(57)【要約】【課題】熱交換効率を向上した地中熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２との間の空間に螺旋状の第１の熱媒管２１を配置し、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２の下端側で空間を弾性シール５４、及び金属製のシール部材押え金具５６を用いて塞ぐ。シール部材押え金具５６の充填孔にモルタル圧送ポンプのホース８８を取り付け、モルタル圧送ポンプで液状の充填材（モルタル）１４を充填孔から第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２と第１の熱媒管２１とで囲まれる螺旋状の隙間Ｓ２に充填する。充填材１４は、隙間Ｓ２の内部の空気を上方へ押し上げて行くので、隙間Ｓ２に充填材１４を確実に充填させることができる。【選択図】図２０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の筒状筐体と前記第１の筒状筐体の径方向外側に設置される第２の筒状筐体との空間に熱媒管が配置された二重筒状筐体の軸線を縦または斜めに配置し、前記第１の筒状筐体と前記第２の筒状筐体と前記熱媒管とで囲まれる隙間に下方から上方に向けて気体よりも熱伝導率の高い充填材を充填する工程を有する、地中熱交換器の製造方法。
【請求項２】
前記充填材を充填する際に、前記二重筒状筐体を加振する、請求項１に記載の地中熱交換器の製造方法。
【請求項３】
前記二重筒状筐体の下端側において、前記空間をシール部材で塞ぎ、
前記シール部材に形成した充填孔を介して前記充填材を前記隙間に充填する、請求項１または請求項２に記載の地中熱交換器の製造方法。
【請求項４】
前記充填材は、前記熱媒管よりも熱伝導率の高い材料から構成されている、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の地中熱交換器の製造方法。
【請求項５】
前記充填材は流動性を持ち、所定時間経過後に硬化する、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の地中熱交換器の製造方法。
【請求項６】
前記隙間に前記充填材を充填した後、前記充填材が硬化する前に真空タンク内で脱気を行う、請求項５に記載の地中熱交換器の製造方法。
【請求項７】
前記熱媒管は、前記第１の筒状筐体と前記第２の筒状筐体との間に螺旋状に配置される、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の地中熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中熱交換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中熱を利用するために、大地に竪穴を形成し、その竪穴に地中熱交換器を埋設する地中熱交換器の埋設構造が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６４２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この地中熱交換器は、密閉された外管の内部に伝熱管が挿入されていると共に、外管の内部に熱媒体として二酸化炭素が封入されており、伝熱管内を流れる冷媒と外管の外方の地中とが熱媒体を介して熱交換するように構成されている。二酸化炭素のような気体は固体や液体に比較して熱伝導率が低いため、熱伝達効率の向上に関して改良の余地がある。
【０００５】
本発明は、従来よりも熱交換効率を向上した地中熱交換器の製造方法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】
請求項１に記載の地中熱交換器の製造方法は、第１の筒状筐体と前記第１の筒状筐体の径方向外側に設置される第２の筒状筐体との空間に熱媒管が配置された二重筒状筐体の軸線を縦または斜めに配置し、前記第１の筒状筐体と前記第２の筒状筐体と前記熱媒管とで囲まれる隙間に下方から上方に向けて気体よりも熱伝導率の高い充填材を充填する工程を有する。
【０００７】
請求項１に記載の地中熱交換器の製造方法では、第１の筒状筐体と第１の筒状筐体の径方向外側に設置される第２の筒状筐体との空間に熱媒管が配置された二重筒状筐体の軸線を縦または斜めに配置する。そして、第１の筒状筐体と第２の筒状筐体と熱媒管とで囲まれる隙間に下方から上方に向けて充填材を充填することで、隙間には充填材が充填される。
第１の筒状筐体と第２の筒状筐体と熱媒管とで囲まれる隙間に充填材を下方から上方に向けて充填することで、隙間内の空気は充填材で押し上げられて上方へ排出される。
このため、第１の筒状筐体と第２の筒状筐体と熱媒管とで囲まれる隙間に空気が残留することが抑えられ、隙間に完全に充填材を充填することができる。
熱媒管を通る熱媒体と、第２の筒状筐体の外側の地中との間における熱交換は、熱媒管と熱媒管に接触した第２の筒状筐体を介して行われる第１の熱交換と、熱媒管、充填材及び第２の筒状筐体を介して行われる第２の熱交換とがある。
ここで用いる充填材は、気体よりも熱伝導率の高いものを用いるため、熱媒管を通す熱媒体と第２の筒状筐体の外側の地中との間において、上記第２の熱交換を従来よりも効率的に行うことのできる地中熱交換器を製造することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地中熱交換器の製造方法において、前記充填材を充填する際に、前記二重筒状筐体を加振する。
充填材を充填する際に、二重筒状筐体を加振することで、空気が上方へ逃げ易くなる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の地中熱交換器の製造方法において、前記二重筒状筐体の下端側において、前記空間をシール部材で塞ぎ、前記シール部材に形成した充填孔を介して前記充填材を前記隙間に充填する。
請求項３に記載の地中熱交換器の製造方法では、二重筒状筐体の下端側において、空間をシール部材で塞ぐ。充填材は、シール部材に形成した充填孔を介して隙間に充填する。このため、第１の筒状筐体または第２の筒状筐体に充填材を充填する充填孔を形成する必要が無い。したがって、充填の作業性が向上する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の地中熱交換器の製造方法において、前記充填材は、前記熱媒管よりも熱伝導率の高い材料から構成されている。
熱媒管よりも熱伝導率の高い材料からなる充填材を用いることで、熱媒管と地中との間の熱交換効率を向上させ、地中熱の採熱効率を向上させることができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の地中熱交換器の製造方法において、前記充填材は流動性を持ち、所定時間経過後に硬化する。
請求項５に記載の地中熱交換器の製造方法では、流動性を持つ充填材を使用するので、ポンプ等を用いて隙間内に充填材を容易に充填することができる。また、充填材は、所定時間経過後に硬化させることができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の地中熱交換器の製造方法において、前記隙間に前記充填材を充填した後、前記充填材が硬化する前に真空タンク内で脱気を行う。
請求項６に記載の地中熱交換器の製造方法では、隙間に充填材を充填した後、真空タンク内で脱気を行う。これにより、充填材に含まれる微小な気泡（空気）が浮き上がり、隙間内から空気を確実に除去できる。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の地中熱交換器の製造方法において、前記熱媒管は、前記第１の筒状筐体と前記第２の筒状筐体との間に螺旋状に配置される。
熱媒管を第１の筒状筐体と第２の筒状筐体との間に螺旋状に配置することで、熱媒管と第２の筒状筐体との接触面積を増大させることができ、熱媒管と地中との間の熱交換効率を向上させ、地中熱の採熱効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、請求項１に記載の地中熱交換器の製造方法によれば、従来よりも熱交換効率を向上させた地中熱交換器を製造できる。
【００１５】
請求項２に記載の地中熱交換器の製造法方法によれば、狭い隙間にも充填材を確実に充填することができ、熱交換効率を向上させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の地中熱交換器の製造方法によれば、充填の作業性を向上させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の地中熱交換器の製造方法によれば、地中熱の採熱効率を向上させることができる。
【００１８】
請求項５に記載の地中熱交換器の製造方法によれば、流動性を有する充填材を充填するので、ポンプ等を用いて隙間内に充填材を容易に充填できる。
【００１９】
請求項６に記載の地中熱交換器の製造方法によれば、隙間内から空気を確実に除去できる。
【００２０】
請求項７に記載の地中熱交換器の製造方法によれば、地中熱の採熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器を示す部分破断斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の利用形態の一例を示す地中の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の内部構造を示す軸線に沿った縦断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の製造途中における縮径された状態の第１筒状筐体を示す軸線に直角な断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の製造途中におけるステンレスバンドが取り付けられた第１筒状筐体を示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の製造途中における第１の熱媒管が螺旋状に巻き付けられた第１筒状筐体を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の製造途中における第１の筒状筐体の一部を第２の筒状筐体に挿入した状態を示す斜視図である。
【図９】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の製造途中における第１の筒状筐体と第２の筒状筐体との間に配置された水圧を掛ける前の第１の熱媒管を示す断面図であり、（Ｂ）は水圧を掛けた後の第１の熱媒管を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の製造途中における第１の熱媒管に水圧ポンプを繋いだ状態を示す斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の製造途中において、第１の熱媒管に水圧を掛ける前の状態を示す第１の筒状筐体、第２の筒状筐体、及び第１の熱媒管の軸方向から見た側面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の製造途中において、第１の熱媒管に水圧を掛けた後の状態を示す第１の筒状筐体、第２の筒状筐体、及び第１の熱媒管の軸方向から見た側面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の製造途中において、第１の熱媒管に水圧を掛けた後の状態を示す第１の筒状筐体、第２の筒状筐体、及び第１の熱媒管の軸方向に沿った断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の製造途中において用いる、第１の筒状筐体及び第２の筒状筐体の下端を塞ぐパッキン、及びパッキン押え金具を示す分解斜視図である。
【図１５】パッキン、及びパッキン押え金具を取り付けた第１の筒状筐体及び第２の筒状筐体を斜め下側から見た斜視図である。
【図１６】パッキン、及びパッキン押え金具を長螺子、ナット及びアングルを用いて第１の筒状筐体、第２の筒状筐体に固定した状態を示す斜め上方から見た斜視図である。
【図１７】パッキン、及びパッキン押え金具を第１の筒状筐体、第２の筒状筐体に固定した状態を示す斜め下側から見た斜視図である。
【図１８】第１の筒状筐体のスリット、及び係止孔を帯状弾性シールで塞いだ状態を示す第１の筒状筐体の軸線に対して直角な断面図（図１６の１８−１８線断面図）である。
【図１９】モルタル圧送ポンプを製造途中の地中熱交換器に接続した状態を示す斜視図である。
【図２０】液状の充填材を螺旋状の空間に充填している途中を示す製造途中の地中熱交換器を示す斜視図である。
【図２１】液状の充填材の充填が完了した状態を示す製造途中の地中熱交換器を上方から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
先ず最初に、本発明の地中熱交換器の製造方法によって製造される地中熱交換器の一実施形態を図面に基づき説明する。図１，図２に示すように、本実施形態に係る地中熱交換器１０は、第１の筒状筐体１１と、第２の筒状筐体１２と、第１の熱媒管２１と、第２の熱媒管２２と、充填材１４と、断熱材１６と、を有している。この地中熱交換器１０は、地中の設置穴の一例たる竪穴１８に挿入して用いられる（図３参照）。
【００２３】
図２に示すように、第１の筒状筐体１１は、例えばアルミニウム等の熱伝導率が高い材質で構成された円筒である。第１の筒状筐体１１の両端は蓋部材２０により封止されている。なお、第１の筒状筐体１１を、一端が封止され他端が開口した有底円筒としておき、該他端側を蓋部材２０により封止するようにしてもよい。
【００２４】
図１，図２に示すように、第２の筒状筐体１２は、第１の筒状筐体１１の径方向外側へ同軸的に設置される円筒である。即ち、地中熱交換器１０は、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２による二重管構造となっている。
【００２５】
第２の筒状筐体１２の材質は、アルミニウム等の熱伝導率が高いものであることが望ましい。第２の筒状筐体１２の内径は、第１の筒状筐体１１の外径よりも大きく設定されている。第１の筒状筐体１１及び第２の筒状筐体１２において、円筒部分の長さは同等である。第２の筒状筐体１２の軸方向の両端には、複数の地中熱交換器１０を軸方向に直列に連結する際に用いられる連結部１２Ａが、夫々例えば一対ずつ設けられている。一対の連結部１２Ａは、第２の筒状筐体１２の周方向において、互いに点対称となる位置に設けられており、第２の筒状筐体１２の直径方向に対向している。
【００２６】
各々の連結部１２Ａには、地中熱交換器１０の連結に用いられる例えば２つの貫通孔１２Ｂと、例えば１つの貫通孔１２Ｃとが形成されている。貫通孔１２Ｂは、クレーン等による地中熱交換器１０の吊下げ時の支持点として、また地中熱交換器１０同士を連結する連結部材の挿通孔として用いられる。
【００２７】
一方、貫通孔１２Ｃは、地中熱交換器１０同士の連結作業時に、竪穴１８に挿入した地中熱交換器１０を一時的に保持しておくために用いられる。各々の貫通孔１２Ｃの位置は、一方の貫通孔１２Ｃから他方の貫通孔１２Ｃに支持棒（図示せず）を通した際に、該支持棒が第２の熱媒管２２や、該第２の熱媒管２２の上端に取り付けられる管継手３２と干渉しないように、連結部１２Ａの幅方向（第２の筒状筐体１２の周方向）にオフセットされている。
【００２８】
図１，図２に示すように、第１の熱媒管２１は、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２との間に、直接的に接触挟持された、例えば熱可塑性樹脂で形成される管である。熱可塑性樹脂としては、ポリブテン、ポリエチレン、結晶性樹脂等を用いることができる。この第１の熱媒管２１は、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２との間に螺旋状に配置されている。第１の熱媒管２１の断面形状は、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２との間に挟持された状態において、略楕円形（長円形）となっている。このときの第１の筒状筐体１１の軸方向における第１の熱媒管２１の外寸は、例えば２５ｍｍであり、第１の筒状筐体１１の半径方向における第１の熱媒管２１の外寸は、例えば１０ｍｍである。第１の熱媒管２１の肉厚は、例えば１．３ｍｍであり、流路は確保されている。
【００２９】
図１，図２に示すように、第２の熱媒管２２は、第１の熱媒管２１の下端（一端）に接続され、第１の筒状筐体１１の径方向内側に挿通された、例えばストレート形状の熱可塑性樹脂で形成される管である。熱可塑性樹脂としては、第１の熱媒管２１と同様に、ポリブテン、ポリエチレン、結晶性樹脂等を用いることができる。第２の熱媒管２２は、第１の筒状筐体１１よりも長く構成され、両端が該第１の筒状筐体１１から突出している。そして第２の熱媒管２２の下端は、第１の熱媒管２１の下端と、管継手２４により接続されている。組立て性や施工性を考慮して、管継手２４には、第１の熱媒管２１や第２の熱媒管２２を差し込むだけで接続が完了する、所謂ワンタッチジョイントが用いられる。
【００３０】
第１の熱媒管２１の上端には、管継手２８を介して、例えば行き配管２６（図３）が接続されるようになっている。また第２の熱媒管２２の上端には、管継手３２を介して、例えば戻り配管３０（図３）が接続されるようになっている。
【００３１】
図示は省略するが、複数の地中熱交換器１０を直列に連結して用いる場合には、上下に隣り合う第１の熱媒管２１同士が管継手２８により接続され、第２の熱媒管２２同士が管継手３２により接続される。最も地上側に位置する地中熱交換器１０は、行き配管２６及び戻り配管３０に接続される。そして最も地中側に位置する地中熱交換器１０では、第１の熱媒管２１の下端と第２の熱媒管２２の下端が、管継手２４により接続される。
【００３２】
図４に示すように、充填材１４は、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２と第１の熱媒管２１との間に充填されている。換言すれば、充填材１４は、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２との間で、第１の熱媒管２１の外側に充填されている。充填材１４は、気体よりも熱伝導率の高いものを使用する。また、充填材１４は、第１の熱媒管２１よりも熱伝導率の高いものが好ましい。本実施形態では、充填材１４にモルタルを用いている。
【００３３】
図４に示すように、断熱材１６は、第１の筒状筐体１１の径方向内側かつ第２の熱媒管２２の周囲に配置されている。この断熱材１６は、第２の熱媒管２２を被覆する発泡樹脂からなる第１の断熱材１６Ａと、砂からなる第２の断熱材１６Ｂとを有して構成されている。第１の断熱材１６Ａは、例えばシート状の発泡樹脂（発泡スチロール）であり、第２の熱媒管２２に巻き付けられている。第２の断熱材１６Ｂは、第１の断熱材１６Ａと第１の筒状筐体１１との間に充填されている。上記したように、第１の筒状筐体１１の両端は、例えば蓋部材２０が溶接、接着等により固定されることで封止されているので、砂からなる第２の断熱材１６Ｂが第１の筒状筐体１１の下端から流出することはない。
【００３４】
図３に示すように、本実施形態に係る地中熱交換器１０は、行き配管２６及び戻り配管３０と接続され、地中に穿孔された竪穴１８において地上から例えば５ｍ以上の深さに設置され、竪穴１８における地中熱交換器１０の周囲は、例えばモルタル３８により埋められる。また地中熱交換器１０の上方部分は、例えば砂３６により埋められる。行き配管２６及び戻り配管３０は、例えば建物３４内に引き込まれ、空調機器の熱交換器（図示せず）に接続される。
【００３５】
（地中熱交換器の製造工程）
以下に本実施形態の地中熱交換器１０の製造方法を説明する。
（１）  先ず最初に、図２に示すように、長手方向の一端側から他端側に至る直線状のスリット４０が形成された第１の筒状筐体１１を製造する。スリット４０の形成された第１の筒状筐体１１を軸方向から見ると、略Ｃ字形状を呈している。
第１の筒状筐体１１には、スリット４０の近傍に、スリット４０を挟んで配置される一対の係止孔４２が、第１の筒状筐体１１の長手方向に３箇所形成されている。
図５に示すように、この一対の係止孔４２は、一方にモンキーレンチ４４の上アゴ４４Ａを挿入し、他方にモンキーレンチ４４の下アゴ４４Ｂの先端を挿入することができる径に形成されている。なお、係止孔４２は、モンキーレンチ４４の他、図示しないクランプの先端を挿入することもできる。
【００３６】
（２）  図６に示すように、第１の筒状筐体１１の両端部にホースバンド（ホースクランプとも呼ばれる）４６を取り付け、第１の筒状筐体１１を縮径（弾性変形）させる。第１の筒状筐体１１を縮径させることで、スリット４０の幅は狭くなる。
（３）  図７に示すように、縮径させた第１の筒状筐体１１の外周に、第１の熱媒管２１を張力を掛けながら螺旋状に巻き付ける。なお、第１の筒状筐体１１に巻き付ける前の第１の熱媒管２１の断面形状は円形である。
ここで使用する第１の熱媒管２１は、押出成形してから高分子の結晶化が完了する前の状態のものを使用する。
なお、高分子の結晶化が完了とは、結晶性の熱可塑性樹脂の結晶化が、その結晶性の熱可塑性樹脂の固有の結晶化度に達したことを意味する。例えば、ポリブテンの結晶化度は５５〜６０％である。
第１の熱媒管２１に巻き付ける際の第１の熱媒管２１は、結晶化の完了を１００％としたときに、５０％以下の状態のものを用いることが好ましい。
第１の熱媒管２１の材料としてポリブテンを使用する場合には、第１の熱媒管２１を押出成形してから７時間以内のものを使用することが好ましい。
（４）  なお、第１の筒状筐体１１に巻き付けた第１の熱媒管２１が緩まないように、第１の熱媒管２１の端部付近を図示しないテープ等で第１の筒状筐体１１に仮止めする。
【００３７】
（５）  図５に示すように、スリット４０を挟んで配置される一対の係止孔４２の一方にモンキーレンチ４４の上アゴ４４Ａを挿入し、他方の係止孔４２にモンキーレンチ４４の下アゴ４４Ｂを挿入し、下アゴ４４Ｂを上アゴ４４Ａ側へ移動してモンキーレンチ４４を一対の係止孔４２に固定する。
（６）  その後、第１の筒状筐体１１の両端部に取り付けていたホースバンド４６を取り外す。なお、モンキーレンチ４４で一対の係止孔４２を固定しているので、ホースバンド４６を取り外してもスリット４０が開くことは無く、第１の筒状筐体１１の径が変化することは無い。
（７）  次に、図８に示すように、第１の熱媒管２１を螺旋状に巻き付けた第１の筒状筐体１１を、地面に垂直に立てた第２の筒状筐体１２の内部に挿入する。
【００３８】
（８）  第１の筒状筐体１１を第２の筒状筐体１２の内部に挿入した後、モンキーレンチ４４を取り外す。これにより、縮径されていた第１の筒状筐体１１は元の状態に拡径し、外周に巻き付けられている第１の熱媒管２１は、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２との間に挟持され、断面形状が円形から扁平形状となる。
ここで、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２との間に挟持された第１の熱媒管２１を断面で見ると、図９（Ａ）に示すように略長円形を呈しているが、長手方向中央部分が凹んで第１の筒状筐体１１及び第２の筒状筐体１２に密着せず、第１の筒状筐体１１及び第２の筒状筐体１２との間に隙間Ｓ１が形成される。
（９）  次に、図１０に示すように、第１の熱媒管２１の一端をキャップ５０で塞ぎ、他端を水圧ポンプ５２に繋ぎ、第１の熱媒管２１の内部に水圧を掛ける。
水圧を掛ける前の第１の筒状筐体１１の状態は、図１１に示すようにスリット４０が開いているが、第１の熱媒管２１の内部に水圧が掛かると、第１の熱媒管２１は、図９（Ｂ）に示すように、第１の筒状筐体１１及び第２の筒状筐体１２との隙間Ｓ１が無くなるように変形し、第１の熱媒管２１との接触面積、及び第２の筒状筐体１２との接触面積が増大する。また、第１の熱媒管２１が第１の筒状筐体１１を径方向内側に押圧するので、図１２に示すように、第１の筒状筐体１１のスリット４０が閉じる。
（１０）  次に、第１の熱媒管２１を構成する高分子の結晶化が完了し、第１の熱媒管２１の形状が安定するまで第１の熱媒管２１の内圧を保持する。
第１の熱媒管２１の材質がポリブテンの場合、製造後約４日で高分子の結晶化が完了する。
ポリブテン等の熱可塑性樹脂は、押し出し成形直後は高分子の結晶化が不完全で、それが一定時間をかけて徐々に進行し、本来の強度、硬度を発揮する性質を有している。そのため、押し出し直後の結晶化が進んでいない軟らかいうちに内圧を掛けて保持し、結晶化が完了した時間になって内圧を除去すれば、螺旋の形状、及び断面形状が安定する。
（１１）  第１の熱媒管２１を構成する高分子の結晶化が完了した後、内圧を除去し、水圧ポンプ５２及びキャップ５０を外して、第１の熱媒管２１の内部の水を抜く。
第１の熱媒管２１を構成する高分子の結晶化が完了することで、第１の熱媒管２１は、図９（Ｂ）に示すように、第１の熱媒管２１との接触面積、及び第２の筒状筐体１２との接触面積が増大したな形状で安定する。
【００３９】
（１２）  第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２との間には、図１３に示すように、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２と第１の熱媒管２１とで囲まれる螺旋状の隙間Ｓ２が形成されているので、この隙間Ｓ２に、図１に示すように、充填材１４を充填する。
以下に充填材１４の充填方法を詳細に説明する。
（ａ）  図１４、及び図１５に示すように、第１の熱媒管２１を挟持した第１の筒状筐体１１及び第２の筒状筐体１２を垂直に配置し、第１の筒状筐体１１及び第２の筒状筐体１２の下端側における、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２との環状の隙間（図示せず）を、図１５に示すように、ゴム等の弾性体からなる弾性シール５４、及び金属製のシール部材押え金具５６を用いて塞ぐ。
図１４に示すように、弾性シール５４は、略四角形で、中央に第１の筒状筐体１１の内径と同等以下の径を有する丸孔５８が形成された平板部５４Ａと、平板部５４Ａの両側に一体的に形成され第２の筒状筐体１２の連結部１２Ａの内面に密着する円弧片５４Ｂとを有している。
【００４０】
弾性シール５４の平板部５４Ａには、第１の熱媒管２１を挿通する長孔６０と、後述する液状の充填材１４を充填するための充填孔６２が形成されていると共に、四隅には後述する長螺子７８を挿通する孔６４が形成されている。また、円弧片５４Ｂには、第２の筒状筐体１２の２つの貫通孔１２Ｂと対向する２つの貫通孔６６Ｂと、貫通孔１２Ｃと対向する貫通孔６６Ｃが形成されている。
一方、シール部材押え金具５６は、弾性シール５４と略同一形状に形成されており、弾性シール５４の平板部５４Ａの下面に密着する平板部５６Ａ、弾性シール５４の円弧片５４Ｂの内面に密着する円弧片５６Ｂを備えている。なお、平板部５６Ａには、弾性シール５４の丸孔５８と同径の丸孔６７が形成されている。
シール部材押え金具５６の平板部５６Ａには、第１の熱媒管２１を挿通する長孔６８と、後述する充填材１４を充填するための充填孔７０が形成されていると共に、四隅には後述する長螺子７８を挿通する孔７２が形成されている。また、円弧片５６Ｂには、第２の筒状筐体１２の２つの貫通孔１２Ｂと対向する２つの貫通孔７４Ｂと、貫通孔１２Ｃと対向する貫通孔７４Ｃが形成されている。
この弾性シール５４とシール部材押え金具５６とで本実施形態発明のシール部材が構成されている。
【００４１】
なお、図１５に示すように、第１の熱媒管２１の下端部は、弾性シール５４の長孔６０（図１５では図示せず）と、シール部材押え金具５６の長孔６８から引き出しておく。
（ｂ）  次に、図１６に示すように、第２の筒状筐体１２の上側の連結部１２Ａの両側に、アングル７６を配置し、アングル７６に形成した孔（図１６では図示せず）と、弾性シール５４の孔６４と、シール部材押え金具５６の孔７２（図１６では図示せず）とに長螺子７８を挿通する。
図１６、及び図１７に示すように、長螺子７８の両端にナット８０を螺合してナット８０を締付けることで、弾性シール５４を第１の筒状筐体１１及び第２の筒状筐体１２に密着させる。
【００４２】
（ｃ）  図１８に示すように、本実施形態の第１の筒状筐体１１には、スリット４０及び係止孔４２が形成されているため、このスリット４０及び係止孔４２から後述する液状の充填材１４が第１の筒状筐体１１の内部に漏れ無いように、スリット４０及び係止孔４２をゴム等の弾性体からなる帯状弾性シール８２で塞ぐ。帯状弾性シール８２が第１の筒状筐体１１の内周面に密着する様に、第１の筒状筐体１１の内部に板材８４を配置して板材８４で帯状弾性シール８２を押える。
（ｄ）  図１９に示すように、モルタル圧送ポンプ８６のホース８８の先端をシール部材押え金具５６の充填孔７０（図１９では図示せず）に接続し、モルタル圧送ポンプ８６で流動性を有する液状の充填材（モルタル）１４を充填孔７０から、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２と第１の熱媒管２１とで囲まれる螺旋状の隙間Ｓ２に充填する。
このとき、第１の筒状筐体１１、第２の筒状筐体１２及び第１の熱媒管２１を含んで構成される二重筒状筐体２３は、地面に対して垂直に立てられている。
充填孔７０から充填された液状の充填材１４は、図２０に示すように、螺旋状の隙間Ｓ２を下側から上側へ向けて螺旋状に上昇しつつ、隙間Ｓ２の内部の空気を上方へ押し上げて行く。図２１に示すように、液状の充填材１４が第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２の上端まで達したら、充填材１４の供給を停止する。これにより、螺旋状の隙間Ｓ２に、充填材１４を隙間無く充填させることができる（図４参照）。これは、本発明の工程に相当する。
なお、充填材１４を充填する際に、第１の筒状筐体１１、第２の筒状筐体１２及び第１の熱媒管２１を図示しない加振機（バイブレーター）に搭載して全体を加振させても良い。これにより、充填材１４に含まれる微小な気泡（空気）が浮き上がり、隙間内から空気を確実に除去できる。なお、所定時間が経過して充填材１４が硬化した後、長螺子７８、ナット８０、弾性シール５４、シール部材押え金具５６、アングル７６、第１の筒状筐体１１の内部に配置した帯状弾性シール８２及び板材８４を取り外す。
（１３）  第１の筒状筐体１１の下端を蓋部材２０で塞ぎ、第１の断熱材１６Ａ（例えばシート状の発泡樹脂（発泡スチロール）を外装した第２の熱媒管２２を第１の筒状筐体１１に挿入し、第２の熱媒管２２の下端を蓋部材２０の孔２０Ａを通して蓋部材２０の下方へ突出させる。
【００４３】
（１４）  第２の熱媒管２２の下端と第１の熱媒管２１の下端とを管継手２４で接続する。また、第１の熱媒管２１の上端に管継手２８を接続する。
（１５）  第２の熱媒管２２を第１の筒状筐体１１の中心に配置した状態で、第１の筒状筐体１１の中に、砂からなる第２の断熱材１６Ｂを充填する（図４参照）。    
（１６）  第１の筒状筐体１１の上端を蓋部材２０で塞ぎ、第２の熱媒管２２の上端を蓋部材２０の孔２０Ａを通して蓋部材２０の上方へ突出させ、第２の熱媒管２２の上端に管継手３２を接続する。
以上により、図１に示すような地中熱交換器１０が完成する。
【００４４】
（作用）
本実施形態の地中熱交換器１０は上記のようにして製造され、以下、地中熱交換器１０の作用について説明する。
図３に示すように、本実施形態に係る地中熱交換器１０は、地中に穿孔された設置穴である竪穴１８内に設置される。図４に示されるように、地中熱交換器１０においては、第１の熱媒管２１が第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２との間に挟持され、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２と第１の熱媒管２１との間に充填材１４が充填されているので、竪穴１８（図３）への挿入時に、第１の熱媒管２１が該竪穴１８の内壁に接触することがない。
従って、竪穴１８内での第１の熱媒管２１の形状及び位置を低コストで安定させることができる。またこれによって、竪穴１８の径を必要以上に大きくする必要がない。このため、従来よりもスペース効率を高めることができる。
【００４５】
この第１の熱媒管２１は第２の筒状筐体１２で覆われており、土圧（周囲の地中からの圧力）が作用しないため、第１の熱媒管２１が土圧によって潰れることが無い。従って、第１の熱媒管２１に対して熱媒体をスムーズに流すことができる。
また、第１の熱媒管２１は第１の筒状筐体１１、第２の筒状筐体１２、及び充填材１４で覆われており、しかも熱可塑性樹脂で形成されているため、腐食する虞も無い。
【００４６】
図２に示すように、第２の熱媒管２２は、管継手２４を介して第１の熱媒管２１の下端に接続されているので、第１の熱媒管２１と地中との間の熱交換により得られる地中熱を、第２の熱媒管２２を通じて輸送して、熱源として適宜利用することができる。具体的には、図３に示すように、建物３４内の熱交換器（図示せず）と、地中熱交換器１０とを、行き配管２６と戻り配管３０により接続する。行き配管２６は第１の熱媒管２１に接続され、戻り配管３０は第２の熱媒管２２に接続される。そして、管内で熱媒体（不凍液水）を循環させる。矢印Ａ方向が行き方向であり、矢印Ｂ方向が戻り方向である。これにより、第１の熱媒管２１と地中との間で得られる熱を、第２の熱媒管２２及び戻り配管３０を通じて建物３４内に輸送することができる。
【００４７】
地上から例えば５〜１０ｍ程度の深さの地中温度は、年間を通してほぼ一定である。従って、建物３４内の温度が地中の温度よりも低い場合には、地中熱により建物３４内の温度を高めることができる。逆に、建物３４内の温度が地中の温度よりも高い場合には、地中熱により建物３４内の温度を低めることができる。
【００４８】
第１の熱媒管２１は、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２との間に螺旋状に配置されているので、流路長さ及び採熱有効断面積を大きく確保することができる。
ところで、第１の熱媒管２１を通る熱媒体と、第２の筒状筐体１２の外側の地中との間における熱交換は、第１の熱媒管２１及び第１の熱媒管２１と接触している第２の筒状筐体１２を介して行われる第１の熱交換と、第１の熱媒管２１、充填材１４及び第２の筒状筐体１２を介して行われる第２の熱交換とがある。
第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２と第１の熱媒管２１とで囲まれる螺旋状の隙間Ｓ２に充填されている充填材１４は、気体よりも熱伝導率が高く、さらに第１の熱媒管２１よりも熱伝導率の高いものが用いられており、螺旋状の隙間Ｓ２に隙間無く充填されている（即ち、熱伝達効率の低下の原因となる気体（空気）が隙間Ｓ２に無い。）。したがって、上記第２の熱交換を従来よりも効率的に行うことができ、従来よりも地中熱の採熱効率を向上させることができる。
なお、複数の地中熱交換器１０を直列に接続すると、更に採熱効率を向上させることが可能である。
【００４９】
また第１の筒状筐体１１の径方向内側かつ第２の熱媒管２２の周囲には、断熱材１６が配置されている。この断熱材１６は、発泡樹脂からなる第１の断熱材１６Ａと、砂からなる第２の断熱材１６Ｂとを有して構成されている。第１の断熱材１６Ａで第２の熱媒管２２を被覆し、その周囲に砂からなる第２の断熱材１６Ｂを充填しているので、第２の熱媒管２２を熱媒体が通る際に、その周囲との間で熱交換が起き、熱損失が生じることを抑制できる。
【００５０】
一例として、地上温度が地中温度よりも低い場合、地中熱交換器１０の上部（地上側部分）と下部（地中側部分）とでは、上部の周囲温度が下部の周囲温度よりも若干低くなることが考えられる。このような場合でも、第１の筒状筐体１１の径方向内側かつ第２の熱媒管２２の周囲に断熱材１６を配置しておくことにより、第１の熱媒管２１において暖められた熱媒体が、第２の熱媒管２２を通過する際に冷却されることを抑制できる。これにより、第２の熱媒管２２での熱損失を抑制して、低コストで地中熱の採熱効率を向上させることができる。
また、第２の断熱材１６Ｂとして砂を用いることにより、地中熱交換器１０の比重を高めて、地下水による地中熱交換器１０の浮き上がりを抑制することができる。
【００５１】
［他の実施形態］
なお、充填材１４の内部に微小な気泡（空気）が残る場合も考えられるが、充填材１４が硬化する前に、地中熱交換器１０を図示しない真空タンクに入れてタンク内を減圧（真空）することで、充填材１４の内部の微小な気泡をも確実に除去することができる。
上記実施形態では、充填材１４を充填する際に、地中熱交換器１０（二重筒状筐体２３）を垂直に立てていたが、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２と第１の熱媒管２１とで囲まれる螺旋状の隙間Ｓ２から空気が抜ければ地中熱交換器１０は傾斜させても良い。
本実施形態では、充填材１４にモルタルを用いているが、充填材１４は、気体よりも熱伝導率が高ければ良く、充填材１４はモルタル以外の材料であっても良い。また、充填材１４は充填時に流動性を持ち、充填後に硬化するものであれば、モルタル以外の材料であっても良い。
上記実施形態では、第１の熱媒管２１が螺旋状に配置されるものとしたが、これに限られず、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２の間に挟持されていれば、どのような配置であっても良く、例えば、第１の筒状筐体１１及び第２の筒状筐体１２の長手方向に対して直線状に形成されていても良い。
上記実施形態では、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２の間に１本の第１の熱媒管２１を配置したが、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２の間に第１の熱媒管２１を２本以上配置しても良い。
第１の熱媒管２１を第１の筒状筐体１１及び第２の筒状筐体１２の長手方向に対して直線状に形成した場合、複数本の第１の熱媒管２１を周方向に複数本配置して第１の熱媒管２１と第２の筒状筐体１２との接触面積を増やすことが好ましい。
【００５２】
上記実施形態では、第１の熱媒管２１が熱可塑性樹脂で形成されていたが、本発明はこれに限らず、熱可塑性樹脂以外の合成樹脂で形成することもでき、場合によってはアルミニウム等の金属で形成することも出来る。第１の熱媒管２１を金属パイプとした場合でも、ハイドロフォーミング加工の様に高圧を掛けることで、第１の筒状筐体１１と第２の筒状筐体１２との接触面積が増えるように金属製の第１の熱媒管を変形させることができる。
第１の筒状筐体１１、及び第２の筒状筐体１２はアルミニウム等の熱伝導率の高い金属パイプが好ましいが、ステンレススチール管、メッキ等の防錆処理をした鋼管等、アルミニウム以外の金属からなる筒状筐体であっても良い。
【符号の説明】
【００５３】
１０    地中熱交換器
１１    第１の筒状筐体
１２    第２の筒状筐体
１４    充填材
２１    第１の熱媒管(熱媒管）
２３    二重筒状筐体
５４    弾性シール（シール部材）
５６    シール部材押え金具（シール部材）
６２    充填孔
７０    充填孔
Ｓ２    隙間  
【図２】
2014005974.tif 000003
【図５】
2014005974.tif 000004
【図６】
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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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【図１２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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