(57)【要約】【課題】  ＣＯ２冷媒を空気熱用の空気熱交換器と地熱用の水熱交換器に選択的に経由させることによって空気熱及び地熱を採熱自在としたヒートポンプ式の貯湯装置を提供する。【解決手段】  貯湯装置Ａのヒートポンプ系Ｂに，バルブ６ａ，６ｂの切換によって空気熱交換器１と水熱交換器２によるＣＯ２冷媒の熱交換を行なうようにする一方，建造物１０の床下地表面を囲繞密封した密封べた基礎１２のコンクリート層１４内に埋設配置した流体配管を上記水熱交換器２に接続する。密封べた基礎１２におけるコンクリート層１４の上面を断熱材１８で被覆し，また密封べた基礎１２の外周の地中に外周方向に向けて断熱材１８を張出し配置することによって，コンクリート層１４が外気温によって温度変化するのを防止する。外気温が低下する夜間に，深夜電力を使用することなく高温の貯湯が可能な貯湯装置Ａとすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２冷媒を空気熱用の空気熱交換器と地熱用の水熱交換器に選択的に経由させることによって空気熱及び地熱を採熱自在としたヒートポンプ式の貯湯装置であって，上記地熱の採熱用に，建造物の床下地表面を囲繞密封したコンクリートの密封べた基礎と，該密封べた基礎のコンクリート層内に埋設配置して上記地熱用の水熱交換器に接続した閉ループの流体配管とを備えてなることを特徴とする貯湯装置。
【請求項２】
上記密封べた基礎のコンクリート層内への流体配管の埋設配置に代えて，該流体配管を該密封べた基礎のコンクリート層上に敷設配置してなることを特徴とする請求項１に記載の貯湯装置。
【請求項３】
上記密封べた基礎の流体配管を埋設配置したコンクリート層上面又は敷設配置したコンクリート層の流体配管上に断熱材を被覆配置してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の貯湯装置。
【請求項４】
上記密封べた基礎外周の地表面又は地中に，上記密封べた基礎から外周方向に向けて断熱材を張出し配置してなることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の貯湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，空気熱と地熱を採熱源としたヒートポンプ式の貯湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種ヒートポンプ式の貯湯装置を用いた給湯器として，ＣＯ２冷媒を空気熱用の空気熱交換器に経由させることによって採熱源を空気熱としたＣＯ２冷媒ヒートポンプ式給湯器が，「エコキュート」（登録商標）の名称で実用化されている。この場合，電気エネルギーは圧縮機のモーター駆動用程度であり，炭酸ガス排出量が少ないこと，ＣＯ２冷媒は，超臨界圧状態で凝縮が生じないことから，熱交換効率が良好であること，他の冷媒を使用する場合に比してヒートポンプのコンパクト化を図ることが可能であること等のメリットがあるとされる。
【０００３】
一方，本発明者は，地下５ｍ程度の深さ位置では，年間を通じて１５℃程度の温度に保たれており，建造物の床下地表面は，その上位に建造物が存在すること及び土壌の熱伝導率は低いために緩慢ながらも，建造物の床下は，ある程度の温度となっていることに着目し，下記特許文献１によって熱伝導率の良好なコンクリートによって密封べた基礎を建造物の床下に形成し，コンクリート層から地熱を採熱するようにしたヒートポンプ用の採熱装置を提案済みである。
【０００４】
【特許文献１】特願２００７−２４４５１号
【非特許文献１】電力中央研究所ホームページ  電中研ニュース４４７号「地球環境と家計にやさしい『エコキュート』」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ＣＯ２冷媒ヒートポンプ式の給湯器は，多くの利点があるが，この場合，採熱源を空気熱とすることによって，空気熱を充分に得られるときは有効な貯湯を行なうことができるが，例えば冬場の夜間の如くに外気温が低下すると，空気熱を得られずにその熱交換効率が悪化するため，深夜電力を用いた加熱を行って貯湯を継続維持するものとされる。深夜電力はコストが比較的低いとはいえ，この種給湯器の設置に伴って，深夜電力を使用することによるランニングコストが掛ることになり，この点の改善が求められる。
【０００６】
本発明は係る事情に基づいてなされたもので，その解決課題とするところは，上記ＣＯ２冷媒ヒートポンプ式の熱交換効率が悪化した時に密封べた基礎のコンクリート層から採熱して，採熱源を空気熱と地熱とすることによって，電力消費量を可及的に減少し，ランニングコストを可及的に抑制しつつ可及的有効な貯湯を可能とした貯湯装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者の知見によれば，例えば５ｍ程度の深さの地中温度は，外気温度の影響を殆ど受けずに比較的一定の範囲，例えば上記のように１５℃程度であること，建造物の床下地表面は，その上位に建造物が存在すること及び土壌の熱伝導率は低いために緩慢ながらも，地中温度の熱伝導を受けることによって，外気温度の影響を受けることが少なく，ある程度の範囲内の温度を保持し得ること，建造物の基礎を密封した，即ち一般に設置される換気用開口を持たないコンクリートの密封べた基礎とすることによって，更に外気温度の影響を解消して温度をより一定とすることが可能になること，コンクリート層は，熱伝導率が高いため，該密封べた基礎が外気温度の影響を受けないように断熱措置を施すことによって更に温度を一定とすることが可能となること，例えば東京都における月間平均気温は６℃〜２７℃程度であるが，その５ｍ程度の深さの地中温度は，大方１５〜１６℃程度であり，熱伝導が緩慢ながら，床下地面はこれに近い温度を得ることが可能であること，従って建造物の基礎を，コンクリートの密封べた基礎として地表面の囲繞採熱面から地熱（地表熱といってもよい）の採熱を行なって，これをヒートポンプで熱交換することによってエネルギー源として使用することが可能であること，１リットルの比熱１の媒体の温度差が１℃であるとき，その熱容量は１ｋｃａｌであるから，例えば１０立方メートルの媒体の温度差が１０℃であるとき，その熱容量は１０万ｋｃａｌとなり，従って建坪１平方メートル当り２０リットル程度の蓄熱媒体を介して得た地熱を利用すれば，例えば一般の住宅に見られる建坪（１階床面積）５０平方メートルの建造物の場合，床下と外気温との温度差を１５℃として，土質や含水率によって変動するとはいえ，採熱量を１平方メートル当り２５ｋｃａｌ／ｈと仮定すると，得られる２４時間分の採熱量は約３４．９ｋｗｈ，半日の採熱量は１７．５ｋｗｈとなること，従って密封べた基礎のコンクリート層による採熱は，空気熱と同様にヒートポンプによって貯湯のための熱源として有効に活用できることになる。
【０００８】
本発明は，かかる知見に基づいて，ＣＯ２冷媒を空気熱用の空気熱交換器と地熱用の水熱交換器に選択的に経由させるようにする一方，本発明者による上記密封べた基礎のコンクリート層による地熱の採熱を適用することによって，外気温が低下したとき貯湯の熱源とするようにしたものであって，請求項１に記載の発明を，ＣＯ２冷媒を空気熱用の空気熱交換器と地熱用の水熱交換器に選択的に経由させることによって空気熱及び地熱を採熱自在としたヒートポンプ式の貯湯装置であって，上記地熱の採熱用に，建造物の床下地表面を囲繞密封したコンクリートの密封べた基礎と，該密封べた基礎のコンクリート層内に埋設配置して上記地熱用の水熱交換器に接続した閉ループの流体配管とを備えてなることを特徴とする貯湯装置とし，請求項２に記載の発明を，上記密封べた基礎のコンクリート層内への流体配管の埋設配置に代えて，該流体配管を該密封べた基礎のコンクリート層上に敷設配置してなることを特徴とする請求項１に記載の貯湯装置としたものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は，上記に加えて，密封べた基礎のコンクリート層と建物床との間に断熱措置を施すことによって，例えば密封べた基礎の起立壁を介して熱伝導する外気温によるコンクリート層に生じる温度変化を回避して，採熱を安定且つ有効になし得るものとするように，これを，上記密封べた基礎の流体配管を埋設配置したコンクリート層上面又は敷設配置したコンクリート層の流体配管上に断熱材を被覆配置してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の貯湯装置としたものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は，同じく上記に加えて，密封べた基礎の外周の地面に該密封べた基礎から張出し状の断熱措置を施すことによって，外気や直射日光に曝されて地表温度が変化し，その熱伝導によって密封べた基礎のコンクリート層に生じる温度変化を回避して，採熱を安定且つ有効になし得るものとするように，これを，上記密封べた基礎外周の地表面又は地中に，上記密封べた基礎から外周方向に向けて断熱材を張出し配置してなることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の貯湯装置としたものである。
【００１１】
本発明は，これらをそれぞれ発明の要旨として，上記課題解決の手段としたものである。
【００１２】
なお本発明において，密封べた基礎のコンクリート層とは，べた基礎の起立壁を除いた部分にして構造的に一体の捨てコンクリート層を含む意味に用いる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は以上のとおりに構成したから，請求項１及び請求項２に記載の発明は，それぞれ上記ＣＯ２冷媒ヒートポンプ式の熱交換効率が悪化した時に密封べた基礎のコンクリート層から採熱して，採熱源を空気熱と地熱とすることによって，電力消費量を可及的に減少し，ランニングコストを可及的に抑制しつつ可及的有効な貯湯を可能とした貯湯装置を提供することができ，また建造物の外側の庭等に地熱の採熱用に設置する機器等が露出することなく，従って敷地内にデッドスペースを形成したり，建造物の外観に影響したりすることがなく，建物と調和して外観よく地熱の採熱を行なうことができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は，上記に加えて，密封べた基礎のコンクリート層と建物床との間に断熱措置を施すことによって，例えば密封べた基礎の起立壁を介して熱伝導する外気温によるコンクリート層に生じる温度変化を回避して，採熱を安定且つ有効になし得るものとすることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は，同じく上記に加えて，密封べた基礎の外周の地面に該密封べた基礎から張出し状の断熱措置を施すことによって，外気や直射日光に曝されて地表温度が変化し，その熱伝導によって密封べた基礎のコンクリート層に生じる温度変化を回避して，採熱を安定且つ有効になし得るものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面の例に従って本発明を更に具体的に説明すれば，図中Ａは貯湯装置であり，該貯湯装置Ａは，ＣＯ２冷媒を空気熱用の空気熱交換器１と地熱用の水熱交換器２に選択的に経由させることによって空気熱及び地熱を採熱自在としたヒートポンプ式のものとしてある。
【００１７】
本例にあって貯湯装置Ａは，ＣＯ２冷媒の熱交換を行なうヒートポンプ系Ｂと，貯湯タンク系Ｃと，給湯系Ｄとを備え，ヒートポンプ系Ｂは，空気熱の採熱を行なう空気熱交換器１と，地熱の採熱を行なう水熱交換器２と，圧縮機３と，該圧縮機３によって加圧圧縮して高温化されたＣＯ２冷媒によって貯湯タンク系Ｃの水を加熱する水熱交換器４と，該水熱交換器４によって放熱したＣＯ２冷媒を減圧膨脹して低温化する膨脹弁５とを備えた閉ループをなす配管系としてある。このとき採熱用の空気熱交換器１と水熱交換器２は，バルブ６ａ，６ｂの切替えによって，圧縮機３と膨脹弁５間で空気熱と地熱の２つの採熱系を選択的に形成してあり，これによってその上記ＣＯ２冷媒の空気熱と地熱の熱交換による採熱を選択的に自在としてある。
【００１８】
採熱用の空気熱交換器１は，例えばファン１ａによって外気を取り込んでそのＣＯ２冷媒の昇温を行なうようにしてあり，水熱交換器２は，後述の密封べた基礎１２のコンクリート層１４から採熱した流体，例えば水をポンプＰによって循環させてＣＯ２冷媒の同じく昇温を行なうようにしてあり，圧縮機３は，図示省略の電力で駆動するコンプレッサーとしてある。
【００１９】
貯湯タンク系Ｃは，水熱交換器４から貯湯タンク７に至りポンプＰによって循環する配管系とし，また給湯系Ｄは，該貯湯タンク７への給水と図示省略の給湯器への給湯の配管系としてあり，これによって上記ヒートポンプ系Ｂの水熱交換器４による高温加熱した貯湯タンク７の貯湯を，バス，キッチン，床暖房等のための給湯源として利用し得るようにしてある。
【００２０】
このとき，貯湯装置Ａは，上記地熱の採熱用に，建造物１０，例えば建坪５０ｍ２程度の住宅の床下地表面を囲繞密封したコンクリートの密封べた基礎１２と，該密封べた基礎１２のコンクリート層１４内に埋設配置して上記地熱用の水熱交換器２に接続した閉ループの流体配管１５とを備えたものとしてあり，これによって地熱の採熱を可及的に高効率で有効になし得るようにしてある。
【００２１】
即ち，建造物１０を支持する基礎は，例えばべたコン部分を形成しない布基礎や独立基礎を用いることなく，密封べた基礎１２，即ち土台１１を載置固定する外周及び区画用の起立壁１３の内側の地表面を，例えば２０ｃｍ程度の厚さのコンクリートの流し込み打設によって形成した基礎とするとともに上記起立壁１３を，例えば布基礎に設けられる如き床下換気口等の開口部分を一切形成することなく，一連に連続して立上るコンクリート壁をなすようにしたものとしてあり，これによって建造物１０の床下に，起立壁１３によって側面を密封し且つ地表面をコンクリート層１４で覆って，外気と遮断した囲繞の密封空間を形成し，そのコンクリート層１４内に上記流体配管１５を埋設配置することにより，その上記地熱の採熱を，該流体配管１５によって，外気温の影響を可及的に回避した密封空間のコンクリート層１４内部において行うようにしてある。
【００２２】
流体配管１５は，例えば水や不凍液を流体として，地熱による昇温を得ることによって，上記水熱交換器２によりヒートポンプ系ＢのＣＯ２冷媒の熱交換を行なうようにしてあり，本例にあって該流体配管１５は，例えば密封べた基礎１２の形成時に，コンクリート層１４の下層部分を採熱の面とする如くに高密度に埋込配置してある。本例の該流体配管１５は，例えば図３に示す如くに，両側のヘッダー１６と，該ヘッダー１６間を連結して平行且つ高密度配置の交差管１７を接続配置した採熱ユニットをなすようにしたものとしてあり，該採熱ユニットのヘッダー１６は，ヒートポンプ系Ｂの上記水熱交換器２との間で上記ポンプＰによって流体を循環するように，該水熱交換器２に往路と復路の配管で接続した閉ループをなすようにしてある。
【００２３】
本例にあって，上記密封べた基礎１２の流体配管１５を埋設配置したコンクリート層１４上面に断熱材を被覆配置したものとし，また上記密封べた基礎１２外周の地中に，上記密封べた基礎１２から外周方向に向けて断熱材１８を張出し配置したものとしてある。
【００２４】
上記コンクリート層１４上面の断熱材１８は，例えば独立気泡の軽量発泡コンクリートパネル（ＡＬＣパネル）や発泡樹脂パネル，グラスウール等を封入した袋詰めのもの，エアを封入したエアバッグ等の断熱性能を発揮する工場生産品を用いるか，あるいは吹付発泡によってコンクリート層に対して現場形成したものとしてあり，上記工場生産品を用いた場合，密封べた基礎１２のコンクリート層１４上面を空隙なく全面に覆うように敷設配置し，吹付発泡の現場形成の場合，密封べた基礎１２の形成後にそのコンクリート層１４の上面に発泡性の合成樹脂を供給するように吹付形成するものとしてある。このとき，必要に応じて上記起立壁１３の内側及び／又は外側に工場生産品の断熱材１８を添設配置し，また起立壁１３の内側を含めて吹付形成することができ，このように起立壁１３の内側及び／又は外側に断熱材１８を配置することによって，起立壁１３を介した外気温の影響を更に回避することができる。
【００２５】
外周地中の断熱材１８は，同様に上記工場生産品を用いるか，例えばコンクリートベースや土壌ベースを形成して該ベースに吹付発泡によって現場形成したものとしてある。
【００２６】
このとき断熱材１８の埋込配置は，比較的浅い，例えば地表面から数十ｃｍ乃至１ｍ程度の深さに，例えば１乃至２ｍ程度の出幅で水平に配置し又は傾斜，例えば外周端を下向きに傾斜して，密封べた基礎１２の外側を囲繞するように配置してあり，これによって建造物１０近傍の外気温によって温度変化する地表温度が熱伝導して生じるコンクリート層１４の温度変化を回避し得るようにしてある。
【００２７】
建造物１０近傍にあって，１〜２ｍ深さの地中は，外気による温度変化を受ける程度が比較的少ない一方，コンクリート層１４に対する地表温度の熱伝導は，比較的地表に近い極く表層部位で生じるところ，実験によれば，密封べた基礎１２から上記１〜２ｍの外周地中に，同じく１〜２ｍ程度の出幅で断熱材１８を埋込配置すると，図２に一点鎖線で示した如くに，地表からの熱伝導を防止して，外気の温度変化を有効に回避することができる。
【００２８】
このとき断熱材１８として軽量発泡コンクリートパネルを用いれば，地表を浅掘りし，該パネルを底面に載置し，その掘削土で被覆すればよく，その設置が極めて容易になし得るとともに該パネル埋込配置の地表面に，封入した断熱材の体積縮小等による凹陥が生じたりするのを防止できる。
【００２９】
なお建造物１０の出隅部分等を含めて断熱体１８に部分的な空隙が生じると，該空隙によってコンクリート層１４に温度変化の可能性が生じるので，断熱体１８の敷設配置や埋込配置に際しては，これに空隙が発生しないようにすることが好ましく，軽量発泡コンクリートパネル等のパネルを用いる場合は，相互の接着，ホゾ継を行なう等の端部接合措置を施すのが好ましい。
【００３０】
このように形成した貯湯装置Ａは，バルブ６ａ，６ｂの切替によって，ＣＯ２冷媒を空気熱用の空気熱交換器と地熱用の水熱交換器に選択的に経由させ，空気熱及び地熱を採熱自在とすることによって，熱交換効率が悪化した時に密封べた基礎１２のコンクリート層１４から採熱して，深夜電力を使用せずに，従って電力消費量を可及的に減少し，ランニングコストを可及的に抑制しつつ高温の貯湯を可能とした貯湯装置Ａとすることができる。
【００３１】
図示した例は以上のとおりとしたが，上記密封べた基礎のコンクリート層内への流体配管の埋設配置に代えて，該流体配管を該密封べた基礎のコンクリート層上に敷設配置したものとすること，このとき断熱材を被覆配置するときは，敷設配置したコンクリート層上の流体配管に被覆配置するようにすること，流体配管を，コンクリート層に対して蛇行するように高密度に埋込配置した一連の長尺管によるものとすること，地中に埋設配置する断熱材を，敷地の境界側で下向きに折曲した断面倒Ｌ字状をなすものとすること，空気熱と地熱の採熱のために設置したバルブの切替えを温度センサーによって自動的に行なうものとすること等を含めて，本発明の実施に当って，空気熱用の空気熱交換器，地熱用の水熱交換器，ヒートポンプ式の貯湯装置，建造物，密封べた基礎，そのコンクリート層，流体配管，必要に応じて用いるコンクリート層上面又は流体配管上の断熱材，地表面又は地中の断熱材等の各具体的形状，構造，材質，これらの関係，これらに対する付加等は，上記発明の要旨に反しない限り様々な形態のものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】貯湯装置の構成図である。
【図２】建物とコンクリート層からの採熱の関係のモデルを示す縦断面図である。
【図３】コンクリート層と流体配管の関係のモデルを示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ  貯湯装置
Ｂ  ヒートポンプ系
Ｃ  貯湯タンク系
Ｄ  給湯系
Ｐ  ポンプ
１  空気熱交換器
１ａ  ファン
２  水熱交換器
３  圧縮機
４  水熱交換器
５  膨脹弁
６ａ，６ｂ  バルブ
７  貯湯タンク
１０  建造物
１１  土台
１２  密封べた基礎
１３  起立壁
１４  コンクリート層
１５  流体配管
１６  ヘッダー
１７  交差管
１８  断熱材
【図１】
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【図２】
2010019480.tif 000004
【図３】
2010019480.tif 000005