JP2013130354A

JP2013130354A - 排水装置，地熱空調設備，及び排水方法

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Publication number: JP2013130354A
Application number: JP2011281148A
Authority: JP
Inventors: Koichi Takezaki; 宏一竹崎; Tomotoshi Koga; 智利古賀
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-07-04

Abstract

【課題】地熱空調設備の熱交換装置２内の溜水３を、少ない電力で排出する。
【解決手段】吸水管１０の上端に内径２ｍｍ以上５ｍｍ以下の排水管１２を連結し、吸水管１０の中間部に位置する連結部１０ｂに送気管１３の一端を連結すると共に、送気管１３の他端には送気ポンプ１４を接続した。かかる構成を有する排水装置１によれば、送気ポンプ１４から吸水管１０に継続的に送気するのみで、溜水３が繰り返し下端開口１０ｃから吸入され排水管１２から排出される。排水装置１は、地熱空調設備の熱交換装置２内に結露して生じた溜水３を排出するのに適する。好ましくは、水位センサー１５を設け、連結部１０ｂと略等しい高さ又はそれより高位に設定された下限水位より溜水３の水位が低くなると送気ポンプ１４が停止し、前記下限水位より高位の上限水位を超えると送気ポンプ１４が稼働するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地熱空調設備に適した排水装置及び排水方法、並びに前記排水装置を具備する地熱空調設備に関する。

地中の温度が気温の影響を受け難いことを利用して、地中を通した空気を取り込むことにより、少ないエネルギーでの冷暖房を可能とした地熱空調設備が用いられている。かかる地熱空調設備は、地中に設けた熱交換装置に外気を導いて熱交換を行うため、前記熱交換装置内に結露を生じ易く、特に夏季において顕著である。結露による溜水を放置すると、微生物が繁殖し、不衛生な空気や臭気が建物内に取り込まれる虞がある。また、溜水が空気の流路を塞ぎ、空調設備の能力を損なう虞もある。

そこで、熱交換装置内の溜水を排出する技術が提案されている。例えば、地中もしくは水中に埋設した熱交換装置に外気を通して地中もしくは水中で熱交換を行い、室内に導入する地中利用空調システムであって、前記熱交換装置を傾斜して地中もしくは水中に埋設するとともに、この熱交換装置で生じた結露を集める集水室，この集水室に溜まった水を排水する排水手段，を備えた空調システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２８３００７号公報

しかしながら、上記特許文献１に例示される従来の地熱空調設備は、熱交換装置内の溜水を送液ポンプで排出する構成であって、地中深くから溜水を汲み上げるために高揚程の送液ポンプを必要とする。かかる送液ポンプは大型であるから大きな設置スペースを要し、また、それを稼働させるためには大量の電力を必要とする。また、かかる送液ポンプは、一般的には２００Ｖ電源でのみ稼働するから、一般家屋に設置する場合には、電源供給のための工事が必要となることが多かった。

これらの問題点に鑑み、本発明は、地熱空調設備の熱交換装置内の溜水を、少ない電力で排出することを課題とする。また、大きな設置スペースを要せず、少ない電力で排水でき、１００Ｖ電源で稼働可能な排水装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する第１の発明は、上下が開口した吸水管と、該吸水管の上端に連結された内径（直径）２ｍｍ以上５ｍｍ以下の排水管と、前記吸水管の中間部に位置する連結部に一端が連結された送気管と、該送気管の他端に接続された送気ポンプとを具えてなる排水装置である。

第２の発明は、連結部と略等しい高さ又はそれより高位に設定された下限水位、及び、該下限水位より高位の上限水位を検出する水位センサーを具え、水位が前記上限水位を超えると送気ポンプが稼働し、水位が前記下限水位より低くなると送気ポンプが停止するように構成した上記排水装置である。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明の排水装置を具備し、熱交換装置内で結露した溜水を前記排水装置で排出するように構成した地熱空調設備である。

第４の発明は、上端に内径２ｍｍ以上５ｍｍ以下の排水管が連結され、中間部に位置する連結部に送気管の一端が連結され、上下が開口した吸水管を、前記連結部が溜水の水位以下に位置するように配置し、送気管の他端からポンプ送気することによって、前記排水管を介して前記溜水を排出する排水方法である。

第１の発明の排水装置によれば、送気ポンプを稼働すると送気管に空気が送り込まれ、吸水管に含まれる溜水の一部は上方に移動して被排出水となり、排水管に流入する。被排出水は、空気と交互に層を成して、又は空気層を含まず一体として、排水管内を移動する。被排出水が排出されると、吸水管の下端から新たに溜水が吸入される。排出と吸入を繰り返すためには、送気管に継続してポンプ送気するのみでよく、送気ポンプを稼働する以外に電力を必要としない。送気ポンプは、送液ポンプよりも少ない電力で稼働するから、排水に要する電力を節約できる。

送気ポンプとしては、一般的な単相交流１００Ｖの家庭用電源で稼働するものを用いることができるから、２００Ｖ電源を供給するための工事を必要としない。かかる送気ポンプは小型であるし、それ以外の部材もコンパクトであるから、本発明の排水装置は、設置のために多大なスペースを要しない。したがって、本発明の排水装置は、一般家屋に設置するのにも適する。また、送気ポンプは、水中ポンプの如く溜水中に設置する必要が無く地上に設置可能であるから、本発明の排水装置はメンテナンス容易である。

第２の発明の排水装置によれば、溜水の水位を検知して送気ポンプが自動的に稼働又は停止することにより、溜水の水位が所定の上限水位及び下限水位の間の範囲に維持される。溜水の水位が排水可能な範囲にあるときにのみポンプが稼働するから、必要以上の電力消費が抑えられる。

第３の発明の地熱空調設備は、上記何れかの排水装置を具備しているから、送気ポンプの稼働に要する僅かな電力のみで熱交換装置内の溜水を排水できる。溜水は、その少なくとも一部が置換され、熱交換装置内には長期間留まらない。そのため、溜水中に微生物が繁殖することを防ぎ、建物内の空気を清潔に保つことができる。また、溜水が空気の流路を塞いで空調設備の能力を損なうことも回避される。

第４の発明の排水方法によれば、送気ポンプの稼働に要する僅かな電力のみで排水し、溜水の水位を連結部の高さにまで低下させることができる。単相交流１００Ｖの電源で稼働する送気ポンプを用いることができるから、２００Ｖ電源を供給する必要が無く、場所の制約が少ない。また、送気ポンプ，吸水管，排水管，及び送気管等のコンパクトな機器や部材を準備するのみで実施できるから、多大なスペースを必要としない。

本発明の実施形態を模式的に示す側方視断面図である。チューブの一部を切り欠いて示す連結部付近の要部拡大側面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の排水装置１は、図１及び図２に示されるように、上下が開口した吸水管１０と、該吸水管１０の上端に連結された内径２ｍｍ以上５ｍｍ以下の排水管１２と、前記吸水管１０の中間部に位置する連結部１０ｂに一端が連結された送気管１３と、該送気管１３の他端に接続された送気ポンプ１４とを具えてなる。

排水装置１は、例えば、熱交換装置２内で結露して生じた溜水３を排出するために、地熱空調設備に設けられる。熱交換装置２は、外気を取り込んで地中で熱交換し屋内に導くものであればよく、その形状及び構造は特に限定されない。図１に例示される熱交換装置２は、地中に埋設された有底の内管２０及び外管２１を有し、外管２１の上端開口から吸入された外気を、内管２０を通してファン（図示せず）で屋内に導く構成である。図中のブロック矢印は、外気の流れを示している。外気に含まれる水分の一部は、熱交換のために結露し、熱交換装置２の底部に溜まる。内管２０の周壁の下端には通水孔２０ａが穿設されており、熱交換装置２内で結露した水は、その結露位置が内管２０の内部であるか外部であるかを問わず、熱交換装置２の底部に一体として溜まる。内管２０の周壁の上下方向中間部には、外気が通る通気孔２０ｂが穿設されている。

吸水管１０は、地熱空調設備の熱交換装置２内の下部に配置されている。図２に示される吸水管１０は、排水管１２より大径でかつ相互に異なる内径を有する２本のチューブと、それらを連結する分岐管継手１０ａとで構成されており、分岐管継手１０ａの残る接続口は送気管１３を連結する連結部１０ｂとされる。吸水管１０の構成及び形状は必ずしもこれに限られないが、摩擦等の抵抗のために吸水が妨げられないように、少なくともその下端部は排水管１２より大径とされることが好ましい。吸水管１０の下端開口１０ｃから溜水３が吸入されるが、下端開口１０ｃにフロート弁を設けて、吸入された水が逆流し流出することを防ぐこともできる。また、吸水管１０は、図示形状に限られず、一体として作製されていてもよい。

吸水管１０の上端には、直管継手１１を介して、排水管１２が接続されている。排水管１２は、被排出水４の落下を防ぐため、少なくともその熱交換装置２内の略全部が略鉛直方向に配置されている。排水管１２の上部は、湾曲又は屈曲され、熱交換装置２の上端付近からその外部に導かれる。図１に示される排水管１２は、互いに同径の２本のチューブをエルボ管継手１２ａで連結して形成されているが、必ずしもこれに限られず、例えば一体として作製されていてもよい。

送気管１３は、その一端が連結部１０ｂに接続されることによって、吸水管１０に連結されている。送気管１３は連結部１０ｂから上方に延出され、その上部は湾曲又は屈曲され、熱交換装置２の上端付近からその外部に導かれる。送気管１３の他端には、送気ポンプ１４が接続される。送気ポンプ１４としては、高出力のポンプを用いる必要は無く、例えば、一般家屋から電源供給可能な単相交流１００Ｖの電源で稼働するものを用いることもできる。送気ポンプ１４は、排水管１２内に導かれた少量の被排出水４を排出するに十分な能力を有したものであればよく、その形式を特に限定するものではない。

排水装置１は、好ましくは、水位センサー１５を有する。水位センサー１５は、フロートレス液面リレー装置（図示せず）に接続されており、溜水３の水位が上限水位を超えると送気ポンプ１４が稼働し、下限水位を下回ると送気ポンプ１４が停止するように構成されている。これによって、溜水３の水位を排水可能な所定範囲に確実に維持でき、また、必要な時にのみ送気ポンプ１４を稼働して不要な電力消費を抑えることができる。水位センサー１５は必須ではなく、例えば送気ポンプ１４の運転を制御するスイッチを建物の内部若しくは近傍に設け、また例えば結露の速さが予測できる場合には、送気ポンプ１４をタイマー制御することもできる。

吸水管１０，排水管１２，及び送気管１３の材質は特に限定されず、例えば、金属，合金，又は合成樹脂を用いることができるが、加工成型容易かつ軽量で腐食の虞が無い合成樹脂が好適に用いられる。可撓性の合成樹脂がより好適であって、この場合には、吸水管１０，排水管１２，及び送気管１３を熱交換装置２から地上に引き上げ又は熱交換装置２内に配置する作業をより簡便に行うことができ、排水装置１のメンテナンスが容易である。また、図１には、排水管１２及び送気管１３の略全て、並びに、吸水管１０，水位センサー１５が内管２０の内部に配置されるものとして示すが、必ずしもこれに限定されず、それら装置及び部材の少なくとも一部が内管２０の外部に配置されていてもよい。

上記構成を有する排水装置１において、送気ポンプ１４が稼働すると、送気管１３及び連結部１０ｂを介して空気が吸水管１０に供給される。吸水管１０内に流入していた溜水３は、前記空気によって、図２に示されるように連結部１０ｂの上下に押し遣られて分離する。上方に押し遣られた溜水３の一部は被排出水４となり、送気ポンプ１４から引き続き供給される空気によって排水管１２に導かれる。排水管１２が小径であるので、被排出水４は、図２に示されるように空気層４ａを間に挟む複数の層として、又は空気層４ａを含まず一体として、排水管１２内を移動し熱交換装置２外へ排出される。

このとき、排水管１２の内径が大き過ぎると、空気が被排出水４の上方に漏れ被排出水４が吸水管１０中に落下してしまうので、前記内径は５ｍｍ以下、好ましくは４ｍｍ以下とされる。一方、前記内径が小さ過ぎると排水管１２が被排出水４に与える摩擦等の抵抗のために容易に排水されず、空気圧のために吸水管１０内の水位が低下し下端開口１０ｃから空気が漏出してしまう。それを回避するために、前記内径は、２ｍｍ以上、好ましくは３ｍｍ以上とされる。

被排出水４が排水管１２内を移動する間、空気は吸水管１０の下端開口１０ｃから漏出しないが、被排出水４が排水管１２から排出されると、下端開口１０ｃから溜水３が新たに吸入され、排水装置１内の水位は溜水３の水位と略同一高さに至る。これが繰り返されることにより、溜水３の水位が連結部１０ｂと略等しい高さに至るまで、熱交換装置２内の溜水３は排出され続ける。下端開口１０ｃにフロート弁を設けると、被排出水４が排水管１２内を移動する間下端開口１０ｃが閉まるので、空気の漏出がより確実に防止される。

水位センサー１５を設ける場合には、排水装置１が機能発揮するために、下限水位を連結部１０ｂと等しい高さ又はそれより高位に設定する。一方、溜水３の水位が高過ぎると、排水管１２内に導かれた被排出水４が大きな重力を受けて排出不能となり、吸水管１０の下端開口１０ｃから空気が漏出してしまう。そのため、排水管１２の内径，下端開口１０ｃの高さ位置，送気ポンプ１４の性能等を勘案して、上限水位を設定する。また、上限水位は、溜水３が通気孔２０ｂを塞ぎ熱交換装置２の機能を損なわないように、少なくとも通気孔２０ｂと略等しい高さかそれより低位に設定される。

以下、実施例を記載するが、本発明は、これに限定されるものではない。

本実施例の排水装置１は、図１及び図２に示されるように、上下が開口した吸水管１０と、該吸水管１０の上端に連結された内径２ｍｍ以上５ｍｍ以下の排水管１２と、前記吸水管１０の中間部に位置する連結部１０ｂに一端が連結された送気管１３と、該送気管１３の他端に接続された送気ポンプ１４とを具えてなる。

吸水管１０としては、下方に配置された外径１０ｍｍ，内径８ｍｍのチューブと、上方に配置された外径８ｍｍ，内径６ｍｍのチューブとを、分岐管継手１０ａ（ＳＭＣ株式会社製異径ユニオンワイＫＱ２Ｕ０８−１０）で連結したものを用いた。吸水管１０の上端には、直管継手１１（ＳＭＣ株式会社製異径ストレートＫＱ２Ｈ０６−０８）を介して、排水管１２の一端を接続した。排水管１２としては、エルボ管継手１２ａ（ＳＭＣ株式会社製異径ユニオンエルボＫＱ２Ｌ０６−０６）で相互連結された外径６ｍｍ，内径５ｍｍの２本のチューブを用い、他端を熱交換装置２外に導いた。連結部１０ｂには、外径８ｍｍ，内径６ｍｍのチューブの一端を接続し、送気管１３とした。熱交換装置２外へ導かれた送気管１３の他端には、送気ポンプ１４（日東工器株式会社製ＢＰＨ−４１４Ｇ）を接続した。尚、上記チューブは、何れもヨドフロンＰＴＦＥチューブ（淀川ヒューテック株式会社製）であり、透光性を有し流体の移動をチューブ外から観察可能であった。

本実施例の排水装置１を地熱空調設備に設け、熱交換装置２内の溜水３の排出に供した。熱交換装置２は、地中に埋設された有底の内管２０と外管２１との間に吸入された外気を、内管２０及びファンを介して屋内に導く構成であって、内管２０の周壁には通水孔２０ａ及び通気孔２０ｂが穿設されていた。熱交換装置２の底板２ａを地下約１０ｍの深さとし、排水装置１を、連結部１０ｂが底板２ａから約６０ｃｍの高さに配置されるように設置した。

上記構成を有する熱交換装置２に、その水位が連結部１０ｂより約２０ｃｍ高くなるまで人為的に溜水３を溜めた。送気ポンプ１４を稼働させると、気泡を殆ど含まない被排出水４が排水管１２を通り排出されること、その間吸水管１０の下端開口１０ｃから空気が一切漏れないこと、及び、被排出水４が排水管１２から排出されると吸水管１０の下端開口１０ｃから新たな溜水３が吸入されることが視認された。被排出水４は繰り返し排出されたが、何れの被排出水４も、空気と交互に層を成して又は空気層４ａを含まず一体として、排水管１２内を移動していた。排水管１２から排出される排水量は、７．６ｍＬ／ｍｉｎであった。

１排水装置
２熱交換装置
２ａ底板
３溜水
４被排出水
４ａ空気層
１０吸水管
１０ａ分岐管継手
１０ｂ連結部
１０ｃ下端開口
１１直管継手
１２排水管
１２ａエルボ管継手
１３送気管
１４送気ポンプ
１５水位センサー
２０内管
２０ａ通水孔
２０ｂ通気孔
２１外管

Claims

上下が開口した吸水管と、該吸水管の上端に連結された内径２ｍｍ以上５ｍｍ以下の排水管と、前記吸水管の中間部に位置する連結部に一端が連結された送気管と、該送気管の他端に接続された送気ポンプとを具えてなることを特徴とする排水装置。
連結部と略等しい高さ又はそれより高位に設定された下限水位、及び、該下限水位より高位の上限水位を検出する水位センサーを具え、水位が前記上限水位を超えると送気ポンプが稼働し、水位が前記下限水位より低くなると送気ポンプが停止するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の排水装置。
請求項１又は請求項２に記載の排水装置を具備し、熱交換装置内で結露した溜水を前記排水装置で排出するように構成したことを特徴とする地熱空調設備。
上端に内径２ｍｍ以上５ｍｍ以下の排水管が連結され、中間部に位置する連結部に送気管の一端が連結され、上下両端が開口した吸水管を、前記連結部が溜水の水位以下に位置するように配置し、送気管の他端からポンプ送気することによって、前記排水管を介して前記溜水を排出することを特徴とする排水方法。