JP6532643B2 - 熱交換用パイプの埋設装置及び埋設方法 - Google Patents

Description

本発明は、地上の気温に比して、地下（地盤）の温度が暖かい（冷たい）ことを利用して、Ｕ字状パイプを埋設して、地上からその地下の熱（温熱及び冷熱）を取り出す熱交換用のパイプの埋設治具を中心とし、付属治具も含める熱交換用パイプの埋設装置及び埋設方法に関する。

地上から掘削した杭穴内に既製杭や鉄筋篭を設置して、基礎杭を構築する際に、既製杭や鉄筋篭に熱交換パイプを併設して、熱交換パイプを埋設する方法は多々提案されている（例えば、特許文献１）。上記方法に使用する熱交換パイプは、既製杭内に熱交換パイプを収容して既製杭と共に熱交換パイプを埋設していた。

特開２０１２−５７８２４号公報

前記従来の方法では、既製杭を使用するので、既製杭の埋設位置に限られ、かつ既製杭は構造的に地上構造物と連結する必要があったので、施工上煩雑になる場合があり、既製杭を使用せずに、熱交換用パイプを埋設する方法を採用した。この場合、既製杭を使用しないので、縦穴内は一般に泥土が充満されたいるので、この浮力に抗してＵ字状パイプを埋設するために、錘に相当する部材や、熱交換パイプの先端部を保護する治具が必要とされていた。

本発明は、平面Ｈ字状の埋設治具に、Ｕ字状パイプの屈曲底部を固定するので、前記問題点を解決した。

即ち、この発明は、柔軟性を有するパイプ材料を略Ｕ字状に形成してＵ字状パイプを形成し、Ｕ字状パイプのＵ字状の屈曲底部を縦穴内に埋設する埋設治具に、１つまたは複数の保持枠を組み合わせて、以下のように構成することを特徴とする熱交換用のパイプの埋設装置である。
(1) 前記埋設治具を、２枚の第１基材の中間部を第２基材で連結して、平面視略Ｈ字状に形成した。
(2) 前記埋設治具の「前記第１基材の内面または外面」または「前記第２基材の両面」に、前記Ｕ字状パイプを固定する固定手段を設けた。
(3) 前記保持枠は、キューブ状で、かつ四隅部又は外周側に前記パイプ材料を係止できる構造とし、かつ前記Ｕ字状のパイプの中間部の水平距離を保持できる構造とした。

また、前記において、第１基材の下端部を先細として、第１基材及び第２基材の底を先端覆い板で被覆して埋設治具を構成する熱交換用のパイプの埋設装置である。さらに、前記において、保持枠はキューブ状で、一辺に、Ｕ字状のパイプを前記保持枠内に挿入できる構造の挿入スリットを形成したことを特徴とする熱交換用のパイプの埋設装置である。

また、他の発明は、柔軟性を有するパイプ材料を略Ｕ字状に形成してなるＵ字状パイプを以下のようにして埋設することを特徴とした熱交換用パイプの埋設方法である。
(1) ２枚の第１基材の中間部を第２基材で連結して、平面視略Ｈ字状の埋設治具を形成し、前記埋設治具は、「前記第１基材の内面または外面」または「前記第２基材の両面」に前記Ｕ字状パイプの屈曲底部を固定できる固定手段を設けた。
(2) キューブ状で、かつ四隅部又は外周側に前記パイプ材料を係止でき、かつ前記Ｕ字状のパイプの中間部の水平距離を保持できる構造の保持枠を構成した。
(3) 地上で、前記埋設治具の固定手段に前記Ｕ字状パイプを固定して、前記Ｕ字状パイプ付きの埋設治具に押し込み治具を係止する。
(4) 地上から、前記押し込み用治具とともに、前記埋設治具付きの前記Ｕ字状パイプを下降して、かつ埋設途中で、前記パイプ材料が互いに近づかないように、前記Ｕ字状パイプに保持枠を係止する。
(5) 埋設完了後に、前記埋設治具が浮き上がらない状態となったならば、前記押し込み治具を地上に引きあげる。

この発明は、平面Ｈ字状の治具を使用するので、２組のＵ字状パイプを、各パイプ材料の間隙を保って、屈曲底部を保護して、各Ｕ字状パイプを、縦穴内の所定の深さまで容易に埋設できる。

この発明の実施例で、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は押し込み用の治具の一部正面図を表す。 この発明の実施例に使用する保持枠で（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は他の保持枠の正面図である。 この発明の実施例で、（ａ）はＤ−Ｄ断面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を表す。 この発明の実施例に使用する他の押し込み用の治具で、（ａ）は側面図、（ｂ）はＥ−Ｅ断面図を表す。 この発明の他の実施例で、構成を表す斜視図を表す。 同じく埋設治具にＵ字状パイプを装着する手順を表す図で、（ａ−１）〜（ａ−４）は正面図、（ｂ−１）〜（ｂ−４）は対応する側面図を表す。 （ａ）〜（ｅ）は同じく埋設治具を縦穴に埋設する手順を表す概略した縦断面図である。

図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。

１．Ｕ字状パイプ１の構成

（１） 所定長さのパイプ材料５、５（行き管と還り管）の下端を、折り返しジョイント７に連結して、Ｕ字状パイプ１を構成する（図１）。パイプ材料５は硬質ポリエチレン製などのある程度の柔軟性を有する材料とし、折り返しジョイント７は剛性を有するポリエチレン材料、あるいは鋼製やアルミ製など硬質金属材料から構成する。
Ｕ字状パイプ１で、折り返しジョイント７のある部分を屈曲底部３とする。また、屈曲底部３の上部（折り返しジョイント７）に直線状の縦直線部９、９を形成する（図１（ｂ）（ｃ））。

（２） 前記において、折り返しジョイント７、Ｕ字状パイプ１は、地中で熱交換するのでできるだけ熱伝導の良い材料が望ましい。
また、前記において、折り返しジョイント７に縦直線部９を形成したが、省略することもできる（図４）。また、前記において、折り返しジョイント７を半円状に形成したが、底にある程度の長さの横直線部９ａを形成した後に「４分の１円」状に屈曲して屈曲底部３を構成することもできる（図３）。また、要は折り返してあれば良いので、概略Ｕ字状に形成してあれば、屈曲底部３の形状は任意である（図示していない）。

２．埋設治具１０及び押し込み治具２０

（１） 下方に凸の２枚の基板（第１基板）１１、１１を、距離Ｌ１１だけ離して並列して、両基板１１、１１の内面１２の略中央を、連結板（第２基板）１５で連結して、埋設治具１０を構成する（図１（ａ）（ｂ））。埋設治具１０は、鋼製などある程度重さのある材料から構成する。なお、鋼製以外の比較的軽い材料を使用して同様の形状を構成することもできるが、この場合には錘を付けることが望ましい（図示していない）。

（２） 連結治具１０の一方の基板１１の外面１３に１つのＵ字状パイプ１の折り返しジョイント７を重ねて、止め具１７、１７で、折り返しジョイント７を基板１１に固定する。同様に、他方の基板１１にも１つのＵ字状パイプ１の折り返しジョイント７を固定する。

（３） 例えば、パイプ材料５（Ｕ字状パイプ１）の屈曲底部の径を２０ｍｍ程度とした場合、行き帰りのパイプはある程度離した方が熱交換の効率が良いので、例えば、
Ｌ０２＝２００〜５５０ｍｍ
Ｌ１１＝２００〜５５０ｍｍ
程度で形成する。

（４） 押し込み治具２０は、その先端部に埋設治具１０を係止して、縦穴４２の底まで埋設治具１０及びＵ字状パイプ１、１を下降させる治具であり、上端に連結を重ねてその長さを自由に延ばすことができる構造である（図示していない）。押し込み治具２０は、先端部にスリット２１を有し、このスリット２１に埋設治具１０の連結板１５を挿入できるようになっている（図１（ｄ））。
また、押し込み治具２０は、埋設治具１０の連結板１５が棒状の材料であれば、スリット２１を棒状の材料を挿入係止できる形状で構成する（図４）。
また、縦穴４２を掘削する際に、地上４１からのロッド４０の下端に掘削ヘッドを取り付けた装置を使用するが、このロッド４０から掘削ヘッドを取り外して、押し込み治具２０とすることもできる（図４）。この場合には、ロッド４０の下端に装着できるように、ロッド４０との連結部２２を有する構成として、押し込み治具２０とする（図４）。
また、前記において、基板１１の外面１３にＵ字状パイプ１の屈曲底部３（折り返しジョイント７）を固定したが、基板１１の内面１２にＵ字状パイプ１の屈曲底部３（折り返しジョイント７）を固定することもできる（図示していない）。

３．Ｕ字状パイプ１の埋設

（１） 埋設治具１０を固定したＵ字状パイプ１、１で、大径のリールに巻いておく。したがって、１つの埋設治具１０に２つのＵ字状パイプ１、１が取り付けられるので、１つの埋設治具１０に４つのリールが必要となる。この状態で、埋設現場に用意される。また、通常、Ｕ字状パイプ１、１は、全体で水密性が確保されていることを（場合によっては加圧して）検査する。
埋設現場で、縦穴４２を掘削し、縦穴内の泥土にセメントミルクを注入して、ソイルセメントを形成しておく（図示していない）。
続いて、地上で、押し込み治具２０のスリット２１を下にして、スリット２１に埋設治具１０の連結板１５を挿入して、押し込み治具２０とともに埋設治具１０及びＵ字状パイプ１、１を縦穴内に下降させる。この場合、縦穴内には泥水中には、砂や礫が混ざり、あるいは、縦穴壁に礫が突出している場合もあるが、折り返しジョイント７、７があるので、ポリエチレンのＵ字状パイプ１（パイプ材料５）が傷つくことを防止でき、また、埋設治具１０でＵ字状パイプ１（パイプ材料５）はさらに保護される。
また、縦穴の中間深さに、とりわけ熱交換をしたい層（帯水層など）がある場合には、その位置で一方または両方（行きまたは帰り）のＵ字状パイプ１（パイプ材料５）を螺旋状に形成するなど、その層により多くの表面積で触れるように形成することもできる。

（２） また、埋設途中に、埋設治具１０に取り付けられて４つのパイプ材料５、５が互いに近づかないように、キューブ状の保持枠２５を地上で取りつけながら、埋設治具１０及びＵ字状パイプ１、１を埋設することができる（図２）。保持枠２５は、一辺に挿入スリット２６、２６を有し、容易に各パイプ材料５、５を保持枠２５内に入れて、四隅部２７、２７に各パイプ材料５、５を係止できるようになっている（図２（ａ）（ｂ））ので、各パイプ材料５、５の間隔を保ちながら、パイプ材料５、５を保護できる。また、縦穴内でパイプ材料５、５も所定の間隔を維持された状態で埋設される。
また、前記において、保持枠２５の外側にパイプ材料５、５が位置するように取り付けることもできる（図示していない）。また、保持枠２５とパイプ材料５、５は、結束線などの鋼線で取り付けるが、パイプ材料を係止する凹部を形成しておくこともできる（図示していない）。
また、前記において、保持枠２５の外周側にパイプ材料５、５を取り付ける場合に挿入スリット２６、２６は不要である（図２（ｃ））。この場合には、通常パイプ材料５を結束線で保持枠２５に固定するが、その他保持枠２５にパイプ材料５を係止する凹部を形成して構成する（図示していない）。

（３） 続いて、縦穴４２の底付近に埋設治具１０を位置させて、ある程度ソイルセメントが固化発現して、埋設治具１０が浮き上がらない状態となったならば、押し込み治具２０を地上に引き上げ、必要ならば、セメントミルクを縦穴４２内に注入する。
以上のようにして、Ｕ字状パイプ１、１の埋設が完了する。埋設したＵ字状パイプ１、１は通常のＵ字状パイプと同様に、Ｕ字状パイプ１の開放縁２、２から水などの循環液を注入し、開放縁２、２に所定のポンプや熱を取り出す装置に連結する。Ｕ字状パイプ１、１は所定の間隔を保って、地中に埋設されるので、循環液を介して地中の熱（温熱、冷熱）を取り出すことができる。
また、Ｕ字状パイプ１、１の外周側にセメントミルクが固化して密着しているので、もしパイプ材料５に穴が空いている場合であっても、循環液が逃げることなく、熱交換システムの稼働に支障がない。

４．他の実施態様

（１） 前記実施態様において、他の構成の埋設治具１０とした実施態様である（図５〜７）。
この実施例に使用するＵ字状パイプ１は、パイプ材料５、５と先細のブロック状の折り返しジョイント７とを使用する（図５、図６）。先細のブロック状の内部にＵ字状の折り返し通路が形成されている。この折り返しジョイント７は、パイプ材料５、５を連結する開口の間隔が狭いので、埋設治具１０を小型化できる。

（２） 埋設治具１０は以下のような構成とする。
縦長の長方形の基板（第２基板）１６の両側縁に補強板（第１基板）１８、１８を連設して、Ｈ形鋼と同様の構成とする（平面視でＨ字状）。補強板１８、１８の先端部をＶ字状に先細として、両補強板１８、１８の側縁の先端部間に先端覆い板１９、１９を架設連設して、基板１６の先端部１６ａを覆う。また、両補強板１８、１８の側縁の上部に補強連結板１８ａ、１８ａを架設連設する。基板１１の中間部と下部には、取り付け用の透孔１４、１４を設ける。以上のようにして埋設治具１０を構成する（図５、６（ａ−１）（ｂ−１））。この場合、埋設治具１０の長さは５０ｃｍ〜１ｍ程度で形成する。
また、埋設治具１０の先端内側の形状、すなわち、基板１５の表面と先端覆い板１９の内面で囲まれる部分の形状は、折り返しジョイント７の外形と同じように形成し、折り返しジョイント７が納まるようになっている。

（３） つぎに、基板１６の両面に沿って、上方からＵ字状パイプ１、１を挿入して（図６（ａ−２）（ｂ−２））、屈曲底部３を先端覆い板１９の内側（基板１６の先端部１６ａ付近）に位置させる（図６（ａ−３）（ｂ−３）。続いて、下側の透孔１４の位置で、両Ｕ字状パイプ１、１の外側から、透孔を設けた押さえ具３１、３１を配置し、一側の押さえ具３１の透孔からボルト３２を挿入して、ボルト３２を一方のＵ字状パイプ１の間、基板１６の透孔１４、他方のＵ字状パイプ１の間、他方の押さえ具３１の透孔を貫通して、ナット３３を螺合して、ボルト３２、ナット３３でＵ字状パイプ１、１を基板１６に固定する（図６（ａ−３）（ｂ−３））。
続いて、同様に上側の透孔１４の位置で、押さえ具３１、３１を配置し、ボルト３２、ナット３３でＵ字状パイプ１、１を基板１６に固定する（図６（ａ−４）（ｂ−４））。

（４） 続いて、前記同様に、地上４１から、形成した縦穴４２内に、Ｕ字状パイプ１、１の屈曲底部３を固定した埋設治具１０の補強板１８の上端を、押し込み治具２０のスリット２１ではさみ、Ｕ字状パイプ１、１付きの埋設治具１０押し込む（図７（ａ））。
埋設途中で、前記同様に、４本のパイプ材料５、５の間隔を保つために、保形具２５、２５を装着しながら（図２）、Ｕ字状パイプ１、１付きの埋設治具１０を縦穴４２の底付近まで埋設する（図７（ｂ）（ｃ））。
続いて、押し込み治具２０を地上４１に引き上げて（図７（ｄ））、縦穴４２内をセメントミルク（またはソイルセメント）で満たせば、Ｕ字状パイプ１、１付きの埋設治具１０の埋設が完了する（図７（ｅ））。

１ Ｕ字状パイプ
３ Ｕ字状パイプの屈曲底部
５ パイプ材料
７ 折り返しジョイント
１０ 埋設治具
１１ 埋設治具の基板（第１基板）
１２ 基板の内面
１３ 基板の他面
１５ 埋設治具の連結板（第２基板）
１６ 埋設治具の基板（第２基板）
１８ 埋設治具の補強板（第１基板）
１９ 埋設治具の先端覆い板
２０ 押し込み治具
２１ 押し込み治具のスリット
２５ 保持枠
２６ 保持枠の挿入スリット
４０ ロッド
４１ 地面
４２ 縦穴

Claims (4)

1. 柔軟性を有するパイプ材料を略Ｕ字状に形成してＵ字状パイプを形成し、Ｕ字状パイプのＵ字状の屈曲底部を縦穴内に埋設する埋設治具に、１つまたは複数の保持枠を組み合わせて、以下のように構成することを特徴とする熱交換用のパイプの埋設装置。
   (1) 前記埋設治具を、２枚の第１基材の中間部を第２基材で連結して、平面視略Ｈ字状に形成した。
   (2) 前記埋設治具の「前記第１基材の内面または外面」または「前記第２基材の両面」に、前記Ｕ字状パイプを固定する固定手段を設けた。
   (3) 前記保持枠は、キューブ状で、かつ四隅部又は外周側に前記パイプ材料を係止できる構造とし、かつ前記Ｕ字状のパイプの中間部の水平距離を保持できる構造とした。
2. 第１基材の下端部を先細として、第１基材及び第２基材の底を先端覆い板で被覆して埋設治具を構成する請求項１記載の熱交換用のパイプの埋設装置。
3. 保持枠はキューブ状で、一辺に、Ｕ字状のパイプを前記保持枠内に挿入できる構造の挿入スリットを形成したことを特徴とする請求項１記載の熱交換用のパイプの埋設装置。
4. 柔軟性を有するパイプ材料を略Ｕ字状に形成してなるＵ字状パイプを以下のようにして埋設することを特徴とした熱交換用パイプの埋設方法。
   (1) ２枚の第１基材の中間部を第２基材で連結して、平面視略Ｈ字状の埋設治具を形成し、前記埋設治具は、「前記第１基材の内面または外面」または「前記第２基材の両面」に前記Ｕ字状パイプの屈曲底部を固定できる固定手段を設けた。
   (2) キューブ状で、かつ四隅部又は外周側に前記パイプ材料を係止でき、かつ前記Ｕ字状のパイプの中間部の水平距離を保持できる構造の保持枠を構成した。
   (3) 地上で、前記埋設治具の固定手段に前記Ｕ字状パイプを固定して、前記Ｕ字状パイプ付きの埋設治具に押し込み治具を係止する。
   (4) 地上から、前記押し込み用治具とともに、前記埋設治具付きの前記Ｕ字状パイプを下降して、かつ埋設途中で、前記パイプ材料が互いに近づかないように、前記Ｕ字状パイプに保持枠を係止する。
   (5) 埋設完了後に、前記埋設治具が浮き上がらない状態となったならば、前記押し込み治具を地上に引きあげる。

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