凍結防止又は融雪のための加温用配管システム
【課題】冷凍冷蔵倉庫の床下の地盤の凍上防止や、寒冷地における路盤の凍上防止、路面の凍結防止、及び積雪の融解を、低コストで実現可能な加温用配管システムを提供する。
【解決手段】凍結防止エリア又は融雪対象エリア１４，１５に放熱管１Ａ，１Ｂを埋設し、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設からの排水Ｗ２を、放熱管１Ａ，１Ｂを介して放流する。凍結防止又は融雪のための加温用熱源として、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設からの排水が用いられるため、地下水や河川水などを取水するための設備や、水の加熱手段が不要である。
【解決手段】凍結防止エリア又は融雪対象エリア１４，１５に放熱管１Ａ，１Ｂを埋設し、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設からの排水Ｗ２を、放熱管１Ａ，１Ｂを介して放流する。凍結防止又は融雪のための加温用熱源として、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設からの排水が用いられるため、地下水や河川水などを取水するための設備や、水の加熱手段が不要である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍冷蔵倉庫の床下地盤の凍上や、寒冷地における路盤の凍上の原因となる地表部の水分の凍結を防止したり、積雪を融解したりするために地表部又は床部を加温する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中の水分が凍結してその体積が膨張し、路面や床面の一部が浮き上がる現象を凍上という。凍上は、寒冷地の土壌や路面などで起こるほか、冷凍冷蔵倉庫の床下部でも起こることがあり、構造物が持ち上がったり破壊されたり、路面に亀裂が生じたりするなどの被害をもたらす。
【０００３】
冷凍冷蔵倉庫の冷熱による凍上を防止するための方法としては、従来から、冷凍冷蔵倉庫の建設時に適用される凍上防止技術が知られている。この凍上防止技術は、冷凍冷蔵倉庫の床面を地表面より高くし、鉄筋コンクリートにより施工される床スラブ内に通気管などを設けて通気する方法、もしくは、床面の高さを地表面とほぼ同レベルとし、床スラブとその下の地盤との間に通気層を設けるか、床スラブの下の土中に通気管を埋設して通気するなどの方法がある（例えば下記の特許文献１参照）。
【０００４】
一方、道路等の舗装における凍上防止技術としては、凍結が及ぶ深さまで、路床や路盤を砂利や砂などの凍結しにくい材料で置換した凍上抑制層を設ける置換工法が知られている（例えば下記の特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、路面に積もった雪を融解するための融雪技術としては熱融解技術があるが、熱融解技術には、直接散水融雪技術（例えば下記の特許文献３参照）と、地下水や不凍液などを地表近傍と地下の熱交換部との間で循環させることによって、地下の熱を地表に運んで融雪する無散水融雪技術（例えば下記の特許文献４参照）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−２７３８５１号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２０６６号公報
【特許文献３】特開２００９−０９７１５２号公報
【特許文献４】特開平０６−１６７００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、冷凍冷蔵倉庫の冷熱による凍上を防止するための床下通気技術の場合、空気は容積比熱が低いため、凍上防止のためのエネルギーの輸送効率が悪く、したがって通気管の管径を大きくする必要があり、鉄筋コンクリートからなる床スラブ内に管径の大きな通気管を配設することは、施工の際にスラブの型枠内に配設される鉄筋との取り合いが複雑になるため、施工を複雑にし、建設コストを増大させてしまう。また、床スラブとその下の地盤との間に通気層を設けるか、床スラブの下の土中に通気管を埋設する場合は、地盤の掘削や残土処理が必要となり、通気管内に結露水が溜まるのを防止するため勾配を設けることが必要となる場合もあり、これらの理由から建設コストを増大させてしまう。しかも、床下通気による方法では、上述のように空気は水などに比較して熱エネルギーの輸送効率が悪く、このため通気管の管径を大きくする必要があるばかりでなく、強制通気のためにブロワを設置して常時稼動しておく必要がある。
【０００８】
また、道路等の凍上防止技術として適用される置換工法は、寒冷地では置換深さが深くなるため、掘削手間や置換材料の増大による施工費や材料費の増加を来たし、建設コストが高くなってしまう問題がある。
【０００９】
さらに、融雪のための熱融解技術のうち、直接散水による融雪方法では地下水や河川水、あるいは加温水が必要であり、さらに、これを散水配管へ送るためのポンプ等の取水設備や加熱手段が必要であり、水を循環させることにより融雪する無散水融雪技術についても、地下に循環管路や熱交換設備を埋設するなど、常時供給できる熱源や配管が必要であるため、イニシャルコストが高くなる問題がある。
【００１０】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、冷凍冷蔵倉庫の床下の地盤の凍上防止や、寒冷地における路盤の凍上防止、路面の凍結防止、及び積雪の融解を、低コストで実現可能な加温用配管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】
【００１１】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムは、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに放熱管を埋設し、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設からの排水を、前記放熱管を介して放流するものである。
【００１２】
身近な物質の中で、水は最も容積比熱（一定の体積で、単位質量の物質の温度を単位温度上げるのに必要な熱量）が大きい物質であり、具体的には空気の1.3KJ/(m3・K)に対し、水は4,178KJ/(m3・K)と約3,200倍である。このため同量の熱エネルギーを輸送するには、空気に比べて水のほうが、はるかに効率が良く、凍結防止あるいは融雪のための放熱管の管径を大幅に縮小することができ、かつ搬送動力を大幅に削減できる。しかしながら、水の循環利用では管内の水温が低下していき、最終的には管内が凍結、閉塞してしまうので、冷却された水を再び加温することが必要であり、そのために多量の熱エネルギーが必要となる。このことから、従来、凍結防止又は融雪のための熱媒として、水は利用されず、空気が用いられることが多かった。
【００１３】
一方、化学工業や食品製造業、製鉄業などの工場からは多量の排水が下水道もしくは公共用水域へ常時放流されている。１日あたりの排水量は、小規模工場では数m3程度であるが、大規模工場では数千m3にも達する。また、下水処理場からの排水量は、１日あたり数万〜数十万m3もの流量となっている。本願の発明者は、このような施設から常時排出されている排水を凍結防止又は融雪のための加温用熱源として利用可能であることに着目し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち請求項１の構成によれば、凍結防止エリアの凍結及び凍上を防止し、あるいは融雪対象エリアの積雪を融解するための加温用熱源として、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設から常時排出されている排水が用いられる。この排水は、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管を通った後、放流されるため、地下水や河川水などを取水するための設備や、水の加熱手段が不要である。そして上述のように、水は容積比熱が空気に比較して著しく大きいため、少ない流量でも大きな熱エネルギーを輸送することができ、このため、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管は、管径の小さなものでも凍結防止エリアの凍結及び凍上を有効に防止し、あるいは融雪対象エリアの積雪を融解することができる。
【００１５】
請求項２の発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムは、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管を経由して熱媒液を循環させる循環管路に熱交換部を設け、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設から放流される排水と前記熱媒液との間で、前記熱交換部を介して熱交換を行うものである。
【００１６】
請求項２の構成によれば、凍結防止エリアの凍上を防止し、あるいは融雪対象エリアの積雪を融解するための加温用熱源として、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設から常時排出されている排水が用いられる。この排水は、放流される過程で熱交換部を経由し、この熱交換部で、循環管路内を循環して流れる熱媒液に熱エネルギーを与えるものであるため、地下水や河川水などを取水するための設備や、水の加温手段が不要である。熱交換部で排水からの熱エネルギーを与えられた熱媒液は、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管を通ることによって、凍結防止エリアの凍結及び凍上を有効に防止し、あるいは融雪対象エリアの積雪を融解する。熱媒液は容積比熱が空気に比較して著しく大きいため、少ない流量でも大きな熱エネルギーを輸送することができ、このため、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管は、管径の小さなものでも凍結防止エリアの凍結及び凍上を有効に防止し、あるいは融雪対象エリアの積雪を融解することができる。
【００１７】
請求項３の発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムは、請求項２に記載された構成において、熱媒液が不凍液からなるものである。
【００１８】
請求項３の構成によれば、不凍液からなる熱媒液は、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管を通ることによって０℃以下まで冷やされても、容易に凍結しないので、熱媒液の凍結による放熱管の破壊を防止することができる。
【００１９】
請求項４の発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムは、請求項２又は３に記載された構成において、熱交換部が、排水を一時的に貯留する水槽内に、熱媒液の循環管路を通したものである。
【００２０】
請求項４の構成によれば、排水を一時的に貯留する水槽を、排水のもつ熱エネルギーを熱媒液へ与える熱交換部として利用しているため、熱交換装置を別途に設ける必要がない。そして凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管を通ることによって冷却された熱媒液は、循環管路を介して、前記水槽を通ることで再び加温される。熱媒液との熱交換によって、前記水槽内の排水は冷却されるが、この工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設から常時供給されると共に常時放流されるため、水槽内の水温はほぼ一定に保たれる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムは、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設から放流される排水のもつ熱エネルギーを利用するものであるため、地下水や河川水などの取水設備や、水の加熱手段が不要であり、低コストで凍結防止エリアの凍結や凍上を防止し、あるいは融雪対象エリアの積雪を融解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムの第一の実施の形態を示す配管説明図である。
【図２】冷凍冷蔵倉庫の床下部に放熱管を配設した例を示す断面図である。
【図３】冷凍冷蔵倉庫の床下部に放熱管を配設した他の例を示す断面図である。
【図４】路面の舗装下に放熱管を配設した例を示す断面図である。
【図５】放熱管の配設形態を示す平面図である。
【図６】放熱管の他の配設形態を示す平面図である。
【図７】本発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムの第二の実施の形態を示す配管説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
まず、第一の実施の形態は、凍結防止エリア及び融雪対象エリアを、工場施設１１で発生した排水Ｗ１を排水処理施設１２で処理した処理済排水Ｗ２によって直接加温するように構成したものである。
【００２５】
すなわち第一の実施の形態を示す図１において、参照符号１０は工場の敷地、１１は工場施設、参照符号１２は工場施設１１で発生する排水Ｗ１を下水排除基準あるいは排水基準を満たすように処理するための排水処理施設、参照符号１３は排水処理施設１２からの処理済排水Ｗ２を放流前に一時貯留する放流水槽、参照符号１４は冷凍冷蔵倉庫、参照符号１５は駐車場、２０は下水管又は公共水域である。そしてこの第一の実施の形態では、放流水槽１３内の処理済排水Ｗ２は、排水処理施設１２からの流入に伴い排水管２Ａ，２Ｂへオーバーフローし、下水管又は公共水域２０へ放流されるようになっている。
【００２６】
冷凍冷蔵倉庫１４は凍結防止エリアであって、この冷凍冷蔵倉庫１４の床部には所定の間隔で多数の放熱管１Ａが埋設され、それぞれの両端が、放流水槽１３から下水管又は公共水域２０へ向けて延びる一方の排水管２Ａの流路途中に互いに並列に接続されている。また、駐車場１５は融雪対象エリアであって、この駐車場１５の路盤にも所定の間隔で多数の放熱管１Ｂが埋設され、それぞれの両端が、放流水槽１３から下水管又は公共水域２０へ向けて延びる他方の排水管２Ｂの流路途中に互いに並列に接続されている。
【００２７】
図２は、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に放熱管１Ａを配設した例を示す断面図で、参照符号１４１は床スラブコンクリート層、１４２はその下側の基礎コンクリート層、１４２ａは基礎コンクリート層１４２の鉄筋、Ｇ１は冷凍冷蔵倉庫１４の床部の下側地盤である。床スラブコンクリート１４１と基礎コンクリート層１４２の間には、防水シート１４３を介してスタイロフォーム（登録商標）やグラスウールなどからなる断熱層１４４が介装されており、この例では、放熱管１Ａは基礎コンクリート層１４２に埋設されている。放熱管１Ａの材質としては、柔軟性があり、耐食性、耐衝撃性、耐熱老化性に優れたものが望ましく、例えば管径が5〜100mm程度の架橋ポリエチレン管などを好適に用いることができる。
【００２８】
また図３は、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に第二の放熱管１Ａを配設した他の例を示す断面図で、参照符号１４１は床スラブコンクリート層、１４１ａは床スラブコンクリート層１４１の鉄筋、１４５は床スラブコンクリート層１４１の上側の打ち増しコンクリート層、１４６，１４７は基礎の捨てコンクリート層、Ｇ１は冷凍冷蔵倉庫１４の床部の下側地盤である。床スラブコンクリート１４１と捨てコンクリート層１４６の間にはスタイロフォーム（登録商標）やグラスウールなどからなる断熱層１４４が介装されており、捨てコンクリート層１４６，１４７の間には砕石からなる凍上防止層１４８が介装されており、この例では、放熱管１Ａは凍上防止層１４８内に配設されている。
【００２９】
また図４は、駐車場１５の路盤の舗装下に放熱管１Ｂを配設した例を示す断面図で、参照符号１５１はアスファルト混合物からなる上層路盤、１５２は砕石からなる下層路盤、Ｇ２は路床地盤である。放熱管１Ｂは上層路盤１５１内に深度0〜20cmで配設されている。そしてこの放熱管１Ｂも、柔軟性、耐食性、耐衝撃性、耐熱老化性に優れたものが望ましく、例えば管径が5〜100mm程度の架橋ポリエチレン管などを好適に用いることができる。
【００３０】
冷凍冷蔵倉庫１４の床部に設けられる放熱管１Ａあるいは駐車場１５の路盤の舗装下に設けられる放熱管１Ｂは、図５に示すような直管でも良いし、あるいは図６に示すような蛇行した曲管でも良い。曲管は熱交換の効率に優れている反面、実質的に流路が長くなり、水温や流量によっては上流側と下流側での温度差が大きくなりやすい。したがって下流側での凍結による放熱管１Ａあるいは放熱管１Ｂの閉塞を防止するためには、ある程度の流速（流量）を確保する必要があり、メンテナンス上からは図５のような直管の方が望ましいが、設計条件に応じて適切に選択すれば良い。また、放熱管１Ａ，１Ｂの配置間隔Ｐも、放流水槽１３から排出される処理済排水Ｗ２の温度や流量、あるいは気温の下限、設置深さなどを考慮して適切に決定される。
【００３１】
放熱管１Ａ，１Ｂは、通水量にむらが生じないように、各放熱管１Ａ，１Ｂの上流側の端部には流量調整バルブ１ａを設けると良い。また、管内洗浄等のメンテナンスを考慮して、放熱管１Ａ，１Ｂの両端は、図５及び図６に破線で示す凍結防止エリア及び融雪対象エリア（冷凍冷蔵倉庫１４又は駐車場１５）の外側で、地上で継手フランジ１ｂなどにより脱着可能とすることが望ましい。
【００３２】
以上の構成を備える第一の実施の形態によれば、工場施設１１で発生する排水Ｗ１は、まず排水処理施設１２において排水処理される。このうち下水管へ放流する排水は、下水道法で定められている下水排除基準により懸濁物質（ＳＳ）の濃度が600mg/L未満となるように処理され、公共水域へ放流する排水は、排水基準により懸濁物質の濃度が200mg/L未満となるように処理され、放流水槽１３に一時貯留された後、排水管２Ａから、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に配置した放熱管１Ａを経由して、あるいは排水管２Ｂから、駐車場１５の路盤の舗装下に配置した放熱管１Ｂを経由して、下水管又は公共水域２０へ放流される。
【００３３】
なお、放流水槽１３から放熱管１Ａ，１Ｂへ延びる排水管２Ａ，２Ｂの上流部、及び放熱管１Ａ，１Ｂから下水管又は公共水域２０へ延びる排水管２Ａ，２Ｂの下流部は、流量が多く、かつ管径も放熱管１Ａ，１Ｂに比較して十分に大きいため、内部を流れる処理済排水Ｗ２が容易に冷えてしまうことはない。
【００３４】
また、放流水槽１３から排出される処理済排水Ｗ２の懸濁物質濃度が600mg/L未満あるいは200mg/L未満程度である場合、水質によっては、放熱管１Ａ，１Ｂの管径が5〜100mm程度の細いものだと、処理済排水Ｗ２中の懸濁物質によって閉塞するおそれがある。このような場合は、放流水槽１３から排出される処理済排水Ｗ２を、図１に示すように、膜分離装置３によって懸濁物質を除去し、その濃度を1mg/L未満に低下させてから利用すれば良い。
【００３５】
この場合、膜分離装置３に用いることのできる膜の種類は、除去対象物質の粒径サイズ別に、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過（ＵＦ膜）、ナノろ過膜（ＮＦ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）となるが、懸濁物質を除去する程度であればコスト的にも安いＭＦ膜を適用するのが望ましい。これにより懸濁物質を1mg/L以下とすることができ、放熱管１Ａ，１Ｂの閉塞のおそれを大幅に低減することができる。
【００３６】
そしてこのため、放熱管１Ａ，１Ｂの管径は、5〜100mm程度の細いものでも問題がなく、したがって例えば図２の例のように、放熱管１Ａを基礎コンクリート層１４２に埋設する場合、コンクリートの補強のために配設される鉄筋１４２ａとの取り合いの問題が少なく、容易に施工することができる。また、放熱管１Ａあるいは１Ｂを地中に埋設する場合でも、管径が小さいため、掘削土量や残土処理量を削減することができる。
【００３７】
なお、近年は、ＭＦ膜のコストが従来の1/3〜1/5程度まで削減されたことから、排水の高度処理、設置スペースの削減、コストの削減の観点から下水道や有機性排水の分野で膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ法）が盛んになってきている。これらの処理済排水の水質は懸濁物質で1mg/L以下であることが多いため、そのまま利用することができる。
【００３８】
ここで、排水処理施設１２において排水処理され放流水槽１３へ流入する処理済排水Ｗ２の温度は、一般的には15〜40℃程度である。しかも水は容積比熱が大きいため、このような比較的暖かい処理済排水Ｗ２が、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に配設した放熱管１Ａあるいは駐車場１５の路盤の舗装下に配設した放熱管１Ｂを流れることによって、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に、凍上を防止するのに必要な熱エネルギーが輸送され、あるいは駐車場１５の路盤の舗装下に、その凍上を防止し積雪を融解するのに必要な熱エネルギーが輸送される。
【００３９】
詳しくは、図２又は図３の例では、冷凍冷蔵倉庫１４の室内の冷熱が、床スラブコンクリート１４１の下の断熱層１４４によって断熱されると共に、その下では基礎コンクリート層１４２又は凍上防止層１４８に埋設された放熱管１Ａを通る処理済排水Ｗ２のもつ熱エネルギーが常に供給されるため、冷凍冷蔵倉庫１４の床部の下側地盤Ｇ１の凍上が防止される。また、図４の例では、上層路盤１５１内に配設された放熱管１Ｂを通る処理済排水Ｗ２のもつ熱エネルギーが上層路盤１５１に常に供給されるため、厳寒時における駐車場１５の路床地盤Ｇ２の積雪が融解され、あるいは凍上や路面の凍結が防止される。
【００４０】
そして凍上を防止し積雪を融解するための加温用熱源である処理済排水Ｗ２は、工場施設１１で発生した排水Ｗ１が排水処理施設１２において排水処理され、放流水槽１３から常時排出されるものであり、しかも放熱管１Ａ，１Ｂを経由して凍上の防止や融雪を行った後は、そのまま下水管又は公共水域２０へ放流されるため、地下水や河川水などを汲み上げるための取水設備が不要であり、水の加熱手段も不要である。しかも、通気による加温の場合のように、大型のブロワを設置して大量の空気を強制通気する方法に比較して、はるかに熱エネルギーの輸送効率が高い。したがって、イニシャルコスト及びランニングコストが低減される。
【００４１】
なお、上述した第一の実施の形態では、放熱管１Ａ，１Ｂに処理済排水Ｗ２を流すようにしたが、工場施設１１で発生する排水Ｗ１が、懸濁物質による放熱管１Ａ，１Ｂの閉塞のおそれのない程度の懸濁物質濃度である場合は、放熱管１Ａ，１Ｂに未処理の排水Ｗ１を直接流し、放熱管１Ａ，１Ｂを通過した後で、排水Ｗ１に必要な排水処理を行うようにしても良い。
【００４２】
次に、第二の実施の形態は、凍結防止及び融雪対象エリアを、工場施設１１で発生した排水Ｗ１を排水処理施設１２で処理した処理済排水Ｗ２と熱交換される熱媒液（不凍液Ｗ３）の循環によって間接的に加温するように構成したものである。
【００４３】
すなわち第二の実施の形態を示す図７において、参照符号１０は工場の敷地、１１は工場施設、参照符号１２は工場施設１１で発生する排水Ｗ１を下水排除基準あるいは排水基準を満たすように処理するための排水処理施設、参照符号１３は排水処理施設１２からの処理済排水Ｗ２を放流前に一時貯留する放流水槽、参照符号１４は冷凍冷蔵倉庫、参照符号１５は駐車場、２０は下水管又は公共水域である。放流水槽１３は、請求項４に記載の水槽に相当するものである。そしてこの形態では、放流水槽１３内の処理済排水Ｗ２は、排水処理施設１２からの流入に伴い排水管２へオーバーフローし、下水管又は公共水域２０へ放流されるようになっている。
【００４４】
冷凍冷蔵倉庫１４は凍結防止エリアであって、この冷凍冷蔵倉庫１４の床下部には所定の間隔で多数の放熱管１Ａが埋設され、それぞれの上流端が温水供給管４の下流側で分岐した一方の分岐管路４Ａに並列に接続され、それぞれの下流端が冷水還流管５の上流側で分岐した一方の分岐管路５Ａに並列に接続されている。また、駐車場１５は融雪対象エリアであって、この駐車場１５の路盤には所定の間隔で多数の放熱管１Ｂが埋設され、それぞれの上流端が温水供給管４の下流側で分岐した他方の分岐管路４Ｂに並列に接続され、それぞれの下流端が冷水還流管５の上流側で分岐した他方の分岐管路５Ｂに並列に接続されている。
【００４５】
この実施の形態でも、放熱管１Ａ，１Ｂは、柔軟性、耐食性、耐衝撃性、耐熱老化性に優れたものが望ましく、例えば管径が5〜100mm程度の架橋ポリエチレン管などを好適に用いることができる。また、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部あるいは駐車場１５の路盤の舗装下における放熱管１Ａ，１Ｂの配設構造は、先に説明した図２〜図６と同様とすることができる。
【００４６】
一方、放流水槽１３内には、貯留された処理済排水Ｗ２中を通るように、所定の間隔で多数の吸熱管６が配設され、それぞれの上流端が冷水還流管５の下流側の端部に並列に接続され、それぞれの下流端が温水供給管４の上流側の端部に並列に接続されている。
【００４７】
放熱管１Ａ，１Ｂ、冷水還流管５（分岐管路５Ａ，５Ｂ）、吸熱管６、及び温水供給管４（分岐管路４Ａ，４Ｂ）はエンドレスの循環管路を構成している。この循環管路には、熱媒液として不凍液Ｗ３が充填されており、送水ポンプ７によって放熱管１Ａ，１Ｂ→冷水還流管５（分岐管路５Ａ，５Ｂ）→吸熱管６→温水供給管４（分岐管路４Ａ，４Ｂ）→放熱管１Ａ，１Ｂというように循環流動されるようになっている。
【００４８】
また、放流水槽１３と吸熱管６は熱交換部１００を構成するものであって、すなわち冷水還流管５を通じて吸熱管６へ流れ込む低温の不凍液Ｗ３が、この吸熱管６を流れる過程で放流水槽１３内の処理済排水Ｗ２との熱交換によって熱エネルギーを与えられ、適度に昇温して温水供給管４へ流出するようになっている。したがって、吸熱管６には熱伝導性に優れた金属管などが用いられる。
【００４９】
以上の構成を備える第二の実施の形態によれば、工場施設１１で発生する排水Ｗ１は、まず排水処理施設１２に送られ、下水排除基準又は排水基準を満たすように排水処理された処理済排水Ｗ２となって、放流水槽１３に一時貯留された後、排水管２から下水管又は公共水域２０へ放流される。また、このとき処理済排水Ｗ２は、第一の実施の形態と同様に、膜分離装置３によって懸濁物質濃度を1mg/L未満に低下させてから放流しても良い。
【００５０】
一方、放熱管１Ａ，１Ｂ、冷水還流管５（分岐管路５Ａ，５Ｂ）、吸熱管６、及び温水供給管４（分岐管路４Ａ，４Ｂ）からなる循環管路では、送水ポンプ７の駆動によって不凍液Ｗ３が循環されている。詳しくは、循環管路内の不凍液Ｗ３は、熱交換部１００の吸熱管６から、温水供給管４及びその一方の分岐管路４Ａを経て、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に配置した放熱管１Ａへ送られ、あるいは温水供給管４及びその他方の分岐管路４Ｂを経て、駐車場１５の路盤の舗装下に配置した放熱管１Ｂへ送られ、さらに前記放熱管１Ａから冷水還流管５における一方の分岐管路５Ａあるいは前記放熱管１Ｂから冷水還流管５における他方の分岐管路５Ｂを経て、熱交換部１００の吸熱管６へ還流されるといった流動が繰り返される。
【００５１】
ここで、排水処理施設１２において排水処理され放流水槽１３へ流入する処理済排水Ｗ２の温度は、一般的には15〜40℃程度であるため、放流水槽１３内に配置された吸熱管６を通過する不凍液Ｗ３は、その通過の過程で処理済排水Ｗ２との熱交換によって加温され、十分な熱エネルギーを与えられる。そして吸熱管６を通過した不凍液Ｗ３が、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に配設した放熱管１Ａあるいは駐車場１５の路盤の舗装下に配設した放熱管１Ｂを流れることによって、冷凍冷蔵倉庫１４の床部に、凍上を防止するのに必要な熱エネルギーが輸送され、あるいは駐車場１５の路盤の舗装下に、その凍上を防止し積雪を融解するのに必要な熱エネルギーが輸送される。
【００５２】
詳しくは、図２又は図３の例では、冷凍冷蔵倉庫１４の室内の冷熱が、床スラブコンクリート１４１の下の断熱層１４４によって断熱されると共に、その下では基礎コンクリート層１４２又は凍上防止層１４８に埋設された放熱管１Ａを通る不凍液Ｗ３のもつ熱エネルギーが常に供給されるため、冷凍冷蔵倉庫１４の床部の下側地盤Ｇ１の凍上が防止される。また、図４の例では、上層路盤１５１内に配設された放熱管１Ｂを通る不凍液Ｗ３のもつ熱エネルギーが上層路盤１５１に常に供給されるため、厳寒時における駐車場１５の路床地盤Ｇ２の積雪が融解され、あるいは凍上や路面の凍結が防止される。
【００５３】
放熱管１Ａ，１Ｂにおいて凍上の防止や融雪を行うことにより放熱して低温になった不凍液Ｗ３は、冷水還流管５における一方の分岐管路５Ａあるいは他方の分岐管路５Ｂを経て、熱交換部１００の吸熱管６へ還流され、ここで再び処理済排水Ｗ２との熱交換によって加温され、十分な熱エネルギーを与えられることになる。一方、放流水槽１３内の処理済排水Ｗ２は、不凍液Ｗ３との熱交換によって冷却されるが、この処理済排水Ｗ２は排水処理施設１２から常時供給されると共に下水管又は公共水域２０へ常時放流されるため、放流水槽１３内の水温はほぼ一定に保たれる。
【００５４】
なお、熱媒液として用いている不凍液Ｗ３は、その種類や水との混合比率にもよるが、凝固点を-50℃程度まで低下させることができるため、放熱管１Ａ，１Ｂを通過する過程で放熱することにより０℃以下の低温になっても、不凍液Ｗ３自体が凍結してしまうのを有効に防止でき、しかも処理済排水Ｗ２を放熱管１Ａ，１Ｂへ直接流す場合のような、懸濁物質による放熱管１Ａ，１Ｂの閉塞のおそれもない。
【００５５】
そして凍上を防止し積雪を融解するための加温用熱源である処理済排水Ｗ２は、工場施設１１で発生した排水Ｗ１が排水処理施設１２において排水処理され、放流水槽１３へ常時供給されるものであり、しかも熱交換部１００で不凍液Ｗ３に凍上の防止や融雪に必要な熱エネルギーを供給した後は、そのまま下水管又は公共水域２０へ放流されるため、地下水や河川水などを汲み上げるための取水設備が不要である。また、不凍液Ｗ３の循環のための送水ポンプ７は必要であるが、排水処理施設１２の放流水槽１３を、処理済排水Ｗ２のもつ熱エネルギーを不凍液Ｗ３へ与える熱交換部１００として利用しているため、別途に熱交換装置を設ける必要がない。そしてこの場合も、大型のブロワを設置して大量の空気を強制通気する方法に比較して、はるかに熱エネルギーの輸送効率が高い。したがってイニシャルコスト及びランニングコストが低減される。
【００５６】
なお、図７に示す例では、熱交換部１００を通過した不凍液Ｗ３を冷凍冷蔵倉庫１４の床下部及び駐車場１５の路盤の舗装下へ循環させるために、循環管路の温水供給管４及び冷水還流管５を分岐させたが、それぞれ独立した循環管路としても良い。
【００５７】
なお、上述した第二の実施の形態では、排水処理施設１２による処理済排水Ｗ２を放流水槽１３に流すようにしたが、工場施設１１からの排水Ｗ１を放流水槽１３へ直接流し、放流水槽１３で不凍液Ｗ３との熱交換をした後で、下水管又は公共水域２０へ放流される排水Ｗ１に必要な排水処理を行うようにしても良い。
【００５８】
また、処理済排水Ｗ２としては、工場施設１１からの排水Ｗ１を排水処理施設１２で処理したもののほか、下水処理場、水処理施設、排水事業場などの水処理施設から排出されるものも適用することができる。なお、下水処理場からの排水の場合は、公共水域への放流となる。
【符号の説明】
【００５９】
１Ａ，１Ｂ 放熱管
２，２Ａ，２Ｂ 排水管
３ 膜分離装置
４ 温水供給管
５ 冷水還流管
６ 吸熱管
７ 送水ポンプ
１２ 排水処理施設
１３ 放流水槽（水槽）
１４ 冷凍冷蔵倉庫（凍結防止エリア）
１５ 駐車場（融雪対象エリア）
２０ 下水管又は公共水域
１００ 熱交換部
Ｗ１ 排水
Ｗ２ 処理済排水
Ｗ３ 不凍液（熱媒液）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍冷蔵倉庫の床下地盤の凍上や、寒冷地における路盤の凍上の原因となる地表部の水分の凍結を防止したり、積雪を融解したりするために地表部又は床部を加温する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中の水分が凍結してその体積が膨張し、路面や床面の一部が浮き上がる現象を凍上という。凍上は、寒冷地の土壌や路面などで起こるほか、冷凍冷蔵倉庫の床下部でも起こることがあり、構造物が持ち上がったり破壊されたり、路面に亀裂が生じたりするなどの被害をもたらす。
【０００３】
冷凍冷蔵倉庫の冷熱による凍上を防止するための方法としては、従来から、冷凍冷蔵倉庫の建設時に適用される凍上防止技術が知られている。この凍上防止技術は、冷凍冷蔵倉庫の床面を地表面より高くし、鉄筋コンクリートにより施工される床スラブ内に通気管などを設けて通気する方法、もしくは、床面の高さを地表面とほぼ同レベルとし、床スラブとその下の地盤との間に通気層を設けるか、床スラブの下の土中に通気管を埋設して通気するなどの方法がある（例えば下記の特許文献１参照）。
【０００４】
一方、道路等の舗装における凍上防止技術としては、凍結が及ぶ深さまで、路床や路盤を砂利や砂などの凍結しにくい材料で置換した凍上抑制層を設ける置換工法が知られている（例えば下記の特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、路面に積もった雪を融解するための融雪技術としては熱融解技術があるが、熱融解技術には、直接散水融雪技術（例えば下記の特許文献３参照）と、地下水や不凍液などを地表近傍と地下の熱交換部との間で循環させることによって、地下の熱を地表に運んで融雪する無散水融雪技術（例えば下記の特許文献４参照）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−２７３８５１号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２０６６号公報
【特許文献３】特開２００９−０９７１５２号公報
【特許文献４】特開平０６−１６７００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、冷凍冷蔵倉庫の冷熱による凍上を防止するための床下通気技術の場合、空気は容積比熱が低いため、凍上防止のためのエネルギーの輸送効率が悪く、したがって通気管の管径を大きくする必要があり、鉄筋コンクリートからなる床スラブ内に管径の大きな通気管を配設することは、施工の際にスラブの型枠内に配設される鉄筋との取り合いが複雑になるため、施工を複雑にし、建設コストを増大させてしまう。また、床スラブとその下の地盤との間に通気層を設けるか、床スラブの下の土中に通気管を埋設する場合は、地盤の掘削や残土処理が必要となり、通気管内に結露水が溜まるのを防止するため勾配を設けることが必要となる場合もあり、これらの理由から建設コストを増大させてしまう。しかも、床下通気による方法では、上述のように空気は水などに比較して熱エネルギーの輸送効率が悪く、このため通気管の管径を大きくする必要があるばかりでなく、強制通気のためにブロワを設置して常時稼動しておく必要がある。
【０００８】
また、道路等の凍上防止技術として適用される置換工法は、寒冷地では置換深さが深くなるため、掘削手間や置換材料の増大による施工費や材料費の増加を来たし、建設コストが高くなってしまう問題がある。
【０００９】
さらに、融雪のための熱融解技術のうち、直接散水による融雪方法では地下水や河川水、あるいは加温水が必要であり、さらに、これを散水配管へ送るためのポンプ等の取水設備や加熱手段が必要であり、水を循環させることにより融雪する無散水融雪技術についても、地下に循環管路や熱交換設備を埋設するなど、常時供給できる熱源や配管が必要であるため、イニシャルコストが高くなる問題がある。
【００１０】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、冷凍冷蔵倉庫の床下の地盤の凍上防止や、寒冷地における路盤の凍上防止、路面の凍結防止、及び積雪の融解を、低コストで実現可能な加温用配管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】
【００１１】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムは、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに放熱管を埋設し、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設からの排水を、前記放熱管を介して放流するものである。
【００１２】
身近な物質の中で、水は最も容積比熱（一定の体積で、単位質量の物質の温度を単位温度上げるのに必要な熱量）が大きい物質であり、具体的には空気の1.3KJ/(m3・K)に対し、水は4,178KJ/(m3・K)と約3,200倍である。このため同量の熱エネルギーを輸送するには、空気に比べて水のほうが、はるかに効率が良く、凍結防止あるいは融雪のための放熱管の管径を大幅に縮小することができ、かつ搬送動力を大幅に削減できる。しかしながら、水の循環利用では管内の水温が低下していき、最終的には管内が凍結、閉塞してしまうので、冷却された水を再び加温することが必要であり、そのために多量の熱エネルギーが必要となる。このことから、従来、凍結防止又は融雪のための熱媒として、水は利用されず、空気が用いられることが多かった。
【００１３】
一方、化学工業や食品製造業、製鉄業などの工場からは多量の排水が下水道もしくは公共用水域へ常時放流されている。１日あたりの排水量は、小規模工場では数m3程度であるが、大規模工場では数千m3にも達する。また、下水処理場からの排水量は、１日あたり数万〜数十万m3もの流量となっている。本願の発明者は、このような施設から常時排出されている排水を凍結防止又は融雪のための加温用熱源として利用可能であることに着目し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち請求項１の構成によれば、凍結防止エリアの凍結及び凍上を防止し、あるいは融雪対象エリアの積雪を融解するための加温用熱源として、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設から常時排出されている排水が用いられる。この排水は、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管を通った後、放流されるため、地下水や河川水などを取水するための設備や、水の加熱手段が不要である。そして上述のように、水は容積比熱が空気に比較して著しく大きいため、少ない流量でも大きな熱エネルギーを輸送することができ、このため、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管は、管径の小さなものでも凍結防止エリアの凍結及び凍上を有効に防止し、あるいは融雪対象エリアの積雪を融解することができる。
【００１５】
請求項２の発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムは、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管を経由して熱媒液を循環させる循環管路に熱交換部を設け、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設から放流される排水と前記熱媒液との間で、前記熱交換部を介して熱交換を行うものである。
【００１６】
請求項２の構成によれば、凍結防止エリアの凍上を防止し、あるいは融雪対象エリアの積雪を融解するための加温用熱源として、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設から常時排出されている排水が用いられる。この排水は、放流される過程で熱交換部を経由し、この熱交換部で、循環管路内を循環して流れる熱媒液に熱エネルギーを与えるものであるため、地下水や河川水などを取水するための設備や、水の加温手段が不要である。熱交換部で排水からの熱エネルギーを与えられた熱媒液は、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管を通ることによって、凍結防止エリアの凍結及び凍上を有効に防止し、あるいは融雪対象エリアの積雪を融解する。熱媒液は容積比熱が空気に比較して著しく大きいため、少ない流量でも大きな熱エネルギーを輸送することができ、このため、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管は、管径の小さなものでも凍結防止エリアの凍結及び凍上を有効に防止し、あるいは融雪対象エリアの積雪を融解することができる。
【００１７】
請求項３の発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムは、請求項２に記載された構成において、熱媒液が不凍液からなるものである。
【００１８】
請求項３の構成によれば、不凍液からなる熱媒液は、凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管を通ることによって０℃以下まで冷やされても、容易に凍結しないので、熱媒液の凍結による放熱管の破壊を防止することができる。
【００１９】
請求項４の発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムは、請求項２又は３に記載された構成において、熱交換部が、排水を一時的に貯留する水槽内に、熱媒液の循環管路を通したものである。
【００２０】
請求項４の構成によれば、排水を一時的に貯留する水槽を、排水のもつ熱エネルギーを熱媒液へ与える熱交換部として利用しているため、熱交換装置を別途に設ける必要がない。そして凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管を通ることによって冷却された熱媒液は、循環管路を介して、前記水槽を通ることで再び加温される。熱媒液との熱交換によって、前記水槽内の排水は冷却されるが、この工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設から常時供給されると共に常時放流されるため、水槽内の水温はほぼ一定に保たれる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムは、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設から放流される排水のもつ熱エネルギーを利用するものであるため、地下水や河川水などの取水設備や、水の加熱手段が不要であり、低コストで凍結防止エリアの凍結や凍上を防止し、あるいは融雪対象エリアの積雪を融解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムの第一の実施の形態を示す配管説明図である。
【図２】冷凍冷蔵倉庫の床下部に放熱管を配設した例を示す断面図である。
【図３】冷凍冷蔵倉庫の床下部に放熱管を配設した他の例を示す断面図である。
【図４】路面の舗装下に放熱管を配設した例を示す断面図である。
【図５】放熱管の配設形態を示す平面図である。
【図６】放熱管の他の配設形態を示す平面図である。
【図７】本発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムの第二の実施の形態を示す配管説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る凍結防止又は融雪のための加温用配管システムの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
まず、第一の実施の形態は、凍結防止エリア及び融雪対象エリアを、工場施設１１で発生した排水Ｗ１を排水処理施設１２で処理した処理済排水Ｗ２によって直接加温するように構成したものである。
【００２５】
すなわち第一の実施の形態を示す図１において、参照符号１０は工場の敷地、１１は工場施設、参照符号１２は工場施設１１で発生する排水Ｗ１を下水排除基準あるいは排水基準を満たすように処理するための排水処理施設、参照符号１３は排水処理施設１２からの処理済排水Ｗ２を放流前に一時貯留する放流水槽、参照符号１４は冷凍冷蔵倉庫、参照符号１５は駐車場、２０は下水管又は公共水域である。そしてこの第一の実施の形態では、放流水槽１３内の処理済排水Ｗ２は、排水処理施設１２からの流入に伴い排水管２Ａ，２Ｂへオーバーフローし、下水管又は公共水域２０へ放流されるようになっている。
【００２６】
冷凍冷蔵倉庫１４は凍結防止エリアであって、この冷凍冷蔵倉庫１４の床部には所定の間隔で多数の放熱管１Ａが埋設され、それぞれの両端が、放流水槽１３から下水管又は公共水域２０へ向けて延びる一方の排水管２Ａの流路途中に互いに並列に接続されている。また、駐車場１５は融雪対象エリアであって、この駐車場１５の路盤にも所定の間隔で多数の放熱管１Ｂが埋設され、それぞれの両端が、放流水槽１３から下水管又は公共水域２０へ向けて延びる他方の排水管２Ｂの流路途中に互いに並列に接続されている。
【００２７】
図２は、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に放熱管１Ａを配設した例を示す断面図で、参照符号１４１は床スラブコンクリート層、１４２はその下側の基礎コンクリート層、１４２ａは基礎コンクリート層１４２の鉄筋、Ｇ１は冷凍冷蔵倉庫１４の床部の下側地盤である。床スラブコンクリート１４１と基礎コンクリート層１４２の間には、防水シート１４３を介してスタイロフォーム（登録商標）やグラスウールなどからなる断熱層１４４が介装されており、この例では、放熱管１Ａは基礎コンクリート層１４２に埋設されている。放熱管１Ａの材質としては、柔軟性があり、耐食性、耐衝撃性、耐熱老化性に優れたものが望ましく、例えば管径が5〜100mm程度の架橋ポリエチレン管などを好適に用いることができる。
【００２８】
また図３は、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に第二の放熱管１Ａを配設した他の例を示す断面図で、参照符号１４１は床スラブコンクリート層、１４１ａは床スラブコンクリート層１４１の鉄筋、１４５は床スラブコンクリート層１４１の上側の打ち増しコンクリート層、１４６，１４７は基礎の捨てコンクリート層、Ｇ１は冷凍冷蔵倉庫１４の床部の下側地盤である。床スラブコンクリート１４１と捨てコンクリート層１４６の間にはスタイロフォーム（登録商標）やグラスウールなどからなる断熱層１４４が介装されており、捨てコンクリート層１４６，１４７の間には砕石からなる凍上防止層１４８が介装されており、この例では、放熱管１Ａは凍上防止層１４８内に配設されている。
【００２９】
また図４は、駐車場１５の路盤の舗装下に放熱管１Ｂを配設した例を示す断面図で、参照符号１５１はアスファルト混合物からなる上層路盤、１５２は砕石からなる下層路盤、Ｇ２は路床地盤である。放熱管１Ｂは上層路盤１５１内に深度0〜20cmで配設されている。そしてこの放熱管１Ｂも、柔軟性、耐食性、耐衝撃性、耐熱老化性に優れたものが望ましく、例えば管径が5〜100mm程度の架橋ポリエチレン管などを好適に用いることができる。
【００３０】
冷凍冷蔵倉庫１４の床部に設けられる放熱管１Ａあるいは駐車場１５の路盤の舗装下に設けられる放熱管１Ｂは、図５に示すような直管でも良いし、あるいは図６に示すような蛇行した曲管でも良い。曲管は熱交換の効率に優れている反面、実質的に流路が長くなり、水温や流量によっては上流側と下流側での温度差が大きくなりやすい。したがって下流側での凍結による放熱管１Ａあるいは放熱管１Ｂの閉塞を防止するためには、ある程度の流速（流量）を確保する必要があり、メンテナンス上からは図５のような直管の方が望ましいが、設計条件に応じて適切に選択すれば良い。また、放熱管１Ａ，１Ｂの配置間隔Ｐも、放流水槽１３から排出される処理済排水Ｗ２の温度や流量、あるいは気温の下限、設置深さなどを考慮して適切に決定される。
【００３１】
放熱管１Ａ，１Ｂは、通水量にむらが生じないように、各放熱管１Ａ，１Ｂの上流側の端部には流量調整バルブ１ａを設けると良い。また、管内洗浄等のメンテナンスを考慮して、放熱管１Ａ，１Ｂの両端は、図５及び図６に破線で示す凍結防止エリア及び融雪対象エリア（冷凍冷蔵倉庫１４又は駐車場１５）の外側で、地上で継手フランジ１ｂなどにより脱着可能とすることが望ましい。
【００３２】
以上の構成を備える第一の実施の形態によれば、工場施設１１で発生する排水Ｗ１は、まず排水処理施設１２において排水処理される。このうち下水管へ放流する排水は、下水道法で定められている下水排除基準により懸濁物質（ＳＳ）の濃度が600mg/L未満となるように処理され、公共水域へ放流する排水は、排水基準により懸濁物質の濃度が200mg/L未満となるように処理され、放流水槽１３に一時貯留された後、排水管２Ａから、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に配置した放熱管１Ａを経由して、あるいは排水管２Ｂから、駐車場１５の路盤の舗装下に配置した放熱管１Ｂを経由して、下水管又は公共水域２０へ放流される。
【００３３】
なお、放流水槽１３から放熱管１Ａ，１Ｂへ延びる排水管２Ａ，２Ｂの上流部、及び放熱管１Ａ，１Ｂから下水管又は公共水域２０へ延びる排水管２Ａ，２Ｂの下流部は、流量が多く、かつ管径も放熱管１Ａ，１Ｂに比較して十分に大きいため、内部を流れる処理済排水Ｗ２が容易に冷えてしまうことはない。
【００３４】
また、放流水槽１３から排出される処理済排水Ｗ２の懸濁物質濃度が600mg/L未満あるいは200mg/L未満程度である場合、水質によっては、放熱管１Ａ，１Ｂの管径が5〜100mm程度の細いものだと、処理済排水Ｗ２中の懸濁物質によって閉塞するおそれがある。このような場合は、放流水槽１３から排出される処理済排水Ｗ２を、図１に示すように、膜分離装置３によって懸濁物質を除去し、その濃度を1mg/L未満に低下させてから利用すれば良い。
【００３５】
この場合、膜分離装置３に用いることのできる膜の種類は、除去対象物質の粒径サイズ別に、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過（ＵＦ膜）、ナノろ過膜（ＮＦ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）となるが、懸濁物質を除去する程度であればコスト的にも安いＭＦ膜を適用するのが望ましい。これにより懸濁物質を1mg/L以下とすることができ、放熱管１Ａ，１Ｂの閉塞のおそれを大幅に低減することができる。
【００３６】
そしてこのため、放熱管１Ａ，１Ｂの管径は、5〜100mm程度の細いものでも問題がなく、したがって例えば図２の例のように、放熱管１Ａを基礎コンクリート層１４２に埋設する場合、コンクリートの補強のために配設される鉄筋１４２ａとの取り合いの問題が少なく、容易に施工することができる。また、放熱管１Ａあるいは１Ｂを地中に埋設する場合でも、管径が小さいため、掘削土量や残土処理量を削減することができる。
【００３７】
なお、近年は、ＭＦ膜のコストが従来の1/3〜1/5程度まで削減されたことから、排水の高度処理、設置スペースの削減、コストの削減の観点から下水道や有機性排水の分野で膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ法）が盛んになってきている。これらの処理済排水の水質は懸濁物質で1mg/L以下であることが多いため、そのまま利用することができる。
【００３８】
ここで、排水処理施設１２において排水処理され放流水槽１３へ流入する処理済排水Ｗ２の温度は、一般的には15〜40℃程度である。しかも水は容積比熱が大きいため、このような比較的暖かい処理済排水Ｗ２が、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に配設した放熱管１Ａあるいは駐車場１５の路盤の舗装下に配設した放熱管１Ｂを流れることによって、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に、凍上を防止するのに必要な熱エネルギーが輸送され、あるいは駐車場１５の路盤の舗装下に、その凍上を防止し積雪を融解するのに必要な熱エネルギーが輸送される。
【００３９】
詳しくは、図２又は図３の例では、冷凍冷蔵倉庫１４の室内の冷熱が、床スラブコンクリート１４１の下の断熱層１４４によって断熱されると共に、その下では基礎コンクリート層１４２又は凍上防止層１４８に埋設された放熱管１Ａを通る処理済排水Ｗ２のもつ熱エネルギーが常に供給されるため、冷凍冷蔵倉庫１４の床部の下側地盤Ｇ１の凍上が防止される。また、図４の例では、上層路盤１５１内に配設された放熱管１Ｂを通る処理済排水Ｗ２のもつ熱エネルギーが上層路盤１５１に常に供給されるため、厳寒時における駐車場１５の路床地盤Ｇ２の積雪が融解され、あるいは凍上や路面の凍結が防止される。
【００４０】
そして凍上を防止し積雪を融解するための加温用熱源である処理済排水Ｗ２は、工場施設１１で発生した排水Ｗ１が排水処理施設１２において排水処理され、放流水槽１３から常時排出されるものであり、しかも放熱管１Ａ，１Ｂを経由して凍上の防止や融雪を行った後は、そのまま下水管又は公共水域２０へ放流されるため、地下水や河川水などを汲み上げるための取水設備が不要であり、水の加熱手段も不要である。しかも、通気による加温の場合のように、大型のブロワを設置して大量の空気を強制通気する方法に比較して、はるかに熱エネルギーの輸送効率が高い。したがって、イニシャルコスト及びランニングコストが低減される。
【００４１】
なお、上述した第一の実施の形態では、放熱管１Ａ，１Ｂに処理済排水Ｗ２を流すようにしたが、工場施設１１で発生する排水Ｗ１が、懸濁物質による放熱管１Ａ，１Ｂの閉塞のおそれのない程度の懸濁物質濃度である場合は、放熱管１Ａ，１Ｂに未処理の排水Ｗ１を直接流し、放熱管１Ａ，１Ｂを通過した後で、排水Ｗ１に必要な排水処理を行うようにしても良い。
【００４２】
次に、第二の実施の形態は、凍結防止及び融雪対象エリアを、工場施設１１で発生した排水Ｗ１を排水処理施設１２で処理した処理済排水Ｗ２と熱交換される熱媒液（不凍液Ｗ３）の循環によって間接的に加温するように構成したものである。
【００４３】
すなわち第二の実施の形態を示す図７において、参照符号１０は工場の敷地、１１は工場施設、参照符号１２は工場施設１１で発生する排水Ｗ１を下水排除基準あるいは排水基準を満たすように処理するための排水処理施設、参照符号１３は排水処理施設１２からの処理済排水Ｗ２を放流前に一時貯留する放流水槽、参照符号１４は冷凍冷蔵倉庫、参照符号１５は駐車場、２０は下水管又は公共水域である。放流水槽１３は、請求項４に記載の水槽に相当するものである。そしてこの形態では、放流水槽１３内の処理済排水Ｗ２は、排水処理施設１２からの流入に伴い排水管２へオーバーフローし、下水管又は公共水域２０へ放流されるようになっている。
【００４４】
冷凍冷蔵倉庫１４は凍結防止エリアであって、この冷凍冷蔵倉庫１４の床下部には所定の間隔で多数の放熱管１Ａが埋設され、それぞれの上流端が温水供給管４の下流側で分岐した一方の分岐管路４Ａに並列に接続され、それぞれの下流端が冷水還流管５の上流側で分岐した一方の分岐管路５Ａに並列に接続されている。また、駐車場１５は融雪対象エリアであって、この駐車場１５の路盤には所定の間隔で多数の放熱管１Ｂが埋設され、それぞれの上流端が温水供給管４の下流側で分岐した他方の分岐管路４Ｂに並列に接続され、それぞれの下流端が冷水還流管５の上流側で分岐した他方の分岐管路５Ｂに並列に接続されている。
【００４５】
この実施の形態でも、放熱管１Ａ，１Ｂは、柔軟性、耐食性、耐衝撃性、耐熱老化性に優れたものが望ましく、例えば管径が5〜100mm程度の架橋ポリエチレン管などを好適に用いることができる。また、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部あるいは駐車場１５の路盤の舗装下における放熱管１Ａ，１Ｂの配設構造は、先に説明した図２〜図６と同様とすることができる。
【００４６】
一方、放流水槽１３内には、貯留された処理済排水Ｗ２中を通るように、所定の間隔で多数の吸熱管６が配設され、それぞれの上流端が冷水還流管５の下流側の端部に並列に接続され、それぞれの下流端が温水供給管４の上流側の端部に並列に接続されている。
【００４７】
放熱管１Ａ，１Ｂ、冷水還流管５（分岐管路５Ａ，５Ｂ）、吸熱管６、及び温水供給管４（分岐管路４Ａ，４Ｂ）はエンドレスの循環管路を構成している。この循環管路には、熱媒液として不凍液Ｗ３が充填されており、送水ポンプ７によって放熱管１Ａ，１Ｂ→冷水還流管５（分岐管路５Ａ，５Ｂ）→吸熱管６→温水供給管４（分岐管路４Ａ，４Ｂ）→放熱管１Ａ，１Ｂというように循環流動されるようになっている。
【００４８】
また、放流水槽１３と吸熱管６は熱交換部１００を構成するものであって、すなわち冷水還流管５を通じて吸熱管６へ流れ込む低温の不凍液Ｗ３が、この吸熱管６を流れる過程で放流水槽１３内の処理済排水Ｗ２との熱交換によって熱エネルギーを与えられ、適度に昇温して温水供給管４へ流出するようになっている。したがって、吸熱管６には熱伝導性に優れた金属管などが用いられる。
【００４９】
以上の構成を備える第二の実施の形態によれば、工場施設１１で発生する排水Ｗ１は、まず排水処理施設１２に送られ、下水排除基準又は排水基準を満たすように排水処理された処理済排水Ｗ２となって、放流水槽１３に一時貯留された後、排水管２から下水管又は公共水域２０へ放流される。また、このとき処理済排水Ｗ２は、第一の実施の形態と同様に、膜分離装置３によって懸濁物質濃度を1mg/L未満に低下させてから放流しても良い。
【００５０】
一方、放熱管１Ａ，１Ｂ、冷水還流管５（分岐管路５Ａ，５Ｂ）、吸熱管６、及び温水供給管４（分岐管路４Ａ，４Ｂ）からなる循環管路では、送水ポンプ７の駆動によって不凍液Ｗ３が循環されている。詳しくは、循環管路内の不凍液Ｗ３は、熱交換部１００の吸熱管６から、温水供給管４及びその一方の分岐管路４Ａを経て、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に配置した放熱管１Ａへ送られ、あるいは温水供給管４及びその他方の分岐管路４Ｂを経て、駐車場１５の路盤の舗装下に配置した放熱管１Ｂへ送られ、さらに前記放熱管１Ａから冷水還流管５における一方の分岐管路５Ａあるいは前記放熱管１Ｂから冷水還流管５における他方の分岐管路５Ｂを経て、熱交換部１００の吸熱管６へ還流されるといった流動が繰り返される。
【００５１】
ここで、排水処理施設１２において排水処理され放流水槽１３へ流入する処理済排水Ｗ２の温度は、一般的には15〜40℃程度であるため、放流水槽１３内に配置された吸熱管６を通過する不凍液Ｗ３は、その通過の過程で処理済排水Ｗ２との熱交換によって加温され、十分な熱エネルギーを与えられる。そして吸熱管６を通過した不凍液Ｗ３が、冷凍冷蔵倉庫１４の床下部に配設した放熱管１Ａあるいは駐車場１５の路盤の舗装下に配設した放熱管１Ｂを流れることによって、冷凍冷蔵倉庫１４の床部に、凍上を防止するのに必要な熱エネルギーが輸送され、あるいは駐車場１５の路盤の舗装下に、その凍上を防止し積雪を融解するのに必要な熱エネルギーが輸送される。
【００５２】
詳しくは、図２又は図３の例では、冷凍冷蔵倉庫１４の室内の冷熱が、床スラブコンクリート１４１の下の断熱層１４４によって断熱されると共に、その下では基礎コンクリート層１４２又は凍上防止層１４８に埋設された放熱管１Ａを通る不凍液Ｗ３のもつ熱エネルギーが常に供給されるため、冷凍冷蔵倉庫１４の床部の下側地盤Ｇ１の凍上が防止される。また、図４の例では、上層路盤１５１内に配設された放熱管１Ｂを通る不凍液Ｗ３のもつ熱エネルギーが上層路盤１５１に常に供給されるため、厳寒時における駐車場１５の路床地盤Ｇ２の積雪が融解され、あるいは凍上や路面の凍結が防止される。
【００５３】
放熱管１Ａ，１Ｂにおいて凍上の防止や融雪を行うことにより放熱して低温になった不凍液Ｗ３は、冷水還流管５における一方の分岐管路５Ａあるいは他方の分岐管路５Ｂを経て、熱交換部１００の吸熱管６へ還流され、ここで再び処理済排水Ｗ２との熱交換によって加温され、十分な熱エネルギーを与えられることになる。一方、放流水槽１３内の処理済排水Ｗ２は、不凍液Ｗ３との熱交換によって冷却されるが、この処理済排水Ｗ２は排水処理施設１２から常時供給されると共に下水管又は公共水域２０へ常時放流されるため、放流水槽１３内の水温はほぼ一定に保たれる。
【００５４】
なお、熱媒液として用いている不凍液Ｗ３は、その種類や水との混合比率にもよるが、凝固点を-50℃程度まで低下させることができるため、放熱管１Ａ，１Ｂを通過する過程で放熱することにより０℃以下の低温になっても、不凍液Ｗ３自体が凍結してしまうのを有効に防止でき、しかも処理済排水Ｗ２を放熱管１Ａ，１Ｂへ直接流す場合のような、懸濁物質による放熱管１Ａ，１Ｂの閉塞のおそれもない。
【００５５】
そして凍上を防止し積雪を融解するための加温用熱源である処理済排水Ｗ２は、工場施設１１で発生した排水Ｗ１が排水処理施設１２において排水処理され、放流水槽１３へ常時供給されるものであり、しかも熱交換部１００で不凍液Ｗ３に凍上の防止や融雪に必要な熱エネルギーを供給した後は、そのまま下水管又は公共水域２０へ放流されるため、地下水や河川水などを汲み上げるための取水設備が不要である。また、不凍液Ｗ３の循環のための送水ポンプ７は必要であるが、排水処理施設１２の放流水槽１３を、処理済排水Ｗ２のもつ熱エネルギーを不凍液Ｗ３へ与える熱交換部１００として利用しているため、別途に熱交換装置を設ける必要がない。そしてこの場合も、大型のブロワを設置して大量の空気を強制通気する方法に比較して、はるかに熱エネルギーの輸送効率が高い。したがってイニシャルコスト及びランニングコストが低減される。
【００５６】
なお、図７に示す例では、熱交換部１００を通過した不凍液Ｗ３を冷凍冷蔵倉庫１４の床下部及び駐車場１５の路盤の舗装下へ循環させるために、循環管路の温水供給管４及び冷水還流管５を分岐させたが、それぞれ独立した循環管路としても良い。
【００５７】
なお、上述した第二の実施の形態では、排水処理施設１２による処理済排水Ｗ２を放流水槽１３に流すようにしたが、工場施設１１からの排水Ｗ１を放流水槽１３へ直接流し、放流水槽１３で不凍液Ｗ３との熱交換をした後で、下水管又は公共水域２０へ放流される排水Ｗ１に必要な排水処理を行うようにしても良い。
【００５８】
また、処理済排水Ｗ２としては、工場施設１１からの排水Ｗ１を排水処理施設１２で処理したもののほか、下水処理場、水処理施設、排水事業場などの水処理施設から排出されるものも適用することができる。なお、下水処理場からの排水の場合は、公共水域への放流となる。
【符号の説明】
【００５９】
１Ａ，１Ｂ 放熱管
２，２Ａ，２Ｂ 排水管
３ 膜分離装置
４ 温水供給管
５ 冷水還流管
６ 吸熱管
７ 送水ポンプ
１２ 排水処理施設
１３ 放流水槽（水槽）
１４ 冷凍冷蔵倉庫（凍結防止エリア）
１５ 駐車場（融雪対象エリア）
２０ 下水管又は公共水域
１００ 熱交換部
Ｗ１ 排水
Ｗ２ 処理済排水
Ｗ３ 不凍液（熱媒液）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凍結防止エリア又は融雪対象エリアに放熱管を埋設し、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設からの排水を、前記放熱管を介して放流することを特徴とする凍結防止又は融雪のための加温用配管システム。
【請求項２】
凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管を経由して熱媒液を循環させる循環管路に熱交換部を設け、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設から放流される排水と前記熱媒液との間で、前記熱交換部を介して熱交換を行うことを特徴とする凍結防止又は融雪のための加温用配管システム。
【請求項３】
熱媒液が不凍液からなることを特徴とする請求項２に記載の凍結防止又は融雪のための加温用配管システム。
【請求項４】
熱交換部が、排水を一時的に貯留する水槽内に、熱媒液の循環管路を通したものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の凍結防止又は融雪のための加温用配管システム。
【請求項１】
凍結防止エリア又は融雪対象エリアに放熱管を埋設し、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設からの排水を、前記放熱管を介して放流することを特徴とする凍結防止又は融雪のための加温用配管システム。
【請求項２】
凍結防止エリア又は融雪対象エリアに埋設された放熱管を経由して熱媒液を循環させる循環管路に熱交換部を設け、工場施設、工場内の排水処理施設、下水処理場、水処理施設、排水事業場から選択されるいずれかの施設から放流される排水と前記熱媒液との間で、前記熱交換部を介して熱交換を行うことを特徴とする凍結防止又は融雪のための加温用配管システム。
【請求項３】
熱媒液が不凍液からなることを特徴とする請求項２に記載の凍結防止又は融雪のための加温用配管システム。
【請求項４】
熱交換部が、排水を一時的に貯留する水槽内に、熱媒液の循環管路を通したものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の凍結防止又は融雪のための加温用配管システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２１１４５５（Ｐ２０１２−２１１４５５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７１４２（Ｐ２０１１−７７１４２）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【Ｆターム（参考）】
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