(57)【要約】【課題】地中熱交換器の熱交換能力の低下を抑制しつつ圧力強度の制約を緩和する。【解決手段】地中熱交換器（10）は、液状態の熱媒体を流入するための液配管（23）およびガス状態の熱媒体を流出するためのガス配管（24）に接続され熱媒体の相変化を利用して土壌と熱交換するように構成されている。外管（11）は、設置状態において管軸方向が鉛直方向を向くように地中に埋設される。伝熱管（12）は、外管（11）の内周面に沿って張り巡らされ内部に熱媒体を流通可能な本体管部（12b）と、液配管（23）およびガス配管（24）と本体管部（12b）の設置状態において上端部となる一端部とを接続する中空の配管接続部（12a）とを有している。熱伝導層（14）は、外管（11）の内部に充填される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状態の熱媒体を流入するための液配管（23）およびガス状態の熱媒体を流出するためのガス配管（24）に接続され該熱媒体の相変化を利用して土壌と熱交換する地中熱交換器（10）であって、
設置状態において管軸方向が鉛直方向を向くように地中に埋設される外管（11）と、
上記外管（11）の内周面に沿って張り巡らされ内部に上記熱媒体を流通可能な本体管部（12b）と、上記液配管（23）および上記ガス配管（24）と該本体管部（12b）の設置状態において上端部となる一端部とを接続する中空の配管接続部（12a）とを有する伝熱管（12）と、
上記外管（11）の内部に充填される熱伝導層（14）とを備えている
ことを特徴とする地中熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
上記外管（11）の径方向において外周面が上記伝熱管（12）の本体管部（12b）を挟んで該外管（11）の内周面と対向するように該外管（11）の内部に設けられた内筒（13）をさらに備え、
上記熱伝導層（14）は、上記外管（11）と上記内筒（13）との間に充填される
ことを特徴とする地中熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記伝熱管（12）の本体管部（12b）は、上記外管（11）の内周面に沿って該外管（11）の周方向に配列されて該外管（11）の管軸方向に延び設置状態において上端部となる一端部が上記配管接続部（12a）に接続される複数の直管部（100）によって構成されている
ことを特徴とする地中熱交換器。
【請求項４】
請求項３において、
上記伝熱管（12）は、上記複数の直管部（100）の設置状態において下端部となる他端部に接続される中空の連結部（12c）をさらに有している
ことを特徴とする地中熱交換器。
【請求項５】
請求項３または４において、
上記伝熱管（12）の複数の直管部（100）の一端部には、一端部が上記配管接続部（12a）の内部空間に突出するように該直管部（100）に内嵌される円筒状の液体浸透部材（15）が設けられている
ことを特徴とする地中熱交換器。
【請求項６】
請求項１または２において、
上記伝熱管（12）の本体管部（12b）は、上記外管（11）の内周面に沿って該外管（11）の軸方向に螺旋状に延び設置状態において上端部となる一端部が上記配管接続部（12a）に接続される螺旋管部（200）によって構成されている
ことを特徴とする地中熱交換器。
【請求項７】
請求項６において、
上記伝熱管（12）の配管接続部（12a）は、上記ガス配管（24）と上記螺旋管部（200）の一端部とを接続する幹管部（101）と、該幹管部（101）から分岐して上記液配管（23）に接続される枝管部（102）とを有し、
上記幹管部（101）の上記枝管部（102）との連結部には、周壁部が該幹管部（101）の該枝管部（102）に連通する開口を塞ぐように該幹管部（101）に内嵌される円筒状の液体浸透部材（15）が設けられている
ことを特徴とする地中熱交換器。
【請求項８】
請求項６において、
上記伝熱管（12）の配管接続部（12a）は、上記液配管（23）と上記螺旋管部（200）の一端部とを接続する液側接続管部（103）と、上記ガス配管（24）と該螺旋管部（200）の設置状態において下端部となる他端部とを接続するガス側接続管部（104）と、設置状態において一端部が他端部よりも鉛直方向の下方となるように一端部が該液側接続管部（103）に接続され他端部が該ガス側接続管部（104）に接続される連結管部（105）とを有している
ことを特徴とする地中熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、土壌から採熱を行う地中熱交換器に関し、特に、地中熱交換器の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、土壌から採熱を行う地中熱交換器は、ヒートポンプなどに利用されている。例えば、特許文献１には、圧縮機，利用側熱交換器，膨張弁，および熱源側熱交換器が順に接続された冷媒回路と、熱媒体が封入された地中熱交換器とを備えたヒートポンプが開示されている。このヒートポンプの暖房運転では、地中熱交換器において地中から吸熱した熱媒体が熱源側熱交換器に導入される。そして、その熱媒体と熱源側熱交換器内を流れる冷媒とが熱交換して、冷媒が吸熱し蒸発する。このように、特許文献１のヒートポンプでは、冷媒回路における蒸発器の熱源として地中熱を利用している。なお、特許文献１では、地中熱交換器は、管状に形成され地中に埋設される本体管を有し、その本体管の内部に熱媒体が封入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−７８０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の地中熱交換器では、本体管（熱媒体が封入されて地中に埋設される本体管）に対する圧力強度の制約を緩和するために本体管の容積を小さくすると、本体管の外表面積（すなわち、土壌との熱交換面積）が小さくなってしまうので、地中熱交換器の熱交換能力が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、この発明は、熱交換能力の低下を抑制しつつ圧力強度の制約を緩和することが可能な地中熱交換器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】
【０００６】
第１の発明は、液状態の熱媒体を流入するための液配管（23）およびガス状態の熱媒体を流出するためのガス配管（24）に接続され該熱媒体の相変化を利用して土壌と熱交換する地中熱交換器（10）であって、設置状態において管軸方向が鉛直方向を向くように地中に埋設される外管（11）と、上記外管（11）の内周面に沿って張り巡らされ内部に上記熱媒体を流通可能な本体管部（12b）と、上記液配管（23）および上記ガス配管（24）と該本体管部（12b）の設置状態において上端部となる一端部とを接続する中空の配管接続部（12a）とを有する伝熱管（12）と、上記外管（11）の内部に充填される熱伝導層（14）とを備えていることを特徴とする地中熱交換器である。
【０００７】
上記第１の発明では、外管（11）の内部に伝熱管（12）を設けることにより、伝熱管（12）の容積を外管（11）の容積よりも小さくすることができるので、外管（11）と同程度の容積を有する伝熱管に熱媒体を流通させる場合よりも、耐圧強度の制約を緩和することができる。また、外管（11）を設けることにより、土壌との熱交換面積を確保することができるので、土壌との熱交換面積の不足に起因する地中熱の採取効率の低下を抑制することができる。また、外管（11）の内周面に沿って伝熱管（12）の本体管部（12b）を張り巡らせることにより、伝熱管（12）と熱媒体との熱交換面積を増加させることができるので、熱媒体との熱交換面積の不足に起因する熱媒体への伝熱効率の低下を抑制することができる。さらに、外管（11）の内部に熱伝導層（14）を充填することにより、外管（11）と伝熱管（12）との間の熱抵抗を低下させることができるので、外管（11）から伝熱管（12）への伝熱を促進させることができる。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記外管（11）の径方向において外周面が上記伝熱管（12）の本体管部（12b）を挟んで該外管（11）の内周面と対向するように該外管（11）の内部に設けられた内筒（13）をさらに備え、上記熱伝導層（14）が、上記外管（11）と上記内筒（13）との間に充填されることを特徴とする地中熱交換器である。
【０００９】
上記第２の発明では、外管（11）の内部に内筒（13）を設けることにより、外管（11）の内周面の近傍に伝熱管（12）の本体管部（12b）を保持することができる。また、外管（11）と内筒（13）との間に限定して熱伝導層（14）を充填することができるので、外管（11）の内部全体に熱伝導層（14）を充填させる場合よりも、熱伝導層（14）の体積を削減することができる。
【００１０】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記伝熱管（12）の本体管部（12b）が、上記外管（11）の内周面に沿って該外管（11）の周方向に配列されて該外管（11）の管軸方向に延び設置状態において上端部となる一端部が上記配管接続部（12a）に接続される複数の直管部（100）によって構成されていることを特徴とする地中熱交換器である。
【００１１】
第４の発明は、上記第３の発明において、上記伝熱管（12）が、上記複数の直管部（100）の設置状態において下端部となる他端部に接続される中空の連結部（12c）をさらに有していることを特徴とする地中熱交換器である。
【００１２】
上記第４の発明では、複数の直管部（100）の設置状態において上端部となる一端部（以下、単に「上端部」と表記）を配管接続部（12a）に接続するとともに複数の直管部（100）の設置状態において下端部となる他端部（以下、単に「下端部」と表記）を連結部（12c）に接続することにより、複数の直管部（100）に流れ込んだ液状態の熱媒体を連結部（12c）に流出することができる。これにより、複数の直管部（100）の一部に液状態の熱媒体が偏って溜まってしまうことを防止することができる。
【００１３】
第５の発明は、上記第３または第４の発明において、上記伝熱管（12）の複数の直管部（100）の一端部に、一端部が上記配管接続部（12a）の内部空間に突出するように該直管部（100）に内嵌される円筒状の液体浸透部材（15）が設けられていることを特徴とする地中熱交換器である。
【００１４】
上記第５の発明では、伝熱管（12）の直管部（100）の上端部に液体浸透部材（15）を設けることにより、液配管（23）から配管接続部（12a）の内部に流入した液状態の熱媒体を液体浸透部材（15）で堰き止めて液体浸透部材（15）に浸透させ、液体浸透部材（15）から直管部（100）の内周面に液状態の熱媒体を均一に分配（流下）させることができる。また、液配管（23）から配管接続部（12a）の内部に流入した液状態の熱媒体を液体浸透部材（15）で堰き止めることにより、直管部（100）を上昇してきたガス状態の熱媒体を液体浸透部材（15）の内部空間を通じて配管接続部（12a）の内部に流出することができる。
【００１５】
第６の発明は、上記第１または第２の発明において、上記伝熱管（12）の本体管部（12b）が、上記外管（11）の内周面に沿って該外管（11）の軸方向に螺旋状に延び設置状態において上端部となる一端部が上記配管接続部（12a）に接続される螺旋管部（200）によって構成されていることを特徴とする地中熱交換器である。
【００１６】
第７の発明は、上記第６の発明において、上記伝熱管（12）の配管接続部（12a）が、上記ガス配管（24）と上記螺旋管部（200）の一端部とを接続する幹管部（101）と、該幹管部（101）から分岐して上記液配管（23）に接続される枝管部（102）とを有し、上記幹管部（101）の上記枝管部（102）との連結部に、周壁部が該幹管部（101）の該枝管部（102）に連通する開口を塞ぐように該幹管部（101）に内嵌される円筒状の液体浸透部材（15）が設けられていることを特徴とする地中熱交換器である。
【００１７】
上記第７の発明では、幹管部（101）の枝管部（102）との連結部に液体浸透部材（15）を設けることにより、液配管（23）から枝管部（102）の内部に流入した液状態の熱媒体を液体浸透部材（15）で堰き止めて液体浸透部材（15）に浸透させ、液体浸透部材（15）から幹管部（101）および螺旋管部（200）の内周面に液状態の熱媒体を均一に分配（流下）させることができる。また、液配管（23）から枝管部（102）の内部に流入した液状態の熱媒体を液体浸透部材（15）で堰き止めることにより、幹管部（101）を上昇してきたガス状態の熱媒体を液体浸透部材（15）の内部空間を通じてガス配管（24）に流出することができる。
【００１８】
第８の発明は、上記第６の発明において、上記伝熱管（12）の配管接続部（12a）が、上記液配管（23）と上記螺旋管部（200）の一端部とを接続する液側接続管部（103）と、上記ガス配管（24）と該螺旋管部（200）の設置状態において下端部となる他端部とを接続するガス側接続管部（104）と、設置状態において一端部が他端部よりも鉛直方向の下方となるように一端部が該液側接続管部（103）に接続され他端部が該ガス側接続管部（104）に接続される連結管部（105）とを有していることを特徴とする地中熱交換器である。
【００１９】
上記第８の発明では、液側接続管部（103）によって液配管（23）と螺旋管部（200）の上端部とを接続することにより、液配管（23）から螺旋管部（200）の上端部に液状態の熱媒体を流入することができる。また、ガス側接続管部（104）によってガス配管（24）と螺旋管部（200）の下端部とを接続することにより、螺旋管部（200）の下端部からガス配管（24）にガス状態の熱媒体を流出することができる。さらに、液側接続管部（103）とガス側接続管部（104）とを連結管部（105）によって接続することにより、螺旋管部（200）の上端部から液側接続管部（103）に上昇してきたガス状態の熱媒体を連結管部（105）を経由してガス側接続管部（104）に流出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
第１の発明によれば、地中熱の採取効率の低下および熱媒体への伝熱効率の低下を抑制することができ、外管（11）から伝熱管（12）への伝熱を促進させることができるので、地中熱交換器（10）の熱交換能力の低下を抑制しつつ耐圧強度の制約を緩和することができる。
【００２１】
第２の発明によれば、外管（11）の内周面の近傍に伝熱管（12）の本体管部（12b）を保持することができるので、外管（11）から伝熱管（12）への伝熱をさらに促進させることができる。また、熱伝導層（14）の体積を削減することができるので、地中熱交換器（10）の材料コストを低減することができる。
【００２２】
第３の発明によれば、伝熱管（12）の本体管部（12b）を複数の直管部（100）によって構成することにより、外管（11）の内周面に沿って伝熱管（12）の本体管部（12b）を張り巡らせることができる。
【００２３】
第４の発明によれば、複数の直管部（100）の一部に液状態の熱媒体が偏って溜まってしまうことを防止することができるので、伝熱管（12）と熱媒体との熱交換を促進させることができる。
【００２４】
第５の発明によれば、液体浸透部材（15）から直管部（100）の内周面に液状態の熱媒体を均一に分配（流下）させることができるので、伝熱管（12）と熱媒体との熱交換を促進させることができる。また、直管部（100）を上昇してきたガス状態の熱媒体を液体浸透部材（15）の内部空間を通じて配管接続部（12a）の内部に流出することができるので、伝熱管（12）からガス配管（24）への熱媒体（ガス状態の熱媒体）の流出を促進させることができる。
【００２５】
第６の発明によれば、伝熱管（12）の本体管部（12b）を螺旋管部（200）によって構成することにより、外管（11）の内周面に沿って伝熱管（12）の本体管部（12b）を張り巡らせることができる。
【００２６】
第７の発明によれば、液体浸透部材（15）から幹管部（101）および螺旋管部（200）の内周面に液状態の熱媒体を均一に分配（流下）させることができるので、伝熱管（12）と熱媒体との熱交換を促進させることができる。また、幹管部（101）を上昇してきたガス状態の熱媒体を液体浸透部材（15）の内部空間を通じてガス配管（24）に流出することができる。これにより、伝熱管（12）からガス配管（24）への熱媒体（ガス状態の熱媒体）の流出を促進させることができる。
【００２７】
第８の発明によれば、螺旋管部（200）の上端部および下端部の両方からガス配管（24）にガス状態の熱媒体を流出させることができるので、伝熱管（12）からガス配管（24）への熱媒体（ガス状態の熱媒体）の流出を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】空調システムの構成について説明するための配管系統図。
【図２】地中熱交換器の設置について説明するための模式図。
【図３】冷媒回路における冷凍サイクルについて説明するためのモリエル線図。
【図４】実施形態１による地中熱交換器の構成について説明するための斜視図。
【図５】実施形態１による地中熱交換器の構成について説明するための平面図。
【図６】実施形態１による地中熱交換器の構成について説明するための縦断面図。
【図７】伝熱管の配管接続部の構成について説明するための縦断面図。
【図８】実施形態２による地中熱交換器の構成について説明するための斜視図。
【図９】実施形態２による地中熱交換器の構成について説明するための縦断面図。
【図１０】実施形態３による地中熱交換器の構成について説明するための縦断面図。
【図１１】地中熱交換器の参考例について説明するための縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
【００３０】
（実施形態１）
図１は、実施形態１による地中熱交換器（10）を備えた空調システム（1）の構成例を示している。空調システム（1）は、冷媒回路（C1）と熱媒体回路（C2）とを備え、地中から吸収した地中熱を利用して暖房運転を行うものである。
【００３１】
〔冷媒回路〕
冷媒回路（C1）は、圧縮機（31），室内熱交換器（32），膨張弁（33），地中熱利用熱交換器（20），減圧機構（34），および室外熱交換器（35）が順に配管で接続されることによって構成されている。冷媒回路（C1）には、冷媒が充填されている。また、冷媒回路（C1）では、冷媒を循環させることによって蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
【００３２】
〈圧縮機〉
圧縮機（31）は、冷媒を吸入ポートから吸入して圧縮し、圧縮した冷媒を吐出ポートから吐出する。圧縮機（31）には、例えば、スクロール圧縮機などの種々の圧縮機を採用することができる。この例では、圧縮機（31）の吐出ポートは、室内熱交換器（32）に接続され、圧縮機（31）の吸入ポートは、室外熱交換器（35）に接続されている。
【００３３】
〈室内熱交換器〉
室内熱交換器（32）は、冷媒と空気とを熱交換させる空気熱交換器によって構成されている。室内熱交換器（32）には、例えば、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器などを採用することができる。室内熱交換器（32）は、空気調和を行う室内に配置され、室内熱交換器（32）の近傍には、室内ファン（42）が設置されている。そして、室内熱交換器（32）は、室内ファン（42）によって室内から取り込まれた室内空気と冷媒回路（C1）の冷媒とを熱交換させる。
【００３４】
〈膨張弁〉
膨張弁（33）は、冷媒回路（C1）の室内熱交換器（32）と地中熱利用熱交換器（20）との間に接続され、後述する暖房運転において室内熱交換器（32）から地中熱利用熱交換器（20）へ流れる高圧の液状態の冷媒を減圧する。例えば、膨張弁（33）は、開度が調節可能な電動弁によって構成されている。
【００３５】
〈地中熱利用熱交換器〉
地中熱利用熱交換器（20）は、密閉容器（21）と、熱交換管部（22）とを有している。密閉容器（21）には、後述する熱媒体回路（C2）の熱媒体が収容されている。一方、熱交換管部（22）は、コイル状に形成された冷媒管によって構成され、密閉容器（21）内の上部空間に設けられている。熱交換管部（22）の両端部は、それぞれ密閉容器（21）の上面を内側から外側へ貫通し、一方の端部は、膨張弁（33）の流出端に接続され、他方の端部は、減圧機構（34）の流入端に接続されている。
【００３６】
〈減圧機構〉
減圧機構（34）は、冷媒回路（C1）の地中熱利用熱交換器（20）と室外熱交換器（35）との間に設けられ、後述する暖房運転において地中熱利用熱交換器（20）から室外熱交換器（35）へ流れる中間圧の気液二相状態の冷媒を減圧する。この例では、減圧機構（34）は、キャピラリーチューブによって構成されている。
【００３７】
〈室外熱交換器〉
室外熱交換器（35）は、冷媒と空気とを熱交換させる空気熱交換器によって構成されている。室外熱交換器（35）には、例えば、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器などを採用することができる。室外熱交換器（35）は、室外に配置され、室外熱交換器（35）の近傍には、室外ファン（45）が設置されている。そして、室外熱交換器（35）は、室外ファン（45）によって取り込まれた室外空気と冷媒回路（C1）の冷媒とを熱交換させる。
【００３８】
〔熱媒体回路〕
熱媒体回路（C2）は、地中熱交換器（10）と地中熱利用熱交換器（20）を液配管（23）およびガス配管（24）で接続することによって構成されている。熱媒体回路（C2）には、相変化を引き起こす物質（例えば、二酸化炭素など）が熱媒体として充填されている。また、熱媒体回路（C2）では、熱媒体を循環させることにより、地中熱交換器（10）において熱媒体に吸収された地中熱が、地中熱利用熱交換器（20）に搬送されて冷媒回路（C1）の冷媒の蒸発に利用される。
【００３９】
〈地中熱交換器〉
地中熱交換器（10）は、地中に埋設されて土壌から採熱するものである。ここでの土壌とは、種々の地層を含む概念である。例えば、図２のように、地層には、主に土砂のみで形成された層、土砂と水を含んだ層、主に水を含んだ層、さらには、岩石が連続して分布している岩盤等がある。この地中熱交換器（10）は、いずれの地層に設置されていても良い。なお、図２では、これらの各層に渡り地中熱交換器（10）が設置された状態を示しているが、例えば、いずれか１つの地層のみにおいて地中熱交換器（10）が熱交換を行うように設置されていても良い。なお、図２において、「ＨＰ」と記載されているのは、空調システム（1）の本体部分（地中熱交換器（10）以外の部分）を示している。
【００４０】
〈地中熱利用熱交換器〉
地中熱利用熱交換器（20）は、上述のように、密閉容器（21）と、熱交換管部（22）とを有している。地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）には、液配管（23）およびガス配管（24）が接続されている。すなわち、地中熱利用熱交換器（20）では、密閉容器（21）は、熱媒体回路（C2）に接続され、密閉容器（21）内に収容された熱交換管部（22）は、冷媒回路（C1）に接続されている。このような構成により、地中熱利用熱交換器（20）は、熱交換管部（22）の内部を流通する低圧の冷媒と密閉容器（21）内のガス状態の熱媒体とを熱交換させる。これにより、地中熱利用熱交換器（20）内では、ガス状態の熱媒体は、低圧の冷媒に吸熱されて凝縮し、液状態になる。そのため、地中熱利用熱交換器（20）は、密閉容器（21）内の熱交換管部（22）の下方に液状態の熱媒体が溜まるように構成されている。なお、地中熱利用熱交換器（20）の形式は、特に限定されない。例えば、地中熱利用熱交換器（20）には、いわゆるプレート式熱交換器やダブルチューブ式熱交換器などの種々の形式のものを採用できる。
【００４１】
〈液配管〉
液配管（23）は、地中熱利用熱交換器（20）内の液状態の熱媒体を地中熱交換器（10）内に送るための配管である。液配管（23）の上端部は、地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）の底壁を貫通して底壁に固定され、液配管（23）の下端部は、地中熱交換器（10）に接続されている。なお、液配管（23）は、その上端が地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）内の底面から突出しないように設けられている。そのため、地中熱利用熱交換器（20）に溜まった熱媒体は、液配管（23）を経由して地中熱交換器（10）に流入する。
【００４２】
〈ガス配管〉
ガス配管（24）は、地中熱交換器（10）内のガス状態の熱媒体を地中熱利用熱交換器（20）内に送るための配管である。ガス配管（24）の上端部は、地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）の底壁を貫通して底壁に固定され、ガス配管（24）の下端部は、地中熱交換器（10）に接続されている。なお、ガス配管（24）は、その上端が地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）に溜まった液状態の熱媒体の液面よりも上方に突出するように設けられている。そのため、地中熱利用熱交換器（20）に液状態の熱媒体が溜まっている状態でも、ガス配管（24）の上端からガス状態の熱媒体を流出することができる。
【００４３】
〔地中熱交換器の構造〕
次に、図４〜図６を参照して、地中熱交換器（10）の構造について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、地中熱交換器（10）の設置状態における方向を基準として説明する。例えば、「上端部（または、下端部）」は、地中熱交換器（10）の設置状態において上端部（または、下端部）となる端部のことを示している。
【００４４】
地中熱交換器（10）は、外管（11）と、伝熱管（12）と、内筒（13）と、熱伝導層（14）とを備えている。なお、図４は、外管（11）および熱伝導層（14）の一部が切り欠かれた地中熱交換器（10）の概略斜視図である。図５は、上方から視た地中熱交換器（10）の概略平面図であり、図６は、図５のVI−VI線における地中熱交換器（10）の概略縦断面図である。
【００４５】
〈外管〉
外管（11）は、一端が閉塞された円筒状に形成されている。すなわち、外管（11）は、外管（11）の閉塞端となる円形状の底壁部と、その底壁部の周縁に立設された円筒状の周壁部とを有している。例えば、外管（11）は、１０〜２０ｃｍ程度の直径と５ｍ程度の長さを有する鋼管によって構成されている。なお、外管（11）は、基礎杭であっても良いし、その他の金属管であっても良い。また、外管（11）は、管軸方向が鉛直方向に沿うように地中に埋設される。なお、外管（11）を埋設する場合、鉛直に地中に埋設することが理想であるが、ある程度の傾斜は許容される。また、地中に埋設された外管（11）の開口端は、蓋部材（図示を省略）によって閉塞されている。
【００４６】
〈伝熱管〉
伝熱管（12）は、配管接続部（12a）と、本体管部（12b）と、連結部（12c）とを有している。本体管部（12b）は、外管（11）の内周面に沿って張り巡らされ、内部に熱媒体を流通させることができるように構成されている。この例では、本体管部（12b）は、複数（この例では、８つ）の直管部（100）によって構成されている。
【００４７】
《配管接続部》
配管接続部（12a）は、液配管（23）およびガス配管（24）と本体管部（12b）（この例では、複数の直管部（100））の上端部とを接続している。すなわち、配管接続部（12a）は、液状態の熱媒体を液配管（23）から本体管部（12b）（この例では、複数の直管部（100））の上端部に流入させるとともにガス状態の熱媒体を本体管部（12b）の上端部からガス配管（24）に流出させることができるように構成されている。この例では、配管接続部（12a）は、中空の円環状に形成され、配管接続部（12a）の上壁には、液配管（23）およびガス配管（24）の下端部が貫通して固定され、配管接続部（12a）の底壁には、複数の直管部（100）の上端部が貫通して固定されている。具体的には、図７のように、液配管（23）は、その下端がガス配管（24）の下端よりも下方に位置するように固定され、ガス配管（24）は、その下端が配管接続部（12a）に溜まった液状態の熱媒体の液面よりも上方に位置するように（この例では、配管接続部（12a）の上壁内面から突出しないように）固定されている。なお、図７は、図５のVII−VII線における配管接続部（12a）の概略縦断面図である。
【００４８】
《直管部（本体管部）》
複数の直管部（100）は、外管（11）の内周面に沿って外管（11）の周方向に配列され、外管（11）の軸方向に延びている。例えば、直管部（100）は、１．２７ｃｍ程度の外径と０．９０ｃｍ程度の内径と４．５ｍ程度の長さを有する銅管によって構成されている。なお、直管部（100）は、銅管であっても良いし、その他の金属管であっても良い。このように伝熱管（12）の本体管部（12b）を複数の直管部（100）によって構成することにより、外管（11）の内周面に沿って伝熱管（12）の本体管部（12b）を張り巡らせることができる。なお、この例では、複数の直管部（100）は、外管（11）の内周面と隙間を隔てて外管（11）の周方向に配列されている。また、直管部（100）の内周面には、液状態の熱媒体が保持されやすいように凹凸が形成されていても良い。
【００４９】
また、複数の直管部（100）の各々の上端部には、ウイック（15）（液体浸透部材）が設けられている。ウイック（15）は、液状態の熱媒体を浸透させることが可能な部材（例えば、網状部材や多孔部材など）によって構成され、円筒状に形成されている。また、ウイック（15）は、その上端部が配管接続部（12a）の内部空間に突出するように直管部（100）に内嵌されている。
【００５０】
《連結部》
連結部（12c）は、複数の直管部（100）の下端部に接続されている。この例では、連結部（12c）は、中空の円環状に形成され、連結部（12c）の上壁には、複数の直管部（100）の下端部が貫通して固定されている。
【００５１】
〈内筒〉
内筒（13）は、外管（11）の径方向において内筒（13）の外周面が伝熱管（12）の本体管部（12b）（この例では、複数の直管部（100））を挟んで外管（11）の内周面と対向するように、外管（11）の内部に設けられている。この例では、内筒（13）の上端部は、中空円環状の配管接続部（12a）に内嵌にされ、内筒（13）の下端部は、中空円環状の連結部（12c）に内嵌されて外管（11）の閉塞端部の内面に接触している。すなわち、内筒（13）の外径は、配管接続部（12a）および連結部（12c）の内径よりも小さくなっている。
【００５２】
〈熱伝導層〉
熱伝導層（14）は、外管（11）の内部に充填されている。この例では、熱伝導層（14）は、外管（11）と内筒（13）との間に充填されている。詳しく説明すると、熱伝導層（14）は、外管（11）と内筒（13）との間に熱伝導材を充填することにより構成されている。なお、熱伝導材は、珪砂，砂鉄，珪砂と砂鉄の混合物などの熱伝導性の高い物質であることが好ましい。
【００５３】
また、この例では、外管（11）と内筒（13）との間に熱伝導材を注入することができるように、外管（11）の内周面と伝熱管（12）の配管接続部（12a）の外周面との間に隙間が形成されている。すなわち、伝熱管（12）の配管接続部（12a）の外径は、外管（11）の内径よりも小さくなっている。
【００５４】
〔空調システムの運転動作〕
次に、空調システム（1）の暖房運転（加熱運転）の動作について説明する。暖房運転では、圧縮機（31），室内ファン（42），および室外ファン（45）が駆動される。これにより、冷媒回路（C1）では、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。一方、熱媒体回路（C2）では、地中熱交換器（10）および地中熱利用熱交換器（20）の各々において熱媒体が相変化することによって熱媒体が自然循環する。
【００５５】
〈冷媒回路における動作〉
まず、図１および図３を参照して、冷媒回路（C1）における冷凍サイクルについて説明する。圧縮機（31），室内ファン（42），および室外ファン（45）が駆動されると、圧縮機（31）において低圧のガス状態の冷媒が圧縮されて高圧の圧力状態になる（図３の点Ａ→点Ｂ）。
【００５６】
圧縮機（31）の吐出ポートから吐出された高圧のガス状態の冷媒は、室内熱交換器（32）に流入する。室内熱交換器（32）では、高圧のガス状態の冷媒と室内ファン（42）によって取り込まれた室内空気とが熱交換し、冷媒が室内空気に放熱して凝縮し、液状態となる（図３の点Ｂ→点Ｃ）。この熱交換により、室内空気が加熱され、加熱された空気は、室内ファン（42）によって室内へ送り返される。これにより、室内が暖房される。
【００５７】
室内熱交換器（32）から流出した高圧の液状態の冷媒は、膨張弁（33）に流入する。膨張弁（33）では、高圧の液状態の冷媒が減圧されて気液二相状態となる（図３の点Ｃ→点Ｄ）。
【００５８】
膨張弁（33）において減圧された中間圧の気液二相状態の冷媒は、地中熱利用熱交換器（20）の熱交換管部（22）に流入する。ここで、地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）には、後述する熱媒体回路（C2）における熱媒体の自然循環により、地中熱交換器（10）において地中熱を吸収することによって蒸発してガス状態となった熱媒体が供給されている。地中熱利用熱交換器（20）では、この密閉容器（21）内のガス状態の熱媒体と熱交換管部（22）を流れる中間圧の気液二相状態の冷媒とが熱交換する。この熱交換により、熱交換管部（22）を流れる中間圧の気液二相状態の冷媒は、密閉容器（21）内のガス状態の熱媒体から吸熱して蒸発する（図３の点Ｄ→点Ｅ）。
【００５９】
地中熱利用熱交換器（20）から流出した気液二相状態の冷媒は、減圧機構（34）を構成するキャピラリーチューブに流入する。キャピラリーチューブでは、中間圧の気液二相状態の冷媒がさらに減圧され、低圧の圧力状態となる（図３の点Ｅ→点Ｆ）。
【００６０】
キャピラリーチューブにおいて減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器（35）に流入する。室外熱交換器（35）では、低圧の気液二相状態の冷媒と室外空気とが熱交換する。この熱交換により、低圧の気液二相状態の冷媒は、室外空気から吸熱して蒸発し、ガス状態となる（図３の点Ｆ→点Ａ）。室外熱交換器（35）から流出した低圧のガス状態の冷媒は、吸入ポートから再び圧縮機（31）に吸入されて圧縮される。
【００６１】
以上の動作が冷媒回路（C1）において繰り返され、空調システム（1）では、室内熱交換器（32）が凝縮器として機能する一方、地中熱利用熱交換器（20）と室外熱交換器（35）とが蒸発器として同時に機能する暖房運転が行われる。
【００６２】
〈熱媒体回路における動作〉
次に、図１および図６を参照して、熱媒体回路（C2）における動作について説明する。冷媒回路（C1）において冷凍サイクル（冷媒の循環）が開始されると、地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）内の上部空間において、熱交換管部（22）を流れる中間圧の気液二相状態の冷媒と熱交換管部（22）の外部のガス状態の熱媒体とが熱交換を行う。この熱交換により、ガス状態の熱媒体は、熱交換管部（22）を流れる低圧の液状態の冷媒に吸熱されて凝縮し、液状態となる。液状態となった熱媒体は、ガス状態の熱媒体よりも比重が大きいので、重力により地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）の底部へ移動して底部に溜まる。地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）の底部に溜まった液状態の熱媒体は、地中熱利用熱交換器（20）と地中熱交換器（10）との高低差に基づく圧力ヘッド差によって液配管（23）を通って流下し、地中熱交換器（10）の伝熱管（12）（より具体的には、配管接続部（12a））に流入する。
【００６３】
ここで、圧力ヘッド差Ｈとは、液配管（23）内の熱媒体の液柱がその液柱の下端にもたらす圧力のことであり、熱媒体の液柱の高さに依存するものである。なお、地中熱利用熱交換器（20）と地中熱交換器（10）との高低差は、圧力ヘッド差Ｈが地中熱交換器（10）の伝熱管（12）内と地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）内の圧力差ΔＰと液配管（23）内の圧力損失の和よりも大きくなるように設定されている。
【００６４】
液配管（23）を経由して伝熱管（12）の配管接続部（12a）の内部へ流入した熱媒体は、直管部（100）の上端部に内嵌されたウイック（15）を通過して直管部（100）の内周面を伝って流下する。直管部（100）の内周面を伝って流下する液状態の熱媒体は、外管（11）の周囲の土壌から外管（11）および熱伝導層（14）を経由して直管部（100）に伝達された地中熱を吸収して蒸発し、ガス状態となる。ガス状態となった熱媒体は、直管部（100）を上昇して配管接続部（12a）に到達する。
【００６５】
なお、地中熱利用熱交換器（20）では、熱媒体が冷媒回路（C1）の中間圧の冷媒に吸熱されてガス状態から液状態に相変化し、地中熱交換器（10）では、熱媒体が地中熱を吸収して液状態からガス状態に相変化する。そのため、地中熱交換器（10）内の圧力は、地中熱利用熱交換器（20）内の圧力よりも大きくなる。これにより、地中熱交換器（10）内の圧力を"Ｐｅ"とし、地中熱利用熱交換器（20）内の圧力を"Ｐｃ"とすると、地中熱交換器（10）の伝熱管（12）内においてガス状態となった熱媒体は、地中熱交換器（10）と地中熱利用熱交換器（20）の内部の圧力差ΔＰ（＝Ｐｅ−Ｐｃ）によってガス配管（24）を上向きに流れ、地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）内に流入する。
【００６６】
このように、熱媒体回路（C2）では、地中熱利用熱交換器（20）において相変化して液状態となった熱媒体が圧力ヘッド差によって地中熱交換器（10）に供給され、地中熱交換器（10）において相変化してガス状態となった熱媒体が内部空間の圧力差ΔＰによって地中熱利用熱交換器（20）に供給される。すなわち、熱媒体回路（C2）では、地中熱交換器（10）および地中熱利用熱交換器（20）の各々において熱媒体が相変化することにより、熱媒体が自然循環する。また、この熱媒体の自然循環により、地中熱交換器（10）において熱媒体に吸収された地中熱は、地中熱利用熱交換器（20）に搬送されて冷媒回路（C1）の冷媒の蒸発に利用されることとなる。
【００６７】
〔実施形態１による効果〕
以上のように、外管（11）の内部に伝熱管（12）を設けることにより、伝熱管（12）の容積を外管（11）の容積よりも小さくすることができる。これにより、外管（11）と同程度の容積を有する伝熱管に熱媒体を流通させる場合よりも、耐圧強度の制約を緩和することができる。例えば、伝熱管（12）の管径を小さくすることができるので、伝熱管（12）の厚みを薄くすることができ、地中熱交換器（10）を軽量化することができる。
【００６８】
また、外管（11）を設けることにより、土壌との熱交換面積を確保することができる。これにより、土壌との熱交換面積の不足に起因する地中熱の採取効率の低下を抑制することができる。すなわち、土壌との熱交換面積を確保することにより、土壌における熱流束を小さくすることができるので、土壌の温度降下を抑制することができる。
【００６９】
また、外管（11）の内周面に沿って伝熱管（12）の本体管部（12b）を張り巡らせることにより、伝熱管（12）と熱媒体との熱交換面積を増加させることができる。これにより、熱媒体との熱交換面積の不足に起因する熱媒体への伝熱効率の低下を抑制することができる。
【００７０】
さらに、外管（11）の内部に熱伝導層（14）を充填することにより、外管（11）と伝熱管（12）との間の熱抵抗を低下させることができる。これにより、外管（11）から伝熱管（12）への伝熱を促進させることができる。
【００７１】
このように、地中熱の採取効率の低下および熱媒体への伝熱効率の低下を抑制することができ、外管（11）から伝熱管（12）への伝熱を促進させることができるので、地中熱交換器（10）の熱交換能力の低下を抑制しつつ耐圧強度の制約を緩和することができる。
【００７２】
また、外管（11）の内部に内筒（13）を設けることにより、外管（11）の内周面の近傍に伝熱管（12）の本体管部（12b）を保持することができる。これにより、外管（11）から伝熱管（12）への伝熱をさらに促進させることができる。また、外管（11）と内筒（13）との間に限定して熱伝導層（14）を充填することができるので、外管（11）の内部全体に熱伝導層（14）を充填させる場合よりも、熱伝導層（14）の体積を削減することができる。これにより、地中熱交換器（10）の材料コストを低減することができる。
【００７３】
また、複数の直管部（100）の上端部を配管接続部（12a）に接続するとともに複数の直管部（100）の下端部を連結部（12c）に接続することにより、複数の直管部（100）に流れ込んだ液状態の熱媒体を連結部（12c）に流出することができる。これにより、複数の直管部（100）の一部に液状態の熱媒体が偏って溜まってしまうことを防止することができるので、伝熱管（12）（具体的には、複数の直管部（100））と熱媒体との熱交換を促進させることができる。
【００７４】
また、直管部（100）の上端部にウイック（15）を設けることにより、液配管（23）から配管接続部（12a）の内部に流入した液状態の熱媒体をウイック（15）で堰き止めてウイック（15）に浸透させ、ウイック（15）から直管部（100）の内周面に液状態の熱媒体を均一に分配（流下）させることができる。これにより、伝熱管（12）（具体的には、複数の直管部（100））と熱媒体との熱交換を促進させることができる。また、液配管（23）から配管接続部（12a）の内部に流入した液状態の熱媒体をウイック（15）で堰き止めることにより、直管部（100）を上昇してきたガス状態の熱媒体をウイック（15）の内部空間を通じて配管接続部（12a）の内部に流出することができる。これにより、伝熱管（12）からガス配管（24）への熱媒体（ガス状態の熱媒体）の流出を促進させることができる。
【００７５】
また、地中熱交換器（10）および地中熱利用熱交換器（20）の各々において熱媒体が相変化して自然循環するように熱媒体回路（C2）が構成されているので、循環ポンプなどの動力を用いることなく地中熱交換器（10）と地中熱利用熱交換器（20）との間において熱媒体を循環させることができる。また、地中熱交換器（10）および地中熱利用熱交換器（20）の各々において熱媒体が相変化を伴う熱交換を行うので、地中の温度と地中熱利用熱交換器（20）における冷媒の蒸発温度との温度差が小さい場合であっても、熱媒体に十分に地中熱を吸収させて冷媒回路（C1）の冷媒の蒸発に用いることができる。これにより、相変化を利用せずに熱媒体を循環させる場合のように地中における熱媒体の流路を長くして吸熱量を確保する必要がないので、地中熱交換器（10）を小型化することができる。したがって、地中熱交換器（10）の製造コストおよび埋設コストを削減することができる。
【００７６】
（実施形態２）
図８，図９は、実施形態２による地中熱交換器（10）の構成例を示している。この地中熱交換器（10）では、伝熱管（12）は、幹管部（101）および枝管部（102）によって構成された配管接続部（12a）と、螺旋管部（200）によって構成された本体管部（12b）とを有している。その他の構成は、図４，図５，図６に示した地中熱交換器（10）の構成と同様である。なお、図８は、外管（11）および熱伝導層（14）の一部が切り欠かれた地中熱交換器（10）の概略斜視図であり、図９は、図８のIX−IX線における地中熱交換器（10）の概略縦断面図である。
【００７７】
〔幹管部および枝管部（配管接続部）〕
幹管部（101）は、ガス配管（24）と螺旋管部（200）の上端部とを接続している。枝管部（102）は、幹管部（101）から分岐して液配管（23）に接続されている。すなわち、図８，図９に示した配管接続部（12a）は、液状態の熱媒体を液配管（23）から本体管部（12b）（この例では、螺旋管部（200））の上端部に流入させるとともにガス状態の熱媒体を本体管部（12b）の上端部からガス配管（24）に流出させることができるように構成されている。この例では、幹管部（101）は、螺旋管部（200）の上端部からガス配管（24）の下端部へ向けて上方に延びる直管状に形成されている。枝管部（102）は、幹管部（101）から側方に延び液配管（23）の下端部へ向けて上方に折れ曲がって延びるＬ字管状に形成されている。
【００７８】
また、幹管部（101）の枝管部（102）との連結部には、ウイック（15）が設けられている。ウイック（15）は、液状態の熱媒体を浸透させることが可能な部材（例えば、網状部材や多孔部材など）によって構成され、円筒状に形成されている。また、ウイック（15）は、その周壁部が幹管部（101）の開口（枝管部（102）に連通する開口）を塞ぐように幹管部（101）に内嵌されている。
【００７９】
〔螺旋管部（本体管部）〕
伝熱管（12）の螺旋管部（200）は、外管（11）の内周面に沿って外管（11）の軸方向に螺旋状に延びている。例えば、螺旋管部（200）は、１．２７ｃｍ程度の外径と０．９０ｃｍ程度の内径と１１ｍ程度の長さとを有する銅管を螺旋ピッチ（軸方向の間隔）が１０ｃｍ程度となるように巻回することによって構成されている。また、螺旋管部（200）の下端部は、閉塞端となっている。このように伝熱管（12）の本体管部（12b）を螺旋管部（200）によって構成することにより、外管（11）の内周面に沿って伝熱管（12）の本体管部（12b）を張り巡らせることができる。なお、この例では、螺旋管部（200）は、外管（11）の内周面と隙間を隔てて外管（11）の軸方向に螺旋状に延びている。また、螺旋管部（200）の内周面には、液状態の熱媒体が保持されやすいように凹凸が形成されていても良い。
【００８０】
〔地中熱交換器における熱媒体の流れ〕
次に、図９を参照して、実施形態２の地中熱交換器（10）における熱媒体の流れについて説明する。液配管（23）を経由して枝管部（102）の内部へ流入した熱媒体は、幹管部（101）に内嵌されたウイック（15）を通過して幹管部（101）および螺旋管部（200）の内周面を伝って流下する。螺旋管部（200）の内周面を伝って流下する液状態の熱媒体は、外管（11）の周囲の土壌から外管（11）および熱伝導層（14）を経由して螺旋管部（200）に伝達された地中熱を吸収して蒸発し、ガス状態となる。ガス状態となった熱媒体は、螺旋管部（200）を上昇して幹管部（101）に到達する。そして、幹管部（101）に到達したガス状態の熱媒体は、地中熱交換器（10）と地中熱利用熱交換器（20）の内部の圧力差ΔＰ（＝Ｐｅ−Ｐｃ）によってガス配管（24）を上向きに流れ、地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）内に流入する。
【００８１】
〔実施形態２による効果〕
以上のように構成した場合も、実施形態１と同様に、地中熱の採取効率の低下および熱媒体への伝熱効率の低下を抑制することができ、外管（11）から伝熱管（12）への伝熱を促進させることができるので、地中熱交換器（10）の熱交換能力の低下を抑制しつつ耐圧強度の制約を緩和することができる。
【００８２】
また、幹管部（101）の枝管部（102）との連結部にウイック（15）を設けることにより、液配管（23）から枝管部（102）の内部に流入した液状態の熱媒体をウイック（15）で堰き止めてウイック（15）に浸透させ、ウイック（15）から幹管部（101）および螺旋管部（200）の内周面に液状態の熱媒体を均一に分配（流下）させることができる。これにより、伝熱管（12）（具体的には、螺旋管部（200））と熱媒体との熱交換を促進させることができる。また、液配管（23）から枝管部（102）の内部に流入した液状態の熱媒体をウイック（15）で堰き止めることにより、幹管部（101）を上昇してきたガス状態の熱媒体をウイック（15）の内部空間を通じてガス配管（24）に流出することができる。これにより、伝熱管（12）からガス配管（24）への熱媒体（ガス状の熱媒体）の流出を促進させることができる。
【００８３】
（実施形態３）
図１０は、実施形態３による地中熱交換器（10）の構成例を示している。この地中熱交換器（10）の伝熱管（12）は、図８，図９に示した幹管部（101）および枝管部（102）によって構成された配管接続部（12a）に代えて、液側接続管部（103）とガス側接続管部（104）と連結管部（105）とによって構成された配管接続部（12a）を有している。詳しく説明すると、図１０に示した配管接続部（12a）は、液状態の熱媒体を液配管（23）から本体管部（12b）（この例では、螺旋管部（200））の上端部に流入させるとともにガス状態の熱媒体を本体管部（12b）の上端部および下端部からガス配管（24）に流出させることができるように構成されている。その他の構成は、図８，図９に示した地中熱交換器（10）の構成と同様である。なお、図１０は、実施形態３による地中熱交換器（10）の概略縦断面図である。
【００８４】
〔液側接続管部〕
液側接続管部（103）は、液配管（23）と螺旋管部（200）の上端部とを接続している。この例では、液側接続管部（103）は、螺旋管部（200）の上端部から液配管（23）の下端部へ向けて上方に延びる直管状に形成されている。
【００８５】
〔ガス側接続管部〕
ガス側接続管部（104）は、ガス配管（24）と螺旋管部（200）の下端部とを接続している。この例では、ガス側接続管部（104）は、螺旋管部（200）の下端部から内筒（13）の下端部を貫通して水平方向に延びガス配管（24）の下端部へ向けて上方に折れ曲がって延びるＬ字管状に形成されている。
【００８６】
〔連結管部〕
連結管部（105）は、一端部が液側接続管部（103）に接続されるとともに、他端部がガス側接続管部（104）に接続されている。なお、連結管部（105）は、一端部（液側接続管部（103）に接続される端部）が他端部（ガス側接続管部（104）に接続される端部）よりも鉛直方向の下方となるように設けられている。これにより、液側接続管部（103）を流下する液状態の熱媒体がガス側接続管部（104）に流れ込むことを防止することができる。この例では、連結管部（105）は、液側接続管部（103）の中途部からガス側接続管部（104）の中途部へ延びる直管状に形成されている。
【００８７】
〔地中熱交換器における熱媒体の流れ〕
次に、図１０を参照して、実施形態３の地中熱交換器（10）における熱媒体の流れについて説明する。液配管（23）を経由して伝熱管（12）の液側接続管部（103）の内部へ流入した熱媒体は、液側接続管部（103）および螺旋管部（200）の内周面を伝って流下する。螺旋管部（200）の内周面を伝って流下する液状態の熱媒体は、外管（11）の周囲の土壌から外管（11）および熱伝導層（14）を経由して螺旋管部（200）に伝達された地中熱を吸収して蒸発し、ガス状態となる。ガス状態となった熱媒体は、螺旋管部（200）を上昇し、連結管部（105）を通過してガス側接続管部（104）に到達する。また、螺旋管部（200）の下端部においてガス状態となった熱媒体は、ガス側接続管部（104）を上昇する。そして、ガス側接続管部（104）内のガス状態の熱媒体は、地中熱交換器（10）と地中熱利用熱交換器（20）の内部の圧力差ΔＰ（＝Ｐｅ−Ｐｃ）によってガス配管（24）を上向きに流れ、地中熱利用熱交換器（20）の密閉容器（21）内に流入する。
【００８８】
〔実施形態３による効果〕
以上のように構成した場合も、実施形態１と同様に、地中熱の採取効率の低下および熱媒体への伝熱効率の低下を抑制することができ、外管（11）から伝熱管（12）への伝熱を促進させることができるので、地中熱交換器（10）の熱交換能力の低下を抑制しつつ耐圧強度の制約を緩和することができる。
【００８９】
また、ガス側接続管部（104）によってガス配管（24）と螺旋管部（200）の下端部とを接続することにより、螺旋管部（200）の下端部からガス配管（24）にガス状態の熱媒体を流出することができる。さらに、液側接続管部（103）とガス側接続管部（104）とを連結管部（105）によって接続することにより、螺旋管部（200）の上端部から液側接続管部（103）に上昇してきたガス状態の熱媒体を連結管部（105）を経由してガス側接続管部（104）に流出することができる。このように、螺旋管部（200）の上端部および下端部の両方からガス配管（24）にガス状態の熱媒体を流出させることができるので、伝熱管（12）からガス配管（24）への熱媒体（ガス状態の熱媒体）の流出を促進させることができる。
【００９０】
（参考例１）
なお、図１１のように、外管（11）および内筒（13）を設けずに、地中に掘削された掘削穴（S）に伝熱管（12）（この例では、配管接続部（12a）と複数の直管部（100）と連結部（12c）とを有する伝熱管（12））を挿入した後に掘削穴（S）にコンクリートを注入してコンクリート層（50）を充填することによって地中熱交換器を構成することが考えられる。このように構成することにより、Ｕ字状の伝熱管を掘削穴（S）に挿入した後にコンクリートを注入してコンクリート層（50）を充填する場合よりも、地中熱交換器の熱交換能力を向上させることが可能である。なお、図８，図９に示した伝熱管（12）（または、図１０に示した伝熱管（12））を掘削穴（S）に挿入した後にコンクリートを注入してコンクリート層（50）を充填する場合についても同様である。
【００９１】
また、Ｕ字状の伝熱管によって地中熱交換器を構成する場合、伝熱管を高密度ポリエチレンによって構成することが一般的であるが、高密度ポリエチレンによって伝熱管を構成した場合、鋼管や銅管によって伝熱管を構成する場合よりも、伝熱管の熱伝導率が低くなってしまう（すなわち、伝熱管の熱抵抗が高くなってしまう）。例えば、高密度ポリエチレンの熱伝導率は、鋼の熱伝導率の数十分の一程度である。また、Ｕ字状の伝熱管を用いて地中熱交換器を構成する場合、ポンプなどを用いた強制対流によって伝熱管にプロピレングリコール水溶液などの熱媒体を循環させることが一般的であるが、強制対流によって熱媒体を循環させる場合、熱媒体の相変化を利用して熱媒体を自然循環させる場合よりも、熱伝達係数が低くなってしまう。
【００９２】
（参考例２）
また、外管（11）を設けずに、地中に掘削された掘削穴（S）に伝熱管（12）と内筒（13）とを挿入して掘削穴（S）と内筒（13）との間に熱伝導材（例えば、珪砂、砂鉄、珪砂と砂鉄の混合物など）を充填して熱伝導層（14）を形成することにより地中熱交換器を構成することも考えられる。例えば、掘削穴（S）の壁面が崩壊しないように掘削穴（S）に挿入された保護筒（両端が開口する円筒状の部材）の内部に伝熱管（12）と内筒（13）とを挿入し、保護筒と内筒（13）との間に熱伝導材を充填して熱伝導層（14）を形成した後に保護筒を抜き出すことにより、上記のような地中熱交換器（すなわち、外管（11）を設けていない地中熱交換器（10））を構成することが可能である。この場合、掘削作業により発生する土砂を内筒（13）の内部に充填することにより、廃棄物として処理される土砂を削減することができる。
【００９３】
（その他の実施形態）
以上の実施形態において、外管（11）の一端が閉塞されている場合を例に挙げて説明したが、外管（11）は、両端が開口する円筒状に形成されていても良い。
【００９４】
また、内筒（13）の内部空間に充填物が充填されていない場合を例に挙げて説明したが、内筒（13）の内部空間に充填物（例えば、砂，水，砂と水の混合物，掘削作業により発生した土砂など）が充填されていても良い。
【００９５】
また、地中熱交換器（10）において内筒（13）が設けられている場合を例に挙げて説明したが、地中熱交換器（10）は、内筒（13）を備えていなくても良い。この場合、熱伝導層（14）は、外管（11）の内周面の近傍（外管（11）と内筒（13）との間に相当する空間）だけでなく外管（11）の中央部（内筒（13）の内部空間に相当する空間）にも充填されることになる。このように構成した場合も、地中熱交換器（10）の熱交換能力の低下を抑制しつつ耐圧強度の制約を緩和することができる。
【００９６】
また、伝熱管（12）の本体管部（12b）（より具体的には、複数の直管部（100）または螺旋管部（200））が外管（11）の内周面と隙間を隔てて配置されている場合を例に挙げて説明したが、伝熱管（12）の本体管部（12b）は、外管（11）の内周面に接触した状態で配置されていても良い。
【００９７】
また、空調システム（1）が暖房運転のみを行う場合を例に挙げて説明したが、空調システム（1）は、暖房運転と冷房運転とを切り換え可能に構成されていても良い。
【００９８】
また、以上の実施形態を適宜組み合わせて実施しても良い。以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上説明したように、上述の地中熱交換器は、土壌から採熱を行う地中熱交換器として有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１          空調システム
１０        地中熱交換器
１１        外管
１２        伝熱管
１２ａ      配管接続部
１２ｂ      本体管部
１２ｃ      連結部
１３        内筒
１４        熱伝導層
１５        ウイック（液体浸透部材）
１００      直管部
１０１      主管部
１０２      枝管部
１０３      液側接続管部
１０４      ガス側接続管部
１０５      連結管部
２００      螺旋管部
【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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