JP2019078522A

JP2019078522A - 地中熱交換装置

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Publication number: JP2019078522A
Application number: JP2018092278A
Authority: JP
Inventors: 悟司安本; Satoshi Yasumoto
Original assignee: Eco Planner Kk
Current assignee: Eco Planner Kk
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2038-05-11
Also published as: CA3041447A1; MY194804A; CN113503758B; EP3534102A1; WO2018079463A1; AU2017350628A1; PH12019500916A1; CN113503758A; NZ752827A; KR20190077020A; CN109073326A; EP3534102A4; JP6260977B1; JP2018071845A; US20190154307A1; RU2723470C1; US10871310B2; JP6754140B2; KR102358502B1; AU2017350628B2

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、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とを具える。該袋体５は、防水性を有していて、熱媒液を貯留させるための貯液槽を形成できる。該袋体５に前記熱媒液１１が貯留されて該袋体５が膨張した状態で、該袋体の外面部６が前記収容孔部３の内壁部１３を密着状態に覆う。前記外管１０は、前記袋体５の外面部６と前記内壁部１３との間に挟持される。【選択図】図２

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２２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の内部に注入して該可撓性袋体ｄを膨らませ、該可撓性袋体ｄを図２２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、防水性を有していて、熱媒液を貯留させるための貯液槽を形成できるものであり、該袋体に前記熱媒液が貯留され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。そして前記外管は、前記袋体の外面部と前記内壁部との間に挟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。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。袋体の外面部が収容孔部の内壁部を密着状態に覆った状態における上下の横断面図である。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と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。上管部材の雄ネジ管部を上側ネジ孔に螺合した状態を示す断面図である。コンクリート製の杭を用いて構成された地中熱交換装置を説明する縦断面図である。鋼管製の杭を用いて構成された地中熱交換装置を説明する縦断面図である。従来の地中熱交換装置を説明する断面図である。

図１〜２において本発明に係る地中熱交換装置１は、年間を通してほぼ一定温度（例えば、福井県では１５℃程度）を保つ地中熱を熱源として利用するものであり、図１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。そして該袋体５は、防水性を有していて、熱媒液１１を貯留させるための貯液槽１２を形成できるものであり、該袋体５に該熱媒液１１が貯留されて該袋体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１３を密着状態に覆うことができる如くなされている。そして、前記外管１０は、前記袋体５の外面部６と前記内壁部１３との間に挟持される如くなされている。

該地中熱交換装置１は、より具体的には図１〜２に示すように、地盤２に上下方向に設けられた前記収容孔部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前記袋体５と、該収容孔部３に収容され且つ下端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。該袋体５は、防水性を有していて、前記熱媒液１１を貯留させるための貯液槽１２を形成できるものであり、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１３を密着状態に覆うことができる。そして前記外管１０は、図１〜３に示すように、前記袋体５の前記外面部６と前記内壁部１３との間に挟持される如くなされている。

本実施例においては、図２〜３に示すように、前記外管１０は前記袋体５の該外面部６の、周方向で見た所要幅部分１４と前記収容孔部３の内壁部１３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１４を除いた残余部分１８は、前記内壁部１３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、前記のように防水性を有していて、その内部空間１６に熱媒液１１を貯留させ得る貯液槽１２を形成しできる。そして図１に示すように、該貯液槽１２の上側部分１５には、内管８が、その下端側部分１７を該貯液槽１２内の熱媒液１１に沈めた状態で配設される如くなされている。該内管８の下端１９は、地表２０から１〜２ｍ程度の深さに位置させるのがよい。該熱媒液１１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２１と前記内管８の上端２２は、図１に示すように、放熱を要する領域において放熱し又は吸熱を要する領域（以下、吸放熱領域という）２３において吸熱し得る吸放熱管部２４の一方の管部２５と他方の管部２６に、接続管部２７，２９を介して連結されている。図１においては、前記上端２１が一方の管部２５に連結され、前記上端２２が他方の管部２６に連結されている。これによって、該熱媒液１１が内部を流れる管路３０が構成されている。そして該管路３０の所要部位に、該管路３０内で熱媒液１１を循環させるためのポンプ３１が、前記接続管部２７，２９の所要部位に配設されている。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３０に設けられている。

本発明において前記吸放熱領域２３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。

前記地中熱交換装置１を構成するに際しては、図３に示すように前記収容孔部３を設ける。該収容孔部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３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１３を円筒状ケーシング３２で被覆して形成された孔部３３を示す。該円筒状ケーシング３２は、掘削によって形成された前記収容孔部３の内壁部１３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３２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３３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３５という。

このようにして形成された前記孔部３３に、図４に示すように、重り３６と前記袋体５と前記外管１０とからなる収容物３７が収容された後、図５に示すように、前記円筒状ケーシング３２を順次引き上げて除去する。

前記袋体５は本実施例においては、図５（Ｂ）に示すように、例えばポリエステル織物製のホース状を呈し、且つその内面３９が、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂等でコーティングされて防水性、耐圧性を有するものであり、硬化性樹脂からなるものではない。該袋体５の膨張した状態は、図２に示すように、該袋体５内に貯留された熱媒液１１の水圧によってだけ保持される。

従って該袋体５によるときは、該袋体５内に、図５（Ａ）に矢印で示すように、前記外管１０の上端２１からポンプで水を供給すると該袋体５が膨張し、図１に示すように、該袋体５の外面部６が前記収容孔部３の内壁部１３を密着状態に覆った状態となる。そしてこの状態で、前記外管１０は、図２に示すように、前記袋体５の外面部６と前記内壁部１３との間に挟持された状態となる。

有底筒状を呈する前記袋体５の具体的な構成は、図６に示すように、上下端が開放された筒状を呈する防水性の可撓性筒状部材４１の下端筒部４２に底部材４３が接合されると共に、該可撓性筒状部材４１の上端筒部４４に蓋部材４５が接合されている。

該底部材４３は、図７に示すように、該可撓性筒状部材４１の内部空間４６に連通する連通凹部４７を有し、該連通凹部４７に前記外管１０の下端７が連通される。該底部材４３は、より具体的には図７、図８〜９に示すように、上部材４９と下部材５０とからなり、該上部材４９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５１が設けられている。そして、その外周面部５２の上側部分５３には、図８に示すように、固定用周溝５５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５６は、該外周面部５２に雄ネジ部５７が設けられてなる雄ネジ筒部５９とされている。該上部材４９は、図７に示すように、前記可撓性筒状部材４１の下端筒部４２に挿入されて、該下端筒部４２に巻回されたバンド部材６１によって前記固定用周溝５５，５５，５５で締め付けられることにより、該下端筒部４２に連結されている。

又前記下部材５０は、図７、図８〜９に示すように、前記連通孔５１に連通し得る有底孔部６２が設けられており、該有底孔部６２に連通するように連通管６３が設けられている。そして図７に示すように、該連通管６３に設けられている上向き突出の連結管部６５が前記外管１０の下端７に連結される。又前記下部材５０は、本実施例においては例えばステンレス製とされ、図７〜８に示すように、上側部分が、前記雄ネジ筒部５９と螺合し得る、内径が３０ｍｍ程度の雌ネジ筒部６６とされた円筒状部６７を有している。該円筒状部６７の一側部６９は、その上端７０からその下端７１に向けて拡径された拡径部７２とされ、該拡径部７２の下端開放部７３が底板部７５で閉塞されている。そして図７に示すように、該拡径部７２の中間高さ部位に設けた連通口７６に、上方に向けて突出する前記連通管６３の前記下端７９が連設されており、該連通管部６３の前記連結管部６５は、前記外管１０の下端部分に設けた連結雄ネジ筒部８０と螺合し得る連結雌ネジ筒部８１（前記連結管部６５）とされている。図７は、該連結雌ネジ筒部８１に該連結雄ネジ筒部８０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７５の下面８２は、図７に示すように、下方に向けて凸の円弧面８３とされ、該底板部７５の外周縁部分は、前記下端開放部７３（図７）の周縁の外方に突出する鍔部８５とされている。該鍔部８５は、前記上部材４９の外周面の外方に突出する拡大保護部８６を構成しており、該下面８２の中央部には、重り３６を吊下するための係止孔８９が設けられた係止片９０が突設されており、該係止孔８９は、前記上部材４９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３６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６６に前記雄ネジ筒部５９を螺合し締め付けることによって、図７、図９に示すように、前記上部材４９と前記下部材５０とが連結一体化されて前記底部材４３が構成されている。

前記蓋部材４５は、図６、図１０〜１１に示すように、中心軸線に沿って円形状の貫通孔９１が貫設されてなる合成樹脂の円柱状部材９２を用いて構成されている。該円柱状部材９２の外径は１５０ｍｍ程度に設定され、内径が３０ｍｍ程度の貫通孔９１が設けられ、図１０〜１１に示すように、その外周面部９５の上下には、周方向に連続する固定用溝部９６，９６が設けられている。

前記貫通孔９１はネジ孔９７とされており、その上側部分である上側ネジ孔９９とその下側部分である下側ネジ孔１００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９７の該上側ネジ孔９９には、栓体１０１のネジ軸部１０２を螺合し締め付けることによって該貫通孔９１の上端開放部１０５が閉蓋されるようになされている。

前記内管８は、本実施例においては図１、図１２に示すように、上管部材１０６と下管部材１０７とに二分割されており、該上管部材１０６の下側部分をなす雄ネジ管部１０９を前記上側ネジ孔９９に螺合する一方、前記下管部材１０７の上側部分をなす雄ネジ管部１１０を前記下側ネジ孔１００に螺合することによって、該内管８（図１）が前記蓋部材４５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１３に示すように、該下管部材１０７を、該蓋部材４５を前記上端筒部４４（図６（Ａ））に連結するに先立って該蓋部材４５に取り付けておく。その後、該下管部材１０７が取り付けられてなる該蓋部材４５は、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、前記上端筒部４４に挿入されて、該上端筒部４４に巻回されたバンド部材１１１によって前記固定用溝部９６，９６（図１１）で締め付けられることにより、該上端筒部４４に連結されている。

前記外管１０は本実施例においては図１４に示すように、アルミニウム製パイプ１１２を芯管とし、その内面１１３と外面１１５を例えばポリエチレン樹脂で被覆してなる管体１１６を用いてなり、その内径は例えば２５ｍｍ程度であり、その外径は例えば３０ｍｍ程度である。該外管１０は、該アルミニウム製パイプ１１２を芯管とする管体１１６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８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８０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１２を構築するに際しては、図４に示すように、前記係止孔８９に前記重り３６を吊下した状態で、該重り３６と前記袋体５と前記外管１０とからなる収容物３７を前記収容孔部３（本実施例においては前記孔部３３）内に下ろす。本実施例においては図７に示すように、前記係止孔８９を、前記上部材４９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３７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３７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を同時に引き出しながら、例えば図１５、図１６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１１８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８５の外方に突出しないようになし得る。該包み込み状物１１８は、前記袋体５の後述の膨張によって破断される結束材１１９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１１９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１１９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１１８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１１８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１１９で結束されてなる包み込み状物１１８を、前記重り３６の自重を利用して、前記収容孔部３の上端１２０（図４）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１１８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１１８を、その伸びを抑制して下降させることができる。

そして該収容物３７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３３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３２（図４）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３２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５は、前記円筒状ケーシング３２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３２が引き上げられた後の前記内壁部１３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１３の崩れが抑制されている。

この状態で図１７（Ａ）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１０１（図１１）を前記円柱状部材９２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１０５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３５が、図１７（Ａ）に矢印Ｆ１で示すように、該収容孔部３の上端１２０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、前記貫通孔９１の前記上端開放部１０５を、前記栓体１０１を前記上側ネジ孔９９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１８（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１３に密着状態となる。この状態は、防水性を有する前記袋体５を以て形成された貯液槽１２に熱媒液１１が貯留された状態であり、該袋体５の外面部６が前記収容孔部３の前記内壁部１３を密着状態に覆った状態である。

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１１９（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２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１３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、図２、図１８（Ｂ）に示すように、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１３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１２１が該袋体５の前記外面部６の、周方向で見た所要幅部分１４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１４を除いた残余部分１８は前記内壁部１３を密着状態に覆った状態となる。

その後、図１９に示すように、前記栓体１０１（図１１）を取り外して後、前記上管部材１０６の前記雄ネジ管部１１０を前記上側ネジ孔９９（図１２）に螺合する。

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１２の上部に、該貯液槽１２内の熱媒液１１の膨張を考慮してその膨張を吸収するための空気層１２５が設けられている。該空気層１２５の容積は、例えば夏期において熱媒液１１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１２の破裂を防止でき、又、前記蓋部材４５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１２の上部に５０〜１００ｃｍ程度の上下長さで空気層１２５を設けることとしている。なお、このように貯液槽１２の上部に設ける空気層１２５は、前記熱媒液１１が、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１２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３１の駆動によって、前記吸放熱管部２４を通過する過程で融雪のために冷却された熱媒液１１を前記外管１０の下端７から前記貯液槽１２に流入させる。これと同時に、前記内管８の下端１９から前記熱媒液１１を前記吸放熱管部２４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１２に流入する熱媒液１１は、該貯液槽１２内に貯留されている熱媒液１１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１２６から該貯液槽１２内の熱媒液への熱移動が生じているため、該貯液槽１２内の熱媒液１１は徐々に加温される。

そして図２に示すように、該貯液槽１２を構成する前記可撓性筒状部材４１の外面部１２７の前記残余部分１２９が前記内壁部１３に密着状態にあることから、周辺の地中１２６から前記貯液槽１２内の熱媒液１１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１３と接触しているため、地中１２６から、該外管１０内の熱媒液１１への熱移動が生じて該外管１０内の熱媒液１１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１２内には存在しないため、該貯液槽１２内の熱媒液１１から該外管１０内の熱媒液１１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１２内に存すると、該貯液槽１２内の上部に集まっているより温かい熱媒液１１から該外管１０内の熱媒液１１に向けての熱移動が生じて該上部の熱媒液１１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が前記袋体５の外面部６に部分的に接触してはいるが、該袋体５や該外管１０の壁部１３０（図２）が断熱性を有するために、前記貯液槽１２内の熱媒液１１から該外管１０内の熱媒液１１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１１を前記内管８の下端１９で吸引する如くなし、該下端１９を前記貯液槽１２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１２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１２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３１の駆動によって、前記吸放熱管部２４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１１を、前記内管８の下端１９から前記貯液槽１２に流入させる。前記内管８の下端１９から前記貯液槽１２内に流入する熱媒液１１は、該貯液槽１２内に貯留されている熱媒液１１の温度を上昇させることになるが、前記貯液槽１２内の熱媒液１１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１２内の熱媒液１１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１２の下部に集まっているので、前記外管１０の下端７から、この冷たい熱媒液が、前記吸放熱管部２４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１２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１２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１２内に存すると、該貯液槽１２内の熱媒液１１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１１から該外管１０内を上昇するより冷たい熱媒液１１に向けての熱移動が生じて、該外管１０内の熱媒液１１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１８（Ｂ）に示すように、前記内壁部１３が凹凸面状を呈することから前記可撓性筒状部材４１の内周面１３２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１２内に流入した熱媒液１７が上方に移動する際や、前記内管８から貯液槽１２内に流入した熱媒液が下方に移動する際に、該凹凸１３ａ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１２内の熱媒液１１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２０に部分断面図を示すように、上下方向に孔部１３３を有するコンクリート製の杭１３５の該孔部１３３を以て構成してもよい。或いは、例えば図２１に部分断面図を示すように、上下方向に孔部１３３を有する鋼管製の杭１３６の該孔部１３３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１３３（収容孔部３）の内周面１３７を前記した袋体５で被覆された状態とする。図２０、図２１において、前記外管１０は前記実施例１、前記実施例２におけると同様に配設されている。この場合は、該孔部１３３が平滑面であるため、前記袋体５の内周面１３８は平滑面を呈する。このようにしてコンクリート製の杭１３５や鋼管製の杭１３６の内面を前記袋体５で被覆する結果、特にコンクリート製の杭１３５の場合は、該杭１３５の孔部１３３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１３６の場合は該孔部１３３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３２やベントナイトを用いる必要がない。

(3) 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。

(4) 構成された前記袋体５の内周面１３８（図７、図２０、図２１）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１２内に流入して上昇する熱媒液や、前記内管１６から貯液槽１２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１２内の熱媒液１１を前記袋体５の内周面１３７（図７、図２０、図２１）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１２内の熱媒液１２への地中熱の移動効率を向上させることができる。

(5) 前記下部材５０の上部分が前記上部材４９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４３が構成されることもある。

(6) 前記底部分４３は、樹脂等で一体成形されてもよい。

(7) 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１３を密着状態に覆うとは、該外面部６の全体が該内壁部１３に面状に当接した状態で該内壁部１３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１３を覆う場合を含むものである。

(8) 前記包み込み状物１１８を所要に結束してなる前記結束材１１９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１１８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１１８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。

１地中熱交換装置
２地盤
３収容孔部
５袋体
８内管
１０外管
１１熱媒液
１２貯液槽
１３内壁部
１６内部空間
１７下端側部分
１８残余部分

Claims

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、防水性を有していて、熱媒液を貯留させるための貯液槽を形成できるものであり、該袋体に前記熱媒液が貯留され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、
前記外管は、前記袋体の外面部と前記内壁部との間に挟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。