能力を増大することができる。
これにより、従来のヒートポンプ式融雪装置では適用が困難であった豪雪地域や寒冷地域に対しても、ボイラー加熱手段や電熱線加熱手段等の加熱手段を用いることなく、かかる地域に適応した融雪能力の大きい融雪装置を得ることができる。
また、融雪パイプに６０℃程度の温度レベルに保持された高温の冷却流体（不凍液）を供給することが可能となるため、該融雪パイプの埋設深さを大きくしても、充分な融雪作用をなし得ることとなり、これによって、夏季等の融雪パイプ不使用時における融雪パイプの熱膨張量を小さくすることができ、該融雪パイプの熱膨張による舗装体の割れの発生を防止できる。
【００１３】
また、かかる発明によれば、融雪パイプに６０℃程度の温度レベルに保持された高温の不凍液を供給することにより、融雪パイプ出入り口間における不凍液の温度差を大きくとることが可能となって、これによって舗装体の一定長さ毎に１本の連続したパイプで融雪パイプを構成することができ、従来技術のような舗装体毎に多数のパイプを埋設して多数のヘッダーに連結するものに比べて、融雪パイプの構造が簡単化され構成部品数が少なくて済む。
【００１４】
かかる発明において、前記融雪パイプを次のように構成することが可能となる。
即ち、前記融雪パイプを、一定長さの前記舗装体の幅方向外側から内側へ向けて延びかつ該舗装体の長手方向に往復するような形態で埋設する。
また、前記融雪パイプを、前記舗装体の幅方向及び長手方向における埋設間隔が２００ｍｍ〜３００ｍｍの範囲になるように埋設する。
【００１５】
このように構成することにより、融雪パイプの設置ピッチを従来技術（１００ｍｍ〜１５０ｍｍ）よりも大きく採って、従来技術に比べて舗装体当たりの融雪パイプ数を低減でき、融雪パイプの施工コストを低減できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１７】
図１は本発明の第１実施例に係る超臨界ＣＯ２冷媒融雪システムを備えた舗装道路の融雪装置の全体構成を示す系統図である。図２は舗装体及び融雪パイプの平面略図であり、（Ａ）はその第１例を、（Ｂ）はその第２例を示す。図３は冷凍サイクル図である。
【００１８】
第１実施例を示す図１において、１はモータ２により駆動される圧縮機である。
３は圧縮機１から冷媒管２１を通して送られる超臨界高圧ＣＯ２ガスを冷却するガスクーラである。
【００１９】
４は前記ガスクーラ３の冷媒出口に冷媒管２２を介して接続されるＣＯ２ガスの膨張弁である。該膨張弁４は、通常の冷凍サイクル用減圧弁、あるいは毛細管状の細管内を前記ガスクーラ３からのＣＯ２液冷媒を通流させることにより、該ＣＯ２ガス冷媒を減圧する公知のキャピラリチューブを用いるのがよい。
【００２０】
５は前記膨張弁４から、冷媒管２３を通して送られる冷媒を加熱して蒸発、気化する蒸発器で、該蒸発器５にて気化されたＣＯ２ガス冷媒は冷媒管２４を通して、前記圧縮機１の吸入口に送られる。
前記蒸発器５におけるＣＯ２冷媒の蒸発によって、冷却負荷６を循環する冷却流体を冷却するようになっている。
以上により、ＣＯ２ヒートポンプ１００を構成する。
【００２１】
１０は表面が積雪状態にある舗装体、１１は該舗装体の内部に埋設された融雪パイプである。
該融雪パイプ１１は、内部を不凍液が通流し、前記舗装体１０の一定長さＬ毎に１本の連続したパイプを該舗装体１０の全面に加熱範囲が広がるように屈曲して形成している。そして、該融雪パイプ１１の不凍液入口は不凍液供給管１２を介して前記ガスクーラ３の冷却媒体出口に接続され、該融雪パイプ１１の不凍液出口は不凍液戻り管１３を介して前記ガスクーラ３の冷却媒体入口に接続されている。
【００２２】
前記舗装体１０及び融雪パイプ１１の施工例を示す図２において、図２（Ａ）に示す第１例においては、該融雪パイプ１１を、一定長さＬの舗装体１０の幅方向外側から内側へ向けて、長手方向つまり前記一定長さＬの方向に往復するような螺旋状に連続的に巻いた形態で、かつ隣り合うパイプ内における不凍液の流動方向が対向流になるように埋設している。
そして、かかる第１例においては、前記融雪パイプ１１の幅方向間隔ｅ及び長手方向間隔ｆを、図４に示される従来のもの（１５０ｍｍ）よりも大きい２００ｍｍ〜３００ｍｍの範囲になるように（好ましくはｅ＝ｆ＝２５０ｍｍ）設定し、入口及び出口を前記不凍液供給管１２及び不凍液戻り管１３に接続する。
【００２３】
図２（Ｂ）に示す第２例においては、一定長さＬの２つの舗装体１０の夫々について、前記第１例と同一形態で配置した融雪パイプ１１を、２つの舗装体１０における融雪パイプ１１の入口及び出口が向かい合うように、該入口及び出口に関して対称な形態で埋設している。
【００２４】
かかる構成からなるＣＯ２冷凍システムを備えた融雪装置において、前記蒸発器５から冷媒管２４を通して圧縮機１に吸入されたＣＯ２ガス冷媒は、該圧縮機１において圧縮がなされ、図３に示される臨界点ＣＰ（７３ａｔｍ）以上の超臨界圧力に圧縮されて高圧、高温ＣＯ２ガスとなり、ガスクーラ３に導入される。
【００２５】
該ガスクーラ３においては、前記高圧、高温ＣＯ２ガスと、前記融雪パイプ１１にて融雪作用を行った後、不凍液戻り管１３を通して導入された不凍液とを熱交換する。
該ＣＯ２ガス冷媒は、図３に示されるように、３１．１℃以上で超臨界状態となり温度が一定となる飽和状態が存在しないため、前記圧縮機１によって該ＣＯ２ガス冷媒を高圧、高温に加圧し、ガスクーラ３において該高圧、高温のＣＯ２ガス冷媒を冷却流体である不凍液と熱交換することにより、該ＣＯ２ガス冷媒を冷却するとともに、該ＣＯ２ガス冷媒と熱交換後の前記不凍液を６０℃程度の温度レベルにして取り出すことが可能となる。
【００２６】
前記ガスクーラ３において、６０℃程度の温度レベルに昇温された不凍液は不凍液ポンプ１４により不凍液供給管１２を通して融雪パイプ１１に送り込まれ、該融雪パイプ１１内を流動することにより、舗装体１０上の積雪を融解した後、不凍液戻り管１３を通して前記ガスクーラ３に戻される。
ここで、かかる実施例においては、前記融雪パイプ１１を、一定長さＬの舗装体１０の幅方向外側から内側へ向けて、長手方向に往復するような螺旋状に連続的に巻いた形態でかつ隣り合うパイプ内における不凍液の流動方向が対向流になるように配置しているので、該融雪パイプ１１からの熱が舗装体１０内で分散しながら積雪路面に伝達されることとなり、該積雪路面への熱流束を一様にして積雪路面を均一に加熱できる。
【００２７】
一方、前記ガスクーラ３において、前記不凍液によって冷却されたＣＯ２冷媒は膨張弁４に導入される。該膨張弁４においてはＣＯ２冷媒を減圧して蒸発器５に導入されて、該蒸発器５において前記冷熱負荷６を循環する冷却流体（熱媒体）と熱交換することにより、蒸発、気化されて前記圧縮機１に吸入される。
【００２８】
かかる実施例によれば、前記ガスクーラ３において６０℃程度の高温不凍液を生成して、該高温不凍液を融雪パイプ１１に導入して該融雪パイプ１１内を流動せしめ、前記舗装体１０表面の融雪作用を行った後の不凍液の温度は２０℃程度であるから、該融雪パイプ１１内で４０℃程度の温度差まで融雪が可能となる。従って、前記融雪パイプ１１を、図２（Ａ）、（Ｂ）のように、前記舗装体１０の一定長さＬ毎に１本の連続したパイプを屈曲して該舗装体１０の全面に加熱範囲が広がるように形成すれば、１本の融雪パイプ１１で該舗装体１０上の融雪を確実に行うことができる。
【００２９】
従って、かかる実施例によれば、前記ガスクーラ３において６０℃程度の温度レベルに保持された高温の不凍液を生成して、前記融雪パイプ１１に供給することが可能となって、積雪量の多い舗装体１０に対しても該舗装体１０の積雪表面への供給熱量を増大して融雪装置の融雪能力を増大することが可能となる。
これにより、豪雪地域や寒冷地域に対しても、ボイラー加熱手段や電熱管加熱手段等の格別な加熱手段を付設することなく、かかる地域に適応した融雪能力の大きい融雪システムを提供できる。
【００３０】
また、前記融雪パイプ１１に６０℃程度の温度レベルに保持された高温の不凍液を供給することが可能となるため、該融雪パイプ１１の埋設深さを大きくしても、充分な融雪作用をなし得ることとなる。
これによって、夏季等の融雪パイプ不使用時における融雪パイプ１１の熱膨張量を小さくすることができ、該融雪パイプ１１の熱膨張による舗装体１０の割れの発生を防止できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、融雪パイプに６０℃程度の温度レベルに保持された高温の冷却流体（不凍液）を供給することが可能となって、積雪量の多い舗装体に対しても該舗装体表面への供給熱量を増大させて融雪システムの融雪能力を増大することができる。
これにより、従来のヒートポンプ式融雪装置では適用が困難であった豪雪地域や寒冷地域に対しても、ボイラー加熱手段や電熱線加熱手段等の加熱手段を用いることなく、かかる地域に適応した低環境負荷でありかつ省エネルギーの融雪能力の大きい融雪システムを得ることができる。
また、融雪パイプに６０℃程度の温度レベルに保持された高温の冷却流体（不凍液）を供給することが可能となるため、該融雪パイプの埋設深さを大きくしても、充分な融雪作用をなし得ることとなり、これによって、夏季等の融雪パイプ不使用時における舗装体の割れの発生を防止できる。
【００３２】
また、かかる発明によれば、融雪パイプに６０℃程度の温度レベルに保持された高温の不凍液を供給することにより、融雪パイプ出入り口間における不凍液の温度差を大きくとることが可能となって、これによって舗装体の一定長さ毎に１本の連続したパイプで融雪パイプを構成することができ、従来技術のような舗装体毎に多数のパイプを埋設して多数のヘッダーに連結するものに比べて融雪パイプの構造が簡単化され構成部品数が少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る超臨界ＣＯ２冷媒融雪システムを備えた舗装道路の融雪システムの全体構成を示す系統図である。
【図２】舗装体及び融雪パイプの平面略図であり、（Ａ）はその第１例を、（Ｂ）はその第２例を示す。
【図３】超臨界炭酸ガスの冷凍サイクルである。
【図４】従来のヒートポンプ式融雪システムの一例である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ モータ
３ ガスクーラ
４ 膨張弁
５ 蒸発器
６ 冷却負荷
１０ 舗装体
１１ 融雪パイプ
１２ 不凍液供給管
１３ 不凍液戻り管
１４ 不凍液ポンプ
１００ ヒートポンプ
Claims (4)
- 舗装道路等の舗装体の内部に加熱流体が流動する融雪パイプを埋設し、該融雪パイプに前記加熱流体を生成する熱源装置を接続してなる融雪システムにおいて、前記熱源装置はＣＯ２ガス（炭酸ガス）冷媒を超臨界圧力まで圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮した超臨界状態のＣＯ２ガス冷媒を冷却するガスクーラと、該ガスクーラにより冷却したＣＯ２冷媒を減圧、膨張させる膨張装置と、膨張後のＣＯ２冷媒に熱を与えて気化させる蒸発器とを備えたＣＯ２ヒートポンプシステムからなり、前記融雪パイプ内に不凍液を流動せしめるように構成するとともに、前記ガスクーラを前記融雪パイプに送られる不凍液と前記ＣＯ２冷媒とを熱交換して該不凍液を所定温度以上に加熱するように構成し、さらに前記融雪パイプを前記舗装体の一定長さ毎に１本の連続したパイプを該舗装体の全面に加熱範囲が広がるように屈曲して形成して、該融雪パイプの不凍液入口及び出口と前記ガスクーラとを接続管にて接続してなることを特徴とする超臨界ＣＯ２冷媒融雪システム。
- 前記ガスクーラは、前記不凍液の前記融雪パイプ入口温度を６０℃程度に加熱するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の超臨界ＣＯ２冷媒融雪システム。
- 前記融雪パイプは、一定長さの前記舗装体の幅方向外側から内側へ向けて延び、かつ該舗装体の長手方向に往復するような形態で埋設されてなることを特徴とする請求項１記載の超臨界ＣＯ２冷媒融雪システム。
- 前記融雪パイプは、前記舗装体の幅方向及び長手方向における埋設間隔を２００ｍｍ〜３００ｍｍの範囲にて埋設されてなることを特徴とする請求項１記載の超臨界ＣＯ２冷媒融雪システム。
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| CN103088741A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-05-08 | 东南大学 | 基于能源桩的公路桥梁路面融雪化冰***及运行方式 |
| CN104631278A (zh) * | 2015-01-22 | 2015-05-20 | 索肯和平(上海)电气有限公司 | 桥面保暖融冰设备及桥面保暖融冰方法 |
| US9194615B2 (en) | 2013-04-05 | 2015-11-24 | Marc-Andre Lesmerises | CO2 cooling system and method for operating same |
| CN115900134A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-04-04 | 珠海格力电器股份有限公司 | 多热泵模块机组及其防冻控制方法 |
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-
2003
- 2003-05-14 JP JP2003135926A patent/JP2004339741A/ja active Pending
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