JP5007436B2

JP5007436B2 - 融雪装置

Info

Publication number: JP5007436B2
Application number: JP2007143944A
Authority: JP
Inventors: 雅介 ▲高▼田; 勇一郎水城
Original assignee: Nagaoka University of Technology
Current assignee: Nagaoka University of Technology
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2027-05-30
Also published as: JP2008297775A

Description

本発明は、融雪装置に係り、特に、除雪車に搭載可能として除雪と融雪とを同時に実施するために使用して好適な融雪装置に関する。

現在、道路・歩道等に降り積もった雪の除去は、主に、除雪車により路上の雪を別の場所に移動させるという方法で行われているのが一般的である。除雪車による雪の除去は、除雪した雪の処理をどうするかが大きな問題となっており、除雪した雪を除雪した場所に放置しておくと、道路から除雪した雪が道路の片側の歩行部分である歩道を塞いでしまい、歩道としての役目が果たせなくなってしまう。このため、除雪した雪をダンプ等で雪捨て場に運ぶが、雪捨て場がすぐに満杯となり雪の捨て場に困る状況も稀ではない。

また、除雪車による除雪以外の雪の除去方法として、融雪による方法、例えば、ヒーターを道路に埋設し、路面を暖める電気式による方法、地下水（通常、水温が雪を溶かすに充分な大きさの温度を持つ）を汲み上げ、散水することにより融雪する散水式による方法があり、歩道等では、人力による除雪を行う場合もある。

現在、実際に利用されている移動式の融雪装置として、雪を投入して雪を融かす融雪槽に車を付けた手押しタイプのものが知られている。この融雪装置は、融雪槽の下部に設けた灯油バーナーを融雪熱源とするもので、燃料消費量10.4リットル/h、発熱量99kW(85,800kcal/h)、最大融雪量940kg／h、最大融雪能力比重0.6とした場合、1.56m^３、機体寸法全長1,200×全幅700×全高750（m／m）、重量 90kgである。

以上の能力を持つ融雪装置で歩道上の雪を融雪した場合、幅１ｍ、積雪高１５ｃｍを、１時間で９．７ｍ除雪融雪することができる。しかし、除雪機（車）に搭載した場合の融雪装置の最低能力としては、少なくともこの約３倍である１時間の融雪距離３０ｍ程度が要求される。

前述したように、道路・歩道等に降り積もった雪の除去方法としては、除雪車による方法、融雪による方法があるが、除雪車による方法は、除雪した雪の処理をどうするかが大きな問題であり、また、融雪による方法は、電気式の場合道路にヒーターを設置しておかなければならず、また、散水式の場合も、地下水の汲み上げ設備、散水設備を必要とし、いずれの場合も、必要な全ての道路にこれらの設備を設置することは、実際上困難である。さらに、手押しタイプの融雪装置は、除雪機（車）に搭載した場合の能力として充分ではない。

本発明の目的は、前述したよう点に鑑み、道路にこれらの設備を設置する必要もなく、除雪した雪の処理の問題を解決するため、除雪車に搭載可能として除雪と融雪とを同時に実施するために使用して好適で効率的な融雪装置を提供することにある。

本発明によれば前記目的は、除雪車に搭載可能として除雪と融雪とを同時に実施するために使用する融雪装置において、除雪した雪の投入口を有する本体部を有し、前記雪の投入口に連接して、最下端に穴を有し、下部の直径が小さくなる形状の円錐形状の筒体が形成されており、前記円錐形状の筒体の周囲には水抜き穴が設けられ、前記円錐形状の筒体の内部に、該円錐形状の筒体の内壁に沿うように、円錐体の外周部に螺旋状に歯部が構成され回転させられる螺旋回転筒が備えられ、該螺旋回転筒がセラミックにより構成され、ヒータにより２０℃程度に加熱され、前記投入口に投入された雪を螺旋回転筒により前記本体部の下部方向に移動させ、その移動の際、螺旋回転筒と前記円錐形状の筒体の内壁との間で雪を圧縮、破砕、融雪することにより達成される。

本発明による融雪装置を利用することにより、除雪と融雪とを同時に実施することが可能となるので、除雪した雪の捨てるために雪を運搬する必要をなくし、また、道路にヒーターを設置したり、散水設備を設置する必要もなく、道路から完全な雪の除去を行うことができる。

以下、本発明による融雪装置の実施形態を図面により詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態による融雪装置の構造を示す断面図である。図１において、１０は融雪装置本体部、１１は雪の投入口、１２は円錐形状の筒体、１３は穴、１４は水抜き穴、１５は円錐体、１６は歯部、１７はドレインである。

本発明の実施形態による融雪装置は、図１に示すような断面を有する箱型あるいは円筒形に形成された水溜め槽を形成する融雪装置本体部１０の上部に雪の投入口１１を設け、融雪装置本体部１０の下部のある程度の水を溜めることが可能な側壁の高さ位置に排水のためのドレイン１７を設けて構成される。雪の投入口１１は、上部の直径より下部の直径が小さい開口部を有する円錐形状に構成され、投入された雪が、雪の投入口１１の壁面を滑って下部方向に移動できるように構成される。この雪の投入口１１の下部の開口部には、この開口部に連結されて、上部の直径より下部の直径が小さい円錐形状の筒体１２が融雪装置本体部１０の内部の下方に向かって取り付けられている。また、この円錐形状の筒体１２の下端部には、投入された雪が融かされた水を融雪装置本体部１０の内部に排出する穴１３が設けられ、また、円錐形状の筒体１２の周囲には多数の水抜き穴１４が設けられている。

前述において、融雪装置本体部１０、雪の投入口１１、円錐形状の筒体１２は、どのような材質のもので作成されていてもよいが、一般的には、鋼材等を用いて作成するのが好適である。

円錐形状の筒体１２の内部には、その内壁に沿うように、円錐体１５の外周部に螺旋状に歯部１６が構成され、図示しない駆動機構により回転させられる螺旋回転筒が備えられている。円錐体１５の外周部に螺旋状に歯部１６が設けられて構成された螺旋回転筒は、後述で説明するような性質を持つセラミックにより構成され、円錐体１５に巻き付けられた図示しないヒータにより２０℃程度に加熱される。

前述したように構成される融雪装置は、除雪車に搭載して使用することを前提としており、その大きさは、除雪車の大きさにもよるが、除雪車に搭載可能な大きさであれば任意の大きさでよいが、例えば、高さ８００ｍｍ〜１０００ｍｍ、縦横あるいは直径７５０ｍｍ〜１０００ｍｍ程度である。そして、除雪車により除雪された雪は、除雪車に備えられるベルトコンベア等により雪の投入口１１の上部まで運ばれて投入される。

前述した融雪装置において、投入された雪は、雪の投入口１１の傾斜面に沿って円錐形状の筒体１２上部に達し、円錐体１５の外周部に設けられた螺旋状の歯部１６と、円錐形状の筒体１２の内壁とにより構成される螺旋状の溝により、螺旋回転筒の回転に伴って下方に強制的に搬送されていく。

搬送される雪は、下部に移動するに従って、螺旋状の歯部１６の周長が小さくなり、歯部１６相互間に形成される溝の周長も小さくなるため、破砕、圧縮され、２０℃程度に加熱されている螺旋回転筒を構成する円錐体１５と、その外周部に設けられた螺旋状の歯部１６とに密着することになり、螺旋回転筒を構成する円錐体１５と歯部１６とからの伝導熱と、その材料であるセラミックから放射される遠赤外線とにより融かされる。融かされた融雪水は、円錐形状の筒体１２の下端部に設けられる穴１３から、あるいは、円錐形状の筒体１２の周囲に設けられた水抜き穴１４から排出される。

前述したような本発明の実施形態による融雪装置によれば、圧縮、破砕、伝導熱、放射熱を利用して雪を効率的に融かすことができ、螺旋回転筒を回転させるモータの出力、ヒーターの能力を最適に設定することにより、除雪車に搭載した融雪装置により、道路上の１ｍ幅、積雪１５ｃｍ、距離３０ｍの除雪、融雪を１時間で行うことが可能となる。

前述で説明したように、本発明の実施形態による融雪装置は、圧縮、破砕、伝導熱、放射熱を利用して雪を融かすものであるが、最も効果的に雪を融かすのは、放射体であるセラミックから放射される遠赤外線による放射熱であり、ここで、螺旋回転筒の円錐体１５と歯部１６とを構成するセラミック製の放射体について説明する。

本発明の実施形態で使用する放射体としてのセラミックは、ジルコニア系、チタニア系、コージュライト系、アルミナ系その他の適当なセラミックス原料に、鉄、マンガン、コバルト、鋼、クロム、ニッケル、バリウム、亜鉛、カルシウム、カリウム等の金属の酸化物の一種以上と、金属ゲルマニウムまたは酸化ゲルマニウムとを配合して成形焼結したものである。

前述のジルコニア系、チタニア系、コージェライト系、アルミナ系その他の適当なセラミックス原料は、基材となるもので、粉末状のものが原料として用いられる。また、このセラミックス原料中に一種以上配合される鉄、マンガン、コバルト、銅、クロム、ニッケル、バリウム、亜鉛、カルシウム、カリウム等の金属の酸化物は、通常の赤外線放射材料となるものであるが、鉄、マンガン、コバルト、クロム、ニッケルの金属の酸化物を配合した場合、黒体に近い有色のものとなる。これらの金属の酸化物は、セラミックス原料１００重量部に対して５〜２０重量部程度加えることが好ましい。

前述したような組成を持つ放射体は、加熱されて周囲より温度が高くなると、熱エネルギーを内部に保有し、周囲よりエネルギーの高い状態になって放射熱を外部へ放出する。このことを「熱放射」という。持っている熱エネルギーを電磁波のエネルギーに変換する理想的な物質のことを黒体というが、この黒体については、放射される電磁波（放射）の強度と波長との特性を計算することができ、「プランクの法則」と呼ばれてよく知られている。

前述で説明した本発明の実施形態では、螺旋回転筒の円錐体１５と歯部１６とを構成する遠赤外線を放射する放射体であるセラミックを前述したような組成を持つものにより形成し、その温度を２０℃程度に加熱することを想定しているが、これは、放射される遠赤外線の波長を雪が効率よく吸収することができる波長とするため、また、加熱電力が少なくて済むようにするためである。次に、これについて説明する。

図２は雪による赤外線の吸収係数と波長との関係を示す特性図、図３は本発明の実施形態で使用する放射体と黒体との２０℃における放射赤外線波長と放射エネルギーとの関係を示す特性図である。

雪による赤外線の吸収は、２ミクロン〜３０ミクロン程度に渡って図２に示すような吸収係数の分布を示し、２．７ミクロン付近に大きな第１のピークを持ち、１０ミクロン付近に小さな第２のピークを持っている。

一方、本発明の実施形態で使用する放射体と黒体とが２０℃の状態で放射される赤外線波長の放射エネルギーは、図３に示すように、点線で示す黒体の場合も、実線で示す本発明の実施形態で使用する放射体の場合も、１０ミクロン付近、正確には、９．８８ミクロンにピークを持って放射されており、本発明の実施形態で使用する放射体の場合にも、１０ミクロン付近にピークを持って放射され、雪の吸収係数が２番目に大きい１０ミクロン付近で大きな放射エネルギーを持って放射されていることが判る。

前述したように、本発明の実施形態による融雪装置は、利用している放射体であるセラミックを２０℃程度に加熱することにより、雪の吸収係数が大きい１０ミクロン付近の波長で、セラミックにより構成される螺旋回転筒の円錐体１５と歯部１６とから大きな放射エネルギーが放射されることになり、投入された雪を効率よく融かすことができる。

ちなみに、１０ミクロン付近の小さな第２のピークによる放射を利用する融雪方法として、現在一般に使用されている亜鉛鋼板の屋根材に、前述で説明した放射体としてのセラミックをパウダー状にしたものを塗料の中に２０％混合して塗布し、屋根材をヒーターにより最大２０℃に加熱するという方法がある。この方法を実験した結果、亜鉛鋼板だけの屋根材を同様に最大２０℃に加熱する融雪方法に比較して、約１２．５倍の量の雪を融かすことができた。この効果は、雪、氷の吸収係数の高い波長帯の１０ミクロン前後の波長が加熱したセラミック放射体から放射された結果である。

本発明の実施形態による融雪装置は、前述したように、螺旋回転筒の円錐体１５と歯部１６とを前述したようなセラミックにより構成して、２０℃に加熱することにより、投入された雪の融雪及び破砕を行なうことができ、雪が円錐体１５と歯部１６とに付着する雪詰まりの状態となることを防止することができる。

前述で説明した本発明の実施形態による融雪装置は、融雪装置本体部１０の上部の雪の投入口１１に、除雪車により除雪された雪だけを投入するとして説明したが、本発明は、融かされて融雪装置本体部１０の下部に溜った融雪水を汲み上げて、雪と共に雪の投入口１１に投入するようにすることができる。

このようにすることにより、雪と共に投入された水（融雪水）が雪に含まれている空気を追い出して置き代わることになり、水を含んだ雪の円錐体１５と歯部１６とへの接触がより密となり、伝導熱の伝達を、より効率的行うことができまた、圧縮、破砕を助勢することができるので、より効率的な融雪を行うことができる。なお、融雪水を加えたとき、雪の体積は、投入された雪の１／２程度となり、また、雪と水（投入された融雪水と雪が解けた水とを含む）との割合は、１：３程度となる。

また、前述した本発明の実施形態による融雪装置は、螺旋回転筒を構成する円錐体１５と歯部１６とを前述したようなセラミックにより構成するとして説明したが、本発明は、雪の投入口１１の下部の開口部に連結されている円錐形状の筒体１２をヒータを持つ前述したようなセラミックにより構成することもできる。これにより、圧縮された水を含む雪に対する伝導熱、放射熱の伝達をより大きくすることができるので、より効率的な融雪を行うことができる。

前述した本発明の実施形態では、螺旋回転筒の駆動源、及び、セラミックに対する加熱源について示していないが、螺旋回転筒の駆動は、除雪車のエンジンの回転を利用することにより容易に行うことができ、また、セラミックに対する加熱は、除雪車に備えられているバッテリーを利用して行うことができる。

次に、本発明の実施形態による融雪装置の効果を確認するために、次に説明するような実験を行った。

すなわち、まず、前述したセラミックを板状に形成し、その上に１ｋｇの雪を粉砕して載置して融雪する実験を行った。実験の条件として、セラミック板の厚さ１ｃｍ、外気温０℃、セラミック板の下部に面状の発熱体を敷き、セラミック板の温度を２０℃とした。このような条件の下で、１ｋｇの雪を３回に分けて融雪を行う実験を行った結果、１回の融雪に１３２秒を要した。この結果、１ｋｇの雪の融雪に３９６秒を必要とした。この結果は、前述で説明した亜鉛鋼板の屋根材に、前述で説明した放射体としてのセラミックをパウダー状にしたものを塗料の中に２０％混合して塗布し、屋根材をヒーターにより最大２０℃に加熱するという方法での結果に対応するものである。

一方、本発明の装置を模擬した実験を行うため、図４に示すような実験用の装置を作成した。すなわち、前述したと同一形状のセラミック板の片面に、本発明の螺旋状の歯部を模擬するような凹凸を設けたものを２枚用意し、一方のセラミック板４１の凹凸を設けた面と反対側の面に発熱体としての面状ヒーター４３を設けて、セラミック板の温度を２０℃となるようにし、もう一方のセラミック板４２に多数の水抜き穴４４を設け、これら２枚のセラミック板をお互いの凹凸部が嵌合可能なようにアルミ筐体に４５内に収納し、面状ヒーター４３を設けたセラミック板４１をアルミ筐体４５の側壁の一方に固定し、もう一方の多数の水抜き穴４４を設けたセラミック板４２をアルミ筐体４５の側壁の他方から面状ヒーター４３を設けたセラミック板４１に向けて移動可能とした装置を作成した。

そして、このアルミ筐体４５の２枚のセラミック板４１と４２との間の空間に、１ｋｇの雪に水を含ませ、それを３回に分けて投入して融雪する実験を行った。この実験は、雪を投入した後に、多数の水抜き穴４４を設けたセラミック板４２を面状ヒーター４３を設けたセラミック板４１に向けて押しつける圧縮動作を繰り返すものである。このような実験の結果、２回の圧縮動作を行うことにより、雪を完全に融かすことができ、この間に要した時間は１０秒であった。この結果、１ｋｇの雪の融雪に３０秒の時間でよいことになり、本発明による融雪装置の構成が極めて効果的であることを確認することができた。

本発明の一実施形態による融雪装置の構造を示す図である。雪による赤外線の吸収係数と波長との関係を示す特性図である。本発明の実施形態で使用する放射体と黒体との２０℃における放射赤外線波長と放射エネルギーとの関係を示す特性図である。作成した実験用の装置について説明する図である。

符号の説明

１０融雪装置本体部
１１雪の投入口
１２円錐形状の筒体
１３穴
１４、４４水抜き穴
１５円錐体
１６歯部
１７ドレイン
４１、４２セラミック板
４３面状ヒーター
４５アルミ筐体

Claims

除雪車に搭載可能として除雪と融雪とを同時に実施するために使用する融雪装置において、除雪した雪の投入口を有する本体部を有し、前記雪の投入口に連接して、最下端に穴を有し、下部の直径が小さくなる形状の円錐形状の筒体が形成されており、前記円錐形状の筒体の周囲には水抜き穴が設けられ、前記円錐形状の筒体の内部に、該円錐形状の筒体の内壁に沿うように、円錐体の外周部に螺旋状に歯部が構成され回転させられる螺旋回転筒が備えられ、該螺旋回転筒がセラミックにより構成され、ヒータにより２０℃程度に加熱され、前記投入口に投入された雪を螺旋回転筒により前記本体部の下部方向に移動させ、その移動の際、螺旋回転筒と前記円錐形状の筒体の内壁との間で雪を圧縮、破砕、融雪することを特徴とする融雪装置。
前記雪の投入口に、前記本体部の底部に生成された融雪水が雪と共に投入されることを特徴とする請求項１記載の融雪装置。
前記円錐形状の筒体がセラミックにより構成され、ヒータにより２０℃程度に加熱されることを特徴とする請求項１または２記載の融雪装置。
前記雪の投入口への除雪した雪の搬送、投入は、除雪車に備えられるベルトコンベアにより行われることを特徴とする請求項１、２または３記載の融雪装置。