JP6762099B2 - 熱交換用のパイプ装置、熱交換用パイプを内装した既製杭、既製杭を使用した熱交換用パイプの埋設方法 - Google Patents

熱交換用のパイプ装置、熱交換用パイプを内装した既製杭、既製杭を使用した熱交換用パイプの埋設方法 Download PDF

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Description

本発明は、地中の熱を地上に取り出すために使用するパイプを有する熱交換用のパイプ装置、この熱交換用のパイプ装置を内装した既製杭、この既製杭を使用した熱交換用のパイプの埋設方法に関する。
従来、既製杭内に所定長さの熱交換用のパイプを配置して、既製杭とともに熱交換用のパイプを所定の深さに埋設して、地中の熱をそのパイプ内の流体と熱交換して、地上に取り出すことが行われていた。この場合、一般に既製杭の長さは最大で10m程度に限られていたため、10m以上の深い位置で熱交換をする場合には、複数の既製杭を連結するとともに、内装したパイプも連結しなればならなかった(特許文献1)。
この場合、既製杭の中空部に架設した落下防止装具にパイプを連結して、既製杭からパイプが抜けないように、かつ既製杭内でパイプが長さ方向で多少の移動ができるようにしていた(特許文献1)。落下防止装具は、既製杭の中空部に鉄筋を架設し、あるいはパイプを通す貫通孔を形成した鉄板を架設していた。
特開2015−169216号公報
既製杭内に、熱交換効率を高めるために、パイプ全体の長さを確保するために多数本のパイプを内装した場合や、既製杭の長さより長いパイプを既製杭内に折り返して内装した場合には、落下防止装置の構造が複雑化し、さらに、落下防止装置にパイプを取り付ける作業が煩雑となる問題点があった。
本発明は、両端に端部部材を取り付けた鉄筋かごにパイプを取り付けたので、パイプの長さが長くなった部場合であっても、前記問題点を解決した。
即ちこの発明は、複数の縦鉄筋を螺旋鉄筋で連結した鉄筋かごに沿って、熱交換用のパイプを取り付け、以下のように構成したことを特徴とする熱交換用のパイプ装置である。
(1) 前記鉄筋かごは、長さ方向で一端縁および他端縁に、連結用の端部部材がそれぞれ設けられ、前記複数の縦鉄筋の端縁が前記端部部材に連結された。
(2) 前記パイプは、第1パイプと第2パイプとからなり、前記第1パイプおよび/または第2パイプが前記鉄筋かごより長く形成され、折り返して屈曲形成された。
(3) 前記端部部材は、ドーナツ状の鋼板製で、他の熱交換用のパイプ装置の端部部材と密接可能とした。
(4) 前記第1パイプの一端と前記第2パイプの一端が、前記一端縁の端部部材付近に配置され、
前記第1パイプの他端と前記第2パイプの他端が、前記他端縁の端部部材付近に配置された。
(5) 第1パイプの一端または他端に直管状部を有するジョイントを取り付け可能とした。
また、他の発明は、中空既製杭の中空部内に、熱交換用のパイプ装置を内装し、以下のように構成したことを特徴とする熱交換用のパイプを内装する既製杭である。
(1) 前記熱交換用のパイプ装置は、前記既製杭と略同一長さで形成され、かつ長さ方向の一端縁と他端縁に端部部材を設けた鉄筋かごと、前記鉄筋かごに沿って取り付けられたパイプとから構成された。
(2) 前記鉄筋かごは、前記既製杭に対して、長さ方向に所定長さだけ移動自在に配置された。
(3) 前記パイプは、第1パイプと第2パイプとからなり、前記第1パイプおよび/または第2パイプが前記鉄筋かごより長く形成され、折り返して屈曲形成された。
(4) 前記端部部材は、ドーナツ状の鋼板製で、他の熱交換用のパイプ装置の端部部材と密接可能とした。
(5) 前記第1パイプの一端と前記第2パイプの一端が、前記既製杭の長さ方向で一端縁付近に配置され、
前記第1パイプの他端と前記第2パイプの他端が、前記既製杭の長さ方向で他端縁付近に配置された。
(6) 第1パイプの一端または他端に直管状部を有するジョイントを取り付け可能とした。
さらに、他の発明は、中空部内に熱交換用のパイプ装置を内装した既製杭の複数を連結しながら、以下のように構成したことを特徴とする熱交換用パイプの埋設方法である。
(1) 前記熱交換用のパイプ装置は、前記既製杭と略同一長さで形成され、かつ長さ方向の上端縁と下端縁に端部部材を設けた鉄筋かごと、前記鉄筋かごに沿って取り付けられたパイプとから構成された。
(2) 前記パイプは、第1パイプと第2パイプとからなり、前記第1パイプおよび/または第2パイプが前記鉄筋かごより長く形成され、折り返して屈曲形成され、
かつ前記第1パイプの上端と前記第2パイプの上端が、前記既製杭の長さ方向で上端縁付近に開口して配置されて、構成された。
(2) 地中に形成した所定長さの杭穴内に、前記第1パイプの下端と前記第2パイプの下端とを連通させた前記既製杭からなる下杭を下降させ、前記下杭の上端部を前記杭穴の開口部付近で保持する。
(3) 続いて、前記下杭の上方から、前記第1パイプの下端と前記第2パイプの下端とを開口した前記既製杭からなる上杭を下降して、前記下杭の上端と前記上杭の下端との間に作業スペースを確保した状態で、前記上杭および上杭内の熱交換用のパイプ装置とを保持する。
(4) 続いて、前記上杭から第1パイプの下端および第2パイプの下端を下方に引き出し、前記上杭の第1パイプの下端を前記下杭の第1パイプの上端と、前記上杭の第2パイプの下端を前記下杭の第2パイプの上端とを、それぞれ連結する。
(5) 前記(4)と同時に、または(4)と前後して、前記上杭から前記鉄筋かごを下方に引き出し、前記下杭の鉄筋かごの上端の端部部材と前記上杭の鉄筋かごの下端の端部部材とを連結する。
(6) 続いて、前記上杭を下降させて、前記下杭の上端に載せて、前記上杭と前記下杭とを接合する。
(7) 続いて、接合した上杭と下杭とを前記杭穴内を下降させる。
(8) 続いて、必要ならば上記(3)〜(7)を繰り返して、必要数の上杭を接合する。
(9) 続いて、最上の上杭を前記杭穴内の所定位置に配置したならば、最上の上杭の第1パイプの上端と最上の上杭の第2パイプの上端とを、地上の配管に連結する。
(10) 前記における第1パイプの連結は、第1パイプの上端と、他の第1パイプの下端とを離した状態でジョイントで連結する。
この発明は、鉄筋かごに熱交換用のパイプを取り付けて、既製杭に装着したので、既製杭内で、所定位置に熱交換用のパイプを容易に配置でき、かつ既製杭内でパイプを容易に引き出しでき、パイプを上下に連結する作業も効率化できる。また、鉄筋かごの両端に端部部材を取り付けたので、鉄筋かごの連結作業を容易にできる。
この発明の既製杭で、(a)は一部を省略した縦断面図(既製杭のみを破切)、(b)中間部の拡大横端面図、(c)はA−A拡大断面図を表す。 (a)〜(d)は、この発明の既製杭を使った施工方法を説明する概略した縦断面図(既製杭のみを破切)を表す。 (a)〜(c)は、この発明の既製杭を使った施工方法を説明する概略した縦断面図(既製杭のみを破切)を表す。 この発明の実施に使用するジョイントの拡大縦断面図である。
図面に基づき、この発明の実施態様を説明する。
1.既製杭1
既製杭1は長さL0、径D0の内壁2を有するコンクリート製で、内壁2内が中空部を構成する(図1(a)(b))。既製杭1は、径D0の中空部を有すれば、コンクリート製以外の構造、例えば鋼管製でも可能である。
2.熱交換用のパイプ装置40
(1) 8本の縦鉄筋31、31を環状に配配置して、縦鉄筋31、31の全体の外周にらせん鉄筋32を配置して、所定位置で縦鉄筋31、31とらせん鉄筋32とを固定して、さらに縦鉄筋31、31の全体の一端および他端にドーナツ用の鋼板からなる端部部材33、34をそれぞれ固定して、鉄筋かご30を形成する。端部部材33、34には、上下に重ねた端部部材33、34を連結する貫通孔35、35を4箇所形成してある(図1(b)(c))。
鉄筋かご30は、長さL1で、既製杭1の長さL0とほぼ同一または若干短く形成される。また、端部部材33、34の外径D1は、既製杭1の内径D0より小さく形成されて、既製杭1内で鉄筋かご30がほぼ中央に位置し、かつ既製杭1内で鉄筋かご30が上下方向で容易に移動できる程度となっている。
(2) 第1パイプ10は、既製杭1の長さL0より長い(ここではL0の3倍半程度)熱交換用のパイプの1本を折り返して屈曲して形成する。したがって、第1パイプ10は折り返して屈曲して平面視中間部で、直線状部14が7箇所、上下に屈曲部15が6箇所あるように形成される(図1(b))。
第2パイプ20は、長さL0程度で形成される。したがって、第2パイプ20は屈曲部分が無く、直線状部のみで構成される。
(3) 第1パイプ10と第2パイプ20を、鉄筋かご30の縦鉄筋31、31で囲われた円内に収容して、第1パイプの7箇所の直線状部14、14と第2パイプ20とを、鉄筋かご30の各縦鉄筋31、31に沿って配置して、第1パイプ10の直線状部14、第2パイプ20を、対応する位置で鉄筋かご30の各縦鉄筋31、31に、結束線などで保持する。ただし、第1パイプ10の開口側(端部)の直線状部14および第2パイプ20は、縦鉄筋31に対して長さ方向に所定長さだけ摺動できるように、緩く保持されている。
また、第1パイプ10の下端13は、端部部材34付近で、端部部材13より若干上方(内方)に位置させた状態で配置され、またその上端12を端部部材33付近で、端部部材33より若干上方(外方)に位置させた状態で配置される。また、第2パイプ20の下端23も、端部部材34付近で、端部部材34より若干上方(内方)に位置させた状態で配置され、またその上端22も端部部材34付近で、端部部材34より若干上方(外方)に位置させた状態で配置される。
(4) 以上のようにして、上杭(中間杭を含む)用の熱交換用のパイプ装置40を構成する(図1(a)(b)(c))。
また、下杭用(最下端最下端)の熱交換用のパイプ装置40で、第1パイプ10の下端13と第2パイプ20の下端23とを、連結用のパイプで連通して、下杭(最下端)用の熱交換用のパイプ装置40を構成する(図示していない)。
前記における熱交換用のパイプ装置40(すなわち、第1パイプ10、第2パイプ20、ジョイント42など)の材料は、特に限定されるものではないが、施工性の観点からポリエチレン、ポリブテンなどのある程度の可撓性のある樹脂であることが望ましい。特に、耐圧性を要求される仕様の場合には高密度ポリエチレンが望ましい。
(5) また、第1パイプ10、10、第2パイプ20、20を上下に連結する際には、連結用のジョイント42を使用する(図4)。このジョイント42は、第1パイプ10、10(第2パイプ20、20)の端面12、13を当接して(いわゆるドン付)連結する場合(図示していない)、あるいは、端面12、13を離して連結する(図4)こともできる。
すなわち、ジョイント42は中空筒状で、上端部および下端部に連結に最低限必要な連結代を確保するための固定部43、43と、固定部43、43の間の伸縮部45とから構成する。両固定部43で、内面側に発熱コイル44、44が埋設されている。また、伸縮部45は、連結する第1パイプ10、10(第2パイプ20、20)の端面12、13(22、23)が離れた場合、離れた端面12、13(22、23)間をバックアップしてつなぐ直管状部47を有する。伸縮部45(直管状部47)の内径は使用する第1パイプ10(第2パイプ20)の外径と略同一に設定してある。
また、固定部43のコイル44、44は、電気融着機構(図示していない)により電流が流されて、固定部43の内面および第1パイプ10(第2パイプ20)の外面を溶解させて密着接合できる。この場合、電気融着機構はジョイント42に内装され、あるいは外部に別体で配置してターミナルを介してジョイント42に導入することもできる(図示していない)。また、伸縮部45の固定部43の内面およびその周辺の内面がコイル44で溶解され、固定部43を第1パイプ10(第2パイプ20)に密着接合でき、固定部43をより長くとれば、より確実な連結ができる。
また、伸縮部6の内面に、第1パイプ10、10(第2パイプ20、20)の伸縮部45の内方へ挿入される量を規制するため(すなわち直管状部47の長さを規定する)ストッパー48、48を備えることもできる(図4、鎖線図示48)。
3.熱交換用のパイプ10、20の埋設方法
(1) 以上のようにして構成した既製杭1、熱交換用のパイプ装置40は、通常は工場で製造され、所定数を構築現場に搬入する。埋設作業を開始する前までに、各既製杭1の中空部に熱交換用のパイプ装置40を挿入して、熱交換用のパイプ装置40の鉄筋かご30の上下の端部部材33、34をそれぞれ既製杭1の上端3、下端4の付近に位置させる。この状態で、熱交換用パイプを内装した既製杭を構成する。なお、予め工場で、熱交換用パイプを内装した既製杭(熱交換用のパイプ装置40を内装した既製杭1)を構成した状態で、構築現場に搬入することもできる。
(2) 次に、任意の方法で、地面50から所定の深さまで杭穴51を掘削する。
(3) 杭打ち機に、下杭用の熱交換用のパイプ装置40Aを内装した既製杭(下杭)1Aを所定の方法で取り付け、既製杭(下杭)1Aを杭穴51内に下降させ、地面50付近に既製杭(下杭)1Aの上端部を露出した状態で、既製杭(下杭)1Aを安全に保持する(図1(a))。
(4) 次に、上杭用の熱交換用のパイプ装置40Bを内装した既製杭(上杭)1Bを杭打ち機に取り付けて、地面50付近にに保持した既製杭(下杭)1Aの上方から既製杭(上杭)1Bを下降させ、既製杭(下杭)1Aの上端から30〜100cm程度の空けた状態で、既製杭(上杭)1Bを安全に保持する(図2(a))。
(5) 既製杭(上杭)1Bの熱交換用のパイプ装置40Bで、第1パイプ1Bの下端13Bと、第2パイプ20Bの下端23Bにそれぞれ、連結用のジョイント(中空筒状)42の上端部を装着する(図2(b))。
(6) 続いて、ジョイント42を装着した、第1パイプ10Bを下方(既製杭1Bの下端4Bより下方)に引き出し、下に位置する既製杭(下杭)1Aの第1パイプ10Aの上端12Aにジョイント42の下端部を装着して上下の熱交換用のパイプ装置40A、40Bで、第1パイプ10A、10B同士を連通させる。この場合、第1パイプ10Aの上端12Aと、第1パイプ10Bの下端13Bとを離した状態でも、確実にジョイント42で連結することができるので(図4)、連結作業を簡略化できる。
同様に、ジョイント42を装着した、第2パイプ20Bを下方(既製杭1Bの下端4Bより下方)に引き出し、下に位置する既製杭(下杭)1Aの第2パイプ20Aの上端22Aにジョイント42の下端部を固定して上下の熱交換用のパイプ装置40A、40Bで、第2パイプ20A、20B同士を連通させる(図2(c))。この場合、第2パイプ20Aの上端22Aと、第2パイプ20Bの下端23Bとを離した状態で、ジョイント42で連結することができる(図4)。同様に、連結作業を簡略化できる。
(7) 続いて、既製杭(上杭)1Bの熱交換用のパイプ装置40Bで、鉄筋かご30Bを既製杭(上杭)1Bから引き出し、上の鉄筋かご30Bの下側の端部部材34Bと下の鉄筋かご30Aの上側の端部部材33Aとを密着して貫通孔35、35を連通させる(図2(d))。続いて、密着した端部部材33A、34Bの連通した貫通孔35、35にボルト・ナットで、端部部材33A、34Bを連結する(図3(a))。
(8) 続いて、既製杭(上杭)1Bの保持を解除して、既製杭(上杭)1Bを下降して、通常の方法で、既製杭(上杭)1Bの下端4Bと既製杭(下杭)1Aの上端3Aとを連結する(図3(b))。続いて、地面50付近での既製杭(下杭)1Aの保持を解除して、連結した既製杭(上杭)1Bと既製杭(下杭)1Aとを杭穴51内で下降する(図3(c))。
(9) 以下同様に、必要数の既製杭(上杭)1B、1Bを連結しながら、上下に位置する鉄筋かご30B、30Bと第1パイプ10B、10B同士、第2パイプ20Bm20B同士を連結する(図示していない)。最上に位置する既製杭(上杭)1Bの第1パイプ10Bの上端12B、第2パイプ20Bの上端22Bが地面50より上に位置する状態で、連結した既製杭1A、1Bの埋設は完了して、第1パイプ10Bの上端12B、第2パイプ20の上端22Bを地上の配管に連結する(図示していない)。
これにより、熱交換用のパイプ装置40A、40Bを介して、第1パイプ10B、10B、・・・、10A、第2パイプ10A、10B、・・・、10Bが1本に連結された熱交換用のパイプの埋設が完了する。
(10) 上記において、(5)〜(7)の上下の熱交換用のパイプ装置40A、40Bの連結で、鉄筋かご30の縦鉄筋31、31の間隔、らせん鉄筋32のピッチを大きく取れば先に鉄筋かご30A、30Bを連結して、、各鉄筋31、31、32の間から作業者が手を入れて、第1パイプ10A、10Bの連結、第2パイプ20A、20Bの連結を先に行うこともでき、結果として、第1パイプ10、第2パイプ20、鉄筋かご30の連結は、いずれの順序で行うこともできる(図示していない)。
4.他の実施態様
(1) 前記態様の第1パイプ10の構成で、折り返し屈曲する部分は少なくとの1つ形成してあれば(屈曲部15が1つで直線状部14が2つ)、折り返し回数は任意である。また、前記第2パイプ20は、長さL0程度で直線状としたが、長さL0より長く形成して、第1パイプ10のように折り返し屈曲を形成することもできる(図示していない)。
(2) また、前記実施態様で、鉄筋かご30の構成において、第1パイプ10、第2パイプ20を既製杭1の中空部に保持して、第1パイプ10、第2パイプ20が既製杭1の内壁2に触れないように配置でき、かつ第1パイプ10、第2パイプ20を既製杭1に対して若干摺動させることができれば、鉄筋かご30の構成は任意である(図示していない)。
1、1A、1B 既製杭
2 既製杭の内壁
3、3A、3B 既製杭の上端
4、4A、4B 既製杭の下端
10、10A、10B 第1パイプ
11 第1パイプの直線状部
12、12A、12B 第1パイプの上端
13、13A、13B 第1パイプの下端
20、20A、20B 第2パイプ
22、22A、22B 第2パイプの上端
23、23A、23B 第2パイプの下端
30、30A、30B 鉄筋かご
31 縦鉄筋
32 らせん鉄筋
33、33A、33B 端部部材(上)
34、34A、33B 端部部材(下)
40、40A、40B 熱交換用のパイプ装置
42 ジョイント
43 ジョイントの固定部
45 ジョイントの伸縮部
47 ジョイントの直管状部
48 ジョイントのストッパー
50 地面
51 杭穴

Claims (3)

  1. 複数の縦鉄筋を螺旋鉄筋で連結した鉄筋かごに沿って、熱交換用のパイプを取り付け、以下のように構成したことを特徴とする熱交換用のパイプ装置。
    (1) 前記鉄筋かごは、長さ方向で一端縁および他端縁に、連結用の端部部材がそれぞれ設けられ、前記複数の縦鉄筋の端縁が前記端部部材に連結された。
    (2) 前記パイプは、第1パイプと第2パイプとからなり、前記第1パイプおよび/または第2パイプが前記鉄筋かごより長く形成され、折り返して屈曲形成された。
    (3) 前記端部部材は、ドーナツ状の鋼板製で、他の熱交換用のパイプ装置の端部部材と密接可能とした。
    (4) 前記第1パイプの一端と前記第2パイプの一端が、前記一端縁の端部部材付近に配置され、
    前記第1パイプの他端と前記第2パイプの他端が、前記他端縁の端部部材付近に配置された。
    (5) 第1パイプの一端または他端に直管状部を有するジョイントを取り付け可能とした。
  2. 中空既製杭の中空部内に、熱交換用のパイプ装置を内装し、以下のように構成したことを特徴とする熱交換用のパイプを内装する既製杭。
    (1) 前記熱交換用のパイプ装置は、前記既製杭と略同一長さで形成され、かつ長さ方向の一端縁と他端縁に端部部材を設けた鉄筋かごと、前記鉄筋かごに沿って取り付けられたパイプとから構成された。
    (2) 前記鉄筋かごは、前記既製杭に対して、長さ方向に所定長さだけ移動自在に配置された。
    (3) 前記パイプは、第1パイプと第2パイプとからなり、前記第1パイプおよび/または第2パイプが前記鉄筋かごより長く形成され、折り返して屈曲形成された。
    (4) 前記端部部材は、ドーナツ状の鋼板製で、他の熱交換用のパイプ装置の端部部材と密接可能とした。
    (5) 前記第1パイプの一端と前記第2パイプの一端が、前記既製杭の長さ方向で一端縁付近に配置され、
    前記第1パイプの他端と前記第2パイプの他端が、前記既製杭の長さ方向で他端縁付近に配置された。
    (6) 第1パイプの一端または他端に直管状部を有するジョイントを取り付け可能とした。
  3. 中空部内に熱交換用のパイプ装置を内装した既製杭の複数を連結しながら、以下のように構成したことを特徴とする熱交換用パイプの埋設方法。
    (1) 前記熱交換用のパイプ装置は、前記既製杭と略同一長さで形成され、かつ長さ方向の上端縁と下端縁に端部部材を設けた鉄筋かごと、前記鉄筋かごに沿って取り付けられたパイプとから構成された。
    (2) 前記パイプは、第1パイプと第2パイプとからなり、前記第1パイプおよび/または第2パイプが前記鉄筋かごより長く形成され、折り返して屈曲形成され、
    かつ前記第1パイプの上端と前記第2パイプの上端が、前記既製杭の長さ方向で上端縁付近に開口して配置されて、構成された。
    (2) 地中に形成した所定長さの杭穴内に、前記第1パイプの下端と前記第2パイプの下端とを連通させた前記既製杭からなる下杭を下降させ、前記下杭の上端部を前記杭穴の開口部付近で保持する。
    (3) 続いて、前記下杭の上方から、前記第1パイプの下端と前記第2パイプの下端とを開口した前記既製杭からなる上杭を下降して、前記下杭の上端と前記上杭の下端との間に作業スペースを確保した状態で、前記上杭および上杭内の熱交換用のパイプ装置とを保持する。
    (4) 続いて、前記上杭から第1パイプの下端および第2パイプの下端を下方に引き出し、前記上杭の第1パイプの下端を前記下杭の第1パイプの上端と、前記上杭の第2パイプの下端を前記下杭の第2パイプの上端とを、それぞれ連結する。
    (5) 前記(4)と同時に、または(4)と前後して、前記上杭から前記鉄筋かごを下方に引き出し、前記下杭の鉄筋かごの上端の端部部材と前記上杭の鉄筋かごの下端の端部部材とを連結する。
    (6) 続いて、前記上杭を下降させて、前記下杭の上端に載せて、前記上杭と前記下杭とを接合する。
    (7) 続いて、接合した上杭と下杭とを前記杭穴内を下降させる。
    (8) 続いて、必要ならば上記(3)〜(7)を繰り返して、必要数の上杭を接合する。
    (9) 続いて、最上の上杭を前記杭穴内の所定位置に配置したならば、最上の上杭の第1パイプの上端と最上の上杭の第2パイプの上端とを、地上の配管に連結する。
    (10) 前記における第1パイプの連結は、第1パイプの上端と、他の第1パイプの下端とを離した状態でジョイントで連結する。
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