(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
氷層を活用した冷温倉庫の建設方法であって、
堰と地山によって周囲を囲み、前記地山の表面に保護材を設置して、氷層を作る空間を形成する工程と、
前記堰内に空洞を設け、前記堰の上部と下部に外部と前記空洞を連通させる通気口を設け、前記空洞内に垂直方向に延びるように多数の枡を設けることによって、アイスタワーを形成する工程と、
前記空間に、冷温倉庫の構造部材及び搬入路用骨組を組み立てる工程と、
前記空間に氷層の造成を行う工程と、
前記氷層の氷を切り出して、冷温倉庫及び搬入路の必要空間を形成する工程と、
を含み、
前記氷層造成工程において、冬期の初期に水を張って薄い氷層を形成することを繰り返し行って所要厚の氷層を形成するとともに、前記アイスタワーの枡に水を張ってアイスタワーの運用を開始し、冬期の終期に、氷層の表面に養生水を湛水して氷層の融解を抑制することを特徴とする方法。
【請求項２】
氷層を活用した冷温倉庫の建設方法であって、
堰と地山によって周囲を囲み、前記地山の表面に保護材を設置して、氷層を作る空間を形成する工程と、
前記堰内に空洞を設け、前記堰の上部と下部に外部と前記空洞を連通させる通気口を設け、前記空洞内に垂直方向に延びるように多数の枡を設けることによって、アイスタワーを形成する工程と、
前記空間に、冷温倉庫の構造部材及び搬入路用骨組を組み立てるとともに、冷温倉庫の内部及び搬入路の内部に相当する部分に断熱材又は土砂を配置する工程と、
前記空間に氷層の造成を行う工程と、
前記冷温倉庫の内部及び搬入路の内部に相当する部分に配置した断熱材又は土砂を取り出して、冷温倉庫及び搬入路の必要空間を形成する工程と、
を含み、
前記氷層造成工程において、冬期の初期に水を張って薄い氷層を形成することを繰り返し行って所要厚の氷層を形成するとともに、前記アイスタワーの枡に水を張ってアイスタワーの運用を開始し、冬期の終期に、氷層の表面に養生水を湛水して氷層の融解を抑制することを特徴とする方法。
【請求項３】
前記地山にヒートパイプを設置する工程を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、氷層を活用した冷温倉庫の建設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の見地から、雪氷熱エネルギーの利用が注目されている。このような中、平成１４年に、いわゆる新エネルギー法（新エネルギー利用等の促進に関する特別措置法）の施行令が改正され、雪氷熱エネルギーの積極的な導入が図られている。
【０００３】
従来、雪氷熱エネルギーの利用態様としては、冬期に降り積もった雪や、湖に張った氷を切り出して運搬したものを冷熱源とし、断熱された倉庫に保管して夏期に倉庫内に農産物を保存するのに利用したり、公共施設等の冷房に活用したりする事例が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような雪氷熱エネルギーの利用例は、徐々に増加してはいるが、平成２０年度時点で５０施設程度しかなく、十分に活用されているとは言い難い。その理由は、施設の建設に要するイニシャルコストが大きいこと、大きな効果を発揮するには大量の雪や氷を毎年運搬する必要があるためランニングコストがかかること、等があげられる。したがって、雪氷熱エネルギーの利用は、二酸化炭素の削減等の環境負荷の軽減についての効果はあるものの、コスト削減効果が少ないため、大規模な雪氷熱エネルギーの活用には至っていないのが現状である。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みて開発されたものであって、コスト削減に配慮した、氷層を活用した冷温倉庫の建設方法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】
【０００６】
寒冷地の山間部の土木掘削工事において、稀に、永久凍土が出現することがある。本発明者は、このような事象を人工的に創設し、そのような場所に倉庫を建設することにより、年間を通して低温を確保し、雪や氷を毎年運搬する必要をなくし、ランニングコストの低減を図ることができる冷温倉庫の建設方法を開発した。
【０００７】
本発明の冷温倉庫の建設において、解決すべき技術的課題として、（１）厚い氷層をどのように形成するか、（２）氷層の融解をどのように抑制するか、（３）融解した氷をどのように再生するか、（４）倉庫の安全性をどのように確保するか、（５）氷層内にどのように倉庫を建設するか、という点が考えられる。本発明者は、これらの点に関して以下のような解決策を提案する。
【０００８】
（１）厚い氷層をどのように形成するか
数ｃｍから数十ｃｍ程度の水を張って薄い氷層を形成し、これを繰り返すことによって、厚い氷層を人工的に形成する。氷層が１年で所要の厚さに達しない場合には、凍結した氷の表面に水を張り、春から秋にかけて養生することにより、氷の融解を抑制し、次年度、養生水を放流し、冬期に氷の表面に水を張り、越年により融解した分を再生し、氷層を更に厚くする。これを数年繰り返すことにより、所要厚の氷層を形成する。
（２）氷層の融解をどのように抑制するか
氷層の上面、下面（地盤に接する面）、および側面に分けて考察する。
まず、氷層の上面については、表面に水を張ることにより、融解を抑制する。これは、水が４°Ｃにおいて最大密度となり、氷層の表面に貯水して攪拌しない状態を保持することにより、氷層の上面の水が常に氷で冷やされて０°Ｃ程度の被膜となり、氷の融解の抑制を期待することができるからである。
また、氷層の下面については、冷温倉庫の建設後は、地盤は常に氷層で覆われ、地盤が凍土状態になることが予想されるが、冷温倉庫の建設当初に湛水した水が漏水し、地熱により融解する可能性も考えられるため、断熱材と防水材を保護材の上面に敷設する。或いは、万全を期すため、地盤内に、後述するようなヒートパイプを敷設するのも好ましい。
さらに、氷層の側面については、後述するような、いわゆるアイスタワーを設置することにより、氷層の融解を抑制する。
（３）融解した氷をどのように再生するか
冬期の初期に氷層上面の湛水を放流し、冬期に水を薄く張って氷層を作成する。この作業を毎年行う。なお、氷層の再生が困難である場合には、水張りの深さを調整して、氷層の再生を繰り返し行い、所定厚に達したら、氷層上面に湛水して養生する。
また、氷層の側面については、秋期にアイスタワーの枡の水を交換し、冬期にアイスタワーの上下部の通気口を開放して枡の水を凍結させ、春期にアイスタワーの通気口を閉鎖する。
（４）倉庫の安全性をどのように確保するか
倉庫を、氷層とは独立して、鋼材等の構造材で構築することにより、地震等による氷の緩みやひび割れに対する安全性を確保する。
（５）氷層内にどのように倉庫を建設するか
氷層の形成には複数年要することが予想されるため、建設途中に倉庫空間を設置した状態で越年した場合、倉庫壁周辺の氷層の融解を誘発する可能性がある。そこで、氷層の形成時に倉庫の内部も一緒に凍結させ、完成後に倉庫内部の氷を切り出すこととする。或いは、倉庫の内部を発泡スチロール等の断熱材や土砂で埋めておき、完成後に断熱材等を取り出すようにしてもよい。
【０００９】
本願請求項１に記載された氷層を活用した冷温倉庫の建設方法は、堰と地山によって周囲を囲み、前記地山の表面に保護材を設置して、氷層を作る空間を形成する工程と、前記堰内に空洞を設け、前記堰の上部と下部に外部と前記空洞を連通させる通気口を設け、前記空洞内に垂直方向に延びるように多数の枡を設けることによって、アイスタワーを形成する工程と、前記空間に、冷温倉庫の構造部材及び搬入路用骨組を組み立てる工程と、前記空間に氷層の造成を行う工程と、前記氷層の氷を切り出して、冷温倉庫及び搬入路の必要空間を形成する工程とを含み、前記氷層造成工程において、冬期の初期に水を張って薄い氷層を形成することを繰り返し行って所要厚の氷層を形成するとともに、前記アイスタワーの枡に水を張ってアイスタワーの運用を開始し、冬期の終期に、氷層の表面に養生水を湛水して氷層の融解を抑制することを特徴とするものである。
【００１０】
本願請求項２に記載された氷層を活用した冷温倉庫の建設方法は、堰と地山によって周囲を囲み、前記地山の表面に保護材を設置して、氷層を作る空間を形成する工程と、前記堰内に空洞を設け、前記堰の上部と下部に外部と前記空洞を連通させる通気口を設け、前記空洞内に垂直方向に延びるように多数の枡を設けることによって、アイスタワーを形成する工程と、前記空間に、冷温倉庫の構造部材及び搬入路用骨組を組み立てるとともに、冷温倉庫の内部及び搬入路の内部に相当する部分に断熱材又は土砂を配置する工程と、前記空間に氷層の造成を行う工程と、前記冷温倉庫の内部及び搬入路の内部に相当する部分に配置した断熱材又は土砂を取り出して、冷温倉庫及び搬入路の必要空間を形成する工程とを含み、前記氷層造成工程において、冬期の初期に水を張って薄い氷層を形成することを繰り返し行って所要厚の氷層を形成するとともに、前記アイスタワーの枡に水を張ってアイスタワーの運用を開始し、冬期の終期に、氷層の表面に養生水を湛水して氷層の融解を抑制することを特徴とするものである。
【００１１】
本願請求項３に記載された氷層を活用した冷温倉庫の建設方法は、前記請求項１又は２の方法において、前記地山にヒートパイプを設置する工程を更に含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、二酸化炭素の削減等の環境負荷の軽減を維持しつつ、ランニングコストを低廉に抑えた、冷温倉庫の建設方法が提供される。本発明の方法では、厚い氷層の形成、氷層の融解の抑制、融解した氷の作成、倉庫の安全性の確保等の技術的課題を解決することによって、効率的な冷温倉庫の建設・使用方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る、氷層を活用した冷温倉庫の建設方法の実施例について詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の方法によって建設された冷温倉庫の全体を模式的に示した図、図２は、図１（ａ）に示した冷温倉庫の建設方法の各工程を示した図である。
【００１４】
まず最初に、冷温倉庫の建設地を造成する（図２（ａ）参照）。建設地は、適当な地山を掘削することによって造成される。なお、建設コストを抑えるためには、後述する堰１０の建設量をできるだけ少なくするような箇所（例えば、三方が地山で囲まれ、一方が堰１０によって囲まれるような箇所）を選定するのが好ましい。
【００１５】
次いで、氷層１８を作る空間を形成するため、建設地の地山と対向した箇所に堰１０を形成する（図２（ｂ）参照）。堰１０は、氷層１８を支持するため、及び、後述するアイスタワー１２と協働して氷層の融解を抑制するために設けられる。堰１０は好ましくは、コンクリートで形成される。堰１０のコンクリート躯体は、アイスタワー１２を設置するため、内部が空洞になっており、空洞内に通気させるため、下部と上部に通気口１０ａ、１０ｂが設けられている。アイスタワー１２は、図３に示されるように、コンクリート躯体の内部の空洞に垂直方向に延びるように配置された多数の升１２ａによって形成されており、各升１２ａ内に張った水を凍結させておき、升１２ａ内の氷の融解時に発生する潜熱で空洞内を冷却し、これにより堰１０の側面における氷層の融解を抑制するようになっている。
【００１６】
堰１０及びアイスタワー１２の形成とともに、建設地の地山の表面を保護する保護材１４を設置する（図２（ｂ）参照）。保護材１４の氷層側の表面には、断熱材１４ａ及び防水材１４ｂが配置されている（図１（ｂ）参照）。なお、堰１０の氷層側の面にも、同様に、断熱材１４ａ及び防水材１４ｂを配置するのが好ましい。
【００１７】
次いで、堰１０と地山で形成される空間に、冷温倉庫１６の構造部材（柱等）１６ａを組み立てる（図２（ｃ）参照）。また、これとともに、冷温倉庫１６への搬入路の骨組１６ｂも設置する。
【００１８】
次いで、上記のようにして形成された空間に氷層１８の造成を行う（図２（ｄ）〜図２（ｆ）参照）。氷層１８の造成は、冬期の初期に開始するが、上述のように、数ｃｍから数十ｃｍ程度の水を張って薄い氷層を形成し、これを順次繰り返すことによって行われる。これとともに、アイスタワー１２の枡１２ａにも水を張ってアイスタワー１２の運用を開始する。冬期の終期には、氷層１８の融解を抑制するため、上述のように、氷層１８の表面に養生水２０を湛水する。
【００１９】
次年度、冬期の初期に養生水２０を放流し、氷層１８の造成を再開する。これとともに、アイスタワー１２の運用も再開する。冬期の終期には、氷層１８の表面に養生水２０を湛水する。これらの作業を、所要厚の氷層１８が得られるまで繰り返す。
【００２０】
次いで、氷層１８の氷を切り出して、冷温倉庫１６及び搬入路の必要空間を形成する（図２（ｇ）参照）。これとともに、換気孔１６ｃの設置や内装工事、電気設備工事等の必要工事を行うことによって、冷温倉庫１６が完成する。
【００２１】
なお、氷層１８が融解した場合には、上述のように、冬期初期に養生水２０を放流し、アイスタワー１２の枡１２ａの水を交換し、氷層１８に水を薄く張って、融解厚に相当する氷層１８を再生する。一度に再生するのが困難である場合には、これらの作業を繰り返し行うことによって、氷層１８の再生を実現する。
【００２２】
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００２３】
たとえば、前記実施の形態では、保護材１４に断熱材１４ａを設置することにより、氷層１８の下面における融解を抑制しているが、図４に示されるように、氷層１８の下面の地盤にヒートパイプ２２を設置することにより、氷層１８の融解の抑制を更に徹底してもよい。なお、ヒートパイプ２２は、地盤に多数のパイプを設置し、パイプの上端を地上部に出して放熱フィン２２ａを取り付けたものであり、パイプ内に封入された熱媒が地中の熱を吸収して気化・上昇し、地上部で寒冷外気により冷却・液化されて下降することにより、地中に冷熱を輸送し、設置箇所周囲の地盤を凍土化するものである。
【００２４】
また、前記実施の形態では、氷層１８の完成後に冷温倉庫１６の必要空間を形成するために氷を切り出しているが、予め必要空間の形成箇所に断熱材や土砂等を配置しておき、氷層１８の完成後に断熱材や土砂を取り出して、冷温倉庫１６の必要空間を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１（ａ）は、本発明の方法によって建設された冷温倉庫の全体を模式的に示した図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の部分１ａの拡大図である。
【図２】図１に示した冷温倉庫の建設方法の各工程を示した図である。
【図３】アイスタワーの内部を示す拡大図である。
【図４】ヒートパイプを設置した状態を示した模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  堰
１０ａ、１０ｂ  通気口
１２  アイスタワー
１２ａ  枡
１４  保護材
１４ａ  断熱材
１４ｂ  防水材
１６  冷温倉庫
１６ａ  構造部材
１６ｂ  搬入路の骨組
１６ｃ  換気孔
１８  氷層
２０  養生水
２２  ヒートパイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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