JP2007071439A - Triple u-shaped tube type underground heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、融雪、冷暖房、温水プール、植物栽培あるいは動物飼育等に使用する地中熱を、地下300m程度の深さからでも採取することのできるU字管式地中熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a U-shaped underground heat exchanger capable of collecting geothermal heat used for melting snow, air conditioning, hot water pools, plant cultivation or animal breeding even from a depth of about 300 m underground. is there.
近年、大気汚染等の環境問題を考慮し、自然エネルギーの一つである地中熱を利用して、道路や屋根の融雪あるいは冷暖房等を行う技術が、本発明者らによって開発されている。 In recent years, in consideration of environmental problems such as air pollution, a technique for melting snow or cooling and heating roads and roofs using geothermal heat, which is one of natural energy, has been developed by the present inventors.
地中熱を採取するためには、熱交換器を地中に埋設して採取する必要があるが、この熱交換器の一つとして、U字状に形成したもの(U字管式)がある。このU字管式の熱交換器は、その一方の通路(往路)の上端から熱媒を供給し、そのまま下方に送って下端部で反転させ、他方の通路(復路)を上昇させることによって地中熱を採取するものである。 In order to collect underground heat, it is necessary to embed and collect heat exchangers in the ground, but one of these heat exchangers is a U-shaped (U-shaped tube type). is there. This U-shaped tube type heat exchanger supplies the heat medium from the upper end of one passage (outward path), sends it down as it is, reverses it at the lower end, and raises the other path (return path) to raise the ground. Medium heat is collected.
このU字管式の熱交換器は、往路と復路の両方で地中熱を採取することができるので採熱効率が高いと言った利点を有する。 This U-shaped heat exchanger has the advantage that the heat collection efficiency is high because the underground heat can be collected both in the forward path and in the return path.
しかし、その形状がU次式であるがために、例えば、円筒状の同心二重管式のものと比較して、機械的強度が劣り、地中内で地圧によって破損する危険性がある。特に、地中熱が豊富に存在する深さ(地下300m程度)まで埋設すると強大な地圧力作用するため、それに耐え得る形状にする必要がある。また、例え、破損が生じて中を循環する不凍液が地中に漏出しても、それによって地球環境を汚染することがない要にする必要がある。 However, since the shape is U-order, the mechanical strength is inferior compared to, for example, a cylindrical concentric double tube type, and there is a risk of breakage due to ground pressure in the ground. . In particular, if it is buried to a depth (about 300 m underground) where there is abundant underground heat, it will have a strong earth pressure effect, so it must be shaped to withstand it. In addition, even if anti-freezing liquid circulating inside due to breakage leaks into the ground, it is necessary to make sure that it does not pollute the global environment.
本発明は、こうした問題に鑑み創案されたもので、地中熱が豊富に存在する地下300m程度の深さまで埋設しても、地圧によって破損しない強度を備え、また、仮に破損してもその中を循環する不凍液によって地球環境を汚染することのないU字管式の地中熱交換器を提供することを課題とする。 The present invention was devised in view of these problems, and even if it is buried to a depth of about 300 m underground where abundant underground heat exists, it has a strength that does not break due to ground pressure. It is an object of the present invention to provide a U-shaped underground heat exchanger that does not pollute the global environment with antifreeze circulating inside.
図1乃至図6を参照して説明する。請求項1に記載の発明は、不凍液を循環させて地中熱を採取するトリプルU字管式地中熱交換器であって、前記不凍液を循環させる第一U字管1、第二U字管2および第三U字管3と、直線状のガイド管4の全ての外径を等しく設定し、前記第一U字管1と第三U字管3を、その往路Dと復路Uをその間に隙間を設けることなく形成すると共に、前記ガイド管4を挟んで正対させ、前記第二U字管2を、その往路Dと復路Uの間に前記ガイド管4が隙間なく侵入できる間隙部Gを形成し、前記ガイド管4をその間隙部Gに侵入させ、かつ、当該往路Dと復路Uのそれぞれを前記第一U字管1と第三U字管3との間に配置し、前記第一U字管1、第二U字管2、第三U字管3およびガイド管4の各隣接する部分をそれぞれ当接または近接させてなることを特徴とするものである。
This will be described with reference to FIGS. The invention described in claim 1 is a triple U-shaped underground heat exchanger that collects ground heat by circulating antifreeze liquid, and includes a first U-shaped tube 1 and a second U-shaped structure that circulate the antifreeze liquid. The outer diameters of the
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、不凍液を、アルコール系の不凍液としてなることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、不凍液を、植物系のアルコール不凍液としてなることを特徴とするものである。
The invention described in
請求項1に記載のトリプルU字管式地中熱交換器は、第一U字管1、第二U字管2、第三U字管3およびガイド管4の各隣接する部分をそれぞれ当接または近接させているので、それらがいわゆる一つの塊状の構造物を形成する。従って、大きな地圧が作用しても、それに耐え得ることができ、地下300m程度の地中熱が豊富に存在する地中深い場所に達するまで埋設することができる。
The triple U-shaped underground heat exchanger according to claim 1 applies the adjacent portions of the first U-shaped tube 1, the
なお、本発明においては、第一U字管1、第二U字管2、第三U字管3およびガイド管4の全ての外径を等しく設定したことによって、それらの隣接する部分を当接または近接させることができるものである。
In the present invention, all the outer diameters of the first U-shaped tube 1, the
また、第一U字管1と第三U字管3を正対させ、第二U字管2の往路Dと復路Uのそれぞれを第一U字管1と第三U字管3の間に配置しているので、当該第一U字管1、第二U字管2および第三U字管3の下端を揃えることができ、これによっても全体が突出部分のない一つの塊状の構造物とすることができる。
Also, the first U-shaped tube 1 and the
ちなみに、例えば、第一U字管1の底端部を、第二U字管2の底端部の直上に位置させ、両底端部を上下に重ねた状態にすると、必然的に、第一U字管1の底端部が下方に突出した構造物となるため、一つの塊状とならず、強度が劣ってしまう。本発明は、こうした突出部分がなく、一つの塊状を形成するので強度に優れ、地下300m程度における高い地圧にも耐えることができる。
By the way, for example, if the bottom end of the first U-shaped tube 1 is positioned immediately above the bottom end of the
請求項2に記載のトリプルU字管式地中熱交換器は、請求項1に記載の発明と同様に、機械的強度が高いので、地中深くに埋設することができる。また、第一U字管1、第二U字管2および第三U字管3を循環する不凍液を、アルコール系の不凍液としているので安全性が高く、仮に、それらのU字管が地圧によって破損し、不凍液が漏出することがあったとしても、地球環境を汚染することがない。
Since the triple U-shaped underground heat exchanger according to
請求項3に記載のトリプルU字管式地中熱交換器は、請求項1に記載の発明と同様に、機械的強度が高いので、地中深くに埋設することができる。また、不凍液を植物系のアルコール不凍液としているので、さらに安全性に優れ、仮に、U字管が破損して不凍液が漏出しても、地球環境は汚染されない。
Since the triple U-shaped underground heat exchanger according to
本発明に係るトリプルU字管式地中熱交換器の実施形態を、図1乃至図5に示す。これは、不凍液を循環させて地中熱を採取する地中熱交換器であって、不凍液を循環させる第一U字管1、第二U字管2および第三U字管3と、直線状のガイド管4とで構成している。これらの管の外径は、全て等しく設定している。
An embodiment of a triple U-shaped underground heat exchanger according to the present invention is shown in FIGS. This is a ground heat exchanger that circulates antifreeze and collects ground heat, and includes a first U-tube 1, a
そして、第一U字管1と第三U字管3を、その往路Dと復路Uをその間に隙間を設けることなく当接させた状態に形成すると共に(図4参照)、ガイド管4を挟んで正対させて配置している。また、第二U字管2を、その往路Dと復路Uの間にガイド管4が隙間なく侵入できる間隙部Gを形成して、その間隙部Gに侵入させ(図5参照)、かつ、当該往路Dと復路Uのそれぞれを前記第一U字管1と第三U字管3との間に配置している。
Then, the first U-shaped tube 1 and the
これにより、第一U字管1、第二U字管2、第三U字管3およびガイド管4の各隣接する部分をそれぞれ当接または近接させている。また、ガイド管4の長さを、第一U字管1、第二U字管2および第三U字管3のそれよりやや短く設定し、当該第一U字管1、第二U字管2および第三U字管3の下端を面一に揃えている。
Thereby, each adjacent part of the 1st U-shaped tube 1, the 2nd U-shaped
従って、このトリプルU字管式地中熱交換器は、各部材が集合して、一部に突出部分のない一つの塊状の構造物を形成するため機械的強度に優れ、大きな地圧に耐え得ることができる。その結果、地中熱が豊富に存在する地下300m程度の深さまで埋設することができる。 Therefore, this triple U-shaped underground heat exchanger has excellent mechanical strength and can withstand a large earth pressure because each member gathers to form one lump structure with no protruding part. Obtainable. As a result, it can be buried to a depth of about 300 m underground where abundant underground heat exists.
なお、このトリプルU字管式地中熱交換器は、第一U字管1、第二U字管2および第三U字管3を循環する不凍液を、植物系のアルコール不凍液としているので安全性が極めて高い。従って、仮に、U字管が地圧によって破損し、不凍液が漏出することがあったとしても、地球環境を汚染しない。 The triple U-shaped underground heat exchanger is safe because the antifreeze circulating through the first U-tube 1, the second U-tube 2 and the third U-tube 3 is a plant alcohol antifreeze. The nature is extremely high. Therefore, even if the U-shaped tube is damaged by the earth pressure and the antifreeze liquid leaks out, it does not pollute the global environment.
なお、本実施形態におけるトリプルU字管式地中熱交換器は、垂直状の縦穴5を掘削した後、その縦穴5に挿入し、当該縦穴5を珪砂やグラウトなどの充填物Fで埋め潰すが、それに代えて、ガイド管4からグラウトを注入することもできる。また、このガイド管4の内部もグラウトなどの熱伝導性の高い物質で充填することができる。
Note that the triple U-shaped underground heat exchanger according to the present embodiment excavates the
本実施形態に係るトリプルU字管式地中熱交換器の使用例について、図6を参照しながら、融雪の場合を例に取って説明する。まず、融雪管6で放熱した不凍液は、循環ポンプ7によって循環路8を通り第一U字管1、第二U字管2および第三U字管3の各往路Dへ供給され、当該往路D内を下方へ送られながら、熱交換によって地中熱を採取する。
A usage example of the triple U-shaped underground heat exchanger according to the present embodiment will be described by taking the case of snow melting as an example with reference to FIG. First, the antifreeze liquid radiated by the snow melting pipe 6 passes through the
この不凍液は、その底端部で反転して復路Uに進み、そのまま上昇し、この復路Uにおいても、往路Dと同様に熱交換によって地中熱を採取する。復路Uを通過した不凍液は、循環ポンプ7によって融雪管6に供給され、採取した地中熱を放出して融雪等を行った後、再び各U字管の往路Dに戻される。こうした行程を繰り返すことによって、地中熱で連続的に融雪を行う。
The antifreeze reverses at the bottom end and proceeds to the return path U and rises as it is. In this return path U, ground heat is collected by heat exchange as in the forward path D. The antifreeze liquid that has passed through the return path U is supplied to the snow-melting pipe 6 by the
1 第一U字管
2 第二U字管
3 第三U字管
4 ガイド管
5 縦穴
6 融雪管
7 循環ポンプ
8 循環路
D 往路
F 充填物
G 間隙部
U 復路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st
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JP2005258051A JP2007071439A (en) | 2005-09-06 | 2005-09-06 | Triple u-shaped tube type underground heat exchanger |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102393101A (en) * | 2011-09-14 | 2012-03-28 | 上海吉益能源技术有限公司 | 3U ground heat exchanger |
JP2014185822A (en) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Mitsui Kagaku Sanshi Kk | Geothermal heat utilization heat exchanger and heat pump system using the same |
CN106016538A (en) * | 2016-06-27 | 2016-10-12 | 郭坚 | Split type ground source heat pump air conditioner |
JP2018194213A (en) * | 2017-05-16 | 2018-12-06 | 株式会社イノアック住環境 | Heat exchanger |
JPWO2018033991A1 (en) * | 2016-08-18 | 2019-06-13 | 協同テック株式会社 | Wide area type geothermal power generation system |
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2005
- 2005-09-06 JP JP2005258051A patent/JP2007071439A/en active Pending
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