JP2014025638A - 地中熱交換システム - Google Patents
地中熱交換システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014025638A JP2014025638A JP2012166110A JP2012166110A JP2014025638A JP 2014025638 A JP2014025638 A JP 2014025638A JP 2012166110 A JP2012166110 A JP 2012166110A JP 2012166110 A JP2012166110 A JP 2012166110A JP 2014025638 A JP2014025638 A JP 2014025638A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat medium
- heat
- flow path
- heat exchange
- tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
- F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
- F24T10/17—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using tubes closed at one end, i.e. return-type tubes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
- F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
- F24T10/15—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using bent tubes; using tubes assembled with connectors or with return headers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Road Paving Structures (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
【課題】従来の二重管方式の地中熱交換システムにおいて低いとされた外管外周部の温度勾配を高めるとともに、表面積の大きい外管の内面に沿って薄層状態で熱媒体を下降させることによって、Uチューブ方式の地中熱交換システムにおけるUチューブ外周面積の少なさによる熱交換効率の低さをも一挙に解消できる地中熱交換システムを提供する。
【解決手段】地中に埋設した筒状体の外管と、前記外管内に挿設された柱状体の流路制限体と、前記外管の内壁面と前記流路制限体の外周面との間に形成された熱媒体流路用の第1の間隙とからなり、前記流路制限体には縦長に貫通孔が内設され、前記流路制限体の底面と前記外管の底面との間に熱媒体流路用の第2の間隙が設けられ、熱媒体が上方から第1の間隙に導入され、熱交換し終えた熱媒体が第2の間隙と前記貫通孔を経由して地上に導出される地中熱交換システムによる。
【選択図】 図1
【解決手段】地中に埋設した筒状体の外管と、前記外管内に挿設された柱状体の流路制限体と、前記外管の内壁面と前記流路制限体の外周面との間に形成された熱媒体流路用の第1の間隙とからなり、前記流路制限体には縦長に貫通孔が内設され、前記流路制限体の底面と前記外管の底面との間に熱媒体流路用の第2の間隙が設けられ、熱媒体が上方から第1の間隙に導入され、熱交換し終えた熱媒体が第2の間隙と前記貫通孔を経由して地上に導出される地中熱交換システムによる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、地中熱を地中に埋設された地中熱交換器に循環させた熱媒体によって取り出し、建物の冷暖房や路面の融雪等に利用する地中熱交換システムに関する。
地中熱交換システムとしては、図4の概念図で示すように、中空円筒でなる埋設外管11の上方から熱媒体を流入させ、前記外管11の管底から熱交換し終えた熱媒体を回収する内管12を備えた二重管方式と、水と砂が充填された埋設外管11内、又は直接地中に挿入したUチューブ15に熱媒体を流通させて熱交換を行うUチューブ方式とが実施されており、それぞれの方式による地中熱交換器の発明も、例えば二重管方式では特許文献1や2、またUチューブ方式では特許文献3、4等多数開示されている。
しかし、二重管方式では外管11内壁面に接する熱媒体においては熱交換が行われるが内管に近づくにつれて熱交換は行われにくくなり、外管11外周部の温度勾配は小さくなって、熱交換効率は低下する。これを改善するためには熱交換器内で熱媒体を攪拌して埋設外管11の内壁面に当接する熱媒体の量を増やすことが好ましいが、熱媒体を水平方向に攪拌するのは容易でないという問題がある。
特許文献1においては、その対策として〔請求項3〕に
「地中に埋設された外管と前記外管内に前記外管との間に隙間を設けて内設された内管との2重管からなり、前記隙間と前記内管内とが内部で連通し熱媒体が前記隙間と前記内管内とを逆方向に流れて地上設備との間を循環する地中熱交換器において、突起を前記外管の内周面上及び又は前記内管の外周面上に軸方向に間隔を設けて連続的に配設したこと」
そして〔請求項4〕に
「前記突起を前記外管の内周面上及び又は前記内管の外周面上に周方向に略等間隔に複数個を配設したこと」
が記載され、この突起によって「外管と内管との隙間を流れる熱媒体を高乱流化させてその熱伝達係数を大きくしていること(段落〔0023〕)が示されている。
特許文献1においては、その対策として〔請求項3〕に
「地中に埋設された外管と前記外管内に前記外管との間に隙間を設けて内設された内管との2重管からなり、前記隙間と前記内管内とが内部で連通し熱媒体が前記隙間と前記内管内とを逆方向に流れて地上設備との間を循環する地中熱交換器において、突起を前記外管の内周面上及び又は前記内管の外周面上に軸方向に間隔を設けて連続的に配設したこと」
そして〔請求項4〕に
「前記突起を前記外管の内周面上及び又は前記内管の外周面上に周方向に略等間隔に複数個を配設したこと」
が記載され、この突起によって「外管と内管との隙間を流れる熱媒体を高乱流化させてその熱伝達係数を大きくしていること(段落〔0023〕)が示されている。
一方Uチューブ方式においては、内径が20mm程度のUチューブ15を使用することが多く、Uチューブ15の外周における温度勾配は高くとれるが外周面積が小さいため熱交換効率は低く抑えられるという問題がある。
特許文献4においては、その要約において、
「U字状に屈曲した熱交換パイプを複数本を筒状に束ね、各パイプの一端はユニット上部の円形の液体槽に接続し、他端は液体槽の中心を貫いて下方に延びるポンプ室筒体の下部に接続する。……」
と記載され、熱交換パイプを複数本使用することによって熱交換効率の向上を図っている。
特許文献4においては、その要約において、
「U字状に屈曲した熱交換パイプを複数本を筒状に束ね、各パイプの一端はユニット上部の円形の液体槽に接続し、他端は液体槽の中心を貫いて下方に延びるポンプ室筒体の下部に接続する。……」
と記載され、熱交換パイプを複数本使用することによって熱交換効率の向上を図っている。
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたもので、筒状体の外管内に柱状体の流路制限体を内挿して熱媒体の流路を外管内面近傍に制限し、従来の二重管方式で低いとされた外管外周部の温度勾配を高めるとともに、表面積の大きい外管の内面に沿って薄層状態で熱媒体を下降させ、Uチューブ方式における表面積の少なさによる熱交換効率の低さをも一挙に解消できる地中熱交換システムを提供する。
本発明者は、上記課題を下記の手段で解決した。
(1)地中に埋設した有底筒状体からなる外管と、前記外管内に挿設された柱状体からなる流路制限体と、前記外管の内壁面と前記流路制限体の外周面との間に形成された熱媒体流路用の第1の間隙とからなり、かつ前記流路制限体には縦長に貫通孔が内設されてなり、さらに前記流路制限体の底面と前記外管の底面との間には熱媒体流路用の第2の間隙が設けられて構成され、
熱媒体が上方から第1の間隙に導入され、次いで外管を介して地中熱と熱交換された熱媒体が第2の間隙を経由し、さらに前記貫通孔を上昇して地上に導出されるようにしたことを特徴とする地中熱交換システム。
(2)地中に埋設した筒状体からなる外管と、前記外管内に挿設された筒状体からなる内管と、前記外管の内周面と前記内管の外周面との間に形成され底部が閉止された熱媒体流路と、前記外管の底部壁面又は内管の底部壁面に穿設された熱媒体取出口に接続された熱媒体の取出流路としての断熱性を有する管体とからなり、かつ、前記内管の内側に土が詰められて構成され、
熱媒体が上方から熱媒体流路用の間隙に導入され、次いで外管及び内管を介して地中熱と熱交換された熱媒体が、外管の底部壁面又は内管の底部壁面に穿設された熱媒体取出口から熱媒体の取出流路としての管体を上昇して地上に導出されるようにしたことを特徴とする地中熱交換システム。
(3)前記第1の間隙又は熱媒体流路が、1.5mm〜10.0mmであることを特徴とする前項(1)又は(2)に記載の地中熱交換システム。
(4)前記第1の間隙又は熱媒体流路に突起物や粒状体を配して熱媒体に乱流を起こさせ、熱媒体が外管内壁に接触する機会を増やしてなることを特徴とする前項(1)〜(3)のいずれか1項に記載の地中熱交換システム。
(5)前記流路制限体が、内部での空気対流が少ない独立発泡材、連続発泡材、又はグラスウール等の断熱効果を有する素材で形成されてなることを特徴とする前項(1)、(3)、(4)のいずれか1項に記載の地中熱交換システム。
(6)前記熱媒体が、不凍液又は水であることを特徴とする前項(1)〜(5)のいずれか1項に記載の地中熱交換システム。
(1)地中に埋設した有底筒状体からなる外管と、前記外管内に挿設された柱状体からなる流路制限体と、前記外管の内壁面と前記流路制限体の外周面との間に形成された熱媒体流路用の第1の間隙とからなり、かつ前記流路制限体には縦長に貫通孔が内設されてなり、さらに前記流路制限体の底面と前記外管の底面との間には熱媒体流路用の第2の間隙が設けられて構成され、
熱媒体が上方から第1の間隙に導入され、次いで外管を介して地中熱と熱交換された熱媒体が第2の間隙を経由し、さらに前記貫通孔を上昇して地上に導出されるようにしたことを特徴とする地中熱交換システム。
(2)地中に埋設した筒状体からなる外管と、前記外管内に挿設された筒状体からなる内管と、前記外管の内周面と前記内管の外周面との間に形成され底部が閉止された熱媒体流路と、前記外管の底部壁面又は内管の底部壁面に穿設された熱媒体取出口に接続された熱媒体の取出流路としての断熱性を有する管体とからなり、かつ、前記内管の内側に土が詰められて構成され、
熱媒体が上方から熱媒体流路用の間隙に導入され、次いで外管及び内管を介して地中熱と熱交換された熱媒体が、外管の底部壁面又は内管の底部壁面に穿設された熱媒体取出口から熱媒体の取出流路としての管体を上昇して地上に導出されるようにしたことを特徴とする地中熱交換システム。
(3)前記第1の間隙又は熱媒体流路が、1.5mm〜10.0mmであることを特徴とする前項(1)又は(2)に記載の地中熱交換システム。
(4)前記第1の間隙又は熱媒体流路に突起物や粒状体を配して熱媒体に乱流を起こさせ、熱媒体が外管内壁に接触する機会を増やしてなることを特徴とする前項(1)〜(3)のいずれか1項に記載の地中熱交換システム。
(5)前記流路制限体が、内部での空気対流が少ない独立発泡材、連続発泡材、又はグラスウール等の断熱効果を有する素材で形成されてなることを特徴とする前項(1)、(3)、(4)のいずれか1項に記載の地中熱交換システム。
(6)前記熱媒体が、不凍液又は水であることを特徴とする前項(1)〜(5)のいずれか1項に記載の地中熱交換システム。
本発明の地中熱交換システムによって下記の効果が発揮できる。
〈1〉地中に埋設した有底筒状体からなる外管と、前記外管内に挿設された柱状体からなる流路制限体と、前記外管の内壁面と前記流路制限体の外周面との間に形成された熱媒体流路用の第1の間隙とからなり、かつ前記流路制限体には縦長に貫通孔が内設され、さらに前記流路制限体の底面と前記外管の底面との間には熱媒体流路用の第2の間隙が設けられているので、
熱媒体が上方から、外管内に挿設された流路制限体によって狭められた第1の間隙に導入され、外壁内面に沿って薄層状態で下降するため地中熱との熱交換が効果的に行われることから、導入時との温度差の大きい熱媒体が導出できる。
また、本発明においては外周面の大きい外管に熱媒体を接触させているので、Uチューブ方式に比べて、前記導入時との温度差が大きい熱媒体を多量に得ることができる。
〈2〉地中に埋設した筒状体からなる外管と、前記外管内に挿設された筒状体からなる内管と、前記外管の内壁面と前記内管の外周面との間に形成され底部が閉止された熱媒体流路と、前記外管の底部壁面又は内管の底部壁面に穿設された熱媒体取出口に接続された熱媒体の取出流路としての断熱性を有する管体とからなり、かつ、前記内管の内側に土が詰められて構成されているので、
熱媒体が上方から前記外管と内管との間に形成された狭隘な媒体流路に導入され、薄層状態で下降するため、外管及び内管を介して地中熱と熱交換効果的に行われ、導入時との温度差の大きい熱媒体が大量に導出できる。
また、外管と内管の間の間隔を変化することなく外管と内管の大きさを変えることによって、導入時との温度差の大きい熱媒体を必要量導出することができる。
〈3〉前記第1の間隙が1.5mm〜10.0mmであるので、既成杭の内上記〈1〉の効果を実効あるものとし、熱交換効率の高い地中熱交換システムが実現できる。
〈4〉前記第1の間隙に突起物や粒状体を配して熱媒体に乱流を起こさせ、熱媒体が外管内壁に接触する機会を増やしているので、上記〈1〉〜〈2〉の効果に加え、より熱交換効率の高い地中熱交換システムが実現できる。
〈5〉前記流路制限体が、内部での空気対流が少ない独立発泡材、連続発泡材、又はグラスウール等の断熱効果を有する素材で形成されているので、地中熱との熱交換を終えた熱媒体が前記流路制限体に内設された貫通孔を上昇する際、前記流路制限体との熱交換が行われることなく地上に取り出せ、上記〈1〉、〈3〉、〈4〉の効果と相まって熱交換効率の高い地中熱交換システムが実現できる。
〈6〉前記熱媒体が、不凍液又は水であるので、外管や流路制限体を腐食させるおそれがない。
〈1〉地中に埋設した有底筒状体からなる外管と、前記外管内に挿設された柱状体からなる流路制限体と、前記外管の内壁面と前記流路制限体の外周面との間に形成された熱媒体流路用の第1の間隙とからなり、かつ前記流路制限体には縦長に貫通孔が内設され、さらに前記流路制限体の底面と前記外管の底面との間には熱媒体流路用の第2の間隙が設けられているので、
熱媒体が上方から、外管内に挿設された流路制限体によって狭められた第1の間隙に導入され、外壁内面に沿って薄層状態で下降するため地中熱との熱交換が効果的に行われることから、導入時との温度差の大きい熱媒体が導出できる。
また、本発明においては外周面の大きい外管に熱媒体を接触させているので、Uチューブ方式に比べて、前記導入時との温度差が大きい熱媒体を多量に得ることができる。
〈2〉地中に埋設した筒状体からなる外管と、前記外管内に挿設された筒状体からなる内管と、前記外管の内壁面と前記内管の外周面との間に形成され底部が閉止された熱媒体流路と、前記外管の底部壁面又は内管の底部壁面に穿設された熱媒体取出口に接続された熱媒体の取出流路としての断熱性を有する管体とからなり、かつ、前記内管の内側に土が詰められて構成されているので、
熱媒体が上方から前記外管と内管との間に形成された狭隘な媒体流路に導入され、薄層状態で下降するため、外管及び内管を介して地中熱と熱交換効果的に行われ、導入時との温度差の大きい熱媒体が大量に導出できる。
また、外管と内管の間の間隔を変化することなく外管と内管の大きさを変えることによって、導入時との温度差の大きい熱媒体を必要量導出することができる。
〈3〉前記第1の間隙が1.5mm〜10.0mmであるので、既成杭の内上記〈1〉の効果を実効あるものとし、熱交換効率の高い地中熱交換システムが実現できる。
〈4〉前記第1の間隙に突起物や粒状体を配して熱媒体に乱流を起こさせ、熱媒体が外管内壁に接触する機会を増やしているので、上記〈1〉〜〈2〉の効果に加え、より熱交換効率の高い地中熱交換システムが実現できる。
〈5〉前記流路制限体が、内部での空気対流が少ない独立発泡材、連続発泡材、又はグラスウール等の断熱効果を有する素材で形成されているので、地中熱との熱交換を終えた熱媒体が前記流路制限体に内設された貫通孔を上昇する際、前記流路制限体との熱交換が行われることなく地上に取り出せ、上記〈1〉、〈3〉、〈4〉の効果と相まって熱交換効率の高い地中熱交換システムが実現できる。
〈6〉前記熱媒体が、不凍液又は水であるので、外管や流路制限体を腐食させるおそれがない。
本発明の地中熱交換システムを実施するための形態を、実施例の図に基づいて説明する。
図1は本発明の地中熱交換システムの概念図であり、図1において1は外管、2は流路制限体、3は第1の間隙、4は第2の間隙、5は貫通孔、6は断熱チューブを、そして図2において11は外管、12は内管、13は熱媒体流路、14は管体を、また図3においては21は外管、22は内管、23は流路制限体、24は熱媒体流路、25は空気流路を示す。
なお、図に示した細線の矢印は熱媒体の流れる方向を、白抜き矢印は空気の流れる方向を示す。
図1は本発明の地中熱交換システムの概念図であり、図1において1は外管、2は流路制限体、3は第1の間隙、4は第2の間隙、5は貫通孔、6は断熱チューブを、そして図2において11は外管、12は内管、13は熱媒体流路、14は管体を、また図3においては21は外管、22は内管、23は流路制限体、24は熱媒体流路、25は空気流路を示す。
なお、図に示した細線の矢印は熱媒体の流れる方向を、白抜き矢印は空気の流れる方向を示す。
本発明の地中熱交換システムは、図1の概念図に示すように、地中に埋設した有底筒状体からなる外管1と、前記外管1内に挿設された柱状体からなる流路制限体2と、前記外管1の内壁面と前記流路制限体2の外周面との間に形成された熱媒体流路用の第1の間隙3とからなり、かつ前記流路制限体2には縦長に貫通孔5が内設されてなり、さらに前記流路制限体2の底面と前記外管1の底面との間には熱媒体流路用の第2の間隙4が設けられ、熱媒体が上方から第1の間隙3に導入され、次いで外管1を介して地中熱と熱交換した熱媒体が第2の間隙4を経由し、さらに前記貫通孔5を上昇して地上に導出されるように構成されている。
そして前記第1の間隙3が熱交換効率を高めるため1.5mm〜10.0mmに設定されてなり、また該第1の間隙3に突起物や粒状体を配して、下降する熱媒体に乱流を起こさせて熱媒体が外管1の内壁に接触する機会を増やせるよう構成することも好ましい。
なお、図1においては流路制限体2に内設された貫通孔5を1本として記載したが、1本に限られるものでなく、複数本設けることがあってもよい。
そして前記第1の間隙3が熱交換効率を高めるため1.5mm〜10.0mmに設定されてなり、また該第1の間隙3に突起物や粒状体を配して、下降する熱媒体に乱流を起こさせて熱媒体が外管1の内壁に接触する機会を増やせるよう構成することも好ましい。
なお、図1においては流路制限体2に内設された貫通孔5を1本として記載したが、1本に限られるものでなく、複数本設けることがあってもよい。
そして、前記流路制限体2が、内部での空気対流が少ない独立発泡材、連続発泡材、又はグラスウール等の断熱効果を有する素材で形成され、地中熱との熱交換を終えた熱媒体が前記流路制限体2に内設された貫通孔5を上昇する際、前記流路制限体2との間で熱交換が行われることなく地上に取り出せるよう配慮されている。
また、前記貫通孔5に、図1に示すように断熱チューブ6を挿入して、より断熱効果を高めることがあってよい。
さらに外管1には耐腐食性、耐久性等を考慮してステンレス管、高密度ポリエチレン管、又は硬質塩化ビニル管を用いることが好ましい。さらにまた、外管として既成杭を用いることがあってもよい。
また、前記貫通孔5に、図1に示すように断熱チューブ6を挿入して、より断熱効果を高めることがあってよい。
さらに外管1には耐腐食性、耐久性等を考慮してステンレス管、高密度ポリエチレン管、又は硬質塩化ビニル管を用いることが好ましい。さらにまた、外管として既成杭を用いることがあってもよい。
なお、図1の概念図においては、前記外管1を地中に垂直に埋設するよう表示したが、傾斜地など垂直に埋設孔を掘削するのが困難な地形にあっては、斜め又は水平に掘削された埋設孔に埋設することがあってよい。
地中熱と熱交換され地上に導出された熱媒体は、ヒートポンプ等地上の熱交換器に導かれ、地中で得た熱を地中とは逆方向の熱交換を空気や水との間で行って、冷暖房や道路の融雪などに利用される。そして地中で得た熱を放出した熱媒体は、再度前記第1の隙間3に導入され、循環して使用される。
図2に本発明の地中熱交換システムの第2の実施例の概念図を示した。
本実施例は、地中に埋設した筒状体からなる外管11と、前記外管11内に挿設されたの筒状体からなる内管12と、前記外管11の内壁面と前記内管12の外周面との間に形成された熱媒体流路13と、前記外管11の底部壁面又は内管12の底部壁面に穿設された熱媒体取出口に接続された熱媒体流路用の断熱性を有する管体14とからなり、かつ、前記内管12の内側に土が詰められて構成され、
熱媒体が上方から熱媒体流路13に導入され、次いで外管11及び内管12を介して地中熱と熱交換された熱媒体が、外管11の底部壁面又は内管12の底部壁面に穿設された熱媒体取出口から熱媒体流路用の断熱性を有する管体14を上昇して地上に導出されるよう構成されている。
そして前記熱媒体流路13が熱交換効率を高めるためその幅を1.5mm〜10.0mmに設定されてなり、また該熱媒体流路13に突起物や粒状体を配して、下降する熱媒体に乱流を起こさせて熱媒体が外管11内壁および内管の外壁に接触する機会を増やせるよう構成されることも好ましい。
また、外管11と内管12の間の間隔を1.5mm〜10.0mmに保持して外管11と内管12の大きさを変えれば、外管11及び内管12を介して地中熱との熱交換を行える熱媒体の量も変化するので、導入時との温度差の大きい熱媒体を必要とする量を得られる。
さらに外管11及び内管12には耐腐食性、耐久性等を考慮してステンレス管、高密度ポリエチレン管、又は硬質塩化ビニル管を用いることが好ましい。さらにまた、外管11として既成杭を用いることがあってもよい。
なお、導出中の熱媒体からの熱損失を防ぐため、熱媒体流路用の管体14には断熱チューブ等断熱性を有するものが用いられるのが好ましい。
地中熱と熱交換され地上に導出された熱媒体は、ヒートポンプ等地上の熱交換器に導かれ、地中で得た熱を地中とは逆方向の熱交換を空気や水との間で行って、冷暖房や道路の融雪などに利用される。そして地中で得た熱を放出した熱媒体は、再度前記熱媒体流路13に導入され、循環して使用される。
本実施例は、地中に埋設した筒状体からなる外管11と、前記外管11内に挿設されたの筒状体からなる内管12と、前記外管11の内壁面と前記内管12の外周面との間に形成された熱媒体流路13と、前記外管11の底部壁面又は内管12の底部壁面に穿設された熱媒体取出口に接続された熱媒体流路用の断熱性を有する管体14とからなり、かつ、前記内管12の内側に土が詰められて構成され、
熱媒体が上方から熱媒体流路13に導入され、次いで外管11及び内管12を介して地中熱と熱交換された熱媒体が、外管11の底部壁面又は内管12の底部壁面に穿設された熱媒体取出口から熱媒体流路用の断熱性を有する管体14を上昇して地上に導出されるよう構成されている。
そして前記熱媒体流路13が熱交換効率を高めるためその幅を1.5mm〜10.0mmに設定されてなり、また該熱媒体流路13に突起物や粒状体を配して、下降する熱媒体に乱流を起こさせて熱媒体が外管11内壁および内管の外壁に接触する機会を増やせるよう構成されることも好ましい。
また、外管11と内管12の間の間隔を1.5mm〜10.0mmに保持して外管11と内管12の大きさを変えれば、外管11及び内管12を介して地中熱との熱交換を行える熱媒体の量も変化するので、導入時との温度差の大きい熱媒体を必要とする量を得られる。
さらに外管11及び内管12には耐腐食性、耐久性等を考慮してステンレス管、高密度ポリエチレン管、又は硬質塩化ビニル管を用いることが好ましい。さらにまた、外管11として既成杭を用いることがあってもよい。
なお、導出中の熱媒体からの熱損失を防ぐため、熱媒体流路用の管体14には断熱チューブ等断熱性を有するものが用いられるのが好ましい。
地中熱と熱交換され地上に導出された熱媒体は、ヒートポンプ等地上の熱交換器に導かれ、地中で得た熱を地中とは逆方向の熱交換を空気や水との間で行って、冷暖房や道路の融雪などに利用される。そして地中で得た熱を放出した熱媒体は、再度前記熱媒体流路13に導入され、循環して使用される。
図3には、地中熱と熱交換された熱媒体と空気との間の熱交換を、ヒートポンプ等地上の熱交換器で行うのでなく、地下に埋設された熱交換システム内で、熱媒体が地中熱と熱交換を行うと同時に、熱交換し終えた熱媒体と空気との間で直接熱交換を行う仕組みの地中熱交換システムの概念図を示した。
本実施例は図3に示すように、地中に水平に埋設された筒状体からなる外管21と、前記外管21内に挿設された筒状体の内管22と、前記内管22内に挿設された柱状体からなる流路制限体23と、前記外管21の内壁面と前記内管22外壁面との間に形成された熱媒体流路24と、前記内管22の内面と前記流路制限体23の外周面との間に形成された空気流路25とからなり、
熱媒体が前記熱媒体流路24の左右いずれかの一端に導入され、外管21を介して地中熱と熱交換された熱媒体が他端から導出されるように構成されるとともに、前記空気流路25に、前記熱媒体の流れの向きとは逆の向きに空気を流し、前記内管22を介して地中熱と熱交換された熱媒体との間で熱交換を行わせるように構成されている。そして、前記熱媒体流路24は、外管の内面と内管の外面との間隙が、実施例1及び実施例2と同様に1.5mm〜10.0mmに設定され、空気流路は2.0cm〜3.0cmに設定されるのが好ましい。
さらに外管21及び内管22には耐腐食性、耐久性等を考慮してステンレス管、高密度ポリエチレン管、又は硬質塩化ビニル管を用いることが好ましい。
この地中熱交換システムは、地中に水平に配置されるので、この地中熱交換システムを複数個並置して接続し、或いは蛇行させるなどして設置面積の狭い土地においても地中熱と空気との間で熱媒体を介しての効果的な熱交換が実現できる。
本実施例は図3に示すように、地中に水平に埋設された筒状体からなる外管21と、前記外管21内に挿設された筒状体の内管22と、前記内管22内に挿設された柱状体からなる流路制限体23と、前記外管21の内壁面と前記内管22外壁面との間に形成された熱媒体流路24と、前記内管22の内面と前記流路制限体23の外周面との間に形成された空気流路25とからなり、
熱媒体が前記熱媒体流路24の左右いずれかの一端に導入され、外管21を介して地中熱と熱交換された熱媒体が他端から導出されるように構成されるとともに、前記空気流路25に、前記熱媒体の流れの向きとは逆の向きに空気を流し、前記内管22を介して地中熱と熱交換された熱媒体との間で熱交換を行わせるように構成されている。そして、前記熱媒体流路24は、外管の内面と内管の外面との間隙が、実施例1及び実施例2と同様に1.5mm〜10.0mmに設定され、空気流路は2.0cm〜3.0cmに設定されるのが好ましい。
さらに外管21及び内管22には耐腐食性、耐久性等を考慮してステンレス管、高密度ポリエチレン管、又は硬質塩化ビニル管を用いることが好ましい。
この地中熱交換システムは、地中に水平に配置されるので、この地中熱交換システムを複数個並置して接続し、或いは蛇行させるなどして設置面積の狭い土地においても地中熱と空気との間で熱媒体を介しての効果的な熱交換が実現できる。
1:外管
2:流路制限体
3:第1の間隙
4:第2の間隙
5:貫通孔
6:断熱チューブ
11:外管
12:内管
13:熱媒体流路
14:管体
15:Uチューブ
21:外管
22:内管
23:流路制限体
24:熱媒体流路
25:空気流路
2:流路制限体
3:第1の間隙
4:第2の間隙
5:貫通孔
6:断熱チューブ
11:外管
12:内管
13:熱媒体流路
14:管体
15:Uチューブ
21:外管
22:内管
23:流路制限体
24:熱媒体流路
25:空気流路
Claims (6)
- 地中に埋設した有底筒状体からなる外管(1)と、前記外管(1)内に挿設された柱状体からなる流路制限体(2)と、前記外管(1)の内壁面と前記流路制限体(2)の外周面との間に形成された熱媒体流路用の第1の間隙(3)とからなり、かつ前記流路制限体(2)には縦長に貫通孔(5)が内設されてなり、さらに前記流路制限体(2)の底面と前記外管(1)の底面との間には熱媒体流路用の第2の間隙(4)が設けられて構成され、
熱媒体が上方から第1の間隙(3)に導入され、次いで外管(1)を介して地中熱と熱交換された熱媒体が第2の間隙(4)を経由し、さらに前記貫通孔(5)を上昇して地上に導出されるようにしたことを特徴とする地中熱交換システム。 - 地中に埋設した筒状体からなる外管(11)と、前記外管(11)内に挿設された筒状体からなる内管(12)と、前記外管(11)の内壁面と前記内管(12)の外周面との間に形成され底部が閉止された熱媒体流路(13)と、前記外管(11)の底部壁面又は内管(12)底部壁面に穿設された熱媒体取出口に接続された熱媒体の取出流路としての断熱性を有する管体(14)とからなり、かつ、前記内管(12)の内側に土が詰められて構成され、
熱媒体が上方から熱媒体流路(13)に導入され、次いで外管(11)及び内管(12)を介して地中熱と熱交換された熱媒体が、外管(11)の底部壁面又は内管(12)の底部壁面に穿設された熱媒体取出口から熱媒体の取出流路としての管体(14)を上昇して地上に導出されるようにしたことを特徴とする地中熱交換システム。 - 前記第1の間隙(3)又は熱媒体流路(13)の幅が、1.5mm〜10.0mmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の地中熱交換システム。
- 前記第1の間隙(3)又は熱媒体流路(13)に突起物や粒状体を配して熱媒体に乱流を起こさせ、熱媒体が外管内壁に接触する機会を増やしてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の地中熱交換システム。
- 前記流路制限体(2)が、内部での空気対流が少ない独立発泡材、連続発泡材、又はグラスウール等の断熱効果を有する素材で形成されてなることを特徴とする請求項1、3、4のいずれか1項に記載の地中熱交換システム。
- 前記熱媒体が、不凍液又は水であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の地中熱交換システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012166110A JP2014025638A (ja) | 2012-07-26 | 2012-07-26 | 地中熱交換システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012166110A JP2014025638A (ja) | 2012-07-26 | 2012-07-26 | 地中熱交換システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014025638A true JP2014025638A (ja) | 2014-02-06 |
Family
ID=50199442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012166110A Pending JP2014025638A (ja) | 2012-07-26 | 2012-07-26 | 地中熱交換システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014025638A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020070960A (ja) * | 2018-10-30 | 2020-05-07 | 国立大学法人秋田大学 | 水平型地中熱交換器、および、地中熱利用空調システム |
CN111189243A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-22 | 燕山大学 | 一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5837432A (ja) * | 1981-08-31 | 1983-03-04 | Matsushita Electric Works Ltd | 地下埋込パイプ |
JP2003014387A (ja) * | 2001-06-27 | 2003-01-15 | Hitachi Plant Eng & Constr Co Ltd | 地中熱交換器の設置方法および地中熱交換器 |
JP2004309124A (ja) * | 2003-03-25 | 2004-11-04 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 地中熱交換器 |
JP2010261633A (ja) * | 2009-05-01 | 2010-11-18 | Nemoto Kikaku Kogyo Kk | 熱交換用多重管およびこれを使用する地中熱利用空調システム |
-
2012
- 2012-07-26 JP JP2012166110A patent/JP2014025638A/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5837432A (ja) * | 1981-08-31 | 1983-03-04 | Matsushita Electric Works Ltd | 地下埋込パイプ |
JP2003014387A (ja) * | 2001-06-27 | 2003-01-15 | Hitachi Plant Eng & Constr Co Ltd | 地中熱交換器の設置方法および地中熱交換器 |
JP2004309124A (ja) * | 2003-03-25 | 2004-11-04 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 地中熱交換器 |
JP2010261633A (ja) * | 2009-05-01 | 2010-11-18 | Nemoto Kikaku Kogyo Kk | 熱交換用多重管およびこれを使用する地中熱利用空調システム |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020070960A (ja) * | 2018-10-30 | 2020-05-07 | 国立大学法人秋田大学 | 水平型地中熱交換器、および、地中熱利用空調システム |
CN111189243A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-22 | 燕山大学 | 一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩 |
CN111189243B (zh) * | 2020-01-14 | 2022-03-11 | 燕山大学 | 一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Song et al. | Heat extraction performance simulation for various configurations of a downhole heat exchanger geothermal system | |
JP2007321383A (ja) | 熱交換掘削杭及び地中熱利用消融雪装置 | |
JP2004309124A (ja) | 地中熱交換器 | |
JP5067956B1 (ja) | 熱交換システム | |
CN202204209U (zh) | 不锈钢套管式地埋管换热系统 | |
JP6166061B2 (ja) | 地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法および地中熱利用システム | |
CN103968607B (zh) | 一种用于地源热泵空调系统的地埋管换热器 | |
US20110203765A1 (en) | Multipipe conduit for geothermal heating and cooling systems | |
JP2014202404A (ja) | 地中熱利用システム | |
CN206235584U (zh) | 一种验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的实验系统 | |
JP2014025638A (ja) | 地中熱交換システム | |
JP2015055365A (ja) | 地中熱ヒートポンプシステム用採熱管 | |
JP6089472B2 (ja) | 保持部材、及び、地中熱交換器 | |
JP2009041231A (ja) | 埋設型熱交換器及びその製造方法 | |
CN104807253B (zh) | 地埋管连接件、地埋管换热器及换热系统 | |
CN104833134B (zh) | 地埋管换热器及换热系统 | |
JP2014185822A (ja) | 地中熱利用熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステム | |
Carotenuto et al. | The geothermal convector: experimental and numerical results | |
JP2013148255A (ja) | 熱交換器、及び、熱交換器モジュール | |
CN211876152U (zh) | 一种中深层地埋管换热装置及供热系统 | |
CN210051713U (zh) | 一种测试能量桩换热性能的实验系统 | |
CN204612249U (zh) | 地埋管连接件、地埋管换热器及换热系统 | |
CN204612250U (zh) | 地埋管换热器及换热系统 | |
US20120193069A1 (en) | Multipipe conduit for geothermal heating and cooling systems | |
JP2014020644A (ja) | 地中熱交換器、及び、地中熱交換器の挿入方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150526 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160222 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160304 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160906 |