JP2014047932A - 地中蓄熱方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のように地中に漏れないように槽壁やダム壁で囲った貯水槽やダムを設けることなく、単に地中に露出状態で埋設しても流れ出ないし、漏れ出ない斬新な蓄熱材を使用した地中蓄熱方法およびシステムを提供する。
【解決手段】 スメクタイトを主成分とする水分散液またはゲル化体を蓄熱材として地中に埋設し、該蓄熱材に地中熱を蓄熱し、熱エネルギーとして取り出し利用することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地中の熱を熱源として蓄熱し利用する地中蓄熱方法およびシステムに関し、特に、蓄熱材が全く新規で、構築も容易な地中蓄熱方法およびシステムに関する。

地中の温度は、若干の高低差はあるものの、一年を通じて約１５℃前後である。これに対し地表の気温は、冬場では１５℃よりも遙かに低温であり、夏場では１５℃よりも遙かに高温である。そのためこの点に着目し、従来、例えば、地中に採熱手段を設置し、地中の熱を温熱源として利用する場合は、採熱手段（地熱）から熱エネルギーを取り出し、空調（例えば、暖房設備）、給湯、融雪設備、等の熱利用手段に温熱を供給し、地中の熱を冷熱源として利用する場合にはそこに熱を放出して冷房設備、等の熱利用手段に冷熱を供給する、等の熱的負荷に対して地熱を有効利用する技術が種々提案されている。

従来、このような地熱エネルギーを利用する技術としては、
（１）坑井（ボーリング孔）内にＵ字状管（熱交換用配管）を配管し、このＵ字状管内に不凍液などの熱媒体を循環させることによって、坑井内で地熱との熱交換を行いヒートポンプを駆動するもの（例えば、特許文献１参照）、
（２）鋼管杭や場所打ち杭等の基礎杭等に中空の基礎杭を利用して、これに不凍液等の熱媒体を循環させる熱交換用配管を設置して熱交換を行うもの（例えば、特許文献２および３参照）、
（３）地下水を揚水して冷却水および温熱水として利用しヒートポンプを駆動するもの（例えば、特許文献４および５参照）、
（４）地中に地下貯水槽を構築し、この貯水槽の貯留水中に不凍液、水等の熱媒体を循環させる熱交換用配管を設置して熱交換を行うもの（例えば、特許文献６参照）、
（５）地中に地下貯水槽より水分が浸透される蓄熱土壌槽を設け、この蓄熱土壌槽中に、熱媒体を循環させる熱交換用配管を設置して熱交換を行うもの（例えば、特許文献７参照）、等が提案されている。

特開２０１１−１７９６９３号公報 特開２０１２−０９７９８４号公報 特開２００８−０９６０６３号公報 特開２０１１−２２６７５５号公報 特開２００７−０８５６４４号公報 特開２００７−３３３２９５号公報 特開２００７−３３３２９６号公報

しかし、前記（１）〜（３）の方法は、構築に多大なコストを要すると共に維持管理にも手数、費用がかかる弱点がある。加えて、前記（１）の方法は、坑井内で熱交換用配管をコンクリート等で埋めて固定するので、地中と熱交換用配管との間にコンクリートが厚く介在し、地熱との熱交換効率が一層低下する。また、前記（２）の方法は、基礎杭の上部に構造物を設けるので、構造物がすでに存在する場合は、構築できないと共に、基礎杭にコンクリートが打設してある場合には、やはり熱交換効率が低下する。また、前記（３）の方法は、地下水揚水による地盤沈下が生じる課題および利用後の地下水を地中に還元する場合も還元水井が早期に目詰まりを起こすので、定期的にその洗浄作業が発生するし、還元水井の周辺地層が目詰まりを生ずる課題もある。
さらに、前記（４）〜（５）の方法は、蓄熱材が水や水分を含浸した土壌であるため、地中に水を貯留する貯水槽（ダム）を構築しなければならず、地中に水が漏れないように槽壁（ダム壁）で囲う貯水槽（ダム）を設けるのは大変な作業であり、構築に多大の費用もかかる課題がある。

本発明は、このような点に鑑み、前記従来の各方法の課題を解決した地中蓄熱方法およびシステムを提供するものであり、特に、地中に蓄熱材を埋設し、この蓄熱材が地熱を熱交換し蓄熱し、この蓄熱材から熱交換して利用する方法であるが、この蓄熱材は、従来のように地中に漏れないように槽壁やダム壁で囲った貯水槽やダムを設けることなく、単に地中に露出状態で埋設しても流れ出ないし、漏れ出ない斬新な蓄熱材を使用した地中蓄熱方法およびシステムの提供を目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る地中蓄熱方法は、スメクタイトを主成分とする水分散液またはゲル化体（プリン体）を蓄熱材として地中に埋設し、該蓄熱材に地中熱を蓄熱し、熱エネルギーとして取り出し利用することを特徴とする。
また、本発明の請求項２に係る地中蓄熱方法の前記蓄熱材には、珪酸ソーダが添加されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係る地中蓄熱方法の前記蓄熱材は、地中に囲いを設けることなく露出状態で埋設することを特徴とする。

スメクタイトとは、モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、スチブンサイト等のように、膨潤する機能等を有する粘土鉱物のグループを指称し、このスメクタイトの代表的な粘土鉱物であるモンモリロナイトを主成分とした粘土が、ベントナイトである。従って、以下では、スメクタイトに代えてモンモリロナイトと称したり、ベントナイトと称したりすることがあるが、技術的意義においては、スメクタイトと実質的に同じである。
モンモリロナイトは、水と接触すると膨潤する作用があり、モンモリロナイトを水に分散させたモンモリロナイト分散液は、粘性が生じ、ゲル化する。また、モンモリロナイトは、地盤との接触面に泥壁形成性がある。従って、モンモリロナイト（スメクタイト）を主成分とする水分散液またはゲル化体を地中に囲いを設けることなく埋設しても、例えば、地中にダムを形成し、これに収容するとしても、ダムはコンクリートや壁材で囲うことなく単に地盤を掘削した状態のダムであっても、これに収容されたモンモリロナイトを主成分とする水分散液またはゲル化体は、地中に漏れ出ることなく安定してその状態を保持する。
また、モンモリロナイトは、熱的安定性に優れており、高温でも性能劣化はなく安定している。さらに、モンモリロナイトを主成分とする水分散液またはゲル化体は、高温でも蒸発せず、高圧でも流出しない等の物性を示す。従って、地中に蓄熱材として使用しても何ら支障がなく、使用可能である。

モンモリロナイトを主成分とする水分散液またはゲル化体は、以上のような物性を有するため、単に地中に蓄熱材として埋設するだけで使用可能である。即ち、モンモリロナイトを主成分とする水分散液またはゲル化体を蓄熱材として地中に埋設し、この蓄熱材の蓄熱を熱交換して熱的負荷（例えば、加温、給湯、冷暖房、融雪など）に使用することができる。従って、地中蓄熱システムの構築が容易であり、施工費も安価となる。例えば、戸建て住宅では、駐車場の地下や庭の地中、等に容易に構築でき、その地上は駐車場や庭として使用できる。
また、モンモリロナイトを主成分とする水分散液またはゲル化体に、珪酸ソーダを添加すると、珪酸ソーダの特性が加味されると共に蓄熱材としての特性も向上する。

また、本発明の請求項４に係る地中蓄熱方法は、前記地中に埋設した蓄熱材には、該蓄熱材外周面より深く地盤中に打ち込んだ熱伝導性のある金属製の杭を、少なくともその頭部を蓄熱材中に位置させて存在させることを特徴とする。
この構成により、杭を介し蓄熱材の周囲の地盤、特に、蓄熱材の位置より深い位置の地中よりの地熱を蓄熱材に採熱することができ、地熱の回収効率が向上する。特に、杭が地下水位以深に到達していれば、地下水からの採熱もできるので一層有効となる。ここで、蓄熱材外周面とは、蓄熱材の側面および底面を含む意味である。

また、本発明の請求項５に係る地中蓄熱方法は、前記地盤中に打ち込んだ熱伝導性のある金属製の杭の、一部または全部の周囲に、スメクタイトを主成分とする水分散液またはゲル化体の蓄熱材を存在させることを特徴とする。
この構成により、杭の周囲に存在する蓄熱材も採熱でき、この蓄熱材の採熱は、杭を介し熱交換用配管が存在する蓄熱材に伝導し蓄熱されるため、地熱回収効率が向上する。

また、本発明の請求項６に係る地中蓄熱方法は、前記地中に埋設した蓄熱材中には、熱伝導性のある金属材料で形成した網体、線材、棒または板を組み込んで、該蓄熱材中での熱移動を促進することを特徴とする。
本発明に係るモンモリロナイト（スメクタイト）を主成分とする水分散液またはゲル化体の蓄熱材は、対流による熱移動がないか、あったとしても少ない。従って、例えば、蓄熱材中に熱交換用配管を設置し、この熱交換用配管に熱媒体を循環させ熱交換を行うと、蓄熱材中の熱交換用配管の周辺部は、熱が吸収されて温度が下がるが、蓄熱材の他の部分からの熱移動がないため、蓄熱材全体での熱交換ができない不都合がある。この構成により蓄熱材中での熱移動が容易に可能となり、かかる不都合は解消し熱交換効率も向上する。また、蓄熱材中での片寄った蓄熱もなくなり、蓄熱材の全体に亘って蓄熱される。

また、本発明の請求項７に係る地中蓄熱方法は、前記蓄熱材には、熱伝導性のある材料よりなる破砕片が混入されていることを特徴とする。
この構成により、蓄熱材の熱伝導が良好となる。この熱伝導性のある材料よりなる破砕片は、混入しても蓄熱材の特性を劣化させないものを選択する。

また、本発明の請求項８に係る地中蓄熱方法は、前記地中に埋設した蓄熱材中には、該蓄熱材に加わる加重を支持する支持部材を設置することを特徴とする。
この構成により、加わる加重は支持部材で支えられるので、蓄熱材にかかる加重が軽減され、地中で安定するし、蓄熱材中に配設する熱交換用配管にかかる加重（加圧）も少なくなり保護される。

また、本発明の請求項９に係る地中蓄熱方法は、前記地中に埋設した蓄熱材の上面に、該蓄熱材にかかる加重を受け止める蓋体を設けることを特徴とする。
この構成により、加わる加重は蓋体で受け止められるので蓄熱材は安定するし、たとえ蓄熱材の上面が地表に露出状態で設けることも可能となる。地表に露出する蓄熱材の上面は、蓋体で被覆保護されるので、その上を駐車場等にすることも可能となる。また、蓋体の上に水平に覆土したり、盛土することによって庭園にもできる。
なお、埋設した蓄熱材中に支持部材を設けたり、埋設した蓄熱材の上面に加重を受け止める蓋体を設けたりすれば、その上方の地上には構造物を設けることも可能となる。

また、本発明の請求項１０に係る地中蓄熱方法は、前記地中に埋設した蓄熱材中には、熱的負荷との間に熱媒体を循環させる熱交換用配管を設置することを特徴とする。
この構成により、蓄熱材が採熱した蓄熱は、熱交換用配管を循環する熱媒体と熱交換して、熱エネルギーとして熱的負荷に供給することができる。熱的負荷としては、空調機器（冷暖房装置）、融雪装置、給湯設備、床暖房、等を例示することができる。

さらに、本発明の請求項１１に係る地中蓄熱システムは、スメクタイトを主成分とする水分散液またはゲル化体を蓄熱材として地中に埋設し、該蓄熱体中に熱的負荷との間に熱媒体を循環させる熱交換用配管が設置されていることを特徴とする。
この構成により、地中蓄熱システムは容易に構築することができると共に、安価に施工することができる。また、蓄熱材の蓄熱は、蓄熱材中に配設した熱交換用配管を循環する熱媒体で熱交換して熱エネルギーとして熱的負荷に供給することができる。

また、本発明の請求項１２に係る地中蓄熱システムの前記蓄熱材は、珪酸ソーダが添加されていることを特徴とする。
この構成により、珪酸ソーダの特性が加味されるし、蓄熱材の特性が向上する。

本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）蓄熱材としてのスメクタイト、例えば、モンモリロナイトを主成分とする水分散液またはゲル化体は、地中に囲いを設けることなく埋設しても、例えば、単に地盤を掘削しただけの凹所（ダム）に収容しても、蓄熱材は漏れ出ることなく安定してその状態を保持する。また、スメクタイト、例えば、モンモリロナイトを主成分とする水分散液またはゲル化体は、高温でも性能劣化はなく、蒸発もなく熱的安定性に優れており、高圧でも流出しない、等の物性を示す。従って、単に地中に蓄熱材として埋設するだけで使用可能となり。地中蓄熱システムの構築が容易であり、施工費も安価に済むし、構築する場所の選定も容易となる。例えば、戸建て住宅では、駐車場の地下や庭の地中、等に容易に構築でき、その地上は駐車場や庭として使用できる。

（２）スメクタイトを主成分とする水分散液またはゲル化体に、珪酸ソーダが添加されているので、珪酸ソーダの特性が加味されるし、蓄熱効果が向上する、等の蓄熱材の特性が良好である。

（３）地中に埋設した蓄熱材には、熱伝導性のある金属製の杭が、周面、例えば底面より深く打ち込まれて存在するので、杭を介し蓄熱材の位置より深い位置の地中よりの地熱を採熱することができ、特に、杭が地下水位以深に到達していれば、地下水からの採熱もできるので一層有効となる。
また、打ち込んだ杭の周囲にも蓄熱材が存在すると、杭の周囲の蓄熱材も地熱を採熱し、この採熱は杭を介し熱交換用配管が存在する蓄熱材に伝導し蓄熱されるので採熱効率が向上する。
（４）地中に埋設した蓄熱材中には、熱伝導性のある金属材料で形成した網体、線材、棒、または板を組み込んであるので、または、蓄熱材に熱伝導性のある材料よりなる破砕片が混入されているので、蓄熱材中での熱移動が促進される。従って、蓄熱材の全体から蓄熱の回収が容易となるし、蓄熱材に部分的に片寄って蓄熱されることもない。

（５）地中に埋設した蓄熱材には、該蓄熱材にかかる加重を支持する支持部材が設置されているので、蓄熱材に加わる加重は支持部材で支えられ、蓄熱材にかかる加重が軽減されるし、蓄熱材中に配設する熱交換用配管にかかる加重（圧力）も少なくなり保護される。
（６）地中に埋設した蓄熱材の上面に、該蓄熱材にかかる加重を受け止める蓋体が設けられるので、加わる加重は蓋体で受け止められ蓄熱材は安定するし、蓄熱材の上面が地表に露出状態で埋設されても、地表に露出する蓄熱材の上面は、蓋体で被覆保護でき、その上を駐車場や盛土して庭園、等に利用可能となる。
また、埋設した蓄熱材中に支持部材を設けたり、埋設した蓄熱材の上面に加重を受け止める蓋体を設けると、その上方の地上に構造物を設けることもできる。

（７）地中に埋設した蓄熱材中には、熱的負荷との間に熱媒体を循環させる熱交換用配管が設置されているので、蓄熱材の蓄熱は、熱交換用配管を循環する熱媒体で熱交換して熱エネルギーとして熱的負荷（例えば、空調機器、融雪装置、給湯設備、床暖房）に供給できる。また、蓄熱材中に配管するだけなので、地中蓄熱システムの構築も容易に、しかも安価に施工できる。

本発明の第１の実施の形態を示す断面説明図である。 第１の実施の形態の変形例を示す断面説明図である。 本発明の第２の実施の形態を示す断面説明図である。 本発明の第３の実施の形態を示す断面説明図である。 本発明の第４の実施の形態を示す断面説明図である。 本発明の施工方法を工程順（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す断面説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示す断面説明図である。

地盤Ｇ中には、蓄熱材１が埋設されている。該蓄熱材１は、スメクタイト（例えば、モンモリロナイト）を主成分とする水分散液またはゲル化体で構成される。スメクタイトは、モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、スチブンサイト等のように、膨潤する機能等を有する粘土鉱物のグループを指称し、これらの内のいずれを選択して使用してもよい。なお、スメクタイトの代表的な粘土鉱物であるモンモリロナイトを主成分とした粘土がベントナイトであるので、以下ではベントナイトを例に説明する。
前記蓄熱材１は、地盤Ｇ中に穴（以外、ダムと称す）２を形成し、このダム２に収容されている。ダム２は、地盤Ｇを単に掘削しただけのものであり、コンクリートや壁材等で囲いは設けられていない。

ベントナイト（モンモリロナイト）は、水と接触すると膨潤する作用があり、ベントナイトを水に分散させたベントナイト分散液は、粘性が生じ、ゲル化もする。また、ベントナイトは、地盤との接触面に泥壁形成性がある。従って、ベントナイトを主成分とする水分散液またはゲル化体を地中にコンクリートや壁材で囲いを設けることなく埋設しても地中に漏れ出ることがない。従って、蓄熱材１は、コンクリートや壁材等で囲いを設けない単に地盤Ｇを掘削しただけのダム２に収容しても、地中に漏れ出ることなく、安定してその状態を保持する。また、ベントナイトを主成分とする水分散液またはゲル化体１は、高温でも性能劣化はなく、蒸発もなく熱的安定性に優れており、高圧でも流出しない、等の物性を示す。従って、単に地中に蓄熱材として埋設するだけで使用可能であり、地中蓄熱システムの構築が容易であり、施工費も安価となり、また、構築する場所の選択も容易となる。例えば、戸建て住宅では、駐車場の地下や庭の地中等に容易に構築でき、その地上は駐車場や庭として使用できる。図１では駐車場の地下に設けた場合を示している。

また、前記ダム２の底面２ａには、該底面２ａより深く熱伝導性のある金属製の杭３が打ち込まれ、その頭部３ａが蓄熱材１中に位置して設けられている。この杭３は、蓄熱材１の位置より深い位置の地中の地熱を蓄熱材１に採熱するものであるので、熱伝導性のある金属材料が望ましい。また、杭３の打ち込み深度は、特に限定されないが、杭３が地下水脈に到達していれば、地下水からの採熱もできるので、好ましくは地下水位以深まで到達しているのがよい。なお、この杭３は必ずしも必要ではないが、設けると採熱効果が向上するので好ましい。

また、地中に埋設した蓄熱材１中には、熱交換部としての熱交換用配管４が配設されている。この熱交換用配管４は、熱的負荷との間に熱媒体を循環させ、蓄熱材１の蓄熱と熱交換して熱的負荷に供給するものである。従って、熱交換用配管４は、中空で、できるだけ長い距離が蓄熱材１中に存在するのが好ましく、そのため本例では蛇行している。この熱交換用配管４は、熱媒体が封入されて閉回路を構成している。本例では、熱交換用配管４の閉回路に地上側でヒートポンプ６が組み込まれ、循環用ポンプ５で熱媒体が循環される。ヒートポンプ６での熱源は、熱的負荷に利用される。本例では冷暖房用室内ユニット７に利用される場合を示している。熱媒体としては、特に制限はなく、従来公知のものを使用できる。例えば、水、不凍液、フロンガス、等を例示できる。
熱交換用配管４の配設構造は、特に制限されるものではなく、好ましい配設例を適宜選択して採用する。

図２は、前記第１の実施の形態の変形例を示す断面説明図であり、第１の実施の形態と同じ構成要素には同一符号を付してある。
本例が図１に示す第１の実施の形態と相違する点は、熱交換用配管４の配設構造と、ダム２の側面にも採熱用の杭３が、側方（水平方向）に向かって地盤Ｇ中に打ち込まれている点と、打ち込まれた一部の杭３の周囲にも蓄熱材１を存在させた点である。
この図２に示す熱交換用配管４の配設構造によれば、蓄熱材１中に位置する熱交換用配管４に熱媒体を多量に存在させることができるので、熱交換効率が向上できる。また、採熱用の熱電導性のある金属製の杭３が、ダム２の底面２ａより地中に打ち込まれるだけでなく、ダム２の側面２ｂより側方（水平方向、斜め方向）に向かって打ち込まれていると、より多くの周囲の地盤Ｇ中の地熱が採熱できるので、採熱効果が向上し好ましい。
また、打ち込まれた一部または全部の杭３の周囲に蓄熱材１を存在させると、この蓄熱材１も採熱し、この採熱は杭３を介し熱交換用配管４が存在する蓄熱材１に伝導し採熱されるので、採熱効率が向上する。本例では、打ち込んだ一部の杭３の周囲に蓄熱材１を存在させた場合を示している。杭３の周囲に存在する蓄熱材１は、熱交換用配管４が存在する蓄熱材１と連続してもよいし、非連続とし独立した構成でもよい。

図３は、本発明の第２の実施の形態を示す。
この第２の実施の形態は、第１の実施の形態の構成において、地中に埋設した蓄熱材１中に、熱伝導性のある金属材料で形成した熱伝導部材８を組み込んだものであり、他は前記第１の実施の形態と同様であるので、前記第１の実施の形態と同じ構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。熱伝導部材８としては、熱伝導性のある金属材料で形成した網体、線材、棒または板、等を例示でき、これは単独で使用してもよいし、また組み合わせて使用してもよい。

また、蓄熱材１中に熱伝導性のある材料よりなる破砕片を混入してもよい。これにより熱移動が良好となる。この時に混入する熱伝導性のある材料よりなる破砕片は、蓄熱材の特性を劣化させないものを選択する。

ベントナイトを主成分とする水分散液またはゲル化体の蓄熱材１は、対流による熱移動がないが、あったとしても少ない。この構成のように蓄熱材１中に熱伝導部材８を設けることによって、または、熱伝導性のある材料よりなる破砕片を混入することによって、蓄熱材１中での熱移動が促進される。従って、熱交換用配管４に熱媒体を循環させて熱交換を行うと、蓄熱材１中の熱交換用配管４の周辺部は、熱が吸収されて温度が下がるが、熱伝導部材８または破砕片により熱移動が促進されるため蓄熱材１中での全体からの熱交換が可能となる。

図４は、本発明の第３の実施の形態を示す。
この第３の実施の形態は、第１の実施の形態の構成において、地中に埋設した蓄熱材１中に、該蓄熱材１にかかる加重を支持する支持部材９を設置したもので、他は前記第１の実施の形態と同様であるので、前記第１の実施の形態と同じ構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。支持部材９は、蓄熱材１にかかる加重を支持できる構成であればよく、特に制限はないが、蓄熱材１中に設置されるため、占める体積は少ない方が好ましい。支持部材９としては、支柱、プラスチック製のブロック、等を例示できる。本例では、プラスチック製のブロックの場合を示している。蓄熱材１は、自体で耐圧力（支持力）もあるので、支持部材９としては補強する程度でよく、体積（容積）の少ない部材で構築することが可能となる。特に、支持部材９として、金属材料のものを採用すると、占める体積が小さくても強度があり、しかも熱伝導性があるので、熱伝導部材も兼用できるので望ましい。
この構成により、加わる加重は支持部材９でも支えられるので、蓄熱材１にかかる加重を軽減できるし、蓄熱材１を介し熱交換用配管４にかかる圧力（加重）も軽減でき保護できる。

図５は、本発明の第４の実施の形態を示す断面説明図である。この第４の実施の形態は、前記第１の実施の形態の構成において、地中に埋設した蓄熱材１中の上面に、該蓄熱材にかかる加重を受け止める蓋体１０を設けたものであり、他は前記第１の実施の形態と同様であるので、第１の実施の形態と同じ構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。蓋体１０としては、加重を受け止める構成であり、強度を備える。例えば、鉄板、樹脂板を挙げることができる。
この構成により、加わる加重は蓋体１０で受け止められるので、蓄熱材１は安定する。また、図５に示すように蓄熱材１の上面が地表に露出状態で設けることも可能となる。地表に露出する蓄熱材１の上面は、蓋体１０で被覆保護されるので、その上を図５に示すように駐車場にすることも可能となる。

なお、埋設した蓄熱材１中に図４に示すように支持部材９を設けたり、図５に示すように埋設した蓄熱材１の上面に加重を受け止める蓋体１０を設けたりすれば、その上方の地上には構造物を設けることも可能となる。

本発明で使用する蓄熱材は、スメクタイト（例えば、モンモリロナイト）を主成分とする水分散液またはゲル化体であるが、例えば、モンモリロナイトは、水以外でもホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミドの有機溶剤に混合してもよい。また、蓄熱材のスメクタイト、例えば、モンモリロナイトには、特性を向上させる溶剤を添加させてもよい。例えば、モンモリロナイトにプロピレンカーボネートを添加し、粘性を増加させたり、溶剤としてアセトン、スルホラン、アセトニリル等を用い、膨潤性を発達させてもよい。また、スメクタイトには珪酸ソーダおよび／または炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩類を添加し、特性の向上を図ってもよい。

珪酸ソーダ溶液の粘度は、モル比、濃度、温度などによって著しく変化する。濃度が同じ場合、より高モル比の方が粘度は高くなり、同モル比の場合は、濃度が高いほど温度変化に伴う粘度変化は大きくなる
また、珪酸ソーダは、珪酸より強いすべての酸と反応してアルカリが中和されるのにつれてｐＨが低下し珪酸イオンを遊離するため、珪酸イオンの重合またポリ珪酸イオン同士の重合により粘度が上昇し、さらに進むとゲル状に硬化する。この粘度の上昇、ゲル化の速度は、酸の種類、量、濃度、温度によって異なる。
このような珪酸ソーダの特性を考慮し、スメクタイトを主成分とする水分散液、またはスメクタイトを主成分とするゲル化体に、珪酸ソーダを添加することによって、水分散液の粘度またはゲル化体の粘度（硬化度）を適正状態に長期に亘り維持するようにし、蓄熱材の特性（例えば、蓄熱効果）を向上させる。
また、珪酸ソーダを添加することによって珪酸ソーダの特性を加味することができ、これにより蓄熱材の強度（例えば、耐圧強度、支持強度）を高めることができるし、熱伝導性のある金属製の杭３および蓄熱材１中に設けた熱伝導部材８や支持部材９、等の腐食を防止することができる。
また、添加した珪酸ソーダにより酸と反応して中和されるため、蓄熱材１を地盤G中に埋設しても、環境に優しいこととなる。

次に、本発明にかかる地中蓄熱方法および地中蓄熱システムの施工方法を、図６について説明する。図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、本発明の施工方法を工程順に示す断面説明図である。
まず、図６（ａ）に示すように地盤Ｇに穴（ダム）２を掘削して形成する。このダム２の形成は、掘削装置を用いて掘削し形成するのが好ましい。
次に、図６（ｂ）に示すようにダム２の底面２ａより深度方向に向けて熱伝導性のある金属製の杭３を打ち込む。この時、杭３の頭部３ａは、ダム２の底面２ａより突出させ、ダム２内に位置するようにする。そして、ダム２内に熱交換用配管４を配設する。なお、図２に示すような杭３の周囲にも蓄熱材１を設けたり図４に示すような支持部材９を設ける場合には、この時に設置する。
次に、図６（ｃ）に示すようにダム２内に蓄熱材１を投入する。この蓄熱材１は、ベントナイトを主成分とする水分散液またはゲル化体である。これにより杭３は、頭部３ａがダム２内の蓄熱材１中に位置し、熱交換用配管４は蓄熱材１中に位置するようになる。なお、図５に示すような蓄熱材１の上面に蓋体１０を設ける場合には、図６（ｃ）に示す状態のときに実施する。
最後に、図６（ｄ）に示すように投入した蓄熱材１の上方に地盤土を埋め戻し完成する。
以上の説明から理解できる通り、本発明にかかる地中蓄熱方法および地中蓄熱システムは、容易に構築できるし、施工費も安価に実施できる。

本発明は、今までにない斬新な蓄熱材を用いることにより、構築および施工が容易で安価であり、設置場所の選択も容易で、有効に活用でき、地中蓄熱方法や地中蓄熱システムに採用して有用である。

１ 蓄熱材
２ ダム（穴）
２ａ ダムの底面
２ｂ ダムの側面
３ 熱伝導性の杭
３ａ 杭の頭部
４ 熱交換用配管（熱交換部）
５ 循環用ポンプ
６ ヒートポンプ
７ 冷暖房用室内ユニット（熱的負荷）
８ 熱伝導性部材
９ 支持部材
１０ 蓋体

Claims (12)

1. スメクタイトを主成分とする水分散液またはゲル化体を蓄熱材として地中に埋設し、該蓄熱材に地中熱を蓄熱し、熱エネルギーとして取り出し利用することを特徴とする地中蓄熱方法
2. 前記蓄熱材には、珪酸ソーダが添加されていることを特徴とする請求項１記載の地中蓄熱方法。
3. 前記蓄熱材は、地中に囲いを設けることなく露出状態で埋設することを特徴とする請求項１または２記載の地中蓄熱方法。
4. 前記地中に埋設した蓄熱材には、該蓄熱材外周面より深く地盤中に打ち込んだ熱伝導性のある金属製の杭を、少なくともその頭部を蓄熱材中に位置させて存在させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の地中蓄熱方法。
5. 前記地盤中に打ち込んだ熱伝導性のある金属製の杭の、一部または全部の周囲に、スメクタイトを主成分とする水分散液またはゲル化体の蓄熱材を存在させることを特徴とする請求項４記載の地中蓄熱方法。
6. 前記地中に埋設した蓄熱材中には、熱伝導性のある金属材料で形成した網体、線材、棒または板を組み込んで、該蓄熱材中での熱移動を促進することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の地中蓄熱方法。
7. 前記蓄熱材には、熱伝導性のある材料よりなる破砕片が混入されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の地中蓄熱方法。
8. 前記地中に埋設した蓄熱材中には、該蓄熱材に加わる加重を支持する支持部材を設置することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の地中蓄熱方法。
9. 前記地中に埋設した蓄熱材の上面に、該蓄熱材にかかる加重を受け止める蓋体を設けることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の地中蓄熱方法。
10. 前記地中に埋設した蓄熱材中には、熱的負荷との間に熱媒体を循環させる熱交換用配管を設置することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の地中蓄熱方法。
11. スメクタイトを主成分とする水分散液またはゲル化体を蓄熱材として地中に埋設し、該蓄熱体中に熱的負荷との間に熱媒体を循環させる熱交換用配管が設置されていることを特徴とする地中蓄熱システム。
12. 前記蓄熱材には、硅酸ソーダが添加されていることを特徴とする請求項１１記載の地中蓄熱システム。

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