JP2001280711A - 地熱吸収用パイプ材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の地熱吸収用パイプは合成樹脂製であっ
たため、特に大径パイプの場合には埋設時にパイプ自体
が変形することから位置決めを行うのが難しく、また、
パイプ側面へ外気導入用等の孔明け加工を行う際に、加
工中の孔の断面形状が大きく変化することを防止するた
めに専用の中子を挿入したり、長いテーブルの上で大径
のパイプを固定する専用の治具を備えることが必要にな
る。 【解決手段】 パイプが多層管の場合は、最も外側に位
置する外槽をアルミ押出材によって製作する。またパイ
プを１本のアルミ押出材構造とし、該パイプが大径の場
合は円周方向に複数に分割し、それぞれをパイプの軸方
向に形成したフランジによって接合し、またパイプ内部
の軸と垂直方向の断面をアルミ材または合成樹脂かなら
る仕切板によって複数に分割し、送入した空気を外槽に
接触させながらパイプの軸と平行な上下方向に折り返し
流通させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地熱を利用して住
宅など建物内の冷暖房を行う際に、恒温状態の地中に挿
入し、パイプの壁面を介して地上から送給した空気と熱
交換を行わせて空気の昇温あるいは冷却を行い、エアコ
ンディショナのサポートとして使用される、内部に複数
の空気流路を有するパイプの材質および構造に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】エネルギーを節減するとともに人の健康
を維持増進するのに有効な住宅の構造として太陽光を利
用したものや深夜電力を利用して氷蓄熱を行うものなど
がある。しかしこれらは設備を導入するための初期投資
コストが高いという課題を有していた。

【０００３】これに対して比較的低いコストで設置でき
る地熱を利用した住宅が検討され始めている。例えば地
下に埋設した長さが約３〜５ｍで２〜４重構造になって
いるパイプ内に空気を送給・循環させ、最も外側に位置
するパイプの壁を介して地下の恒温状態の土と熱交換を
行わせて送給・循環させる空気の昇温あるいは冷却を行
い、その熱交換後の空気を利用することで室内の温度や
湿度の差を少なくするというものがあり、その場合に土
中に埋設して熱吸収させるパイプは大径とした方が熱交
換効率の点で有利なため、直径が約４００ｍｍの大径ポ
リエチレン樹脂製のものが使用されている。

【０００４】図５はその一例を示す図で、図５における
図（ａ）はパイプの軸と垂直をなす方向の断面図、図
（ｂ）はパイプの軸を含む面で切断した断面図である。
図５において５１は外槽、５２は内槽、５３は外槽５１
および内槽５２によって形成される空間の上部を密閉す
る上蓋、５４は外槽５１の底部を密閉する底蓋、５５は
外気、５６は外気導入孔である。

【０００５】図５においてはパイプが外槽５１および内
槽５２からなる２層構造を有し、外槽５１および内槽５
２ともに合成樹脂によって製作し、外槽５１については
外槽５１と内槽５２との間の空間部を流通している空気
に乱流を生ぜしめて外槽内面と流通している空気との間
の熱伝達率を向上させるとともに、外槽の伝熱面積を増
加させるほか、熱膨張に基づく変形等を防止するために
蛇腹状に形成するなどの工夫を施している。

【０００６】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、地中に
埋設されるパイプが樹脂製で特に大径パイプの場合には
埋設時にパイプが土に直接接触して抵抗を受けることで
パイプ自体が変形することから位置決めを行うのが難し
く、また、パイプ側面へ外気導入用等の孔明け加工を行
う際に、加工中の孔の断面形状が大きく変化することを
防止するために専用の中子を挿入したり、長いテーブル
の上で大径のパイプを固定するために専用の治具を備え
ることが必要になる等の不具合を有するものであった。

【０００７】本願発明はこのような現状に鑑みてなされ
たもので、地中挿入時に変形を生ずることなく、後工程
の孔明け作業を簡潔にかつ的確に行わせ、あるいはパイ
プ内面側の塗装を容易に行うことを可能にする大径の地
熱吸収用パイプ材を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的は前記特許請
求の範囲に記載された地熱吸収用パイプ材によって達成
される。すなわち、 (1) 地中に多層構造のパイプを埋め込み、前記多層構造
を構成する各パイプ間に形成される空間部に空気を送給
して循環させ、最も外側のパイプの土中部分の壁を介し
て前記空気と恒温状態の土との間で熱交換を行わせて前
記空気の加熱・冷却を行わせるシステムにおいて、多層
構造のパイプのうち、土と直接接触する外側のパイプの
材質がアルミ押出材である地熱吸収用パイプ材。

【０００９】(2) 地中に多層構造のパイプを埋め込み、
前記多層構造を構成する各パイプ間に形成される空間部
に空気を送給して循環させ、最も外側のパイプの土中部
分の壁を介して前記空気と恒温状態の土との間で熱交換
を行わせて前記空気の加熱・冷却を行わせるシステムに
おいて、上記最も外側のパイプは、円周方向に少なくと
も２箇以上に分割した形状で押し出し、各分割した形状
のパイプの軸と平行な方向の両側の端面に前記パイプの
外周面の接線と垂直をなして曲率の大きい側に延び、か
つパイプの軸と平行な方向にパイプの全長にわたる長さ
のフランジを設け、上記分割した形状のパイプのフラン
ジ同士を接合してパイプ形状に組み立てられ、多層構造
のパイプのうち、土と直接接触する外側のパイプの材質
がアルミ押出材である(1) 記載の地熱吸収用パイプ材。

【００１０】(3) 地中にパイプを埋め込んでパイプ中に
空気を送給して循環させ、土中部分のパイプの壁を介し
て前記空気と恒温状態の土との間で熱交換を行わせて前
記空気の加熱・冷却を行わせるシステムにおいて、前記
パイプはアルミ押出材からなり、軸と垂直方向の断面に
おける中空部の数が少なくとも２箇以上となるように前
記パイプ中にパイプの軸と平行な向きにパイプ内を流通
する空気の方向転換に必要なスペースを形成させるのに
必要な長さを除いたパイプの全長にわたって連続する中
リブを少なくとも１箇以上設け、空気の流路を複数に分
割した構造を有する地熱吸収用パイプ材。

【００１１】(4) 地中にパイプを埋め込んでパイプ中に
空気を送給して循環させ、土中部分のパイプの壁を介し
て前記空気と恒温状態の土との間で熱交換を行わせて前
記空気の加熱・冷却を行わせるシステムにおいて、パイ
プの材質をアルミ押出材とし、上記パイプは円周方向に
少なくとも２箇以上に分割した形状で、該分割した形状
のパイプの軸と平行な方向の両側の端面に前記パイプの
外周面の接線と垂直をなして曲率の大きい側に延び、か
つパイプの軸と平行な方向にパイプの全長にわたる長さ
のフランジを設けて押し出し、上記分割したパイプのフ
ランジ同士を接合してパイプ状に組み立てる際に、組み
立てたあとのパイプの軸と垂直方向の断面における中空
部の数が少なくとも２箇以上となるようにパイプの軸方
向に隔壁を構成する板材を上記フランジ間に挟み込んで
組み立てる地熱吸収用パイプ材。

【００１２】(5) 隔壁を構成する板材の材質がアルミニ
ウムである(4) 記載の地熱吸収用パイプ材。

【００１３】(6) 隔壁を構成する板材の材質が合成樹脂
である(4) 記載の地熱吸収用パイプ材である。 以下本発明の作用等について実施の形態に基づいて説明
する。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
を説明する図で、図（ａ）はパイプの軸と垂直をなす方
向の断面図、図（ｂ）はパイプの軸を含む面で切断した
断面図である。図１において１は外槽、２は内槽、３は
上蓋、４は底蓋、５は外気、６は外気導入孔である。

【００１５】該第１の実施の形態においては、地熱吸収
用パイプを２重管構造とし、その外槽１をアルミ押出材
によって製作し、内槽２を合成樹脂によって製作する。
外槽１と内槽２とによって形成される空間の頂部は上蓋
３によって密閉され、外槽１の底部は内槽２の底部との
間に空気が流通し得る間隙を設けて底蓋４によって密閉
する。また外槽１の上部側面には恒温状態の土と熱交換
を行わせるための外気（空気）５を導入する外気導入孔
６を少なくとも１つ以上穿設する。

【００１６】このようにして構成した地熱吸収用パイプ
を土中に埋め込み、外気導入孔６から外気５を加圧して
送入するか、内槽２の上部から外気５を吸引するかして
外気導入孔６から外気（空気）５を外槽１と内槽２とに
よって形成される空間部および内槽２の内部を経由させ
て室内に流通させる。

【００１７】これによって年間を通じて恒温状態の土の
温度に近い温度に加熱あるいは冷却された外気（空気）
が室内に連続的に流入することにより、エアコンディシ
ョナー等によって行う室内温度の調節を、より経済的か
つ的確に行うことが可能になる。

【００１８】特に外槽１を従来用いられていた合成樹脂
に比して熱伝導率が著しく大きく、かつ機械的強度に優
れているアルミ押出材によって製作したことにより、地
熱吸収効率を向上させ得るとともに、後工程で孔明けを
行う場合にも所要の孔を正確に穿設することが可能にな
るほか、パイプを地中に埋め込む際にも周囲の土の抵抗
によってパイプ自体に変形を生ずる虞れを少なくして行
い得るという利点を有している。

【００１９】図２は本発明の第２の実施の形態を説明す
る図で、図（ａ）はパイプの軸と垂直をなす方向の断面
図、図（ｂ）はパイプの軸を含む面で切断した断面図、
図(c) は円周方向に分割された外槽１を構成する部材の
外槽１の軸と垂直方向の断面図である。

【００２０】該第２の実施の形態においては、組み立て
た状態の全体の形状は前記第１の実施の形態とほぼ同様
の２重構造の地熱吸収用パイプとし、外槽１をアルミ押
出材によって製作し、内槽２を合成樹脂によって製作
し、外槽１と内槽２とによって構成される空間の頂部を
上蓋３によって密閉し、外槽１の底部は内槽２との間に
空気を流通させ得る間隙を設けて底蓋４によって密閉す
る。

【００２１】該第２の実施の形態における特徴は、外槽
１を円周方向に複数に分割した形状のアルミ押出材によ
って製作し、これを組み立てて形成していることにあ
る。図２においては外槽１を円周方向に４分割し、各分
割した状態のそれぞれのパイプについてパイプの軸と平
行な方向の両側の端面にパイプの外周面の接線と垂直を
なして曲率の大きい側（パイプの外側）に延び、かつパ
イプの軸と平行な方向にパイプの全長にわたる長さを有
するフランジを設けた、図(c) に示す形状で押し出して
製作する。

【００２２】上記分割した状態のパイプを円筒を形成す
るようにして組み合わせ、隣接するフランジ同士を、リ
ベット接合８等によって強固に接合して円筒状に組み立
てる。外槽１をこのようにして製作することにより、よ
り大径の円筒を容易に製作し得るほか、押し出した状態
のパイプの形状が図２の図(c) に示すような板状である
ことから、孔明け加工あるいはパイプの内面となる部分
の塗装も容易かつ的確に行うことが可能になる。

【００２３】更に押出材のパイプの軸と平行な方向の端
面でパイプの外周面となる方向にフランジを設けたこと
で後工程のパイプ状への組み立て作業が容易になる。ま
た、パイプを分割することにより、分割した状態のパイ
プは中実材となり、中空部がなくなることで輸送の際の
効率が上昇するという利点を生ずる。

【００２４】図３は本発明の第３の実施の形態を示す図
で、前記第１，第２の実施の形態においては地熱吸収用
パイプが２重構造のパイプであったのに対して、１本の
パイプを用い、該パイプの内部を該パイプの軸と垂直方
向の断面において中空部の数が少なくとも２以上になる
ように分割し、上記分割した中空部の中をパイプの軸と
平行な方向に流通する空気がパイプ端部において折り返
すようにして同一パイプ内で隣接する中空部を流通し得
るようにするものである。

【００２５】図３においては外槽１内のパイプの軸と垂
直方向の断面を２分割し、パイプ内に形成された中空部
の内１つの上方開口端部から空気（外気５）を導入す
る。導入された空気は外槽１の地中部分を流下して外槽
１の底部に到り、１８０°方向転換して隣接する中空部
を上昇してパイプ外部（図３における室内）に到る。

【００２６】外槽１内に送入された空気（外気５）は外
槽１内を流下し或いは上昇する間に、外槽１の壁面を介
して、年間を通じて恒温状態の土と熱交換を行い、夏期
においては冷却され、冬季においては昇温される。

【００２７】外槽１と仕切板９はアルミ押出材によって
一体に製作することにより、従来の合成樹脂製パイプに
較べて地熱吸収効率が向上するほか、後工程の孔明け作
業に際して作業性を向上させ確実に製作し得るほか、多
層構造のパイプに較べて製作工数を低減させることが可
能になる。

【００２８】図４は本発明の第４の実施の形態を説明す
る図で、前記第３の実施の形態においては、外槽１と仕
切板９とが一体にアルミ押出材によって製作されるのに
対して、外槽１のみを前記第２の実施の形態における外
槽１の製作時と同様に、円周方向に４分割し、各分割し
た状態のそれぞれのパイプについてパイプの軸と平行な
方向の両側の端面にパイプの外周面の接線と垂直をなし
て曲率の大きい側（パイプの外側）に延び、かつパイプ
の軸と平行な方向にパイプの全長にわたる長さを有する
フランジを設けた、図(c) に示す形状で押し出して製作
する。

【００２９】上記分割した状態のパイプを円筒を形成す
るようにして組み合わせ、隣接するフラジ同士を、接合
して円筒状に組み立てるのであるが、その際に図４に示
すように仕切板１０を隣接するフランジ間に挟み込むよ
うにしてリベット接合８等によって強固に接合する。

【００３０】仕切板１０はアルミ板あるいは合成樹脂等
によって製作し、送入される空気の流路が図４に示すよ
うに２パスの場合には外槽１の下端内部に図(b) に示す
ように流通する空気が折り返し得るように空間を形成さ
せる。送入される空気の流路が４パス等に到る際には外
槽１の内部下端および上端部にそれぞれ空気が折り返し
得る空間を形成させておく。

【００３１】このようにして構成することにより、パイ
プ内に送入された空気（外気５）は、例えば図４におい
ては仕切板１０によって仕切られた外槽１内の一方の空
間の上方から下部に流入し、外槽１の壁面を介して年間
を通じて恒温状態にある土と熱交換を行って夏期は冷却
され冬季は昇温されて外槽１内下端部において１８０°
方向転換して向きを上方に変え、外槽１の壁面を介して
更に冷却あるいは昇温されて外槽１の上部から室内等所
要の場所に送出される。

【００３２】外槽１内の空気の流路は仕切板１０によっ
て容易に形成し得ることから、外槽１の円周方向の分割
数を２以上に増加し、分割された外槽１をフランジによ
って接合する際に各フランジによって挾持される仕切板
１０の形状を適宜選択して流路の数を増加し、あるいは
流路内を流通する空気の流速等を種々選択することによ
り、熱交換効率を上昇させ得るほか外槽１に接する土の
温度に近い温度まで空気の温度を調節することが可能に
なる。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１は前記４つの実施の形態に示した本発
明の特徴を示したもので、この表からも本発明が従来の
技術に比して格段に優れていることが明瞭に読み取れ
る。表１において、◎は非常に優れている、○は優れて
いる、−は同程度、△はやや劣る、×は非常に劣ること
を示している。

【００３５】

【発明の効果】前記発明の実施の形態において説明した
ように、本発明によれば下記に示す効果を奏する。 地熱吸収用パイプとしてアルミニウム製押出材を用
いることにより、熱交換性能を著しく向上させることが
可能になった。 パイプを２分割以上した押出材によって製作するこ
とにより、より大径のパイプが得られ、後工程の孔明け
時間の短縮を図り得るとともに、パイプの内面となる部
分の塗装を容易かつ確実に行うことが可能になる。 パイプを分割した形状で製作することにより、組み
立てる前のパイプが中実材となり、中空部がなくなるこ
とで１回の運搬量が増加する。 押出材の端面にパイプの外周面となる方向にフラン
ジを付けた構造とすることにより、後工程の組み立て作
業が容易になる。 分割面に仕切板を挟んでパイプを形成させることに
より、多重管にする手間が省け、作業性も向上する。 外槽の内部に配設する仕切板の材質として熱伝導率
の低い合成樹脂を用いることにより、仕切板を介して接
する流通空気間の熱交換を低減し得ることから、熱効率
を上昇させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施の形態を説明する図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施の形態を説明する図であ
る。

【図４】本発明の第４の実施の形態を説明する図であ
る。

【図５】従来の技術の例を示す図である。

【符号の説明】

１ 外槽 ２ 内槽 ３ 上蓋 ４ 底蓋 ５ 外気 ６ 外気導入孔 ７ 分割位置 ８ リベット接合 ９，１０ 仕切板 ５１ 外槽 ５２ 内槽 ５３ 上蓋 ５４ 底蓋 ５５ 外気 ５６ 外気導入孔

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地中に多層構造のパイプを埋め込み、前
   記多層構造を構成する各パイプ間に形成される空間部に
   空気を送給して循環させ、最も外側のパイプの土中部分
   の壁を介して前記空気と恒温状態の土との間で熱交換を
   行わせて前記空気の加熱・冷却を行わせるシステムにお
   いて、 多層構造のパイプのうち、土と直接接触する外側のパイ
   プの材質がアルミ押出材であることを特徴とする地熱吸
   収用パイプ材。
2. 【請求項２】 地中に多層構造のパイプを埋め込み、前
   記多層構造を構成する各パイプ間に形成される空間部に
   空気を送給して循環させ、最も外側のパイプの土中部分
   の壁を介して前記空気と恒温状態の土との間で熱交換を
   行わせて前記空気の加熱・冷却を行わせるシステムにお
   いて、 上記最も外側のパイプは、円周方向に少なくとも２箇以
   上に分割した形状で押し出し、各分割した形状のパイプ
   の軸と平行な方向の両側の端面に前記パイプの外周面の
   接線と垂直をなして曲率の大きい側に延び、かつパイプ
   の軸と平行な方向にパイプの全長にわたる長さのフラン
   ジを設け、 上記分割した形状のパイプのフランジ同士を接合してパ
   イプ形状に組み立てられ、 多層構造のパイプのうち、土と直接接触する外側のパイ
   プの材質がアルミ押出材であることを特徴とする請求項
   １記載の地熱吸収用パイプ材。
3. 【請求項３】 地中にパイプを埋め込んでパイプ中に空
   気を送給して循環させ、土中部分のパイプの壁を介して
   前記空気と恒温状態の土との間で熱交換を行わせて前記
   空気の加熱・冷却を行わせるシステムにおいて、 前記パイプはアルミ押出材からなり、軸と垂直方向の断
   面における中空部の数が少なくとも２箇以上となるよう
   に前記パイプ中にパイプの軸と平行な向きにパイプ内を
   流通する空気の方向転換に必要なスペースを形成させる
   のに必要な長さを除いたパイプの全長にわたって連続す
   る中リブを少なくとも１箇以上設け、空気の流路を複数
   に分割した構造を有することを特徴とする地熱吸収用パ
   イプ材。
4. 【請求項４】 地中にパイプを埋め込んでパイプ中に空
   気を送給して循環させ、土中部分のパイプの壁を介して
   前記空気と恒温状態の土との間で熱交換を行わせて前記
   空気の加熱・冷却を行わせるシステムにおいて、 パイプの材質をアルミ押出材とし、 上記パイプは円周方向に少なくとも２箇以上に分割した
   形状で、該分割した形状のパイプの軸と平行な方向の両
   側の端面に前記パイプの外周面の接線と垂直をなして曲
   率の大きい側に延び、かつパイプの軸と平行な方向にパ
   イプの全長にわたる長さのフランジを設けて押し出し、 上記分割したパイプのフランジ同士を接合してパイプ状
   に組み立てる際に、組み立てたあとのパイプの軸と垂直
   方向の断面における中空部の数が少なくとも２箇以上と
   なるようにパイプの軸方向に隔壁を構成する板材を上記
   フランジ間に挟み込んで組み立てることを特徴とする地
   熱吸収用パイプ材。
5. 【請求項５】 隔壁を構成する板材の材質がアルミニウ
   ムである請求項４記載の地熱吸収用パイプ材。
6. 【請求項６】 隔壁を構成する板材の材質が合成樹脂で
   ある請求項４記載の地熱吸収用パイプ材。