JP6172366B2 - 地中熱交換器 - Google Patents
地中熱交換器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6172366B2 JP6172366B2 JP2016164465A JP2016164465A JP6172366B2 JP 6172366 B2 JP6172366 B2 JP 6172366B2 JP 2016164465 A JP2016164465 A JP 2016164465A JP 2016164465 A JP2016164465 A JP 2016164465A JP 6172366 B2 JP6172366 B2 JP 6172366B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pipe
- pile
- circulating water
- underground
- heat exchanger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 107
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 48
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 48
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 27
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000011440 grout Substances 0.000 description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000011513 prestressed concrete Substances 0.000 description 2
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 2
- 239000004706 High-density cross-linked polyethylene Substances 0.000 description 1
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 229920004932 high density cross-linked polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 229920001083 polybutene Polymers 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Piles And Underground Anchors (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
この調査では、地表から地中に向けて長さ30mの深さまで埋設された鋼管杭411内に循環水配管420が配設されると共に、この鋼管杭411内に充填材430として水が充填された地中熱交換器を備えた地中熱空調システムを用いた。この地中熱空調システムを冬季に暖房運転し、暖房運転を開始してから4時間が経過した段階での充填材430の温度と、循環水の温度と、地下30mまでの地盤401の温度(即ち、地中温度)とを測定した。これらの測定は、地表から地中深部に向けて各地層毎に行った。これらの測定結果をプロットした図が図8である。図8の縦軸は地表からの深さ[m]を示し、横軸は温度[℃]を示している。また、図8中に記載した矢印は、循環水配管420内で循環水が流れる方向を示している。
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、別途断熱材を配することなく熱交換の効率低下を抑制できるようにした地中熱交換器を提供することを目的とする。
また、上記の地中熱交換器において、前記間隙部の地表側の閉塞部に、前記地中深部側の開口面積よりも小さい貫通孔を設けていることを特徴としてもよい。
また、復管において、第1の部位の管壁は他の部位の管壁と同じ吸水性の極めて低い材料で構成されている。このため、第1の部位の熱抵抗が含水により低下することを回避することができる。
〔第1実施形態〕
(構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係る地中熱交換器10の構成例を示す概念図である。図1に示すように、この地中熱交換器10は、地盤1に埋設された鋼管杭11と、この鋼管杭11の内部に配された往管31、復管32及び折り返し部33からなる循環水配管30と、を有する。また必要に応じて、杭頭部から地表に開口するように掘り下げた第1の孔2を設けても良い。
また、第1の部位である杭頭側の部位32aの内径は、第2の部位である杭先端側の部位32bの内径と同一で、且つ杭頭側の部位32aの外径は杭先端側の部位32bの外径よりも大きくなっている。
また、復管32において、杭頭側の部位32aは、杭先端側の部位32bなど他の部位と同じ吸水性の極めて低い材料で構成されている。このため、杭頭側の部位32aの熱抵抗が含水により低下することがない。
図1に示した地中熱交換器10において、鋼管杭11の内部は充填材18で充填されている。また、循環水配管30の内部には循環水が充填されている。この循環水は、図1中の矢印で示すように、往管31の杭頭側の部位31aから入って杭先端側の部位31bへ流れ、折り返し部33を通って復管32の杭先端側の部位32bへ流れ、杭頭側の部位32aから出ていく。
第1実施形態は、次のような効果を奏する。
(1)本発明の第1実施形態によれば、復管32において、地表から予め設定された深さまでの範囲に位置する第1の部位は、該第1の部位の下端から地中深部までの範囲に位置する第2の部位よりも、管壁が厚くなっている。ここで、第1の部位は杭頭側の部位32aであり、第2の部位は杭先端側の部位であり、杭頭側の部位32aは杭先端側の部位32bよりも管壁が厚くなっている。
(3)「地盤に埋設された管」として、一方の先端が閉塞している鋼管杭11を有することにより、後述のコンクリートを使用した既製杭に比較して熱拡散性能に優れるため、地中熱交換器10の内部と地盤1との間において迅速な熱交換が期待できる。先端を閉塞した鋼管杭とその施工方法は、公知技術として広く利用されており、本発明の各実施形態への活用が最も容易となるであろう選択である。
(1)上記の第1実施形態では、「地盤に埋設された管」として、一方の先端が閉塞した鋼管杭11を用いる場合について説明した。しかしながら、本発明の各実施形態では、一方の先端が閉塞した鋼管杭11の代わりに一方の先端を閉塞した既製杭を用いてもよい。既製杭は公知のものを使用でき、例えば、RC杭(遠心力成形の鉄筋コンクリート杭)、PC杭(遠心力成形のプレストレストコンクリート杭)、PHC杭(遠心力成形の高強度プレストレストコンクリート杭)、PRC杭(遠心力成形の高強度プレストレスト鉄筋コンクリート杭)、SC杭(遠心力成形の外殻鋼管付コンクリート杭)などがある。強度の決定や埋設作業は公知技術を流用できるので、安全かつ効率的に施工できる。
上記の第1実施形態では、復管32の杭頭側の部位32aの内径を杭先端側の部位32bと同じくし、かつ、外径を大きくした形態について、当該部位の管壁が増厚されている構造について説明した。しかしながら、本発明の実施形態において、復管の杭頭側の部位の構造はこれに限定されるものではない。
図3は、本発明の第2実施形態に係る地中熱交換器110の構成例を示す概念図である。図3に示す地中熱交換器110は、鋼管杭11と、この鋼管杭11の内部に配された往管31、復管132及び折り返し部33からなる循環水配管30と、を有する。ここで、復管132は、第1実施形態で説明した復管32と同様、一端が折り返し部33により往管31に接続しており、往管31を通って杭先端側に到達した循環水を該杭先端側から杭頭側へ流すための配管である。復管132を構成する材料は、第1実施形態で説明した復管32と同様である。但し、復管132の杭頭側の部位132aは、第1実施形態で説明した復管32と異なり、二重管構造となっている。
なお、図3に示した地中熱交換器110の動作は、図1に示した地中熱交換器10の動作と同様である。
本発明の第2実施形態によれば、復管132の杭頭側の部位132aは、内管133と、内管133を囲む外管134と、内管133と外管134との間にある間隙部136および、外管134の上部で内管133と接続し、かつ上面を気密に閉塞する閉塞部135を有する。
循環水配管30の復管132の杭頭側の部位132aをこのような構成として、鋼管杭11内部の中空部へ充填材18を配置して地中熱交換器110を構築すると、間隙部136内部に空気が封止されて断熱的に作用させることができ、当該部分の熱損失を抑制することができ、往路側からの熱影響を軽減できる。
何れの方法においても、間隙部136に封止された空気が断熱的に作用するため、第1実施形態の効果(1)〜(3)と同等以上の効果を奏する。
(1)上記の第2実施形態では、図4に示したように、間隙部136の上側を覆う閉塞部135が、復管132の長手方向(即ち、Z方向)に垂直な平板状となっており、間隙部136の上側を地表面に水平となるように閉塞する場合について示した。しかしながら、閉塞の形態はこれに限定されるものではない。例えば図5に示すように、閉塞部135は、間隙部136の上側を、円錐の先端や多角形の角に向かうように、絞り込むように閉塞してもよい。このような構成であっても上記の第2実施形態と同様の効果を奏する。
(3)第1実施形態で説明した変形例(1)〜(4)を、第2実施形態に適用してよい。
上記の第2実施形態では、復管32の杭頭側の部位32aの内径を杭先端側の部位32bと同じくし、かつ、外径を大きくした形態について、当該部位を内管133と外管134とで間隙部136を有する二重管構造とし、当該間隙部136の上側が閉塞部135で閉塞されている場合について説明した。しかしながら、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、間隙部136の上側は開口していてもよい。充填材18に水を用いた場合(即ち、充填水)、間隙部136の上側が開口している場合、間隙部136には充填水が入り込む。
図7は、本発明の第3実施形態に係る復管232の構成例を示す断面図である。図7に示す復管232は、第1、第2実施形態で説明した復管32、132と同様、循環水配管30の一部であり、一端が折り返し部33により往管31に接続しており、往管31を通って杭先端側に到達した循環水を該杭先端側から杭頭側へ流すための配管である。また、復管232を構成する材料は、第1、第2実施形態で説明した復管32、132と同様である。
本発明の第3実施形態によれば、間隙部136の地表側の閉塞部135に、地中深部側の開口面積よりも小さい貫通孔135を設けている。このような構成であれば、鋼管杭11内部の中空部に充填材18として水を充填して地中熱交換器210を構築する場合、間隙部136は充填水で満たされる。充填水の全体的な挙動は、夏季には循環水配管30の表面近傍では上方に向かい、鋼管杭11の内壁近傍では下方に向かう比較的強い全体対流、冬季にはその逆方向の比較的弱い対流が発生するが、間隙部136内に侵入した充填水は管壁の抵抗などが勝り、内部で対流が生じない。即ち、内管133の管壁の熱抵抗に、間隙部136内に侵入した静止した充填水の熱抵抗と外管134の熱抵抗とが付加されるので、熱損失が抑制され往路側の影響を軽減することができる。これにより、第1実施形態の効果(1)〜(3)と同様の効果を奏する。
(1)第1実施形態で説明した変形例(1)〜(4)、第2実施形態で説明した変形例(1)、(2)を、第3実施形態に適用してよい。
(2)なお、本発明の各実施形態では、復管の杭頭側の部位の断面(即ち、径方向に平行な面で切断した断面:XY断面)の形状が円形である場合を想定して説明した。しかしながら、この断面形状は円形に限定されるものではない。本発明の各実施形態において、上記の断面形状は矩形、円周にエンボスを形成した略歯車形など、任意の断面形状としてよい。
2 第1の孔
10、110地中熱交換器
11 鋼管杭
18 充填材
30 循環水配管
31 往管
31a、31b (往管の)杭頭側の部位
32、132、232 復管
32a、132a、232a (復管の)杭頭側の部位
33 折り返し部
133 内管
134 外管
135 閉塞部
135a 下面
135b 上面
135c 貫通孔
136 間隙部
Claims (4)
- 地表側から地中深部の側へ熱媒を流すための往管と、前記往管を通って前記地中深部の側に到達した前記熱媒を該地中深部の側から前記地表側へ流すための復管と、前記地中深部において前記往管と前記復管とを接続する折り返し部とからなる、循環水配管と、
地盤に埋設されると共に内部に前記循環水配管が配され且つ下端が閉塞した鋼管と、
前記循環水配管と前記鋼管との間に充填された充填水と、
を備え、
前記復管は、前記地表から予め設定された深さまでの範囲に位置する第1の部位と、前記第1の部位の下端から前記地中深部までの範囲に位置する第2の部位とを有し、
前記第1の部位と第2の部位は、同一の材料からなり、
前記第1の部位の内径は前記第2の部位の内径と同一で、且つ前記第1の部位の管壁の厚さが前記第2の部位の管壁の厚さよりも厚くなっていることを特徴とする地中熱交換器。 - 地表側から地中深部の側へ熱媒を流すための往管と、前記往管を通って前記地中深部の側に到達した前記熱媒を該地中深部の側から前記地表側へ流すための復管と、前記地中深部において前記往管と前記復管とを接続する折り返し部とからなる、循環水配管と、
地盤に埋設されると共に内部に前記循環水配管が配され且つ下端が閉塞した鋼管と、
前記循環水配管と前記鋼管との間に充填された充填水と、
を備え、
前記復管は、前記地表から予め設定された深さまでの範囲に位置する第1の部位と、前記第1の部位の下端から前記地中深部までの範囲に位置する第2の部位とを有し、
前記第1の部位と第2の部位は、同一の材料からなり、
前記第1の部位の内径は前記第2の部位の内径と同一で、且つ前記第1の部位の外径は前記第2の部位の外径よりも大きく、
前記第1の部位は、前記内径を有する内管と、前記内管を囲む外管と、前記内管と前記外管との間にある間隙部と、を有し、
前記第1の部位の内径は前記内管の径であり、前記第1の部位の外径は前記外管の径であり、
前記間隙部の幅である、前記内管と前記外管との間の距離は、20mm以下であることを特徴とする地中熱交換器。 - 前記間隙部の前記地表側は閉塞しており、且つ、前記地中深部の側は開口していることを特徴とする請求項2に記載の地中熱交換器。
- 前記間隙部の地表側の閉塞部に、前記地中深部側の開口面積よりも小さい貫通孔を設けていることを特徴とする請求項3に記載の地中熱交換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016164465A JP6172366B2 (ja) | 2016-08-25 | 2016-08-25 | 地中熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016164465A JP6172366B2 (ja) | 2016-08-25 | 2016-08-25 | 地中熱交換器 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012127428A Division JP6069895B2 (ja) | 2012-06-04 | 2012-06-04 | 地中熱交換器及び地中熱交換器の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016194411A JP2016194411A (ja) | 2016-11-17 |
JP6172366B2 true JP6172366B2 (ja) | 2017-08-02 |
Family
ID=57322718
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016164465A Active JP6172366B2 (ja) | 2016-08-25 | 2016-08-25 | 地中熱交換器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6172366B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6673230B2 (ja) * | 2017-01-12 | 2020-03-25 | ダイキン工業株式会社 | エアフィルタ濾材 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL174184C (nl) * | 1980-08-07 | 1984-05-01 | Wavin Bv | Inrichting voor het onttrekken van warmte aan de bodem. |
JPS5756680A (en) * | 1980-09-24 | 1982-04-05 | Hitachi Ltd | Geothermal pump equipment |
JPS59157443A (ja) * | 1983-02-22 | 1984-09-06 | Air Cycle Sangyo Kk | 地中熱取出しシステム |
JPH11182943A (ja) * | 1997-12-22 | 1999-07-06 | Kubota Corp | 地中熱交換器 |
JP2001289533A (ja) * | 2000-04-05 | 2001-10-19 | Jmc Geothermal Engineering Co Ltd | 地中熱利用のヒートポンプ |
JP4764912B2 (ja) * | 2001-12-18 | 2011-09-07 | 新日本製鐵株式会社 | 地中埋設温度成層型蓄熱水槽 |
JP2004169985A (ja) * | 2002-11-19 | 2004-06-17 | Mitsubishi Materials Natural Resources Development Corp | 地熱交換システム |
JP2004233031A (ja) * | 2002-12-05 | 2004-08-19 | Nippon Steel Corp | 回転圧入工法で埋設された中空管体による地中熱交換器およびそれを利用した高効率エネルギーシステム |
RU2421666C2 (ru) * | 2006-01-27 | 2011-06-20 | Мативи Оу | Труба и система для использования низкотемпературной энергии |
JP5331328B2 (ja) * | 2007-11-27 | 2013-10-30 | 積水化学工業株式会社 | 地熱利用システム |
JP5297044B2 (ja) * | 2008-01-10 | 2013-09-25 | Jfeスチール株式会社 | 地中熱交換器 |
JP2009198037A (ja) * | 2008-02-20 | 2009-09-03 | Jfe Steel Corp | 地中熱採熱装置 |
WO2009132015A2 (en) * | 2008-04-21 | 2009-10-29 | Earth To Air Systems, Llc | Dx system heat to cool valves and line insulation |
US20110061382A1 (en) * | 2009-09-17 | 2011-03-17 | Stern Richard H | System and Method for Extracting Geothermal Energy From a Potentially Seismically Active Stratum, With Reduced Accompanying Seismic Disturbances |
-
2016
- 2016-08-25 JP JP2016164465A patent/JP6172366B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016194411A (ja) | 2016-11-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6069895B2 (ja) | 地中熱交換器及び地中熱交換器の製造方法 | |
JP5962232B2 (ja) | 地中熱交換器の製造方法及び地中熱交換器 | |
ES2246476T3 (es) | Instalacion de fuente termica o de disipador termico con acoplamiento termico a la tierra. | |
EP3415838B1 (en) | Geothermal heat exchange system and construction method thereof | |
ES2561947T3 (es) | Circuito cerrado de transferencia de calor geotérmico | |
JP2007139370A (ja) | 地中熱交換器 | |
JP2004233031A (ja) | 回転圧入工法で埋設された中空管体による地中熱交換器およびそれを利用した高効率エネルギーシステム | |
JP2010261633A (ja) | 熱交換用多重管およびこれを使用する地中熱利用空調システム | |
JPH11182943A (ja) | 地中熱交換器 | |
JP6172366B2 (ja) | 地中熱交換器 | |
JP6166061B2 (ja) | 地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法および地中熱利用システム | |
KR101746194B1 (ko) | 나선형 지중 열교환기 | |
JP2009041231A (ja) | 埋設型熱交換器及びその製造方法 | |
JP5486070B2 (ja) | 地中熱採熱装置 | |
JP5867001B2 (ja) | 地中熱交換器 | |
JP4990593B2 (ja) | 地中熱交換器の埋設構造 | |
JP6738596B2 (ja) | 地中熱交換機構 | |
JP2009198037A (ja) | 地中熱採熱装置 | |
JP2014020645A (ja) | 保持部材 | |
US20130292937A1 (en) | U-bend fitting | |
JP5183703B2 (ja) | 熱交換杭及びその設置構造 | |
JP2014005983A (ja) | 地中熱交換器 | |
KR102151268B1 (ko) | 지하수정호 결합 복합 지열시스템 및 그 성능 평가방법 | |
JP2007183008A (ja) | 補助翼を付加した螺旋翼 | |
JP4859871B2 (ja) | 熱交換用埋設管 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160826 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160826 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170531 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170606 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170619 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6172366 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |