JPH0820160B2 - ヒ−トパイプ用放射装置 - Google Patents

ヒ−トパイプ用放射装置

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JPH0820160B2
JPH0820160B2 JP11987386A JP11987386A JPH0820160B2 JP H0820160 B2 JPH0820160 B2 JP H0820160B2 JP 11987386 A JP11987386 A JP 11987386A JP 11987386 A JP11987386 A JP 11987386A JP H0820160 B2 JPH0820160 B2 JP H0820160B2
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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、地盤あるいは汚泥などを凍結させるヒート
パイプに用いて好適なヒートパイプ用放射装置に係わ
り、特に、ヒートパイプの放熱部を囲む側壁部を持ちか
つ底板部に前記ヒートパイプの放熱部を挿入する貫通孔
が形成された放射容器本体を備えてなる放射装置に関す
るものである。
「従来の技術」 寒冷地などで生じる地盤凍結は、凍上現象などの発生
をもたらし、建物や道路に多大な被害を引き起こしてい
る。このため、地盤の凍結防止あるいは抑止のための研
究が為されてきているが、その一方で、このような凍土
を利用した技術開発が、従来より、進められている。
ところが、電力によって人工凍土を造成した場合に
は、そのイニシャルコストとランニングコストが高いも
のとなる等の問題点がある。
そこで本出願人は、前記凍土の造成にあたり、ヒート
パイプを利用することによって、イニシャルコストおよ
びランニングコストの大幅な低減が実現できるとの考え
から、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、ヒートパイプ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等の知
見を得た。
そして、このような知見を基に、本出願人はすでに、
特願昭60−254504号「ヒートパイプによる軟弱粘性土地
盤の改良工法」により、凍結過程において生じる吸水力
と凍結膨張圧力を利用して軟弱粘性土地盤を脱水する地
盤改良工法、あるいは、特願昭60−285122号「低温貯蔵
庫」により、凍土を冷熱源として積極的に有効利用した
低温貯蔵庫等を開発した。
第5図は本出願人が、特願昭60−285122号で提案した
ヒートパイプを利用した低温貯蔵庫の一構造例を示すも
のである。これは、地盤Gの表面に堀削した外気に開口
する堀削穴1を貯蔵場所として、該堀削穴1の地盤の周
囲に埋設したヒートパイプ2により地盤Gを凍結させ
て、前記堀削穴1内を冷却させるもので、前記堀削穴1
の周囲の地盤G上に堀削穴1の上面を覆う断熱屋根3を
配置し、かつ、前記堀削穴1の側壁部1aを、堀削穴1の
開口部に行くにしたがって上り匂配の傾斜面に形成する
とともに、前記ヒートパイプ2を、堀削穴1の側壁部1a
に沿ってその下端が堀削穴1の床下部1bまで延出するよ
うに埋設したものである。
前記構成によれば、冬季に過冷外気エネルギーを、堀
削穴周囲の地盤の中に凍土および氷として蓄冷熱させる
ことができ、温暖な春季および夏季などに前記蓄冷熱エ
ネルギーを利用して堀削穴内を低温に一定に保つことが
できる。
「発明が解決しようとする問題点」 本発明は前述した従来技術における次のような問題点
を解決しようとするものである。
従来の地盤凍結に使用しているヒートパイプ2は、第
5図などに示すように、地盤G内の熱を地下部のフィン
4により放出し、凍土Fを構築する構造であるが、この
ようなフィン4による構造では、フィン4と大気間の熱
抵抗が大きく、ヒートパイプ2の熱輸送量が小さいこ
と。
大気温度以下に凍土温度を下げることが難しいため、
一部の寒冷地(冷えば北海道の北半分)でしか、凍土を
構築することが困難であること。
本発明は前記事情に鑑みて提案されたもので、その目
的とするところは、ヒートパイプの放熱部の放射効果に
よって、ヒートパイプの熱輸送量を増大し得、大気温度
以下の凍土温度を下げることができるヒートパイプ用放
射装置を提供することにある。
「問題点を解決するための手段」 本発明は前記目的を達成するために、地盤もしくは汚
泥を凍結させるヒートパイプの放熱部を囲む側壁部を持
ちかつ底板部に前記ヒートパイプの放熱部を挿入する貫
通孔が形成された放射容器本体を備え、この放射容器本
体の内面および前記ヒートパイプの放熱部外面をそれぞ
れ黒体面に形成し、さらに、前記放射容器本体の外面に
反射材を設けたことを特徴としている。
「作用」 前記構成によれば、ヒートパイプの放熱部が放射容器
本体によって囲まれ、放熱部周囲に放射冷却空間が形成
されるので、ヒートパイプが放射によって熱量を失い、
冷却され、その結果、冷熱がヒートパイプを通じてヒー
トパイプ下部に運ばれ、その周囲に凍土を形成する。
「実施例」 以下、本発明の一実施例を第1図および第2図を参照
して説明する。実施例は低温貯蔵庫の凍土を造成するヒ
ートパイプに適用した。なお、図中第5図と同一の構成
要素には同一の符号を付し、その説明は簡略化する。
これらの図において、符号10はヒートパイプ2の放熱
部2aを収容する放射容器本体で、この放射容器本体10は
断熱性の素材によって堀削穴(貯蔵庫)1の周囲に埋設
された複数のヒートパイプ2の放熱部2aを囲む側壁部11
と、前記放熱部2aを挿入する貫通孔12が形成された底板
部13とを一体に形成した有底の受皿状に形成されてい
る。
そして、第2図に示すように、前記放射容器本体10の
内面(実施例では側壁部11の上面11a、内壁面11b並びに
底板部13の上面13a)およびヒートパイプ2の放熱部2a
外面は、それぞれ全面が黒体面15とされている。この黒
体面15はあらゆる方向に放射を発散する作用を発起させ
るもので、この黒体面15を形成するには、黒色に着色し
た断熱材を放射容器本体10の内面およびヒートパイプ2
の外面に貼り付けても良いし、あるいは、黒体面を形成
するように、黒色の塗料を塗布しても良い。
一方、前記放射容器本体10の外面(実施例では側壁部
11の外壁面11c)には反射率の高いアルミ箔などの素材
からなる反射材16が、外面全面を覆うようにして一体に
設けられている。
なお、図中符号20で示すものは放射容器本体10の上面
を覆う断熱屋根で、雨、雪のときや、昼間外気が放射容
器本体10内のよりも高い場合に、放射容器本体10の上面
に取り付けられ、晴天の夜間などに、この屋根20は開け
られた状態に保持される。
このような構造の放射装置によれば、放射容器本体10
によって囲まれた空間内で、黒体面15とされたヒートパ
イプ2の放熱部2aから最大の放射エネルギが発散され
て、ヒートパイプ2の放熱部2aが冷却される。つまり、
黒体面15とされたヒートパイプ2の放熱部2aは、放射率
1であるから、その温度T゜Kとすると、1cm2当たり毎
分σT4calの熱を放射(σはボルツマン定数)して、冷
却される。特に本発明では、前記放射容器本体10はその
外面が反射材16によって覆われ、内面がヒートパイプ2
の放熱部2aと同様に黒体面15とされているので、外部か
らの熱は前記反射材16により反射され、また内面からは
熱放射によって熱量が失われ、放射容器本体10によって
囲まれた放熱部2aの周囲では、放射容器本体10の外部の
影響をほとんど受けることなく、放射冷却現象が生じ、
その結果、冷熱がヒートパイプ2を通じて、下部に移動
し、地盤に凍土Fを構築する。
このように、本発明ではヒートパイプ2の放熱部2aか
らの熱の放射を、従来構造のようにフィン構造の対流に
よる熱伝達に代えて、放射容器本体10内での黒体面15か
らの放射によって行っているので、後述するように、ヒ
ートパイプ2の熱輸送量が増大し、大気温度以下にヒー
トパイプ2下部の温度を低下させ、凍土Fを構築するこ
とができる。
すなわち、ヒートパイプ2の熱輸送量Qは次式(i)
で与えられ、各熱抵抗R1,R2,R3の間には、それぞれ、R1
>R2>R3の関係があるので、放射構造としてR1を小さく
した本発明では、ヒートパイプ2の熱輸送量Qは増大す
るのである。
Q=(Ta−Tg)/(R1+R2+R3) ……(i) ただし、Ta,Tg:大気および地盤の温度、R1:ヒートパ
イプと大気間の熱抵抗、R2:ヒートパイプ内の熱抵抗、R
3:地盤とヒートパイプの熱抵抗。
次に、第3図を参照して本発明の他の実施例について
説明する。この実施例では、汚泥処理施設に適用したも
のである。
まず、この汚泥処理施設について説明すると、これ
は、コンクリート製箱体20に収容した汚泥をヒートパイ
プ2によって凍結する基本構成となっており、前記箱体
20の側壁部20a下面には脱水された排水を処理する排水
孔21が形成されている。
本発明では、前記箱体20の上面にこの上面を覆う放射
容器本体10を載置し、この放射容器本体10の内面および
底板部13上に突出するヒートパイプ2の放熱部2aをそれ
ぞれ黒体面15とし、外面および底面に反射体16を設けた
ことを最大の特徴としている。
このような構造の汚泥処理施設においは、放射冷却現
象で、黒体面15とされた放熱部2aから熱が放射され、冷
却される。その結果、冷熱がヒートパイプ2を通じて、
下に移動し、箱体20内の汚泥を凍結させて、脱水処理が
施されることになる。
また、第4図は本発明の別の実施例を示すもので、第
3図などに示した箱体20に代えて、底板部にヒートパイ
プ2の下端が突出する温度収納部25を備えた汚泥収納用
の箱体26を、放射容器本体10と組み合わせたものであ
る。
このような構造によれば、前記第3図で示した実施例
の作用に加え、温水収納部25によりヒートパイプ2の下
部を加熱し得て、箱体26内の汚泥Sの急速解凍を達成す
ることができる。
「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば、地盤もしくは汚
泥を凍結させるヒートパイプの放熱部を囲む側壁部を持
ちかつ底板部に前記ヒートパイプの放熱部を挿入する貫
通孔が形成された放射容器本体を備え、この放射容器本
体の内面および前記ヒートパイプの放熱部外面をそれぞ
れ黒体面に形成し、さらに、前記放射容器本体の外面に
反射材を設けたことを特徴としているので、次のような
優れた効果を奏する。
ヒートパイプの放熱部からの熱の放射を、従来構造の
ようにフィン構造の対流による熱伝達に代えて、放射容
器本体内での黒体面からの放熱によって行っているの
で、ヒートパイプの熱輸送量を増大させることができ、
大気温度以下にヒートパイプ下部の温度を低下させて、
凍土を構築することができる。
前記により、ヒートパイプを用いた凍土構築を、一部
の寒冷地に限定されることがなく実施できるので、ヒー
トパイプを用いた地盤改良工法や低温貯蔵庫等の凡用性
を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の一実施例を示すもので、
第1図は一実施例を低温貯蔵庫に適用した側断面図、第
2図は第1図鎖線II円部を拡大した断面図、第3図は汚
泥処理施設に適用した本発明の他の実施例を示す断面
図、第4図は第3図と同様汚泥処理施設に適用した本発
明の別の実施例を示す断面図、第5図は従来技術を説明
するために示した低温貯蔵庫の側断面図である。 G……地盤、F……凍土、1……堀削穴、1a……側壁
部、1b……床下部、2……ヒートパイプ、2a……放熱
部、3……断熱屋根、4……フィン、10……放射容器本
体、11……側壁部、11a……側壁部の上面、11b……内壁
面、12……貫通孔、13……底板部、13a……底板部上
面、15……黒体面、16……反射材、20,26……箱体、25
……温水収納部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】地盤もしくは汚泥を凍結させるヒートパイ
    プの放熱部を囲む側壁部を持ちかつ底板部に前記ヒート
    パイプの放熱部を挿入する貫通孔が形成された放射容器
    本体を備え、この放射容器本体の内面および前記ヒート
    パイプの放熱部外面はそれぞれ全面が黒体面とされ、さ
    らに、前記放射容器本体の外面には反射材が設けられて
    いることを特徴とするヒートパイプ用放射装置。
JP11987386A 1986-05-24 1986-05-24 ヒ−トパイプ用放射装置 Expired - Lifetime JPH0820160B2 (ja)

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JP11987386A JPH0820160B2 (ja) 1986-05-24 1986-05-24 ヒ−トパイプ用放射装置

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JPS62276379A JPS62276379A (ja) 1987-12-01
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WO2025007467A1 (zh) * 2023-07-06 2025-01-09 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司 导热装置、地基结构及其施工方法

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