JP6560706B2 - 消雪設備及び消雪方法 - Google Patents

Description

本発明は、積雪地域の道路等に適用される消雪技術に関する。

冬期間に降雪量の多い地域においては、交通の確保、安全等のため、路面等の雪を除去することが必要とされる。人力、機械力等によって、路面上の雪を側方に移動させる方法もあるが、移動させられた雪が溜まって行くと別の障害を生じ得る。路面上の雪を融かして消滅させる消雪方法は、この点で優れていると言えよう。

消雪方法としては、路面上に露出するように配設された散水管内に温水を供給し、この散水管に形成された孔部から温水を散水することによって路上の雪を融かすいわゆる散水消雪と、路面内に埋設した放熱管内に温水等の熱媒体を供給し、この放熱管を介して路面を加温し、表面の雪を融かす無散水消雪が知られている。

散水消雪に用いた水は、水資源の保護の観点からは、再利用することが望まれる。道路上に散水された消雪用水を道路側方に設けられた側溝から回収して貯水槽に蓄積し、不足分の地下水を加えて散水消雪に再利用する提案がある(例えば特許文献１)。貯水槽、送水管、散水手段、ポンプを設けることが必要であろう。側溝は消雪のためのみに用いるものではなく、そもそも道路脇に設けられる雨水排水用側溝と兼用できる。散水した水が自然に流れるようにするには、道路中央付近で散水するのが好ましく、車両が通過しない領域に設ける送水管、散水手段には過度の強度は不要であろう。

道路の舗装体内等に放熱管を埋め込み、ボイラを備えたタンク内に貯留された不凍液等の熱媒体を放熱管に供給して舗装体を加温して道路面上の積雪を融かし、加温に用いた熱媒体は放熱管からタンク内に循環させ、必要に応じてボイラで加熱する無散水消雪の提案がある(例えば特許文献２)。
加温用の水を加熱するボイラと、熱交換槽内に収容した温泉水或いは産業排水と熱交換槽内に配置した螺旋状の管路を循環する加温用の水との間で熱交換を行う熱交換器との２種類の加熱系を用いるシステムも提案されている（例えば特許文献３)。
無散水消雪を行う場合、除雪したい道路面の全領域に放熱管を埋め込む必要があろう。さらに、重量のあるトラック等が走行しても、放熱管構造が破損しない強度にすることも望まれる。

必要な設備、コストの面からは、散水消雪が無散水消雪より有利と考えられる。但し、地下水の豊富な地域であっても、あまり地下水を浪費すると、地盤沈下等の弊害が生じる。散水した水を道路側方の側溝から回収して消雪に再利用する方法は有効な方法と考えられるが、加温を要することもあろう。

特開２００９−２３５７７２号公報 特公平４−４５６０６号公報 特開平６−２２８９０８号公報

温泉地等の地熱の高い土地に適し、水資源保護に適した、散水消雪技術を提供する。

本発明の実施例によれば、
２５℃以上の地熱の高い土地を掘削して埋め込んだ、無孔管の外側管部と、
前記外側管部の周囲に設けられ、地熱を伝達できる、フィン状の吸熱機構と、
前記外側管部内に収容され、底部が開放され、前記外側管部との間に所定の厚さを有する環状加熱流路を形成する流路画定用の中間管部と、
前記中間管部内に配置され、前記環状加熱流路の加熱された水を揚水する揚水管部と前記揚水管部と消雪地とを接続する送水管部とを含む送水部と、
前記送水部に接続され、消雪地において前記加熱された水を散水する散水部と、
前記送水部に結合された送水ポンプと、
前記消雪地の道路の側溝に接続され、側溝を流れた水を回収する流路と、
地表より下方に形成され、前記流路に接続され、水を溜めることのできる地中タンクと、
前記地中タンクと前記外側管部側面とを接続する給水路と、
を含み、
前記外側管部の上端に接続された第１フランジと、
前記第１フランジと結合可能であり、前記流路画定用の中間管部の上端に接続され、開口を有する第２フランジと、
をさらに含み、
前記給水路は前記第１フランジ近傍で前記外側管部を貫通し、前記揚水管部は前記流路画定用の中間管部内で軸に沿って延在し、
前記第２フランジの開口を閉じる蓋部材をさらに有し、
前記送水部は前記蓋部材を貫通する、
地下水を浪費することなく、熱のみを受けて散水消雪に利用できる消雪設備
が提供される。

外側管部は地熱により外側表面が加熱される。外側管部と流路画定中間管部の間の環状加熱流路の厚さを所定の厚さ範囲内に設定することにより、環状加熱流路内の水は効率的に加温される。加温された水をポンプによって中間管部内に配置した揚水管部から送水管部を通って消雪地に送水する。温泉水等の地下水を浪費することなく、熱のみを受けて消雪に利用できる。

図１Ａは地熱を有する土地に井戸を掘り、加熱機構を埋め込む様子を示す概略断面図、図１Ｂは加熱機構の外側管、中間管の上部にフランジを接続した様子を示す概略断面図、図１Ｃは地中に形成する貯水槽を示す概略斜視図である。 図２は消雪設備の全体の構成を示す概略斜視図である。 図３Ａは外側管の変形例を示す概略側面図、図３Ｂは加熱機構の変形例を示す概略側面図、図３Ｃは加熱機構内のポンプを省略し、送水管にポンプを接続した変形例を示す概略斜視図、図３Ｄは中間管の底部を閉じ、揚水管の入り口を中間管の底部より外に出した構成を示す概略断面図である。

１ 外側管、 ２ 注入口、 ３ 中間管、 ５ 環状流路、
６ 揚水管、 ７，７ａ ポンプ、 ８ 送水管、 １０ 井戸、
１１ 第１フランジ、 １２ 環状溝、 １３ 第２フランジ、
１４ エア抜き弁、 １５ 加温機構、
１６ 貯水槽（地中タンク）、 １７，１８ ストレーナ、
１９ 蓋部材、 ２０ 砂利等、 ２４ 給水管、 ２５ 側溝、 ２６ 道路、 ２７ 散水栓、 ２８ メーンパイプ、

水を用いて雪を溶かして消雪する場合、水の温度は例えば約１２℃〜１５℃が好ましい。温度が低いと雪を溶かす能力が低く、温度が高すぎると雪を溶かす時に霧を発生させてしまい、視界を妨げる。
温泉地等の地熱が高い地域においては、ある程度深い孔を掘れば、２５℃程度以上の地熱を有する地層を露出することができる。このような地層を露出させて熱を吸収すれば、消雪に使用して温度が低下した水を消雪に適した約１２℃〜１５℃に再加熱することが可能であろう。本発明は、地熱を利用した消雪技術を対象とする。

地熱のある(高い)地域内に井戸を掘り、外側管として無孔管（底面および側面が閉じた管）を埋め込んで、地熱を利用して加温(加熱)する装置を形成することを考える。外部から加温対象である水を給水し、温度の高い外側壁面に沿って流すことで加温し、加温された水を中央軸に沿って送水するため、外側管内に底面が開放した内側管を配置する構成を検討する。

目的とする消雪量から、加温する水の流量を想定できる。但し、この水量を流すことのみを目的として２重管構造を設計すると、水の加熱空間となる外側管と内側管の間隔（加熱空間の幅）が大きくなりすぎたり、外側管の外径が小さくなりすぎて、効率的な加温に適さない構造となりうる。

効率的な加温を行うためには加温空間の幅（厚さ）を制限することが好ましい。例えば直径（φ）４００ｍｍ〜５００ｍｍの外側ケーシングの内部に、直径（φ）２００ｍｍ程度の底部解放ケーシングを収容し、厚さ１００ｍｍ〜１５０ｍｍの環状加熱空間を構成することが考えられる。

例えば、５０ｍの深さの井戸を掘り、地熱を測定して温度が不足する場合は、更に井戸を深く掘削して、十分な加熱温度を得られるようにする。環状加温空間の厚さは、深さ、流量等も考慮し、1０ｍｍ〜１６０ｍｍの範囲で選択することが好ましい。
加温された水を消雪地まで送水する揚水管、送水管として、直径(φ)２００ｍｍの管は太すぎる。例えば直径(φ)４０ｍｍ〜１００ｍｍの管で十分であり、送水ポンプの点からもこの程度の径が好ましい。

図１Ａを参照する。地表から例えば５０ｍ程度の井戸１０を掘り、例えば直径(φ)４００ｍｍ〜５００ｍｍの外側管１となる無孔管を収容し、砂利等２０で外側管１周囲の空間を埋め込む。外側管１は地層の地熱を水に伝達する機能を有する。ステンレス鋼等の熱伝導率が高く、機械的強度も十分なもので形成することが好ましい。外側管１内に底面が解放された例えば直径(φ)２００ｍｍ程度の中間管３を収容し、２重管構造として、外側管１と中間管３の間に所定厚さ（例えば１００ｍｍ〜１５０ｍｍ）の環状流路５を構成する。中間管３の入り口(底面)にはストレーナを設けることが好ましいであろう。中間管３の内側に延在する揚水管６を配置し、水中ポンプ７を接続して送水可能にする。中間管３、揚水管６には高い熱伝導度は要求されない。機械加工、強度等の面で適した材料を選択できる。

外側管１に注入口２を設け、水を注入して環状流路５で加温し、水中ポンプ７を利用して揚水管６を介して加温された水を送水管に送水する構造とする。井戸の深さが決まったら、消雪地に水を給水する構造を形成する。

図１Ｂを参照する。機械加工、溶接等により、例えば外側管１側面に注水管２を接続し、外側管１上端に第１フランジ１１を接続する。第１フランジ１１に、例えば閉じた環状溝１２を形成し、オーリングを収容できるようにする。溶接などにより、中間管３に第２フランジ１３を接続する。第１フランジ１１と第２フランジ１３とを結合するボルト―ナット構造等を設ける。オーリングを介して第１フランジ、第２フランジを重ねると気密構造が形成される。底部から水が入る時、上方の空気を抜くエア抜き弁１４も設ける。水中ポンプ７から揚水管６内に送り込まれた加温水は、送水管８を介して消雪地に送られる。このような構造で加温機構１５が形成される。

なお、中間管の下端より上方に揚水管の下端を配置し、中間管の下端を開放した場合を説明した。揚水管の下端が過熱された水に解放されれば、中間管の下端は解放される必要はない。揚水管の下端を中間管の下端以下に下げ、中間管の下端を閉じる構成も可能である。

図１Ｃを参照する。道路の側溝から回収した水を、給水管２４等を介して給水口から受け入れ、貯水する貯水槽１６を地中に形成する。必須ではないが、貯水槽１６内に、水に浮かぶ枯葉、油などの不純物を除去するためのストレーナ１７、砂利、砂などの水中に沈んで流れる不純物を除去するストレーナ１８を設け、送水口に注水管２を接続する。

図２を参照する。側溝２５を備えた道路２６のセンターライン沿いに散水栓２７を備えたメーンパイプ２８が設置されている。側溝２５から回収された水は、給水管２４から貯水槽１６に給水される。貯水槽１６に溜められた水は、注水管２から加熱機構１５の環状流路５に注水され、水流に従って下方に移動する間に、外側管１によって加温されて消雪に適した温度(例えば、１２℃〜１５℃)にされ、ポンプ７によって揚水管６、送水管８に送水され、メーンパイプ２８の散水栓２７から道路上に散水される。このようにして、道路上の積雪が消雪される。

図３は変形例を示す。図３Ａは、外側管１の周囲に吸熱機構３１を設けた構造を示す。フィン状の吸熱機構を示すが、地熱を効率的に水に伝達できるものであれば、形状に特に制限はない。

図３Ｂは、加温機構１５の第２フランジ１３の開口を蓋部材１９によって閉じた構成を示す。外部から加温機構１５内に異物が入ることを防止できる。中間管３の上端近傍で内側と外側を連通する孔を設けて、エア抜き弁１４が中間管内部の空気も抜けるようにする。

図３Ｃは、加温機構中の水中ポンプを省略し、送水管８に地上ポンプ７ａを組み合わせた構成を示す。空気が入り込まないような構造にするか、起動時に水を注入できる構造にすることが好ましい。

図３Ｄは、中間管３の下端を閉じた構成とし、揚水管６の下端ないし水中ポンプ７の下端を下げて中間管３の外部に開放した構成を示す。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、これらは制限的なものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

Claims (8)

1. ２５℃以上の地熱の高い土地を掘削して埋め込んだ、無孔管の外側管部と、
   前記外側管部の周囲に設けられ、地熱を伝達できる、フィン状の吸熱機構と、
   前記外側管部内に収容され、底部が開放され、前記外側管部との間に所定の厚さを有する環状加熱流路を形成する流路画定用の中間管部と、
   前記中間管部内に配置され、前記環状加熱流路の加熱された水を揚水する揚水管部と前記揚水管部と消雪地とを接続する送水管部とを含む送水部と、
   前記送水部に接続され、消雪地において前記加熱された水を散水する散水部と、
   前記送水部に結合された送水ポンプと、
   前記消雪地の道路の側溝に接続され、側溝を流れた水を回収する流路と、
   地表より下方に形成され、前記流路に接続され、水を溜めることのできる地中タンクと、
   前記地中タンクと前記外側管部側面とを接続する給水路と、
   を含み、
   前記外側管部の上端に接続された第１フランジと、
   前記第１フランジと結合可能であり、前記流路画定用の中間管部の上端に接続され、開口を有する第２フランジと、
   をさらに含み、
   前記給水路は前記第１フランジ近傍で前記外側管部を貫通し、前記揚水管部は前記流路画定用の中間管部内で軸に沿って延在し、
   前記第２フランジの開口を閉じる蓋部材をさらに有し、
   前記送水部は前記蓋部材を貫通する、
   地下水を浪費することなく、熱のみを受けて散水消雪に利用できる消雪設備。
2. 前記送水部に接続され、道路のセンターラインに沿って配置され、多数の散水栓を有するメーンパイプをさらに有する請求項１に記載の消雪設備。
3. 前記外側管部、前記中間管部、前記揚水管部は直線状の同一軸に沿った円筒形状を有する、請求項１または２に記載の消雪設備。
4. 前記環状加熱流路の所定の厚さは１０ｍｍ〜１６０ｍｍの範囲内である請求項１〜３のいずれか１項に記載の消雪設備。
5. ２５℃以上の地熱の高い土地を掘削して埋め込んだ、無孔管の外側管部と、前記外側管部の周囲に設けられ、地熱を伝達できる、フィン状の吸熱機構と、 前記外側管部内に収容され、底部が開放され、前記外側管部との間に所定の厚さを有する環状加熱流路を形成する流路画定用の中間管部と、前記中間管部内に配置され、前記環状加熱流路の加熱された水を揚水する揚水管部と前記揚水管部と消雪地とを接続する送水管部とを含む送水部と、前記送水部に接続され、消雪地において前記加熱された水を散水する散水部と、前記送水部に結合された送水ポンプと、前記消雪地の道路の側溝に接続され、側溝を流れた水を回収する流路と、地表より下方に形成され、前記流路に接続され、水を溜めることのできる地中タンクと、前記地中タンクと前記外側管部側面とを接続する給水路と、
   を含み、
   前記外側管部の上端に接続された第１フランジと、前記第１フランジと結合可能であり、前記流路画定用の中間管部の上端に接続され、開口を有する第２フランジと、
   をさらに含み、
   前記給水路は前記第１フランジ近傍で前記外側管部を貫通し、前記揚水管部は前記流路画定用の中間管部内で軸に沿って延在し、
   前記第２フランジの開口を閉じる蓋部材をさらに有し、
   前記送水部は前記蓋部材を貫通する、
   消雪設備を用い、
   前記環状加熱流路を上方から下方に向って水を流すことにより地熱により水を所定の温度まで加温し、
   前記流路画定用の中間管部内に配置された揚水管部を介して、加温された水を消雪地まで送水し、
   消雪地の道路上に配置された散水栓から散水することにより積雪を溶融し、
   溶融した水を道路の側溝に流し、側溝を流れた水を貯水槽に回収し、
   貯水槽に回収した水を前記外側管部側面から前記環状加熱流路の上方に流し、
   前記環状加熱流路内の上方から下方への水の流れによる加温に連続させ、地下水を浪費することなく、熱のみを受けて散水消雪に利用できる消雪方法。
6. 前記所定の温度が、１２℃〜１５℃である請求項５に記載の消雪方法。
7. 前記貯水槽において、不要物を除去した水を前記環状加熱流路に流す、請求項５又は６に記載の消雪方法。
8. 前記環状加熱流路の所定の厚さは１０ｍｍ〜１６０ｍｍの範囲内である請求項５〜７のいずれか１項に記載の消雪方法。
   

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