【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中の熱を空気に伝達して空気利用部分で前記空気を利用するようにした地熱利用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空調等に地熱を利用する装置としては、地上から地中にパイプを敷設し、冬季の暖房と夏期の冷房とを補助するようにしたクール・ヒートチューブ方式の装置が一般的である（例えば特開昭５９−１５７４４３号公報参照）。又、このような装置では、１本の二重管のうちの内管を経由して内外管の隙間部分に空気を循環させることにより、空気の流速を上げて熱交換性を良くすると共に管の構造や埋設工事の簡略化を図った装置がある（例えば特開昭５９−１５７４４２号公報参照）。更に、地熱を取り入れた空気をくり石層に通してその中に蓄熱し、これから建物の室内に蓄熱空気を取り入れるようにした装置も提案されている（特開平１１−２２４２０４号公報参照）。
【０００３】
しかしながら、このような装置では、何れもパイプの外表面だけから地熱を取り入れているため、地中からの受熱量が少ない。又、外表面が通常地中の土や空気と接触しているだけであるため、外表面からパイプ材を介して内部の空気に熱が伝達するときの熱伝達率が低い。その結果、パイプ材やその埋設工事費用の割に熱利用量が少ないという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、地熱利用度の高い地熱利用装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、地中の熱を空気に伝達して空気利用部分で前記空気を利用するようにした地熱利用装置において、
前記地中に上下方向を含む方向に設けられた第１部分と第２部分とを備え前記第１部分と前記第２部分とが前記上下方向の両側で結合されて閉鎖状に形成され少なくとも殆どの部分が熱媒体液で充満された液保有体と、一方側に開口を備え他方側が前記空気利用部分に通じ中間部分が前記地中に入れられて前記第１部分のうちの少なくとも大部分を囲い前記空気を通過可能なように設けられた空気供給部材と、を有することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した地熱利用装置の全体構成の一例を示す。
本装置は、地中１の熱を空気に伝達して空気利用部分である例えば建物２の床下３でこの空気を利用するようにした装置であり、液保有体としての水管４と空気導通部材としての空気管５とを有する。
【０００７】
水管４は、地中１に上下Ｚ方向を含む方向に設けられた第１及び第２部分としての熱利用部分４１及び熱入出部分４２を備え、これらの両部分がＺ方向の両側として上側部分４１ａ、４２ａと下側部分４１ｂ、４２ｂとでそれぞれ上結合部分４３及び下結合部分４４によって結合されて閉鎖状に形成されている。そして、水管４の殆どの部分が熱媒体液として本例では水で充満されている。即ち、水管４に水を入れてほぼ完全に空気と置換している。なお、本装置が特別の寒冷地に設けられる場合等で水が凍結するおそれがあるときには、水に代えて不凍液を使用してもよい。
【０００８】
空気管５は、一方側に開口である空気入口５１を備え他方側５２が建物２に通じ中間部分が地中１に入れられて熱利用部分４１のうちの少なくとも大部分としてほぼ全体的にこの部分を囲い、地中の熱を伝達された空気を通過可能なように設けられている。即ち、熱利用部分４１のほぼ全体に対して、図１（ｂ）にも示すような二重管部５３を形成するように設けられている。
【０００９】
地中１としては、普通の家の庭程度の小規模ものから集合住宅等の中規模のものが主たる対象になる。本例では、空気管５の他方側５２が開口している建物２の部分に送風機２１を設け、これから建物２の床下３に空気管５を通過する空気を取り入れている。なお、送風機２１から建物の室等に適当に配管を設けて空気を供給してもよい。又、空気利用部分として、くり石層等を介在させて、空気を一度くり石層に入れ、この部分の蓄熱空気を建物に取り入れるようにしてもよい。
【００１０】
水管４としては、通常、水道管として使用される塩ビ管や、ポリエチレン等の合成樹脂管を使用することができる。又、亜鉛メッキ鋼管やアルミニウム管等の金属製管は熱伝達率が良いので、一層好都合に使用される。又、通常ストレート管が使用されるが、じゃばら管を使用してもよい。その場合には、コスト高にはるが、屈曲自在であるため埋設工事が容易になること、熱交換面積が拡大されると共に外側を通過する空気流に乱れが生ずるため熱交換性が良くなり、地熱の吸収率が向上する効果がある。
【００１１】
熱利用部分４１は、上下方向を含む部分であるが、本例では、上下のＺ方向部分及びこれから湾曲してＺ方向と横Ｘ方向とを合成した方向に設けられている。このＺ方向部分の距離は、本例では上から１〜２ｍの位置から５ｍ程度の所までの３〜４ｍ程度になっている。熱利用部分４１としては、例えばこの３〜４ｍ程度の鉛直部分だけでもよいが、本例では、二重管部分５３を適当な長さにするために、上記の如く斜め方向に延設されている。この部分は、後述するように出入りする地熱を利用する部分である。
【００１２】
熱入出部分４２も同様に上下方向を含む部分であるが、本例では、ほぼ上下のＺ方向に設けられている。この部分は、水と地中との間で熱が入出する部分である。即ち、中の水が低温であるときには地中から水に熱が伝わって水の温度が上がり、その反対のときには水の温度が下がる。なおこの部分も、必要に応じて傾斜していたり湾曲していてもよい。そして本例では、熱利用部分４１と同様にＺ方向に３〜４ｍの距離を持つように設けられている。
【００１３】
上下の結合部分４３、４４は、熱利用部分４１及び熱入出部分４２と別体としてこれらとねじ等の継手や接着や溶着等によって接続されていてもよいが、本例では、これらの部分を含んで全体として１本の管になっていて、図１（ｃ）にも示す如く、上端部分４１ａと上結合部分４３の一端側４３ａとが管継手４５で接続されている。
【００１４】
なお、水管４は、Ｚ方向を含む熱利用部分４１と熱入出部分４２とがあってこれらが結合され中の水が上下方向に動いて循環し得る構造のものでればよく、これらの部分と上下結合部分４３、４４との境界は明確に区別されている必要はない。
【００１５】
空気管５は、地上から地中に入れられて上下方向を持つ熱利用部分４１と二重管状に形成されるので、二重管部５３は下から上の方向に設けられる。この場合、地中に入った所から二重管形成部分までは適当な大きさの管で適当な状態で埋設されればよいが、本例では、二重管部分とほぼ同じ太さで単一の直管部５４にしている。なお、この中に空気の通過しない内管を入れ、空気が内外管の間をより大きい流速で通過するようにしてもよい。
【００１６】
この空気管５は、本例では、建物２の入口部に設けられた送風機２１の空気吸込側に開口することによって空気を通過可能な構造にされている。即ち、送風機２１の吸込み能力により、空気入口５１から流入した空気が直管部５４から二重管部５３を通って他方側５２まで通過することになる。なお、このような送風機は、空気入口５１側や空気管５の途中の適当な所に設けられてもよい。又、空調されたりガス暖房器具が使用される室等まで導設され、その室内の換気時に自動的に吸入されることによって空気が通過可能になっていてもよい。又、空気入口５１や出口は複数の位置に分岐されていてもよい。なお、二重管部５３は、本例では図示の如く熱利用部分４１だけを囲うようにされているが、ある程度の範囲まで上下結合部分４３、４４を囲うように設けられてもよい。
【００１７】
直管部５４の底部５４ａは、直管部内を流れる空気が冷えて結露したときの結露水の溜まる部分になっている。この部分には、底に小径の穴５４ｂが明いていて、結露水が地中１に排出されるようになっている。但し、地中１に地下水がある場合には、当然穴５４ｂは設けられない。そのときには、結露水の溜まり部分を大きくして、一定時期にハンドポンプ等を用いて溜められた結露水を吸い出すようにする。
【００１８】
二重管部分５３内でも結露水が発生する。この結露水は、二重管部分の底と熱利用部分４１との間に隙間を設けてこの隙間から排出される。地下水がある場合には、この部分をシールし、二重管部分５３の底部に溜まった結露水を直管部５４の底部５４ａに導き、その結露水と共に排出する。このような結露水は、空気を除湿すると共に、管に付着した空気中のゴミ等を随伴して管内を浄化する作用をなす。
【００１９】
図２は本発明の地熱利用装置が適用される地中の温度分布の一例を示す。
この例は、厳寒の冬季（１月）と酷暑の夏期（８月）の東京における一般的な地中温度分布を示している。このデータによれば、４〜５ｍ程度以上の深さの地中では、冬季も夏期も温度が変わらずほぼ一定の１５〜１６℃程度である。又、１．５ｍ程度の深さになれば、冬季及び夏期の温度が、地上表面の約２℃及び３０℃であるのに対して約１１℃及び２１℃であり、温熱源又は冷熱源として利用可能な温度になっている。
【００２０】
本発明の地熱利用装置は、上記のような地中に適用され、以下のような作用効果を発揮する。
図２の例によれば、冬季には、地中１の深さに対応した位置の温度が図３のようになる。そして、水管４内の水もそのような温度になるが、その温度分布は上が低く下が高く、従って上の水が重く下の水が軽く不安定であるため、自然対流が発生し、水温が均一化する傾向になる。この場合、二重管になっている熱利用部分４１では水の温度上昇が遅いので、熱入出部分４２より少し温度が低くなるため、図の矢印で示すような反時計方向の自然対流が生ずる。このような対流は僅かな温度差で発生するので、水管４内の水は全体としても１４〜１５℃程度の温度になる。
【００２１】
このような状態で人の操作により又は自動的に送風機２１が運転されると、空気入口５１から例えば５℃程度の外気が流入し、まず直管部５４を通過し、このとき通常の装置と同様に地中からの入熱によってある程度温度上昇し、続いて熱利用部分４１を囲っている二重管部５３に入り、この中で、通常の装置と同様に外側から地熱の伝達を受けると共に、水管の熱利用部分４１と接触し、温度が１４〜１５℃程度になっている水から十分な熱を吸収し、最終的に１０〜１３℃程度の温度になり、他方側５２から送風機２１に吸入されて床下３に吹き出される。
【００２２】
その結果、５℃程度の温度の空気が入っていた床下３が１０℃以上の空気で置換され、その上の居室等に対して十分な暖房補助効果を与えることになる。なお、このように暖気を、床下３の全体に入れるのではなく、図において二点鎖線で示すように、床３１の下に床下暖房用の仕切３２を設けて、その中に導入して床暖房用として使用してもよい。更に、その上の室３３にも入れて、夜間等に騒音のない適度な温度の暖房用として使用することができる。
【００２３】
以上のような本発明を適用した地熱利用装置によれば、通常の装置と同様に空気管５の外表面から地熱を取り入れられると共に、水管４が取り入れた地熱も空気管５内の空気に供給されるので、通常の装置の同程度の空気配管に較べて熱伝達効果が大幅に向上していて、上記の如く空気を十分高い温度まで上げることができる。
【００２４】
ここで、水管４の作用効果を更に説明すれば次のとおりである。水管４は、外気の導入がないときには、前記の如く緩やかな水の対流によって地熱を効率良く吸収して均一的に地中温度に近い温度になっていて、外気が導入されると、二重管部５３に対応する熱利用部分４１の水が外気に熱を与えることによって温度降下し、熱入出部分４２の水との間に温度差が生じ、図示のような反時計方向の対流が促進される。その結果、空気に熱を与えた水は熱入出部分４２で再び地中の熱を取り入れて上昇し、上結合部分４３を経由して再び熱利用部分４１に入り、対流による良好な熱吸収の循環系が形成される。
【００２５】
この場合、水管４の内側では、管壁と水とが密に接触しているためこれらの間の熱伝達性及び水内部の熱伝達性が良いので、熱入出部分４２における地熱の通過量が多いと共に、取り入れた熱を管外を流れる空気に良く伝達することができる。即ち、対流の利用と良好な熱伝達性とにより、上記の如く空気に十分な熱を与えることができる。
【００２６】
図４は本装置まわりの夏期における地中温度の状況を示す。
夏期には、水管４内の水は、上方で温度が高く下方で低いため、安定した温度分布状態にあり、従って、ほぼ地中１と同じ温度状態になっている。この状態で送風機２１が運転され、空気入口５１から例えば３０℃程度の外気が導入されると、この空気は直管部５４で地中の冷熱によってある程度温度降下し、続いて二重管部５３に入り、この中で、温度の低い地中に熱を放出すると共に、水管４と接触し、温度が１４〜１５℃になっている水に十分な熱を放出し、最終的に２２〜２３℃程度の温度になり、他方側５２から送風機２１に吸入されて床下３に吹き出される。
【００２７】
その結果、床下３を温度の低い状態に維持することができる。但し、夏期の場合には、床下等の下方部分は比較的温度の低い状態になっているので、本装置の２０℃程度の空気は、直接建物２内の室３３で利用されることが望ましく、そのようにすれば、夏期を中心としてある程度温度の高くなる季節において、十分な空調効果を発揮することができる。この場合、外気が冷却されるときに結露水が生成してこれが除去されるので、除湿効果も得られる。
【００２８】
以上のような本発明を適用した地熱利用装置によれば、夏期においても、通常の装置に較べて熱伝達効果が大きくなり、上記の如く空気の温度を十分低く下げることができる。この場合、水管４では、外気が導入されて二重管部５３に対応する熱利用部分４１の水が外気の熱を奪って温度上昇すると、熱入出部分４２の水との間で温度差が生じ、図示のような時計方向の対流による水循環が生じる。その結果、空気の熱を取った水は熱入出部分４２で再び地中の熱を放出して温度降下し、下結合部分４４を経由して再び熱利用部分４１に入り、対流による良好な熱放出の循環系が形成される。この場合、水管４の良好な熱伝達性と対流の利用とにより、上記の如く空気から十分な熱を取ることができる。
【００２９】
なお、図１では水管４を通常の管として示したが、水管４の熱利用部分４１のうちの少なくとも大部分を図５に示すようなじゃばら管４１Ａやフィン付き管４１Ｂにすれば、地熱の利用性を更に向上させることができる。この場合、じゃばら管やフィン付き管は形状が複雑であるが、二重管部５３の中に入れられるので、強度的な問題が生じたり埋設工事がやり難くなるというようなことはない。
【００３０】
以上のような熱利用装置は、送風機２１を発停させるだけで運転することができ、その操作は極めて簡単である。又、通常の空気配管にループ状の水管を組み合わせただけの装置であるから、設備費用が高くなるということはない。そして、設備費用の割に十分な地熱利用効果を得ることができる。
【００３１】
なお以上では、熱保有体及び空気供給部材が通常の管材である例について説明したが、例えば図６に示す如く、円筒状等の液保有容器６及び空気ダクト７を含むような形状のもの等、熱利用装置の構成部材が通常の管材以外の構造のものであってもよい。図６の装置では、水は両方向の矢印で示す何れかの方向に循環し、空気は一方向の矢印で示す方向に流れる。このように装置でも、水の対流を利用した良好な熱交換性を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、地中に上下方向を含む方向に第１部分及び第２部分が設けられ、これらの両部分が上下方向の両側で結合されて閉鎖状に形成され、少なくとも殆どの部分が熱媒体液で充満された液保有体を設けるので、第１部分の熱媒液と第２部分の熱媒液との間で温度差が生じると、熱媒液が比重差によって上下方向に移動する対流が生じ、熱媒液を循環させることができる。そして、第１部分の熱媒液に放熱又は吸熱作用をさせれば、第２部分の熱媒液と同程度の温度であった第１部分の熱媒液の温度が低下又は上昇し、両熱媒液の温度に差が生じる。その結果、熱媒液の循環と、循環中に第２部分で熱媒液に地中から吸熱させたり地中に放熱させることができる。
【００３３】
そして、一方側に開口を備え他方側が建物等の空気利用部分に通じ中間部分が地中に入れられて液保有体の上記第１部分のうちの少なくとも大部分を囲い空気を通過可能なように空気供給部材を設けているので、一方側の開口から空気を取り入れ、地中に入れられた部分で地熱と熱交換させ、取り入れた空気の温度と地中の温度との差により、空気に吸熱させたり空気から地中に放熱させることができると共に、地中で第１部分のうちの少なくとも大部分を囲うことにより、この囲った部分により、更に吸熱又は放熱効果を得ることができる。
【００３４】
この場合、空気供給部材の中間部分が第１部分を囲っているので、外側が地中と接触していると共に内側に液保有体があるので、空気供給部材を通過する空気は、この両側から吸熱又は放熱作用を受けることができる。そして、この吸熱又は放熱により、第１部分と第２部分の熱媒液の間に温度差が生じるため、これらの間で対流による水循環が生じ、第１部分で吸熱又は放熱を受けた水が第２部分で効果的にその反対の作用を受け、連続的に空気を加熱又は冷却することができる。
【００３５】
又、液保有体の中では、その壁面と熱媒液とが密に接触しているためこれらの間の熱伝達性及び熱媒液内部の熱伝達性が良いので、地熱を良く取り入れると共に、取り入れた熱を外面を流れる空気に良く伝達することができる。即ち、対流の利用と良好な熱伝達性とにより、上記の如く空気に十分な熱交換効果を付与をすることができる。その結果、空気を十分な暖気又は冷気にして、床下暖房、換気用もしくは空調補助用の空気として、更に直接空調用の空気として、広く利用することができる。
【００３６】
そして、以上のような地熱利用装置は、例えば通常の空気配管とループ状の水配管とを組み合わせだけの構成のものであるから、構造がそれ程複雑でなく、工事も簡単なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明を適用した地熱利用装置の全体構成の一例を示す説明図で、（ｂ）は２重管部の断面図、（ｃ）は水管の継手部分の断面図である。
【図２】上記装置を適用できる地中の地熱温度分布の一例を示す説明図である。
【図３】上記装置の冬季の運転状態を示す説明図である。
【図４】上記装置の夏期の運転状態を示す説明図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は水管の水利用部分の他の例を示す説明図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明を適用した地熱利用装置の全体構成の他の例を示す説明図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢示図である。
【符号の説明】
１ 地中
２ 建物（空気利用部分）
３ 床下（空気利用部分）
４ 水管（液保有体）
５ 空気管（空気供給部材）
４１ 熱利用部分（第１部分）
４２ 熱入出部分（第２部分）
４１ａ、４２ａ 上側部分（両側）
４１ｂ、４２ｂ 下側部分（両側）
５１ 空気入口（開口）
５２ 他方側
Ｚ 上下方向[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a geothermal utilization device that transmits underground heat to air and uses the air in an air utilization portion.
[0002]
[Prior art]
A device that uses geothermal heat for air conditioning or the like is generally a cool heat tube type device that lays pipes from the ground into the ground to assist in heating in the winter and cooling in the summer (for example, special (See Kaiho 59-157443). Also, in such a device, air is circulated through the inner pipe of one double pipe to the gap portion of the inner and outer pipes, thereby increasing the air flow rate and improving heat exchange and the pipe. There is a device that simplifies the structure and the burial work (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-157442). Furthermore, an apparatus has also been proposed in which air containing geothermal heat is passed through a garnet layer to store heat therein, and the stored air is then taken into the building interior (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-224204).
[0003]
However, in such devices, since geothermal heat is taken only from the outer surface of the pipe, the amount of heat received from the ground is small. Further, since the outer surface is usually only in contact with the soil or air in the ground, the heat transfer rate when heat is transferred from the outer surface to the internal air via the pipe material is low. As a result, there is a problem that the amount of heat utilization is small for the pipe material and its burial cost.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
This invention solves the said problem in a prior art, and makes it a subject to provide the geothermal utilization apparatus with high geothermal utilization.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a geothermal heat utilization apparatus that transmits heat in the ground to air and uses the air in an air utilization portion.
A first portion and a second portion provided in a direction including the vertical direction in the ground, wherein the first portion and the second portion are coupled on both sides in the vertical direction and are formed in a closed shape, at least almost A liquid carrier filled with a heat transfer medium, an opening on one side, the other side leading to the air utilization part and an intermediate part placed in the ground, and at least most of the first part And an air supply member provided so as to allow the air to pass therethrough.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of the overall configuration of a geothermal utilization apparatus to which the present invention is applied.
This device is a device that transmits heat of the underground 1 to the air and uses this air, for example, under the floor 3 of the building 2 that is an air utilization part. And an air pipe 5 as
[0007]
The water pipe 4 includes a heat utilization part 41 and a heat input / output part 42 as first and second parts provided in the underground 1 in a direction including the vertical Z direction, and both these parts are upper part as both sides in the Z direction. 41a and 42a and lower part 41b and 42b are couple | bonded by the upper coupling | bond part 43 and the lower coupling | bond part 44, respectively, and are formed in closed shape. And most parts of the water pipe 4 are filled with water as a heat medium liquid in this example. That is, water is put into the water pipe 4 and is almost completely replaced with air. In addition, when there is a possibility of water freezing when the apparatus is provided in a special cold region, an antifreeze liquid may be used instead of water.
[0008]
The air pipe 5 has an air inlet 51 which is an opening on one side, the other side 52 communicates with the building 2 and an intermediate portion is put into the ground 1 so that at least most of the heat utilization portion 41 is almost entirely It is provided so as to be able to pass through the air that has been transferred to the ground by enclosing the part. That is, it is provided so that the double pipe part 53 as shown in FIG.
[0009]
The underground 1 is mainly targeted for small-scale buildings such as ordinary home gardens to medium-sized ones such as apartment houses. In this example, the blower 21 is provided in the part of the building 2 where the other side 52 of the air pipe 5 is open, and air passing through the air pipe 5 is taken into the floor 3 of the building 2 from now on. Note that air may be supplied from the blower 21 by appropriately providing piping in a building room or the like. Further, as a part using air, a conical stone layer or the like may be interposed so that air is once introduced into the conical stone layer, and the heat storage air of this part may be taken into the building.
[0010]
As the water pipe 4, a polyvinyl chloride pipe used as a water pipe or a synthetic resin pipe such as polyethylene can be used. Also, metal pipes such as galvanized steel pipes and aluminum pipes have a good heat transfer rate, and are therefore more conveniently used. Moreover, although a straight pipe is usually used, a loose pipe may be used. In that case, the cost is high, but since it is flexible, the burial work becomes easy, the heat exchange area is expanded, and the air flow passing outside is disturbed, resulting in improved heat exchange. This has the effect of improving the absorption rate of geothermal heat.
[0011]
The heat utilization portion 41 is a portion including the vertical direction, but in this example, the heat utilization portion 41 is provided in the upper and lower Z direction portions and the direction that is curved from this and combines the Z direction and the lateral X direction. In this example, the distance of the Z direction portion is about 3 to 4 m from the position of 1 to 2 m from the top to about 5 m. The heat utilization part 41 may be only a vertical part of about 3 to 4 m, for example, but in this example, in order to make the double pipe part 53 have an appropriate length, it is extended in an oblique direction as described above. Yes. This part is a part that uses geothermal heat to enter and exit as will be described later.
[0012]
Similarly, the heat input / output portion 42 includes a vertical direction, but in this example, the heat input / output portion 42 is provided substantially in the vertical Z direction. This part is where heat enters and exits between the water and the ground. That is, when the temperature of the water inside is low, heat is transferred from the ground to the water to raise the temperature of the water, and vice versa. This portion may be inclined or curved as necessary. And in this example, it is provided so that it may have a distance of 3-4 m in the Z direction like the heat utilization part 41.
[0013]
The upper and lower coupling portions 43 and 44 may be connected to the heat utilization portion 41 and the heat input / output portion 42 separately from each other by a joint such as a screw, adhesion, welding, or the like. As shown in FIG. 1C, the upper end portion 41 a is connected to the one end side 43 a of the upper coupling portion 43 by a pipe joint 45.
[0014]
The water pipe 4 may have a heat utilization part 41 including the Z direction and a heat input / output part 42, which are connected to each other so that the water inside can move and circulate in the vertical direction. And the upper and lower coupling portions 43 and 44 need not be clearly distinguished from each other.
[0015]
Since the air pipe 5 is formed into a double tubular shape with the heat utilization part 41 having an up-and-down direction that is put into the ground from the ground, the double pipe portion 53 is provided in the upward direction from the bottom. In this case, it is only necessary to embed an appropriate size of the pipe from the place where it entered the ground to the double pipe formation part, but in this example, the single pipe is almost the same thickness as the double pipe part. One straight pipe portion 54 is provided. In addition, an inner pipe through which air does not pass may be inserted, and air may pass between the inner and outer pipes at a higher flow rate.
[0016]
In this example, the air pipe 5 has a structure capable of passing air by opening to the air suction side of the blower 21 provided at the entrance of the building 2. That is, due to the suction capability of the blower 21, the air flowing in from the air inlet 51 passes from the straight pipe portion 54 to the other side 52 through the double pipe portion 53. Such a blower may be provided at an appropriate place on the air inlet 51 side or in the middle of the air pipe 5. Further, it may be led to a room or the like where air conditioning or a gas heater is used, and air may be allowed to pass by being automatically inhaled when the room is ventilated. Further, the air inlet 51 and the outlet may be branched into a plurality of positions. In addition, although the double pipe part 53 surrounds only the heat utilization part 41 as shown in the figure in this example, it may be provided so as to surround the upper and lower coupling parts 43 and 44 to some extent.
[0017]
The bottom portion 54a of the straight pipe portion 54 is a portion where condensed water accumulates when the air flowing through the straight pipe portion cools and forms dew. In this portion, a small-diameter hole 54b is formed at the bottom so that condensed water is discharged into the ground 1. However, when there is underground water in the underground 1, the hole 54b is not provided. At that time, the portion where the condensed water is accumulated is enlarged, and the condensed water collected using a hand pump or the like is sucked out at a fixed time.
[0018]
Condensed water is also generated in the double pipe portion 53. The condensed water is discharged from the gap by providing a gap between the bottom of the double pipe portion and the heat utilization portion 41. If there is groundwater, this portion is sealed, and the condensed water accumulated at the bottom of the double pipe portion 53 is guided to the bottom 54a of the straight pipe portion 54 and discharged together with the condensed water. Such condensed water dehumidifies the air and purifies the inside of the pipe accompanied by dust in the air attached to the pipe.
[0019]
FIG. 2 shows an example of the temperature distribution in the ground to which the geothermal utilization apparatus of the present invention is applied.
This example shows a general underground temperature distribution in Tokyo in the extremely cold winter season (January) and the intensely hot summer season (August). According to this data, in the ground of a depth of about 4 to 5 m or more, the temperature is about 15 to 16 ° C. which is substantially constant without changing the temperature in winter and summer. Also, if the depth is about 1.5 m, the temperature in winter and summer is about 11 ° C and 21 ° C compared to about 2 ° C and 30 ° C on the ground surface. The temperature is available.
[0020]
The geothermal utilization apparatus of the present invention is applied to the ground as described above and exhibits the following effects.
According to the example of FIG. 2, the temperature at the position corresponding to the depth of the underground 1 is as shown in FIG. 3 in winter. And the water in the water pipe 4 also has such a temperature, but its temperature distribution is low on the top and high on the bottom, so the top water is heavy and the bottom water is light and unstable, so natural convection occurs, The water temperature tends to become uniform. In this case, since the temperature rise of water is slow in the heat utilization part 41 which is a double pipe, the temperature is slightly lower than that in the heat input / output part 42, and thus natural convection in the counterclockwise direction as shown by the arrows in the figure occurs. . Since such convection occurs with a slight temperature difference, the water in the water pipe 4 has a temperature of about 14 to 15 ° C. as a whole.
[0021]
When the blower 21 is operated by a human operation or automatically in such a state, outside air of, for example, about 5 ° C. flows from the air inlet 51 and first passes through the straight pipe portion 54. Similarly, the temperature rises to some extent due to heat input from the ground, and then enters the double pipe portion 53 that surrounds the heat utilization portion 41, and receives heat from outside as in a normal device. Then, it contacts the heat utilization part 41 of the water pipe, absorbs sufficient heat from the water whose temperature is about 14 to 15 ° C., finally reaches a temperature of about 10 to 13 ° C., and blower 21 from the other side 52 Inhaled and blown out under the floor 3.
[0022]
As a result, the underfloor 3 in which the air at a temperature of about 5 ° C. is contained is replaced with air at 10 ° C. or higher, and a sufficient heating assist effect is given to the room and the like above it. The warm air is not introduced into the entire underfloor 3 in this way, but as shown by a two-dot chain line in the figure, a partition 32 for underfloor heating is provided under the floor 31 and introduced into the floor to introduce the floor. It may be used for heating. Furthermore, it can also be put into the room 33 above it and used for heating at an appropriate temperature without noise at night.
[0023]
According to the geothermal heat application apparatus to which the present invention is applied as described above, geothermal heat can be taken from the outer surface of the air pipe 5 as in a normal apparatus, and the geothermal heat taken by the water pipe 4 is also supplied to the air in the air pipe 5. Therefore, the heat transfer effect is greatly improved as compared with the air piping of the same level as that of a normal apparatus, and the air can be raised to a sufficiently high temperature as described above.
[0024]
Here, the operation and effect of the water pipe 4 will be further described as follows. When the outside air is not introduced, the water pipe 4 efficiently absorbs the geothermal heat by the gentle water convection as described above, and is uniformly close to the underground temperature. The water in the heat utilization part 41 corresponding to the pipe part 53 drops in temperature by giving heat to the outside air, and a temperature difference is generated between the water in the heat input / output part 42 and the counterclockwise convection as shown is promoted. Is done. As a result, the water that has given heat to the air rises again by taking in heat from the ground at the heat input / output part 42, enters the heat utilization part 41 again via the upper coupling part 43, and absorbs good heat by convection. A circulatory system is formed.
[0025]
In this case, since the pipe wall and water are in close contact with each other inside the water pipe 4, the heat transfer between them and the heat transfer inside the water are good. In addition, it can transfer the heat it has taken to the air flowing outside the tube. That is, sufficient heat can be given to the air as described above by using convection and good heat transfer.
[0026]
FIG. 4 shows the state of the underground temperature around the device in summer.
In the summer, the water in the water pipe 4 has a stable temperature distribution because the temperature is high at the upper side and low at the lower side. Therefore, the water temperature is almost the same as that of the underground 1. When the blower 21 is operated in this state and outside air of about 30 ° C., for example, is introduced from the air inlet 51, the temperature of the air drops to some extent due to the cold in the ground in the straight pipe portion 54, and then the double pipe portion 53. In this, in addition to releasing heat into the low temperature ground, it is in contact with the water pipe 4 and releases sufficient heat to the water whose temperature is 14 to 15 ° C., and finally 22 to 23 The temperature reaches about 0 ° C., and is sucked into the blower 21 from the other side 52 and blown out to the floor 3.
[0027]
As a result, the underfloor 3 can be maintained at a low temperature. However, in the summer, the lower part such as under the floor is in a relatively low temperature state, so it is desirable that the air of about 20 ° C. of this apparatus is directly used in the room 33 in the building 2. In such a case, a sufficient air-conditioning effect can be exhibited in a season in which the temperature rises to some extent, mainly in the summer. In this case, since dew condensation water is generated and removed when the outside air is cooled, a dehumidifying effect is also obtained.
[0028]
According to the geothermal utilization apparatus to which the present invention as described above is applied, the heat transfer effect is increased even in the summer compared to a normal apparatus, and the temperature of the air can be lowered sufficiently as described above. In this case, in the water pipe 4, when the outside air is introduced and the water in the heat utilization part 41 corresponding to the double pipe part 53 takes away the heat of the outside air and the temperature rises, there is a temperature difference with the water in the heat input / output part 42. This causes water circulation by clockwise convection as shown. As a result, the water that has taken the heat of the air again releases the underground heat at the heat input / output portion 42 and drops in temperature, enters the heat utilization portion 41 again via the lower coupling portion 44, and has good heat due to convection. A circulatory system of discharge is formed. In this case, sufficient heat can be taken from the air as described above by the good heat transfer property of the water pipe 4 and the use of convection.
[0029]
In FIG. 1, the water pipe 4 is shown as a normal pipe. However, if at least most of the heat utilization part 41 of the water pipe 4 is made into a loose pipe 41A or a finned pipe 41B as shown in FIG. Usability can be further improved. In this case, the shape of the jagged tube or the finned tube is complicated, but since it is put in the double tube portion 53, there is no problem of strength or burial work is difficult.
[0030]
The heat utilization apparatus as described above can be operated simply by starting and stopping the blower 21, and its operation is extremely simple. In addition, since the apparatus is simply a combination of a looped water pipe and a normal air pipe, the equipment cost does not increase. And the geothermal utilization effect sufficient for the equipment cost can be obtained.
[0031]
In the above, an example in which the heat holding body and the air supply member are ordinary pipes has been described. However, as shown in FIG. 6, for example, a cylindrical shape or the like including a liquid holding container 6 and an air duct 7 or the like. The structural member of the heat utilization device may have a structure other than a normal tube material. In the apparatus of FIG. 6, water circulates in either direction indicated by a double arrow, and air flows in a direction indicated by a unidirectional arrow. Thus, even in the apparatus, it is possible to obtain a good heat exchange property using water convection.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the first portion and the second portion are provided in a direction including the vertical direction in the ground, and these two portions are joined on both sides in the vertical direction to form a closed shape. Since the liquid holder filled with the heat transfer medium is provided, if a temperature difference occurs between the heat transfer liquid of the first part and the heat transfer liquid of the second part, the heat transfer liquid moves up and down due to the difference in specific gravity. Convection moving in the direction is generated, and the heat transfer liquid can be circulated. Then, if the heat transfer fluid of the first part is allowed to dissipate heat or absorb heat, the temperature of the heat transfer liquid of the first part, which is the same temperature as the heat transfer liquid of the second part, decreases or increases, A difference occurs in the temperature of the heat transfer fluid. As a result, the heat medium liquid can be circulated, and the heat medium liquid can absorb heat from the ground or dissipate into the ground at the second portion during the circulation.
[0033]
An opening is provided on one side, and the other side leads to an air-utilizing part such as a building, so that an intermediate part is placed in the ground so that at least most of the first part of the liquid holder can be enclosed and air can pass therethrough. Since an air supply member is provided, air is taken in from the opening on one side, heat is exchanged with geothermal heat in the part placed in the ground, and the air absorbs heat due to the difference between the temperature of the taken air and the temperature in the ground. In addition, the heat can be radiated from the air to the ground, and by enclosing at least most of the first portion in the ground, a further heat absorption or heat radiation effect can be obtained by the enclosed portion.
[0034]
In this case, since the middle part of the air supply member surrounds the first part, the outside is in contact with the ground and the liquid holder is present on the inside, so the air passing through the air supply member is from both sides. Can receive heat absorption or heat dissipation. And, because of this heat absorption or heat dissipation, a temperature difference occurs between the heat transfer fluid of the first part and the second part, so that water circulation by convection occurs between them, and the water that has received heat absorption or heat dissipation in the first part is The second part can be effectively subjected to the opposite action and the air can be continuously heated or cooled.
[0035]
In addition, in the liquid carrier, since the wall surface and the heat transfer fluid are in close contact with each other, the heat transfer between them and the heat transfer inside the heat transfer fluid are good, so that the geothermal heat is taken in well, The incorporated heat can be transferred well to the air flowing on the outer surface. That is, sufficient heat exchange effect can be imparted to the air as described above by using convection and good heat transfer. As a result, the air can be sufficiently heated or cooled to be widely used as air for underfloor heating, ventilation or air conditioning assistance, and further as air for direct air conditioning.
[0036]
The geothermal utilization device as described above has, for example, a combination of a normal air pipe and a loop-shaped water pipe, so that the structure is not so complicated and the construction is simple.
[Brief description of the drawings]
1A is an explanatory diagram showing an example of the overall configuration of a geothermal utilization apparatus to which the present invention is applied, FIG. 1B is a sectional view of a double pipe portion, and FIG. 1C is a sectional view of a joint portion of a water pipe; It is.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of an underground geothermal temperature distribution to which the above apparatus can be applied.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a winter operation state of the apparatus.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a summer operation state of the apparatus.
FIGS. 5A and 5B are explanatory views showing another example of the water use portion of the water pipe. FIGS.
FIGS. 6A and 6B are explanatory views showing another example of the overall configuration of the geothermal utilization apparatus to which the present invention is applied, and FIG. 6B is a view taken along line AA in FIG. .
[Explanation of symbols]
1 Underground 2 Building (use of air)
3 Under the floor (part using air)
4 Water pipe (liquid holding body)
5 Air pipe (air supply member)
41 Heat utilization part (first part)
42 Heat input / output part (second part)
41a, 42a Upper part (both sides)
41b, 42b Lower part (both sides)
51 Air inlet (opening)
52 Other side Z Vertical direction
