JP2011038376A - 地熱と地下水熱とを利用した循環型融雪システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
融雪システム1は、貯水槽3と複数の集熱材6,7,8と揚水管9と及び汲み上げポンプ10と散水装置11とを備える。貯水槽3の内部を大容積の内槽4と小容積の外槽5とに仕切り、内槽4と外槽5の一部を連通させて、貯水槽3を内外二槽式とする。集熱材6,7,8の一端側を外槽5に連結し、揚水管9を外槽5内部の貯水に浸漬して配設する。外槽5を熱伝導部材で形成し、外槽5周囲の地熱を吸収できるようにし、集熱材6,7,8を通して伝達される地熱とともに外槽5内部の貯水に伝達する。集熱材6,7,8と外槽5のいずれか一方または双方を地下水脈に浸漬し、外槽5内部の貯水に地下水熱を伝達する。
【選択図】 図1
Description
また、開口部が地表に臨むように地中に埋設された貯水槽と、地中に埋設され、外気を導入するとともに該導入した外気と地中熱との間で熱交換を行わせることにより外気よりも高温の空気を生成してこれを該貯水槽内に導入する外気導入管と、前記貯水槽の開口部に設けられ、前記外気導入管から導入された高温の空気が前記貯水槽内で加湿されてなる高温多湿の融雪用空気を地表へ排出させる一方、地表からの融雪水の流入を許容する蓋材とを備えた地熱利用融雪システム(例えば、特許文献2参照)も提案されている。
また、容積の決められた融雪槽への雪の投入量には限界があり、地下水を用いた融雪槽内での融雪も瞬時に行われるものではないから、その処理能力は決して大きいとは言えない。さらに、融雪に地下水を利用することから、地下水脈のないところや水量が充分でないところでは利用することができない。また、地下水の汲み上げによって地下水脈が枯れたり地盤沈下をおこすことが懸念される。
本発明において、前記集水口の内部に、前記融雪水の落下を受けて回転し、前記汲み上げポンプの動力となる水力発電を行う水車を配設することもできる。
熱伝導部材で形成される外槽と、この外槽から突出する複数の集熱材は地中に埋設され、さらに外槽と集熱材のいずれか一方または双方は、地下水脈に浸漬して配設されるため、外槽の熱伝導部材や複数の集熱材によって、地熱と地下水熱とが外槽内部の貯水に取り込まれ、熱交換によって外槽内の貯水が昇温される。
外槽から突出する複数の集熱材は、その長さが長いほど熱の吸収が多くなる。このため、集熱材を蛇腹状や屏風畳みに屈曲させることにより、少ない専有面積で吸熱効率が高められる。
雨水や融雪水が大量で貯水槽に入りきらない場合には、集水口でオーバフローさせて元通り地表を流すようにしてもよいが、貯水槽の底壁に濾過式の排水口を設け、貯水槽内の貯水の重量に応じて排水口より地中に浸透させるように排出することもできる。
なお、本発明の変形例として、二槽式構造の貯水槽を一槽式に変更する構造が考えられる。しかしこの場合に、貯水槽を熱伝導部材で形成したとしても、貯水槽が大容積だと、大量の貯水を地熱や地下水熱を利用して温めるのに相当な時間がかかるため、融雪効果に期待ができない。また貯水槽が小容積の場合には、少量の貯水を地熱や地下水熱で比較的短時間で温められ、融雪効果を高めるという効果はあるが、少量の貯水量では僅かな融雪しか行えないという問題がある。
しかも、地熱と地下水熱は、貯水槽内のすべての貯水を温めるのではなく、内槽よりも小面積の外槽内部に溜められた融雪に直接用いる小量の貯水のみ温めるので短時間での昇温が可能であり、少量の散水で効率のよい融雪が行える。
さらに、散水温度の上昇によって効果的な融雪を行うも、その熱源は地熱と地下水熱といった自然のエネルギーを利用するので、ランニングコストを低く抑えることができる。
さらに、高温多湿空気を用いた特許文献2の融雪システムに較べて、地熱と地下水熱で昇温した貯水を散水する本願発明の方が地上の積雪を効率よく融かすことができる。特に特許文献2では、高温多湿空気の吹き出し口から離れた積雪を融かすのに相当な困難が予想されるが、本願発明は、散水口から離れた積雪にも昇温した水を吹きかけて融雪を確実に行うことができる。
さらに本発明の融雪システムは、夏場において貯水を地表に散水することにより、地表面の熱を気化熱として放散する打ち水の効果がある。特に、夏場での外槽の貯水は、地熱と地下水熱によって冷却されているので、打ち水として利用することにより高い冷却効果が得られる。
各矩形枠4aの4つの側面には小径の連通孔20が3つずつ内外に貫通して設けられ、また蓋板4bの一側部寄りに開口21が設けられている。底壁4cは、矩形枠4aと蓋体4bとを地中に設置する際に、その設置場所に基礎コンクリートを現場打ちして形成され、その上面周囲に矩形枠4aと蓋体4bとを配置して、これらをPC鋼棒あるいはボルトとプレート(いずれも図示しない)とを用いて一体に連結し、内槽4を構成する。
外槽5の板状体には前述のように熱伝導部材が用いられ、この熱伝導部材を通して周囲の土Eの地熱や下部を浸らせた地下水脈2の地下水熱を吸収するもので、具体的には、耐食処理を施した銅板や鋼板,ステンレス鋼板等の金属板のほか、ガラス繊維強化樹脂や炭素繊維強化樹脂,アラミド繊維強化樹脂等の繊維強化樹脂板が適当である。
図1,図3に示す通り、このように構成される貯水槽3は、コンクリート製の内槽4内に大きな容積が確保され、また熱伝導部材製の外槽5は、これよりも小容積となっており、内槽4と外槽5内の貯水Wは小径な連通孔20を通して自由に連通できるようにしている。
前記集熱材8には、外槽5の熱伝導部材と同様に、熱伝導性に優れた銅や鋼等の金属線やガラス繊維強化樹脂等の繊維強化樹脂線が用いられ、これらをコイル状に懸回することにより、地下水熱を吸収するのに充分な長さを確保できるようにしている。
このように構成される本実施例の融雪システム1は、土Eと接触する外槽5の上部と複数の集熱材6,7とを通して地熱が集められ、外槽5を通してその内部の貯水Wを熱交換によって昇温する。また、地下水脈2と接触する外槽5の下部と複数の集熱材6,7を通して地下水熱が集められ、外槽5を通してその内部の貯水Wを熱交換によって昇温する。さらに地下水熱は、集熱材8を通しても集められ、内槽4を通してその内部の貯水Wを熱交換によって昇温する。
水車23はその回転により発電機に発電エネルギーを発生させ、汲み上げポンプ10が作動している場合にはこれを動力源として使用し、また汲み上げポンプ10が停止している場合には、これをバッテリ25に蓄積する。
地中の温度や地下水脈の温度は、地表からの距離が近いほど外気温の影響を受けやすいが、地表からの距離が深いほど外気温に関わりなく安定していることが知られている。例えば、青森の1月の外気温が1.5℃で、図1〜図5に示す貯水槽2の埋設深さを地表から4〜5mとした場合に、地表から4〜5mの地中温度は10〜12℃であり、同じく地表から4〜5mあたりの地下水脈の地下水温度は10〜12℃前後であった。この温度条件と貯水槽2の設計条件をもとに外槽5内の貯水Wの温度上昇を試算すると、およそ3〜4℃上昇できることがわかった。
図6に示すように、道路の長手方向に上流側から下流側へ向けて道路上を流れる融雪水や雨水は、その下流に位置する各貯水槽3の集水口22に流れ込んで内槽3に貯留され、また図7に示すように、道路の中央から分岐して側縁へ流れる融雪水や雨水は、一側部寄りに変位して設けた集水口22に流れ込んで内槽3に貯留される。
このように、本発明は融雪システムを一定間隔置きに複数設置することによって、道路や広大な敷地にも広く利用することが可能である。
2…地下水脈
3…貯水槽
4…内槽
4a…矩形枠
4b…蓋体
4c…底壁
5…外槽
5a…板状体
6,7,8…集熱材
9…揚水管
10…汲み上げポンプ
11…散水装置
20…連通孔
21…開口
22…集水口
23…水車
24…風車
25…バッテリ
E…土
GL…地表
W…貯水
Claims (2)
- 上部に突出する集水口を地表に臨ませて地中に埋設される貯水槽と、
前記貯水槽周囲の地熱を吸収するために、該貯水槽から外側へ突出して地中に埋設される複数の集熱材と、
前記地熱によって昇温された前記貯水槽内部の貯水を汲み上げる揚水管及び汲み上げポンプと、該揚水管及び汲み上げポンプによって汲み上げた前記貯水を積雪に散水する散水装置とを備え、
前記集熱材より地熱を前記貯水槽内部に取り込んで該貯水槽内部の貯水を昇温せしめ、該昇温した貯水を前記揚水管と汲み上げポンプとにより前記散水装置へ汲み上げ、該散水装置に汲み上げた貯水を積雪に散水し、該散水や融かされた融雪水を前記集水口より前記内槽内部へ回収する循環型融雪システムであって、
前記貯水槽の内部を大容積の内槽と小容積の外槽とに仕切り、且つ前記内槽と前記外槽の一部を連通させた内外二槽式に形成し、
前記集熱材の一端側を前記外槽に連結するとともに、前記揚水管を前記外槽内部の貯水に浸漬して配設し、
前記外槽を、該外槽周囲の地熱を吸収し、且つ前記集熱材を通して伝達される地熱とともに外槽内部の貯水に伝達する熱伝導部材で形成し、
該外槽内部の貯水に地下水熱を伝達するために、前記集熱材と前記外槽のいずれか一方または双方を地下水脈に浸漬して配設する
ことを特徴とする地熱と地下水熱とを利用した循環型融雪システム。 - 前記集水口の内部に、前記融雪水の落下を受けて回転し、前記汲み上げポンプの動力となる水力発電を行う水車を配設した
ことを特徴とする請求項1に記載の地熱と地下水熱とを利用した循環型融雪システム。
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