特許 6166061 地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法および地中熱利用システム

(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】6166061

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法および地中熱利用システム

(51)【国際特許分類】

   F24J 3/08 20060101AFI20170710BHJP

   E21B 43/00 20060101ALI20170710BHJP

【ＦＩ】

   F24J3/08

   E21B43/00 C

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-33285(P2013-33285)

(22)【出願日】2013年2月22日

(65)【公開番号】特開2014-163554(P2014-163554A)

(43)【公開日】2014年9月8日

【審査請求日】2015年12月22日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 北海道中富良野役場敷地内 平成２４年８月２７日施工開始

(73)【特許権者】

【識別番号】505142964

【氏名又は名称】株式会社クボタケミックス

(74)【代理人】

【識別番号】100090181

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 義人

(72)【発明者】

【氏名】小森 俊祐

(72)【発明者】

【氏名】冨岡 芳弘

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１８２９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２３５９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−６３２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１７４０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４９６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０３／０７８９０５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｊ ３／０８

Ｅ２１Ｂ ４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

湾曲継手と前記湾曲継手の各端に接続される２つの直管とを有するＵ字管の内部を循環させた流体によって地中熱を採熱する地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法であって、
（ａ）地面に立抗を掘削するステップ、
（ｂ）一方の湾曲継手に上向きの第１突部が形成されまたは他方の湾曲継手に下向きの第２突部が形成された２つのＵ字管を準備して、前記一方の湾曲継手の上に、各々の湾曲方向が直交するように前記他方の湾曲継手を重ね、前記第１突部または前記第２突部によって前記一方の湾曲継手と前記他方の湾曲継手の間に所定の間隔を保持して前記２つのＵ字管を配置するステップ、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）で上下に重ねた湾曲継手どうしを固定して、埋設ユニットを構成するステップ、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）で構成した埋設ユニットを前記立抗の底まで下降させるステップ、および
（ｅ）前記ステップ（ｄ）の後、前記立抗を埋め戻すステップを含む、地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法。

【請求項2】

前記湾曲継手のそれぞれには前記第１突部および前記第２突部が形成され、
前記ステップ（ｂ）では、前記一方の湾曲継手の前記第１突部と前記他方の湾曲継手の前記第２突部とを突き当てることによって前記所定の間隔を保持する、請求項１記載の地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法。

【請求項3】

前記ステップ（ｃ）では、上下に重ねた湾曲継手どうしを締め付け具を用いて固定する、請求項１または２記載の地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法。

【請求項4】

前記ステップ（ｃ）では、前記締め付け具に錘を連結し、
前記ステップ（ｄ）では、下方に前記錘を吊るした状態で前記埋設ユニットを下降させる、請求項３記載の地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法。

【請求項5】

前記ステップ（ｃ）では、上下に重ねた湾曲継手どうしを金具部品にボルト止めして固定する、請求項１または２記載の地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれかに記載の地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法によって熱交換装置が施工された、地中熱利用システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法および地中熱利用システムに関し、特にたとえば、熱交換装置の内部を循環させた流体と地中熱との間で熱交換して地中熱を採熱する地中熱利用システムを施工する際に適用可能な、地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法および地中熱利用システムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、地中の温度は、年間を通してほぼ一定であり、外気温度に比べると、夏は低く、冬は高くなっている。そこで、地中と外気との温度差を利用して効率的に冷暖房、給湯および融雪などを行うために、熱交換器を地中に埋設し、その熱交換器の内部に不凍液や水などの流体（熱媒体）を循環させて流体と地中熱との間で熱交換し、それによって採熱した熱をヒートポンプの熱源として利用する（つまり、必要な温度領域の熱に変換する）地中熱利用システムが公知である。

【0003】

このような地中熱利用システムによれば、採熱した地中熱を、冬であれば高温エネルギとして暖房用熱源又は融雪用熱源のために利用することができ、また、夏であれば低温エネルギとして冷房用熱源等のために利用することができる。

【0004】

たとえば、特許文献１には、地面に掘削孔を形成して、その掘削孔に熱交換器としてＵ字管を建て込む技術が記載されている。特許文献１では、２つの（１対の）Ｕ字管を互いに側方に重ね合わせて、それらをユニット化した状態で掘削孔の内部に配設した掘削管の中に挿入するようにしている。

【特許文献1】特開２０１２−１２７１１６号［Ｅ２１Ｂ ４３／００］

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の技術では、各Ｕ字管のＵ字継手部の曲率が大きく、単管どうしの距離がつまっているので、各単管を流れる流体の熱どうしが干渉することによって流体の熱損失が大きくなってしまい、熱交換効率の低下が懸念されていた。

【0006】

また、これに対し、各Ｕ字管のＵ字継手部の曲率を小さくすることが考えられるが、そうすると、２つのＵ字管を互いに側方に重ね合わせたユニットの外形寸法が大きくなってしまい、その分だけ地面に形成する掘削孔の大きさも大きくしなければならないので、掘削孔の形成に手間や時間がかかり、システムの施工性が悪くなってしまう。

【0007】

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法および地中熱利用システムを提供することである。

【0008】

この発明の他の目的は、地中熱利用システムの効率化を実現し、かつ施工性に優れた、地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法および地中熱利用システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明などは、本発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。

【0010】

第１の発明は、湾曲継手と湾曲継手の各端に接続される２つの直管とを有するＵ字管の内部を循環させた流体によって地中熱を採熱する地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法であって、（ａ）地面に立抗を掘削するステップ、（ｂ）一方の湾曲継手に上向きの第１突部が形成されまたは他方の湾曲継手に下向きの第２突部が形成された２つのＵ字管を準備して、一方の湾曲継手の上に、各々の湾曲方向が直交するように他方の湾曲継手を重ね、第１突部または第２突部によって一方の湾曲継手と他方の湾曲継手の間に所定の間隔を保持して２つのＵ字管を配置するステップ、、（ｃ）ステップ（ｂ）で上下に重ねた湾曲継手どうしを固定して、埋設ユニットを構成するステップ、（ｄ）ステップ（ｃ）で構成した埋設ユニットを前記立抗の底まで下降させるステップ、および（ｅ）ステップ（ｄ）の後、立抗を埋め戻すステップを含む、地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法である。

【0011】

第１の発明によれば、２つのＵ字管を各々の湾曲方向が直交するように交差させて上下に重ねた埋設ユニットを立抗の中へ挿入するようにしているので、２つのＵ字管を互いに側方に重ね合わせてユニット化した場合などと比較して、立抗の外形寸法を小さくすることが可能であり、施工性を向上させることができる。

【0012】

また、一方のＵ字管の湾曲継手の上、すなわち直管どうしの間に他方のＵ字管の湾曲継手を交差させて配設ようにしているので、無駄なスペースを生じさせないようにしつつ、Ｕ字管の湾曲継手を一定以上の曲率半径で形成して、流体の熱損失を回避することが可能になる。しかも、各Ｕ字管の湾曲継手どうしを上下に所定間隔を保持した状態で配設しているので、各々のＵ字管の湾曲継手の内部を循環する流体の熱どうしが干渉することを回避することができる。したがって、効率が良い地中熱利用システムを実現することができる。

【0013】

第２の発明は、第１の発明に従属し、湾曲継手のそれぞれには第１突部および第２突部が形成され、ステップ（ｂ）では、一方の湾曲継手の第１突部と他方の湾曲継手の第２突部とを突き当てることによって所定の間隔を保持する。

【0014】

第２の発明では、たとえば、Ｕ字管（１２）のそれぞれの湾曲継手（３２）には、間隔保持手段として第１突部（４０）および第２突部（４２）が形成され、埋設ユニット（５０）を構成する時には、この第１突部と第２突部を突き当てることによって上下の湾曲継手どうしの間に所定の間隔を保持する。

【0015】

第３の発明は、第１または２の発明に従属し、ステップ（ｃ）では、上下に重ねた湾曲継手どうしを締め付け具を用いて固定する。

【0016】

第３の発明によれば、埋設ユニットの挿入時にＵ字管が位置ずれしてしまうことを防止することができる。

【0017】

第４の発明は、第３の発明に従属し、ステップ（ｃ）では、締め付け具に錘を連結し、ステップ（ｄ）では、下方に錘を吊るした状態で埋設ユニットを下降させる。

【0018】

第４の発明では、上下に重ねて配置した２つのＵ字管（１２）の湾曲継手（３２）どうしを固定している締め付け具（４６）に錘（５２）を連結して、その錘を埋設ユニット（５０）の下方に吊るした状態で、埋設ユニットを立抗（１０４）の中に挿入する。

【0019】

第５の発明は、第１または２の発明に従属し、ステップ（ｃ）では、上下に重ねた湾曲継手どうしを金具部品にボルト止めして固定する。

【0020】

第５の発明によれば、埋設ユニットの形状をより安定化させることができる。

【0021】

第６の発明は、第１ないし５の発明の地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法によって熱交換装置が施工された、地中熱利用システムである。

【0022】

第６の発明では、地中熱利用システム（１０）は、熱交換装置としてＵ字管（１２）を備えており、２つのＵ字管を各々の湾曲方向が直交するように交差させた状態で上下に重ねて配設したものが地中に埋設されている。そして、Ｕ字管にヒートポンプ（１４）を接続し、Ｕ字管の内部とヒートポンプとに循環ポンプ（１６）によって流体を循環させることによって、地中熱を採熱する。

【0023】

第６の発明によれば、効率が良く、かつ施工性に優れた地中熱利用システムを実現することができる。

【発明の効果】

【0024】

この発明によれば、２つのＵ字管を各々の湾曲方向が直交するように交差させた状態で上下に重ねてユニット化するようにしているので、地中熱利用システムの効率低下を回避しつつ、施工性を向上させることが可能である。

【0025】

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】この発明の一実施例の背景となる地中熱利用システムの概略を示す図解図である。

【図2】図１のＵ字管を地中に埋設した様子を示す図解図である。

【図3】図２の湾曲継手を示す斜視図である。

【図4】図２の湾曲継手を示す平面図である。

【図5】２つのＵ字管を上下に重ねて配設した様子を示す斜視図である。

【図6】上下に重ねて配設した２つのＵ字管の垂直方向の投影面積を収容する円を示す図解図である。

【図7】埋設ユニットに錘を吊るした様子を示す斜視図である。

【図8】側方に重ねて配設した２つのＵ字管の垂直方向の投影面積を収容する円と、図６の上下に重ねて配設した２つのＵ字管の垂直方向の投影面積を収容する円とを比較した図解図である。

【図9】この発明の別の実施例の地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法の埋設ユニットの要部を示す斜視図である。

【図10】図９の金具部品を示す斜視図である。

【図11】図９の金具部品を示す平面図である。

【図12】図９の埋設ユニットを側面視した平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

この発明の一実施例である地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法（以下、単に「施工方法」ということがある。）は、たとえば図１に示すような、熱交換装置が地中熱から取り出した熱を有効利用する地中熱利用システム１０（以下、単に「システム」ということがある。）を住宅などの建物１００に施工するために用いられる。

【0028】

以下には、この発明の施工方法の説明に先だって、システム１０について説明する。

【0029】

図１にシステム１０の一例が図解される。図１に示すように、システム１０は、建物１００の周囲ないし床下の地面１０２に埋設されるＵ字管１２、およびＵ字管１２に接続されるヒートポンプ１４を備えており、Ｕ字管１２の内部とヒートポンプ１４とに循環ポンプ１６によって流体（熱媒体）を循環させ、流体が採熱した地中熱をエアコン等の室内機器１８において暖房ないし冷房のための熱源として利用するものである。たとえば、流体としては、不凍液、水等が用いられる。

【0030】

このシステム１０では、分散して埋設された各Ｕ字管１２の往路用の直管（第１直管３４）の上端に、第１ヘッダ２２から分岐配管された流入分岐管２０がそれぞれ接続され、その第１ヘッダ２２には、ヒートポンプ１４に繋がる流入本管２４が接続される。そして、各Ｕ字管１２の復路用の直管（第２直管３６）の上端に、第２ヘッダ２８から分岐配管された流出分岐管２６がそれぞれ接続され、その第２ヘッダ２８には、ヒートポンプ１４に繋がる流出本管３０が接続される。

【0031】

なお、ヒートポンプ１４の構成は周知であるため、詳細な説明は省略するが、簡単に説明すると、システム１０では、ヒートポンプ１４において、Ｕ字管１２の内部を循環して地中熱を採熱した流体から熱（熱エネルギ）を取り出して、その熱を第２の流体に熱移動させる。そして、それによって暖められた第２の流体が、ヒートポンプ１４から室内機器１８に送り込まれて、室内機器１８において暖房のために利用することで熱が取り出され、冷却された第２の流体が再びヒートポンプ１４に送り込まれ、流体と熱交換を行う。

【0032】

なお、ここでは、冬季などに、流体が地中で採熱した地中熱を室内機器１８で暖房のための熱源として利用する場合について説明したが、そのような用途に限定されるものではないことに留意されたい。

【0033】

次に、Ｕ字管１２について詳述すると、Ｕ字管１２は、このシステム１０において熱交換装置として利用され、地中から地表にかけて設けられる。具体的には、図２に示すように、建物１００の周囲ないし床下の地面１０２には、立抗１０４が分散的に掘削され、各立抗１０４内に、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂが各々の湾曲方向が直交するように交差させた状態で上下に重ねて配設される。

【0034】

以下、Ｕ字管１２をその配置位置などに応じて区別する場合には１２に添え字Ａ、Ｂを付した１２Ａ、１２Ｂを用い、これらを包括して表現する場合には１２を用いる。

【0035】

Ｕ字管１２は、湾曲継手３２と湾曲継手３２の各端に接続される２つの直管３４，３６とを含み、上下（垂直方向）に延びるように配設される。

【0036】

湾曲継手３２は、ポリエチレンンなどの合成樹脂によって形成される両受口の継手であって、Ｕ字状に湾曲した本体３８を有している。本体３８の曲率半径は、たとえば３５ｍｍである。また、本体３８の両端部に形成された受口３８ａはともに上方に向けて開口しており、各受口３８ａには、各直管３４，３６の下端がそれぞれ熱融着等によって接続される。

【0037】

図３および４に示すように、本体３８の上側の外周面には、受口３８ａ，３８ａどうしの間の位置に、上方向に突き出す第１突部４０が形成される。第１突部４０は、略円筒状に形成され、その上下方向の長さ（高さ）は、たとえば１５ｍｍであり、その径は、たとえば１５ｍｍである。また、本体３８の下端の外周面には、下方向に突き出す第２突部４２が形成される。第２突部４２は、略三角形の板状に形成され、その高さは、たとえば２３ｍｍであり、その厚みは、たとえば６ｍｍである。第２突部４２には、厚み方向に貫通する貫通孔４２ａが形成されている。たとえば、この実施例では、第１突部４０と第２突部４２とが協働して間隔保持手段として機能し、詳細は後に説明するように、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂを各々の湾曲方向が直交するように交差させた状態で上下に重ねた時には、この間隔保持手段によって湾曲継手３２どうしの間に一定の間隔が保持されることとなる。

【0038】

また、本体３８の湾曲方向の中央部には、窪み部４４がそれぞれ形成される。窪み部４４は、本体３８の側方、つまり湾曲方向に直交する方向の外周面を曲面状に窪ませた窪みであって、Ｕ字管１２の直管３４の外周面に沿う形状に形成されている。たとえば、この実施例では、窪み部４４が位置決め手段として機能し、詳細は後に説明するように、上側に配置したＵ字管１２Ｂの湾曲継手３２の各窪み部４４に、下側に配置したＵ字管１２Ａの直管３４，３６をそれぞれ沿わせることによって、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂを各々の湾曲方向が直交するように交差させることができる。

【0039】

図２に戻って、直管３４，３６は、立抗１０４の深さに対応すべく十分な長さを有する長尺管であって、その径は、たとえば３２ｍｍである。直管３４，３６は、立抗１０４から外に突き出すように設けられ、往路用の直管（第１直管）３２の上端は、流入分岐管２０から流体を取り込む取入口となり、また、復路用の直管（第２直管）３４の上端は、流出分岐管２８へと流体を送り出す送出口となる。

【0040】

以上で、この発明の施工方法によって施工されるシステム１０を説明した。以下に、このようなシステム１０を前提にして、必要に応じてそれらを援用しながら、この発明の一実施例の施工方法について説明する。

【0041】

ただし、この発明はシステム１０の熱交換装置を施工する方法に特徴があるものであり、残余の部分を変更してもよいので、以下の実施例においてはいずれも、システム１０のＵ字管１２を配管する方法を中心に図解しかつ説明していることに留意されたい。

【0042】

図２を参照して、先ず、建物１００の周囲ないし床下の地面１０２に分散させて複数の立抗１０４を形成する。すなわち、専用の削孔機（図示せず）などを利用して、先端に掘削刃（ビット）が設けられた掘削用のケーシングによって地面１０２を鉛直方向に掘削し、所定の深さの立抗１０４を形成する。たとえば、ケーシングには、金属管や合成樹脂管などを利用し得る。また、立抗１０４の外形寸法は、少なくともケーシングの内周側に後述する埋設ユニット５０を挿入（配設）できるように、つまり埋設ユニット５０の垂直方向の投影形状がケーシングの内周側に収まるように設定される。

【0043】

なお、地中熱は地表面から約１５ｍまでは頻繁に温度が変化するが、約１５ｍよりも深くなると年間平均気温付近で安定していることが知られているため、このシステム１０においても、Ｕ字管１２を地中熱が安定している領域に届くように立抗１０４の深さを適宜設定することが好ましい。たとえば、この実施例では、立抗１０４の深さを１５−１００ｍに設定するようにしている。

【0044】

次に、熱交換装置として用いるＵ字管１２を準備する。たとえば、Ｕ字管１２は、ドラム（図示せず）に巻き取った状態で施工現場に搬入される。そして、施工現場において、Ｕ字管１２の内部に流体を充填して、直管部３２，３４の管端をキャップなどで封止する。それから、ドラムを周方向に回転可能なターンテーブルの上に載置するなどして、Ｕ字管１２をドラムから引き出し可能な状態で設置する。なお、この実施例では、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂを組み合わせて立抗１０４の中に挿入するので、立抗１０４の周囲に２つのドラムを設置して、各ドラムからそれぞれＵ字管１２Ａ，１２Ｂを引き出し可能なように設置するとよい。

【0045】

続いて、各ドラムから２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂをそれぞれ引き出して、それらを組み合わせてユニット化して、埋設ユニット５０を構成する。

【0046】

具体的には、先ず、ドラムから引き出した２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂを上下に配置する。そして、図５に示すように、上側に配置したＵ字管１２Ｂの湾曲継手３２の窪み部４４に、下側に配置したＵ字管１２Ａの各直管３４，３６の外周面を沿わせつつ、Ｕ字管１２Ｂの湾曲継手３２の第２突部４２の先端（下端）をＵ字管１２Ａの湾曲継手３２の第１突部４０の先端（上端）に突き当てるようにして、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂを各々の湾曲方向が直交するように交差させた状態で上下に重ねて配置する。

【0047】

このとき、Ｕ字管１２Ａの第１突部４０とＵ字管１２Ｂの第２突部４２とを突き当てて配設していることにより、各Ｕ字管１２Ａ，１２Ｂの湾曲継手３２どうしが間隔ｄを隔てて配置される（図２参照）。たとえば、この実施例では、間隔ｄが３６ｍｍに設定されている。また、図６に示すように、一方のＵ字管１２Ａの湾曲継手３２の上に他方のＵ字管１２Ｂの湾曲継手３２を交差させて配設していることにより、Ｕ字管１２Ａ，１２Ｂの垂直方向の投影形状は、半径Ｒ１の円内に収まる大きさになる。たとえば、この実施例では、円の半径Ｒ１が５６ｍｍに設定されている。

【0048】

そして、図７に示すように、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂの各湾曲継手３２の第２突部４２の挿通孔３２ａに締め付け具４６を挿通させ、締め付け具４６でひとまとめにして締め付けることによって、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂを固定した（ユニット化した）埋設ユニット５０を構成する。たとえば、締め付け具４６としては、番線やインシュロック等を利用し得るが、これに限定される必要はない。

【0049】

次に、埋設ユニット５０の下方に、埋設ユニット５０が挿入時に地下水などによって浮遊することを防止するための錘５２を連結して、立抗１０４の中に挿入する。具体的には、錘５２を締め付け具４６に連結し、その錘５２を埋設ユニット５０の下方に吊るした状態で、埋設ユニット５０を立抗１０４に挿入し、立抗１０４の中を下降させる。なお、図７以外では、図面の簡素化のため、締め付け具４６や錘５２の図示を省略している。

【0050】

そして、埋設ユニット５０の先端が立抗１０４の底まで到達すると、立抗１０４を掘削した際に生じた土などを立抗１０４の中に埋め戻しつつ、ケーシングを立抗１０４から抜き取る。このとき、ケーシングに振動を与えながら土を埋め戻すと、立抗１０４内に隙間なく土が充填されることとなり、好適である。

【0051】

その後、上述と同じ要領で、残りの全ての立抗１０４に埋設ユニット５０を配設し、作業を終了する。

【0052】

以上のように、この実施例では、立抗１０４へのＵ字管１２の施工時に、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂを各々の湾曲方向が直交するように交差させた状態で上下に重ねて配設し、そのようにして構成した埋設ユニット５０を立抗１０４の中へ挿入するようにしている。

【0053】

このため、たとえば特許文献２のように、２つのＵ字管を互いに側方に重ね合わせてユニット化した場合と比較して、立抗１０４に必要な外形寸法を小さくすることができる。

【0054】

ここで、上述したように、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂを各々の湾曲方向が直交するように交差させた状態で上下に重ねてユニット化した場合には、Ｕ字管１２Ａ，１２Ｂ（埋設ユニット５０）の垂直方向の投影形状が半径Ｒ１の円内に収まるようになるので、立抗１０４の外形寸法を、挿入孔１０８が少なくとも半径Ｒ１の円形になる大きさに設定すればよいが、図８に示すように、２つのＵ字管を互いに側方に重ね合わせてユニット化した場合には、そのユニットの垂直方向の投影形状は半径Ｒ１よりも大きい半径Ｒ２（Ｒ２＞Ｒ１）の円内に収まるものの、半径Ｒ１の円内には収まらない。よって、立抗１０４の外形寸法も、そのユニットを挿入可能なように、ケーシングの内周側が少なくとも半径Ｒ２の円形になる大きさに設定する必要がある。たとえば、円の半径Ｒ２は、６３ｍｍである。

【0055】

すなわち、この実施例によれば、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂを各々の湾曲方向が直交するように交差させた状態で上下に重ねてユニット化することにより、ケーシングの内周側の径をＲ３（Ｒ２−Ｒ１）だけ小さくすることが可能になって、その分だけ立抗１０４の外形寸法を小さくすることができる。したがって、より簡単にかつ低コストで立抗１０４を掘削する作業を行えるようになり、施工性を向上させることができる。

【0056】

また、この実施例では、一方のＵ字管１２Ａの湾曲継手３２の上、すなわち直管３４と直管３６との間に他方のＵ字管１２Ｂの湾曲継手３２を交差させて配設していることにより、無駄なスペースを生じさせないようにしつつ、Ｕ字管１２の湾曲継手３２を一定以上の曲率半径で形成することができる。よって、流体の熱損失を回避することが可能になる。

【0057】

その上、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂの湾曲継手３２どうしを上下に間隔ｄを隔てた状態で配設し、湾曲継手３２どうしが離間して接触しないようにしているので、各々のＵ字管１２Ａ，１２Ｂの湾曲継手３２の内部を循環する流体の熱どうしが干渉することを回避して、それに起因した熱交換効率の低下も防止することができる。

【0058】

したがって、この実施例によれば、効率が良い地中熱利用システム１０を実現することができる。

【0059】

なお、上述の実施例では、埋設ユニット５０を構成する時に、上下に重ねて配設した２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂの各湾曲継手３２の第２突部４２の挿通孔３２ａに締め付け具４６を挿通し、締め付け具４６でひとまとめにして締め付けることによって、Ｕ字管１２ＡとＵ字管１２Ｂとを固定したが、これに限定される必要はない。

【0060】

たとえば、図９に示す埋設ユニット５０の変形実施例では、この実施例では、Ｕ字管１２ＡとＵ字管１２Ｂとを、各々の湾曲方向が直交するように交差させた状態で上下に重ねて配設し、それらを金具部品５４にボルト６０，６２でボルト止めすることによって固定している。以下、図７に示す埋設ユニット５０と同様の部分については、同じ参照番号を用い、その説明を省略或いは簡略化する。

【0061】

金具部品５４は、図１０および図１１に示すように、鉄やステンレスなどの金属からなり、第１本体５６および第２本体５８を含む。第１本体５６は、垂直方向に延びる平板であり、その長手方向つまり上下方向の長さは、たとえば１００ｍｍであり、その幅は、たとえば２６ｍｍであり、その厚みは、たとえば４ｍｍである。第１本体５６の上端部の所定位置には、厚み方向に貫通するボルト孔５６ａが形成されている。また、第１本体５６の下端には、第２本体５８が一体的に形成されている。

【0062】

第２本体５８は、第１本体５６の幅方向の一方側縁から第１本体５６の幅方向に延びるとともに、第１本体５６の中央付近で直角に屈曲して第１本体５６の厚み方向に延びる略Ｌ字状の平板であり、その長手方向の長さは、たとえば３５ｍｍであり、その幅つまり上下方向の長さは、たとえば２０ｍｍであり、その厚みは、たとえば４ｍｍである。第２本体５８の先端部分、つまり第１本体５６の厚み方向に延びる部分の所定位置には、厚み方向に貫通するボルト孔５８ａが形成されている。

【0063】

図９および図１２を参照して、このような埋設ユニット５０を構成する時には、先ず、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂを各々の湾曲方向が直交するように交差させた状態で上下に重ねて配設する。それから、下側に配置したＵ字管１２Ａの湾曲継手３２を挟み込むように２つの金具部品５２を配置して、一方の金具部品５４の第１本体５６のボルト孔５６ａ、下側に配置したＵ字管１２Ａの第２突部４２の貫通孔４２ａ、および他方の金具部品５４の第１本体５６のボルト孔５６ａにボルト６０を挿通してナット等によって固定するとともに、一方の金具部品５４の第２本体５８のボルト孔５８ａ、上側に配置したＵ字管１２Ｂの第２突部４２の貫通孔４２ａ、および他方の金具部品５４の第２本体５８のボルト孔５８ａにボルト６２を挿通してナット等によって固定する。

【0064】

このような埋設ユニット５０では、上下に重ねた２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂの湾曲継手３２どうしをそれぞれ金具部品５４にボルト止めするようにしているので、各Ｕ字管１２Ａ，１２Ｂの湾曲継手３２を締め付け具４６で締め付けて固定する場合と比較して、埋設ユニット５０の形状をより安定化させることができる。したがって、埋設ユニット５０を立抗１０４に挿入し、立抗１０４の中を下降させている時にも、Ｕ字管１２Ａ，１２Ｂの湾曲継手３２どうしに位置ずれなどが生じる心配がない。

【0065】

また、上述の各実施例ではいずれも、Ｕ字管１２の湾曲継手３２に第１突部４０と第２突部４２とを形成し、埋設ユニット５０を構成する時には、Ｕ字管１２Ａの湾曲継手３２の第１突部４０の先端（上端）とＵ字管１２Ｂの湾曲継手３２の第２突部４２の先端（下端）とを突き当てることによって、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂの湾曲継手３２どうしが間隔ｄを隔てるようにしたが、これに限定される必要はない。

【0066】

たとえば、Ｕ字管１２の湾曲継手３２に第１突部４０のみを形成し、埋設ユニット５０を構成する時に、Ｕ字管１２Ａの湾曲継手３２の第１突部４０をＵ字管１２Ｂの湾曲継手３２の下側に突き当てるようにしてもよいし、また、Ｕ字管１２の湾曲継手３２に第２突部４２のみを形成し、埋設ユニット５０を構成する時に、Ｕ字管１２Ｂの湾曲継手３２の第２突部４２をＵ字管１２Ａの湾曲継手３２の上側に突き当てるようにしてもよい。

【0067】

さらに、たとえば、Ｕ字管１２Ａの湾曲継手３２の第１突部４０の先端（上端）に、第１嵌合部を形成するとともに、Ｕ字管１２Ｂの湾曲継手３２の第２突部４２の先端（下端）に、第１嵌合部と嵌まり合う第２嵌合部を形成して、湾曲継手３２どうしを上下に重ねた時に第１嵌合部と第２嵌合部とを嵌合させるようにしてもよい。このようにすれば、埋設ユニット５０の形状をより安定化させることができる。

【0068】

さらにまた、たとえば、Ｕ字管１２Ａの湾曲継手３２とＵ字管１２Ｂの湾曲継手３２との間に別部材を挟み込んで、それによって湾曲継手３２どうしの間隔を保持するようにしてもよい。

【0069】

さらに、上述の実施例では、Ｕ字管１２において間隔保持部として機能する第２突部４２の挿通孔３２ａに締め付け具４６やボルト６０，６２を挿通させるようにしたが、これに限定される必要はない。各湾曲継手３２の本体３８どうしを直接的に締め付け具４６でひとまとめにして締め付けることによって、Ｕ字管１２ＡとＵ字管１２Ｂとを固定するようにしてもよいし、各湾曲継手３２の本体３８にボルト６０，６２を挿通させるための部位を別途形成し、そこに挿通させたボルト６０，６２によって金具部品５４にボルト止めして、Ｕ字管１２ＡとＵ字管１２Ｂとを固定するようにしてもよい。

【0070】

また、必ずしも上下に重ねた２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂの湾曲継手３２どうしを締め付け具４６で締め付けたり金具部品５４にボルト止めするなどして固定する必要もない。それに代えて、２つのＵ字管１２Ａ，１２Ｂの直管３４，３６どうしを適宜の固定手段で固定することによって、Ｕ字管１２ＡとＵ字管１２Ｂとを固定するようにしてもよい。また、これらの方法を併用するようにしてもよい。

【0071】

ところで、上述の実施例では、システム１０を住宅に適用する場合を想定して説明するが、システム１０は、住宅のみならず、冷暖房設備を備える倉庫や事務所などの建物全般に対して適用できることは言うまでもない。

【0072】

また、上述した径や高さ等の具体的数値は、いずれも単なる一例であり、必要に応じて適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0073】

１０ …地中熱利用システム
１２ …Ｕ字管（熱交換装置）
１４ …ヒートポンプ
１６ …循環ポンプ
３２ …湾曲継手
３４，３６ …直管
４６ …締め付け具
５０ …埋設ユニット
５４ …金具部品
１０４ …立抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】