JP6441686B2 - 地中採熱管設置冶具及び地中採熱管の設置方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中採熱管設置冶具及び地中採熱管の設置方法に関する。

近年、省エネルギー化を図るために、地中熱を空調等の熱源として用いることが行われている。地中からの採熱は、熱媒体を地中に送り込む往路チューブと、熱媒体を地中から熱交換器に戻す復路チューブとの２本を一組とした樹脂製の地中採熱管を地中に埋設し、地盤Ｇと採熱管内の熱媒体との間で熱交換を行い、地中熱を収集して行っている。このような熱交換器には、地中の略鉛直方向数十ｍ〜約百数十ｍに亘って埋設するものがある。

地中に地中採熱管を埋設する場合、まず、地盤Ｇに掘削穴を形成し、掘削穴内に筒状のケース管を挿入する。そして、ボビンに巻回しておいた長尺の地中採熱管を地上から掘削穴の底部に向かって挿入していく。ここで、一つのケース管内に複数組の地中採熱管を挿入する場合には、地上付近で往路チューブの端部同士及び復路チューブの端部同士をヘッダー継手等に連結した上で、空調を行う建物等に向けて地上管に接続されることがある。
しかし、一つのケース管内に複数組の地中採熱管を挿入する場合、地中採熱管がボビンの巻き癖でケース管内を蛇行してしまい、掘削穴の開口部付近で往路チューブの端部及び復路チューブの端部の位置や向きがバラけてしまうことがあった。この場合、チューブにヘッダー継手を取り付ける作業者以外の者が、複数人でばらけたチューブを引っ張って互いに寄せながらヘッダー継手の取付中に支持していなければならないことがあり、ヘッダー継手等の接続作業が煩雑となることがあった。
このような課題に関連して、地中採熱管の埋設時に用いられるチューブ挿入用スペーサが開示されている（例えば下記特許文献１）。特許文献１に開示されたチューブ挿入用スペーサは、市販の結束バンド等の結束材を用いて、往路チューブ及び復路チューブの長手方向に所定の間隔を空けて１本ずつ環状の支持部材に取り付け、地中採熱管の上端部を揃えられるようになっている。

特開２００９−８４９７９号公報

しかし、特許文献１のチューブ挿入用スペーサは、地中採熱管と支持部材とを結束バンドで何度も固定する必要があり非常に煩雑であるため、地中採熱管の設置の作業効率が悪いという問題があった。
そこで、本発明は、複数組の地中採熱管を埋設する際に地上付近でのヘッダー継手の取り付けが容易となる地中採熱管設置冶具及び地中採熱管の設置方法を提供する。

本発明は、往路と復路の２本のチューブを一組とする地中採熱管を、地盤に形成した掘削穴に軸線を鉛直方向にして複数組設置する際に、複数のチューブを並べて挿通させる第１挿通孔及び第２挿通孔が形成された管保持部と、前記管保持部を前記掘削穴の上端開口部に設置するための設置部と、を備え、前記設置部は、前記掘削穴の直径よりも大きな平板面を有する板状であることを特徴とする。
この構成により、前記掘削穴の開口部において複数の前記チューブをヘッダー継手に取り付けやすい位置に配することができる。

本発明の前記管保持部は、前記第１挿通孔及び前記第２挿通孔を通り前記第１挿通孔及び前記第２挿通孔の貫通方向に延びる面上で連結自在な複数の分割体を備えていてもよい。
この構成により、前記地中採熱管の前記掘削穴への挿入開始後のどのタイミングでも本願の地中採熱管設置用治具を取り付けることが可能となる。

本発明の前記分割体は、前記分割体同士を前記面上で連結させた状態で固定する固定部を有していてもよい。
この構成により、分割体同士の固定を容易に行うことが可能となる。

本発明の地中採熱管の設置方法は、請求項１から３のいずれか一項に記載の地中採熱管設置冶具を、前記地中採熱管設置冶具に形成された前記第１挿通孔と前記第２挿通孔とのそれぞれに、前記地中採熱管を構成するチューブを挿通させた状態で地盤に形成した掘削穴の上端開口部に設置する工程と、前記地中採熱管を、軸線を鉛直方向にして前記掘削穴に複数組挿入する工程と、複数の前記チューブの上端をヘッダー継手により連通させる工程と、を有していることを特徴とする。
この構成により、前記掘削穴の開口部において複数の前記チューブをヘッダー継手に取り付けやすい位置に配することができる。

本発明の地中採熱管設置冶具及び地中採熱管の設置方法は、複数組の地中採熱管を埋設する際に地上付近での継手の取り付けが容易となるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る地中採熱管設置冶具の設置状態及び本願の地中採熱管設置冶具の適用対象である熱交換器の一部を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る地中採熱管設置冶具の設置状態及び本願の地中採熱管設置冶具を用いて地中採熱管設置を設置する状態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る地中採熱管設置冶具を示す図であり、（ａ）は分割体を互いに分離した状態を示す平面図、（ｂ）は分割体を連結させた状態を示す平面図である。 （ａ）−（ｄ）本発明の実施形態に係る地中採熱管設置冶具を用いて地中採熱管を設置する工程を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る地中採熱管設置冶具の変形例を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る地中採熱管設置冶具の変形例を示す平面図である。 図５に示す地中採熱管設置冶具にヘッダー継手及びエルボを介して往路用地上管及び復路用地上管を接続させた状態を示す平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の適用対象である地中採熱管を含む熱交換器及び本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明で用いる図は模式的なもので、各寸法は実際のものと同一とは限らず、適宜変更することができる。

図１に示すように、本発明の地中採熱管設置冶具１の適用対象である熱交換器２は、地中採熱管３を地盤Ｇに埋設してその管路に熱媒体を流すことによって地中熱と熱媒体との間で熱交換を行う装置である。

熱交換器２は、先端にＵ字状の管路が形成された継手４を接続させた２本のチューブ３Ａ，３Ｂを一組として地盤Ｇに埋設される地中採熱管３と、地中採熱管３に接続され地面に沿って水平方向に配される往路用地上管５及び復路用地上管６と、往路用地上管５から受けた熱媒体を圧縮及び膨張させ再び地中熱との熱交換を行わせる不図示のユニット装置とを備えている。

地中採熱管３は、往路用地上管５及び復路用地上管６と接続されて地盤Ｇに埋設され、地中熱と熱媒体との間で熱交換を行う往路チューブ３Ａ及び復路チューブ３Ｂを備えている。地中採熱管３は、ポリエチレン（ＰＥ）などの樹脂材料により形成されている。
一組の地中採熱管３の下端部３ａ，３ｂ間、すなわち一対の往路チューブ３Ａ及び復路チューブ３Ｂの下端部３ａ，３ｂ間にはＵ字の管路が形成された継手４が融着されている。熱媒体は、往路チューブ３Ａから復路チューブ３Ｂへ向けて流動するようになっている。

往路用地上管５は、熱媒体を不図示のユニット装置から往路チューブ３Ａ，３Ａへ向けて流動させるための配管である。復路用地上管６は、熱媒体を不図示のユニット装置から復路チューブ３Ｂ，３Ｂから収集して流通させるための配管である。往路用地上管５と復路用地上管６は、地面に沿って配置されている。

一対の往路チューブ３Ａ，３Ａの上端部３ｃ，３ｃ間及び復路チューブ３Ｂ，３Ｂの上端部３ｄ，３ｄ間には、Ｙ字状の管路が形成されたヘッダー継手３４が融着され、往路チューブ３Ａ，３Ａ同士及び復路チューブ３Ｂ，３Ｂ同士を連通させている。

ヘッダー継手３４は、エルボ状の大径管３４ａの一端側が複数の小径管３４ｂ，３４ｂに分岐した継手である。一つのヘッダー継手３４の各小径管３４ｂ，３４ｂには往路チューブ３Ａ及び復路チューブ３Ｂのいずれかのみを連結させて、二組の地中採熱管３の往路チューブ３Ａに熱媒体を分岐して送出し又は二本の復路チューブ３Ｂから熱媒体を収集している。
ヘッダー継手３４の大径管３４ａには、往路用地上管５が接続され、小径管３４ｂ，３４ｂに復路チューブ３Ｂが接続されたヘッダー継手３４の大径管３４ａには、復路用地上管６が接続されている。

図２に示すように、本発明の地中採熱管設置冶具１（以下「設置冶具」という）は、チューブ３Ａ，３Ｂの掘削穴７の上端開口部７ｔ付近における位置が互いに離間し過ぎないように略決めつつ掘削穴７に挿入させ、掘削穴７に挿入された地中採熱管３の図１に示す上端部３ｃ，３ｃ（３ｄ，３ｄ）にヘッダー継手３４（図１参照）を取り付けやすくするものである。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、設置冶具１は、複数のチューブ３Ａ（３Ｂ），３Ａ（３Ｂ）を挿通させることができる第１挿通孔１０及び第２挿通孔１１が形成された管保持部１３と、管保持部１３を図２に示す地盤Ｇに形成された掘削穴７の上端開口部７ｔに係合させるための設置部１４とを有している。

管保持部１３は板状に形成された部材である。第１挿通孔１０及び第２挿通孔１１は、管保持部１３材の平板面間を貫通しており、平面視で長孔形状で互いに平行になるように形成されている。
第１挿通孔１０と第２挿通孔１１との間には、熱電体用のケーブル孔１５が形成されている。

設置部１４は、管保持部１３の外縁１３ｅから径方向外側に張り出して、掘削穴７を形成している地盤Ｇの上端開口部７ｔ近傍に係合させる部分であり、環状に形成されている。
本実施形態において、管保持部１３と設置部１４とは一体的に形成されている（以下、管保持部１３と設置部１４とを包括的に「設置プレートＰ」という）。

設置プレートＰは、略円板状に形成されており、平板面の中心点Ｃを通る直線上に径方向外側に突出する張出突部（固定部）２０が形成されている。
この設置プレートＰは、張出突部２０の幅方向中央と、第１挿通孔１０及び第２挿通孔１１とを通り且つ第１挿通孔１０及び第２挿通孔１１の貫通方向（図３（ｂ）における紙面奥行き方向）に延びる仮想面Ｍ上で分割可能となっている。本実施形態では、設置プレートＰは、第１挿通孔１０及び第２挿通孔１１の中心軸Ｏ１，Ｏ２を通る仮想面Ｍ１上で２等分され、張出突部２０も平面視で２等分されている。仮想面Ｍ上で分割された各ピースは分割体２１，２２を構成している。

一方の分割体２１の端面２１ａには、嵌合凸部２３が形成されており、他方の分割体２２の端面２２ａには、嵌合凹部２４が形成されている。これにより、分割体２１，２２同士は、端面２１ａ，２２ａにおいて連結自在に凹凸嵌合できるようになっている。
分割可能な張出突部２０には、分割体２１，２２同士を連結させた状態の張出突部２０を嵌合させて張出突部２０を両側方から把持する断面視コ字状の把持部材２５，２５が用いられる。

次に、設置冶具１を用いて熱交換器２を設置する方法について説明する。
図４（ａ）に示すように、まず、地盤Ｇに掘削穴７を鉛直方向に形成する。掘削穴７は、例えば、地面ＧＳから７０ｍ〜１５０ｍの深さまで形成する。そして、掘削穴７内に、筒状のケース管２７を挿入する。ケース管２７は、例えば、コンクリート製、鋼製、樹脂製等により形成されている。なお、ケース管２７は、掘削穴７を掘削しながら、形成された掘削穴７内に順次挿入していく。また、ケース管２７の下端部２７ｂに、地盤Ｇを掘削する掘削ビット等を一体に備え、この掘削ビットで地盤Ｇを掘削しながら、同時に掘削穴７にケース管２７を挿入していくようにしてもよい。

掘削穴７内に、ケース管２７を所定深さまで設置したら、図４（ｂ）に示すように、長尺のチューブ３Ａ，３Ｂを一組として巻回しておいたボビン３０を、地盤Ｇ上に２つ設置する（図４（ｂ）において２本一組のチューブ３Ａ，３Ｂは紙面奥行き方向に配列されている）。そして、ボビン３０，３０のそれぞれからチューブ３Ａ，３Ｂを繰り出す。なお、２本のチューブ３Ａ，３Ｂの先端部には予めＵ字状の管路が形成された継手４を接続しておく。本実施形態では、このように継手４によって接続された二本のチューブ３Ａ，３Ｂを二組、すなわち計４本のチューブ３Ａ，３Ｂ，３Ａ，３Ｂをケース管２７内に挿入する。

チューブ３Ａ，３Ｂをその軸線を鉛直方向に向けて所定長さ挿入した後、設置冶具１を４本のチューブ３Ａ，３Ｂ，３Ａ，３Ｂに取り付けた上で掘削穴７の上端開口部７ｔに設置する。具体的には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、設置冶具１の２つの分割体２１，２２を分離させ、４本のうち２本の往路チューブ３Ａ，３Ａを第１挿通孔１０内に挿通させ、２本の復路チューブ３Ｂ，３Ｂを第２挿通孔１１内に挿通させるように分割体２１，２２を連結させる。この際、分割体２１，２２の端面２１ａ，２２ａに形成された嵌合凹部２４と嵌合凸部２３とを嵌合させる。これにより、端面２１ａ，２２ａの延在方向の位置ずれが防止され、分割体２１，２２が仮止めされた状態となる。この状態で、双方の張出突部２０，２０に把持部材２５，２５を嵌合させ、分割体２１，２２の連結を確実に固定する。

図４（ｃ），（ｄ）は、図４（ｂ）を矢印Ｌ１方向から視た図である。図４（ｃ）に示すように、チューブ３Ａ，３Ａ（３Ｂ，３Ｂ）の上端部にヘッダー継手３４を接続する。更に地盤Ｇ上において、ヘッダー継手３４の大径管３４ａ，３４ａに往路用地上管５と復路用地上管６とをそれぞれに接続し、不図示のユニット装置に備えた圧縮機及び膨張弁に接続する。ここで、ヘッダー継手３４によって接続された往路チューブ３Ａ，３Ａが、熱媒体を不図示のユニット装置から地盤Ｇ中に送り込む送給側とされ、ヘッダー継手３４によって接続された復路チューブ３Ｂ，３Ｂが、地盤Ｇから熱媒体を不図示のユニット装置に送熱する回収側となる。

ケース管２７を図４（ｄ）に示すように地盤Ｇ中から引き抜いて撤去した後、掘削穴７中に、ケイ砂、グラウト材、セメント等の充填剤を充填することで、地中採熱管３の地盤Ｇ中への設置が完了する。

このように、設置冶具１は、チューブ３Ａ，３Ｂに取り付けられて掘削穴７に設置されることにより、チューブ３Ａ，３Ｂの挿入時に、巻き癖によるチューブ３Ａ，３Ｂ蛇行を抑制しつつケース管２７内に地中採熱管３を挿入することができるという効果を奏する。
また、設置冶具１は、４本のチューブ３Ａ，３Ａ，３Ｂ，３Ｂが第１挿通孔１０及び第２挿通孔１１からずれないため、掘削穴７の上端開口部７ｔ近傍において往路チューブ３Ａ，３Ａ同士及び復路チューブ３Ｂ，３Ｂ同士をそれぞれヘッダー継手３４に容易に融着することができるという効果を奏する。

なお、本実施形態では、第１挿通孔１０と第２挿通孔１１とは中心軸Ｏ１，Ｏ２を同一の直径上に位置させて平行に形成された構成となっているが、第１挿通孔１０と第２挿通孔１１とは、図５に示すように、中心軸Ｏ１，Ｏ２をずらして平行に形成されていてもよい。

又は、第１挿通孔１０と第２挿通孔１１とは、図６に示すように互いの長手方向の向きＬ１，Ｌ２に角度を持たせて形成されていてもよい。
このように形成することにより、往路チューブ３Ａ，３Ａ及び復路チューブ３Ｂ，３Ｂにそれぞれ取り付けるヘッダー継手３４及びエルボ管３５の取り付けの際に、ヘッダー継手３４及び／又はエルボ管３５が互いに干渉することを回避させることができるという効果を奏する。

また、分割体２１，２２の張出突部２０，２０は、図５に示すように、ボルト４０及びナット４１により緊締してもよく、或いは、図６に示すように、結束バンド４２等により固定するものであってもよい。
また、分割体２１，２２は、張出突部２０，２０，第１挿通孔１０及び第２挿通孔１１を分割し得るように分割されるものであればどの位置において分割されたものであってもよい。

また更に、図３に示す設置部１４は、環状に形成されたものではなく、管保持部１３の外周部の離間する２か所以上から突出して上端開口部７ｔ周辺の地盤に確実に係止されるものであればどのような形状であってもよい。
更に、図３に示す管保持部１３は、第１挿通孔１０及び第２挿通孔１１以外の部分に掘削穴７を埋める充填剤を投入するための開口孔を適宜形成したものであってもよい。

なお、上記実施形態において、第１挿通孔１０に往路チューブ３Ａ，３Ａを挿通させ、第２挿通孔１１に復路チューブ３Ｂ，３Ｂを挿通させたが、第１挿通孔１０及び第２挿通孔１１に、往路チューブ３Ａと復路チューブ３Ｂとをそれぞれ挿通させてもよい。

また、上記実施形態において、設置冶具１は、地盤Ｇ上に設置したが上端開口部７ｔ近傍に固定してもよい。また、設置冶具１は、地中採熱管３を設置しヘッダー継手３４及びエルボ管３５を取り付けた後に撤去することなく、そのまま地盤Ｇに埋め込んでしまってもよい。

１ 地中採熱管設置冶具
２ 熱交換器
３ 地中採熱管
３Ａ 往路チューブ
３Ｂ 復路チューブ
７ 掘削穴
１０ 第１挿通孔
１１ 第２挿通孔
１３ 管保持部
１４ 設置部
２０ 張出突部（固定部）
２１，２２ 分割体
３４ ヘッダー継手
Ｇ 地盤

Claims (4)

1. 往路と復路の２本のチューブを一組とする地中採熱管を、地盤に形成した掘削穴に軸線を鉛直方向にして複数組設置する際に、複数のチューブを並べて挿通させる第１挿通孔及び第２挿通孔が形成された管保持部と、
   前記管保持部を前記掘削穴の上端開口部に設置するための設置部と、
   を備え、
   前記設置部は、前記掘削穴の直径よりも大きな平板面を有する板状であることを特徴とする地中採熱管設置冶具。
2. 前記管保持部は、前記第１挿通孔及び前記第２挿通孔を通り前記第１挿通孔及び前記第２挿通孔の貫通方向に延びる面上で連結自在な複数の分割体を備えていることを特徴とする請求項１に記載の地中採熱管設置冶具。
3. 前記分割体は、前記分割体同士を前記面上で連結させた状態で固定する固定部を有していることを特徴とする請求項２に記載の地中採熱管設置冶具。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の地中採熱管設置冶具を、前記地中採熱管設置冶具に形成された前記第１挿通孔と前記第２挿通孔とのそれぞれに、前記地中採熱管を構成するチューブを挿通させた状態で地盤に形成した前記掘削穴の上端開口部に設置する工程と、
   前記地中採熱管を、軸線を鉛直方向にして前記掘削穴に複数組挿入する工程と、
   複数の前記チューブの上端をヘッダー継手により連通させる工程と、を有していることを特徴とする地中採熱管の設置方法。

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