JP3196732U - 傾斜採熱管を用いた地中熱エネルギーの採熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】地中熱エネルギーを取り出す際の採熱効率を高め、システム全体のコストを低減する地中熱エネルギー採熱システムを提供する。【解決手段】地中に埋設した採熱管により熱媒を介して地中熱エネルギーを取出し、融雪の場合はその熱エネルギーを利用して雪を融かし、冷暖房に利用する場合はヒートポンプの熱源として利用する地中熱エネルギー採熱システムにおいて、複数の採熱管１ａ、１ｂを傾斜して埋設し、且つ、各採熱管は互いに地表に近い部分では近づき、地中深くになるにつれて互いに遠ざかるような放射状に配置する。採熱管の帯水層２に接する長さが長くなり、より効率良く熱を取り出すことができる。【選択図】図１

Description

本考案は、地中熱エネルギーを取出す際に地中に埋設する採熱管に関するものである。

冬期間の融雪や夏冬の冷暖房に用いることを目的として、自然エネルギー源のひとつである地中熱を有効活用することが、最近のエネルギー問題を背景として徐々に普及しつつある。
地中熱を利用するには、地中に埋設した採熱管により熱媒を介して地中熱エネルギーを取出し、融雪の場合はその熱エネルギーを利用して雪を融かし、冷暖房に利用する場合はヒートポンプの熱源として利用することが一般に行われている。

考案が解決しようとする課題

昨今地中熱の利用は、大型の公共施設などでは徐々に広まってはいるものの、戸建て住宅用としてはあまり普及していない。その理由は、性能面とコスト面において投資額に見合うほどの効果が発揮されていないことに起因する。従って、システム全体の効率をいかに上げるか、さらには、それをいかに低コストで提供するかが課題となっている。

課題を解決するための手段

戸建て住宅のような小規模で、しかも廉価に地中熱を有効利用するためには、地中の層の一部を形成する帯水層に含まれる地下水の熱エネルギーを主体に取り出して利用するのがもっとも効果的である。その理由は、水が持つ熱容量のほうが土や砂の層のそれよりも大きいこと、さらには、地下水には微速ではあるが流れがあり、同じ箇所で採熱しても新しいエネルギーの供給が期待できるからである。帯水層は一般的には比較的地中の浅い部分にも存在し、その一部は井戸水として昔から利用されている。

小規模な地下熱採熱システムにおいては、比較的浅い地層に存在する帯水層を有効活用するために、採熱管１本を地中深く埋設するよりも、必要とする熱量に見合った複数の採熱管を埋設するほうが採熱効率は向上する。その場合、採熱管は、互いに熱干渉を受けないようにある程度の間隔をおいて点在させる必要がある。

本考案は、複数の採熱管を従来から一般的に行っている垂直方向に埋設するのではなく、ある程度傾斜して埋設することとし、さらに、各採熱管は互いに地表に近い部分では近づき、地中深くになるにつれて遠ざかるような放射状に配置する形態とするものである。

考案の効果

本考案によって採熱管１本あたりの採熱量は、傾斜させることで従来の垂直の場合よりも帯水層に接する長さが長くなり、より効率良く熱を取り出すことができる。

さらに、従来の工法では、採熱管内に熱媒を循環させる際に、各採熱管どうしの熱干渉を避けるために必要な距離があるため、それらを繋ぐ連結管が長くなり、地中から取り出した熱エネルギーが地表部分で奪われて採熱効率を落とす欠点があった。本考案では、各採熱管を傾斜させてそれぞれ放射状に配置することで、地表部分では各採熱管は接近し、それらを繋ぐ連結管の配管距離が短くなるため熱を奪われることが少なくなり、採熱効率を向上することができる。また、各採熱管が地表部分で接近、集中するため配管工事が容易になることで工事費が低減でき、さらには、敷地の有効利用も可能となる。

図１は本考案を融雪に応用した場合の一例を示す断面図である。 図２は図１の平面図である。 図３は図１と同じ目的をもつ従来の方式の断面図である。

本考案は、地中熱を取り出すため地中に埋設する複数の採熱管を、地表に近い部分では互いに近づき、地中深くになるにつれて互いに遠ざかるように傾斜をつけて放射状に配置する。

図１は本考案を融雪に応用し、採熱管を４本とした実施例の断面図である。採熱管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、互いに地表に近い部分では近づき、地中深くなるにつれて互いに遠くなるような放射状に傾斜して配置し、帯水層２を通過して地中に埋設する。融雪槽３は底の部分に採熱管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの上部が位置するように設置し、さらに熱交換器４を設ける。採熱管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、熱交換器４（本図では２個）、および、融雪槽３の上部に設けた循環ポンプ５をそれぞれ連結管６で直列に連結して閉回路を構成し、循環ポンプ５を起動して熱媒（図示せず）を循環させる。融雪槽３の内部には予め水７を入れておき、熱交換器４からの熱を受けて水７は昇温する。雪８を融雪槽３内に適量投入すれば、水７によって雪８は次第に融けていく。

図３は融雪に応用した従来の実施例である。従来方式では、採熱管１ｅ、１ｆは垂直に埋設されているため、高い熱エネルギーを持つ帯水層２に接触する採熱管１ｅ、１ｆの長さが、本案の図１で示す傾斜して埋設した採熱管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄよりも短いので、採熱効率は本案のほうがよい。また、採熱管１ｅ、１ｆは互いに接近すると採熱効率が落ちるので間隔を空けなければならず、その結果、連結管６の距離が本案よりも全体に長くなるため、熱媒（図示せず）循環時に地表で熱がより多く奪われることになり、全体の効率は本案のほうがよい。

本考案は地中熱を取り出し、それをエネルギー源として冬期間の融雪や、ヒートポンプを設けて夏冬の冷暖房を行う場合などに利用される。

１ａ 採熱管
１ｂ 採熱管
１ｃ 採熱管
１ｄ 採熱管
１ｅ 採熱管
１ｆ 採熱管
２ 帯水層
３ 融雪槽
４ 熱交換器
５ 循環ポンプ
６ 連結管
７ 水
８ 雪

Claims (1)

1. 地中熱を取出すために埋設する複数の採熱管を、主に比較的浅い帯水層をターゲットとして、地表に近い部分では互いに近づき、地中深くになるにつれて互いに遠ざかるような放射状に傾斜して埋設する形態とすることで、採熱効率を向上させ、かつ、コストの低減化をはかり、さらには比較的狭い敷地での施工を可能とすることを特徴とする地中熱エネルギーの採熱システム。