(57)【要約】【課題】冷媒が保有する冷熱を凍結するべき箇所に対して、無駄なく、満遍なく伝達することが出来る様な凍結工法の提供。【解決手段】凍結するべき領域（Ｇ）にブラインの流路を形成する工程（図７、図８）と、当該流路にブラインを流過する凍結工程（図９）とを含み、該凍結工程（図９）では、流路を流れるブラインを撹乱せしめる。【選択図】図１
2007218079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凍結するべき領域或いはその近傍にブラインの流路を形成する工程と、当該流路にブラインを流過させる凍結工程とを含み、該凍結工程では、流路を流れるブラインを撹乱せしめることを特徴とする凍結工法。
【請求項２】
前記ブラインの流路には流れの撹乱手段が設けられている請求項１の凍結工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は凍結工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
凍結工法には、二重管を用いる工法（図２０参照）と、貼り付け凍結管（単管）を用いる工法（図２１参照）とが存在する。
【０００３】
図２０の二重管を用いる工法（二重管方式）は、外管１１Ｗと外管１１Ｗの内部に挿入された内管１２Ｗとで構成されている。内管１２Ｗの地上側の端部から注入されたブライン（冷媒）は、内管１２Ｗの底部Ｂで折り返し、外管１１Ｗと内管１２Ｗの間における環状の領域を流れて、地上側に戻る。その際、ブラインが保有する冷熱を、外管１１Ｗを介して周囲の土壌に投与することによって、当該周囲の土壌を凍結させるのである。
なお、外管１１Ｗの地上側の端部（図２０では上方端部）は、排出接続管１３Ｗを取り付けたプラグＰで閉塞されている。
【０００４】
図２１の貼り付け凍結管を用いる工法（単管方式）では、凍結管１０Ｍが用いられる。
凍結管１０Ｍは、例えば、気密で且つ細長い直方体形状の箱状体１Ｍで構成され、両端部に流入接続管１ａと排出接続管１ｂとを取り付けており、流入接続管１ａと排出接続管１ｂとは同一面に設けられ且つ箱状体１Ｍの長手方向と直交する方向に突出している。
【０００５】
この凍結管１０Ｍを凍結させたい領域に貼り付ける様に設置して、凍結管１０Ｍ内にブラインを流過させることで、当該施工箇所（凍結管１０Ｍを貼り付けた領域）を凍結させるのである。
なお、図２１において、符号Ｚ１５−１で示すのは凍結管１０Ｍの側面であり、符号Ｚ１５−２で示すのは同正面であり、符号Ｚ１５−３は同底面を示している。
【０００６】
ここで従来の凍結工法では凍結管内を流過するブライン（冷媒）の流速が比較的遅く、凍結管内内では層流として流れてしまうので、ブラインの凍結管半径方向位置が変化しない。そのため、凍結管の内壁に接触するブラインと接触しないブラインとが存在し、凍結管の内壁に接触しないブラインは、その保有する冷熱が凍結管の管壁を介して周囲の土壌に伝達されない、という問題がある。
すなわち、ブラインの流路断面において、土壌側を流れるブラインのみが冷熱を土壌に供給し、流路中心側を流れるブライン（図２０を例にとれば、内管１２Ｗに近い側を流れるブライン）は保有する冷熱を土壌に供給できないのである。そして、流路の半径方向中央を流れるブラインは、冷熱を土壌側に投入することなく、地上側に戻ってしまうので、その保有する冷熱は凍結に有効利用出来ない。
【０００７】
その他の従来技術として、例えば、凍結しようとする土壌に当接される当接部を有し、当該当接部に冷媒を循環せしめて凍結を行う技術が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る技術は、湧水が生じた際に湧水箇所を凍結して対処するための技術であり、上述したような問題を解消するものではない。
【特許文献１】特開２００５−１６２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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（ブライン）が保有する冷熱を、凍結するべき領域に対して、効率的に満遍なく伝達することが出来る様な凍結工法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の凍結工法は、凍結するべき領域（Ｇ）（二重管方式の場合）或いはその近傍（単管方式の場合）にブラインの流路を形成する工程（図７、図８）と、当該流路にブラインを流過させる凍結工程（図９）とを含み、該凍結工程（図９）では、流路を流れるブラインを撹乱せしめることを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
前記ブラインの流路、特に地上側に向って流れるブラインの流路には、流れの撹乱手段（２、２Ａ、３、４、５、５Ａ、３Ａ、ＪＭ、１２ＷＪ）が設けられているのが好ましい（請求項２）。
【００１１】
ここで、前記流れの撹乱手段（２、２Ａ、４、５、５Ａ）は絞り機構で構成されているのが好ましい。
或いは、前記流れの撹乱手段（３、３Ａ）はブラインの流路中に配置された螺旋状部材であるのが好ましい。
また、ブラインの流路を形成する部材（単管或いは二重管）のブラインと接触する管壁には、ブラインの流れを撹乱させるための凹凸が形成されているのが好ましい。
【００１２】
さらに、前記流れの撹乱手段としては、障害物（板状のじゃま板ＪＭ・・・）で構成することが可能である。
ここで、ブラインの流路を形成する部材を二重管で構成する場合には、当該障害物（板状のじゃま板ＪＭ・・・）を内管（１２Ｗ）に設けても、外管（１１Ｗ）に設けても、或いは、内管及び外管の双方に設けても良い。
これに加えて、凍結管内部に長手方向に延在する湾曲部材（３Ａ）を配置したり、或いは、二重管の内管（１２ＷＪ）自体を湾曲させることにより、ブラインの流れを撹乱する事が出来る。
【発明の効果】
【００１３】
上述する構成を具備する本発明の凍結工法によれば、凍結するべき領域（Ｇ）或いはその近傍にブラインの流路を形成する工程（図７、図８）と、当該流路にブラインを流過させる凍結工程（図９）とを含み、該凍結工程（図９）では、流路（凍結管内）を流れるブラインが流れの撹乱手段（例えば、絞り機構や、らせん状部材、板状のじゃま板、湾曲した部材）によって撹乱した状態で流過するように施工されている。
ブラインが流路（凍結管内）を撹乱した状態で流過するので、流路におけるブラインの半径方向位置が常に変化し、ブラインは凍結するべき領域側と万遍無く接触して、保有する冷熱を凍結するべき土壌へ供給することが出来る。そして、冷熱を保有したまま地上側に戻されるブラインが激減する。
その結果、従来工法に比して当該凍結施工箇所の凍結率（凍結する領域の大きさ）が格段に向上する。
【００１４】
それに加えて、撹乱せしめるための手段、例えば絞り機構（２、２Ａ、４、５、５Ａ）や、螺旋状部材（３、３Ａ）や、じゃま板（ＪＭ・・・）、湾曲した部材（３Ａ、１２ＷＪ）は、構造が極めて簡単で且つ凍結管内への設置も容易なため、少ない設備投資で大きな効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。ここで、図示の実施形態では、凍結管の内部に流れの撹乱手段を設け、凍結管を流過するブライン（冷媒）に撹乱を起こさせる様に構成されている。
【００１６】
先ず、図１、図２（図１の変形例）を参照して、第１実施形態を実施する装置について説明する。
尚、工法を含めた総体的な実施形態（第３実施形態）についての説明は、図７〜図９を参照して後述する。
【００１７】
図１、図２で示す装置（第１実施形態に係る装置）は、凍結管は単管方式で、その内部に設ける流れの撹乱手段として絞り機構を用いている。
図１において、全体を符号１０で示す装置では、凍結管として単管１Ｓが使用される。その単管１Ｓの内部には、単管内壁１１に嵌合するように、中央に貫通孔２１が穿孔された複数の円柱部材（絞り部材）２が設置されている。
【００１８】
絞り部材２の軸方向（図１では上下方向）の長さＬ２は、図１の例では単管１Ｓの内径Ｄと同一に設定されている（Ｌ２＝Ｄ）。又、絞り部材２における貫通孔２１の径ｄは、図示の例では単管１Ｓの内径の１／４に等しくなる様に設定されている（ｄ＝Ｄ／４）。
【００１９】
ここで、単管１Ｓの内径Ｄと、隣接する絞り部材２、２の対向する端面間の軸方向距離Ｌとの最適の比率（Ｌ２／Ｄ）は、１／５である。そして、図１における設定値（Ｌ２＝Ｄ、ｄ＝Ｄ／４）は、  Ｌ２／Ｄ＝１／５  の場合における数値である。
【００２０】
上述したような形状、寸法の絞り部材２を上述した態様で凍結管１Ｓ内に設置した場合、凍結管１Ｓ内に冷却材であるブラインを流すと（ブラインの流れを符号Ｆで示す）と、絞り部材２を通過したブラインの流れＦは、絞り部材２の貫通孔２１の出口において剥離し、その剥離をきっかけに（絞り部材２の貫通孔２１の）出口以降では撹乱した流れＦｒとなる。
撹乱した流れＦｒが形成されることにより、単管１Ｓ内を流過する多くのブラインが管壁と接触することとなり、ブラインの保有する冷熱が、単管１Ｓを介して、効率良く施工領域の土壌に投与されるのである。
【００２１】
次に、図２を参照して、第１実施形態の変形例に係る装置を説明する。
図２において全体を符号１０Ａで示す装置は、図１と同様に、単管方式の凍結管１Ｓを備えている。ここで、図１の変形例では絞り部材２の貫通孔２１が同一内径の円筒状に（ストレートな円筒形）に構成されていたのに対し、図２の変形例では、絞り部材２Ａにおける貫通孔２１は、流入側の径が大きく出口側の径が小さいテーパー状に形成されている。なお、図２においては、貫通孔２１の拡径した部分には、符号Ｙが付されている。
【００２２】
図２の変形例においては、絞り部材２Ａの流入側をテーパー状（Ｙ）に拡径することによって、貫通孔２１の断面積が軸線方向位置により異なることとなり、ブライン（冷媒）の流速も相違する。その結果、貫通孔２１の出口における剥離が生じ易くなり、ブラインの流れの撹乱がより効率的に行われる。
【００２３】
図２の絞り部材２Ａにおける軸方向長さＬ２は、図１の絞り部材２と同様、凍結管１Ｓの内径Ｄと同じである（Ｌ２＝Ｄ）。
又、図２の貫通孔２１におけるテーパー状の拡径部Ｙの勾配δは、３０°とした場合に、凍結効率が最大となることが、発明者の実験により確認されている。
【００２４】
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態に係る装置を説明する。
図３の（第２実施形態に係る）装置１０Ｂは、凍結管１Ｓの内部に螺旋状部材３を挿入して構成されている。
【００２５】
螺旋状部材３を凍結管１Ｓ内に挿入することにより、凍結管１Ｓ内を流過するブラインは撹乱された状態となり、ブラインの流れの全ての部分が凍結管１Ｓの内壁に接触可能となり、ブラインの保有する冷熱が凍結管の内壁に効率良く伝達されるのである。
ここで、図１では、１条の螺旋状に構成された螺旋状部材３は１本の曲線によって表現されているが、実験或いは実施に際しては、所定の幅を有する材料、例えば金属製或いは樹脂製の薄板等を、１条の螺旋として形成したものが、螺旋状部材３として用いられる。
【００２６】
次に、図４を参照して、第３実施形態に係る装置を説明する。
図４の装置（第３実施形態に係る装置）は、凍結管は二重管方式で構成されており、二重管方式で構成された凍結管の内部に、流れの撹乱手段として絞り機構を設けている。
【００２７】
図４において、第３実施形態の装置全体は、符号１０Ｃで示されている。装置１０Ｃに使用される凍結管である二重管１Ｗは、半径方向寸法が大きい外管１１Ｗと、半径方向寸法が小さい内管１２Ｗとで構成されている。
【００２８】
図４では、図示の簡略化のため、外管１１Ｗの地中側（図４では下側）における端部が開放して示されているが、実際には閉塞されている（図５でも同様）。
内管１２Ｗは外管１１Ｗ内に挿入され、地中側の端部が開放され、その開放された端部は、外管１１Ｗ（図４では下側）の底部とは所定の隙間λを形成するように配置されている。換言すれば、図示しない外管１１Ｗの底部は、内管１２Ｗにおける地中側（図４では下側）の端部から、寸法λだけ地中側（図４では下側）の位置に存在する。
【００２９】
内管１２Ｗの外周には、絞り部材である円筒状部材４が複数個所に設けられており、各円筒状部材４は、その内周が内管１２Ｗの外周部に密着するように取り付けられている。
【００３０】
図４の例では、円筒状部材４を円柱と看做した場合の断面積（換言すれば、円筒状部材４と同一の外周部である円柱の断面積）が、外管１１Ｗの断面積（管内径の断面積）の３／４の大きさに形成されている。
換言すれば、円筒状部材４の外周と外管１１Ｗの内周との間における環状の隙間（流路）の断面積は、外管１１Ｗの断面積（管内径の断面積）の１／４となる様に形成されている。
【００３１】
円筒状部材４の軸方向の長さＬ４は、図４の例では、外管１１Ｗの内径Ｄの２倍に形成されている（Ｌ４＝２Ｄ）。なお図４の例では、内管１２Ｗの外径ｄは、外管１１Ｗの内径Ｄに対して、０．３８倍（＝１０．５／２７．６）となっている。
また、図４において、隣り合う円筒状部材４、４の対向する端面間の距離Ｌと、円筒状部材４の軸方向の長さＬ４との比率（Ｌ４／Ｌ）は、２／３である。
発明者の実験によれば、図４においては、上述してきた面積比及び寸法比率に設定した場合が、最も良い凍結結果を示した。
【００３２】
上述したような構成の装置１０Ｃ（第３実施形態に係る装置）において、内管１２Ｗを流れるブラインが、外管１１Ｗの地中側端部（図４の下端部）で折り返すように流れる（図４における矢印Ｆ参照）。
外管１１Ｗの地中側端部（図４の下端部）で折り返したブラインは、円筒状部材４の外周と二重管１Ｗの外管１１Ｗの内周とで形成される環状の狭い流路（流れの撹乱手段）で絞られる結果、円筒状部材４の端部（図４の上方端部）において剥離を生じ、その剥離をきっかけに当該端部（円筒状部材４の上方端部）より下流側の領域（図４では情報の領域）では、ブラインの流れは撹乱した流れＦｒとなる。
【００３３】
そのようにして発生した撹乱した流れＦｒも、長さＬ（隣り合う円筒状部材４、４の対向する端面間の距離）だけ流れる間に次第に収まる。しかし、円筒状部材４を再度通過することで、ブラインの流れは撹乱された状態が維持され、場合によっては乱流状態となる。
ブラインの流れが撹乱される状態が維持される結果、単位質量あたりのブラインは半径方向位置を変動しながら流れることとなり、外管１１Ｗの内周へ均等に接触するので、ブラインが保有する冷熱が、万遍無く外管１１Ｗを介して半径方向外方へ伝達されることとなる。
【００３４】
次に、図５を参照して、第３実施形態の変形例に係る装置について説明する。
図５の装置１０Ｄは、図４と同様に凍結管１Ｗが二重管方式である。
図５において、凍結管１Ｗの外管１１Ｗと内管１２Ｗの間の領域には、数箇所において、図２（第１実施意形態の変形例で用いられる装置）と類似した構成を有し且つ中央に貫通孔５１を有する絞り部材５を配置している。そして、貫通孔５１内周と内管１２Ｗの外周とで形成される環状の流路によって、絞り部が形成されている。
【００３５】
図５の装置において、絞り部材５の流入側には、テーパー状の拡径部Ｙが形成されている。係る拡径部Ｙを設けることにより、貫通孔５１の断面積が軸線方向位置（図５の上下方向位置）により異なるので、貫通孔５１におけるブラインの流速も相違する。その結果、貫通孔５１の出口における剥離が生じ易くなり、ブラインの流れの撹乱がより効率的に行われる。
【００３６】
図５で示す絞り部材５の軸方向の長さＬ５は、外管１１Ｗの内径Ｄと同じである（Ｌ５＝Ｄ）。
テーパー状の拡径部Ｙの勾配δは、図５の例では３０°である。
又、隣り合う円筒状部材５、５の対向する端面間の距離Ｌは、絞り部材５の軸方向の長さＬ５に対して、５倍の長さとなっている（Ｌ／Ｌ５＝５）。
係る寸法や比率に設定された場合が、後述する実験では、最も良い凍結結果を得ている。
【００３７】
次に、図６を参照して、第４実施形態に係る装置（１０Ｅ）を説明する。
図６で示す装置（第４実施形態に係る装置）では、二重管１Ｗにおける外管１１Ｗと内管１２Ｗの間の領域に、管長手方向（図６の上下方向）に延在させて螺旋状部材３Ａを挿入している。
ここで、螺旋状部材３Ａは内管１２Ｗに固着させても良いし、外管１１Ｗの内周に固着させても良いし、或いは、外管１１Ｗの内周及び内管１２Ｗの外周の何れとも接触しない状態で配置しても良い。
【００３８】
図６の装置１０Ｅ（第４実施形態に係る装置）、図３の装置１０Ｂ（第２実施形態に係る装置）と実質的に同じ作用効果が得られる。
すなわち、螺旋状部材３を二重管１Ｗ内に挿入することにより、凍結管１Ｗ内を流過するブラインは撹乱されて（場合によっては乱流状態となって）、ブラインの流れの全てが外管１１Ｗの内周に接触可能となり、ブラインの保有する冷熱が凍結管の内壁に効率良く伝達される。
【００３９】
次に、図７〜図９を参照して、図４の第３実施形態に係る装置１０Ｃを用いて行われる施工について説明する。
換言すれば、図７〜図９を参照する以下の説明は、第３実施形態を用いた施工全般の説明である。
【００４０】
図７の工程において、ボーリングマシーン６を用いて凍結工法を施工するべき領域の地盤Ｇに、ボーリング孔（凍結用孔）７を穿孔する。
次の図８の工程では、図４で示す装置１０Ｃを、削孔したボーリング孔７に挿入する。
前述したように、装置１０Ｃは、外管１１Ｗと内管１２Ｗと内管１２Ｗに取り付けられた円筒状の絞り部材４とで構成されている。
尚、ボーリング孔７の径は、装置１０Ｃの二重管１Ｗの外管１１Ｗと概略同じ寸法に削孔されている。
【００４１】
次の図９の工程では、地上側から、内管１２Ｗに冷媒であるブラインを注入する（矢印Ｆ１）。内管１２Ｗに注入（矢印Ｆ１）されたブラインは、二重管１Ｗの底部まで下がり（矢印Ｆ２）、底部で折り返されて隙間λから外管１１Ｗと内管１２Ｗの間の領域に入り（矢印Ｆ３）、外管１１Ｗと内管１２Ｗの間の領域を地上側（図９では上方）に向かって流れる（矢印Ｆ４）。
【００４２】
ブラインが地上側（図９では上方）向かって流れる（矢印Ｆ４）際に、絞り部材４の外周と外管１１Ｗの内周の間における環状の領域（図４参照）を通過するときに、流路の断面積が減少するためブラインの流速が増加（増速）する。そして、流速が増速する結果として、絞り部材４の地上側端面（図９では上端面）の位置で急激に流路面積が増大することにより剥離を起こし、その剥離が起因となって、ブラインの流れは撹乱された流れＦｒとなる。
【００４３】
ブラインの流れが撹乱される結果、ブラインの流れにおける全ての単位質量のブラインは、二重管１Ｗの外管１１Ｗの内周面と確実に接触し、ブラインの保有する冷熱を外管１１Ｗの内周面に効率良く与えることが出来る。
ここで、二重管１Ｗは熱伝導率の良い金属が使用されており、外管１１Ｗの内周面に効率良く与えられた冷熱は、土壌Ｇに確実に伝達し（矢印Ｆｈ）し、二重管１の周囲の土壌を短時間の内に凍結させる。
【００４４】
発明者は、単管方式の実施形態（図１、図２の実施形態）及び二重管方式の実施形態（図４、図５の実施形態）について、凍結効果を実験によって測定している。
以下、単管方式及び二重管方式の各々について、実験装置及び上述した各実施形態の実験結果を説明する。
【００４５】
先ず、単管方式の実験装置及び実験結果について、図１０及び図１１を参照して説明する。
単管方式では、図１０において、概ね立方体状の被測定土壌である模擬土槽Ｇｘの中央を、単管式凍結管１Ｓが貫通するように配置する。
凍結管１Ｓの下端側は、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、Ｔ字状継ぎ手（三方向継ぎ手）Ｊｔ１を横に倒すようにして接続する。Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ１の水平方向の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、ストレート管Ｐｈ２が接続されている。そのストレート管Ｐｈ２の他端側には、ストレート継ぎ手Ｊｓ及びエルボ継ぎ手ＪＬを介して、圧力センサＳｐ１を取り付ける。
【００４６】
凍結管１Ｓの下端側における前記Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ１の下向の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して別のＴ字状継ぎ手Ｊｔ２が倒立するように接続されている。倒立するように接続したＴ字状継ぎ手Ｊｔ２において、水平方向の一方（図１０では左方）の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介してストレート管Ｐｈ１が接続されている。一方、当該Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ２の他方（図１０では右方）の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、実験装置に流入する冷媒（ブライン）の温度を計測するための熱電対Ｓｆが取り付けられている。
【００４７】
前記凍結管１Ｓの上端側には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、Ｔ字状継ぎ手（三方向継ぎ手）Ｊｔ３が、横に倒すようにして接続されている。Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ３の水平方向の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、ストレート管Ｐｈ３が接続されている。そのストレート管Ｐｈ３の他端側（図１０では右側）には、ストレート継ぎ手Ｊｓ及びエルボ継ぎ手ＪＬを介して、圧力センサＳｐ２が取り付けられている。
【００４８】
前記凍結管１Ｓの上端側におけるＴ字状継ぎ手Ｊｔ３の上向の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、別のＴ字状継ぎ手Ｊｔ４が接続されており、Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ４の水平方向の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、ストレート管Ｐｈ４が接続されている。
Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ４の上向の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、熱電対Ｓｒが取り付けられており、該熱電対Ｓｒは、実験装置から排出する冷媒（ブライン）の温度を計測する。
【００４９】
図１０の実験装置では、ブラインは、図示しないブライン供給源からストレート管Ｐｈ１から注入されて、ストレート管Ｐｈ４を介して、図示しないブライン受け入れ手段へ排出され、図示しない冷却手段で排出されて、図示しないブライン供給源へ戻される。
図１０において、領域Ｇｚは冷却されて凍結した領域を示している。
【００５０】
図１１は、上述した実験装置を用いて、前述した第１実施形態の変形例（図２：テーパー状の入り口を持つ変形例）を用いた場合（太い実線Ｎ１）と、流れの撹乱手段を持たない従来方式の冷凍管の場合（点線Ｎ２）との、冷凍実験結果を比較して示している。
縦軸には冷凍管１Ｓの中心から模擬土壌Ｇｘの凍結半径をとり、横軸にはブラインを流し始めてからの経過時間をとっている。
【００５１】
図１１から明らかな様に、１時間（３６００秒）経過時点では、従来方式（点線Ｎ２）に対して、第１実施形態の変形例（図２）の凍結装置を用いた場合（太い実線Ｎ１）は、約１．７５倍の凍結効果を得ている。
【００５２】
次に、二重管方式の実験装置及び実験結果について説明する。
二重管方式では、図１２において、概ね立方体状の被測定土壌である模擬土槽Ｇｘの中央を二重管式凍結管１Ｗで貫通するように配置する。その凍結管１Ｗの上端側に、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、Ｔ字状継ぎ手（三方向継ぎ手）Ｊｔ１１を横に倒すようにして接続する。Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ１１の水平方向の接続部に、ストレート継ぎ手Ｊｓを介してストレート管Ｐｈ１を接続する。そのストレート管Ｐｈ１の他端側（図１２の左端側）に、ストレート継ぎ手Ｊｓ及びエルボ継ぎ手ＪＬを介して、圧力センサＳｐ１を取り付ける。
【００５３】
前記横に倒されたＴ字状継ぎ手Ｊｔ１１の上向の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介してＴ字状継ぎ手Ｊｔ１２が、横向きに倒して接続されている。Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ１２の水平方向の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、更に別のＴ字状継ぎ手Ｊｔ１３をＴ字状態に接続する。
Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ１３の水平方向の接続部（図１２では右端側の接続部）には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して熱電対Ｓｒが取り付けられており、熱電対Ｓｒは、実験装置から排出する冷媒（ブライン）の温度を計測する。
更に、Ｔ字状態に接続したＴ字状継ぎ手Ｊｔ１３の下向の接続部に、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、ブラインを実験装置外に排出するためのパイプＰＬ（図１２ではＬ字状のパイプとして表現されている）を接続する。
【００５４】
Ｔ字状継ぎ手（三方向継ぎ手）Ｊｔ１２の上方の接続部に、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、Ｔ字状継ぎ手（三方向継ぎ手）Ｊｔ１４を接続する。Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ１４の水平方向の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、ストレート管Ｐｈ２が接続されている。
そのストレート管Ｐｈ２の他端側（図１２の左端側）には、ストレート継ぎ手Ｊｓ及びエルボ継ぎ手ＪＬを介して、圧力センサＳｐ２が取り付けられている。
【００５５】
Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ１４の上向の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ１５が接続されている。Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ１５の水平方向の一方（図１２では右方）の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して、ブライン流入用のストレート管Ｐｈ３が接続されている。
Ｔ字状継ぎ手Ｊｔ１５の水平方向の他方（図１２では左方）の接続部には、ストレート継ぎ手Ｊｓを介して熱電対Ｓｆを取り付けており、熱電対Ｓｆは実験装置に注入する冷媒（ブライン）の温度を計測する。
【００５６】
図１３は、図１２の実験装置によって冷凍実験結果を行った場合に、図４の第３実施形態を用いた場合（太い実線Ｎ３）と、図５の変形例であるテーパー状の入り口を持つ場合（太い点線Ｎ４）と、流れの撹乱手段を持たない従来方式の冷凍管を用いた場合（細い実線Ｎ５）とを比較して示している。
縦軸には冷凍管１Ｗの中心から模擬土壌Ｇｘの凍結半径をとり、横軸にはブラインを流し始めてからの経過時間をとっている。
【００５７】
図１３で示す実験結果によれば、１時間（３６００秒）経過時点では、従来方式に対して、図４の第３実施形態の凍結装置は約１．４倍の凍結効果を得ている。
また、図５の（第３実施形態の）変形例の凍結装置は、約１．５倍の凍結効果を得ている。
図１３から明らかな様に、流れの撹乱手段である絞り機構を設けると凍結効果は向上する。そして、絞り機構の流入側にテーパー状の拡径部を設ければ、凍結効果はさらに向上する。
【００５８】
次に図１４を参照して、本発明の第５実施形態について説明する。
図１４において、全体を符号１０Ｇで示す冷凍管は単管１Ｓで構成されており、その内部に複数の板状のじゃま板ＪＭ・・・が配置される。そして、係るじゃま板ＪＭ・・・により、単管１Ｓ（或いはその内壁面）の内側を流れるブラインの流れ（図１４では流線のみを矢印Ｆで示す）は撹乱されて、その条件如何によっては乱流状態となる。
【００５９】
図１４では、明示されていないが、じゃま板・・・を内壁面１１から単管１Ｓ中央側に突出する様に設けることが可能である。或いは、図１４で示すじゃま板ＪＭ・・・と、内壁面１１から単管１Ｓ中央側に突出するじゃま板・・・を両方とも具備していても良い。
図１４の第５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、上述した各種実施形態と同様である。
【００６０】
次に、図１５を参照して、第６実施形態を説明する。
第６実施形態に係る冷凍管は全体が符号１０Ｈで示されており、外管１１Ｗと内管１２Ｗとを備えた二重管方式で構成されている。
内管１２Ｗには、半径方向外方へ突出する複数の板状のじゃま板ＪＭ・・・が設けられている。
【００６１】
内管１２Ｗを流過したブラインは、内管１２Ｗと外管１１Ｗとの間の環状領域を流過して地上側（図１５では上方）へ向って流れるが、その流れは複数のじゃま板ＪＭ・・・によって撹乱され、条件によっては乱流状態となる。
図１５の第６実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、上述した各実施形態と同様である。
【００６２】
図１６は、図１５の第６実施形態の第１変形例を示している。図１６において、当該第１変形例に係る冷凍管は、全体を符号１０Ｊで示されている。
図１５の冷凍管１０Ｈは内管１２Ｗに複数のじゃま板ＪＭ・・・が設けられているのに対して、図１６の冷凍管１０Ｊでは、半径方向内方へ向けて突出する複数の板状のじゃま板ＪＭ・・・が、外管１１Ｗに設けられている。
その他の構成及び作用効果については、図１６の第１変形例は、図１５の第６実施形態と同様である。
【００６３】
図１７で示すのは、図１５の第６実施形態の第２変形例である。
図１７において、全体を符号１０Ｋで示す冷凍管は、その内管１２Ｗに半径方向外方へ突出する複数の板状のじゃま板ＪＭ・・・を設けていると共に、外管１１Ｗには半径方向内方へ向けて突出する複数の板状のじゃま板ＪＭ・・・が設けられている。
その他の構成及び作用効果については、図１７の第２変形例は、図１５の第６実施形態、図１６の第１変形例と同様である。
【００６４】
図１８は、本発明の第７実施形態を示している。
図１８において、第７実施形態に係る冷凍管は全体を符号１０Ｌで示されており、単管１Ｓで構成されている。
単管１Ｓ内部には、単管１Ｓの長手方向に延在している湾曲したじゃま板３Ａが配置されている。
【００６５】
単管１Ｓ内を流過するブラインは、じゃま板３Ａによってその流れ（矢印Ｆで示す）が撹乱され、場合によっては乱流状態となる。
図１８で示す第７実施形態のその他の構成及び作用効果は、上述した各実施形態と同様である。
【００６６】
図１９は、本発明の第８実施形態を示している。
図１９において、第８実施形態に係る凍結管は全体を符号１０Ｍで示されている。そして、凍結管１０Ｍは、外管１１Ｗと内管１２ＷＪとを有する二重管方式に構成されている。
【００６７】
ここで、図１９の第８実施形態においては、内管１２ＷＪは連続して湾曲した管となっている。
内管１２Ｗを流過して、内管１２ＷＪと外管１１Ｗとの間の領域を地上側（図１９では上側）へ向って流れるブラインの流れ（矢印Ｆ）は、湾曲した内管１２ＷＪによって撹乱され、条件如何によっては乱流状態となり、排出接続管１３Ｗから図示しないブライン用設備に送られる。
図１９の第８実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、前述した実施形態と同様である。
【００６８】
図２２〜図２５は、本発明の第９実施形態を示している。
図２２において、第９実施形態に係る凍結管は全体を符号１０Ｎで示されている。そして、凍結管１０Ｎは、外管１１Ｗと内管１２Ｗとを有する二重管方式に構成されている。
【００６９】
外管１１Ｗの下端は、図４〜図９、図１５〜図１７、図１９、図２０の実施形態と同様に閉塞されており、下端部近傍には円柱状部材５Ａが配置されている。
円柱状部材５Ａは、図２３に示すように、中心部に内管１２Ｗの下端が挿入される内管挿入孔５１が形成されている。内管挿入孔５１の周囲には、等ピッチで複数（図示では４）の絞り孔５２が形成されている。
ここで、図２２では凍結管１０Ｎの下端部近傍に円柱状部材５Ａが配置されているが、円柱状部材５Ａの位置は、図２２で示す位置に限定されるものではない。例えば、凍結させたい領域の直下の位置に、円柱状部材５Ａを位置させることが好ましい。
【００７０】
絞り孔５２は、図２４に示すように、円筒状部材５Ａの中心軸Ｌｃに対して、所定の傾斜角度θで傾斜して延在している。ここで、傾斜角θが小さ過ぎると旋回流が発生しない。
一方、傾斜角θが大き過ぎると、円柱状部材５Ａの長さが短くなり過ぎる（通常の長さでは、円柱状の直径内に絞り孔の出入り口が収まらない）。さらに傾斜角θが大き過ぎると、旋回流が強くなり過ぎて、ブラインの流れを阻害してしまう。
そのため、所定の傾斜角度θとしては、１０°〜４０°が好ましい。
【００７１】
後述する第９実施形態を用いた実験では、軸方向寸法Ｌが１００ｍｍ、絞り孔５２の直径が１１ｍｍ、絞り孔の傾斜角θが２０°の円筒状部材５Ａが用いられている。
図２５は、図２４のＹ矢視を示している。
【００７２】
再び図２２において、凍結管１０Ｎを用いて凍結工法を施工するに際して、内管１２Ｗを下降したブラインの流れＦは、二重管の下端部７ｂで折返し、円筒状部材５Ａの複数の絞り孔５２を通過した後、外管１１Ｗと内管１２Ｗとで形成される環状隙間を流過する。ブラインが外管１１Ｗと内管１２Ｗの間に形成された環状隙間を流過する際に、螺旋状の乱流Ｆｒが発生する。
図２２では凍結管１０Ｎは鉛直方向に配置されているが、水平方向に配置したり、斜め方向に配置することも可能である。凍結管１０Ｎを水平方向や斜め方向に配置する場合には、円柱状部材５Ａは、凍結させたい領域の上流側（ブラインが流れる方向の上流側）に配置されるのが好ましい。
図２２〜図２５で示す第９実施形態のその他の構成及び作用効果は、上述した各実施形態と同様である。
【００７３】
図２６〜図２９は、本発明の第１０実施形態を示している。
図２６において、第１０実施形態に係る凍結管は全体を符号１０Ｐで示されている。そして、凍結管１０Ｐは、外管１１Ｗと内管１２Ｗとを有する二重管方式に構成されている。
【００７４】
図２７、図２８で示すように、外管１１Ｗの下端部は、図４〜図９、図１５〜図１７、図１９、図２０、図２２〜図２５の実施形態と同様に閉塞されている。そして下外管１１Ｗの端部近傍には、所定の間隔Ｌに配置された複数段のじゃま板ＪＭが配置されている。
ここで、図２６では外管１１Ｗの下端部近傍に複数段のじゃま板ＪＭが配置されているが、複数段のじゃま板ＪＭの位置は、図２６で示す位置に限定されるものではない。例えば、凍結させたい領域の直下の位置に、複数段のじゃま板ＪＭを位置させることが好ましい。
各じゃま板ＪＭの中心部には、内管１２Ｗの下端が挿入される内管挿入孔ＪＭＨが形成されている。じゃま板ＪＭの内管挿入孔ＪＭＨと外縁との中間部には、逃げ孔ＪＭｈが１箇所形成されている。
図２９は、図２８のＹ矢視を示している。
【００７５】
隣接するじゃま板ＪＭの逃げ孔ＪＭｈ同士は、じゃま板ＪＭの中心点に対して、１８０度反対側になるように配置されている。
ここで、逃げ孔ＪＭｈの直径は小さい程、抵抗が大きくなり乱流は発生しやすいが、逃げ孔ＪＭｈの直径が小さ過ぎると、逃げ孔ＪＭｈを通過した後にブラインの流量が小さくなり、凍結工法に必要な冷凍能力が得られなく恐れが存在する。それに加えて、逃げ孔ＪＭｈの直径が小さ過ぎると、ブラインの流れに生じる乱れがブラインの流路全般に伝播しなくなってしまう。
【００７６】
後述する第１０実施形態を用いた流れの試験においては、じゃま板ＪＭの総数が３枚、隣接するじゃま板ＪＭの所定間隔Ｌが５０ｍｍ、逃げ孔ＪＭｈの直径が３０ｍｍのものが用いられている。
【００７７】
再び図２６において、凍結管１０Ｐを用いて凍結工法を施工するに際して、内管１２Ｗを下降したブラインの流れＦは、二重管の下端部７ｂで折返し、各じゃま板ＪＭの逃げ孔ＪＭｈを通過して、外管１１Ｗと内管１２Ｗとで形成される環状隙間を流過する。複数段のじゃま板ＪＭを通過して環状隙間を流過する際に乱流Ｆｒが生じる。
図２６では凍結管１０Ｐは鉛直方向に配置されているが、水平方向に配置したり、斜め方向に配置することも可能である。凍結管１０Ｐを水平方向や斜め方向に配置する場合には、複数段のじゃま板ＪＭは、凍結させたい領域の上流側（ブラインが流れる方向の上流側）に配置されるのが好ましい。
図２６〜図２９で示す第１０実施形態のその他の構成及び作用効果は、上述した各実施形態と同様である。
【００７８】
図３０は、第９実施形態の凍結管１０Ｎを用いた実験を示しており、図３１は第１０実施形態の凍結管１０Ｐを用いた実験を示している。
ここで、図３０の実験と図３１の実験は、同じ条件で行われている。
【００７９】
図３０で示す凍結管１０Ｎによる実験（第９実施形態）では、内管１２Ｗ内部を下降したブラインの流れＦは、二重管の下端部７ｂで折返し、複数の絞り孔５２を通過した後、絞り孔５２から外管１１Ｗと内管１２Ｗとで形成される環状隙間を流過する。環状隙間を流過する際に発生した螺旋状の流れ（乱流）Ｆｒは、凍結管１０Ｎの略全域にわたって、きれいな旋回流を発生せしめている。
【００８０】
図３１で示す凍結管１０Ｐによる実験（第１０実施形態）では、内管１２Ｗを下降したブラインの流れＦは、二重管の下端部底部７ｂで折返し、３段のじゃま板ＪＭの逃げ孔ＪＭｈを通過した後、外管１１Ｗと内管１２Ｗとで形成される環状隙間を流過する。環状隙間を流過する際に、乱流Ｆｒが発生する。
図３１と図３０とを比較すれば明らかな様に、図３１で示す乱流Ｆｒは、図３０で示す様な均一な旋回流を発生せず、凍結管１０Ｐの全般にわたり非一様な流れを発生している。そのため、流路におけるブラインの半径方向位置をより変化せしめることが出来るので、ブラインは凍結するべき領域側と万遍無く接触し、保有する冷熱を凍結するべき土壌へ効率的に供給することが出来る。
【００８１】
図示はしないが、従来型を含め、その他の数例の撹乱手段を用いた実験を行ったが、第９実施形態及び第１０実施形態では、ブラインの流れを二重管の全体にわたって変化させて、乱流の影響を進行方向へ長く持続させることができた。
特に第１０実施形態では、乱れの程度、持続距離共に最も大きい結果を得ている。
【００８２】
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ものではなく、各種の変形例を包含することを付記する。
例えば、明確には図示されてはいないが、図１〜図１９を参照して説明した各実施形態において、或いは、通常の単管或いは二重管において、ブラインと接触する管壁に凹凸を形成して、ブラインの流れを撹乱する様に構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍管の部分断面図。
【図２】図１に対する変形例を示す部分断面図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る冷凍管の部分断面図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る冷凍管の部分断面図。
【図５】図４に対する変形例を示す部分断面図。
【図６】本発明の第４実施形態に係る冷凍管の部分断面図。
【図７】第３実施形態におけるボーリング孔を削孔する工程図。
【図８】第３実施形態における冷凍管をボーリング孔に立込む工程図。
【図９】第３実施形態におけるブラインを冷凍管に流過させる冷凍工程。
【図１０】単管式冷凍管の冷凍実験装置の模式図。
【図１１】単管式冷凍管の冷凍実験結果を示した試験データ。
【図１２】二重管式冷凍管の冷凍実験装置の模式図。
【図１３】二重管式冷凍管の冷凍実験結果を示した試験データ。
【図１４】本発明の第５実施形態に係る冷凍管の部分断面図。
【図１５】本発明の第６実施形態に係る冷凍管の部分断面図。
【図１６】第６実施形態の第１変形例に係る冷凍管の部分断面図。
【図１７】第６実施形態の第２変形例に係る冷凍管の部分断面図。
【図１８】本発明の第７実施形態に係る冷凍管の部分断面図。
【図１９】本発明の第８実施形態に係る冷凍管の部分断面図。
【図２０】従来技術である単管式冷凍管の三面図。
【図２１】従来技術である二重管式冷凍管の断面図。
【図２２】本発明の第９実施形態に係る冷凍管の部分断面図。
【図２３】図２２における冷凍管の要部（下端部）の斜視図。
【図２４】図２２における冷凍管の要部（下端部）の断面図。
【図２５】図２４のＹ矢視図。
【図２６】本発明の第１０実施形態に係る冷凍管の部分断面図。
【図２７】図２６における冷凍管の要部（下端部）の斜視図。
【図２８】図２６における冷凍管の要部（下端部）の断面図。
【図２９】図２８のＹ矢視図。
【図３０】第９実施形態による凍結実験の際のブラインの流れを示した実験データ。
【図３１】第１０実施形態による凍結実験の際のブラインの流れを示した実験データ。
【符号の説明】
【００８４】
１Ｓ・・・単管／冷凍管
１Ｗ・・・二重管／冷凍管
２・・・送泥配管
３、３Ａ・・・螺旋状部材
４・・・円筒状部材
５・・・絞り部材
５Ａ・・・円筒状部材
６・・・ボーリングマシーン
７・・・ボーリング孔
１０、１０Ａ〜１０Ｅ・・・凍結装置
１１Ｗ・・・外管
１２Ｗ、１２ＷＪ・・・内管
２１、５１・・・貫通孔
ＪＭ・・・じゃま板
【図１】
2007218079.tif 000003
【図２】
2007218079.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007218079.tif 000006
【図５】
2007218079.tif 000007
【図６】
2007218079.tif 000008
【図７】
2007218079.tif 000009
【図８】
2007218079.tif 000010
【図９】
2007218079.tif 000011
【図１０】
2007218079.tif 000012
【図１１】
2007218079.tif 000013
【図１２】
2007218079.tif 000014
【図１３】
2007218079.tif 000015
【図１４】
2007218079.tif 000016
【図１５】
2007218079.tif 000017
【図１６】
2007218079.tif 000018
【図１７】
2007218079.tif 000019
【図１８】
2007218079.tif 000020
【図１９】
2007218079.tif 000021
【図２０】
2007218079.tif 000022
【図２１】
2007218079.tif 000023
【図２２】
2007218079.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2007218079.tif 000026
【図２５】
2007218079.tif 000027
【図２６】
2007218079.tif 000028
【図２７】
2007218079.tif 000029
【図２８】
2007218079.tif 000030
【図２９】
2007218079.tif 000031
【図３０】
2007218079.tif 000032
【図３１】
2007218079.tif 000033