(57)【要約】【課題】  地中の硬い地盤でも容易に埋設施工ができるとともに、年間を通じて安定した温熱・冷熱等の地熱を有効に利用することができる地下熱を利用した冷温房システムを提供することを目的とする。【解決手段】  地中に埋設される地中熱交換器を利用する冷温房システムにおいて、前記地中熱交換器は、長手方向の鋼管筒部と、前記鋼管筒部の下部に設けられる前記鋼管筒部と同径の略三角錐形状の三角鋼管部とで一体的に構成するとともに、前記鋼管筒部は、前記鋼管筒部内に充填された不凍液と、前記鋼管筒部の円周上に沿って配設されたパイプ状の熱交換器の先端を相互に連結する連結部材を有する複数の熱交換器と、当該熱交換器の略中央位置に一端を開放した入気パイプ及び排気パイプとを備え、前記三角鋼管部は、底面部上に熱源としての電熱ヒータを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設される地中熱交換器を利用する冷温房システムにおいて、
前記地中熱交換器は、長手方向の鋼管筒部と、前記鋼管筒部の下部に設けられる前記鋼管筒部と同径の略三角錐形状の三角鋼管部とで一体的に構成するとともに、
前記鋼管筒部は、前記鋼管筒部内に充填された不凍液と、前記鋼管筒部の円周上に沿って配設されたパイプ状の熱交換器の先端を相互に連結する連結部材を有する複数の熱交換器と、当該熱交換器の略中央位置に一端を開放した入気パイプ及び排気パイプとを備え、
前記三角鋼管部は、底面部上に電熱ヒータを備えていること特徴とする地下熱を利用した冷温房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下熱を利用した冷温房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の地下熱を利用した技術として、特許文献１には、地中に打ち込まれた鋼管杭の内部に収容された熱交換器が、熱交換管をコイル状に巻いたものからなって、鋼管杭の内部にコイル軸線方向を上下方向に向けて収容され、当該コイル状熱交換管の下端側の熱交換部が、前記熱交換管コイルで囲まれた内部を通じて地上に向けて上方に延ばされる構成が開示されている。また、特許文献２には、ポリエチレンより高熱伝導率の材料でできた偶数本の直管を曲管で結合して一連の管とし、管の端部を開放する構成が開示されている。
かかる地中の熱交換器においては、地中の熱量の温熱・冷熱の採取が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０３３６７号公報
【特許文献２】特開２００３−２６２４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１や特許文献２に開示されている発明では、硬い地中の地盤に埋設する施工が容易に行うことができず、施工に時間と労力を要するという問題がある。また、冬の寒冷時期では、地中の地熱の安定した採取が不十分であり、別途寒冷対策用の装置が必要となり初期設備に多大な費用を要するという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、硬い地盤でも容易に埋設施工ができるとともに、年間を通じて安定した温熱・冷熱を有効に利用することができる地下熱を利用した冷温房システム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】
上記課題を解決するために、本発明の地下熱を利用した冷温房システムは、
地中に埋設される地中熱交換器を利用する冷温房システムにおいて、前記地中熱交換器は、長手方向の鋼管筒部と、前記鋼管筒部の下部に設けられる前記鋼管筒部と同径の略三角錐形状の三角鋼管部とで一体的に構成するとともに、前記鋼管筒部は、前記鋼管筒部内に充填された不凍液と、前記鋼管筒部の円周上に沿って配設されたパイプ状の熱交換器の先端を相互に連結する連結部材を有する複数の熱交換器と、当該熱交換器の略中央位置に一端を開放した入気パイプ及び排気パイプとを備え、前記三角鋼管部は、底面部上に電熱ヒータを備えていること特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、硬い地中の地盤にあっては、地中熱交換器の鋼管先端部が略三角錐形状の三角鋼管構造となっているため、その埋設施工が短時間で容易に行うことができ、設備負担も低減することができる。
【０００８】
また、冬の寒冷時期にあっては、地中熱交換器の鋼管内に充満された不凍液を介在させ、しかもその下部に設けられた三角鋼管内の電熱ヒータによって、鋼管筒部内上側付近の温度と鋼管筒部下側付近の温度とが均一化されるため、より安定した熱交換が可能となる。また、地中の地盤及び地中熱交換器との間で熱交換が行われる熱伝導管としての機能する熱交換器内を流動する熱媒の温度も安定することとなる。
【０００９】
さらに、夏の温暖時期にあっては、地中の地盤及び地中熱交換器との間で熱交換が行われる熱媒の温度も外気温に比べて相対的に低くなり、冷房効果を十分発揮することができる。
【００１０】
さらに、熱交換器は、熱媒を循環させる循環式パイプであるため、循環式パイプで発生する熱量を有効に活用することができ、エネルギー効率の向上を図ることができるとともに、循環式パイプで熱供給装置としても利用できるため、大型設備を必要とせず、設備の小型化を図ることができる。
【００１１】
さらに、地中熱交換器から流動する熱媒の温度を検出する熱媒温度検出手段と、建物等の目的物室内の温度を検出する室内温度検出手段と、これら各温度検出手段の温度に基づき熱交換器からの流動の流路を切替えることのできる制御手段等を設けることにより、地下熱の適切な利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】は本発明に係る地下熱を利用した冷温房システムの地中に埋設された地中熱交換器の一部断面図である。
【図２】は本発明に係る地下熱を利用した冷温房システムの地中に埋設された地中熱交換器の概略を示す概略構成図である。
【図３】は図１のＡ−Ａ矢視の平面図である。
【図４】は本発明に係る地下熱を利用した冷温房システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の実施形態について説明する。
【００１４】
図１至及図４に本発明の実施形態の一例の地下熱を利用した冷温房システムを示す。図１至及図３に示すように、地中１の地盤に埋設される地中熱交換器２は、長手方向の円柱形をなす鋼管筒部３と、その下部側に設けられた略三角錐の形状を有する三角鋼管部４とからなり、全体的外観としてロケット形状の鋼管体を構成している。地中に埋設される地中熱交換器２は、鋼管筒部３と三角鋼管部４とを含め長さ約５ｍとなる。
【００１５】
鋼管筒部３内には、不凍液５が熱交換器６を完全に沈む位置まで充填され、当該熱交換器６は、その形状が長パイプ管形状を有し、鋼管筒部３の円周面に沿って配置され、その両端部の先端部はそれぞれ連結部材７によって連結された循環パイプとして構成され、熱交換器６内の熱媒の流動循環状態を作り出している。
【００１６】
地中１との熱交換が行われる熱伝導管として機能する熱交換器６に囲まれた中央部分の位置には、地上部側の一端が開放された入気パイプ８と排気パイプ９が熱交換器６に沿って設置され、入気パイプ８と排気パイプ９の下端部分は連結部材７によって連結されている。
【００１７】
そして、地中熱交換器２の入り口に設けられた入気パイプ８から導入された熱交換用の熱媒としての気体または液体等がこのパイプ８，９の管内を流れ、熱交換器６を介して地中１の熱との熱交換で加熱または冷却され、排気パイプ９から排出され熱媒として利用される。
【００１８】
鋼管筒部３の下部側に設けられた三角鋼管部４は、その形状が略三角錐の形状で鋼管筒部３の外周と同一寸法・同一形状を有し、当該鋼管筒部３と接合している。また、鋼管筒部３側の三角鋼管部４の底面部には、電熱ヒータ１０が設置され、電熱ヒータ１０用の電熱線１１が鋼管筒部３内を通って、外部電源に接続されている。電熱ヒータ１０が三角鋼管部４の底面部に設置されることにより、そのヒータ熱が鋼管筒部３内に充填された不凍液５に伝達されることになる。
【００１９】
電熱ヒータ１０は、特に冬の寒冷時期に補助熱源として用いることにより、鋼管筒部３内に充填された不凍液５を温めて流れを発生させることで、地上部側の鋼管筒部内上側３aの温度と、地中下部側の鋼管筒部内下側３bの温度が均一化されることとなり、冬の寒冷時期でも安定した熱交換が可能になる。
【００２０】
そして、図４に示すように、複数本の地中熱交換器２を地中１の地盤に埋設し、それらと外部装置とを連結し、地中熱交換器２から流動する熱媒の温度を検出する熱媒温度検出手段１００と、建物等の目的物室内の温度を検出する室内温度検出手段１０１と、それら熱媒温度検出手段１００と室内温度検出手段１０１の温度に基づき地中熱交換器２からの流動の流路を切り替えることのできるバルブ等の制御手段１０２を有することにより本発明の地下熱を利用した冷温房システムを構成する。
【００２１】
次に、本実施の動作について説明する。
【００２２】
まず、地下熱利用ができる場所の地盤調査を行い、該当する場所を決定する。決定した場所の地中１の地盤に地中熱交換器２を埋設する。地中熱交換器２の埋設作業は、地中熱交換器２の先端部が略三角錐状の三角鋼管部４を有しているため、埋設施工が短時間に容易に行うことができる。
【００２３】
地中熱交換器２の入気パイプ８から熱交換用の熱媒としての気体または液体等が流入されると（下矢印⇒）、循環パイプの熱交換器６を介して地中１の熱との熱交換で加熱または冷却され、その熱媒は排気パイプ９から排出され（上矢印⇒）、熱媒として冷温房システムに利用される。
【００２４】
そして、熱交換器６が地中１からの熱媒を循環させる循環式パイプであり、地中１との熱交換が行われる熱伝導管としての機能を有するため、循環式パイプで発生する熱量を熱交換器６の中央部位置に設置された入気パイプ８、排気パイプ９に有効に伝達することができ、エネルギーの効率の向上を図ることができるほか、大型設備を必要とせず、設備の小型化を図ることもできる。
【００２５】
上記構成の地中熱交換器２が、複数本の単位で地中１に埋設され、それら地中熱交換器２内に設置された熱交換器６を介して排水パイプ９から流動する熱媒の温度を熱媒温度検出手段１００によって検出し、一方、建物等の目的物室内の温度を室内温度検出手段１０１によって検出し、それら熱媒温度検出手段１００と温度を室内温度検出手段１０１との検出温度に基づいて地中熱交換器２からの流動の熱媒の流路をバルブ等の制御手段１０２によって調整して熱媒を有効に利用することができる。
【００２６】
夏の温暖時期に際しては、上述構成の地中決交換機２は地中１との間で、熱交換が行われる熱媒の温度も地上の外気温に比べて相対的に低くなることから、冷房効果を十分に発揮することができる。
【００２７】
冬の寒冷時期に際しては、地中熱交換器２内の熱交換器６の性能を発揮させるため、地中熱交換器２内に充填された不凍液５が、鋼管筒部内下側３b付近の不凍液５が三角鋼管部４内に設けられた電熱ヒータ１０によって暖められる。暖められた不凍液５が鋼管筒部３内を循環し、鋼管筒部内上側３a付近の温度と鋼管筒部内下側３b付近との温度が均一化されるため、より安定した熱交換が可能となる。
【００２８】
また、地中１と地中熱交換器２との間で、熱交換が行われる熱伝導管とし機能する熱交換器６内を流動する熱媒の温度の安定化も図ることができる。
したがって、かかる地下熱を利用した冷温房システムにあっては、年間を通じて比較的安定的な温熱・冷熱等の地熱を極めて有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１      地中
２      地中熱交換器
３      鋼管筒部
３a     鋼管筒部内上側
３b     鋼管筒部内下側
４      三角鋼管部
５      不凍液
６      熱交換器
７      連結部材
８      入気パイプ
９      排気パイプ
１０      電熱ヒータ
１１      電熱線
１００    熱媒温度検出手段
１０１    室内温度検出手段
１０２    制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013047586.tif 000005
【図４】
2013047586.tif 000006