JP2009002637A - ハイブリッド熱伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱伝達施設の例としてロードヒーティングにおいては、これまで電熱方式と温水循環方式が多く使用されてきたが、熱源を変えた場合、ロードヒーティング施設の改築も余儀なくされている。ロードヒーティング施設は改築せずに熱源を自由に選択できるハイブリッド熱伝達装置を提供する。
【解決手段】 ロードヒーティング施設１などの熱伝達施設に金属パイプ２を使用する。一筆書き状に配管したパイプ内空部には温水・不凍液などの液体１０ａまたは温風などの気体１０ｂを貫通させ、金属パイプ両端部９には電極を接続して電気を流し発熱させる。必要熱量に合わせまた、経済性に優れた熱源を適時複数選択し制御することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱媒体として用いられる液体及び気体をパイプで熱伝達する方法に加え同時に金属パイプに電気を流して発熱させることが可能なハイブリッド熱伝達装置に関するものである。

従来の温水や不凍液などの液体および温風などの気体を用いた熱移動および熱伝達にはパイプが用いられている。一方、電気による発熱体により熱伝達する方法も用いられている。
しかし、液体や気体を熱媒体に用いた場合と電気による発熱体を用いた場合、熱伝達施設を別々な施設とせざるを得ない。

このように熱源により別々な熱伝達施設を一体化させたものとして、特許文献１では、電熱線と液体を循環させるチューブを一体化させ、エネルギーの使用を低減させる方法が提案されている。
特開２００６−３３７０１０号公報

昨今地球温暖化対策として温室効果ガスの排出抑制が望まれ、自然エネルギー及び未利用エネルギーの利用が求められている。そのためには熱媒体も液体、気体、電気発熱体など多岐に及ぶが熱伝達施設が集約されなければ、多岐に及ぶ熱源を効率よく有効に使用することができない。
熱伝達に液体、気体、電気発熱体がひとつのパイプで可能となると、熱源を必要熱量に合わせて自由に複数選択することが可能となる。その結果、温室効果ガスの削減や、化石燃料の使用量を極力少なくする制御が可能となる。

電熱方式と温水循環方式の双方を使用できるとした特許文献１は、電熱線の被覆材が伝熱効果を低減させ、また、チューブと電熱線の位置により熱伝導を均一にするのが難しい。また、循環液チューブと電熱線を一体化させ保護シールで被覆することによりワンラインケーブルの断面積が大きくなり施工性に難がある。

本発明は、熱伝達施設に金属パイプを使用する。金属パイプ内空部には温水・不凍液の液体または温風等の気体を貫通させ、熱移動及び熱伝達の役割を担う。同時に金属パイプ両端部には電極を取り付け電気を流し金属パイプを発熱させる。

金属パイプの材質には熱抵抗値、強度、重量、腐食等の違いがあり、また価格にも差がある。金属パイプの例としてアルミニウム合金、ニクロム、ステンレス、ニッケルなどがあるが、電気を流すことにより発熱が生じ利用目的に適合すれば何れの材質でも良い。

金属パイプの腐食および電気を流すことによる感電等を防止するため、金属パイプの内面及び外面をポリエチレンで被覆することもできる。金属パイプをポリエチレンで被覆しても、管肉厚が数ｍｍ増える程度で、従来温水循環式パイプの施工とほとんど差異はない。

このように金属パイプを熱伝達施設に用いることにより、液体、気体の熱媒体の移動および熱伝達と同時に、電熱線の発熱による熱伝達の双方を選択することができる。その結果、必要熱量に合わせて熱源を自由に複数選択可能となり、エネルギーの効率的な利用が可能となる。

このように熱源の選択が広がると、自然エネルギー（地熱、太陽熱、風力）、未利用エネルギー（建物換気排熱、排水熱）、今後普及が望まれる燃料電池などの熱源を、主熱源または補助熱源として利用することが容易となる。今後、従来使用されている電気・ガス・灯油と合わせてハイブリッドに熱源を選択し、最適な制御を行い効率的で環境に優しく経済性に優れた熱伝達装置ができるのである。

熱源として地熱を利用する場合、地熱温度は年間温度差が外気温度より小さいため、夏には室内冷房熱源として使用できる。また、冬には室内暖房の補助熱源として使用することにより、電気・ガス・灯油と合わせて最適制御しエネルギー削減効果をはかる。また、地熱の採熱方法として、建築の基礎打設杭の中に採熱管をスパイラル状に挿入することにより採熱管設置費が極めて安価となる。

その他の熱源として、自然エネルギー（太陽熱、風力）、未利用エネルギー（建物換気排熱、排水熱）、未来開発エネルギー（燃料電池）との組み合わせる方法が良い。

以下、本発明の実施形態を示すロードヒーティングについて、図１〜図３を用いて説明する。

ロードヒーティング施設１に使用するパイプ２は図３に示すとおり、金属パイプ３の内面外面にポリエチレン４を被覆し、耐蝕性、感電防止対策を施し、一筆書き状に配管する。金属パイプ２と採熱管５との継手６は絶縁型とする。

配管は温水循環方式で実績のあるパイプ配置とし、パイプの径は１３ｍｍ、パイプ配置間隔は１５０ｍｍ、パイプの埋設深は６０ｍｍとする。（図１、図２参照）

ロードヒーティングの余熱熱源として、常時地熱で熱交換された不凍液１０ａを循環させる。採熱管（１３ｍｍポリエチレン５）は建物の基礎打設杭の中にスパイラル状に挿入し、循環ポンプ１１ａで不凍液１０ａを循環させる。尚、排気などの気体１０ｂを循環させる場合は、送風機１１ｂを使用する。

配電盤７より電線８に電気を流し、金属パイプ２の金属部３の両端部９に接合する。

常時地熱で熱交換された不凍液を循環させるが、融雪路面温度がー２℃以下になる場合及び降雪時には電気を流し発熱させるように熱源を制御し融雪を促進させる。

本実施形態で金属パイプの温度を１℃上昇させるために要する電力は平方メートル当たり２８．２ワット（Ｗ）となる。

本発明に係る実施形態である融雪システムを示す平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る金属パイプに内面及び外面を被覆した断面図である。

符号の説明

１ 実施形態を示すロードヒーティング施設
２ 金属パイプに内面・外面被覆したパイプ
３ パイプ主材（金属）
４ パイプ被覆材（ポリエチレン）
５ ポリエチレン管（採熱管）
６ 電気絶縁継手
７ 配電盤
８ 電線
９ 金属パイプと電線の接合部
１０ａ不凍液
１０ｂ温風
１１ａ循環ポンプ
１１ｂ送風ファン
１２ 融雪路面舗装材（アスファルト及びコンクリート）
１３ 路盤材（砂利または砕石）

Claims (1)

1. 金属パイプを一筆書き状に蛇行配管し、金属パイプ内空部には熱媒体として温水・不凍液などの液体をポンプにより循環させる。または熱媒体が温風などの気体の場合は送風機を用いて循環させる。同時に、この金属パイプ両端部には電極が接合されており、電気を流すことにより発熱させることが可能な熱伝達装置。

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