JP4289849B2 - 熱交換杭 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
【０００１】
この発明は冷暖房及び給湯等の加熱及び熱交換に関しその余剰熱エネルギーを地中内に貯蓄し又利用する手段として、地上から打ち込む杭に熱交換機能を備えた技術に関する。
【従来の技術】
【０００２】
従来は比較的大型建築物で地下に蓄熱槽等の建造物を作り、冷氷水又は温水等の熱媒体を溜めて、冷暖房に使用されている。
又、一部には農作物のフレーム内で地中に土管を埋設して、この中にフレーム内の温風を送り込み加熱し、夜間の暖房の一助にしている所がある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年エネルギーの拡散による大気汚染が問題視されているが、太陽等の自然エネルギー又は生活上の余った熱エネルギー、たとえば風呂排水や冷暖房等の熱交換エネルギーを、そのまま捨てることなく身近に蓄えて、必要に応じて取り出せることができれば、問題の解決につながると考える。
そのエネルギーを蓄える場所として、地中が最適である。その理由として、地中には土壌と共に地下水が浸透しており、熱容量の大きい水を含んだ土壌自体が天然の蓄熱槽になりうる。又表土は断熱性が良く熱の拡散が少ない利点があるが、この地中を掘削により損なうことなく、熱交換機能を備えた杭を打ち込むことで簡単にそして効率よく熱を蓄え利用することが出来る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
熱伝導率が比較的高く、そして地中にて腐食しにくいステンレス鋼等の金属製のパイプ杭を使用。
内部を図１〜６のように熱媒体の循環路用にパイプ２ａまたは板材の仕切部材２ｂにて２分割し、杭の先端部位置に連通口１１を設ける。尚地中と熱交換する接触面を広くする為に図１〜２のように同じ材質の板材を矢羽根状に加工する。この杭を地中に打ち込み、地上の太陽熱や冷暖房等の熱交換熱源を冷温水又は冷媒ガス等の媒体を介してポンプ又は圧縮機にて移送、地中に打ち込まれた複数の熱交換杭内に循環させて熱を地中内に貯蓄し、必要に応じて熱を取りだして冷暖房等の熱源に供するものである。尚、地質が軟弱で地中深くに石やその他障害物の無い場所には、図３〜６のタイプの熱交換杭を使用することにより蓄熱範囲が広くとれ大型蓄熱槽としてのコスト低減になる。
又、地中が乾燥し水分が少ない場合は地上より散水補給する必要もある。
【発明の実施の形態】
【０００５】
この設備の設置に当たっては建築物の地下を利用することが望ましいが、農業フレームの地中も利用できる。まず熱交換杭を効率に見合った間隔で地中に碁盤状に並列に打ち込み集熱器（放熱器）に配管接続し、熱媒体を介してポンプ又は圧縮機にて循環させ地中に蓄熱する。こうして冬季は日中太陽熱により集熱した温水又はガス（冷媒）を打ち込んだ複数の熱交換杭に送って土壌内に蓄熱しておき、暖房の必要な時に放熱器に切り替えて使用する。
又夏季には冷房の不要な時間帯に外気と熱交換、冷やした媒体（冷媒）を地下に送り冷蔵庫又は冷凍庫として負の蓄熱を行う。そして冷房負荷時には逆に熱交換杭により冷やされた冷媒を放熱器に送り冷房を行う。
尚この夏期の場合は当初の低温蓄熱槽が冷房によって熱交換されあたためられ、温熱槽になるが、この温熱槽は給湯設備用の熱源になる為、冷房の不要な夜間等は給湯の熱源として利用できる。これを交互に切り替えることで熱の有効利用が図れる
【実施例】
【０００６】
第１の実施の形態としては図１及び図２のように、熱伝導の良い長尺板材の断面の中央部をW形に曲げ加工し、端部は熱交換板３として、これを２枚背中合わせに1対として、その中間に中仕切板２bを挟み、継目部１０を密閉接合し又、杭先端部を鋭角に閉塞された内部中仕切板２bの下方を連通させ、熱媒体の循環路8、９とすると、４枚羽板の熱交換抗となる。
【０００７】
第２の実施の形態としては、図３及び図４のように地中に埋没される２重管１．２aの先端部の連通口を循環路８.９としたハ゜イフ゜抗１の外周先端部や中間部に設けた複数の丁番５により、上向き垂直に可動連結された長尺の熱交換板３があり、又該熱交換板３の先端部には、水平より斜め先上がりの平板案内板４を設け、地中に挿入しやすいように丁番５にて折りたたみ可能とする。こうして地中に挿入した後に、 ハ゜イフ゜抗１を該熱交換板３の長さ分引き抜くことにより、該熱交換板３が、垂直から水平に、放射状に開くことが出来る。
【０００８】
又第３の実施の形態として、図５、図６のように、長尺の熱交換板３の先端を斜めに曲げた三角つばを案内板４として、ハ゜イフ゜抗１の周囲に固定した、３方のボルト６及びナット７にて可動連結したハ゜イフ゜抗１で該ハ゜イフ゜抗１を地中に定置挿入後、該ハ゜イフ゜抗１を少し右回転することにより、案内板４は周囲の土壁に食い込んで、抜き戻し事の熱交換板３を開きやすくすることが出来る。
【発明の効果】
【０００９】
１）地下の有効利用になる。
２）掘削して地盤を損なうことなく一般の杭と同様に打込むだけであり、工期の短縮と安価な設備費で熱の有効利用がはかれる。
３）熱を貯蓄できるため、冷暖房の熱源供給機器は小型化が可能である。
４）温泉地のような地温の高い所及び山間の傾斜地のように地下に伏流水のある場合は、天然のエネルギーとしてそのまま利用できる。
５）温熱蓄熱と低温蓄熱を２槽に分けた場合は、等価エネルギーの分離保存が可能。リスクの伴わない理想的なエネルギー有効利用ができる。
６）軟弱な地盤は比較的に地下水位が高く、又土壌中に水分を多く含む為に蓄熱に適し、杭も深く打込み可能であり、蓄熱容量の大型化が可能である。
７）規模のある程度大きい場合は年間を通じての蓄熱が可能であり、夏季に温熱蓄熱・冬季に低温蓄熱等別々に区分された場所に天然のエネルギーを貯えることができる。
８）打込杭は建造物のベースコンクリートの根巻きにより地盤強化に役立つ。
９）湿地帯等の軟弱な地盤に建築物を建てる場合は、地盤沈下防止に地中を凍土化することが可能である。
１０）天然エネルギーを活用できるため、二酸化炭素削減に役立ち、地球温暖化防止の一助になりうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ４枚羽根の熱交換杭の側断面図（X-X’）
【図２】 同上 の平断面図
【図３】 地中開羽型熱交換杭の側面図（一部開いた状態−点線）
【図４】 同上 の平面図
【図５】 同上（熱交換板と案内板が一体型）の側面図（一部開いた状態−点線）
【図６】 同上（熱交換板と案内板が一体型）の断面図
【符号の説明】
1. 枕本体 6. ボルト
2a. 内管（2重管） 7. ナット
2b. 中仕切板 8. 循環路（往）
3. 熱交換板 9. 循環路（還）
4. 案内板 10. 継ぎ目
5. 丁番 11. 連通口

Claims (2)

1. 熱伝導の良い金属の長尺板材の断面の中央部をＷ形に曲げ加工し、端部は熱交換板として、これを２枚背中合せに１対として、その中間に中仕切り板を挟み、継目部を密閉接合し、又杭先端部を鋭角に閉塞された内部に連通口を設けて熱媒体の循環路とした、４枚羽根の熱交換杭。
2. 地中に埋設される二重管又は、平板中仕切の付いたパイプ抗の内部先端部に連通口を設けて、熱媒体の循環路としたパイプ抗に関し、該パイプ抗の外周先端部や中間部に設けた複数の丁番に、上向き垂直に可動連結された、長尺の熱交換板があり、又該熱交換板の先端部に、水平より斜め先上がりの平板案内板を設け、地中に挿入した後に杭を該熱交換板の長さ分引き抜くことにより、該熱交換板が垂直から水平に、放射状に開くことを特徴とする地中開羽型の熱交換杭

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