JP2000088481A - コイル式地中蓄熱法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コイル式地中蓄熱法において、地下水流の与え
る熱拡散及び熱移動の影響を低減し、長期的蓄熱効率の
向上を図り、さらにかかる蓄熱法の施工コストの低減を
図ることをことを目的とするものである。 【解決手段】コイルＣが埋設された地中Ｇに存在する地
下水流ＷのコイルＣより下流側に、少なくとも上流側が
開口して不透水層Ｕに達する例えば平面Ｖ字型ないしは
平面コ字型の遮水壁１６を堰状に設けることにより地下
水の流動が抑制された淀み部１７を形成し、コイルＣを
淀み部１７に位置せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コイル式地中蓄熱
法に関し、特に蓄熱効率の向上を図る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】１９６０年代のオイルショックを境にし
て、石油に代わる代替エネルギーを模索する動きが各国
で活発化し、現在においては、経済的側面からだけでな
く、二酸化炭素増加による地球温暖化やオゾン層破壊な
ど環境破壊に対する環境保全対策の側面からも石油代替
エネルギーについて研究が行われている。

【０００３】その結果、地中蓄熱法と呼ばれ、地上にて
主に太陽熱より熱源を得て、地下に建造された貯水槽中
に蓄熱するといった地下水槽蓄熱法や、地中の帯水層を
蓄熱媒体として利用し、２本の循環井戸を設けて熱交換
を行う地下帯水層蓄熱法（例えば特公昭５８−１１５２
９号公報）、また、金属製、プラスチック製などのパイ
プを密配置となるよう折曲げて、地中において水平方
向、または、垂直方向に埋設し、かかるパイプ中に熱交
換媒体（主に水）を循環させて周辺土に蓄熱を行い、熱
交換を実施するコイル式地中蓄熱法などが考案され、知
られることとなった。

【０００４】特に、上記のコイル式地中蓄熱法は、欧米
を中心にしてかなりの実施例を有しており、埋設されコ
イル状をなすパイプに関しては、熱伝導率が良好で熱交
換を行いやすく、しかも耐腐食性を有した材質で、循環
する水などの熱交換媒体の流量や圧力に応じた管径、本
数、二重管構造、折曲げ形状等につき吟味し、さらに、
埋設位置を建造物の直下に定めて地表面での熱損失を防
ぐべく努めたりと、様々な側面から熟慮がなされ、また
その方面での研究も進んでいる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ごとく従来のコイル式地中蓄熱法によれば、それを適用
するにあたり、あくまでも熱交換媒体を循環させるパイ
プの性状その他について考慮されるのみであり、例え
ば、パイプが埋設された地中に存在する地下水流に対す
る考慮はほとんど行われていないのが現状である。

【０００６】この地下水流は、自然降雨量が比較的多
く、一般に地下水が豊富な我が日本にあっては、水量の
大小にかかわらず、ほぼ普遍的に地中に存在すると考え
られるわけであるから、コイル式地中蓄熱法を実施する
にあたりその影響は無視できない。

【０００７】例えば、上記コイル状のパイプを、地下水
流を有する地中に埋設した場合、たとえその水量が小さ
く流速も遅いものであったとしても、長期にわたって地
中蓄熱を行えば、漸次、土中に蓄熱された熱が地下水流
とともに移動及び拡散してしまい、大きな熱損失が生じ
て全体の熱効率の低下は避けられない。

【０００８】したがって、水量、流速ともに大きな地下
水流が存在する地中に、従来の如くパイプの埋設を行っ
た場合、その結果生じる熱損失は多大なものになり、熱
効率低下への影響は計り知れない。

【０００９】これらのことより、コイル状のパイプを埋
設する際に、地下水流が存在しない場所を選択するか、
もしくは存在する地下水流を抑制するかしなければ、熱
拡散および熱移動が生じて、コイル状のパイプ中に水を
循環させ、土中に対し採熱および放熱を行い、蓄熱媒体
としての土中のしかるべき領域に蓄熱を行うといったこ
とは困難となってしまう。

【００１０】上記に加えて、地下水の存在しない地域
は、非常に限定されやすく、そのためコイル式地中蓄熱
法を効率的に適用する機会を減じることとなって、実用
性を著しく低下させることとなる。

【００１１】一方、地下水流を抑制するため、止水壁を
設けて完全な閉空間を形成することとなれば、大規模な
施工計画のもと、多数の重機や人員、機材を必要として
施工コストの増大と、施工効率の低下は避けがたい。

【００１２】そこで、この発明は、このような従来の課
題に着目してなされたもので、コイル式地中蓄熱法にお
いて、地下水流の与える熱拡散及び熱移動の影響を低減
し、長期的蓄熱効率の向上を図り、さらにかかる蓄熱法
の施工コストの低減を図ることをことを目的とするもの
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するためになされたもので、地中に埋設された垂直
コイル等のコイル中に温熱または冷熱を循環させ、該コ
イル周辺の地中土を蓄熱体として熱交換を行うコイル式
地中蓄熱法において、前記コイルが埋設された地中に存
在する地下水流の当該コイルより下流側に、少なくとも
上流側が開口して不透水層に達する遮水壁を堰状に設け
ることにより地下水の流動が抑制された淀み部を形成
し、前記コイルを当該淀み部に位置せしめることを特徴
とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の実施形態の一例を図１
に示している。図１においては、密に折曲げられ、内部
に水を満たした中空管がガラス材などで構成されたパネ
ル内部に配置され、かかる管内部に満たされた水の加温
を、太陽熱１０を受けることにより行うソーラーパネル
１１が、利用する熱需要に合わせて適宜規模にて建造物
１２上部に備えられ、また、かかるソーラーパネル１１
からは、中空管内部で暖めらた水を送る送水管１３が地
中Ｇに向け垂直に延長され、さらに、地中Ｇに埋設され
コイル状の送水管１３と連結された揚水管１４が、地上
に設置されるヒートポンプ１５に向け延長連結されてい
る状態を示している。（図中では、連結された送水管１
３及び揚水管１４を合わせてコイルＣとしている。） なお、コイルＣ（送水管１３及び揚水管１４）が埋設さ
れる地中Ｇは、建造物１２の下部スラブＳの下層におい
て、地下水流Ｗの下層に不透水層Ｕが位置し、前記地下
水流Ｗが図の左から右へと流れているものとする。

【００１５】本実施例では、一例として、図１に示すよ
うに、当初より地中遮水壁１６が、地上に存在する構造
物１２を構造的に支持する役割を担って、その最下部は
支持地盤としての不透水層Ｕにまで達し、壁頭部は構造
物１２の下部スラブＳと連結され設置されているものを
挙げており、かかる地中遮水壁１６が本願発明における
淀み部１７を形成したものを示している。

【００１６】本実施例中における、地中遮水壁１６によ
り形成された淀み部１７の断面形状は、例えば、図２
（ｂ）に示すように、上流側（図中で上側）の一辺のみ
を開口した平面Ｖ字型ないし平面コ字型のもので、開口
部と対向する壁が地中遮水壁１６である。なおこの例で
は、コ字型の内部領域が前記淀み部１７ということにな
る。

【００１７】ここで、地中遮水壁１６は地上の建造物１
２を支持する役割を担うものを利用しなくともよく、本
願発明の蓄熱法を実施するために新たに建造物１２の周
辺に構築して利用してもよい。

【００１８】本願発明のコイル式地中蓄熱法を適用する
際に、例えば熱源として太陽熱を利用し、その熱利用が
夏季と冬季とに跨る場合、年間を通じて予想される熱需
要を試算し、その結果に応じてソーラーパネル１１、送
水管１３及び揚水管１４、そしてヒートポンプ１５等の
各種機材を選定し設置規模を決定する。

【００１９】その後、施工計画に沿って地盤の掘削と、
送水管１３及び揚水管１４の埋設などを行って、それに
ともない設置地域の地下状況をボーリングその他で調査
し、地質や地下水位等を予め確認しておく。

【００２０】そして、調査された地下水位と地下水流お
よび水量に基づき、地下水流Ｗを十分抑制可能である本
願発明における淀み部１７の形状および規模を決定し、
最適な淀み部１７を形成することとする。

【００２１】このように施工されたコイル式地中蓄熱シ
ステムの稼動ステップとしては、まず、太陽熱１０で十
分加温された水が、ソーラーパネル１１より送水管１３
を通じて地中Ｇに送られ、コイルＣ内部を満たし、それ
と接する周辺土を加温する。

【００２２】加温された周辺土は、蓄熱媒体となって太
陽熱１０より得られた熱を蓄え、利用時期までほぼ一定
温度を保つこととなる。

【００２３】その際、本願発明の淀み部１７が、コイル
Ｃが埋設された地中Ｇに存在する地下水流Ｗを抑制し、
土中に蓄えられた熱を地下水とともに熱移動及び熱拡散
させてしまうといったことを防止するのである。

【００２４】土中に蓄えられていた熱を利用する時期が
到来すれば、ヒートポンプ１５を作動させてコイルＣを
通じて水を循環させ、土中の熱を収奪し温水となった水
を地上へと引揚げることとなり、ここで得られた温水
は、温熱源として暖房などに利用し（例えば、暖房用ヒ
ートポンプの蒸発器に通す）、さらに温熱源として利用
した後の冷えた水は、地中に循環させ再び温水に変えて
利用するといったサイクルを巡ることとなる。

【００２５】なお、本発明における遮水壁１６は、上記
実施例で述べた断面Ｖ字型ないしは断面コ字型のものだ
けでなく、図２（ｃ）〜（ｅ）に示す如く、平面半円弧
状の遮水壁２２、および既存の閉遮水壁２３と組合わせ
て設けた新設の遮水壁２４などさまざまなタイプのもの
を適用することが出来、また、その材質も一般的なコン
クリートや硬化地盤から粘土に至るまで、不透水性のも
ので適度な強度を有するものであれば適宜採用すること
が出来る。

【００２６】また、本発明における遮水壁１６、２２、
２４は、地中Ｇに埋設するコイルＣ（送水管１３及び揚
水管１４）の種類、形状、埋設方法等に無関係に適用可
能である。

【００２７】さらに、本発明において、地中Ｇに存在す
る地下水流Ｗとは、常に連続して流れ続けているものに
限定されず、例えば、通常はほとんど存在しなくとも梅
雨など多雨時期になると水流が形成されるものを想定し
てもよい。

【００２８】加えて、地中に蓄熱される熱として太陽熱
１０を例示したが、例えばゴミ処理施設や発電所よりの
排熱であっても問題なく本発明を実施できる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のコ
イル式地中蓄熱法によれば、埋設されたコイル周辺の地
下水流下流側に、遮水壁を堰状に設けることにより淀み
部を形成し、地中における地下水の水量や流速の大小に
かかわらず、一旦淀み部に流入してそこを満たした地下
水は淀み部から流出しにくいといった性状を利用して、
土中からの熱拡散及び熱移動を抑止することが可能とな
る。

【００３０】このことは、熱拡散及び熱移動による熱損
失を低減し、長期的蓄熱効率を向上させるとともに地下
水流の有無などの地下水の現況に起因する施工の地理的
限定条件を解消し、コイル式地中蓄熱法の効率的な適用
地域を広範なものへと拡大することができる。

【００３１】また、本発明における淀み部の形成に関し
て、遮水壁の施工以外に地層中に新たに構造物を施工す
るなどの措置を施す必要はなく、また完全な閉空間を形
成する場合と比較して、大幅に施工コストを低減でき、
かつ、新設される遮水壁の施工位置を既設の建造物用遮
水壁と連結一体化するよう調整すれば、なおいっそうの
コスト低減を図ることができる。

【００３２】さらに、単独の構造物の直下だけでなく、
それと隣接する複数の構造物の直下にも本発明における
遮水壁を施工して、それらの遮水壁と、各構造物の遮水
壁とを一体に形成すれば、さらに大規模かつ広範囲にわ
たって本発明を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の一例を示す概略図である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の淀み部を形成する
遮水壁施工の例を示す平面図である。

【符号の説明】

１１ ソーラーパネル １３ 送水管 １４ 揚水管 １５ ヒートポンプ １６ 遮水壁 １７ 淀み部 Ｃ コイル Ｗ 地下水流 Ｕ 不透水層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三小田 憲司 東京都清瀬市下清戸４丁目640番地 株式 会社大林組技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地中に埋設されたコイル中に温熱または
   冷熱を循環させ、該コイル周辺の地中土を蓄熱体として
   熱交換を行うコイル式地中蓄熱法において、 前記コイルが埋設された地中に存在する地下水流の当該
   コイルより下流側に、少なくとも上流側が開口して不透
   水層に達する遮水壁を堰状に設けることにより地下水の
   流動が抑制された淀み部を形成し、前記コイルを当該淀
   み部に位置せしめることを特徴とするコイル式地中蓄熱
   法。