JP7316686B2 - 熱利用装置 - Google Patents
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Description
回路式融雪設備に地下水を循環させ、融雪などに用いるようにしている。
ブラインである熱媒体流体を貯留した熱媒体流体貯留槽と、前記熱媒体流体貯留槽から吸入するブラインである前記熱媒体流体の熱を外部熱と熱交換して前記熱媒体流体貯留槽へ戻すように配管接続された集熱配管系統と、前記熱媒体流体貯留槽から吸入したブラインである前記熱媒体流体を利用機器に通過させて前記熱媒体流体貯留槽へ戻すように配管接続された利用配管系統とを具備し、
前記集熱配管系統は、ブラインである前記熱媒体流体を流すものであり、地中に埋め込まれた地中熱交換器に、外気に曝された外気熱交換器を接続し、ブラインである前記熱媒体流体を前記熱媒体流体貯留槽へ戻すものであり、前記熱媒体流体貯留槽は、地中に埋め込まれた外側筒部と、この外側筒部に内在された内側筒部とを具備して二重筒状に構成され、前記外側筒部の周壁には、内外に貫通する通水路が設けられ、前記内側筒部と前記外側筒部の間には、前記通水路を介して流入する地下水を貯留する地下水貯留室が設けられ 、前記内側筒部は、内側の空間を、前記熱媒体流体を貯留する熱媒体流体貯留室とし、この熱媒体流体貯留室と前記地下水貯留室とを水密に仕切っており、前記内側筒部と前記外側筒部の間には、その上端側に断熱材が設けられ、前記断熱材よりも下方側に前記地下水貯留室及び前記通水路が設けられていることを特徴とする熱利用装置。
第1の特徴は、熱媒体流体を貯留した熱媒体流体貯留槽と、前記熱媒体流体貯留槽から吸入する熱媒体流体の熱を外部熱と熱交換して前記熱媒体流体貯留槽へ戻すように配管接続された集熱配管系統と、前記熱媒体流体貯留槽から吸入した熱媒体流体を利用機器に通過させて前記熱媒体流体貯留槽へ戻すように配管接続された利用配管系統とを具備し、前記集熱配管系統は、地中に埋め込まれた地中熱交換器に、外気に曝された外気熱交換器を接続している(図1及び図2参照)。
次に、上記特徴を有する具体的な実施態様について、図面に基づいて詳細に説明する。
この熱利用装置は、地下に埋め込まれるとともに熱媒体流体Bを貯留した熱媒体流体貯留槽1と、熱媒体流体貯留槽1から吸入した熱媒体流体Bを外部熱と熱交換して熱媒体流体貯留槽1へ戻すように配管接続された集熱配管系統2と、熱媒体流体貯留槽1から吸入した熱媒体流体Bを利用機器Xに通過させて熱媒体流体貯留槽1へ戻すように配管接続された利用配管系統3とを具備し、地下水及び集熱配管系統2によって温度調整された熱媒体流体Bの熱を利用配管系統3にて利用する。
この熱媒体流体貯留槽1は、内側筒部11内に熱媒体流体Bを貯留するための熱媒体流体貯留室1Aを確保するとともに、内側筒部11の外周面と外側筒部12の内周面との間に、通水路12aを介して流入する地下水を一時的に貯留する地下水貯留室1Bを確保している。
内側筒部11の周壁部及び底部は、熱媒体流体貯留室1Aと地下水貯留室1Bとを水密に仕切っている。内側筒部11の上端部は、円盤状の蓋部材13によって閉鎖されている。
熱媒体流体Bは、防食不凍液であり、ブライン等と呼称される場合もある。この熱媒体流体Bには、例えばエチレングリコール等を主成分としたブライン不凍液を用いればよいが、水やその他の液体を用いることも可能である。
この外側筒部12と内側筒部11の間には、その上部側に断熱材14が設けられ、断熱材14よりも下の空間が地下水貯留室1Bになっている。
各通水路12aは、断熱材14よりも下側にて、上下方向へわたって外側筒部12の周壁部を貫通するスリット状に形成される。
この通水路12aは、図示例によれば、地中における不透水層からその下側の帯水層に跨る長尺状に形成され、外側筒部12の周方向に間隔を置いて複数設けられる。
各通水路12aの周方向の幅は、外側筒部12周囲の礫(小石)等を通過させ難いように適宜に設定される。
この断熱材14は、不透水層中において外気温の影響を受け易い深度(外気温干渉深度)以内に設けられる。
図示例によれば、熱媒体流体貯留槽1の全長が50~100m程度であり、断熱材14の全長(深さ方向の寸法)dは約10mである。
断熱材14の材質は、水を吸収しない材料であることが好ましく、例えば、発泡ポリスチレンや、ウレタンフォーム等の発泡プラスチック系断熱材等とすればよい。
上記構成の断熱材14によれば、熱媒体流体貯留槽1内の熱媒体流体Bが外気温の影響を受けて温度変動するのを防ぐことができる。
なお、図1によれば、地中熱交換器25は、縦方向(地中の深さ方向)にトグロ状に巻かれているが、これは地中熱交換器25の構造を模式的に示すものであり、実際の地中熱交換器25は、地表近くで略水平にトグロ状に巻かれており、冬場は路面の融雪装置として利用可能である。
また、地中熱交換器25は、トグロ状以外に、例えばヘアピンコイル状(外気熱交換器20と略同形状)に形成してもよい。
この外気熱交換器20は、その一部または全部が、地中熱交換器25の真上に位置するように設けられ、特に好ましい一例の外気熱交換器20は、地中熱交換器25の水平方向の設置面積中に含まれるようにして地中熱交換器25の上方側に配置される。
熱交換部21の上流側端部は、地中熱交換器25を構成する配管の下流側端部に連通状に接続され、熱交換部21の下流側端部は、還管2cに連通状に接続される。
この熱交換部21の高さ寸法Hは、例えば、5m程度に設定される。
露出管部20bは、直管部21aの地表面よりも上側の部分と、上側のヘアピン管部21bにより構成され、外気に晒される。
また、吊持具22bは、アイボルトやU字ボルト等により構成される。この吊持具22bには、外気熱交換器20の搬送の際に、ワイヤー及びフック等が掛けられる。
往管31の吸入口31aは、熱媒体流体Bの底側に位置する。還管32の吐出口は、内側筒部11内において熱媒体流体Bの液面よりも上側に位置する。
利用機器Xは、冷凍サイクルを具備したヒートポンプ式給湯器である。この利用機器Xの他例としては、冷暖切り替えが可能なヒートポンプ式冷凍空調機器(例えば、水冷ヒートポンプ冷暖房機器等を含む)やコールドチェーン機器、融雪機等とすることも可能である。
熱媒体流体貯留槽1の熱媒体流体Bは、地下水、地中熱及び外気との熱交換により適温に維持される。そして、この熱媒体流体Bの熱が、利用配管系統3を循環して利用機器Xに利用される。
この地下水は、温度や液圧等の変化に応じて、地下水貯留室1B内へ侵入したり外側筒部12外へ流出したりして、流動する。
地下水の熱は、内側筒部11の管壁を介して、熱媒体流体Bへ伝達する。内側筒部11内と地下水貯留室1Bは内側筒部11の管壁により仕切られているため、熱媒体流体Bが地下水貯留室1Bへ侵入することはない。
例えば、利用機器Xがヒートポンプ式給湯器であり、このヒートポンプ式給湯器を、夏場、地下水温T1=13~15℃、外気温T2=30~35℃、地中熱交換器25周囲の表層地中温度=40~60℃の温度条件下で利用する。
熱媒体流体貯留槽1内の熱媒体流体Bは、地下水貯留室1B内の地下水との熱交換によりある程度安定的に保持される。
この熱媒体流体Bは、利用機器Xに吸入されて熱源側熱交換器x1を通過する際に、利用機器Xの冷凍サイクル中の低温ガスと熱交換され冷却されて、熱媒体流体貯留槽1へ戻される。
一方、この熱媒体流体Bは、集熱配管系統2に吸入されて地中熱交換器25及び外気熱交換器20を通過する際に、比較的高温の表層地中及び外気と熱交換することで、加熱されて熱媒体流体貯留槽1へ戻される。
したがって、これらの熱交換作用により、熱媒体流体貯留槽1内の熱媒体流体Bを適温に保持することができ、ひいては、利用機器Xの性能を安定させることができる。
熱交換部23は、略平行に並設された往管23aと還管23bとを、略トグロ巻状に構成し、枠体22aに固定したものである。
詳細に説明すれば、往管23aと還管23bの一端側には、入口23a1と出口23b1が重ね合わせられている。これら往管23a及び還管23bの他端側は、重ね合わせられ、枠体22aの中心部へ向かって、略トグロ巻状(他の表現を用いれば渦巻状)に曲げられ、前記中心部で連通状に接続されている。
入口23a1は、地中熱交換器25の下流側(出口側)に接続され、出口23b1は、還管2cの上流側に接続される。
重ね合わせられた往管23a及び還管23bの外周面は外気に晒される。
上記構成の熱交換部23によれば、上述した熱交換部21と同様の作用効果を奏する上、独自のトグロ状配管により熱交換性能をより向上することができる。
2:集熱配管系統
3:利用配管系統
11:内側筒部
12:外側筒部
12a:通水路
14:断熱材
20:外気熱交換器
20a:地中管部
20b:露出管部
21,23:熱交換部
25:地中熱交換器
B:熱媒体流体
X:利用機器
Claims (3)
- ブラインである熱媒体流体を貯留した熱媒体流体貯留槽と、前記熱媒体流体貯留槽から吸入するブラインである前記熱媒体流体の熱を外部熱と熱交換して前記熱媒体流体貯留槽へ戻すように配管接続された集熱配管系統と、前記熱媒体流体貯留槽から吸入したブラインである前記熱媒体流体を利用機器に通過させて前記熱媒体流体貯留槽へ戻すように配管接続された利用配管系統とを具備し、
前記集熱配管系統は、ブラインである前記熱媒体流体を流すものであり、地中に埋め込まれた地中熱交換器に、外気に曝された外気熱交換器を接続し、ブラインである前記熱媒体流体を前記熱媒体流体貯留槽へ戻すものであり、
前記熱媒体流体貯留槽は、地中に埋め込まれた外側筒部と、この外側筒部に内在された内側筒部とを具備して二重筒状に構成され、
前記外側筒部の周壁には、内外に貫通する通水路が設けられ、前記内側筒部と前記外側筒部の間には、前記通水路を介して流入する地下水を貯留する地下水貯留室が設けられ、前記内側筒部は、内側の空間を、前記熱媒体流体を貯留する熱媒体流体貯留室とし、この熱媒体流体貯留室と前記地下水貯留室とを水密に仕切っており、
前記内側筒部と前記外側筒部の間には、その上端側に断熱材が設けられ、前記断熱材よりも下方側に前記地下水貯留室及び前記通水路が設けられていることを特徴とする熱利用装置。
- 前記外気熱交換器は、地中に埋め込まれた地中管部と、前記地中管部に連通状に接続されるとともに外気に曝された露出管部とを有し、その管内にブラインである前記熱媒体流体を流通することを特徴とする請求項1記載の熱利用装置。
- 前記露出管部は、鉛直状に立ち上がった管状に形成されていることを特徴とする請求項
2記載の熱利用装置。
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