(57)【要約】【課題】  水管橋や橋梁添架の配管内の水道水流を利用した発電による凍結防止システムを提供する。【解決手段】  凍結防止システムは、送水管１に接続されるケーシング２と、ケーシング２内に達するようにケーシング２に取付けられる軸受け部２Ｃと、軸受け部２Ｃに回転可能に貫挿されたシャフト４と、ケーシング２内におけるシャフト４の先端に取付けられたプロペラ３と、プロペラ３の上流と下流側のケーシング２の内周面にそれぞれ取付けられプロペラ３が延在する方向と交差する水流方向を規定する突出部２Ａ，２Ｂと、シャフト４の回転によって電力を生じさせる発電機５とを備える。発電機５において生じた電力を用いてヒータ１０を作動させ、送水管１の凍結を防止する。【選択図】        図１
2005213809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水管橋または橋梁添架の配管内の水道水流を利用して発電を行ない、前記配管の不凍結を実現する凍結防止システムであって、
前記配管に接続されるケーシングと、
前記ケーシング内に達するように該ケーシングに取付けられる軸受け部と、
前記軸受け部に回転可能に貫挿された駆動軸と、
前記ケーシング内における前記駆動軸の先端に取付けられたプロペラと、
前記プロペラの上流側と下流側との少なくとも一方に位置する前記ケーシングの内周面に取付けられ、前記配管内の水を前記プロペラに導く突出部と、
前記駆動軸の回転によって電力を生じさせる発電機と、
前記配管に取付けられるとともに前記発電機に接続され、該発電機から供給された電力によって発熱するヒータとを備えた凍結防止システム。
【請求項２】
前記発電機と前記ヒータとの間に設置され、前記発電機において生じた電力を蓄えるバッテリと、
前記バッテリと前記ヒータとの間に設置され、前記バッテリと前記ヒータとの電気的接続状態を切換えるスイッチと、
前記スイッチに接続されるとともに前記配管に取付けられ、該配管の温度を検知する温度センサとをさらに備え、
前記温度センサによる検知結果に基づいて、前記スイッチによる前記バッテリと前記ヒータとの電気的接続状態の切換えを行なう、請求項１に記載の凍結防止システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍結防止システムに関し、特に、水管橋または橋梁添架の配管内の水道水流を利用して発電を行ない、配管の不凍結を実現する凍結防止システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
寒冷地において、水道水配管の凍結による断水や配管の破断事故などを防止するために、各地域の特性を考慮した対応が従来からなされている。
【０００３】
水管橋や橋梁添架の配管は、大気中に露出した部分が特に大きく、凍結の心配が過大である。
【０００４】
図７，図８は、橋梁添架の配管の一例を示す図である。なお、図７は、送水管（配管の一例）が添架された橋梁の側面図であり、図８はその上面図である。図７，図８において、送水管１０１は、橋梁の左右両側に設けられている。
【０００５】
上記のような状態で設置される送水管１０１として、断熱材や保温材で管を被覆した二重管が用いられる。二重管の断熱保温効果により、凍結が抑制される。
【０００６】
図９は、送水管１０１として用いられる二重管１０１Ａを示した斜視断面図である。
【０００７】
図９に示すように、二重管１０１Ａは、ステンレスなどからなる内管１１１と、内管１１１の外周を覆うように形成された硬質ウレタンフォームなどからなる樹脂部１１２と、樹脂部１１２の外側に形成されたＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）などからなる外装管１１３とを有する。樹脂部１１２により、送水管１０１の断熱保温効果が高められる。
【０００８】
しかしながら、上記のような二重管を使用したとしても、断熱保温効果が十分でない場合がある。これに対し、二重管の内管の表面にヒータを貼り付け、その外周部に断熱材や保温材としての樹脂材料を被覆（充填）する方法が考えられる。
【０００９】
この場合、ヒータの電源には、地方自治体からの許可を得て電力を供給する。保温温度は４℃〜８℃を目安に調整される。
【００１０】
図１０は、上記のようなヒータを有する凍結防止システムの一例を示す図である。
【００１１】
図１０に示すように、支柱５８に、電力計５９、ブレーカ６０および制御板６１が取付けられる。電気ケーブルは、電柱５７から、電力計５９、ブレーカ６０を介して制御板６１に達する。制御板６１は、内管１１１に取付けられた温度センサ１０９およびヒータ１１０に接続される。温度センサ１０９は、内管１１１の温度を測定する。温度センサ１０９による測定結果は制御板６１に送られ、ヒータ１１０の出力が調整される。以上の構成により、内管１１１の温度が調整される。
【００１２】
なお、特開２００２−３１０３４２号公報においては、水道管をスチーム管内に通した二重管構造が開示されている。ここでは、上記二重管構造の周りに発泡ポリエチレンよりなる断熱材をまいた後、ステンレス製の外筒で被覆する。凍結した水道管を解凍するときは、スチーム管にスチームを通し、水道管を加熱する。
【特許文献１】特開２００２−３１０３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記のような凍結防止システムにおいては、以下のような問題があった。
【００１４】
図１０に示すような凍結防止システムは、電力供給地域であれば、そのまま使用が可能であるが、電力が供給されていない地域で使用する場合は、ディーゼル発電機などを使用する必要がある。この場合、発電機に定期的に燃料を補給する必要があり、維持管理に関する手間とコストが増大する。
【００１５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、水管橋や橋梁添架の配管内の水道水流を利用した発電による凍結防止システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る凍結防止システムは、水管橋または橋梁添架の配管内の水道水流を利用して発電を行ない、配管の不凍結を実現する凍結防止システムであって、配管に接続されるケーシングと、ケーシング内に達するように該ケーシングに取付けられる軸受け部と、軸受け部に回転可能に貫挿された駆動軸と、ケーシング内における駆動軸の先端に取付けられたプロペラと、プロペラの上流側と下流側との少なくとも一方に位置するケーシングの内周面に取付けられた突出部と、駆動軸の回転によって電力を生じさせる発電機と、配管に取付けられるとともに発電機に接続されたヒータとを備える。ここで、突出部は、配管内の水をプロペラに導く。また、ヒータは、発電機から供給された電力によって発熱する。
【００１７】
上記凍結防止システムは、発電機とヒータとの間に設置されたバッテリと、バッテリとヒータとの間に設置されたスイッチと、配管の温度を検知する温度センサとをさらに備え、温度センサによる検知結果に基づいてスイッチによるバッテリとヒータとの電気的接続状態の切換えを行なうことが好ましい。ここで、バッテリは、発電機において生じた電力を蓄える。また、スイッチは、バッテリとヒータとの電気的接続状態を切換える。温度センサは、スイッチに接続されるとともに送水管に取付けられている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、水管橋や橋梁添架の配管内の水道水流を利用して発電を行ない、その電力により配管の不凍結を実現することができる。したがって、維持管理が容易な凍結防止システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明に基づく凍結防止システムの１つの実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係る凍結防止システムの構成を示す図である。
【００２１】
本実施の形態に係る凍結防止システムは、水管橋や橋梁添架の配管内の水道水流を利用して発電を行ない、水道配管の不凍結（凍結防止）を実現する。水道配管としては、導水管、配水管、送水管、給水管などが考えられるが、本実施の形態においては、送水管について説明する。
【００２２】
凍結防止システムは、図１に示すように、送水管１の経路内に設けられ内周面に突出部２Ａ，２Ｂを有するケーシング２と、ケーシング２に取付けられケーシング２の内部に達する軸受け部２Ｃと、軸受け部２Ｃ内に回転可能に貫挿されたシャフト４（駆動軸）と、ケーシング２内におけるシャフト４の先端に取付けられたインナープロペラ３と、発電機５に接続されたバッテリ６と、送水管１に取付けられたヒータ１０とを備える。
【００２３】
送水管１は、水管橋や橋梁添架の送水管として設置され、水道水の供給用の配管として用いられる。送水管１としては、管径が５０ｍｍ以上４００ｍｍ以下程度（一例として８０ｍｍ程度）のものが使用される。送水管１内を流れる水は、図１中において右から左に移動する。
【００２４】
ケーシング２は、その両端に位置するフランジ継手部において、送水管１とボルト接合される。なお、図１においては、図示の便宜上、フランジ継手部のボルトの図示を省略している。
【００２５】
ケーシング２内のインナープロペラ３の上流側と下流側とにそれぞれ設けられた突出部２Ａ，２Ｂにより、図１中の矢印（一点鎖線）のような水流の方向が規定される。すなわち、突出部２Ａ，２Ｂは、送水管１内の水をインナープロペラ３に導いている。なお、突出部２Ａ，２Ｂのいずれか一方のみを設ける構造によっても、同様の水流を生じさせることは可能である。
【００２６】
上記水流により、インナープロペラ３およびシャフト４が回転する。この回転エネルギーは、発電機５に伝えられる。この結果、発電機５において、電力が発生する。
【００２７】
発電機５において発生した電力は、バッテリ６に伝達される。バッテリ６は、スイッチ７を介して、送水管１に取付けられたヒータ１０に接続される。スイッチ７は、コントローラ８Ａを介して、日光を検知する光センサ８と、送水管１に取付けられ送水管１の温度を検知する温度センサ９とに接続されている。コントローラ８Ａは、光センサ８および温度センサ９の検知結果に基づいて、バッテリ６とヒータ１０との接続状態（すなわち、スイッチ７のＯＮ／ＯＦＦ状態）を切換える。
【００２８】
スイッチ７がＯＮ状態のとき、バッテリ６に蓄えられた電力は、ヒータ１０に供給され、ヒータ１０の作用により、送水管１が暖められる。これにより、送水管１の凍結を抑制することができる。
【００２９】
スイッチ７がＯＦＦ状態のとき、バッテリ６に蓄えられた電力はヒータ１０に供給されない。一方、送水管１内の水流により、インナープロペラ３が回転しているときは、発電機５において電力が発生し続けており、ここで発生した電力はバッテリ６に蓄えられる。その電力は、その後にスイッチ７がＯＮ状態となったときに、ヒータ１０に供給される。
【００３０】
一般に、午前６時ごろから午後８時ごろまでの時間帯においては、水の使用量が比較的多いため、送水管１内の流速も比較的大きい。この時の送水管１内の最大流速は、２ｍ／ｓ以上３ｍ／ｓ以下程度である。この流速により、インナープロペラ３が回転し、発電機５において電力が発生する。発生した電力は、バッテリ６に蓄えられる。
【００３１】
上記のように、送水管１内で水がある程度の流速をもって流れているときは、送水管１の凍結はおこりにくい。しかしながら、午後８時ごろから翌朝午前６時ごろまでの時間帯においては、水の使用量が少なく（送水管１内の流速が小さく）なり、かつ、外気温度が低下することにより、送水管１の凍結がおこりやすくなる。
【００３２】
したがって、光センサ８および温度センサ９を用い、日光など外部の状況と送水管１の温度とを考慮して、スイッチ７のＯＮ／ＯＦＦ状態を適宜切換えることが好ましい。これにより、節電を図りながら、送水管１が凍結しない程度に保温することができる。この結果、水管橋や橋梁添架の送水管において、維持管理が容易な凍結防止サイクルを形成することができる。
【００３３】
より具体的には、温度センサ９の検知結果に基づいて、送水管１の温度がある基準値（一例としては６℃程度）以下となった場合に、スイッチ７をＯＮ状態にし、送水管１の温度が上記基準値を超えたところで、スイッチ７をＯＦＦ状態とする（サーモスタット機能）。これにより、送水管１の温度を４℃以上８℃以下程度に保つことができる。
【００３４】
図１においては、図示および説明の便宜上、送水管１を単層構造の管としたが、送水管１としては、内管と外装管との間に樹脂部が形成された二重管を用いることが好ましい。
【００３５】
以下に、上記のような二重管の構造と、ヒータ１０および温度センサ９の取付方法とについて説明する。
【００３６】
図２は、ヒータ１０を取付けた二重管１Ａの軸方向断面図である。また、図３は、その変形例を示す送水管の軸方向断面図である。
【００３７】
図２を参照して、内管１１にはヒータ１０が取付けられる。ヒータ１０を覆うように、樹脂カバー１４Ａが設けられる。樹脂カバー１４Ａは、接着テープ１５によって内管１１に取付けられる。
【００３８】
内管１１および樹脂カバー１４Ａを覆うように、樹脂部１２が形成される。樹脂部１２の外周には、外装管１３が形成される。
【００３９】
内管１１としては、ニッケル鋳鋼管（ＮＣ管）、ＳＵＳ管、ポリエチレン管などが用いられる。樹脂部１２としては、硬質ウレタンフォームなどが用いられる。外装管１３としては、ＳＴＫ管やＦＲＰ管などが用いられる。
【００４０】
図３を参照して、樹脂カバー１４Ａに代えて、樹脂管１４Ｂ（塩化ビニール管など）を設け、樹脂管１４Ｂ内にヒータ１０を設ける構造としてもよい。
【００４１】
図４は、温度センサ９の取付状態を示す送水管の軸方向断面図である。
【００４２】
図４を参照して、温度センサ９は、バンド１６を用いて内管１１に固定されている。
【００４３】
図５は、ヒータ１０の構造の一例を示す図である。
【００４４】
図５を参照して、ヒータ１０は、導線１０Ａと、導線１０Ａを覆う発熱抵抗体１０Ｂと、発熱抵抗体１０Ｂを覆う絶縁被膜１０Ｃと、絶縁被膜１０Ｃを覆う銅編組１０Ｄと、銅編組１０Ｄを覆う外装被膜１０Ｅとを有する。
【００４５】
ヒータ１０は、両端にそれぞれコネクタ１０Ｆ，１０Ｇを備えている。コネクタ１０Ｆ，１０Ｇを接続することで、複数のヒータ１０を接続することができる。
【００４６】
次に、温度センサ９およびヒータ１０を有する二重管１Ａの製作および据付（架設）方法について説明する。
【００４７】
二重管１Ａは、工場において製作され、据付現場まで輸送される。したがって、二重管１Ａは、工場から現場までの輸送が可能な程度の長さ（６ｍ以下程度）のブロックに分割して製作される。このブロックを現場において接合することで、連続した二重管が形成される。
【００４８】
まず、内管１１に、上述した樹脂カバー１４Ａまたは樹脂管１４Ｂを用いてヒータ１０を取付けるとともに、バンド１６を用いて温度センサ９を取付ける。
【００４９】
次に、内管１１を外装管１３内に挿入し、内管１１と外装管１３との間にウレタンなどの樹脂と発泡剤とを注入する。注入された樹脂を発泡させることにより、樹脂部１２が形成される。
【００５０】
ここで、二重管１Ａのブロックの両端において、ヒータ１０のコネクタ１０Ｆ，１０Ｇがそれぞれ樹脂部から露出するようにする。そして、現場で二重管１Ａのブロックを接合する際に、隣接するブロックのコネクタ１０Ｆ，１０Ｇを互いに接続する。これにより、複数のブロックにわたって連続したヒータ１０を形成することができる。なお、温度センサ９は、必ずしも工場で製作される二重管１Ａのすべてのブロックに取付けられるものではない。
【００５１】
上記のように、工場内において温度センサ９およびヒータ１０を内管１１に固定することで、現場における据付作業を簡素化することができる。
【００５２】
本実施の形態においては、以上の構成により、送水管内の水流を利用した発電による凍結防止システムが形成される。
【００５３】
水管橋の形式としては、たとえばトラス補剛形式、ランガー補剛形式、四弦トラス添架形式、π型補剛形式、Ｔ型補剛形式、固定円弧アーチ形式、パイプビーム形式など、いずれの形式であってもよい。
【００５４】
また、送水管のみではなく、バルブなどの配管機器にヒータ１０を取付けてもよい。これにより、配管機器の凍結を抑制することができる。
【００５５】
図６は、上述した凍結防止システムにおける発電システムを利用した融雪システムの構成を示す図である。
【００５６】
図６に示す融雪システムは、ソーラパネル１７と、ソーラパネルに取付けられたヒータ１７Ａと、ソーラパネル１７に接続されたモニタ１８とを備える。
【００５７】
ソーラパネル１７において発生した電力を用いて、モニタ１８に様々な表示を行なうことができる。たとえば、モニタ１８を道路上に設置し、交通情報などを表示することができる。
【００５８】
積雪量の大きい地域では、ソーラパネル１７上の積雪により、ソーラパネル１７に光が十分に供給されず、ソーラパネル１７がモニタ１８への電力供給手段として十分に機能できない場合がある。
【００５９】
これに対し、水流によって生じた電力を、ヒータ１７Ａに供給することで、ソーラパネル１７上の積雪を除去することができる。
【００６０】
また、図６に示すように、バッテリ６とモニタ１８を直接接続し、発電機５において生じた電力をモニタ１８に供給して表示を行なってもよい。
【００６１】
さらに、他の事例としては、上記の凍結防止システムを、電力が供給されていない山中の路面の不凍結のために用いもよい。また、発電機５に接続されたバッテリ６を、工事表示灯の電源として用いてもよい。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る凍結防止システムの構成を示す図である。
【図２】ヒータを取付けた状態における二重管の軸方向断面図である。
【図３】他の構成でヒータを取付けた状態における二重管の軸方向断面図である。
【図４】温度センサを取付けた状態における二重管の軸方向断面図である。
【図５】ヒータの構造を示す図である。
【図６】凍結防止システムにおける発電システムを利用した融雪システムの構成を示す図である。
【図７】送水管が添架された橋梁を示す側面図である。
【図８】送水管が添架された橋梁を示す上面図である。
【図９】送水管として用いられる二重管を示した斜視断面図である。
【図１０】従来の凍結防止システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１，１０１  送水管、１Ａ，１０１Ａ  二重管、２  ケーシング、２Ａ，２Ｂ  突出部、２Ｃ  軸受け部、３  インナープロペラ、４  シャフト（駆動軸）、５  発電機、６  バッテリ、７  スイッチ、８  光センサ、８Ａ  コントローラ、９，１０９  温度センサ、１０，１１０  ヒータ、１０Ａ  導線、１０Ｂ  発熱抵抗体、１０Ｃ  絶縁被膜、１０Ｄ  銅編組、１０Ｅ  外装被膜、１０Ｆ，１０Ｇ  コネクタ、１１，１１１  内管、１２，１１２  樹脂部、１３，１１３  外装管、１４Ａ  樹脂カバー、１４Ｂ  樹脂管、１５  接着テープ、１６  バンド、１７  ソーラパネル、１７Ａ  ヒータ、１８  モニタ、５７  電柱、５８  支柱、５９  電力計、６０  ブレーカ、６１  制御板。
【図１】
2005213809.tif 000003
【図２】
2005213809.tif 000004
【図３】
2005213809.tif 000005
【図４】
2005213809.tif 000006
【図５】
2005213809.tif 000007
【図６】
2005213809.tif 000008
【図７】
2005213809.tif 000009
【図８】
2005213809.tif 000010
【図９】
2005213809.tif 000011
【図１０】
2005213809.tif 000012