財団法人中央温泉研究所現公共(昭和49年８月30日受理) $0::0 Transportation of Thermal Mineral Water Noboru Hosoya Hot Spring Research Center Institute
1.で温泉の三大要素(N)
温泉法第二条によれば温泉とは地中から湧出する温水，鉱水及び蒸気，その他のガスで別表に揚げる温度又は物質を有するものをいう。と記してあるがこれを工学上から見れば温泉には三つの要素がある。即も①温度, ②湧出量, ③落存物質である。この内③は温水,鉱水,又は燕気中に含まれる化学成分であり一方①と②と乗ずれば熱量となる。従って温泉は熱水溶液又は熱気体と言える.それ故このような流体を輸送することを熱工学からみれば，水溶液又は気体を熱媒体とする熱量輸送と言える。又温泉の定義から言えばその輸送には液体と気体との二面があるのでこの二相について論ずべきであるが、輸送の対称が主として温泉水であるから，流動論的に言えば，液体輸送でもある．そこで本譜は温泉水に的を餃って，その輸送について話を進める。温泉水は熱水溶液であるがためにその輸送に当っては，特異的な問題として温泉沈澱物及腐食の問題が発生せざるを得ない.
2.ヘ温泉沈澱物及びその対策
温泉水輸送に際し，温泉水中より不溶解性物質が析出したり，或は硫黄バクテリヤや鉄バクテリャなどの細菌群が繁殖し、バイプの管口径をせばめ，或はポンプ内面に附着して機能を低下させる。この析出物質は温泉沈澱物，温泉華，湯の花，湯垢，スケールなどといった，色々た名称がつけられている。これ等の物質をいかにして除くか或は付着や沈澱を防止するかについては，温泉水の輸送に際し重要な問題となってくる。温泉沈澱物の成因及び性質については，既に多くの報告がなされているので，ここではその種類と附着防止並に除去対策についてのべる  (第20回温泉科学大会にて発表).
2–1) 生温泉沈澱の種類
① ・硫黄質のもの遊離硫黄を主要分とするもの（湯の花） a.硫化物を主成分とするもの（硫化鉄） b. ②硫酸塩を主成分とするもの(アルノーゲン,ハロトリカイト,石膏,北投石) ③　珪酸質のもの（珪寧） ④  水酸化物，或は酸化物を主成分とするもの（水酸化第二鉄，二酸化マンガン）  . ⑥  炭酸カルシウムを主成分とするもので(石灰華,ベケール) © 温泉水中に棲息する生物或は生物が関与して生成するもの（硫黄バクテリヤ、鉄バクテリビア、薬類) ci等で、との内1②,つ③については、現在までの温泉水輸送に大きな障害になってない．しかし③は，地熱開発によって生ずる熱水中には非常に多く，この対策のきめ手はまだ確立されていない．それ故これ以外の沈澱物の対策について述べる．現
2–2）温泉沈澱の防止或は除去対策
①　硫黄質のものの場合a.空気との接触を適当に調節する方法b.。ニアレーション后濾過する方法: c. 塩素処理法（これは泉質の問題より不適当） ②　水酸化物，あるいは酸化物を主成分とする場合この沈澱物は，主に鉄質の沈澱物でその対策はa. 溶存している鉄を除去する方法(除鉄法)イ． 曝気酸化→凝集→沈微→评過処理の過程を採る仕組曝気酸化を薬品でもやれるがこれは問題がある。ロ。シマンガンゼオライト法1 b. 改改物防止剤を使用する方法  1ボリメタリン酸ナトリウムや珪酸ナトリウムが使用される.沈澱物溶解剤を使用する方法ので一C塩酸、有機酸類を薬剤として用いる。よっ5 ③有映酸カルシウムを主成分とするものの場合a. 機械的に除去する方法 ブロb. 沈澱槽を設け、ここで炭酸カルシウムを生成させてしまう方法（沈澱法）温泉水に水を霧状に散布して混合する方法が4 C:この方法は非常に効果がある。その理由は，温泉水中の炭酸ガスが,散布される水に吸収され回収するといった効果が加わるからである（注水法）、 d. 天薬品添加法天使用される薬品は，塩酸，炭酸ガス，蛋合磷酸塩，珪酸塩等である． e. 破気力を使用する方法④　微生物あるいは生物が関与して生成するものの場合，上水道工業用水などではかなり進んだ処理が行なわれているが,温泉ではあまり研究されていない,一般的な方法としては, a.日光の造断(藻類) b. 紫外線照射(細菌類)演者は市販の15 w紫外線殺菌灯を使用して下呂温泉にて硫黄パクテリヤに対する殺菌効果をしらべたところ!! 20.51/minの流量ならば、バクテリヤの繁殖を極度におさえることが出来た。人物人物人物人物人物c. 薬剤処理の加工,残口1個木」のような気味薬剤としては塩素，硫酸銅，オゾン等である。山口県湯田温泉の鉄バッテリヤの繁殖による障害については，拡茶処理がかなり有効であったということは以上述べた対策は温泉を閉管路で輸送する建前で色々研究を重ねたのであるが，開渠による輸送が輸送熱量に支障がなければ，沈渡物対策として非常に効果的である.
3.温泉水による腐食とその対策. .
福泉水による腐食は輸送用器材即ちポンプ、バルブ、導管、動力操作盤、電線管等に障害を起こすため亜要な課題となる。
3-1)腐食作用
温泉水による腐食作用を考える場合に重要なことは，その腐食が温泉水によって直接起こる場合と，温泉中に含まれるガス成分によって間接に起こる場合があることで，腐食が起こっている状態でみるとa.温泉水と直接，常に接しているために起る腐食物b.温泉水の水蒸気によって起こる腐食があC. 電食d.温泉より発生するガスによる腐食a.の場合は,酸性の温泉に金属(鉄類)などの溶解作用で化学的反応にもとずくものである.又cの場合も広い意味ではaに含まれているもので異種金属が温泉水中に接触している時におとりやすい．又同一金属でも温泉中で金属に接している温泉の温度差が生ずれば，熱電池作用により腐食する場合もある。これも一つの電食とみなせる。 b、の場合は，大気中に鉄をおくとやがてその表面は輝きを失ってくもりを生ずる。これを大気腐食と呼んでいるが温泉水の水蒸気による腐食現象は大気腐食のそれと同一とみなせる。 d.の場合は，温泉水より発生するガスが金属と作用して起るものであるが，普通は炭酸ガスや硫化水素ガスである。この腐食の媒体には金属に附着している水滴が一役かっている。即ちこれらのガスは，水滴に吸収されて，炭酸ガスの物合は水滴が弱酸性となり，又硫化水素の場合はこれが酸化されて硫酸となり強い腐食作用を示めす。しかも硫化水素は金属に直接反応して腐食を進行させる場合もある。腐食について特に注意を要する泉質としては，酸性泉，硫化水素泉，炭酸泉，炭酸飲泉，落存成分量や落存酸素含量の多い温泉等である.又熱起電力による腐食は温泉水を取扱う以上今后かなり研究する余地がある.
3–2)。腐食対策の
腐食対策として簡単に列記すると. 1)      材工一般には合成樹脂を主材としたものを使用する。関面積この場合，物理的強度が使用条件にかなうことも考慮しなければならない．又石綿セメント管も単純泉に多く使用されている．最近では鉄管は余り使われない．．
2)ポンプ類
通常ポンプは大部分鋳鉄で作り，羽根車，その他の作動部分，或は温泉水と接するところに砲金を用いていることが多い。また泉質によっては特種な材料を用いる。例えば，草津温泉などは強化プラスチック製のものが使われている．又高圧ポンプの特種なものとしてはチタン製のポンプが有る. 3)  想類昔は木製のものを使用していたが，その后，鉄筋コンクリート製となり内面を耐食製樹脂を塗布し，防水もかねている施工を行なっている．最近は鋼鉄製で槽をつくり内面を強化プラスチックライ＝ングを行っている。又強化プラスチック製の槽も製作される様（F. R. P.製タンク）になってきた. 4)   バルブ類一般には斡鉄バルプ，砲金バルプ，が使われているが,泉質によってはステンレスバルプ,チタニウムバルプ,プラスチック製バルプが使用されている. 5)防錆途料とれは大気腐食又は硫化水茶によって生ずる腐食を防ぐためによく用いられる．動力操作鑑などはこの一例である。 -
4.有効熱量及利用効率
温泉は一つの熱ニネルギー源とみなせるが普通の燃料と違うのは，その使用目的により利用出来る熱量即も有効熱量が異なるのである。例えば温泉水を浴用に使用した時の事を考える。通常浴槽運転温度は43°～41°C +と言われているが，浴用に供した時の泉温の意義は浴槽運転温度（例えば43°C)を境に，有効，無効の二つの領域に別られ，泉温と浴槽運転温度との差が有効温度となる。これを式で表わせば，有効温度＝泉温－浴槽運転温度
となり，図で表わせば，次図の加きものとなる．
又温泉の三大要素の内の遡出量をこの有効温度に果ずれば有効熱量であり、その関係式は概要有効熱量(kcal/hr)＝有効温度[°C]×適出量[//hr] ( 2 )である。この有効熱量が浴槽運転を支えるもので，都市の風呂に必要な燃料と同じ働きをするものである。又温泉水の使用目的が室内暖房であれば， (1) 式の右辺の第２項は18～25℃ の間の温度となり，これに湧出量を果ずれば，その場合の有効熟量となる。この様に使用目的に応じて温泉の熱ニネルギー（有効熱量）量は変化する。次に温泉の利用効率についてのべる.温泉の利用効率とは源泉の持つ有効熱量が使用目的のために実際どの程度利用されているかの度合を百分率で表わしたものである。これを式で表せば、 η(%)=使用目的のために真に必要な有効熱量[kcal/hr] ×100源泉の持つ有効熟量
となる。即も使用目的が溶用であるならば(3)式の分子は溶槽を適温に運転するのに必要な有効熱量となる。若し浴槽が適温以上になることは，浴槽に必要以上の熱量を送りこんでいるため，入浴出来ない槽内温度になる．したがってこの場合の送りこまれている熱量は真に必要な有効熱量とは言えず，見かけ上使用されている有効熱量となる。  1この事を越後湯沢温泉の送湯路線調査例をあげてのべる。路線は第１図に示めす。利用施設の到着温度及びその湯量は第１表に示めす値であった小竹第１表より送湯路線（分湯槽を含む）よりの損失熱量を計算したものが第２表であり、その合計は301,100 kcal/hrである。一方源泉の有効熱量は，浴槽運転温度43°Cを基準とすれば850,500 kcal/hrであるから見かけ上の利用効率はなおこ.さありo J
38年12月11日測定外気温度7°C
である。しかし利用施設の浴槽より計算される浴槽運転必要熱量は第３装に示めす如く214,360 kcal/hrであるから，真の利用効率は
となる。実際，調査時に於いて浴槽運転必要熱量以上のものを浴槽に沈入させているために槽内温度は極端に上がり、これを解消するために水でうめている状態であった。即ち熱量的に見れば源泉量の約75 %は無用なところで浪費していることになる。この検立実体がもとで各温泉地は過剰揚湯を余談なくさせられ潤湯現象をまねいている。 80.02.09-01.14
これを解消する一手段として温泉水輸送技術とその方式は重要な役割をなすのである。
5. 温泉水輸送の基本式
温泉水輸送は熱量輸送であると同時に液体輸送でもあるため，基本式も熱工学と水理学の分野のものが併用される.伝熱工学より出てくる基本式はT-To=(T1-To)e-kL/a.Qx60
ここで T：到着温度[°C] T 1: 出発温度[°C] T o外気温度[°C]輸送管の熱貫流率[kcal/mhr°C] k : L :輸送距離- [m]温泉水の比熱[kcal/kg°C]略１であるa : Q：輸送湯量[kg/min]であり，水理学より利用される基本式は，Williams-Hazenの式即ちv=0.849・C・Ro.63 [0.54
ここで　v：　平均沈速［m/sec］ C:粗度係数R:  径深[m] I : +動水勾配である。温泉水輸送には、(4)と(5)式は各々独立的なものでないから，この２つの式を関連させる.ます(4)をkL/Q・60≤0.03の条件(経験的に可能である)をつけると
となり、温度降下をAT=(T1=T)とすれば
又は
を得る（第22回温泉科学大会にて発表）。即ち，（6）式は流速についての関係が明確でないが(9)式は(6)式の条件が成り立つ場合には，その流量に対して適合する管口径及動水勾配を示しており， (10)式は輸送距離間の管内摩さつ損失水頭がんとなるような流速で輸送した時に(6)式が成り立つことを示唆している。との事は太子町営源泉送源路線の測定値より或程度のことが知られる。測定を行った路線は，管材として石綿セメント管,及び硬質塩化ビニール管,保温材はスチロール発泡体厚み25 m/mで外装防水施工をしたものである.測定した場所の管長は$75 m/m:  274 m,  $50:  325 m,  $25 m/m:  80 mである．測定価の結果は第４表に示めす。
即も価定値より求めた(4)式のなに当るべきものが流速によりて変化し、計算上より求められるk （熱貫流率）の値近くになるには，管日径によって異なるが，略 0.6 m/sec以上の流速となる。この事は温泉輸送過程の放熱量は，伝熱工学のみで定まるものでなく，水理学に深く関係していることを示めしている。温泉水輸送の際のたの値については，抜山，野牛，野満、瀬野，山下，湯原各氏が熱伝導論の立場より解析を加えている．又埋設管の熱貫流寧（お）の実测值を増沢氏が本学会で発表している。次に温泉沈澱物の障害を少なくするために開渠による輸送をおこなうが，この場合の温度降下については第24回温泉科学大会にて発表してある. . .
6.送湯及配湯
温泉水を給湯するまでの系統は通常第２図①のようなものとである。湧出又は揚湯された温泉水は目的地に送湯され、ほとにで或る配湯方式により給湯されるのである。この過程で全べて温泉水輸送となる従って温泉水輸送を技術上より見ると、源泉より或る目的地に輸送するにと，即ち送湯と温泉を利用者に配ること，即ち配湯とに分けられ自ずと技術内容で違うのである。この事はあたかも水道工学中で送水と配水が技術的に造うのと同様である.送湯，配湯を熱工学の立場より眺めれば次のようになる。 a.送湯とは温泉の有効熱量を経済的に成り立つ範囲で出来る限り損失のないように,目的地に送る熱量輸送である. b.配湯とは温泉の有効熱量を利用者に合理的に配分する熱量輸送である.従って送湯と配湯の技術を混同して出来た給湯設備は不合理な面が多い。その１例をのべる。既存温泉地へ行くと第２図圏のようなシステムで利用者に配湯していることが多い出す事即も源泉より送湯された温泉は分湯槽で各利用者に細分され，細分された温泉を利用者が自1975 (1) 51 51 51分の施設に輸送しているのである。すこれは送湯という技術のみで配湯まで行っているので不合理な点が出てくる。例えば源泉より分湯槽までは，送湯の技術を正しく用いて輸送するために温泉の有効熟量の損失は少なく，問題は起らない。分湯槽で温泉を細分化してしまうと,分湯槽から以后を送湯技術を駆使して照命に努力しても、各利用者の到達温度は不均一になってしまう。たとれば、分湯量及び分湯槽から各利用者までの輸送距離が各々違うから熱工学上起らざるを得ない現象なのである。0それ故利用者の立場から見ると到達した温泉の有効熱量がまちまちで同じ分湯量を受けても、同じ広さの浴槽が運転出来ない場合が生じてくる。更に恐ろしいことは，源泉の湧出量は年中一定なものと限らず時期によって変動することが多く。従って湧出量が少ない時期には利用者の割洋温度が極端に低下し,時には有効熱量が零となり補熱せざるを得ないことも生ぜるのである,このように送湯技術を主とした配湯方式を採った場合，大抵温泉の利用効率をさげ，それに関迪して温泉地に熱量不足を起し、道鎖的に湯不足を訴えている。配湯方式が, 1第2図節の場合も同様なことが言える。既述せる越後湯沢温泉の例をみても知れる通りである。詳細は当又配湯は合理的な熱配分であるから、源泉の有効熱量、源泉の位置、配湯所の位置により、給湯地域は自ずと限界がある。これを無視すると合理的な熱配分とならない場合
7．温泉地における総合需給計画の立て方・概
この項目については紙面の都合上詳細なことは記述出来ないが，何らかの方法で将来報告することにして，要点をのべる．温泉地の総合需給計画を立てる場合に温泉水輸送の比重は非常に大きく，换言すれば温泉水輸送の目的は温泉地の宿給関係のバランスを採る最大の手段のためにあると言っても多言ではない。計画を立てる手順を箇条書にすれば①　源泉に対する考察②　利用施設の種別とその分布①　分湯方式④　必要熱量及び必要為量の算出⑤　供給プラントの計画a. 源泉分布と供給地域広さb. 供給地域と配湯所の位置供給ブラントのフローシートの立案C... d.となる。この手順に従って常給計画を立てた例として4)項でのべた越後湯沢温泉地についてのべる.湯沢温泉は昭和39年頃より温泉の需給関係が極度に悪化しはじめ，昭和45年新潟県及び湯沢町の要請により需給計画を立案した.源泉数は11井，その内２井が単純泉他は弱食塩泉である．これ等の源泉群はカルシウムをかなり合むので炭酸カルシウムを主成分とする沈澱物を生成する恐れがあるので，飽和指数で判定したところ，指数はいずれも負数で同沈澱物は生成しがたいと判定した．自昭和45年7月の調査報告によると11源泉の総通出量は( 2,416 l/minもでその平均泉温は約59°Cである．温泉の利用は全べて浴用であり浴槽運転温度を43°C(冬期)としてその有効熱量を求めると12,375,300 kcal/hrと成る.一方利用施設は,旅館及び保養所: 60戸,民宿: 17戸,一般住宅: 37戸で,しその浴槽面積は927.81 m²で浴槽容積は573.82 m²であった.この全浴槽を運転するに必要な熱量を計算すると1,067,100 kcal/hrとなる。従うて差引き1,308,200 kcal/hrの会剰となる.それ故,供給プラントを計画する際に利用効率を80%程度とするにしても1,041,400 kca1/hrの余剰となり，熱量から見ると源泉を全部揚揚することなく，■その56%の量でよい。詳又必要湯量を次の条件で計算すると1351.31/minとなり，総週出量の2416 // minの56 %との為量でよい.条件: 1 ①利用施設の浴槽は全日運転とする。 ②上り湯は1名当り1日151とする。③注湯温度は冬期57°Cとする。即も，然量も過量も現在(昭和45年7月)の揚湯量の56 %以下で充分ということになる。又供給地域の面積は約800 haで地域内の標高差は約56 mである。利用者の分布はこの様な広い地域に点在し、源泉の位置も一部を除いては点在している。この様なことを踏まえて、しかも，温泉地特有の問題，源泉井の性格等を考慮に入れて合理的な供給ブラントのフローシートを立案し、その熱収支計算がさきの56 %揚湯量ですむかどうかを検討した。この熱収支計算のバランスが取れれば、温泉の需給計画が成りたつわけである。この様な手順を踏んだ結果湯沢温泉は， 45年7月現在の11源泉の揚湯熱量の56 %あれば器給関係のバランスはとれ,利用者に安定した温泉輸送が出来ることを認めた。
8.記事式際と対応めるの
温泉輸送は学術上，技術上から眺めると未だ初期の段階であり，基本的問題すらも未解決である。例えば，どく一部をのべれば，その実体が知れよう．即ち， ①　輸送管及びその附帯器材に動的な熱応力がかかった場合の物性の変化②　埋設輸送管の伸縮状態③　輸送管の温泉沈澱物による内面粗度係数の変化④　輸送管内流速と熱貫流率の関係⑥　輸送管内流速と管内面の摩耗状態⑥　埋設輸送管用保温材並びに外装防水材の物性変化①　金属材料と温泉沈澱物の附着度合⑧　温泉水中の金属材料の熱電池作用⑨　温泉沈澱物対策（特に欲生物及び珪酸質のもの）等の問題などがあげられるが，どれをみても基本的な事柄ばかりである．それ故，現今の如きニネルギー資源の問題が多く論識されている折,温泉も一つの熱ニネルギニ源と考えるならば,温泉翰送の基本的問題の学問的解明を急がねば，かえって熱源としての温泉輸送を行ったこと自体が地域社会に汚点を残さないとも限らない.