JPS6128880B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地下埋設低温タンクの冷熱防止方法、
特に発熱線による加熱を用いる地下埋設低温タン
クの冷熱防止方法に関するものである。

近年超電導ケーブルが注目研究されている。

超電導ケーブルは、液体ヘリウム、液体窒素等
の冷媒でケーブルを冷却することにより、効率良
く、電源を伝送出来るもので、将来この超電導ケ
ーブルが採用された場合、冷媒を大量に貯蔵する
タンクが必要になつてくることが予想され、その
タンクは安全性と技術的観点から地下に埋設する
計画がなされている。

ところでこの地下に埋設された低温タンクは、
その冷媒貯蔵温度が−200℃前後となるため低温
タンクに近接する構造物は、低温タンクからの冷
熱の影響を受けることになり、その対策を講ずる
必要がある。

本発明はこのような問題点を解決し、隣接構造
物に対する低温タンクの冷熱の影響を除き、併せ
てガス洩れに対しても安全で発熱効率に優れさら
に経済的にも有利となる新規な方法の提供を目的
としたものである。

このような目的達成のためには、温水循環式、
スチーム循環等も考えられたが、これらの方式は
温水、スチーム等の加熱、貯蔵循環装置を必要と
し、入力と出力に温度差がある点で装置も複雑と
なり、制御が容易でない等問題が山積し、工業的
に採用し難いものであつた。

発明者らは、上記方式に変わるものとして、低
温タンクの冷熱が隣接構造物に及ぼす影響を除去
するために、地下埋設低温タンクとこのタンクに
隣接する構造物との間の地中に発熱線を配設し、
この発熱線に通電する方法につき提案を行つた。

この提案の方法においては、地下に埋設したパ
イプ、例えば垂直に挿入したパイプに発熱線を挿
入する方式をとつているが、万一低温タンクから
ガスが漏洩した場合には漏洩ガスがパイプ内に浸
入する可能性があり、また、一方、空気中に発熱
線が置かれる場合には空気が熱の不伝導体である
ためパイプとの間の温度差が大きくなり周囲への
熱伝達が悪くなる等、実用化するにはさらに解決
しなければならない問題を有していた。

本発明は、これらの点にも改良を加え、もつて
発熱線を用いる方法の実用化に漕ぎ着けようとし
たものである。

即ち地下埋設低温タンクとこのタンクに隣接す
る構造物との間の地中に挿入穴を穿設してこの穴
内にパイプを配設し、このパイプ内に発熱線を挿
入するとともに、同パイプ内に防爆、熱伝達の向
上、凍結防止、対流軽減などの点から液体を充填
することを想到したものである。

かかる充填液については種々のものが考えられ
たが、上記の諸条件を満足させなおかつ経済的に
も有利なものとするために、プロピレングリコー
ルと水との混合液を主体とする充填液を用いてこ
れの水とプロピレングリコールとの混合度合を調
整してこの種地下埋設低温タンクの冷熱防止に対
する充填液として実用可能なものとしている。

以下、実施例について説明する。

第１図は一実施例の実施情況を示す地下断面状
態を示すもので、地下１に埋設されている低温タ
ンク２は直径50〜70ｍの円形断面を有し高さ約30
ｍの円柱状で外周より半径が約10ｍ大きい同心円
上にほぼ等間隔に地面に対して垂直に金属パイプ
３が埋込まれている。この金属パイプ３内には第
２図に示す如く電熱線４が挿入されパイプ３と電
熱線４との間に充填液５が挿入されている。

ここで用いられる充填液は、下層部の冷温に対
しても凍結しない材料である必要があり、水を用
いた場合には凍結によりパイプが破損する恐れが
ある。

また、保守を容易にするためには粘度が小さく
注入、取替えが容易であることが望まれるが一方
対流防止の点では或る程度の粘度が必要であり、
これらの要求に適合するものとしては下記のよう
なものがある。

(1) シリコーンオイル シリコーンオイルは、 なる構造式を有するジメチルシリコーンオイルが
一般的であつてこれを充填液として使用する場合
は凍結温度が低いため、−50℃以下まで凍結しな
い。また、水状から水飴状の適当な粘度のものが
得られるので対流防止に役立ち、発熱量も少な
く、保守が容易であり耐熱性も良く劣化が少な
く、理想的な充填液である。

しかし、充填の対象となるパイプ３は、タンク
の高さ約30ｍに匹敵する程に長尺であつて、これ
に挿入される充填液が大量に使用されることか
ら、かかるシリコーンオイル単体で充填すること
はコストを相当に大きくし、経済的に非常に不利
となる。

従つてこのようなシリコーンオイルは、後述す
るように一部分に採用する場合に限り適したもの
である。

(2) 不凍液 なる構造式を有するプロピレングリコールと水と
を混合した不凍液は自動車用に用いられている
が、プロピレングリコールの比重を上げると凍結
点を下げる事ができる。しかし単体では引火点
（102℃）が低いため問題がある。

プロピレングリコールの濃度（vo1％）と凝固
点（℃）との間には第３図に示すような関係があ
る。

従つてプロピレングリコールと水とを混合する
ことにより熱伝導が良く而も凍結の問題も無い充
填液を得ることができる。またそのようにプロピ
レングリール単体でなく水を併用するため、これ
を大量に使用しても前述したシリコーンオイルに
比べて大幅なコストダウンを図ることができるの
である。

なお、プロピレングリコールの比重は1.0381、
沸点は188.2℃、引火点は102℃である。

本発明は、このように低温タンクの冷熱防止用
においてのパイプ内への充填液として性能上問題
がなく而も安価に入手できる、プロピレングリコ
ールと水との混合液に着目し、これを充填液の主
体とし、且つ水とプロピレングリコールとの混合
度合を調整することにより実用化したものであ
る。

第４図、第５図及び第６図は、プロピレングリ
コールと水との混合液を主体として構成した充填
液５のそれぞれ異なる実施例である。

第４図の充填液５は、その全てにプロピレング
リコールと水との混合液を用いており、そしてパ
イプの上下方向においてプロピレングリコールと
水との混合比を変えた情況について具体的に示め
している。

プロピレングリコールの水に対する比率を大き
くすると凍結点が下がるので、低温になる深層部
はプロピレングリコールの量を多くし上部は水の
比を大きくする。これによつて使用目的に適合し
て実用上問題がなく且つさらに経済的な充填液と
して挿入している。

因に第４図の３層Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ水と
プロピレングリコールとの比が、Ａにおいて80：
20、Ｂにおいて70：30、Ｃにおいて60：40となつ
ており、それぞれの凍結温度は、Ａが−７℃、Ｂ
が−13℃、Ｃが−25℃となつている。またプロピ
レングリコールの比重は1.038であつて水の比重
1.0に対し大きいため、上部層Ａ程比重が小さ
く、下部層Ｃ程比重が大きくなるので、これらの
層Ａ，Ｂ，Ｃは安定で拡散には長時間かかり、永
くこの状態を保つことができる。

第５図の充填液５は、30ｍ余りの長尺パイプに
対して、下部から上部近くまでの28ｍ間に亘り前
述したと同様な、プロピレングリコールと水の混
合液からなる層Ｅで満たし、上部の２ｍ間におい
てシリコーンオイルの層Ｄを設けたものである。

かかるシリコーンオイルの層Ｄは、水を併用す
るため蒸発する可能性のあるプロピレングリコー
ルと水との混合液の層Ｅの表面上で蒸発防止層と
しても機能させるものである。

このようにシリコーンオイルを充填液の一部分
で用いる限り、経済性を損なわず、而もさらに改
善された充填液を提供する。

第６図の充填液５は、第５図と同様に、主体の
層Ｆに対しその表面を覆うようにシリコーンオイ
ルの層Ｄを設けているが、ここでの主体の層Ｆに
は、プロピレングリコールと水との混合液に対し
てさらに増粘剤を加えたものである。このように
充填液に対流防止の意味で或る程度粘度を高める
ことが望ましく、かかる増粘剤には例えば無水珪
酸アルミニウム（ベントナイト）を用いてこれを
５〜30部混合することにより、ジエリー状の充填
液が得られる。

第７図は、低温タンクの周囲の地中に等間隔で
配設されるパイプ４１，４２，４３にそれぞれプ
ロピレングリコールと水との混合液を充填したも
のにおいて、各パイプ４１，４２，４３を充填液
のリザーバ６に接続した構造としたもので、これ
によつてパイプ中の充填液の保守を容易に行なえ
るようにしたものである。

このようにしてプロピレングリコールと水との
混合液を主体とした充填液５を、電熱線４が収容
されたパイプ３内に挿入して電熱線４とパイプ３
との間で熱媒体を構成することにより、通電され
た電熱線４からの発熱をパイプ３に効率よく伝え
もつて低温タンクより周囲に放熱する冷熱に相当
する熱量以上の熱供給を行い、これによつて冷熱
を押さえ込み、長時間にわたつて周囲温度を０℃
以上に保つようにすることができる。

なお、ここで用いる電熱線には、ビニール絶縁
ビニールシース線、架橋ビニール絶縁ビニールシ
ース線、弗素樹脂を絶縁、シースに用いた樹脂絶
縁電線が一般的に採用しやすい。しかし無機絶縁
方式やSECT（表皮電流発熱）方式を用いること
も可能である。

無機絶縁方式は、酸化マグネシウムを絶縁体に
用いたMI線、マイクロヒータ、シーズヒータ等
を用いた方式である。

また、SECT方式は、発熱線として弗素樹脂系
の絶縁層を有する単心電線を金属管に挿入し、管
端で電線の導体と金属管とを接続し、導体―金属
管の間に電圧を印加し通電加熱する方式であり、
熱効率の点では優れているが、交換の必要を生じ
た場合には金属管ごと交換する必要がある。

何れの方式を取るかは使用条件に併せて決定す
るとよいものである。

さらに、第１図の実施例で、低温タンクの周囲
に設けられた穴として地面に垂直な穴を用いた例
を示したが、地下より地上方向に向かつて拡開す
る放射状（斜め）に穿つた穴を用いてもよい。

また、前述の実施例は低温タンクの周囲に発熱
線を配置し、熱包囲を構成するものであるが、凍
結が問題となる構造物の周囲に発熱線を設けて加
熱を行い、低温タンクの冷熱の影響を防止するこ
とも可能である。

なおまた、以上何れの場合にも超電導ケーブル
に使用される冷媒を貯蔵する低温タンクの場合に
ついて説明したが、この種の地下埋設される低温
タンクには同様に適用できる。

以上の如く、この方法は電気を用いているため
制御が容易で安定した加熱ができ、発熱線が水と
の混合によるプロピレングリコールの充填液中に
浸漬されているので防爆が可能であるとともに発
熱線からパイプへの熱伝達効率が向上し、而もか
かるプロピレングリコールと水との混合液を主体
として充填しているため数10ｍにも及ぶ長尺パイ
プへ大量に充填されるものとしてもコストを大幅
に大きくせずに済むものである。

以上、本発明の地下埋設低温タンクの冷熱防止
方法は、隣接構造物に対する低温タンクからの冷
熱の影響を除去し、併せてガス洩れに対しても安
全で発熱効率に優れなおかつ経済的にも有利とす
る初期の目的は達成され、工業的効果の大なるも
のである。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、何れも本発明の実施例について示
し、第１図は地下埋設低温タンクの冷熱防止方法
の実施情況を示す断面的説明図、第２図は同方法
において使用される装置を概括的に示す断面的説
明図、第３図は同装置において使用される充填液
の濃度と凝固点の関係を示す特性図、第４図乃至
第６図はパイプ内に挿入される充填液のそれぞれ
異なる実施例を示す断面的説明図、第７図は充填
液補充装置を具えた例を示す説明図である。 １……地面、２……低温タンク、３……金属パ
イプ、４……発熱線、５……充填液、Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｅ……プロピレングリコールと水との混合
液、Ｄ……シリコーンオイル、Ｆ……増粘剤を加
えたプロピレングリコールと水との混合液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地下埋設低温タンクと該タンクに隣接する構
   造物との間の地中に穿設された穴内にパイプを配
   設し、該パイプ内に、発熱線を挿入するととも
   に、プロピレングリコールと水との混合液を主体
   とした充填液をパイプ下部に向かうに従つてプロ
   ピレングリコールの量が多く且つパイプ上部に向
   かうに従つて水の量が多くなるように充填し、前
   記発熱線に通電することにより前記低温タンクか
   らの冷熱が前記構造物に障害を及ぼすのを防止す
   ることを特徴とする地下埋設低温タンクの冷熱防
   止方法。 ２ 前記充填液には、主体となるプロピレングリ
   コールと水との混合液に対しその上部を覆うよう
   なシリコーンオイルを有する特許請求の範囲第１
   項記載の地下埋設低温タンクの冷熱防止方法。 ３ 前記充填液におけるプロピレングリコールと
   水との混合液には、増粘剤を含んでいる特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の地下埋設低温タン
   クの冷熱防止方法。