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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-30
(45)【発行日】2024-05-10
(54)【発明の名称】地中熱交換器の設置方法および装置
(51)【国際特許分類】
F24T 10/17 20180101AFI20240501BHJP
E21B 29/00 20060101ALI20240501BHJP
B26D 3/16 20060101ALI20240501BHJP
【ＦＩ】
F24T10/17
E21B29/00
B26D3/16 Z
【請求項の数】
13
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2019165076
(22)【出願日】2019-09-11
(65)【公開番号】P2020098089
(43)【公開日】2020-06-25
【審査請求日】2022-09-06
(31)【優先権主張番号】16/131,156
(32)【優先日】2018-09-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】519329564
【氏名又は名称】ジオソース エネルギー インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｏｓｏｕｒｃｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】１５０８ Ｈｗｙ ５４， Ｃａｌｅｄｏｎｉａ， Ｏｎｔａｒｉｏ， ＣＡＮＡＤＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100134751
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 隆一
(72)【発明者】
【氏名】スタンレー レイツマ
【審査官】杉山 健一
(56)【参考文献】
【文献】韓国登録特許第１０－１５２５４３１（ＫＲ，Ｂ１）
【文献】独国特許出願公開第１０２０１５２０４６０９（ＤＥ，Ａ１）
【文献】特開２００３－１３０４７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０１８０１４２４（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３１６２９６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２４Ｔ １０／１７
Ｅ２１Ｂ ２９／００
Ｂ２６Ｄ ３／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
地中熱交換器の設置方法であって、建設サイトにおいて、地中熱ボアホールを目標深さまで掘削することと、
前記地中熱ボアホールの掘削作業後に、前記地中熱交換器を前記地中熱ボアホールに所望の熱交換器設置深さまで挿入することと、
前記地中熱交換器の前記地中熱ボアホールへの挿入作業後に、前記地中熱交換器を前記地中熱ボアホールにおいて前記所望の熱交換器設置深さに固定することと、
前記地中熱交換器が前記地中熱ボアホールに固定された際、前記地中熱交換器が、遠位閉鎖端と近位開放端とを有するとともに、前記遠位閉鎖端と前記近位開放端との間に少なくとも１つの流体流路を備えており、前記地中熱交換器の各流体流路に作動流体が供給されることと、
前記地中熱ボアホールに前記地中熱交換器を固定した後、前記各流路内部に少なくとも１つの内部シール材を近位開放端から備え付けることで、前記地中熱交換器が遠位閉鎖端と近位開放端との間で一時的に密閉され、前記各流路において、前記内部シール材が地表と前記地中熱ボアホールの底との間の深さ位置である計画的地盤内深さ位置より下方に配置されることと、
前記地中熱交換器の密閉作業後に、前記地中熱交換器を最上部位置のシール材上方で切断し、前記地中熱交換器に少なくとも１つのシール材上側切断部を最上に設けることと、
前記地中熱交換器の切断作業後に、前記地中熱交換器のシール材上側切断部を取り除くことと、
前記地中熱交換器の密閉作業後に、前記建設サイトの地中熱ボアホール周辺部分を掘削することと、
を含んでいる、
地中熱交換器の設置方法。
【請求項2】
前記建設サイトにおける前記地中熱ボアホール周辺部分が、最下方位置となる前記計画的地盤内深さより上側まで掘削されることと、前記地中熱ボアホール周辺部分の掘削作業後に、前記地中熱交換器を供給／戻り配管に接続するために前記シール材を取り外すことと、
を含んでいる、
請求項１に記載の地中熱交換器の設置方法。
【請求項3】
前記地中熱交換器の切断作業と前記地中熱交換器の各シール材上側切断部の除去作業が、前記建設サイトの前記地中熱ボアホール周辺部分の掘削作業前に実行される、請求項２に記載の地中熱交換器の設置方法。
【請求項4】
配管切断器具を前記近位開放端より挿入して、内部から前記地中熱交換器を切断することで、前記地中熱交換器の切断作業が実行される、請求項２に記載の地中熱交換器の設置方法。
【請求項5】
前記地中熱交換器の切断作業と前記地中熱交換器の各シール材上側切断部の除去作業が、前記建設サイトの前記地中熱ボアホール周辺部分に対する掘削作業中に実行される、請求項２に記載の地中熱交換器の設置方法。
【請求項6】
前記切断作業が、専用の配管切断器具の使用により実行される、請求項５に記載の地中熱交換器の設置方法。
【請求項7】
前記切断作業が、前記建設サイトにおける前記地中熱ボアホール周辺部分の掘削作業中に掘削機により付随的に実行される、請求項５に記載の地中熱交換器の設置方法。
【請求項8】
前記地中熱ボアホール内への前記地中熱交換器の固定作業後であって、前記建設サイトにおける前記地中熱ボアホール周辺部分の掘削作業前に、前記地中熱交換器の検査作業を実行する、請求項１に記載の地中熱交換器の設置方法。
【請求項9】
前記地中熱ボアホールに前記地中熱交換器を固定して、前記地中熱交換器を一時的に密閉している間、前記地中熱交換器内に作動流体が充填された状態とする、請求項１に記載の地中熱交換器の設置方法。
【請求項10】
前記地中熱交換器がＵループ配管である、請求項１に記載の地中熱交換器の設置方法。
【請求項11】
前記地中熱交換器が単一のＵループ配管である、請求項１０に記載の地中熱交換器の設置方法。
【請求項12】
前記地中熱交換器が複数のＵループ配管である、請求項１０に記載の地中熱交換器の設置方法。
【請求項13】
前記地中熱交換器は、少なくとも外側チューブを備えた同芯型の地中熱交換器である、請求項１に記載の地中熱交換器の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、地中熱交換器に関するもので、より詳細には、地中熱交換器の設置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
地中熱交換器は、地下に設置され、建築物の冷暖房システム（例えば、ＨＶＡＣシステム：Heating, Ventilating and Air-Conditioning）に結合されたチューブ（「ループ」と呼ばれることもある）である。建築物の冷暖房システムからの流体は、チューブ内を循環して地中におけるチューブ周辺の地盤と熱交換する。通常、大気温度と地中（地盤）温度との間では勾配があり、夏では、地中温度が大気温度よりも低く、冬では、地中温度が大気温度よりも高い。そのため、地中で熱交換を行うことにより、建築物内の温度を気候にあわせて調節でき、建築物内でのエネルギー消費量を低減できる。
【0003】
地中熱交換器の設置前に、地中熱ボアホール（地中熱交換井）を設ける必要がある。建設予定の建築物の下側に地中熱交換器を設置する場合、通常、建設サイト（建設現場）における掘削作業の完了後に地中熱交換器を設置する。これにより、掘削作業がループに妨げられるという問題が回避できるとともに、掘削破片がチューブに入ってチューブ内を流れる流体の流れを妨げるリスクも回避できる。しかしながら、このような設置方法（アプローチ）では、少なくともボアホール周辺の建設作業について、地中熱交換器の設置から検収が完了するまでの間、遅延させる必要があった。
【発明の概要】
【0004】
本発明の一態様として、地中熱交換器の設置方法を開示する。建設サイトにおいて、地中熱ボアホールが目標深さまで掘削された後、地中熱交換器が地中熱ボアホールに目標深さまで挿入されて固定される。熱交換器は、例えば、単一のＵループ配管又は複数のＵループ配管などといったＵループ配管で構成されるものであっても良いし、少なくとも外側チューブを備えた同芯型熱交換器であってもよい。
【0005】
地中熱交換器が地中熱ボアホールに固定された際、地中熱交換器が、遠位閉鎖端と近位開放端とを有するとともに、遠位閉鎖端と近位開放端との間に少なくとも１つの流体流路を備えており、地中熱交換器の各流体流路に作動流体が供給される。地中熱ボアホールに地中熱交換器を固定した後であって、建設サイトにおける地中熱ボアホール周辺部分を掘削する前に、各流路内部に少なくとも１つの内部シール材を近位開放端から備え付けることで、地中熱交換器が遠位閉鎖端と近位開放端との間で一時的に密閉されており、各流路において、内部シール材が計画的地盤内深さ位置より下方に配置される。
【0006】
好ましい実施例として、地中熱交換器の密閉作業後に、地中熱交換器を最上部位置のシール材上方で切断し、地中熱交換器に少なくとも１つのシール材上側切断部を最上に設け、地中熱交換器の切断作業後に、地中熱交換器のシール材上側切断部を取り除いて、建設サイトにおける地中熱ボアホール周辺部分を掘削するとともに、建設サイトにおける地中熱ボアホール周辺部分が、最下方位置となる計画的地盤内深さより上側まで掘削される。地中熱ボアホール内への地中熱交換器の固定作業後であって、建設サイトの掘削作業前に、地中熱交換器の検査作業を実行するものとしてもよい。建設サイトにおける前記地中熱ボアホール周辺部分の掘削作業後に、地中熱交換器を供給／戻り配管に接続するためにシール材を取り外すものとしてもよい。好ましい実施例において、地中熱ボアホールに地中熱交換器を固定して、地中熱交換器を一時的に密閉している間、地中熱交換器内に作動流体が充填された状態とすることが好ましい。
【0007】
地中熱交換器の切断作業と地中熱交換器の各シール材上側切断部の除去作業が、建設サイトの掘削前、又は、建設サイトの掘削中に実行されるものとしてもよい。上記の各実施例において、建設サイトにおける地中熱ボアホール周辺部分に対する掘削作業中に掘削機により付随的に実行されるものとしてもよい。
【0008】
配管切断器具を前記近位開放端より挿入して、内部から前記地中熱交換器を切断することで、前記地中熱交換器の切断作業が実行されるものとしてもよい。
【0009】
本発明の別の態様として、配管切断器具を開示する。配管切断器具は、軸方向に延びる外側ガイド面を有するとともに、管軸に沿う軸方向に配管内側に沿って移動するように前記外側ガイド面により案内される本体と、切断アームとを備えるとともに、本体のガイド面にアーム用凹部が設けられている。切断アームは、カム面を有する枢軸端と、背側辺縁と、切刃側辺縁と、枢軸端の反対側に位置するとともに前記切刃側辺縁に沿わせて配置された切刃ヘッドを備える切刃端とを有する。アーム用凹部は停止面が設けられており、切断アームは、アーム用凹部内においてその枢軸端で本体に連結することで、管軸と実質的に平行となる回転軸を中心として本体に対して旋回可能となっている。切断アームは、切刃側辺縁が前記停止面に面した状態で切断アームがアーム用凹部内に格納される格納位置と、切断アームの切刃端を外側ガイド面よりも外側まで伸ばすことで切刃ヘッドを露出させるとともに、カム面を停止面に当接させて切刃ヘッドにかかる力に対して切断アームを支持させる延伸位置との間で、旋回可能となっている。付勢部材が、本体と前記切断アームとの間で付勢力を作用させることで、前記切断アームを延伸位置への回転を促す。
【0010】
駆動ロッドが螺合されるように螺設された駆動ロッド用凹部が、軸方向に延びるように本体の第１軸端部に設けられているものとしてもよい。特定の実施例において、切断アームの枢軸端に設けた枢軸用穴に枢軸ピンを通すことで、切断アームが本体に旋回可能に連結されている。枢軸ピンの第１端部が、軸方向におけるアーム用凹部に対する位置が駆動ロッド用凹部と同じ側となる位置に設けられた枢軸ピン用凹部に挿入される。枢軸ピンの第２端部が、軸方向におけるアーム用凹部に対する位置が駆動ロッド用凹部と逆側となる位置に設けられるとともにブッシュが収容されたブッシュ収容部に挿入される。ブッシュが、軸方向におけるアーム用凹部に対する位置が駆動ロッド用凹部と逆側となる位置の止めネジ用凹部に螺合された止めネジによってブッシュ収容部に保持される。
【0011】
切刃ヘッドは、前記切刃側辺縁と同一面にある切刃と連結できる構成であってもよく、切刃側辺縁と同一面にある切刃と一体の構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0012】
上記特徴及びその他の特徴を明らかにすべく、以下に示す添付図面を参照して後述する。
【図1A】は、本発明の一実施形態における、ボアホールの掘削（ボーリング）工程を示す図である。
【図2A】は、単一Ｕループ構造を備えた閉ループ型地中熱交換器の一例を示す断面図である。
【図2B】は、二重Ｕループ構造を備えた閉ループ型地中熱交換器の一例を示す断面図である。
【図2C】は、同芯構造を備えた閉ループ型地中熱交換器の一例を示す断面図である。
【図3A】は、本発明の一実施形態におけるパイプ切断ツールの実施例を示す図であって、切断アームを格納位置に収納した状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
【0014】
図１Ａに示すように、新しい建築物の建設が計画された地盤１０４といった建設サイト１０２において、ボアホール（地中熱交換井）１０６がボアホール目標深さＤまで掘削（ボーリング）される。図１Ａに図示した実施形態では、油圧ドリルリグ（油圧掘削装置）１１０を用いてボアホール１０６を形成させる。油圧ドリルリグ１１０は、例えば、シングル式、デュアル式、またはソニック式のトップドライブを装備するものであってもよい。
【0015】
必要に応じて、表土層（通常、主に粘土、砂、および砂利でからなる）を崩壊させることなく安定させるために、ケーシング（不図示）を使用するものとしてもよいし、岩盤が露出している場合は岩盤に貫通穴（すなわち、ケーシングなしの穴）が掘削されるものとしてもよい。空気又は泥水によるロータリー掘削が使用される場合、表土層（土被り）の掘削後にケーシングを設置してもよい。また、デュアルロータリー式トップドライブ又はソニックトップドライブを備えたドリルリグや表土掘削システムを使用して、表土層の掘削と同時にケーシングを設置するものとしてもよい。地中熱ボアホールを構成する際に使用されるケーシングは、通常、仮設ケーシング、即ち、地中熱交換器をボアホールに設置した後に取り外されるケーシングである。ケーシングの大きさは、岩盤の掘削に使用されるドリルビットの大きさに適応させた大きさである必要があり、通常、外径（ＯＤ）１３３ｍｍ（５．５インチ）のケーシングや外径１６５ｍｍ（６．５インチ）のケーシングが用いられる。通常、岩盤は、（花崗岩などの硬い岩用の）ダウンザホールハンマーや（柔らかい堆積岩用の）ＰＤＣ（多結晶ダイヤモンド焼結体）ビットにより掘削される。岩石の掘削のための流体として、多くの場合は圧縮空気が使用されるものの、水又は泥水を使用したロータリー式掘削についても岩石の掘削に適用される。泥水によるロータリー式掘削が、表土層の貫通穴の掘削に使用されるものとしてもよい。このロータリー式掘削による表土層の貫通穴は、通常、最大深さが１５０メートルまでの穴であり、１００メートル未満の深さとなるものが多い。穴の深さが更に深くなると、穴を安定して掘削して目標となる深さに地中熱交換器を設置することが非常に困難になるため、一般に、泥水によるロータリー式掘削は使用されない。地中熱ボアホールの大きさは、地中熱交換機の形状とグラウチングの要件によって決定される。一般的に、３２ｍｍ（１．２５インチ）のシングルＵループ（シングルＵチューブ）式の地中熱交換器に対して、地中熱ボアホールの最小サイズが９８ｍｍとなり、３８ｍｍ（１．５インチ）シングルＵループ熱交換器に対しては、地中熱ボアホールの最小サイズが１０８ｍｍとなる。掘削機の代表的な設備に対して更に大きな穴（ボアホール）を構成することが多く、井戸掘削機では１５２ｍｍ（６インチ）の大きさの穴が一般的である。地中熱ボアホールは、一般的に垂直に形成されるが、斜めに傾斜して掘削するものとしてもよいし、操縦可能な掘削技術により特定の方向に掘削するものとしてもよい。
【0016】
掘削方法は、地質、機器の利用可能性、地中熱交換器の目標深さ、及び規制要件により選択されるものであって、当業者の実施可能な範囲において選択される。
【0017】
図１Ｂ及び１Ｂａに示すように、地中熱ボアホール１０６を掘削した後、地中熱交換器１１２は地中熱ボアホール１０６に所望の熱交換深さまで挿入される。該熱交換深さは、地中熱ボアホールの深さと同様の深さＤ又は地中熱ボアホールの深さより少し浅い深さである。
【0018】
地中熱交換器１１２は、一般的に、１本以上のＵ字形状（「Ｕループ」と呼ばれる）の管状配管で構成される。最も一般的な閉ループ地中熱交換器は、図２Ａに示すシングルＵループ型によるものである。シングルＵループ型の地中熱交換器１１２は、熱交換器１１２の終端（遠位端）にある１８０度エルボ継手１１８で結合された２本の配管１１４から成り、２本の配管１１４により地中熱交換器１１２の全長にわたって延びる２本の連続した平行なアーム部１１６が形成される。図２Ｂに示すダブルＵループ型の地中熱交換器は、ヨーロッパで一般的なものであり、２つの１８０度エルボ継手１１８それぞれによって２対の配管１１４Ａ、１１４Ｂが接合され、２対の平行なアーム部１１６Ａ、１１６Ｂが形成されている。即ち、ダブルＵループ型の構成では、地中熱交換器１１２の終端に２つの１８０度エルボ継手１１８を備えるとともに地中熱交換器１１２の全長にわたって延びた４本の連続した平行アーム部１１６Ａ、１１６Ｂを有する。別の実施形態として、図２Ｃに示すように、互いに連通した外側チューブ２１４と内側チューブ２１６で構成される同芯型又は同軸型熱交換器といった、別方式の地中熱交換器２１２としてもよい。地中熱交換器２１２は、外側チューブ２１４に閉鎖された終端（遠位閉鎖端）２１８を設ける一方、内側チューブ２１６に外側チューブ２１４の閉鎖終端２１８よりも浅い（短い）位置に開放（開口）された終端（遠位開放端）を設ける。同芯型の地中熱交換器２１２を使用する場合、図１Ｂ及び図１Ｂａに示す工程で、外側チューブ２１４のみが選択的に挿入される。また、他の構成として、一般的ではないが、例えば、ＧＩ４（商標）のように、地中熱交換器を構成する配管の管断面を円形でないものとしてもよく、例えば、Ｔｗｉｓｔｅｒ（商標）のように、２本以上の配管に複数Ｕループ型を採用してもよい。
【0019】
一般的なＵループ配管は、パイプ肉厚がＳＤＲ（Standard Dimension Ratio：パイプ肉厚に対するパイプ外径の比）９～１３．５となるＩＰＳ（Iron Pipe Size）３／４～１．５インチの範囲の大きさとなる。また、Ｕループ配管の配管材料として、ＨＤＰＥ３６０８やＨＤＰＥ４７１０などの高密度ポリエチレンが最も一般的に用いられ、高密度ポリエチレン以外の材料や耐熱強化ＨＤＰＥなどが時折用いられる。
【0020】
Ｕループ型地中熱交換器１１２や同芯型地中熱交換器２１２を含むいずれの構成であっても、地中熱交換器は、エルボ継手１１８、または外側チューブ２１４の閉鎖終端２１８のように閉鎖終端（遠位閉鎖端）を備える。
【0021】
【0022】
地中熱交換器１１２の地中熱ボアホール１０６への挿入工程は、図１Ｂに示すように手動で実行されるものであってもよいし、図１Ｂａに示されるように機械システム１２０により実行されるものであってもよい。例えば、１．２５インチや１．５インチのように地中熱交換器１１２のパイプ径が太い場合や地中熱ボアホールが深い場合には、一般的に機械による挿入作業が必要となる。手動による挿入作業及び機械による挿入作業のいずれについても、当業者の実施可能な範囲によるものである。
【0023】
地中熱交換器１１２は、地中熱ボアホール１０６に挿入された後、所望の熱交換器深さで地中熱ボアホール１０６内に設置固定される。地中熱交換器１１２と地中熱ボアホール１０６の壁との間に形成される環状空間１２８（図１Ｃ～図１Ｅ参照）と、地中熱交換器１１２のアーム部１１６間の空間１３０は、一般的に、ベントナイト系グラウト材又はセメント系グラウト材によりグラウチングされる。なお、使いやすさと性能改善により、ベントナイト系グラウト材がより多く採用されている。また、熱交換能力を向上させるために、ベントナイト系グラウト材と共に、熱伝導性の高い材料が使用されることがある。この熱伝導性の高い材料として、珪砂が主に使用されており、最近ではグラファイト材も使用されている。グラウト材を注入（グラウチング）する前に、地中熱交換器１１２には、配管１１４の構造を完全な状態で維持させる（すなわち、配管１１４の内側への陥没を防ぐ）ために最適な圧力がかかるように、水などの作動流体１１５が充填される。
【0024】
グラウト材を注入（グラウチング）するために、トレミー管１２２が地中熱ボアホール１０６に挿入される。通常、配管１１４及びトレミー管１２２は、それぞれのコイル１２４、１２６から供給され、同時に地中熱ボアホール１０６に挿入される（図１Ｂ及び図１Ｂａ参照）。図１Ｃ～図１Ｅに示すように、一般的に、Ｕループ構造の場合、トレミー管１２２は、地中熱交換器１１２のアーム部１１６間に配置される。
【0025】
図１Ｃに示すように、グラウチングの開始時、トレミー管１２２の出口端１３２が最初に地中熱交換器の終端近傍に配置される。図示するように、地中熱交換器１１２のエルボ継手１１８が支持体１３４上に載せた状態としてもよく、支持体１３４がおもりの役割を果たすものとしてもよい。また、地中熱交換器１１２のエルボ継手１１８が、直接、地中熱ボアホール１０６の底についた状態であってもよいし、グラウト材が注入されている間、地中熱交換器１１２が地中熱ボアホール１０６内に単に懸架されていてもよい。
【0026】
図１Ｄに示すように、グラウト材１３６は、トレミー管１２２の出口端１３２がグラウト材１３６の表面またはメニスカス（曲面）の数メートル下まで沈むまで、地中熱ボアホール１０６内に注入される。このようにすることで、グラウト材１３６が地中熱ボアホール１０６からグラウト材１３６以外の水や他の物質を押し出し、その結果、地中熱ボアホール１０６内に連続したグラウト材による柱が形成される。地中熱ボアホール１０６へグラウチングを実行する際、図１Ｅに示すように、地中熱ボアホール１０６にグラウト材が実質的に充填されるまで、トレミー管１２２の出口端をグラウト材１３６の中に沈めた状態を維持しながら、トレミー管１２２を地中熱ボアホールから引き上げる。グラウト材１３６が充填されると、図１Ｆに例示するように、地中熱ボアホール１０６の開口部から突出した配管１１４のアーム部１１６の残部（余った長さ部分）が切断されて、地中熱ボアホール１０６が形成される地盤１０４の表面とほぼ同一平面に、熱交換器１１２に接続される開放始端（近位開放端）１３８が形成される。なお、配管１１４について、地中熱ボアホール１０６の深さに対応する長さで事前に切断するものとしてもよいし、グラウチング前に切断するものとしてもよい。
【0027】
ケーシングが使用される場合、ケーシングが地中熱ボアホールから引き抜かれる直前にグラウト材が注入される。これにより、注入されたグラウト材が柱状に形成される前や硬化する前にケーシングが地中熱ボアホールから引き抜かれるため、グラウト材がケーシング外側に崩れ落ちる。ケーシングの引き抜き工程において、地中熱ボアホールをグラウト材で充填させる。これにより、全てのケーシングを地中から回収すると同時に、ボアホールがグラウト材で完全に満たされる。
【0028】
地中熱交換器１１２が挿入された後に、地中熱ボアホール１０６がグラウチングされると（又は、地中熱交換器１１２が地中熱ボアホール１０６に固定されると）、地中熱交換器１１２の状態（破損の有無）及び地中熱交換器１１２の深さ位置について、場合によっては、地中熱交換器１１２周辺のグラウト材１３６の品質についても、検査した方がよい。地中熱交換器１１２の深さ位置とグラウト材の品質を検査する際、地中熱交換器１１２に対して、建設サイト１０２の表面（地盤表面）１０４から最深部位（終端位置）まで確認する必要がある。圧力試験については、表面位置での確認と液状流体圧力の連続性が必要となるが、必ずしもループ（配管１１４）の底部まで確認する必要がなく、内部シールやプラグ（栓）を地中熱交換機内のある程度の深さに配置できる。上述の検査は、本明細書で開示するように、当業者の実施可能な範囲によるものである。このようにして、地中熱ボアホール１０６に地中熱交換器１１２を固定した後、建設サイト１０２における地中熱ボアホール１０６周辺部分１４０（図１Ｉ）の掘削前に、地中熱交換器１１２に対する通常の検査を実行できる。
【0029】
上記のように、地中熱交換器は、例えば、エルボ継手１１８または外側チューブ２１４の閉鎖端２１８といった閉鎖終端（遠位閉鎖端）を有する。また、地中熱交換器は、地中熱交換器が設置後にボアホール１０６に固定された後に、例えば、エルボ継手１１８から遠位となる配管１１４、１１４Ａ、１１４Ｂの端部、又は閉鎖終端（遠位閉鎖端）端から遠位となる外側チューブ２１４の端部といった、開放始端（近位開放端）１３８が形成される。開放始端（近位開放端）１３８は、建設サイト１０２の地盤１０４表面近くに位置している。地中熱交換器１１２は、閉鎖終端（遠位閉鎖端）１１８と開放始端（近位開放端）１３８との間に少なくとも１本の流体流路（例えば、配管１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ、２１４、２１６によって設けられる流路）を備える。
【0030】
設置工程（図１Ｂ又は図１Ｂａ）、グラウチング工程（図１Ｃ～図１Ｅ）、及び検査工程に続いて、例えば、プラグ（栓）といった内部シール材を、開放始端（近位開放端）１３８から地中熱交換器１１２内における１つ以上となる計画的地盤内深さ位置に配置し、掘削破片のチューブ内への進入を防止する。ここで、上記「計画的地盤内深さ位置」は、建設サイト１０２における少なくとも地中熱ボアホール１０６周辺部分１４０において建設のための掘削がなされないと予想される深さ位置を示す。後述するように、予防策として、シール材が設置される複数の計画的地盤内深さ位置を設けるものとしてもよい。計画的地盤内深さ位置を任意に追加することで、建設工程における緊急事態や建設機械の操作によるエラーなどにより予想以上の深さまで掘削する必要がある場合にも対応可能となる。計画的地盤内深さのうち最も深い位置にのみシール材を配置させた場合、地中熱交換機内のシール上部に掘削破片が進入する恐れが高くなる。
【0031】
図１Ｆに示すように、地中熱ボアホール１０６への地中熱交換器１１２の固定後、建設サイト１０２における地中熱ボアホール１０６周辺部分１４０（図１Ｉ参照）の掘削前に、地中熱交換器１１２が一時的に密閉されることとなる。ここで、上記「建設サイトにおける地中熱ボアホール周辺部分」は、地中熱ボアホール１０６の外周から放射状に測定して、５メートル以内の領域、好ましくは３メートル以内の領域、より好ましくは１メートル以内の領域（建設サイトの部分）を示す。建設サイト１０２の他の部分、すなわち、建設サイト１０２における地中熱ボアホール１０６周辺部分１４０以外の部分の掘削については、地中熱交換器１１２を一時的に密閉する前に実行してもよい。地中熱交換器１１２を一時的に密閉させる前に、例えば、地中熱ボアホール１０６の形成、地中熱交換器１１２の設置、及び地中熱交換器１１２のグラウチングなどの作業を進行させながら、建設サイト１０２の他の部分で建設作業を実行するものとしてもよい。
【0032】
引き続き、図１Ｆに示すように、地中熱交換器１１２は、開放始端（近位開放端）１３８を通して、例えば配管１１４（又は、１１４Ａ、１１４Ｂ、２１４、２１６）といった各流路に対して少なくとも１つの内部シール材が設置されることで、閉鎖終端（遠位閉鎖端）１１８（又は、２１８）と開放始端（近位開放端）１３８との間が一時的に密閉される。内部シール材は、形状に限定されるものではなく、特定タイプの地中熱交換器に最適な形状を有するものであってもよい。以下の例示に限定されるものではないが、例えば、内部シール材として、後述するように、図１Ｆの主要部分に図示した、圧縮発泡体ボール栓１４２を採用してもよいし、図１Ｆの右下拡大図に示した、１つ以上の圧縮発泡体シリンダー栓１４２Ａを採用してもよいし、図１Ｆの右上拡大図に示した、ゲルプラグ１４２Ｂを採用してもよい。また、シール材（例えば、ボール栓１４２）は、複数の計画的地盤内深さ位置１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃそれぞれの下方位置に配置される。
【0033】
上述したように、本発明の実施形態において、複数の計画的地盤内深さ位置を設け、各計画的地盤内深さ位置にシール材が配置されるものとしてもよい。例えば、地表１０４から深さ１０メートルの位置より下方に掘削されない予定として設定され、この深さ１０メートル位置に第１の計画的地盤内深さ位置１４４Ａを設けるだけでなく、深さ１０．５メートル位置となる第２の計画的地盤内深さ位置１４４Ｂと深さ１１メートル位置となる第３の計画的地盤内深さ位置１４４Ｃも設けるものとしてもよい。なお、第１～第３の計画的地盤内深さ位置１４４Ａ～１４４Ｃの深さ位置については単に例示するものであり、上記深さ位置に限定するものではない。ボール栓１４２で例示されるシール材は、第１の計画的地盤内深さ位置１４４Ａと第２の計画的地盤内深さ位置１４４Ｂとの間、第２の計画的地盤内深さ位置１４４Ｂと第３の計画的地盤内深さ位置１４４Ｃとの間、及び第３の計画的地盤内深さ位置１４４Ｃ下方のそれぞれに配置される。したがって、第１～第３の計画的地盤内深さ位置１４４Ａ～１４４Ｃそれぞれの下方に、ボール栓１４２で例示されるシール材が配置されている。なお、計画的地盤内深さ位置とそれに対応するシール材の数については、任意に所望されるものであっても良い。
【0034】
また、図１Ｆに示すように、圧縮発泡体ボール栓１４２は、深さ目盛り１４８を有する棒１４６により配管１１４内部に沿って押し込まれることで、所望の計画的地盤内深さ位置１４４Ａ～１４４Ｃ下方に配置されるものとしてもよい。
【0035】
上述したように、本発明の実施形態において、１つ以上のシール材として、圧縮発泡体シリンダー栓１４２Ａを備えるものとしてもよい。圧縮発泡体シリンダー栓１４２Ａは、ボール型シール材（例えば、ボール栓１４２）と同様、棒１４６により所定の位置に押し込んで配置するものとしてもよい。また、圧縮発泡体シリンダー栓１４２Ａは、気体不透過性の隔膜に圧縮又は真空密封により充填されて、配管１１４内部に容易に設置できる圧縮型パケット（包体）を形成するものであってもよい。このパケット（包体）は、配管１１４内部の所望の深さまで押し込まれた後、隔膜を破裂させてシリンダー栓１４２Ａを配管１１４内壁に対して拡張させる。
【0036】
上述したように、本発明の実施形態において、１つ以上のシール材として、ゲルプラグ１４２Ｂを備えるものとしてもよい。ゲルプラグ１４２Ｂは、吸水性糸が充填密封された水溶性チューブで構成されてもよい。当該水溶性チューブは、紐（ストリングライン）により希望深さまで降ろして所定位置で吊り下げることができる。水溶性チューブは、水溶性チューブ自身が溶解するまで所定位置に滞在し、水溶性チューブが溶解すると、水が吸水性糸に到達する。この吸水性糸が配管１１４内壁に対して拡張することで、所望のタイミングでゲルプラグが設けられる。
【0037】
図１Ｇを参照して以下に説明する。地中熱交換器１１２を密閉した後、地中熱交換器１１２は、最上部位置のシール材１４２上方で切断される。最上部位置のシール材１４２が、必然的に最下部位置のシール材１４２の上側に位置するので、地中熱交換器１１２を最上部位置のシール材１４２上方で切断すると、地中熱交換器１１２は、必然的に最下部位置のシール材の上方で切断されることは明らかである。図示された実施形態では、配管１１４の各アーム部１１６が、第１の計画的地盤内深さ位置１４４Ａ下方に配置されたボール型シール材（例えばボール栓１４２）上で切断されることとなる。地中熱交換器１１２の切断は、適切な技術を選択的に使用して実行されるものであればよい。好ましくは、図１Ｇで示すように、開放始端（近位開放端）１３８から地中熱交換器１１２内部に挿入されて内側より地中熱交換器１１２（本例では、配管１１４のアーム部１１６）を切断する専用の配管切断器具３００により、地中熱交換器１１２が切断されるものとしてもよい。図１Ｇにおける拡大図で例示する配管切断器具３００は、本体３０２と格納式切断アーム３０４とを備え、所望深さまで進めるように深さ目盛り付きの棒１４６の端部へ取り付け可能に構成されている。図示した配管切断器具３００について、以下で詳細に説明する。
【0038】
図１Ｈに示すように、地中熱交換器１１２が切断されると、２つのシール材上側切断部１５０が地中熱交換器１１２に設けられる。シール材上側切断部１５０は、配管１１４の各アーム部１１６に１つずつ設けられる。（同軸型の地中熱交換器の場合は、単一の切断部分のみとなり、複数Ｕループ型の地中熱交換器の場合は、切断部分は３つ以上となる。）切断部分１５０は、最上部位置のシール材よりも上方にあることから、「シール材上側」と呼ぶものとし、図示の実施形態では、この切断部分は、第１の計画的地盤内深さ位置１４４Ａの直下に位置するボール型シール材（例えば、ボール栓１４２）の上方に位置する。次に、地中熱交換器１１２の切断部分１５０は、例えば、機械又は手動で引き上げることで、地中熱ボアホール１０６から取り外し、地中熱交換器１１２の切断位置上側はグラウト材１３６のみを残した構成とする。したがって、図１Ｈ及び図１Ｉで図示された実施形態では、建設サイト１０２における地中熱ボアホール１０６周辺部分１４０の掘削作業前に、地中熱交換器１１２の切断作業と、地中熱交換器１１２の各シール材上側切断部１５０の除去作業とが実行される。
【0039】
図１Ｉに示すように、地中熱交換器１１２を最上部位置のシール材よりも上側で切断して、地中熱交換器１１２のシール材上側切断部１５０を除去した後、建設サイト１０２における地中熱ボアホール１０６周辺部分１４０に対する掘削作業を実行する。掘削作業前に、地中熱交換器１１２を切断してシール材上側切断部１５０を除去することにより、地中熱交換器の配管作業と干渉することなく建設作業を進めることができる。例えば、第２又は第３の計画的地盤内深さ位置１４４Ｂ、１４４Ｃまで掘削する必要が生じた場合、計画的地盤内深さ位置１４４Ｂ、１４４Ｃそれぞれの下方にあるボール栓１４２（または他のシール材）上側で、地中熱交換器の切断作業を繰り返し実行できる。
【0040】
また、本発明の実施形態において、建設サイト１０２における地中熱ボアホール１０６周辺部分１４０に対する掘削作業中に、地中熱交換器１１２を切断し、地中熱交換器１１２の各シール材上側切断部１５０を除去するものとしてもよい。より具体的には、地中熱交換器１１２を構成する材料に応じて、シール材の上側部分（すなわち、シール材上側切断部１５０）の切断作業と除去作業とを、例えば、建設機器、掘削機、ブルドーザー、バックホーなどの設備による掘削作業によって実行したほうが、作業効率や費用効率が向上する場合がある。このように、建設サイト１０２における地中熱ボアホール１０６周辺部分１４０の掘削作業中に、掘削機１５２によって切断作業を付随的に実行されるものとしてもよい。当該切断作業については、図１Ｉａに図示している。当該切断作業は、例えば、第１の計画的地盤内深さ位置１４４Ａより下方の第２又は第３の計画的地盤内深さ位置１４４Ｂ、１４４Ｃまで掘削する必要がある場合、地中熱交換器が最下方位置となる計画的地盤内深さ位置よりも下方で切断されない限り、掘削作業を継続するものとしてもよい（すなわち、掘削作業は、地中熱交換器１１２の最下方位置に位置するシール材１４２の上方位置まで続けられる）。
【0041】
図１Ｊ及び図１Ｋに示すように、掘削作業前にシール材上側切断部１５０を除去する場合、又は、掘削作業中にシール材上側切断部１５０を除去する場合のいずれにおいても、建設サイト１０２における地中熱ボアホール１０６周辺部分１４０の掘削を完了した後に、シール材（例えば、ボール栓１４２など）を除去するものとしてもよい。図中に示すように、好ましい実施形態として、地中熱ボアホール１０６に地中熱交換器１１２を固定した際に地中熱交換器１１２に導入した作動流体１１５は、地中熱交換器１１２の一時的な密閉作業、地中熱交換器１１２の切断作業、建設サイト１０２における地中熱ボアホール１０６周辺部分１４０の掘削作業などを進めている間も、地中熱交換器１１２内に残留させている。図１Ｋの矢印１５４で示すように、加圧流体を地中熱交換器１１２の一方のアーム部１１６における一方の開放端１３８に供給することで、シール材（例えば、ボール栓１４２）を除去できる。すなわち、熱交換器１１２の一方のアーム部１１６から供給される加圧流体により、熱交換器１１２の他方のアーム部１１６の開放端１３８からボールプラグ１４２（または他のシール材）を押し出すこととなる。このようにして、シール材（例えば、ボール栓１４２）を取り外せるため、図１Ｌ及び図１Ｍに示すように、例えば多層式駐車場１６２に設けた機械室１６０内のＨＶＡＣシステム１５８における供給／戻り配管１５６を地中熱交換器１１２に接続できる。これにより、矢印１６６で図示するように、地中熱交換器を流れる流体（例えば、エタノールまたはプロピレングリコールなどの腐食防止剤と不凍液を含む水）が、ＨＶＡＣシステムから地中熱交換器１１２を循環できる。
【0042】
図３Ａ～図３Ｋを参照して、配管切断器具３００の構成例を示し、その詳細について以下に説明する。上述したように、図示した配管切断器具３００は、本体３０２と切断アーム３０４とを備える。本体３０２は、軸方向に延びる外側ガイド面３０６を有している。そして、当該外側ガイド面３０６は、配管３０８（図３Ｃ～図３Ｅ参照）の内周面に沿って本体３０２を案内することで、管軸ＰＡ（図３Ａ～図３Ｂ参照）に沿う軸方向に本体３０２を移動させる。管軸ＰＡは、配管３０８が伸びる長手方向に対応している。本実施形態では、本体３０２が、テーパー状の端部を備えた実質的に円筒形状により構成されるものとしているが、他の形状としても構わない。例えば、上記ガイド面に配管の内周面に当接（係止）するように設けられたベアリングを有するものとしてもよい。
【0043】
【0044】
切断アーム３０４を受け入れるためアーム用凹部３１２が、本体３０２のガイド面３０６に形成されており、アーム用凹部３１２には停止面３１４が設けられる。切断アーム３０４は、枢軸端３１６と、枢軸端３１６の反対側にある切刃端３１８とを備えるとともに、枢軸端３１６と切刃端３１８とをつなぐように延在する背側辺縁３２０と切刃側辺縁３２２とを備える。通常、背側辺縁３２０と切刃側辺縁３２２とは互いに対向配置されている。枢軸端３１６がカム面３２４を有するとともに、切刃端３１８が切刃側辺縁３２２に沿って配置された切刃ヘッド３２６を有する。切刃ヘッド３２６は、切刃側辺縁３２２と同一面にある切刃３２８を備える。切刃ヘッド３２６は、切刃を交換可能とするものとしてもよいし、切刃と一体に構成されて切刃ヘッド３２６自体が交換可能であるものとしてもよい。また、切刃３２８が鈍くなった場合に、切断アーム３０４自体を交換するものとしてもよい。
【0045】
切断アーム３０４は、アーム用凹部３１２内において枢軸端３１６により本体３０２に対して旋回可能に連結されている。すなわち、切断アーム３０４は、管軸ＰＡと実質的に平行となる旋回軸Ｐを中心として、本体３０２に対して旋回可能に構成されている。切断アーム３０４の旋回軸Ｐが、本体３０２の中心軸Ｒから横方向（側方）にオフセットすることで、配管３０８内において、本体３０２の中心軸Ｒは、管軸ＰＡに対して平行となり、その軸位置を管軸ＰＡと概して一致させる。このように、切断アーム３０４の旋回軸Ｐが、管軸ＰＡから横方向にオフセットしている。切断アーム３０４は、図３Ａ、図３Ｄ、図３Ｆ、図３Ｈ及び図３Ｊに示す格納位置と、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｅ、図３Ｇ、図３Ｉ及び図３Ｋに示す延伸位置との間で旋回できる。格納位置では、切断アーム３０４がアーム凹部３１２内に格納され、切刃側辺縁３２２が停止面３１４に面した状態となる。このとき、切刃側辺縁３２２が停止面３１４に当接（係止）するものとしてもよい。延伸位置では、切断アーム３０４の切刃端３１８はガイド面３０６よりも外側まで伸びる。これにより、切刃ヘッド３２６及び切刃３２８が露出するとともに、枢軸端３１６上のカム面３２４が停止面３１４と当接（係止）する。カム面３２４が停止面３１４と当接することで、その切断辺縁側の切刃ヘッド３２６に加えられる力（すなわち、ブレード３２８に加えられる圧力）に対して、切断アーム３０４を支持させることができる。
【0046】
図示の実施形態において、図３Ｄ及び図３Ｅに示すように、切断アーム３０４の枢軸端３１６に設けた枢軸用穴３３２に枢軸ピン３３０を通すことで、切断アーム３０４が本体３０２に旋回可能に連結される。枢軸ピン３３０の端部３３４は、軸方向におけるアーム用凹部３１２に対する位置が駆動ロッド用凹部３１０と同じ側となる位置に設けられた枢軸ピン用凹部３３６に挿入される。枢軸ピン３３０の他端は、ブッシュ収容部３４０に挿入される。ブッシュ収容部３４０に収容されるブッシュ３４２（叉はニードルベアリングなどの軸受）が、軸方向におけるアーム凹部３１２に対する位置が駆動ロッド用凹部３１０と逆側となる位置に設けられたブッシュ収容部３４０に収容される。そして、枢軸ピン３３０の他端が、ブッシュ３４２により枢支される。ブッシュ３４２は、軸方向におけるアーム凹部３１２に対する位置が駆動ロッド用凹部３１０と逆側となる位置の止めネジ用凹部３４６に螺合された止めネジ３４４によってブッシュ収容部３４０に保持される。より詳細には、止めネジ３４４によって、ブッシュ３４２がブッシュショルダー（段差部）３４８に当接するようにして固定される。
【0047】
付勢部材が本体３０２と切断アーム３０４との間で付勢力を作用させることで、切断アーム３０４が延伸位置への回転を促す。図示された実施形態において、付勢部材をコイルバネ３５０としている。コイルバネ３５０は、枢軸ピン３３０を取り囲むように設置されている。そして、コイルバネ３５０一端のアーム部が本体３０２に係止される一方で、コイルバネ３５０の他端のアーム部が切断アーム３０４に係止される。
【0048】
配管切断器具３００を使用する際、切断アーム３０４が格納位置に配置された状態で、配管切断器具３００が配管３０８内に挿入される。コイルバネ３４８の弾性力が働いているにもかかわらず、配管切断器具３００が回転することなく配管３０８に沿って軸方向に移動している限り、実質上、配管３０８の内壁により切断アーム３０４が格納位置に位置し続ける。すなわち、切断アーム３０４の後端３２０が配管３０８の内面３５０に当接（係止）している。そのため、切断アーム３０４が格納位置からわずかに外れた位置にずれたとしても、切断アーム３０４は延伸位置に完全に移動することがないので、切刃３２８を有する切刃ヘッド３２６の切刃側辺縁が外側ガイド面より露出することがない。また、配管３０８に沿って配管切断器具３００を移動させる際、切断アーム３０４が格納位置から延伸位置へ旋回する回転方向と同じ方向に本体３０２を回転させることで、切断アーム３０４の延伸位置への旋回を防げる。
【0049】
配管切断器具３００が配管３０８内の所望の位置まで移動すると、図３Ｅ及び図３Ｆにおける矢印３５２で示すように、切断アーム３０４が格納位置から延伸位置へ旋回する方向とは反対方向に本体３０２を回転させることにより、切断アーム３０４を延伸位置に移動させることができる。旋回軸Ｐは本体３０２の中心回転軸Ｒから横方向にオフセットしているため、この本体３０２の回転動作により、コイルバネ３４８による付勢が働くことで切断アーム３０４が延伸位置へ回転し、切刃ヘッド３２６及び切刃３２８が外側ガイド面より露出する。この切断アーム３０４の回転は、図３Ｇの矢印３５４で示している。図３Ｃ及び図３Ｅに示すように、切断アーム３０４が延伸位置に到達し、カム面３２４と停止面３１４との当接（係止）により切断アーム３０４が支持されると、本体３０２の回転を続けることで、切刃３２８が配管３０８を切断する。切刃３２８が配管３０８を完全に一周するまで本体３０２の回転を継続することで、配管３０８が切断される。次に、延伸した切断アーム３０４はフックとして機能し、切断された配管３０８の上部（シール材上側切断部１５０）を引き上げて下部の配管３０８から離間させる。
【0050】
図示した実施形態を一例として説明したが、本願の特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【図1A】
【図1B】
【図1Ba】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図1H】
【図1I】
【図1Ia】
【図1J】
【図1K】
【図1L】
【図1M】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図3H】
【図3I】
【図3J】
【図3K】