(57)【要約】【課題】本発明の目的は、地盤に埋設した金属製の埋設管の内部に熱媒体の流路となる金属製の配管を配した地熱交換装置において、前記金属製の配管が前記金属製の埋設管内面に接触することによる電食を防止して、低コストおよび簡易な構成で長寿命化を図ることである。【解決手段】地盤に埋設された金属製の埋設管１と、前記埋設管１の内部に配され熱媒体の流路となる金属製の配管２と、を有する地熱交換装置であって、前記配管２が前記埋設管１の内面に接触しないように、前記配管２と前記埋設管１の内面との間に非導電性の隔離体３を介在させたことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に埋設された金属製の埋設管と、前記埋設管の内部に配され熱媒体の流路となる金属製の配管と、を有する地熱交換装置であって、
前記配管が前記埋設管の内面に接触しないように、前記配管と前記埋設管の内面との間に非導電性の隔離体を介在させたことを特徴とする地熱交換装置。
【請求項２】
前記隔離体を、前記配管と前記埋設管の内面との間に不連続状に介在させたことを特徴とする請求項１に記載の地熱交換装置。
【請求項３】
前記隔離体は、多数の開口を有する筒状部材であって、前記埋設管の内部において前記配管を内包することを特徴とする請求項１又は２に記載の地熱交換装置。
【請求項４】
前記隔離体は、前記埋設管の内部における前記配管の位置を規制する位置規制部材であって、前記埋設管の深さ方向に分割して設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤に埋設した埋設管の内部に熱媒体の流路となる配管を配し、該配管内を熱媒体を循環させて熱交換を行う地熱交換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中の温度は、一年間を通じて温度変化が少なく、比較的安定している。特に、地中の温度は、ある深さ以上であれば外気温の影響を受けにくく恒温の地熱が得られる。そのため、例えば日本の気候においては、地中の温度は、夏季は外気温に対して低く、冬季は外気温に対して高い。
【０００３】
そこで、前記地中の熱を空調などに利用する装置として、特許文献１に開示されているように、建物の基礎下に埋設される中空の基礎杭を利用して、該基礎杭の中空部内に熱媒体の流路となる熱媒体伝熱管としての配管を配し、この配管内を熱媒体を循環させて地中と地上との間で熱交換を行う蓄熱装置が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、建物の基礎下に埋設される杭に限定されないが、地中に埋設された鋼管杭の中空部内に熱交換用配管を配した地熱利用用の熱交換用鋼管杭が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１８４０６３号公報
【特許文献２】特開２００４−１７７０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術において、前記配管を内部に配して地熱を利用するための杭として、建物の基礎下に埋設される基礎杭を利用する場合、この基礎杭上には基礎がのるので、たとえ施工後に杭や該杭内部に配された配管に不具合が生じたとしても、基礎杭の交換は不可能であり、配管の交換も可能にするのは困難である。基礎下でないときでも杭および該杭の中空内部に配された配管のメンテナンスを行うことは困難である。このため、地熱を利用するための杭および該杭の中空内部に配される配管には長寿命が要求される。
【０００７】
しかしながら、上記基礎杭および鋼管杭は金属製であり、更にこれら杭の中空部内に配される配管も、熱交換効率の観点から、金属製の配管を用いることが好ましい。更に前記基礎杭および鋼管杭と前記杭の中空部内に配される配管とは、イオン化傾向が異なる金属が用いられている。このため、鋼管杭内部において該杭内面に配管が接触してしまうと、電食してしまうおそれがあり、たとえ長寿命化のための高価な鋼管杭や配管を使用しても、長寿命化が期待通り達成されないという問題がある。仮に基礎杭が電食された場合、前述したように基礎杭の交換は不可能であるため、該基礎杭はそのまま放置され、杭の性能が維持できなくなるおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、地盤に埋設した金属製の埋設管の内部に熱媒体の流路となる金属製の配管を配した地熱交換装置において、前記金属製の配管が前記イオン化傾向が異なる金属製の埋設管内面に接触することによる電食を防止して、低コストおよび簡易な構成で長寿命化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、地盤に埋設された金属製の埋設管と、前記埋設管の内部に配され熱媒体の流路となる金属製の配管と、を有する地熱交換装置であって、前記配管が前記埋設管の内面に接触しないように、前記配管と前記埋設管の内面との間に非導電性の隔離体を介在させたことを特徴とする。
【００１０】
更に好ましくは、前記隔離体を、前記配管と前記埋設管の内面との間に不連続状に介在させたことを特徴とする。
【００１１】
例えば、前記隔離体は、多数の開口を有する筒状部材であって、前記埋設管の内部において前記配管を内包することを特徴とする。
【００１２】
或いは、前記隔離体は、前記埋設管の内部における前記配管の位置を規制する位置規制部材であって、前記埋設管の深さ方向に分割して設けられていることを特徴とする。
【００１３】
更に、前記配管が遊挿される埋設管の内部に第２の熱媒体を充填すると好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、金属製の埋設管の内部に配する金属製の配管が該埋設管の内面に接触しないように、配管と埋設管の内面との間に非導電性の隔離体を介在させているので、前記配管と埋設管との接触による電食を防止することができ、低コストおよび簡易な構成で、長寿命化を図ることができる。特に基礎杭の場合、性能が劣化することがなく、住宅をより長寿命化することができる。また、配管と埋設管の間に非導電性の隔離体を介在させただけなので、構成が簡易であり、施工が容易な構造である。
【００１５】
また、前記隔離体を不連続状にすることで、埋設管と配管の熱伝導をより高めることができる。更に配管と埋設管の間に介在する非導電性の隔離体は不連続状にすることで、埋設管と配管との間の熱媒体による熱交換の効率が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る地熱交換装置の好適な実施の形態を例示して詳しく説明する。
【００１７】
〔第１実施形態〕
第１実施形態に係る地熱交換装置は、図１に示すように、地盤に埋設された金属製の埋設管１と、前記埋設管１の内部に配され熱媒体の流路となる金属製の配管２と、を有している。
【００１８】
本実施形態では、金属製の埋設管１としては、建物の基礎に用いられる鋼管杭を例示している。ただし、本実施形態に係る金属製の埋設管１は前記鋼管杭に限定されるものではなく、内部に配管を配することが可能な中空部を有する金属製の埋設管であれば、その他の金属製埋設管であっても構わない。
【００１９】
また前記金属製の埋設管１の内部に設置する熱交換用の配管２は、埋設管１内に熱媒体を流入する送り管と管内から熱媒体を流出する還り管を備えていれば良く、杭内の配管は、Ｕ字状の配管になっていることが好ましい。この熱交換用の配管の材質は金属製であって、該金属製の配管として好ましいものは、銅管、ステンレス管、アルミ管、および鋼管等が挙げられる。この中でも、特に好ましいものはステンレス管である。また、１本の埋設管１の内部に通す配管２の本数は必要に応じて適宜設定すれば良い。
【００２０】
また、前記埋設管１内の熱交換用の配管２は、凹凸のない配管に比べて単位長さ当たりの表面積が大きく、また折り曲げ加工が容易な配管を使用することが好ましい。特に管壁形状が長さ方向に波型をしたフレキシブルパイプなどの蛇腹状の配管を使用することが好ましく、吸熱面積の増大と折り曲げ加工が容易である。また配管を波型形状とすることによって、配管内部では該内部を通る熱媒体の流れは乱流となり、熱交換の効率はさらに高くなる。
【００２１】
また、埋設管内の配管の形状は、通常の凹凸のないもの、前述した管壁形状が長さ方向に波型をした蛇腹状のもの（フレキシブルパイプなど）の他、配管周面に放熱板（フィン）を取り付けたもの等が挙げられる。特に好ましいものは、前述したように蛇腹状の配管であり、凹凸の形状が熱交換の表面積を広げ、かつ配管内の熱媒体の流れが乱流となるため、熱交換効率が上がる。また、フレキシブルパイプなどの蛇腹状の配管は巻物であるため、施工現場までの運搬が簡単であり、折れ曲げ加工性に優れているため、埋設管内外への出し入れ等の施工性に優れている。
【００２２】
なお、前記熱交換用の配管を通す熱媒体としては、水、オイル、不凍液、空気などが挙げられる。また、熱交換用の配管と埋設管本体の空間は空気であっても良いが、熱伝導や熱交換効率をより高めるために、第２の熱媒体で満たすようにしても良い。この第２の熱媒体（充填材）は、例えば流動性のないセメント、珪砂でもよいが、流動性がある水、オイル、不凍液が好ましい。
【００２３】
更に、本実施形態に係る地熱交換装置は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、前記金属製の配管２が前記金属製の埋設管１の内面に接触しないように、前記配管２と前記埋設管１の内面との間に非導電性の隔離体３を不連続状に介在させている。前記隔離体３を不連続状に介在させるのは、前記配管２と前記埋設管１との間の熱伝導や熱交換効率を高めるためであり、当然、前述したように前記配管２と前記埋設管１との間に第２の熱媒体を充填した場合には該第２の熱媒体の流動を妨げないようにするためでもある。また、前記隔離体３を非導電性としたのは、隔離体が導電性であると、イオン化傾向が異なる該導電性隔離体と金属製の埋設管、配管が接触した場合、電食が発生してしまうからである。
【００２４】
本実施形態に係る隔離体３は、図１に示すように、多数の開口を有する筒状部材であって、前記埋設管１の内部において前記配管２を内包するように設けられている。
【００２５】
更に具体的には、図１に示すように、非導電性隔離体としての筒状部材３は、網で構成された筒状の隔離体である。この筒状の隔離体３は、汎用品である樹脂製網で筒状の径は所望の径（埋設管の内径より小さい径）にするようにインシュロックバンド等の止め具４で止め、更に埋設管１内の下端となる先端側も前記止め具４を用いて止めることで、筒状に形成している。このように汎用品の網を非導電性隔離体として用いることで、コストを抑えることができる。また前記網を適宜止め具で止めるので、埋設管１の内径に応じた筒状部材を適宜設けることができる。また前記網を止め具で止めるだけなので、前記筒状部材の作成も容易である。
【００２６】
ここで、本実施形態に係る地熱交換装置の具体的な仕様の一例を例示する。本実施形態では、埋設管としての鋼管杭は径２０ｃｍ、深さ１０ｍである。配管としてのステンレス製フレキシブルパイプは径２０ｍｍであり、杭への挿入深さ９．５ｍである。この配管は３本をＵ字形（往復で６本）にし、これらがまとめられている。次に、長方形に切った土壌基盤用の樹脂系網（網目の大きさは３ｃｍ角、太さは４ｍｍ径）をインシュロックバンドを用いて径１７ｃｍ、杭への挿入深さ９．５ｍの筒状にし、さらに先端にもインシュロックバンドを用いて袋状にしている。なお、この網で構成された筒状の隔離体は、鋼管杭の中空部内に遊嵌でき、且つ上記束ねられた配管が網袋内に遊挿できる形状、大きさになっている。
【００２７】
なお、本実施形態では、非導電性隔離体としての多数の開口を有する筒状部材３として、図１に示すように網で構成された筒状の隔離体を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、前記埋設管の内径より小さい径を有する筒状の樹脂成型品であって、該筒状部材の周面に多数の開口を設けられたものであっても良い。すなわち、配管が埋設管内面に接触しない、埋設管と配管との間の熱伝導や熱交換効率を高める、という条件を満たし、前記埋設管の内部において前記配管を内包する筒状部材であれば、その他の形状、構成であっても良い。
【００２８】
上述したように、本実施形態によれば、金属製の埋設管１の内部に配する金属製の配管２が該埋設管１の内面に接触しないように、配管２と埋設管１の内面との間に多数の開口を有する樹脂製の筒状部材３を介在させているので、前記配管２と前記埋設管１との接触による電食を防止することができ、低コストおよび簡易な構成で、長寿命化を図ることができる。また、配管２と埋設管１の間に前記筒状部材３を介在させただけなので、構成が簡易であり、施工が容易な構造である。更に配管２と埋設管１の間に介在する筒状部材３は不連続状、すなわち多数の開口を有する構成であるため、埋設管１と配管２との間の熱伝導や熱交換効率を高めることが可能となる。
【００２９】
〔第２実施形態〕
第２実施形態に係る地熱交換装置について図２を用いて詳しく説明する。本実施形態に係る地熱交換装置は、前記金属製の配管と前記金属製の埋設管の内面との間に不連続状に介在させている非導電性の隔離体が、前述した実施形態とは異なる。その他の構成は前述した実施形態と同様であるため、同一部材には同一符号を付している。以下、本実施形態に係る地熱交換装置における非導電性の隔離体について詳しく説明する。
【００３０】
本実施形態に係る隔離体５は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、前記埋設管１の内部における前記配管２の位置を規制する位置規制部材であって、前記埋設管１の深さ方向に分割して設けられている。
【００３１】
この非導電性隔離体としての樹脂製の位置規制部材５は、埋設管１の内径に近い径の円盤状の部材であり、埋設管１内部における配管２の径方向の位置規制を行う位置規制部５ａを有している。この位置規制部５ａを有する円盤状の部材を埋設管１の深さ方向に分割配置している。本実施形態では、この位置規制部材５を前記深さ方向に２つ配置した場合を例示しているが、この個数や位置は必要に応じて適宜決めれば良いものであって、これに限定されるものではない。位置規制部材は配管に固定（図示せず）されている。
【００３２】
更に前記非導電性の隔離体は、前記位置規制部５ａの他に、開口５ｂが多数設けられている。この開口５ｂは、更に、前記配管２と前記埋設管１との間の熱伝導や熱交換効率を高めるためであり、当然、前記配管２と前記埋設管１との間に第２の熱媒体を充填した場合には該第２の熱媒体の流動を妨げないようにするためでもある。
【００３３】
なお、本実施形態では、非導電性隔離体としての位置規制部材５として、図２（ｃ）に示すように３本のＵ字状配管を位置規制するための６つの位置規制部５ａを有する円盤状の部材を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、図２（ｄ）に示すように、２本のＵ字状配管を位置規制するための４つの位置規制部６ａを有する位置規制部材６であっても良い（図２（ｄ）に示す位置規制部材６にも前記開口６ｂを設けている。）。すなわち、配管が埋設管内面に接触しない、埋設管と配管との間の熱伝導や熱交換効率を高める、という条件を満たし、前記埋設管の内部における前記配管の位置を規制する部材であれば、位置規制部の数は必要に応じて適宜設ければ良く、またその形状および構成についても、埋設管の内径より小さく、前記配管の位置規制ができるものであれば、その他の形状、構成であっても良い。
【００３４】
上述したように、本実施形態によっても、前述した実施形態と同様に、金属製の埋設管１の内部に配する金属製の配管２が該埋設管１の内面に接触しないように、配管２と埋設管１の内面との間に樹脂製の位置規制部材５（又は位置規制部材６）を不連続状に介在させているので、前記配管２と埋設管１との接触による電食を防止することができ、低コストおよび簡易な構成で、長寿命化を図ることができる。また、配管２と埋設管１の間に前記位置規制部材５（又は位置規制部材６）を介在させているだけなので、構成が簡易であり、施工が容易な構造である。更に配管２と埋設管１の間に介在する前記位置規制部材５（又は位置規制部材６）は不連続状、すなわち埋設管１の深さ方向に分割配置されているため、埋設管１と配管２との間の熱伝導や熱交換効率を高めることが可能となる。
【００３５】
なお、前述した実施形態に係る地熱交換装置を用いて中低層用住宅などの建物の地熱利用システムを構築する場合、例えば、前述したような金属製の埋設管、金属製の配管の他に、建物内の配管、配管内の熱媒体を循環させるための循環用ポンプ等が挙げられる。循環用ポンプは、配管内の熱媒体を循環するのに十分な能力を備えているものであれば良い。建物内に配管を設置する場所としては、壁、床、天井、屋根、基礎等が挙げられる。また、この建物内の配管は、床暖房温水パネル、ファンコイル等の冷暖房機器内に組み込まれていても構わない。また、建物内の配管と埋設管内の配管は別の配管によって連結しても良いし、或いは、必要に応じて建物内の配管と埋設管からの配管との間に地中から得た熱を熱源として利用するボイラーやヒートポンプ等をシステムとして組み入れても構わない。建物内の配管と埋設管内の配管を連結する配管は、材質、配管径に関しては、使用態様に応じ任意に決めれば良い。
【００３６】
前述した本発明に係る熱交換用埋設管を地中熱利用装置に用いる場合、その埋設管は、前述したように軟弱地盤対策のために建物の基礎の下に埋設されている基礎杭を利用しても良いし、建物の基礎の下以外の場所に、埋設した埋設管を利用しても良い。
【００３７】
なお、基礎の下以外の場所の例を挙げると、基礎下以外の建物の下や、庭等の建物周縁の空き地、私道、駐車場等がある。このような場所では、例えば管内部に配した配管の劣化や目詰まり等の問題が起きた場合には、上部から配管を引き出す等の作業を行うことにより、メンテナンスを行うことができる。
【００３８】
また前述した実施形態では、非導電性の隔離体を、前記配管と前記埋設管の内面との間に不連続状に介在させた場合を例示したが、該隔離体は不連続状でなくともよい。前記隔離体を、前記配管と前記埋設管の内面との間に介在させるだけで、前記金属製の配管が前記イオン化傾向が異なる金属製の埋設管内面に接触することによる電食を防止することができ、低コストおよび簡易な構成で長寿命化を図ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る地熱交換装置は、中低層住宅などの建物の地熱利用システムにおける地熱交換装置に有効利用できるだけでなく、更に地中熱を利用した融雪システム、霜対策システム、道路氷結対策システムにおける地熱交換装置や、農産物用の温室のシステムにおける地熱交換装置などにも有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る地熱交換装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る地熱交換装置の構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    …鋼管杭（金属製の埋設管）
２    …金属製の配管
３    …筒状部材（隔離体）
４    …止め具
５    …位置規制部材（隔離体）
５ａ  …位置規制部
５ｂ  …開口
６    …位置規制部材（隔離体）
６ａ  …位置規制部
６ｂ  …開口
【図１】
2006029627.tif 000003
【図２】
2006029627.tif 000004