(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒循環用配管（２）内を循環する冷媒が二酸化炭素であり、冷媒を冷却して冷媒循環用配管（２）に供給する冷却装置（１０）を有し、
冷媒循環用配管（２）は、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）と第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の先端部に接続された閉塞部材（３）を含み、
第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）は、内部に複数の微小冷媒流路（２Ａδ）が形成されているマイクロチャンネル構造であり、熱特性に優れ、
１本の第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）に存する複数の微小冷媒流路は、冷媒供給側（Ｇ）と冷媒戻り側（Ｒ）を構成し、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の先端部には、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の複数の微小冷媒流路（２Ａδ）を冷媒供給側（Ｇ）と冷媒戻り側（Ｒ）とを連通する閉塞部材（３）が接続されていることを特徴とする地盤凍結システム。
【請求項２】
地盤を凍結するために埋設された凍結管（１）と、凍結管（１）の内部に配置される冷媒循環用配管（２）を有している請求項１の地盤凍結システム。
【請求項３】
第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の冷媒供給側端部には、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の複数の微小冷媒流路（２Ａδ）を冷媒供給側（Ｇ）と冷媒戻り側（Ｒ）とに区画する接続部材（４）が接続されており、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の複数の微小冷媒流路（２Ａδ）の冷媒供給側（Ｇ）と冷媒戻り側（Ｒ）は、接続部材（４）を介して、第２の冷媒循環用配管（２Ｂ）と接続されている請求項１、２の何れかの地盤凍結システム。
【請求項４】
接続部材（４）が地盤（ＧＲ）内に配置されている請求項３の地盤凍結システム。
【請求項５】
接続部材（４）が地盤（ＧＲ）よりも冷媒供給側に配置されている請求項３の地盤凍結システム。
【請求項６】
凍結するべき地盤の領域には熱伝導流体（５）が充填され、凍結するべきではない地盤の領域には断熱材（６）が設けられている請求項１〜５の何れか１項の地盤凍結システム。
【請求項７】
冷媒循環用配管（２）内を循環する冷媒は液化二酸化炭素であり、冷媒を冷却して冷媒循環用配管（２）に供給する冷却装置（１０）を有する地盤凍結システムを用いた地盤凍結工法において
冷媒を冷却装置（１０）で冷却して冷媒循環用配管（２）に供給する工程と、冷媒が冷媒循環用配管（２）を循環し冷却装置（１０）に戻る工程と、地中で凍結するべき地盤を凍結する工程を含み、
冷媒循環用配管（２）は、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）と第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の先端部に接続された閉塞部材（３）を含み、
第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）は、内部に複数の微小冷媒流路（２Ａδ）が形成されているマイクロチャンネル構造であり、熱特性に優れ、
１本の第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）に存する複数の微小冷媒流路は、冷媒供給側（Ｇ）と冷媒戻り側（Ｒ）を構成し、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の先端部には、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の複数の微小冷媒流路（２Ａδ）を冷媒供給側（Ｇ）と冷媒戻り側（Ｒ）とを連通する閉塞部材（３）が接続されており、
冷媒が冷媒循環用配管（２）を循環し冷却装置（１０）に戻る工程では、冷媒が、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の冷媒供給側（Ｇ）、前記閉塞部材（３）の冷媒流路、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の冷媒戻り側（Ｒ）を流れることを特徴とする地盤凍結工法。
【請求項８】
前記地盤凍結システムは、地盤を凍結するために埋設された凍結管（１）と、凍結管（１）の内部に配置される冷媒循環用配管（２）を有している請求項７の地盤凍結工法。
【請求項９】
第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の冷媒供給側（Ｇ）端部では接続部材（４）が接続されており、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の複数の微小冷媒流路（２Ａδ）の冷媒供給側（Ｇ）を流れる二酸化炭素と冷媒戻り側（Ｒ）を流れる二酸化炭素は、接続部材（４）を介して、第２の冷媒循環用配管（２Ｂ）の冷媒供給側（Ｇ）と冷媒戻り側（Ｒ）の各々を流れる請求項７、８の何れかの地盤凍結工法。
【請求項１０】
接続部材（４）が地盤（ＧＲ）内に配置されている請求項９の地盤凍結工法。
【請求項１１】
接続部材（４）が地盤（ＧＲ）よりも冷媒供給側に配置されている請求項９の地盤凍結工法。
【請求項１２】
凍結するべき地盤の領域に熱伝導流体（５）を充填する工程と、凍結するべきではない地盤の領域に断熱材（６）を設ける工程を有する請求項７〜１１の何れか１項の地盤凍結工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤を凍結する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機の発進部や到達部、トンネル間の連絡横坑、トンネルや立坑における地中接続、トンネルの地中拡幅などの用途には、地盤を凍結させる地盤凍結工法が用いられることがある。このような用途で用いられる地盤凍結工法は、地中構造物の大規模構造化、大深度化により凍結規模も非常に大きく、凍結開始からの凍結期間は数か月から数年に及ぶ長期間凍土を維持する必要がある。
ここで凍土の強度は、温度依存性が知られており、温度を低下させれば強度は上がる。前記用途の凍結地盤においても止水性能と同様に耐圧性能も期待されるので、設計強度を確保するために、設計上の大きさ（厚み×幅×高さ）で通常−１０℃以下となるように長期間維持することが要求される。
【０００３】
地盤凍結工法は、基本的に、地盤中に凍結管を埋設し、凍結管に低温の冷媒を流すことなどにより管の周辺地盤を冷却し地盤を凍結させる。トンネルや立坑の地中接合などでは、シールド掘進機の鋼殻やトンネル覆工に凍結管を埋め込むか或いは貼り付けて、シールド掘進機周辺や、覆工周辺の地盤を冷却し凍結させる場合もある。
凍結管を冷却する方法には、ブライン方式と低温液化ガス方式の二種類の方式が存在する。ここでブライン方式は、一つは塩化カルシウム水溶液などの不凍液（ブライン）を地上の冷凍機で−３０℃程度に冷却し、凍結管で循環することにより地盤を冷却する方式である。一方、低温液化ガス方式は、タンクローリー車で運ばれてきた液体窒素を直接、凍結管に流し込みその気化熱で地盤を冷却し、気化した窒素ガスは大気中に放散される方式である。低温液化ガス方式は、通常、凍土量２００ｍ３以下の小規模で短期間の工事または、土質調査における土壌サンプリングなどに適用される。
【０００４】
トンネル工事などで行われる地盤凍結工法ではブラインを用いる方式が主流であり、図１６に凍結機を含めたブラインを用いた方式を示す。
図１６において、地盤ＧＲに埋没させて設けた凍結管１０１（図１６では２本埋設されている）内を循環する際に、周辺地盤を凍結して昇温した二次冷媒（ブライン）は、凍結機１００の蒸発器１００Ａで冷却される。
図１６で示すシステムでは、凍結機１００の一次冷媒（冷媒Ｒ４０４ａなど）が、二次冷媒と熱交換して気化し、気化した一次冷媒は、凝縮器１００Ｂで水と熱交換して液化される。そして、凝縮器１００Ｂで一次冷媒から水に供給された熱量は、冷却塔１００Ｃで放熱される。
なお、符号１０２は、冷媒循環ポンプである。
【０００５】
図１６で示す従来のブライン方式では、地上の冷凍機（凍結器）でブラインを−３０℃程度に低温冷却する。シールド掘進機の発進部や到達部、トンネル間の連絡横坑、トンネルや立坑における地中接続などの用途で地盤凍結工法を施工する際に、凍結規模が非常に大きいと、大量のブラインを低温冷却するための大きなエネルギーが必要であるという問題を有している。
また、ブラインは水の粘性係数の１０倍程度の高い粘性を有する流体であるので、ブラインにより効率良く地中の熱を吸収するためには、凍結管径を大きくして、凍結管内のブラインを大流量で循環させなければならない。そのため、口径の大きな管材が必要であるため、ボーリング費用、管材材料費が高騰化する。それと共に高出力のブライン循環ポンプが必要であり、ブライン循環ポンプ損料やポンプ駆動エネルギーが大きくなり過ぎるため、経済性で問題となる。
【０００６】
ここで、従来のブライン方式で使用される凍結管は、冷凍機からの送り側ブラインが流れる外管と地中の熱を吸収して戻る内管の二重管構造になっていることが多い。その様な凍結管の管材は地中に数ｍから１００ｍ程度まで埋設する必要があり、例えばガス管などの鋼管が用いられる。その様な鋼管の製造工場から地盤凍結工法の施工現場までは、鋼管は定尺の５．５ｍ長でトラック輸送され、現場でボーリング孔の直上で溶接接合しながら、地中に埋設される。
凍結管径が大きいと、トラック輸送費、管材吊りクレーン損料が高騰化し、溶接接合の労力が多大になるので、経済性で問題となる。また、凍結管が大きいと、ボーリング工ならびに凍結管埋設工の工程が長期化して、施工コストが高騰する。
さらに、凍結管の溶接接合に不良な箇所があり、ブラインが地中に漏出すると、当該漏出部分における地盤が凍結しなくなり、当該漏出部分における漏水や凍土の強度不足が発生し、工事遂行が困難になる恐れが存在する。
【０００７】
一方、従来の低温液化ガス方式では、液化炭酸ガスを地中に噴射し、その気化熱によってパイプ材周辺土を凍結させようとした場合（特許文献１参照）、シールド掘進機の発進部や到達部、トンネル間の連絡横坑、トンネルや立坑における地中接続などの用途では、長期間凍土を維持するには大量の液化炭酸ガスが必要となる。
ここで、液化炭酸ガスを噴射した領域の周辺地盤が凍結し始めると、当該凍結した地盤から離隔した領域には液化炭酸ガスが到達し難くなり、−１０℃以下の凍土を形成できなくなる、という問題が存在する。
また、液体窒素の非常に低い沸点を利用し、二重管構造で地盤を凍結する方法（特許文献２参照）では、窒素ガスを大気放出させるため、液体窒素は所謂「使い捨て」となっており、凍結規模が大きな場合には大量の液体窒素が（使い捨てとして）消費されるので、経済性の点で問題がある。それに加えて、大量の窒素が地中または空中に放散されると、施工現場における酸素濃度が低下してしまう恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２３９２７０号公報
【特許文献２】特開２００５−２３６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、冷媒の熱効率が良好であり、気相冷媒が地中や空中に放出されることのない地盤凍結工法及び地盤凍結システムの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の地盤凍結システムは、冷媒循環用配管（２）内を循環する冷媒が二酸化炭素であり、冷媒を冷却して冷媒循環用配管（２）に供給する冷却装置（１０）を有し、
冷媒循環用配管（２）は、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）と第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の先端部に接続された閉塞部材（３：底部ソケット：冷媒流路接続用のソケット）を含み、
第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）は、内部に複数の微小冷媒流路（２Ａδ）が形成されているマイクロチャンネル構造であり、熱特性に優れ、
１本の第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）に存する複数の微小冷媒流路は、冷媒供給側（Ｇ）と冷媒戻り側（Ｒ）を構成し、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の先端部（地中側端部）には、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の複数の微小冷媒流路（２Ａδ）を冷媒供給側（Ｇ）と冷媒戻り側（Ｒ）とを連通する閉塞部材（３：底部ソケット：冷媒流路接続用のソケット）が接続されていることを特徴としている。
【００１１】
ここで、内部に複数の微小冷媒流路（２Ａδ）が形成されている第１の冷媒循環用配管（２Ａ、３Ｃ：マイクロチャンネル）は、材質が軽量で冷熱の放散ならびに温熱の吸収に関与する熱特性に優れるアルミニウム製であるのが好ましい。同様に、前記閉鎖部材（３）及び後述する接続部材（４）も、前記第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ：マイクロチャンネル）と同種金属（アルミニウム）で製造されているのが好ましい。そして、材料としてはアルミニウムのみならず、銅、アルミニウム合金、銅合金を用いることが出来る。ただし、材料については特に限定されるものではない。
また「凍結管」という文言は、掘削機械のケーシング、その他の管状の部材を包含する趣旨の文言である。
ここで、本明細書において用いられる「ソケット」なる文言は、一の部材と係合して他の部材に接続する部材、または一の部材と係合して流路を接合する部材を意味している。
【００１２】
本発明において、地盤を凍結するために埋設された凍結管（１：例えばケーシング）と、凍結管（１）の内部に配置される冷媒循環用配管（２）を有しているのが好ましい。
そして、前記凍結管（１）の内部には、１本或いは複数本の冷媒循環用配管（２）が挿入されているのが好ましい。
【００１３】
また本発明の地盤凍結システムにおいて、第１の冷媒循環用配管（２Ａ：マイクロチャンネル）の冷媒供給側端部（図示の実施形態では地上側端部）には、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、３Ｃ：マイクロチャンネル）の複数の微小冷媒流路（２Ａδ）を冷媒供給側と冷媒戻り側とに区画する接続部材（４：頭部ソケット：分岐、集合、接続用のソケット）が接続されており、第１の冷媒循環用配管（２Ａ：マイクロチャンネル）の複数の微小冷媒流路（２Ａδ）の冷媒供給側と冷媒戻り側は、接続部材（４：頭部ソケット）を介して、第２の冷媒循環用配管（２Ｂ：断面円形の冷媒循環用配管）と接続されているのが好ましい。
ここで、接続部材（４：頭部ソケット）は地盤（ＧＲ）内に配置されていても良いし（図３〜図５）、地盤（ＧＲ）よりも冷媒供給側に配置されていても良い（図６〜図８）。
なお、「複数の微小冷媒流路（２Ａδ）を冷媒供給側と冷媒戻り側とに区画する」という文言における「区画」という文言は、冷媒供給側の微小冷媒流路と冷媒戻り側の微小冷媒流路とが固定されている場合と、冷媒供給側の微小冷媒流路と冷媒戻り側の微小冷媒流路が変更可能である場合の双方を包含する趣旨で用いられている。
【００１４】
或いは本発明の地盤凍結システムにおいて、凍結するべき地盤の領域には熱伝導流体（５：水を含む）が充填され、凍結するべきではない地盤の領域には断熱材（６）が設けられているのが好ましい。
ここで、前記断熱材（６）が流体である場合には、凍結するべき地盤の領域と、凍結するべきではない地盤の領域の境界部分には、当該二つの領域を流体密に区画するパッカー（７）が設けられているのが好ましい。そして、パッカー（７）は断熱材で製造されているのが好ましい。
【００１５】
さらに本発明の地盤凍結システムにおいて、凍結管（１：ケーシング）内に複数の第１の冷媒循環用配管（２Ａ：マイクロチャンネル）が配置され、第１の冷媒循環用配管（２Ａ）と凍結管（１）内周面との間隔と複数の第１の冷媒循環用配管（２Ａ）同士の間隔を一定に保つスペーサ（８）が凍結管（１）内に配置されるのが好ましい。
【００１６】
本発明の地盤凍結工法は、冷媒循環用配管（２）内を循環する冷媒は液化二酸化炭素であり、冷媒を冷却して冷媒循環用配管（２）に供給する冷却装置（１０）を有する地盤凍結システムを用いた地盤凍結工法において、
冷媒を冷却装置（１０）で冷却して冷媒循環用配管（２）に供給する工程と、冷媒が冷媒循環用配管（２）を循環し冷却装置（１０）に戻る工程と、地中で凍結するべき地盤を凍結する工程を含み、
冷媒循環用配管（２）は、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）と第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の先端部に接続された閉塞部材（３：底部ソケット）を含み、
第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）は、内部に複数の微小冷媒流路が形成されているマイクロチャンネル構造であり、熱特性に優れ、
１本の第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）に存する複数の微小冷媒流路は、冷媒供給側（Ｇ）と冷媒戻り側（Ｒ）を構成し、第１の冷媒循環用配管の先端部（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）には、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の複数の微小冷媒流路（２Ａδ）を冷媒供給側（Ｇ）と冷媒戻り側（Ｒ）とを連通する閉塞部材（３：底部ソケット）が接続されており、
冷媒が冷媒循環用配管（２）を循環し冷却装置（１０）に戻る工程では、冷媒が、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の冷媒供給側（Ｇ）、前記閉塞部材（３）の冷媒流路、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ）の冷媒戻り側（Ｒ）を流れることを特徴としている。
【００１７】
本発明の地盤凍結工法において、前記地盤凍結システムは、地盤を凍結するために埋設された凍結管（１：ケーシング）と、凍結管（１）の内部に配置される冷媒循環用配管（２）を有するのが好ましい。
そして、前記凍結管（１）の内部には、１本或いは複数本の冷媒循環用配管（２）が挿入されているのが好ましい。
【００１８】
あるいは本発明の地盤凍結工法において、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ：マイクロチャンネル）の冷媒供給側端部では接続部材（４：頭部ソケット）が接続されており、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１、３Ｃ：マイクロチャンネル）の複数の微小冷媒流路（２Ａδ）の冷媒供給側を流れる二酸化炭素と冷媒戻り側を流れる二酸化炭素は、接続部材（４：頭部ソケット）を介して、第２の冷媒循環用配管（２Ｂ：断面円形の冷媒循環用配管）の冷媒供給側と冷媒戻り側の各々を流れるのが好ましい。
上述した様に、接続部材（４：頭部ソケット）は地盤（ＧＲ）内に配置されていても良いし（図３〜図５）、地盤（ＧＲ）よりも冷媒供給側に配置されていても良い（図６〜図８）。
【００１９】
また本発明の地盤凍結工法において、凍結するべき地盤の領域に熱伝導流体（５）を充填する工程と、凍結するべきではない地盤の領域に断熱材（６）を設ける工程を有するのが好ましい。
ここで、前記断熱材（６）が流体である場合には、前記断熱材（６）を設ける工程では断熱材（６）流体を充填し、当該充填に先立って、凍結するべき地盤の領域と凍結するべきではない地盤の領域とを流体密に区画するため、境界部分に設けられたパッカー（７）を膨張するのが好ましい。
【００２０】
さらに本発明の地盤凍結工法において、凍結管（１：ケーシング）内に複数の第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１：マイクロチャンネル）が配置される場合には、当該複数の第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１：マイクロチャンネル）は凍結管（１）内に配置されたスペーサ（８）の開口部（８Ｍ）を貫通して配置され、第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１）と凍結管（１）内周面との間隔と複数の第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１）同士の間隔を一定に保つのが好ましい。
これに加えて、本発明の地盤凍結工法において、扁平な形状のロール巻きした第１の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１：マイクロチャンネル）をロール巻きにして製造し、そのロール巻きを解除しつつ凍結管（１）内に挿入するのが好ましい。
第２の冷媒循環用配管（２Ｂ：断面円形の冷媒循環用配管）の場合は、継手（ねじ込み式管継手等）により接合することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
上述の構成を具備する本発明によれば、二次冷媒に液化二酸化炭素を使用しており、冷却装置から送った液化二酸化炭素が、地中の熱を吸収して気化する時の気化潜熱を利用して、地盤を凍結している。そのため、冷媒の顕熱を利用する従来のブライン方式に比較して、熱効率に優れている。
ここで本発明では、冷媒である液化二酸化炭素は冷媒循環用配管（２）及び冷媒循環ポンプ（１１）を有する循環系（閉鎖系）内で循環するので、従来の液化ガスを冷媒として用いる方式とは異なり、二酸化炭素ガスを地中に放出する必要は無く、二酸化炭素ガスを空中放散することもない。そのため、冷却した二酸化炭素ガスを浪費してしまうことは無く、従来の液化ガスを冷媒として用いる方式に比較して、冷媒ガスを冷却して凝縮するためのコストが低く押えられる。
それに加えて、二酸化炭素ガスを地中に放出することや、空中放散することはないので、施工現場において酸素濃度が低くなり過ぎてしまう恐れがなく、作業者が酸素濃度の低い環境で作業しなければならない事態が未然に防止される。
【００２２】
また、冷媒である液化二酸化炭素の粘性係数は、ブラインの粘性係数の約１／９０と極めて小さい数値であるため、二次冷媒を循環させる流路断面積を小さくでき、循環する二次冷媒の速度を大きくできる。それに加えて、液化二酸化炭素を二次冷媒として循環させた場合には、地盤中を流過する際に地中の熱で気化するので、冷媒循環用配管（２）内では液相冷媒と気相冷媒の混合状態となり、粘性はさらに低下する。
そのため、本発明の地盤凍結システムによれば凍結管径の縮小が可能となり、冷媒循環用配管（２）を長距離化することが可能になると共に、冷媒循環ポンプ（１１）の容量を小さくすることが出来る。そのため、機械損料やポンプ駆動エネルギーも小さくなる。
【００２３】
従来のブライン方式では、凍結管である二重管鋼管を鉛直に吊り下げながら、定尺５．５ｍ毎に二重管鋼管を溶接接合する作業を繰り返す必要がある。それに対して、本発明で使用される扁平な形状の冷媒循環用配管（２Ａ、２Ａ１：マイクロチャンネル）は、可撓性が良好であり、工場において閉塞部材（３）及び接続部材（４）をロウ付けしてロール巻きした状態で製造し、現場に搬入し、これを直線に伸ばしながらボーリング孔に挿入することが出来る。そのため、定尺毎に溶接接合する作業をせずに施工することが出来るので、施工コストが大幅に減少する。それと共に、現場接合箇所から二次冷媒が漏出することを防止できる。
中空管状に構成された第１の冷媒循環用配管（３Ｃ：マイクロチャンネル）についても、定尺の第１の冷媒循環用配管（３Ｃ）同士を冷媒が漏出しない態様で容易且つ確実に接続することが可能である。
なお、断面円形の第２の冷媒循環用配管（２Ｂ）は細径であり、継手はねじ式管継手などで締め付けるタイプのものを利用することにより、定尺の第２の冷媒循環用配管（２Ｂ）同士を容易且つ確実に接合することが出来る。断面円形の第２の冷媒循環用配管（２Ｂ）と接続部材（４：頭部ソケット）についても、容易且つ確実にねじ式管継手などで接合することが出来る。
【００２４】
凍土壁を短期に形成したい場合、地盤中の冷熱の熱伝導特性から凍結管（１）と凍結管（１）の間隔を小さくすることが有効である。
従来のブライン方式では、上述した様に、定尺毎に二重管鋼管を溶接接合する作業を繰り返さなければならず、凍結管設置の労力が多大であるため、０．８〜１．０ｍの間隔で施工されていた。それに対して本発明で使用される冷媒循環用配管（２：マイクロチャンネル及び／又は円形断面管）であれば、上述した通り、定尺毎に溶接接合する必要がなく、凍結管を１本設置するための労力が小さい。また、凍結管（１）の管径も小さくできるため、施工効率が高く、施工期間を短くすることが出来る。そのため本発明によれば、凍結管（１）と凍結管（１）の水平方向の間隔を従来のブライン方式の場合よりも短くして、単管凍結から管列凍結への移行を速くすることにより、凍土壁を短期に形成することが出来る。
【００２５】
なお本発明によれば、地盤中の垂直方向に延在する領域を凍結するのみならず、地盤中の水平方向に延在する領域、垂直方向に対して傾斜している方向に延在する領域を凍結することが出来る。
また、地表側から垂直方向下方に向かって延在する地盤中の領域を凍結するのみならず、垂直法上方に向って延在する地盤中の領域を凍結することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る地盤凍結工法の概要を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態で用いられる冷媒循環用配管の一部を示す斜視断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における冷媒循環用配管と閉塞部材と接続部材を示す説明図である。
【図４】第１実施形態における凍結管の構造を説明する斜視図である。
【図５】図４で示す凍結管の正面断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態における凍結管の構造を示す正面断面図である。
【図７】第２実施形態における冷媒循環用配管の端部を示す説明図である。
【図８】第２実施形態において、冷媒循環用配管を凍結管内に挿入する状態を示す斜視図である。
【図９】第２実施形態において、冷媒循環用配管を複数凍結管内に挿入する場合に用いられるスペーサの平面図である。
【図１０】第１実施形態と第２実施形態の変形例において、冷媒循環用配管を複数凍結管内に挿入する態様を示す断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態における冷媒循環用配管を示す斜視図である。
【図１２】第３実施形態における冷媒循環用配管と閉塞部材と接続部材を説明する正面断面図である。
【図１３】冷媒循環用配管の接続箇所の構造の一例を示す部分断面図である。
【図１４】第３実施形態で用いられる冷媒循環用配管の図１２とは別の接続箇所の構造を示す斜視図である。
【図１５】第１実施形態の変形例を示す説明図である。
【図１６】ブライン方式の熱交換サイクルを示す説明図である。
【図１７】第１実施形態における閉塞部材のその他の例を示す説明図である。
【図１８】第１実施形態における閉塞部材のさらに別の例を示す説明図である。
【図１９】第１実施形態における接続部材のその他の例を示す説明図である。
【図２０】第１実施形態における接続部材のさらに別の例を示す説明図である。
【図２１】第１実施形態における接続部材の図１９、図２０とは異なる例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、図示の第１実施形態と第２実施形態で行われる熱交換サイクルの概要を示している。
図１において、地盤ＧＲを凍結するために凍結管１（ケーシング）が複数（図１では２個）に埋設されており、当該凍結管１（ケーシング）にはそれぞれ冷媒循環用配管２が並列に配置されている。冷媒循環用配管２内を循環する二次冷媒は二酸化炭素（ＣＯ２）であり、地上から供給された液化二酸化炭素が地盤ＧＲと熱交換を行ない、液化二酸化炭素の顕熱或いは気化潜熱により地盤ＧＲを凍結している。
【００２８】
図１に示す地盤凍結システムでは、液化二酸化炭素を冷却して凍結管１に供給する冷却装置１０及び冷媒循環ポンプ１１を有しており、冷却装置１０は、液化器１０Ａ（二酸化炭素液化器）、凝縮器１０Ｂ、冷却塔１０Ｃを備えている。
冷媒循環用配管２内を循環する際に地盤ＧＲと熱交換を行なった二酸化炭素は、液化器１０Ａで一次冷媒と熱交換を行ない、低温の液化二酸化炭素になり、再び冷媒循環用配管２内に供給され、循環する。
冷却装置１０の一次冷媒は、例えば冷媒Ｒ４０４ａなどであり、二次冷媒である二酸化炭素が地盤ＧＲから供給された熱が供給されて蒸発、気化し、凝縮器１０Ｂで水と熱交換して降温し、液化する。そして凝縮器１０Ｂで、一次冷媒（冷媒Ｒ４０４ａなど）の気化熱が投入されて昇温した水は、冷却塔１０Ｃで冷却される。
【００２９】
図１において、２個の凍結管１内に挿入される冷媒循環用配管２は並列に配置した状態で図示されているが、並列に配置することに限定されるものではない。冷媒（二次冷媒）である液化二酸化炭素が周辺土壌を凍結する程度の冷熱を保有出来る範囲内であれば、複数の凍結管１内に挿入される冷媒循環用配管２を直列に配置しても良い。
凍結管は、例えば掘削機械のケーシングを埋め殺して用いており、孔壁の崩壊を防止する作用を奏する。なお、凍結管１を用いること無く、土壌に切削されたボーリング孔（図示せず）内に冷媒循環用配管２を配設することが可能である。
図１で示す地盤凍結工法では二次冷媒に液化二酸化炭素を使用しており、地上から送った液化二酸化炭素が地盤ＧＲを冷却し、或いは地盤ＧＲから気化潜熱を奪うことにより地盤を凍結している。そのため、冷媒（ブライン）の顕熱を利用して冷却する従来のブライン方式に比較して、熱効率に優れている。
【００３０】
ここで、図１の地盤凍結システムでは、液化二酸化炭素は閉鎖系内で循環する。そのため冷媒ガスを地中に放出する必要は無く、冷媒ガスを空中放散する必要もない。そのため、図１で示す地盤凍結工法は、従来の液化ガスを冷媒として用いる方式に比較して、液化ガスの消費量が節減され、経済性で優位となる。さらに、図１の地盤凍結工法では、施工現場で冷媒ガスが放出されないので酸素濃度が低下せず、酸素濃度が低い環境下で作業員が作業をすることが防止される。
また、液化二酸化炭素の粘性係数は、ブラインの粘性係数に比較すると約１／９０という極めて小さい数値であるため、二次冷媒を循環させる流路断面積を小さくすることができて、循環する二次冷媒の速度を大きくすることができる。
【００３１】
それに加えて、液化二酸化炭素を二次冷媒として循環させた場合には、地盤中を通過する際に地中の熱で気化する場合があり、その場合には冷媒循環経路内では液相冷媒と気相冷媒の混合状態で流過するので、粘性がさらに低下する。
そのため、図１の地盤凍結システムであれば凍結管径を縮小することが可能であり、流路も長距離化することも可能である。そのため図１の地盤凍結システムであれば、冷媒循環ポンプ１１の容量を小さくして、機械損料やポンプ駆動エネルギーを小さくすることができる。
【００３２】
そして図１のシステムであれば、液化二酸化炭素が循環する冷媒循環用配管２の流路断面積を小さくすることができるので、図２で示す様な（微小冷媒流路２Ａδを有する）扁平な部材で冷媒循環用配管２Ａ（第１の冷媒循環用配管：例えばアルミニウム製）を使用することができる。
図２において、全体が扁平な部材で構成された第１の冷媒循環用配管２Ａは、複数（図示の実施形態では１０本）の断面四角形（長方形）の微小冷媒流路２Ａδが設けられたマイクロチャンネル構造を有している。この第１の冷媒循環用配管２Ａは、例えばアルミニウム製であり、マイクロチャンネル構造としたことにより、熱特性に優れている。
【００３３】
図２において、微小冷媒流路２Ａδの断面形状を長方形としているのは、微小冷媒流路２Ａδにおける内周面と冷媒との接触面積（微小冷媒流路２Ａδの素材、例えばアルミニウム、と冷媒の接触面積）を大きくして、冷凍効果を増大するためである。ただし、微小冷媒流路２Ａδの断面形状を、長方形以外の形状（例えば円形）にすることも可能である。
なお本明細書において、図２で示す様な扁平な部材で冷媒循環用配管２Ａ（第１の冷媒循環用配管）を「マイクロチャンネル」と表記する場合がある。また、図１１〜図１４で示す様な中空円筒状（管状）の冷媒循環用配管３Ｃを「マイクロチャンネル」と表記する場合がある。
【００３４】
本発明の第１実施形態では、第１の冷媒循環用配管２Ａを凍結管１（ケーシング）内に配置するに際し、図３で示すように、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）の底部（地中側端部）には底部ソケット３（閉塞部材）がロウ付けされている。ただし、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）と底部ソケット３の接続は、ロウ付け以外の手法であっても良い。
図３において、第１の冷媒循環用配管２Ａにおける図３における左側の領域に存在する微小冷媒流路２Ａδ−Ｇ（１０本の微小冷媒流路２Ａδにおいて、図３では左側に位置する５本の微小冷媒流路）が冷媒供給側であり、右側の領域に位置する微小冷媒流路２Ａδ−Ｒ（１０本の微小冷媒流路２Ａδにおいて、図３では右側に位置する５本の微小冷媒流路）が冷却装置１０（図１参照）側に戻る冷媒戻側である。
【００３５】
図３において、左側の領域に存在する微小冷媒流路２Ａδ−Ｇと、右側の領域に位置する微小冷媒流路２Ａδ−Ｒは、底部ソケット３により連通している。換言すれば、第１実施形態では、１本の第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）により、冷媒供給側配管と冷媒戻り側配管を構成している。
また図３において、底部ソケット３には、冷媒供給側の微小冷媒流路２Ａδ−Ｇと冷媒戻側の微小冷媒流路２Ａδ−Ｒを連通する連通部２Ａδ−Ｃが形成されている。
冷媒供給側（例えば地上側）から供給される液化二酸化炭素（二次冷媒）は冷媒供給側の微小冷媒流路２Ａδ−Ｇを流れ（矢印Ｇ）、底部ソケット３内の連通部２Ａδ−Ｃを流過して（矢印Ｃ）、冷媒戻り側の微小冷媒流路２Ａδ−Ｒを流れて（矢印Ｒ）、冷却装置１０（図１参照）側に戻る。ここで、図３における符号４Ｄは隔壁であり、冷媒供給側の冷媒と冷媒戻り側の冷媒とが混合しないように区画している。
【００３６】
第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）の地上側には頭部ソケット４（接続部材）をロウ付けされている。ただし、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）と頭部ソケット４の接続も、ロウ付け以外の手法が可能である。
頭部ソケット４により、第１の冷媒循環用配管２Ａの冷媒供給側微小冷媒流路２Ａδ−Ｇと冷媒戻り側微小冷媒流路２Ａδ−Ｒは、それぞれ、断面円形の冷媒循環用配管２Ｂ（第２の冷媒循環用配管）の冷媒供給側及び冷媒戻り側と接続されている。そして断面円形の冷媒循環用配管２Ｂ（の供給側及び戻り側）は、それぞれ、液化二酸化炭素の冷却装置１０（図１）の冷媒供給側及び冷媒戻り側（冷却側）に接続されている。
【００３７】
第１実施形態における限定凍結管構造が、図４、図５で示されている。
図４、図５では、地盤ＧＲにおけるパッカー７の下方領域のみを凍結させて、パッカー７の上方領域の地盤ＧＲは凍結しないように構成されている。
図４、図５において、地盤ＧＲの凍結しない領域に延在する第２の冷媒循環用配管２Ｂ（断面円形の配管）内の液化二酸化炭素と、パッカー７上方における地盤との熱交換を抑制するため、第２の冷媒循環用配管２Ｂ（断面円形の配管）とケーシング１（凍結管）との間の空間には断熱材６が充填されている。そしてパッカー７を断熱材製にすることが望ましい。
ここで、第２の冷媒循環用配管２Ｂは、外管であるケーシング１に対して十分に細く、断熱材６の充填空間を確保することができる。そして断熱材６（発泡ウレタン、発泡スチロールなど）を、例えば図示しない注入管を介してケーシング１の底部から注入し、第２の冷媒循環用配管２Ｂとケーシング１との間の空間に充填する。
【００３８】
一方、凍結させるべき地盤ＧＲの領域に延在する第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）内の液化二酸化炭素とパッカー７の下方領域の地盤ＧＲで効率的に熱交換を行なうため、第１の冷媒循環用配管２Ａとケーシング１の間の空間には熱伝導流体５を充填している。熱伝導流体５は熱伝導に優れる流体で構成されるのが望ましいが、安価な水道水を使用することも可能である。
図４、図５で示すように、図示の実施形態において、扁平形状の第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）とケーシング１との間には、熱伝導流体５を充填するのに十分な空間が確保されている。
【００３９】
ここで、断熱材６が流体の場合には、断熱材６（流体）と熱伝導流体５との混合防止のため、ケーシング１の内部において、地盤を凍結させたい領域に対応する部分と地盤を凍結させたくない領域に対応する部分とは、その間にパッカー７を膨張させて介在させ、流体密に区切る必要がある。
一方、断熱材６が布状（可撓性を有する平板状）部材である場合には、当該布状の断熱材６を第２の冷媒循環用配管２Ｂに巻き付けて、第２の冷媒循環用配管２Ｂ内の液化二酸化炭素と地盤との熱交換を抑制する。そして、布状の断熱材６を第２の冷媒循環用配管２Ｂに巻き付けて固定した後（布状の断熱材６を巻き付けた状態は図示せず）、熱伝導流体５を充填する。断熱材６が布状である場合には、断熱材６と熱伝導流体５の混合の恐れがないので、パッカー７は不要である。
【００４０】
地盤凍結に際し、凍結管埋設のために切削されたボーリング孔には、孔壁保持のために凍結管のケーシング１が設置されている。本明細書では、当該ケーシングを「凍結管」と記載する場合がある。
ボーリング孔掘削の際に掘削用流体として高圧水を用いる場合において、図示しない浸水防止手段（図示せず）をセットし、ポンプなどの排水手段（図示せず）でケーシング１内を排水するべき場合には、ケーシング１を配置した後、ケーシング１の先端（地中側端部）に浸水防止手段（図示せず）をセットし、ポンプなどの排水手段（図示せず）によりケーシング１内を排水することが出来る。そして排水後、底部ソケット３及び頭部ソケット４がロウ付けされた第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）をケーシング１内に配置する。
【００４１】
図示の第１実施形態によれば、冷媒循環用配管２として第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）及び第２の冷媒循環用配管２Ｂ（断面円形の配管）を使用している。ここで、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）は形状が扁平であり、材質がアルミニウムであるため曲げ、伸ばし加工が可能である。このため、図８で示すように、凍土を造成する鉛直深度１００ｍに相当する長さのマイクロチャンネル２Ａを工場で閉塞部材３、接続部材４をロール巻きして、現場に搬入し、これを直線に伸ばしながらボーリング孔（ケーシング１）に直接に挿入・埋設することができる。
第２の冷媒循環用配管２Ｂ（断面円形の配管）は細径であり、ねじ式管継手などを利用することにより、定尺の第２の冷媒循環用配管２Ｂ同士を接合することが出来る。そして断面円形の第２の冷媒循環用配管２Ｂと頭部ソケット４をねじ式管継手などで接合することが出来る。従って第２の冷媒循環用配管２Ｂを、ボーリング孔（ケーシング１）内に配置した頭部ソケット４を介して、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）に接続することが出来る。
【００４２】
第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）を凍結管内に挿入するに際しては、（従来のブライン方式における二重管鋼管の様に）定尺毎に溶接接合を繰り返す必要が無い。
定尺毎に溶接接合する作業をせずに施工することが出来るため、図示の第１実施形態では施工コストが大幅に減少すると共に、現場で溶接した箇所から二次冷媒が漏出するという不都合が防止される。
【００４３】
そして、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）を定尺毎に溶接接合する必要がない分だけ、凍結管１本当たりの設置労力が小さくなる。それに加えて、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）及び第２の冷媒循環用配管２Ｂ（断面円形の配管）は共に断面積が小さいので、ケーシング１（凍結管）の管径を小さくすることが可能であり、施工効率が高く、施工期間を短くすることが出来る。そのため、従来のブライン方式の場合よりも凍結管と連結管の水平方向の間隔を小さくして、凍結速度を速くすることが出来る。そのため、凍土壁を短期に形成することが出来る。
さらに、施工効率が高い図示の第１実施形態によれば、凍結管と凍結管の水平方向の間隔を小さくして、地盤中の冷熱の熱伝導特性を良好にすることが出来る。
【００４４】
これに加えて図示の第１実施形態によれば、凍結するべき地盤の領域に対応する凍結管１内の領域には熱伝導流体５が充填され、凍結するべきではない地盤の領域に対応する凍結管１内の領域には断熱材６が設けられているので、凍結するべき地盤のみを効率的に凍結することできる。
図３〜図５では明示されていないが、複数の第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）を凍結管内に挿入することが出来る。それにより、冷媒（二酸化炭素）の流量を多くして、凍結工法を効率良く施工することが出来る。
【００４５】
図１〜図５の第１実施形態では、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）を凍結管１と平行に延在している。しかし、図１５で示すように、第１の冷媒循環用配管２Ａを螺旋状に延在させることも可能である。
第１の冷媒循環用配管２Ａを螺旋状に延在されることにより、冷媒（二酸化炭素）が第１の冷媒循環用配管２Ａ内を流過する距離が長くなり、冷媒が保有する冷熱が土壌に投入される効率が向上する。
図１５の変形例におけるその他の構成及び作用効果については、図１〜図５の第１実施形態と同様である。
【００４６】
ここで、底部ソケット（閉塞部材）は図３で示すものに限定される訳ではない。例えば、図１７で示すように、底部ソケット３Ａ（閉塞部材）の幅寸法（図１７における左右方向寸法）を第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）と同一として、底部ソケット３Ａにおける側方（図１７における左右方向）の張り出しをなくして、より挿入し易く構成することが出来る。
或いは、図１８で示すように、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）の地中側端部（図１８の下端）に所謂「蓋」状の底部ソケット３Ｂ（閉塞部材）を配置することも可能である。この場合、連通部２Ａδ−Ｃを確保するために、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）の両縁部２ＡＥがその他の仕切り壁２Ａ−Ｆよりも、地中側端部側（図１８では下側）に所定寸法（連通部２Ａδ−Ｃを確保するのに必要な寸法）だけ出っ張っている。底部ソケット３Ａ（閉塞部材）を蓋状に構成することにより、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）との接続が容易且つ確実に行われる。
図１７、図１８における底部ソケット３Ａ、３Ｂ（閉塞部材）のその他の構造については、図３で示すのと同様である。
【００４７】
底部ソケット（閉塞部材）と同様に、頭部ソケット（接続部材）も図３で示すものに限定される訳ではない。
図１９で示す頭部ソケット４Ａ（接続部材）は、幅寸法（図１９における左右方向寸法）が第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）と等しく、第１の冷媒循環用配管２Ａに対する側方（図１９における左右方向）の張り出しが存在しない。以って、挿入し易くしている。
図１９において、符号４Ｄは隔壁であり、隔壁４Ｄは、冷媒供給側の微小通路２Ａδ−Ｇに流入するべき冷媒と、冷媒戻り側の微小通路２Ａδ−Ｒを流れた冷媒とが混合しないように区画している。
【００４８】
また、図２０で示す底部ソケット３Ｂ（閉塞部材）は、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）の冷媒供給側（図２０の上端）において、所謂「蓋」状に配置されている。
この場合においても、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）の両縁部２ＡＥがその他の仕切り壁２Ａ−Ｆよりも、冷媒供給側端部側（図１８では上側）に所定寸法だけ出っ張っており、冷媒供給側の第２の冷媒循環用配管２Ｂと冷媒供給側の微小通路２Ａδ−Ｇを連通する空間と、冷媒戻り側の微小通路２Ａδ−Ｇと冷媒戻り側の第２の冷媒循環用配管２Ｂを連通する空間とを確保している。また、隔壁４Ｄも設けられている。
頭部ソケット４Ａ（接続部材）を蓋状に構成することにより、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）との接続がより容易で、より確実になる。
【００４９】
図１９、図２０における頭部ソケット４Ａ、４Ｂ（接続部材）のその他の構造については、図３で示すのと同様である。
ここで、図３の頭部ソケット４、図１９の頭部ソケット４Ａ、図２０の頭部ソケット４Ｂにおいて隔壁４Ｄは固定されている。しかし、図２１における頭部ソケット４Ｃでは、隔壁４Ｄ−Ａは矢印Ｈ方向に移動可能に構成されている。換言すれば、頭部ソケット４、４Ａ、４Ｂ（接続部材）の隔壁４Ｄは固定されていても良いし、或いは、図２１の頭部ソケット４Ｃの（接続部材）の隔壁４Ｄ−Ａの様に移動可能であっても良い。
図２１では明確には表現されていないが、隔壁４Ｄ−Ａは頭部ソケット４Ｃの頂壁４Ｔに沿って矢印Ｈ方向を移動する。隔壁４Ｄ−Ａを矢印Ｈ方向に移動する構造としては、例えばラックとピニオンのような公知の構造を採用し、例えば電動モータ（図示せず）を動力源として移動させることが可能である。
【００５０】
次に図６〜図９を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。
図３〜図５で示す第１実施形態では、凍結管１（ケーシング）内の底部近傍にのみマイクロチャンネルから構成される第１の冷媒循環用配管２Ａを配置し、頭部ソケット４（接続部材）を介して第１の冷媒循環用配管２Ａと接続された第２の冷媒循環用配管２Ｂ（断面円形の配管）も、凍結管１（ケーシング）内に挿入されている。
それに対して第２実施形態では、凍結管１（ケーシング）内の垂直方向（図６の上下方向）の全域に亘って第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）が挿入されており、断面円形の第２の冷媒循環用配管２Ｂは凍結管１（ケーシング）内には挿入されない。
【００５１】
図６において、凍結管１（ケーシング）の垂直方向全域に亘って、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）が配置されている。
第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）において、左側の領域に存在する微小冷媒流路２Ａδ−Ｇ（図２で示す１０本の微小冷媒流路２Ａδの内、図６では左側に位置する５本の微小冷媒流路）が冷媒供給側（矢印Ｇ）であり、右側の領域に位置する微小冷媒流路２Ａδ−Ｒ（図２で示す１０本の微小冷媒流路２Ａδの内、図６では右側に位置する５本の微小冷媒流路）が冷却装置１０（図１参照）側に戻る冷媒戻側（矢印Ｒ）である。なお図６、図７において、５本の微小冷媒流路２Ａδを一まとめにして、地上側からの冷媒供給側の微小冷媒流路２Ａδ−Ｇ、地上側に戻る冷媒戻側の微小冷媒流路２Ａδ−Ｒを表現している。
【００５２】
図６において、凍結管１（ケーシング）よりも上方の地上側部分では、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）の上部が頭部ソケット４に接続されており、第２の冷媒循環用配管２Ｂ（断面円形の配管）に接続されており、第１の冷媒循環用配管２Ａの冷媒供給側と第２の冷媒循環用配管２Ｂの冷媒供給側を接続し、第１の冷媒循環用配管２Ａの冷媒戻側と第２の冷媒循環用配管２Ｂの冷媒戻側を接続している。
断面円形の冷媒循環用配管２Ｂは、液化二酸化炭素の冷却装置１０（図１）の冷媒供給側及び冷媒戻側（冷却側）に接続されている。換言すれば、図６の地上側の構造は、図３で示す第１実施形態において冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）の上部が頭部ソケット４に接続される構造と同様である。
第２実施形態においても、第１の冷媒循環用配管２Ａを螺旋状に延在させること（図１５参照）が可能である。
【００５３】
第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）の下方は、図７に示す通り、図３と同様（第１実施形態と同様）に、第１の冷媒循環用配管２Ａの底部に底部ソケット３（閉塞部材）をロウ付けしており、冷媒供給側の微小冷媒流路２Ａδ−Ｇと冷媒戻側の微小冷媒流路２Ａδ−Ｒが底部ソケット３により連通されており、連通部２Ａδ−Ｃが形成されている。
【００５４】
第２実施形態においても、図６で示す通り、限定された領域の土壌ＧＲのみを凍結する限定凍結管構造となっている。
図６においても、図４、図５で説明したのと同様に、地盤を凍結させたい領域はパッカー７よりも下方の領域であり、パッカー７よりも下方の領域に延在している第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）とケーシング１との間の空間には、熱伝導流体５が充填されている。
一方、地盤を凍結させたくない領域はパッカー７よりも上方の領域であり、パッカー７よりも上方の領域に延在している第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）とケーシング１（凍結管）との間の空間には、断熱材６が充填されている。
【００５５】
さらに、図６は断熱材６が流体の場合を示しており、地盤を凍結させたい領域と地盤を凍結させたくない領域とは、パッカー７を膨張させて流体密に区切っている。流体の断熱材６と熱伝導流体５を混合させないためである。
これに対して、布状（可撓性板状体）の断熱材６を第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）に巻き付けて、冷媒である液化二酸化炭素と地盤との熱交換を抑制する場合には、断熱材６と熱伝導流体５は混合しないので、パッカー７を設ける必要がない。
【００５６】
従来のブライン方式では、地中内の凍結管を二重管構造として液化二酸化炭素（二次冷媒）の供給経路と地上側への戻り経路を構成している。それに対して、図示の第２実施形態では、１本の第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）を中空円管ケーシング１内に挿入することで施工できるため、冷媒配管の設置作業が容易であり、作業効率が極めて高くなる。
また、第１実施形態と同様に、第１の冷媒循環用配管２Ａ（マイクロチャンネル）は配管形状が扁平であり、材質がアルミニウムであるため、曲げ、伸ばし加工が可能である。そのため、図８で示すように、凍土を造成する鉛直深度１００ｍに相当する長さの第１の冷媒循環用配管２Ａ用のマイクロチャンネルを工場で閉塞部材３、接続部材４をロウ付けし、ロール巻きして、現場に搬入し、マイクロチャンネルロール巻出し機９により、これを直線に伸ばしながらボーリング孔（凍結管１）に挿入・埋設することができる。その結果、従来のブライン方式では必要であった定尺毎に二重管鋼管を溶接接合する作業が不必要となり、冷媒配管設置作業の労力が大幅に軽減される。それと共に、現場溶接した箇所から二次冷媒が漏出するという不都合が防止される。
【００５７】
図８で示す様にマイクロチャンネル２Ａ（第１の冷媒循環用配管）を２本以上埋設する場合、複数のマイクロチャンネル２Ａを単一のボーリング孔（凍結管１）内にスムーズに挿入すると共に、挿入後、複数のマイクロチャンネル２Ａ同士が接触せず、且つ、ボーリング孔（凍結管１）の内壁に接触せず、しかも、複数のマイクロチャンネル２Ａ同士が相互に適切な水平方向間隔を保持するため、各々のマイクロチャンネル２Ａを水平方向に拘束するスペーサ８を設けることが好適である。
スペーサ８は、図８に示す通り、複数のマイクロチャンネル（第１の冷媒循環用配管２Ａ）を一定間隔に設置する様に配置されている。
【００５８】
スペーサ８の形状を図９（１）、（２）、（３）で例示する。
スペーサ８の形状は、ボーリング孔（凍結管１）内に挿入するマイクロチャンネル（第１の冷媒循環用配管２Ａ）の数量により異なり、図９（１）で符号８Ａで示すスペーサは２本のマイクロチャンネル２Ａを挿入する場合に用いられ、図９（２）において符号８Ｂで示すスペーサは３本のマイクロチャンネル２Ａを挿入する場合に用いられ、図９（３）で符号８Ｃにより表示されるスペーサは４本のマイクロチャンネル２Ａを挿入する場合に用いられる。
【００５９】
ボーリング孔（凍結管１）内にマイクロチャンネル２Ａを挿入した後、熱伝導流体５を充填するため、図９（１）、（２）、（３）に示すスペーサ８Ａ〜８Ｃのそれぞれには、マイクロチャンネル２Ａが貫通するための開口部８Ｍ、熱伝導流体５充填のための開口部８Ｈ（斜線によるハッチング部分）が、それぞれ複数形成されている。
なお、スペーサ８の材質は、熱伝導の良好な金属製が望ましい。ただし、安価なプラスチックで製造されていても良い。
さらに、上述のスペーサ８は、第１実施形態においても適用できる。
【００６０】
なお第２実施形態は、例えばトンネル放射凍結管、立坑水平凍結管について適用される。
図６〜図９の第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図３〜図５の第１実施形態と同様である。
【００６１】
図３〜図９の第１実施形態及び第２実施形態の変形例が図１０に示されている。そして図１０では、図３〜図９で示すのと同様な冷媒循環用配管２Ａ１を凍結管１内に複数挿入する態様が示されている。
図１０において、扁平な形状の冷媒循環用配管２Ａ１は、その内部に８個の微小冷媒流路２Ａδが形成されており、一端が雌ホゾ２Ｆ、他端が雄ホゾ２Ｍを構成しており、隣接する冷媒循環用配管２Ａ１の雌ホゾ２Ｆと雄ホゾ２Ｍとが係合して配置されている。
図１０では、扁平な形状の冷媒循環用配管２Ａ１が凍結管１内に６個配置されており、全体が６角形の輪郭の様になっている。
【００６２】
全体が６角形の輪郭状に配置されている６個の冷媒循環用配管２Ａ１の半径方向内方には、概略６角形の輪郭状の組立治具２２が位置している。組立治具２２は半径方向外方に突出する突起２４を有しており、突起２４が冷媒循環用配管２Ａ１の半径方向内方に形成された位置合わせ溝２Ｇに係合することにより、６個の冷媒循環用配管２Ａ１は組立治具２２に対する相対位置が決定する。そして突起２４が位置合わせ溝２Ｇに係合して相対位置が決定した組立治具２２と６個の冷媒循環用配管２Ａ１は、結束バンド２６で一体に結束されている。
図１０で示す様な配置にすることにより、複数の冷媒循環用配管２Ａ１が凍結管１内で均等に配置され、複数の冷媒循環用配管２Ａ１内を流過する二酸化炭素（冷媒）により凍結管１外方の地盤が効率的に冷却される。
図１０で示す変形例のその他の構成及び作用効果については、図３〜図９の第１実施形態及び第２実施形態と同様である。
【００６３】
次に図１１〜図１４を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。
図１１において、第３実施形態で用いられる冷媒循環用配管（マイクロチャンネル）は、全体が符号３Ｃで示されている。冷媒循環用配管３Ｃは、全体が中空円筒形状（管状）に構成されており、半径方向外方の領域には複数の（図１１では８個の）微小冷媒流路３Ｃδ−Ｇが形成されている。そして、半径方向内方の中空部３Ｃδ−Ｒは冷媒が冷却装置１０（図１参照）側に戻るための冷媒戻流路を構成しており、半径方向内方の中空部３Ｃδ−Ｒの内径は微小冷媒流路３Ｃδ−Ｇの内径よりも大きく設定されている。
なお、冷媒循環用配管３Ｃの中空部を、冷媒戻流路３Ｃδ−Ｒ或いは冷媒流路３Ｃδ−Ｒと表記する場合がある。また、上述した様に、本明細書において、図１１〜図１４で示す様な中空円筒状（管状）の冷媒循環用配管３Ｃを「マイクロチャンネル」と表記する場合がある。
【００６４】
図１２において、第１の冷媒循環用配管３Ｃ（マイクロチャンネル）の底部（地中側端部：図１２の下部）には底部ソケット３３（閉塞部材）がロウ付けされている。ただし、第１の冷媒循環用配管３Ｃと底部ソケット３３の接続は、ロウ付け以外の手法であっても良い。
図１１を参照して上述したが、図１２において、第１の冷媒循環用配管３Ｃにおける半径方向外方の領域に複数形成された微小冷媒流路３Ｃδ−Ｇが冷媒供給側であり、半径方向内方の冷媒流路３Ｃδ−Ｒが冷却装置１０（図１参照）側に戻る冷媒戻側である。
【００６５】
図１２において、半径方向外方の領域における微小冷媒流路３Ｃδ−Ｇと、半径方向内方の冷媒流路３Ｃδ−Ｒは、底部ソケット３３により連通している。そのため、第３実施形態においても第１実施形態と同様に、１本の第１の冷媒循環用配管３Ｃ（マイクロチャンネル）により、冷媒供給側配管と冷媒戻り側配管を構成している。
また図１２において、底部ソケット３３には、冷媒供給側の微小冷媒流路３Ｃδ−Ｇと冷媒戻側の冷媒流路３Ｃδ−Ｒを連通する連通部３Ｃδ−Ｃが形成されている。
冷媒供給側から供給される液化二酸化炭素（二次冷媒）は冷媒供給側の複数の微小冷媒流路３Ｃδ−Ｇを流れ（矢印Ｇ）、底部ソケット３３内の連通部３Ｃδ−Ｃを流過して（矢印Ｃ）、冷媒戻り側の冷媒流路３Ｃδ−Ｒを流れて（矢印Ｒ）、冷却装置１０（図１参照）側に戻る。
【００６６】
第１の冷媒循環用配管３Ｃ（マイクロチャンネル）の地上側（図１２では上側）には頭部ソケット３４（接続部材）がロウ付けされている。ただし、底部ソケット３３と同様に、頭部ソケット３４の接続も、ロウ付け以外の手法が可能である。
図１２において、頭部ソケット３４において、第１の冷媒循環用配管３Ｃの冷媒供給側微小冷媒流路３Ｃδ−Ｇは、頭部ソケット３４内の冷媒供給経路３４Ｉを介して、断面円形の冷媒循環用配管２Ｂ（第２の冷媒循環用配管）の冷媒供給側（図１２では左側の冷媒循環用配管２Ｂ）に接続されている。一方、第１の冷媒循環用配管３Ｃの冷媒戻り側冷媒流路３Ｃδ−Ｒは、頭部ソケット３４内の冷媒供給経路３４Ｏを介して、断面円形の冷媒循環用配管２Ｂ（第２の冷媒循環用配管）の冷媒戻り側（図１２では右側の冷媒循環用配管２Ｂ）と接続されている。
断面円形の冷媒循環用配管２Ｂ（の供給側及び戻り側）は、それぞれ、液化二酸化炭素の冷却装置１０（図１）の冷媒供給側及び冷媒戻り側（冷却側）に接続されている。
【００６７】
図１１、図１２を参照して説明したように、第３実施形態によれば、第１の冷媒循環用配管３Ｃにおける冷媒供給側の流路は半径方向外方の領域に複数形成された微小冷媒流路３Ｃδ−Ｇであり、第１の冷媒循環用配管３Ｃに形成された微小冷媒流路３Ｃδ−Ｇを全て冷媒供給側の流路として用いることが出来るので、冷却が効率的に行われる。
一方、地盤を冷却して地盤の熱が投入された冷媒は、冷却装置１０（図１参照）側に戻る際には、冷媒戻側流路として半径方向内方の比較的大径の冷媒流路３Ｃδ−Ｒを流れるので、流量に比較して冷媒戻側流路の面積が小さくなり、微小冷媒流路３Ｃδ−Ｇへ冷媒戻側流路を流れる冷媒の保有する熱量が伝達されてしまう恐れが少ない。
【００６８】
図１３は第３実施形態で用いられる第１の冷媒循環用配管の一例を示し、図１３で示す第１の冷媒循環用配管３Ｃ１の両端部は、他端部に対して相補的な形状となっている。図１３で示す第１の冷媒循環用配管３Ｃ１同士を接続するに際しては、相補的な形状の端部同士を係合し、管固定部材４２により固定する。
なお、図１３において、符号４４は冷媒漏出防止用のシール部材（例えばＯ−リング）である。
【００６９】
ただし、第３実施形態で用いられる第１の冷媒循環用配管の接続は、図１３で示す態様に限定される訳ではない。
例えば、図１４で示す様に、一方の第１の冷媒循環用配管３Ｃ２１（図１４では下側の冷媒循環用配管３Ｃ２）の上端部の開口部５０に、他方の第１の冷媒循環用配管３Ｃ２２（図１４では上側の冷媒循環用配管３Ｃ２）の下端部を収容して接続することが出来る。
その際に、接続箇所から冷媒（二酸化炭素）が漏出してしまう事態を防止するため、図１４で示すように、上側の第１の冷媒循環用配管３Ｃ２２の外周面に円周方向に延在する凹部５２（溝）を形成し、下側の第１の冷媒循環用配管３Ｃ２１の開口部５０内に、シール材で構成された凸部５６（Ｏ−リングでも可）を形成する。そして第１の冷媒循環用配管３Ｃ２１、３Ｃ２２を接続する際に、凸部５６（シール材）を凹部５０に嵌入することにより、冷媒（二酸化炭素）が第１の冷媒循環用配管３Ｃ２１、３Ｃ２２の接続箇所から漏出することを防止する。
【００７０】
図１１〜図１４の第３実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図１〜図１０の実施形態と同様である。
【００７１】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
例えば、図示の実施形態では、所謂ケーシング掘りの掘削装置を使用して凍結管挿入用のボーリング孔を切削しているが、その他の方式（例えば、泥水掘り）によりボーリング孔を切削しても良い。
【００７２】
また、図示の実施形態では、地盤中の垂直方向に延在する領域を凍結が例示されているが、本発明によれば、地盤中の水平方向に延在する領域、垂直方向に対して傾斜している方向に延在する領域を凍結することが出来る。
さらに図示の実施形態では、地表側から垂直方向下方に向かって延在する地盤中の領域を凍結しているが、本発明においては、垂直法上方に向って延在する地盤中の領域を凍結することも可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・凍結管（ケーシング）
２・・・冷媒循環用配管
２Ａ、３Ｃ、３Ｃ１、３Ｃ２１、３Ｃ２２・・・第１の冷媒循環用配管（マイクロチャンネル）
２Ａδ−Ｇ、２Ａδ−Ｒ、３Ｃδ−Ｇ・・・第１の冷媒循環用配管の微小冷媒流路
２Ｂ・・・第２の冷媒循環用配管（断面円形の冷媒循環用配管）
３、３Ａ、３Ｂ、３３・・・閉塞部材（底部ソケット）
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、３４・・・接続部材（頭部ソケット）
５・・・熱伝導流体
６・・・断熱材
７・・・パッカー
８・・・スペーサ
８Ｈ、８Ｍ・・・スペーサの開口部
９・・・マイクロチャンネルロール巻出し機
１０・・・冷却装置
１０Ａ・・・液化器
１０Ｂ・・・凝縮器
１０Ｃ・・・冷却塔
１１・・・冷媒循環ポンプ
１００・・・凍結機
１００Ａ・・・蒸発器
１００Ｂ・・・凝縮器
１００Ｃ・・・冷却塔
１０１・・・凍結管
１０２・・・冷媒循環ポンプ
【図１】
0006448085.tif 000002
【図２】
0006448085.tif 000003
【図３】
0006448085.tif 000004
【図４】
0006448085.tif 000005
【図５】
0006448085.tif 000006
【図６】
0006448085.tif 000007
【図７】
0006448085.tif 000008
【図８】
0006448085.tif 000009
【図９】
0006448085.tif 000010
【図１０】
0006448085.tif 000011
【図１１】
0006448085.tif 000012
【図１２】
0006448085.tif 000013
【図１３】
0006448085.tif 000014
【図１４】
0006448085.tif 000015
【図１５】
0006448085.tif 000016
【図１６】
0006448085.tif 000017
【図１７】
0006448085.tif 000018
【図１８】
0006448085.tif 000019
【図１９】
0006448085.tif 000020
【図２０】
0006448085.tif 000021
【図２１】
0006448085.tif 000022