特許 5659742 地中熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5659742

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年1月28日

(54)【発明の名称】地中熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28D 21/00 20060101AFI20150108BHJP

   F28D 7/12 20060101ALI20150108BHJP

   F24J 3/08 20060101ALI20150108BHJP

   E21B 43/00 20060101ALI20150108BHJP

【ＦＩ】

   F28D21/00 Z

   F28D7/12

   F24J3/08

   E21B43/00 C

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2010-268454(P2010-268454)

(22)【出願日】2010年12月1日

(65)【公開番号】特開2012-117758(P2012-117758A)

(43)【公開日】2012年6月21日

【審査請求日】2013年11月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】一色国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】金子 正

(72)【発明者】

【氏名】毎田 泰之

(72)【発明者】

【氏名】三小田 憲司

【審査官】 柿沼 善一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０６９５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１０８３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９２１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０１３８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００５８２２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ２１／００

Ｅ２１Ｂ ４３／００

Ｆ２４Ｊ ３／０８

Ｆ２８Ｄ ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤との間で熱交換を行う地中熱交換器であって、
地盤の掘削孔内に配される可撓性の熱可塑性樹脂製コルゲート管と、
前記コルゲート管内に熱媒体を吐出する吐出口と、
前記地盤と熱交換した前記熱媒体を前記コルゲート管から排出する排出口と、
前記コルゲート管の一方の管端部に接続部を介して接続されることにより、前記管端部を封止する熱可塑性樹脂製キャップ部材と、を有し、
前記接続部は、前記管端部と、前記キャップ部材における前記管端部に当接すべき部分との両者が、互いに溶融状態で当接されて形成された融着接合部であり、
前記コルゲート管の他方の管端部には、一端部にフランジ継ぎ手部を一体に有する熱可塑性樹脂製の第２管部材が、接続部を介して接続されており、
前記接続部は、前記第２管部材における他端部及び前記コルゲート管の前記他方の管端部の両者が、互いに溶融状態で当接されて形成された融着接合部であり、
前記フランジ継ぎ手部に固定されて前記第２管部材の前記一端部の開口を封止するフランジ板には、前記吐出口用のホース部材及び前記排出口用のホース部材が装着されていることを特徴とする地中熱交換器。

【請求項2】

請求項１に記載の地中熱交換器であって、
前記フランジ板は、前記フランジ継ぎ手部のフランジ面に面接触されており、
前記フランジ板は、前記吐出口用のホース部材及び前記排出口用のホース部材をそれぞれ通すための貫通孔が形成されており、
各前記貫通孔の内周面には水密部材が設けられており、
前記吐出口用のホース部材及び前記排出口用のホース部材は、前記水密部材により水密状態で前記第２管部材に装着されていることを特徴とする地中熱交換器。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の地中熱交換器であって、
前記キャップ部材は、円筒部と底部とを有し、
前記円筒部が、前記コルゲート管の前記一方の管端部に前記接続部を介して同軸に接続されていることを特徴とする地中熱交換器。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れかに記載の地中熱交換器であって、
前記コルゲート管を構成する熱可塑性樹脂と、前記キャップ部材を構成する熱可塑性樹脂とは、互いに同素材であることを特徴とする地中熱交換器。

【請求項5】

請求項１乃至４の何れかに記載の地中熱交換器であって、
前記キャップ部材は、現場搬入よりも前に、予め前記コルゲート管の前記一方の管端部に融着接合されていることを特徴とする地中熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤との間で熱交換を行う地中熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

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

【0003】

その一例として、特許文献１には二重管構造の地中熱交換器が示されている。すなわち、図１Ａの概略縦断面図に示すように、この地中熱交換器１２１は、地盤Ｇに鉛直に埋設される外筒としての鋼管１３１と、鋼管１３１内に配置された内筒としての管部材１４１と、を有している。そして、鋼管１３１の上端部に設けられた吐出口１３１ａから鋼管１３１内に吐出された熱媒体２６を、管部材１４１の下端部の排出口１４１ａから取り出すことにより、地盤Ｇとの間で熱交換後の熱媒体２６をヒートポンプ等へ送出するようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−１３８２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、地中での熱交換効率を高めるべく、図１Ｂの概略縦断面図に示すように、外筒として、外形形状が波形のコルゲート管（corrugated pipe：波形管）３１を用いることが考えられる。また、樹脂製のコルゲート管３１を用いれば、その軽量且つ可撓性から現場搬入や掘削孔２３への建て込みを行い易く、施工性の大幅な改善を期待できる。

【0006】

一方、かかるコルゲート管３１の上下の管端部３１ａ，３１ｂの開口を封止する封止構造の一例としては、コルゲート管３１の各管端部３１ａ，３１ｂに、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合）樹脂等のホットメルト系樹脂を密実に充填封止して、これを封止栓１３３ａ，１３３ｂとすることが考えられる。

【0007】

ここで、施工後の地中熱交換器の運転中には、熱交換後の熱媒体２６をヒートポンプへ圧送等する関係上、コルゲート管３１内の熱媒体２６の圧力は、例えば０．３〜０．７ＭＰａの高圧になる。そのため、運転中のコルゲート管３１には、この圧力が作用して、管径方向に膨張などの弾性変形をする。

【0008】

しかしながら、この弾性変形に、硬化した上記ＥＶＡ樹脂製の封止栓１３３ａ，１３３ｂが追随できずに、コルゲート管３１の内周面３１ｄと封止栓１３３ａ，１３３ｂの外周面１３３ａｃ，１３３ｂｃとの間で互いの密着が外れて隙間Ｓａ，Ｓｂを生じ、そこから熱媒体２６が漏出する危険があった（図１Ｂ中の拡大図を参照）。

【0009】

また、上記の密着の外れは徐々に進行するとも考えられ、その場合には、加減圧の繰り返しにより進行が早まるが、この点につき、地中熱交換器の一般的な運転パターンとしては、起動／停止の繰り返しが想定されるため、この密着の外れは、地中熱交換器においては起き易いことであった。

【0010】

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、運転中の地中熱交換器において、その外筒として使用されるコルゲート管の管端部からの熱媒体の漏出を防止することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、
地盤との間で熱交換を行う地中熱交換器であって、
地盤の掘削孔内に配される可撓性の熱可塑性樹脂製コルゲート管と、
前記コルゲート管内に熱媒体を吐出する吐出口と、
前記地盤と熱交換した前記熱媒体を前記コルゲート管から排出する排出口と、
前記コルゲート管の一方の管端部に接続部を介して接続されることにより、前記管端部を封止する熱可塑性樹脂製キャップ部材と、を有し、
前記接続部は、前記管端部と、前記キャップ部材における前記管端部に当接すべき部分との両者が、互いに溶融状態で当接されて形成された融着接合部であり、
前記コルゲート管の他方の管端部には、一端部にフランジ継ぎ手部を一体に有する熱可塑性樹脂製の第２管部材が、接続部を介して接続されており、
前記接続部は、前記第２管部材における他端部及び前記コルゲート管の前記他方の管端部の両者が、互いに溶融状態で当接されて形成された融着接合部であり、
前記フランジ継ぎ手部に固定されて前記第２管部材の前記一端部の開口を封止するフランジ板には、前記吐出口用のホース部材及び前記排出口用のホース部材が装着されていることを特徴とする。

【0012】

上記請求項１に示す発明によれば、上記融着接合部を介してキャップ部材はコルゲート管の管端部に一体に取り付けられる。ここで、融着接合部は、コルゲート管の母材と、キャップ部材の母材とが互いに溶け合って固化したものであり、一体不可分の状態になっている。よって、高い強度を有し得て、これにより、融着接合部は、地中熱交換器の運転時に作用し得る熱媒体の圧力に破断無く耐えることができる。
また、融着接合部は、高い強度を有しつつコルゲート管の定常部やキャップ部材の定常部との両者に対して一体に連続しているので、コルゲート管内の熱媒体の圧力の作用によってコルゲート管が膨張などの変形をしても、当該融着接合部を介して膨張に係る力が、その近傍のキャップ部材の部分に伝達されて、当該部分も追随して速やかに変形可能である。よって、コルゲート管とキャップ部材との間に隙間が生じるようなこともない。
以上のことから、コルゲート管の一方の管端部からの熱媒体の漏出を防止可能となる。

【0014】

また、上記融着接合部を介して第２管部材は、コルゲート管の管端部に一体に取り付けられる。ここで、融着接合部は、コルゲート管の母材と、第２管部材の母材とが互いに溶け合って固化したものであり、一体不可分の状態になっている。よって、高い強度を有し得て、これにより、融着接合部は、地中熱交換器の運転時に作用し得る熱媒体の圧力に破断無く耐えることができる。
また、融着接合部は、高い強度を有しつつコルゲート管の定常部や第２管部材の定常部との両者に対して一体に連続しているので、コルゲート管内の熱媒体の圧力の作用によってコルゲート管が膨張などの変形をしても、当該融着接合部を介して膨張に係る力が、その近傍の第２管部材の部分に伝達されて、当該部分も追随して速やかに変形可能であり、もって、コルゲート管と第２管部材との間に隙間が生じることも無い。
以上のことから、コルゲート管の他方の管端部からの熱媒体の漏出を防止可能となる。

【0015】

更に、第２管部材は、フランジ継ぎ手部を一体に有しており、フランジ継ぎ手部には、吐出口用のホース部材及び排出口用のホース部材が装着されたフランジ板が固定されている。よって、フランジ継ぎ手部とフランジ板との所謂フランジ接合に基づいて高い密閉性で、これら吐出口用のホース部材及び排出口用のホース部材をコルゲート管に取り付け可能となる。

【0016】

請求項２に示す発明は、請求項１に記載の地中熱交換器であって、
前記フランジ板は、前記フランジ継ぎ手部のフランジ面に面接触されており、
前記フランジ板は、前記吐出口用のホース部材及び前記排出口用のホース部材をそれぞれ通すための貫通孔が形成されており、
各前記貫通孔の内周面には水密部材が設けられており、
前記吐出口用のホース部材及び前記排出口用のホース部材は、前記水密部材により水密状態で前記第２管部材に装着されていることを特徴とする。
請求項３に示す発明は、請求項１又は２に記載の地中熱交換器であって、
前記キャップ部材は、円筒部と底部とを有し、
前記円筒部が、前記コルゲート管の前記一方の管端部に前記接続部を介して同軸に接続されていることを特徴とする。

【0017】

上記請求項３に示す発明によれば、コルゲート管と接続部を介して接続されているキャップ部材の部分は、円筒部なので、コルゲート管内の熱媒体の圧力の作用によってコルゲート管が管径方向に膨張などの変形をした場合に、当該キャップ部材の円筒部も熱媒体から同様の管径方向の圧力を受けて、コルゲート管の変形と連動して膨張などの変形をする。よって、コルゲート管とキャップ部材との変形差は抑えられて、接続部たる融着接合部に作用し得る変形差起因の応力の軽減を図れ、当該融着接合部での破断は有効に防止される。

【0018】

請求項４に示す発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の地中熱交換器であって、
前記コルゲート管を構成する熱可塑性樹脂と、前記キャップ部材を構成する熱可塑性樹脂とは、互いに同素材であることを特徴とする。

【0019】

上記請求項４に示す発明によれば、コルゲート管及びキャップ部材に係る熱可塑性樹脂同士が互いに同素材であることから、融着接合部は、コルゲート管やキャップ部材の母材と成分系はほぼ同一となり、もって、母材並の高い強度を有する。これにより、融着接合部の強度を格段に高めることができる。

【0020】

請求項５に示す発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の地中熱交換器であって、
前記キャップ部材は、現場搬入よりも前に、予め前記コルゲート管の前記一方の管端部に融着接合されていることを特徴とする。

【0021】

上記請求項５に示す発明によれば、現場搬入よりも前に、予めコルゲート管にキャップ部材は融着接合されている。よって、施工現場でコルゲート管にキャップ部材を取り付けずに済み、そして、他の施工条件が許せば、現場搬入後に直ちに掘削孔へ建て込むこともできて、工期短縮を図れる。また、融着接合用の専用装置が装備された工場等において、効率良く且つ正確に融着接合処置を行うこともできて、その結果、高品質且つ安価な地中熱交換器を提供可能となる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、運転中の地中熱交換器において、その外筒として使用されるコルゲート管の管端部からの熱媒体の漏出を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１Ａは、従来の二重管構造の地中熱交換器１２１の概略縦断面図であり、図１Ｂは、参考例の地中熱交換器であって、外筒にコルゲート管３１を用いた地中熱交換器の概略縦断面図である。

【図2】本実施形態に係る地中熱交換器２１を用いた地中熱利用システム１１の説明図である。

【図3】本実施形態に係る地中熱交換器２１の概略縦断面図である。

【図4】図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、冬場及び夏場での運転例を示す地中熱交換器２１の概略縦断面図である。

【図5】地中熱交換器２１の外筒に用いられるコルゲート管３１の斜視図である。

【図6】図６Ａ乃至図６Ｄは、融着接合装置による融着接合処理の様子を示す概略側面図である。

【図7】図７Ａは、炭化ケイ素の長粒物２７ａを含有した充填材２７の説明図であり、図７Ｂは、その比較例たる球形状の炭化ケイ素を含有した充填材２７の説明図であり、図７Ｃは、図７Ａの長粒物２７ａが充填材２７内に形成する高熱伝導率の伝熱経路（ヒートブリッジ）の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

＝＝＝本実施形態＝＝＝
図２は、本実施形態に係る地中熱交換器２１を用いた地中熱利用システム１１の説明図である。図３は、一部を側面視で示す地中熱交換器２１の概略縦断面図である。また、図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、冬場及び夏場での運転例を示す地中熱交換器２１の概略縦断面図である。図５は、地中熱交換器２１の外筒に用いられるコルゲート管３１の斜視図である。

【0025】

図２に示すように、この地中熱利用システム１１は、地盤Ｇとの間で熱交換を行う地中熱交換器２１と、地中熱交換器２１の熱媒体２６からの熱を利用して建物１の暖房のための温水や冷房のための冷水を生成するヒートポンプ１５と、を有する。なお、ヒートポンプ１５の構成は周知なので、その説明は省略する。

【0026】

図３に示すように、この地中熱交換器２１は、ボアホール方式の二重管型である。すなわち、地盤Ｇに鉛直に形成された掘削孔としての竪孔２３と、竪孔２３に鉛直方向に沿って挿入された外筒としてのコルゲート管３１と、コルゲート管３１内に配置された第１内筒としての第１ホース部材４１と、同コルゲート管３１内に配置された第２内筒としての第２ホース部材４５と、竪孔２３とコルゲート管３１との間の空間ＳＰ２３に充填される充填材２７と、を有している。

【0027】

そして、例えば、冬場には、図４Ａに示すように、ヒートポンプ１５から第１ホース部材４１を経由して、水又は不凍液等の熱媒体２６が送られて、当該熱媒体２６は、コルゲート管３１の下端部３１ａに設けられた第１ホース部材４１の管端開口４１ｅ（「吐出口」に相当）から、コルゲート管３１内に吐出される。すると、当該熱媒体２６は、コルゲート管３１内において地盤Ｇの地中熱により暖められて自然対流に基づきコルゲート管３１内を上方へ移動し、しかる後に、コルゲート管３１の上端部３１ｂに設けられた第２ホース部材４５の管端開口４５ｅ（「排出口」に相当）から該第２ホース部材４５内へ流入しヒートポンプ１５へ向けて送出される。そして、ヒートポンプ１５にて温水生成に供される。

【0028】

他方、夏場の熱媒体２６の流れ方向は、上述の逆となる。すなわち、図４Ｂに示すように、ヒートポンプ１５から第２ホース部材４５を経由して熱媒体２６が送られて、当該熱媒体２６は、コルゲート管３１内の上端部３１ｂに設けられた上記第２ホース部材４５の管端開口４５ｅ（「吐出口」に相当）からコルゲート管３１内に吐出される。そして、当該熱媒体２６は、コルゲート管３１内において地盤Ｇの地中熱により冷やされて自然対流に基づきコルゲート管３１内を下方へ移動し、しかる後に、コルゲート管３１の下端部３１ａに設けられた第１ホース部材４１の前記管端開口４１ｅ（「排出口」に相当）から第１ホース部材４１内へ流入しヒートポンプ１５へ向けて送出される。そして、ヒートポンプ１５にて冷水生成に供される。

【0029】

以下、地中熱交換器２１に係る各構成要素２３，３１，４１，４５，２７について詳細に説明する。

【0030】

（１）竪孔２３
図３に示すように、竪孔２３は、ボーリング掘削機により地面にほぼ垂直に掘削された孔であり、その直径は１００〜２００ｍｍ、深さは３０〜１５０ｍである。

【0031】

（２）コルゲート管３１
コルゲート管３１は、熱可塑性樹脂の一例としての高密度ポリエチレン製（密度が、９５０ｋｇ／ｍ^３のポリエチレン）であって、その管壁部が、図３及び図５に示すような波形形状の管部材である。この波形形状は、コルゲート管３１の管軸Ｃ３１を中心軸とする螺旋形であり、また、管壁部の厚み（壁厚）は全長に亘りほぼ一定厚みである。よって、コルゲート管３１の外周面３１ｃ及び内周面３１ｄのどちらの面も、略同形の螺旋波形形状になっている。より詳しくは、図３に示すように、外周面３１ｃの螺旋波形形状に係る山部と内周面３１ｄの螺旋波形形状に係る谷部、若しくは外周面３１ｃの螺旋波形形状に係る谷部と内周面３１ｄの螺旋波形形状に係る山部とは、互いに壁厚方向に隣り合わせで位置している。

【0032】

そして、このような螺旋波形形状により、管壁部の外周面３１ｃ及び内周面３１ｄの表面積は拡大されているので、地盤Ｇとコルゲート管３１内の熱媒体２６との間の熱交換効率は格段に高められている。

【0033】

コルゲート管３１の下端部３１ａ（「一方の管端部」に相当）には、この下端部３１ａの管端開口３１ｅｄを水密に封止するキャップ部材３３が、接続部３２を介して一体に設けられている。これにより、コルゲート管３１内の熱媒体２６の前記管端開口３１ｅｄから地盤Ｇへの漏出が防止される。

【0034】

詳しくは、キャップ部材３３は、熱可塑性樹脂の一例としての高密度ポリエチレン製の一体成型部材であり、円筒部３３ａと、この円筒部３３ａから同軸且つ一体に管軸方向Ｃ３３の下方に延出した略裁頭円錐状の底部３３ｂとを有した閉鎖形状部材である。そして、円筒部３３ａの上端縁部３３ａｅｕが、コルゲート管３１の下端部３１ａにおける縁部３１ｅｄに、互いの管軸Ｃ３１，Ｃ３３を略同軸に揃えつつ突き合わされて、上記接続部３２を介して接続されており、つまり、これら上端縁部３３ａｅｕと下端部３１ａにおける縁部３１ｅｄとの間に、上述の接続部３２が形成されている。

【0035】

この接続部３２は、コルゲート管３１の下端部３１ａの縁部３１ｅｄと、キャップ部材３３の上端縁部３３ａｅｕ（当接すべき部分に相当）との両者が、互いに溶融状態で突き合わされて全周に亘り接合された融着接合部３２である。すなわち、当該融着接合部３２は、コルゲート管３１の母材たる高密度ポリエチレンと、キャップ部材３３の母材たる高密度ポリエチレンとが互いに溶け合って固化したものであり、母材とほぼ同種の成分系で一体不可分な状態になっている。よって、コルゲート管３１の母材部分たる定常部やキャップ部材３３の母材部分たる定常部とほぼ同等の強度を有し、これにより、融着接合部３２は、地中熱交換器２１の運転時に作用し得る熱媒体２６の圧力に破断無く耐えることができる。

【0036】

また、融着接合部３２は、上述のように母材並の強度を有しつつ、コルゲート管３１の定常部やキャップ部材３３の定常部との両者に対して一体に連続しているので、コルゲート管３１内の熱媒体２６の圧力の作用によってコルゲート管３１が膨張などの変形をしても、当該融着接合部３２を通じて上記膨張に係る力が、その近傍のキャップ部材３３の部分に伝達されて、当該部分も追随して速やかに変形する。更に、上記の「その近傍のキャップ部材３３の部分」というのは、円筒部３３ａであるので、熱媒体２６から上述と同種の圧力を管径方向に受けて、コルゲート管３１と連動して膨張などの変形をする。よって、コルゲート管３１とキャップ部材３３との変形差は抑えられて、接続部３２たる融着接合部３２に作用し得る変形差起因の応力の軽減を図れ、当該融着接合部３２での破断は有効に防止される。その結果、コルゲート管３１の下端部３１ａからの熱媒体２６の漏出は確実に防止される。

【0037】

一方、コルゲート管３１の上端部３１ｂ（「他方の管端部」に相当）には、この上端部３１ｂの管端開口３１ｅｕを封止しつつ前述の第１ホース部材４１や第２ホース部材４５を装着する目的で、鍔状のフランジ継ぎ手部３５ｆを有した略円筒体状の管継ぎ手部材３５（「第２管部材」に相当）が、上述と同種の接続部３４を介して接続されている。つまり、この接続部３４も融着接合部３４であり、当該融着接合部３４は、コルゲート管３１の上端部３１ｂの縁部３１ｅｕと管継ぎ手部材３５の下端縁部３５ｅｄとの両者が互いに溶融状態で全周に亘り突き合わされて形成されている。

【0038】

より詳しくは、管継ぎ手部材３５は、熱可塑性樹脂の一例としての高密度ポリエチレン製であるため、融着接合部３４は、コルゲート管３１の母材たる高密度ポリエチレンと、管継ぎ手部材３５の母材たる高密度ポリエチレンとが互いに溶け合って固化して形成されている。よって、融着接合部３４は、母材とほぼ同種の成分系で一体不可分な状態になっており、コルゲート管３１の母材部分たる定常部や管継ぎ手部材３５の母材部分たる定常部とほぼ同等の強度を有する。これにより、この融着接合部３４も、地中熱交換器２１の運転時に作用し得る熱媒体２６の圧力に破断無く耐えることができる。

【0039】

また、融着接合部３４は、上述のように母材並の強度を有しつつ、コルゲート管３１の定常部や管継ぎ手部材３５の定常部との両者に対して一体に連続しているので、コルゲート管３１内の熱媒体２６の圧力の作用によってコルゲート管３１が膨張などの変形をしても、当該融着接合部３４を通じて上記膨張に係る力が、その近傍の管継ぎ手部材３５の部分に伝達されて、当該部分も追随して変形する。更に、上記の「その近傍の管継ぎ手部材３５の部分」というのは、略円筒体状の部分であるので、熱媒体２６から上述と同種の圧力を管径方向に受けて、コルゲート管３１と連動して膨張などの変形をする。よって、コルゲート管３１と管継ぎ手部材３５との変形差は抑えられて、接続部３４たる融着接合部３４に作用し得る変形差起因の応力の軽減を図れ、当該融着接合部３４での破断は有効に防止される。その結果、コルゲート管３１の上端部３１ｂからの熱媒体２６の漏出は確実に防止される。

【0040】

他方、この管継ぎ手部材３５が上端縁部３５ｅｕに備えるフランジ継ぎ手部３５ｆのフランジ面には、フランジ板３６が面接触状態でボルト止めされ、これにより、管継ぎ手部材３５の上端縁部３５ｅｕの開口は閉塞されている。また、このフランジ板３６には、第１ホース部材４１及び第２ホース部材４５を通すための貫通孔３６ｈ，３６ｈが板厚方向（上下方向）に沿って形成されているが、各貫通孔３６ｈの内周面には、水密部材の一例としてパッキン３６ｐが設けられており、これにより、第１ホース部材４１及び第２ホース部材４５は、水密状態で管継ぎ手部材３５に装着されている。よって、当該管継ぎ手部材３５を含め、コルゲート管３１の上端部３１ｂからの熱媒体２６の漏出は確実に防止される。

【0041】

このようなキャップ部材３３や管継ぎ手部材３５をコルゲート管３１に融着接合する融着接合処理は、例えば、地中熱交換器２１の設置場所たる施工現場ではなく、専用の融着接合装置が装備された工場等で事前になされ、しかる後に、コルゲート管３１はキャップ部材３３や管継ぎ手部材３５と一体となった状態でコイル状に巻き取られて、現場搬入される。

【0042】

よって、この場合には、施工現場では、キャップ部材３３や管継ぎ手部材３５の取り付け作業を行わずに済み、工期短縮を図れる。また、融着接合処理を、専用の融着接合装置により正確且つ効率良く行うこともできるので、高品質且つ安価な地中熱交換器を提供可能となる。

【0043】

図６Ａ乃至図６Ｄは、かかる融着接合装置による融着接合処理の様子を示す概略側面図である。

【0044】

融着接合装置は、図６Ａに示すように、コルゲート管３１を把持等して保持する第１保持部９１と、キャップ部材３３を把持等して保持する第２保持部９３と、を有する。そして、第１保持部９１と第２保持部９３とは、コルゲート管３１及びキャップ部材３のうちの各々対応する部材３１，３３を保持した状態において、コルゲート管３１の管軸方向Ｃ３１とキャップ部材３３の管軸方向Ｃ３３とが互いに同軸に揃うような位置関係で配置されており、更には、第１保持部９１及び第２保持部９３のどちらも、適宜なガイドレール９５によって管軸方向Ｃ３１，Ｃ３３に往復移動可能に案内されている。

【0045】

また、図６Ａに示すような準備状態、つまり、コルゲート管３１の融着接合対象部たる管端面３１ｅｄと、キャップ部材３３の融着接合対象部たる管端面３３ａｅｕとの両者が、互いの間に間隔Ｄをもって対向した準備状態において、当該間隔Ｄの内側に挿抜可能な位置に、板状のヒーター部材９７が設置されている。そして、このヒーター部材９７の両側の板面９７ａ，９７ａが加熱面であるが、これら加熱面９７ａ，９７ａの法線方向が上記管軸方向Ｃ３１，Ｃ３３を向くように当該ヒーター部材９７は配されている。

【0046】

よって、かかる構成の融着接合装置によれば、次のようにしてコルゲート管３１とキャップ部材３５との両者を、互いの管端面３１ｅｄ，３３ａｅｕ同士を突き合わされた状態で融着接合することができる。

【0047】

先ず、図６Ａに二点鎖線で示すように、上述の間隔Ｄにヒーター部材９７を挿入する。そして、図６Ｂに示すように、ヒーター部材９７の対応する加熱面９７ａ，９７ａへ向けて、コルゲート管３１及びキャップ部材３３の両者をそれぞれ管軸方向Ｃ３１，Ｃ３３に沿って移動し、加熱対象の管端面３１ｅｄ，３３ａｅｕをヒーター部材９７の各加熱面９７ａ，９７ａに面接触状態で当接させて加熱する。

【0048】

ここで、加熱面９７ａの設定温度は、加熱対象のコルゲート管３１の融点及びキャップ部材３３の融点うちで高い方の融点よりも高い温度に設定されている。これにより、コルゲート管３１及びキャップ部材３３の両者を確実に融解（溶融）させることができる。この例では、コルゲート管３１及びキャップ部材３３の両者とも、高密度ポリエチレンを素材としているので、加熱面９７ａの設定温度は、高密度ポリエチレンの融点たる１３１℃よりも高い温度の例えば２８０℃に設定されている。

【0049】

そして、所定時間経過後に、コルゲート管３１及びキャップ部材３３の管端面３１ｅｄ，３３ａｅｕが融解したら、図６Ｃに示すように、第１保持部９１及び第２保持部９３を管軸方向Ｃ３１，Ｃ３３に沿ってヒーター部材９７から後退させ、これにより、当該ヒーター部材９７の加熱面９７ａ，９７ａからコルゲート管３１及びキャップ部材３３を離す。そして、ヒーター部材９７を上記間隔Ｄから抜く。

【0050】

そうしたら、各保持部９１，９３の移動により、コルゲート管３１及びキャップ部材３３をヒーター部材９７の方へ移動して、これにより、図６Ｄに示すように、融解状態の管端面３１ｅｄ，３３ａｅｕ同士を突き合わせて当接させ、そして、管軸方向Ｃ３１，Ｃ３３に所定の押圧力で互いの管端面３１ｅｄ，３３ａｅｕ同士を押し合わせて圧着する。

【0051】

そして、この押圧状態のまま一定時間冷却する。すると、コルゲート管３１とキャップ部材３３との間には融着接合部３４が形成されて、つまり、コルゲート管３１とキャップ部材３３とは融着接合される。

【0052】

なお、コルゲート管３１の上端部３１ｂに、管継ぎ手部材３５を融着接合する手順も上述と同じなので、その説明については省略する。

【0053】

（３）第１ホース部材４１及び第２ホース部材４５
図３に示すように、第１ホース部材４１及び第２ホース部材４５は、例えばポリエチレン等の樹脂製の管部材である。そして、第１ホース部材４１の下端部の管端開口４１ｅは、コルゲート管３１の下端部３１ａに配置されている一方、第２ホース部材４５の下端部の管端開口４５ｅは、コルゲート管３１の上端部３１ｂに配置されている。これにより、熱媒体２６は、冬場には前述した図４Ａのルートで、また夏場には前述した図４Ｂのルートで、コルゲート管３１内を自然対流等に基づき上昇又は下降しながら地盤Ｇと熱交換する。

【0054】

（４）充填材２７
充填材２７は、例えば、川砂や山砂、珪砂等を基材２７ｂとし、図３に示すように、コルゲート管３１と竪孔２３との間の空間ＳＰ２３に密実に充填される。これにより、充填材２７を介して、コルゲート管３１内の熱媒体２６と地盤Ｇとの間で熱交換が行われる。

【0055】

この熱交換効率を高めるべく、図７Ａに示すように、充填材２７には、１〜２０％の容積含有率（＝長粒物２７ａの総容積／充填材２７の総容積）で、炭化ケイ素、アルミナ、及び高炉スラグのうちの少なくとも何れか１種からなる長粒物２７ａが混入され、この例では、炭化ケイ素２７ａが混入されている。そして、当該炭化ケイ素２７ａの熱伝導率は、１６８（Ｗ／ｍＫ）という具合に高い。よって、当該炭化ケイ素２７ａの混入により充填材２７の熱伝導率は飛躍的に高められている。

【0056】

また、炭化ケイ素２７ａの形状は、長粒形状（針状形状、棒状）である。よって、図７Ａに示すように充填材２７内において互い隣り合う炭化ケイ素２７ａ，２７ａ同士が接触する確率は、図７Ｂに示す球形状の場合と比べて格段に高くなり、これにより、充填材２７内には、図７Ｃに示すような熱の通り道（ヒートブリッジ）が形成され易くなる。つまり、炭化ケイ素２７ａの含有率をあまり高めずとも、充填材２７内に高熱伝導率の伝熱経路を確実に形成可能となる。よって、砂よりも高価な炭化ケイ素２７ａの含有率を低くすることができて、その結果、地中熱交換器２１の製造コストを低く抑えながらも、充填材２７の熱伝導性を確実に高めることができる。

【0057】

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

【0058】

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

【0059】

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

【0060】

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

【0061】

上述の実施形態では、コルゲート管３１、キャップ部材３３、及び管継ぎ手部材３５の素材たる熱可塑性樹脂の一例として高密度ポリエチレンを例示していた。つまり、上述の場合には、キャップ部材３３及び管継ぎ手部材３５の素材は、コルゲート管３１の素材と完全に揃えていたが、同素材でなくても良い。より詳しく言うと、加熱により軟化・溶融し冷却により固化する熱可塑性樹脂であれば、融着接合は可能なので、例えば、コルゲート管３１が高密度ポリエチレンである場合に、キャップ部材３３及び管継ぎ手部材３５の方が、高密度ポリエチレン以外の熱可塑性樹脂であっても良い。但し、何れも同素材に揃っている方が、融着接合部３２，３４の成分系がほぼ同一になって、その強度も母材並となるので、望ましくは、同素材に揃えると良い。

【0062】

上述の実施形態では、キャップ部材３３の一例として、円筒部３３ａと略裁頭円錐状の底部３３ｂとを有した部材を示したが、その形状は何等これに限るものではなく、例えば、キャップ部材が、円筒部３３ａと、円筒部３３ａの端縁に全周に亘って一体に形成された平板状の底部（不図示）とからなる単純形状の有底円筒体であっても良い。

【0063】

上述の実施形態では、コルゲート管３１内の熱媒体２６の流れ方向を鉛直方向にした垂直方式の地中熱交換器２１を例示したが、何等これに限るものではなく、水平方式でも良い。すなわち、水平方向に広い掘削孔内に、コルゲート管３１の管軸方向Ｃ３１を水平にしながら収容し、これにより、コルゲート管３１内の熱媒体２６の流れ方向を水平方向にしても良い。なお、掘削孔に収容後は、充填材２７により埋め戻されるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0064】

１ 建物、１１ 地中熱交換システム、１５ ヒートポンプ、
２１ 地中熱交換器、２３ 竪孔（掘削孔）、２６ 熱媒体、
２７ 充填材、２７ａ 長粒物、２７ｂ 基材、
３１ コルゲート管、３１ａ 下端部（一方の管端部）、
３１ｂ 上端部（他方の管端部）、３１ｃ 外周面、３１ｄ 内周面、
３１ｅｄ 縁部（管端開口、管端面）、３１ｅｕ 縁部（管端開口）、
３２ 融着接合部（接続部）、３３ キャップ部材、３３ａ 円筒部、
３３ａｅｕ 上端縁部（管端面、当接すべき部分）、
３３ｂ 略裁頭円錐状の底部、３４ 融着接合部（接続部）、
３５ 管継ぎ手部材（第２管部材）、３５ｅｄ 下端縁部、３５ｅｕ 上端縁部、
３５ｆ フランジ継ぎ手部、３６ フランジ板、３６ｈ 貫通孔、３６ｐ パッキン、
４１ 第１ホース部材（ホース部材）、４１ｅ 管端開口、
４５ 第２ホース部材（ホース部材）、４５ｅ 管端開口、
９１ 第１保持部、９３ 第２保持部、９５ ガイドレール、
９７ ヒーター部材、９７ａ 加熱面、
ＳＰ２３ 空間、Ｇ 地盤、Ｄ 間隔

【図4】

【図6】

【図7】

【図1】

【図2】

【図3】

【図5】