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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024100746
(43)【公開日】2024-07-26
(54)【発明の名称】冷媒供給システム
(51)【国際特許分類】
E02D 3/115 20060101AFI20240719BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20240719BHJP
【ＦＩ】
E02D3/115
F25B1/00 399Y
【審査請求】有
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024003744
(22)【出願日】2024-01-15
(31)【優先権主張番号】P 2023004548
(32)【優先日】2023-01-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000148357
【氏名又は名称】株式会社前川製作所
(71)【出願人】
【識別番号】390002233
【氏名又は名称】ケミカルグラウト株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】坂口 学
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 史
(72)【発明者】
【氏名】相馬 啓
(72)【発明者】
【氏名】塩屋 祐太
(72)【発明者】
【氏名】福岡 美則
【テーマコード（参考）】
2D043
【Ｆターム（参考）】
2D043CA14
(57)【要約】
【課題】土壌凍結管と冷凍機とが比較的離れている場合であっても冷媒の総量を抑制できる冷媒供給システムを提供する。また、地上の冷凍機と凍結管の位置が比較的高い場合であっても冷媒の飽和温度を低温側に抑制でき、冷媒と土壌との温度差を大きくとれるため、凍土造成時間の短縮に寄与する。
【解決手段】少なくとも一実施形態に係る冷媒供給システムは、冷凍機と、冷凍機よりも低所に設置され、土壌凍結管に供給される冷媒を貯留する第１レシーバと、冷凍機で液化された冷媒を第１レシーバに送る送り配管と、第１レシーバの気相部分からガス状の冷媒を冷凍機側に戻す戻り配管と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】少なくとも一実施形態に係る冷媒供給システムは、冷凍機と、冷凍機よりも低所に設置され、土壌凍結管に供給される冷媒を貯留する第１レシーバと、冷凍機で液化された冷媒を第１レシーバに送る送り配管と、第１レシーバの気相部分からガス状の冷媒を冷凍機側に戻す戻り配管と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷凍機と、
前記冷凍機よりも低所に設置され、土壌凍結管に供給される冷媒を貯留する第１レシーバと、
前記冷凍機で液化された前記冷媒を前記第１レシーバに送る送り配管と、
前記第１レシーバの気相部分からガス状の前記冷媒を前記冷凍機側に戻す戻り配管と、
を備える
冷媒供給システム。
前記冷凍機よりも低所に設置され、土壌凍結管に供給される冷媒を貯留する第１レシーバと、
前記冷凍機で液化された前記冷媒を前記第１レシーバに送る送り配管と、
前記第１レシーバの気相部分からガス状の前記冷媒を前記冷凍機側に戻す戻り配管と、
を備える
冷媒供給システム。
【請求項2】
前記第１レシーバよりも高所に配置され、前記第１レシーバに供給される前記冷媒を貯留する第２レシーバ、
を備える
請求項１に記載の冷媒供給システム。
を備える
請求項１に記載の冷媒供給システム。
【請求項3】
前記戻り配管は、前記第１レシーバの気相部分からガス状の前記冷媒を前記第２レシーバに戻すための配管を含む、
請求項２に記載の冷媒供給システム。
請求項２に記載の冷媒供給システム。
【請求項4】
前記送り配管は、前記第２レシーバの液相部分から液状の前記冷媒を前記第１レシーバに送るための配管を含む、
請求項２又は３に記載の冷媒供給システム。
請求項２又は３に記載の冷媒供給システム。
【請求項5】
前記送り配管に設けられていて、前記第１レシーバに貯留される液状の前記冷媒の液面高さを調節するための調節弁、
を備える
請求項２又は３に記載の冷媒供給システム。
を備える
請求項２又は３に記載の冷媒供給システム。
【請求項6】
前記第１レシーバに貯留された液状の前記冷媒を前記土壌凍結管に供給するための送液ポンプ、
を備える
請求項２又は３に記載の冷媒供給システム。
を備える
請求項２又は３に記載の冷媒供給システム。
【請求項7】
前記冷凍機で液化された前記冷媒が前記送り配管を介して、且つ、ポンプを介さずに、前記第１レシーバに供給可能に構成されている、
請求項１又は２に記載の冷媒供給システム。
請求項１又は２に記載の冷媒供給システム。
【請求項8】
前記送り配管は、鉛直方向に延在し、ガス状の前記冷媒と前記第１レシーバに供給される液状の前記冷媒とを貯留可能な縦管を含む
請求項１に記載の冷媒供給システム。
請求項１に記載の冷媒供給システム。
【請求項9】
前記送り配管に設けられていて、前記第１レシーバに貯留された液状の前記冷媒の液面高さを調節するための調節弁と、
少なくとも前記調節弁を制御するための制御装置と、
を備え、
前記冷凍機は、地上に設置され、
前記第１レシーバ、及び、制御装置は、地下に設けられている
請求項２又は３に記載の冷媒供給システム。
少なくとも前記調節弁を制御するための制御装置と、
を備え、
前記冷凍機は、地上に設置され、
前記第１レシーバ、及び、制御装置は、地下に設けられている
請求項２又は３に記載の冷媒供給システム。
【請求項10】
前記第１レシーバは、地下空間内に配置され、
前記戻り配管は、前記地下空間内における少なくとも一部の領域において、前記戻り配管を覆う断熱材が設けられていない断熱材非施工領域を有する、
請求項１乃至３、又は８の何れか一項に記載の冷媒供給システム。
前記戻り配管は、前記地下空間内における少なくとも一部の領域において、前記戻り配管を覆う断熱材が設けられていない断熱材非施工領域を有する、
請求項１乃至３、又は８の何れか一項に記載の冷媒供給システム。
【請求項11】
前記地下空間は、横坑を含み、
前記戻り配管は、前記横坑内における少なくとも一部の領域において、前記断熱材非施工領域を有する、
請求項１０に記載の冷媒供給システム。
前記戻り配管は、前記横坑内における少なくとも一部の領域において、前記断熱材非施工領域を有する、
請求項１０に記載の冷媒供給システム。
【請求項12】
前記送り配管は、前記送り配管の上流側から下流側に至る全域にわたって前記送り配管を覆う断熱材が設けられている、
請求項１０に記載の冷媒供給システム。
請求項１０に記載の冷媒供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、冷媒供給システムに関する。
【背景技術】
【0002】
施工地盤の安定化、遮水、その他の目的で、所定領域の土壌を凍結する工法が知られている。この工法では、凍結するべき土壌に土壌凍結管を配置して、土壌凍結管内に冷媒を流すことにより、土壌から熱量を奪って対象とする土壌を凍結させている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－１４８１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、土壌凍結管と冷凍機とが比較的離れている場合、土壌凍結管から冷凍機へ冷媒を戻す戻り配管内の液相の冷媒量が増えるため、冷媒の総量が増えてしまう。
【0005】
本開示の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みて、土壌凍結管と冷凍機とが比較的離れている場合であっても冷媒の総量を抑制できる冷媒供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る冷媒供給システムは、
冷凍機と、
前記冷凍機よりも低所に設置され、土壌凍結管に供給される冷媒を貯留する第１レシーバと、
前記冷凍機で液化された前記冷媒を前記第１レシーバに送る送り配管と、
前記第１レシーバの気相部分からガス状の前記冷媒を前記冷凍機側に戻す戻り配管と、
を備える。
冷凍機と、
前記冷凍機よりも低所に設置され、土壌凍結管に供給される冷媒を貯留する第１レシーバと、
前記冷凍機で液化された前記冷媒を前記第１レシーバに送る送り配管と、
前記第１レシーバの気相部分からガス状の前記冷媒を前記冷凍機側に戻す戻り配管と、
を備える。
【発明の効果】
【0007】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、土壌凍結管と冷凍機とが比較的離れている場合であっても冷媒の総量を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】幾つかの実施形態に係る冷媒供給システムの一例としての土壌凍結装置の全体構成図である。
【図2】幾つかの実施形態に係る冷媒供給システムの他の一例としての土壌凍結装置の全体構成図である。
【図3】冷媒供給システムの比較例としての土壌凍結装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【0010】
（土壌凍結装置１の全体構成）
図１は、幾つかの実施形態に係る冷媒供給システムの一例としての土壌凍結装置の全体構成図である。
図２は、幾つかの実施形態に係る冷媒供給システムの他の一例としての土壌凍結装置の全体構成図である。
幾つかの実施形態に係る土壌凍結装置１は、一次冷媒循環系統３を有する冷凍機５と、一次冷媒循環系統３と熱交換器４を介して接続される二次冷媒循環系統１０とを備えている。
幾つかの実施形態に係る二次冷媒循環系統１０では、冷媒（二次冷媒）は、例えばＣＯ２冷媒である。
図１は、幾つかの実施形態に係る冷媒供給システムの一例としての土壌凍結装置の全体構成図である。
図２は、幾つかの実施形態に係る冷媒供給システムの他の一例としての土壌凍結装置の全体構成図である。
幾つかの実施形態に係る土壌凍結装置１は、一次冷媒循環系統３を有する冷凍機５と、一次冷媒循環系統３と熱交換器４を介して接続される二次冷媒循環系統１０とを備えている。
幾つかの実施形態に係る二次冷媒循環系統１０では、冷媒（二次冷媒）は、例えばＣＯ２冷媒である。
【0011】
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０には、二次冷媒循環系統１０の冷媒循環路２０に、土壌９を凍結させるために土壌９に埋設された複数の土壌凍結管１５（以下、単に凍結管１５とも称する）と、冷凍機５よりも低所に設置され、複数の凍結管１５に供給される冷媒を貯留する第１レシーバ１１と、冷凍機５で液化された冷媒を第１レシーバ１１に送る送り配管２１と、第１レシーバ１１の気相部分からガス状の冷媒を冷凍機５側に戻す戻り配管５１とが設けられている。
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０には、第１レシーバ１１に貯留された液状の冷媒を複数の土壌凍結管１５に供給するための送液ポンプ１３（以下、地下ポンプ１３とも称する）と、複数の凍結管１５に液状の冷媒を分配するための液ヘッダ１７と、複数の凍結管１５からガス状及び液状の冷媒を集めるためのガスヘッダ１９とが設けられている。
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０では、第１レシーバ１１、地下ポンプ１３、液ヘッダ１７、及びガスヘッダ１９は、地下空間８内に配置されている。
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０には、第１レシーバ１１に貯留された液状の冷媒を複数の土壌凍結管１５に供給するための送液ポンプ１３（以下、地下ポンプ１３とも称する）と、複数の凍結管１５に液状の冷媒を分配するための液ヘッダ１７と、複数の凍結管１５からガス状及び液状の冷媒を集めるためのガスヘッダ１９とが設けられている。
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０では、第１レシーバ１１、地下ポンプ１３、液ヘッダ１７、及びガスヘッダ１９は、地下空間８内に配置されている。
【0012】
図１に示す二次冷媒循環系統１０には、第１レシーバ１１よりも高所に配置され、第１レシーバ１１に供給される冷媒を貯留する第２レシーバ１２と、第２レシーバ１２に貯留された液状の冷媒を第１レシーバ１１に供給するための送液ポンプ１４（以下、地上ポンプ１４とも称する）とが設けられている。
図１に示す二次冷媒循環系統１０では、第２レシーバ１２、及び地上ポンプ１４は、地上７に配置されている。
図１に示す二次冷媒循環系統１０では、第２レシーバ１２、及び地上ポンプ１４は、地上７に配置されている。
【0013】
（送り配管２１）
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０では、送り配管２１は、地上７に配置された地上配管２１ａと、地下空間８に配置された地下配管２１ｂと、地上配管２１ａと地下配管２１ｂとを接続し、鉛直方向に延在する縦管２１ｃとを含んでいる。
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０では、送り配管２１は、地上７に配置された地上配管２１ａと、地下空間８に配置された地下配管２１ｂと、地上配管２１ａと地下配管２１ｂとを接続し、鉛直方向に延在する縦管２１ｃとを含んでいる。
【0014】
図１に示す二次冷媒循環系統１０では、地上配管２１ａは、熱交換器４と第２レシーバ１２の液相部分とを接続する配管２２と、第２レシーバ１２の液相部分と縦管２１ｃの上端とを接続し、地上ポンプ１４が途中に設けられているポンプ配管２３と、第２レシーバ１２の液相部分と縦管２１ｃの上端とを接続し、地上ポンプ１４をバイパスし、バイパス弁３３が途中に設けられているバイパス配管２４とを含んでいる。
【0015】
図２に示す二次冷媒循環系統１０では、地上配管２１ａは、熱交換器４と縦管２１ｃの上端とを接続している。
【0016】
【0017】
（戻り配管５１）
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０では、戻り配管５１は、地下空間８に配置された地下配管５１ｂと、地上７に配置された地上配管５１ａと、地下配管５１ｂと地上配管５１ａとを接続し、鉛直方向に延在する縦管５１ｃとを含んでいる。
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０では、戻り配管５１は、地下空間８に配置された地下配管５１ｂと、地上７に配置された地上配管５１ａと、地下配管５１ｂと地上配管５１ａとを接続し、鉛直方向に延在する縦管５１ｃとを含んでいる。
【0018】
【0019】
図１に示す二次冷媒循環系統１０では、地上配管５１ａは、縦管５１ｃの上端と第２レシーバ１２の気相部分とを接続する配管５２と、第２レシーバ１２の気相部分と熱交換器４とを接続する配管５３とを含んでいる。
【0020】
図２に示す二次冷媒循環系統１０では、地上配管５１ａは、縦管５１ｃの上端と熱交換器４とを接続している。
【0021】
（その他の配管について）
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０には、第１レシーバ１１の液相部分と液ヘッダ１７とを接続し、地下ポンプ１３が途中に設けられているポンプ配管２６と、ガスヘッダ１９と、第１レシーバ１１の気相部分とを接続する配管２７が設けられている。
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０には、第１レシーバ１１の液相部分と液ヘッダ１７とを接続し、地下ポンプ１３が途中に設けられているポンプ配管２６と、ガスヘッダ１９と、第１レシーバ１１の気相部分とを接続する配管２７が設けられている。
【0022】
（土壌凍結装置１の各部を制御するための構成について）
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０には、送り配管２１の内の地下配管２１ｂに設けられていて、第１レシーバ１１に貯留される液状の冷媒の液面高さを調節するための調節弁３１と、第１レシーバ１１に貯留される液状の冷媒の液面高さを検出するための第１レベルセンサ４１とが設けられている。図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０には、地下配管２１ｂ内の圧力（縦管２１ｃの下部の内部圧力）を検出するための下部圧力センサ４３と、第１レシーバ１１内の圧力を検出するための圧力センサ４４と、地下ポンプ１３の吐出圧力を検出するための圧力センサ４５とが設けられている。
図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０には、送り配管２１の内の地下配管２１ｂに設けられていて、第１レシーバ１１に貯留される液状の冷媒の液面高さを調節するための調節弁３１と、第１レシーバ１１に貯留される液状の冷媒の液面高さを検出するための第１レベルセンサ４１とが設けられている。図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０には、地下配管２１ｂ内の圧力（縦管２１ｃの下部の内部圧力）を検出するための下部圧力センサ４３と、第１レシーバ１１内の圧力を検出するための圧力センサ４４と、地下ポンプ１３の吐出圧力を検出するための圧力センサ４５とが設けられている。
【0023】
図１に示す二次冷媒循環系統１０には、第２レシーバ１２に貯留される液状の冷媒の液面高さを検出するための第２レベルセンサ４２と、第２レシーバ１２内の圧力を検出するための圧力センサ４６と、地上ポンプ１４の吐出圧力を検出するための圧力センサ４７とが設けられている。
【0024】
図２に示す二次冷媒循環系統１０には、地上配管２１ａ内の圧力（縦管２１ｃの上部の内部圧力）を検出するために上部圧力センサ４８が設けられている。
【0025】
（制御装置９０）
図１及び図２に示す土壌凍結装置１は、土壌凍結装置１を制御するための制御装置９０を備えている。図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、制御装置９０は、地下空間８内に配置された地下制御盤９１に設けられている地下制御装置９２と、地上７に配置された地上制御盤９３に設けられている地上制御装置９４とを含んでいる。
地下制御装置９２及び地上制御装置９４は、それぞれ各種演算処理を実行する不図示のプロセッサと、プロセッサによって処理される各種データを非一時的または一時的に記憶する不図示のメモリとを備える。プロセッサは、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、これら以外の各種演算装置、又はこれらの組み合わせなどによって実現される。メモリは、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、またはこれらの組み合わせなどによって実現される。
地下制御装置９２及び地上制御装置９４の制御内容については、後で詳述する。
図１及び図２に示す土壌凍結装置１は、土壌凍結装置１を制御するための制御装置９０を備えている。図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、制御装置９０は、地下空間８内に配置された地下制御盤９１に設けられている地下制御装置９２と、地上７に配置された地上制御盤９３に設けられている地上制御装置９４とを含んでいる。
地下制御装置９２及び地上制御装置９４は、それぞれ各種演算処理を実行する不図示のプロセッサと、プロセッサによって処理される各種データを非一時的または一時的に記憶する不図示のメモリとを備える。プロセッサは、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、これら以外の各種演算装置、又はこれらの組み合わせなどによって実現される。メモリは、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、またはこれらの組み合わせなどによって実現される。
地下制御装置９２及び地上制御装置９４の制御内容については、後で詳述する。
【0026】
（二次冷媒循環系統１０における二次冷媒の流れについて）
このように構成された図１に示す土壌凍結装置１では、熱交換器４を介して冷凍機５で冷却された液状の冷媒（二次冷媒）は、第２レシーバ１２に貯留される。第２レシーバ１２に貯留された液状の冷媒は、地上ポンプ１４によって第１レシーバ１１に供給される。
なお、例えば第１レシーバ１１が地下の比較的深い位置に設けられている場合、第２レシーバ１２と第１レシーバ１１とのヘッド差が比較的大きいため、地上ポンプ１４によらず、バイパス弁３３を開くことでヘッド差を利用して、第２レシーバ１２に貯留された液状の冷媒を第１レシーバ１１に供給する。
このように構成された図１に示す土壌凍結装置１では、熱交換器４を介して冷凍機５で冷却された液状の冷媒（二次冷媒）は、第２レシーバ１２に貯留される。第２レシーバ１２に貯留された液状の冷媒は、地上ポンプ１４によって第１レシーバ１１に供給される。
なお、例えば第１レシーバ１１が地下の比較的深い位置に設けられている場合、第２レシーバ１２と第１レシーバ１１とのヘッド差が比較的大きいため、地上ポンプ１４によらず、バイパス弁３３を開くことでヘッド差を利用して、第２レシーバ１２に貯留された液状の冷媒を第１レシーバ１１に供給する。
【0027】
図２に示す土壌凍結装置１では、熱交換器４を介して冷凍機５で冷却された液状の冷媒（二次冷媒）は、送り配管２１を介して第１レシーバ１１に供給される。
図２に示す土壌凍結装置１では、凍結管１５の周囲の土壌９がある程度凍結して凍結管１５の熱的負荷が比較的安定する時期において、縦管２１ｃ内に規定の範囲内の液面高さＨで液状の冷媒が存在するように二次冷媒循環系統１０内の冷媒の量が設定されている。すなわち、図２に示す土壌凍結装置１では、土壌凍結装置１が安定的に運転されている場合には、縦管２１ｃには液状の冷媒とガス状の冷媒とが貯留されることとなる。
なお、図２に示す土壌凍結装置１では、上述した規定の範囲内の液面高さＨは、調節弁３１が開いたときに縦管２１ｃ内の冷媒が十分な流量で第１レシーバ１１に供給されるのに必要な圧力ヘッドを確保できる液面高さである。
図２に示す土壌凍結装置１では、下部圧力センサ４３で検出した縦管２１ｃの下部の内部圧力と、上部圧力センサ４８で検出した縦管２１ｃの上部の内部圧力とに基づいて、地下制御装置９２は縦管２１ｃ内の冷媒の液面高さを把握可能である。
図２に示す土壌凍結装置１では、凍結管１５の周囲の土壌９がある程度凍結して凍結管１５の熱的負荷が比較的安定する時期において、縦管２１ｃ内に規定の範囲内の液面高さＨで液状の冷媒が存在するように二次冷媒循環系統１０内の冷媒の量が設定されている。すなわち、図２に示す土壌凍結装置１では、土壌凍結装置１が安定的に運転されている場合には、縦管２１ｃには液状の冷媒とガス状の冷媒とが貯留されることとなる。
なお、図２に示す土壌凍結装置１では、上述した規定の範囲内の液面高さＨは、調節弁３１が開いたときに縦管２１ｃ内の冷媒が十分な流量で第１レシーバ１１に供給されるのに必要な圧力ヘッドを確保できる液面高さである。
図２に示す土壌凍結装置１では、下部圧力センサ４３で検出した縦管２１ｃの下部の内部圧力と、上部圧力センサ４８で検出した縦管２１ｃの上部の内部圧力とに基づいて、地下制御装置９２は縦管２１ｃ内の冷媒の液面高さを把握可能である。
【0028】
図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、第１レシーバ１１に貯留される液状の冷媒の量は、第１レベルセンサ４１で検出される第１レシーバ１１の液面レベルに基づいて調節弁３１の開度が地下制御装置９２で制御されることによって、規定の液面レベルに保たれるようになっている。
なお、図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、調節弁３１は膨張弁としての役割も果たす。
なお、図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、調節弁３１は膨張弁としての役割も果たす。
【0029】
図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、第１レシーバ１１に貯留された液状の冷媒は、地下ポンプ１３によって液ヘッダ１７に供給され、液ヘッダ１７から複数の凍結管１５に供給される。
複数の凍結管１５に供給された冷媒は、複数の凍結管１５内で蒸発する際に複数の凍結管１５の周囲の土壌から熱を奪う。これにより、複数の凍結管１５の周囲の土壌は凍結する。
複数の凍結管１５内で蒸発したガス状の冷媒、及び複数の凍結管１５内で蒸発しきれなかった液状の冷媒は、ガスヘッダ１９で集められて第１レシーバ１１に戻る。
複数の凍結管１５に供給された冷媒は、複数の凍結管１５内で蒸発する際に複数の凍結管１５の周囲の土壌から熱を奪う。これにより、複数の凍結管１５の周囲の土壌は凍結する。
複数の凍結管１５内で蒸発したガス状の冷媒、及び複数の凍結管１５内で蒸発しきれなかった液状の冷媒は、ガスヘッダ１９で集められて第１レシーバ１１に戻る。
【0030】
図１に示す土壌凍結装置１では、第１レシーバ１１内の冷媒の内の液相の冷媒は、第１レシーバ１１内に留まり、第１レシーバ１１内の冷媒の内の気相の冷媒は、第２レシーバ１２に戻り、熱交換器４で冷却されて液化し、液状の冷媒として第２レシーバ１２に戻る。
【0031】
図２に示す土壌凍結装置１では、第１レシーバ１１内の冷媒の内の液相の冷媒は、第１レシーバ１１内に留まり、第１レシーバ１１内の冷媒の内の気相の冷媒は、戻り配管５１を介して熱交換器４に戻り、熱交換器４で冷却されて液化し、液状の冷媒として第１レシーバ１１に戻る。
【0032】
（地下制御装置９２及び地上制御装置９４の制御内容について）
図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、土壌凍結の実施に際し、地上制御装置９４は、冷凍機５を運転するように冷凍機５の各部を制御する。これにより、冷凍機５は、地上配管５１ａを介して熱交換器４に戻されたガス状の冷媒を冷却して液化する。液化された冷媒は、図１に示す土壌凍結装置１では配管２２を介して第２レシーバ１２に送られ、図２に示す土壌凍結装置１では地上配管２１ａを介して縦管２１ｃに送られる。
図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、土壌凍結の実施に際し、冷凍機５の運転が継続される。
図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、土壌凍結の実施に際し、地上制御装置９４は、冷凍機５を運転するように冷凍機５の各部を制御する。これにより、冷凍機５は、地上配管５１ａを介して熱交換器４に戻されたガス状の冷媒を冷却して液化する。液化された冷媒は、図１に示す土壌凍結装置１では配管２２を介して第２レシーバ１２に送られ、図２に示す土壌凍結装置１では地上配管２１ａを介して縦管２１ｃに送られる。
図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、土壌凍結の実施に際し、冷凍機５の運転が継続される。
【0033】
具体的には、図１に示す土壌凍結装置１では、地上制御装置９４は、冷凍機５の運転開始から第２レベルセンサ４２で検出される第２レシーバ１２の液面レベルが規定の液面レベルに到達するまでバイパス弁３３を閉じ、地上ポンプ１４を停止するようにバイパス弁３３及び地上ポンプ１４を制御する。
そして、地上制御装置９４は、第２レベルセンサ４２で検出される第２レシーバ１２の液面レベルが規定の液面レベルに到達したと判断すると、バイパス弁３３を開き、地上ポンプ１４による最低流量を確保した状態で地上ポンプ１４の運転を継続するよう、バイパス弁３３及び地上ポンプ１４を制御する。
そして、地上制御装置９４は、第２レベルセンサ４２で検出される第２レシーバ１２の液面レベルが規定の液面レベルに到達したと判断すると、バイパス弁３３を開き、地上ポンプ１４による最低流量を確保した状態で地上ポンプ１４の運転を継続するよう、バイパス弁３３及び地上ポンプ１４を制御する。
【0034】
図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、地下制御装置９２は、土壌凍結装置１の運転開始後、第１レベルセンサ４１で検出される第１レシーバ１１の液面レベルが規定の液面レベルに到達するまで調節弁３１を規定の開度で開くように調節弁３１を制御する。
そして、地下制御装置９２は、第１レベルセンサ４１で検出される第１レシーバ１１の液面レベルが規定の液面レベルに到達したと判断すると、該液面レベルが規定の範囲内に収まるように調節弁３１の開度をフィードバック制御により制御する。
そして、地下制御装置９２は、第１レベルセンサ４１で検出される第１レシーバ１１の液面レベルが規定の液面レベルに到達したと判断すると、該液面レベルが規定の範囲内に収まるように調節弁３１の開度をフィードバック制御により制御する。
【0035】
図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、地下制御装置９２は、土壌凍結装置１の運転開始後、第１レベルセンサ４１で検出される第１レシーバ１１の液面レベルが規定の液面レベルに到達するまで地下ポンプ１３を停止するように地下ポンプ１３を制御する。
そして、地下制御装置９２は、第１レベルセンサ４１で検出される第１レシーバ１１の液面レベルが規定の液面レベルに到達したと判断すると、例えば以下で説明するように、圧力センサ４４で検出される第１レシーバ１１内の圧力、及び圧力センサ４５で検出される地下ポンプ１３の吐出圧力に基づいて地下ポンプ１３の運転及び停止するように地下ポンプ１３を制御する。
そして、地下制御装置９２は、第１レベルセンサ４１で検出される第１レシーバ１１の液面レベルが規定の液面レベルに到達したと判断すると、例えば以下で説明するように、圧力センサ４４で検出される第１レシーバ１１内の圧力、及び圧力センサ４５で検出される地下ポンプ１３の吐出圧力に基づいて地下ポンプ１３の運転及び停止するように地下ポンプ１３を制御する。
【0036】
例えば土壌凍結の開始後の比較的早い時期には、凍結管１５の周囲の土壌９の温度が比較的高いため過負荷になり易く、第１レシーバ１１内の圧力が上昇し易い。
そこで、地下制御装置９２は、圧力センサ４４で検出される第１レシーバ１１内の圧力が規定の圧力範囲を超えた場合、地下ポンプ１３を停止するように地下ポンプ１３を制御し、その後、圧力センサ４４で検出される第１レシーバ１１内の圧力が規定の閾値を下回ると地下ポンプ１３を運転するように地下ポンプ１３を制御する。
そこで、地下制御装置９２は、圧力センサ４４で検出される第１レシーバ１１内の圧力が規定の圧力範囲を超えた場合、地下ポンプ１３を停止するように地下ポンプ１３を制御し、その後、圧力センサ４４で検出される第１レシーバ１１内の圧力が規定の閾値を下回ると地下ポンプ１３を運転するように地下ポンプ１３を制御する。
【0037】
例えば第１レシーバ１１の液面レベルが不所望に低下して地下ポンプ１３がキャビテーションを起こしてしまうと、圧力センサ４４で検出される第１レシーバ１１内の圧力と、圧力センサ４５で検出される地下ポンプ１３の吐出圧力との差圧が低下する。
そこで、地下制御装置９２は、圧力センサ４４で検出される第１レシーバ１１内の圧力と、圧力センサ４５で検出される地下ポンプ１３の吐出圧力との差圧が規定値を下回ると、地下ポンプ１３を停止するように地下ポンプ１３を制御し、その後、第１レベルセンサ４１で検出される第１レシーバ１１の液面レベルが規定の液面レベルに到達したと判断すると、地下ポンプ１３を運転するように地下ポンプ１３を制御する。
そこで、地下制御装置９２は、圧力センサ４４で検出される第１レシーバ１１内の圧力と、圧力センサ４５で検出される地下ポンプ１３の吐出圧力との差圧が規定値を下回ると、地下ポンプ１３を停止するように地下ポンプ１３を制御し、その後、第１レベルセンサ４１で検出される第１レシーバ１１の液面レベルが規定の液面レベルに到達したと判断すると、地下ポンプ１３を運転するように地下ポンプ１３を制御する。
【0038】
このように、図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、地上制御装置９４は、地上７に設置された制御対象の装置である冷凍機５や地上ポンプ１４、バイパス弁３３を制御し、地下制御装置９２は、地下空間８内に配置された制御対象の装置である調節弁３１や地下ポンプ１３を制御する。
【0039】
（比較例について）
図３は、冷媒供給システムの比較例としての土壌凍結装置の全体構成図である。なお、図３では、土壌凍結装置１Ｘの制御に関する構成の記載を省略している。
図３に示す土壌凍結装置１Ｘは、図１及び図２に示す土壌凍結装置１と同様に一次冷媒循環系統３を有する冷凍機５と、一次冷媒循環系統３と熱交換器４を介して接続される二次冷媒循環系統１０Ｘとを備えている。
図３に示す土壌凍結装置１Ｘに係る二次冷媒循環系統１０Ｘでは、図１及び図２に示す土壌凍結装置１と同様に冷媒（二次冷媒）は、例えばＣＯ２冷媒である。
図３は、冷媒供給システムの比較例としての土壌凍結装置の全体構成図である。なお、図３では、土壌凍結装置１Ｘの制御に関する構成の記載を省略している。
図３に示す土壌凍結装置１Ｘは、図１及び図２に示す土壌凍結装置１と同様に一次冷媒循環系統３を有する冷凍機５と、一次冷媒循環系統３と熱交換器４を介して接続される二次冷媒循環系統１０Ｘとを備えている。
図３に示す土壌凍結装置１Ｘに係る二次冷媒循環系統１０Ｘでは、図１及び図２に示す土壌凍結装置１と同様に冷媒（二次冷媒）は、例えばＣＯ２冷媒である。
【0040】
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘには、二次冷媒循環系統１０Ｘの冷媒循環路２０Ｘに、凍結管１５と、複数の凍結管１５に供給される冷媒を貯留する、地上７に配置された地上レシーバ１２Ｘと、冷凍機５で液化された冷媒を後述する送りヘッダ１７Ｘに送る送り配管２１Ｘと、後述する戻りヘッダ１９Ｘからガス及び液状の冷媒を地上レシーバ１２Ｘに戻す戻り配管５１Ｘとが設けられている。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘには、地上レシーバ１２Ｘに貯留された液状の冷媒を送りヘッダ１７Ｘに供給するための、地上７に配置された送液ポンプ１４Ｘ（以下、地上ポンプ１４Ｘとも称する）と、複数の凍結管１５に液状の冷媒を分配するための送りヘッダ１７Ｘと、複数の凍結管１５からガス及び液状の冷媒を集めるための戻りヘッダ１９Ｘとが設けられている。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘには、地上レシーバ１２Ｘに貯留された液状の冷媒を送りヘッダ１７Ｘに供給するための、地上７に配置された送液ポンプ１４Ｘ（以下、地上ポンプ１４Ｘとも称する）と、複数の凍結管１５に液状の冷媒を分配するための送りヘッダ１７Ｘと、複数の凍結管１５からガス及び液状の冷媒を集めるための戻りヘッダ１９Ｘとが設けられている。
【0041】
（送り配管２１Ｘ）
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、送り配管２１Ｘは、地上７に配置された地上配管２１ａと、地下空間８に配置された地下配管２１ｂと、地上配管２１ａと地下配管２１ｂとを接続し、鉛直方向に延在する縦管２１ｃとを含んでいる。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、地上配管２１ａは、地上レシーバ１２Ｘの液相部分と縦管２１ｃの上端とを接続している。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、地下配管２１ｂは、縦管２１ｃの下端と送りヘッダ１７Ｘとを接続している。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、送り配管２１Ｘは、地上７に配置された地上配管２１ａと、地下空間８に配置された地下配管２１ｂと、地上配管２１ａと地下配管２１ｂとを接続し、鉛直方向に延在する縦管２１ｃとを含んでいる。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、地上配管２１ａは、地上レシーバ１２Ｘの液相部分と縦管２１ｃの上端とを接続している。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、地下配管２１ｂは、縦管２１ｃの下端と送りヘッダ１７Ｘとを接続している。
【0042】
（戻り配管５１Ｘ）
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、戻り配管５１Ｘは、地下空間８に配置された地下配管５１ｂと、地上７に配置された地上配管５１ａと、地下配管５１ｂと地上配管５１ａとを接続し、鉛直方向に延在する縦管５１ｃとを含んでいる。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、地下配管５１ｂは、戻りヘッダ１９Ｘと縦管５１ｃの下端とを接続している。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、地上配管５１ａは、縦管５１ｃの上端と地上レシーバ１２Ｘの気相部分とを接続している。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、戻り配管５１Ｘは、地下空間８に配置された地下配管５１ｂと、地上７に配置された地上配管５１ａと、地下配管５１ｂと地上配管５１ａとを接続し、鉛直方向に延在する縦管５１ｃとを含んでいる。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、地下配管５１ｂは、戻りヘッダ１９Ｘと縦管５１ｃの下端とを接続している。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、地上配管５１ａは、縦管５１ｃの上端と地上レシーバ１２Ｘの気相部分とを接続している。
【0043】
（幾つかの実施形態に係る冷媒供給システムと比較例との比較）
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、戻りヘッダ１９Ｘからガス状及び液状の冷媒が地上レシーバ１２Ｘに戻ることとなる。そのため、図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、戻り配管５１Ｘ内には、ガス状の冷媒だけでなく液状の冷媒も存在することとなる。
これに対し、図１及び図２に示す幾つかの実施形態に係る二次冷媒循環系統１０では、ガスヘッダ１９からのガス状及び液状の冷媒が一旦第１レシーバ１１に回収された後、第１レシーバ１１内の気相の冷媒が第２レシーバ１２、又は冷凍機５の熱交換器４に戻ることとなる。そのため、図１及び図２に示す幾つかの実施形態に係る二次冷媒循環系統１０では、戻り配管５１内には、ガス状の冷媒だけが存在することとなる。
したがって、図１及び図２に示す幾つかの実施形態に係る二次冷媒循環系統１０の戻り配管５１内に存在する冷媒の量は、図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘの戻り配管５１Ｘ内に存在する冷媒の量と比べて大幅に少なくなる。そのため、凍結管１５と冷凍機５とが比較的離れている場合であっても冷媒の総量を抑制できる。
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、戻りヘッダ１９Ｘからガス状及び液状の冷媒が地上レシーバ１２Ｘに戻ることとなる。そのため、図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、戻り配管５１Ｘ内には、ガス状の冷媒だけでなく液状の冷媒も存在することとなる。
これに対し、図１及び図２に示す幾つかの実施形態に係る二次冷媒循環系統１０では、ガスヘッダ１９からのガス状及び液状の冷媒が一旦第１レシーバ１１に回収された後、第１レシーバ１１内の気相の冷媒が第２レシーバ１２、又は冷凍機５の熱交換器４に戻ることとなる。そのため、図１及び図２に示す幾つかの実施形態に係る二次冷媒循環系統１０では、戻り配管５１内には、ガス状の冷媒だけが存在することとなる。
したがって、図１及び図２に示す幾つかの実施形態に係る二次冷媒循環系統１０の戻り配管５１内に存在する冷媒の量は、図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘの戻り配管５１Ｘ内に存在する冷媒の量と比べて大幅に少なくなる。そのため、凍結管１５と冷凍機５とが比較的離れている場合であっても冷媒の総量を抑制できる。
【0044】
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、凍結管１５と地上レシーバ１２Ｘとが比較的離れているため、冷却負荷の変動による影響が地上レシーバ１２Ｘに表れ難くなる。そのため、例えば冷却負荷が大きくなった時に比較的早い段階で凍結管１５への冷媒の供給量を減らすなどの対応がとり難く、地上レシーバ１２Ｘの過度の圧力上昇を抑制し難くなる。
これに対し、図１及び図２に示す幾つかの実施形態に係る二次冷媒循環系統１０では、第１レシーバ１１を凍結管１５の比較的近くに配置することで、冷却負荷の変動による影響が第１レシーバ１１に表れ易くなる。これにより、例えば冷却負荷が大きくなった時に比較的早い段階で凍結管１５への冷媒の供給量を減らすなどの対応がとり易くなるため、第１レシーバ１１の過度の圧力上昇を抑制し易くなる。
これに対し、図１及び図２に示す幾つかの実施形態に係る二次冷媒循環系統１０では、第１レシーバ１１を凍結管１５の比較的近くに配置することで、冷却負荷の変動による影響が第１レシーバ１１に表れ易くなる。これにより、例えば冷却負荷が大きくなった時に比較的早い段階で凍結管１５への冷媒の供給量を減らすなどの対応がとり易くなるため、第１レシーバ１１の過度の圧力上昇を抑制し易くなる。
【0045】
図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、凍結管１５が比較的地下の深い場所に設置されている場合、地上レシーバ１２Ｘから供給される液状の冷媒の凍結管１５における圧力は、地上レシーバ１２Ｘと凍結管１５との高さの差による圧力ヘッドの分だけ高くなる。そのため、図３に示す二次冷媒循環系統１０Ｘでは、凍結管１５における冷媒の飽和圧力が上昇し、飽和温度も上昇してしまう。
その点、図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０によれば、第１レシーバ１１が冷凍機５よりも低所に設置されており、上述したように戻り配管５１はガス状の冷媒で満たされるため、送り配管２１から第１レシーバ１１への冷媒の流入を制御することで第１レシーバ１１内の圧力が上記圧力ヘッドの影響を受けにくくすることができる。そのため、凍結管１５における冷媒の飽和圧力の上昇を抑制し、飽和温度の上昇を抑制できる。
なお、図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０では、上述したように第１レシーバ１１に貯留される液状の冷媒の量は調節弁３１で調節されることで、送り配管２１から第１レシーバ１１への冷媒の流入が制御される。
その点、図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０によれば、第１レシーバ１１が冷凍機５よりも低所に設置されており、上述したように戻り配管５１はガス状の冷媒で満たされるため、送り配管２１から第１レシーバ１１への冷媒の流入を制御することで第１レシーバ１１内の圧力が上記圧力ヘッドの影響を受けにくくすることができる。そのため、凍結管１５における冷媒の飽和圧力の上昇を抑制し、飽和温度の上昇を抑制できる。
なお、図１及び図２に示す二次冷媒循環系統１０では、上述したように第１レシーバ１１に貯留される液状の冷媒の量は調節弁３１で調節されることで、送り配管２１から第１レシーバ１１への冷媒の流入が制御される。
【0046】
（配管の断熱材について）
図４は、図１に示した二次冷媒循環系統１０における断熱材８１の施工範囲の一例を示す図である。
図５は、図１に示した二次冷媒循環系統１０における断熱材８１の施工範囲の他の一例を示す図である。
上述した図１から図３では、二次冷媒循環系統１０、１０Ｘにおける各配管の外周に設けた断熱材８１の記載を省略していたが、例えば、図１に示した土壌凍結装置１では、図４に示すように断熱材８１は、土壌９中の配管を除いて二次冷媒循環系統１０の全域にわたって配管の外周に設けられているとよい。
これにより、二次冷媒循環系統１０を流通する冷媒が二次冷媒循環系統１０の周囲の雰囲気温度の影響を受け難くなるので、冷凍機５における負荷の上昇を低減できる。
図４は、図１に示した二次冷媒循環系統１０における断熱材８１の施工範囲の一例を示す図である。
図５は、図１に示した二次冷媒循環系統１０における断熱材８１の施工範囲の他の一例を示す図である。
上述した図１から図３では、二次冷媒循環系統１０、１０Ｘにおける各配管の外周に設けた断熱材８１の記載を省略していたが、例えば、図１に示した土壌凍結装置１では、図４に示すように断熱材８１は、土壌９中の配管を除いて二次冷媒循環系統１０の全域にわたって配管の外周に設けられているとよい。
これにより、二次冷媒循環系統１０を流通する冷媒が二次冷媒循環系統１０の周囲の雰囲気温度の影響を受け難くなるので、冷凍機５における負荷の上昇を低減できる。
【0047】
図５に示すように、幾つかの実施形態に係る土壌凍結装置１では、二次冷媒循環系統１０における断熱材８１は、戻り配管５１の延在領域の少なくとも一部において、戻り配管５１を覆う断熱材８１が設けられていない断熱材非施工領域８３を有していてもよい。
戻り配管５１には、第１レシーバ１１の気相部分からのガス状の冷媒が流通するため、戻り配管５１の外周に断熱材８１が設けられていないために戻り配管５１を流通する冷媒の温度が上昇したとしても、冷凍機５における負荷の上昇は冷媒の顕熱の上昇分だけで済む。
一方で、冷凍機５側と第１レシーバ１１との距離が長い場合、戻り配管５１の上流側から下流側までの全域にわたって断熱材８１を設けると、断熱材８１の施工コストが比較的大きくなる。
戻り配管５１には、第１レシーバ１１の気相部分からのガス状の冷媒が流通するため、戻り配管５１の外周に断熱材８１が設けられていないために戻り配管５１を流通する冷媒の温度が上昇したとしても、冷凍機５における負荷の上昇は冷媒の顕熱の上昇分だけで済む。
一方で、冷凍機５側と第１レシーバ１１との距離が長い場合、戻り配管５１の上流側から下流側までの全域にわたって断熱材８１を設けると、断熱材８１の施工コストが比較的大きくなる。
【0048】
図５に示すように、幾つかの実施形態に係る土壌凍結装置１では、戻り配管５１の延在領域の少なくとも一部において断熱材非施工領域８３を設けることで、冷凍機５における負荷の上昇を比較的小さくしつつ、断熱材８１の施工コストを抑制できる。
【0049】
例えば図５に示す例では、地下空間８内における少なくとも一部の領域において断熱材非施工領域８３を設けている。
地下空間８内の雰囲気温度は、季節によらず比較的安定しており、地下空間８内における少なくとも一部の領域において断熱材非施工領域８３を設けても、戻り配管５１を流通する冷媒の温度が過度に上昇することがない。
よって、図５に示した一実施形態に係る土壌凍結装置１によれば、冷凍機５における負荷の上昇を一層小さくしつつ、断熱材８１の施工コストを抑制できる。
地下空間８内の雰囲気温度は、季節によらず比較的安定しており、地下空間８内における少なくとも一部の領域において断熱材非施工領域８３を設けても、戻り配管５１を流通する冷媒の温度が過度に上昇することがない。
よって、図５に示した一実施形態に係る土壌凍結装置１によれば、冷凍機５における負荷の上昇を一層小さくしつつ、断熱材８１の施工コストを抑制できる。
【0050】
なお、地上７における戻り配管５１である地上配管５１ａの延在領域の少なくとも一部において断熱材非施工領域８３を設けてもよい。すなわち、図５において断熱材非施工領域８３を図示している範囲は一例であり、以下で説明するように図５に示した範囲に限定されない。
【0051】
図１から図５に示す例では、地下空間８は、横坑８Ａと立坑８Ｂとを含んでいる。
例えば図５に示す例では、戻り配管５１は、横坑８Ａ内における少なくとも一部の領域において、断熱材非施工領域８３を有する。
横坑８Ａの延在距離は、立坑８Ｂの延在距離よりも大きくなることが一般的である。また、横坑８Ａの雰囲気温度は、横坑８Ａの延在方向に沿った位置の影響を受け難くい上に一年を通して比較的安定している。
よって、幾つかの実施形態に係る土壌凍結装置１によれば、横坑８Ａにおける戻り配管５１の少なくとも一部の領域において断熱材非施工領域８３を設けることで、比較的長い断熱材非施工領域８３を確保し易くなるので、冷凍機５における負荷の上昇を比較的小さくしつつ、断熱材８１の施工コストを一層抑制できる。
なお、断熱材非施工領域８３は大きい方が断熱材８１の施工コストを低減できるので、例えば図５に示すように横坑８Ａにおける戻り配管５１の全域にわたって断熱材非施工領域８３を設けてもよいが、横坑８Ａにおける戻り配管５１の一部の領域にだけ断熱材非施工領域８３を設けてもよい。
例えば図５に示す例では、戻り配管５１は、横坑８Ａ内における少なくとも一部の領域において、断熱材非施工領域８３を有する。
横坑８Ａの延在距離は、立坑８Ｂの延在距離よりも大きくなることが一般的である。また、横坑８Ａの雰囲気温度は、横坑８Ａの延在方向に沿った位置の影響を受け難くい上に一年を通して比較的安定している。
よって、幾つかの実施形態に係る土壌凍結装置１によれば、横坑８Ａにおける戻り配管５１の少なくとも一部の領域において断熱材非施工領域８３を設けることで、比較的長い断熱材非施工領域８３を確保し易くなるので、冷凍機５における負荷の上昇を比較的小さくしつつ、断熱材８１の施工コストを一層抑制できる。
なお、断熱材非施工領域８３は大きい方が断熱材８１の施工コストを低減できるので、例えば図５に示すように横坑８Ａにおける戻り配管５１の全域にわたって断熱材非施工領域８３を設けてもよいが、横坑８Ａにおける戻り配管５１の一部の領域にだけ断熱材非施工領域８３を設けてもよい。
【0052】
なお、立坑８Ｂにおける戻り配管５１の延在領域の少なくとも一部において断熱材非施工領域８３を設けてもよい。上述したように断熱材非施工領域８３は大きい方が断熱材８１の施工コストを低減できるので、例えば立坑８Ｂにおける戻り配管５１の全域にわたって断熱材非施工領域８３を設けてもよいし、横坑８Ａ及び立坑８Ｂの全域、すなわち地下空間８内の戻り配管５１の全域にわたって断熱材非施工領域８３を設けてもよいし、地上配管５１ａの延在領域も含めて戻り配管５１の上流側から下流側までの全域にわたって断熱材非施工領域８３を設けてもよい。
なお、図示してはいないが、図２に示した二次冷媒循環系統１０において、上述したように断熱材非施工領域８３を設けてもよい。
なお、図示してはいないが、図２に示した二次冷媒循環系統１０において、上述したように断熱材非施工領域８３を設けてもよい。
【0053】
ここで、断熱材非施工領域８３の大きさと冷凍機５における負荷の上昇とについて発明者らが検討した結果の一例について説明する。
例えば、冷凍機５の冷凍能力が７０ｋＷであり、戻り配管５１を流通するＣＯ２冷媒の流通量が０．２１ｋｇ／ｓｅｃ（１１Ｌ／ｍｉｎ）である場合に、断熱材非施工領域８３の大きさの違い、すなわち戻り配管５１が断熱材８１で覆われておらずにむき出しになっている部分の戻り配管５１の延在方向への距離の違いによる、冷媒の温度上昇と、該温度上昇に伴う冷凍機５の負荷の増分は次の通りである。
なお、第１レシーバ１１の出口における戻り配管５１内の冷媒温度が－４４℃であり、断熱材非施工領域８３の周囲の雰囲気温度が１８℃であるものとする。
例えば、冷凍機５の冷凍能力が７０ｋＷであり、戻り配管５１を流通するＣＯ２冷媒の流通量が０．２１ｋｇ／ｓｅｃ（１１Ｌ／ｍｉｎ）である場合に、断熱材非施工領域８３の大きさの違い、すなわち戻り配管５１が断熱材８１で覆われておらずにむき出しになっている部分の戻り配管５１の延在方向への距離の違いによる、冷媒の温度上昇と、該温度上昇に伴う冷凍機５の負荷の増分は次の通りである。
なお、第１レシーバ１１の出口における戻り配管５１内の冷媒温度が－４４℃であり、断熱材非施工領域８３の周囲の雰囲気温度が１８℃であるものとする。
【0054】
断熱材非施工領域８３の大きさが１ｍの場合、第２レシーバ１２の入口における戻り配管５１内の冷媒温度は－４３℃であり、冷凍機５の負荷の増分は０．３ｋＷである。
断熱材非施工領域８３の大きさが１０ｍの場合、第２レシーバ１２の入口における戻り配管５１内の冷媒温度は－３２℃であり、冷凍機５の負荷の増分は２．４ｋＷである。
断熱材非施工領域８３の大きさが１００ｍの場合、第２レシーバ１２の入口における戻り配管５１内の冷媒温度は１２℃であり、冷凍機５の負荷の増分は１０．７ｋＷである。
断熱材非施工領域８３の大きさが３００ｍの場合、第２レシーバ１２の入口における戻り配管５１内の冷媒温度は１８℃であり、冷凍機５の負荷の増分は１１．９ｋＷである。
断熱材非施工領域８３の大きさが１０ｍの場合、第２レシーバ１２の入口における戻り配管５１内の冷媒温度は－３２℃であり、冷凍機５の負荷の増分は２．４ｋＷである。
断熱材非施工領域８３の大きさが１００ｍの場合、第２レシーバ１２の入口における戻り配管５１内の冷媒温度は１２℃であり、冷凍機５の負荷の増分は１０．７ｋＷである。
断熱材非施工領域８３の大きさが３００ｍの場合、第２レシーバ１２の入口における戻り配管５１内の冷媒温度は１８℃であり、冷凍機５の負荷の増分は１１．９ｋＷである。
【0055】
このように、発明者らが検討した結果の一例では、断熱材非施工領域８３の大きさが２００ｍの場合に、第２レシーバ１２の入口における戻り配管５１内の冷媒温度が断熱材非施工領域８３の周囲の雰囲気温度と一致する。すなわち、上記の検討における条件下では、断熱材非施工領域８３の大きさが３００ｍを超えても配管５１内の冷媒温度及び冷凍機５の負荷は、それ以上大きくならない。
【0056】
上述したように、断熱材非施工領域８３は大きい方が断熱材８１の施工コストを低減できるので、上記の検討結果を踏まえると、比較的温度が安定している横坑８Ａ内で、断熱材非施工領域８３を３００ｍ以上設けることで、断熱材８１の施工コストを低減する効果がより大きくなる。
なお、横坑８Ａ内で断熱材非施工領域８３を３００ｍ以上設けるにあたって、断熱材非施工領域８３は連続して３００ｍ以上設けるのではなく、延在する戻り配管５１に沿って複数箇所に断続的に設けられていて、断熱材非施工領域８３の戻り配管５１に沿った距離の合計（複数箇所の断熱材非施工領域８３の大きさの合計）が３００ｍ以上となるようにしてもよい。
なお、横坑８Ａ内で断熱材非施工領域８３を３００ｍ以上設けるにあたって、断熱材非施工領域８３は連続して３００ｍ以上設けるのではなく、延在する戻り配管５１に沿って複数箇所に断続的に設けられていて、断熱材非施工領域８３の戻り配管５１に沿った距離の合計（複数箇所の断熱材非施工領域８３の大きさの合計）が３００ｍ以上となるようにしてもよい。
【0057】
なお、送り配管２１には、液相の冷媒が流れるため、送り配管２１を流通している冷媒の温度が上昇すると冷媒の潜熱が奪われて気化してしまい、凍結管１５への送液に影響を与えてしまうとともに、冷凍機５における負荷の上昇が比較的大きくなってしまう。
そのため、図５に示すように、送り配管２１は、送り配管２１の上流側から下流側に至る全域にわたって送り配管２１を覆う断熱材８１が設けられているとよい。
これにより、冷凍機５における負荷の上昇を抑制できる。
そのため、図５に示すように、送り配管２１は、送り配管２１の上流側から下流側に至る全域にわたって送り配管２１を覆う断熱材８１が設けられているとよい。
これにより、冷凍機５における負荷の上昇を抑制できる。
【0058】
（幾つかの実施形態に係る冷媒供給システムについてのまとめ）
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）幾つかの実施形態に係る冷媒供給システム、すなわち図１及び図２に示す土壌凍結装置１は、冷凍機５と、冷凍機５よりも低所に設置され、凍結管１５に供給される冷媒を貯留する第１レシーバ１１と、冷凍機５で液化された冷媒を第１レシーバ１１に送る送り配管２１と、第１レシーバ１１の気相部分からガス状の冷媒を冷凍機５側に戻す戻り配管５１と、を備える。
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）幾つかの実施形態に係る冷媒供給システム、すなわち図１及び図２に示す土壌凍結装置１は、冷凍機５と、冷凍機５よりも低所に設置され、凍結管１５に供給される冷媒を貯留する第１レシーバ１１と、冷凍機５で液化された冷媒を第１レシーバ１１に送る送り配管２１と、第１レシーバ１１の気相部分からガス状の冷媒を冷凍機５側に戻す戻り配管５１と、を備える。
【0059】
図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、第１レシーバ１１を凍結管１５の比較的近くに配置することで、第１レシーバ１１と冷凍機５とが比較的離れていても戻り配管５１内の冷媒がガス状の冷媒であるため、戻り配管５１に液状の冷媒が存在する場合と比べて戻り配管５１内の冷媒量を抑制できる。これにより、凍結管１５と冷凍機５とが比較的離れている場合であっても冷媒の総量を抑制できる。
また、図１及び図２に示す土壌凍結装置１によれば、第１レシーバ１１を凍結管１５の比較的近くに配置することで、冷却負荷の変動による影響が第１レシーバ１１に表れ易くなる。これにより、例えば冷却負荷が大きくなった時に比較的早い段階で凍結管１５への冷媒の供給量を減らすなどの対応がとり易くなるため、第１レシーバ１１の過度の圧力上昇を抑制し易くなる。
また、図１及び図２に示す土壌凍結装置１によれば、第１レシーバ１１を凍結管１５の比較的近くに配置することで、冷却負荷の変動による影響が第１レシーバ１１に表れ易くなる。これにより、例えば冷却負荷が大きくなった時に比較的早い段階で凍結管１５への冷媒の供給量を減らすなどの対応がとり易くなるため、第１レシーバ１１の過度の圧力上昇を抑制し易くなる。
【0060】
例えば冷凍機５が地上に設置され、凍結管１５が比較的地下の深い場所に設置されている場合に、第１レシーバ１１が冷凍機５と同様に地上に設置されていると、第１レシーバ１１から供給される液状の冷媒の凍結管１５における圧力は、第１レシーバ１１と凍結管１５との高さの差による圧力ヘッドの分だけ高くなる。そのため、凍結管１５における冷媒の飽和圧力が上昇し、飽和温度も上昇してしまう。
その点、図１及び図２に示す土壌凍結装置１によれば、第１レシーバ１１が冷凍機５よりも低所に設置されており、戻り配管５１にはガス状の冷媒で満たされるため、送り配管２１から第１レシーバ１１への冷媒の流入を制御することで第１レシーバ１１内の圧力が上記圧力ヘッドの影響を受けにくくすることができる。そのため、凍結管１５における冷媒の飽和圧力の上昇を抑制し、飽和温度の上昇を抑制できる。
なお、図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、上述したように第１レシーバ１１に貯留される液状の冷媒の量は調節弁３１で調節されることで、送り配管２１から第１レシーバ１１への冷媒の流入が制御される。
その点、図１及び図２に示す土壌凍結装置１によれば、第１レシーバ１１が冷凍機５よりも低所に設置されており、戻り配管５１にはガス状の冷媒で満たされるため、送り配管２１から第１レシーバ１１への冷媒の流入を制御することで第１レシーバ１１内の圧力が上記圧力ヘッドの影響を受けにくくすることができる。そのため、凍結管１５における冷媒の飽和圧力の上昇を抑制し、飽和温度の上昇を抑制できる。
なお、図１及び図２に示す土壌凍結装置１では、上述したように第１レシーバ１１に貯留される液状の冷媒の量は調節弁３１で調節されることで、送り配管２１から第１レシーバ１１への冷媒の流入が制御される。
【0061】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、第１レシーバ１１よりも高所に配置され、第１レシーバ１１に供給される冷媒を貯留する第２レシーバ１２を備えていてもよい。
【0062】
上記（２）の構成によれば、第１レシーバ１１における冷媒の液面を安定化し易くなる。
【0063】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、戻り配管５１は、第１レシーバ１１の気相部分からガス状の冷媒を第２レシーバ１２に戻すための配管である地下配管５１ｂ、縦管５１ｃ、及び縦管５１ｃの上端と第２レシーバ１２の気相部分とを接続する配管５２を含むとよい。
【0064】
上記（３）の構成によれば、第１レシーバ１１を凍結管１５の比較的近くに配置し、第２レシーバ１２を冷凍機５の比較的近くに配置することで、第１レシーバ１１と冷凍機５とが比較的離れていても、第１レシーバ１１から第２レシーバ１２に冷媒を戻すための配管（地下配管５１ｂ、縦管５１ｃ、及び配管５２）内の冷媒がガス状の冷媒であるため、該配管に液状の冷媒が存在する場合と比べて該配管内の冷媒量を抑制できる。これにより、凍結管１５と冷凍機５とが比較的離れている場合であっても冷媒の総量を抑制できる。
【0065】
（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の構成において、送り配管２１は、第２レシーバ１２の液相部分から液状の冷媒を第１レシーバ１１に送るための配管であるポンプ配管２３又はバイパス配管２４、縦管２１ｃ、及び地下配管２１ｂを含むとよい。
【0066】
上記（４）の構成によれば、第２レシーバ１２に貯留された液状の冷媒を第１レシーバ１１に供給できる。
【0067】
（５）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（４）の何れかの構成において、送り配管２１（地下配管２１ｂ）に設けられていて、第１レシーバ１１に貯留される液状の冷媒の液面高さを調節するための調節弁３１を備えているとよい。
【0068】
上記（５）の構成によれば、第１レシーバ１１に貯留される冷媒の液面高さが制御可能となるので、凍結管１５に供給される冷媒の供給量を安定化できる。
また、送り配管２１から第１レシーバ１１への冷媒の流入が調節弁３１で制御されるので、縦管２１ｃの圧力ヘッドが第１レシーバ１１の内部圧力に及ぼす影響を抑制できる。
また、送り配管２１から第１レシーバ１１への冷媒の流入が調節弁３１で制御されるので、縦管２１ｃの圧力ヘッドが第１レシーバ１１の内部圧力に及ぼす影響を抑制できる。
【0069】
（６）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（５）の何れかの構成において、第１レシーバ１１に貯留された液状の冷媒を凍結管１５に供給するための送液ポンプ１３を備えているとよい。
【0070】
上記（６）の構成によれば、凍結管１５に供給される冷媒の供給量を安定的に確保できる。
【0071】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、冷凍機５で液化された冷媒が送り配管２１を介して、且つ、ポンプ（送液ポンプ１４）を介さずに、第１レシーバ１１に供給可能に構成されていてもよい。すなわち、土壌凍結装置１において、図１に示すようにバイパス配管２４を設け、ポンプ（送液ポンプ１４）を運転せずに液化された冷媒を第１レシーバ１１に供給するようにしてもよく、図２に示すように、地上配管２１ａによって熱交換器４と縦管２１ｃの上端とを接続してもよい。
【0072】
上記（７）の構成によれば、第１レシーバ１１に供給される冷媒を貯留するための他のレシーバが不要となり、冷媒の総量を減らすことができるとともに、装置構成が簡素化できる。
【0073】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、送り配管２１は、鉛直方向に延在し、ガス状の冷媒と第１レシーバに供給される液状の冷媒とを貯留可能な縦管２１ｃを含んでいてもよい。
【0074】
上記（８）の構成によれば、縦管２１ｃを第１レシーバ１１に供給される冷媒を貯留するためのレシーバとして利用できる。これにより、第１レシーバ１１に供給される冷媒を貯留するための他のレシーバが不要となり、冷媒の総量を減らすことができるとともに、装置構成が簡素化できる。
【0075】
（９）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（６）の何れかの構成において、送り配管２１（地下配管２１ｂ）に設けられていて、第１レシーバ１１に貯留された液状の冷媒の液面高さを調節するための調節弁３１と、少なくとも調節弁３１を制御するための制御装置９０（地下制御装置９２）とを備えているとよい。冷凍機５は、地上に設置され、第１レシーバ１１、及び、制御装置（地下制御装置９２）は、地下に設けられているとよい。
【0076】
上記（９）の構成によれば、例えば地下の第１レシーバ１１と、地上の冷凍機５とが比較的離れている場合、制御装置（地下制御装置９２）を地上の冷凍機５の近くに設置するよりも、地下の第１レシーバ１１の近くに設置することで、制御装置（地下制御装置９２）と制御装置（地下制御装置９２）による制御対象である調節弁３１とを接続する配線の長さを短くすることができる。これにより、制御装置（地下制御装置９２）による制御対象である調節弁３１の動作の確実性を向上できる。
【0077】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、第１レシーバ１１は、地下空間８内に配置されているとよい。戻り配管５１は、地下空間８内における少なくとも一部の領域において、戻り配管５１を覆う断熱材８１が設けられていない断熱材非施工領域８３を有するとよい。
【0078】
上記（１０）の構成によれば、地下空間８内における少なくとも一部の領域において断熱材非施工領域８３を設けることで、冷凍機５における負荷の上昇を比較的小さくしつつ、断熱材８１の施工コストを抑制できる。
【0079】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の構成において、地下空間８は、横坑８Ａを含んでいてもよい。戻り配管５１は、横坑８Ａ内における少なくとも一部の領域において、断熱材非施工領域８３を有するとよい。
【0080】
上記（１１）の構成によれば、横坑８Ａにおける少なくとも一部の領域において断熱材非施工領域８３を設けることで、比較的長い断熱材非施工領域８３を確保し易くなるので、冷凍機５における負荷の上昇を比較的小さくしつつ、断熱材８１の施工コストを一層抑制できる。
【0081】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１０）又は（１１）の構成において、送り配管２１は、送り配管２１の上流側から下流側に至る全域にわたって送り配管２１を覆う断熱材８１が設けられているとよい。
【0082】
上記（１２）の構成によれば、送り配管２１の上流側から下流側に至る全域にわたって断熱材８１を設けることで冷凍機５における負荷の上昇を抑制できる。
【0083】
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態に係る冷媒供給システムでは、冷却対象は土壌９であった。しかし、幾つかの実施形態に係る冷媒供給システムは、土壌以外の冷却や冷凍等を行うための他の冷却負荷を冷却するものであってもよい。
また、例えば、上述した幾つかの実施形態では、第１レシーバ１１は冷凍機５よりも低所である地下空間８に設けられていた。しかし、第１レシーバ１１は、冷凍機５から比較的離れた場所に設置されるのであれば、冷凍機５と同様に地上に設けてもよい。すなわち、冷凍機５から冷却負荷まで冷媒を比較的長距離輸送する必要がある場合、第１レシーバ１１は、冷却負荷に比較的近い地上に設けてもよい。
例えば、上述した幾つかの実施形態に係る冷媒供給システムでは、冷却対象は土壌９であった。しかし、幾つかの実施形態に係る冷媒供給システムは、土壌以外の冷却や冷凍等を行うための他の冷却負荷を冷却するものであってもよい。
また、例えば、上述した幾つかの実施形態では、第１レシーバ１１は冷凍機５よりも低所である地下空間８に設けられていた。しかし、第１レシーバ１１は、冷凍機５から比較的離れた場所に設置されるのであれば、冷凍機５と同様に地上に設けてもよい。すなわち、冷凍機５から冷却負荷まで冷媒を比較的長距離輸送する必要がある場合、第１レシーバ１１は、冷却負荷に比較的近い地上に設けてもよい。
【符号の説明】
【0084】
１ 土壌凍結装置
４ 熱交換器
５ 冷凍機
７ 地上
８ 地下空間
８Ａ 横坑
８Ｂ 立坑
１０ 二次冷媒循環系統
１１ 第１レシーバ
１２ 第２レシーバ
１３ 送液ポンプ（地下ポンプ）
１４ 送液ポンプ（地上ポンプ）
１５ 土壌凍結管（凍結管）
２１ 送り配管
２１ａ 地上配管
２１ｂ 地下配管
２１ｃ 縦管
２３ ポンプ配管
２４ バイパス管
３１ 調節弁
３３ バイパス弁
４３ 下部圧力センサ
４８ 上部圧力センサ
５１ 戻り配管
５１ａ 地上配管
５１ｂ 地下配管
５１ｃ 縦管
５２ 配管
８１ 断熱材
８３ 断熱材非施工領域
９０ 制御装置
９２ 地下制御装置
４ 熱交換器
５ 冷凍機
７ 地上
８ 地下空間
８Ａ 横坑
８Ｂ 立坑
１０ 二次冷媒循環系統
１１ 第１レシーバ
１２ 第２レシーバ
１３ 送液ポンプ（地下ポンプ）
１４ 送液ポンプ（地上ポンプ）
１５ 土壌凍結管（凍結管）
２１ 送り配管
２１ａ 地上配管
２１ｂ 地下配管
２１ｃ 縦管
２３ ポンプ配管
２４ バイパス管
３１ 調節弁
３３ バイパス弁
４３ 下部圧力センサ
４８ 上部圧力センサ
５１ 戻り配管
５１ａ 地上配管
５１ｂ 地下配管
５１ｃ 縦管
５２ 配管
８１ 断熱材
８３ 断熱材非施工領域
９０ 制御装置
９２ 地下制御装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】