JP4938613B2

JP4938613B2 - 給水冷却システム

Info

Publication number: JP4938613B2
Application number: JP2007266316A
Authority: JP
Inventors: 久今井
Original assignee: 株式会社間組
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-10-12
Also published as: JP2009091871A

Description

本発明は、帯水層、水路及び池等の水供給部から水を供給して周囲を冷却する給水冷却システムに関する。

都市部の気温が郊外よりも高くなるヒートアイランド現象が問題となっており、その原因としては、コンクリート構造物やアスファルト舗装等による蓄熱量の増加、緑地面積の減少に伴う蒸発潜熱の減少、人口集中による排熱量の増加等が挙げられる。このようなヒートアイランド現象を抑制するために、地下水を帯水層から汲み上げて舗装道路や植生へ散水することが考えられている。

例えば、特許文献１には、道路の舗装層内の保水部に地下水を供給する装置が提案されている。この装置は、太陽電池がコントローラを介して送電管により地下水送出ポンプと接続され、地下水送出ポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御がコントローラにより行われている。一般的に、太陽電池により発電された電力を利用する場合には、電流を変換する装置や、電気を蓄電する装置等の複雑な設備が必要であるため、これら装置やコントローラの維持管理は煩雑であり、手間が掛かることが考えられる。

また特許文献２には、浸透性舗装に散水して外気温の上昇を抑制する舗装構造が提案されている。これは、傾斜した浸透性舗装よりも高い位置と低い位置の両方に貯水容器が設けられ、高い位置の貯水容器から浸透性舗装に放水し、傾斜に沿って低い位置の容器まで水を流すことにより、水の気化熱により舗装面の温度低下を図るものであり、低い位置の貯水容器からはポンプにより高い位置の貯水容器まで水を還流させるものである。
この舗装構造は、低所から高所に水を圧送するポンプを必要とするものであり、このポンプを稼動させるための電力コストは小さなものではない。またヒートアイランド現象の対策において、熱排出源でもある火力又は原子力発電所等から供給された電気を動力として使用することには抵抗感もある。
特許第３８７２０３７号公報特開２００３−８２６０７号公報

以上のような課題を鑑みて本発明の目的は、簡易な装置構成により、電力を使用することなく所定高さまで給水して冷却することが可能なため装置稼動コストの削減が可能であり、維持管理が容易である給水冷却システムを提供することである。

本発明では、擁壁により支持された地盤において、その上面を大気圧下における空気侵入を防止するとともに水蒸気又は水の流出を許容する多孔体と、側部及び底部が非透水性の材料とで、通水容器が形成され、前記底部に、水供給部としての帯水層まで給水管を、また前記帯水層の水位より低い位置まで排水管を、それぞれ延設し、前記帯水層の水位より低い前記排水管の開口に吸引手段を接続可能にすることにより、前記吸引手段を稼働することで前記帯水層から前記給水管を介して前記通水容器及び前記排水管を水で満たすことにより、その後は前記吸引手段を稼働することなく、前記通水容器内に通過する水が前記多孔体から蒸発する際の気化熱により前記多孔体の周囲を冷却することを特徴とする給水冷却システムが提供される。
ここで、前記通水路は、水供給部から１０ｍ高い位置を限界として通過させることが可能であるが、この限界高さは６ｍ低度までとするのが好ましい。

また、本発明は、前記排水管の下端付近に開閉バルブを設けることにより、前記帯水層から前記給水管を介して前記排水管から下部の排水溝へ流れ落ちる排水量を調整するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の給水冷却システムを提供する。

本発明の給水冷却システムでは、水供給部の水面が水排出口よりも高い位置に設けられるため、水充填手段により通水路にいったん水を満たしてしまえば、これ以外に電力等によるエネルギーを与えなくても、水が水供給部から通水路に吸い上げられ、所定高さに設けられた多孔体内を通過して水排出口に至るまで継続的に水を流し続けることが可能になる。また通水路には、空気侵入は防止する一方で、水蒸気又は水の流出は許容する微細な孔を有する多孔体が設けられるので、多孔体の微細な孔から水蒸気又は水が流出することにより多孔体の周囲を冷却することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の給水冷却システム１０は、図１に示したように、水供給部としての水路１１と、この水路１１の水面１１ａよりも高い位置を通過し、水路１１の水面１１ａよりも低い位置に設けられた水排出口１２ａまで延長する通水路としてのパイプ１２と、パイプ１２の途中に接続されて水を通過させ得る貫通孔を有する多孔体１３と、水充填手段としての水補給管１４、空気抜き管１５及び開閉バルブ１６，１７，１８とを備える。

前記多孔体１３は、内部に水を通過させることができる通水路としての貫通孔が形成されたものであれば良く、例えば、セラミックパイプを使用することが可能である。このセラミックパイプは、大気圧下における空気侵入は防止する一方で、水蒸気又は水の流出は許容する微細な孔を有するものを使用する。
また多孔体１３は、セラミックパイプ以外にも、複数の貫通孔が並行して形成されたセラミック製の板体（図示せず）を使用することも可能であり、このような板体を公園などのベンチにおける座板や背もたれ、建物や通路などにおける床材として使用しても良い。

前記パイプ１２には、水供給部側の端部付近に開閉バルブ１６を介して水補給管１４を接続し、この水補給管１４により水道等からの水を供給可能にする。ここで、開閉バルブ１６は、水路１１からの水をパイプ１２内に通過させるときには水補給管１４を閉鎖し、水補給管１４からの水をパイプ１２内に通過させるときには水路１１からの管路を閉鎖することができるものを使用する。またパイプ１２の比較的高い位置には空気抜き管１５を接続し、この空気抜き管１５の途中に開閉バルブ１７を設け、さらに、パイプ１２の水排出口１２ａ付近に開閉バルブ１８を設ける。
パイプ１２は、一端が常に水路１１の水面１１ａより下方に位置するように設け、水排出口１２ａは水路１１の水面１１ａよりも低い位置（ΔＨ）まで延ばし、図示したように
Ｊ字状に曲げて下端開口から水がオーバーフローするように形成し、排水路１９又は池（図示せず）に臨ませれば良く、特に、水排出口１２ａを水面１９ａ下まで延ばす必要はない。この高低差ΔＨは０.５ｃｍ以上であれば良いものであるが、ΔＨを小さくすると水
の流出量を抑制できる一方で、地震等により外力が作用した場合には、パイプ１２内における水供給側から排水側への水の流れに支障をきたす虞があり、これを防止するためには３ｃｍ以上とすることが好ましい。

次に、本発明の給水冷却システム１０の作用について説明する。
最初に、パイプ１２及び多孔体１３に水を満たすため、開閉バルブ１６を操作して水路１１からパイプ１２への管路を閉鎖する一方で、水補給管１４からパイプ１２への管路は開放する。また開閉バルブ１７は開放し、開閉バルブ１８は閉鎖する。そして、水補給管１４から水を供給すると、空気抜き管１５からパイプ１２内の空気が排出され、パイプ１２内は水で満たされる。次に、開閉バルブ１７を閉鎖した後に、開閉バルブ１６を操作して水路１１からパイプ１２への管路を開放する一方で水補給管１４からパイプ１２への管路は閉鎖し、同時に、開閉バルブ１８を開放する。これにより、パイプ１２内の水は水排出口１２ａから排水路１９に流れ落ちると共に、水路１１の水が矢印で示したようにパイプ１２内に吸い上げられ、所定高さに設けられた多孔体１３内を通過して水排出口１２ａに至るまで継続的に水を流し続けることが可能になる。水は、多孔体１３内を通過するときに、その微細な孔から水蒸気として流出し、その気化熱により多孔体１３の周囲を冷却し、都市部におけるヒートアイランド現象を緩和する。

なお、図示はしないが、給水冷却システム１０を屋上緑化や人工地盤に適用することも可能である。図１では、給水冷却システム１０の多孔体１３を大気中に配置するものであったが、屋上緑化や人工地盤に適用する場合には、所定高さに設けられた土壌中に多孔体１３を埋設し、多孔体１３よりも下方の階層に水路１１及び排水路１９を配置し、パイプ１２により水路１１から多孔体１３を介して排水路１９まで連続する通水路を形成し、その他の構成を図１の給水冷却システム１０と同様に設ければ良い。このとき、開閉バルブ１６を操作して水路１１からパイプ１２への管路を閉鎖する一方で、水補給管１４からパイプ１２への管路は開放し、開閉バルブ１７，１８を閉鎖し、水補給管１４から所定の圧力で水を供給すれば、多孔体１３から流出する水量が増えて多孔体１３の洗浄が可能になる。

次に、上述のものとは異なる実施形態について図２を参照して説明する
図２の給水冷却システム３０は、水供給部としての水路３１と、水路３１の水面３１ａよりも高い位置を通過し、水路３１の水面３１ａよりも低い位置に水面３２ａを有する水路３２まで延長する通水路としてのパイプ３３と、パイプ３３の途中に接続されて水を通過させる貫通孔を有する多孔体３４と、開閉バルブ３５を介してパイプ３２に接続された吸引管３６とを備える。

ここで、多孔体３４、パイプ３３及び水路３１，３２が地中に敷設され、地上には植物が植えられる。多孔体３４は図１と同様なセラミックパイプ又はセラミック製の板体を使用することが可能である。パイプ３３の途中には、開閉バルブ３７を介して給水管３８を接続しても良く、この給水管３８を通して水道水などをパイプ３３に供給することが可能になる。
また両水路３１，３２内には凹部（図示せず）を形成するか、又は所定高さの仕切り壁（図示せず）を設け、これらの手段により水を溜めて水位が比較的高い箇所をそれぞれ形成し、これらの箇所にパイプ３３の水送入口３３ａ及び水排出口３３ｂを延ばし、これら水送入口３３ａ及び水排出口３３ｂが常に水中に位置するようにする。図２に示したように、水路３１内において水送入口３３ａが設けられた箇所の水位は、水路３２内において水排出口３３ｂが設けられた箇所の水位よりも、所定の高さΔＨ高くなるように設定され
る。ここで、この高低差ΔＨは、３〜５ｃｍ以上とすることが好ましい。

次に、給水冷却システム３０の作用について説明する。
最初に、パイプ３３及び多孔体３４に水を満たすため、開閉バルブ３５を開放し、開閉バルブ３７を閉鎖し、吸引管３６にポンプなどの吸引手段を接続してパイプ３３内から空気を吸引して排出する。これにより、両水路３１，３２から水が吸い上げられて、パイプ３３内が水で満たされる。次に、吸引手段を停止して開閉バルブ３５を閉じると、パイプ３３内の水が水排出口３３ｂから水路３２に流れ落ちると共に、水路３１からは水送入口３３ａを介して水が吸い上げられ、これ以降、吸引手段を稼動させなくても、所定高さに設けられた多孔体３４内を通過して水排出口３２ａに至る継続的な水の流れが形成される。水は、多孔体３４内を通過するときに、その微細な孔から水として地中に流出し、地上の植物に給水されることにより、この周囲地面を冷却し、都市部におけるヒートアイランド現象を緩和する。

さらに、図１及び図２とは異なる実施形態について図３を参照して説明する。
図３の給水冷却システム５０では、擁壁５１により支持された地盤上の歩道５２等に適用されるものであり、水供給部としての帯水層５３まで給水管５４が延長され、この給水管５４に連通する通水容器５５が帯水層５３の水位よりも高所である地上面付近に配置され、この通水容器５５に連通する排水管５６が帯水層５３の水位よりも低い位置まで延長され、これら給水管５４、通水容器５５及び排水管５６により通水路が構成されている。図３の実施形態においては、ポンプ等の吸引手段が水充填手段として用いられる。

ここで、通水容器５５は歩道等に沿って所定の長さ延長するものであり、上面が多孔体からなる板体５５ａで形成され、側部５５ｂ及び底部５５ｃが非透水性の材料から形成され、この底部５５ｃに給水管５４及び排水管５６が接続される。多孔体の板体５５ａは、大気圧下の空気侵入は防止する一方で、水蒸気又は水の流出は許容する微細な孔を有するものであれば良く、例えば、セラミック等を使用する。通水容器５５の上には、格子状の穴開き鋼製板（グレーチング）等からなる保護用の蓋５７を設ける。

前記給水管５４は、慣用の井戸内（図示せず）に設けることが好ましい。井戸は慣用のものを使用可能であり、特に図示はしないが、例えば、給水管５４より太いケーシングを給水管５４よりも深くまで延長するように設け、ケーシングは地下水が内部に浸透するような透水部を有し、透水部には慣用の井戸に適用されるスクリーンが使用され、スクリーンは管体に多数の孔が形成され、管体の外表面に複数の枕線が所定間隔で固定され、枕線の外周に捲線が巻回されたものであり、スクリーンの外側の地山面との間に、直径３〜９ｍｍ程度の砂利が充填される。以上のような構成により、井戸のケーシング内に設けられた給水管５４には、帯水層の水位面とほぼ同じ高さまで地下水が満たされる。

前記排水管５６の下端には排水量を調整する開閉バルブ５６ａが設けられ、排水管５６の下端はポンプ等の吸引手段（図示せず）が接続可能に形成される。排水管５６の下端は、帯水層５３の水位よりも３ｃｍ以上低い位置まで延ばされ、図示したようにＪ字状に曲げられて下端開口から水がオーバーフローするように形成される。排水管５６の下方には、ここから流れ落ちる水を受ける排水溝５８が設けられる。

次に、給水冷却システム５０の作用について説明する。
最初に、給水管５４、通水容器５５及び排水管５６からなる通水路に水を満たすため、開閉バルブ５６ａを開いて、排水管５６の下端にポンプ等の吸引手段を接続し、吸引手段を稼動させる。これにより、通水路内の空気は排出され、帯水層５３から給水管５４を介して水が吸い上げられ、通水容器５５及び排水管５６が水で満たされる。
次に、吸引手段を停止して排水管５６から取り外すと、排水管５６内の水が排水溝５８へ向けて流れ落ち、これ以降、吸引手段を稼動させなくても、給水管５４を介して帯水層５３から水が吸い上げられ、帯水層５３よりも高い位置に設けられた通水容器５５内を通過して排水管５６に至る継続的な水の流れが形成される。水は、通水容器５５内を通過するときに、多孔体からなる板体５５ａの微細な孔から蒸発し、その気化熱により板体５５ａの周囲を冷却し、都市部におけるヒートアイランド現象を緩和する。

本発明にかかる給水冷却システムの断面図である。図１とは異なる実施形態のを示す断面図である。図１及び図２とは異なる実施形態の給水装置の断面図である。

符号の説明

１０給水冷却システム
１１水路（水供給部）
１１ａ水供給部の水面
１２パイプ（通水路）
１２ａ水排出口
１３多孔体（通水路）
１４水補給管（水充填手段）
１５空気抜き管（水充填手段）
１６開閉バルブ（水充填手段）
１７開閉バルブ（水充填手段）
１８開閉バルブ（水充填手段）
３０給水冷却システム
３１水路（水供給部）
３１ａ水路３１の水面
３２水路
３２ａ水路３２の水面
３３パイプ（通水路）
３３ａ水送入口
３３ｂ水排出口
３４多孔体（通水路）
３５開閉バルブ
３６吸引管
５０給水冷却システム
５３帯水層（水供給部）
５４給水管（通水路）
５５通水容器（通水路）
５６排水管（通水路）

Claims

擁壁により支持された地盤において、その上面を大気圧下における空気侵入を防止するとともに水蒸気又は水の流出を許容する多孔体と、側部及び底部が非透水性の材料とで、通水容器が形成され、前記底部に、水供給部としての帯水層まで給水管を、また前記帯水層の水位より低い位置まで排水管を、それぞれ延設し、前記帯水層の水位より低い前記排水管の開口に吸引手段を接続可能にすることにより、前記吸引手段を稼働することで前記帯水層から前記給水管を介して前記通水容器及び前記排水管を水で満たすことにより、その後は前記吸引手段を稼働することなく、前記通水容器内に通過する水が前記多孔体から蒸発する際の気化熱により前記多孔体の周囲を冷却することを特徴とする給水冷却システム。
前記排水管の下端付近に開閉バルブを設けることにより、前記帯水層から前記給水管を介して前記排水管から下部の排水溝へ流れ落ちる排水量を調整するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の給水冷却システム。