JP2005336815A - 回転圧入工法で埋設された中空管体による地下融雪槽およびそれを備えた融雪設備並びに融雪設備の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 建設コストを大幅に抑制できる地下融雪槽と地下融雪槽を備えた融雪設備並びにその融雪設備の運転方法を提供する。
【解決手段】 下端部に螺旋状羽根からなる回転羽根２が取り付けられた中空管体１に回転力を付加して地中に回転貫入し、埋設された前記中空管体１の内部空間を融雪室として利用して構築した地下融雪槽、あるいは下端部に回転羽根が取り付けられた中空管体１に回転力と下向きの力を付加して地中に回転圧入し、埋設された前記中空管体１の内部空間を融雪室として利用して構築した地下融雪槽２６と、地下融雪槽２６を備えた融雪設備並びにその融雪設備の運転方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、道路面等の雪を融かすために使用する地下融雪槽およびそれを備えた融雪設備並びに融雪設備の運転方法に関する。

従来、融雪する手段としては、コンクリート製融雪槽としたり、直接路面下などに放熱管を設けて融雪し、融雪熱源として大地が有する安定した温度を熱源として熱交換器またはこれにヒートポンポを介して供給される温熱を用いている（例えば、特許文献１〜４参照）。

ところで、地球温暖化防止京都会議（ＣＯＰ３）において、我が国にはＣＯ２等温室効果ガス排出量を６％削減する目標が課せられており、目標達成のためには、あらゆるエネルギー消費においてその低減が求められている中で、融雪エネルギーにもその課題が向けられている。

しかも、わが国の積雪地帯はわが国の６０％を占めており、そこに位置する都市では、雪は多大な費用とエネルギーをかけて処理する対象となっている。個々の戸建住宅でも同様に、費用をかけて処理する対象となっている。

例えば、雪処理コストのうち、雪運搬費,雪堆積場費がかなりの部分を占めるため、札幌市等の豪雪都市では都市部の建物や公園の地下に融雪槽を設け、地域熱供給温熱や廃棄物処理排熱により雪を融かす施設を作り、雪処理コストの低減を図ることを考えられたこともある。

また、雪を資源として考え、地下等に貯蔵した雪を夏季の冷房に利用し、省エネルギーを図る施設が徐々に具現化してきている。
特開平２００２−１７３９０５号公報 特開平２００１−１０７３０７号公報 特開平２００２−３１０５２４号公報 特開平２００３−３０７３５４号公報

しかしながら、（Ａ）従来の融雪槽や貯雪槽は多大なスペースを要し、地下に設置する場合、建設費に多大なコストを必要としている。また、（Ｂ）敷地面積の少ない個々の戸建住宅に適した融雪槽を設けることがむずかいしという課題もある。

本発明は、上記従来技術の課題を除くためにされたものであり、その目的は前記（Ａ）（Ｂ）の課題を有利に解決することができ、地下融雪槽の埋設・据付に非常に少ない工程で行なうことができ、かつ廃土処理も不要な地下融雪槽およびその融雪槽を備えた融雪設備を提供することである。

本発明の他の目的は、孔の掘削時における優れた貫入性と掘削効率の確保を可能とし、地中融雪槽の設置にかかる建設費を大幅に低減できる地中融雪槽およびその融雪槽を備えた融雪設備を提供することである。
また、本発明の他の目的は、融雪規模の自由度の高い地下融雪槽およびその融雪槽を備えた融雪設備および低ランニングコストな運転方法を提供することを目的とする。

（１）第１の発明は、下端部に螺旋状羽根からなる回転羽根が取り付けられた中空管体に回転力を付加して地中に回転貫入し、埋設された前記中空管体の内部空間を融雪室として利用して構築したことを特徴とする地下融雪槽である。
（２）第２の発明は、下端部に回転羽根が取り付けられた中空管体に回転力と下向きの力を付加して地中に回転圧入し、埋設された前記中空管体の内部空間を融雪室として利用して構築したことを特徴とする地下融雪槽である。
（３）第３の発明は、第１発明または第２発明の地中熱交換器において、中空管体が鋼管で形成されており、前記中空管体が建物を支持する基礎杭としての回転圧入鋼管杭を兼用することを特徴とする。
（４）第４の発明は、第１発明から第３発明のいずれかの地下融雪槽において、回転羽根が螺旋状羽根であって、回転羽根の始端切断面と終端切断面との開き角度が１０度から９０度に設定されていることを特徴とする。
（５）第５の発明は、第１発明から第４発明のいずれかの地下融雪槽において、中空管体の管内径以下の直径に設定された開端穴が回転羽根の中心部に設けられていることを特徴とする。
（６）第６の発明は、第１発明から第５発明のいずれかの地下融雪槽において、中空管体内の下端部または中間部に底蓋が設けられて前記中空管体の内部が密閉されていることを特徴とする。
（７）第７の発明は、第１発明から第６発明のいずれかの地下融雪槽において、予め底蓋が内部に固着されている中空管体が回転圧入で埋設されていることを特徴とする。
（８）第８の発明は、第７発明の地下融雪槽において、内部に予め取り付けられた底蓋または底蓋より下側の中空管体側壁部に圧力逃がし穴が開口されていることを特徴とする。
（９）第９の発明は、第１発明から第６発明の地下融雪槽において、下端部に回転羽根が取り付けられた中空管体を内部に侵入する土砂を排除しながら回転力と下向きの力を付加して地中に回転圧入し、底部に底蓋を設けて密封し、埋設された前記中空管体の内部空間を融雪室として利用して構築したことを特徴とする。
（１０）第１０の発明は、第１発明から第６発明の地下融雪槽において、下端部に掘削歯が取り付けられた中空管体を内部に侵入する土砂を排除しながら回転力と下向きの力を付加して地中に回転圧入し、底部に底蓋を設けて密封し、埋設された前記中空管体の内部空間を融雪室として利用して構築したことを特徴とする。
（１１）第１１の発明は、第１発明から第６発明のいずれかの地下融雪槽において、内周の底蓋形成位置に予め突起物が取り付けられた中空管体が回転圧入で埋設され、前記中空管体に内接する落し蓋を前記中空管体の埋設・据付後に前記中空管体内部に投下し、前記中空管体の内周と前記落し蓋とが固着されて底蓋が形成されてなることを特徴とする。
（１２）第１２の発明は、第１発明から第６発明のいずれかの地下融雪槽において、内周の底蓋形成位置に予め突起物が取り付けられた中空管体が回転圧入で埋設され、前記中空管体の埋設・据付後に中空管体内の底蓋形成位置に経時性硬化材を充填して底蓋が形成されてなることを特徴とする。
（１３）第１３の発明は、第１発明から第６発明のいずれかの地下融雪槽において、内周の底蓋形成位置に予め突起物が取り付けられた中空管体が回転圧入で埋設され、前記中空管体に内接する落し蓋を前記中空管体の埋設・据付後に前記中空管体内部に投下し、前記落し蓋の上側に経時性硬化材を充填して底蓋が形成されてなることを特徴とする。
（１４）第１４の発明は、第１発明から第１３発明のいずれかの地下融雪槽において、中空管体の内面および外面の少なくとも一方が、防食被覆されていることを特徴とする。
（１５）第１５の発明は、第１発明から第１４発明のいずれかの地下融雪槽において、中空管体の外面に熱交換を促進させるフィンを取り付けたことを特徴とする。
（１６）第１６の発明は、第１発明から第１５発明のいずれかの地下融雪槽において、中空管体等の壁面から得られる地中熱により直接融雪室内の雪を融雪可能とされていることを特徴とする。
（１７）第１７の発明は、第１発明から第１６発明のいずれかの地下融雪槽において、鋼管等内部に、送水管および還水管の両方または一方を設置し、温熱を持った水またはその他の熱媒を循環させることにより融雪室内の雪を融雪可能とされていることを特徴とする。
（１８）第１８の発明は、地中熱交換器等の熱交換器とヒートポンプを管路を介して接続し、前記ヒートポンプと第１発明から第１６発明のいずれかの地下融雪槽とを管路を介して接続し、ヒートポンプにて製造した温熱を融雪の熱源として使用することが可能とされていることを特徴とする地下融雪槽を備えた融雪設備である。
（１９）第１９の発明は、地中熱交換器と第１発明から第１７発明のいずれかの地下融雪槽とを管路を介して接続し、前記地中熱交換器内の地温水を循環ポンプにて地下融雪槽に送水することにより、融雪の温熱源として直接利用可能とされていることを特徴とする地下融雪槽を備えた融雪設備である。
（２０）第２０の発明は、第１発明から第１７発明のいずれかの地下融雪槽または第１８発明または第１９発明の地下融雪槽を備えた融雪設備において、地下水，河川水，海水等の自然熱源エネルギーを利用してヒートポンプにて製造した温熱を融雪の熱源として使用可能にされていることを特徴とする地下融雪槽を備えた融雪設備である。
（２１）第２１の発明は、第１発明から第１７発明のいずれかの地下融雪槽または第１８発明から第２０発明のいずれかの地下融雪槽を備えた融雪設備において、温泉の温熱を融雪の熱源として使用可能にされていることを特徴とする地下融雪槽を備えた融雪設備である。
（２２）第２２の発明は、第１発明から第１７発明のいずれかの地下融雪槽または第１８発明から第２１発明のいずれかの地下融雪槽を備えた融雪設備において、ボイラー等化石燃料または電力を使用する温熱源機器により製造した温熱を融雪の熱源として使用可能とされていることを特徴とする地下融雪槽を備えた融雪設備である。
（２３）第２３の発明は、第１発明から第１７発明のいずれかの地下融雪槽または第１８発明から第２２発明のいずれかの地下融雪槽を備えた融雪設備において、太陽熱、下水道水熱、廃棄物処理排熱、地下鉄排熱、高圧地中送電線排熱、変電所排熱、コージェネレーション排熱または燃料電池排熱の少なくとも１つ以上の温熱を融雪の熱源として使用可能とされていることを特徴とする地下融雪槽を備えた融雪設備である。
（２４）第２４の発明は、夏期あるいは季節中間期の太陽熱、温泉水熱、廃棄物処理排熱、地下鉄排熱、高圧地中送電線排熱、変電所排熱、コージェネレーション排熱、燃料電池排熱または空調排熱の少なくとも１つ以上の温熱を、地中熱交換器と、第１発明から第２３発明のいずれかの地下融雪槽または融雪設備との少なくともいずれか一方に循環可能とし、地中熱交換器または地下融雪槽内の保有水および周囲地盤に温熱を季間蓄熱し、冬期にその温熱を融雪の熱源として使用することを特徴とする請求項１から請求項２３のいずれかの地下融雪槽または地下融雪槽を備えた融雪設備の運転方法である。
（２５）第２５の発明は、融雪期最後の雪を融かさず地下融雪槽内に貯蔵し、その冷熱を夏季の空調冷房等の冷熱負荷に利用することを特徴とする請求項１から請求項２３のいずれかの地下融雪槽または地下融雪槽を備えた融雪設備の運転方法である。

本発明の地中融雪槽は、現場施工のコンクリート製地中融雪槽と比べて著しく短い工程で安価に設置できる。また、泥水や廃土処理も不要であって、独自の回転羽根形状によって中空管体の貫入性に優れることから、地下融雪槽の設置にかかる建設コストを大幅に抑制できる。特に、本発明では、中空管体を使用した縦型の地下融雪槽としているため、浅い温度の不安定地中領域を避けて地中の深い位置に容易に設置でき季節を通して安定した地中温度領域に設置できるため、融雪を効果的に行なえる点にあり、地中熱交換器あるいはその他の温熱源を利用する場合にも効果的に温熱エネルギーを融雪に利用できる。

また本発明では、回転羽根形状や底蓋の形成方法によって、水密性の高い内部空間を融雪室として利用することを可能とした。

また、コンクリート製地下融雪槽またはこれを備えた融雪設備は集中型融雪設備としては優れた設備であるが、非常に高い建設費によって幅広い普及が阻害されているのが現状である。したがって、本発明の上記の効果によりその普及が促進されることが期待できる。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態の地下融雪槽について、図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、第１実施形態の地下融雪槽２６は、下端部に回転羽根２が取り付けられた中空管体１を回転圧入して埋設し、中空管体１の底蓋３から上方の内部空間に送水管４および還水管５を設置して構築される。

さらに説明すると、この形態では、中空管体１を回転圧入した後に、中空管体１の周囲を囲むように現場施工あるいはプレキャストコンクリート製の流水槽２３を設け、中空管体１と流水槽２３との当接部の止水処理をし、また中空管体１上端からの溢水を受ける流水槽２３に接続する排水ピット２４を設けている。図中、符号５１は地表面である。

本発明では、中空管体１の内部を融雪室２５とし、また、中空管体１内部の融雪室２５に送水管４および還水管５を設置して第１実施形態の地下融雪槽２６が完成する。排水ピット２４に導かれた融雪水２７をポンプ２８により揚水して管路２９を介して矢印Ａで示すように下水道等に放流する。中空管体１の直上の流水槽２３の上部には、投入孔３０を設けると共に閉塞蓋あるいは多孔蓋等の蓋３１を設け、必要に応じ蓋３１を外して雪を融雪室２５に投下可能にされる。なお、送水管４はその出口が溢水レベルより若干下方に位置して、投下された雪を、温熱エネルギーの高い状態の温水等の熱媒により効果的に融雪するようにされている。

図２に第１実施形態に用いられる中空管体１を示す。この中空管体１が単管で必要融雪室長さに満たない場合には、現場での円周溶接等によって鋼管を継ぎ足すことで必要融雪室長さを確保する。なお、中空管体１の材質は鋼管に限定されることなく、プラスチック等の樹脂系材料で中空管体１が形成されていてもよい。さらに、中空管体１に外面防食が必要な場合にはポリエチレンやウレタン等で外面被覆を施してもよく、内面防食が必要な場合には硬質塩化ビニルやエポキシ等で内面被覆を施してもよい。

図２（ａ）に示すように、中空管体１の下端は螺旋状に切り欠かれており、この螺旋状切り欠きの始端部と終端部とは段差部分を介して接続されている。そして、螺旋状に切り欠かれた中空管体１の下端面に沿って、回転羽根２が中空管体１に対して同心状に固定されている。

回転羽根２は、図３に示すように円盤状（リング状）の鋼板を半径方向に一部切欠いて形成されており、回転羽根２の始端切断面６には掘削刃７が溶接により固着されている。回転羽根２はその始端切断面６から徐々に中空管体１の下端部から離れながら螺旋状に上昇し、終端切断面８までほぼ１周程度周回するように形成されている。

回転羽根２の始端切断面６と終端切断面８との開き角度９は、図３の例では４５度程度であるが、１０度から９０度の範囲で設定することができる。なお回転羽根２を延長して開き角度９を０度の位置にした場合には、破線で示す仮想終端切断面８ａと始端切断面６とが平行となる。

また回転羽根２の中心部には開端穴１０が開口されている。図２、図３の例では開端穴１０の直径Ｄが中空管体１の内径の０．６倍程度に設定されているが、本発明の開端穴１０の直径は中空管体１の内径以下であればいかなる直径であってもよく、また回転羽根２に開端穴１０を設けなくともよい。

上記のような開き角度９、開端穴１０を備えた回転羽根２は、中空管体１の優れた貫入性を確保し、施工効率向上によるコストの低減に寄与する。また、上記形状の回転羽根２は、管内部への土壌の侵入を管直径の１．５倍程度から管体長さの半分程度までの間に調節することができ、中空管体１の内部空間の有効利用が可能となる。

また中空管体１の内部には底蓋３が設置されており、土壌１１の侵入する中空管体１下部と、地下融雪槽に利用される中空管体１上部とが底蓋３によって区画されている。この底蓋３は回転圧入前に中空管体１内に予め形成されていてもよく、回転圧入後に中空管体１内に事後的に形成してもよい。

図４は底蓋３の取付態様の一例を示したものである。この例では、中空管体１内周の底蓋形成位置に予め突起物として輪状アングル１２を溶接し、この輪状アングル１２の上から落し蓋２１を溶接固定して底蓋３を形成している。なお、輪状アングル１２には必要に応じて補強スチフナを取り付けてもよい。

図４の例において、軟弱地盤等で貫入抵抗が大きくない場合には、予め底蓋３を輪状アングル１２に溶接して底蓋３の取り付けを完了した状態で、螺旋状の回転羽根２の推進力により中空管体１の回転貫入または回転圧入施工をすることも可能である。この場合、図５に示すように底蓋３より下方の中空管体１下部に土壌１１が適度に侵入して、中空管体１下部に残る空気の圧縮による空気ばね効果が発揮されることで、硬い地層に達すると管内部に土壌１１がさらに侵入して、硬い土壌への貫入性が向上できる場合もある。

一方、地盤の貫入抵抗が大きく、予め底蓋３を取り付けて中空管体１下部を密閉しておくことが困難な場合には、輪状アングル１２からなる輪状突起物のみ先付けした状態で中空管体１を回転圧入した後に、輪状アングル１２に底蓋３を溶接してもよい。

図６の例は、予め中空管体１内周に底蓋３を取り付ける一方で、中空管体１下部の圧力逃がし穴１４を設けて中空管体１下部に土壌１１を侵入し易くし、貫入抵抗を減少させて回転圧入する態様である。図６（ａ），（ｂ）は、底蓋３に圧力逃がし穴１４を設け、中空管体１の回転圧入後に圧力逃がし穴１４をプレート１５で塞ぐことで底蓋３の形成を完了する例である。また図６（ｃ）は圧力逃がし穴１４を底蓋３直下の中空管体１側壁部に開口した例である。この場合には回転圧入後に圧力逃がし穴１４を塞ぐ必要はない。なお、この場合には、下端部に掘削歯が取り付けられた中空管体１の内部に侵入する土砂を排除しながら回転力と下向きの力を付加して地中に回転圧入し、底部に底蓋３を設けて密封することでもよい。

また、回転圧入後における中空管体１での火気使用を避けたい場合には、以下の種々の方法により事後的な底蓋３の形成が可能である。

図７は、中空管体１内部に土壌１１がある程度侵入してくる場合において底蓋３を回転圧入後に形成する態様の一例である。図７の例では、予め中空管体１内周の土壌侵入位置上部（底蓋形成位置）にコンクリート定着用の輪状鉄筋１６を溶接しておく。次に中空管体の回転圧入後にコンクリート１７を流し込み、さらに防水目地を中空管体との取り合い部に取ったシンダーコンクリート１８を打設する。そして目地部をシール１９した後に塗膜防水２０を行い底蓋３を形成する。なお、底蓋形成位置より地下水位が浅い場合でも、水中コンクリートを打設することにより底蓋３の形成が可能である。

また図８は、中空管体内部に土壌１１があまり侵入してこない場合において底蓋３を回転圧入後に形成する態様の一例である。図８の例では、予め中空管体１内周の土壌侵入位置上部（底蓋形成位置）に輪状アングル１２（突起物）を溶接しておく。次に中空管体１の回転圧入後に、中空管体１に内接する落し蓋２１を投下した上でシンダーコンクリート１８を打設する。以下、図７の上記例と同様の工程で底蓋３が形成される。

これらの例においても、図１に示すように、中空管体１を回転圧入した後に、溢水を受ける流水槽２３およびこれに接続する排水ピット２４を設け、また、中空管体１の内部の融雪室２５に送水管４および還水管５を設置して地下融雪槽２６が完成する。排水ピット２４に導かれた融雪水をポンプにより揚水して下水道等に放流する。なお、本発明の地下融雪槽２６の基本構成は、下端部に回転羽根２が取付けられた中空管体１を地中に埋設し、中空管体１内部を融雪室２５とすることである。

また、この実施形態において、送水管４および還水管５は、土壌を熱源とするヒートポンプを介して、図１２に示すような地中熱交換器（詳細は後記する）３２に接続されたり、ヒートポンプを介さないで地中熱交換器３２その他の温熱源に接続され、送水ポンプにより送水管４から温熱流体（温水）が供給され、融雪して温度が低下した冷水は還水管５および吸水ポンプにより熱源に戻るように循環可能にされる。なお、融雪室２５には、水等の融雪用の水３３が充填される。

この第１実施形態の地下融雪槽２６は、中空管体１の内部空間を融雪室２５とすると共に熱媒の循環流路として直接使用する構成であって、中空管体１等の壁面から周囲土壌より地中熱を採熱または逆に放熱ができるようになっている。

また図９は第１実施形態の地下融雪槽における送水管４および還水管５の配置例である。中空管体１の口径が比較的大きくなるため、図９（ａ）に示すように送水管４および還水管５のいずれか一方を内挿する二重管方式としてもよく（図示例では還水管５が内挿されている）、また、図９（ｂ）に示すように、送水管４および還水管５の両方を内挿する鋼管井戸方式としてもよい。

第１実施形態の地下融雪槽２６では、中空管体１の回転圧入後に、流水槽２３と、排水ピット２４と、中空管体１の内部に送水管４および還水管５を設置するだけで施工が完了するため、従来方式の現場築造方式のコンクリート製地下融雪槽と比べて著しく工程が短縮でき、飛躍的なコスト削減が可能となる。

＜第２実施形態＞
図１０は第２実施形態の地下融雪槽２６を示した図である。なお、以下の実施形態で第１実施形態と同一の構成には同一符号を付して重複説明を省略する。

第２実施形態は、建物を支持する基礎杭としての回転圧入鋼管杭２２を地中に回転圧入して埋設し、回転圧入鋼管杭２２の先端付近または中間部に底蓋３を形成して密閉し、回転圧入鋼管杭２２の上部付近に接続する急傾斜の雪投入傾斜管３４の上端部に蓋３１を設け、回転圧入鋼管杭２２の内部空間を融雪室２５として利用して構築される地下融雪槽２６である。また、基礎に隣接して排水ピット２４を設け、中空管体１上部に排水ピット２４に接続する溢水横管３５を設けている。第２実施形態の地下融雪槽２６は、建物の支持に元来必要である基礎杭を融雪槽として兼用するため、融雪槽単独の埋設設置コストは不要となり、より一層のコスト削減が可能になる。なお、送水管４および還水管５の取り出し方法としては、図１０に示すように、通常通り、回転圧入鋼管杭２２の頂部にフーチング２２ａを被せる取り合いとし、送水管４および還水管５を水平取り出しする方法や、回転圧入鋼管杭２２頂部のフーチング取合部外周に突起物を取り付けて、杭からフーチングに支持力を伝達することが考えられる。なお、図示を省略するが、中空管体１の上部の支持蓋３６に孔を設けると共にその孔とフーチング２２ａ上端まで雪投入縦管を設け、雪投入縦管から雪を投入する形態では、前記の急傾斜の雪投入傾斜管３４を省略できる。

＜第３実施形態＞
図１１は第３実施形態の地下融雪槽を示した図である。第３実施形態では中空管体１の外周に熱交換促進用のフィン１ａが取り付けてある。フィン１ａの形状は中空管体１の回転圧入に支障のない形状であればよく、例えば掘削用回転羽根を上方に延長してなる小径螺旋型フィンなどが考えられる。なお、図１１では中空管体１の上端部を除くほぼ全長にわたってフィン１ａが設けられているが、フィン１ａが熱交換促進に効果的であるのは地下水が存在する場合なので、実際には帯水層などの地下水が存在する地層部分をカバーできるようにフィン１ａを設ければよい。

次に、前記各実施形態の地下融雪槽に接続している送水管４および環水管５に管路を介して接続して、効果的に融雪するための地中熱交換器の一例について簡単に説明する。
図１２示すように、地中熱交換器３２における中空管体３７は記実施形態にける地下融雪槽２６の中空管体１とその直径寸法が異なるが、同様な構造とすることもでき、これ以外の他の構造とすることもできる。

同図を参照して説明すると、下端部に回転羽根３８が取り付けられた中空管体３７を回転圧入して埋設し、中空管体３７の底蓋３９から上方の内部空間に送水管４０および還水管４１を設置して構築され、前記送水管４０および環水管４１は、例えば図１５の概略説明図に示すようにヒートポンプ４２および管路４３を介して、前記地下融雪槽２６における送水管４および環水管５に接続される。

図１３に前記地中熱交換器３２に用いられる中空管体３７を示す。この中空管体３７が単管で必要熱交換長さに満たない場合には、現場での円周溶接等によって継ぎ足すことで必要熱交換長さを確保する。なお、地下融雪槽２６の場合と同様に、中空管体３７の材質は鋼管に限定されることなく、プラスチック等の樹脂系材料で中空管体３７が形成されていてもよい。さらに、中空管体３７に外面防食が必要な場合にはポリエチレンやウレタン等で外面被覆を施してもよく、内面防食が必要な場合には硬質塩化ビニルやエポキシ等で内面被覆を施してもよい。

図１３（ａ）に示すように、中空管体３７の下端は螺旋状に切り欠かれており、この螺旋状切り欠きの始端部と終端部とは段差部分を介して接続されている。そして、螺旋状に切り欠かれた中空管体３７の下端面に沿って、回転羽根３８が中空管体３７に対して同心状に固定されている。

回転羽根３８は、図１４に示すように円盤状（リング状）の鋼板を半径方向に一部切欠いて形成されており、回転羽根３８の始端切断面６には掘削刃７が溶接により固着されている。回転羽根３８はその始端切断面６から徐々に中空管体３７の下端部から離れながら螺旋状に上昇し、終端切断面８までほぼ１周程度周回するように形成されている。

回転羽根３８の始端切断面６と終端切断面８との開き角度９は、図１４の例では４５度程度であるが、１０度から９０度の範囲で設定することができる。なお回転羽根３８を延長して開き角度９を０度の位置にした場合には、破線で示す仮想終端切断面８ａと始端切断面６とが平行となる。

また回転羽根３８の中心部には開端穴１０が開口されている。図１３、図１４の例では開端穴１０の直径Ｄが中空管体３７の内径の０．６倍程度に設定されているが、開端穴１０の直径は中空管体３７の内径以下であればいかなる直径であってもよく、また回転羽根３８に開端穴１０を設けなくともよい。

上記のような開き角度９、開端穴１０を備えた回転羽根３８は、中空管体３７の優れた貫入性を確保し、施工効率向上によるコストの低減に寄与する。また、上記形状の回転羽根３８は、管内部への土壌の侵入を管直径の１．５倍程度から管体長さの半分程度までの間に調節することができ、中空管体３７の内部空間の有効利用が可能となる。

このような回転羽根３８を有する中空管体３７を備えた地中熱交換器３２を使用すると、地中熱交換器を非常に安価に設置することができ、それを利用し地中熱を採熱すれば、省エネルギー・低コストな融雪のための温熱供給が可能となり、経済的である。

図１５は、地下融雪槽と地中熱交換器等の温熱源とを備えている融雪設備の一形態を示す説明図であり、地下融雪槽を多数設けるのに好適な商業施設の空き地または駐車場あるいは公園などに適用した場合で、同図を参照してさらに説明すると、多数の地下融雪槽２６が間隔をおいて地中に設けられ、各地下融雪槽２６における送水管４は管路に接続して制御バルブ（図示省略）およびポンプ（図示省略）並びに温熱源に接続し、各環水管５は管路および制御バルブ（図示を省略）および吸引ポンプ（図示省略）を介して温熱源に接続している。各地下融雪槽２６の平面配列形態は、設置場所により千鳥状あるいは直線状等に設定される。

また、多数の地中熱交換器３２が間隔をおいて地中に設けられ、各地中熱交換器３２はヒートポンプ４２および制御バルブ４４を介して管路に接続している。

図１５に示すような中空管体１内部空間を融雪室２５とした地下融雪槽２６内に、流水槽２３上部の蓋３１を適宜取り除くか、多孔蓋から除雪・排雪された雪を投入すると、中空管体１内の水等の融雪液体により融雪され、中空管体１上部からオーバーフロ−（溢水）した融雪水２７は、排水ピット２４からポンプ２８等により揚水して下水道に放流する。

なお、前記の地下融雪槽２６は、融雪槽としてばかりでなく、冬季最後の融雪室内に貯留した雪を融かさず貯蔵し、空調冷房期の冷熱負荷の冷熱源としても利用したり、中空管体１内の槽内水と周囲地盤４５を季間蓄熱の蓄熱体として利用する等蓄熱槽として利用することも可能である。

また、地中熱交換器３２により、土壌より採熱した低温温水を地下融雪槽２６に循環し、融雪室内部の雪を強制的に解かす。地中熱交換器３２の採熱量と融雪必要量の割合により、土壌熱源ヒートポンプ（ＧＳＨＰ）４２を使い昇温する。図１の場合と同様、解けた雪水２７はオーバーフローさせ、流水槽２３を経由して排水ピット２４に導き、ポンプ２８を使用して下水道に放流する。

温熱源としては、上記の土壌熱源(地中熱)の他、枠で囲んで示すように、人工的あるいは自然の発生熱を同時に利用する発生熱同時利用形態と、発生熱を季間蓄熱し、その季間蓄熱した熱を温熱源として利用する発生熱季間蓄熱利用形態に大別できる。

また、発生熱同時利用形態としては、ボイラあるいは地域熱供給等化石燃料を使用したり、地下水熱，河川水熱，地中熱を利用する温泉水などの温熱を利用する自然エネルギーを利用したり、太陽熱（太陽光熱またはその輻射熱），下水道水熱，廃棄物処理排熱，地下鉄排熱，高圧地中送電線排熱，変電所排熱，コージェネレーション排熱，燃料電池排熱あるいは空調排熱等の温排熱を利用する形態等各種の形態が可能であり、また夏季あるいは季節中間期の太陽熱，温泉水熱，廃棄物処理排熱，地下鉄排熱，高圧地中送電線排熱，変電所排熱，コージェネレーション排熱，燃料電池排熱あるいは空調排熱の少なくとも１つ以上の温熱を、地下融雪槽２６あるいは地中熱交換器３２の保有水あるいは周囲地盤に季間蓄熱し、それらの季間蓄熱を冬季に融雪の熱源に利用する運転形態も可能で、このようにすると、より省エネルギー・低ランニングコスト化が図れる。
このような場合、夏期あるいは季節中間期の太陽熱，温泉水熱，廃棄物処理排熱、地下鉄排熱、高圧地中送電線排熱、変電所排熱、コージェネレーション排熱、燃料電池排熱または空調排熱の少なくとも１つ以上の温熱を、（Ａ）地中熱交換器と、（Ｂ）地下融雪槽または融雪設備との、少なくとも前記（Ａ）（Ｂ）いずれか一方に循環可能として、地中熱交換器または地下融雪槽内の保有水および周囲地盤に温熱を季間蓄熱するように設備を運転する。
なお、コージェネレーション排熱とは、発電機のエンジンの排ガス熱や冷却水の熱である。
また、空調排熱とは、空調機器から排出される排熱あるいは空調関係で生じた排熱である。

なお、本発明の適用例としては、戸建住宅用としては、少なくとも１つの地下融雪槽２６のみの融雪設備としたり、あるいはこれに地中熱交換器３２を加えた融雪設備としたり、さらにはヒートポンプ等を備えた融雪設備としたり、必要に応じて各種の温熱源に接続させて循環利用可能な融雪設備してもよく、この場合、最後の雪を融さずに地下融雪槽２６にためておくと、地中熱交換器雪冷熱を夏季の冷房に利用する雪冷熱利用冷房が可能になり、省エネルギーを図ることが可能である。

また、歩道あるいは路側帯部分に適用する場合には、歩道あるいは路側帯部分に図１から図１５の地下融雪槽を設け、その上部の流水槽の多孔蓋３１上に設けられる図示省略の上蓋を取り外し多孔蓋３１から雪を投雪可能にすると共に、前記地下融雪槽に接続するように地中熱を直接利用する形態の地中熱交換器とヒートポンプとを組み合わせたりすればよい。

このように、本発明では、自然エネルギー，温排熱等様々なものが利用可能であり、また、融雪期に排熱等を発生と同時に利用するだけではなく、地下融雪槽および地中熱交換器を介した土壌を蓄熱体として利用し、時期外れに発生した排熱を季間蓄熱し融雪期に利用することも可能で、より省エネルギー・低ランニングコスト化が図れる。

図１６には、地下融雪槽２６側に接続する温熱源側の管路４３（４３ａ，４３ｂ）と地中熱交換器３２との間に配置されるヒートポンプ４２の一例が示されている。図中、４５は圧縮器、４６は凝縮器、４７は膨張弁、４８は蒸発器、４９は冷媒用配管、５０は四方弁で、四方弁５０の切り替え等により圧縮器は凝縮器に変更される。

なお、中空管体１，３７の内面および外面の少なくとも一方が、防食被覆されていてもよい。また、本発明を実施する場合、温熱を持った水以外の熱媒を循環させるるようにしてもよい。また、地中熱交換器以外の熱交換器を使用してもよい。

前記のように、回転羽根が取り付けられた中空管体を地中に埋設して構築した地下融雪槽であると、比較的小規模の地下融雪槽でも安価に構築可能なため、分散型オンサイト雪処理（降雪地雪処理）施設の建設が可能となり、また、温熱源として中小規模排熱も有効に活用できる。

第１実施形態の地下融雪槽を示した図である。 第１実施形態に用いられる中空管体を示す図である。 第１実施形態に用いられる回転羽根を示す図である。 底蓋の取付態様の一例を示した図である。 中空管体に予め底蓋を形成した場合の空気ばね効果を説明する図である。 中空管体の圧力逃がし穴の設置例を示した図である。 底蓋を回転圧入後に形成する態様の一例を示した図である。 底蓋を回転圧入後に形成する態様の一例を示した図である。 第１実施形態の地下融雪槽における送水管および還水管の配置例を示した図である。 第２実施形態の地下融雪槽を示した図である。 第３実施形態の地下融雪槽を示した図である。 地中熱交換器を示した図である。 地中熱交換器に用いられる中空管体を示す図である。 地中熱交換器に用いられる回転羽根を示す図である。 地下融雪槽を備えた融雪設備の説明図である。 ヒートポンプの一例を示す概略説明図である。

符号の説明

１ 中空管体
１ａ フィン
２ 回転羽根
３ 底蓋
４ 送水管
５ 還水管
６ 始端切断面
７ 掘削刃
８ 終端切断面
８ａ 仮想終端切断面
９ 開き角度
１０ 開端穴
１１ 土壌
１２ 輪状アングル
１３ 溶接部
１４ 圧力逃がし穴
１５ プレート
１６ 輪状鉄筋
１７ コンクリート
１８ シンダーコンクリート
１９ シール
２０ 塗膜防水
２１ 落し蓋
２２ 回転圧入鋼管杭
２２ａ フーチング
２３ 流水槽
２４ 排水ピット
２５ 融雪室
２６ 地下融雪槽
２７ 融雪水
２８ ポンプ
２９ 管路
３０ 投入孔
３１ 蓋
３２ 地中熱交換器
３３ 水
３４ 雪投入傾斜管
３５ 溢水用横管
３６ 蓋
３７ 中空管体
３８ 回転羽根
３９ 底板
４０ 送水管
４１ 環水管
４２ ヒートポンプ
４３ 管路
４４ 制御バルブ
４５ 圧縮器
４６ 凝縮器
４７ 膨張弁
４８ 蒸発器
４９ 冷媒用配管
５０ 四方弁
５１ 地表面

Claims (25)

1. 下端部に螺旋状羽根からなる回転羽根が取り付けられた中空管体に回転力を付加して地中に回転貫入し、埋設された前記中空管体の内部空間を融雪室として利用して構築したことを特徴とする地下融雪槽。
2. 下端部に回転羽根が取り付けられた中空管体に回転力と下向きの力を付加して地中に回転圧入し、埋設された前記中空管体の内部空間を融雪室として利用して構築したことを特徴とする地下融雪槽。
3. 中空管体が鋼管で形成されており、前記中空管体が建物を支持する基礎杭としての回転圧入鋼管杭を兼用することを特徴とする請求項１または２に記載の地中熱交換器。
4. 回転羽根が螺旋状羽根であって、回転羽根の始端切断面と終端切断面との開き角度が１０度から９０度に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の地下融雪槽。
5. 中空管体の管内径以下の直径に設定された開端穴が回転羽根の中心部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の地下融雪槽。
6. 中空管体内の下端部または中間部に底蓋が設けられて前記中空管体の内部が密閉されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の地下融雪槽。
7. 予め底蓋が内部に固着されている中空管体が回転圧入で埋設されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の地下融雪槽。
8. 内部に予め取り付けられた底蓋または底蓋より下側の中空管体側壁部に圧力逃がし穴が開口されていることを特徴とする請求項７に記載の地下融雪槽。
9. 下端部に回転羽根が取り付けられた中空管体を内部に侵入する土砂を排除しながら回転力と下向きの力を付加して地中に回転圧入し、底部に底蓋を設けて密封し、埋設された前記中空管体の内部空間を融雪室として利用して構築したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の地下融雪槽。
10. 下端部に掘削歯が取り付けられた中空管体を内部に侵入する土砂を排除しながら回転力と下向きの力を付加して地中に回転圧入し、底部に底蓋を設けて密封し、埋設された前記中空管体の内部空間を融雪室として利用して構築したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の地下融雪槽。
11. 内周の底蓋形成位置に予め突起物が取り付けられた中空管体が回転圧入で埋設され、前記中空管体に内接する落し蓋を前記中空管体の埋設・据付後に前記中空管体内部に投下し、前記中空管体の内周と前記落し蓋とが固着されて底蓋が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の地下融雪槽。
12. 内周の底蓋形成位置に予め突起物が取り付けられた中空管体が回転圧入で埋設され、前記中空管体の埋設・据付後に中空管体内の底蓋形成位置に経時性硬化材を充填して底蓋が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の地下融雪槽。
13. 内周の底蓋形成位置に予め突起物が取り付けられた中空管体が回転圧入で埋設され、前記中空管体に内接する落し蓋を前記中空管体の埋設・据付後に前記中空管体内部に投下し、前記落し蓋の上側に経時性硬化材を充填して底蓋が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の地下融雪槽。
14. 中空管体の内面および外面の少なくとも一方が、防食被覆されていることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の地下融雪槽。
15. 中空管体の外面に熱交換を促進させるフィンを取り付けたことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の地下融雪槽。
16. 中空管体等の壁面から得られる地中熱により直接融雪室内の雪を融雪可能とされていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか1項に記載の地下融雪槽。
17. 鋼管等内部に、送水管および還水管の両方または一方を設置し、温熱を持った水またはその他の熱媒を循環させることにより融雪室内の雪を融雪可能とされていることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の地下融雪槽。
18. 地中熱交換器等の熱交換器とヒートポンプを管路を介して接続し、前記ヒートポンプと請求項１から請求項１６のいずれかの地下融雪槽とを管路を介して接続し、ヒートポンプにて製造した温熱を融雪の熱源として使用することが可能とされていることを特徴とする地下融雪槽を備えた融雪設備。
19. 地中熱交換器と請求項１から請求項１７のいずれか１項の地下融雪槽とを管路を介して接続し、前記地中熱交換器内の地温水を循環ポンプにて地下融雪槽に送水することにより、融雪の温熱源として直接利用可能とされていることを特徴とする地下融雪槽を備えた融雪設備。
20. 請求項１から請求項１７いずれか１項に記載の地下融雪槽または請求項１８または請求項１９の地下融雪槽を備えた融雪設備において、地下水，河川水，海水等の自然熱源エネルギーを利用してヒートポンプにて製造した温熱を融雪の熱源として使用可能にされていることを特徴とする地下融雪槽を備えた融雪設備。
21. 請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の地下融雪槽または請求項１８から請求項２０のいずれか１項に記載の地下融雪槽を備えた融雪設備において、温泉の温熱を融雪の熱源として使用可能にされていることを特徴とする地下融雪槽を備えた融雪設備。
22. 請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の地下融雪槽または請求項１８から請求項２１のいずれか１項に記載の地下融雪槽を備えた融雪設備において、ボイラー等化石燃料または電力を使用する温熱源機器により製造した温熱を融雪の熱源として使用可能とされていることを特徴とする地下融雪槽を備えた融雪設備。
23. 請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の地下融雪槽または請求項１８から請求項２２のいずれか１項に記載の地下融雪槽を備えた融雪設備において、太陽熱、下水道水熱、廃棄物処理排熱、地下鉄排熱、高圧地中送電線排熱、変電所排熱、コージェネレーション排熱または燃料電池排熱の少なくとも１つ以上の温熱を融雪の熱源として使用可能とされていることを特徴とする地下融雪槽を備えた融雪設備。
24. 夏期あるいは季節中間期の太陽熱、温泉水熱、廃棄物処理排熱、地下鉄排熱、高圧地中送電線排熱、変電所排熱、コージェネレーション排熱、燃料電池排熱または空調排熱の少なくとも１つ以上の温熱を、地中熱交換器と、請求項１から請求項２３のいずれかの地下融雪槽または融雪設備との少なくともいずれか一方に循環可能とし、地中熱交換器または地下融雪槽内の保有水および周囲地盤に温熱を季間蓄熱し、冬期にその温熱を融雪の熱源として使用することを特徴とする請求項１から請求項２３のいずれかの地下融雪槽または地下融雪槽を備えた融雪設備の運転方法。
25. 融雪期最後の雪を融かさず地下融雪槽内に貯蔵し、その冷熱を夏季の空調冷房等の冷熱負荷に利用することを特徴とする請求項１から請求項２３のいずれかの地下融雪槽または地下融雪槽を備えた融雪設備の運転方法。

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