JP5712597B2

JP5712597B2 - 地面の掘削孔への地中熱交換器に係る管部材の建て込み方法

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Publication number: JP5712597B2
Application number: JP2010279747A
Authority: JP
Inventors: 金子　正; 正金子; 泰之毎田; 憲司三小田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: JP2012127581A

Description

本発明は、地中熱交換器に使用される管部材の地面の掘削孔への建て込み方法に関する。

通年の温度変動の小さい地中熱を利用して建物の冷暖房等を行う地中熱利用システムが注目されている。この地中熱利用システムでは、地盤との間で採・放熱を行うべく地中に地中熱交換器が設置される。そして、例えば、夏場には地盤に放熱し、冬場には地盤から採熱する。

この地中熱交換器は、地盤に鉛直に埋設される管部材を有する。そして、この管部材内に熱媒体を流し込むとともに、地中熱と熱交換後に当該熱媒体を取り出す等して、ヒートポンプへ送出して利用する。

かかる地中熱交換器は、例えば次のようにして地中に設置される。
先ず、ボーリングマシンやオーガ等の掘削機により、地面に掘削孔を形成する。そして、掘削孔に、その上方から管部材を管軸方向に沿って建て込み（挿入のこと）、しかる後に、掘削孔と管部材との間の隙間を適宜な充填材で埋め戻す。

ここで、通常、上述の掘削には削孔水も使用され、よって、掘削後の建て込み時には掘削孔内には削孔水が充満している。また、最近では管部材には樹脂管が使用され、当該樹脂管は水よりも比重が小さい。よって、管軸方向に沿って管部材を掘削孔内に、その上方から沈降して建て込む際には、削孔水との比重差に基づく浮力が管部材に働いて浮いてしまい、管部材を目標の建て込み深さまで建て込むことは困難であった。

この点につき、特許文献１には、目標の建て込み深さまで建て込み易くすべく、補助部材としてバランスウエイトを用いることが記載されている。すなわち、管部材にバランスウエイトを取り付けることにより、建て込み時に管部材に作用する浮力に対抗することが開示されている。

特開平８−２９０７９号公報

しかしながら、かかるバランスウエイトたる補助部材の用意や取り付けには、手間がかかり、工期の長期化やコストアップを招き得る。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、削孔水のような液体が入った掘削孔内に、液体よりも比重の小さい管部材を、その管軸方向に沿って沈降して建て込む際に、バランスウエイトの如き大掛かりな補助部材を用いずに、管部材を目標の建て込み深さまで建て込み易くすることにある。

かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、
液体の入った掘削孔に、前記液体よりも比重の小さい管部材を前記管部材の管軸方向に沿って沈降して建て込む方法であって、
前記管部材の建て込み中に、前記掘削孔内の液体を所定量だけ抜くことにより、前記液体の液位を低下することを特徴とする。

かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、
液体の入った掘削孔に、前記液体よりも比重の小さい管部材を前記管部材の管軸方向に沿って沈降して建て込む方法であって、
建て込み序盤においては、建て込まれた前記管部材の容積分だけ前記掘削孔内の液体を自然に外に溢れ出させて排水しながら、液体の入った前記掘削孔に、前記管部材を建て込み、
前記管部材のうちの引き上げ機構から垂下された部分の重量と前記管部材に作用する浮力が釣り合う釣り合い状態が目標の建て込み深さへの到達前に起きた場合には、前記管部材の建て込み中に、前記掘削孔内の液体を所定量だけ抜くことにより、前記液体の液位を低下することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地面の掘削孔への地中熱交換器に係る管部材の建て込み方法であって、
前記管部材は、その管内に液体が入った状態で前記掘削孔に沈降されて建て込まれることを特徴とする。

上記請求項２に示す発明によれば、管部材は、その管内空気による浮力の影響を受け難くなり、よって、目標の建て込み深さまで更に建て込み易くなる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の地面の掘削孔への地中熱交換器に係る管部材の建て込み方法であって、
前記管部材の建て込み深さが目標の建て込み深さに到達するまで、前記液位の低下を繰り返し行うことを特徴とする。

上記請求項３に示す発明によれば、前記液位を低下することを繰り返し行う。そして、液位低下を行う度に、管部材は掘削孔内を沈降する。よって、目標の建て込み深さまで確実に建て込むことができる。

本発明によれば、削孔水のような液体が入った掘削孔内に、液体よりも比重の小さい管部材を、その管軸方向に沿って沈降して建て込む際に、バランスウエイトの如き大掛かりな補助部材を用いずに、管部材を目標の建て込み深さまで建て込み易くなる。

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２Ａは、地盤Ｇの竪孔２３を透視して見た地中熱交換器２１の側面図であり、図２Ｂは、図２Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。図３Ａ及び図３Ｂは、地中熱交換器２１の設置工事の施工手順の説明図である。図４Ａ乃至図４Ｃは、同施工手順の説明図である。図５Ａ乃至図５Ｃは、同施工手順の説明図である。図６Ａは、建て込み序盤の状態の説明図であり、図６Ｂは、建て込み終盤の状態の説明図であり、図６Ｃは、建て込み終盤の釣り合い状態において行う削孔水２３ｗの水位低下の説明図であり、図６Ｄは、同水位低下により更に建て込みが可能になることを示す図である。

＝＝＝本実施形態＝＝＝
＜＜＜地中熱交換器２１について＞＞＞
図１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２Ａは、地盤Ｇの竪孔２３を透視して見た地中熱交換器２１の側面図であり、図２Ｂは、図２Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。

この地中熱利用システム１１は、地盤Ｇとの間で熱交換を行う地中熱交換器２１と、地中熱交換器２１の熱媒体２６からの熱を利用して建物１の暖房のための温水や冷房のための冷水を生成するヒートポンプ１５と、循環ポンプ１７とを有する。なお、ヒートポンプ１５の構成は周知なので、その説明は省略する。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、この地中熱交換器２１は、所謂「ボアホール方式」である。すなわち、地盤Ｇに形成された掘削孔としての竪孔２３と、竪孔２３に挿入されるＵ字管３０と、竪孔２３とＵ字管３０との間の空間ＳＰ２３に充填される充填材２７と、を有している。そして、Ｕ字管３０の一方の管端開口３５ａには、ヒートポンプ１５から熱媒体２６として水又は不凍液等が送り込まれ、当該熱媒体２６は、Ｕ字管３０を流れる間に地盤Ｇの地中熱により加熱又は冷却され、しかる後に、Ｕ字管３０の他方の管端開口３５ｂから、循環ポンプ１７によりヒートポンプ１５へ向けて送られて、ヒートポンプ１５にて温水生成や冷水生成に供される。

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Ｇ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。

Ｕ字管３０は、例えば高密度ポリエチレン等の樹脂製のＵ字形状の管である。詳しくは、当該Ｕ字管３０は、熱媒体２６の流路の折り返し部分をなすＵ字継手部３１と、Ｕ字継手部３１に連結される二本の単管３５，３５とを有し、当該Ｕ字継手部３１を竪孔２３の最深部に位置させつつ、２本の単管３５，３５の各管端開口３５ａ，３５ｂを、それぞれ竪孔２３の外に突出させている。そして、これら管端開口３５ａ，３５ｂのうちの一方３５ａは、ヒートポンプ１５から送られる熱媒体２６の取入口となり、他方３５ｂは、地盤Ｇとの間で熱交換した熱媒体２６をヒートポンプ１５へ送り出す送出口となる。

なお、図示例では、一つの竪孔２３につき、かかるＵ字管３０，３０が一対設けられている。つまり、図２Ａでは、奥側に隠れて見えないが、先端のＵ字継手部３１，３１を重ね合わせた状態で、一対のＵ字管３０，３０が竪孔２３内に建て込まれており、これにより、図２Ｂに示すように計４本の単管３５，３５，３５，３５が配されている。よって、本実施形態では、一対のＵ字管３０，３０のひとまとまりが、請求項に係る「管部材」に相当する。但し、Ｕ字管３０の数は何等一対に限るものではなく、一つでも良い。ちなみに、Ｕ字管３０，３０を一対で設ける場合には、建て込み時の竪孔２３への挿入性を考えると、Ｕ字継手部３１，３１同士を互いに上下にずらして固定すると良く、このようにすれば、これらＵ字管３０，３０において建て込み時に先頭になる部分のサイズが小さくなって、竪孔２３内へ建て込み易くなる。

充填材２７は、例えば、モルタル、川砂や山砂、珪砂等を基材とし、Ｕ字管３０と竪孔２３との間の空間ＳＰ２３に密実に充填される。これにより、充填材２７を介して、Ｕ字管３０内の熱媒体２６と地盤Ｇとの間で熱交換が行われる。なお、この熱交換効率を高めるべく、充填材２７に対して、１〜２０％の容積含有率（＝長粒物の総容積／充填材２７の総容積）で、炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れか１種からなる長粒物を混入しても良い。

＜＜＜地中熱交換器２１の設置工事について＞＞＞
図３Ａ乃至図５Ｃは、地中熱交換器２１の設置工事の施工手順の説明図である。なお、図３Ａ乃至図５Ｃでは、一部の構成を側面視で示し、それ以外の構成は縦断面視で示している。また、図の錯綜を防ぐ目的で、一部の断面部位についてはハッチングを省略している。

先ず、図３Ａに示すように、対象地盤Ｇに、土留め用の塩化ビニル製等の樹脂管２２を、管軸方向を鉛直方向に向けつつ打ち込む。この樹脂管２２は、地盤表層部の崩落を防ぐものであり、その長さは、例えば１〜５ｍの短尺なものである。但し、その管径にあっては、その内周側に上述の竪孔２３が形成されることから、樹脂管２２の内径は、竪孔２３の孔径よりも若干大径に設定される。

次に、図３Ｂに示すように、樹脂管２２の内側の地盤Ｇの部分を掘削することにより、最終的に図４Ａのような孔径１００〜２００ｍｍ、深さ３０〜１５０ｍの竪孔２３を形成する。この掘削は、ボーリングマシンやオーガ等の掘削機によってなされ、また、孔壁保護や削孔自体の目的で、竪孔２３には、その掘削と同時並行又はその直後に、竪孔２３のサイズに合ったケーシング鋼管２４が挿入されている。なお、このケーシング鋼管２４は無くても良い。更には、竪孔２３の内側（正確には、「ケーシング鋼管２４の内側」と言うべきであるが、以下では、ケーシング鋼管２４も含めて単に竪孔２３と言うことにする）には削孔水２３ｗが充満している。この削孔水２３ｗは、掘削時に使用されたものであり、つまり、掘削時に竪孔２３の下方へ向けて圧送され、これにより、掘削土を泥状にして上方への排土に用いられたり、掘削面に高圧で噴射されて掘削自体を行うのに用いられたものである。よって、掘削終了時には、一般に竪孔２３内には、当該使用済みの削孔水２３ｗが充満している。

そうしたら、この削孔水２３ｗが充満する竪孔２３内に、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、Ｕ字管３０，３０を、その管軸方向（単管３５の管軸方向のこと）たる長手方向を鉛直方向に沿わせつつ沈降させて設置する。

詳しくは、先ず、Ｕ字管３０をコイル状に巻き取った状態で現場搬入する。この例では、前述のように竪孔２３には一対のＵ字管３０，３０が建て込まれるので、コイル状に巻き取り状態のＵ字管３０ｒ，３０ｒも一対で現場搬入され、そして、地面Ｇに直置きされた一対のリール装置７０，７０に取り付けられる。そして、各リール装置７０は、同巻き取り状態のＵ字管３０ｒを水平回転して繰り出す。すると、繰り出されたＵ字管３０は、竪孔２３の上方に配置された引き上げ機構８０により所定高さまで引き上げられた後に、竪孔２３の略直上で垂下された状態で竪孔２３内へ入っていくという建て込みルートを辿って順次建て込まれる。

なお、この建て込み中には、竪孔２３内に建て込まれたＵ字管３０，３０の容積分だけ、竪孔２３内の削孔水２３ｗは、竪孔２３の口部２３ｅｕたる上端縁部２３ｅｕから自然に外へ溢れ出て排水される。よって、概ね常に、竪孔２３の口部２３ｅｕには削孔水２３ｗが満ちた状態になっている。

また、Ｕ字管３０の下端部３０ｄを建て込む際には、一対のＵ字管３０，３０のＵ字継手部３１，３１同士を重ね合わせて番線等の適宜な結束具により分離不能に結束固定し、しかる後に、竪孔２３の口部２３ｅｕへ一緒に挿入する。よって、それ以降は、これら一対のリール装置７０，７０同士は互いに連動して、互いの繰り出し量を揃えながら各々担当するＵ字管３０，３０を繰り出していく。

ところで、この建て込み中には、Ｕ字管３０，３０内への通水を行う。すなわち、Ｕ字管３０において少なくとも竪孔２３内に建て込まれている部分については、管内に水を充満させている。この理由は、当該部分の管内空気を無くすことで、Ｕ字管３０，３０の管内空気起因の浮力の発生を無くして、削孔水２３ｗ内でのＵ字管３０，３０の沈降たる建て込みを円滑に行うためである。

但し、この管内空気起因の浮力の影響を無くしても、Ｕ字管３０，３０には、削孔水２３ｗとの比重差に起因した浮力は作用している。すなわち、削孔水２３ｗの密度は約１ｋｇ／ｍ^３であるところ、Ｕ字管３０の密度は０．９３〜０．９６ｋｇ／ｍ^３であるので、当該Ｕ字管３０の比重が削孔水２３ｗよりも小さいことに起因して、この比重差に基づく浮力ＦｆがＵ字管３０，３０に働いている。

ここで、この比重差起因の浮力Ｆｆは、図６Ａに示すような建て込みの序盤にあっては、建て込み深さＬｔが深くないことから、ごく小さく建て込みには殆ど影響しない。詳しくは、当該浮力Ｆｆは、Ｕ字管３０，３０のうちで引き上げ機構８０から略垂下された部分３０ｓ，３０ｓ（図４Ｂ）の重量よりも小さいので、基本的に、Ｕ字管３０，３０は、引き上げ機構８０から送り出されれば、送り出された分だけ順次竪孔２３内へ沈降していく。

ところが、図６Ｂに示すような建て込みの終盤になると、引き上げ機構８０がいくら送り出しても、Ｕ字管３０，３０がそれ以上沈降しなくなることがある。これは、浮力Ｆｆと前述のＵ字管３０，３０の部分３０ｓ，３０ｓの重量とが概ね釣り合うためである。そして、この釣り合い状態が、図６Ｄの目標の建て込み深さＬｔａへの到達前に起きると、図６Ｂに示すように、それ以上の建て込みが不可能となり、つまり、Ｕ字管３０，３０を目標の建て込み深さＬｔａまで建て込めなくなる。

そこで、本実施形態では、この釣り合い状態に至った際に、不図示の排水ポンプやエアブロー装置等を利用して、当該削孔水２３ｗを所定量だけ竪孔２３から抜き出して、当該水位を下げている。すなわち、図６Ｂに示す状態から図６Ｃに示す状態へと変更している。

すると、この水位低下によって、水没しているＵ字管３０，３０の部分３０ｗｄ，３０ｗｄの長さが相対的に減って浮力が小さくなり、また、水没していないＵ字管３０，３０の部分３０ｗｕ，３０ｗｕの長さが相対的に増えるので、この水没していないＵ字管３０，３０の部分３０ｗｕ，３０ｗｕの重量と浮力Ｆｆとが釣り合うまで、図６Ｃから図６Ｄの状態へと、Ｕ字管３０，３０は水中に没していく。つまり、Ｕ字管３０，３０は竪孔２３内を沈降することになり、その結果、Ｕ字管３０，３０を目標の建て込み深さＬｔａまで建て込み易くなる。

更に、本実施形態では、上記所定量の削孔水２３ｗを抜き出すことにより、当該水位を、建て込み深さＬｔの起算位置（この例では、竪孔２３の口部たる上端縁部２３ｅｕ）よりも所定長Ｌｗ以上低くしており、これにより、上記釣り合い状態になる建て込み深さＬｔを、目標の建て込み深さＬｔａと同値またはそれよりも深くなるようにしている。その結果、これ以降に再び上述の釣り合い状態が、目標の建て込み深さＬｔａへの到達前に現れることは無く、これにより、Ｕ字管３０,３０を、同図６Ｄに示すような目標の建て込み深さＬｔａまで建て込み可能となる。

但し、万一何らかの原因により、再度上記の釣り合い状態となって建て込み不能状態に陥った場合には、その時点でもう一度、削孔水２３ｗを抜き出して水位を下げれば良い。そうすれば、再びＵ字管３０，３０は上述のメカニズムに基づいて沈降を開始する。つまり、削孔水２３ｗの抜き出しによる水位低下は、何等一回に限るものではなく、Ｕ字管３０，３０が目標の建て込み深さＬｔａに到達するまで、複数回繰り返しても良い。

なお、この所定長Ｌｗは、目標の建て込み深さＬｔａや比重差等に応じて変化するものであり、その算定方法については後述する。また、上述の建て込み深さＬｔの起算位置は、一般には、この図６Ｃの例のように、竪孔２３の口部２３ｅｕたる上端縁部２３ｅｕであり、また、建て込み深さＬｔとは、具体的には、Ｕ字管３０の下端部３０ｄたるＵ字継手部３１が位置する深さのことを言う。

そして、このようにして目標の建て込み深さＬｔａに到達したら（図４Ｃ）、次に、各Ｕ字管３０を各リール装置７０から分離すべくＵ字管３０を切断する。これにより、図５Ａに示すように、Ｕ字管３０の上端部３０ｕ（３５ａ），３０ｕ（３５ｂ）が形成され、また、これら上端部３０ｕ,３０ｕたるＵ字管３０における両方の管端開口３５ａ，３５ｂは、竪孔２３の口部２３ｅｕよりも上方に突出した状態になる。

次に、図５Ａのようにケーシング鋼管２４を挿入していた場合には、図５Ｂに示すようにケーシング鋼管２４を上方へ引き抜いて同鋼管２４を竪孔２３から取り出すが、ここで、このケーシング鋼管２４を引き抜く際には、Ｕ字管３０，３０の上端部３０ｕ，３０ｕ…がケーシング鋼管２４の内周面と接触等して損傷の虞がある。そのため、この引き抜きの前に、図５Ａのように、Ｕ字管３０，３０の上端部３０ｕ，３０ｕ…には、保護キャップ９０を被せている。

保護キャップ９０は、円筒部９０ａを本体とする。そして、この円筒部９０ａの外径は、ケーシング鋼管２４の内径よりも小さく、且つ、同円筒部９０ａの内径は、一対のＵ字管３０，３０の計４本の上端部３０ｕ，３０ｕ…をひとまとめに収容可能な寸法に設定されている。また、同円筒部９０ａは、蓋部９０ｂを有する有蓋円筒体であり、Ｕ字管３０，３０の上端部３０ｕ，３０ｕ…の上に蓋部９０ｂが乗ることにより、保護キャップ９０はＵ字管３０，３０に吊り下げ支持され、更に、保護キャップ９０は或る程度の重みを有するステンレス鋼等の金属製である。

よって、図５Ｂに示すように、上方へ引き抜かれるケーシング鋼管２４と大きく干渉することも無く、また、その重みに基づいて保護キャップ９０は確実にＵ字管３０，３０の上端部３０ｕ，３０ｕ…にしっかりと留まることができて、結果、効果的にＵ字管３０，３０の上端部３０ｕ，３０ｕ…の損傷を防ぐ。

そして、このケーシング鋼管２４の引き抜き作業が終わったら、最後に、図５Ｃに示すように竪孔２３内に充填材２７を入れてＵ字管３０，３０を埋め、これにより、地中熱交換器２１の設置工事が完了する。

この充填材２７を入れる方法としては、例えば漏斗９５を用いることが挙げられ、また、その場合には、Ｕ字管３０，３０の上端部３０ｕ，３０ｕ…には上述の保護キャップ９０を被せたままにしておく。すなわち、竪孔２３の内周面と保護キャップ９０の外周面との間に、漏斗９５の下端部の略円筒部９５ｐが入るように漏斗９５を配置する。また、この時、漏斗９５の下端部たる略円筒部９５ｐの内周面と保護キャップ９０の外周面との間にはクリアランスが形成されるように配置する。

そうしたら、充填材２７を貯留するホッパー９８を漏斗９５の上方にミニクレーン９９等で持ち上げ、その状態でホッパー９８の下端開口９８ａを開く。すると、漏斗９５上に充填材２７が落下するが、これら落下した充填材２７は、漏斗９５上を滑落しながらその平面中心側へと誘導されて、同漏斗９５の下端部の略円筒部９５ｐと保護キャップ９０との間のクリアランスを通って竪孔２３内へと順次落ちていく。これにより、充填材２７が竪孔２３内に充填されてＵ字管３０，３０が埋設される。なお、この時、ホッパー９８から落下する充填材２７は保護キャップ９０に直接当たるが、このことにより、Ｕ字管３０，３０の上端部３０ｕ，３０ｕ…は充填材２７の衝突から保護されるので、同上端部３０ｕ，３０ｕ…の損傷は確実に防止される。

＜＜＜削孔水２３ｗの水位低下に係る所定長Ｌｗの算出方法について＞＞＞
上述の説明では、建て込み中において、削孔水２３ｗの水位を、建て込み深さＬｔの起算位置よりも所定長Ｌｗ以上低くしており、これにより、比重差起因の浮力とＵ字管３０，３０の重量とが釣り合い状態となる建て込み深さＬｔを、目標の建て込み深さＬｔａと同値又はそれよりも深くしている旨を述べたが、以下、この所定長Ｌｗの算出方法について説明する。

先ず、建て込み時に作用する浮力の大きさについてであるが、Ｕ字管３０，３０の管内空気起因の浮力を無視すれば、前述したように、他の考慮すべき浮力は、削孔水２３ｗとＵ字管３０との間の比重差に基づく浮力Ｆｆであり、当該浮力Ｆｆの大きさは下式１で表すことができる。
Ff(kg)＝(Dw−Du)×(π×(φ2／2)^２−π×(φ1／2)^２)×Lt×4 …（１）
なお、上式１中のφ１及びφ２は、それぞれＵ字管３０の単管３５の内／外径（ｍ）であり、Ｌｔは建て込み深さ（ｍ）であり、Ｄｗ及びＤｕは、削孔水２３ｗ及びＵ字管３０の密度（ｋｇ／ｍ^３）である。また、右辺の末尾の数値の「４」の意味は、Ｕ字管３０，３０は一対設けられ、これにより４本の単管３５，３５，３５，３５を有しているためである。

ここで、よりわかりやすくする目的で、上式１に、地中熱交換器２１の標準仕様の数値を代入してみる。なお、この標準仕様の数値としては、例えば次が挙げられる。Ｕ字管３０の単管３５の内／外径は２７／３４ｍｍであり、目標の建て込み深さＬｔａは１００ｍであり、削孔水２３ｗの密度Ｄｗは１０００ｋｇ／ｍ^３であり、Ｕ字管３０の密度Ｄｕは９５４ｋｇ／ｍ^３である。そして、これら数値を上式１に代入すると、下式のようになり、結果、目標の建て込み深さＬｔａに到達するより前に、６．２ｋｇの浮力Ｆｆが作用することがわかる。
Ff＝(1000−954)×(π×(0.034／2)^２−π×(0.027／2)^２)×100×4
＝6.2ｋｇ
よって、この６．２ｋｇの浮力Ｆｆ分だけ目標の建て込み深さＬｔａよりも上方にずれた位置で、Ｕ字管３０，３０は建て込み不能の釣り合い状態になってしまい、つまり、目標の建て込み深さＬｔａに到達することができない。

ここで、図６Ｂの状態に対して水位低下を行うことにより、図６Ｃに示すように、建て込み深さＬｔの起算位置よりも削孔水２３ｗの水位を下方に移動することで、水中から空中へと出てくるＵ字管３０，３０の部分３０ｇ，３０ｇの重量は、浮力Ｆｆに対抗してＵ字管３０，３０を沈降させるための新たな力（以下、沈降力とも言う）となる。そして、この部分３０ｇ，３０ｇの重量と浮力Ｆｆとが釣り合うまで、図６Ｄに示すようにＵ字管３０，３０は水中に没していく。そのため、上記浮力Ｆｆに相当する重量分のＵ字管３０，３０の長さが、上述の所定長Ｌｗに相当することになる。

よって、単位長さ当たりのＵ字管３０，３０の重量をＵＷｕとすると、所定長Ｌｗは下式２で計算される。
Lw＝Ff／UWu … （２）
ここで、Ｆｆは、前述したように６，２ｋｇであり、また、単位長さ当たりのＵ字管３０，３０の重量ＵＷｕは、２．５６ｋｇ／ｍ（＝(π×(34／2)^２−π×(27／2)^２)×954×２）なので、これらを上式２に代入すると、この例の場合の所定長Ｌｗは、２．４ｍ（＝6.2／2.56）となる。ちなみに、上記重量ＵＷｕの算出式に係る末尾の数値の「２」の意味は、Ｕ字管３０，３０は一対で設けられているからである。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。

上述の実施形態では、液位低下としての水位低下を、建て込み中における建て込み不能な釣り合い状態になった際に行っていたが、実行タイミングは何等これに限らない。例えば、建て込み不能になるよりも前の時点で行っても良い。但し、その場合には、上述の所定長Ｌｗよりも水位が更に低下するような水量で、削孔水２３ｗが抜き出されることになる。換言すると、この水量は、上記時点での実際の建て込み深さＬｔ（所定深さに相当）から目標の建て込み深さまで、Ｕ字管３０，３０が、削孔水２３ｗからの浮力に対抗しながら、Ｕ字管３０，３０の重量に基づいて沈降するような量に設定される。

上述の実施形態では、比重が水よりも小さい管部材の一例として樹脂製の一対のＵ字管３０，３０を例示したが、管形状は何等Ｕ字状に限るものではない。
例えば、二重管式の地中熱交換器の場合には、同熱交換器の本体として、外筒と、外筒内に挿入配置される内筒とが使用され、そして、外筒としては、下端部が密閉封止された単管状の管部材が竪孔に建て込まれることになるが、比重が水よりも小さい管部材であれば、当該単管状の管部材であっても本発明に係る建て込み方法を適用可能である。
なお、この単管状の管部材の一例としては、コルゲート管（corrugated pipe：波形管）が挙げられ、当該管によれば、その外周面及び内周面の螺旋波形形状に基づく表面積の拡大効果により、地盤Ｇとコルゲート管内の熱媒体との熱交換効率を高めることができる。

上述の実施形態では、掘削孔たる竪孔２３に入った「液体」として削孔水２３ｗを例示したが、何等これに限るものではない。例えば、削孔水２３ｗを用いずに掘削孔２３を掘削した場合に、地下水や雨水等により掘削孔２３に入り込んだ水であっても、掘削孔２３内に入っていれば、それは、請求項に記載の「液体」に相当する。つまり、液体よりも比重の小さいＵ字管３０などの管部材を掘削孔２３に建て込む前に、同掘削孔２３内に入っている液体は、すべからく、請求項に記載の「液体」に相当する。

上述の実施形態では、掘削孔たる竪孔２３内への建て込み時に、削孔水２３ｗからＵ字管３０に付与される管内空気起因の浮力の影響を無くすべく、同Ｕ字管３０内に液体として水を入れていたが、何等これに限るものではない。例えば、地中熱交換器２１の運転時に、Ｕ字管３０内を流れる熱媒体２６として不凍液を用いる場合には、Ｕ字管３０内に不凍液を入れておいても良い。

１建物、１１地中熱利用システム、１５ヒートポンプ、
１７循環ポンプ、２１地中熱交換器、２２樹脂管、
２３竪孔（掘削孔）、２３ｅｕ口部（上端縁部）、
２３ｗ削孔水（液体）、２４ケーシング鋼管、２６熱媒体、
２７充填材、３０Ｕ字管（管部材）、３０ｕ上端部、３０ｄ下端部、
３０ｇ部分、３０ｓ部分、３０ｒ巻き取り状態のＵ字管（管部材）、
３０ｗｄ水没しているＵ字管の部分、３０ｗｕ水没していないＵ字管の部分、
３１Ｕ字継手部、３５単管、３５ａ管端開口、３５ｂ管端開口、
７０リール装置、８０引き上げ機構、９０保護キャップ、
９０ａ円筒部、９０ｂ蓋部、９５漏斗、９５ｐ略円筒部、
９８ホッパー、９８ａ下端開口、９９ミニクレーン
ＳＰ２３空間、Ｇ地盤（地面）、Ｆｆ浮力

Claims

液体の入った掘削孔に、前記液体よりも比重の小さい管部材を前記管部材の管軸方向に沿って沈降して建て込む方法であって、
建て込み序盤においては、建て込まれた前記管部材の容積分だけ前記掘削孔内の液体を自然に外に溢れ出させて排水しながら、液体の入った前記掘削孔に、前記管部材を建て込み、
前記管部材のうちの引き上げ機構から垂下された部分の重量と前記管部材に作用する浮力が釣り合う釣り合い状態が目標の建て込み深さへの到達前に起きた場合には、前記管部材の建て込み中に、前記掘削孔内の液体を所定量だけ抜くことにより、前記液体の液位を低下することを特徴とする地面の掘削孔への地中熱交換器に係る管部材の建て込み方法。
請求項１に記載の地面の掘削孔への地中熱交換器に係る管部材の建て込み方法であって、
前記管部材は、その管内に液体が入った状態で前記掘削孔に沈降されて建て込まれることを特徴とする地面の掘削孔への地中熱交換器に係る管部材の建て込み方法。
請求項１又は２に記載の地面の掘削孔への地中熱交換器に係る管部材の建て込み方法であって、
前記管部材の建て込み深さが目標の建て込み深さに到達するまで、前記液位の低下を繰り返し行うことを特徴とする地面の掘削孔への地中熱交換器に係る管部材の建て込み方法。