(57)【要約】【課題】採熱管の熱交換容量を大きくすると共に採熱管をユニット化することにより、削孔内への挿入作業を容易にし、地中熱を利用したシステムの初期投資費用を減少させる。【解決手段】採熱管ユニット１は、偶数個のパイプ穴３０が周方向に形成してあるドーナツ型のフランジ２にチタン製またはステンレス製の長さ１０ｍのパイプ３を通してある。パイプ３は、フランジ２において接続されるので、パイプ３の一端部はフランジから突出させてあり、他端はフランジ２内に位置する。Ｕ字管でパイプ端部が連結された底部用の採熱管ユニット１を削孔内に挿入し、削孔深さに合わせてユニットを接続する。パイプ３のフランジ２から突出する側の端部にＯリング３３を填め込んであり、パイプ３をテーパー３４付きスリーブ３５でフランジ２に固定する。フランジ２同士はボルト２５で固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偶数本の耐腐食金属製パイプの両端部に周方向にパイプ用の穴が設けてある環状フランジが固定してあり、フランジを介してパイプが接続可能である採熱管ユニット。
【請求項２】
周方向にパイプ用の穴が設けてある環状フランジの対向する穴を結ぶようにＵ字パイプが取り付けてある採熱管ユニット。
【請求項３】
請求項１において、パイプの一端部にはＯリングを設けると共にテーパーを有するスリーブを取り付けてフランジに固定してあり、他端部はＯリングを収容可能な拡径部であり、フランジに固定している採熱管ユニット。
【請求項４】
請求項１において、パイプの両端部が拡径してあり、両端部にＯリングを有し中央部に両側に向かうテーパーを有する接続用短管でパイプを接続する採熱管ユニット。
【請求項５】
請求項１において、一端にＯリング及び他端にスリーブを取り付けているパイプと拡径部を有するパイプを一本おきに交互にフランジに固定した採熱管ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下１０ｍ〜１００ｍの地中の比較的浅い部分に存在する低温域の熱源を有効利用するものであり、地下の熱を有効に利用して融雪、暖房及び冷房等を効率よくおこなうための地中熱交換システム用採熱管ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化に対し、化石燃料に代わるエネルギーとしてクリーンな自然エネルギーが脚光を浴びている。
地下１０ｍ以下の温度は年間を通じてほぼ一定であり、エネルギー密度は低いが量的に期待できるエネルギー源である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２８９５３３号公報（特許請求の範囲、要約、図１）
【０００４】
地中熱交換方式としては図８に示すように次の方式が挙げられる。
▲１▼二重管方式。
▲２▼Ｕチューブ方式。
▲３▼ＷＵチューブ方式。
二重管方式は、内管と外管の二重管から構成されており、内管の最下端からヒートポンプを通ってきた循環ブラインが外管に放出され、外管を通って再びヒートポンプに返送される循環方式である。なお、ブラインが外管から内管を通って循環する方式も可能である。
【０００５】
井戸方式は、ブラインの循環移動経路は二重管方式と同じであるが、内管に比較して外管が大きく、外管を通過するブラインを地表面付近では吸引する必要があるが、ブラインの循環形式の観点からは同じと見てよいものである。
【０００６】
Ｕチューブ方式は、二本の高密度ポリエチレンパイプをＵパイプで連結してあり、錘を付して削孔内に降ろし、パイプ周辺にグラウトを充填して固定したものであり、Ｕチューブ内にブラインを通して熱交換するものである。
【０００７】
ＷＵチューブ方式は、二組のＵチューブを直角に配置したものを削孔内に降ろし、パイプ周辺にグラウトを充填して固定するもので、ブラインをＷＵチューブ内に通して熱交換をおこなう方式である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
地中熱利用熱交換システムにおいて、削孔費用がかなりの割合を占めるので、削孔１本当たりの採熱効率を高め、削孔数を減少させることが必要である。また、熱交換の媒体である採熱管を流下するブラインの漏液に対する対策を講じ、安全性を確保し、更には採熱管の施工効率を高めて削孔１本当たりの施工コストを抑制する必要がある。
【０００９】
熱交換量は採熱管となるチューブ内を通過するブライン量とチューブ入口と出口の温度差の積に比例する。また、熱交換効率を高めるためには、熱伝導度の高い材質のチューブを使用するか、または、熱交換面積を大きくするためにチューブの表面積を大きくすると共に、断面積を大きくすることが必要である。
【００１０】
二重管方式は、Ｕチューブ方式やＷＵチューブ方式に比べ、同一径の削孔内ではブラインが流れる断面を最も大きくできるのでブライン量を最も大きくすることができる。しかし、ブライン流下断面がＵチューブ方式或いはＷＵチューブ方式の換算断面積と同じであると、表面積が小さいので熱交換量が小さくなる。従って、送ブライン量は多くすることができるが、熱交換容量がそれほど大きくならない。
また、二重管方式では、グラウト等の充填材の注入管を外管より外側に配置しなければならず、充填材注入管の分だけ外管を小さくしないと、削孔に挿入することができないという問題がある。
【００１１】
Ｕチューブ方式は、合成樹脂製のホースによって作られているので、継ぎ目がなく、止水性が高く、削孔内への設置が容易であるが、ブラインが通過する断面積が小さく、従って表面積も小さくなり、更に、チューブを構成する合成樹脂の熱伝導率が小さいので、総合的に熱交換率が低くなる。
【００１２】
ＷＵチューブ方式は、Ｕチューブと同じく、止水性・施工性に優れており、Ｕチューブの２倍の表面積を有するので比較的熱交換効率がよい。
しかし、従来の方式では採熱量が１０〜３０Ｗ／ｍ程度しか達成できず、熱交換効率が充分とはいえない。そのため、削孔深度を深くしたり、削孔本数を増やしたりして必要熱量を確保していたため、初期投資費用が増大する原因となっていた。
本発明は、採熱管の熱交換容量を大きくすると共に採熱管をユニット化することにより、削孔内への挿入作業を容易にし、地中熱を利用したシステムの初期投資費用を減少させようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
偶数本の耐腐食金属製パイプの両端部に周方向にパイプ用の穴が設けてある環状フランジが固定してあり、フランジを介してパイプを接続することにより、従来より多くの本数の採熱管を削孔内に挿入できるようにして採熱量を増大させた。
また、パイプの接続にはＯリングと、それを収容する拡径部を形成することによって接続作業を簡略化すると共に、漏液に対して安全性を高めた。
【００１４】
【実施例】
実施例１
採熱管ユニット１は、図１に示すように、図３の偶数個のパイプ穴３０が周方向に形成してあるドーナツ型のフランジ２にチタン製またはステンレス製のトラック輸送が可能な長さ４ｍ〜１０ｍのパイプ３を通したユニットである。パイプ３は、フランジ２において接続されるので、パイプ３の一端部はフランジから突出させてあり、他端はフランジ２内に位置する。採熱管ユニット１を削孔内に挿入した後、図３に示すフランジ２の中央部の穴２０を利用してグラウト注入管（図示しない）が削孔底まで配設される。
【００１５】
削孔底に設置する採熱管ユニットは、図２に示すように、対向するパイプ３の端部はＵ字管３１で連結してあり、ブラインが循環するようにしてある。そのため、削孔断面内にＷＵチューブ方式より多いパイプ３を配置することができ、循環ブライン量を増大させて地中熱交換システムの熱交換量を大きくすることができる。
【００１６】
図３に、フランジ２の平面図を示す。ユニット同士の接続は、フランジ２を接触させてボルト２５で接続する。
図４に接続状態を、図５にパイプ３の端部の詳細を示すように、パイプ３のフランジ２から突出する側の端部に凹部３２を形成し、Ｏリング３３を填め込んである。また、Ｏリングの後側にはパイプ３をフランジに固定するテーパー３４を有するスリーブ３５がパイプに填め込んである。接続相手側のユニットのパイプの先端部は、Ｏリングを収容できるように、拡径部３６が形成してある。パイプ３を接合したのち、フランジ２にボルト２５を取り付けてユニット同士を締結する。
万一、ブラインが漏れる場合には異なる二重の接合部を通過しなければならず、一回のボルトによる締結によって二重の水密構造が形成されるので、漏液に対して安全性が高い。
パイプ３が水密的に接続され、フランジ２同士はボルトで固定するものであるので、ユニットの増減によって削孔の深さに対応させることができる。
【００１７】
実施例２
実施例１は、フランジ２においてパイプ３を一端は突出させ、他端はフランジ内に位置するようにしてあるため、方向性を有し、製造に手間がかかるので、図６に示すように、パイプ３の両端部を拡径した拡径部３６としてフランジ２における構造を単一形式として経済的に製造できるようにした。
ユニットの接続は、両端にＯリングを取り付け、中央部に両側にテーパーを有するスリーブ３８が取り付けてある、接続パイプ３９をユニットの端部のパイプ３の拡径部３６に差し込み、テーパーの作用でパイプ３をフランジに固定する。
【００１８】
実施例３
実施例１は、ユニットの接合に方向性を有しているので、Ｏリング及びスリーブを取り付けているパイプと拡径部を有するパイプをフランジに固定する場合、円周方向の穴に交互に取り付けるようにすることにより、ユニットの方向性がなくなり、製造及び現場における接合が容易になる。
【００１９】
本発明の採熱管ユニット１を接続して削孔内に挿入した状態を図７に示す。
【００２０】
【発明の効果】
本発明では、採熱管として熱伝導率の大きな耐食性金属管を採用し、ユニット化することによって従来方法より多い本数の採熱管を削孔内に挿入できるようにして採熱量の増大を図った。
また、ユニットの長さをトラック等で運搬できる長さとし、フランジで簡単に接続できるようにし、長い採熱管を効率よく削孔に挿入設置できるようにした。
【図面の簡単な説明】
【図１】採熱管ユニットの斜視図。
【図２】Ｕ字管を設けた削孔底部用の採熱管ユニットを連結した斜視図。
【図３】フランジの平面図。
【図４】採熱管ユニットのフランジ部の断面図。
【図５】パイプの接合端部詳細を示す正面図。
【図６】採熱管ユニットのフランジ部の実施例２の断面図。
【図７】採熱管ユニットを削孔内に設置した状態の断面図。
【図８】採熱管の各種方式の斜視図。
【符号の説明】
１    採熱管ユニット
２    フランジ
３    パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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