JP2013124535A - Excavation apparatus and method for forming underground heat exchanger installation hole - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、住宅地等の地盤の地中に地中熱交換器を設けるための掘削装置とその掘削方法に関する。更に詳しくは、住宅地等の地盤にケーシングとエアーハンマー装置を一体にして地中熱交換器設置穴形成のための掘削を施す掘削装置とその掘削方法に関する。 The present invention relates to an excavation apparatus and an excavation method for providing an underground heat exchanger in the ground of a ground such as a residential area. More specifically, the present invention relates to an excavation apparatus and an excavation method for excavation for forming a ground heat exchanger installation hole by integrating a casing and an air hammer device on a ground such as a residential area.
地中熱は、年間を通して温度が一定であることから、種々の分野に既に利用されている。この地中熱を利用するためには、地盤に穴を掘削することが必要である。掘削施工については、一般に従来から住宅地やビル建設地等の地盤を含め多くの地盤に対し行われている。例えば杭の形成として、掘削した穴にモルタルやコンクリートを流し込み硬化させて基礎杭等とする方法が提案され実施されている。又、井戸のために掘削装置を利用して掘削を行うことも行われている。 Geothermal heat is already used in various fields because the temperature is constant throughout the year. In order to use this underground heat, it is necessary to excavate a hole in the ground. In general, excavation work has been conventionally performed on many grounds including grounds such as residential areas and building construction areas. For example, as a method of forming a pile, a method has been proposed and implemented in which a mortar or concrete is poured into a drilled hole and hardened to form a foundation pile or the like. In addition, excavation is carried out using a drilling device for a well.
一般的に簡易な掘削方法として、掘削した穴に直接コンクリート等を流し込み硬化させて基礎杭等とするもの、あるいは掘削した穴そのものを井戸として利用することがあるが、地盤が軟弱の場合には安定した掘削穴が形成されない欠点がある。このようなことから、最近は特に軟弱地盤を考慮した二重管方式の掘削方法が注目され多くの提案がなされている。この方式は、掘削装置の外周にケーシングを設けて掘削を施工するものである。 In general, as a simple excavation method, concrete or the like is poured directly into the excavated hole and hardened to make a foundation pile, or the excavated hole itself is used as a well, but if the ground is soft There is a drawback that a stable excavation hole is not formed. For these reasons, recently, a double-pipe excavation method especially considering soft ground has attracted attention and many proposals have been made. In this method, excavation is performed by providing a casing on the outer periphery of the excavator.
即ち、掘削後であっても一時的にケーシングを地盤に残して穴形状を維持し、掘削穴を形成するものである。これにより掘削後であっても穴の壁面の崩れを防止でき、安定した形状の掘削穴が形成できる。例えば、外側にケーシングを有して、エアーハンマーにより打撃を加えると同時に下部に設けられたビットを回転させて掘削し、掘削後はビットデバイスのみを上方に引き上げケーシングのみ地中に残し、この中にコンクリート等を充填させ基礎杭等を形成する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。この例のケーシングは、掘削穴の壁面の崩れ防止の機能のみを有するものである。 That is, even after excavation, the casing is temporarily left on the ground to maintain the hole shape, and the excavation hole is formed. Thereby, collapse of the wall surface of a hole can be prevented even after digging, and a digging hole having a stable shape can be formed. For example, it has a casing on the outside, hitting with an air hammer and simultaneously rotating a bit provided at the bottom, and after excavation, pulls only the bit device upward and leaves only the casing in the ground. There is known a technique for forming a foundation pile or the like by filling concrete or the like (see, for example, Patent Document 1). The casing of this example has only a function of preventing collapse of the wall surface of the excavation hole.
又、ケーシング内にエアーハンマー装置を内装して掘削する構成のものであるが、ケーシングを残した状態で、ハンマー装置をラッチを開いた後オーバーショットヘッドの利用で、ウィンチを介して引き上げる構成のものがアンカーボルト等の埋設工事に適用される例が知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, the air hammer device is built inside the casing for excavation, and the hammer device is lifted through the winch by using the overshot head after opening the latch with the casing left. There is known an example in which an object is applied to burial work such as an anchor bolt (see, for example, Patent Document 2).
又、地熱エネルギー回収用熱交換器の地中設置工事の穿孔例であるが、クレーン車を利用し、ワイヤにより吊り下げ、中空管の上部にバイブロハンマーを取り付けて掘削する例が開示されている(例えば、特許文献3参照)。この掘削工法は気水噴流を使用して掘削するもので、所定深度に達すると中空管を引き抜き熱交換器を埋設するものである。この掘削工法は中空管を使用するものの、いわゆる中空管を埋設しての二重管方式のものではない。この掘削工法においても、中空管自体は掘削機能を有するものではない。 In addition, it is an example of drilling the underground installation work of a heat exchanger for recovering geothermal energy, but an example is disclosed in which a crane truck is used, suspended by a wire, and excavated by attaching a vibro hammer to the upper part of the hollow tube. (For example, see Patent Document 3). In this excavation method, excavation is performed using an air-water jet, and when a predetermined depth is reached, a hollow tube is pulled out and a heat exchanger is embedded. Although this excavation method uses a hollow tube, it is not a double tube method in which a so-called hollow tube is embedded. Also in this excavation method, the hollow tube itself does not have an excavation function.
この工法は、地中熱交換器設置用の掘削であるが、気水噴流供給装置を設けることで設備のコストが高価になっている。又、掘削ロッドと熱交換用の管を兼用するシステムも知られているが、この掘削工法もジェット噴流で地盤を掘削し熱交換井戸を形成するものである(例えば、特許文献4参照)。更に、掘削した穴に対する地中熱交換器の埋め込み方法として、U字管を重ね合わせるようにして埋め込む方法も提案されている(例えば、特許文献5参照)。 This construction method is excavation for installing an underground heat exchanger, but the cost of the facilities is increased by providing an air-water jet supply device. Further, a system that combines a drilling rod and a heat exchanging pipe is also known, but this excavation method also excavates the ground with a jet jet to form a heat exchanging well (for example, see Patent Document 4). Further, as a method for embedding a ground heat exchanger in an excavated hole, a method for embedding U-tubes in an overlapping manner has been proposed (see, for example, Patent Document 5).
更に、ダウンザホールハンマの掘削装置が開示されているが、鋼管杭の内部に挿通されるもので、外筒と内筒で構成されるロッドをエアーハンマーの上部に設け、内筒を相対的に上下移動可能に構成されたものである(例えば、特許文献6参照)。この例の掘削装置は、鋼管杭の内部に挿通されて掘削する技術として開示されている。 Furthermore, a drilling device for down-the-hole hammer is disclosed, but it is inserted into the steel pipe pile, and a rod composed of an outer cylinder and an inner cylinder is provided on the upper part of the air hammer, and the inner cylinder is relatively moved up and down. It is configured to be movable (see, for example, Patent Document 6). The excavator in this example is disclosed as a technique for excavating by being inserted into a steel pipe pile.
このように二重管方式の掘削装置の大半は、掘削装置をケーシング内部に有し、掘削装置端部のビットで掘削する装置である。外側のケーシングは掘削穴の地盤崩れを防止する機能のものである。このため、軟弱地盤の場合は、ケーシングをハンマー装置等の振動を伴う掘削装置で押し込んでいくものである。この場合、ケーシング内の掘削装置でケーシングの掘削方向直下の地盤まで掘削する方が掘削効率が向上するので、例えば、前述の従来の技術では、特許文献1で示すように掘削過程で内部の掘削装置のビットの一部を拡開して掘削させることを行っている。この例では、エアーハンマー装置は、回転するとともにエアーにより振動を加えて掘削を行う装置である。このため、構成が複雑になりコストアップになっていた。
As described above, most of the double-pipe type excavators have an excavator inside the casing and excavate with a bit at the end of the excavator. The outer casing has a function of preventing the ground collapse of the excavation hole. For this reason, in the case of soft ground, the casing is pushed in by an excavator with vibration such as a hammer device. In this case, the excavation efficiency is improved by excavating the ground directly below the excavation direction of the casing with the excavator in the casing. For example, in the above-described conventional technique, the internal excavation is performed in the excavation process as shown in
このように二重管方式で掘削を行う場合は、ケーシングを含めて掘削装置全体を地中に埋設しながら掘削を行うが、掘削後はケーシングを中空にして先ず掘削装置のみを地上に引き上げることが行われている。鋼管杭のように地中に掘削後そのまま残すこともあるが、杭設置や井戸等の場合は、後でケーシングを地上に回収しなければならない。従来のケーシングの埋設方法は、掘削装置で押し付けられながら地中に押し込んでいく方法である。 When excavating with the double pipe method in this way, excavation is performed while the entire excavator including the casing is buried in the ground, but after excavation, the casing is hollowed and only the excavator is first lifted to the ground. Has been done. Although it may remain as it is after excavation in the ground like a steel pipe pile, in the case of pile installation or a well, the casing must be collected later on the ground. A conventional casing embedding method is a method of pushing into the ground while being pushed by an excavator.
前述したように、従来のケーシングの機能は掘削穴の崩れを防止するのみのものであった。ケーシング自体に掘削機能を有するものでなかった。このように、従来の技術で施こされた掘削穴に地中熱交換器を設置することは可能であるが、掘削費用が高価なものになっている。特に、地中熱交換器は、地中熱交換器を構成する配管構成(例えば、Uチューブ等)のものを埋設するので、ある程度の大きさの穴が必要である。 As described above, the function of the conventional casing is only to prevent the excavation hole from collapsing. The casing itself did not have a drilling function. As described above, it is possible to install the underground heat exchanger in the excavation hole made by the conventional technique, but the excavation cost is expensive. In particular, since the underground heat exchanger embeds a pipe structure (for example, a U tube) constituting the underground heat exchanger, a hole having a certain size is required.
このためケーシングも大きなものとなるが、従来のケーシング打ち込みであると、ケーシングそのものを掘削装置で押し込むことになるので、ケーシングの押し込み抵抗が大きくなり掘削が安定していなかった。しかも、地中熱交換器を住宅用のシステムとして設置する場合は、できるだけ簡易でコストダウン化されたものが要求される。本発明は、前記した課題を解決するためになされたもので、下記の目的を達成する。 For this reason, the casing becomes large, but in the case of conventional casing driving, the casing itself is pushed by the excavator, so that the pushing resistance of the casing is increased and excavation is not stable. Moreover, when the underground heat exchanger is installed as a residential system, it is required to be as simple as possible and reduced in cost. The present invention has been made to solve the above-described problems, and achieves the following object.
本発明の目的は、ケーシングに掘削機能をもたせて掘削能率を高めると同時に、掘削穴の崩れを防止して地中熱交換器の埋設を可能にした、地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置とその掘削方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、ケーシングと内部に挿通されるエアーハンマー装置との間に係脱可能で簡素な結合部を設ける構成にして、ケーシングからエアーハンマー装置を離脱させ容易に地上に引き上げられる構成にした、地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置とその掘削方法を提供することにある。
It is an object of the present invention to form a ground heat exchanger installation hole that allows a casing to have a drilling function to increase excavation efficiency and at the same time prevent collapse of a drilling hole and embed a ground heat exchanger. It is in providing the drilling apparatus and its drilling method.
Another object of the present invention is to provide a simple coupling part that can be engaged and disengaged between a casing and an air hammer device inserted therein, and the air hammer device is detached from the casing and can be easily lifted to the ground. An object of the present invention is to provide a drilling device and a drilling method for forming an underground heat exchanger installation hole.
本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明1の地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置は、
回転駆動手段により回転駆動する中空のケーシング内に、下端部にハンマービットを有し、上部にハンマーの跳ね上がりを抑えるためのウェイトを配置して下方向に打撃を発生させるエアーハンマー装置を内装して、地中熱交換器設置穴を掘削する掘削装置において、前記ケーシングの地中側の下端部に配置され、前記ハンマービットの設置部位に一致させて設置されるリングビットと、前記ケーシングと前記エアーハンマー装置とに跨って設けられ、前記ケーシングと前記エアーハンマー装置の一体動作で前記地中熱交換器設置穴の掘削を行うために結合される結合部とからなる。
The present invention takes the following means in order to achieve the object.
The excavation apparatus for forming the underground heat exchanger installation hole of the
An air hammer device that has a hammer bit at the lower end and a weight to prevent the hammer from jumping up and generates a downward hit in a hollow casing that is rotationally driven by a rotational drive means. In the excavating apparatus for excavating the underground heat exchanger installation hole, the ring bit disposed at the lower end of the casing on the underground side and installed in accordance with the installation site of the hammer bit, the casing, and the air It is provided across the hammer device, and includes a coupling portion that is coupled to perform excavation of the underground heat exchanger installation hole by the integral operation of the casing and the air hammer device.
本発明2の地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置は、本発明1において、
前記結合部は、前記ケーシング内径部に設けられた第1結合部と、前記エアーハンマー装置の外径部に設けられ前記第1結合部に突き当て自在な第2結合部とを有し、前記ケーシングと前記エアーハンマー装置が共に一体回転可能で、かつ回転方向の相対移動で両者を突き当てたとき上下方向の相対移動を拘束し、突き当てを解除したとき上下方向の相対移動が可能となる構成であることを特徴とする。
The excavation apparatus for forming the underground heat exchanger installation hole of the
The coupling portion includes a first coupling portion provided in the casing inner diameter portion, and a second coupling portion provided in an outer diameter portion of the air hammer device and freely abutted against the first coupling portion, Both the casing and the air hammer device can rotate integrally, and the relative movement in the vertical direction is constrained when they are abutted by relative movement in the rotational direction, and the relative movement in the vertical direction is possible when the abutment is released. It is the structure.
本発明3の地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置は、本発明1において、
前記結合部は、前記ケーシング内径部に設けられた第1結合部と、前記エアーハンマー装置の外径部に設けられ前記第1結合部に突き出し結合自在な第2結合部とを有し、前記ケーシングと前記エアーハンマー装置が共に一体回転可能で、かつ前記第2結合部が突き出したとき上下方向の相対移動を拘束し、第2結合部が引っ込んだとき上下方向の相対移動が可能となる構成であることを特徴とする。
The excavation apparatus for forming the underground heat exchanger installation hole of the
The coupling part includes a first coupling part provided on the casing inner diameter part, and a second coupling part provided on an outer diameter part of the air hammer device and protruding and coupled to the first coupling part, The casing and the air hammer device can be rotated together, and the relative movement in the vertical direction is restricted when the second coupling part protrudes, and the relative movement in the vertical direction is possible when the second coupling part is retracted. It is characterized by being.
本発明4の地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置は、本発明1から3において、
前記ケーシング及び前記エアーハンマー装置は、掘削機械のリーダーに設置された昇降駆動手段と回転駆動手段により掘削を行うことを特徴とする。
本発明5の地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置は、本発明1から4において、
前記リングビットは支持部材を介して前記ケーシングに取り付けられている構成であることを特徴とする。
Excavation apparatus for formation of underground heat exchanger installation hole of the
The casing and the air hammer device are characterized in that excavation is performed by an elevating drive means and a rotary drive means installed in a leader of an excavating machine.
Excavation apparatus for formation of underground heat exchanger installation hole of the
The ring bit is configured to be attached to the casing via a support member.
本発明6の地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置は、本発明1から5において、
前記リングビットは前記支持部材に対し前記ケーシングの掘削方向に沿って移動が可能な構成であることを特徴とする。
本発明7の地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置は、本発明1から6において、
前記エアーハンマー装置は、前記第1結合部と前記第2結合部とが離脱したとき着脱自在な係合部材を介して、前記掘削機械の昇降駆動手段の駆動により前記ケーシングに離間して引き上げられる構成であることを特徴とする。
Excavation apparatus for formation of underground heat exchanger installation hole of the
The ring bit is configured to be movable along the excavation direction of the casing with respect to the support member.
Excavation apparatus for ground heat exchanger installation hole formation of the
The air hammer device is lifted away from the casing by driving an elevating drive means of the excavating machine via a detachable engaging member when the first coupling portion and the second coupling portion are detached. It is the structure.
本発明8の地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置は、本発明1から6において、
前記回転駆動手段は、前記掘削機械のリーダーに対して移動可能な案内台に設けられている構成であることを特徴とする。
The drilling device for forming the underground heat exchanger installation hole of the
The rotation driving means is provided on a guide stand that is movable with respect to the leader of the excavating machine.
本発明9の地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置は、本発明1から6において、
前記ケーシングは、前記回転駆動手段側の把持部を介して、前記掘削機械の昇降駆動手段により引き上げられる構成であることを特徴とする。
The excavation apparatus for underground heat exchanger installation hole formation of the
The casing is configured to be pulled up by a lifting / lowering driving means of the excavating machine via a gripping portion on the rotation driving means side.
本発明10の地中熱交換器設置穴形成のための掘削方法は、
回転駆動手段により回転可能な中空のケーシング内に、端部にハンマービットを有しハンマーの跳ね上がりを抑えるために上部にウェイトを配置して下方向に打撃を発生させるエアーハンマー装置を内装して、地中熱交換器設置穴を掘削する掘削方法において、前記ケーシング内に端部にハンマービットを有するエアーハンマー装置を挿入するとともに、前記ケーシング端にリングビットを固定する工程と、前記ケーシングに設けられた第1結合部と前記エアーハンマー装置に設けられた第2結合部を結合させ両者を一体化させる工程と、前記ケーシングを一方向に回転させながら前記エアーハンマー装置で打撃を与え、前記リングビット及び前記ハンマービットで地中の所定深度まで掘削する工程と、所定深度まで掘削後、前記ケーシングと前記エアーハンマー装置の結合を解除し、前記エアーハンマー装置を地上に引き上げる工程と、前記ケーシング内に地中熱交換器を挿入、埋設する工程と、前記ケーシングを地上に引き上げ、前記地中熱交換器を掘削穴に設置する工程とからなる。
The excavation method for forming the underground heat exchanger installation hole of the
In the hollow casing that can be rotated by the rotation drive means, an air hammer device that has a hammer bit at its end and places a weight on the upper part to suppress the hammer's jumping and generates a downward hit is provided, In the excavation method for excavating a ground heat exchanger installation hole, an air hammer device having a hammer bit at an end portion is inserted into the casing, and a ring bit is fixed to the casing end; and provided in the casing The first coupling portion and the second coupling portion provided in the air hammer device are coupled and integrated, and the air hammer device is struck while rotating the casing in one direction, and the ring bit And drilling to a predetermined depth in the ground with the hammer bit, and after digging to a predetermined depth, the casing The step of releasing the coupling of the air hammer device and lifting the air hammer device to the ground, the step of inserting and burying a ground heat exchanger in the casing, the step of lifting the casing to the ground, and exchanging the ground heat And installing the vessel in the excavation hole.
本発明の地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置とその掘削方法は、ケーシングにビットを設ける構成にし、ケーシング側に掘削能力をもたせて掘削能率を高めることができるとともに、ケーシング内に地中熱交換器を設置後、ケーシングを引き上げる掘削方法になっているために、掘削穴の崩れを防止して地中熱交換器を埋設できるようになった。又、ケーシングと内部に設けられるエアーハンマー装置との間に係脱可能で簡素な結合部を設ける構成にし、結合状態で掘削し地中熱交換器用設置穴を形成できるとともに、掘削終了後、結合解除してエアーハンマー装置を地上に引き上げ、回収できるようにした。更に、掘削はリーダーを有する掘削機械の機能と装置を利用して行えるようにしたので、掘削効率を高めることができるようになった。 The excavation apparatus and the excavation method for forming an underground heat exchanger installation hole according to the present invention have a configuration in which a bit is provided in a casing, and the excavation efficiency can be increased by providing an excavation capability on the casing side. Since the excavation method is to pull up the casing after installing the underground heat exchanger, the underground heat exchanger can be buried by preventing the excavation hole from collapsing. In addition, a simple coupling part that can be engaged and disengaged is provided between the casing and the air hammer device provided inside, and the installation hole for the underground heat exchanger can be formed by excavating in the coupled state, and after the excavation is completed, the coupling is performed. The air hammer device was lifted to the ground so that it could be recovered. In addition, excavation can be performed using the functions and equipment of an excavating machine having a leader, so that excavation efficiency can be improved.
本発明の地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置とその掘削方法は、地中熱交換器を低価格で設置することができ、自然エネルギーを利用し、CO2排出量の少ない再生可能エネルギーの一つとして期待されている地中熱ヒートポンプシステムの普及拡大に貢献することができる。又、この掘削装置とその掘削方法は、一般住宅向けの地中熱ヒートポンプシステムに適用することができるので、この面でも普及拡大に貢献できる。 The excavation apparatus and the excavation method for forming a geothermal heat exchanger installation hole according to the present invention can install the geothermal heat exchanger at a low price, use natural energy, and regenerate with low CO 2 emissions. It is possible to contribute to the spread of the geothermal heat pump system, which is expected as one of the possible energies. Moreover, since this excavation apparatus and its excavation method can be applied to a geothermal heat pump system for ordinary houses, this aspect can also contribute to widespread use.
本発明に関する装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本発明は、地中熱交換器を地中に埋設する地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置とその掘削方法である。地中熱の利用は前述のように、種々の適用例があるが、本実施の形態は一戸建ての一般住宅に適用して説明する。図1は、本発明の掘削装置で掘削した住宅敷地内の地中熱交換器設置穴に地中熱交換器を埋設した地中熱ヒートポンプシステムを備えた住宅を模式的に示した説明図である。 Embodiments of an apparatus relating to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention relates to a drilling device and a drilling method for forming a ground heat exchanger installation hole in which a ground heat exchanger is buried in the ground. As described above, utilization of geothermal heat has various application examples, but this embodiment will be described by applying it to a single-family home. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a house having a geothermal heat pump system in which a geothermal heat exchanger is embedded in a geothermal heat exchanger installation hole in a residential site excavated by the excavator of the present invention. is there.
地中熱ヒートポンプシステムYは、地中に埋設され、地中と熱交換を行うための地中熱交換器、この地中熱交換器で採熱された熱を熱源としてさらに高温又は低温の熱を造成するヒートポンプP、ヒートポンプPで造成された熱を熱源として冷暖房、融雪等を行うための熱負荷部等から構成されている。地中熱交換器である地中熱交換パイプUは、掘削された地中熱交換器用設置穴(以下、掘削穴と記載する)X内に充填されたグラウトGrに埋設されている。地中熱交換パイプUを含む一次側熱媒体流路内には、一次側循環流体が循環し、地中との熱交換することで、地中熱を採熱、放熱するためのものである。掘削された掘削穴Xに埋設された地中熱交換パイプUは、樹脂(例えば、ポリエチレン)製のUチューブ、ステンレス製のパイプ等からなるものである。一次側循環流体は、ポンプ(図示せず)の作用によって、地中熱交換パイプUを含む一次側熱媒体流路内を循環する。 The geothermal heat pump system Y is buried in the ground and used as a ground heat exchanger for exchanging heat with the ground. The heat collected by the ground heat exchanger is used as a heat source for further high or low temperature heat. The heat pump P for generating the heat, and the heat load portion for performing cooling and heating, snow melting and the like using the heat generated by the heat pump P as a heat source. The underground heat exchange pipe U, which is an underground heat exchanger, is embedded in a grout Gr filled in an excavated underground heat exchanger installation hole (hereinafter referred to as an excavation hole) X. In the primary side heat medium flow path including the underground heat exchange pipe U, the primary side circulating fluid circulates, and heat exchange with the underground is performed to collect and dissipate underground heat. . The underground heat exchange pipe U buried in the excavated excavation hole X is made of a U tube made of resin (for example, polyethylene), a stainless steel pipe, or the like. The primary side circulating fluid circulates in the primary side heat medium flow path including the underground heat exchange pipe U by the action of a pump (not shown).
地中の温度は、一年を通して、ほぼ一定である10〜15℃の恒温状態にある。ヒートポンプPは、地中と熱交換した一次側循環流体を熱源として、冬は一次側循環流体より高い温熱エネルギーを、夏は一次側循環流体の温度より低い冷熱エネルギーを造成する。造成された冷熱エネルギー又は温熱エネルギーは、二次側熱媒体流路Zを循環する二次側循環流体を介して、冷暖房装置、給湯装置等に送られる。例えば、一般家庭においては、床暖房用循環流路FH、ファンコイルユニットFC、給湯装置HWを図1に示すように配置し、冷熱エネルギー又は温熱エネルギーは、部屋の冷暖房、給湯等に利用される。 The temperature in the ground is at a constant temperature of 10 to 15 ° C., which is almost constant throughout the year. The heat pump P uses the primary-side circulating fluid that exchanges heat with the ground as a heat source, and generates thermal energy that is higher than that of the primary-side circulating fluid in winter and cold energy that is lower than the temperature of the primary-side circulating fluid in summer. The generated cooling energy or heating energy is sent to a cooling / heating device, a hot water supply device, or the like via a secondary circulating fluid that circulates through the secondary heat medium flow path Z. For example, in a general household, a floor heating circulation channel FH, a fan coil unit FC, and a hot water supply device HW are arranged as shown in FIG. 1, and the cold energy or hot energy is used for room cooling and heating, hot water supply, and the like. .
冬季の場合、ファンコイルユニットFC、床暖房FH、パネルヒーター等による暖房の温熱エネルギーに有効である。又、夏季の場合、ファンコイルユニットFC等による冷房に有効である。このヒートポンプPは、1次側熱交換部、2次側熱交換部、圧縮部(圧縮機)、膨張部(膨張弁)等から構成されている周知なものである。ヒートポンプPは、加熱サイクルでは1次側熱交換部が蒸発器、2次側熱交換部が凝縮器に、冷却サイクルでは1次側熱交換部が凝縮器、2次側熱交換部が蒸発器となる。日本では、一般住宅に、このような地中熱の自然エネルギーを利用することは、掘削穴Xを掘削するコスト等が高価であるため普及が進んでいない。特に、一般家庭用の地中熱ヒートポンプシステムYでは、簡易で、低コストで地中熱交換器用設置穴が掘削できるものでなければならない。本発明はこの課題を解決するための掘削装置とその掘削方法を提供するものである。次に、地中熱交換器設置のための穴を掘削する掘削装置とその掘削技術について、図2〜14に基づいて説明を行う。 In the winter season, it is effective for the thermal energy of heating by the fan coil unit FC, floor heating FH, panel heater or the like. In summer, it is effective for cooling by the fan coil unit FC or the like. This heat pump P is a well-known thing comprised from a primary side heat exchange part, a secondary side heat exchange part, a compression part (compressor), an expansion part (expansion valve), etc. In the heat pump P, the primary heat exchange section is an evaporator in the heating cycle, the secondary heat exchange section is a condenser, and in the cooling cycle, the primary heat exchange section is a condenser, and the secondary heat exchange section is an evaporator. It becomes. In Japan, the use of such geothermal natural energy for ordinary houses is not widespread due to the high cost of drilling the excavation hole X and the like. In particular, the ground heat pump system Y for general households must be simple and capable of excavating the installation hole for the ground heat exchanger at low cost. The present invention provides an excavation apparatus and an excavation method for solving this problem. Next, a drilling device that drills a hole for installing a ground heat exchanger and its drilling technology will be described with reference to FIGS.
掘削穴Xを形成する形態は種々あるが、本実施の形態においては、ケーシングを使用しての二重管方式の掘削工法で掘削する装置として説明する。地中熱交換器設置のための掘削穴Xの掘削は、リーダー型掘削機械で行うので、先ずこの機械の基本構造を図2において説明する。この掘削機械1は、地盤改良等で幅広く使用されているものであり、本実施の形態が特に住宅地の地盤を対象にしているので、比較的小型の掘削機械である。掘削機械1は、クローラで任意位置への自力移動が可能であり、所定位置に達し掘削作業に取り掛かるときには、リーダー2を油圧シリンダー3の駆動で垂直に立てて行う。
There are various forms of forming the excavation hole X, but in the present embodiment, a description will be given as an apparatus for excavating by a double-pipe excavation method using a casing. Since the excavation of the excavation hole X for installing the underground heat exchanger is performed by a leader type excavation machine, first, the basic structure of this machine will be described with reference to FIG. This excavating
リーダー2には案内台4が設けられ、この案内台4はリーダー2上を上下方向に移動可能である。通常、この案内台4の移動は、掘削機械1に設けられたフィード用油圧モータの回転動作により駆動されるチェーンを介して行われる。フィード用油圧モータ、チェーン等により昇降駆動手段が構成されている。案内台4にはケーシング7を回転させるためのモータ(回転駆動手段)5が設けられている。又、リーダー2の下部には、ケーシング7を下方で支持するための支持体6が設けられている。又、図示していないが圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置がこの掘削機械1の近辺に設けられている。
The
掘削機械1はこのような構成になっていて、掘削の際にはモータ5に設けられたチャックである把持部にケーシング7を把持させる。ケーシング7は、昇降駆動手段のフィード用油圧モータ、チェーンで直線駆動される案内台4を介して上下方向に移動され、かつ内蔵されているモータ5により回転駆動される。図3は、掘削装置の詳細を示す断面図である。この図3に示すように、エアー衝撃により掘削を行うエアーハンマー装置8が別に設けられていて、ケーシング7の中空部に挿入される構成になっている。このエアーハンマー装置8の下端部には、ハンマービット9が固定配置されている。
The excavating
このエアーハンマー装置8は、圧縮空気供給装置から圧縮空気を図3に示す矢印のように上部から受け入れ、ハンマーを振動させ衝撃を加える構成になっている。すなわち、エアーハンマー装置8は、圧縮空気によって作動するピストンの打撃作用をハンマービット9に伝達させて掘削を行うものである。このエアーハンマー装置8の構造、機能は公知なので、本実施の形態では詳細な説明は省略する。エアーハンマー装置8の上部には、ハンマービット9の跳ね上がりを抑えるためのウェイト8wが配置されている。ケーシング7の下端部には、リングビット10が取り付けられている。リングビット10はケーシング7と一体化されており、ケーシング7自体にも掘削機能を持たせるものである。
The
このように本実施の形態に関わる掘削装置は、主にこのケーシング7とエアーハンマー装置8を中心に構成され、その詳細は図3に示す構造となっている。ケーシング7は中空管で深度が深くなると、ねじ締結で継ぎ足し可能な構成になっている。このケーシング7内に挿入されるエアーハンマー装置8は、下端部にハンマービット9が固定されている。エアーハンマー装置8は、ウェイト8wを有していて、前述のようにエアーの供給を受けて振動させてハンマーに衝撃を加えて掘削を施すものである。
As described above, the excavation apparatus according to the present embodiment is mainly configured with the
又、前述のようにケーシング7の下端部にはリングビット10が設けられていて、エアーハンマー装置8のハンマービット9と共に、リングビット10の歯を利用して掘削を行う。リングビット10の内径段差部には、ハンマービット9の外径段差部が当接していて、ハンマービット9の動作にリングビット10も追従するようになっている。リングビット10は、上部側の外周部に所定の角度毎に外周凹凸面が形成されている。管状部材である支持部材11の下端側の内周部には、リングビット10の外周凹凸面と係合する内周凹凸面が形成されている。このリングビット10の外周凹凸面と支持部材11の内周凹凸面とが係合している構成によって、リングビット10は、支持部材11に対して上下方向移動自在に、かつ支持部材11と一体に回転可能な構成となっている。言い換えると、図4に示すように、リングビット10の軸部と支持部材11の穴部とが凹凸状態で結合、いわゆるスプライン結合されている。すなわち、リングビット10と支持部材11との間では、回転力の伝達を行うとともに、上下方向の相対移動が可能である。
Further, as described above, the
一方、支持部材11には図3、4に示すようにピン12が設けられていて、リングビット10の軸部の凸部に形成された長溝に係合しているため、リングビット10の支持部材11に対する上下方向の移動を規制し、支持部材11からリングビット10が離脱しないように取り付けられている。リングビット10はケーシング7に対しては、この支持部材11を介在して取り付けられている。
On the other hand, the
このようにして、リングビット10は、所定範囲で上下方向移動は可能であるものの、回転方向は支持部材11と一体的に回転する構成となっている。この支持部材11はケーシング7にねじ締結されている。又、支持部材11の上部側の内周面には、Oリング13が配置されており、支持部材11とエアーハンマー装置8との間は、このOリング13によりシールされている。
In this manner, the
リングビット10はこのような構成になり、ケーシング7の下端にリングビット10を配置したことで、ケーシング7が回転することにより、ケーシング7側でも掘削能力を有することになり、掘削装置全体の掘削能力を高めることになる。従って、掘削穴Xが大きくなってもケーシング7側に掘削機能を有することで、掘削穴Xの強制的掘削が可能である。このため地中熱ヒートポンプシステムYの性能に対応した地中熱交換パイプUを埋設するための掘削穴Xの掘削が簡易な構成で可能である。
The
Oリング13というシール機構を設けたことで、ケーシング7とエアーハンマー装置8との相対移動があっても、供給されたエアーハンマー駆動用の高圧エアーが外部に漏れないようになっている。又、高圧エアー供給が停止した場合でも、掘削で生じる泥水等の異物がケーシング7内に侵入するのを防止できるようになっている。エアーハンマー装置8の上部は係合部14となっていて、後述する引き上げのためのオーバーショットヘッド15が係合するようになっている(図11参照)。
By providing a sealing mechanism called the O-
ケーシング7及びエアーハンマー装置8の下方位置には、両者を結合させるための結合部16が配置されている。この詳細は図5、図6に示されている。ケーシング7内孔である内径部には、ケーシング7の一部が第1結合部7aとして、内側に張り出している。この第1結合部7aは、ケーシング7の内孔の周面である内壁に凸部が形成されたもので、上部がロッド上部凸部7bとして、その下部に一部えぐられた凹部を有するロッド下部凸部7cを形成している。この第1結合部7aは、ケーシング7内周に等角度間隔に4ヶ所設けられている。
A
一方、エアーハンマー装置8の外周面には、この第1結合部7aに対応して第2結合部8aが設けられている。この第2結合部8aは、外周にハンマー側凸部8bが等角度間隔で4ヶ所に形成されていて、各々がケーシング7の第1結合部7aに対応するようになっている。結合の際には、図5(イ)に示す矢印のように、ケーシング7を一方向に回転させ、第1結合部7aと第2結合部8aとを結合させる。
On the other hand, the outer peripheral surface of the
即ち、図5(イ)で示すように、第2結合部8aのハンマー側凸部8bが第1結合部7aのロッド下部凸部7cの凹部に嵌り込み、ハンマー側凸部8bの側壁がロッド下部凸部7cの凹部に当接する。このときハンマー側凸部8bの上部は第1結合部7aのロッド上部凸部7bに規制され、ハンマー側凸部8bの下部は支持部材11の端部に当接し規制される。従って、相対的な上下方向移動と回転方向移動が制約される構成となる。
That is, as shown in FIG. 5A, the hammer side
この状態において、一方向(図5(イ)に示す矢印方向)に回転動作を与えている間は、ケーシング7とエアーハンマー装置8とは、第1結合部7aと第2結合部8aとが結合する状態となり一体化する。この構成により、ケーシング7とエアーハンマー装置8は一体となって回転し掘削することができる。次にこの状態を解除する場合は、ケーシング7を他方向(図5(ロ)に示す矢印方向)に逆回転させ、図5(ロ)に示す状態にする。
In this state, while the rotational operation is given in one direction (the arrow direction shown in FIG. 5 (a)), the
この状態になることで、第2結合部8aのハンマー側凸部8bが、第1結合部7aのケーシング下部凸部7cの凹部から離れ、同時にハンマー側凸部8bの上部も第1結合部7aのケーシング上部凸部7bから離れる。これにより第1結合部7aと第2結合部8aとの結合が解除され、エアーハンマー装置8はケーシング7との間で、上下方向に相対移動が可能となる。ケーシング7とエアーハンマー装置8を中心とする掘削装置は以上のような構成になるが、次に掘削方法について、図7〜14に基づいて説明を行う。
In this state, the hammer-side
[掘削方法]
図7に示す状態は、掘削機械1によって地上で、エアーハンマー装置8をケーシング7内に挿入する直前の工程を示している。図7の右側には、エアーハンマー装置8等の拡大図である。エアーハンマー装置8は自重及びウエイト8wの重量で地盤上に載置された状態で、このエアーハンマー装置8の下部側には、支持部材11とリングビット10とが設けられている。この支持部材11の上端は、エアーハンマー装置8のハンマー凸部8bの下端に当接していて、又、エアーハンマー装置8のハンマービット9とリングビット10の歯の位置は、ハンマービット9がリングビット10に当接状態で地面に一致している。
[Drilling method]
The state shown in FIG. 7 shows a process immediately before the
地盤上に載置されたケーシング7をモータ(回転駆動手段)5の把持部で把持させる。昇降駆動手段のフィード用油圧モータを駆動させ、リーダー2の案内に沿って、モータ5が設けられた案内台4を上昇させる。地上に載置されたエアーハンマー装置8の上方にケーシング7が位置するように掘削機械1を移動させる。フィード用油圧モータを駆動させ、エアーハンマー装置8に被せる形で、案内台4を介してケーシング7をリーダー2の案内に沿って徐々に上方から下降させる。続いて、ケーシング7の端部が支持部材11に到達したとき、ケーシング7をモータ5で回転させ、ケーシング7の下端部の雌ねじを、支持部材11の雄ねじにねじ込む。このとき、支持部材11はチェーントング等を用い回転しないように固定しておき、ケーシング7と支持部材11とが弛まないようにねじ込む。
The
又、このケーシング7の回転により、ケーシング7の第1結合部7aと、エアーハンマー装置8の第2結合部8aとが結合される。ねじ締結後、リングビット10も連れ回りで回転するようになれば、回転動作を停止する。支持部材11に対しケーシング7のねじ込みが完了すると、図8の状態になる。又、このときのケーシング7とエアーハンマー装置8の関係は、図5(イ)の状態になり、第1結合部7aと第2結合部8aが結合した状態になる。エアーハンマー装置8に対するエアー供給は、前述のように圧縮空気供給装置により供給され、図3に示すようにケーシング7内に供給されて、供給穴を介してエアーハンマー装置8に供給される。
Further, by the rotation of the
図示はしていないが、エアーは掘削装置の近辺に設置した圧縮空気供給装置からケーシング7内にホース等を介して外部に漏れることなく供給されるようになっている。続いて、モータ5を回転させ、ケーシング7下端のリングビット10に回転駆動を与えると同時に、エアーハンマー装置8にエアーを供給してエアーハンマー装置8下端のハンマービット9に打撃を加える。この掘削動作により、ケーシング7下端のリングビット10とエアーハンマー装置8下端のハンマービット9とは一体となって掘削を開始する。掘削した土砂は、エアーハンマー装置8から排出されたエアーによりケーシング7の外側に追いやられ、掘削穴から排出され一部は地上に出てくる。
Although not shown, the air is supplied from the compressed air supply device installed in the vicinity of the excavator into the
掘削深度が不足する場合には、図は省略しているが、モータ5の把持部によるケーシング7の把持を解除し、フィード用油圧モータを駆動させ、リーダー2の案内に沿って、モータ5が設けられた案内台4をリーダー2上部へ移動し、追加のケーシング7を埋設しているケーシング7の上部にねじ込んで取り付ける。フィード用油圧モータを駆動させ、リーダー2の案内に沿って、モータ5が設けられた案内台4を、モータ5の把持部がケーシング7を把持できる位置に下降させる。追加のケーシング7をモータ5の把持部で把持し、図9に示すように、前述同様の工程で所定深度まで掘削する。掘削が完了したら、モータ5を逆回転させ、第1結合部7aと第2結合部8aの結合を図5(ロ)に示すように解除する。
When the excavation depth is insufficient, the drawing is omitted, but the gripping of the
所定深度まで掘削した後は、モータ5の把持部によるケーシング7の把持を解除する。図10に示すように、フィード用油圧モータを駆動させ、リーダー2の案内に沿って、モータ5が設けられた案内台4をリーダー2上部へ退避させる。オーバーショットヘッド15をワイヤ17で吊り上げた後、図11に示すように、リーダー2上部からオーバーショットヘッド15をケーシング7内に吊り降ろす。このオーバーショットヘッド15はエアーハンマー装置8のチャッキング装置である。
After excavation to a predetermined depth, the gripping of the
図3に示すように、エアーハンマー装置8の上部は、係合部14を構成し、円錐形状の傘部14aと下部段差状にくびれ部14bを有している。オーバーショットヘッド15は挟み状の把持部材で、ケーシング7内に吊り降ろされたときにエアーハンマー装置8の係合部14に当接すると、傘部14aに案内されながら挟み部15aが開き、くびれ部14bに達したときに嵌りこんで挟み部15aが閉じ、係合部14を把持する。
As shown in FIG. 3, the upper portion of the
把持した後は自重で挟み続けるので外れることはない。図11は、オーバーショットヘッド15がエアーハンマー装置8を把持した状態を示している。この状態で、オーバーショットヘッド15を吊り上げると、エアーハンマー装置8は、ケーシング7と分離して、図12に示すように単独で地上に引き上げられる。この状態はケーシング7のみが地中に埋設された状態となる。
After gripping, it keeps pinching with its own weight, so it will not come off. FIG. 11 shows a state in which the
ケーシング7が地中にあることで、軟弱な地盤であっても掘削穴Xの内壁面は崩れによって塞がれるおそれはない。ケーシング7内部に地中熱交換パイプUを挿入する。ケーシング7の内周部と地中熱交換パイプUとの間にグラウト(グラウト材)Grを注入、充填する。ケーシング7内部に充填されたグラウトGr内に地中熱交換パイプUが埋設される。このときグラウトGrは、ケーシング7内部(中空部)に地下水がある場合、地下に溜まっている地下水を排除しながら、ケーシング7の内周部と地中熱交換パイプUとの間の隙間を埋める。フィード用油圧モータを駆動させ、リーダー2の案内に沿って、モータ5が設けられている案内台4を、モータ5の把持部がケーシング7を把持できる位置に下降させる。モータ5の把持部でケーシング7を把持させる。フィード用油圧モータを駆動させ、リーダー2の案内に沿って、モータ5が設けられている移動台4を上昇させ、ケーシング7を地盤から引き抜き、回収する。言い換えると、ケーシング7が地上に引き上げられる。ケーシング7が引き抜かれた地盤内の空間は、グラウトGrが埋めていく。
Since the
このようにして、最終的に図14に示すように、掘削穴Xに充填されたグラウトGr内に地中熱交換パイプUが埋設されることになる。このように本実施の形態では、ケーシング7端にリングビット10を設けて掘削するようにしたので、エアーハンマー装置8のハンマービット9による掘削と相まって掘削能力を高めることができるようになった。
In this way, the underground heat exchange pipe U is finally embedded in the grout Gr filled in the excavation hole X as shown in FIG. As described above, in the present embodiment, the
即ち、ケーシング7直下の地盤をもリングビット10で掘削できるようにしている。このことにより、軟弱地盤といえども硬質の土層等の土質の変化に対応できる。本実施の形態では、ケーシング7にリングビット10を設け、ハンマービット9と共に穴全体を強制的に掘削することになる。この結果、土質の変化にも左右されずにどのような一般的な家屋が建設される地盤にも対応ができ、ケーシング7に掘削時の損傷を与えることなくスムースに地中熱交換パイプ(地中熱交換器)Uを設置するための掘削穴Xを掘削することができる。更に、ケーシング7とエアーハンマー装置8との結合構成を簡素な形で着脱ができる構成にした。この結果、本実施の形態に関わる地中熱交換器設置用の掘削装置は複雑な装置にならず、低コストの装置、高効率な掘削が実現できる。
That is, the ground just under the
[他の実施の形態]
図15から図17は、掘削装置の他の実施の形態を示す図である。この他の形態は、ビット関係を前述した形態と同じにし、図15〜17に示すように結合部のみを変えたものである。なお、図15のパッカー部等は、右半分を結合解除状態、左半分を結合状態として図示している。図で示すように、ケーシング30の内径部の一部に凹溝31を設け、この凹溝31に進退自在に膨張、収縮するパッカー部32で結合させるようにしたものである。凹溝31とパッカー部32との間に、ストッパー33を円周方向に4ヶ所設けている。このストッパー33はパッカー部32に押圧されている構成である。
[Other embodiments]
15 to 17 are diagrams showing another embodiment of the excavator. In this other form, the bit relationship is the same as that described above, and only the coupling part is changed as shown in FIGS. Note that the packer unit and the like in FIG. 15 are illustrated with the right half in the coupled release state and the left half in the coupled state. As shown in the figure, a
パッカー部32にはプラグ40を外し、外部の水圧供給装置(水圧ポンプ)からホースを介して水圧を付加するようになっていて、エアーハンマー装置34の内部には、圧力水を供給する水路35を設けている。水圧は逆止弁41により、水圧供給装置(水圧ポンプ)からのホースを外してもパッカー内の水圧は保持される構造になっている。パッカー部32はゴム体で形成されていて、水圧により拡張するようになっている。又ストッパー33にはOリング36が設けられている。ケーシング30とエアーハンマー装置34とが結合する場合には、図17(イ)に示すように、圧力水の供給によりパッカー部32を拡張させ、ストッパー33が凹溝31に嵌り込み、ケーシング30とエアーハンマー装置34との上下方向の相対移動を規制する。
A
結合を解除する場合は、図17(ロ)に示すように、オーバーショットヘッドで水圧開放弁42を押すことにより、パッカー部32の圧力水が減圧され、ストッパー33を凹溝31から離脱させる。この離脱に際しては、パッカー部32の水圧の停止に加えOリング36、パッカー部32の復元力でストッパー33をパッカー部32側に引っ込ませる。このようにすることで、ケーシング30とエアーハンマー装置34との上下方向の相対移動が可能となる。
When releasing the connection, as shown in FIG. 17B, the water
更に、ケーシング30とエアーハンマー装置34とは、スプライン結合構成37で上下方向の相対移動は可能であるが、回転方向は規制された構成となっている。この他の形態の場合は、結合時にケーシング30とエアーハンマー装置34との相互回転位置合わせを行う必要はない。
Further, the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこの形態に限定されることはなく、本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。本発明は地中熱ヒートポンプシステムの地中熱交換器を設置するための掘削穴形成のためのものであるが、掘削穴にグラベルを注入して杭を形成するものにも適用可能である。一般的に、土木建設関係の分野に掘削穴形成の実績例は多いが、本発明におけるビットを有するケーシングとエアーハンマー装置との一体化しての掘削工法は、その対象が限定されることはなくどのようなものにも対応できることはいうまでもない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this form, and can change within the range which does not deviate from the objective of this invention and the meaning. The present invention is for excavation hole formation for installing the underground heat exchanger of the geothermal heat pump system, but can also be applied to the one in which gravel is injected into the excavation hole to form a pile. In general, there are many examples of drilling hole formation in the field of civil engineering construction, but the object of the excavation method integrated with the casing having the bit and the air hammer device in the present invention is not limited. Needless to say, it can handle anything.
1…掘削機械
2…リーダー
5…モータ
7…ケーシング
7a…第1結合部
8…エアーハンマー装置
8a…第2結合部
9…ハンマービット
10…リングビット
11…支持部材
14…係合部
15…オーバーショットヘッド
16…結合部
Gr…グラウト
U…地中熱交換パイプ(地中熱交換器)
X…地中熱交換器用設置穴
Y…地中熱ヒートポンプシステム
DESCRIPTION OF
X ... Ground heat exchanger installation hole Y ... Ground heat heat pump system
Claims (10)
前記ケーシング(7)の地中側の下端部に配置され、前記ハンマービット(9)の設置部位に一致させて設置されるリングビット(10)と、
前記ケーシング(7)と前記エアーハンマー装置(8)とに跨って設けられ、前記ケーシング(7)と前記エアーハンマー装置(8)の一体動作で前記地中熱交換器設置穴の掘削を行うために結合される結合部(16)と
からなる地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置。 A hollow casing (7) that is rotationally driven by the rotational drive means (5) has a hammer bit (9) at the lower end, and a weight for suppressing the hammer bounce at the upper part to place the hammer downward. In the excavation device that excavates the underground heat exchanger installation hole by incorporating the air hammer device (8) to be generated,
A ring bit (10) disposed at the lower end of the casing (7) on the ground side and installed in accordance with the installation site of the hammer bit (9);
In order to excavate the underground heat exchanger installation hole, which is provided across the casing (7) and the air hammer device (8) and is integrated with the casing (7) and the air hammer device (8). A drilling device for forming an underground heat exchanger installation hole, comprising a coupling portion (16) coupled to the ground heat exchanger.
前記結合部(16)は、
前記ケーシング(7)内径部に設けられた第1結合部(7a)と、前記エアーハンマー装置(8)の外径部に設けられ前記第1結合部(7a)に突き当て自在な第2結合部(8a)とを有し、
前記ケーシング(7)と前記エアーハンマー装置(8)が共に一体回転可能で、かつ回転方向の相対移動で両者を突き当てたとき上下方向の相対移動を拘束し、突き当てを解除したとき上下方向の相対移動が可能となる構成である
ことを特徴とする地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置。 In the excavation device for forming the underground heat exchanger installation hole according to claim 1,
The coupling part (16)
A first coupling part (7a) provided on the inner diameter part of the casing (7) and a second coupling provided on the outer diameter part of the air hammer device (8) and freely abutted against the first coupling part (7a) Part (8a),
Both the casing (7) and the air hammer device (8) can rotate integrally, and when the two are abutted by relative movement in the rotational direction, the relative movement in the vertical direction is restricted, and when the abutment is released, the vertical direction An excavation apparatus for forming a hole for installing an underground heat exchanger, characterized in that the relative movement of the underground heat exchanger is possible.
前記結合部(16)は、
前記ケーシング(30)内径部に設けられた第1結合部(31)と、
前記エアーハンマー装置(34)の外径部に設けられ前記第1結合部(31)に突き出し結合自在な第2結合部(33、32)とを有し、
前記ケーシング(30)と前記エアーハンマー装置(34)が共に一体回転可能で、かつ前記第2結合部(33,32)が突き出したとき上下方向の相対移動を拘束し、第2結合部(33,32)が引っ込んだとき上下方向の相対移動が可能となる構成である
ことを特徴とする地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置。 In the excavation device for forming the underground heat exchanger installation hole according to claim 1,
The coupling part (16)
A first coupling portion (31) provided in an inner diameter portion of the casing (30);
A second coupling portion (33, 32) provided on an outer diameter portion of the air hammer device (34) and protruding and coupled to the first coupling portion (31);
When the casing (30) and the air hammer device (34) can rotate together and the second coupling part (33, 32) protrudes, the relative movement in the vertical direction is restricted, and the second coupling part (33 , 32) is configured to enable relative movement in the vertical direction when retracted, a drilling device for forming an underground heat exchanger installation hole.
前記ケーシング(7)及び前記エアーハンマー装置(8)は、掘削機械(1)のリーダー(2)に設置された昇降駆動手段と回転駆動手段(5)により掘削を行うことを特徴とする地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置。 In the selected one of the excavating apparatus for forming the underground heat exchanger installation hole according to claim 1,
The casing (7) and the air hammer device (8) are excavated by an elevating drive means and a rotary drive means (5) installed in a leader (2) of an excavating machine (1). Drilling rig for heat exchanger installation hole formation.
前記リングビット(10)は支持部材(11)を介して前記ケーシング(7)に取り付けられている構成である
ことを特徴とする地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置。 In one selected excavation apparatus for forming the underground heat exchanger installation hole according to claim 1,
The said ring bit (10) is the structure attached to the said casing (7) via the supporting member (11). The excavation apparatus for underground heat exchanger installation hole formation characterized by the above-mentioned.
前記リングビット(10)は前記支持部材(11)に対し前記ケーシング(7)の掘削方向に沿って移動が可能な構成である
ことを特徴とする地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置。 In one selected excavation device for forming a geothermal heat exchanger installation hole according to claim 1,
The ring bit (10) is configured to be movable along the excavation direction of the casing (7) with respect to the support member (11). Excavation for forming an underground heat exchanger installation hole apparatus.
前記エアーハンマー装置(8)は、前記第1結合部(7a)と前記第2結合部(8a)とが離脱したとき着脱自在な係合部材(15)を介して、前記掘削機械(1)の昇降駆動手段の駆動により前記ケーシング(7)に離間して引き上げられる構成である
ことを特徴とする地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置。 In one selected excavation device for forming a ground heat exchanger installation hole according to claim 1,
The air hammer device (8) includes the excavating machine (1) via an engaging member (15) that is detachable when the first coupling portion (7a) and the second coupling portion (8a) are separated. An excavation apparatus for forming an underground heat exchanger installation hole, wherein the excavation apparatus is configured to be lifted away from the casing (7) by driving of the lifting drive means.
前記回転駆動手段(5)は、前記掘削機械(1)のリーダー(2)に対して移動可能な案内台(4)に設けられている構成である
ことを特徴とする地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置。 In one selected excavation device for forming a ground heat exchanger installation hole according to claim 1,
The rotary drive means (5) is provided on a guide stand (4) movable with respect to the leader (2) of the excavating machine (1). Drilling rig for hole formation.
前記ケーシング(7)は、前記回転駆動手段(5)側の把持部を介して、前記掘削機械(1)の昇降駆動手段により引き上げられる構成である
ことを特徴とする地中熱交換器設置穴形成のための掘削装置。 In one selected excavation device for forming a ground heat exchanger installation hole according to claim 1,
The casing (7) is configured to be pulled up by the lifting / lowering driving means of the excavating machine (1) through the gripping part on the rotation driving means (5) side. Drilling rig for forming.
前記ケーシング(7)内に端部にハンマービット(9)を有するエアーハンマー装置(8)を挿入するとともに、前記ケーシング(7)端にリングビット(10)を固定する工程と、
前記ケーシング(7)に設けられた第1結合部(7a)と前記エアーハンマー装置(8)に設けられた第2結合部(8a)を結合させ両者を一体化させる工程と、
前記ケーシング(7)を一方向に回転させながら前記エアーハンマー装置(8)で打撃を与え、前記リングビット及び前記ハンマービットで地中の所定深度まで掘削する工程と、
所定深度まで掘削後、前記ケーシング(7)と前記エアーハンマー装置(8)の結合を解除し、前記エアーハンマー装置(8)を地上に引き上げる工程と、
前記ケーシング内に地中熱交換器を挿入、埋設する工程と、
前記ケーシング(7)を地上に引き上げ、前記地中熱交換器を掘削穴に設置する工程と
からなる地中熱交換器設置穴形成のための掘削方法。 In the hollow casing (7) that can be rotated by the rotation drive means (5), a hammer bit (9) is provided at the end, and a weight is placed on the upper part to prevent the hammer from jumping, and a downward impact is generated. In an excavation method for excavating a ground heat exchanger installation hole by installing an air hammer device (8)
Inserting an air hammer device (8) having a hammer bit (9) at its end into the casing (7), and fixing a ring bit (10) to the casing (7) end;
Coupling the first coupling part (7a) provided in the casing (7) and the second coupling part (8a) provided in the air hammer device (8) to integrate them;
Hitting with the air hammer device (8) while rotating the casing (7) in one direction, and excavating to a predetermined depth in the ground with the ring bit and the hammer bit;
After excavating to a predetermined depth, releasing the coupling of the casing (7) and the air hammer device (8), and pulling the air hammer device (8) to the ground;
Inserting and burying an underground heat exchanger in the casing; and
The excavation method for forming a geothermal heat exchanger installation hole, comprising the step of lifting the casing (7) to the ground and installing the underground heat exchanger in an excavation hole.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018062788A (en) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | 昌稔 野並 | Drilling tool |
JP2020100995A (en) * | 2018-12-21 | 2020-07-02 | 大智株式会社 | Drilling device and rotary drilling machine |
JP2020176749A (en) * | 2019-04-16 | 2020-10-29 | 三菱マテリアルテクノ株式会社 | Pumping-combined heat exchanger and installation method therefor |
JP7407641B2 (en) | 2020-03-27 | 2024-01-04 | 旭化成建材株式会社 | Burying equipment and method |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3945444A (en) * | 1975-04-01 | 1976-03-23 | The Anaconda Company | Split bit casing drill |
JPH02136489A (en) * | 1988-11-18 | 1990-05-25 | Yokoyama Kiso Koji:Kk | Construction of pit excavation and pit excavator used in the method of construction |
JPH03103592A (en) * | 1989-09-14 | 1991-04-30 | Matsuzawa Kiko:Kk | Excavator |
JPH0450485U (en) * | 1990-08-27 | 1992-04-28 | ||
JPH07317478A (en) * | 1994-05-26 | 1995-12-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | All-casing excavator |
JPH09217575A (en) * | 1996-02-14 | 1997-08-19 | Oak:Kk | Drilling construction method and drilling device |
JPH11256970A (en) * | 1998-03-06 | 1999-09-21 | Yokoyama Kiso Koji:Kk | Excavating method for hard rock bed and its device |
JP2000017982A (en) * | 1998-07-03 | 2000-01-18 | Mitsubishi Materials Corp | Excavating device and method |
JP2001503488A (en) * | 1996-11-08 | 2001-03-13 | サンドビック アクティエボラーグ(プブル) | Method and apparatus for attaching casing to drill bit of topsoil rig |
JP2001140578A (en) * | 1999-11-15 | 2001-05-22 | Mitsubishi Materials Corp | Drilling tool |
JP2006299591A (en) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Mitsubishi Materials Natural Resources Development Corp | Casing excavation and construction equipment |
US20110100713A1 (en) * | 2008-02-22 | 2011-05-05 | Roussy Raymond J | Method and system for installing geothermal transfer apparatuses with a sonic drill and a removable or retrievable drill bit |
-
2011
- 2011-12-16 JP JP2011275718A patent/JP2013124535A/en active Pending
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3945444A (en) * | 1975-04-01 | 1976-03-23 | The Anaconda Company | Split bit casing drill |
JPH02136489A (en) * | 1988-11-18 | 1990-05-25 | Yokoyama Kiso Koji:Kk | Construction of pit excavation and pit excavator used in the method of construction |
JPH03103592A (en) * | 1989-09-14 | 1991-04-30 | Matsuzawa Kiko:Kk | Excavator |
JPH0450485U (en) * | 1990-08-27 | 1992-04-28 | ||
JPH07317478A (en) * | 1994-05-26 | 1995-12-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | All-casing excavator |
JPH09217575A (en) * | 1996-02-14 | 1997-08-19 | Oak:Kk | Drilling construction method and drilling device |
JP2001503488A (en) * | 1996-11-08 | 2001-03-13 | サンドビック アクティエボラーグ(プブル) | Method and apparatus for attaching casing to drill bit of topsoil rig |
JPH11256970A (en) * | 1998-03-06 | 1999-09-21 | Yokoyama Kiso Koji:Kk | Excavating method for hard rock bed and its device |
JP2000017982A (en) * | 1998-07-03 | 2000-01-18 | Mitsubishi Materials Corp | Excavating device and method |
JP2001140578A (en) * | 1999-11-15 | 2001-05-22 | Mitsubishi Materials Corp | Drilling tool |
JP2006299591A (en) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Mitsubishi Materials Natural Resources Development Corp | Casing excavation and construction equipment |
US20110100713A1 (en) * | 2008-02-22 | 2011-05-05 | Roussy Raymond J | Method and system for installing geothermal transfer apparatuses with a sonic drill and a removable or retrievable drill bit |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018062788A (en) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | 昌稔 野並 | Drilling tool |
JP2020100995A (en) * | 2018-12-21 | 2020-07-02 | 大智株式会社 | Drilling device and rotary drilling machine |
JP7177471B2 (en) | 2018-12-21 | 2022-11-24 | 大智株式会社 | Drilling rigs and rotary excavators |
JP2020176749A (en) * | 2019-04-16 | 2020-10-29 | 三菱マテリアルテクノ株式会社 | Pumping-combined heat exchanger and installation method therefor |
JP7407641B2 (en) | 2020-03-27 | 2024-01-04 | 旭化成建材株式会社 | Burying equipment and method |
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