JP2001330573A

JP2001330573A - 採熱試験方法

Info

Publication number: JP2001330573A
Application number: JP2000148178A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Fukahori; 賢久深堀
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】採熱試験において、採熱源からの採熱量を正
確かつ容易に把握できるようにする。【解決手段】熱媒Ｗを採熱用熱交換器２に通過させて
採熱源１と熱交換させる熱源試験を、採熱用熱交換器２
の入口熱媒温度ｔ１を採熱源温度ｔｇよりも高温の放熱
領域Ｒｈで変化させる複数条件下で実施し、この熱源試
験で得られる熱媒温度の測定データｔ１，ｔ２と熱媒流
量ｇとに基づき、採熱源温度ｔｇよりも低温の採熱領域
Ｒｃを含む熱媒温度ｔ２と採熱量ｑとの線形相関ｍを求
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、採熱用熱交換器と
負荷熱交換器との間で熱媒を循環させて採熱源から採熱
する熱設備の構築にあたり、どの程度の採熱量が得られ
るかを予め把握するための採熱試験方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記の如き熱設備の構築にあた
り、どの程度の採熱量が得られるかを予め把握するに
は、採熱源からの採熱であることから採熱源温度よりも
低温の適当な試験用１温度に冷却調整した熱媒を採熱用
熱交換器に通過させて、その低温熱媒と採熱源とを実際
に熱交換させる熱源試験を行ない、この熱源試験で測定
した採熱用熱交換器の入出口熱媒温度差Δｔと熱媒流量
ｇとに基づいて、得られる採熱量ｑ（＝ｇ×Δｔ）を算
出するようにしていた（例えば、特開平８−３３８６９
６号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来方
法において、大きな採熱量が得られる熱媒温度条件の下
での採熱量を求めるには、当然のことながら、採熱用熱
交換器に送る熱媒を採熱源温度と相応の温度差を有する
かなりの低温に冷却調整しなければならず、そのため
に、大能力の大型な冷却手段が必要になって熱源試験が
大掛かりになる、また、試験コストが嵩むといった問題
があった。

【０００４】そしてまた、上記の従来方法では、１つの
熱媒温度条件下での採熱量を把握し得たとしても、負荷
側の条件変更などで試験対象の熱媒温度条件が異なるも
のになると、その都度、その新たな熱媒温度条件に即し
た試験用熱媒温度での熱源試験を再実施しなければなら
ず、このことが熱源試験上及び設備設計上の大きな負担
となる問題もあった。

【０００５】これらの実情に鑑み、本発明の主たる課題
は、合理的な方法をもって上記の如き問題を効果的に解
消する点にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】〔１〕請求項１に係る発
明の採熱試験方法では、熱媒を採熱用熱交換器に通過さ
せて採熱源と熱交換させる熱源試験を、前記採熱用熱交
換器の入口熱媒温度を採熱源温度よりも高温の放熱領域
で変化させる複数条件下で実施し、この熱源試験で得ら
れる熱媒温度の測定データと熱媒流量とに基づき、採熱
源温度よりも低温の採熱領域を含む熱媒温度と採熱量と
の線形相関を求める。

【０００７】つまり、この方法によれば、上記の如く求
めた熱媒温度と採熱量との線形相関上で対象の熱媒温度
に対応する採熱量を求める（図的に言えば、その線形相
関の回帰直線上で対象の熱媒温度座標に対応する採熱量
座標を見る）だけで、採熱源温度よりも低温の採熱領域
における任意の熱媒温度（すなわち、大きな採熱量が得
られる低い熱媒温度も含む）について、その熱媒温度条
件で得られる採熱量を正確に把握することができる。

【０００８】すなわち、このことにより、負荷側の条件
変更などで対象の熱媒温度条件が異なるものになること
に対しても、上記の線形相関上で変更の熱媒温度条件に
対応する採熱量を求めるだけで極めて容易に対応するこ
とができ、従前の如く変更の熱媒温度条件に即した試験
熱媒温度で試験を再実施するに比べ、熱源試験上及び設
備設計上の負担を大巾に軽減できる。

【０００９】また、熱源試験そのものも、採熱用熱交換
器の入口熱媒温度を採熱源温度よりも高温の放熱領域で
複数に変化させるだけで済むことから、低い熱媒温度で
得られる採熱量を求める必要があるにしても熱媒温度の
調整に従前の如き大能力の大型な冷却手段を必要とせ
ず、熱媒温度の調整手段としては、冷却手段に比して一
般に装置構造や取り扱いが簡単で小型な加熱手段を設け
るだけで済み、このことから、従前に比べ熱源試験その
ものも大巾に容易にすることができ、また、試験コスト
も安価にすることができる。

【００１０】〔２〕請求項２に係る発明の採熱試験方法
では、熱媒を採熱用熱交換器に通過させて採熱源と熱交
換させる熱源試験を、前記採熱用熱交換器の入口熱媒温
度を採熱源温度よりも高温にする放熱条件下と採熱源温
度よりも低温にする採熱条件下との夫々で実施し、これ
ら放熱条件下及び採熱条件下の熱源試験で得られる熱媒
温度の測定データと熱媒流量とに基づき、採熱源温度よ
りも低温の採熱領域でかつ試験熱媒温度よりも低温の領
域部分を含む熱媒温度と採熱量との線形相関を求める。

【００１１】つまり、この方法によれば、請求項１に係
る発明と同様、上記の如く求めた熱媒温度と採熱量との
線形相関上で対象の熱媒温度に対応する採熱量を求める
だけで、採熱源温度よりも低温の採熱領域における任意
の熱媒温度（大きな採熱量が得られる低い熱媒温度も含
む）について、その熱媒温度条件で得られる採熱量を正
確に把握することができ、このことにより、負荷側の条
件変更などで対象の熱媒温度条件が異なるものになるこ
とに対しても、上記の線形相関上で変更の熱媒温度条件
に対応する採熱量を求めるだけで極めて容易に対応する
ことができ、従前の如く変更の熱媒温度条件に即した試
験熱媒温度で試験を再実施するに比べ、熱源試験上及び
設備設計上の負担を大巾に軽減できる。

【００１２】また、熱源試験は、採熱用熱交換器の入口
熱媒温度を採熱源温度よりも高温にする放熱条件下と採
熱源温度よりも低温にする採熱条件下との夫々で実施す
ることから、熱媒温度の調整手段としては冷却手段及び
加熱手段が必要になるが、上記の如く採熱領域における
任意の熱媒温度について採熱量を上記の線形相関上で求
められることから、低い熱媒温度で得られる採熱量を求
める必要があるにしても熱媒温度の調整に従前の如き大
能力の大型な冷却手段を必要とせず、冷却手段は小能力
で小型なもので済み、また、加熱手段は冷却手段に比し
て一般に装置構造や取り扱いが簡単で小型であり、この
ことから、従前に比べ熱源試験そのものも容易にするこ
とができ、また、試験コストも安価にすることができ
る。

【００１３】〔３〕請求項３に係る発明の採熱試験方法
では、請求項１又は２に係る発明の実施にあたり、前記
採熱用熱交換器との間での熱媒循環を予定する負荷熱交
換器が有する熱媒温度と放熱量との線形相関に基づき、
必要な放熱量が得られる熱媒温度条件を判定し、前記求
めた熱媒温度と採熱量との線形相関上で、前記判定した
熱媒温度条件に対応する採熱量を求め、この求めた対応
採熱量と前記必要放熱量との比較により前記採熱用熱交
換器の必要並列数を求める。

【００１４】つまり、この方法によれば、上記の如く求
める対応採熱量（熱媒温度と採熱量との線形相関上で上
記の判定熱媒温度条件に対応する採熱量）が、予定の負
荷熱交換器において必要な放熱量が得られる熱媒温度条
件下での採熱用熱交換器の１器当たりの採熱量を示すも
のとなる。

【００１５】したがって、この求めた対応採熱量と構築
予定の熱設備で要求される必要放熱量とを、その対応採
熱量をもって必要放熱量を除する形態で比較すれば、採
熱用熱交換器と負荷熱交換器との間での熱媒循環におい
て必要な放熱量を得るための採熱用熱交換器の必要並列
数（換言すれば、夫々が固有の熱媒温度―熱交換量特性
（線形相関）を有する熱源側と負荷側との熱的なバラン
ス関係上で上記の判定熱媒温度条件と同等の熱媒温度条
件を現出させるための採熱用熱交換器の必要並列数）を
的確かつ容易に決定することができ、これにより、構築
予定熱設備の設計を一層容易にすることができる。

【００１６】なお、上記方法で決定した採熱用熱交換器
の必要並列数を採用する場合、熱源側と負荷側との熱媒
流量バランス上の制約から、採熱用熱交換器の１器当た
り熱媒流量が熱源試験段階の流量と多少異なるものとな
る、又は、負荷熱交換器の熱媒流量が熱媒温度と放熱量
との線形相関を求めた際の流量と多少異なるものとなる
といった誤差が生じることもあるが、熱源試験における
採熱用熱交換器の１器当たり熱媒流量、及び、負荷熱交
換器が有する熱媒温度と放熱量との線形相関を求めると
きの負荷熱交換器の熱媒流量に一般的な流量（定格値的
な流量）を採用するとともに、必要放熱量を上記対応採
熱量で除する形態での必要並列数の決定において安全側
に端数処理を行なうようにすれば、この誤差は無視でき
る程度のものになる。

【００１７】また、より厳密な設計が要求される場合に
は、採熱用熱交換器の熱媒流量を異ならせた複数種の熱
源試験により、採熱用熱交換器の熱媒流量が異なる場合
の夫々についての熱媒温度と採熱量との線形相関を求め
ておき、そして、これら求めた複数の線形相関に基づ
き、採熱用熱交換器の１器当たり熱媒流量が上記の如く
流量バランス上の制約から異なった場合の熱媒温度と採
熱量との線形相関を判定するようにして、その判定した
新たな熱媒温度と採熱量との線形相関を用いて上記方法
を繰り返すといった補正処置、あるいは、負荷熱交換器
の熱媒流量が上記の如く流量バランス上の制約から異な
った場合の負荷熱交換器が有する熱媒温度と放熱量との
線形相関を用いて上記方法を繰り返すといった補正処理
を行うようにすればよい。

【００１８】〔４〕請求項４に係る発明の採熱試験方法
では、請求項１又は２に係る発明の実施にあたり、前記
求めた熱媒温度と採熱量との線形相関と、前記採熱用熱
交換器との間での熱媒循環を予定する負荷熱交換器が有
する熱媒温度と放熱量との線形相関を照合し、この照合
において、両線形相関上で採熱量と放熱量とが同一の熱
媒温度条件に対して、ｑ＝Ｑ′×（ｇ／Ｇ） …………（イ）但しｑ：採熱量（採熱用熱交換器１器当たり）Ｑ′：放熱量ｇ：採熱用熱交換器の熱媒流量（採熱用熱交換器１器当
たり）Ｇ：負荷熱交換器の熱媒流量上記（イ）式を満たす関係となる平衡状態点を求める。

【００１９】つまり、この方法によれば、上記照合で求
められる平衡状態点が、採熱用熱交換器と負荷熱交換器
との間での熱媒循環運転における熱的平衡状態（すなわ
ち、夫々が固有の熱媒温度―熱交換量特性（線形相関）
を有する熱源側と負荷側との熱的なバランス関係から決
まる運転状態）を示す点となる。

【００２０】したがって、この照合で求めた上記平衡状
態点の状態値（換言すれば、その点の座標）から、採熱
用熱交換器と負荷熱交換器との間での熱媒循環運転で得
られる採熱量や、その熱媒循環運転で現出される熱媒温
度条件を、採熱用熱交換器と負荷熱交換器との間での実
際の熱媒循環が未だ無い段階で的確に把握することがで
き、これにより、構築予定熱設備の設計を一層容易にす
ることができる。

【００２１】なお、上記（イ）式において、放熱量Ｑ′
にｇ／Ｇ値を乗じるのは採熱用熱交換器の１器当たり熱
媒流量ｇと負荷熱交換器の熱媒流量Ｇとの差分を補正し
た状態で平衡状態点を求めるための処置であり、換言す
れば、上記方法で求めた平衡状態点での採熱量ｑに対す
る放熱量Ｑ′の比値Ｑ′／ｑが、その放熱量Ｑ′に対す
る採熱用熱交換器の必要並列数になる。

【００２２】また、採熱用熱交換器の熱媒流量（１器当
たり熱媒流量）が異なると、採熱用熱交換器が示す熱媒
温度と採熱量との線形相関が異なるものになって、採熱
用熱交換器と負荷熱交換器との間での熱媒循環運転にお
ける熱的平衡状態も異なるものとなるが、これに対して
は、採熱用熱交換器の熱媒流量を異ならせた複数種の熱
源試験により、採熱用熱交換器の熱媒流量が異なる場合
の夫々についての熱媒温度と採熱量との線形相関を求め
ておき、そして、これら求めた複数の線形相関の夫々に
ついて前記照合を行なうようにして、採熱用熱交換器の
熱媒流量が異なる場合の夫々についての前記平衡状態点
を求めるようにすれば、採熱用熱交換器と負荷熱交換器
との間での熱媒循環で得られる採熱量や、その熱媒循環
運転で現出される熱媒温度条件を、採熱用熱交換器の熱
媒流量が異なる場合の夫々について各平衡状態点の状態
値から的確かつ容易に把握することができ、また、それ
ら複数の平衡状態点の夫々における放熱量と、構築予定
の熱設備で要求される必要放熱量とを比較することで、
その必要放熱量を得るための採熱用熱交換器の適正熱媒
流量及び必要並列数も容易に決定することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕図１は、地中１
に埋設した地中熱交換器２に水やブラインなどの熱媒Ｗ
を循環させて地中１から採熱する熱設備（例えば、地中
熱交換器２と融雪用熱交換器との間で熱媒Ｗを循環させ
て、地中１からの採取熱により融雪を行なう熱設備）の
構築にあたり、採熱対象地１について地中熱交換器２で
どの程度の採熱量ｑが得られるかを予め把握するための
試験設備を示す。

【００２４】この試験設備において、３は加熱手段３ａ
（例えば電気ヒータ）を備える熱媒温度調整装置であ
り、この熱媒温度調整装置３と地中熱交換器２との間で
熱媒循環路４を通じて熱媒Ｗを循環させる後述の熱源試
験において、加熱手段３ａの出力調整（すなわち、循環
熱媒Ｗに対する加熱量の調整）により、熱媒温度調整装
置３から地中熱交換器２に送る熱媒Ｗの温度ｔ１を調整
する。

【００２５】５は熱媒循環ポンプ、６は地中熱交換器２
への熱媒循環流量ｇを計測する流量計、７ａ，７ｂは地
中熱交換器２の入口熱媒温度ｔ１及び出口熱媒温度ｔ２
を計測する温度検出器である。

【００２６】この試験設備を用いた試験については、熱
媒Ｗを地中熱交換器２と熱媒温度調整装置３との間で循
環させて実際に対地熱交換させる熱源試験を、加熱手段
３ａの出力調整により地中熱交換器２の入口熱媒温度ｔ
１を地中温度ｔｇ（すなわち採熱源温度）よりも高温の
放熱領域Ｒｈで変化させる複数条件下で、かつ、地中熱
交換器２の熱媒流量ｇを所定流量（定格値的な流量）に
設定した状態で実施する。

【００２７】そして、この熱源試験において温度検出器
７ａ，７ｂにより測定された各温度データｔ１，ｔ２と
地中熱交換器２の熱媒流量ｇとに基づき、各条件下にお
ける地中熱交換器２での採熱量ｑ（＝ｇ×（ｔ２−ｔ
１）、この試験では負の採熱量（放熱量）となる）を算
出し、これら算出した採熱量ｑと各採熱量ｑが得られた
ときの熱媒温度条件を示す代表箇所の熱媒温度ｔ２（本
例では地中熱交換器２の出口熱媒温度を採用）との間に
存在する線形相関を、図２に示す如く地中温度ｔｇより
も低温の採熱領域Ｒｃへの延長部ｍ′を有する回帰直線
ｍの形で求める。

【００２８】つまり、この回帰直線ｍの上記延長部ｍ′
は、地中温度ｔｇよりも低温の採熱領域Ｒｃでの熱媒温
度ｔ２と採熱量ｑとの線形相関を表すものであり、この
ように本第１実施形態では、上記の熱源試験で得られる
放熱領域Ｒｈ側の測定データ（図２においてｄで示すデ
ータ点群）に基づいて、回帰直線ｍの延長部ｍ′として
採熱領域Ｒｃ側の部分を推定する形態で、採熱領域Ｒｃ
を含む熱媒温度ｔ２と採熱量ｑとの線形相関を求める。

【００２９】これに続き、構築予定の熱設備を設計する
にあたっては、次の（ａ１）〜（ａ３）の手法を採る。

【００３０】（ａ１）地中熱交換器２との間での熱媒循
環を予定する融雪用熱交換器などの負荷熱交換器が有す
る熱媒温度ｔ２（負荷熱交換器の入口熱媒温度）と放熱
量Ｑ′との線形相関を、モデル上の演算や実際に熱媒Ｗ
を通過させる試験等により求めておき、この負荷側の線
形相関を表す特性直線Ｋを、前記の回帰直線ｍとともに
ｔ２−ｑ座標系上に描く。

【００３１】（ａ２）このｔ２−ｑ座標系上において、
負荷側の特性直線Ｋ上で必要放熱量Ｑｓが得られる熱媒
温度ｔｓを求めるとともに、回帰直線ｍの延長部ｍ′上
で、その求めた熱媒温度ｔｓに対応する採熱量ｑｓを求
める。

【００３２】つまり、この対応採熱量ｑｓは、予定の負
荷熱交換器において必要な放熱量Ｑｓが得られる熱媒温
度条件の下での地中熱交換器２の１器当たり採熱量を示
すものである。

【００３３】（ａ３）そして、この求めた対応採熱量ｑ
ｓで必要放熱量Ｑｓを除した値Ｑｓ／ｑｓ（具体的に
は、その値を切り上げにより整数化した値）を、構築予
定熱設備での地中熱交換器２の必要並列数ｎとする。

【００３４】なお、上記の如く決定した必要並列数ｎを
採用する場合、熱源側と負荷側との熱媒流量バランス上
の制約から、地中熱交換器２の１器当たり熱媒流量ｇが
熱源試験段階の流量と多少異なるものとなる、又は、負
荷熱交換器の熱媒流量Ｇが上記の負荷側特性直線Ｋを求
めた際の流量と多少異なるものとなるといった誤差が生
じることもあるが、これに対し、厳密な設計が要求され
る場合には、次の（ａ４）又は（ａ５）の補正処置を行
なう。

【００３５】（ａ４）地中熱交換器２の熱媒流量ｇを異
ならせた複数種の熱源試験により、地中熱交換器２の熱
媒流量ｇが異なる場合の夫々についての熱媒温度ｔ２と
採熱量ｑとの線形相関を求めておき、そして、これら求
めた複数の線形相関に基づき、地中熱交換器２の１器当
たり熱媒流量ｇが上記の如く流量バランス上の制約から
異なった場合の熱媒温度ｔ２と採熱量ｑとの線形相関を
判定し、その判定した新たな熱媒温度ｔ２と採熱量ｑと
の線形相関を用いて上記方法を繰り返す。

【００３６】（ａ５）負荷熱交換器の熱媒流量Ｇが上記
の如く流量バランス上の制約から異なった場合の負荷熱
交換器が有する熱媒温度ｔ２と放熱量Ｑ′との線形相関
を用いて上記方法を繰り返す。

【００３７】〔第２実施形態〕本第２実施形態では、前
記の試験設備における熱媒温度調整装置３を、その具備
装置として加熱手段３ａとともに図１において破線で示
す如き冷却手段３ｂ（例えば冷凍機や氷利用冷却器）を
備えるものにし、これにより、熱媒Ｗを地中熱交換器２
と熱媒温度調整装置３との間で循環させる熱源試験を、
加熱手段３ａ及び冷却手段３ｂの出力調整により地中熱
交換器２の入口熱媒温度ｔ１を地中温度ｔｇよりも高温
の放熱領域Ｒｈで変化させる複数の放熱条件下、及び、
地中熱交換器２の入口熱媒温度ｔ１を地中温度ｔｇより
も低温の採熱領域Ｒｃ（本例では比較的高温側の採熱領
域）で変化させる複数の採熱条件下で実施する。

【００３８】そして、この熱源試験において温度検出器
７ａ，７ｂにより測定された各温度データｔ１，ｔ２と
地中熱交換器２の熱媒流量ｇとに基づき、各条件下にお
ける地中熱交換器２での採熱量ｑ（＝ｇ×（ｔ２−ｔ
１））を算出し、これら算出した採熱量ｑと各採熱量ｑ
が得られたときの熱媒温度条件を示す代表箇所の熱媒温
度ｔ２（本例でも地中熱交換器２の出口熱媒温度を採
用）との間に存在する線形相関を、図３に示す如く採熱
領域Ｒｃでかつ試験熱媒温度よりも低温の領域部分への
延長部ｍ″を有する回帰直線ｍの形で求める。

【００３９】つまり、この回帰直線ｍの上記延長部ｍ″
は、採熱領域Ｒｃの中でも熱源試験で用いた熱媒温度よ
りさらに低温の領域部分における熱媒温度ｔ２と採熱量
ｑとの線形相関を表すものであり、このように本第２実
施形態では、上記の熱源試験で得られる放熱領域Ｒｈ側
の測定データ（図３においてｄで示すデータ点群）及び
採熱領域Ｒｃ側の測定データ（図３においてｄ′で示す
データ点群）に基づいて、回帰直線ｍの延長部ｍ″とし
て試験熱媒温度より低温側の部分を推定する形態で、採
熱領域Ｒｃの中でも試験熱媒温度よりさらに低温の領域
部分を含む熱媒温度ｔ２と採熱量ｑとの線形相関を求め
る。

【００４０】この試験結果に基づく設備設計は、同図３
に示す如く前述（ａ１）〜（ａ３）の手法をもって第１
実施形態と同様に行なう。

【００４１】〔第３実施形態〕本第３実施形態では、加
熱手段３ａを備える熱媒温度調整装置３を設けた図１に
示す試験設備において、熱媒Ｗを地中熱交換器２と熱媒
温度調整装置３との間で循環させる熱源試験を、加熱手
段３ａの出力調整により地中熱交換器２の入口熱媒温度
ｔ１を地中温度ｔｇよりも高温の放熱領域Ｒｈで変化さ
せる複数条件下で実施する。

【００４２】また、このように入口熱媒温度ｔ１を放熱
領域Ｒｈで変化させる複数条件下での熱源試験を、熱媒
循環ポンプ５の出力調整や弁Ｖの調整などにより地中熱
交換器２の熱媒流量ｇを異ならせた複数種について実施
する。

【００４３】そして、これらの熱源試験において温度検
出器７ａ，７ｂにより測定された各温度データｔ１，ｔ
２と各熱源試験での地中熱交換器２の熱媒流量ｇとに基
づき、各条件下における地中熱交換器２での採熱量ｑ
（＝ｇ×（ｔ２−ｔ１）、この試験では負の採熱量（放
熱量）となる）を算出し、これら算出した採熱量ｑと各
採熱量ｑが得られたときの熱媒温度条件を示す代表箇所
の熱媒温度ｔ２（本例でも地中熱交換器２の出口熱媒温
度を採用）との間に存在する線形相関を、図４に示す如
く採熱領域Ｒｃへの延長部ｍ１′〜ｍ３′を有する回帰
直線ｍ１〜ｍ３の形で各熱媒流量ｇ１〜ｇ３ごとに求め
る。

【００４４】なお、図４においてｄ１〜ｄ３の夫々は、
上記熱源試験における各熱媒流量ｇ１〜ｇ３でのデータ
点群である。

【００４５】これに続き、この熱源試験の試験結果に基
づき、地中熱交換器２と負荷熱交換器との間での実際の
熱媒循環運転でどのような熱的平衡条件が現出されるか
を把握して、構築予定の熱設備を設計するにあたって
は、次の（ｂ１）〜（ｂ４）の手法を採る。

【００４６】（ｂ１）上記回帰直線ｍ１〜ｍ３を、図５
に示す如く、地中熱交換器２の熱媒流量（１器当たり熱
媒流量）に対する負荷熱交換器の熱媒流量Ｇの比値（Ｇ
／ｇ）分だけ採熱量ｑを補正（ｑ×Ｇ／ｇ＝Ｑ）した補
正回帰直線Ｍ１〜Ｍ３の形で、各熱媒流量ｇ１〜ｇ３ご
とにｔ２−Ｑ座標系上に描く。

【００４７】（ｂ２）一方、地中熱交換器２との間での
熱媒循環を予定する負荷熱交換器が有する熱媒温度ｔ２
（負荷熱交換器の入口熱媒温度）と放熱量Ｑ′との線形
相関を、モデル上の演算や実際に熱媒Ｗを通過させる試
験等により求めておく。

【００４８】（ｂ３）この負荷側の線形相関と前記熱源
側の線形相関との照合として、負荷側の線形相関を表す
特性直線Ｋを、上記の補正回帰直線Ｍ１〜Ｍ３とともに
ｔ２−Ｑ座標系上に描き、この負荷側の特性直線Ｋに対
する各補正回帰直線Ｍ１〜Ｍ３の交点Ｐ１〜Ｐ３を求め
る。

【００４９】つまり、これら交点Ｐ１〜Ｐ３は、地中熱
交換器２の熱媒流量ｇがｇ１〜ｇ３の各々の場合につい
て、熱源側及び負荷側の線形相関上で地中熱交換器２の
１器当たり採熱量ｑと負荷熱交換器の放熱量Ｑ′とが同
一の熱媒温度条件に対して、ｑ＝Ｑ′×（ｇ／Ｇ） …………（イ）上記（イ）式を満たす関係となる平衡状態点であり、地
中熱交換器２の熱媒流量ｇがｇ１〜ｇ３の各々の場合に
ついての地中熱交換器２と負荷熱交換器との間での熱媒
循環運転における熱的平衡状態（すなわち、夫々が固有
の熱媒温度―熱交換量特性（線形相関）を有する熱源側
と負荷側との熱的なバランス関係から決まる運転状態）
を示す点となる。

【００５０】（ｂ４）そして、これら交点Ｐ１〜Ｐ３
（平衡状態点）の夫々における放熱量Ｑ′（換言すれば
採熱量Ｑ）と構築予定熱設備での必要放熱量Ｑｓとの比
較により、構築予定熱設備での地中熱交換器２の１器当
たりの適正熱媒流量ｇ及び必要並列数ｎを決定する。つ
まり、図５に示す例では、交点Ｐ２における放熱量Ｑ′
が必要放熱量Ｑｓにほぼ合致することから、地中熱交換
器２の１器当たり熱媒流量ｇ及び必要並列数ｎとしてｇ
≒ｇ２，ｎ≒Ｇ／ｇ２を採用する。

【００５１】〔第４実施形態〕本第４実施形態では、第
２実施形態と同様、図１の試験設備における熱媒温度調
整装置３を、その具備装置として加熱手段３ａとともに
冷却手段３ｂを備えるものにし、これにより、熱媒Ｗを
地中熱交換器２と熱媒温度調整装置３との間で循環させ
る熱源試験を、加熱手段３ａ及び冷却手段３ｂの出力調
整により地中熱交換器２の入口熱媒温度ｔ１を地中温度
ｔｇよりも高温の放熱領域Ｒｈで変化させる複数の放熱
条件下、及び、地中熱交換器２の入口熱媒温度ｔ１を地
中温度ｔｇよりも低温の採熱領域Ｒｃ（本例では比較的
高温側の採熱領域）で変化させる複数の採熱条件下で実
施する。

【００５２】また、このように入口熱媒温度ｔ１を放熱
領域Ｒｈ及び採熱領域Ｒｃの夫々で変化させる熱源試験
を、熱媒循環ポンプ５の出力調整や弁Ｖの調整などによ
り地中熱交換器２の熱媒流量ｇを異ならせた複数種につ
いて実施する。

【００５３】そして、これらの熱源試験において温度検
出器７ａ，７ｂにより測定された各温度データｔ１，ｔ
２と各熱源試験での地中熱交換器２の熱媒流量ｇとに基
づき、各条件下における地中熱交換器２での採熱量ｑ
（＝ｇ×（ｔ２−ｔ１））を算出し、これら算出した採
熱量ｑと各採熱量ｑが得られたときの熱媒温度条件を示
す代表箇所の熱媒温度ｔ２（本例でも地中熱交換器２の
出口熱媒温度を採用）との間に存在する線形相関を、図
６に示す如く採熱領域Ｒｃでかつ試験熱媒温度よりも低
温の領域部分への延長部ｍ１″〜ｍ３″を有する回帰直
線ｍ１〜ｍ３の形で各熱媒流量ｇ１〜ｇ３ごとに求め
る。

【００５４】なお、図６において、ｄ１〜ｄ３の夫々は
上記熱源試験における各熱媒流量ｇ１〜ｇ３での放熱領
域Ｒｈ側のデータ点群、ｄ１′〜ｄ３′の夫々は上記熱
源試験における各熱媒流量ｇ１〜ｇ３での採熱領域Ｒｃ
側のデータ点群である。

【００５５】この試験結果に基づく設備設計は、図５に
示す如く前述（ｂ１）〜（ｂ４）の手法をもって第３実
施形態と同様に行なう。

【００５６】〔別実施形態〕次にその他の実施形態を列
記する。

【００５７】前述の各実施形態では、熱媒Ｗを対地熱交
換させる地中熱交換器２を採熱用熱交換器とする例を示
したが、本発明は、河川水、湖沼水、海水、地下水、下
水などの液体や大気空気などの気体を採熱源とする場合
にも適用でき、採熱用熱交換器の形式・構造もどのよう
なものであってもよい。

【００５８】そしてまた、地中熱交換器を採熱用熱交換
器とする場合、その地中熱交換器は二重管式やＵ字管式
のものなど、どのような形式・構造のものであってもよ
い。

【００５９】採熱用熱交換器との間での熱媒循環を予定
する負荷熱交換器は、融雪対象箇所に施設する融雪用熱
交換器に限られるものではなく、空調用の熱交換器や、
物品加熱に用いる熱交換器、あるいは、温熱を需要先に
供給するヒートポンプ装置の吸熱側熱交換器（蒸発器）
など、どのような用途・形式の熱交換器であってもよ
い。

【００６０】請求項１又は２に係る発明で求めた熱媒温
度と採熱量との線形相関を、請求項３又は４に係る発明
を初め、種々の用途に使用するにあたり、その線形相関
は用紙などへ記載表示したり映像として画面表示するに
限らず、演算手段による演算処理上で使用する等の形態
を採ってもよい。

【００６１】前述の各実施形態では、熱媒温度と採熱量
との線形相関を特定するのに、熱媒温度（すなわち、熱
媒温度条件を示す代表箇所の熱媒温度）として、採熱用
熱交換器の出口熱媒温度ｔ２（負荷熱交換器の入口熱媒
温度）を用いたが、場合によっては、採熱用熱交換器の
入口熱媒温度ｔ１（負荷熱交換器の出口熱媒温度）や、
採熱用熱交換器の入出口熱媒温度ｔ１，ｔ２の平均温
度、あるいは、熱媒循環系における他の箇所の熱媒温度
を用いて上記線形相関を特定するようにしてもよい。

【００６２】熱媒温度調整手段としての加熱手段３ａに
は、電気ヒータやヒートポンプ装置の放熱側熱交換器、
あるいは、温水ヒータや蒸気ヒータなど、種々のものを
採用でき、また、熱媒温度調整手段として加熱手段３ａ
とともに冷却手段３ｂを装備する場合、その冷却手段３
ｂにも、冷凍機（ヒートポンプ装置の吸熱側熱交換器）
や、氷を初めとする潜熱蓄熱材利用の冷却装置など、種
々のものを採用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験設備の設備構成を示す図

【図２】第１実施形態を説明する線形相関の回帰直線グ
ラフ

【図３】第２実施形態を説明する線形相関の回帰直線グ
ラフ

【図４】第３実施形態を説明する線形相関の回帰直線グ
ラフ

【図５】第３，４実施形態を説明する線形相関の補正回
帰直線グラフ

【図６】第４実施形態を説明する線形相関の回帰直線グ
ラフ

【符号の説明】

１採熱源２採熱用熱交換器ｇ採熱用熱交換器の熱媒流量Ｇ負荷熱交換器の熱媒流量Ｋ熱媒温度と放熱量との線形相関ｍ，ｍ１〜ｍ３熱媒温度と採熱量との線形相関ｎ採熱用熱交換器の必要並列数ｑ採熱量ｑｓ対応採熱量Ｑ′ 放熱量Ｑｓ必要放熱量Ｒｃ採熱領域Ｒｈ放熱領域ｔ１採熱用熱交換器の入口熱媒温度ｔ２採熱用熱交換器の出口熱媒温度ｔｇ採熱源温度ｔｓ判定熱媒温度条件Ｗ熱媒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱媒を採熱用熱交換器に通過させて採熱
源と熱交換させる熱源試験を、前記採熱用熱交換器の入
口熱媒温度を採熱源温度よりも高温の放熱領域で変化さ
せる複数条件下で実施し、この熱源試験で得られる熱媒温度の測定データと熱媒流
量とに基づき、採熱源温度よりも低温の採熱領域を含む
熱媒温度と採熱量との線形相関を求める採熱試験方法。
【請求項２】熱媒を採熱用熱交換器に通過させて採熱
源と熱交換させる熱源試験を、前記採熱用熱交換器の入
口熱媒温度を採熱源温度よりも高温にする放熱条件下と
採熱源温度よりも低温にする採熱条件下との夫々で実施
し、これら放熱条件下及び採熱条件下の熱源試験で得られる
熱媒温度の測定データと熱媒流量とに基づき、採熱源温
度よりも低温の採熱領域でかつ試験熱媒温度よりも低温
の領域部分を含む熱媒温度と採熱量との線形相関を求め
る採熱試験方法。
【請求項３】前記採熱用熱交換器との間での熱媒循環
を予定する負荷熱交換器が有する熱媒温度と放熱量との
線形相関に基づき、必要な放熱量が得られる熱媒温度条
件を判定し、前記求めた熱媒温度と採熱量との線形相関上で、前記判
定した熱媒温度条件に対応する採熱量を求め、この求めた対応採熱量と前記必要放熱量との比較により
前記採熱用熱交換器の必要並列数を求める請求項１又は
２記載の採熱試験方法。
【請求項４】前記求めた熱媒温度と採熱量との線形相
関と、前記採熱用熱交換器との間での熱媒循環を予定す
る負荷熱交換器が有する熱媒温度と放熱量との線形相関
を照合し、この照合において、両線形相関上で採熱量と放熱量とが
同一の熱媒温度条件に対して、ｑ＝Ｑ′×（ｇ／Ｇ） …………（イ）但しｑ：採熱量（採熱用熱交換器１器当たり）Ｑ′：放熱量ｇ：採熱用熱交換器の熱媒流量（採熱用熱交換器１器当
たり）Ｇ：負荷熱交換器の熱媒流量上記（イ）式を満たす関係となる平衡状態点を求める請
求項１又は２記載の採熱試験方法。