JP2011007395A

JP2011007395A - 地中熱交換器、及び充填材

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Publication number: JP2011007395A
Application number: JP2009150187A
Authority: JP
Inventors: Kenji Mikota; 憲司三小田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2029-06-24
Also published as: JP5621218B2

Abstract

【課題】地中熱交換器の製造コストを低く抑えながらも、地中熱交換器に係る充填材の熱伝導性を確実に高めて、地中熱交換器の採・放熱効率の向上を図る。
【解決手段】地盤との間で熱交換を行う地中熱交換器である。前記地盤に設けられた孔に挿入されて内部に熱媒体が流れる配管と、前記孔と前記配管との間に充填される充填材と、を有する。前記充填材が、炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れか１種からなる長粒物を所定の容積含有率で含んでいる。
【選択図】図３

Description

本発明は、地盤に埋設された配管内に熱媒体を流して前記地盤との間で熱交換を行う地中熱交換器、及び充填材に関する。

通年の温度変動の小さい地中熱を利用して建物の冷暖房等を行う地中熱利用システムが注目されている。この地中熱利用システムでは、地盤との間で採・放熱を行うべく地中に地中熱交換器が設置される。そして、地中熱交換器は、例えば、夏場には地盤に放熱し、冬場には地盤から採熱する。

この地中熱交換器は、地盤の掘削孔に挿入されて内部に熱媒体が流れるＵ字管と、掘削孔とＵ字管との間の空間に充填される充填材と、を有している。そして、充填材には、一般に砂やモルタル、ベントナイト等が使用される。

特開２００３−１３０４９４号公報

しかしながら、これら砂やモルタル、ベントナイトの熱伝導率は１．０〜１．５（Ｗ／ｍＫ）程度と低く、そのために、Ｕ字管から地中への熱伝導性が悪く、地中熱交換器の採・放熱効率の向上の妨げとなっていた。

ここで、充填材の熱伝導性を高めるべく、充填材に高熱伝導率の粒状物を添加することが考えられる。しかし、かかる粒状物は、充填材内において互いに接触していないと、有効な伝熱経路が形成されず、結果、充填材の熱伝導性の向上に寄与し難い。

また、かかる粒状物同士の接触確率を高める方法としては、当該粒状物の添加率を高めることが考えられるが、高熱伝導率の粒状物は、上述の砂等に比べて一般に高価であり、その添加率を高めると地中熱交換器の製造コストが高騰してしまう。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、地中熱交換器の製造コストを低く抑えながらも、地中熱交換器に係る充填材の熱伝導性を確実に高めて、地中熱交換器の採・放熱効率の向上を図ることを目的とする。

かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、
地盤との間で熱交換を行う地中熱交換器であって、
前記地盤に設けられた孔に挿入されて内部に熱媒体が流れる配管と、
前記孔と前記配管との間に充填される充填材と、を有し、
前記充填材が、炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れか１種からなる長粒物を所定の容積含有率で含んでいることを特徴とする。

上記請求項１に示す発明によれば、充填材が含む長粒物は、炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れかを素材とするが、何れの素材も高い熱伝導性を有している。また、その形状は長粒形であるので、充填材内において、互い隣り合う長粒物同士が接触する確率は高くなり、これにより、前記充填材内に熱の通り道が形成され易くなる。つまり、長粒物の含有率をあまり高めずとも、前記充填材内に高熱伝導率の伝熱経路を確実に形成可能となる。よって、充填材として一般に使用される砂等よりも前記長粒物が高価な場合であっても、地中熱交換器の製造コストを低く抑えつつ、充填材の熱伝導性を確実に高めることができる。

請求項２に示す発明は、請求項１に記載の地中熱交換器であって、
前記長粒物の長手方向の寸法が、１０〜５０ｍｍであり、
前記長手方向と直交する方向の寸法が１〜３ｍｍであることを特徴とする。

上記請求項２に示す発明によれば、長粒物の長手方向の寸法が１０ｍｍ以上であるので、互いに隣り合う長粒物同士が接触する確率は高くなり、これにより、充填材内に高熱伝導率の伝熱経路を確実に形成可能となる。また、５０ｍｍ以下であるので、長粒物の製造はさほど困難ではなく、製造コストの高騰を抑制できる。更には、５０ｍｍよりも長くすると前記孔への充填時に折れ易くなり、製造コストの割には充填後の長粒物の長尺化を図れないという費用対効果悪化の問題が起きる虞があるが、５０ｍｍ以下にすれば、この問題も有効に回避することができる。

また、長粒物の長手方向と直交する方向の寸法たる１〜３ｍｍは、一般に充填材の基材として用いられる砂等の粒状物の粒径とほぼ同サイズである。よって、当該長粒物は、充填材の基材内に偏在すること無く均一に混在し易くなり、結果、充填材の全域に亘り高い熱伝導性を確保することができる。

ちなみに、上述の粒状物の寸法範囲によれば、長粒物の最小サイズは、１０ｍｍ×１ｍｍとなる。よって、その粒径がミクロンオーダーの微粉の場合に起こりがちな、地下水に混ざって充填材から長粒物が流出するという不具合も確実に防止できて、充填材は長期に亘り高い熱伝導性を維持可能となる。

請求項３に示す発明は、請求項１又は２に記載の地中熱交換器であって、
前記容積含有率が、１〜２０％の範囲であることを特徴とする。
上記請求項３に示す発明によれば、充填材における容積含有率を１〜２０％にしているので、長粒物の使用に伴うコスト増を抑えながらも、充填材の熱伝導性を効果的に高めることができる。

請求項４に示す発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の地中熱交換器であって、
前記孔として前記地盤に形成された掘削孔に前記配管が挿入されているとともに、前記充填材が充填されていることを特徴とする。
上記請求項４に示す発明によれば、地盤と配管との間において熱抵抗となり得る部材は、充填材のみとなり、また、上述したことから当該充填材の熱伝導性は高められている。よって、前記配管を流れる熱媒体から地中への熱伝導性の向上を図れ、結果、地中熱交換器の採・放熱効率を高くすることができる。

請求項５に示す発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の地中熱交換器であって、
前記地盤に埋設され、内部空間を有した既成コンクリート杭を有し、
前記孔としての前記内部空間に前記配管が挿入されているとともに、該内部空間には前記充填材が充填されていることを特徴とする。
上記請求項５に示す発明によれば、既成コンクリート杭を埋設する。よって、基礎杭を転用して、採・放熱効率の良い地中熱交換器を設置可能となる。

請求項６に示す発明は、請求項５に記載の地中熱交換器であって、
前記既成コンクリート杭は、骨材として炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れか１種からなる長粒物を含有していることを特徴とする。
上記請求項６に示す発明によれば、既成コンクリート杭は、地中熱の前記配管への伝導を阻害する熱抵抗となり得るが、当該既成コンクリートには、その骨材として炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れか１種からなる高熱伝導性の長粒物が混入されている。よって、既成コンクリート杭自体の熱伝導性も高くなっており、これにより、前記配管を流れる熱媒体への地中熱の伝導性の向上を図れ、その結果、地中熱交換器の採・放熱効率を高くすることができる。

請求項７に示す発明は、
地盤との間で熱交換を行うべく熱媒体を流す配管と、前記地盤に形成され、前記配管を挿入する孔との間に充填される充填材であって、
前記充填材は、炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れか１種からなる長粒物を所定の容積含有率で含んでいることを特徴とする。
上記請求項７に示す発明によれば、充填材が含む長粒物は、炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れかを素材とするが、何れの素材も高い熱伝導性を有している。また、その形状は長粒形であるので、充填材内において、互い隣り合う長粒物同士が接触する確率は高くなり、これにより、前記充填材内に熱の通り道が形成され易くなる。つまり、長粒物の含有率をあまり高めずとも、前記充填材内に高熱伝導率の伝熱経路を確実に形成可能となる。よって、充填材として一般に使用される砂等よりも前記長粒物が高価な場合であっても、地中熱交換器の製造コストを低く抑えつつ、充填材の熱伝導性を確実に高めることができる。

本発明によれば、地中熱交換器の製造コストを低く抑えながらも、地中熱交換器に係る充填材の熱伝導性を確実に高めて、地中熱交換器の採・放熱効率の向上を図れる。

第１実施形態に係る地中熱交換器２１を用いた地中熱利用システム１１の説明図である。第１実施形態に係る地中熱交換器２１の斜視図である。図３Ａは、本発明に係る炭化ケイ素の長粒物２７ａを含有した充填材２７の説明図であり、図３Ｂは、その比較例たる球形状の炭化ケイ素を含有した充填材２７の説明図であり、図３Ｃは、図３Ａの長粒物２７ａが充填材２７内に形成する高熱伝導率の伝熱経路（ヒートブリッジ）の説明図である。図４Ａ乃至図４Ｅは、地中熱交換器２１の埋設工事の施工手順の説明図である。第２実施形態に係る地中熱交換器２１ａの説明図である。竪孔２３の内周面２３ａとＰＣ杭４１の外周面４１ｂとの間の隙間Ｓ１の説明図である。図７Ａ乃至図７Ｃは、第２実施形態に係る地中熱交換器２１ａの埋設工事の施工手順の説明図である。水平方式の地中熱交換器の説明図である。本実施形態に係る地中熱交換器２１，１２１の融雪設備への適用例の説明用斜視図である。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
図１は、第１実施形態に係る地中熱交換器２１を用いた地中熱利用ヒートポンプシステム１１の説明図である。図２は、地中熱交換器２１の斜視図である。

この地中熱利用ヒートポンプシステム１１は、地盤Ｇとの間で熱交換を行う地中熱交換器２１と、地中熱交換器２１の熱媒体２６からの熱を利用して建物１の暖房のための温水や冷房のための冷水を生成するヒートポンプ１５と、を有する。なお、ヒートポンプ１５の構成は周知なので、その説明は省略する。

図２に示すように、この地中熱交換器２１は、所謂「ボアホール方式」である。すなわち、地盤Ｇに形成された掘削孔としての竪孔２３と、竪孔２３に挿入される配管としてのＵ字管２５と、竪孔２３とＵ字管２５との間の空間ＳＰ２３に充填される充填材２７と、を有している。そして、Ｕ字管２５の一方の管端開口２５ａには、ヒートポンプ１５から熱媒体２６として水又は不凍液等が送り込まれ、当該熱媒体２６は、Ｕ字管２５を流れる間に地盤Ｇの地中熱により加熱又は冷却され、しかる後に、Ｕ字管２５の他方の管端開口２５ｂから、ヒートポンプ１５へ向けて送られて、ヒートポンプ１５にて温水生成や冷水生成に供される。

竪孔２３は、オーガ等の掘削機により地面にほぼ垂直に掘削された孔であり、その直径は１００〜２００ｍｍ、深さは３０〜１５０ｍである。なお、図２では、竪孔２３を透視して示している。

Ｕ字管２５は、例えば高密度ポリエチレン等の樹脂や銅等の金属を素材とするＵ字形状の配管である。そして、当該Ｕ字管２５の両方の管端開口２５ａ，２５ｂは、それぞれ、竪孔２３の外に突出しており、これら管端開口２５ａ，２５ｂのうちの一方２５ａは、ヒートポンプ１５から送られる熱媒体２６の取入口となり、他方２５ｂは、地盤Ｇとの間で熱交換した熱媒体２６をヒートポンプ１５へ送り出す送出口となる。ちなみに、Ｕ字管２５が樹脂製の場合には、その管壁内に金属等の高熱伝導性フィラーが埋め込まれた樹脂管を用いると、Ｕ字管２５自体の熱伝導性が向上して好ましい。

充填材２７は、例えば、川砂や山砂、珪砂等を基材２７ｂとし、Ｕ字管２５と竪孔２３との間の空間ＳＰ２３に密実に充填される。これにより、充填材２７を介して、Ｕ字管２５内の熱媒体２６と地盤Ｇとの間で熱交換が行われる。

この熱交換効率を高めるべく、図３Ａに示すように、充填材２７には、１〜２０％の容積含有率で、炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れか１種からなる長粒物２７ａが混入され、この例では、炭化ケイ素２７ａが混入されている。そして、当該炭化ケイ素２７ａの熱伝導率は、１６８（Ｗ／ｍＫ）という具合に高い。よって、当該炭化ケイ素２７ａの混入により充填材２７の熱伝導率は飛躍的に高められている。

また、炭化ケイ素２７ａの形状は、長粒形状（針状形状、棒状）である。よって、図３Ａに示すように充填材２７内において互い隣り合う炭化ケイ素２７ａ，２７ａ同士が接触する確率は、図３Ｂに示す球形状の場合と比べて格段に高くなり、これにより、充填材２７内には、図３Ｃに示すような熱の通り道（ヒートブリッジ）が形成され易くなる。つまり、炭化ケイ素２７ａの含有率をあまり高めずとも、充填材２７内に高熱伝導率の伝熱経路を確実に形成可能となる。よって、砂よりも高価な炭化ケイ素２７ａの含有率を低くすることができて、その結果、地中熱交換器２１の製造コストを低く抑えながらも、充填材２７の熱伝導性を確実に高めることができる。

ここで望ましくは、炭化ケイ素の長粒物２７ａの長手方向の寸法を１０〜５０ｍｍにし、また、長手方向と直交する方向の寸法を１〜３ｍｍにすると良い。そして、長手方向の寸法を１０ｍｍ以上にすれば、互いに隣り合う長粒物２７ａ，２７ａ同士の接触確率を高めることができる。また、同寸法を５０ｍｍ以下にすれば、長粒物２７ａの製造はさほど困難にならず、製造コストの抑制を図れ、更には、竪孔２３への充填時の長粒物２７ａの折損等も有効に防止できて、つまり、製造コストに見合った寸法長さの長粒物２７ａを、竪孔２３内に確実に配することができる。

また、長粒物２７ａの長手方向と直交する方向の寸法たる１〜３ｍｍは、一般に充填材２７の基材２７ｂとして用いられる砂等の粒状物の粒径とほぼ同サイズである。よって、当該長粒物２７ａは、充填材２７の基材２７ｂ内に偏在すること無く均一に混入され易く、その結果、充填材２７の全域に亘り高い熱伝導性を確保することができる。

ちなみに、上述の寸法範囲によれば、長粒物２７ａの最小サイズは、１０ｍｍ×１ｍｍとなる。よって、その粒径がミクロンオーダーの微粉の場合に起こりがちな、地下水に混ざって充填材２７から長粒物２７ａが流出するという不具合も確実に防止できて、充填材２７は長期に亘り高い熱伝導性を維持可能となる。

図４Ａ乃至図４Ｅは、地中熱交換器２１の埋設工事の施工手順の説明図である。なお、図４Ａ乃至図４Ｅでも、竪孔２３を透視して示している。

先ず、図４Ａに示すように、対象地盤Ｇに、孔径１００〜２００ｍｍ、深さ３０〜１５０ｍの竪孔２３をオーガ等の掘削機を用いて掘削する。岩盤などの安定した地盤では、図４Ｂのケーシング鋼管３１は挿入しなくて良いが、軟弱地盤の場合には、孔壁保護のため、竪孔２３のサイズに合ったケーシング鋼管３１を挿入する。このケーシング鋼管３１の挿入は、掘削と同時並行で又はその直後に行われ、また、掘削に伴う掘屑（スライム）は地上に排出される。

次に、図４Ｃに示すように、内径２０〜３２ｍｍ程度の高密度ポリエチレン製のＵ字管２５を、掘削された竪孔２３に挿入する。この時、Ｕ字管２５におけるＵ字形状部分２５ｕについては、竪孔２３の深部に位置させつつ、両方の管端開口２５ａ，２５ｂについては、竪孔２３の外方（上方）に突出させた状態にする。
そうしたら、図４Ｂで上記ケーシング鋼管３１を挿入していた場合には、図４Ｄに示すようにケーシング鋼管３１を上方へ引き抜いて竪孔２３から取り出す。

そして、最後に、図４Ｅに示すように竪孔２３に充填材２７を注入する。ここで、充填材２７には、砂以外に炭化ケイ素の長粒物２７ａも上述の含有率で入っている。また、炭化ケイ素は、ダイヤモンド並みの硬度を有する。そのため、攪伴ミキサーを用いて砂と炭化ケイ素の長粒物２７ａとを混合して注入する方法では、攪拌ミキサーが摩耗・損傷する虞がある。そこで、砂と炭化ケイ素の長粒物２７ａを予め攪拌混合して現場で袋吊りにし、袋下部の絞り口から自由落下により竪孔２３内に落とし込む方法で注入を図る。なお、注入には、漏斗を用いても良い。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図５は、第２実施形態に係る地中熱交換器２１ａの説明図である。
この地中熱交換器２１ａは、所謂「既成コンクリート杭方式」である。すなわち、筒軸を地面に垂直に向けつつ地盤Ｇに埋設された既成コンクリート杭４１（以下、ＰＣ杭４１とも言う）と、ＰＣ杭４１の内周側の空間ＳＰ４１（「内部空間」に相当）に挿入されるＵ字管２５と、ＰＣ杭４１の内周面４１ａとＵ字管２５との間の空間に充填される充填材２７と、を有している。なお、図５中では、既成コンクリート杭４１を透視して示している。

充填材２７は、上述の第１実施形態と同じである。すなわち、川砂や山砂、珪砂等を基材２７ｂとし、この基材２７ｂに対して、炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れか１種からなる長粒物２７ａが所定の容積含有率（＝長粒物２７ａの総容積／充填材２７の総容積）で混入されている。

ＰＣ杭４１は、例えばコンクリート製の筒体であり、予め工場等で製造されて現場搬入される。そして、埋設対象の地盤Ｇに打ち込まれて埋設される。この打ち込みに伴ってＰＣ杭４１の内周側の空間ＳＰ４１に入り込む土砂等の堀屑は、適宜打ち込み中又は打ち込み後に除去される。また、打ち込みに際しては、事前に予備掘削して打ち込み案内用の孔を形成しても良いし、あるいは、第１実施形態と同様にオーガ等の掘削機により竪孔２３を形成して、当該竪孔２３にＰＣ杭４１を挿入しても良い。なお、後者の場合において、図６に示すように、竪孔２３の内周面２３ａとＰＣ杭４１の外周面４１ｂとの間に隙間Ｓ１が生じた場合には、当該隙間Ｓ１に対して上述の長粒物２７ａ含有の充填材２７を充填しても良い。

ここで、これら図５又は図６に示すＰＣ杭４１はコンクリート製である。そのため、その熱伝導率は低く、Ｕ字管２５内の熱媒体２６と地盤Ｇとの間の熱交換を阻害する熱抵抗となり得る。そこで、当該ＰＣ杭４１の熱伝導率を高めるべく、この第２実施形態に係るＰＣ杭４１の骨材には、通常の砂や砂利等に加えて、又は単独で上述の長粒物２７ａが使用されている。そして、これら長粒物２７ａによりＰＣ杭４１の管壁部４１ｃの熱伝導性は高められており、Ｕ字管２５内を流れる熱媒体２６への地中熱の伝導性の向上が図られている。

図７Ａ乃至図７Ｃは、地中熱交換器２１ａの埋設工事の施工手順の説明図である。なお、図７Ａ乃至図７Ｃでも、既成コンクリート杭４１を透視して示している。

先ず、工場等で製造したＰＣ杭４１を現場搬入し、図７Ａに示すようにボーリングマシン等により対象地盤Ｇに打ち込む。なお、打ち込みに伴ってＰＣ杭４１の内周側の空間ＳＰ４１に流入する土砂等の堀屑（スライム）は、適宜地上へ排出する。また、このＰＣ杭４１の骨材には、上述の炭化ケイ素の長粒物２７ａが使用されている。

次に、図７Ｂに示すように、ＰＣ杭４１の内周側の空間ＳＰ４１に、高密度ポリエチレン製のＵ字管２５を挿入する。この時、Ｕ字管２５におけるＵ字形状部分２５ｕについては、ＰＣ杭４１の深部に位置させつつ、両方の管端開口２５ａ，２５ｂについては、ＰＣ杭４１の外方（上方）に突出させた状態にする。

最後に、ＰＣ杭４１の内周側の空間ＳＰ４１に充填材２７を注入する。この充填材２７には、上述したように、砂以外に炭化ケイ素の長粒物２７ａも前述の含有率で入っている。よって、充填方法としては、上述の第１実施形態と同様に、砂と炭化ケイ素の長粒物２７ａとを予め攪拌混合して袋吊りにし、袋下部の絞り口から自由落下により前記空間ＳＰ４１内に落とし込む方法を用いると良い。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。

上述の実施形態では、図２や図５に示すように、Ｕ字管２５内の熱媒体２６の流れ方向を鉛直方向にした垂直方式の地中熱交換器２１，２１ａを例示したが、何等これに限るものではなく、例えば、図８の縦断面図に示すような水平方式でも良い。すなわち、Ｕ字管２５を横置きして、Ｕ字管２５内の熱媒体２６の流れ方向を水平方向にしても良いし、水平配置の複数のＵ字管２５，２５を直列接続して図８のような水平コイル１２５を構成しても良い。なお、この水平方式の場合の埋設方法としては、例えば、水平コイル１２５を埋設するための掘削孔１２３を地面（地盤Ｇ）に形成し、掘削孔１２３内に水平コイル１２５を配置後に、上述の長粒物２７ａ含有の充填材２７で掘削孔１２３を埋めるか、又は、掘削の際に出た掘削土等の堀屑１２７ｂに上述の長粒物２７ａを混ぜて埋め戻すこと等が挙げられる。後者の場合には、堀屑１２７ｂが充填材２７の基材２７ｂに相当することになる。

上述の実施形態では、地盤Ｇに埋設する配管としてＵ字管２５を例示したが、熱媒体２６を流せれば、何等これに限るものではなく、スパイラル管でも良い。

上述の実施形態では、図１及び図２に示すように、地盤Ｇとの熱交換により地中熱エネルギーが付与された熱媒体２６をヒートポンプ１５へ送出する謂わば一次側地中熱交換器２１の構成について例示したが、何等これに限るものではなく、ヒートポンプ２６の二次側で用いる地中熱交換器（以下、二次側地中熱交換器とも言う）に対して上述の長粒物２７ａ含有の充填材２７を適用しても良い。

すなわち、図２の一次側地中熱交換器２１によりヒートポンプ１５に送られた一次側熱媒体２６が、ヒートポンプ１５を介して、前記二次側地中熱交換器の二次側熱媒体に前記地中熱エネルギーを付与する場合に、当該二次側地中熱交換器に対して、上述の長粒物２７ａ含有の充填材２７を適用しても良い。

その具体例としては、融雪設備に使用される二次側地中熱交換器が挙げられる。図９は、この融雪設備の斜視概念図である。融雪設備は、路面を加熱してその雪を融かす設備である。融雪設備は、一次側地中熱交換器２１と、二次側地中熱交換器１２１と、ヒートポンプ１５とを有している。そして、一次側地中熱交換器２１が地盤Ｇの深部から採熱した地中熱を、ヒートポンプ１５が、地盤Ｇの浅部に配された二次側地中熱交換器１２１へ送って路面の雪を融かす。

一次側地中熱交換器２１には、上述した第１又は第２実施形態の地中熱交換器２１，２１ａが使用される。すなわち、垂直方式の地中熱交換器２１が使用される。これにより、地盤Ｇの深部の比較的高温の地中熱を採取可能である。他方、二次側地中熱交換器１２１には、水平方式の地中熱交換器１２１が使用される。すなわち、路面下たる地盤Ｇの浅部には、前記水平コイル１２５が埋設されている。そして、当該水平コイル１２５には、ヒートポンプ１５から送られる高温の二次側熱媒体１２６が流れて地盤Ｇに放熱され、これにより路面の雪が融かされる。ここで、この水平コイル１２５を埋設する際の埋め戻し土には、上述の炭化ケイ素等の長粒物２７ａが混入されている。よって、埋設された水平コイル１２５の周囲には、前記長粒物２７ａにより高熱伝導率の伝熱経路が形成されていて、地盤Ｇへの放熱効率は高められており、これにより、路面の雪を融かすための必要時間を短縮することができる。

上述の実施形態では、砂等を基材２７ｂとして炭化ケイ素等の長粒物２７ａを１〜２０％の容積含有率で混入する場合を例示したが、この容積含有率は何等これに限るものではなく、０を超えて１未満の範囲、或いは２０を超えて１００％以下の範囲でも良い。なお、当該含有率は、例えば採算性を考慮して決められる。

１建物、
１１地中熱利用ヒートポンプシステム、１５ヒートポンプ、
２１地中熱交換器、２１ａ地中熱交換器、
２３竪孔（孔）、２３ａ内周面、
２５Ｕ字管（配管）、２５ａ一方の管端開口、
２５ｂ他方の管端開口、２５ｕＵ字形状部分、
２６熱媒体、２７充填材、２７ａ長粒物、２７ｂ基材、
３１ケーシング鋼管、４１ＰＣ杭（既成コンクリート杭）、
４１ａ内周面、４１ｂ外周面、４１ｃ管壁部、
１２１地中熱交換器、１２３掘削孔、１２５水平コイル、
１２６二次熱媒体、１２７ｂ掘削土、
Ｓ１隙間、ＳＰ２３空間、ＳＰ４１空間（内部空間）、

Claims

地盤との間で熱交換を行う地中熱交換器であって、
前記地盤に設けられた孔に挿入されて内部に熱媒体が流れる配管と、
前記孔と前記配管との間に充填される充填材と、を有し、
前記充填材が、炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れか１種からなる長粒物を所定の容積含有率で含んでいることを特徴とする地中熱交換器。
請求項１に記載の地中熱交換器であって、
前記長粒物の長手方向の寸法が、１０〜５０ｍｍであり、
前記長手方向と直交する方向の寸法が１〜３ｍｍであることを特徴とする地中熱交換器。
請求項１又は２に記載の地中熱交換器であって、
前記容積含有率が、１〜２０％の範囲であることを特徴とする地中熱交換器。
請求項１乃至３の何れかに記載の地中熱交換器であって、
前記孔として前記地盤に形成された掘削孔に前記配管が挿入されているとともに、前記充填材が充填されていることを特徴とする地中熱交換器。
請求項１乃至３の何れかに記載の地中熱交換器であって、
前記地盤に埋設され、内部空間を有した既成コンクリート杭を有し、
前記孔としての前記内部空間に前記配管が挿入されているとともに、該内部空間には前記充填材が充填されていることを特徴とする地中熱交換器。
請求項５に記載の地中熱交換器であって、
前記既成コンクリート杭は、骨材として炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れか１種からなる長粒物を含有していることを特徴とする地中熱交換器。
地盤との間で熱交換を行うべく熱媒体を流す配管と、前記地盤に形成され、前記配管を挿入する孔との間に充填される充填材であって、
前記充填材は、炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れか１種からなる長粒物を所定の容積含有率で含んでいることを特徴とする充填材。