JPH08285480A

JPH08285480A - ヒートパイプ式地熱抽出装置のヒートパイプ布設方法

Info

Publication number: JPH08285480A
Application number: JP7117869A
Authority: JP
Inventors: Koichi Masuko; 耕一益子; Masao Shiraishi; 正夫白石; Mikiyuki Ono; 幹幸小野; Masataka Mochizuki; 正孝望月; Yuji Saito; 祐士斎藤; Katsuo Eguchi; 勝夫江口
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1995-04-19
Filing date: 1995-04-19
Publication date: 1996-11-01
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JP2602803B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ヒートパイプの挿入保持が簡単なヒートパイ
プ式地熱抽出装置のヒートパイプ布設方法を提供する。【構成】地中５に下方に向けて形成された堀削孔６の
内部に、潜熱として熱輸送する地熱抽出用のヒートパイ
プ９の蒸発部２０を挿入するにあたり、堀削孔６に水密
性のケーシング管７を嵌め込む。そのケーシング管７の
内部に、ヒートパイプ９に浮力を作用させる浮力発生媒
体８を注入した状態で、ヒートパイプ９をケーシング管
７に吊下げて挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ヒートパイプにより
地熱を地上に汲み上げる地熱抽出装置に関し、特に、そ
のヒートパイプをいわゆる縦坑内に挿入して布設する方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにヒートパイプは、真空脱気
したパイプなどの容器の内部に、水やアルコール、フロ
ンなどの凝縮性の流体を作動流体として封入したもので
あり、温度差が生じることにより動作し、高温部で蒸発
した作動流体が低温部に流動して放熱・凝縮することに
より、作動流体の潜熱として熱輸送を行う。このように
ヒートパイプは、温度差が生じることによって動作する
うえに、見掛上の熱伝導率が銅などの金属の数十倍ない
し百数十倍に達するので、各種の熱関連機器・設備に採
用されている。

【０００３】その一例として、従来、高温の地熱をヒー
トパイプによって地上に抽出し、その熱を融雪や発電等
に有効利用することが行われている。この種のヒートパ
イプ式地熱抽出装置は、地下数百ｍの地熱帯に向けて掘
られた掘削孔に、ヒートパイプの一端部を挿入して吊下
げる構成であり、コンテナの下端部において地熱に加熱
された作動流体が、地上側の端部に流動して放熱するこ
とによって、砂利等の異物を含むことなく地熱のみを汲
み上げることができる。

【０００４】ところで、この種のヒートパイプは、全長
が数百ｍにも及ぶ長尺なものであって、当然その重量も
相当重くなるから、そのまま掘削孔に吊下げたのでは自
重に耐え得る肉厚にするなど、設計・製造の困難なもの
とせざるを得ない。

【０００５】そこで、長尺ヒートパイプを地中に向けて
吊下げる場合に、ヒートパイプの自重を支える手段の一
例が、特公平５−４９４５号公報に記載されている。図
２および図３を参照して、この公報に記載されている構
造を簡単に説明すると、コルゲート型ヒートパイプ１の
外部側面には、その長さ方向に沿って２本の綱体２が吊
下げられている。この綱体２は例えば鋼等の撚り線であ
って、その上端部は地上の固定架台（図示せず）などに
係止され、下端部にはヒートパイプ１の下端部を保持す
る端末金具３等が固着されている。そして、ヒンジ付帯
状具材４によってヒートパイプ１の外周が、長さ方向の
所定間隔（例えば５ｍ間隔）で綱体２と共に締め付けら
れている。このように、ヒートパイプの自重を綱体等に
負担させることによって、ヒートパイプの伸長による破
損事故を防止している。

【０００６】また、長尺材の管路への引き入れの際に浮
力を利用する方法が知られており、その一例が特開平２
−５５５０７号公報に記載されている。この方法は、通
線ロープを管路内に挿通した後に、その管路内に水や油
等の液体を注入し、その状態で通線ロープによりケーブ
ルを管路内に引き入れる方法である。したがって、引き
入れるべきケーブルが浮力により既存のケーブルから離
隔され、また液体によって潤滑されるので、ケーブルの
引き入れが容易になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように、地熱の抽出に用いられるヒートパイプ１は、全
長が数百ｍにも及ぶ長尺なものであるから、上記従来の
技術では、綱体２としても相当の長尺のものを用意する
必要があり、しかもこれをヒートパイプ１にヒンジ付き
帯状具材４等で組付ける作業も大掛かりになる。そして
また、ヒートパイプ１を縦坑に降ろすにあたっては、ヒ
ートパイプの下降に合わせて綱体を繰り出し、かつヒー
トパイプに締結するなどの作業が必要であり、困難な作
業を余儀なくされる不都合があった。

【０００８】一方、上記の特開平２−５５５０７号公報
に記載された方法は、ケーブルの管路内への引き入れの
際に浮力を利用する方法であるが、ケーブルが長尺材で
あるからといって、これを直ちに長尺ヒートパイプの布
設のための方法として転用することは出来ない、すなわ
ちヒートパイプの縦坑内への布設の際には、ヒートパイ
プを吊り下げる必要があること、縦坑は下端部が閉じら
れていることなどのケーブルの布設とは全く異なる条件
が存在するからである。

【０００９】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、ヒートパイプの挿入布設が簡単なヒートパイプ式
地熱抽出装置のヒートパイプ布設方法を提供することを
目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、地中に下方に向けて形成された堀削孔
の内部に、潜熱として熱輸送する地熱抽出用のヒートパ
イプの蒸発部を挿入するにあたり、前記堀削孔に水密性
のケーシング管を嵌め込むとともに、そのケーシング管
の内部に、前記ヒートパイプに浮力を作用させる浮力発
生媒体を注入した状態で前記ヒートパイプを前記ケーシ
ング管に吊下げて挿入することを特徴とするものであ
る。

【００１１】またこの発明では、前記浮力発生媒体の量
を、ヒートパイプの挿入深さに応じて調整することがで
きる。

【００１２】

【作用】この発明においては、まず、予め形成されてい
る堀削孔にケーシング管を嵌め込むとともに、このケー
シング管に所定量の浮力発生媒体を注入する。なお、ケ
ーシング管の水密性が担保されているから、浮力発生媒
体が地中に漏れ出すおそれがなく、注入された全量がケ
ーシング管内に溜められる。つぎに、そのケーシング管
にヒートパイプを、その蒸発部となる端部から所定深さ
まで順次挿入することにより作業が完了する。ヒートパ
イプの自重が浮力によって軽減されるため、ヒートパイ
プが伸長しない良好な状態でケーシング管内に布設され
る。

【００１３】また、ケーシング管内へのヒートパイプの
挿入を実施するとともに、そのヒートパイプの挿入深さ
に応じて、ケーシング管内に溜められている浮力発生媒
体の量を調整すれば、浮力発生媒体がケーシング管から
溢れ出たり、あるいはヒートパイプを充分に保持できな
いなどの不都合が未然に防止され、ヒートパイプの挿入
作業がよりスムースに行われる。

【００１４】

【実施例】つぎに、この発明の一実施例を図面を参照し
て説明する。図１は、この発明に係るヒートパイプ式地
熱抽出装置を発電に利用するよう構成した例を示す概略
図である。地上から地下の高温の岩石５に向けてほぼ垂
直に数百ｍ程度の掘削孔６が掘られており、またこの掘
削孔６には、例えば有底筒状のケーシング管７がその底
部を下方にした状態、すなわち開口側を上方に向けた状
態で緊密に嵌め込まれている。なお、このケーシング管
７は地盤の圧力に対する掘削孔６の強度を向上させて、
その崩壊を防止するものであり、具体的には、強度の点
では鋼管が好ましいが、特に熱伝導性を優先させる場合
には銅管等が採用される。また、注入される浮力発生媒
体８の漏洩を完全に防止するために、水密性を担保する
構成となっている。そしてケーシング管７の内部には、
そのケーシング管７よりも若干外径の細いヒートパイプ
９の一端部分、すなわち蒸気管１０が地上側から挿入さ
れている。

【００１５】一方、地上のヒートパイプ９の近傍には注
入排出手段１１が備えられている。この注入排出手段１
１は、一例として浮力発生媒体８を一時的に貯溜するタ
ンク１２と、そのタンク１２に連通する管路１３とから
構成され、その管路１３にはポンプ１５とバルブ１６と
が介設されている。そして、管路１３の開口端部は蒸気
管１０とケーシング管７との間に挿入されており、それ
らの間に浮力発生媒体８を任意に注入および排出できる
よう構成されている。なお、浮力発生媒体８としては、
蒸気管１０に浮力を生じさせるものであればよいが、好
ましくは熱伝導性が良好で、かつ蒸気管１０およびケー
シング管７を腐食させないものがよく、一例として水な
どが挙げられる。

【００１６】また、ケーシング管７内部のうち、注入さ
れる浮力発生媒体８の液面よりも上方部には、逃し弁２
４を備えた管路１４が挿入されており、浮力発生媒体８
から生じた蒸気等を外部に排出できるように構成されて
いる。

【００１７】蒸気管１０のうち地上に延出する端部に
は、凝縮器１７が取付けられている。この凝縮器１７は
流量調整弁１８が介設された戻り管１９と接続してい
る。戻り管１９は蒸気管１０の途中でその内部に挿入さ
れ、蒸気管１０の下端の蒸発部２０に液相の作動流体Ａ
を供給するように連通されている。すなわち、全体とし
て密閉した循環路をなしており、その内部には真空脱気
した状態で、目的温度内で蒸発および凝縮する水やアル
コール等の流体が作動流体Ａとして封入され、ループ型
のヒートパイプ９とされている。

【００１８】前記凝縮器１７は、ポンプ２１が介設され
た管路２２を介して発電装置２３と接続している。すな
わち、作動流体Ａが凝縮器１７に輸送した熱によって水
が蒸発し、その水蒸気を発電装置２３に供給する構成と
なっている。なお、図示しないがヒートパイプ９は適宜
の手段によって地表に固定されている。

【００１９】つぎに、上記のように構成された地熱抽出
装置において、蒸気管をケーシング管に布設するまでの
手順の一例を説明する。まず、すでに形成されている堀
削孔６にケーシング管７を埋設する。この場合、常法に
準じた施工設備によって行われる。つぎに、注入排出手
段１１を動作させてケーシング管７内に適量の浮力発生
媒体８を注入するとともに、並行して蒸気管１０を挿入
する。すなわちバルブ１６を開くことにより、タンク１
２内の浮力発生媒体８が管路１４を流下してケーシング
管７に供給される。この場合、注入される浮力発生媒体
８の量、言い換えると、ケーシング管７における水位は
蒸気管１０に対して過大な圧力を加えず、かつケーシン
グ管７への蒸気管１０の被挿入長さに対応した量に調整
される。

【００２０】また、蒸気管１０は先端部分から順次送り
出されるように挿入される。この場合にも常法に準じた
施工設備が使用される。ここで、浮力発生媒体８の量に
過不足がある場合には、バルブ１６とポンプ１５とによ
り微調整して全ての作業が完了する。蒸気管１０に浮力
が作用することによって、自重が軽減された良好な状態
で蒸気管１０がケーシング管７内に吊下げられて保持さ
れる。

【００２１】このように、浮力発生媒体の注入は、地上
においてバルブとポンプとによりごく簡単に行われ、し
かも蒸気管をケーシング管に挿入する作業は、事実上、
単にそのまま挿入するだけであって、上述した各工程に
おいて煩わしい組付け作業や特殊な施工設備などを必要
とするものではないから、蒸気管の挿入布設作業を大幅
に省力化することができる。

【００２２】ついで、地熱抽出の作用について説明す
る。流量調整弁１８が所定開度に開かれると、凝縮器１
７に溜められている液相の作動流体Ａが、その自重によ
って戻り管１９の内部を流下して蒸気管１０の内底部に
流入する。蒸気管１０はケーシング管７を介して高温の
地熱に晒されており、また地上側の凝縮器１７の近傍が
低温となっているため、地熱に加熱されて蒸発した作動
流体蒸気Ａが凝縮器１７に流入する。そこで作動流体蒸
気Ａは熱を奪われて凝縮する。このようにして凝縮器１
７に集められた熱により水が暖められて蒸発する。そし
て、この水蒸気が管路２２によって発電装置２３に導か
れ、発電に利用される。なお、凝縮器１７の内部で液化
した作動流体Ａは戻り管１９を経由して再度蒸発部２０
１に供給され、加熱されて蒸気となり、以後、流量調整
弁１８が全閉されるまで同様のサイクルが継続される。
また、前述のように浮力発生媒体８には熱伝導性に優れ
るものが選定されているから、ケーシング管７と蒸気管
１０との間に空間がある場合よりも、地熱の抽出効率が
向上する利点も生じる。

【００２３】なお、上記の実施例では、いわゆるループ
型のヒートパイプを採用して抽出した熱を発電に利用す
る構成としたが、この発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、ヒートパイプは単管タイプであってもよ
く、また抽出した熱を融雪などに利用する構成としても
よい。さらに、予め浮力発生媒体が溜められたケーシン
グ管に蒸気管を挿入して蒸気管を浮力で支え、その状態
から浮力発生媒体の水位を下げることにより蒸気管をケ
ーシング管内に下げて挿入し、かつ保持することとして
もよい。

【００２４】

【発明の効果】以上、説明したようにこの発明は、堀削
孔に地熱抽出用のヒートパイプを挿入するにあたり、堀
削孔に水密性のケーシング管を嵌め込むとともに、その
内部にヒートパイプに浮力を作用させる浮力発生媒体を
注入した状態で、ヒートパイプをケーシング管に吊下げ
て挿入することにより作業が完了し、またヒートパイプ
を良好に布設することができるので、ヒートパイプを縦
坑内に布設するまでの一連の作業を大幅に省力化するこ
とができる。すなわち、布設作業が簡単になる。

【００２５】また、注入する浮力発生媒体の量をヒート
パイプの挿入深さに応じて調整すれば、ヒートパイプの
ケーシング管に対する挿入量を、浮力発生媒体の量によ
って調整することができ、ヒートパイプの布設作業をよ
り容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す概略図である。

【図２】従来技術の一例を示す概略図である。

【図３】図３は図２のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【符号の説明】

５…岩石、６…堀削孔、７…ケーシング管、８…
浮力発生媒体、９…ヒートパイプ、１１…注入排出
手段、２０…蒸発部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者白石正夫茨城県つくば市並木一丁目２番地工業技術院機械技術研究所内 (72)発明者小野幹幸東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者望月正孝東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者斎藤祐士東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者江口勝夫北海道千歳市泉沢1007番地151 株式会社北海道フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地中に下方に向けて形成された堀削孔の
内部に、潜熱として熱輸送する地熱抽出用のヒートパイ
プの蒸発部を挿入するにあたり、前記堀削孔に水密性のケーシング管を嵌め込むととも
に、そのケーシング管の内部に、前記ヒートパイプに浮
力を作用させる浮力発生媒体を注入した状態で前記ヒー
トパイプを前記ケーシング管に吊下げて挿入することを
特徴とするヒートパイプ式地熱抽出装置のヒートパイプ
布設方法。
【請求項２】前記浮力発生媒体の量を、ヒートパイプ
の挿入深さに応じて調整することを特徴とする請求項１
に記載のヒートパイプ式地熱抽出装置のヒートパイプ布
設方法。