JP2014228184A - Underground installation-type heat exchanger - Google Patents

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泉 隼 彦 小
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泉 隼 彦 小
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an underground installation-type heat exchanger which can employ such a material with proper thermal conductivity as a metal while achieving high heat exchange efficiency, which keeps a construction cost low, and which is excellent in maintainability.SOLUTION: An underground installation-type heat exchanger of the present invention is buried in the ground to perform heat exchange of a heating medium with respect to earth thermal. The underground installation-type heat exchanger includes an air circulation pipeline through which air as the heating medium is circulated, an air inlet that is opened on the side of one end of the air circulation pipeline, an air outlet that is opened on the side of the other end of the air circulation pipeline, and a spiral fin that is provided in at least a part of the inside of the air circulation pipeline.

Description

本発明は、地中に埋設されて地中熱に対する熱媒の熱交換を実施する地中設置式熱交換器に関する。   The present invention relates to an underground heat exchanger that is buried in the ground and performs heat exchange of a heat medium for underground heat.

深さ2m以上の地中では、年間を通して、温度がほぼ一定である。このことを利用して、地中熱に対する熱媒の熱交換を実施する地中設置式熱交換器が利用されている。   In the ground more than 2m deep, the temperature is almost constant throughout the year. Utilizing this fact, underground heat exchangers that perform heat exchange of the heat medium with underground heat are used.

一般的には、熱媒として空気が用いられ、地中設置式熱交換器は当該空気が流通する空気流通管路を備えている。空気流通管路は、地中の深層部において折り返されるようになっており、例えば地上において空気流通管路に導入された空気は、地中の深層部において熱交換した後、再び地上に戻ってくるようになっている。   In general, air is used as a heat medium, and the underground heat exchanger includes an air circulation pipe through which the air flows. The air circulation pipe is folded back in the underground deep layer. For example, the air introduced into the air circulation pipe on the ground returns to the ground again after heat exchange in the underground deep layer. It comes to come.

熱交換効率を上げるために、熱媒としての空気が地中熱と十分に熱交換するように、特開2007−10276(特許文献1)に開示された地中熱交換器では、空気流通管路の往路部分(地中に下りていく部分)が、樹脂によって渦巻き状に形成されている。   In the underground heat exchanger disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-10276 (Patent Document 1), the air as a heat medium sufficiently exchanges heat with the underground heat in order to increase the heat exchange efficiency. The forward part of the road (the part going down into the ground) is formed in a spiral shape with resin.

特開2007−10276号JP 2007-10276

渦巻き状の管路は、鉛直直線状の管路と比較して、熱媒である空気の管路内の通過時間(滞留時間)が長いため、地中熱と十分に熱交換することが期待できる。   Spiral pipes have a longer passage time (residence time) in the pipe of air, which is a heating medium, than vertical straight pipes, and are expected to fully exchange heat with underground heat. it can.

しかしながら、特許文献1に記載された地中熱交換器では、往路部分を渦巻き状に形成する必要のために、材料が加工性の良い樹脂等に限られてしまい、金属のように熱伝導率の良い材料を採用することができない。また、地中熱交換器の設置面積が大きいために、掘削面積も大きくなって、施工コストが高いという不都合もある。更に、地中熱交換器の構成が複雑であるために、メンテナンス性も良くない。   However, in the underground heat exchanger described in Patent Document 1, since the forward path portion needs to be formed in a spiral shape, the material is limited to a resin having good workability, and the thermal conductivity is like that of metal. Good material cannot be adopted. Moreover, since the installation area of the underground heat exchanger is large, there is also a disadvantage that the excavation area becomes large and the construction cost is high. Further, since the structure of the underground heat exchanger is complicated, the maintainability is not good.

本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、高い熱交換効率を実現しながらも、金属のように熱伝導率の良い材料を採用することができ、施工コストが抑えられ、メンテナンス性にも優れた地中設置式熱交換器を提供することである。   The present invention has been created based on the above findings. The object of the present invention is to provide a material with good thermal conductivity such as metal, while realizing high heat exchange efficiency, reducing the construction cost, and maintaining the heat in the ground. Is to provide an exchanger.

本発明は、地中に埋設されて地中熱に対する熱媒の熱交換を実施する地中設置式熱交換器であって、熱媒としての空気が流通する空気流通管路と、前記空気流通管路の一端側に開口する空気流入口と、前記空気流通管路の他端側に開口する空気流出口と、前記空気流通管路の内部の少なくとも一部に設けられた螺旋状のフィンと、を備えたことを特徴とする地中設置式熱交換器である。   The present invention is an underground heat exchanger that is buried in the ground and performs heat exchange of the heat medium with respect to the ground heat, the air circulation pipe through which air as the heat medium flows, and the air flow An air inlet opening at one end of the pipe, an air outlet opening at the other end of the air circulation pipe, and a helical fin provided at least in part inside the air circulation pipe; , It is an underground installation type heat exchanger characterized by including.

本発明によれば、空気流通管路自体の形状を螺旋状とするのでは無く、空気流通管路の内部の少なくとも一部に螺旋状のフィンを設けることにより、空気流通管路の内部の空気流路の少なくとも一部を螺旋状とすることにより、空気の管路内の通過時間(滞留時間)を長くして地中熱と十分に熱交換させることが可能であり、すなわち、高い熱交換効率を実現することが可能である一方、金属のように熱伝導率の良い材料をも採用することができ、施工コストが抑えられ、メンテナンス性にも優れる。   According to the present invention, the air inside the air circulation pipe is not formed into a spiral shape, but the air inside the air circulation pipe is provided by providing a spiral fin at least at a part inside the air circulation pipe. By making at least a part of the flow path spiral, it is possible to lengthen the passage time (residence time) of the air in the pipeline and sufficiently exchange heat with the underground heat, that is, high heat exchange While it is possible to achieve efficiency, it is also possible to employ a material having good thermal conductivity such as metal, so that the construction cost can be suppressed and the maintainability is excellent.

好ましくは、前記螺旋状のフィンは、前記空気流通管路の内部において揺動可能に設置されている。具体的には、例えば螺旋状のフィンの両側縁が空気流通管路の内壁に対してそれぞれ0.5cm程度の間隙を空けるようにして、螺旋状のフィンが配置され得る。この場合、空気流によって螺旋状のフィンが揺動することにより、乱流が生じて空気の流れが悪くなって、空気の管路内の通過時間(滞留時間)が更に長くなって地中熱と更に十分に熱交換することが可能となる。   Preferably, the spiral fin is installed so as to be able to swing inside the air circulation pipe. Specifically, for example, the spiral fins can be arranged such that both side edges of the spiral fins have a gap of about 0.5 cm with respect to the inner wall of the air flow conduit. In this case, the spiral fins are oscillated by the air flow, turbulence is generated, the air flow is deteriorated, and the passage time (residence time) of the air in the pipeline is further increased, so that the underground heat It becomes possible to perform heat exchange more sufficiently.

なお、本明細書において、螺旋状とは、数学的に定義される滑らかな螺旋曲面状に限定されず、段差を伴う螺旋階段状をも含む用語として理解されるべきである。換言すれば、本発明において、螺旋状のフィンは、滑らかな螺旋曲面状に推移する部分を有していてもよいし、及び/または、段差を伴う螺旋階段状に推移する部分を有していてもよい。   In the present specification, the term “spiral” is not limited to a mathematically defined smooth spiral curved surface, and should be understood as a term including a spiral staircase with a step. In other words, in the present invention, the spiral fin may have a portion that transitions into a smooth spiral curved surface and / or a portion that transitions in a spiral staircase with a step. May be.

また、前記螺旋状のフィンには、孔が設けられていることが好ましい。この場合にも、乱流が生じて空気の流れが悪くなって、空気の管路内の通過時間(滞留時間)が更に長くなって地中熱と更に十分に熱交換することが可能となる。   The spiral fin is preferably provided with a hole. Also in this case, the turbulent flow is generated, the air flow is deteriorated, the passage time (residence time) in the air pipe is further increased, and it becomes possible to further sufficiently exchange heat with the underground heat. .

多くの孔の代わりに、または、孔に加えて、螺旋状のフィンの表面に凹凸が設けられていてもよい。この場合にも、乱流が生じて空気の流れが悪くなって、空気の管路内の通過時間(滞留時間)が更に長くなって地中熱と更に十分に熱交換することが可能となる。   Irregularities may be provided on the surface of the spiral fin instead of or in addition to many holes. Also in this case, the turbulent flow is generated, the air flow is deteriorated, the passage time (residence time) in the air pipe is further increased, and it becomes possible to further sufficiently exchange heat with the underground heat. .

本発明は、いわゆるU字管型の地中設置式熱交換器にも適用可能であるし、いわゆる同軸二重管型の地中設置式熱交換器にも適用可能である。すなわち、本発明において、空気流通管路は、略U字状に折り返された管路を有していてもよいし、同軸二重に配置された内側管と外側管との間の空間によって形成された断面環状の管路を有していてもよい。後者の場合、例えば、内側管は、樹脂製であり、外側管は、金属製であり、螺旋状のフィンは、前記断面環状の管路内に配置され得る。   The present invention can be applied to a so-called U-shaped underground heat exchanger, or a so-called coaxial double tube underground heat exchanger. That is, in the present invention, the air circulation pipe may have a pipe that is folded back in a substantially U shape, or is formed by a space between the inner pipe and the outer pipe arranged coaxially. You may have the pipe line of the circular section made. In the latter case, for example, the inner tube may be made of resin, the outer tube may be made of metal, and the helical fin may be disposed in the pipe having an annular cross section.

本発明によれば、空気流通管路自体の形状を螺旋状とするのでは無く、空気流通管路の内部の少なくとも一部に螺旋状のフィンを設けることにより、空気流通管路の内部の空気流路の少なくとも一部を螺旋状とすることにより、空気の管路内の通過時間(滞留時間)を長くして地中熱と十分に熱交換させることが可能であり、すなわち、高い熱交換効率を実現することが可能である一方、金属のように熱伝導率の良い材料をも採用することができ、施工コストが抑えられ、メンテナンス性にも優れる。   According to the present invention, the air inside the air circulation pipe is not formed into a spiral shape, but the air inside the air circulation pipe is provided by providing a spiral fin at least at a part inside the air circulation pipe. By making at least a part of the flow path spiral, it is possible to lengthen the passage time (residence time) of the air in the pipeline and sufficiently exchange heat with the underground heat, that is, high heat exchange While it is possible to achieve efficiency, it is also possible to employ a material having good thermal conductivity such as metal, so that the construction cost can be suppressed and the maintainability is excellent.

本発明の第1の実施の形態の地中設置式熱交換器の概略図である。It is the schematic of the underground installation type heat exchanger of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の地中設置式熱交換器の概略図であり、(a)が平面図、(b)が側断面図である。It is the schematic of the underground installation type heat exchanger of the 2nd Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is a sectional side view. 本発明の第3の実施の形態の地中設置式熱交換器の概略図であり、(a)が平面図、(b)が側断面図である。It is the schematic of the underground installation type heat exchanger of the 3rd Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is a sectional side view. 本発明の第4の実施の形態の地中設置式熱交換器の概略図であり、(a)が平面図、(b)が側断面図である。It is the schematic of the underground installation type heat exchanger of the 4th Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is a sectional side view.

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、いわゆるU字管型の、本発明の第1の実施の形態の地中設置式熱交換器の概略図である。図1に示すように、本実施の形態の地中設置式熱交換器10は、地中に埋設されて、地中熱に対して熱媒としての空気の熱交換を実施するようになっている。   FIG. 1 is a schematic view of a so-called U-tube type underground heat exchanger according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the underground heat exchanger 10 according to the present embodiment is buried in the ground and performs heat exchange of air as a heat medium with respect to the underground heat. Yes.

そして、図1に示すように、本実施の形態の地中設置式熱交換器10は、熱媒としての空気が流通する空気流通管路11と、空気流通管路11の一端側に開口する空気流入口12と、空気流通管路11の他端側に開口する空気流出口13と、を備えており、空気流通管路11は、鉛直直線状の部分11a、11bと、略U字状に折り返された部分11cと、を含む管路となっている。   And as shown in FIG. 1, the underground installation type heat exchanger 10 of this Embodiment opens to the one end side of the air distribution pipe 11 through which the air as a heat medium distribute | circulates, and the air distribution pipe 11 An air inflow port 12 and an air outflow port 13 that opens to the other end of the air circulation pipe 11 are provided. The air circulation pipe 11 has vertical straight portions 11a and 11b, and a substantially U-shape. And a portion 11c that is folded back.

そして、空気流通管路11の鉛直直線状の部分11a、11bの内部に、螺旋状のフィン15、16が設けられている。本実施の形態では、螺旋状のフィン15は鉛直直線状の部分11aの略全体に設けられているが、螺旋状のフィン16は鉛直直線状の部分11bの下方側の領域においてのみ設けられており、各鉛直直線状の部分11a、11bの上方側の領域を延びる支持棒部17、18を介して、それぞれ空気流入口12または空気流出口13に支持されている。   In addition, spiral fins 15 and 16 are provided inside the vertical straight portions 11 a and 11 b of the air circulation pipe 11. In the present embodiment, the spiral fins 15 are provided over substantially the entire vertical linear portion 11a, but the spiral fins 16 are provided only in the region below the vertical linear portion 11b. And supported by the air inflow port 12 or the air outflow port 13 via support bar portions 17 and 18 extending in the upper regions of the vertical linear portions 11a and 11b, respectively.

本実施の形態の螺旋状のフィン15、16は、滑らかな螺旋曲面状に形成されており、その両側縁が空気流通管路11の各鉛直直線状の部分11a、11bの内壁に対して0.5cm程度の間隙を空けるように、配置されている。これにより、当該鉛直直線状の部分11a、11bを空気流が通過する際に、螺旋状のフィン15、16が揺動するようになっている。   The spiral fins 15 and 16 of the present embodiment are formed in a smooth spiral curved surface, and both side edges thereof are 0 with respect to the inner walls of the vertical straight portions 11a and 11b of the air circulation pipe 11. It is arranged so as to leave a gap of about 5 cm. Thereby, when the air flow passes through the vertical linear portions 11a and 11b, the spiral fins 15 and 16 swing.

空気流通管路11は、φ150の断面円形の金属製(例えば耐食性と熱伝導性に優れるアルミ合金製)の管によって構成されており、鉛直直線状の部分11a、11bの長さは約5mであり、螺旋状フィン16が設けられている部分の長さは約3m(地中2mより深い位置で熱交換させるため)であり、略U字状に折り返された部分11cの曲率半径は、約50cmである。螺旋状フィン15、16も、金属製(例えば耐食性と熱伝導性に優れるアルミ合金製)である。   The air circulation pipe 11 is constituted by a pipe having a circular cross section of φ150 (for example, made of an aluminum alloy having excellent corrosion resistance and thermal conductivity), and the length of the vertical straight portions 11a and 11b is about 5 m. The length of the portion where the spiral fins 16 are provided is about 3 m (to exchange heat at a position deeper than 2 m in the ground), and the radius of curvature of the portion 11 c folded back in a substantially U shape is about 50 cm. The spiral fins 15 and 16 are also made of metal (for example, made of an aluminum alloy having excellent corrosion resistance and thermal conductivity).

その他、空気流出口13には、空気ダクト19が接続され、当該空気ダクト19は、空調システムの室内吹出口(不図示)に至っている。また、当該空気ダクト19の内部には、ファンコイル(不図示)が設けられ、空気ダクト19及び空気流通管路11内の空気流を駆動できるようになっている。   In addition, an air duct 19 is connected to the air outlet 13, and the air duct 19 reaches an indoor outlet (not shown) of the air conditioning system. A fan coil (not shown) is provided inside the air duct 19 so that the air flow in the air duct 19 and the air circulation pipe 11 can be driven.

更に、本実施の形態の空気ダクト19は、井戸水を用いた補助冷却機構を貫通しており、空気ダクト19内を通流する空気は当該補助冷却機構によって更に冷却され得るようになっている。   Further, the air duct 19 of the present embodiment passes through an auxiliary cooling mechanism using well water, and the air flowing through the air duct 19 can be further cooled by the auxiliary cooling mechanism.

次に、以上のような第1の実施の形態の地中設置式熱交換器10の作用について説明する。   Next, the operation of the underground heat exchanger 10 according to the first embodiment as described above will be described.

空気ダクト19の内部に設けられたファンコイル(不図示)が駆動することによって、当該空気ダクト19の内部の空気が空調システムの室内吹出口(不図示)に送られ、それに伴って、空気流通管路11内の空気が空気ダクト19の内部に送られ、外界の空気が空気流入口12から空気流通管路11内に導入される。   When a fan coil (not shown) provided inside the air duct 19 is driven, the air inside the air duct 19 is sent to an indoor outlet (not shown) of the air conditioning system, and accordingly, air circulation is performed. Air in the pipe line 11 is sent into the air duct 19, and external air is introduced into the air circulation pipe line 11 from the air inlet 12.

空気が空気流通管路11内を流通する際、螺旋状のフィン15、16の存在により、当該管路11内を通過する時間(滞留時間)が長くなって、空気は地中熱と十分に熱交換され、夏期においては十分に冷却され、冬期においては十分に加熱される。従って、夏期においては十分に冷却された空気が空気ダクト19を介して空調システムの室内吹出口(不図示)に送られ、冬期においては十分に加熱された空気が空気ダクト19を介して空調システムの室内吹出口(不図示)に送られる。   When air flows through the air circulation pipe 11, the presence of the spiral fins 15, 16 increases the time for which the air passes through the pipe 11 (residence time), and the air is sufficiently absorbed by underground heat. It is heat-exchanged and is sufficiently cooled in summer and fully heated in winter. Therefore, sufficiently cooled air is sent to the air outlet (not shown) of the air conditioning system through the air duct 19 in the summer, and sufficiently heated air is sent to the air conditioning system through the air duct 19 in the winter. To the indoor outlet (not shown).

本実施の形態によれば、空気流通管路11自体の形状を螺旋状とするのでは無く、空気流通管路11の内部の少なくとも一部に螺旋状のフィン15、16を設けることにより、空気流通管路11の内部の空気流路の少なくとも一部を螺旋状としている。これにより、空気の管路内の通過時間(滞留時間)、すなわち、空気と地中熱との熱交換時間を長くして、高い熱交換効率を実現している。   According to the present embodiment, the air circulation pipe 11 itself is not formed in a spiral shape, but by providing the spiral fins 15 and 16 in at least a part of the inside of the air circulation pipe 11, At least a part of the air flow path inside the circulation pipe 11 is spiral. Thereby, the passage time (residence time) of the air in the pipe line, that is, the heat exchange time between the air and the underground heat is lengthened to realize high heat exchange efficiency.

また、本実施の形態において、空気流通管路11自体は構造が簡単なため、金属のように熱伝導率の良い材料からも容易に製造することができ、施工コストが抑えられ、メンテナンス性にも優れる。   Further, in the present embodiment, since the air circulation pipe 11 itself has a simple structure, it can be easily manufactured from a material having good thermal conductivity such as a metal, the construction cost can be suppressed, and the maintainability can be reduced. Also excellent.

また、本実施の形態においては、空気流通管路11の鉛直直線状の部分11a、11bを空気流が通過する際に、螺旋状のフィン15、16が揺動するようになっている。これにより、乱流が生じて空気の流れが悪くなって、空気の管路内の通過時間(滞留時間)が更に長くなって、地中熱と更に十分に熱交換することが可能となっている。   Further, in the present embodiment, when the air flow passes through the vertical straight portions 11a and 11b of the air circulation pipe 11, the spiral fins 15 and 16 swing. As a result, turbulent flow is generated, the air flow is deteriorated, the passage time (residence time) in the air pipe is further increased, and it is possible to further sufficiently exchange heat with the underground heat. Yes.

また、本実施の形態においては、鉛直直線状の部分11bの上方側の領域には螺旋状のフィン16が設けられていないため、深層部での熱交換を終えた空気が地面近傍の不安定な地熱に影響されることも抑制される。   In the present embodiment, since the spiral fins 16 are not provided in the upper region of the vertical linear portion 11b, the air after the heat exchange in the deep layer portion is unstable near the ground. It is also suppressed from being affected by natural geothermal heat.

次に、図2は、いわゆる同軸二重管型の、本発明の第2の実施の形態の地中設置式熱交換器の概略図である。図2に示すように、本実施の形態の地中設置式熱交換器20も、地中に埋設されて、地中熱に対して熱媒としての空気の熱交換を実施するようになっている。   Next, FIG. 2 is a schematic view of a so-called coaxial double pipe type underground installation type heat exchanger according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the underground heat exchanger 20 according to the present embodiment is also buried in the ground and performs heat exchange of air as a heat medium with respect to the underground heat. Yes.

そして、本実施の形態の地中設置式熱交換器20も、熱媒としての空気が流通する空気流通管路21と、空気流通管路21の一端側に開口する空気流入口と、空気流通管路21の他端側に開口する空気流出口と、を備えている。   And the underground installation type heat exchanger 20 of this Embodiment also has the air flow line 21 through which the air as a heat medium distribute | circulates, the air inflow port opened to the one end side of the air flow line 21, and the air flow And an air outlet opening on the other end side of the pipe line 21.

しかし、図2に示すように、図1の第1の実施の形態とは異なり、空気流通管路21は、同軸二重に配置された内側管22と外側管23との間の空間によって形成された断面環状の管路(往路)21aと、内側管22の内部によって形成された断面円形状の管路(復路)21bと、内側管22及び外側管23の下端部における折り返し部21cと、を有している。   However, as shown in FIG. 2, unlike the first embodiment of FIG. 1, the air flow conduit 21 is formed by the space between the inner tube 22 and the outer tube 23 that are coaxially arranged. A circular cross-section pipe (outward path) 21a, a circular cross-section pipe (return path) 21b formed by the inside of the inner pipe 22, a folded portion 21c at the lower ends of the inner pipe 22 and the outer pipe 23, have.

断面環状の管路(往路)21aの上端部が空気流入口として地上に開口しており、断面円形状の管路(復路)21bの上端部が空気流出口として地上に開口している。また、折り返し部21cにおいて、内側管22は有底に形成されており、内側管22の下方側部の4箇所にφ30の孔22hが設けられ、当該孔を介して断面環状の管路(往路)21aから断面円形状の管路(復路)21bに空気が移動するようになっている。   An upper end portion of an annular cross-section pipe (outward path) 21a opens to the ground as an air inlet, and an upper end of a circular section pipe (return path) 21b opens to the ground as an air outlet. Further, in the folded portion 21c, the inner tube 22 is formed with a bottom, and φ30 holes 22h are provided at four locations on the lower side portion of the inner tube 22, and a pipe having an annular cross section (outward path) is formed through the hole. ) Air moves from 21a to a pipe (return path) 21b having a circular cross section.

本実施の形態において、内側管22は樹脂製であり、地中熱との熱交換を担う外側管23は熱伝導率の高い金属製(例えば耐食性と熱伝導性に優れるアルミ合金製)である。   In the present embodiment, the inner tube 22 is made of resin, and the outer tube 23 responsible for heat exchange with the underground heat is made of a metal having high thermal conductivity (for example, made of an aluminum alloy having excellent corrosion resistance and thermal conductivity). .

そして、空気流通管路21の断面環状の管路(往路)21a内に、螺旋状のフィン25が設けられている。本実施の形態では、螺旋状のフィン25は、断面環状の管路(往路)21aの全体の領域において設けられて、空気流入口(断面環状の管路(往路)21aの上端部)に支持されている。   A spiral fin 25 is provided in the annular passage (outward passage) 21 a of the air flow passage 21. In the present embodiment, the spiral fin 25 is provided in the entire region of the pipe section (outward path) 21a having an annular cross section and is supported by the air inlet (the upper end portion of the pipe path (outward path) 21a having an annular section). Has been.

本実施の形態の螺旋状のフィン25は、滑らかな螺旋曲面状に形成されており、その両側縁が空気流通管路21の断面環状の管路(往路)21aの各内壁に対してそれぞれ0.5cm程度の間隙を空けるように、配置されている。これにより、当該断面環状の管路(往路)21aを空気流が通過する際に、螺旋状のフィン25が揺動するようになっている。   The spiral fins 25 of the present embodiment are formed in a smooth spiral curved surface, and both side edges thereof are 0 with respect to each inner wall of the cross-section annular pipe line (outward path) 21 a of the air circulation pipe 21. It is arranged so as to leave a gap of about 5 cm. As a result, when the air flow passes through the annular pipe line (outward path) 21a, the spiral fin 25 swings.

本実施の形態の内側管22は、φ300の断面円形の樹脂製の管によって構成されており、本実施の形態の外側管23は、φ400の断面円形の金属製(例えば耐食性と熱伝導性に優れるアルミ合金製)の管によって構成されており、それぞれの管22、23の長さは約5mであり、螺旋状フィン25も、金属製(例えば耐食性と熱伝導性に優れるアルミ合金製)である。   The inner tube 22 of the present embodiment is made of a resin tube having a circular section of φ300, and the outer tube 23 of the present embodiment is made of a metal having a circular section of φ400 (for example, corrosion resistance and thermal conductivity). The pipes 22 and 23 have a length of about 5 m, and the spiral fins 25 are also made of metal (for example, made of an aluminum alloy having excellent corrosion resistance and thermal conductivity). is there.

その他、空気流出口(断面環状の管路(往路)21aの上端部)には、空気ダクト29が接続され、当該空気ダクト29は、空調システムの室内吹出口(不図示)に至っている。また、当該空気ダクト29の内部には、ファンコイル(不図示)が設けられ、空気ダクト29及び空気流通管路21内の空気流を駆動できるようになっている。   In addition, an air duct 29 is connected to an air outlet (an upper end portion of an annular cross-section pipe (outward path) 21a), and the air duct 29 reaches an indoor outlet (not shown) of the air conditioning system. In addition, a fan coil (not shown) is provided inside the air duct 29 so that the air flow in the air duct 29 and the air circulation pipe 21 can be driven.

更に、本実施の形態の空気ダクト29は、井戸水を用いた補助冷却機構を貫通しており、空気ダクト29内を通流する空気は当該補助冷却機構によって更に冷却され得るようになっている。   Further, the air duct 29 of the present embodiment passes through an auxiliary cooling mechanism using well water, and the air flowing through the air duct 29 can be further cooled by the auxiliary cooling mechanism.

次に、以上のような第2の実施の形態の地中設置式熱交換器20の作用について説明する。   Next, the operation of the underground heat exchanger 20 according to the second embodiment as described above will be described.

空気ダクト29の内部に設けられたファンコイル(不図示)が駆動することによって、当該空気ダクト29の内部の空気が空調システムの室内吹出口(不図示)に送られ、それに伴って、空気流通管路21内の空気が空気ダクト29の内部に送られ、外界の空気が空気流入口としての空気流通管路21の断面環状の管路(往路)21aの上端部から当該断面環状の管路(往路)21a内に導入される。   When a fan coil (not shown) provided inside the air duct 29 is driven, the air inside the air duct 29 is sent to an indoor outlet (not shown) of the air conditioning system, and accordingly, air circulation is performed. The air in the pipe 21 is sent into the air duct 29, and the outside air flows from the upper end of the cross-section annular pipe (outward path) 21a of the air flow pipe 21 as an air inlet to the cross-section annular pipe. (Outward) Introduced into 21a.

空気が断面環状の管路(往路)21a内を流通する際、螺旋状のフィン25の存在により、当該管路11内を通過する時間(滞留時間)が長くなって、空気は金属製の外側管23を介して地中熱と十分に熱交換され、夏期においては十分に冷却され、冬期においては十分に加熱される。従って、夏期においては十分に冷却された空気が空気ダクト29を介して空調システムの室内吹出口(不図示)に送られ、冬期においては十分に加熱された空気が空気ダクト29を介して空調システムの室内吹出口(不図示)に送られる。   When air circulates in the pipe line (outward path) 21a having an annular cross section, the presence of the spiral fin 25 increases the time for passing through the pipe line 11 (residence time). The heat is sufficiently exchanged with the underground heat through the pipe 23, is sufficiently cooled in the summer, and is sufficiently heated in the winter. Therefore, in the summer, sufficiently cooled air is sent to the indoor outlet (not shown) of the air conditioning system via the air duct 29, and in the winter, the sufficiently heated air is sent via the air duct 29 to the air conditioning system. To the indoor outlet (not shown).

本実施の形態によっても、空気流通管路21自体の形状を螺旋状とするのでは無く、空気流通管路21の断面環状の管路(往路)21a内に螺旋状のフィン25を設けることにより、空気流通管路21の内部の空気流路の少なくとも一部を螺旋状としている。これにより、空気の管路内の通過時間(滞留時間)、すなわち、空気と地中熱との熱交換時間を長くして、高い熱交換効率を実現している。   Also according to the present embodiment, the shape of the air circulation pipe 21 itself is not made spiral, but by providing the spiral fins 25 in the annular passage (outward path) 21a of the air circulation pipe 21. In addition, at least a part of the air flow path inside the air flow pipe 21 is formed in a spiral shape. Thereby, the passage time (residence time) of the air in the pipe line, that is, the heat exchange time between the air and the underground heat is lengthened to realize high heat exchange efficiency.

また、本実施の形態においても、空気流通管路21自体は構造が簡単なため、金属のように熱伝導率の良い材料からも容易に製造することができ、施工コストが抑えられ、メンテナンス性にも優れる。   Also in the present embodiment, since the air flow conduit 21 itself has a simple structure, it can be easily manufactured from a material having a high thermal conductivity such as metal, the construction cost can be reduced, and the maintainability can be reduced. Also excellent.

また、本実施の形態においても、空気流通管路21の断面環状の管路(往路)21aを空気流が通過する際に、螺旋状のフィン25が揺動するようになっている。これにより、乱流が生じて空気の流れが悪くなって、空気の管路内の通過時間(滞留時間)が更に長くなって、地中熱と更に十分に熱交換することが可能となっている。   Also in the present embodiment, the spiral fins 25 swing when the air flow passes through the annular passage (outward passage) 21a of the air circulation conduit 21. As a result, turbulent flow is generated, the air flow is deteriorated, the passage time (residence time) in the air pipe is further increased, and it is possible to further sufficiently exchange heat with the underground heat. Yes.

次に、図3は、いわゆる同軸二重管型の、本発明の第3の実施の形態の地中設置式熱交換器の概略図である。   Next, FIG. 3 is a schematic view of a so-called coaxial double pipe type underground installation type heat exchanger according to a third embodiment of the present invention.

本実施の形態の地中設置式熱交換器30は、滑らかな螺旋曲面状に形成された螺旋状のフィン25の代わりに、段差を伴う螺旋階段状に形成された螺旋状のフィン35を有する点で、第2の実施の形態の地中設置式熱交換器20と異なっている。   The underground heat exchanger 30 according to the present embodiment has a spiral fin 35 formed in a spiral step shape with a step instead of the spiral fin 25 formed in a smooth spiral curved surface. This is different from the underground heat exchanger 20 of the second embodiment.

その他の構成は、第2の実施の形態の地中設置式熱交換器20と同様である。図3において、第2の実施の形態と同様の構成部分には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。   Other configurations are the same as those of the underground heat exchanger 20 according to the second embodiment. In FIG. 3, the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施の形態によっても、第2の実施の形態と略同様の作用効果が得られる。すなわち、空気の管路内の通過時間(滞留時間)、すなわち、空気と地中熱との熱交換時間を長くして、高い熱交換効率を実現することができる。   Also according to the present embodiment, substantially the same effect as the second embodiment can be obtained. That is, it is possible to increase the passage time (residence time) of the air in the pipe line, that is, the heat exchange time between the air and the underground heat, thereby realizing high heat exchange efficiency.

次に、図4は、いわゆる同軸二重管型の、本発明の第4の実施の形態の地中設置式熱交換器の概略図である。   Next, FIG. 4 is a schematic view of a so-called coaxial double pipe type underground heat exchanger of a fourth embodiment of the present invention.

本実施の形態の地中設置式熱交換器40は、滑らかな螺旋曲面状に形成された螺旋状のフィン45〜48が、1重でなく4重に(4条に)設けられている点で、第2の実施の形態の地中設置式熱交換器20と異なっている。   The underground heat exchanger 40 according to the present embodiment is provided with four (not four) spiral fins 45 to 48 formed in a smooth spiral curved surface instead of a single one. Thus, it is different from the underground heat exchanger 20 of the second embodiment.

その他の構成は、第2の実施の形態の地中設置式熱交換器20と同様である。図4において、第2の実施の形態と同様の構成部分には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。   Other configurations are the same as those of the underground heat exchanger 20 according to the second embodiment. In FIG. 4, the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施の形態によっても、第4の実施の形態と略同様の作用効果が得られる。すなわち、空気の管路内の通過時間(滞留時間)、すなわち、空気と地中熱との熱交換時間を長くして、高い熱交換効率を実現することができる。   Also according to the present embodiment, substantially the same operational effects as those of the fourth embodiment can be obtained. That is, it is possible to increase the passage time (residence time) of the air in the pipe line, that is, the heat exchange time between the air and the underground heat, thereby realizing high heat exchange efficiency.

以上の各実施の形態において、螺旋状のフィン15、16、25、35、45、46、47、48には、多くの孔が設けられていてもよい。この場合、更に乱流が生じて空気の流れが悪くなって、空気の管路内の通過時間(滞留時間)が更に長くなって、地中熱と更に十分に熱交換することが可能となる。このような構成は、螺旋状のフィン15、16、25、35、45、46、47、48にパンチング板を採用することによって実現され得る。   In each of the above embodiments, the spiral fins 15, 16, 25, 35, 45, 46, 47, 48 may be provided with many holes. In this case, the turbulent flow is further generated, the air flow is deteriorated, the passage time (residence time) of the air in the pipe line is further increased, and the heat exchange with the underground heat can be further sufficiently performed. . Such a configuration can be realized by adopting punching plates for the spiral fins 15, 16, 25, 35, 45, 46, 47, 48.

多くの孔の代わりに、または、多くの孔に加えて、螺旋状のフィン15、16、25、35、45、46、47、48の表面に凹凸が設けられていてもよい。この場合にも、乱流が生じて空気の流れが悪くなって、空気の管路内の通過時間(滞留時間)が更に長くなって、地中熱と更に十分に熱交換することが可能となる。   Irregularities may be provided on the surfaces of the spiral fins 15, 16, 25, 35, 45, 46, 47, 48 instead of or in addition to many holes. Also in this case, the turbulent flow is generated, the air flow is deteriorated, the passage time (residence time) in the air pipe is further increased, and it is possible to further sufficiently exchange heat with the underground heat. Become.

10 地中設置式熱交換器
11 空気流通管路
11a 鉛直直線状の部分
11b 鉛直直線状の部分
11c 折り返された部分
12 空気流入口
13 空気流出口
15、16 螺旋状のフィン
17、18 支持棒部
19 空気ダクト
20 地中設置式熱交換器
21 空気流通管路
21a 断面環状の管路(往路)
21b 断面円形状の管路(復路)
21c 折り返し部
22 内側管
22h 孔
23 外側管
25 螺旋状のフィン
29 空気ダクト
30 地中設置式熱交換器
35 螺旋階段状のフィン
40 地中設置式熱交換器
45〜48 4重(4条)の螺旋状のフィン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Underground installation type heat exchanger 11 Air distribution pipe 11a Vertical linear part 11b Vertical linear part 11c Folded part 12 Air inlet 13 Air outlets 15 and 16 Spiral fins 17 and 18 Support rod Part 19 Air duct 20 Underground heat exchanger 21 Air circulation pipe 21a Pipe having an annular cross section (outward path)
21b Pipe with circular cross section (return)
21c Folding portion 22 Inner tube 22h Hole 23 Outer tube 25 Spiral fin 29 Air duct 30 Underground heat exchanger 35 Spiral stair fin 40 Underground heat exchanger 45-48 Quadruple (4) Spiral fins

Claims (8)

地中に埋設されて地中熱に対する熱媒の熱交換を実施する地中設置式熱交換器であって、
熱媒としての空気が流通する空気流通管路と、
前記空気流通管路の一端側に開口する空気流入口と、
前記空気流通管路の他端側に開口する空気流出口と、
前記空気流通管路の内部の少なくとも一部に設けられた螺旋状のフィンと、
を備えたことを特徴とする地中設置式熱交換器。
An underground heat exchanger that is buried in the ground and performs heat exchange of the heat medium against the underground heat,
An air circulation pipe through which air as a heat medium circulates;
An air inlet opening at one end of the air circulation pipe;
An air outlet opening on the other end side of the air circulation pipe;
A helical fin provided in at least a part of the inside of the air circulation pipe;
An underground heat exchanger characterized by comprising:
前記螺旋状のフィンは、前記空気流通管路の内部において揺動可能に設置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の地中設置式熱交換器。
2. The underground heat exchanger according to claim 1, wherein the spiral fins are installed so as to be swingable inside the air circulation pipe.
前記螺旋状のフィンは、滑らかな螺旋曲面状に推移する部分を有している
ことを特徴とする請求項1または2に記載の地中設置式熱交換器。
The underground heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein the spiral fin has a portion that transitions into a smooth spiral curved surface.
前記螺旋状のフィンは、段差を伴う螺旋階段状に推移する部分を有している
ことを特徴とする請求項1または2に記載の地中設置式熱交換器。
The underground heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein the spiral fin has a portion that changes in a spiral staircase shape with a step.
前記螺旋状のフィンには、孔が設けられている
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の地中設置式熱交換器。
The underground heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, wherein the spiral fin is provided with a hole.
前記空気流通管路は、略U字状に折り返された管路を有している
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の地中設置式熱交換器。
6. The underground heat exchanger according to any one of claims 1 to 5, wherein the air circulation pipe has a pipe folded back in a substantially U shape.
前記空気流通管路は、同軸二重に配置された内側管と外側管との間の空間によって形成された断面環状の管路を有している
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の地中設置式熱交換器。
6. The air circulation pipe according to claim 1, wherein the air circulation pipe has a pipe having an annular cross section formed by a space between an inner pipe and an outer pipe arranged coaxially. An underground heat exchanger as described in Crab.
前記内側管は、樹脂製であり、
前記外側管は、金属製であり、
前記螺旋状のフィンは、前記断面環状の管路内に配置されている
ことを特徴とする請求項7に記載の地中設置式熱交換器。
The inner tube is made of resin,
The outer tube is made of metal;
The underground heat exchanger according to claim 7, wherein the spiral fin is disposed in the pipe having an annular cross section.
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