(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水タンク内に水を供給する電磁開閉弁を備えた給水配管、上限水位を決めるオーバフロー配管、屋根からの融雪排水を貯水タンク内に戻す雨どいに連結された排水戻り配管、および貯水タンク内の水位を検知する水位検知手段を備えた、短時間のうちに満水にできる容量の比較的小さい貯水タンクと、
この貯水タンクから分離独立していて、単一の配管を用いて前記貯水タンクに連結された内部に小型貯湯槽を備える温水ボイラと、
前記貯水タンクから温水ボイラの貯湯槽に至る前記配管の途中位置にあって、貯水タンク内の水を温水ボイラの小型貯湯槽を通じて高所位置の散水ヘッダまで圧送する高揚程ポンプと、
前記散水ヘッダから散水されて流下する温水を横に広げ平面状に均等に分散させる屋根の流下面に設置した融雪用の保水シートと、
高揚程ポンプ起動の出力信号に基づき高揚程ポンプを運転して貯水タンクから散水ヘッダに温水を供給する一方、水位検知手段により貯水タンク内の水位が所定レベル以下になったことを感知すれば電磁開閉弁を開いて貯水タンクへの給水を開始すると共に、高揚程ポンプの運転を停止し、他方、電磁開閉弁からの給水および排水戻り配管からの融雪回収水により水位が上昇すれば、水位検知手段により水位上昇を検知し高揚程ポンプの運転を再開するコントロール手段とを有し、
貯水タンクから高揚程ポンプを経て温水ボイラの小型貯湯槽を通り散水ヘッダに至る配管は、これら貯水タンク、高揚程ポンプおよび温水ボイラ小型貯湯槽を直列に連結した温水供給配管を構成し、
高揚程ポンプの運転の停止に伴ない、温水供給配管内の水頭圧を利用して温水供給配管内の温水を逆流させ、前記温水ボイラの小型貯湯槽内の温水を高揚程ポンプを通り貯水タンクに向けて押し出し、貯水タンク内に流入させて貯水タンク内の水温を短時間のうちに上昇させると共に、貯水タンクから温水供給配管の立上がり途中位置までの経路内に所定の熱量を保有する水を残留させるもので、この操作が間欠的に行われて設備系が保温される屋根の融雪水供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、構築物の積雪面の融雪水供給装置、とりわけ建物屋根の流水融雪に用いる水供給装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
地下水を利用した屋根の流水融雪は古くから行われてきた汎用技術である。近年、大量の地下水汲上げによる地盤沈下が社会問題となり、また資源保護のため多くの自治体は井戸の新設を認めず、熱源としての地下水の入手が困難になってきている。屋根の流水融雪技術は衰退する方向にあり、代替え技術として不透液循環回路による屋根面の加熱融雪方式が普及しつつあるが、初期投資額および燃費の甚だしく嵩む難点がある。とりわけ、既設家屋の場合、屋根を剥して屋根地から葺き直す工事は１００平米当たり４００〜５００万円の費用がかかり、除雪は人力に頼らざるを得ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
流水融雪方式は、比較的安価な設備費用ですみ手軽に配管工事できる利点があるものの、大量の水を使用するため費用面からこれを水道水では代用できず、充分な量の地下水を確保できる井戸が必要とされてきた。地下水が入手困難であれば、予め大量の温水または被加熱水をストックしておかなければならず、屋根面積が１００〜１５０平米の設備規模でも、１トン乃至２トンの大型貯水タンクと大型ボイラ、消費電力の大きいラインポンプが使われてきている。このことは、とりもなおさず、低温加熱した水を大量に高所屋根まで搬送し、また大量の排水を回収しなければならないことを意味する。従って、全体の設備規模は大きくなり、これに伴ってポンプ動力費、ボイラ燃料費、凍結防止ヒータ電気代の嵩む欠点がある。
【０００４】
設備全体を小規模にまとめ、設備工事と保守管理を簡単に行える安価な設備とし、燃費も少なくてすむ運転経費の安い少量の屋根流水融雪用の具体的な装置システムが必要とされている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の装置は、短時間のうちに満水にできる容量の比較的小さい貯水タンクを使用している。貯水タンクには、貯水タンク内に水を供給する電磁開閉弁を備えた給水配管と、上限水位を決めるオーバフロー配管と、屋根からの融雪排水を貯水タンク内に戻す雨どいに接続された排水戻り配管が連結されている。貯水タンク内の水位は水位検知手段により検知される。
流水融雪では、屋根に送る水量より戻り水量のほうが多いため、一旦、運転が行われ、屋根に設置した融雪手段、例えば、保水性に富む流下規正融雪シートが水を吸ってしまえば、断続運転または連続運転の如何を問わず、屋根からは当初の水量より増量した融雪排水が速やかに送り戻されてくる。原則的には、運転中、貯水タンクは満水状態が維持されており、ほとんど給水は不要である。長い休止時間の後の運転スタートの時期でも、多分に保水シートは保水状態のまま凍結しており、送り開始後の戻り排水の復帰は早い。甚だしい降りの際には雪が多量の水を吸うため、一時的に戻り水量が減少することもあるが、短時間の断続的な給水で貯水タンクは満水状態に保たれポンプ運転に継続性が得られる。シャーベットが形成されれば復帰水量は回復する。
【０００６】
温水供給配管を通じ、貯水タンクは高揚程ポンプを経て高所位置の散水ヘッダに連絡している。この温水供給配管の途中位置に温水ボイラが配置されている。屋外に降雪を検知する雪センサが設置され、雪センサの出力はコントロール手段に入力される。このコントロール手段は、降雪時、雪センサの出力信号に基づき高揚程ポンプを運転して貯水タンクから散水ヘッダに温水を供給する一方、水位検知手段により貯水タンク内の水位が所定レベル以下になったことを感知すれば電磁開閉弁を開いて貯水タンクへの給水を開始すると共に、高揚程ポンプの運転を停止し、他方、電磁開閉弁からの給水および排水戻り配管からの融雪回収水により貯水タンク内の水位が上昇すれば、水位検知手段により水位上昇を検知し高揚程ポンプの運転は再開される。
これら一連の動作は貯水タンクの容量が比較的小さいため短時間のうちに実施され、大型タンクを使用した場合と同様の連続的な運転を行える。
【０００７】
なお、本明細書中で使用する用語「容量の比較的小さい貯水タンク」とは、従来の同種の設備に使われる貯水タンクとの相対的な比較に基づく表現である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る流水屋根の融雪水供給装置を概略的に示す説明図である。参照番号１は、周辺の給水設備により短時間のうちに満水にできる容量の比較的小さい貯水タンクを示している。本件出願人の実施した屋根面積１５０平米の実験設備では、貯水タンクの直径は４０センチ、高さ８２センチ、容量９２リットルのステンレスタンクが使われた。この貯水タンク１には、水を供給する電磁開閉弁２を備えた給水配管３が連結されている。給水配管には２０ミリ口径のものを使用し、毎分５５リットルの水道水の給水が行われた。タンク上部には、上限水位を決めるオーバフロー配管４が配置されている。オーバフロー配管には、後述する融雪排水の戻りの増水を考慮に入れて、例えば、ＵＶ５０の塩ビ管を使用している。
【０００９】
参照番号５は、屋根からの融雪排水を貯水タンク内に戻す雨どい６に連結された排水戻り配管である。雨どいの縦どい７の上部にはバルブ８が取り付けられ、このバルブから上方部分に排水戻り配管５が接続されている。バルブ８を閉じれば、縦どいから排水戻り配管５に至る配管経路が形成される。また、降雪時期を過ぎればバルブ８は開放され、縦どいは雨水の排水路として使用される。
【００１０】
排水戻り配管には、例えば、オーバフロー配管の場合と同様にＵＶ５０の塩ビ管が使用される。排水戻り配管は、それぞれの縦どいに連結して必要本数を設置することができる。実際の運転にあたっては、屋根に供給する温水の量より排水戻り配管を経て戻る排水の量のほうが多いため、増水した融雪排水はオーバフロー配管を通じて排出される。また、前記排水戻り配管の途中位置に排水弁を設けておけば、戻り排水の一部を外部に放水することができる。この放水方式は、排水戻り配管内の残水の凍結を防ぐ手法としても利用することができる。
【００１１】
貯水タンクには水位を検知するために水位検知手段９が設けられている。図示の水位検知手段には３極電極棒が用いられている。このうち、中間の長さの電極棒の先端部がタンクの下限となる給水レベル（ポンプ停止）に相当し、最も短い電極棒の先端部が上限となる給水停止レベルに相当している。これら上限と下限に水位が到達すれば、後述するように高揚程ポンプ１０は発停動作する。
図３は、貯水タンク１に接続したオーバフロー配管４、排水戻り配管５、水位検知手段４および給水配管３の理想的な取付け状態を示している。このような配管形態を取ればタンクの実容積を最大限利用することができ、また液面変動に対し配管の立上がり部分が緩衝的に作用するため都合が良い。
【００１２】
貯水タンク内の水は、温水供給配管１１を経て高揚程ポンプ１０により高所位置の散水ヘッダ１２に送られる。図示の例では、散水ヘッダに送られた温水は分流プレート（図示せず）の上部に放水され、分流プレートを通過する際に何本かの流れに分流され屋根面上の流下規正シート（図示せず）に供給される。このシートは、流下する温水を横に広げ平面状に均等に分散させる保水性シートからなり、このシートを伝って流下した水は屋根下端の軒の部分で雨どい６に捕捉される。
【００１３】
温水供給配管１１の途中位置には小型の温水ボイラ１３が設置されている。貯水タンク１、温水ボイラ１３および高揚程ポンプ１０の位置関係は、図１の例では、上流側から下流側にかけて両者を直列に配置している。図２の例では、前記温水供給配管は１１、貯水タンク１から下流側の位置で２つに分岐し、その後、１つに合流する形態をとり、一方の分岐配管の途中に圧送用の補助ポンプを介して温水ボイラ１３を設置し、また他方の分岐配管には貯水タンク方向への水の移動を阻止する逆止弁１４を設置している。従って、配管中の水は温水ボイラーを経て貯水タンクに逆流することはできるが、他方の分岐配管を経由する流れは生じにくい。この逆止弁１４を分岐配管の前記合流部より下流側に設置した例が図４に示されている。温水供給配管内の温水逆流用に逆止弁１４には流通オリフィスが設けられる。
【００１４】
本発明の流水屋根の融雪水供給装置は、前述した高揚程ポンプの発停を管理するコントロール手段２０を備えている。コントロール手段には降雪を検知する雪センサ２１が接続されている。雪センサの出力信号が、例えば、所定時間内に３０秒継続してコントロール手段２０に入力されれば、コントロール手段のリレー系を通じ高揚程ポンプ１０を１０分間運転して貯水タンクから直接または温水ボイラ１３を経て散水ヘッダ１２に温水が供給される。
【００１５】
コントロール手段２０は、この１０分間に雪センサからの降雪信号が継続して入力してくるならば、以後は信号の有無に関わらず３０分間ポンプを連続運転し、さらに、この３０分間のポンプ運転中に信号が継続して入力されるなら、以後は信号の有無に関わらず１時間にわたりポンプを連続運転するようなプログラムでシステムを管理することができる。
【００１６】
ポンプ運転に伴って、水位検知手段９により貯水タンク内の水位が所定レベル以下になったことを感知すれば電磁開閉弁２を開いて貯水タンクへの給水を開始すると共に、高揚程ポンプ１０の運転を停止し、他方、電磁開閉弁からの給水および排水戻り配管５からの融雪回収水により水位が上昇すれば、水位検知手段９により水位上昇を検知し、高揚程ポンプの運転を再開する。このポンプの休止時間は、前述したポンプの運転時間に含めるものとしてプログラム処理することができる。
【００１７】
前記コントロール手段は雪センサからの信号入力を監視し、例えば、継続して１時間にわたり信号入力がない場合、高揚程ポンプを自発的に起動し、温水供給配管を通じ貯水タンクから温水ボイラを経て配管高所位置まで温水を圧送し、途中で高揚程ポンプの運転を停止し、温水供給配管内の水頭圧を利用して温水供給配管内の温水を逆流させると共に、温水ボイラ内に残留する温水を貯水タンクに向けて押し出し、貯水タンクから温水供給配管の立上がり途中位置までの経路内に所定の熱量を保有する水を残留させる操作を行うことができる。ポンプの運転時間は、例えば、３０秒間である。こうした自発的運転は、何らかの事情で一時的にシステムを休止させる際、その間、システムを保守管理するために行うことができる。この種の自発的運転は設備の凍結破損を防ぐのに効果がある。
【００１８】
前述した操作のスタートの判断は外気温センサ（図示せず）を用いて行うことができる。外気温センサにより測定した外気温が所定温度以下であれば、高揚程ポンプは自発的に起動される。この起動には、一定の条件を設けることができる。例えば、雪センサからの出力信号が所定時間内に送られてこない場合であって、外気温センサにより測定した外気温が所定温度以下であれば、高揚程ポンプを自発的に起動し、温水供給配管を通じ貯水タンクから温水ボイラを経て配管高所位置まで温水を圧送し、途中で高揚程ポンプの運転を停止し、温水供給配管内の水頭圧を利用して温水供給配管内の温水を逆流させると共に、温水ボイラ内に残留する温水を貯水タンクに向けて押し出し、貯水タンクから温水供給配管の立上がり途中位置までの経路内に所定の熱量を保有する水を残留させる操作を間欠的に行う。温水ボイラが貯湯式であれば貯水タンクへ逆流する温水の量は多い。
【００１９】
前記高揚程ポンプの自発的運転操作は短時間のうちに複数回繰り返し行い、配管内部の水を撹拌することができる。
【００２０】
貯水タンク内の水温は水温センサにより検知することもできる。検知した貯水タンク内の水温が所定温度以下であれば、前述したのと同様に高揚程ポンプを自発的に起動することができる。また、この高揚程ポンプの自発的な発停動作は、貯水タンク内の水温が所定温度に到達するまで繰り返し行うことができる。
【００２１】
【発明の効果】
従来の流水屋根融雪に要していた設備要素を大幅に小型化し、全体を統一的に管理でき、費用および信頼性、保守管理の面で従来のものに比べて格段に優れたている。また、本発明の装置によれば、使用する水量が甚だしく大きい施設においても難なく採用でき、その省経費効果は甚大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の一例を示す概略説明図。
【図２】他の例を示す概略説明図。
【図３】貯水タンクの配管接続例を示す斜視説明図。
【図４】貯水タンクの配管接続例を示す斜視説明図。
【符号の説明】
１  貯水タンク
２  電磁開閉弁
３  給水配管
４  オーバフロー配管
５  排水戻り配管
６  雨どい
７  縦どい
８  バルブ
９  水位検知手段
１０  高揚程ポンプ
１１  温水供給配管
１２  散水ヘッダ
１３  温水ボイラ
１４  逆止弁
１５  補助ポンプ
２０  コントロール手段
２１  雪センサ
【図１】
0004174608.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004174608.tif 000004
【図４】
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