(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで充分な地熱を取得することが可能な地熱利用システムを提供する。【解決手段】表層土と、前記表層土の下方に埋設された熱伝導率が０．１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、かつ、厚さが２０ｍｍ〜５００ｍｍである遮熱層と、前記遮熱層の下方に形成されたボアホールとからなる地熱取得部と、前記地熱取得部の前記ボアホール内を通り、前記地熱取得部外を巡り、内部に水又は不凍液を循環させる熱交換パイプと、前記熱交換パイプに接続され、前記熱交換パイプ内に水又は不凍液を循環させるポンプユニット部とからなる地熱利用システム。【選択図】図１
2008128494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層土と、前記表層土の下方に埋設された熱伝導率が０．１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、かつ、厚さが２０ｍｍ〜５００ｍｍである遮熱層と、前記遮熱層の下方に形成されたボアホールとからなる地熱取得部と、
前記地熱取得部の前記ボアホール内を通り、前記地熱取得部外を巡り、内部に水又は不凍液を循環させる熱交換パイプと、
前記熱交換パイプに接続され、前記熱交換パイプ内に水又は不凍液を循環させるポンプユニット部とからなる
ことを特徴とする地熱利用システム。
【請求項２】
熱交換パイプは、最外層に設けられた熱伝導率が０．８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ、熱放射率が０．８５以上である合成樹脂組成物層と、前記合成樹脂組成物層の内面側に設けられた金属層と、前記金属層の内面側に設けられた少なくとも１種の酸化防止剤を含有するポリオレフィン合成樹脂層とからなる金属複合管であることを特徴とする請求項１記載の地熱利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低コストで充分な地熱を取得することが可能な地熱利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、灯油ボイラ、ガス給湯機、ヒートポンプ等で加熱した湯、又は、不凍液を、路盤等に循環させることによって除雪を行う無散水融雪システムは、融雪性能が高く、人手を要しない自動制御可能なシステムとして、全国各地で施工され好評を博している。
近年では、このような無散水融雪システムの利便性を享受しながら、ランニングコストを低下させるべく、特にその熱源の取得方法について様々に検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、融雪システムの熱源として廃湯を用いる方法が開示されている。この方法によれば、従来、未利用のまま捨てられていた廃湯が持つ熱エネルギーを有効に活用することによって、石油等の化石燃料の消費を抑制することができる。
【０００４】
しかしながら、廃湯の熱を利用する場合、例えば、廃湯の熱エネルギー自体が不足する場合がある。また、特に明け方から早朝にかけては、雪による凍結等の問題が発生しやすいのに対し、この時間帯には人間が活動していないことから、廃湯を充分に確保することが困難であること等、必要なときに、必要な熱量を確保することができないという問題があった。
【０００５】
これに対して、給湯器を用いて廃湯を貯留したタンクを保温する方法が検討されているが、このような方法では、結局石油等の化石燃料を消費しなければならないという問題や、不純物が混入する場合があり、配管につまりが生じること等の問題があった。
【０００６】
また、例えば、特許文献２には、融雪システムの熱源として地熱を用いる方法が開示されている。この方法によれば、人工的な発熱源の使用を抑え、石油等の化石燃料の消費を抑制することができる。
【０００７】
しかしながら、単に地面を掘削して地熱を取得しようとする場合、地面を浅く掘削した場合には、地表面の気温や太陽放射等の影響を受けることによって、融雪等に直接利用するために必要な地熱を安定的に取得することができず、結局補助熱源の設置をしなければならない。
一方、安定的に充分な地熱を取得しようと、概ね年間を通じて１２〜１８℃の地層に達するまで地面を深く掘削する場合には、掘削等にかかる初期費用が極めて高くなってしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−１３７７２７号公報
【特許文献２】特開２００１−１０７３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記に鑑み、低コストで充分な地熱を取得することが可能な地熱利用システム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】
【０００９】
本発明は、表層土と、前記表層土の下方に埋設された熱伝導率が０．１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、かつ、厚さが２０ｍｍ〜５００ｍｍである遮熱層と、前記遮熱層の下方に形成されたボアホールとからなる地熱取得部と、前記地熱取得部の前記ボアホール内を通り、前記地熱取得部外を巡り、内部に水又は不凍液を循環させる熱交換パイプと、前記熱交換パイプに接続され、前記熱交換パイプ内に水又は不凍液を循環させるポンプユニット部とからなる地熱利用システムである。
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明者らは、鋭意検討の結果、地熱取得部として、表層土の下方に、所定の熱伝導率と厚さとを有する遮熱層を埋設し、更に下方にボアホールを形成し、該ボアホール内に熱交換パイプを通して地熱を取得することによって、従来と比較して５〜１０ｍ程度地面を浅く掘削してボアホールを形成した場合であっても、地熱を安定的に取得することが可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
図１は、本発明の地熱利用システムの一例を示す模式図である。図１に示すように、地熱利用システム１は、表層土２１と、表層土２１の下方に埋設された遮熱層２２と、遮熱層２２の下方に形成されたボアホール２３とからなる地熱取得部２０と、ボアホール２３内部を通り、前記地熱取得部２０外を巡り、内部に水又は不凍液を循環させる熱交換パイプ３０と、熱交換パイプ３０に接続され、熱交換パイプ３０内に水又は不凍液を循環させるポンプユニット部４０とからなる構造を有する。
熱交換パイプ３０は、例えば、屋内又は路盤に埋設して、融雪パイプ部３１として使用される。熱交換パイプ３０内部を循環する水又は不凍液は、地熱取得部２０において、ボアホール２３内を通り地熱を取得し、路盤に埋設された融雪パイプ部３１において、取得した地熱を放出する。
【００１２】
上記地熱取得部は、表層土と、前記表層土の下方に埋設された熱伝導率が０．１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、かつ、厚さが２０ｍｍ〜５００ｍｍである遮熱層と、前記遮熱層の下方に形成されたボアホールとからなる。
一般に、地面を掘削していくと、その地域の気候、地下水位、温泉の有無等の環境により異なるが、掘削深度が７〜１０ｍ程度に達すると、地中温度は、年間を通じて安定的に１２℃〜１８℃程度となる。また、掘削深度が１０〜５０ｍ程度でも、表層土の温度は、年間を通じて安定的に１２℃〜１８℃程度となる。更に、掘削深度が１００ｍ程度に達すると、地中温度は更に上昇に転じることがある。
【００１３】
上記表層土は、一般的に、約１．５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有し、地表面の気温、太陽日射、風等の影響を地中へ伝導する。このような影響を遮ることによって、地面を浅く掘削した場合でも、安定的に充分な熱を確保することができる。
【００１４】
上記表層土としては特に限定されず、例えば、全国各地に分布する一般的な土でよい。上記表層土の熱伝導率は、土を構成する成分により異なるが、低いことが好ましい。
上記表層土を構成する低い熱伝導率を有する土としては特に限定されないが、例えば、熱伝導率の比較的低い粒径の大きい砂等に置き換えてもかまわない。
【００１５】
上記表層土は、上記表層土を構成する土の上に、コンクリート、アスファルト、玉石等を積層して、日常生活で通常用いられる地表を構成してもよい。
上記表層土は、防水シート等を用いることによって、防水処理をすることが好ましい。雨水等の水が土に進入し、土の空隙率が低下することによって、熱伝導率が上がり、地表面の気温等の影響を地中に伝えやすくなることを防止することができる。
【００１６】
上記遮熱層は、上記表土層の下方に埋設されている。
このように埋設されることによって、地表面の気温等の影響を受けにくくすることができ、該遮熱層の下方に形成されるボアホール内を通る熱交換パイプが地熱を効率的に取得することが可能となる。
上記遮熱層は、熱伝導率の好ましい上限が０．１０Ｗ／ｍ・Ｋである。０．１０Ｗ／ｍ・Ｋを超えると、充分な遮熱効果が得られないことがある。より好ましい上限が０．０４Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００１７】
上記遮熱層は、厚さの好ましい下限が２０ｍｍ、上限が５００ｍｍである。２０ｍｍ未満であると、充分な遮熱効果が得られないことがある。５００ｍｍを超えると、掘削体積の増大や残土処理等により施工が困難となることがある。より好ましい下限が５０ｍｍ、より好ましい上限が２００ｍｍである。
【００１８】
例えば、１５℃の温度差を確保するためには、熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ、かつ、厚さが２００ｍｍである上記遮熱層を用いることができるのに対し、熱伝導率１．５Ｗ／ｍ・Ｋの土を用いる場合には、厚さが約５ｍ必要となる。
このような遮熱層を、上記表土層の下方に埋設し、埋設した上記遮熱層の下方にボアホールを形成して地熱取得部とする場合には、地面を浅く掘削した場合であっても、地面を深く掘削した場合と同様の地熱を得ることができることから、掘削の深さを削減することが可能となる。
【００１９】
上記遮熱層は、独立気泡率の好ましい下限が８５％である。８５％未満であると、地中の水を吸収することによって熱伝導率が低下することがある。より好ましい下限は９０％である。
【００２０】
上記遮熱層は、吸水量の好ましい上限が１．０ｇ／１００ｃｍ３である。１．０ｇ／１００ｃｍ３を超えると、地中の水を吸収することによって熱伝導率が低下することがある。より好ましい上限が０．１ｇ／１００ｃｍ３である。
【００２１】
上記遮熱層は、圧縮強さの好ましい下限が３．０Ｎ／ｃｍ２である。３．０Ｎ／ｃｍ２未満であると、地中に埋設され、土の重さよって厚さが損なわれることがある。より好ましい下限は１０．０Ｎ／ｃｍ２である。
【００２２】
上記遮熱層を構成する素材としては特に限定されず、例えば、発泡ポリエチレン、フェノールフォーム、フェノールウレタンフォーム、ウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、発泡ポリカーボネート、発泡ポリプロピレン、ポリイソシアネートフォーム等が用いられる。
【００２３】
上記ボアホールは、上記遮熱層の下方に形成される。このように形成されることによって、ボアホール内を通る熱交換パイプが地熱を効率的に取得することが可能となる。
上記ボアホールの端部は、上記遮熱層と接していることが好ましい。このように接していることによって、ボアホール内を通る熱交換パイプが地熱を効率的に取得することが可能となる。
なお、本明細書において、ボアホールとは、試錐孔、すなわち、地熱取得のために地中に掘った穴を意味する。
【００２４】
上記ボアホールの深さは、安定的かつ充分な地熱の確保、及び、掘削にかかる費用の観点から、好ましい下限が５ｍ、好ましい上限が３０ｍである。５ｍ未満であると、安定的に充分な地熱が得られないことがある。３０ｍを超えると、掘削にかかる費用が飛躍的に増大することがある。
【００２５】
上記ボアホールの孔径は、挿入する上記熱交換パイプの外径、先端部材の大きさ等により異なるが、好ましい下限が５０ｍｍ、好ましい上限が３００ｍｍである。５０ｍｍ未満であると、上記熱交換パイプの挿入作業が困難となることや、相対的に挿入する上記熱交換パイプの管径が細くなってしまい、充分な熱交換効果を得ることができないことがある。３００ｍｍを超えると、ボアホール掘削コストが飛躍的に高価になることがある。
【００２６】
上記ボアホール同士の間隔は、好ましい下限が１．５ｍである。１．５ｍ未満であると、ボアホール同士が干渉して、所望の熱量が取得できないことがある。より好ましい下限は２．５ｍである。
【００２７】
上記ボアホールの端部の外径は、上記遮熱層の端部の外径より、少なくとも３ｍ小さいことが好ましい。このような大きさを有することによって、上記遮熱層の遮熱性能が発揮され、上記ボアホール内を通る熱交換パイプが効率的に地熱を取得することが可能となる。
【００２８】
上記ボアホールを形成する方法としては特に限定されず、例えば、ボーリング法等が挙げられる。
【００２９】
上記熱交換パイプは、上記地熱取得部の上記ボアホール内を通り、上記地熱取得部外を巡り、内部に水又は不凍液を循環させる。
このような構造を有することによって、例えば、冬季には、上記熱交換パイプ内部に循環する水又は不凍液が、上記ボアホール内を通る際に地熱を取得し、上記地熱取得部外を通る際に取得した地熱を放出する。また、例えば、夏季には、上記熱交換パイプ内部に循環する水又は不凍液が、上記地熱取得部外を通る際に熱を取得し、取得した熱を地中に放出する。
【００３０】
上記熱交換パイプと、上記ボアホールとの間の空間は埋設されることが好ましい。このように埋設することによって、熱交換パイプと、周囲の地中との間で、速やかに熱のやりとりを行うことが可能となる。
【００３１】
上記ボアホールと上記熱交換パイプとの間の空間を埋設するために用いる素材としては特に限定されず、例えば、グラウト材、掘削残土等が挙げられる。なかでも、熱伝導率が高いことから、グラウト材が好適である。
【００３２】
上記不凍液としては特に限定されず、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール等を主成分として水で希釈したものに防錆剤等を添加したもの等が挙げられる。
【００３３】
上記熱交換パイプは、最外層に設けられた熱放射率が０．８５以上、かつ、熱伝導率が０．８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である合成樹脂組成物層と、前記合成樹脂組成物層の内面側に設けられた金属層と、前記金属層の内面側に設けられた少なくとも１種の酸化防止剤を含有するポリオレフィン合成樹脂層とからなる金属複合管であることが好ましい。
【００３４】
従来から、地熱利用システムに利用する熱交換パイプとしては、例えば、プラスチック等からなる樹脂管や、金属からなる金属管が用いられてきた。しかしながら、樹脂管は、熱伝導性が低く、充分に地熱を取得することができなかったり、取得した熱エネルギーを融雪等に使用できなかったりすることがある。また、使用する樹脂によっては、熱、土中微生物、水、機器の銅が溶出した不凍液等によって劣化することもある。更に、樹脂管は、自立性に乏しく、路面のアスファルト、コンクリート等に埋設するためには、金属網等の形状保持手段を必要としていた。
【００３５】
一方、金属管は、熱伝導性は高いものの、特に継ぎ目等において、水等により腐食が発生する可能性がある。また、その重量が大きく、可撓性が低いことから、作業性に劣ることがある。このように、樹脂管も金属管も、熱的性能、耐腐食性、可撓性、自立性、重量等の観点から、地熱利用システムに用いる熱交換パイプとして最適な材料ではなかった。
そのため、熱伝導率、耐腐食性に優れ、軽量で作業性に優れ、曲げ加工等が可能な可撓性を有し、コンクリート等が硬化するまで形状を保持できる自立性を有することから、地中への埋設が容易である熱交換パイプが求められていた。
【００３６】
本発明者らは、鋭意検討した結果、上記金属複合管を用いることによって、熱の交換を効率的に行うことができるとともに、優れた耐腐食性、曲げ加工性、形状保持性等が得られることを見出した。
図２に、金属複合管の断面の一例を示す模式図を示した。図２において、５１は合成樹脂組成物層、５２は金属層、５３はポリオレフィン合成樹脂層を示す。
【００３７】
上記金属複合管において、上記合成樹脂組成物層は、最外層を構成する。
上記合成樹脂組成物層を構成する樹脂組成物としては、例えば、耐熱性ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル等からなるものが挙げられる。
なかでも、熱伝導率、熱放射率が良好であることから、耐熱性ポリエチレン、架橋ポリエチレンを用いることが好ましい。
【００３８】
上記合成樹脂組成物層は、金属、カーボン類等の無機材１を含有することが好ましい。このように無機材１を含有することによって、所望の高い熱伝導率を得ることができる。
【００３９】
上記無機材１としては特に限定されず、例えば、鉄、すず、亜鉛、金、銅、銀、クロム、チタン、マグネシウム、アルミナ、窒化ケイ素、カーボングラファイト、又は、これらの酸化物等が挙げられる。
【００４０】
上記合成樹脂組成物層において、上記無機材１の配合量は、用いる無機材の粒子表面の状態、比重等により異なるが、好ましい下限が１０重量％、好ましい上限が１００重量％である。１０重量％未満であると、所望の熱伝動性が得られないことがある。１００重量％を超えると、成形性等が悪化することがある。より好ましい上限は５０重量％である。
【００４１】
上記合成樹脂組成物層は、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化マンガン、珪酸ナトリウム、炭化ケイ素、カーボンブラック、天然の蛇紋石等の無機材２を含有することが好ましい。このように無機材２を含有することによって、所望の熱放射性を得ることが可能となる。
【００４２】
上記無機材２の形状としては特に限定されず、粒状、針状等であってもよいが、例えば、最密充填構造となるよう粒径を調整することが好ましい。
【００４３】
上記合成樹脂組成物層において、上記無機材２の配合量は、用いる無機材２の粒子表面の状態、比重等により異なるが、好ましい下限が３重量％、好ましい上限が３３重量％である。３重量％未満であると、所望の熱放射性が得られないことがある。３３重量％を超えると、成形性等が悪化することがある。
上記合成樹脂組成物層は、更に、粘度調整剤、界面活性剤等の各種添加剤を含有してもよい。
【００４４】
上記合成樹脂組成物層の厚さは、好ましい下限が０．０１ｍｍ、好ましい上限が５ｍｍである。０．０１mm未満であると、上記金属複合管を曲げた際に、上記合成樹脂組成物層が破れることがある。５ｍｍを超えると、熱伝導性が悪化したり、剛性が増大して可撓性が低下したりすることがある。より好ましい下限は０．２ｍｍ、より好ましい上限は２．０ｍｍである。
【００４５】
上記金属複合管において、上記金属層は、中間層を構成する。
このような金属層を構成する金属は、通常、樹脂等の数百倍以上の優れた熱伝動性を有するとともに、優れた強度を有することから、金属複合管全体として熱伝動性を向上させることが可能となる。
【００４６】
上記金属層を構成する金属としては、優れた熱伝導性を有する金属であれば特に限定されず、例えば、鉄、真鋳、銅、ステンレス、アルミニウム、チタン、銀合金等が挙げられる。
【００４７】
上記金属層を構成する金属は、必要に応じて、ブラスト処理、アルカリ等による脱脂処理、塩酸、硝酸、硫酸等の酸による処理等を施してもよい。このようにして、上記金属層と上記合成樹脂組成物層との接着性、又は、上記金属層と上記ポリオレフィン合成樹脂層との接着性の悪化を防止することができる。
【００４８】
上記金属複合管において、上記ポリオレフィン合成樹脂層は、上記金属複合管の最内層を構成する。
上記ポリオレフィン合成樹脂層を構成するポリオレフィン系樹脂としては特に限定されず、例えば、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン等が挙げられる。
【００４９】
上記ポリオレフィン系樹脂としては、上記熱交換パイプ内部を循環する水等の温度が最大で９０℃程度となる場合があること等を考慮すると、ビカット軟化温度の好ましい下限が１１５℃である。より好ましい下限が１２０℃である。
【００５０】
上記ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、プロピレン、ブテン、ヘキセン、オクテン、４−メチルペンテン等のα−オレフィンと共重合することによって、短鎖分岐を導入し、数平均分子量が１５０００〜５００００、重量平均分子量が８００００〜１５００００であるポリエチレン系樹脂組成物が好適である。このようなポリエチレン系樹脂組成物を用いることにより、材料コストを抑制しつつ、高温での安定性、耐久性を更に高めることが可能となる。
【００５１】
上記ポリオレフィン合成樹脂層は、少なくとも１種の酸化防止剤を含有する。酸化防止剤を含有することによって、光、熱、遷移金属イオン等の作用による酸化反応による劣化を防止することができる。
【００５２】
上記酸化防止剤としては特に限定されず、例えば、３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジルベンゼン、４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール等のフェノール系酸化防止剤、トリフェニルホスファイト、トリノニルフェニルホスファイト等のリン系酸化防止剤、ジラウリルチオジプロピオン酸エステル、ジステアリルチオジプロピオン酸エステル等のイオン系酸化防止剤等が挙げられる。
これら酸化防止剤は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５３】
上記酸化防止剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤とリン系酸化防止剤とを併用すること、又は、フェノール系酸化防止剤とイオウ系酸化防止剤とを併用することが好ましい。このように併用することによって、酸化防止作用、及び、キノン類の生成による黄変の防止効果が得られる。
【００５４】
上記酸化防止剤の添加量は、上記ポリオレフィン系樹脂１００重量部に対して、好ましい下限が０．００１重量部、好ましい上限が５重量部である。０．００１重量部未満であると、充分な酸化防止効果が得られないことがある。５重量部を超えると、樹脂本来の物性の低下や、水等へ溶出することによる水質の悪化が発生することがある。
【００５５】
上記ポリオレフィン合成樹脂層は、更に、粘度調整剤、界面活性剤、帯電防止剤、難燃剤、結露防止剤、これらマスターバッチ等の各種添加剤を含有してもよい。例えば、粘度調整剤を含有することにより、成形性を向上させることができる。
【００５６】
上記ポリオレフィン合成樹脂層は、厚さの好ましい下限が０．３ｍｍ、好ましい上限が５．０mmである。０．３ｍｍ未満であると、水等の移動に伴う劣化や、曲げた際のミクロクラックの発生により、水等が金属層に達し腐食を生じることがある。５．０mmを超えると、熱伝導性が低下したり、剛性が上昇して可撓性が低下したりすることがある。より好ましい下限が１ｍｍ、より好ましい上限が３ｍｍである。
【００５７】
上記金属複合管の管径は、好ましい下限が３ｍｍ、好ましい上限が５０ｍｍである。３ｍｍ未満であると、異物等が混入した際に、つまりが発生することがある。５０ｍｍを超えると、取扱性が悪化し、保有する水等の重さが増大することから、家屋内の取り付け部分を破損することがある。
【００５８】
上記金属複合管において、上記合成樹脂組成物層、金属層、及び、ポリオレフィン合成樹脂層の各層間の密着度を向上させるために、必要に応じて、接着剤等を各層間に塗布してもよい。
【００５９】
上記接着剤を塗布することにより形成される接着剤層の厚さは、好ましい上限が０．５ｍｍである。０．５ｍｍを超えると、各層間の熱伝導性を阻害することがある。
【００６０】
上記熱交換パイプは、家屋又は路盤に敷設されることによって融雪パイプ部を構成することができる。このような融雪パイプ部によって、地熱取得部において取得した地熱を放出し、家屋又は路盤上の除雪をすることが可能となる。
上記融雪パイプ部を構成する熱交換パイプの形状としては特に限定されず、従来公知の形状を有するものであればよい。
【００６１】
上記熱交換パイプは、家屋に敷設されることによって空調配管部を構成することができる。このような空調配管部によって、例えば、夏季に空調配管部に水又は不凍液を循環させ、室内の高い熱を取得し、取得した熱を地中に放出し、家屋内を冷却する空調として用いることができる。こうして、従来は冬季にのみ使用されてきた地熱利用システムを、夏期にも使用することができ、年間を通じて地熱を利用して、石油等の化石燃料の消費を抑制することが可能となる。
【００６２】
上記空調配管部を構成する熱交換パイプの形状としては特に限定されず、従来公知の形状を有するものであればよい。
上記空調配管部は、形状によってはフィンを有する放熱管を使用してもよく、ファンを併用してもよい。
【００６３】
図３に、空調配管部の一例として、放射冷暖房用パネルを模式的に示す分解斜視図である。図３に示すように、熱交換パイプ６０をヘッダー６１に取り付けてパネル化する場合、一対のヘッダー間に熱交換パイプ６０が配置される。
すなわち、一対のヘッダー６１を開口６２が設けられた面が対向するように配置し、各ヘッダー６１の開口６２と、開口６２の数に合わせて複数並列に配置した熱交換パイプ６０の末端とを接続金具６３を介して取り付ける。なお、図３に示すように、熱交換パイプ６０の一方の末端に取り付けた接続金具６３は、更に流量調整バルブ６４を介してヘッダー６１の開口６２に取り付けられることが好ましい。
【００６４】
図３に示すようにヘッダー６１に熱交換パイプ６０を取り付けてなる放射冷暖房用パネルを使用する際には、冷温媒体は、一方のヘッダー６１の流路６５から各開口６２に通じ、熱交換パイプ６０の内部に供給され、他方のヘッダー６１の開口６２から流路６５に循環する。
【００６５】
上記ポンプユニット部は、上記熱交換パイプに接続され、上記熱交換パイプ内に水又は不凍液を循環させる。このような構造を有することによって、上記熱交換パイプを通じて、本発明の地熱利用システムに水等を循環させることができる。
【００６６】
上記ポンプユニット部は、水又は不凍液を循環させることができる構造を有すれば特に限定されず、従来公知のポンプ等を使用することができる。
上記ポンプユニット部は、絞り弁、インバーター制御等を有することが好ましい。このような絞り弁等を有することによって、融雪等の負荷に応じて、水等の流量を調節することが可能となる。
【００６７】
上記ポンプユニット部は、水又は不凍液の循環経路を切り替える弁機構を有することが好ましい。このような弁機構を有することによって、上記熱交換パイプ内部を循環する水又は不凍液の循環経路を切り替えて変化させることができる。このようにして、例えば、冬季には、上記融雪パイプ部に水又は不凍液を循環させることによって、地中の高い地熱を取得して、取得した熱を路上に放出し、融雪に用いることができることに加え、夏季には、上記空調配管部に水又は不凍液を循環させることによって、室内の高い熱を取得し、取得した熱を地中に放出し、室内を冷却する空調として用いることができる。こうして、従来は冬季にのみ使用されてきた地熱利用システムを、夏期にも使用することができるため、年間を通じて地熱の利用し、石油等の化石燃料の消費を抑制することができる。
上記弁機構としては特に限定されず、例えば、三方弁、四方弁等の従来公知の弁機構等が挙げられる。
【００６８】
図４は、上記弁機構と上記空調配管部とを有する本発明の地熱利用システムの一例を示す模式図である。図４に示すように、本発明の地熱利用システムは、弁機構として三方弁７と空調配管部３２とを有する。三方弁７を用いて、熱交換パイプ内部を循環する水又は不凍液の循環系路を切り替えることによって、融雪パイプ部を循環していた水等を、空調配管部３２へ循環させることが可能となる。
【発明の効果】
【００６９】
本発明によれば、低コストで充分な地熱を取得することが可能な地熱利用システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００７１】
（実施例１）
弊社研究所内の地面を５０ｃｍ掘削したうえで、ボアホール（深さ１０ｍ、口径８８ｍｍ）を掘削し、内径２０ｍｍの架橋ポリエチレンからなる熱交換パイプを挿入した。更に、そこから西方向に５０ｃｍ離れた位置、更に１００ｃｍ離れた位置、更に５００ｃｍ離れた位置に、それぞれ熱測定用ボアホール（深さ１０ｍ、口径８８ｍｍ）を掘削し、熱電対を挿入した。
各ボアホールを、山砂（熱伝導率１．３４Ｗ／ｍ・Ｋ）で封入し、押し出し法により作製したポリスチレンフォーム（厚さ２０ｃｍ、３６００ｃｍ角、熱伝導率０．０２８Ｗ／ｍ・Ｋ、圧縮強さ１７．３Ｎ／ｃｍ２）を、上述の熱交換パイプを挿入したボアホールを中心として敷設し、その上に、地面を掘削することによって生じた掘削残土を盛り、地表面を元の状態に戻すことによって地熱利用システムを作製した。
【００７２】
（実施例２）
α−オレフィンとしてオクテンを共重合させ短鎖分岐を導入し、数平均分子量約３００００かつ重量平均分子量約１２００００としたポリエチレン樹脂組成物（ビカット軟化温度１２３℃）と、フェノール系酸化防止剤として、４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノールフェノール０．１重量部と、リン系酸化防止剤としてトリノニルフェニルホスファイト０．０５重量部とを使用し、押出し機を用いてポリオレフィン合成樹脂層を成形後、その進行方向延長線上にて厚さ０．２８ｍｍのアルミニウム板を外側から巻き付け、ポリオレフィン合成樹脂層と、該ポリオレフィン合成樹脂層の外周に形成された金属層とからなる内径２０ｍｍの管状成形体を得た。
次いで、高密度ポリエチレン（Ｐ９８２０、丸善石油化学社製）と、５０μｍの酸化ケイ素１０重量％と、粒径１０μｍのカーボンブラック５重量％とを混練、押出することによってマスターバッチ化したものを、上述の管状成形体の金属層の外周に、押出し機で外側から合成樹脂組成物層を形成して、ポリオレフィン合成樹脂層と、該ポリオレフィン合成樹脂層の外周に形成された金属層と、該金属層の外周に形成された合成樹脂組成物層とからなる金属複合管を作製した。
架橋ポリエチレンからなる熱交換パイプを用いた代わりに、得られた熱交換パイプを用いたこと以外は、実施例１と同じ方法によって、地熱利用システムを作製した。
なお、放射率測定器（Ｄ＆Ａ社製）を用いて、得られた合成樹脂組成物層の熱放射率及び熱伝導率を測定したところ、熱伝導率は１．０２Ｗ／ｍ・Ｋ、熱放射率は０．９４であった。また、得られた金属複合管のポリオレフィン合成樹脂層の厚さは１．２ｍｍ、合成樹脂組成物層の厚さは０．３ｍｍであった。
【００７３】
（比較例１）
ポリスチレンフォームを用いなかった以外は、実施例１と同様にして、地熱利用システムを作製した。
【００７４】
（評価）
実施例１、２及び比較例１で得られた地熱利用システムについて、以下の評価を行った。結果を表１に示した。
【００７５】
（１）取得熱量
融雪負荷として冷水５℃を往き温度とし、０．５Ｌ／ｓの流量で、熱交換パイプに水を循環させた。地熱で暖められた戻り温度を測定し、通水開始から１週間後の温度差と流量とから１時間当たりの取得熱量（Ｗ）を決定した。
【００７６】
（２）放出熱量
暖房負荷として温水３２℃を往き温度とし、０．５Ｌ／ｓの流量で、熱交換パイプに温水を循環させた。地下で熱を放出した冷却水温度を測定し、通水開始から１週間後の温度差と流量とから１時間当たりの放出熱量（Ｗ）を決定した。
【００７７】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明によれば、低コストで充分な地熱を取得することが可能な地熱利用システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の地熱利用システムの一例を示す模式図である。
【図２】金属複合管の断面の一例を示す模式図である。
【図３】空調配管部の一例としての放射冷暖房用パネルを模式的に示す分解斜視図である。
【図４】弁機構と空調配管部とを有する本発明の地熱利用システムの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  地熱利用システム
２０  地熱取得部  
２１  表層土
２２  遮熱層
２３  ボアホール
３０  熱交換パイプ
３１  融雪パイプ部
３２  空調配管部
４０  ポンプユニット部
４１  降雪センサ  
５１  合成樹脂組成物層
５２  金属層
５３  合成樹脂組成物層
６０  熱交換パイプ
６１  ヘッダー
６２  開口
６３  接続金具
６４  流量調整バルブ
６５  流路
７  三方弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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