JP2007017141A - 埋設補助材 - Google Patents

Abstract

【課題】 地中に埋設し、貯留した流体などを地熱を利用して熱交換を行なう地下埋設式のタンク等を埋設する際の作業性を向上し、埋設後に地熱との熱交換の効果を向上させることを目的とする。
【解決手段】 本発明は地中に埋設し、貯留した流体などを地熱を利用して熱交換を行なう地下埋設式のタンク等を埋設する際にセメントなどの凝固材に掘削した廃土等や廃金属類にを加えて混和し、掘削穴に充填して、埋設を容易にすると共に、埋設後に凝固した後は、地熱の貯留層となり、採放熱の効果を高める埋設補助材に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は地中に埋設し、貯留した流体などを地熱を利用して熱交換を行なう地下埋設式のタンク等を埋設する際にセメントなどの凝固材に掘削した廃土、廃砂や廃金属類を加えて混和し、掘削穴に充填して埋設を容易にすると共に、埋設後に凝固した後は、地熱の貯留層となり、採放熱の効率を高める埋設補助材に関する。

従来、地中に埋設する形式のタンクは、土地の有効活用のためであったり、非常時の緊急用水の確保の用途であったりするが、それらの目的と併せて、地中の温度が安定している事を利用して、熱交換により水を冷却するものなどが考案されている。地中の温度を利用する考案では、タンクを地下に埋設するのを容易にするためと表面積の拡大のために本体外殻を螺子状に構成したものや、採放熱の効率を高めるためのフィンを本体に取り付けたものなどがあるが、地熱を利用した熱交換はタンク本体の構成材と土の間で行なわれるのであり、その際の効率の向上に関する考案は不十分である。

特開２００３−１４３８５の考案は地熱を利用した熱交換器であるが、地下に埋設するタンク部の外底部に掘削刃を有し、さらに外殻部に螺旋状のフィンを有しているため、タンク埋設用の穴を事前に掘削することなく、回転圧入する事が可能となっている。この事により、掘削廃土が生ぜず、埋め戻しを行なった場合に土中に空気を含むことによる採放熱の効率低下を考慮する必要がなくなるとしている。

特開２００４−１７７０１２の考案は前記特開２００３−１４３８５と同様に回転圧入のための掘削刃とねじ込み用の螺旋翼を有した鋼管杭であり、杭内部の配管に水、オイル、不凍液、空気などの熱媒体を通す考案である。本考案においては、該鋼管杭を回転圧入することにより、埋設時に掘削軟化した土砂を杭側面に押し出し圧縮するため、杭周縁の土砂密度が高くなり、熱伝導率があがり、熱交換の効率が良くなるとしている。また、鋼管杭内部の空間に水、オイル、不凍液、コンクリート、モルタル、砂、砂利、軽量気泡コンクリートの粉砕物、金属片、鋼球、ステンレス製球体などを充填し、地熱と鋼管杭内の配管との熱交換の効果の向上を図っている。

前記２考案においては残土の発生が皆無であり、単純な埋め戻しによる工法に比較すれば、熱交換の効果は高まっている。しかしながら、前記２考案の工法を実施するためには土質や土中の埋物などの条件が整わなければならず、一般的な掘削、埋め戻しの工法を選択しなければならない場合も少なくないと思われる。前記２考案とも回転圧入工法の結果付随的に熱交換の効果は高まっているが、積極的な熱交換効果の向上は図られていない。また、特開２００４−１７７０１２の考案では鋼管杭内部に水などの熱媒体を充填しているが熱交換効果の向上を意図している訳ではない。
特開２００３−１４３８５号 特開２００４−１７７０１２号

小規模集合住宅などの敷地内に、地熱を利用した熱交換を行う簡易な構成のタンクなどの埋設を容易にし、地熱のエネルギーを効率よく蓄えてタンクの採放熱の効果を向上させる事により二酸化炭素排出削減に貢献し、その構成材にセメントなどの凝固物質に掘削時の廃土や廃金属類を粉砕、加工した粒状物質などを混和し、環境問題などに貢献する埋設補助材を提供することにある。

請求項１記載の埋設補助材は地熱を利用する地下埋設式のタンクなどを埋設する際の埋設補助材に関するものであり、埋設を容易にすると共に埋設後の地下埋設式タンクなどの外周を囲み、自身の高効果の採放熱作用により保有した地熱をタンク内流体などと速やかに熱交換する機能を持ち、熱交換の効果を高める物である。

埋設補助材は地下埋設式タンクを埋設する穴を掘削した際の廃土と水およびセメント、シリコンなどの熱伝導の効果の高い凝固材に加えて空缶などを再処理した薄板系廃金属類を粉砕し粒状に加工した物質を混和しペースト状にしたもので、掘削穴に所定量充填する。これにより、地熱を利用した熱交換を目的とする地下埋設式タンクなどの埋設が容易になると共に、凝固後は高い熱拡散の能力で保有した地熱により、採放熱の効果を向上させる働きをもつ。

本発明により、常時一定温の水などの流体を得てエネルギー消費の低減に貢献する地熱を利用した熱交換を目的とする地下埋設タンクなどの効果を向上させると共に掘削後の廃土、および廃金属類などを使用する事から、循環型社会の構築に貢献できるものである。

本発明を実施するための最良の形態を図１を参照にして詳述する。

住宅などにおける上水道水の貯留を目的とする場合の形態を図示したものであり、ａは地表面の温度変化に左右されると予想される部分、ｂは地表の温度に左右されにくいと考えられる部分を表す。

地下に埋設するタンク１は本実施の形態においては地表温の影響が大きい層ａに埋まる上部構造と地表温の影響を受けにくい層ｂに届く下部構造を有するものとする。上部構造は地表面の温度変化の影響を受けやすいため、防水加工を施した断熱構造物２を配した。この事により、タンク筒体内の温度の変動を妨げ、採放熱の効果を高めることが出来る。この断熱構造物２は円柱状で中心部にタンク１に嵌合する開口部を有するが、防水密閉構造であり、断熱性の高い樹脂などで構成される。さらに断熱構造物２の内部は中空状態であるが、此処に断熱材３として廃プラスチックや廃木材、石炭灰などの高い断熱性が期待できるがリサイクル時のコストが非経済的な材料を詰めることにより、高い断熱性を得、環境負荷の低減にも資することが出来る。５は断熱構造物２の沈下防止層であり、コンクリートなどで構成する。

下部構造はの螺旋状のフィン４を有し、埋設時の容易さと熱交換の際の有効面積の拡大を図っている。螺旋状のフィン４は、地下に埋設するタンクの採熱、放熱の効率を高める効果をもち、タンク１筒体にリブ構造を付与する事となり強度を補強すると共に、浮力に対抗し、沈下防止にも高い効果をもつため、地震などの自然災害時などでもタンク１が破壊されにくくなるという効果を有すると考える。

螺旋状のフィン４は採放熱の効率および後述する埋設時の効用を考慮して幅を設定するが、タンク筒体や螺旋状のフィン４の材質や埋設地の条件などの各要素により適宜調整することとなる。また、螺旋状のフィン４は必ずしも連続した帯状である必要はなく、採放熱の効率や埋設時の効果の高い形状であれば良いし、１系列である必然性もなく、タンク１筒体の強度を要する際は系列数を増やす事も考えて良い。

地下に埋設するタンク１の内部構造は既存の技術の範囲であり、配管を通す方法や直接流体を貯留するなどの手段になると思われる。

本実施の形態ではタンク１を埋設する際、電柱の布設などに良く利用されている、所謂、建柱車等の使用を想定した。

まず、適切な方法で埋設場所を空掘りする。これは、埋設の際の作業性の向上のためであったり、建柱車の使用を想定するので掘削可能深度を補うためであり、深さは地下に埋設するタンクの上部構造程度が妥当であり、広さは作業性と現場の状況に合わせて設定する。土質の関係で空掘りの必要性がない場合も想定され、建柱車だけで必要深度を得られる可能性もあるので施工場所によって適宜対応する。

つぎに建柱車等で、埋設の為の穴を掘削するが、この際地下に埋設するタンク１の外径の倍程度の穴を要する。これは本発明の埋設補助材６を注入するためであり、またタンク設置後に凝固する埋設補助材６がその機能を発揮するために必要な容積を得るためである。また図１に示す如く上部に断熱構造体２を配する場合は、このサイズを考慮することになる。掘削と注入は、同時に、あるいは交互に行う。掘削した穴に適量の埋設補助材６を充填した状態でタンク１を埋設する。タンク１筒体に螺旋状に配したフィン４により、注入された初期のペースト状の埋設補助材６のなかでタンクに回転を与える事により、圧入などの方法を取らなくても容易に没入する。この方法により、タンク１筒体が埋設補助材６の中に螺合した状態となるので外殻と埋設補助材６の間に空気や不純物が混入しにくいという利点がある。

請求項１記載の埋設補助材６は、空掘り時などの廃土、廃砂、水、凝固材として熱拡散の効果の高いシリコン、セメントなど、さらに熱拡散の効果を高める空缶や廃自動車などをプレスなどで処理した薄板系廃金属類を粉砕した粒状物質を混和しペースト状にしたものである。この埋設補助材６をタンク１の埋設前に掘削穴に充填する事により、埋設を容易にすると共に掘削穴内部の土砂の崩落を防ぐ効果もあり、埋設後の作業も簡略化することができる。また、埋設補助材６が凝固した後は、その高い熱拡散の効果により速やかに地中で採放熱し、同容積の土に比べ大きなエネルギーを蓄えて地下に埋設したタンク１と速やかな熱交換を行なう。

本実施の形態では建柱車を使用する想定であるが、将来的には建柱車のパワーを増強したり、現状のアースオーガによるベント工法の如くドリルの先端から埋設補助材６が注入できる構造を持たせる事により、さらに工事が簡易になり、深度が増すと考える。

実施の形態の断面図である。

符号の説明

１ タンク
２ 断熱構造体
３ 断熱材
４ フィン
５ 沈下防止層
６ 埋設補助材
ａ 地表の温度変化に影響される層
ｂ 地表の温度変化に影響されにくい層

Claims (1)

1. 地熱を利用した熱交換により、内部の熱媒体である流体からエネルギーを得る地下に埋設するタンク、配管を埋設する際の掘削により排出される廃土、廃砂に廃金属類を粉砕、加工した粒状物質を混和し、これに凝固材を加え凝固後の熱拡散の効果を高めると共に、埋設を容易にする埋設補助材

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