(57)【要約】【課題】地熱を効率よく熱交換して効率的に利用できる。【解決手段】地熱交換装置は、熱交換用の熱媒を流通させる配管３が筐体内を蛇行して配設されたセグメント４をリング状に配設している。セグメントリングは正の向きのセグメント４Ａと逆向きのセグメントを水平方向に交互に接合した。各セグメント４の筐体５は側面視略台形状に形成され、円弧状に湾曲されている。筐体５内に設けた配管３は上下方向に蛇行して配設されていて熱交換用の熱媒を流通させている。正の向きのセグメント４Ａにおける筐体５の両側のテーパ側面４ｃに形成された段部７に配管３の両端部の凸部が突出している。逆向きのセグメント４ｂ内の配管３の両端部は段部７に凹部が形成されている。【選択図】図４
2020180433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体の内部に蛇行して配設されていて熱交換用の熱媒を流通させる配管と、
前記筐体に設けられていて他の前記筐体の前記配管と連結可能な前記配管の連結部と、
を備えたことを特徴とする地熱交換用セグメント。
【請求項２】
熱交換用の熱媒を流通させる配管が筐体内を蛇行して配設された第一セグメントと、
熱交換用の熱媒を流通させる配管が筐体内を蛇行して配設されていて前記第一セグメントと逆向きに配設された第二セグメントと、
前記第一セグメントと前記第二セグメントを接合させて前記配管同士を連結する第一連結部と、
を備えていて、前記第一セグメントと前記第二セグメントを交互に接合することでリング状に配設させたことを特徴とする地熱交換装置。
【請求項３】
前記第一セグメントと前記第二セグメントは横方向に連結され、前記配管同士の第一連結部は上下方向に連結されている請求項２に記載された地熱交換装置。
【請求項４】
前記第一連結部は、一方の前記配管の端部が前記筐体から突出する凸部を有し、他方の前記配管の端部は凹部を有し、前記凸部と凹部が互いに連結されている請求項２または３に記載された地熱交換装置。
【請求項５】
前記第一連結部は、一方の前記配管の端部と他方の前記配管の端部とが前記熱媒を流通可能なジョイントを介して連結されている請求項２または３に記載された地熱交換装置。
【請求項６】
前記第一セグメントと第二セグメントはそれぞれ側面視で斜辺に段部を有する台形状で略円弧版状に湾曲して形成され、前記段部に前記第一連結部が設けられている請求項２から５のいずれか1項に記載された地熱交換装置。
【請求項７】
前記第一セグメント及び前記第二セグメントをリング状に配列させたセグメントリングが上下に複数段連結され、
一の前記セグメントリングの前記第一セグメントまたは第二セグメントに設けた前記配管の端部と、隣接する他の前記セグメントリングの前記第一セグメントまたは第二セグメントに設けた前記配管の端部とを互いに連結する第二連結部が設けられている請求項２から６のいずれか１項に記載された地熱交換装置。
【請求項８】
熱交換用の熱媒を流通させる配管が側面視略台形状の筐体内を蛇行して配設された第一セグメントと、
熱交換用の熱媒を流通させる配管が側面視略台形状の筐体内を蛇行して配設されていて前記第一セグメントと逆向きに配設された第二セグメントと、
熱交換用の熱媒を流通させる配管が側面視略平行四辺形状の筐体内を蛇行して配設された第三セグメントと、
前記第一セグメントと前記第二セグメントと第三セグメントのうちの２つを互いに接合させて前記配管同士を連結する第一連結部と、
を備えていて、前記第一セグメントと前記第二セグメントと第三セグメントをリング状に配設させたことを特徴とする地熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば地中熱の高い地層に埋設して、地熱交換器としての配管内を流通する熱媒を高温の地層と熱交換することで採熱して地熱を利用する地熱交換用セグメント及び地熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地中に設けられた地熱層の温かい熱を利用して地熱交換器を地中に埋設し、その地熱交換器内を通過する熱媒を高温の周囲地層と熱交換させることで周囲の地層から採熱する熱交換システムが知られている。熱交換システムによって採熱して地上に取り出した熱エネルギーは、建物の暖房や農業用ハウスの暖房、橋梁路面や道路路面の融雪設備、地熱発電等に利用されている。
【０００３】
例えば特許文献１に記載された融雪設備では、地中の地熱層に設置された地中熱交換器の熱媒によって地熱を採熱し、熱媒を地上に取り出して融雪設備に利用する地熱交換装置が知られている。この地熱交換装置では、地中の熱交換器で採熱した熱媒をヒートポンプを備えた機械部を介して地上の融雪用熱交換器に接続し、機械部に設けたポンプによって熱媒を循環させている。しかも、機械部を支持するコンクリート基礎の直下の部分にのみ地中熱交換器を設置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７５８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された地熱交換器を備えた融雪設備では、地熱交換装置の規模が小さいために熱効率が悪かった。しかも、熱交換器を構成する鋼製の配管の長さ全体が長いわりに高熱の地層の領域に設置する熱交換器の長さが短く面積が小さいため、この点でも熱効率が悪かった。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、地熱を効率よく熱交換して効率的に利用できるようにした地熱交換用セグメント及び地熱交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による地熱交換用セグメントは、筐体と、筐体の内部に蛇行して配設されていて熱交換用の熱媒を流通させる配管と、筐体の表面に設けられていて他の筐体の配管と連結可能な配管の連結部と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、地熱交換用セグメントの筐体内に設けた配管を蛇行させて波状に配設したために単位面積当たりの配管の面積が大きく、地熱の熱変換効率が良い。しかも、配管は地熱交換用セグメントの筐体内に配設されているために取付けと取り外しが容易で組立コストが低廉になる。
【０００８】
本発明による地熱交換装置は、熱交換用の熱媒を流通させる配管が筐体内を蛇行して配設された第一セグメントと、熱交換用の熱媒を流通させる配管が筐体内を蛇行して配設されていて第一セグメントと逆向きに配設された第二セグメントと、第一セグメントと第二セグメントを接合させて配管同士を連結する第一連結部と、を備えていて、第一セグメントと第二セグメントを交互に接合することで筒状に配設させたことを特徴とする。
本発明によれば、地中熱の高い層で囲まれた領域に地熱交換装置を配設することで、筒状に配列された第一セグメント及び第二セグメント内に配管が蛇行して波状に配設されているため、地熱を配管内の熱媒で熱変換して効率よく採熱できて地上等で適宜に利用できる。しかも、配管は第一及び第二セグメントの筐体内に配設されているために取付けが容易で組立コストが低廉になる。
【０００９】
また、第一セグメントと第二セグメントは横方向に連結され、第一連結部の配管同士は上下方向に連結されていることが好ましい。
第一セグメントと第二セグメントを上下方向に接合することで、第一連結部の各配管同士は上下方向に互いに連結され、第一セグメントと第二セグメントは横方向に連結される。
【００１０】
また、第一連結部は、一方の配管の端部が筐体から突出する凸部を有し、他方の配管の端部は凹部を有し、凸部と凹部が互いに連結されていることが好ましい。
第一セグメントと第二セグメントを接合する際、配管同士も第一連結部の凸部と凹部を連結することで同時に接続できる。
【００１１】
また、第一連結部は、一方の配管の端部と他方の配管の端部とが熱媒を流通可能なジョイントを介して連結されていてもよい。
ジョイントを介して一方の配管の端部と他方の配管の端部とを連結して熱媒を流通させることができる。
【００１２】
また、第一セグメントと第二セグメントはそれぞれ側面視で斜辺に段部を有する台形状で略円弧版状に湾曲して形成され、段部に第一連結部が設けられていてもよい。
第一セグメントと第二セグメントを接合する際、段部同士を当接させることで各配管を第一連結部で連結できる。
【００１３】
また、第一セグメント及び第二セグメントをリング状に配列させたセグメントリングが上下に複数段連結され、一のセグメントリングの第一セグメントまたは第二セグメントに設けた配管の端部と、隣接する他のセグメントリングの第一セグメントまたは第二セグメントに設けた配管の端部とを互いに連結する第二連結部が設けられていることが好ましい。
複数段のセグメントリングを上下に連結して第二連結部で配管同士を接続することで、配管を多段に接続することができるため、地熱の熱変換効率が一層高い。
【００１４】
本発明による地熱交換装置は、熱交換用の熱媒を流通させる配管が側面視略台形状の筐体内を蛇行して配設された第一セグメントと、熱交換用の熱媒を流通させる配管が側面視略台形状の筐体内を蛇行して配設されていて第一セグメントと逆向きに配設された第二セグメントと、熱交換用の熱媒を流通させる配管が側面視略平行四辺形状の筐体内を蛇行して配設された第三セグメントと、第一セグメントと第二セグメントと第三セグメントのうちの２つを互いに接合させて配管同士を連結する第一連結部と、を備えていて、第一セグメントと第二セグメントと第三セグメントを筒状に配設させたことを特徴とする。
本発明による地熱交換装置によれば、筒状に連結する第一セグメントと第二セグメントと第三セグメントを筒状に配設して内部に配設した配管内の熱媒で地熱と熱交換する際、第三セグメントが側面視略平行四辺形状であるため長さを大きくできて、セグメント数を少なくできるため少ない部品数で効率的に組み立てできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による地熱交換セグメントによれば、熱媒を収容した配管を筐体の内部に蛇行して配列させたために配管の収納体積を大きくとれ、地中熱の高い地層の地熱と配管内の熱媒との間の熱交換を効率的に行って大量に採熱できる。
【００１６】
また、本発明による地熱交換装置によれば、地中熱の高い地層の領域に配管を蛇行させて収納した第一及び第二セグメントを筒状に配設したため配管の収納体積が大きくとれ、地熱と地熱交換器である配管内の熱媒との間で効率よく大量に熱交換ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態による地熱交換装置を地中熱の高い地層に設けた要部構成を示す図である。
【図２】図１に示す地熱交換装置におけるセグメントリングを展開図で示す地熱交換設備の模式図である。
【図３】地熱交換用のセグメントリングを示す平面図である。
【図４】（ａ）はセグメントの側面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】隣り合うセグメントの配管の連結部を示す分解図である。
【図６】セグメントリングの組み立て工程を示す展開図である。
【図７】第二実施形態による地熱交換装置を示すもので、セグメントリングを二段に配設した展開図である。
【図８】図７に示す下段のセグメントを示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図９】第三実施形態による地すべり抑止杭の地熱交換装置と地中熱の高い層を示す説明図である。
【図１０】変形例による配管の連結部を示すもので、（ａ）は配管の連結部の分解図、（ｂ）はジョイントの断面図である。
【図１１】第四実施形態による地熱交換装置のセグメントリングの展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の各実施形態による地熱交換装置について添付図面により説明する。
まず、本発明の第一実施形態による地熱交換装置１について図１〜図５を参照して説明する。図１は地熱交換装置１を備えた地熱交換設備Ｋを示す図である。本第一実施形態では例えば山間地に構築される送電用鉄塔や橋梁の基礎杭（深礎杭）を利用して地熱交換装置１を地中に埋設したものである。
地熱交換装置１において、例えば地すべり危険地に直径４〜６ｍ程度の円筒杭としての地すべり抑止杭２を打設している。この地すべり抑止杭２は、予めボーリング等で地中熱の高い地層Ｔを検知して確認しておくものとする。地すべり抑止杭２の施工に際して地上から深礎工法によって竪穴を掘削する。
【００１９】
そして、土留め用のライナーとして円弧版状の鋼製ライナー２ａを竪穴の内面周囲に設置して円筒状に形成し、竪穴の上側から下側に向けて順次鋼製ライナー２ａを千鳥配置で施工していくことで地すべり抑止杭２を構築する。
この地すべり抑止杭２は、地上から地すべり面よりも下方の不動地層にまで到達させている。これらの地すべり抑止杭２は所定間隔を開けて縦横方向に列状に多数施工していてもよい。
【００２０】
竪穴における地中熱の高い地層Ｔに対向する領域には、地すべり抑止杭２の鋼製ライナー２ａに代えて、地熱交換装置１が円筒状に設置されている。図２及び図３に示す地熱交換装置１は、内部に配管３を配設させた地熱交換用のセグメント４が複数個、例えば６個リング状に配設されており、セグメントリング６という。図２に示す地熱交換装置１は円環状のセグメントリング６を水平方向に展開した模式図である。
図４に示す地熱交換用のセグメント４は例えば鋼製セグメントからなり、側面視略台形状をなす筐体５を全体に水平方向に略円弧版状に湾曲して形成されている。セグメント４は地すべり抑止杭２の一部として地中熱の高い地層Ｔの内面に配設されているため地中熱の高い地層Ｔの地熱が良く伝達される。
【００２１】
セグメント４からなるセグメントリング６は、シールドトンネルで用いるセグメントを周方向に連結したセグメントリングと同様な構成を有している。図４（ａ）、（ｂ）に示すセグメント４は頂部４ａが短辺で底部４ｂが長辺であり、両側部がテーパ側面４ｃをなす側面視略台形状であり、両側の長さの等しいテーパ側面４ｃには水平面からなる段部７が形成されている。筐体５の内部に収納された配管３は上下方向に複数回蛇行する波形状を有しており、その両側の端部は段部７から突出する凸部３ａとされている(図５参照)。配管３の凸部３ａには全周に亘ってシール部材としてＯリング１０が設置されている。
【００２２】
そして、図６に示すように、セグメントリング６を構築する６個のセグメント４は交互に上下反対向きに設置されてテーパ側面４ｃ同士が互いに接合されて連結されている。ここで、各セグメント４において頂部４ａが上側に位置する正の向きのものをセグメント４Ａとし、上下逆向きのものをセグメント４Ｂとする。正の向きのセグメント４Ａには、上述のように両側の段部７に配管３の凸部３ａが形成されている。そして、逆向きのセグメント４Ｂには、図５に示すように、両側の段部７に凸部３ａを嵌合させるための凹部３ｂが配管３の両端部に形成されている。凸部３ａと凹部３ｂは配管３の継手であり、第一連結部を構成している。
【００２３】
配管３の凸部３ａと凹部３ｂは他の部分より薄肉になっており、凸部３ａは凹部３ｂよりもわずかに小径に形成されていて互いに嵌合可能である。しかも、凸部３ａと凹部３ｂはＯリング１０によって水密または気密にシールされている。なお、セグメント４Ａ、４Ｂにおける配管３の凸部３ａと凹部３ｂは逆に配置してもよい。
配管３は例えば鋼管パイプからなる熱交換器とされている。配管３内には熱交換用の熱媒が流通している。地熱採取用の熱媒として例えば蒸気、熱水、或いはブライン等を用いることができる。配管３内の熱媒は例えばブラインであり、高温の地熱と熱交換される。
【００２４】
図６に示すように、上側の鋼製ライナー２ａに等間隔を開けて連結した逆向きのセグメント４Ｂに対して正の向きのセグメント４Ａを押し上げて、段部７同士を対向させて一方の凹部３ｂに他方の凸部３ａを嵌合させることで互いに配管３を連結させる。
そして、３個の正の向きのセグメント４Ａと３個の逆向きのセグメント４Ｂを交互に連結させることで、セグメントリング６を構築できる。配管３は凸部３ａと凹部３ｂとで連結することでセグメントリング６を１本の配管３として連続させることができ、各セグメント４Ａ、４Ｂは例えばテーパ側面４ｃ同士及び段部７同士を面接触で接合させて図示しないボルト等で互いに連結できる。正の向きのセグメント４Ａと逆向きのセグメント４Ｂは横方向に連結することで、配管３の凸部３ａと凹部３ｂを上下方向に連結することができる。
【００２５】
図２に示す地熱交換設備Ｋにおいて、セグメントリング６における適宜のセグメント４（本実施形態では、逆向きのセグメント４Ｂ）の配管３が分断されており、各配管３の一方の分断部は高温となった熱媒の取り出し口９ａとされ、他方の分断部は温度低下した熱媒の戻し口９ｂとされている。
一方、地熱交換設備Ｋの地熱交換器１２では、第一凝縮器１３と第二凝縮器１４とが対向して配設されている。配管３の取り出し口９ａは第一凝縮器１３の一端部に接続される取り出し流路１５に接続され、配管３内で地熱と熱交換された高温の熱媒が第一凝縮器１３に送り出される。戻し口９ｂは第一凝縮器１３の他端部に接続される戻し流路１６に接続され、第一凝縮器１３で熱交換されて冷却された熱媒を送り出している。
【００２６】
取り出し流路１５には逆止弁１８とポンプＰとが順次設置され、戻し流路１６には第一凝縮器１３で熱交換されて冷却された熱媒を一時的に貯留するためのタンク１９が設置されている。取り出し流路１５と戻し流路１６とで熱源側循環路２０を構成する。
第一凝縮器１３内の熱源側循環路２０内を流れる高温の熱媒は、第一凝縮器１３に対向する第二凝縮器１４内の出力側循環路２１との間で熱交換される。出力側循環路２１内の熱媒は例えば熱水または蒸気であり、高温に変換されて例えば地すべり抑止杭２内を通って地上に設けた不図示の熱利用装置に供給される。
【００２７】
熱利用装置は、例えば橋梁路面や道路の路面等の融雪設備、農業用ハウスの暖房設備、建物の暖房設備等として利用される。或いは、地熱発電装置に利用されてもよい。地熱交換装置１は用途によってどの温度帯の地熱を使用するか変わるものであり、地中熱の高い地層Ｔに対する設置領域を調整する。
なお、地すべり抑止杭２内の空間にセメントミルク等の熱伝導性の高い媒体を埋め込むことで、地熱交換装置１の熱伝導性を向上させることができる。また、配管３をセグメント４Ａ、４Ｂの外周側の面に当接させることで、地熱交換装置１の補強効果と熱伝達効果が高まる。
また、地すべり抑止杭２、地熱交換装置１、地熱交換器１２、熱源側循環路２０及び出力側循環路２１とで地熱交換設備Ｋを構成する。
【００２８】
本実施形態による地熱交換装置１は上述した構成を有しており、次にその施工方法について図６を中心に説明する。
先ず、例えば地すべり地に地すべり抑止杭２を打設する。地すべり地の抑止杭として、深礎工法によって竪穴を掘削する。例えば土砂の部分はバックホウに取り付けたクラムシェルによって掘削し、岩盤部はブレーカを用いて人力によって掘削する。地すべり抑止杭２の土留め用ライナーとして鋼製ライナー２ａを竪穴の内壁に千鳥配置で組み立てる。地すべり抑止杭２を打設する際、地中における地中熱の高い地層Ｔに到達すると、鋼製ライナー２ａに代えて地熱交換装置１のセグメント４を施工する。
【００２９】
地熱交換装置１の施工に際し、地中熱の高い地層Ｔで囲まれた領域において、図６に示すように、リング状に施工した鋼製ライナー２ａの下側に、逆向きのセグメント４Ｂを周方向に所定間隔で例えば３個配設する。次に、セグメント４Ｂの間に正の向きのセグメント４Ａをテーパ側面４ｃに沿って持ち上げて嵌合する。その際、図５に示すように、正の向きのセグメント４Ａの両側の段部７に設けた配管３の凸部３ａを逆向きのセグメント４Ｂの両側の段部７の配管３の凹部３ｂにそれぞれ嵌合させて連結する。
これにより、配管３の凸部３ａと凹部３ｂはＯリング１０により水密または気密に嵌合される。各セグメント４Ａ、４Ｂ同士はテーパ側面４ｃ同士を継手のボルトで締結する。これによって、６個のセグメント４からなるセグメントリング６を構築できる。また、６個のセグメント４の筐体５内の配管３は上下に蛇行した形状で１本の配管として連結される。なお、配管３の凸部３ａと凹部３ｂの連結は溶接等で行ってもよい。
【００３０】
図２に示す一の逆向きのセグメント４Ｂにおいて、取り出し口９ａと戻し口９ｂを取り出し流路１５と戻し流路１６にそれぞれ連結することで熱源側循環路２０を設置し、第一凝縮器１３に接続する。更に、第二凝縮器１４及び出力側循環路２１を設置する。
熱源側循環路２０には熱媒として例えばブラインを循環させて地中熱の高い地層Ｔから地熱交換装置１によって採熱する。出力側循環路２１には熱媒として例えば熱水または蒸気等を循環させる。第一凝縮器１３及び第二凝縮器１４との間で温熱を伝達させて、出力側循環路２１を通って循環する熱媒によって、路面の融雪や農業用ハウスの暖房などに使用することができる。
【００３１】
上述したように本実施形態による地熱交換装置１は、竪坑の地中熱の高い地層Ｔの領域に設けたセグメントリング６内で配管３が上下方向に蛇行しつつ連続して配列されているため、配管３の設置面積が大きく地熱を配管３内の熱媒によって効率よく採熱できるため熱伝達効率が高い。
しかも、本実施形態による地熱交換装置１は、地すべり抑止杭２の地中熱の高い地層Ｔの領域に設けた逆向きのセグメント４Ｂと正向きのセグメント４Ａを互いに嵌合し連結することで配管３の接続を行えるため、配管３の組み立てが容易で短時間で組み立てできる。しかも、各セグメント４に収納した配管３は凸部３ａと凹部３ｂを互いに嵌合させることで接続できるため、この点でも配管３の組み立てが容易である。
【００３２】
以上、本発明の第一実施形態による地熱交換装置１について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の他の実施形態や変形例等について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
【００３３】
図７及び図８は本発明の第二実施形態による地熱交換装置１Ａを示すものである。
本第二実施形態による地熱交換装置１Ａは１つのセグメントリング６毎に地熱の回収を行うものではなく、複数のセグメントリング６を多段に重ねて配管３を連続させたものである。図７に示す地熱交換装置１Ａは、１のセグメントリング６Ａの下段に他のセグメントリング６Ｂを積層した展開図である。上段のセグメントリング６Ａの中央の正の向きのセグメント４Ｃにおいて、上下に蛇行して配設された配管３の一部が分断され、下向きに凹部からなる一対の凹部からなる第一接続部２３が設けられている。
【００３４】
これに対向する下段のセグメントリング６Ｂの中央の正の向きのセグメント４Ｄはセグメント４と略同一構成を有しており、図８（ａ）、（ｂ）に示す構成を有している。このセグメント４Ｄは筐体５内に配管３が上下に蛇行して配設され、その両端部は両側のテーパ側面４ｃの段部７に凸部３ａとして設置されている。そして、この配管３の一部が分断され、頂部４ａに延びる一対の凸部からなる第二接続部２４が設けられている。配管３の第一接続部２３と第二接続部２４は第二連結部を構成している。
下段のセグメントリング６Ｂにおいて、逆向きのセグメント４Ｂ間にセグメント４Ｄを嵌合する際、両側の段部７の凸部３ａが隣接するセグメント４Ｂの段部７の凹部３ｂに連結される。これと同時に、頂部４ａの第一接続部２３が上段のセグメント４Ｃの第二接続部２４に嵌合して連結される。しかも、下段のセグメントリング６Ａは上段のセグメントリング６Ｂに対して各セグメント４が水平方向に僅かにずれて配設されている。
【００３５】
そして、下段のセグメントリング６Ｂにおける１のセグメント４Ｂに配管３を一部分断して取り出し口９ａ、戻し口９ｂが設けられている。これら取り出し口９ａ、戻し口９ｂは取り出し流路１５と戻し流路１６にそれぞれ連結されている。そのため、地熱交換装置１Ａは二段のセグメントリング６Ａ、６Ｂ内の配管３が連続して形成されている。
本第二実施形態によれば、上下二段のセグメントリング６Ａ、６Ｂによって熱交換器としての配管３が連続して構成されているため、熱媒によって地熱を採熱する効率が一層向上する。
【００３６】
次に、図９は第三実施形態による地熱交換装置１Ｂを示すものである。
本実施形態による地熱交換装置１Ｂでは、地中熱の高い地層Ｔに囲まれた領域で、地すべり抑止杭２には３段のセグメントリング６Ａ、６Ｂ、６Ｃが積層して構築されている。この地熱交換装置１Ｂにおいても、第二実施形態と同様に三段のセグメントリング６Ａ、６Ｂ、６Ｃ間で配管３が接続されている。この場合、一段のセグメントリング６Ａと二段のセグメントリング６Ｂとの接続部は、上下に対向する各セグメント４の第一接続部２３、第二接続部２４同士を接続すればよい。二段のセグメントリング６Ｂと三段のセグメントリング６Ｃとの接続部も、同様に上下に対向する各セグメント４の第一接続部２３、第二接続部２４同士を接続すればよい。
そして、配管３の取り出し口９ａ、戻し口９ｂは三段のセグメントリング６Ｃに構築するが、一段のセグメントリング６Ａや二段のセグメントリング６Ｂのセグメント４に設けてもよい。
なお、セグメントリング６を四段以上に積層して配管３を接続してもよい。
【００３７】
次に、図１０により、セグメントリング６における、正の向きのセグメント４Ａと逆向きのセグメント４Ｂの配管３同士の連結部の変形例について説明する。
図１０（ａ）に示す変形例では、正の向きのセグメント４Ａの段部７に設けた配管３の開口３ｄと逆向きのセグメント４Ｂの段部７に設けた配管３の開口３ｅとをジョイント２６によって連結している。ジョイント２６は、図１０（ｂ）に示すように、熱媒を流通可能なように円筒体２６ａで形成されている。この円筒体２６ａの下半部に雄ねじ部２６ｂが形成され、中間部につば部２６ｃが設けられている。円筒体の上半部には全周に形成された溝部にリング状のＯリング２７が装着されている。
【００３８】
正の向きのセグメント４Ａに設けた配管３と逆向きのセグメント４Ｂに設けた配管３との連結に際し、一方の配管３の開口３ｄに形成された雌ねじ部２８にジョイント２６の雄ねじ部２６ｂをつば部２６ｃに当接するまで捻じ込む。次いで、一方のセグメント４Ａを上方に押し上げてジョイント２６の上半部を他方の配管３の開口３ｅ内に押し込んでＯリング２７によって水密または気密に封止する。これによって、隣り合う正の向きのセグメント４Ａの配管３と逆向きのセグメント４Ｂの配管３とを連結することができる。
【００３９】
次に、本発明の第四実施形態による地熱交換装置１Ｃについて図１１により説明する。
本実施形態では、一部のセグメントについて側面視略台形状のセグメント４に代えて側面視略平行四辺形状のセグメント３０を用いている。このセグメント３０の筐体３２におけるテーパ状の両側面３０ａにそれぞれ平坦な段部３１が形成されている。筐体３２の内部には上下方向に蛇行して波状に配列された配管３が配設され、その一方の端部は段部３１上に突出する凸部３ａとされ、他方の端部は段部３１から引っ込められた凹部３ｂとされている。
【００４０】
本実施形態では、鋼製ライナー２ａの下面に予め所定間隔で取り付けられた略台形状で逆向きのセグメント４Ｂに対して、下方からセグメント３０を装着して凸部３ａをセグメント４Ｂの凹部３ｂに連結する。そして、略平行四辺形状のセグメント３０の隣に順次同一のセグメント３０を装着して配管３同士を接続する。最後にセグメント３０と逆向きのセグメント４Ｂの間に正の向きのセグメント４Ａを装着して配管３同士を接続する。
本第四実施形態による地熱交換装置１Ｃによれば、側面視略平行四辺形状のセグメント３０は側面視略台形状のセグメント４よりも横方向の長さが長いのでセグメントリング６を構成するセグメント４，３０の数が少なくて済む。そのため、各セグメント４、３０の製造コストと組み立てコストを削減できて組立が容易である。
【００４１】
上述した各実施形態におけるセグメント４、３０は例えば鋼製セグメントに代えて合成セグメントやコンクリートセグメント等で構成されていてもよい。また、セグメント４、３０の筐体５、３２内に配設された配管３は上下方向に蛇行して配設されているものとしたが、蛇行の方向は斜め方向でもよいし水平方向でもよい。
なお、上述した各実施形態では、地熱交換装置１の配管３の取り出し口９ａ、戻し口９ｂに接続される取り出し流路１５、戻し流路１６を備えた地熱交換器１２は地すべり抑止杭２内に設置したが、これに代えて取り出し流路１５、戻し流路１６を地すべり抑止杭２の外部の地上に取り出して地熱交換器１２に連結してもよい。
【００４２】
また、上述した各実施形態では、地すべり抑止杭２として円筒状の立て坑を打設して地中熱の高い地層Ｔに地熱交換装置１〜１Ｃを設けたが、立て坑は必ずしも円筒状である必要はなく、例えばシールドの発進立て坑等で楕円形や小判型の筒状や角筒状等の立て坑であってもよい。これらの場合、地熱交換装置１〜１Ｃのセグメントリング６も楕円形や小判型や角筒状の筒体に構築される。
なお、正の向きのセグメント４Ａは第一セグメント、逆向きのセグメント４Ｂは第二セグメントに含まれる。また、側面視略平行四辺形状のセグメント３０は第三セグメントに含まれる。
また、本発明による地熱交換装置１は、地すべり危険地以外の場所や地すべり抑止杭２以外の竪坑等、例えば橋梁の基礎杭や建物の脇に設けた竪穴等でも地中熱の高い地層Ｔに設置できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４３】
１  地熱交換装置
２  地すべり抑止杭
３  配管
３ａ  凸部
３ｂ  凹部
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、３０  セグメント
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ  セグメントリング
７、３１  段部
９ａ  取り出し口
９ｂ  戻し口
１０、２７  Ｏリング
１２  地熱交換器
２３  第一接続部
２４  第二接続部
２６  ジョイント
２６ｂ  雄ねじ部
２６ｃ  つば部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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