(57)【要約】【課題】空気の熱特性を活用することによって、効率に優れ、運転コストを安価に抑えることのできる地熱利用空調システムを提供する。【解決手段】水給送用ポンプＰを介在した水循環経路４が、地中に埋設した第１パイプ１の第１内部通路１２と地上に設置した気水熱交換器３の水通路３１とを含む。気水熱交換器３の空気通路３２を通過中に水通路３１内の水との間で熱交換を行った空気を建物の空調に利用する。地中に埋設した第２パイプ２の第２内部通路２１と第１内部通路１２とを含む空気循環経路７を付加する。第１内部通路１２に、第１内部通路１２に給送された水の作用により回転して空気の吸込み域Ｖと吐出域Ｂとを形成する機能と、水を拡散させる機能とを備えるスクリュー５を配備する。【選択図】　　　　図１
2004132559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水給送用ポンプが介在された水循環経路に、地中に埋設された第１パイプの内部空間によって形成される第１内部通路と地上に設置された気水熱交換器の水通路とが含まれ、上記気水熱交換器の空気通路を通過中に上記水通路内の水との間で熱交換を行った空気を建物の空調に利用するようになっている地熱利用空調システムにおいて、
地中に埋設された第２パイプの内部空間によって形成される第２内部通路と上記第１内部通路とを含む空気循環経路を付加し、
上記第１内部通路に、この第１内部通路に給送された上記水循環経路を通過する水の作用により回転して上記第２内部通路に上記空気循環経路を通過する空気の吸込み域と吐出域とを形成する機能と、その水を拡散させてこの第２内部通路内で気液接触を行わせる機能とを備えたスクリューが配備されていることを特徴とする地熱利用空調システム。
【請求項２】
上記水循環経路と上記空気循環経路との両方が、それらの経路の外部から遮断された閉路として形成されている請求項１に記載した地熱利用空調システム。
【請求項３】
上記スクリューの回転軌跡外周部が上記第１パイプの内周面に近接されていて、その回転軌跡外周部が、上記スクリューにより拡散されて上記内周面に付着することにより形成される水膜に接触するようになっている請求項１又は請求項２に記載した地熱利用空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地熱を建物の空調に利用することのできる地熱利用空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、四季を通じて温度変化の少ない地熱を利用した空調システムとして、地中に埋設した地中パイプの内部空間と建物の床下に設置した気水熱交換器との間で水を循環させ、気水熱交換器により水と空気（外気）との間で熱交換を行わせてその空気を建物の内部に導入するようにしたものがあり、このものでは、地中パイプの内部空間の底部に水を溜め、その溜め水を気水熱交換器に送り込んで空調用の空気と熱交換させるという方法を採用している（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１１６２９３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように、ただ単に水を地中パイプに溜めて地熱と熱交換を行わせるというものでは、水が熱伝導を起こしにくい物質であるために空調システムの運転効率を向上させにくいという問題があった。
本発明は以上の状況の下でなされたものであり、水よりも熱伝導を起こしやすい物質である空気の熱特性を活用することによって、従来の場合よりも効率に優れ、しかも運転コストを安価に抑えることのできる地熱利用空調システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る地熱利用空調システムは、水給送用ポンプが介在された水循環経路に、地中に埋設された第１パイプの内部空間によって形成される第１内部通路と地上に設置された気水熱交換器の水通路とが含まれ、上記気水熱交換器の空気通路を通過中に上記水通路内の水との間で熱交換を行った空気を建物の空調に利用するようになっていて、地中に埋設された第２パイプの内部空間によって形成される第２内部通路と上記第１内部通路とを含む空気循環経路を付加してある。また、上記第１内部通路に、この第１内部通路に給送された上記水循環経路を通過する水の作用により回転して上記第２内部通路に上記空気循環経路を通過する空気の吸込み域と吐出域とを形成する機能と、その水を拡散させてこの第２内部通路内で気液接触を行わせる機能とを備えたスクリューが配備されている。
【０００６】
この発明によれば、水給送用ポンプによって第１パイプの第１内部通路に給送された水の作用で回転するスクリューによってその第１内部通路に空気の吸込み域と吐出域とが形成されるため、空気循環経路の空気が他の動力を要することなく第１内部通路の上記吸込み域から吐出域に向けて通過する。しかも、上記スクリューは、第１内部通路内で気液接触を行わせる機能を備えているため、そのスクリューによって拡散された水滴が地中内に存在する第１内部通路内の地熱を吸収すると共に、第１内部通路を通過する空気と効率よく接触し、第１内部通路内で空気と拡散した水滴とが直接接触して熱交換を行う。その上、空気は水に比べて熱伝導性に優れるので、地中に埋設された第２パイプの第２内部通路を通過する空気が短時間で地熱と熱交換を行い、そのような熱交換を行った空気が上記のように第１内部通路に吸い込まれて拡散水と直接接触する。したがって、第１内部通路から気水熱交換器の水通路に導入される水は、その水が、第１内部通路で空気循環経路の空気と接触していない場合に比べて、より地熱に近い温度になっていて、そのような水が気水熱交換器の水通路を流れる間に、その気水熱交換器の空気通路を流れる空気がその水と熱交換を行って建物の空調に利用されるようになる。
【０００７】
このように、本発明に係る地熱空調システムは、水よりも熱伝導に優れた空気を地熱回収のための熱媒体として用いているので、従来のように水だけを地熱回収のための熱媒体として用いるものに比べて効率のよい空調が可能になる。その上、地熱回収のための熱媒体として用いられる空気は、水循環経路を流れる水の作用で回転するスクリューの機能により空気循環経路を流通するようになっているので、空気を循環させるための送風機などを別途用いる必要がないという利点を備えている。
【０００８】
本発明では、上記水循環経路と上記空気循環経路との両方が、それらの経路の外部から遮断された閉路として形成されていることが望ましい。これによれば、水循環経路や空気循環経路に外部から塵芥が入ることがないので、それらの経路が塵芥の付着や堆積などによって狭められたり詰まったりすることがなくなり、それだけメンテナンスが容易になって運転コストが安く抑えられる。
【０００９】
本発明では、上記スクリューの回転軌跡外周部が上記第１パイプの内周面に近接されていて、その回転軌跡外周部が、上記スクリューにより拡散されて上記内周面に付着することにより形成される水膜に接触するようになっていることが望ましい。これによれば、スクリューの回転によって形成される第１内部通路内の吸込み域から吐出域に向かって通過する空気の逆流が上記水膜によって阻止され、しかも、吸込み域から吐出域に向かって通過する空気と拡散した水とがスクリューの回転によって攪拌されるために、空気と水とが効率よく直接接触する。その結果、空気が水に同伴したり水の中に溶け込んで第１パイプの底部に溜まったりするという状況が起こるため、その後に気水熱交換器の水通路に導入される水によって地熱がいっそう効率よく回収され、気水熱交換器では空調用の空気に地熱が効率よく伝達されるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る地熱利用空調システムの実施形態の要部を示した説明図、図２は図１の一部を詳細に示した説明図、図３は第１パイプ１をスクリュー設置箇所で切断した場合の水平断面図、図４は気水熱交換器３の概略説明図である。
【００１１】
図１において、Ｆは建物の床、Ｇはグランドラインを示しており、地中には、耐発錆性や熱伝導性に優れた材料、たとえば１０ｍ前後の長いステンレス鋼管でなる第１パイプ１と第２パイプ２とが垂直に埋設されており、それらの埋設深さは、四季を通じて地熱温度が約１７℃程度という一定温度になる深さ、たとえば５〜１３ｍ程度の深さに埋設されている。これに対し、地上の床下には、気水熱交換器３が設置されている。
【００１２】
第１パイプ１の内部空間によって形成されている第１内部通路１２と気水熱交換器３の水通路３１とが水循環経路４に含まれている。すなわち、この水循環経路４は、水給送用ポンプＰが介在されて第１パイプ１の底部出口から気水熱交換器３の水通路３１の入口に至る往路４１と、水通路３１と、気水熱交換器３の水通路３１の出口から第１パイプの頂部入口に至る帰還路４２と、第１パイプ１の第１内部通路１２とによって形成されていて、往路４１や帰還路４２を形成しているパイプには断熱対策が講じられている。
【００１３】
第１内部通路１２には多段型のスクリュー５が同心配備されている。図１又は図２に示したように、このスクリュー５は、第１パイプ１に取り付けられた軸受５２，５３によって回転自在に垂直に支持された回転軸５１の軸方向複数箇所に多段に羽根５４を固定してなる。そして、図３のように、それら各段の羽根５４の回転軌跡外周部が第１パイプ１の内周面１１に近接されていて、羽根５４が回転したときにその羽根５４の回転軌跡外周部が第１パイプ１の内周面を伝って流下する水膜に接触するようになっている。なお、図３で類推できるように、各段の羽根５４は、回転軸５１に固定されて一定の傾斜角が付与されている複数枚の羽根板によって形成されている。
【００１４】
図２のように、第１パイプ１の内部空間上部に水溜め容器１３が設置されていて、この水溜め容器１３に上記帰還路４２の終端４４が臨んでいる。さらに、この水溜め容器１３には、スクリュー５の最上段の羽根５４の偏心箇所に下端が臨む給水管１５が備わり、水溜め容器１３に具備された溢流堰１４を溢流した水がその給水管１５を流下してスクリュー５の最上段の羽根５４の偏心箇所に落下するようになっている。そして、このスクリュー５は、給水管１５から最上段の羽根５４の偏心箇所に落下した水の衝突エネルギーを受けて回転し、その回転によって給水管１５から落下してくる水を弾いて微細な水滴にして拡散するという機能を発揮するだけでなく、その回転によって、第１パイプ１内でスクリュー５の上部に空気の吸込み域Ｖを形成し、かつ、第１パイプ１内でスクリュー５の下部に空気の吐出域Ｂを形成する。
【００１５】
さらに、図１又は図２のように第１パイプ１内の底部に水溜まり部１６が備わり、多段型のスクリュー５により微細な水滴となって拡散された水滴が地熱を吸収して、この水溜まり部１６に溜まるようになっている。ここで、水溜まり部１６に溜まる水の水深（水面Ｗ１から第１パイプ１の底面までの深さ）は約８ｍに定められており、第１パイプ１の頂部から水面Ｗ１までの長さは約２ｍに定められている。そして、地熱を吸収した水滴による水溜まり部１６の水深を約８ｍという深さに定めておくと、その水溜まり部１６に溜まっている水がさらに周囲の地熱を十分に回収するようになる。また、水循環経路４の往路４１を形成しているパイプの下端が図２のように水溜まり部１６の底部で横向きに開口している。そのため、ポンプＰを運転すると、水溜まり部１６に溜まって地熱を回収した水が、その開口４５から往路４１に吸い上げられて気水熱交換器３の水通路３１に導入される。
【００１６】
このため、図１に示したように、気水熱交換器３の空気通路３２に外気導入路６１と外気導出路６２とを接続し、外気導出路６２を建物の壁内や屋根裏、室内などに導くようにしておくと、外気導入路６１から空気通路３２に導入された外気が空気通路３２を通過中に水通路３１を流れる水と熱交換を行い、外気導出路６２を経て建物の壁内や屋根裏、室内などに導かれて空調が行われる。
【００１７】
しかしながら、水は熱伝導を起こしにくい物質であるため、上記したように、多段型のスクリュー５により微細な水滴となって拡散された水滴によって地熱を吸収させたり、約８ｍという水深を持つ水溜まり部１６の水で地熱を回収させたりして、熱交換器３で外気と水とを熱交換させたとしても、外気導出路６２を経て建物の壁内や屋根裏、室内などに導かれた外気を満足のいく空調を行える温度に制御することは容易ではない。一方、水溜まり部１６に長時間に亘って水を溜めて地熱を十分に回収させることも考えられるが、そのようにすると、水循環経路４での水の循環量が少なくなって気水熱交換器３での外気による地熱回収効率が低下してしまい、満足のいく空調を行うことができなくなる。
【００１８】
そこで、この実施形態では、地中に埋設された上記第２パイプ２の内部空間によって形成される第２内部通路２１と上記第１内部通路１２とを含む空気循環経路７を付加してある。すなわち、この実施形態では、空気が水に比べ熱伝導によって地熱を短時間で回収する熱特性を備えていることに着目し、そのような空気の熱特性を活用することによって、第１パイプ１内の水に短時間で地熱を回収させるようにしてある。
【００１９】
図１又は図２のように、空気循環経路７は、第２パイプ２内の底部出口から第１パイプ１の頂部入口に至る往路７１と、第１パイプ１の内部空間によって形成されている上記第１内部通路１２と、その第１内部通路１２の終部出口から第２パイプ２の頂部入口に至る帰還路７２と、第２パイプ２の内部空間によって形成されている第２内部通路２１とを含んでいる。そして、その空気循環経路７では、上記したスクリュー５によって発揮される吸込み域Ｖと吐出域Ｂとを形成する機能によって空気が循環する。
【００２０】
このため、水循環経路４に介在されているポンプＰを運転するだけで、空気循環経路７を空気が他の動力を必要とせずに循環するようになる。そして、第１内部通路１２の吸込み域Ｖから吐出域Ｂに向けて空気が通過すると、スクリュー５によって微細な水滴となって拡散する水がその空気と効率よく直接接触して熱交換を行う。この場合、空気は熱伝導しやすい物質であるので、第２パイプ２の第２内部通路２１を通過することによって地熱とほゞ同じ温度になっている。そのため、第１内部通路１２での空気と拡散した水との直接接触による熱交換により、空気によって回収されている地熱が水に伝達されて水が短時間で地熱を回収するようになる。したがって、気水熱交換器３では、水で回収した地熱が外気に伝達され、その外気が満足のいく空調を行い得る温度になる。
【００２１】
特に、この実施形態では、既述したように、スクリュー５の回転軌跡外周部が第１パイプ１の内周面１１に近接されていて、その回転軌跡外周部が、スクリュー５により拡散されて上記内周面１１に付着することにより形成される水膜に接触するようになっているので、第１内部通路１２内の吸込み域Ｖから吐出域Ｂに向かって通過する空気の逆流が上記水膜によって阻止され、併せて、吸込み域Ｖから吐出域Ｂに向かって通過する空気と拡散した水とがスクリュー５の回転によって攪拌されるために、空気と水とが効率よく直接接触するようになる。そのために、空気が水に同伴したり水の中に溶け込んで第１パイプ１の水溜まり部１６に溜まるという状況が起こり、それによって空気によって回収された地熱がいっそう効率よく水に伝達されるようになる。
【００２２】
また、この実施形態では、上記した水循環経路４や空気循環経路７との両方を、外部から遮断された閉路として形成されている。そのため、水循環経路４や空気循環経路７に外部から塵芥が入ることがなくなり、それらの経路４，７が塵芥の付着や堆積などによって狭められたり詰まったりすることがなくなってそれだけメンテナンスが容易になって運転コストが安く抑えられる。
【００２３】
この実施形態では、気水熱交換器３として、図４に示したように、螺旋管で水通路３１を形成し、その外側に外気が通過する空気通路３２を形成してあるけれども、気水熱交換器３の具体的構成は図例に限定されない。
【００２４】
また、第１パイプ１や第２パイプ２の容量は、空調を行う建物の大きさ、敷地の大きさなどを適宜勘案して選定すべきものである。たとえば、１００坪以上もの大きな建物の空調を行うときには、第１パイプ１の容量をそれに見合って増大させる必要があり、また、建物が小さな場合には、第１パイプ１の容量もそれに見合って小さくすることが望まれる。そして、第１パイプ１の容量を増大させる必要がある場合、１本の第１パイプ１の口径を大きくすることは地熱回収効率の面から好ましいことではない。そこで、たとえば図５のように、２本又は所要本数の第１パイプ１を地中に並列に埋設し、それぞれの各第１パイプ１に接続する水循環経路４の往路４１及び帰還路４２並びに空気循環経路７の往路７１及び帰還路７２を並列に接続している。このように、それぞれの各第１パイプ１に接続する水循環経路４の往路４１及び帰還路４２を並列に接続した場合、水の水流の速度が遅くなる。例えば、図５の場合であれば、第１パイプ１を一本増やしていることから、水流速度は２分の１になり、第１パイプ１を４本増やして計５本にすれば水流速度は５分の１になり、それだけ効率のよい地熱回収を行うことができる。また、第１パイプ１を地中に並列に埋設し、それぞれの各第１パイプ１に接続する水循環経路４の往路４１及び帰還路４２を並列に接続して形成するようにすると、１本の第１パイプ１の口径を小さくしたままでその全体容量を増大させて効率のよい地熱回収が可能になる。
なお、図５では、図１で説明した要素と同一又は相応する要素に同一符号を付して説明の重複を回避した。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る地熱利用空調システムによれば、水よりも熱伝導を起こしやすい物質である空気の熱特性を活用することによって、従来の場合よりも効率に優れ、しかも運転コストを安価に抑えることのできる地熱利用空調システムを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地熱利用空調システムの実施形態の要部を示した説明図である。
【図２】図１の一部を詳細に示した説明図である。
【図３】第１パイプをスクリュー設置箇所で切断した場合の水平断面図である。
【図４】気水熱交換器の概略説明図である。
【図５】変形例による地熱利用空調システムの要部を示した説明図である。
【符号の説明】
Ｐ　水給送用ポンプ
１　第１パイプ
２　第２パイプ
３　気水熱交換器
４　水循環経路
５　スクリュー
７　空気循環経路
１１　第１パイプの内周面
１２　第１内部通路
２１　第２内部通路
３１　水通路
３２　空気通路
【図１】
2004132559.tif 000003
【図２】
2004132559.tif 000004
【図３】
2004132559.tif 000005
【図４】
2004132559.tif 000006
【図５】
2004132559.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成15年3月24日(2003.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】水給送用ポンプが介在された水循環経路に、地中に垂直に埋設された第１パイプの内部空間によって形成される第１内部通路と地上に設置された気水熱交換器の水通路とが含まれ、上記気水熱交換器の空気通路を通過中に上記水通路内の水との間で熱交換を行った空気を建物の空調に利用するようになっている地熱利用空調システムにおいて、
地中に垂直に埋設された第２パイプの内部空間によって形成される第２内部通路と上記第１内部通路とを含む空気循環経路を付加し、
上記第１内部通路に多段型のスクリューが同心配備されており、そのスクリューの最上段の羽根が当該第１内部通路に給送されて当該第１内部通路を落下した水の衝突エネルギーを偏心箇所で受けることにより当該スクリューが回転し、その回転を通じて、当該スクリューが、上記空気循環経路を通過する空気の吸込み域を当該第１内部通路内で当該スクリューの上部に形成し、かつ、その空気の吐出域を当該第１内部通路内でスクリューの下部に形成する機能と、その水を拡散させて当該第１内部通路内で気液接触を行わせる機能とを発揮するようになっていることを特徴とする地熱利用空調システム。
【請求項２】上記水循環経路と上記空気循環経路は、それらの経路全体が外部から遮断された閉路として形成されていると共に、上記第１内部通路を共用し第１内部通路で互いに連通している請求項１に記載した地熱利用空調システム。
【請求項３】上記スクリューの回転軌跡外周部が上記第１パイプの内周面に近接されていて、その回転軌跡外周部が、上記スクリューにより拡散されて上記内周面に付着することにより形成される水膜に接触するようになっている請求項１又は請求項２に記載した地熱利用空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地熱を建物の空調に利用することのできる地熱利用空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、四季を通じて温度変化の少ない地熱を利用した空調システムとして、地中に埋設した地中パイプの内部空間と建物の床下に設置した気水熱交換器との間で水を循環させ、気水熱交換器により水と空気（外気）との間で熱交換を行わせてその空気を建物の内部に導入するようにしたものがあり、このものでは、地中パイプの内部空間の底部に水を溜め、その溜め水を気水熱交換器に送り込んで空調用の空気と熱交換させるという方法を採用している（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１１６２９３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように、ただ単に水を地中パイプに溜めて地熱と熱交換を行わせるというものでは、水が熱伝導を起こしにくい物質であるために空調システムの運転効率を向上させにくいという問題があった。
本発明は以上の状況の下でなされたものであり、水よりも熱伝導を起こしやすい物質である空気の熱特性を活用することによって、従来の場合よりも効率に優れ、しかも運転コストを安価に抑えることのできる地熱利用空調システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る地熱利用空調システムは、水給送用ポンプが介在された水循環経路に、地中に埋設された第１パイプの内部空間によって形成される第１内部通路と地上に設置された気水熱交換器の水通路とが含まれ、上記気水熱交換器の空気通路を通過中に上記水通路内の水との間で熱交換を行った空気を建物の空調に利用するようになっている地熱利用空調システムにおいて、地中に埋設された第２パイプの内部空間によって形成される第２内部通路と上記第１内部通路とを含む空気循環経路を付加し、上記第１内部通路に多段型のスクリューが同心配備されており、そのスクリューの最上段の羽根が当該第１内部通路に給送されて当該第１内部通路を落下した水の衝突エネルギーを偏心箇所で受けることにより当該スクリューが回転し、その回転を通じて、当該スクリューが、上記空気循環経路を通過する空気の吸込み域を当該第１内部通路内で当該スクリューの上部に形成し、かつ、その空気の吐出域を当該第１内部通路内でスクリューの下部に形成する機能と、その水を拡散させて当該第１内部通路内で気液接触を行わせる機能とを発揮するようになっている。
【０００６】
この発明によれば、水給送用ポンプによって第１パイプの第１内部通路に同心配備されているスクリューが、当該第１内部通路に給送されて当該第１内部通路を落下した水の衝突エネルギーを最上段の羽根の偏心箇所で受けることにより回転し、その回転を通じて、当該スクリューが、当該第１内部通路に上記空気循環経路を通過する空気の吸込み域と吐出域とを形成するため、空気循環経路の空気が他の動力を要することなく第１内部通路の上記吸込み域から吐出域に向けて通過する。しかも、上記スクリューは、第１内部通路内で気液接触を行わせる機能を備えているため、そのスクリューによって拡散された水滴が地中内に存在する第１内部通路内の地熱を吸収すると共に、第１内部通路を通過する空気と効率よく接触し、第１内部通路内で空気と拡散した水滴とが直接接触して熱交換を行う。その上、空気は水に比べて熱伝導性に優れるので、地中に埋設された第２パイプの第２内部通路を通過する空気が短時間で地熱と熱交換を行い、そのような熱交換を行った空気が上記のように第１内部通路に吸い込まれて拡散水と直接接触する。したがって、第１内部通路から気水熱交換器の水通路に導入される水は、その水が、第１内部通路で空気循環経路の空気と接触していない場合に比べて、より地熱に近い温度になっていて、そのような水が気水熱交換器の水通路を流れる間に、その気水熱交換器の空気通路を流れる空気がその水と熱交換を行って建物の空調に利用されるようになる。
【０００７】
このように、本発明に係る地熱空調システムは、水よりも熱伝導に優れた空気を地熱回収のための熱媒体として用いているので、従来のように水だけを地熱回収のための熱媒体として用いるものに比べて効率のよい空調が可能になる。その上、地熱回収のための熱媒体として用いられる空気は、第１内部通路に空気循環経路を通過する空気の吸込み域と吐出域とを形成するというスクリューの機能により空気循環経路を流通するようになっているので、空気を循環させるための送風機などを別途用いる必要がないという利点を備えている。
【０００８】
本発明において、上記水循環経路と上記空気循環経路は、それらの経路全体が外部から遮断された閉路として形成されていると共に、上記第１内部通路を共用し第１内部通路で互いに連通していることが望ましい。これによれば、水循環経路や空気循環経路に外部から塵芥が入ることがないので、それらの経路が塵芥の付着や堆積などによって狭められたり詰まったりすることがなくなり、それだけメンテナンスが容易になって運転コストが安く抑えられる。
【０００９】
本発明では、上記スクリューの回転軌跡外周部が上記第１パイプの内周面に近接されていて、その回転軌跡外周部が、上記スクリューにより拡散されて上記内周面に付着することにより形成される水膜に接触するようになっていることが望ましい。これによれば、スクリューの回転によって形成される第１内部通路内の吸込み域から吐出域に向かって通過する空気の逆流が上記水膜によって阻止され、しかも、吸込み域から吐出域に向かって通過する空気と拡散した水とがスクリューの回転によって攪拌されるために、空気と水とが効率よく直接接触する。その結果、空気が水に同伴したり水の中に溶け込んで第１パイプの底部に溜まったりするという状況が起こるため、その後に気水熱交換器の水通路に導入される水によって地熱がいっそう効率よく回収され、気水熱交換器では空調用の空気に地熱が効率よく伝達されるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る地熱利用空調システムの実施形態の要部を示した説明図、図２は図１の一部を詳細に示した説明図、図３は第１パイプ１をスクリュー設置箇所で切断した場合の水平断面図、図４は気水熱交換器３の概略説明図である。
【００１１】
図１において、Ｆは建物の床、Ｇはグランドラインを示しており、地中には、耐発錆性や熱伝導性に優れた材料、たとえば１０ｍ前後の長いステンレス鋼管でなる第１パイプ１と第２パイプ２とが垂直に埋設されており、それらの埋設深さは、四季を通じて地熱温度が約１７℃程度という一定温度になる深さ、たとえば５〜１３ｍ程度の深さに埋設されている。これに対し、地上の床下には、気水熱交換器３が設置されている。
【００１２】
第１パイプ１の内部空間によって形成されている第１内部通路１２と気水熱交換器３の水通路３１とが水循環経路４に含まれている。すなわち、この水循環経路４は、水給送用ポンプＰが介在されて第１パイプ１の底部出口から気水熱交換器３の水通路３１の入口に至る往路４１と、水通路３１と、気水熱交換器３の水通路３１の出口から第１パイプの頂部入口に至る帰還路４２と、第１パイプ１の第１内部通路１２とによって形成されていて、往路４１や帰還路４２を形成しているパイプには断熱対策が講じられている。
【００１３】
第１内部通路１２には多段型のスクリュー５が同心配備されている。図１又は図２に示したように、このスクリュー５は、第１パイプ１に取り付けられた軸受５２，５３によって回転自在に垂直に支持された回転軸５１の軸方向複数箇所に多段に羽根５４を固定してなる。そして、図３のように、それら各段の羽根５４の回転軌跡外周部が第１パイプ１の内周面１１に近接されていて、羽根５４が回転したときにその羽根５４の回転軌跡外周部が第１パイプ１の内周面を伝って流下する水膜に接触するようになっている。なお、図３で類推できるように、各段の羽根５４は、回転軸５１に固定されて一定の傾斜角が付与されている複数枚の羽根板によって形成されている。
【００１４】
図２のように、第１パイプ１の内部空間上部に水溜め容器１３が設置されていて、この水溜め容器１３に上記帰還路４２の終端４４が臨んでいる。さらに、この水溜め容器１３には、スクリュー５の最上段の羽根５４の偏心箇所に下端が臨む給水管１５が備わり、水溜め容器１３に具備された溢流堰１４を溢流した水がその給水管１５を流下してスクリュー５の最上段の羽根５４の偏心箇所に落下するようになっている。そして、このスクリュー５は、給水管１５から最上段の羽根５４の偏心箇所に落下した水の衝突エネルギーを受けて回転し、その回転によって給水管１５から落下してくる水を弾いて微細な水滴にして拡散するという機能を発揮するだけでなく、その回転によって、第１パイプ１内でスクリュー５の上部に空気の吸込み域Ｖを形成し、かつ、第１パイプ１内でスクリュー５の下部に空気の吐出域Ｂを形成する。
【００１５】
さらに、図１又は図２のように第１パイプ１内の底部に水溜まり部１６が備わり、多段型のスクリュー５により微細な水滴となって拡散された水滴が地熱を吸収して、この水溜まり部１６に溜まるようになっている。ここで、水溜まり部１６に溜まる水の水深（水面Ｗ１から第１パイプ１の底面までの深さ）は約８ｍに定められており、第１パイプ１の頂部から水面Ｗ１までの長さは約２ｍに定められている。そして、地熱を吸収した水滴による水溜まり部１６の水深を約８ｍという深さに定めておくと、その水溜まり部１６に溜まっている水がさらに周囲の地熱を十分に回収するようになる。また、水循環経路４の往路４１を形成しているパイプの下端が図２のように水溜まり部１６の底部で横向きに開口している。そのため、ポンプＰを運転すると、水溜まり部１６に溜まって地熱を回収した水が、その開口４５から往路４１に吸い上げられて気水熱交換器３の水通路３１に導入される。
【００１６】
このため、図１に示したように、気水熱交換器３の空気通路３２に外気導入路６１と外気導出路６２とを接続し、外気導出路６２を建物の壁内や屋根裏、室内などに導くようにしておくと、外気導入路６１から空気通路３２に導入された外気が空気通路３２を通過中に水通路３１を流れる水と熱交換を行い、外気導出路６２を経て建物の壁内や屋根裏、室内などに導かれて空調が行われる。
【００１７】
しかしながら、水は熱伝導を起こしにくい物質であるため、上記したように、多段型のスクリュー５により微細な水滴となって拡散された水滴によって地熱を吸収させたり、約８ｍという水深を持つ水溜まり部１６の水で地熱を回収させたりして、熱交換器３で外気と水とを熱交換させたとしても、外気導出路６２を経て建物の壁内や屋根裏、室内などに導かれた外気を満足のいく空調を行える温度に制御することは容易ではない。一方、水溜まり部１６に長時間に亘って水を溜めて地熱を十分に回収させることも考えられるが、そのようにすると、水循環経路４での水の循環量が少なくなって気水熱交換器３での外気による地熱回収効率が低下してしまい、満足のいく空調を行うことができなくなる。
【００１８】
そこで、この実施形態では、地中に埋設された上記第２パイプ２の内部空間によって形成される第２内部通路２１と上記第１内部通路１２とを含む空気循環経路７を付加してある。すなわち、この実施形態では、空気が水に比べ熱伝導によって地熱を短時間で回収する熱特性を備えていることに着目し、そのような空気の熱特性を活用することによって、第１パイプ１内の水に短時間で地熱を回収させるようにしてある。
【００１９】
図１又は図２のように、空気循環経路７は、第２パイプ２内の底部出口から第１パイプ１の頂部入口に至る往路７１と、第１パイプ１の内部空間によって形成されている上記第１内部通路１２と、その第１内部通路１２の終部出口から第２パイプ２の頂部入口に至る帰還路７２と、第２パイプ２の内部空間によって形成されている第２内部通路２１とを含んでいる。そして、その空気循環経路７では、上記したスクリュー５によって発揮される吸込み域Ｖと吐出域Ｂとを形成する機能によって空気が循環する。
【００２０】
このため、水循環経路４に介在されているポンプＰを運転するだけで、空気循環経路７を空気が他の動力を必要とせずに循環するようになる。そして、第１内部通路１２の吸込み域Ｖから吐出域Ｂに向けて空気が通過すると、スクリュー５によって微細な水滴となって拡散する水がその空気と効率よく直接接触して熱交換を行う。この場合、空気は熱伝導しやすい物質であるので、第２パイプ２の第２内部通路２１を通過することによって地熱とほゞ同じ温度になっている。そのため、第１内部通路１２での空気と拡散した水との直接接触による熱交換により、空気によって回収されている地熱が水に伝達されて水が短時間で地熱を回収するようになる。したがって、気水熱交換器３では、水で回収した地熱が外気に伝達され、その外気が満足のいく空調を行い得る温度になる。
【００２１】
特に、この実施形態では、既述したように、スクリュー５の回転軌跡外周部が第１パイプ１の内周面１１に近接されていて、その回転軌跡外周部が、スクリュー５により拡散されて上記内周面１１に付着することにより形成される水膜に接触するようになっているので、第１内部通路１２内の吸込み域Ｖから吐出域Ｂに向かって通過する空気の逆流が上記水膜によって阻止され、併せて、吸込み域Ｖから吐出域Ｂに向かって通過する空気と拡散した水とがスクリュー５の回転によって攪拌されるために、空気と水とが効率よく直接接触するようになる。そのために、空気が水に同伴したり水の中に溶け込んで第１パイプ１の水溜まり部１６に溜まるという状況が起こり、それによって空気によって回収された地熱がいっそう効率よく水に伝達されるようになる。
【００２２】
また、この実施形態では、上記水循環経路と上記空気循環経路は、それらの経路全体が外部から遮断された閉路として形成されていると共に、上記第１内部通路を共用し第１内部通路で互いに連通している。そのため、水循環経路４や空気循環経路７にそれらの各経路４，７の外部から塵芥が入ることがなくなり、それらの経路４，７が塵芥の付着や堆積などによって狭められたり詰まったりすることがなくなってそれだけメンテナンスが容易になって運転コストが安く抑えられる。
【００２３】
この実施形態では、気水熱交換器３として、図４に示したように、螺旋管で水通路３１を形成し、その外側に外気が通過する空気通路３２を形成してあるけれども、気水熱交換器３の具体的構成は図例に限定されない。
【００２４】
また、第１パイプ１や第２パイプ２の容量は、空調を行う建物の大きさ、敷地の大きさなどを適宜勘案して選定すべきものである。たとえば、１００坪以上もの大きな建物の空調を行うときには、第１パイプ１の容量をそれに見合って増大させる必要があり、また、建物が小さな場合には、第１パイプ１の容量もそれに見合って小さくすることが望まれる。そして、第１パイプ１の容量を増大させる必要がある場合、１本の第１パイプ１の口径を大きくすることは地熱回収効率の面から好ましいことではない。そこで、たとえば図５のように、２本又は所要本数の第１パイプ１を地中に並列に埋設し、それぞれの各第１パイプ１に接続する水循環経路４の往路４１及び帰還路４２並びに空気循環経路７の往路７１及び帰還路７２を並列に接続している。このように、それぞれの各第１パイプ１に接続する水循環経路４の往路４１及び帰還路４２を並列に接続した場合、水の水流の速度が遅くなる。例えば、図５の場合であれば、第１パイプ１を一本増やしていることから、水流速度は２分の１になり、第１パイプ１を４本増やして計５本にすれば水流速度は５分の１になり、それだけ効率のよい地熱回収を行うことができる。また、第１パイプ１を地中に並列に埋設し、それぞれの各第１パイプ１に接続する水循環経路４の往路４１及び帰還路４２を並列に接続して形成するようにすると、１本の第１パイプ１の口径を小さくしたままでその全体容量を増大させて効率のよい地熱回収が可能になる。
なお、図５では、図１で説明した要素と同一又は相応する要素に同一符号を付して説明の重複を回避した。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る地熱利用空調システムによれば、水よりも熱伝導を起こしやすい物質である空気の熱特性を活用することによって、従来の場合よりも効率に優れ、しかも運転コストを安価に抑えることのできる地熱利用空調システムを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地熱利用空調システムの実施形態の要部を示した説明図である。
【図２】図１の一部を詳細に示した説明図である。
【図３】第１パイプをスクリュー設置箇所で切断した場合の水平断面図である。
【図４】気水熱交換器の概略説明図である。
【図５】変形例による地熱利用空調システムの要部を示した説明図である。
【符号の説明】
Ｐ　水給送用ポンプ
１　第１パイプ
２　第２パイプ
３　気水熱交換器
４　水循環経路
５　スクリュー
７　空気循環経路
１１　第１パイプの内周面
１２　第１内部通路
２１　第２内部通路
３１　水通路
３２　空気通路