(57)【要約】【課題】  自然エネルギーである地中熱を効率的に取り出して、少ないエネルギーで冷暖房ができ、外気中の塵埃を除去することのできる空調装置を提供する。【解決手段】地中に埋設した金属管２１に三次元に連続してつながりがある金属多孔体２３を充填した地中熱交換パイプ７に移送した熱を、冷暖房には直接室内に導いて使用するとともに、冬季にはＯＮ／ＯＦＦ機構を有した加熱手段を働かせて地中熱に加えて加熱手段の熱を用いて、効率よく少ないエネルギーで実現することを目的とする。 【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設した金属管に三次元に連続してつながりがある金属多孔体を充填した地中熱交換パイプと、前記地中熱交換パイプに風を導く気流パイプと、前記風を送る送風手段と、前記熱交換パイプを通過した風を室内へと導く気流通路を備えた地中熱を利用した空調装置。
【請求項２】
前記熱交換パイプから室内へと向かう風の気流通路内に加熱手段と前記加熱手段のＯＮ／ＯＦＦ切り替え機構を備え、夏季は加熱手段の切り替え機構をＯＦＦ状態にして地中パイプからの風を直接建物内へと導き、冬季は加熱手段の切り替え機構をＯＮ状態にして地中パイプからの風を加熱して通す構成とした請求項１に記載の地中熱を利用した空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は三次元に連続してつながりのある金属多孔体を用いた熱交換器を利用して室内の空気調整を行うための空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時における地球温暖化問題や太陽光、風力、地熱などの自然エネルギーの利用などが一般に認識される状況になっており、それに伴い各種多様の自然エネルギー利用システムが提案されてきている。
【０００３】
これらの自然エネルギー利用システムの中で、地中熱を利用した冷暖房システムが注目されている。特に空気直接熱交換方式の地熱利用は、外気と異なり地中の温度は年間を通して大きな変化がないため、地中熱を冷房／暖房用の熱源として捉え、夏場には外気温よりも低い温度になっている地中に熱を放出し、冬場には外気温より暖かい地中から熱を取り出して暖房を行う地中熱利用冷暖房システムが提案されている。
【０００４】
従来、地中熱を利用することで住宅の空調装置の効率を向上させ、電機やガスなどのエネルギー消費量を削減させる空調システムが知られている。
【０００５】
特許文献１には地中埋設チューブに外気を通過させることで、外気の温度を地中の温度に近づけさせ、その地中埋設チューブを経由させた外気を住宅の屋内に供給する地熱利用空調システムが開示されている。
【０００６】
特許文献２には地中埋設チューブを通過させて地中で熱交換を行った外気と、熱交換換気器から送り出された室内の空気とを、ヒートポンプ部を経て吸気・排気させる地熱利用空調システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−９７３７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７０９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１，２には地中に埋設した熱交換用パイプ部材に外気を通し、地中にて空気を地中熱により直接熱交換し、熱交換後の空気を冷暖房に利用する地中熱利用システムが記載されている。
【０００９】
特許文献１に記載の発明では地中に埋設した熱交換パイプに外気を通し、地中熱により直接熱交換した空気を空調に利用するものである。しかし、単に熱交換パイプを通過させただけの空気では十分な熱交換が行われず、熱交換の効率が悪い。さらに、熱交換パイプに外気を通しだけの空気は外気中の埃や塵などが、そのまま室内に持ち込まれることになる。
【００１０】
特許文献２に記載の発明では地中に埋設した熱交換パイプに外気を通し、地中熱により熱交換した空気をヒートポンプにより冷却・加熱した後、さらに熱交換器を通して冷暖房を行うものである。しかし、単に熱交換パイプを通過させただけの空気では十分な熱交換が行われず、さらに、地中熱により熱交換した空気をヒートポンプにより冷却加熱した後、更に熱交換器を通して冷暖房を行うことは装置の構成が複雑となり、取り扱いが煩雑となる。
【００１１】
また、従来の発明では地中熱を取り出す熱交換器は、熱交換の効率を上げるために熱交換パイプを地中で曲折させて熱交換パイプの経路を長くしたものなどがある。
【００１２】
しかし、熱交換パイプの経路を長くすると、熱交換パイプを設置するスペートと容量が過大となる。
【００１３】
さらに、外気をそのまま利用すると、外気に含まれる塵埃が室内に持ち込まれることになる。
【００１４】
そこで、本発明は、構成を複雑にせず取り扱いが容易で、コストを大幅に高めることなく、外気中に含まれる塵埃を効率的に除去して、地中熱を一般冷暖房用に用いることを実現するための地中熱空調装置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】
【００１５】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、地中に埋設した金属管に三次元に連続してつながりがある金属多孔体を充填した地中熱交換パイプと、前記地中熱交換パイプに風を導く気流パイプと、前記風を送る送風手段と、前記熱交換パイプを通過した風を室内へと導く気流通路を備えた地中熱を利用したものである。
【００１６】
このように構成することにより、夏季は地中の低い温度に熱交換された空気が室内へと導かれて冷房の役割をして、地中熱を効率よく利用することができるとともに、外気中に含まれる塵埃を効率的に除去することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記熱交換パイプから室内へと向かう風の気流通路内に加熱手段と前記加熱手段のＯＮ／ＯＦＦ切り替え機構を備え、夏季は加熱手段の切り替え機構をＯＦＦ状態にして地中パイプからの風を直接建物内へと導き、冬季は加熱手段の切り替え機構をＯＮ状態にして地中パイプからの風を加熱して通す構成としたものである。
【００１８】
このように構成することにより、夏季は地中の低い温度に熱交換された空気が室内へと導かれて冷房の役割をし、冬季は地中の暖かい温度に熱交された空気が、気流パイプ内の加熱手段によって熱を加えられて適度な温度となって室内へ導かれるので、地中熱を効率な暖房として利用することができるとともに、外気中に含まれる塵埃を効率的に除去することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の地中熱利用の空調装置では、熱交換部は、熱交換パイプに三次元に連続してつながりがある金属多孔体を充填した地中熱交換パイプを用いており、効率的な熱交換を可能としている。
【００２０】
また、効率的な熱交換を実現することにより、地中に埋設する熱交換パイプの長さを、単に金属管を埋設した熱交換パイプより短くすることができ、熱交換パイプの埋設スペースを少なくすることを可能としている。
【００２１】
さらに、金属管に三次元に連続してつながりがある金属多孔体を充填した地中熱交換パイプを用いることにより、地中熱交換パイプがフィルターの役割を果たし、外気に含まれる埃塵や花粉を効率的に除去することを可能としている。
【００２２】
一方、加熱手段を用いることにより、効率的な暖房の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の地中熱利用の空調装置の構成の模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に加熱手段を加えた空調装置の構成の模式図である。
【図３】地中熱交換パイプの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は本発明の地中熱を利用した空調装置の実施形態を示したものであり、図２は図１の地中熱を利用した空調装置に加熱手段を付加したものであり、図３は図１，２で示した金属管２１に三次元に連続してつながりがある金属多孔体２３を充填した地中熱交換パイプ７の断面図である。
【００２５】
図１を参照して、本発明の空調装置は地中に埋設した金属管２１に三次元に連続してつながりがある金属多孔体２３を充填した地中熱交換パイプ７と、外気吸入口１４を通じて前記地中熱交換パイプ７に風を導く気流パイプ６と、地中熱交換パイプ７により熱交換さ空気を導く気流通路９と、気流通路９に接続され前記風を送る送風手段１０と、前記送風手段１０により送り出された風を室内へと導く気流通路１６を備えている。
【００２６】
これにより、夏季は地中の低い温度に熱交換された空気が室内へと導かれて冷房の役割をし、冬季は地中の暖かい温度に熱交換された空気が、室内へと導かれて暖房の役割を果たす。
【００２７】
ここで気流パイプ６は外気を取り込むためのものであり、金属管２１、塩化ビニール管などの管材によって形成される。気流パイプ６の一方の端部は地中に埋設された地中熱交換パイプ７に接続され、他方の端部は吸入口１４となる。
【００２８】
図１を参照して、住宅１の左側の地盤から立ち上がった気流パイプ６は雨水の侵入を防ぐため、下方に曲折され、その端部に外気の吸入口１４が設けられている。
吸入口１４には、外気中の塵埃を除去するためにフィルターを設置することができる。後述の熱交換パイプ７による塵埃の除去の負荷を軽減するためである。
【００２９】
図１，３を参照して、気流パイプ６の一方の端部に接続された地中熱交換パイプ７は金属管２１に三次元に連続してつながりがある金属多孔体２３を充填した構造となっている。
【００３０】
金属多孔体２３は金属管２１に密着しており、金属管２１を通じて金属多孔体２３に地中熱が十分伝えられる構造となっている。
【００３１】
吸入口１４から取り入れられた外気は熱交換パイプ７を通過し、金属多孔体２３と接触することにより地中熱と熱交換することにより温められる。
金属多孔体２３は三次元的に連続してつながりがあって熱交換が効率的に行われ、外気中の塵埃を除去するものであれば材質などは問わない。
【００３２】
図１を参照して、熱交換パイプ７を通過して熱交換された空気は、一方の端部が熱交換パイプ７に接続され、他方の端部が送風手段１０に接続された気流パイプ９を通って送風手段１０に導かれる。
【００３３】
送風手段１０を稼働させると、気流パイプ６及び熱交換パイプ７が負圧になって吸入口１４周辺の外気が吸入口１４に吸い込まれて気流パイプ６を通って熱交換パイプ７に移送される。
【００３４】
そして、吸い込まれた外気の温度が地中の温度より高ければ、この移送中に外気の熱が地中から外気に移動して外気（空気）の温度が低下し、住宅１周辺の外気より低い温度の空気が排出口１５から吐き出される。
【００３５】
他方、吸い込まれた外気の温度が地中の温度より低ければ、熱交換パイプ７を通過中に地中の熱が外気（空気）に移動して外気（空気）の温度が上昇し、住宅１の外気より高い温度の空気が排出口１５から吐き出される。
【００３６】
また、送風手段１０の排出側に接続された気流通路１６の他方の端部を加熱手段１４に接続し、加熱手段１４を通過して加熱された空気を室内１１へと導くことにより、効率的な暖房を可能とすることができる。
【００３７】
図２を参照して、本発明の空調装置は地中に埋設した金属管２１に三次元に連続してつながりがある金属多孔体２３を充填した地中熱交換パイプ７と、外気吸入口１４を通じて前記地中熱交換パイプ７に風を導く気流パイプ６と、地中熱交換パイプ７により熱交換された気流通路９と、気流通路９に接続され前記風を送る送風手段１０と、前記送風手段１０により送り出された風を加熱する加熱手段１４と、加熱手段１４により加熱した風を室内へと導く気流通路１６とにより構成されている。
【００３８】
送風手段１０から送り出された外気（空気）は気流通路１６を通って加熱手段１４に導入される。加熱手段１４はＯＮ／ＯＦＦの機構１８を有する。
送風手段１０を稼働させると、気流パイプ６及び熱交換パイプ７が負圧になって吸入口１４周辺の外気が吸入口１４に吸い込まれて気流パイプ６に移送される。
【００３９】
そして、吸い込まれた外気の温度が地中の温度より高ければ、この移送中に外気の熱が地中から外気に移動して外気（空気）の温度が低下し、住宅１の外気より低い温度の空気が排出口１５から吐き出される。この場合、加熱手段１４は稼働させず、ＯＦＦの状態とする。
【００４０】
他方、吸い込まれた外気の温度が地中の温度より低ければ、熱交換パイプ７を通過中に地中の熱が外気に移動して外気（空気）の温度が上昇し、住宅１の外気より高い温度となるが、住宅１の室内１１の温度は地中温度より高くならない。この場合、加熱手段１４をＯＮの状態として稼働させ、送風手段１０から送り込まれた外気（空気）が加熱手段１４により加熱され、排出口１５から吐き出される。
【００４１】
なお、加熱手段は電気ヒーター、ヒートポンプなどのいずれの加熱手段を用いてもよい。また、ＯＮ／ＯＦＦの機構１８は室内１１に設けた温度調節器により作動させることできる。
【００４２】
次に、本実施の形態の地中熱利用の空調装置の作用について説明する。
【００４３】
このように構成された本実施の形態の地中熱利用の空調装置は、吸入口１４から取り込まれた外気（空気）が気流パイプ６を移送され熱交換パイプ７に導かれて地中熱と熱交換がされ、送風手段１０により気流通路１６を通って排出口１５から室内１１に放出される。
【００４４】
この熱交換パイプ７を移送されて排出される空気は、冷房が行われる夏季は外気よりも温度が低く、暖房が行われる冬季は外気より温度が高くなる。
【００４５】
このため、冷房時はそのままの外気を使って地中熱交換パイプ７で熱交換を行わせることにより効率的に室内１１の温度を低下させ、反対に暖房時には室内１１の温度を効率的に上げることができる。
【００４６】
また、暖房時に室内１１の温度を地中温度より高い温度を必要とする場合は、地中熱と熱交換パイプ７により熱交換された空気を、加熱手段１４により所定の温度まで加熱後、排出口１５から室内１１に放出することができる。
【００４７】
これにより、加熱手段１４の負荷を軽減し、室内１１の温度を効率的に上げることができる。
【００４８】
吸入口１４から取り込まれた外気（空気）は熱交換パイプ７中の三次元に連続してつながりがある金属多孔体２３を通過するとき、外気中に含まれる塵埃、花粉などが除去され、清浄な空気が室内へと導かれる。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明を実施例により説明する。本発明で用いる地中熱交換パイプ７を以下の要領で作成した。
１．地中熱交換パイプの作成
（１）金属管２１としてＳＵＳ３０４ＴＰ５０Ａ、管長さ３ｍを準備した。
（２）金属管２１に株式会社安達工業製ＰＳＭの金属多孔体を管内面に密接するように充填した。
（３）金属管２１の一方の端部を外気吸入口から連続して繋がる気流パイプ６に接続し、他方の端部を送風手段１０に繋がる気流通路９に接続した。
２．比較例
比較例として、金属管２１としてＳＵＳ３０４ＴＰ５０Ａ、管長さ３ｍを準備した。比較例の金属管２１には、金属多孔体を充填しなかった。
【００５０】
２．試験方法
（１）熱交換の測定
実施例、比較例に外気温度３℃、３０℃の外気を通過風量５ｍ３、１０ｍ３で導入した。そして、熱交換後、室内に排出される空気の温度を測定した。
（２）粉塵の除去率の測定
粉塵捕集率をＪＩＳＺ８９０１に規定する１５種を用いて測定した。地中温度は１５℃であった。
【００５１】
【表１】
2014095529.tif 000003
【００５２】
３．試験結果
表１を参照して、実施例では外気温が３℃の場合、通過風量が５ｍ３、１０ｍ３のいずれの場合も室内に排出される空気の温度は１３〜１４℃と極めて効率よく熱交換がされていた。また、粉塵捕集率も８８％と効率よく除去された。
外気温度が３０℃の場合、通過風量が５ｍ３、１０ｍ３のいずれの場合も室内に排出される空気の温度は１７〜１８℃と極めて効率よく熱交換がされていた。また、粉塵捕集率も８８％と効率よく除去された。
【００５３】
試験例では、外気温が３℃、３０℃のいずれも熱交換が十分でなく、外気温との温度差が３℃前後と熱交換の効率が十分でなかった。
さらに、粉塵捕集率が０％であり、粉塵は全く除去されなかった。
【符号の説明】
【００５４】
１                  住宅（建物）
５                  地中（地盤）
６                  気流パイプ
７                  熱交換パイプ
９                  気流通路
１０                送風手段
１１                室内
１３                加熱手段
１４                外気吸入口
１５                排出口
１６                気流通路
２１                金属管
２３                金属多孔体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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