(57)【要約】【課題】  従来のものよりも、費用抑制や工期短縮等の点において大きな利点をもたらすことができる、熱交換器、及び、当該熱交換器を複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】  熱交換器１は、管状ケーシング２と、取入管３と、放出管４とを有しており、管状ケーシング２は、その両端の開口部が鋼板５ａ，５ｂによって塞がれており、取入管３は、鋼板５ａを貫通するように配置されており、放出管４も、鋼板５ａを貫通するように配置されていることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器であって、当該熱交換器は、管状ケーシングと、当該管状ケーシングの外側から内側へと液媒を取り入れるための取入管と、当該取入管から取り入れた液媒を前記管状ケーシングの内側から外側へと放出するための放出管とを有しており、
前記管状ケーシングは、その両端の開口部が鋼板によって塞がれており、
前記取入管は、前記管状ケーシングの開口部を塞ぐ前記鋼板を貫通するように配置されており、前記放出管も、管状ケーシングの開口部を塞ぐ前記鋼板であって、前記取入管が貫通している鋼板を貫通するように配置されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器であって、当該熱交換器は、管状ケーシングと、当該管状ケーシングの外側から内側へと液媒を取り入れるための取入管と、当該取入管から取り入れた液媒を前記管状ケーシングの内側から外側へと放出するための放出管とを有しており、
前記管状ケーシングは、その両端の開口部が鋼板によって塞がれており、
前記取入管は、前記管状ケーシングの開口部を塞ぐ前記鋼板を貫通するように配置、及び／又は、前記管状ケーシングの一端の近辺において前記管状ケーシングの側面を貫通するように配置されており、
前記放出管は、管状ケーシングの開口部を塞ぐ前記鋼板であって前記取入管が貫通している鋼板を貫通するように配置、及び／又は、前記取入管が貫通している場所の近辺において前記管状ケーシングの側面を貫通するように配置されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記放出管の前記管状ケーシング内側における開口端部が、前記管状ケーシングを地中に埋設した際に下側に位置することになる前記管状ケーシングの一端の近辺に位置することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記管状ケーシングの内側に収納できるよう当該管状ケーシングの内寸より小さな外寸を有するプレートであって、所定の大きさを有する貫通孔が複数設けられているプレートを、前記管状ケーシングの内側に備えていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記管状ケーシングの外側において、平板状のリブを複数有しており、当該リブが、前記管状ケーシングを地中に埋設した際に、その平面側が水平方向を向くように配置されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記取入管から取り入れられた液媒が、前記管状ケーシングを地中に埋設した際に下側に位置することになる前記管状ケーシングの一端の近辺を通り、前記放出管より放出されるように、前記管状ケーシングの内側において、液媒の流路が形成されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記管状ケーシング内側における前記取入管の開口端部に近い場所に位置する流路の断面積と、前記管状ケーシングを地中に埋設した際に下側に位置することになる前記管状ケーシングの一端の近辺に位置する流路の断面積とを比較した場合、前記管状ケーシング内側における前記取入管の開口端部に近い流路における断面積の方が小さいことを特徴とする、請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記管状ケーシング内側における前記取入管の開口端部に近い場所に位置する流路の断面積と、前記管状ケーシング内側における前記放出管の開口端部に近い場所に位置する流路の断面積とを比較した場合、前記管状ケーシング内側における前記取入管の開口端部に近い流路における断面積の方が大きいことを特徴とする、請求項６に記載の熱交換器。
【請求項９】
地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器を、複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュールであって、
前記熱交換器は、管状ケーシングと、当該管状ケーシングの外側から内側へと液媒を取り入れるための取入管と、当該取入管から取り入れた液媒を前記管状ケーシングの内側から外側へと放出するための放出管とによって構成されており、
少なくとも一つの前記熱交換器についての放出管が、当該熱交換器とは別の熱交換器についての取入管に接続されていることを特徴とする熱交換器モジュール。
【請求項１０】
地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器を、複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュールであって、
前記熱交換器は、管状ケーシングと、当該管状ケーシングの外側から内側へと液媒を取り入れるための取入管と、当該取入管から取り入れた液媒を前記管状ケーシングの内側から外側へと放出するための放出管とによって構成されており、
少なくとも二つ以上の前記熱交換器についての放出管が、当該熱交換器とは別の熱交換器についての取入管に接続されることなくヒートポンプに連結していることを特徴とする熱交換器モジュール。
【請求項１１】
熱伝導率が高い物質を多く含む埋め戻し材料の層と、通常の埋め戻し土の層とを交互に貫通していることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項１２】
埋設される熱交換器が、地中において、熱伝導率が高い物質を多く含む埋め戻し材料の層と、通常の埋め戻し土の層とを交互に貫通している構成となるように、熱伝導率が高い物質を多く含む埋め戻し材料と通常の埋め戻し土とを交互に埋めるステップを有していることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器を地中に埋設する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中熱源ヒートポンプシステムにおいて利用される熱交換器、及び、当該熱交換器を複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュールに関するものであって、従来のものよりも、費用抑制や工期短縮等の点において大きな利点をもたらすことができる、熱交換器、及び、当該熱交換器を複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地中熱をヒートポンプの熱源として利用する地中熱源ヒートポンプシステムが知られている。地中熱源ヒートポンプシステムは、地中の温度が、季節に関わりなく１５℃前後に保たれていることに着目し、夏は地中熱を冷熱源（ヒートシンク）として、冬は地中熱を温熱源（ヒートソース）として、それぞれ空調・給湯・融雪等の熱源として利用するものである。特に、近年、地中熱源ヒートポンプシステムは、環境問題への意識の高まりと共に、二酸化炭素の排出量が少なく、節電効果が非常に高い再生可能エネルギー利用技術として注目を集めてきている。
【０００３】
ところで、このような地中熱源ヒートポンプシステムの実施態様の一つとして、従来より、長尺（１００ｍ程度）のＵ字型パイプを熱交換器として地中に埋設し、このＵ字型パイプ内に流す液媒（液媒体）によって、地中との熱交換を行い、ヒートポンプの熱源として利用するシステムが知られている。
【０００４】
しかしながら、このようなシステムでは、Ｕ字型パイプを地中深くに埋設する必要があるため、掘削工事や埋設工事等に膨大な費用を必要とするという問題があった。
【０００５】
本願発明者は、このような実情のもと、Ｕ字型パイプが有する問題を解消することができる熱交換器について鋭意検討を重ねた。その結果、本願発明者は、管状ケーシングと、当該管状ケーシングの外側から内側へと液媒を取り入れるための取入管と、当該取入管から取り入れた液媒を前記管状ケーシングの内側から外側へと放出するための放出管とを有している熱交換器、及び、当該熱交換器を複数個組み合わせた熱交換器モジュールによって、以上のような問題を解決することができるという知見を得、本発明を創作するに至った。
【０００６】
なお、本発明を出願するにあたって、本願発明者や出願人において過去の特許文献等を調査したところ、地中熱源ヒートポンプシステムにおいて利用される熱交換器に関し、下記の文献を発見することができたが、本発明に係る技術的思想等を詳述した特許文献については発見することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３２２２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、地中熱源ヒートポンプシステムにおいて利用される熱交換器、及び、当該熱交換器を複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュールに関するものであって、従来のものよりも、費用抑制や工期短縮等の点において大きな利点をもたらすことができる、熱交換器、及び、当該熱交換器を複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュール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】
そのための手段として、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器は、管状ケーシングと、当該管状ケーシングの外側から内側へと液媒を取り入れるための取入管と、当該取入管から取り入れた液媒を前記管状ケーシングの内側から外側へと放出するための放出管とを有しており、前記管状ケーシングは、その両端の開口部が鋼板によって塞がれており、前記取入管は、前記管状ケーシングの開口部を塞ぐ前記鋼板を貫通するように配置されており、前記放出管も、管状ケーシングの開口部を塞ぐ前記鋼板であって、前記取入管が貫通している鋼板を貫通するように配置されていることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器は、管状ケーシングと、当該管状ケーシングの外側から内側へと液媒を取り入れるための取入管と、当該取入管から取り入れた液媒を前記管状ケーシングの内側から外側へと放出するための放出管とを有しており、前記管状ケーシングは、その両端の開口部が鋼板によって塞がれており、前記取入管は、前記管状ケーシングの開口部を塞ぐ前記鋼板を貫通するように配置、及び／又は、前記管状ケーシングの一端の近辺において前記管状ケーシングの側面を貫通するように配置されており、前記放出管は、管状ケーシングの開口部を塞ぐ前記鋼板であって前記取入管が貫通している鋼板を貫通するように配置、及び／又は、前記取入管が貫通している場所の近辺において前記管状ケーシングの側面を貫通するように配置されていることも特徴としている。
【００１１】
さらに、以上の場合において、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器は、前記放出管の前記管状ケーシング内側における開口端部が、前記管状ケーシングを地中に埋設した際に下側に位置することになる前記管状ケーシングの一端の近辺に位置することも特徴としている。
【００１２】
また、以上の場合において、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器は、前記管状ケーシングの内側に収納できるよう当該管状ケーシングの内寸より小さな外寸を有するプレートであって、所定の大きさを有する貫通孔が複数設けられているプレートを、前記管状ケーシングの内側に備えていることも特徴としている。
【００１３】
さらに、以上の場合において、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器は、前記管状ケーシングの外側において、平板状のリブを複数有しており、当該リブが、前記管状ケーシングを地中に埋設した際に、その平面側が水平方向を向くように配置されていることも特徴としている。
【００１４】
また、以上の場合において、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器は、前記取入管から取り入れられた液媒が、前記管状ケーシングを地中に埋設した際に下側に位置することになる前記管状ケーシングの一端の近辺を通り、前記放出管より放出されるように、前記管状ケーシングの内側において、液媒の流路が形成されていることも特徴としている。
【００１５】
さらに、以上の場合において、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器は、前記管状ケーシング内側における前記取入管の開口端部に近い場所に位置する流路の断面積と、前記管状ケーシングを地中に埋設した際に下側に位置することになる前記管状ケーシングの一端の近辺に位置する流路の断面積とを比較した場合、前記管状ケーシング内側における前記取入管の開口端部に近い流路における断面積の方が小さいことも特徴としている。
【００１６】
また、以上の場合において、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器は、前記管状ケーシング内側における前記取入管の開口端部に近い場所に位置する流路の断面積と、前記管状ケーシング内側における前記放出管の開口端部に近い場所に位置する流路の断面積とを比較した場合、前記管状ケーシング内側における前記取入管の開口端部に近い流路における断面積の方が大きいことも特徴としている。
【００１７】
さらに、本発明に係る熱交換器モジュールは、地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器を、複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュールであって、前記熱交換器は、管状ケーシングと、当該管状ケーシングの外側から内側へと液媒を取り入れるための取入管と、当該取入管から取り入れた液媒を前記管状ケーシングの内側から外側へと放出するための放出管とによって構成されており、少なくとも一つの前記熱交換器についての放出管が、当該熱交換器とは別の熱交換器についての取入管に接続されていることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明に係る熱交換器モジュールは、地中熱源ヒートポンプ用として地中に埋設されて使用される熱交換器を、複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュールであって、前記熱交換器は、管状ケーシングと、当該管状ケーシングの外側から内側へと液媒を取り入れるための取入管と、当該取入管から取り入れた液媒を前記管状ケーシングの内側から外側へと放出するための放出管とによって構成されており、少なくとも二つ以上の前記熱交換器についての放出管が、当該熱交換器とは別の熱交換器についての取入管に接続されることなくヒートポンプに連結していることも特徴としている。
【００１９】
さらに、本発明に係る熱交換器は、熱伝導率が高い物質を多く含む埋め戻し材料の層と、通常の埋め戻し土の層とを交互に貫通していることも特徴としている。また、本発明に係る熱交換器をこのように埋設するため、本発明では、熱伝導率が高い物質を多く含む埋め戻し材料と通常の埋め戻し土とを交互に埋めるステップを有している埋設方法も特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、地中熱源ヒートポンプシステムにおいて利用される熱交換器、及び、当該熱交換器を複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュールに関するものであって、従来のものよりも、費用抑制や工期短縮等の点において大きな利点をもたらすことができる、熱交換器、及び、当該熱交換器を複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】地中熱源ヒートポンプ用の熱交換器１の実施形態の一例を示す図。
【図２】地中熱源ヒートポンプ用の熱交換器１の実施形態の一例を示す図。
【図３】地中熱源ヒートポンプ用の熱交換器１の実施形態の一例を示す図。
【図４】地中熱源ヒートポンプ用の熱交換器１の実施形態の一例を示す図。
【図５】地中熱源ヒートポンプ用の熱交換器１の実施形態の一例を示す図。
【図６】地中熱源ヒートポンプ用の熱交換器１の実施形態の一例を示す図。
【図７】地中熱源ヒートポンプ用の熱交換器１の実施形態の一例を示す図。
【図８】地中熱源ヒートポンプ用の熱交換器１の実施形態の一例を示す図。
【図９】熱交換器モジュール２０の実施形態の一例を示す図。
【図１０】熱交換器モジュール２０の実施形態の一例を示す図。
【図１１】熱交換器モジュール２０の実施形態の一例を示す図。
【図１２】熱交換器モジュール２０の実施形態の一例を示す図。
【図１３】熱交換器１を地中に埋設する際の実施態様の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用の熱交換器、及び、当該熱交換器を複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュールを実施するための形態について説明する。図１は、本発明の実施形態の一つに係る熱交換器１を示したものである。
【００２３】
熱交換器１は、地中に埋設されて使用されるものであって、図示されているように、鋼鉄製の管状ケーシング２と、管状ケーシング２の外側から内側へと液媒を取り入れるための取入管３と、取入管３から取り入れた液媒を管状ケーシング２の内側から外側へと放出するための放出管４とを有している。
【００２４】
管状ケーシング２は、その両端の開口部が、それぞれ鋼板５ａ及び５ｂによって塞がれており、鋼板５ａから鋼板５ｂまでの長さ（全長）が５ｍ程度の大きさとなっている。また、取入管３は、鋼板５ａを貫通するように配置されており、放出管４も、この取入管３が貫通している鋼板５ａを貫通するように配置されている。そして、放出管４の管状ケーシング２内側における開口端部４ａは、鋼板５ｂの近辺に位置するようになっている。また、管状ケーシング２内側における放出管４は断熱材によって覆われている。
【００２５】
なお、本願の明細書や特許請求の範囲の記載において、鋼板５ａ又は５ｂの近辺とは、管状ケーシング２の両端の近辺のことを意味し、具体的には、管状ケーシング２の一端又は他端からの距離が、管状ケーシング２の外寸（外径）の二倍の長さよりも短い範囲内にある場所を意味している。
【００２６】
そして、管状ケーシング２の内側には、プレート６が複数枚備えられている。プレート６は、管状ケーシング２の内側に収納できるように、管状ケーシング２の内寸（内径）より小さな外寸（外径）をしており、図示されているように、所定の大きさを有する貫通孔７が複数個設けられている。また、プレート６は、放出管４を、管状ケーシング２の中心位置に保持する役割も有している。なお、本図において、８は、熱交換器１を吊り上げる際に、ワイヤー等を通すための挿通孔を示したものである。
【００２７】
本実施形態に係る熱交換器１は、以上のような構成となっており、ここでは図示されないヒートポンプより取入管３を介して、管状ケーシング２の内側に取り入れられた液媒が、管状ケーシング２の内側を通る間、地中熱と熱交換を行うようになっている。そして、熱交換が行われた液媒は、断熱材によって覆われた放出管４から管状ケーシング２の外側へと放出され、再びヒートポンプに戻るようになっている。
【００２８】
なお、この熱交換時において、管状ケーシング２の内側を通る液媒は、プレート６と、プレート６に設けられた複数の貫通孔７が存在することによって、渦が生じて乱流状態となり、管状ケーシング２の内側において攪拌されるため、プレート６が無い場合よりも、より効率良く熱交換を行うことができるようになっている。
【００２９】
また、図２に示したように、熱交換器１について、管状ケーシング２の外側において、複数の平板状のリブ９を、管状ケーシング２を地中に埋設した際に、リブ９の平板面が水平方向を向くように取り付けても良い。これは、このような構成とすることで、熱交換器１の埋設時に邪魔にならず、かつ、熱交換効率を高めることのできる放熱板（フィン）を、管状ケーシング２に与えられると共に、管状ケーシング２の剛性も高めることができるからである。
【００３０】
なお、以上の実施形態においては、取入管３及び放出管４が、鋼板５ａを貫通するように配置されているが、本発明の技術的思想を具現化する場合、必ずしも取入管３や放出管４が、鋼板５ａを貫通している必要は無い。例えば、図３に示したように、取入管３が、鋼板５ａの近辺における管状ケーシング２の側面を貫通するように配置されており、また、放出管４が、取入管３が貫通している場所の近辺（ここでの「近辺」も、段落００２４で説明したものと同義である。）において管状ケーシング２の側面を貫通するように配置されるようになっていても構わない。
【００３１】
また、ここでは図示しないが、取入管３又は放出管４の一方のみが鋼板５ａを貫通するように配置され、他方が鋼板５ａの近辺における管状ケーシング２の側面を貫通するように配置されるようになっていても構わない。ただし、取入管３については、鋼板５ａを貫通するように配置することで、熱交換器１の使用開始時において、管状ケーシング２内の空気を容易に排出することができる、という効果を得ることができる。
【００３２】
さらに、図４に示したように、本発明においては、管状ケーシング２の形状を、円柱形ではなく、角柱形とすることも可能である。また、要求される熱交換効率や管状ケーシング２の強度に合わせて、図５に示したように、リブ９を、管状ケーシング２の長手方向すべてに取り付けるのではなく、熱交換器１を地中に埋設した際の下側半分に取り付けるようにしても構わない。
【００３３】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。図６は、本実施形態に係る熱交換器１を示したものである。この熱交換器１は、図示されているように、管状ケーシング２の内側において、内壁板１０が設けられている。内壁板１０は、管状ケーシング２を地中に埋設した際に、その板面が水平を向くようにして、管状ケーシング２の内側面、及び、鋼板５ａと密接するように固定されている。そして、内壁板１０は、鋼板５ｂとは接しておらず、内壁板１０と鋼板５ｂとの間を、液媒が流れるような構成となっている。
【００３４】
そのため、図６に示した熱交換器１においては、鋼板５ａの近辺の取入管３から取り入れられた液媒が、管状ケーシング２の内側における取入管３の開口端部が鋼板５ａの近辺に存在しているにも関わらず、一度鋼板５ｂの近辺を通ってから、放出管４より放出されるように流れる流路が形成されている。
【００３５】
また、図７は、図６に示した熱交換器１のさらに別の実施形態である。図７に示されているように、この熱交換器１には、管状ケーシング２の内側において、内壁板１０に加えて、対向板１１が複数設けられている。対向板１１は、管状ケーシング２を地中に埋設した際に、その板面が垂直を向くようにして、管状ケーシング２の内側面、及び、内壁板１０それぞれに交互に接するように、かつ、鋼板５ｂに近づくにつれ、隣り合う別の対向板１１との距離が遠くなるように配置されている。
【００３６】
そのため、図７に示した熱交換器１は、管状ケーシング２内側における取入管３の開口端部に近い場所に位置する流路の断面積と、鋼板５ｂの近辺に位置する流路の断面積とを比較した場合、管状ケーシング２の内側における取入管３の開口端部に近い流路における断面積の方が小さくなるような構成となっている。液媒の流路においては、断面積が大きい所の方が、断面積が小さい所よりも液媒が遅く流れるため、図７の熱交換器１では、地中のより深い場所（鋼板５ｂに近い場所）において液媒がゆっくりと流れることになり、熱交換が効率良く行われるようになっている。
【００３７】
また、図８は、図７に示した熱交換器１のさらに別の実施形態である。図８に示した熱交換器１は、図７に示した熱交換器１と同様、内壁板１０に加えて、対向板１１が複数設けられているが、ここでは、内壁板１０と対向板１１との配置を工夫することにより、管状ケーシング２の内側における取入管３の開口端部に近い場所に位置する流路の断面積と、管状ケーシング２の内側における放出管４の開口端部に近い場所に位置する流路の断面積とを比較した場合、取入管３の開口端部に近い流路における断面積の方が大きくなるように、管状ケーシング２内側の流路を構成するようにしている。
【００３８】
そのため、図８に示した熱交換器１では、取入管３の開口端部に近い場所において液媒がゆっくりと流れ、その後、徐々に液媒の流速が上がり、やがて、放出管４の開口端部に近い場所において、液媒が速く流れるようになっている。これにより、図８の熱交換器１は、管状ケーシング２の最も深いところで熱交換を行った液媒の熱を逃すことなく、速やかに放出管４から、管状ケーシング２の外側へと、液媒を流し出すことができるようになっている。
【００３９】
次に、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用の熱交換器を複数個組み合わせて構成される熱交換器モジュールを実施するための形態について説明する。図９は、本発明の実施形態の一つに係る熱交換器モジュール２０を示したものである。
【００４０】
図９の熱交換器モジュール２０は、五つの熱交換器１から構成されている。熱交換器１は、基本的に、以上で説明したものと同じものであって、管状ケーシング２、取入管３、及び、放出管４等を有している。なお、放出管４は、隣り合う別の熱交換器１の取入管３と、接続パイプ２１を介して接続されている。
【００４１】
このような熱交換器モジュール２０は、複数の熱交換器１を直列に配置したものであり、熱交換器１に取り入れられた液媒が、複数の熱交換器１の中を順番に流れることによって、地中における熱交換が行われるような構成となっている。
【００４２】
また、図１０は、図９に示した熱交換器モジュール２０の別の実施形態である。図１０の熱交換器モジュール２０は、液媒の流れでみた場合に、複数の熱交換器１を並列に配置したものである。従って、図１０の熱交換器モジュールにおいては、流れ込む液媒が、五つの内いずれかの熱交換器１の一つだけを通って、地中における熱交換が行われ、熱交換器モジュール２０の外へと流れるような構成となっている。
【００４３】
さらに、図１１は、図９や図１０に示した熱交換器モジュール２０のさらに別の実施形態である。図１１の熱交換器モジュール２０は、複数の熱交換器を、液媒の流れでみた場合に、直列と並列との組み合せで配置したものとなっている。なお、図９や図１０に示した熱交換器モジュール２０の場合、少なくとも二つ以上の熱交換器１についての放出管４が、これらとは別の熱交換器１についての取入管３に接続されることなく、ここでは図示されないヒートポンプに連結することになる。
【００４４】
また、図１２は、図９に示した熱交換器モジュール２０を、金属製の外枠２２で囲んだものである。このような構成とすることで、熱交換器モジュール２０をクレーン等で吊りることが容易となり、地中への埋設工事を容易かつ迅速に行うことが可能となる。
【００４５】
なお、以上の実施形態において、取入管３及び放出管４の端部、並びに、接続パイプ２１には、公知の接続部材を利用できるように、それぞれネジ山が切られていることが好ましい。これらは、このような構成とすることで、取入管３、放出管４、及び、接続パイプ２１同士の接続を容易に行うことができるからである。さらに、この場合において、接続パイプ２１には、蛇腹管等の可撓性のパイプを使用することが好ましい。これは、このような構成とすることで、地震や不等沈下などによって、万が一、熱交換器１の位置がズレてしまった場合であっても、隣り合う熱交換器１へと、接続パイプ２１を介して問題なく液媒を流し続けることができるからである。
【００４６】
また、以上の実施形態においては、熱交換器１、及び、熱交換器モジュール２０を、常に垂直方向に立てた状態で地中に埋設していることとしているが、当然ながら、熱交換器としての機能を果たし得るのであれば、埋設の際、これらを、必ずしも垂直方向に立てた状態とする必要はない。
【００４７】
さらに、以上の実施形態において、熱交換器１を、図１３に示したような縦穴２３へと埋設する際、熱伝導率が高い物質を多く含む埋め戻し材料の層２４と、通常の埋め戻し土の層２５とが交互に形成されるようにしても良い。熱交換器１が、熱伝導率が高い物質を多く含む埋め戻し材料の層２４と通常の埋め戻し土の層２５とを交互に貫通している構成である。このような構成とすることで、熱伝導率が高い物質を多く含む埋め戻し材料の層２４が、あたかも熱交換器１に備え付けられたフィンのような役割を果たすため、熱交換器１にフィンを備え付けなくても、高い放熱効果が期待できるからであり、また、費用の点でもメリットが大きいからである。ここで「熱伝導率が高い物質を多く含む埋め戻し材料の層」とは、炭化ケイ素等のように熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋを超える物質を、少なくとも全体の５０％以上含む埋め戻し材料からなる層のことをいう。
【００４８】
なお、本発明は、当然ながら、以上の実施形態で説明した熱交換器１や熱交換器モジュール２０、並びに、図示された熱交換器１や熱交換器モジュール２０等に限定されるものではなく、また、本発明の範囲には、本発明の技術的思想が具現化されたものも含まれるものとする。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る熱交換器１は、以上のような構成となっており、従来のＵパイプ型地中熱交換器と比べて、液媒の容量が非常に大きく、また、管状ケーシング２が熱伝導率の良い鋼鉄製であるため、非常に効率良く熱交換を行うことができる。
【００５０】
また、本発明に熱交換器１は、熱交換器モジュール２０のように、その単体を埋設前にユニットとして並べてモジュール化することができ、これにより地中への埋設作業の効率を高めることができる。また、モジュール化する際に、熱交換器１を、直列や並列、またはその併用といった組み合わせとすることで、要求される熱交換能力に応じて、熱交換器１を配置することもできる。
【００５１】
さらに、本発明に係る熱交換器１は、全長５ｍ程度の大きさに収まるため、従来のＵパイプ型地中熱交換器と異なり、これを埋設する際に、地中深く掘削工事を行う必要が無く、工事費用を抑制し、工期を短縮することができる。また、本実施形態に係る熱交換器１は、従来のＵパイプ型地中熱交換器と異なり、工場での大量生産が可能なため、この点からも工事費用を抑制し、工期を短縮することができる。
【００５２】
なお、前記の通り、本発明に係る熱交換器１は、全長５ｍ程度のものであるが、この程度の全長であっても、管状ケーシング２の上端を深さ２ｍ程度のところに埋設することで、地中熱源ヒートポンプシステムにおいて利用される熱交換器として充分な能力を発揮させることができる。これは、下図に示したように、深さ２ｍ程度の場所では、気温が高い夏においては１５℃よりも低い温度に、また、気温が低い冬においては１５℃よりも高い温度になっているところ、本発明に係る熱交換器１によれば、この深さ２ｍ程度における熱を利用した熱交換を、効率良く行うことができるからである。なお、深さ２ｍ程度の場所の温度が、このように変化するのは、季節によって変わる地上の温度変化の影響が遅れて現れることに起因している。
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【符号の説明】
【００５３】
１  ：熱交換器、
２  ：管状ケーシング、
３  ：取入管、
４  ：放出管、
５ａ，５ｂ：鋼板、
６  ：プレート、
７  ：貫通孔、
８  ：挿通孔、
９  ：リブ、
１０：内壁板、
１１：対向板、
２０：熱交換器モジュール、
２１：接続パイプ、
２２：金属製の外枠、
２３：縦穴、
２４：熱伝導率が高い物質を多く含む埋め戻し材料の層、
２５：埋め戻し土の層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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