(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設された採熱杭と、建物内を空調するためのヒートポンプの熱交換器を有したヒートポンプユニットと、前記熱交換器と前記採熱杭とを経由するように設けられた熱搬送流体の循環流路と、該循環流路に満たされた熱搬送流体と、該熱搬送流体を循環させるためのポンプと、を備え、前記循環により地盤と前記建物の室内空気との熱交換をする地熱利用型のヒートポンプシステムにおいて、
前記ポンプが内蔵された前記ヒートポンプユニットは前記建物の床下空間に設置されているとともに、
前記採熱杭が前記建物の構造杭としての機能を兼ね備えており、
前記採熱杭内には、前記循環流路の往路及び復路が配設されており、
前記循環流路の往路及び復路は共に、前記床下空間の床版中を通って前記ヒートポンプユニットと接続されており、
前記ヒートポンプユニットに接続された床下熱交換器も、前記床下空間に設置されており、
前記床下熱交換器は、前記床下空間内の空気を加熱又は冷却する床下空調が可能であることを特徴とする地熱利用型のヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記循環流路の往路と復路との間には、断熱材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の地熱利用型のヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記採熱杭が埋設されている位置の地表面部分が断熱材で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地熱利用型のヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記循環流路が地中の水道管まわりに設置されることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の地熱利用型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、地熱と室内空気の熱とを熱交換する地熱利用型のヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物に設置され、地熱を利用するヒートポンプシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３５４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、日本人口は減少しつつあるが、人口が都市に密集する傾向にあるため都市近郊の住宅事情は悪化し、建物周囲のスペースが十分に得られず、極力スペースを確保することが望まれている。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み、建物周囲のスペースをより確保することができるヒートポンプ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】
【０００６】
本発明に係る地熱利用型のヒートポンプシステムは、地中に埋設された採熱杭と、建物内を空調するためのヒートポンプの熱交換器を有したヒートポンプユニットと、前記熱交換器と前記採熱杭とを経由するように設けられた熱搬送流体の循環流路と、該循環流路に満たされた熱搬送流体と、該熱搬送流体を循環させるためのポンプと、を備え、前記循環により地盤と前記建物の室内空気との熱交換をする地熱利用型のヒートポンプシステムにおいて、前記ヒートポンプユニットは前記建物の床下空間に設置されていることを特徴とする。
【０００７】
また、前記採熱杭は前記建物の構造杭でもあってもよく、前記採熱杭が埋設されている位置の地表面が断熱材で覆われていてもよい。
【０００８】
ここで、「断熱材」とは、一般的な断熱材のみならず、断熱性を高める部材が含まれる。例えば、構造杭と採熱杭が兼用される場合に建物の基礎コンクリートも断熱材に含まれる。
【０００９】
さらに、前記ヒートポンプシステムが寒冷地域に設けられる場合には、前記循環流路が地中の水道管まわりに設置されていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ヒートポンプユニットが前記建物の床下空間に設置されているので、建物周囲のスペースをより確保することができる。また、前記採熱杭が前記建物の構造杭であれば、採熱杭の埋設が不要となる上に地中の埋設物が減る。
【００１１】
また、前記採熱杭が埋設されている位置の地表面が断熱材で覆われていれば、断熱材により外気と地中との断熱性が高まるため、採熱杭は外気温の影響を受けにくくなる。このため、エネルギーロスが少なく地熱利用効率が高まる。
【００１２】
さらに、前記ヒートポンプシステムが寒冷地域に設けられるものであって、前記循環流路が地中の水道管まわりに設置されていれば、水道管の凍結防止につながる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態のヒートポンプシステムを有する建物の構成を説明する図である。
【図２】第２実施形態のヒートポンプシステムを有する建物の構成を説明する図である。
【図３】第３実施形態のヒートポンプシステムを有する建物の構成を説明する図である。
【図４】地熱利用型のヒートポンプシステムを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。
【００１５】
本発明は、従来では庭などの建物の周囲に配置していたヒートポンプユニット（エアコンの室外機等）を建物の床下空間に配置することで、建物の外周スペースを有効活用することができる。また、ヒートポンプの熱交換の一部を、冷媒との温度差が外気よりある大地との間で行うことで、冷暖房の費用を軽減することができ、外気との熱交換用ファンも不要となる。
【００１６】
[第１実施形態]
第１実施形態の地熱利用型のヒートポンプシステム１０は、図１および図４に示すように、建物１Ａの床下空間Ｒ０に設置されたヒートポンプユニットＨＰと、建物１Ａの構造杭として地中に埋設された採熱杭２と、ヒートポンプユニットＨＰと採熱杭２とを循環するように配管された循環流路としての不凍液管３と、不凍液管３に満たされた熱搬送流体としての不凍液と、不凍液を循環させるポンプＰ１と、ヒートポンプユニットＨＰからの冷媒と室内Ｒ１の空気とを熱交換する床下熱交換器ＨＴ等とを有している。
【００１７】
図１に示すように、採熱杭２、ヒートポンプユニットＨＰおよび床下熱交換器ＨＴは、互いに近接配置されている。
＜床下熱交換器＞
床下熱交換器ＨＴは、一般のエアコンでは室内機に相当し、ヒートポンプユニットＨＰと同様に建物１Ａの床下空間Ｒ０に設けられている。床下熱交換器ＨＴは、図４に示すように、筐体と、筐体中に回転可能に設けられたファン９と、第１熱交換器８Ｅ等とを有している。筐体にはヒートポンプユニットＨＰからの冷媒管４が入出し、筐体内の冷媒管４部分には第１熱交換器８Ｅが設けられている。
【００１８】
この筐体には室内Ｒ１からのエアーの取込口と排出口が設けられており、それぞれに接続された吸気ダクト５および給気ダクト６を介して室内Ｒ１と筐体内がエアー環流するように連通している。
【００１９】
ファン９の回転により室内Ｒ１の空気が吸気ダクト５を介して筐体内へ取り込まれて、第１熱交換器８Ｅで熱交換された後、給気ダクト６を通じて室内Ｒ０に吹き出るようになっている。
＜ヒートポンプユニット＞
ヒートポンプユニットＨＰは、一般のエアコンでは室外機に相当し、建物１Ａの床下空間Ｒ０に設けられている。ヒートポンプユニットＨＰは、エアコンでの熱交換サイクル（ヒートポンプ）の他の要素である、膨張弁８Ｃ、コンプレッサ８Ｂ、熱交換器としての第２熱交換器８Ｄ、切替スイッチ８Ａを有し、これらは冷媒管４で接続されている（図４参照）。
【００２０】
ヒートポンプユニットＨＰには採熱杭２からの不凍液管３が入出し、不凍液管３はヒートポンプユニットＨＰ内で第２熱交換器８Ｄを経由するように配管され、不凍液が冷媒管４内の冷媒と熱交換可能となっている。
【００２１】
その一方で、ヒートポンプユニットＨＰから引き出された不凍液管３は、建物１Ａの床下空間Ｒ０の床版内を通過し、建物１Ａの構造杭（採熱杭２）内を巡るように配管されている。また、不凍液管３には不凍液を圧送するポンプＰ１（図４参照）が接続されている。
＜熱の流れ＞
図４に示すように、ヒートポンプユニットＨＰの切替スイッチ８Ａにより熱交換サイクルの冷媒の循環方向（切り替えスイッチ〜コンプレッサ８Ｂ間以外）が逆となり、暖房と冷房の切り替えが行われる。そのため、第２熱交換器８Ｄでの冷媒と不凍液との熱交換（放熱・吸熱）も切り替えられる。
【００２２】
図１の矢印に示すように、ヒートポンプユニットＨＰと不凍液のポンプＰ１を稼動させて冷媒と不凍液の熱交換サイクルをさせると、夏季の冷房と冬季の暖房の場合のそれぞれで、以下のように熱交換される。
【００２３】
夏季の冷房の場合、室内Ｒ１の空気の熱が第１熱交換器８Ｅで冷媒管４の冷媒に吸熱され、この冷媒がコンプレッサ８Ｂで圧縮された後、第２熱交換器８Ｄで不凍液へ放熱する。吸熱した不凍液がポンプＰ１の圧送により採熱杭２まで搬送され、採熱杭２内で地盤へ放熱して第２熱交換器８Ｄに戻ってくる。
【００２４】
冬季の暖房の場合、地熱が採熱杭２内で不凍液に吸熱され、吸熱した不凍液がポンプＰ１の圧送により第２熱交換器８Ｄまで搬送されてくる。第２熱交換器８Ｄでは、搬送された不凍液から膨張弁８Ｃを通過した低温・低圧の冷媒へ放熱し、冷媒が加温される。この冷媒はコンプレッサ８Ｂで圧縮され、冷媒圧縮により生じる熱とともに不凍液由来の熱は第１熱交換器８Ｅにて室内Ｒ１の空気へ放熱される。
以下、ヒートポンプシステム１０により奏される効果を説明する。
【００２５】
ヒートポンプユニットＨＰが建物１Ａの床下空間Ｒ０に収納されることで、建物１Ａの周囲にヒートポンプユニットＨＰを置く必要がなく、建物１Ａの周囲を広く有効に使うことができる。また、ヒートポンプユニットＨＰを床下空間Ｒ０に設置するので建物１Ａの外に置くよりエネルギーロスが少ない。また、窓を介した室外機のファン９の音がなくなり騒音も減る。
【００２６】
採熱杭２、ヒートポンプユニットＨＰおよび床下熱交換器ＨＴが互いに近接配置されているので、ヒートポンプシステム１０の設置等の際の施工性が高まる。
【００２７】
建物１Ａの構造杭と採熱杭が兼用されているので、別に採熱杭を設ける必要がなく、この点でも施工性が高まり、その設置費用と手間も省略できる。
【００２８】
不凍液は搬送中に不凍液管の壁を介して配管周りの土や建築物等と意図しない熱交換をするためエネルギーロスが生じるが、上述のように採熱杭２、ヒートポンプユニットＨＰおよび床下熱交換器ＨＴが互いに近接配置されていることから、不凍液の搬送距離が短くて済み、エネルギーロスが少なくなる。
【００２９】
また、採熱杭２が構造杭として建物１Ａの直下に埋設されていることから、採熱杭２を建物１Ａの外郭に埋設するよりも不凍液の搬送距離が短くて済み、その分エネルギーロスが少なくなる。
【００３０】
不凍液管３が建物１Ａの床下空間Ｒ０の床版中を通過するように設けられているので、建物１Ａの内外の断熱効果が高まる。また、床版が断熱材としても機能する。
【００３１】
第１実施形態は、本発明から逸脱しない限り例えば以下のように変更することができる。
【００３２】
床下熱交換器ＨＴで床暖房の熱媒体（水等）を加熱・冷却するように構成してもよい。これにより、冬の床暖房の効率化だけでなく夏季にも床冷却をおこなうことができる。
【００３３】
また、床下熱交換器ＨＴに接続した吸気ダクト５や給気ダクト６を取り除いて、床下空間Ｒ０の空気を加熱又は冷却してもよい。これにより、床暖房や床冷却に近い効果を得ることができる。また、冬季の加熱では床下空間Ｒ０の結露等が防止され、カビ発生防止効果が得られ、調湿剤の使用量も少なくてすむ。
【００３４】
図１に示す、建物１Ａの床下空間Ｒ０の床版中を通過する不凍液管３のうち、建物１Ａのより外側の不凍液管３をヒートポンプユニットＨＰから採熱杭２へと向かう往路、内側の不凍液管３を採熱杭２からの復路としてもよい。
【００３５】
これにより、床下空間Ｒ０と不凍液管（復路）３との間で起こる熱交換、つまり本来であればヒートロスとなる熱交換をも床下空間Ｒ０の冷却や加熱に用いることが出来る。この場合、不凍液管３の往路と復路との間に断熱材を設けることが好ましい。
【００３６】
また、採熱杭２を地下水汲み上げ用の採水管として、汲み上げた地下水を熱搬送流体として冷媒と熱交換し、熱交換後の地下水を地下水脈に還水してもよい。
[第2実施形態]
図２に、第２実施形態のヒートポンプシステム２０を示す。
【００３７】
ヒートポンプシステム２０は、ヒートポンプユニットＨＰ、採熱杭２Ａ、床下熱交換器ＨＴおよび不凍液管３等を有し、採熱杭２Ａは建物１Ｂの外郭に埋設されている。
【００３８】
ヒートポンプシステム２０によれば、既に建築済みのような場合に、採熱杭２Ａを建物１Ｂの外郭に埋設することで、建物１Ｂにヒートポンプシステム２０を設けることができる。
【００３９】
また、第１実施形態の効果（採熱杭２と構造杭が兼用されていることによる効果を除く）と同様の効果が得られる。
【００４０】
第２実施形態は、本発明から逸脱しない限り例えば以下のように変更することができる。
【００４１】
建物１Ｂが所在する地域が寒冷地の場合に、採熱杭２Ａや不凍液管３を水道管周りに設置することで、その凍結防止を図ることが出来る。
[第３実施形態]
図３に、第３実施形態のヒートポンプシステム３０を示す。
【００４２】
ヒートポンプシステム３０は、ヒートポンプユニットＨＰ、採熱杭２Ａ、床下熱交換器ＨＴおよび不凍液管３等を有し、床下空間Ｒ０の壁面は断熱材７で覆われている。また、採熱杭２Ａは建物１Ｂの外郭に埋設され、この採熱杭２Ａと不凍液管３が埋設されている位置の地表面Ｓの部分が断熱材７で覆われている。
【００４３】
ヒートポンプシステム３０によれば、以下の効果が得られる。
【００４４】
上記した地表面Ｓの部分が断熱材７で覆われていることにより、外気と地中との断熱性が高まり、採熱杭２Ａや不凍液管３は外気温の影響を受けにくくなる。このため、エネルギーロスが少なく、地熱利用効率が高まる。
【００４５】
ヒートポンプユニットＨＰと床下熱交換器ＨＴが設置された床下空間Ｒ０の壁面が断熱材７で覆われていることにより、床下空間Ｒ０における上記エネルギーロスが少なくなる。また、不凍液との熱交換により温度変化した床下空間Ｒ０状態（温度等）が維持されやすくなる。
【００４６】
以上、本発明に係るヒートポンプシステム１０，２０，３０について実施の形態に基づいて説明してきたが、第１〜３実施形態に限定されず、本発明に逸脱しない限り変更することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０，２０，３０・・・ヒートポンプシステム
１Ａ，１Ｂ・・・建物
２，２Ａ・・・採熱杭
３・・・不凍液管（循環流路）
４・・・冷媒管
５・・・吸気ダクト
６・・・給気ダクト
７・・・断熱材
８Ａ・・・切替スイッチ
８Ｄ・・・第２熱交換器（熱交換器）
８Ｂ・・・コンプレッサ
８Ｃ・・・膨張弁
８Ｅ・・・第１熱交換器
９・・・ファン
ＨＴ・・・床下熱交換器
ＨＰ・・・ヒートポンプユニット
Ｒ０・・・床下空間
Ｒ１・・・室内
Ｓ・・・地表面
Ｐ１・・・ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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