(57)【要約】      （修正有）【課題】地中パイプ中を流通中の空気の地中熱との熱交換の効率を向上させて、戸外からの空気の地中熱との熱交換を利用して行う建物内の空調の効果を大きく高めることができる、空調機能付き建物換気システムを提供する。【解決手段】戸外からの空気を、送風機により、地中に埋設した地中パイプ１内に導入して流通させ、その過程で地中熱と熱交換させ、その熱交換された空気を建物内の空調のために利用するようにした空調機能付き建物換気システムである。前記地中パイプ１は二重管である。前記地中パイプ１の内管２の下方部分には、空気を外部に噴出させるための複数の小孔４が形成されている。前記小孔４から噴出する空気５ｂは、前記内管２の外壁面と約２０〜７０ｍｍの距離を介して対向する外管３の内壁面に対して衝突・接触するように構成されている。【選択図】図１
2018109479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
戸外からの空気を、送風機により、地中に埋設した地中パイプ内において流通させ、その過程で地中熱と熱交換させ、その熱交換された空気を建物内の空調のために利用するようにした、空調機能付き建物換気システムにおいて、
前記地中パイプは、
戸外からの空気がその上方の開口部から内部に供給される内管であって、その下方部分に、前記空気を外部に高速で噴出させるための、直径が２〜８ｍｍであるような複数の各小孔が形成されている内管と、
前記内管の外壁面と２０〜７０ｍｍの距離を介して対向する内壁面であって前記小孔から噴出した空気が衝突する内壁面を有しており、前記内壁面に衝突した後の空気を前記内壁面と前記内管の外壁面との間の空間中において上昇させて建物内に供給する外管と、
により構成されている、衝突噴流を利用する地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システム。
【請求項２】
前記小孔から噴出する空気の速度は５〜４０ｍ／ｓの高速である、請求項１に記載の衝突噴流を利用する地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システム。
【請求項３】
前記内管の下方部分には、前記複数の小孔が形成されている複数の各孔有領域と、前記小孔が形成されていない複数の各孔無領域とが、前記内管の周方向に沿って交互に形成又は配置されている、請求項１に記載の衝突噴流を利用する地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システム。
【請求項４】
前記複数の各孔有領域と前記複数の各孔無領域とは、それぞれ、前記内管の平面中心から見て前記内管の周方向に３０〜６０度の角度範囲となるように形成又は配置されている、請求項３に記載の衝突噴流を利用する地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システム。
【請求項５】
前記孔無領域は、前記孔有領域と前記孔無領域とを合わせた全体に対して約３０〜６０％の面積を有するように、形成又は配置されている、請求項３に記載の衝突噴流を利用する地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、戸外からの空気を地中熱と熱交換させて建物内の空調に利用する、空調機能付き建物換気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、戸外からの空気を、地中に埋設した地中パイプ内に導入し、その中を流通させながら地中熱と熱交換させ、その熱交換した後の空気を建物内の空調のために利用するようにした、空調機能付き建物換気システムが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
図６はこのような従来の地中パイプを備えた空調機能付き建物換気システムの一例を示す概略図である。図６において、１１は戸外からの空気が導入される地中パイプ、１２は送風ファン、１３は外気取入口である。前記地中パイプ１１は、地中に数ｍ、例えば５ｍの深さまで埋設されている。前記地中パイプ１１は、前記送風ファン１２により、戸外からの空気を、自らの内部に導入し流通させながら地中熱と熱交換させるものである。前記地中パイプ１１内で熱交換された空気は、前記地中パイプ１１から、地上の熱交換器１４を介して、床下空間１５内に配置されたメッシュ・パイプ１６（外周部が空気流通可能なメッシュ構造に形成されたパイプ）へ移動する。前記床下空間１５中には、多数のグリ石（図示省略）が充填されて成るグリ石蓄熱層が形成されている。前記空気は、前記メッシュ・パイプ１６の外周部から前記床下空間１５中のグリ石蓄熱層内に移動する。前記グリ石蓄熱層内を通過した空気は、床や間仕切り壁などに設けられた各吹き出し口１７から、各室内に供給される。
【０００４】
次に、図７は、図６に関して説明した従来の地中パイプ１１の構成を示す断面図である。この地中パイプ１１は、内管２１及び外管２２から成る二重管により構成されている。図６の外気取出口１３から取り込まれた外気（図７の符号２０ａ参照）は、外管２２の内壁面と内管２１の外壁面との間の隙間２３内を下降する。そして、前記空気は、前記外管２２の底部２２ａまで下降し、前記底部２２ａに衝突して図示上方に反転し（図７の符号２０ｂ参照）、その後、前記内管２１の下方部分２１ａから内管２１内に移動する。前記内管２１内に移動した空気は、前記内管２１内を上昇し（図７の符号２０ｃ参照）、前記内管２１の上方部分２１ｂから、図６の床下空間１５の方に移動する（図７の符号２０ｄ参照）。
【０００５】
図６及び図７に示すような地中パイプ１１を備えた建物換気システムにおいては、夏季は戸外からの空気が地中熱で冷やされた後に建物内に供給され、冬季は戸外からの空気が地中熱で暖められた後に建物内に供給される。よって、このような建物換気システムは、建物内を換気するとき、同時に、地中熱という自然エネルギーを利用して建物内の空調をも行うことができる空調機能付きの建物換気システムとして、利用が広がっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３０３００２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図８は、前述のような従来の空調機能付き建物換気システムにおける、夏季の地中パイプ１１（地中熱交換器）の熱交換能力の測定結果を示すグラフである。図８に示すように、上記従来システムに使用されている地中パイプ１１（地中熱交換器）における出口温度の入口温度に対する温度降下度は、従来の空調機器に用いられる熱交換器（空調コイル）における出口温度の入口温度に対する温度降下度の約６０％未満に止まっている。すなわち、図８に示すように、従来の地中パイプ１１（地中熱交換器）に例えば３５℃の外気を導入した場合は、約２８℃までしか冷却できず、温度降下度は７℃だけであった。また、図８に示すように、仮に、従来の空調機器に用いられる熱交換器（前記地中パイプ１１の外管の内壁面の平均温度２２．８℃（実験値）と同じ温度の冷水が流されていると仮定した場合の、空調コイル）に３５℃の外気を通した場合は、約２３℃まで冷却させることが可能であり、温度降下度は１２℃となる。このように、従来の地中パイプ１１（地中熱交換器）の熱交換効率は、従来の空調機器に用いられる熱交換器（空調コイル）と比較して、かなり低いものであった。
【０００８】
以上に述べたように、戸外からの空気を地中熱と熱交換してから建物内の換気及び空調のために利用する、従来の空調機能付き建物換気システムにおいては、前記地中パイプ内で行われる前記空気の地中熱との熱交換の効率が悪いため、前記地中パイプ内で地中熱と熱交換された空気を建物内に供給するだけでは建物内の空調効果が十分に得られない、という問題があった。
【０００９】
本発明はこのような従来技術の問題点に着目して為されたものであって、地中パイプ（空気と地中熱との熱交換器）中を流通する空気の地中熱との熱交換の効率を大幅に向上させることにより、戸外からの空気の地中熱との熱交換を利用して行う建物内の空調の効果を大きく高めることができる、空調機能付き建物換気システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来の、戸外からの空気を地中熱と熱交換してから建物内の換気及び空調のために利用する、空調機能付き建物換気システムにおいて、その空調機能を充実させるためには、戸外からの空気を地中熱と熱交換させる地中パイプ（地中熱交換器）の能力を向上させることが必要である。しかしながら、図８に関して前述したように、従来の空調機能付き換気システムに使用されている地中パイプ（地中熱交換器）は、空気と地中熱との熱交換の効率が低いものに止まっていた。
【００１１】
本発明者らは、様々な観点から調査研究した結果、従来の地中パイプ（地中熱交換器）内を流通する空気の全体量の中で、前記地中パイプの内壁面（土壌からの地中熱が伝導されている部分）に全く接触しないまま素通りする空気量の割合（バイパスファクタ）が５０〜６０％と大きいことが、従来の地中パイプ（地中熱交換器）において空気の地中熱との熱交換効率が低かったことの主たる原因であることを、発見した。すなわち、本発明者らの調査研究によると、従来例においては、図７に示すように、外管２２と内管２１との間の隙間２３内を下降する空気の一部は、前記外管２２の内壁面（土壌からの地中熱が伝達されている部分）に接触して地中熱と熱交換されるが、前記隙間２３内を下降する空気の多くは、前記外管２２の内壁面と接触することなく（すなわち、地中熱と熱交換されることなく）、素通りしてしまっていた。このようなバイパスファクタが大きいことが、従来の地中パイプ（地中熱交換器）において空気と地中熱との熱交換効率が低かったことの主たる原因であった。
【００１２】
そこで、本発明者らは、上記の発見に基づき、地中パイプ（地中熱交換器）内を流通している空気を、外管の内壁面に衝突及び接触する衝突噴流に変換させるようにし、これによりバイパスファクタを小さくさせて前記地中パイプによる空気と地中熱との熱交換の効率を向上させることができるようにした、衝突噴流を利用する地中熱交換器、及びこれを備えた空調機能付き建物換気システムを発明した。
【００１３】
このようにして、本発明者らが発明した、衝突噴流を利用する地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システムは、戸外からの空気を、送風機により、地中に埋設した地中パイプ内において流通させ、その過程で地中熱と熱交換させ、その熱交換された空気を建物内の空調のために利用するようにした、空調機能付き建物換気システムにおいて、前記地中パイプは、戸外からの空気がその上方の開口部から内部に供給される内管であって、その下方部分に、前記空気を外部に高速で噴出させるための、直径が２〜８ｍｍであるような複数の各小孔が形成されている内管と、前記内管の外壁面と２０〜７０ｍｍの距離を介して対向する内壁面であって前記小孔から噴出した空気が衝突する内壁面を有しており、前記内壁面に衝突した後の空気を前記内壁面と前記内管の外壁面との間の空間中において上昇させて建物内に供給する外管とにより構成されて成るものである。
なお、上述のように前記内管の外壁面と外管の内壁面との間の距離を２０〜７０ｍｍとしたのは、次の理由による。すなわち、衝突噴流による強制対流熱伝達率の最大値は、（吹付け距離÷小孔径≒９）の近傍で得られることが分かっている（例えば日本機械学会伝熱ハンドブック参照）ところ、前記内管の小孔の孔径が２〜８ｍｍである場合、前記内管と外壁面との間の望ましい距離は、１８〜７２ｍｍ、すなわち約２０〜７０ｍｍということになるからである。
【００１４】
また、本発明による衝突噴流を利用する地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システムにおいては、前記小孔から噴出する空気の速度は５〜４０ｍ／ｓの高速であることが望ましい。
【００１５】
また、本発明による衝突噴流を利用する地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システムにおいては、前記内管の下方部分に、前記複数の小孔が形成されている複数の各孔有領域と、前記小孔が形成されていない複数の各孔無領域とが、前記内管の周方向に沿って交互に形成又は配置されていてもよい。
【００１６】
また、本発明による衝突噴流を利用する地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システムにおいては、前記複数の各孔有領域と前記複数の各孔無領域とは、それぞれ、前記内管の平面中心から見て前記内管の周方向に３０〜６０度の角度範囲となるように形成又は配置されていてもよい。
【００１７】
また、本発明による衝突噴流を利用する地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システムにおいては、前記孔無領域は、前記孔有領域と前記孔無領域とを合わせた全体に対して、約３０〜６０％の面積を有するように、形成又は配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、前記内管の下方部分の複数の各小孔はそれぞれ直径が２〜８ｍｍに形成されているため、前記の送風機により地中パイプ内に導入されて内管内を移動、下降した空気は、前記各小孔からそれぞれ勢い良く高速で噴出する。また、本発明では、前記外管の内壁面は、前記内管の外壁面に対して２０〜７０ｍｍという比較的短い距離を介して対向するように配置されているため、前記各小孔から噴出した空気（噴流）は、前記外管の内壁面に勢い良く衝突する。前記外管に伝導されている地中熱は、前記各小孔から噴出した空気（噴流）が前記外管の内壁面に衝突・接触した時、前記空気へと効率的に伝達される（特に、前記各小孔から噴出した空気が、前記外管の内壁面に衝突・接触した直後の、いったん静止した瞬間、効率的な熱交換が行われる）。このように、本発明においては、前記地中パイプ内を流通している空気を、前記小孔により、前記外管の内壁面に勢い良く衝突及び接触する衝突噴流に変換させるようにした。したがって、本発明によれば、前記バイパスファクタを小さくし、前記地中パイプ内を流通する空気と地中熱との熱交換の効率を、大幅に向上させることができる。よって、本発明によれば、地中熱交換器（地中パイプ）を備えた空調機能付き建物換気システムにおいて、外気と地中熱との熱交換を利用した建物内の空調の効果を、従来よりも大幅に高めることができる。
【００１９】
また、本発明において、前記各小孔から、前記空気が、５〜４０ｍ／ｓ（望ましくは５〜３０ｍ／ｓ、さらに望ましくは１０〜２０ｍ／ｓ）という高速で噴出するようにしたときは、前記各小孔から噴出する空気が前記各小孔と対向する外管の内壁面（土壌からの地中熱が伝導されている部分）に対して勢い良く衝突するため、その衝突時に前記内壁面から前記空気に地中熱が効率的に伝達されるようになる。
【００２０】
また、本発明において、前記内管の下方部分に、前記複数の小孔が形成されている複数の各孔有領域と、前記小孔が形成されていない複数の各孔無領域とを、前記内管の周方向に沿って交互に形成又は配置するようにしたときは、前記各孔無領域と対向する空間が、前記各小孔から噴出した空気が前記外管の内壁面に衝突した後に前記内管の周方向に容易に素早く移動するための「逃げ道・逃げ場所」として機能するので、「前記各小孔から次々と連続的に噴出する空気が前記外管の内壁面に対して次々と連続的に衝突する動作」が、極めて円滑に行われるようになる。
すなわち、もし、前記各孔無領域が無かったならば、前記各孔有領域中の各小孔から噴出した空気は、前記外管の内壁面に衝突した後、前記各孔有領域と対向する空間中を少しずつ低速で上方向に移動して行くことになるが、そのような場合は、前記各小孔から次々と連続的に噴出する空気が、前記外管の内壁面に衝突した後に前記各孔有領域と対向する空間中を少しずつ低速で上方向に移動している空気と衝突してしまうため、「前記各小孔から次々と連続的に噴出する空気が前記外管の内壁面に対して次々と連続的に衝突する動作」を円滑に行うことができなくなってしまう。
これに対し、本発明では、前記各孔有領域と前記各孔無領域とが前記内管の周方向に沿って交互に形成又は配置されているので、前記各孔有領域中の各小孔から噴出した空気は、前記外管の内壁面に衝突した後、速やかに前記内管の周方向に移動してから（前記「逃げ道・逃げ場所」となっている空間の方に移動してから）上方向に移動するようになるので、前述のような「前記各小孔から次々と連続的に噴出する空気が、前記外管の内壁面に衝突した後に前記各孔有領域と対向する空間中を少しずつ低速で上方向に移動している空気と衝突してしまうこと」が無くなり、その結果、「前記各小孔から次々と連続的に噴出する空気が前記外管の内壁面に対して次々と連続的に衝突する動作」を、極めて円滑に行うことができるようになる。
【００２１】
また、本発明において、前記複数の各孔有領域と、前記複数の各孔無領域とを、それぞれ、前記内管の平面中心から見て前記内管の周方向に３０〜６０度の角度範囲となるように形成又は配置したときは、「前記各小孔から次々と連続的に噴出する空気が前記外管の内壁面に対して次々と連続的に衝突する動作」を、より円滑に行えるようになる。
【００２２】
さらに、本発明において、前記孔無領域を、前記孔有領域と前記孔無領域とを合わせた全体に対して、約３０〜６０％の面積を有するように形成又は配置したときは、「前記各小孔から次々と連続的に噴出する空気が前記外管の内壁面に対して次々と連続的に衝突する動作」を、より円滑に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る衝突噴流を利用する地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システムにおいて使用される地中パイプを説明するための概略縦断面図である。
【図２】本実施形態において使用される地中パイプを説明するための概略横断面図である。
【図３】本実施形態において使用される地中パイプ中の内管を外管を透過して示す概略斜視図である。
【図４】従来の地中熱交換器による温度降下度と本実施形態における衝突噴流を利用する地中熱交換器による温度降下度との比較結果を示すグラフである。
【図５】従来の地中熱交換器におけるバイパスファクタと本実施形態における衝突噴流を利用する地中熱交換器におけるバイパスファクタとの比較結果を示すグラフである。
【図６】従来の地中パイプを備えた空調機能付き建物換気システムの一例を示す概略図である。
【図７】図６に示す従来例で使用される地中パイプの構成を示す断面図である。
【図８】従来の空調機能付き建物換気システムにおける地中パイプ（熱交換器）の熱交換能力を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態に係る衝突噴流を利用する地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システムを、図面を用いて説明する。本実施形態は、図６を参照して前述した従来例（地中熱交換器を備えた空調機能付き建物換気システム）と基本的構成は同一であるので、以下では、この従来例と異なる地中パイプ（地中熱交換器）の部分を中心に説明する。
【００２５】
図１は本実施形態において使用される地中パイプ（地中熱交換器）を説明するための概略縦断面図、図２はその概略横断面図、図３は本実施形態において使用される地中パイプ中の内管を外管を透過して示す概略斜視図である。
【００２６】
図１〜３において、１は地中パイプ（地中パイプ１の下端部は、例えば地中深さ約７．５ｍまで、埋設されている）、２は例えば樹脂製の内管、３は前記内管２の外壁面を所定間隔を介して覆うように配置された例えば金属製（アルミ製など）の外管である。前記地中パイプ１は前記内管２と外管３との二重管構造のパイプとして構成されている。前記内管２は、外径が例えば約２５０ｍｍ、長さが例えば約５ｍである。また前記外管３は、外径が例えば約３８０ｍｍ、長さが例えば約７．５ｍである。
なお、上述のように、前記内管２を樹脂製としたのは、次のような理由による。すなわち、熱交換後の空気が前記内管２と前記外管３との間の隙間６内を上昇する過程においては、熱交換後の空気が前記内管２の内部を流れる空気との間で熱交換しないようにする必要があるが、そのためには、前記内管２を樹脂などの熱伝導率の低い材料で形成することが望ましいからである。
【００２７】
本実施形態では、図１〜３に示すように、前記内管２の下方部分２ｂに、多数の小孔４が形成されている。前記各小孔４は、それぞれ、直径が２〜８ｍｍ、例えば５ｍｍに形成されている。また、前記外管３の内壁面は、前記内管２の外壁面に対して、約２０〜７０ｍｍ、例えば４０ｍｍの距離を介して対向するように形成、配置されている。また、前記内管２中の前記複数の小孔４が形成されている孔有領域７（図３参照）を含む板厚は、例えば約２ｍｍである。また、前記内管２中の前記複数の小孔４が形成されている孔有領域７（図３参照）の図示上下方向における長さは例えば約３ｍ（地中約４ｍ〜７ｍ深さ）、前記孔有領域７における内管２の周方向の小孔ピッチは例えば約５９．７ｍｍ、前記孔有領域７における高さ方向の小孔ピッチは例えば約７１．４ｍｍである。
【００２８】
本実施形態において、戸外からの空気は、まず前記内管２内に流入され、その後、前記内管２の下部の多数の各小孔４から、５〜４０ｍ／ｓ、例えば１０〜２０ｍ／ｓの高速で吹き出され、前記外管３の内壁面（土壌からの地中熱が伝導されている部分）に衝突・接触する。前記空気は、自らが前記外管３の内壁面へ衝突・接触した時（前記衝突していったん静止した瞬間）に地中熱と効率良く熱交換されるので、前記空気を前記各小孔４から前記高速で吹き出すことにより、より多量の空気を前記外管３の内壁面に衝突・接触させて地中熱と熱交換させること、すなわち前記バイパスファクタを小さくすることが、可能になる。
【００２９】
本実施形態において、前述のように前記小孔４をその直径が２〜８ｍｍ、例えば５ｍｍとなるように形成したのは、送風機（図６の符号１２参照）の予め設定された風圧及び風量の下で、前記内管２内を下降した空気が前記各小孔４から前記外管３の内壁面の方向に噴出されるとき、前記空気の噴出時の速度・勢いをより大きくすることができるようにするためである。本実施形態では、前記小孔４から噴出される空気の速度が、５〜４０ｍ／ｓ、例えば１０〜２０ｍ／ｓの高速となるように、前記送風機（図６の符号１２参照）の風圧及び風量が予め設定されている。
【００３０】
また、本実施形態では、図２，３に示すように、前記内管２の下方部分２ｂに、前記複数の小孔４が形成されている複数の各孔有領域７と、前記小孔４が形成されていない複数の各孔無領域８とが、それぞれ、前記内管２の周方向に沿って、交互に形成、配置されている。
【００３１】
本実施形態において、前述のように、前記内管２の下方部分２ｂに前記各孔有領域７と前記各孔無領域８とを、前記内管２の周方向に沿って交互に形成、配置するようにしたのは、前記外管３中の前記各孔無領域８と対向する空間を、前記各小孔４から噴出して前記外管３の内壁面に衝突した後の空気が前記内管２の周方向（＝前記外管３の周方向）に沿って速やかに移動できるようにするための「逃げ道・逃げ場所」として機能させるためである。
【００３２】
すなわち、もし前記内管２の下方部分２ｂの全てが孔有領域７とされた場合は、前記各小孔４から噴出して前記外管３の内壁面に衝突した後の空気は、低速度で上方向にしか移動できず、その「逃げ道・逃げ場所」がほとんど無いため、前記外管３の内壁面に衝突した後の空気は、前記内管２の外壁面と前記外管３の内壁面との間の隙間６中の前記孔有領域７と対向する空間から上方に流れようとする際に、他の小孔４から吹き出した噴流に邪魔されて、上方へ円滑に流れることができなくなってしまう。そうなると、「前記外管３の内壁面に衝突した後に前記隙間６中の前記孔有領域７と対向する空間の中を上方に流れようとする空気」の存在が、その後も前記各小孔４から次々と連続的に噴出する空気が前記外管３の内壁面に次々と連続的に衝突することを妨げてしまい、前記地中パイプ１における熱交換の効率が低下してしまう恐れがある。
【００３３】
これに対し、本実施形態では、前記内管２の下方部分２ｂに前記各孔有領域７と前記各孔無領域８とを前記内管２の周方向に沿って交互に形成、配置するようにしたので、前記衝突した後の空気が前記内管２の周方向へ容易に素早く移動するための「逃げ道・逃げ場所」１０（図２参照）を確保しておくことができる。よって、このようにした場合は、前記各小孔４から噴出して前記外管３の内壁面に衝突した後の空気は、前記内管２の外壁面と前記外管３の内壁面との間の隙間６中の前記各孔有領域７と対向している空間、すなわち多数の噴流が存在している空間の中を上方に流れようとせずに、周方向に隣接する「多数の噴流の存在しない空間」に向かって（すなわち、前記隙間６中の前記各孔無領域８と対向する空間である前記「逃げ道・逃げ場所」１０に向かって）、流れるようになる。よって、本実施形態では、前記各小孔４から次々と連続的に噴出する空気が前記外管３の内壁面に対して次々と連続的に衝突する動作（地中熱との熱交換）を、円滑かつ効率的に行えるようになる。
【００３４】
次に、図４は、従来の地中熱交換器による温度降下度と本実施形態における衝突噴流を利用する地中熱交換器による温度降下度との比較結果を示すグラフである。図４に示すように、本実施形態において前記各孔有領域７及び各孔無領域８の全体に対する前記各孔無領域８の全体の面積割合を約５０％にしたときの地中パイプ（地中熱交換器）１による温度降下度は、従来の地中熱交換器（図７の地中パイプ１１）による温度降下度の約２倍となった。すなわち、図４に示すように、本実施形態に使用する地中パイプ（地中熱交換器）１の中では、前記各孔有領域７及び各孔無領域８の全体に対する前記各孔無領域８の全体の面積割合を、約３０〜６０％、特に約５０％にしたとき、その温度降下度が大きく向上した。
【００３５】
また、図５は、従来の地中熱交換器におけるバイパスファクタと本実施形態における衝突噴流を利用する地中熱交換器におけるバイパスファクタとの比較結果を示すグラフである。図５に示すように、従来の地中熱交換器（図７の地中パイプ１１）においてはそのバイパスファクタが約０．６であったが、本実施形態において前記各孔有領域７及び各孔無領域８の全体に対する前記各孔無領域８の全体の面積割合を約５０％にした地中熱交換器（地中パイプ）においては、そのバイパスファクタは０．１〜０．２程度に抑えられた。すなわち、図５に示すように、本実施形態に使用する地中熱交換器の中では、前記各孔有領域７及び各孔無領域８の全体に対する前記各孔無領域８の全体の面積割合を、約３０〜６０％、特に約５０％にしたとき、そのバイパスファクタが大幅に減少した。
【００３６】
以上に述べた本発明者らによる実験結果（図４，図５参照）からは、本実施形態において、前記各孔有領域７と前記各孔無領域８とを前記内管２の周方向に沿って交互に配置する場合は、前記各孔有領域７及び各孔無領域８の全体に対する前記各孔無領域８の全体の面積割合を、約５０％にすることが望ましい。
【００３７】
また、本実施形態では、図２に示すように、前記内管２の下方部分２ｂに形成、配置された各孔有領域７及び各孔無領域８は、それぞれ、前記内管２の平面中心９から見て前記内管２の周方向に約３０〜６０度、例えば約４５度（図２のθ参照）の角度範囲となるように形成、配置されている。このように構成したのは、本発明者らの実験などから、前記各孔有領域７及び前記各孔無領域８のそれぞれの前記内管２の平面中心９から見たときの前記内管２の周方向の角度範囲（図２のθ参照）を約４５度など（約３０〜６０度）としたとき、前記外管３の内壁面に衝突した後の空気の前記各孔有領域７と対向する空間から前記各孔無領域８と対向する空間への移動が容易となり、前記地中パイプ１による熱交換の効率が高くなるからである。
【００３８】
以上のように、本実施形態では、前記内管２の下方部分２ｂに形成した複数の各小孔４の直径を２〜８ｍｍ、例えば５ｍｍに形成すると共に、前記外管３の内壁面を前記内管２の外壁面に対して約２０〜７０ｍｍ、例えば４０ｍｍの距離を介して対向するように形成、配置するようにしたので、前記地中パイプ１内に導入されて前記内管２内を下降した空気は、前記各小孔４からそれぞれ勢い良く高速で噴出し、前記外管３の内壁面に勢い良く衝突する。この衝突の時、前記外管に伝達されていた地中熱は、前記空気へと効率的に伝達される（特に、前記各小孔４から噴出した空気が、前記外管３の内壁面に衝突・接触した直後の、いったん静止した瞬間、効率的な熱交換が行われる）。このように、本実施形態においては、前記地中パイプ１内を流通している空気を、前記小孔４により、土壌からの地中熱が伝導される外管３の内壁面に勢い良く衝突及び接触する衝突噴流に変換させるようにしたので、前記バイパスファクタを小さくし、地中パイプを使用した空気と地中熱との熱交換の効率を大きく向上させ、外気と地中熱との熱交換を利用した建物内の空調の効果を大幅に高めることができる。
【００３９】
また特に、本実施形態においては、前記各小孔４から噴出する空気の速度を５〜４０ｍ／ｓ、例えば１０〜２０ｍ／ｓとした（そのように前記送風機の風圧と風量を予め設定した）。よって、本実施形態によれば、前記各小孔４から噴出した空気は、高速に移動して、次々と連続的に、前記外管３の内壁面に勢い良く衝突するので、このような衝突により、前記外管３の内壁面に伝導されていた地中熱が前記空気に効率的に伝達されるようになる。
【００４０】
また特に、本実施形態においては、前記内管２の下方部分２ｂに、前記複数の小孔４が形成されている複数の各孔有領域７と、前記小孔４が形成されていない複数の各孔無領域８とを、前記内管２の周方向に沿って交互に形成し配置するようにした。したがって、本実施形態においては、前記各孔無領域８と対向する空間を、前記各孔有領域７中の各小孔４から噴出した空気が外管３の内壁面に衝突した後に前記内管２の周方向に容易に移動できる「逃げ道・逃げ場所」として機能させることができる。よって、本実施形態によれば、「前記各孔有領域７中の各小孔４から次々と連続的に噴出する空気が前記外管３の内壁面に対して次々と連続的に衝突する動作」を、極めて円滑に行えるようになる。
【００４１】
また特に、本実施形態においては、前記複数の各孔有領域７と、前記複数の各孔無領域８とを、それぞれ、前記内管２の平面中心９（図２参照）から見て前記内管２の周方向に３０〜６０度、例えば４５度の角度範囲となるように形成し配置するようにした。よって、本実施形態によれば、「前記各孔有領域７中の各小孔４から次々と連続的に噴出する空気が前記外管３の内壁面に対して次々と連続的に衝突する動作」を、より円滑に行えるようになる。
【００４２】
さらに、本実施形態においては、前記複数の各孔無領域８の全体を、前記各孔有領域７及び各孔無領域８の全体に対して、約３０〜６０％、例えば約５０％の面積を有するように形成し配置するようにした。よって、本実施形態によれば、「前記各孔有領域７中の各小孔４から次々と連続的に噴出する空気が前記外管３の内壁面に対して次々と連続的に衝突する動作」を、より円滑に行えるようになる。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態として述べたものに限定されるものではなく、様々な修正及び変更が可能である。例えば、前記実施形態においては、前記内管２の下方部分２ｂに、前記内管２の平面中心９から見て前記内管２の周方向に約４５度（図２のθ参照）の角度範囲であるような計４個の孔有領域７と計４個の各孔無領域８とをそれぞれ前記周方向に沿って交互に配置したが、本発明ではこれに限られるものではなく、例えば、前記内管２の下方部分２ｂに、前記内管２の平面中心９から見て前記内管２の周方向に約３０度の角度範囲であるような計６個の孔有領域と計６個の各孔無領域とをそれぞれ前記周方向に沿って交互に配置するようにしてもよいし、あるいは、前記内管２の下方部分２ｂに、前記内管２の平面中心９から見て前記内管２の周方向に約６０度の角度範囲であるような計３個の孔有領域と計３個の各孔無領域とをそれぞれ前記周方向に沿って交互に配置するようにしてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００４４】
１    地中パイプ
２    内管
２ｂ  内管の下方部分
３    外管
４    小孔
５ａ〜５ｄ   空気（外気）
６    隙間
７    孔有領域
８    孔無領域
９    内管の平面中心
１０  空気の逃げ道（逃げ場所）
【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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