JP6099889B2 - 熱交換器施工方法、及び熱交換施工ユニット - Google Patents

Description

本発明は、地中熱を利用する熱交換器の施工方法、熱交換構造、及び熱交換施工ユニットに関する。

地中に熱交換器を埋設し、熱交換器内部を循環する熱媒を介して熱交換を行うことで地中熱を利用する手法が知られている。熱交換器は長期間地中に埋設されることから、熱交換器外面の腐食を防止する観点から、樹脂製の熱交換器が採用される場合がある。樹脂は、耐腐食性及び耐震性に優れるという長所があるものの、耐摩耗性が低いという短所がある。このため、樹脂製の熱交換器が孔壁等に接触すると、熱交換器の表面に傷が付き、熱交換器が損傷する原因となり得る。

この問題に対して、従来、樹脂製の熱交換器が損傷しないように埋設する方法が知られている。例えば、特許文献１には、熱交換器の外周にシート状の緩衝部材を設け、その後、熱交換器を地面を掘削して設置された管体に挿入する技術が開示されている。

特開２００９−６８７４９号公報

しかし、樹脂製の熱交換器は、輸送時に曲げられた状態で梱包されているため、いわゆる曲げ癖が付いている場合がある。特許文献１に記載の方法では、熱交換器が曲がっていると、熱交換器の埋設時に熱交換器が孔壁に接触しやすくなる。熱交換器が孔壁に接触すると、孔壁が崩壊してしまい、熱交換器の施工性が悪化するおそれがある。また、特許文献１に記載の方法では、熱交換器の外周をシート状の緩衝部材で覆っているだけなので、大きな衝撃が付与された場合には熱交換器の損傷を回避できない場合がある。また、上記方法では、熱交換器の挿入後に緩衝部材を紐等で引っ張り上げて撤去するが、施工条件によっては緩衝部材を撤去できない場合がある。

そこで、本発明の課題は、熱交換器の施工性を向上し、かつ、熱交換器の損傷を防止することができる熱交換器施工方法を提供することにある。

本発明に係る熱交換器施工方法は、地盤を掘削して削孔を形成する削孔形成工程と、内部に熱媒を流通させる樹脂製の熱交換器を筒状のガイド管に挿入した状態で、熱交換器及びガイド管を削孔に対して挿入する挿入工程と、挿入工程の後に、削孔内の空間を充填材により充填する充填工程と、を含む。

本発明に係る採熱配管施工方法では、熱交換器が筒状のガイド管に挿入された状態で、熱交換器及びガイド管が削孔に対して挿入される。このため、熱交換器が曲がっている場合であっても、熱交換器がガイド管の筒内に収まって形状が維持された状態で削孔に挿入することができるため、孔壁の崩壊を防止することができる。また、ガイド管に覆われた状態で熱交換器が削孔に対して挿入されるため、熱交換器が直接孔壁等に接触することが防止され、熱交換器の損傷を防止することができる。したがって、このような方法によれば熱交換器の施工性を向上し、かつ、熱交換器の損傷を防止することができる。

また、本発明に係る熱交換器施工方法では、挿入工程おいて、ガイド管の荷重を熱交換器に伝達する荷重伝達部材を熱交換器に接続した状態で、熱交換器及びガイド管を削孔に対して挿入してもよい。この場合には、ガイド管の荷重が熱交換器に伝達されるので、削孔内部の地下水により熱交換器が浮上することを防止することができ、熱交換器を所望の深さに設置することができる。

また、本発明に係る熱交換器施工方法では、荷重伝達部材が、吊下げ装置によって吊り下げられる吊下部と、熱交換器に接続される接続部とを有するロープ材であり、ロープ材は、吊下部と接続部との間でガイド管の下端部を経由して設けられていてもよい。この場合には、ガイド管の端部からガイド管の荷重がロープ材を介して熱交換器に伝達されるので、削孔内部の地下水により熱交換器が浮上することを防止することができ、所望の深さに熱交換器を設置することができる。また、ロープ材の一端は熱交換器に接続されているので、ガイド管を引き抜く際に邪魔になることがない。

また、本発明に係る熱交換器施工方法では、熱交換器及びガイド管が長尺状をなしており、荷重伝達部材が、熱交換器及びガイド管の長手方向からの平面視において、ガイド管と重なる部分を有する係止部材であって、該係止部材は熱交換器の下端部に設けられていてもよい。この場合には、ガイド管が係止部材に当接することで、ガイド管の荷重が係止部材を介して熱交換器に伝達されるので、削孔内部の地下水により熱交換器が浮上することを防止することができ、所望の深さに熱交換器を設置することができる。また、係止部材は熱交換器に設けられているので、ガイド管を引き抜く際に邪魔になることがない。

また、本発明に係る熱交換器施工方法では、係止部材の上面に、熱交換器の外側面に沿って延び、熱交換器の外側面とガイド管の内壁との間隔を所定の距離に維持する突部が設けられてもよい。この場合には、熱交換器がガイド管の内壁に接触することが防止されるため、熱交換器が損傷することをより確実に防止することができる。

また、本発明に係る熱交換器施工方法では、ガイド管が金属製であってもよい。この場合には、ガイド管の剛性が高いため、確実に熱交換器が損傷することを防止することができる。

また、本発明に係る熱交換器施工方法では、熱交換器の表面に凹凸が設けられていてもよい。この場合には、熱交換器と地盤との接触面積を増やすことができ、熱交換器の熱交換効率を向上することができる。

また、本発明に係る熱交換器施工方法では、充填工程おいて、充填材を充填しながら、ガイド管を削孔から抜いていってもよい。この場合には、充填材の充填と並行してガイド管を引き抜くため、充填材の側方からの拘束力によりガイド管が引き抜けなくなることを防止することができる。更に、ガイド管を引き抜く際に、熱交換器側面から充填材が流入するため、熱交換器の凹部に充填材を確実に充填することができ、熱交換効率が低下することを防止することができる。

本発明に係る熱交換構造は、地盤に形成された削孔と、筒状のガイド管に挿入された状態で削孔に挿入される熱交換器と、熱交換器と地盤との間で熱交換をさせる充填材と、を備える。本発明に係る熱交換構造は、熱交換器が筒状のガイド管に挿入された状態で、熱交換器及びガイド管が削孔に対して挿入されて形成される。このため、熱交換器が曲がっている場合であっても、熱交換器がガイド管の筒内に収まって形状が維持された状態で削孔に挿入することができるため、孔壁の崩壊を防止することができる。また、ガイド管に覆われた状態で熱交換器が削孔に対して挿入されるため、熱交換器が直接孔壁等に接触することが防止され、熱交換器の損傷を防止することができる。

また、本発明に係る熱交換構造は、熱交換器を削孔内に設置した後、ガイド管が削孔から引き抜かれて形成されていてもよい。この場合には、引き抜いたガイド管を他の熱交換構造の形成時に再利用することができる。

また、本発明に係る熱交換構造では、熱交換器に取り付けられた荷重伝達部材を備え、熱交換器をガイド管に挿入された状態で削孔に挿入する際に、荷重伝達部材によってガイド管の荷重が熱交換器に伝達されて形成されていてもよい。この場合には、荷重伝達部材によりガイド管の荷重が熱交換器に伝達されるので、削孔内部の地下水により熱交換器が浮上することが防止され、熱交換器が所望の深さに設置された熱交換構造が形成される。

本発明に係る熱交換施工ユニットは、上記熱交換構造を形成する際に用いられる熱交換施工ユニットであって、ガイド管と、ガイド管に挿入された状態で削孔に挿入される熱交換器と、を備える。本発明に係る熱交換施工ユニットによれば、熱交換器が筒状のガイド管に挿入された状態で、熱交換器及びガイド管が削孔に対して挿入される。このため、熱交換器が曲がっている場合であっても、熱交換器がガイド管の筒内に収まって形状が維持された状態で削孔に挿入することができるため、孔壁の崩壊を防止することができる。また、ガイド管に覆われた状態で熱交換器が削孔に対して挿入されるため、熱交換器が直接孔壁等に接触することが防止され、熱交換器の損傷を防止することができる。

本発明に係る熱交換施工ユニットは、上記熱交換構造を形成する際に用いられる熱交換施工ユニットであって、ガイド管と、ガイド管に挿入された状態で削孔に挿入される熱交換器と、熱交換器に取り付けられ、ガイド管の荷重を熱交換器に伝達する荷重伝達部材と、を備える。本発明に係る熱交換施工ユニットでは、荷重伝達部材によりガイド管の荷重が熱交換器に伝達されるので、削孔内部の地下水により熱交換器が浮上することが防止され、所望の深さに熱交換器を設置することができる。

本発明に係る熱交換器施工方法、熱交換構造、及び熱交換施工ユニットによれば、熱交換器の施工性を向上し、かつ、熱交換器の損傷を防止することができる。

本実施形態に係る熱交換器施工方法によって埋設された熱交換器の側面図である。 熱交換器の側面破断図及びガイド管の側面図である。 第１実施形態に係る熱交換器施工方法を示す工程図である。 図３に続く熱交換器施工方法を示す工程図である。 図４に続く熱交換器施工方法を示す工程図である。 図５に続く熱交換器施工方法を示す工程図である。 図６に続く熱交換器施工方法を示す工程図である。 図７に続く熱交換器施工方法を示す工程図である。 充填材が充填される様子を示す模式図である。 第２実施形態に係る熱交換器施工方法を示す工程図である。 図１０に続く熱交換器施工方法を示す工程図である。 第３実施形態の熱交換器の構成を示す側面図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。

図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器施工方法により埋設された熱交換器１の側面図である。図１に示すように、熱交換器１は、地盤に対して鉛直方向に形成された削孔２の内部に設けられる。削孔２内には充填材３が充填されており、熱交換器１は充填材３を介して地盤との間で熱交換をする。充填材３としては、熱伝導性の高い土砂が用いられ、例えば珪砂が用いられる。

図２に示すように、熱交換器１は、長尺状をなしており、外管５及び二つの内管７，８を備える、いわゆる二重管式の熱交換器である。外管５は、樹脂等からなる中空構造をなす円柱状の容器であり、熱交換器１の外周面を形成している。外管５は、その表面は波型の加工がなされており、凹凸が設けられている。一例としては、外管５は、長さが９３４０ｍｍ、外径２５０ｍｍ、内径２００ｍｍであり、高密度ポリエチレンにより構成されている。

外管５の上下端部には、外管５の開口部を閉蓋する上蓋９Ａ、底蓋９Ｂが設けられている。上蓋９Ａ及び底蓋９Ｂにより、外管５の開口部が封じられ、液体状の熱媒を内部に留める貯留部Ｓを画成している。上蓋９Ａには、内管７，８を外管５に挿入するための挿入口が設けられている。内管７，８は、例えば高密度ポリエチレンにより構成される。

外管５の内部には、内管７，８が収容されている。内管７，８は、樹脂等からなり、内部に熱媒を流通させる配管である。内管７，８の一端側は、外管５の上蓋９Ａから突出しており、その端部が注入口７Ａ，８Ａを構成している。内管７の注入口７Ａの反対側の端部は、貯留部Ｓの底部まで延在している。内管８の注入口８Ａの反対側の端部は、貯留部Ｓの上面を構成する上蓋９Ａの挿入口まで延在している。内管７，８は、注入口７Ａ，８Ａから熱媒を流入又は排出することで、貯留部Ｓ内の熱媒を循環させて、地盤との間で吸熱もしくは放熱を行い、地上における図示しない空調設備等の熱消費装置と地盤と間での熱交換を行う。

外管５の上部には、外管５と略同一の外径を有する保護管１１が設けられる。外管５と保護管１１とは、外管５及び保護管１１の外周を覆って外管５と保護管１１とを接続する継手部材１３により着脱自在に連結されている。保護管１１は、内管７，８のうち、外管５の上蓋９Ａから突出する部分を外周から覆うことにより、内管７，８が外部からの衝撃により破損することを防止する。

本実施形態に係る熱交換器施工方法に用いられるガイド管１５を図２に示す。図２に示すように、ガイド管１５は、筒状をなしている長尺状の管状部材である。ガイド管１５は、熱交換器１がガイド管１５の内径よりも外側に対するはみ出しを抑制するように、熱交換器１の位置を規制する部材として機能する。ガイド管１５の内径は、外管５の外径よりも大きく構成されている。ガイド管１５は、剛性が高く重量が大きい材料であれば任意の材料から構成し得る。例えば鋼等の金属、硬質塩化ビニル等の樹脂をガイド管１５の材料として用いることができる。一例としては、外管５は、長さが１２ｍ、外径４００ｍｍ、内径３０４ｍｍであり、鋼により構成されている。熱交換器１は、ガイド管１５に挿入された状態で、削孔に対して挿入される。

次に、本実施形態に係る熱交換器施工方法について説明する。本実施形態に係る熱交換器施工方法では、まず熱交換器１を埋設するために、地盤を掘削して削孔を形成する（削孔形成工程）。地盤の掘削には任意の工法を用いることができるが、例えば孔壁を保護するケーシングを用いて削孔を形成するケーシング工法が用いられる。削孔を形成に用いる掘削機としては、例えばドイツバウアー社製の油圧式万能型大口径掘削機を用いることができる。以下、ケーシング工法を用いた削孔形成工程について説明する。

まず、削孔の形成に用いられる掘削機３０について図３を参照して説明する。この掘削機３０の前端部には、鉛直方向に延在するアーム３１が取り付けられている。アーム３１には、アーム３１の延在方向に沿って昇降自在とされたスライダ３２が設けられている。さらに、アーム３１には、ワイヤ３３が設けられており、ワイヤ３３によりロッド３４が吊り下げられている。このロッド３４は、その長手方向が鉛直方向を向くようにしてスライダ３２に取り付けられている。ロッド３４の下端部には、ツールス３５（図３（ｃ）参照）及び削孔２に配置されるケーシング１７が取り付けられている。ケーシング１７は、スライダ３２のアーム３１に延在方向に沿った移動に伴って鉛直方向に移動する。ツールス３５は、地盤の土質に応じた種類のものが用いられる。

まず、削孔形成工程では、図３（ａ）に示すように、熱交換器１を設置するべき位置に掘削機３０を配置する。次に、図３（ｂ）に示すように、掘削機３０は、スライダ３２によりケーシング１７を下降させて地盤を掘削する。続いて、図３（ｃ）に示すように、ロッド３４を下降させて、ロッド３４の先端部に設けられているツールス３５によりケーシング１７内部の地盤を掘削する。

その後、既に地盤を掘削したケーシング１７に他のケーシング１７を連結し、連結したケーシング１７を下降させて、更に地盤を掘削する（図４（ａ））。続いて、ロッド３４を下降させて、ロッド３４の先端部に設けられているツールス３５によりケーシング１７内部の地盤を掘削する。ケーシング１７及びツールス３５により、削孔２が所望の深さになるまで掘削されると（図４（ｂ））、ワイヤ３３によりロッド３４を上昇させる（図４（ｃ）。このようにして、孔壁がケーシング１７によって保護された削孔２を地盤に形成する。

上記のように、掘削機３０を用いて削孔２を形成すると、次に、熱交換器１及びガイド管１５を削孔２に対して挿入する（挿入工程）。この挿入工程では、熱交換器１をガイド管１５に挿入した状態で、熱交換器１及びガイド管１５を削孔２に対して挿入する。本実施形態では、熱交換器１及びガイド管１５が熱交換施工ユニットを構成する。

挿入工程では、まず図５（ａ）に示すように、クレーン等を用いて熱交換器１がガイド管１５に挿入された状態で、熱交換器１及びガイド管１５を建て起こし、吊り下げる。この際、ワイヤＷは熱交換器１及びガイド管１５の双方に連結されている。また、熱交換器１には、継手部材１３（図２参照）により保護管１１が接続されている。内管７，８の注入口７Ａ，８Ａには、熱媒を供給するための給水用ホース１９が接続されている。

次に、図５（ｂ）に示すように、熱交換器１をガイド管１５に挿入した状態で、クレーンにより熱交換器１及びガイド管１５を下降させて、熱交換器１及びガイド管１５を削孔２に対して挿入する。削孔２内には地下水が存在している場合があるが、この場合にも熱交換器１及びガイド管１５は、自重により削孔２の底部まで沈降される。また、この場合に、熱交換器１を沈降させるための重量が不足している場合には、熱交換器１内に熱媒を給水用ホース１９から注入してもよい。

熱交換器１及びガイド管１５を所定深度まで挿入したら、図６（ａ）に示すように、ガイド管１５をケーシング１７の上端に設けられるガイド管受け２１に載置する。ガイド管１５をガイド管受け２１に載置したら、図６（ｂ）に示すように、ワイヤＷのうち、ガイド管１５に接続されるワイヤＷ２の連結を解除する。そして、継手部材１３を取り外して、熱交換器１と保護管１１との連結を解除する。その後、クレーンにより保護管１１に連結されているワイヤＷ１を上昇させて、保護管１１を取り外す。

保護管１１を取り外したら、図７（ａ）に示すように、削孔２内に充填材３を投入する（充填工程）。詳細には、削孔２のうち、ガイド管１５とケーシング１７との間の空間に充填材３を投入する。ここで、削孔２は、一度に地表面の高さまで充填材３により埋め戻されず、複数回に分けて充填材３により充填されることが好ましい。ここでは、一旦地表面よりも低い深度Ｄ１まで削孔２を充填材３で充填する。具体的には、充填材３は例えば１ｍ程度充填される。

その後、ガイド管１５をワイヤＷ２により再びクレーンと接続し、図７（ｂ）に示すように、ガイド管１５を深度Ｄ１よりも低い深度Ｄ２まで引き抜く。すなわち、ガイド管１５を充填材３により埋め戻した深さよりも深い位置まで引き抜く。この際、充填材３の充填量が少ないため、充填材３によるガイド管１５の側方からの拘束力は小さい。このため、ガイド管１５を小さな力で引き抜くことができる。

ガイド管１５を引き抜く際には、ガイド管１５をゆっくり引き抜くことが好ましい。ガイド管１５を素早く引き抜くと、充填材３が鉛直方向に落下することとなり、充填材３が熱交換器１の外管５の凹凸部に十分充填されないおそれがある。この点、ガイド管１５をゆっくり引き抜くことにより、ガイド管１５とケーシング１７との間の空間を充填していた充填材３が熱交換器１とガイド管１５との間に存在していた空間に流入し、熱交換器１が充填材３と接触する。この際、充填材３は、図９に示すように、ガイド管１５とケーシング１７との間の空間に熱交換器１の側方から流入するため、充填材３が熱交換器１の外管５の凹凸部に確実に充填される。

次に、図８（ａ）に示すように、ケーシング１７を深度Ｄ２まで引き抜く。ここで、ケーシング１７は、必ずしもガイド管１５と同じ高さである深度Ｄ２まで引き抜く必要はなく、深度Ｄ１より深い位置まで引き抜けばよい。続いて、図７（ａ）〜図８（ａ）の工程を繰り返して、削孔２内に充填材３を投入するとともに、ガイド管１５とケーシング１７を引き抜いていく。そして、図８（ｂ）に示すように、ガイド管１５とケーシング１７を全て引き抜き、熱交換器１全体を地中に埋設する。このようにして、熱交換器１が施工される。本実施形態では、施工された熱交換器１、削孔２、及び充填材３が熱交換構造を構成する。

以上説明した第１実施形態に係る熱交換器施工方法によれば、熱交換器１が筒状のガイド管１５に挿入された状態で、熱交換器１及びガイド管１５が削孔２に対して挿入される。このため、熱交換器が１曲がっている場合であっても、真っ直ぐなガイド管１５が孔壁２Ａに接触しないように削孔２に挿入すれば良いため、孔壁２Ａが崩壊を防止することができる。孔壁２Ａが崩壊するおそれがある場合には、予め余分に削孔２を深く掘削しておくなどの対策が必要であり施工性が低下するが、本実施形態に係る熱交換器施工方法によれば、孔壁２Ａが崩壊を防止されるので、熱交換器１の施工性を向上することができる。また、孔壁２Ａの崩壊が防止できることから、削孔２の掘削径を小さくすることが可能であり、その結果、掘削コストを低減することができる。更に、ガイド管１５に覆われた状態で熱交換器１が削孔２に対して挿入されため、熱交換器１が直接孔壁２Ａ等に接触することが防止され、熱交換器１の損傷を防止することができる。したがって、本実施形態に係る熱交換器施工方法によれば熱交換器１の施工性を向上し、かつ、熱交換器１の損傷を防止することができる。これにより、熱交換器１の施工性及び施工品質を向上することができる。

また、上記実施形態に係る熱交換器施工方法では、ガイド管１５が金属製であり、ガイド管１５の剛性が高いため、確実に熱交換器１が損傷することを防止することができる。

また、上記実施形態に係る熱交換器施工方法では、熱交換器１の表面に凹凸が設けられているため、熱交換器１と充填材３との接触面積を増やすことができ、熱交換器１の熱交換効率を向上することができる。

また、上記実施形態に係る熱交換器施工方法では、充填材３を充填しながら、ガイド管１５を削孔２から抜いているので、充填材３の拘束力によりガイド管１５が引き抜けなくなることを防止することができる。更に、ガイド管１５を引き抜く際に、熱交換器１の側面から充填材３が流入するため、熱交換器１の凹部に充填材３を確実に充填することができ、熱交換効率が低下することを防止することができる。更に、この熱交換器施工方法では、施工条件に関わらずガイド管１５を確実に引き抜いて撤去することができ、また、引き抜いたガイド管１５は再利用することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る熱交換器施工方法は、第１実施形態に係る熱交換器施工方法とほぼ同様に工程を有するものであり、挿入工程のみが相違する。以下では説明理解の容易性を考慮して、第１実施形態に係る熱交換器施工方法との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

本実施形態では、熱交換器１及びガイド管１５を削孔２に挿入する際に、ガイド管１５の荷重を熱交換器１に伝達するロープ材（荷重伝達部材）２５を交換器１に接続した状態で、熱交換器１及びガイド管１５を削孔２に対して挿入する。本実施形態では、熱交換器１、ガイド管１５、及びロープ材２５が熱交換施工ユニットを構成する。図１０（ａ）に示すように、ロープ材２５は、熱交換器１の下端部に巻き付けられた接続部２５Ａと、ロープ材２５の両端部はクレーンにより吊り下げられている吊下部２５Ｂを含んでいる。ロープ材２５は、吊下部２５Ｂと接続部２５Ａとの間でガイド管１５の下端部１５Ａを経由して設けられている。ロープ材２５は、熱交換器１の長手方向の位置をガイド管１５の長手方向の位置に一致させる位置規制部材として機能する。

熱交換器１の上端部には、ロープ材２７が巻き付けられており、ロープ材２７の両端部は熱交換器１及びガイド管１５とともにクレーンにより吊り下げられている。ロープ材２７は、熱交換器１の中心軸をガイド管１５の中心軸に一致させるように機能する。

本実施形態に係る熱交換器施工方法では、図１０（ａ）に示すように、まず熱交換器１をガイド管１５に挿入した状態で、クレーンにより熱交換器１及びガイド管１５を下降させて、熱交換器１及びガイド管１５を削孔２に対して挿入する。この際、削孔２内には地下水が存在している場合には、比重の小さい熱交換器１はガイド管１５に対して浮上しようとするが、吊下部２５Ｂからロープ材２５に生じる張力により、熱交換器１がガイド管１５に対して浮上することが防止される。すなわち、重量の大きいガイド管１５の荷重をロープ材２５を介して熱交換器１に伝達することで、ガイド管１５が熱交換器１の浮上を防止する錘としての機能を果たす。

なお、熱交換器１及びガイド管１５を削孔２に対して挿入する際には、ロープ材２５，２７に所定の張力を生じさせてもよい。この場合には、熱交換器１がロープ材２５，２７により上下から引っ張られることにより、熱交換器１が直線状になる。そのため、熱交換器１がガイド管１５の内壁に接触することが防止され、熱交換器１が損傷することをより確実に防止することができる。

熱交換器１及びガイド管１５が所定深度まで挿入されると、図１０（ｂ）に示すように、削孔２内に充填材３を投入する。詳細には、削孔２のうち、ガイド管１５と削孔２の孔壁２Ａとの間の空間に充填材３を投入する。ここで、削孔２は、一度に地表面の高さまで充填材３により埋め戻されず、複数回に分けて充填材３により充填されることが好ましい。ここでは、一旦地表面よりも低い深度Ｄ１まで削孔２を充填材３で充填する。

その後、図１１（ａ）に示すように、ガイド管１５を深度Ｄ１よりも低い深度Ｄ２まで引き抜く。この際、充填材３の拘束力により地下水による熱交換器１の浮上が防止される。その後、図１０（ｂ）、図１１（ａ）の工程を繰り返して、削孔２内に充填材３を投入するとともに、ガイド管１５を引き抜いていく。そして、図１１（ｂ）に示すように、ガイド管１５を全て引き抜き、熱交換器１全体を地中に埋設する。このようにして、熱交換器１が施工される。この際に、ロープ材２５，２７は、熱交換器１とともに削孔２の内部に埋められる。このようにして、熱交換器１が施工される。本実施形態では、施工された熱交換器１、削孔２、充填材３、及びロープ材２５が熱交換構造を構成する。

以上説明した第２実施形態に係る熱交換器施工方法においても、第１実施形態に係る熱交換器施工方法と同様の作用効果を奏する。また、第２実施形態に係る熱交換器施工方法では、挿入工程おいて、ガイド管１５の荷重を熱交換器１に伝達するロープ材２５を熱交換器１に接続した状態で、熱交換器１及びガイド管１５を削孔２に対して挿入している。具体的には、ロープ材２５が、クレーンによって吊り下げられる吊下部２５Ｂと、熱交換器１に接続される接続部２５Ａとを有し、ロープ材２５は、吊下部２５Ｂと接続部２５Ａとの間でガイド管１５の下端部１５Ａを経由して設けられていている。このため、ガイド管１５の荷重が熱交換器１に伝達されるので、削孔２内部の地下水により熱交換器１が浮上することを防止することができ、熱交換器１を所望の深さに設置することができる。また、ロープ材２５は熱交換器１に接続されているので、ガイド管１５を引き抜く際に邪魔になることがない。

また、従来手法では、熱交換器１の浮上を防止するために、熱交換器下部に錘を別体として設け、当該錘を熱交換器とともに埋設していた。この点、本実施形態に係る熱交換器施工方法では、最終的に撤去されるガイド管１５が錘としての機能を果たすため、別体の錘を地中に残置する必要がなく、施工コスト及び環境負荷を抑えることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る熱交換器施工方法は、第２実施形態に係る熱交換器施工方法とほぼ同様に工程を有するものであり、ガイド管１５の荷重を熱交換器１に伝達する荷重伝達部材が相違する。以下では説明理解の容易性を考慮して、第２実施形態に係る熱交換器施工方法との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る熱交換器施工方法では、図１２に示すように、ロープ材２５に代えて、熱交換器１の下端部に係止部材２９を備えている。本実施形態では、熱交換器１、ガイド管１５、及び係止部材２９が熱交換施工ユニットを構成する。係止部材２９は、樹脂、金属等により構成されており、接着、ボルト止め等の任意の方法で熱交換器１の下端部に取り付けられている。また、係止部材２９は、熱交換器１の外管５又は底蓋９Ｂと一体成型されていてもよい。一方、係止部材２９はガイド管１５に対しては固定されていない。

図１２（ｂ）に示すように、係止部材２９は、熱交換器１の下方からの平面視において、ガイド管１５と重なる部分を有している。係止部材２９は、熱交換器１をガイド管１５に挿入した状態で、熱交換器１及びガイド管１５を削孔２に対して挿入する際に、ガイド管１５が係止部材２９に当接して、ガイド管１５の荷重を熱交換器１に伝達する。このため、地下水により熱交換器１がガイド管１５に対して浮上することが防止される。すなわち、重量の大きいガイド管１５の荷重を係止部材２９を介して熱交換器１に伝達することで、ガイド管１５が熱交換器１の浮上を防止する錘としての機能を果たす。係止部材２９は、熱交換器１とともに削孔２の内部に埋められる。

また、図１２（ａ）に示すように、係止部材２９の上面（熱交換器１に接する側の面）には、熱交換器１の外側面に沿って延びる突部２９Ａが設けられていてもよい。突部２９Ａは、ガイド管１５に挿入された熱交換器１の水平方向の移動を規制し、熱交換器１の外周面とガイド管１５の内壁との間隔を所定の距離に維持する機能を有する。突部２９Ａの厚みは、ガイド管１５の半径と熱交換器１の半径との差より薄く形成される。本実施形態においては、施工された熱交換器１、削孔２、充填材３、及び係止部材２９が熱交換構造を構成する。

以上説明した第３実施形態に係る熱交換器施工方法においても、第１実施形態に係る熱交換器施工方法と同様の作用効果を奏する。また、第３実施形態に係る熱交換器施工方法では、ガイド管１５が係止部材２９に当接することで、ガイド管１５の荷重が係止部材２９を介して熱交換器１に伝達されるので、削孔２内部の地下水により熱交換器１が浮上することを防止することができ、所望の深さに熱交換器１を設置することができる。また、係止部材２９はガイド管１５に対して固定されていないので、ガイド管１５を引き抜く際に邪魔になることがない。

また、従来手法では、熱交換器１の浮上を防止するために、熱交換器下部に錘を別体として設け、当該錘を熱交換器とともに埋設していた。この点、本実施形態に係る熱交換器施工方法では、最終的に撤去されるガイド管１５が錘としての機能を果たすため、別体の錘を地中に残置する必要がなく、施工コスト及び環境負荷を抑えることができる。また、突部２９Ａにより熱交換器１がガイド管１５の内壁に接触することが防止されるため、熱交換器１が損傷することをより確実に防止することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、第１〜第３実施形態では、熱交換器１として外管５及び二つの内管７，８を備える、いわゆる二重管式の熱交換器について説明したが、二重管式の熱交換器ではなく、らせん状の鉄筋にＵ字状の採熱配管を取り付けた、いわゆるヘリカルタイプの熱交換器を用いてもよい。

また、第１実施形態では、ケーシング工法を用いて地盤の削孔を形成したが、その他の工法を用いて削孔を形成してもよい。例えば、ドリルにより掘削土を孔壁２Ａに練りつけながら削孔２を形成する練り付け工法を用いて削孔２を形成してもよい。この場合には、ケーシング１７を設置する必要がないため、施工性を向上することができる。

また、第１〜第３実施形態では、充填材３を複数回に分けて投入し、各回の充填材の投入後にガイド管１５及びケーシング１７を引き抜いているが、必要に応じて、充填材３の投入回数及びガイド管１５及びケーシング１７を引き抜く回数は変更することができる。また、充填材３の投入作業と、ガイド管１５及びケーシング１７の引き抜き作業を同時に行ってもよい。

また、熱交換器１の施工手順は、請求項の記載を逸脱しない範囲であれば任意に変更してもよい。例えば、第１実施形態では、ワイヤＷ１を保護管１１に連結して熱交換器１を吊り下げているが、ワイヤＷ１は熱交換器１の外管５に巻き付け固定することで熱交換器１を吊り下げてもよい。この場合には、保護管１１は取り外さずに、ワイヤＷ１とともに削孔２内に埋設される。

１…熱交換器
２…削孔
２Ａ…孔壁
３…充填材
１５…ガイド管
２５…ロープ材
２５Ａ…接続部
２５Ｂ…吊下部
２９…係止部材

Claims (20)

1. 地盤を掘削して削孔を形成する削孔形成工程と、
   内部に熱媒を流通させる樹脂製の熱交換器を筒状のガイド管に挿入した状態で、前記熱交換器及び前記ガイド管を前記削孔に対して挿入する挿入工程と、
   前記挿入工程の後に、前記削孔内の空間を充填材により充填する充填工程と、
   を含み、
   前記挿入工程において、前記ガイド管の荷重を前記熱交換器に伝達する荷重伝達部材を前記熱交換器に接続した状態で、前記熱交換器及び前記ガイド管を前記削孔に対して挿入し、
   前記荷重伝達部材が、吊下げ装置によって吊り下げられる吊下部と、前記熱交換器に接続される接続部とを有するロープ材であり、前記ロープ材は、前記吊下部と前記接続部との間で前記ガイド管の下端部を経由して設けられている、熱交換器施工方法。
2. 地盤を掘削して削孔を形成する削孔形成工程と、
   内部に熱媒を流通させる樹脂製の熱交換器を筒状のガイド管に挿入した状態で、前記熱交換器及び前記ガイド管を前記削孔に対して挿入する挿入工程と、
   前記挿入工程の後に、前記削孔内の空間を充填材により充填する充填工程と、
   を含み、
   前記挿入工程において、前記ガイド管の荷重を前記熱交換器に伝達する荷重伝達部材を前記熱交換器に接続した状態で、前記熱交換器及び前記ガイド管を前記削孔に対して挿入し、
   前記熱交換器及び前記ガイド管が長尺状をなしており、
   前記荷重伝達部材が、前記熱交換器及び前記ガイド管の長手方向からの平面視において、前記ガイド管と重なる部分を有する係止部材であって、該係止部材は前記熱交換器の下端部に設けられている、熱交換器施工方法。
3. 前記係止部材の上面に、前記熱交換器の外側面に沿って延び、前記熱交換器の外側面と前記ガイド管の内壁との間隔を所定の距離に維持する突部が設けられる、請求項２に記載の熱交換器施工方法。
4. 前記充填工程において、前記ガイド管を前記削孔から抜いていく、請求項１〜３の何れか一項に記載の熱交換器施工方法。
5. 前記ガイド管が金属製である、請求項１〜４の何れか一項に記載の熱交換器施工方法。
6. 前記熱交換器の表面に凹凸が設けられている、請求項１〜５の何れか一項に記載の熱交換器施工方法。
7. 前記充填工程において、前記充填材を充填しながら、前記ガイド管を前記削孔から抜いていく、請求項１〜６の何れか一項に記載の熱交換器施工方法。
8. 両端が開口したガイド管と、
   前記ガイド管に挿入されており、吊下げ装置によって前記ガイド管と共に吊り下げられる熱交換器と、
   を備える熱交換施工ユニット。
9. ガイド管と、
   前記ガイド管に引き抜きが自在となるように挿入されており、吊下げ装置によって前記ガイド管と共に吊り下げられる熱交換器と、
   を備える熱交換施工ユニット。
10. ガイド管と、
    前記ガイド管に引き抜きが自在となるように挿入された熱交換器と、
    前記熱交換器に取り付けられ、前記ガイド管の荷重を前記熱交換器に伝達する荷重伝達部材と、
    を備える熱交換施工ユニット。
11. ガイド管と、
    前記ガイド管に挿入された熱交換器と、
    前記熱交換器に取り付けられ、前記ガイド管の荷重を前記熱交換器に伝達する荷重伝達部材と、
    を備え、
    前記ガイド管と前記荷重伝達部材は互いに分離可能である熱交換施工ユニット。
12. ガイド管と、
    前記ガイド管に挿入された熱交換器と、
    前記熱交換器に取り付けられ、前記ガイド管の荷重を前記熱交換器に伝達する荷重伝達部材と、
    を備え、
    前記荷重伝達部材が、吊下げ装置によって吊り下げられる吊下部と、前記熱交換器に接続される接続部とを有するロープ材であり、前記ロープ材は、前記吊下部と前記接続部との間で前記ガイド管の下端部を経由して設けられている熱交換施工ユニット。
13. ガイド管と、
    前記ガイド管に挿入された熱交換器と、
    前記熱交換器に取り付けられ、前記ガイド管の荷重を前記熱交換器に伝達する荷重伝達部材と、
    を備え、
    前記熱交換器及び前記ガイド管が長尺状をなしており、
    前記荷重伝達部材が、前記熱交換器及び前記ガイド管の長手方向からの平面視において、前記ガイド管と重なる部分を有する係止部材であって、該係止部材は前記熱交換器の下端部に設けられている熱交換施工ユニット。
14. 前記荷重伝達部材が、吊下げ装置によって吊り下げられる吊下部と、前記熱交換器に接続される接続部とを有するロープ材であり、前記ロープ材は、前記吊下部と前記接続部との間で前記ガイド管の下端部を経由して設けられている、請求項１０又は１１に記載の熱交換施工ユニット。
15. 前記熱交換器及び前記ガイド管が長尺状をなしており、
    前記荷重伝達部材が、前記熱交換器及び前記ガイド管の長手方向からの平面視において、前記ガイド管と重なる部分を有する係止部材であって、該係止部材は前記熱交換器の下端部に設けられている、請求項１０又は１１に記載の熱交換施工ユニット。
16. 前記係止部材の上面に、前記熱交換器の外側面に沿って延び、前記熱交換器の外側面と前記ガイド管の内壁との間隔を所定の距離に維持する突部が設けられる、請求項１３又は１５に記載の熱交換施工ユニット。
17. 前記ガイド管が金属製である、請求項８〜１６の何れか一項に記載の熱交換施工ユニット。
18. 前記熱交換器の表面に凹凸が設けられている、請求項８〜１７の何れか一項に記載の熱交換施工ユニット。
19. 前記熱交換器の一端側に連結された第１のワイヤと、
    前記ガイド管の前記一端側に接続された第２のワイヤと、を備える請求項８〜１８の何れか一項に記載の熱交換施工ユニット。
20. 前記熱交換器の前記一端側に着脱自在に連結された保護管を備え、
    前記第１のワイヤは、前記保護管を介して前記熱交換器に連結されている、請求項１９に記載の熱交換施工ユニット。

Images