JPH0833175A

JPH0833175A - ケーブル用洞道の冷却構造

Info

Publication number: JPH0833175A
Application number: JP6180444A
Authority: JP
Inventors: Yuji Saito; 祐士斎藤; Mikiyuki Ono; 幹幸小野; Masataka Mochizuki; 正孝望月; Shinichi Sugihara; 伸一杉原; Koichi Masuko; 耕一益子; Hitoshi Hasegawa; 仁長谷川
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1994-07-11
Filing date: 1994-07-11
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】ランニングコストをかけず、かつ効率的に洞
道内部を冷却でき、メンテナンスの不要なケーブル用洞
道の冷却構造を提供する。【構成】地中に構築された空間にケーブル７，８を布
設する洞道１の内部にヒートパイプＡの一端部を配置す
る。そして他端部を洞道１の周囲の地盤中３に埋設す
る。洞道１の内部温度が地盤３の温度に対して高い場合
には、ヒートパイプＡが洞道１の内部の熱を地盤３側に
排出する。また、洞道１の内部温度が地盤３の温度に対
して低い場合には、ヒートパイプＡが地盤３の熱を洞道
１内に排出し、その結果、地盤３が冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力用や通信用など
各種のケーブルを地中に収納する洞道に関し、特にその
内部を冷却する構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力用あるいは通信用等の各種の
ケーブルは、都市化の進展に伴った用地上の制約や地域
環境との調和などの観点から地中に布設される傾向にあ
る。また、その布設方式として地中に洞道を構築し、そ
の内部に多数条のケーブルを布設する方式が知られてい
る。

【０００３】多数条のケーブルを収納する洞道の内部は
換気性の悪さやケーブルからの発熱などに起因して、夏
場には特に温度が高くなっており、保守点検などに携わ
る作業員にとって劣悪な作業環境となりやすい。さら
に、ケーブルの機能に悪影響を及ぼす可能性もある。し
たがって、洞道の内部は年間を通じてある程度の低温に
保たれることが好ましく、そこで従来は給水管を洞道の
内部に設置して、この内部に冷水を流通させるいわゆる
間接水冷方式が多用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、洞道内
に長距離に亘って設置した給水管に水を流すためには、
その水量が多いのみならず、管路抵抗が大きいから、容
量の大きいポンプや冷却装置を必要とし、ランニングコ
ストがかさむ問題があった。また、給水管の内部を流れ
る冷却水の温度は、下流側ほど高くなるから、洞道の内
部を充分に冷却できない場合があった。さらに、ケーブ
ルが湿気あるいは水気を嫌う特性であることから、給水
管からの漏水には細心の注意を払う必要があり、漏水点
検などの頻繁なメンテナンスを必要とする問題があっ
た。

【０００５】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、維持管理が容易であり、また、ランニング
コストが低廉であり、さらには優れた冷却能力を有する
ケーブル用洞道の冷却構造を提供することを目的とする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、地中に構築された空間にケーブルを布
設する洞道の内部にヒートパイプの一端部が配置され、
このヒートパイプの他端部が前記洞道の周囲の土壌中に
埋設されていることを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】この発明によれば、洞道の内部にはヒートパイ
プの一端部が配されていることから、洞道の内部温度が
周囲の土壌温度に対して相対的に高くなる場合には、そ
の端部を蒸発部としてコンテナ内部に封入された作動流
体が洞道内部の熱気によって加熱されて蒸発し、その蒸
気が土壌側に配置されている端部に向けて流動し、放熱
して凝縮する。地盤側の端部で凝縮した作動流体は、重
力もしくは毛細管圧力によって洞道側の端部に還流して
再度加熱される。また、洞道の内部温度が周囲の土壌に
対して相対的に低い場合には、コンテナ内部の作動流体
が地熱に加熱されて蒸発し、ヒートパイプのうち洞道側
に配された端部に向けて流動し、そこで放熱して凝縮す
る。すなわち洞道の周囲の土壌が、いわゆる冷熱が蓄熱
するように機能し、洞道の内部を、ヒートパイプを介し
て所定の温度に維持する。

【０００８】

【実施例】つぎにこの発明の第一実施例を図面を参照に
して説明する。図１はケーブル用の洞道を概略的に示す
断面図であり、図２はケーブル用の洞道１を地上側から
見た一部切開図である。図において、洞道１は、コンク
リート製のセグメント２よって地盤３と隔絶された空間
として形成されている。なお、洞道１の構築方法は土質
・施工費用などによって適宜の方法を選択することがで
き、例えば開削工法やシールド工法を挙げられる。ま
た、洞道１の長手方向において所定の間隔でマンホール
４が形成されていて、保守点検に携わる作業員の出入り
やケーブルの引入れ・引抜き、さらに換気等の用に供さ
れる。

【０００９】洞道１の内部には支柱５が所定の間隔で設
けられていて、この支柱５に数段にわたって取り付けら
れた受金物６には、通信ケーブル７および電力ケーブル
８が支持されている。各種のケーブル７，８は火災の発
生およびネズミによる損傷などを防止するために例えば
ＦＲＰ製の密閉型防災トラフ９によって外装されてい
る。前記のセグメント２は断面円弧状のパネル部材から
なり、これを多数枚接続した後に、その外面にモルタル
などを盛り付けることにより密閉性を確保するととも
に、全体として円形断面の管状を形成している。そのセ
グメント２にはヒートパイプＡが固着されている。この
ヒートパイプＡはＬ字型のコンテナをなしており、その
一端部にはリング状のフィン１０が装着されている。フ
ィン１０が取り付けられた端部を洞道１の内部の雰囲気
に接し、かつセグメント２の壁面とほぼ平行に配置され
ている。そのヒートパイプＡの他方の端部はセグメント
２をほぼ直交に貫通し、洞道１の周囲の地盤３に地表
（図示せず）とほぼ平行に延出して埋設されており、コ
ンテナの土壌と接触する部分にはＰＥシース１１が施さ
れて耐腐食性の向上が図られている。このように配置さ
れるヒートパイプＡが洞道１の長手方向に所定の間隔を
おいて複数本取り付けられている。なお、セグメント２
のヒートパイプが貫通する箇所はシール材が充填されて
止水処理が施されている。

【００１０】ここでヒートパイプＡは真空脱気した密閉
管（コンテナ）の内部に水やアルコールなどの目的温度
内で蒸発・凝縮する流体を作動流体とし封入したもので
あり、その蒸発部における端部からの吸熱によって作動
流体を蒸発させ、この蒸気を凝縮部側の端部に移動させ
て、これを凝縮部で凝縮させることにより、その熱を外
部に放出するものである。なお、蒸発部が凝縮部の上方
に位置付けされる場合には、コンテナ内部に金網製等の
ウィックを設けて、その毛細管圧力によって作動液の還
流を行なわせることが好ましい。

【００１１】つぎに上記のように構成されたこの発明の
作用を説明する。地盤３の温度は年間を通じて１１〜１
５℃程度の範囲に保たれている。したがって、夏期には
洞道１の内部温度がその周囲の地盤３に対して高くなる
ことが一般的である。

【００１２】前述のようにヒートパイプＡはその両端部
において温度差が生じた場合に、高温の端部から低温の
端部に向けて自動的に熱を運搬する特性であるので、洞
道１の内部の熱気によって作動流体が加熱されて蒸発
し、地盤３に配された端部に向けて流動し、その端部で
放熱して凝縮する。このような作動流体による熱輸送サ
イクルは、ヒートパイプＡの両端部が均等な温度になる
まで、すなわち洞道１の内部と周囲の地盤３の温度とが
均等になるまで継続される。洞道１の内部温度が次第に
低下して、ついには約１１〜１５℃に維持される。ま
た、放出された熱は洞道１の周囲の地盤３に蓄えられる
か、もしくは地下水（図示せず）の移動に伴なって遠隔
箇所に運ばれて拡散される。

【００１３】一方、冬期などには冷たい外気がマンホー
ル４などから流入して、通常、洞道１の内部の温度は周
囲の地盤３の温度と比較して低くなる。したがって、ヒ
ートパイプＡの両端部において地盤３側の端部の温度が
高くなり、その端部においてコンテナ内部の作動流体が
地熱により加熱されて蒸気となり、洞道１の内部に配さ
れた端部に向けて熱輸送を開始する。このような作動流
体による熱輸送サイクルが繰り返されることにより、ヒ
ートパイプＡの近傍の地盤３の熱が奪われて低温にな
る。そして、その地盤の近傍を移動する地下水がない場
合には、いわゆる冷熱が土壌に蓄えられて、その温度分
布状態は翌年の夏期まで維持される。したがって、翌年
に洞道１の内部温度が周囲の地盤３の温度に対して高く
なる場合には、設置された各ヒートパイプＡの両端部で
の温度差が大きくなることにより、作動流体による熱輸
送サイクルが活発化して、その結果、洞道１の内部の冷
却が迅速に行なわれるようになる。

【００１４】このように熱輸送能力に優れるヒートパイ
プによって洞道１の内部から外部に直接的に放熱するの
で、年間を通じて洞道１の内部の温度を地盤３の温度と
ほぼ同等の１１〜１５℃まで冷却することができる。ま
た、ヒートパイプは機械的駆動部を有さず、かつ熱源と
して自然熱を利用しているのでランニングコストが一切
かからずメンテナンスが不要である利点もある。

【００１５】つぎに図３は、この発明の第二実施例を示
すものであり、ここに示される例は第一実施例に対して
より冷却効率を高めた仕様とされている。コンクリート
製のセグメント１２により地盤１３中に構築された洞道
１４の内部には、密閉型防災トラフ１５により外装され
た通信ケーブル１６と電力ケーブル１７とが収納されて
いる。前記セグメント１２にはＬ字型のヒートパイプＢ
が固着されており、リング状のフィン１８が装着された
端部がセグメント１２と若干離されて洞道１４の内部雰
囲気に接している。そのヒートパイプＢの他端部は、土
壌と接触する部分にＰＥシース１９が施されるととも
に、地表（図示せず）とほぼ平行にセグメント１２を貫
通して周囲の地盤１３に延出されている。支柱２０に取
り付けられた受金物２１にはトラフ内間接水冷管２２が
取り付けられている。このトラフ内間接水冷管２２は例
えばＰＥ管をケーブル１６，１７と同様に洞道１４の軸
線方向と平行に設置したものであり、その内部にはクー
ラー（図示せず）により設定温度まで冷却された水が流
されている。トラフ内間接水冷管２２と並列にヘッダ管
２３が配置されており、これらの管２２，２３は分岐管
２４を介して互いに連通されている。分岐管２４には手
動もしくは遠隔操作により開閉できるバルブ２５が設け
られていて、トラフ内間接水冷管２２からヘッダ管２３
への水の供給を任意に調節するようになっている。ヘッ
ダ管２３の側面には所定の間隔をおいてヒートパイプＣ
の一端部がほぼ直交状態に挿着されている。すなわちバ
ルブ２５を開いた場合にはヘッダ管２３の内部に冷水が
流入して、ヒートパイプＣと接触する構成になってい
る。そのヒートパイプＣの他方の端部はセグメント１２
を貫通して近傍の地盤１３内に地表（図示せず）とほぼ
平行に延出している。また、コンテナの地盤１３に埋設
される部分にはポリエチレン等のシース２６が施されて
いる。

【００１６】上記のように構成されたこの発明の実施例
において、洞道１４の内部の温度が周囲の地盤１３に対
して高くなる場合には、分岐管２４のバルブ２５を全閉
してトラフ内間接水冷管２２からヘッダ管２３への水の
供給を停止する。ヒートパイプＣの端部のうちヘッダ管
２３に挿入されている側の端部は、滞留した水と接触し
ているが、ヒートパイプＣの両端部において温度差がな
いので、作動流体による熱輸送は行なわれない。一方の
ヒートパイプＢは、その両端部において温度差が生じる
ので動作を開始する。すなわち、洞道１４の内部の熱気
によってコンテナ内部の作動流体が加熱されて蒸気とな
り、圧力および温度の低い地盤１３側の端部に向かって
流動し、そこで放熱して凝縮する。なお、凝縮して液化
した作動流体は、重力および毛細管圧力の作用によって
蒸発部に還流して再び加熱される。このような作動流体
による熱輸送サイクルの継続に伴って洞道１４の内部温
度が低下して、最終的には周囲の地盤１３と均一な温度
状態を維持する。また、トラフ内間接水冷管２２からの
継続的な冷気の放出も相成って洞道１４の内部は迅速に
冷却される。

【００１７】一方、冬期などで洞道１４内部の温度が周
囲の地盤１３の温度に対して低い場合には、分岐管２４
のバルブ２５を全開してヘッダ管２３内に冷水を供給す
る。ヒートパイプＣの一端部は冷水と接し、かつ他端部
は１１〜１５℃程度の温度を有する地盤１３に接してい
ることから両端部での温度差が大きい状態になり、した
がって、地盤１３に配された端部からヘッダ管２３の内
部に配された端部に向けての作動流体による熱輸送が活
発に行なわれて、地盤１３の有する熱が洞道１４の内部
に汲み上げられる。その結果、ヒートパイプＣの近傍の
地盤温度が急速に低下させられる。また、ヒートパイプ
Ｂも内部に封入された作動流体が蒸発・凝縮を繰り返す
ことにより、地盤１３の有する熱を洞道１４の内部と周
囲の地盤１３とが同じ温度になるまで洞道１４の内部に
汲み上げる。換言すると、ヒートパイプＢが洞道１４の
内部のいわゆる冷熱を地盤１３に蓄えさせる。なお、結
果的には洞道１４の内部が地熱により暖められることに
なるが、洞道１４の内部温度は周囲の地盤１３の温度と
ほぼ等しい１１〜１５℃程度までしか上がらないからケ
ーブルの機能低下を招いたり、作業員に不快感を感じさ
せたりすることはない。

【００１８】以上のようにしてヒートパイプＢ，Ｃによ
り熱を奪われた洞道１４周囲の地盤１３は、その近傍を
移動する地下水が無い場合には、その温度分布状態をほ
ぼ維持して翌年の夏期を迎える。したがって、夏期に
は、設置されたヒートパイプＢの両端部の温度差が大き
くなり、作動流体による熱輸送サイクルが活発化するの
で、洞道１４の内部の冷却がきわめて迅速に行なわれる
ようになる。

【００１９】なお、この発明は上記の各実施例に限定さ
れるものではなく、使用するヒートパイプの本数および
そのレイアウトは、適用する洞道の規模や地域の気温な
どによって適宜に設定することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなようにこの発明
によれば、両端部において温度差が生じることによって
動作を開始するヒートパイプの一端部をケーブル用の洞
道の内部に配置し、他端部を洞道の周囲の土壌に埋設し
たので、ランニングコストをかけることなく効率的に洞
道内を冷却することができる。さらにメンテナンスにか
かる手間を省くことができる。また、ひいては洞道の内
部の防災性を高めることができ、作業環境を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一実施例を概略的に示す断面図で
ある。

【図２】この発明の第一実施例を概略的に示す一部切開
図である。

【図３】第二実施例を概略的に示す断面図である。

【符号の説明】

１…洞道、３…地盤、７…通信ケーブル、８…電
力ケーブル、Ａ…ヒートパイプ、１３…地盤、１
４…洞道、１６…通信ケーブル、１７…電力ケーブ
ル、Ｂ…ヒートパイプ、Ｃ…ヒートパイプ。

フロントページの続き (72)発明者杉原伸一東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者益子耕一東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者長谷川仁東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地中に構築された空間にケーブルを布設
する洞道の内部にヒートパイプの一端部が配置され、こ
のヒートパイプの他端部が前記洞道の周囲の土壌中に埋
設されていることを特徴とするケーブル用洞道の冷却構
造。