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技術 対地熱交換設備の製造方法、及び、その製造方法に用いる土木建設用杭

出願人 株式会社クボタ
発明者 深堀賢久土谷正幸
出願日 2001年11月12日 (19年0ヶ月経過) 出願番号 2001-345911
公開日 2003年5月21日 (17年5ヶ月経過) 公開番号 2003-148079
状態 拒絶査定
技術分野 油層からの石油の採取、坑井の調査 杭・地中アンカー 化学反応及び燃焼によらない熱の発生又利用 地中削孔
主要キーワード 付設状態 熱交換設備 施工方式 熱媒出口 熱媒入口 放熱熱交換器 設置施工 凍結防止用
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この項目の情報は公開日時点(2003年5月21日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

土木建設用を利用して対地熱交換設備を安価に構築する。

解決手段

先端が開口した土木建設用の管状杭1を地上から地中Gに進行させて地中Gに設置施工したときにその杭1の内部に生じる空洞Sに、熱媒Lを器内通過させる対地熱交換器2を杭上端部から挿入して配置し、その後、その杭1の内部に固形又は固化性充填剤Sを充填する。又は、対地熱交換器2を土木建設用の杭1に一体的に付設しておき、この付設状態で杭1を地中Gに設置施工する。

概要

背景

従来、上記の如き対地熱交換設備において対地熱交換器地中に設置するには、図6の(イ)に示す如く、掘削により地中Gに縦Tを形成して、その縦坑Tに対地熱交換器2を挿入し、その後、縦坑Tにセメントミルクなどの固化性充填剤3を充填する方法が採られていた。………(イ)

また、基礎杭などの土木建設用を利用した対地熱交換設備として、図6の(ロ)に示す如く、地中Gに設置した管状の土木建設用杭1の内部で熱媒Lの供給管4a及び排出管4bを開口させて、その管状杭1の内部を熱媒Lの貯留域にし、これにより、供給管4aからの熱媒供給及び排出管4bからの熱媒排出による熱媒Lの循環において、その熱媒Lを杭内部の貯留過程で対地熱交換させるものも提案されている。………(ロ)

概要

土木建設用杭を利用して対地熱交換設備を安価に構築する。

先端が開口した土木建設用の管状杭1を地上から地中Gに進行させて地中Gに設置施工したときにその杭1の内部に生じる空洞Sに、熱媒Lを器内通過させる対地熱交換器2を杭上端部から挿入して配置し、その後、その杭1の内部に固形又は固化性の充填剤Sを充填する。又は、対地熱交換器2を土木建設用の杭1に一体的に付設しておき、この付設状態で杭1を地中Gに設置施工する。

目的

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、基礎杭や土留杭等として地中に設置される土木建設用杭を合理的に利用して、上記の如き問題を効果的に解消する点にある。また、対地熱交換設備の製造に利用するのに好適な土木建設用杭を提供する点にある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
14件

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請求項1

先端が開口した土木建設用の管状を地上から地中に進行させて地中に設置施工したときにその杭の内部に生じる空洞に、熱媒器内通過させる対地熱交換器を杭上端部から挿入して配置し、その後、その杭の内部に固形又は固化性充填剤充填する対地熱交換設備の製造方法。

請求項2

熱媒を器内通過させる対地熱交換器を土木建設用の杭に一体的に付設しておき、この付設状態で前記杭を地中に設置施工する対地熱交換設備の製造方法。

請求項3

請求項2記載の製造方法に用いる土木建設用杭であって、管状の杭本体に細管状の前記対地熱交換器を、杭本体の内面に接触させた状態で、かつ、杭本体の内面に沿わせて延設した状態で一体的に付設し、前記対地熱交換器の熱媒入口部及び熱媒出口部を前記杭本体の基端側に配置してある土木建設用杭。

技術分野

0001

本発明は、地中に設置した対地熱交換器熱媒を通過させることで、その熱媒を対地熱交換させて地中から採熱する又は地中へ放熱する対地熱交換設備の製造方法、及び、その製造方法に用いる土木建設用に関する。

背景技術

0002

従来、上記の如き対地熱交換設備において対地熱交換器を地中に設置するには、図6の(イ)に示す如く、掘削により地中Gに縦Tを形成して、その縦坑Tに対地熱交換器2を挿入し、その後、縦坑Tにセメントミルクなどの固化性充填剤3を充填する方法が採られていた。………(イ)

0003

また、基礎杭などの土木建設用の杭を利用した対地熱交換設備として、図6の(ロ)に示す如く、地中Gに設置した管状の土木建設用杭1の内部で熱媒Lの供給管4a及び排出管4bを開口させて、その管状杭1の内部を熱媒Lの貯留域にし、これにより、供給管4aからの熱媒供給及び排出管4bからの熱媒排出による熱媒Lの循環において、その熱媒Lを杭内部の貯留過程で対地熱交換させるものも提案されている。………(ロ)

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、上記(イ)の方法では、対地熱交換器を地中に設置するための専用縦坑を掘削により形成するのにかなりの費用を要し、この掘削費用が設備コスト中の大きな割合を占めて対地熱交換設備の設備コストが高く付く問題があった。

0005

一方、上記(ロ)の設備では、建築物の基礎杭や土留杭等として地中に設置された土木建築用の杭を利用するため、対地熱交換設備としてはその設備コストから杭の設置費用を省き得るものの、杭内部の洗浄水密化など、杭内部に熱媒を貯留できるようにするための処置を設置杭に施す必要があり、この為、やはり設備コストが高く付く問題があった。

0006

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、基礎杭や土留杭等として地中に設置される土木建設用杭を合理的に利用して、上記の如き問題を効果的に解消する点にある。また、対地熱交換設備の製造に利用するのに好適な土木建設用杭を提供する点にある。

課題を解決するための手段

0007

〔1〕請求項1に係る発明は対地熱交換設備の製造方法に係り、その特徴は、先端が開口した土木建設用の管状杭を地上から地中に進行させて地中に設置施工したときにその杭の内部に生じる空洞に、熱媒を器内通過させる対地熱交換器を杭上端部から挿入して配置し、その後、その杭の内部に固形又は固化性の充填剤を充填する点にある。

0008

つまり、この方法によれば、基礎杭や土留杭等として先端開口の土木建設用の管状杭を地中に設置施工する際に生じる杭内部の空洞を対地熱交換器の配置スペースに利用して、杭上端部からの挿入により対地熱交換器を地中に配置するから、対地熱交換器を地中に設置するための専用縦坑の掘削形成が不要になり、また、杭内部に熱媒を貯留できるようにするための杭内部の洗浄や水密化などの処置も不要になる。

0009

さらにまた、設置した杭の内部に固形や固化性の充填材を充填することは、対地熱交換器の杭内挿入の有無にかかわらず、基礎杭や土留杭等として地中に設置された管状杭に対する埋め戻し処理として通常に行なわれていることにすぎず、これらのことから、先述した(イ),(ロ)の従来技術に比べ対地熱交換設備の設備コストを効果的に低減することができる。

0010

〔2〕請求項2に係る発明は対地熱交換設備の製造方法に係り、その特徴は、熱媒を器内通過させる対地熱交換器を土木建設用の杭に一体的に付設しておき、この付設状態で前記杭を地中に設置施工する点にある。

0011

つまり、この構成によれば、基礎杭や土留杭等として地中に設置される土木建設用杭に対地熱交換器を一体的に付設したおいた状態で、その杭を地中に設置施工するから、その杭の基礎杭や土留杭等としての設置施工と同時に対地熱交換器を地中に設置することができる。

0012

そして、このことにより、請求項1に係る発明と同様、対地熱交換器を地中に設置するための専用縦坑の掘削形成が不要になり、また、杭内部に熱媒を貯留できるようにするための杭内部の洗浄や水密化などの処置も不要になり、これらのことで、先述した(イ),(ロ)の従来技術に比べ対地熱交換設備の設備コストを効果的に低減することができる。

0013

また、杭の設置施工と同時に対地熱交換器を地中に設置できることで、対地熱交換器の設置施工を極めて能率良く行うことができ、このことで、設備コストの低減を一層促進し得るとともに、対地熱交換設備の製造(すなわち構築)に要する施工期間も効果的に短縮することができる。

0014

〔3〕請求項3に係る発明は、請求項2に係る発明の製造方法に用いる土木建設用杭に係り、その特徴は、管状の杭本体に細管状の前記対地熱交換器を、杭本体の内面に接触させた状態で、かつ、杭本体の内面に沿わせて延設した状態で一体的に付設し、前記対地熱交換器の熱媒入口部及び熱媒出口部を前記杭本体の基端側に配置してある点にある。

0015

つまり、この構成によれば、対地熱交換器を管状の杭本体の内側に付設するから、対地熱交換器を管状の杭本体の外側に付設する構成に比べ、土木建設用杭の大きな強度をもって地中の大きな土圧から対地熱交換器を効果的に保護することができ、これにより、対地熱交換器そのものには比較的軽薄で安価な材質のものを用いて設備コストの低減を促進しながらも、耐久性に優れた対地熱交換設備にすることができる。

0016

また、細管状の対地熱交換器を杭本体の内面に接触させた状態で、かつ、杭本体の内面に沿わせて延設した状態で杭本体に付設するから、対地熱交換器の伝熱面積を大きく確保することができ、この点で採熱性能放熱性能にも優れた対地熱交換設備にすることができる。

0017

そしてまた、対地熱交換器の熱媒入口部及び熱媒出口部を杭本体の基端側(すなわち、地中設置状態において上端側)に配置するから、杭とともに対地熱交換器を地中に設置した後の対地熱交換器に対する熱媒供給管や熱媒排出管の接続も容易に行なうことができる。

発明を実施するための最良の形態

0018

〔第1実施形態〕図1において、1は建築物の基礎杭や土留杭等として地中Gに設置される先端開口の鋼管杭であり、この鋼管杭1は打ち込み方式やねじ込み方式などの適当な施工方式により図1の(イ)に示す如く、縦姿勢で地上から地中Gに進行させて地中に設置する。

0019

なお、鋼管杭1には、その先端に掘削歯を付設して設置施工の能率化を図ったものもある。

0020

上記の如く鋼管杭1を地上から地中Gに進行させて設置施工したときには、その鋼管杭1の内部に空洞Sが生じるが、本第1実施形態では、対地熱交換設備を構築するのに、図1の(ロ)に示す如く、上記鋼管杭1の地中設置後、その設置施工で杭内部に生じた空洞Sに樹脂製のU字状チューブからなる対地熱交換器2を杭上端部から挿入して配置し、その後、杭1の内部(すなわち空洞S)にセメントミルクや土砂などの充填材3を充填する。

0021

そして、対地熱交換器2の杭内への挿入配置の際に杭上端部から外部へ延出させておいた対地熱交換器2の熱媒入口部2a及び熱媒出口部2bに対し熱媒供給管4a及び熱媒排出管4bを接続し、これにより、熱媒供給管4aからの供給熱媒L(ブラインや水等)を地中杭内設置の対地熱交換器2における器内通過過程で充填材3及び杭1の鋼壁を介し対地熱交換させて地中Gから採熱する、あるいは、地中Gへ放熱する対地熱交換設備を構築する。

0022

〔第2実施形態〕図2の(イ),(ロ)は基礎杭や土留杭等として用いる鋼管杭1を示し、この鋼管杭1の杭本体には金属製の細管からなる対地熱交換器2を、その全長にたって杭本体の内面に接触させた状態で、かつ、杭本体の内面に沿わせて螺旋状に延設した状態で、溶接などの適当な固定手段により一体的に付設してある。

0023

また、この対地熱交換器2の杭内付設においては、対地熱交換器2の往管部2iと返管部2oとを近接平行させた対にして、その対を杭本体の内面に沿わせて螺旋状に延設した構造にし、この構造において、往管部2iと返管部2oとを結ぶ折り返し部2mを鋼管杭1の先端部(地中設置状態では下端部)に配置し、一方、対地熱交換器2の熱媒入口部2a(往管部2iの入口部)及び熱媒出口部2b(返管部2oの出口部)を鋼管杭1の基端部から杭外に延出させてある。

0024

そして、本第2実施形態では、対地熱交換設備を構築するのに、図3に示す如く、対地熱交換器2を一体的に付設してある上記鋼管杭1を基礎杭や土留杭などとして適当な施工方式により地中Gに設置施工することで、その鋼管杭1の地中設置と同時に対地熱交換器2を地中Gに設置し、その後、設置杭1の内部にセメントミルクや土砂などの充填材3を必要に応じ充填するとともに、設置杭1の基端部(上端部)から延出する熱媒入口部2a及び熱媒出口部2bに対し熱媒供給管4a及び熱媒排出管4bを接続し、これにより対地熱交換設備を構築する。

0025

なお、対地熱交換器2を一体的に付設した上記鋼管杭1にはその先端に掘削歯を付設しておき、これにより杭の設置施工の能率化を図るようにしてもよい。

0026

〔別実施形態〕次に別実施形態を列記する。

0027

請求項1〜3に係る発明に用いる土木建設用杭1は、鋼製の杭に限られるものではなく、他にコンクリート製の杭を初め、どのような材質の杭であってもよく、その断面形状も円形に限らず矩形楕円形などであってもよい。

0028

また、その杭1の本来の用途は、種々の建築物の基礎土留めを初め、土木建設用途であれば、どのような用途であってもよい。

0029

請求項2に係る発明の実施においては、管状の土木建設用杭1の内側又は外側のいずれに対地熱交換器2を付設する構造にしてもよく、また、中実の土木建設用杭1の内部に対地熱交換器2を埋め込む状態で付設する構造にしてもよい。

0030

請求項1,2に係る発明の実施において、対地熱交換器2の具体的形状はU字状や、往管部と返管部とが近接平行する対管状に限られるものではなく、どのような形状であってもよく、また、その材質も樹脂や金属など種々の材質を採用できる。

0031

請求項3に係る発明の実施において、杭本体の内面に対する対地熱交換器2の付設形態は、前述の如き螺旋状に限らず種々の変更が可能であり、例えば、図4の(イ),(ロ)に示す如く往管部2iと返管部2oとが平行する管対の複数を杭1の周方向に分散させた状態で、かつ、各管対が杭の長手方向に直線状ないし蛇行状に延びる状態で杭内面に付設する構造や、図5に示す如く往管部2iと返管部2oとが平行する管対の複数を互いに平行姿勢にして螺旋状に杭内面に付設する構造などを採用してもよい。

0032

地中設置後の管状杭1の内部に充填材3を充填する場合、その充填材3には土砂やセメントミルクを初め、固形や固化性のものであれば種々の材質のものを採用できる。

0033

熱媒Lはヒートポンプ蒸発器吸熱器)ないし凝縮器放熱器)と対地熱交換器2との間で循環させる形式、あるいは、融雪用や凍結防止用として路面等に設置した放熱熱交換器と対地熱交換器との間で循環させる形式など、どのような利用形式を採ってもよい。

0034

対地熱交換器2において地中Gから採熱する場合、その採取熱の用途は融雪、凍結防止暖房給湯物品加熱など、どのような用途であってもよく、また逆に対地熱交換器2において地中Gへ放熱する場合、その放熱の目的は冷房排熱の放熱、物品冷却排熱の放熱、機器発生熱の放熱など、どのような目的の放熱であってもよい。

図面の簡単な説明

0035

図1第1実施形態の設備構築形式を説明する側面視断面図
図2第2実施形態の設備構築で使用する杭の縦断面図及び横断面図
図3第2実施形態の設備構築形式を説明する側面視断面図
図4別実施形態を示す杭の縦断面図及び横断面図
図5他の別実施形態を示す杭の縦断面図
図6従来の設備構築形式を説明する側面視断面図

--

0036

1土木建設用杭,杭本体
2対地熱交換器
2a熱媒入口部
2b熱媒出口部
3充填剤
G地中
L熱媒
S 空洞

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