JP5921891B2

JP5921891B2 - 地中熱源ヒートポンプ用のパネル型熱交換器

Info

Publication number: JP5921891B2
Application number: JP2012008531A
Authority: JP
Inventors: 滋越後; 盛勝俣; 光夫磯
Original assignee: Kawada Industries Inc
Current assignee: Kawada Industries Inc
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: JP2013148256A

Description

本発明は、従来のものよりも、費用抑制や工期短縮等の点において大きな利点をもたらすことができる、地中熱源ヒートポンプシステムにおいて利用される地中埋設型の熱交換器に関する。

従来より、地中熱をヒートポンプの熱源として利用する地中熱源ヒートポンプシステムが知られている。地中熱源ヒートポンプシステムは、地中の温度が、季節に関わりなく１５℃前後に保たれていることに着目し、夏は地中熱を冷熱源（ヒートシンク）として、冬は地中熱を温熱源（ヒートソース）として、それぞれ空調・給湯・融雪等の熱源として利用するものである。特に、近年、地中熱源ヒートポンプシステムは、環境問題への意識の高まりと共に、二酸化炭素の排出量が少なく、節電効果が非常に高い再生可能エネルギー利用技術として注目を集めてきている。

ところで、このような地中熱源ヒートポンプシステムの実施態様の一つとして、従来より、長尺（１００ｍ程度）のＵ字型パイプを熱交換器として地中に埋設し、このＵ字型パイプ内に流す液媒（液媒体）によって、地中との熱交換を行い、ヒートポンプの熱源として利用するシステムが知られている。

しかしながら、このようなシステムでは、Ｕ字型パイプを地中深くに埋設する必要があるため、掘削工事や埋設工事等に膨大な費用を必要とするという問題があった。

本願発明者は、このような実情のもと、Ｕ字型パイプが有する問題を解消することができる地中埋設型の熱交換器について鋭意検討を重ねた。その結果、本願発明者は、鋼板と、当該鋼板の片側面に付設されたコンクリート層と、当該コンクリート層内に埋設されたパイプとからなるパネル型の熱交換器によって、以上のような問題を解決することができるという知見を得、本発明を創作するに至った。

なお、本発明を出願するにあたって、本願発明者や出願人において過去の特許文献等を調査したところ、地中熱源ヒートポンプシステムに関し、下記の文献を発見することができたが、本発明に係る技術的思想等を詳述した特許文献については発見することができなかった。

特開２００９−２５０５８１号公報

本発明は、従来のものよりも、費用抑制や工期短縮等の点において大きな利点をもたらすことができる、地中熱源ヒートポンプシステムにおいて利用される地中埋設型の熱交換器を提供することを目的とする。

そのための手段として、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用のパネル型熱交換器は、鋼板と、当該鋼板の片側面に付設されたコンクリート層と、当該コンクリート層内に埋設されたパイプとからなるパネル型の熱交換器であって、前記鋼板は、前記コンクリート層が付設された面とは反対側の面に、プレート状のリブを複数有しており、前記パイプは、その内部を通る液媒を、パネル型熱交換器の外から取り入れるための取入口と、当該取入口から取り入れた液媒を、パネル型熱交換器の外に放出するための放出口とを有していることを特徴としている。

また、以上の場合において、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用のパネル型熱交換器は、前記パイプが、直管と曲管との組合せによって構成されていることを特徴としており、さらに、前記取入口と前記放出口とが、前記コンクリート層の同一側面上に設けられていることも特徴としている。

さらに、以上の場合において、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用のパネル型熱交換器は、前期鋼板の前記コンクリート層が付設された面、及び／又は、前記コンクリート層が付設された面とは反対側の面の大きさが、１０００ｍｍ〜３０００ｍｍの範囲内にあり、かつ、コンクリート層の厚さが４０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内にあることも特徴としている。

本発明によれば、従来のものよりも、費用抑制や工期短縮等の点において大きな利点をもたらすことができる、地中熱源ヒートポンプシステムにおいて利用される地中埋設型の熱交換器を提供することができる。

本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用のパネル型熱交換器１の外観図。パネル型熱交換器１の実施形態の一例を示す図。パネル型熱交換器１の実施形態の一例を示す図。パネル型熱交換器１の実施形態の一例を示す図。パネル型熱交換器１の実施形態の一例を示す図。

以下、本発明に係る地中熱源ヒートポンプ用のパネル型熱交換器を実施するための形態について説明する。図１は、本実施形態に係るパネル型熱交換器１を示したものである。このパネル型熱交換器１は、図示されているように、基本的に、鋼板２と、鋼板２の片側面に付設されたコンクリート層３と、コンクリート層３内に埋設されたパイプ４とから構成されている。

鋼板２は、コンクリート層３が付設された面とは反対側の面に、プレート状のリブ５を複数有している。また、ここでは図示されないが、鋼板２には、コンクリート層３が付設される面側に、鋼板２とコンクリート層３とのズレを防止すると共に、これらを合成化してその剛性を高めることを目的とした突設部も複数設けられている。

パイプ４は、熱交換に利用される液媒（液媒体）を通すためのものであって、その内部を通る液媒を、パネル型熱交換器１の外から取り入れるための取入口６と、取入口６から取り入れた液媒を、パネル型熱交換器１の外に放出するための放出口７とを有している。なお、パイプ４については、熱交換効率を高めるため、熱伝導率の良い鋼鉄製とすることが好ましい。

そして、以上のような構成をしたパネル型熱交換器１は、地中に埋設されて、地中熱源ヒートポンプ用の熱交換器として利用されると同時に、鋼板とコンクリート層という強度のある合成材という特徴を活かし、建築・土木用の建材として利用できるようになっている。

具体的には、図２に示したように複数のパネル型熱交換器１を並べて、パネル型熱交換器１の鋼板２側を土壌と接する側とし、図３に示したように、金属枠８で固定して、基礎地盤における土止めの壁として利用したり、図４に示したような建築物の地下室の外壁面として利用したりする方法が考えられる。また、図５に示したような斜面９の擁壁として利用したりする方法も考えられ、パネル型熱交換器１は、垂直に立てた状態で利用する以外にも、斜めにした状態で利用することも可能である。

なお、この場合において、リブ５は、鋼板２を補強し、パネル型熱交換器１全体の剛性を高めると共に、熱交換時の放熱板（フィン）として機能するという役割も有することになる。また、リブ５は、そのプレート面が水平方向を向くように配置されて、地中に埋設されることになるため、埋設後、パネル型熱交換器１の横ズレを防止するという機能も有することになる。

また、以上の実施形態において、取入口６と放出口７とは、図１や図２に示されているように、コンクリート層３の同一側面上に設けられていることが好ましい。また、ここでは図示されないが、取入口６と放出口７との端部には、公知の接続部材を利用できるように、それぞれネジ山が切られていることが好ましい。これらは、このような構成とすることで、隣り合うパネル型熱交換器１のパイプ４同士の接続を容易に行うことができるからである。さらに、この場合において、前記の接続部材として、蛇腹管等の可撓性のパイプを使用することが好ましい。これは、このような構成とすることで、地震や不等沈下などによって、万が一、パネル型熱交換器１の位置がズレてしまった場合であっても、隣り合うパネル型熱交換器１へと、パイプ４を介して問題なく熱媒を流し続けることができるからである。

さらに、以上の実施形態において、パイプ４は、図１や図２に示されているように、直管と曲管との組合せによって蛇行するように構成されていることが好ましい。これは、このような構成とすることで、地中の熱とパイプ４内の液媒との熱交換が効率良く行われ、パネル型熱交換器１が熱交換器としての機能を十分に発揮することができるからである。なお、パイプ４の構成については、当然ながら本実施形態で示したものに限定されることは無く、例えば、渦巻形などにすることも可能である。

また、以上の実施形態において、鋼板２は、そのコンクリート層３が付設される面、及び／又は、コンクリート層３が付設される面とは反対側の面の大きさが、１０００ｍｍ〜３０００ｍｍの範囲内にあり、かつ、コンクリート層３は、その厚さが４０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内にあることが好ましい。これは、このような構成とすることで、図３〜図５で示したような利用方法等において、建材として取り扱いやすく、特に利用し易い大きさ、重さ、強度等を有することになるからである。

なお、本実施形態において、パイプ４は、鋼板２に密接している必要がある。これは、パネル型熱交換器１において、鋼板２の側が熱交換を行う面となるため、パイプ４を鋼板２に密着させることにより、より効率よく熱交換が行われることが期待できるからである。

なお、本発明は、当然ながら、以上の実施形態で説明したパネル型熱交換器１や、図示されたパネル型熱交換器１に限定されるものではなく、また、本発明の範囲には、本発明の技術的思想が具現化されたものも含まれるものとする。

本発明に係るパネル型熱交換器１は、以上のような構成となっており、地中に埋設された際、熱伝導率の低いコンクリート層３側が、地下室等の地下空間側に面することになるため、本発明に係るパネル型熱交換器１を利用すれば、パイプ４内における液媒の熱エネルギーの損失が少なく、効率良く熱交換を行うことができる。

また、本発明に係るパネル型熱交換器１は、その単体を埋設前にユニットとして並べてモジュール化することができ、これにより地中への埋設作業の効率を高めることができる。また、モジュール化する際に、パネル型熱交換器１を、直列や並列、またはその併用といった組み合わせとすることで、要求される熱交換能力に応じて、パネル型熱交換器１を配置することもできる。

さらに、本発明に係るパネル型熱交換器１は、従来のＵパイプ型地中熱交換器と異なり、建物等の基礎工事時に、これを埋設することができるので、改めて地中深く掘削工事を行う必要が無く、工事費用を抑制し、工期を短縮することができる。さらに、本実施形態に係るパネル型熱交換器１は、従来のＵパイプ型地中熱交換器と異なり、工場での大量生産が可能なため、この点からも工事費用を抑制し、工期を短縮することができる。

１：パネル型熱交換器、
２：鋼板、
３：コンクリート層、
４：パイプ、
５：リブ、
６：取入口、
７：放出口、
８：金属枠

Claims

鋼板と、当該鋼板の片側面に付設されたコンクリート層と、当該コンクリート層内に埋設されたパイプとからなるパネル型の熱交換器であって、前記鋼板は、前記コンクリート層が付設された面とは反対側の面に、プレート状のリブを複数有しており、前記パイプは前記鋼板に密着しており、かつ、その内部を通る液媒を、パネル型熱交換器の外から取り入れるための取入口と、当該取入口から取り入れた液媒を、パネル型熱交換器の外に放出するための放出口とを有していることを特徴とする、地中熱源ヒートポンプ用のパネル型熱交換器。
前記パイプは、直管と曲管との組合せによって構成されており、前記取入口と前記放出口とが、前記コンクリート層の同一側面上に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の地中熱源ヒートポンプ用のパネル型熱交換器。
前記鋼板において、前記コンクリートが付設される面側に、前記鋼板とコンクリート層とのズレを防止すると共に、これらを合成化してその剛性を高めることを目的とした突設部が複数設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の地中熱源ヒートポンプ用のパネル型熱交換器。
前期鋼板の前記コンクリート層が付設された面、及び／又は、前記コンクリート層が付設された面とは反対側の面の大きさが、１０００ｍｍ〜３０００ｍｍの範囲内にあり、かつ、コンクリート層の厚さが４０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内にあることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の地中熱源ヒートポンプ用のパネル型熱交換器。