(57)【要約】      （修正有）【課題】従来エアコン（空調機器）は快適居室温度（２５度から２８度）を保つために外気を熱源としてヒートポンプによる冷暖房を実施していたが、ヒートポンプの作動エネルギに対して数倍の熱量移動が限界であった。空調機器・給湯機器の省エネを目的として、地下蓄熱および地熱利用を可能とするヒートポンプシステムを構成する。【解決手段】外気温度の変化を夏・冬反対にすれば、ヒートポンプの熱移動効率が高まる。すなわち、外気熱利用から地下蓄熱に切り替えることで解決する。冬場に夏場の高温エネルギから熱移動、夏場に冬の低温エネルギから熱移動することで、ヒートポンプの熱移動効率を高める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプを用いた空調機器・冷凍機・給湯機器において、外気以外に熱媒体として地下水を利用する機器を個別または並列に接続して、水ポンプにより地下水を循環させて地下蓄熱変換する構造を用いて熱変換効率の向上とヒートアイランド環境温度上昇防止を行うガスヒートポンプ装置。
【請求項２】
請求項１装置の地下蓄熱に必要な井戸構造において、竪穴井戸を使用時井戸管は多数個の通水可能な穴を持ち、井戸は単数使用の場合は高温熱変換水を上部に放熱し冷熱変換水を下部に放熱、吸熱時はその逆に接続するために複数個の長さの異なる循環水管を内装してなる蓄熱井戸構造。
【請求項３】
請求項１装置の地下蓄熱に必要な井戸構造において、外部熱変換を必要とする単数または複数個のガス圧縮機の熱変換機に接続する循環ポンプ水冷媒を、地下蓄熱井戸管に流水可能な多数の穴を持つ管または熱変換に必要な表面積を有する穴なし管を用いて、個別管はそれぞれ高温用と低温用に分離して使用する縦型井戸を複数個または横水平方向に平行に配列、または連続渦巻き状に井戸管を地下に埋設して高温水と低温水の流れ方向を特定にして地下熱蓄熱効率を向上させるための蓄熱井戸構造。
【請求項４】
ヒートポンプを用いた空調機器・冷凍機・給湯機器において、室内熱変換機単数または複数個と接続する圧縮機の個別の外部熱変換機器高圧ガスを個別地下竪穴井戸に多数個通水可能な穴を持つ井戸管内で、地下水に熱変換して蓄熱することを目的にした熱媒体ガスを地下循環する構造にして熱変換効率の向上とヒートアイランド外気温度上昇防止を行う構造。
【請求項５】
請求項４の地下蓄熱効率向上策において、夏場の吸熱変換水を冬場の放熱温度を高めるまた反対に冬場の冷熱を夏場使用するために、循環水をより加熱・冷却する目的にポンプ循環する変換水を室外屋上または屋根に散水して加熱水を地下上部に冷却水を下部から注水蓄熱する方法。  
【請求項６】
シャワー水など必要給湯の蓄熱加熱を行う構造において、居室内冷却（夏場）時は地下蓄熱循環水との熱変換前に給湯器内の水加熱を行い、冬場においては夜間などヒートポンプに余力のあるときに給湯器の加熱を行う方法。
【請求項７】
蓄熱井戸の構造において、地下温度特性が地上温度の年間平均温度となる地下約１．５メートル深さ以下で地下水層を蓄熱地下として通水可能な穴つき管または放熱可能な面積を持つ穴なし熱交換可能な管を使用してなる蓄熱管の配置工法。
【請求項８】
蓄熱井戸の構造において、冬場の変換水を２５度以上ある深層地下から取得すること、夏場の変換水を地下１．５メートル以下の浅い地下から取得することを特徴とする地下熱利用のヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを用いた熱効率向上法とヒートアイランド防止法及び設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空調機器構成は外気熱を基本とするヒートポンプによる熱移動である。外気温は夏場が高く、冬場は低い。目的の居室温度は一定であることから、夏場は高い外気熱から居室内の冷却をする。冬場は低い外気温から室内を暖房する。これを熱媒体のガスを用いるヒートポンプで熱移動する。高圧側のガス温度は外気温より高いことから、ガスが持つ熱を外気に放出する。ガス減圧側の温度が居室内より低いことからガスの持つ低い熱が居室内空気熱を吸収冷却していた。
【０００３】
本発明はこのヒートポンプの熱移動効率を向上させることが目的である。熱移動効率を向上させると、ヒートポンプ稼働エネルギが一定であるにもかかわらず、熱移動を多くする。これは熱移動エネルギの削減を意味する。  
【０００４】
すなわち、本発明の目的である空調エネルギを省エネできる。これには、外気熱に相当する熱源を外気から年中一定である地下熱に変更すること、夏場の高温を地下に蓄熱、冬場で取り出す。反対に冬場の低温を地下に蓄熱して夏場で取り出すことが目的を解決する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は図１に示す目的の居室内空調を行うためにガスヒートポンプ機能を用いた熱変換において、通水可能な透水管を地下に埋設して地下水をポンプ循環して地下１．５メートル以下に上部に高温域・下部に低温域として年間季節変動の必要熱量を地下蓄熱することで、従来の外気変換で少ない温度差の変換であったものを夏場は冬の冷熱・冬場は夏の温熱を利用することを可能にして、外気温度変換の熱効率を数倍向上することを可能にする。
【０００６】
図１に示す効率的な地下蓄熱を可能にするには、季節変動する表層約１．５メートル以下にある安定した約２０度から２５度の地下温度熱源、図４の約１０００メートル毎に約３０度上昇する地下温度熱源を利用し、伝熱速度の遅い土壌特性に有効な蓄熱のための熱移動を行う必要がある。
【０００７】
必要となる地下井戸工事が追加されることから、工事が簡単であり費用も安価でなければ普及できない。変換蓄熱のためのエネルギが少量でなければならない。さらに、蓄熱による地下水の環境汚染、地下水位の変化など弊害を防止する必要条件が加わる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図３に示す地下蓄熱式エアコンの効率向上原理説明図から、ヒートポンプは例えばフレオン・アンモニア・炭酸ガスなどガスを熱媒体として使用ガスによって異なるが圧縮による液化時は高温となり、減圧による気化時に低温となる特性がある。この循環コンプレッサを内在して作動することで、連続した高温・低温特性を作り出している。高温時に熱放出（冷却）するとエネルギ保存法則から低温時に吸熱する。すなわち放熱と吸熱を行う熱変換器を用いれば熱移動が可能になる。この時、放熱量を多くすれば当然吸熱量も増加する。しかし熱媒体のガス特性から高温と低温の差温度は経済的なフレオンなど低圧液化ガスを使用すると有効温度が約５０度から６０度と小さい。
【０００９】
一方、居室温度は季節変動に影響されずほぼ２０度から２５度と一定を要求されることから、夏場では外気温度が３０度、熱変換に必要な温度差を約１０度と仮定すると高温領域でガス特性が一般に最大５０度であるため圧縮ガス体（液体）温度は４０度となる。すなわち、ポンプ能力（定時間当たりの熱媒体ガス量）を一定にすれば約１０度放熱分の熱量が吸熱されることになる。すなわち、居室内を空調するには夏場は冷房・冬場は暖房を必要とすることから目的の吸熱・放熱をえるには外部との放熱の効率を向上させることが熱効率向上となる。
【００１０】
図３に示す従来の外気熱利用では放熱が約１０度であるが、夏場が冬の冷熱蓄熱、冬場が夏の温熱蓄熱を地下に蓄熱すれば、地下蓄熱との循環に地下水を用いれば放熱の温度差が約３０度となり、同一ヒートポンプで外気温利用に比べて地下蓄熱利用を行えば熱移動が約３倍となる。さらに図４に示す深層地下熱を利用すれば効率は増加する。すなわち、ヒートポンプの効率が高まることで同一必要熱移動のエネルギが少なくなる省エネができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の成果は、図３に示すように外気変換に対して、地下蓄熱利用は空調エネルギが約１／３となり，およそ７０パーセントの省エネが可能となる。さらに深層地下温度を用いると、冬場の効率がより向上する。すなわち、空調エネルギが約１／６へと低下が可能となり、世界的な問題となっている電力供給のための炭酸ガス発生量を減少させる効果を併せ持つ。さらに、季節変動熱変化を地下蓄熱して平滑化することから、夏場のヒートアイランド（空調による大気の加熱）防止効果と冬場の過冷却防止となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図２に示す給湯器併用がより省エネ効果を高める。地下蓄熱の空調設備に夏場の高温放熱を給湯に利用すれば、夏場の給湯エネルギが不要となり、冬場においても夜間などにおいて熱効率の高いヒートポンプによる給湯加熱は省エネと普及のための設備効率を高める。
【００１３】
図１に示す、夏場・冬場の地下蓄熱循環水による屋上・屋根などからの追加吸熱による温熱・冷熱の吸収は、より熱変換効率を向上させる。    
【実施例１】
【００１４】
個別空調・給湯のヒートポンプシステムは、図１・図２の構成を使用する。一般家庭小規模商業施設ではヒートポンプ圧縮機は低圧のガス媒体を採用する。コンプレッサは単一でインバータ回転可変制御を採用、複数並列接続の居室内吸熱・放熱器と必要給湯器を接続する。地下蓄熱井戸は縦型で口径が１００ミリメートルから２５０ミリメートル、深さが３メートルから１０メートルで腐食しない
ＦＲＰ廃材による透水性のある管を使用埋設、内部に地下水位の約１メートル下と井戸の底の２本の循環水管を設置、井戸の中間部に上下の水流れを緩慢にするオリフィス（管外部に水が透水するように少量流れる程度）を設置する。これらの構成設備を採用して省エネ空調・給湯を得る。
【実施例２】
【００１５】
地下蓄熱方法において、地下水が安定しない（移動する速度が速い地下水のある地域）などでは、井戸周囲（適用可能地上区域）に防水材を地底と周囲に打ち込み、蓄熱域を区画して、必要熱移動を防止、地下水位の確保を行う。なお、大規模集合住宅などには複数本の井戸を用いる場合などは、周囲に防水隔壁など設置するとより簡単に効率的な地域蓄熱ができる。
【実施例３】
【００１６】
地下水汚染が発生するなど恐れある地域においては、地下水を循環せずに、高圧ガス熱媒体を地下井戸に直接設置することも可能である。  また井戸を設置しないで交換フィン付き管を埋設して循環水による熱変換、直接ガス熱媒体による変換も可能である。
【実施例４】
【００１７】
地下水の移動がある地域などでは、縦型井戸ではなく、地下に水平に透水管を埋設して安定地下水熱を利用することで効率が高まる。
【実施例５】
【００１８】
大規模の並列接続を行う地域冷暖房としての熱供給循環水には深層地下約１２００メートル以下の４０度を越える温水を冬場利用が得策。夏場は地下表層水の複数本井戸からの取水が良い。循環は深層地下と表層地下水を季節毎に行う。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のエアコンの地熱利用省エネシステム構成図
【図２】本発明のエアコン・給湯器設備の地熱利用省エネシステム構成図
【図３】本発明の地下蓄熱式エアコンの効率向上原理説明図
【図４】深層地下熱利用の温度と深さ・用途の関係説明図
【符号の説明】
【００２０】
（１）水ポンプ
（２）屋外エアコンユニット
（３）熱交換器
（４）コンプレッサー
（５）ガスタンク
（６）電磁弁
（７）冷媒ガス管
（８）屋上・屋根散水
（９）夏場の高温蓄熱
（１０）透水管
（１１）表層管
（１２）深層管
（１３）電磁弁
（１４）冷媒ガス管
（１５）ガスタンク
（１６）コンプレッサー
（１７）熱交換器
（１８）屋外エアコンユニット
（１９）給湯
（２０）水道
（２１）温水タンク
（２２）水ポンプ
（２３）表層管
（２４）Ａ部地下
（２５）透水管
（２６）深層管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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