JP2003262430A - 地中熱利用のヒートポンプ - Google Patents
地中熱利用のヒートポンプInfo
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- pipes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
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- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/30—Geothermal collectors using underground reservoirs for accumulating working fluids or intermediate fluids
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 U字管タイプの地中熱交換器を改良し、高い
熱変換効率で地中熱を取り出すことが可能なヒートポン
プを実現すること。 【解決手段】 ヒートポンプは、少なくとも2本以上の
往路配管14と、その往路配管に連通すると共に、往路
配管の数と同数かまたは常に少ない本数の復路配管から
なる復路管16とからなる循環管路12内に熱媒体を循
環させてなる地中熱交換器を含み、地上側の熱利用施設
の熱交換器に熱的に結合されている。地中熱との熱交換
を行って中温となった熱媒体は、復路配管内において流
速を速められ、往路配管を流下する高温または低温の熱
媒体の影響を受けることなく、中温のまま地上側施設の
熱交換器と熱交換されるので、熱交換効率が大幅に向上
する。
熱変換効率で地中熱を取り出すことが可能なヒートポン
プを実現すること。 【解決手段】 ヒートポンプは、少なくとも2本以上の
往路配管14と、その往路配管に連通すると共に、往路
配管の数と同数かまたは常に少ない本数の復路配管から
なる復路管16とからなる循環管路12内に熱媒体を循
環させてなる地中熱交換器を含み、地上側の熱利用施設
の熱交換器に熱的に結合されている。地中熱との熱交換
を行って中温となった熱媒体は、復路配管内において流
速を速められ、往路配管を流下する高温または低温の熱
媒体の影響を受けることなく、中温のまま地上側施設の
熱交換器と熱交換されるので、熱交換効率が大幅に向上
する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、地中熱を利用した
ヒートポンプシステムに関し、特に地中に配設された、
熱交換媒体を循環させる循環管路を含んでなる地中熱交
換器を有するヒートポンプに関する。
ヒートポンプシステムに関し、特に地中に配設された、
熱交換媒体を循環させる循環管路を含んでなる地中熱交
換器を有するヒートポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、地層・大地および地下水等の地中
の熱を熱源として、地中に設置した熱交換器の役割をし
ているパイプ内に水やブライン、エタノール等の不凍液
を循環させて、地中から熱を取出したり、地中に熱を放
出する地熱ヒートポンプシステムが、優れた経済性(省
エネ)や自然環境への汚染がない(CO2排出量削減)等
の観点から注目されている。
の熱を熱源として、地中に設置した熱交換器の役割をし
ているパイプ内に水やブライン、エタノール等の不凍液
を循環させて、地中から熱を取出したり、地中に熱を放
出する地熱ヒートポンプシステムが、優れた経済性(省
エネ)や自然環境への汚染がない(CO2排出量削減)等
の観点から注目されている。
【0003】このような地熱ヒートポンプシステムは、
一般に普及しているエアコンのような、空気を熱源とし
た空気熱源ヒートポンプとは異なり、地層・地下水等を
温熱源(ヒートソース)とみなして、そこから熱エネル
ギーを取出して、暖房施設や融雪施設などに温熱供給を
行ったり、逆に、冷熱源(ヒートシンク)とみなして、そ
こに熱を放出して、冷房・冷却施設に冷熱供給を行うシ
ステムであり、地中に設置されたパイプ内に循環される
不凍液を媒体(熱伝達媒体)として得られる熱源からの
熱エネルギーは、ヒートポンプ内を循環する代替フロン
のような作動媒体との間で熱交換するように構成され
る。
一般に普及しているエアコンのような、空気を熱源とし
た空気熱源ヒートポンプとは異なり、地層・地下水等を
温熱源(ヒートソース)とみなして、そこから熱エネル
ギーを取出して、暖房施設や融雪施設などに温熱供給を
行ったり、逆に、冷熱源(ヒートシンク)とみなして、そ
こに熱を放出して、冷房・冷却施設に冷熱供給を行うシ
ステムであり、地中に設置されたパイプ内に循環される
不凍液を媒体(熱伝達媒体)として得られる熱源からの
熱エネルギーは、ヒートポンプ内を循環する代替フロン
のような作動媒体との間で熱交換するように構成され
る。
【0004】上記地熱ヒートポンプシステムにおいて、
地中熱交換器をなしている熱伝達媒体としての不凍液を
循環させるパイプは、大きく分けてU字管タイプと同軸
パイプタイプの2種類がある。これらのパイプはいずれ
も往路配管と復路配管を有して構成され、前者は、パイ
プそのものが安価に製造できるため、特に米国や欧州で
広く用いられているが、十分な熱変換効率を得ることが
難しいという欠点があり、一方、後者は、前者に比べて
熱交換効率に優れているが高価であり、かつ取り扱いが
面倒であるという欠点がある。
地中熱交換器をなしている熱伝達媒体としての不凍液を
循環させるパイプは、大きく分けてU字管タイプと同軸
パイプタイプの2種類がある。これらのパイプはいずれ
も往路配管と復路配管を有して構成され、前者は、パイ
プそのものが安価に製造できるため、特に米国や欧州で
広く用いられているが、十分な熱変換効率を得ることが
難しいという欠点があり、一方、後者は、前者に比べて
熱交換効率に優れているが高価であり、かつ取り扱いが
面倒であるという欠点がある。
【0005】特に、このような新しい発想から生まれた
地熱ヒートポンプシステムを、一般家庭を含めて広く普
及させるためには、比較的低コストであるU字管タイプ
の地中熱交換器の熱変換効率を向上させることが不可欠
である。
地熱ヒートポンプシステムを、一般家庭を含めて広く普
及させるためには、比較的低コストであるU字管タイプ
の地中熱交換器の熱変換効率を向上させることが不可欠
である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、先に出願した特開2001‐289533において、U字管タ
イプの地中熱交換器を改良して、高い効率で地中の熱を
取り出すことが可能なヒートポンプを実現するために、
U字形配管の復路配管の一部を縮径して、復路配管内の
熱媒体の流速を速めて、往路配管側の温度の影響を復路
配管内の熱媒体に与えないような構造を提案した。
は、先に出願した特開2001‐289533において、U字管タ
イプの地中熱交換器を改良して、高い効率で地中の熱を
取り出すことが可能なヒートポンプを実現するために、
U字形配管の復路配管の一部を縮径して、復路配管内の
熱媒体の流速を速めて、往路配管側の温度の影響を復路
配管内の熱媒体に与えないような構造を提案した。
【0007】図5は、このようなU字形配管構造を有す
るヒートポンプシステムを示しており、地中熱交換器と
しての循環管路12を含んだヒートポンプ10は、地上
側施設22の冷暖房用配管30に熱的に結合されてい
る。地中に掘削された坑井18内に埋設される循環管路
12は、往路配管14に連通している復路配管16の一
部が、往路配管14に比して縮径されて、復路配管16
を流れる熱媒体の流速を速めることができるように構成
されているが、外径および内径の異なる2本の配管1
4,16をU字形の継手管15で接続した形態のU字形
配管では、その設置環境によっては十分な熱変換効率を
得ることができないという問題点があった。そこで、本
発明は、従来のU字形配管構造が抱える上記問題点を解
消した熱変換効率に優れたヒートポンプを提供すること
を目的とする。
るヒートポンプシステムを示しており、地中熱交換器と
しての循環管路12を含んだヒートポンプ10は、地上
側施設22の冷暖房用配管30に熱的に結合されてい
る。地中に掘削された坑井18内に埋設される循環管路
12は、往路配管14に連通している復路配管16の一
部が、往路配管14に比して縮径されて、復路配管16
を流れる熱媒体の流速を速めることができるように構成
されているが、外径および内径の異なる2本の配管1
4,16をU字形の継手管15で接続した形態のU字形
配管では、その設置環境によっては十分な熱変換効率を
得ることができないという問題点があった。そこで、本
発明は、従来のU字形配管構造が抱える上記問題点を解
消した熱変換効率に優れたヒートポンプを提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記目的を
達成するために鋭意研究を行った結果、以下の内容を要
旨構成とする発明に想到した。すなわち、本発明は、地
中に配設された往路配管と復路配管とからなる循環管路
内に、熱媒体を循環させてなる地中熱交換器を含み、か
つ地上側の熱利用施設の熱交換器に熱的に結合される地
中熱利用のヒートポンプにおいて、前記循環管路は、少
なくとも2本以上の往路配管と、その往路配管に連通す
ると共に、その往路配管の数と同数または常に少ない数
の復路配管からなることを特徴とする。
達成するために鋭意研究を行った結果、以下の内容を要
旨構成とする発明に想到した。すなわち、本発明は、地
中に配設された往路配管と復路配管とからなる循環管路
内に、熱媒体を循環させてなる地中熱交換器を含み、か
つ地上側の熱利用施設の熱交換器に熱的に結合される地
中熱利用のヒートポンプにおいて、前記循環管路は、少
なくとも2本以上の往路配管と、その往路配管に連通す
ると共に、その往路配管の数と同数または常に少ない数
の復路配管からなることを特徴とする。
【0009】上記構成によれば、復路配管を流れる媒体
の流速を往路配管を流れる媒体の流速より速めることが
可能となるため、往路配管側の温度の影響を復路配管内
の熱媒体に与えないようにして、往路管路と復路管路と
の間での熱伝達を有効に阻止することができ、循環管路
の熱交換効率を一層高めることができる。
の流速を往路配管を流れる媒体の流速より速めることが
可能となるため、往路配管側の温度の影響を復路配管内
の熱媒体に与えないようにして、往路管路と復路管路と
の間での熱伝達を有効に阻止することができ、循環管路
の熱交換効率を一層高めることができる。
【0010】また、本発明によるヒートポンプにおい
て、前記往路配管の総流路断面積S1と、前記復路配管
の総流路断面積S2とが、S1>S2の関係にあること
が望ましい。その理由は、S1が大きいほど、媒体が地
中より得る熱量が大きくなり、また、S2が小さいほ
ど、往路の影響により媒体が失う熱量が小さくなるため
である。
て、前記往路配管の総流路断面積S1と、前記復路配管
の総流路断面積S2とが、S1>S2の関係にあること
が望ましい。その理由は、S1が大きいほど、媒体が地
中より得る熱量が大きくなり、また、S2が小さいほ
ど、往路の影響により媒体が失う熱量が小さくなるため
である。
【0011】上記循環管路において、前記復路配管の少
なくとも一部の内径が縮径されていることが望ましく、
それによって、復路配管内の熱媒体の流速を更に速める
ことができるので、循環管路の熱交換効率を更に一層高
めることができる。
なくとも一部の内径が縮径されていることが望ましく、
それによって、復路配管内の熱媒体の流速を更に速める
ことができるので、循環管路の熱交換効率を更に一層高
めることができる。
【0012】さらにまた、前記往路配管と復路配管との
間には、断熱材が介設されていることが望ましく、その
断熱材は発泡ポリエチレンまたは発泡スチロールである
ことが好ましい。
間には、断熱材が介設されていることが望ましく、その
断熱材は発泡ポリエチレンまたは発泡スチロールである
ことが好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】図1においては、本発明に係るヒ
ートポンプを構成する地中熱交換器としての循環管路1
2を、2本の往路配管14と1本の復路配管16とから
形成した第1の実施形態が概略的に示されている。すな
わち、地中熱交換器としての循環管路12は、地中にほ
ぼ鉛直方向に掘削された坑井18内に配設された2本の
往路配管14と、継手管15を介して2本の往路配管1
4に連通している1本の復路配管16とで、ループ状の
循環水路を形成した形態であり、後述するように、地上
側施設22の冷暖房用の熱交換器に熱的に結合されて使
用される。
ートポンプを構成する地中熱交換器としての循環管路1
2を、2本の往路配管14と1本の復路配管16とから
形成した第1の実施形態が概略的に示されている。すな
わち、地中熱交換器としての循環管路12は、地中にほ
ぼ鉛直方向に掘削された坑井18内に配設された2本の
往路配管14と、継手管15を介して2本の往路配管1
4に連通している1本の復路配管16とで、ループ状の
循環水路を形成した形態であり、後述するように、地上
側施設22の冷暖房用の熱交換器に熱的に結合されて使
用される。
【0014】上記循環管路12が敷設(埋設)される坑
井18は、直径が75〜300mmであるとともに、深
さが50〜200mの範囲内に掘削されることが望まし
い。また、循環管路12を構成する往路配管14および
復路配管16は、外径Dが27〜50mm、内径dが2
2〜41mmであるような、ポリエチレンやポリブチレ
ン等の樹脂材料から形成された配管であることが望まし
い。
井18は、直径が75〜300mmであるとともに、深
さが50〜200mの範囲内に掘削されることが望まし
い。また、循環管路12を構成する往路配管14および
復路配管16は、外径Dが27〜50mm、内径dが2
2〜41mmであるような、ポリエチレンやポリブチレ
ン等の樹脂材料から形成された配管であることが望まし
い。
【0015】復路配管16の内径は、図示されていない
が、地表および地表から下方に所定距離だけ離れた個所
においては、往路配管14の内径に比して縮径した構成
とすることもできる。このような復路配管16の縮径す
る部分は、特に、地表やその付近の外気の温度変化を受
け易い個所や、往路配管14内の熱媒体の温度の影響を
受け易い個所とし、そのパイプ内径の縮径度は、地中内
のパイプ長や、パイプ外径、循環熱媒体の流速等を考慮
して決定され、たとえば、坑井長100mに対して地表
から30mまでの部分の内径が縮径され、それよりも下
方に位置する部分は次第に拡径されて、往路配管14の
内径dと同一に形成されることが望ましい。
が、地表および地表から下方に所定距離だけ離れた個所
においては、往路配管14の内径に比して縮径した構成
とすることもできる。このような復路配管16の縮径す
る部分は、特に、地表やその付近の外気の温度変化を受
け易い個所や、往路配管14内の熱媒体の温度の影響を
受け易い個所とし、そのパイプ内径の縮径度は、地中内
のパイプ長や、パイプ外径、循環熱媒体の流速等を考慮
して決定され、たとえば、坑井長100mに対して地表
から30mまでの部分の内径が縮径され、それよりも下
方に位置する部分は次第に拡径されて、往路配管14の
内径dと同一に形成されることが望ましい。
【0016】そして、2本の往路配管14は、互いに5
〜50mmの距離だけ離間配置された状態で継手管15
に結合され、さらに、この継手管15には、下端部がU
字形に形成された1本の復路配管16が結合された状態
で、たとえば、直径が約15cm、深さが約100mの
坑井18内に配置されるとともに、坑井内に注入された
セメントやベントナイト等を固化することにより固定さ
れる。なお、坑井18の深度は、その坑井が位置する場
所の地下温度分布によって異なる。
〜50mmの距離だけ離間配置された状態で継手管15
に結合され、さらに、この継手管15には、下端部がU
字形に形成された1本の復路配管16が結合された状態
で、たとえば、直径が約15cm、深さが約100mの
坑井18内に配置されるとともに、坑井内に注入された
セメントやベントナイト等を固化することにより固定さ
れる。なお、坑井18の深度は、その坑井が位置する場
所の地下温度分布によって異なる。
【0017】上記循環管路12内で循環する熱伝達媒体
としては、水やブライン、エタノール等の不凍液が望ま
しく、特に、粘性や摩擦抵抗の観点から高濃度エタノー
ルが望ましい。
としては、水やブライン、エタノール等の不凍液が望ま
しく、特に、粘性や摩擦抵抗の観点から高濃度エタノー
ルが望ましい。
【0018】この実施形態における循環管路12内を循
環する熱媒体の流速は、たとえば、往路配管14の外径
を27mm、復路配管16の外径を33mmとした場合
には、それらの循環管路12内を流れる熱媒体としての
循環水の流量を3m3/h程度に設定し、2本の往路配
管14内では1.46m/s、復路配管16内では1.
64m/sとなるように構成し、往路配管14に流入す
る入口側の循環水温度が0℃である場合には、復路配管
16から流出する出口側の循環水温度が2℃となるよう
に構成する。
環する熱媒体の流速は、たとえば、往路配管14の外径
を27mm、復路配管16の外径を33mmとした場合
には、それらの循環管路12内を流れる熱媒体としての
循環水の流量を3m3/h程度に設定し、2本の往路配
管14内では1.46m/s、復路配管16内では1.
64m/sとなるように構成し、往路配管14に流入す
る入口側の循環水温度が0℃である場合には、復路配管
16から流出する出口側の循環水温度が2℃となるよう
に構成する。
【0019】このような管路構造を採用することによっ
て、往路管路14と復路管路16との間での熱伝達が阻
止されるとともに、地表温度および地表付近の外気温度
の変化が復路管路16内の熱媒体の温度に与える影響を
少なくすることができるので、循環管路12の熱効率を
高めることができる。
て、往路管路14と復路管路16との間での熱伝達が阻
止されるとともに、地表温度および地表付近の外気温度
の変化が復路管路16内の熱媒体の温度に与える影響を
少なくすることができるので、循環管路12の熱効率を
高めることができる。
【0020】図1に示す循環管路12は、2本の往路配
管14と1本の復路配管16とを継手管15によって結
合した実施形態であるが、本発明に係るヒートポンプ
は、このような実施形態に限定されるものではなく、図
2に示すように、循環管路12を、3本の往路配管14
とそれらに連通する1本の復路配管16とを、継手管1
5によって結合した形態、あるいは、図3に示すよう
に、循環管路12を、3本の往路配管14とそれらに連
通する2本の復路配管16とを、継手管15によって結
合した形態を採用することによって、熱交換効率を更に
向上させることができる。以下、そのような実施形態に
ついて説明する。
管14と1本の復路配管16とを継手管15によって結
合した実施形態であるが、本発明に係るヒートポンプ
は、このような実施形態に限定されるものではなく、図
2に示すように、循環管路12を、3本の往路配管14
とそれらに連通する1本の復路配管16とを、継手管1
5によって結合した形態、あるいは、図3に示すよう
に、循環管路12を、3本の往路配管14とそれらに連
通する2本の復路配管16とを、継手管15によって結
合した形態を採用することによって、熱交換効率を更に
向上させることができる。以下、そのような実施形態に
ついて説明する。
【0021】図2に示す実施形態は、3本の往路配管1
4を、互いに5〜40mmの距離で等間隔に配置された
状態で継手管15に結合し、さらに、この継手管15に
対して、下端部がU字形に形成された1本の復路配管1
6を結合して循環管路12を形成したものであり、第1
の実施形態と同様に、坑井18内に配置されるととも
に、固定される。
4を、互いに5〜40mmの距離で等間隔に配置された
状態で継手管15に結合し、さらに、この継手管15に
対して、下端部がU字形に形成された1本の復路配管1
6を結合して循環管路12を形成したものであり、第1
の実施形態と同様に、坑井18内に配置されるととも
に、固定される。
【0022】図3に示す実施形態は、3本の往路配管1
4を互いに5〜40mmの距離で等間隔に配置された状
態で、U字形に形成された継手管15に結合すると共
に、その継手管15に対して2本の復路配管16を結合
して循環管路12を形成したものであり、第1の実施形
態と同様に、坑井18内に配置されるとともに、固定さ
れる。
4を互いに5〜40mmの距離で等間隔に配置された状
態で、U字形に形成された継手管15に結合すると共
に、その継手管15に対して2本の復路配管16を結合
して循環管路12を形成したものであり、第1の実施形
態と同様に、坑井18内に配置されるとともに、固定さ
れる。
【0023】上記構造に加えて、復路配管16の外周面
を断熱材によって包囲したり、復路配管16に縮径部を
形成した場合には、その縮径個所にほぼ対応して、地表
付近から所定の距離だけ下方に位置する部分まで、その
外周面を断熱材によって包囲したり、また、往路管路1
4と復路配管16との間に断熱材を介設することもで
き、このような断熱材を併設することによって、往路配
管14と復路配管16との間での熱伝達をより効果的に
阻止することができる。
を断熱材によって包囲したり、復路配管16に縮径部を
形成した場合には、その縮径個所にほぼ対応して、地表
付近から所定の距離だけ下方に位置する部分まで、その
外周面を断熱材によって包囲したり、また、往路管路1
4と復路配管16との間に断熱材を介設することもで
き、このような断熱材を併設することによって、往路配
管14と復路配管16との間での熱伝達をより効果的に
阻止することができる。
【0024】このような断熱材としては、坑井18内へ
のセメントやベントナイト等の注入時に水分に接して湿
潤しないような材料、すなわち水分を含まず、熱遮断効
率に優れた空気バリアを有するような材料が望ましく、
たとえば発泡ポリエチレンや発泡スチロール等の多孔質
材が好ましい。
のセメントやベントナイト等の注入時に水分に接して湿
潤しないような材料、すなわち水分を含まず、熱遮断効
率に優れた空気バリアを有するような材料が望ましく、
たとえば発泡ポリエチレンや発泡スチロール等の多孔質
材が好ましい。
【0025】上記各実施形態においては、地中熱交換器
としての循環管路12を含んだヒートポンプ10は、地
上側施設の冷暖房用配管に熱的に結合されている。すな
わち、地中から地表に現われた循環管路12は、ヒート
ポンプ10まで延長されて、その熱源側熱交換器32に
熱的に結合され、一方、地上側施設22の冷暖房用熱交
換器としての配管30は、ヒートポンプ10の負荷側熱
交換器34に熱的に結合され、これらの熱源側熱交換器
32と負荷側熱交換器34は、圧縮器36と膨張弁36
とを介して代替フロン等の冷媒が封入された冷媒管路4
0によって熱的に結合される。
としての循環管路12を含んだヒートポンプ10は、地
上側施設の冷暖房用配管に熱的に結合されている。すな
わち、地中から地表に現われた循環管路12は、ヒート
ポンプ10まで延長されて、その熱源側熱交換器32に
熱的に結合され、一方、地上側施設22の冷暖房用熱交
換器としての配管30は、ヒートポンプ10の負荷側熱
交換器34に熱的に結合され、これらの熱源側熱交換器
32と負荷側熱交換器34は、圧縮器36と膨張弁36
とを介して代替フロン等の冷媒が封入された冷媒管路4
0によって熱的に結合される。
【0026】次に、本発明にかかる地中熱利用のヒート
ポンプを地上側施設の冷暖房に適用する場合の動作につ
いて、図4を参照にして説明する。まず、坑井18に埋
設した循環管路12内の熱媒体としての循環水を、図示
しない循環ポンプによって循環させて、この循環水と地
下熱源(地熱)との間で熱交換が行われ、熱交換によっ
て熱を得た循環水は中温水となって、復路配管16の縮
径された部分を通じて地上に戻り、地上側施設内に設置
されたヒートポンプ10の内部を通過し、その熱源側熱
交換器32において代替フロン等の熱媒体との間で熱交
換を行って低温水となり、往路配管14に流入する。こ
の際、復路配管16内を流れる循環水は、その途中にあ
る縮径された部分において流速を増すため、往路配管1
4内を流れる低温水の影響を受けることはなく、中温水
のまま熱源側熱交換器32において熱交換されるので、
熱変換効率が向上する。
ポンプを地上側施設の冷暖房に適用する場合の動作につ
いて、図4を参照にして説明する。まず、坑井18に埋
設した循環管路12内の熱媒体としての循環水を、図示
しない循環ポンプによって循環させて、この循環水と地
下熱源(地熱)との間で熱交換が行われ、熱交換によっ
て熱を得た循環水は中温水となって、復路配管16の縮
径された部分を通じて地上に戻り、地上側施設内に設置
されたヒートポンプ10の内部を通過し、その熱源側熱
交換器32において代替フロン等の熱媒体との間で熱交
換を行って低温水となり、往路配管14に流入する。こ
の際、復路配管16内を流れる循環水は、その途中にあ
る縮径された部分において流速を増すため、往路配管1
4内を流れる低温水の影響を受けることはなく、中温水
のまま熱源側熱交換器32において熱交換されるので、
熱変換効率が向上する。
【0027】そして、ヒートポンプ10の熱源側熱交換
器において、中温水から熱を吸収して蒸発した代替フロ
ン等の熱媒体は、図4(a)に示すように、圧縮機36
において圧縮されると高温となり、負荷側熱交換器34
に送られ、そこで地上側施設22の冷暖房用配管内30
を循環する熱媒体としての水との間で熱交換を行ない、
熱を得た水は温水となって配管30内を循環し、地上側
施設22の床暖房用に利用される。
器において、中温水から熱を吸収して蒸発した代替フロ
ン等の熱媒体は、図4(a)に示すように、圧縮機36
において圧縮されると高温となり、負荷側熱交換器34
に送られ、そこで地上側施設22の冷暖房用配管内30
を循環する熱媒体としての水との間で熱交換を行ない、
熱を得た水は温水となって配管30内を循環し、地上側
施設22の床暖房用に利用される。
【0028】一方、冷暖房用配管内30の水と熱交換し
た代替フロン等の熱媒体は冷却され、膨張弁38によっ
て減圧されることによって、さらに低温となって熱源側
熱交換器32に戻る。ここで、低温の代替フロン等の熱
媒体は、循環管路12の復路配管16を通って再び熱源
側熱交換器32に戻った中温水と熱交換を行なって、地
上側施設22の床暖房用に利用される。
た代替フロン等の熱媒体は冷却され、膨張弁38によっ
て減圧されることによって、さらに低温となって熱源側
熱交換器32に戻る。ここで、低温の代替フロン等の熱
媒体は、循環管路12の復路配管16を通って再び熱源
側熱交換器32に戻った中温水と熱交換を行なって、地
上側施設22の床暖房用に利用される。
【0029】以上の説明は、地中熱交換器としての循環
管路12で得られた熱を、地上側施設22の床暖房に利
用する場合であるが、図4(b)に示すように、代替フ
ロン等の熱媒体を逆方向に循環させて熱源側熱交換器3
2の熱交換を逆にすることにより、その熱エネルギーを
冷房用として用いることもできる。
管路12で得られた熱を、地上側施設22の床暖房に利
用する場合であるが、図4(b)に示すように、代替フ
ロン等の熱媒体を逆方向に循環させて熱源側熱交換器3
2の熱交換を逆にすることにより、その熱エネルギーを
冷房用として用いることもできる。
【0030】すなわち、循環管路12内の循環水と地下
熱源(地熱)との間で熱交換が行われ、熱交換によって
熱を得た循環水は中温水となって、復路配管16を通じ
て地上に戻り、地上側施設22内に設置されたヒートポ
ンプ10の内部を通過し、その熱源側熱交換器32にお
いて代替フロン等の熱媒体との間で熱交換を行って高温
水となり、往路配管14に流入する。
熱源(地熱)との間で熱交換が行われ、熱交換によって
熱を得た循環水は中温水となって、復路配管16を通じ
て地上に戻り、地上側施設22内に設置されたヒートポ
ンプ10の内部を通過し、その熱源側熱交換器32にお
いて代替フロン等の熱媒体との間で熱交換を行って高温
水となり、往路配管14に流入する。
【0031】そして、ヒートポンプ10の熱源側熱交換
器において、中温水に熱を与えて凝縮した代替フロン等
の熱媒体は、膨張弁38によって減圧されて低温とな
り、負荷側熱交換器34に送られ、そこで地上側施設2
2の冷房用配管内30を循環する熱媒体としての水との
間で熱交換を行ない、熱を失った水は冷水となって配管
30内を循環し、地上側施設22の冷房用に利用され
る。この冷房用配管30は、暖房用の場合は床下に広く
敷設されるが、冷房用の場合には、室内熱交換器の形態
で用いることもでき、適切な送風装置や送風調節装置を
併設して室内に冷風を送ることができる。
器において、中温水に熱を与えて凝縮した代替フロン等
の熱媒体は、膨張弁38によって減圧されて低温とな
り、負荷側熱交換器34に送られ、そこで地上側施設2
2の冷房用配管内30を循環する熱媒体としての水との
間で熱交換を行ない、熱を失った水は冷水となって配管
30内を循環し、地上側施設22の冷房用に利用され
る。この冷房用配管30は、暖房用の場合は床下に広く
敷設されるが、冷房用の場合には、室内熱交換器の形態
で用いることもでき、適切な送風装置や送風調節装置を
併設して室内に冷風を送ることができる。
【0032】一方、冷房用配管内30の水と熱交換した
代替フロン等の熱媒体は、そこで吸熱して蒸発し、圧縮
器36において圧縮されて高温となって熱源側熱交換器
32に戻る。ここで、高温の代替フロン等の熱媒体は、
循環管路12の復路配管16を通って再び熱源側熱交換
器32に戻った中温水と熱交換を行なって、地上側施設
22の冷房用に利用されることになる。
代替フロン等の熱媒体は、そこで吸熱して蒸発し、圧縮
器36において圧縮されて高温となって熱源側熱交換器
32に戻る。ここで、高温の代替フロン等の熱媒体は、
循環管路12の復路配管16を通って再び熱源側熱交換
器32に戻った中温水と熱交換を行なって、地上側施設
22の冷房用に利用されることになる。
【0033】なお、この発明の地中熱利用のヒートポン
プを、冷房用に利用する場合に、高温の代替フロン等の
熱媒体と熱交換をして高温水となった循環水の熱エネル
ギーは、往路配管14を介して地中に放出されるが、こ
の熱エネルギーを給湯やプールの温水造成に再利用する
こともでき、さらには、このような温水を道路の下に敷
設した配管内に循環させて、道路の融雪や凍結防止に利
用することもできる。尚、上記の実施形態においては、
循環管路12は、地中にほぼ鉛直方向に配設されている
が、配設方向はこれに限られるものではなく、例えば、
地中に斜め方向に、または地表に沿って水平方向に坑井
が掘削された場合にも適用可能である。
プを、冷房用に利用する場合に、高温の代替フロン等の
熱媒体と熱交換をして高温水となった循環水の熱エネル
ギーは、往路配管14を介して地中に放出されるが、こ
の熱エネルギーを給湯やプールの温水造成に再利用する
こともでき、さらには、このような温水を道路の下に敷
設した配管内に循環させて、道路の融雪や凍結防止に利
用することもできる。尚、上記の実施形態においては、
循環管路12は、地中にほぼ鉛直方向に配設されている
が、配設方向はこれに限られるものではなく、例えば、
地中に斜め方向に、または地表に沿って水平方向に坑井
が掘削された場合にも適用可能である。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の地中熱を
用いたヒートポンプは、循環管路は、少なくとも2本以
上の往路配管と、その往路配管に連通すると共に、その
往路配管の数と同数かまたは常に少ない本数の復路配管
から構成する。地中熱と熱交換を行って中温となった熱
媒体は、復路配管内において流速を速められ、往路配管
を流下する高温または低温の熱媒体の影響を受けること
なく、中温のまま地上側施設の熱交換器と熱交換される
ので、熱交換効率が向上する。
用いたヒートポンプは、循環管路は、少なくとも2本以
上の往路配管と、その往路配管に連通すると共に、その
往路配管の数と同数かまたは常に少ない本数の復路配管
から構成する。地中熱と熱交換を行って中温となった熱
媒体は、復路配管内において流速を速められ、往路配管
を流下する高温または低温の熱媒体の影響を受けること
なく、中温のまま地上側施設の熱交換器と熱交換される
ので、熱交換効率が向上する。
【図1】図1は本発明に係るヒートポンプを構成する循
環管路の第1の実施形態を示す概略的な縦断面図であ
る。
環管路の第1の実施形態を示す概略的な縦断面図であ
る。
【図2】図2は、同じく循環管路の第2の実施形態を示
す概略的な縦断面図である。
す概略的な縦断面図である。
【図3】図3は、同じく循環管路の第3の実施形態を示
す概略的横断面図である。
す概略的横断面図である。
【図4】図4(a)、(b)は、本発明に係るヒートポ
ンプを用いた冷暖房サイクルの説明図である。
ンプを用いた冷暖房サイクルの説明図である。
【図5】従来のU字形配管を有するヒートポンプシステ
ムを説明するための概略図である。
ムを説明するための概略図である。
10 ヒートポンプ
12 循環管路
14 往路配管
15 継手管
16 復路配管
18 坑井
30 冷暖房用配管
32 熱源側熱交換器
34 負荷側熱交換器
36 圧縮器
38 膨張弁
40 冷媒配管
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 桑野 恭
東京都中央区日本橋小網町8番4号 地熱
エンジニアリング株式会社内
Fターム(参考) 3L103 AA35 BB01 CC04 DD06 DD09
Claims (5)
- 【請求項1】 地中に配設された往路配管と復路配管と
からなる循環管路内に、熱媒体を循環させてなる地中熱
交換器を含み、かつ地上側の熱利用施設の熱交換器に熱
的に結合される地中熱利用のヒートポンプにおいて、 前記循環管路は、少なくとも2本以上の往路配管と、そ
の往路配管に連通すると共に、その往路配管の数と同数
または常に少ない数の復路配管からなることを特徴とす
るヒートポンプ。 - 【請求項2】 前記往路配管の総流路断面積S1と、前
記復路配管の総流路断面積S2とが、S1>S2の関係
にあることを特徴とする請求項1に記載のヒートポン
プ。 - 【請求項3】 前記復路配管の少なくとも一部の内径が
縮径されていることを特徴とする請求項1または2に記
載のヒートポンプ。 - 【請求項4】 前記往路配管と復路配管との間には、断
熱材が介設されていることを特徴とする請求項1〜3の
いずれかに記載のヒートポンプ。 - 【請求項5】 前記断熱材は発泡ポリエチレンまたは発
泡スチロールであることを特徴とする請求項4に記載の
ヒートポンプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002058828A JP2003262430A (ja) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | 地中熱利用のヒートポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002058828A JP2003262430A (ja) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | 地中熱利用のヒートポンプ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003262430A true JP2003262430A (ja) | 2003-09-19 |
Family
ID=29195530
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002058828A Pending JP2003262430A (ja) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | 地中熱利用のヒートポンプ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003262430A (ja) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0934199A (ja) * | 1995-07-13 | 1997-02-07 | Ricoh Co Ltd | 複写装置 |
JP2006145059A (ja) * | 2004-11-16 | 2006-06-08 | Mitsubishi Materials Natural Resources Development Corp | ハイブリッド式地中熱利用ヒートポンプ装置及びその運転方法 |
JP2006317055A (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Nakamura Doboku Kk | 地中熱交換器 |
CN100365356C (zh) * | 2004-09-30 | 2008-01-30 | 北京北控恒有源科技发展有限公司 | 江河湖海低品位能量提取*** |
WO2009140905A1 (zh) * | 2008-05-23 | 2009-11-26 | 华为技术有限公司 | 一种散热***、控制方法及机房 |
JP2010190471A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Inoac Gijutsu Kenkyusho:Kk | 熱交換パイプ |
JP2010223511A (ja) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Panahome Corp | 地中熱利用の空調装置 |
KR101025018B1 (ko) * | 2010-07-15 | 2011-03-25 | 주식회사 지앤지테크놀러지 | 지열코일관 헤더장치 |
CN102393101A (zh) * | 2011-09-14 | 2012-03-28 | 上海吉益能源技术有限公司 | 一种3u地埋管换热器 |
JP2013253652A (ja) * | 2012-06-07 | 2013-12-19 | Sekisui Chem Co Ltd | 固定治具 |
CN105074356A (zh) * | 2013-03-27 | 2015-11-18 | 三菱重工业株式会社 | 热源***及其控制装置与控制方法 |
JP2016223633A (ja) * | 2016-08-22 | 2016-12-28 | 積水化学工業株式会社 | 配管継手を用いた配管システム |
CN114110283A (zh) * | 2021-10-14 | 2022-03-01 | 北京恒利新源地热能科技有限公司 | 转接头、地热管和地热提取*** |
JP2023521929A (ja) * | 2019-06-26 | 2023-05-25 | ジーアンドジー テクノロジー カンパニー リミテッド | 多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム及びその設置方法 |
-
2002
- 2002-03-05 JP JP2002058828A patent/JP2003262430A/ja active Pending
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0934199A (ja) * | 1995-07-13 | 1997-02-07 | Ricoh Co Ltd | 複写装置 |
CN100365356C (zh) * | 2004-09-30 | 2008-01-30 | 北京北控恒有源科技发展有限公司 | 江河湖海低品位能量提取*** |
JP2006145059A (ja) * | 2004-11-16 | 2006-06-08 | Mitsubishi Materials Natural Resources Development Corp | ハイブリッド式地中熱利用ヒートポンプ装置及びその運転方法 |
JP2006317055A (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Nakamura Doboku Kk | 地中熱交換器 |
JP4602832B2 (ja) * | 2005-05-11 | 2010-12-22 | 中村土木株式会社 | 地中熱交換器 |
WO2009140905A1 (zh) * | 2008-05-23 | 2009-11-26 | 华为技术有限公司 | 一种散热***、控制方法及机房 |
JP2010190471A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Inoac Gijutsu Kenkyusho:Kk | 熱交換パイプ |
JP2010223511A (ja) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Panahome Corp | 地中熱利用の空調装置 |
KR101025018B1 (ko) * | 2010-07-15 | 2011-03-25 | 주식회사 지앤지테크놀러지 | 지열코일관 헤더장치 |
CN102393101A (zh) * | 2011-09-14 | 2012-03-28 | 上海吉益能源技术有限公司 | 一种3u地埋管换热器 |
JP2013253652A (ja) * | 2012-06-07 | 2013-12-19 | Sekisui Chem Co Ltd | 固定治具 |
CN105074356A (zh) * | 2013-03-27 | 2015-11-18 | 三菱重工业株式会社 | 热源***及其控制装置与控制方法 |
JP2016223633A (ja) * | 2016-08-22 | 2016-12-28 | 積水化学工業株式会社 | 配管継手を用いた配管システム |
JP2023521929A (ja) * | 2019-06-26 | 2023-05-25 | ジーアンドジー テクノロジー カンパニー リミテッド | 多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム及びその設置方法 |
US12025350B2 (en) | 2019-06-26 | 2024-07-02 | G&G Technology Co., Ltd. | Geothermal system comprising multitube vertically-sealed underground heat-exchanger and method for installing same |
JP7511931B2 (ja) | 2019-06-26 | 2024-07-08 | ジーアンドジー テクノロジー カンパニー リミテッド | 多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム及びその設置方法 |
CN114110283A (zh) * | 2021-10-14 | 2022-03-01 | 北京恒利新源地热能科技有限公司 | 转接头、地热管和地热提取*** |
CN114110283B (zh) * | 2021-10-14 | 2023-07-11 | 北京恒利新源地热能科技有限公司 | 转接头、地热管和地热提取*** |
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