(57)【要約】【課題】  地中の熱をより効率的に取得すること。【解決手段】  地中の熱を利用するために、少なくとも一部を地中に埋設して用いる熱交換用埋設管１であって、採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管１において熱の交換効率に優れた加工を施しており、例えば熱交換用埋設管１は、前記採取したい地中温度の深さに対応する部分が他の部分に比べて口径の大きい大口径部３を有する構成となっていることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中の熱を利用するために、少なくとも一部を地中に埋設して用いる熱交換用埋設管であって、採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管、または前記埋設管の中空内部、または前記埋設管及びその中空内部において熱の交換効率に優れた加工を施していることを特徴とする熱交換用埋設管。
【請求項２】
前記熱交換用埋設管は、採取したい地中温度の深さに対応する部分で表面積が大きいことを特徴とする請求項１に記載の熱交換用埋設管。
【請求項３】
前記熱交換用埋設管は、採取したい地中温度の深さに対応する部分で口径が大きい大口径部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換用埋設管。
【請求項４】
前記熱交換用埋設管の中空部に熱媒体が内部を流動する熱交換用の配管を有し、採取したい地中温度の深さに対応する部分で前記配管の配管密度が高いことを特徴とする請求項１に記載の熱交換用埋設管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中の熱を空調、輻射冷暖房、給湯等に利用するために、地中に埋設して用いる熱交換用埋設管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中の温度は、一年間を通じて温度変化が少なく、比較的安定している。そのため、例えば日本の気候においては、地中の温度は、夏季は外気温に対して低く、冬季は外気温に対して高い。そこで、建物の基礎下に埋設されている基礎杭を利用して、地中と地上との間で熱交換を行うことにより、空調等の熱源として利用する装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、建築物の施工の際に、地中に打ち込まれる中空の基礎杭と、この基礎杭の中空内に熱媒体を注入し又は基礎杭の中空内から熱媒体を抽出する空調装置を具備する地中蓄熱装置が開示されている。更に特許文献１では、前記基礎杭の中空内を流通する熱媒体と基礎杭の内壁との熱伝達を促進するために、基礎杭の内壁に、地表近くの杭頭から深さ方向に多数の突起がまんべんなく形成されている。あるいは、前記基礎杭の外壁と基礎杭の周囲の地中との熱伝達を促進するために、基礎杭の外壁に、地表近くの杭頭から深さ方向にわたって多数のフィンがまんべんなく形成されている。
【０００４】
また特許文献２には、螺旋状に巻回した金属管を埋設したコンクリート柱を複数本土中に構築し、この金属管の地上に開口する入口端および出口端を順次直列に接続し、最初のコンクリート柱の金属管の入口端から空気を導入し、最後のコンクリート柱の金属管の出口端からの土中温度と実質的に等しくなった空気を室内に導く構成が開示されている。更に特許文献２では、前記コンクリート柱内の金属管をコンクリート柱内の大部分又は一部で蛇行状としても良いことが記載されている。
【０００５】
また特許文献３には、コンクリート製中空杭の本体内に、熱媒体が流動する往路パイプと復路パイプとを交互に巻き回した螺旋状の熱交換パイプを埋設してなる熱交換杭が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１８４０６３号公報
【特許文献２】特開平７−１２７９２４号公報
【特許文献３】特開平１１−３３６００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、建物の基礎下に埋設されている基礎杭を利用して、冷暖房に必要な熱量を地中から得ようとすると、大口径の基礎杭を用いたり、あるいは上記特許文献１のように、基礎杭の杭頭から深さ方向に、多数の突起あるいはフィンをまんべんなく形成して、杭全体の熱取得効率を向上させる方法がある。しかしながら、前述のような構成の場合、埋設された基礎杭は深さ方向全域にわたって熱交換量が等しいため、例えば冬季においては地表付近は地中の深い部分に比べて地中温度が低いが、たとえ地中の深い部分で効率良く熱を取得したとしても同様に地表付近で効率良く熱を奪われてしまい、結果的に熱取得効率が向上せず、あるいは熱取得効率が落ちてしまうおそれがあった。
【０００８】
また特許文献２には、螺旋状に巻回した金属管をコンクリート柱内の大部分に一体に設けているが、このような構成の場合も同様に、熱の交換効率が地中の深さ方向全域にわたって等しいため、地表付近と地中の深い部分との温度差が大きい冬季や夏季においては、地中の深い部分で行われた熱交換が同様に地表付近でも行われてしまい、結果的に熱取得効率が向上せず、あるいは熱取得効率が落ちてしまうおそれがあった。
【０００９】
更に特許文献２には前記金属管をコンクリート柱内の一部に蛇行状に設けてもよい記載があり、また特許文献３には往路パイプと復路パイプとを交互に巻き回した螺旋状の熱交換パイプをコンクリート杭本体内の一部に一体に設けた状態が記載されているが、該蛇行状の金属管又は螺旋状の熱交換パイプと取得したい地中温度の深さとの関係については何ら言及されていない。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、地中の熱をより効率的に取得することができる熱交換用埋設管を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、地中の熱を利用するために、少なくとも一部を地中に埋設して用いる熱交換用埋設管であって、採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管、または前記埋設管の中空内部、または前記埋設管及びその中空内部において熱の交換効率に優れた加工を施していることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、前記埋設管、または前記埋設管の中空内部、または前記埋設管及びその中空内部の熱交換効率に優れた加工部分が採取したい地中温度の深さに対応しているので、採取したい地中温度の深さではその他の部分に比べて交換する熱量が多く、熱の交換効率に優れており、地中の熱をより効率的に取得することができる。
【００１３】
また、前記採取したい地中温度は使用態様によって決められる。この採取したい地中温度の好ましい範囲としては、地中との熱交換を行う前の状態で、採取したい時期に地中温度が日間平均で８℃以上２４℃以下であることが好ましい。従って、採取したい地中温度の深さとは、前述の好ましい範囲の地中温度が得られる深さであって、採取したい時期や場所等に応じて適宜決めるものである。
【００１４】
上記熱交換効率に優れた加工とは、例えば、前記熱交換用埋設管が、採取したい地中温度の深さに対応する部分で表面積が大きいことを特徴とする。あるいは、前記熱交換用埋設管は、採取したい地中温度の深さに対応する部分で口径が大きい大口径部を有することを特徴とする。あるいは、前記熱交換用埋設管の中空部に熱媒体が内部を流動する熱交換用の配管を有し、採取したい地中温度の深さに対応する部分で前記配管の配管密度が高いことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、前記埋設管、または前記埋設管の中空内部、または前記埋設管及びその中空内部において、採取したい地中温度の深さに対応している部分のみに熱交換効率に優れた加工を施しているので、該加工部分ではその他の部分に比べて交換する熱量が多く、熱の交換効率に優れており、地中の熱をより効率的に取得することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、採取したい地中温度の深さに対応する埋設管、または埋設管の中空内部、または埋設管及びその中空内部において熱の交換効率に優れた加工を施しているので、採取したい地中温度の深さにおいて交換する熱量がその他の部分に比べて多く、熱の交換効率に優れており、地中の熱をより効率的に取得することができる。
【００１７】
上記熱交換効率に優れた加工とは、例えば、前記熱交換用埋設管が、採取したい地中温度の深さに対応する部分で表面積が大きいこと、あるいは、前記熱交換用埋設管が、採取したい地中温度の深さに対応する部分で口径が大きい大口径部を有すること、あるいは、前記熱交換用埋設管の中空部に熱媒体が内部を流動する熱交換用の配管を有し、採取したい地中温度の深さに対応する部分で前記配管の配管密度が高いことである。このように構成することにより、前記埋設管、または前記埋設管の中空内部、または前記埋設管及びその中空内部において、採取したい地中温度の深さに対応している部分のみに熱交換効率に優れた加工を施しているので、該加工部分において交換する熱量がその他の部分に比べて多く、熱の交換効率に優れており、地中の熱をより効率的に取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明に係る熱交換用埋設管の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１９】
本発明に係る熱交換用埋設管は、地中の熱を利用するために、少なくとも一部を地中に埋設して用いる熱交換用埋設管である。この少なくとも一部を地中に埋設した熱交換用埋設管とは、管全体が地中に埋設されている埋設管や、一部が外部に露出するように地中に埋設されている埋設管などを含むものである。
【００２０】
また、本発明に係る熱交換用埋設管としては、例えば、建物の基礎に用いられる、鋼管杭、コンクリートパイル、ソイルセメント柱体と鋼管杭を一体化させたソイルセメント合成杭等の既成杭が挙げられる。なお、本発明に係る熱交換用埋設管は、前述した既成杭に限定されるものではなく、少なくとも一部を地中に埋設して地中の熱を利用するために用いる埋設管であれば、その他の埋設管であっても構わない。
【００２１】
前述したような熱交換用埋設管を地中熱利用装置で用いる場合には、前記熱交換用埋設管の中空内部に熱交換用の配管を配置し、この配管と埋設管本体の空間に充填材を適宜充填し、前記配管内を熱媒体を流動させることによって地中の熱を利用するように構成する。
【００２２】
なお、前記熱交換用の配管を通す熱媒体としては、水、オイル、不凍液、空気などが挙げられる。また、熱交換用の配管と埋設管本体の空間を埋める充填材としては、水、オイル、不凍液、砂、砂利、軽量気泡コンクリートの粉砕物、金属片、鋼球、ステンレス製の球体などが挙げられるが、中でも水、オイル、不凍液が特に好ましい。
【００２３】
本発明に係る熱交換用埋設管は、地中に埋設された側の開口が閉塞されている。この地中に埋設された側の埋設管開口を閉塞する方法としては、埋設管の埋設前に予め埋設管の先端もしくは途中を蓋、障壁等の閉塞部材により閉塞しておくことが最も好ましいが、埋設管の埋設後にセメント、接着剤等を埋設管の内部から先端に落とし込んで閉塞することも可能である。
【００２４】
更に、本発明に係る熱交換用埋設管は、採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管、または前記埋設管の中空内部、または前記埋設管及びその中空内部において熱の交換効率に優れた加工を施した構成となっている。この熱交換用埋設管の構成について、図面を用いて具体的に例示して説明する。
【００２５】
なお、前記採取したい地中温度は使用態様によって決められる。この採取したい地中温度の好ましい範囲としては、地中との熱交換を行う前の状態で、採取したい時期に地中温度が日間平均で８℃以上２４℃以下であることが好ましい。
【００２６】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る熱交換用埋設管について詳しく説明する。本発明の第１実施形態に係る熱交換用埋設管は、採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管において熱の交換効率に優れた加工を施した構成となっている。この採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管において熱の交換効率に優れた加工を施した構成としては、前記埋設管が、採取したい地中温度の深さに対応する部分で表面積が大きい構成がある。
【００２７】
更に、前記採取したい地中温度の深さに対応する部分で表面積が大きい構成としては、例えば、図１（ａ）に示すように、熱交換用埋設管１が、採取したい地中温度の深さに対応する部分で口径が大きい大口径部３を有する構成がある。図１では、熱交換用埋設管として鋼管杭を例示している。
【００２８】
具体的には、実施例１として以下に説明するようなシステムを組み、評価試験を行った。この実施例１では、熱交換用埋設管１は下端を閉じた鋼管杭を使用している。熱交換用埋設管の地表部分の外径φ1は１１４．３ｍｍであり、地表から３ｍ下から杭本体の外径φ2を１９０．７ｍｍにしている。この外径φ1に対する外径φ2の部分が前述の熱交換用埋設管の大口径部である。杭長ｈは１００００ｍｍである。この杭を２本使用し、杭内を通る熱交換用配管を直列で繋げている。杭本体内の配管は、ステンレス製の連通したフレキシブル管を使用しており、配管の外径φ3が１０ｍｍのものを１本の杭に２本通している。熱媒体は水を用いており、杭内部の空間も水（充填材）で充填している。建物内の配管は床温水パネル（ノーリツ製ＵＤＪシリーズ）を利用しており、約１０畳の部屋に床温水パネルを約８畳分敷設している。このときの建物内の配管は総延長距離は約８０ｍである。建物と杭を結ぶ配管は銅管を使用し、保温材を巻いている。熱媒体の循環は、出力７５Ｗの循環ポンプを使用している。尚、実験は東京都内で行った。
【００２９】
評価は、熱媒体を１週間連続で循環した後で、杭内へ流入する直前の水温と杭から流出した水温、および流量を２時間測定し、そこから、地中から得られた熱量を算出することにより行った。
【００３０】
なお、上記実施例１の比較対象となる従来例としての比較例１は、実施例１と同一のシステム構成で、杭本体の外径が先端から下端まで１１４．３ｍｍの同一径の鋼管杭を用いている。評価の方法は実施例１と同じである。
【００３１】
評価結果は、比較例１の熱交換量が５１２Ｗであったのに対し、実施例１の熱交換量は７８９Ｗであった。比較例１に比べて実施例１の方が熱交換量が多いことがわかる。
【００３２】
なお、上記埋設管や配管等の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、前述の例に限定されるものではなく、本発明が適用される装置の構成や各種条件に応じて適宜決められるものである。
【００３３】
また、前記採取したい地中温度の深さに対応する部分で表面積が大きい構成としては、例えば、図１（ｂ）に示すように、熱交換用埋設管１が、採取したい地中温度の深さに対応する部分で口径の異なる管４ａ，４ｂを繋ぎ合わせた構成としても良い。
【００３４】
このように、採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管において熱の交換効率に優れた加工を施した構成として、採取したい地中温度の深さに対応する部分で表面積が大きい構成とすることにより、採取したい地中温度の深さにおいて交換する熱量がその他の部分に比べて多く、熱の交換効率に優れており、地中の熱をより効率的に取得することができる。
【００３５】
上述した実施の形態では、熱交換用埋設管が、採取したい地中温度の深さに対応する部分で表面積が大きい構成として、図１（ａ）に示すように、採取したい地中温度の深さに対応する部分で口径が大きい大口径部３を有する構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３６】
例えば、熱交換用埋設管１が、採取したい地中温度の深さに対応する部分で、埋設管の外周部に凹凸状の起伏部あるいはフィンを形成して表面積を大きくした構成としても良い。このように構成することによっても、採取したい地中温度の深さにおいて交換する熱量がその他の部分に比べて多く、熱の交換効率に優れており、地中の熱をより効率的に取得することができる。
【００３７】
また、熱交換用埋設管が、採取したい地中温度の深さに対応する部分で表面積が大きい構成として、採取したい地中温度の深さに対応する部分で、口径が大きい大口径部３を有すると共に、該大口径部の外周部に凹凸状の起伏部あるいはフィンを形成して表面積を大きくした構成としても良い。このように構成すれば、前述した構成例と比べても更に、採取したい地中温度の深さにおいて交換する熱量がその他の部分に比べて多く、熱の交換効率に優れており、地中の熱をより効率的に取得することができる。
【００３８】
なお、前記熱交換用埋設管１において、採取したい地中温度の深さは、前述の好ましい範囲（８℃以上２４℃以下）の地中温度が得られる深さであって、具体的には、地表から３ｍ以上の深さのことである。更には、地表から５ｍ以上の深さであることが好ましい。この深さであれば、外気温の影響を受けやすい地表付近に比べて地中温度（具体的には約１５℃程度）が安定している。更に、前記熱交換用埋設管１は、地表から３ｍ（更に好ましくは５ｍ）以上埋設すれば、地中温度は安定しているので、例えば１０ｍ程度まで埋設すれば、それ以上深く埋設しなくても外気温にかからわず安定して地中の熱を得ることができる。
【００３９】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る熱交換用埋設管について詳しく説明する。本発明の第２実施形態に係る熱交換用埋設管は、採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管の中空内部において熱の交換効率に優れた加工を施した構成となっている。
【００４０】
この採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管の中空内部において熱の交換効率に優れた加工を施した構成としては、図２に示すように、熱交換用埋設管１の中空部に熱媒体が内部を流動する熱交換用の配管２を有し、採取したい地中温度の深さに対応する部分で前記配管２の配管密度が高い構成がある。
【００４１】
本発明の第２実施形態に係る熱交換用埋設管１では、図２に示すように、前記配管２が、前記採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管１の中空内部において、複数折り返して形成されている。図２では、採取したい地中温度の深さに対応する部分において、配管２を３回折り返して形成した場合を例示している。
【００４２】
このように、採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管１の中空内部において熱の交換効率に優れた加工を施した構成として、熱交換用埋設管１の中空部に熱媒体が内部を流動する熱交換用の配管２を有し、採取したい地中温度の深さに対応する部分で前記配管２の配管密度が高い構成とすることにより、採取したい地中温度の深さにおいて交換する熱量がその他の部分に比べて多く、熱の交換効率に優れており、地中の熱をより効率的に取得することができる。
【００４３】
上述した実施の形態では、本発明の第２実施形態に係る熱交換用埋設管として、図２に示すように、前記採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管１の中空内部において配管２が深さ方向に３回折り返して形成されている構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管１の中空内部において配管２の配管密度が高ければ、その他の構成であっても良い。
【００４４】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る熱交換用埋設管について詳しく説明する。本発明の第３実施形態に係る熱交換用埋設管は、前述した第１及び第２実施形態を組み合わせた構成であって、採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管及びその中空内部において熱の交換効率に優れた加工を施した構成となっている。
【００４５】
すなわち、図３に示すように、埋設管１は、採取したい地中温度の深さに対応する部分において表面積が大きい構成であり（図３では、採取したい地中温度の深さに対応する部分で口径が大きい大口径部３を有する構成を例示）、更に埋設管１の中空内部は、該中空内部に熱媒体が内部を流動する熱交換用の配管２を有し、採取したい地中温度の深さに対応する部分で前記配管２の配管密度が高い構成である（図３では、配管２が深さ方向に３回折り返して形成されている構成を例示）。なお、前記埋設管及びその中空内部における熱交換効率に優れた加工は、図３に示す例に限定されるものではなく、上記第１及び第２実施形態において説明した各構成を適宜組み合わせることが可能である。以下にその一例として実施例２を例示する。
【００４６】
実施例２として以下に説明するようなシステムを組み、評価試験を行った。実施例２では、熱交換用埋設管は下端を閉じた鋼管杭を使用している。熱交換用埋設管の地表部分の外径φ1は１１４．３ｍｍであり、地表から３ｍ下から杭本体の外径φ2を１９０．７ｍｍにしている。この外径φ1に対する外径φ2の部分が前述の熱交換用埋設管の大口径部である。杭長ｈは１００００ｍｍである。この杭を２本使用し、杭内を通る熱交換用配管を直列で繋げている。杭本体内の配管は、ステンレス製の連通したフレキシブル管を使用しており、配管の外径φ3が１０ｍｍのものを１本の杭に２本通している。この配管を図３に示す通り、地表から約５ｍ下のところで３回折り返し、５ｍより下の配管の密度を上げている。熱媒体は水を用いており、杭内部の空間も水（充填材）で充填している。建物内の配管は床温水パネル（ノーリツ製ＵＤＪシリーズ）を利用しており、約１０畳の部屋に床温水パネルを約８畳分敷設している。このときの建物内の配管は総延長距離は約８０ｍである。建物と杭を結ぶ配管は銅管を使用し、保温材を巻いている。熱媒体の循環は、出力７５Ｗの循環ポンプを使用している。尚、実験は東京都内で行った。
【００４７】
評価は、実施例１と同様に、熱媒体を１週間連続で循環した後で、杭内へ流入する直前の水温と杭から流出した水温、および流量を２時間測定し、そこから、地中から得られた熱量を算出することにより行った。
【００４８】
なお、上記実施例２の比較対象となる従来例としての比較例１は、第１実施形態において説明したものと同様であり、実施例１と同一のシステム構成で、杭本体の外径が先端から下端まで１１４．３ｍｍの同一径の鋼管杭を用いている。評価の方法は実施例１と同じである。
【００４９】
評価結果は、比較例１の熱交換量が５１２Ｗであったのに対し、実施例２の熱交換量は８９１Ｗであった。比較例１に比べて実施例２の方が熱交換量が多いことがわかる。更に実施例２の構成によれば、実施例１と比較しても熱交換量が多いことがわかる。
【００５０】
なお、上記埋設管や配管等の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、前述の例に限定されるものではなく、本発明が適用される装置の構成や各種条件に応じて適宜決められるものである。
【００５１】
このように、採取したい地中温度の深さに対応する前記埋設管及びその中空内部において熱の交換効率に優れた加工を施した構成として、埋設管を採取したい地中温度の深さに対応する部分で表面積が大きい構成とし、更に埋設管の中空内部に熱媒体が内部を流動する熱交換用の配管を有し、採取したい地中温度の深さに対応する部分で前記配管の配管密度が高い構成とすることにより、採取したい地中温度の深さにおいて交換する熱量がその他の部分に比べて多く、熱の交換効率に優れており、地中の熱をより効率的に取得することができる。特に第３実施形態の構成によれば、前述した第１及び第２実施形態の構成と比べても、地中の熱をより効率的に取得することができる。
【００５２】
〔他の実施形態〕
なお、前述した熱交換用埋設管の地表付近の表層部（熱交換効率の悪いところ）を断熱材で被覆するように構成してもよい。具体的には、埋設管内部に配設する配管を断熱材で被覆する構成、あるいは、埋設管の外周部を断熱材で被覆する構成、あるいは、埋設管の内周部を断熱材で被覆する構成、あるいは、埋設管と配管と間の空間を断熱材で満たす構成などが考えられる。このように構成することにより、外気温の影響を受けやすい地表付近において交換される熱量を極力小さくすることができ、採取したい地中温度の深さにおいて効率良く行われる熱交換作用と相まって、地中の熱をより効率的に取得することができる。
【００５３】
また、本発明に係る熱交換用埋設管として、建物の基礎に用いる既成杭としての鋼管杭が利用可能であることは前述したが、例えば特許第２５９２０７９号公報に開示されている「小口径鋼管杭」に本発明を適用して熱交換用埋設管として用いることが好ましい。
【００５４】
この本発明を適用した鋼管杭とは、例えば図４（ａ）に示すように、採取したい地中温度の深さに対応する部分で表面積が大きくなるように、杭本体の外周に、杭本体外径より大きい外径を有するスパイラルウイング１２を備えた小口径鋼管杭１１である。このような構成の鋼管杭１１においては、スパイラルウイング１２を採取したい地中温度の深さに対応する杭本体外周部に設けることで、杭の表面積を大きくすることができ、地中の熱を効率良く採取することができる。
【００５５】
また、図４（ｂ）に示すように、採取したい地中温度の深さに対応する部分（例えば地表から３ｍ以深）においては前記スパイラルウイング１２を備え、採取したい地中温度の深さに対応する部分より上方においては杭の口径がより小さく、スパイラルウイングを持たない構成の鋼管杭１２としても良い。この構成によれば、採取したい地中温度の深さに対応する部分において取得した熱を地表付近で奪われにくくすることができ、更に熱取得効率を向上させることができる。
【００５６】
さらに、前記鋼管杭を用いて回転埋設方式で施工することにより、埋設時に掘削軟化した土砂を地上に排土せずに杭側面に押圧し圧縮するため、杭周縁の土砂の密度が高くなり、熱伝導率があがって、土と鋼管杭との熱交換効率が向上するという効果が得られる。
【００５７】
その他にも、前記本発明を適用した小口径鋼管杭を熱交換用埋設管として用いることにより、狭隘な場所でも施工が可能、騒音や振動の少ない施工が可能、といった前記小口径鋼管杭が有する特有の効果が、該小口径鋼管杭を熱交換用埋設管として使用した場合においても同様に期待できる。
【００５８】
また、熱交換用埋設管の内部に設置する熱交換用の配管は、埋設管内に熱媒体を流入する送り管と管内から熱媒体を流出する還り管を備えており、埋設管内の熱交換用の配管は、連続的に繋がっている。また、埋設管内の熱交換用の配管は、凹凸のない配管に比べて単位長さ当たりの表面積が大きく、また折り曲げ加工が容易な配管を使用することが好ましい。特に図４（ｃ）に示すように管壁形状が長さ方向に波型をしたフレキシブルパイプなどの蛇腹状の配管２を使用することが好ましく、吸熱面積の増大と折り曲げ加工が容易である。また配管２を図４（ｃ）に示すように波型形状とすることによって、配管内部では該内部を通る熱媒体の流れは乱流となり、熱交換の効率はさらに高くなる。
【００５９】
また、熱交換用の配管の材質は、金属製、プラスチック製のものを任意に用いればよいが、好ましいものは、金属製の配管で、銅管、ステンレス管、アルミ管、および鋼管等が挙げられる。この中でも、特に好ましいものはステンレス管である。また、１本の埋設管の内部に通す配管の本数は複数本であっても良い。
【００６０】
また、埋設管内の配管の形状は、通常の凹凸のないもの、図４（ｃ）に示すような管壁形状が長さ方向に波型をした蛇腹状のもの（フレキシブルパイプなど）、配管周面に放熱板（フィン）を取り付けたもの等が挙げられる。特に好ましいものは、前述したように蛇腹状の配管であり、凹凸の形状が熱交換の表面積を広げ、かつ配管内の熱媒体の流れが乱流となるため、熱交換効率が上がる。また、フレキシブルパイプなどの蛇腹状の配管は巻物であるため、施工現場までの運搬が簡単であり、折れ曲げ加工性に優れているため、埋設管内外への出し入れ等の施工性に優れている。
【００６１】
なお、前述した本発明に係る熱交換用埋設管を用いて地中熱利用装置としてシステムを構築する場合、例えば、図５に示すように、前述したような熱交換用埋設管１の他に、熱交換用埋設管１の配管２、建物内の配管７、配管内の熱媒体を循環させるための循環用ポンプ８等が挙げられる。循環用ポンプ８は、配管内の熱媒体を循環するのに十分な能力を備えているものであれば良い。建物内に配管を設置する場所としては、壁、床、天井、屋根、基礎等が挙げられる。また、この建物内の配管は、床暖房温水パネル等のパネル内に組み込まれていても構わない。また、建物内の配管と熱交換用埋設管の配管は配管によって連結しても良いし、或いは、必要に応じて建物内の配管と熱交換用埋設管からの配管との間に地中から得た熱を熱源として利用するボイラーやヒートポンプ等をシステムとして組み入れても構わない。建物内の配管と熱交換用埋設管の配管を連結する配管は、材質、配管径に関しては、使用態様に応じ任意に決めれば良い。
【００６２】
前述した本発明に係る熱交換用埋設管を地中熱利用装置に用いる場合、その埋設管は、前述したように地盤改良のために建物の基礎の下に埋設されている基礎杭を利用しても良いし、建物の基礎の下以外の場所に埋設した埋設管を利用しても良い。なお、基礎の下以外の場所の例を挙げると、基礎下以外の建物の下や、庭等の建物周縁の空き地、道路、駐車場等がある。このような場所であれば、配管に問題が起きた場合には埋設管上部開口から配管の出し入れが可能であるため、メンテナンスを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱交換用埋設管を示す模式図
【図２】本発明の第２実施形態に係る熱交換用埋設管を示す模式図
【図３】本発明の第３実施形態に係る熱交換用埋設管を示す模式図
【図４】熱交換用埋設管及び熱交換用配管の一例を示す模式図
【図５】地中熱利用装置のシステム構成の一例を示す模式図
【符号の説明】
【００６４】
１    …熱交換用埋設管
２    …配管
３    …大口径部
４ａ，４ｂ …口径の異なる管
７    …建物内の配管
８    …循環用ポンプ
１１  …鋼管杭
１２  …螺旋翼
１３  …掘削補助金具
１４  …支持金具
【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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