(57)【要約】【課題】地中熱で加熱された流入管および流出管の熱を熱媒により高効率に回収させる。【解決手段】熱媒Ｆを地表Ｌ側から地中側に向けて流す流入管１１と、この流入管１１を通過した熱媒Ｆを地中側から地表Ｌ側に向けて流す流出管１２とを備え、この熱媒Ｆがこれらの流入管１１および流出管１２を順次通過することにより、地中熱で加熱された流入管１１および流出管１２の熱が熱媒Ｆにより回収される地中熱交換器用Ｕ字管１０であって、流入管１１および流出管１２の少なくとも一方に、その内周面に向けて熱媒Ｆを案内させる案内部材１３が備えられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒を地表側から地中側に向けて流す流入管と、この流入管を通過した熱媒を地中側から地表側に向けて流す流出管とを備え、この熱媒がこれらの流入管および流出管を順次通過することにより、地中熱で加熱された流入管および流出管の熱が熱媒により回収される地中熱交換器用Ｕ字管であって、
前記流入管および前記流出管の少なくとも一方に、その内周面に向けて前記熱媒を案内させる案内部材が備えられていることを特徴とする地中熱交換器用Ｕ字管。
【請求項２】
請求項１記載の地中熱交換器用Ｕ字管において、
前記案内部材は、前記流入管若しくは前記流出管の内部にその管軸に沿って延在して設けられたシャフトが、その表裏面を貫通するように嵌挿された板状体とされ、この板状体は、その表裏面が管軸に直交する方向に対して傾斜自在とされて前記シャフトに支持されていることを特徴とする地中熱交換器用Ｕ字管。
【請求項３】
請求項２記載の地中熱交換器用Ｕ字管において、
前記板状体の表裏面には、前記シャフトが嵌挿された部分を除いた位置にその厚さ方向に貫通する通過孔が形成されていることを特徴とする地中熱交換器用Ｕ字管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば建造物の空調設備の熱源器となる地中熱交換器に用いられる地中熱交換器用Ｕ字管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の地中熱交換器用Ｕ字管として、従来から例えば下記特許文献１に示されるような、熱媒を地表側から地中側に向けて流す流入管と、この流入管を通過した熱媒を地中側から地表側に向けて流す流出管とを備え、この熱媒がこれらの流入管および流出管を順次通過することにより、地中熱で加熱された流入管および流出管の熱が熱媒により回収される構成が知られている。
【特許文献１】特開平１１−１８２９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、近年では、前記従来の地中熱交換器用Ｕ字管よりも高効率に流入管および流出管の熱を熱媒で回収できるようにすることに対する要望が高まっている。
【０００４】
このような課題を解決するための手段として、流入管および流出管の内部における熱媒の流速を遅くしてこの熱媒の滞留時間を長くし、熱媒がこれらの管から受ける熱量を増大させることが考えられる。しかしながら、この場合、熱媒の流れが層流状態になるので、前記各管内の熱媒のうち管の内周面上に位置するものは、これらの管から多くの熱量を受けるにもかかわらず、その流れが著しく悪くなって流出管の地表側開口部まで到達せず回収できなくなるため、前記のような課題を解決することはできない。
これとは逆に、熱媒の流速を早くすると、前記各管の内周面上に位置する熱媒も含めてこの管内の全ての熱媒を良好に流れさせ、回収することが可能になる一方、この熱媒の前記各管内の滞留時間が短くなり、この熱媒に十分な熱量を付与することができなくなり、やはり前記の課題を解決することはできない。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、高効率に熱を回収することができる地中熱交換器用Ｕ字管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の地中熱交換器用Ｕ字管は、熱媒を地表側から地中側に向けて流す流入管と、この流入管を通過した熱媒を地中側から地表側に向けて流す流出管とを備え、この熱媒がこれらの流入管および流出管を順次通過することにより、地中熱で加熱された流入管および流出管の熱が熱媒により回収される地中熱交換器用Ｕ字管であって、前記流入管および前記流出管の少なくとも一方に、その内周面に向けて前記熱媒を案内させる案内部材が備えられていることを特徴とする。
【０００７】
この発明では、前記案内部材が備えられているので、熱媒が流入管および流出管の少なくとも一方を通過する際に、その内周面に乱流状態の熱媒を衝突させることが可能になる。すなわち、管軸に交差する方向から熱媒を前記内周面に衝突させることが可能になる。したがって、熱媒が地中熱交換器用Ｕ字管の内部を通過する過程において、この熱媒を地中熱で加熱された流入管または流出管の内周面に接触させることが可能になり、しかもこの接触により多くの熱量を受けた熱媒は前記内周面によって径方向内方に向けて跳ね返されるので、前記各管の内周面上に滞留させることなく回収することができ、高効率な熱回収を実現することができる。
【０００８】
ここで、前記案内部材は、前記流入管若しくは前記流出管の内部にその管軸に沿って延在して設けられたシャフトが、その表裏面を貫通するように嵌挿された板状体とされ、この板状体は、その表裏面が管軸に直交する方向に対して傾斜自在とされて前記シャフトに支持されてもよい。
【０００９】
この場合、地中熱交換器用Ｕ字管の内部を通過する熱媒が板状体の表面若しくは裏面に衝突したときに板状体が前記傾斜することになるので、この表面若しくは裏面により熱媒を流入管若しくは流出管の内周面に向けて案内させることが可能になり、熱媒をこの内周面に接触させること、およびこの熱媒を回収することを確実に実現することができる。
また、熱媒を熱交換器用Ｕ字管の内部に連続的に供給する過程において、板状体が前記傾斜した後にこの傾斜が戻されて、以前傾斜していた方向と異なる方向に新たに傾斜すること等が繰り返されることになるので、板状体に対する熱媒の衝突速度が相対的に高められることがあり、この場合、前記の作用効果が確実に奏効されることになる。
【００１０】
さらにまた、板状体がシャフトの軸線回りに回転自在とされた場合には、板状体の表面において前記回転する方向における周方向位置を問わず、その全周においてこの板状体を前記傾斜させることが可能になり、熱媒を熱交換器用Ｕ字管の内部に連続的に供給する過程において、前記内周面の全周に亙って均等に熱媒を衝突させることができる。したがって、さらなる熱回収効率の向上を図ることができる。
【００１１】
また、前記板状体の表裏面には、前記シャフトが嵌挿された部分を除いた位置にその厚さ方向に貫通する通過孔が形成されてもよい。
この場合、板状体の表面に熱媒が衝突してこの板状体とシャフトとの連結部分に大きな負荷が作用しようとした場合においても、通過孔に熱媒の一部を通過させることによって、この負荷を低減させることができる。したがって、前記連結部分が破損し易くなることを防ぐことが可能になり、前記案内部材を設けたことによってこの地中熱交換器用Ｕ字管の耐久性が低下するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば高効率な熱回収を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る地中熱交換器用Ｕ字管の一実施形態を、図１および図２を参照しながら説明する。
地中熱交換器用Ｕ字管１０は、熱媒Ｆを地表Ｌ側から地中側に向けて流す流入管１１と、この流入管１１を通過した熱媒Ｆを地中側から地表Ｌ側に向けて流す流出管１２とを備え、この熱媒Ｆがこれらの流入管１１および流出管１２を順次通過することにより、地中熱で加熱された流入管１１および流出管１２の熱が熱媒Ｆにより回収されるようになっている。
【００１４】
そして、流入管１１および流出管１２の少なくとも一方に、その内周面に向けて熱媒Ｆを案内させる案内部材１３が備えられている。図１に示す例では、流入管１１および流出管１２にそれぞれ、地表Ｌ側と地中側との二箇所に案内部材１３が設けられている。特に、流出管１２に設けられた２つの案内部材１３のうち、地表Ｌ側に設けられた案内部材１３は、地表Ｌよりも地中側に相当距離だけ離れて位置されており、この案内部材１３を通過した熱媒Ｆを層流状態にしてから地表Ｌに到達させ、この熱媒Ｆが放熱するのを抑制できるようになっている。
【００１５】
ここで、流入管１１および流出管１２の内部にはそれぞれ、管軸に沿って地表Ｌ側から地中側に向けて延びるシャフト１４が配置されている。図示の例では、各シャフト１４は流入管１１および流出管１２の各管軸と一致されて配設されている。
【００１６】
さらに、本実施形態では、案内部材１３は、図２に示されるように円板状体とされ、その径方向中央部に形成された貫通孔１３ａにシャフト１４が嵌挿され、この円板状体の表裏面が管軸に直交する方向に対して傾斜自在とされてシャフト１４に支持されている。すなわち、貫通孔１３ａの内径はシャフト１４の外径よりも大きくされ、また、シャフト１４において案内部材１３が配設された位置には、この案内部材１４の表裏面に対向するように、貫通孔１３ａの内径よりも大径の支持部材１４ａが設けられている。これにより、案内部材１３は、シャフト１４の延在する方向に直交する方向に対して所定角度だけ傾斜可能、かつシャフト１４回りに回転自在とされた状態でこのシャフト１４にその軸線方向の移動が拘束されて取り付けられている。
【００１７】
また、案内部材１３の表裏面には、図２に示されるように、シャフト１４が嵌挿された部分、つまり径方向中央部を除いた位置にその厚さ方向に貫通する通過孔１３ｂが複数形成されている。これにより、案内部材１３の表裏面に衝突した熱媒Ｆの一部を通過孔１３ｂを介して通過させるようになっている。
【００１８】
以上説明したように、本実施形態による地中熱交換器用Ｕ字管１０によれば、案内部材１３が備えられているので、熱媒Ｆが流入管１１および流出管１２を通過する際に、その内周面に乱流状態の熱媒Ｆを衝突させることが可能になる。すなわち、管軸に交差する方向から熱媒Ｆを前記内周面に衝突させることが可能になる。したがって、熱媒Ｆが地中熱交換器用Ｕ字管１０の内部を通過する過程において、この熱媒Ｆを地中熱で加熱された流入管１１および流出管１２の内周面に接触させることが可能になり、しかもこの接触により多くの熱量を受けた熱媒Ｆは前記内周面によって径方向内方に向けて跳ね返されるので、前記各管１１、１２の内周面上に滞留させることなく回収することができ、高効率な熱回収を実現することができる。
【００１９】
また、案内部材１３の表裏面が、管軸に直交する方向に対して傾斜自在とされているので、熱媒Ｆが案内部材１３の表面若しくは裏面に衝突したときにこの案内部材１３が前記傾斜することになり、この表面若しくは裏面により熱媒Ｆを流入管１１および流出管１２の内周面に接触させること、およびこの熱媒Ｆを回収することを確実に実現することができる。
【００２０】
さらに、熱媒Ｆを連続的に供給する過程において、案内部材１３が前記傾斜した後にこの傾斜が戻されて、以前傾斜していた方向と異なる方向に新たに傾斜すること等が繰り返されることになるので、案内部材１３に対する熱媒Ｆの衝突速度が相対的に高められることがあり、この場合、前記の作用効果が確実に奏効されることになる。
【００２１】
さらにまた、本実施形態では、案内部材１３がシャフト１４の軸線回りに回転自在とされているので、案内部材１３の表裏面において前記回転する方向における周方向位置を問わず、その全周においてこの案内部材１３を前記傾斜させることが可能になり、熱媒Ｆを熱交換器用Ｕ字管１０の内部に連続的に供給する過程において、前記内周面の全周に亙って均等に熱媒Ｆを衝突させることができる。したがって、さらなる熱回収効率の向上を図ることができる。
【００２２】
また、案内部材１３に通気孔１３ｂが形成されているので、案内部材１３の表面若しくは裏面に熱媒Ｆが衝突してこの案内部材１３とシャフト１４との連結部分に大きな負荷が作用しようとした場合においても、通過孔１３ｂに熱媒Ｆの一部を通過させることによって、この負荷を低減させることができる。したがって、前記連結部分が破損し易くなることを防ぐことが可能になり、案内部材１３を設けたことによってこの地中熱交換器用Ｕ字管１０の耐久性が低下するのを防止することができる。
【００２３】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態では、案内部材１３を流入管１１および流出管１２の双方に設けた構成を示したが、これらの管１１、１２のうち少なくとも一方に設ければよい。また、案内部材１３を流入管１１および流出管１２にそれぞれ２つずつ設けた構成を示したが、１つだけ設けるようにしてもよく、さらには、３つ以上設けるようにしてもよく、その個数は特に限られるものではない。
【００２４】
また、案内部材１３の構成は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば流入管１１および流出管１２の少なくとも一方に、スクリュウシャフトを、その軸線を管軸に略一致させて配設することにより、このスクリュウのねじ部に熱媒Ｆを沿わせて前記案内させるようにすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
地中熱で加熱された流入管および流出管の熱を熱媒により高効率に回収させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る一実施形態において、地中熱交換器用Ｕ字管の縦断面図である。
【図２】図１に示す案内部材の平面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  地中熱交換器用Ｕ字管
１１  流入管
１２  流出管
１３  案内部材
１３ｂ  通過孔
１４  シャフト
Ｆ  熱媒
Ｌ  地表
【図１】
2007132536.tif 000003
【図２】
2007132536.tif 000004