JP2018071845A - 地中熱交換装置及び地中熱交換装置用の貯液槽の構築方法 - Google Patents

地中熱交換装置及び地中熱交換装置用の貯液槽の構築方法 Download PDF

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Abstract

【課題】熱効率の向上を期し得る地中熱交換装置を提供する。【解決手段】地盤２に上下方向に設けられた収容孔部３に収容されて上下方向に延長する有底筒状の可撓性を有する袋体５と、収容孔部３に収容され且つ袋体５の外面部６に沿って上下方向に延長し且つ下端７が袋体５の下端に連通される外管１０を具える。袋体５は、硬化性樹脂からなる袋体５が膨張した状態で袋体５の外面部６が収容孔部３の内壁部１１を密着状態に覆う。袋体５は、このように覆った状態で硬化される。硬化によって形成されたライニング筒状体１５は、熱媒液１７を貯留させるための貯液槽１９を形成する。外管１０は、袋体５の外面部６と内壁部１１との間に挾持される。【選択図】図３

Description

本発明は熱効率の向上を期し得る地中熱交換装置に関するものであり、又、施工の容易化を期し得る地中熱交換装置用の貯液槽の構築方法に関するものである。
熱源として地中熱を利用する地中熱交換装置の一例として特許文献１が開示するものが提案されている。該地中熱交換装置ａは図２７に示すように、所定の孔径及び深さのボアホールｂを、泥水ｃを満たしつつ掘削して形成する。このように形成されたボアホールｂの内部に、水密材料からなり且つ該ボアホールｂと同一形状となり得る有底筒形の可撓性袋体ｄを挿入する。その後、内管ｅをその下端ｆが該ボアホールｂの底部ｇに至るまで挿入する。然る後、地表部側に配備した排泥ポンプ（図示せず）の駆動によって、前記ボアホールｂより泥水を排泥しつつ前記内管ｅを通じて熱媒液ｊを前記可撓性袋体ｄの内部に注入して膨らませ、該可撓性袋体ｄを図２７に示すように、孔底部ｋ及び孔壁ｍに密着させて貯液槽ｎを形成する。このように熱媒液ｊを注入充填した後は、前記内管ｅは、空調装置（図示せず）側の抽出管として機能する。又、該可撓性袋体ｄ内に戻し管ｐを配管することによって、空調装置側に対する熱媒液の給排を行うことができる前記地中熱交換装置ａが構成されるようになされていた。
しかしながら、かかる地中熱交換装置ａは、熱効率向上の面で改善の余地があった。即ち、冬期において建物の中を暖房する際は、ポンプの駆動によって前記貯液槽ｎ内の熱媒液ｊが前記戻し管ｐの下端ｑで吸引されて前記空調装置に供給され、該空調装置で温度が低下した熱媒液が前記内管ｅを通じて前記貯液槽ｎの底部ｒに向けて移動し該底部ｒで該貯液槽ｎ内に流入することとなる。該内管ｅをその下端ｆに向けて移動する熱媒液ｊの温度は貯液槽ｎ内の熱媒液ｊの温度よりも低いため、該貯液槽ｎ内の熱媒液ｊから該内管ｅ内の熱媒液ｊに向けて、該内管ｅの全周面ｓにおいて熱移動が生じ、その結果、相対的に温度の高い周辺の地中ｔから貯液槽ｎ内の熱媒液ｊへの熱移動によって昇温された該熱媒液ｊの温度が下がることとなる。該貯液槽ｎ内の熱媒液ｊの温度はその上側程高いが、前記内管ｅ内の熱媒液が、この高い温度分布の部分を貯液槽の底部ｒに向けて移動する間に、前記熱移動によって前記貯液槽ｎ内の熱媒液ｊの熱を奪う結果、地中熱交換装置ａの熱効率の低下を招く問題があった。
逆に夏期においては、貯液槽ｎ内の熱媒液ｊの温度は前記空調装置における放熱されるべき領域の温度よりも相対的に低い。このため、ポンプの駆動によって前記空調装置を通過して昇温された熱媒液ｊが前記内管ｅを通じて前記貯液槽ｎの底部ｒに向けて移動し該底部ｒで該貯液槽ｎ内に流入することとなる。そのため、相対的に温度の高い内管ｅ内の熱媒液ｊから、該内管ｅの全周面ｓにおいて、前記貯液槽ｎ内の熱媒液ｊへの熱移動が生じ、該貯液槽ｎ内の熱媒液ｊが加温されることとなる。かかることから前記地中熱交換装置ａの熱効率が悪くなる。
このように空調装置側から供給される熱媒液を移動させるための内管ｅを前記貯液槽ｎ内にその上下方向で配設してなる前記地中熱交換装置ａによるときは、冬期においては該貯液槽ｎ内の熱媒液ｊから該内管ｅ内への熱媒液ｊへの熱移動が生ずる一方、夏期においては該内管ｅ内の熱媒液ｊから前記貯液槽ｎ内の熱媒液ｊへの熱移動が生ずる結果、地中熱交換装置ａの熱効率の低下を招く問題があった。
なお前記内管ｅを、特許文献２の段落００３３に記載されていると同様に断熱材で被覆することが考えられるが、該断熱材で該内管を被覆した場合は、その分だけ貯液槽ｎ内の容積を減少させることになり、この減少した分だけ地中熱交換装置の熱効率を低下させることとなってしまう。
又次の理由によって、有底筒形の前記可撓性袋体ｄが長尺になるほど、前記内管ｅや前記戻し管ｐを該可撓性袋体ｄ内に挿入する作業は困難乃至事実上不可能となる問題があった。即ち、泥水で満たされた前記ボアホールの内部に挿入された該可撓性筒体ｄは水圧で押し潰された状態にあるため、該可撓性袋体ｄ内に前記内管ｅや前記戻し管ｐを挿入させんとしても、その挿入の際にこれらの下端が、押し潰された状態の該可撓性袋体ｄの各部に当たってしまい、該挿入が困難乃至事実上不可能となるからであった。
そこで、前記可撓性袋体ｄ内に前記内管ｅや前記戻し管ｐを挿入する作業を地上で行って後、該内管ｅや前記戻し管ｐが挿入された状態にある前記可撓性袋体ｄを前記ボアホールの内部に挿入させることが考えられるが、この場合は、該可撓性袋体ｄが長尺であるときは広い作業スペースを施工現場の周辺で確保しなければならず、現実的ではなかった。
特開平１０−３１７３８９号公報 特表２０１５−５１７６４３号公報
本発明は前記従来の問題点に鑑みて開発されたものであり、熱効率の向上を期し得る地中熱交換装置の提供を課題とするものであり、又、該地中熱交換装置を施工性良く構築し得る地中熱交換装置用の貯液槽の構築方法の提供を課題とするものである。
前記課題を解決するため本発明は以下の手段を採用する。
即ち、本発明に係る地中熱交換装置の第１の態様は、地盤に上下方向に設けられた収容孔部に収容されて上下方向に延長する有底筒状の可撓性を有する袋体と、該収容孔部に収容され且つ該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つ下端が該袋体の下端に連通される外管とを具え、前記袋体は硬化性樹脂からなり、該袋体が膨張した状態で、該袋体の外面部が前記収容孔部の内壁部を密着状態に覆うことができると共に、該袋体は、該覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体は、熱媒液を貯留させるための貯液槽を形成でき、又前記外管は、前記袋体の前記外面部と前記内壁部との間に挾持される如くなされていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第２の態様は、地盤に上下方向に設けられた収容孔部に収容されて上下方向に延長する有底筒状の可撓性を有する袋体と、該収容孔部に収容され且つ該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つ下端が該袋体の下端に連通される外管とを具える。該袋体は、樹脂製の可撓性内袋と樹脂製の可撓性外袋との間に、可撓性基材に液状硬化性樹脂が含浸されてなる芯材が収容されてなる。そして、該袋体が膨張した状態で、該袋体の外面部が前記収容孔部の内壁部を密着状態に覆うことができると共に、該袋体は、該覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体は、熱媒液を貯留させるための貯液槽を形成できる。又前記外管は、前記袋体の前記外面部と前記内壁部との間に挾持される如くなされていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第３の態様は、前記第２の態様において、樹脂製の前記可撓性内袋と樹脂製の前記可撓性外袋との間に形成された環状間隙に、ガラス繊維を用いてなる経編地筒部材を前記可撓性基材とし且つ該経編地筒部材に前記液状硬化性樹脂が含浸されてなる、筒状を呈する前記芯材が、該経編地筒部材の緯糸の延長方向を前記環状間隙の周方向に合わせ、且つ該経編地筒部材の経糸の延長方向を前記袋体の延長方向に合わせて配設されていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第４の態様は、前記第２又は第３の態様において、前記液状硬化性樹脂を熱硬化型とし、該液状硬化性樹脂を硬化させるように発熱する発熱線を前記袋体に配置したことを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第５の態様は、前記第１〜４の何れかの態様において、前記袋体は、上下端が開放された筒状を呈する可撓性筒状部材の下端筒部に底部材を接合してなり、該底部材は、該可撓性筒状部材の内部空間に連通する連通凹部を有し、該連通凹部に前記外管の下端が連通されることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第６の態様は、前記第５の態様において、前記底部材は、上部材と下部材とからなり、該上部材は、上下端が開放した連通孔が設けられており、その上部分が、前記可撓性筒状部材の前記下端筒部に挿入されて該下端筒部に連結されており、又前記下部材は、前記連通孔に連通し得る有底孔部が設けられており、その上部分が前記上部材の下部分に連結されており、前記外管の前記下端が、該下部材の該有底孔部に連通するように該下部材に取り付けられていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第７の態様は、前記第６の態様において、前記下部材の下端に、前記上部材の外周面の外方に突出する拡大保護部が設けられていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第８の態様は、地盤に上下方向に設けられた収容孔部に、有底筒状の可撓性を有し且つ硬化性樹脂からなる袋体が収容されると共に、該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つその下端が該袋体の下端に連通されてなる外管が、該収容孔部に収容されており、該外管は、該袋体の該外面部の、周方向で見た所要幅部分と前記収容孔部の内壁部との間に挟持された状態にあり、該外面部の該所要幅部分を除いた残余部分は前記内壁部を密着状態に覆った状態にある。又該袋体は、この覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体は、その内部空間に熱媒液を貯留させ得る貯液槽を形成する如くなされている。又、前記貯液槽の上側部分には、内管が、その下端側部分を該貯液槽内の熱媒液に沈めた状態で配設される如くなされており、前記外管の上端と前記内管の上端とが、放熱されるべき領域において放熱し又は吸熱されるべき領域において吸熱し得る吸放熱管部に接続される如くなされており、又、前記熱媒液を循環させるためのポンプが介在される如くなされていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第９の態様は、地盤に上下方向に設けられた収容孔部に、有底筒状の可撓性を有し且つ硬化性樹脂からなる袋体が収容されると共に、該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つその下端が該袋体の下端に連通されてなる外管が、該収容孔部に収容されており、該外管は、該袋体の該外面部の、周方向で見た所要幅部分と前記収容孔部の内壁部との間に介在されており、該所要幅部分が、該内壁部で支持された状態にある該外管の表面部を覆うと共に、該外面部の該所要幅部分を除いた残余部分は前記内壁部を密着状態に覆った状態にある。又、該袋体は、この覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体は、その内部空間に熱媒液を貯留させ得る貯液槽を形成する如くなされており、又、前記貯液槽の上側部分には、内管が、その下端側部分を前記貯液槽内の熱媒液に沈めた状態で配設される如くなされている。そして、前記外管の上端と前記内管の上端とが、放熱されるべき領域において放熱し又は吸熱されるべき領域において吸熱し得る吸放熱管部に接続される如くなされており、又、前記熱媒液を循環させるためのポンプが介在される如くなされていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第１０の態様は、前記第８又は９の態様において、前記袋体は、樹脂製の可撓性内袋と樹脂製の可撓性外袋との間に形成された環状間隙に、ガラス繊維を用いてなる経編地筒部材としての可撓性基材に液状硬化性樹脂が含浸されてなる、筒状を呈する芯材が配設されて、前記袋体が構成されており、該経編地筒部材の緯糸の延長方向を前記環状間隙の周方向に合わせてあり、且つ該経編地筒部材の経糸の延長方向が該袋体の延長方向に合わせてあることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第１１の態様は、前記第８、第９、第１０の態様において、前記ライニング筒状体の内周面は凹凸面状に形成されていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換用の前記貯液槽の構築方法の第１の態様は、前記第９の態様に係る地中熱交換装置を構成する地中熱交換用の前記貯液槽の構築方法であって、有底筒状の可撓性を有し且つ前記芯材が前記環状間隙に配設されてなる前記袋体と、前記袋体の前記下端に連通されている前記外管と、該袋体の該下端に連結された重りとからなる収容物を、前記芯材の前記経編地筒部材の該経糸の延長方向を前記収容孔部の上下延長方向に合わせて該袋体を窄めた状態にして、該重りの自重を利用して該収容孔部の上端からその底部に向けて下ろす。前記袋体が前記収容孔部の底部に到達した状態で、ポンプの稼動によって、前記外管の上端から水を供給して該水を前記袋体内に順次供給することによって、前記袋体を膨張させて前記袋体の前記外面部を前記収容孔部の前記内壁部に密着状態とする。その後、ポンプの稼働によって、前記外管に、前記液状熱硬化性樹脂を硬化させ得る温度の温水を順次供給し、該供給に伴って前記袋体内の水を排出させ、該排出された水をボイラーで加熱しながら所要温度としてこれを前記温水として前記外管に供給する。これを継続することにより前記液状熱硬化性樹脂を硬化させることによって、前記芯材の硬化物で補強されたＦＲＰが前記可撓性内袋と前記可撓性外袋との間に介在されてなるライニング筒状体を形成することを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換用の前記貯液槽の構築方法の第２の態様は、前記第１の態様に係る構築方法において、前記可撓性内袋の内側面をフェルトで覆うと共に、該フェルトを該可撓性内袋に熱溶着してなることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換用の前記貯液槽の構築方法の第３の態様は、前記第１、第２の態様に係る構築方法において、前記収容物は、前記袋体を、前記外管を包むように包み込み状態とし、このように包み込み状態として形成された包み込み状物を、上下方向に所要間隔を置いて、該袋体の前記膨張によって破断され或いは前記膨張に先立って破断される結束材で結束し、該袋体の下端に前記重りを連結してなることを特徴とするものである。
本発明は、地盤に上下方向に設けられた収容孔部に収容されて上下方向に延長する有底筒状の可撓性を有する袋体と、該収容孔部に収容され且つ該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つ下端が該袋体の下端に連通される外管とを具える基本構成を有する。そして前記袋体は硬化性樹脂からなり、該袋体が膨張した状態で、該袋体の外面部が前記収容孔部の内壁部を密着状態に覆うことができると共に、該袋体は、該覆った状態で硬化される如くなされている。又、該硬化により形成された上端開放のライニング筒状体は、熱媒液を貯留させるための貯液槽を形成でき、又前記外管は、前記袋体の外面部と前記内壁部との間に挾持される如くなされている。
従って本発明によるときは、熱効率の向上を期し得る地中熱交換装置を提供できる。又、該基本構成を採用するため、該袋体を、該外管を包むように包み込み状態として両者をひとまとめにして前記収容孔部内に収容することができる等によって、地中熱交換装置用の貯液槽の構築を容易に行うことができる。
本発明に係る地中熱交換装置を説明する説明図である。 ライニング筒状体を形成した状態における上下の横断面図である。 袋体の外面部が、外管の表面部と収容孔部の内壁部を覆った状態を示す横断面図である。 地盤に上下方向に設けられた収容孔部の内壁部を円筒状ケーシングで被覆してなる孔部を示す縦断面図である。 その孔部に、袋体と外管と重りとからなる収容物を収容した状態を示す縦断面図である。 このように収容した後にライニング筒状体を除去した状態を示す一部断面説明図である。 袋体を説明する一部欠切斜視図である。 その横断面図である。 可撓性内袋と可撓性外袋との間に形成された環状間隙に経編地筒部材を配設する要領の一例を説明する説明図である。 環状間隙に芯材が収容された状態を説明する説明図である。 袋体の上下端が開放された可撓性筒状部材の下端筒部に底部材を接合すると共にその上端筒部に蓋部材を接合した状態を示す縦断面図である。 底部材を説明する縦断面図である。 底部材と外管の下端部分を説明する斜視図である。 底部材に外管の下端を連通させた状態を示す斜視図である。 前記蓋部材を、栓体を取り外した状態で示す斜視図である。 蓋部材に栓体を取り付けた状態を示す斜視図である。 蓋部材と、該蓋部材に螺合によって取り付けられる上管部材と下管部材を示す斜視図である。 蓋部材に下管部材を取り付けた状態を示す斜視図である。 外管の一例を説明する断面図である。 袋体を前記下管部材と前記外管を包むように包み込み状態とし該包み込み状物を結束材で結束した状態を示す断面図である。 袋体を前記外管を包むように包み込み状態とし該包み込み状物を結束材で結束した状態を示す断面図である。 前記収容孔部に収容された袋体をその下側から上側に向かって順次膨張させる過程を説明する一部断面説明図である。 前記蓋部材に栓体を取り付けた状態で袋体を更に膨張させている状態を示す一部断面説明図である。 熱硬化性樹脂を温水で硬化させる工程を説明する縦断面図である。 コンクリート製の杭を用いて構成された貯液槽を示す縦断面図である。 鋼管製の杭を用いて構成されたライニング筒状体で被覆されてなる貯液槽を示す断面図である。 従来の地中熱交換装置を説明する断面図である。
図１〜３、図６において本発明に係る地中熱交換装置１は、年間を通して平均１５℃を保つ地中熱を熱源として利用するものであり、図６に示すように、地盤２に上下方向に設けられた収容孔部３に収容されて上下方向に延長する有底筒状の可撓性を有する袋体５と、該収容孔部３に収容され且つ該袋体５の外面部６に沿って上下方向に延長し且つ下端７が該袋体５の下端９に連通される外管１０とを具えている。そして該外管１０は、該袋体５の該外面部６と前記収容孔部３の内壁部１１との間に挟持される如くなされている。より具体的には図３に示すように、該外管１０は該袋体５の該外面部６の、周方向で見た所要幅部分１２と前記収容孔部３の内壁部１１との間で挟持される如くなされており、該外面部６の該所要幅部分１２を除いた残余部分１３は、前記内壁部１１を密着状態に覆った状態となる如くなされている。
そして該袋体５は、この覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体１５（図１〜２）は、その内部空間１６に熱媒液１７を貯留させ得る貯液槽１９を形成し、前記貯液槽１９の上側部分２０には、内管２１が、その下端側部分２２を該貯液槽１９内の熱媒液１７に沈めた状態で配設される如くなされている。該内管２１の下端１２５は、地表１２６から１〜２ｍ程度の深さに位置させるのがよい。該熱媒液１７は熱エネルギーを輸送する媒体であり、通常は水を用いるが、寒冷地では水に不凍液が混入されたものを用いることもある。
そして、前記外管１０の上端２３と前記内管２１の上端２４は、図１に示すように、放熱されるべき領域において放熱し又は吸熱されるべき領域（以下、吸放熱領域という）２５において吸熱し得る吸放熱管部２６の一方の管部２７と他方の管部２９に接続管部３０，３１を介して連結される如くなされており、これによって、該熱媒液１７が内部を流れる管路３２が構成される如くなされている。そして該管路３２の所要部位に、該管路３２内で熱媒液１７を循環させるためのポンプ３３が、前記接続管部３０，３１の所要部位に配設される如くなされている。又、夏期と冬期における前記地中熱交換装置１の運転の切り替えを行うために切り替え弁（図示せず）が該管路３２に設けられる如くなされている。
本発明において前記吸放熱領域２５とは、住宅、工場、駅舎等の各種建物の内部や、駐車場や一般道路、橋梁等の各舗装部表面、鉄道の駅周辺やトンネルの舗装部表面等、吸放熱を要する各種領域をいう。
前記収容孔部３は、例えば堆積層としての地盤２を所要深さに掘削して設けられており、例えば孔径が１６５ｍｍ程度で深さが１０〜１００ｍ程度に設定されている。本実施例においては、常法に従い、掘削ビットを拡径した状態で水を供給しつつ円筒状ケーシングを伴いながら所要深さに地盤を掘削する。図４は、前記掘削ビットによって形成された例えば５０ｍ程度の長さを有する収容孔部３の前記内壁部１１を円筒状ケーシング３６で被覆して形成された孔部３７を示す。該円筒状ケーシング３６は、掘削によって形成された前記収容孔部３の内壁部１１を保護するものであり、本実施例においては内径が１５０ｍｍ程度で外径が１６５ｍｍ程度である。又該円筒状ケーシング３６の１本の長さは１〜３ｍ、例えば２ｍ程度であるので、その所要本数がその端部相互を溶接やネジ接合して延長される。該孔部３７には水が充填されているが、本実施例においては、この時点で、該充填された水にベントナイトが配合される。該ベントナイトが配合された水を以下、ベントナイト配合液３８という。
このように形成された孔部３７の内径は、本実施例においては１５０ｍｍ程度で、図５に示すように、後述する収容物１０２が所要に収容される。該孔部３７に該収容物１０２が収容された後、図６に示すように、前記円筒状ケーシング３６を順次引き上げて除去する。この引き上げの際、前記ベントナイトが、前記収容孔部３の内壁部１１が極力崩れないように該内壁部１１を保護する。このように掘削によって形成された収容孔部３の該内壁部１１は、例えば図６（Ｂ）に示すように凹凸面状を呈している。なお該内壁部１１は図６（Ｂ）以外の図においては便宜上、平滑面状に表している。
前記袋体５は、本実施例においては図７〜８に示すように、樹脂製の可撓性内袋３９と樹脂製の可撓性外袋４０との間に形成される環状間隙４１に、該環状間隙４１の周方向に沿った環状を呈する可撓性環状基材４２に液状硬化性樹脂４３が含浸されてなる芯材４６が収容された有底筒状を呈し、該可撓性内袋３９と該可撓性外袋４０は、前記液状硬化性樹脂が漏洩するのを防止する。該袋体５は前記のように、前記収容孔部３に収容されて上下方向に延長するものであり、該袋体５が膨張した状態で、図３に示すように、該袋体５の外面部６が前記収容孔部３の、凹凸面状を呈する前記内壁部１１を密着状態に覆うことができる。そのため、前記可撓性外袋４０は、凹凸面状の該内壁部１１に擦れて破れないようにするため、ある程度伸びることができ且つ強度に優れる樹脂素材を以て構成する。前記収容孔部３内に上下方向に延長する如く収容された前記袋体５を後述のように膨張させる過程で、図２２に矢印Ｆ１で示すように、前記収容孔部３内の前記ベントナイト配合液３８が該収容孔部３の上端４７から排出される。そして、このように該内壁部１１を密着状態に覆った状態で前記液状硬化性樹脂４３（図８）が硬化することにより、図１（Ｂ）に示すように、上下方向に延長するライニング筒状体１５を形成する如くなされている。該ライニング筒状体１５は、前記のように、前記熱媒液１７を貯留させるための貯液槽１９を形成する。該ライニング筒状体１５の肉厚は、該貯液槽１９としての強度を考慮し、２〜４ｍｍ程度に設定され、例えば３．５ｍｍ程度に設定される。
本実施例においては、図３に示すように、該袋体５の外面部６が確実に前記収容孔部３の、凹凸面状を呈する前記内壁部１１を密着状態に覆うことができ、且つ前記所要幅部分１２が屈曲状態となって前記外管１０の外表面部４４の所要幅部分４８を覆うことができるようにする。そのために、該袋体５が円筒状に膨らんだ状態（図７〜８）でのその外径を、前記孔径１６５ｍｍよりも稍大きく設定している。例えば、該外径が１８５ｍｍ程度となるように設定している。
前記可撓性内袋３９と前記可撓性外袋４０は、前記のように可撓性を有し、一定の強度を有し、前記液状硬化性樹脂の熱硬化の際の温度に耐える耐熱性を有し、然も、熱伝導率が大きいものである。例えば、０．１〜１ｍｍ程度の肉厚を有するビニール製等の薄肉の樹脂素材からなるものである。
前記可撓性環状基材４２は、前記袋体５がその長さ方向を上下方向にして前記収容孔部３に収容された状態において、硬化される前記液状硬化性樹脂４３を前記環状間隙４１に留まった状態として垂れにくくするためのものであり、熱伝導率の高い素材を以て構成されている。該可撓性環状基材４２は本実施例においては、熱伝導率が高く且つ強度に優れ、しかも比較的安価なガラス繊維を用いてなる経編地筒部材５０を以て構成されており、該経編地筒部材５０の緯糸の延長方向を前記環状間隙４１の周方向に合わせ、該経編地筒部材５０の経糸の延長方向を前記袋体５の延長方向に合わせて、前記環状間隙４１に配設されている。
然して該経編地筒部材５０は、このように該環状間隙４１に配設された状態で周方向にエンドレスの筒状形態を呈しており、該周方向（水平方向）には伸縮性を有すると共に延長方法（上下方向）には優れた引っ張り強度を有し、又柔軟性に優れる。
該エンドレスの筒状形態は、例えば、平面状の経編地片の幅方向で見た両側部分相互を縫製することによって形成できる。該筒状形態を呈する経編地筒部材５０を前記環状間隙４１に配設させるには、例えば図９の略図に示すように、前記可撓性内袋３９と前記可撓性外袋４０との間に形成されている該環状間隙４１の一端側部分に該経編地筒部材５０の一端部分５０ａを挿入させて後、該環状間隙４１の他端４１ａから該経編地筒部材５０の一端部５０ｂを、紐状部材５４を介して該他端４１ａに向けて引張ることによって行うことができる。このようにして該経編地筒部材５０を該環状間隙４１に配設して後、図１０の略図に示すように、該経編地筒部材５０に熱硬化性の液状硬化性樹脂４３を含浸させることによって前記芯材４６を構成できる。該含浸は、前記環状間隙４１内に、その一端側又は両端側から該液状硬化性樹脂４３を供給して行うことができる。該芯材４６の厚さは例えば３ｍｍ程度に設定される。
熱硬化性の該液状硬化性樹脂４３としては各種のものを用いることができるが、例えば、比較的安価な不飽和ポリエステル樹脂に熱硬化性の硬化剤を添加したものを用いることができる。該硬化剤としては、例えば、多官能のアミン、ポリアミド、フェノール樹脂等を挙げることができるが、これらに限定されない。なお、前記可撓性環状基材４２に含浸されている前記液状硬化性樹脂４３をより垂れにくくするために、これに適量の増粘剤が混入されることもある。本実施例においては、該熱硬化性の硬化剤として、例えば８０℃程度の温度で硬化する硬化剤を用いる。なお前記不飽和ポリエステル樹脂に炭化珪素を適量（例えば重量比で１０〜４０％）混入させると、前記液状硬化性樹脂の熱伝導率を向上させることができ、従って、前記ライニング筒状体１５の熱伝導率を向上させて地中熱をより有効に利用できることとなる。
該芯材４６を構成する前記経編地筒部材５０は、前記のように液状硬化性樹脂４３を保持する役割を果たし、又、該液状硬化性樹脂４３の硬化によって前記ライニング筒状体１５が構成された後は、該ライニング筒状体１５の強度アップを図るものである。
かかる構成を有する袋体５によるときは、前記経編地筒部材５０が周方向（水平方向）の伸縮性を有し又柔軟性に優れることから、例えば図３に示すように、前記袋体５の外面部６が前記収容孔部３の、凹凸面状を呈する前記内壁部１１の凹凸部１１ａ（図６（Ｂ））に追随して密着状態に覆い易い。又、該経編地筒部材５０がその延長方向（上下方向）に優れた引っ張り強度を有することから、前記袋体５を前記収容孔部３内に収容する際に、該袋体５の上下方向での伸長を極力抑制できる。
前記袋体５は、図８に示すように、かかる構成の経編地筒部材５０を前記芯材４６の構成要素としているため、図２３（Ｂ）に示すように、その周方向（水平方向）の伸縮性によって、前記収容孔部３の前記内壁部１１を無理なく覆い、該内壁部１１に容易に密着される。
かかる構成を有する貯液槽１９を構成する前記可撓性外袋４０は、図３に示すように、前記内壁部１１と密着状態にあるため、該可撓性外袋４０が剥がれる恐れはないが、前記可撓性内袋３９は、その内周面がフリーな状態にあるために経年劣化等によって、硬化した前記芯材４６の内周面５１（図８）から剥がれる恐れがある。このように剥がれた部分が破れた場合は、該剥がれた膜部分と該芯材４６との間に熱媒液が溜まり、その結果、前記貯液槽１９内における熱媒液１７の移動が阻害されることとなる。
そこで本実施例においては、前記可撓性内袋３９と前記芯材４６との一体化強度をより向上させるために、例えば図７〜８に示すように、前記可撓性内袋３９の内側面をフェルト（例えば１ｍｍ程度の厚さのもの）５２で覆い、該フェルト５２を、スポット的に例えば１０ｃｍ程度の間隔を置いて、該可撓性内袋３９に熱溶着することとしている。これによって、前記芯材４６の前記液状硬化性樹脂４３が該フェルト５２に含浸されることとなり、該液状硬化性樹脂４３の硬化によって、該フェルト５２を介して前記可撓性内袋３９が硬化した芯材４６と一体化することとなる。これによって、前記したような可撓性内袋３９の剥がれを防止できる。
有底筒状を呈する前記袋体５の具体的な構成は、図１１に示すように、上下端が開放された筒状を呈する可撓性筒状部材（上下端が開放された前記可撓性内袋３９と前記可撓性外袋４０との間に前記筒状の芯材４６が配設されてなるもの）５５の下端筒部５６に底部材５７が接合されると共に、該可撓性筒状部材５５の上端筒部５９に蓋部材６０が接合されている。
該底部材５７は、図１２に示すように、該可撓性筒状部材５５の内部空間５８に連通する連通凹部６１を有し、該連通凹部６１に前記外管１０の下端７が連通される。該底部材５７は、より具体的には図１２、図１３〜１４に示すように、上部材６２と下部材６３とからなり、該上部材６２は、合成樹脂製の円筒状を呈し、その内径は３０ｍｍ程度に、その外径は６０ｍｍ程度に設定され、上下端が開放した連通孔６５が設けられている。そして、その外周面部６６の上側部分６７には、図１３に示すように、固定用周溝６９が間隔を置いて上下３条設けられると共にその下端部分７０は、該外周面部６６に雄ネジ部７１が設けられてなる雄ネジ筒部７２とされている。該上部材６２は、図１２に示すように、前記可撓性筒状部材５５の下端筒部７０に挿入されて、該下端筒部７０に巻回されたバンド部材７３によって前記固定用周溝６９，６９，６９で締め付けられることにより、該下端筒部７０に連結されている。
又前記下部材６３は、図１２、図１３〜１４に示すように、前記連通孔６５に連通し得る有底孔部７５が設けられており、該有底孔部７５に連通するように連通管７６が設けられている。そして図１２に示すように、該連通管７６に設けられている上向き突出の連結管部７７が前記外管１０の下端７に連結される。又前記下部材６３は、本実施例においては例えばステンレス製とされ、図１２〜１３に示すように、上側部分が、前記雄ネジ筒部７２と螺合し得る、内径が３０ｍｍ程度の雌ネジ筒部７９とされた円筒状部８０を有している。該円筒状部８０の一側部８１は、その上端８２から下端８３に向けて拡径された拡径部８４とされ、該拡径部８４の下端開放部８５が底板部８６で閉塞されている。そして図１２に示すように、該拡径部８５の中間高さ部位に設けた連通口８８に、上方に向けて突出する前記連通管部７６の前記下端８９が連設されており、該連通管７６の前記連結管部７７は、前記外管１０の下端部分に設けた連結雄ネジ筒部９１と螺合し得る連結雌ネジ筒部（前記連結管部）９２とされている。図１２は、該連結雌ネジ筒部９２に該連結雄ネジ筒部９１を螺合し締め付けることによって前記外管１０が前記袋体５の前記下端９に連通され、該外管１０が、該袋体５の延長方向（上下方向）に立設されている状態を示している。
又前記底板部８６の下面９３は、図１２に示すように、下方に向けて凸の円弧面９５とされ、該底板部８６の外周縁部分は、前記下端開放部８５（図１２）の周縁の外方に突出する鍔部９７とされている。該鍔部９７は、前記上部材６２の外周面の外方に突出する拡大保護部９８を構成しており、該下面９３の中央部には、重り９９を吊下するための係止孔１００が設けられた係止片１０１が突設されており、該係止孔１００は、前記上部材６２の軸線Ｌ２に対して、前記外管１０の軸線Ｌ１側に稍変位している。該重り９９は例えば、径が８０ｍｍ程度、長さが３００ｍｍ程度、重量が３０ｋｇ程度である。
そして、前記雌ネジ筒部７９に前記雄ネジ筒部７２を螺合し締め付けることによって、図１２、図１４に示すように、前記上部材６２と前記下部材６３とが連結一体化されて前記底部材５７が構成されている。
前記蓋部材６０は、図１１、図１５〜１６に示すように、中心軸線に沿って円形状の貫通孔１０６が貫設されてなる合成樹脂の円柱状部材１０５を用いて構成されている。該円柱状部材１０５の外径は１５０ｍｍ程度に設定され、内径が３０ｍｍ程度の貫通孔１０６が設けられ、図１５〜１６に示すように、その外周面部１０７の上下には、周方向に連続する固定用溝部１０９，１０９が設けられている。
前記貫通孔１０６はネジ孔１１０とされており、その上側部分である上側ネジ孔１１１とその下側部分である下側ネジ孔１１２は逆ネジ孔とされている。そして図１６に示すように、該ネジ孔１１０の該上側ネジ孔１１１には、栓体１１３のネジ軸部１１５を螺合し締め付けることによって該貫通孔１０６の上端開放部１１６が閉蓋されるようになされている。
前記内管２１は、本実施例においては図１、図１７に示すように、上管部材１１９と下管部材１２０とに二分割されており、該上管部材１１９の下側部分をなす雄ネジ管部１２１を前記上側ネジ孔１１１に螺合する一方、前記下管部材１２０の上側部分をなす雄ネジ管部１２２を前記下側ネジ孔１１２に螺合することによって、該内管２１（図１）が前記蓋部材６０に取り付けられた状態となされる。なお本実施例においては図１８に示すように、該下管部材１２０を、該蓋部材６０を前記上端筒部５９（図１１（Ａ））に連結するに先立って該蓋部材６０に取り付けておく。その後、該下管部材１２０が取り付けられてなる該蓋部材６０は、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、前記上端筒部５９に挿入されて、該上端筒部５９に巻回されたバンド部材１１７によって該固定用溝部１０９，１０９（図１６）で締め付けられることにより、該上端筒部５９に連結されている。
前記外管１０は本実施例においては図１９に示すように、アルミニウム製パイプ１１９を芯管とし、その内面１２０と外面１２１を例えばポリエチレン樹脂で被覆してなる管体１２２を用いてなり、その内径は４０ｍｍ程度であり、その外径は５０ｍｍ程度である。該外管１０は、該アルミニウム製パイプ１１９を芯管とする管体１２２を用いて構成されているため、剛性が向上されている。そして図１３に示すように、該外管１０の下端部分には、前記連結雄ネジ筒部９１が設けられている。
前記地中熱交換装置１用の前記貯液槽１９を構築するに際しては、図５に示すように、前記係止孔１００に前記重り９９を吊下した状態で、該重り９９と前記袋体５と前記外管１０とからなる収容物１０２を前記収容孔部３（本実施例においては前記孔部３７）内に下ろす。本実施例においては、図１２に示すように、前記係止孔１００を前記上部材６２の軸線Ｌ２に対して、前記外管１０側に稍偏位させているため、該収容物１０２を略垂直状態を呈するようにバランスよく前記収容孔部３内に下ろすことができる。
該収容物１０２を該収容孔部３内に下ろす際、５０ｍ程度の長さを有する前記袋体５と、５０ｍ程度の長さを有する前記外管１０とを別個のリールに巻回したものを施工現場に搬入し、該袋体５と該外管１０を同時に巻き戻しながら、例えば図２０、図２１に示すように、該袋体５を、該外管１０を包むように包み込み状態とする。このように包み込み状態として形成された包み込み状物１０３は、図５に示すように、幅が小さく、全体がチューブ状となり、前記鍔部９７の外方に突出しないようになし得る。該二折り状物１０３は、前記袋体５の後述の膨張によって破断される結束材１０４を用いて結束しておくのがよい。例えば図５に示すように、１ｍ程度の上下間隔を置いて結束する。
該結束材１０４として輪ゴムや紙紐を用いた場合は、該袋体５の前記膨張によって該輪ゴムや紙紐がその許容張力を超えることによって破断され、該袋体５は前記膨張を続けることができる。又該結束材１０４として、互いに係合し且つ係合が解除可能となされた一対の面状ファスナを用いこともできる。この場合は、一方の面状ファスナを前記包み込み状物１０３の一方の縁部に取着すると共に他方の面状ファスナを前記包み込み状物１０３の他方の縁部側（他方の縁部又は該他方の縁部により近い側）に取着する。然して、前記袋体５を前記外管１０を包むように包み込み状態として後、両面状ファスナ相互を着脱可能の係合状態とすると、前記袋体５が所要の膨張状態となることによって、該両面状ファスナ相互の係合状態が解除される。本発明では、該両面状ファスナ相互の係合が解除されることを、面状ファスナの破断という。このように面状ファスナが破断すると、前記袋体５は前記膨張を続けることができる。
前記結束材１０４で結束されてなる包み込み状物１０３を、前記重り９９の自重を利用して、前記収容孔部３の上端４７からその底部に向けて下ろす。この際、前記外管１０が前記包み込み状物１０３の内部に位置していて張力負担芯材として機能するため、該包み込み状物１０３を、その伸びを抑制して下降させることができる。
特に本実施例においては、前記経編地筒部材５０の前記経糸の延長方向を前記袋体５の延長方向（前記包み込み状物１０３の延長方向）に合わせているため、該伸びを更に抑制して下降させることができる。又本実施例においては、前記上部材６２の外周面の外方に突出するように前記拡大保護部９８が設けられているため、前記包み込み状物１０３を下降させる際、該包み込み状物１０３の下端部分をなす前記底部材５７の下降を、前記孔部３７内での横振れをより少なくして、より円滑に行わせることができる。
そして該収容物１０２を該収容孔部３内に所要に下ろした状態で、該外管１０は、その剛性によって、該孔部３７内で、上下方向に延長する自立状態を呈し得る。この状態で前記袋体５は、前記収容孔部３に収容されて上下方向に延長した配設状態にある。
その後、前記円筒状ケーシング３６を回転させながら順次引き上げて、これを除去する。この除去作業は、前記外管１０を介して前記袋体５が上下方向に延長した配設状態にあるため、該円筒状ケーシング３６を、前記袋体５の上部分を通過させて取り外すのが容易である。図６は、前記円筒状ケーシング３６が除去された状態を示している。このように円筒状ケーシング３６が引き上げられた後の前記内壁部１１は、前記したように、前記ベントナイトで保護されているため、該内壁部１１の崩れが抑制されている。
この状態で図２２に示すように、前記外管１０の上端からポンプで水を供給して（矢印Ｆ２）、該水を、包み込み状態の前記袋体５内に順次供給して該袋体５を、その下側から上側に向けて順次膨張させる。この膨張は、前記栓体１１３（図１６）を前記円柱状部材１０５から取り外した状態で、該袋体５内の残留空気を前記上端開放部１１６から排気させつつ行う。該膨張は、該袋体５の該包み込み状態が開きながら行われ、該袋体５の膨張に伴い、前記収容孔部３内の前記ベントナイト配合液３８が該収容孔部３の上端４７から順次排出される。この排気を伴う該袋体５の膨張が完了した後、該貫通孔１０５の前記上端開放部１１６を、前記栓体１１３を前記上側ネジ孔１１１に螺合し締め付けることによって塞ぎ、この状態で、前記外管１０の上端からポンプで水を更に供給すると、該袋体５が更に膨張し、それに伴う水圧上昇によって、図２３（Ｂ）に示すように、該袋体５の外面部６が、該外管１０と前記収容孔部３の内壁部１１に密着状態となる。
該袋体５の膨張は前記包み込み状態が開きながら行われるため、該膨張の際に、前記した輪ゴムや紙紐、面上ファスナ等としての前記結束材１０４（図２２（Ａ））が破断される。かかる袋体５の膨張によって、前記外管１０は、図３に示すように、前記袋体５の外面部６と前記収容孔部３の内壁部１１との間に挾持された状態で該収容孔部３内に収容された状態となる。より詳しくは、該外管１０は、前記袋体５の膨張によって、前記収容孔部３の前記内壁部１１で支持された状態となり、該支持された状態にある該外管１０の前記外表面部４４が該袋体５の前記外面部６の、周方向で見た所要幅部分１２によって覆われた状態となる。そして、該外面部６の該所要幅部分１２を除いた残余部分１３は前記内壁部１１を密着状態に覆った状態となる。
その後、図２４に示すように、前記栓体１１３を取り外して後、前記上管部材１１９の前記雄ネジ管部１２１を前記上側ネジ孔１１１に螺合する。この状態で前記ポンプの稼働によって、前記外管１０に、前記熱硬化性樹脂を硬化させ得る温度の温水を順次供給し、該供給に伴って前記袋体５内の水を前記上管部材１１９の上端で排出させ、該排出された水をボイラーで加熱しながら所要温度としてこれを前記温水として該外管１０に供給する。
これを所要時間継続すると、前記熱硬化性樹脂の硬化によって、図２４、図１〜２に示すように、前記芯材４６の硬化物で補強されたＦＲＰが前記可撓性内袋３９と前記可撓性外袋４０との間に介在されてなる前記ライニング筒状体１５が形成される。該ライニング筒状体１５は前記貯液槽１９として機能する。該ライニング筒状体１５は優れた防水性を有するのは元より、前記経編地筒部材５０を用いて構成されているため、熱伝導率が高く、強度に優れる。前記外管１０は、図２に示すように、該ライニング筒状体１５の外面部１２７の前記所要幅部分１２９と前記収容孔部３の前記内壁部１１との間に挟持された状態にある。そして、該外面部１２７の該所要幅部分１２９を除いた残余部分１３０は前記内壁部１１を密着状態に覆った状態にある。
なお本実施例においては図１に示すように、前記のように構成された貯液槽１９の上部に、該貯液槽１９内の熱媒液１７の膨張を考慮してその膨張を吸収するための空気層１３２が設けている。該空気層１３２の容積は、例えば夏期において熱媒液１７が膨張したときにも、その膨張を吸収できるように設定する。これにより、該膨張による該貯液槽１９の破裂を防止でき、又、前記蓋部材６０が該膨張の圧力で外れるのを防止できる。本実施例においては、前記貯液槽１９の上部に５０〜１００ｃｍ程度の上下長さで空気層１３２を設けることとしている。なお、このように貯液槽１９の上部に設ける空気層１３２は、地表における大気温度の影響を受けにくくするための断熱層としても機能する。
かかる構成を有する地中熱交換装置１の作用を、冬期と夏期に分けて説明する。冬期にあっては、前記貯液槽１９が埋設されている周辺の地中温度は、例えば融雪を要する吸放熱領域の表面温度よりも相対的に高い。
そのため、この場合は、該地中熱交換装置１を次のように作動させる。即ち図１において、前記ポンプ３３の駆動によって、前記吸放熱管部２６を通過する過程で融雪のために冷却された熱媒液１７を前記外管１０の下端７から前記貯液槽１９に流入させる。これと同時に、前記内管２１の下端１２５から前記熱媒液１７を前記吸放熱管部２６に送給させる。これにより、前記外管１０の下端７から前記貯液槽１９に流入する熱媒液１７は、該貯液槽１９内に貯留されている熱媒液１７の温度を低下させることになるが、相対的に温度の高い周辺の地中１３３から該貯液槽１９内の熱媒液への熱移動が生じているため、該貯液槽１９内の熱媒液１７は徐々に加温される。
そして、該貯液槽１９を構成する前記ライニング筒状体１５の外面部１２７の前記残余部分１３０が前記内壁部１１に密着状態にあることから、周辺の地中１３３から前記貯液槽１９内の熱媒液１７への熱移動は効率的に生ずる。加えて、前記外管１０が前記収容孔部３の前記内壁部１１と接触しているため、地中１３３から、該外管１０内の熱媒液１７への熱移動が生じて該外管１０内の熱媒液１７が加温されることが期待され、該地中熱交換装置１の熱効率の向上が期待される。
そして該外管１０は前記貯液槽１９内には存在しないため、該貯液槽１９内の熱媒液１７から該外管１０内の熱媒液１７に向けての直接的な熱移動（特許文献１、２におけるような熱移動）が生ずることはない。該外管１０が該貯液槽１９内に存すると、該貯液槽１９内の上部に集まっているより温かい熱媒液１７から該外管１０内の熱媒液１７に向けての熱移動が生じて該上部の熱媒液１７の温度が低下してしまい、地中熱交換装置１の熱効率を低下させることになる。なお、該外管１０が前記ライニング筒状体１５の外面部１２７に部分的に接触してはいるが、該ライニング筒状体１５の壁部１３６（図２）や該外管１０の壁部１３７（図２）が断熱性を有するために、前記貯液槽１９内の熱媒液１７から該外管１０内の熱媒液１７に向けての熱移動はほとんど生じない。
本実施例において前記のように、加温された熱媒液１７を前記内管２１の下端１２５で吸引する如くなし、該下端１２５を前記貯液槽１９の上側部分に配置しているのは、より温かい熱媒液が前記貯液槽１９内の上部に集まっているからである。
逆に夏期にあっては、貯液槽１９が埋設されている周辺の地中温度は、放熱されるべき領域の温度より相対的に低い。そのため、この場合は、前記地中熱交換装置１を次のように作動させる。即ち図１において、前記ポンプ３３の駆動によって、前記吸放熱管部２６を通過して前記吸熱されるべき領域を冷却させる過程で昇温された熱媒液１７を、前記内管２１の下端１２５から前記貯液槽１９に流入させる。これと同時に、前記外管１０の下端７から前記熱媒液１７を前記貯液槽１９内に流入させることにより、前記内管２１の下端１２５から前記貯液槽１９内に流入する熱媒液１７は、該貯液槽１９内に貯留されている熱媒液１７の温度を上昇させることになるが、前記貯液槽１９内の熱媒液１７から、相対的に温度の低い周辺の地中への熱移動が効率的に生じているため、該貯液槽１９内の熱媒液１７は徐々に温度が低下する。
そして、より冷たい熱媒液が前記貯液槽１９の下部に集まっているので、前記外管１０の下端２３から、この冷たい熱媒液が、前記吸放熱管部２６に送られる。この場合も前記と同様、該外管１０が前記貯液槽１９内には存在しないため、特許文献１、２におけるような、該貯液槽１９内の熱媒液から該外管１０内の熱媒液に向けての直接的な熱移動が生ずることはない。該外管１０が該貯液槽１９内に存すると、該貯液槽１９内の熱媒液１７は上側にあるものほど温かい状態にあるところ、この温かい熱媒液１７から該外管１０内を上昇するより冷たい熱媒液１７に向けての熱移動が生じて、該外管１０内の熱媒液１７の温度が上昇してしまい、地中熱交換装置１の熱効率を低下させることになる。
そして本実施例においては図２３（Ｂ）に示すように、前記内壁部１１が凹凸面状を呈することから前記ライニング筒状体１５の内周面１３９は凹凸面状に形成されている。そのため前記外管１０の下端から貯液槽１９内に流入した熱媒液１７が上方に移動する際や、前記内管２１から貯液槽１９内に流入した熱媒液が下方に移動する際に、該凹凸面がこれらの熱媒液に乱流を発生させることができ、これによって、貯液槽１９内の熱媒液１７に対する地中熱の移動効率を向上させることができる。
本発明は、前記実施例で示したものに限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内で種々の設計変更が可能であることはいうまでもない。その一例を挙げれば次のようである。
(1) 前記収容孔部３は、地盤を上下方向に掘削して構成することの他、例えば図２５に部分断面図を示すように、上下方向に孔部１４０を有するコンクリート製の杭１４１の該孔部１４０を以て構成してもよい。或いは、例えば図２６に部分断面図を示すように、上下方向に孔部１４０を有する鋼管製の杭１４２の該孔部１４０を以て構成してもよい。
これらの場合も前記と同様にして、該孔部１４０（収容孔部３）の内面１４３を前記と同様にしてライニング筒状体１５で被覆された状態とする。図２５、図２６において、前記外管１０は前記実施例におけると同様に配設されている。この場合は、該孔部１４０が平滑面であるため、前記ライニング筒状体１５の内周面１３９は平滑面を呈する。このようにしてコンクリート製の杭１４１や鋼管製の杭１４２の内面を該ライニング筒状体１５で被覆する結果、特にコンクリート製の杭１４１の場合は、該杭１４１の孔部１４０の内面から炭酸カルシウムが析出するのを防止でき、該炭酸カルシウムがヒートポンプ等の配管を詰まらせるのを防止できることとなる。又、鋼管製の杭１４２の場合は該孔部１４０の内面での錆発生を防止でき、該錆がヒートポンプ等の配管を詰まらせるのを防止できることとなる。このようにコンクリート製の杭や鋼管製の杭を用いる場合は、前記ベントナイトは不要である。なお前記コンクリート製の杭は、建物を支持する支持杭を兼用するのがよい。
(2) 地盤を掘削して収容孔部３を形成する場合、岩盤を掘削して該収容孔部３を形成することもある。この場合は、前記袋体５を空気で膨張させることができる。又この場合は、掘削の際に前記円筒状ケーシング３６やベントナイトを用いる必要がない。
(3) 前記可撓性環状基材４２を前記経編地筒部材５０とする場合、その素材は、前記ガラス繊維の他、炭素繊維等であってもよい。
(4) 前記芯材４６を構成する可撓性環状基材４２は、前記経編地筒部材５０を用いて構成できる他、フェルトや織物、不織布、和紙等を用いて構成することもできる。
(5) 前記液状硬化性樹脂４３は、熱硬化型であることの他、紫外線硬化型等であってもよい。熱硬化型の場合、その硬化温度は、６５℃や８０℃等に設定できる。或いは該硬化温度を、自然硬化する温度に設定してもよい。
(6) 前記液状硬化性樹脂４３の熱伝導率を向上させるために、酸化アルミニウムや炭化珪素等を該樹脂に混入させることとしてもよい。
(7) 前記液状硬化性樹脂４３を熱硬化させる手段としては、給電による発熱を利用する給電発熱手段を採用することもできる。該給電発熱手段の一例は、前記可撓性内袋３９や可撓性外袋４０等に電流によって発熱する銅線（例えば０．４〜０．６ｍｍ径）等の発熱線を前記袋体５の延長方向や水平方向、斜め方向等に、編み込んだり織り込んだりして略均一状態に配置し、バッテリ等で給電して発熱させることにより硬化させる手段である。このように構成する際、前記可撓性を有する袋体５をその周方向で所要幅の複数に区分し（例えば４区分し）、各区分毎に発熱部を構成し、該発熱部毎に給電するように構成すれば、それ程大きな電力を要することなく前記袋体５の前記液状硬化性樹脂を熱硬化させることができる。
(8) 前記外管１０は、塩化ビニール製の管やポリエチレン製の管等の合成樹脂製等の管とされることもある。
(9) 構成された前記ライニング筒状体１５の内周面１４５に、その下端から上端に向けてスパイラル状の誘導突条部を設けることにより、前記外管１０の下端から前記貯液槽１９内に流入して上昇する熱媒液や、前記内管２１から貯液槽１９内に流入して下降する熱媒液を、該スパイラル状の該誘導突条部に沿って上方向或いは下方向に螺旋状に移動させることができる。これによって、貯液槽１９内の熱媒液１７を前記ライニング筒状体１５の内周面１４５に極力接触させながら該熱媒液を上昇させ或いは下降させることができるので、該貯液槽１９内の熱媒液１７への地中熱の移動効率を向上させることができる。
(10)前記下部材６３の上部分が前記上部材６２の下部分に、溶接や接着等によって連結されることによって前記底部材５７が構成されることもある。
(11)前記底部分５７は、樹脂等で一体成形されてもよい。
(12)前記袋体５は、硬化する前は可撓性を有し、該袋体５が膨張した状態で、該袋体５の外面部６が前記収容孔部３の内壁部１１を密着状態に覆うことができると共に、該覆った状態で硬化されるものであれば、一重の硬化性樹脂からなる袋状に構成されたものであってもよい。
(13)本発明において、前記袋体５の外面部６が前記収容孔部３の内壁部１１を密着状態に覆うとは、該外面部６の全体が該内壁部１１に面状に当接した状態で該内壁部１１を覆うものには限られず、該外面部６に部分的に皺が発生した状態で該外面部６が該内壁部１１を覆う場合を含むものである。
(14)前記包み込み状物１０３を所要に結束してなる前記結束材１０４は、前記袋体５を前記のように膨張させるに先立って破断させることもある。そのための手段として、破断操作用の紐材を用いる破断手段を例示できる。
該破断手段は、一端が地上の固定部に固定された前記紐材を、前記包み込み状物１０３の延長方向に所要間隔で結束した状態にある各結束材に通し、該包み込み状物１０３が前記収容孔部３に収容された状態で、該紐材を、下端の結束材の下端で上方に折り返し、該紐材の他端部分が地上に位置する状態とする。そして、該他端部分を順次引き上げることによって該紐材が該結束材を下から順に破断させるように構成するものである。
(15)例えば図５に示すように、前記包み込み状物１０３を含む前記収容物１０２を前記収容孔部３に収容する際、該収容物１０２の下降をより円滑化するために、該包み込み状物１０３の下端部分をなす前記底部材５７をカバーされた状態とするのがよい。そのために、例えば図１２〜１３に示されている前記底部材５７の前記底板部８６の外周縁部分をなす、前記拡大保護部９８としての鍔部９７（図１２〜１３）で円筒部を立設し、該円筒部内に前記底部材５７を収納状態とする。この際、該円筒部の下端で、下側部分が下方に向けて半丸状を呈するガイト凸部を設けるのがよい。
前記重り９９を吊下するための係止孔１００を有する前記係止片１０１は、該ガイト凸部の下端中央部で下方に突出状態とすればよい。該係止片の上端を前記底板部８６の下面に連結する場合は、該連結作業を可能とするための割り溝を前記ガイド凸部に設けることとしてもよい。
１ 地中熱交換装置
２ 地盤
３ 収容孔部
５ 袋体
１０ 外管
１１ 内壁部
１２ 所要幅部分
１３ 残余部分
１５ ライニング筒状体
１６ 内部空間
１７ 熱媒液
１９ 貯液槽
２１ 内管
３９ 可撓性内袋
４０ 可撓性外袋
４１ 環状間隙
４２ 可撓性環状基材
４３ 液状硬化性樹脂
４４ 外表面部
４６ 芯材
４８ 所要幅部分
５０ 経編地筒部材
５５ 可撓性筒状部材
５６ 下端筒部
５７ 底部材
５９ 上端筒部
６０ 蓋部材
６１ 連通凹部
６２ 上部材
６３ 下部材
６５ 連通孔
６９ 固定用周溝
８５ 下端開放部
８６ 底板部
９７ 鍔部
９８ 拡大保護部
９９ 重り
１００ 係止孔
１０１ 係止片
１１３ 栓体
１１５ ネジ軸部
１１９ 上管部材
１２０ 下管部材
本発明は熱効率の向上を期し得る地中熱交換装置に関するものであり、又、施工の容易化を期し得る地中熱交換装置用の貯液槽の構築方法に関するものである。
熱源として地中熱を利用する地中熱交換装置の一例として特許文献１が開示するものが提案されている。該地中熱交換装置ａは図２７に示すように、所定の孔径及び深さのボアホールｂを、泥水ｃを満たしつつ掘削して形成する。このように形成されたボアホールｂの内部に、水密材料からなり且つ該ボアホールｂと同一形状となり得る有底筒形の可撓性袋体ｄを挿入する。その後、内管ｅをその下端ｆが該ボアホールｂの底部ｇに至るまで挿入する。然る後、地表部側に配備した排泥ポンプ（図示せず）の駆動によって、前記ボアホールｂより泥水を排泥しつつ前記内管ｅを通じて熱媒液ｊを前記可撓性袋体ｄの内部に注入して膨らませ、該可撓性袋体ｄを図２７に示すように、孔底部ｋ及び孔壁ｍに密着させて貯液槽ｎを形成する。このように熱媒液ｊを注入充填した後は、前記内管ｅは、空調装置（図示せず）側の抽出管として機能する。又、該可撓性袋体ｄ内に戻し管ｐを配管することによって、空調装置側に対する熱媒液の給排を行うことができる前記地中熱交換装置ａが構成されるようになされていた。
しかしながら、かかる地中熱交換装置ａは、熱効率向上の面で改善の余地があった。即ち、冬期において建物の中を暖房する際は、ポンプの駆動によって前記貯液槽ｎ内の熱媒液ｊが前記戻し管ｐの下端ｑで吸引されて前記空調装置に供給され、該空調装置で温度が低下した熱媒液が前記内管ｅを通じて前記貯液槽ｎの底部ｒに向けて移動し該底部ｒで該貯液槽ｎ内に流入することとなる。該内管ｅをその下端ｆに向けて移動する熱媒液ｊの温度は貯液槽ｎ内の熱媒液ｊの温度よりも低いため、該貯液槽ｎ内の熱媒液ｊから該内管ｅ内の熱媒液ｊに向けて、該内管ｅの全周面ｓにおいて熱移動が生じ、その結果、相対的に温度の高い周辺の地中ｔから貯液槽ｎ内の熱媒液ｊへの熱移動によって昇温された該熱媒液ｊの温度が下がることとなる。該貯液槽ｎ内の熱媒液ｊの温度はその上側程高いが、前記内管ｅ内の熱媒液が、この高い温度分布の部分を貯液槽の底部ｒに向けて移動する間に、前記熱移動によって前記貯液槽ｎ内の熱媒液ｊの熱を奪う結果、地中熱交換装置ａの熱効率の低下を招く問題があった。
逆に夏期においては、貯液槽ｎ内の熱媒液ｊの温度は前記空調装置における放熱されるべき領域の温度よりも相対的に低い。このため、ポンプの駆動によって前記空調装置を通過して昇温された熱媒液ｊが前記内管ｅを通じて前記貯液槽ｎの底部ｒに向けて移動し該底部ｒで該貯液槽ｎ内に流入することとなる。そのため、相対的に温度の高い内管ｅ内の熱媒液ｊから、該内管ｅの全周面ｓにおいて、前記貯液槽ｎ内の熱媒液ｊへの熱移動が生じ、該貯液槽ｎ内の熱媒液ｊが加温されることとなる。かかることから前記地中熱交換装置ａの熱効率が悪くなる。
このように空調装置側から供給される熱媒液を移動させるための内管ｅを前記貯液槽ｎ内にその上下方向で配設してなる前記地中熱交換装置ａによるときは、冬期においては該貯液槽ｎ内の熱媒液ｊから該内管ｅ内への熱媒液ｊへの熱移動が生ずる一方、夏期においては該内管ｅ内の熱媒液ｊから前記貯液槽ｎ内の熱媒液ｊへの熱移動が生ずる結果、地中熱交換装置ａの熱効率の低下を招く問題があった。
なお前記内管ｅを、特許文献２の段落００３３に記載されていると同様に断熱材で被覆することが考えられるが、該断熱材で該内管を被覆した場合は、その分だけ貯液槽ｎ内の容積を減少させることになり、この減少した分だけ地中熱交換装置の熱効率を低下させることとなってしまう。
又次の理由によって、有底筒形の前記可撓性袋体ｄが長尺になるほど、前記内管ｅや前記戻し管ｐを該可撓性袋体ｄ内に挿入する作業は困難乃至事実上不可能となる問題があった。即ち、泥水で満たされた前記ボアホールの内部に挿入された該可撓性筒体ｄは水圧で押し潰された状態にあるため、該可撓性袋体ｄ内に前記内管ｅや前記戻し管ｐを挿入させんとしても、その挿入の際にこれらの下端が、押し潰された状態の該可撓性袋体ｄの各部に当たってしまい、該挿入が困難乃至事実上不可能となるからであった。
そこで、前記可撓性袋体ｄ内に前記内管ｅや前記戻し管ｐを挿入する作業を地上で行って後、該内管ｅや前記戻し管ｐが挿入された状態にある前記可撓性袋体ｄを前記ボアホールの内部に挿入させることが考えられるが、この場合は、該可撓性袋体ｄが長尺であるときは広い作業スペースを施工現場の周辺で確保しなければならず、現実的ではなかった。
特開平１０−３１７３８９号公報 特表２０１５−５１７６４３号公報
本発明は前記従来の問題点に鑑みて開発されたものであり、熱効率の向上を期し得る地中熱交換装置の提供を課題とするものであり、又、該地中熱交換装置を施工性良く構築し得る地中熱交換装置用の貯液槽の構築方法の提供を課題とするものである。
前記課題を解決するため本発明は以下の手段を採用する。
即ち、本発明に係る地中熱交換装置の第１の態様は、地盤に上下方向に設けられた収容孔部に収容されて上下方向に延長する有底筒状の可撓性を有する袋体と、該収容孔部に収容され且つ該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つ下端が該袋体の下端に連通される外管とを具え、前記袋体は硬化性樹脂からなり、該袋体が膨張した状態で、該袋体の外面部が前記収容孔部の内壁部を密着状態に覆うことができると共に、該袋体は、該覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体は、熱媒液を貯留させるための貯液槽を形成でき、又前記外管は、前記袋体の前記外面部と前記内壁部との間に挾持される如くなされていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第２の態様は、地盤に上下方向に設けられた収容孔部に収容されて上下方向に延長する有底筒状の可撓性を有する袋体と、該収容孔部に収容され且つ該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つ下端が該袋体の下端に連通される外管とを具える。該袋体は、樹脂製の可撓性内袋と樹脂製の可撓性外袋との間に、可撓性基材に液状硬化性樹脂が含浸されてなる芯材が収容されてなる。そして、該袋体が膨張した状態で、該袋体の外面部が前記収容孔部の内壁部を密着状態に覆うことができると共に、該袋体は、該覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体は、熱媒液を貯留させるための貯液槽を形成できる。又前記外管は、前記袋体の前記外面部と前記内壁部との間に挾持される如くなされていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第３の態様は、前記第２の態様において、樹脂製の前記可撓性内袋と樹脂製の前記可撓性外袋との間に形成された環状間隙に、ガラス繊維を用いてなる経編地筒部材を前記可撓性基材とし且つ該経編地筒部材に前記液状硬化性樹脂が含浸されてなる、筒状を呈する前記芯材が、該経編地筒部材の緯糸の延長方向を前記環状間隙の周方向に合わせ、且つ該経編地筒部材の経糸の延長方向を前記袋体の延長方向に合わせて配設されていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第４の態様は、前記第２又は第３の態様において、前記液状硬化性樹脂を熱硬化型とし、該液状硬化性樹脂を硬化させるように発熱する発熱線を前記袋体に配置したことを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第５の態様は、前記第１〜４の何れかの態様において、前記袋体は、上下端が開放された筒状を呈する可撓性筒状部材の下端筒部に底部材を接合してなり、該底部材は、該可撓性筒状部材の内部空間に連通する連通凹部を有し、該連通凹部に前記外管の下端が連通されることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第６の態様は、前記第５の態様において、前記底部材は、上部材と下部材とからなり、該上部材は、上下端が開放した連通孔が設けられており、その上部分が、前記可撓性筒状部材の前記下端筒部に挿入されて該下端筒部に連結されており、又前記下部材は、前記連通孔に連通し得る有底孔部が設けられており、その上部分が前記上部材の下部分に連結されており、前記外管の前記下端が、該下部材の該有底孔部に連通するように該下部材に取り付けられていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第７の態様は、前記第６の態様において、前記下部材の下端に、前記上部材の外周面の外方に突出する拡大保護部が設けられていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第８の態様は、地盤に上下方向に設けられた収容孔部に、有底筒状の可撓性を有し且つ硬化性樹脂からなる袋体が収容されると共に、該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つその下端が該袋体の下端に連通されてなる外管が、該収容孔部に収容されており、該外管は、該袋体の該外面部の、周方向で見た所要幅部分と前記収容孔部の内壁部との間に挟持された状態にあり、該外面部の該所要幅部分を除いた残余部分は前記内壁部を密着状態に覆った状態にある。又該袋体は、この覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体は、その内部空間に熱媒液を貯留させ得る貯液槽を形成する如くなされている。又、前記貯液槽の上側部分には、内管が、その下端側部分を該貯液槽内の熱媒液に沈めた状態で配設される如くなされており、前記外管の上端と前記内管の上端とが、放熱されるべき領域において放熱し又は吸熱されるべき領域において吸熱し得る吸放熱管部に接続される如くなされており、又、前記熱媒液を循環させるためのポンプが介在される如くなされていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第９の態様は、地盤に上下方向に設けられた収容孔部に、有底筒状の可撓性を有し且つ硬化性樹脂からなる袋体が収容されると共に、該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つその下端が該袋体の下端に連通されてなる外管が、該収容孔部に収容されており、該外管は、該袋体の該外面部の、周方向で見た所要幅部分と前記収容孔部の内壁部との間に介在されており、該所要幅部分が、該内壁部で支持された状態にある該外管の表面部を覆うと共に、該外面部の該所要幅部分を除いた残余部分は前記内壁部を密着状態に覆った状態にある。又、該袋体は、この覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体は、その内部空間に熱媒液を貯留させ得る貯液槽を形成する如くなされており、又、前記貯液槽の上側部分には、内管が、その下端側部分を前記貯液槽内の熱媒液に沈めた状態で配設される如くなされている。そして、前記外管の上端と前記内管の上端とが、放熱されるべき領域において放熱し又は吸熱されるべき領域において吸熱し得る吸放熱管部に接続される如くなされており、又、前記熱媒液を循環させるためのポンプが介在される如くなされていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第１０の態様は、前記第８又は９の態様において、前記袋体は、樹脂製の可撓性内袋と樹脂製の可撓性外袋との間に形成された環状間隙に、ガラス繊維を用いてなる経編地筒部材としての可撓性基材に液状硬化性樹脂が含浸されてなる、筒状を呈する芯材が配設されて、前記袋体が構成されており、該経編地筒部材の緯糸の延長方向を前記環状間隙の周方向に合わせてあり、且つ該経編地筒部材の経糸の延長方向が該袋体の延長方向に合わせてあることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換装置の第１１の態様は、前記第８、第９、第１０の態様において、前記ライニング筒状体の内周面は凹凸面状に形成されていることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換用の前記貯液槽の構築方法の第１の態様は、前記第１０の態様に係る地中熱交換装置を構成する地中熱交換用の前記貯液槽の構築方法であって、有底筒状の可撓性を有し且つ前記芯材が前記環状間隙に配設されてなる前記袋体と、前記袋体の前記下端に連通されている前記外管と、該袋体の該下端に連結された重りとからなる収容物を、前記芯材の前記経編地筒部材の該経糸の延長方向を前記収容孔部の上下延長方向に合わせて該袋体を窄めた状態にして、該重りの自重を利用して該収容孔部の上端からその底部に向けて下ろす。前記袋体が前記収容孔部の底部に到達した状態で、ポンプの稼動によって、前記外管の上端から水を供給して該水を前記袋体内に順次供給することによって、前記袋体を膨張させて前記袋体の前記外面部を前記収容孔部の前記内壁部に密着状態とする。その後、ポンプの稼働によって、前記外管に、前記液状硬化性樹脂を硬化させ得る温度の温水を順次供給し、該供給に伴って前記袋体内の水を排出させ、該排出された水をボイラーで加熱しながら所要温度としてこれを前記温水として前記外管に供給する。これを継続することにより前記液状硬化性樹脂を硬化させることによって、前記芯材の硬化物で補強されたＦＲＰが前記可撓性内袋と前記可撓性外袋との間に介在されてなるライニング筒状体を形成することを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換用の前記貯液槽の構築方法の第２の態様は、前記第１の態様に係る構築方法において、前記可撓性内袋の、該可撓性内袋と対向する前記可撓性外袋側の内側面をフェルトで覆うと共に、該フェルトを該可撓性内袋に熱溶着してなることを特徴とするものである。
本発明に係る地中熱交換用の前記貯液槽の構築方法の第３の態様は、前記第１、第２の態様に係る構築方法において、前記収容物は、前記袋体を、前記外管を包むように包み込み状態とし、このように包み込み状態として形成された包み込み状物を、上下方向に所要間隔を置いて、該袋体の前記膨張によって破断され或いは前記膨張に先立って破断される結束材で結束し、該袋体の下端に前記重りを連結してなることを特徴とするものである。
本発明は、地盤に上下方向に設けられた収容孔部に収容されて上下方向に延長する有底筒状の可撓性を有する袋体と、該収容孔部に収容され且つ該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つ下端が該袋体の下端に連通される外管とを具える基本構成を有する。そして前記袋体は硬化性樹脂からなり、該袋体が膨張した状態で、該袋体の外面部が前記収容孔部の内壁部を密着状態に覆うことができると共に、該袋体は、該覆った状態で硬化される如くなされている。又、該硬化により形成された上端開放のライニング筒状体は、熱媒液を貯留させるための貯液槽を形成でき、又前記外管は、前記袋体の外面部と前記内壁部との間に挾持される如くなされている。
従って本発明によるときは、熱効率の向上を期し得る地中熱交換装置を提供できる。又、該基本構成を採用するため、該袋体を、該外管を包むように包み込み状態として両者をひとまとめにして前記収容孔部内に収容することができる等によって、地中熱交換装置用の貯液槽の構築を容易に行うことができる。
本発明に係る地中熱交換装置を説明する説明図である。 ライニング筒状体を形成した状態における上下の横断面図である。 袋体の外面部が、外管の表面部と収容孔部の内壁部を覆った状態を示す横断面図である。 地盤に上下方向に設けられた収容孔部の内壁部を円筒状ケーシングで被覆してなる孔部を示す縦断面図である。 その孔部に、袋体と外管と重りとからなる収容物を収容した状態を示す縦断面図である。 このように収容した後にライニング筒状体を除去した状態を示す一部断面説明図である。 袋体を説明する一部欠切斜視図である。 その横断面図である。 可撓性内袋と可撓性外袋との間に形成された環状間隙に経編地筒部材を配設する要領の一例を説明する説明図である。 環状間隙に芯材が収容された状態を説明する説明図である。 袋体の上下端が開放された可撓性筒状部材の下端筒部に底部材を接合すると共にその上端筒部に蓋部材を接合した状態を示す縦断面図である。 底部材を説明する縦断面図である。 底部材と外管の下端部分を説明する斜視図である。 底部材に外管の下端を連通させた状態を示す斜視図である。 前記蓋部材を、栓体を取り外した状態で示す斜視図である。 蓋部材に栓体を取り付けた状態を示す斜視図である。 蓋部材と、該蓋部材に螺合によって取り付けられる上管部材と下管部材を示す斜視図である。 蓋部材に下管部材を取り付けた状態を示す斜視図である。 外管の一例を説明する断面図である。 袋体を前記下管部材と前記外管を包むように包み込み状態とし該包み込み状物を結束材で結束した状態を示す断面図である。 袋体を前記外管を包むように包み込み状態とし該包み込み状物を結束材で結束した状態を示す断面図である。 前記収容孔部に収容された袋体をその下側から上側に向かって順次膨張させる過程を説明する一部断面説明図である。 前記蓋部材に栓体を取り付けた状態で袋体を更に膨張させている状態を示す一部断面説明図である。 硬化性樹脂を温水で硬化させる工程を説明する縦断面図である。 コンクリート製の杭を用いて構成された貯液槽を示す縦断面図である。 鋼管製の杭を用いて構成されたライニング筒状体で被覆されてなる貯液槽を示す断面図である。 従来の地中熱交換装置を説明する断面図である。
図１〜３、図６において本発明に係る地中熱交換装置１は、年間を通して平均１５℃を保つ地中熱を熱源として利用するものであり、図６に示すように、地盤２に上下方向に設けられた収容孔部３に収容されて上下方向に延長する有底筒状の可撓性を有する袋体５と、該収容孔部３に収容され且つ該袋体５の外面部６に沿って上下方向に延長し且つ下端７が該袋体５の下端９に連通される外管１０とを具えている。そして該外管１０は、該袋体５の該外面部６と前記収容孔部３の内壁部１１との間に挟持される如くなされている。より具体的には図３に示すように、該外管１０は該袋体５の該外面部６の、周方向で見た所要幅部分１２と前記収容孔部３の内壁部１１との間で挟持される如くなされており、該外面部６の該所要幅部分１２を除いた残余部分１３は、前記内壁部１１を密着状態に覆った状態となる如くなされている。
そして該袋体５は、この覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体１５（図１〜２）は、その内部空間１６に熱媒液１７を貯留させ得る貯液槽１９を形成し、前記貯液槽１９の上側部分２０には、内管２１が、その下端側部分２２を該貯液槽１９内の熱媒液１７に沈めた状態で配設される如くなされている。該内管２１の下端１２５は、地表１２６から１〜２ｍ程度の深さに位置させるのがよい。該熱媒液１７は熱エネルギーを輸送する媒体であり、通常は水を用いるが、寒冷地では水に不凍液が混入されたものを用いることもある。
そして、前記外管１０の上端２３と前記内管２１の上端２４は、図１に示すように、放熱されるべき領域において放熱し又は吸熱されるべき領域（以下、吸放熱領域という）２５において吸熱し得る吸放熱管部２６の一方の管部２７と他方の管部２９に接続管部３０，３１を介して連結される如くなされており、これによって、該熱媒液１７が内部を流れる管路３２が構成される如くなされている。そして該管路３２の所要部位に、該管路３２内で熱媒液１７を循環させるためのポンプ３３が、前記接続管部３０，３１の所要部位に配設される如くなされている。又、夏期と冬期における前記地中熱交換装置１の運転の切り替えを行うために切り替え弁（図示せず）が該管路３２に設けられる如くなされている。
本発明において前記吸放熱領域２５とは、住宅、工場、駅舎等の各種建物の内部や、駐車場や一般道路、橋梁等の各舗装部表面、鉄道の駅周辺やトンネルの舗装部表面等、吸放熱を要する各種領域をいう。
前記収容孔部３は、例えば堆積層としての地盤２を所要深さに掘削して設けられており、例えば孔径が１６５ｍｍ程度で深さが１０〜１００ｍ程度に設定されている。本実施例においては、常法に従い、掘削ビットを拡径した状態で水を供給しつつ円筒状ケーシングを伴いながら所要深さに地盤を掘削する。図４は、前記掘削ビットによって形成された例えば５０ｍ程度の長さを有する収容孔部３の前記内壁部１１を円筒状ケーシング３６で被覆して形成された孔部３７を示す。該円筒状ケーシング３６は、掘削によって形成された前記収容孔部３の内壁部１１を保護するものであり、本実施例においては内径が１５０ｍｍ程度で外径が１６５ｍｍ程度である。又該円筒状ケーシング３６の１本の長さは１〜３ｍ、例えば２ｍ程度であるので、その所要本数がその端部相互を溶接やネジ接合して延長される。該孔部３７には水が充填されているが、本実施例においては、この時点で、該充填された水にベントナイトが配合される。該ベントナイトが配合された水を以下、ベントナイト配合液３８という。
このように形成された孔部３７の内径は、本実施例においては１５０ｍｍ程度で、図５に示すように、後述する収容物１０２が所要に収容される。該孔部３７に該収容物１０２が収容された後、図６に示すように、前記円筒状ケーシング３６を順次引き上げて除去する。この引き上げの際、前記ベントナイトが、前記収容孔部３の内壁部１１が極力崩れないように該内壁部１１を保護する。このように掘削によって形成された収容孔部３の該内壁部１１は、例えば図６（Ｂ）に示すように凹凸面状を呈している。なお該内壁部１１は図６（Ｂ）以外の図においては便宜上、平滑面状に表している。
前記袋体５は、本実施例においては図７〜８に示すように、樹脂製の可撓性内袋３９と樹脂製の可撓性外袋４０との間に形成される環状間隙４１に、該環状間隙４１の周方向に沿った環状を呈する可撓性環状基材４２に液状硬化性樹脂４３が含浸されてなる芯材４６が収容された有底筒状を呈し、該可撓性内袋３９と該可撓性外袋４０は、前記液状硬化性樹脂が漏洩するのを防止する。該袋体５は前記のように、前記収容孔部３に収容されて上下方向に延長するものであり、該袋体５が膨張した状態で、図３に示すように、該袋体５の外面部６が前記収容孔部３の、凹凸面状を呈する前記内壁部１１を密着状態に覆うことができる。そのため、前記可撓性外袋４０は、凹凸面状の該内壁部１１に擦れて破れないようにするため、ある程度伸びることができ且つ強度に優れる樹脂素材を以て構成する。前記収容孔部３内に上下方向に延長する如く収容された前記袋体５を後述のように膨張させる過程で、図２２に矢印Ｆ１で示すように、前記収容孔部３内の前記ベントナイト配合液３８が該収容孔部３の上端４７から排出される。そして、このように該内壁部１１を密着状態に覆った状態で前記液状硬化性樹脂４３（図８）が硬化することにより、図１（Ｂ）に示すように、上下方向に延長するライニング筒状体１５を形成する如くなされている。該ライニング筒状体１５は、前記のように、前記熱媒液１７を貯留させるための貯液槽１９を形成する。該ライニング筒状体１５の肉厚は、該貯液槽１９としての強度を考慮し、２〜４ｍｍ程度に設定され、例えば３．５ｍｍ程度に設定される。
本実施例においては、図３に示すように、該袋体５の外面部６が確実に前記収容孔部３の、凹凸面状を呈する前記内壁部１１を密着状態に覆うことができ、且つ前記所要幅部分１２が屈曲状態となって前記外管１０の外表面部４４の所要幅部分４８を覆うことができるようにする。そのために、該袋体５が円筒状に膨らんだ状態（図７〜８）でのその外径を、前記孔径１６５ｍｍよりも稍大きく設定している。例えば、該外径が１８５ｍｍ程度となるように設定している。
前記可撓性内袋３９と前記可撓性外袋４０は、前記のように可撓性を有し、一定の強度を有し、前記液状硬化性樹脂の熱硬化の際の温度に耐える耐熱性を有し、然も、熱伝導率が大きいものである。例えば、０．１〜１ｍｍ程度の肉厚を有するビニール製等の薄肉の樹脂素材からなるものである。
前記可撓性環状基材４２は、前記袋体５がその長さ方向を上下方向にして前記収容孔部３に収容された状態において、硬化される前記液状硬化性樹脂４３を前記環状間隙４１に留まった状態として垂れにくくするためのものであり、熱伝導率の高い素材を以て構成されている。該可撓性環状基材４２は本実施例においては、熱伝導率が高く且つ強度に優れ、しかも比較的安価なガラス繊維を用いてなる経編地筒部材５０を以て構成されており、該経編地筒部材５０の緯糸の延長方向を前記環状間隙４１の周方向に合わせ、該経編地筒部材５０の経糸の延長方向を前記袋体５の延長方向に合わせて、前記環状間隙４１に配設されている。
然して該経編地筒部材５０は、このように該環状間隙４１に配設された状態で周方向にエンドレスの筒状形態を呈しており、該周方向（水平方向）には伸縮性を有すると共に延長方法（上下方向）には優れた引っ張り強度を有し、又柔軟性に優れる。
該エンドレスの筒状形態は、例えば、平面状の経編地片の幅方向で見た両側部分相互を縫製することによって形成できる。該筒状形態を呈する経編地筒部材５０を前記環状間隙４１に配設させるには、例えば図９の略図に示すように、前記可撓性内袋３９と前記可撓性外袋４０との間に形成されている該環状間隙４１の一端側部分に該経編地筒部材５０の一端部分５０ａを挿入させて後、該環状間隙４１の他端４１ａから該経編地筒部材５０の一端部５０ｂを、紐状部材５４を介して該他端４１ａに向けて引張ることによって行うことができる。このようにして該経編地筒部材５０を該環状間隙４１に配設して後、図１０の略図に示すように、該経編地筒部材５０に熱硬化性の液状硬化性樹脂４３を含浸させることによって前記芯材４６を構成できる。該含浸は、前記環状間隙４１内に、その一端側又は両端側から該液状硬化性樹脂４３を供給して行うことができる。該芯材４６の厚さは例えば３ｍｍ程度に設定される。
熱硬化性の該液状硬化性樹脂４３としては各種のものを用いることができるが、例えば、比較的安価な不飽和ポリエステル樹脂に熱硬化性の硬化剤を添加したものを用いることができる。該硬化剤としては、例えば、多官能のアミン、ポリアミド、フェノール樹脂等を挙げることができるが、これらに限定されない。なお、前記可撓性環状基材４２に含浸されている前記液状硬化性樹脂４３をより垂れにくくするために、これに適量の増粘剤が混入されることもある。本実施例においては、該熱硬化性の硬化剤として、例えば８０℃程度の温度で硬化する硬化剤を用いる。なお前記不飽和ポリエステル樹脂に炭化珪素を適量（例えば重量比で１０〜４０％）混入させると、前記液状硬化性樹脂の熱伝導率を向上させることができ、従って、前記ライニング筒状体１５の熱伝導率を向上させて地中熱をより有効に利用できることとなる。
該芯材４６を構成する前記経編地筒部材５０は、前記のように液状硬化性樹脂４３を保持する役割を果たし、又、該液状硬化性樹脂４３の硬化によって前記ライニング筒状体１５が構成された後は、該ライニング筒状体１５の強度アップを図るものである。
かかる構成を有する袋体５によるときは、前記経編地筒部材５０が周方向（水平方向）の伸縮性を有し又柔軟性に優れることから、例えば図３に示すように、前記袋体５の外面部６が前記収容孔部３の、凹凸面状を呈する前記内壁部１１の凹凸部１１ａ（図６（Ｂ））に追随して前記収容孔部３の前記内壁部１１を密着状態に覆い易い。又、該経編地筒部材５０がその延長方向（上下方向）に優れた引っ張り強度を有することから、前記袋体５を前記収容孔部３内に収容する際に、該袋体５の上下方向での伸長を極力抑制できる。
前記袋体５は、図８に示すように、かかる構成の経編地筒部材５０を前記芯材４６の構成要素としているため、図２３（Ｂ）に示すように、その周方向（水平方向）の伸縮性によって、前記収容孔部３の前記内壁部１１を無理なく覆い、該内壁部１１に容易に密着される。
かかる構成を有する貯液槽１９を構成する前記可撓性外袋４０は、図３に示すように、前記内壁部１１と密着状態にあるため、該可撓性外袋４０が剥がれる恐れはないが、前記可撓性内袋３９は、その内周面がフリーな状態にあるために経年劣化等によって、硬化した前記芯材４６の内周面５１（図８）から剥がれる恐れがある。このように剥がれた部分が破れた場合は、該剥がれた膜部分と該芯材４６との間に熱媒液が溜まり、その結果、前記貯液槽１９内における熱媒液１７の移動が阻害されることとなる。
そこで本実施例においては、前記可撓性内袋３９と前記芯材４６との一体化強度をより向上させるために、例えば図７〜８に示すように、前記可撓性内袋３９の、該可撓性内袋３９と対向する前記可撓性外袋４０側の内側面をフェルト（例えば１ｍｍ程度の厚さのもの）５２で覆い、該フェルト５２を、スポット的に例えば１０ｃｍ程度の間隔を置いて、該可撓性内袋３９に熱溶着することとしている。これによって、前記芯材４６の前記液状硬化性樹脂４３が該フェルト５２に含浸されることとなり、該液状硬化性樹脂４３の硬化によって、該フェルト５２を介して前記可撓性内袋３９が硬化した芯材４６と一体化することとなる。これによって、前記したような可撓性内袋３９の剥がれを防止できる。
有底筒状を呈する前記袋体５の具体的な構成は、図１１に示すように、上下端が開放された筒状を呈する可撓性筒状部材（上下端が開放された前記可撓性内袋３９と前記可撓性外袋４０との間に前記筒状の芯材４６が配設されてなるもの）５５の下端筒部５６に底部材５７が接合されると共に、該可撓性筒状部材５５の上端筒部５９に蓋部材６０が接合されている。
該底部材５７は、図１２に示すように、該可撓性筒状部材５５の内部空間５８に連通する連通凹部６１を有し、該連通凹部６１に前記外管１０の下端７が連通される。該底部材５７は、より具体的には図１２、図１３〜１４に示すように、上部材６２と下部材６３とからなり、該上部材６２は、合成樹脂製の円筒状を呈し、その内径は３０ｍｍ程度に、その外径は６０ｍｍ程度に設定され、上下端が開放した連通孔６５が設けられている。そして、その外周面部６６の上側部分６７には、図１３に示すように、固定用周溝６９が間隔を置いて上下３条設けられると共にその下端部分７０は、該外周面部６６に雄ネジ部７１が設けられてなる雄ネジ筒部７２とされている。該上部材６２は、図１２に示すように、前記可撓性筒状部材５５の下端筒部７０に挿入されて、該下端筒部７０に巻回されたバンド部材７３によって前記固定用周溝６９，６９，６９で締め付けられることにより、該下端筒部７０に連結されている。
又前記下部材６３は、図１２、図１３〜１４に示すように、前記連通孔６５に連通し得る有底孔部７５が設けられており、該有底孔部７５に連通するように連通管７６が設けられている。そして図１２に示すように、該連通管７６に設けられている上向き突出の連結管部７７が前記外管１０の下端７に連結される。又前記下部材６３は、本実施例においては例えばステンレス製とされ、図１２〜１３に示すように、上側部分が、前記雄ネジ筒部７２と螺合し得る、内径が３０ｍｍ程度の雌ネジ筒部７９とされた円筒状部８０を有している。該円筒状部８０の一側部８１は、その上端８２から下端８３に向けて拡径された拡径部８４とされ、該拡径部８４の下端開放部８５が底板部８６で閉塞されている。そして図１２に示すように、該拡径部８５の中間高さ部位に設けた連通口８８に、上方に向けて突出する前記連通管部７６の前記下端８９が連設されており、該連通管７６の前記連結管部７７は、前記外管１０の下端部分に設けた連結雄ネジ筒部９１と螺合し得る連結雌ネジ筒部（前記連結管部）９２とされている。図１２は、該連結雌ネジ筒部９２に該連結雄ネジ筒部９１を螺合し締め付けることによって前記外管１０が前記袋体５の前記下端９に連通され、該外管１０が、該袋体５の延長方向（上下方向）に立設されている状態を示している。
又前記底板部８６の下面９３は、図１２に示すように、下方に向けて凸の円弧面９５とされ、該底板部８６の外周縁部分は、前記下端開放部８５（図１２）の周縁の外方に突出する鍔部９７とされている。該鍔部９７は、前記上部材６２の外周面の外方に突出する拡大保護部９８を構成しており、該下面９３の中央部には、重り９９を吊下するための係止孔１００が設けられた係止片１０１が突設されており、該係止孔１００は、前記上部材６２の軸線Ｌ２に対して、前記外管１０の軸線Ｌ１側に稍変位している。該重り９９は例えば、径が８０ｍｍ程度、長さが３００ｍｍ程度、重量が３０ｋｇ程度である。
そして、前記雌ネジ筒部７９に前記雄ネジ筒部７２を螺合し締め付けることによって、図１２、図１４に示すように、前記上部材６２と前記下部材６３とが連結一体化されて前記底部材５７が構成されている。
前記蓋部材６０は、図１１、図１５〜１６に示すように、中心軸線に沿って円形状の貫通孔１０６が貫設されてなる合成樹脂の円柱状部材１０５を用いて構成されている。該円柱状部材１０５の外径は１５０ｍｍ程度に設定され、内径が３０ｍｍ程度の貫通孔１０６が設けられ、図１５〜１６に示すように、その外周面部１０７の上下には、周方向に連続する固定用溝部１０９，１０９が設けられている。
前記貫通孔１０６はネジ孔１１０とされており、その上側部分である上側ネジ孔１１１とその下側部分である下側ネジ孔１１２は逆ネジ孔とされている。そして図１６に示すように、該ネジ孔１１０の該上側ネジ孔１１１には、栓体１１３のネジ軸部１１５を螺合し締め付けることによって該貫通孔１０６の上端開放部１１６が閉蓋されるようになされている。
前記内管２１は、本実施例においては図１、図１７に示すように、上管部材１１９と下管部材１２０とに二分割されており、該上管部材１１９の下側部分をなす雄ネジ管部１２１を前記上側ネジ孔１１１に螺合する一方、前記下管部材１２０の上側部分をなす雄ネジ管部１２２を前記下側ネジ孔１１２に螺合することによって、該内管２１（図１）が前記蓋部材６０に取り付けられた状態となされる。なお本実施例においては図１８に示すように、該下管部材１２０を、該蓋部材６０を前記上端筒部５９（図１１（Ａ））に連結するに先立って該蓋部材６０に取り付けておく。その後、該下管部材１２０が取り付けられてなる該蓋部材６０は、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、前記上端筒部５９に挿入されて、該上端筒部５９に巻回されたバンド部材１１７によって該固定用溝部１０９，１０９（図１６）で締め付けられることにより、該上端筒部５９に連結されている。
前記外管１０は本実施例においては図１９に示すように、アルミニウム製パイプ１１９を芯管とし、その内面１２０と外面１２１を例えばポリエチレン樹脂で被覆してなる管体１２２を用いてなり、その内径は４０ｍｍ程度であり、その外径は５０ｍｍ程度である。該外管１０は、該アルミニウム製パイプ１１９を芯管とする管体１２２を用いて構成されているため、剛性が向上されている。そして図１３に示すように、該外管１０の下端部分には、前記連結雄ネジ筒部９１が設けられている。
前記地中熱交換装置１用の前記貯液槽１９を構築するに際しては、図５に示すように、前記係止孔１００に前記重り９９を吊下した状態で、該重り９９と前記袋体５と前記外管１０とからなる収容物１０２を前記収容孔部３（本実施例においては前記孔部３７）内に下ろす。本実施例においては、図１２に示すように、前記係止孔１００を前記上部材６２の軸線Ｌ２に対して、前記外管１０側に稍偏位させているため、該収容物１０２を略垂直状態を呈するようにバランスよく前記収容孔部３内に下ろすことができる。
該収容物１０２を該収容孔部３内に下ろす際、５０ｍ程度の長さを有する前記袋体５と、５０ｍ程度の長さを有する前記外管１０とを別個のリールに巻回したものを施工現場に搬入し、該袋体５と該外管１０を同時に巻き戻しながら、例えば図２０、図２１に示すように、該袋体５を、該外管１０を包むように包み込み状態とする。このように包み込み状態として形成された包み込み状物１０３は、図５に示すように、幅が小さく、全体がチューブ状となり、前記鍔部９７の外方に突出しないようになし得る。該二折り状物１０３は、前記袋体５の後述の膨張によって破断される結束材１０４を用いて結束しておくのがよい。例えば図５に示すように、１ｍ程度の上下間隔を置いて結束する。
該結束材１０４として輪ゴムや紙紐を用いた場合は、該袋体５の前記膨張によって該輪ゴムや紙紐がその許容張力を超えることによって破断され、該袋体５は前記膨張を続けることができる。又該結束材１０４として、互いに係合し且つ係合が解除可能となされた一対の面状ファスナを用いこともできる。この場合は、一方の面状ファスナを前記包み込み状物１０３の一方の縁部に取着すると共に他方の面状ファスナを前記包み込み状物１０３の他方の縁部側（他方の縁部又は該他方の縁部により近い側）に取着する。然して、前記袋体５を前記外管１０を包むように包み込み状態として後、両面状ファスナ相互を着脱可能の係合状態とすると、前記袋体５が所要の膨張状態となることによって、該両面状ファスナ相互の係合状態が解除される。本発明では、該両面状ファスナ相互の係合が解除されることを、面状ファスナの破断という。このように面状ファスナが破断すると、前記袋体５は前記膨張を続けることができる。
前記結束材１０４で結束されてなる包み込み状物１０３を、前記重り９９の自重を利用して、前記収容孔部３の上端４７からその底部に向けて下ろす。この際、前記外管１０が前記包み込み状物１０３の内部に位置していて該外管１０が張力負担芯材として機能するため、該包み込み状物１０３を、その伸びを抑制して下降させることができる。
特に本実施例においては、前記経編地筒部材５０の前記経糸の延長方向を前記袋体５の延長方向（前記包み込み状物１０３の延長方向）に合わせているため、該伸びを更に抑制して下降させることができる。又本実施例においては、前記上部材６２の外周面の外方に突出するように前記拡大保護部９８が設けられているため、前記包み込み状物１０３を下降させる際、該包み込み状物１０３の下端部分をなす前記底部材５７の下降を、前記孔部３７内での横振れをより少なくして、より円滑に行わせることができる。
そして該収容物１０２を該収容孔部３内に所要に下ろした状態で、該外管１０は、その剛性によって、該孔部３７内で、上下方向に延長する自立状態を呈し得る。この状態で前記袋体５は、前記収容孔部３に収容されて上下方向に延長した配設状態にある。
その後、前記円筒状ケーシング３６を回転させながら順次引き上げて、これを除去する。この除去作業は、前記外管１０を介して前記袋体５が上下方向に延長した配設状態にあるため、該円筒状ケーシング３６を、前記袋体５の上部分を通過させて取り外すのが容易である。図６は、前記円筒状ケーシング３６が除去された状態を示している。このように円筒状ケーシング３６が引き上げられた後の前記内壁部１１は、前記したように、前記ベントナイトで保護されているため、該内壁部１１の崩れが抑制されている。
この状態で図２２に示すように、前記外管１０の上端からポンプで水を供給して（矢印Ｆ２）、該水を、包み込み状態の前記袋体５内に順次供給して該袋体５を、その下側から上側に向けて順次膨張させる。この膨張は、前記栓体１１３（図１６）を前記円柱状部材１０５から取り外した状態で、該袋体５内の残留空気を前記上端開放部１１６から排気させつつ行う。該膨張は、該袋体５の該包み込み状態が開きながら行われ、該袋体５の膨張に伴い、前記収容孔部３内の前記ベントナイト配合液３８が該収容孔部３の上端４７から順次排出される。この排気を伴う該袋体５の膨張が完了した後、該貫通孔１０５の前記上端開放部１１６を、前記栓体１１３を前記上側ネジ孔１１１に螺合し締め付けることによって塞ぎ、この状態で、前記外管１０の上端からポンプで水を更に供給すると、該袋体５が更に膨張し、それに伴う水圧上昇によって、図２３（Ｂ）に示すように、該袋体５の外面部６が、該外管１０と前記収容孔部３の内壁部１１に密着状態となる。
該袋体５の膨張は前記包み込み状態が開きながら行われるため、該膨張の際に、前記した輪ゴムや紙紐、面状ファスナ等としての前記結束材１０４（図２２（Ａ））が破断される。かかる袋体５の膨張によって、前記外管１０は、図３に示すように、前記袋体５の外面部６と前記収容孔部３の内壁部１１との間に挾持された状態で該収容孔部３内に収容された状態となる。より詳しくは、該外管１０は、前記袋体５の膨張によって、前記収容孔部３の前記内壁部１１で支持された状態となり、該支持された状態にある該外管１０の前記外表面部４４が該袋体５の前記外面部６の、周方向で見た所要幅部分１２によって覆われた状態となる。そして、該外面部６の該所要幅部分１２を除いた残余部分１３は前記内壁部１１を密着状態に覆った状態となる。
その後、図２４に示すように、前記栓体１１３を取り外して後、前記上管部材１１９の前記雄ネジ管部１２１を前記上側ネジ孔１１１に螺合する。この状態で前記ポンプの稼働によって、前記外管１０に、前記硬化性樹脂を硬化させ得る温度の温水を順次供給し、該供給に伴って前記袋体５内の水を前記上管部材１１９の上端で排出させ、該排出された水をボイラーで加熱しながら所要温度としてこれを前記温水として該外管１０に供給する。
これを所要時間継続すると、前記硬化性樹脂の硬化によって、図１〜２に示すように、前記芯材４６の硬化物で補強されたＦＲＰが前記可撓性内袋３９と前記可撓性外袋４０との間に介在されてなる前記ライニング筒状体１５が形成される。該ライニング筒状体１５は前記貯液槽１９として機能する。該ライニング筒状体１５は優れた防水性を有するのは元より、前記経編地筒部材５０を用いて構成されているため、熱伝導率が高く、強度に優れる。前記外管１０は、図２に示すように、該ライニング筒状体１５の外面部１２７の前記所要幅部分１２９と前記収容孔部３の前記内壁部１１との間に挟持された状態にある。そして、該外面部１２７の該所要幅部分１２９を除いた残余部分１３０は前記内壁部１１を密着状態に覆った状態にある。
なお本実施例においては図１に示すように、前記のように構成された貯液槽１９の上部に、該貯液槽１９内の熱媒液１７の膨張を考慮してその膨張を吸収するための空気層１３２が設けている。該空気層１３２の容積は、例えば夏期において熱媒液１７が膨張したときにも、その膨張を吸収できるように設定する。これにより、該膨張による該貯液槽１９の破裂を防止でき、又、前記蓋部材６０が該膨張の圧力で外れるのを防止できる。本実施例においては、前記貯液槽１９の上部に５０〜１００ｃｍ程度の上下長さで空気層１３２を設けることとしている。なお、このように貯液槽１９の上部に設ける空気層１３２は、地表における大気温度の影響を受けにくくするための断熱層としても機能する。
かかる構成を有する地中熱交換装置１の作用を、冬期と夏期に分けて説明する。冬期にあっては、前記貯液槽１９が埋設されている周辺の地中温度は、例えば融雪を要する吸放熱領域の表面温度よりも相対的に高い。
そのため、この場合は、該地中熱交換装置１を次のように作動させる。即ち図１において、前記ポンプ３３の駆動によって、前記吸放熱管部２６を通過する過程で融雪のために冷却された熱媒液１７を前記外管１０の下端７から前記貯液槽１９に流入させる。これと同時に、前記内管２１の下端１２５から前記熱媒液１７を前記吸放熱管部２６に送給させる。これにより、前記外管１０の下端７から前記貯液槽１９に流入する熱媒液１７は、該貯液槽１９内に貯留されている熱媒液１７の温度を低下させることになるが、相対的に温度の高い周辺の地中１３３から該貯液槽１９内の熱媒液への熱移動が生じているため、該貯液槽１９内の熱媒液１７は徐々に加温される。
そして、該貯液槽１９を構成する前記ライニング筒状体１５の外面部１２７の前記残余部分１３０が前記内壁部１１に密着状態にあることから、周辺の地中１３３から前記貯液槽１９内の熱媒液１７への熱移動は効率的に生ずる。加えて、前記外管１０が前記収容孔部３の前記内壁部１１と接触しているため、地中１３３から、該外管１０内の熱媒液１７への熱移動が生じて該外管１０内の熱媒液１７が加温されることが期待され、該地中熱交換装置１の熱効率の向上が期待される。
そして該外管１０は前記貯液槽１９内には存在しないため、該貯液槽１９内の熱媒液１７から該外管１０内の熱媒液１７に向けての直接的な熱移動（特許文献１、２におけるような熱移動）が生ずることはない。該外管１０が該貯液槽１９内に存すると、該貯液槽１９内の上部に集まっているより温かい熱媒液１７から該外管１０内の熱媒液１７に向けての熱移動が生じて該上部の熱媒液１７の温度が低下してしまい、地中熱交換装置１の熱効率を低下させることになる。なお、該外管１０が前記ライニング筒状体１５の外面部１２７に部分的に接触してはいるが、該ライニング筒状体１５の壁部１３６（図２）や該外管１０の壁部１３７（図２）が断熱性を有するために、前記貯液槽１９内の熱媒液１７から該外管１０内の熱媒液１７に向けての熱移動はほとんど生じない。
本実施例において前記のように、加温された熱媒液１７を前記内管２１の下端１２５で吸引する如くなし、該下端１２５を前記貯液槽１９の上側部分に配置しているのは、より温かい熱媒液が前記貯液槽１９内の上部に集まっているからである。
逆に夏期にあっては、貯液槽１９が埋設されている周辺の地中温度は、放熱されるべき領域の温度より相対的に低い。そのため、この場合は、前記地中熱交換装置１を次のように作動させる。即ち図１において、前記ポンプ３３の駆動によって、前記吸放熱管部２６を通過して前記吸熱されるべき領域を冷却させる過程で昇温された熱媒液１７を、前記内管２１の下端１２５から前記貯液槽１９に流入させる。これと同時に、前記外管１０の下端７から前記熱媒液１７を前記貯液槽１９内に流入させることにより、前記内管２１の下端１２５から前記貯液槽１９内に流入する熱媒液１７は、該貯液槽１９内に貯留されている熱媒液１７の温度を上昇させることになるが、前記貯液槽１９内の熱媒液１７から、相対的に温度の低い周辺の地中への熱移動が効率的に生じているため、該貯液槽１９内の熱媒液１７は徐々に温度が低下する。
そして、より冷たい熱媒液が前記貯液槽１９の下部に集まっているので、前記外管１０の下端２３から、この冷たい熱媒液が、前記吸放熱管部２６に送られる。この場合も前記と同様、該外管１０が前記貯液槽１９内には存在しないため、特許文献１、２におけるような、該貯液槽１９内の熱媒液から該外管１０内の熱媒液に向けての直接的な熱移動が生ずることはない。該外管１０が該貯液槽１９内に存すると、該貯液槽１９内の熱媒液１７は上側にあるものほど温かい状態にあるところ、この温かい熱媒液１７から該外管１０内を上昇するより冷たい熱媒液１７に向けての熱移動が生じて、該外管１０内の熱媒液１７の温度が上昇してしまい、地中熱交換装置１の熱効率を低下させることになる。
そして本実施例においては図２３（Ｂ）に示すように、前記内壁部１１が凹凸面状を呈することから前記ライニング筒状体１５の内周面１３９は凹凸面状に形成されている。そのため前記外管１０の下端から貯液槽１９内に流入した熱媒液１７が上方に移動する際や、前記内管２１から貯液槽１９内に流入した熱媒液が下方に移動する際に、該凹凸面がこれらの熱媒液に乱流を発生させることができ、これによって、貯液槽１９内の熱媒液１７に対する地中熱の移動効率を向上させることができる。
本発明は、前記実施例で示したものに限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内で種々の設計変更が可能であることはいうまでもない。その一例を挙げれば次のようである。
(1) 前記収容孔部３は、地盤を上下方向に掘削して構成することの他、例えば図２５に部分断面図を示すように、上下方向に孔部１４０を有するコンクリート製の杭１４１の該孔部１４０を以て構成してもよい。或いは、例えば図２６に部分断面図を示すように、上下方向に孔部１４０を有する鋼管製の杭１４２の該孔部１４０を以て構成してもよい。
これらの場合も前記と同様にして、該孔部１４０（収容孔部３）の内面１４３を前記と同様にしてライニング筒状体１５で被覆された状態とする。図２５、図２６において、前記外管１０は前記実施例におけると同様に配設されている。この場合は、該孔部１４０が平滑面であるため、前記ライニング筒状体１５の内周面１３９は平滑面を呈する。このようにしてコンクリート製の杭１４１や鋼管製の杭１４２の内面を該ライニング筒状体１５で被覆する結果、特にコンクリート製の杭１４１の場合は、該杭１４１の孔部１４０の内面から炭酸カルシウムが析出するのを防止でき、該炭酸カルシウムがヒートポンプ等の配管を詰まらせるのを防止できることとなる。又、鋼管製の杭１４２の場合は該孔部１４０の内面での錆発生を防止でき、該錆がヒートポンプ等の配管を詰まらせるのを防止できることとなる。このようにコンクリート製の杭や鋼管製の杭を用いる場合は、前記ベントナイトは不要である。なお前記コンクリート製の杭は、建物を支持する支持杭を兼用するのがよい。
(2) 地盤を掘削して収容孔部３を形成する場合、岩盤を掘削して該収容孔部３を形成することもある。この場合は、前記袋体５を空気で膨張させることができる。又この場合は、掘削の際に前記円筒状ケーシング３６やベントナイトを用いる必要がない。
(3) 前記可撓性環状基材４２を前記経編地筒部材５０とする場合、その素材は、前記ガラス繊維の他、炭素繊維等であってもよい。
(4) 前記芯材４６を構成する可撓性環状基材４２は、前記経編地筒部材５０を用いて構成できる他、フェルトや織物、不織布、和紙等を用いて構成することもできる。
(5) 前記液状硬化性樹脂４３は、熱硬化型であることの他、紫外線硬化型等であってもよい。熱硬化型の場合、その硬化温度は、６５℃や８０℃等に設定できる。或いは該硬化温度を、自然硬化する温度に設定してもよい。
(6) 前記液状硬化性樹脂４３の熱伝導率を向上させるために、酸化アルミニウムや炭化珪素等を該樹脂に混入させることとしてもよい。
(7) 前記液状硬化性樹脂４３を熱硬化させる手段としては、給電による発熱を利用する給電発熱手段を採用することもできる。該給電発熱手段の一例は、前記可撓性内袋３９や可撓性外袋４０等に電流によって発熱する銅線（例えば０．４〜０．６ｍｍ径）等の発熱線を前記袋体５の延長方向や水平方向、斜め方向等に、編み込んだり織り込んだりして略均一状態に配置し、バッテリ等で給電して発熱させることにより硬化させる手段である。このように構成する際、前記可撓性を有する袋体５をその周方向で所要幅の複数に区分し（例えば４区分し）、各区分毎に発熱部を構成し、該発熱部毎に給電するように構成すれば、それ程大きな電力を要することなく前記袋体５の前記液状硬化性樹脂を熱硬化させることができる。
(8) 前記外管１０は、塩化ビニール製の管やポリエチレン製の管等の合成樹脂製等の管とされることもある。
(9) 構成された前記ライニング筒状体１５の内周面１４５に、その下端から上端に向けてスパイラル状の誘導突条部を設けることにより、前記外管１０の下端から前記貯液槽１９内に流入して上昇する熱媒液や、前記内管２１から貯液槽１９内に流入して下降する熱媒液を、該スパイラル状の該誘導突条部に沿って上方向或いは下方向に螺旋状に移動させることができる。これによって、貯液槽１９内の熱媒液１７を前記ライニング筒状体１５の内周面１４５に極力接触させながら該熱媒液を上昇させ或いは下降させることができるので、該貯液槽１９内の熱媒液１７への地中熱の移動効率を向上させることができる。
(10)前記下部材６３の上部分が前記上部材６２の下部分に、溶接や接着等によって連結されることによって前記底部材５７が構成されることもある。
(11)前記底部分５７は、樹脂等で一体成形されてもよい。
(12)前記袋体５は、硬化する前は可撓性を有し、該袋体５が膨張した状態で、該袋体５の外面部６が前記収容孔部３の内壁部１１を密着状態に覆うことができると共に、該覆った状態で硬化されるものであれば、一重の硬化性樹脂からなる袋状に構成されたものであってもよい。
(13)本発明において、前記袋体５の外面部６が前記収容孔部３の内壁部１１を密着状態に覆うとは、該外面部６の全体が該内壁部１１に面状に当接した状態で該内壁部１１を覆うものには限られず、該外面部６に部分的に皺が発生した状態で該外面部６が該内壁部１１を覆う場合を含むものである。
(14)前記包み込み状物１０３を所要に結束してなる前記結束材１０４は、前記袋体５を前記のように膨張させるに先立って破断させることもある。そのための手段として、破断操作用の紐材を用いる破断手段を例示できる。
該破断手段は、一端が地上の固定部に固定された前記紐材を、前記包み込み状物１０３の延長方向に所要間隔で結束した状態にある各結束材に通し、該包み込み状物１０３が前記収容孔部３に収容された状態で、該紐材を、下端の結束材の下端で上方に折り返し、該紐材の他端部分が地上に位置する状態とする。そして、該他端部分を順次引き上げることによって該紐材が該結束材を下から順に破断させるように構成するものである。
(15)例えば図５に示すように、前記包み込み状物１０３を含む前記収容物１０２を前記収容孔部３に収容する際、該収容物１０２の下降をより円滑化するために、該包み込み状物１０３の下端部分をなす前記底部材５７をカバーされた状態とするのがよい。そのために、例えば図１２〜１３に示されている前記底部材５７の前記底板部８６の外周縁部分をなす、前記拡大保護部９８としての鍔部９７（図１２〜１３）で円筒部を立設し、該円筒部内に前記底部材５７を収納状態とする。この際、該円筒部の下端で、下側部分が下方に向けて半丸状を呈するガイト凸部を設けるのがよい。
前記重り９９を吊下するための係止孔１００を有する前記係止片１０１は、該ガイト凸部の下端中央部で下方に突出状態とすればよい。該係止片の上端を前記底板部８６の下面に連結する場合は、該連結作業を可能とするための割り溝を前記ガイド凸部に設けることとしてもよい。
１ 地中熱交換装置
２ 地盤
３ 収容孔部
５ 袋体
１０ 外管
１１ 内壁部
１２ 所要幅部分
１３ 残余部分
１５ ライニング筒状体
１６ 内部空間
１７ 熱媒液
１９ 貯液槽
２１ 内管
３９ 可撓性内袋
４０ 可撓性外袋
４１ 環状間隙
４２ 可撓性環状基材
４３ 液状硬化性樹脂
４４ 外表面部
４６ 芯材
４８ 所要幅部分
５０ 経編地筒部材
５５ 可撓性筒状部材
５６ 下端筒部
５７ 底部材
５９ 上端筒部
６０ 蓋部材
６１ 連通凹部
６２ 上部材
６３ 下部材
６５ 連通孔
６９ 固定用周溝
８５ 下端開放部
８６ 底板部
９７ 鍔部
９８ 拡大保護部
９９ 重り
１００ 係止孔
１０１ 係止片
１１３ 栓体
１１５ ネジ軸部
１１９ 上管部材
１２０ 下管部材

Claims (14)

  1. 地盤に上下方向に設けられた収容孔部に収容されて上下方向に延長する有底筒状の可撓性を有する袋体と、該収容孔部に収容され且つ該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つ下端が該袋体の下端に連通される外管とを具え、前記袋体は硬化性樹脂からなり、該袋体が膨張した状態で、該袋体の外面部が前記収容孔部の内壁部を密着状態に覆うことができると共に、該袋体は、該覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体は、熱媒液を貯留させるための貯液槽を形成でき、
    又前記外管は、前記袋体の前記外面部と前記内壁部との間に挾持される如くなされていることを特徴とする地中熱交換装置。
  2. 地盤に上下方向に設けられた収容孔部に収容されて上下方向に延長する有底筒状の可撓性を有する袋体と、該収容孔部に収容され且つ該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つ下端が該袋体の下端に連通される外管とを具え、該袋体は、樹脂製の可撓性内袋と樹脂製の可撓性外袋との間に、可撓性基材に液状硬化性樹脂が含浸されてなる芯材が収容されてなり、該袋体が膨張した状態で、該袋体の外面部が前記収容孔部の内壁部を密着状態に覆うことができると共に、該袋体は、該覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体は、熱媒液を貯留させるための貯液槽を形成でき、
    又前記外管は、前記袋体の前記外面部と前記内壁部との間に挾持される如くなされていることを特徴とする地中熱交換装置。
  3. 樹脂製の前記可撓性内袋と樹脂製の前記可撓性外袋との間に形成された環状間隙に、ガラス繊維を用いてなる経編地筒部材を前記可撓性基材とし且つ該経編地筒部材に前記液状硬化性樹脂が含浸されてなる、筒状を呈する前記芯材が、該経編地筒部材の緯糸の延長方向を前記環状間隙の周方向に合わせ、且つ該経編地筒部材の経糸の延長方向を前記袋体の延長方向に合わせて配設されていることを特徴とする請求項２記載の地中熱交換装置。
  4. 前記液状硬化性樹脂は熱硬化型であり、該液状硬化性樹脂を硬化させるように発熱する発熱線を前記袋体に配置したことを特徴とする請求項２又は３記載の地中熱交換装置。
  5. 前記袋体は、上下端が開放された筒状を呈する可撓性筒状部材の下端筒部に底部材を接合してなり、該底部材は、該可撓性筒状部材の内部空間に連通する連通凹部を有し、該連通凹部に前記外管の下端が連通されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の地中熱交換装置。
  6. 前記底部材は、上部材と下部材とからなり、該上部材は、上下端が開放した連通孔が設けられており、その上部分が、前記可撓性筒状部材の前記下端筒部に挿入されて該下端筒部に連結されており、又前記下部材は、前記連通孔に連通し得る有底孔部が設けられており、その上部分が前記上部材の下部分に連結されており、前記外管の前記下端が、該下部材の該有底孔部に連通するように該下部材に取り付けられていることを特徴とする請求項５記載の地中熱交換装置。
  7. 前記下部材の下端には、前記上部材の外周面の外方に突出する拡大保護部が設けられていることを特徴とする請求項６記載の地中熱交換装置。
  8. 地盤に上下方向に設けられた収容孔部に、有底筒状の可撓性を有し且つ硬化性樹脂からなる袋体が収容されると共に、該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つその下端が該袋体の下端に連通されてなる外管が、該収容孔部に収容されており、
    該外管は、該袋体の該外面部の、周方向で見た所要幅部分と前記収容孔部の内壁部との間に挟持された状態にあり、該外面部の該所要幅部分を除いた残余部分は前記内壁部を密着状態に覆った状態にあり、
    又該袋体は、この覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体は、その内部空間に熱媒液を貯留させ得る貯液槽を形成する如くなされており、
    又、前記貯液槽の上側部分には、内管が、その下端側部分を該貯液槽内の熱媒液に沈めた状態で配設される如くなされており、
    前記外管の上端と前記内管の上端とが、放熱されるべき領域において放熱し又は吸熱されるべき領域において吸熱し得る吸放熱管部に接続される如くなされており、
    又、前記熱媒液を循環させるためのポンプが介在される如くなされていることを特徴とする地中熱交換装置。
  9. 地盤に上下方向に設けられた収容孔部に、有底筒状の可撓性を有し且つ硬化性樹脂からなる袋体が収容されると共に、該袋体の外面部に沿って上下方向に延長し且つその下端が該袋体の下端に連通されてなる外管が、該収容孔部に収容されており、
    該外管は、該袋体の該外面部の、周方向で見た所要幅部分と前記収容孔部の内壁部との間に介在されており、該所要幅部分が、該内壁部で支持された状態にある該外管の表面部を覆うと共に、該外面部の該所要幅部分を除いた残余部分は前記内壁部を密着状態に覆った状態にあり、
    又、該袋体は、この覆った状態で硬化される如くなされており、該硬化により形成されたライニング筒状体は、その内部空間に熱媒液を貯留させ得る貯液槽を形成する如くなされており、
    又、前記貯液槽の上側部分には、内管が、その下端側部分を前記貯液槽内の熱媒液に沈めた状態で配設される如くなされており、
    前記外管の上端と前記内管の上端とが、放熱されるべき領域において放熱し又は吸熱されるべき領域において吸熱し得る吸放熱管部に接続される如くなされており、
    又、前記熱媒液を循環させるためのポンプが介在される如くなされていることを特徴とする地中熱交換装置。
  10. 前記袋体は、樹脂製の可撓性内袋と樹脂製の可撓性外袋との間に形成された環状間隙に、ガラス繊維を用いてなる経編地筒部材としての可撓性基材に液状硬化性樹脂が含浸されてなる、筒状を呈する芯材が配設されて、前記袋体が構成されており、該経編地筒部材の緯糸の延長方向を前記環状間隙の周方向に合わせてあり、且つ該経編地筒部材の経糸の延長方向が該袋体の延長方向に合わせてあることを特徴とする請求項８又は９記載の地中熱交換装置。
  11. 前記ライニング筒状体の内周面は凹凸面状に形成されていることを特徴とする請求項８〜１０の何れかに記載の地中熱交換装置。
  12. 請求項１０記載の地中熱交換装置を構成する地中熱交換用の前記貯液槽の構築方法であって、
    有底筒状の可撓性を有し且つ前記芯材が前記環状間隙に配設されてなる前記袋体と、該袋体の前記下端に連通されている前記外管と、該袋体の前記下端に連結された重りとからなる収容物を、前記芯材の前記経編地筒部材の前記経糸の延長方向を前記収容孔部の上下延長方向に合わせて該袋体を窄めた状態にして、該重りの自重を利用して該収容孔部の上端からその底部に向けて下ろし、
    前記袋体が前記収容孔部の底部に到達した状態で、ポンプの稼動によって、前記外管の上端から水を供給して該水を前記袋体内に順次供給することによって、前記袋体を膨張させて前記袋体の前記外面部を前記収容孔部の前記内壁部に密着状態とし、
    その後、ポンプの稼働によって、前記外管に、前記液状熱硬化性樹脂を硬化させ得る温度の温水を順次供給し、該供給に伴って前記袋体内の水を排出させ、該排出された水をボイラーで加熱しながら所要温度としてこれを前記温水として前記外管に供給し、
    これを継続することにより前記液状熱硬化性樹脂を硬化させることによって、前記芯材の硬化物で補強されたＦＲＰが前記可撓性内袋と前記可撓性外袋との間に介在されてなるライニング筒状体を形成することを特徴とする地中熱交換装置用の貯液槽の構築方法。
  13. 前記可撓性内袋の内側面をフェルトで覆うと共に、該フェルトを該可撓性内袋に熱溶着してなることを特徴とする請求項１２記載の地中熱交換装置用の貯液槽の構築方法。
  14. 前記収容物は、前記袋体を、前記外管を包むように包み込み状態とし、このように包み込み状態として形成された包み込み状物を、上下方向に所要間隔を置いて、該袋体の前記膨張によって破断され或いは該膨張に先立って破断される結束材で結束し、該袋体の下端に前記重りを連結してなることを特徴とする請求項１２又は１３記載の地中熱交換装置用の貯液槽の構築方法。
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