【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地熱を利用して住宅など建物内の冷暖房を行う際に、恒温状態の地中に挿入し、パイプの壁面を介して地上から送給した空気と熱交換を行わせて空気の昇温あるいは冷却を行い、エアコンディショナのサポートとして使用される、内部に複数の空気流路を有するパイプの材質および構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エネルギーを節減するとともに人の健康を維持増進するのに有効な住宅の構造として太陽光を利用したものや深夜電力を利用して氷蓄熱を行うものなどがある。 しかしこれらは設備を導入するための初期投資コストが高いという課題を有していた。

【０００３】これに対して比較的低いコストで設置できる地熱を利用した住宅が検討され始めている。 例えば地下に埋設した長さが約３〜５ｍで２〜４重構造になっているパイプ内に空気を送給・循環させ、最も外側に位置するパイプの壁を介して地下の恒温状態の土と熱交換を行わせて送給・循環させる空気の昇温あるいは冷却を行い、その熱交換後の空気を利用することで室内の温度や湿度の差を少なくするというものがあり、その場合に土中に埋設して熱吸収させるパイプは大径とした方が熱交換効率の点で有利なため、直径が約４００ｍｍの大径ポリエチレン樹脂製のものが使用されている。

【０００４】図５はその一例を示す図で、図５における図（ａ）はパイプの軸と垂直をなす方向の断面図、図（ｂ）はパイプの軸を含む面で切断した断面図である。
図５において５１は外槽、５２は内槽、５３は外槽５１
および内槽５２によって形成される空間の上部を密閉する上蓋、５４は外槽５１の底部を密閉する底蓋、５５は外気、５６は外気導入孔である。

【０００５】図５においてはパイプが外槽５１および内槽５２からなる２層構造を有し、外槽５１および内槽５
２ともに合成樹脂によって製作し、外槽５１については外槽５１と内槽５２との間の空間部を流通している空気に乱流を生ぜしめて外槽内面と流通している空気との間の熱伝達率を向上させるとともに、外槽の伝熱面積を増加させるほか、熱膨張に基づく変形等を防止するために蛇腹状に形成するなどの工夫を施している。

【０００６】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、地中に埋設されるパイプが樹脂製で特に大径パイプの場合には埋設時にパイプが土に直接接触して抵抗を受けることでパイプ自体が変形することから位置決めを行うのが難しく、また、パイプ側面へ外気導入用等の孔明け加工を行う際に、加工中の孔の断面形状が大きく変化することを防止するために専用の中子を挿入したり、長いテーブルの上で大径のパイプを固定するために専用の治具を備えることが必要になる等の不具合を有するものであった。

【０００７】本願発明はこのような現状に鑑みてなされたもので、地中挿入時に変形を生ずることなく、後工程の孔明け作業を簡潔にかつ的確に行わせ、あるいはパイプ内面側の塗装を容易に行うことを可能にする大径の地熱吸収用パイプ材を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的は前記特許請求の範囲に記載された地熱吸収用パイプ材によって達成される。 すなわち、 (1) 地中に多層構造のパイプを埋め込み、前記多層構造を構成する各パイプ間に形成される空間部に空気を送給して循環させ、最も外側のパイプの土中部分の壁を介して前記空気と恒温状態の土との間で熱交換を行わせて前記空気の加熱・冷却を行わせるシステムにおいて、多層構造のパイプのうち、土と直接接触する外側のパイプの材質がアルミ押出材である地熱吸収用パイプ材。

【０００９】(2) 地中に多層構造のパイプを埋め込み、
前記多層構造を構成する各パイプ間に形成される空間部に空気を送給して循環させ、最も外側のパイプの土中部分の壁を介して前記空気と恒温状態の土との間で熱交換を行わせて前記空気の加熱・冷却を行わせるシステムにおいて、上記最も外側のパイプは、円周方向に少なくとも２箇以上に分割した形状で押し出し、各分割した形状のパイプの軸と平行な方向の両側の端面に前記パイプの外周面の接線と垂直をなして曲率の大きい側に延び、かつパイプの軸と平行な方向にパイプの全長にわたる長さのフランジを設け、上記分割した形状のパイプのフランジ同士を接合してパイプ形状に組み立てられ、多層構造のパイプのうち、土と直接接触する外側のパイプの材質がアルミ押出材である(1) 記載の地熱吸収用パイプ材。

【００１０】(3) 地中にパイプを埋め込んでパイプ中に空気を送給して循環させ、土中部分のパイプの壁を介して前記空気と恒温状態の土との間で熱交換を行わせて前記空気の加熱・冷却を行わせるシステムにおいて、前記パイプはアルミ押出材からなり、軸と垂直方向の断面における中空部の数が少なくとも２箇以上となるように前記パイプ中にパイプの軸と平行な向きにパイプ内を流通する空気の方向転換に必要なスペースを形成させるのに必要な長さを除いたパイプの全長にわたって連続する中リブを少なくとも１箇以上設け、空気の流路を複数に分割した構造を有する地熱吸収用パイプ材。

【００１１】(4) 地中にパイプを埋め込んでパイプ中に空気を送給して循環させ、土中部分のパイプの壁を介して前記空気と恒温状態の土との間で熱交換を行わせて前記空気の加熱・冷却を行わせるシステムにおいて、パイプの材質をアルミ押出材とし、上記パイプは円周方向に少なくとも２箇以上に分割した形状で、該分割した形状のパイプの軸と平行な方向の両側の端面に前記パイプの外周面の接線と垂直をなして曲率の大きい側に延び、かつパイプの軸と平行な方向にパイプの全長にわたる長さのフランジを設けて押し出し、上記分割したパイプのフランジ同士を接合してパイプ状に組み立てる際に、組み立てたあとのパイプの軸と垂直方向の断面における中空部の数が少なくとも２箇以上となるようにパイプの軸方向に隔壁を構成する板材を上記フランジ間に挟み込んで組み立てる地熱吸収用パイプ材。

【００１２】(5) 隔壁を構成する板材の材質がアルミニウムである(4) 記載の地熱吸収用パイプ材。

【００１３】(6) 隔壁を構成する板材の材質が合成樹脂である(4) 記載の地熱吸収用パイプ材である。 以下本発明の作用等について実施の形態に基づいて説明する。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態を説明する図で、図（ａ）はパイプの軸と垂直をなす方向の断面図、図（ｂ）はパイプの軸を含む面で切断した断面図である。 図１において１は外槽、２は内槽、３は上蓋、４は底蓋、５は外気、６は外気導入孔である。

【００１５】該第１の実施の形態においては、地熱吸収用パイプを２重管構造とし、その外槽１をアルミ押出材によって製作し、内槽２を合成樹脂によって製作する。
外槽１と内槽２とによって形成される空間の頂部は上蓋３によって密閉され、外槽１の底部は内槽２の底部との間に空気が流通し得る間隙を設けて底蓋４によって密閉する。 また外槽１の上部側面には恒温状態の土と熱交換を行わせるための外気（空気）５を導入する外気導入孔６を少なくとも１つ以上穿設する。

【００１６】このようにして構成した地熱吸収用パイプを土中に埋め込み、外気導入孔６から外気５を加圧して送入するか、内槽２の上部から外気５を吸引するかして外気導入孔６から外気（空気）５を外槽１と内槽２とによって形成される空間部および内槽２の内部を経由させて室内に流通させる。

【００１７】これによって年間を通じて恒温状態の土の温度に近い温度に加熱あるいは冷却された外気（空気）
が室内に連続的に流入することにより、エアコンディショナー等によって行う室内温度の調節を、より経済的かつ的確に行うことが可能になる。

【００１８】特に外槽１を従来用いられていた合成樹脂に比して熱伝導率が著しく大きく、かつ機械的強度に優れているアルミ押出材によって製作したことにより、地熱吸収効率を向上させ得るとともに、後工程で孔明けを行う場合にも所要の孔を正確に穿設することが可能になるほか、パイプを地中に埋め込む際にも周囲の土の抵抗によってパイプ自体に変形を生ずる虞れを少なくして行い得るという利点を有している。

【００１９】図２は本発明の第２の実施の形態を説明する図で、図（ａ）はパイプの軸と垂直をなす方向の断面図、図（ｂ）はパイプの軸を含む面で切断した断面図、
図(c) は円周方向に分割された外槽１を構成する部材の外槽１の軸と垂直方向の断面図である。

【００２０】該第２の実施の形態においては、組み立てた状態の全体の形状は前記第１の実施の形態とほぼ同様の２重構造の地熱吸収用パイプとし、外槽１をアルミ押出材によって製作し、内槽２を合成樹脂によって製作し、外槽１と内槽２とによって構成される空間の頂部を上蓋３によって密閉し、外槽１の底部は内槽２との間に空気を流通させ得る間隙を設けて底蓋４によって密閉する。

【００２１】該第２の実施の形態における特徴は、外槽１を円周方向に複数に分割した形状のアルミ押出材によって製作し、これを組み立てて形成していることにある。 図２においては外槽１を円周方向に４分割し、各分割した状態のそれぞれのパイプについてパイプの軸と平行な方向の両側の端面にパイプの外周面の接線と垂直をなして曲率の大きい側（パイプの外側）に延び、かつパイプの軸と平行な方向にパイプの全長にわたる長さを有するフランジを設けた、図(c) に示す形状で押し出して製作する。

【００２２】上記分割した状態のパイプを円筒を形成するようにして組み合わせ、隣接するフランジ同士を、リベット接合８等によって強固に接合して円筒状に組み立てる。 外槽１をこのようにして製作することにより、より大径の円筒を容易に製作し得るほか、押し出した状態のパイプの形状が図２の図(c) に示すような板状であることから、孔明け加工あるいはパイプの内面となる部分の塗装も容易かつ的確に行うことが可能になる。

【００２３】更に押出材のパイプの軸と平行な方向の端面でパイプの外周面となる方向にフランジを設けたことで後工程のパイプ状への組み立て作業が容易になる。 また、パイプを分割することにより、分割した状態のパイプは中実材となり、中空部がなくなることで輸送の際の効率が上昇するという利点を生ずる。

【００２４】図３は本発明の第３の実施の形態を示す図で、前記第１，第２の実施の形態においては地熱吸収用パイプが２重構造のパイプであったのに対して、１本のパイプを用い、該パイプの内部を該パイプの軸と垂直方向の断面において中空部の数が少なくとも２以上になるように分割し、上記分割した中空部の中をパイプの軸と平行な方向に流通する空気がパイプ端部において折り返すようにして同一パイプ内で隣接する中空部を流通し得るようにするものである。

【００２５】図３においては外槽１内のパイプの軸と垂直方向の断面を２分割し、パイプ内に形成された中空部の内１つの上方開口端部から空気（外気５）を導入する。 導入された空気は外槽１の地中部分を流下して外槽１の底部に到り、１８０°方向転換して隣接する中空部を上昇してパイプ外部（図３における室内）に到る。

【００２６】外槽１内に送入された空気（外気５）は外槽１内を流下し或いは上昇する間に、外槽１の壁面を介して、年間を通じて恒温状態の土と熱交換を行い、夏期においては冷却され、冬季においては昇温される。

【００２７】外槽１と仕切板９はアルミ押出材によって一体に製作することにより、従来の合成樹脂製パイプに較べて地熱吸収効率が向上するほか、後工程の孔明け作業に際して作業性を向上させ確実に製作し得るほか、多層構造のパイプに較べて製作工数を低減させることが可能になる。

【００２８】図４は本発明の第４の実施の形態を説明する図で、前記第３の実施の形態においては、外槽１と仕切板９とが一体にアルミ押出材によって製作されるのに対して、外槽１のみを前記第２の実施の形態における外槽１の製作時と同様に、円周方向に４分割し、各分割した状態のそれぞれのパイプについてパイプの軸と平行な方向の両側の端面にパイプの外周面の接線と垂直をなして曲率の大きい側（パイプの外側）に延び、かつパイプの軸と平行な方向にパイプの全長にわたる長さを有するフランジを設けた、図(c) に示す形状で押し出して製作する。

【００２９】上記分割した状態のパイプを円筒を形成するようにして組み合わせ、隣接するフラジ同士を、接合して円筒状に組み立てるのであるが、その際に図４に示すように仕切板１０を隣接するフランジ間に挟み込むようにしてリベット接合８等によって強固に接合する。

【００３０】仕切板１０はアルミ板あるいは合成樹脂等によって製作し、送入される空気の流路が図４に示すように２パスの場合には外槽１の下端内部に図(b) に示すように流通する空気が折り返し得るように空間を形成させる。 送入される空気の流路が４パス等に到る際には外槽１の内部下端および上端部にそれぞれ空気が折り返し得る空間を形成させておく。

【００３１】このようにして構成することにより、パイプ内に送入された空気（外気５）は、例えば図４においては仕切板１０によって仕切られた外槽１内の一方の空間の上方から下部に流入し、外槽１の壁面を介して年間を通じて恒温状態にある土と熱交換を行って夏期は冷却され冬季は昇温されて外槽１内下端部において１８０°
方向転換して向きを上方に変え、外槽１の壁面を介して更に冷却あるいは昇温されて外槽１の上部から室内等所要の場所に送出される。

【００３２】外槽１内の空気の流路は仕切板１０によって容易に形成し得ることから、外槽１の円周方向の分割数を２以上に増加し、分割された外槽１をフランジによって接合する際に各フランジによって挾持される仕切板１０の形状を適宜選択して流路の数を増加し、あるいは流路内を流通する空気の流速等を種々選択することにより、熱交換効率を上昇させ得るほか外槽１に接する土の温度に近い温度まで空気の温度を調節することが可能になる。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１は前記４つの実施の形態に示した本発明の特徴を示したもので、この表からも本発明が従来の技術に比して格段に優れていることが明瞭に読み取れる。 表１において、◎は非常に優れている、○は優れている、−は同程度、△はやや劣る、×は非常に劣ることを示している。

【００３５】

【発明の効果】前記発明の実施の形態において説明したように、本発明によれば下記に示す効果を奏する。 地熱吸収用パイプとしてアルミニウム製押出材を用いることにより、熱交換性能を著しく向上させることが可能になった。 パイプを２分割以上した押出材によって製作することにより、より大径のパイプが得られ、後工程の孔明け時間の短縮を図り得るとともに、パイプの内面となる部分の塗装を容易かつ確実に行うことが可能になる。 パイプを分割した形状で製作することにより、組み立てる前のパイプが中実材となり、中空部がなくなることで１回の運搬量が増加する。 押出材の端面にパイプの外周面となる方向にフランジを付けた構造とすることにより、後工程の組み立て作業が容易になる。 分割面に仕切板を挟んでパイプを形成させることにより、多重管にする手間が省け、作業性も向上する。 外槽の内部に配設する仕切板の材質として熱伝導率の低い合成樹脂を用いることにより、仕切板を介して接する流通空気間の熱交換を低減し得ることから、熱効率を上昇させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態を説明する図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態を説明する図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態を説明する図である。

【図５】従来の技術の例を示す図である。

【符号の説明】

１ 外槽 ２ 内槽 ３ 上蓋 ４ 底蓋 ５ 外気 ６ 外気導入孔 ７ 分割位置 ８ リベット接合 ９，１０ 仕切板 ５１ 外槽 ５２ 内槽 ５３ 上蓋 ５４ 底蓋 ５５ 外気 ５６ 外気導入孔