JP2017057562A - 熱交換用セグメント及びトンネル利用熱交換システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、シールドトンネルTの地中等と熱交換を行うための熱交換用セグメント本体11と、この熱を循環流体に移動させるともに循環流体を熱交換用セグメント本体の外部に移動させる流体循環路の一部を形成する熱交換器20を備えている。熱交換器は、セグメント本体の厚さ方向の所定の範囲に所定の形状に形成されている熱交換用管部21と、熱交換用管部の一方の端部側に設けられ熱交換器の流入部、流出部となる管端部22と、熱交換用管部の他方の端部側に設けられ熱交換器の流出部、流入部となる管端部23とを有する。複数の熱交換器は一筆書き状に接続された熱交換器群5を形成する。
【選択図】図3
Description
本発明の目的は、熱交換用セグメントの設置と、隣接する熱交換用セグメントの熱交換器の管端部間の接続とを切り離して行えるようにすることで、作業性の低下、遮水性能の低下を招くことがない熱交換用セグメントを提供することにある。
本発明1の熱交換用セグメントは、
トンネル掘削機で掘削されたトンネルに、複数に分割されたセグメントで前記トンネルの壁面を構築するシールドトンネルにおける熱交換用セグメントであって、前記セグメントと同一又はほぼ同一の形状及び大きさの部材であって、前記壁面の一部を構築するとともに、前記トンネルの地中、又は、空気を含む流体と熱交換を行うための熱交換用セグメント本体と、前記熱交換用セグメント本体に埋設され、前記熱交換用セグメント本体を通して伝達された熱を循環流体に移動させるとともに、前記循環流体を前記熱交換用セグメント本体の外部に移動させるための流体循環路の一部を形成するための熱交換器とを備え、前記熱交換器は、合成樹脂製又は耐蝕性のある金属製の管状体であって、前記熱交換用セグメント本体の内周側又は外周側の面と平行又はほぼ平行に、前記熱交換用セグメント本体の厚さ方向の所定の範囲に、円形状、及び/又は、直線状に形成されている熱交換用管部と、前記熱交換用管部の一方の端部側に設けられ、前記熱交換器の流入部又は流出部となる一方の管端部と、前記熱交換用管部の他方の端部側に設けられ、前記熱交換器の流出部又は流入部となる他方の管端部とを備えていることを特徴とする。
前記熱交換器は、前記一方の管端部が、前記トンネル内に配置されるとともに、前記流体循環路の一部を構成する主管路に接続可能な管端部であり、前記他方の管端部が、前記トンネルの周方向、又は、前記トンネルの長手方向に隣接する熱交換用セグメントの管端部と、前記周方向、又は、前記長手方向に接続可能な管端部であることを特徴とする。
前記熱交換器は、前記一方の管端部が、前記トンネルの周方向に隣接する熱交換用セグメントの管端部と、前記周方向に接続可能な管端部であり、前記他方の管端部が、前記周方向に隣接する熱交換用セグメントの管端部と、前記周方向に接続可能な管端部であることを特徴とする。
前記熱交換器は、前記一方の管端部が、前記トンネルの周方向に隣接する熱交換用セグメントの管端部と、前記周方向に接続可能な管端部であり、前記他方の管端部が、前記トンネルの長手方向に隣接する熱交換用セグメントの管端部と、前記長手方向に接続可能な管端部であることを特徴とする。
前記一方の管端部、及び、前記他方の管端部は、前記熱交換用セグメント本体に形成された凹部内に設けられた管端部であることを特徴とする。
前記セグメント本体の厚さ方向の所定の範囲は、前記セグメント本体内の外周側に設けられている第1主筋と、前記セグメント本体内の内周側に設けられている第2主筋との間の所定の範囲であることを特徴とする。
前記熱交換用セグメントは、前記周方向に接続するための管端部を、隣接する熱交換用セグメントの前記周方向に接続するための管端部に、前記長手方向に接続するための管端部を、隣接する熱交換用セグメントの前記長手方向に接続するための管端部に接続することにより、複数の前記熱交換器で形成される流体循環路が、前記トンネルの周方向、及び/又は、前記トンネルの長手方向に、一筆書き状に接続された熱交換器群を形成するものであることを特徴とする。
前記熱交換器群は、前記熱交換器群の一方の管端部が、前記トンネルの前記長手方向に配置される往路用主管路に、前記熱交換器群の他方の管端部が、前記トンネルの前記長手方向に配置される復路用主管路に接続されていることを特徴とする。
本発明7又は8に記載された熱交換器群を有するトンネル側の熱交換装置と、前記熱交換器群で採取した前記トンネル側の熱を利用して、前記トンネルの外部に設けられている熱制御対象物を加熱又は冷却するための熱交換を行う負荷側熱交換部とを備えていることを特徴とする。
本発明7又は8に記載された熱交換器群と接続され、前記熱交換器群で前記トンネルの地中、又は、空気を含む流体と熱交換された熱を移動させるための第1循環流体が循環する第1流体循環路と、前記トンネルの外部に設けられている熱制御対象物を加熱又は冷却するための熱交換を行う負荷側熱交換部に第2循環流体が循環する第2流体循環路と、前記第1流体循環路と前記第2流体循環路との間に設けられ、前記第1循環流体を熱源として、前記第1循環流体より高温又は低温の前記第2循環流体を造成するヒートポンプとを備えていることを特徴とする。
[熱交換用セグメント]
図1は、本発明の熱交換用セグメントを利用したトンネル利用熱交換システムの概要を模式的に示した外観図、図2は、熱交換用セグメントを一部断面にして示した外観図である。図3は、熱交換用セグメントを示す図であって、(a)は正面図、(b)は(a)をB−B線で切断した断面図である。図4は、熱交換用セグメントに設けられる管端部の一例(構造1、構造2)を説明するために、熱交換用セグメントを展開して示す正面図、図5は、熱交換用セグメントに設けられる管端部の一例(構造2)を説明するために、熱交換用セグメントを展開して示す正面図、図6は、熱交換用セグメントに設けられる管端部の一例(構造2、構造3)を説明するために、熱交換用セグメントを展開して示す正面図である。
予め、熱交換用セグメント10の一方の管端部に、接続部材(例えば、電気融着継手:EF継手)を仮止めして設けておく。トンネル壁面に沿って嵌め合わせるように、各熱交換用セグメント10を設置し、トンネルTを構築する。接続部材の仮止めを解除し、隣接する両方の管端部の外径部が接続部材の内径部に接触可能に設置されるように接続部材を移動させる。接続部材が、一方の熱交換用セグメントの管端部と他方の熱交換用セグメントの管端部との間に跨がるようにセットされた後、管端部と接続部材とを電気融着装置で加熱して融着し、管端部の外径部と接続部材の内径部とを水密状態に接続する。
図7は、複数の熱交換用セグメントの管端部を接続し、一筆書き状の流体循環路を形成した熱交換器群を模式的に展開して示す正面図である。この実施の形態では、トンネルTの周方向に、セグメント、複数の熱交換用セグメント(例えば、セグメントK、熱交換用セグメントA1、A2、B1、B2)が、所定の順番に嵌め合わされてリング状に構築されている。また、トンネルTの長手方向に、リング状に嵌め合わされた複数の熱交換用セグメント、セグメントが、符号「乙1、甲1、乙2、甲2、乙3」で示す順番に隣接するように配列されている。そして、符号「乙1、乙2、乙3」で示す複数の熱交換器セグメント、セグメントと、符号「甲1、甲2」で示す複数の熱交換用セグメント、セグメントとは、所定の角度分位相が異なるように設けられている。
図1に従って、トンネルTに設けられた複数の熱交換用セグメント10の熱交換器20を接続して構築した熱交換器群5で採取したトンネルT側の熱を利用し、トンネルTの外部に設けられた熱制御対象物の加熱、又は、冷却を行うトンネル利用熱交換システム1の実施の形態について説明を行う。具体的には、熱交換器群5で採取したトンネルT側の熱を利用して、建物の冷暖房、融雪、給湯等を行う。
この実施の形態のトンネル利用熱交換システム1は、熱交換器群5を有するトンネル側の熱交換装置(一次側熱交換装置)2、熱制御対象物の加熱、又は、冷却(例えば、建物の冷暖房、融雪、給湯等)を行うための熱交換を行う負荷側熱交換装置(二次側熱交換装置)4、トンネル側の熱交換装置2と負荷側熱交換装置4との間に設けられるヒートポンプ3とを有するトンネルの熱を利用したヒートポンプシステムである。
トンネル利用熱交換システムの他の実施の形態1の説明を行う。前述した実施の形態では、トンネル利用熱交換システムを、トンネル側の熱交換装置で熱交換したトンネル側の熱を利用したヒートポンプシステムとして説明を行った。この他の実施の形態1のトンネル利用熱交換システムは、トンネル側の熱交換装置で熱交換した循環流体を負荷側熱交換部に循環させ、この循環流体の熱により、直接、熱制御対象物を加熱、又は、冷却するように構成したものである。このような構成にすることにより、トンネル利用熱交換システムの構成の簡素化が図れる。
トンネル利用熱交換システムの他の実施の形態2の説明を行う。前述した実施の形態のトンネル利用熱交換システムは、ヒートポンプが、熱媒体と第2循環流体との間で熱交換を行い、第2流体が負荷側熱交換部と熱交換を行う間接式のヒートポンプが設けられた構成のものであった。この他の実施の形態2のトンネル利用熱交換システムは、熱媒体が、直接、負荷側熱交換部で熱交換を行い、熱制御対象物を加熱、又は、冷却するように構成された直膨式のヒートポンプが設けられたものである。このような構成にすることにより、トンネル利用熱交換システムの構成の簡素化が図れる。
2…トンネル側の熱交換装置(一次側熱交換装置)
3…ヒートポンプ
4…負荷側熱交換装置(二次側熱交換装置)
5…熱交換器群
6…往路用主管路
7…復路用主管路
10、10A、10B、10C…熱交換用セグメント
11…セグメント本体
12…第1主筋
13…第2主筋
15…セグメント
20、20A、20B、20C…熱交換器
21…熱交換用管部
22…第1管端部
23…第2管端部
22a、22b、22c…管端部
23a、23b、23c…管端部
25…第1流体循環路
26…第1循環ポンプ
27…第1循環流体
31…熱媒体循環路
32…第1熱交換部
33…圧縮機
34…第2熱交換部
35…膨張弁
36…熱媒体
41…第2流体循環路
42…第2循環ポンプ
43…負荷側熱交換部
44…第2循環流体
Claims (10)
- トンネル掘削機で掘削されたトンネルに、複数に分割されたセグメントで前記トンネルの壁面を構築するシールドトンネルにおける熱交換用セグメントであって、
前記セグメントと同一又はほぼ同一の形状及び大きさの部材であって、前記壁面の一部を構築するとともに、前記トンネルの地中、又は、空気を含む流体と熱交換を行うための熱交換用セグメント本体(11)と、
前記熱交換用セグメント本体に埋設され、前記熱交換用セグメント本体を通して伝達された熱を循環流体に移動させるとともに、前記循環流体を前記熱交換用セグメント本体の外部に移動させるための流体循環路の一部を構成するための熱交換器(20)とを備え、
前記熱交換器は、合成樹脂製又は耐蝕性のある金属製の管状体であって、前記熱交換用セグメント本体の内周側又は外周側の面と平行又はほぼ平行に、前記熱交換用セグメント本体の厚さ方向の所定の範囲に、円形状、及び/又は、直線状に形成されている熱交換用管部(21)と、前記熱交換用管部の一方の端部側に設けられ、前記熱交換器の流入部又は流出部となる一方の管端部(22)と、前記熱交換用管部の他方の端部側に設けられ、前記熱交換器の流出部又は流入部となる他方の管端部(23)とを備えている
ことを特徴とする熱交換用セグメント。 - 請求項1に記載された熱交換用セグメントにおいて、
前記熱交換器は、前記一方の管端部が、前記トンネル内に配置されるとともに、前記流体循環路の一部を構成する主管路に接続可能な管端部であり、
前記他方の管端部が、前記トンネルの周方向、又は、前記トンネルの長手方向に隣接する熱交換用セグメントの管端部と、前記周方向、又は、前記長手方向に接続可能な管端部である
ことを特徴とする熱交換用セグメント。 - 請求項1に記載された熱交換用セグメントにおいて、
前記熱交換器は、前記一方の管端部が、前記トンネルの周方向に隣接する熱交換用セグメントの管端部と、前記周方向に接続可能な管端部であり、
前記他方の管端部が、前記周方向に隣接する熱交換用セグメントの管端部と、前記周方向に接続可能な管端部である
ことを特徴とする熱交換用セグメント。 - 請求項1に記載された熱交換用セグメントにおいて、
前記熱交換器は、前記一方の管端部が、前記トンネルの周方向に隣接する熱交換用セグメントの管端部と、前記周方向に接続可能な管端部であり、
前記他方の管端部が、前記トンネルの長手方向に隣接する熱交換用セグメントの管端部と、前記長手方向に接続可能な管端部である
ことを特徴とする熱交換用セグメント。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載された熱交換用セグメントにおいて、
前記一方の管端部(22)、及び、前記他方の管端部(23)は、前記熱交換用セグメント本体(11)に形成された凹部(11a、11b、11c)内に設けられた管端部である
ことを特徴とする熱交換用セグメント。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載された熱交換用セグメントにおいて、
前記セグメント本体の厚さ方向の所定の範囲は、前記セグメント本体内の外周側に設けられている第1主筋(12)と、前記セグメント本体内の内周側に設けられている第2主筋(13)との間の所定の範囲である
ことを特徴とする熱交換用セグメント。 - 請求項2から6のいずれか1項に記載された熱交換用セグメントにおいて、
前記熱交換用セグメントは、前記周方向に接続するための管端部を、隣接する熱交換用セグメントの前記周方向に接続するための管端部に、前記長手方向に接続するための管端部を、隣接する熱交換用セグメントの前記長手方向に接続するための管端部に接続することにより、複数の前記熱交換器で形成される流体循環路が、前記トンネルの周方向、及び/又は、前記トンネルの長手方向に、一筆書き状に接続された熱交換器群(5)を形成するものである
ことを特徴とする熱交換用セグメント。 - 請求項7に記載された熱交換用セグメントにおいて、
前記熱交換器群は、前記熱交換器群の一方の管端部が、前記トンネルの前記長手方向に配置される往路用主管路に、前記熱交換器群の他方の管端部が、前記トンネルの前記長手方向に配置される復路用主管路に接続されている
ことを特徴とする熱交換用セグメント。 - 請求項7又は8に記載された熱交換器群を有するトンネル側の熱交換装置(2)と、
前記熱交換器群で採取した前記トンネル側の熱を利用して、前記トンネルの外部に設けられている熱制御対象物を加熱又は冷却するための熱交換を行う負荷側熱交換部とを備えている
ことを特徴とするトンネル利用熱交換システム。 - 請求項7又は8に記載された熱交換器群と接続され、前記熱交換器群で前記トンネルの地中、又は、空気を含む流体と熱交換された熱を移動させるための第1循環流体が循環する第1流体循環路(25)と、
前記トンネルの外部に設けられている熱制御対象物を加熱又は冷却するための熱交換を行う負荷側熱交換部に第2循環流体が循環する第2流体循環路(41)と、
前記第1流体循環路と前記第2流体循環路との間に設けられ、前記第1循環流体を熱源として、前記第1循環流体より高温又は低温の前記第2循環流体を造成するヒートポンプ(4)とを備えている
ことを特徴とするトンネル利用熱交換システム。
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