JPH0554028B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ヒートパイプにより地盤を凍結さ
せて庫内を冷却させる低温貯蔵庫に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

一般に、米などの穀物、食糧などを貯蔵する場
合には、一定した低温、定湿度な環境下にて行う
ことを要求される。

従来、この種の貯蔵施設としては、例えば、冷
凍機を用いて庫内を一定温度に保持するように構
成された低温貯蔵庫などが適用されているが、設
備費用（イニシヤルコスト）およびランニングコ
ストが高いものとなつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本出願人等は、このような問題点を解決すべく
鋭意研究した結果、冬季における冷熱を凍土の形
で貯蔵し、温暖な夏季等にこの冷熱を供給すれ
ば、従来の冷凍機を使用した貯蔵庫に比べ、イニ
シヤルコストおよびランニングコストが少なくて
済むとの考えに至つた。

ところが、電力による強制冷却によつて、人工
凍土を造成すると、イニシヤルコストおよびラン
ニングコストの大幅な低減を実現することができ
ないのが実状である。

そこで、本出願人等は、ヒートパイプによる凍
土の造成について、各種の実験を実施し、低温貯
蔵庫としての利用の可能性について研究した結
果、積算寒度が400℃・dayより大きければ、ヒ
ートパイプにより地盤内に凍土を構築できるこ
と、自然冷熱をヒートパイプを介して、地下に長
期間貯蔵するためには、潜熱の形が理想的であ
り、そのためには岩盤よりも地盤の方が望ましい
こと、地盤の中でも、含水比が一般に高い粘性土
のほうが砂質土より適していること、そして凍土
厚さが1.5ｍ以上であれば、１年経過後でも凍土
が残存すること等の知見を得た。

ただし、ヒートパイプにより地盤を冷却して凍
土を造成した場合、低温貯蔵庫構築後その周囲に
凍土が形成されるのを待つて、この低温貯蔵庫が
使用可能な状態となるので、低温貯蔵庫構築後使
用までに所定の期間が必要であつた。また、ヒー
トパイプの熱輸送能力は、地盤中に埋設された時
点が最大で、この後徐々に小さくなるという性質
がある。従つて、温暖期に凍土として維持できる
だけの所定の凍土層の厚さを造成するのに長時間
を要し、一冬でこの所定の厚さの凍土層が造成不
可能な場合が大半である。

本発明はこのような知見を基になされたもの
で、ヒートパイプを利用して冬季の冷熱を地下に
貯蔵し、それを冷熱源として、庫内を低温に保持
することによつて、イニシヤルコストおよびラン
ニングコストを大幅に低減することができる低温
貯蔵庫を、即時使用可能な状態でかつ一冬で施工
しうる施工方法を提供することを目的としてい
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、地盤の表面部に外気に開口する掘
削穴を掘削すると共に、この掘削穴の側壁部を、
その開口部に向かうにしたがつて上り勾配の傾斜
面に形成する工程と、前記掘削穴掘削の工程後、
冬季等の寒冷期にこの掘削穴の内部に土を所定の
厚さだけ埋め戻し、この埋め戻された土を前記掘
削穴からの自然冷気等により凍結させた後に、こ
の凍結した土の上に順次所定の厚さだけ土を埋め
戻しながらこの土を凍結させることで、前記掘削
穴の内部に凍土層を形成する工程と、この凍土層
形成の工程の途中で、前記掘削穴の側壁部に沿い
ながら下端がこの掘削穴の底部にまで至るように
ヒートパイプを前記凍土層中に配設する工程と、
前記凍土層形成の工程後、前記掘削穴の周囲の地
盤上にこの掘削穴の上面を覆う屋根を架設する工
程とからなる低温貯蔵庫の施工方法を構成して、
前記問題点を解決している。

〔作用〕

この発明では、掘削穴の内部に土を埋め戻しな
がら凍結する工程を繰り返して、凍土層を形成し
ているので、低温貯蔵庫構築後、直ちにこの低温
貯蔵庫が使用可能な状態となると共に、冬季等の
寒冷期に所定の厚さの土を埋め戻しながら凍結さ
せているので、凍土層の形成が短期間で行える。
そして、この凍土層中には、凍土層中に配設され
たヒートパイプにより、冬季等の寒冷期に過冷外
気エネルギーが蓄冷熱される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

第１図ないし第２図は、この発明の一実施例で
ある低温貯蔵庫の施工方法に従つて施工された低
温貯蔵庫を示す図である。第１図ないし第２図に
おいて、符号Ａは地盤Ｇの表面部に作られた外気
に開口する低温貯蔵庫、符号１はこの低温貯蔵庫
Ａの庫内であり、この庫内１は、全体がほぼ長方
形の穴に形成されて食糧などの貯蔵場所を構成す
るもので、図示例の場合、庫内１の長方形状の底
部２が平面に形成され、かつ、この底部２の周囲
の側壁部３が開口部に向かうに従い上り勾配とな
つた傾斜面に形成されている。

また、前記底部２の上面には捨てコンクリート
あるいは砕石等によつて、床版４が構築されると
ともに、傾斜面となつた側壁部３の上には、底部
２から順に土のう５が積まれ、かつ、低温貯蔵庫
Ａの周囲の盛土６の上面には、後述する屋根７を
載せるためのコンクリート製の基礎部８が形成さ
れている。

そして、前記低温貯蔵庫Ａの庫内１周囲の地盤
Ｇには凍土層Ｆが、この庫内１を囲繞するように
形成されていると共に、この凍土層Ｆ中には、凍
土層Ｆを冷却、凍結させて、低温貯蔵庫Ａの庫内
１を冷却させるヒートパイプ１０が、庫内１の周
囲に沿つて等間隔に複数設置されている。この凍
土層Ｆと周囲の地盤Ｇとの間は、凍土層Ｆ中に含
まれる水が地盤Ｇに浸出しないように、不透水性
の膜１３によつて相互の水の出入が遮断されてい
る。

このヒートパイプ１０は、第１図に示すよう
に、十分脱気された長寸の円筒状気密容器１１内
に作動流体を封入し、その流体の相変化に伴つて
熱移動が生じるように構成したもので、図示例の
場合、気密容器１１の上端１１ａが基礎部８から
突出し、その下側が側壁部３と平行に底部近傍ま
で延びており、しかもその先端（下端）１１ｂが
底部２（床）下部まで延出する形態で埋設された
構造となつている。また、この気密容器１１の外
気に露出する上部外周には熱の出入りの効率を上
げるために、その長さ方向に沿つて複数の受放熱
用フイン１２が突設されている。

なお、図示例では、左右のヒートパイプ１０の
下端（気密容器１１の下端１１ｂ）が床下部で互
いに干渉しないように、互い違いに配設されてい
るが、この配置構造はこのものに限定されるもの
ではなく、例えば若干これらをラツプさせる構造
であつても良い。

前記庫内１の上面を覆う屋根７は、庫内１の周
囲の基礎部８に載置され、トラス構造の梁７ａの
上に断熱構造の屋根板７ｂを被せた構造となつて
いる。なお、この屋根７の構造はこのものに限定
されるものではなく、他の構造であつても良い。

図中符号１５は盛土の外面に敷かれた断熱材を
示すもので、特に夏季等の外気の温度が高い時等
に設けられるものである。

また、第２図は、このような構造の複数の低温
貯蔵庫Ａを並設（群設）した状態を示すもので、
このような配置とすれば、熱負荷が少なくなり、
効率的になるので好ましい。

次に、この発明の一実施例である低温貯蔵庫Ａ
の施工方法及びその使用方法等を、第１図ないし
第３図を参照して説明する。

まず、低温貯蔵庫Ａの施工方法について、各工
程順に説明を行う。

(i) 工程１（第３図ａ） 貯蔵場所となる地盤Ｇの表面部を掘削して、外
気に開口する掘削穴１６を形成すると共に、この
掘削穴１６の側壁部を、その開口部に向かうに従
つて上り勾配の傾斜面に形成する。ここで、地盤
Ｇの地下水位が掘削穴１６の底部よりも低い場
合、また地盤Ｇの含水比が小さい場合には、後述
する埋め戻し用の土中の水分が地盤Ｇに浸出しな
いように、掘削穴１６の表面を不透水性の膜１３
で覆う。

(ii) 工程２（第３図ｂ） 冬季等の寒冷期に、掘削穴１６の内部に所定の
厚さだけ土１７を埋め戻し、この土１７を掘削穴
１６からの自然冷気等により凍結させる。この工
程を繰り返して、ヒートパイプ１０が配設される
深度まで、掘削穴１６の内部に数層の凍土層Ｆを
形成する。埋め戻される土１７には、埋め戻し後
の凍結を促進し、かつ低温貯蔵庫Ａの施工後凍土
層Ｆの維持を容易にする目的で、飽和量の水分が
含有されるのが好ましいが、土１７の含水比はそ
の施工条件等により適宜調整されれば良い。ま
た、一回に埋め戻される土１７の厚さも、施工条
件等により適宜決定されれば良いが、埋め戻され
た土１７が均一にかつ速やかに凍結されるよう
に、10cm〜20cm程度ずつ埋め戻すのが好ましい。

(iii) 工程３（第３図ｃ） 凍土層Ｆ中に、気密容器１１が掘削穴１６の側
壁部に沿つて延在し、かつその下端１１ｂが掘削
穴１６の底部にまで至るように、ヒートパイプ１
０を配設する。この後、前記工程２と同様に、凍
土層Ｆの内部に所定の厚さだけ土１７を埋め戻
し、この土１７を掘削穴１６からの自然冷気及び
ヒートパイプ１０からの冷却により凍結させる。
この工程を繰り返して、最終的に年間を通じて低
温貯蔵庫Ａの周囲に凍土層Ｆを維持できるだけの
厚さの凍土層Ｆを形成すると共に、この凍土層Ｆ
の内部に低温貯蔵庫Ａの庫内１を形成する。

ここで、前記工程に従つて一冬に形成可能な凍
土層Ｆの厚さは、積算寒度が500℃・dayよりも
大きければ、３〜4mにも達するため、年間を通
じて維持しうるだけの厚さの凍土層Ｆを形成する
ための期間は、一冬で十分であると言える。ま
た、埋め戻される土１７中の水分の蒸発等によ
り、庫内１の湿度や気密性に問題がある場合、こ
の凍土層Ｆ表面にも不透水性の膜１３を被せる。

(iv) 工程４（第３図ｄ） 庫内１の側壁部３に沿つて土のう５を縦積み
し、庫内１の底部２の上に捨てコンクリート等を
打設して、床版４を構築するとともに、基礎部８
を形成する。そして、この基礎部８の上面に屋根
７を取り付けると、第１図に示すような低温貯蔵
庫Ａが構築される。

このような構成の低温貯蔵庫Ａは、構築と同時
にその周囲に十分な厚さの凍土層Ｆが形成されて
いるため、即時に使用可能な状態であるが、更に
冬季等の寒冷期において、ヒートパイプ１０の上
部を寒気により冷却し、ヒートパイプ１０の周囲
の土壁Ｆを冷却、凍結させることで、庫内１の周
囲に凍土層Ｆを構築、維持して、過冷外気エネル
ギーを蓄える。

すなわち、ヒートパイプ１０の上部が冬季の寒
気によつて冷却されると、気密容器１１内の作動
流体が凝縮し液体となり、重力によつて気密容器
の管壁を伝わつて落下する。この結果、冷熱が下
部に運ばれ、この運ばれた冷熱によつて、気密容
器１１周囲の凍土層Ｆが冷却、凍結させられて、
気密容器１１の周囲に、第１図に示すように、凍
土層Ｆが構築、維持される。そして、この現象が
冬季において繰り返され、ヒートパイプ１０の周
囲には凍土層Ｆが構築され、過冷外気エネルギー
（冷熱エネルギー）が凍土層Ｆおよび氷という状
態で蓄熱されるのである。

一方、温暖な春季および夏季などにおいては、
凍土層Ｆ中の地区蓄冷熱エネルギーが放出され、
庫内１が低温度に保たれる。

以上説明した施工方法により、低温貯蔵庫Ａが
構築される。ここで、この低温貯蔵庫Ａは、掘削
穴１６の内部に凍土層Ｆを成形しながら施工され
るので、低温貯蔵庫Ａ完成時に、既にこの低温貯
蔵量Ａの周囲には十分な厚さの凍土層Ｆが形成さ
れている。従つて、この低温貯蔵庫Ａは、完成と
同時に、その庫内１に食糧等を貯蔵して使用され
ることが可能である。また、前記凍土層Ｆの形成
は、冬季等の寒冷期に行なわれると共に、埋め戻
される土は、凍土層Ｆの形成が容易な所定の厚さ
に分割されて、埋め戻された後に順次凍結される
ので、凍土層Ｆの形成が短期間で行なわれ、条件
が整えば一冬で十分な厚さの凍土層Ｆを形成する
ことが可能である。

また、この低温貯蔵庫Ａの施工は、地盤Ｇをそ
の表面部から掘削して、土１７を埋め戻しつつヒ
ートパイプ１０を配設し、更にこの上面に屋根７
を架設するような単純作業であり、その施工（例
えばヒートパイプ１０の設置）に特別な技術（ボ
ーリング等）を必要とせず、また、冷凍機の代わ
りにメンテナンスフリーなヒートパイプ１０によ
つて冷熱源を構成するので、低温貯蔵庫Ａの設置
及び維持が簡単であるため、イニシヤルコスト、
ランニングコスト共に大幅に低減することが可能
である。

そして、実施例の低温貯蔵庫Ａでは、側壁部３
が傾斜面に形成されているので、土のう５等の安
価なものでの支保が可能となり、貯蔵場所の構築
のコストを低減することができる。

なお、前記実施例では、庫内１自身を貯蔵場所
としてこの上に屋根７を取り付ける構成としてい
るが、この庫内１に大口径のコルゲート管やボツ
クスカルバート等を設置し、これらを貯蔵場所と
して埋め戻す構造とすることも可能である。この
場合、前記の如く土１７を埋め戻しつつこの土１
７を凍結させれば、急速施工、即時使用が可能で
ある。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、この発明によれ
ば、低温貯蔵庫完成時に、既にその周囲には十分
な厚さの凍土層が形成されているので、この低温
貯蔵庫は、完成と同時に使用可能な状態となると
共に、前記凍土層の形成は、冬季等の寒冷期に行
なわれ、かつ埋め戻される土は所定の厚さに分割
されて、埋め戻された後に順次凍結されるので、
凍土層の形成が短期間で行なわれ、条件が整えば
一冬で十分な厚さの凍土層を形成することが可能
である。そして、前記低温貯蔵庫の構築後は、前
記ヒートパイプの作用により、周囲の過冷外気エ
ネルギーを凍土の形成、維持に利用することがで
きる。従つて、温暖な春季及び夏季などにおい
て、この凍土中の蓄冷熱エネルギーが放出される
ことで、低温貯蔵庫の庫内は低温度に保たれる。

また、この低温貯蔵庫の施工そのものは単純作
業であり、その施工に特別な技術を必要とせず、
また、冷凍機の代わりにメンテナンスフリーなヒ
ートパイプによつて冷熱源を構成するので、低温
貯蔵庫の設置及び維持が簡単であるため、低温貯
蔵庫のイニシヤルコスト、ランニングコストを共
に大幅に低減することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である低温貯蔵庫
の施工方法に従つて施工された低温貯蔵庫を示す
側断面図、第２図はそれら低温貯蔵庫を群設した
状態を示す斜視図、第３図はこの発明の一実施例
である低温貯蔵庫の施工方法を説明する図であ
る。 Ａ……低温貯蔵庫、Ｆ……凍土層、Ｇ……地
盤、７……屋根、１０……ヒートパイプ、１１ｂ
……ヒートパイプ下端、１６……掘削穴、１７…
…土。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地盤の表面部に外気に開口する掘削穴を掘削
   すると共に、この掘削穴の側壁部を、その開口部
   に向かうにしたがつて上り勾配の傾斜面に形成す
   る工程と、前記掘削穴掘削の工程後、冬季等の寒
   冷期にこの掘削穴の内部に土を所定の厚さだけ埋
   め戻し、この埋め戻された土を前記掘削穴からの
   自然冷気等により凍結させた後に、この凍結した
   土の上に順次所定の厚さだけ土を埋め戻しながら
   この土を凍結させることで、前記掘削穴の内部に
   凍土層を形成する工程と、この凍土層形成の工程
   の途中で、前記掘削穴の側壁部に沿いながら下端
   がこの掘削穴の底部にまで至るようにヒートパイ
   プを前記凍土層中に配設する工程と、前記凍土層
   形成の工程後、前記掘削穴の周囲の地盤上にこの
   掘削穴の上面を覆う屋根を架設する工程とからな
   る低温貯蔵庫の施工方法。