(57)【要約】【課題】簡単な構成で、組立や交換が容易で、量産性、メンテナンス性に優れ、長尺化が容易で、設計自在性に優れ、施工時等に熱交換器が破損し難く、施工性、堅牢性に優れ、地中熱を有効利用でき、省エネルギー性、環境保護性、熱交換効率性に優れた熱交換ユニットの提供。【解決手段】地中又は液中に設置される通液性の筒型のケーシング部と、ケーシング部に内挿される熱交換器と、を備え、熱交換器が、（ａ）熱媒入口部と、熱媒流出部と、を有する上部接続体と、（ｂ）上端部が熱媒流出部に接続され熱媒流出部から流出する熱媒を流下させる採放熱管と、（ｃ）採放熱管の下端部が接続され熱媒が流入する熱媒流入部と、流入する熱媒を集合させて排出する熱媒出口部と、を有する下部接続体と、（ｄ）下端部が下部接続体の熱媒出口部に接続され熱媒を環流する戻り管と、を備えている。【選択図】図１
2013234782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設され又は液中に沈設され地中を流れる液体を介して地中の熱と熱交換を行う熱交換ユニットであって、
地中に埋設され又は液中に沈設された通液性の筒型のケーシング部と、前記ケーシング部に内挿される熱交換器と、を備え、
前記熱交換器が、
（ａ）熱媒が流入する熱媒入口部と、前記熱媒入口部から流入した前記熱媒が流出する複数の熱媒流出部と、を有する上部接続体と、
（ｂ）上端部が前記上部接続体の前記熱媒流出部にそれぞれ着脱自在に接続され前記熱媒流出部から流出する前記熱媒を流下させる複数の採放熱管と、
（ｃ）各々の前記採放熱管の下端部が着脱自在に接続され前記採放熱管から流出する前記熱媒が流入する熱媒流入部と、各々の前記熱媒流入部から流入する前記熱媒を集合させて排出する熱媒出口部と、を有する下部接続体と、
（ｄ）下端部が前記下部接続体の前記熱媒出口部に接続され前記熱媒出口部から流出する前記熱媒を環流する戻り管と、
を備えたことを特徴とする熱交換ユニット。
【請求項２】
前記熱交換器の前記上部接続体が中央部に貫通孔を有する中空のリング状に形成され、前記熱交換器の前記戻り管の上端側が前記上部接続体の前記貫通孔に挿通されて貫設されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換ユニット。
【請求項３】
前記熱交換器の前記戻り管が前記熱交換器の前記下部接続体の中央部に立設され、前記熱交換器の複数の前記採放熱管が前記戻り管の外周部に配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換ユニット。
【請求項４】
前記熱交換器の各々の前記採放熱管が、複数の管体を直列に連結して形成されることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の熱交換ユニット。
【請求項５】
前記複数の管体の連結部に配設される中間接続体を有し、前記中間接続体が、上流側の前記管体の下端部が着脱自在に接続される流入側接続部と、下流側の前記管体の上端部が着脱自在に接続される流出側接続部と、前記戻り管が挿通される挿通孔と、を備えたことを特徴とする請求項４に記載の熱交換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に埋設され又は液中に沈設され地中を流れる液体を介して地中の熱と熱交換を行う熱交換ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中の深部（例えば深さ５ｍ以上）は年間を通じて温度がほぼ一定であり（例えば１５℃）、外気と比べて夏は冷たく冬は暖かいという性質を有している。この性質を利用して地中からの採熱、或いは地中への放熱を行うため、地中に埋設する地中熱交換器が知られている。地中熱交換器はヒートポンプ，冷暖房装置，融雪装置等の負荷装置に接続され、負荷装置との間で空気，水，不凍液等の熱媒が循環され、負荷装置において熱媒から冷熱や温熱が取り出されることで大地熱が利用されるものである。
本願出願人が出願して特許された（特許文献１）には、少なくとも一部が螺旋状に形成され多条に複数並設されて内部を熱媒が流れる螺旋状流路と、下端が螺旋状流路の下端に接続され螺旋状流路の流路で囲まれる螺旋軸空間内に螺旋状流路の螺旋軸と略平行に配設され上端がヘッダで接続された地中熱媒流路と、螺旋状流路の間隔を保持する間隔保持部材と、を備え、該間隔保持部材が、環状に形成され地中熱媒流路が嵌挿又は嵌着される基部と、基部に延設されたアーム部と、アーム部の端部に形成され螺旋状流路が嵌着される嵌着部と、を備えた地中熱交換器熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５９４９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（特許文献１）の地中熱交換器は、螺旋状流路を有することにより、長尺（直管）状の流路を有する地中熱交換器と同等の伝熱面積を得るために必要な縦方向長さが、１／３〜１／２０程度に短くなり、埋設する竪穴の深さや掘削溝等の長さを従来の１／３〜１／２０程度にすることができるので、掘削コストを大幅に削減でき、また掘削量も少なく、掘削作業性、施工性に優れると共に、少量の充填材で竪穴や掘削溝等を埋め戻すことができ、埋め戻し作業性にも優れ、また埋め戻される際の充填材の圧力によって変形することがなく、局部的に過剰な応力が働き難いため、ピッチングが生じ難く、耐久性に優れ、さらに地中に熱媒の流路を均等に配置させることができ、熱交換斑が生じ難く、高い熱交換効率を維持できるものであった。
しかし、螺旋状流路の形成や間隔保持部材の取り付けなどに手間がかかると共に、地中熱交換器を埋設する地中の温度や必要な熱量に応じて、螺旋状流路の長さなどを変更することは難しく、組立作業性、設計自在性、汎用性に欠ける面があり、形状の簡素化、量産性の向上が望まれていた。
また、充填材による竪穴や掘削溝等の埋め戻し作業中やメンテナンスのための掘り起こし作業中に、地中熱交換器の螺旋状流路や間隔保持部材などに変形や破損などが発生するおそれがあり、施工性、耐久性の向上が望まれていた。
【０００５】
本発明は上記要望に応えるものであり、簡単な構成で、形状を簡素化することができ、組立、分解及び部分的な交換が容易で、量産性、メンテナンス性、保管性、搬送性に優れるだけでなく、長尺化が容易で、設計自在性、汎用性に優れると共に、熱交換器を確実に保護することができ、施工時やメンテナンス時に破損が発生することがなく、施工性、取扱い性、堅牢性に優れ、工期を短縮してコストダウンを図ることができ、地中を流れる地下水や地中に溜まった地下水（井戸水）、温泉水、油などの液体を介して熱交換を行うことにより、熱交換の効率性に優れ、地中の熱を有効に利用することができ、省エネルギー性、環境保護性に優れた熱交換ユニットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の熱交換ユニットは以下の構成を有している。
請求項１に記載の熱交換ユニットは、地中に埋設され又は液中に沈設され地中を流れる液体を介して地中の熱と熱交換を行う熱交換ユニットであって、地中に埋設され又は液中に沈設された通液性の筒型のケーシング部と、前記ケーシング部に内挿される熱交換器と、を備え、前記熱交換器が、（ａ）熱媒が流入する熱媒入口部と、前記熱媒入口部から流入した前記熱媒が流出する複数の熱媒流出部と、を有する上部接続体と、（ｂ）上端部が前記上部接続体の前記熱媒流出部にそれぞれ着脱自在に接続され前記熱媒流出部から流出する前記熱媒を流下させる複数の採放熱管と、（ｃ）各々の前記採放熱管の下端部が着脱自在に接続され前記採放熱管から流出する前記熱媒が流入する熱媒流入部と、各々の前記熱媒流入部から流入する前記熱媒を集合させて排出する熱媒出口部と、を有する下部接続体と、（ｄ）下端部が前記下部接続体の前記熱媒出口部に接続され前記熱媒出口部から流出する前記熱媒を環流する戻り管と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）地中に埋設され又は液中に沈設された通液性の筒型のケーシング部と、ケーシング部に内挿される熱交換器を有するので、熱交換器をケーシング部で保護して熱交換器の破損を防止することができ、堅牢性に優れると共に、通液性のケーシング部を通して地下水や井戸水などの液体がケーシング部の内と外を自由に移動することができ、地下水（井戸水）などの液体と熱交換器の採放熱管を流れる熱媒との間で確実に熱交換を行い、地中を流れる液体を介して大地の熱を有効利用することができ、熱交換の確実性、効率性に優れる。
（２）熱交換器が内挿されるケーシング部が通液性を有するので、ケーシング部の内部に土砂や充填材などを充填する必要がなく、施工性に優れると共に、熱交換器に不具合が発生した場合には、熱交換器のみを容易に地上に取り出して修理や交換作業を行うことができ、メンテナンス性に優れる。
（３）熱交換器がケーシング部に内挿されるので、地中に埋設する際に、熱交換器が周囲の土砂などと直接接触することがなく、また、埋設後にケーシング部の内部に土砂や充填材などを埋め戻す必要もないので、施工時に熱交換器が破損することがなく、施工性、取扱い性に優れる。
（４）熱媒が流入する熱媒入口部と、熱媒入口部から流入した熱媒が流出する複数の熱媒流出部と、を有する上部接続体と、上端部が上部接続体の熱媒流出部にそれぞれ着脱自在に接続され熱媒流出部から流出する熱媒を流下させる複数の採放熱管を備えていることにより、上部接続体に流入する熱媒を複数の採放熱管に分岐させて流下させることができ、採放熱の面積を拡大することができるので、ケーシング部の内部を流動する液体との間で効率的に熱交換を行うことができ、大地熱利用の効率性に優れる。
（５）各々の採放熱管から流出する熱媒が流入する熱媒流入部と、各々の熱媒流入部から流入する熱媒を集合させて排出する熱媒出口部と、を有する下部接続体と、下端部が下部接続体の熱媒出口部に接続され熱媒出口部から流出する熱媒を環流する戻り管を備えていることにより、各々の採放熱管を通過して採放熱を行った熱媒をまとめて戻り管から流出させることができ、短時間で素早く環流させることができるので、戻り管を通過する間の熱交換を低く抑えることができ、大地熱の有効利用性に優れる。
（６）各々の採放熱管の上端部及び下端部がそれぞれ上部接続体の熱媒流出部及び下部接続体の熱媒流入部に着脱自在に接続されるので、組立及び分解が容易で、量産性に優れると共に、採放熱管の交換が容易でメンテナンス性に優れるだけでなく、地中又は地中を流れる液体の温度や必要な熱量に応じて、採放熱管の長さを選択することができ、長尺化が容易で、設計自在性に優れる。
（７）上部接続体及び下部接続体に対して各々の採放熱管が着脱自在に接続されるので、破損などの不具合が発生した採放熱管のみを交換することができ、メンテナンス性、省資源性に優れる。
（８）複数の採放熱管を有することにより、採放熱管の表面積を増加させ、各々の採放熱管を流れる熱媒の流速を落とすことができ、熱媒が採放熱管の中を時間をかけて流下するので、ケーシング部内の液体との間で十分に熱交換を行うことができ、熱交換の効率性、大地熱の有効利用性に優れる。
【０００７】
ここで、熱交換ユニットを設置する場所は、地熱を直接的或いは間接的に利用できる場所であればよい。大地に竪穴などを掘削して設置する以外に、石油の採掘のために油層に向かって掘られた坑井や井戸を利用して設置することや温泉水の中に設置することもできる。また、生ごみその他を利用して製造する堆肥の中に埋設すれば、堆肥の製造過程で発生する発酵熱も有効利用することができる。
ケーシング部は内挿される熱交換器を保護できるものであればよく、材質はコンクリート、鉄やステンレス等の金属、合成樹脂等から、適宜、選択することができる。ケーシング部として、構造物の建設に用いられる支持杭や摩擦杭を利用することもできる。この場合、杭打ち時に、熱交換器を埋設することができるので、別途、竪穴などを掘削する必要がなく、施工性に優れ、工期を短縮することができる。特に、ケーシング部としてコンクリートパイルを用いた場合、容易に地中に埋設することができ、施工性、耐久性に優れる。
ケーシング部は、通液性を有するものであればよく、コンクリート、金属、合成樹脂等で形成された周壁部に通液孔を設けたり、スリットを入れたりして通水性を付与してもよいし、金属製や合成樹脂製の繊維を編んで通液性を有する網目状の周壁部を形成してもよい。
周壁部に形成する通液孔の孔径、スリットの幅、網目の大きさなどは、ケーシング部の大きさ（直径）やケーシング部を埋設する場所の地質などによっても異なるが、一般的な地盤の場合は、３ｍｍ〜１００ｍｍに形成することが好ましい。これらの寸法が３ｍｍより小さくなるにつれ、目詰まりが発生し易く、液体の流れが悪くなって、熱交換効率が低下し易くなる傾向があり、１００ｍｍより大きくなるにつれ、ケーシング部の内部に土砂やヘドロなどが侵入し、ケーシング部の内部を液体が流動し難くなって、熱交換効率が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
尚、通液孔やスリットの数や配置は、ケーシング部の剛性や耐久性を損なわない範囲で適宜、選択することができる。
【０００８】
採放熱管及び戻り管路としては、ポリプロピレン，ポリブテン，ポリアミド等の合成樹脂、チタン，ステンレス等の金属等で形成されたものが好適に用いられる。なかでも、合成樹脂製のものは成形性に優れると共に、腐食し難く、耐久性に優れるので、好ましい。また、採放熱管には単なる円筒管を用いてもよいが、波付管（蛇腹管）を用いた場合、組立前の採放熱管を巻回してコイル状に束ねて搬送することができ、長尺化が容易で、搬送性、施工性に優れる。
上部接続体及び下部接続体の材質は、採放熱管や戻り管路と同様のものが好適に用いられる。
上部接続体の熱媒流出部及び下部接続体の熱媒流入部は、それぞれ採放熱管の上端部及び下端部と着脱自在に接続できるものであればよい。嵌着や螺着などにより直接接続してもよいし、継手等を介して接続してもよいが、螺着によって接続するものが固定の確実性、安定性に優れ、好適に用いられる。尚、螺着によって接続する場合、どちらが雄螺子でも雌螺子でもよいが、袋ナットを用いることにより、組立及び分解作業が容易で施工性に優れる。
採放熱管の管径、数、配置は適宜、選択することができる。例えば、複数の採放熱管を円周上に配置してもよいし、直線状に配置してもよい。また、採放熱管の長さは、熱交換ユニットを埋設する地中の温度や必要な熱量に応じて、適宜、選択することができるが、予め様々な長さの採放熱管を用意する代わりに、所定の長さの採放熱管を必要に応じて連結することにより、汎用性、量産性に優れる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換ユニットであって、前記熱交換器の前記上部接続体が中央部に貫通孔を有する中空のリング状に形成され、前記熱交換器の前記戻り管の上端側が前記上部接続体の前記貫通孔に挿通されて貫設される構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）熱交換器の上部接続体が中央部に貫通孔を有する中空のリング状に形成され、熱交換器の戻り管の上端側が上部接続体の貫通孔に挿通されて貫設されるので、採放熱管の長さに応じて、上部接続体を戻り管の長手方向に沿って上下方向に容易に移動させることができ、採放熱管の長さによらず、上部接続体や下部接続体を共通化することができ、汎用性、量産性、組立作業性に優れる。
【００１０】
ここで、上部接続体の貫通孔は、戻り管を挿通することができればよく、必ずしも戻り管の外形と同形状又は相似形状である必要はない。尚、貫通孔の形状を戻り管の外形とほぼ同等か戻り管の外形よりもやや大き目に形成した場合、戻り管によって上部接続体のがたつきや位置ずれを抑えることができ、採放熱管や戻り管の変形が発生し難く、耐久性、施工性に優れる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の熱交換ユニットであって、前記熱交換器の前記戻り管が前記熱交換器の前記下部接続体の中央部に立設され、前記熱交換器の複数の前記採放熱管が前記戻り管の外周部に配設される構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）熱交換器の戻り管が熱交換器の下部接続体の中央部に立設され、熱交換器の複数の採放熱管が戻り管の外周部に配設されることにより、採放熱管と、ケーシング部の内部を流動する液体と、の間の熱交換が促進されると共に、戻り管と液体との間の熱交換が低く抑えられ、液体が大地から吸収した熱を無駄なく有効に利用して熱媒の加熱又は冷却を行うことができ、熱交換の効率性、大地熱の有効利用性に優れる。
【００１２】
ここで、複数の採放熱管を同一円周上に配置したり、等角度間隔で配置したりすることにより、各々の採放熱管における採放熱量（＝熱媒の温度）を略均一とすることができる。これにより、各々の採放熱管から熱媒流入部を通って下部接続体に流入する熱媒を集合させて熱媒出口部から排出し、戻り管を通して環流する際に、熱媒に温度斑がなく、流れがスムーズで、熱媒の循環効率性に優れる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の熱交換ユニットであって、前記熱交換器の各々の前記採放熱管が、複数の管体を直列に連結して形成される構成を有している。
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１項で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）熱交換器の各々の採放熱管が、複数の管体を直列に連結して形成されるので、採放熱管の長さを自在に調整することができ、組立、分解の作業性、設計の自在性に優れる。
（２）複数の管体を直列に連結して採放熱管を形成するので、破損などの不具合が発生した場合には、管体の部分的な交換で対応することができ、メンテナンス性、省資源性に優れる。
（３）施工前は短い管体の状態で搬送し、現場で連結して長尺状の採放熱管を形成することができるので、搬送性、量産性に優れる。
【００１４】
ここで、管体は採放熱管を分割したものに相当し、材質や形状などは採放熱管と同様である。管体同士は、直接接続してもよいし、継手等を介して接続してもよい。特に、螺着によって接続するものは、固定の確実性、安定性に優れるが、袋ナットを用いた場合、組立及び分解作業が容易で施工性に優れる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の熱交換ユニットであって、前記複数の管体の連結部に配設される中間接続体を有し、前記中間接続体が、上流側の前記管体の下端部が着脱自在に接続される流入側接続部と、下流側の前記管体の上端部が着脱自在に接続される流出側接続部と、前記戻り管が挿通される挿通孔と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項４で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）複数の管体の連結部に配設される中間接続体が、上流側の管体の下端部が着脱自在に接続される流入側接続部と、下流側の管体の上端部が着脱自在に接続される流出側接続部を有することにより、複数の管体を中間接続体で容易に連結することができ、複数の採放熱管を中間接続体により一体化し、補強することができるので、長尺化を図ることができ、施工性、耐久性に優れる。
（２）複数の管体の連結部に配設される中間接続体が、戻り管が挿通される挿通孔を有することにより、中間接続体を戻り管の長手方向の任意の位置に配置することができ、設計自在性に優れる。
（３）中間接続体の挿通孔に戻り管が挿通されることにより、複数の採放熱管と戻り管を固定して一体に取り扱うことができ、埋設作業が容易で、施工性に優れる。
【００１６】
ここで、中間接続体の材質は、採放熱管や戻り管路と同様のものが好適に用いられる。また、中間接続体の流入側接続部及び流出側接続部は、上部接続体の熱媒流出部や下部接続体の熱媒流入部と同様のものが好適に用いられる。中間接続体は、上部接続体と同様に、中空のリング状に形成したものが好ましく、その挿通孔は、上部接続体の貫通孔と同様に形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように構成された本発明の熱交換ユニットによれば、以下のような効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）熱交換器をケーシング部で保護して熱交換器の破損を防止することができ、堅牢性に優れ、通液性のケーシング部を通して地下水や井戸水などの液体がケーシング部の内と外を自由に移動することができ、地下水（井戸水）などの液体と熱交換器の採放熱管を流れる熱媒との間で確実に熱交換を行うことにより、地中を流れる液体を介して大地の熱を有効利用することができる熱交換の確実性、効率性に優れた熱交換ユニットを提供することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）採放熱管の長さに応じて、上部接続体を戻り管の長手方向に沿って上下方向に容易に移動させることができ、採放熱管の長さによらず、上部接続体や下部接続体を共通化することができる汎用性、量産性、組立作業性に優れた熱交換ユニットを提供することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）採放熱管と、ケーシング部の内部を流動する液体と、の間の熱交換が促進されると共に、戻り管と、ケーシング部の内部を流動する液体と、の間の熱交換が低く抑えられ、液体が大地から吸収した熱を無駄なく有効に利用して熱媒の加熱又は冷却を行うことができる熱交換の効率性、大地熱の有効利用性に優れた熱交換ユニットを提供することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の内いずれか１項の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）採放熱管の長さを自在に調整することができ、破損などの不具合が発生した場合には、管体の部分的な交換で対応することができる組立、分解の作業性、設計の自在性、メンテナンス性、省資源性に優れた熱交換ユニットを提供することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）複数の管体を中間接続体で容易に連結することができ、複数の採放熱管を中間接続体により一体化して補強し、容易に長尺化を図ることができる施工性、耐久性に優れた熱交換ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１における熱交換ユニットを示す側面模式図
【図２】実施の形態１における熱交換ユニットに用いるケーシング部を示す要部模式斜視図
【図３】（ａ）図１のＡ−Ａ線矢視断面模式図  （ｂ）図１のＢ−Ｂ線矢視断面模式図
【図４】図１のＣ−Ｃ線矢視断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。尚、本発明の技術的範囲は本実施の形態に限定されるものではない。
（実施の形態１）
実施の形態１における熱交換ユニットについて説明する。
図１は実施の形態１における熱交換ユニットを示す側面模式図であり、図２は実施の形態１における熱交換ユニットに用いるケーシング部を示す要部模式斜視図であり、図３（ａ）は図１のＡ−Ａ線矢視断面模式図であり、図３（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線矢視断面模式図であり、図４は図１のＣ−Ｃ線矢視断面模式図である。
図１中、１は実施の形態１における熱交換ユニット、１ａは後述するケーシング部１０に内挿された熱交換ユニット１の熱交換器、２は中空のリング状に形成された熱交換器１ａの上部接続体、２ａは上部接続体２の上面側に形成され熱媒が流入する熱媒入口部、２ｂは上部接続体２の下面側に形成され熱媒入口部２ａから流入した熱媒が流出する複数の熱媒流出部、２ｃは熱媒流出部２ｂの外周に形設された雄螺子部、３は上部接続体２の中央部に形成された貫通孔、４はポリプロピレン，ポリブテン，ポリアミド等の合成樹脂製の波付管で形成された複数の管体４ａを連結した熱交換器１ａの採放熱管、４ｂは管体４ａの上端部に配設され上部接続体２の熱媒流出部２ｂの雄螺子部２ｃや後述する中間接続体６の流出側接続部６ｂの雄螺子部６ｃに着脱自在に螺着される袋ナット状の上端接続部、４ｃは管体４ａの下端部に配設され後述する下部接続体５の熱媒流入部５ａの雄螺子部５ｂや中間接続体６の流入側接続部６ａの雄螺子部６ｃに着脱自在に螺着される袋ナット状の下端接続部、５は中空の円板状に形成された熱交換器１ａの下部接続体、５ａは下部接続体５の上面側に形成され採放熱管４を流下した熱媒が流入する熱媒流入部、５ｂは熱媒流入部５ａの外周に形設された雄螺子部、５ｃは下部接続体５の上面側中央部に形成され各々の熱媒流入部５ａから流入する熱媒を集合させて排出する熱媒出口部、６は中空のリング状に形成され管体４ａの連結部に配設される熱交換器１ａの中間接続体、６ａは中間接続体６の上面側に形成され上流側の管体４ａを流下した熱媒が流入する複数の流入側接続部、６ｂは中間接続体６の下面側に形成され流入側接続部６ａから流入した熱媒が流出する流出側接続部、６ｃは流入側接続部６ａ及び流出側接続部６ｂの外周に形設された雄螺子部、７は中間接続体６の中央部に形成された挿通孔、８はポリプロピレン，ポリブテン，ポリアミド等の合成樹脂やチタン等の金属で形成され下端部が下部接続体５の熱媒出口部５ｃに接続され上端側及び長手方向の途中が上部接続体２の貫通孔３及び中間接続体６の挿通孔７に挿通されて貫設され熱媒出口部５ｃから流出する熱媒を環流する熱交換器１ａの戻り管、９は上部接続体２の熱媒入口部２ａに接続され熱交換器１ａに熱媒を供給する熱媒供給管、１０はコンクリートパイルを用いた熱交換ユニット１のケーシング部、１０ａはケーシング部１０の周壁に形成された複数の通液孔である。
尚、図１においては、説明の都合上、一本の採放熱管４のみを示し、その外の採放熱管４を省略したが、上部接続体２の各々の熱媒流出部２ｂと下部接続体５の各々の熱媒流入部５ａとの間は、それぞれ管体４ａを連結した採放熱管４で接続される。
【００２４】
本実施の形態では、図２に示すように、コンクリートパイルの周壁部に複数の通液孔１０ａを形成して通液性を付与しケーシング部１０に用いた。これにより、熱交換ユニット１を地中に埋設する場合には、容易に設置作業を行うことができ、施工性に優れ、工期を短縮することができる。尚、ケーシング部１０は内挿される熱交換器１ａを保護できるものであればよく、材質としてはコンクリート以外にも鉄やステンレス等の金属、合成樹脂等を用いることができる。
通液孔１０ａの孔径は３ｍｍ〜１００ｍｍに形成した。通液孔１０ａの孔径が３ｍｍより小さくなるにつれ、目詰まりが発生し易く、液体（地下水等）の流れが悪くなって、熱交換効率が低下し易くなる傾向があり、１００ｍｍより大きくなるにつれ、ケーシング部１０の内部に土砂やヘドロなどが侵入し、ケーシング部１０の内部を液体が流動し難くなって、熱交換効率が低下し易くなる傾向があることがわかったためである。通液孔１０ａの孔径を３ｍｍ〜１００ｍｍにすることにより、地下水等の流水性に優れ、熱交換効率を向上させることができる。
尚、通液孔１０ａの孔径は同一である必要はなく、異なる孔径の通液孔１０ａを組み合わせてもよい。
また、通液孔１０ａの数や配置は、ケーシング部１０の剛性や耐久性を損なわない範囲で適宜、選択することができる。本実施の形態では、図２に示すように通液孔１０ａをランダムに配置したが、規則的に配置してもよい。また、ケーシング部１０の周壁部に通液孔１０ａを形成する代わりに、スリットを入れてもよい。スリットは、幅方向の寸法を通液孔１０ａの孔径と同等の３ｍｍ〜１００ｍｍとすることにより、通液孔１０ａと同様の作用・効果が得られる。尚、スリットは、ケーシング部１０の長さ方向と平行に形成してもよいし、長さ方向に対して傾斜させて形成してもよい。
また、本実施の形態のようにケーシング部１０の周壁部に後から通液孔１０ａを形成したり、スリットを形成したりする代わりに、初めからポーラス状（多孔質性）の材質でケーシング部１０を形成したり、金属製や合成樹脂製の繊維を編んで通液性を有する網目状の周壁部を形成したりした場合は、通液孔１０ａやスリットの加工を省略することができる。
【００２５】
本実施の形態では、図３（ａ）及び図４に示すように、上部接続体２の貫通孔３及び中間接続体６の挿通孔７の形状を戻り管８の外形よりもやや大き目の円形に形成し、戻り管８を容易に挿通できるようにした。上部接続体２の貫通孔３及び中間接続体６の挿通孔７に戻り管８が挿通されることによって上部接続体２及び中間接続体６のがたつきや位置ずれを抑えることができる。また、これにより、埋設などの施工時に、採放熱管４や戻り管８の変形が発生し難く、耐久性、施工性に優れる。尚、上部接続体２の貫通孔３及び中間接続体６の挿通孔７は、戻り管８を挿通することができればよく、必ずしも戻り管８の外形と同形状又は相似形状である必要はない。
また、本実施の形態では、図３に示すように、複数の採放熱管４を同一円周上に等角度間隔で配置し、各々の採放熱管４における採放熱量（＝熱媒の温度）が略均一となるようにした。これにより、各々の採放熱管４から熱媒流入部５ａを通って下部接続体５に流入する熱媒を集合させて熱媒出口部５ｃから排出し、戻り管８を通して環流する際に、熱媒に温度斑がなく、流れがスムーズで、熱媒の循環効率性に優れる。
尚、採放熱管４の数や配置はこれに限定されるものではなく、適宜、選択することができる。
また、本実施の形態では、採放熱管４を構成する管体４ａの連結部に中間接続体６を配設することにより、複数の採放熱管４を一体化し、耐久性を向上させたが、上部接続体２から下部接続体５までの距離が短い場合は、中間接続体６を用いず、上部接続体２と下部接続体５の間を管体４ａで直接接続してもよい。尚、管体４ａを複数の箇所で連結する場合、中間接続体６は、管体４ａの全ての連結部に設ける必要はなく、その配置間隔は、適宜、選択することができる。また、中間接続体６を用いずに管体４ａ同士を接続することもできるが、その場合は、管体４ａ同士を直接接続してもよいし、継手を介して接続してもよい。
【００２６】
以上のように構成された実施の形態１における熱交換ユニットの使用方法について説明する。
実施の形態１における熱交換ユニット１は、大地に掘った孔に埋設するか或いは既存の坑井や地下水中（井戸の中）、温泉水中などに沈設する。熱交換器１ａの採放熱管４及び戻り管８の周囲は、ケーシング部１０で囲まれているが、周壁に複数の通液孔１０ａが形成されており、大地内を流動する地下水や井戸水などの液体がケーシング部１０の内と外を自由に移動することができ、地下水（井戸水）などの液体と熱交換器１ａとの間で直接熱交換を行うことができるので、ケーシング部１０の内部にコンクリート，モルタル，土砂，土，砂，ケイ砂，廃シリコン等のケイ素粒等の充填材を充填しなくてもよい。
戻り管８及び熱媒供給管９の上端をヒートポンプ，冷暖房装置，融雪装置等の図示しない負荷装置に接続し、負荷装置で冷熱や温熱が熱交換された熱媒を熱媒供給管９から熱交換器１ａの上部接続体２に供給する。熱媒は採放熱管４の上端から下端に向かって流下し、ケーシング部１０の内部を流動する地下水（井戸水）などの液体を介して大地との間で熱交換を行う。熱交換を行った熱媒は、下部接続体５で集合して熱媒出口部５ｃから流出し、戻り管８によって負荷装置に環流される。このようにして熱媒は熱交換ユニット１と負荷装置の間を循環する。
【００２７】
本発明の実施の形態１における熱交換ユニットによれば、以下のような作用が得られる。
（１）地中に埋設され又は液中に沈設された通液性の筒型のケーシング部と、ケーシング部に内挿される熱交換器を有するので、熱交換器をケーシング部で保護して熱交換器の破損を防止することができ、堅牢性に優れると共に、通液性のケーシング部を通して地下水や井戸水などの液体がケーシング部の内と外を自由に移動することができ、地下水（井戸水）などの液体と熱交換器の採放熱管を流れる熱媒との間で確実に熱交換を行い、地中を流れる液体を介して大地の熱を有効利用することができ、熱交換の確実性、効率性に優れる。
（２）熱交換器が内挿されるケーシング部が通液性を有するので、ケーシング部の内部に土砂や充填材などを充填する必要がなく、施工性に優れると共に、熱交換器に不具合が発生した場合には、熱交換器のみを容易に地上に取り出して修理や交換作業を行うことができ、メンテナンス性に優れる。
（３）熱交換器がケーシング部に内挿されるので、地中に埋設する際に、熱交換器が周囲の土砂などと直接接触することがなく、また、埋設後にケーシング部の内部に土砂や充填材などを埋め戻す必要もないので、施工時に熱交換器が破損することがなく、施工性、取扱い性に優れる。
（４）熱媒が流入する熱媒入口部と、熱媒入口部から流入した熱媒が流出する複数の熱媒流出部と、を有する上部接続体と、上端部が上部接続体の熱媒流出部にそれぞれ着脱自在に接続され熱媒流出部から流出する熱媒を流下させる複数の採放熱管を備えていることにより、上部接続体に流入する熱媒を複数の採放熱管に分岐させて流下させることができ、採放熱の面積を拡大することができるので、ケーシング部の内部を流動する液体との間で効率的に熱交換を行うことができ、大地熱利用の効率性に優れる。
（５）各々の採放熱管から流出する熱媒が流入する熱媒流入部と、各々の熱媒流入部から流入する熱媒を集合させて排出する熱媒出口部と、を有する下部接続体と、下端部が下部接続体の熱媒出口部に接続され熱媒出口部から流出する熱媒を環流する戻り管を備えていることにより、各々の採放熱管を通過して採放熱を行った熱媒をまとめて戻り管から流出させることができ、短時間で素早く環流させることができるので、戻り管を通過する間の熱交換を低く抑えることができ、大地熱の有効利用性に優れる。
（６）各々の採放熱管の上端部及び下端部がそれぞれ上部接続体の熱媒流出部及び下部接続体の熱媒流入部に着脱自在に接続されるので、組立及び分解が容易で、量産性に優れると共に、採放熱管の交換が容易でメンテナンス性に優れるだけでなく、地中又は地中を流れる液体の温度や必要な熱量に応じて、採放熱管の長さを選択することができ、長尺化が容易で、設計自在性に優れる。
（７）複数の採放熱管を有することにより、採放熱管の表面積を増加させ、各々の採放熱管を流れる熱媒の流速を落とすことができ、熱媒が採放熱管の中を時間をかけて流下するので、ケーシング部内の液体との間で十分に熱交換を行うことができ、熱交換の効率性、大地熱の有効利用性に優れる。
（８）熱交換器の上部接続体が中央部に貫通孔を有する中空のリング状に形成され、熱交換器の戻り管の上端側が上部接続体の貫通孔に挿通されて貫設されるので、採放熱管の長さに応じて、上部接続体を戻り管の長手方向に沿って上下方向に容易に移動させることができ、採放熱管の長さによらず、上部接続体や下部接続体を共通化することができ、汎用性、量産性、組立作業性に優れる。
（９）熱交換器の戻り管が熱交換器の下部接続体の中央部に立設され、熱交換器の複数の採放熱管が戻り管の外周部に配設されることにより、採放熱管と、ケーシング部の内部を流動する液体と、の間の熱交換が促進されると共に、戻り管と液体との間の熱交換が低く抑えられ、液体が大地から吸収した熱を無駄なく有効に利用して熱媒の加熱又は冷却を行うことができ、熱交換の効率性、大地熱の有効利用性に優れる。
（１０）熱交換器の各々の採放熱管が、複数の管体を直列に連結して形成されるので、採放熱管の長さを自在に調整することができ、組立、分解の作業性、設計の自在性に優れる。
（１１）複数の管体を直列に連結して採放熱管を形成するので、破損などの不具合が発生した場合には、管体の部分的な交換で対応することができ、メンテナンス性、省資源性に優れる。
（１２）施工前は短い管体の状態で搬送し、現場で連結して長尺状の採放熱管を形成することができるので、搬送性、量産性に優れる。
（１３）複数の管体の連結部に配設される中間接続体が、上流側の管体の下端部が着脱自在に接続される流入側接続部と、下流側の管体の上端部が着脱自在に接続される流出側接続部を有することにより、複数の管体を中間接続体で容易に連結することができ、複数の採放熱管を中間接続体により一体化し、補強することができるので、長尺化を図ることができ、施工性、耐久性に優れる。
（１４）複数の管体の連結部に配設される中間接続体が、戻り管が挿通される挿通孔を有することにより、中間接続体を戻り管の長手方向の任意の位置に配置することができ、設計自在性に優れる。
（１５）中間接続体の挿通孔に戻り管が挿通されることにより、複数の採放熱管と戻り管を固定して一体に取り扱うことができ、埋設作業が容易で、施工性に優れる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、簡単な構成で、形状を簡素化することができ、組立、分解及び部分的な交換が容易で、量産性、メンテナンス性、保管性、搬送性に優れるだけでなく、長尺化が容易で、設計自在性、汎用性に優れると共に、熱交換器を確実に保護することができ、施工時やメンテナンス時に破損が発生することがなく、施工性、取扱い性、堅牢性に優れ、工期を短縮してコストダウンを図ることができ、地中を流れる地下水や地中に溜まった地下水（井戸水）、温泉水、油などの液体を介して熱交換を行うことにより、熱交換の効率性に優れ、地中の熱を有効に利用することができ、省エネルギー性、環境保護性に優れた熱交換ユニットの提供を行い、省エネルギー化や環境保護に貢献することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  熱交換ユニット
１ａ  熱交換器
２  上部接続体
２ａ  熱媒入口部
２ｂ  熱媒流出部
２ｃ，５ｂ，６ｃ  雄螺子部
３  貫通孔
４  採放熱管
４ａ  管体
４ｂ  上端接続部
４ｃ  下端接続部
５  下部接続体
５ａ  熱媒流入部
５ｃ  熱媒出口部
６  中間接続体
６ａ  流入側接続部
６ｂ  流出側接続部
７  挿通孔
８  戻り管
９  熱媒供給管
１０  ケーシング部
１０ａ  通液孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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