AFT085 ヒートパイプ原理に基づく地熱プローブ — 熱工学実験装置・教育用教材1 概要
浅層地熱発電においては、地表下に蓄えられた熱エネルギーが暖房用途に利用されます。
本装置は、ヒートパイプの原理を利用した地熱プローブの動作を実演するものです。透明な実験装置の構造により、熱伝達の閉回路内部を詳細に観察することができます。具体的には、ヒートパイプ内での蒸発、プローブヘッド部での凝縮、そしてヒートパイプの内壁を伝って熱媒体が還流する様子を鮮明に視認できます。また、本装置を使用することで、地熱プローブを取り巻く周囲土壌の熱伝導率を測定するために用いられる基本的な手法についても、詳しく学習することが可能です。
動作特性の検証対象となるヒートパイプは、本実習装置の中核を成す要素です。このヒートパイプ内には、低沸点の熱媒体が封入されています。土壌からの熱流入は、加熱回路を備えた温度制御ジャケットによって模擬されます。熱媒体から放出された熱は、プローブヘッド内部を循環する作動媒体へと伝達されます。各種センサーが熱交換器内の作動媒体の温度および流量を検知し、これらの実測値を用いて、伝達された熱出力が算出されます。さらに、付属のソフトウェアがこれらの実測値に基づき、接続されたヒートポンプのエネルギーバランスをシミュレーションします。
周囲土壌の熱伝導率を測定する手法の一つとして、「熱応答試験（Thermal Response Test）」と呼ばれる方法があります。この試験では、砂層中に埋設されたU字管型地熱プローブに対し、ポンプを用いて一定温度に加熱された水を循環させます。
この循環プロセスにおいて、地熱プローブの入口・出口温度、流量、および加熱出力が記録されます。これらの実測値を用いて、土壌の熱伝導率が算出されます。
別の実験においては、円筒状の熱源を用いて砂の円柱試料を加熱します。砂試料内部における放射状の温度分布（温度プロファイル）を検知し、そのデータを用いて砂試料の熱伝導率を算出します。最終的に、これら二つの手法によって得られた測定結果の比較検討を行います。測定データはUSB接続を通じてPCへ直接送信され、付属の専用ソフトウェアを用いて解析することが可能です。
2 仕様
ヒートパイプ原理に基づく地熱プローブの動作実演。ガラス製ヒートパイプ（透明な温度制御用ジャケット付き）。熱交換器における放熱媒体として水を使用。作動媒体の供給は、実験室の配管ネットワーク、または水冷装置 WL 110.20 を介して行い、最大水温 16°C を確保。ソフトウェアによるヒートポンプのエネルギーバランスシミュレーション機能。冷媒：R1233zd（GWP：1）。Windows 8.1 および 10 環境下での USB 接続によるデータ収集用ソフトウェアを付属。
3 技術データ
ヒートパイプ長：約 1000mm。外径：ヒートパイプ部 約 56mm、温度制御用ジャケット部 約 80mm。加熱回路用ヒーター出力：2kW。加熱回路用ポンプ（最大流量）：1.9 m³/h、消費電力：58W。銅製 U字管式地熱プローブ長：約 1000mm。熱応答試験用ポンプ（流量）：4.8～28.2 L/h、消費電力：最大 60W。水槽内ヒーター出力：100W。砂容器内ヒーター出力：50W。冷媒：R1233zd（GWP：1）。
充填量：2.3kg。CO2換算量：0t。測定範囲：砂試料内ヒーター温度 0～250°C、流量 0.4～6 L/min。電源：230V/50Hz/単相、230V/60Hz/単相、120V/60Hz/単相。UL/CSA 認証対応（オプション）。
