JP2004233031A - Underground heat exchanger with hollow tube buried by rotary press-in method and high-efficiency energy system using it - Google Patents
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Abstract
【課題】従来方式の地中熱交換器と比べて著しく工程が短縮でき、建設コストを大幅に抑制できる地中熱交換器とそれを利用した高効率エネルギーシステムを提供する。
【解決手段】下端部に回転羽根2が取り付けられた中空管体1に回転力と下向きの力を付加して回転圧入することで前記中空管体1が埋設され、前記中空管体1内の下端部または中間部には底蓋3が設けられて前記中空管体1の内部が密閉されており、前記中空管体1の内部空間を利用して構築されたことを特徴とする地中熱交換器とそれを利用した高効率エネルギーシステムである。
【選択図】 図1[PROBLEMS] To provide an underground heat exchanger capable of significantly reducing the number of steps compared to a conventional underground heat exchanger and greatly reducing construction costs, and a high-efficiency energy system using the same.
The hollow tube is embedded by applying a rotational force and a downward force to the hollow tube with a rotating blade attached to a lower end thereof and rotationally press-fitting the hollow tube. A bottom lid 3 is provided at a lower end or an intermediate portion in the inside 1, the inside of the hollow tube 1 is sealed, and the hollow tube 1 is constructed using the internal space of the hollow tube 1. Underground heat exchanger and high efficiency energy system using it.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大地が有する安定した温度を熱源として採放熱して利用する地中熱源方式や、大地の大きな熱容量を利用して土壌に蓄熱を行なう地中蓄熱方式等の地中熱利用システムにおいて、大地と熱利用側の熱授受に用いられる地中熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
大地が有する安定した温度を熱源として採放熱して利用する地中熱源方式や、大地の大きな熱容量を利用して土壌に蓄熱を行なう地中蓄熱方式等の地中熱利用システムは、空調や融雪等に用いられるエネルギーの消費量を削減する方法の1つとして非常に有効である。このように地中熱を利用する場合において、大地と熱利用側との熱授受に用いられる地中熱交換器は、▲1▼U字管方式や、▲2▼鋼管井戸方式(二重管方式)によるものが一般的である[非特許文献1および非特許文献2参照]。
【0003】
非特許文献3にも記載されているように、上記▲1▼のU字管方式による地中熱交換器は以下の工程で形成される。まず予め地中に孔を掘削し、仮ケーシング38を挿入して孔の側壁を維持する[図20(a)参照]。次に、この仮ケーシング38内に送水直管および還水直管の下端部を連結してなるU字管26を1組(1往復分)または2組(2往復分)挿入する[図20(b)参照]。そして、仮ケーシング38を引き抜きつつ、孔とU字管との間隙にモルタル、グラウト等を充填して埋め戻して設置が完了する[図20(c),(d)参照]。なお、孔壁維持のためには、仮ケーシング挿入ではなく泥水を用いる場合もある。
【0004】
また非特許文献4にも記載されているように、上記▲2▼の二重管方式による地中熱交換器は、予め地中に孔を掘削し、この孔内に内挿管を挿入した後、孔と内挿管との間隙にモルタル、グラウト等を充填して埋め戻し、内挿管の内部に送水管および還水管の少なくとも一方を設置することで形成される。
【0005】
上記▲1▼、▲2▼の地中熱交換器はいずれもエネルギー消費が少ない点で優れている。しかし、いずれの方式による場合も掘削、管挿入、埋め戻し、と工程が多く、このうち掘削費は特に高額である。さらに、孔壁維持のための泥水や仮ケーシングの使用、廃土処理の問題などから設置にかかる建設コストが高くなるため、現在は幅広い普及が阻害されている状況である[非特許文献2および非特許文献5参照]。
【0006】
ここで地中熱利用システムにおいて、PHC製基礎杭を二重管方式地中熱交換器に兼用することで建設コストの低減を図らんとする事例も見られる。しかし、コンクリートのひび割れによる熱源水や不凍液の漏洩が生じる点で改善の余地が多い。一方、水密性に優れる鋼管製の打撃杭については、管内部に土壌が侵入してくることから地中熱交換器との兼用は困難である[非特許文献5参照]。
【0007】
【非特許文献1】
遠藤,「蓄熱工学I[基礎編],第4章地中蓄熱」,森北出版株式会社,1995年12月,101〜103P
【非特許文献2】
濱田他,「垂直埋設U字管を用いた地中蓄熱型冷暖房システムの実験と解析」,空気調和・衛生工学会論文集,No.61,1996年4月,46〜47P
【非特許文献3】
落藤他,「深部地盤直接蓄熱システムに関する調査研究報告書」,財団法人エンジニアリング振興協会地下開発利用研究センター,平成11年3月,46〜47P
【非特許文献4】
長野,「特集クリーンエネルギーを目指して 8.地熱ヒートポンプ」,冷凍,社団法人日本冷凍空調学会,2001年12月号第76巻第890号,8P
【非特許文献5】
宮本他,「地中熱融雪Sのコスト削減等 福井県雪対策班,省エネ化も」,週間エネルギー通信,エンジニアリングニュース社,第976号 平成14年8月5日(月)発行,17P
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の欠点を除くためにされたものであり、その目的は地中熱交換器の埋設・据付に多工程を要する従来方式に比べて、非常に少ない工程で行なうことができ、かつ廃土処理も不要な地中熱交換器を提供することである。
【0009】
本発明の他の目的は、孔の掘削時における優れた貫入性と掘削効率の確保を可能とし、地中熱交換器の設置にかかる建設費を大幅に低減できる地中熱交換器を提供することである。
【0010】
また本発明の他の目的は、建物の基礎杭としての回転圧入鋼管杭において、管内部の土壌の侵入を抑制することで、水密性の高い鋼管杭を地中熱交換器に兼用可能にすることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
(1)第1の発明は、下端部に回転羽根2が取り付けられた中空管体1に回転力と下向きの力を付加して回転圧入し、埋設された前記中空管体1の内部空間を利用して構築したことを特徴とする地中熱交換器である。
(2)第2の発明は、第1の発明において、中空管体1が鋼管で形成されており、前記中空管体が建物を支持する基礎杭としての回転圧入鋼管杭22を兼用することを特徴とする。
(3)第3の発明は、第1または第2の発明において、回転羽根2が螺旋状羽根であって、回転羽根2の始端切断面6と終端切断面8との開き角度9が10度から90度に設定されていることを特徴とする。
(4)第4の発明は、第1から第3の発明において、中空管体1の管内径以下の直径に設定された開端穴10が回転羽根2の中心部に設けられていることを特徴とする。
(5)第5の発明は、第1から第4の発明において、中空管体1内の下端部または中間部に底蓋3が設けられて前記中空管体1の内部が密閉されていることを特徴とする。
(6)第6の発明は、第1から第5の発明において、予め底蓋3が内部に固着されている中空管体1が回転圧入で埋設されていることを特徴とする。
(7)第7の発明は、第6の発明において、内部に予め取り付けられた底蓋3または底蓋3より下側の中空管体1側壁部に圧力逃がし穴14が開口されていることを特徴とする。
(8)第8の発明は、第1から第5の発明において、内周の底蓋形成位置に予め突起物が取り付けられた中空管体1が回転圧入で埋設され、前記中空管体1に内接する落し蓋21を前記中空管体1の埋設・据付後に前記中空管体1内部に投下し、前記中空管体1の内周と前記落し蓋21とが固着されて底蓋3が形成されてなることを特徴とする。
(9)第9の発明は、第1から第5の発明において、内周の底蓋形成位置に予め突起物が取り付けられた中空管体1が回転圧入で埋設され、前記中空管体1の埋設・据付後に中空管体1内の底蓋形成位置に経時性硬化材を充填して底蓋3が形成されてなることを特徴とする。
(10)第10の発明は、第1から第5の発明において、内周の底蓋形成位置に予め突起物が取り付けられた中空管体1が回転圧入で埋設され、前記中空管体1に内接する落し蓋21を前記中空管体1の埋設・据付後に前記中空管体1内部に投下し、前記落し蓋21の上側に経時性硬化材を充填して底蓋3が形成されてなることを特徴とする。
(11)第11の発明は、第1から第10の発明において、中空管体1の内面および外面の少なくとも一方が、防食被覆されていることを特徴とする。
(12)第12の発明は、第1から第11の発明において、中空管体1の外面に熱交換を促進させるフィン1aを取り付けたことを特徴とする。
(13)第13の発明は、第1から第12の発明において、送水管4および還水管5の少なくとも一方が中空管体1の内側に設置されて前記中空管体1内部には熱媒が循環可能であって、周囲土壌より採熱または放熱ができるように構成されたことを特徴とする。
(14)第14の発明は、第1から第12の発明において、中空管体1の内径よりも小径であって、その先端および頂部が閉塞されてなる外管23bと、前記外管23bの内側に配置されて、先端部近傍で外管23b外部と連通してなる内管23cとで構成され、かつ前記外管23bおよび前記内管23cの間には空気または断熱材を密封して断熱層25aが形成された内挿二重管23aが中空管体1の内側に設置され、前記内挿二重管23aの内管23cを送水管4および還水管5のいずれか一方として利用し、前記中空管体1と前記内挿二重管23aとの間に送水管および還水管の他方を設置することで熱媒が循環可能であって、周囲土壌より採熱または放熱ができるように構成されたことを特徴とする。
(15)第15の発明は、第1から第12の発明において、中空管体1の内径よりも小径でかつ先端が閉塞されている内挿管23が前記中空管体1の内側に配置され、前記中空管体1と前記内挿管23との間隙には水またはモルタル、グラウト等の充填材25が充填されており、送水管4および還水管5の少なくとも一方が前記内挿管23の内側に設置されて前記内挿管23内部には熱媒が循環可能であって、周囲土壌より採熱または放熱ができるように構成されたことを特徴とする。
(16)第16の発明は、第1から第12の発明において、熱媒を循環可能なU字形内挿管26が中空管体1の内側に1組以上挿入され、前記中空管体1と前記U字形内挿管26との間隙には水またはモルタル、グラウト等の充填材25が充填されており、周囲土壌より採熱または放熱ができるように構成されたことを特徴とする。
(17)第17の発明は、第14の発明において、複数の中空管体を継ぎ足して構成された地中熱交換器であって、先端部の羽根付中空管体27には、中空管体の内径よりも小径であって、その先端が閉塞されてなる外管23bと、前記外管23bの内側に配置されて、先端部近傍で外管23b外部と連通してなる内管23cとからなる内挿二重管23aが配置されており、前記羽根付中空管体27を所定位置まで回転圧入した後に、継手29によって前記外管23bおよび前記内管23cを各々接続延長し、前記羽根付中空管体27と継ぎ足し中空管体28とを必要本数だけ順次接続することで必要長さを確保した上で、前記外管23bおよび前記内管23cの間に空気または断熱材を密封して断熱層25aを形成したことを特徴とする。
(18)第18の発明は、第15の発明において、複数の中空管体を継ぎ足して構成された地中熱交換器であって、先端部の羽根付中空管体27には、前記羽根付中空管体27の内径よりも小径でかつ先端が閉塞されている内挿管23が配置されており、前記羽根付中空管体27を所定位置まで回転圧入した後に、継手29によって内挿管23を延長した上で前記羽根付中空管体27と継ぎ足し中空管体28とを必要本数だけ順次接続することで必要長さを確保したことを特徴とする。
(19)第19の発明は、第16の発明において、複数の中空管体を継ぎ足して構成された地中熱交換器であって、先端部の羽根付中空管体27には、U字形内挿管26が1組以上挿入されており、前記羽根付中空管体27を所定位置まで回転圧入した後に、継手29によって各内挿管を延長した上で前記羽根付中空管体27と継ぎ足し中空管体28とを必要本数だけ順次接続することで必要長さを確保したことを特徴とする。
(20)第20の発明は、第1から第4の発明において、底蓋3を有しない中空管体1を回転圧入によって埋設し、前記中空管体1内部の土壌中に熱媒を循環可能なU字形内挿管26を圧入し、前記中空管体1内部の土壌が侵入していない前記U字形内挿管26と前記中空管体1との間隙には、水またはモルタル、グラウト等の充填材25が充填されており、周囲土壌より採熱または放熱ができるように構成されたことを特徴とする。
(21)第21の発明は、下端に回転羽根2を備えた掘削蓋31が中空管体1の下端に係合され、前記中空管体1の内側にU字形内挿管26が1組以上挿入され、前記U字形内挿管26の折返部分は前記掘削蓋31に連結されており、前記掘削蓋31が係合された状態の前記中空管体1を回転圧入で埋設した後、前記中空管体1と前記掘削蓋31との係合を解除して前記中空管体のみを引き抜き、生じた掘削孔と前記U字形内挿管26との空隙に水またはモルタル、グラウト等の充填材25を充填し、前記U字形内挿管26の内部に熱媒を循環して周囲土壌より採熱または放熱ができるように構成されたことを特徴とする地中熱交換器である。
(22)第22の発明は、第1〜第21の発明のいずれかの地中熱交換器とヒートポンプを連結し、前記ヒートポンプと空調機や融雪パイプ等の負荷処理設備を連結し、前記ヒートポンプと負荷処理設備との間に必要に応じて蓄熱槽を設置し、ヒートポンプにて製造した冷熱または温熱を冷房、暖房、融雪のいずれか一つ以上の熱源として使用することを特徴とする高効率エネルギーシステムである。
(23)第23の発明は、第1〜第21の発明のいずれかの地中熱交換器とヒートポンプを連結し、前記ヒートポンプと貯湯槽を連結し、貯湯槽内の水を昇温さらに温度保持し、ヒートポンプにて製造した温熱を給湯用途の熱源として使用することを特徴とする高効率エネルギーシステムである。
(24)第24の発明は、第1〜第21の発明のいずれかの地中熱交換器と空調機や融雪パイプ等の負荷処理設備を連結し、前記地中熱交換器と負荷処理設備との間に必要に応じて蓄熱槽を設置し、前記地中熱交換器内の地温水を循環ポンプにて負荷処理設備に送水することにより冷房、暖房、融雪のいずれか一つ以上の用途に直接利用することを特徴とする高効率エネルギーシステム。
【0012】
【発明の実施の形態】
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態の地中熱交換器について、図面を参照しつつ説明する。図1に示すように、第1実施形態の地中熱交換器は、下端部に回転羽根2が取り付けられた中空管体1を回転圧入して埋設し、中空管体1の底蓋3から上方の内部空間に送水管4および還水管5を設置して構築される。
【0013】
図2に第1実施形態に用いられる中空管体1を示す。この中空管体1が単管で必要熱交換長さに満たない場合には、現場での円周溶接等によって継ぎ足すことで必要熱交換長さを確保する。なお、中空管体1の材質は鋼管に限定されることなく、プラスチック等の樹脂系材料で中空管体1が形成されていてもよい。さらに、中空管体1に外面防食が必要な場合にはポリエチレンやウレタン等で外面被覆を施してもよく、内面防食が必要な場合には硬質塩化ビニルやエポキシ等で内面被覆を施してもよい。
【0014】
図2(a)に示すように、中空管体1の下端は螺旋状に切り欠かれており、この螺旋状切り欠きの始端部と終端部とは段差部分を介して接続されている。そして、螺旋状に切り欠かれた中空管体1の下端面に沿って、回転羽根2が中空管体1に対して同心状に固定されている。
【0015】
回転羽根2は、図3に示すように円盤状(リング状)の鋼板を半径方向に一部切欠いて形成されており、回転羽根2の始端切断面6には掘削刃7が溶接により固着されている。回転羽根2はその始端切断面6から徐々に中空管体1の下端部から離れながら螺旋状に上昇し、終端切断面8までほぼ1周程度周回するように形成されている。
【0016】
回転羽根2の始端切断面6と終端切断面8との開き角度9は、図3の例では45度程度であるが、10度から90度の範囲で設定することができる。なお回転羽根2を延長して開き角度9を0度の位置にした場合には、破線で示す仮想終端切断面8aと始端切断面6とが平行となる。
【0017】
また回転羽根2の中心部には開端穴10が開口されている。図2、図3の例では開端穴10の直径Dが中空管体1の内径の0.6倍程度に設定されているが、本発明の開端穴10の直径は中空管体1の内径以下であればいかなる直径であってもよく、また回転羽根2に開端穴10を設けなくともよい。
【0018】
上記のような開き角度9、開端穴10を備えた回転羽根2は、中空管体1の優れた貫入性を確保し、施工効率向上によるコストの低減に寄与する。また、上記形状の回転羽根2は、管内部への土壌の侵入を管直径の1.5倍程度から管体長さの半分程度までの間に調節することができ、中空管体1の内部空間の有効利用が可能となる。
【0019】
また中空管体1の内部には底蓋3が設置されており、土壌11の侵入する中空管体1下部と、地中熱交換器に利用される中空管体1上部とが底蓋3によって区画されている。この底蓋3は回転圧入前に中空管体1内に予め形成されていてもよく、回転圧入後に中空管体1内に事後的に形成してもよい。
【0020】
図4は底蓋3の取付態様の一例を示したものである。この例では、中空管体1内周の底蓋形成位置に予め突起物として輪状アングル12を溶接し、この輪状アングル12の上から落し蓋21を溶接固定して底蓋3を形成している。なお、輪状アングル12には必要に応じて補強スチフナを取り付けてもよい。
【0021】
図4の例において、軟弱地盤等で貫入抵抗が大きくない場合には、予め底蓋3を輪状アングル12に溶接して底蓋3の取り付けを完了した状態で、中空管体1の回転圧入施工をすることも可能である。この場合、図5に示すように底蓋3より下方の中空管体1下部に土壌11が適度に侵入して、中空管体1下部に残る空気の圧縮による空気ばね効果が発揮されることで、硬い地層に達すると管内部に土壌11がさらに侵入して、硬い土壌への貫入性が向上できる場合もある。
【0022】
一方、地盤の貫入抵抗が大きく、予め底蓋3を取り付けて中空管体1下部を密閉しておくことが困難な場合には、輪状アングル12のみ先付けした状態で中空管体1を回転圧入した後に、輪状アングル12に底蓋3を溶接してもよい。
【0023】
図6の例は、予め中空管体1内周に底蓋3を取り付ける一方で、中空管体1下部の圧力逃がし穴14を設けて中空管体1下部に土壌11を侵入し易くし、貫入抵抗を減少させて回転圧入する態様である。図6(a),(b)は、底蓋3に圧力逃がし穴14を設け、中空管体1の回転圧入後に圧力逃がし穴14をプレート15で塞ぐことで底蓋3の形成を完了する例である。また図6(c)は圧力逃がし穴14を底蓋3直下の中空管体1側壁部に開口した例である。この場合には回転圧入後に圧力逃がし穴14を塞ぐ必要はない。
【0024】
また、回転圧入後における中空管体1での火気使用を避けたい場合には、以下の種々の方法により事後的な底蓋3の形成が可能である。
【0025】
図7は、中空管体1内部に土壌11がある程度侵入してくる場合において底蓋3を回転圧入後に形成する態様の一例である。図7の例では、予め中空管体1内周の土壌侵入位置上部(底蓋形成位置)にコンクリート定着用の輪状鉄筋16を溶接しておく。次に中空管体の回転圧入後にコンクリート17を流し込み、さらに防水目地を中空管体との取り合い部に取ったシンダーコンクリート18を打設する。そして目地部をシール19した後に塗膜防水20を行い底蓋3を形成する。なお、底蓋形成位置より地下水位が浅い場合でも、水中コンクリートを打設することにより底蓋3の形成が可能である。
【0026】
また図8は、中空管体内部に土壌11があまり侵入してこない場合において底蓋3を回転圧入後に形成する態様の一例である。図8の例では、予め中空管体1内周の土壌侵入位置上部(底蓋形成位置)に輪状アングル12を溶接しておく。次に中空管体1の回転圧入後に、中空管体1に内接する落し蓋21を投下した上でシンダーコンクリート18を打設する。以下、図7の上記例と同様の工程で底蓋3が形成される。
【0027】
そして中空管体1を回転圧入した後に、中空管体1の内部に送水管4および還水管5を設置して第1実施形態の地中熱交換器が完成する。この第1実施形態の地中熱交換器は、中空管体1の内部空間を熱媒の循環流路として直接使用する構成であって、周囲土壌より採熱または放熱ができるようになっている。
【0028】
また図9は第1実施形態の地中熱交換器における送水管4および還水管5の配置例である。中空管体1が小口径の場合には、図9(a)に示すように送水管4および還水管5のいずれか一方を内挿する二重管方式となる(図示例では送水管4が内挿されている)。また中空管体1の口径が大きい場合には、図9(b)に示すように送水管4および還水管5の両方を内挿する鋼管井戸方式となる。
【0029】
第1実施形態の地中熱交換器では、中空管体1の回転圧入後に中空管体1の内部に送水管4および還水管5の少なくとも一方を設置するだけで施工が完了するため、従来方式の地中熱交換器と比べて著しく工程が短縮でき、飛躍的なコスト削減が可能となる。
【0030】
<第2実施形態>
図10は第2実施形態の地中熱交換器を示した図である。なお、以下の実施形態で第1実施形態と同一の構成には同一符号を付して重複説明を省略する。
【0031】
第2実施形態は、建物を支持する基礎杭としての回転圧入鋼管杭22を地中に回転圧入して埋設し、回転圧入鋼管杭22の先端付近または中間部に底蓋3を形成して密閉し、その回転圧入鋼管杭22の内部空間を利用して構築される地中熱交換器である。第2実施形態の地中熱交換器は、建物の支持に元来必要である基礎杭を熱交換器として兼用するため、熱交換器単独の埋設設置コストは不要となり、より一層のコスト削減が可能になる。なお、送水管4および還水管5の取り出し方法としては、図10(a)に示すように、通常通り、回転圧入鋼管杭22の頂部にフーチング22aを被せる取り合いとし、送水管4および還水管5を水平取り出しする方法や、回転圧入鋼管杭22頂部のフーチング取合部外周に突起物を取り付けて、杭からフーチングに支持力を伝達することとし、送水管4および還水管5を垂直に取り出す方法、そしてこれらを併用した方法が考えられる。
【0032】
<第3実施形態>
図11は第3実施形態の地中熱交換器を示した図である。第3実施形態では中空管体1の外周に熱交換促進用のフィン1aが取り付けてある。フィン1aの形状は中空管体1の回転圧入に支障のない形状であればよく、例えば掘削用回転羽根を上方に延長してなる小径螺旋型フィンなどが考えられる。なお、図11では中空管体1の全長にわたってフィン1aが設けられているが、フィン1aが熱交換促進に効果的であるのは地下水が存在する場合なので、実際には帯水層などの地下水が存在する地層部分をカバーできるようにフィン1aを設ければよい。
【0033】
<第4実施形態>
図12は第4実施形態の地中熱交換器を示した図である。第4実施形態では中空管体1の内側に内挿二重管23aを挿入し、内管23cの内部および外管23bの外側に熱媒を循環させて、周囲土壌より採熱または放熱ができるように構成されている。この第4実施形態は、地中熱交換器内の保有熱媒量を少なくできる点で有利である。例えば、基礎杭などの大口径の中空管体を地中熱交換器として用い、かつ寒冷地において熱媒に高価な不凍液を用いなければならない場合には、使用する不凍液の量を減少できるのでコスト面で有利となる。
【0034】
第4実施形態に用いられる内挿二重管23aは、中空管体1の内径よりも小径の外管23bと、この外管23bの内側に配置される内管23cで構成されている。外管23bの先端はキャップ24により閉塞されており、外管23bの頂部は内管23cが挿通する穴あきキャップ24aにより閉塞されている。また、外管23bの先端部近傍には、内管23cと連通してなる開口が設けられている。そして、内挿二重管23aにおける外管23bおよび内管23cの間には、空気または断熱材が密封されて断熱層25aが形成されている。
【0035】
第4実施形態の地中熱交換器では、中空管体1の内側に内挿二重管23aが配置され、かつ中空管体1と内挿二重管23aとの間に還水管5が配置されている。そして、内挿二重管23aの内管23cから送られた熱媒は、外管23bの開口部を経て、中空管体1と内挿二重管23aとの間から還水管5へ循環するように構成されている。なお、第4実施形態では内挿二重管23aの内管23cが送水管となる例を示したが、その逆に内管23cを還水管として、中空管体1と内挿二重管23aとの間に送水管4を配置する構成としてもよい[図示を省略する。]
【0036】
<第5実施形態>
図13は第5実施形態の地中熱交換器を示した図である。第5実施形態では中空管体1の内側に内挿管23を配置し、内挿管23内部に熱媒を循環させることで周囲土壌より採熱または放熱ができるように構成されている。
【0037】
第5実施形態の内挿管23はその外径が中空管体1の内径よりも小さく設定されており、中空管体1の内側に内挿管23が挿入配置されている。内挿管23の先端はキャップ24などによって閉塞されている。中空管体1と内挿管23との間隙には水またはモルタル、グラウト等の充填材25が充填されている。そして、内挿管23の内側には送水管4が配置され、かつ中空管体1からはみ出した内挿管23の上端部は還水管5と接続されており、水またはその他の熱媒が内挿管23の内部を循環するように構成されている。
【0038】
<第6実施形態>
図14は第6実施形態の地中熱交換器を示した図である。第6実施形態では送水直管および還水直管の下端部を連結して構成された1組(1往復分)のU字管26が中空管体1の内側に挿入されている。中空管体1とU字管26との間隙には水またはモルタル、グラウト等の充填材25が充填されており、水またはその他の熱媒をU字管26の内部に循環させることで周囲土壌より採熱または放熱ができるように構成されている。なお、図14の例では中空管体1の内側に挿入されたU字管26は1組(1往復分)であるが、2組(2往復分)のU字管を配置する構成でもよい[図示を省略する]。
【0039】
<第7実施形態>
図15は第7実施形態の地中熱交換器を示した図である。第7実施形態は第4実施形態の変形例であって、中空管体1および内挿二重管23aを継ぎ足して地中熱交換器を延長し、必要熱交換長さを確保した例である。
【0040】
第7実施形態の地中熱交換器の設置作業では、まず先端部の羽根付中空管体27の内側に内挿二重管23aの先端部を挿入しておく。内挿二重管23aの羽根付中空管体27への固定は、羽根付中空管体27の底蓋3に取付けたキャップ24に内挿二重管23aを嵌め込むことで行う。
【0041】
次に、羽根付中空管体27を所定位置まで回転圧入し、継ぎ足し用の外管23bおよび内管23cを吊り込んで、内挿二重管23aを延長する。外管23bおよび内管23cの接合は、水密性、可撓性および伸縮性に優れた継手29によって行う。
【0042】
さらに羽根付中空管体27と継ぎ足し用中空管体28とを現場円周溶接等により接合し、接合完了後に一体化した中空管体1を回転圧入する。必要に応じて上記の継ぎ足し作業を繰り返すことで、所望の長さまで地中熱交換器を延長することができる。また、中空管体1の回転圧入完了後に外管23bの頂部を穴あきキャップ24aで閉塞して、外管23bおよび内管23cの間に断熱層25aを形成する。そして、中空管体1と内挿二重管23aとの間隙に還水管5を配置して地中熱交換器が完成する。
【0043】
なお、第7実施形態における設置作業はあくまで1例であって、図示の例に限定されることはない。例えば、羽根付中空管体27を継ぎ足し中空管体28によって延長して必要長さを埋設した後に、吊り込み固定冶具を用いて内挿二重管23aを継手29で延長しながら、中空管体1内に落しこんでいってもよい[図示を省略する]。
【0044】
<第8実施形態>
図16は第8実施形態の地中熱交換器を示した図である。第8実施形態は第5実施形態の変形例であって、中空管体1および内挿管23を継ぎ足して地中熱交換器を延長し、必要熱交換長さを確保した例である。
【0045】
第8実施形態の地中熱交換器の設置作業では、まず先端部の羽根付中空管体27の内側に、先端が閉塞された小径の内挿管23を挿入する。この羽根付中空管体27と内挿管23との間隙にはモルタル、グラウト等の充填材25が充填されており、内挿管23が固定されている。
【0046】
次に、羽根付中空管体27を所定位置まで回転圧入し、継ぎ足し用中空管体28を吊り込んで、羽根付中空管体27と継ぎ足し用中空管体28とを接合する。継ぎ足し用の中空管体28には内挿管23が挿入され、かつ中空管体28と内挿管23との間隙にはモルタル、グラウト等の充填材25が充填されている。そして、内挿管23同士の接合は、水密性、可撓性および伸縮性に優れた継手29によって行い、羽根付中空管体27と継ぎ足し用中空管体28との接合は、現場円周溶接等により行なわれる。なお、接合部に充填材25の注入孔を予め設けておき、羽根付中空管体27と継ぎ足し用中空管体28との接合後に継手29の空隙部に充填材25を注入して、注入孔を塞ぐのがより好ましい。
【0047】
上記の羽根付中空管27体と継ぎ足し用中空管体28との接合が完了した後、一体化した中空管体1を回転圧入する。必要に応じて上記の継ぎ足し作業を繰り返すことで、所望の長さまで地中熱交換器を延長することができる。そして、中空管体1の回転圧入完了後に内挿管23の内側に送水管4を配置して地中熱交換器が完成する。
【0048】
なお、第8実施形態における設置作業はあくまで1例であって、図示の例に限定されることはない。例えば、継ぎ足し中空管体28に予め内挿管23を固定することなく、継ぎ足し中空管体28と内挿管23とを同時に吊り込んで各々接合し、必要な長さを埋設した後に充填材25を充填してもよい。また、内挿管23の固定を冶具によって行い、中空管体1の埋設が完了した後で充填材25を充填してもよい[ともに図示を省略する]。
【0049】
<第9実施形態>
図17は第9実施形態の地中熱交換器を示した図である。第9実施形態は第6実施形態の変形例であって、中空管体1およびU字管26内挿管23を継ぎ足して地中熱交換器を延長する例である。この第9実施形態は、羽根付中空管体27に配置されたU字管26に、継ぎ足し中空管体28内に配置された送水直管および還水直管を継ぎ足す点で第8実施形態と異なる。なお、図17の例では中空管体1の内側に挿入されたU字管26は1組(1往復分)であるが、2組(2往復分)のU字管を配置する構成でもよい。
【0050】
<第10実施形態>
図18は第10実施形態の地中熱交換器を示した図である。第10実施形態は、底蓋を有しない中空管体1を回転圧入によって埋設した後に、中空管体1の内部に充填された土壌11中にU字管26を圧入する地中熱交換器の設置例である。第10実施形態は、底蓋を設けて中空管体1の内部空間を予め確保しなくとも、土壌11を除去することなくU字管26を土壌11中に圧入可能と判断される場合(例えば軟弱地盤等の場合)に用いられる。U字管26を土壌11に圧入した後において、中空管体1内部の土壌11が侵入していない間隙部分には、モルタル、グラウト等の充填材25が充填されており、周囲土壌より採熱または放熱ができるように構成されている。
【0051】
<第11実施形態>
図19は第7実施形態の地中熱交換器を示した図である。第11実施形態では、U字管26を内挿した中空管体1を回転圧入した後に、管体30のみを引き抜いて地中にU字管26を配置して地中熱交換器を形成する。
【0052】
第11実施形態の施工に用いられる中空管体1は、管体30の先端部に取り付けられる掘削蓋31と複数の管体30とをジョイントで機械的に連結することで構成されている。なお、管体30と掘削蓋31とのジョイントには、例えば、掘削蓋31の内側に挿入される管体30の係合部分に鉤状切り込みを設け、掘削蓋31の内周に突起を設けて、鉤状切り込みと突起とを係合・解除するものなど、種々のジョイントが適用できる[図示を省略する]。
【0053】
また掘削蓋31の下端には回転羽根2が設けられている。さらに掘削蓋31の内側上面にはスイベルジョイント32が設けられており、このスイベルジョイント32によってU字管26下端の折返部分が掘削蓋31に連結されている。
【0054】
第11実施形態の地中熱交換器の施工は、以下の工程で行なわれる。
▲1▼ まず、管体30の先端に掘削蓋31をジョイントで連結して中空管体1を構成し、中空管体1の内側にU字管26を配置する。またU字管26の折返部分は掘削蓋31に連結する。
▲2▼ 次に中空管体1を地中に回転圧入する。なお、中空管体1の長さが不足する場合には管体30をジョイントで連結して継ぎ足しながら回転圧入を行なう[図19(a)参照]。
▲3▼ 中空管体1を所望の長さまで回転圧入した後、管体30と掘削蓋31とのジョイントを解除して、掘削孔から管体30のみを引き抜く[図19(b)参照]。これにより、掘削孔の内部には掘削蓋31とU字管26が残される[図19(c)参照]。
▲4▼ そして、掘削孔とU字管26との空隙に水またはモルタル、グラウト等の充填材25を充填することで地中熱交換器が完成する[図19(d)参照]。
【0055】
図21は、本発明の地中熱交換器を用いた高効率エネルギーシステムの一実施形態を示すものである。この高効率エネルギーシステムでは、地中に設置された基礎杭兼用地中熱交換器41と専用杭地中熱交換器42とが、地表の建物43内に設置したヒートポンプ44に連結される。空調系統においては、ヒートポンプ44は、空調機45と連結され、空調機45からの冷暖房空気が空調ダクト46を通して建物43内の空間に噴出する。また、ヒートポンプ44は、室内用空調機47に連結され、これにより室内を冷却・加熱する。図示しているのは、室内用空調機であるファンコイルユニットの例であるが、放熱機や床暖房パイプ等を用いる場合もある。ヒートポンプ44と空調機45、室内用空調機47との間に必要に応じて蓄熱槽48を設置する。蓄熱槽48は、ヒートポンプ44の能力がピーク負荷に満たない時や夜間電力を利用する場合に設置する。給湯系統においては、ヒートポンプ44と貯湯槽50を連結し、貯湯槽内の水を昇温さらに温度保持し、ここから安定した給湯温度で給湯栓49にお湯を供給する。
【0056】
図22は、本発明の地中熱交換器を用いた高効率エネルギーシステムの他の実施形態を示すものである。この高効率エネルギーシステムでは、地中に設置された専用杭地中熱交換器42と道路の路面下に埋設された融雪パイプ51と熱媒循環ポンプ52を介して連結したものである。
【0057】
【発明の効果】
本発明の地中熱交換器は、多工程が必要となる従来方式の地中熱交換器と比べて著しく工程が短縮できる。また、泥水や廃土処理も不要であって、独自の回転羽根形状によって中空管体の貫入性に優れることから、地中熱交換器の設置にかかる建設コストを大幅に抑制できる。
【0058】
また本発明では、回転羽根形状や底蓋の形成方法によって、水密性の高い鋼管杭の内部空間を熱交換器として兼用することを可能とした。そのため、建物の支持に元来必要である基礎杭を熱交換器として兼用することで、熱交換器単独の埋設設置コストは不要となり、より一層のコスト削減が可能になる。
【0059】
なお、地中熱利用システムはエネルギー消費の非常に少ない優れたシステムであるが、非常に高い建設費がによって幅広い普及が阻害されているのが現状である。したがって、本発明の上記の効果によりその普及が促進されることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の地中熱交換器を示した図である。
【図2】第1実施形態に用いられる中空管体を示す図である。
【図3】第1実施形態に用いられる回転羽根を示す図である。
【図4】底蓋の取付態様の一例を示した図である。
【図5】中空管体に予め底蓋を形成した場合の空気ばね効果を説明する図である。
【図6】中空管体の圧力逃がし穴の設置例を示した図である。
【図7】底蓋を回転圧入後に形成する態様の一例を示した図である。
【図8】底蓋を回転圧入後に形成する態様の一例を示した図である。
【図9】第1実施形態の地中熱交換器における送水管および還水管の配置例を示した図である。
【図10】第2実施形態の地中熱交換器を示した図である。
【図11】第3実施形態の地中熱交換器を示した図である。
【図12】第4実施形態の地中熱交換器を示した図である。
【図13】第5実施形態の地中熱交換器を示した図である。
【図14】第6実施形態の地中熱交換器を示した図である。
【図15】第7実施形態の地中熱交換器を示した図である。
【図16】第8実施形態の地中熱交換器を示した図である。
【図17】第9実施形態の地中熱交換器を示した図である。
【図18】第10実施形態の地中熱交換器を示した図である。
【図19】第11実施形態の地中熱交換器を示した図である。
【図20】従来のU字管方式による地中熱交換器の施工工程を示す図である。
【図21】本発明の地中熱交換器を用いた高効率エネルギーシステムの一実施形態を示す図である。
【図22】本発明の地中熱交換器を用いた高効率エネルギーシステムの他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
1 中空管体
1a フィン
2 回転羽根
3 底蓋
4 送水管
5 還水管
6 始端切断面
7 掘削刃
8 終端切断面
8a 仮想終端切断面
9 開き角度
10 開端穴
11 土壌
12 輪状アングル
13 溶接部
14 圧力逃がし穴
15 プレート
16 輪状鉄筋
17 コンクリート
18 シンダーコンクリート
19 シール
20 塗膜防水
21 落し蓋
22 回転圧入鋼管杭
22a フーチング
23 内挿管
23a 内挿二重管
23b 外管
23c 内管
24 キャップ
24a 穴あきキャップ
25 充填材
25a 断熱層
26 U字管(U字形内挿管)
27 羽根付中空管体
28 継ぎ足し用中空管体
29 継手
30 管体
31 掘削蓋
32 スイベルジョイント
33 地表面
37 中空スクリューオーガ
38 仮ケーシング
40 モルタル
41 基礎杭兼用地中熱交換器
42 専用杭地中熱交換器
43 建物
44 ヒートポンプ
45 空調機
46 空調用ダクト
47 室内用空調機
48 蓄熱槽
49 給水栓
50 貯湯槽
51 融雪パイプ
52 熱媒循環ポンプ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an underground heat utilization system such as an underground heat source system that collects and radiates a stable temperature of the earth as a heat source and uses it, and an underground heat storage system that stores heat in soil using a large heat capacity of the earth. The present invention relates to an underground heat exchanger used for heat transfer between the earth and a heat utilization side.
[0002]
[Prior art]
Underground heat utilization systems such as the underground heat source system, which collects and radiates and uses the stable temperature of the earth as a heat source, and the underground heat storage system, which uses the large heat capacity of the earth to store heat in soil, use air conditioning and snow melting. It is very effective as one of the methods for reducing the consumption of energy used for such purposes. When using underground heat in this way, the underground heat exchanger used for heat exchange between the ground and the heat utilization side is a (1) U-shaped tube system or (2) a steel tube well system (double tube system). (See Non-Patent
[0003]
As described in
[0004]
Further, as described in
[0005]
The above-mentioned underground heat exchangers (1) and (2) are excellent in that they consume little energy. However, all of these methods involve many steps such as excavation, pipe insertion, backfilling, and the excavation cost is particularly high. Furthermore, the use of muddy water and temporary casing for maintaining the pore wall, the problem of waste soil treatment, and the like, increase the construction cost for installation, and currently widespread use is hindered [Non-Patent
[0006]
Here, in the underground heat utilization system, there is a case in which the construction cost is reduced by using the PHC foundation pile as the double-pipe underground heat exchanger. However, there is much room for improvement in leakage of heat source water and antifreeze due to cracks in concrete. On the other hand, a steel pipe hammering pile having excellent watertightness is difficult to use as an underground heat exchanger because soil penetrates into the pipe [see Non-Patent Document 5].
[0007]
[Non-patent document 1]
Endo, "Thermal Storage Engineering I [Basic],
[Non-patent document 2]
Hamada et al., "Experiment and analysis of underground thermal storage type cooling and heating system using vertical buried U-tube", Transactions of the Society of Air Conditioning and Sanitary Engineers, No. 61, April 1996, 46-47P
[Non-Patent Document 3]
Ochito et al., “Survey and Research Report on Deep Ground Direct Thermal Storage System”, Engineering Promotion Association Underground Development and Utilization Research Center, March 1999, 46-47P
[Non-patent document 4]
Nagano, "Special Issue Aiming at Clean Energy 8. Geothermal Heat Pump", Refrigeration, Japan Refrigeration and Air Conditioning Society, December 2001, Vol. 76, No. 890, 8P
[Non-Patent Document 5]
Miyamoto et al., "Fukui Prefecture Snow Countermeasures Group, Cost Reduction of Underground Snow Melting S, Energy Saving", Weekly Energy Communication, Engineering News, No. 976, Published August 5, 2002 (Mon.), 17P
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to eliminate the above-mentioned disadvantages of the prior art, and the object thereof is that it can be performed in a very small number of steps as compared with the conventional method that requires multiple steps for burying and installing the underground heat exchanger. Another object of the present invention is to provide an underground heat exchanger that does not require waste soil treatment.
[0009]
Another object of the present invention is to provide an underground heat exchanger that can ensure excellent penetration and excavation efficiency when excavating a hole and can greatly reduce the construction cost required for installing an underground heat exchanger. That is.
[0010]
Another object of the present invention is to provide a rotary press-fit steel pipe pile as a foundation pile of a building, by suppressing intrusion of soil inside the pipe, thereby enabling a water-tight steel pipe pile to be used also as an underground heat exchanger. That is.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
(1) According to a first aspect of the present invention, the
(2) In a second aspect, in the first aspect, the
(3) In the third invention, in the first or second invention, the
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the
(5) In a fifth aspect based on the first to fourth aspects, a
(6) A sixth invention is characterized in that, in the first to fifth inventions, the hollow
(7) According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the
(8) An eighth aspect of the present invention is based on the first to fifth aspects, wherein the hollow
(9) In a ninth aspect, in the first to fifth aspects, the hollow
(10) In a tenth aspect based on the first to fifth aspects, the hollow
(11) According to an eleventh aspect, in the first to tenth aspects, at least one of the inner surface and the outer surface of the hollow
(12) A twelfth invention is characterized in that, in the first to eleventh inventions, a
(13) A thirteenth invention is the invention according to the first to twelfth inventions, wherein at least one of the
(14) In a fourteenth aspect, in the first to twelfth aspects, the
(15) In a fifteenth aspect based on the first to twelfth aspects, the
(16) In a sixteenth aspect based on the first to twelfth aspects, one or more sets of U-shaped
(17) A seventeenth invention is an underground heat exchanger according to the fourteenth invention, wherein the underground heat exchanger is formed by adding a plurality of hollow pipes. An
(18) An eighteenth invention is the underground heat exchanger according to the fifteenth invention, wherein a plurality of hollow pipes are added to each other. An
(19) A nineteenth invention is the underground heat exchanger according to the sixteenth invention, wherein a plurality of hollow pipes are added to each other, and the hollow pipe body with blades at the tip end has a U shape. One or more sets of V-shaped
(20) According to a twentieth aspect, in the first to fourth aspects, the hollow
(21) According to the twenty-first aspect, a
(22) A twenty-second invention relates to the heat pump, wherein the underground heat exchanger according to any one of the first to twenty-first inventions is connected to a heat pump, and the heat pump is connected to a load processing facility such as an air conditioner or a snow melting pipe. High efficiency characterized by installing a heat storage tank between the equipment and the load processing equipment as needed, and using the cold or hot heat produced by the heat pump as one or more of heat sources for cooling, heating, and snow melting Energy system.
(23) In a twenty-third aspect, the underground heat exchanger according to any one of the first to twenty-first aspects is connected to a heat pump, the heat pump is connected to a hot water tank, and the temperature of the water in the hot water tank is increased. A high-efficiency energy system characterized by holding and using heat generated by a heat pump as a heat source for hot water supply.
(24) A twenty-fourth aspect of the present invention relates to the underground heat exchanger according to any one of the first to twenty-first aspects, wherein the underground heat exchanger is connected to a load processing facility such as an air conditioner or a snow melting pipe. A heat storage tank is installed as necessary between the above and cooling water, heating, and one or more uses of snow melting by sending geothermal water in the underground heat exchanger to a load processing facility by a circulation pump. A high-efficiency energy system that is directly used for
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<First embodiment>
Hereinafter, an underground heat exchanger according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the underground heat exchanger of the first embodiment embeds a hollow
[0013]
FIG. 2 shows a
[0014]
As shown in FIG. 2A, the lower end of the
[0015]
As shown in FIG. 3, the
[0016]
The
[0017]
An
[0018]
The
[0019]
A
[0020]
FIG. 4 shows an example of an attachment mode of the
[0021]
In the example of FIG. 4, when the penetration resistance is not large in a soft ground or the like, the
[0022]
On the other hand, when the penetration resistance of the ground is large and it is difficult to attach the
[0023]
In the example of FIG. 6, the
[0024]
Further, when it is desired to avoid using fire in the hollow
[0025]
FIG. 7 shows an example of a mode in which the
[0026]
FIG. 8 shows an example of a mode in which the
[0027]
After the
[0028]
FIG. 9 shows an example of the arrangement of the
[0029]
In the underground heat exchanger of the first embodiment, the construction is completed only by installing at least one of the
[0030]
<Second embodiment>
FIG. 10 is a diagram showing an underground heat exchanger according to the second embodiment. In the following embodiments, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0031]
In the second embodiment, a rotary press-fit
[0032]
<Third embodiment>
FIG. 11 is a diagram showing an underground heat exchanger according to the third embodiment. In the third embodiment,
[0033]
<Fourth embodiment>
FIG. 12 is a diagram illustrating an underground heat exchanger according to a fourth embodiment. In the fourth embodiment, the insertion
[0034]
The insertion
[0035]
In the underground heat exchanger of the fourth embodiment, an insertion
[0036]
<Fifth embodiment>
FIG. 13 is a diagram showing an underground heat exchanger according to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the
[0037]
The outer diameter of the
[0038]
<Sixth embodiment>
FIG. 14 is a diagram showing an underground heat exchanger according to the sixth embodiment. In the sixth embodiment, one set (one reciprocation) of the
[0039]
<Seventh embodiment>
FIG. 15 is a diagram illustrating an underground heat exchanger according to a seventh embodiment. The seventh embodiment is a modification of the fourth embodiment, and is an example in which the underground heat exchanger is extended by adding the
[0040]
In the installation operation of the underground heat exchanger according to the seventh embodiment, first, the distal end of the insertion
[0041]
Next, the
[0042]
Further, the hollow
[0043]
The installation work in the seventh embodiment is merely an example, and is not limited to the illustrated example. For example, after the
[0044]
<Eighth embodiment>
FIG. 16 is a diagram illustrating an underground heat exchanger according to an eighth embodiment. The eighth embodiment is a modification of the fifth embodiment, and is an example in which the underground heat exchanger is extended by adding the
[0045]
In the installation operation of the underground heat exchanger according to the eighth embodiment, first, the small-
[0046]
Next, the hollow
[0047]
After the joining of the 27 winged hollow tubes and the refilling
[0048]
The installation work in the eighth embodiment is merely an example, and is not limited to the illustrated example. For example, without additionally fixing the
[0049]
<Ninth embodiment>
FIG. 17 is a diagram illustrating an underground heat exchanger according to a ninth embodiment. The ninth embodiment is a modification of the sixth embodiment, and is an example in which the underground heat exchanger is extended by adding the
[0050]
<Tenth embodiment>
FIG. 18 is a diagram illustrating the underground heat exchanger according to the tenth embodiment. In the tenth embodiment, underground heat exchange in which a
[0051]
<Eleventh embodiment>
FIG. 19 is a diagram showing an underground heat exchanger according to the seventh embodiment. In the eleventh embodiment, after the hollow
[0052]
The
[0053]
The
[0054]
The construction of the underground heat exchanger of the eleventh embodiment is performed in the following steps.
{Circle around (1)} First, the
{Circle around (2)} Next, the hollow
{Circle around (3)} After the
{Circle around (4)} Then, the underground heat exchanger is completed by filling the gap between the excavation hole and the
[0055]
FIG. 21 shows an embodiment of a high efficiency energy system using the underground heat exchanger of the present invention. In this high-efficiency energy system, a foundation pile /
[0056]
FIG. 22 shows another embodiment of the high-efficiency energy system using the underground heat exchanger of the present invention. In this high-efficiency energy system, a dedicated pile
[0057]
【The invention's effect】
The underground heat exchanger of the present invention can significantly reduce the number of steps as compared with the conventional underground heat exchanger that requires multiple steps. In addition, since there is no need to treat muddy water or waste soil and the unique rotary blade shape allows the hollow pipe to have excellent penetration, the construction cost for installing the underground heat exchanger can be greatly reduced.
[0058]
Further, in the present invention, the inner space of the highly watertight steel pipe pile can be used also as a heat exchanger by the shape of the rotating blades and the method of forming the bottom lid. Therefore, by using the foundation pile originally required for supporting the building as a heat exchanger, the cost of burying and installing the heat exchanger alone becomes unnecessary, and the cost can be further reduced.
[0059]
The geothermal heat utilization system is an excellent system that consumes very little energy. However, at present, its widespread use is hindered by extremely high construction costs. Therefore, it can be expected that the above effects of the present invention will promote its spread.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an underground heat exchanger according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a hollow tube used in the first embodiment.
FIG. 3 is a view showing a rotary blade used in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a mounting mode of a bottom cover.
FIG. 5 is a diagram illustrating an air spring effect when a bottom lid is previously formed in a hollow tubular body.
FIG. 6 is a diagram showing an example of installation of pressure relief holes in a hollow tubular body.
FIG. 7 is a diagram showing an example of an embodiment in which a bottom lid is formed after rotary press fitting.
FIG. 8 is a diagram showing an example of an embodiment in which a bottom lid is formed after rotational press fitting.
FIG. 9 is a diagram showing an example of arrangement of a water supply pipe and a return water pipe in the underground heat exchanger of the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing an underground heat exchanger according to a second embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing an underground heat exchanger according to a third embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing an underground heat exchanger according to a fourth embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing an underground heat exchanger according to a fifth embodiment.
FIG. 14 is a diagram illustrating an underground heat exchanger according to a sixth embodiment.
FIG. 15 is a diagram showing an underground heat exchanger according to a seventh embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing an underground heat exchanger according to an eighth embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing an underground heat exchanger according to a ninth embodiment.
FIG. 18 is a diagram showing an underground heat exchanger according to a tenth embodiment.
FIG. 19 is a diagram showing an underground heat exchanger according to an eleventh embodiment.
FIG. 20 is a view showing a construction process of a conventional U-tube type underground heat exchanger.
FIG. 21 is a diagram showing one embodiment of a high-efficiency energy system using the underground heat exchanger of the present invention.
FIG. 22 is a diagram showing another embodiment of the high efficiency energy system using the underground heat exchanger of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 hollow tube
1a Fin
2 rotating blades
3 bottom lid
4 water pipe
5 Return water pipe
6 Start cutting surface
7 Drilling blade
8 End cut surface
8a Virtual termination section
9 Opening angle
10 Open end hole
11 soil
12 annular angles
13 Welds
14 Pressure relief hole
15 plates
16 Circular rebar
17 Concrete
18 Cinder concrete
19 Seal
20 Waterproof coating
21 Drop lid
22 Rotary press-fit steel pipe pile
22a Footing
23 Intubation
23a Interpolated double tube
23b outer tube
23c inner tube
24 caps
24a perforated cap
25 filler
25a insulation layer
26 U-shaped tube (U-shaped intubation)
27 Hollow tube with blade
28 Hollow tube for refilling
29 Fitting
30 tubes
31 Drilling lid
32 swivel joint
33 ground surface
37 Hollow Screw Auger
38 Temporary casing
40 mortar
41 Ground pile and ground heat exchanger
42 Dedicated pile underground heat exchanger
43 Building
44 heat pump
45 air conditioner
46 Air conditioning duct
47 Indoor air conditioner
48 thermal storage tank
49 hydrant
50 hot water storage tank
51 Snow melting pipe
52 Heat medium circulation pump
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---|---|
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---|---|---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004233031A (en) |
Cited By (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005336815A (en) * | 2004-05-26 | 2005-12-08 | Nippon Steel Corp | Underground snow melting tank by hollow pipe body buried by rotary press-in construction method, snow melting facility having this tank and operation method of snow melting facility |
JP2006343004A (en) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Jfe Welded Pipe Manufacturing Co Ltd | Constitution of pile head portion |
FR2918086A1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-01-02 | Climatisation Par Puits Canadi | HEAT EXCHANGER VERTICAL BURNER FOR HEATING OR REFRESHING INSTALLATION |
JP2009041231A (en) * | 2007-08-07 | 2009-02-26 | Fairy Angel Inc | Buried heat exchanger and its manufacturing method |
JP2009097831A (en) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Sankei Kikaku:Kk | Geothermy collecting block, pile, and geothermy utilizing system |
JP2009162459A (en) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Jfe Steel Corp | Underground heat exchanger |
JP2009209674A (en) * | 2008-02-08 | 2009-09-17 | Jfe Steel Corp | Screwed type pile |
CN101008531B (en) * | 2006-01-24 | 2010-05-12 | 北京北控恒有源科技发展有限公司 | Water bag seal equipment used in well and heat-collection well using same |
JP2011001732A (en) * | 2009-06-18 | 2011-01-06 | Kenji Fukumiya | Construction method of underground heat storage device, underground heat storage device, and underground heat storage method |
WO2011083899A1 (en) * | 2010-01-11 | 2011-07-14 | 지앤지테크놀러지 | Geothermal coil pipe header device, very deep vertical closed-type ground-coupled heat exchanger using same, and method for installing the heat exchanger |
JP2013047606A (en) * | 2012-11-15 | 2013-03-07 | Jfe Steel Corp | Underground heat exchanger |
JP2014129706A (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Mitani Sekisan Co Ltd | Burying method and pedestal for pipe for heat exchange |
JP2014129705A (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Mitani Sekisan Co Ltd | Burying method and tool for burning for pipe for heat exchange |
JP5584839B1 (en) * | 2014-02-19 | 2014-09-03 | 博明 上山 | Hybrid spiral pile with integrated underground heat collection function |
JP2014185450A (en) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Nippon Hume Corp | Installation method of geothermal concrete foundation pile |
EP3086055A1 (en) * | 2015-04-20 | 2016-10-26 | Zilinská Univerzita V Ziline | Ground heat exchanger |
JP2016194411A (en) * | 2016-08-25 | 2016-11-17 | Jfeスチール株式会社 | Underground heat exchanger |
JP2016223271A (en) * | 2015-05-27 | 2016-12-28 | 理研興業株式会社 | Construction method for burying underground heat exchanger in steel pipe pile |
JP2017026167A (en) * | 2015-07-16 | 2017-02-02 | 三谷セキサン株式会社 | Heat exchanger device using precast pile and precast pile with heat exchanging pipes |
CN107327896A (en) * | 2017-08-18 | 2017-11-07 | 山东北辰机电设备股份有限公司 | Paddy electricity heats solid heat storage heat-exchange system |
JP2019157349A (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | 鹿島建設株式会社 | Wall body and construction method of wall body |
JP2022013509A (en) * | 2020-07-03 | 2022-01-18 | 有限会社ジェイディエフ | Concentric shaft multi-layered geothermal heat exchanger installation equipment, concentric shaft multi-layered geothermal heat exchanger and underground heat exchanger installation method |
WO2022243669A1 (en) * | 2021-05-17 | 2022-11-24 | Keltbray Limited | Pile cap |
US20230047310A1 (en) * | 2021-08-12 | 2023-02-16 | Bernard J. Gochis | Piles providing support and geothermal heat exchange |
NL2033314B1 (en) * | 2022-10-14 | 2024-05-02 | Optisolar Holding B V | Heat source and combination of a bottom layer and such a heat source |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01123951A (en) * | 1987-11-09 | 1989-05-16 | Isako Yamazaki | Utilization of underground heat by foundation pile and method of accumulating heat |
JPH0296019A (en) * | 1988-09-29 | 1990-04-06 | Kubota Ltd | Pile driving method |
JPH0688333A (en) * | 1992-03-17 | 1994-03-29 | Kubota Corp | Construction of storage tank utilizing steel pipe pile |
JPH08326053A (en) * | 1995-06-05 | 1996-12-10 | Chiyoda Koei Kk | Steel pipe pile |
JPH1136287A (en) * | 1997-07-18 | 1999-02-09 | Nkk Corp | Screw-in type steel pipe pile |
JPH11182943A (en) * | 1997-12-22 | 1999-07-06 | Kubota Corp | Underground heat exchanger |
JPH11181767A (en) * | 1997-12-24 | 1999-07-06 | Sekisui House Ltd | Tip fittings for steel pipe piles |
JPH11325649A (en) * | 1998-05-11 | 1999-11-26 | Kajima Corp | Soil heat source ice heat storage heat pump device |
JP2001147056A (en) * | 1999-11-19 | 2001-05-29 | Unicom Kikaku Sekkei:Kk | Underground heat utilization system with foundation pile |
JP2002310524A (en) * | 2001-04-11 | 2002-10-23 | Kubota Corp | Heat source equipment |
JP2003014385A (en) * | 2001-07-03 | 2003-01-15 | Yutaka Kenchiku Sekkei Jimusho:Kk | Underground heat sampling tube, underground heat exchanger and underground heat utilization heat exchange system |
JP2003035455A (en) * | 2001-07-23 | 2003-02-07 | Daiwa House Ind Co Ltd | Installation structure of underground vertical tubes for geothermal air conditioning |
-
2003
- 2003-05-07 JP JP2003129223A patent/JP2004233031A/en active Pending
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01123951A (en) * | 1987-11-09 | 1989-05-16 | Isako Yamazaki | Utilization of underground heat by foundation pile and method of accumulating heat |
JPH0296019A (en) * | 1988-09-29 | 1990-04-06 | Kubota Ltd | Pile driving method |
JPH0688333A (en) * | 1992-03-17 | 1994-03-29 | Kubota Corp | Construction of storage tank utilizing steel pipe pile |
JPH08326053A (en) * | 1995-06-05 | 1996-12-10 | Chiyoda Koei Kk | Steel pipe pile |
JPH1136287A (en) * | 1997-07-18 | 1999-02-09 | Nkk Corp | Screw-in type steel pipe pile |
JPH11182943A (en) * | 1997-12-22 | 1999-07-06 | Kubota Corp | Underground heat exchanger |
JPH11181767A (en) * | 1997-12-24 | 1999-07-06 | Sekisui House Ltd | Tip fittings for steel pipe piles |
JPH11325649A (en) * | 1998-05-11 | 1999-11-26 | Kajima Corp | Soil heat source ice heat storage heat pump device |
JP2001147056A (en) * | 1999-11-19 | 2001-05-29 | Unicom Kikaku Sekkei:Kk | Underground heat utilization system with foundation pile |
JP2002310524A (en) * | 2001-04-11 | 2002-10-23 | Kubota Corp | Heat source equipment |
JP2003014385A (en) * | 2001-07-03 | 2003-01-15 | Yutaka Kenchiku Sekkei Jimusho:Kk | Underground heat sampling tube, underground heat exchanger and underground heat utilization heat exchange system |
JP2003035455A (en) * | 2001-07-23 | 2003-02-07 | Daiwa House Ind Co Ltd | Installation structure of underground vertical tubes for geothermal air conditioning |
Cited By (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005336815A (en) * | 2004-05-26 | 2005-12-08 | Nippon Steel Corp | Underground snow melting tank by hollow pipe body buried by rotary press-in construction method, snow melting facility having this tank and operation method of snow melting facility |
JP2006343004A (en) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Jfe Welded Pipe Manufacturing Co Ltd | Constitution of pile head portion |
CN101008531B (en) * | 2006-01-24 | 2010-05-12 | 北京北控恒有源科技发展有限公司 | Water bag seal equipment used in well and heat-collection well using same |
FR2918086A1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-01-02 | Climatisation Par Puits Canadi | HEAT EXCHANGER VERTICAL BURNER FOR HEATING OR REFRESHING INSTALLATION |
WO2009007606A3 (en) * | 2007-06-26 | 2009-03-05 | Climatisation Par Puits Canadi | Buried vertical threaded exchanger for heating or cooling apparatus |
JP2009041231A (en) * | 2007-08-07 | 2009-02-26 | Fairy Angel Inc | Buried heat exchanger and its manufacturing method |
JP2009097831A (en) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Sankei Kikaku:Kk | Geothermy collecting block, pile, and geothermy utilizing system |
JP2009162459A (en) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Jfe Steel Corp | Underground heat exchanger |
JP2009209674A (en) * | 2008-02-08 | 2009-09-17 | Jfe Steel Corp | Screwed type pile |
JP2011001732A (en) * | 2009-06-18 | 2011-01-06 | Kenji Fukumiya | Construction method of underground heat storage device, underground heat storage device, and underground heat storage method |
WO2011083899A1 (en) * | 2010-01-11 | 2011-07-14 | 지앤지테크놀러지 | Geothermal coil pipe header device, very deep vertical closed-type ground-coupled heat exchanger using same, and method for installing the heat exchanger |
JP2013047606A (en) * | 2012-11-15 | 2013-03-07 | Jfe Steel Corp | Underground heat exchanger |
JP2014129706A (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Mitani Sekisan Co Ltd | Burying method and pedestal for pipe for heat exchange |
JP2014129705A (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Mitani Sekisan Co Ltd | Burying method and tool for burning for pipe for heat exchange |
JP2014185450A (en) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Nippon Hume Corp | Installation method of geothermal concrete foundation pile |
JP5584839B1 (en) * | 2014-02-19 | 2014-09-03 | 博明 上山 | Hybrid spiral pile with integrated underground heat collection function |
EP3086055A1 (en) * | 2015-04-20 | 2016-10-26 | Zilinská Univerzita V Ziline | Ground heat exchanger |
JP2016223271A (en) * | 2015-05-27 | 2016-12-28 | 理研興業株式会社 | Construction method for burying underground heat exchanger in steel pipe pile |
JP2017026167A (en) * | 2015-07-16 | 2017-02-02 | 三谷セキサン株式会社 | Heat exchanger device using precast pile and precast pile with heat exchanging pipes |
JP2016194411A (en) * | 2016-08-25 | 2016-11-17 | Jfeスチール株式会社 | Underground heat exchanger |
CN107327896A (en) * | 2017-08-18 | 2017-11-07 | 山东北辰机电设备股份有限公司 | Paddy electricity heats solid heat storage heat-exchange system |
JP2019157349A (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | 鹿島建設株式会社 | Wall body and construction method of wall body |
JP2022013509A (en) * | 2020-07-03 | 2022-01-18 | 有限会社ジェイディエフ | Concentric shaft multi-layered geothermal heat exchanger installation equipment, concentric shaft multi-layered geothermal heat exchanger and underground heat exchanger installation method |
JP7219857B2 (en) | 2020-07-03 | 2023-02-09 | 有限会社ジェイディエフ | Equipment for installation of concentric multi-layer structure underground heat exchanger, concentric multi-layer structure underground heat exchanger and installation method of underground heat exchanger |
WO2022243669A1 (en) * | 2021-05-17 | 2022-11-24 | Keltbray Limited | Pile cap |
US20230047310A1 (en) * | 2021-08-12 | 2023-02-16 | Bernard J. Gochis | Piles providing support and geothermal heat exchange |
US11953237B2 (en) * | 2021-08-12 | 2024-04-09 | Bernard J. Gochis | Piles providing support and geothermal heat exchange |
NL2033314B1 (en) * | 2022-10-14 | 2024-05-02 | Optisolar Holding B V | Heat source and combination of a bottom layer and such a heat source |
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