(57)【要約】【課題】  地中熱が豊富に存在する地下３００ｍ程度の深さまで埋設しても、地圧によって破損しない強度を備えたトリプルＵ字管式の地中熱交換器を提供する。【解決手段】  不凍液を循環させる第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２および第三Ｕ字管３と、直線状のガイド管４の全ての外径を等しく設定し、第一Ｕ字管１と第三Ｕ字管３を、その往路Ｄと復路Ｕをその間に隙間を設けることなく形成すると共に、ガイド管４を挟んで正対させる。第二Ｕ字管２を、その往路Ｄと復路Ｕの間にガイド管４が隙間なく侵入できる間隙部Ｇを形成し、ガイド管４をその間隙部Ｇに侵入させ、かつ、当該往路Ｄと復路Ｕのそれぞれを第一Ｕ字管１と第三Ｕ字管３との間に配置する。そして、第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２、第三Ｕ字管３およびガイド管４の各隣接する部分をそれぞれ当接または近接させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不凍液を循環させて地中熱を採取する地中熱交換器であって、前記不凍液を循環させる第一Ｕ字管（１），第二Ｕ字管（２）および第三Ｕ字管（３）と，直線状のガイド管（４）の全ての外径を等しく設定し、前記第一Ｕ字管と第三Ｕ字管を，その往路（Ｄ）と復路（Ｕ）をその間に隙間を設けることなく形成すると共に，前記ガイド管を挟んで正対させ、前記第二Ｕ字管を，その往路と復路の間に前記ガイド管が隙間なく侵入できる間隙部（Ｇ）を形成し，前記ガイド管を該間隙部に侵入させ，かつ，該往路と復路のそれぞれを前記第一Ｕ字管と第三Ｕ字管との間に配置し、前記第一Ｕ字管，第二Ｕ字管，第三Ｕ字管およびガイド管の各隣接する部分をそれぞれ当接または近接させてなることを特徴とするトリプルＵ字管式地中熱交換器。
【請求項２】
不凍液を、アルコール系の不凍液としてなることを特徴とする請求項１に記載のトリプルＵ字管式地中熱交換器。
【請求項３】
不凍液を、植物系のアルコール不凍液としてなることを特徴とする請求項１に記載のトリプルＵ字管式地中熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、融雪、冷暖房、温水プール、植物栽培あるいは動物飼育等に使用する地中熱を、地下３００ｍ程度の深さからでも採取することのできるＵ字管式地中熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気汚染等の環境問題を考慮し、自然エネルギーの一つである地中熱を利用して、道路や屋根の融雪あるいは冷暖房等を行う技術が、本発明者らによって開発されている。
【０００３】
地中熱を採取するためには、熱交換器を地中に埋設して採取する必要があるが、この熱交換器の一つとして、Ｕ字状に形成したもの（Ｕ字管式）がある。このＵ字管式の熱交換器は、その一方の通路（往路）の上端から熱媒を供給し、そのまま下方に送って下端部で反転させ、他方の通路（復路）を上昇させることによって地中熱を採取するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このＵ字管式の熱交換器は、往路と復路の両方で地中熱を採取することができるので採熱効率が高いと言った利点を有する。
【０００５】
しかし、その形状がＵ次式であるがために、例えば、円筒状の同心二重管式のものと比較して、機械的強度が劣り、地中内で地圧によって破損する危険性がある。特に、地中熱が豊富に存在する深さ（地下３００ｍ程度）まで埋設すると強大な地圧力作用するため、それに耐え得る形状にする必要がある。また、例え、破損が生じて中を循環する不凍液が地中に漏出しても、それによって地球環境を汚染することがない要にする必要がある。
【０００６】
本発明は、こうした問題に鑑み創案されたもので、地中熱が豊富に存在する地下３００ｍ程度の深さまで埋設しても、地圧によって破損しない強度を備え、また、仮に破損してもその中を循環する不凍液によって地球環境を汚染することのないＵ字管式の地中熱交換器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図１乃至図６を参照して説明する。請求項１に記載の発明は、不凍液を循環させて地中熱を採取するトリプルＵ字管式地中熱交換器であって、前記不凍液を循環させる第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２および第三Ｕ字管３と、直線状のガイド管４の全ての外径を等しく設定し、前記第一Ｕ字管１と第三Ｕ字管３を、その往路Ｄと復路Ｕをその間に隙間を設けることなく形成すると共に、前記ガイド管４を挟んで正対させ、前記第二Ｕ字管２を、その往路Ｄと復路Ｕの間に前記ガイド管４が隙間なく侵入できる間隙部Ｇを形成し、前記ガイド管４をその間隙部Ｇに侵入させ、かつ、当該往路Ｄと復路Ｕのそれぞれを前記第一Ｕ字管１と第三Ｕ字管３との間に配置し、前記第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２、第三Ｕ字管３およびガイド管４の各隣接する部分をそれぞれ当接または近接させてなることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、不凍液を、アルコール系の不凍液としてなることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、不凍液を、植物系のアルコール不凍液としてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載のトリプルＵ字管式地中熱交換器は、第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２、第三Ｕ字管３およびガイド管４の各隣接する部分をそれぞれ当接または近接させているので、それらがいわゆる一つの塊状の構造物を形成する。従って、大きな地圧が作用しても、それに耐え得ることができ、地下３００ｍ程度の地中熱が豊富に存在する地中深い場所に達するまで埋設することができる。
【００１１】
なお、本発明においては、第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２、第三Ｕ字管３およびガイド管４の全ての外径を等しく設定したことによって、それらの隣接する部分を当接または近接させることができるものである。
【００１２】
また、第一Ｕ字管１と第三Ｕ字管３を正対させ、第二Ｕ字管２の往路Ｄと復路Ｕのそれぞれを第一Ｕ字管１と第三Ｕ字管３の間に配置しているので、当該第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２および第三Ｕ字管３の下端を揃えることができ、これによっても全体が突出部分のない一つの塊状の構造物とすることができる。
【００１３】
ちなみに、例えば、第一Ｕ字管１の底端部を、第二Ｕ字管２の底端部の直上に位置させ、両底端部を上下に重ねた状態にすると、必然的に、第一Ｕ字管１の底端部が下方に突出した構造物となるため、一つの塊状とならず、強度が劣ってしまう。本発明は、こうした突出部分がなく、一つの塊状を形成するので強度に優れ、地下３００ｍ程度における高い地圧にも耐えることができる。
【００１４】
請求項２に記載のトリプルＵ字管式地中熱交換器は、請求項１に記載の発明と同様に、機械的強度が高いので、地中深くに埋設することができる。また、第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２および第三Ｕ字管３を循環する不凍液を、アルコール系の不凍液としているので安全性が高く、仮に、それらのＵ字管が地圧によって破損し、不凍液が漏出することがあったとしても、地球環境を汚染することがない。
【００１５】
請求項３に記載のトリプルＵ字管式地中熱交換器は、請求項１に記載の発明と同様に、機械的強度が高いので、地中深くに埋設することができる。また、不凍液を植物系のアルコール不凍液としているので、さらに安全性に優れ、仮に、Ｕ字管が破損して不凍液が漏出しても、地球環境は汚染されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係るトリプルＵ字管式地中熱交換器の実施形態を、図１乃至図５に示す。これは、不凍液を循環させて地中熱を採取する地中熱交換器であって、不凍液を循環させる第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２および第三Ｕ字管３と、直線状のガイド管４とで構成している。これらの管の外径は、全て等しく設定している。
【００１７】
そして、第一Ｕ字管１と第三Ｕ字管３を、その往路Ｄと復路Ｕをその間に隙間を設けることなく当接させた状態に形成すると共に（図４参照）、ガイド管４を挟んで正対させて配置している。また、第二Ｕ字管２を、その往路Ｄと復路Ｕの間にガイド管４が隙間なく侵入できる間隙部Ｇを形成して、その間隙部Ｇに侵入させ（図５参照）、かつ、当該往路Ｄと復路Ｕのそれぞれを前記第一Ｕ字管１と第三Ｕ字管３との間に配置している。
【００１８】
これにより、第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２、第三Ｕ字管３およびガイド管４の各隣接する部分をそれぞれ当接または近接させている。また、ガイド管４の長さを、第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２および第三Ｕ字管３のそれよりやや短く設定し、当該第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２および第三Ｕ字管３の下端を面一に揃えている。
【００１９】
従って、このトリプルＵ字管式地中熱交換器は、各部材が集合して、一部に突出部分のない一つの塊状の構造物を形成するため機械的強度に優れ、大きな地圧に耐え得ることができる。その結果、地中熱が豊富に存在する地下３００ｍ程度の深さまで埋設することができる。
【００２０】
なお、このトリプルＵ字管式地中熱交換器は、第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２および第三Ｕ字管３を循環する不凍液を、植物系のアルコール不凍液としているので安全性が極めて高い。従って、仮に、Ｕ字管が地圧によって破損し、不凍液が漏出することがあったとしても、地球環境を汚染しない。
【００２１】
なお、本実施形態におけるトリプルＵ字管式地中熱交換器は、垂直状の縦穴５を掘削した後、その縦穴５に挿入し、当該縦穴５を珪砂やグラウトなどの充填物Ｆで埋め潰すが、それに代えて、ガイド管４からグラウトを注入することもできる。また、このガイド管４の内部もグラウトなどの熱伝導性の高い物質で充填することができる。
【００２２】
本実施形態に係るトリプルＵ字管式地中熱交換器の使用例について、図６を参照しながら、融雪の場合を例に取って説明する。まず、融雪管６で放熱した不凍液は、循環ポンプ７によって循環路８を通り第一Ｕ字管１、第二Ｕ字管２および第三Ｕ字管３の各往路Ｄへ供給され、当該往路Ｄ内を下方へ送られながら、熱交換によって地中熱を採取する。
【００２３】
この不凍液は、その底端部で反転して復路Ｕに進み、そのまま上昇し、この復路Ｕにおいても、往路Ｄと同様に熱交換によって地中熱を採取する。復路Ｕを通過した不凍液は、循環ポンプ７によって融雪管６に供給され、採取した地中熱を放出して融雪等を行った後、再び各Ｕ字管の往路Ｄに戻される。こうした行程を繰り返すことによって、地中熱で連続的に融雪を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係るトリプルＵ字管式地中熱交換器を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示すトリプルＵ字管式地中熱交換器の底面図である。
【図４】図１のトリプルＵ字管地中熱交換器における第一Ｕ字管および第三Ｕ字管を示す正面図である。
【図５】図１のトリプルＵ字管地中熱交換器における第二Ｕ字管を示す正面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るトリプルＵ字管式地中熱交換器の使用例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
１      第一Ｕ字管
２      第二Ｕ字管
３      第三Ｕ字管
４      ガイド管
５      縦穴
６      融雪管
７      循環ポンプ
８      循環路
Ｄ      往路
Ｆ      充填物
Ｇ      間隙部
Ｕ      復路
【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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【図６】
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