(57)【要約】【課題】  地中熱交換器の埋設費用を低減する。【解決手段】  地中熱交換器を埋設する時に、その熱交換器に使用する杭をカム等を用いた杭打ち装置を用いる事で杭打ち作業を簡素化し、埋設費用の低減を実現させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に杭を打ち込む杭打ち装置に於いて打ち込む動作にカム等を用い、杭を打ち込む時に発生する地盤からの反力を杭打ち装置全体の質量とその装置に生じる慣性力の和で受ける杭打ち装置
【請求項２】
地中に杭を打ち込む杭打ち装置に於いて打ち込む動作にカム等を用い、そのカムの回転速度を任意の速度に設定できる杭打ち装置。
【請求項３】
地中に杭を打ち込む杭打ち装置に於いて打ち込む動作にカム等を用い、そカムの回転速度を高速にすることによってバイブロハンマーとしての特性を備える杭打ち装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は地中熱エネルギーを利用する際に用いる地中熱交換器の埋設に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  冬期間の暖房や融雪、夏期の冷房の熱源として自然エネルギーの一つである地中熱を利用することが、最近の地球環境保全やエネルギー問題を背景として徐々に普及しつつある。
地中熱を利用する為に、地中に埋設した熱交換器より熱媒を介して冬には地中から熱エネルギーを吸熱して暖房や融雪の熱源に、夏には地中に放熱して冷房の熱源に利用されている。この時に冷暖房の熱源として利用する場合はヒートポンプと組み合わせて利用すことが一般的である。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  地中熱交換器埋設費用の低減。
【課題を解決する為の手段】
【０００４】  現在地中熱交換器を埋設する方法としては、ボーリングマシンを用いて地中にボアホールを掘削し、その穴の中にＵチューブあるいは同軸二重管等の熱交換器を挿入する方法が一般的に行われているが、地中にボアホールを掘削する費用が高価であることが地中熱交換器の埋設費用が高くなっている要因の一つである。又その埋設費用を低減させる手段として建物を建設する時に地中に打ち込まれる支持杭に地中熱交換器の機能を持たせたり、支持杭を打ち込む杭打機等を使用して地中熱交換器を地中に埋設する事も行われているが一般に広く普及するレベルには至っていないのが現状である。
本発明は前述の課題を解決する為の手段として、事前にボアホールを掘削する事無く、地中に熱交換器を手軽に埋設する事が可能な地中熱交換器埋設用の杭打ち装置を提供する。
従来の工法ではボアホールを掘削し、その穴に同軸二重管等の地中熱交換器を挿入し、その熱交換器と地盤との空間を土砂等で埋め戻しているが、本発明の杭打ち装置を使用しての熱交換器の埋設では直接地中熱交換器を打ち込む為、穴の径も打ち込む管の径と同じで空間を埋める必要も無くなり、打ち込みに必要な力も最小となる為杭打ち装置も小型・軽量となる。
【発明の効果】
【０００５】  従来は地中熱交換器を埋設する場合に、事前にボーリングマシンよってボアホールを掘削してその穴に地中熱交換器を挿入したり、地中熱交換器を直接地中に打ち込む場合は専用の重機である杭打ち機を用いたりする為に、その作業の特殊性から専門業者に依頼せざるを得ない面が強かったが、前述の通り地中に直接熱交換器を打ち込む事が可能な本発明による地中熱交換器用の杭打ち装置を用いる事によって，地中熱交換器の埋設作業が容易に出来る様になる。
【０００６】  本発明による地中熱交換器用の杭打ち装置は杭を打ち込む動作にカム等を用い、図１に示すような構造の杭打ち込み装置にする事で、くいを打ち込む時に地盤から受ける反力を打ち込み装置全体の質量と、その打ち込み装置の質量が不足する場合にその装置に作用する慣性力も反力として利用できる。又打ち込み動作にカム等を用いる事で杭の打ち込みに直接必要なエネルギー以外のロスが少なく、更にカム等の駆動系にフライホイールの効果持たせる事でくい打ち装置に必要な動力が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一形態である同軸二重管熱交換器の外管を埋設する為の杭打ち装置を示す。
【図２】本発明の一形態である同軸二重管熱交換器の外管を打ち込む部分の詳細図である。
【図３】本発明による実施例の一形態である地中熱交換器を利用した融雪装置の概略図である。
【図４】本発明による杭打ち装置によって地中に埋設する同軸二重管の一形態を示す。
【発明を実施する為の形態】
【０００８】  以下本発明を実施する為の形態について図を用いて説明する。図１は本発明によって地中に熱交換器を埋設する為の地中熱交換器埋設用杭打ち装置の一例である。
図示の様にベース１にガイドレール２の下端を左右に回転可能な様に取り付ける。同様にベース１にガイドレール２を任意の角度に固定する為のステー３の下端を取り付け、その上端はガイドレール２の上部付近に左右に回転可能なように取り付ける。ステー３の中間付近ににはステー３の長さを調節出来るアジャストスクリュー４が設けられている。このアジャストスクリュー４の設定によってガイドレール２を希望する角度に設定することが可能となる。杭打ちユニット５はガイドレール２に沿って上下に自由に移動出来る様に取り付けられている。また杭打ちユニット５にナット６を、ガイドレール２に平行にスクリュー７を図示の様に取り付ける。又同じくガイドレールの最上部に減速モーター８を取り付け図示の様にローラーチェーン９等によってスクリュー７と連結する。又減速モーター８にはトルクリミッターが組み込まれている。杭打ちユニット５には図示の様にカムロール１０が組み込まれたスライド１１、カム１２、無段変速機１３、メーンモーター１４が取り付けられ、メーンモーター１４によってカム１２が回転する様にローラーチェーン等で連結されている。
【０００９】  次に本発明による杭打ち装置を使用して実際に杭打ち作業をする一例の概要について図１、図２を用いて説明する。本発明による杭打ち装置のガイドレール２を希望する角度に合わせた後に地中熱交換器を埋設する位置に杭打ち装置を移動して杭打ち作業中に動かない様に固定する。次に杭打ちユニット５を上部にあげ、地中に埋設する同軸二重管１７の下端をガイドレール２の最下部に取り付けられている位置決めプレート１６の穴に差込み、上端はスライド１１の下端に穴グリされている部分にはめ込み、その後同軸二重管１７が地面に到達し地面から受ける抵抗と杭打ちユニット５の下降する力のバランスが取れて停止するまで杭打ちユニット５を下降させる。この時に減速モーター８は運転を続けておくが減速モーター８にはトルクリミッターが組み込まれているので、前述のバランスの取れた位置で下降が停止している。この状態で杭打ちユニット５のメーンモーター１４を運転するとカム１２のＡの部分でスライド１１がカム１２の変位量Ｓだけ押し下げられて、同軸二重管１７が地中に打ち込まれる。又カム１２のＢの部分では同軸二重管１７が地中に打ち込まれた分だけ杭打ちユニット５が下降しカム１２とカムロール１０との間に空間が生じない様になっている。この時同軸二重管１７が地盤から受ける反力は、杭打ち装置全体の質量とその装置の質量が不足する場合に発生する慣性力との和となる。更に大きな反力が必用な場合はベース１の上に手軽に扱える分割した錘２６を載せることで必要な反力を得ることが出来る。又この時の慣性力はカム１２の回転速度が速くなるに従って大きくなり、カム１２の変位量Ｓと無段変速機１３で回転速度を適切に設定する事によって適切に杭打ち作業を行う事が可能となる。又カム１２の質量を可能な範囲で大きくしフライホイールとしての効果を果たす様にする事によってカム１２の回転がスムーズになる。更にこの杭打ちユニット５のカム１２の回転を高速で回転させると、地中に打ち込む抗に連続した振動を与えバイブロハンマーとしての特性を得られ、杭打ち時に発生する打ち込む同軸二重管１７と地盤との摩擦抵抗を低減でき杭打ちに必要な力が減少する為、杭打ち装置の小型軽量化が可能となる。ここでは地中熱交換器の同軸二重管外管１７の打ち込みについて説明したが、この杭打ち装置は同軸二重管に限らず一般の杭打ち作業にも有効である。又この杭打ち装置の杭一本の長さは２ｍ程度で所定の長さになる迄順次継ぎ足していく。
【００１０】  図２は本発明による実施例の一形態である杭を打ち込む機構を示しておりその詳細は前述のとおりである。
【００１１】  図３は本発明による実施例の一形態である地中に埋設した熱交換器を利用した融雪装置の概略図である。図示の様に地中に融雪槽１８を設置する。その融雪槽１８の中間より若干上部に融雪水１９を排水する排水ポート２０を設け、そのレベル迄融雪水１９を満たしておく。又融雪槽１８の下部には熱交換器２１を、更に融雪槽１８の周辺には本発明に寄る杭打ち装置によって埋設された複数の地中熱交換器２２ａ〜２２ｎを傾斜をつけて放射状に配置する。尚この融雪装置を一般家庭で利用する場合の地中熱交換器は深さ１５ｍ・本数８〜１０本程度が目安となる。又地上に循環ポンプ２３を設置し、図示の様に熱交換器２１、熱交換器２２ａ〜２２ｎ、循環ポンプ２３を図示の様に閉回路で連結し、その回路の内部に熱媒２４を満たしておく。この融雪槽１８に雪２５を投入すると融雪槽内に貯えられている融雪水１９によって次第に雪２５が融けていくが、融雪水１９がある温度まで低下すると雪を融かすことが出来なくなる。この状態で融雪装置の循環ポンプ２３を運転すると熱媒２４が地中より熱エネルギーを採熱し、その熱エネルギーを融雪槽内の熱交換器２１を介して融雪水１９に放熱し、融雪水１９を加温していく事によって投入した雪２５か融けていく。尚地中の温度は地面からの深さが１０ｍより深くなると年間を通じてほぼ一定であることが知られており札幌近辺では１０℃程度で、この融雪装置はその地中の熱エネルギーを利用して雪を融かすものである。
【００１２】  図４は本発明による杭打ち装置によって埋設する地中熱交換器の一形態である同軸二重管の構造を示す。図示の様に同軸二重管内管の上部から送りこまれた熱媒２４はその内管の下端から流出しその後同軸二重管内管と同軸二重管外管１７の間を通って上昇しその外管の上端から流出する。
【符号の説明】  １          ベース
２          ガイドレール
３          ステー
４          傾斜角度調節スクリュー
５          杭打ちユニット
６          ナット
７          スクリュー
８          減速モーター
９          ローラーチェーン
１０          カムロール
１１          スライド
１２          カム
１３          無段変速機
１４          メーンモーター
１５          ローラーチェン
１６          下部位置決めプレート
１７          同軸二重管外管
１８          融雪槽
１９          融雪水
２０          排水ポート
２１          熱交換器
２２ａ〜ｎ    地中熱交換器
２３          熱媒循環ポンプ
２４          熱媒
２５          雪
２６          錘
Ｓ          カム変位量
Ａ          スライド下降区間
Ｂ          杭打ちユニット下降区間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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