JP4502381B2

JP4502381B2 - 地下水を利用した路面冷却システム

Info

Publication number: JP4502381B2
Application number: JP2004228791A
Authority: JP
Inventors: 博充菅原
Original assignee: 山大機電株式会社
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-08-05
Also published as: JP2006046807A

Description

この発明は、地下水を利用した路面冷却システムに関するものであり、夏期においてアスファルト舗装路面が軟化し、変形して損傷することを防止し、交通の安全性を高めるものである。

夏期の炎天下においては、アスファルト道路の表面温度は６０℃以上になり、アスファルト路面が軟化するようになる。このような状況下では、車両の負荷によって路面が凹み、ブレーキを掛けるとそのブレーキ力で路面が歪められ、これが繰り返されることで、路面の凸凹が著しくなって交通の安全性が大きく損なわれるようになる。この傾向は交差点において特に著しい。また、高速道路では少しの路面の軟化、路面の荒れが交通の危険性を著しく増大させる。
他方、路面に水管を埋設し、温水を流して路面を加熱して凍結を防止することは知られており、還流式井戸ポンプを用いて地下水を汲み上げて、これを温熱源として利用することは公知である（例えば、特開平２−２０４５１１号公報、特開平３−４３５１０号公報）。
しかし、地下水を多量に汲み上げることは、地盤沈下を招来する等の問題がある。
特開平２−２０４５１１号公報特開平３−４３５１０号公報

そこで、この発明は、地下水を冷熱源として利用してアスファルト道路の軟化を防止するについて、埋設した水管による路面冷却効率を高め、地下水の実質的な汲み上げ量を低減しつつ、アスファルト路面の軟化を効果的に防止することができる路面冷却システムを工夫したものである。

上記課題を解決するための手段は、道路に水管を配管して当該水管に地下水を流して路面を冷却する路面冷却システムを前提として、次の（イ）〜（ニ）によるものである。
（イ）道路のアスファルト層と路盤との間にコンクリート層を介在させて当該コンクリート層に水管を配管したこと、
（ロ）上記コンクリート層内に上下２層の鉄筋メッシュを埋設し、当該２層の鉄筋メッシュ間に上記水管を配管したこと、
（ハ）上記水管を還流型井戸に接続したこと、
（ニ）上記還流型井戸が外ケーシング管、内ケーシング管の二重管構造であり、外ケーシング管は還流水を該外ケーシング管から外へ流出することができる多孔性管であり、内ケーシング管の中に保温揚水管が挿入されており、外ケーシング管と内ケーシング管との間の流路が上記還流水の還流流路であり、内ケーシング管の下端が外ケーシング管内で解放されていること。
なお、上記鉄筋メッシュはワイヤメッシュとすることもできる。

〔作用〕
アスファルト道路の路面は、アスファルト層と路盤との間のコンクリート層で補強されている。コンクリート層には上下２層の鉄筋メッシュが埋設されているので、コンクリート層が上下２層の鉄筋メッシュで補強される。また、鉄筋はコンクリートより熱伝導性が高いので上下２層の鉄筋メッシュによりコンクリート層の熱伝導性が高められ、また、水管とコンクリート層間の熱交換効率が高いので、地下水の冷熱源として利用効率が高い。
したがって、アスファルト層に対する冷却能率が高く、かつ、アスファルト層の軟化が防止されるとともに、路面の変形が防止される。また、水管は２層の鉄筋メッシュ間に配管されているので、車両の負荷による路面の変形による水管の耐久性が高い。
還流型井戸の揚水管から汲み上げられた地下水が上記水管を流れ、路面を冷却した後、還流型井戸の外ケーシング管と内ケーシング管の間の流路に戻され、地下に押し込まれる。外ケーシング管と内ケーシング管の間の流路に戻された還流水の一部は、前記多孔性の外ケーシング管から該外ケーシング管の外へ流出して地中に戻り、一部は内ケーシング管の先端部分まで達する。内ケーシング管の先端部分に達する還流水の一部が、外ケーシング管と内ケーシング管の間の流路を流れる間に地下の冷熱源によって冷却され、内ケーシング管の先端部分から当該内ケーシング管の内側に回り込んで流れる。
外ケーシング管の下端において、還流水と地下水とが混合されて内ケーシング管に吸い上げられ、保温揚水管３１から揚水される。したがって、揚水の一部は還流水であり他の一部は新たな地下水であるから、地下水の利用効率が高く、実質的な地下水の汲み上げ量は大幅に抑制される。
また、還流水はその空気を抜き空気に触れさせないで循環又は放流する（なお、地盤沈下のおそれがある所では放流しないが、地盤沈下のない所はオーバーフローとして放流することがある）。そして、上記のように還流井戸内に空気（酸素）を入れることなく循環する（即ち、水質の変化及び酸化させるのを防止しながら行なう）。

アスファルト層と路盤との間にコンクリート層を介在させたことでアスファルト層が補強されるので、その変形、破損が抑制される。
上記コンクリート層内に上下２層の鉄筋メッシュが埋設され、この鉄筋メッシュ間に水管が配管されているので、コンクリート層が上記鉄筋メッシュで補強され、その熱伝導性が高められるので、冷水の利用効率が高められる。したがって、循環させる冷水の量を可及的に抑制することができる。
井戸を還流型井戸とし、その外ケーシング管と内ケーシング管の間の流路に還流させ、その一部を地下で放熱させてそのまま再循環させるので、地下水の汲み上げ量が少なくなる。
循環水の水温を８〜２０℃の間で制御することで、夏期には路面の軟化防止システムとして機能するが、冬季には路面凍結防止システムとして機能する。

アスファルト舗装された十字路の冷却にこの発明を適用した実施例を図面を参照しながら説明する。

道幅１２ｍｍの道路に渦巻状の配管ユニットＵを配置し、全ての各配管ユニットＵの水管を順次接続している。
冷熱源は、還流型井戸１、濾過装置２、制御盤３、送水ヘッダー４、還水ヘッダー５等によるものであり、還流型井戸１で汲み上げられた地下水は、濾過装置２、送水ヘッダー４を経て配管ユニットＵに送り出され、配管ユニットＵからの還流は還水ヘッダー５を経て還流型井戸１に戻される。この冷却水の配管ユニットＵへの供給、供給量は路面温度をチェックしながら制御盤３によって制御される。
配管ユニットＵを付設している部分の道路の断面構造は図２のとおりであり、路盤２１の上に厚さ１５０ｍｍ以上のコンクリート層２２があり、コンクリート層２２の上に厚さ５０ｍｍ以上のアスファルト層２３がある。コンクリート層２２に上下２層の鉄筋メッシュ２４，２５が埋設されており、上下の鉄筋メッシュ２４，２５の間に合成樹脂製水管２６が敷設されている。また、該水管２６の両側にコンクリートブロックを設置して上記水管へ路面からの車両の負荷を軽減させることもある。

合成樹脂製水管２６は内径１２．８ｍｍ、外径１７ｍｍのポリエチレン管である。
還流型井戸１の構造は図３に示すとおりのものであり、この構造自体は特に新規なものではない。この実施例の還流型井戸１の深度は５０〜３００ｍであり、中心に保温性の高い揚水管３１の下端に水中深井戸ポンプ３２が接続されている。揚水管３１の内径は４１．６〜１０５．３ｍｍ、外径は４８．６〜１１４．３ｍｍであり、その外側に断面円形の内ケーシング管３３、外ケーシング管３４がある。内ケーシング管３３は内径が２００ｍｍ、外径が２１５ｍｍの鋼管（含、ステンレス、ＦＲＰ製）、外ケーシング３４は内径が３００ｍｍ、外径が３２０ｍｍの鋼管（含、ステンレス、ＦＲＰ製）であり、これらはその上端が密閉されており、下端が解放されている。外ケーシング管３４には還流水を該管から地中に流出（還水）できる多数のスクリーン（又は横穴）が設けられている。
内ケーシング管３３と外ケーシング管３４との間に還流流路３５が形成されており、この還流流路３５に空気抜弁３６が接続されている。また、揚水管３１に接続されている吐水管３７にも空気抜弁３８が接続されている。
吐水管３７に仕切弁３９、逆止弁４０を介して送水管４１が接続されており、送水管４１に配管ユニットＵが接続されている。

配管ユニットＵからの戻り管が還水管４２を介して外ケーシング管３４の上端に接続されている。外ケーシング管３４の上端に戻された還流水は、その一部が外ケーシング管３４の上記スクリーン（又は横穴）を経てその外に流出して地下水に戻り、残りの一部は内ケーシング管３３に沿って下方に流れる。この間に冷却されて温度が低下され、内ケーシング管３３の下端からその内側に回り込んで、内ケーシング管３３を上昇して新たに導入された地下水とともに水中深井戸ポンプ３２に吸い込まれる。
したがって、冷却水の一部が新たな地下水と入れ替えられながら、地下と配管ユニットＵの間を循環するので、地下水脈を流れる水量が比較的少ない地域でも、地下の冷熱を効果的に取り出して道路の冷却に有効に利用することができる。
汲み上げられる水の温度と外気温、路面温度などを勘案して、制御盤３で水中深井戸ポンプ３２を制御して、必要な冷却効果を確保できるように冷却水の循環流量を制御する。
なお、還流水の一部は図３に示すように側溝等にオーバーフロー水として放流することがある。

は、実施例の全体的な概念図である。は、実施例の道路の断面図である。は、実施例における還流型井戸の断面図である。

符号の説明

１・・・還流型井戸
２・・・濾過装置
３・・・制御盤
４・・・送水ヘッダー
５・・・還水ヘッダー
２１・・・路盤
２２・・・コンクリート層
２３・・・アスファルト層
２４，２５・・・鉄筋メッシュ
２６・・・合成樹脂製水管
３１・・・揚水管（保温）
３２・・・水中深井戸ポンプ
３３・・・内ケーシング管
３４・・・外ケーシング管
３５・・・還流流路
３６・・・空気抜弁
３７・・・吐水管
３８・・・空気抜弁
３９・・・仕切弁
４０・・・逆止弁
４１・・・送水管
４２・・・還水管

Claims

道路に水管を配管して当該水管に地下水を流して路面を冷却する路面冷却システムにおいて、
道路のアスファルト層と路盤との間にコンクリート層を介在させて当該コンクリート層に水管を配管し、
上記コンクリート層内に上下２層の鉄筋メッシュを埋設し、当該２層の鉄筋メッシュ間に上記水管を配管し、
上記水管を還流型井戸に接続し、
上記還流型井戸が外ケーシング管、内ケーシング管の二重管構造であり、外ケーシング管は還流水を該外ケーシング管から外へ流出することができる多孔性管であり、内ケーシング管の中に保温揚水管が挿入されており、外ケーシング管と内ケーシング管との間の流路が上記還流水の還流流路であり、内ケーシング管の下端が外ケーシング管内で解放されている地下水を利用した路面冷却システム。