JPS5917340B2 - 土から熱を回収する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地下水および土から熱を吸収するための熱交換
手段から少なくともなる、土から熱を回収する装置に関
する。

土から熱を回収するためのこの種の装置は知られている
。

この装置ではパイプを土の中に装入し、ポンプを使用し
て高温の地下水を最深部から吸み上げ続いて熱を熱交換
面によって回収する。

したがって、地下水または土の温度を利用してビルディ
ング、家、舗道、空港などを暖房する費用をかなり節約
することができる。

前記装置は土から地下水を吸み出し、普通この 。

地下水を下水系に排出させるという欠点がある。

環境上の障害が発生するおそれがあることから、過去数
年量子からの地下水の吸み上げを最小限にする努力がな
されてきたので、前記装置は土から熱を回収する条例に
適合しない。

熱を回収した後吸み上げた地下水を別の場所の土に戻す
ことによって前記欠点を克服することが最近提案されて
いるが、微生物などによって環境汚染が発生するという
理由で大反対にあっている。

それ故、本発明の目的はその熱を地下水とは独 。

立してリサイクルされる熱交換流体に移動する加熱流体
として地下水だけを間接的に使用して前記欠点が発生し
ない前記タイプの装置を提供することである。

この目的は熱交換手段が熱交換流体を運ぶのに ・適し
ておりかつ土に装入するのに十分な剛性を有しそして熱
交換流体用の入口および出口が設けられたパイプ好まし
くはプラスチックパイプから少なくともなる本発明によ
って達成される。

このようにして土中の地下水または土自体は地 ・下水
を吸み上げることなしにパイプを通って流れる熱交換流
体と熱交換するので環境上の障害を回避できる。

本発明の好適な態様によれば、本発明の装置は密閉底部
を有する外管およびその中に同心円上に配置された内管
からなり、前記内管の内部は内管と外管との間に設けら
れた環状空間と開放連通しており、一方熱交換流体用の
人口はそれぞれ前記環状空間および内管に開放しており
そして熱交換流体用の出口はそれぞれ内管および前記環
状空間に開放している。

かかる装置を使用する場合、熱交換流体はその外側が周
囲の土と接している環状空間に通されその結果熱を土お
よび地下水から熱交換流体に移動することができる。

続いて、この熱交換流体は内管の内部を通って運び去ら
れ次に直接または間接加熱装置によって加熱するために
使用するこさができる。

最適熱交換を得るためには、熱交換流体を内管中に流入
させそして前記環状空間を通して運び去ることが望まし
い。

前記環状空間に液体乱流発生手段を設けることは極めて
有利である。

それはこれらの手段は地下水または土から地下水または
土と接触していない前記熱交換流体への最適熱交換を確
保するからである。

これらの液体乱流発生手段は環状空間をチャンネルに分
割する画壁からなっているのが好都合であり、前記画壁
は内管および外管と一体になっているのが好ましい。

内管および外管と一体になったかかる画壁を使用する場
合、本発明の装置を製作するのに存在するパイプまたは
管を使用することができる。

前記画壁は効果的には内管および外管の壁部分と一緒に
なって丸められた断面好ましくは大体円形の断面を有す
るチャンネルを形成しそして前記チャンネルの断面は効
果的には全環状空間の断面に比例して小さい。

したがって、地下水と熱交換流体との間の熱交換が起る
環状空間中に最適乱流が得られると共に内管の内側を通
って輸送される間熱交換流体中に熱の最適維持が得られ
る。

流入する熱交換流体とさらに高温の流れ出る熱交換流体
との間に熱交換が発生するのを防止するために、内管の
内側に断熱層を設けるのが効果的でありそして熱交換流
体が内管の内面と断熱層の外面との間に浸入するのを防
止するために前記断熱層の末端に弾性材料の密封手段を
設けるのが効果的である。

熱交換流体との最適熱交換を得るためには、熱交換流体
を運ぶためのパイプを地下水塊に配置することがすすめ
られる。

多くの場合、これは達成するのが困難であるのでパイプ
は熱の最適回収を妨げる湿った土にもっばら設置される
。

それ故、この欠点を有さない装置を提供することが本発
明の別の目的である。

この目的は熱交換流体を運ぶための前記パイプを実質的
に土壌粒子を通過させない穴あきケーシング内に装入す
る本発明によって達成される。

このようにして、地下水を送り穴に通してケーシング内
に蓄積させる。

パイプは地下水から最適の湿めりを受けるので、得られ
た氷塊は最適熱交換を確保する。

特定の有利な態様は前記ケーシングが壁中に長手方向ケ
ーシングチャンネルを有する複合管からなり、前記長手
方向ケーシングチャンネルの外側ケーシング壁に穴がお
いておりそしてその内側が開口を介して前記複合管の内
部に通じており、前記複合管の底は閉鎖されそして前記
複合管の内側と外側との間には連続した開口が設けられ
ていることを特徴とする。

外壁中の穴は地下水を長手方向ケーシングチャンネルに
流入させ、そして地下水は毛管作用により長手方向ケー
シングチャンネル中に吸い込まれ続いて開口を通って複
合管の内部に流入される。

次に、パイプを通って運ばれた熱交換流体は前記の蓄積
された氷塊から熱を吸収して水の密度を増加させる。

その結果、冷たい地下水は連続した開口部を通ってケー
シングの内部から追い出され、一方新鮮な温い地下水は
熱交換流体を運ぶようになっているパイプのまわりに蓄
積する。

さらに、本発明は土および地下水から熱を回収する方法
に関しそして前記方法は熱交換流体を本発明の装置特に
外管および内管と熱交換流体を運ぶためのチャンネルを
形成するために前記内管と外管との間に設けられた転移
部（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ ）とからなる装置に通す
ことを特徴とする。

本発明の装置および方法はほとんど地下水が存在しない
加熱土壌から熱を回収できるという大きな利点を与える
。

内管の内面に適用できる断熱層は網状ポリエチレンフオ
ーム、ポリウレタンフォームなどからなっていることが
好都合でありそしてポリエチレンも適当な材料であるが
内管および外管は耐衝撃性ポリ塩化ビニルからなってい
ることが有利である。

内管の内面を断熱するために用いられる前記断熱層に関
しては、この断熱はパイプによって土の中に２０〜２５
メートルの深さまで装入される場合に特に必要であると
いうことに注目すべきである。

添附図面を参照して本発明を以下に説明する。

第１図はプラスチック例えば耐衝撃性のポリ塩化ビニル
の外管１からなる本発明の装置の第１の態様を示す。

前記外管１はこれもまた耐衝撃性のポリ塩化ビニルのキ
ャップ１０によってその端部において閉塞されている。

外管１はその外管１とその内部に同心的に配置された内
管２との間に形成された環状の空間部３に熱交換流体を
供給するための人ロアを備えている。

内管２の外側の自由横断面は、環状空間部３へ人ロアを
通って供給された熱交換流体が出口９を通って層流状態
で取り出され、その出口から熱交換する流体が導管１１
を通って熱吸収要素へ流れることが出来るようにされる
。

内管２をその位置に維持するために、この内管２はこれ
もまた外管１に関してゴムリングの形の保持手段２ａに
よって保持されるＴ継手の突出部１２にしっかりと担持
される。

環状空間部３で熱を吸収した熱交換流体からの望ましく
ない熱交換を防止するために、もう１つの管１４が内管
２の内部に効果的に取り付けられてそれは密封リング５
および５ａによって保持することができる。

内管２と管１４との間に形成された空間部１５はもし望
むならばフオームプラスチックの絶縁材料で充満するこ
とができる。

第２図および第４図は好ましい一つの態様を示す。

この場合、実際には外管１と内管２とは隔壁１６によっ
て相互に結合されていてチャンネル・ １７を形成して
いるので、人ロアを通って供給される熱交換流体は前記
のチャンネルを通って下方に向けて流れかつ周囲の土壌
および地下水との熱交換によって加熱される。

隔壁１６は外管１および内管２と一体であるのが好まし
いが、また一体をなす突出部を備えた内管２であってこ
のような内管が外管１の中に配置されたときには隔壁を
形成するような内管２を使用することも可能である。

チャンネル１７は丸められているのが効果的であり、か
つそれが円形の横断面を有するのが好ましい。

内管２の自由横断面１３は、チャンネル１７内で熱を吸
収した後の熱交換流体が層流状態で出口９に流れるよう
に寸法を決められるのが好ましい。

壁内に４７個のチャンネル１６（チャンネル直径２Ｍ）
を有しかつ熱交換流体として０．１５ｍ３／ｈである水
の収量を有する耐衝撃性のポリ塩化ビニル（内径４１
Ｍ、外径５ｏｍ）の外管１にライては、その流入の速度
が０．３ ｍ 、ＡｅＣ，流出の速度は０．０３ ｍ
／ｓｅｃである。

出口９が形成された分離した出口導管１８と、入ロアを
備えた分離した導管１９とを有するＴ継手が使用される
のが好ましい。

内管２の内側を通って上方に向けて流れる熱交換流体が
流入する熱交換流体と接触するようになることを防止す
るために、閉塞手段２１が出口９に連通している管２０
と協働する。

第３図および第５図は第２図および第４図に示されてい
るのと同一の構成形状のものを示す。

しかしながらこの場合には、フオームプラスチック層４
が内管２の内側に設けられている。

このフオームプラスチック層は管２０と一体になってい
てかつ人ロアに接続されているポリエチレンのもう１つ
の内管２２（内径１６７７ｍで外径２０Ｍである）によ
って被覆される。

使用されるフオームは網状組織のポリエチレンフオーム
である。

この場合人ロアは内管２２と連通し、かつ出口９はチャ
ンネル１７と連通ずる。

この態様は例えば熱回収に非常によく適応しうる。

何故ならば熱が回収された後のより冷えた地下水はそれ
がより大きい密度であるためにより低いレベルに溜まり
またより熱い地下水はそれがより小さい密度であるため
により高いレベルに溜マるからである。

熱交換流体はその際には先づより冷えた地下水に接触す
るようになり、それに続いてより熱い地下水に接触する
ようになる。

一体をなすパイプを形成するように隔壁１６によって互
に結合されている内管と外管とは、耐衝撃性のポリ塩化
ビニルからなり、その複合管の直径は約５０ｗｌ１であ
ると有利である。

しかしながら、この値は本発明の要旨を限定するもので
はない。

前述の事項の環状空間部に関する限り、前記の空間部が
その横断面を円形ではなくて丸められた形、内形やその
他のいかなる様式に形造られた空間部をも包含するもの
であることは明らかである。

地下水の循環を改善するために、多孔媒体例えば砂利２
３の層で外管１を取り囲むことはやる価値があることで
ある。

第６図および第７図はパイプ３１を人口３２および出口
３３を備えたＵ字管の形で示す。

水であってそれに凍結防止剤が添加された形の熱交換流
体が入口３２を通ってパイプ３１に供給され、かつ出口
３３を通って取り出される。

熱を放出した後では、出口３３を通って増り出された熱
交換流体は入口３２へ運び返すことができ、そこで熱の
吸収のために再び使用される。

管の下降する部分は３１ａによって示され、管の立上る
部分は３１ｂによって示される。

パイプ３１はパイプを取り囲むケーシング３５の頂部側
３４に担持される。

ケーシング３５の底部側は網３６によって塞がれていて
、ケーシング３５は土壌の粒子が網の底部３６を通って
ケーシング３５の内部に通過し得ないようにして土壌内
に押し進められる。

ケーシング３５は外ケーシング管３８とケーシング隔壁
４０によって相互に結合されその隔壁が第１長手方向ケ
ーシングチャンネル５１を形成している内ケーシング管
３９からなる。

それらの外側では、前記長手方向ケーシングチャンネル
が横方向溝４１を備えている。

前記溝４１は周囲の地下水をそれを通して長手方向ケー
シングチャンネル５１内へ浸入させることができるが、
一方前記長手方向ケーシングチャンネル５１は小さい内
径を有しているので、長手方向ケーシングチャンネル５
１内に浸入した地下水はそこでの毛管作用を受けて水を
チャンネル５１内で上昇させる。

その内側では、ケーシング３５の内ケーシング壁３９は
環状の凹所４２を備えていて、隔壁４０が維持されてい
る。

毛管作用の結果として長手方向ケーシングチャンネル５
１内を上昇する水は、次いでケーシング３５の内部３７
内に流れ、ここでパイプ３１を通って供給される水の形
になっている熱交換流体と熱交換のプロセスを受けるこ
とができる。

第８図および第９図は第１図および第２図による装置の
変更された態様を示し、ケーシング３５が第６図および
第７図におけると同じ様式で形成されている。

この第８図および第９図での参照符号は第６図および第
７図におけると同様のやり方で示されている。

しかしながら、この場合８０ｗ／ｌの直径を有するポリ
塩化ビニルの多孔ケーシング３５の内側には、隔壁４４
ｃによって完全に連帯的に形成された外管４４ａ（外径
５ＯＷ）と内管４４ｂ（直径４１履）とからなるパイプ
４４が吊下げられている。

このようにして、長手方向チャンネル５１ａがパイプ４
４の壁（長さ約ｉ０ｍ）内に形成される。

パイプ４４の底部側は密封状態に閉塞するカバー４６に
よって環状の開口４３を残して閉塞されるが、この開口
は他の長手方向チャンネル５１ａとパイプ４４の内部４
５との間の連通を確保する。

熱交換流体はＴ継手４８内に設けられた出口４９を通っ
て取り出され、取入れは人口４７を通って進められるの
で、熱交換流体は最高の温度を有する地下水とその端部
で係わり合うことになる。

前記人口４７はパイプ４４の内部に置かれたポリエチレ
ン管５０（外径２０７１ｇ１１で内径１６７１ｇｌ１で
ある）に接続される。

前記パイプ４４は内壁４４ｂと外壁４４ａとさらに隔壁
４４ｃとからなり、長手方向チャンネル５１ａを通って
流れる熱交換流体の輸送のために使用される。

チャンネル５１ａ内で熱を吸収した後で、熱交換流体が
前記熱を流入する熱交換流体に放出しないようにするた
めに、それもまたポリエチレンパイプ５０によって被覆
されているフオーム層５２を内管４４ｂの内側に備える
と有利である。

密封リング５３，５３２がポリエチレンパイプ５０を保
持するたに設けられる。

このような絶縁は深さが２０〜２５ｍに達する場合に特
に必要とされる。

多孔ケーシング３５の内部３７に溜まる地下水は熱を放
出した後より大きい密度を得るので、ケーシングから流
れ出てより熱い地下水によって置換されることは明らか
である。

このことは自然循環を引き起し、熱い地下水はチャンネ
ル４１を通って熱伝達のためにパイプ４４へ流れる。

この循環は周囲の土壌の多孔性を増加することによって
適当に改善される。

ケーシング４５を土壌内へ押し進める際、一般により大
きい孔が作られ、それは土を詰め込まれる。

その詰め込み材として例えば第１０図に示す例と同様に
砂利５４を選ぶことによって、ケーシング３５のまわり
で望み通りにその多孔性を調整することができる。

前記詰め込み材のまわりの土壌５８の多孔性は、もし望
むならば、ある時期の間すなわち管３１ａ。

３１ｂおよび４４ａ 、４４ｂをそれぞれ適所に配置す
る前にケーシング３５に強い真空圧力を受けさせること
によって改善される。

第１０図によれば、ケーシングはまた溝５６または他の
開口を備えた単一の壁の管５５からなる。

前記単一の壁の管は次いで閉塞端部キャップ５７によっ
て閉塞される。

第１０図においては、地下水のレベルは５９によって示
され、この地下水のレベルは例えば表面６０以下８０ｃ
ｆｒＬに存在する。

【図面の簡単な説明】

添附図面において、第１図は本発明による装置の第１の
態様を示し、第２図は本発明による装置の第２の態様を
示し、第３図は本発明による装置の第３の態様を示し、
第４図は第２図のＩＶ−ＩＶ線についての断面図であり
、第５図は第３図の■−Ｖ線についての断面図であり、
第６図は本発明による装置の第４の態様を示し、第７図
は第６図の■−■線についての断面図であり、第８図は
本発明による装置の第５の態様の断面図であり、第９図
は第８図のＩＸ−ＩＸ線についての断面図でありそして
第１０図は本発明による装置の第６の態様である。 Ｌ４４ａ・・・・・・外管、２，２２，４４ｂ・・・・
・・内管、３・・・・・・環状空間部、４，５２・・・
・・・フオームプラスチック層、７，３２．４７・・・
・・・人口、９゜３３．４９・・・・・・出口、１０・
・・・・・キャップ、１１・・・・・・導管、１２・・
・・・・突出部、１４，２０・・・・・・管、１５・・
・・・・空間部、１６，４０，４４ｃ・・・・・・隔壁
、１７・・・・・・チャンネル、１８・・・・・・出口
導管、１９・・・・・・人口導管、２３・・・・・・砂
利、３５・・・・・・ケーシング、３６・・・・・・網
、３７，４５・・・・・・内部、３８・・・・・・外ケ
−シング管、３９・・・・・・内ケーシング管、４１・
・・・・・溝、４２・・・・・・凹所、４３・・・・・
・開口、５１・・・・・・長手方向ケーシングチャンネ
ル、５３，５３ａ・・・・・・密封リング、５４・・・
・・・砂利、５５・・・・・・単一壁管、５６・・・・
・・溝、５７・・・・・・キャップ、５８・・・・・・
土壌、５９・・・・・・地下水レベル、６０・・・・・
・表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱交換手段が密閉底部を有する外管およびその中に
   同心的に配置された内管からなっていて前記内管の内部
   は該内管と外管との間に設けられた環状空間に開放連結
   されており、熱伝達流体用の人口がそれぞれ前記環状空
   間および内管に通じていて該熱伝達流体用の出口はそれ
   ぞれ前記内管および前記環状空間に通じている土から熱
   を回収するための装置において、前記環状空間が画壁に
   よってチャンネルに分割されていて前記画壁はプラスチ
   ック材料の内管および外管と一体をなし、且つ前記チャ
   ンネルが丸められた断面好ましくは実質的に円形の断面
   を有していて前記チャンネルの断面積は全環状空間の断
   面積に比較して小さいことを特徴とする装置。 ２ 場合により断熱層を設けた内管の断面積を自由に定
   めて内管の内部を通過する液体に層流を生せしめること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 熱交換流体を運ぶようになっているパイプが、液体
   は通すが土壌粒子は実質的に通さない穴あきケーシング
   中に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項のいずれか一つに記載の装置。 ４ 前記穴あきケーシングが壁中に長手方向ケーシング
   チャンネルを有する複合管からなり、前記ケーシングの
   外側壁には穴がおいておりそして該ケーシングの内側が
   開口を介して前記複合管の内部と通じていることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５ 前記穴あきケーシングが長手方向ケーシングチャン
   ネルを有する複合管からなり該ケーシングの外側壁には
   穴がおいていて、前記長手方向ケーシングチャンネルの
   内側は前記ケーシングの内側壁中に設けられた円形また
   は部分的に円形の凹所を介して複合管の内部中に開放さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第３項または
   第４項のいずれか一つに記載の装置。 ６ 前記穴あきケーシングの底部が多孔性のまたはふる
   い網の底であることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   ないし第５項のいずれか一つに記載の装置。 Ｔ 熱交換流体を運ぶためのパイプがＵ字管からなって
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項ないし第６
   項のいずれか一つに記載の装置。