(57)【要約】【課題】地表面からの深さが２ｍ以下の浅層地盤の地中熱を利用してより効率良く熱交換を行うことができる地中熱交換器を提供する。【解決手段】地表面からの深さが２ｍ以下の浅層地盤に埋設される熱交換用配管を備え、地中熱を利用して熱交換用配管内を流れる熱搬送媒体の熱交換を行う地中熱用熱交換器であって、熱交換用配管は、地表面から離れた位置で地表面に対して平行又は略平行に配置される渦巻状配管と、渦巻状配管の一端部に接続され、地表面に向けて螺旋状に延びる螺旋状配管と、渦巻状配管の他端部に接続され、地表面に向けて直線状に延びる直線状配管とを備える。【選択図】図１
2019215129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表面からの深さが２ｍ以下の浅層地盤に埋設される熱交換用配管を備え、地中熱を利用して前記熱交換用配管内を流れる熱搬送媒体の熱交換を行う地中熱用熱交換器であって、
前記熱交換用配管は、
前記地表面から離れた位置で前記地表面に対して平行又は略平行に配置される渦巻状配管と、
前記渦巻状配管の一端部に接続され、前記地表面に向けて螺旋状に延びる螺旋状配管と、
前記渦巻状配管の他端部に接続され、前記地表面に向けて直線状に延びる直線状配管と、
を備える、地中熱交換器。
【請求項２】
前記直線状配管の外周面を被覆する配管用断熱材を更に備える、請求項１に記載の地中熱交換器。
【請求項３】
前記螺旋状配管は、前記地表面側に配置される端部に前記熱搬送媒体が供給される供給口を有し、
前記直線状配管は、前記地表面側に配置される端部に前記熱搬送媒体を排出する排出口を有する、
請求項１又は２に記載の地中熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の地中熱交換器の設置方法であって、
前記浅層地盤に設けられた穴の底部に、前記浅層地盤よりも熱伝導率が高い第１高熱伝導材料を敷設して第１高熱伝導層を形成し、
前記第１高熱伝導層の上に、前記第１高熱伝導材料よりも熱伝導率が高い第２高熱伝導材料を敷設して第２高熱伝導層を形成するとともに、当該第２高熱伝導層の中に前記渦巻状配管を設置し、
前記第２高熱伝導層の上に、前記浅層地盤よりも熱伝導率が高く且つ前記第２高熱伝導材料よりも熱伝導率が低い第３高熱伝導材料を敷設して第３高熱伝導層を形成する、
ことを含む、地中熱交換器の設置方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の地中熱交換器の設置方法であって、
前記螺旋状配管の端部及び前記直線状配管の端部が外部に露出するように、前記熱交換用配管を前記浅層地盤に埋設し、
平面視において前記熱交換用配管を内包するように断熱材を前記渦巻状配管よりも前記地表面側に設置する、
ことを含む、地中熱交換器の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中熱を利用して熱交換用配管内を流れる熱搬送媒体の熱交換を行う地中熱用熱交換器及びその設置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中の温度は、地表面から離れるほど一年間の温度の変化が少なくなる。例えば、地下１０ｍ以上の地中の温度は、一年を通じて約１５℃で安定している。そこで、地下１０ｍ以上の地中熱を利用して熱交換を行う地中熱交換器が開発されている。例えば、非特許文献１には、螺旋状で長尺の熱交換用配管を有し、当該熱交換用配管を地表面から１０ｍ以上の深さまで埋設して熱交換を行うクローズドタイプの地中熱交換器が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】鈴木道哉、雨宮沙耶、大江基明著「地中熱ヒートポンプ用スパイラル型熱交換器の開発」、日本建築学会技術報告集、第２１巻、第４８号、７０９−７１３頁、２０１５年６月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の地中熱交換器においては、螺旋状の熱交換用配管を埋設するために、１０ｍ以上の垂直穴を掘削する必要がある。ビルやマンションなどの比較的大規模な建築物においては、当該建築物の基礎となる杭の長さが通常１０ｍ以上になるため、杭を設置するための掘削機を利用することで、垂直穴の掘削に要する費用を抑えることができる。
【０００５】
しかしながら、個人の住宅など比較的小規模な建築物である場合には、基礎工事等のために掘削する深さは、２ｍ以下であることが多い。このため、１０ｍ以上の垂直穴の掘削のためには、掘削機を別途用意することが必要になる。従って、垂直穴の掘削に要する費用が高くなり、地中熱交換器の設置費用が高くなる。
【０００６】
そこで、地表面からの深さが２ｍ以下の浅層地盤の地中熱を利用して熱交換を行う地中熱交換器が、本出願人により検討されている。しかしながら、浅層地盤の温度は、地表面に近いため、外気温の影響を受けて変動しやすいという課題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、地表面からの深さが２ｍ以下の浅層地盤の地中熱を利用してより効率良く熱交換を行うことができる地中熱交換器及びその設置方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の一態様に係る地中熱交換器は、地表面からの深さが２ｍ以下の浅層地盤に埋設される熱交換用配管を備え、地中熱を利用して前記熱交換用配管内を流れる熱搬送媒体の熱交換を行う地中熱用熱交換器であって、
前記熱交換用配管は、
前記地表面から離れた位置で前記地表面に対して平行又は略平行に配置される渦巻状配管と、
前記渦巻状配管の一端部に接続され、前記地表面に向けて螺旋状に延びる螺旋状配管と、
前記渦巻状配管の他端部に接続され、前記地表面に向けて直線状に延びる直線状配管と、
を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る地中熱交換器によれば、地表面からの深さが２ｍ以下の浅層地盤の地中熱を利用してより効率良く熱交換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る地中熱交換器の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の地中熱交換器が備える渦巻状配管の平面図である。
【図３Ａ】図１の地中熱交換器の設置方法を模式的に示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに続く工程を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｂに続く工程を示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｃに続く工程を示す断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｄに続く工程を示す断面図である。
【図４】地表面の温度が浅層地盤よりも高いときの熱搬送媒体の熱交換の一例を示す図である。
【図５】地表面の温度が浅層地盤よりも高いときの熱搬送媒体の熱交換の一例を示す図である。
【図６】図１の地中熱交換器の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の第１態様によれば、地表面からの深さが２ｍ以下の浅層地盤に埋設される熱交換用配管を備え、地中熱を利用して前記熱交換用配管内を流れる熱搬送媒体の熱交換を行う地中熱用熱交換器であって、
前記熱交換用配管は、
前記地表面から離れた位置に前記地表面に対して平行又は略平行に配置される渦巻状配管と、
前記渦巻状配管の一端部に接続され、前記地表面に向けて螺旋状に延びる螺旋状配管と、
前記渦巻状配管の他端部に接続され、前記地表面に向けて直線状に延びる直線状配管と、
を備える、地中熱交換器を提供する。
【００１２】
本発明の第２態様によれば、前記直線状配管の外周面を被覆する配管用断熱材を更に備える、第１態様に記載の地中熱交換器を提供する。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、前記螺旋状配管は、前記地表面側に配置される端部に前記熱搬送媒体が供給される供給口を有し、
前記直線状配管は、前記地表面側に配置される端部に前記熱搬送媒体を排出する排出口を有する、
第１又は２態様に記載の地中熱交換器を提供する。
【００１４】
本発明の第４態様によれば、第１〜３態様のいずれか１つに記載の地中熱交換器の設置方法であって、
前記浅層地盤に設けられた穴の底部に、前記浅層地盤よりも熱伝導率が高い第１高熱伝導材料を敷設して第１高熱伝導層を形成し、
前記第１高熱伝導層の上に、前記第１高熱伝導材料よりも熱伝導率が高い第２高熱伝導材料を敷設して第２高熱伝導層を形成するとともに、当該第２高熱伝導層の中に前記渦巻状配管を設置し、
前記第２高熱伝導層の上に、前記浅層地盤よりも熱伝導率が高く且つ前記第２高熱伝導材料よりも熱伝導率が低い第３高熱伝導材料を敷設して第３高熱伝導層を形成する、
ことを含む、地中熱交換器の設置方法を提供する。
【００１５】
本発明の第５態様によれば、第１〜３態様のいずれか１つに記載の地中熱交換器の設置方法であって、
前記螺旋状配管の端部及び前記直線状配管の端部が外部に露出するように、前記熱交換用配管を前記浅層地盤に埋設し、
平面視において前記熱交換用配管を内包するように断熱材を前記渦巻状配管よりも前記地表面側に設置する、
ことを含む、地中熱交換器の設置方法を提供する。
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る地中熱交換器の概略構成を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る地中熱交換器１は、地表面ＧＳからの深さが２ｍ以下の浅層地盤ＳＧに埋設される熱交換用配管２を備え、浅層地盤ＳＧの地中熱を利用して熱交換用配管２内を流れる熱搬送媒体の熱交換を行うものである。
【００１９】
熱交換用配管２は、渦巻状配管２１と、螺旋状配管２２と、直線状配管２３とを備えている。
【００２０】
渦巻状配管２１は、地表面ＧＳに対して平行又は略平行に配置される渦巻状の配管である。渦巻状配管２１は、一端部である内側端部２１Ａから複数回旋回しながら他端部である外側端部２１Ｂに向かうように構成されている。本実施形態において、渦巻状配管２１は、複数本の直線状の配管を、渦巻を形成するように互いに連結して構成されている。本実施形態において、互いに隣接する配管は直角又は略直角を成すように連結され、渦巻状配管２１の外形は略矩形である。ここで、「渦巻」とは、内側端部２１Ａと外側端部２１Ｂとを結ぶ仮想直線ＶＬに対して少なくとも２回以上配管が交差するものをいう。
【００２１】
螺旋状配管２２は、地表面ＧＳに向けて螺旋状に延びる配管である。螺旋状配管２２の一端部２２Ａは、渦巻状配管２１の外側端部２２Ｂに接続されている。螺旋状配管２２の他端部２２Ｂは、熱交換用配管２が浅層地盤ＳＧに埋設された際、地表面ＧＳ側に配置される端部である。本実施形態において、螺旋状配管２２は、他端部２２Ｂが外部に露出するように浅層地盤ＳＧに埋設される。螺旋状配管２２の他端部２２Ｂは、水や不凍液などの熱搬送媒体が供給される供給口２２Ｂａを有している。
【００２２】
直線状配管２３は、地表面ＧＳに向けて直線状に延びる配管である。直線状配管２３の一端部２３Ａは、渦巻状配管２１の内側端部２１Ａに接続されている。直線状配管２３の他端部２３Ｂは、熱交換用配管２が浅層地盤ＳＧに埋設された際、地表面ＧＳ側に配置される端部である。本実施形態において、直線状配管２３は、他端部２３Ｂが外部に露出するように浅層地盤ＳＧに埋設される。直線状配管２３の他端部２３Ｂは、水や不凍液などの熱搬送媒体を排出する排出口２３Ｂａを有している。
【００２３】
直線状配管２３は、螺旋状配管２２の内側に配置されている。本実施形態において、直線状配管２３の外周面は、配管用断熱材２４により被覆されている。この配管用断熱材２４により、直線状配管２３内を流れる熱搬送媒体と地中熱との熱交換が抑えられている。
【００２４】
渦巻状配管２１、螺旋状配管２２、及び直線状配管２３は、例えば、鋼管などの金属管や、樹脂製管で構成されている。本実施形態において、渦巻状配管２１、螺旋状配管２２、及び直線状配管２３は、設置性が良く、高い耐久性を有する樹脂製管で構成されている。樹脂製管の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどが挙げられる。
【００２５】
螺旋状配管２２の他端部２２Ｂ及び直線状配管２３の他端部２３Ｂは、外部に配置された熱源機３に接続されている。熱源機３と熱交換用配管２とで、熱搬送媒体が流れる循環流路が構成されている。この循環流路には、図示しないポンプが設けられている。このポンプが駆動されることにより、熱搬送媒体は、熱源機３、螺旋状配管２２、渦巻状配管２１、直線状配管２３の順に流れて、再び熱源機３に戻るように循環される。この循環の過程で、熱搬送媒体が地中熱と熱交換（放熱又は吸熱）する。
【００２６】
本実施形態において、熱源機３は、図示しない冷凍サイクル装置の熱源側熱交換器の一部を構成するものである。冷凍サイクル装置は、熱源機３の他、圧縮機（図示せず）と、利用側熱交換器（図示せず）と、減圧装置（図示せず）とを備えている。熱源機３を流れる熱搬送媒体は、冷凍サイクル装置を流れる冷媒と熱交換する。このとき、熱搬送媒体は顕熱変化し、冷媒は顕熱変化又は潜熱変化する。冷媒としては、例えば、Ｒ４１０ＡやＲ３２などのフッ化炭化水素や、Ｒ２９０などの炭化水素が用いられる。
【００２７】
冷凍サイクル装置は、例えば、熱搬送媒体から冷媒に伝えられた地中熱を利用する空気調和機として、冷房運転や暖房運転を行う。
【００２８】
冷房運転において、冷媒は、圧縮機で圧縮されて高温高圧状態となり、熱源機３へ流入して熱搬送媒体に放熱する。その後、冷媒は、減圧装置で減圧されて低圧の気液二相状態となり、利用側熱交換器へ流入して室内の空気などを冷却する。その後、冷媒は、再び圧縮機に吸入される。このようなサイクルを繰り返すことにより、利用側熱交換器によって吸熱による冷却が行われる。
【００２９】
暖房運転において、冷媒は、圧縮機で圧縮されて高温高圧状態となり、利用側熱交換器へ流入して室内の空気などに放熱する。その後、冷媒は、減圧装置で減圧されて低圧の気液二相状態となり、熱源機３へ流入して熱搬送媒体から吸熱する。その後、冷媒は、再び圧縮機に吸入される。このようなサイクルを繰り返すことにより、利用側熱交換器によって放熱による加熱を行う。なお、利用側熱交換器を床に設けられた放熱パネルとすれば、床暖房を行うこともできる。
【００３０】
次に、本実施形態に係る地中熱交換器１の設置方法の一例について説明する。図３Ａ〜図３Ｅは、本実施形態に係る地中熱交換器１の設置方法の一例を模式的に示す断面図である。
【００３１】
まず、図３Ａに示すように、浅層地盤ＳＧに深さ２ｍ以下の穴Ｐ１を設ける。
【００３２】
次いで、図３Ｂに示すように、穴Ｐ１の底部に、浅層地盤ＳＧよりも熱伝導率が高い第１高熱伝導材料を敷設して第１高熱伝導層４１を形成する。第１高熱伝導材料は、浅層地盤ＳＧの平均的な熱伝導率よりも高い材料であればよい。第１高熱伝導材料は、例えば、珪砂や砂利である。
【００３３】
次いで、図３Ｃに示すように、第１高熱伝導層４１の上に、第１高熱伝導材料よりも熱伝導率が高い第２高熱伝導材料を敷設して第２高熱伝導層４２を形成するとともに、当該第２高熱伝導層４２の中に渦巻状配管２１を設置する。より具体的には、第１高熱伝導層４１の上に第２高熱伝導材料を敷設した後、渦巻状配管２１を設置する。その後、渦巻状配管２１を覆うように第２高熱伝導材料を敷設する。このとき、第２高熱伝導層４２の一部が渦巻状配管２１と地中との間を最短で連通する部分を有するように、第２高熱伝導層４２を形成する。なお、渦巻状配管２１には、螺旋状配管２２及び直線状配管２３が予め接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。第２高熱伝導材料は、例えば、人造黒鉛やアルミナである。
【００３４】
次いで、図３Ｄに示すように、第２高熱伝導層４２の上に、浅層地盤ＳＧよりも熱伝導率が高く且つ第２高熱伝導材料よりも熱伝導率が低い第３高熱伝導材料を敷設して第３高熱伝導層４３を形成する。第３高熱伝導材料は、例えば、珪砂や砂利である。すなわち、第３高熱伝導層４３は、第１高熱伝導材料と同じであってもよい。渦巻状配管２１に螺旋状配管２２及び直線状配管２３を予め接続していない場合は、この工程で渦巻状配管２１に螺旋状配管２２及び直線状配管２３を接続する。
【００３５】
次いで、図３Ｅに示すように、第３高熱伝導層４３上に浅層地盤ＳＧの土を埋め戻し、螺旋状配管２２の他端部２２Ｂ及び直線状配管２３の他端部２３Ｂが外部に露出するように、熱交換用配管２を浅層地盤ＳＧに埋設する。
【００３６】
次に、図４を用いて、地表面ＧＳの温度が浅層地盤ＳＧよりも高いときの熱搬送媒体の熱交換の一例について説明する。
【００３７】
前述したように、浅層地盤ＳＧの温度は、外気温の影響を受けて変動しやすいが、地表面ＧＳからの深さが深くなるほど、その変動は少なくなる。ここでは、地表面ＧＳの温度が３３℃であるものとする。また、深さ０．５ｍの地点の温度が２８℃であり、深さ１．０ｍの地点の温度が２５℃であり、深さ１．５ｍ及び２．０ｍの地点の温度が２５℃であるものとする。また、螺旋状配管２２内に供給口２２Ｂａを通じて４０℃の熱搬送媒体が供給されるものとする。
【００３８】
このとき、供給口２２Ｂａを通じて螺旋状配管２２内に供給された熱搬送媒体の温度は、浅層地盤ＳＧの温度よりも高い。このため、地表面ＧＳから離れて渦巻状配管２１に近づくほど、熱搬送媒体は熱を放出して温度が低くなる。具体的には、熱搬送媒体の温度は、深さ０．５ｍの地点では３５℃になり、深さ１．０ｍの地点は３２℃になり、深さ１．５ｍの地点では２９℃になる。
【００３９】
螺旋状配管２２を通じて渦巻状配管２１内に流入した熱搬送媒体は、渦巻状配管２１内を流れる過程で更に熱を放出して温度が低くなる。具体的には、熱搬送媒体の温度は、渦巻状配管２１の内側端部２１Ａにおいて２５℃になる。このとき、螺旋状配管２２が第２高熱伝導層４２中に位置するとともに、第２高熱伝導層４２が第１高熱伝導層４１と第３高熱伝導層４３との間に挟まれていることにより、熱搬送媒体の放熱が一層促進される。
【００４０】
渦巻状配管２１を通じて直線状配管２３内に流入した熱搬送媒体は、直線状配管２３の外周面が配管用断熱材２４で被覆されているので熱交換が抑えられ、温度が２５℃のまま、排出口２３Ｂａを通じて直線状配管２３内から排出される。
【００４１】
次に、図５を用いて、地表面ＧＳの温度が浅層地盤ＳＧよりも低いときの熱搬送媒体の熱交換の一例について説明する。
【００４２】
ここでは、地表面ＧＳの温度が２℃であるものとする。また、深さ０．５ｍの地点の温度が５℃であり、深さ１．０ｍの地点の温度が６℃であり、深さ１．５ｍ及び２．０ｍの地点の温度が８℃であるものとする。また、螺旋状配管２２内に供給口２２Ｂａを通じて−２℃の熱搬送媒体が供給されるものとする。
【００４３】
このとき、供給口２２Ｂａを通じて螺旋状配管２２内に供給された熱搬送媒体の温度は、浅層地盤ＳＧの温度よりも低い。このため、地表面ＧＳから離れて渦巻状配管２１に近づくほど、熱搬送媒体は地中熱を吸熱して温度が高くなる。具体的には、熱搬送媒体の温度は、深さ０．５ｍの地点では０℃になり、深さ１．０ｍの地点は２℃になり、深さ１．５ｍの地点では３℃になる。
【００４４】
螺旋状配管２２を通じて渦巻状配管２１内に流入した熱搬送媒体は、渦巻状配管２１内を流れる過程で更に地中熱を吸熱して温度が高くなる。具体的には、熱搬送媒体の温度は、渦巻状配管２１の内側端部２１Ａにおいて５℃になる。このとき、螺旋状配管２２が第２高熱伝導層４２中に位置するとともに、第２高熱伝導層４２が第１高熱伝導層４１と第３高熱伝導層４３との間に挟まれていることにより、熱搬送媒体の吸熱が一層促進される。
【００４５】
渦巻状配管２１を通じて直線状配管２３内に流入した熱搬送媒体は、直線状配管２３の外周面が配管用断熱材２４で被覆されているので熱交換が抑えられ、温度が５℃のまま、直線状配管２３の排出口２３Ｂａから排出される。
【００４６】
本実施形態によれば、地表面ＧＳから離れた位置である穴Ｐ１の底部に、地表面ＧＳに対して平行又は略平行に配置される渦巻状配管２１を備えている。すなわち、温度の変動が小さい部分に、二次元的に熱交換性能の高い（単位設置面積当たりの熱交換量が高い）渦巻状配管２１を設けるようにしている。これにより、熱搬送媒体と地中熱との間でより効率良く熱交換することができる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、渦巻状配管２１によって地表面ＧＳから渦巻状配管２１までの熱搬送媒体の流路を長くすることができる。これにより、地表面ＧＳと渦巻状配管２１との間の地中熱も有効に利用して、熱搬送媒体と地中熱との間でより一層効率良く熱交換することができる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、直線状配管２３の外周面を被覆する配管用断熱材２４を備えている。これにより、渦巻状配管２１を通じて直線状配管２３内に流入した熱搬送媒体が、地表面ＧＳに近づくに連れて温度の変動が大きくなる地中熱の影響を受けることを抑えることができる。
【００４９】
なお、本実施形態に係る地中熱交換器１が、従来の浅層地盤ＳＧに埋設される地中熱交換器と比較して、約２倍の熱交換性能を有することを実験により確認している。すなわち、本実施形態に係る地中熱交換器１によれば、前記従来の地中熱交換器の約半分の設置面積で同程度の熱交換性能を得ることができる。従って、本実施形態に係る地中熱交換器１は、より狭い敷地に設置するときに有利である。また、複数の地中熱交換器１を浅層地盤ＳＧに埋設することで、所望の熱交換性能を得ることができる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、熱交換用配管２を浅層地盤ＳＧに埋設するので、掘削機を別途用意する必要性を無くすことができる。例えば、個人の住宅などの比較的小規模な建築物の基礎工事に用いられる小型のパワーショベルの１回の掘削深さは、１．０ｍ程度である。このため、当該パワーショベルで２，３回掘削するだけで、熱交換用配管２を設置するための深さ１．０ｍ〜２．０ｍの穴Ｐ１を設けることができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、渦巻状配管２１を第２高熱伝導層４２内に配置し、第２高熱伝導層４２を第１高熱伝導層４１と第３高熱伝導層４３との間に挟むようにしている。この構成によれば、渦巻状配管２１内を流れる熱搬送媒体と地中熱との熱交換を一層促進することができ、熱交換性能をより向上させることができる。
【００５２】
なお、本実施形態のように、第１高熱伝導層４１と第２高熱伝導層４２と第３高熱伝導層４３とを積層構造とせず、第１〜第３高熱伝導材料を均一に混合して単層構造とした場合、熱交換性能（熱拡散性能）が約半減することを実験により確認している。すなわち、同じ高熱伝導材料を同量用いた場合であっても、単層構造ではなく、積層構造とすることで熱交換性能を大幅に向上させることができる。
【００５３】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、図６に示すように、平面視において（すなわち、地表面ＧＳから直交する方向から見て）、熱交換用配管２を内包するように断熱材５を地表面ＧＳに設置してもよい。この構成によれば、浅層地盤ＳＧが外気温から受ける影響を抑えることができ、浅層地盤ＳＧの温度変動を抑えて、地中熱交換器１による熱交換性能を一層向上させることができる。なお、断熱材５は、地表面ＧＳ上に設置することに限定されるものではなく、渦巻状配管２１よりも地表面ＧＳ側に設置すればよい。
【００５４】
また、前記では、渦巻状配管２１が、複数本の直線状の配管を、渦巻を形成するように互いに連結して構成されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、渦巻状配管２１は、渦巻を形成するように一本の配管を複数回折り曲げて構成してもよい。
【００５５】
また、前記では、渦巻状配管２１の外形は略矩形であるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、渦巻状配管２１の外形は略円形であってもよい。この場合、継ぎ手部分や折り曲げ部分を不要として熱損失を抑えることができる。なお、渦巻状配管２１の外形を略矩形とした場合には、渦巻状配管２１の外形を略円形とするよりも単位設置面積当たりの熱交換量を約１．３倍にすることができる。
【００５６】
また、前記では、渦巻状配管２１の外側端部２２Ｂに螺旋状配管２２の一端部２２Ａが接続され、渦巻状配管２１の内側端部２２Ａに直線状配管２３の一端部２３Ａが接続されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、渦巻状配管２１の内側端部２２Ａに螺旋状配管２２の一端部２２Ａが接続され、渦巻状配管２１の外側端部２２Ｂに直線状配管２３の一端部２３Ａが接続されてもよい。
【００５７】
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る地中熱交換器は、地表面からの深さが２ｍ以下の浅層地盤の地中熱を利用してより効率良く熱交換を行うことができるので、特に、個人の住宅などの比較的小規模な建築物の地下に埋設する地中熱交換器として有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１      地中熱交換器
２      熱交換用配管
３      熱源機
５      断熱材
２１      渦巻状配管
２１Ａ    内側端部
２１Ｂ    外側端部
２２      螺旋状配管
２２Ａ    一端部
２２Ｂ    他端部
２２Ｂａ  供給口
２３      直線状配管
２３Ａ    一端部
２３Ｂ    他端部
２４      配管用断熱材
４１      第１高熱伝導層
４２      第２高熱伝導層
４３      第３高熱伝導層
ＧＳ      地表面
Ｐ１      穴
ＳＧ      浅層地盤
ＶＬ      仮想直線
【図１】
2019215129.tif 000003
【図２】
2019215129.tif 000004
【図３Ａ】
2019215129.tif 000005
【図３Ｂ】
2019215129.tif 000006
【図３Ｃ】
2019215129.tif 000007
【図３Ｄ】
2019215129.tif 000008
【図３Ｅ】
2019215129.tif 000009
【図４】
2019215129.tif 000010
【図５】
2019215129.tif 000011
【図６】
2019215129.tif 000012