特許 5982455 凍土形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5982455

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】凍土形成装置

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/115 20060101AFI20160818BHJP

   F28D 15/02 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   E02D3/115

   F28D15/02 Z

   F28D15/02 101N

   F28D15/02 102B

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-244301(P2014-244301)

(22)【出願日】2014年12月2日

(65)【公開番号】特開2016-108739(P2016-108739A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2015年8月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100083998

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 丈夫

(72)【発明者】

【氏名】望月 正孝

(72)【発明者】

【氏名】松田 将宗

(72)【発明者】

【氏名】益子 耕一

【審査官】 亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 登録実用新案第３１９３９３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０６−０６５７６４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５６−０３９２２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ １／００−３／１１５

Ｅ０２Ｄ ５／００−５／２０

Ｅ０２Ｄ １９／１４、２７／３５

Ｅ２１Ｄ ９／０６

Ｆ２８Ｄ １５／０２

Ｆ１７Ｃ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

埋設した凍結管を介して地盤から熱を奪うことにより前記凍結管の周囲の地盤を凍結させる凍土形成装置において、
コンテナ内に加熱されて蒸発し放熱して凝縮する作動流体が封入されているヒートパイプを備え、
前記ヒートパイプの一端部が、前記凍結管に熱授受可能に連結され、
前記ヒートパイプの他方の端部が、前記凍結管から離れる方向で前記地盤中に埋設されておりかつ前記凍結管に隣接する埋設設備の周囲に延びた状態に配置され、
前記埋設設備の周囲の熱を前記ヒートパイプによって前記凍結管に輸送して前記地盤を凍結させるように構成されていることを特徴とする凍土形成装置。

【請求項2】

複数の前記ヒートパイプが設けられ、
前記ヒートパイプの他方の端部が、前記埋設設備における上側と、前記埋設設備における下側と、前記埋設設備の長さ方向に平行な方向とのいずれかに向かって延びた状態に配置されており、
前記ヒートパイプの一方の端部は、前記ヒートパイプの他方の端部より高い位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の凍土形成装置。

【請求項3】

前記凍結管は、地表側に上端部を突出させて埋設された他のヒートパイプを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の凍土形成装置。

【請求項4】

前記他のヒートパイプは原子炉施設の周囲に埋設されており、
ガスタービン発電機と、前記ガスタービン発電機に燃料として供給される液化ガスを貯留するタンクと、前記液化ガスの気化熱によって前記他のヒートパイプを冷却するように前記他のヒートパイプの上端部に前記液化ガスが有する冷却熱を伝送する冷却熱伝送機構と、前記液化ガスが気化して生じた燃料ガスを貯留するガスタンクとを備え、
前記冷却熱伝送機構は、前記他のヒートパイプの上端部に前記液化ガスを保持する冷却ジャケットと、前記冷却ジャケットに前記液化ガスを供給する給液管路と、前記冷却ジャケットで生じた気相の前記燃料ガスを前記ガスタンクに送るガス管路とを備え、
前記他のヒートパイプを介して前記液化ガスの冷却熱によって前記地盤を凍結させた凍土によって前記原子炉施設に向けた地下水の流通を止める遮水壁を形成することを特徴とする請求項３に記載の凍土形成装置。

【請求項5】

前記他のヒートパイプは原子炉施設の周囲に埋設されており、
ガスタービン発電機と、前記ガスタービン発電機に燃料として供給される液化ガスを貯留するタンクと、前記液化ガスの気化熱によって前記他のヒートパイプを冷却するように前記他のヒートパイプの上端部に前記液化ガスが有する冷却熱を伝送する冷却熱伝送機構とを備え、
前記冷却熱伝送機構は、前記液化ガスの冷却熱を冷媒に伝達する熱交換器と、前記他のヒートパイプの上端部に前記熱交換器によって温度が低下させられた前記冷媒を保持する冷却ジャケットと、前記熱交換器と前記冷却ジャケットとの間で前記冷媒を循環させる循環管路とを備え、
前記他のヒートパイプを介して前記液化ガスの冷却熱によって前記地盤を凍結させた凍土によって前記原子炉施設に向けた地下水の流通を止める遮水壁を形成することを特徴とする請求項３に記載の凍土形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、埋設した凍結管を介して地盤から熱を奪うことにより前記凍結管の周囲の地盤を凍結させる凍土形成装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１には、一定の間隔をあけて地盤に埋設した複数の凍結管に冷媒を循環させるとともに、凍結管の配列方向で凍結管から離間した位置に設置した揚水設備によって地下水を汲み上げる工法が記載されている。こうすることにより凍結管の配列方向に沿った地下水の流れを強制的に生じさせて、凍結管から地下水の流れ方向にずれた位置に凍土を形成することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−４１３５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された工法は、上述したように、地下水の流れを強制的に生じさせることによって地下水の流れ方向に凍土を形成する。そのため、凍土を形成したい地盤中に埋設物があることにより、埋設物の周囲で地下水の流れが変化してしまうと、前記埋設物の周囲に凍土を形成することが困難になる可能性がある。このような不都合を解消するために、凍結管によって埋設物を挟み込んだり、埋設物を迂回するように凍結管を配置したりして上記の埋設物の周囲に凍土を形成することが考えられる。しかしながら、凍結管によって埋設物を挟み込んだり、埋設物を迂回するように凍結管を配置したりするとすれば、隣接する凍結管同士の間隔が広くなってしまい、埋設物の周囲に凍土を形成しにくくなったり、凍土を形成できたとしても強度に不足が生じたりしてしまう可能性がある。

【0005】

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、地盤中に埋設物がある場合であっても、前記地盤に隙間なく凍土を形成することができる凍土形成装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するために、本発明は、埋設した凍結管を介して地盤から熱を奪うことにより前記凍結管の周囲の地盤を凍結させる凍土形成装置において、コンテナ内に加熱されて蒸発し放熱して凝縮する作動流体が封入されているヒートパイプを備え、前記ヒートパイプの一端部が、前記凍結管に熱授受可能に連結され、前記ヒートパイプの他方の端部が、前記凍結管から離れる方向で前記地盤中に埋設されておりかつ前記凍結管に隣接する埋設設備の周囲に延びた状態に配置され、前記埋設設備の周囲の熱を前記ヒートパイプによって前記凍結管に輸送して前記地盤を凍結させるように構成されていることを特徴とするものである。

【0007】

また、本発明は、複数の前記ヒートパイプが設けられ、前記ヒートパイプの他方の端部が、前記埋設設備における上側と、前記埋設設備における下側と、前記埋設設備の長さ方向に平行な方向とのいずれかに向かって延びた状態に配置されており、前記ヒートパイプの一方の端部は、前記ヒートパイプの他方の端部より高い位置に配置されている構成とすることができる。

【0008】

さらに、本発明における前記凍結管は、地表側に上端部を突出させて埋設された他のヒートパイプとすることができる。

【0009】

また、本発明における前記他のヒートパイプは原子炉施設の周囲に埋設されており、ガスタービン発電機と、前記ガスタービン発電機に燃料として供給される液化ガスを貯留するタンクと、前記液化ガスの気化熱によって前記他のヒートパイプを冷却するように前記他のヒートパイプの上端部に前記液化ガスが有する冷却熱を伝送する冷却熱伝送機構と、前記液化ガスが気化して生じた燃料ガスを貯留するガスタンクとを備え、前記冷却熱伝送機構は、前記他のヒートパイプの上端部に前記液化ガスを保持する冷却ジャケットと、前記冷却ジャケットに前記液化ガスを供給する給液管路と、前記冷却ジャケットで生じた気相の前記燃料ガスを前記ガスタンクに送るガス管路とを備え、前記他のヒートパイプを介して前記液化ガスの冷却熱によって前記地盤を凍結させた凍土によって前記原子炉施設に向けた地下水の流通を止める遮水壁を形成する構成であってよい。

【0010】

さらに、本発明における前記他のヒートパイプは原子炉施設の周囲に埋設されており、ガスタービン発電機と、前記ガスタービン発電機に燃料として供給される液化ガスを貯留するタンクと、前記液化ガスの気化熱によって前記他のヒートパイプを冷却するように前記他のヒートパイプの上端部に前記液化ガスが有する冷却熱を伝送する冷却熱伝送機構とを備え、前記冷却熱伝送機構は、前記液化ガスの冷却熱を冷媒に伝達する熱交換器と、前記他のヒートパイプの上端部に前記熱交換器によって温度が低下させられた前記冷媒を保持する冷却ジャケットと、前記熱交換器と前記冷却ジャケットとの間で前記冷媒を循環させる循環管路とを備え、前記他のヒートパイプを介して前記液化ガスの冷却熱によって前記地盤を凍結させた凍土によって前記原子炉施設に向けた地下水の流通を止める遮水壁を形成する構成であってよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ヒートパイプの一方の端部が凍結管に熱授受可能に接続され、ヒートパイプの他方の端部が前記凍結管に隣接する埋設設備の周囲に配置されている。そのため、ヒートパイプを介して埋設設備の周囲の熱を効果的に凍結管に熱輸送して埋設設備の周囲の地盤を凍結させて凍土を形成することができる。つまり、凍土を形成したい地盤中に埋設設備があったとしても、前記地盤中に凍土を隙間なく形成できる。また、このような構成であれば、１本の凍結管で凍結させることのできる範囲を拡大することができるため、凍結管の必要本数を少なくすることができる。

【0012】

また本発明によれば、ガスタービン発電で発生するいわゆる冷熱によって原子炉施設の周囲の地盤を凍結させて凍土からなる遮水壁を形成できる。そして、遮水壁によって原子炉施設に向けた地下水の流通を遮断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る凍土形成装置の一例を説明するための模式図である。

【図2】図１に示す矢視Ａの断面図である。

【図3】液化天然ガス（ＬＮＧ）の有する冷却熱を第１ヒートパイプに送るように構成した冷却熱伝送機構の一例についての模式図である。

【図4】冷却ジャケットにガス抜き管を接続した例を説明するための部分的な模式図である。

【図5】液化天然ガス（ＬＮＧ）の有する冷却熱を第１ヒートパイプに送るように構成した冷却熱伝送機構の他の例についての模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明に係る凍土形成装置を具体的に説明する。本発明に係る凍土形成装置の一例を図１および図２に模式的に示してある。凍結管としてヒートパイプもしくは、サーモサイホン式ヒートパイプを利用することができる。図１および図２に示す例は、凍結管としてヒートパイプ１を使用した例である。多数のヒートパイプ１が、原子炉施設の周囲であって地表２から適当な深さの不透水層（もしくは岩盤）３に到る範囲に埋設されている。図１には、原子炉施設として核反応容器４を収容してある原子炉建屋５および蒸気タービン発電機６を収容してある発電建屋７を記載してあり、これらは海岸８の近くに設置されている。ヒートパイプ１を以下の説明では、第１ヒートパイプ１と記す。各第１ヒートパイプ１同士の間隔は、それぞれの第１ヒートパイプ１で土壌を凍結させることのできる範囲に基づいて設定されている。第１ヒートパイプ１は従来知られているとおりの伝熱素子であり、脱気したパイプ（コンテナ）の内部にＲ―１３４ａ（代替フロン）や所定濃度のアンモニア水などの作動流体を封入し、外部からの入熱部（加熱部）で蒸発した作動流体が外部に熱を放散する放熱部（冷却部）に流動することにより、潜熱の形で熱を輸送するように構成されている。なお、加熱部に対する作動流体の還流は、パイプの内部に設けた図示しないウイックの毛管力で行ってもよく、あるいは重力で行ってもよい。第１ヒートパイプ１の上端部１ａは、地表側に延び出ており、第１ヒートパイプ１の上端部１ａに、上端部１ａを冷却するための冷却ジャケット９が設けられている。冷却ジャケット９は後述する冷却熱伝送機構の一部を構成するものである。冷却ジャケット９および冷却熱伝送機構については後述する。

【0015】

第１ヒートパイプ１は、凍土を形成したい地盤に直接埋設してもよいが、凍結して凍土となりやすくするために改質した土壌に埋設してもよい。改質した土壌の一例は、砂を主体とした土壌である。上述した地盤に、不透水層３に到る穴もしくは溝を掘削し、掘削した穴もしくは溝に砂を投入し、さらに必要に応じて所定の含水率になるように水を注入して改質した土壌とし、この土壌に第１ヒートパイプ１を埋設する。その場合、砂を投入する穴あるいは溝の内面に、図示しない不織布やフェルトなどの水の浸透を抑制する膜を設けることが好ましい。こうすることにより前記穴もしくは溝に投入した砂に対する地下水の流入や、前記穴もしくは溝に投入した砂からの水の流出を抑制して前記砂の含水率を所定の含水率にする。なお、掘削した穴もしくは溝に投入した砂に対する水の供給は、例えば、第１ヒートパイプ１と共に図示しない給水管を前記穴もしくは溝に挿入して行ってもよい。給水管は、所定間隔に多数の貫通孔をあけた鋼管であってよく、凍結の進行に応じて穴もしくは溝に投入した砂に水を供給する。

【0016】

また、第１ヒートパイプ１に熱授受可能に、本発明におけるヒートパイプに相当する多数の第２ヒートパイプ１０が埋設されている。これらの第２ヒートパイプ１０は第１ヒートパイプ１より管径が小さくかつ長さの短いヒートパイプであって、基本的な構成は上記の第１ヒートパイプ１と同様である。第２ヒートパイプ１０は、図１および図２に示す例では、Ｌ字状に屈曲されて形成されたＬ型ヒートパイプであって、一方の端部１０ａが第１ヒートパイプ１の長さ方向に沿って配置されており、かつ、第１ヒートパイプ１に熱授受可能に接続されている。第２ヒートパイプ１０の他方の端部１０ｂは、前記一方の端部１０ａより下方であって、かつ、埋設設備１１の周囲に向かって延びている。つまり、第２ヒートパイプ１０を介して埋設設備１１の周囲の熱を第１ヒートパイプ１に熱輸送するように構成されている。これにより、第２ヒートパイプ１０の他方の端部１０ｂが延びている位置にまで、１本の第１ヒートパイプ１で土壌を凍結させることのできる範囲が拡大されている。

【0017】

具体的には、図１および図２に示す例では、１本の第１ヒートパイプ１につき合計８本の第２ヒートパイプ１０が埋設されている。以下の説明では、便宜上、各第２ヒートパイプ１０を符号１００１ないし符号１００８で記す。８本の第２ヒートパイプ１０のうち４本の第２ヒートパイプ１００１，１００２，１００３，１００４は、図１および図２に示すように、埋設設備１１および埋設設備１１に隣接する他の埋設設備１２の上側に配置されている。そのうち２本の第２ヒートパイプ１００１，１００２は、第１ヒートパイプ１を挟んで互いに反対側に配置されている。第２ヒートパイプ１００１，１００２の他方の端部１００１ｂ，１００２ｂは、埋設設備１１および他の埋設設備１２の長さ方向と平行な方向に延びている。すなわち、埋設設備１１および他の埋設設備１２に沿って配置されており、埋設設備１１および他の埋設設備１２の長さ方向に沿う埋設設備１１および他の埋設設備１２の周辺の熱を授受するようになっている。また他方の端部１００１ｂ，１００２ｂは互いに離間するように延びている。残りの２本の第２ヒートパイプ１００３，１００４は、第２ヒートパイプ１００１，１００２を第１ヒートパイプ１の円周方向に９０度回転させた位置に配置されている。第２ヒートパイプ１００３の他方の端部１００３ｂは、図２に示すように、埋設設備１１の上側に向かって延びており、埋設設備１１における上側の熱を授受するようになっている。第２ヒートパイプ１００４は第１ヒートパイプ１を挟んで第２ヒートパイプ１００３とは反対側に配置されており、第２ヒートパイプ１００４の他方の端部１００４ｂは、図２に示すように、埋設設備１１に隣接する他の埋設設備１２の上側に向かって延びており、他の埋設設備１２における上側の熱を授受するようになっている。

【0018】

一方、４本の第２ヒートパイプ１００５，１００６，１００７，１００８は、図１および図２に示すように、埋設設備１１および他の埋設設備１２の下側に配置されている。そのうちの２本の第２ヒートパイプ１００５，１００６は、第１ヒートパイプ１を挟んで互いに反対側に配置されている。第２ヒートパイプ１００５，１００６の他方の端部１００５ｂ，１００６ｂは、埋設設備１１および他の埋設設備１２の長さ方向と平行な方向に延びている。すなわち、埋設設備１１および他の埋設設備１２に沿って配置されており、埋設設備１１および他の埋設設備１２の長さ方向に沿う埋設設備１１および他の埋設設備１２の周辺の熱を授受するようになっている。また他方の端部１００５ｂ，１００６ｂは、互いに離間するように延びている。残りの２本の第２ヒートパイプ１００７，１００８は、第２ヒートパイプ１００５，１００６を第１ヒートパイプ１の円周方向に９０度回転させた位置に配置されている。第２ヒートパイプ１００７の他方の端部１００７ｂは、図２に示すように、埋設設備１１の下側に向かって延びており、埋設設備１１における下側の熱を授受するようになっている。第２ヒートパイプ１００８は第１ヒートパイプ１を挟んで第２ヒートパイプ１００７とは反対側に配置されており、第２ヒートパイプ１００８の他方の端部１００８ｂは、図２に示すように、埋設設備１１に隣接する他の埋設設備１２の下側に向かって延びており。他の埋設設備１２における下側の熱を授受するようになっている。

【0019】

なお、地盤は凍結する際に凍上する。凍上に伴って第１ヒートパイプ１や第２ヒートパイプ１０に引っ張り力が作用することがあるので、第１ヒートパイプ１および第２ヒートパイプ１０は凍上に伴う延びが可能な構成のものであることが好ましい。例えば、パイプ（コンテナ）をコルゲート管によって構成したヒートパイプである。また他の例としては、ばねのように螺旋状に曲がっているヒートパイプである。これらいずれの構成であっても、埋設状態で地盤の凍上と共に上下方向に延びるので、引っ張りによる破断や亀裂を回避することができる。

【0020】

上述した第２ヒートパイプ１０を地盤中に設置する方法について簡単に説明すると、第１ヒートパイプ１を埋設するための穴あるいは溝を掘削し、第２ヒートパイプ１０の他方の端部１０ｂを埋設設備１１および他の埋設設備１２に接近させるように掘削した穴あるいは溝の内面に対して斜めに差し込む。次いで、掘削した穴あるいは溝の内面に第２ヒートパイプ１０の一方の端部１０ａを沿わせるように、第２ヒートパイプ１０を屈曲させる。また、第２ヒートパイプ１０を予めＬ字状に屈曲させておき、他方の端部１０ｂを埋設設備１１および他の埋設設備１２に接近させるように掘削した穴あるいは溝の内面に対して垂直に差し込む。その後、第１ヒートパイプ１を上記の穴あるいは溝に挿入し、第１ヒートパイプ１に第２ヒートパイプ１０の一方の端部１０ａを熱授受可能に接続する。なお、直線状の第２ヒートパイプ１０を用意し、第２ヒートパイプ１０を埋設設備１１および他の埋設設備１２に接近させるように前記内面に垂直に差し込む。その直線状の第２ヒートパイプ１０を介して第１ヒートパイプ１と埋設設備１１および他の埋設設備１２の周囲とを熱的に接続してもよい。つまり、第２ヒートパイプ１０の一方の端部１０ａが第１ヒートパイプ１に熱授受可能に接続されていればよく、第２ヒートパイプ１０は図１および図２に示すように、Ｌ字状に屈曲されて形成されたＬ型ヒートパイプでなくてもよい。

【0021】

次に、この発明に係る装置の作用について説明する。第１ヒートパイプ１の下端部１ｂの温度は外気温度もしくは地中温度と同じになっているため、第１ヒートパイプ１の上端部１ａを冷却すると、第１ヒートパイプ１の下端部１ｂが加熱部、上端部１ａが冷却部として動作する。すなわち、下端部１ｂで蒸発した作動流体が上端部１ａに流動した後、放熱して凝縮することにより、下端部１ｂの周囲の地中の熱が上端部１ａに運ばれて前記下端部１ｂの周囲が冷却される。その結果、第１ヒートパイプ１の周囲の地盤が凍結して凍土が形成される。

【0022】

また、第２ヒートパイプ１０を介して第１ヒートパイプ１と埋設設備１１および他の埋設設備１２の周囲とが熱授受可能に接続されているため、上述したように、第１ヒートパイプ１の上端部１ａを冷却すると、第２ヒートパイプ１０の一方の端部１０ａが冷却部、他方の端部１０ｂが加熱部として動作する。すなわち、他方の端部１０ｂで蒸発した作動流体が一方の端部１０ａに流動した後、放熱して凝縮することにより、埋設設備１１および他の埋設設備１２の周囲の熱が一方の端部１０ａに運ばれて埋設設備１１および他の埋設設備１２の周囲が冷却される。第２ヒートパイプ１０の他方の端部１０ｂは、図１および図２に示す例では、埋設設備１１および他の埋設設備１２の上下および埋設設備１１および他の埋設設備１２の長さ方向に沿って配置されている。その結果、埋設設備１１および他の埋設設備１２の周囲の地盤が凍結して凍土が隙間なく形成される。

【0023】

このように、この発明に係る装置は、凍土を形成したい地盤中に埋設設備１１および他の埋設設備１２があったとしても、第２ヒートパイプ１０を介して埋設設備１１および他の埋設設備１２の周囲の地盤の熱を奪って冷却するため、前記地盤中に凍土を隙間なく形成できる。図１および図２に示す例では、原子炉施設を囲うように原子炉施設の周囲の地盤中に凍土を隙間なく形成することができ、隙間なく形成された凍土によって遮水壁１３を形成することができる。この遮水壁１３は、土壌をその内部に含有している水分と共に凍結したものであって、上述した地表２から不透水層３に到る範囲に垂直に形成されている。したがって、遮水壁１３は地下水１４の流通層を上下に横切って形成され、地下水層を遮断している。そのため、遮水壁１３の外側の地下水１４は、原子炉施設に向けて流れないように遮断される。

【0024】

上述した冷却熱伝送機構について説明する。図３は、液化天然ガス（ＬＮＧ）の有する冷却熱を第１ヒートパイプ１に送るように構成した冷却熱伝送機構の一例についての模式図である。第１ヒートパイプ１の上端部１ａは、上述したように、地表側に延び出ており、第１ヒートパイプ１の上端部１ａに冷却ジャケット９が設けられている。冷却ジャケット９は、冷熱源であるＬＮＧを第１ヒートパイプ１の上端部１ａに対して接触させるためのものであって、第１ヒートパイプ１の上端部１ａを気密状態に覆う密閉容器として構成されている。なお、冷却ジャケット９は、複数本の第１ヒートパイプ１の上端部１ａを一括して覆うように構成されていてもよい。隣接する冷却ジャケット９同士は、この発明における給液管路に相当する連通管１５によって接続されていて、多数の冷却ジャケット９は所定数の一群が直列に接続され、また各群が互いに並列の関係になるように連通されている。

【0025】

なお、ＬＮＧは冷却ジャケット９の内部で第１ヒートパイプ１から熱を奪って一部が気化する。気化して生じた天然ガス（燃料ガス）によって冷却ジャケット９の内圧が増大することを抑制するために、気化して生じた天然ガス（燃料ガス）を、冷却ジャケット９を流れるＬＮＧから分離するように構成することが好ましい。図４はその一例を示しており、各冷却ジャケット９の上端部にガス抜き管１６が接続され、ガス抜き管１６がこの発明におけるガス管路に相当する集合管１７に連通されている。この集合管１７は後述するガスタンクに連通されている。

【0026】

ＬＮＧは液体タンク１８に収容されており、例えば−１６０℃程度になっている。この液体タンク１８にポンプ１９が接続され、このポンプ１９によって所定の流量でＬＮＧが取り出されるようになっている。このポンプ１９の吐出側には三方切替弁２０が接続され、この三方切替弁２０によって冷却ジャケット９側とバイパス管２１側とに切り替えてＬＮＧを供給するようになっている。バイパス管２１は、冷却ジャケット９を経由せずに気化装置２２にＬＮＧを供給するためのものである。したがって、冷却ジャケット９にはガス化されるＬＮＧの一部が供給されるようになっており、ＬＮＧの気化熱（蒸発熱）の一部を利用して地盤を凍結させて遮水壁１３を形成するように構成されている。

【0027】

冷却ジャケット９を通過したＬＮＧはバイパス管２１を流れるＬＮＧに合流させられて気化装置２２に供給される。気化装置２２はＬＮＧに熱を与えて気化させるための熱交換器であり、ポンプ２３で汲み上げた例えば海水によってＬＮＧを加熱するように構成されている。気化して生じた天然ガス（燃料ガス）はガスタンク２４に送られて貯留される。この天然ガスはガスタービン発電機のエネルギー源となっている。すなわち、ガスタービン発電機は、ガスタービンエンジン２５によって発電機２６を回転させて発電するように構成され、ガスタービンエンジンは従来知られているように、燃焼室２７で天然ガスを燃焼させて高温・高圧のガスを生成し、天然ガスを燃焼させて生成した高温・高圧のガスをタービン２８に送ってタービン２８を回転させ、タービン２８で発生した動力で発電機２６およびコンプレッサ２９を回転させるように構成されている。コンプレッサ２９は外気を吸入して圧縮し、圧縮した外気（圧縮空気）を燃焼室２７に供給するように構成されている。したがって、この発明に係る装置は、凍土および凍土からなる遮水壁１３を形成したい地盤中に埋設設備１１および他の埋設設備１２が埋設されているとしても、ガス発電の際に生じるＬＮＧの気化熱（蒸発熱）を利用して、上述したように、第１ヒートパイプ１および第２ヒートパイプ１０を介して埋設設備１１および他の埋設設備１２の周囲が冷却される。その結果、第１ヒートパイプ１および第２ヒートパイプ１０の周囲の地盤を凍結させて凍土および凍土からなる遮水壁１３を隙間なく形成できる。

【0028】

上記のようにして地盤を凍結させて凍土および遮水壁１３が一旦形成された後は、凍土および遮水壁１３に外部から伝達される熱量と同程度の熱量で凍土および遮水壁１３を冷却することにより凍結状態を維持することができるから、冷却ジャケット９に供給するべきＬＮＧの量は、凍土および遮水壁１３を形成する際の量より少なくてよい。したがって凍土および遮水壁１３の凍結状態を維持する場合は、前述した三方切替弁２０によってＬＮＧを冷却ジャケット９側よりもバイパス管２１側に流す。そして上述と同様に、冷却ジャケット９を経由したＬＮＧあるいはバイパス管２１を経由したＬＮＧは気化装置２２によって海水により加熱され、気化する。天然ガスは一旦ガスタンク２４に貯留され、その後、ガスタービン発電機に送られて発電の用に供される。したがって、この発明によれば、常用されるガスタービン発電で生じかつ多くが廃棄されているＬＮＧの気化熱（蒸発熱）を冷熱として凍土および遮水壁１３を形成するから、凍土および遮水壁１３の凍結状態を維持するための冷却エネルギーにコストが殆ど掛からず、むしろエネルギーの有効利用を図ることができる。

【0029】

上述した第１ヒートパイプ１および第２ヒートパイプ１０は地盤および埋設設備１１および他の埋設設備１２の周囲から熱を奪って地盤を凍結させるためのものであるから、第１ヒートパイプ１および第２ヒートパイプ１０は周囲の土壌に可及的に直接接触していることが好ましい。そのため、腐食や土圧などによる劣化が避けられない。しかしながら、上述した装置では、冷却ジャケット９や連通管１５などのＬＮＧを流す管路は地表側に配置されているから、地中の第１ヒートパイプ１および第２ヒートパイプ１０に損傷が生じても可燃性のガスが周囲の環境に漏洩する危険がない。また、第１ヒートパイプ１および第２ヒートパイプ１０が損傷した場合には、第１ヒートパイプ１および第２ヒートパイプ１０を交換すればよく、ガス配管の再構築などの工事を必要としないので、メインテナンスが容易になって低コスト化することができる。

【0030】

図５は、液化天然ガス（ＬＮＧ）の有する冷却熱を第１ヒートパイプ１に送るように構成した冷却熱伝送機構の他の例についての模式図である。図５において、符号３０は可燃性ガスの配置を忌避するように予め定められた領域を示し、前述した第１ヒートパイプ１や第２ヒートパイプ１０などは、この領域３０の内側に設けられる。これに対して前述した液体タンク１８やポンプ１９、気化装置２２、ガスタービンエンジン２５などのガスタービン発電設備、ガスタンク２４などのＬＮＧおよび燃料ガスを使用する設備は、上記の領域３０の外側に配置される。ポンプ１９によってＬＮＧを気化装置２２に供給する管路３１には、三方弁３２を介して熱交換器３３が接続されている。この熱交換器３３は、ＬＮＧと冷媒との間で熱交換して冷媒を冷却するためのものであり、従来知られている熱交換器を採用することができる。

【0031】

この熱交換器３３は、この発明における冷却熱伝送機構の一部を構成しており、この熱交換器３３と第１ヒートパイプ１との間に塩化カルシウム水溶液やエチレングリコール水溶液、プロピレングリコール、アルコールなどの冷媒を循環させる循環管路３４が設けられている。冷媒は、前述した凍土および凍土からなる遮水壁１３を形成するのに十分な低温に冷却されても流動状態を維持できる物質が採用されており、この冷媒を第１ヒートパイプ１の上端部１ａに設けられている冷却ジャケット９に供給する供給管３５が、熱交換器３３と冷却ジャケット９との間に設けられている。前述したようにＬＮＧを使用する設備である熱交換器３３は、領域３０の外側に配置され、熱交換器３３と第１ヒートパイプ１との距離は数百ｍないし数ｋｍになり、供給管３５はその距離に亘って冷媒を輸送する。したがって、断熱のための十分な被覆が施される。

【0032】

各冷却ジャケット９は前述したように連通管１５によって相互に連通されていて、冷媒を上流側の冷却ジャケット９から下流側の冷却ジャケット９に順に流すように構成されている。そして、所定の一群における最下流もしくは全体としての最下流の冷却ジャケット９と熱交換器３３とが戻り管３６によって連通されている。戻り管３６の途中に冷媒タンク３７および冷媒ポンプ３８が設けられている。なお、図５における他の構成は、前述した図３に示す構成と同様であるから、図５に図３と同様の符号を付して説明を省略する。

【0033】

図５に示す構成においては、ＬＮＧの有する冷却熱が熱交換器３３によって冷媒に伝達され、冷媒の温度が低下する。温度が低下した冷媒は、供給管３５を経由して各第１ヒートパイプ１の冷却ジャケット９に送られる。温度が低下した冷媒は、前述した図３に示す例におけるＬＮＧに替わるものであるから、温度が低下した冷媒を冷熱源として利用して、第１ヒートパイプ１の周囲の土壌から熱が奪われて凍結し、凍土が形成される。また、第２ヒートパイプ１０を介して埋設設備１１および他の埋設設備１２の周囲の地盤から熱が奪われて凍結し、凍土が形成される。こうすることにより、原子炉施設を囲うように原子炉施設の周囲の地盤中に凍土からなる遮水壁１３が隙間なく形成される。そして、図５に示す構成では、領域３０の外側で、ＬＮＧと冷媒との熱交換が行われるため、領域３０の内側にＬＮＧが入り、あるいは配置されることが回避される。

【0034】

なお、冷熱源は上記のＬＮＧに替えて液化石油ガス（ＬＰＧ）であってもよい。また、上述した冷熱源としてＬＮＧを使用し、凍結管としてヒートパイプを使用する構成の装置に替えて、従来知られている冷媒方式の凍土形成装置を使用してもよい。その場合には、従来知られている二重管を凍結管として使用し、凍結管に冷凍機で冷却した冷媒を循環させる。そして、埋設設備１１および他の埋設設備１２の周囲の熱を第２ヒートパイプ１０を介して凍結管に熱輸送することによって埋設設備１１および他の埋設設備１２の周囲を凍結させる。こうすることによっても凍結管の周囲の地盤に凍土および凍土からなる遮水壁１３を隙間なく形成できる。

【符号の説明】

【0035】

１…第１ヒートパイプ（凍結管）、 １０…第２ヒートパイプ、 １０ａ…第２ヒートパイプの一方の端部、 １０ｂ…第２ヒートパイプの他方の端部、 １１，１２…埋設設備。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】