JP2005098542A

JP2005098542A - 地熱交換装置

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Publication number: JP2005098542A
Application number: JP2003329812A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Ebara; 克実江原
Original assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP4318516B2

Abstract

【課題】本発明は、都市部の住宅地等のように限られたスペースの中で地熱交換装置全体を地盤内に埋設して該地熱交換装置の上部地表面を略平坦にすることが出来、その上部地表面を有効利用することが出来、地熱交換装置全体を地盤内に埋設したことで外気に晒されることがなく、これにより高い熱変換効率を維持したままメンテナンスが容易に出来る地熱交換装置を提供することを可能にすることを目的としている。
【解決手段】各熱媒体管５を収容した複数の熱交換用埋設管３、各熱媒体管５を接続する横主管10を収容する横メンテナンス管９、及び熱媒体管５と横主管10との接続部位に設けられた縦メンテナンス管７のそれぞれが地盤２内に埋設され、該縦メンテナンス管７の上部に設けた蓋体８を開けて地表面２ａに開口し、熱媒体管５や横主管10を交換したりメンテナンス出来るように構成したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、地熱を空調、輻射床冷暖房等に利用するための地熱交換装置に関するものである。

昨今、東京等の大都市部においては、空調機器の室外機からの放熱によるヒートアイランド現象が大きな問題となっている。その対策として、大気に熱を放出しない地熱を利用した冷暖房システムが注目を集めており、大規模建築に限らず、戸建住宅等の小規模建築への利用が推し進められつつある。

従来、地中に埋設した杭の中空部に水等の熱媒体を充填し、地熱を取得する地熱交換装置においては、熱媒体管（熱媒体を循環させるため杭に挿入される管）の杭への挿入口や、横主管（熱媒体管相互や熱媒体管と熱交換装置とを連結する管）の接続部等のメンテナンス上重要な部分は、１．杭を地表面から突出させて前記メンテナンス上重要な部分を露出させる（特許文献１）、２．建物下部に杭を埋設し、建物の床下の地盤面から突出させて前記メンテナンス上重要な部分を露出させる（特許文献２）、３．杭を地中に埋没させ、前記挿入口は閉塞する（特許文献３）等の方法で処理されていた。

実開平４−８２６２４号公報特開昭５７−４７１４０号公報特開昭５５−１１２９６８号公報

しかしながら、地熱利用システムを戸建住宅の冷暖房に利用する場合、上記特許文献１の方法では、敷地面積に制約のある大都市の住宅においては、メンテナンススペースによって活用可能な空地が削られてしまうという問題や、地上部に配管部分が露出するため熱交換効率が低下するという問題がある。

上記特許文献２の方法では、高さ制限の厳しい住宅地において床下部分にメンテナンス作業に充分な空間（高さ）を確保することが難しいという問題や、特許文献１と同様に地上部に配管部分が露出するため熱交換効率が低下するという問題がある。

上記特許文献３の方法では、熱媒体管の交換が困難であるという問題、熱媒体管として耐久性の高い架橋ポリエチレン管等の樹脂管を使用すると熱交換効率が下がるという問題、杭内部に異物が混入、沈殿した場合に除去し難いという問題がある。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、都市部の住宅地等のように限られたスペースの中で地熱交換装置全体を地盤内に埋設して該地熱交換装置の上部地表面を略平坦にすることが出来、その上部地表面を有効利用することが出来、地熱交換装置全体を地盤内に埋設したことで外気に晒されることがなく、これにより高い熱変換効率を維持したままメンテナンスが容易に出来る地熱交換装置を提供せんとするものである。

前記目的を達成するための本発明に係る地熱交換装置は、地熱を利用するための地熱交換装置であって、熱媒体が流通する熱媒体管が収容され、地盤に埋設される複数の熱交換用埋設管と、前記複数の熱交換用埋設管相互の前記熱媒体管または該熱媒体管と熱交換装置とを接続すると共に、地盤に埋設される横主管と、前記熱媒体管と前記横主管とを接続する部位で一方が地盤に埋設され、他方が地表面に開口し得る縦メンテナンス管とを有することを特徴とする。

本発明は、上述の如く構成したので、複数の熱交換用埋設管、横主管、及び熱媒体管と横主管とを接続する部位を収容する縦メンテナンス管が地盤内に埋設されたことで地熱交換装置が設置された上部地表面を略平坦にして利用するすることが出来、その領域の地表面を有効利用することが出来る。例えば駐車場の地下の地盤内に地熱交換装置を設置することで敷地の有効利用を行うことが出来る。

また、地熱交換装置全体が地盤内に埋設されているため外気に晒されることがなく、これにより高い熱変換効率を維持することが出来る。また、他方が地表面に開口し得る縦メンテナンス管を利用してメンテナンスを実施することが出来る。

また、前記横主管が地盤に埋設して略水平方向に配置された横メンテナンス管に収容されると共に、前記熱媒体管と前記横主管、及び前記横主管相互が着脱可能に接続され、前記熱媒体管と前記横主管、及び前記横主管相互を脱離することで前記熱交換用埋設管に収容された前記熱媒体管、及び前記横メンテナンス管に収容された前記横主管を前記縦メンテナンス管を利用して交換可能に構成した場合には、縦メンテナンス管を利用して熱媒体管と横主管、及び横主管相互を脱離して熱媒体管や横主管を引き出し、容易に交換することが出来る。熱媒体管として耐久性は劣るが熱伝導率の高い金属管等を使用出来る。

熱媒体管、横主管を可撓性を有する管により構成することで熱媒体管や横主管の引き出しや格納が容易に出来、メンテナンス性能を向上することが出来る。

また、前記縦メンテナンス管が、前記熱交換用埋設管の外径よりも大きな内径を有する別体で構成され、その上端部が地表面と略面一で、且つその下端部が前記熱交換用埋設管の外周で且つ鉛直方向において該熱交換用埋設管の上端部とオーバーラップして配置された場合には、縦メンテナンス管と熱交換用埋設管とが別体で構成されたことで、縦メンテナンス管の埋設精度と熱交換用埋設管の埋設精度とを別々にすることが出来、熱交換用埋設管の埋設精度を低くすることで施工作業が容易になる。

即ち、縦メンテナンス管の内径が熱交換用埋設管の外径よりも大きく、該縦メンテナンス管の下端部が熱交換用埋設管の外周で且つ鉛直方向において該熱交換用埋設管の上端部とオーバーラップして配置したことで、熱交換用埋設管の埋設精度の誤差を許容することが出来、地表面の起伏に応じて縦メンテナンス管の高さ(全長）を調整することが容易となる。また、地表面の高さの変更にも容易に対応出来る。

また、前記複数の熱交換用埋設管内に収容される前記熱媒体管相互または該熱媒体管と熱交換装置とを接続する横主管に対して前記各熱媒体管を並列接続すると共に、前記熱交換装置から前記各熱媒体管に向かう側の横主管の往き経路長と該熱交換装置へ戻る側の横主管の戻り経路長との和が、各々の熱媒体管に関して略等しくなるように構成した場合には、熱交換装置と各熱交換用埋設管との間の離間距離に関係なく全系統の配管抵抗値を略均一化させることが出来る。

即ち、各熱媒体管の熱媒体の流量を略均一とすることが出来、複数の熱交換用埋設管による熱交換効率を最大限に利用することが出来る。これにより、熱交換用埋設管の配置の自由度が向上し、メンテナンスが容易な配置を選択することが出来る。また、直列接続方式に比べて全体の配管抵抗を低く抑えることが出来るため熱交換装置となる熱交換器内臓ポンプの小型化、或いは負荷の低減による長寿命化も可能である。

また、前記地熱交換装置を、駐車場敷地下部に設置した場合には、敷地の有効利用を行うことが出来る。また、車の移動によりメンテナンス用の作業スペースを容易に確保することが出来る。また、駐車場敷地表面にコンクリートを打設することにより地熱交換装置全体が保護されると共に縦メンテナンス管内部への土砂の流入が防止出来る。

本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、地熱交換装置全体を地盤内に埋設して該地熱交換装置の上部地表面を略平坦にすることが出来、その上部地表面を有効利用することが出来、地熱交換装置全体を地盤内に埋設したことで外気に晒されることがなく、これにより高い熱変換効率を維持したままメンテナンスが容易に出来る地熱交換装置を提供することが出来る。

図により本発明に係る地熱交換装置を駐車場敷地下部に埋設した場合の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る地熱交換装置の構成を示す平面説明図、図２は本発明に係る地熱交換装置の構成を示す断面説明図、図３は縦メンテナンス管内で各方向に配置される横主管と熱媒体管、及び横主管相互を着脱可能に接続する接続部材の構成を示す平面図、図４は本発明に係る地熱交換装置の横主管の経路の一例を示す模式図である。

図１及び図２において、１は地熱を利用するための地熱交換装置であり、駐車場12の敷地下部地盤２内に所定の深さで複数の熱交換用埋設管３が埋設されている。熱交換用埋設管３は熱伝導率の高い金属製の配管を利用すれば熱変換効率が高くなるため効果的であり、住宅の基礎杭等に使用される低深度の鋼管杭の中空部を利用した熱交換用埋設管３でも十分な熱量を取得することが可能となる。

熱交換用埋設管３の中空内部には熱媒体である水４が所定の高さまで収容されており、その内部には熱媒体となる水が流通する一対の熱媒体管５が水４に浸した状態で収容されている。熱交換用埋設管３内の水４の水頭より上部で熱媒体管５の外周部には保温材６が取り付けられている。

尚、本実施形態では、熱媒体管５同士が連続し、熱交換用埋設管３内部の水は流通せず、熱媒体管５内部の水が循環する構成としたが、一対の熱媒体管５の端部が開放され、熱交換用埋設管３内部の水が熱媒体管５内部を流通するものとしても良い。

熱交換用埋設管３の上部には一方が地盤２に埋設され、他方が地表面２ａに開口し得る縦メンテナンス管７が設けられている。縦メンテナンス管７の開口部には開閉可能な蓋体８が取り付けられており、縦メンテナンス管７の略全体が地盤２内に埋設され、蓋体８の上面が地表面２ａと略面一になるように設置されている。縦メンテナンス管７は塩化ビニル管等により構成することが出来る。

本実施形態では、縦メンテナンス管７は熱交換用埋設管３の外径よりも大きな内径を有する別体で構成され、該縦メンテナンス管７の上端部が地表面２ａと略面一で、且つその下端部が該熱交換用埋設管３の外周で且つ鉛直方向において熱交換用埋設管３の上端部とオーバーラップして配置されている。

縦メンテナンス管７の側壁面には所定の方向で所定の数だけジョイント部７ａが形成されており、そのジョイント部７ａに塩化ビニル管等からなる横メンテナンス管９が嵌入されて固定され略水平方向に配置されて地盤２に埋設されている。

横メンテナンス管９の内部には複数の熱交換用埋設管３相互の熱媒体管５を接続する可撓性を有する一対の横主管10が収容されている。横主管10は外周に保温材を設けた架橋ポリエチレン管等により構成される。

尚、本実施形態では、１本の横メンテナンス管９に往き配管と戻り配管の２本の横主管10が収容された一例について説明するが、２本の横メンテナンス管９のそれぞれに往き配管と戻り配管のそれぞれ１本ずつの横主管10を収容しても良い。

熱交換用埋設管３内に収容された熱媒体管５、横メンテナンス管９内に収容された横主管10は縦メンテナンス管７の中空内部で、熱媒体管５と横主管10、及び横主管10相互が接続部材11により着脱可能に接続される。

メンテナンスを行う場合には、縦メンテナンス管７の開口部に設けられた蓋体８を開けて接続部材11による熱媒体管５、横主管10の接続を解除して、熱媒体管５と横主管10、及び横主管10相互を脱離し、熱交換用埋設管３から熱媒体管５を引き出したり、横メンテナンス管９から横主管10を引き出したりして交換やメンテナンスを行うことが出来る。

交換後は新たな熱媒体管５を熱交換用埋設管３内に収容し、新たな横主管10を横メンテナンス管９内に収容して熱媒体管５と横主管10、及び横主管10相互を接続部材11により接続する。

図３（ａ）は直線部に設けられる縦メンテナンス管７と横メンテナンス管９、及び熱媒体管５と横主管10との接続構造例を示し、図３（ｂ），（ｃ）はコーナー部に設けられる縦メンテナンス管７と横メンテナンス管９、及び熱媒体管５と横主管10との接続構造例を示す。

また、図３（ｄ），（ｅ）は直線部に更に直交する横メンテナンス管９が交差する３方向に配置される横メンテナンス管９と縦メンテナンス管７、及び熱媒体管５と横主管10との接続構造例を示す。

一対の横主管10の端部は地表面２ａ上部に設置された温度制御可能な熱交換装置13の地熱側往き配管接続口10ａ及び地熱側戻り配管接続口10ｂに接続されており、該熱交換装置13の室内側往き配管接続口10ｃ及び室内側戻り配管接続口10ｄに接続された一対の配管14から住宅15の空調設備、輻射冷暖房設備等に接続されて利用に供される。

連結された横主管10の経路上において、熱交換装置13に最も近い位置の地盤２に埋設された熱交換用埋設管３と、該熱交換装置13との間には雨水等を集水する浸透枡16が配置されている。連結された横主管10を収容する各横メンテナンス管９は浸透枡16に向かって下方向の勾配が設けられて接続されており、その最終端が浸透枡16の側壁面に形成されたジョイント部16ａに嵌入されて固定されている。

これにより、地盤２に埋設された横メンテナンス管９にエルボ17を介して地表面２ａに露出するように立ち上がる立ち上がり管18から雨水が浸入した場合に、該立ち上がり管18、エルボ17及び横メンテナンス管９を介して浸透枡16に雨水が集水され、地盤２に浸透される。

また、各横メンテナンス管９内に万一、雨水が浸入した場合も、浸透枡16に向かって下方向に傾斜して接続された各横メンテナンス管９を介して浸透枡16に雨水が集水され、地盤２に浸透される。

熱交換用埋設管３の頭部が開口状態であっても縦メンテナンス管７に設けられた蓋体８により雨水や異物の浸入を防止することが出来、この場合には熱交換用埋設管３内に収容された熱媒体管５や水等の熱媒体の交換作業や熱交換用埋設管３内部の清掃作業等が容易である。また、蓋体８の閉め忘れにより雨水が熱交換用埋設管３の内部に侵入する虞がある場合には熱交換用埋設管３の頭部の開口を開閉可能に閉塞する着脱可能な蓋体を設けることでも良い。

図１及び図４に示すように、複数の熱交換用埋設管３内に収容される熱媒体管５相互、及び該熱媒体管５と熱交換装置13とを接続する横主管10に対して各熱媒体管５を並列接続すると共に、熱交換装置13から各熱媒体管５に向かう側の横主管10の往き経路長と該熱交換装置13へ戻る側の横主管10の戻り経路長との和が、各々の熱媒体管５に関して略等しくなるように構成されている。

これにより、熱交換装置13と各熱交換用埋設管３との間の離間距離に関係なく全系統の配管抵抗値を略均一化させることが出来る。即ち、各熱媒体管５の熱媒体の流量を略均一とすることが出来、複数の熱交換用埋設管３による熱交換効率を最大限に利用することが出来る。

これにより、熱交換用埋設管３の配置の自由度が向上し、メンテナンスが容易な配置を選択することが出来る。また、直列接続方式に比べて全体の配管抵抗を低く抑えることが出来るため熱交換装置13となる熱交換器内臓ポンプの小型化、或いは負荷の低減による長寿命化も可能である。

また、地熱交換装置１を、駐車場敷地下部に設置した場合には、敷地の有効利用を行うことが出来る。また、車の移動によりメンテナンス用の作業スペースを容易に確保することが出来る。また、駐車場敷地表面にコンクリートを打設することにより地熱交換装置１全体が保護されると共に縦メンテナンス管７内部への土砂の流入が防止出来る。

上記構成によれば、複数の熱交換用埋設管３、横メンテナンス管９、更には横主管10と熱媒体管５、横主管10相互を接続する部位を収容する縦メンテナンス管７が地盤２内に埋設されたことで地熱交換装置１が設置された上部地表面を略平坦にして利用するすることが出来、その領域の地表面を有効利用することが出来る。例えば駐車場12の地下の地盤２内に地熱交換装置１を設置することで敷地の有効利用を行うことが出来る。

また、地熱交換装置１全体が地盤２内に埋設されているため外気に晒されることがなく、これにより高い熱変換効率を維持することが出来る。また、他方が地表面２ａに開口し得る縦メンテナンス管７を利用して熱媒体管５や横主管10等の交換やメンテナンスを実施することが出来る。

また、横主管10が地盤２に埋設して略水平方向に配置された横メンテナンス管９に収容されると共に、接続部材11により熱媒体管５と横主管10、及び横主管10相互が着脱可能に接続され、熱媒体管５と横主管10、及び横主管10相互を脱離することで熱交換用埋設管３に収容された熱媒体管５、及び横メンテナンス管９に収容された横主管10を縦メンテナンス管７を利用して交換可能である。これにより、縦メンテナンス管７を利用して熱媒体管５と横主管10、及び横主管10相互を脱離して熱媒体管５や横主管10を引き出し、容易に交換することが出来る。

熱媒体管５、横主管10、或いは横メンテナンス管９を可撓性を有する管により構成することで熱媒体管５や横主管10の引き出しや格納が容易に出来、メンテナンス性能を向上することが出来る。

また、熱媒体管５や横主管10のメンテナンスを可能としたことで、熱媒体管５や横主管10の熱伝導率やコスト等を考慮した材料選択の自由度が向上する。従って、熱交換用埋設管３を熱伝導性の良いステンレス管等を使用することが出来、該熱交換用埋設管３の埋設深さを１０ｍ程度に浅くしても効果的に地熱を取得することが出来る。

また、縦メンテナンス管７と熱交換用埋設管３とが別体で構成されたことで、縦メンテナンス管７の埋設精度と熱交換用埋設管３の埋設精度とを別々にすることが出来、熱交換用埋設管３の埋設精度を低くすることで施工作業が容易になる。

即ち、縦メンテナンス管７の内径が熱交換用埋設管３の外径よりも大きく、該縦メンテナンス管７の下端部が熱交換用埋設管３の外周で且つ鉛直方向において該熱交換用埋設管３の上端部とオーバーラップして配置したことで、熱交換用埋設管３の埋設精度の誤差を許容することが出来、地表面２ａの起伏に応じて縦メンテナンス管７の高さ(全長）を調整することが容易となる。また、地表面２ａの高さの変更にも容易に対応出来る。

本発明の活用例として、地熱を空調、輻射床冷暖房等に利用するための地熱交換装置に適用することが出来、敷地面積が狭い住宅であっても地熱交換装置の設置位置を自由に設定することが出来る。

本発明に係る地熱交換装置の構成を示す平面説明図である。本発明に係る地熱交換装置の構成を示す断面説明図である。縦メンテナンス管内で各方向に配置される横主管と熱媒体管、及び横主管相互を着脱可能に接続する接続部材の構成を示す平面図である。本発明に係る地熱交換装置の横主管の経路の一例を示す模式図である。

符号の説明

１…地熱交換装置
２…地盤
２ａ…地表面
３…熱交換用埋設管
４…水
５…熱媒体管
６…保温材
７…縦メンテナンス管
７ａ…ジョイント部
８…蓋体
９…横メンテナンス管
10…横主管
10ａ…地熱側往き配管接続口
10ｂ…地熱側戻り配管接続口
10ｃ…室内側往き配管接続口
10ｄ…室内側戻り配管接続口
11…接続部材
12…駐車場
13…熱交換装置
14…配管
15…住宅
16…浸透枡
16ａ…ジョイント部
17…エルボ
18…立ち上がり管

Claims

地熱を利用するための地熱交換装置であって、
熱媒体が流通する熱媒体管が収容され、地盤に埋設される複数の熱交換用埋設管と、
前記複数の熱交換用埋設管相互の前記熱媒体管または該熱媒体管と熱交換装置とを接続すると共に、地盤に埋設される横主管と、
前記熱媒体管と前記横主管とを接続する部位で一方が地盤に埋設され、他方が地表面に開口し得る縦メンテナンス管と、
を有することを特徴とする地熱交換装置。
前記横主管が地盤に埋設して略水平方向に配置された横メンテナンス管に収容されると共に、前記熱媒体管と前記横主管、及び前記横主管相互が着脱可能に接続され、前記熱媒体管と前記横主管、及び前記横主管相互を脱離することで前記熱交換用埋設管に収容された前記熱媒体管、及び前記横メンテナンス管に収容された前記横主管を前記縦メンテナンス管を利用して交換可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の地熱交換装置。
前記縦メンテナンス管は、前記熱交換用埋設管の外径よりも大きな内径を有する別体で構成され、その上端部が地表面と略面一で、且つその下端部が前記熱交換用埋設管の外周で且つ鉛直方向において該熱交換用埋設管の上端部とオーバーラップして配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地熱交換装置。
前記複数の熱交換用埋設管内に収容される前記熱媒体管相互または該熱媒体管と熱交換装置とを接続する横主管に対して前記各熱媒体管を並列接続すると共に、前記熱交換装置から前記各熱媒体管に向かう側の横主管の往き経路長と該熱交換装置へ戻る側の横主管の戻り経路長との和が、各々の熱媒体管に関して略等しくなるように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の地熱交換装置。
前記地熱交換装置を、駐車場敷地下部に設置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の地熱交換装置。