JP6838923B2 - 地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、地中熱を利用して熱交換を行う、地中に埋設されたコンクリート製の管状構造物（共同溝や地下道、避難通路等）を利用する地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置に関するものである。

地中熱を利用して省エネルギー化を図った空調システムの一例として、特許文献１や特許文献２が開示する地中熱利用空調システムが提供されている。これらの空調システムは、地中に埋設した熱交換用管体の一端側において、送風手段によって該管体内に外気を取り込み、取り込んだ空気に一定の流速を付与し、地中熱との間で熱交換された空気を屋内に送出することによって該屋内の冷暖房効果を向上させんとするものであった。そのために用いられる前記熱交換用管体は、通常、硬質塩化ビニル樹脂からなり、その内径が１００〜４２０ｍｍ程度に設定されていた。

該熱交換用管体をこのように硬質塩化ビニル樹脂製とし、又その内径を比較的小径に構成していたのは、該熱交換用管体が地中熱利用の空調システムを構成するためだけの専用のものであったため、極力施工コストの低減を図らざるを得なかったことが主な理由と解される。

しかしながら、硬質塩化ビニル樹脂からなる前記熱交換用管体は熱伝導率が比較的低く、又、前記熱交換用管体の内径が比較的小さく該熱交換用管体の内空断面が比較的小さいものであったため、集熱性能が低く地中熱を有効に利用することができない問題があった。

ところで、地下に埋設された共同溝や地下道、避難通路は、共にコンクリート製であって、且つ内空断面が大きいものである。該共同溝は、その内部を点検するための点検通路と、上下水道、電気、通信等の配管や配線等のライフラインの設置部とが隣り合わせて設けられて構成されており、該共同溝は、該ライフラインを配設し管理するためだけの用途で利用されていた。又、地下道や避難通路は、専ら人の通行を可能とするためだけの用途で利用されていた。

特開２０１６−７０５９１号公報 特開２００７−３３３６０号公報

本発明は、前記した共同溝や地下道、避難通路を含む地下埋設の管状構造物の躯体が、コンクリート製であって熱伝導率が比較的大きいこと、又、これらの内空面積や外周面積が大きいこと、更に、これらは地下で長く延長するものであることに着眼したことを出発点として開発されたものであり、該管状構造物を、その本来の用途に加え、地中熱を集熱するための熱交換装置としても有効活用できるようにすることを課題とするものである。又、該熱交換装置において地中熱を一層効率的に集熱し得る熱交換装置の提供を課題とするものである。

前記課題を解決するため本発明は以下の手段を採用する。
即ち本発明に係る地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置（以下熱交換装置ともいう）の第１の態様は、地中に埋設されたコンクリート製の管状構造物を利用する地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置であって、前記管状構造物は、人が通行し得る地下通路部として構成されており、或いは、該地下通路部に、地盤に接する側壁部の内壁面部に寄せて物品を地下に設置するための地下設置部が付設されて構成されている。そして、前記管状構造物の全長部分又はその一定長さ部分としての、両端が閉塞された区画管路の延長方向で見た所要部位に、該区画管路内に外気を供給させるための外気供給口が設けられ、該区画管路の延長方向で見た所要部位であって且つ該外気供給口と所要間隔を隔てた部位に、採熱領域に空気を排出するための空気排出口が設けられている。又前記管状構造物に、前記外気供給口から前記空気排出口に向かう空気の流れを生じさせる送風ファンが設けられていることを特徴とするものである。

本発明に係る熱交換装置の第２の態様は、前記第１の態様に係る熱交換装置において、前記管状構造物の、地盤に接する前記側壁部の前記内壁面部に、該内壁面部から該管状構造物内の空気への熱移動を促進させ、或いは、該管状構造物内の空気から該内壁面部への熱移動を促進させる伝熱用部材が設けられていることを特徴とするものである。

本発明に係る熱交換装置の第３の態様は、前記第１の態様又は前記第２の態様において、前記外気供給口から前記空気排出口に向けて前記区画管路内を流れる空気を、前記内壁面部に向けて且つ該空気排出口に向けて誘導するための空気誘導部を前記管状構造物に設けたことを特徴とするものである。

本発明に係る熱交換装置の第４の態様は、前記第３の態様において、前記空気誘導部を前記地下通路部に設けたことを特徴とするものである。

本発明に係る熱交換装置の第５の態様は、前記第４の態様において、前記管状構造物が、前記地下設置部の左右両側に位置する前記内壁面部に寄せて前記地下設置部が付設されて構成されている。そして前記空気誘導部は、前記地下通路部の幅方向の中央部位に存する縁部を基端縁部とする、前記区画管路の左右両側の前記内壁面部に向けて且つ該地下通路部の前記空気排出口に向けて傾斜する左右の傾斜面部材を具え、前記地下通路部を流れる空気が該傾斜面部材に案内されて前記区画管路の左右両側に存する前記内壁面部の夫々に向けて且つ前記空気排出口に向けて誘導される如くなされている。又、該左右の傾斜面部材の前記左右の基端縁部相互が重なっており、或いは該基端縁部相互が当接乃至接近状態にあり、該左右の基端縁部間は、前記地下通路部を人が通行する際に開くことができることを特徴とするものである。

本発明に係る熱交換装置の第６の態様は、前記第４の態様において、前記管状構造物が、前記地下通路部の左右方向で見た一側にのみ前記地下設置部が付設されて構成されており、該地下設置部は、前記側壁部の前記内壁面部に寄せて設けられている。そして、前記空気誘導部は、前記地下通路部を横切るように且つ該地下通路部の前記空気排出口側に向けて傾斜する傾斜面部材を具え、前記地下通路部を流れる空気が、該傾斜面部材に案内されて、前記一側の前記内壁面部に向けて且つ前記空気排出口に向けて誘導される如くなされている。又、前記傾斜面部材は、前記地下通路部を人が通行する際に開くことができることを特徴とするものである。

本発明に係る熱交換装置の第７の態様は、前記第５又は前記第６の態様において、前記傾斜面部材が、前記地下通路部の天井部で吊下された可撓性の垂れ片として構成されていることを特徴とするものである。

本発明に係る熱交換装置の第８の態様は、前記第５又は前記第６の態様において、前記傾斜面部材が、その上部が、前記地下通路部の天井部に設けたガイドレールにガイドされて開閉可能となされ、その閉じた状態において、該地下通路部を流れる空気を前記のように誘導でき、且つ、前記地下通路部を人が通行する際に開くことができるカーテンであることを特徴とするものである。

本発明に係る熱交換装置の第９の態様は、前記第３又は前記第４の態様において、前記空気誘導部が、前記地下通路部を流れる空気を前記のように誘導する誘導ファンであることを特徴とするものである。

本発明に係る熱交換装置の第１０の態様は、前記第１〜第９の何れかの態様において、前記管状構造物の左右の側壁部の外壁面部の全体が、地中に設けた珪石層に接していることを特徴とするものである。

本発明に係る熱交換装置の第１１の態様は、前記第１〜第１０の何れかの態様において、前記管状構造物のコンクリート部が、珪石が骨材として用いられていることを特徴とするものである。

本発明に係る熱交換装置の第１２の態様は、前記第１〜第１０の何れかの態様において、前記管状構造物が、珪石が骨材として用いられてなるボックスカルバートを該管状構造物の延長方向に接合して構成されていることを特徴とするものである。

本発明に係る熱交換装置の第１３の態様は、前記第１〜第１２の何れかの態様において前記管状構造物が共同溝であり、前記地下通路部は、該共同溝の内部を点検するための点検通路であり、前記地下設置部は、配管や配線としての前記物品の設置部であることを特徴とするものである。

本発明は以下の如き優れた効果を奏する。
(1) 本発明に係る熱交換装置は、地中に埋設されたコンクリート製の管状構造物を利用する地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置であって、該管状構造物は、人が通行する地下通路部として構成されており、或いは、該地下通路部に、地盤に接する側壁部の内壁面部に寄せて物品を地下に設置するための地下設置部が付設されて構成されている。又、前記管状構造物の全長部分又はその一定長さ部分としての、両端が閉塞された区画管路の延長方向で見た所要部位に、該区画管路内に外気を供給させるための外気供給口を設け、該区画管路の延長方向で見た所要部位であって且つ該外気供給口と所要間隔を隔てた部位に、採熱領域に空気を排出するための空気排出口を設けてなり、又、前記管状構造物に、前記外気供給口から前記空気排出口に向かう空気の流れを生じさせる送風ファンを設けてなるものである。

そして本発明が利用する前記管状構造物としては、共同溝や地下道、避難通路を例示できるが、該管状構造物は、何れも、全体がコンクリート製であって熱伝導率が高いことに加え、内部を人が通行できる大きな内空断面を具えており、その内壁面部の面積が大きく、更には、これらは地中で長く延長するという固有の構成を有している。

従って本発明に係る熱交換装置によるときは、共同溝や地下道、避難通路等としての前記管状構造物の本来の用途はそのまま活かしつつ、その固有の構成を活かし、前記管状構造物内の空気と地盤との間の熱交換によって、前記管状構造物を採熱領域における空調を図るために活用できる。又本発明に係る熱交換装置は、前記採熱領域を道路や駐車場等における舗装部表面に設定することによって、該舗装部表面の凍結防止や融雪を行うために使用できる他、これらの舗装部表面を効果的に冷却してヒートアイランド現象の抑制を図るために使用することもできる。

このようなことから、本発明に係る熱交換装置によるときは、前記管状構造物の兼用によって施工コストの低減を図りつつ、省エネルギー化を図ることができる。要するに本発明に係る熱交換装置は、地中に埋設されたコンクリート製の管状構造物を、その本来の用途に加えて、新たに地中熱利用の面からも活用可能とするのであり、これによって、該管状構造物の価値を最大限に引き出すことができるのである。

(2) 前記管状構造物の前記内壁面部に伝熱用部材を設けることにより、これらを介して、前記熱交換の効率を向上させることができる。

(3) 前記外気供給口から前記空気排出口に向けて前記区画管路内を流れる空気を、前記内壁面部に向けて且つ前記空気排出口に向けて誘導するための空気誘導部を前記管状構造物に設ける場合は、前記地下通路部を流れる空気が前記内壁面部に極力接触した状態で流れるように空気を誘導できる。これによって、区画管路内の空気と地盤との間の熱交換の効率を向上させることができ、本発明に係る熱交換装置は、より多くの地中熱を集熱できることとなる。

(4) 前記管状構造部のコンクリート部を構成する骨材を、熱伝導率の高い珪石とし、又、前記管状構造物を、珪石が骨材として用いられてなるボックスカルバートを、該管状構造部の延長方向に接合して構成する場合は、前記熱交換の効率を向上させることができる。

(5) 前記管状構造部の左右の側壁部の外壁面部の全体を、地中に設けた珪石層に接触させる場合は、前記熱交換の効率を向上させることができる。

管状構造物が共同溝である場合における本発明に係る熱交換装置を、外気供給口側で示す断面図である。 本発明に係る熱交換装置を説明する説明図である。 管状構造物が共同溝である場合における本発明に係る熱交換装置を、空気排出口側で示す断面図である。 区画管路の間仕切りを説明する断面図である。 地下通路部に空気誘導部を配設した状態を示す斜視図である。 地下通路部に配設した該空気誘導部の空気誘導作用を説明する説明図である。 地下通路部に配設した空気誘導部の他の態様をその空気誘導作用と共に示す説明図である。 地下通路部に配設した空気誘導部のその他の態様をその空気誘導作用と共に示す説明図である。 地下通路部を人が通行する際における空気誘導部の開き作用を説明する説明図である。 管状構造物が共同溝である場合における本発明に係る熱交換装置の他の態様を、外気供給口側で示す断面図である。 管状構造物が共同溝である場合における本発明に係る熱交換装置の他の態様を、空気排出口側で示す断面図である。。 該共同溝の地下通路部に配設した空気誘導部を、その作用と共に示す説明図である。 管状構造物が地下道や避難通路である場合における本発明に係る熱交換装置を、外気供給口側で示す断面図である。 横断面円形状を呈する管状構造物を用いて熱交換装置を構成する場合を説明する断面図である。 上面部がアーチ状を呈する管状構造物を用いて熱交換装置を構成する場合を説明する断面図である。 共同溝としての管状構造物に外気供給口を設ける他の態様を説明する説明図である。 地下道としての管状構造物に外気供給口を設ける他の態様を説明する説明図である。 区画管路に設ける外気供給口と空気排出口の他の配置状態と、送風ファンの他の配置状態を説明する説明図である。 区画管路に設ける外気供給口と空気排出口のその他の配置状態と、送風ファンのその他の配置状態を説明する説明図である。 区画管路に設ける外気供給口と空気排出口のその他の配置状態と、送風ファンのその他の配置状態を説明する説明図である。 区画管路に設ける外気供給口と空気排出口のその他の配置状態と、送風ファンのその他の配置状態を説明する説明図である。 区画管路に設ける外気供給口と空気排出口のその他の配置状態と、送風ファンのその他の配置状態を説明する説明図である。 区画管路に設ける外気供給口と空気排出口のその他の配置状態と、送風ファンのその他の配置状態を説明する説明図である。 区画管路に設ける外気供給口と空気排出口のその他の配置状態と、送風ファンのその他の配置状態を説明する説明図である。 垂れ片を用いて構成された空気誘導部を説明する斜視図である。 カーテンを用いて構成された空気誘導部を説明する斜視図である。 そのカーテンの取り付け状態を示す側面図である。 カーテンを用いて構成された空気誘導部の該カーテンを開いた状態を示す斜視図である。 誘導ファンを用いて構成された空気誘導部を説明する断面図である。 誘導ファンを用いて構成された空気誘導部を説明する平面図である。 開閉扉を用いて構成された空気誘導部を説明する平面図である。 管状構造物の側壁部の外壁面部を、地中に設けた珪石層に接触させた状態を示す断面図である。

図１において本発明に係る熱交換装置１は、地中に埋設されたコンクリート製の管状構造物２を利用して構成されている。該管状構造物２は、本実施例においては、人が通行し得る地下通路部３に、地盤５に接する側壁部６の内壁面部７に寄せて物品９を地下に設置するための地下設置部１０が付設されて構成されている。

そして図１〜３に示すように、前記管状構造物２の全長部分又はその一定長さ部分としての、両端が閉塞された区画管路１１の延長方向で見た所要部位に、該区画管路１１内に外気を供給させるための外気供給口１２（図１）が設けられ、該区画管路１１の延長方向で見た所要部位であって且つ該外気供給口１２と所要間隔を隔てた部位に、採熱領域（例えば工場建屋等の建物の内部）１３（図２）に空気を排出するための空気排出口１５（図３）が設けられている。なお図２は、熱交換装置１を説明する略図であり、Ｓ字状部１４は、前記の閉塞状態を示し、例えば、後述の間仕切り２９を以て構成されている。

又、前記管状構造物２に図１〜２に示すように、前記外気供給口１２から前記空気排出口１５に向かう空気の流れを生じさせる送風ファン１６（図１）が設けられている。そして例えば図５〜８に示すように、前記管状構造物２に、前記外気供給口１２（図１〜２）から前記空気排出口１５（図２〜３）に向けて前記区画管路１１内を流れる空気を前記内壁面部７に向けて且つ該空気排出口１５に向けて誘導するための空気誘導部１７が、前記区画管路１１の長さ方向に所要間隔を置いて設けられている。又本実施例においては、例えば図１、図３に示すように、前記内壁面部７に、該内壁面部７から前記管状構造物２内の空気への熱移動を促進させ、或いは、該管状構造物２内の空気から該内壁面部７への熱移動を促進させる伝熱用部材１８が設けられている。

以下、前記熱交換装置１を、既設の共同溝１９としての前記管状構造物２を利用して構成した場合を例にとって、より具体的に説明する。

該共同溝１９は、その内空面積及び外周面積が大きなものであり、例えば、その内空断面の水平方向長さと上下方向長さは共に２０００ｍｍ程度に設定されている。又、本実施例においては図１〜2 に示すように、躯体２０がコンクリート製のものであり、点検通路２１としての前記地下通路部３の両側に、ガス、水道、電気、通信等の配管や配線等の物品９を設置するための複数段の棚板２３を具えたラック状設置部２４としての前記地下設置部１０が設けられている。

かかるラック状設置部２４は、本実施例においては図１、図４に示すように、鉄製やアルミニウム製等の金属製の棚板支持金具２５の取付け部２６を、前記地盤５に接する前記側壁部６，６の内側の面をなす前記内壁面部７に直接当接させてボルト固定して構成されている。該棚板支持金具２５は、前記伝熱用部材１８を構成している。

そして該共同溝１９は本実施例においては、好ましくは珪石が骨材として用いられてなるボックスカルバート２７を該共同溝１９の延長方向Ｆ（図２）に順次接合して構成されている。然して該共同溝１９は、これを構成する該ボックスカルバート２７が、熱伝導率の高い珪石を骨材としているため、後述する熱交換の効率を向上させることができる。

そして、共同溝１９の該延長方向Ｆ（図２）で見た一定長さの部分が前記区画管路１１とされている。該区画管路１１は、その両端が間仕切り２９，２９（図２、図４）で閉塞されている。なお、両端の該間仕切り２９，２９による閉塞状態は完全なものとは限らず、該間仕切り２９，２９を通して多少の空気の移動があってもよい程度のものである。該区画管路１１の長さは、前記空気排出口１５から排出させる空気の所望温度（前記熱移動によって得られる所望温度）を考慮して設定されるものであり、例えば５０〜１００ｍ程度に設定される。

前記両端の間仕切り２９，２９は、共に同様の構成を有しており、例えば図４に示すように、前記地下通路部３を前記延長方向Ｆ（図２）と直交して塞ぐ面状の通路間仕切り部３０と、左右の地下設置部１０，１０を前記延長方向Ｆと直交して塞ぐ設置部間仕切り部３１，３１とから構成されている。該設置部間仕切り部３１，３１は、共に図４に示すように、前記ラック状設置部２４の上下隣り合う間隙部３２に水平状態に挿入される横挿入片３３を縦枠３５に突設すると共に、該横挿入片３３と前記棚板２３との間に、例えば発泡ポリウレタン樹脂３６をスプレーで充填し、これを発泡させて構成されている。

そして本実施例においては、図１〜２に示すように、前記区画管路１１の一端側に前記外気供給口１２が設けられると共に、図２〜３に示すように、前記区画管路１１の他端側に前記空気排出口１５が設けられている。

該外気供給口１２は、本実施例においては図１に示すように、前記ボックスカルバート２７の頂版部３７の左右方向中央部位に設けられた円形状開口４０を以て構成されている。本実施例においては、上下方向に延長する硬質塩化ビニル樹脂製の円筒状等の外気供給管体３９の下端部分４１が該円形状開口４０に密接に挿入されると共に、その上端４２が地上で開放されてなり、これによって該外気供給口１２は、結果的に、地上で開放された状態にある。

そして、該外気供給管体３９の上端部分４３は、地面４５に設けた外気供給ボックス４６の内部に挿入され、該上端４２が該外気供給ボックス４６内で開放されている。該外気供給ボックス４６内には、送風ファン１６が設置されており、該送風ファン１６を駆動することによって、該外気供給ボックス４６の壁部４９に設けた開口５０を通して外気が該外気供給ボックス４６に流入し、流入した外気が前記外気供給管体３９を介して前記区画管路１１内に供給されるようになされている。

又前記空気排出口１５は、本実施例においては図３に示すように、前記ボックスカルバート２７の前記頂版部３７の左右方向中央部位に設けられた円形状開口５１を以て構成されている。そして本実施例においては、上下方向に延長する硬質塩化ビニル樹脂製の円筒状等の空気排出管体５２の下端部分５３が該円形状開口５１に密接に挿入されると共に、その上端５５が地上で開放されてなり、これによって該空気排出口１５は、結果的に、地上で開放された状態にある。そして該空気排出管体５２の該上端５５は、前記採熱領域１３（図２）に向けて延長する配管５６に接続される。

然して前記送風ファン１６を駆動すると、図２に示すように、前記区画管路１１内に外気が供給され、前記外気供給口１２（図１）から該空気排出口１５（図３）に向かう空気の流れが生じ、該空気が該空気排出管体５２及び該配管５６を介して前記採熱領域１３（図２）に向けて排出されるようになされている。前記送風ファン１６によって前記区画管路１１内に供給される外気の風量は、例えば、該区画管路１１内に０．１〜０．５ｍ／ｓ程度の流速で空気の流れが生ずるように設定される。

前記空気誘導部１７は、図５〜６に示すように、前記の如く、前記外気供給口１２（図１）から前記空気排出口１５（図３）に向けて前記区画管路１１内を流れる空気を前記側壁部６の前記内壁面部７に向けて且つ該空気排出口１５に向けて誘導するためのものであり、本実施例においては前記地下通路部３に設けられている。

該空気誘導部１７は、例えば図５に示すような、前記地下通路部３の幅方向の中央部位５７に存する縁部を基端縁部５９，５９とする、前記区画管路１１の左右両側の前記内壁面部７，７に向けて且つ該地下通路部３の前記空気排出口１５（図３）側に向けて傾斜する左右の傾斜面部材６０，６０を具えている。そして、前記地下通路部３を流れる空気が該傾斜面部材６０，６０の傾斜案内面６１，６１に案内されて前記区画管路１１の左右両側に存する前記内壁面部７，７の夫々に向けて且つ前記空気排出口１５に向けて誘導される。これによって、前記区画管路１１内を前記外気供給口１２から前記空気排出口１５に向けて流れる空気は、前記地下通路部３の左右両側に前記地下設置部１０，１０が設けられている等によって、乱流が生じながら、より多くの風量が前記内壁面部７，７に極力接触した状態で流れることとなる。

かかる構成を有する左右の傾斜面部材６０，６０の前記左右の基端縁部５９，５９相互は、例えば図６に示すように近接状態にある。該基端縁部５９，５９相互は、図７に示すように前記地下通路部３の延長方向で見て該基端縁部５９，５９相互を重なった状態とし、又は図８に示すように接触状態としてもよい。そして、かかる構成を有する空気誘導部１７は、前記地下通路部３を人が通過する際に開くことができる。

図５は、左右の傾斜面部材６０，６０の前記左右の基端縁部５９，５９相互が近接状態にある場合を示す正面図であり、各傾斜面部材６０，６０の前記基端縁部５９，５９と先端縁部６２，６２には、上下方向に延長するゴム紐６３，６３が取り付けられており、各ゴム紐６３，６３の上端６４，６４は前記区画管路１１の天井部６５に固定されており、各ゴム紐６３，６３の下端６６，６６は前記区画管路１１の床部６７に固定されている。この状態において、前記地下通路部３を前記外気供給口１２から前記空気排出口１５に向けて流れる空気は、図６、図７〜８に矢印で示すように、該左右の傾斜面部材６０，６０の傾斜案内面６１，６１の略全面に案内されて、前記区画管路１１の左右両側に存する前記内壁面部７，７の夫々に向けて且つ前記空気排出口１５に向けて誘導される。図９において一点鎖線で示す状態は、前記地下通路部３を人が通過する際に、前記左右の基端縁部５９，５９に取り付けられている前記ゴム紐６３，６３を弾性的に拡げて該左右の基端縁部５９，５９相互間を開かせた状態を示す。

次に、本実施例に係る前記熱交換装置１の使用態様の一例を、図１〜３に基づいて説明する。冬期においては、地中の温度が外気温度に比して高い傾向にあるため、前記送風ファン１６（図１〜２）の駆動によって前記外気供給口１２から前記区画管路１１内に供給された外気が前記空気排出口１５に向かって移動する間に、地盤５の地中熱が、前記側壁部６（図１）及び前記金属製の棚板支持金具２５（図１）を介して、前記区画管路１１を流れる空気に向けて移動する。即ち、外気が該区画管路１１内を移動する間に該区画管路１１内の空気と地盤５との間において熱交換が行われる。特に本実施例においては、前記のように、前記地下設置部１０を構成する鉄製やアルミニウム製等の金属製の前記棚板支持金具２５の取付け部２６が、前記内壁面部７に直接当接されて固定されているため、該内壁面部７に突設されている多数の該棚板支持金具２５が放熱フィンとして機能し、該熱交換がより効率的に行われることとなる。従って、外気よりも高い温度の空気を、前記空気排出口１５から工場建屋の内部等としての前記採熱領域１３（図２）に排出でき、該工場建屋等の建物の内部を暖房できることとなる。

逆に夏期においては、地中の温度が外気温度に比して低い傾向にあるため、前記送風ファン１６（図１〜２）の駆動によって前記外気供給口１２から前記区画管路１１内に供給された外気が前記空気排出口１５に向かって移動する間に、前記側壁部６（図１）及び前記金属製の棚板支持金具２５（図１）を介して、該区画管路１１内の空気の保有熱が地盤５に向けて移動する。即ち、外気が該区画管路１１内を移動する間に該区画管路１１内の空気と地盤５と間において熱交換が行われる。この場合も、前記内壁面部７に突設されている、前記伝熱用部材１８としての前記棚板支持金具２５の多数が夫々吸熱フィンとして機能するため、該熱交換がより効率的に行われることとなる。従って、外気よりも低い温度の空気を前記空気排出口１５から前記工場建屋の内部等の前記採熱領域１３（図２）に排出でき、該工場建屋等の建物の内部を冷房できることとなる。

本実施例においては図６〜８に示すように、前記地下通路部３に前記空気誘導部１７を設けているため、冬期及び夏期における前記熱交換をより一層効率的に行うことができる。その理由は次の通りである。即ち、前記構成の共同溝１９にあっては、例えば図１に示すように、点検通路２１としての前記地下通路部３の左右両側に、ガス、水道、電気、通信等の配管や配線等の物品９が設置されてなるラック状設置部２４としての地下設置部１０が設けられている。そのため、前記外気供給口１２（図１）を通して前記区画管路１１内に供給された空気は、障害物の少ない前記地下通路部３を流れ易い傾向にあるところ、該地下通路部３に前記空気誘導部１７を設けているため、該地下通路部３を前記外気供給口１２から前記空気排出口１５（図３）に向けて流れる空気を、図６〜８に矢印で示すように、前記区画管路１１の左右両側に存する前記内壁面部７，７の夫々に向けて且つ前記空気排出口１５に向けて誘導させることができる。これよって、前記内壁面部７，７を介して行われる、前記区画管路１１内の空気と地盤５との間の前記熱交換が効率よく行われることとなり、前記冬期及び夏期における前記熱交換をより一層効率的に行うことができるのである。

より詳しくは、前記区画管路１１内を前記外気供給口１２から前記空気排出口１５に向けて流れる空気は、前記地下通路部３の左右両側に前記地下設置部１０，１０が設けられている等によって、乱流が生じながら、より多くの風量が前記内壁面部７，７に極力接触した状態で流れることとなる。これによって、該内壁面部７，７を介して行われる、該区画管路１１内の空気と地盤５との間の熱交換がより一層効率よく行われることとなり、より多くの地中熱を集熱できることとなるのである。

かかることから本発明に係る熱交換装置によるときは、前記共同溝１９が、その本来の用途に加えて、新たに地中熱利用の面からも活用可能となるのであり、これによって、該共同溝１９の価値を最大限に引き出すことが可能となる。

図１０は、本発明に係る熱交換装置１の他の実施例を示すものであり、地中に埋設されたコンクリート製の前記管状構造物２は、前記地下通路部３の左右方向で見た一側にのみ前記地下設置部１０が付設されて構成されており、該地下設置部１０は、地盤５に接する前記側壁部６の前記内壁面部７に寄せて設けられている。そして図１０に示すように、前記管状構造物２の全長部分又はその一定長さ部分としての、両端が閉塞された区画管路１１の延長方向で見た所要部位に、該区画管路１１内に外気を供給させるための外気供給口１２が設けられている。又図１１に示すように、該区画管路１１の延長方向で見た所要部位であって且つ該外気供給口１２と所要間隔を隔てた部位に、採熱領域（例えば工場建屋の内部等としての建物の内部）１３（図２に示すと同様）に空気を排出するための空気排出口１５が設けられている。

そして、該区画管路１１内に、前記外気供給口１２から前記空気排出口１５に向かう空気の流れを生じさせる送風ファン１６が設けられた構成を有している。又例えば図１２に示すように、前記管状構造物２内に前記外気供給口１２から前記空気排出口１５に向けて前記区画管路１１内を流れる空気を前記側壁部６の前記内壁面部７に向けて且つ該空気排出口１５に向けて誘導するための空気誘導部１７が設けられている。

以下、該熱交換装置１を、共同溝１９を利用して構成された場合を例にとってより具体的に説明する。該共同溝１９は、本実施例においては図１０に示すように、躯体２０がコンクリート製のものであり、点検通路２１としての前記地下通路部３の一側にのみ、ガス、水道、電気、通信等の配管や配線等の物品９を設置するための複数段の棚板２３を具えたラック状設置部２４としての地下設置部１０が設けられている。かかるラック状設置部２４は、前記実施例におけると同様に、金属製の棚板支持金具２５の取付け部２６を、前記地盤５に接する前記側壁部６の内側の面をなす前記内壁面部７に直接当接させてボルト固定して構成されている。

そして、前記共同溝１９は本実施例においては図１０に示すように、珪石が骨材として用いられてなるボックスカルバート２７を該共同溝１９の延長方向Ｆ( 図２）に順次接合して構成されており、該延長方向Ｆで見た一定長さの部分、例えば１００ｍ程度の長さの部分が区画管路１１とされている。該区画管路１１はその両端が間仕切り２９，２９で閉塞されている。なお該間仕切り２９，２９による閉塞の構成は、例えば前記実施例におけると同様である。

そして本実施例においては図１０に示すように、前記区画管路１１の一端側において、前記地下通路部３の上部（前記頂版部）７０に前記外気供給口１２が設けられると共に、図１１に示すように、前記区画管路１１の他端側において、前記地下通路部３の上部（前記頂版部）７０に前記空気排出口１５が設けられている。該外気供給口１２と該空気排出口１５は共に、図１１に示すように、例えば円形状開口４０，５１を以て構成されている。本実施例においては、上下方向に延長する硬質塩化ビニル樹脂製の円筒状等（例えば円筒状）の外気供給管体３９の下端部分４１が該円形状開口４０に密接に挿入されると共に、その上端４２が地上で開放されてなり、これによって該外気供給口１２は、結果的に地上で開放された状態にある。

そして図１０に示すように、該外気供給管体３９の上端部分４３は、地面４５に設けた外気供給ボックス４６の内部に挿入され、該上端４２が該外気供給ボックス４６内に開放されている。該外気供給ボックス４６内には、送風ファン１６が設置されており、該送風ファン１６を駆動することによって、該外気供給ボックス４６の壁部４９に設けた開口５０を通して外気が該外気供給ボックス４６に流入し、流入した外気が前記外気供給管体３９を介して前記区画管路１１内に供給されるようになされている。

又図１１に示すように、上下方向に延長する硬質塩化ビニル樹脂製の円筒状等の空気排出管体５２の下端部分５３が前記円形状開口５１に密接に挿入されると共に、その上端５５が地上で開放されてなり、これによって前記空気排出口１５は、結果的に地上で開放された状態にある。そして該排出管体５２の上端５５は、前記採熱領域１３（図２）に向けて延長する配管５６に接続される。

然して、前記送風ファン１６を駆動することによって、前記区画管路１１内に、前記外気供給口１２から該空気排出口１５に向かう空気の流れが生じ、該空気が該排出管体５２及び該配管５６を介して前記採熱領域１３に向けて排出されるようになされている。該送風ファン１６によって前記区画管路１１内に供給される外気の風量は、例えば、該区画管路１１内に０．１〜０．５ｍ／ｓ程度の流速で空気の流れが生ずるように設定される。

前記空気誘導部１７は、前記外気供給口１２（図１０）から前記空気排出口１５（図１１）に向けて前記区画管路１１内を流れる空気を前記側壁部６の前記内壁面部７に向けて且つ該空気排出口１５に向けて誘導するためのものであり、本実施例においては前記地下通路部３に設けられている。

該空気誘導部１７は、例えば図１２に示すような、前記地下通路部３を横切るように且つ該地下通路部３の前記空気排出口１５に向けて傾斜する傾斜面部材６０を具え、前記地下通路部３を流れる空気が該傾斜面部材６０の傾斜案内面６１に案内されて前記一側の前記内壁面部７に向けて且つ前記空気排出口１５（図１１）に向けて誘導される如くなされている。本実施例においては、実施例１におけると同様に、前記傾斜面部材６０の基端縁部５９と先端縁部６２に、上下方向に延長するゴム紐が取り付けられており、各ゴム紐の上端は前記区画管路１１の天井部６５（図１０）に固定されており、各ゴム紐の下端は前記区画管路１１の床部６７（図１０）に固定されている。そして、かかる構成を有する傾斜面部材６０からなる前記空気誘導部１７は、前記地下通路部３を人が通過する際には、前記基端縁部５９と前記先端縁部６２に取り付けられている前記ゴム紐を弾性的に拡げて開くことができる。

このように空気誘導部１７を設けているため、前記地下通路部３を前記外気供給口１２から前記空気排出口１５に向けて流れる空気は、図１２に矢印で示すように、該前記傾斜案内面６１に案内されて、前記区画管路１１の前記一側の内壁面部７に向けて且つ前記空気排出口１５に向けて誘導される。

本実施例に係る前記熱交換装置１の使用態様及び、前記区画管路１１内の空気と地盤５との間の熱交換作用は前記実施例におけると同様である。

本発明は、前記実施例で示したものに限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内で種々の設計変更が可能であることはいうまでもない。その一例を挙げれば次のようである。

(1) 前記管状構造物２が、人が通行し得る地下通路部３として構成される場合、該管状構造物２は、例えば図１３に示すように、地下道６８ａや避難通路６８ｂとして構成される。この場合は、前記したような地下設置部１０は具えられていないが、該管状構造物２の全長部分又はその一定長さ部分としての、両端が閉塞された区画管路１１が構成され、前記外気供給口１２から前記空気排出口１５に向かう空気の流れを生じさせる送風ファン１６が、前記と同様にして設けられる。

この場合も、前記と同様にして、地盤５に接する前記側壁部６の前記内壁面部７に、例えばフィン状の前記伝熱用部材１８を設けることができる。又、前記外気供給口１２から前記空気排出口１５に向けて前記区画管路１１内を流れる空気を、前記側壁部６の前記内壁面部７に向けて且つ該空気排出口１５に向けて誘導するための空気誘導部１７を、前記と同様の構成等で、前記管状構造物２に設けることができる。

又、前記管状構造物２は、各種の物品を地下に設置するための前記地下設置部１０を前記地下通路部３に付設してなる地下倉庫等であってもよい。

又前記管状構造物２は、横断面が矩形状乃至正方形状を呈するものの他、例えは図１４に示すような横断面円形状を呈する管状構造部２や、図１５に示すような、上面部７１がアーチ状を呈する管状構造部２等であってもよい。
コンクリート製の前記管状構造部２は、現場打ちコンクリート製のものであってもよい。又、コンクリート製の前記管状構造部２の骨材は必ずしも珪石や珪砂でなくてもよい。

(2) 前記区画管路１１は、前記管状構造物２の全長に亘るものであってもよい。

(3) 前記区画管路１１に設ける前記外気供給口１２や前記空気排出口１５は、該区画管路１１の所要部位に設けられればよい。例えば、図１６に示す前記共同溝１９や図１７に示す地下道６８を例に挙げれば、前記外気供給口１２を例えば同図に示すように、前記側壁部６に設けてもよい。この場合も実施例１におけると同様にして、硬質塩化ビニル樹脂製の円筒状等の外気供給管体３９の下端部分４１を該外気供給口１２に連結する。図１６〜１７においては、該外気供給管体１２や該空気排出管体５２の上端部分７２が下向きにＵ字状に屈曲されている。そしてこの場合、前記空気排出口１５は、前記と同様にして頂板部３７に設けてもよい他、該側壁部６に設けてもよい。

又、前記外気供給口１２や前記空気排出口１５を前記頂版部３７に設ける場合、これらを、前記のように地下通路部３が存する部分の頂版部３７に設ける他、前記地下設置部１０が存する部分の頂版部３７に設けてもよい。

(4) 図１８〜２４は、前記管状構造物２の全長部分又はその一定長さ部分として設定された前記区画管路１１に設ける前記外気供給口１２と前記空気排出口１５の配置状態及び、前記送風ファン１６の配置状態の他の態様を示す模式図である。これらの場合においても、実施例１、２におけると同様に、前記送風ファン１６の駆動によって、前記外気供給口１２から前記区画管路１１内に外気が供給される。そして該外気が該区画管路１１内を、前記外気供給口１２から前記空気排出口１５に向けて移動する間に、該区画管路１１内の空気と地盤５との間において熱交換が行われる。そして図１８〜２４においては、前記区画管路１１が前記管状構造物２の一定長さ部分として設定されており、間仕切り２９を、便宜上、Ｓ字状に簡略に図示している。

図１８、図１９においては、前記外気供給口１２と前記空気排出口１５が実施例１におけると同様に設けられている。そして前記送風ファン１６が、図１８においては前記区画管路１１内の前記外気供給口１２の近傍部位に設けられており、図１９においては前記管状構造物２内の前記空気排出口１５の近傍部位に設けられている。

図２０、図２１においては、前記外気供給口１２が前記区画管路１１の一端側に設けられると共に、前記空気排出口１５は、該区画管路１１の他端側と該区画管路１１の中間部位に設けられている。そして図２０においては、前記送風ファン１６が前記区画管路１１内の前記外気供給口１２の近傍部位に設けられている。又図２１においては、前記送風ファン１６が、前記区画管路１１内において前記中間の空気排出口１５と前記外気供給口１２との間であって該中間の空気排出口１５寄り部位に設けられている。

図２２においては、３枚の間仕切り２９，２９，２９によって２つの区画管路１１，１１が隣り合わせて設けられており、両端の間仕切り２９，２９の近傍部位において前記外気供給口１２，１２が設けられている。そして、中間の間仕切り２９ａの両側に位置させて前記空気排出口１５，１５が隣り合わせて設けられており、前記送風ファン１６が、前記外気供給口１２，１２の夫々の近傍部位に設けられている。

図２３においては、３枚の間仕切り２９，２９，２９によって２つの区画管路１１，１１が隣り合わせて設けられており、夫々の区画管路１１，１１の一端側に前記外気供給口１２，１２が設けられると共に、夫々の区画管路１１，１１の他端側に前記空気排出口１５，１５が設けられている。そして夫々の外気供給口１２，１２において、前記送風ファン１６，１６が設けられている。

図２４は、前記管状構造物２の一方の端面版７３と、該管状構造物２内において該端面板７３と所要間隔を隔てる部位に設けられた間仕切り２９との間で前記区画管路１１が構成されており、該端面板７３寄り部位と該区画管路１１の中間部位であって前記間仕切り２９寄り部位に前記外気供給口１２，１２が設けられている。又、前記間仕切り２９寄り部位に前記空気排出口１５が設けられている。そして、夫々の外気供給口１２，１２に前記送風ファン１６，１６が設けられている。

(5) 前記空気排出口１５に排出風量を調節するための風量調節ファンを設けることがある。

(6) 本発明において前記地中熱は地熱を含む。

(7) 図２５、図２６は前記空気誘導部１７の他の態様を示すものである。これら何れの空気誘導部１７によるときも、前記地下通路部３を流れる空気が該空気誘導部１７に案内されて前記区画管路１１に存する前記内壁面部７に向けて且つ前記空気排出口１５に向けて誘導される如くなされている。又、図２５、図２６に係る空気誘導部１７によるときは、該空気誘導部１７の下側が開放状態にあるため、前記地下通路部３を流れる空気の一部は該地下通路部３の床部との間において熱交換されることともなる。

図２５に示す空気誘導部１７は、前記地下通路部３の天井部６５で吊下された、例えば透明なビニールシート等を以てなる可撓性の垂れ片７５からなる前記傾斜面部材６０を以て構成されている。該垂れ片７５の上下長さは、該地下通路部３の高さの例えば１／３〜１／２程度に設定されている。図２５においては、片側１枚の垂れ片７５からなる前記傾斜面部材６０，６０が、平面視でハの字状を呈する如く配置されている。

かかる垂れ片７５を以て空気誘導部１７を構成する場合、図１０に示すように、地下通路部３の左右方向で見た一側にのみ前記地下設置部１０が付設されるときは、１枚の垂れ片７５からなる該傾斜面部材６０が該地下通路部３を横切るように配置される。

これらの場合、該傾斜面部材６０は、複数枚の垂れ片７５を並べて構成されることもある。そして該傾斜面部材６０は、前記地下通路部３を流れる空気を前記のように誘導でき、その可撓性によって、前記地下通路部３を人が通行する際に開くことができる。

図２６に示す空気誘導部１７は、例えば透明なビニールシート等を以てなる左右のカーテン７６，７６としての前記傾斜面部材６０，６０を以て構成された場合を示しており、該傾斜面部材６０としての該カーテン７６，７６は、その上部７７が、前記地下通路部３の天井部６５に設けた例えば図２７に示すようなガイドレール７９，７９にガイドされて開閉可能となされている。該カーテン７６，７６が閉じた状態は、必要に応じ、該カーテン７６，７６の端部に設けられた磁石の吸着作用によって簡単に保持させることができる。そして、該カーテン７６が閉じた状態において、該地下通路部３を流れる空気を前記のように誘導でき、前記地下通路部３を人が通行する際には、図２８に示すように、該左右のカーテン７６，７６を開くことができる。

図２９〜３０に示す空気誘導部１７は、前記地下通路部３を流れる空気を前記のように誘導する複数個の誘導ファン８０として構成されており、該複数個の誘導ファン８０は、例えば前記地下通路部３の天井部６５に、前記共同溝１９の長さ方向に所要間隔を置いて取り付けられている。そして図２９〜３０は、前記地下通路部３の左右両側に前記地下設置部１０，１０が設けられている場合に関するものであり、それらの送風口８１からの送風向きは、左右対向する前記内壁面部７，７の一方に向くものとその他方に向くものとが交互となるように設定されている。

前記地下通路部３の一側にのみ前記地下設置部１０が設けられている場合は、前記送風口８１からの送風向きは、該地下設置部１０が設けられている側の内壁面部７に向ける。

これらの場合において、前記誘導ファン８０は、前記床部６７や前記地下通路部３の側部分等の、前記天井部６５以外の部位に設けられることもある。

図３１（Ａ）は、前記地下通路部３の左右に地下設置部１０が設けられている場合における前記空気誘導部１７のその他の構成を示すもので、前記地下通路部３に開閉扉８５を設けた場合を示すものである。該開閉扉８５を閉じることによって、前記地下通路部３を前記空気排出口１５に向けて流れる空気を、前記左右の内壁面部７，７に向けて誘導できる。該開閉扉８５に当たった空気は、左右に分かれるが、前記地下通路部３を流れる空気は一定の風速を有するため、該開閉扉８５に当たった空気は結果的に、図３１に矢印で示すように、前記空気排出口１５に向けて誘導されることとなる。

なお、該開閉扉８５の、前記外気供給口１２側の扉面８６を、図３１（Ｂ）に示すように、該扉面８６の中央部８７から該扉面８６の両側部８９，８９に向けて傾斜する傾斜面８８，８８とすれば、該扉面８６に当たった空気を、前記空気排出口１５に向けてより円滑に誘導できることとなる。

前記空気誘導部１７を前記地下設置部１０に設けることもできる。前記管状構造物２が例えば共同溝１９である場合は、空気を誘導するための空気案内面を具えた誘導板等を以てなる該空気誘導部１７を、前記上下の棚板２３，２３間の間隙部３２（図４）に設けることができる。

前記構成を有する各種の空気誘導部１７において、前記外気供給口１２に最も近いものに続けて設けられる空気誘導部１７は、該空気誘導部１７によって一旦は前記内壁面部７側に誘導された空気が前記地下通路部３に戻ったときに、これを再び該内壁面部７側に移動させるに必要な部位に設けられる。

(8) 図３２は、前記管状構造物２の左右の側壁部６，６の外壁面部８２，８２の全体及び底面部８３が、地中に設けた珪石層（前記地盤５の一種）８４に接している場合の一例を示している。このように構成する場合は、該珪石層８４の熱伝導率が高いために前記熱交換の効率を向上させることができる。

１ 熱交換装置
２ 管状構造物
３ 地下通路部
５ 地盤
６ 側壁部
７ 内壁面部
９ 物品
１０ 地下設置部
１１ 区画管路
１２ 外気供給口
１３ 採熱領域
１５ 空気排出口
１６ 送風ファン
１７ 空気誘導部
１９ 共同溝
２３ 棚板
２４ ラック状設置部
２５ 棚板支持金具
２６ 取付け部
２７ ボックスカルバート
２９ 間仕切り
６０ 傾斜面部材
７５ 垂れ片
７６ カーテン
８０ 誘導ファン

Claims (7)

1. 地中に埋設されたコンクリート製の管状構造物を利用する地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置であって、
   前記管状構造物は、人が通行し得る地下通路部として構成されており、或いは、該地下通路部に、地盤に接する側壁部の内壁面部に寄せて物品を地下に設置するための地下設置部が付設されて構成されており、
   前記管状構造物の全長部分又はその一定長さ部分としての、両端が閉塞された区画管路の延長方向で見た所要部位に、該区画管路内に外気を供給させるための外気供給口が設けられ、該区画管路の延長方向で見た所要部位であって且つ該外気供給口と所要間隔を隔てた部位に、採熱領域に空気を排出するための空気排出口が設けられており、
   又前記管状構造物に、前記外気供給口から前記空気排出口に向かう空気の流れを生じさせる送風ファンが設けられており、
   前記外気供給口から前記空気排出口に向けて前記区画管路内を流れる空気を、前記内壁面部に向けて且つ該空気排出口に向けて誘導するための空気誘導部を前記管状構造物に設けたことを特徴とする地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置。
2. 地中に埋設されたコンクリート製の管状構造物を利用する地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置であって、
   前記管状構造物は、人が通行し得る地下通路部として構成されており、或いは、該地下通路部に、地盤に接する側壁部の内壁面部に寄せて物品を地下に設置するための地下設置部が付設されて構成されており、
   前記管状構造物の全長部分又はその一定長さ部分としての、両端が閉塞された区画管路の延長方向で見た所要部位に、該区画管路内に外気を供給させるための外気供給口が設けられ、該区画管路の延長方向で見た所要部位であって且つ該外気供給口と所要間隔を隔てた部位に、採熱領域に空気を排出するための空気排出口が設けられており、
   又前記管状構造物に、前記外気供給口から前記空気排出口に向かう空気の流れを生じさせる送風ファンが設けられており、
   前記管状構造物の、地盤に接する前記側壁部の前記内壁面部に、該内壁面部から該管状構造物内の空気への熱移動を促進させ、或いは、該管状構造物内の空気から該内壁面部への熱移動を促進させる伝熱用部材が設けられており、
   前記外気供給口から前記空気排出口に向けて前記区画管路内を流れる空気を、前記内壁面部に向けて且つ該空気排出口に向けて誘導するための空気誘導部を前記管状構造物に設けたことを特徴とする地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置。
3. 前記空気誘導部を前記地下通路部に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置。
4. 前記管状構造物は、前記地下通路部の左右両側に位置する前記内壁面部に寄せて前記地下設置部が付設されて構成されており、
   前記空気誘導部は、前記地下通路部の幅方向の中央部位に存する縁部を基端縁部とする、前記区画管路の左右両側の前記内壁面部に向けて且つ該地下通路部の前記空気排出口に向けて傾斜する左右の傾斜面部材を具え、前記地下通路部を流れる空気が該傾斜面部材に案内されて前記区画管路の左右両側に存する前記内壁面部の夫々に向けて且つ前記空気排出口に向けて誘導される如くなされており、
   該左右の傾斜面部材の前記左右の基端縁部相互が重なっており、或いは該基端縁部相互が当接乃至接近状態にあり、
   該左右の基端縁部間は、前記地下通路部を人が通行する際に開くことができることを特徴とする請求項３記載の地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置。
5. 前記空気誘導部は、前記地下通路部を流れる空気を前記のように誘導する誘導ファンであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置。
6. 前記管状構造物の左右の側壁部の外壁面部の全体が、地中に設けた珪石層に接していることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置。
7. 前記管状構造物のコンクリート部は、珪石が骨材として用いられていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の地中埋設の管状構造物を利用する熱交換装置

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