冬期の寒冷気候を利用した土壌凍結層の長期保存とその熱的解析

• Main Author: 土谷 富士夫
• Format: Report
• Language: Japanese
• Published: 科学研究費助成事業 2018
• Subjects: permafrost
• Online Access: https://obihiro.repo.nii.ac.jp/?action=repository_uri&item_id=2963; http://id.nii.ac.jp/1588/00002957/; https://obihiro.repo.nii.ac.jp/?action=repository_action_common_download&item_id=2963&item_no=1&attribute_id=22&file_no=1

帯広畜産大学 冬期の寒冷気候を利用し、除雪を行うと約80cmの凍結土層が得られた。これを保存するため、表面に200mmの厚さの断熱材を敷設すると、6月下旬まで凍結が保存されるこさが判明した。この凍結土層内に秋から貯蔵されていた馬鈴署は良好に保蔵され、デンプンが糖に変化し甘みを増し、付加価値も増すことが分った。こうした貯蔵方法はその年次の凍結パターンに依存するため、過去7年間の自然積雪下の土壌凍結推移を測定したデータをもとに分析した。積雪の問題が大きく、従来の熱解折では推定できず、積雪20cmまでの積算寒度の平方根に比例することが分った。凍土層の保存の熱解折を行うため、熱伝導式を差分比し、クランク・ニユルソン法を使用して計算を行った。この時、凍結線部の潜熱発生項を加えることが重要であり、しかもこの温度範囲を凍結過程では、0〜0.2℃と仮定し、融解過程では、0〜0.2℃と仮定した。計算結果は凍結過程では実測と高精度で一致を示した。しかし、融解過程の凍結消失に対しては一致はみられなかった。この原因は凍結保存区内で横方向からの熱を伝達を遮断できなかったためである。断熱材を充分に使用し、凍土を囲むなら、凍結土層は7月中旬までの期間保存できることが結論として得られた。しかし、多量の農産物貯蔵には凍結土層は浅過ぎるため、ヒートパイプを土中に埋設し、冬期寒冷気候を利用した方が効率的に凍土層を作れることが分った。熱伝素子ヒートパイプは温度差のみで作動し、音速並みで熱を伝導する事から、実験により非常に効果的に土壌を凍結させることが判明した。ヒートパイプによって作られた多量の凍土層は断熱材によって人工の永久凍土化し、この空間に多量の農産物を貯蔵することができ、市場への安定供給、生産拡大、加工計画の安定化などの多くの利点が生じた。このように電気を使用しないで自然の寒冷エネルギー利用の低温貯蔵庫の開発は広範囲に利用できると思われる。 It was found that a large quantity of frozen soil layer was created in the cold winter weather by removing snowfall from the ground surface. After the deepest frost penetration was created in early March, the cover of thermal insulation material was necessary to preserve the frozen soil. Consequently the soil layers were kept frozen till the last ten days of June. In order to simulate this process, the finite difference method was tried for the thermal analysis and this simulation program contained the parts of freezing front zone having the latent heat between the frozen and the unfrozen. In this zone, the temperature range was assumed from 0゜C and -0.2゜C for the freezing process, whereas for the thawing process, it was assumed from 0゜C to -0.5゜C. The simulated results showed the good coincidenece with the measured values on the freezing process and the date of thawing, but the some diference from the thawing process. This reason is thought to result in the influence from the lateral thermal transfer. On the other hand, it was found that heat pipes was more useful for the creation of frozen ground by the field tests. Therefore it is possible to construct the low temperature storeroom by using the heat pipes. It is expect to develop the low temperature storage facility around the artificial permafrost without the cost of maintenance by using heat pipes in the cold region. 昭和61,62,63年度科学研究費補助金(一般研究C)研究成果報告書