JP4406388B2 - 温泉湯揚上システム - Google Patents

Description

本発明は、温泉源泉から温泉宿などに対して温泉湯を供給するのに用いられるシステムに係わり、特に標高の高い場所に存在する温泉源泉からでも高温、強酸の温泉湯を良好に汲み上げることのできる温泉湯揚上システムに関する。

一般に、湯畑のように地上に湧き出した温泉湯、又はボーリング等により湧出した温泉湯は、管路を通じて温泉宿などに輸送するが、これを汲み上げるために種々のポンプが多用される。

源泉から温泉湯を汲み上げる方法としては、ボーリングした温泉坑内に外管を埋設すると共に、その外管内にそれより小径の内管を設け、外管内に取り込まれた温泉湯を内管の上端部内に設けた水中ポンプで汲み上げ、これを水中ポンプの吐出口に接続する管路により温泉宿などに供給するという方式が採られている（例えば、特許文献１）。

しかし、湯の花（温泉華）を含む強酸、高温の温泉湯中に置かれる水中ポンプでは、メンテナンスを短周期で行う必要があるばかりでなく、強酸、高熱、湯の花の影響によりポンプ寿命を著しく低下させ、短期間でポンプが使用不能に陥ることもある。

このため、水中ポンプに代えて地上ポンプを用いることも一般に広く行われている。その一例を図４に示して説明すれば、図中３１は地上設置型のポンプで、その吸込口と吐出口には配管３２，３３の各一端が接続される。そして、ポンプ３１の起動により配管３２を通じて源泉Ｗから温泉湯を汲み上げ、これを配管３３などを通じて温泉宿などに供給するようにしている。尚、図４において、３４は温泉湯に溶出している有害成分を除去するための曝気槽で、この曝気槽３４から温泉宿の浴槽などに温泉湯の供給が行われるようにしてある。又、３５は揚程を増すために使用される中継ポンプであるが、揚程の低い場合に中継ポンプ３５は省略される。

特許第３１０１１８３号公報

ここで、水中ポンプを使用しない図４のような方式では、揚程に応じて種々のポンプが選ばれるが、標高の高く気圧の低い条件下で高温の温泉湯を汲み上げる場合、ポンプ内や管内に大きな負圧が発生すると温泉湯が容易に沸騰し、これによりキャビテーション（ポンプ羽根入口付近の圧力が揚液の蒸気圧より低くなることに起因して揚液が気化して空洞を生ずる現象）を発生し、これが激しい場合には周囲材料の損傷（キャビテーションエロージョン）を発生するので、高温の温泉には自吸ポンプの使用は適さない。

このため、標高の高い源泉から高温の温泉湯を汲み上げる場合には、非自吸式のポンプが利用されるが、その種のポンプでは起動前に呼び水を必要とする。

ポンプを起動するまでの手順を図４に基づいて説明すると、先ず配管３３に介在されるバルブＶ１を閉め、その状態で配管３６の先端にホースを差し込み、そのホースを通じて配管３６から配管３３内に水道水（呼び水）を導入する。これにより、配管３３から配管３６までの経路を満水にした後、バルブＶ１を開き、吸込側の配管３２から空気が抜けるのを待ってバルブＶ２を開き、次いでポンプ３１を起動してバルブＶ２の下流から温泉湯が吐出するのを確認してから中継ポンプ３５を起動してバルブＶ２を閉じる。そして、配管３６の先端から温泉湯が吐出することを確認して一連の作業を終了する。

しかし、以上のような作業は煩わしく時間が掛り、しかもバルブＶ１を開放してからポンプ３１を起動するタイミングが難しく、作業を熟知した者しか行えない。又、数分の停電でもポンプ３１の停止により温泉湯の供給が停止してしまい、これが自動で復旧することはなく、停電に気付かずポンプ３１の空運転を続けるとポンプ３１が故障してしまうので早急に復旧を行うことが必要になるが、この復旧作業も上記同様の手順を踏まなければならない。

更に、ポンプ３１の起動時にバルブＶ１を急激に開くと、キャビテーションの発生で温泉湯が揚上しなくなるので、この場合も上記同様の作業が必要になる。

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は標高の高い場所に存在する温泉源泉からでも高温の温泉を簡単な操作で良好に汲み上げることのできる温泉湯揚上システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の温泉湯揚上システムは、温泉源泉から温泉湯を汲み上げるための揚湯ポンプと、一端が前記揚湯ポンプの吸込口に接続して該揚湯ポンプから温泉源泉の位置まで延ばされる吸湯管と、一端が前記揚湯ポンプの吐出口に接続して該揚湯ポンプから吐出される温泉湯を所定の位置まで導くための送湯管と、前記揚湯ポンプの起動前に該揚湯ポンプ内と吸湯管内とに導入する呼び水を蓄えるための貯水タンクと、この貯水タンク内に蓄えた呼び水を前記揚湯ポンプ内と吸湯管内とに導入するための呼び水ポンプを含む呼び水供給手段と、前記揚湯ポンプ及び呼び水ポンプの駆動制御を行う制御手段と、を備え、
前記貯水タンク内に、前記吸湯管及び送湯管の少なくとも一方が通されることを特徴とする。

又、上記のような温泉湯揚上システムにおいて、前記制御手段は、前記揚湯ポンプを起動する前に該揚湯ポンプと前記吸湯管との内部に呼び水を導入するべく前記呼び水ポンプを一定時間起動した後、前記呼び水ポンプを停止するのと同時に前記揚湯ポンプを起動する制御回路を構成することを特徴とする。

更に、送湯管から分岐して温泉湯を貯水タンク内に供給する枝管を備えることを特徴とする。

本発明によれば、源泉の温泉湯に常時晒される水中ポンプを用いて源泉から温泉湯を汲み上げるものでなく、呼び水を必要とする揚湯ポンプを用いることから、頻繁なメンテナンスをせずしてポンプ寿命を延ばすことができる。

又、揚湯ポンプの起動前に該揚湯ポンプ内と吸湯管内とに導入する呼び水を蓄えるための貯水タンクと、この貯水タンク内に蓄えた呼び水を揚湯ポンプ内と吸湯管内とに導入するための呼び水ポンプを含む呼び水供給手段を備えることから、揚湯ポンプに自吸能力のないポンプを用いて標高の高く気圧の低い場所に存在する源泉からでも高温の温泉湯を汲み上げることができる。

更に、揚湯ポンプ及び呼び水ポンプの駆動制御を行う制御手段を備えることから、温泉湯の供給にかかる作業工程を大幅に削減しながら、揚湯ポンプの起動を未熟な作業者でも簡単に行うことが可能となり、停電復旧時でも自動運転での揚湯が可能となる。

加えて、揚湯ポンプから源泉に延びる吸湯管と揚湯ポンプの吐出側の配管（送湯管）の少なくとも一方が、貯水タンク内に通されることから、冬季においても貯水タンク内の貯水（呼び水）が凍結せず、これを起動前の揚湯ポンプと吸湯管に対して確実に供給することができる（冬季では外気温が氷点下２０℃以下になることもある）。

又、送湯管から分岐して温泉湯を貯水タンク内に供給する枝管を備えることから、水道管が敷設されていない場所でも、呼び水を確保することができる。

以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る温泉湯揚上システムの構成例を示す。図１において、１は電動機２により駆動される揚湯ポンプであり、この揚湯ポンプ１には、主として自吸能力のない遠心ポンプをはじめ、斜流ポンプや軸流ポンプといったターボ形が用いられる。そして、係る揚湯ポンプ１は、温泉源泉Ｗの近傍でその湯面Ｌより高い地上に設置される。

３は揚湯ポンプ１から源泉Ｗの位置まで延ばされる吸湯管で、その一端は揚湯ポンプ１の吸込口に接続され、その他端は源泉Ｗの温泉湯中にて開口される。

４は揚湯ポンプ１から吐出される温泉湯を所定の位置（温泉宿などの給湯対象）まで導く送湯管で、その一端は揚湯ポンプ１の吐出口に接続され、その他端は給湯対象まで延長される。

特に、送湯管４の一端側は揚湯ポンプ１の吐出口より鉛直状に立ち上がる直立部４Ａとされ、その直立部４Ａの口径が揚湯ポンプ１の吐出口より大きく設定されている。又、送湯管４には直立部４Ａより下流側で流量調整用のバルブ５と流路切換用のバルブ６とが設けられる。

本例において、バルブ５，６は、後述する制御部により開閉操作が行われる制御弁とされるが、これらを手動操作弁（例えばコック）としてもよい。

そして、以上のような吸湯管３、揚湯ポンプ１、並びに送湯管４は、源泉Ｗから湧き出す温泉湯を温泉宿などの給湯対象に供給する輸送経路を構成する。

一方、７は所定の容積を有する貯水タンクで、その内部には揚湯ポンプ１内に導入するための呼び水が蓄えられる。特に、貯水タンク７には、揚湯ポンプ１、吸湯管３、並びに送湯管の直立部４Ａの容積の総和に対し、数倍程度の余裕を見込んだ呼び水が蓄えられるようにしてある。又、係る貯水タンク７は揚湯ポンプ１の近傍で地上に設置され、その内部には冬季における貯水（呼び水）の凍結防止を目的として、上記の吸湯管３と送湯管４が通される。

本例において、吸湯管３と送湯管４は、貯水タンク７の側壁を水密的に貫通して該貯水タンク７内の貯水（呼び水）に浸漬されるが、係る吸湯管３と送湯管４を部分的に屈曲させて貯水タンク７の上端開口部から貯水タンク７内に垂れ込ますようにしてもよい。

又、吸湯管３と送湯管４の双方を貯水タンク７に通さず、その何れか一方を貯水タンク７に通すようにしてもよく、この場合でも貯水タンク７内における凍結を防止することができる。尚、凍結防止効果を上げる点からして、吸湯管３や送湯管４には高熱伝導性の金属パイプを用いることが好ましいが、強酸、高温の条件の下で使用可能な金属はチタンなどの高価なものに限られるので、実用性で点では耐熱樹脂管が用いられる。

ここで、貯水タンク７内には、呼び水として水道水を引き込むようにしてもよいが、本例では、揚湯ポンプ１により汲み上げた温泉湯が貯水タンク７に供給される構成としている。

その手段として、本例では送湯管４の中途から枝管８を分岐させ、その先端を貯水タンク７の上部に開口させており、送湯管４には枝管８の分岐点で上記のバルブ６を介在させている。そして、給湯対象に対する温泉湯の供給中、バルブ６を操作して温泉湯の流路を送湯管４から枝管８側に切り換えることにより、温泉湯を貯水タンク７に供給できるようにしてある。

特に、貯水タンク７内には貯水量を検知するための液面センサ９が設けられ、その液面センサ９により貯水タンク７内の水位が基準レベルを下回ったことが検知されると、バルブ６が自動操作されて温泉湯の流路が送湯管４から枝管８側に切り換り、これにより貯水タンク７に温泉湯が供給され、貯水量が上限になると供給が停止するようになっている。

又、図１において、１０は貯水タンク７に蓄えた呼び水を揚湯ポンプ１内と吸湯管３内に導入するための呼び水ポンプである。本例において、呼び水ポンプ１０は貯水タンク７内に配置される水中ポンプであるが、貯水タンク７に呼び水として温泉湯が蓄えられるものでも、その温泉湯は時間の経過とともに温度低下するので、呼び水ポンプ１０は常時高温下に晒されず、これが熱による悪影響を受けることはあまり無い（但し、強酸に耐え、ある程度熱にも耐え得るものの選定は必要）。そして、本例では貯水タンク７内に配される呼び水ポンプ１０の吐出口に呼び水供給管１１の一端を接続して呼び水供給手段を構成している。

呼び水供給管１１の一端は上記の如く呼び水ポンプ１０の吐出口に接続され、その他端は貯水タンク７の上端開口部より引き出されて送湯管の直立部４Ａにおける上部側壁からその内部に連通させてある。

従って、呼び水ポンプ１０を駆動することにより、呼び水供給管１１から送湯管の直立部４Ａ内を通じて揚湯ポンプ１の起動前にその内部に呼び水を行うことができる。特に、直立部４Ａに呼び水を供給したとき、そのヘッド圧によりそれより低位の揚湯ポンプ１と吸湯管４の内部が満水となり、これによって揚湯ポンプ１の起動が可能とされる。

尚、揚湯ポンプ１と呼び水ポンプ１０は、後述する制御部（制御手段）によって駆動制御が行われる。又、呼び水供給管１１には、逆止弁１２とバルブ１３とが介在される。バルブ１３は逆止弁１２のメンテナンス用に取り付けられる手動式のものであるが、これを制御部により開閉制御される制御弁にすれば、逆止弁１２を省略することもできる。

図２において、１４は上記の制御部（制御手段）であり、これは源泉の近くに配される図示せぬ制御盤内に組み込まれる。

ここに、制御部１４には、上記した液面センサ９、バルブ５、バルブ６、並びに揚湯ポンプと呼び水ポンプの駆動源である電動機２，１５（モータ）が信号線を介して接続される。

そして、制御部１４に対してスイッチ操作による起動信号が入力（停電復旧後に起動信号が入力）されると、先ずバルブ５が閉鎖され、これと同時に呼び水ポンプ１０（その駆動源である電動機１５）が起動され、これにより揚湯ポンプ１に対する呼び水の導入が行われる。そして、一定時間経過後（後述のタイマによる）、バルブ５が開放され、これと同時に呼び水ポンプ１０に替わって揚湯ポンプ１（その駆動源である電動機２）が起動される。

これにより、源泉の温泉湯が揚湯ポンプ１により汲み上げられるが、汲み上げられた温泉湯は最初に送湯管４から枝管８を通じて貯水タンク７内に供給される。つまり、揚湯ポンプ１に対する呼び水の導入により、揚湯ポンプ１の起動時点では、貯水タンク７内の水位低下が液面センサ９で検知されてバルブ６が枝管８側に切り換えられ（又は開放され）ている。

このため、貯水タンク７に温泉湯の供給が行われるが、貯水タンク７が満水になると、これが液面センサ９により検知されてバルブ６が送湯管４側に切り換えられ（又は閉鎖され）、これによって給湯対象に対する温泉湯の供給が開始される。

図３は、揚湯ポンプと呼び水ポンプの駆動制御を行う制御回路の構成例を示す。図３では、停電復旧時に対応するため、電源が入ると同時に人為的操作をせずして運転が開始される構成とされており、２１は停止スイッチ（運転停止用の押しボタンスイッチ）、２２は停止スイッチ２１の押圧操作による運転停止を再開するための起動スイッチ（押しボタンスイッチ）である。

又、２３は停止スイッチ２１の自己保持接点、２４はリレー、２５はリレーの励磁により閉じられる接点であり、この接点２５が閉じられることによりタイマ２６に通電が行われ、タイマ２６のセット時限になるまで接点２７Ａを介して電磁接触器２６Ａに通電が行われ、これにより呼び水ポンプ１０が運転されるようになっている。

一方、タイマ２６のセット時限になると、接点２７Ａ，２７Ｂが切換わり、電磁接触器２８Ａに替わって電磁接触器２８Ｂに通電が行われ、これにより揚湯ポンプ１が運転されるようになっている。

ここで、２９Ａ，２９Ｂはサーマルリレーで、それぞれポンプ１，１０の駆動源の過負荷防止機能と単相運転保護機能をもっている。

尚、タイマ２５がタイムアップする時間は、揚湯ポンプ１に対する呼び水の開始から終了までの所要時間を見込んで設定されるものであるが、これは必要に応じて変更することができる。

以上、本発明について説明したが、本発明に係る温泉湯揚上システムは上記例に限定されるものでなく、呼び水ポンプ１０を地上設置形のポンプとして、これを貯水タンク７の外部に配置し、その吐出口と貯水タンク７の内部とを配管接続するようにしてもよい。

又、上記例では呼び水供給管１１の先端を送湯管の直立部４Ａに連通したが、その先端を揚湯ポンプ１のケーシングに直結するようにしてもよい。但し、この場合はバルブ５，６は自動式のものが望ましい。

更に、上記例では枝管８の分岐点で送湯管４にバルブ６を設けたが、枝管８の分岐点より下流側で送湯管４にバルブ（制御弁または手動操作弁）を設ける一方、枝管８の中途に別のバルブ（制御弁または手動操作弁）を設けるようにしてもよい。

本発明に係る温泉湯揚上システムの構成例を示す系統図 同システムの制御系を示すブロック図 同システムの制御系を構成する回路図 従来装置を示す概略図

符号の説明

１ 揚湯ポンプ
２ 電動機（揚湯ポンプの駆動源）
３ 吸湯管
４ 送湯管
４Ａ 直立部
７ 貯水タンク
８ 枝管
１０ 呼び水ポンプ
１１ 呼び水供給管
１４ 制御部（制御手段）
１５ 電動機（呼び水ポンプの駆動源）

Claims (3)

1. 温泉源泉から温泉湯を汲み上げるための揚湯ポンプと、一端が前記揚湯ポンプの吸込口に接続して該揚湯ポンプから温泉源泉の位置まで延ばされる吸湯管と、一端が前記揚湯ポンプの吐出口に接続して該揚湯ポンプから吐出される温泉湯を所定の位置まで導くための送湯管と、前記揚湯ポンプの起動前に該揚湯ポンプ内と吸湯管内とに導入する呼び水を蓄えるための貯水タンクと、この貯水タンク内に蓄えた呼び水を前記揚湯ポンプ内と吸湯管内とに導入するための呼び水ポンプを含む呼び水供給手段と、前記揚湯ポンプ及び呼び水ポンプの駆動制御を行う制御手段と、を備え、
   前記貯水タンク内に、前記吸湯管及び送湯管の少なくとも一方が通されることを特徴とする温泉湯揚上システム。
2. 前記制御手段は、前記揚湯ポンプを起動する前に該揚湯ポンプと前記吸湯管との内部に呼び水を導入するべく前記呼び水ポンプを一定時間起動した後、前記呼び水ポンプを停止するのと同時に前記揚湯ポンプを起動する制御回路を構成することを特徴とする請求項１記載の温泉湯揚上システム。
3. 前記送湯管から分岐して温泉湯を前記貯水タンク内に供給する枝管を備えることを特徴とする請求項１、又は２記載の温泉湯揚上システム。

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