(57)【要約】【課題】既存かつ市販の筒状や、棒状の導熱材料及び断熱材料を利用可能で、より安価で、かつ、動力を使用せずに、夏冬通じて地中熱の利用を可能として、建物内部の温度変化を抑制する地中熱交換器を提供すること。【解決手段】地中に埋設される地中熱交換器１であって、地中熱交換器１は、地底側の一端が閉塞された熱伝導性の外管２と、外管２に収納される外管２より小径、かつ、地底側の一端が閉塞された断熱性の内管３と、内管３に収納され、地表側の一端が吸放熱体５となる内管２より小径の単数又は複数の熱伝導棒６と、外管２及び内管３の内部に満たされた流体からなる熱媒体７とを備え、内管２は、地表側及び地底側の各々において、熱媒体７の流出入を自在とする開口部３ａ，３ｂとを有する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設される地中熱交換器であって、
当該地中熱交換器は、地底側の一端が閉塞された熱伝導性の外管と、
当該外管に収納される当該外管より小径、かつ、地底側の一端が閉塞された断熱性の内管と、
当該内管に収納され、地表側の一端が吸放熱体となる前記内管より小径の単数又は複数の熱伝導棒と、
前記外管及び前記内管の内部に満たされた流体からなる熱媒体とを備え、
前記内管は、地表側及び地底側の各々において、前記熱媒体の流出入を自在とする開口部を有することを特徴とする地中熱交換器。
【請求項２】
前期吸放熱体は、建物の床下土間コンクリート又は床下空間に接続されることを特徴とする請求項１に記載の地中熱交換器。
【請求項３】
前記熱媒体は水であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の地中熱交換器。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、地中との間で熱交換を行う地中熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地中熱交換器には、熱交換器内に熱媒体をポンプで循環させる方法が考案され使用されている。この場合、ポンプを駆動する動力が必要であり騒音・振動を伴うばかりか、運転費用が必要である。
【０００３】
動力を必要とせずに簡易な構造で地中熱を利用する熱交換器を実現する一例として、例えば、地中熱を利用するべく地中に埋め込まれた管内が二経路になっており、途中で内側と外側の経路が入れ替わり、下部においては内側の管と外側の管との連通させる開口部がある地中熱利用装置が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
また、基礎に接続された金属棒を地中に埋め込み地中熱を利用する方法も開示されている（特許文献２）。
【０００５】
さらに、送風機の如き動力により空気を循環させる構成として、地熱利用装置が、内管と外管とを備えていて、地中に上下方向に設けられ内管と外管との間の二重管部分に熱媒液としての水が入れられる二重管を有する構成が開示されている。
【０００６】
即ち、二重管部分の内管側の熱媒液の温度と外管側の熱媒液の温度との間に温度差が生じ、それぞれの熱媒液が比重差によって上下方向に移動して対流が生じ、熱媒液を循環させることができ、内管側の熱媒液に放熱又は吸熱作用をさせれば、この温度差が生じて対流が生じ、その結果、熱媒液の循環と、循環中に外管側から熱媒液に地中の熱を吸収させたり、地中に放熱させることができる。この場合、外管と熱媒液とが密に接触しているためこれらの間の熱伝達性及び熱媒液内部の熱伝達性が良いので、地熱を良く取り入れると共に、取り入れた熱を内管を流れる空気に良く伝達することができる構成が開示されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１４１１０７号公報
【特許文献２】特開２０１４−０２５３１６号公報
【特許文献３】特開２００４−３３３０７２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の二重管を使用する地中熱利用装置は、地中熱を汲み上げる効率は高いものの、二重管の内側と外側が交替する部分の構造が複雑であるため製造のコストが高くなってしまう。
【０００９】
また、特許文献１の地中熱利用装置では、地表面に近いところの地中温度がこの装置の下部の地中温度よりも低い間、即ち、冬季においては水又は空気の循環を可能とするが、夏季においては循環が起こらず、地表と地中の温度偏差を補完することはできない。
【００１０】
また、特許文献２の金属棒を利用する構成はその導熱原理により冬季及び夏季の両季節における温度補完が可能であるが、金属棒自体を導熱部材とすることから、多量の金属材料を必要とし、極めて高価である。
【００１１】
また、特許文献３の地熱利用装置は、熱媒体としての水の対流による水循環を利用するものの、熱媒体としての水に内管を介して空気を接触させ、送風機によって地中、床下及び建物を循環する空気により地熱を利用するものであり、あくまでも動力を必要とするものであり、その構成が複雑であるとともに、運用コストを要する。
【００１２】
そこで、本考案は、既存かつ市販の筒状や、棒状の導熱材料及び断熱材料を利用可能で、より安価で、かつ、動力を使用せずに、夏冬通じて地中熱の利用を可能として、建物内部の温度変化を抑制する地中熱交換器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的達成のため、本考案の地中熱交換器は、地中に埋設されるものであって、当該地中熱交換器は、地底側の一端が閉塞された熱伝導性の外管と、当該外管に収納される当該外管より小径、かつ、地底側の一端が閉塞された断熱性の内管と、当該内管に収納され、地表側の一端が吸放熱体となる前記内管より小径の単数又は複数の熱伝導棒と、前記外管及び前記内管の内部に満たされた流体からなる熱媒体とを備え、前記内管は、地表側及び地底側の各々において、前記熱媒体の流出入を自在とする開口部を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本考案の地中熱交換器における前期吸放熱体は、建物の床下土間コンクリート又は床下空間に接続されることを特徴とする。
【００１５】
また、本考案の地中熱交換器における前記熱媒体は水であることを特徴とする。
【考案の効果】
【００１６】
本考案の地中熱交換器は、単純な二重管状容器とすることによって、熱媒体の上昇及び下降現象を利用し、内外を区分けする断熱材料としての内管と、中心部の導熱材料としての熱伝導棒で夏季の高温度及び冬季の低温度を容器の中心部の熱伝導棒に伝え、鋼管等の外管外部から伝わる地中温度との温度差を利用した対流により、地中熱交換器内の上下の温度差を解消し、動力を用いることなく、夏冬を通じて地中熱を利用して、建物内部の温度変化を非常に簡易な構造で抑制可能である。
【００１７】
本考案の地中熱交換器は、現場の状況、予算、建物の規模に応じて、その全体の大きさを自在に拡大することで、さらに大量の地中熱を効率よく利用することが可能となる。また、本考案の地中熱交換器は、全体として棒状の形態をなすため、地中を面として掘る必要がないことから、より深く地中熱交換器を埋設する場合や、より多くの地中熱交換器の埋設が必要な場合であっても容易に対応が可能である。
【００１８】
また、本考案の地中熱交換器は、外管に、地盤改良（補強）用鋼管を利用することが可能であり、地盤改良（補強）用鋼管をそのまま外管として利用可能であることから、設置の労力及びコスト面からも非常に有効である。
【００１９】
また、本考案の地中熱交換器は、市販の材料で実現することが可能であり、非常に安価なものである。
【００２０】
また、本考案の地中熱交換器は、地上で外管内に内管及び熱伝導棒を挿入してから、地中へと埋設する必要はなく、地中熱交換器の地中への埋設は外管、内管、熱伝導棒を別々、かつ、順次埋設可能であることから、非常に容易に組み立てを行うことが可能であるばかりか、設置工程においても、各工程でより安価な資材を選定しながら作業を行うことが可能であり、設置費用を低減可能である。
【００２１】
また、本考案の地中熱交換器は、熱媒体として空気、水等が利用可能で、流体であるので容易に内容量の確認、補充が可能である。熱媒体の対流が２方向であり異物による詰りの発生は起こっても、逆方向の対流により容易に解消可能となっているため、より安価に設置可能であるのみならず、動力を必要としないこととも相まって、保守費用を大きく低減可能である。
【００２２】
また、本考案の地中熱交換器は、ほぼ必要とされない熱媒体の量の確認及び熱媒体の補充を除き、全てを自然の力で自動的に行うため、保守管理が非常に簡便かつ安価である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本考案の地中熱交換器の軸方向に沿った断面図である。
【図２】本考案の地中熱交換器の住宅床下地下に設置する例を示す説明断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００２４】
以下図面を参照して、本考案による地中熱交換器を実施するための形態について説明する。
【００２５】
［地中熱交換器の構成］
本考案の実施形態に係る地中熱交換器について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本考案の地中熱交換器の軸方向に沿った断面図であり、図２は、本考案の地中熱交換器の住宅床下地下に設置する例を示す説明断面図である。
【００２６】
図１に示すように、地中熱交換器１は、概略として、地中熱交換器１の地中に埋設される外側の容器となる外管２、外管２の内部に挿入される内管３、内管３の内部に挿入される熱伝導棒６、熱伝導棒６の上端に接続された吸放熱体５、外管２及び内管３の内部に満たされた流体からなる熱媒体７によって構成されている。また、図２に示すように、地中熱交換器１は、建物２０の下部に接続されるものであって、その効果を高めるべく、複数、建物２０の下部に接続されるのが好ましい。
【００２７】
［外管の構成］
外管２は、熱伝導体、即ち、熱伝導率の高い部材によって構成され、管状をなし、地中に対して地面から垂直に埋め込まれるものであり、地面とは反対側に位置する先端部が閉塞された構成となっている。
【００２８】
外管２は、例えば、地盤改良（補強）用鋼管を利用した場合、地中での腐食も十分考慮されており長期使用できるばかりか、地盤改良（補強）用鋼管をそのまま、本考案における外管２として利用可能であり、設置の労力及びコスト面からも非常に有効である。
【００２９】
外管２に地盤改良（補強）用鋼管を利用した場合、同じ素材・規格等の市販の蓋、アダプター類が使用可能であるため、専用品を作成する必要がなく、コストを抑えることができる。
【００３０】
また、地面から４ｍ、５ｍの深さにおいて年間の地中温度が一定となることから、その点を考慮し、外管２の長さは、４ｍ、５ｍ程度とするのが適している。
【００３１】
［内管の構成］
内管３は、断熱材料によって構成、即ち、熱伝導率の低い部材によって構成され、外管２と同様に管状をなし、地面とは反対側に位置する先端部が閉塞された構成となっている。
【００３２】
内管３は、外管２の内部に収納されることから、外管２よりも小径に構成され、また、外管２と内管３の間には熱媒体７が満たされることから、外管２と内管３は、少なくとも両者の側部において離間した状態で配される（内管３の一部のみが外管２の内部に接触する場合を含む）。即ち、少なくとも、内管３の側部外側と、外管２の側部内側は離間した状態で配される。
【００３３】
内管３は、外管２と少なくともその側部において、離間した状態に配されるが、その位置決め及び固定は、外管２の上端に固定された断熱支持部材８を介して位置決め及び固定される。即ち、内管３の上端が断熱支持部材８に固定されて位置決めされる。
【００３４】
断熱支持部材８は、内管３の位置決め及び固定のみならず、外管２と熱伝導棒６とを断熱して両者の温度差を保つことをも目的とするため、断熱材料によって構成、即ち、熱伝導率の低い部材によって構成されている。また、例えば、市販の水道管のアダプター部品に断熱塗料を塗布することにより、さらに断熱性を向上させることも可能である。
【００３５】
内管３は、両端部近傍（地表側及び地底側）の側部に開口部を備えている。地面側には、単数又は複数の上部開口部３ａが形成されている。上部開口部３ａによって、熱媒体７が内管３の内部と外部とで自在に流出入可能となっている。
【００３６】
また、地底側には、単数又は複数の下部開口部３ｂが形成されている。下部開口部３ｂによって、熱媒体７が内管３の内部と外部とで自在に流出入可能となっている。また、下部開口部３ｂは、内管３の側面のみならず、内管３の地底側の閉塞面（底面）に形成することも可能である。
【００３７】
このように、下部開口部３ｂは、内管３の側面のみならず、内管３の閉塞面に形成することも可能であるが、下部開口部３ｂは、地中熱交換器１内における塵芥等の沈殿物の存在する可能性を考慮して、内管３の最下端ではなく、それよりも少々上方に形成した方が好適である。
【００３８】
内管３については、スタイロフォームで覆われた管、スタイロフォーム自身の管状体、金属よりも断熱性が良好なＰＶＣ水道管等の熱伝導率の低い素材で構成する場合の他、二重の管構造として、その間に他の断熱材料を挟む構成とすることも可能である。また、水道用プラスチック管表面に断熱塗料を塗装して断熱性を向上させることも可能であり、この場合は、内管３の厚さを薄くすることが可能である。
【００３９】
また、内管３については、その素材として、加工の容易な素材を選択することにより、上部開口部３ａ、下部開口部３ｂの作成が容易となり、工費の削減が可能となる。また、内管３に水道用プラスチック管を利用する場合、同じ素材及び規格等の市販の蓋及びアダプター類等が使用可能であり、コストを抑えることができる。さらに、水道用プラスチック管に断熱塗料を塗布して、断熱性を向上させることも可能である。
【００４０】
また、外管２の底面内側（閉塞面内側）に対して、内管３を保持し、熱媒体７の存在及びその流れを確保するスペーサー等（図示せず）を設置することにより、スペーサーの上に内管３を支持固定することも可能である。
【００４１】
［熱伝導棒の構成］
熱伝導棒６は、熱伝導体、即ち、熱伝導率の高い部材によって構成され、棒状をなしている。熱伝導棒６は、単数又は複数で構成することが可能である。
【００４２】
熱伝導棒６は、内管３の内部に収納されることから、内管３よりも小径に構成され、また、内管３と熱伝導棒６の間には熱媒体７が満たされることから、熱伝導棒６を単数とした場合、内管３と熱伝導棒６は、少なくとも両者の側部において離間した状態で配される。即ち、少なくとも、熱伝導棒６の側部外側と、内管３の側部内側は離間した状態で配される（熱伝導棒６の一部のみが内管３の内部に接触する場合を含む）。
【００４３】
熱伝導棒６の位置決め及び固定は、外管２の上端に固定された断熱支持部材８を介して位置決め及び固定される。即ち、熱伝導棒６の上端近傍の側部が断熱支持部材８に固定されて位置決めされ、さらに、熱伝導棒６は、断熱支持部材８を貫通して、吸放熱体５へと接続される。
【００４４】
また、内管３の底面内側（閉塞面内側）に対して、熱伝導棒６を保持し、熱媒体７の存在及びその流れを確保するスペーサー等（図示せず）を設置することにより、スペーサーの上に熱伝導棒６を支持固定することも可能である。
【００４５】
熱伝導棒６は、例えば、鉄筋材を使用することが可能である。その場合、錆止め防止の亜鉛メッキ施されたものや、錆止め塗料を塗布することにより、その耐久性をさらに改善することができる。
【００４６】
熱伝導棒６は、上記の如く鉄筋材を使用するような場合を含め、複数本の部材によって構成することが可能であり、各々の熱伝導像６が細い場合は、複数本使用することによって、安価に効率の良い熱伝導棒６（の集合体）を構成することが可能である。
【００４７】
熱伝導棒６を複数本とする場合は、例えば、バランスよく内管３内に配置可能な３本（平面視、３角形の各頂点の位置に配置）、７本（平面視、６角形の各角の位置及びその内部に配置）することにより、適宜、バランスよく熱伝導棒６を配置可能である。
【００４８】
その場合、内管３の内径及び各熱伝導棒６の直径によっては、各熱伝導棒６が内管３の内部に接触することも想定されるが、その場合であっても、内管３の内部と複数の熱伝導棒６の間、また、各々の熱伝導棒６間には、必ず間隙が発生することから、その間に熱媒体７が満たされる。
【００４９】
この場合、内管３の上部開口部３ａ及び下部開口部３ｂが、複数の熱伝導棒６と接触しないように開口を形成することにより、熱媒体７の内管３内への流出入を自在とするべく留意することが必要となる。
【００５０】
また、上部開口部３ａ及び下部開口部３ｂを介して熱媒体７の内管３内への流出入を自在とするべく、予め、上部開口部３ａ及び下部開口部３ｂの各々において、内管３の軸方向に対して垂直方向で内管３の外部表面に沿って千鳥足状に開口部を形成して、内管の強度及び開口部分を確実に確保することも可能である。また、熱伝導棒６が、内管３内部へ接触してしまうような場合は、接触面積よりも大きく上部開口部３ａ及び下部開口部３ｂを形成することが考慮される。
【００５１】
熱伝導棒６を単数又は複数本とする場合を問わず、その表面積を増加させて熱伝導の効率を高めることが可能である。即ち、その側部表面に縦リブ（熱伝導棒６の軸方向に沿ったリブ）を設けて表面積を増加させて熱伝導率を高める構成や、側部表面に突起や、凹凸を設けて表面積を増加させ、熱伝導率を高めることも可能である。
【００５２】
［吸放熱体の構成］
吸放熱体５は、地表の温度によって、吸熱体及び放熱体両面の作用を有するものであって、熱伝導体、即ち、熱伝導率の高い部材によって構成され、熱伝導棒６の上端に接続されるものであり、地中の熱を地表側に伝達して熱交換を行うものであり、表面積が大きいものが好ましく、この放熱効果（吸熱効果）によって地中の熱と地表の熱を交換するものである。
【００５３】
また、本実施形態においては、熱伝導棒６と吸放熱体５は別部材としたが、連続する同一部材とすることも当然可能であり、吸放熱体は、地中の熱を地表に伝達可能とするべく、熱伝導率の高い素材で構成されていれば、その形状及び素材等を問うものではなく、例えば、熱伝導棒６に鉄筋材を溶接することによっても、吸放熱体５とすることが可能である。
【００５４】
さらに、本考案の地中熱交換器１は、１つの建物に複数設置することにより、その効果を相乗的に高めることが可能であり、その場合、複数の地中熱交換器１の吸放熱体５を各々鉄筋材等によって構成し、その鉄筋材を各々の吸放熱体５として共用することにより、各々の地中熱交換器１を連結して、熱交換率を高めることも可能である。
【００５５】
［熱媒体］
熱媒体７は、流体であって、例えば、水又は空気が選択される。特に、熱交換率の高く、安価であることから、補充も容易であり、さらには漏れが生じた場合も環境に対して無害な液体としての水が適している。熱媒体７は、外管２及び内管３の内部に満たされて、内管３の上部開口部３ａ及び下部開口部３ｂにより、内管３の内部と外部とで自在に流出入可能となる。
【００５６】
そのため、熱媒体７は、上部開口部３ａよりも上方まで、外管２及び内管３内に満たされることが必要となる。
【００５７】
［熱媒体の補充］
熱媒体７を水のような液体とした場合、熱媒体７の蒸発や、地中への漏れによって減少する可能性があり、その場合、熱媒体７を補充する必要がある。本実施形態は、熱媒体７の補充を可能とするべく、図１の拡大部に示すように熱媒体の補充機構を設けている。
【００５８】
即ち、地中熱交換器１は、その内部に満たされる熱媒体７の量を確認及び補充するための熱媒体レベル計測管１０を備えている。
【００５９】
熱媒体レベル計測管１０は、全体構成が「Ｌ」字型の管状体によって構成され、その一端が外管２の側部上端側であって、内管３の上部開口部３ａよりも上方の位置に接続されて、内部に熱媒体７が流入する構成となっている。
【００６０】
熱媒体レベル計測管１０は、熱媒体７の量が、熱媒体量最多レベル１０ａと熱媒体量最少レベル１０ｂとの間にあることを確実にするためのものであり、熱媒体量最多レベル１０ａは、地中熱交換器１より熱媒体７が溢れ出さない液面レベルとなっており、また、熱媒体量最少レベル１０ｂは、地中熱交換器１がその機能を奏するように、上部開口部３ａの上端部と一致する。
【００６１】
地中熱交換器１の使用者は、熱媒体レベル計測管１０（Ｌ字型管状体の鉛直方向管部分）を覗くことにより、熱媒体７が、熱媒体レベル計測管１０内にて看取できることを確認することにより、熱媒体７の液面（熱媒体液面１０ｃ）が、熱媒体量最多レベル１０ａと熱媒体量最少レベル１０ｂとの間にあること（熱媒体量通常レベル１０ｃ）を確認する。
【００６２】
仮に、熱媒体液面１０ｃが、低下しており、熱媒体量最少レベル１０ｂに近づいているような場合は、熱媒体レベル計測管１０を介して熱媒体７の補充を行う。
【００６３】
また、熱媒体７の補充を可能とするべく、断熱支持部材８及び吸放熱体５を貫通するように、通気口９が設けられて通気が確保されている。さらに、熱媒体レベル計測管１０を使用していない場合は、蓋体１１を熱媒体レベル計測管１０の上端側に装着することにより、塵芥の混入を防止可能である。
【００６４】
尚、熱媒体レベル計測管１０は、小径の透明垂直管によって、熱媒体量のレベル計測も可能であるが、太めの水道管の「Ｌ」字型継手と、開閉可能な蓋体で安価に形成することも可能であり、この場合も、熱媒体７の補充穴として利用可能である。また、水道管を用いる場合、市販の物を利用可能であることから、さらに太い「Ｌ」字型継手をも用いて、断熱材を２つのサイズの「Ｌ」字型継手の間に挟み込んで内包させることも可能である。
【００６５】
また、図２に示すように、地中熱交換器１は、その効果を高めるべく、複数、建物２０の下部に接続されることが想定され、その場合においては、複数の地中熱交換器１の熱媒体レベル計測管１０を共用化して一つとして、地中熱交換器１の内部に満たされる熱媒体７の量を確認及び補充を一括管理することも可能である。
【００６６】
即ち、熱媒体レベル計測管１０を構成するＬ字型管状体の水平方向管部分を各地中熱交換器１に接続して、かつ、Ｌ字型管状体の鉛直方向管部分を共用して一つとすることにより、熱媒体７の量を確認及び補充を簡便に一括管理することも可能である。
【００６７】
［建物への接続］
地中熱交換器１の建物への接続構成を説明する。地中熱交換器１は、図２に示すように、建物２０の下部に接続されるものである。
【００６８】
即ち、地中熱交換器１は、建物２０の床下で住宅外側に面する基礎コンクリート２１、地面（地中）と接する床下土間コンクリート２４、及び建物２０の居住空間２７の床２５によって囲まれる床下空間２３を冷却又は加熱することで、結果的に建物２０の居住空間２７の温度変化を抑制するものである。
【００６９】
そのため、地中熱交換器１は、床下土間コンクリート２４に接して配されることにより、床下空間２３を冷却又は加熱して、その温度変化を抑制し、結果的に床２５を介して居住空間２７の温度変化を抑制するものである。
【００７０】
また、床下空間２３は、一年を通じて一定温度の地中熱によって温度変化を抑制し、可能な限り地表付近の温度変化を排除するため、基礎コンクリート２１の内側には、床下空間２３を地表付近の外気温度から遮断するため基礎断熱材２２が配されている。
【００７１】
また、本実施形態において、地中熱交換器１は、図２に示すように、床下土間コンクリート２４に接して配されるが、地中熱交換器１が床下土間コンクリート２４を貫通し、床下空間２３に吸放熱体５を露出させて、より直接的に床下空間２３の温度変化の抑制を行うことも可能である。
【００７２】
［地中熱交換器の作用］
本考案は地中熱を利用して地表近くの温度偏差を、寒暖の激しい夏冬、日夜、通年に及んで減少させるものであり、その作用について以下に説明する。
【００７３】
地中の温度は、地下の浅い部分においては概ね外気温に等しく、地下４ｍ、５ｍ付近では１年を通して概ね一定であり、その地域の年平均気温にほぼ等しくなっている。
【００７４】
夏季において、吸放熱体５は、地表近くで暖められ、熱伝導棒６を介して、内管３内の熱媒体７を暖める。内管３内の熱媒体７は温度の上昇により、断熱材料で構成された内管３の上部開口部３ａを介して内管３の外側に移動し、同時に外管２外側の夏季の気温よりも低い地中の温度により熱媒体７が冷やされて温度が低下し、下部開口部３ｂを介して内管３内部に熱媒体７が移動する。これによって、断熱材料から構成される内管３の内部と外部とで相互の温度差を縮める方向で継続して環流が発生する。
【００７５】
即ち、夏季のような地中の温度よりも、地表の温度が高い状態においては、内管３内の熱媒体７は、吸放熱体５からの熱により、熱伝導棒６を介して暖められ、上方へと移動する。それとともに、上部開口部３ａを介して内管３外部に移動し、内管３外部においては、外管２外部の地中熱により熱媒体７が冷却されて、熱媒体７は下方へ移動し、下部開口部３ｂ介して内管３内部へと移動し、継続して還流が発生し、内管３の内部と外部とで相互の温度差を縮めることとなり、熱伝導棒６を通じて吸放熱体５の温度を低下させ、冷気を床下空間２３へと放出し、床下空間２３の冷却により最終的に居住空間２７が冷却されて、建物内部の温度変化を抑制可能である。
【００７６】
冬季において、吸放熱体５は、地表近くで冷やされ、熱伝導棒６を介して、内管３内の熱媒体７を冷やす。内管３内の熱媒体７は温度の低下により、断熱材料で構成された内管３の下部開口部３ｂを介して内管３の外側に移動し、同時に外管２外側の冬季の気温よりも高い地中の温度により熱媒体７が暖められて温度が上昇し、上部開口部３ａを介して内管３内部に熱媒体７が移動する。これによって、断熱材料から構成される内管３の内部と外部とで相互の温度差を縮める方向で継続して環流が発生する。
【００７７】
即ち、冬季のような地中の温度よりも、地表の温度が低い状態においては、内管３内の熱媒体７は、吸放熱体５からの熱により、熱伝導棒６を介して冷却され、下方へと移動する。それとともに、下部開口部３ｂを介して内管３外部に移動し、内管３外部においては、外管２外部の地中熱により熱媒体７が暖められて、熱媒体７は上方へ移動し、上部開口部３ａ介して内管３内部へと移動し、継続して還流が発生し、内管３の内部と外部とで相互の温度差を縮めることとなり、熱伝導棒６を通じて吸放熱体５の温度を上昇させ、暖気を床下空間２３へと放出し、床下空間２３の暖房により最終的に居住空間２７が暖房されて、建物内部の温度変化を抑制可能である。
【００７８】
また、１日の寒暖差が大きく、地表近くの温度の寒暖差が、地中の温度変化よりも大きい場合も上記冬季及び夏季と同様に作用可能であり、一日に正逆両方向の還流を自然の力で発生させ温度の調節を行うことが可能である。
【００７９】
以上により、一年を通じて動力を使用せず、かつ、特別な保守を行うことなしに地中熱を利用することが可能となる。即ち、ほぼ必要とされない熱媒体の量の確認及び熱媒体の補充を除き、全てを自然の力で自動的に行うため、保守管理が非常に簡便かつ安価である。この地中熱交換器１を断熱材料で保護された住宅の床下などに利用することにより冷暖房システムのエネルギー削減に貢献可能である。
【００８０】
尚、上記作用を効果的に奏するため、吸放熱体５及び熱伝導棒６は地表側の温度を効率よく拾うべく、より熱伝導率の高い材質、より大きなサイズの物を使用するのが望ましい。また、内管３の内側の容積は熱媒体７の流動を確保が可能であれば、熱を受け取りやすくするためにより小さいほうが望ましい。さらに、熱媒体７は閉ざされた外管２内を循環するものであり、外部の汚物の影響を受けず長期間安定した地熱採集が継続可能であり、多少の漏れや、自然蒸発等による減少分を単純に補充するのみで機能が継続可能である。
【００８１】
また、上記作用を効果的に奏するべく、図２に示す床下空間２３は基礎コンクリート２１とその内側に配された基礎断熱材２２により太陽輻射熱を遮断するとともに、外部気温や、地表からの温度の影響、冷暖房による屋内の快適な空気が床下経由で外部へと漏れてしまうことを減少させるものであり、さらに、床２５には断熱材を使用せずに、地中熱の有効利用を行うことにより最大限の効果を奏することが可能である。
【００８２】
建物２０は、近時の省エネルギー住宅と同様に、通常、壁や、天井等に十分な断熱構造を採用することにより、床下空間２３を地中熱を最大限活用可能となるものであり、床下土間コンクリート２４の直下に連接された吸放熱体５は、地中熱により常に年間平均気温程度の一定温度に保たれ、床下空間２３に伝達されて温度変化が抑制され、最終的には居住空間２７の温度変化が抑制される。
【００８３】
また、直接、吸放熱体５を床下空間２３中に露出させる場合はさらに効率的な熱伝達を可能とする。
【００８４】
また、例えば、床下空間２３と居住空間２７との間に通気手段（図示せず）を設け、これらの空気を循環させることで居住空間との熱伝達を改善し、居住空間２７の冷暖房機器の負担を軽減し、エネルギー消費の改善に寄与することができる。この場合は、床下空間２３と居住空間２７との間の床２５に断熱材を施し、床断熱することで、床下空間２３の熱を通気手段のみを利用して、居住空間２７の冷暖房機の作用を補助することも可能となる。
【００８５】
さらに、床下空間２３と居住空間２７との間に通気手段（図示せず）を設け、かつ、床下空間２３に外気を取り込む吸気口を設けるような場合（例えば、基礎コンクリート２１及び基礎断熱材２２に対して吸気口を形成）は、床断熱を施すとともに、床下空間２３の熱を効率よく取り込むべく、外気が、床下空間２３の可能な限り広範囲を経由して居住空間２７へと至る経路を作成する等の方策が必要となる。
【００８６】
即ち、例えば、床下空間２３に発泡断熱材等により、蛇腹状に設置された立て壁を作り、外気の通路を制限することにより、長い距離に渡って、ゆっくりと外気を移動させて、効率よく床下空間２３の熱を取り込むようにすることが可能である。
【００８７】
［地中熱交換器の設置方法］
本考案の地中熱交換器の設置方法について説明する。地中熱交換器１は、地上で外管２内に内管３及び熱伝導棒６を挿入して位置決め及び固定を行ってから、地中へと埋設する工法を採用可能である。また、その他、外管２、内管３、熱伝導棒６を別々、かつ、順次埋設する工法も採用可能である。その場合、非常に容易に組み立てを行うことが可能であるばかりか、各構成要素の別々の埋設工程においても、各工程でより安価な資材を選定しながら作業を行うことが可能であり、設置費用を低減可能である。
【００８８】
また、本考案の地中熱交換器は、外管２に、地盤改良（補強）用鋼管を利用することが可能であることから、その場合は、地盤改良（補強）用鋼管を地中に埋め込んだ後、そのまま外管２として利用可能であり、その後、順次、内管３、さらには熱伝導棒６を埋設する。
【００８９】
この考案は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本考案を制限するものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９０】
１        地中熱交換器
２        外管
３        内管
３ａ      上部開口部（開口部）
３ｂ      下部開口部（開口部）
５        吸放熱体
６        熱伝導棒
７        熱媒体
８        断熱支持部材
９        通気口
１０      熱媒体レベル計測管
１０ａ      熱媒体量最多レベル
１０ｂ      熱媒体量最少レベル
１０ｃ      熱媒体液面（熱媒体量通常レベル）
１１        蓋体
２０        建物
２１        基礎コンクリート
２２        基礎断熱材
２３        床下空間
２４        床下土間コンクリート
２５        床
２７        居住空間
【図１】
0003196117.tif 000003
【図２】
0003196117.tif 000004