JP2011149663A

JP2011149663A - Ｕ字管挿入装置および挿入方法

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Publication number: JP2011149663A
Application number: JP2010013233A
Authority: JP
Inventors: Keiji Suzawa; 啓司洲澤
Original assignee: Misawa Kankyo Gijutsu KK
Current assignee: Misawa Kankyo Gijutsu KK
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: JP5419728B2

Abstract

【課題】地中熱交換器を構成する半硬質材製の二つのＵ字管を、地中に形成した掘削穴に容易に挿入することのできる装置および方法を提供する。
【解決手段】第一Ｕ字管４を、そのＵ字端部である第一Ｕ字端部４ａから、掘削穴Ｈの直上で、反時計回り方向に引き下ろすように巻回する第一リール２と、第二Ｕ字管５を、そのＵ字端部である第二Ｕ字端部５ａから、掘削穴Ｈの直上で、時計回り方向に引き下ろすように巻回する第二リール３を設ける。また、第一リール２と第二リール３を回転自在に保持する回転保持具６と、回転保持具６を介して、第一リール２および第二リール３を空中で支持する空中支持具７を設ける。さらに、第一Ｕ字端部４ａと第二Ｕ字端部５ａを連結する締結材８と、締結された第一Ｕ字端部４ａと第二Ｕ字端部５ａに取付けられる重錘９と、を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、往路管と復路管を備える地中熱交換用のＵ字管を、地中に垂直方向に形成した掘削穴に挿入する装置およびその方法に関するものである。

本発明者らは、これまでに、融雪、空調、温水プール、植物栽培、動物飼育等に使用するために、地熱を効率的に採取することのできる地中熱交換器や、その埋込み方法を創案している（例えば、特許文献１参照）。

この地中熱交換器は、地中に垂直方向に形成した掘削穴に、往路管と復路管の下端部同士をＵ型管で連結して構成した二つのＵ字管を、それぞれの往路管と復路管を略等間隔で配設し、これらＵ字管内を通過させる熱媒によって地熱を採取し、その地熱を採取した熱媒を融雪パイプ等に送り込み、融雪等を行うものである。

しかし、こうした地中熱交換器にあっては、二つのＵ字管を掘削穴に挿入するのが厄介であるといった問題がある。すなわち、Ｕ字管は通常、半硬質材（硬質ポリエチレンなどの合成樹脂）で形成されているため、金属などの硬質材で形成されているものと比較して柔軟であり、また、製造後は巻回された状態で保管されているので湾曲しており、従って、掘削穴に挿入する際、その壁面等の障害物に突き当たってしまい、それ以上押し込むのが極めて困難である。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、地中熱交換器を構成する半硬質材製の二つのＵ字管を、地中に形成した掘削穴に容易に挿入することのできる装置および方法を提供することを課題とする。

図１乃至図４を参照して説明する。請求項１に記載の地中熱交換器用Ｕ字管の挿入装置１は、地中熱交換器に使用される半硬質材製の二つのＵ字管を、地中に垂直方向に形成した掘削穴Ｈに容易に挿入するためのものである。なお、ここでいう「半硬質材」とは、主として、硬質ポリエチレンをはじめとする合成樹脂で、撓み性のある材料を意味する。

この挿入装置１は、一方のＵ字管である第一Ｕ字管４を、そのＵ字端部である第一Ｕ字端部４ａから、前記掘削穴Ｈの直上で、反時計回り方向に引き下ろすように巻回する第一リール２と、他方のＵ字管である第二Ｕ字管５を、そのＵ字端部である第二Ｕ字端部５ａから、前記掘削穴Ｈの直上で、時計回り方向に引き下ろすように巻回する第二リール３を備える。

また、前記第一リール２と第二リール３を回転自在に保持する回転保持具６と、前記回転保持具６を介して、前記第一リール２および第二リール３を空中で支持する空中支持具７を備える。さらに、前記第一Ｕ字端部４ａと第二Ｕ字端部５ａを連結する締結材８と、前記締結された第一Ｕ字端部４ａと第二Ｕ字端部５ａに取付けられる重錘９と、を備える

請求項２に記載の地中熱交換器用Ｕ字管の挿入方法は、地中熱交換器に使用される半硬質材製の二つのＵ字管を、地中に垂直方向に形成した掘削穴Ｈに挿入する方法である。

この挿入方法は、まず、第一リール２に、前記一方のＵ字管である第一Ｕ字管４を、そのＵ字端部である第一Ｕ字端部４ａから、前記掘削穴Ｈの直上で、反時計回り方向に引き下ろすように巻回すると共に、第二リール３に、他方のＵ字管である第二Ｕ字管５を、そのＵ字端部である第二Ｕ字端部５ａから、前記掘削穴Ｈの直上で、時計回り方向に引き下ろすように巻回する。

次に、前記第一Ｕ字端部４ａと第二Ｕ字端部５ａを締結して重錘９を取付けた後、前記第一リール２と第二リール３を空中に吊上げた状態で、前記重錘９を前記掘削穴Ｈに挿入して、その重みによって、前記第一Ｕ字管４および第二Ｕ字管５を前記掘削穴Ｈに挿入する。

請求項１に記載の挿入装置１は、第一リール２に巻回した第一Ｕ字管４の第一Ｕ字端部４ａと、第二リール３に巻回した第二Ｕ字管５の第二Ｕ字端部５ａを連結して重錘９を取付け、その重錘９を垂直方向に形成した掘削穴Ｈに挿入し、その重みで第一リール２管および第二リール３管を掘削穴Ｈに挿入するので、第一リール２管および第二リール３管ともに掘削穴Ｈに容易に挿入することができる。

すなわち、第一Ｕ字端部４ａと第二Ｕ字端部５ａを締結材８で連結するので両者が別方向に移動するのを防止することができる。また、重錘９によって第一Ｕ字管４および第二Ｕ字管５を同時に垂直方向に案内するので、垂直方向に形成した掘削穴Ｈに添って真下に挿入することができる。

請求項２に記載の挿入方法は、第一Ｕ字管４を第一リール２に巻回すると共に、第二Ｕ字管５を第二ロールに巻回し、第一Ｕ字端部４ａと第二Ｕ字端部５ａを締結して重錘９を取付け、その重錘９を掘削穴Ｈに挿入することによって第一Ｕ字管４および第二Ｕ字管５を掘削穴Ｈに挿入するので、同様に、第一リール２管および第二リール３管を円滑に掘削穴Ｈに挿入することができる。

本発明に係る挿入装置および挿入方法の実施形態を示す正面図である。本発明に係る挿入装置および挿入方法の実施形態を示す側面図である。図１および図２に示す第一Ｕ字管および第二Ｕ字管を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。本発明に係る挿入装置および挿入方法の実施形態の他の態様を示す側面図である。

図１乃至図４に、本発明に係る地中熱交換器用Ｕ字管の挿入装置１を示す。この挿入装置１は、地中熱交換器に使用される半硬質材製（硬質ポリエチレン等の樹脂製）の二つのＵ字管を、地中に垂直方向に形成した掘削穴Ｈに挿入するためのものであり、第一リール２、第二リール３、回転保持具６、空中支持具７、締結材８および重錘９を備える。

なお、本実施形態における掘削穴Ｈの径は約１３〜１３０ｍｍで、深さは約１００ｍである。また、軟弱な地層のときには掘削穴Ｈには掘削管やガイド管などの螺合連結可能な管部材Ｋを設け、その管部材Ｋの中に第一Ｕ字管４および第二Ｕ字管５を挿入し、後で抜取ることもある。

第一リール２は、一方のＵ字管である第一Ｕ字管４を、そのＵ字端部である第一Ｕ字端部４ａから、掘削穴Ｈの直上で、反時計回り方向に引き下ろすことができるように巻回するものである。すなわち、第一Ｕ字管４は、その第一Ｕ字端部４ａが第一リール２の巻終わり部分を構成するように巻回され、かつ、第一Ｕ字端部４ａが、第一リール２の左側外周端部（第二リール３に最も近接する部分）から引き出されるように巻回されている。

なお、第一Ｕ字管４および第二Ｕ字管５は、共に、往路管Ｐ１と復路管Ｐ２、および両者の端部に取付けられ、両者を連結するＵ型連結管Ｐ３で構成される。このＵ型連結管Ｐ３が、第一Ｕ字端部４ａおよび第二Ｕ字端部５ａを構成する。

また、第二リール３は、他方のＵ字管である第二Ｕ字管５を、そのＵ字端部である第二Ｕ字端部５ａから、掘削穴Ｈの直上で、時計回り方向に引き下ろすことができるように巻回される。すなわち、第二Ｕ字管５は、その第二Ｕ字端部５ａが第二リール３の巻終わり部分を構成するように巻回され、かつ、第二Ｕ字端部５ａが、第二リール３の右側外周端部（第一リール２に最も近接する部分）から引き出されるように巻回されている。

なお、第一リール２および第二リール３は、共に、前外輪Ｇ１、後外輪Ｇ２、前内輪Ｎ１、後内輪Ｎ２、前内輪Ｎ１と後内輪Ｎ２を連結する複数のバーＢ、および複数のスポークＳを備え、第一Ｕ字管４および第二Ｕ字管５は、複数のバーＢに添って巻回される。

回転保持具６は、第一リール２と第二リール３を回転自在に保持するものである。この回転保持具６は、第一リール２の回転中心軸（第一回転中心軸２ａ）と第二リール３の回転中心軸（第二回転中心軸３ａ）を左右方向に水平方向に配置した状態で固定する平行板６ａと、その中心から立設した垂直板６ｂと、平行板６ａの左右端部と垂直板６ｂの上部とを連結する傾斜板６ｃと、垂直板６ｂの上端部から前後方向に延設した延設板６ｄを備える。また、延設板６ｄには、吊下げ用のフック６ｄを設けている。

なお、本実施形態では、第一回転中心軸２ａおよび第二回転中心軸３ａを、共に、バーＢの略中間長さ部分に垂直方向に設けた固定円板６ｆに達する長さに設定しているが、後外輪Ｇ２にまで達する長さに設定することもできる。

空中支持具７は、回転保持具６を介して、第一リール２および第二リール３を空中で支持するものであり、吊上装置やクレーンなどの重機で構成することができる。なお、吊上げは、回転保持具６に設けたフック６ｅにワイヤー７ａを掛けて行うことができるが、回転保持具６の他の部分にワイヤー７ａを掛けて行うこともできる。７ｂは必要に応じ地面上に配置する第一，第二回転中心軸２ａ，３ａの支持脚である。

締結材８は、第一Ｕ字端部４ａと第二Ｕ字端部５ａ（および／または、それらの上部）を連結するもので、金属線などを使用することができる。そして、重錘９は、締結された第一Ｕ字端部４ａと第二Ｕ字端部５ａに取付けられるものであり、掘削穴Ｈの内径より十分に小さい外径を備えた比重の大きい金属（例えば、鉛）で構成することが好ましい。本実施形態の重錘９は、円柱状で下端部を断面円弧状として、掘削穴Ｈの壁面や障害物との接触抵抗を小さくするように設定している。

本実施形態に係る挿入装置１は次のように使用することができる。本発明に係る挿入方法の実施形態として説明する。まず、第一リール２に、掘削穴Ｈの深さに対応した長さの第一Ｕ字管４を形成する往路管Ｐ１と復路管Ｐ２を、その両端部（第一Ｕ字端部４ａとなる部分）が、掘削穴Ｈの直上で、反時計回り方向に引き下ろされるように巻回する。

これと前後して、あるいは同時に、第二リール３に、第一Ｕ字管４と同じ長さで第二Ｕ字管５を形成する往路管Ｐ１と復路管Ｐ２を、その両端部が、掘削穴Ｈの直上で、時計回り方向に引き下ろされるように巻回する。

なお、この巻回作業は、図４に示すように、あらかじめ巻回しておいた第一Ｕ字管４および第二Ｕ字管５を、着脱自在に構成した後外輪Ｇ２（または前外輪Ｇ１）を取り外した後、バーＢに嵌装するようにして嵌め込み、その後、後外輪Ｇ２（または前外輪Ｇ１）を元の状態に取付けることによって行うことができる。

次に、それぞれの往路管Ｐ１と復路管Ｐ２の端部にＵ型連結管Ｐ３を取付けて、第一Ｕ字端部４ａおよび第二Ｕ字端部５ａを形成する。なお、この作業に先立って、往路管Ｐ１および復路管Ｐ２の一方端部から水を連続的に注入して他方端部から排出し、それらの内部を清浄することができる。これにより、異物を第一Ｕ字管４および第二Ｕ字管５から取り除くことができるので、熱媒による地中熱の採取をより効果的に行うことができる。

続いて、第一Ｕ字端部４ａと第二Ｕ字端部５ａを金属線などの締結材８で締結した後、重錘９を取付ける。その後、重機などによって、第一リール２および第二リール３を、回転保持具６を介して吊上げる。この状態で、重錘９が掘削穴Ｈの直上に位置するように調節する。

最後に、重錘９を掘削穴Ｈに挿入した後、その重錘９の重み、あるいは手動や自動で第一リール２および第二リール３を回転させて、第一Ｕ字管４および第二Ｕ字管５を、その第一Ｕ字端部４ａおよび第二Ｕ字端部５ａから掘削穴Ｈに挿入する。そして、重錘９が掘削穴Ｈの底に到達するまで第一リール２および第二リール３の回転を続け、挿入完了後、土砂やグラウトによって掘削穴Ｈを埋め戻す。これにより、第一Ｕ字管４および第二Ｕ字管５の挿入を完了する。

本実施形態に係る挿入装置１はおよび挿入方法は、第一Ｕ字管４および第二Ｕ字管５を、その第一Ｕ字端部４ａおよび第二Ｕ字端部５ａを締結材８で連結し、そこに重錘９を取付けた状態で掘削穴Ｈに挿入するので、第一Ｕ字管４および第二Ｕ字管５を、掘削穴Ｈの壁面等に突き当てることなく円滑に挿入することができる。従って、挿入作業を容易に行うことができる。

１挿入装置
２第一リール
２ａ第一回転中心軸
３第二リール
３ａ第二回転中心軸
４第一Ｕ字管
４ａ第一Ｕ字端部
５第二Ｕ字管
５ａ第二Ｕ字端部
６回転保持具
６ａ平行板
６ｂ垂直板
６ｃ傾斜板
６ｄ延設板
６ｅフック
６ｆ固定円板
７空中支持具
７ａワイヤー
７ｂ支持脚
８締結材
９重錘
Ｂバー
Ｈ掘削穴
Ｇ１前外輪
Ｇ２後外輪
Ｋ管部材
Ｎ１前内輪
Ｎ２後内輪
Ｐ１往路管
Ｐ２復路管
Ｐ３Ｕ型連結管
Ｓスポーク

特許第３５５４９２３号

Claims

地中熱交換器に使用される半硬質材製の二つのＵ字管を，地中に垂直方向に形成した掘削穴（Ｈ）に容易に挿入することのできる装置であって、一方のＵ字管である第一Ｕ字管（４）を，そのＵ字端部である第一Ｕ字端部（４ａ）から，前記掘削穴の直上で，反時計回り方向に引き下ろすように巻回する第一リール（２）と、他方のＵ字管である第二Ｕ字管（５）を，そのＵ字端部である第二Ｕ字端部（５ａ）から，前記掘削穴の直上で，時計回り方向に引き下ろすように巻回する第二リール（３）と、前記第一リールと第二リールを回転自在に保持する回転保持具（６）と、前記回転保持具を介して，前記第一リールおよび第二リールを空中で支持する空中支持具（７）と、前記第一Ｕ字端部と第二Ｕ字端部を連結する締結材（８）と、前記締結された第一Ｕ字端部と第二Ｕ字端部に取付けられる重錘（９）と、を備えることを特徴とする地中熱交換器用Ｕ字管の挿入装置。
地中熱交換器に使用される半硬質材製の二つのＵ字管を，地中に垂直方向に形成した掘削穴（Ｈ）に挿入する方法であって、第一リール（２）に，前記一方のＵ字管である第一Ｕ字管（４）を，そのＵ字端部である第一Ｕ字端部（４ａ）から，前記掘削穴の直上で，反時計回り方向に引き下ろすように巻回し、第二リール（３）に，他方のＵ字管である第二Ｕ字管（５）を，そのＵ字端部である第二Ｕ字端部（５ａ）から，前記掘削穴の直上で，時計回り方向に引き下ろすように巻回し、前記第一Ｕ字端部と第二Ｕ字端部を締結して重錘（９）を取付け、前記第一リールと第二リールを空中に吊上げた状態で，前記重錘を前記掘削穴に挿入して，その重みによって，前記第一Ｕ字管および第二Ｕ字管を前記掘削穴に挿入することを特徴とする地中熱交換器用Ｕ字管の挿入方法。