JP4318108B2 - 散水融雪方法 - Google Patents

Description

本発明は、積雪面の散水による融雪方法に係る。

貯水静水圧タンクからボイラーを介して屋根に温水を供給する方式は、本件出願人により様々な形態のものが提案されてきている。
代表的なものは、貯水静水圧タンクから屋根に至る配管経路とボイラーを経由する配管経路を合流させ、摂氏８度から１２度前後の湯温にして散水ヘッダまでポンプ圧送する方式がある。この温水は降雪時に散水され、雪が降り止めば停止される。
特別豪雪地帯のように大量の雪が長期間にわたり降り続く時期には、こうした即時的な融雪方法で常に残雪量を最小限にしておくことは安全対策として重要である。

しかし、ボイラーを使用する加温散水方式は雪の量の多少にかかわらず降雪が続けば灯油の使用量が累積してゆく。降雪量が少ないようであれば出湯温度を下げて灯油の使用量を節約する必要があり、雪の降り具合に合わせ人が湯温を調整するのが従来の方法であった。
降雪検知器を使用して漫然と自動運転した場合、特別豪雪地帯では高額な灯油代がかかる。雪の降り具合と外気温を考えに入れて制御に人が手を加えた場合には節約が可能であったが、人の介在する制御には相当な労力と熱意を必要としている。

豪雪地帯に居住する人々にとり、こうした欠点は冬場の日常生活を営む上で大きな障害である。具体的には、積雪の程度が大したことにならないような降りの時期には、散水制御装置の電源を切ったり、ボイラーの湯温設定を下げたり、タイマーによるボイラー発停の時間間隔を長くしたり、ボイラーの出湯弁を絞って出湯量を減らしたりする等の節約管理が必要であった。

気象条件に見合う制御ソフトと降雪センサーの開発にも手を染めてきたが、ボイラーを含む周辺機器のコストアップもあって総体としてのイニシャルコストが高額となり、また恒久的な維持管理の難易度が高くなるため現実的でない。
特開平８−１５８６９９ 特開２０００−２２０３２１

解決しようとする問題点は、雪の降り具合に見合うように灯油の消費量を抑制することと、そのための設備方法とその操作を単純化できない点である。

本発明は、熱水の製造と散水を反復繰り返して行ない、小規模の設備で大容量の熱を雪粒子に直接接触させて速やかに融雪することを主要な特徴とする。

本発明の散水融雪方法は、ボイラーから発生する大量の熱を静水圧タンクにいったん蓄熱してから流下規正シートに散水することで、大容量の熱を速やかに散布し雪粒子に接触させて効率よく融雪でき、燃料油（灯油、Ａ重油）の使用量を大幅に減らすことができる。設備の規模は小さく、場所をとることもない。また、設備の運転に人が介在することはなく、設備の運用と管理にあたっての負担の程度は極めて軽微である。

静水圧タンクを繰り返し使用して大容量の熱の蓄熱源として活用し、大きな熱量を水を熱媒体として流下規正シート上に万遍なく拡散させ、雪粒子に接触させて大量の雪を短時間のうちに融雪処理することができる。

この散水融雪方法は、上端部に散水された熱媒体を均等に拡散させ下流域に向けて流下させる流下規正シートを用いて実施される。
流下規正シートを流下する熱媒体はシートにより拡散され、流下方向を規正されてシート上を移動していく。この流下規正シートの効果により、シート上に散水する熱媒体の量は少なくてすむ。シートへの散水量の理論値は１平米当たりぼぼ３００ｃｃから５００ｃｃである。散水量は雪質がドライかウエットかで選択できる要素である。

出願人のした試験によると、屋根勾配１０：３．５のカラー屋根面を設営し、表面にシートを貼り付け、シート上縁に散水ヘッダを設置した。シートの流下距離は約３．８メートルとし、外気温マイナス３度、ウエットな質の雪が３０センチ積雪した時点で約５０度の熱水を１平米当たり４５０ｃｃ散水した。散水時間約３分で３０センチの雪層は消失した。したがって、１日の積雪量が３０センチ程度であれば、２４時間に１回程度の熱水散布により雪処理を行える。これに要する灯油量は１００平米辺り約２リットルである。前述した従来技術では、１日の降雪量が６０センチを越える大雪警報時にはボイラーは連続運転状態になることが多く、１日の灯油使用料は１２０平米の屋根で１００リットル前後は消費する。少量の熱水を均等に拡散させて移動させる流下規正シートは、積雪した雪を滑らせずその場所で融雪することができ、使用する油燃料も本件出願の発明者のしてきたリアルタイム散水方式のものに比べて理論上は（雪質がウエットであれば）１０分の１以下に節約できる。

時間タイマーまたは降雪検知器からの遅延出力に応答して、または手動操作により給湯配管の給湯開閉弁を開放し、給湯配管を通じて静水圧タンク内にほぼ摂氏３０度から８０度の温度帯域の熱水、好ましくは摂氏４０度から６０度の熱水を流入させる操作が行われる。熱水が所定の水位に到達した時期に給水ポンプの駆動を開始し、給水管を通じ散水ヘッダに熱水は供給される。熱水は流下規正シートの上流側に散水され、流下規正シート上に均等に広がって流下していく。

この熱水により流下規正シート上に堆積した雪層を急速に溶解させる一方、静水圧タンク内の水位が下限に到達した時点で給水ポンプの駆動を停止する。静水圧タンク容積は、個人家屋の場合には、１００リットルから数百リットルのものが使われる。１００リットルから２００リットル程度の筒形静水圧タンクを使用する場合、設置場所は比較的自由に選択できる。例えば、建物の壁に棚を設けて載せておくこともできる。
給水ポンプの運転開始から停止までを単位サイクルとし、このサイクルを一回のみか、または繰り返して行ない、最後に静水圧タンク下部に設けた排水開閉弁を開閉して静水圧タンク内の残水の排水を行なう。静水圧タンクは空の状態になり、長時間放置されていても凍結の心配はない。

時間タイマーには、例えば、予めセットしておいた時間ごとに出力を発する２４時間タイプのもの、あるいは週間天気予報に則ってプログラムできるシーケンサー式のタイマーを使用する等の方式をとることができる。通常の降雪時期には、朝６時にＯＮとなるようにセットしておくことができ、あるいは８時間おきに１日３回ＯＮとなるセットの仕方もある。大雪警報の時期には降雪検知器の検知（通電）時間を内蔵の回路タイマーでカウントし、予め設定した時間に達した時期に、降雪検知器から（遅延信号として）出力し前述した一連の操作を開始することができる。これらの方式に代えて、手動操作により随時開始できることは勿論である。
このような間欠運転を行えば、氷点下における雨、プラス側での雪による誤作動の影響は除外できる。光電管を使用した雪粒子数のカウントや音波による積雪深の測定方式のような現状把握のための複雑系のシステムは不要となる。こうした計測システムの精度維持には保守が不可欠であり、修理は製造メーカー自身が行わなければ容易ではない。

図１は、本発明の散水融雪方法を実施するのに適した装置系統の一例を示す配管説明図である。
図中にて、屋根の積雪面には流下規正シート１が貼りつけられている。ここでいう流下規正シート１には、例えば、本件出願と同一の出願人による特開平８−１８４２１６（特願平６−３３９２６５）を挙げることができる。
流下規正シート１の上端部には散水ヘッダ２のノズルから熱水が散水される。流下する途中の熱水は雪層の端部に接触して端面側から急速に溶解させ、またシートの素材表面に吸収された状態のまま雪層の底面に接触した状態で流下し雪層を下側からも溶解させていく。熱水は雪に接することで白煙を生じ、上部の雪層を通り抜ける際に結露して顕熱による加熱が行われ、下層から上層にかけての雪はスローモーション的によく崩れてシート接触側にトンネルを作らず、シート表面に接触して能率よく溶解していく。溶解途中のシャーベットの固まりはそのままの位置にあって滑ることはない。シャーベット水溶液は水流の一部としてシート上を流れ落ちていくためシート上に残留する雪塊はない。
熱水の屋根面への投入温度は、積雪深さ、外気温、必要とされる処理時間により変更することのできる選択事項である。散水される熱水の標準的な量は屋根面１平米当たり約３００ｃｃ〜５００ｃｃである。

流下規正シート上への熱水の投入開始時期は、例えば、積雪量が３０ｃｍに達したあたりから始めることができる。積雪量の求め方としては、本件出願人は降雪時間を積算し、合計時間が予め設定した時間に達すれば所定の積雪量に近い状態になったものとして運転を開始する運転試験を行ってきている。
例えば、降雪検知器の出力信号を受けている時間合計が６時間に達した時点で出力信号を発する回路を備えた降雪検知器を使用し、積雪量を推定して散水をスタートすることができる。２４時間でタイムアップする別の回路を併設しておけば、１日当たりの降雪時間の合計が仮に６時間に達しなくても最低１回は掃除融雪運転を行うように運転することができる。なお、前述した積算時間は地域、時期、気象条件に見合うように変更される選択事項である。

前記散水ヘッダ２は給水管３を通じて給水ポンプ４、静水圧タンク５へと連結されている。静水圧タンク５は１００リットルから２００リットル程度の小型のもので十分に機能する。
この静水圧タンクには液面検知手段６が設けられている。図示した例では、２足式のフロートスイッチが液面検知手段として使用されている。他に、３極棒電極式の液面スイッチ、光学式の液面検知手段を使用して差し支えない。
熱水は給湯配管７を通じて静水圧タンクに供給される。給湯配管には給湯開閉弁８が設けられている。図中にて、９は熱水を受け取るフィルタホッパ、１０はオーバーフロー管を示している。フィルタホッパ９は熱水が地下水や循環水のときに使用するもので、熱水が水道水の場合には不要である。給水ポンプ４、液面検知手段６、給湯開閉弁８、静水圧タンク排水用の排水開閉弁１３はコントローラ１１に接続され、コントローラからの出力により制御される構成である。

本発明に係る散水融雪方法は以下の如く操作される。
降雪検知器（図示せず）や時間タイマーからの信号出力に応答して、コントローラ１１は給湯開閉弁８の動作を管理する。電極式の降雪検知器を使用する場合には、コントローラ内部のタイマーカウンタが通電時間を合計カウントし、予め設定した時間に達すれば出力して給湯開閉弁８を開放する。給湯開閉弁の開放操作は必要な時期に手動でも行える。
給湯開閉弁８は給湯配管７の途中位置にあって、給湯配管は熱源に接続されている。熱源は、熱湯静水圧タンクや給湯用ボイラーである。ボイラーを使用する際、既に設置済の常設ボイラーを使用できれば設備経費を大幅に節減でき都合がよい。リアルタイム散水と異なり、積雪を見計らっての散水運転のため、常設ボイラーの稼動時間帯を避けて給湯開閉弁８の動作を開始しても、熱水の温度を上げれば散水時期の遅れを取り戻すことができるから支障はない。

給湯開閉弁８が開放されて静水圧タンクに熱水の注水が始まる際、静水圧タンクは空の状態で待ち受けている。静水圧タンク内に流入する熱水は冷えた静水圧タンクにより熱を奪われ、また満水になるまでに放熱するために当然に温度が低下する。したがって、そうした熱損失による温度低下に見合った熱水温度が当初から必要とされる。熱源がボイラーであれば、静水圧タンクに投入される熱水温度は高温側に自由に変えられるためより実用的である。
家庭用の常設ボイラーを使用した場合、風呂や炊事の時間帯を避けて給湯開閉弁８が開放され、静水圧タンク内に高温の熱水が投入される。熱水が液面検知手段６の上位水凖に達した時期にコントローラ１１は給水ポンプ４の駆動を開始する。１平米当たり５００ｃｃを散水する１２０平米の屋根を想定した場合、流量調節弁１２を経て毎分約６０ｌの熱水が屋根にむけて送水される。静水圧タンクに投入される湯温が６０℃あれば、概ね５０℃前後の熱湯がシートの上流側に散水され、約３０ｃｍの新雪の積雪はほぼ３分間で消失する。ボイラーから散水ヘッダに至る間の放熱量は概して１５％である。
流下規正シートは、上端部に散水された熱水を均等に分散させて雪面に接触させる働きをし、雪層から見れば下側からの平面放熱体を形成している。

静水圧タンク内の熱水の水位が下限に到達して静水圧タンクがほぼ空の状態になった時点で給水ポンプの駆動を停止する一連の操作を単位サイクルとし、このサイクルを一回のみか、または数回繰り返して行なう。給湯開閉弁８の閉鎖時期は、熱水の液面が液面検知手段６の上位水準に到達したか、または運転終了のサイクル時に水位が下限に達した時期である。その後、排水開閉弁１３が開放され静水圧タンクの残水の排水が行われ閉鎖されて運転を終了する。
複数サイクルの運転が行われる際、次のサイクルが開始されるまでに数１０分の遅延時間を設ければ、この時間は静水圧タンクへの給湯に要する時間に加算されて散水が開始される。その間の時間帯に、積雪層からは給水していた水と溶けた水の両方が自然落水し、積雪層の脱水が進行し、後続して行われる散水の際に熱水をよく吸って能率のよい融雪を行うことができる。

図２は、給水管３が途中位置で複数に分岐した事例を示している。各々の分岐配管の途中位置には給水開閉弁１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが配置され、コントローラ１１の管理下におかれている。個々の給水開閉弁の開閉操作により、屋根の融雪を複数のブロックに分けて順番に行うことができる。分岐配管方式は、担当する屋根を分割できるため、大型屋根の融雪を行うのに適している。

図３は、多段の散水ヘッダ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを備えた屋根を示している。図示の例では３段である。これら散水ヘッダは上下に間隔おいて並列に配置され、それぞれの散水ヘッダは給水開閉弁１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを介して枝配管に接続されている。
この装置例では、先ず、枝配管の給水開閉弁１２Ａを操作して最下段の散水ヘッダ２Ａに熱水供給し、この散水ヘッダよりも下流側の積雪を優先的に溶かす運転が行なわれる。散水ヘッダ２Ａによる散水操作を終えた後、次に、枝配管の給水開閉弁１２Ｂを開放し、この散水ヘッダより上段にある散水ヘッダ２Ｂからの散水を開始して下段の散水ヘッダ２Ａとの間の積雪を溶かすとともに、この散水融雪操作に伴って生じる流下水を下段の散水ヘッダ２Ａより下流側に位置する最初の融雪区域を通過させて残雪のクリーニングを行なう。次に、枝配管の給水開閉弁１２Ｃを開放し、この散水ヘッダより上段にある散水ヘッダ２Ｃからの散水を開始して下段の散水ヘッダ２Ｂとの間の積雪を溶かすとともに、この散水融雪操作に伴って生じる流下水を下段の散水ヘッダ２Ｂより下流側に位置する融雪区域を通過させて残雪のクリーニングを行なう。
以後、段数に応じ順次上段の散水ヘッダを使用して下段の散水ヘッダとの間の散水融雪操作と下流側の融雪済み区域の残雪のクリーニングが行なわれる。
こうした下段から上段にかけての区切り毎の散水をすれば、上段から下段にかけて同時散水した時のように上段からの流下水の混ざりによる熱水の温度低下がなく、散水ヘッダから放出された熱水は温度を保持したまま雪に向かうことができ、段数が増えても融雪性能は低下することがない。

本発明の散水融雪方法を示した説明図である。（実施例１） 本発明の散水融雪方法を示した説明図である。（実施例２） 本発明の散水融雪方法を示した説明図である。（実施例３）

符合の説明

１ 流下規正シート
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 散水ヘッタ
３ 給水管
４ 給水ポンプ
５ 静水圧タンク
６ 液面検知手段
７ 給湯配管
８ 給湯開閉弁
１１ コントローラ
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 給水開閉弁
１３ 排水開閉弁

Claims (3)

1. 上端部に散水された熱媒体を均等に拡散させ下流域に向けて流下させる流下規正シートを用い、この流下規正シート上に散水されて流下する熱媒体により流下規正シート上に堆積した雪を溶解させる傾斜面の散水融雪方法において、時間タイマーまたは降雪検知器からの遅延出力に応答して、または手動操作により給湯配管の給湯開閉弁を開放し、給湯配管を通じて静水圧タンク内にほぼ摂氏３０度から８０度の温度帯域の熱水を流入させる段階と、熱水が所定の水位に到達した時期に給水ポンプの駆動を開始し、給水管を通じ散水ヘッダに熱水を供給して流下規正シートの上流側に熱水を散水する段階と、流下規正シート上に均等に広がって流下する熱水により流下規正シ−ト上に堆積した雪層を急速に溶解させる一方、静水圧タンク内の水位が下限に到達した時点で給水ポンプの駆動を停止する段階とを有し、給水ポンプの運転開始から停止までを単位サイクルとし、このサイクルを一回のみか、または繰り返して行ない、最後に静水圧タンク下部に設けた排水開閉弁を開閉して静水圧タンク内の残水の排水を行なう散水融雪方法。
2. 上端部に散水された熱媒体を均等に拡散させ下流域に向けて流下させる流下規正シートを用い、この流下規正シート上に散水されて流下する熱媒体により流下規正シート上に堆積した雪を溶解させる傾斜面の散水融雪方法において、時間タイマーまたは降雪検知器からの出力信号に応答して、または手動操作により給湯配管の給湯開閉弁を開放し、給湯配管を通じて静水圧タンク内にほぼ摂氏３０度から８０度の温度帯域の熱水を流入させる段階と、熱水が所定の水位に到達した時期に給水ポンプの駆動を開始し、給水管を通じ散水ヘッダに熱水を供給して流下規正シートの上流側に熱水を散水する段階と、流下規正シート上に均等に広がって流下する熱水により流下規正シ−ト上に堆積した雪層を急速に溶解させる一方、静水圧タンク内の水位が下限に到達した時点で給水ポンプの駆動を停止する段階と、給水ポンプの運転開始から停止までを単位サイクルとし、このサイクルを一回のみか、または繰り返して行ない、最後に静水圧タンク下部に設けた排水開閉弁を開放して静水圧タンク内の残水の排水を行なう段階とを有し、前記給水管は途中位置で複数の枝配管に分岐し、枝配管の各々は給水開閉弁を介して散水ヘッダに接続されていて、給水開閉弁の開閉操作により枝配管から給水ヘッダへの選択的な給水が行われる散水融雪方法。
3. 上端部に散水された熱媒体を均等に拡散させ下流域に向けて流下させる流下規正シートを用い、この流下規正シート上に散水されて流下する熱媒体により流下規正シート上に堆積した雪を溶解させる傾斜面の散水融雪方法において、時間タイマーまたは降雪検知器からの遅延出力に応答して、または手動操作により給湯配管の給湯開閉弁を開放し、給湯配管を通じて静水圧タンク内にほぼ摂氏３０度から８０度の温度帯域の熱水を流入させる段階と、熱水が所定の水位に到達した時期に給水ポンプの駆動を開始し、給水管を通じ散水ヘッダに熱水を供給して流下規正シートの上流側に熱水を散水する段階と、流下規正シート上に均等に広がって流下する熱水により流下規正シ−ト上に堆積した雪層を急速に溶解させる一方、静水圧タンク内の水位が下限に到達した時点で給水ポンプの駆動を停止する段階と、給水ポンプの運転開始から停止までを単位サイクルとし、このサイクルを繰り返して行ない、最後に静水圧タンク下部に設けた排水開閉弁を開放して静水圧タンク内の残水の排水を行なう段階とを有し、複数サイクルの運転が行われる際、次のサイクルが開始されるまでに遅延時間を設け、その間の時間帯に、積雪層から給水していた水と溶けた水の両方が自然落水し、積雪層の脱水が進行し、後続して行われる散水の際に熱水をよく吸わせるようにする散水融雪方法。

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