(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中蓄熱システムの熱媒を往復流通させる熱交換用配管が地中へ多数埋設された構造において、
地中蓄熱の対象地盤に地盤改良工事が施工され、造成した改良体が固結する以前に、最外周部分を除く内側の改良体の中へ、略Ｕ字形状の熱交換用配管を押し込み埋設する工程を繰り返して、多数の熱交換用配管が地中へ埋設されていることを特徴とする、地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造。
【請求項２】
地中蓄熱システムの熱媒を往復流通させる熱交換用配管が地中へ多数埋設された構造において、
地中蓄熱の対象地盤に地盤改良工事が連続する壁状に、且つ最外周の壁状部分は平面視を閉鎖形状に施工され、造成した改良体が固結する以前に略Ｕ字形状の熱交換用配管を前記壁状の改良体の中へ押し込み埋設する工程を繰り返して、多数の熱交換用配管が地中へ埋設されていることを特徴とする、地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造。
【請求項３】
地中蓄熱システムの熱媒を往復流通させる熱交換用配管が地中へ多数埋設された構造において、
地中蓄熱の対象地盤に地盤改良工事が平面視を格子状配置に連続する壁状に施工され、造成した改良体が固結する以前に略Ｕ字形状の熱交換用配管を前記壁状の改良体の中へ押し込み埋設する工程を繰り返して、多数の熱交換用配管が地中へ埋設されていることを特徴とする、地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造。
【請求項４】
熱交換用配管は、造成された改良体のうち、最外周の壁状部分を除く内側の壁状改良体の中へ多数埋設されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載した地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造。
【請求項５】
連続する壁状に造成された改良体のうち、最外周の壁状部分及びその内側に区画される枡目を形成する改良体は難透水層に到達する深さまで造成され、同最外周の枡目中の地盤は地下水位を低下させて断熱層に形成されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載した地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造。
【請求項６】
連続する壁状に造成された改良体で区画される枡目のうち、複数連続する配置に選択した枡目を形成する改良体は難透水層に到達する深さまで造成され、前記枡目中の地盤は地下水位を低下させて断熱層に形成され、前記断熱層によって区分される改良体及びそこに埋設した熱交換用配管群毎に複数のシステムブロックに分割され、各システムブロック毎に熱交換用配管群を地中蓄熱に使い分けることが可能に構成されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載した地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造。
【請求項７】
地中蓄熱システムの熱媒を往復流通させる熱交換用配管を地中へ多数埋設する方法において、
地中蓄熱の対象地盤に地盤改良工事を連続する壁状に、且つ最外周の壁状部分は平面視を閉鎖形状に施工し、造成した改良体が固結する以前に略Ｕ字形状の熱交換用配管を前記壁状の改良体の中へ押し込み埋設する工程を繰り返して、多数の熱交換用配管を地中へ埋設することを特徴とする、地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地盤の液状化対策、又は建物等の支持能力の増大を兼ねて、地中蓄熱システムの熱媒を往復流通させる熱交換用配管を地中へ多数埋設した構造およびその埋設方法の技術分野に属し、更に云えば、構造物の下部地盤を含む広い地盤改良体を有効に利用して熱交換用配管が多数埋設された大規模（大容量）な地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造およびその埋設方法に関する。
【０００２】
従来、地盤の熱容量を利用することで、例えば昼間や夏期に利用価値の少ない廃熱（温熱）を地中へ蓄熱し、夜間や冬期の暖房、或いは冬期の融雪の熱源に利用することが行われている。逆に夜間や冬期の冷熱を蓄熱し、昼間や夏期の冷房に利用することで、省エネルギー化や環境負荷低減に役立てることが実施されている。例えば図１１に示した地中蓄熱システムは、熱媒を往復流通させる熱交換用配管ａを構造物ｂの下部地盤中に多数埋設して、地中に温熱又は冷熱を蓄熱して利用する。各熱交換用配管ａ…は、その端部を送水管ｃと還水管ｄとにそれぞれ連結され、前記送水管ｃ及び還水管ｄは、熱交換器ｅ及び熱源機ｆを介して、各フロアーの空調機ｇ…および屋上に設置した水冷装置（クーリングタワー）ｈと接続されている。なお、発電の際に生じる熱エネルギーを再度発電に利用する、所謂コージェネレーション設備を実施する場合、前記送水管ｃ及び還水管ｄは熱交換器ｅに代えて発電機及びボイラーに接続される。
【０００３】
図示したような地中蓄熱システムを実施するため、地中に温熱又は冷熱を蓄熱し利用する熱交換用配管埋設構造およびその埋設方法が種々開発されており、既に実用に供されている。例えば下記の特許文献１には、熱交換用配管を構造物の地盤掘削工事の際に利用するソイルセメント鋼製地中連続壁に形成した閉鎖空間の中に埋設された構造が開示されている。また、特許文献２には、螺旋状に形成された熱交換用配管が打設した場所打ちコンクリート杭の内部へ埋設された構造およびその埋設方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０１１１５号公報
【特許文献２】特開２００４−３２４９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１及び２に開示された地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造およびその埋設方法は、熱交換用配管を埋設するために地盤を掘削する必要がないので、その掘削に掛かる費用の負担を軽減できる点で注目できる。しかし、特許文献１に記載されたソイルセメント鋼製地中連続壁は、通常構造物の外周部となる配置に施工する。そのため、熱交換用配管は構造物の下部地盤の外周部にしか設置されず、その適用範囲（面積）が狭いから、熱交換用配管の本数や位置が制限され、十分な温熱又は冷熱を蓄熱できず利用効率が悪い。同様に、特許文献２の熱交換用配管埋設構造も、熱交換用配管の埋設本数や埋設位置が場所打ちコンクリート杭の本数や位置に左右されるので、やはり適用範囲（面積）が狭く、利用効率が悪い。
【０００６】
本発明の目的は、地盤の液状化対策、又は建物等の支持能力の増大を兼ねて、構造物の下部地盤を含む広い地中蓄熱の対象地盤へ施工した地盤改良体を有効に利用して熱交換用配管が多数埋設された、必要十分に大規模（大容量）な地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造およびその埋設方法を提供することである。
【０００７】
本発明の次の目的は、必要十分に大規模（大容量）な地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造であると共に、その規模を区分して（システムブロックに分割して）、効率的で使い勝手に優れた地中蓄熱システムの実現を可能とする熱交換用配管埋設構造およびその埋設方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造は、
地中蓄熱システムの熱媒を往復流通させる熱交換用配管１が地中へ多数埋設された構造において、
地中蓄熱の対象地盤４に地盤改良工事が施工され、造成した改良体２が固結する以前に、最外周部分を除く内側の改良体２の中へ、略Ｕ字形状の熱交換用配管１を押し込み埋設する工程を繰り返して、多数の熱交換用配管１…が地中へ埋設されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載した発明に係る地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造は、
地中蓄熱システムの熱媒を往復流通させる熱交換用配管１が地中へ多数埋設された構造において、
地中蓄熱の対象地盤４に地盤改良工事が連続する壁状に、且つ最外周の壁状部分は平面視を閉鎖形状に施工され、造成した改良体２が固結する以前に略Ｕ字形状の熱交換用配管１を前記壁状の改良体２の中へ押し込み埋設する工程を繰り返して、多数の熱交換用配管１…が地中へ埋設されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載した発明に係る地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造は、  
地中蓄熱システムの熱媒を往復流通させる熱交換用配管が地中へ多数埋設された構造において、
地中蓄熱の対象地盤４に地盤改良工事が平面視を格子状配置に連続する壁状に施工され、造成した改良体２が固結する以前に略Ｕ字形状の熱交換用配管１を前記壁状の改良体２の中へ押し込み埋設する工程を繰り返して、多数の熱交換用配管１…が地中へ埋設されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載した発明は、請求項２又は３に記載した地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造おいて、
熱交換用配管１は、造成された改良体２のうち、最外周の壁状部分を除く内側の壁状改良体２の中へ多数埋設されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載した発明は、請求項２又は３に記載した地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造おいて、
連続する壁状に造成された改良体２のうち、最外周の壁状部分及びその内側に区画される枡目を形成する改良体２は難透水層８に到達する深さまで造成され、同最外周の枡目中の地盤は地下水位を低下させて断熱層３ａに形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載した発明は、請求項２又は３に記載した地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造おいて、
連続する壁状に造成された改良体２で区画される枡目３のうち、複数連続する配置に選択した枡目３を形成する改良体２は難透水層８に到達する深さまで造成され、前記枡目３中の地盤は地下水位を低下させて断熱層３ｂ、３ｃに形成され、前記断熱層３ｂ、３ｃによって区分される改良体２及びそこに埋設した熱交換用配管群１…毎に複数のシステムブロック９、１０及び１１〜１４に分割され、各システムブロック毎に熱交換用配管群１…を地中蓄熱に使い分けることが可能に構成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載した発明に係る地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設方法は、
地中蓄熱システムの熱媒を往復流通させる熱交換用配管１を地中へ多数埋設する方法において、
地中蓄熱の対象地盤４に地盤改良工事を連続する壁状に、且つ最外周の壁状部分は平面視を閉鎖形状に施工し、造成した改良体２が固結する以前に略Ｕ字形状の熱交換用配管１を前記壁状の改良体２の中へ押し込み埋設する工程を繰り返して、多数の熱交換用配管１…を地中へ埋設することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１、２、３及び請求項７に係る地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造およびその埋設方法によれば、地盤の液状化対策、又は建物等の支持能力の増大を兼ねて、構造物７の下部地盤を含む広い地中蓄熱の対象地盤４の地中に、地盤改良体２を造成して熱交換用配管１を多数埋設するので、簡単、容易な手法で能率良く、必要十分に大規模（大容量）な熱交換用配管埋設構造を実現できる。
【００２０】
請求項２、３及び請求項７に係る地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造およびその埋設方法によれば、連続する壁状に造成した地盤改良体２の中に熱交換用配管１を多数埋設するので、地中蓄熱システムの大規模な熱交換用配管埋設構造を実現できる。
【００２１】
しかも、請求項１、４及び５本発明に係る地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造によれば、造成した改良体２のうち、最外周の改良体部分又は壁状部分２ａは、熱の出入りを遮断する断熱壁２ａとして、或いは最外周の枡目３の地層を断熱層３ａとして利用するので、温熱又は冷熱を効率良く蓄熱でき、利用効率を高められる。
【００２２】
また、請求項６の発明に係る地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造によれば、連続する壁状に造成した改良体で区画される枡目の中から複数連続する配置に選択した枡目の地層を断熱層に形成して大規模な熱交換用配管埋設構造を複数のシステムブロックに分割するので、一つのシステムブロックは温熱の蓄熱に、他方のシステムブロックは冷熱の蓄熱に用いる、といった多様な蓄熱システムに使い分けることができ、効率的で使い勝手に優れた地中蓄熱システムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
地中蓄熱の対象地盤４に地盤改良工事を施工し、造成した改良体が固結する以前に略Ｕ字形状の熱交換用配管１を前記改良体２の中へ押し込み埋設する工程を繰り返して、多数の熱交換用配管１…を地中へ埋設する。
【実施例１】
【００２４】
以下に、本発明を図示した実施例に基づいて説明する。
図１（Ａ）は、請求項２、３及び請求項７に記載した発明の実施例である。特に云えば、地盤の液状化対策、又は建物等の支持能力の増大を兼ねて、平面視において最外周の壁状部分が閉鎖形状で、その中に格子状配置に連続する壁状に地盤改良工事が施工された地中蓄熱システムの熱交換用配管埋設構造の実施例を示している。図中符号３は、壁状の地盤改良体２で区画された枡目ないし未改良地盤地層を指す。
【００２５】
図１（Ａ）の実施例は、地中蓄熱の対象地盤４に、地盤改良工事を、平面視が格子状配置に連続する壁状に施工したもので、造成した改良体２が固結する以前に、略Ｕ字形状の熱交換用配管１を、図２に詳示したように、同熱交換用配管１の上方部分が地表に残る状態に前記改良体２の中へ押し込み埋設する工程を繰り返し、壁状に連続する改良体２の中に順に多数の熱交換用配管１…を埋設している。ここで、地中蓄熱の対象地盤４とは、通例図１１のように建物直下の基礎地盤を指すが、敷地内地盤の任意の場所であってもよい。
【００２６】
上記の地盤改良工事は、通例図３（Ａ）に示す従来公知の地盤改良機５を用いて行う。図３（Ｂ）の（イ）〜（ニ）に地盤改良工事の枢要な工程を順に示したように、液状化対策若しくは建物の支持機能を確保する目的を兼ねた（但し、前記目的を兼ねることは必要条件ではない。）地盤改良を、公知の深層混合処理工法やソイルミキシングウォール工法等により行う。地盤改良機５で軟弱地盤を深度１０ｍ〜２０ｍ程度の範囲まで改良施工し、原位置の掘削土にセメントミルク等の安定材を注入し混合・攪拌して一部分がラップした柱列状の地盤改良体２を撹拌翼軸６の本数ずつ造成する。前記セメントミルク等の安定材が硬化するまでには時間を要し、地盤改良体２を造成した直後は、しばらくの間は未だ軟らかい状態を保つ。そこで前記地盤改良体２が未だ軟らかい段階で、前記のように造成した未硬化状態である前記柱列状の地盤改良体２の中へ１本ずつ（又は柱列の本数によって２本以上もあり得る。）熱交換用配管１を押し込んで埋設する。因みに、熱交換用配管１の押し込みは、具体的に図示することは省略したが、略Ｕ字形状の熱交換用配管１の下端部に補強材を取り付けて、該補強材の上に付加重量物としてＨ形鋼等の鋼材を載せ、更には管体の変形等を防ぐ保護材を取り付けるなどして、強制的に速やかに行う（特願２００５−１７８５５６号記載の発明を参照）。なお、前記熱交換用配管１は、熱媒を往復流通させる往路と復路を有する全体としてＵ字形状であればよく、例えばコの字形状やＨ形状でもよい。
【００２７】
上記した工程を繰り返すことにより、地盤改良体２は壁状に連続させることができ、熱交換用配管１の埋設本数を列状配置に増やすことができる。したがって、地盤改良工事の規模に応じて、必要十分な本数の熱交換用配管１を埋設した、大規模な又は大容量の熱交換用配管埋設構造を容易に実現できる。
【００２８】
因みに、図１（Ａ）に示した大規模な熱交換用配管埋設構造の使用方法としては、全面一様に使用する場合のほか、図１（Ｂ）に模式図を示したように、図１（Ａ）に示した熱交換用配管を例えば４つの領域１５〜１８に区画して、最初は領域１５で地中蓄熱を行い、熱交換用配管１と同熱交換用配管１の周辺地盤との温度差が小さくなった場合には、今度は領域１６で地中蓄熱を行い、次いで領域１７、領域１８といったように、適宜、領域１５〜１８を使い分けて使用することで、熱交換の効率を高めることもできる。
【００２９】
もっとも、前記熱交換用配管埋設構造の実施態様は、図１に示す、平面視が格子状配置の壁状改良体に施工する方式に限らない。敷地の形状や地中蓄熱の対象地盤４の形状、或いは地盤の液状化対策、又は建物などの支持能力の増強などの目的、効果に応じて、例えば平面視において最外周の壁状部分を閉鎖形状とされた、三角形状（図４（Ａ）参照）、四角形状（図４（Ｂ）参照）、ハニカム形状（図４（Ｃ）参照）、円形状や楕円形状（図４（Ｄ）参照）のように、多種多様に実施することができる。或いは、最外周の閉鎖形状の壁状部分を有しない、平面視が井桁形状の如き開放形状で実施することもできる（図５参照）。
更に、極端な実施例としては、壁状に連続する施工方法に限らず、図６のように、改良体を面状に連続させる全面改良の施工（請求項１記載の発明）を実施することもできる。この場合、熱交換用配管１は、図示した行列配置に埋設することに限らない。地中蓄熱システムの利便性、或いは地盤の利用形式によっては、いくつかのグループに分散した群状配置に埋設してもよい。
【実施例２】
【００３０】
図７は、請求項４に記載した発明の実施例である。特に云えば、熱交換用配管１を上述した平面視が格子状配置に連続する壁状に造成した改良体２のうち、最外周の壁状部分を除く内側の壁状改良体２の中へ順に、熱交換用配管１を多数埋設する。最外周の壁状部分には熱交換用配管１を埋設しないで、断熱壁２ａとして構成した実施例を示している。その結果、断熱壁２ａで囲まれた内部の壁状改良体２において地中蓄熱を実施するので、地中蓄熱が地下水流等によって出入りすること（熱ロス）を防止でき、温熱又は冷熱を効率良く蓄熱でき、利用効率を高めることができる。
【００３１】
同様な考えにより、図６のように、全面改良の施工をする場合には、造成された改良体２のうち、最外周部分（例えば柱列にして１本ないし数本分程度の厚さ）を除くその内側の改良体２の中へ熱交換用配管１を多数埋設し、最外周部分を断熱層とする実施例も好ましい（請求項１記載の発明）。
【実施例３】
【００３２】
図８（Ａ）、（Ｂ）は、請求項５に記載した発明の実施例である。特に云えば、連続する壁状に造成された改良体のうち、最外周の壁状部分２ａ及びその内側に区画される枡目を形成する改良体２ｂを、図８（Ｂ）に示したように、難透水層８（例えば粘土層等）に到達する深さまで造成し、同最外周の枡目中の地盤の地下水位を低下させて断熱層３ａとして構成した熱交換用配管埋設構造の実施例を示している。なお、図８（Ｂ）中の符号７は透水性（例えば礫層や砂層等）の周辺地盤を指す。
本実施例の熱交換用配管埋設構造も、上記実施例２と略同様に、断熱層３ａで囲まれた内側の壁状改良体２において地中蓄熱を実施するので、地中蓄熱が地下水流等によって出入りすることを防止でき、温熱又は冷熱を効率良く蓄熱でき、利用効率を高めることができる。なお、難透水層８が地表面近傍である場合には、前記改良体２を造成する深さを考慮する必要はなく、最外周の枡目３ａ中の地盤の地下水位を低下させるだけでよい。因みに、地下水位を低下させる方法は、従来公知技術のディープウェル工法(重力排水）、或いはウェルポイント工法（強制排水)等で実施することができる。
【実施例４】
【００３３】
図９（Ａ）、（Ｂ）は、請求項６に記載した発明の実施例である。特に云えば、連続する壁状に造成された改良体２で区画される枡目のうち、例えば縦一列に連続する配置に選択した枡目３ｂを形成する壁状改良体２ｃ、２ｄを難透水層８に到達する深さまで造成し、前記枡目３ｂ中の地盤は地下水位を低下させて断熱層３ｂに形成している。即ち、大規模な熱交換用配管埋設構造を前記断熱層３ｂ（改良体２及びそこに埋設した熱交換用配管群１）を左右２つのシステムブロック９及び１０に区分した実施例を示している。つまり、本実施例の熱交換用配管埋設構造によれば、区分された２つのシステムブロック９及び１０は、前記断熱層３ｂで熱的に完全に遮断した構成なので、例えばシステムブロック９に温熱の蓄熱に、システムブロック１０は冷熱の蓄熱に用いるといった効率的で使い勝手に優れた地中蓄熱システムを実現できる。因みに、上記実施例３と同様に、地表面近傍が難透水層８である場合には、造成する前記改良体２の深さを考慮する必要はない。
【００３４】
更に、図１０は、前記縦一列に選択した枡目３ｂを区画する壁状改良体２ｃ、２ｄのほか、横一列に連続する配置に選択した枡目３ｃを形成する改良体２ｅ、２ｆも難透水層８に到達する深さまで造成し、同枡目３ｃ中の地盤の地下水位を低下させて断熱層を形成することで、熱交換用配管埋設構造を上下左右に４つのシステムブロック１１〜１４に区分した構成の実施例を示している。４つのシステムブロック１１〜１４を多様に使い分けることができる。勿論、上記縦一列に連続する枡目３ｂと横一列に連続する枡目３ｃをそれぞれ複数列選択して、上述した断熱層を形成することで、更に多数のブロックに区分することもできる。
【００３５】
なお、以上に本発明の実施例を説明したが、本発明は上述した実施例に何ら限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施し得る。例えば、熱交換用配管１を壁状改良体２の縦方向又は横方向にのみ、或いは前記壁状改良体２の１列おき又は多数列おきに間隔をあけて列状配置に埋設して実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（Ａ）は請求項２、３及び請求項７に記載した発明に係る熱交換用配管埋設構造および埋設方法の実施例を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の熱交換用配管埋設構造を４つの領域に区画した模式図である。
【図２】熱交換用配管を地盤改良体の中へ埋設した段階を示す立面図である。
【図３】（Ａ）は地盤改良機の立面図、（Ｂ）における（イ）〜（ニ）は地盤改良工事の工程図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は壁状改良体の異なる平面形状を示す説明図である。
【図５】平面視が井桁形状の如き開放形状の熱交換用配管埋設構造を示す平面図である。
【図６】請求項１に記載した発明に係る熱交換用配管埋設構造を示す平面図である。
【図７】請求項４に記載した発明に係る熱交換用配管埋設構造を示す平面図である。
【図８】請求項５に記載した発明に係る熱交換用配管埋設構造を示す平面図である。
【図９】請求項６に記載した発明に係る熱交換用配管埋設構造を示す平面図である。
【図１０】請求項６に記載した発明に係る異なる熱交換用配管埋設構造を示す平面図である。
【図１１】従来の地中蓄熱システムの一例を示した概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１        熱交換用配管
２        壁状改良体
３        枡目（未改良地盤地層）
３ａ      断熱層
４        対象地盤
９〜１４  システムブロック
【図１】
0004625726.tif 000002
【図２】
0004625726.tif 000003
【図３】
0004625726.tif 000004
【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】
0004625726.tif 000009
【図９】
0004625726.tif 000010
【図１０】
0004625726.tif 000011
【図１１】
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