JP3667833B2 - 回転散水管を用いた大型融雪施設 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は降雪地域において排出される雪を１ヶ所に集めて、これを能率的に融雪できる大型の融雪装置に関するものであり、自然温水の熱エネルギーと散水の勢い（散水の雪の塊の表面に対する衝撃）とを効果的に活用することにより、融雪のためのエネルギー、および融雪装置の設備コスト、その運転コストを可及的に抑制することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
降雪量の多い地域においては、排出された雪の有効な処理装置がないために、道路等に出して自然に融雪するのを待つ外はなく、したがって道路や公共施設では排出された雪が山積みされたまま放置されている。排出された雪の処理は河川や海に投棄する方法に頼る外はないが、雪を大量に投棄できる河川や海が近くにない場合は、処理のしようが無く、したがって、道路が大量の雪に占領され、その結果交通の妨げになっている。
また、主要道路については雪を山積みしたままに放置することは許されないので、地域の負担によってこれを遠方まで運搬して投棄することになるが、その費用は地域社会の大きな負担となり、また、排雪が処理されないために、市民の除雪作業は難儀を極め、労働負担は絶大なものである。
主要な箇所の排雪を近くで能率的かつ低コストで処理するための方策が講じられれば上記の問題は大きく改善されることになるので、そのためのシステムを早期に実現することが望まれているが、未だ有効な方策を見出せないでいるのが現状である。
ところで、雪の塊に温水を散水することによってこれを融雪することができるが、比較的熱エネルギー保有量の小さい地下水等の自然温水を利用して多量の雪を融雪するには、消費水量を増加させることなく融雪効率を可及的に向上させることが是非望まれることである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題を解消することをその目的とし、そのために、集約的で設置コストおよび運転コストが低く、かつ地域環境を損なうことのない能率的で、自然温水を利用した融雪装置を開発するについて、自然温水の所定の消費水量による融雪効率を可及的に向上させることができるようにその散水システムを工夫することをその課題とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決のために講じた手段は次ぎの要素（イ）〜（ニ）によって構成されるものである。
（イ）大型の融雪タンクの上部に、カーテン状に散水する回転散水管をほぼ水平に設けたこと、
（ロ）上記回転散水管をギヤードモータによって、正逆転往復駆動すること、
（ハ）ギヤードモータによる回転散水管の正逆転往復速度を毎分１乃至１０回の範囲内で可変制御するインバータ制御装置を設けたこと、
（ニ）上記回転散水管を加圧ポンプを介して自然温水源に接続したこと。
上記自然温水源は地下水源、温泉水源、海水源を意味する。
【０００５】
【作 用】
大型の融雪タンクの上部にほぼ水平に配置された回転散水管から自然温水がカーテン状に勢いよく吹き出され、大型の融雪タンクに山積みされた雪の表面に打ち付けられる。この散水の衝撃によって山積みされた雪の塊の表面が小さく破砕され、散水された自然温水との接触面積を飛躍的に増加され、自然温水が保有する熱エネルギーによる融雪が著しく促進される。したがって、山積みされた雪の塊の表面は、散水の衝撃による破砕作用と、自然温水が保有する熱エネルギーによる融雪促進作用との両作用によって、自然温水の消費量を増加させずに極めて能率的に融雪される。
そして、カーテン状の散水によって融雪される表面は、ある瞬間においては帯状の面であるが、回転散水管は、毎分１乃至１０回の速さでゆっくりと連続的に正逆転往復回転するので、山積みされた雪の塊の全ての表面にカーテン状の散水が打ち付けられ、山積みされた雪の塊の全表面がほぼ均等に融雪されることになる。
また、融雪タンクに持ち込まれる雪質は様々であり、たとえば路上に山積みして放置された雪は固められ、その一部は氷結している。このように融雪タンクに山積みされた雪の雪質は様々であるが、どのような雪質のものでも回転散水管の回転速度を調節することによってその表面を小さく砕くことができる。
すなわち、山積みされた雪の塊が固いときは回転散水管をゆっくりと回転させればよい。雪の塊が固くないときは回転散水管の回転速度を速めることによって融雪能率を一層向上させることができる。
融雪効率は山積みされた雪の塊の表面の散水による破砕作用と散水の保有熱エネルギーによる溶融作用とによって促進されるのであるから、散水管の回転速度をインバータ制御装置によって調節することによって両作用の兼ね合いを最も合理的に図ることができる。
なお、散水圧力を可変とすることによって、山積みされた雪の塊の表面の散水による破砕効果を調節することもできるから、散水管の回転速度と共に散水圧力を調節することによって上記破砕効果を調節することもできる。したがって、散水圧力を可変とする場合は、散水管の回転速度の可変範囲を小さくすることができる。
また、この融雪施設の融雪能力は自然温水源から供給される温水の温度と水量によって左右される。したがって、水温が１０℃以上の地下水を温水源とすることが望ましく、これはどのような地域でも確保できる自然温水源であるから、この施設の設置場所の選定は容易である。
さらに、能率的に融雪するための熱源は自然温水源の水であるから、その運転コストは極めて低廉であり、またコンクリート製の大型融雪タンクと集水路、配水管路、止め弁からなる排水施設、加圧ポンプ、給水管、散水ノズル等からなる散水施設を主な施設として、融雪施設は構成されるものであるから、その建設コストは比較的低廉である。
地域にもよるが冬季の海水温度は摂氏数度はあるので、海水を温水源として用いてもよく、海水は塩分を含んでいるので水温が低い割りには融雪能力が高く、したがって、相当の融雪能力を発揮することができる。温泉を自然温水源とする場合は、十分な散水量を確保することが必要であるから、その水量節減のために温水の熱水と河川の水、または井戸水、あるいは浅い地下水等と併用することが望ましい。
【０００６】
【実 施 例】
最も望ましい自然温水源は大深度の地下水であり、また大深度の地下水および大深度の地熱を最も有効に活用し、かつ大量の地下水の汲み上げによる地盤沈下の問題を回避するためには還流式の地熱還元井戸を用いるのが望ましい。
鉄筋コンクリート製の大型の融雪タンク１は平面形状が長方形のもので、その底面２は中央に傾斜して傾斜底面３になっており、その中央に細目の鉄製格子４があり、その下方に集水路５が設けられている。また、融雪タンク１の側壁６、７の上部にカーテン状に散水する回転散水管８、９をほぼ水平に設け、この回転散水管８、９に給水管１１を接続し、この給水管１１と大深度井戸１２との間に加圧ポンプ１３を介在させ、給水圧力を１ｋｇ／ｃｍ²に加圧している。
融雪タンク１の側部にダンプデッキ１４が設けられている。
集水路５には排水管路１５が接続されており、この排水管路１５には止め弁１６が設けられており、さらにサイホン管１７が接続されている。このサイホン管１７の上端の高さは融雪タンク１の基準水位の高さに等しく、この上端を空気取り入れ口１８によって大気に開口させている。
回転散水管８と９の構造およびその回転駆動機構は同じであるから、ここでは回転散水管８の構造およびその回転駆動機構の概要を図２を参照しつつ説明する。 回転散水管の一端は給水管１１の先端に回転管継手２０によって回転自在に接続されている。また回転散水管８の他端は閉じられていて、この他端に設けた軸継手２１によってギヤードモータＭに連結されている。このギヤードモータ（減速歯車装置を内蔵したモータ）Ｍは回転給水管をゆっくりと正逆転往復駆動するものであり、インバータ制御装置１０によってその回転速度を可変制御されるものである。回転散水管８の一端に散水弁２２を設けてある。また、回転散水管８の側面にその長手方向に一列にノズル２３を配列している。
回転散水管８は一端（入口端）から他端まで直径が同じ鋼管であり、他端が閉塞されているから、散水時の管内流速は一端が最大であり他端が最低である。このために一列に配列されたノズル２３から噴出されるカーテン状の散水Ｋの流速分布Ｆは図３に矢印で示したようになり、均一ではない。この実施例ではこの散水Ｋの流速分布Ｆを可及的に均一にするために、散水弁２２をバイパスするバイパス管路２４、２５を設け、一方のバイパス管路２４の先端を回転散水管８の他端部近傍に接続し、他方のバイパス管路２５を回転散水管８の一端近傍に接続している。各バイパス管路２４、２５に設けた圧力調節弁２６によって回転散水管８の静水圧をその全長に亙ってほぼ均一になるように調節する。回転散水管８の静水圧をその全長に亙ってほぼ均一にすることによって、散水の流速分布Ｆは回転散水管８の全長に亙ってほぼ均一になる。
回転散水管８内に間隔をおいて幾つかの流量調節弁を設け、これら流量調節弁の開度をそれぞれ調節して回転散水管８内の静水圧をその全長に亙ってほぼ均一にすることによって、上記散水Ｋの流速分布Ｆを均一にすることもできる。
回転散水管の回転角度は、回転散水管の設置高さと融雪タンク１に山積みされる雪の塊の高さとに応じて選択されることであるが、カーテン状の散水Ｋが山積みされた雪のほぼ全面に吹き付けられるように選択することが望ましい。この実施例では、融雪タンク１の両側壁６、７の上端に設置してあり、雪の最大積み上げ高さを側壁６の高さとほぼ同じ高さまで予定しているので、散水範囲はこれをカバーする範囲であればよい。したがって、この実施例の回転散水管９の回転角度θは８０度に選定されている。そして、この回転角度、回転速度はギヤードモータの正転および逆転方向の回転数を選定することによって規定され、その速度はギヤードモータの回転速度によって規定される。これらの駆動モータの制御をインバータ制御としたことによって、これらの調節を運転中に簡単、容易に行うことができる。
回転散水管９は散水しつつ、回転角度８０度の範囲で正逆転を繰り返すので、ノズル２３から噴出されるカーテン状の散水Ｋは、ほぼ垂直下方から斜め下方８０度θの範囲で往復しながら旋回する。
なお、回転散水管８の高さは散水管９よりも低いので、その回転角度θ₁は１１０度である。
散水と融雪水が融雪タンク１に溜り、その水面の高さがサイホン管１７の高さに達すると、融雪タンク１内の水はサイホン管１７を経て排水管路１５から排出される。したがって、融雪タンク１内の水位は一定に保たれる。
以上の実施例の融雪タンクの容量は約２００ｍ³であり、大深度井戸１２の揚水量（散水量）は０．０６ｍ³／秒である。このものの融雪能力は約１、０００ｔ／日〔２０００ｍ³／日（雪の比重０．５とし）〕である。
実際の雪質、投入できる自然温水量およびその温度によって処理能力は左右されるので、必要な処理能力を勘案してこれらの３つの要素を勘案しつつ、施設の規模、散水の噴出速度を決めればよい。
【０００７】
【効 果】
以上のとおり、本発明は自然温水を有効に利用して大量の雪を能率的に融雪し、これを通常の排水路に放流することができる。
また、周りの環境を損なうことがないので、設置サイトの確保が容易であり、極めて能率的に融雪を行うことができるので、さほど大きな施設敷地面積を必要としない。したがって、市街に比較的近い場所にこの施設を設けることもできる。 さらに、散水を山積みされた雪の塊の表面に衝突させ、その衝撃によって当該雪の塊の表面を粉砕し、散水される自然温水との接触面積を飛躍的に増大させるものであるから、自然温水が保有する熱エネルギーによる融雪作用を著しく向上させることができる。したがって、散水された自然温水の熱エネルギーのみによって融雪する場合に比して、融雪施設の処理能力を著しく向上させることができ、それゆえ、融雪タンクの大きさを可及的に小さくでき、その建設コストを大きく低減することができる。
回転散水管の駆動モータの制御装置としてインバータ制御装置を採用したことによって、回転散水管の回転速度および回転角度を運転中に簡単、容易に調節でき、したがって、雪質の変化、気温の変化を見ながら、これらを随時調節して、最も効率的に融雪を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の断面図である。
【図２】回転散水管およびその駆動機構の正面図である。
【図３】通常一端が入口端で、他端が閉塞であるカーテン状に散水をする散水管の流速分布図である。
【符号の説明】
１・・・融雪タンク
２・・・融雪タンクの底
３・・・傾斜側面
４・・・鉄製格子
６、７・・・側壁
８、９・・・回転散水管
１０・・・インバータ制御装置
１１・・・給水管
１２・・・大深度井戸
１３・・・加圧ポンプ
２３・・・ノズル
Ｋ・・・カーテン状の散水
Ｍ・・・ギヤードモータ

Claims (1)

1. 大型の融雪タンクの上部に、カーテン状に散水する回転散水管をほぼ水平に設け、
   上記回転散水管をギヤードモータによって、正逆転往復駆動し、
   ギヤードモータによる回転散水管の正逆転往復速度を毎分１乃至１０回の範囲内で可変制御するインバータ制御装置を設け、
   上記回転散水管を加圧ポンプを介して自然温水源に接続した、回転散水管を用いた大型融雪施設。

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