JP6785073B2 - 地中熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、地中熱交換器に関する。

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。このような地中熱交換器として、鉛直方向に沿って掘削孔を削孔し、その掘削孔の内部に採放熱管を建て込むようにしたものが知られている。また、掘削孔を地下水層に達するようにすることで、地下水層域の地中熱を利用するようにしたもの知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、地下水層による浮力で、採放熱管を掘削孔に円滑に挿入できないおそれがある。そこで、このような場合には、浮力対策として、例えば採放熱管の下方に浮力以上の重量の錘を付けている。

特開２００４−２７１１２９号公報

しかしながら、上述したような錘を付けると場合、錘の長さ（鉛直方向長さ）分の掘削深さが必要になり、コストが高くなるという問題があった。また、荷重調整が困難であり、施工性が悪かった。

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、その目的は、コストの低減、及び、施工性の向上を図ることにある。

かかる目的を達成するため、本発明の地中熱交換器は、
地中に埋設した管の内部に熱媒体を循環させ、地盤との間で熱交換を行う地中熱交換器であって、
鉛直方向に沿って配置される第１配管と、
前記鉛直方向に沿って配置される第２配管と、
前記第１配管の前記鉛直方向の下端部と、前記第２配管の前記鉛直方向の下端部とを連結する連結管と、
質量体と、
前記第１配管と前記第２配管とを水平方向に所定間隔離間させて保持する保持部材であって、前記質量体が落下しないように係合可能な係合部を有する保持部材と、
を備え、
前記質量体は、本体部と前記本体部の端に設けられたフランジとを有し、
前記保持部材の前記係合部は、前記本体部を通し、且つ、前記フランジを通さない孔部を有することを特徴とする。
このような地中熱交換器によれば、コストの低減、及び、施工性の向上を図ることができる。
また、このような地中熱交換器によれば、質量体を簡易に取り付けることができ、また、質量体の落下を防止できる。
また、地中に埋設した管の内部に熱媒体を循環させ、地盤との間で熱交換を行う地中熱交換器であって、
鉛直方向に沿って配置される第１配管と、
前記鉛直方向に沿って配置される第２配管と、
前記第１配管の前記鉛直方向の下端部と、前記第２配管の前記鉛直方向の下端部とを連結する連結管と、
質量体と、
前記第１配管と前記第２配管とを水平方向に所定間隔離間させて保持する保持部材であって、前記質量体が落下しないように係合可能な係合部を有する保持部材と、
を備え、
前記保持部材は、
前記第１配管及び前記第２配管がそれぞれ嵌合可能な一対の把持部と、
前記一対の把持部を接続する接続部と
を備え、
前記係合部は、前記接続部に設けられており、
前記接続部は、前記一対の把持部の中心線上に設けられており、
前記係合部は、前記接続部の片側又は両側に設けられている
ことを特徴とすることとしてもよい。

かかる地中熱交換器であって、前記質量体は、ネジ鉄筋であり、前記保持部材の前記係合部は、前記ネジ鉄筋と螺合するネジ孔を有していてもよい。
このような地中熱交換器によれば、質量体を簡易に取り付けることができ、また、質量体の落下を防止できる。

かかる地中熱交換器であって、前記保持部材は、前記第１配管及び前記第２配管がそれぞれ嵌合可能な一対の把持部と、前記一対の把持部を接続する接続部とを備え、前記係合部は、前記接続部に設けられていることが望ましい。
このような地中熱交換器によれば、第１配管と第２配管に質量体の荷重を効率的に付加することができる。

かかる地中熱交換器であって、前記一対の把持部は、前記第１配管と前記第２配管を水平方向に近接させることにより、それぞれ、前記第１配管及び前記第２配管と嵌合するように設けられていることが望ましい。
このような地中熱交換器によれば、両側から力を入れて嵌め込みすることができ、嵌め込みしやすい。

かかる地中熱交換器であって、前記接続部は、前記一対の把持部の中心線上に設けられていることが望ましい。
このような地中熱交換器によれば、座屈を抑制することができる。

かかる地中熱交換器であって、前記係合部は、前記接続部の片側又は両側に設けられていることが望ましい。

かかる地中熱交換器であって、少なくとも１本の前記第１配管と、少なくとも１本の前記第２配管を含む３本以上の複数の配管を備え、前記保持部材は、前記複数の配管にそれぞれ対応して設けられた複数の把持部であって、仮想円の円周上に並ぶように設けられた複数の把持部と、前記複数の把持部を前記仮想円の内側で接続する接続部と、を備え、前記係合部は、前記仮想円の中央に設けられていてもよい。
このような地中熱交換器によれば、複数の配管を一つの保持部材で保持でき、また、複数の配管に質量体の荷重を安定して付加することが出来る。

かかる地中熱交換器であって、前記所定間隔は、前記連結管における前記第１配管と前記第２配管の前記水平方向の間隔よりも大きいことが望ましい。
このような地中熱交換器によれば、ショートサーキットの発生を抑制でき、熱交換効率の向上を図ることができる。

本発明によれば、コストの低減、及び、施工性の向上を図ることができる。

本実施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２Ａは、地盤Ｇの竪孔２３´を透視して見た比較例の地中熱交換器３０´の概略斜視図である。また、図２Ｂは、図２Ａ中のＢ−Ｂ断面図であり、図２Ｃは竪孔２３の一部を拡大して示した図である。 流路接続部３６の概略斜視図である。 図４Ａは、地盤Ｇの竪孔２３を透視して見た本実施形態の地中熱交換器３０の概略斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。 スペーサーユニット５０の構成を示す斜視図である。 スペーサーユニット５０を往路管３２、復路管３４に取り付けた状態を示す斜視図である。 地中熱交換器３０の変形例の概略斜視図である。 採放熱管３１を２本配置する場合の例を示す断面図である。 採放熱管３１を３本配置する場合の例を示す断面図である。 採放熱管３１を４本配置する場合の例を示す断面図である。 採放熱管３１を４本配置する場合の変形例を示す断面図である。 スペーサー４０の変形例の説明図である。 スペーサー４０の変形例の説明図である。 スペーサーユニット５０の変形例の説明図である。

＝＝＝本実施形態＝＝＝
＜＜＜地中熱利用システムについて＞＞＞
図１は、本実施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。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。

＜＜＜地中熱交換器３０について＞＞＞
本実施形態の地中熱交換器３０について説明する前に、まず比較例について説明する。

＜比較例＞
図２Ａは、地盤Ｇの竪孔２３´を透視して見た比較例の地中熱交換器３０´の概略斜視図である。また、図２Ｂは、図２Ａ中のＢ−Ｂ断面図であり、図２Ｃは竪孔２３の一部を拡大して示した図である。なお、図２Ｃはケーシング鋼管２８を引き抜く際の様子を示している。図３は、流路接続部３６の概略斜視図である。

図２Ａ〜図２Ｃ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´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。これにより、充填材２７を介して、採放熱管３１の熱媒体２６と地盤Ｇとの間で熱交換が行われる。

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孔であり、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。なお、軟弱基盤などの場合には、孔壁の保護のため、竪孔２３´のサイズに合ったケーシング鋼管２８を挿入する。このケーシング鋼管２８の挿入は、掘削と同時並行で又はその直後に行われる。また、竪孔２３へ採放熱管３１を建て込んだ後、図２Ｃに示すように、ケーシング鋼管２８を回転させながら上方に引き抜き、竪孔２３´から取り出す。そして、その後、充填材２７を竪孔２３´内に充填する。なお、図２Ａに示すように竪孔２３´の下部には地下水層が存在している。

採放熱管３１は、図２Ａに示すように、例えば高密度ポリエチレン製の２本の直管（往路管３２，復路管３４）と、２本の直管を下端部で連結して熱媒体２６の流路の折り返し部をなす高密度ポリエチレン製の流路接続部３６とを有している。なお、往路管３２と復路管３４の一方は第１配管に相当し、他方は第２配管に相当する。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、往路管３２、流路接続部３６、復路管３４の順番で流れ、これら往路管３２及び復路管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。

往路管３２と復路管３４は、互いに同仕様の直管である。つまり、往路管３２と復路管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、真っ直ぐな直管である。往路管３２と復路管３４は、それぞれ鉛直方向に沿って配置される。この２本の直管（往路管３２，復路管３４）の各上端部は、それぞれ竪孔２３の外に突出している。往路管３２には、ヒートポンプ１５から熱媒体２６が送り込まれ、往路管３２は熱媒体２６を地中へ送る。一方、復路管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。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。

流路接続部３６は、往路管３２と復路管３４の各流路を接続させるためのものであり、図３に示すように、内部にＵ字状の流路３６ａを有している。流路接続部３６の端面（図２Ａの状態において上面）には、Ｕ字状の流路３６ａの開口が２つ設けられており、その間隔はＳ１となっている（図３参照）。この２つの開口部分と、往路管３２及び復路管３４の各々の管軸方向の端部（図２Ａでは下端部）とが融着連結されている。すなわち、流路接続部３６には、往路管３２と復路管３４とが間隔Ｓ１離間して連結される。そして、当該融着連結により、往路管３２と復路管３４の各々の流路は、流路接続部３６の流路３６ａに接続（連通）されている。また、図２Ａに示すように、比較例では、往路管３２と復路管３４が平行に配置されており、図２Ｂの断面位置においても、往路管３２と復路管３４との間隔はＳ１となっている。

また、流路接続部３６には、孔３６１が形成されている。この孔３６１は、流路接続部３６と錘３９とを結束させるために形成された孔（貫通孔である）。図２Ｃに示すように、孔３６１を介して、流路接続部３６と錘３９とが針金などの番線３８で結束されている。

錘３９は、浮力対策として、採放熱管３１を竪孔２３´に容易に挿入させるために設けられている。この錘３９は、円柱形の大型の錘であり、質量が２０〜３０ｋｇの特注品である。なお、図２Ａに示すように、竪孔２３´に採放熱管３１（往路管３２、流路接続部３６、復路管３４）を建て込んだ状態において、錘３９は、採放熱管３１よりも下方に位置している。

この比較例の地中熱交換器３０´の場合、採放熱管３１よりも下に錘３９を接続しているため、錘３９の鉛直方向の長さ分、竪孔２３´の深さが必要になる。よって、掘削量が多くなりコストが増加する。また、特注の錘３９を用意する必要があり、コストが増大する。また、採放熱管３１の建て込み後、ケーシング鋼管２８を回転させながら引き抜く際に採放熱管３１と錘３９とが相対的に回転し、番線３８による結束が緩んでほどけたり、切れたりするおそれがある。また、比較例の場合、荷重を自由に調整できないため施工性が悪い。そこで、本実施形態では、コストの低減及び施工性の向上を図っている。

＜本実施形態＞
図４Ａは、地盤Ｇの竪孔２３を透視して見た本実施形態の地中熱交換器３０の概略斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。また、図５は、スペーサーユニット５０の構成を示す斜視図であり、図６は、スペーサーユニット５０を往路管３２、復路管３４に取り付けた状態を示す斜視図である。なお、本実施形態において、比較例と同一構成の部分には同一符号を付し、説明を省略する。

本実施形態の地中熱交換器３０では、図４Ａ、図４Ｂ、及び、図６に示すように、往路管３２と復路管３４との間にスペーサーユニット５０を設けている。スペーサーユニット５０は、スペーサー４０と錘４９を備えている。

スペーサー４０は、例えば高密度ポリエチレン製の部材であり、図５に示すように、一対の把持部４２と、接続部４４とを備えている。

把持部４２は、地中熱交換器３０の直管（往路管３２、復路管３４）を把持する部位である。把持部４２は、断面が略Ｕ字形状の筒状に設けられており、直管（往路管３２、復路管３４）の外周面に嵌合可能である。これにより、往路管３２や復路管３４に対して、把持部４２（換言するとスペーサー４０）の取り付けや取り外しを容易に行うことが出来る。また、把持部４２が筒状なので、往路管３２や復路管３４の垂直性を維持できる。一対の把持部４２は、略Ｕ字形状の開いた部分が外側を向くようにして接続部４４の両側に設けられている。換言すると、一対の把持部４２は、往路管３２と復路管３４を水平方向（幅方向）に近接させることで、それぞれ往路管３２及び復路管３４に嵌合するように設けられている。これにより、往路管３２と復路管３４とを両側から力を入れて嵌め込みすることができ、嵌め込みしやすい。

接続部４４は、一対の把持部４２を接続する板形状の部位である。接続部４４は、一対の把持部４２の筒状の中心線上に設けられている。これにより、一対の把持部４２に往路管３２、及び復路管３４を嵌め込む際に座屈を抑制することができる。また、接続部４４の横幅（水平方向の長さ）によって、スペーサー４０の寸法（幅）を容易に設定することができる。換言すると、接続部４４の長さの設定によって、往路管３２と復路管３４との間隔を容易に調整することができる。なお、本実施形態では接続部４４の横幅は間隔Ｓ１よりも大きく、接続部４４の両側に設けられた把持部４２の内周面間の距離（間隔）はＳ２（＞Ｓ１）となっている。この間隔Ｓ２は所定間隔に相当する。

また、接続部４４の片面側は突出しており、当該突出した部位に把持部４２の円筒の軸と平行な方向に貫通するネジ孔４６（係合部に相当）が設けられている。このネジ孔４６の内周には、錘４９の外周の雄ネジ４９１と螺合する雌ネジ４６１が形成されている。このネジ孔４６の雌ねじ４６１を錘４９の雄ネジ４９１と螺合させることで、錘４９はスペーサー４０のネジ孔４６に係合する。この係合により、スペーサーユニット５０を鉛直方向に沿って配置しても錘４９の落下を防止することができる。本実施形態では、接続部４４の片側にネジ孔４６を形成しているが、これには限らず両側にネジ孔４６を形成してもよい。そして、両側に錘４９を設けるようにしてもよい。また、一対の把持部４２の筒状の中心線上にネジ孔４６を設けてもよいが、この場合、錘４９を取り付けていない状態で、一対の把持部４２に往路管３２及び復路管３４に嵌め込むと、座屈するおそれがある。

なお、本実施形態のスペーサー４０の高さ（鉛直方向の長さ）は２〜４ｃｍ（好ましくは３〜３．５ｃｍ）である。

錘４９（質量体に相当）は、円柱形状の鉄製の部材である。具体的には、円柱の外周部分に雄ネジ４９１の形成された継手用の鉄筋（所謂、ネジ鉄筋）である。本実施形態の錘４９の重量は１本４〜６ｋｇである。

本実施形態においてスペーサーユニット５０は、錘４９の上端と下端に、それぞれスペーサー４０を取り付けて構成されている。ただし、これには限られず、錘４９に３つ以上のスペーサー４０を取り付けてもよい。また錘４９に対してスペーサー４０を１つのみ取り付けるようにしてもよいが、安定性を考慮すると２つ以上取り付けることが望ましい。

そして、このスペーサーユニット５０を、往路管３２及び復路管３４に取り付ける。すなわち、図６示すように、上下の各スペーサー４０の一対の把持部４２の一方に往路管３２を嵌合させ、他方に復路管３４を嵌合させる。これにより、スペーサーユニット５０は、往路管３２と復路管３４とを間隔Ｓ２（間隔Ｓ１よりも大きい間隔）離間させた状態で平行に保持する。

また、本実施形態のスペーサーユニット５０には錘４９が設けられているので、このスペーサーユニット５０を、往路管３２と復路管３４に取り付けることにより、浮力対策としての効果を発揮することができる。また、ネジ孔４６は、スペーサー４０の接続部４４に設けられており、錘４９は接続部４４に配置される。これにより、往路管３２と復路管３４に錘４９の荷重を効率的に付加することができる。

なお、図４では、鉛直方向の異なる位置に２つのスペーサーユニット５０を設けているが、これには限られない、１つでもよいし、３つ以上でもよい。取り付けるスペーサーユニット５０の数に応じて、荷重の調整を容易に行うことができ、また、荷重の位置を自由に設定できる。また、比較例の錘３９は流路接続部３６よりも下方に位置していたのに対し、本実施形態の錘４９は流路接続部３６よりも上方に位置している。これにより、本実施形態では竪孔２３の深さを、比較例の竪孔２３´の深さよりも浅くすることができ、掘削量を減らすことができる。よって、コストの低減を図ることができる。また、本実施形態のスペーサーユニット５０は、採放熱管３１（往路管３２、復路管３４）に容易に取り付けることができ、この取り付けにより採放熱管３１とスペーサーユニット５０は一体となる。よって、図２Ｃのようにケーシング鋼管２８を引き抜く際にも外れるおそれがなく、施工性や安全性の向上を図ることができる。

また、比較例では流路接続部３６に接続された往路管３２と復路管３４との間隔（図２Ｂに示す間隔Ｓ１）が小さいため、復路管３４から往路管３２へと熱移動する現象（所謂ショートサーキット）が発生し、熱交換効率が低下するおそれがある。これに対し、本実施形態では、スペーサーユニット５０（スペーサー４０）を設けて往路管３２と復路管３４との間隔をＳ２（＞Ｓ１）に拡幅しているので、ショートサーキットの発生を抑制でき、熱交換効率の向上を図ることができる。

＜変形例＞
図７は、地中熱交換器３０の変形例の概略斜視図である。ここでも地盤Ｇの竪孔２３を透視して見た状態を示している。図７において図４Ａと同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。この変形例では、往路管３２の下端部と復路管３４の下端部とが流路接続部３６´で連結されている。

流路接続部３６´は、往路管３２及び復路管３４との接続部分の間隔が流路接続部３６よりも大きい（具体的には間隔Ｓ２の）Ｕ字状の管である。このような流路接続部３６´を用いることにより、変形例では、往路管３２と復路管３４は、流路接続部３６´との接続部（下端部）から平行になっており、スペーサーユニット５０は、往路管３２と復路管３４との間隔を拡幅することなく往路管３２と復路管３４を平行に保持している。このため、この変形例では、往路管３２及び復路管３４の下端部分にもスペーサーユニット５０を取り付けることができ、前述の実施形態（図４）の場合よりもスペーサーユニット５０を多く取り付けることができ、より荷重を増やすことが出来る。

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
上記の実施形態は、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。

前述の実施形態では、往路管３２及び復路管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。また、樹脂以外の材料でもよい。

また、前述の実施形態では、往路管３２及び復路管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。この場合、スペーサー４０の把持部４２をその管形状に合わせて嵌合可能な形状にすればよい。

また、前述の実施形態では、図５に示すように、スペーサー４０の一対の把持部４２を、略Ｕ字形状の開いた部分が外側を向くようにして接続部４４の両側に設けていたが、これには限られない。例えば、略Ｕ字形状の開いた部分が接続部４４の平面部分の法線方向を向いていてもよい。この場合、一対の把持部４２において、略Ｕ字形状の開いた部分が同じ方向を向いていてもよいし、互いに逆方向を向いていてもよい。また、接続部４４の形状、及び、ネジ孔４６の形成位置は前述の実施形態には限られず、一対の把持部４２の間にネジ孔４６が位置するように接続部４４が形成されていればよい。

また、前述の実施形態では、採放熱管３１を構成する直管が往路管３２と復路管３４の２本の場合について説明したが、２本には限られず３本以上であってもよい。なお、同一径の孔の内側に採放熱管３１を複数配置する場合、採放熱管３１の数に応じて、隣接する採放熱管３１の間隔が変わる。よって、スペーサー４０の形状（Ｓ２の大きさ）もそれに応じて設定することになる。

図８Ａ〜図８Ｄは、同一径の孔に採放熱管３１を複数配置する場合の例を示す断面図である。図８Ａは採放熱管３１が２本の場合、図８Ｂは採放熱管３１が３本の場合、図８Ｃは採放熱管３１が４本の場合、図８Ｄは採放熱管３１が４本の場合の変形例をそれぞれ示している。図では便宜上、各採放熱管３１に番号（括弧内の数字）を付している。なお、これら複数の採放熱管３１のうち、少なくとも１本は往路管３２であり、少なくとも１本は復路管３４である。

ここでは、採放熱管３１（往路管３２、復路管３４）の外径が２５ｍｍとし、内径１０６ｍｍの孔に外周８ｍｍ分の隙間を設けるように（直径９０ｍｍの円内に）、採放熱管３１を複数配置することとする。また、錘４９の径を２５ｍｍとする。また、複数の採放熱管３１のうちの２本に前述のスペーサーユニット５０（スペーサー４０）取り付けることとし、それ以外は、スペーサー４００を取り付けている。スペーサー４００は、一対の把持部４２を板状の接続部４４０で接続した構成であり、一対の把持部４２の内周面間の間隔は、スペーサー４０と等しく設定されている（Ｓ２である）こととする。

図８Ａのように、２本の採放熱管３１（往路管３２、復路管３４）を孔の直径位置に配置する場合、スペーサー４０のＳ２は４０（＝９０−５０）ｍｍとなる。

図８Ｂでは、３本の採放熱管３１を配置している。このうち、採放熱管３１（１）と採放熱管３１（２）の間にはスペーサー４０が取り付けられ、採放熱管３１（２）と採放熱管３１（３）、及び、採放熱管３１（３）と採放熱管３１（１）の間にはスペーサー４００が取り付けられている。このように３本の採放熱管３１を配置する場合、孔の中心と採放熱管３１の中心との間隔は３２．５ｍｍ、採放熱管３１の中心同士の間隔は５６．３ｍｍとなる。よって、この場合スペーサー４０のＳ２は、３１．３（＝５６．３−１２．５×２）ｍｍとなる。よって、図８Ａと比べて、一対の把持部４２の間隔（Ｓ２）が狭くなっている。

図８Ｃでは４本の採放熱管３１を配置している。このうち採放熱管３１（１）と採放熱管３１（２）の間にはスペーサー４０が取り付けられており、それ以外にはスペーサー４００が取り付けられている。このように４本の採放熱管３１を配置する場合、孔の中心と採放熱管３１の中心との間隔は３２．５ｍｍ、採放熱管３１の中心同士の間隔は４６ｍｍとなる。よって、この場合Ｓ２は、２１（＝４６−１２．５×２）ｍｍとなる。よって、図８Ｂの場合と比べて、一対の把持部４２の間隔（Ｓ２）がさらに狭くなっている。

図８Ｄでは、採放熱管３１（１）と採放熱管３１（２）にスペーサー４０が取り付けられ、採放熱管３１（３）と採放熱管３１（４）にスペーサー４００が取り付けられている。

そして、この２つの組み合わせを孔の直径位置からずらして並列に挿入している。なお、採放熱管３１（１）と採放熱管３１（２）の一方が往路管３２であり、他方が復路管３４である。また、採放熱管３１（３）と採放熱管３１（４）の一方が往路管３２であり、他方が復路管３４である。この場合、孔の中心と採放熱管３１の中心との間隔は３２．５ｍｍ、採放熱管３１の中心同士の間隔は５４．８ｍｍとなる。よって、この場合Ｓ２は２９．８（＝５４．８−１２．５×２）ｍｍとなる。よって、図８Ｃの場合と比べて、一対の把持部４２の間隔（Ｓ２）が若干大きくなっている。

なお、図８Ｂ〜図８Ｃでは、複数の採放熱管３１のうちの２本の採放熱管３１の間にスペーサー４０を配置し、それ以外の箇所にはスペーサー４００（錘なし）を配置していたが、これには限られない。例えば、鉛直方向の位置を変えて各採放熱管３１にスペーサー４０（スペーサーユニット５０）を配置するようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、１つのスペーサー４０で２本の採放熱管３１を保持していたが、これには限られず、１つのスペーサー４０で３本以上の採放熱管３１を保持するようにしてもよい。

図９及び図１０は、スペーサー４０の変形例の説明図である。

図９では、３つの把持部４２が仮想円の円周上に並ぶように設けられている。また、各把持部４２は、開口部分が外側を向くように均等間隔で配置されている。接続部４４は、この３つの把持部４２を仮想円の内側で接続しており、接続部４４の中央（換言すると仮想円の中央）にネジ孔４６が形成されている。これにより、各把持部４２に外側から採放熱管３１を嵌合させて、１つのスペーサー４０で３本の採放熱管３１を保持することができる。また、３本の採放熱管３１に錘４９の荷重を安定して付加することができる。

また、図１０では、４つの把持部４２が仮想円の円周上に並ぶように設けられている。また、各把持部４２は、開口部分が外側を向くように均等間隔で配置されている。接続部４４は、この４つの把持部４２を仮想円の内側で接続しており、接続部４４の中央（換言すると仮想円の中央）にネジ孔４６が形成されている。これにより、各把持部４２に外側から採放熱管３１を嵌合させて、１つのスペーサー４０で４本の採放熱管３１を保持することができる。また、４本の採放熱管３１に錘４９の荷重を安定して付加することができる。

採放熱管３１が５本以上の場合も同様に構成することができる。

なお、図９及び図１０において、隣接する把持部４２の間の接続部４４を、仮想円から窪んだ凹形状としている。これにより、例えば、ケーシング鋼管２８を引き抜く際（図２Ｃ参照）に、ケーシング鋼管２８と当接しにくくすることができる。

また、前述の実施形態では、錘４９は円柱の外周全体に雄ネジ４９１の形成されたネジ鉄筋であったがこれには限られない。例えば、端部のみにネジ加工した鉄筋であってもよい。あるいは、ネジが形成されていなくてもよい。

図１１は、スペーサーユニット５０の変形例の説明図である。この変形例のスペーサーユニット５０は、錘４９´とスペーサー４０´を備えている。

錘４９´は、錘本体部４９ａ（本体部に相当）とフランジ４９ｂを備えている。

錘本体部４９ａは、円柱形状の長細い部材であり、外周にネジは形成されていない。

フランジ４９ｂは、錘本体部４９ａの軸の端部（図では上端）に設けられており、錘本体部４９ａの径よりも径が大きい。

スペーサー４０´は、把持部４２と接続部４４´を備えている。把持部４２は前述の実施形態と同じ構成なので説明を省略する。

接続部４４´には、錘４９´の錘本体部４９ａが挿通可能な貫通孔４６´（孔部に相当）が形成されている。一方、錘４９のフランジ４９ｂは、貫通孔４６´に挿通できない。換言すると、貫通孔４６´の径は、錘４９´の錘本体部４９ａの径以上であり、フランジ４９ｂの径よりも小さい。

この錘４９´（錘本体部４９ａ）を、図に示すように、スペーサー４０´の貫通孔４６´に挿入すると、フランジ４９ｂの外周部分の下面がスペーサー４０´の上面（貫通孔４６´の周囲の上面）と当接し、錘４９´は落下しない。よって、前述の実施形態と同様に荷重の調整をすることができる。

なお、図１１では、往路管３２と復路管３４の鉛直方向の異なる位置にスペーサー４０´を２つ設け、この２つのスペーサー４０´の貫通孔４６´に錘４９´の錘本体部４９ａを挿入しているが、これには限られない。例えば、１つの錘４９´に対して、スペーサー４０´を１つだけ設けてもよいし、３つ以上設けてもよい。また、錘本体部４９ａの形状は円柱には限られない。例えば、断面が楕円や多角形などの形状でもよい。この場合、貫通孔４６´の形状を錘本体部４９ａの形状に合わせるようにすればよい。

また、図９、図１０と同様に、３本以上の採放熱管３１（往路管３２、復路管３４）を保持するようにスペーサー４０´を構成してもよい。

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
２３，２３´ 竪孔（掘削孔）
２６ 熱媒体
２７ 充填材
２８ ケーシング鋼管
３０，３０´ 地中熱交換器
３１ 採放熱管
３２ 往路管
３４ 復路管
３６ 流路接続部
３８ 番線
３９ 錘
４０ スペーサー
４２ 把持部
４４，４４´ 接続部
４６ ネジ孔
４６´ 貫通孔
４９，４９´ 錘
４９ａ 錘本体部
４９ｂ フランジ
５０ スペーサーユニット
３６１ 孔
４００ スペーサー
４４０ 接続部
４６１ 雌ネジ
４９１ 雄ネジ
Ｇ 地盤
ＳＰ２３，ＳＰ２３´ 空間（隙間）

Claims (9)

1. 地中に埋設した管の内部に熱媒体を循環させ、地盤との間で熱交換を行う地中熱交換器であって、
   鉛直方向に沿って配置される第１配管と、
   前記鉛直方向に沿って配置される第２配管と、
   前記第１配管の前記鉛直方向の下端部と、前記第２配管の前記鉛直方向の下端部とを連結する連結管と、
   質量体と、
   前記第１配管と前記第２配管とを水平方向に所定間隔離間させて保持する保持部材であって、前記質量体が落下しないように係合可能な係合部を有する保持部材と、
   を備え、
   前記質量体は、本体部と前記本体部の端に設けられたフランジとを有し、
   前記保持部材の前記係合部は、前記本体部を通し、且つ、前記フランジを通さない孔部を有することを特徴とする地中熱交換器。
2. 地中に埋設した管の内部に熱媒体を循環させ、地盤との間で熱交換を行う地中熱交換器であって、
   鉛直方向に沿って配置される第１配管と、
   前記鉛直方向に沿って配置される第２配管と、
   前記第１配管の前記鉛直方向の下端部と、前記第２配管の前記鉛直方向の下端部とを連結する連結管と、
   質量体と、
   前記第１配管と前記第２配管とを水平方向に所定間隔離間させて保持する保持部材であって、前記質量体が落下しないように係合可能な係合部を有する保持部材と、
   を備え、
   前記保持部材は、
   前記第１配管及び前記第２配管がそれぞれ嵌合可能な一対の把持部と、
   前記一対の把持部を接続する接続部と
   を備え、
   前記係合部は、前記接続部に設けられており、
   前記接続部は、前記一対の把持部の中心線上に設けられており、
   前記係合部は、前記接続部の片側又は両側に設けられている
   ことを特徴とする地中熱交換器。
3. 請求項２に記載の地中熱交換器であって、
   前記質量体は、ネジ鉄筋であり、
   前記保持部材の前記係合部は、前記ネジ鉄筋と螺合するネジ孔を有する、
   ことを特徴とする地中熱交換器。
4. 請求項１に記載の地中熱交換器であって、
   前記保持部材は、
   前記第１配管及び前記第２配管がそれぞれ嵌合可能な一対の把持部と、
   前記一対の把持部を接続する接続部と
   を備え、
   前記係合部は、前記接続部に設けられている、
   ことを特徴とする地中熱交換器。
5. 請求項２乃至請求項４の何れかに記載の地中熱交換器であって、
   前記一対の把持部は、前記第１配管と前記第２配管を水平方向に近接させることで、それぞれ、前記第１配管及び前記第２配管と嵌合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。
6. 請求項４に記載の地中熱交換器であって、
   前記接続部は、前記一対の把持部の中心線上に設けられている
   ことを特徴とする地中熱交換器。
7. 請求項６に記載の地中熱交換器であって、
   前記係合部は、前記接続部の片側又は両側に設けられている
   ことを特徴とする地中熱交換器。
8. 請求項１に記載の地中熱交換器であって、
   少なくとも１本の前記第１配管と、少なくとも１本の前記第２配管を含む３本以上の複数の配管を備え、
   前記保持部材は、
   前記複数の配管にそれぞれ対応して設けられた複数の把持部であって、仮想円の円周上に並ぶように設けられた複数の把持部と、
   前記複数の把持部を前記仮想円の内側で接続する接続部と、
   を備え、
   前記係合部は、前記仮想円の中央に設けられている、
   ことを特徴とする地中熱交換器。
9. 請求項１乃至請求項８の何れかに記載の地中熱交換器であって、
   前記所定間隔は、前記連結管における前記第１配管と前記第２配管の前記水平方向の間隔よりも大きい、
   ことを特徴とする地中熱交換器。