JP6687974B2 - Ground freezing method - Google Patents

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Description

本発明は、地盤凍結工法に関し、より詳細には、地盤凍結工法の施工に際して施工仕様或いは施工計画を決定する技術に関する。   The present invention relates to a ground freezing construction method, and more particularly to a technique for determining a construction specification or a construction plan when constructing a ground freezing construction method.

地盤凍結工法はトンネルの掘削等で施工実績があり、近年は地下水流を遮断するのにも適用されている。
地盤凍結工法を施工するに際しては、冷媒(ブライン)循環用の配管の径、長さ、経路、冷媒循環用のポンプの吐出圧、吐出流量その他、種々の数値を決定する必要がある(施工仕様、施工計画)。
本明細書では施工仕様或いは施工計画の決定、その他、各種数値を決定することを、包括的に「設計」と表現している。
The ground freezing method has a proven track record in tunnel excavation, etc., and has recently been applied to block groundwater flow.
When constructing the ground freezing method, it is necessary to determine various numerical values such as the diameter and length of the piping for circulating the refrigerant (brine), the route, the discharge pressure of the pump for circulating the refrigerant, the discharge flow rate, etc. , Construction plan).
In this specification, the determination of construction specifications or construction plans and the determination of various numerical values are collectively referred to as “design”.

しかし、従来の設計では、施工に必要な各種数値の決定は、設計者の経験に裏打ちされた「勘」に頼って行われていた。
ここで冷媒として二酸化炭素を選択した場合には、二酸化炭素の性質は従来の凍結工法で使用されていたブラインに比較して異なっているため、経験と勘による設計では非効率的な凍結しか行われず、或いは、冷媒が循環せずに地盤を凍結することが出来なくなる事態が生じてしまう。
そのため、明確な基準を決定してから設計を行うことが望まれているが、地盤凍結工法において、施工に必要な「明確な基準」を定める技術は、現時点では提案されていない。
However, in the conventional design, various numerical values required for construction were determined by "intuition" backed by the experience of the designer.
When carbon dioxide is selected as the refrigerant here, the properties of carbon dioxide are different compared to the brine used in the conventional freezing method, so designing based on experience and intuition only makes inefficient freezing. Otherwise, a situation occurs in which the ground cannot be frozen because the refrigerant does not circulate.
Therefore, it is desired to design after determining a clear standard, but in the ground freezing method, a technique for defining a "clear standard" necessary for construction has not been proposed at this time.

その他の従来技術として、例えば、高い流動性および熱伝導率を有し、凍結潜熱が少ない凍結用材料を用いた地盤凍結工法が提案されている(特許文献1参照)。
しかし、当該技術(特許文献1)においても、設計の段階で施工に必要な「明確な基準」を定めることは開示されていない。
As another conventional technique, for example, a ground freezing method using a freezing material having high fluidity and thermal conductivity and having a low freezing latent heat has been proposed (see Patent Document 1).
However, even in the technique (Patent Document 1), there is no disclosure of defining "clear criteria" necessary for construction at the design stage.

特開2008−69246号公報JP, 2008-69246, A

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、施工に必要な基準を定めて設計を行うことにより、効率的な施工が可能な地盤凍結工法の提供を目的としている。   The present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems of the conventional technology, and an object thereof is to provide a ground freezing construction method that enables efficient construction by designing by defining the criteria necessary for construction. .

本発明の地盤凍結工法は、冷媒として二酸化炭素を使用し、圧損の理論値(△Pcal)を演算し、圧損の実測値に相当する数値(予想値:△Pp)を演算し、演算された圧損の予想値(△Pp)から施工に必要な各種項目を演算、決定し、
前記圧損の予想値(△Pp)を演算するに際しては、圧損の理論値(△Pcal)は予め定められている施工条件(施工の概要:例えば、凍結するべき領域の位置、体積、冷凍機やポンプの設置可能位置等から、最低限必要と思われる二酸化炭素流量と、配管系の長さ、概略の経路等)から演算し、当該圧損の理論値(△Pcal)に理論値と実測値の特性(△Pexp/△Pcal:KL、KG)を乗じることを特徴としている。
In the ground freezing method of the present invention, carbon dioxide is used as a refrigerant, the theoretical value of pressure loss (ΔPcal) is calculated, and the numerical value (expected value: ΔPp) corresponding to the actual measured value of pressure loss is calculated and calculated. Calculate and determine various items required for construction from the expected pressure loss value (△ Pp),
When calculating the expected value (ΔPp) of the pressure loss, the theoretical value (ΔPcal) of the pressure loss is a predetermined construction condition (outline of construction: position, volume, refrigerator, etc. of region to be frozen). From the position where the pump can be installed, etc., calculate from the minimum required carbon dioxide flow rate, the length of the piping system, the approximate route, etc.), and calculate the theoretical value (ΔPcal) It is characterized by multiplying the characteristic (ΔPexp / ΔPcal: KL, KG) .

本発明において、理論値と実測値の特性(△Pexp/△Pcal:KL、KG)は、冷媒(二酸化炭素)が液相の場合と気相の場合とで異なっており、条件により使い分けることが好ましい。 In the present invention, the characteristics of the theoretical and measured values (△ Pexp / △ Pcal: KL , KG) , the refrigerant (carbon dioxide) is different between cases where the and the gas phase of the liquid phase, be separately used depending on the conditions Is preferred.

本発明において、圧損の予想値(△Pp)に基づいて設計された仕様で施工して不都合(例えば効率が低い、冷媒が循環しない等)が生じた場合に、当該不都合を解消する手法の設計が前記圧損の予想値(△Pp)を用いて行われるのが好ましい。 In the present invention, in the case where a problem occurs (for example, efficiency is low, refrigerant does not circulate, etc.) when the work is performed with the specifications designed based on the predicted value of pressure loss (ΔPp), design of a method for solving the problem. Is preferably performed using the expected value of pressure loss (ΔPp).

また本発明において、二酸化炭素における圧損の実測値と理論値との比率(KG、KL)は、二酸化炭素における前記比率(KG、KL)と流量の特性(図3〜図6の特性曲線CG、CL、CLh、CGhから求めたKL、KG:或いは、近似式KL=20Q−0.5、KG=15/QによるKL、KG)以下となる範囲内から選択することが好ましい。 In the present invention, the two ratios between the measured value and the theoretical value of the pressure drop in the carbon monoxide (KG, KL), the in carbon dioxide ratio (KG, KL) and flow characteristics (characteristic curve CG in FIGS. 3-6 , CL, CLh, CGh: KL, KG: or an approximate expression KL = 20Q −0.5 , KG = 15 / Q) .

上述の構成を具備する本発明の地盤凍結工法によれば、施工条件(例えば、凍結するべき領域の位置、体積、冷凍機やポンプの設置可能位置等から決定される最低限必要と思われる二酸化炭素流量と、配管系の長さ、概略の経路等)に基づいて圧損の理論値(△Pcal)を求め、当該圧損の理論値(△Pcal)に理論値と実測値の特性(△Pexp/△Pcal:KL、KG)を乗じて圧損の予想値(△Pp)を求め、当該圧損の予想値(△Pp)が圧損と同一であると仮定して、施工に必要な設計項目を決定、演算することが出来る。
そして、具体的な数値(圧損の予想値△Pp)を指針として用いて、設計項目を演算或いは決定することは、従来の勘や経験により設計項目を決定することに比較して、遥かに容易であり、且つ、設計項目を適正な数値にすることが出来る。ここで、凍結工法においては冷却設備から吐出された冷媒が冷却設備に戻り、当該冷媒は循環している。そのため、冷媒循環系統における圧損は、設計における重要なパラメータとなる。
そのため、従来の凍結工法で使用されていたブラインに比較して異なっている冷媒、例えば二酸化炭素を用いた場合であっても、圧損という具体的な数値を指針として、容易に且つ良好な設計を行うことが出来る。
According to the ground freezing method of the present invention having the above-mentioned configuration, the minimum required dioxide that is determined from the construction conditions (for example, the position and volume of the region to be frozen, the installable position of the refrigerator or pump, etc.) The theoretical value (ΔPcal) of the pressure loss is obtained based on the carbon flow rate, the length of the piping system, the approximate route, etc., and the theoretical value (ΔPcal) of the pressure loss has the characteristic (ΔPexp / ΔPcal: KL, KG) is multiplied to obtain an expected pressure loss value (ΔPp), and assuming that the expected pressure loss value (ΔPp) is the same as the pressure loss, the design items necessary for construction are determined. It can be calculated.
Then, it is much easier to calculate or determine the design item by using the specific numerical value (predicted pressure loss value ΔPp) as a guide, as compared with the conventional method of determining the design item by intuition or experience. In addition, the design items can be set to appropriate numerical values. Here, in the freezing method, the refrigerant discharged from the cooling equipment returns to the cooling equipment, and the refrigerant is circulated. Therefore, the pressure loss in the refrigerant circulation system is an important parameter in design.
Therefore, even when using a different refrigerant, for example, carbon dioxide, compared to the brine used in the conventional freezing method, a specific numerical value of pressure loss is used as a guideline for easy and good design. You can do it.

本発明によれば理論上の圧損(△Pcal)に理論値と実測値の特性(△Pexp/△Pcal:KL、KG)を乗じて圧損の予想値(△Pp)を演算しているが、当該特性は冷媒(二酸化炭素)が液相の場合(KL)と気相の場合(KG)で使い分けることが出来る。
そのため、二酸化炭素の様に、地盤を凍結する際に液相から気相に気化し、或いは気液二相となるような冷媒であっても、冷媒の相変化を考慮して理論値と実測値の特性(△Pexp/△Pcal:KL、KG)を使い分けることにより、圧損の予想値(△Pp)を実際の施工に近づけることが可能となる。
According to the present invention, the theoretical pressure loss (ΔPcal) is multiplied by the characteristics of the theoretical value and the measured value (ΔPexp / ΔPcal: KL, KG) to calculate the expected pressure loss value (ΔPp). The characteristic can be used depending on whether the refrigerant (carbon dioxide) is in the liquid phase (KL) or in the gas phase (KG).
Therefore, even if it is a refrigerant such as carbon dioxide that vaporizes from the liquid phase to the gas phase when it freezes the ground, or becomes a gas-liquid two phase, the theoretical value and the actual measurement should be taken into consideration in consideration of the phase change of the refrigerant. By properly using the value characteristics (ΔPexp / ΔPcal: KL, KG), it becomes possible to approximate the expected pressure loss value (ΔPp) to actual construction.

さらに、上述した圧損の予想値(△Pp)から各種設計項目を決定して施工しても、地盤凍結工法としての効率が良くない場合や、冷媒(二酸化炭素)の循環が良好ではない場合には、施工仕様或いは施工計画を変更して対処する手法を決定し、当該手法を実行するための設計項目を決定する必要がある。
本発明によれば、当該手法実行のための設計項目を決定するに際して、上述した圧損の予想値(△Pp)を用いて演算、決定することが出来る。
In addition, even if various design items are determined from the above-mentioned expected pressure loss value (ΔPp) and construction is not performed, the efficiency of the ground freezing method is not good, or the circulation of the refrigerant (carbon dioxide) is not good. Must determine the method to deal with by changing the construction specification or construction plan, and determine the design items for executing the method.
According to the present invention, when the design item for executing the method is determined, the expected value (ΔPp) of the pressure loss described above can be used for calculation and determination.

本発明の実施形態の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of embodiment of this invention. 実施形態における設計の手順を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a designing procedure in the embodiment. 二酸化炭素が液相の場合における圧損の実測値を理論値で除した数値KL(=△Pexp(L)/△Pcal(L))と流量との関係を示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between a flow rate and a numerical value KL (= ΔPexp (L) / ΔPcal (L)) obtained by dividing a measured value of pressure loss when carbon dioxide is in a liquid phase by a theoretical value. 図3と同様な特性図であって、近似曲線を上限CLhと下限CLlに分けて示した図である。FIG. 4 is a characteristic diagram similar to FIG. 3, in which an approximate curve is divided into an upper limit CLh and a lower limit CLl. 二酸化炭素が気相の場合における圧損の実測値を理論値で除した数値KG(=△Pexp(G)/△Pcal(G))と流量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the numerical value KG (= (DELTA) Pexp (G) / (DELTA) Pcal (G)) which divided the measured value of the pressure loss when carbon dioxide is a gas phase, and a flow volume. 図5と同様な特性図であって、近似曲線を上限CGhと下限CGlに分けて示した図である。FIG. 6 is a characteristic diagram similar to FIG. 5, in which an approximate curve is divided into an upper limit CGh and a lower limit CGl. 実施形態において、図2で示す手順の後における設計手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a design procedure after the procedure shown in FIG. 2 in the embodiment.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
最初に図1を参照して、二酸化炭素を冷媒として使用する地盤凍結工法の概要を説明する。
図1において、地盤G中の凍結部に相当する領域F(凍土造成予定部)には地上側から凍結管1が延設されている。地上側には冷凍機4、ポンプ5が配置されており、鉄製の冷媒供給配管2及び冷媒戻り配管3を介して、冷凍機4、ポンプ5は連結管1と接続されている。
凍結管1内の領域Fに対応する部分は、例えばアルミニウム製の冷媒用配管1Aで構成されている。冷媒用配管1Aは、凍結管1内で冷媒用配管1Aより地上側の領域の枝管1B(例えば銅製)を介して、冷媒供給配管2及び冷媒戻り配管3に接続される。ここで冷媒用配管1Aと枝管1Bは、例えばソケット(図示せず)より接続される。
凍結部に相当する領域Fの近傍には測温管6が埋設され、複数の側温点6Aでの地中温度を計測している。なお、符号7は、冷凍機4、ポンプ5、その他の図示しない関連設備を収容する冷凍機室を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, with reference to FIG. 1, an outline of a ground freezing method using carbon dioxide as a refrigerant will be described.
In FIG. 1, a freezing pipe 1 is extended from the ground side to a region F (frozen soil planned part) corresponding to a frozen part in the ground G. A refrigerator 4 and a pump 5 are arranged on the ground side, and the refrigerator 4 and the pump 5 are connected to the connecting pipe 1 via an iron-made refrigerant supply pipe 2 and a refrigerant return pipe 3.
The portion corresponding to the region F in the freezing pipe 1 is constituted by a refrigerant pipe 1A made of, for example, aluminum. The refrigerant pipe 1A is connected to the refrigerant supply pipe 2 and the refrigerant return pipe 3 via a branch pipe 1B (for example, made of copper) in a region on the ground side of the refrigerant pipe 1A in the freezing pipe 1. Here, the refrigerant pipe 1A and the branch pipe 1B are connected by, for example, a socket (not shown).
A temperature measuring pipe 6 is embedded in the vicinity of the region F corresponding to the freezing part, and the underground temperature at a plurality of side temperature points 6A is measured. Note that reference numeral 7 indicates a refrigerator compartment that houses the refrigerator 4, the pump 5, and other related equipment (not shown).

冷凍機4で液化された液相の二酸化炭素はポンプ5から吐出され、冷媒供給配管2を介して凍結管1内に供給され、凍結管1内の枝管1Bを介して冷媒用配管1Aを流れる。その際に液相二酸化炭素は凍結するべき領域Fから熱(顕熱及び/又は潜熱)を奪って気相の二酸化炭素となって地上側に上昇する。或いは、一部が気化して気液二相流となり、上昇する気相の二酸化炭素が液相の二酸化炭素を連行する。
凍結管1内の枝管1Bを通過した気相或いは気液二相流の二酸化炭素は、冷媒戻り配管3を流れて冷凍機4に戻され、冷凍機4で再び液化され、再びポンプ5から吐出される。そして凍結工法が完了するまで、このサイクルを繰り返す。
The liquid phase carbon dioxide liquefied in the refrigerator 4 is discharged from the pump 5, supplied into the freezing pipe 1 via the refrigerant supply pipe 2, and flows through the branch pipe 1B in the freezing pipe 1 into the refrigerant pipe 1A. Flowing. At that time, the liquid-phase carbon dioxide removes heat (sensible heat and / or latent heat) from the region F to be frozen and becomes vapor-phase carbon dioxide, which rises to the ground side. Alternatively, part of the gas is vaporized into a gas-liquid two-phase flow, and the rising gas-phase carbon dioxide carries the liquid-phase carbon dioxide.
The gas-phase or gas-liquid two-phase flow of carbon dioxide that has passed through the branch pipe 1B in the freezing pipe 1 flows through the refrigerant return pipe 3 and is returned to the refrigerator 4, is liquefied again in the refrigerator 4, and is again pumped from the pump 5. Is ejected. Then, this cycle is repeated until the freezing method is completed.

ここで、図1では単一の凍結管1(枝管1B、媒用配管1A)が冷凍機4、ポンプ5と連結しているが、実際の施工に際しては、冷凍機4、ポンプ5に接続している冷媒供給配管2及び冷媒戻り配管3(例えば鉄製)の複数個所から枝管1B(例えば銅製)が分岐しており、個々の枝管1Bがそれぞれの凍結管1内の冷媒用配管1Aと接続している。そのため、同時に複数の領域を凍結することが出来る。
また、明確には図示されていないが、凍結管1内の冷媒用配管1Aは、例えば、内部に複数の微小管路が形成されている(いわゆる「マイクロチャンネル」)。ただし、凍結管1内の冷媒用配管1Aを単管(例えばU字管)や二重管で構成しても良い。
Here, in FIG. 1, the single freezing pipe 1 (branch pipe 1B, medium pipe 1A) is connected to the refrigerator 4 and the pump 5, but in the actual construction, it is connected to the refrigerator 4 and the pump 5. Branch pipes 1B (made of copper, for example) are branched from a plurality of places of the refrigerant supply pipe 2 and the refrigerant return pipe 3 (made of iron, for example), and each branch pipe 1B is a refrigerant pipe 1A in each freezing pipe 1. Connected with. Therefore, a plurality of regions can be frozen at the same time.
Further, although not clearly shown, the refrigerant pipe 1A in the freezing pipe 1 is provided with, for example, a plurality of minute pipe lines therein (so-called “microchannel”). However, the refrigerant pipe 1A in the freezing pipe 1 may be configured by a single pipe (for example, a U-shaped pipe) or a double pipe.

図1で示す地盤凍結工法を施工するに際しては、例えば配管系については配管材料、管径、管摩擦係数、長さ、その他の設計項目を決定する必要がある。また、凍結管1内の冷媒用配管1Aについてはその種類(マイクロチャンネルにするか、二重管にするか、単管にするか)、マイクロチャンネルにするのであれば単一のマイクロチャンネルで一方向のみに二酸化炭素が流れるのか、供給側と戻り側の双方向に二酸化炭素が流れるのか、その他を決定しなければならない。さらに、ポンプ5については、例えば吐出圧、吐出流量、その他を決定しなければならない。
しかし、上述した各種の設計項目(パラメータ)は相互に関連しており、設計時において決定するのは困難である。
When constructing the ground freezing method shown in FIG. 1, for example, regarding the piping system, it is necessary to determine the piping material, the pipe diameter, the pipe friction coefficient, the length, and other design items. Also, regarding the refrigerant pipe 1A in the freezing pipe 1, its type (whether it is a microchannel, a double pipe or a single pipe), and if it is a microchannel, a single microchannel is used. Whether or not carbon dioxide flows only in the direction, or both directions of the supply side and the return side, must be determined. Further, for the pump 5, for example, the discharge pressure, the discharge flow rate, etc. must be determined.
However, the various design items (parameters) described above are related to each other, and it is difficult to determine them at the time of designing.

これに対して図示の実施形態では、図2で示す手順に従って、施工に必要な設計項目を計算している。
図2において、ステップS1では施工概要を決定する。施工概要としては、凍結するべき領域部に相当する領域Fの位置(平面位置、凍結するべき領域の深度範囲)、領域Fの体積、冷凍機4、ポンプ5の設置可能位置等を決定する。
さらに、当該施工概要から、最低限必要と思われる冷媒である二酸化炭素流量と、配管系(冷媒供給配管2、冷媒戻り配管3、凍結管内の枝管1B、冷媒用配管1A)の長さ、概略の経路等を決定する(施工条件の決定)。
On the other hand, in the illustrated embodiment, the design items necessary for construction are calculated according to the procedure shown in FIG.
In FIG. 2, a construction outline is determined in step S1. As a construction outline, the position of the area F corresponding to the area to be frozen (planar position, depth range of the area to be frozen), the volume of the area F, the installable position of the refrigerator 4, the pump 5, and the like are determined.
Further, from the construction outline, the flow rate of carbon dioxide, which is the minimum required refrigerant, and the length of the piping system (refrigerant supply pipe 2, refrigerant return pipe 3, branch pipe 1B in the freezing pipe, refrigerant pipe 1A), Determine the general route, etc. (decision of construction conditions).

ステップS2では、ステップS1で決定された施工概要(凍結するべき領域部に相当する領域Fの位置、領域Fの体積、冷凍機やポンプの設置可能位置等)、施工条件(二酸化炭素流量、配管系の長さ、概略の経路等)により、二酸化炭素が100%気体の場合と100%液体の場合の各々について、理論上の圧損△Pcalを演算する。
当該理論上の圧損△Pcalの演算に際しては、従来公知の数式や実験式等を使用して行うことが出来る。
In step S2, the construction outline (position of the area F corresponding to the area portion to be frozen, volume of the area F, installable position of a refrigerator or pump, etc.) determined in step S1, construction conditions (carbon dioxide flow rate, piping The theoretical pressure loss ΔPcal is calculated for each of the case where the carbon dioxide is 100% gas and the case where the carbon dioxide is 100% liquid, according to the length of the system, the approximate route, etc.).
The calculation of the theoretical pressure loss ΔPcal can be performed using conventionally known mathematical expressions, empirical expressions, and the like.

ステップS3では、ステップS2で演算した圧損の理論値△Pcalと、図3〜図6を参照して後述する「理論値と実測値の特性(△Pexp/△Pcal)」に基づいて、圧損の予想値△Pp(圧損の実測値に相当する数値)を演算し、決定する。具体的には、理論上の圧損△Pcalに、理論値と実測値の特性(△Pexp/△Pcal=係数K)を乗じて、圧損の予想値△Ppを演算する。
図3〜図6を参照して後述する「理論値と実測値の特性(△Pexp/△Pcal)」は、配管系を流れる二酸化炭素が液体の場合は(△Pexp(L)/△Pcal(L))であり、配管系を流れる二酸化炭素が気体の場合は(△Pexp(G)/△Pcal(G))であり、両者は異なっている。すなわち、「理論値と実測値の特性(△Pexp/△Pcal)」は、求めるべき圧損は二酸化炭素が液相の場合における圧損であるか、二酸化炭素が気相の場合における圧損であるか、により使い分ける。
In step S3, the pressure loss of the pressure loss is calculated based on the theoretical value ΔPcal of the pressure loss calculated in step S2 and “the characteristic of the theoretical value and the actual measurement value (ΔPexp / ΔPcal)” described later with reference to FIGS. The expected value ΔPp (a numerical value corresponding to the actual measured value of pressure loss) is calculated and determined. Specifically, the theoretical pressure loss ΔPcal is multiplied by the characteristic (ΔPexp / ΔPcal = coefficient K) of the theoretical value and the actual measurement value to calculate the expected pressure loss value ΔPp.
“Characteristics of theoretical value and measured value (ΔPexp / ΔPcal)” described later with reference to FIGS. 3 to 6 is (ΔPexp (L) / ΔPcal (when the carbon dioxide flowing through the piping system is a liquid. L)), and when the carbon dioxide flowing through the piping system is a gas, it is (ΔPexp (G) / ΔPcal (G)), and both are different. That is, "the characteristic between the theoretical value and the measured value (ΔPexp / ΔPcal)" indicates whether the pressure loss to be obtained is the pressure loss in the case where the carbon dioxide is in the liquid phase or the pressure loss in the case where the carbon dioxide is in the gas phase. To use properly.

圧損の予想値△Ppを決定するに際しては、例えば、液体における理論値と実測値の特性(△Pexp(L)/△Pcal(L))を用いて演算した結果と、気体における理論値と実測値の特性(△Pexp(G)/△Pcal(G))を用いて演算した結果の双方の条件を満たす数値を圧損の予想値△Ppとすることが可能である。
換言すれば、理論上の圧損△Pcalに、液体における理論値と実測値の特性(△Pexp(L)/△Pcal(L))と気体における理論値と実測値の特性(△Pexp(G)/△Pcal(G))の双方の条件を満たす特性(△Pexp/△Pcal=係数K)を乗じて、圧損の予想値△Ppを演算することが可能である。
In determining the expected pressure loss value ΔPp, for example, the result calculated using the characteristics (ΔPexp (L) / ΔPcal (L)) of the theoretical value and the actual measured value in the liquid, the theoretical value and the actual measured value in the gas It is possible to set the numerical value satisfying both conditions of the result calculated by using the value characteristic (ΔPexp (G) / ΔPcal (G)) as the predicted pressure loss value ΔPp.
In other words, in addition to theoretical pressure loss ΔPcal, characteristics of theoretical value and measured value in liquid (ΔPexp (L) / ΔPcal (L)) and characteristics of theoretical value and measured value in gas (ΔPexp (G)) It is possible to calculate the expected pressure loss value ΔPp by multiplying the characteristic (ΔPexp / ΔPcal = coefficient K) satisfying both conditions of / ΔPcal (G).

また例えば、圧損の予想値△Ppを決定するに際して、図1から明らかなように、鉄製の冷媒供給配管2内を流れる二酸化炭素は液相なので、冷媒供給配管2における設計項目を求める際には液体における理論値と実測値の特性(△Pexp(L)/△Pcal(L))を用いて演算するのが好適である。
鉄製の冷媒供給配管2と凍結管1内の冷媒用配管1Aを接続する銅製の枝管1B(供給側)における圧損についても、供給側は液相であるので、液体における理論値と実測値の特性(△Pexp(L)/△Pcal(L))を用いるのが好適である。
Further, for example, when determining the expected pressure loss value ΔPp, as is clear from FIG. 1, since carbon dioxide flowing in the iron-made refrigerant supply pipe 2 is in the liquid phase, when determining design items in the refrigerant supply pipe 2, It is preferable to calculate using the characteristic (ΔPexp (L) / ΔPcal (L)) of the theoretical value and the actually measured value in the liquid.
Regarding the pressure loss in the copper branch pipe 1B (supply side) that connects the iron refrigerant supply pipe 2 and the refrigerant pipe 1A in the freezing pipe 1, since the supply side is in the liquid phase, the theoretical value and the measured value in the liquid It is preferable to use the characteristic (ΔPexp (L) / ΔPcal (L)).

一方、凍結管1内の冷媒用配管1A内を流れる二酸化炭素は気相として演算する方が実際の挙動と良く合致するので、凍結管1内の冷媒用配管1Aにおける設計項目を求める際には気体における理論値と実測値の特性(△Pexp(G)/△Pcal(G))を用いて演算するのが好適である。
同様に鉄製の冷媒戻り配管3についても、流れる二酸化炭素は気相、或いは気液二相であるので、(冷媒戻り配管3における設計項目を求める際には)気体における理論値と実測値の特性(△Pexp(G)/△Pcal(G))を用いて演算するのが好適である。
さらに、鉄製の冷媒戻り配管3と凍結管1内の冷媒用配管1Aを接続する銅製の枝管1B(戻り側)における圧損についても、同様に、気体における理論値と実測値の特性(△Pexp(G)/△Pcal(G))を用いて演算するのが好適である。
On the other hand, it is better to calculate the carbon dioxide flowing in the refrigerant pipe 1A in the freezing pipe 1 as a gas phase, which is in better agreement with the actual behavior. It is preferable to use the characteristic (ΔPexp (G) / ΔPcal (G)) of the theoretical value and the actually measured value in the gas for calculation.
Similarly, in the iron-made refrigerant return pipe 3, the flowing carbon dioxide is in a gas phase or a gas-liquid two-phase, so (when determining design items in the refrigerant return pipe 3) characteristics of theoretical value and measured value in gas It is preferable to perform the calculation using (ΔPexp (G) / ΔPcal (G)).
Further, regarding the pressure loss in the copper branch pipe 1B (return side) that connects the iron refrigerant return pipe 3 and the refrigerant pipe 1A in the freezing pipe 1, similarly, the characteristics (ΔPexp) of the theoretical value and the measured value in the gas (ΔPexp It is preferable to calculate using (G) / ΔPcal (G).

ステップS4では、ステップS3で演算し、決定した圧損の予想値△Ppを用いて、
施工に必要な各種設計項目の演算を行う。
圧損の予想値△Ppから演算される設計項目としては、例えば、配管系(冷媒供給配管2、冷媒戻り配管3、凍結管内の枝管1B、冷媒用配管1A)については配管材料、管径、管摩擦係数、管路長さ等がある。また、凍結管1内の冷媒用配管1Aであれば、設計項目として、配管の種類(マイクロチャンネル、二重管、或いは単管)を決定することも設計項目に含まれる。さらに凍結管1内の冷媒用配管1Aがマイクロチャンネルであれば、単一のマイクロチャンネルでは一方向のみに二酸化炭素が流れるのか、供給側と戻り側の双方向に二酸化炭素が流れるのかも設計項目として決定しなければならない。
さらに、ポンプ5については、圧損の予想値△Ppから、例えば吐出圧、吐出流量を演算することが出来る。
ただし、圧損(圧損の予想値△Pp)から演算される設計項目は、上述したパラメータに限定される訳ではない。
In step S4, using the predicted pressure loss value ΔPp calculated in step S3,
Calculates various design items required for construction.
The design items calculated from the predicted pressure loss value ΔPp include, for example, the pipe material, pipe diameter, and the like for the piping system (refrigerant supply pipe 2, refrigerant return pipe 3, branch pipe 1B in the freezing pipe, refrigerant pipe 1A). There are pipe friction coefficient, pipe length, etc. Further, in the case of the refrigerant pipe 1A in the freezing pipe 1, determining the type of pipe (microchannel, double pipe, or single pipe) is also included in the design item. Further, if the refrigerant pipe 1A in the freezing pipe 1 is a micro channel, whether carbon dioxide flows in only one direction in a single micro channel, or whether carbon dioxide flows in both directions of the supply side and the return side is a design item. Must be decided as.
Further, for the pump 5, for example, the discharge pressure and the discharge flow rate can be calculated from the expected pressure loss value ΔPp.
However, the design items calculated from the pressure loss (predicted pressure loss value ΔPp) are not limited to the above-mentioned parameters.

ステップS4で、圧損の予想値△Ppから上述した各種設計項目のそれぞれが一義的に定まる訳ではない。上述した様に、設計の際に決定される各種設計項目の数値(例えば、配管系の管径、管路長さ、ポンプ5の吐出圧、吐出流量、等)から圧損を求める公式、実験式等は従来公知であり、当該公式等を用いて圧損の予想値△Ppから各種設計項目の数値を適切に演算することが出来る。
圧損の予想値△Ppは「予想値」ではあるが、予想値とは言え「圧損」が求まれば、求まった圧損(圧損の予想値△Pp)を用いて各種設計項目を演算することが出来る。そして、「圧損の予想値△Pp」を用いて各種設計項目を演算することは、何も指針等がない状態で相互に関連し合う各種設計項目を「経験」と「勘」のみに頼って決定する従来の作業に比較して、遥かに容易であり且つ正確である。
そのため図示の実施形態によれば、設計に費やされる労力を低減すると共に、設計の精度を向上することが可能となる。
In step S4, each of the various design items described above is not uniquely determined from the expected pressure loss value ΔPp. As described above, formulas and empirical formulas for determining pressure loss from the numerical values of various design items (for example, pipe diameter of pipe system, pipe line length, discharge pressure of pump 5, discharge flow rate, etc.) determined at the time of design Etc. are conventionally known, and the numerical values of various design items can be appropriately calculated from the predicted value ΔPp of the pressure loss using the formula or the like.
Although the expected pressure loss value ΔPp is an “estimated value”, if the “pressure loss” is found even though it is an expected value, various design items can be calculated using the obtained pressure loss (estimated pressure loss value ΔPp). I can. The calculation of various design items using the “predicted pressure loss value ΔPp” depends on “experience” and “intuition” of various design items that are related to each other without any guidelines. It is much easier and more accurate than the conventional task of determining.
Therefore, according to the illustrated embodiment, it is possible to reduce the labor required for design and improve the design accuracy.

次に、上述の理論値と実測値の特性(△Pexp/△Pcal)について、図3〜図6を参照して説明する。
発明者は、図1における鉄製の冷媒供給配管2及び冷媒戻り配管3、連結管1内の銅製の枝管1B、凍結管1内の冷媒用配管1Aについて、種々の条件を変更して、圧損の理論値△Pcalと実測値△Pexpを求めた。なお、凍結管1内の冷媒用配管1Aとしては、内部に複数の微小管路が形成されている「マイクロチャンネル」を用いた。
Next, the characteristics (ΔPexp / ΔPcal) between the theoretical value and the actually measured value will be described with reference to FIGS. 3 to 6.
The inventor changed various conditions for the iron refrigerant supply pipe 2 and the refrigerant return pipe 3, the copper branch pipe 1B in the connecting pipe 1, and the refrigerant pipe 1A in the freezing pipe 1 in FIG. The theoretical value ΔPcal and the actual measurement value ΔPexp were calculated. As the refrigerant pipe 1A in the freezing pipe 1, a "micro channel" having a plurality of micro pipes formed therein was used.

圧損の理論値△Pcalと実測値△Pexpを求めるに際して発明者が行った実験では、鉄製の冷媒供給配管2及び冷媒戻り配管3については、内径が20mm程度(20A)、25mm程度(25A)、50mm程度(50A)の3種類について、長さを30m、65m、100m、130mの4通りとした。そして流量は、「20A」については7.0L(リットル)/分、17.0L/分、38.0L/分と変化させ、「25A」については20.0L(リットル)/分、38.0L/分、69.0L/分と変化させ、「50A」については15.0L(リットル)/分、37.0L/分、58.0L/分、76.0L/分、93.0L/分、150.0L/分と変化させた。   In an experiment conducted by the inventor when obtaining the theoretical value ΔPcal of pressure loss and the actually measured value ΔPexp, in the iron refrigerant supply pipe 2 and the refrigerant return pipe 3, the inner diameters are about 20 mm (20 A) and about 25 mm (25 A), With respect to three types of about 50 mm (50 A), the lengths were set to four types of 30 m, 65 m, 100 m and 130 m. The flow rate is changed to 7.0 L (liter) / minute, 17.0 L / minute, and 38.0 L / minute for "20 A", and 20.0 L (liter) / minute, 38.0 L for "25 A". / Min, 69.0 L / min, and for "50A", 15.0 L (liter) / min, 37.0 L / min, 58.0 L / min, 76.0 L / min, 93.0 L / min, It was changed to 150.0 L / min.

銅製の枝管1Bについては、内径が10mm程度(10A)で長さが30m、内径が15mm程度(15A)で長さが30mの2種類を用意した。流量は、10Aについては1.3L/分、3.1L/分、5.4L/分、7.3L/分と変化させ、15Aについては1.0L/分、2.5L/分、4.7L/分、11.1L/分、15.3L/分と変化させた。
マイクロチャンネル(冷媒用配管1A)については、幅48mm(W48R)のものを選択し、長さを1m、5m、10m、20mの4通りとした。流量は、長さ1mでは1.1L/分、3.4L/分、5.1L/分、9.8L/分と変化させ、長さ5mでは1.5L/分、3.0L/分、4.8L/分、7.0L/分と変化させ、長さ10mでは1.4L/分、2.7L/分、5.3L/分と変化させ、長さ20mでは1.4L/分、2.1L/分と変化させた。
As for the copper branch pipe 1B, two types were prepared with an inner diameter of about 10 mm (10 A) and a length of 30 m, and an inner diameter of about 15 mm (15 A) and a length of 30 m. The flow rate was changed to 1.3 L / min, 3.1 L / min, 5.4 L / min, and 7.3 L / min for 10 A, and 1.0 L / min, 2.5 L / min for 15 A, and 4. It was changed to 7 L / min, 11.1 L / min, and 15.3 L / min.
The microchannel (refrigerant pipe 1A) having a width of 48 mm (W48R) was selected, and the length was set to 4 ways of 1 m, 5 m, 10 m, and 20 m. The flow rate was changed to 1.1 L / min, 3.4 L / min, 5.1 L / min, 9.8 L / min for a length of 1 m, and 1.5 L / min, 3.0 L / min for a length of 5 m, 4.8 L / min and 7.0 L / min, 1.4 L / min at 10 m length, 2.7 L / min and 5.3 L / min, and 20 L length at 1.4 L / min, It was changed to 2.1 L / min.

そして発明者は、上述した各々について、圧損を計測し(実測値△Pexp:気液2相流における計測結果)、理論値を演算し(理論値△Pcal)、圧損の実測値△Pexpを理論値△Pcalで除した数値を求めた。
図3では、二酸化炭素が液相の場合について、圧損の実測値△Pexp(L)を理論値△Pcal(L)で除した数値KL(=△Pexp(L)/△Pcal(L))と流量との関係をプロット(「●」)した特性図を示している。
図3において、点線で示す曲線CLは近似曲線である。
Then, the inventor measures the pressure loss (measured value ΔPexp: measurement result in gas-liquid two-phase flow) for each of the above-described values, calculates a theoretical value (theoretical value ΔPcal), and theoretically calculates the measured pressure loss value ΔPexp. A value was obtained by dividing the value by ΔPcal.
In FIG. 3, a value KL (= ΔPexp (L) / ΔPcal (L)) obtained by dividing the measured pressure drop ΔPexp (L) by the theoretical value ΔPcal (L) in the case where carbon dioxide is in the liquid phase is given. A characteristic diagram in which the relationship with the flow rate is plotted (“●”) is shown.
In FIG. 3, a curved line CL indicated by a dotted line is an approximate curve.

図4は、図3で示すのと同様な特性図であるが、近似曲線が、上限のプロット(図4における「●」のプロット)に近似する上限近似曲線(図4で曲線CLh)と、下限のプロット(図4における「■」のプロット)に近似する下限近似曲線(図4で曲線CLl)に分けて表現されている。
図4から明らかなように、下限の近似曲線CLlは座標軸に近接している。そのため、上限の近似曲線CLhのみを考慮すれば良い。
4 is a characteristic diagram similar to that shown in FIG. 3, but the approximation curve is an upper limit approximation curve (curve CLh in FIG. 4) that approximates the upper limit plot (the plot of “●” in FIG. 4), The lower limit approximation curve (curve CL1 in FIG. 4) that approximates the lower limit plot (the plot of “■” in FIG. 4) is divided and expressed.
As is clear from FIG. 4, the lower limit approximation curve CL1 is close to the coordinate axes. Therefore, only the upper limit approximation curve CLh needs to be considered.

図5では、二酸化炭素が気相の場合について、圧損の実測値△Pexp(G)を理論値△Pcal(G)で除した数値KG(=△Pexp(G)/△Pcal(G))と流量との関係をプロット(「■」)した特性図を示している。
図5においても、点線で示す曲線CGは近似曲線である。
In FIG. 5, the value KG (= ΔPexp (G) / ΔPcal (G)) obtained by dividing the measured pressure drop ΔPexp (G) by the theoretical value ΔPcal (G) in the case where carbon dioxide is in the gas phase. A characteristic diagram in which the relationship with the flow rate is plotted (“■”) is shown.
Also in FIG. 5, the curve CG indicated by the dotted line is an approximate curve.

図6は、図4と同様に、近似曲線を、上限のプロット(図6における「●」のプロット)に近似する上限近似曲線(図6で曲線CGh)と、下限のプロット(図6における「■」のプロット)に近似する下限近似曲線(図6で曲線CGl)に分けて表現されている。
図6でも下限の近似曲線CGlは座標軸に近接している。そのため、二酸化炭素が気相の場合においても、上限の近似曲線CGhのみを考慮すれば良いことが分かる。
6 is similar to FIG. 4, the upper limit approximation curve (curve CGh in FIG. 6) that approximates the approximation curve to the upper limit plot (the plot of “●” in FIG. 6) and the lower limit plot (the curve “CG” in FIG. 6). It is expressed by dividing it into a lower limit approximation curve (curve CG1 in FIG. 6) that is similar to the "(2) plot".
Also in FIG. 6, the lower limit approximation curve CG1 is close to the coordinate axes. Therefore, even when carbon dioxide is in a gas phase, it is understood that only the upper limit approximation curve CGh needs to be considered.

図2のステップS3で、圧損の予想値△Ppを演算するに際しては、図4の近似曲線CLhの下側の領域か、図6の近似曲線CGhの下側の領域の何れかより、プロット(KL或いはKGと流量との関係)を選択する。
そして選択されたKL或いはKGを、ステップS2で演算した理論上の圧損△Pcalに乗じることにより、圧損の予想値△Ppが演算される。
このようにして演算された圧損の予想値△Ppを用いて、設計における各種項目を演算或いは決定して、図1で示す地盤凍結工法を施工する。
When calculating the expected pressure loss value ΔPp in step S3 of FIG. 2, a plot (from either the lower region of the approximate curve CLh of FIG. 4 or the lower region of the approximate curve CGh of FIG. (Relationship between KL or KG and flow rate) is selected.
Then, the expected pressure loss value ΔPp is calculated by multiplying the theoretical pressure loss ΔPcal calculated in step S2 by the selected KL or KG.
Using the predicted pressure loss value ΔPp thus calculated, various items in the design are calculated or determined, and the ground freezing method shown in FIG. 1 is constructed.

ここで、図4、図6において、上限の近似曲線CLh、CGhよりも上方の領域でKL、KGを選択し、選択されたKL或いはKGを理論上の圧損△Pcal(図2のステップS2参照)に乗じて圧損の予想値△Ppを演算し、当該予想値△Ppを用いて設計しても、地盤凍結工法を効率的に施工することは出来ないこと、或いは、冷媒である二酸化炭素が循環しないことが、発明者の実験で確認されている。   Here, in FIGS. 4 and 6, KL and KG are selected in a region above the upper limit approximate curves CLh and CGh, and the selected KL or KG is theoretically pressure loss ΔPcal (see step S2 in FIG. 2). ) To calculate the expected pressure loss value ΔPp and design using the estimated pressure value ΔPp, the ground freezing method cannot be efficiently constructed, or the refrigerant carbon dioxide It has been confirmed by the inventor's experiment that it does not circulate.

また、図4、図6の特性図における上限の近似曲線CLh、CGhを用いるのに代えて、近似曲線CLh、CGhの近似式を用いることが可能である。
発明者の計算によれば、図4の特性図における上限の近似曲線CLh(二酸化炭素が液相の場合)の近似式は、 KL=20Q−0.5 となる。ここで、Qは流量である。
この近似式(KL=20Q−0.5)を用いる場合には、 KL<20Q−0.5 なる不等式を充足するKLを選択すれば良い。
Further, instead of using the upper limit approximation curves CLh and CGh in the characteristic diagrams of FIGS. 4 and 6, it is possible to use approximation formulas of the approximation curves CLh and CGh.
According to the calculation by the inventor, the approximate expression of the upper limit approximation curve CLh (when carbon dioxide is in the liquid phase) in the characteristic diagram of FIG. 4 is KL = 20Q −0.5 . Here, Q is the flow rate.
When using this approximate expression (KL = 20Q- 0.5 ), KL that satisfies the inequality KL <20Q- 0.5 may be selected.

一方、図6の特性図における上限の近似曲線CGh(二酸化炭素が気相の場合)の近似式は、 KG=15/Q となる。
この近似式(KG=15/Q)を用いる場合には、 KG<15/Q なる不等式を充足するKGを選択すれば良い。
上述した不等式を充足しない範囲、すなわち KL≧20Q−0.5 なる不等式の領域(二酸化炭素が液相の場合)、或いは、 KG≧15/Q なる不等式の領域(二酸化炭素が気相の場合)の場合は、地盤凍結工法を効率的に施工することは出来ないこと、或いは、冷媒である二酸化炭素が循環しないことが、発明者の実験で確認されている。
On the other hand, the approximate expression of the upper limit approximation curve CGh (when carbon dioxide is in the gas phase) in the characteristic diagram of FIG. 6 is KG = 15 / Q.
When using this approximate expression (KG = 15 / Q), it is sufficient to select a KG that satisfies the inequality KG <15 / Q.
Range not satisfying the above inequality, that is, KL ≧ 20Q −0.5 inequality region (when carbon dioxide is in liquid phase) or KG ≧ 15 / Q inequality region (when carbon dioxide is in gas phase) In this case, it has been confirmed by the inventor's experiment that the ground freezing method cannot be efficiently constructed, or that carbon dioxide, which is a refrigerant, does not circulate.

図4或いは図6の近似曲線CLh、CGhの下側の領域からプロット(KL或いはKGと流量との関係)を選択して圧損の予想値△Ppを求め、当該圧損の予想値△Ppに基づいて設計しても(種々の設計項目の数値を演算しても)、施工に際して効率が良くない場合や、冷媒(二酸化炭素)の循環が良好ではない場合が存在する。その様な場合には、例えば冷媒用のポンプ5を増設する等の手法により、対処することが出来る。
ここで、例えば冷媒用のポンプ5を増設するにあたっても、どの程度の吐出圧のポンプを増設するべきなのか、吐出流量をどの様にするべきか等、設計上の問題が生じてしまう。
図示の実施形態によれば、図7で示す手順により、その様な場合の設計上の問題を容易に解決することが出来る。
The plot (relationship between KL or KG and the flow rate) is selected from the region under the approximate curves CLh and CGh in FIG. 4 or 6 to obtain the predicted pressure loss value ΔPp, and based on the predicted pressure loss value ΔPp. There are cases where the efficiency is not good at the time of construction or the circulation of the refrigerant (carbon dioxide) is not good even if the design is performed (the numerical values of various design items are calculated). In such a case, for example, it is possible to deal with the problem by adding a pump 5 for the refrigerant.
Here, for example, even when the pump 5 for the refrigerant is added, there arises a design problem such as how much the discharge pressure of the pump should be increased, and the discharge flow rate.
According to the illustrated embodiment, the design problem in such a case can be easily solved by the procedure shown in FIG. 7.

図7におけるステップS11では、図2で演算した各種設計項目により決定された施工仕様或いは施工計画により地盤凍結工法を施工する。そしてステップS12に進む。
ステップS12では、ステップS11における地盤凍結工法の施工状況を検証し、不都合(例えば、施工効率の不良、冷媒(二酸化炭素)循環の不良、その他)が存在するか否かを検討(チェック)する。検討の結果、施工状況に不都合があれば(ステップS12がYes)ステップS13に進む。
ステップS12の検証の結果、施工状況に不都合がなければ(ステップS12がNo)、図7の手順を終了する。
In step S11 in FIG. 7, the ground freezing method is constructed according to the construction specification or construction plan determined by the various design items calculated in FIG. Then, the process proceeds to step S12.
In step S12, the construction status of the ground freezing method in step S11 is verified, and it is examined (checked) whether or not there is any inconvenience (for example, poor construction efficiency, poor refrigerant (carbon dioxide) circulation, or the like). As a result of the examination, if the construction situation is inconvenient (Yes in step S12), the process proceeds to step S13.
As a result of the verification in step S12, if there is no inconvenience in the construction status (step S12 is No), the procedure of FIG. 7 is ended.

ステップS13では、ステップS12で確認された不都合を解消する手法、例えば、冷媒用のポンプを増設する手法、配管系を変更して冷媒流量を増加させる手法等を決定する。
図示はしないが、ステップS13における「手法の決定」に際しては、システム内のデータベースに保管された従来の施工データ等から適宜選択することが可能であるし、作業者が決定することも出来る。施工現場の各種環境中で、最も実現可能性が高い手法を選択すれば良い。
In step S13, a method for eliminating the inconvenience confirmed in step S12, for example, a method for adding a refrigerant pump, a method for changing the piping system to increase the refrigerant flow rate, and the like are determined.
Although not shown, in the “decision of method” in step S13, it is possible to appropriately select from the conventional construction data stored in the database in the system, or the operator can decide. It is only necessary to select the method with the highest feasibility in the various construction site environments.

次のステップS14では、ステップS13で決定した(不都合を解消する)手法を実行する際に決定すべき設計項目の具体的な仕様(数値)を、図2のステップS3で求めた圧損の予想値△Ppを用いて演算し、決定する。
例えば、ステップS13で冷媒用のポンプを増設することが決定したのであれば、設計項目としてポンプの吐出圧、吐出流量等を演算する必要がある。従来は、ポンプの吐出圧、吐出流量等を決定するためには「ベテラン作業員」の経験や勘に頼っていたので、試行錯誤を繰り返さなければならず、設計(仕様決定)に時間が掛かってしまい、その分だけ工期が長くなってしまうという問題があった。
In the next step S14, the concrete specifications (numerical values) of the design items to be decided when the method decided in step S13 (to eliminate the inconvenience) are executed, the predicted value of the pressure loss obtained in step S3 of FIG. It is calculated and determined using ΔPp.
For example, if it is decided in step S13 to add a pump for refrigerant, it is necessary to calculate the discharge pressure, discharge flow rate, etc. of the pump as design items. In the past, in order to determine the discharge pressure, discharge flow rate, etc. of the pump, we had to rely on the experience and intuition of “experienced workers”, so we had to repeat trial and error, and it took time to design (specify). There was a problem that the construction period would be lengthened accordingly.

それに対して、図示の実施形態であれば、図2のステップS3で求めた圧損の予想値△Ppを用いてポンプの吐出圧、吐出流量等を演算することが出来る。
上述した様に各種設計値(例えば、配管系の管径、管路長さ、ポンプ5の吐出圧、吐出流量等)と圧損値との関係式(或いは演算式)は公知であり、圧損の予想値△Ppを用いてポンプの吐出圧、吐出流量等を演算すれば、勘や経験によりポンプの吐出圧、吐出流量等を決定することに比較してはるかに容易であり、且つ、正確である。
また、ステップS13で配管系を変更して冷媒流量を増加させることが決定した場合も、同様に設計項目として配管系の管径、管摩擦係数、長さ、その他の設計項目を図2のステップS3で求めた圧損の予想値△Ppを用いて、容易に演算或いは決定することが出来る。
On the other hand, in the illustrated embodiment, the discharge pressure, the discharge flow rate, etc. of the pump can be calculated using the predicted pressure loss value ΔPp obtained in step S3 of FIG.
As described above, the relational expression (or arithmetic expression) between various design values (for example, the pipe diameter of the piping system, the pipe length, the discharge pressure of the pump 5, the discharge flow rate, etc.) and the pressure loss value is known, and the pressure loss Calculating the discharge pressure, discharge flow rate, etc. of the pump using the predicted value ΔPp is much easier and more accurate than determining the discharge pressure, discharge flow rate, etc. of the pump by intuition and experience. is there.
Also, when it is decided to increase the refrigerant flow rate by changing the piping system in step S13, similarly, the pipe diameter of the piping system, the pipe friction coefficient, the length, and other design items are set as the design items in the step of FIG. The expected value ΔPp of the pressure loss obtained in S3 can be used for easy calculation or determination.

本発明の図示の実施形態によれば、施工条件(例えば、最低限必要と思われる二酸化炭素流量と、配管系の長さ、概略の経路等)に基づいて圧損の理論値△Pcalを求め、当該圧損の理論値△Pcalに理論値と実測値の特性(△Pexp/△Pcal:KL、KG)を乗じて圧損の予想値△Ppを求め、施工に必要な設計項目を演算している。
そのため、従来の勘や経験により設計項目を決定することに比較して、遥かに容易に施工に必要な設計項目を演算して、適正な数値を求めることが出来る。
そのため、従来の凍結工法で使用されたブラインとは各種特性が異なる二酸化炭素を冷媒として用いた場合であっても、容易に且つ良好な設計を行うことが出来る。
According to the illustrated embodiment of the present invention, the theoretical value ΔPcal of pressure loss is determined based on the construction conditions (for example, the minimum required carbon dioxide flow rate, the length of the piping system, the approximate route, etc.), The theoretical value ΔPcal of the pressure loss is multiplied by the characteristics of the theoretical value and the measured value (ΔPexp / ΔPcal: KL, KG) to obtain the expected value ΔPp of the pressure loss, and the design items necessary for construction are calculated.
Therefore, it is possible to calculate a design item required for construction much more easily and obtain an appropriate numerical value, as compared with the case where the design item is determined by conventional intuition or experience.
Therefore, even when carbon dioxide, which has various characteristics different from those of the brine used in the conventional freezing method, is used as a refrigerant, a good design can be easily performed.

また、図示の実施形態によれば、理論値と実測値の特性(△Pexp/△Pcal:KL、KG)を液相と気相で使い分けて、実際の施工に近づけることが可能となる。
さらに図示の実施形態によれば、圧損の予想値△Ppから各種設計項目を決定して施工しても地盤凍結工法としての効率が良くない場合等において、施工仕様或いは施工計画を変更して対処する手法を決定した際に、当該対処する手法を実行するために必要な各種設計項目を、前記圧損の予想値△Ppを用いて容易に且つ正確に演算することが出来る。
Further, according to the illustrated embodiment, it is possible to use the characteristics of the theoretical value and the actually measured value (ΔPexp / ΔPcal: KL, KG) for the liquid phase and the gas phase, and to approximate the actual construction.
Further, according to the illustrated embodiment, in the case where the efficiency of the ground freezing method is not good even when various design items are determined from the expected pressure loss value ΔPp and the construction is performed, the construction specification or the construction plan is changed to cope with the situation. When the method to be performed is determined, various design items required to execute the method to be dealt with can be easily and accurately calculated using the predicted pressure loss value ΔPp.

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。   It should be noted that the illustrated embodiment is merely an example and is not intended to limit the technical scope of the present invention.

1・・・凍結管
1A・・・冷媒用配管
1B・・・枝管
2・・・冷媒供給配管
3・・・冷媒戻り配管
4・・・冷凍機
5・・・ポンプ
6・・・測温管
7・・・冷凍機室
F・・・凍結部に相当する領域
1 ... Freezing pipe 1A ... Refrigerant pipe 1B ... Branch pipe 2 ... Refrigerant supply pipe 3 ... Refrigerant return pipe 4 ... Refrigerator 5 ... Pump 6 ... Temperature measurement Tube 7 ... Refrigerator room F ... Area corresponding to frozen section

Claims (4)

冷媒として二酸化炭素を使用し、圧損の理論値を演算し、圧損の実測値に相当する数値を演算し、演算された圧損の予想値から施工に必要な各種項目を演算、決定し、
前記圧損の予想値を演算するに際しては、圧損の理論値は予め定められている施工条件から演算し、当該圧損の理論値に理論値と実測値の特性を乗じることを特徴とする地盤凍結工法。
Using carbon dioxide as a refrigerant, the theoretical value of pressure loss is calculated, the numerical value equivalent to the actual value of pressure loss is calculated, and various items necessary for construction are calculated and determined from the calculated expected value of pressure loss ,
When calculating the expected value of the pressure loss, the theoretical value of the pressure loss is calculated from the predetermined construction conditions, and the theoretical value of the pressure loss is multiplied by the characteristics of the theoretical value and the actual measurement value. .
理論値と実測値の特性は、冷媒が液相の場合と気相の場合とで異なっており、条件により使い分ける請求項の地盤凍結工法。 The ground freezing method according to claim 1 , wherein the characteristics of the theoretical value and the actually measured value are different depending on whether the refrigerant is in the liquid phase or in the gas phase, and used properly according to the conditions. 圧損の予想値に基づいて設計された仕様で施工して不都合が生じた場合に、当該不都合を解消する手法の設計が前記圧損の予想値を用いて行われる請求項1、2の何れかの地盤凍結工法。 The method according to any one of claims 1 and 2 , wherein, when a construction is carried out with specifications designed on the basis of the predicted value of the pressure loss and a problem occurs, the method of eliminating the problem is designed using the predicted value of the pressure loss . Ground freezing method. 二酸化炭素における圧損の実測値と理論値との比率は、二酸化炭素における前記比率と流量の特性以下となる範囲内から選択する請求項1の地盤凍結工法。 The ratio between the measured value and the theoretical value of the pressure drop in the carbon dioxide, soil freezing method according to claim 1, selected from a range equal to or smaller than the characteristics of the ratio and the flow rate in the carbon dioxide.
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