地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法
【課題】少なくとも一対のＵ字管を掘削管内に建て込む際に、その先頭となるＵ字継手部の掘削管内での詰まりを防いで、一対のＵ字管を円滑に建て込めるようにする。
【解決手段】地面に掘削孔を形成し、該掘削孔に地中熱交換器に係るＵ字管を建て込む方法である。掘削管の管軸方向を掘削方向に向けながら前記掘削管を管軸周りに回転させて掘削することにより、前記地面に前記掘削孔を形成する掘削工程と、前記掘削管の管軸方向に前記Ｕ字管の管軸方向を沿わせつつ前記掘削管内に少なくとも一対の前記Ｕ字管を建て込むＵ字管建て込み工程と、を有する。前記Ｕ字管は、熱媒体の流路の折り返し部分をなすＵ字継手部と、前記Ｕ字継手部に連結される二本の単管と、を有する。前記Ｕ字管建て込み工程においては、前記一対のＵ字管は、互いの前記Ｕ字継手部同士を前記管軸方向にずらした状態で一緒に前記掘削管内に建て込まれる。
【解決手段】地面に掘削孔を形成し、該掘削孔に地中熱交換器に係るＵ字管を建て込む方法である。掘削管の管軸方向を掘削方向に向けながら前記掘削管を管軸周りに回転させて掘削することにより、前記地面に前記掘削孔を形成する掘削工程と、前記掘削管の管軸方向に前記Ｕ字管の管軸方向を沿わせつつ前記掘削管内に少なくとも一対の前記Ｕ字管を建て込むＵ字管建て込み工程と、を有する。前記Ｕ字管は、熱媒体の流路の折り返し部分をなすＵ字継手部と、前記Ｕ字継手部に連結される二本の単管と、を有する。前記Ｕ字管建て込み工程においては、前記一対のＵ字管は、互いの前記Ｕ字継手部同士を前記管軸方向にずらした状態で一緒に前記掘削管内に建て込まれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中熱交換器に使用されるＵ字管を地面の掘削孔へ建て込む方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この地中熱交換器は、地盤に鉛直に埋設されるＵ字管を有する。そして、このＵ字管の一方の管端から同管内に熱媒体を流し込むとともに、他方の管端から、地中熱と熱交換後の熱媒体を取り出して、ヒートポンプ等へ送出して利用する。
【０００５】
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、ドリルとなる掘削管を管軸周りに回転させて掘削方向に前進させることにより、掘削孔を形成する。なお、この掘削孔が完成した時点では、未だ掘削孔内の略全長に亘り掘削管は挿入状態にある（例えば、図３Ｂ、図４Ａを参照）。
次に、掘削管の管軸方向にＵ字管の管軸方向を沿わせつつ同Ｕ字管を掘削管内に建て込む（例えば、図４Ｂ、図４Ｃを参照）。ちなみに、この時、掘削管は、掘削孔の内壁面の崩落を防ぐ孔壁保護部材として機能し、また、Ｕ字管の掘削孔への建て込みを案内する案内部材としても機能する。
次に、掘削管を管軸方向に沿って引き上げることにより、Ｕ字管を掘削孔に残しつつ、掘削管のみを掘削孔から引き抜く（例えば、図５Ａ、図５Ｂを参照）。
そして、最後に、掘削孔とＵ字管との間の隙間を適宜な充填材で埋め戻す（例えば、図５Ｃを参照）。
【０００６】
ここで、上述のＵ字管を一対有する仕様の地中熱交換器を設置する場合には、当然ながら、上記建て込み工程においては、一対のＵ字管同士を互いに側方に重ね合わせながら掘削管内に挿入していくことになる。
【０００７】
しかしながら、一対のＵ字管の先頭となるＵ字継手部のサイズが大きく、その外形寸法が掘削管の内径寸法と近い寸法の場合には、掘削管内への建て込み中に先頭部が、掘削管の内周面に引っ掛かって詰まる等して、建て込み作業が滞る虞があった。
【０００８】
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、少なくとも一対のＵ字管を掘削管内に建て込む際に、その先頭となるＵ字継手部の掘削管内での詰まりを防いで、一対のＵ字管を円滑に建て込めるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、
地面に掘削孔を形成し、該掘削孔に地中熱交換器に係るＵ字管を建て込む方法であって、
掘削管の管軸方向を掘削方向に向けながら前記掘削管を管軸周りに回転させて掘削することにより、前記地面に前記掘削孔を形成する掘削工程と、
前記掘削管の管軸方向に前記Ｕ字管の管軸方向を沿わせつつ前記掘削管内に少なくとも一対の前記Ｕ字管を建て込むＵ字管建て込み工程と、を有し、
前記Ｕ字管は、熱媒体の流路の折り返し部分をなすＵ字継手部と、前記Ｕ字継手部に連結される二本の単管と、を有し、
前記Ｕ字管建て込み工程においては、前記一対のＵ字管は、互いの前記Ｕ字継手部同士を前記管軸方向にずらした状態で前記掘削管内に建て込まれることを特徴とする。
【００１０】
上記請求項１に示す発明によれば、一対のＵ字管が建て込まれる際の建て込み方向の先頭部には、一方のＵ字継手部しか配置されないので、当該先頭部の大きさは、Ｕ字継手部同士を重ね合わせた場合との対比において、略半減化される。これにより、先頭部のサイズが格段に小さくなる。その結果、掘削管内にて先頭部が引っ掛かって詰まること等が防止され、円滑に建て込めるようになる。
【００１１】
請求項２に示す発明は、請求項１に記載の地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法であって、
前記Ｕ字継手部は、前記単管の全周に亘って該単管の外周面よりも前記管軸方向と直交方向の外方に突出しており、
前記ずらした状態においては、前記一対のＵ字管のうちの一方のＵ字管のＵ字継手部が、他方のＵ字管の二本の単管に重なった状態になっていて、前記一対のＵ字管のＵ字継手部同士は一部分も重なっていないことを特徴とする。
【００１２】
上記請求項２に示す発明によれば、一対のＵ字管を建て込む際の管軸方向と直交方向の寸法の最大値を、Ｕ字継手部同士を重ね合わせた場合の同直交方向の寸法の最大値よりも小さくすることができる。その結果、一対のＵ字管を掘削管内へ円滑に建て込み可能となる。
【００１３】
請求項３に示す発明は、請求項１又は２に記載の地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法であって、
前記Ｕ字継手部同士を重ね合わせた場合における前記管軸方向と直交方向の寸法の最大値は、前記掘削管の内径の最小値よりも大きく、
前記Ｕ字継手部と前記二本の単管とを重ね合わせた場合における前記管軸方向と直交方向の寸法の最大値は、前記掘削管の内径の最小値よりも小さいことを特徴とする。
【００１４】
上記請求項３に示す発明によれば、Ｕ字継手部同士を重ね合わせた際に、掘削管内に建て込めないような寸法の場合でも、Ｕ字継手部と前記二本の単管とを重ね合わせれば、掘削管内へ建て込むことができるようになる。すなわち、一対のＵ字管を掘削管内へ確実且つ円滑に建て込み可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、少なくとも一対のＵ字管を掘削管内に建て込む際に、その先頭となるＵ字継手部の掘削管内での詰まりを防いで、一対のＵ字管を円滑に建て込み可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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２】図２Ａは、地盤Ｇの竪孔２３を透視して見た地中熱交換器２１の概略側面図であり、図２Ｂは、図２Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】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４】図４Ａ乃至図４Ｃは、同施工手順の説明図である。
【図５】図５Ａ乃至図５Ｃは、同施工手順の説明図である。
【図６】上下に隣り合う掘削管２４，２４同士の連結構造の概略拡大縦断面図である。
【図７】図７Ａは、Ｕ字管３０のＵ字継手部３１及びその近傍部分の斜視図であり、図７Ｂは、同平面図であり、図７Ｃは、図７Ｂ中のＣ−Ｃ矢視図である。
【図８】図８Ａは、建て込み時における一対のＵ字管３０，３０の建て込み方向の先頭部の状態の参考例の側面図であり、図８Ｂは、図８Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図９Ａは、建て込み時における一対のＵ字管３０，３０の建て込み方向の先頭部の状態の本実施形態の側面図であり、図９Ｂは、図９Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＝＝＝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の概略側面図である。また、図２Ｂは、図２Ａ中のＢ−Ｂ断面図であり、図２Ｃは、図２Ａ中のＣ−Ｃ矢視図である。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
竪孔２３は、ボーリングマシン６０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。
【００２１】
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丸パイプ状の単管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。
【００２２】
なお、本実施形態では、図２Ａ乃至図２Ｃに示すように、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２Ｃに示すように、一対のＵ字管３０，３０を重ね合わせた状態で、これら一対の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。ここで、一対のＵ字管３０，３０の建て込み性を考えると、図２Ｃに示すように、Ｕ字継手部３１，３１同士を互いに上下にずらして配置すると良く、このようにすれば、建て込み時に先頭になるＵ字管３０，３０の部分のサイズが略半分に小さくなって建て込み性が良好になる。これについては後述する。
【００２３】
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。
【００２４】
＜＜＜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。
【００２５】
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。
【００２６】
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（「掘削工程」に相当）。掘削は、図３Ｂのボーリングマシン６０によってなされる。ボーリングマシン６０は、ドリルとしての鋼製掘削管２４を管軸周りに回転可能に把持するアーム６２を有する。そして、掘削管２４の管軸方向を掘削方向たる略鉛直方向に向けながら管端面を地盤Ｇの掘削面に押し付けて管軸周りに回転させることにより地盤Ｇに竪孔２３を形成する。そして、所定の掘削深さまで達したら、地中の掘削管２４の上方に更に掘削管２４を継ぎ足して同芯に連結し、当該連結を繰り返して目標の掘削深さまで竪孔２３を掘り進めていく。そのため、図４Ａに示すように竪孔２３が完成した際には、竪孔２３内にはその略全長に亘って掘削管２４，２４…の連結体２４Ｇが挿入された状態になっている。
【００２７】
なお、上下の掘削管２４，２４同士を同芯に突き合わせて連結する連結構造としては、ここでは、ねじ構造が使用されている。図６は、この連結構造の説明用の掘削管２４の概略拡大縦断面図である。同図６のように、掘削管２４の上端部たる上側管端部２４ｅｕの内周面には、雌ねじ２５ｆが形成されており、他方、その上方に継ぎ足される掘削管２４の下端部たる下側管端部２４ｅｄの外周面には、雄ねじ２５ｍが形成されている。そして、これら雌ねじ２５ｆと雄ねじ２５ｍとが螺合することにより、これら掘削管２４，２４同士は上下に連結一体化される。ここで、各掘削管２４の外径については、掘削性への配慮から、管軸方向の全長に亘って同径に揃えられているが、内径については、同径ではない。すなわち、上述の雌ねじ２５ｆや雄ねじ２５ｍを設ける際の管壁厚さ確保の関係上、図６に示すように、これらねじ２５ｍ，２５ｆが螺設される上下の管端部２４ｅｕ,２４ｅｄについては、その内径は、それ以外の部分よりも小径になっており、更に換言すると、同管端部２４ｅｕ,２４ｅｄは、その内周面に、内径の最小値φ２４ｍｉｎとなる小内径部２４ｐを内方に突出させて有している。よって、内径に関しては全長に亘っては同径ではない。
【００２８】
また、先頭たる最下端の掘削管２４の管端面からは、高圧の削孔水２３ｗが掘削面へ向けて噴射されるようになっており、これにより掘削性が向上されている。なお、この削孔水２３ｗの用途は、掘削に限らない。すなわち、掘削土を泥状にしつつ上方へ浮上させて排土することにも用いられる。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。
【００２９】
そうしたら、この削孔水２３ｗが充満する竪孔２３の掘削管２４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、掘削管２４の管軸方向たる鉛直方向に沿わせつつ建て込む（「Ｕ字管建て込み工程」に相当）。
【００３０】
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の掘削管２４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。
【００３１】
ちなみに、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、掘削管２４，２４…の連結体２４Ｇの最上端の口部２４Ｇｅｕ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従動回転することにより、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。
【００３２】
ところで、望ましくは、この建て込み中に、Ｕ字管３０，３０内への通水を行うと良い。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と良い。そして、このようにすれば、当該部分の管内空気起因の浮力の発生を無くすことができて、削孔水２３ｗ内へのＵ字管３０，３０の沈降たる建て込みを円滑に行うことが可能となる。
【００３３】
また、建て込み中に、適宜タイミングで削孔水２３ｗの水位を低下すると良い。これは、Ｕ字管３０，３０の密度（０．９３〜０．９６ｋｇ／ｍ３）が、削孔水２３ｗの密度（約１ｋｇ／ｍ３）よりも小さいことに起因して、削孔水２３ｗに建て込まれたＵ字管３０，３０には浮力が働いており、建て込み深さが深くなると、Ｕ字管３０，３０の沈降が進まなくなって、つまり建て込みが進まなくなるためである、よって、この浮力を小さくすべく、排水ポンプやエアブロー装置等により、削孔水２３の液位を適宜タイミングで低下させるのが望ましい。
【００３４】
以上のようにして、Ｕ字管３０，３０を目標の建て込み深さまで建て込んだら（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、掘削管２４，２４…の連結体２４Ｇの最上端の口部２４Ｇｅｕよりも上方に突出した状態になる。
【００３５】
次に、図５Ａの掘削管２４，２４…の連結体２４Ｇを図５Ｂに示すように上方へ引き抜いて同連結体２４Ｇを竪孔２３から取り出すが、ここで、この連結体２４Ｇを引き抜く際には、各掘削管２４の内周面がＵ字管３０，３０の上端部３０ｕ，３０ｕ…と接触して、これら上端部３０ｕ，３０ｕ…が損傷する虞がある。そのため、図５Ａに示すように、この引き抜きの前に、Ｕ字管３０，３０の上端部３０ｕ，３０ｕ…に保護キャップ９０を被せている。
【００３６】
この保護キャップ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、掘削管２４の内径の最小値φ２４ｍｉｎ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。
【００３７】
よって、図５Ｂに示すように、上方へ引き抜かれる掘削管２４，２４…の連結体２４Ｇ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。
【００３８】
ちなみに、引き抜いて地上に出てきた掘削管２４については、前述の上下の管端部２４ｅｕ，２４ｅｄの連結構造にて、地中の掘削管２４，２４…から適宜切り離しても良い。
【００３９】
そして、かかる掘削管２４，２４…の連結体２４Ｇ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。
【００４０】
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。
【００４１】
そうしたら、最後に、保護キャップ９０をＵ字管３０，３０…の上端部から取り外し、これにより、地中熱交換器２１の設置工事が完了する。
【００４２】
＜＜＜「Ｕ字管建て込み工程」での一対のＵ字管３０，３０の掘削管２４への建て込みについて＞＞＞
図７Ａは、Ｕ字管３０のＵ字継手部３１及びその近傍部分の斜視図である。図７Ｂは、同平面図であり、図７Ｃは、図７Ｂ中のＣ−Ｃ矢視図である。
【００４３】
前述したように、このＵ字管３０は、掘削方向と同方向の建て込み方向の先頭部に、Ｕ字継手部３１を有する。このＵ字継手部３１は、図７Ａに示すように、熱媒体２６の流路における折り返し部分を形成する管継手であり、その内部のＵ字状流路の両端に、互いに隣り合う２つの管端開口３１ａ，３１ａを有している。そして、各管端開口３１ａ，３１ａには、それぞれ一本ずつ単管３５，３５が互いの管軸方向を略平行に揃えた状態で熱融着され、これにより、Ｕ字管３０が構成されている。
【００４４】
図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、Ｕ字継手部３１は、これに連結される上記各単管３５の周方向の全周に亘り、各単管３５の外周面よりも管軸方向の直交方向（管径方向）の外方に突出した形状になっている。つまり、各単管３５の全周に亘って各単管３５よりも管軸方向の直交方向に大きい形状をなしている。そして、その外形形状を具体的に言えば、図７Ｃに示すように、管軸を挟む両側部分のうちの片側部分３１ｓ１は、先頭側がすぼんだ紡錘形状をなし、もう片側部分３１ｓ２は略平坦形状をなしており、そして、後者の略平坦形状の部分３１ｓ２は、二本の単管３５，３５の並ぶ方向及び管軸方向の両者と平行になっている。
【００４５】
図８Ａ乃至図９Ｂは、建て込み時における一対のＵ字管３０，３０の建て込み方向の先頭部の状態の説明図である。図８Ａには参考例の側面図を示し、図８Ｂには、図８Ａ中のＢ−Ｂ断面図を示している。また、図９Ａには、本実施形態の側面図を示し、図９Ｂには、図９Ａ中のＢ−Ｂ断面図を示している。
【００４６】
かかるＵ字管３０，３０は、竪孔２３毎に一対で建て込まれる。すなわち、互いに同形の一対のＵ字管３０，３０同士が、互いの単管３５，３５…の管軸方向を略平行に揃え、且つ対応する単管３５，３５同士を隣り合わせながら建て込まれる。
そして、この建て込み時には、図８Ａの参考例のように、Ｕ字継手部３１，３１同士を互いに対向させつつ、その略平坦形状の部分３１ｓ２，３１ｓ２同士にて完全一致で重ね合わせて建て込むことが考えられる。
【００４７】
しかし、上述したように当該Ｕ字継手部３１にあっては、単管３５と比べて管軸方向の直交方向の寸法が大きく、これら寸法の大きいもの同士を重ね合わせると、一対のＵ字管３０，３０の先頭部が更に大きくなってしまう（図８Ａ、図８Ｂ）。
【００４８】
また、竪孔２３には掘削管２４，２４…が挿入されているので、実際のＵ字管３０の建て込みは、当該掘削管２４，２４…に対してなされることになるが、ここで、前述したように、各掘削管２４の上下の管端部２４ｅｕ，２４ｅｄ（図６）は、それ以外の部分と比べて内径が小さくなっている。つまり、図６に示すように、当該管端部２４ｅｕ，２４ｅｄの内周面は、周囲の部分と比較して、管径方向の内方に突出した小内径部２４ｐとなっている。よって、一対のＵ字管３０，３０の先頭部が大きいと、掘削管２４の管端部２４ｅｕ，２４ｅｄの位置を通過する際に、当該小内径部２４ｐに引っ掛かる等して詰まり易くなる。
【００４９】
更に、竪孔２３の埋め戻し作業負荷軽減の観点からは、掘削管２４の外径は可能な限り小径の方が望ましいが、そうすると、これに伴って掘削管２４の内径の方も全体として小さく設計され、必然、管端部２４ｅｕ，２４ｅｄの内径たる掘削管２４の内径の最小値φ２４ｍｉｎ（小内径部２４ｐの内径）も小さく設計されてしまう。
【００５０】
すると、当該内径の最小値φ２４ｍｉｎが、Ｕ字継手部３１，３１同士を重ね合わせた場合の管軸方向の直交方向の外形寸法との関係において、挿入可能なぎりぎりの寸法になっていることもあれば、或いは、場合によっては、掘削管２４の内径の最小値φ２４ｍｉｎの方が小さくなってしまっているケースも起こり得る。
【００５１】
この点につき、図８Ａの参考例にあっては、後者に該当している。つまり、図８Ｂに示すように、Ｕ字継手部３１，３１同士を重ね合わせてなるＵ字管３０，３０の先頭部の外形寸法のうちで、管軸方向の直交方向の寸法の最大値Ｄ１ｍａｘが、掘削管２４の内径の最小値φ２４ｍｉｎ（二点鎖線）よりも大きく設計されており、これにより、Ｕ字継手部３１，３１が、掘削管２４の小内径部２４ｐと干渉してしまい、掘削管２４内へ建て込めなくなっている。
【００５２】
そこで、本実施形態では、図９Ａに示すように、一対のＵ字管３０，３０が具備するＵ字継手部３１，３１同士を、管軸方向の上下にずらして配置している。すなわち、一対のＵ字管３０，３０に係る建て込み方向の先頭部には、一方のＵ字継手部３１しか配置されておらず、もう一方のＵ字継手部３１はその上方に位置している。よって、この構成によれば、一対のＵ字管３０，３０の先頭部の大きさは、図８Ａの参考例の場合の略半分に小さくなるので、当該先頭部が上述の掘削管２４の管端部２４ｅｕ，２４ｅｄの位置を通過時の引っ掛かりは大幅に軽減される。
【００５３】
また、上述のずらし配置にあっては、下側のＵ字継手部３１は、何にも重ならない状態になっており、他方、上側のＵ字継手部３１は、下側のＵ字継手部３１に連結された二本の単管３５，３５の外周面にのみ重ね合わせられて番線等の適宜な結束具により固定されている。つまり、上側のＵ字継手部３１の先端縁たる下端縁３１ｅｄは、下側のＵ字継手部３１の上端縁３１ｅｕよりも上方に位置しており、これにより、Ｕ字継手部３１，３１同士は、互いの一部分も重ならないように完全にずらして配置されている。
【００５４】
そして、この構成によれば、一対のＵ字管３０，３０において、管軸方向の直交方向の外形寸法の最大値となり得る部位３０ｍａｘたる、上側のＵ字継手部３１と二本の単管３５，３５との重ね合わせ部位３０ｍａｘの最大寸法Ｄ２ｍａｘ（図９Ｂ）を、図８Ａの参考例のＵ字継手部３１，３１同士を重ね合わせた場合の最大寸法Ｄ１ｍａｘ（図８Ｂ）よりも小さくすることができて、その結果、当該一対のＵ字管３０，３０を掘削管２４内へ建て込めるようになる。
【００５５】
すなわち、この例では、上側のＵ字継手部３１と二本の単管３５，３５との重ね合わせ部位に係る管軸方向の直交方向の寸法の最大値Ｄ２ｍａｘは、掘削管２４の内径の最小値φ２４ｍｉｎよりも小さくなるように設計されており、これにより、図９Ｂに示すように、掘削管２４の小内径部２４ｐに干渉することなく、同掘削管２４内へ速やかに建て込み可能となっている。
【００５６】
＝＝＝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。
【００５７】
上述の実施形態では、一対のＵ字管３０，３０が具備するＵ字継手部３１，３１同士は、一部分も重ならない状態で配置されていたが、何等これに限るものではなく、一部分であれば、重なっていても良い。すなわち、Ｕ字継手部３１，３１同士が管軸方向の上下にずれて配置されていれば、一対のＵ字管３０，３０の建て込み方向の先頭部の大きさは小さくなるので、例えば、下側のＵ字継手部３１の上端部に上側のＵ字継手部３１の下端部が重なっていても良い。
【００５８】
上述の実施形態では、掘削管２４内に一対のＵ字管３０，３０を建て込んだが、一対よりも多い数、例えば３つ以上のＵ字管３０，３０…を建て込んでも良い。
【００５９】
上述の実施形態では、Ｕ字管３０が具備する一対の単管３５，３５として丸パイプ状（断面正円形状）の管を例示したが、その管形状は何等これに限るものではない。例えば、断面形状が楕円等の断面非正円形状の管でも良いし、角パイプ等の断面多角形状の管でも良い。
【００６０】
上述の実施形態では、掘削管２４，２４同士の連結構造としてねじ構造を例示したが、何等これに限るものではなく、これ以外の周知の管継ぎ手構造を用いても良い。また、前述のねじ構造の説明の中では、掘削管２４の上側管端部２４ｅｕに雌ねじ２５ｆを設け、下側管端部２４ｅｄに雄ねじ２５ｍを設けていたが、この設置位置関係を上下逆さまにしても良い。すなわち、上側管端部２４ｅｕに雄ねじ２５ｍを設け、下側管端部２４ｅｄに雌ねじ２５ｆを設けても構わない。
【符号の説明】
【００６１】
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）、２３ｗ 削孔水、２４ 掘削管、
２４ｅｄ 下側管端部、２４ｅｕ 上側管端部、２４ｐ 小内径部、
２４Ｇｅｕ 掘削管の連結体の最上端の口部、２４Ｇ 掘削管の連結体、
２５ｍ 雄ねじ、２５ｆ 雌ねじ、２６ 熱媒体、２７ 充填材、
３０ Ｕ字管、３０ｕ 上端部、３０ｄ 下端部、
３０ｒ 巻き取り状態のＵ字管、３０ｍａｘ 重ね合わせた部位、
３１ Ｕ字継手部、３１ａ 管端開口、
３１ｓ１ 片側部分、３１ｓ２ 略平坦形状の部分、
３１ｅｄ 下端縁、３１ｅｕ 上端縁、
３５ 単管、３５ａ 管端開口、３５ｂ 管端開口、
６０ ボーリングマシン、６２ アーム、
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）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中熱交換器に使用されるＵ字管を地面の掘削孔へ建て込む方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この地中熱交換器は、地盤に鉛直に埋設されるＵ字管を有する。そして、このＵ字管の一方の管端から同管内に熱媒体を流し込むとともに、他方の管端から、地中熱と熱交換後の熱媒体を取り出して、ヒートポンプ等へ送出して利用する。
【０００５】
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、ドリルとなる掘削管を管軸周りに回転させて掘削方向に前進させることにより、掘削孔を形成する。なお、この掘削孔が完成した時点では、未だ掘削孔内の略全長に亘り掘削管は挿入状態にある（例えば、図３Ｂ、図４Ａを参照）。
次に、掘削管の管軸方向にＵ字管の管軸方向を沿わせつつ同Ｕ字管を掘削管内に建て込む（例えば、図４Ｂ、図４Ｃを参照）。ちなみに、この時、掘削管は、掘削孔の内壁面の崩落を防ぐ孔壁保護部材として機能し、また、Ｕ字管の掘削孔への建て込みを案内する案内部材としても機能する。
次に、掘削管を管軸方向に沿って引き上げることにより、Ｕ字管を掘削孔に残しつつ、掘削管のみを掘削孔から引き抜く（例えば、図５Ａ、図５Ｂを参照）。
そして、最後に、掘削孔とＵ字管との間の隙間を適宜な充填材で埋め戻す（例えば、図５Ｃを参照）。
【０００６】
ここで、上述のＵ字管を一対有する仕様の地中熱交換器を設置する場合には、当然ながら、上記建て込み工程においては、一対のＵ字管同士を互いに側方に重ね合わせながら掘削管内に挿入していくことになる。
【０００７】
しかしながら、一対のＵ字管の先頭となるＵ字継手部のサイズが大きく、その外形寸法が掘削管の内径寸法と近い寸法の場合には、掘削管内への建て込み中に先頭部が、掘削管の内周面に引っ掛かって詰まる等して、建て込み作業が滞る虞があった。
【０００８】
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、少なくとも一対のＵ字管を掘削管内に建て込む際に、その先頭となるＵ字継手部の掘削管内での詰まりを防いで、一対のＵ字管を円滑に建て込めるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、
地面に掘削孔を形成し、該掘削孔に地中熱交換器に係るＵ字管を建て込む方法であって、
掘削管の管軸方向を掘削方向に向けながら前記掘削管を管軸周りに回転させて掘削することにより、前記地面に前記掘削孔を形成する掘削工程と、
前記掘削管の管軸方向に前記Ｕ字管の管軸方向を沿わせつつ前記掘削管内に少なくとも一対の前記Ｕ字管を建て込むＵ字管建て込み工程と、を有し、
前記Ｕ字管は、熱媒体の流路の折り返し部分をなすＵ字継手部と、前記Ｕ字継手部に連結される二本の単管と、を有し、
前記Ｕ字管建て込み工程においては、前記一対のＵ字管は、互いの前記Ｕ字継手部同士を前記管軸方向にずらした状態で前記掘削管内に建て込まれることを特徴とする。
【００１０】
上記請求項１に示す発明によれば、一対のＵ字管が建て込まれる際の建て込み方向の先頭部には、一方のＵ字継手部しか配置されないので、当該先頭部の大きさは、Ｕ字継手部同士を重ね合わせた場合との対比において、略半減化される。これにより、先頭部のサイズが格段に小さくなる。その結果、掘削管内にて先頭部が引っ掛かって詰まること等が防止され、円滑に建て込めるようになる。
【００１１】
請求項２に示す発明は、請求項１に記載の地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法であって、
前記Ｕ字継手部は、前記単管の全周に亘って該単管の外周面よりも前記管軸方向と直交方向の外方に突出しており、
前記ずらした状態においては、前記一対のＵ字管のうちの一方のＵ字管のＵ字継手部が、他方のＵ字管の二本の単管に重なった状態になっていて、前記一対のＵ字管のＵ字継手部同士は一部分も重なっていないことを特徴とする。
【００１２】
上記請求項２に示す発明によれば、一対のＵ字管を建て込む際の管軸方向と直交方向の寸法の最大値を、Ｕ字継手部同士を重ね合わせた場合の同直交方向の寸法の最大値よりも小さくすることができる。その結果、一対のＵ字管を掘削管内へ円滑に建て込み可能となる。
【００１３】
請求項３に示す発明は、請求項１又は２に記載の地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法であって、
前記Ｕ字継手部同士を重ね合わせた場合における前記管軸方向と直交方向の寸法の最大値は、前記掘削管の内径の最小値よりも大きく、
前記Ｕ字継手部と前記二本の単管とを重ね合わせた場合における前記管軸方向と直交方向の寸法の最大値は、前記掘削管の内径の最小値よりも小さいことを特徴とする。
【００１４】
上記請求項３に示す発明によれば、Ｕ字継手部同士を重ね合わせた際に、掘削管内に建て込めないような寸法の場合でも、Ｕ字継手部と前記二本の単管とを重ね合わせれば、掘削管内へ建て込むことができるようになる。すなわち、一対のＵ字管を掘削管内へ確実且つ円滑に建て込み可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、少なくとも一対のＵ字管を掘削管内に建て込む際に、その先頭となるＵ字継手部の掘削管内での詰まりを防いで、一対のＵ字管を円滑に建て込み可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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２】図２Ａは、地盤Ｇの竪孔２３を透視して見た地中熱交換器２１の概略側面図であり、図２Ｂは、図２Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】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４】図４Ａ乃至図４Ｃは、同施工手順の説明図である。
【図５】図５Ａ乃至図５Ｃは、同施工手順の説明図である。
【図６】上下に隣り合う掘削管２４，２４同士の連結構造の概略拡大縦断面図である。
【図７】図７Ａは、Ｕ字管３０のＵ字継手部３１及びその近傍部分の斜視図であり、図７Ｂは、同平面図であり、図７Ｃは、図７Ｂ中のＣ−Ｃ矢視図である。
【図８】図８Ａは、建て込み時における一対のＵ字管３０，３０の建て込み方向の先頭部の状態の参考例の側面図であり、図８Ｂは、図８Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図９Ａは、建て込み時における一対のＵ字管３０，３０の建て込み方向の先頭部の状態の本実施形態の側面図であり、図９Ｂは、図９Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＝＝＝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の概略側面図である。また、図２Ｂは、図２Ａ中のＢ−Ｂ断面図であり、図２Ｃは、図２Ａ中のＣ−Ｃ矢視図である。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
竪孔２３は、ボーリングマシン６０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。
【００２１】
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丸パイプ状の単管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。
【００２２】
なお、本実施形態では、図２Ａ乃至図２Ｃに示すように、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２Ｃに示すように、一対のＵ字管３０，３０を重ね合わせた状態で、これら一対の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。ここで、一対のＵ字管３０，３０の建て込み性を考えると、図２Ｃに示すように、Ｕ字継手部３１，３１同士を互いに上下にずらして配置すると良く、このようにすれば、建て込み時に先頭になるＵ字管３０，３０の部分のサイズが略半分に小さくなって建て込み性が良好になる。これについては後述する。
【００２３】
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。
【００２４】
＜＜＜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。
【００２５】
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。
【００２６】
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（「掘削工程」に相当）。掘削は、図３Ｂのボーリングマシン６０によってなされる。ボーリングマシン６０は、ドリルとしての鋼製掘削管２４を管軸周りに回転可能に把持するアーム６２を有する。そして、掘削管２４の管軸方向を掘削方向たる略鉛直方向に向けながら管端面を地盤Ｇの掘削面に押し付けて管軸周りに回転させることにより地盤Ｇに竪孔２３を形成する。そして、所定の掘削深さまで達したら、地中の掘削管２４の上方に更に掘削管２４を継ぎ足して同芯に連結し、当該連結を繰り返して目標の掘削深さまで竪孔２３を掘り進めていく。そのため、図４Ａに示すように竪孔２３が完成した際には、竪孔２３内にはその略全長に亘って掘削管２４，２４…の連結体２４Ｇが挿入された状態になっている。
【００２７】
なお、上下の掘削管２４，２４同士を同芯に突き合わせて連結する連結構造としては、ここでは、ねじ構造が使用されている。図６は、この連結構造の説明用の掘削管２４の概略拡大縦断面図である。同図６のように、掘削管２４の上端部たる上側管端部２４ｅｕの内周面には、雌ねじ２５ｆが形成されており、他方、その上方に継ぎ足される掘削管２４の下端部たる下側管端部２４ｅｄの外周面には、雄ねじ２５ｍが形成されている。そして、これら雌ねじ２５ｆと雄ねじ２５ｍとが螺合することにより、これら掘削管２４，２４同士は上下に連結一体化される。ここで、各掘削管２４の外径については、掘削性への配慮から、管軸方向の全長に亘って同径に揃えられているが、内径については、同径ではない。すなわち、上述の雌ねじ２５ｆや雄ねじ２５ｍを設ける際の管壁厚さ確保の関係上、図６に示すように、これらねじ２５ｍ，２５ｆが螺設される上下の管端部２４ｅｕ,２４ｅｄについては、その内径は、それ以外の部分よりも小径になっており、更に換言すると、同管端部２４ｅｕ,２４ｅｄは、その内周面に、内径の最小値φ２４ｍｉｎとなる小内径部２４ｐを内方に突出させて有している。よって、内径に関しては全長に亘っては同径ではない。
【００２８】
また、先頭たる最下端の掘削管２４の管端面からは、高圧の削孔水２３ｗが掘削面へ向けて噴射されるようになっており、これにより掘削性が向上されている。なお、この削孔水２３ｗの用途は、掘削に限らない。すなわち、掘削土を泥状にしつつ上方へ浮上させて排土することにも用いられる。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。
【００２９】
そうしたら、この削孔水２３ｗが充満する竪孔２３の掘削管２４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、掘削管２４の管軸方向たる鉛直方向に沿わせつつ建て込む（「Ｕ字管建て込み工程」に相当）。
【００３０】
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の掘削管２４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。
【００３１】
ちなみに、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、掘削管２４，２４…の連結体２４Ｇの最上端の口部２４Ｇｅｕ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従動回転することにより、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。
【００３２】
ところで、望ましくは、この建て込み中に、Ｕ字管３０，３０内への通水を行うと良い。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と良い。そして、このようにすれば、当該部分の管内空気起因の浮力の発生を無くすことができて、削孔水２３ｗ内へのＵ字管３０，３０の沈降たる建て込みを円滑に行うことが可能となる。
【００３３】
また、建て込み中に、適宜タイミングで削孔水２３ｗの水位を低下すると良い。これは、Ｕ字管３０，３０の密度（０．９３〜０．９６ｋｇ／ｍ３）が、削孔水２３ｗの密度（約１ｋｇ／ｍ３）よりも小さいことに起因して、削孔水２３ｗに建て込まれたＵ字管３０，３０には浮力が働いており、建て込み深さが深くなると、Ｕ字管３０，３０の沈降が進まなくなって、つまり建て込みが進まなくなるためである、よって、この浮力を小さくすべく、排水ポンプやエアブロー装置等により、削孔水２３の液位を適宜タイミングで低下させるのが望ましい。
【００３４】
以上のようにして、Ｕ字管３０，３０を目標の建て込み深さまで建て込んだら（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、掘削管２４，２４…の連結体２４Ｇの最上端の口部２４Ｇｅｕよりも上方に突出した状態になる。
【００３５】
次に、図５Ａの掘削管２４，２４…の連結体２４Ｇを図５Ｂに示すように上方へ引き抜いて同連結体２４Ｇを竪孔２３から取り出すが、ここで、この連結体２４Ｇを引き抜く際には、各掘削管２４の内周面がＵ字管３０，３０の上端部３０ｕ，３０ｕ…と接触して、これら上端部３０ｕ，３０ｕ…が損傷する虞がある。そのため、図５Ａに示すように、この引き抜きの前に、Ｕ字管３０，３０の上端部３０ｕ，３０ｕ…に保護キャップ９０を被せている。
【００３６】
この保護キャップ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、掘削管２４の内径の最小値φ２４ｍｉｎ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。
【００３７】
よって、図５Ｂに示すように、上方へ引き抜かれる掘削管２４，２４…の連結体２４Ｇ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。
【００３８】
ちなみに、引き抜いて地上に出てきた掘削管２４については、前述の上下の管端部２４ｅｕ，２４ｅｄの連結構造にて、地中の掘削管２４，２４…から適宜切り離しても良い。
【００３９】
そして、かかる掘削管２４，２４…の連結体２４Ｇ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。
【００４０】
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。
【００４１】
そうしたら、最後に、保護キャップ９０をＵ字管３０，３０…の上端部から取り外し、これにより、地中熱交換器２１の設置工事が完了する。
【００４２】
＜＜＜「Ｕ字管建て込み工程」での一対のＵ字管３０，３０の掘削管２４への建て込みについて＞＞＞
図７Ａは、Ｕ字管３０のＵ字継手部３１及びその近傍部分の斜視図である。図７Ｂは、同平面図であり、図７Ｃは、図７Ｂ中のＣ−Ｃ矢視図である。
【００４３】
前述したように、このＵ字管３０は、掘削方向と同方向の建て込み方向の先頭部に、Ｕ字継手部３１を有する。このＵ字継手部３１は、図７Ａに示すように、熱媒体２６の流路における折り返し部分を形成する管継手であり、その内部のＵ字状流路の両端に、互いに隣り合う２つの管端開口３１ａ，３１ａを有している。そして、各管端開口３１ａ，３１ａには、それぞれ一本ずつ単管３５，３５が互いの管軸方向を略平行に揃えた状態で熱融着され、これにより、Ｕ字管３０が構成されている。
【００４４】
図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、Ｕ字継手部３１は、これに連結される上記各単管３５の周方向の全周に亘り、各単管３５の外周面よりも管軸方向の直交方向（管径方向）の外方に突出した形状になっている。つまり、各単管３５の全周に亘って各単管３５よりも管軸方向の直交方向に大きい形状をなしている。そして、その外形形状を具体的に言えば、図７Ｃに示すように、管軸を挟む両側部分のうちの片側部分３１ｓ１は、先頭側がすぼんだ紡錘形状をなし、もう片側部分３１ｓ２は略平坦形状をなしており、そして、後者の略平坦形状の部分３１ｓ２は、二本の単管３５，３５の並ぶ方向及び管軸方向の両者と平行になっている。
【００４５】
図８Ａ乃至図９Ｂは、建て込み時における一対のＵ字管３０，３０の建て込み方向の先頭部の状態の説明図である。図８Ａには参考例の側面図を示し、図８Ｂには、図８Ａ中のＢ−Ｂ断面図を示している。また、図９Ａには、本実施形態の側面図を示し、図９Ｂには、図９Ａ中のＢ−Ｂ断面図を示している。
【００４６】
かかるＵ字管３０，３０は、竪孔２３毎に一対で建て込まれる。すなわち、互いに同形の一対のＵ字管３０，３０同士が、互いの単管３５，３５…の管軸方向を略平行に揃え、且つ対応する単管３５，３５同士を隣り合わせながら建て込まれる。
そして、この建て込み時には、図８Ａの参考例のように、Ｕ字継手部３１，３１同士を互いに対向させつつ、その略平坦形状の部分３１ｓ２，３１ｓ２同士にて完全一致で重ね合わせて建て込むことが考えられる。
【００４７】
しかし、上述したように当該Ｕ字継手部３１にあっては、単管３５と比べて管軸方向の直交方向の寸法が大きく、これら寸法の大きいもの同士を重ね合わせると、一対のＵ字管３０，３０の先頭部が更に大きくなってしまう（図８Ａ、図８Ｂ）。
【００４８】
また、竪孔２３には掘削管２４，２４…が挿入されているので、実際のＵ字管３０の建て込みは、当該掘削管２４，２４…に対してなされることになるが、ここで、前述したように、各掘削管２４の上下の管端部２４ｅｕ，２４ｅｄ（図６）は、それ以外の部分と比べて内径が小さくなっている。つまり、図６に示すように、当該管端部２４ｅｕ，２４ｅｄの内周面は、周囲の部分と比較して、管径方向の内方に突出した小内径部２４ｐとなっている。よって、一対のＵ字管３０，３０の先頭部が大きいと、掘削管２４の管端部２４ｅｕ，２４ｅｄの位置を通過する際に、当該小内径部２４ｐに引っ掛かる等して詰まり易くなる。
【００４９】
更に、竪孔２３の埋め戻し作業負荷軽減の観点からは、掘削管２４の外径は可能な限り小径の方が望ましいが、そうすると、これに伴って掘削管２４の内径の方も全体として小さく設計され、必然、管端部２４ｅｕ，２４ｅｄの内径たる掘削管２４の内径の最小値φ２４ｍｉｎ（小内径部２４ｐの内径）も小さく設計されてしまう。
【００５０】
すると、当該内径の最小値φ２４ｍｉｎが、Ｕ字継手部３１，３１同士を重ね合わせた場合の管軸方向の直交方向の外形寸法との関係において、挿入可能なぎりぎりの寸法になっていることもあれば、或いは、場合によっては、掘削管２４の内径の最小値φ２４ｍｉｎの方が小さくなってしまっているケースも起こり得る。
【００５１】
この点につき、図８Ａの参考例にあっては、後者に該当している。つまり、図８Ｂに示すように、Ｕ字継手部３１，３１同士を重ね合わせてなるＵ字管３０，３０の先頭部の外形寸法のうちで、管軸方向の直交方向の寸法の最大値Ｄ１ｍａｘが、掘削管２４の内径の最小値φ２４ｍｉｎ（二点鎖線）よりも大きく設計されており、これにより、Ｕ字継手部３１，３１が、掘削管２４の小内径部２４ｐと干渉してしまい、掘削管２４内へ建て込めなくなっている。
【００５２】
そこで、本実施形態では、図９Ａに示すように、一対のＵ字管３０，３０が具備するＵ字継手部３１，３１同士を、管軸方向の上下にずらして配置している。すなわち、一対のＵ字管３０，３０に係る建て込み方向の先頭部には、一方のＵ字継手部３１しか配置されておらず、もう一方のＵ字継手部３１はその上方に位置している。よって、この構成によれば、一対のＵ字管３０，３０の先頭部の大きさは、図８Ａの参考例の場合の略半分に小さくなるので、当該先頭部が上述の掘削管２４の管端部２４ｅｕ，２４ｅｄの位置を通過時の引っ掛かりは大幅に軽減される。
【００５３】
また、上述のずらし配置にあっては、下側のＵ字継手部３１は、何にも重ならない状態になっており、他方、上側のＵ字継手部３１は、下側のＵ字継手部３１に連結された二本の単管３５，３５の外周面にのみ重ね合わせられて番線等の適宜な結束具により固定されている。つまり、上側のＵ字継手部３１の先端縁たる下端縁３１ｅｄは、下側のＵ字継手部３１の上端縁３１ｅｕよりも上方に位置しており、これにより、Ｕ字継手部３１，３１同士は、互いの一部分も重ならないように完全にずらして配置されている。
【００５４】
そして、この構成によれば、一対のＵ字管３０，３０において、管軸方向の直交方向の外形寸法の最大値となり得る部位３０ｍａｘたる、上側のＵ字継手部３１と二本の単管３５，３５との重ね合わせ部位３０ｍａｘの最大寸法Ｄ２ｍａｘ（図９Ｂ）を、図８Ａの参考例のＵ字継手部３１，３１同士を重ね合わせた場合の最大寸法Ｄ１ｍａｘ（図８Ｂ）よりも小さくすることができて、その結果、当該一対のＵ字管３０，３０を掘削管２４内へ建て込めるようになる。
【００５５】
すなわち、この例では、上側のＵ字継手部３１と二本の単管３５，３５との重ね合わせ部位に係る管軸方向の直交方向の寸法の最大値Ｄ２ｍａｘは、掘削管２４の内径の最小値φ２４ｍｉｎよりも小さくなるように設計されており、これにより、図９Ｂに示すように、掘削管２４の小内径部２４ｐに干渉することなく、同掘削管２４内へ速やかに建て込み可能となっている。
【００５６】
＝＝＝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。
【００５７】
上述の実施形態では、一対のＵ字管３０，３０が具備するＵ字継手部３１，３１同士は、一部分も重ならない状態で配置されていたが、何等これに限るものではなく、一部分であれば、重なっていても良い。すなわち、Ｕ字継手部３１，３１同士が管軸方向の上下にずれて配置されていれば、一対のＵ字管３０，３０の建て込み方向の先頭部の大きさは小さくなるので、例えば、下側のＵ字継手部３１の上端部に上側のＵ字継手部３１の下端部が重なっていても良い。
【００５８】
上述の実施形態では、掘削管２４内に一対のＵ字管３０，３０を建て込んだが、一対よりも多い数、例えば３つ以上のＵ字管３０，３０…を建て込んでも良い。
【００５９】
上述の実施形態では、Ｕ字管３０が具備する一対の単管３５，３５として丸パイプ状（断面正円形状）の管を例示したが、その管形状は何等これに限るものではない。例えば、断面形状が楕円等の断面非正円形状の管でも良いし、角パイプ等の断面多角形状の管でも良い。
【００６０】
上述の実施形態では、掘削管２４，２４同士の連結構造としてねじ構造を例示したが、何等これに限るものではなく、これ以外の周知の管継ぎ手構造を用いても良い。また、前述のねじ構造の説明の中では、掘削管２４の上側管端部２４ｅｕに雌ねじ２５ｆを設け、下側管端部２４ｅｄに雄ねじ２５ｍを設けていたが、この設置位置関係を上下逆さまにしても良い。すなわち、上側管端部２４ｅｕに雄ねじ２５ｍを設け、下側管端部２４ｅｄに雌ねじ２５ｆを設けても構わない。
【符号の説明】
【００６１】
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）、２３ｗ 削孔水、２４ 掘削管、
２４ｅｄ 下側管端部、２４ｅｕ 上側管端部、２４ｐ 小内径部、
２４Ｇｅｕ 掘削管の連結体の最上端の口部、２４Ｇ 掘削管の連結体、
２５ｍ 雄ねじ、２５ｆ 雌ねじ、２６ 熱媒体、２７ 充填材、
３０ Ｕ字管、３０ｕ 上端部、３０ｄ 下端部、
３０ｒ 巻き取り状態のＵ字管、３０ｍａｘ 重ね合わせた部位、
３１ Ｕ字継手部、３１ａ 管端開口、
３１ｓ１ 片側部分、３１ｓ２ 略平坦形状の部分、
３１ｅｄ 下端縁、３１ｅｕ 上端縁、
３５ 単管、３５ａ 管端開口、３５ｂ 管端開口、
６０ ボーリングマシン、６２ アーム、
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）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地面に掘削孔を形成し、該掘削孔に地中熱交換器に係るＵ字管を建て込む方法であって、
掘削管の管軸方向を掘削方向に向けながら前記掘削管を管軸周りに回転させて掘削することにより、前記地面に前記掘削孔を形成する掘削工程と、
前記掘削管の管軸方向に前記Ｕ字管の管軸方向を沿わせつつ前記掘削管内に少なくとも一対の前記Ｕ字管を建て込むＵ字管建て込み工程と、を有し、
前記Ｕ字管は、熱媒体の流路の折り返し部分をなすＵ字継手部と、前記Ｕ字継手部に連結される二本の単管と、を有し、
前記Ｕ字管建て込み工程においては、前記一対のＵ字管は、互いの前記Ｕ字継手部同士を前記管軸方向にずらした状態で前記掘削管内に建て込まれることを特徴とする地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法。
【請求項２】
請求項１に記載の地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法であって、
前記Ｕ字継手部は、前記単管の全周に亘って該単管の外周面よりも前記管軸方向と直交方向の外方に突出しており、
前記ずらした状態においては、前記一対のＵ字管のうちの一方のＵ字管のＵ字継手部が、他方のＵ字管の二本の単管に重なった状態になっていて、前記一対のＵ字管のＵ字継手部同士は一部分も重なっていないことを特徴とする地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法であって、
前記Ｕ字継手部同士を重ね合わせた場合における前記管軸方向と直交方向の寸法の最大値は、前記掘削管の内径の最小値よりも大きく、
前記Ｕ字継手部と前記二本の単管とを重ね合わせた場合における前記管軸方向と直交方向の寸法の最大値は、前記掘削管の内径の最小値よりも小さいことを特徴とする地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法。
【請求項１】
地面に掘削孔を形成し、該掘削孔に地中熱交換器に係るＵ字管を建て込む方法であって、
掘削管の管軸方向を掘削方向に向けながら前記掘削管を管軸周りに回転させて掘削することにより、前記地面に前記掘削孔を形成する掘削工程と、
前記掘削管の管軸方向に前記Ｕ字管の管軸方向を沿わせつつ前記掘削管内に少なくとも一対の前記Ｕ字管を建て込むＵ字管建て込み工程と、を有し、
前記Ｕ字管は、熱媒体の流路の折り返し部分をなすＵ字継手部と、前記Ｕ字継手部に連結される二本の単管と、を有し、
前記Ｕ字管建て込み工程においては、前記一対のＵ字管は、互いの前記Ｕ字継手部同士を前記管軸方向にずらした状態で前記掘削管内に建て込まれることを特徴とする地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法。
【請求項２】
請求項１に記載の地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法であって、
前記Ｕ字継手部は、前記単管の全周に亘って該単管の外周面よりも前記管軸方向と直交方向の外方に突出しており、
前記ずらした状態においては、前記一対のＵ字管のうちの一方のＵ字管のＵ字継手部が、他方のＵ字管の二本の単管に重なった状態になっていて、前記一対のＵ字管のＵ字継手部同士は一部分も重なっていないことを特徴とする地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法であって、
前記Ｕ字継手部同士を重ね合わせた場合における前記管軸方向と直交方向の寸法の最大値は、前記掘削管の内径の最小値よりも大きく、
前記Ｕ字継手部と前記二本の単管とを重ね合わせた場合における前記管軸方向と直交方向の寸法の最大値は、前記掘削管の内径の最小値よりも小さいことを特徴とする地中熱交換器に係るＵ字管の地面の掘削孔への建て込み方法。
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図１】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【図３】
【図６】
【図７】
【図１】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１２７１１６（Ｐ２０１２−１２７１１６Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７９７４８（Ｐ２０１０−２７９７４８）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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