JP2015190715A - Geothermal heat exchanger body, geothermal heat exchanger, geothermal heat exchanging system and construction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地中熱交換器用本体、地中熱交換器、地中熱交換システム及び施工方法に関する。更に詳しくは、効率よく小さなスペースで敷設できる地中熱交換器用本体、地中熱交換器、地中熱交換システム及び施工方法に関する。 The present invention relates to an underground heat exchanger main body, an underground heat exchanger, an underground heat exchange system, and a construction method. More specifically, the present invention relates to an underground heat exchanger main body, an underground heat exchanger, an underground heat exchange system, and a construction method that can be efficiently laid in a small space.
近年、化石燃料使用削減の観点から、太陽光、風力、地熱、波潮力、バイオマス等の再生可能エネルギーの有効利用が注目されている。そのなかで、地熱を利用する技術として、恒温な地中熱を利用する地中熱交換の技術が知られている。地上の温度(大気の温度)は季節によって大きく変化するのに対して、地中の温度はその影響を受け難く、地下5m以深においては年間を通じて、年平均気温に対し+5℃−5℃程度の温度である。このことは、井戸水が、夏季に冷たく、冬季に暖かく、感じられることや、夏季の高い外気温下においても洞窟内の温度が低いままであることからも理解される。 In recent years, from the viewpoint of reducing the use of fossil fuels, the effective use of renewable energy such as sunlight, wind power, geothermal heat, wave power, and biomass has attracted attention. Among them, as a technique for using geothermal heat, a technique for underground heat exchange using constant geothermal heat is known. While the temperature on the ground (atmospheric temperature) varies greatly depending on the season, the temperature in the ground is hardly affected by this. Temperature. This can be understood from the fact that the well water feels cold in the summer and warm in the winter, and that the temperature in the cave remains low even under high outdoor temperatures in the summer.
現在、一般に使用されているエアコンは大気熱源ヒートポンプの一種である。即ち、屋外に設置した室外機を介して、室内と屋外(大気)との間で熱エネルギー交換を行う大気を熱源としたヒートポンプである。
しかしながら、このような大気熱源ヒートポンプでは、夏季に屋内で奪った熱エネルギーを高温の大気へ放熱し、冬季に屋外の低温の大気から熱エネルギーを集める必要がある。また、例えば、冬季に室外機の凍結を防止のために除霜運転を行うなど、大気熱源ヒートポンプは熱エネルギー効率が低いという問題を有している。また、近年オール電化住宅向けに普及が進んでいるヒートポンプ式給湯機でも、大気熱源ヒートポンプ方式が主流であり、冬季に屋外の冷気から熱エネルギーを集めることになり、特に冬季のエネルギー効率が低下するという同様の問題を有している。
このように大気熱源ヒートポンプは、その熱源が季節や天候の影響を受けることに起因したエネルギー効率の低下という問題を抱えている。これに対して、地中熱源ヒートポンプは、熱源が季節や天候に影響されず、年平均気温に対し+5℃−5℃程度の温度に維持されるため、大気熱源ヒートポンプに比べて高いエネルギー効率が期待されており、省エネルギー化促進及びCO2排出量抑制の観点からも好ましい。
Currently, an air conditioner that is generally used is a kind of atmospheric heat source heat pump. That is, it is a heat pump that uses air as a heat source for exchanging heat energy between the room and the outdoors (atmosphere) via an outdoor unit installed outdoors.
However, in such an atmospheric heat source heat pump, it is necessary to radiate the heat energy taken indoors in the summer to the high temperature atmosphere and collect the heat energy from the low temperature outdoor in the winter. Further, for example, the atmospheric heat source heat pump has a problem that the thermal energy efficiency is low, such as performing a defrosting operation in order to prevent the outdoor unit from freezing in winter. In addition, even in heat pump water heaters that have become popular for all-electric homes in recent years, the atmospheric heat source heat pump system is the mainstream, and heat energy is collected from outdoor cold air in winter, especially in winter, energy efficiency decreases. Have similar problems.
As described above, the atmospheric heat source heat pump has a problem that the energy efficiency is lowered due to the influence of the heat source on the season and the weather. In contrast, the underground heat source heat pump is not affected by the season or weather, and is maintained at a temperature of about + 5 ° C to 5 ° C with respect to the annual average temperature. Therefore, it has higher energy efficiency than the atmospheric heat source heat pump. It is expected and preferable from the viewpoint of promoting energy saving and suppressing CO 2 emission.
しかしながら、地中熱源ヒートポンプの熱源である地中(土砂等)は、大気熱源ヒートポンプの熱源である大気(空気)に比べて熱伝導率で劣る。そのため、一般家庭用の設備であっても、通常、その熱交換のために総延長が100m程度の熱交換器を必要とする。そして、現在利用されている地中熱交換器は、ボアホール+U字チューブ方式等と称される形態(非特許文献1参照)である。
この形態(図8参照)では、まず、専用の掘削重機を用いて、直径100mm以上且つ深さ100m程に及ぶボアホール90を掘削する。その際、ボアホール90内の土壁91が崩れないようケーシング92と称される鉄管を地中に埋設して土留めされる。また、掘り進められるボアホール90内の土砂は水93を用いて地上へ汚泥として排出される。所定の深度までボアホール90が掘削されると、ボアホール90内に熱媒を流通させるための樹脂製U字チューブ管94が挿入される。その後、U字チューブ管94がボアホール90内に埋設されるよう、ボアホール90内を砂95で埋め戻し、最後にケーシング92を地中から抜き取ることで、ボアホール+U字チューブ方式の地中熱交換器が完成される。このように、ボアホール+U字チューブ方式の地中熱交換器は、設置のために大型重機や汚泥処理装置を必要とし、そのためのコストや大きな用地が必要となる。
However, the underground (such as earth and sand) that is the heat source of the underground heat source heat pump is inferior in thermal conductivity to the atmosphere (air) that is the heat source of the atmospheric heat source heat pump. Therefore, even a general household facility usually requires a heat exchanger with a total length of about 100 m for heat exchange. And the underground heat exchanger currently utilized is a form (refer nonpatent literature 1) called a borehole + U-shaped tube system etc.
In this mode (see FIG. 8), first, a
このようなことから、地中熱源ヒートポンプは、オフィスビルや商業施設、学校施設等の大規模な施設では採用されても、一般住宅等より小さな施設においては採用が難しいという問題がある。即ち、従来の構成による地中熱源ヒートポンプには、大規模な敷設工事が必要であり、その規模に起因して既設建物に後付けすることが困難であること等の問題があり、これらの問題が普及の妨げとなっている。
このような問題に対して、下記特許文献1及び下記特許文献2の技術が知られている。
For this reason, the geothermal heat source heat pump has a problem that even if it is adopted in a large-scale facility such as an office building, a commercial facility, or a school facility, it is difficult to adopt it in a facility smaller than a general house. That is, the underground heat source heat pump having the conventional configuration requires a large-scale laying work, and there is a problem that it is difficult to retrofit to an existing building due to its scale. It is a hindrance to the spread.
In order to solve such a problem, techniques of
上記特許文献1には、下端部に回転羽根が取り付けられた中空管体に回転力と下向きの力を付加して回転圧入し、埋設された中空管体の内部空間を利用して構築した地中熱交換器が開示されている。
この技術によれば、地下に回転圧入した中空管体を、建物を支持する基礎杭として利用するとともに、熱交換器としても利用するため、これらを別々に設置する場合に比べて、地中熱源ヒートポンプの導入コストを抑えることができる。
しかしながら、一般の住宅は、通常、べた基礎又は布基礎が採用されており、基礎杭を設置する住宅の割合は低い。そのため、特許文献1の技術を採用できるのは、ボアホール方式の場合と同様に大規模な施設であり、小規模な一般住宅等での採用は困難である。更に、基礎杭は、建物を建てる以前に設置されるものであり、既存の基礎杭に対してこの熱交換器を後付けすることはできない。また、特許文献1における中空管体は、回転羽根を有するために、地面への圧入時に大きな反力を生じ、その圧入には大型重機が必要となる。
即ち、ボアホール方式に比べて、基礎杭を有する建物では設置コストを削減できるものの、一般住宅等のより小規模な施設には採用が困難であるとともに、後付けも困難であり、また、大型重機を要する点においてもボアホール方式と同様の問題を抱えている。
In the above-mentioned
According to this technology, the hollow tube that has been press-fitted underground is used as a foundation pile to support the building and also as a heat exchanger, so compared to the case where these are installed separately, The introduction cost of the heat source heat pump can be suppressed.
However, in general houses, solid foundations or cloth foundations are usually adopted, and the percentage of houses where foundation piles are installed is low. For this reason, the technology disclosed in
In other words, compared to the borehole method, installation costs can be reduced for buildings with foundation piles, but they are difficult to adopt for smaller facilities such as ordinary houses, and are difficult to retrofit. It has the same problems as the borehole method in terms of the points.
上記特許文献2には、地中に埋設されて、有底の直管の周壁を経由し該直管内を通る熱媒を介して地中と使用負荷との間で熱が授受されようになされた地中熱採取用管を用いた地中熱交換器が開示されている。また、この地中熱採取用管は外低部に掘削刃を有して地中に回転圧入可能とされており、これによって、短時間で周囲の土壌を乱すことなく、騒音、振動、排土を伴わずに設置可能とされている。
しかしながら、特許文献2の直管は、その先端に掘削刃を有している。掘削刃を利用した直管を地中へ回転圧入しようとすると、直管は掘削刃によって生み出される大きな反力を受ける。しかも、前述のように地中熱は、通常、5m以深においては、ほぼ恒温であることから、地中熱交換器は5m以深という深さまで埋設する必要がある。そのため、直管が地中へ挿入されるに従い、掘削刃と回転力を与える力点(直管の地上側端部)とは5m以上に離れて行き、直管の地上側端部に与えた強い回転力によって、直管は"しなり"、掘り進めなくなくなり、最後には破断してしまいかねない。
結局、掘削刃を利用した直管が回転圧入に耐え得るには、十分に厚い管壁と大きな管径が不可欠となる。そして、直径が大きくなるに比例して、排土が増え、ある程度の以上の排土量になるとボアホール掘削と同様に、結局は水を用いた排土処理を要することとなる。更に、掘削刃に起因した大きな反力に逆らって管を進めるには重機が必要となる。特許文献2には、これら実際の敷設に際して生じる課題の認識や、その課題に対する検討は何らなされていない。
In
However, the straight pipe of
After all, a sufficiently thick pipe wall and a large pipe diameter are indispensable for a straight pipe using an excavating blade to withstand rotational press-fitting. And, as the diameter increases, the number of soil removal increases, and when the amount of soil removal exceeds a certain level, a soil removal treatment using water is eventually required as in the case of borehole excavation. Furthermore, a heavy machine is required to advance the pipe against a large reaction force caused by the digging blade.
本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたものであり、効率よく小さなスペースで敷設できる地中熱交換器用本体、地中熱交換器、地中熱交換システム及び施工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above prior art, and provides a main body for a ground heat exchanger, a ground heat exchanger, a ground heat exchange system, and a construction method that can be efficiently laid in a small space. Objective.
即ち、本発明は以下のとおりである。
請求項1に記載の地中熱交換器用本体は、地中に埋設された管体内部に流通される液媒と、前記地中と、の間で熱交換を行う地中熱交換器に用いられる地中熱交換器用本体であり、
外径が15mm以上25mm以下であるステンレス管と、
前記ステンレス管の一端側に接続されるとともに、前記一端に底面を向けて配設された多面錐形状をなす先端部を備えた先端ビットと、を備え、
前記ステンレス管の前記一端は、前記先端ビットによって、又は、前記ステンレス管と前記先端ビットとの間に介在された接続部品によって、液密に閉塞されており、
前記先端ビットの前記底面は、前記ステンレス管の前記一端の外周と同じか又は大きくされており、
前記多面錐形状が3面以上8面以下の側面を有することを要旨とする。
請求項2に記載の地中熱交換器用本体は、請求項1に記載の地中熱交換器用本体において、前記先端ビットの中心軸と、前記先端ビットを構成する前記多面錐形状をなす先端部の側面との角度が、15度以上40度以下であることを要旨とする。
請求項3に記載の地中熱交換器用本体は、請求項1又は2に記載の地中熱交換器用本体において、前記ステンレス管の外径をDOとし、前記ステンレス管の内径をDIとした場合に、外径と内径との比DO/DIが、1.2以上2.0以下であることを要旨とする。
請求項4に記載の地中熱交換器用本体は、請求項1乃至3のうちのいずれかに記載の地中熱交換器用本体において、前記ステンレス管は、複数の個別ステンレス管が接続されてなることを要旨とする。
請求項5に記載の地中熱交換器用本体は、請求項1乃至4のうちのいずれかに記載の地中熱交換器用本体において、前記ステンレス管は、長さが5m以上15m以下であることを要旨とする。
請求項6に記載の地中熱交換器は、請求項1乃至5のうちのいずれかに記載の地中熱交換器用本体と、
前記ステンレス管内に挿入された樹脂管と、を備え、
前記樹脂管と前記ステンレス管とで形成される隙間を前記液媒の流路とすることを要旨とする。
請求項7に記載の地中熱交換システムは、請求項6に記載の地中熱交換器と、
前記地中熱交換器内に前記液媒を流通させるための液媒流通手段と、を備えることを要旨とする。
請求項8に記載の地中熱交換システムは、請求項7に記載の地中熱交換システムにおいて、2本以上の前記地中熱交換器を備えることを要旨とする。
請求項9に記載の地中熱交換システムは、請求項7又は8に記載の地中熱交換システムにおいて、前記液媒の流路に対して前記地中熱交換器が並列に接続されていることを要旨とする。
請求項10に記載の地中熱交換システムは、請求項7乃至9のうちのいずれかに記載の地中熱交換システムにおいて、前記液媒は、その全体を100体積%とした場合に50体積%以上の水を含むことを要旨とする。
請求項11に記載の地中熱交換システムの施工方法は、請求項7乃至10のうちのいずれかに記載の地中熱交換システムの施工方法であって、前記地中熱交換器用本体が地面に対して略鉛直となるように、前記先端ビットの尖端を、前記地面に立てた後、後端側から前記先端ビット側へ向かって、打圧又は押圧によって、前記地中熱交換器用本体に対して荷重を掛ける第1の工程と、
前記先端ビットが地中において回転されるように、前記地中熱交換器用本体を回転する第2の工程と、を備え、
前記第1の工程と前記第2の工程とを、同時に又は交互に行うことを要旨とする。
That is, the present invention is as follows.
The main body for an underground heat exchanger according to
A stainless steel tube having an outer diameter of 15 mm to 25 mm;
A tip bit that is connected to one end side of the stainless steel pipe and has a tip portion having a polyhedral conical shape disposed with the bottom face facing the one end;
The one end of the stainless steel pipe is liquid-tightly closed by the tip bit or by a connecting part interposed between the stainless steel pipe and the tip bit,
The bottom surface of the tip bit is the same as or larger than the outer periphery of the one end of the stainless steel tube,
The gist of the present invention is that the polyhedral pyramid has three or more and eight or less side surfaces.
The main body for an underground heat exchanger according to
Underground heat exchanger body as claimed in
The main body for an underground heat exchanger according to
The main body for underground heat exchanger according to claim 5 is the main body for underground heat exchanger according to any one of
The underground heat exchanger according to claim 6, a main body for the underground heat exchanger according to any one of
A resin tube inserted into the stainless steel tube,
The gist is that a gap formed between the resin pipe and the stainless steel pipe is used as a flow path of the liquid medium.
The underground heat exchange system according to claim 7, the underground heat exchanger according to claim 6,
And a liquid medium distribution means for distributing the liquid medium in the underground heat exchanger.
The ground heat exchanging system according to claim 8 is the ground heat exchanging system according to claim 7, characterized in that it comprises two or more of the underground heat exchangers.
The underground heat exchange system according to claim 9 is the underground heat exchange system according to claim 7 or 8, wherein the underground heat exchanger is connected in parallel to the flow path of the liquid medium. This is the gist.
The underground heat exchange system according to claim 10 is the underground heat exchange system according to any one of claims 7 to 9, wherein the liquid medium has a volume of 50 vol. The gist is to contain at least% water.
The construction method of the underground heat exchange system according to
A second step of rotating the underground heat exchanger main body so that the tip bit is rotated in the ground,
The gist is to perform the first step and the second step simultaneously or alternately.
本発明の地中熱交換器用本体によれば、効率よく小さなスペースで、地中熱交換器用本体を地中へ埋設できる。即ち、本発明の地中熱交換器用本体は、小規模な一般の住宅で採用できる。また、建物の建築前後に関係無く敷設できる。更に、重機を必要とせず敷設でき、汚泥処理も必要としない。
これらの効果は本発明の構成に起因して得られる。即ち、本発明の地中熱交換器用本体は、多面錐形状の先端ビットを有する一方、回転羽根や掘削刃等の大きな反力を生み出す部位を有さない。そのため、地中熱交換器用本体が挿入される先の土砂を押し退けて、先端ビットの周囲へ圧縮して押し込みながら地中に挿入でき、排土に起因する汚泥処理を要しない。また、回転羽根を有する場合、土砂が羽根の間に入り込み、その土砂が抵抗となって、ある程度の深さ以上への挿入が困難となる。しかしながら、本地中熱交換器用本体では、回転羽根等を有さないため、そのような土砂の入り込みも生じず、土砂の入り込みに伴う抵抗も発生ない。
更に、管の外径は15mm以上25mm以下と図8に示したボアホール90の直径に比較して非常に小さいことから、挿入時に地中との間に生じる摩擦を生じる面積が小さく、管に掛かる負荷が小さくてすむ。そのため、重機を用いず管を容易に地中へ埋設できる。また、重機を用いる必要がないため、敷設に要する用地面積を従来に比べて著しく小さくできる。用地面積が小さくてすむため、小規模な一般の住宅でも採用でき、また、建物の建築前後に関係無く敷設できる。即ち、地中熱交換器を後付けすることができる。
また、管の外径が15mm以上25mm以下であることから、地中熱交換器用本体が地中に挿入される際に、管が周囲に押し退ける土砂の体積が小さい。そのため、挿入時に管が押し退ける土砂量が少なく、挿入される管の周囲の土砂がこれらの不要な土砂を吸収できる量に留めることができる。即ち、挿入時に管の周囲に不要な土砂を圧縮して押し込みながら挿入できる。従って、排土を生じず、排土処理を行う必要もない。
また、結果的に管周囲へ排土を押し退けて地中へ地中熱交換器用本体が挿入されるために、管周囲の土砂の充填率が大きくなる一方、管周囲の土砂内の空気量が低減されるため、管周囲の土砂の熱伝導率を向上させることができる。
According to the underground heat exchanger main body of the present invention, the underground heat exchanger main body can be embedded in the ground efficiently and in a small space. That is, the underground heat exchanger main body of the present invention can be employed in a small general house. Also, it can be laid regardless of the building construction. Furthermore, it can be laid without requiring heavy equipment and does not require sludge treatment.
These effects are obtained due to the configuration of the present invention. That is, the underground heat exchanger main body of the present invention has a multi-sided cone-shaped tip bit, but does not have a portion that generates a large reaction force such as a rotary blade or a drilling blade. Therefore, the earth and sand to which the main body for the underground heat exchanger is inserted is pushed away, and it can be inserted into the ground while being compressed and pushed around the tip bit, so that the sludge treatment due to the soil removal is not required. Moreover, when it has a rotary blade | wing, earth and sand enter between blades, the earth and sand become resistance, and insertion to a certain depth or more becomes difficult. However, since the main body for an underground heat exchanger does not have a rotating blade or the like, the entry of such earth and sand does not occur, and the resistance accompanying the entry of earth and sand does not occur.
Furthermore, the outer diameter of the tube is 15 mm or more and 25 mm or less, which is very small compared to the diameter of the
Moreover, since the outer diameter of the pipe is 15 mm or more and 25 mm or less, when the underground heat exchanger main body is inserted into the ground, the volume of earth and sand that the pipe is pushed away to the surroundings is small. Therefore, the amount of earth and sand that the pipe is pushed away at the time of insertion is small, and the earth and sand around the inserted pipe can be kept to an amount that can absorb these unnecessary earth and sand. That is, it can be inserted while compressing and pushing unnecessary earth and sand around the pipe at the time of insertion. Therefore, no soil discharge occurs and there is no need to perform a soil removal process.
Also, as a result, the earth heat exchanger body is inserted into the ground by pushing away the soil around the pipe, so that the filling rate of the earth and sand around the pipe increases, while the amount of air in the earth and sand around the pipe increases. Therefore, the thermal conductivity of the earth and sand around the pipe can be improved.
先端ビットの中心軸と、先端ビットを構成する多面錐形状をなす先端部の側面との角度が15度以上40度以下である場合には、地中熱交換器用本体の地中へ挿入をより容易にすることができる。
また、ステンレス管の外径と内径との比DO/DIが、1.2以上2.0以下である場合には、地中熱交換器用本体のしなりをより効果的に抑制して、効率よく地中熱交換器用本体へ地中への挿入に必要な負荷を掛けることができるため、より容易に埋設を行うことができる。
ステンレス管が複数の個別ステンレス管が接続されてなる場合には、地中への挿入を進める途中で、少しずつ追加で管を接続しつつ作業をすすめられるため、地中挿入時に地上に露出されているステンレス管の長さを常に短く保つことができ、作業効率に優れる。
地中熱交換器用本体を構成するステンレス管の長さが5m以上15m以下である場合には、この範囲を超える長さの管を土中に挿入する場合に比べて、十分に小さな力で管の埋設を行うことができる。
When the angle between the central axis of the tip bit and the side surface of the tip portion forming the polyhedral cone forming the tip bit is 15 degrees or more and 40 degrees or less, the underground heat exchanger main body is inserted into the ground. Can be easily.
The ratio D O / D I between the outer diameter and the inner diameter of the stainless steel tube, when it is 1.2 or more and 2.0 or less, and more effectively suppress the bending of the underground heat exchanger body Since the load necessary for insertion into the underground can be efficiently applied to the main body for the underground heat exchanger, embedding can be performed more easily.
When multiple stainless steel pipes are connected to the stainless steel pipe, it is recommended to connect the pipes little by little while the insertion into the ground is progressing. The length of the stainless steel pipe can always be kept short, and the work efficiency is excellent.
When the length of the stainless steel pipe constituting the main body for underground heat exchanger is 5m or more and 15m or less, the pipe with a sufficiently small force compared to the case where a pipe with a length exceeding this range is inserted into the soil Can be buried.
本発明の地中熱交換器及び本発明の地中熱交換システムは、いずれも効率よく小さなスペースで敷設できる。
また、2本以上の前記地中熱交換器を備える地中熱交換システムでは、熱交換できる部位の全体長さを、要求に応じて調節できるため、最適な熱交換能力を得ることができる。
液媒の流路に対して地中熱交換器が並列に接続されている地中熱交換システムでは、液媒流通手段への負荷を低減しながら、より長い熱交換距離を確保することができる。
本発明の地中熱交換システムの施工方法によれば、効率よく小さなスペースで地中熱交換システムを構築できる。
Both the underground heat exchanger of the present invention and the underground heat exchange system of the present invention can be efficiently laid in a small space.
Moreover, in the underground heat exchange system provided with two or more said underground heat exchangers, since the whole length of the part which can be heat-exchanged can be adjusted according to a request | requirement, optimal heat exchange capability can be obtained.
In the underground heat exchange system in which the underground heat exchanger is connected in parallel to the flow path of the liquid medium, it is possible to secure a longer heat exchange distance while reducing the load on the liquid medium circulation means. .
According to the construction method of the underground heat exchange system of the present invention, the underground heat exchange system can be constructed efficiently in a small space.
以下、本発明を詳しく説明する。
[1]地中熱交換器用本体
本発明の地中熱交換器用本体(1)(図1−4参照)は、地中に埋設された管体内部に流通される液媒と、地中と、の間で熱交換を行う地中熱交換器に用いられる地中熱交換器用本体(1)であり、
外径が15mm以上25mm以下であるステンレス管(11)と、
ステンレス管(11)の一端側(111)に接続されるとともに、一端(111)に底面(122)を向けて配設された多面錐形状をなす先端部(121)を備えた先端ビット(12)と、を備え、
ステンレス管(11)の一端(111)は、先端ビット(12)によって、又は、ステンレス管(11)と先端ビット(12)との間に介在された接続部品(13)によって、液密に閉塞されており、
先端ビット(12)の底面(122)は、ステンレス管(11)の一端(111)の外周と同じか又は大きくされており、
多面錐形状が3面以上8面以下の側面(123)を有することを特徴とする。
The present invention will be described in detail below.
[1] Main body for underground heat exchanger The main body for underground heat exchanger (1) of the present invention (see FIGS. 1-4) includes a liquid medium that circulates inside a tubular body embedded in the ground, , A main body for an underground heat exchanger (1) used for an underground heat exchanger that performs heat exchange between
A stainless pipe (11) having an outer diameter of 15 mm or more and 25 mm or less;
A tip bit (12) provided with a tip portion (121) having a polyhedral cone shape connected to one end side (111) of the stainless steel pipe (11) and facing the bottom surface (122) toward the one end (111). ) And
One end (111) of the stainless steel pipe (11) is liquid-tightly closed by a tip bit (12) or by a connecting part (13) interposed between the stainless steel pipe (11) and the tip bit (12). Has been
The bottom surface (122) of the tip bit (12) is the same as or larger than the outer periphery of one end (111) of the stainless steel tube (11),
The polyhedral cone has three or more and eight or less side surfaces (123).
本発明の地中熱交換器用本体は、先端ビット12を備え、この先端ビット12は、多面錐形状をなす先端部121を有している。
また、この多面錐形状は3面以上8面以下の側面123を有している。即ち、多面錐形状は、三角錐形状、四角錐形状、五角錐形状、六角錐形状、七角錐形状及び八角錐形状のうちのいずれかの形状である。8面を超える多角錐形状は、次第に円錐形状へと近づき、回転により掘り進む方向にある土を周囲に押し退ける効果が小さくなる傾向にあるため好ましくない。
多面錐形状は3面以上8面以下であればよいが、なかでも、三角錐形状、四角錐形状、五角錐形状及び六角錐形状のいずれかであることが好ましく、特に三角錐形状又は四角錐形状が好ましい。
The main body for an underground heat exchanger according to the present invention includes a
Further, this polyhedral conical shape has
The polygonal pyramid shape may be 3 or more and 8 or less, and among them, a triangular pyramid shape, a quadrangular pyramid shape, a pentagonal pyramid shape and a hexagonal pyramid shape are preferable, and in particular, a triangular pyramid shape or a quadrangular pyramid shape Shape is preferred.
更に、上記の三角錐形状と四角錐形状とでは、四角錐形状が好ましい。これは、多面錐形状を構成する稜線の構成角(三角錐では構成角60度、四角錐では構成角90度)を大きくできるため、先端ビットの稜線124における強度をより大きく得ることができるからである。
また、特にステンレス管11の断面形状が円形である場合には、先端ビットの先端部が三角錐形状であるよりも、四角錐形状であることにより、そのステンレス管の断面形状をより小さな断面積でカバーできる。即ち、円形ステンレス管11の一端111の外周と同じか又は大きい先端部を三角錐形状によって確保しようとすると、稜線の張り出しが大きくなってしまう。これに対して、四角錐形状によって確保しようとすると、稜線の張り出しをより小さく収めることができる。
Further, the triangular pyramid shape and the quadrangular pyramid shape are preferably a quadrangular pyramid shape. This is because the component angle of the ridge line constituting the polyhedral pyramid shape (the component angle of 60 degrees for the triangular pyramid and the component angle of 90 degrees for the quadrangular pyramid) can be increased, so that the strength at the
In particular, when the cross-sectional shape of the
更に、先端ビット12の中心軸12Aと、先端ビット12を構成する多面錐形状をなす先端部121の側面123との角度θ(図3及び図4参照)は特に限定されるものではないが、15度以上40度以下であることが好ましい。15度以上40度以下の範囲では、打圧又は押圧により先端部分に負荷される荷重に耐え得る角度を確保できるとともに、打圧又は押圧による荷重を側方へ逃がさず、効率よく先端に集中させることができる。この角度は、18度以上35度以下がより好ましい。
尚、先端ビットの中心軸と側面との角度は、全ての側面が同じ角度を有していてもよいし、2種以上の異なる角度の側面が含まれていてもよい。このような場合においても、全ての面が上述の好ましい範囲に含まれることが好ましい。
Furthermore, the angle θ (see FIGS. 3 and 4) between the central axis 12A of the
In addition, as for the angle of the center axis | shaft and side surface of a front-end | tip bit, all the side surfaces may have the same angle and the side surface of 2 or more types of different angles may be contained. Even in such a case, it is preferable that all surfaces are included in the above-described preferable range.
また、先端ビット12の底面形状は、特に限定されず、例えば、先端部121が四角錐形状である場合には、図3に示すように円形とすることや、図4に示すように四角形とすることができる。これらのなかでは、ステンレス管11の断面形状が円形である場合には、底面形状も同様な円形である方が好ましい(図3参照)。ステンレス管11の断面形状が円形である場合には、底面形状は四角形であるよりも、円形である方が、より小さな面積で、ステンレス管11の一端側をカバーすることができる。
Further, the shape of the bottom surface of the
また、先端ビット12の底面122は、ステンレス管11の一端111の外周と同じか又は大きくされている。即ち、ステンレス管11の一端111を先端ビット12によってカバーしている。このような形態となっていることで、先端ビット12が後に続くステンレス管11の挿入時に抵抗となる土を周囲に押し退けていくので、本発明の地中熱交換器用本体1を地中に挿入する際の抵抗をより小さくすることができる。
先端ビット12の底面122が、ステンレス管11の一端111の外周よりも大きい場合には、ステンレス管11の外周面からの先端ビットの底面122の張り出しは10mm以下であることが好ましく、5mm以下がより好ましく、2mm以下が特に好ましい。
Further, the
When the
更に、先端ビット12を構成する材質は特に限定されないが、通常、金属又はセラミックスである。このうち成形性の観点から金属が好ましい。また、先端ビット12の硬度(JIS Z2244(2009)による)は高いことが好ましく、500HV以上(通常、950HV以下)であることが好ましい。この硬度は、600HV以上であることがより好ましく、700HV以上であることが更に好ましく、750HV以上であることが特に好ましい。このような材質としては、具体的にはマルテンサイト組織を有する鋼材が該当し、焼入及び焼戻を行ったSUJ2、SUS440C、SK140等が挙げられる。
Furthermore, although the material which comprises the front-end |
本発明の地中熱交換器用本体1では、その先端部121が多面錐形状であることが、この地中熱交換器用本体1を効率よく小さなスペースで地中へ埋設できる大きな要因であると考えられる。即ち、地中熱交換器用本体1の後端側112からの力を、先端側(一端側111)に集中的に作用させることができ、より小さな力で先端部121周辺の土砂を、その側方へと押し退けることができるからであると考えることができる。
この先端部121が多面錐形状をなすことによる作用は、先端に回転羽根や掘削刃を有する形態とは全く異なっている。
即ち、多面錐形状には、回転羽根や掘削刃等、螺旋状ドリルのような切刃を有さないため、回転により地中内で下方へ向かって進むことはない。しかしながら、回転により地中内で下方へ向かって進む構造の切刃を有した構造よりも、小さな力でより深く地中へ挿入することができる。例えば、土質調査用のボーリングでは、JIS A1221(2013)に規定されるがごとき、螺旋状の刃を有するスクリューポイントが用いられる。このようなスクリューポイントを地中へ挿入すると、後述する実施例において示すように、多面錐形状をなした先端ビット12を用いる場合に比べて、より浅い位置で許容負荷上限を超え、それ以上に深く挿入できなくなってしまう。このような結果は、スクリューポイントが、回転によって反力を生み出す刃や羽根等の部位を有しているためと考えられる。即ち、小さな荷重によって管を地中へ挿入しようとする場合には、刃や羽根等の部位を有するよりも、多面錐形状の方が優れた推進力を発揮できると考えられる。
In the underground heat exchanger
The effect | action by this front-end |
That is, the polyhedral cone does not have a cutting blade such as a spiral drill such as a rotary blade or a drilling blade, and therefore does not travel downward in the ground due to rotation. However, it can be inserted deeper into the ground with a smaller force than a structure having a cutting blade with a structure that advances downward in the ground by rotation. For example, in drilling for soil investigation, a screw point having a spiral blade is used, as defined in JIS A1221 (2013). When such a screw point is inserted into the ground, the allowable load upper limit is exceeded at a shallower position as compared with the case where the
更に、先端ビット12の先端部121が、多面錐形状であることにより、その先端を回転させることで、即ち、地中において多面錐形状の側面123の当たる方向を変えることで、その先端部121において先端ビット12の周辺の土砂の締まりを解すことができる。周辺の土砂が解されることで、先端ビット12と周辺の土砂との間に力の隙間を形成できる。これによって、次の打圧又は押圧の圧力が側方の土砂により消費されることを抑制し、より効果的に先端部121に打圧又は押圧の圧力を集中させることができる。即ち、刃や羽根を有している場合には、このような打圧や押圧による力が、刃や羽根によって側方へ分散されて逃げてしまい、先端に集中させることができないことと対照的である。
また、多面錐形状の先端部121の側面123位置を回転によって変化させることにより、管の進行方向を鉛直に維持し易い。即ち、挿入が進む毎にステンレス管の中心軸に沿って回転させるため、打圧や押圧によりわずかにずれた進行方向が補正される作用による。
Further, since the
In addition, by changing the position of the
ステンレス管は、外径15mm以上25mm以下の範囲において、打圧及び/又は押圧によって破損しない強度を得る観点、及び、液媒並びに周囲の土壌に対する十分な耐食性を確保する観点から、ステンレス製が採用される。
具体的なステンレスの種類は特に限定されないが、例えば、SUS304、SUS316、SUS329J3L、SUS329J4L等を用いることができる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
Stainless steel tubes are made of stainless steel in the range of 15 mm to 25 mm in outer diameter, from the viewpoint of obtaining strength that does not break due to striking pressure and / or pressing, and from the viewpoint of ensuring sufficient corrosion resistance to the liquid medium and surrounding soil. Is done.
Although the kind of specific stainless steel is not specifically limited, For example, SUS304, SUS316, SUS329J3L, SUS329J4L, etc. can be used. These may use only 1 type and may use 2 or more types together.
地中熱交換器用本体の断面形状は、特に限定されず、例えば、正方形等の正多角形であってもよいが、円形であることが好ましい。円形であることにより、地中熱交換器用本体の地中への挿入時に管に負荷される荷重をバランスよく分散させることができ、管への負担を軽減することができる。
また、地中熱交換器用本体の外径は、15mm以上25mm以下である。外径が15mm未満になると、壁厚を十分に確保したとしても、その細さのためにしなり易くなり、埋設がより困難になる。また、内部空隙の減少に伴い液媒量も減少することになり好ましくない。一方、外径が25mmを超えると、挿入時に押し退ける土砂量が大きくなり、土砂を地上へ排出せずに埋設することが困難となる傾向にある。この外径は、16mm以上24mm以下がより好ましく、17mm以上23mm以下が更に好ましい。
尚、地中熱交換器用本体の断面形状が円形以外の形状である場合、地中熱交換器用本体の外径は、見掛け外周円(正多角形が内接される仮想円)の外径であるものとする。即ち、円形以外の断面形状では、見掛け外周円の外径が15mm以上25mm以下である。
The cross-sectional shape of the underground heat exchanger main body is not particularly limited, and may be, for example, a regular polygon such as a square, but is preferably circular. By being circular, the load applied to the pipe when the underground heat exchanger main body is inserted into the ground can be distributed in a balanced manner, and the burden on the pipe can be reduced.
Moreover, the outer diameter of the main body for underground heat exchangers is 15 mm or more and 25 mm or less. When the outer diameter is less than 15 mm, even if the wall thickness is sufficiently secured, it becomes easy to be due to its thinness, and embedment becomes more difficult. Further, the amount of the liquid medium is also reduced with a decrease in the internal voids, which is not preferable. On the other hand, when the outer diameter exceeds 25 mm, the amount of earth and sand pushed away during insertion becomes large, and it tends to be difficult to bury the earth and sand without discharging it to the ground. The outer diameter is more preferably 16 mm or more and 24 mm or less, and further preferably 17 mm or more and 23 mm or less.
In addition, when the cross-sectional shape of the underground heat exchanger main body is a shape other than a circle, the outer diameter of the underground heat exchanger main body is the outer diameter of an apparent outer circle (a virtual circle inscribed with a regular polygon). It shall be. That is, in the cross-sectional shape other than the circular shape, the outer diameter of the apparent outer circle is 15 mm or more and 25 mm or less.
また、このステンレス管の一端は、先端ビット又は接続部品によって液密に閉塞されている。即ち、ステンレス管の一端は、先端ビット又は接続部品によって、管内部に流通された液媒が漏洩しない程度に密閉されている。また、この封止により、当然ながら、地中へ地中熱交換器用本体を挿入する際に、管内に土砂が侵入することが防止されている。
封止に際しては、螺合(螺子式の継手等)や溶接(同様又は類似材質による溶接等)等、どのような方法を用いてもよい。また、これらの両方を採用することもできる。
One end of the stainless steel tube is liquid-tightly closed by a tip bit or a connecting part. That is, one end of the stainless steel pipe is sealed by a tip bit or a connecting part to such an extent that the liquid medium circulated inside the pipe does not leak. Moreover, this sealing naturally prevents the earth and sand from entering the pipe when the underground heat exchanger main body is inserted into the underground.
For sealing, any method such as screwing (screw-type joint or the like) or welding (similar or similar material welding or the like) may be used. Both of these can also be employed.
ステンレス管の一端を先端ビット又は接続部品によって封止するに際して、螺子構造を採用する場合には、どのような螺子構造を採用してもよいが、テーパー螺子構造を採用することが好ましい。テーパー螺子構造の採用により、他の螺子構造に比べて、より高い液蜜構造を実現できる。
また、螺子構造を採用する場合には、右回転螺子構造、又は、左回転螺子構造のいずれを採用してもよいが、後述するように、施工時に第2の工程として行う回転動作に際して、地中熱交換器用本体の各部が分解されないよう、第2の工程で行う回転方向と異なる方向に螺合できる螺子構造を採用することができる。
When a screw structure is adopted when sealing one end of the stainless steel tube with a tip bit or a connecting part, any screw structure may be adopted, but a taper screw structure is preferably adopted. By adopting a taper screw structure, a higher liquid nectar structure can be realized as compared with other screw structures.
When a screw structure is adopted, either a right-handed screw structure or a left-handed screw structure may be adopted. A screw structure that can be screwed in a direction different from the rotation direction performed in the second step can be employed so that each part of the intermediate heat exchanger main body is not disassembled.
また、螺子構造を採用する場合には、より高い液密性を確保するため、膜状樹脂部材や粘性樹脂部材などの樹脂製封止部材を、ステンレス管側の螺子部と、これと螺合される先端ビット側又は接続部品側の螺子部と、の間に介在させることができる。即ち、例えば、膜状樹脂部材としては、樹脂テープが挙げられる。また、粘性樹脂部材としては各種の樹脂ペーストやグリス等が挙げられる。これらの樹脂製封止部材は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。 When a screw structure is adopted, a resin sealing member such as a membrane-like resin member or a viscous resin member is screwed with the screw portion on the stainless steel tube side to secure higher liquid tightness. It can interpose between the tip bit side or the screw part on the connecting component side. That is, for example, a resin tape is an example of the film-shaped resin member. Examples of the viscous resin member include various resin pastes and grease. These resin sealing members may use only 1 type and may use 2 or more types together.
更に、ステンレス管の外径と内径との相関は特に限定されないが、ステンレス管の外径をDOとし、ステンレス管の内径をDIとした場合に、外径と内径との比DO/DIが、1.2以上2.0以下であることが好ましい。この範囲では、ステンレス管11の壁厚が、地中熱交換器用本体1の地中への挿入に十分に耐え得る強度を得ることができるとともに、ステンレス管11の内部に流通される液媒の量も十分に確保することができる。比DO/DIは1.3以上1.4以下がより好ましい。
Furthermore, although the correlation between the outer diameter and the inner diameter of the stainless steel tube is not particularly limited, the outer diameter of the stainless steel tube and D O, the inside diameter of the stainless steel tube when the D I, the ratio between the outer diameter and the inner diameter D O / D I is preferably 1.2 to 2.0. In this range, the wall thickness of the
また、ステンレス管11は、1本の長いステンレス管11からなってもよいが、個別ステンレス管11Aが連設されて1本のステンレス管11とされた形態であることが好ましい。即ち、ステンレス管11は、複数の個別ステンレス管11Aが接続されてなることが好ましい。その接続構造は、特に限定されないが、通常、螺子接続を採用できる。個別ステンレス管接続部の螺子構造は、どのような構造を採用してもよいが、テーパー螺子構造が好ましい。テーパー螺子構造の採用により、他の螺子構造に比べて、より高い液蜜構造を実現できることは前述の場合と同様である。
また、螺子構造を採用する場合には、右回転螺子構造、又は、左回転螺子構造のいずれを採用してもよいが、前述の場合と同様に、施工時に第2の工程として行う回転動作に際して、地中熱交換器用本体の各部が分解されないよう、第2の工程で行う回転方向と異なる方向に螺合できる螺子構造を採用できる。
更に、螺子構造を採用する場合には、より高い液密性を確保するため、膜状樹脂部材や粘性樹脂部材などの樹脂製封止部材を、ステンレス管側の螺子部と、これと螺合される先端ビット側又は接続部品側の螺子部と、の間に介在させることができることも前述の場合と同様である。
Moreover, although the
In addition, when the screw structure is adopted, either a right rotation screw structure or a left rotation screw structure may be adopted. However, as in the case described above, during the rotation operation performed as the second step at the time of construction. A screw structure that can be screwed in a direction different from the rotation direction performed in the second step can be employed so that each part of the underground heat exchanger main body is not disassembled.
Furthermore, when adopting a screw structure, in order to ensure higher liquid tightness, a resin sealing member such as a membrane-like resin member or a viscous resin member is screwed with the screw portion on the stainless steel tube side. As in the case described above, it can be interposed between the tip bit side or the screw part on the connecting component side.
また、ステンレス管11は、その構成に関係無く、全長が5m以上15m以下であることが好ましい。即ち、個別ステンレス管11Aが連設されてなるステンレス管11では、その合計長さが5m以上15m以下であることが好ましい。5m以上であることにより地中の恒温性を効果的に利用できる。また、15m以下であることにより、それ以上の長さである場合に比べて、熱交換効率を向上させることができるとともに、挿入作業も比較的容易に行うことができる。即ち、外径15mm以上25mm以下且つ15m以下の長さに抑えることにより、熱媒に対する流路抵抗をより小さく維持できる。この長さは、8m以上12m以下が好ましい。
Moreover, it is preferable that the
更に、ステンレス管11が、個別ステンレス管11Aが連設されてなる場合、各個別ステンレス管11Aの長さは特に限定されない。例えば、個別ステンレス管11Aは、0.5m以上2m以下であることが好ましい。個別ステンレス管11Aの長さがこの範囲であることにより、本地中熱交換器用本体1を地中へ埋設する際に必要な設備をより小さくできる。即ち、図5に例示されるように、1本の個別ステンレス管11Aを備えた地中熱交換器用本体1を地中70へ所定の長さまで挿入した後に、その個別ステンレス管11Aの後端へ次の個別ステンレス管11Aの前端を接続して、次の個別ステンレス管11Aの後端から力を負荷して地中へ挿入し、という作業を順次繰り返して、結果的に地中でステンレス管11を作り上げることができる。これにより、挿入時に地上に突出するステンレス管の長さを短くできるため、より小さな設備で本地中熱交換器用本体1を敷設できる。また、地上に突出するステンレス管の長さを短くすることによって、地中熱交換器本体の後端側から先端ビット側に打圧又は、押圧した際に、ステンレス管の曲がりも小さく抑えられるため、打圧又は押圧による荷重を先端ビットに確実に伝えることができる。そして、この長さは、更に、0.8m以上1.2m以下がより好ましい。
Furthermore, when the
[2]地中熱交換器
本発明の地中熱交換器(2)は、本発明の地中熱交換器用本体(1)と、
ステンレス管内に挿入された樹脂管(3)と、を備え、
樹脂管(3)とステンレス管(11)とで形成される隙間(21)を液媒(4)の流路とすることを特徴とする(図6参照)。
[2] Underground heat exchanger The underground heat exchanger (2) of the present invention includes a main body for underground heat exchanger (1) of the present invention,
A resin pipe (3) inserted into the stainless steel pipe,
A gap (21) formed by the resin pipe (3) and the stainless steel pipe (11) is used as a flow path of the liquid medium (4) (see FIG. 6).
樹脂管3は、ステンレス管11よりも細径の樹脂製の管であり、その先端(地中内の最深部)が、地中熱交換器用本体1内に開放されている。この樹脂管3は、樹脂によって構成されることで熱伝導率を低く調整することができる。そして、低い熱伝導率によって、樹脂管3の内側を流通される液媒と、樹脂管3の外側を流通される液媒と、が熱交換されるのを抑制することができる。更に、より低い熱伝導性を有する材料とすることにより、樹脂管3の壁厚をより薄くすることができ、樹脂管の外径を変化することなく、樹脂管内の流路をより大きくすることができる。
具体的には、樹脂管3を構成する材質の熱伝導率を、樹脂管3の壁厚で割った値が、150W/m2以下であることが好ましく、100W/m2以下がより好ましく、30W/m2以下が更に好ましい。
樹脂管3を構成する具体的な樹脂材料としては、ポリオレフィン系樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、塩化ビニル系樹脂(軟質塩化ビニル樹脂等)、またはそれら樹脂を発泡させて断熱性能を高めたもの等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
The
Specifically, the thermal conductivity of the material constituting the
Specific resin materials constituting the
また、樹脂管3の形状は特に限定されず、その断面形状は、円形であってもよく、その他の形状であってもよい。
また、その先端(地中内の最深部)は、前述のように、地中熱交換器用本体1内に開放されていればよく、その先端形状は特に限定されない。即ち、例えば、樹脂管3の挿入方向に対して水平に切断された形状であってもよく、挿入方向に対して斜めに切断された形状であってもよく、その他の形状であってもよい。
Further, the shape of the
Moreover, the front-end | tip (the deepest part in the underground) should just be open | released in the
更に、本地中熱交換器2では、樹脂管3とステンレス管11とで形成される隙間21は、液媒4の流路とされている(図6参照)。更に、樹脂管3内も液媒4の流路とされている。これらの流路は、いずれが往路であってもよく、いずれが復路であってもよい。即ち、樹脂管3内が往路であり且つ隙間21が復路であってもよく、樹脂管3内が復路であり且つ隙間21が往路であってもよい。更に、これらが必要に応じて入れ替わるように設計されてもよい。
尚、本発明の地中熱交換器2は、地中熱交換器用本体1の長さとほぼ同じ長さとなる。即ち、地中熱交換器2の長さは、5m以上15m以下であることが好ましい。
Further, in the
In addition, the
[3]地中熱交換システム
本発明の地中熱交換システム5は、本発明の地中熱交換器2と、
地中熱交換器2内に液媒4を流通させるための液媒流通手段51と、を備える。
[3] Ground heat exchange system The ground heat exchange system 5 of the present invention includes a
Liquid medium circulation means 51 for circulating the
本発明の地中熱交換システム5では、前述の地中熱交換器2を1本のみ備えてもよいが、2本以上を備えた方が熱交換性能を高めることができるためより好ましい。即ち、設置する場所で必要な熱交換性能に合わせて、本数を調整することができる。即ち、例えば、通常の4人家庭用の住宅であれば、熱交換器のトータル長さを100m程度(1本の熱交換器の長さを10mとした場合、10本程度に相当する)とすることが適している。
また、複数本の地中熱交換器2を備える場合には、これらの地中熱交換器2同士は、液媒の流路に対して並列に接続されてもよく、直列に接続されてもよいが、並列に接続されることがより好ましい。並列に接続することによって、直列に接続した場合よりも、熱交換器に入る液媒の温度と地中の温度の温度差が高くなるため、熱交換効率に優れるからである。加えて、液媒が熱交換器に入り、出るまでの流路の長さを短く抑えることができるため、配管抵抗が少なく、より小さなポンプで熱交換器に液媒を循環させ易いからである。
In the underground heat exchange system 5 of the present invention, only one
In addition, when a plurality of
また、本発明の地中熱交換システム5で用いる液媒4の種類は特に限定されず、例えば、水、溶質を含んだ各種水溶液、アルコール系液媒、グリコール系液媒等が挙げられる。これらのうち、水溶液に含まれる溶質としては、無機塩化物(塩化カルシウム、塩化ナトリウム等)及び有機酸塩(酢酸カリウム、酢酸ナトリウム等)等が挙げられる。これらの溶質は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。また、アルコール系液媒としては、エタノール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。これらのアルコール系液媒は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。更に、グリコール系液媒としては、エチレングリコール、プロピレングリコール等が挙げられる。これらのグリコール系液媒は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。更に、これらの各種の液媒は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
本発明の地中熱交換システム5では、これらの液媒のなかでも、水(溶質を有さない)及び/又はアルコール系液媒が好ましく、特に液媒全体100体積%に対して50体積%以上の水を含む液媒が好ましい。
Moreover, the kind of
In the underground heat exchange system 5 of the present invention, among these liquid media, water (no solute) and / or alcohol-based liquid media are preferable, and in particular, 50% by volume with respect to 100% by volume of the entire liquid medium. A liquid medium containing the above water is preferred.
液媒流通手段51としては、図7に示すように、液媒を、樹脂管3へ供給又は樹脂管3から排出するための流通路51Aや、液媒を、ステンレス管11へ供給又はステンレス管11から排出するための流通路51Bが挙げられる。更には、液媒を流通させるためのポンプ(図7図示されない)が挙げられる。その他、温度計、圧力計、流量計、調整タンク等の構成を備えることができる。これらの各種の構成は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
As the liquid medium circulation means 51, as shown in FIG. 7, the
[4]地中熱交換システムの施工方法
本発明の地中熱交換システムの施工方法は、本発明の地中熱交換システムの施工方法であって、
地中熱交換器用本体が地面に対して略鉛直となるように、先端ビットの尖端を、地面に立てた後、後端側から先端ビット側へ向かって、打圧又は押圧によって、地中熱交換器用本体に対して荷重を掛ける第1の工程と、
先端ビットが地中において回転されるように、地中熱交換器用本体を回転する第2の工程と、を備え、
第1の工程と第2の工程とを、同時に又は交互に行うこと特徴とする。
[4] Construction method of the underground heat exchange system The construction method of the underground heat exchange system of the present invention is a construction method of the underground heat exchange system of the present invention,
After placing the tip of the tip bit on the ground so that the main body for the underground heat exchanger is substantially perpendicular to the ground, the ground heat is applied by pressing or pressing from the rear end side toward the tip bit side. A first step of applying a load to the exchanger body;
A second step of rotating the underground heat exchanger body so that the tip bit is rotated in the ground,
The first step and the second step are performed simultaneously or alternately.
第1の工程は、地中熱交換器用本体1が地面に対して略鉛直となるように、先端ビット12の尖端を、地面に立てた後、後端112側から先端ビット12側へ向かって、打圧又は押圧によって、地中熱交換器用本体1に対して荷重を掛ける工程である。
打圧を行う場合の衝撃力は特に限定されないが、100kgf(980N)以上であることが好ましい。また、あまりに衝撃力が高いとステンレス管を損傷する恐れがあるため、1000kgf(9800N)以下であることが好ましい。この衝撃力は、100kgf(980N)以上600kgf(5880N)以下がより好ましい。
また、押圧を行う場合の荷重は特に限定されないが、10kgf(98N)以上であることが好ましい。また、あまりに荷重が高いと地上に突出するステンレス管がしなり、真っ直ぐに地面に挿入しにくくなるため100kgf(980N)以下であることが好ましい。この荷重は、20kgf(196N)以上100kgf(980N)以下がより好ましい。
尚、第1の工程では、これらの打圧と押圧とを両方とも負荷してもよく、いずれか一方のみを負荷してもよい。
The first step is to stand the tip of the
The impact force when performing the impact is not particularly limited, but is preferably 100 kgf (980 N) or more. Further, if the impact force is too high, the stainless steel tube may be damaged. Therefore, it is preferably 1000 kgf (9800 N) or less. The impact force is more preferably 100 kgf (980 N) or more and 600 kgf (5880 N) or less.
Moreover, although the load in the case of performing a press is not specifically limited, It is preferable that it is 10 kgf (98N) or more. Further, if the load is too high, the stainless steel tube protruding on the ground is broken, and it becomes difficult to insert it straight into the ground, so that it is preferably 100 kgf (980 N) or less. This load is more preferably 20 kgf (196 N) or more and 100 kgf (980 N) or less.
In the first step, both of the impact pressure and the pressure may be applied, or only one of them may be applied.
第2の工程は、先端ビット12が地中において回転されるように、地中熱交換器用本体1を回転する工程である。この回転により、先端ビット12の周辺の土砂を解すことができる。この際の回転は、通常、60度以上の回転であることが好ましい。また、一方向へ360度回転させることを連続的に行ってもよく、所定度数の回転を左右回転交互に行ってもよい。
The second step is a step of rotating the underground heat exchanger
本方法では、これら第1の工程と第2の工程とを、同時に又は交互に行う。
これらの第1の工程及び第2の工程は、同時に行ってもよく、別々に交互におこなってもよい。即ち、同時に行う場合とは、回転(第2の工程)させながら同時に打圧(第1の工程)する、及び/又は、回転(第2の工程)させながら同時に押圧(第1の工程)する、ことを意味する。また、別々に行う場合とは、打圧及び又は押圧(第1の工程)させた後、回転(第2の工程)することを意味する。
In this method, the first step and the second step are performed simultaneously or alternately.
These first step and second step may be performed simultaneously or may be performed alternately. That is, in the case of performing simultaneously, the pressure (first step) is simultaneously applied while rotating (second step) and / or the pressure (first step) is simultaneously performed while rotating (second step). , That means. Moreover, the case where it carries out separately means rotating (2nd process) after making it strike and / or press (1st process).
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
[1]地中熱交換器用本体の埋設試験
形状を変えた複数種類の先端ビット12を用いて1を地中へ実際に埋設する試験を行った。即ち、以下の6種類の構成の地中熱交換器用本体1を製造した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
[1] Embedding test of main body for underground heat exchanger A test was conducted in which 1 was actually buried in the ground using a plurality of types of
(1)実施例1
個別ステンレス管11Aとして、外径22mm且つ長さ1mのSUS304を利用した。各個別ステンレス管はテーパー螺子によって1つの個別ステンレス管11Aの後端と、他の個別ステンレス管11Aの前端と、を螺合させて接続できる構造となっている。
また、先端ビット12として、図3に示す概形であり、Wが22.0mm、Lが33.9mm、θが18゜であり、焼入焼戻しを施したSUJ2製の先端ビット12を用意した。
1本の個別ステンレス管11Aの先端に、長さ30mmの接続部品13(図1)を介して、先端ビット12を螺合して固定した。個別ステンレス管11Aの先端側は、接続部品13によって液密に封止されている。
このように調製した地中熱交換器用本体1に、地面に対して鉛直な方向を維持した状態で、10kgハンマーを用いて地中熱交換器用本体1の後端を5回打撃(打撃による1回の衝撃力約200kgf(1960N))する第1の工程を行った後、鉛直を維持したまま地中熱交換器用本体1を5回転させる第2の工程を行い、この操作を順次繰り返すことによって、地中熱交換器用本体1を地中へ挿入した。また、各個別ステンレス管11Aの埋設が進み、地上に突出するステンレス管11Aの長さがわずかな寸法となった時点で新たな個別ステンレス管11Aを継ぎ足して作業を続けた(図5参照)。そして、これらの操作を繰り返して15mの深さまで達した時点で作業を終了した。
(1) Example 1
As the individual
Further, as the
The
The ground heat exchanger
(2)実施例2
個別ステンレス管11Aとして、外径20mm且つ長さ1mのSUS304を利用し、先端ビット12として、図4に示す概形であり、Wが19.4mm、Lが29.5mm、θが18゜であり、焼入焼戻しを施したSUJ2製の先端ビット12を用いた。
このように調製した地中熱交換器用本体1に、垂直荷重100kgを常時負荷した状態で、地面に対して鉛直な方向を維持した状態で、10kgハンマーを用いて地中熱交換器用本体1の後端を5回打撃(打撃による1回の衝撃力約200kgf(1960N))する第1の工程を行った後、鉛直を維持したまま地中熱交換器用本体1を5回転させる第2の工程を行い、この操作を順次繰り返すことによって、地中熱交換器用本体1を地中へ挿入した。
その結果、10mまで問題なく埋設できた。
(2) Example 2
As the individual
The ground heat exchanger
As a result, it was possible to embed up to 10 m without problems.
(3)実施例3
先端ビット12として、図4に示す概形であり、Wが24.7mm、Lが37.4mm、θが18゜であり、焼入焼戻しを施したSUJ2製の先端ビット12を用いた以外は、実施例1と同様に作業を行った。その結果、15mまで問題なく埋設できた。
(3) Example 3
The
(4)実施例4
先端ビット12として、図3に示す概形であり、Wが22.0mm、Lが15.6mm、θが35゜であり、焼入焼戻しを施したSUJ2製の先端ビット12を用いた以外は、実施例1と同様に作業を行った。その結果、10mまで問題なく埋設できた。
(4) Example 4
The
(5)実施例5
先端ビット12として、図4に示す概形であり、Wが19.4mm、Lが13.8mm、θが35゜であり、焼入焼戻しを施したSUJ2製の先端ビット12を用いた以外は、実施例1と同様に作業を行った。その結果、10mまで問題なく埋設できた。
(5) Example 5
As the
(6)実施例6
先端ビット12として、図4に示す概形であり、Wが24.7mm、Lが17.5mm、θが35゜であり、焼入焼戻しを施したSUJ2製の先端ビット12を用いた以外は、実施例1と同様に作業を行った。その結果、10mまで問題なく埋設できた。
(6) Example 6
The
(7)比較例1
先端ビット12として、JIS A1221(2013)に準拠したスクリューポイントを用いた。このスクリューポイントは、全長が200mmであり、最大径が33mmであり、合計1回転分の切刃を有する形状をなしている。この構成で前記実施例1と同様に作業を行ったが深度が3m程度から回転時の抵抗が大きくなり、3.5mまで進んだ時点で回転に必要なトルクが200N・mを超えて作業が困難となったため、埋設を中断した。このように、回転トルクが上昇した原因は、スクリューポイントが、切刃を有しているため、土砂が切刃の間に入り込み、その土砂が抵抗となったためであると考えられる。
尚、実施例1〜6での作業中の回転トルクは25〜100N・mの範囲であり、問題なく作業を行うことができた。即ち、実施例1〜6の地中熱交換器用本体では、その先端ビットに切刃等を有さないため、上述のような土砂が入り込む余地がなく、それに伴う抵抗も発生しなかったために、スムーズに埋設できたものと考えられる。
(7) Comparative Example 1
As the
The rotational torque during work in Examples 1 to 6 was in the range of 25 to 100 N · m, and the work could be performed without any problem. That is, in the main body for the underground heat exchanger of Examples 1 to 6, since there is no cutting edge or the like in the tip bit, there is no room for the above-mentioned earth and sand to enter, and the accompanying resistance did not occur, It is thought that it was able to be buried smoothly.
1;地中熱交換器用本体、
11;ステンレス管、111;一端、112;後端、11A;個別ステンレス管、
12;先端ビット、121;先端部、122;底面、123;側面、124;稜線、12A;中心軸、
13;接続部品、
2;地中熱交換器、21;隙間、
3;樹脂管、
4;液媒、
5;地中熱交換システム、51;液媒流通手段、51A及び51B;液媒の流通路、
70;地中、
90;ボアホール、91;土壁、92;ケーシング、93;水、94;字チューブ管、95;砂。
1; Main body for underground heat exchanger,
11; stainless steel pipe, 111; one end, 112; rear end, 11A; individual stainless steel pipe,
12; tip bit, 121; tip portion, 122; bottom surface, 123; side surface, 124; ridgeline, 12A;
13; connecting parts,
2; underground heat exchanger, 21; gap,
3; resin pipe,
4; liquid medium,
5; underground heat exchange system, 51; liquid medium circulation means, 51A and 51B; flow path of liquid medium,
70; Underground,
90; Borehole, 91; Earth wall, 92; Casing, 93; Water, 94; Tube tube, 95; Sand.
Claims (11)
外径が15mm以上25mm以下であるステンレス管と、
前記ステンレス管の一端側に接続されるとともに、前記一端に底面を向けて配設された多面錐形状をなす先端部を備えた先端ビットと、を備え、
前記ステンレス管の前記一端は、前記先端ビットによって、又は、前記ステンレス管と前記先端ビットとの間に介在された接続部品によって、液密に閉塞されており、
前記先端ビットの前記底面は、前記ステンレス管の前記一端の外周と同じか又は大きくされており、
前記多面錐形状が3面以上8面以下の側面を有することを特徴とする地中熱交換器用本体。 It is a main body for a ground heat exchanger used in a ground heat exchanger that performs heat exchange between the liquid medium that is circulated inside the tubular body buried in the ground and the ground,
A stainless steel tube having an outer diameter of 15 mm to 25 mm;
A tip bit that is connected to one end side of the stainless steel pipe and has a tip portion having a polyhedral conical shape disposed with the bottom face facing the one end;
The one end of the stainless steel pipe is liquid-tightly closed by the tip bit or by a connecting part interposed between the stainless steel pipe and the tip bit,
The bottom surface of the tip bit is the same as or larger than the outer periphery of the one end of the stainless steel tube,
The main body for an underground heat exchanger, wherein the polyhedral conical shape has three or more and eight or less side surfaces.
前記ステンレス管内に挿入された樹脂管と、を備え、
前記樹脂管と前記ステンレス管とで形成される隙間を前記液媒の流路とすることを特徴とする地中熱交換器。 A main body for an underground heat exchanger according to any one of claims 1 to 5,
A resin tube inserted into the stainless steel tube,
A ground heat exchanger characterized in that a gap formed by the resin pipe and the stainless steel pipe is used as a flow path for the liquid medium.
前記地中熱交換器内に前記液媒を流通させるための液媒流通手段と、を備えることを特徴とする地中熱交換システム。 The underground heat exchanger according to claim 6,
A ground heat exchange system comprising: a fluid medium circulation means for circulating the fluid medium in the underground heat exchanger.
前記地中熱交換器用本体が地面に対して略鉛直となるように、前記先端ビットの尖端を、前記地面に立てた後、後端側から前記先端ビット側へ向かって、打圧又は押圧によって、前記地中熱交換器用本体に対して荷重を掛ける第1の工程と、
前記先端ビットが地中において回転されるように、前記地中熱交換器用本体を回転する第2の工程と、を備え、
前記第1の工程と前記第2の工程とを、同時に又は交互に行うこと特徴とする地中熱交換システムの施工方法。 It is the construction method of the underground heat exchange system in any one of Claims 7 thru | or 10,
After standing the tip of the tip bit on the ground so that the main body for an underground heat exchanger is substantially perpendicular to the ground, it is struck or pressed from the rear end side toward the tip bit side. , A first step of applying a load to the underground heat exchanger main body;
A second step of rotating the underground heat exchanger main body so that the tip bit is rotated in the ground,
The construction method for the underground heat exchange system, wherein the first step and the second step are performed simultaneously or alternately.
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