JP2014020644A - 地中熱交換器、及び、地中熱交換器の挿入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地中熱交換器を使用する際の自由度を高めることにある。
【解決手段】地盤に鉛直に形成された掘削孔内に挿入される地中熱交換器であって、管軸方向が鉛直方向に沿った３本以上の管と、該３本以上の管の下方に位置し該３本以上の管の各流路を接続させるための流路接続部と、を有し、前記３本以上の管のうちの少なくとも一本が往路管であり、かつ、残りの管が復路管であり、前記３本以上の管が、法線方向が前記鉛直方向である仮想円の円周上に配置されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、地中熱交換器、及び、地中熱交換器の挿入方法に関する。

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、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（特許文献１）。

特開２００８−２５６３２９号公報

図１Ａの概略斜視図に示すように、この地中熱交換器１３０は、地盤Ｇの掘削孔２３内に鉛直に建て込まれた採放熱管としてのポリエチレン等の樹脂製のＵ字管１３１を有し、Ｕ字管１３１の周囲の隙間ＳＰ２３には、砂やモルタル等の充填材２７が充填されている。そして、このＵ字管１３１の一方の管を往路管１３２として往路管１３２内に、水や不凍液等の熱媒体２６を流し込むとともに、もう一方の管を復路管１３４として、復路管１３４から、地盤Ｇとの間で熱交換後の熱媒体２６を取り出して、ヒートポンプ等へ送出して利用する。そして、かかるＵ字管１３１は、通常、掘削孔２３内に往路管１３２及び復路管１３４を一組として、二組配される。
しかしながら、このような地中熱交換器１３０には、使用の際の自由度（フレキシビリティ）が少ないという課題があった。

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、地中熱交換器を使用する際の自由度を高めることにある。

主たる本発明は、地盤に鉛直に形成された掘削孔内に挿入される地中熱交換器であって、
管軸方向が鉛直方向に沿った３本以上の管と、該３本以上の管の下方に位置し該３本以上の管の各流路を接続させるための流路接続部と、を有し、
前記３本以上の管のうちの少なくとも一本が往路管であり、かつ、残りの管が復路管であり、
前記３本以上の管が、法線方向が前記鉛直方向である仮想円の円周上に配置されていることを特徴とする地中熱交換器である。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、地中熱交換器を使用する際の自由度を高めることが可能となる。

図１Ａは、従来の地中熱交換器１３０の概略斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。 本実施の形態に係る地中熱交換器３０を用いた地中熱利用システム１１の説明図である。 図３Ａは、地盤Ｇの竪孔２３を透視して見た地中熱交換器３０の概略斜視図であり、図３Ｂは、図３Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。 図４Ａは、流路接続部３６を上から見たときの概略図であり、図４Ｂは、流路接続部３６を横から見たときの概略図であり、図４Ｃは、流路接続部３６を下から見たときの概略図である。 地中熱交換器３０の挿入方法の説明図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。

地盤に鉛直に形成された掘削孔内に挿入される地中熱交換器であって、
管軸方向が鉛直方向に沿った３本以上の管と、該３本以上の管の下方に位置し該３本以上の管の各流路を接続させるための流路接続部と、を有し、
前記３本以上の管のうちの少なくとも一本が往路管であり、かつ、残りの管が復路管であり、
前記３本以上の管が、法線方向が前記鉛直方向である仮想円の円周上に配置されていることを特徴とする地中熱交換器。
かかる場合には、地中熱交換器を使用する際の自由度を高めることが可能となる。

また、前記復路管の本数が、前記往路管の本数よりも多いこととしてもよい。
かかる場合には、熱交換効率の向上を実現できる。

また、前記３本以上の管は、前記掘削孔の内周面に接触するように設けられていることとしてもよい。
かかる場合には、往路管と復路管の間隔が狭いことによって生じるショートサーキットの問題の発生をより適切に抑制することが可能となる。

また、前記３本以上の管は、前記円周上に均等ピッチで配置されていることとしてもよい。
かかる場合には、熱交換効率の向上を実現できる。

また、前記３本以上の管を、前記仮想円の円周上に保持するための保持部材を有することとしてもよい。
かかる場合には、往路管と復路管の間隔が狭いことによって生じるショートサーキットの問題の発生を確実に抑えることが可能となる。

また、前記復路管の流路の総断面積が、前記往路管の流路の総断面積よりも大きいこととしてもよい。
かかる場合には、熱交換効率の向上を実現できる。

次に、地盤に鉛直に形成された掘削孔内に、３本以上の管を有する地中熱交換器を、管軸方向が鉛直方向に沿うように挿入する地中熱交換器の挿入方法であって、
前記管が複数回巻かれた３つ以上の管巻き部材を、前記掘削孔の挿入口の周りであって、前記挿入口の中央を中心とする仮想円の円周上に均等ピッチで設置するステップと、
前記３つ以上の管巻き部材に巻かれた前記３本以上の管の各々を並行して前記掘削孔内に送ることにより、前記３本以上の管を、法線方向が前記鉛直方向である前記掘削孔内の仮想円の円周上に均等ピッチで配置させるステップと、を有することを特徴とする地中熱交換器の挿入方法。
かかる場合には、地中熱交換器の挿入作業をスムーズに実行することが可能となる。

＝＝＝本実施の形態に係る地中熱交換器３０について＝＝＝
図２は、本実施の形態に係る地中熱交換器３０を用いた地中熱利用システム１１の説明図である。図３Ａは、地盤Ｇの竪孔２３を透視して見た地中熱交換器３０の概略斜視図である。また、図３Ｂは、図３Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。図４Ａ乃至図４Ｃは、流路接続部３６の概略図であり、図４Ａは、流路接続部３６を上から見たときの図であり、図４Ｂは、流路接続部３６を横から見たときの図であり、図４Ｃは、流路接続部３６を下から見たときの図である。なお、図３Ａにおいては、図４Ａ乃至図４Ｃにおいて具体的に表された流路接続部３６を模式的に示している。

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３０と、地中熱交換器３０を含めた所定ルートで循環される水又は不凍液等の液状の熱媒体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、熱媒体２６を上記所定ルートで循環するための循環ポンプ１７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。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、地中熱交換器３０は所謂「ボアホール方式」である。つまり、地中熱交換器３０は、地盤Ｇに鉛直に形成された竪孔２３（掘削孔に相当）に挿入される採放熱管３１を有し、また、竪孔２３と採放熱管３１との間の空間ＳＰ２３には充填材２７が充填されている。

ここで、採放熱管３１は、管軸方向が鉛直方向に沿った三本以上の単管３２，３４，３４，３４（管に相当）を有し、これらの単管３２，３４，３４，３４の流路は、各下端部３２ｄ，３４ｄ，３４ｄ，３４ｄに連結された流路接続部３６により互いに連通されている。そして、これら単管３２，３４，３４，３４のうちの少なくとも１本（本実施の形態においては１本）の単管３２には、ヒートポンプ１５から熱媒体２６が送り込まれ、これにより、当該１本の単管３２は、熱媒体２６を地中へ送る往路管３２として機能する。一方、残りの単管３４（本実施の形態においては、残りの３本の単管３４，３４，３４）は、地中に送られた熱媒体２６を地上へ送ってヒートポンプ１５へと送り返す復路管３４，３４，３４として機能する。つまり、往路管３２では熱媒体２６は下方へと流れ、復路管３４では熱媒体２６は上方へと流れ、これらの流れる方向は互いに逆向きになっている。

そして、これにより、ヒートポンプ１５から採放熱管３１へと送られた熱媒体２６は、順次、往路管３２、各復路管３４の順番で流れ、これら往路管３２及び各復路管３４を流れている間に、熱媒体２６は地盤Ｇの地中熱により加熱又は冷却される。そして、かかる熱交換後に、循環ポンプ１７の圧力によりヒートポンプ１５へ向けて送出されて、ヒートポンプ１５において温水生成や冷水生成に供される。

以下、かかる地中熱交換器３０の構成について詳しく説明する。
竪孔２３は、ボーリングマシンやオーガ等の掘削機により地盤Ｇに鉛直に掘削された平面形状が円形や多角形の孔である。この例では正円形状の孔であり、その直径は１００〜２００ｍｍ、深さは３０〜１５０ｍである。

図３Ａに示すように、採放熱管３１は、例えば高密度ポリエチレン製の３本以上の一例としての４本の単管３２，３４，３４，３４と、４本の各単管３２，３４，３４，３４をそれぞれ下端部３２ｄ，３４ｄ，３４ｄ，３４ｄで連結して熱媒体２６の流路の折り返し部をなす高密度ポリエチレン製の上記流路接続部３６とを有している。

本実施の形態に係る４本の単管３２，３４，３４，３４は、互いに同仕様の直管である。つまり、各単管３２，３４，３４，３４は、外径及び内径につき互いに同径（したがって、流路の断面積も互いに同じ）であり、鉛直方向に真っ直ぐな単管である。そして、４本の単管３２，３４，３４，３４のうちの１本の単管３２は、前述の往路管３２として用いられ、残りの３本の単管３４，３４，３４は、前述の復路管３４として用いられる。

つまり、復路管３４の本数は、往路管３２の本数よりも多く、さらに、復路管３４の流路の総断面積（断面積Ｓ×３本）は、往路管３２の流路の総断面積（断面積Ｓ×１本）よりも大きくなっている。

また、４本の単管３２，３４，３４，３４は、法線方向が鉛直方向である（竪孔２３内の）仮想円Ｃ１（図３Ｂ参照）の円周上に配置されている。なお、本実施の形態においては、当該仮想円Ｃ１の中心は、竪孔２３の中央２３ｂ（換言すれば、図心）となっている。すなわち、４本の単管３２，３４，３４，３４の各々は、当該中央２３ｂから互いに同じ距離となるように配置されている。

また、４本の単管３２，３４，３４，３４は、仮想円Ｃ１の円周上に均等ピッチで配置されている。すなわち、本実施の形態においては、図３Ｂに示すように、４本の単管３２，３４，３４，３４が、９０度（＝３６０度／４本）間隔で配置されている。つまり、隣り合う単管間の円周に沿った距離が、どの単管の組においても、等しくなるように、４本の単管３２，３４，３４，３４が配置されている。

また、４本の単管３２，３４，３４，３４は、竪孔２３の内周面２３ａに接触するように設けられており、４本の単管３２，３４，３４，３４の各上端部３２ｕ，３４ｕ，３４ｕ，３４ｕは、それぞれ竪孔２３の外に突出している。なお、図３Ａには示されていないが、本実施の形態においては、３本の復路管３４が、竪孔２３の外に出た後に、１本に集約されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、地表付近で集約されることとしてもよいし、竪孔２３内（特に、竪孔２３の鉛直方向における上部）で集約されることとしてもよい。

流路接続部３６は、前記３本以上の単管（本実施の形態においては、４本の単管３２，３４，３４，３４）の下方に位置し、該４本の単管３２，３４，３４，３４の各流路を接続させるためのものである。この流路接続部３６は、竪孔２３の最深部に位置している。当該流路接続部３６は、本体部３７と当該本体部３７から上方に管状に突出した４つの管状突出部３８とを有している。

４つの管状突出部３８の各々は、４本の単管３２，３４，３４，３４の各々の下端部３２ｄ，３４ｄ，３４ｄ，３４ｄに融着連結されている。そして、４つの管状突出部３８の各々は、４本の単管３２，３４，３４，３４の各々と同様、中空の円筒状部材であるため、４つの管状突出部３８の内部には流路が形成されている。したがって、当該融着連結により、４本の単管３２，３４，３４，３４の各々の流路は、４つの管状突出部３８の各々の流路に接続している。

また、本体部３７の内部には、流路として、管状突出部３８の各々の流路と繋がっている４つの上部室３７ａと当該４つの上部室３７ａが合流して一つの室となる下部室３７ｂ（共通室）とが形成されている。

そして、往路管３２の流路を下方へ流れる熱媒体２６は、往路管３２と融着連結されている（一つの）管状突出部３８の流路へ流入した後、当該管状突出部３８の流路と繋がっている（一つの）上部室３７ａへ移動する。そして、当該上部室３７ａへ移動した熱媒体２６は、その後、共通室である下部室３７ｂへ流入する。そして、当該下部室３７ｂへ流入した熱媒体２６は、圧力（液圧）により、他の３つの上部室３７ａ、他の３つの管状突出部３８を経由して、３本の復路管３４，３４，３４を上方へ流れることとなる。

また、地中熱交換器３０には、図３Ｂに示すように、前記３本以上の管（本実施の形態においては、４本の単管３２，３４，３４，３４）を前記仮想円Ｃ１の円周上に保持するための保持部材の一例としてのスペーサー４０が設けられている。このスペーサー４０は、高密度ポリエチレン等の樹脂製であり、中空の円筒形状（但し、後述の支持部４２の存在により、図３Ｂに示されているように、完全な円筒形状ではない）を備えている。

スペーサー４０は、前記３本以上の管（本実施の形態においては、４本の単管３２，３４，３４，３４）の各々を支持する３つ以上の（本実施の形態においては、４つの）支持部４２を備えている。この４つの支持部４２は、４本の単管３２，３４，３４，３４に対応させるため、前記仮想円Ｃ１の円周に沿って均等ピッチで配置されており、このことにより、当該仮想円Ｃ１の円周上に４本の単管３２，３４，３４，３４の各々を保持するようになっている。各支持部４２は、当該支持部４２に各単管３２，３４，３４，３４が嵌合されることにより、当該単管３２，３４，３４，３４を支持する。したがって、支持部４２は、単管３２，３４，３４，３４と同様の形状、すなわち、単管３２，３４，３４，３４より同等以下の中空の円筒形状を有し締付け効果により上下の移動を防止している。

但し、支持部４２は完全な円筒形状ではなく、支持部４２には切りかかれた部分（以下、切り欠き部Ｐ）が一部ある。この切り欠き部Ｐは、前記仮想円Ｃ１の径方向外側に位置しており、単管３２，３４，３４，３４を支持部４２に嵌め込む際の嵌め込み口となっている。なお、当該嵌め込み口の大きさ（横幅）は、単管３２，３４，３４，３４の外径（直径）よりも小さくなっているが、前述したとおりスペーサー４０は樹脂製なので、嵌め込み口を拡げて単管３２，３４，３４，３４を容易に嵌め込むことが可能となっている（また、横幅が直径よりも小さくなっているので、支持部４２に単管３２，３４，３４，３４が嵌合された際には、単管３２，３４，３４，３４が支持部４２から抜けにくくなる）。

このように、支持部４２は、単管３２，３４，３４，３４よりも前記仮想円Ｃ１の径方向内側に位置することにより、単管３２，３４，３４，３４を内側から支持する。そして、このことにより、単管３２，３４，３４，３４の当該径方向内側への移動を規制している。

また、隣り合う２つの支持部４２は、図３Ｂに示すように、４つの繋ぎ部４４の各々により繋がれている。そして、交互に配置される４つの支持部４２及び４つの繋ぎ部４４により、スペーサー４０の前述した（完全ではない）円筒形状が形成されている。そして、４つの支持部４２及び４つの繋ぎ部４４よりも前記径方向内側には、穴部Ｈ（つまり、当該円筒形状の中空部）を有することとなる。

なお、本実施の形態においては、仮想円Ｃ１の中心から最も遠いスペーサー４０の部位（例えば、当該繋ぎ部４４の外径部）と該中心との距離ｄ１は、仮想円Ｃ１の中心から最も遠い単管３２，３４，３４，３４の部位と該中心との距離ｄ２よりも小さくなっている。

そして、このようなスペーサー４０は、４本の単管３２，３４，３４，３４の内側に（図３Ｂ参照）、鉛直方向において約１メートル間隔で、多数設置されている。

以上、本実施の形態に係る地中熱交換器３０について説明してきたが、かかる地中熱交換器３０は、例えば次のようにして設置予定地の地盤Ｇに設置される（以下では、便宜上、一つの地中熱交換器３０を設置する例を挙げて説明する）。

先ず、工場で、単管３２，３４，３４，３４、流路接続部３６、スペーサー４０を各々製造する。そして、単管３２，３４，３４，３４の各々については、個別に、管巻き部材の一例としてのスタンド付きリール装置２０２に複数回コイル状に巻いておく。

そうしたら、単管３２，３４，３４，３４が複数回巻かれた３つ以上の（本実施の形態においては４つの）スタンド付きリール装置２０２と、１つの流路接続部３６と、多数のスペーサー４０を設置予定地まで搬送する。

ここで、この設置予定地では、上述の工場での製造と同時並行又は相前後して、竪孔２３が掘削形成されている。この竪孔２３の掘削は、例えばボーリングマシンやオーガ等の掘削機によってなされる。ちなみに、このとき、孔壁保護や削孔自体の目的で、竪孔２３には、その掘削と同時並行又はその直後に、竪孔２３のサイズに合ったケーシング鋼管が挿入されていても良いが、本実施の形態においては、ケーシング鋼管を使用していない。

そして、当該設置予定地において、地盤に鉛直に形成された竪孔２３内に、４本の単管３２，３４，３４，３４を有する地中熱交換器３０を、管軸方向が鉛直方向に沿うように挿入するが、先ず、単管３２，３４，３４，３４が複数回巻かれた４つのスタンド付きリール装置２０２を、竪孔２３の挿入口２０４の周りであって、挿入口２０４の中央２０４ａを中心とする仮想円Ｃ２（図５参照）の円周上に均等ピッチで設置する。

次に、４つのスタンド付きリール装置２０２の各々から単管３２，３４，３４，３４を少し繰り出して、４本の単管３２，３４，３４，３４を流路接続部３６に融着連結させる。

そして、次に、図５に示すように、流路接続部３６を先頭にして、スタンド付きリール装置２０２から４本の単管３２，３４，３４，３４を繰り出しながら、地中熱交換器３０を竪孔２３に挿入していく。つまり、４つのスタンド付きリール装置２０２に巻かれた４本の単管３２，３４，３４，３４の各々を並行して竪孔２３内に送ることにより、４本の単管３２，３４，３４，３４を、法線方向が鉛直方向である竪孔２３内の仮想円Ｃ１（図３Ｂ参照）の円周上に均等ピッチで配置させる。竪孔２３の底部に流路接続部３６が到達したら、挿入作業を終了する。

なお、スペーサー４０については、４本の単管３２，３４，３４，３４を約１メートル送る毎に、当該４本の単管３２，３４，３４，３４に取り付ける。すなわち、スペーサー４０の取り付け工程と地中熱交換器３０を約１メートル挿入する工程とを繰り返すことにより、スペーサー４０は、鉛直方向において約１メートル間隔で設置される。

次に、ケーシング鋼管を用いている場合は、竪孔２３内に地中熱交換器３０を留めつつ、ケーシング鋼管を竪孔２３から引き抜く。そして、竪孔２３内に充填材２７を充填して地中熱交換器３０を埋設し、これにより、地中熱交換器３０の地盤Ｇへの設置が完了する。

＝＝＝本実施の形態に係る地中熱交換器３０の有効性について＝＝＝
上述したとおり、本実施の形態に係る地中熱交換器３０においては、管軸方向が鉛直方向に沿った３本以上の管（上記においては、４本の単管３２，３４，３４，３４）と、該４本の単管３２，３４，３４，３４の下方に位置し該４本の単管３２，３４，３４，３４の各流路を接続させるための流路接続部３６と、が備えられ、該４本の単管３２，３４，３４，３４のうちの少なくとも一本が往路管３２であり、かつ、残りの単管３２，３４，３４，３４が復路管３４であり、前記４本の単管３２，３４，３４，３４が、法線方向が鉛直方向である仮想円Ｃ１の円周上に配置されている。

そのため、地中熱交換器３０を使用する際の自由度を高めることが可能となる。すなわち、このような構成を有する地中熱交換器３０を用いれば、上述した実施の形態のように、４本の単管のうちの一本の管を往路管３２とし、残りの三本の管を復路管３４とすることができる（このようにすると、後述するように、熱交換率の向上が実現された地中熱交換器３０を実現できる）。また、一方で、４本の単管のうちの二本の管を往路管３２とし、残りの二本の管を復路管３４とすることもできる（かかる場合には、往路が二本で復路が二本である点で上述した図１Ａ及び図１Ｂに示した地中熱交換器３０と同様になり、機能的には図１Ａ及び図１Ｂに示した地中熱交換器３０と同等となる）。このような例から明らかなように、本実施の形態に係る地中熱交換器３０は、図１Ａ及び図１Ｂに示した機能と同等の機能を有する従来型の地中熱交換器３０としても使えるし、熱交換率の向上が実現された改良型の地中熱交換器３０としても使える。したがって、本実施の形態によれば、地中熱交換器３０を使用する際の自由度を高めることが可能となる。

また、本実施の形態においては、復路管３４の本数が３本に対し往路管３２の本数が１本であり、復路管３４の本数が往路管３２の本数よりも多い。このことにより、復路管３４内を進む熱媒体２６の速度が往路管３２内を進む熱媒体２６の速度の１／３となり、復路管３４内での熱媒体２６の滞留時間が多くなる（３倍となる）。また、周辺土壌との接触有効面積も多くなる（３倍となる）。そのため、熱交換率の向上を実現できる。

また、本実施の形態においては、３本以上の管（本実施の形態においては、４本の単管３２，３４，３４，３４）が、竪孔２３の内周面２３ａに接触するように設けられていることとしたため、限られた竪孔２３の大きさにおいて、単管３２，３４，３４，３４同士を最大限離すことができる。そのため、ショートサーキットの問題の発生をより適切に抑制することが可能となる。

ショートサーキットの問題とは、竪孔２３内で往路管３２と復路管３４とが近接することに起因して、復路管３４内の熱交換後の（すなわち、所望の温度となった（となりつつある））熱媒体２６に、往路管３２内の熱交換前の熱媒体２６から、熱が伝わることにより、地中熱交換器３０の熱交換効率が悪くなる問題である。そして、本実施の形態においては、このようなショートサーキットの問題に対処するため、４本の単管３２，３４，３４，３４を、竪孔２３の内周面２３ａに接触するように設けることとしたため、ショートサーキットの問題の発生をより適切に抑制することが可能となる。

また、本実施の形態においては、３本以上の管（本実施の形態においては、４本の単管３２，３４，３４，３４）が、仮想円Ｃ１の円周上に均等ピッチで配置されていることとした。そのため、４本の単管３２，３４，３４，３４で、竪孔２３の側方の全方向から地中熱を有効に受け止めることができるので、これによって、熱交換効率の向上を実現できる。

また、本実施の形態においては、３本以上の管（本実施の形態においては、４本の単管３２，３４，３４，３４）を、仮想円Ｃ１の円周上に保持するためのスペーサー４０を有することとした。そのため、単管３２，３４，３４，３４が動いて単管３２，３４，３４，３４同士が近づいてしまい、ショートサーキットの問題が顕著となることを、確実に抑えることが可能となる。

また、本実施の形態においては、復路管３４の流路の総断面積が、往路管３２の流路の総断面積よりも大きいこととしたため、復路管３４内での熱媒体２６の滞留時間が、往路管３２よりも多くなる。したがって、熱交換率の向上を実現できる。

また、本実施の形態に係る地中熱交換器３０の挿入方法は、単管３２，３４，３４，３４が複数回巻かれた４つのスタンド付きリール装置２０２を、竪孔２３の挿入口２０４の周りであって、挿入口２０４の中央２０４ａを中心とする仮想円Ｃ２（図５参照）の円周上に均等ピッチで設置するステップと、４つのスタンド付きリール装置２０２に巻かれた４本の単管３２，３４，３４，３４の各々を並行して竪孔２３内に送ることにより、４本の単管３２，３４，３４，３４を、法線方向が鉛直方向である竪孔２３内の仮想円Ｃ１（図３Ｂ参照）の円周上に均等ピッチで配置させるステップと、を有している。そのため、地中熱交換器３０の挿入作業をスムーズに実行することが可能となる。

すなわち、本実施の形態に係る地中熱交換器３０を挿入する際の４つのスタンド付きリール装置２０２の配置として、最も一般的に考えられるのは、これらの４つのスタンド付きリール装置２０２を一箇所に纏めて置くことである（例えば、図５において、単管３２が巻かれたスタンド付きリール装置２０２が置かれている位置（図５において、竪孔２３の上側）に他の３つのスタンド付きリール装置２０２も置く）。何故ならば、このようにすれば、１箇所のみに人員を配置すればよいし、スタンド付きリール装置２０２の移動についても１箇所への移動で済むからである。

しかしながら、本発明者等は、このような配置としたときに、以下の問題が発生し得ることに気付いた。すなわち、単管３２，３４，３４，３４はスタンド付きリール装置２０２に巻かれているので、単管３２，３４，３４，３４には巻き癖がついている。そして、スタンド付きリール装置２０２を１箇所（例えば、図５において、竪孔２３の上側）に配置して、４本の単管３２，３４，３４，３４を並べた状態で竪孔２３に繰り出した際には、４本の単管３２，３４，３４，３４には同様の巻き癖が付いているため、これらの４本の単管３２，３４，３４，３４は当該巻き癖により竪孔２３内で同じ方向へ行こうとする。すなわち、４本の単管３２，３４，３４，３４が小さいスペースに集中する状況が生じ易くなり、地中熱交換器３０の挿入作業を行いにくくなる。

これに対し、本実施の形態においては、スタンド付きリール装置２０２を、挿入口２０４の中央２０４ａを中心とする仮想円Ｃ２（図５参照）の円周上に均等ピッチで設置したため、４本の単管３２，３４，３４，３４の各々を竪孔２３に繰り出した際には、例え４本の単管３２，３４，３４，３４に同様の巻き癖がついていたとしても、４本の単管３２，３４，３４，３４は当該巻き癖により竪孔２３内で互いに異なる方向へ行こうとする。すなわち、４本の単管３２，３４，３４，３４が竪孔２３内で適切に分散する状況が生じ易くなり、地中熱交換器３０の挿入作業をスムーズに実行することが可能となる。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
上記の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

上述の実施形態では、往路管３２及び復路管３４に係る単管３２，３４，３４，３４、流路接続部３６、及び、スペーサー４０は、高密度ポリエチレン製としていたが、その素材は何等これに限らない。例えば、通常密度のポリエチレン等の熱可塑性樹脂でも良い。ちなみに、高密度ポリエチレンとは、広義には、密度が９３８ｋｇ／ｍ^３以上のポリエチレンであり、狭義には、密度が９４２ｋｇ／ｍ^３以上のポリエチレンである。

また、上述の実施形態では、往路管３２及び復路管３４に係る単管３２，３４，３４，３４として、丸パイプ状（断面正円形状）の管を例示したが、その管形状は何等これに限るものではない。例えば、断面形状が楕円等の断面非正円形状の管でも良いし、角パイプ等の断面多角形状の管でも良い。

また、上述の実施形態では、４本の単管のうちの一本の管を往路管３２とし、残りの三本の管を復路管３４とする例と、４本の単管のうちの二本の管を往路管３２とし、残りの二本の管を復路管３４とする例と、を挙げたが、これらに限定されず、４本の単管のうちの三本の管を往路管３２とし、残りの一本の管を復路管３４としてもよい。すなわち、復路管３４の本数が往路管３２の本数よりも多い例や、復路管３４の本数が往路管３２の本数と同じ例のみならず、復路管３４の本数が往路管３２の本数よりも多い例も本発明の範疇である。

１ 建物
１１ 地中熱利用システム
１５ ヒートポンプ
１７ 循環ポンプ
２３ 竪孔（掘削孔）
２３ａ 内周面
２３ｂ 中央
２６ 熱媒体
２７ 充填材
３０ 地中熱交換器
３１ 採放熱管
３２ 往路管（単管）
３２ｄ 下端部
３２ｕ 上端部
３４ 復路管（単管）
３４ｄ 下端部
３４ｕ 上端部
３６ 流路接続部
３７ 本体部
３７ａ 上部室
３７ｂ 下部室
３８ 管状突出部
４０ スペーサー
４２ 支持部
４４ 繋ぎ部
１３０ 地中熱交換器
１３１ Ｕ字管
１３２ 往路管
１３４ 復路管
２０２ スタンド付きリール装置
２０４ 挿入口
２０４ａ 中央
Ｃ１ 仮想円
Ｃ２ 仮想円
Ｇ 地盤
Ｈ 穴部
Ｐ 切り欠き部
ＳＰ２３ 空間（隙間）

主たる本発明は、地盤に鉛直に形成された掘削孔内に挿入される地中熱交換器であって、
管軸方向が鉛直方向に沿った３本以上の管と、該３本以上の管の下方に位置し該３本以上の管の各流路を接続させるための流路接続部と、を有し、
前記３本以上の管のうちの少なくとも一本が往路管であり、かつ、残りの管が復路管であり、
前記３本以上の管が、水平面における仮想円の円周上に配置されていることを特徴とする地中熱交換器である。

Claims (7)

1. 地盤に鉛直に形成された掘削孔内に挿入される地中熱交換器であって、
   管軸方向が鉛直方向に沿った３本以上の管と、該３本以上の管の下方に位置し該３本以上の管の各流路を接続させるための流路接続部と、を有し、
   前記３本以上の管のうちの少なくとも一本が往路管であり、かつ、残りの管が復路管であり、
   前記３本以上の管が、法線方向が前記鉛直方向である仮想円の円周上に配置されていることを特徴とする地中熱交換器。
2. 請求項１に記載の地中熱交換器であって、
   前記復路管の本数が、前記往路管の本数よりも多いことを特徴とする地中熱交換器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の地中熱交換器であって、
   前記３本以上の管は、前記掘削孔の内周面に接触するように設けられていることを特徴とする地中熱交換器。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の地中熱交換器であって、
   前記３本以上の管は、前記円周上に均等ピッチで配置されていることを特徴とする地中熱交換器。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の地中熱交換器であって、
   前記３本以上の管を、前記仮想円の円周上に保持するための保持部材を有することを特徴とする地中熱交換器。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の地中熱交換器であって、
   前記復路管の流路の総断面積が、前記往路管の流路の総断面積よりも大きいことを特徴とする地中熱交換器。
7. 地盤に鉛直に形成された掘削孔内に、３本以上の管を有する地中熱交換器を、管軸方向が鉛直方向に沿うように挿入する地中熱交換器の挿入方法であって、
   前記管が複数回巻かれた３つ以上の管巻き部材を、前記掘削孔の挿入口の周りであって、前記挿入口の中央を中心とする仮想円の円周上に均等ピッチで設置するステップと、
   前記３つ以上の管巻き部材に巻かれた前記３本以上の管の各々を並行して前記掘削孔内に送ることにより、前記３本以上の管を、法線方向が前記鉛直方向である前記掘削孔内の仮想円の円周上に均等ピッチで配置させるステップと、を有することを特徴とする地中熱交換器の挿入方法。