JPS63108158A

JPS63108158A - 地中熱交換装置

Info

Publication number: JPS63108158A
Application number: JP62128051A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kuroiwa; 一男黒岩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-06-20
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1988-05-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「技術分野」本発明は、地熱、地中の膨大な熱容晴と恒温性および大
地の保温性を十分に活用するため、深い地中を簡単かつ
有効に利用できる地中熱交換装置を提案するもので、例
えば給湯、暖房、冷房および冷凍を行うための地中熱交
換装置に関する。

「従来技術およびその問題点」深い地中の温度は、気温には殆ど影響されず、季節を通
じて安定していて、地下凡そ６〜７メートルで一定にな
り、それより深い浅層て段々高くなる。もっと深い深層
では内部からの地熱によりさらに増大する。大地の表層
の温度は気温の変化に伴って変動するが、地下数七メー
トルの浅層には、気温とは逆に夏より冬の方が高い所が
ある。

これは大地の熱伝導が非常にゆっくりしているためで、
地中の膨大な熱容ｌＩ′ｔと大地の保温性によるもので
あろうすなわち、大地の表層が夏期に熱せられると、冬
期に渡って徐々に浅層ら暖められ、冬期に表層が冷やさ
れろと、夏期に渡って徐々に浅層ら冷やされる。この熱
伝導のタイムラッグによって、夏より冬の方が高くなる
ものである。また、深い地中の熱は取っても取っても集
まってくる。これは地中の恒温性のためで、太陽熱や地
熱を蓄えている地中の膨大な熱容ｈ１と大地の保温性に
よるものである。地中には地下水があり、地下水によっ
て地中の熱容Ｍが大きくなるとともに、熱交換が速やか
に行われろ。

ところが、従来技術で地中の深い所まで利用しようとし
ても、熱交換媒体循環のための摩擦圧力損失が大きく、
過大な動力を必要として、著しく効率が低下するととも
に、管路が太くなって、穿孔も大きくなり、装置が大型
化して、設置作業が大掛かりになるため、コストの節約
にならず、豊かな自然の能力を生かした、地中深く到達
できる地中熱交換装置は実現していない。

「発明の目的−１本発明は、従来の問題点を解決して、簡単に地中の深層
まで有効に利用できる、高効率で能力の大きな地中熱交
換装置を得ろことにより、地中に眠っている豊富な熱資
源を十分に活用しようとするものである。

「発明の概要」本発明は、この［１的を達成するため、気温の変化に伴
って地温の変動する、大地の表層４部分は対象とせず、
地下凡そ６〜７メ一トル以深の浅層から深層を対象とす
る。したがって、本装置の達する深さは、地下数十メー
トルから数千メートル以１一にも皮ぶ。本発明は、地中
の深層まて有効に利用ずろ方法として、採熱サイクルと
放熱サイクルを別系統とし、採熱サイクルには、いくら
深くても、下部から上部に無償で熱を運ぶ第一管を設け
ている。これは、温度差により自動的に作動して液化ガ
スが自然循環する、ランニングコストの全くかからない
採熱管である。したがって、動力による採熱は常に」一
部から行えばよいので、強制採熱管を地ヒに置くことも
できろようになり、管内の摩擦圧力損失が少なく、効率
よく細い管で大量の熱交換ができる。また、放熱サイク
ルは、第二管を上記採熱サイクルと共に設け、強制採熱
管部分等上部で高ｌ詰高圧蒸気を冷却液化できるため、
上部で比重量が大きくなり、」二部て循環速度の減少と
液体液化ガスの重量バランスが得られ、僅かな圧力で効
率よく地中深く放熱することができるととらに、上部で
体猜が縮小されるので、細い管で大量の熱交換ができる
。

減圧によって管底で分溜滞留する潤滑油が、強制採熱管
内を循環しない場合には、受液自然採熱管を使用するこ
とにより、強制採熱管をさらに短くして圧力損失を少な
くすることができろ。

その他、本発明の特徴として、強制採熱管の往管を絞り
管とし、往管内の液化ガスを液体のままで循環させて往
管を細い管にしている。また、第一管の熱交換部分には
、液滞留伝熱体を設けて、適量の液体液化ガスを適度に
滞留させ、放熱凝縮や吸熱蒸発が能率的に行われるよう
にしている。

特に、受液自然採熱管は、自然採熱管の役目だけでなく
、受液器の役目もしていて、そこで液体と蒸気を分離し
て、余剰液体が管路を塞ぐのを防止し、蒸気の円滑な流
動を妨げないようにするとともに、本装置内の液化ガス
循環量も自動的に調節して本装置の始動と高速運転を容
易にしている。

以上のように、本発明は、簡単なポーリング穿孔を利用
して、いくら深くても深さに関係なく、管路の圧力損失
を少なくして動力を節約し、高い効率の高速熱交換を可
能にし、装置を構成する管を細くして、容易に高い圧力
に耐え、容易に曲げられろ装置とし、容易に地中深く到
達できる地中熱交換装置を提供するものである。

本発明は、地熱を直接利用するだけでなく、太陽熱、水
中・大気中から得られる熱、あるいは冷房・冷凍によっ
て得られる熱で給湯や暖房をし、余った熱を地中に蓄え
、その熱でまた給湯や暖房有するための地中熱交換装置
である。給湯や暖房で使用済みの熱は、排水中や大気中
に放散され、地中にも返還される。このように熱が循環
するだけで物質は消費されない。

従来、物を冷やすために熱を捨て、暑さを凌ぐために熱
を捨ててきた。一方、湯を沸かすために燃料を消費し、
寒さを凌ぐために燃料を消費してきた。このように熱を
無駄にしている事実は、新たな必要性を教えている。こ
こで、本発明は、大地の保温性を利用し、地中を大きな
蓄熱体として利用して、熱の過不足を調節し、あるいは
地熱を直接利用して、眠っている無尽蔵の熱資源を活用
した地中熱交換装置を提案するものである。

「発明の実施例」以下図示実施例について、本発明を説明する。

本発明において、「表層」とは地温か気温の変化に伴っ
て変動する範囲を、「浅層」とは動力だけで採熱できる
範囲を、「深層」とは液化ガスの自然循環によって、管
路の摩擦圧力損失を少なくして採熱できる範囲を意味す
るものとする。

第１図、第８図、第９図、第１Ｏ図、第１４図および第
１５図は、それぞれ本発明の実施例であり、第１５図の
強制採熱管は縦断面を示す。第２図〜第７図および第１
１図〜第１３図は、その主要な部分の断面図である。同
図において、第一管１〜８および第二管９〜１１は、地
中のポーリング穿孔［３Ｈ内に挿入されていて、管内を
液化ガスが循環する。液化ガスにはアンモニア、および
上空で分解してオゾンと反応しないフロンを使用してい
る。これらの管のまわりには砂、砂利等の埋戻材１２が
充填されていて、地下水の移動を容易にし、本装置のも
交換効率を高めるとともに、穿孔Ｂ　Ｈの崩れを防１■
−シながら、これらの管が地下水による浮力で浮き上が
るのを防いでいる。これらの管は必ずしも同−穿孔内に
挿入される必要はなく、互いに熱交換できる位置にあれ
ばよい。

第１図、第８図、第９図、第１０図、第１４図および第
１５図において、強制採熱管１〜４は、動力により保熱
する管であり、装置の外部に対して非熱交換性の往管に
熱交換部分が連通し、この熱交換部分に装置の外部に対
して非熱交換性の復管が連通していて、圧縮機を含む強
制循環管路系を成している。この往復管１〜・１は、減
圧循環する部分の管が太くて短い程、摩擦圧力損失を少
なくすることができる。したがって、自然採熱管５〜７
および受液自然採熱管８により、できるだけ」；部に自
然採熱すれば、動力を節約することができろとともに、
本装置を小型化するとかできる。

第１図、第８図、第９図、第１４図および第１５図の往
管１、または第１０図の往管１，２を絞り管とすれば、
管内の液化ガスを液体として循環できるので、本装置を
さらに小型化できる。

強制採熱管、１〜４内を循環する液化ガスに、潤滑油が
含まれていて、減圧によって、この潤滑油が管底で分溜
滞留する場合には、第１図、第９図および第１５図」一
段のように、受液自然採土へ管８の無い強制採熱管１〜
４を使用する。この場合、強制循環によって、まわりの
蓄熱部分や自然採熱管５および第二管１０との熱交換を
行うので、十分な長さの強制採熱管１〜４が必要である
が、第８図、第１０図、第１４図および第１５図下段の
ような受液自然採熱管８を有する例では、熱交換は受液
自然採熱管８でも行うことができるので、強制採熱管１
〜４を短くすることができる。

第１図、第８図、第９図、第１０図、第１４図および第
１５図において、非熱交換性の管１．４は、装置の外部
に対して熱の影響がないようにする断熱管で、被覆管を
使用している。第１８図および第１９図にその例を示す
。第１８図は横断面図、第１９図はに縦断面図である。

管１９は液化ガスに侵されない柔軟な管でつくり、断熱
材２０には複層の発泡ポリプロピレン等を用い、被覆材
２１には地下水に侵されない材料を使用する。

本装置を構成する管を、容易に曲げられる柔軟な可曲管
とすれば、長い管をコイル状に巻いて扱うことができる
ため、運搬や設置の作業が簡単になろ。

第１図、第８図および第９図において、強制採熱管１〜
４のうち、熱交換部分の往管２の外面、および復管３の
外面と内面には表面積増大伝熱体を設け、伝熱面積を大
きくして熱交換効率を高めている。特に、蒸発管である
往管２の内面には表面積を増大した液滞留伝熱体が設け
てあり、適Ｉｉ１の液体液化ガスが適度に滞留して、容
易に気化熱を得て吸熱蒸発がしやすいようにしたもので
、蒸気の離脱と液体液化ガスの供給が連続的に行われろ
ようにしている。このような管の例を第２０図および第
２１図に示す。第２０図はこの管の横断面図、第２１図
はＬ縦断面図である。管２２は、液化ガスや地下水に侵
されず、熱伝導率の大きい柔軟な材料を使用している。

これは、外面に表面積を大きくした突起２３を有し、内
面の突起２４は、表面積が大きくなっているだけでなく
、直管に使用するとき、液化ガスが流れやすく、螺旋管
に使用するとき、液が滞留しやすくなっている。

第１図、第８図および第９図のように、熱交換部分の往
管２を螺旋管とすれば、全体が一定の緩やかな勾配とな
り、液が滞留しやすくなるばかりでなく、同じ深さの装
置でも、伝熱面積を大きくすることができる。また、容
易に曲げられろ装置とすることができるため、運搬や設
置が簡単になる。さらに、この螺旋管２は復管３、自然
採熱管５および第二管１０を包んでいて、それらの管と
の熱交換が効果的に行われ、復管３内を流れろ液化ガス
を容易に過熱することができる。

第８図、第１０図、第１４図および第１５図下段におい
て、強制採熱管１〜４に受液自然採熱管８を設けると、
この受液自然採熱管８が、まわりの蓄熱部分、第二管ｌ
Ｏおよび自然採熱管５から採熱するので、強制循環管路
を短くでき、摩擦圧力損失を少なくできる。また、往復
管１〜４内を強制循環するとき、受液自然採熱管８の上
部で液体と蒸気が分離され、蒸気の流動が円滑に行われ
るとともに、液化ガスの循環量が自動的に調節され、本
装置の始動と高速運転が容易に行われろ。

往復管１〜４内で強制循環をしないときは、往復管１〜
４と受液自然採熱管８が合した合成採熱管内で、液化ガ
スが自然循環して採熱されるが、強制循環有するときは
、この合成採熱管内が減圧されるので、より低い温度で
強制循環と自然循環をしながら採熱される。すなわち、
液体のある液化ガスが減圧されると、液体も蒸気ら、そ
の液化ガスの飽和蒸気圧が、減圧された圧力に等しいと
きの温度になる。

第８図の受液自然採熱管８の例を第２３図および第２４
図に示す。第２３図は合成採熱管の下部を示す第２２図
のＭ断面図であり、第２４図は第２３図のＮ断面図であ
る。第２３図と茅２４図において、受液自然採熱管８の
、Ｊ一部に、強制採熱管の往管２の出口２５と復管３の
入１：］　２６が連通しており、この受液自然採熱管８
の外面には表面積増大伝熱体２７、内面には表面積を増
大した液滞留伝熱体２８を有する。受液自然採熱管８の
下部の液滞留伝熱体２８は沸騰用であるが、上部の液滞
留伝熱体２８は、強制循環運転中には液化ガスが減圧さ
れて沸騰用となり、運転停止ｌ−中には液化ガスが自然
循環して凝縮用となる。凝縮用は凝縮した液化ガスが表
面張力で留どまらないように、滞留している液体液化ガ
スで表面張力を破り、連続的に導き去るようにしたもの
であり、沸騰用は液体液化ガスが滞留して暖まり易くな
っていて、蒸気の離脱と液体液化ガスの供給か連続的に
行われるようにしたものである。

第１Ｏ図および第１４図において、往管１．２は、装置
内部に対しては熱交換する管となっており、絞り管であ
る。これは、螺旋管でも直管でもよい。この往管１．２
は、復管３．４の液化ガスを過熱しながら、管内の液を
冷やしている。熱交換部分の復管３および受液自然採熱
管８は波形管であり、表面積を増大した、液を滞留させ
ろ管となっている。これは、液化ガスにも地下水にも侵
されず、熱伝導率が大きくて柔軟な管である。この復管
３は液化ガスを強制循環しているときは、蒸発管および
過熱管となり、強制循環をしていないときは、凝縮管と
なる。受液自然採熱管８の無い場合には、別に、独立し
た自然採熱管５が必要である。

第１５図において、熱交換部分の往管２、熱交換部分の
復管３および受液自然採熱管８は、装置の内部と熱交換
するが、装置の外部に対しては熱交換しない。しかし、
往管２、復管３および受液自然採熱管８が蓄熱部分に囲
まれている場合は、装置の外部に対しても熱交換する。

第１５図の往復管２．３内は液化ガスが強制減圧循環す
るが、絞り管である往管１から、往管２の円周に対して
接線方向に流入する液化ガスは、熱交換部分で回転しな
から復管３を経て復管４より流出する。この回転の遠心
力によって、液体液化ガスは波形管となっている往復管
２．３の管壁に沿って回転する。このとき、波形管２．
３の細くなっている部分が液散布突起１５となり、液体
液化ガスは中心の自然採熱管５に散布される。また、こ
の遠心力のため、回転する液化ガスの外側の圧力は高く
なり内側の圧力は低くなって、中心の自然採熱管５に散
布された液体液化ガスの蒸発が促進される。

第１図、第９図および第１５図上段において、強制採熱
管１〜４内の液化ガスのサイクルを説明する。液化ガス
は、強制採熱管１〜４内を強制減圧循環する。往管２お
よび復管３内の液化ガスが吸引されて、管内が減圧され
ると、絞り管である往管１内の液体液化ガスは、往管２
内で気化熱を奪って蒸発し、圧力のより低い復管３内で
過熱されて出ていくつ最初、液化ガスは液体と蒸気の混
合した湿り蒸気になっているが、途中で過熱されると乾
き蒸気になり、さらに過熱蒸気になる。ここで、管内の
循環速度を水平管で４　ｍ／ｓｅｃ以上、鉛直管で８　
ｍ／ｓｅｃ以上とすれば、液化ガスとともに潤滑油を循
環させろことができる。

第８図、第１Ｏ図、第１４図および第１５図下段におい
て、合成採熱管１〜４．８内の液化ガスのサイクルを説
明する。液化ガスは、合成採熱管１〜１１．８内を減圧
循環および自然循環する。本装置を運転すると、減圧循
環と自然循環をし、停＋ｌ二すると、自然循環だけにな
る。減圧循環では、液化ガスが吸引され、管内が減圧さ
れろと、受液自然採熱管８内の液体液化ガスと、絞り管
から自由落下する液体液化ガスが、気化熱を奪って蒸発
し、過熱蒸気となって出ていく。このとき、余剰液体液
化ガスは、受液自然採熱管８の下部に溜まる。自然循環
では、合成採熱ｒｆ１〜４．８の上部の温度が下部より
低くなると、自然に循環して無償で採熱し続ける。すな
わち、受液自然採熱管８の下部には、液体液化ガスが溜
まっており、合成採熱管１〜４．８の他の部分は、液化
ガスの飽和蒸気で満たされている。液化ガスが液体とな
っている範囲で温度差か生じると、対流によって自然循
環するが、液化ガスが飽和蒸気となっている範囲で温度
差が生じると、」二部の温度の低い部分で飽和蒸気が凝
縮し、凝縮熱を放出して液体液化ガスとなり、自由落下
しながら、落下途中に温度の高い部分があると、そこで
暖められて気化熱を奪い、その温度の飽和蒸気圧まで蒸
発する。このようにして、自然循環によって下部からＬ
部に熱が運ばれろ。

第１図、第８図、第９図および第１５閃において、自然
採熱管５〜７は、少なくと６下部か熱交換性の管であり
、全体が閉じた管であって、管内に液化ガスを封入した
管で、一本の管でも複数の管でもよい。自然採熱管５〜
７は、」二部の温度が下部の温度より低くなると、管内
の封入液化ガスが自然循環して、下部から上部へ熱を運
ぶものである。第８図、第９図および第１５図のように
、自然採熱管５〜７の中間を非熱交換性の管６とするこ
とによって、途中での放熱を防出することができる。特
に、第８図のような非熱交換性の封入管７を設けると、
自然採熱管５〜７を設置した後に、地中の温度に応じて
適切な液化ガスを封入することができるとともに、自然
採熱管５〜７の上下の温度差、および液化ガスの種類に
応じて最大能力となるように封入液化ガスの晴を調節す
ることができる。

自然採熱管５〜７の熱交換部分について、第１図、第８
図および第９図の場合、伝熱管は、その外面に表面積増
大伝熱体、内面に下部が液滞留伝熱体沸騰用、上部が液
滞留伝熱体凝縮用を有しているが、第１５図の場合、上
部外面に液滞留伝熱体沸騰用を有している。このような
管の一例を第１６図および第１７図に示す。第１６図は
横断面図、第１７図はＪ縦断面図である。これらの図に
おいて、伝熱管！６は、液化ガスや地下水に侵されない
、熱伝導率の大きい柔軟な管であり、表面積増大伝熱体
１７は、伝熱面積を大きくした、熱を伝えやすい突起で
あり、液滞留伝熱体１８は、容易に気化熱や凝縮熱のや
り取りができるようにした、熱を伝えやすい突起である
。なお、凝縮用および沸騰用の液滞留伝熱体は、受液自
然採熱管８のそれと同じ構造である。

第８図、第９図および第１５図のように、自然採熱管５
〜７の中間が非熱交換性の管のときは、被覆管を使用し
、その例を第１８図と第１９図に示す。これは、非熱交
換性の管１〜４と同じ構造としている。

前述の通り、自然採熱管５〜７の上下で温度差が生じる
と、すなわち、」一部の温度が下部の温度より低くなる
と、管内の封入液化ガスが自然循環し、無償で採熱し続
ける。これは、強制採熱管１〜４、受液自然採熱管８お
よび第二管９〜ＩＩが作動していないときでも、独立し
て作動するもので、上下の温度差がある限り絶えず作動
するものである。

自然採熱管５〜７内の液化ガスのサイクルを説明する。

自然採熱管５〜７には、適ｔｌの液化ガスが封入されて
いるが、下部は液体の液化ガスが溜まっており、」二部
は液化ガスの飽和蒸気で満たされている。まず、液化ガ
スが液体となっている範囲で温度差が生じると、対流に
よって温度の高い液体液化ガスは上に、温度の低い液体
液化ガスは下に移動して自然循環する。次に、液化ガス
が飽和蒸気となっている範囲で温度差が生じると、上部
の温度の低い部分で封入液化ガスの飽和蒸気が凝縮し、
凝縮熱を放出して液体液化ガスとなって自由落下する。

この〔１山落下する液体液化ガスは途中に温度の高い部
分があると、そこで暖められて気化熱を奪い、その温度
の飽和蒸気圧まで蒸発する。結局、自然採熱管５〜７内
は、絶えず、管内で最も温度の高い部分の飽和蒸気圧の
液化ガスで満たされる。このようにして、封入液化ガス
は自動的に作動し、気化熱を奪い凝縮熱を放出しながら
自然循環して熱を下部から上部へ運ぶ。この上下差は、
何千メートルであっても、無償で運び続ける。自然採熱
管５〜７の能力を決定する要素は、上下の温度差、管の
材質と大きさ、管内外の伝熱体の材質と構造、および封
入液化ガスの種類と量である。

第１図、第８図、第９図、第１０図、第１４図および第
１５図において、第二管９〜ＩＩは地中深く放熱する往
復管である。装置の外部に対して非熱交換性の往管９は
、装置の内部に対しては熱交換性の管であってもよい。

本例では、この往管９は、非熱交換性の管１１と共に、
第１８図および第１９図に示す被覆管を使用している。

熱交換性の管ｌＯは、液化ガスにも地下水にも侵されな
い、熱伝導率の大きい柔軟な管で、その外面に表面積増
大伝熱体を有する。この第二管９〜Ｉ＋の最深部は、自
然採熱管５〜７および受液自然採熱管８が地中深く到達
する場合には、第８図、第９図および第１５図のように
途中で折り返される。

本例では、第二管内の液化ガスは高温高圧の蒸気で流入
する場合が多いが、できるだけ地表に近い位置で凝縮熱
を放出して、気体から液体に状聾変化すると、液体液化
ガスの重量バランスが得られ、加圧循環が容易になる。

第１図、第８図、第９図、第１Ｏ図、第１４図および第
１５図において、第二管９〜ｌｌ内の液化ガスのサイク
ルを説明する。前述のように、液化ガスは、高温高圧の
蒸気で流入するとき、熱交換性の管１０に入ると、その
まわりの蓄熱体の熱は第一管によって採熱されて、温度
が低くなっているので、そこで凝縮熱を放出して液体液
化ガスになる。このため、液化ガスの比重量が大きくな
り、循環速度が減少して管路の摩擦圧力損失が少なくな
るとともに、往管と復管内の液体液化ガスの重量バラン
スによって、僅かな加圧力で循環するようになる。この
凝縮した液体液化ガスの温度は、熱交換性の管１０内を
循環しながら段々低くなり、膨大な熱容（ｊｔをもつ地
中に放熱されて地中の温度になっていく。地中の温度に
なった液体液化ガスは、非熱交換性の管ｌｌ内を断熱的
に通過して流出していく。この流出圧力は、往管と復管
内の液化ガスの比重量の違い、および循環する液化ガス
が管壁から受ける摩擦抵抗によって、本装置に入る時よ
りも少し低くなっている。

第９図は、」二部に蓄熱体１３を【ｆする例で、蓄熱体
１３は断熱層１４に囲まれている。このように、強制採
熱管１〜４を含む蓄熱体をできるだけ」一部に設けると
、それだけ強制循環管路の摩擦圧力損失を少なくずろこ
とができるので、動力を節約することができる。また、
第１５図の強制採熱管１〜４ら蓄熱体内に設けることが
できる。

第２５図は、本発明装置を使用したコントロールンステ
トの例である。本発明装置は、給湯・暖房・冷房・冷凍
サイクルに接続されており、かつ太陽熱・大気熱・水中
熱集熱サイクルに接続されている。

第２５図において、自然循環管路系の２９お上び３０は
、暖房専用のサイクルであり、循環系に採熱コイル３１
、放熱器３２および調整弁３３を含んでいる。

第一強制循環管路系の３４．３５．３６．３７および３
８は、冷房・冷凍サイクルであり、太陽熱・大気熱・水
中熱を集熱するサイクルである。

この循環系は、圧縮機３９、給湯コイル４０、暖房コイ
ル４１、本発明装置、安全弁４２、ろ過器４３、熱交換
器４４、乾燥器４５、空気抜４６、調整弁４７、膨張弁
４８、冷却・集熱器４９および熱交換器４４を含んでい
て、この熱で給湯や暖房をして、余った熱を地中に蓄え
ろ。

第二強制循環管路系の３４．３５．５０．５１および３
８は、地熱や地中の蓄熱を採熱するサイクルであり、循
環系に圧縮機３９、給湯コイル４０、暖房コイル４１．
本発明装置、安全弁・１２、ろ過器４３、熱交換器４４
、乾燥器４５、空気抜４６、調整弁５２、膨張弁５３、
受液器５４、調整弁５５、本発明装置、調整弁５６およ
び熱交換器４４を含み、地中の熱で給湯や暖房有する。

調整弁４７．５２．５５および５６を、自動または手動
によって操作すれば、第一強制循環管路系と第二強制循
環管路系を平行運転することができろ。

水の流れは、給水管５７から温水タンク５８を経て給湯
管５９へと流れていく。その経路に逆止弁６０および安
全弁６１を含んでおり、温水タンク５８は、下部が暖房
用温水タンク、上部が給湯用温水タンクになっている。

第２５図の矢印は、運転中の液化ガスの流れを示す。各
の循環管路系について、液化ガスのサイクルを説明する
。

自然循環管路系のサイクルは、暖房専用サイクルで、調
整弁３３を開くと、管路２９に溜まっていた液体液化ガ
スが暖房用温水タンク内の採熱コイル３１で気化熱を今
って蒸発し、自然循環で管路３０を流れ、放熱器３２で
凝縮熱を放出して液体液化ガスとなり、自然循環で管路
２９内を自由落下オろ。この放出される凝縮熱で暖房を
行う。

放菖器３２は幾つら（ｌｋ列に設けることができる。

第−強制循環管路系のサイクルは、冷房や冷凍を行うサ
イクルであり、太陽熱や大気熱および水中熱を集熱する
サイクルでもあり、同時に、この熱で給湯や暖房をして
、余った熱を地中に蓄えるサイクルである。

温水タンク５８内には、飲料水が供給され、温水がつく
られるように準備されている。ここで、調整弁５２を閉
じ、調整弁４７．５５および５６を適度に開いて、圧縮
機３９を運転すると、受液器５４や強制採熱管１〜４内
の液化ガスは、地中の熱で蒸発し、圧縮機３９に吸引さ
れ、断熱圧縮されて、圧縮機３９から膨張弁４８に至る
管路内に溜まっていくが、受液器５４や強制採熱管１〜
４内の液化ガスがなくなると、調整弁５５および５６を
閉じて運転する。

この状態で運転するとき、圧縮機３９で断熱圧縮された
高温高圧の液化ガスの蒸気は、給湯コイル４０で凝縮熱
を放出し、さらに暖房コイル４１で凝縮熱を放出する。

この凝縮熱で温水がつくられるが、このとき、液化ガス
は温水タンク５８の温度になって本発明装置に入り、液
化ガスの熱は本発明装置によって、地中に放熱され、地
中に蓄えられるとともに、地中の温度の液体液化ガスと
なって本発明装置を出ていく。地中の温度となった液体
液化ガスは、熱交換器４４で熱交換され、過冷却されて
、さらに温度の低い液体液化ガスとなって膨張弁４８に
達する。途中の安全弁４２、ろ過器４３、乾燥器４５お
よび空気抜４６は、システ１１内の異常高圧を防ぎ、異
物・水分・空気を取り除いている。

膨張弁４８で断熱膨張した液体液化ガスは、冷却・集熱
器４９内で気化熱を奪って蒸発し、熱交換器４４で過熱
蒸気となって、圧縮機３９に吸引されていく。このとき
、冷却・集熱器４９で冷房・冷凍の効果が得られるとと
もに、太陽熱・大気熱・水中熱が集熱される。この冷却
・集熱器４９は放熱器３２と同様に、何台も並列に設け
ることができる。

温水タンク５８の上部の給湯用温水タンクの温度が十分
高くなると、液化ガスは給湯コイル４０内を高温高圧蒸
気のままで通過し、下部の暖房用温水タンク内の暖房コ
イルで凝縮熱を放出するようになる。しかし、この暖房
用温水タンクの温度も十分に高くなると、液化ガスは、
本発明装置まで、高温高圧蒸気となる。こうして、圧縮
機３９から本発明装置に至る管路が高温高圧蒸気で満た
されると、液化ガスの体積は大きくなり、液化ガスが余
ってくるので、自動または手動により、調整弁５２を開
くと、受液器５４に、余った液体液化ガスが蓄えられる
。

第二強制循環管路系のサイクルは、地中の熱によって給
湯や暖房を行うサイクルであり、第−強制循環管路系の
サイクルと平行運転することもできる。

温水タンク５８内には、飲料水が供給され、温水がつく
られるように準備されている。ここで、コＭ整弁４７を
閉じ、調整弁５６を全開し、調整弁５２と５５を適度に
開いて、圧縮機３９を運転すると、受液器５４や強制採
熱管１〜・１内の液化ガスは地中の熱で蒸発し、圧縮機
３９に吸引され、断熱圧縮されて、圧縮機３９から膨張
弁５３に至る管路内に溜まっていく。

この状態で、自動または手動によって、調整弁５２と５
５を調節して運転すると、第−強制循環管路系と同じサ
イクルで、温水がつくられ、液体液化ガスが過冷却され
る。この過冷却された液体液化ガスは膨張弁５３で断熱
膨張し、本発明装置内で気化熱を奪って蒸発して、熱交
換器４４て過熱蒸気となって圧縮機３９に吸引されてい
く。ごのとき、地中の熱が採熱される。

ニーＩ整弁４７を適度に開さ、調整弁５２を適度に閉じ
ると、冷却・集熱器４９６機能１．、太陽に〜等を集熱
しながら平行運転をオろことができろ。また、温水タン
ク５８内の温水の温度が十分に高くなると、余剰液体液
化ガスが生じてくるが、＃ＡＩ整弁５２と５５を適度に
調節することによって、この余剰液体液化ガスを受液器
５４内に蓄えろことがてきる。

このように本発明は、地熱を直接利用するだけでなく、
太陽熱や大気中・水中から得られろ熱、および冷房・冷
凍によって得られる熱で給湯や暖房をし、余った熱を地
中に蓄え、その熱でまた給湯や暖房有するための地中熱
交換装置を提供ケろものである、「発明の効果」以上のように本発明は、液滞留伝熱体の使用によりいく
ら深い所からでもイイ効にかつ無償で採熱できる自然採
熱管と絞り管を有する第一管と、液化ガスを」二部で液
体とすることによって僅かな加圧力で深層まで効率よく
敢然でさる第二管と、を地中の簡単な穿孔内に挿入する
もので、管路の摩擦圧力損失を少なくした高効率の地中
熱交換装置を得ることができる。これによって、大地の
膨大な熱容量と保温性を利用して、排熱や太陽熱等を蓄
え、熱の過不足を調節し、あるい（土地熱を直接利用す
ることができるようになり、とりわけ、給湯・暖房・冷
房・冷凍サイクルの成績係数を飛躍的に増大することが
でき、眠っている無尽蔵の熱資源を活用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る地中熱交換装置の第一の実施例を
示す正面図：第２図、第３図、第４図、第５図、第６図
および第７図はそれぞれ第１図に示すΔ断面図、Ｉ３断
面図、Ｃ断面図、Ｄ断面図、Ｅ断面図およびＦ断面図；
第８図、第９図および第１０図はそれぞれ本発明の第二
ないし第四の実施例を示す正面図；第１１図、第１２図
および第１３図はそれぞれ第１Ｏ図に示すＣ断面図、Ｉ
Ｔ断面図および■断面図：第１４図は本発明の第五の実
施例を示す正面図；第１５図は本発明の第六の実施例を
示し、強制採熱管部分に縦断面図を含む正面図；第１６
図は第１図、第８図、第９図および第１５図に示す自然
採熱管の熱交換性の管の例を示している拡大横断面図：
第１７図は第１６図に示すＪ拡大縦断面図；第１８図は
第１図、第８図、第９図、第１０図、第１４図および第
１５図に示す、非熱交換性の管または非熱交換性の部分
の例を示している拡大横断面図：第１９図は第１８図に
示すに拡大縦断面ヌ！；第２０図は第１図、第８図およ
び第９図に示す強制採熱管の熱交換部分の例を示してい
る拡大横断面図；第２１図は第２０図に示すし拡大縦断
面図：第２２図は第８図に示す合成採熱管の下方部を示
している部分正面図：第２３図は第２２図に示すＭ拡大
縦断面図；第２４図は第２３図に示すＮ拡大縦断面図；
第２５図は、本発明に係る地中熱交換装置の使用例を示
す概略図である。 ■・・・強制採熱管の、装置の外部に対して非熱交換性
の往管、２・・・強制採熱管の、熱交換部分の往管、３
・・・強制採熱管の、熱交換部分の復管、４・・・強制
採熱管の、装置の外部に対して非熱交換性の復管、５・
・・自然採熱管の熱交換性の管、６・・・自然採熱管の
非熱交換性の部分、７・・・自然採熱管の非熱交換性の
液化ガス封入管、８・・・受液自然採熱管、９・・・第
二管の、装置の外部に対して非熱交換性の往管、ＩＯ・
・・第二管の熱交換性の管、１１・・・第二管の非熱交
換性の管、１２・・・埋戻材、ＲＨ・・・地中のポーリ
ング穿孔、Ｇ　Ｌ・・・地表面、１３・・・蓄熱体、１
４・・・断熱層、１５・・・液散布突起、１７・・・表
面積増大伝熱体または液滞留伝熱体、１８・・・液滞留
伝熱体、３２・・・放熱器、３９・・・圧縮機、４４・
・・熱交換器、４９・・・冷却・集熱器、５４・・・受
液器、５８・・・温水タンク。第　１　ｍ第２図算３ｚ第４図Ｊｊ、５　図第７図第８ｚ茎？　２ヌ／θ２　ｎ　ｍ第１Ｚ囮茶１４Ω 輩昆２　　　　　　　　　　第１７Δ 第１８ｆＪＪ　　　　　　　　　　　　＄１’ｆ／Ｍ第
ｚｏ（Ｈ冥ｚｔ（ｇｌ第ｚｚｍ名２３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）装置の外部に対して非熱交換性の往管に熱交換部
分が連通し、この熱交換部分に装置の外部に対して非熱
交換性の復管が連通した往復管である強制採熱管と；少
なくとも下部が熱交換性の管であり、全体が閉じた管で
あって、管内に液化ガスを封入した自然採熱管と；少な
くとも、下部に熱交換部分を有し、下部が閉じた管であ
る受液自然採熱管があって；強制採熱管と自然採熱管が
熱交換関係にある、または強制採熱管の最深部に受液自
然採熱管の上部が連通した合成採熱管である、あるいは
この合成採熱管と自然採熱管が熱交換関係にある、第一
管と；装置の外部に対して非熱交換性の往管に熱交換性
の管が連通し、この熱交換性の管に非熱交換性の復管が
連通した往復管である第二管と；を地中にボーリングし
た穿孔内に挿入して、これら第一管と第二管が熱交換関
係にあり、液化ガスが、強制採熱管内を減圧循環し、自
然採熱管内を自然循環し、合成採熱管内を減圧循環およ
び自然循環し、第二管内を加圧循環する地中熱交換装置
。
（２）強制採熱管の往管が、絞り管または絞り弁を有す
る特許請求の範囲第１項記載の地中熱交換装置。
（３）熱交換部分が、螺旋状である特許請求の範囲第１
項または第２項記載の地中熱交換装置。
（４）自然採熱管が、非熱交換性の部分を有している特
許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか一に記載の
地中熱交換装置。
（５）自然採熱管が、非熱交換性の液化ガス封入管を有
している特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか
一に記載の地中熱交換装置。
（６）少なくとも第一管が、断熱層に囲まれた蓄熱体内
にある特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか一
に記載の地中熱交換装置。
（７）装置を構成する管が、可曲管である特許請求の範
囲第１項ないし第６項のいずれか一に記載の地中熱交換
装置。
（８）強制採集管が、その内面に液散布突起を有する特
許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれが一に記載の
地中熱交換装置。
（９）第一管の熱交換部分に、液滞留伝熱体を有する特
許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか一に記載の
地中熱交換装置。
（１０）熱交換性の管が、その熱交換面に表面積増大伝
熱体を有する特許請求の範囲第１項ないし第９項のいず
れか一に記載の地中熱交換装置。