JP2000292082A - 地中蓄熱装置 - Google Patents

地中蓄熱装置

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JP2000292082A
JP2000292082A JP11099807A JP9980799A JP2000292082A JP 2000292082 A JP2000292082 A JP 2000292082A JP 11099807 A JP11099807 A JP 11099807A JP 9980799 A JP9980799 A JP 9980799A JP 2000292082 A JP2000292082 A JP 2000292082A
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JP
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refrigerant
circulation
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heat storage
underground
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JP11099807A
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Hiroo Sakai
弘夫 境
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Hitachi Plant Technologies Ltd
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Hitachi Plant Technologies Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

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Abstract

(57)【要約】 【課題】外気冷熱を十分に利用し、コストを削減するこ
とができる地中蓄熱装置を提供する。 【解決手段】本発明の地中蓄熱装置10では、冷却装置
12と地中の熱交換パイプ14とを配管16、18で連
結して構成される循環経路に、フルオロカーボン系の冷
媒が供給されている。また、配管16には、ポンプ30
が配設されるとともに、該ポンプ30を迂回するバイパ
ス管26が連結されている。制御装置24は、温度計2
0の測定値と、温度計22の測定値との差に基づいて、
バイパス管26に配設されたバイパス弁28と前記ポン
プ30を制御し、冷媒の自然循環と強制循環とを切り換
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は地中蓄熱装置に係
り、特に冷媒自然循環装置と組み合わせることにより自
然エネルギーを有効利用する地中蓄熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】地中の岩盤や粘土層など不透水性土壌を
蓄熱材として利用する地中蓄熱装置は、欧州を中心に開
発されている。この地中蓄熱装置において、地中に蓄え
る熱は、ソーラー熱、外気熱、各種廃熱等、様々な熱源
が利用されている。たとえば、図3に、外気冷熱を利用
した従来の地中蓄熱装置を示す。同図において、(a)
は夏季の運転状況を、(b)は冬季の運転状況を示して
いる。この図に示すように、従来の地中蓄熱装置1で
は、通常、地上に設けられた空調機等の負荷装置2と地
中に設けられた熱交換パイプ3との間を循環する循環路
が形成される。そして、この循環路には、ポンプ4が配
設され、内部の冷却水を強制循環するように構成され
る。このように構成された従来の地中蓄熱装置1では、
冬季に使用しない冷却塔5を活用し、外気冷熱を地中に
蓄熱する。そして、夏季にその冷熱を地中から取り出
し、負荷装置2を介して室内の冷房等に使用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
地中蓄熱装置では、冷却水をポンプで強制的に循環させ
ていたため、ランニングコストが高いという欠点があっ
た。そこで、冷却水の代わりにフルオロカーボン系の冷
媒を用いて、冷媒を自然循環させる自然循環方式を採用
することが考えられる。この方法は、蒸発器と凝縮器と
の間の循環路内にフルオロカーボン系の冷媒を流す方法
であり、フルオロカーボン系の冷媒の特性、即ち、ある
圧力下で、10〜15℃以下で凝縮して比重が大きくな
り、20〜25℃以上で蒸発して比重が小さくなる性質
を利用したものである。この方法を用いれば、理論上、
地上の温度が地中の温度よりも十分低い場合に冷媒が地
中と冷却塔との間の循環路内を自然循環するので、循環
路にポンプが不要となり、コストを削減することができ
る。
【0004】しかし、実際には、地上温度が地中温度よ
りも十分に低い場合であっても冷媒が自然循環しないこ
とがあり、外気冷熱を地中に十分に蓄熱できないという
問題があった。このため、自然循環法を地中蓄熱装置に
適用できないのが実情である。本発明はこのような事情
に鑑みてなされたもので、外気冷熱を十分に有効利用す
ることにより、コストを削減することができる地中蓄熱
装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決する為の手段】本発明は前記目的を達成す
るために、地上外気の冷熱を地中に蓄えておき、蓄えた
冷熱を必要に応じて取り出す地中蓄熱装置において、地
中に設けられた蒸発器と地上に設けられた凝縮器との間
の循環路に第1の冷媒を自然循環又は強制循環させるこ
とにより地上外気の冷熱を地中に蓄える蓄熱用冷媒循環
系と、地中に設けられた熱交換器と地上に設けられた負
荷装置との間の循環路に第2の冷媒を循環させることに
より地中に蓄えた冷熱を必要に応じて取り出す負荷用冷
媒循環系と、前記蓄熱用冷媒循環系の循環路に配設さ
れ、前記第1の冷媒を強制循環させる循環ポンプと、前
記循環ポンプを迂回して配設され、前記第1の冷媒が自
然循環する際の経路を形成するバイパス管と、前記バイ
パス管に配設され、前記バイパス管を開閉するバイパス
弁と、地上外気と地中の温度差、又は前記凝縮器の出口
側と入口側との冷媒の温度差を測定する測定手段と、前
記測定手段で測定された温度差に基づいて、前記循環ポ
ンプと前記バイパス弁とを制御して前記第1の冷媒の自
然循環と強制循環とを切り換える制御手段と、から成る
ことを特徴とする。
【0006】本発明によれば、測定手段で測定された温
度差に基づいて、循環ポンプとバイパス弁とを制御し
て、冷媒の強制循環と自然循環とを切り換える。例え
ば、測定された温度差が十分に大きい場合には、ポンプ
を停止するとともにバイパス弁を開く。これにより、冷
媒は、バイパス管を含む循環路を介して自然循環する。
また、測定された温度差が小さく、冷媒が自然循環しな
い範囲では、循環ポンプを駆動するとともにバイパス弁
を閉じる。これにより、冷媒は、循環路を介して強制循
環される。このように、本発明によれば、冷媒を自然循
環させることによりコストを低減することができるとと
もに、冷媒を強制循環させることにより外気冷熱を利用
できる温度差の範囲を広げることができる。したがっ
て、外気冷熱を十分に有効利用することができ、ランニ
ングコストを大幅に低減することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下添付図面に従って、本発明に
係る地中蓄熱装置の好ましい実施の形態について詳説す
る。図1は、本発明の地中蓄熱装置10の概略構造図で
ある。同図に示すように、地中蓄熱装置10は主とし
て、蓄熱用冷媒(第1の冷媒に相当)の循環系と、負荷
用冷媒(第2の冷媒に相当)の循環系とを、地上と地中
の間に形成することにより構成される。
【0008】蓄熱用冷媒の循環系は、地上に設けられた
冷却装置12と、地中に設けられた複数の熱交換パイプ
14、14…とを、配管16、18で連結することによ
り形成される。冷却装置12は、外気冷熱によって冷媒
を冷却し、冷媒を凝縮させる凝縮器として使用され、例
えば冷却塔が用いられる。熱交換パイプ14は、地中に
複数埋設され、内部を通過する冷媒を蒸発させる蒸発器
として使用される。循環路を循環する冷媒には、フルオ
ロカーボン系冷媒(hydro fluoro carbon )、例えば、
R−407C、R−410A(以上、ASHRAE規格
による冷媒記号)が使用される。この冷媒は、ある圧力
条件の下に、10〜15℃以下で凝縮して比重が大きく
なり、20〜25℃以上で蒸発して比重が小さくなる。
これにより、冷媒は、地中と地上の温度差が十分にある
場合に、熱交換パイプ14内で蒸発するとともに冷却装
置12内で凝縮し、循環路を自然循環する。即ち、地中
温度より外気温度が低い場合、冷媒は、冷却装置で冷却
されて凝縮し、配管16内を冷却装置12から熱交換パ
イプ14に流下する。そして、冷媒は、熱交換パイプで
温められて蒸発し、ガス化した冷媒が配管18内を熱交
換パイプ14から冷却装置12に上昇する。
【0009】配管16及び配管18にはそれぞれ、温度
計20、22が設けられる。温度計20は、冷却装置1
2で外気によって冷却された冷媒の温度Taを測定し、
温度計22は、地中の熱交換パイプ14で蒸発した冷媒
の温度Ts を測定する。温度計20、22は、制御装置
24に接続され、制御装置24に温度計20、22の測
定値が出力される。
【0010】配管16には、循環ポンプ30が配設さ
れ、冷媒を強制循環することができる。また、配管16
には、循環ポンプ30を迂回するバイパス管26が取り
付けられている。バイパス管26には、バイパス弁28
が取り付けられ、バイパス弁28を開閉することにより
バイパス管26を連通、遮断することができる。循環ポ
ンプ30及びバイパス弁26は、制御装置24に接続さ
れる。
【0011】制御装置24は、2つの温度計20、22
から測定値Ta、Ts が出力されると、その温度差(T
s −Ta)を求め、図2に示す制御図に基づいて、循環
ポンプ30とバイパス弁28とを制御する。即ち、温度
差(Ts −Ta)の大きい図2のA領域では、制御装置
24は、循環ポンプ30を停止してバイパス弁28を開
くことにより、バイパス管26を介して冷媒を自然循環
させる。また、温度差(Ts −Ta)の小さいB領域で
は、バイパス弁28を閉じて循環ポンプ30を駆動する
ことにより、配管16を介して冷媒を強制循環させる。
【0012】なお、図2に示したA領域及びB領域は、
冷媒の凍結の問題から下限値が決定されるとともに、冷
媒の自然循環の面から上限値が決定し、それらの値は、
土壌の熱伝達使用や建設地の気候条件、さらには冷媒の
種類によって変化する。一方、負荷用冷媒の循環系は、
熱交換パイプ34と、空気調和機等の負荷装置36と
を、配管38、40で連結して循環路を形成することに
より構成される。配管38又は40には、図示しないポ
ンプが配設され、このポンプを駆動することにより、循
環路を冷却水等の冷媒が循環する。循環する冷媒は、地
中から冷熱を取り出して、負荷装置36で室内空気等を
冷却する。これにより、地中に蓄えた冷熱を取り出して
負荷装置36で有効利用することができる。
【0013】次に上記の如く構成された地中蓄熱装置の
作用について説明する。まず、外気が冷たい時期(冬
季)には、蓄熱用冷媒の循環系を利用して外気の冷熱を
地中に蓄える。このとき、制御装置24は、地中温度と
外気温度の値に基づいて、冷媒の自然循環と強制循環と
を切り換える。即ち、制御装置24は、2つの温度計2
0、22から測定値が出力されると、この温度差を求
め、図2に示した制御図に基づいて、循環ポンプ30と
バイパス弁28とを制御する。
【0014】例えば、図2のA領域の場合、制御装置2
4は、循環ポンプ30を閉じてバイパス弁28を開く。
このA領域では、地中温度と地上温度との差が大きいの
で、冷媒は、地中の熱交換パイプ14で蒸発するととも
に、地上の冷却塔で凝縮し、循環路及びバイパス管26
を介して自然循環する。また、図2のB領域の場合、制
御装置24は、バイパス弁28を閉じて循環ポンプ30
を駆動する。このB領域では、地中温度と外気温度との
間に十分な温度差があるにも関わらず、冷媒が配管1
6、18などに打ち勝つ密度差(温度差に比例する)が
確保できず、冷媒が自然循環しない。この場合には、制
御装置24は、バイパス弁28を閉じてポンプ30を駆
動することにより、冷媒を強制循環させる。この場合、
循環ポンプ30は、ブースターの役割を有し、循環維持
に必要な圧力を冷媒に補足する。
【0015】このように、本実施の形態の地中蓄熱装置
10では、外気温度と地中温度の値に基づいてバイパス
弁28と循環ポンプ30とを制御し、自然循環と強制循
環とを切り換えるので、外気の冷熱を十分に有効利用す
ることができる。これにより、地中蓄熱装置10を低コ
ストで駆動することができる。なお、地中に蓄熱された
冷熱は、夏季等に負荷系の循環路を駆動することによ
り、取り出すことができる。
【0016】上述した実施の形態では、配管16に循環
ポンプ30、バイパス管26にバイパス弁28を設けた
が、反対に、配管16にバイパス弁28、バイパス管2
6に循環ポンプ30を設けてもよい。また、本発明の地
中蓄熱装置は、バイパス管26のように冷媒の自然循環
の経路を確保する手段と、循環ポンプ30のように冷媒
を強制循環させる手段とを備えていればよい。
【0017】また、本実施の形態では、温度計20、2
2によって、冷却装置12(即ち、凝縮器)の出口側と
入口側との冷媒の温度差を測定したが、これに限定する
ものではない。例えば、地上温度と地中温度との差を測
定し、この温度差に基づいて循環ポンプ30とバイパス
弁28を制御しても良い。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蓄熱冷媒用の循環系に、循環ポンプと、バイパス弁付き
のバイパス管を設け、外気と地中の温度差、又は凝縮器
の出口側と入口側との冷媒の温度差に基づいて、冷媒の
自然循環と強制循環とを切り換えるので、外気冷熱を十
分に有効利用することができる。したがって、地中蓄熱
装置のランニングコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る地中蓄熱装置の実施の形態の概略
構造図
【図2】図1に示した地中蓄熱装置の制御図
【図3】従来装置の概略構造図
【符号の説明】
10…地中蓄熱装置 12…冷却装置(凝縮器) 14…熱交換パイプ(蒸発器) 20、22…温度計 24…制御装置 26…バイパス管 28…バイパス弁 30…循環ポンプ 34…熱交換パイプ(熱交換器)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】地上外気の冷熱を地中に蓄えておき、蓄え
    た冷熱を必要に応じて取り出す地中蓄熱装置において、 地中に設けられた蒸発器と地上に設けられた凝縮器との
    間の循環路に第1の冷媒を自然循環又は強制循環させる
    ことにより地上外気の冷熱を地中に蓄える蓄熱用冷媒循
    環系と、 地中に設けられた熱交換器と地上に設けられた負荷装置
    との間の循環路に第2の冷媒を循環させることにより地
    中に蓄えた冷熱を必要に応じて取り出す負荷用冷媒循環
    系と、 前記蓄熱用冷媒循環系の循環路に配設され、前記第1の
    冷媒を強制循環させる循環ポンプと、 前記循環ポンプを迂回して配設され、前記第1の冷媒が
    自然循環する際の経路を形成するバイパス管と、 前記バイパス管に配設され、前記バイパス管を開閉する
    バイパス弁と、 地上外気と地中の温度差、又は前記凝縮器の出口側と入
    口側との冷媒の温度差を測定する測定手段と、 前記測定手段で測定された温度差に基づいて、前記循環
    ポンプと前記バイパス弁とを制御して前記第1の冷媒の
    自然循環と強制循環とを切り換える制御手段と、 から成ることを特徴とする地中蓄熱装置。
JP11099807A 1999-04-07 1999-04-07 地中蓄熱装置 Pending JP2000292082A (ja)

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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7043927B2 (en) * 2003-04-03 2006-05-16 Carrier Corporation Transport Refrigeration system
JP2010065862A (ja) * 2008-09-08 2010-03-25 Osaka Gas Co Ltd 第二種吸収ヒートポンプシステム
KR100958059B1 (ko) 2010-02-08 2010-05-13 한국지질자원연구원 지중열교환기용 지하수 유출 제어방법
JP2010145022A (ja) * 2008-12-19 2010-07-01 Daikin Ind Ltd 地中熱交換器及びそれを備えた空調システム
KR100969557B1 (ko) * 2010-02-08 2010-07-12 한국지질자원연구원 지하수 유출 제어를 통한 지중열교환 시스템
JP2010190553A (ja) * 2009-02-20 2010-09-02 Hitachi Plant Technologies Ltd 電子機器の冷却システム
EP2320187A3 (en) * 2009-11-05 2013-11-27 Tai-Her Yang Vertical fluid heat exchanger installed within natural thermal energy body
JP2017053622A (ja) * 2009-11-05 2017-03-16 楊 泰和 縦型流体熱交換器

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7043927B2 (en) * 2003-04-03 2006-05-16 Carrier Corporation Transport Refrigeration system
JP2010065862A (ja) * 2008-09-08 2010-03-25 Osaka Gas Co Ltd 第二種吸収ヒートポンプシステム
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JP2010190553A (ja) * 2009-02-20 2010-09-02 Hitachi Plant Technologies Ltd 電子機器の冷却システム
EP2320187A3 (en) * 2009-11-05 2013-11-27 Tai-Her Yang Vertical fluid heat exchanger installed within natural thermal energy body
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