JP6635984B2

JP6635984B2 - 空調補助装置

Info

Publication number: JP6635984B2
Application number: JP2017130366A
Authority: JP
Inventors: 英人近藤
Original assignee: 中村土木株式会社
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2020-01-29
Anticipated expiration: 2037-07-03
Also published as: JP2019015408A

Description

本発明は、一般的な冷・暖房装置（空調装置）と共に、あるいは単独にて設置されて使用される空調補助装置に関し、特に、地熱を利用して屋内の空気を冷却または加熱する空調補助装置に関する。

この種の空調補助装置は、例えば、下記特許文献１に示されている。この特許文献１に記載されている地中熱交換器は、地表面から地中に構築されるソイルセメント壁と、流入管と流出管の各上端部が前記ソイルセメント壁外に露出するようにして前記ソイルセメント壁に埋設される管組立体を備え、前記管組立体が、前記流入管に比して細くて前記流入管の下端部に上端部にて連通接続されて上下方向に延びる複数本の流入細管を有するとともに、前記流出管に比して細くて前記流出管の下端部に上端部にて連通接続されて上下方向に延びるとともに前記流入細管の流出側下端部に下端部にてそれぞれ連通接続される複数本の流出細管を有していて、前記流入管の上端部から前記流入管、前記各流入細管、前記各流出細管および前記流出管を通して前記流出管の上端部に媒体が流動可能としてあり、
前記流入管と前記流出管は、各上端部が前記ソイルセメント壁外に露出して地表面に露出するようにして前記ソイルセメント壁の上部に埋設され、
前記流入管の下端部と前記各流入細管の流入側上端部との連通接続部と、前記流出管の下端部と前記各流出細管の流出側上端部との連通接続部が、前記ソイルセメント壁の中間部に埋設され、
前記各流入細管と前記各流出細管が、前記ソイルセメント壁の中間部から下部において埋設されている。

特許第４６０２８３２号公報

上記した特許文献１に記載されている地中熱交換器においては、管組立体が埋設されているソイルセメント壁について、公知の掘削混練機を用いて掘削土とセメントミルクを混練することで、地表面から地中に構築されているとの記載があるのみで、その配合については記載されていない。

ところで、通常のソイルセメント壁は、掘削土１立方メートル当たりに対して、２５０kg〜３００kgのセメントと、５kg〜１０kgのベントナイトと、３７５kg〜４５０kgの水とを配合して得られるセメントミルクを混練することで構築されていて、当該ソイルセメント壁において、セメントミルクが硬化した状態では、ソイルセメント壁中に水が浸入（流通）し難い構成となっている。

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、
掘削混練機を用いて掘削土とセメントミルクを混練することで地中に構築されるソイルセメント壁中に埋設されて内部を空気が流通可能な熱交換器ユニットと、同熱交換器ユニットの地上流入部に接続されて同熱交換器ユニットに空気を送り込む送風機ユニットと、前記熱交換器ユニットの地上流出部に接続されて前記熱交換器ユニットからの空気を所定の箇所に導く導風ユニットを備えていて、前記熱交換器ユニット内の空気を地熱にて冷却・加熱するように構成されている空調補助装置であって、
前記熱交換器ユニットは、前記ソイルセメント壁中に埋設される上下方向の寸法が１０メートル未満であり、前記地上流入部を有して上下方向にて前記ソイルセメント壁中に埋設される上下方向の寸法が４〜５メートルの流入管と、この流入管に対して所定量離して並列的に配置され前記地上流出部を有して上下方向にて前記ソイルセメント壁中に埋設される上下方向の寸法が４〜５メートルの流出管を備えるとともに、前記流入管と前記流出管の両下端部に接続されていて上下方向にて前記ソイルセメント壁中に埋設される熱交換器本体を備えていて、
前記ソイルセメント壁が、掘削土１立方メートル当たりに対して、１００kg〜１５０kg
のセメントと、０kg〜１５kgのベントナイトと、１５０kg〜２００kgの水とを配合して得られるセメントミルクを混練することで構築されているとともに、
前記熱交換器ユニットには、地上から高圧水を供給可能であり、前記高圧水によって前記熱交換器本体の周囲における未硬化の前記ソイルセメント壁中に水みちを形成可能な給水管が敷設されている空調補助装置
に特徴がある。

本発明による空調補助装置においては、前記ソイルセメント壁が、掘削土１立方メートル当たりに対して、１００kg〜１５０kgのセメントと、０kg〜１５kgのベントナイトと、１５０kg〜２００kgの水とを配合して得られるセメントミルクを混練することで構築されているとともに、前記熱交換器ユニットには、地上から高圧水を供給可能であり、前記高圧水によって前記熱交換器本体の周囲における未硬化の前記ソイルセメント壁中に水みちを形成可能な給水管が敷設されている。

このため、本発明では、前記熱交換器ユニットを未硬化の前記ソイルセメント壁中に埋設した後であって、前記ソイルセメント壁が硬化を完了する前において、前記熱交換器ユニットに敷設されている給水管を通して前記熱交換器本体の周囲における未硬化の前記ソイルセメント壁中に高圧水を地上から供給することが可能である。これにより、前記熱交換器本体の周囲における未硬化の前記ソイルセメント壁中に水みちを形成することが可能であり、この水みちを通して前記熱交換器本体の周囲に地表から４〜５メートル以上１０メートル未満下方にある地中の水を導くことが可能である。したがって、前記熱交換器本体での熱交換効率を高めることが可能である。

本発明による空調補助設備の設置状態を概略的に示す縦断側面図である。図１に示した空調補助設備の設置状態を概略的に示す平面図である。図１に示した空調補助設備における導風ユニットの正面図である。図１に示した空調補助設備における第１の熱交換器ユニットの要部拡大側面図である。図１に示した空調補助設備における第１の熱交換器ユニットの要部拡大正面図である。図５に示した熱交換器ユニットの６−６線に沿った概略的な平面図である。図６に示した熱交換器ユニットのＡ−Ａ線に沿った切断端面図である。図６に示した熱交換器ユニットのＢ−Ｂ線に沿った切断端面図である。図６に示した熱交換器ユニットのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図６に示した熱交換器ユニットのＤ矢視部分正面図である。図６に示した熱交換器ユニットのＥ矢視部分正面図である。図４に示した熱交換器ユニットの下部拡大側面図である。図１２に示した熱交換器ユニットのＧ矢視部分正面図である。

以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は、本発明による空調補助装置を概略的に示している。図１〜図３に示した本発明による空調補助装置は、送風機ユニット１０と、導風ユニット２０と、４個（第１〜第４）の熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４を備えていて、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４内の空気を地熱にて冷却または加熱するように構成されている。

送風機ユニット１０は、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４に空気を送り込むためのものであって、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４の地上流入部に接続されており、工場建屋２００外に構築したピット２０１内に設置されている送風機本体１１と、この送風機本体１１の流入部に接続された空気吸入管１２と、送風機本体１１の流出部に接続された空気吐出管１３を備えている。送風機本体１１は、送風機（例えば、ストレートシロッコファン）であり、風量が１０００〜１５００ｍ³／ｈ程度の性能を備えている。空気吸入管１２は、ピット２０１外に延びだしていて、延出端部に空気吸入口１２ａを備えている。空気吐出管１３は、ピット２０１内に設置されていて、先端が塞がれており、下方に向けて開口する４個の空気吐出口１３ａ１〜１３ａ４を備えている。なお、各空気吐出口１３ａ１〜１３ａ４には、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４の地上流入部がそれぞれ接続されている。

導風ユニット２０は、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４からの空気を工場建屋２００内の所定の箇所に導くためのものであって、熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４の地上流出部にそれぞれ接続されており、ピット２０１内に設置されている空気導入管２１と、この空気導入管２１の流出側端部に接続された空気導出管２２と、この空気導出管２２に設けられた４個の空気導出ダクト２３ａ〜２３ｄを備えている。空気導入管２１は、ピット２０１内にて前記空気吐出管１３に対して並列的に設けられていて、流入側端部（図１および図２の左端部）が塞がれており、下方に向けて開口する４個の空気導入口２１ａ１〜２１ａ４を備えている。空気導出管２２は、ピット２０１内から工場建屋２００内にまで延びていて、工場建屋２００内にて延びる部位には上方に向けて開口する４個の空気導出口２２ａ１〜２２ａ４が設けられている。各空気導出ダクト２３ａ〜２３ｄは、図３に示したように、工場建屋２００内の床に所定の間隔で設けられていて、各空気導出口２２ａ１〜２２ａ４にそれぞれ接続されており、空気導出管２２を通して導かれる空気を工場建屋２００内に導入可能である。

各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４は、内部を空気が流通可能であり、ピット２０１が構築される前において、ピット２０１より下方の地中に所定の間隔で構築される各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４中に埋設されている。また、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４は、各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４中に埋設される上下方向の寸法が１０メートル未満であり、地上流入部を有して上下方向に延びる流入管３１と、地上流出部を有して流入管３１に対して所定量離して並列的に配置される流出管３２を備えるとともに、流入管３１と流出管３２の両下端部に接続されていて上下方向にて各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４中に埋設される熱交換器本体４０を備えている。なお、流入管３１と流出管３２は、地上流入部と地上流出部を除いて地中のソイルセメント壁ＳＷ１中に埋設されていて、上下方向の寸法が４〜５メートルに設定されている。

各熱交換器本体４０は、地中に埋設される前に、地上にて流入管３１および流出管３２と一体化されており、図４〜図１３に示したように、分流器４１と、集流器４２と、一対の導通器４３ａ、４３ｂを備えるとともに、三対６本の流入側地熱熱交換パイプ４４ａ〜４４ｆと、三対６本の流出側地熱熱交換パイプ４５ａ〜４５ｆと、単一に貯水器４６を備えている。なお、上記した分流器４１、集流器４２、導通器４３ａ、４３ｂ、流入側地熱熱交換パイプ４４ａ〜４４ｆ、流出側地熱熱交換パイプ４５ａ〜４５ｆ、貯水器４６等は全てステンレス鋼材によって形成されている。

分流器４１は、流入管３１の下端部と接続具を用いて接続されていて、下端に６個の流出ポート４１ａ〜４１ｆを有しており、流入管３１を通して送り込まれる空気を分けて各流出ポート４１ａ〜４１ｆに導くことが可能である。集流器４２は、流出管３２の下端部と接続具を用いて接続されていて、下端に６個の流入ポート４２ａ〜４２ｆを有しており、各流入ポート４２ａ〜４２ｆを通して送り込まれる空気を集めて流出管３２に導くことが可能である。

各導通器４３ａ、４３ｂは、分流器４１と集流器４２の下方に配設されていて、流出ポート４１ａ〜４１ｆと同数（三対６個）の流入側接続ポート４３ａ１〜４３ａ３、４３ｂ１〜４３ｂ３を上端に有するとともに、流入ポート４２ａ〜４２ｆと同数（三対６個）の流出側接続ポート４３ａ４〜４３ａ６、４３ｂ４〜４３ｂ６を上端に有しており、各流入側接続ポート４３ａ１〜４３ａ３、４３ｂ１〜４３ｂ３を通して供給される空気を各流出側接続ポート４３ａ４〜４３ａ６、４３ｂ４〜４３ｂ６に導くことが可能である。

各流入側地熱熱交換パイプ４４ａ〜４４ｆは、分流器４１の各流出ポート４１ａ〜４１ｆに上端にてそれぞれ接続されるとともに、各導通器４３ａ、４３ｂの各流入側接続ポート４３ａ１〜４３ａ３、４３ｂ１〜４３ｂ３に下端にてそれぞれ接続されていて、分流器４１から各導通器４３ａ、４３ｂの導入部に空気を導くことが可能である。

各流出側地熱熱交換パイプ４５ａ〜４５ｆは、集流器４２の各流入ポート４２ａ〜４２ｆに上端にてそれぞれ接続されるとともに、各導通器４３ａ、４３ｂの各流出側接続ポート４３ａ４〜４３ａ６、４３ｂ４〜４３ｂ６に下端にてそれぞれ接続されていて、各導通器４３ａ、４３ｂの導出部から集流器４２に空気を導くことが可能である。

貯水器４６は、導通器４３ａの中間部下端に接続されていて、導通器４３ａに設けて通孔（図示省略）を通して導通器４３ａの下部に連通するとともに、連通管４７を通して導通器４３ｂの下部に連通しており、各導通器４３ａ、４３ｂの下部に貯まる水（例えば、結露水）を内部に貯水可能である。また、貯水器４６の下端には、地表にまで延びる排水管４８が接続されていて、各導通器４３ａ、４３ｂの下部に貯まる水は、ピット２０１に設置した真空ポンプ（図示省略）にて排水管４８を通して排水可能である。なお、排水管４８と、各流入側地熱熱交換パイプ４４ａ〜４４ｆおよび各流出側地熱熱交換パイプ４５ａ〜４５ｆの上下方向中間部は、図４及び図５に仮想線にて示した保持ベルト４９によって、互いに間隔を保持されている。

ところで、この実施形態では、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４に、図５に熱交換器ユニットＵ１を一例として仮想線にて示したように、一対の給水管５１，５２が敷設されている。各給水管５１，５２は、熱交換器本体４０の下部から地上にまで延びる長さを有していて、地上に設置される公知の高圧水供給装置（図示省略）から高圧水を１分間に１５〜２０リットル程度供給可能である。また、各給水管５１，５２は、流入管３１と流出管３２に沿って設けた鞘管５３，５４によって管軸周りに回転可能かつ軸方向（上下方向）に所定量（分流器４１と集流器４２に近接する位置まで）移動可能な状態で保護されていて、下端が閉じられており、下端部周壁には高圧水を図示左右方向に噴出させるための小孔（図示省略）が設けられている。これにより、各給水管５１，５２を通して、熱交換器本体４０の周囲における未硬化のソイルセメント壁（例えば、ＳＷ１）中に高圧水を地上から供給可能である。なお、各鞘管５３，５４は、適宜箇所にて支持具（図示省略）を用いて、流入管３１、流出管３２に組付けられている。

また、この実施形態では、各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４が、公知の掘削混練機を用いて、掘削土１立方メートル当たりに対して、１００kg〜１５０kgのセメントと、０kg〜１５kgのベントナイトと、１５０kg〜２００kgの水とを配合して得られるセメントミルクを混練することで、地表面から地中に構築されている。

このため、この実施形態では、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４を各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４に埋設した後であって、各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４が硬化を完了する前において、各熱交換器本体４０の周囲における未硬化のソイルセメント壁（ＳＷ１）中に高圧水を地上から供給可能であって、同高圧水によって各熱交換器本体４０の周囲における未硬化のソイルセメント壁（ＳＷ１）中に水みちを形成することが可能である。

上記した実施形態においては、各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４が、掘削土１立方メートル当たりに対して、１００kg〜１５０kgのセメントと、０kg〜１５kgのベントナイトと、１５０kg〜２００kgの水とを配合して得られるセメントミルクを混練することで構築されているとともに、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４には、同熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４を埋設した後の各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４が硬化を完了する前において、各熱交換器本体４０の周囲における未硬化の各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４中に高圧水を地上から供給可能であって、前記高圧水によって各熱交換器本体４０の周囲における未硬化の各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４中に水みちを形成可能な給水管５１，５２が敷設されている。

このため、この実施形態では、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４を各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４中に埋設した後であって、各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４が硬化を完了する前において、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４に敷設されている給水管５１，５２を通して各熱交換器本体４０の周囲における未硬化の各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４中に高圧水を地上から供給することが可能である。これにより、各熱交換器本体４０の周囲における未硬化の各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４中に水みちを形成することが可能であり、この水みちを通して各熱交換器本体４０の周囲に地表から４〜５メートル以上１０メートル未満下方にある地中の水（通常は、年間を通して１７℃〜２０℃程度に保持されている水）を導くことが可能である。したがって、各熱交換器本体４０での熱交換効率を高めることが可能である。なお、上記した水みちの形成に際しては、各給水管５１，５２が１分間に１０回程度回転されるとともに１メートル程度引き上げられる。

また、この実施形態では、分流器４１と集流器４２を連結する一対の連結板ＰａとＰｂにそれぞれ一対のＵ字溝Ｐａ１，Ｐａ２とＰｂ１，Ｐｂ２が形成されていて、これらのＵ字溝Ｐａ１，Ｐａ２とＰｂ１，Ｐｂ２には周知のＨ型鋼（図示省略）の下端部に装着した４本のボルト（図示省略）を上方から挿通可能である。このため、液状の各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４中に各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４を埋設する際に、４本のボルトを装着したＨ型鋼を用いて各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４を液状の各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４中に押し込むことが可能であって、埋設作業を効率よく行うことが可能である。上記した液状の各ソイルセメント壁ＳＷ１〜ＳＷ４中に各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４を埋設する際には、埋設作業前に各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４内に水を満たしておけば、埋設作業中において各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４に生じる浮力を減ずることが可能である。なお、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４の埋設作業後には、４本のボルトを装着したＨ型鋼を上方に引き抜くとともに、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４内の水を各排水管４８を通して排出して、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４を使用に供する。

上記した実施形態では、送風機ユニット１０における空気吸入管１２の空気吸入口１２ａがピット２０１外にて大気を吸入可能に配設されているが、本発明の実施に際して、空気吸入口１２ａの配置は適宜設定可能であり、工場建屋２００内の適宜箇所に設定することも可能である。また、上記した実施形態においては、各空気導出ダクト２３ａ〜２３ｄを工場建屋２００の床に設置したが、本発明の実施に際して、各空気導出ダクト２３ａ〜２３ｄの設置位置は適宜変更可能であり、工場建屋２００の側壁や天井に設置して実施することも可能である。

また、上記実施形態では、本発明による空調補助装置が４個の熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４を備え、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４の熱交換器本体４０が三対６本の流入側地熱熱交換パイプ４４ａ〜４４ｆと、三対６本の流出側地熱熱交換パイプ４５ａ〜４５ｆを備えているが、これら（熱交換器ユニット、流入側地熱熱交換パイプ、流出側地熱熱交換パイプ等）の個数は適宜変更が可能であり適宜設定が可能である。また、上記実施形態では、各熱交換器ユニットＵ１〜Ｕ４に一対の給水管５１，５２（高圧水によって熱交換器本体の周囲における未硬化のソイルセメント壁中に水みちを形成可能な給水管）を敷設して実施したが、同給水管の個数は適宜変更が可能であり適宜設定が可能である。

Ｕ１〜Ｕ４…熱交換器ユニット、１０…送風機ユニット、２０…導風ユニット、４０…熱交換器本体、ＳＷ１〜ＳＷ４…ソイルセメント壁、５１，５２…給水管

Claims

掘削混練機を用いて掘削土とセメントミルクを混練することで地中に構築されるソイルセメント壁に埋設されて内部を空気が流通可能な熱交換器ユニットと、同熱交換器ユニットの地上流入部に接続されて同熱交換器ユニットに空気を送り込む送風機ユニットと、前記熱交換器ユニットの地上流出部に接続されて前記熱交換器ユニットからの空気を所定の箇所に導く導風ユニットを備えていて、前記熱交換器ユニット内の空気を地熱にて冷却・加熱するように構成されている空調補助装置であって、
前記熱交換器ユニットは、前記ソイルセメント壁中に埋設される上下方向の寸法が１０メートル未満であり、前記地上流入部を有して上下方向にて前記ソイルセメント壁中に埋設される上下方向の寸法が４〜５メートルの流入管と、この流入管に対して所定量離して並列的に配置され前記地上流出部を有して上下方向にて前記ソイルセメント壁中に埋設される上下方向の寸法が４〜５メートルの流出管を備えるとともに、前記流入管と前記流出管の両下端部に接続されていて上下方向にて前記ソイルセメント壁中に埋設される熱交換器本体を備えていて、
前記ソイルセメント壁が、掘削土１立方メートル当たりに対して、１００kg〜１５０kgのセメントと、０kg〜１５kgのベントナイトと、１５０kg〜２００kgの水とを配合して得られるセメントミルクを混練することで構築されているとともに、
前記熱交換器ユニットには、地上から高圧水を供給可能であり、前記高圧水によって前記熱交換器本体の周囲における未硬化の前記ソイルセメント壁中に水みちを形成可能な給水管が敷設されている空調補助装置。