JP2015113645A - 鋼矢板 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換配管の設置作業時の騒音および振動を低減するとともに、設置作業にかかる時間を短縮し、設置費用を低減する。【解決手段】鋼矢板２００は、鋼矢板基体２１０と、鋼矢板基体に設けられ、鋼矢板基体の長手方向に延在した収容空間２２２が、内部に形成される収容部２２０と、収容空間に収容され、内部を熱媒が流通する熱交換配管２３０と、収容空間に充填される蓄熱材２４０とを備え、圧入工法によって、土壌に埋設することができることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、地中に蓄熱させる鋼矢板に関する。

土壌は蓄熱性が高いことから、夏季に地上で採取した温熱を地中に蓄えて冬季に利用し、また冬季に地上で採取した冷熱を地中に蓄えて夏季に利用する技術（季間蓄熱）が知られている。

従来の地中蓄熱システムでは、地中に熱交換配管を埋設し、熱交換配管に不凍液等の熱媒を流通させる。夏季には、地上で太陽熱や冷房の排熱等と、熱交換配管を流通する熱媒との間で熱交換を行う。そして、温熱を受け取った熱媒は、熱交換配管内を流通して地中に送られる。このとき、熱交換配管を介して土壌と熱媒との間で熱交換され、土壌に地上の温熱が蓄えられる。冬季には、夏季の温熱が蓄えられた土壌と熱交換配管を流通する熱媒との間で熱交換が行われ、熱媒は外気温よりも高い温度となり、この熱媒を暖房等の熱源として利用する。また、同様に冬季の外気の冷熱を地中に蓄え、夏季には土壌と熱媒との間で熱交換し、外気温よりも低い温度の熱媒を冷房等の熱源として利用する。地中蓄熱システムでは、外気温よりも高い温度および外気温よりも低い温度となった熱媒を熱源とすることができるため、冷暖房等に使用する電力を削減できるとともに、二酸化炭素排出量を低減することができる。さらに、熱を効率的に蓄えることができる蓄熱材を利用した技術も知られている（例えば、特許文献１、２、３）。

特開２０１０−２４７８９号公報 特許第２５６９６５４号公報 特開２００３−１０６６８１号公報

上記の地中蓄熱システムを採用するには、熱交換配管を地中に埋設する必要がある。熱交換配管を地中に埋設する際には、油圧ショベル、ボーリング、アースオーガ等の大型の重機を用いて地下十数から百数十メートルの穴を掘削し、こうして形成された穴に、熱交換配管を挿入したり、敷き詰めたりするといった工法が採られる。しかし、こうした工法では掘削のために大型の重機を用いることから、掘削作業時の騒音および振動が問題となる。また、作業時間が長時間となるばかりか、掘削により発生する残土処理が必要となり、熱交換配管の設置費用が高くなってしまうという課題がある。

そこで、本発明はこのような課題に鑑み、熱交換配管の設置作業時の騒音および振動を低減するとともに、設置作業にかかる時間を短縮し、設置費用を低減することができる鋼矢板を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の鋼矢板は、鋼矢板基体と、鋼矢板基体に設けられ、鋼矢板基体の長手方向に延在した収容空間が内部に形成される収容部と、収容空間に収容され、内部を熱媒が流通する熱交換配管と、収容空間に充填される蓄熱材と、を備えたことを特徴とする。

また、蓄熱材は、潜熱蓄熱材であるとしてもよい。

また、収容空間には、融点の異なる複数種類の潜熱蓄熱材が収容されているとしてもよい。

また、熱交換配管は、鋼矢板基体の長手方向に延在するとともに、収容部に互いに並列して収容された往路管および復路管と、往路管の一端と復路管の一端とを接続する接続管と、を備え、往路管には、接続管に接続される一端側と反対側に入口端が設けられ、復路管には、接続管に接続される一端側と反対側に出口端が設けられ、入口端から往路管に流入した熱媒が、接続管および復路管を介して、復路管の出口端から外部に排出されるとしてもよい。

また、収容部は、鋼矢板基体に固定された板部材で構成され、板部材と鋼矢板基体との間に収容空間が形成されるとしてもよい。

また、収容部を構成する板部材、および、鋼矢板基体のいずれか一方または双方に、土壌との接触面積を増加させる突出部が設けられているとしてもよい。

本発明によれば、熱交換配管の設置作業時の騒音および振動を低減するとともに、設置作業にかかる時間を短縮し、設置費用を低減することができる。

地中蓄熱システムを説明するための図である。 鋼矢板を説明するための図である。 本実施形態にかかる断熱用鋼矢板を説明するための図である。 蓄熱装置を説明するための図である。 本実施形態の第１の変形例にかかる蓄熱装置を説明するための図である。 本実施形態の第２の変形例にかかる蓄熱装置を説明するための図である。 本実施形態の第３の変形例にかかる鋼矢板を説明するための図である。 本実施形態の第４の変形例にかかる鋼矢板を説明するための図である。 本実施形態の第５の変形例にかかる鋼矢板を説明するための図である。 本実施形態の第６の変形例にかかる鋼矢板を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

本実施形態における鋼矢板の構成について理解を容易にするため、まず、鋼矢板を使用した地中蓄熱システムの構成および動作を説明する。図１は、地中蓄熱システムＳを説明するための図である。

図１に示すように、地中蓄熱システムＳは、太陽熱集熱器１００と、集熱用ヒートポンプ１１０と、室内機１２０と、空調用ヒートポンプ１３０と、蓄熱装置１４０とを含んで構成される。

太陽熱集熱器１００は、太陽熱を集熱する集熱パネル１０２と集熱配管１０４を備え、建物Ｂの屋根に設けられる。集熱配管１０４は集熱用ヒートポンプ１１０に接続されており、熱媒が集熱パネル１０２と集熱用ヒートポンプ１１０との間を循環する。

夏季には、集熱配管１０４を流通する熱媒は、集熱パネル１０２において集熱された太陽熱により温められる。温められた熱媒は集熱配管１０４を流通して集熱用ヒートポンプ１１０へ送られ、熱媒の温熱は集熱用ヒートポンプ１１０へ伝えられる。そして、熱媒は集熱配管１０４を流通して集熱用ヒートポンプ１１０から集熱パネル１０２へ戻る。

集熱用ヒートポンプ１１０は建物Ｂの屋外の地上部に設置され、太陽熱集熱器１００に設けられた集熱配管１０４および後述する蓄熱装置配管１４２が接続される。集熱用ヒートポンプ１１０には冷媒配管１１２と、コンプレッサ１１４と、膨張弁１１６とが設けられている。冷媒配管１１２は内部を冷媒が循環する管である。また、コンプレッサ１１４および膨張弁１１６は冷媒配管１１２に接続され、冷媒はコンプレッサ１１４により圧縮され、膨張弁１１６により減圧される。

夏季には、集熱用ヒートポンプ１１０に設けられた冷媒配管１１２を流通する冷媒は、集熱配管１０４を流通する熱媒を熱源として熱交換により温められ、ガスとなった後、コンプレッサ１１４により圧縮されることで圧力および温度が上昇し、高温高圧となる。そして、冷媒は蓄熱装置配管１４２を流通する熱媒と熱交換により冷却され液体となった後、膨張弁１１６により減圧されることで圧力および温度が低下し、低温低圧となる。そして、冷媒は、再び集熱配管１０４を流通する熱媒と熱交換する。

室内機１２０は、例えば、エアコンの室内機であり、建物Ｂの室内に設置され、室内の空気を温めたり冷やしたりする。また、空調用ヒートポンプ１３０は、例えば、エアコンの室外機であり、建物Ｂの屋外の地上部に設置される。空調用ヒートポンプ１３０には熱媒配管１３２と、コンプレッサ１３４と、膨張弁１３６とが設けられている。熱媒配管１３２は、室内機１２０に接続されており、室内機１２０と空調用ヒートポンプ１３０との間で熱媒を循環させる。また、コンプレッサ１３４および膨張弁１３６は熱媒配管１３２に接続され、熱媒はコンプレッサ１３４により圧縮され、膨張弁１３６により減圧される。

冬季に、熱媒配管１３２を流通する熱媒は、蓄熱装置配管１４２を流通する熱媒を熱源として熱交換により温められガスとなった後、コンプレッサ１３４により圧縮されることでさらに高温高圧となる。熱媒は、熱媒配管１３２を流通して室内機１２０に送られ、室内機１２０により室内の空気と熱交換し、室内の空気を温める。室内の空気と熱交換することで冷却され液体となった熱媒は、熱媒配管１３２を流通して空調用ヒートポンプ１３０に送られ、膨張弁１３６により減圧されることで温度がさらに低下し、低温低圧となる。低温低圧の熱媒は、再び蓄熱装置配管１４２を流通する熱媒と熱交換する。

蓄熱装置１４０は、蓄熱装置配管１４２と、断熱壁１４４と、土壌１４６と、地表断熱部１４８とを含んで構成される。蓄熱装置配管１４２は、最大深度２０から１００メートル程度の地中に設置され、内部を熱媒が循環する。蓄熱装置配管１４２の一部は地上に位置し、集熱用ヒートポンプ１１０および空調用ヒートポンプ１３０と接続される。断熱壁１４４は、蓄熱装置配管１４２を囲うように地中に埋設され、断熱壁１４４の内側から外側への放熱を抑制する。土壌１４６は断熱壁１４４により囲われた土壌であり、地上の温熱または冷熱が蓄熱される。地表断熱部１４８は断熱材からなり、土壌１４６の地表面に設けられ、土壌１４６の地表から大気への放熱が抑制される。

蓄熱装置１４０は、夏季に地上の温熱を蓄熱したり、冬季に地上の冷熱を蓄熱したりするが、ここでは理解を容易にするため、夏季において、地上の温熱を蓄熱する場合について説明する。すなわち、夏季には、蓄熱装置配管１４２を流通する熱媒は、集熱用ヒートポンプ１１０の冷媒配管１１２を流通する高温となった冷媒と熱交換することで温められる。そして、蓄熱装置配管１４２を流通する温められた熱媒と土壌１４６とが熱交換することで、土壌１４６に温熱が蓄えられる。

蓄熱装置１４０に蓄えられた温熱は、土壌１４６の蓄熱性、また、地表断熱部１４８および断熱壁１４４の断熱性により、放熱が抑制され、季節間の蓄熱が可能となる。

次に、地中蓄熱システムＳの年間の蓄熱（季間蓄熱）における動作を説明する。夏季に地上の温熱を地中に蓄熱する場合は、太陽熱集熱器１００で太陽熱によって集熱配管１０４を流通する熱媒が温められ、集熱用ヒートポンプ１１０に送られる。集熱用ヒートポンプ１１０では、集熱配管１０４を流通する温められた熱媒を熱源として蓄熱装置配管１４２を流通する熱媒を温める。したがって、集熱用ヒートポンプ１１０により、夏季に地上の太陽熱から得られた温熱よりも高い温度の温熱を、蓄熱装置配管１４２を流通する熱媒に伝えることができる。

蓄熱装置配管１４２を流通する温められた熱媒は、蓄熱装置配管１４２内を流通して地中に移動する。このとき、蓄熱装置配管１４２を流通する熱媒は、土壌１４６と熱交換し、土壌１４６に温熱が伝えられ、温熱が土壌１４６に蓄えられる。土壌１４６と熱交換し、温度が低下した蓄熱装置配管１４２を流通する熱媒は、再び集熱用ヒートポンプ１１０に送られる。こうして、地上で得られた温熱が、地中の蓄熱装置１４０に蓄えられる。

そして、夏季に蓄熱装置１４０に蓄えられた温熱を、冬季に暖房の熱源として利用する。冬季に蓄熱装置配管１４２を流通する熱媒は、夏季の温熱が蓄えられた土壌１４６と熱交換することで温められ、外気温よりも高い温度となる。温められた熱媒は蓄熱装置配管１４２を流通して空調用ヒートポンプ１３０に送られ、空調用ヒートポンプ１３０に設けられた熱媒配管１３２を流通する熱媒と熱交換する。つまり、空調用ヒートポンプ１３０は、外気温よりも高い温度となった熱媒を熱源として建物Ｂ内の空気を温めることができる。

このように、夏季に温熱を蓄熱し冬季に利用することで、暖房にかかる費用を低減することができる。

ところで、従来、蓄熱装置配管１４２および断熱壁１４４を地中に埋設する際には、大型の重機を用いて地下十数から百数十メートルの穴を掘削し、こうして形成された穴に蓄熱装置配管１４２および断熱壁１４４が挿入されていた。このため、掘削作業時の騒音や振動が問題となり、また、作業時間が長時間となるばかりか、掘削により発生する残土の処理が必要となり、蓄熱装置１４０の設置費用が高くなっていた。そこで、本実施形態では、蓄熱装置配管１４２および断熱壁１４４を、鋼矢板を用いて地中に設置する。

（鋼矢板２００）
図２は、鋼矢板２００を説明するための図であり、図２（ａ）は鋼矢板２００の斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩ（ｂ）−ＩＩ（ｂ）線における水平断面図である。なお、図２（ａ）中、理解を容易にするため、蓄熱材２４０の図示を省略する。

図２（ａ）および（ｂ）に示すように、鋼矢板２００は、鋼矢板基体２１０と、収容部２２０と、熱交換配管２３０と、蓄熱材２４０とを含んで構成される。鋼矢板基体２１０は、略方形の平板であるウェブ部２１２と、ウェブ部２１２の短手方向の両端部に、所定の角度を有して設けられた略方形の平板であるフランジ部２１４とを含んで構成されるＵ型鋼矢板である。フランジ部２１４における、ウェブ部２１２と接合された短手方向の一端部と反対側の他端部には、継手部２１４ａが設けられている。継手部２１４ａは、フランジ部２１４の短手方向の他端部を、ウェブ部２１２と略平行となるようにウェブ部２１２外方に屈曲させた部位である。継手部２１４ａには爪部２１４ｂが設けられ、鋼矢板基体２１０の爪部２１４ｂと、他の鋼矢板基体２１０の爪部２１４ｂとを嵌合させることで、鋼矢板２００同士を連結させることができる。

収容部２２０は、断面Ｕ字型の板部材で構成され、収容部２２０の長手方向の長さは鋼矢板基体２１０の長手方向の長さよりも短く、収容部２２０の短手方向の長さは鋼矢板基体２１０におけるウェブ部２１２の短手方向の長さより短い。収容部２２０を構成する板部材において、対向に配置される２枚の板の短手方向の一端側が、例えば溶接等により鋼矢板基体２１０のウェブ部２１２に接合される。収容部２２０がウェブ部２１２に設けられることで、収容空間２２２が形成される。

収容部２２０の長手方向の一端には底部２２４が設けられている。底部２２４には、収容部２２０とウェブ部２１２とを接続する傾斜面が形成される。底部２２４の傾斜面により、鋼矢板２００が地中に埋設される際の抵抗が軽減される。

熱交換配管２３０は、不凍液等の熱媒が流通される配管であり、鋼矢板基体２１０のウェブ部２１２と収容部２２０とで形成される収容空間２２２に収容される。本実施形態で用いる熱交換配管２３０は、地中熱ヒートポンプシステム等で使用されている市販の熱交換配管（例えば、Ｕチューブ）を使用することができる。熱交換配管２３０は、往路管２３２と、復路管２３４と、往路管２３２の一端と復路管２３４の一端とを接続する接続管２３６とを含んで構成される。接続管２３６が鋼矢板基体２１０の長手方向の一端側（底部２２４側）に位置し、往路管２３２の他端側の入口端２３０ａと、復路管２３４の他端側の出口端２３０ｂとが、鋼矢板基体２１０の長手方向の他端側に位置するように、往路管２３２と復路管２３４とが並列して収容部２２０に収容される。

蓄熱材２４０は、収容空間２２２に充填される。蓄熱材２４０は顕熱蓄熱材または潜熱蓄熱材を利用することができるが、蓄熱効率が高い潜熱蓄熱材を用いるのがより好ましい。潜熱蓄熱材としては、例えば、パラフィン、酢酸ナトリウム水和物等を利用することができる。例えば、夏季には、熱交換配管２３０を流通する熱媒の温度は８０℃程度となるが、蓄熱材２４０として、例えば融点が７５℃である潜熱蓄熱材を利用すると、潜熱蓄熱材は熱媒の熱を７５℃程度で蓄える。つまり熱媒の有する８０℃程度の熱を直接土壌１４６に蓄える場合よりも低い温度で蓄えることができる。したがって、蓄熱材２４０として潜熱蓄熱材を利用することで、蓄える熱の温度と蓄熱装置１４０の外側の土壌の温度との差を小さくすることができるため、蓄熱装置１４０の外側の土壌への放熱を低減し、蓄熱効率を向上させることが可能となる。

熱交換配管２３０を流通する熱媒は、熱交換配管２３０の入口端２３０ａから往路管２３２へ流入し、往路管２３２内を流通しながら蓄熱材２４０と熱交換される。そして、熱媒は、接続管２３６を流通すると流通方向を略１８０度反転して、復路管２３４を流通し、出口端２３０ｂから排出される。なお、熱媒は出口端２３０ｂから復路管２３４へ流入し、往路管２３２を流通して入口端２３０ａから排出される場合もある。

この鋼矢板２００は、圧入によって地中に複数埋設される。埋設された複数の鋼矢板２００に設けられたそれぞれの熱交換配管２３０は接続され、蓄熱装置配管１４２を形成する。そして、地中に埋設された複数の鋼矢板２００の周囲に断熱壁１４４が設けられる。

（断熱用鋼矢板３００）
次に、断熱壁１４４について説明する。断熱壁１４４は複数の断熱用鋼矢板３００によって構成される。図３は本実施形態にかかる断熱用鋼矢板３００を説明するための図であり、図３（ａ）は断熱用鋼矢板３００の斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩ（ｂ）−ＩＩＩ（ｂ）線における水平断面図である。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、断熱用鋼矢板３００は、上記の鋼矢板２００を構成する鋼矢板基体２１０と、収容部２２０と、収容空間２２２とを有している。上記の鋼矢板２００においては、収容空間２２２に熱交換配管２３０および蓄熱材２４０が収容されているが、この断熱用鋼矢板３００においては、これら熱交換配管２３０および蓄熱材２４０に代えて、断熱材３１０が収容されている。断熱材３１０は、例えば、空気、グラスウール、発泡材等を利用することができる。また、収容空間２２２を真空とすることで断熱層を形成するとしてもよい。さらに、収容部２２０の内壁に、赤外線を反射し輻射熱を遮断するアルミニウムを蒸着させるとしてもよい。

このように、鋼矢板２００と断熱用鋼矢板３００とは共通の部品を利用するため、蓄熱装置１４０を製造する際の費用を低減することが可能となる。

断熱壁１４４は、複数の断熱用鋼矢板３００の爪部２１４ｂを互いに嵌合させて連結することで形成される。

従来、土壌に蓄熱する場合、土壌中を流れる地下水によって、土壌中に蓄えられた熱が移動してしまうおそれがあった。本実施形態では、断熱用鋼矢板３００を連結した断熱壁１４４を設けることで、断熱壁１４４が地下水の防水壁としても機能し、断熱壁１４４で囲われた土壌１４６からの熱の移動を低減することが可能となる。

次に、鋼矢板２００と断熱用鋼矢板３００を利用した蓄熱装置１４０の構成について説明する。図４は蓄熱装置１４０を説明するための図であり、図４（ａ）は、蓄熱装置１４０の上面図、図４（ｂ）は蓄熱装置１４０の斜視図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＩＶ（ｃ）−ＩＶ（ｃ）線における鉛直断面図である。図４中、蓄熱材２４０をハッチングで示す。また、蓄熱時の熱媒の流れを黒塗り矢印で、蓄熱利用時の熱媒の流れを白抜き矢印で示す。

図４（ａ）および（ｂ）に示すように、蓄熱装置１４０は、複数の鋼矢板２００と、鋼矢板２００の周囲に円筒形に配された複数の断熱用鋼矢板３００（断熱壁１４４）とを含んで構成される。ここでは、連結された４つの鋼矢板２００を鋼矢板ユニット２５０とし、８つの鋼矢板ユニット２５０が、断熱壁１４４に囲われた土壌１４６の中心から放射状に配されている。

図４（ｃ）に示すように、鋼矢板ユニット２５０を構成する鋼矢板２００に設けられた熱交換配管２３０は、隣り合う熱交換配管２３０と接続され、蓄熱装置配管１４２が形成される。

夏季に蓄熱装置配管１４２を流通する温められた熱媒は、熱媒の流れの上流側において、高い温度の融点を有する潜熱蓄熱材と熱交換するため、潜熱蓄熱材に熱媒の温熱を効率的に蓄えることができる。しかし、熱媒は潜熱蓄熱材と熱交換することで、熱媒の流れの下流側では温度が低下する。このため、熱媒の流れの下流側で高い温度の融点を有する潜熱蓄熱材を利用すると、蓄熱効率が低減する場合がある。

このため、鋼矢板ユニット２５０では、融点の異なる２種類の潜熱蓄熱材が利用される。ここで、２種類の潜熱蓄熱材のうち、相対的に高い融点（例えば、７５℃）を有する潜熱蓄熱材を高融点潜熱蓄熱材Ｈとし、相対的に低い融点（例えば、３５℃）を有する潜熱蓄熱材を低融点潜熱蓄熱材Ｌとする。

そして、鋼矢板ユニット２５０において、熱媒の流れの上流側に高融点潜熱蓄熱材Ｈを配し、熱媒の流れの下流側に低融点潜熱蓄熱材Ｌを配する。蓄熱する場合、黒塗り矢印で示すように、熱媒は土壌１４６の中心側から外周側へ流通する。そこで、ここでは、鋼矢板ユニット２５０のうち、土壌１４６の中心側に位置した２つの鋼矢板２００を鋼矢板２００ａとし、断熱壁１４４側に位置した２つの鋼矢板２００を鋼矢板２００ｂとする。したがって、鋼矢板２００ａが熱媒の流れの上流側であり、鋼矢板２００ｂが熱媒の流れの下流側となる。そして、鋼矢板２００ａの収容空間２２２には高融点潜熱蓄熱材Ｈが充填され、鋼矢板２００ｂの収容空間２２２には低融点潜熱蓄熱材Ｌが充填される。

夏季の熱媒の温度は８０℃程度と高い温度であることから、熱媒の流れの上流側に位置する鋼矢板２００ａでは、相対的に高い温度の融点を有する高融点潜熱蓄熱材Ｈにより、熱媒の有する高い温度の温熱を効率的に蓄えることができる。そして、熱媒の流れの下流側に位置する鋼矢板２００ｂでは、相対的に低い温度の融点を有する低融点潜熱蓄熱材Ｌにより、高融点潜熱蓄熱材Ｈと熱交換することで温度が低下した熱媒の温熱を効率的に蓄えることが可能となる。

その結果、夏季には、蓄熱装置１４０の断熱壁１４４に囲われた土壌１４６の中心側の領域に相対的に高い温度の温熱が蓄えられ、土壌１４６の外周側の領域に相対的に低い温度の温熱が蓄えられる。

そして、冬季に蓄熱装置１４０に蓄えられた熱を利用する場合は、白抜き矢印で示すように、熱媒を鋼矢板２００ｂ側から鋼矢板２００ａ側へ流通させる。これにより、熱媒は夏季の地上の温熱が蓄熱された土壌１４６と、蓄熱材２４０を介して熱交換し、外気温よりも高い温度となって空調用ヒートポンプ１３０へ送られる。このようにして、夏季に土壌１４６に蓄熱した温熱が、冬季に地上に取り出されて熱源として利用されることとなる。

なお、ここでは、蓄熱装置１４０により、夏季に蓄熱した温熱を冬季に利用する場合について説明したが、これとは逆に、蓄熱装置１４０は、冬季に地上の冷熱を土壌１４６に蓄熱するとともに、土壌１４６に蓄熱された冷熱を夏季に利用することができる。例えば、高融点潜熱蓄熱材Ｈとして、１２℃に融点を有する潜熱蓄熱材を利用し、低融点潜熱蓄熱材Ｌとして、８℃に融点を有する潜熱蓄熱材を利用する。そして、冬季に外気等の冷熱を蓄熱装置１４０に蓄熱し、夏季に冷房等の熱源とすることができる。

さらに、夏季および冬季の蓄熱に利用する蓄熱材２４０を混ぜて鋼矢板２００の収容空間２２２に充填することで、夏季と冬季との双方で蓄熱装置１４０を利用することもできる。例えば、夏季の蓄熱に対応した融点を有する高融点潜熱蓄熱材Ｈと、冬季の蓄熱に対応した融点を有する高融点潜熱蓄熱材Ｈとを混ぜて鋼矢板２００ａの収容空間２２２に充填し、夏季の蓄熱に対応した融点を有する低融点潜熱蓄熱材Ｌと、冬季の蓄熱に対応した融点を有する低融点潜熱蓄熱材Ｌを混ぜて鋼矢板２００ｂの収容空間２２２に充填させる。それぞれの潜熱蓄熱材は、ガラスビーズ等を利用したマイクロカプセルに封入し、不凍液等の媒質とともに収容空間２２２に充填する。

夏季に蓄える温熱の温度と冬季に蓄える冷熱の温度は差が大きいため、夏季には、夏季の蓄熱に対応した融点を有する潜熱蓄熱材のみが機能し、冬季には、冬季の蓄熱に対応した融点を有する潜熱蓄熱材のみが機能する。このように、融点の異なる複数種類（ここでは２種類）の潜熱蓄熱材を、鋼矢板２００（鋼矢板２００ａ、鋼矢板２００ｂ）の収容空間２２２に充填することで、夏季および冬季の双方の蓄熱に対応した蓄熱材２４０（潜熱蓄熱材）を利用することができ、年間を通じた蓄熱効率を向上させることが可能となる。

なお、夏季の蓄熱においては、冬季の蓄熱に対応した融点を有する高融点潜熱蓄熱材Ｈおよび低融点潜熱蓄熱材Ｌは顕熱蓄熱材として機能する。同様に、冬季の蓄熱においては、夏季の蓄熱に対応した融点を有する高融点潜熱蓄熱材Ｈおよび低融点潜熱蓄熱材Ｌは顕熱蓄熱材として機能する。

本実施形態の蓄熱装置１４０を構成する鋼矢板２００および断熱用鋼矢板３００は、圧入工法により埋設することができる。圧入工法では主に油圧式圧入機等の小型の重機を用いるため、大型の重機が必要となる従来の工法と比較して騒音や振動が小さい。また、圧入工法では残土が発生せず、残土の処理にかかる時間と費用を削減することができるため、熱交換配管２３０（鋼矢板２００）および断熱壁１４４（断熱用鋼矢板３００）の設置費用を低減することが可能となる。さらに、従来大型の重機を使用することができないために蓄熱装置１４０を設置することができなかった狭小地にも、蓄熱装置１４０を設置することが可能となる。

また、従来では、一度挿入された熱交換配管２３０および断熱壁１４４は容易に撤去することができなかったため、熱交換配管２３０および断熱壁１４４が損傷した際に修理および交換することが困難であった。さらに、地上の建物Ｂの建て替えの際には、地中に設けられた熱交換配管２３０および断熱壁１４４が建て替えの障害となるおそれがあった。本実施形態にかかる鋼矢板２００および断熱用鋼矢板３００では、鋼矢板２００および断熱用鋼矢板３００を１つずつ挿入および撤去することが可能であるため、熱交換配管２３０および断熱壁１４４が損傷した際の修理および交換や、地上の建物Ｂの建て替えの際の撤去が容易となる。

以上説明したように、鋼矢板２００および断熱用鋼矢板３００によれば、蓄熱装置配管１４２および断熱壁１４４の設置作業時の騒音および振動を低減するとともに、設置作業にかかる時間を短縮し、設置費用を低減することができる。

（第１の変形例：蓄熱装置４４０）
図５は本実施形態の第１の変形例にかかる蓄熱装置４４０を説明するための図であり、図５（ａ）は蓄熱装置４４０の上面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）において一点鎖線で囲った４つの鋼矢板２００の鉛直断面図である。図５中、鋼矢板２００が有する蓄熱材２４０をハッチングで示す。また、蓄熱時の熱媒の流れを矢印で示す。

図５（ａ）に示すように、蓄熱装置４４０では、複数の鋼矢板２００が、土壌１４６の中心側から断熱壁１４４側へ渦巻状に配される。また、図５（ｂ）に示すように、隣り合う熱交換配管２３０は接続されて１の蓄熱装置配管１４２が形成される。ここでは、複数の鋼矢板２００のうちで、高融点潜熱蓄熱材Ｈが充填される鋼矢板２００ａは、土壌１４６の中心側に配され、低融点潜熱蓄熱材Ｌが充填される鋼矢板２００ｂは、土壌１４６の外周側へ配される。

蓄熱する場合は、図５（ａ）の矢印で示すように、土壌１４６の中心側の熱交換配管２３０から、断熱壁１４４側の熱交換配管２３０へ熱媒が流通される。したがって、土壌１４６の中心側の領域に相対的に高い温度の熱が蓄えられ、土壌１４６の外周側の領域に相対的に低い温度の熱が蓄えられる。

（第２の変形例：蓄熱装置５４０）
図６は本実施形態の第２の変形例にかかる蓄熱装置５４０を説明するための図であり、図６（ａ）は蓄熱装置５４０の上面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）において一点鎖線で囲った４つの鋼矢板２００の鉛直断面図である。図６中、鋼矢板２００が有する蓄熱材２４０をハッチングで示す。また、蓄熱時の熱媒の流れを矢印で示す。

図６（ａ）に示すように、蓄熱装置５４０では、２つの鋼矢板ユニット５４２が設けられる。２つの鋼矢板ユニット５４２は、それぞれ異なる地中蓄熱システムＳに設けられる。鋼矢板ユニット５４２では、連結された７つの鋼矢板２００が４列設けられている。図６（ｂ）に示すように、鋼矢板ユニット５４２において、隣り合う熱交換配管２３０は接続され、また隣り合う列における熱交換配管２３０が接続されて１つの蓄熱装置配管１４２が形成される。

図６（ａ）に示すように、蓄熱する場合、土壌１４６の中心側に位置する熱交換配管２３０から土壌１４６の外周側の熱交換配管２３０へ、矢印で示す方向に熱媒が流通される。ここでは、蓄熱時に熱媒の流れの上流側となる２列の鋼矢板２００が、高融点潜熱蓄熱材Ｈが充填される鋼矢板２００ａであり、蓄熱時に熱媒の流れの下流側となる２列の鋼矢板２００が、低融点潜熱蓄熱材Ｌが充填される鋼矢板２００ｂである。

土壌１４６には、鋼矢板２００ａからなる列が向かい合うように２つの鋼矢板ユニット５４２が埋設される。したがって、例えば夏季には、土壌１４６の中心側の領域に相対的に高い温度の温熱が蓄えられ、土壌１４６の外周側の領域に相対的に低い温度の温熱が蓄えられる。

以上説明したように、変形例にかかる蓄熱装置４４０、５４０においても、鋼矢板２００ａを配する領域と鋼矢板２００ｂを配する領域とが空間的に分けられ、異なる温度の温熱および冷熱を効率的に蓄えることが可能となる。また、蓄熱装置５４０によれば、近接する２の建物Ｂに設けられる２の地中蓄熱システムＳにおいて、蓄熱装置５４０を共通化することができる。

（第３の変形例：鋼矢板６００）
図７は本実施形態の第３の変形例にかかる鋼矢板６００を説明するための図であり、図７（ａ）は、鋼矢板６００の斜視図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩ（ｂ）−ＶＩＩ（ｂ）線における水平断面図である。

図７に示すように、鋼矢板６００における鋼矢板基体２１０および収容部２２０にはそれぞれ突出部としてフィン６１０ａ、６１０ｂが設けられている。フィン６１０ａは、鋼矢板基体２１０のウェブ部２１２において、収容部２２０が設けられた側と反対側から外方に略垂直に突出し、鋼矢板基体２１０の長手方向に延在した平板である。本実施形態では、フィン６１０ａは４個設けられている。また、フィン６１０ｂは、収容部２２０において、ウェブ部２１２と対向する面から外方に略垂直に突出し、収容部２２０の長手方向に延在した平板である。本実施形態では、フィン６１０ｂは２個設けられている。

鋼矢板６００にフィン６１０ａ、６１０ｂが設けられることで、鋼矢板６００と土壌１４６との接触面積が増加し、鋼矢板６００と土壌１４６との伝熱効率を向上させることができる。

（第４の変形例：鋼矢板７００）
図８は本実施形態の第４の変形例にかかる鋼矢板７００を説明するための図であり、図８（ａ）は、鋼矢板７００の斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＶＩＩＩ（ｂ）−ＶＩＩＩ（ｂ）線における水平断面図である。

図８に示すように、鋼矢板７００における鋼矢板基体２１０のウェブ部７１０は波形に形成され、突出部７１２が設けられている。このため、鋼矢板７００と土壌１４６との接触面積が増加し、鋼矢板７００と土壌１４６との伝熱効率を向上させることができる。

（第５の変形例：鋼矢板８００）
図９は、本実施形態の第５の変形例にかかる鋼矢板８００を説明するための図であり、図９（ａ）は鋼矢板８００の斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＩＸ（ｂ）−ＩＸ（ｂ）線における水平断面図である。

図９（ａ）に示すように、鋼矢板８００には、排水部材８１０が設けられる。排水部材８１０は鋼矢板基体２１０の収容部２２０に設けられた、断面Ｕ字型の板部材であり、液状化対策に用いられる市販の排水機能を有する鋼矢板に設けられる排水部材を利用できる。排水部材８１０には、フィルタ付きの多数の排水孔８１２が設けられている。土壌の液状化層において、地震等により間隙水圧が上昇すると、土壌中の水は、フィルタを介して排水孔８１２から排水部材８１０と収容部２２０との間に流入され、鋼矢板基体２１０の上方に排水される。

鋼矢板８００は排水機能と地中蓄熱機能をともに有するため、液状化対策を行う場合には、排水機能を有する鋼矢板８００と、地中蓄熱システムＳにおける鋼矢板８００とを別個に設置する必要がなく、省スペース化を図ることができる。また、液状化対策と蓄熱装置１４０の設置を同時に行うことができるため、設置作業にかかる時間を短縮し、設置費用を削減することが可能となる。

（第６の変形例：鋼矢板９００）
図１０は、本実施形態の第６の変形例にかかる鋼矢板９００を説明するための図であり、図１０（ａ）は鋼矢板９００の斜視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ（ｂ）−Ｘ（ｂ）線における水平断面図、図１０（ｃ）は鋼矢板９００の鉛直断面図である。理解を容易とするために、図１０（ａ）において熱交換配管２３０の図示を省略し、図１０（ｃ）中、フランジ部２１４および底部２２４の図示を省略している。また、蓄熱材９２０をハッチングで示す。

図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、鋼矢板９００の収容部９１０は、側壁板９１２と仕切板９１４とを含んで構成される。側壁板９１２は断面Ｕ字型の板部材であり、側壁板９１２を鋼矢板基体２１０のウェブ部２１２に溶接等により固定することで収容空間９１６が形成される。また、仕切板９１４は収容空間９１６に設けられる板部材である。仕切板９１４における長手方向に沿って延在する２の側面のうち一方が鋼矢板基体２１０のウェブ部２１２に溶接等により固定され、他方が側壁板９１２に溶接等により接合される。また、仕切板９１４は、長手方向における底部２２４側の一端に円形の孔９１４ａが設けられている。仕切板９１４によって、収容空間９１６は２の収容空間９１６ａ、９１６ｂに分けられる。

熱交換配管２３０は、往路管２３２が収容空間９１６ａに収容され、復路管２３４が収容空間９１６ｂに収容される。また、仕切板９１４の孔９１４ａに接続管２３６が挿入される。

鋼矢板９００では、蓄熱材９２０として、高融点潜熱蓄熱材Ｈおよび低融点潜熱蓄熱材Ｌが収容空間９１６に充填される。例えば、図１０（ｃ）に示すように、往路管２３２が収容された収容空間９１６ａには高融点潜熱蓄熱材Ｈが充填され、復路管２３４が収容された収容空間９１６ｂには低融点潜熱蓄熱材Ｌが充填される。

このため、鋼矢板９００においては、蓄熱時は往路管２３２から復路管２３４へ熱媒が流通され、土壌１４６のうちで往路管２３２側の領域に相対的に高い温度の温熱が蓄えられ、復路管２３４側の領域に相対的に低い温度の温熱が蓄えられる。そして、蓄熱利用時は、復路管２３４から往路管２３２へ熱媒が流通され、熱媒は蓄熱材９２０を介して土壌１４６の温熱と熱交換する。

したがって、鋼矢板９００によれば、１の鋼矢板９００のみを埋設する場合にも、異なる温度の熱を空間的に分けて蓄えることができ、蓄熱効率を向上させることができる。

なお、蓄熱材２４０、９２０として、融解における潜熱を利用する潜熱蓄熱材を用いるとした。しかし、蒸発における潜熱を利用する潜熱蓄熱材を用いるとしてもよい。蒸発における潜熱を利用する潜熱蓄熱材としては、例えばエタノールが挙げられる。具体的には、例えば、高融点潜熱蓄熱材Ｈに代えてエタノールを利用し、エタノールと、パラフィン等の低融点潜熱蓄熱材Ｌのそれぞれをガラスビーズ等に充填して、不凍液等の媒質と共に収容空間２２２、９１６へ充填する。

また、鋼矢板２００、６００、７００、８００、９００の収容空間２２２、９１６に充填される蓄熱材２４０、９２０を季節毎に入れ替えて利用してもよい。例えば、４月から９月までを夏季とし、１０月から３月までを冬季とする。夏季の後半（７月から９月）には夏季の蓄熱に対応した融点を有する高融点潜熱蓄熱材Ｈおよび低融点潜熱蓄熱材Ｌを収容空間２２２、９１６に充填し、夏季の地上の温熱を土壌１４６に蓄える。そして冬季の前半（１０月から１２月）に、蓄えられた温熱を利用する。

その後、夏季の蓄熱に対応した融点を有する高融点潜熱蓄熱材Ｈおよび低融点潜熱蓄熱材Ｌを取り出し、冬季の蓄熱に対応した融点を有する高融点潜熱蓄熱材Ｈおよび低融点潜熱蓄熱材Ｌに入れ替える。冬季の後半（１月から３月）に冬季の地上の冷熱を土壌１４６に蓄え、夏季の前半（４月から６月）に、蓄えられた冷熱を利用する。そして、冬季の蓄熱に対応した融点を有する高融点潜熱蓄熱材Ｈおよび低融点潜熱蓄熱材Ｌを夏季の蓄熱に対応した融点を有する高融点潜熱蓄熱材Ｈおよび低融点潜熱蓄熱材Ｌに入れ替える。また、潜熱蓄熱材をマイクロカプセルに封入し、不凍液等の媒質と共に収容空間２２２、９１６に充填することで、入れ替えを容易に行うことができる。

このように、蓄熱材２４０、９２０を入れ替えることでも、地上の温熱または冷熱に適した温度の潜熱蓄熱材を利用できることから、年間を通しての蓄熱効率を向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な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ないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、鋼矢板基体２１０はＵ型鋼矢板としたが、鋼矢板基体２１０の形状に制限はなく、Ｈ型鋼矢板、Ｚ型鋼矢板等を利用してもよい。

また、地中蓄熱システムＳでは、太陽熱集熱器１００を設け、集熱用ヒートポンプ１１０の熱源として太陽熱を利用しているが、熱源は燃料電池の排熱等を利用してもよく、熱源に限定はない。また室内機１２０も空調機を例としているが、土壌１４６に冷熱を蓄えた場合には、蓄えられた冷熱を利用する冷蔵庫や冷凍庫を利用してもよいし、逆に土壌１４６に温熱を蓄えた場合には、蓄えられた温熱を利用する温水器などを利用しても構わない。集熱用ヒートポンプ１１０の熱源はどの熱源を用いてもよいし、蓄熱された冷熱または温熱を利用する機器はどの機器を用いてもよく、どの組合せでも良い。

また、上記実施形態において、断面Ｕ字型の収容部２２０、９１０が鋼矢板基体２１０に設けられることで、鋼矢板基体２１０のウェブ部２１２、７１０と収容部２２０、９１０との間に収容空間２２２、９１６が形成されるとした。しかし、上部が開口した箱型の収容部を鋼矢板基体２１０に設け、箱型の収容部の内部を収容空間２２２、９１６としてもよい。

また、上記実施形態において、潜熱蓄熱材は高融点潜熱蓄熱材Ｈおよび低融点潜熱蓄熱材Ｌの２種類を用いるとした。しかし、潜熱蓄熱材は３種類以上用いてもよいし、１種類でもよい。

また、地中蓄熱システムＳでは季間蓄熱を行うとしたが、地中蓄熱システムＳに例えば給湯器や乾燥機を設け、昼に地上の温熱を蓄熱装置１４０、４４０、５４０に蓄え、夜に蓄熱装置１４０、４４０、５４０に蓄えられた温熱を給湯器や乾燥機で利用するといった日間での蓄熱（昼夜間蓄熱）を行うとしてもよい。

本発明は、地中に蓄熱させる鋼矢板に利用することができる。

Ｈ 高融点潜熱蓄熱材（潜熱蓄熱材）
Ｌ 低融点潜熱蓄熱材（潜熱蓄熱材）
１４６ 土壌
２００、２００a、２００ｂ、６００、７００、８００、９００ 鋼矢板
２１０ 鋼矢板基体
２２０、９１０ 収容部
２２２、９１６、９１６a、９１６ｂ 収容空間
２３０ 熱交換配管
２３０ａ 入口端
２３０ｂ 出口端
２３２ 往路管
２３４ 復路管
２３６ 接続管
２４０、９２０ 蓄熱材
６１０ａ、６１０ｂ フィン（突出部）
７１２ 突出部

Claims (6)

1. 鋼矢板基体と、
   前記鋼矢板基体に設けられ、該鋼矢板基体の長手方向に延在した収容空間が内部に形成される収容部と、
   前記収容空間に収容され、内部を熱媒が流通する熱交換配管と、
   前記収容空間に充填される蓄熱材と、
   を備えたことを特徴とする鋼矢板。
2. 前記蓄熱材は、潜熱蓄熱材であることを特徴とする請求項１に記載の鋼矢板。
3. 前記収容空間には、融点の異なる複数種類の潜熱蓄熱材が収容されていることを特徴とする請求項２に記載の鋼矢板。
4. 前記熱交換配管は、
   前記鋼矢板基体の長手方向に延在するとともに、前記収容部に互いに並列して収容された往路管および復路管と、
   前記往路管の一端と前記復路管の一端とを接続する接続管と、
   を備え、
   前記往路管には、前記接続管に接続される一端側と反対側に入口端が設けられ、前記復路管には、該接続管に接続される一端側と反対側に出口端が設けられ、該入口端から該往路管に流入した前記熱媒が、該接続管および該復路管を介して、該復路管の該出口端から外部に排出されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の鋼矢板。
5. 前記収容部は、前記鋼矢板基体に固定された板部材で構成され、該板部材と該鋼矢板基体との間に前記収容空間が形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の鋼矢板。
6. 前記収容部を構成する前記板部材、および、前記鋼矢板基体のいずれか一方または双方に、土壌との接触面積を増加させる突出部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の鋼矢板。

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