JP2013108658A - 二重管構造の地中熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】地盤に埋設される外管内に内管が挿入されて、前記外管内及び前記内管内に熱媒体が流されてなる二重管構造の地中熱交換器である。前記地盤の掘削孔内に配される可撓性の熱可塑性樹脂製の前記外管と、前記外管の一方の管端部に融着接合されることにより、前記管端部を水密に封止する熱可塑性樹脂製のキャップ部材と、前記外管の他方の管端部に融着接合されることにより、前記管端部を水密に封止する熱可塑性樹脂製の蓋部材と、前記外管内に挿入された可撓性の熱可塑性樹脂製の前記内管と、を有する。前記内管の管端部は、前記蓋部材に穿孔形成された前記熱媒体の流路をなす貫通孔に前記外管の内方から差し込まれた状態で、水密に前記蓋部材に融着接合されている。
【選択図】図3
Description
地盤に埋設される外管内に内管が挿入されて、前記外管内及び前記内管内に熱媒体が流されてなる二重管構造の地中熱交換器であって、
前記地盤の掘削孔内に配される可撓性の熱可塑性樹脂製の前記外管と、
前記外管の一方の管端部に融着接合されることにより、前記管端部を水密に封止する熱可塑性樹脂製のキャップ部材と、
前記外管の他方の管端部に融着接合されることにより、前記管端部を水密に封止する熱可塑性樹脂製の蓋部材と、
前記外管内に挿入された可撓性の熱可塑性樹脂製の前記内管と、を有し、
前記内管の管端部は、前記蓋部材に穿孔形成された前記熱媒体の流路をなす貫通孔に前記外管の内方から差し込まれた状態で、水密に前記蓋部材に融着接合されていることを特徴とする。
また、内管の管端部についても、蓋部材の貫通孔に差し込まれた状態で蓋部材に融着接合されている。つまり、内管の母材と、蓋部材の母材とは互いに溶け合って固化し、一体不可分の状態になっている。よって、高い接合強度を有し得て、その結果、内管と貫通孔との間からの熱媒体の漏出も確実に防止される。
そして、以上から、二重管構造の地中熱交換器の熱媒体の防漏性が向上される。
前記外管は、その管軸を鉛直方向に沿わせつつ前記掘削孔内に配され、
前記外管は、その本体としてのコルゲート管と、該コルゲート管の上端部に同軸且つ水密に融着接合された熱可塑性樹脂製の管状頭部と、を有し、
前記管状頭部の上端の管端部に前記蓋部材が融着接合されて、前記管状頭部の前記管端部が前記蓋部材によって水密に封止されており、
前記管状頭部は、前記地盤の表層部に位置しており、
前記管状頭部の管壁の厚さは、前記コルゲート管の管壁の厚さよりも厚いことを特徴とする。
前記外管は、その管軸を鉛直方向に沿わせつつ前記掘削孔内に配され、
前記外管の上部が埋設されている前記地盤の表層部には、前記外管の拡径変形を拘束する拘束部材が前記外管の外周面を覆って設けられていることを特徴とする。
前記蓋部材の前記貫通孔に対して、前記外管の外方から熱可塑性樹脂製の第1管部材の管端部を差し込んだ状態で、前記蓋部材と前記第1管部材の前記管端部とは水密に融着接合されており、
前記蓋部材は、前記貫通孔に加えて、前記熱媒体の流路をなす第2貫通孔を有し、
前記第2貫通孔に対して、前記外管の外方から熱可塑性樹脂製の第2管部材の管端部を差し込んだ状態で、前記蓋部材と前記第2管部材の前記管端部とは水密に融着接合されており、
前記第1管部材及び前記第2管部材のうちのどちらか一方の管部材が、外部から前記熱媒体を前記外管内へ供給し、他方の管部材が、前記外管内から前記外部へと前記熱媒体を排出することを特徴とする。
前記外管、前記キャップ部材、前記蓋部材、前記内管、前記第1管部材、及び前記第2管部材の何れも高密度ポリエチレン製であることを特徴とする。
現場搬入よりも前に、前記キャップ部材及び前記蓋部材は前記外管に融着接合され、前記第1管部材及び前記第2管部材は前記蓋部材に融着接合されていることを特徴とする。
<<<地中熱交換器21について>>>
図2は、本実施形態に係る地中熱交換器21を用いた地中熱利用システム11の説明図である。図3は、一部を破断して示す地中熱交換器21の概略側面図である。また、図4A及び図4Bは、それぞれ、冬場及び夏場での運転例を示す地中熱交換器21の模式図である。
(1)竪孔23
図3に示すように、竪孔23は、ボーリングマシンやオーガ等の掘削機により地面にほぼ垂直に掘削された孔であり、その直径は100〜200mm、深さは30〜150mである。
外管30は、その全長が竪孔23と略同長の管部材である。そして、外管30は、熱可塑性樹脂の一例としての高密度ポリエチレン製のコルゲート管31(corrugated pipe:波形管)を本体とする。コルゲート管31は、その管壁が図3に示すような波形形状の管部材である。そして、この波形形状は、コルゲート管31の管軸C31を中心軸とする螺旋形であり、また、管壁の厚みは全長に亘りほぼ一定厚みである。よって、コルゲート管31の外周面及び内周面のどちらの面も、山部と谷部とを有する略同形の螺旋波形形状になっている。そして、このような螺旋波形形状により、管壁の外周面及び内周面の表面積は拡大されているので、地盤Gとコルゲート管31内の熱媒体26との間の熱交換効率は格段に高められている。
図3に示すように、第1流路形成部材40及び第2流路形成部材50のどちらも、熱可塑性樹脂の一例としての高密度ポリエチレン製のパイプ41,43,50である。そして、前述したように、ヒートポンプ15と外管30との間の熱媒体26の移動に供される。
なお、この外パイプ50にあっても蓋部材70と同素材のため、外パイプ50と蓋部材70との間に介在する融着接合部J50が、それぞれ母材並みの強度を有することは言うまでもなく、よって、その説明については省略する。
このような地中熱交換器21は、適宜な工場で製造される。そして、同工場において上述のような全構成要素30(31,35),40(41,43),50,60,70を具備した略完成状態にまで仕上げられ(図7)、コイル状に巻き取られた状態で工場から設置予定地へと送られる。そして、このような略完成状態で設置予定地へと送られるので、当該設置予定地では、適宜なリール装置を用いて地中熱交換器21を繰り出しながら、同予定地の掘削孔23に順次地中熱交換器21を建て込み、建て込んだ後には、地中熱交換器21の周囲の隙間SP23に充填材27を充填して埋めれば、地中熱交換器21の設置工事が完了する。よって、現場作業は大幅に軽減され、施工現場での工期を大幅に短縮可能となる。
先ず、図6Aの概略平面図に示すように、外管30の本体としてのコルゲート管31内に、内管41としての内パイプ41を、コルゲート管31の略全長に亘って挿入する(内パイプ挿入工程)。詳しくは、コルゲート管31の上端部31bに相当する管端部31bから同コルゲート管31内に内パイプ41を挿入し、この挿入を、同内パイプ41の一端部41dが、コルゲート管31の下端部31aに相当する管端部31aに到達するまで続ける。そして、これにより、最終的に、内パイプ41の一端部41dが、コルゲート管31の一方の管端部31aに達し、且つ、同内パイプ41の他端部41uが、コルゲート管31の他方の管端部31bから外に突出した状態にされる。なお、この挿入作業については、コルゲート管31の曲率半径を大きくして行えば、短時間で終えることができる。
最初に、図7に示すようにコルゲート管31の下端部31aに相当する管端部31aにキャップ部材60を融着接合する(キャップ部材融着接合工程)。この融着接合は、工場が備える融着接合装置80によって行われる。図8Aに示すように、融着接合装置80は、コルゲート管31の管端部31aを把持等して保持する第1保持部81と、キャップ部材60を把持等して保持する第2保持部83と、を有する。そして、第1保持部81と第2保持部83とは、コルゲート管31及びキャップ部材60のうちの各々対応する部材31,60を保持した状態において、コルゲート管31の管軸C31とキャップ部材60の管軸C60とが互いに同軸に揃うような位置関係で配置されており、更には、第1保持部81及び第2保持部83のどちらも、適宜なガイドレール85によって管軸方向C31,C60に往復移動可能に案内されている。
次に、図7に示すようにコルゲート管31の上端部31bに相当する管端部31bに直管部35を融着接合する(直管部融着接合工程)。この場合も、上述の融着接合装置80を用いる。すなわち、図9Aに示すように、第1保持部81にコルゲート管31の管端部31bを保持させ、第2保持部83に直管部35を保持させる。そして、第2保持部83を第1保持部81の方に移動して、コルゲート管31の融着接合対象部たる管端面(縁部)31euと、直管部35の融着接合対象部たる管端面(縁部)35edとの両者が、互いの間に間隔Dをもって対向した状態にする。但し、この移動の前には、コルゲート管31の管端部31bからは内パイプ41が飛び出している。そのため、この移動の際には、この内パイプ41を直管部35の内周側に挿通しながら、第2保持部83を第1保持部81の方へ移動する。そして、これにより、図9Aに示す状態となる。
次に、図7に示すように蓋部材70の各貫通孔H71,H72の大径孔部H71L,H72Lに各外パイプ43,50を融着接合する(外パイプ融着接合工程)。この融着接合には、図10Aに示すソケット型加熱板95を用いる。すなわち、この加熱板95は、蓋部材70の大径孔部H71Lの内周側に嵌合可能な外径寸法の円柱部95aと、外パイプ43の端部43dを内周側に嵌合可能な内径寸法の円筒部95bとを互いに同軸に有している。そして、蓋部材70の大径孔部H71Lの内方にソケット型加熱板95の円柱部95aを押し込んで嵌合し、且つ同加熱板95の円筒部95bの内方に外パイプ43の端部43dを押し込んで嵌合した状態にする(図10B)。なお、このとき、図10Bの縦断面図に示すように、蓋部材70の大径孔部H71Lの段差面A71に加熱板95の円柱部95aが当接するまで円柱部95aを押し込み、また、同加熱板95の円筒部95bの底面95bsに、外パイプ43の端面43edaが当接するまで外パイプ43を押し込む。そして、加熱板95の温度を設定温度の280℃まで上昇し、これにより、蓋部材70の大径孔部H71Lの内周面及び段差面A71を融解(溶融)するのと同時に、外パイプ43の外周面及び端面43edaを融解(溶融)する。そして、融解したら、図10Cに示すように加熱板95から蓋部材70及び外パイプ43を外し、しかる後に、図10Dに示すように、外パイプ43の融解状態の端部43dを貫通孔H71の大径孔部H71Lに差し込んで押圧し、この押圧状態のまま一定時間冷却する。これにより、図10Dの縦断面図に示すように蓋部材70の大径孔部H71Lの内周面と外パイプ43の外周面との間には融着接合部J43が形成されて、つまり、これら内周面と外周面とは融着接合され、また、大径孔部H71Lの段差面A71と外パイプ43の端面43edaとの間にも融着接合部J43が形成されて、つまり、段差面A71と端面43edaとは融着接合される。
そうしたら、同様の手順で、図7に示すように、蓋部材70の貫通孔H72の大径孔部H71Lに対して、外管30の内方に相当する方向から内パイプ41を融着接合する(内パイプ融着接合工程)。すなわち、図11A及び図11Bに示すように蓋部材70の大径孔部H71Lの内方にソケット型加熱板95の円柱部95aを押し込んで嵌合し、且つ同加熱板95の円筒部95bの内方に内パイプ41の端部41uを押し込んで嵌合した状態にする。なお、このとき、図11Bの縦断面図に示すように、蓋部材70の大径孔部H71Lの段差面A71に加熱板95の円柱部95aが当接するまで円柱部95aを押し込み、また、加熱板95の円筒部95bの底面95bsに、内パイプ41の端面41euaが当接するまで内パイプ41を押し込む。そして、加熱板95の温度を設定温度の280℃まで上昇し、これにより、蓋部材70の大径孔部H71Lの内周面及び段差面A71を融解(溶融)すると同時に、内パイプ41の外周面及び端面41euaを融解(溶融)する。そして、融解したら、図11Cに示すように加熱板95から蓋部材70及び内パイプ41を外し、しかる後に、図11Dに示すように内パイプ41の融解状態の端部41uを貫通孔H71の大径孔部H71Lに差し込んで押圧し、この押圧状態のまま一定時間冷却する。これにより、図11Dの縦断面図に示すように蓋部材70の大径孔部H71Lの内周面と内パイプ41の外周面との間には融着接合部J41が形成されて、つまり、これら内周面と外周面とは融着接合され、また、大径孔部H71Lの段差面A71と外パイプ41の端面41euaとの間にも融着接合部J41が形成されて、つまり、段差面A71と端面41euaとは融着接合される。これにより蓋部材70に内パイプ41が融着接合される。
最後に、図7に示すように、直管部35と蓋部材70とを融着接合する(蓋部材融着接合工程)。この場合も、前述の融着接合装置80を用いる。すなわち、図12Aに示すように第1保持部81に直管部35を保持させ、第2保持部83に蓋部材70を保持させる。そして、第2保持部83を第1保持部81の方に移動して、蓋部材70の融着接合対象部たる下面の周縁部70edと、直管部35の融着接合対象部たる管端面(縁部)35euとの両者が、互いの間に間隔Dをもって対向した状態にする。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。例えば、以下に示すような変形が可能である。
例えば、外パイプ融着接合工程は、蓋部材融着接合工程と同タイミングにしなければ、任意のタイミングで行うことができる。すなわち、直管部融着接合工程以前に行っても良いし、内パイプ融着接合工程と蓋部材融着接合工程との間や、蓋部材融着接合工程よりも後に行っても良い。また、キャップ部材融着接合工程も、何等上述のタイミングで行う必要はなく、任意のタイミングで行うことができる。更に、直管部融着接合工程は、蓋部材融着接合工程の後に行っても良い。
17 地上循環ポンプ、21 地中熱交換器、
23 竪孔(掘削孔)、26 熱媒体、27 充填材、
29 セメント系材料(拘束部材)、
30 外管、30a 外管内の下端部、30b 外管内の上端部、
30eu 上端部、30u 上部、
31 コルゲート管、31a 下端部(管端部)、31b 上端部(管端部)、
31ed 縁部(管端面)、31eu 縁部(管端面)、
35 直管部(管状頭部)、35ed 下端縁部(管端面)、
35eu 上端縁部(管端面、管端部)、
40 第1流路形成部材、40ed 管端開口、
41 内パイプ(内管)、41d 下端部、41eua 上端面、1u 上端部、
43 外パイプ(第1管部材)、43d 下端部、43eda 下端面、
50 第2流路形成部材(第2管部材、外パイプ)、50d 下端部、
50ed 管端開口、50eda 下端面、
60 キャップ部材、61 円筒部、61eu 上端縁部、
62 円柱部、63 円錐台部、
70 蓋部材、70ed 周縁部、
80 融着接合装置、81第1保持部、83 第2保持部、
85 ガイドレール、
87 加熱板、87a 加熱面(板面)、
91 加熱板、91a 半割部、91as 加熱面、92 ヒンジ部、
95 ソケット型加熱板、95a 円柱部、95b 円筒部、95bs 底面、
A71 段差面、A72 段差面、
H71 貫通孔、H71L 大径孔部、H71S 小径孔部、
H72 貫通孔(第2貫通孔)、H72L 大径孔部、H72S 小径孔部、
H91 円孔、
J35 融着接合部、J41 融着接合部、J43 融着接合部、
J50 融着接合部、J60 融着接合部、J70 融着接合部、
SP23 空間、SP23u 空間、G 地盤、
Claims (6)
- 地盤に埋設される外管内に内管が挿入されて、前記外管内及び前記内管内に熱媒体が流されてなる二重管構造の地中熱交換器であって、
前記地盤の掘削孔内に配される可撓性の熱可塑性樹脂製の前記外管と、
前記外管の一方の管端部に融着接合されることにより、前記管端部を水密に封止する熱可塑性樹脂製のキャップ部材と、
前記外管の他方の管端部に融着接合されることにより、前記管端部を水密に封止する熱可塑性樹脂製の蓋部材と、
前記外管内に挿入された可撓性の熱可塑性樹脂製の前記内管と、を有し、
前記内管の管端部は、前記蓋部材に穿孔形成された前記熱媒体の流路をなす貫通孔に前記外管の内方から差し込まれた状態で、水密に前記蓋部材に融着接合されていることを特徴とする二重管構造の地中熱交換器。 - 請求項1に記載の二重管構造の地中熱交換器であって、
前記外管は、その管軸を鉛直方向に沿わせつつ前記掘削孔内に配され、
前記外管は、その本体としてのコルゲート管と、該コルゲート管の上端部に同軸且つ水密に融着接合された熱可塑性樹脂製の管状頭部と、を有し、
前記管状頭部の上端の管端部に前記蓋部材が融着接合されて、前記管状頭部の前記管端部が前記蓋部材によって水密に封止されており、
前記管状頭部は、前記地盤の表層部に位置しており、
前記管状頭部の管壁の厚さは、前記コルゲート管の管壁の厚さよりも厚いことを特徴とする二重管構造の地中熱交換器。 - 請求項1又は2に記載の二重管構造の地中熱交換器であって、
前記外管は、その管軸を鉛直方向に沿わせつつ前記掘削孔内に配され、
前記外管の上部が埋設されている前記地盤の表層部には、前記外管の拡径変形を拘束する拘束部材が前記外管の外周面を覆って設けられていることを特徴とする二重管構造の地中熱交換器。 - 請求項1乃至3の何れかに記載の二重管構造の地中熱交換器であって、
前記蓋部材の前記貫通孔に対して、前記外管の外方から熱可塑性樹脂製の第1管部材の管端部を差し込んだ状態で、前記蓋部材と前記第1管部材の前記管端部とは水密に融着接合されており、
前記蓋部材は、前記貫通孔に加えて、前記熱媒体の流路をなす第2貫通孔を有し、
前記第2貫通孔に対して、前記外管の外方から熱可塑性樹脂製の第2管部材の管端部を差し込んだ状態で、前記蓋部材と前記第2管部材の前記管端部とは水密に融着接合されており、
前記第1管部材及び前記第2管部材のうちのどちらか一方の管部材が、外部から前記熱媒体を前記外管内へ供給し、他方の管部材が、前記外管内から前記外部へと前記熱媒体を排出することを特徴とする二重管構造の地中熱交換器。 - 請求項4に記載の二重管構造の地中熱交換器であって、
前記外管、前記キャップ部材、前記蓋部材、前記内管、前記第1管部材、及び前記第2管部材の何れも高密度ポリエチレン製であることを特徴とする二重管構造の地中熱交換器。 - 請求項4又は5に記載の二重管構造の地中熱交換器であって、
現場搬入よりも前に、前記キャップ部材及び前記蓋部材は前記外管に融着接合され、前記第1管部材及び前記第2管部材は前記蓋部材に融着接合されていることを特徴とする二重管構造の地中熱交換器。
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