JP2003148079A - 対地熱交換設備の製造方法、及び、その製造方法に用いる土木建設用杭 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 土木建設用杭を利用して対地熱交換設備を安
価に構築する。 【解決手段】 先端が開口した土木建設用の管状杭１を
地上から地中Ｇに進行させて地中Ｇに設置施工したとき
にその杭１の内部に生じる空洞Ｓに、熱媒Ｌを器内通過
させる対地熱交換器２を杭上端部から挿入して配置し、
その後、その杭１の内部に固形又は固化性の充填剤Ｓを
充填する。又は、対地熱交換器２を土木建設用の杭１に
一体的に付設しておき、この付設状態で杭１を地中Ｇに
設置施工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中に設置した対
地熱交換器に熱媒を通過させることで、その熱媒を対地
熱交換させて地中から採熱する又は地中へ放熱する対地
熱交換設備の製造方法、及び、その製造方法に用いる土
木建設用杭に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記の如き対地熱交換設備におい
て対地熱交換器を地中に設置するには、図６の（イ）に
示す如く、掘削により地中Ｇに縦坑Ｔを形成して、その
縦坑Ｔに対地熱交換器２を挿入し、その後、縦坑Ｔにセ
メントミルクなどの固化性の充填剤３を充填する方法が
採られていた。………（イ）

【０００３】また、基礎杭などの土木建設用の杭を利用
した対地熱交換設備として、図６の（ロ）に示す如く、
地中Ｇに設置した管状の土木建設用杭１の内部で熱媒Ｌ
の供給管４ａ及び排出管４ｂを開口させて、その管状杭
１の内部を熱媒Ｌの貯留域にし、これにより、供給管４
ａからの熱媒供給及び排出管４ｂからの熱媒排出による
熱媒Ｌの循環において、その熱媒Ｌを杭内部の貯留過程
で対地熱交換させるものも提案されている。………
（ロ）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記（イ）の
方法では、対地熱交換器を地中に設置するための専用縦
坑を掘削により形成するのにかなりの費用を要し、この
掘削費用が設備コスト中の大きな割合を占めて対地熱交
換設備の設備コストが高く付く問題があった。

【０００５】一方、上記（ロ）の設備では、建築物の基
礎杭や土留杭等として地中に設置された土木建築用の杭
を利用するため、対地熱交換設備としてはその設備コス
トから杭の設置費用を省き得るものの、杭内部の洗浄や
水密化など、杭内部に熱媒を貯留できるようにするため
の処置を設置杭に施す必要があり、この為、やはり設備
コストが高く付く問題があった。

【０００６】この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、
基礎杭や土留杭等として地中に設置される土木建設用杭
を合理的に利用して、上記の如き問題を効果的に解消す
る点にある。また、対地熱交換設備の製造に利用するの
に好適な土木建設用杭を提供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】〔１〕請求項１に係る発
明は対地熱交換設備の製造方法に係り、その特徴は、先
端が開口した土木建設用の管状杭を地上から地中に進行
させて地中に設置施工したときにその杭の内部に生じる
空洞に、熱媒を器内通過させる対地熱交換器を杭上端部
から挿入して配置し、その後、その杭の内部に固形又は
固化性の充填剤を充填する点にある。

【０００８】つまり、この方法によれば、基礎杭や土留
杭等として先端開口の土木建設用の管状杭を地中に設置
施工する際に生じる杭内部の空洞を対地熱交換器の配置
スペースに利用して、杭上端部からの挿入により対地熱
交換器を地中に配置するから、対地熱交換器を地中に設
置するための専用縦坑の掘削形成が不要になり、また、
杭内部に熱媒を貯留できるようにするための杭内部の洗
浄や水密化などの処置も不要になる。

【０００９】さらにまた、設置した杭の内部に固形や固
化性の充填材を充填することは、対地熱交換器の杭内挿
入の有無にかかわらず、基礎杭や土留杭等として地中に
設置された管状杭に対する埋め戻し処理として通常に行
なわれていることにすぎず、これらのことから、先述し
た（イ），（ロ）の従来技術に比べ対地熱交換設備の設
備コストを効果的に低減することができる。

【００１０】〔２〕請求項２に係る発明は対地熱交換設
備の製造方法に係り、その特徴は、熱媒を器内通過させ
る対地熱交換器を土木建設用の杭に一体的に付設してお
き、この付設状態で前記杭を地中に設置施工する点にあ
る。

【００１１】つまり、この構成によれば、基礎杭や土留
杭等として地中に設置される土木建設用杭に対地熱交換
器を一体的に付設したおいた状態で、その杭を地中に設
置施工するから、その杭の基礎杭や土留杭等としての設
置施工と同時に対地熱交換器を地中に設置することがで
きる。

【００１２】そして、このことにより、請求項１に係る
発明と同様、対地熱交換器を地中に設置するための専用
縦坑の掘削形成が不要になり、また、杭内部に熱媒を貯
留できるようにするための杭内部の洗浄や水密化などの
処置も不要になり、これらのことで、先述した（イ），
（ロ）の従来技術に比べ対地熱交換設備の設備コストを
効果的に低減することができる。

【００１３】また、杭の設置施工と同時に対地熱交換器
を地中に設置できることで、対地熱交換器の設置施工を
極めて能率良く行うことができ、このことで、設備コス
トの低減を一層促進し得るとともに、対地熱交換設備の
製造（すなわち構築）に要する施工期間も効果的に短縮
することができる。

【００１４】〔３〕請求項３に係る発明は、請求項２に
係る発明の製造方法に用いる土木建設用杭に係り、その
特徴は、管状の杭本体に細管状の前記対地熱交換器を、
杭本体の内面に接触させた状態で、かつ、杭本体の内面
に沿わせて延設した状態で一体的に付設し、前記対地熱
交換器の熱媒入口部及び熱媒出口部を前記杭本体の基端
側に配置してある点にある。

【００１５】つまり、この構成によれば、対地熱交換器
を管状の杭本体の内側に付設するから、対地熱交換器を
管状の杭本体の外側に付設する構成に比べ、土木建設用
杭の大きな強度をもって地中の大きな土圧から対地熱交
換器を効果的に保護することができ、これにより、対地
熱交換器そのものには比較的軽薄で安価な材質のものを
用いて設備コストの低減を促進しながらも、耐久性に優
れた対地熱交換設備にすることができる。

【００１６】また、細管状の対地熱交換器を杭本体の内
面に接触させた状態で、かつ、杭本体の内面に沿わせて
延設した状態で杭本体に付設するから、対地熱交換器の
伝熱面積を大きく確保することができ、この点で採熱性
能や放熱性能にも優れた対地熱交換設備にすることがで
きる。

【００１７】そしてまた、対地熱交換器の熱媒入口部及
び熱媒出口部を杭本体の基端側（すなわち、地中設置状
態において上端側）に配置するから、杭とともに対地熱
交換器を地中に設置した後の対地熱交換器に対する熱媒
供給管や熱媒排出管の接続も容易に行なうことができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕図１において、
１は建築物の基礎杭や土留杭等として地中Ｇに設置され
る先端開口の鋼管杭であり、この鋼管杭１は打ち込み方
式やねじ込み方式などの適当な施工方式により図１の
（イ）に示す如く、縦姿勢で地上から地中Ｇに進行させ
て地中に設置する。

【００１９】なお、鋼管杭１には、その先端に掘削歯を
付設して設置施工の能率化を図ったものもある。

【００２０】上記の如く鋼管杭１を地上から地中Ｇに進
行させて設置施工したときには、その鋼管杭１の内部に
空洞Ｓが生じるが、本第１実施形態では、対地熱交換設
備を構築するのに、図１の（ロ）に示す如く、上記鋼管
杭１の地中設置後、その設置施工で杭内部に生じた空洞
Ｓに樹脂製のＵ字状チューブからなる対地熱交換器２を
杭上端部から挿入して配置し、その後、杭１の内部（す
なわち空洞Ｓ）にセメントミルクや土砂などの充填材３
を充填する。

【００２１】そして、対地熱交換器２の杭内への挿入配
置の際に杭上端部から外部へ延出させておいた対地熱交
換器２の熱媒入口部２ａ及び熱媒出口部２ｂに対し熱媒
供給管４ａ及び熱媒排出管４ｂを接続し、これにより、
熱媒供給管４ａからの供給熱媒Ｌ（ブラインや水等）を
地中杭内設置の対地熱交換器２における器内通過過程で
充填材３及び杭１の鋼壁を介し対地熱交換させて地中Ｇ
から採熱する、あるいは、地中Ｇへ放熱する対地熱交換
設備を構築する。

【００２２】〔第２実施形態〕図２の（イ），（ロ）は
基礎杭や土留杭等として用いる鋼管杭１を示し、この鋼
管杭１の杭本体には金属製の細管からなる対地熱交換器
２を、その全長にたって杭本体の内面に接触させた状態
で、かつ、杭本体の内面に沿わせて螺旋状に延設した状
態で、溶接などの適当な固定手段により一体的に付設し
てある。

【００２３】また、この対地熱交換器２の杭内付設にお
いては、対地熱交換器２の往管部２ｉと返管部２ｏとを
近接平行させた対にして、その対を杭本体の内面に沿わ
せて螺旋状に延設した構造にし、この構造において、往
管部２ｉと返管部２ｏとを結ぶ折り返し部２ｍを鋼管杭
１の先端部（地中設置状態では下端部）に配置し、一
方、対地熱交換器２の熱媒入口部２ａ（往管部２ｉの入
口部）及び熱媒出口部２ｂ（返管部２ｏの出口部）を鋼
管杭１の基端部から杭外に延出させてある。

【００２４】そして、本第２実施形態では、対地熱交換
設備を構築するのに、図３に示す如く、対地熱交換器２
を一体的に付設してある上記鋼管杭１を基礎杭や土留杭
などとして適当な施工方式により地中Ｇに設置施工する
ことで、その鋼管杭１の地中設置と同時に対地熱交換器
２を地中Ｇに設置し、その後、設置杭１の内部にセメン
トミルクや土砂などの充填材３を必要に応じ充填すると
ともに、設置杭１の基端部（上端部）から延出する熱媒
入口部２ａ及び熱媒出口部２ｂに対し熱媒供給管４ａ及
び熱媒排出管４ｂを接続し、これにより対地熱交換設備
を構築する。

【００２５】なお、対地熱交換器２を一体的に付設した
上記鋼管杭１にはその先端に掘削歯を付設しておき、こ
れにより杭の設置施工の能率化を図るようにしてもよ
い。

【００２６】〔別実施形態〕次に別実施形態を列記す
る。

【００２７】請求項１〜３に係る発明に用いる土木建設
用杭１は、鋼製の杭に限られるものではなく、他にコン
クリート製の杭を初め、どのような材質の杭であっても
よく、その断面形状も円形に限らず矩形や楕円形などで
あってもよい。

【００２８】また、その杭１の本来の用途は、種々の建
築物の基礎や土留めを初め、土木建設用途であれば、ど
のような用途であってもよい。

【００２９】請求項２に係る発明の実施においては、管
状の土木建設用杭１の内側又は外側のいずれに対地熱交
換器２を付設する構造にしてもよく、また、中実の土木
建設用杭１の内部に対地熱交換器２を埋め込む状態で付
設する構造にしてもよい。

【００３０】請求項１，２に係る発明の実施において、
対地熱交換器２の具体的形状はＵ字状や、往管部と返管
部とが近接平行する対管状に限られるものではなく、ど
のような形状であってもよく、また、その材質も樹脂や
金属など種々の材質を採用できる。

【００３１】請求項３に係る発明の実施において、杭本
体の内面に対する対地熱交換器２の付設形態は、前述の
如き螺旋状に限らず種々の変更が可能であり、例えば、
図４の（イ），（ロ）に示す如く往管部２ｉと返管部２
ｏとが平行する管対の複数を杭１の周方向に分散させた
状態で、かつ、各管対が杭の長手方向に直線状ないし蛇
行状に延びる状態で杭内面に付設する構造や、図５に示
す如く往管部２ｉと返管部２ｏとが平行する管対の複数
を互いに平行姿勢にして螺旋状に杭内面に付設する構造
などを採用してもよい。

【００３２】地中設置後の管状杭１の内部に充填材３を
充填する場合、その充填材３には土砂やセメントミルク
を初め、固形や固化性のものであれば種々の材質のもの
を採用できる。

【００３３】熱媒Ｌはヒートポンプの蒸発器（吸熱器）
ないし凝縮器（放熱器）と対地熱交換器２との間で循環
させる形式、あるいは、融雪用や凍結防止用として路面
等に設置した放熱熱交換器と対地熱交換器との間で循環
させる形式など、どのような利用形式を採ってもよい。

【００３４】対地熱交換器２において地中Ｇから採熱す
る場合、その採取熱の用途は融雪、凍結防止、暖房、給
湯、物品加熱など、どのような用途であってもよく、ま
た逆に対地熱交換器２において地中Ｇへ放熱する場合、
その放熱の目的は冷房排熱の放熱、物品冷却排熱の放
熱、機器発生熱の放熱など、どのような目的の放熱であ
ってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の設備構築形式を説明する側面視
断面図

【図２】第２実施形態の設備構築で使用する杭の縦断面
図及び横断面図

【図３】第２実施形態の設備構築形式を説明する側面視
断面図

【図４】別実施形態を示す杭の縦断面図及び横断面図

【図５】他の別実施形態を示す杭の縦断面図

【図６】従来の設備構築形式を説明する側面視断面図

【符号の説明】

１ 土木建設用杭，杭本体 ２ 対地熱交換器 ２ａ 熱媒入口部 ２ｂ 熱媒出口部 ３ 充填剤 Ｇ 地中 Ｌ 熱媒 Ｓ 空洞

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端が開口した土木建設用の管状杭を地
   上から地中に進行させて地中に設置施工したときにその
   杭の内部に生じる空洞に、熱媒を器内通過させる対地熱
   交換器を杭上端部から挿入して配置し、 その後、その杭の内部に固形又は固化性の充填剤を充填
   する対地熱交換設備の製造方法。
2. 【請求項２】 熱媒を器内通過させる対地熱交換器を土
   木建設用の杭に一体的に付設しておき、この付設状態で
   前記杭を地中に設置施工する対地熱交換設備の製造方
   法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の製造方法に用いる土木建
   設用杭であって、 管状の杭本体に細管状の前記対地熱交換器を、杭本体の
   内面に接触させた状態で、かつ、杭本体の内面に沿わせ
   て延設した状態で一体的に付設し、 前記対地熱交換器の熱媒入口部及び熱媒出口部を前記杭
   本体の基端側に配置してある土木建設用杭。