JPH04143532A - 冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、土壌の熱源を用いて冷房または暖房を行う装
置に関する。

従来の技術 典型的な先行技術はたとえば、空気調和　衛生工学会学
術講演会講演論文集　１９８９年１０月４日〜１０月６
日（名古屋）第５６９頁〜第５７２頁に開示されている
。この先行技術では、給湯加温と暖房、とを行うための
圧縮機を有するし−トポンプの熱源として、土壌の不易
層以下の土壌の地熱を利用し、この土壌中に、外管径が
呼び径５０Ａ、内管径が呼び径２５Ａであって全長１０
０ｍもの長大な伝熱管を深さ３０〜９０ｍに亘って設け
、この伝熱管内にヒートポンプのブラインである熱媒体
を導いている。

このような先行技術は、ヒートポンプの熱媒体と空気と
の熱交換を行う凝縮器または蒸発器などの熱交換器を必
要とし、したがってコストアップにつながり、また構成
が大形化し、必要なスペースが大きくなり、構成が複雑
である。

本発明の目的は、構成が簡単であり、小形化が可能であ
り、コストの低減が図られるようにした土壌の地熱を利
用する冷暖房装置を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、上下に延び、地中に埋設さノ１−る伝熱管と
、 伝熱管内にほぼ同軸に挿入される仕切り管であって、伝
熱管の内周面と仕切り管の外周面との間の第１通路と、
仕切り管内の第２通路とが伝熱管の下部で連通して２重
管構造とする仕切り管とを含み、 第１通路および第２通路の一方から空気を圧送して土壌
との熱交換を行い、第１通路および第２通路の他方から
の空気を冷房または暖房すべき空間に供給することを特
徴とする冷暖房装置である作　　用 本発明に従えば、土壌中に上下に延びる伝熱管を打込む
などして埋設し、この伝熱管内には、はぼ同軸に仕切り
管か挿入されて、伝熱管の内周面と仕切り管の外周面と
の間に第１の通路が形成され、また仕切り管内に第２通
路が形成され、伝熱管の下部では、これらの第１および
第２通路が連通しており、第１通路および第２通路の一
方から空気を導入して他方から冷房または暖房すべき家
屋の部屋などの空間に供給し、こうして伝熱管内で土壌
との熱交換を行う。こうしてたとえば夏には外気温度よ
りも低い温度を有する空気を得ることができて冷房が可
能となり、また冬には外気温度よりも高い温度を有する
空気を得ることができて暖房を行うことが可能となる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の簡略化した断面図である
。家屋ｌの冷房または暖房すべき部屋である空間２には
、本発明に従う冷暖房装置３によって空気が供給され、
冷房または暖房を行うことができる。

第２図は、第１図に示される実施例の配管系統図である
。複数（この実施例では３）のグループＡ、Ｂ、Ｃ毎に
複数（この実施例では５）の熱交換ユニットＡ１〜Ａ５
．Ｂｌ〜Ｂ５．Ｃ１〜Ｃ５が備えられ、各グループＡ、
Ｂ、Ｃ毎に管路４５に共通に接続される。

フィルタなどを備える空気取入れ口５ａがらの空気は、
管路６から切換弁７を介して管路４または５のいずれか
一方に供給され、管路４，５のいずれか他方からの空気
は管路８を経てファン９によって吸引され、空間２内に
供給される。

ファン９は、空間２内に設けられたハウジング１０に収
納されている。暖房を行うために、ガスバーナなどの補
助熱源１１が設けられていてもよいけれども、省略され
てもよい。

第３図は、熱交換ユニットＡ１の縦断面図である。残余
の熱交換ユニットＡ２〜Ａ５．Ｂｌ〜ＢＳ、Ｃ１〜Ｃ５
もまた同様な構成を有する。この熱交換ユニットＡ１は
基本的には、鋼鉄製の上下に延びる直円筒状の伝熱管１
２と、その伝熱管１２内にほぼ同軸に挿入される仕切り
管１３とを有する。伝熱管１２の先端部１４は、先細状
とし、これによって伝熱管１２を地面１５よりも上方か
ら打込んで地中に埋設することが容易となる。伝熱管１
２の内径は、たとんば１０〜１５ｃｍであり、空気を伝
熱管１２内に通すための通路断面積をできるだけ大きく
することができるとともに、伝熱管１２を土壌１５内に
打込む施工を容易にする。仕切り管１３は、直円筒状で
あり、その外径は６〜１２ｃｍである。伝熱管１２の断
熱材１７と仕切り管１３の間隙は、たとえば１〜２ｃｍ
である８仕切り管１３は熱伝導率の小さい断熱材料、た
とえば発泡ポリウレタンなどから成る。伝熱管１２の土
壌１５内の長さ１１は約９〜１０ｍに定められる。これ
によって伝熱管１２の先端部１４とその付近は、土壌１
５の年間を通じて地表の温度の影響を受けない不易層内
にある。

後述の第１および第２通路１８．１９内に空気が通過す
ることによって、たとえば夏にドレンが発生すると、そ
のドしンは伝熱管１２内の先端部１４付近に貯留する。

したがってこの先端部１４付近に貯留したドレンをポン
プなどて地上に吸い上げるために、伝熱管１２の長さ１
１は上述のように約１０ｍ以下に定められる。不易層は
、一般的には地下７ｍよりも深い範囲であり、Ｌｌコか
って伝熱管１２の土壌との熱交換を行う範囲は、この不
易層にある長さｆ２の範囲であり、残余の長さ１３の範
囲では、土壌との熱交換が行われないようにするために
、熱伝導率の低い断熱材１７が伝熱管１２の内周面に密
着して設けられる。

第４図は、第３図の切断面線ＩＶ−■から見た断面図で
ある。断熱材１７は、たとえば発泡ポリウレタンなどの
材料から成る。

伝熱管１２の内周面と仕切り管１３の外周面との間には
第１通路１８が形成され、仕切り管１３内には第２通路
１９が形成される。第１通路１８は、伝熱管１２の上部
で接続管２０に接続され、また仕切り管１３はその上部
で接続管２１に連なる。接続管２０．２１は、熱伝導率
の小さい断熱材料、たとえば発泡ポリウレタンなどの材
料から成る断熱材２２によって被覆される。仕切り管１
３の下端部２３は伝熱管１２の先端部１４よりも上方に
間隔をあけて配置されており、これによって第１通路１
８と第２通路１９とが連通ずる。接続管２０は第１図お
よび第２図に示される管ｎ４に接続される。接続管２１
は、グループＡＬニア）隣接する熱交換ユニットＡ２の
第１通路１８ａに接続され、空気は第２通路１９ａから
排出され、このようにして各熱交換ユニット八１〜Ａ５
は直列に接続される。このようにしてファン９を駆動す
ることによって空気取入れ口５からの空気は管路６を経
て切換弁７から管路４に導かれ、さらにグループＡの熱
交換ユニットＡ１〜Ａ５を通り、またグループＢ、Ｃの
熱交換ユニットＢ１〜Ｂ５．Ｃ１〜Ｃ５を同様にして通
り、管路５から切換弁７を経て管路８からファン９に吸
引され、空間２内に導かれる。このようにして、土壌１
５の不易層の温度を有する空気が空間２内に供給され、
夏には冷房が行われ、また冬には暖房が行われる。

本発明のさらに他の実施例として、土壌１５の蓄熱作用
を用いて、夏には一層、低温度の空気を得ることができ
るようにし、また冬には一層、高温度の空気が得られる
ようにすることもできる。

このために、直列に接続されている熱交換ユニツ）Ａｌ
〜Ａ５のうち、夏には比較的高温度の外気の空気を、管
路４を経て熱交換ユニットＡ１が設けられている土壌１
５の領域２６に導き、これによって領域２６における不
易層付近を比較的高温度とする。また冬には切換弁７を
操作して、低温度の外気を管路５から供給し、熱交換ユ
ニットＡ５が設けられている土壌１５の領域２７の不易
層を比較的低温度とし、このようにして土壌１５に蓄熱
を行う、その他のグループＢ、Ｃにおいて、熱交換ユニ
ットＢｌ、Ｃ１は熱交換ユニットＡｌ付近の領域２６に
設けられ、熱交換ユニットＢ５゜Ｃ５は熱交換ユニット
Ａ５付近の領域２７に設けられる。このようにして、夏
には領域２７で冷却された一層低温度の空気を空間２に
供給することができ、また冬には領域２６において昇温
されな一層高温度の空気を空間２に供給して暖房を行う
ことができる。

実施例の一例を述べると、第５図（１）で示されるよう
に、土壌１５の領域２６．２７を含む不易層の温度が１
５℃で一定であるものとし、冬に５℃の空気を空気取入
れ口５から入れて、管路４に導き、熱交換ユニットＡ１
〜Ａ５をこの順序で経て、領域２７から約１０℃の空気
を得ることができ、このときの対数平均温度差Δｔ１を
求めると第１式のとおりとなる。

また第５図（２）で示されるように、領域２６の温度が
１７．５℃とし、領域２７の温度が１２５℃とするよう
に蓄熱を行って不易層に温度勾配を形成し、５℃の空気
を熱交換ユニットＡ５がら熱交換ユニットＡ１にこの順
序で導いて、管路８から１０℃の空気を取出すようにし
たとき、その対数平均温度差Δｔ２は、 Δｔ２　＝　７．５℃　　　　　　　　　　　・・・（
２）となる、したがって土壌１５中に温度勾配があると
きには対数平均温度差Δｔ２を大きくとれることが判る
。これは、同じ量の熱量を地中から受取るときに、温度
勾配のない構成に比べて伝熱面積が少なくてすむことを
意味する。このことはまた、同じ伝熱面積であれば、同
じ流量のときに、温度勾配がある構成の方が、温度勾配
のない構成に比べて大きな温度差が得られることを意味
する。

発明の効果 以上のように本発明によれば、地中に上下に延びて埋設
される伝熱管内に仕切り管が挿入されて、言わば２重管
構造とされ、この内部に空気が圧送されて土壌との熱交
換を行うようにし、こうして得られた空気を冷房または
暖房すべき空間に供給するようにしたので、冷房または
暖房を、簡単な構成で、しかも小形化して実現すること
ができ、しかも原価の低減が可能である。

また本発明では、凝縮器および蒸発器などの熱交換器を
必要とせず、また熱媒体を動かすためのポンプなどの動
力が不要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は第１図に
示される実施例の簡略化した配管系統図、第３図は熱交
換ユニットＡ１の断面図、第４図は第３図の切断面線１
１４から見た断面図、第５図は本件発明者の実験結果を
示す図である。 ２・・・空間、３・冷暖房装置、７・・・切換弁、１２
・・・伝熱管、１３・・仕切り管、１４・・・先端部、
１５・・土壌、１７・・・断熱材、１８．１８ａ・・・
第１通路、１９．１９ａ・・・第２通路、２０．２１・
・・接続管、２２・・・断熱材、Ａ、Ｂ、Ｃ・・グルー
プ、Ａ１〜Ａ５、Ｂ１−Ｂ５．Ｃ１〜Ｃ５・・・熱交換
ユニット代理人　　弁理士　画数　圭一部 第 図 第２図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 上下に延び、地中に埋設される伝熱管と、 伝熱管内にほぼ同軸に挿入される仕切り管であつて、伝
   熱管の内周面と仕切り管の外周面との間の第１通路と、
   仕切り管内の第２通路とが伝熱管の下部で連通して２重
   管構造とする仕切り管とを含み、 第１通路および第２通路の一方から空気を圧送して土壌
   との熱交換を行い、第１通路および第２通路の他方から
   の空気を冷房または暖房すべき空間に供給することを特
   徴とする冷暖房装置。