JP5269406B2 - 地中熱伝導率計測用のプローブ、地中熱伝導率計測装置及び地中熱伝導率計測方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、上記従来の装置では、地中熱伝導率の測定に際し、ボアホールを掘削し、実際に使用する地中熱交換器を設置した後に、熱伝導率を測定する必要があった。そのため、事前に地盤条件に合わせた地中熱交換器を設計することができなかった。また、従前の測定器に比べてコンパクトになっているが、加熱ユニット(循環ポンプ、灯油ボイラ、燃料タンク等を含む)、クッションタンク、計測装置を含めると、装置は大きくなり、現地でそれぞれを配管、配線する必要があった。更に、地中熱伝導率の測定には、通常、数時間以上の時間を必要としていた。
この装置では、ガイド棒を土壌中に打ち込んでガイド孔を形成し、そこに探針本体を打ち込んだ後、ヒータによって探針本体を加熱し、探針本体の温度を所定時間測定し、その測定結果により、土壌熱抵抗を演算する。
(1)被計測地盤に穿設された孔に挿入可能な発熱体センサと、該発熱体センサに連結される支持体とを備え、
前記発熱体センサは、前記被計測地盤下の土壌に密接可能な外面を有する発熱ケーシングと、該発熱ケーシングに収容されて前記被計測地盤下の土壌に熱を供給するヒータと、前記発熱ケーシングに密着する土壌の温度を測定する温度測定器とを備え、
前記支持体は、前記発熱体センサの発熱ケーシングに連結される支持ケーシングを備え、該支持ケーシングには、前記温度測定器により計測される温度を計測値として記憶する記憶手段と、前記ヒータ、温度測定器及び記憶手段を制御する制御手段と、前記ヒータ、温度測定器、記憶手段及び制御手段に電力を供給する電力供給手段と、前記記憶手段に記憶された計測値を外部の情報処理装置に出力する外部出力端子と、前記発熱ケーシングに連結される第1ケースと、該第1ケースに同軸状に連結される第2ケースとが備えられており、
前記第1ケースに前記記憶手段及び制御手段が収容され、前記第2ケースに前記電力供給手段と外部出力端子が収容されている
ことを特徴としている。
本願発明のプローブにおいては、支持ケーシング内に記憶手段、制御手段、及び電力供給手段が配備されるので、地上に設置される本体装置等から電力供給を受ける必要も、当該本体装置に向けて計測値を出力する必要もない。このため、プローブは有線を介して本体装置に接続される必要はなく、プローブを孔に出し入れする際の孔の内壁の損傷や試験装置全体の損傷を抑制することができるばかりでなく、計測試験の作業性も向上するものとなる。
また、プローブ内に記憶手段を配備し、該記憶手段に記憶された情報(計測値)は外部出力端子を介して何時でも外部の情報処理装置に出力することができるため、このような情報処理装置を現位置にまで持ち込む必要もなく、これによっても計測試験の作業性の向上及び容易化が図られるものとなる。
また、これにより、第1ケースの短小化が図られ、装置全体の小型化を図ることができる。
これにより、ヒータを作動させている間においては、該ヒータから被計測土壌に向けて常に一定の熱量を供給させることができ、計測試験の精度を向上させることができる。
これにより、ヒータへの電力供給は独立した系統を構成するものとなり、且つ、ヒータへの電力供給を安定したものとすることができる。また、温度測定器、記憶手段及び制御手段は、僅かな電力により作動させることができるため、これら温度測定器、記憶手段及び制御手段には低電力を長期に亘って供給することが望ましい一方、ヒータは制御手段や温度測定器等よりもきわめて大きな電力供給を必要とするため、これらを別系統で設けることにより、電力供給の効率化が図られる。
これにより、発熱センサ部を孔の底部に容易に突き刺すことが可能となり、該発熱センサ部の外面を土壌に密接させることができる。また、支持ケーシングを当該孔を穿設する際に用いられるロッドに連結することができる。したがって、当該本願発明のプローブを取り付けたロッドを孔に挿入することにより、当該プローブを容易に孔の底部に挿し入れることができる。
これにより、スウェーデン式サウンディング試験により被計測地盤に穿設される孔に本願発明のプローブを挿入することができる。この結果、スウェーデン式サウンディング試験に伴って当該被計測地盤下の地中の熱伝導率計測試験を行うことができ、当該計測試験をきわめて効率的に行うことができる。
これにより、電力供給手段と外部出力端子はフレーム部材により支持されるものとなり、これら電力供給手段と外部出力端子の支持状態が安定したものとなる。また、第1ケースから第2ケースだけを取り外すことが可能であり、これによって電力供給手段や外部出力端子をフレーム部材を介して第1ケースに連結された状態で露出させることができる。この結果、電力供給手段を容易にメンテナンスすることができるばかりでなく、外部出力端子を容易に情報処理装置等に接続することができるものとなる。
また、第1ケースとフレーム部材とは螺合しているので、これらの接合面間にはほとんど隙間はなく、これら第1ケースとフレーム部材の間に土壌からの水分が浸入するおそれはない。
これにより、発熱ケーシングを下端部として孔内にて支持ケーシングを起立させた場合であっても、第1ケースと第2ケースとの接続部分が第1ケースとフレーム部材との接続部分よりも下位に位置するものとなり、また、これら接続部分の間に所定の間隔が形成されることとなるので、第1ケースと第2ケースの間から水分が浸入する場合であっても、当該水分が第1ケースと支持フレームの接続部分に到達するおそれはなく、第1ケース内を略完全な防水状態に維持することができる。
これにより、第1ケースと第2ケースの接続部分からケース内に向けての水分の浸入を防止することができる。
(9)被計測地盤に挿し入れるプローブと、該プローブとの間で情報の交換を行う情報処理装置とを備え、
前記プローブは、被計測地盤に穿設された孔に挿入可能な発熱体センサと、該発熱体センサに連結される支持体とを備え、
前記発熱体センサは、前記被計測地盤下の土壌に密着可能な外面を有する発熱ケーシングと、該発熱ケーシングに収容されて前記被計測地盤下の土壌に熱を供給するヒータと、前記発熱ケーシングに密着する土壌の温度を測定する温度測定器とを備え、
前記支持体は、前記発熱体センサの発熱ケーシングに連結される支持ケーシングを備え、該支持ケーシングには、前記温度測定器により計測される温度を計測値として記憶する記憶手段と、前記ヒータ、温度測定器及び記憶手段を制御する制御手段と、前記ヒータ、温度測定器、記憶手段及び制御手段に電力を供給する電力供給手段と、前記記憶手段に記憶された計測値を外部の前記情報処理装置に出力する外部出力端子と、前記発熱ケーシングに連結される第1ケースと、該第1ケースに同軸状に連結される第2ケースとが備えられ、前記第1ケースに前記記憶手段及び制御手段が収容され、前記第2ケースに前記電力供給手段と外部出力端子が収容されており、
前記情報処理装置は、前記ヒータから土壌に向けての単位時間あたりの熱供給量と、前記プローブ内の記憶手段に記憶されている計測値とに演算処理を施して前記発熱体センサ周囲の土壌の熱伝導率を取得するものであることを特徴としている。
本願発明に係る地中熱伝導率測定装置においては、プローブに記憶手段、制御手段、及び電力供給手段が配備されるので、地上に設置される情報処理装置に対してプローブは無線となり、計測試験の作業性を向上させることができる。
また、これにより、第1ケースの短小化が図られ、装置全体の小型化を図ることができる。
(10)被計測地盤に所定深さの孔を穿設し、
被計測地盤に穿設された孔に挿入可能な発熱体センサと、該発熱体センサに連結される支持体とを備え、前記発熱体センサは、前記被計測地盤下の土壌に密着可能な外面を有する発熱ケーシングと、該発熱ケーシングに収容されて前記被計測体に熱を供給するヒータと、前記発熱ケーシングに密着する前記土壌の温度を測定する温度測定器とを備え、前記支持体は、前記発熱ケーシングに接続される支持ケーシングを備え、該支持ケーシングには、前記温度測定器により計測される温度を計測値として記憶する記憶手段と、前記ヒータ、温度測定器及び記憶手段を制御する制御手段と、前記ヒータ、温度測定器、記憶手段及び制御手段に電力を供給する電力供給手段と、前記記憶手段に記憶された計測値を外部の情報処理装置に出力する外部出力端子と、前記発熱ケーシングに連結される前記記憶手段及び制御手段が収容された第1ケースと、該第1ケースに同軸状に連結される前記電力供給手段及び外部出力端子が収容された第2ケースとを備えているプローブを前記孔に挿入して当該孔の底部に発熱体センサを埋め込み、
該ヒータから単位時間当たり一定量の熱を放出させて発熱体センサ周囲の土壌を加熱すると共に前記温度測定器により当該土壌の温度を計測値として取得し、その後、
前記孔よりプローブを取り出して前記外部出力端子を情報処理装置に接続し、
該情報処理装置により前記ヒータから土壌に向けての単位時間あたりの熱供給量と、前記プローブ内の記憶手段に記憶されている計測値とに演算処理を施して前記発熱体センサ周囲の土壌の熱伝導率を取得する
ことを特徴としている。
これにより、発熱体センサにより温度を計測する工程と、発熱体より得られた計測値に基づいて土壌の熱伝導率を取得する工程とを別々に行うことができ、計測作業の効率化が図られる。
前記プローブを前記孔から引き抜き、
当該孔をさらに深堀りした後、
前記プローブを再び当該孔の底部まで挿入して該底部に発熱体センサを埋め込み、その後、前記ヒータによる加熱と温度の計測とを行う
ことが好ましい。
これにより、各深さ位置での被計測土壌の熱伝導率を測定することができ、被計測地盤の深さ方向の熱伝導率の傾向を容易に把握することができる。
これにより、スウェーデン式サウンディング試験により被計測地盤に穿設される孔に本願発明のプローブを挿入することができる。この結果、スウェーデン式サウンディング試験に伴って当該被計測地盤下の地中の熱伝導率計測試験を行うことができ、当該計測試験をきわめて効率的に行うことができる。
<全体構成>
図1に示すように、本発明に係る地中熱伝導率計測装置は、地中熱測定端子となるプローブ1と、プローブ1により得られた情報から土壌の熱伝導率を取得する情報処理装置(パソコン)2とを備えている。プローブ1は、後で詳述するように、ヒータから土壌に向けて熱を供給した場合における土壌の温度に関するデータを取得し、パソコン2は、測定前に、データ収集開始時間、終了時間等の設定を行い、さらに、測定後にプローブ1で取得されたデータを回収し、プローブ1で取得されたデータと、必要に応じて他の設定データとから、線状熱源の理論(ケルビンの線源理論)に基づいて土壌の熱伝導率を算出する。本発明に係る地中熱伝導率計測装置では、プローブ1内に計測データを格納できるようにしたので、地中熱(土壌温度)測定中において、プローブ1を情報処理装置2に接続する必要がなく、よって、地中熱(土壌温度)測定中に機器の接続線等が支障になることはない。地中熱(土壌温度)測定終了後は、プローブ1から計測データを取り出して情報処理装置2に移し、情報処理装置2によって熱伝導率を計算する。
プローブ1内に記憶されたデータをプローブ1からどのようにして取り出し情報処理装置2に取り込むかは任意であるが、好ましくは、プローブ1に外部接続端子を設け、図1に示したように、接続ケーブル3を用いて情報処理装置2につないで、プローブ1内のデータを情報処理装置2に取り込み、熱伝導率の計算に供する。
以下、プローブ1と情報処理装置2ついて、詳述する。
図2〜3に示すように、プローブ1は、被計測地盤Gに穿設された孔に挿入可能な発熱体センサ10と、該発熱体センサ10に連結される支持体20とを備えている。
発熱体センサ10は、被計測地盤G下の土壌に密着可能な外面を有する発熱ケーシング11と、該発熱ケーシング11の内部に収容されて被計測地盤G下の土壌に熱を供給するヒータ12と、土壌に密接せしめられる発熱ケーシング11の温度を測定し、よって発熱ケーシング11周囲の土壌の温度を測定する温度測定器13とを備えている。
発熱ケーシング11は、地中に差し込まれるために強度があり、かつ周囲の土壌にヒータ12の熱を伝えると共に土壌の熱を温度測定器13での測定値に反映させるものであるので熱伝導性の高い材料から製作されることが好ましく、例えば銅やステンレス鋼等の金属から製作されている。また、発熱ケーシング11は、また土壌中に挿入されていく一端側が土壌中に挿入されやすいように先細状に形成された所定長さの細径円筒状の発熱センサ部14を有し、他端部は拡径されて端面が支持体20と同径の基部11aとされている。ヒータ12は、例えば電熱線コイルなどからなる所定長さの長尺状の電熱ヒータで、発熱ケーシング11の発熱センサ部14の内部に好ましくはその略全長にわたって長手方向に延びるように配設され、発熱センサ部14をその略全長にわたって加熱可能な構造とされている。ヒータ12は、発熱センサ部14を例えば直径12mm程度のステンレス鋼で製作した場合、数ワット程度の出力のものでよい。温度測定装置13は、例えば白金測温抵抗体(Pt100)を含む温度センサで、好ましくはそのセンサ素子を発熱センサ部14の長手方向略中央部に位置させた状態で発熱ケーシング11内に収容され、発熱ケーシング11の発熱センサ部14の長手方向略中央部の測定点の温度を計測し、計測結果を発熱ケーシング11の基部11aから支持体20に送る構造とされている。
第2ケース32は、第1ケース31よりも若干縮径され、一端が開口し他端が閉塞された円筒体からなり、開口端部の内面には、第1ケース31の雄ネジ部31aに螺合させられる雌ネジ部(図示せず)が形成され、第1ケース31にシール部材34を介して取外し自在に螺着される構造とされている。また、第2ケース32の閉塞端には、スウェーデン式サウンディング試験機のロッドにスクリューポイントに代えてプローブ1を連結可能にする雌ネジ部を備えた連結部36が形成されている。更に、第2ケース32の内部には、第2ケース32よりも縮径されたステンレス鋼製等の円筒体を部分的に切り欠いてフレーム状に形成し、その一端に第1ケース31の雌ネジ部に螺合させられる雄ネジ部(図示せず)を設けたフレーム部材33が、その雄ネジ部を第1ケース31の雌ネジ部に螺合せしめて第1ケース31に着脱自在に取付けられている。
尚、支持ケーシング21(第1ケース31及び第2ケース32)は、各種部品を収容するための空間を内部に大きくとる必要があることから、ステンレス鋼製パイプ等の強度のある材料で製作される。
外部出力端子25は、プローブ1と情報処理装置2とを接続ケーブル3で接続するための端子で、プローブ1によるデータ計測中は使用されず、プローブ1の設定時又はプローブ1を地中から回収した時点で、プローブ1中の制御手段23の制御データを設定したり、プローブ1中の記憶手段22に記憶されたデータを情報処理装置2に回収する際に利用されるものである。
図1に示す如く、情報処理装置2は、パソコン等から構成され、プローブ1から回収したデータに所定の演算処理を施し、プローブ1周囲の土壌の熱伝導率を算定するものであり、プローブ1から回収した土壌温度等のデータから土壌の熱伝導率を算定するためのプログラムが組み込まれている。
ここで、プローブ1で取得されたデータから土壌の熱伝導率を取得するには、線状熱源の理論(ケルビンの線源理論)を用いる。すなわち、プローブ1によって周囲の土壌に一定加熱を行うとき、その温度は以下の式で表される。
Tf:対数平均温度
a:土壌の熱拡散係数
Q:投入熱量
r0:センサ部半径
λ:土壌の有効熱伝導率
γ:オイラー数
H:ヒータ長
Rb:土壌の熱抵抗
t:時間
Tsur:地中温度
Tf=kln(t)+m ・・・・(2)
そして、対数平均温度Tfと経過時間の対数ln(t)の関係は、例えば図4のようになり、ある経過時間以降はTfの変化の傾きkは略一定となる。このときの傾きから熱移動特性を判断できる。すなわち、土壌中の平均的な有効熱伝導率λは、加熱量Q、ヒータ長H、傾きkが分かれば、次式から求めることができる。
λ=Q/(4πkH)
この求められた有効熱伝導率λから、例えば地中熱利用への応用においては、採熱能力を予測することができ、建物の冷暖房や給湯を行う際に、対象となる規模の熱量を確保できる地中熱交換器の総延長を決定することができる。また地盤調査時に熱伝導率を測定すると、建物本体と地中熱利用による設備の着工前に、その土地に適した全体システムの設計を行うことができるため、設計精度の向上、信頼性の向上、コスト削減に寄与することとなる。
地中熱伝導率の測定にあっては、被計測地盤Gに所定深さの孔を穿設するが、この孔は、地中熱伝導率の測定のために新たに穿設するのではなく、サウンディング調査の際に穿設される孔を利用するのが簡便である。
すなわち、戸建住宅向けの地盤調査法としてスウェーデン式サウンディング試験(日本工業規格JIS A1221)が広く採用されている。この試験は、図5に示すように、鉄製ロッドRの先端にスクリューポイントSを取り付け、それを地面に垂直に突き立てた後、スクリューポイントSに荷重Wを与えていき、ロッドRの地中への貫入度合いを記録し、スクリューポイントSが地中に貫入しないときにはスクリューポイントSに回転を与えて貫入させて回転数を記録し、規定の深度までの荷重量と回転数から地盤の軟弱性を調査するもので、その結果に基づいて地盤改良工事等が適宜なされる。本実施形態においては、このスウェーデン式サウンディング試験の実施により穿設された孔を利用して、地中熱伝導率を測定する。
ついで、スウェーデン式サウンディング試験機のロッドRにプローブ1を装着する(ステップ4)。装着は、ロッドRからスクリューポイントSを取り外して、プローブ1の連結部36をロッドRの先端に螺合させることにより、行う。
次に、試験機を操作し、サウンディング試験で掘削した深さまでプローブ1を挿入していく(ステップ5)。このとき、プローブ1の長さがスクリューポイントSの長さと同程度に設計されている場合には、サウンディング試験機には、サウンディング試験の場合と同数のロッドRを継ぎ足すが、長さが異なっている場合には、ロッド数を適宜調整する。
そして、プローブ1が掘削された深さまで達した時点で、プローブ1を土中に更に押し込み、発熱センサ部14の外周面に土壌に密接させる(ステップ6)。図7は、プローブ1をスウェーデン式サウンディング試験機のロッドRに装着し、掘削した位置までプローブ1を挿入し、発熱センサ部14を土壌中に差し込んだ(埋め込んだ)状態を示している。
先ず、プローブ1の支持ケーシング21の内部に記憶手段22、制御手段23、電力供給手段24を収容したので、従来の如く地上に設置されていた本体装置等から電力供給を受ける必要も、当該本体装置に向けて計測値を出力する必要もない。このため、プローブ1は有線を介して本体装置に接続される必要はなく、プローブ1を孔に出し入れする際の孔の内壁の損傷や試験装置全体の損傷を抑制することができるばかりでなく、計測試験の作業性も向上するものとなる。また、プローブ1内に記憶手段22を配備し、該記憶手段22に記憶された情報(計測値)は外部出力端子25を介して何時でも外部の情報処理装置2に出力することができるため、このような情報処理装置2を現位置にまで持ち込む必要もなく、これによっても計測試験の作業性の向上及び容易化が図られるものとなる。
更に、上記地中熱伝導率計測方法によれば、発熱体センサにより温度を計測する工程と、発熱体より得られた計測値に基づいて土壌の熱伝導率を取得する工程とを別々に行うことができるので、計測作業の効率化が図られる。また、土壌の温度を計測値として取得した後、プローブ1を孔から引き抜き、当該孔をさらに深堀りした後、プローブ1を再び当該孔の底部まで挿入して該底部に発熱体センサ10を埋め込み、その後、ヒータ12による加熱と温度の計測とを行うことにより、各深さ位置での被計測土壌の熱伝導率を測定することができ、被計測地盤Gの深さ方向の熱伝導率の傾向を容易に把握することができる。
また、孔として、スウェーデン式サウンディング試験の実施に伴って穿設される孔を利用すると、スウェーデン式サウンディング試験に伴って当該被計測地盤G下の地中の熱伝導率計測試験を行うことができ、当該計測試験の効率的な実施が可能となる。
例えば、上記実施形態では、ヒータ12は、長尺状に構成されたものを採用しているが、長尺状ではない複数のセグメントを発熱ケーシング11の長手方向に間隔をあけて配置してもよいし、場合によっては、一セグメントを、発熱ケーシング11の長手方向の所定位置に配し、その部分のみを直接加熱する構成のものであっても、発熱ケーシング11の熱伝導性が高ければ、熱が発熱ケーシング11全体に伝わり、発熱ケーシング11の周囲の土壌を加熱することができるので、構わない。
また上記実施形態においては、プローブ1に外部出力端子25を取り付け、接続ケーブル3を利用してプローブ1とパソコン2をつなぎ、データ設定、計測データ回収を行うようにしたが、プローブ1とパソコン2を無線によってつなぐようにしてもよいし、また記憶手段22を構成するメモリをプローブ1から取外し容易なものとしておき、プローブ1による計測終了後に、プローブ1からそのメモリを取り外してパソコン2に装着し、データを回収するようにすることもできる。
更に、上記実施形態においては、発熱センサ部14の一箇所の温度を温度測定器13で測定するようにしたが、発熱センサ部14の長さ方向の複数箇所の温度を測定し、その平均値を利用するようにしてもよい。
先ず、第一の変形例は、前述の方法におけるステップ1〜8が完了したところ(ステップI)で、プローブ1をスクリューポイントSに取り換えてスウェーデン式サウンディング試験機を操作し、更に孔を掘り進める(ステップII)。その後、当該孔について前述のステップ4〜8を実施する(ステップIII)。このステップIからIIIを、所定深さまで繰り返す。
第二の変形例では、前述の方法におけるステップ1〜8が完了したところ(ステップI’)で、プローブ1をスクリューポイントSに取り換えてスウェーデン式サウンディング試験機を操作し、更に孔を掘り進める(ステップII’)。その後、当該孔について上記のステップ1〜8を実施する(ステップIII’)。このステップI’からIII’を、所定深さまで繰り返す。
第一の変形例と第二の変形例の差異は、第一の変形例では、プローブ1の記憶手段22に格納されたデータを、複数回の掘削・計測を繰り返している間は回収せず、よって、熱伝導率の計算は行わず、十分な掘削深さに達したところで、データを回収してまとめて熱伝導率を計算するのに対して、第二の変形例では、新たに掘削するたびに、データを回収して熱伝導率を計算している点にある。よって、第一の変形例と第二の変形例を組み合わせ、複数回の掘削毎に熱伝導率を計算していく第三の変形例も可能である。
<実施例>
測定地は埼玉県さいたま市である。スウェーデン式サウンディング試験装置により地盤調査を行った後、先端の掘削部分を取り外して本発明に係るプローブを装着した。プローブには、予めデータ記録開始時間及び終了時間、ヒータ運転開始時間及び終了時間、測定間隔等を入力しておく。すなわち、プローブの外部出力端子とパソコンを接続ケーブルによって接続し、パソコンを操作して制御手段及び記憶手段に上述の必要なデータを入力しプローブの設定を行っておいた。この状態でスウェーデン式サウンディング試験装置を操作し、掘削が終了した深さまでプローブを挿入し、ついで発熱センサ部を未掘削部分に差し込んだ。
この状態で、設定された一定時間が経過すると、制御手段が作動してヒータが作動されて発熱ケーシングを加熱して周囲の土壌を加熱し、設定時間後にヒータが停止されると共に、温度測定装置により発熱ケーシングの温度が経時的に測定記録される。測定終了時間が経過したところで、プローブを抜き出し、プローブの外部出力端子とパソコンを接続ケーブルによって接続して、プローブ内に蓄積されたデータを回収すると同時に、パソコンでデータを解析し、線状熱源の理論に基づき、熱伝導率を計算取得した。このようにして得られた測定値によって作成した経時的温度を示すグラフを図8に、得られた熱伝導率と測定に要した時間を表1に示す。
実施例1と同じ敷地内において、特許文献1に記載の従来技術に相当する図9に示すシステムを設置した。先ず、直径165mm、杭長10mの鋼管杭50(旭化成建材(株)製EZAET)を埋設し、その中に直径10mmの熱交換器用配管51を挿入し、空隙部分に水道水を充填した。地上部分にはヒータ52、循環ポンプ53、流量計54、及び地中への入口と出口に温度センサ55を設置し、各機器と杭中に挿入した熱交換用配管とを配管で接続し、配管の中に水を入れ、循環させた。温度、流量、時間をロガーに記録しながら一定時間ヒータを稼動させて循環運転をした後、データ収集機56で取得したデータを解析して熱伝導率を求めた。その結果も表1に併せて示す。
2 情報処理装置(パソコン)
3 接続ケーブル
10 発熱体センサ
11 発熱ケーシング
11a 基部
12 ヒータ
13 温度測定器
14 発熱センサ部
20 支持体
21 支持ケーシング
22 記憶手段
23 制御手段
24 電力供給手段
25 外部出力端子
26 定電力供給手段
27 第1電力供給部
28 第2電力供給部
31 第1ケース
31a 雄ネジ部
32 第2ケース
33 フレーム部材
34 シール部材
35 断熱体
36 連結部
37 着脱機構
50 鋼管杭
51 熱交換器用配管
52 ヒータ
53 循環ポンプ
54 流量計
55 温度センサ
56 データ収集機
S スクリューポイント
R ロッド
W 荷重
Claims (12)
- 被計測地盤に穿設された孔に挿入可能な発熱体センサと、該発熱体センサに連結される支持体とを備え、
前記発熱体センサは、前記被計測地盤下の土壌に密接可能な外面を有する発熱ケーシングと、該発熱ケーシングに収容されて前記被計測地盤下の土壌に熱を供給するヒータと、前記発熱ケーシングに密着する土壌の温度を測定する温度測定器とを備え、
前記支持体は、前記発熱体センサの発熱ケーシングに連結される支持ケーシングを備え、該支持ケーシングには、前記温度測定器により計測される温度を計測値として記憶する記憶手段と、前記ヒータ、温度測定器及び記憶手段を制御する制御手段と、前記ヒータ、温度測定器、記憶手段及び制御手段に電力を供給する電力供給手段と、前記記憶手段に記憶された計測値を外部の情報処理装置に出力する外部出力端子と、前記発熱ケーシングに連結される第1ケースと、該第1ケースに同軸状に連結される第2ケースとが備えられており、
前記第1ケースに前記記憶手段及び制御手段が収容され、前記第2ケースに前記電力供給手段と外部出力端子が収容されている
ことを特徴とする地中熱伝導率計測用のプローブ。 - 前記制御手段は、前記ヒータに一定電力及び一定電圧を供給する定電力供給手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載の地中熱伝導率計測用のプローブ。
- 前記電力供給手段は、前記温度測定器、記憶手段及び制御手段に電力を供給する第1電力供給部と、前記ヒータに電力を供給する第2電力供給部とを備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の地中熱伝導率計測用のプローブ。
- 前記支持ケーシングは、前記穿設された孔と同径若しくは僅かに小さい外径を有する円柱又は円筒状に形成され、前記発熱ケーシングは、前記支持ケーシングよりも縮径された円柱又は円筒状に形成される発熱センサ部を備え、前記支持ケーシングは、前記発熱ケーシングに連結される一端部と反対側となる他端部が、前記孔の穿設時に当該孔に挿入されるロッドに接続可能に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の地中熱伝導率計測用のプローブ。
- 前記ロッドは、スウェーデン式サウンディング試験に用いられるロッドであることを特徴とする請求項4に記載の地中熱伝導率計測用のプローブ。
- 前記第2ケースには、前記電力供給手段を支持するフレーム部材が収容されており、該フレーム部材は、一方の端部が前記第1ケースに螺合されると共に他方の端部に前記外部出力端子を備えていることを特徴とする請求項1に記載の地中熱伝導率計測用のプローブ。
- 前記第1ケースと第2ケースの連結部分は、前記第1ケースとフレーム部材との連結部分よりも発熱ケーシング側に設けられていることを特徴とする請求項6に記載の地中熱伝導率計測用のプローブ。
- 前記第1ケースと第2ケースの間には、シール部材が介在されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の地中熱伝導率計測用のプローブ。
- 被計測地盤に挿し入れるプローブと、該プローブとの間で情報の交換を行う情報処理装置とを備え、
前記プローブは、被計測地盤に穿設された孔に挿入可能な発熱体センサと、該発熱体センサに連結される支持体とを備え、
前記発熱体センサは、前記被計測地盤下の土壌に密着可能な外面を有する発熱ケーシングと、該発熱ケーシングに収容されて前記被計測地盤下の土壌に熱を供給するヒータと、前記発熱ケーシングに密着する土壌の温度を測定する温度測定器とを備え、
前記支持体は、前記発熱体センサの発熱ケーシングに連結される支持ケーシングを備え、該支持ケーシングには、前記温度測定器により計測される温度を計測値として記憶する記憶手段と、前記ヒータ、温度測定器及び記憶手段を制御する制御手段と、前記ヒータ、温度測定器、記憶手段及び制御手段に電力を供給する電力供給手段と、前記記憶手段に記憶された計測値を外部の前記情報処理装置に出力する外部出力端子と、前記発熱ケーシングに連結される第1ケースと、該第1ケースに同軸状に連結される第2ケースとが備えられ、前記第1ケースに前記記憶手段及び制御手段が収容され、前記第2ケースに前記電力供給手段と外部出力端子が収容されており、
前記情報処理装置は、前記ヒータから土壌に向けての単位時間あたりの熱供給量と、前記プローブ内の記憶手段に記憶されている計測値とに演算処理を施して前記発熱体センサ周囲の土壌の熱伝導率を取得可能に構成されている
ことを特徴とする地中熱伝導率計測装置。 - 被計測地盤に所定深さの孔を穿設し、
被計測地盤に穿設された孔に挿入可能な発熱体センサと、該発熱体センサに連結される支持体とを備え、前記発熱体センサは、前記被計測地盤下の土壌に密着可能な外面を有する発熱ケーシングと、該発熱ケーシングに収容されて前記被計測体に熱を供給するヒータと、前記発熱ケーシングに密着する前記土壌の温度を測定する温度測定器とを備え、前記支持体は、前記発熱ケーシングに接続される支持ケーシングを備え、該支持ケーシングには、前記温度測定器により計測される温度を計測値として記憶する記憶手段と、前記ヒータ、温度測定器及び記憶手段を制御する制御手段と、前記ヒータ、温度測定器、記憶手段及び制御手段に電力を供給する電力供給手段と、前記記憶手段に記憶された計測値を外部の情報処理装置に出力する外部出力端子と、前記発熱ケーシングに連結される前記記憶手段及び制御手段が収容された第1ケースと、該第1ケースに同軸状に連結される前記電力供給手段及び外部出力端子が収容された第2ケースとを備えているプローブを前記孔に挿入して当該孔の底部に発熱体センサを埋め込み、
該ヒータから単位時間当たり一定量の熱を放出させて発熱体センサ周囲の土壌を加熱すると共に前記温度測定器により当該土壌の温度を計測値として取得し、その後、
前記孔よりプローブを取り出して前記外部出力端子を情報処理装置に接続し、
該情報処理装置により前記ヒータから土壌に向けての単位時間あたりの熱供給量と、前記プローブ内の記憶手段に記憶されている計測値とに演算処理を施して前記発熱体センサ周囲の土壌の熱伝導率を取得する
ことを特徴とする地中熱伝導率計測方法。 - 前記発熱ケーシングに密着する土壌の温度を計測値として取得した後、
前記プローブを前記孔から引き抜き、
当該孔をさらに深堀りした後、
前記プローブを再び当該孔の底部まで挿入して該底部に発熱体センサを埋め込み、その後、前記ヒータによる土壌の加熱と温度の計測とを行う
ことを特徴とする請求項10に記載の地中熱伝導率計測方法。 - 前記孔は、スウェーデン式サウンディング試験の実施に伴って穿設される孔であることを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の地中熱伝導率計測方法。
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