JP6577748B2 - 基礎の断熱構造、コールドエバポレータ装置の基礎施工方法および低温液化ガス供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、基礎の断熱構造、コールドエバポレータ装置の基礎施工方法および低温液化ガス供給方法に関し、特に貯槽に貯蔵した低温液化ガスを気化させるコールドエバポレータ装置を設置する基礎の断熱構造に関する。

コールドエバポレータ装置は、貯槽に酸素、窒素、アルゴン、炭酸ガス等の低温液化ガスを貯蔵し、必要に応じて取り出して気化させて、使用先に供給する設備をさし、低温液化ガスを貯蔵する貯槽、液取出弁、送液配管、および蒸発器等の付属設備で構成される。貯蔵された低温液化ガスは、貯槽から液取出弁を通り、送液配管を経て蒸発器で気化されて使用先に送られる。

例えば、特許文献１に示されるように、コールドエバポレータ装置は、上面が地盤面と略面一に設けられたコンクリート基礎上に据え付けられる。貯槽は−１８０℃前後の超低温の液化ガスを貯蔵し、蒸発器は空気中の熱を取り込み、蒸発器内を通過する液化ガスを気化させる。この際、貯槽は下部が冷えているため冷気を発生し、蒸発器は気化熱により表面が冷たくなり、更には、蒸発器の表面に霜が発生する。このように、コールドエバポレータ装置では、貯槽や蒸発器が冷熱源となり、コンクリート基礎へ冷熱が伝わる。特に、蒸発器は大きな冷熱源であり、蒸発器からの冷熱が蒸発器の脚を介してコンクリート基礎に伝わり、冷却されたコンクリート基礎周囲の地盤が冷却されて凍結する。

そして、地盤の冷却により雨水の凍結や霜柱が発生し、コンクリート基礎を圧迫する結果、かかる基礎部分が隆起または沈下し、周辺設備とのずれが生ずる。また、ずれの発生により、例えば、蒸発器で気化させたガスを供給する配管等の周辺設備との接続管に負担がかかり、配管および基礎に損傷を招くおそれがある。さらに凍結が進むとコンクリート基礎が傾き、コンクリート基礎上に据え付けられた貯槽および蒸発器を含むコールドエバポレータ装置に負荷がかかる。

そこで、コンクリート基礎の冷却防止方法として、例えば、特許文献２には、蒸発器を据え付けたコンクリート基礎から地盤にわたって埋設した複数のヒートパイプと、該ヒートパイプの上端が当接された水平放熱板を備え、地熱を利用して蒸発器を加熱する方法が開示されている。また、特許文献３には、断熱コンクリートを使用して、コンクリート基礎の表面上に断熱層を形成する施工方法が開示されている。

登録実用新案第３０２０４９１号公報 特開平１０−４７５９７号公報 特開平４−２７０５１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の方法は、コンクリート基礎表面を冷気から守り、基礎のひび割れ等を防ぐ点では有効だが、コンクリート基礎からの冷熱はヒートパイプを経由して地盤面に伝わるおそれがある。つまり、蒸発器周囲に流入する冷気に対する対策がなされていないため、蒸発器表面およびその下方の脚部だけでなく、コンクリート基礎上部が霜や氷に覆われ、更には地盤が凍結する。また、寒冷地では地熱だけでは冷却防止効
果は充分に得られない。このように、ヒートパイプと水平放熱板を備える方法では、地盤の凍結を充分に抑制することができない。

また、特許文献３に記載の方法では、断熱コンクリート材を調合するための専用の材料と器具が必要となり、施工工程数が増加する問題がある。また、コンクリート基礎の表面は冷気や氷にさらされるだけでなく、蒸発器表面に付着した氷の落下等による衝撃でコンクリート基礎の表面上に形成した断熱層が破損するおそれがあり、コンクリート基礎表面での冷却対策は有効ではない。

このように、コールドエバポレータ装置およびその基礎からの冷熱によるコンクリート基礎周囲の地盤の凍結を防ぐ有効な方法が存在せず、コールドエバポレータ装置やその周辺の地盤に発生した霜や氷は、通常、手作業により除去されるため、高い人件費がかかる。したがって、コールドエバポレータ装置からの冷熱による地盤の凍結を防ぎ、安定して低温液化ガスを供給することが強く望まれている。

本発明に係る幾つかの態様は、上述の課題の少なくとも一部を解決することで、コールドエバポレータ装置およびコンクリート基礎から地盤への冷熱の伝達を防止することによりコンクリート基礎周囲の地盤の凍結を防ぐ、コールドエバポレータ装置を設置する基礎の断熱構造、その施工方法、および地盤の凍結を防ぐことにより安定して低温液化ガスを供給可能な低温液化ガス供給方法を提供することにある。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

［適用例１］
本発明に係る基礎の断熱構造の一態様は、
低温液化ガスを貯蔵する貯槽と蒸発器の少なくとも１つを備えるコールドエバポレータ装置を設置する基礎の断熱構造であって、
前記基礎を構成するコンクリート基礎の底面に断熱材が配設されていることを特徴とする。

適用例１によれば、コールドエバポレータ装置およびコンクリート基礎から地盤への冷熱の伝達を防止することによりコンクリート基礎周囲の地盤の凍結を低減する基礎の断熱構造を提供することができる。

［適用例２］
適用例１の基礎の断熱構造において、
さらに、前記コンクリート基礎の側面に前記断熱材が配設されていることができる。

［適用例３］
適用例１または適用例２の基礎の断熱構造において、
前記断熱材が発泡プラスチックブロックコンクリートであることができる。

［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例の基礎の断熱構造において、
前記コンクリート基礎は一部または全てが地盤中に埋設されており、前記断熱材は、前記コンクリート基礎の外面に接着された状態で、前記コンクリート基礎と共に地盤中に埋設されていることができる。

［適用例５］
本発明に係るコールドエバポレータ装置の基礎施工方法の一態様は、
断熱材を配設した型枠にコンクリートを打設することを特徴とする。

［適用例６］
本発明に係る低温液化ガス供給方法の一態様は、
少なくとも底面に断熱材が配設されたコンクリート基礎上に設置されたコールドエバポレータ装置を用いたことを特徴とする。

本発明に係る基礎断熱構造によれば、コールドエバポレータ装置およびコンクリート基礎から地盤への冷熱の伝達を防止することによりコンクリート基礎周囲の地盤の凍結を低減する、コールドエバポレータ装置を設置する基礎の断熱構造、その施工方法、および地盤の凍結を防ぐことにより安定して低温液化ガスを供給可能な低温液化ガス供給方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る基礎の断熱構造の概略を示す説明図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。

以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお、以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。

以下、本実施の一実施形態について、コールドエバポレータ装置を設置する基礎の断熱構造、基礎施工方法、コンクリート基礎上に設置された蒸発器を用いた低温液化ガス供給方法の順に詳細に説明する。

１．コールドエバポレータ装置を設置する基礎の断熱構造
本発明の一実施形態に係るコールドエバポレータ装置を設置する基礎の断熱構造は、低温液化ガスを貯蔵する貯槽と蒸発器の少なくとも１つを備えるコールドエバポレータ装置を設置する基礎の断熱構造であって、前記基礎を構成するコンクリート基礎の底面に断熱材が配設されている。

本実施の形態に係る基礎の断熱構造としては、例えば、図１および図２に示す断熱構造１０が挙げられる。本実施の形態では、貯槽と蒸発器の少なくとも１つを備えており、低温液化ガスを気化させて使用先に供給する設備をコールドエバポレータ装置とよび、本実施の形態では、断熱構造１０として、コールドエバポレータ装置の蒸発器のみを設置する例を示す。

図１は本発明の実施形態に係る基礎の断熱構造１０の概略を示す説明図であり、図２は、地盤Ｇ中に埋設された状態の図１に示す断熱構造１０のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

図１に示すように、蒸発器を設置するための基礎の断熱構造１０を構成するコンクリート基礎１２は、略長方形状に形成されており、その周囲には排水用のＵ字側溝２０が配置される。本実施の形態では、コンクリート基礎１２はコールドエバポレータ装置の貯槽（図示せず）の基礎と隣接する構成となっているため、貯槽の基礎と接続する接続部１２Ｄ
の一部に切欠き部１２Ｅが形成され、切欠き部１２Ｅを含む接続部１２Ｄには溝を設けない構成となっているが、蒸発器の基礎を貯槽の基礎とは独立して施工する場合には、切欠き部を形成せず、全方向を溝で囲む形状となる。Ｕ字側溝２０の一角には、排水を溜めるための溜め枡２２が形成されている。

コンクリート基礎１２の上面１２Ａ（図２参照）には支持脚３０が設けられ、該支持脚３０は、図示しない蒸発器を支持するために設けられている。本実施の形態では、２台の蒸発器を設置するために支持脚３０は４本配置されている。また、後述するように、これらの支持脚３０は、コンクリートを打設してコンクリート基礎１２を施工する際に、同時に施工される。

図２に示すように、本実施の形態では、コンクリート基礎１２は上面１２Ａが地盤面ＧＬよりも高い位置で露出するように地盤Ｇ中に埋設されているが、コンクリート基礎１２の上面１２Ａが地盤面ＧＬと略面一になるように埋設されていてもよい。本実施の形態では、コンクリート基礎１２は、後述するように、その底面１２Ｂおよび側面１２Ｃに断熱材１４が接着された状態で地盤Ｇ中に埋設されている。断熱材１４が外面に配設された状態のコンクリート基礎１２は、砕石が敷き込まれた砕石層１６の上に積層された捨てコンクリート層１８の上に敷設されている。

コンクリート基礎１２の底面１２Ｂおよび側面１２Ｃには、コンクリート基礎１２から地盤Ｇへの冷熱の伝達を防止するために断熱材１４が配設されている。本実施の形態では、断熱材１４は、コンクリート基礎１２の底面１２Ｂおよび側面１２Ｃ、つまり、上面１２Ａ以外の地盤Ｇ中に埋設されている底面１２Ｂと、Ｕ字側溝２０が設けられていない接続部１２Ｄ以外の、地盤Ｇと接触する周囲４方向に施工されているが、少なくとも底面１２Ｂに設けられていれば、コンクリート基礎１２から地盤Ｇへの冷熱の伝達を防止する効果が得られる。また、本実施の形態では、接続部１２Ｄには断熱材１４が配設されていないが、接続部１２Ｄにも断熱材１４を配設する構成としてもよい。

断熱材１４を構成する材料は、熱移動を減少させる断熱性能を有し、コンクリート基礎１２およびその上に設置される蒸発器と、更には霜や氷が付着した際に沈下しない強度と耐久性を有する材料であれば特に限定されるものではく、例えば、発泡プラスチックブロックが使用可能である。発泡プラスチックブロックとしては、強度的に優れたものが好ましく、例えばポリスチレン発泡体、ポリエチレン発泡体、ポリウレタン発泡体等を用いることができる。また、コンクリート基礎１２からの冷熱により、地盤Ｇなど周囲から浸み込んだ水分が凍結するおそれがあるため、発泡プラスチックブロックは耐水性を有していることが好ましい。これらの理由により、発泡プラスチックブロックとしては、特に強度、耐久性および耐水性にも優れるポリスチレン発泡体を使用することが好ましい。

発泡プラスチックブロックとして、例えば、予備発泡させたビーズを金型内に入れ、加熱及び冷却することにより所定密度に成形する型内発泡法によるもの、高圧下で溶融プラスチックに発泡剤を注入混合して流動性のゲルを作り、これを大気中に押出して急速に膨張させる押出発泡法によるものとがあるが、押出発泡法によるものは型内発泡法によるものよりも圧縮強度が高く、特に好ましく用いることができる。

本実施形態で好適に使用される発泡プラスチックブロックコンクリートとしては、例えば、ダウ化工社製の商品名ライトフィル（登録商標）ブロックが挙げられる。ライトフィル（登録商標）ブロックは板タイプの断熱材であり、施工性に優れ、建物の断熱性入手および施工が容易であり、素材がポリスチレンで独立気泡構造であるため、断熱性に優れているだけでなく、耐水性や耐久性に優れている点からも好適である。中でも、商品名ライトフィル（登録商標）ブロックＤＸ−４５（許容圧縮応力：約３．５×１０^５Ｎ／ｍ^２、
密度：４５±２．０ｋｇ／ｍ^３、厚み：５０ｍｍ）を用いることが好ましい。

断熱材１４は、例えば、接着剤またはテープによりコンクリート基礎１２の底面１２Ｂおよび側面１２Ｃに接着される。コンクリート基礎１２と断熱材１４との接着面は、断熱および耐水効果を維持するために、隙間無く密着させることが好ましい。このため、接着に用いる接着剤および接着テープは、耐水性能を有することが好ましい。

また、コンクリート基礎１２の水溜りを防止するＵ字側溝２０と断熱材１４との接着面は、断熱および浸水効果を維持するために、例えばウレタンシーリングが施されていることが好ましい。

コンクリート基礎１２に接着する断熱材１４は、本実施の形態では上述した商品名ライトフィル（登録商標）ブロックＤＸ−４５を１枚だけ貼り付けているが、上部に設置される蒸発器の大きさや使用される低温液化ガスの種類、使用環境によっては、何枚か重ねて用いてもかまわない。この場合も、上記したように、耐水性能を有する接着剤またはテープにより接着されることが好ましい。

以上説明したように、本実施の形態に係る基礎の断熱構造では、コンクリート基礎の底面および側面に断熱材が配設されていることにより、コンクリート基礎から地盤への冷熱の伝達を防止することができる。したがって、コールドエバポレータ装置およびその基礎からの冷熱によるコンクリート基礎周囲の地盤の凍結を防ぐことができる。

また、コンクリート基礎の地盤と接する外面に断熱材が配設されるという単純な構成により、蒸発器からの冷熱による地盤の凍結を防ぐことができ、さらには、その上に設置した蒸発器による安定した低温液化ガスの供給が可能となり、手作業による霜や氷の除去が低減されるため、人件費が節約できる。

なお、本実施の形態では、断熱構造１０として、コールドエバポレータ装置の蒸発器のみを設置する例を示しているが、貯槽も含むコールドエバポレータ装置全体を設置する場合であっても、上記と同様に、コールドエバポレータ装置およびその基礎からの冷熱によるコンクリート基礎周囲の地盤の凍結を防ぐ効果が得られる。

また、コールドエバポレータ装置の貯槽のみを設置する場合であっても、貯槽の下部からの冷熱、および基礎からの冷熱による地盤の凍結を防ぐ効果が得られる。また、例えば、貯槽と蒸発器を備える既存の設備の貯槽部分のみの基礎をやり直す場合、蒸発器の基礎と貯槽の基礎との間に断熱材が入ることにより、蒸発器側から流入する冷熱を遮蔽することができ、これにより、基礎からの冷熱によるコンクリート基礎周囲の地盤の凍結を防ぐ効果が得られる。

２．コールドエバポレータ装置の基礎施工方法
次に、本実施の形態に係るコールドエバポレータ装置の基礎施工方法について説明する。本実施の形態では、上記と同様に、断熱構造１０として、コールドエバポレータ装置の蒸発器のみを設置する例を示す。

本実施の形態に係るコールドエバポレータ装置の基礎施工方法は、断熱材を配設した型枠にコンクリートを打設することによって行われる。以下、詳細に説明する。

まず、基礎を施工する地盤を規定深さまで採掘する。この際、採掘する深さは、施工する基礎の大きさによって異なるが、例えば、本実施形態では地盤面（地表面）ＧＬから７２０ｍｍの深さまで採掘する。

次に、採掘した地盤面に砕石を敷き込み、基礎が沈まないように充分に圧転して地盤をならす。例えば、本実施の形態では、砕石転圧にて地盤をならし、砕石層を厚さ：１５０ｍｍとする。

砕石転圧によって得られた砕石層の上に捨てコンクリート打設を行うために型枠を設置し、砕石層の上に、例えば、厚さ：５０ｍｍの捨てコンクリートを打設する。

次に、捨てコンクリートの打設に用いた型枠を解体し、目的のコンクリート基礎の形状および大きさにあわせて型枠を組み、地盤接地面（５面）に、断熱材として、厚さ：５０ｍｍのダウ化工社製品のライトフィル（登録商標）ブロックＤＸ−４５を配設する。各ブロックの接合面には、耐水性の接着剤およびシール材を使用し、接合面の隙間からの浸水を防止する。また、ブロックの上に施工する基礎と断熱材との接着部には防水シートを配設し、更に浸水を防止する。

その後、規定の配筋を施工してコンクリートを打設し、コンクリートに養生を実施して１週間程度硬化させる。コンクリート硬化後、型枠を取り外す。以上により、底面および側面に断熱材が配設されたコンクリート基礎が完成し、このコンクリート基礎は、蒸発器を支持するための支持脚を供えている。

次に、できあがったコンクリート基礎の水溜まりを防止するために、コンクリート基礎の周囲にＵ字側溝を施工する。この際、Ｕ字側溝と断熱材との接合面にはウレタンシーリングを施工し、浸水を防止する。

最後に、周囲の採掘箇所を埋め戻して圧転し、上物の蒸発器を埋め込み、アンカーにて固定する。この際、アンカー、コンクリート基礎および支持脚の接合面にシリコンコーキング実施する。

以上により、本実施の形態に係るコールドエバポレータ装置の基礎施工方法では、コンクリート基礎から地盤への冷熱の伝達を防止することによりコンクリート基礎周囲の地盤の凍結を防ぐ基礎の断熱構造を、断熱材を配設した型枠にコンクリートを打設するという簡易な方法により、容易に施工することができる。

なお、本実施の形態では、断熱構造１０として、コールドエバポレータ装置の蒸発器のみを設置する例を示しているが、貯槽も含むコールドエバポレータ装置全体または貯槽のみを設置する場合であっても、上記と同様に、断熱材を配設した型枠にコンクリートを打設するという簡易な方法により、容易に施工することができる。

３．低温液化ガス供給方法
次に、本実施の形態に係る低温液化ガス供給方法について説明する。

本実施の形態に係る低温液化ガス供給方法は、少なくとも底面に断熱材が配設されたコンクリート基礎上に設置されたコールドエバポレータ装置を用いた、低温液化ガス供給方法である。

本実施の形態に係る低温液化ガス供給方法では、少なくとも底面に断熱材が配設されたコンクリート基礎上に設置されたコールドエバポレータ装置を用いて気化させているため、コンクリート基礎およびコンクリート基礎周囲の地盤の凍結が防止され、手作業による霜や氷の除去が低減され、安定して低温液化ガスを供給することが可能となる。

なお、上記効果は、コールドエバポレータ装置全体を設置したコンクリート基礎に断熱材が配設された場合だけではなく、貯槽部分のみ、または、蒸発器部分のみの基礎において断熱材が配設されていれば、コンクリート基礎およびコンクリート基礎周囲の地盤の凍結が防止され、安定して低温液化ガスを供給することが可能となる。

また、断熱材は少なくともコンクリート基礎の底面に配設されていればコンクリート基礎およびコンクリート基礎周囲の地盤の凍結が防止されるが、図２に示すように、側面、つまり、地盤と接触する面全てに断熱材が配設されている場合には、よりコンクリート基礎およびコンクリート基礎周囲の地盤の凍結が防止され、安定して低温液化ガスを供給することが可能となる。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

Ｇ…地盤、ＧＬ…地盤面、１０…断熱構造、１２…コンクリート基礎、１２Ａ…上面、１２Ｂ…底面、１２Ｃ…側面、１２Ｄ…接続部、１２Ｅ…切欠き部、１４…断熱材、１６…砕石層、１８…捨てコンクリート層、２０…Ｕ字側溝、２２…溜め枡、３０…支持脚

Claims (6)

1. 低温液化ガスを貯蔵する貯槽と蒸発器の少なくとも１つを備え、前記低温液化ガスを気化させて使用先に供給するコールドエバポレータ装置を設置する、基礎の断熱構造であって、
   前記基礎を構成するコンクリート基礎の底面および側面に断熱材が配設され、前記コンクリート基礎は一部が地盤中に埋設され、上面が前記地盤から露出しており、
   前記断熱材は、前記コンクリート基礎の底面および側面に接着された状態で、前記コンクリート基礎と共に一部または全部が地盤中に埋設され、
   前記コンクリート基礎の上面には、前記蒸発器を支持する支持脚を備え、
   前記支持脚は、前記コンクリート基礎と同じコンクリートにより前記コンクリート基礎に連続して施工される、基礎の断熱構造。
2. 請求項１において、
   前記コンクリート基礎の全側面に前記断熱材が配設されている、基礎の断熱構造
3. 請求項１または請求項２において、
   前記断熱材が発泡プラスチックブロックコンクリートである、基礎の断熱構造。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記コンクリート基礎の側面の一部または全部には、前記コンクリート基礎の水溜りを防止するＵ字側溝が配置される、基礎の断熱構造。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のコールドエバポレータ装置の基礎施工方法であって、
   断熱材を配設した型枠にコンクリートを打設して、コンクリート基礎と支持脚を同時に施工する、コールドエバポレータ装置の基礎施工方法。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のコンクリート基礎上に設置されたコールドエバポレータ装置を用いた、低温液化ガス供給方法。

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