特開 2024-78248 膜屋根構造物

(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】P2024078248

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】膜屋根構造物

(51)【国際特許分類】

   E04H 15/20 20060101AFI20240603BHJP

   E04H 15/54 20060101ALI20240603BHJP

【ＦＩ】

E04H15/20 A

E04H15/20 B

E04H15/54

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022190671

(22)【出願日】2022-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森 唯人

【テーマコード（参考）】

2E141

【Ｆターム（参考）】

2E141BB05

2E141CC05

2E141EE07

2E141EE32

2E141FF01

2E141FF03

2E141GG11

2E141HH01

(57)【要約】

【課題】化石燃料を燃焼させることで外気を熱することなく、継続的に高温空気を膜屋根に供給して膜屋根を浮遊させる。
【解決手段】膜屋根構造物１０は、袋状で排出孔３６を有する膜屋根３０と、一端側がアンカー５５によって地盤Ｇに固定されると共に他端部が膜屋根に接続され他端部から膜屋根内３０Ａに供給する高温空気Ｋが通る中空のケーブル５０と、地盤Ｇから高温蒸気Ｊを取り込み取り込んだ高温蒸気Ｊを乾燥させて高温空気Ｋとし中空のケーブル５０内に送風する送風乾燥装置１００と、を備えている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

袋状で排出孔を有する膜屋根と、
一端側がアンカーによって地盤に固定されると共に他端部が前記膜屋根に接続され、前記他端部から前記膜屋根内に供給する高温空気が通る中空のケーブルと、
前記地盤から高温蒸気を取り込み、取り込んだ前記高温蒸気を乾燥させて前記高温空気とし、中空の前記ケーブル内に送風する送風乾燥装置と、
を備えた膜屋根構造物。

【請求項2】

前記ケーブルの先端部に、前記高温蒸気を取り込む取込部が設けられている、
請求項１に記載の膜屋根構造物。

【請求項3】

前記送風乾燥装置は、前記アンカーに内蔵されている、
請求項２に記載の膜屋根構造物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、膜屋根構造物に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、人や物の収納スペースを形成して覆うシート製の屋根体に関する技術が開示されている。この先行技術では、屋根体は、内部空間を介した上シートと下シートとの２重構造よりなり、収納スペースを下側に形成して覆う。そして、上シートと下シート間の内部空間に気体が圧入充填され、その気体の圧力により、上シートと下シートが、それぞれ拡開、膨張、展開される。上シートおよび下シートは、可撓性膜体よりなる。圧入充填される気体としては、空気が代表的であるが、暖気空気や水素、ヘリウム等を圧入充填すると、浮力が生じ、重量が軽減されると共に浮揚に寄与する。

【0003】

特許文献２には、浮遊式全天候型仮設屋根の構造に関する技術が開示されている。この先行技術では、仮設屋根は、薄膜、軽量の長尺チューブ内にヘリウムガスを充填して構成されている。

【0004】

特許文献３には、ヘリウムガスを充填し浮遊するように構成した膜状物からなる浮屋根に関する技術が開示されている。この先行技術では、浮屋根は、ヘリウムガスを充填する長尺内側チユーブと、少なくとも上部及び下部シート状物からなりチユーブを包む外被袋状体との２重構造で構成されている。外被袋状体は、その正面からみて上部シート状物の左右長が下部シート状物の左右長より長く上部シート状物方向に膨らむ弓形形状に構成され、かつ該袋状体の内部には、該袋状体の前後方向にならぶ長尺内側チユーブを挿入するための複数の区画域が設けられている。

【0005】

特許文献４には、インフレータブルルーフ（膨張性屋根）を備えた廃棄物処分施設に関する技術が開示されている。この先行技術では、廃棄物処分用構造物の屋根を気密性の二重の膜構造で構成し、該膜構造の膜と膜との間にガス体を充填して膨張させる。地面の中にコンクリート製の壁及び底面を有する函形の廃棄物処分用構造物を構築し、さらにこの上部にインフレータブルルーフを被覆する。このルーフは、ガス不透過性シートで構成された気密の膜構造で、この周囲端縁部にはロープが取着される。このロープは、構造物のつり上げ時及び固定時に使用される。ルーフの端縁部は固定器具により固定される。ルーフにはガス体注入口を設け、ヘリウムガスを注入し、膨張させてルーフを構成する。

【0006】

また、非特許文献１、非特許文献２及び非特許文献３には、その他関連する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１７－６６８０１号公報

【特許文献2】特開平４－３３９９６６号公報

【特許文献3】特開平７－１８９４９７号公報

【特許文献4】特開平６－３１７０４３号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】大洋エヌピーエス株式会社 ヒートレスＮＰＳ、［online］、［２０２２年１０月１５日検索］、インターネット＜URL：http://www.taiyo-nps.co.jp/products/nps.html＞

【非特許文献2】ハイグロマスター株式会社 吸湿式(吸着式)圧縮空気除湿装置（エアドライヤー）の仕組み、［online］、［２０２２年１０月１５日検索］、インターネット＜URL：https://www.hygro.co.jp/media/2020/03/02/18＞

【非特許文献3】デシカント（ゼオライト）方式の除湿器、［online］、［２０２２年１０月１５日検索］、インターネット＜URL：https://allabout.co.jp/gm/gc/2313/#2＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

高温空気を膜屋根内に充填して浮遊させる場合、膜屋根に充填した高温空気の温度が外気温によって低下すると浮力が低下する。よって、膜屋根を継続的に浮遊させるためには、高温空気を継続的に膜屋根に供給する必要がある。したがって、例えば、石油や石炭等の化石燃料を燃焼させて外気を熱し、高温空気を継続的に製造する必要がある。

【0010】

本発明は、上記事実を鑑み、化石燃料を燃焼させて外気を熱することなく、継続的に高温空気を膜屋根に供給して浮遊させることが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0011】

第一態様は、袋状で排出孔を有する膜屋根と、一端側がアンカーによって地盤に固定されると共に他端部が前記膜屋根に接続され、前記他端部から前記膜屋根内に供給する高温空気が通る中空のケーブルと、前記地盤から高温蒸気を取り込み、取り込んだ前記高温蒸気を乾燥させて前記高温空気とし、中空の前記ケーブル内に送風する送風乾燥装置と、を備えた膜屋根構造物である。

【0012】

第一態様の膜屋根構造物では、地盤の高温蒸気を乾燥させた高温空気を袋状の膜屋根に継続的に供給することで膜屋根が浮力を得て浮く。膜屋根はケーブルによって所定の高さの位置に浮いた状態が維持され、膜屋根の下に無柱の空間が作られる。このように、地盤の高温蒸気を利用することで、化石燃料を燃焼させて外気を熱することなく、継続的に高温空気を膜屋根に供給して浮遊させ、これにより膜屋根が構築される。

【0013】

第二態様は、前記ケーブルの先端部に、前記高温蒸気を取り込む取込部が設けられている、第一態様に記載の膜屋根構造物である。

【0014】

第二態様の膜屋根構造物では、ケーブルの先端部に、高温蒸気を取り込む取込部が設けられているので、別途取込部を設ける必要がなく、低コストである。

【0015】

第三態様は、前記送風乾燥装置は、前記アンカーに内蔵されている、第二態様に記載の膜屋根構造物である。

【0016】

第二態様の膜屋根構造物では、送風乾燥装置が地盤中のアンカーに内蔵されているので、送風乾燥装置を地上に設ける場合と比較し、意匠性に優れる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、化石燃料を燃焼させて外気を熱することなく、継続的に高温空気を膜屋根に供給して膜屋根を浮遊させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】膜屋根構造物の斜視図である。

【図2】膜屋根構造物の鉛直方向に沿った断面図である。

【図3】膜屋根の角部近傍の拡大断面図である。

【図4】送風乾燥機の拡大断面図である。

【図5】第一変形例の膜屋根構造物の鉛直方向に沿った断面図である。

【図6】第二変形例の膜屋根構造物の鉛直方向に沿った断面図である。

【図7】図６の第二変形例の送風乾燥機の拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜実施形態＞
本発明の一実施形態の膜屋根構造物について説明する。

【0020】

［構造］
本実施形態の膜屋根構造物の構造について説明する。

【0021】

図１及び図２に示すように、地盤Ｇに膜屋根構造物１０が設置されている。なお、図２に示すように、本実施形態の地盤Ｇは、温泉地等で地盤Ｇ中に地熱蒸気、つまり高温蒸気Ｊが豊富に含まれている。膜屋根構造物１０は、膜屋根３０とケーブル５０と送風乾燥装置１００と取込部７０とを有して構成されている。本実施形態では、ケーブル５０は中空とされ（図３参照）、四本有している。

【0022】

図１に示すように、膜屋根３０は平面視で略矩形状で袋状とされ、図３に示すように、各角部３２には膜屋根内３０Ａ（図２も参照）に後述する高温空気Ｋを供給するための供給口３４が形成されている。また、図２に示すように、膜屋根３０の下面３０Ｌの中央部には、排出孔３６が形成されている。

【0023】

図２に示すように、四本のケーブル５０の一端側は、地盤Ｇをボーリングマシン等により掘削された穴（図示略）に挿入されている。また、各ケーブル５０は、一端側が地盤Ｇ内に打ち込まれたアンカー５５によって地盤Ｇに固定されている。各ケーブル５０のアンカー５５よりも先の先端部５２には、地盤Ｇ中の高温蒸気Ｊを中空のケーブル５０内に取り込む取込部７０が設けられている。取込部７０は、周面７２の一部または全部が金属メッシュとなっており、金属メッシュからケーブル５０内に地盤Ｇ中の高温蒸気Ｊが取り込まれる。

【0024】

各ケーブル５０の他端部５４は、膜屋根３０の各角部３２に接続されている（図１及び図３も参照）図３に示すように、中空のケーブル５０は、内部に膜屋根内３０Ａに供給する高温空気Ｋが通り、各角部３２の供給口３４から高温空気が膜屋根内３０Ａに供給される。

【0025】

図１及び図２に示すように、各ケーブル５０の地盤Ｇの上方近傍には送風乾燥装置１００が設けられている。送風乾燥装置１００は、地盤Ｇ中から高温蒸気Ｊを取り込み、取り込んだ高温蒸気Ｊを乾燥させて高温空気Ｋとし、中空のケーブル５０内に送風し、膜屋根内３０Ａに供給する機能を有する。

【0026】

図４に示すように、送風乾燥装置１００は、送風部１２０と乾燥部１５０とを有して構成されている。送風部１２０は、内部に複数のファン１２２を有している。なお、送風部１２０には、地上にある図示されていない電源装置から電源コード等を介して電気が供給され、これによってファン１２２が回転する。乾燥部１５０は、内部にシリカゲル等の吸湿材１５４が充填された円柱状の乾燥フィルター１５２が設けられている。乾燥フィルター１５２の軸方向の端部１５５は複数の孔が形成され、端部１５５から気体（空気）が通過するようになっている。

【0027】

送風部１２０の複数のファン１２２が回転することで、取込部７０から地盤Ｇ中の高温蒸気Ｊが吸引されてケーブル５０に取り込まれ、高温蒸気Ｊが乾燥部１５０に送られる。乾燥部１５０に送られた高温蒸気Ｊは、乾燥フィルター１５２の一方の端部１５５から乾燥フィルター１５２内に入り、吸湿材１５４に水分が吸着されて乾燥して高温空気Ｋとなり、他方の端部１５５から排出される。そして、高温空気Ｋは、図３に示すように、ケーブル５０から膜屋根３０の角部３２の供給口３４から膜屋根内３０Ａに供給される。

【0028】

図４に示す本実施形態の乾燥部１５０の乾燥フィルター１５２は、交換可能となっており、乾燥フィルター１５２を定期的に交換することで、乾燥部１５０の乾燥機能（除湿機能）が維持される。なお、乾燥フィルター１５２は、吸着した水分を乾燥させて取り除くことで再利用できる。

【0029】

［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

【0030】

本実施形態の膜屋根構造物１０は、地盤Ｇの高温蒸気Ｊを乾燥させた高温空気Ｋを袋状の膜屋根内３０Ａに継続的に供給することで膜屋根３０が浮力を得て浮く。膜屋根３０はケーブル５０によって所定の高さの位置に浮いた状態が維持され、膜屋根３０の下に無柱の空間が作られる。つまり、地盤Ｇの高温蒸気Ｊを除湿して高温空気Ｋとして膜屋根３０を浮遊させる。

【0031】

このように、地盤Ｇの高温蒸気Ｊを乾燥させて高温空気Ｋとすることで、石油や石炭等の化石燃料を燃焼させて外気を熱することなく、継続的に高温空気Ｋを膜屋根内３０Ａに供給されて膜屋根３０が浮遊し続け、膜屋根が構築される。

【0032】

なお、膜屋根内３０Ａに供給された高温空気Ｋは、下面３０Ｌの排出孔３６から排出される。よって、膜屋根内３０Ａに高温空気Ｋを継続して供給できるので、膜屋根内３０Ａの充填された高温空気Ｋが外気で冷えて浮力が低下することが防止される。

【0033】

また、仮に膜屋根内３０Ａの高温空気Ｋが冷えて結露して膜屋根内３０Ａの底部に結露水が溜まったとしても排出孔３６から排出される。なお、排出孔３６から排出される結露水を地上に導く樋等を設けることが望ましい。

【0034】

また、高温空気は、ケーブル５０内を通って膜屋根３０に送られるので、別途、ダクトを設ける必要がなく意匠性に優れる。

【0035】

また、膜屋根構造物１０は、ケーブル５０の先端部５２に、高温蒸気Ｊを取り込む取込部７０が設けられているので、別途取込部を設ける必要がなく、低コストである。

【0036】

なお、乾燥した高温空気Ｋの相対湿度は、３％～５％程度である。高温空気Ｋの温度は、外気よりも高温且つ膜屋根３０が浮く浮力を得られる温度以上である。高温蒸気Ｊの温度は、高温空気Ｋの温度以上である。高温蒸気Ｊの単位体積当たりの水分量は、特に限定されない。但し、乾燥部１５０は、高温蒸気Ｊの単位体積当たりの水分量が多くても、相対湿度が３％～５％程度にまで低減できる能力を有するように設定する。

【0037】

ここで、一例として、１辺が約１０ｍの膜屋根３０である場合の高温空気の温度を検討する。

【0038】

膜屋根内３０Ａの体積：約２４０ｍ^３
膜屋根３０の質量：約０．３５ｋｇ/ｍ^２
外気温：１０℃
外気密度：１．２ｋｇ/ｍ^３
とし、
外気圧と膜屋根３０内の気圧が同じとすると、

【0039】

高温空気Ｋの温度が２００℃であれば、高温空気Ｋの密度は０．７１８ｋｇ/ｍ^３となる。そして、膜屋根内３０Ａの体積分の外気の質量は２８８ｋｇであり、膜屋根内３０Ａの体積分の高温空気Ｋの質量と膜屋根３０の質量との和は２５６．３２ｋｇとなり、外気の質量よりも軽いので膜屋根３０を浮遊させることができる。

【0040】

なお、上記のように、膜屋根３０には高温空気Ｋが充填されるので、耐熱性及び耐水性に優れる材料、例えばＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体）等を用いることが望ましい。

【0041】

＜変形例＞
次に、本実施形態の変形例について説明する。

【0042】

［第一変形例］
図５（Ａ）に示す第一変形例の膜屋根構造物１１では、高温蒸気Ｊを採取する中空の採取用ケーブル５１を備えている。膜屋根３０の角部３２に接続され、膜屋根３０を支持するケーブル５３の先端部にアンカー５５が設けられている。採取用ケーブル５１の一端部はケーブル５３に接続されている。

【0043】

図５（Ｂ）に示すように、採取用ケーブル５１の先端部はケーブル５３に接続されている。ケーブル５３における採取用ケーブル５１との接続部位５９から膜屋根３０の角部３２との接続部位までの間は中空である。そして、後述するように、採取用ケーブル５１から送られた高温空気Ｋは、上記実施形態と同様に角部３２の供給口３４（図３参照）から膜屋根内３０Ａ（図２参照）に送られる。

【0044】

図５（Ａ）に示すように、採取用ケーブル５１の他端側は、地盤Ｇ中に埋設され、先端部に取込部７０が設けられている。採取用ケーブル５１には、送風乾燥装置１００が設けられている。

【0045】

取込部７０から地盤Ｇ中の高温蒸気Ｊが吸引されて採取用ケーブル５１に取り込まれ送風乾燥装置１００の乾燥フィルター１５２（図４参照）で水分が吸着されて乾燥し高温空気Ｋ（図４参照）となり、中空のケーブル５３に送られる（図５（Ｂ）参照）。そして、前述したように、ケーブル５３から膜屋根３０の角部３２の供給口３４から膜屋根内３０Ａに供給される（図３参照）。

【0046】

［第二変形例］
図６に示す第二変形例の膜屋根構造物１２では、アンカー５５内に送風乾燥装置３００が内蔵されている。つまり、アンカー５５と送風乾燥装置３００とが一体化している。

【0047】

図７に示すように、送風乾燥装置３００は、送風部１２０と乾燥部３３０とを有している。乾燥フィルター３５０は、円柱状の吸湿部３５２とこの吸湿部３５２の周りの筒状の除湿部３５４とを有して構成されている。吸湿部３５２と除湿部３５４と境界は、破線で示している。吸湿部３５２及び除湿部３５４はシリカゲル等の吸湿材を主な材料として構成されている。

【0048】

乾燥部３３０の乾燥フィルター３５０の周囲には流路３７０が形成されている。高温蒸気Ｊの一部は流路３７０を通り、排出口３６４から地盤Ｇに排出される。中心部の吸湿部３５２と外側の除湿部３５４との間では、矢印Ｒで示すように、シリカゲル等の除湿剤が循環するように構成されている。前述したように、高温蒸気Ｊの一部は流路３７０を通り、排出口３６４から地盤Ｇに排出される。高温蒸気Ｊの一部は吸湿部３５２を通ることで乾燥し高温空気Ｋとなってケーブル５０に送られる。吸湿部３５２で吸湿した除湿剤は除湿部３５４に送られ流路３７０を流れる高温蒸気Ｊの熱で乾燥され吸湿部３５２に戻る。この際に蒸発した水分Ｗは回収され、水分排出口３６２から地盤Ｇに放出される。この循環により、乾燥フィルター３５０の交換が不要となる。

【0049】

このように、送風乾燥装置３００は地盤Ｇ中に設けるので、送風乾燥装置を地上に設ける場合と比較し、意匠性に優れる。

【0050】

なお、送風乾燥装置３００は、上記実施形態及び第一変形例の送風乾燥装置１００に替えて使用してもよい。

【0051】

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

【0052】

例えば、上記実施形態の送風乾燥装置１００では、乾燥部１５０は乾燥フィルター１５２が交換式になっていたが、これに限定されるものではない。乾燥部１５０は、高温蒸気Ｊの温度をできるだけ下げないで湿度を下げる機能を有する装置であればよい。例えば、非特許文献１、非特許文献２及び非特許文献３等の除湿装置を応用することができる。なお、この場合、送風乾燥装置は、乾燥フィルターの交換が不要又は長期にわたって不要になるので、アンカー５５に内蔵して一体化、あるいは地盤Ｇ中に埋設することができる。

【0053】

また、高温蒸気Ｊを取り込みやすくするために、取込部７０の周囲に空間を形成してもよい。取込部７０の周囲に空間を形成する場合、取込部７０の直上の地盤Ｇ上から掘削して空間を形成したのち、空間以外を埋め戻してもよい。

【0054】

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。また、実施形態及び変形例等は、適宜、組み合わされて実施可能である。

【符号の説明】

【0055】

１０ 膜屋根構造物
１１ 膜屋根構造物
１２ 膜屋根構造物
３０ 膜屋根
３０Ａ 膜屋根内
３４ 供給口
３６ 排出孔
５０ ケーブル
７０ 取込部
１００ 送風乾燥装置
３００ 送風乾燥装置
Ｇ 地盤
Ｊ 高温蒸気
Ｋ 高温空気

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】