JP2009041193A - 水循環式融雪装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋根の除雪作業を行うための水循環式融雪装置について、環境への負荷を少ないものとしながら、低コストで充分な除雪が行えるようにする。
【解決手段】貯水槽と、揚水ポンプ３０と、散水管５２と、散水管５２と揚水ポンプ３０とを接続する揚水管５１と、集めた水を貯水槽に戻すための戻し管５３ａ，５３ｂ，５３ｃとを備えており、揚水ポンプ３０で貯水槽の貯留水を散水管５２まで送り散水して積雪を溶かし、融雪した水を戻し管５３ｃで貯水槽に戻して再使用する水循環式融雪装置１Ａにおいて、貯水槽が主貯水槽１０と副貯水槽２０とに分割されて接続管１３で連通され、副貯水槽２０が回収水をいったん貯留してオーバーフロー分を溢水管２３で外部に排出し、且つ接続管１３に主貯水槽１０内水位を維持する水位維持手段を備え、揚水ポンプ３０で送出した分だけ回収水を副貯水槽２０から主貯水槽１０に導入する。
【選択図】図２

Description

本発明は、水循環式融雪装置に関し、殊に、貯水槽の水を揚水ポンプで屋根まで揚げて散水することで屋根の上に積もった雪を溶かして除雪を行い、その溶かした水を貯水槽に回収して再使用する水循環式融雪装置に関する。

雪国における屋根の除雪作業（雪下ろし）は、多大な労力とコストを要するとともに滑落等の事故の危険を伴うため、居住者にとっては極めて大きな負担となっている。特に、過疎地域においては住民の高齢化と人手不足から作業が充分に進まないために、家屋倒壊等の深刻な事態が発生しやすくなっている。

また、雪を下ろすと大量の雪が家屋の周りに積み上がることになるため、その廃棄作業を平行して行わないと生活上極めて不便な状況に陥る。そのため、除雪作業を自動的に完了することに加え雪の廃棄の問題まで解決できる技術の開発が望まれていた。

この問題に対し、実登３１２７６８８号公報や実登３１３２６８７号公報に記載されているように、貯水槽に溜めた水を揚水ポンプで屋根まで揚げて散水することで積もった雪を水で溶かし、これを雨樋で集めて貯水槽に再び戻すようにして、水を循環使用しながら除雪作業を行う水循環式融雪装置が提案されている。

このように、水を循環させながら融雪手段として使用することにより、水道代を要さずにほぼ自動的に屋根の上の雪を除くことができるため、居住者の労力を大きく軽減することができる。また、融雪により溶けた水の分で貯水槽に回収される水量が揚水量よりも遙かに多くなるが、そのオーバーフロー分は貯水槽の溢水管から排水路に排出されるため、雪の廃棄の手間も要さないものとなる。

しかし、この揚水した水よりも多量で極めて温度の低い回収水が貯水槽に流入することにより、貯水槽に溜めた水の温度は短時間で氷点近くまで下がってしまう。この低温の水を揚水して屋根の上に散水した場合、短時間で水が凍結して屋根の上に氷の塊を形成し、以後は融雪作業が困難な状況となる。また、融雪が不充分であると氷片やシャーベット状の雪が回収水に多量に混入するため、これら個体成分が揚水ポンプに吸引されてポンプ部品を傷める結果となり、さらにこれらが散水管まで送られると、散水孔を閉塞して融雪不能となってしまう。

そのため、上記の融雪装置を初めとする従来の水循環式融雪装置においては、貯水槽の水をボイラー等でいったん加熱してから散水するようにしている。そのため、融雪装置を長時間運転した場合には、燃料費によるランニングコストが嵩んでしまうことになる。また、化石燃料の大量の燃焼は大気汚染の原因になるとともに、ＣＯ２排出量の増大にも繋がる。
実登３１２７６８８号公報 実登３１３２６８７号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、屋根の除雪作業を行うための水循環式融雪装置について、環境への負荷を少ないものとしながら、低コストで充分な除雪が行えるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、融雪用の水を溜める貯水槽と、この貯水槽の水を吸引して圧送する揚水ポンプと、複数の散水孔を有して屋根の所定位置に配置される散水管と、この散水管と揚水ポンプとを接続する揚水管と、屋根の下端側で集めた水を貯水槽に戻すための戻し管とを備えており、降雪時又は／及び積雪時に揚水ポンプを駆動することで、貯水槽の貯留水を揚水管経由で散水管に送りながら屋根上で散水して積雪を溶かし、融雪した水を戻し管で貯水槽に戻して回収水として再使用する水循環式融雪装置において、その貯水槽が主貯水槽と副貯水槽とに分割されて接続路で互いに連通され、回収水を副貯水槽でいったん貯留するとともにそのオーバーフロー分を溢水路で外部に排出するものとされ、且つ、副貯水槽と主貯水槽との接続路に配設した遮断弁を主貯水槽内の水位を維持するように開閉する水位維持手段を備えており、揚水ポンプで送出した分だけ回収水を副貯水槽から主貯水槽に導入することを特徴とものとした。

従来例においては、揚水量よりも多量で低温の回収水が貯水槽に全量流入して貯留水が短時間で氷点近くに下がってトラブルを多発する問題があり、ボイラー等で貯留水を加熱する必要が生じて多量の熱エネルギーが必要となっていたのに対し、本発明において貯水槽を主貯水槽と副貯水槽に分け、副貯水槽で回収水の全量をいったん受けて融雪に使用した分だけ副貯水槽の回収水を主貯水槽に導入するようにしたことにより、融雪用の貯留水の温度が短時間で低下しにくくなるため、貯留水の温度を確保するのに要するエネルギーを削減できるものとなる。

またこの場合、戻し管の副貯水槽手前縦向き部分で、網部材を上面が傾斜面となるように内部に張設してその傾斜面下端側で傾斜面から続く斜め下向きに分岐した排出管を設け、回収水に含まれる所定サイズ以上の固形成分を網部材で補足して傾斜面に沿って外部に排出するものとすれば、氷片やシャーベット状の雪、或いはゴミ等を分離して、これらが副貯水槽内に流入することを回避できるものとなる。

さらに、上述した水循環式融雪装置において、少なくとも主貯水槽の外側を所定の断熱手段で覆って外気による貯留水の温度低下を軽減するものとしたことを特徴とするものとすれば、貯留水の温度維持が一層容易なものとなる。さらにまた、少なくとも主貯水槽内に電気ヒータを配設しこの電気ヒータが貯留水を所定温度に維持するように作動するものとすれば、化石燃料の燃焼による排ガスの発生を伴うことなく比較的低コストで充分な除雪作業を実施できるものとなる。

さらにまた、上述した水循環式融雪装置において、揚水管の下部所定位置に水抜きバルブを配設して、これを融雪作業終了後に開弁することにより、揚水管及び散水管内の水を外部に排出して水抜き作業を完了するものとすれば、低温の外気で揚水管及び散水管内の水が凍結して作業不能状態に陥るトラブルを容易に回避できるものとなる。

加えて、上述した水循環式融雪装置を、降雪センサ及び揚水ポンプの駆動制御を行う制御装置を備えたものとし、制御装置が降雪センサの検出信号を受信して検知した降雪状態に基づいて融雪作業の実施を制御するものとすれば、居住者の手間を要することなく無駄な駆動を最小減としながら、充分な除雪作業を実施できるものとなる。

回収水を副貯水槽でいったん貯留してから揚水した分だけ主貯水槽に導入するものとした本発明によると、融雪に使用する貯留水の温度低下を最小限に抑えることができ、貯留水の温度確保のための熱エネルギーの使用を軽減して環境への負荷が少ないものとしながら、低コストで充分な除雪が行えるものである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本実施の形態の水循環式融雪装置１Ａを、家屋２に設置した状態を示す全体斜視図を示している。この水循環式融雪装置１Ａは、大きく分けて地上側に配設する主貯水槽１０，副貯水槽２０，揚水ポンプ３０，コントローラ４０と、これより上の屋根３側に配設される揚水管５１、散水管５２、戻し管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ、降雪センサ６０を備えている。

水循環式融雪装置１Ａは、主貯水槽１０に融雪用の水を溜めてこれを揚水ポンプ３０で圧送しながら揚水管５１中を持ち揚げ、屋根３頂上の稜線に沿って配設した配水管５２に圧送して散水するものであり、屋根３の斜面上に積もった雪を溶かしながら屋根３下端側の軒に設けた樋４ａ，４ｂに流入させ、その端部に接続した戻し管５３ａ，５３ｂで集めてこれらの集合管である戻し管５３ｃで副貯水槽２０に戻し、回収水として再使用する循環式の融雪装置である。そして、この回収水のうち、揚水ポンプ３０で送って融雪に使用した分の量だけを主貯水槽１０に導入し、過剰分は外部に排出するものとした点を特徴としている。

図２は、水循環式融雪装置１Ａの詳細を説明するための縦断面図を示している。戻し管５３ｃが上方向から接続して回収水の全量が流入する副貯水槽２０は、例えば家屋２が標準的なサイズの屋根３を有するものであれば、内部の基準水位まで貯留した場合の容量が６０リットル程度の樹脂製容器２１を使用すれば充分である。

その内部には、回収水が所定水位以上になった場合のオーバーフロー分を外部に排出するための溢水管２３が設けられている。また、内部側に突出した戻し管５３ｃ開口部には、やや網目の大きな受籠２５を設けてあり、これでゴミを受け止めて溜めることでその廃棄を容易なものとしている。さらに、後述する主貯水槽１０に接続する接続管１３の開口部には、受籠２５よりも網目の小さな濾し網２６を設けてあり、受籠２５の網目を通った小さなゴミが主貯水槽１０側に流入することを回避できるようになっている。

また、主貯水槽１０への接続路である接続管１３の配設位置は、基準水位の半分より下で開口するような位置になっており、回収水が低温で凍結したりシャーベット状の雪が流入したりした場合でも、これらは水面近くに存在することから主貯水槽１０側への流入を回避できるようになっている。さらに、副貯水槽２０の底部側には排水管２４が設けられ、バルブ２４ａを開くことにより水抜きを行うこともできる。尚、図示したように、樹脂製容器２１の外側を断熱素材からなる保温ケース２２で覆ったことにより、極低温時においても内部の回収水が総て凍結せずに少なくとも主貯水槽１０への送出を確保できるようになっている。

一方、主貯水槽１０は、例えば副貯水槽２０の基準容量が６０リットル程度であれば、内部の基準水位まで水を貯留した場合の容量が２００リットル程度の樹脂製容器１１を使用すればよい。また、前記同様に断熱素材からなる保温ケース１２でその外側を覆ったことで、主貯水槽１０内部の貯留水温度を維持しすいものとしている。

この場合、例えば夜間温度が−５℃以下に低下するような寒冷地においては、内部に配設した電気ヒータ１５に通電して貯留水を加温することにより、貯留水の凍結及び揚水ポンプ３０側に連通する部分の凍結を回避し、且つ融雪作業における屋根上の融雪水の凍結を回避しやすいものとなる。尚、この電気ヒータ１５はサーモスタットによる自動温度制御が可能なもので外気温及び散水量に応じて例えば１０℃〜３５℃程度に温度設定できるものがよい。

この主貯水槽１０の内部と副貯水槽２０の内部とを接続する接続管１３の開口部には、内部の貯留水が所定の基準水位以下になると開弁させ基準水位になると閉弁させるフロート式の水位維持手段を設けた遮断弁１４が設けられており、貯留水の水位を基準水位に一致させる方向で作動するようになっている。即ち、揚水ポンプ３０で揚水した分だけ、副貯水槽２０から主貯水槽１０内に回収水を導入するようになっている。また、主貯水槽１０の底部側には配水管１６が設けられ、バルブ１６ａを開くことで水抜きを行うこともできる。

この主貯水槽１０に揚水ポンプ３０が接続されており、モータ３１を駆動することで貯留水を吸引して圧送するようになっている。この揚水ポンプ３０には貯留水を屋根の高さまで持ち上げるためのほぼ縦向きの揚水管５１が接続され、その上端側には屋根３頂上部の稜線に沿う横向きの散水管５２が接続されており、主貯水槽１０の貯留水を散水管５２まで揚水し、且つ散水するための水圧を与えるようになっている。尚、この揚水ポンプ３０も主貯水槽１０や副貯水槽２０と同様に保温ケース３２で覆われており、ポンプ内部での凍結を避けて低温作動性を確保しやすいものとしている。

また、揚水管５１の下端側には水抜き管５１ｂが設けられており、必要時に水抜きバルブ５１ｃを開弁することで、揚水管５１及び散水管５１内部の水をその重力を利用して抜けるようになっている。そして、頂上部に配設した散水管５２には、その両側面で開口する散水孔５２ａがほぼ等間隔で複数設けられており、屋根３の稜線位置から左右の屋根３傾斜面にまんべんなく散水できるようになっている。

さらに、散水管５２の先端部には水抜き弁５２ｂを設けてあり、内部圧力が陽圧になると閉弁し陰圧になると開弁して外部空気を導入するように作動するものとして水抜き作業を補助するようになっている。尚、本実施例では散水管５２は屋根３の稜線部分１本のみの配置としたが、屋根３の大きさに合わせて傾斜面の中途位置で並列的に複数配置しても良い。

一方、融雪ポンプ３０の駆動制御装置としてのコントローラ４０は、屋根３に配設した降雪センサ６０で検出した信号を検知するようになっており、降雪開始を検知することで揚水ポンプ３０を駆動させ、融雪作業を自動的に開始するようになっている。また、降雪の終了を検知した場合は、揚水ポンプ３０を停止して自動的に融雪作業を終了するようになっている。尚、この降雪センサ６０は、例えば雪の水分及び温度で降雪状態を検出する汎用のものをそのまま流用できる。

このコントローラ４０では、電源のＯＮ／ＯＦＦ、散水量の設定等を行うこともできることが好ましい。また、電気ヒータ１５がサーモスタット機能付のものであれば、これをコントローラ４０の制御下に置かなくてもよいが、コントローラ４０自体が外気温をモニタするような場合には、検知した外気温に応じて設定温度を変更するように制御してもよい。また、このコントローラ４０は、融雪作業の終了に伴い弁駆動用のアクチュエータを作動させて水抜きバルブ５１ｃを開弁させる機能も備えている。

次に、本実施の形態の水循環式融雪装置１Ａの作用を説明する。例えば夜間温度が−５℃〜−１０℃程度まで低下する寒冷地の場合、主貯水槽１０の電気ヒータ１５を２０℃程度に設定しておくことにより貯留水の凍結を回避できることに加え、融雪作業初期における融雪水の屋根上での凍結を避けやすいものとなる。尚、この主貯水槽１０は発砲樹脂等からなる保温ケース１２で覆われて内部温度が維持されやすいことから、サーモスタット機能を付加された電気ヒータ１５による電力消費量は僅かである。

そして、降雪センサ６０の検出信号によりコントローラ４０が降雪開始を検知すると、揚水ポンプ３０を駆動させて主貯水槽１０内の貯留水を揚水管５１経由で圧送し、散水管５２の各散水孔５２ａから散水させる。この散水した水は氷点よりも温度が数度高いため、効率的に融雪することができるとともに融雪水が凍結しない状態で樋４ａ，４ｂで集められ、スムースに戻し管５３ａ，５３ｂ，５３ｃを通って副貯水槽２０内に回収水として戻される。

この回収水は、副貯水槽２０に戻った時点では温度が氷点近くまで低下しており、且つ、溶けた雪の分が加わって揚水した水よりも遙かに多量となっており、副貯水槽２０の容量を短時間で超える量が導入される。しかし、副貯水槽２０に設けた溢水管２３の作用でそのオーバーロー分は外部に排出されるため、基準水位は維持される。

そして、貯留水を送出した分主貯水槽１０内の水位が下がると、水位維持手段の動作により接続管１３の遮断弁１４が開弁して、副貯水槽２０から回収水を導入する。この場合、雪を溶かした多量の回収水が主貯水槽１０に全量導入されるのではなく、揚水した分の量だけ徐々に導入するものであるため、内部の貯留水の温度低下は緩やかである。また、温度低下に伴い電気ヒータ１５の出力が自動的に増すことから、容易には氷点近くまで低下しないものとなる。

そのため、特に融雪水の凍結が問題となりやすい融雪作業初期段階において、融雪に用いる貯留水の温度はある程度のレベルで確保できるものとなり、従来例の水循環式融雪装置のようにボイラー等の燃焼による多量の熱エネルギーを要さずに、僅かな消費電力による維持コストの低廉なものとなり、且つ、燃焼ガスによる大気汚染やＣＯ２排出の問題を伴いにくいものとなって（発電による消費電力に対応する燃焼ガスの量は少ない）、環境負荷を少ないものとしながら充分な除雪を行えるものとなる。

そして、降雪が停止すると、これをコントローラ４０が降雪センサ６０の検出信号により検知し、揚水ポンプ３０の駆動を停止させて除雪作業を終了する。その際（揚水ポンプ３０の駆動停止後）、コントローラ４０は水抜き管５１ｂに配設した水抜きバルブ５１ｃを弁駆動用のアクチュエータで開弁させる。すると、揚水管５１及び散水管５２内に残った水がその重さで徐々に排出され、また散水管５２内が陰圧になることで先端部の水抜き弁５２ｂが開弁して外部空気を導入して水の落下を促進し、自動的且つ短時間で水抜き作業が完了する。これにより、管体内で水が凍結して以後の除雪作業が不能になることを防止できる。

尚、本実施の形態の応用例である図３の水循環式融雪装置１Ｂのように、主貯水槽１０、副貯水槽２０、揚水ポンプ３０を各々保温ケースで覆うのではなく、これら総てを一つの保温ケース６で覆うようにしても良い。この場合、主貯水槽１０の上に副貯水槽２０を重ねて接続管１３ｂで連通させることにより、保温ケース６の幅を縮小することができる。また、内壁の所定位置に白熱電灯７やヒータなどの発熱手段を配置して、外気温の低下が著しい場合に内部を加温するようにしてもよい。

さらに、図４（Ａ）に示すように、戻し管５３ｃの副貯水槽２０手前縦向き部分で、管体内部の所定位置で上面が傾斜面となるように網部材５８を張設し、その傾斜面の下端側で傾斜面に続く斜め下向きに排出管５３ｄを分岐して設け、回収水に含まれる網目サイズ以上の固形成分を網部材５８で補足して外部に排出させるようにすれば、氷片やシャーベット状の雪を含む回収水からこれらを分離して副貯水槽内２０に流入することを回避できるものとなり、これらが副貯水槽２０に溜まって主貯水槽１０側への回収水の送出が不能になることを回避できるものとなる。さらに、上述の実施の形態では、コントローラ３０が全自動で除雪作業を制御しながら実施する場合を説明したが、センサ手段及び制御手段を使用しない場合は、適宜手動操作で作業を実施するようにしてもよい。

以上、述べたように、屋根の除雪作業を行うための水循環式融雪装置について、本発明により、環境への負荷を最小限としながら低コストで充分な除雪を行えるようになった。

本発明の実施の形態を示す全体斜視図。 図１の水循環式融雪装置の縦断面図。 図１の水循環式融雪装置の応用例を示す縦断面図。 （Ａ）は戻し管部分の応用例を示す縦断面部分図、（Ｂ）は（Ａ）の網部材の側面図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ 水循環式融雪装置、２ 家屋、３ 屋根、４ａ，４ｂ 樋、６，１２，２２，３２ 保温ケース、１０ 主貯水槽、１３，１３ｂ 接続管、１４ 遮断弁、２０ 副貯水槽、２３ 溢水管、３０ 揚水ポンプ、４０ コントローラ、５１ 揚水管５１、５１ｂ 水抜き管、５１ｃ 水抜きバルブ、５２ 散水管、５２ａ 散水孔、５３ａ，５３ｂ，５３ｃ 戻し管、５３ｄ 排出管、５８ 網部材、６０ 降雪センサ

Claims (6)

1. 融雪用の水を溜める貯水槽と、該貯水槽の水を吸引して圧送する揚水ポンプと、複数の散水孔を有して屋根の所定位置に配置される散水管と、該散水管と前記揚水ポンプとを接続する揚水管と、前記屋根の下端側で集めた水を前記貯水槽に戻すための戻し管とを備えており、降雪時又は／及び積雪時に前記揚水ポンプを駆動することで、前記貯水槽の貯留水を前記揚水管経由で前記散水管に送りながら前記屋根上で散水して積雪を溶かし、融雪した水を前記戻し管で前記貯水槽に戻して回収水として再使用する水循環式融雪装置において、
   前記貯水槽が主貯水槽と副貯水槽とに分割されて接続路で互いに連通され、前記回収水を前記副貯水槽でいったん貯留するとともに前記回収水のオーバーフロー分を溢水路で外部に排出するものとされ、且つ、前記接続路に配設した遮断弁を前記主貯水槽内の水位を維持するように開閉する水位維持手段を備えており、前記揚水ポンプで送出した分だけ前記回収水を前記副貯水槽から前記主貯水槽に導入する、ことを特徴とする水循環式融雪装置。
2. 前記戻し管の前記副貯水槽手前縦向き部分で、網部材が上面を傾斜面にして内部に張設されているとともに前記傾斜面下端側で該傾斜面から続く斜め下向きに分岐した排出管が設けられており、前記回収水に含まれる所定サイズ以上の固形成分を前記網部材で補足して前記傾斜面に沿って外部に排出する、ことを特徴とする請求項１に記載した水循環式融雪装置。
3. 少なくとも前記主貯水槽は外側が所定の断熱手段で覆われて外気による前記貯留水の温度低下が軽減される、ことを特徴とする請求項１または２に記載した水循環式融雪装置。
4. 少なくとも前記主貯水槽内には電気ヒータが配設され、該電気ヒータが前記貯留水を所定温度に維持するように作動するものとされている、ことを特徴とする請求項１，２または３に記載した水循環式融雪装置。
5. 前記揚水管の下部所定位置に水抜きバルブが配設され、該水抜きバルブを融雪作業終了後に開弁することにより、前記揚水管及び前記散水管内の水を外部に排出して水抜き作業を完了する、ことを特徴とする請求項１，２，３または４に記載した水循環式融雪装置。
6. 降雪センサ及び前記揚水ポンプの駆動制御を行う制御装置を備えており、該制御装置が前記降雪センサの検出信号を受信して検知した降雪状態に基づいて融雪作業の実施を制御することを特徴とする、請求項１，２，３，４または５に記載した水循環式融雪装置。

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