JP4859871B2

JP4859871B2 - 熱交換用埋設管

Info

Publication number: JP4859871B2
Application number: JP2008114701A
Authority: JP
Inventors: 康之伊藤; 秀之山岸; 克実江原; 博伊集院
Original assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: JP2008202936A

Description

本発明は、地中の熱を空調、輻射冷暖房、給湯等に利用するために、地中に埋設して用いる熱交換用埋設管に関するものである。

地中の温度は、一年間を通じて温度変化が少なく、比較的安定している。そのため、例えば日本の気候においては、地中の温度は、夏季は外気温に対して低く、冬季は外気温に対して高い。そこで、建物の基礎下に埋設されている基礎杭を利用して、地中と地上との間で熱交換を行うことにより、空調等の熱源として利用する装置が提案されている。

例えば、特許文献１には、基礎下に埋設された基礎杭の内部に配管をし、その管内に水などを通して熱交換を行う技術が開示されている。この特許文献１では、杭内部に配管した熱交換用配管は、杭頭からそのまま外部に引き出され、杭頭上の建物の基礎に一体に設けられている。

また、特許文献２には、建築物の施工の際に、地中に打ち込まれる中空の基礎杭と、この基礎杭の中空内に熱媒体を注入し又は基礎杭の中空内から熱媒体を抽出する空調装置を具備する地中蓄熱装置が開示されている。この特許文献２でも、基礎杭の中空内部から延びる熱媒体伝熱管は、杭頭からそのまま上部に引き出され、杭頭上の建物の基礎マットに一体に設けられている。

特開平１−１２３９５１号公報特開平８−１８４０６３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術では、建物の基礎下に埋設された基礎杭を用いており、更にその杭頭からそのまま上部に引き出した配管を基礎と一体に設けているため、例えば、杭内部に配設された配管の劣化や目詰まりには対処できず、メンテナンス性については考慮されていなかった。

また、上記特許文献２では、杭頭の開口上にあたる建物基礎部分に開口があり、該開口から上部に配管が引き出された状態が図示されているが、ベタ基礎以外の基礎形態（たとえば、布基礎、独立基礎）では、杭頭上部の基礎に開口を設けることは基礎の強度上困難なことが多く、仮に開口を設けることが可能であったとしても、基礎上部に配管が引き出されることによって、メンテナンス用の空間を設ける必要が生じ、基礎上部空間の用途に制約が生じてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、メンテナンスが可能であって、且つメンテナンス作業が容易に行え、さらには、埋設管上部の空間の用途に制約が少なく、有効に利用しやすい熱交換用埋設管を提供するものである。

上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、地中の熱を利用するために、少なくとも一部を建物の基礎下である地中に埋設して基礎杭として用いる熱交換用埋設管であって、前記埋設管は、地中に埋設された側の開口が閉塞されており、前記埋設された側とは反対側の上部開口を塞ぐ閉塞部材を有し、前記埋設された側とは反対側の埋設管の上部側面または前記閉塞部材の側面に、熱媒体が流動する配管を前記埋設管内外へ案内し且つ保護するためのガイド部を設け、前記ガイド部は、前記基礎下に位置して前記埋設管内の配管を前記基礎下で前記埋設管外に案内することを特徴とする。

上記構成によれば、埋設管の上部開口あるいは前記ガイド部から、埋設管内外への配管の出し入れや埋設管内部の充填材の補充・交換が可能となるため、管内部に配した配管等に問題が生じた場合にメンテナンスを行うことができ、且つそのメンテナンス作業を容易に行うことができる。また、埋設管への配管作業の際に、配管は前記ガイド部に案内され、また前記ガイド部によって配管を一時的に保持することも可能となるため、配管作業が容易となり、配管作業に要する時間も短縮できる。また、埋設管の上部に荷重がかかる場合であっても、配管は前記ガイド部によって保護されるため、埋設管上部にかかる荷重によって配管がつぶれてしまうのを防止することができる。また、埋設管の上部開口は閉塞部材によって閉塞されるため、埋設管の上部開口から埋設管内部へ土等が侵入するのを防止することができる。また、配管は前記ガイド部により埋設管の側面または閉塞部材の側面から外部へ引き出され、埋設管上部から突出しないため、埋設管を基礎下以外の場所に配置した場合にあっては、埋設管上部の空間を有効に利用することができる。

具体的には、例えば、前記ガイド部を、前記埋設管の上端部を切り欠いて設けた切欠部、または前記埋設管の上部側面を穿設した孔部とすることにより、上述した作用・効果が得られる。

あるいは、前記ガイド部を、前記閉塞部材の側面を切り欠いて設けた切欠部、または前記閉塞部材の側面を穿設した孔部とすることによっても、同様に上述した作用・効果が得られる。

以上説明したように、本発明によれば、埋設管の上部開口あるいは配管を埋設管内外へ案内し保護するためのガイド部を通して、埋設管内外への配管の出し入れや埋設管内部の充填材の補充・交換が可能となるため、管内部に配した配管等に問題が生じた場合にメンテナンスを行うことができ、且つそのメンテナンス作業を容易に行うことができる。また、埋設管への配管作業の際に、配管は前記ガイド部に案内され、また前記ガイド部によって配管を一時的に保持することも可能となるため、配管作業が容易となり、配管作業に要する時間も短縮できる。また、埋設管の上部に荷重がかかる場合であっても、配管は前記ガイド部によって保護されるため、埋設管上部にかかる荷重によって配管がつぶれてしまうのを防止することができる。また、埋設管の上部開口は閉塞部材によって閉塞されるため、埋設管の上部開口から埋設管内部へ土等が侵入するのを防止することができる。また、配管は前記ガイド部により埋設管の側面または閉塞部材の側面から外部へ引き出され、埋設管上部から突出しないため、埋設管を基礎下以外の場所に配置した場合にあっては、埋設管上部の空間を有効に利用することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る熱交換用埋設管の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。

本発明に係る熱交換用埋設管は、地中の熱を利用するために、少なくとも一部を地中に埋設して用いる熱交換用埋設管である。この少なくとも一部を地中に埋設した熱交換用埋設管とは、管全体が地中に埋設されている埋設管や、一部が外部に露出するように地中に埋設されている埋設管などを含むものである。

また、本発明に係る熱交換用埋設管としては、例えば、建物の基礎に用いられる、鋼管杭、コンクリートパイル、ソイルセメント柱体と鋼管杭を一体化させたソイルセメント合成杭等の既成杭が挙げられる。なお、本発明に係る熱交換用埋設管は、前述した既成杭に限定されるものではなく、少なくとも一部を地中に埋設して地中の熱を利用するために用いる埋設管であれば、その他の埋設管であっても構わない。

前述したような熱交換用埋設管を地中熱利用装置で用いる場合には、前記熱交換用埋設管の中空内部に熱交換用の配管を配置し、この配管と埋設管本体の空間に充填材を適宜充填し、前記配管内を熱媒体を流動させることによって地中の熱を利用するように構成する。

なお、前記熱交換用の配管を通す熱媒体としては、水、オイル、不凍液、空気などが挙げられる。また、熱交換用の配管と埋設管本体の空間を埋める充填材としては、水、オイル、不凍液、砂、砂利、軽量気泡コンクリートの粉砕物、金属片、鋼球、ステンレス製の球体などが挙げられるが、中でも水、オイル、不凍液が特に好ましい。

本発明に係る熱交換用埋設管は、地中に埋設された側の開口が閉塞されている。この地中に埋設された側の埋設管開口を閉塞する方法としては、埋設管の埋設前に予め埋設管の先端もしくは途中を蓋、障壁等の閉塞部材により閉塞しておくことが最も好ましいが、埋設管の埋設後にセメント、接着剤等を埋設管の内部から先端に落とし込んで閉塞することも可能である。

更に、本発明に係る熱交換用埋設管は、前記埋設された側とは反対側の上部開口を塞ぐ閉塞部材を有し、前記埋設された側とは反対側の埋設管の上部側面に、熱媒体が流動する配管を前記埋設管内外へ案内し且つ保護するためのガイド部を設けた構成となっている。この熱交換用埋設管の構成について、図面を用いて具体的に例示して説明する。

例えば、図１（ａ）に示すように、本発明に係る熱交換用埋設管１は、該埋設管１に配管２が設置された後に埋設管１の上部開口を塞ぐ着脱可能な閉塞部材９を有している。更に埋設管１の上部側面には、配管２を埋設管１内外へ案内し且つ保護するためのガイド部として、埋設管１の上端部を切り欠いた切欠部３が設けられている。

このように、埋設管１の上部側面にガイド部としての切欠部３を設けることにより、埋設管１内部の配管２を交換する際には、着脱可能な閉塞部材９を取り外せば上部開口からの配管２の出し入れや埋設管１内部の充填材の補充・交換が可能となるため、埋設管１内部に配した配管２の劣化や目詰まりに対処することができるなど、メンテナンスが可能となり、且つメンテナンス作業を容易に行うことができる。

また、埋設管１への配管作業の際に、配管２は前記切欠部３に案内され、また前記切欠部３によって配管２を一時的に保持することも可能となるため、埋設管１内外への配管２の出し入れや配管２が複数部材からなる場合の接続作業などの配管作業が容易となり、配管作業に要する時間も短縮できる。

更に、埋設管１の上部に荷重がかかる場合であっても、配管２は前記切欠部３によって保護されているため、埋設管１上部にかかる荷重によって配管２がつぶれてしまうのを防止することができる。

また、埋設管１の上部開口は閉塞部材９によって閉塞されるため、埋設管１の上部開口から埋設管１内部へ土等が侵入するのを防止することができる。また、配管２は前記ガイド部としての切欠部３により埋設管１の側面から外部へ引き出され、埋設管１上部から突出しないため、特に埋設管１を基礎下以外の場所に配置した場合にあっては、埋設管１上部の空間を有効に利用することができる。

なお、前記ガイド部としての切欠部３の形状は、図１（ａ）に示す形状に限定されるものではなく、配管２を埋設管１内外へ案内し且つ保護する形状、大きさであればどのような形状であっても良い。

上述した実施の形態では、本発明に係る熱交換用埋設管１が有するガイド部として、図１に示すような埋設管１上端部を切り欠いて埋設管１の上部側面に設けた切欠部３を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、熱交換用埋設管１が有するガイド部は、図２（ａ）に示すように、前記埋設管１の上部側面を穿設した孔部４であっても良い。このように構成することによっても前述した実施の形態と同様の作用・効果が得られる。

更に、図２（ｂ）に示すように、前記埋設管１の孔部４に筒状の案内部材１２を設けた構成としても良い。このように構成することで、配管２との間の空隙を粘着テープ等で容易に塞ぐことができる。

また、前記埋設管１の上部開口を塞ぐ閉塞部材９は、図１（ａ）に示すように埋設管１の上部側面に覆い被さる着脱式の閉塞部材９に限定されるものではなく、例えば図１（ｂ）に示すように埋設管１の上部開口に挿入する着脱式の閉塞部材１０であっても良い。この閉塞部材１０の場合、挿入部分１０ａにネジが切ってある構成としても良い。また埋設管１を基礎下に設ける場合などは図１（ｂ）に示すような閉塞部材１１を埋設管１の上部開口に溶接して閉塞する構成としても良い。これら閉塞部材９〜１１の材質は、埋設管１と同一素材あるいはプラスチックであっても良い。

また、前述した実施の形態では、前記埋設された側とは反対側の埋設管１の上部側面に切欠部３や孔部４等のガイド部を設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、前記埋設管１の上部開口を塞ぐ閉塞部材の側面に、配管２を埋設管１内外へ案内し且つ保護するためのガイド部を設けた構成としても良い。

具体的には、前記閉塞部材の側面に設けるガイド部としては、図３（ａ）に示すように閉塞部材５の側面を切り欠いて設けた切欠部５ａであっても良し、あるいは図３（ｂ）に示すように閉塞部材６の側面を穿設した孔部６ａであっても良い。

このように構成することにより、各閉塞部材５，６の側面にそれぞれガイド部としての切欠部５ａ，孔部６ａを設けることにより、埋設管１内部の配管２を交換する際には、着脱可能な閉塞部材５，６を取り外せば上部開口からの配管２の出し入れや埋設管１内部の充填材の補充・交換が可能となるため、埋設管１内部に配した配管２の劣化や目詰まりに対処することができるなど、メンテナンスが可能となり、且つメンテナンス作業を容易に行うことができる。

また、埋設管１の上部に荷重がかかる場合であっても、配管２は前記切欠部５ａ，孔部６ａによって保護されているため、埋設管１上部にかかる荷重によって配管２がつぶれてしまうのを防止することができる。

また、埋設管１の上部開口は閉塞部材５，６によって閉塞されるため、埋設管１の上部開口から埋設管１内部へ土等が侵入するのを防止することができる。また、配管２は前記ガイド部としての切欠部５ａ，孔部６ａにより閉塞部材５，６の側面から外部へ引き出され、埋設管１上部から突出しないため、特に埋設管１を基礎下以外の場所に配置した場合にあっては、埋設管１上部の空間を有効に利用することができる。

更には前記埋設管１の上部開口を塞ぐ閉塞部材５，６を用いて、該閉塞部材５，６の側面に前記切欠部５ａや孔部６ａ等のガイド部を設けた構成とすることにより、前記ガイド部を有さない既存の埋設管１を用いることができ、また前記既存の埋設管１を利用する場合に加工の必要がなく、且つ前記ガイド部を有する専用の別部材を別途設ける必要がないので、その分コストアップを防げる。

なお、本発明に係る熱交換用埋設管１として、建物の基礎に用いる既成杭としての鋼管杭が利用可能であることは前述したが、この鋼管杭を熱交換用埋設管１として用いる場合は、杭本体の外周に、杭本体外径より大きい外径（具体的には１．５〜３倍程度）を有する翼巾の杭ねじ込み用螺旋翼を有する鋼管杭を用いることが好ましい。また前記鋼管杭の施工方法は、残土の発生がない回転埋設方式で行うことが好ましい。前記鋼管杭を回転埋設方式で施工することにより、埋設時に掘削軟化した土砂を排土せずに杭側面に押圧し圧縮するため、杭周縁の土砂の密度が高くなり、熱伝導率は上がる。このため、熱交換の効率は良くなる。

また、熱交換用埋設管１の内部に設置する熱交換用の配管２は、図４に示すように、埋設管１内に熱媒体を流入する送り管２ａと埋設管１内から熱媒体を流出する還り管２ｂを備えている。また、埋設管１内の熱交換用の配管２は、図４（ａ）に示すように前記送り管２ａと前記還り管２ｂが別個に設けられ埋設管１内の前記管２ａ，２ｂ端部が充填材（熱媒体と同じもの）で満たされている構成でも良いが、図４（ｂ）に示すように前記送り管２ａと前記還り管２ｂが連続的につながっている構成の方が好ましい。

また、前記埋設管１内の熱交換用の配管２は、凹凸のない配管２に比べて単位長さ当たりの表面積が大きく、また折り曲げ加工が容易な配管２を使用することが好ましい。特に図４（ｃ）に示すように管壁形状が長さ方向に波型をしたフレキシブルパイプなどの蛇腹状の配管２を使用することが好ましく、吸熱面積の増大と折り曲げ加工が容易である。この配管２を使用することにより、施工時に埋設管１内へ熱交換用の配管２を入れる場合でも、埋設管１内で熱交換用の配管２を繋ぐ必要はなく、折り返し部分で専用のＵ字管を用意する必要もない。また配管２を図４（ｃ）に示すように波型形状とすることによって、配管２内部では該内部を通る熱媒体の流れは乱流となり、熱交換の効率はさらに高くなる。

また、熱交換用の配管２の材質は、金属製、プラスチック製のものを任意に用いればよいが、好ましいものは、金属製の配管２で、銅管、ステンレス管、アルミ管、および鋼管等が挙げられる。この中でも、特に好ましいものはステンレス管である。また、１本の埋設管１の内部に通す配管２の本数は複数本であっても良い。

また、埋設管１内の配管２の形状は、通常の凹凸のないもの、図４（ｃ）に示すような管壁形状が長さ方向に波型をした蛇腹状のもの（フレキシブルパイプなど）、配管２周面に放熱板（フィン）を取り付けたもの等が挙げられる。特に好ましいものは、前述したように蛇腹状の配管２であり、凹凸の形状が熱交換の表面積を広げ、かつ配管２内の熱媒体の流れが乱流となるため、熱交換効率が上がる。また、フレキシブルパイプなどの蛇腹状の配管２は巻物であるため、施工現場までの運搬が簡単であり、折れ曲げ加工性に優れているため、埋設管１内外への出し入れ等の施工性に優れている。

なお、前述した本発明に係る熱交換用埋設管１を用いて地中熱利用装置としてシステムを構築する場合、例えば、図５に示すように、前述したような熱交換用埋設管１の他に、熱交換用埋設管１の配管２、建物内の配管７、配管７内の熱媒体を循環させるための循環用ポンプ８等が挙げられる。循環用ポンプ８は、配管７内の熱媒体を循環するのに十分な能力を備えているものであれば良い。建物内に配管７を設置する場所としては、壁、床、天井、屋根、基礎等が挙げられる。また、この建物内の配管７は、床暖房温水パネル等のパネル内に組み込まれていても構わない。また、建物内の配管７と熱交換用埋設管１の配管７は配管によって連結しても良いし、或いは、必要に応じて建物内の配管７と熱交換用埋設管１からの配管７との間に地中から得た熱を熱源として利用するボイラーやヒートポンプ等をシステムとして組み入れても構わない。建物内の配管７と熱交換用埋設管１の配管７を連結する配管は、材質、配管径に関しては、使用態様に応じ任意に決めれば良い。

前述した本発明に係る熱交換用埋設管１を地中熱利用装置に用いる場合、その埋設管１は、前述したように地盤改良のために建物の基礎の下に埋設されている基礎杭を利用しても良いし、建物の基礎の下以外の場所に、埋設した埋設管１を利用しても良い。

例えば、図６に示すように、建物の基礎１３下に埋設されている基礎杭を前記熱交換用埋設管１として利用する場合には、前記ガイド部として、大きな１つの切欠部３を設けた構成とする。この場合、建物基礎１３下に埋設された埋設管１（基礎杭）は大きな力のかかるところであるため、埋設管１の上部開口を塞ぐ閉塞部材１１は、剛性が高く図６に示す如く基礎１３を広く受ける形状の閉塞部材１１を用いて、該閉塞部材１１を埋設管１上部に溶接した構成とする。このように構成することによって、基礎１３下に設けた埋設管１であっても、埋設管１内部の配管２を交換する際には、配管ピット１４から前記切欠部３を通して埋設管１内外への配管２の出し入れや埋設管１内部の充填材の補充・交換が可能となるため、埋設管１内部に配した配管２の劣化や目詰まりに対処することができるなど、メンテナンスが可能となり、且つメンテナンス作業を容易に行うことができる。

また、基礎１３の下以外の場所の例を挙げると、基礎１３下以外の建物の下や、庭等の建物周縁の空き地、道路、駐車場等がある。このような場所であっても、埋設管１内部の配管２を交換する際には、埋設管１の上部開口または前述のガイド部から配管２の出し入れが可能となるため、埋設管１内部に配した配管２の劣化や目詰まりに対処することができるなど、メンテナンスが可能となり、且つメンテナンス作業を容易に行うことができる。

本発明の活用例として、地中の熱を空調、輻射冷暖房、給湯等に利用するために、地中に埋設して用いる熱交換用埋設管に適用出来る。

本発明に係る熱交換用埋設管が有する切欠部を示す模式図本発明に係る熱交換用埋設管が有する孔部を示す模式図本発明に係る熱交換用埋設管が有するガイド部材を示す模式図熱交換用の配管の一例を示す模式図地中熱利用装置のシステム構成の一例を示す模式図本発明に係る熱交換用埋設管を建物基礎下に配置した構成の一例を示す模式図

１…熱交換用埋設管
２…熱交換用の配管
２ａ…送り管
２ｂ…還り管
３…切欠部
４…孔部
５…閉塞部材
５ａ…切欠部
６…閉塞部材
６ａ…孔部
７…配管
８…循環用ポンプ
９…閉塞部材
１０…閉塞部材
１０ａ…挿入部分
１１…閉塞部材
１２…案内部材
１３…基礎
１４…配管ピット

Claims

地中の熱を利用するために、少なくとも一部を建物の基礎下である地中に埋設して基礎杭として用いる熱交換用埋設管であって、
前記埋設管は、地中に埋設された側の開口が閉塞されており、前記埋設された側とは反対側の上部開口を塞ぐ閉塞部材を有し、
前記埋設された側とは反対側の埋設管の上部側面または前記閉塞部材の側面に、熱媒体が流動する配管を前記埋設管内外へ案内し且つ保護するためのガイド部を設け、
前記ガイド部は、前記基礎下に位置して前記埋設管内の配管を前記基礎下で前記埋設管外に案内することを特徴とする熱交換用埋設管。
前記ガイド部は、前記埋設管の上端部を切り欠いて設けた切欠部、または前記埋設管の上部側面を穿設した孔部であることを特徴する請求項１に記載の熱交換用埋設管。
前記ガイド部は、前記閉塞部材の側面を切り欠いて設けた切欠部、または前記閉塞部材の側面を穿設した孔部であることを特徴する請求項１に記載の熱交換用埋設管。