(57)【要約】【課題】低コストで敷設するための地中熱交換器用先端部材等を提供する。【解決手段】先端部材１は、外管２の端２１に配置され、先端部１ａと端２１を液媒に対して液密に閉塞できる後端部１ｂとを備え、先端部材１を回転させながら地中に埋設する際に線材３を外管２の外周側面に巻回できる固定部を備える。地中熱交換器用本体４１は、先端部材１と外管２とを備え、線材３が外管２の外周側面２３に巻回されている。地中熱交換器は本体４１と、樹脂製の内管と、を備え、内管と外管２とで形成される隙間を液媒の流路とする。本地中熱交換システムは地中熱交換器とその内部に液媒を流通させるための流通手段とを備える。本システムの方法は、固定部に線材３の一端３１を固定したうえで先端部１ａを地面に立てて外管２を回転させて外周側面２３に線材３を巻回しながら本体４１をその場で形成して埋設する工程を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設された管体内部に流通される液媒と、前記地中と、の間で熱交換を行う地中熱交換器において、前記管体を構成する金属製の外管の地中深部側端に配置される地中熱交換器用先端部材であって、
錐形状をなす先端部と、前記外管の前記地中深部側端を前記液媒に対して液密に閉塞できる後端部と、を備え、
本地中熱交換器用先端部材を回転させながら前記地中に埋設する際に、線材を前記外管の外周側面に螺旋状に巻回できるように前記線材の一端を固定する固定部を備えることを特徴とする地中熱交換器用先端部材。
【請求項２】
前記先端部が形成された先端ビットと、前記先端ビットと前記外管との間に介在されて前記後端部が形成された中継部品と、を有する請求項１に記載の地中熱交換器用先端部材。
【請求項３】
前記固定部は、前記中継部品に配置されている請求項１又は２に記載の地中熱交換器用先端部材。
【請求項４】
前記線材を挿通可能な線材挿通孔を、前記固定部として備える請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の地中熱交換器用先端部材。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれかに記載の地中熱交換器用先端部材と、前記外管と、を備えるとともに、前記地中熱交換器用先端部材が前記外管の地中深部側端に配置された地中熱交換器用本体であり、
前記地中に埋設された状態において、前記線材が前記外管の外周側面に螺旋状に巻回されていることを特徴とする地中熱交換器用本体。
【請求項６】
前記線材は、前記一端以外の前記外管に対する固定個所を有さない請求項５に記載の地中熱交換器用本体。
【請求項７】
前記線材は、金属製であり、
前記線材を構成する金属材料は、前記外管を構成する金属材料よりも卑な自然電位を示す材料である請求項５又は６に記載の地中熱交換器用本体。
【請求項８】
前記外管は、複数の個別外管が、長さ方向に連結されてなる請求項５乃至７のうちのいずれかに記載の地中熱交換器用本体。
【請求項９】
請求項５乃至８のうちのいずれかに記載の地中熱交換器用本体と、
前記外管内に挿入された樹脂製の内管と、を備え、
前記内管と前記外管とで形成される隙間を前記液媒の流路とすることを特徴とする地中熱交換器。
【請求項１０】
請求項９に記載の地中熱交換器と、
前記地中熱交換器内に前記液媒を流通させるための液媒流通手段と、を備えることを特徴とする地中熱交換システム。
【請求項１１】
２本以上の前記地中熱交換器を備える請求項１０に記載の地中熱交換システム。
【請求項１２】
前記液媒の流路に対して前記地中熱交換器が並列に接続されている請求項１１に記載の地中熱交換システム。
【請求項１３】
前記液媒は、その全体を１００体積％とした場合に５０体積％以上の水を含む請求項１０乃至１２のうちのいずれかに記載の地中熱交換システム。
【請求項１４】
請求項１０乃至１３のうちのいずれかに記載の地中熱交換システムの施工方法であって、
前記地中熱交換器用先端部材の前記固定部に、前記線材の前記一端を固定したうえで、
前記外管が地面に対して略鉛直となるように、前記地中熱交換器用先端部材の先端部を、前記地面に立てて、前記外管を回転させて、前記外管の前記外周側面に前記線材を巻回しながら、前記地中熱交換器用本体をその場で形成して、前記地中熱交換器用本体を土中に埋設する埋設工程を備えることを特徴とする地中熱交換システムの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中熱交換器用先端部材、地中熱交換器用本体、地中熱交換器、地中熱交換システム及び施工方法に関する。更に詳しくは、低コストで地中熱交換器を敷設するための地中熱交換器用先端部材、これを備えた地中熱交換器用本体、地中熱交換器、地中熱交換システム及び施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料使用削減の観点から、太陽光、風力、地熱、波潮力、バイオマス等の再生可能エネルギーの有効利用が注目されている。そのなかで、地中熱を利用した地中熱交換技術が知られている。
地中熱交換は、熱エネルギーの交換効率の観点では、大気熱交換に比べて遥かに優位である。地上温（大気温）が季節や天候によって変化するのに対し、地中温は、その影響を受け難く恒温に近い状態が年中維持されるからである。
【０００３】
しかしながら、地中熱の熱源である土砂等の熱伝導率は大気に比べて低く、熱交換面積は、大気熱交換に比べて地中熱交換の方で大きく必要となる。例えば、一般家庭用の比較的小型の地中熱源ヒートポンプでも、総表面積５−１０ｍ２程が必要と考えられ、直径５０ｃｍの熱交換用管体で考えると地中３−６ｍの深度まで挿入する必要があることとなる。また、地中でも、年間を通じて温度が安定しているのは５ｍ以深であり、より深い地中に熱交換器を埋設できることが交換効率の点から好ましい。このようなことから、地中熱交換システムの普及を図るためには、地中への熱交換器の埋設コストを大きく低減する必要があることが大きな課題となっていた。
【０００４】
例えば、ボアホール方式（非特許文献１参照）と称される地中熱交換器の設置方法が知られている。この方法は以下の要領で行われる。即ち、掘削重機を用いて地中に縦穴を形成し、その縦穴内の土壁が崩れないよう鉄管を埋設して土留めする。更に、縦穴内から排出される土は水を用いて地上へ汚泥として汲み上げられる。所定の深度まで縦穴が掘削されると、縦穴内に熱交換器を配置し、縦穴を埋め戻し、土留めの鉄管を抜き取って完成される。この様に、地中熱交換器の設置には、大型重機を要し、汚泥処理装置を要し、これらを可動させるため用地を要する等、大きな設置コストが発生する。
そのため、地中熱交換は、オフィスビルや商業施設、学校施設等の大規模な施設では採用されても、一般住宅等より小さな施設においては採用され難い。即ち、イニシャルコストが小さい大気熱交換が普及される一方で、熱交換効率に優れた地中熱交換は、そのイニシャルコストによって普及が阻まれている。このような問題に対して、下記特許文献１及び下記特許文献２の技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３３０３１号公報
【特許文献２】特開２００３−０１４３８５号公報
【非特許文献１】"地中熱利用ヒートポンプ空調システムの導入事例"（ヒートポンプとその応用８１、地中熱利用）、［online］、中国電力株式会社、［平成２６年３月１９日検索］、インターネット＜URL：http://enec-n.energia.co.jp/enec_data/chikunetsu/heatpump/hp81/hp81-06.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１には、下端部に回転羽根が取り付けられた中空管体に回転力と下向きの力を付加して回転圧入し、埋設された中空管体の内部空間を利用して構築した地中熱交換器が開示されている。また、上記特許文献２には、地中熱採取用管の外低部に掘削刃を有して地中に回転圧入可能とされた地中熱採取用管等が開示されている。これらの技術によれば、前述のボアホール方式のように、掘削重機を用いて地中に縦穴を形成する必要がないことから、より小規模に設置できるメリットがあるとされる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２の管体は、いずれもその下端に回転羽根や掘削刃等を備える。このような羽根等を利用して、管体を地中へ挿入すると、管体は羽根等から回転に伴う反力を受ける。特に、熱交換効率の観点から前述のように５ｍ以深に地中熱交換器を埋設しようとすると、管体は、地中へより深く挿入されるに従い、羽根等が付設された管体の下端と、回転力を負荷する力点（管体の地上側端部）とが隔たり、管体の地上側端に与える力を大きくする必要がある。そして、管体へ負荷する力が大きくすると、その力は管体を捻じるように作用するために、管体は"しなり"を生じ、管体を傷めたり、破断したりすることが危惧される。
このように、回転羽根や掘削刃等を利用した管体を地中へ挿入するには、結局、上述の力に耐え得るだけの厚い管壁と大きな管径を有した大型の管体が必要となるという矛盾がある。そして、管体が大きくなるのに比例して、排土も増え、ある程度の以上の排土量になるとボアホール方式と同様の排土処理を要することとなる。更に、掘削のための重機は必要でなくとも、大きな反力に耐えて管体を圧入するためには結果的に重機が必要となると考えられる。また、上述のような下端に羽根等が形成した管体の製造にもコストを要する。
このように、特許文献１及び特許文献２に開示された技術でも、依然として、イニシャルコストの負担が解消されるとは考え難く、更なる、設置コストの低減が望まれている。
【０００８】
本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたものであり、低コストで地中熱交換器を敷設するための地中熱交換器用先端部材、これを備えた地中熱交換器用本体、地中熱交換器、地中熱交換システム及び施工方法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】
即ち、本発明は以下のとおりである。
請求項１に記載の地中熱交換器用先端部材は、地中に埋設された管体内部に流通される液媒と、前記地中と、の間で熱交換を行う地中熱交換器において、前記管体を構成する金属製の外管の地中深部側端に配置される地中熱交換器用先端部材であって、
錐形状をなす先端部と、前記外管の前記地中深部側端を前記液媒に対して液密に閉塞できる後端部と、を備え、
本地中熱交換器用先端部材を回転させながら前記地中に埋設する際に、線材を前記外管の外周側面に螺旋状に巻回できるように前記線材の一端を固定する固定部を備えることを要旨とする。
請求項２に記載の地中熱交換器用先端部材は、請求項１に記載の地中熱交換器用先端部材において、前記先端部が形成された先端ビットと、前記先端ビットと前記外管との間に介在されて前記後端部が形成された中継部品と、を有することを要旨とする。
請求項３に記載の地中熱交換器用先端部材は、請求項１又は２に記載の地中熱交換器用先端部材において、前記固定部は、前記中継部品に配置されていることを要旨とする。
請求項４に記載の地中熱交換器用先端部材は、請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の地中熱交換器用先端部材において、前記線材を挿通可能な線材挿通孔を、前記固定部として備えることを要旨とする。
請求項５に記載の地中熱交換器用本体は、請求項１乃至４のうちのいずれかに記載の地中熱交換器用先端部材と、前記外管と、を備えるとともに、前記地中熱交換器用先端部材が前記外管の地中深部側端に配置された地中熱交換器用本体であり、
前記地中に埋設された状態において、前記線材が前記外管の外周側面に螺旋状に巻回されていることを要旨とする。
請求項６に記載の地中熱交換器用本体は、請求項５に記載の地中熱交換器用本体において、前記線材は、前記一端以外の前記外管に対する固定個所を有さないことを要旨とする。
請求項７に記載の地中熱交換器用本体は、請求項５又は６に記載の地中熱交換器用本体において、前記線材は、金属製であり、
前記線材を構成する金属材料は、前記外管を構成する金属材料よりも卑な自然電位を示す材料であることを要旨とする。
請求項８に記載の地中熱交換器用本体は、請求項５乃至７のうちのいずれかに記載の地中熱交換器用本体において、前記外管は、複数の個別外管が、長さ方向に連結されてなることを要旨とする。
請求項９に記載の地中熱交換器は、請求項５乃至８のうちのいずれかに記載の地中熱交換器用本体と、
前記外管内に挿入された樹脂製の内管と、を備え、
前記内管と前記外管とで形成される隙間を前記液媒の流路とすることを要旨とする。
請求項１０に記載の地中熱交換システムは、請求項９に記載の地中熱交換器と、
前記地中熱交換器内に前記液媒を流通させるための液媒流通手段と、を備えることを要旨とする。
請求項１１に記載の地中熱交換システムは、請求項１０に記載の地中熱交換システムにおいて、２本以上の前記地中熱交換器を備えることを要旨とする。
請求項１２に記載の地中熱交換システムは、請求項１１に記載の地中熱交換システムにおいて、前記液媒の流路に対して前記地中熱交換器が並列に接続されていることを要旨とする。
請求項１３に記載の地中熱交換システムは、請求項１０乃至１２のうちのいずれかに記載の地中熱交換システムにおいて、前記液媒は、その全体を１００体積％とした場合に５０体積％以上の水を含むことを要旨とする。
請求項１４に記載の地中熱交換システムの施工方法は、請求項１０乃至１３のうちのいずれかに記載の地中熱交換システムの施工方法であって、
前記地中熱交換器用先端部材の前記固定部に、前記線材の前記一端を固定したうえで、
前記外管が地面に対して略鉛直となるように、前記地中熱交換器用先端部材の先端部を、前記地面に立てて、前記外管を回転させて、前記外管の前記外周側面に前記線材を巻回しながら、前記地中熱交換器用本体をその場で形成して、前記地中熱交換器用本体を土中に埋設する埋設工程を備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の地中熱交換器用先端部材によれば、低コストで地中熱交換器を敷設できる。即ち、本発明の地中熱交換器用先端部材を利用することで、外管の外周側面に線材を巻回できる。そして、外管の外周側面に線材が巻回されることよって外管は地中へ進む推進力を効果的に得ることができ、線材が巻回されていない場合に比べてより少ない力で地中熱交換器用本体を埋設できる。
同様に、本発明の地中熱交換器用本体、地中熱交換器及び地中熱交換システムによれば、いずれも上述の地中熱交換器用先端部材を備える効果をそのまま享受することができ、低コストで地中熱交換器を敷設できる。
本発明の地中熱交換システムの施工方法によれば、その場で外管の外周側面に線材を巻回しながら、地中熱交換器用本体を土中に埋設できる。このため、予め線材を巻回した地中熱交換器用本体を形成しておく必要がなく、線材自体は非常に安価であるため、地中熱交換器用本体の製造に要するコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の地中熱交換器用先端部材の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の地中熱交換器用先端部材の他例を示す説明図である。
【図３】本発明の地中熱交換器用先端部材の利用形態を説明する説明図である。
【図４】本発明の地中熱交換器用本体の一例を示す説明図である。
【図５】本発明に用いる先端ビットの一例を示す説明図である。
【図６】本発明に用いる先端ビットの他例を示す説明図である。
【図７】本発明の地中熱交換システムの施行方法を説明する説明図である。
【図８】本発明の地中熱交換システムの施行方法を説明する説明図であって、図７に続く状況を示している。
【図９】本発明の地中熱交換システムの施行方法を説明する説明図であって、図８に続く状況を示している。
【図１０】本発明の地中熱交換システムの施行方法を説明する説明図である。
【図１１】本発明の地中熱交換器の一例を示す説明図である。
【図１２】本発明の地中熱交換器システムを説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を詳しく説明する。
［１］地中熱交換器用先端部材
本発明の地中熱交換器用先端部材（１）（図１、図３、図４及び図７−図９、図１１参照）は、地中（７）に埋設された管体内部に流通される液媒（４４）と、地中（７）と、の間で熱交換を行う地中熱交換器（４）において、管体を構成する金属製の外管（２）の地中深部側端（２１）に配置される先端部材（１）である。そして、先端部材（１）は、先端部（１ａ）と、後端部（１ｂ）と、固定部（１ｃ）と、を備える（図１参照）。
【００１３】
これらの先端部１ａ、後端部１ｂ、固定部１ｃは、１つの部品内に一体に設けられていてもよいが、必要に応じて分割された個別の部品が、各々の部分を有し、これらの個別の部品が一体化さることによって、先端部材１を構成していてもよい。即ち、具体的には、図２に示す形態が挙げられる。
図２に示す形態の先端部材１は、先端ビット１１及び中継部材１２を備える。このうち、中継部材１２は、先端ビット１１と外管２との間に介在されて、これらを中継している部品である。
【００１４】
先端ビット１１は先端部１ａを備え、中継部材１２は後端部１ｂ及び固定部１ｃを備えている。
更に、中継部材１２は、接続部品１２１と、後端部品１２２と、から構成される。このうち、接続部品１２１は、先端ビット１１と後端部品１２２とを接続する部品である。これらはどのように接続されてもよいが、図２に示すように、各々を螺合によって接続できる。即ち、先端ビット１１の後端側に、接続部品１２１との接続部１１１（接続用凹部）を備える。また、後端部品１２２の先端側にも、接続部品１２１との接続部１２２ａ（接続用凹部）を備える。これらの接続部１１１及び１２２ａは、いずれも凹部とされており、その内部に接続部品１２１に対応した螺合形状が螺刻されている。そして、接続部品１２１が螺子構造であることによって、これら３つの部品を一体に接続することができる。
このように、先端部材１を必要に応じた個別の部品を接続して形成することによって、各々の部品の材質を異ならせることができ、各々部品に応じた特性を発揮させることができる。具体的には、先端ビット１１はより硬度の高い材料で形成し、後端部品１２２はより加工がし易い材料で形成することができる。
【００１５】
先端部１ａは、錐形状をなす部分であり、先端部材１が地中７へ埋設される際に先端部材１の地中深部側に位置される部分である（図１参照）。
先端部１ａの形状は錐形状であればよく、円錐形状及び多面錐形状等とすることができる。これらのうちでは多面錐形状が好ましい。先端部１ａが多面錐形状を呈することによって、より小さな力で先端部材１（通常、外管２を伴って）を地中７へ埋設することができる。特に先端部１ａが多面錐形状を呈する場合の作用と、先端部が回転羽根や掘削刃等（螺旋状切刃）を有する場合の作用と、は異なっている。
即ち、先端部が螺旋状切刃を有する場合には、後端部１ｂからの力を埋設方向に対して横の方向へと転換できるため、回転によって地中で自ら下方へ向かう推進力を得ることができる。これに対し、多面錐形状は、埋設方向に対して横の方向に作用する形状を有さないため、地中で自ら下方へ向かう推進力を得ることはできない。
しかしながら、螺旋状切刃を有する形状は、下方への推進力を得ることができるものの、同時に螺旋状切刃に対して大きな反力が生じる。このため、反力を超える大きな回転力を後端部１ｂへ負荷しなければ、次第に螺旋状切刃を地中へ推進させることができなくなる。また、反力は地中深くなるにつれて大きくなり、地中深くへ先端部１ａを挿入するには、必要な深度に応じて外管２の強度を大きくしなければならず、また、より大きな重機が必要となってしまう。
【００１６】
これに対し、多面錐形状を呈する先端部１ａは、先端部１ａ周辺の土砂を解しながら側方へと押し退けて地中へ進み、稜線１１４の角度θが小さいため、反力が小さく、より小さな力で先端部１ａを地中へ挿入できる。また、深度によって負荷する力が大きく変化しないため、より小さな機器で力を負荷できる。
具体的には、土質調査用のボーリングでは、ＪＩＳ  Ａ１２２１（２０１３）に規定される螺旋状切刃を有するスクリューポイントが用いられる。このようなスクリューポイントを地中へ挿入すると、多面錐形状をなした先端部１ａを用いる場合に比べて、より浅い位置で許容負荷上限を超え、それ以上に深く挿入できなくなる。このような結果は、スクリューポイントが、回転によって反力を生み出す刃や羽根等の部位を有しているためと考えられる。即ち、小さな荷重によって外管２を地中７へ挿入しようとする場合には、螺旋状切刃を有するよりも、多面錐形状の方が優れていると考えられる。
【００１７】
更に、先端部１ａが、多面錐形状である場合には、その先端を回転させることで、即ち、地中において多面錐形状の側面１１３の当たる方向を変えることで、先端部１ａ周辺の土砂の締まりを解すことができる。周辺の土砂が解されることで、先端部１ａとその周辺の土砂との間に力の隙間を形成できる。これによって、外管２の後端２２からの圧力が側方の土砂により消費されることを抑制し、より効果的に先端部１ａに後端２２からの圧力を集中させることができる。即ち、螺旋状切刃を有している場合には、このような後端２２からの力が、側方へ分散されて逃げてしまうが、先端部１ａでは、先端に力を集中させることができる点で異なる。
また、多面錐形状の先端部１ａの側面１１３位置を回転によって変化させることにより、外管２の進行方向を鉛直に維持し易い。即ち、挿入が進む毎に外管２の中心軸に沿って回転させるため、打圧や押圧によりわずかにずれた進行方向が補正される作用による。
【００１８】
先端部１ａの形状が、多面錐形状である場合、３面以上の側面１１３を有する多面錐形状が好ましく、８面以下の側面１１３を有する多面錐形状が好ましい。即ち、三角錐形状、四角錐形状、五角錐形状、六角錐形状、七角錐形状及び八角錐形状のうちのいずれかの形状が好ましい。これらのなかでも、三角錐形状、四角錐形状、五角錐形状及び六角錐形状のいずれかであることが好ましく、特に三角錐形状又は四角錐形状が好ましい。
【００１９】
上述のうち、三角錐形状と四角錐形状とでは、四角錐形状が好ましい。これは、多面錐形状を構成する稜線の構成角（三角錐では構成角６０度、四角錐では構成角９０度）を大きくできるため、先端部１ａの稜線１１４の強度をより大きく得ることができるからである。
また、特に外管２の断面形状が円形である場合には、先端部１ａが三角錐形状であるよりも、四角錐形状であることにより、その外管２の断面形状をより小さな断面積でカバーすることができる（中継部品においても同様）。即ち、円形の外管２の一端２１（地中深部側端）の外周と同じか又は大きい先端部１ａを三角錐形状によって確保しようとすると、稜線１１４の張り出しが大きくなってしまう。これに対して、四角錐形状によって確保しようとすると、稜線１１４の張り出しをより小さく収めることができる。
【００２０】
更に、先端部１ａの中心軸１１５と、多面錐形状をなす先端部１ａの側面１１３との角度θ（図５及び図６参照）は特に限定されるものではないが、１５度以上４０度以下であることが好ましい。１５度以上４０度以下の範囲では、先端部１ａに負荷される荷重に耐え得る角度を確保できるとともに、後端部１ｂ側からの荷重を側方へ逃がさず、効率よく先端部１ａへ集中させることができる。この角度は、１８度以上３５度以下がより好ましい。
尚、先端部１ａの中心軸１１５と側面１１３との角度は、全ての側面１１３が同じ角度を有していてもよいし、２種以上の異なる角度の側面１１３が含まれていてもよい。このような場合においても、全ての面が上述の好ましい範囲に含まれることが好ましい。
【００２１】
先端部１ａの底面１１２の形状は、特に限定されず、例えば、先端部１ａが四角錐形状である場合には、図５に示すように円形とすることや、図６に示すように四角形とすることができる。これらのなかでは、外管２の断面形状が円形である場合には、底面形状も同様な円形である方が好ましい（図５参照）。外管２の断面形状が円形である場合には、底面形状は四角形であるよりも、円形である方が、より小さな面積で、外管２の一端２１をカバーできる。
【００２２】
先端部１ａの底面１１２は、外管２の一端２１の外周と同じか又は大きいことが好ましい。即ち、外管２の一端２１を先端部１ａによってカバーしている。このような形態となっていることで、先端部１ａが後に続く外管２の挿入時に抵抗となる土を周囲に押し退けていくので、本発明の地中熱交換器用本体４１を地中７に挿入する際の抵抗をより小さくできる。
先端部１ａの底面１１２が、外管２の一端２１の外周よりも大きい場合には、外管２の外周面からの先端部１ａの底面１１２の張り出しは１０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以下が特に好ましい。
【００２３】
更に、先端部１ａを構成する材質（先端ビット１１として備える場合には、先端ビット１１を構成する材質）は特に限定されないが、金属又はセラミックスが好ましい。このうち成形性の観点から金属が好ましい。また、先端部１ａの硬度（ＪＩＳ  Ｚ２２４４（２００９）による）は高いことが好ましく、５００ＨＶ以上（通常、９５０ＨＶ以下）であることが好ましい。この硬度は、６００ＨＶ以上であることがより好ましく、７００ＨＶ以上であることが更に好ましく、７５０ＨＶ以上であることが特に好ましい。このような材質としては、具体的にはマルテンサイト組織を有する鋼材が該当し、焼入及び焼戻を行ったＳＵＳ６３０、ＳＵＪ２、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＫ１４０等が挙げられる。
【００２４】
後端部１ｂは、外管２の地中深部側端２１を液媒４４に対して液密に閉塞できる部分であり（図３、図１１参照）、先端部材１が地中７へ埋設される際に先端部１ａよりも地上側に位置される部分である（図１参照）。
液媒４４に対して液密となる閉塞に際しては、螺合（螺子式の継手等）や溶接（同様又は類似材質による溶接等）等、どのような方法を用いてもよい。また、これらの両方を採用することもできる。
このうち、螺子構造を採用する場合には、テーパー螺子構造を採用することが好ましい。テーパー螺子構造の採用により、より高い液蜜構造を実現できる。更に、螺子構造を採用する場合、右回転螺子構造、又は、左回転螺子構造のいずれを採用してもよい。後述のように、施工時の埋設工程における回転に際し、地中熱交換器用本体４１の各部が分解されないよう、その回転方向と逆方向に螺合できる螺子構造を採用することが好ましい。
また、螺子構造を採用する場合、より高い液密性を確保するため、膜状樹脂や粘性樹脂などの樹脂製封止材を、外管２側の地中深部側端２１の螺子部と、これと螺合される先端部材１の螺子部（例えば、図２及び図３では符号１２２ｂ）と、の間に介在させることができる。膜状樹脂としては、樹脂テープが挙げられる。また、粘性樹脂としては樹脂ペーストやグリス等が挙げられる。これらの樹脂製封止材は、１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。
【００２５】
後端部１ｂを備える場合、その材質は特に限定されないが、金属又はセラミックスが好ましい。このうち成形性の観点から金属が好ましい。また、後端部１ｂの先端部１ａに比べて加工し易い金属から構成されることが好ましい。具体的には、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等が挙げられる。
【００２６】
固定部１ｃは、先端部材１を回転させながら地中７に埋設する際に、線材３を外管２の外周側面２３に螺旋状に巻回できるように線材３の一端３１を固定する部分である（図１−図４及び図７−図９参照）。
固定部１ｃは、線材３の一端３１を固定することができればよく、その形態は特に限定されない。例えば、図１及び図２に示すように、線材３を挿通可能な線材挿通孔として固定部１ｃを設けることができる。この線材挿通孔は、図２（図１を９０度回転させた向き）に示すように、一端側から他端側へ向かって貫通されており、いずれかの開口端から線材３を挿通し、反対側の開口端から引き出して、その末端を結束等によって固定することで、線材３を固定できる。
また、この線材挿通孔は非貫通であってもよい。その場合には、線材挿通孔の開口端から線材３を孔内に引掛けるように挿通し、孔底へ線材３の一端を突き当てた状態で、孔から露出された線材３を後端部品１２２の外周面に巻回することによって、線材３を固定することもできる。その他、線材３を引っ掛けるための凸部を設けること等もできる。
【００２７】
固定部１ｃは、先端部材１のどの部位に形成されていてもよいが、先端部１ａを除く部位であることが好ましく、中継部品１２に設けられていることが好ましく、更には、その後端部１ｂに設けられていることが好ましい。より具体的には、図２に示すように、後端部品１２２を備え、この後端部品１２２に固定部１ｃが設けられていることが好ましい。
【００２８】
線材３は、その一端３１が先端部材１の固定部１ｃを利用して固定され、地中熱交換器用本体４１を構成する外管２の外周側面２３に螺旋状に巻回される部材である。線材３は、外管３に予め溶接等により付設されてもよいが、施工時に地中内において、外管２の外周側面２３に巻回されるものであることが好ましい。即ち、線材３は、一端３１以外の外管２に対する固定個所を有さないものであることが好ましい。
線材３が、外管２の外周側面２３に螺旋状に巻回されることによって、外管２が地中へ向かって進む推進力を得ることができる。更に、この推進力を生む部位が螺旋状羽根等ではないことに、即ち、線材３であることによって、外管２の回転による反力を小さく抑える効果が得られる。とりわけ、線材３であることによって、施工時に地中７内において、外管２の外周側面２３に、その場で巻回することができる。これにより、予め外管２に線材３を接合する手間がなく、部品のコストを抑えることができる。
【００２９】
線材３は、どのような材料から形成されてもよい。例えば、金属、樹脂及び炭素繊維等を利用できる。これらのうちでは、金属が好ましい。即ち、線材３は金属製であることが好ましい。線材３を構成する金属材料の種類は特に限定されないが、外管２を構成する金属材料よりも淡水中にて卑な自然電位を示す金属材料であることが好ましい。具体的には、外管２が、ステンレスから形成される場合、線材３を構成する金属としては、鉄、鋼、亜鉛、アルミニウム等が挙げられる。これらの金属は１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。更に、２種以上を用いる場合には、内部の金属種のいかんに関わらず、外表面を構成する金属材料が、外管２を構成する金属材料よりも卑な金属材料であればよい。具体的には、鉄製ワイヤーの表面に亜鉛めっきが施された線材３が挙げられる。
このように、線材３を構成する金属が、外管２を構成する金属よりも卑な自然電位を示す金属材料である場合、線材３は外管２の外周側面２３に螺旋状に巻回された状態で、外管２に対して犠牲防食効果を発揮できる。即ち、熱交換器４を腐食から守ることができる。
【００３０】
また、線材３の線径は特に限定されないが、通常、外管２の直径よりも細く、具体的には、外管２の直径の５％以上３５％以下であることが好ましい。この範囲では、特に外管２の回転に伴う反力を抑制して、下方への推進力を効果的に得ることができる。この値は、５％以上３０％以下がより好ましく、５％以上２５％以下が特に好ましい。より具体的には、線材３の直径は、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。この範囲では、外管２に容易に巻きつけることができる（自然に巻きつけることができる）とともに摩耗による断線を生じない。線材３の直径は、０．５ｍｍ以上８ｍｍ以下がより好ましく、０．７ｍｍ以上６ｍｍ以下が更に好ましく、１ｍｍ以上５ｍｍ以下が特に好ましく、１．５ｍｍ以上３ｍｍ以下がとりわけ好ましい。
【００３１】
［２］地中熱交換器用本体
本地中熱交換器用本体（４１）（図４及び図７−図９、図１１参照）は、先端部材１と、外管２と、を備え、先端部材１が外管２の地中深部側端２１に配置された地中熱交換器用本体４１である。更に、地中７に埋設された状態において、線材３が外管２の外周側面２３に螺旋状に巻回されている。
【００３２】
即ち、本地中熱交換器用本体４１は、その先端に錐形状を有した先端部材１を有する一方、前述のような螺旋状切刃等の大きな反力を生み出す部位を先端部に有さない。そのため、外管２が地中７へ挿入される先の土砂を押し退けて、先端部材１の周囲へ土砂を圧縮して押し込みながら地中に挿入できる。また同時に、反力を生み難い外管２の外周側面２３に線材３が配置されていることで、外管２の周囲の土砂を地上方向へスムーズに掻き出し、外管２が周囲の土砂と接触することを減じて、外管２が地中７へ進む推進力を得ることができる。更に、線材３は、外管２の外周側面２３に配置されているため、先端に螺旋状切刃を有する場合のような刃間への土砂の入り込みや咬み込みを生じない。
【００３３】
また、特に線材３は、一端３１以外の部位において、外管２に対する固定個所を有さない形態とすることができる。この場合には、土砂による抵抗が大きくなった場合には、地中７で、線材３は外管２の外周側面２３に沿って必要な個所において自在に移動でき、抵抗を受け流すことができる。この観点から、線材３は、後述するように、通常、施工時にその場で巻回される。
【００３４】
従来、熱交換器の挿入時に土砂を地上方向へ掻き分けるのは、熱交換器の側面に溶接等によって設けられた羽根であった。しかしながら、羽根の取り付けには大きなコストを要することが問題である。羽根を設けたとしても、地中への挿入が完了した後は機能を有さず無駄となることも問題である。
これに対して、本発明では、地中７への挿入にあわせて線材３が、外管２の回転に伴って自然に外管２の外周側面２３に巻きつかせることができるため、溶接等の加工が要らず安価で簡便に螺旋を形成できる。また、得に外管２を構成する金属材料よりも卑な自然電位を示す金属線を巻きつけた場合には、地中への挿入が完了した後には、犠牲防食効果を発揮でき、熱交換器用本体を腐食から守ることができるという効果を奏する。また、必要に応じて、線材３を通じて電圧を印加して電気防錆を行うこともできる。
【００３５】
外管２は、金属製であればよく限定されない。具体的には、ステンレス、銅、青銅、黄銅等を利用できる。これらの金属は１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、強度、液媒並びに周囲の土壌に対する耐食性の観点から、ステンレスが好ましい。
ステンレスの種類は特に限定されないが、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ等を用いることができる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。
【００３６】
また、外管２の外径は特に限定されないが、１５ｍｍ以上２５ｍｍ以下が好ましい。この範囲では、挿入時に地中との間に生じる摩擦を生じる面積が小さく、管に掛かる負荷が小さくできる。そのため、重機を用いず管を容易に地中へ埋設できる。更に、地中に挿入される際に、外管２が周囲に押し退ける土砂の体積が小さくてすむ。そのため、挿入される外管２の周囲の土砂が不要な土砂を吸収できる量に留めることができる。即ち、挿入時に外管２の周囲に不要な土砂を圧縮して押し込みながら挿入できる。従って、ほとんど排土を生じず、排土処理を排除できる。また、周囲へ排土を押し退けて地中７へ外管２を挿入できるため、外管２の周囲の土砂の充填率を大きくすることができ、外管２の周囲の土砂内の空気量が低減されて、周囲の土砂の熱伝導率を向上させることができる。更に、十分な壁厚を確保できるとともに、熱交換に適した液媒量を確保できる。この外径は、１６ｍｍ以上２４ｍｍ以下がより好ましく、１７ｍｍ以上２３ｍｍ以下が更に好ましい。
尚、外管２の断面形状が円形以外の形状である場合、外管２の外径は、見掛け外周円（正多角形が内接される仮想円）の外径であるものとする。即ち、円形以外の断面形状では、見掛け外周円の外径が１５ｍｍ以上２５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３７】
更に、外管２の外径と内径との相関は特に限定されないが、外管２の外径をＤＯとし、外管２の内径をＤＩとした場合に、外径と内径との比ＤＯ／ＤＩが、１．２以上２．０以下であることが好ましい。この範囲では、外管２の壁厚が、地中熱交換器用本体４１の地中７への挿入に十分に耐え得る強度を得ることができるとともに、外管２の内部に流通される液媒４４の量も十分に確保することができる。比ＤＯ／ＤＩは１．３以上１．４以下がより好ましい。
【００３８】
外管２の断面形状は、特に限定されず、例えば、正方形等の正多角形であってもよいが、円形であることが好ましい。円形であることにより、地中熱交換器用本体の地中への挿入時に管に負荷される荷重をバランスよく分散させることができ、外管２への負担を軽減できる。
【００３９】
また、外管２の一端２１（地中深部側端）は、先端部材１の後端部１ｂによって液密に閉塞されている（図３及び図１１参照）。即ち、外管２の一端２１は、先端部材１によって、外管２内部に流通された液媒４４が漏洩しない程度に密閉されている。封止に際しては、螺合（螺子式の継手等）や溶接（同様又は類似材質による溶接等）等、どのような方法を用いてもよい。また、これらの両方を採用することもできる。
【００４０】
外管２の一端２１を先端部材１によって封止するに際して、螺子構造を採用する場合には、どのような螺子構造を採用してもよいが、テーパー螺子構造を採用することが好ましい。テーパー螺子構造の採用により、他の螺子構造に比べて、より高い液蜜構造を実現できる。
更に、螺子構造を採用する場合には、右回転螺子構造、又は、左回転螺子構造のいずれを採用してもよいが、後述するように、埋設工程として行う回転動作に際して、地中熱交換器用本体４１の各部が分解されないよう、埋設工程で行う回転方向にてゆるみが生じない方向に螺合できる螺子構造を採用することができる。
【００４１】
また、螺子構造を採用する場合には、より高い液密性を確保するため、膜状樹脂部材や粘性樹脂部材などの樹脂製封止部材を、外管２の螺子部と、これと螺合される先端部材１の後端部１ｂ（螺子部１２２ａ）と、の間に介在させることができる。即ち、例えば、膜状樹脂部材としては、樹脂テープが挙げられる。また、粘性樹脂部材としては各種の樹脂ペーストやグリス等が挙げられる。これらの樹脂製封止部材は、１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。
【００４２】
更に、外管２は、１本の長い外管２からなってもよいが、個別外管２Ａが連設されて１本の外管２とされた形態であることが好ましい。即ち、外管２は、複数の個別外管２Ａが接続されてなることが好ましい。その接続構造は、特に限定されないが、通常、螺子接続を採用でき、より高い液密構造を実現できることからテーパー螺子構造が好ましい。
また、螺子構造を採用する場合には、右回転螺子構造、又は、左回転螺子構造のいずれを採用してもよいが、前述の場合と同様に、施工時に埋設工程として行う回転動作に際して、地中熱交換器用本体４１の各部が分解されないよう、埋設工程で行う回転方向と異なる方向に螺合できる螺子構造を採用できる。
更に、螺子構造を採用する場合には、より高い液密性を確保するため、膜状樹脂部材や粘性樹脂部材などの樹脂製封止部材を、外管２の一端２１と、これと螺合される先端部材１の後端部１ｂ（螺子部１２２ｂ）と、の間に介在させることができることも前述の場合と同様である。
【００４３】
また、外管２は、その構成に関係無く、全長は４ｍ以上１５ｍ以下であることが好ましい。即ち、個別外管２Ａが連設された外管２では、その合計長さが４ｍ以上１５ｍ以下であることが好ましい。４ｍ以上であることにより地中の恒温性を効果的に利用できる。また、１５ｍ以下であることにより、それ以上の長さである場合に比べて、熱交換効率を向上させることができるとともに、挿入作業も比較的容易に行うことができる。即ち、外径１５ｍｍ以上２５ｍｍ以下且つ１５ｍ以下の長さに抑えることにより、熱媒に対する流路抵抗をより小さく維持できる。この長さは、４ｍ以上１２ｍ以下が好ましい。
【００４４】
更に、外管２は個別外管２Ａを連設させて形成できる。この際の各個別外管２Ａの長さは特に限定されない。例えば、個別外管２Ａは、０．５ｍ以上２ｍ以下であることが好ましい。個別外管２Ａの長さがこの範囲であることにより、本地中熱交換器用本体４１を地中７へ埋設する際に必要な設備をより小さくできる。更に、図７−図９に例示されるように、１本の個別外管２Ａを備えた地中熱交換器用本体４１を地中７へ所定の長さまで挿入した後に、その個別外管２Ａの後端へ次の個別外管２Ａの前端を接続して、次の個別外管２Ａの後端から力を負荷して地中へ挿入し、という作業を順次繰り返して、結果的に地中で外管２を作り上げることができる。従って、地中挿入時に地上に露出された個別外管２Ａの長さを常に短く保つことができ、作業効率に優れる。更に、より小さな設備で地中熱交換器用本体４１を敷設できる。また、地上に突出する外管２の長さを短くすることによって、地中熱交換器本体４１の後端側から先端部材に荷重を負荷した際に、外管２の曲がりも小さく抑えることができ、荷重を先端部材１へより確実に伝達できる。この長さは、更に０．８ｍ以上１．２ｍ以下がより好ましい。
【００４５】
［２］地中熱交換器
本発明の地中熱交換器（４）は、本発明の地中熱交換器用本体（４１）と、
外管内に挿入された樹脂管（４２）と、を備え、
樹脂管（４２）と外管（２）とで形成される隙間（４３）を液媒（４４）の流路とすることを特徴とする（図１１参照）。
【００４６】
樹脂管４２は、外管２よりも細径の樹脂製の管であり、その先端（地中深部側端）が、地中熱交換器用本体４１内で開放されている。この樹脂管４２は、樹脂によって構成されることで熱伝導率を低く調整することができる。そして、低い熱伝導率によって、樹脂管４２の内側を流通される液媒４４と、樹脂管４２の外側を流通される液媒４４と、が熱交換されるのを抑制することができる。更に、より低い熱伝導性を有する材料とすることにより、樹脂管４２の壁厚をより薄くすることができ、樹脂管４２の外径を変化することなく、樹脂管４２内の流路をより大きくすることができる。
具体的には、樹脂管４２を構成する材質の熱伝導率を、樹脂管４２の壁厚で割った値が、１５０Ｗ／ｍ２以下であることが好ましく、１００Ｗ／ｍ２以下がより好ましく、３０Ｗ／ｍ２以下が更に好ましい。
樹脂管４２を構成する具体的な樹脂材料としては、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、塩化ビニル系樹脂（軟質塩化ビニル樹脂等）、またはそれら樹脂を発泡させて断熱性能を高めたもの等が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。
【００４７】
また、樹脂管４２の形状は特に限定されず、その断面形状は、円形であってもよく、その他の形状であってもよい。
また、その先端（地中深部側端）は、前述のように、地中熱交換器用本体４１内で開放されていればよく、その先端形状は特に限定されない。即ち、例えば、樹脂管４２の挿入方向に対して水平に切断された形状であってもよく、挿入方向に対して斜めに切断された形状であってもよく、その他の形状であってもよい。
【００４８】
更に、本地中熱交換器４では、樹脂管４２と外管２とで形成される隙間４３は、液媒４４の流路とされている（図１１参照）。更に、樹脂管４２内も液媒４４の流路とされている。これらの流路は、いずれが往路であってもよく、いずれが復路であってもよい。即ち、樹脂管４２内が往路であり且つ隙間４３が復路であってもよく、樹脂管４２内が復路であり且つ隙間４３が往路であってもよい。更に、これらが必要に応じて入れ替わるように設計されてもよい。
尚、本発明の地中熱交換器４は、地中熱交換器用本体４１の長さとほぼ同じ長さとなる。即ち、地中熱交換器４の長さは、４ｍ以上１５ｍ以下であることが好ましい。
【００４９】
［３］地中熱交換システム
本発明の地中熱交換システム（５）は、本発明の地中熱交換器（４）と、
地中熱交換器（４）内に液媒（４４）を流通させるための液媒流通手段（５１）と、を備える。
【００５０】
本発明の地中熱交換システム５では、前述の地中熱交換器４を１本のみ備えてもよいが、２本以上を備えた方が熱交換性能を高めることができるためより好ましい。即ち、設置する場所で必要な熱交換性能に合わせて、本数を調整することができる。即ち、例えば、通常の４人家庭用の住宅であれば、φ２０程度の外管を用いた場合、熱交換器のトータル長さを１００ｍ程度（１本の熱交換器の長さを１０ｍとした場合、１０本程度に相当する）とすることが適している。
また、複数本の地中熱交換器４を備える場合には、これらの地中熱交換器４同士は、液媒の流路に対して並列に接続されてもよく、直列に接続されてもよいが、並列に接続されることがより好ましい。並列に接続することによって、直列に接続した場合よりも、熱交換器に入る液媒の温度と地中の温度の温度差が高くなるため、熱交換効率に優れるからである。加えて、液媒が熱交換器に入り、出るまでの流路の長さを短く抑えることができるため、配管抵抗が少なく、より小さなポンプで熱交換器に液媒を循環させ易いからである。更に、液媒流通手段５１への負荷を低減しながら、より長い熱交換距離を確保することができる。
【００５１】
また、本発明の地中熱交換システム５で用いる液媒４４の種類は特に限定されず、例えば、水、溶質を含んだ各種水溶液、アルコール系液媒、グリコール系液媒等が挙げられる。これらのうち、水溶液に含まれる溶質としては、無機塩化物（塩化カルシウム、塩化ナトリウム等）及び有機酸塩（酢酸カリウム、酢酸ナトリウム等）等が挙げられる。これらの溶質は１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。また、アルコール系液媒としては、エタノール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。これらのアルコール系液媒は１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。更に、グリコール系液媒としては、エチレングリコール、プロピレングリコール等が挙げられる。これらのグリコール系液媒は１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。更に、これらの各種の液媒は、１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。
本発明の地中熱交換システム５では、これらの液媒のなかでも、水（溶質を有さない）及び／又はアルコール系液媒が好ましく、特に液媒全体１００体積％に対して５０体積％以上の水を含む液媒が好ましい。
【００５２】
液媒流通手段５１としては、図１２に示すように、液媒４４を、樹脂管４２へ供給又は樹脂管４２から排出するための流通路５１Ａや、液媒４４を、外管２へ供給又は外管２から排出するための流通路５１Ｂが挙げられる。更には、液媒を流通させるためのポンプ（図１２には図示されない）が挙げられる。その他、温度計、圧力計、流量計、調整タンク等の構成を備えることができる。これらの各種の構成は、１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。
【００５３】
［４］地中熱交換システムの施工方法
本発明の地中熱交換システムの施工方法は、本発明の地中熱交換システム（５）の施工方法であって、地中熱交換器用先端部材（１）の固定部（１ｃ）に、線材（３）の一端（３１）を固定したうえで、外管（２）が地面に対して略鉛直となるように、地中熱交換器用先端部材（１）の先端部（１ａ）を、地面（７）に立てて、外管（２）を回転させて、外管（２）の外周側面（２３）に線材（３）を巻回しながら、地中熱交換器用本体（４１）をその場で形成して、地中熱交換器用本体（４１）を土中に埋設する埋設工程を備える。
【００５４】
埋設工程において、外管２を回転ささせると、それに伴って先端部１ａが回転される。そして、先端部１ａが回転されると先端部１ａの周辺の土砂を解され、先端部１ａ及び外管２等の自重によって、先端部１ａと、この先端部１ａに接続された外管２とを地中７へ挿入することができる。更に、この際には、線材３の一端３１が固定部１ｃに固定されているため、外管２の回転に伴って線材３は、外管２の外周側面２３に巻回されながら、先端部１ａ、外管２及び線材３が地中７へ挿入されることとなる。即ち、地中熱交換器用本体４１をその場で形成しながら、地中熱交換器用本体４１を土中へ埋設することができる。
【００５５】
この埋設工程では、地中熱交換器用本体４１を埋設する際の地中深部方向への推進力は、外管２の外周側面２３に巻回された線材３によって得ることができる。しかし、より効率よく埋設するために、外管２の後端２２から一端２１へ向かう荷重を負荷することができる。この荷重は特に限定されないが、２ｋｇｆ（１９．６Ｎ）以上であることが好ましい。また、あまりに荷重が高いと地上に突出する外管２がしなり、真っ直ぐに地面に挿入しにくくなるため５０ｋｇｆ（４９０Ｎ）以下であることが好ましい。この荷重は、２ｋｇｆ（１９．６Ｎ）以上１０ｋｇｆ（９８Ｎ）以下がより好ましい。
【００５６】
埋設工程は、どのような装置を用いて行ってもよいが、例えば、図１０に示す埋設装置６を用いて行うことができる。この埋設装置６は、フレーム６１、駆動手段（モータ）６２、中空軸６３、ベアリング６４（６４ａ及び６４ｂ）、チャック６５、プーリ６６（６６ａ及び６６ｂ）、ベルト６７、高さ調節手段６８、ボビン６９等を備えて構成できる。
このうち、フレーム６１は、埋設装置６が備える種々の部品を搭載するための構造物である。
駆動手段（モータ）６２は、外管２を回転させるための回転力を生み出す動力である。
中空軸６３は、外管２を挿通して、外管２を地面に対して略鉛直となるように保持するものである。
ベアリング６４は、中空軸６３をスムーズに回転させるためのものである。ベアリングは図１０に示すように、互いに離間させて同軸で２つ以上を備えることができる。これにより、中空軸６３の回転中心を安定させることができる。更に、ベアリングのうち、ベアリング６４ｂにはスラスト・ベアリングを利用することが好ましい。
【００５７】
更に、チャック６５は、中空軸６３と回転同期されるように、外管２を固定するものである。
プーリ６６（６６ａ及び６６ｂ）及びベルト６７は、駆動手段６２からの駆動力を中空軸６３へ伝達するためのものである。
高さ調節手段６８は、フレーム６１の高さを必要に応じて調節するためのものである。具体的には、螺子機構を採用できる。高さ調節手段６８によって、フレーム６１の高さを低くした場合には、外管２を介して先端部１に埋設装置６の自重による負荷できる構造となっている。
ボビン６９は、線材３を巻回状態で保持するものである。線材３はボビン６９の外周に巻回保持されてもよいし、ボビン６９の内周に巻回保持されてもよいが、図１０に示すように、ボビン６９の内周に巻回保持することが好ましい。ボビン６９は、通常、外管２と共に同じ方向へ回転される。
【００５８】
埋設装置６は、例えば、以下のようにして利用できる。即ち、１本の外管２の地中深部側端２１に先端部材１の螺子部１２２ｂを螺合して、これらを接続した接続体４１’を形成する（図３参照）。その後、得られた接続体４１’を、埋設装置６（図１０参照）の中空軸６３に挿通したうえで、外管２の後部（地上側端部周辺）をチャック６５で固定し、接続体４１’を埋設装置６で保持する。
次いで、ボビン６９に収容された線材３の一端３１をボビン６９から引き出し、先端部材１の固定部１ｃ（線材挿通孔）の一方の開口端へ挿通して他方の開口端から引き出し、結束して結束部３２（図４参照）を形成することによって、固定部１ｃを利用して線材３の一端を先端部材１に固定する。
【００５９】
その後、線材３の一端を固定した接続体４１’を、地面に対して鉛直な方向を維持した状態で、駆動手段６２（モータ）からの駆動力を、プーリ６６ａ、ベルト６７及びプーリ６６ｂを介して中空軸６３へ伝達することによって、接続体４１’に対し地面に平行な方向への回転力を負荷する。
これによって接続体４１’の先端部材１が回転され、先端部１ａの周囲の土砂が解される。更に、埋設装置６が備えたフレーム６１、駆動手段６２、ベアリング６４（６４ａ及び６４ｂ）、チャック６５、プーリ６６（６６ａ及び６６ｂ）、ベルト６７、ボビン６９等の構成部品の荷重は中空軸６３を介して、接続体４１’に対し地中深部方向への荷重として負荷されているため、接続体４１’は地中７へ挿入される。
同時に、線材３の一端３１は、先端部材１の固定部１ｃに固定されているため、接続体４１’が地中７へ回転挿入されるのに伴い、ボビン６９から線材３が引き出され、線材３が外管２の外周面２３に巻回されて、地中熱交換器用本体４１がその場で形成されながら、地中７へ挿入される（図７及び図１０参照）。
【００６０】
前述のように、地中熱交換器用本体４１を地中７へ挿入する際、外管２はその後端部がチャック６５で固定されている。このチャック６５は、前述の駆動力を外管２へ伝達する機能を有するが、それ以外にも機能を有している。即ち、線材３の巻回によって地中熱交換器用本体４１は、地中７へ食い込むように作用する推進力が得られるが、チャック６５で固定されていることによって、この推進力に抗することができ、外管２が意図せず地中７へ挿入されないように留めおく機能も有している。
【００６１】
必要に応じて、地中熱交換器用本体４１が地中７へ所定量挿入されると、一旦、駆動手段６２を停止し、チャック６５を開放する（埋設装置６と外管２との連結を解く）。そして、高さ調節手段６８によってフレーム６１を上方へ移動し（埋設装置６の足を伸ばし）、改めて、チャック６５を締め付けて、外管２を固定する。その後、前述の操作を繰り返して、地中熱交換器用本体４１をその場で形成しながら、地中熱交換器用本体４１を地中７へ埋設することができる（図７及び図１０参照）。
【００６２】
更に、外管２の後端部をチャック６５によって固定できない程度の位置まで、地中熱交換器用本体４１が地中７へ挿入されると、一旦、駆動手段６２を停止し、チャック６５を開放する。そして、高さ調節手段６８によってフレーム６１を上方へ移動する。更に、個別外管２Ａを新たに用意し、この個別外管２Ａの地中深部側端２１と、先に地中７に挿入された地中熱交換器用本体４１の外管２の後端２２とを接続し、外管２の長さを伸ばす（図８及び図１０参照）。
その後、前述の操作を同様に繰り返して、地中熱交換器用本体４１をその場で形成しながら、地中熱交換器用本体４１を地中７へ埋設することを継続する（図９及び図１０参照）。
このようにして、埋設装置６を用いて、地中熱交換器用本体４１をその場で形成しながら、地中７へ埋設することができる。
【００６３】
更に、この埋設装置６は、チャック６５を介して埋設装置６の全ての自重を、接続体４１’（外管２）に対して負荷することもできるが、必要に応じて、この負荷を軽減できるように構成することができる。即ち、フレーム６１に搭載された、チャック６５、中空軸６３、ボビン６９以外の部品の自重が、チャック６５を介し、接続体４１’に対する地中深部方向への荷重として負荷されないように構成できる。具体的には、埋設装置６の高さ調整手段６８を設け、その送りによって調節できる。例えば、送りが速すぎた場合（地中からの反力が増加して接続体４１’の進行がそれ以前よりも遅くなった場合等）には、高さ調整手段６８の送り量を少なくするか、又は、上方向へスライドさせて、チャック６５、中空軸６３、ボビン６９以外の部品の自重が接続体４１’へ過度に負荷されないように負荷を逃がすことができるように構成される。
尚、装置によっては、この形態に限られず、どの部品の荷重を負荷として利用するかを適宜選択して、装置の構造を変更できる。例えば、ボビン６９の自重が負荷されないように構成することもできる。
【実施例】
【００６４】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
（１）実施例
外管２として、外径２２ｍｍ且つ長さ１ｍのＳＵＳ３０４製の管を利用した。外管２はテーパー螺子によって１つの外管２の後端と、他の外管２（個別外管２Ａ）の前端と、を螺合させて接続できる構造となっている。
また、先端ビット１１、中継部品１２（接続部品１２１及び後端部品１２２）からなる先端部材１を用意した（図１及び図２参照）。このうち、先端ビット１１は、図３に示す概形（四角錐形状）を備え、Ｗが２２．０ｍｍ、Ｌが３３．９ｍｍ、θが１８゜であり、Ｈ９００析出硬化熱処理を施したＳＵＳ６３０製である。ＳＵＳ６３０は、高い硬度を有しながらＳＵＳ３０４に近い耐食性を有することができる点で優れている。また、中継部品１２は、螺子状の接続部品１２１と、長さ３０ｍｍの後端部品１２２とから構成される。更に、後端部品１２２には、図１及び図２に示すように、固定部１ｃとして貫通孔形状の線材挿通孔が設けられている。
【００６５】
上述の１本の外管２の地中深部側端２１に先端部材１の螺子部１２２ｂを螺合して、これらを接続した接続体４１’を得た（図３参照）。得られた接続体４１’を、埋設装置６（図１０参照）の中空軸６３に挿通したうえで、外管２の後部（地上側端部周辺）をチャック６５で固定して、接続体４１’を埋設装置６で保持した。
次いで、ボビン６９に収容された線材３（直径２ｍｍ、鉄製）の一端３１をボビン６９から引き出し、先端部材１の固定部１ｃ（線材挿通孔）の一方の開口端へ挿通して他方の開口端から引き出し、結束して結束部３２（図４参照）を形成することによって、固定部１ｃを利用して線材３の一端を先端部材１に固定した。
その後、線材３の一端を固定した接続体４１’を、地面に対して鉛直な方向を維持した状態で、駆動手段６２（モータ）からの駆動力を、プーリ６６ａ、ベルト６７及びプーリ６６ｂを介して中空軸６３へ伝達することによって、接続体４１’に対し地面に平行な方向への回転力を負荷して、地中熱交換器用本体４１をその場で形成しながら、地中熱交換器用本体４１を地中７へ埋設した。また、この際には、線材３の一端３１は、先端部材１の固定部１ｃに固定されているため、接続体４１’が地中７へ回転挿入されるのに伴い、ボビン６９から線材３が引き出され、線材３が外管２の外周面２３に巻回された。
その後、前述の地中熱交換システムの施工方法において既に説明したように、埋設装置６を利用して、個別外管２Ａを接続しながら、長さ５ｍ（１ｍ／本の個別外管２Ａが５本接続された状態）の地中熱交換器用本体４１を埋設した。
【００６６】
上述の埋設装置６は、その質量が４０ｋｇである。このうち、チャック６５、中空軸６３及びボビン６９の合計質量は６ｋｇである。本実施例では、チャック６５、中空軸６３及びボビン６９の合計質量を超える荷重が、接続体４１’に負荷されないように高さ調整手段６８の送り量を調節しながら埋設を行った。即ち、６ｋｇｆ（５８．８Ｎ）の負荷のみによって深さ５ｍまで地中熱交換器用本体４１を埋設できたことになる。
更に、埋設装置６は、外寸は高さ１ｍ×奥行き０．８ｍ×幅０．５ｍである。即ち、僅か０．４ｍ四方のスペースで深さ５ｍまで地中熱交換器用本体４１を埋設できたことになる。
加えて、この地中熱交換器用本体４１（５ｍ）の埋設時には、地上に僅かに排土が自然に排出されたが、その体積は約４００ｃｍ３であり、産業廃棄物等として当該土地以外の場所へ廃棄する必要もない極僅かな量であった。
【００６７】
仰せの
（２）比較例
線材３を用いないこと以外は、同様にして、長さ５ｍ（１ｍ／本の個別外管２Ａが５本接続された状態）の外管接続体を埋設した。
その結果、外管接続体は、１ｍ挿入した時点で、回転させても地面の反力の影響で全く進まなくなった。即ち、上記実施例では、線材３を利用することによって、６ｋｇｆの荷重で深さ５ｍまで地中熱交換器用本体４１を埋設できたのに対し、比較例では、線材３を利用しないことで、深さ１ｍまでしか埋設できなかった。
【００６８】
本発明によれば、効率よく小さなスペースで、地中熱交換器用本体４１を地中７へ埋設できる。従って、本地中熱交換器は、重機を必要とせず敷設できる。重機を用いる必要がないため、敷設に要する用地面積を従来に比べて著しく小さくできる。そして、用地面積が小さくてすむため、小規模な一般の住宅でも採用できる。また、建物の建築前後に関係無く敷設できる。即ち、地中熱交換器を後付けすることができる。更には、汚泥処理も必要としない。
【符号の説明】
【００６９】
１；先端部材、１ａ；先端部、１ｂ；後端部、１ｃ；固定部、
１１；先端ビット、１１１；接続部（接続部品との接続用凹部）、１１２；底面、１１３；側面、１１４；稜線、１１５；中心軸、
１２；中継部品、１２１；接続部品、１２２；後端部品、１２２ａ；接続部（接続部品との接続用凹部）、１２２ｂ；螺子部、
２；外管、２１；一端（地中深部側端）、２２；後端、２３；外周側面、２Ａ；個別外管、
３；線材、３１；一端（線材の一端）、３２；結束部、
４；地中熱交換器、４１；地中熱交換器用本体、４１’；接続体、４２；樹脂管、４３；隙間、４４；液媒、
５；地中熱交換システム、５１；液媒流通手段、５１Ａ及び５１Ｂ；液媒の流通路、
６；埋設装置、６１；フレーム、６２；駆動手段（モータ）、６３；中空軸、６４；ベアリング、６５；チャック、６６；プーリ、６７；ベルト、６８；高さ調節手段、６９；ボビン、７；地中。
【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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