(57)【要約】【課題】熱伝達効率の低下を抑制しつつ、所望の熱交換機能を確保することができ、さらに施工費の増大を抑えることができる。【解決手段】地中連続壁用の芯材４に沿って配置されるとともに、熱媒体を流通させて土壌と熱交換を行うための往管部２及び還管部３を有する熱交換用配管１０を備え、往管部２は、往側直管部２１と、管中心線を中心に螺旋状に巻き回された螺旋部２２とを有し、還管部３は、還側直管部３１のみで構成され、往側直管部２１及び還側直管部３１は、それぞれ金属材料から形成される接続金具５Ａ、５Ｂによって芯材４に支持され、接続金具５は、往側直管部２１及び還側直管部３１の周面を少なくとも一部を覆うように面接触により保持している構成の地中熱交換器１を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中連続壁用の芯材に沿って配置されるとともに、熱媒体を流通させて土壌と熱交換を行うための往管部及び還管部を有する熱交換用配管を備えた地中熱交換器であって、
前記往管部は、往側直管部と、管中心線を中心に螺旋状に巻き回された螺旋部とを有し、
前記還管部は、還側直管部のみで構成され、
前記往側直管部及び前記還側直管部は、それぞれ金属材料から形成される接続金具によって前記芯材に支持され、
前記接続金具は、前記往側直管部及び前記還側直管部の周面を少なくとも一部を覆うように面接触により保持していることを特徴とする地中熱交換器。
【請求項２】
前記接続金具は、前記往側直管部及び前記還側直管部との接触面を有する保持部を有し、
該保持部の接触面は、前記熱交換用配管の外径寸法に一致して湾曲する半円状に形成されてい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】
前記接続金具と前記熱交換用配管との接触面は、前記熱交換用配管以上の熱伝導率を有する接着剤によって接着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地中熱交換器。
【請求項４】
前記熱交換用配管の下端部分は、保護カバーによって覆われていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の地中熱交換器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の地中熱交換器の施工方法であって、
前記芯材の外周面に、前記往側直管部及び螺旋部を有する前記往管部と、前記還側直管部のみから構成される前記還管部とを前記接続金具を介して支持させる工程と、
前記熱交換用配管が配設された前記芯材を複数地中に打設する工程と、
複数の前記芯材の前記還管部の上端同士、及び前記還管部の上端同士を接続する工程と、
を有することを特徴とする地中熱交換器の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中連続壁とともに設置される地中熱交換器及びその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地中熱を利用したヒートポンプ空調システムとしては、ヒートポンプと土壌の熱交換に用いられている。この場合、例えばポリエチレン等の素材の長尺のＵチューブからなる熱交換用配管を地中に埋設するため、その工事が施工費を増大させている。そこで、コストの低減を図るために、地中連続壁を施工する際に、地中に設置するＨ形鋼などの芯材に添わせて熱交換用のＵチューブを同時に埋設する地中熱交換器が、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１４７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の地中熱交換器では、以下のような問題があった。
すなわち、熱交換用配管（Ｕチューブ）を添わせるための地中連続壁の芯材は、従来のＳＭＷ（Ｓｏｉｌ  Ｍｉｘｉｎｇ  Ｗａｌｌ）工法等によって施工され、通常２０〜４０ｍ程度の深さ（長さ）を埋設するのが一般的となっている。これに対して地中熱交換器として利用される熱交換用配管は、例えば８０〜１２０ｍの長さが一般的に必要とされている。そのため、熱交換用配管を単に芯材に添わせて施工しても、熱交換用配管として必要な深さ（長さ）を確保することができず、その点で改善の余地があった。
そこで、芯材を利用して熱交換用配管を埋設することで施工費を抑えつつも、所望の熱交換機能を確保できる地中熱交換器が求められていた。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、熱伝達効率の低下を抑制しつつ、所望の熱交換機能を確保することができ、さらに施工費の増大を抑えることができる地中熱交換器及びその施工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】
上記目的を達成するため、本発明に係る地中熱交換器では、地中連続壁用の芯材に沿って配置されるとともに、熱媒体を流通させて土壌と熱交換を行うための往管部及び還管部を有する熱交換用配管を備えた地中熱交換器であって、前記往管部は、往側直管部と、管中心線を中心に螺旋状に巻き回された螺旋部とを有し、前記還管部は、還側直管部のみで構成され、前記往側直管部及び前記還側直管部は、それぞれ金属材料から形成される接続金具によって前記芯材に支持され、前記接続金具は、前記往側直管部及び前記還側直管部の周面を少なくとも一部を覆うように面接触により保持していることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明に係る地中熱交換器の施工方法では、前記芯材の外周面に、前記往側直管部及び螺旋部を有する前記往管部と、前記還側直管部のみから構成される前記還管部とを前記接続金具を介して支持させる工程と、前記熱交換用配管が配設された前記芯材を複数地中に打設する工程と、複数の前記芯材の前記還管部の上端同士、及び前記還管部の上端同士を接続する工程と、を有することを特徴としている。
【０００８】
本発明では、往管部の一部に設けられる螺旋部によって、往管部の配管長を長く設定することができる。そのため、地中連続壁用の芯材に添わせる熱交換用配管の、熱交換機能を発揮するうえで必要な長さが不足する場合であっても、螺旋部によって熱交換に必要な配管長を確保することが可能となり、芯材の長さに合わせて適宜な配管長の熱交換用配管を設けることができる。
【０００９】
また、芯材を地中に打設する前に予め熱交換用配管を芯材に添わせて配置しておくことで、その芯材を熱交換用配管とともに地中に打設することができ、施工の簡略化を図ることができる。
【００１０】
さらに、往側直管部及び還側直管部は、芯材に対して接続金具を介して支持され、しかもその接続金具で往側直管部及び還側直管部の周面の少なくとも一部を覆うように面接触により保持されているので、芯材と熱伝導の良好な鉄などの金属材料からなる接続金具で接続することで、鋼材からなる芯材によっても熱交換機能を補助することができる。とくに、熱交換用配管を全体的に芯材に密着させて配置することで、前記熱交換機能をより高めることができる。
さらにまた、接続金具が熱交換用配管の材料以上の熱伝導率をもたせることで、熱伝達機能をさらに向上させることが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る地中熱交換器では、前記接続金具は、前記往側直管部及び前記還側直管部との接触面を有する保持部を有し、該保持部の接触面は、前記熱交換用配管の外径寸法に一致して湾曲する半円状に形成されていることが好ましい。
【００１２】
この場合には、接続金具の保持部の接触面が往側直管部及び還側直管部の周面に対して面接触させることができるので、その直管部と接続金具との間の熱伝達効率を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る地中熱交換器では、前記接続金具と前記熱交換用配管との接触面は、前記熱交換用配管以上の熱伝導率を有する接着剤によって接着されていることが好ましい。
【００１４】
このような構成による地中熱交換器によれば、接続金具と熱交換用配管とが接着剤で固着されているので、芯材を地中に打設する際に、熱交換用配管が芯材から外れるのを防止することができる。そして、接着剤自体の熱伝導率が熱交換用配管以上であるので、接着剤による熱伝達効率の低下を抑制することができる。
【００１５】
また、本発明に係る地中熱交換器では、前記熱交換用配管の下端部分は、保護カバーによって覆われていることが好ましい。
【００１６】
本発明では、熱交換用配管の下端部分が保護カバーによって覆われて保護された状態となるので、芯材の打設時に地盤と接触することによって熱交換用配管が外れたり、破損するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の地中熱交換器及びその施工方法によれば、熱交換用配管を接続金具を介して地中連続壁の芯材に接続して、芯材による熱交換機能をもたせることで、熱伝達効率の低下を抑制することができる。そして、熱交換用配管に螺旋部を設けることで、所望の熱交換機能を確保することができる。
さらに、芯材の打設施工の際に地中に設置する芯材に添わせて熱交換用配管を同時に埋設することで、熱交換用配管の施工費の増大を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態による地中熱交換器を地中連続壁の芯材に配置した状態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す地中熱交換器の一部破断した拡大斜視図である。
【図３】地中熱交換器を芯材の上端側から見た上面図である。
【図４】図３に示す熱交換用配管を支持する接続金具の拡大上面図である。
【図５】他の実施の形態による地中熱交換器の上面図であって、図３に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態による地中熱交換器及びその施工方法について、図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態による地中熱交換器１は、地中連続壁４０用の芯材４に沿って配置されるとともに、熱媒体を流通させて土壌と熱交換を行うための熱交換用配管１０を備えている。
地中連続壁４０は、周知のＳＭＷ（Ｓｏｉｌ  Ｍｉｘｉｎｇ  Ｗａｌｌ）工法によって施工され、芯材４として本実施の形態ではＨ形鋼の鋼材を用いたものを一例としている。芯材４は、地中連続壁４０の剛性を高めるためのものであり、ソイルセメント（図１で二点鎖線）の内部に配置されている。
【００２１】
図２に示すように、地中熱交換器１は、往管部２及び還管部３を有する前記熱交換用配管１０と、この熱交換用配管１０を芯材４に添わせて固定するための金属材料から形成される接続金具５と、を有している。熱交換用配管１０は、芯材４の下端部分でＵ字状に折り返されて下端部分が形成され、往管部２及び還管部３のそれぞれが延在方向を芯材４の材軸方向Ｘに向けて配置されている。往管部２及び還管部３は、Ｈ形鋼の芯材４の一方のフランジ４１の地山側（外周面４１ａ）に配置されている。
【００２２】
往管部２及び還管部３は、図１に示すように、複数の芯材４の還管部２の上端２ａ同士、及び還管部３の上端３ａ同士が、それぞれ地上往路管６、地上還路管７に接続されている。なお、地上往路管６の上流側及び地上還路管７の下流側は、図示しないヒートポンプに接続されている。
【００２３】
熱交換用配管１０は、往管部２が上端側に位置する往側直管部２１と、管中心線（材軸方向Ｘ）を中心にして上下方向に沿って螺旋状に巻き回された螺旋部２２とを有し、還管部３が還側直管部３１のみで構成されている。なお、熱交換用配管１０として、可撓性を有するポリエチレン管が使用されている。
往側直管部２１の長さ寸法としては、少なくとも往管部２の管長の１／１０の長さ寸法を有することが好ましい。
【００２４】
往側直管部２１及び還側直管部３１は、それぞれ接続金具５によって芯材４に支持されている。接続金具５は、往側直管部２１及び還側直管部３１の周面の一部を覆うように面接触により保持している。つまり、往側直管部２１の第１接続金具５Ａは、還側直管部３１の第２接続金具５Ｂよりも材軸方向Ｘの長さが短くなっている。
【００２５】
図３及び図４に示すように、接続金具５（５Ａ、５Ｂ）は、芯材４に溶接等の固着手段により固定される基端部５１と、往側直管部２１及び還側直管部３１との接触面５２ａを有する保持部５２と、を有している。
接続金具５は、鉄などの熱交換用配管１０以上の熱伝導率である金属材料のものが好ましい。例えば上述したように汎用のポリエチレン管であればそれ以上の熱伝導率（０．４１Ｗ／ｍＫ）を有することで熱伝達の妨げを抑制することができる。
【００２６】
保持部５２の接触面５２ａは、熱交換用配管１０の外径寸法に一致して湾曲する半円状に形成されている。そして、この接触面５２ａは、熱交換用配管１０に対して、熱交換用配管１０以上の熱伝導率を有する接着剤（図示省略）によって接着されている。
【００２７】
なお、第２接続金具５２は、還側直管部３１における管軸方向Ｘの全体にわたって支持する長さ寸法を有しているが、これに限定されることはない。すなわち、第２接続金具５２は、管軸方向Ｘ（長さ方向）に複数に分割されていてもよいし、管軸方向Ｘの全体でなく部分的に設けられる構成とすることも可能であるが、この場合、還側直管部３１のうち１／２以上の範囲が第２接続金具５２によって保持されていることが熱伝導の観点から好ましい。
【００２８】
次に、上述した地中熱交換器１の施工方法について図面を用いて説明する。
先ず、図１に示すように、芯材４の一方のフランジ４１の外周面４１ａに、往側直管部２１及び螺旋部２２を有する往管部２と、還側直管部３１のみから構成される還管部３とを接続金具５Ａ、５Ｂを介して支持させる。このとき、図１及び図２に示す二点鎖線の保護カバー８によって熱交換用配管１０の下端部分を覆っておくことが好ましい。
【００２９】
次いで、図示しない打設機械を用いて、交換用配管１０が配設された複数の芯材４を順次地中に打設する。つまり、芯材４の打設作業と同時に熱交換用配管１０を地中に埋設することができ、この熱交換用配管１０を埋設するための作業を省略することができる。
その後、打設した複数の芯材４、４、…の還管部２の上端２ａ同士、及び還管部３の上端３ａ同士を、それぞれ地上往路管６及び地上還路管７に接続することで、熱交換システムが構成される。
【００３０】
次に、上述した地中熱交換器の作用について図面を用いて説明する。
図１に示すように、本実施の形態では、往管部２の一部に設けられる螺旋部２２によって、往管部２の配管長を長く設定することができる。そのため、地中連続壁４０用の芯材４に添わせる熱交換用配管１０の、熱交換機能を発揮するうえで必要な長さが不足する場合であっても、螺旋部２２によって熱交換に必要な配管長を確保することが可能となり、芯材４の長さに合わせて適宜な配管長の熱交換用配管１０を設けることができる。
【００３１】
また、芯材４を地中に打設する前に予め熱交換用配管１０を芯材４に添わせて配置しておくことで、その芯材４を熱交換用配管１０とともに地中に打設することができ、施工の簡略化を図ることができる。
【００３２】
さらに、往側直管部２１及び還側直管部３１は、芯材４に対して接続金具５を介して支持され、しかもその接続金具５で往側直管部２１及び還側直管部３１の周面の少なくとも一部を覆うように面接触により保持されているので、芯材４と熱伝導の良好な鉄などの金属材料からなる接続金具５で接続することで、鋼材からなる芯材４によっても熱交換機能を補助することができる。とくに、熱交換用配管１０を全体的に芯材４に密着させて配置することで、前記熱交換機能をより高めることができる。
さらにまた、接続金具５が熱交換用配管１０の材料以上の熱伝導率をもたせることで、熱伝達機能をさらに向上させることが可能となる。
【００３３】
また、接続金具５の保持部５２の接触面５２ａが往側直管部２１及び還側直管部３１の周面に密接させることができるので、それら直管部２１、３１と接続金具５との間の熱伝達効率を向上させることができる。
【００３４】
また、本実施の形態では、接続金具５と熱交換用配管１０とが上述した接着剤で固着されているので、芯材４を地中に打設する際に、熱交換用配管１０が芯材４から外れるのを防止することができる。そして、接着剤自体の熱伝導率が熱交換用配管１０以上であるので、接着剤による熱伝達効率の低下を抑制することができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、熱交換用配管１０の下端部分が保護カバー８によって覆われて保護された状態となるので、芯材４の打設時に地盤と接触することによって熱交換用配管１０が外れたり、破損するのを防止することができる。
【００３６】
上述のように本実施の形態による地中熱交換器及びその施工方法では、熱交換用配管１０を接続金具５を介して地中連続壁４０の芯材４に接続して、芯材４による熱交換機能をもたせることで、熱伝達効率の低下を抑制することができる。そして、熱交換用配管１０に螺旋部２２を設けることで、所望の熱交換機能を確保することができる。
さらに、芯材４の打設施工の際に地中に設置する芯材４に添わせて熱交換用配管１０を同時に埋設することで、熱交換用配管１０の施工費の増大を抑えることができる。
【００３７】
以上、本発明による地中熱交換器及びその施工方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、地中熱交換器１をＨ形鋼の芯材４の一方のフランジ４１の外周面４１ａに添わせて設けられているが、この位置に限定されることはない。例えば、図５に示すように、Ｈ形鋼の内側領域、すなわち一対のフランジ４１、４２、及びウェブ４３によって囲まれる一方の領域（図５の符号Ｒ）に配置するようにしてもよい。地中熱交換器１Ａは、往管部２及び還管部３ともにフランジ４１、４２の内面４１ｂ、４２ｂに固定された接続金具５Ａ、５Ｂによって支持されている。この場合、螺旋部２２の巻き回しによる回転半径ｒがフランジ幅Ｄの１／２未満に設定されている。
また、芯材４のうちウェブ４３を挟んだ両側の前記内側領域Ｒに対して地中熱交換器１Ａを配置するようにしても良い。
【００３８】
また、接続金具５の形状、寸法についても本実施の形態に限定されることはない。
さらに、熱交換用配管１０の材質、径寸法、長さ寸法、螺旋部２２の回転半径、巻き数等の構成は、芯材４の構成などに応じて適宜設定することができる。
【００３９】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１Ａ  地中熱交換器
２  往管部
３  還管部
４  芯材
５、５Ａ、５Ｂ  接続金具
６  地上往路管
７  地上還路管
８  保護カバー
１０  熱交換用配管
２１  往側直管部
２２  螺旋部
３１  還側直管部
４０  地中連続壁
５２  保持部
５２ａ  接触面
Ｘ  材軸方向
【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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