JP5921891B2 - 地中熱源ヒートポンプ用のパネル型熱交換器 - Google Patents

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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 (4)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
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