JPH089222Y2 - 地盤凍結用ヒートパイプ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、隧道や縦坑等の掘削工事の際などに行な
われる地盤改良方法の一つで、軟弱な地盤を凍結させる
地盤凍結法等に用いるヒートパイプに関するものであ
る。

従来の技術 隧道工事や根切り工事等において、軟弱な地盤などの
崩壊し易い地盤を掘削する際には、掘削壁の崩壊事故を
防止するために、掘削工事に先行して地盤改良工事が行
なわれる。この地盤改良工事では、セメントミルクや水
ガラス等の各種の地盤改良材を土中に注入して凝固させ
る方法が一般的に行なわれているほか、掘削予定域の地
盤に水分を含浸させた後、冷却して地盤とともに水分を
凍結させる、地盤凍結法が行なわれている。この地盤凍
結法においては、地盤を冷却する手段としてヒートパイ
プが用いられることが多い。この場合にヒートパイプ
は、掘削しようとする地盤に蒸発部側を埋設し、その凝
縮部側を地表等の外部に延出させるとともに、この外部
に延出した部分を冷却装置にて冷却するようになってい
る。

したがって、冷却装置によって凝縮部側を冷却された
ヒートパイプは、封入されている作動液が、凝縮部と比
べて温度が高い蒸発部にて、地中の熱を吸収して蒸発
し、その蒸気が凝縮部に移動し、低温の凝縮部にて放熱
し、凝縮して液相に戻って蒸発部に還流する。そして、
以上のサイクルを繰り返すことにより、地中の熱を汲み
出して地盤を氷点下まで冷却し、地中に含まれている水
分を凍結させる。その結果、軟弱な地盤が凍結すること
により強化されて、掘削時の崩壊が防止される。そし
て、掘削が完了した部分は、冷却用のヒートパイプを抜
き取った後、地盤が凍結している間に掘削壁を支保工や
コンクリート擁壁等で補強しながら、掘削方向前方の地
盤を凍結させ、さらに先へ掘削を進める。

考案が解決しようとする課題 しかし、前述した従来の地盤凍結法に用いるヒートパ
イプの場合には、掘削を行なう地盤に、ドリル等の穿孔
機によって形成した孔に、ヒートパイプを直接挿入して
地盤を冷却させるため、冷却された地盤が凍結する際
に、ヒートパイプも挿入された孔内に凍り付いて抜き取
りが困難となり、また、凍り付いたヒートパイプを、機
械力等によって無理に引き抜くと破損したり、折れ曲っ
たりして、ヒートパイプの転用率が低下するという問題
があった。

この考案は、上記の事情に鑑みなされたもので、地盤
を凍結させた状態で容易に抜き取ることのできる地盤凍
結用ヒートパイプを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するための手段としてこの考案の地盤
凍結用ヒートパイプは、凝縮部側の端部に冷却手段を備
えたヒートパイプ本体と、このヒートパイプ本体の蒸発
部側の外周に遊嵌し、このヒートパイプ本体との間隙に
使用温度範囲内にて凝固しない潤滑剤が注入されるケー
シングとを有することを特徴としている。

作用 上記のように構成することによってこの考案の地盤凍
結用ヒートパイプは、地盤に穿設された孔に、ケーシン
グを介して挿入され、このヒートパイプ本体とケーシン
グとの間には、使用温度範囲内では凝固しない潤滑剤が
充填される。

そのため冷却時には、ヒートパイプ本体の凝縮部が冷
却されると、地中の熱が、ケーシングおよび潤滑剤を介
してヒートパイプ本体の蒸発部に伝達され、加熱されて
作動液が蒸発する。そして、蒸発した作動液の蒸気は、
冷却手段により冷却されている凝縮部に移動して放熱
し、凝縮して液相の作動液に戻る。

このようにして、作動液の蒸気が保持してきた蒸発潜
熱を、凝縮部で放出することにより、地中の熱を外部に
汲み出してヒートパイプ本体の加熱部の周囲の地盤を冷
却し、地中に含まれている水分を凍結させる。このと
き、ヒートパイプ本体の周囲の地盤が凍結しても、ヒー
トパイプ本体が凝固しない潤滑剤が充填されたケーシン
グ内に挿入されているため、ケーシングに凍り付いてヒ
ートパイプ本体が抜けなくなることがなく、容易に抜き
取ることができる。

実施例 以下、この考案の一実施例を第１図に基づいて説明す
る。

地盤凍結用ヒートパイプは、内部に凝縮性の作動液が
封入されるとともに、一端の凝縮部1a（第１図において
左端）に冷却装置２が取り付けられたヒートパイプ本体
１と、このヒートパイプ本体１の蒸発部1b側を挿入する
有底円筒形のケーシング３と、ヒートパイプ本体１を挿
入した状態でこのケーシング３の開口端（第１図におい
て左端）を液密に閉塞するキャップ４とからなり、また
ケーシング３内には、使用温度範囲内で凝固しない潤滑
剤としてシリコンオイル５が施工時に充填される。ま
た、ケーシング３内には、潤滑剤注入パイプ６がその一
端を6aをケーシング３の底部付近に配設し、他端はキャ
ップ４を貫通してケーシング３の外部に延出させて設け
られている。

次に、上記のように構成されるこの実施例の作用を説
明する。

掘削工事に先行して掘削する区域の土質を調べて、地
盤が軟弱で素堀りでは崩壊の恐れがある場合に、この地
盤凍結用ヒートパイプを用いた地盤凍結工事が行なわれ
る。工事は先ず、掘削を行なう地盤にドリル等によって
挿入孔Ｈを所定の間隔で穿設する。この場合の挿入孔Ｈ
の間隔は、使用する地盤凍結用ヒートパイプの能力によ
って決るもので、冷却能力が大きければ間隔を広く、ま
た冷却能力があまり大きくなければ間隔を狭く設定す
る。また掘削する地盤の水分量を調べ、水分量が不足し
ていれば給水して、凍結により充分な強度が得られるよ
うにする。

そして、所定の間隔に穿設された挿入孔Ｈに、先ずケ
ーシング３を挿入した後、キャップ４および注入パイプ
６を装着したヒートパイプ１をケーシング３内に挿入す
る。次に、キャップを弛めた状態で、注入パイプ６の延
出端よりシリコンオイル５を圧入して、ケーシング３と
ヒートパイプ本体１との間隙に底部側から充填し、ケー
シング３の開口端からシリコンオイル５が溢れるまで充
填されたらキャップ４にてケーシング３の開口端を閉塞
する。

各挿入孔Ｈへのヒートパイプ本体１の挿入およびシリ
コンオイル５の充填が完了したら、ヒートパイプ本体１
の凝縮部1aを冷却装置２によって冷却すると、地中の熱
をヒートパイプ本体１が汲み出して、ヒートパイプ本体
１が挿入されているケーシング３の周囲の地盤Ｔを凍結
させる。このとき、ケーシング３とその中に遊挿された
ヒートパイプ本体１との間隙に、シリコンオイル５が空
隙無く充填されているため、熱の伝達性が良く、周囲の
地盤Ｔを効率よく冷却して凍結させることができる。

そして、凍結させた箇所の掘削および支保工が完了し
て、ヒートパイプ本体１を抜き取る場合には、キャップ
４を弛めてヒートパイプ本体１を引き抜くと、ケーシン
グ３が挿入孔Ｈの内面に凍り付いても、ケーシング３内
に挿入されたヒートパイプ本体１は、凍結しないシリコ
ンオイル５が充填されるとともに、注入パイプ６をケー
シング３の底部付近まで挿入してあるため、ヒートパイ
プ本体１を引き抜く際に、ケーシング３内の底部側に負
圧が生じると、注入パイプ６内のシリコンオイル５が吸
引されるとともに、この注入パイプ６を経由して空気が
流入する結果、ケーシング３内から容易に引き抜きこと
ができる。

したがって、ヒートパイプ本体１を引抜く際に破損す
ることがないので、ケーシングを除く、他のヒートパイ
プ本体および付属部品の転用率が大幅に向上する。

なお、凝固しない潤滑剤としてはシリコンオイルのほ
か、エチレングリコール等が適している。

考案の効果 以上、説明したようにこの考案の地盤凍結用ヒートパ
イプは、凝縮部側の端部に冷却手段を備えたヒートパイ
プ本体と、このヒートパイプ本体の蒸発部側の外周に遊
嵌するケーシングとを有し、施工時にケーシングとヒー
トパイプ本体との間隙に、使用温度範囲内で凝固しない
潤滑剤を充填するので、ヒートパイプ本体が凍り付いて
抜けなくなるようなことがないので、作業性が向上する
とともに、ヒートパイプ本体の転用率が大幅に向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す説明図である。 １……ヒートパイプ本体、1a……凝縮部、1b……蒸発
部、２……冷却装置、３……ケーシング、４……キャッ
プ、５……シリコンオイル、６……注入パイプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 望月 正孝 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)考案者 了戒 公利 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−112811（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】凝縮部側の端部に冷却手段を備えたヒート
   パイプ本体と、このヒートパイプ本体の蒸発部側の外周
   に遊嵌し、このヒートパイプ本体との間隙に使用温度範
   囲内にて凝固しない潤滑剤が注入されるケーシングとを
   有することを特徴とする地盤凍結用ヒートパイプ。