JPS62276379A - ヒ−トパイプ用放射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 「産業上の１１１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ＩＩＩ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Ｆ４ｊ
ちかつ底板部に前記ヒートバイブプの放熱部を挿入する
ｒＹ通孔か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、建物や道路に多大の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乙のと
なる等の問題点かある。

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＋１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、漬算寒度が４００°Ｃ−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、地盤の中てら、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１１１用して軟弱粘性上地盤を
脱水する地盤改良工法、あるいは、特願昭６０−２８５
１２２号「低温貯蔵庫」により、凍土を冷熱源として積
極的に行動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ＩＴｊの一構造
例を示すらのである。これは、地盤Ｇの表面に掘削した
外気に開口する掘削穴ｌを貯蔵場所として、該掘削穴ｌ
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
凍結さ仕て、前ｉｊ２掘削穴（内を冷却させるらので、
面記掘削穴Ｉの周囲の地盤Ｇ上に掘削穴１の上面を覆う
断熱屋根３を配置し、かつ、前記掘削穴１の側壁部１ａ
を、掘削穴１の開口部に行くにしたがって上り勾配の傾
斜面に形成するとともに、前記ヒートパイプ２を、掘削
穴１の側壁部１ａに沿ってその下端が掘削穴Ｉ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、掘削
式周囲の地盤の中に凍土および水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
ルギーを利用して掘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内の熱を地上部のフィン
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
延、抗か大きく、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（例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乙ので、その目的
とずろところは、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
下に凍土温度を下げることかできるヒートバイブ用放射
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か放射容器本
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ｊ 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、その説明を簡略化する。

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１
０は断熱性の索オによって掘削穴（貯蔵庫）ｌ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か形
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ＩＯの
内面（実施例では側壁部１１の上面１１ａ　、内装面ｕ
ｂ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
する作用を発揮させるもので、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ｌＯの内
面およびヒートバイブ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
ｔｉの外装部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［６か、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２）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ＩＯ
の上面に取り付けられ、晴天の夜間などに、この屋根２
０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
バイブ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とされたヒートバイブ２の放熱部２ａは
、放射率ｌであるから、その温度をＴ″にとすると、１
　ａｍ”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、内面がヒートバイブ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
がヒートバイブ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、本発明ではヒートバイブ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１
５からの放射によって行っているので、後述するように
、ヒートバイブ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て、凍土Ｆを構築
することができる。

すなわち、ヒートバイブ２の熱輸送量Ｑは次式〇）で与
えられ、各熱抵抗Ｒ１，Ｒｔ　、　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Ｒ６を小さくした本発明では、ヒートバイブ２の熱
輸送ＩＱ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、Ｒ
１：ヒートバイブと大気間の熱抵抗、Ｒ３：ヒートパイ
プ内の熱抵抗、Ｒ３：地盤とヒートバイブの熱抵抗。

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しの
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バイブ
２によって凍結する基本構成となっており、前記箱体２
０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ＩＯの内面お
よび底板部１３上に突出するヒートバイブ２の放熱部２
ａ外面をそれぞれ黒体面１５とし、外面および底面に反
射材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、冷熱がヒートバイブ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
理か施されろことになる。

また、第・１図は本発明の別の実施例を示すしので、第
３図などに示した箱体２０に代えて、底板部にヒートバ
イブ２の下端が突出する温水収納部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ｆこ
らのである。

このような構造によれば、面記第３図で示した実施例の
作用に加え、温水収納部２５によりヒートバイブ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
することかできる。

「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バイブ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。

■ヒートバイブ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射によって行っているのて
、ヒートパイプの熱輸送５１を増大さ仕ることができ、
大気温度以下にヒートバイブ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ろことがな〈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■内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・・・・
・・掘削穴、ｌａ・・・・・・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、ｌｌａ・・・・・・側壁部の上面、ｌｌｂ
・・・・・・内壁面、１２・・・・・・貫通孔、１３・
・・・・・底板部、１３ａ・・・・・・底板部上面、１
５・・・・・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. 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。