(57)【要約】【課題】地熱を用い、かつ、効率良く熱交換をおこない得る空調システム、および、当該空調システムを含む複合空調システムを提供すること。【解決手段】空調システムにおけるヒートポンプ装置２に、地中９５に配置した熱交換井１内に配置され地熱と熱交換する地熱交換部３１ａを設け、さらに、熱交換井１内には充填材１１を収容するとともに室内機７６側の凝縮水９８を導入する。【選択図】図１
2014211295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が地中に配置されている熱交換井と、少なくとも冷熱源器として機能するヒートポンプ装置と、を備え、
前記熱交換井は、地中に陥没形成されている枡部と、前記枡部に収容されている粒状の充填材と、前記枡部の内部において前記充填材同士の間に形成されている流体流路部と、を持ち、
前記ヒートポンプ装置は、
圧縮器と、膨張弁と、前記圧縮器と前記膨張弁との連絡経路の少なくとも一部を構成するとともに室外機の一部を構成する第１の熱交換流路と、前記圧縮器と前記膨張弁との連絡経路の少なくとも一部を構成するとともに室内機の一部を構成する第２の熱交換流路と、を持つクーラント流路部と、
前記クーラント流路部の内部を流通するクーラントと、を持ち、
前記第１の熱交換流路は、前記枡部の内部に配置されるとともに前記充填材に埋設される地熱交換部を持ち、
さらに、前記第２の熱交換流路の近傍に配置され前記第２の熱交換流路で生じた凝縮水を回収可能であるとともに前記凝縮水を前記熱交換井に供給可能である凝縮水回収部を備える空調システム。
【請求項２】
前記ヒートポンプ装置を設置した建造物の屋根に近接して設けられて雨水を回収可能な雨樋部と、前記雨樋部と前記凝縮水回収部とを連絡する雨水回収流路と、を含む雨水回収部を備える請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
前記凝縮水回収部は、前記第２の熱交換流路で生じた凝縮水を回収可能な凝縮水受け部と、前記凝縮水受け部と前記熱交換井とを連絡する凝縮水回収流路と、を持ち、
前記凝縮水回収流路における前記熱交換井側の末端には、前記凝縮水回収流路よりも小径の開口を複数持つ供給端部が設けられている請求項１または請求項２に記載の空調システム。
【請求項４】
前記供給端部における複数の前記開口は、前記熱交換井の径方向に離間配置されている請求項３に記載の空調システム。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の空調システムと、前記空調システムにおける前記ヒートポンプ装置を駆動可能であるとともに排熱を生成可能な駆動源と、前記駆動源の排熱を熱源とする温熱源器と、を備える複合空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも冷房装置として機能するヒートポンプ装置を備える空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空調システム（所謂エアコンディショナー）の一種として、ヒートポンプ装置を用い、少なくとも冷房装置として機能するものが知られている。この種の空調システムにおけるヒートポンプ装置は、冷熱サイクルの凝縮過程において熱交換（つまり、クーラントの冷却）を行なう。通常は、ヒートポンプ装置の室外機側に設けた熱交換器にクーラントを流通させ、クーラントの熱を大気中に放散させることで、液体（つまり、クーラント）−気体（つまり、大気）間での熱交換を行なうのが一般的である。そしてこの場合には、一般に、プロペラファンを駆動して熱交換器に大気を連続的に供給することで、熱交換器における熱交換効率を補強するのが一般的である。しかしこの場合、液体−気体間で熱交換を行なうために、熱交換効率にやや劣る問題がある。また、プロペラファンを駆動するために電力が必要となり、さらにはプロペラファンによる騒音が生じる場合もある。
【０００３】
これらの事情に鑑み、近年では、上記したクーラントの冷却に地熱を用いる試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に紹介されている技術によると、冷熱サイクルにおける凝縮過程のクーラント流路（以下、第１の熱交換部と呼ぶ）を地中に埋めている。そして地熱を用いて当該第１の熱交換部に流通するクーラントの熱交換を行なっている。
【０００４】
第１の熱交換部は、一般的には、空調システムにおける室外機側に配置されている。このため、第１の熱交換部の近傍には地面がある可能性が極めて高い。つまり第１の熱交換部は、一般に、土中に埋設し易い位置に配置されていると言える。そして、地熱を用いてクーラントを熱交換することで、上述したプロペラファンを配設する必要がなくなる。このため、上述した電力の要求や騒音の発生を抑止できる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５７７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら地熱を用いて熱交換をおこなう場合には、第１の熱交換流路中に流通するクーラントの温度と地熱との温度差が十分に大きくなるよう、第１の熱交換流路を地中深く（一般には１００ｍ程度の深さにまで）埋設する必要があった。したがって、設備に要するコストが高く、また、設備が大型化する問題がある。このためこの種の空調システムは、例えば家庭用として適用し難い問題があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、地熱を用い、かつ、効率良く熱交換をおこない得る空調システム、および、当該空調システムを含む複合空調システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の空調システムは、少なくとも一部が地中に配置されている熱交換井と、少なくとも冷熱源器として機能するヒートポンプ装置と、を備え、
前記熱交換井は、地中に陥没形成されている枡部と、前記枡部に収容されている粒状の充填材と、前記枡部の内部において前記充填材同士の間に形成されている流体流路部と、を持ち、
前記ヒートポンプ装置は、
圧縮器と、膨張弁と、前記圧縮器と前記膨張弁との連絡経路の少なくとも一部を構成するとともに室外機の一部を構成する第１の熱交換流路と、前記圧縮器と前記膨張弁との連絡経路の少なくとも一部を構成するとともに室内機の一部を構成する第２の熱交換流路と、を持つクーラント流路部と、
前記クーラント流路部の内部を流通するクーラントと、を持ち、
前記第１の熱交換流路は、前記枡部の内部に配置されるとともに前記充填材に埋設される地熱交換部を持ち、
さらに、前記第２の熱交換流路の近傍に配置され前記第２の熱交換流路で生じた凝縮水を回収可能であるとともに前記凝縮水を前記熱交換井に供給可能である凝縮水回収部を備えるものである。
【０００９】
本発明の空調システムによれば、第１の熱交換流路を構成する地熱交換部を、地中に設けた熱交換井に充填材とともに埋設し、さらに、ヒートポンプ装置で生成した凝縮水をこの熱交換井に供給している。本発明の空調システムは、このような構造を持つことにより、熱交換部と地熱とを凝縮水を介して熱交換させ得る。つまり、本発明の空調システムによると、地熱を用い、かつ、効率良く熱交換し得る。
【００１０】
本発明の空調システムは、下記の（１）〜（３）の何れか一つを備えるのが好ましく、（１）〜（３）の複数を備えるのがより好ましい。
（１）前記ヒートポンプ装置を設置した建造物の屋根に近接して設けられて雨水を回収可能な雨樋部と、前記雨樋部と前記凝縮水回収部とを連絡する雨水回収流路と、を含む雨水回収部を備える。
（２）前記凝縮水回収部は、前記第２の熱交換流路で生じた凝縮水を回収可能な凝縮水受け部と、前記凝縮水受け部と前記熱交換井とを連絡する凝縮水回収流路と、を持ち、
前記凝縮水回収流路における前記熱交換井側の末端には、前記凝縮水回収流路よりも小径の開口を複数持つ供給端部が設けられている。
（３）前記供給端部における複数の前記開口は、前記熱交換井の径方向に離間配置されている。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の複合空調システムは、前記した何れかの本発明の空調システムと、前記空調システムにおける前記ヒートポンプ装置を駆動可能であるとともに排熱を生成可能な駆動源と、前記駆動源の排熱を熱源とする温熱源器と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の空調システムは、上述したように、熱交換部と地熱とを凝縮水を介して熱交換させることで、熱交換効率を向上させ得る。そして、熱交換効率の向上により、第１の熱交換流路に流通するクーラントと地熱との温度差がさほど大きくなくても、クーラントの温度を十分に降温することが（場合によっては降温および昇温することが）可能である。このため、第１の熱交換流路における地熱交換部を地中深くに埋設する必要がなくなり、熱交換井の深さを比較的浅くできる。このため、本発明の空調システムによると、設備に要するコストを低減でき、かつ、設備を小型化し得る。その結果、本発明の空調システムは家庭用として適用し得る。なお、地熱交換部は第１の熱交換流路の一部を構成するだけであっても良いし、第１の熱交換流路の全体が地熱交換部であっても良い。
【００１３】
本発明の複合空調システムにおける駆動源は、温熱源器への熱供給源、および、ヒートポンプ装置（つまり冷熱源器）の駆動エネルギ供給源として機能する。したがって、本発明の複合空調システムによると、ヒートポンプ装置が冷熱源器としてのみ機能する場合にも温熱源器を駆動することができ、ヒートポンプ装置を冷熱源器および温熱源器として用いるための付属部材（例えばクーラントの流通方向を切り替えるための切り替えバルブ等）が不要になる利点がある。また、温熱源器の駆動には排熱を利用するため、温熱源器に要するランニングコストを低減できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】冷房運転時における実施形態１の空調システムを模式的に表す説明図である。
【図２】暖房運転時における実施形態１の空調システムを模式的に表す説明図である。
【図３】実施形態２の複合空調システムを模式的に表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の空調システムはヒートポンプ装置と熱交換井と凝縮水回収部とを含む。また、本発明の複合空調システムは、本発明の空調システムと、駆動源と、温熱源器と、を備える。
【００１６】
本発明の空調システムにおける熱交換井は、地熱を利用するための部分であり、枡部と充填材とを含む。枡部は、地中に陥没形成された部分であり、充填材を収容するための枡として機能する。より具体的には、枡部は、例えば穴状や溝状等、充填材を可能な空間を内部に持つ。枡部は単なる空間であっても良いし、土地との境界となる構造体（例えば枠等）を含んでも良い。参考までに、枡部が単なる空間であれば、枡部に隣接する土地の表面が土地と枡部とを区画する境界壁となる。
【００１７】
充填材は粒状をなし、地熱交換部とともに枡部の内部に収容される。枡部の内部において、充填材同士の間には流体流路部が形成される。つまり、枡部の内部に収容される充填材は複数個であり、隣接する充填材同士の間に形成される空間は流体の流通経路たる流体流路部を構成する。具体的には、流体流路部は後述する凝縮水の流路である。
【００１８】
充填材の形状や大きさは特に限定されず、充填材の材料もまた特に限定されない。また、枡部に収容される充填材の数や密度等は、地熱交換部の大きさおよび／または形状と、枡部の大きさおよび／または形状に応じて適宜設定すれば良い。なお、地熱交換部は、内部にクーラントが流通可能であれば良く、例えば断面円形や断面矩形の管状をなしても良いし、断面矩形の中空板状をなしても良いが、熱交換効率を考慮すると、表面積の大きな形状をなすのが好ましい。例えば、地熱交換部は、管をコイル状等の立体的な形状に巻回するか、または、管を波状等の平面的な形状に巻回してなるのが好ましい。
【００１９】
充填材は、無孔質であっても良いし多孔質であっても良い。つまり、充填材は、単に流体流路部を区画形成するだけであっても良いし、流体流路部を区画形成するとともにそれ自体が保水可能であっても良い。また、例えば、無孔質の充填材と多孔質の充填材とを積層して多層構造にする等して、主として保水に寄与する領域と、主として排水に寄与する領域とを、枡部の内部に形成しても良い。
【００２０】
ヒートポンプ装置は、圧縮器、膨張弁、第１の熱交換流路、第２の熱交換流路とで構成されているクーラント流路部と、当該クーラント流路部を流通するクーラントを備えれば良い。クーラント流路部における第１の熱交換流路はヒートポンプ装置における室内機の一部を構成し、第２の熱交換流路はヒートポンプ装置における室外機の一部を構成する。クーラント流路部は上記外の要素（例えばポンプやバルブ等）を備えても良い。またクーラントの種類は特に問わず、空調システムの構成に応じて適宜選択すれば良い。また、ヒートポンプ装置は少なくとも冷熱源器（冷房熱源器とも言う）として機能すれば良く、一般的なクーラー機能を持つエアコンディショナー装置等を選択することができる。勿論、ヒートポンプ装置は冷熱源器および温熱源器（暖房熱源器とも言う）の両方の機能を備えても良い。
【００２１】
例えば、本発明の空調システムにおけるヒートポンプ装置が冷熱源器として機能する場合、ヒートポンプ装置においては以下の冷熱サイクルがおこなわれる。冷熱サイクルにおいて、クーラントは、クーラント流路部内を膨張弁→第２の熱交換流路→圧縮器→第１の熱交換流路→膨張弁…の順に循環する。クーラントは膨張弁で膨張し、降温した状態で第２の熱交換流路に供給される。クーラントは、第２の熱交換流路内で気化し、冷熱（気化熱）により室内の空気と熱交換して室内を冷却（つまり冷房）する。その後クーラントは低圧蒸気の状態で圧縮器（所謂コンプレッサ）に到達し、圧縮器により圧縮されて高圧蒸気の状態で第１の熱交換流路に供給される。そしてクーラントは、第１の熱交換流路内（より具体的には地熱交換部内）において熱交換井内の水（場合によっては水および充填材）と熱交換することで、冷却され液化する。液化したクーラントは高圧液体の状態で再度膨張弁に供給され、上記した膨張→圧縮…の工程が繰り返し行なわれる。
【００２２】
なお、冷熱サイクルにおいては、クーラントが第２の熱交換流路において熱交換する際には、室内に存在する水蒸気もまたクーラントにより冷却されて凝縮する。したがって、第２の熱交換流路の表面には凝縮水が付着する。この凝縮水は後述する凝縮水回収部によって回収され、熱交換井に供給される。
【００２３】
一方、本発明の空調システムにおけるヒートポンプ装置が温熱源器として機能する場合、ヒートポンプ装置においては以下の温熱サイクルがおこなわれる。温熱サイクルにおいて、クーラントは、クーラント流路部内を膨張弁→第１の熱交換流路→圧縮器→第２の熱交換流路→膨張弁…の順に循環する。クーラントは膨張弁で膨張して降温し、低圧液体の状態で第１の熱交換流路に供給される。クーラントは、第１の熱交換流路の地熱交換部内で熱交換井内の水または充填材と熱交換して気化し昇温する。そしてクーラントは低圧蒸気の状態で圧縮器に供給され、圧縮器を経て高圧蒸気となり、第２の熱交換流路に供給される。そして第２の熱交換流路内で室内の空気と熱交換することで降温して液化するとともに室内を加温（つまり暖房）する。その後クーラントは再度膨張弁に供給され、上記した膨張→圧縮…の工程が繰り返し行なわれる。
【００２４】
本発明の複合空調システムは、上述した本発明の空調システムと、駆動源と、温熱源器とを備える。本発明の複合空調システムにおける駆動源は、上述したように、暖房熱源器への熱供給源、および、ヒートポンプ装置の駆動エネルギ供給源として機能する。駆動エネルギは、ヒートポンプ装置を駆動可能であれば如何なる種類のものであっても良く、例えば電力を挙げることができる。電力を生成する駆動源としては、例えば、ガスエンジンや燃料電池等を挙げることができる。なお、これらの駆動源はコージェネレーションシステム用の駆動源として用いられる場合が多く、本発明の複合空調システムもまた所謂コージェネレーションシステムとして適用可能である。
【００２５】
温熱源器は、駆動源で生成した排熱を熱源とする温熱源器である。例えば駆動源が排熱を温水の状態で温熱源器に供給する場合には、温熱源器を床暖房装置として具現化することが可能である。温熱源器はこれに限らずパネルヒータ等であっても良い。
【００２６】
（実施形態）
以下、具体例を挙げて本発明の空調システムを説明する。
【００２７】
（実施形態１）
実施形態１の空調システムは、本発明の空調システムの一例であり、建造物に配設される。なお、実施形態１における建造物は建屋であるが、本発明の空調システムおよび後述する複合空調システムは、橋や塔等、建屋以外の建造物に配設することも可能である。実施形態１の空調システムを模式的に表す説明図を図１および図２に示す。詳しくは、図１は冷房運転時における空調システムを表し、図２は暖房運転時における空調システムを表す。
【００２８】
実施形態１の空調システムは、熱交換井１と、ヒートポンプ装置２と、凝縮水回収部５と、雨水回収部６とを備える。
【００２９】
熱交換井１は、建造物９０の外部（室外９０ａ）に配設され、枡部１０と充填材１１と流体流路部１２とを持つ。枡部１０は、地中９５に陥没形成されている穴部１５と、穴部１５と土地９１との境界に配置されている枠体１６と、を持つ。枠体１６は軸方向を上下に向けた無底の略円筒状をなし、穴部１５の外縁を構成している。枠体１６はコンクリート製である。枠体１６の内径（つまり穴部１５の直径）は約４５ｃｍであり、枠体１６の軸方向長さ（つまり穴部１５の深さ）は約１５０ｃｍであった。なお、実施形態１においては枠体１６の全体が地中９５に埋没しているが、枠体１６の上端部を地上９６に露出させても良い。この場合には、例えば雨天時等にも枠体１６によって枡部１０の内外を信頼性高く区画できる。したがって、枠体１６の内部（つまり穴部１５）に収容した充填材１１は、枠体１６の外部に流出し難くなる。
【００３０】
穴部１５に収容されている充填材１１は、山砂からなる。山砂は、山砂利または真砂土とも呼ばれ、砂を多く含み、場合によっては微量の鉱物や粘土等を含む。なお、実施形態１では充填材１１として山砂を用いているが、本発明における充填材１１がこれに限定されないのは上記したとおりである。
【００３１】
ヒートポンプ装置２は、クーラント２０と、当該クーラント２０が流通するクーラント流路部２１とを含む。クーラント流路部２１は、第１の熱交換流路３、第２の熱交換流路４、圧縮器２２、膨張弁２３、四方弁２４、および輸液ポンプ２５を含む。このうち、第１の熱交換流路３、圧縮器２２、膨張弁２３、四方弁２４、および、第２の熱交換流路４の一部（外流路７０と呼ぶ）は室外機７１の一部を構成している。また、第２の熱交換流路４の残りの部分（内流路７５と呼ぶ）は室内機７６の一部を構成している。
【００３２】
第１の熱交換流路３は、圧縮器２２と膨張弁２３とを接続している。具体的には、第１の熱交換流路３は第１流路３１、第２流路３２および第３流路３３で構成されている。図１に示す冷房運転時において、第１流路３１は膨張弁２３と四方弁２４とを連絡する。具体的には、四方弁２４は２つの連通路（第１連通路２４ａおよび第２連通路２４ｂ）を持ち、第１流路３１は第１連通路２４ａの一端部と膨張弁２３とを連絡する。地熱交換部３１ａは、第１流路３１の略中央部からなる。地熱交換部３１ａはコイル状に巻回され、枡部１０の内部に配置されるとともに充填材１１に埋設されている。第２流路３２は四方弁２４における第１連通路２４ａの他端部と圧縮器２２とを連絡する。第３流路３３は四方弁２４における第２連通路２４ｂの一端部と圧縮器２２とを連絡する。また、図２に示す暖房運転時において、第１流路３１は四方弁２４における第２連通路２４ｂの一端部と膨張弁２３とを連絡し、第２流路３２は四方弁２４における第１連通路２４ａの一端部と圧縮器２２とを連絡し、第３流路３３は四方弁２４における第２連通路２４ｂの他端部と圧縮器２２とを連絡する。
【００３３】
外流路７０は、第１外流路７０ａ、第２外流路７０ｂ、および、液−液熱交換部７０ｃを含む。第１外流路７０ａは、膨張弁２３と圧縮器２２とを連絡する流路である。より具体的には、第１外流路７０ａは、図１に示す冷房運転時において、四方弁２４における第２連通路２４ｂの他端部と膨張弁２３を連絡し、図２に示す暖房運転時において、四方弁２４における第１連通路２４ａの他端部と膨張弁２３とを連絡する。
【００３４】
第２外流路７０ｂは、液−液熱交換部７０ｃ内において第１外流路７０ａと熱交換する流路であり、第１外流路７０ａに熱的に連絡されている。第２外流路７０ｂには輸液ポンプ２５が接続されている。第２外流路７０ｂの一端は戻ヘッダ７８に接続され、他端は往ヘッダ７９に接続されている。
【００３５】
室内機７６は、戻ヘッダ７８、往ヘッダ７９、第１内流路７５ａ、第２内流路７５ｂ、および、第３内流路７５ｃで構成されている。戻ヘッダ７８は３つの戻ポート（第１戻ポート７８ａ、第２戻ポート７８ｂ、第３戻ポート７８ｃ）を持つ３分岐状をなし、往ヘッダ７９もまた３つの往ポート（第１往ポート７９ａ、第２往ポート７９ｂ、第３往ポート７９ｃ）を持つ３分岐状をなす。第１内流路７５ａは第１戻ポート７８ａおよび第１往ポート７９ａを連絡し、第２内流路７５ｂは第２戻ポート７８ｂおよび第２往ポート７９ｂを連絡し、第３内流路７５ｃは第３戻ポート７８ｃおよび第３往ポート７９ｃを連絡する。第１内流路７５ａ、第２内流路７５ｂ、および、第３内流路７５ｃの略中央部は、各々波状に巻回され、室内機７６における空調パネル端末７６ａ〜７６ｃ（所謂蒸発器）を構成している。クーラント流路部２１のなかで、第１外流路７０ａにはクーラント２０ａが流通する。それ以外のクーラント流路部２１（第２外流路７０ｂ、第１内流路７５ａ、第２内流路７５ｂおよび第３内流路７５ｃ）にはクーラント２０ｂが流通している。クーラント２０ａとしては、ＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ  Ｆｌｕｏｒｏ  Ｃａｒｂｏｎ）の一種であるＲ４１０Ａを用いた。クーラント２０ｂとしては水を用いた。なお、クーラント２０ａおよびクーラント２０ｂはこれに限定されない。例えば、クーラント２０ａおよび２０ｂとして同種のものを用いても良い。
【００３６】
各空調パネル端末７６ａ〜７６ｃの下方には、それぞれ、凝縮水受け部５０ａ〜５０ｃが配置されている。各凝縮水受け部５０ａ〜５０ｃは、上方に開口するトレイ状をなす。室内９０ｂの湿度が比較的高い場合には、第１内流路７５ａ〜第３内流路７５ｃにより冷却された室内９０ｂの水蒸気が空調パネル端末７６ａ〜７６ｃの表面に結露する。つまり、凝縮水９８が発生する。この凝縮水９８は自重により凝縮水受け部５０ａ〜５０ｃに移動する。各凝縮水受け部５０ａ〜５０ｃには貫通孔が形成され、この貫通孔には、各々、凝縮水回収流路５１ａ〜５１ｃの一端が接続されている。凝縮水回収流路５１ａ〜５１ｃは、他端側（つまり、凝縮水受け部５０ａ〜５０ｃから離れる側の端部）に向けて下向する。凝縮水９８を自重で流動させるためである。各々の凝縮水回収流路５１ａ〜５１ｃは、任意の位置で合流し、凝縮水回収流路５１ａ〜５１ｃの他端は熱交換井１の上部に配置され、供給端部５２を構成している。供給端部５２の末端側は複数に分岐しており、分岐した各々の供給端部５２は熱交換井１の上面に沿って熱交換井１の径方向に延びている。分岐した各々の供給端部５２はスリット状をなす開口５３を複数持つ。この開口５３は、凝縮水回収流路５１ａ〜５１ｃへの充填材１１の進入を抑制するために、凝縮水回収流路５１ａ〜５１ｃの内径よりも小径になっている。分岐した各々の供給端部５２における各開口５３は、供給端部５２の延びる方向に沿って配列している。つまり、各開口５３は、熱交換井１の径方向に沿って互いに離間している。凝縮水受け部５０ａ〜５０ｃおよび凝縮水回収流路５１ａ〜５１ｃにより、凝縮水回収部５が構成されている。なお、実施形態１における開口５３は貫通孔状であるが、開口５３にフィルタを取り付けても良い。また、実施形態１における供給端部５２は分岐しているが、供給端部５２の形状はこれに限定されない。例えば、供給端部５２は分岐していなくても良い。或いは、供給端部５２を熱交換井１の上面に対応する中空の板状に形成し、この供給端部５２の下面に複数の開口５３を設けても良い。
【００３７】
建造物９０における屋根９２の下方には、雨樋部６０が配置されている。雨樋部６０は建造物９０に配設されている雨樋９３に接続され、屋根９２で集められ雨樋９３に流通する雨水９７を回収する。雨樋部６０には貫通孔状をなす開口６０ａが形成されており、この開口６０ａには雨水回収流路６１が接続されている。雨水回収流路６１は、雨樋部６０と凝縮水回収部５（より具体的には凝縮水回収流路５１）とを連絡し、雨樋部６０で回収した雨水９７を凝縮水回収部５に供給する。
【００３８】
以下、実施形態１の空調システムの動作を説明する。
【００３９】
〔冷房運転時〕
図１に示す冷房運転時（冷熱サイクル時）には、ヒートポンプ装置２における四方弁２４の第１連通路２４ａは第１流路３１と第２流路３２とを連絡し、第２連通路２４ｂは第３流路３３と第１外流路７０ａとを連絡する。したがって、このときクーラント２０ａは、クーラント流路部２１内を膨張弁２３→第１外流路７０ａ→四方弁２４（第２連通路２４ｂ）→第３流路３３→圧縮器２２→第２流路３２→四方弁２４（第１連通路２４ａ）→第１流路３１→膨張弁２３…の順に循環する。クーラント２０ａは膨張弁２３で膨張し、降温した状態で第２の熱交換流路４の一部である第１外流路７０ａに流入する。第１外流路７０ａ内のクーラント２０ａは、液−液熱交換部７０ｃ内において、第２外流路７０ｂに流通するクーラント２０ｂと熱交換する。第２外流路７０ｂ内のクーラント２０ｂの温度は、第１外流路７０ａ内のクーラント２０ａの温度よりも高い。このため、第１外流路７０ａを流通するクーラント２０ａは、熱交換により温められ、低圧蒸気の状態で第３流路３３を経て圧縮器２２に到達する。そして、圧縮器２２により圧縮されて高圧蒸気の状態で第１の熱交換流路３に供給される。そして、第１の熱交換流路３の地熱交換部３１ａ内において、熱交換井１内で水と熱交換する。水は、熱交換井１内において地熱と熱交換し冷却されているため、水と熱交換したクーラント２０ａは冷却され液化する。そして、液化したクーラント２０ａは高圧液体の状態で再度膨張弁２３に供給され、上記した膨張→圧縮…の工程が繰り返し行なわれる。
【００４０】
なお、熱交換井１内には凝縮水９８および雨水９７が供給されている。これらの水は充填材１１同士の間に形成されている流体流路部１２を流通し、地熱交換部３１ａの表面に接触する。したがって、熱交換井１内における熱交換は非常に効率良く行なわれる。つまり、実施形態１の空調システムにおいては、熱交換井１を地中９５深くに配置する必要は無い。また、凝縮水９８だけでなく雨水９７を熱交換井１に供給することで、熱交換井１内の水量を十分に確保でき、地熱交換部３１ａ内を流通するクーラント２０ａをより効率良く熱交換し得る利点もある。さらに、熱交換井１内において、水は流体流路部１２を流通し、地熱交換部３１ａ内のクーラント２０ａと熱交換して、地中９５に排出される。このため、熱交換井１内における水の温度は変動し難く、地熱交換部３１ａ内のクーラント２０ａと水との熱交換をさらに効率良くおこない得る。
【００４１】
一方、上述したように、第１外流路７０ａ内のクーラント２０ａは、液−液熱交換部７０ｃ内において、第２外流路７０ｂに流通するクーラント２０ｂと熱交換する。より具体的には、クーラント２０ｂは冷却された状態で空調パネル端末内を流通する。そして、冷水が流通する空調パネル端末による自然対流伝熱と、輻射伝熱と、によって室内を冷房する。したがって、第２外流路７０ｂを流通するクーラント２０ｂは、冷房運転時において、液−液熱交換器において冷却される。第２外流路７０ｂを流通するクーラント２０ｂは、輸液ポンプ２５により輸送され、戻ヘッダ７８を通じて各空調パネル端末に流入する。具体的には、各空調パネル端末はオン／オフ可能であり、オン状態になっているとき、つまり、冷房運転時には、各空調パネル端末内の内流路７５にクーラント２０ｂが供給されるようになっている。より具体的には、空調パネル端末７６ａがオン状態であれば、往ヘッダ７９の第１往ポート７９ａおよび戻ヘッダ７８の第１戻ポート７８ａが開き、第１内流路７５ａに低温のクーラント２０ｂが供給される。クーラント２０ｂは第１内流路７５ａを流通し、空調パネル端末７６ａ内において室内の空気と熱交換し、第１戻ポート７８ａを経て戻ヘッダ７８に流入し、さらに、第２外流路７０ｂに流入する。空調パネル端末７６ｂがオン状態の場合には、往ヘッダ７９の第２往ポート７９ｂおよび戻ヘッダ７８の第２戻ポート７８ｂが開き、低温のクーラント２０ｂは第２外流路７０ｂ→→往ポート（第２往ポート７９ｂ）→第２内流路７５ｂ（空調パネル端末７６ｂ）→戻ヘッダ７８（第２戻ポート７８ｂ）→第２外流路７０ｂ…の順に流通する。空調パネル端末７６ｃがオン状態の場合にも同様に、往ヘッダ７９の第３往ポート７９ｃおよび戻ヘッダ７８の第３戻ポート７８ｃが開き、低温のクーラント２０ｂは第３外流路７０→→往ポート（第３往ポート７９ｃ）→第３内流路７５ｃ（空調パネル端末７６ｃ）→戻ヘッダ７８（第３戻ポート７８ｃ）→第２外流路７０ｂ…の順に流通する。各空調パネル端末は個別にオン／オフ可能であり、全てを同時にオン状態にすることも勿論可能である。
【００４２】
〔暖房運転時〕
図２に示す暖房運転時（温熱サイクル）には、四方弁２４が９０度回転する。したがって、四方弁２４の第１連通路２４ａは第２流路３２と第１外流路７０ａとを連絡し、第２連通路２４ｂは第１流路３１と第３流路３３とを連絡する。したがって、このときクーラント２０ａは、クーラント流路部２１内を膨張弁２３→第１流路３１→四方弁２４（第２連通路２４ｂ）→第３流路３３→圧縮器２２→第２流路３２→四方弁２４（第１連通路２４ａ）→第１外流路７０ａ→膨張弁２３…の順に循環する。クーラント２０ａは膨張弁２３で膨張し、降温した状態で第１の熱交換流路３の一部である第１流路３１に流入する。第１流路３１における地熱交換部３１ａ内のクーラント２０ａは、熱交換井１内において地熱（より具体的には地熱と熱交換した水）と熱交換する。このとき、地中９５の温度はクーラント２０ａの温度よりも高いため、地熱交換部３１ａ内のクーラント２０ａは熱交換井１内で温められる。その後、クーラント２０ａは圧縮器２２を経て高温になり、第１外流路７０ａに流入する。そして、液−液熱交換器内において、第２外流路７０ｂに流通するクーラント２０ｂと熱交換する。つまり、第２外流路７０ｂ内のクーラント２０ｂは、第１外流路７０ａ内のクーラント２０ａにより加熱される。加熱された第２外流路７０ｂ内のクーラント２０ｂは、空調パネル端末７６ａ〜７６ｃに流入し、室内を暖房する。
【００４３】
（実施形態２）
実施形態２の複合空調システムは、本発明の複合空調システムの一例である。実施形態２の複合空調システムはヒートポンプ装置２とガスエンジンとを含むコージェネレーションシステムであり、ヒートポンプ装置２は冷房のみに用いられ、ガスエンジンの排熱により暖房がなされる。実施形態２の複合空調システムを模式的に表す説明図を図３に示す。
【００４４】
実施形態２の複合空調システムは、ヒートポンプ装置２、熱交換井１、凝縮水回収部５、雨水回収部６、ガスエンジン４０、給電経路部４１、および、給熱経路部４５を含む。このうちヒートポンプ装置２は、四方弁２４がなく、第１の熱交換流路３が単一の流路で構成されていること、後述する第４の熱交換流路８３が第２外流路７０ｂに合流していること、および、第２外流路７０ｂにバイパス用の三方弁２６が接続され、第２外流路７０ｂと後述する第４の熱交換流路８３との境界部分にバイパス用の三方弁２７が接続されていること以外は、実施形態１と同様である。第４の熱交換流路８３およびバイパス用の三方弁２６、２７については後述する。
【００４５】
凝縮水回収部５および雨水回収部６は実施形態１と同様である。熱交換井１は、充填材１１以外は実施形態１と同じものである。地熱交換部３１ａは、第１の熱交換流路３の一部で構成され、実施形態１における地熱交換部３１ａと略同形状である。実施形態２では、熱交換井１内に収容する充填材１１として、山砂と土との２種類を用いた。そして、山砂の層１１ａと土の層１１ｂとを上下方向に交互に積層した。凝縮水回収流路５１ａ〜５１ｃを経て熱交換井１に供給された水は、山砂の層１１ａ→土の層１１ｂ→山砂の層１１ａ…と各層を通過する。土は山砂よりも粘土の含有量が高く、保水力に優れる。一方、山砂は土よりも粘土の含有量が低く、水はけ性に優れる。したがって、水の通過速度は、山砂の層１１ａにおいては比較的速く、土の層１１ｂにおいては比較的遅い。つまり実施形態２においては、熱交換井１における充填材１１を、山砂の層１１ａと土の層１１ｂとを交互に積層した多層構造にしたことで、熱交換井１内の水はけ性と保水性とをバランス良く両立させ得る。
【００４６】
ガスエンジン４０は、都市ガスまたはプロパンガスを燃料として駆動するエンジンであり、コージェネレーションシステムに一般に用いられるものを選択できる。ガスエンジン４０には給電経路部４１および給熱経路部８０が接続されている。具体的には、給電経路部４１は、電磁誘導発電機４２、ＡＣ−ＤＣ昇圧器４３、ＤＣ−ＡＣ変換器４４、および、連系ボックス４５を含む。電磁誘導発電機４２はガスエンジン４０に接続され、ガスエンジン４０の駆動力により駆動されて発電する。電磁誘導発電機４２にはＡＣ−ＤＣ昇圧器４３が接続され、さらに、ＡＣ−ＤＣ昇圧器４３にはＤＣ−ＡＣ変換器４４が接続されている。したがって、電磁誘導発電機４２で発電した電力は、ＡＣ−ＤＣ昇圧器４３により交流（ＡＣ）から高圧の直流（ＤＣ）に変換され、さらに、ＤＣ−ＡＣ変換器４４によりＡＣ単相三線２００Ｖ／１００Ｖに変換される。ＤＣ−ＡＣ変換器４４は、連系ボックス４５を介して商用電源４６に接続されており、給電経路部４１で生成した電力は各種の電子機器で利用可能である。
【００４７】
給熱経路部８０は、第３の熱交換流路８１、第２の液−液熱交換器８２、および、第４の熱交換流路８３を含む。第３の熱交換流路８１はガスエンジン４０を通り、ガスエンジン４０の排熱を回収可能である。第３の熱交換流路８１には輸液ポンプ８５が接続されている。輸液ポンプ８５は第３の熱交換流路８１内においてクーラント８９ａを流通させる。第４の熱交換流路８３は、第２の液−液熱交換器８２内において第３の熱交換流路８１と熱交換可能である。第４の熱交換流路８３には輸液ポンプ８６が接続され、輸液ポンプ８６は第４の熱交換流路８３内においてクーラント８９ｂを流通させる。したがって、第４の熱交換流路８３内のクーラント８９ｂもまたガスエンジン４０の排熱により温められる。上述したように、第４の熱交換流路８３は第２外流路７０ｂに合流している。したがって、ガスエンジン４０の排熱は第２外流路７０ｂを経て第２の熱交換流路４に供給される。なお、第２外流路７０ｂには２つのバルブ（三方弁２６、シャットバルブ２７）が接続されている。後述する暖房運転時にはシャットバルブ２７が開き、第４の熱交換流路８３と第２外流路７０ｂとを連絡する。このとき三方弁２６は第２外流路７０ｂに流通するクーラント２０ｂが液−液熱交換器７０ｃを通らないようバイパスする。一方、冷房運転時には、シャットバルブ２７が閉じ、第４の熱交換流路８３と第２外流路７０ｂとの連絡を遮断し、ガスエンジン４０の排熱が第２の熱交換流路４に作用しないようにする。なおこのとき、三方弁２６は第２外流路７０ｂに流通するクーラント２０ｂが液−液熱交換器７０ｃを通るようクーラント２０ｂの流路を切り替える。したがって、実施形態２の複合空調システムは、冷房運転時において、実施形態１の空調システムと同様に動作する。
【００４８】
暖房運転時においては、ガスエンジン４０の排熱が第３の熱交換流路８１、第４の熱交換流路８３を経て第２の熱交換流路４に伝達される。したがって第２の熱交換流路４には比較的高温のクーラント２０ｂが流通し、空調パネル端末７６ａ〜７６ｃに供給される。したがって、空調パネル端末７６ａ〜７６ｃにより室内が暖房される。
【００４９】
実施形態２の複合空調システムは、実施形態１の空調システムと同様に、充填材１１を収容し、かつ、水を供給した熱交換井１により地熱交換部３１ａ内のクーラント２０ａの熱交換を行なっている。このため、実施形態２の空調システムは、実施形態１の空調システムと同様に、熱交換効率に優れる利点がある。
【００５０】
また、実施形態２の複合空調システムは、空調システムをコージェネレーションシステムの一部として組み込んだ複合空調システムであるため、暖房用の温熱源としてガスエンジン４０の排熱を有効利用できる。このため、暖房に要する駆動エネルギを低減できる利点もある。
【００５１】
なお、実施形態２の複合空調システムにおけるヒートポンプ装置２は冷熱源器としてのみ機能したが、本発明の複合空調システムにおけるヒートポンプ装置２は、少なくとも冷熱源器として機能すれば良い。つまり、複合空調システムにおけるヒートポンプ装置２は冷熱源器としてだけでなく温熱源器として機能しても良い。但し、本発明の複合空調システムは温熱源器としての駆動源を別途備えるため、ヒートポンプ装置２は冷熱源器としてのみ機能する方がコスト面で有利である。
（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【符号の説明】
【００５２】
１：熱交換井                ２：ヒートポンプ装置            ３：第１の熱交換流路
４：第２の熱交換流路        ５：凝縮水回収部                ６：雨水回収部
１０：枡部                  １１：充填材                    １２：流体流路部
２０ａ、２０ｂ：クーラント  ２１：クーラント流路部          ２２：圧縮器
２３：膨張弁                ３１ａ：地熱交換部              ４０：駆動源
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ：凝縮水受け部
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ：凝縮水回収流路
５２：供給端部              ５３：開口                      ６０：雨樋部
６１：雨水回収流路          ７１：室外機                    ７６：室内機、温熱源器
９０：建造物                ９２：屋根                      ９５：地中
９７：雨水                  ９８：凝縮水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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