(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤面下に設けられ、第１の熱媒体を収容する地中容器と；
前記第１の熱媒体を流す内部流路と、
該内部流路を収容するように配設され、前記内部流路の外側を前記内部流路内の流れ方向とは逆向きに前記第１の熱媒体を流す外部流路と、を有する熱交換流路とを備え；
前記熱交換流路が、水平に又は前記地中容器から見て先下り勾配を有するように前記地盤面下に配設され；
さらに、前記熱交換流路よりも下部の地下水を流す揚水流路と；
前記地下水を揚水する揚水ポンプと；
前記揚水した地下水を前記熱交換流路よりも上部で散水する散水流路とを備えた；
地熱採熱システム。
【請求項２】
前記熱交換流路を複数備え；
前記熱交換流路が、水平投影面上で放射状に配設された；
請求項１に記載の地熱採熱システム。
【請求項３】
前記熱交換流路が、前記外部流路の断面積が前記内部流路の断面積よりも大きくなるように構成された；
請求項１又は請求項２に記載の地熱採熱システム。
【請求項４】
前記内部流路の一端が、前記地中容器内の前記第１の熱媒体の深さの１／２より深い位置で開放され；
前記外部流路の一端が、前記内部流路の一端が開放される位置よりも上方で開放されて構成された；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地熱採熱システム。
【請求項５】
前記内部流路の一端又は前記外部流路の一端が、前記第１の熱媒体を搬送する搬送機器に接続された；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地熱採熱システム。
【請求項６】
前記内部流路の一端及び前記外部流路の一端が、ヒートポンプチラーに接続されて構成された；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地熱採熱システム。
【請求項７】
地盤面下に設けられ、第１の熱媒体を収容する地中容器と；
前記第１の熱媒体を流す内部流路と、
該内部流路を収容するように配設され、前記内部流路の外側を前記内部流路内の流れ方向とは逆向きに前記第１の熱媒体を流す外部流路と、を有する熱交換流路とを備え；
前記熱交換流路が、水平に又は前記地中容器から見て先下り勾配を有するように前記地盤面下に配設され；
さらに、前記第１の熱媒体とは別の第２の熱媒体に対し加熱及び冷却の少なくとも一方を行う熱源機器と；
前記地中容器の内部に設置された前記熱源機器の屋外機と；
前記屋外機の上部の前記地中容器の内部に設置され、前記内部流路の一端が吐出側に接続された送風機とを備え；
前記外部流路の一端が、前記屋外機に形成された空気導入口の高さ以下の前記地中容器内で開放された；
地熱採熱システム。
【請求項８】
前記第１の熱媒体とは別の第２の熱媒体に対し加熱及び冷却の少なくとも一方を行う熱源機器と；
前記地中容器の内部に設置された前記熱源機器の屋外機と；
前記屋外機の上部の前記地中容器の内部に設置され、前記内部流路の一端が吐出側に接続された送風機とを備え；
前記外部流路の一端が、前記屋外機に形成された空気導入口の高さ以下の前記地中容器内で開放された；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地熱採熱システム。
【請求項９】
前記熱交換流路に代えて、一部分が前記地中容器の内部に配設されたヒートパイプを備えた；
請求項１又は請求項２に記載の地熱採熱システム。
【請求項１０】
前記ヒートパイプが、外部通路と該外部通路に収容された内部通路とを有し、前記内部通路の一端と前記外部通路の一端とが前記地中容器の内部で接続され、前記外部通路の他端が閉塞され、前記内部通路の他端が前記外部通路の内部で開放されることにより循環流路を形成するように構成された；
請求項９に記載の地熱採熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地熱採熱システムに関し、特に熱媒体の搬送動力を削減した地熱採熱システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる地球環境問題のうち、炭酸ガスの排出量の増加に伴い、急速な気候変動が降雨パターンの変化や海水面の上昇などを招来して、人類社会に大きな影響を与えることが懸念されている。このような懸念を背景に、連続して放出される地熱を再生可能エネルギーとして利用するシステムが、自然エネルギー活用の一形態として近年採用され始めている。
【０００３】
地熱を利用するシステムを例示すると、地盤面下に設置された貯留水槽の側壁から地中に向かって地下帯水層と平行に層内を横方向にボーリングして掘削孔を設け、掘削孔端部に配設された熱媒分水筒に向かって熱媒を流す熱媒供給管と熱媒分水筒から導入した熱媒を流しつつ地下水の熱を採熱する採熱管とを備える多管式地中熱交換器をこの掘削孔に挿入して、熱媒循環ポンプで地中熱交換機内を熱媒循環させて地下水熱を採取し、冷暖房や給湯、融雪、消雪、農業用ビニールハウスなどの熱源として利用するシステムがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１４７８９２号公報（図１、図３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような自然エネルギーを利用した地熱利用システムにおいて、さらに消費エネルギーを削減することができればより地球環境保全に資することとなる。例えば、上述のシステムにおいて、地中熱交換器内に熱媒を循環させる熱媒循環ポンプを省略することができればさらなる省エネルギーに資することとなる。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑み、熱媒体の搬送動力を削減した地熱採熱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】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る地熱採熱システムは、例えば図１に示すように、地盤面下Ｇに設けられ、第１の熱媒体Ｍ１を収容する地中容器１５と；第１の熱媒体Ｍ１を流す内部流路１１ｒと、内部流路１１ｒを収容するように配設され、内部流路１１ｒの外側を内部流路１１ｒ内の流れ方向とは逆向きに第１の熱媒体Ｍ１を流す外部流路１２ｒと、を有する熱交換流路１０とを備え；熱交換流路１０が、水平に又は地中容器１５から見て先下り勾配を有するように地盤面下Ｇに配設されている。
【０００７】
このように構成すると、外部流路を流れる第１の熱媒体の熱と地中の熱との間で熱交換が行われ、第１の熱媒体の密度が変化することにより第１の熱媒体が対流する。したがって、動力を用いなくても地熱を採熱することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明に係る地熱採熱システムは、例えば図２に示すように、請求項１に記載の地熱採熱システムにおいて、熱交換流路１０を複数備え；熱交換流路１０が、水平投影面上で放射状に配設されている。
【０００９】
このように構成すると、外部流路を流れる第１の熱媒体の熱と地中の熱との間で熱交換が行われる際の伝熱面積が増大し、地熱の採熱量が増加する。
【００１０】
また、請求項１に記載の発明に係る地熱採熱システムは、例えば図９に示すように、熱交換流路１０（１６、１７）よりも下部の地下水Ｗｕを流す揚水流路２１と；地下水Ｗｕを揚水する揚水ポンプ２２と；揚水した地下水Ｗｕを熱交換流路１０よりも上部で散水する散水流路２５とを備えている。
【００１１】
このように構成すると、熱交換流路まわりの地下水が流動して第１の熱媒体と熱交換を行った地下水が置換され、第１の熱媒体の熱と地中の熱との間で行われる熱交換効率が向上する。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明に係る地熱採熱システムは、例えば図１に示すように、請求項１又は請求項２に記載の地熱採熱システムにおいて、熱交換流路１０が、外部流路１２ｒの断面積が内部流路１１ｒの断面積よりも大きくなるように構成されている。
【００１３】
このように構成すると、第１の熱媒体の流速が内部流路内よりも外部流路内の方が遅くなり、外部流路を流れる第１の熱媒体の熱と地中の熱との単位流量当たりの交換熱量を増加させることができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明に係る地熱採熱システムは、例えば図１に示すように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地熱採熱システムにおいて、内部流路１１ｒの一端１１ａが、地中容器１５内の第１の熱媒体Ｍ１の深さの１／２より深い位置で開放され；外部流路１２ｒの一端１２ａが、内部流路１１ｒの一端１１ａが開放される位置よりも上方で開放されて構成されている。
【００１５】
このように構成すると、地中容器内で温度成層が形成され、２次側での熱の利用がしやすくなる。ここで、２次側で利用される熱は、温熱又は冷熱である。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明に係る地熱採熱システムは、例えば図３及び図４に示すように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地熱採熱システムにおいて、内部流路１１ｒの一端１１ａ又は外部流路１２の一端１２ａが、第１の熱媒体Ｍ１を搬送する搬送機器３１、３２に接続されている。
【００１７】
このように構成すると、地中との熱交換が行われて間もない第１の熱媒体を２次側で利用することができ、熱損失が少なくなる。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明に係る地熱採熱システムは、例えば図５に示すように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地熱採熱システムにおいて、内部流路１１ｒの一端１１ａ及び外部流路１２の一端１２ａが、ヒートポンプチラー３４に接続されて構成されている。
【００１９】
このように構成すると、採熱した地熱を動力を用いずにヒートポンプチラーに供給して冷水又は温水を製造することが可能になる。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明に係る地熱採熱システムは、例えば図６に示すように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地熱採熱システムにおいて、第１の熱媒体Ｍ１とは別の第２の熱媒体Ｍ２に対し加熱及び冷却の少なくとも一方を行う熱源機器３５と；地中容器１５の内部に設置された熱源機器３５の屋外機３６と；屋外機３６の上部の地中容器１５の内部に設置され、内部流路１１ｒの一端１１ａが吐出側に接続された送風機３８とを備え；外部流路１２ｒの一端１２ａが、屋外機３６に形成された空気導入口３６ａの高さ以下の地中容器１５内で開放されている。
【００２１】
このように構成すると、地中の熱と熱交換した第１の熱媒体を屋外機に供給することができ、熱源機器の効率を向上させることができる。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明に係る地熱採熱システムは、例えば図７に示すように、請求項１又は請求項２に記載の地熱採熱システムにおいて、熱交換流路１０に代えて、一部分が地中容器１５の内部に配設されたヒートパイプ１６を備えている。
【００２３】
このように構成すると、動力を用いなくても地熱を採熱することができる。特にヒートパイプ内に二相の作動媒体を封入した場合は、潜熱を利用することが可能となり、交換熱量が増大する。
【００２４】
また、請求項１０に記載の発明に係る地熱採熱システムは、例えば図８に示すように、請求項９に記載の地熱採熱システムにおいて、前記ヒートパイプが、外部通路１９と外部通路１９に収容された内部通路１８とを有し、内部通路１８の一端１８ａと外部通路１９の一端１９ａとが地中容器１５の内部で接続され、外部通路１９の他端１９ｂが閉塞され、内部通路１８の他端１８ｂが外部通路１９の内部で開放されることにより循環流路を形成するように構成されている。
【００２５】
このように構成すると、循環流路を形成するので、密度が異なる作動媒体が混合することがなく、混合損失が生じないため、効率よく地熱を採熱することができる。特に作動媒体を二相とした場合は、作動媒体の蒸発量が多くなれば循環力が増大して採熱効率が向上する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る地熱採熱システムによれば、第１の熱媒体を流す内部流路と、内部流路の外側を内部流路内の流れ方向とは逆向きに第１の熱媒体を流す外部流路とを有する熱交換流路が、水平に又は地中容器から見て先下り勾配を有するように地盤面下に配設されているので、外部流路を流れる第１の熱媒体の熱と地中の熱との間で熱交換が行われ、第１の熱媒体の密度が変化することにより第１の熱媒体が対流する。したがって、動力を用いなくても地熱を採熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
図１を参照して本発明の第１の実施の形態に係る地熱採熱システムの構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る地熱採熱システム１を説明する系統図である。地熱採熱システム１は、地中容器としての採熱水槽１５と、熱交換流路としての採熱管１０と、搬送機器としての熱利用ポンプ３１と、熱利用機器３３とを備えている。
【００２８】
採熱水槽１５は、第１の熱媒体としての水Ｍ１を貯留する水槽である。ここで、単に「水」というときは、熱の利用形態を考慮しない液体の水を意味し、熱の利用形態を考慮するときは冷水又は温水と表現することとする。採熱水槽１５は、典型的にはコンクリート製の円筒形状の部材を積層して形成されている。採熱水槽１５は、地盤面ＧＬより下の地中Ｇに埋設されている。また、採熱水槽１５は、その下部（典型的には２ｍ程度）が帯水層Ｇｂに埋設されていることが好ましい。「帯水層」とは、地層を構成する粒子の間隙が大きく、地下水によって飽和されている透水層である。地中Ｇの帯水層Ｇｂを把握するには、例えば、地熱採熱システム１を利用する建物の基礎杭を打設する際に調査をする地盤のデータを利用してもよい。採熱水槽１５は、採熱管１０の敷設を考慮すると、直径３ｍ以上の大きさを有することが好ましい。なお、採熱水槽１５は、コンクリート製以外の、鋼板製、ＦＲＰ製等であってもよい。
【００２９】
採熱管１０は、水Ｍ１と地中Ｇとの間で熱交換を行わせる管である。採熱管１０は、内部流路１１ｒを形成する内管１１と、内管１１の外側に形成される外部流路１２ｒの外延をなす外管１２とを有している。内管１１は、典型的には、施工性の観点から、架橋ポリエチレン管やポリブデン管等の可とう性が大きい合成樹脂管が用いられるが、硬質塩化ビニル管や鋼管類、又は断面が円筒形以外の角パイプ等を用いてもよい。外管１２は、典型的にはポリエチレンコルゲート管が用いられるが、架橋ポリエチレン管やポリブデン管、硬質塩化ビニル管、鋼管等であってもよく、形状も断面円形以外のものであってもよい。しかしながら、ポリエチレンコルゲート管が、耐食性に優れ、安価であるので好ましい。採熱管１０は、内管１１が外管１２に収容されるように配置されて形成されている。また、内管１１と外管１２とは、スペーサ（不図示）等を用いて、同軸に配置されるのが好ましい。スペーサは、外部流路１２ｒ内の水Ｍ１の流れを妨げないように、できる限り抵抗の少ないものを用いるのがよい。簡易的にスペーサを得るには、反発力の大きい合成樹脂製の結束バンドを利用して、複数の結束バンドを余剰部分が四方八方の半径方向に延びるように内管１１に結び、余剰部分を所定の長さに切断することにより構成してもよい。
【００３０】
採熱管１０を構成する内管１１及び外管１２の大きさは、内部流路１１ｒの断面積よりも外部流路１２ｒの断面積の方が大きくなるように決定するとよい。内部流路１１ｒの断面積よりも外部流路１２ｒの断面積の方が大きいと、内部流路１１ｒの流速よりも外部流路１２ｒの流速の方が遅くなるため、外部流路１２ｒを流れる水Ｍ１は、内部流路１１ｒを流れる水Ｍ１との交換熱量よりも地中Ｇとの交換熱量の方が多くなるからである。採熱管１０の長さは、設置する敷地面積にもよるが、２５〜３０ｍ程度とするとよい。短すぎると採熱量が少なくなり、長くなると施工コストが増加する。
【００３１】
採熱管１０は、地中Ｇの帯水層Ｇｂに埋設されている。採熱管１０は、地下水槽１５から水平に延びるように、又は地中容器１５から見て先下り勾配をもって延びるように埋設されている。水平又は下り勾配をもって埋設されることにより、水Ｍ１が、密度が変化しても採熱管１０の末端部分に滞留しないように構成されている。地下水槽１５の下部が帯水層Ｇｂに埋設されているときは、採熱管１０は、帯水層Ｇｂ部分にある地下水槽１５の壁面から水平に又は末端が帯水層Ｇｂから外れないように下り勾配をもって敷設される。地下水槽１５の下部が帯水層Ｇｂまで到達していないときは、採熱管１０は、帯水層Ｇｂに埋設される部分が多くなるように下り勾配をもって敷設される。下り勾配の好ましい角度は水平に対して１０°〜４０°、より好ましくは１５°〜３０°である。また、採熱管１０を水平に敷設するか下り勾配をもって敷設するかは、帯水層Ｇｂ内を流れる地下水の流速を考慮して決定するとよい。地下水の流速が遅い場合、採熱管１０内の水Ｍ１と熱交換し対流によって上方（地下水の温度が上昇した場合）又は下方（地下水の温度が低下した場合）に移動した地下水の影響を回避するため、水平に敷設するとよい。他方、地下水の流速が速い場合、採熱管１０内の水Ｍ１と熱交換した地下水が水平方向に移動することによって末端部分の交換熱量が減少するという事態を回避するため、下り勾配をもって敷設するとよい。
【００３２】
採熱管１０は、以下のようにして帯水層Ｇｂに敷設される。採熱水槽１５の内部から、ボーリングマシンにより水平に又は下り勾配をもって、帯水層Ｇｂに向けて外管１２の外径よりもやや大きい径でボーリングする。ボーリングは、１ｍ程度のケーシングを追加しながら採熱管１０の長さ分だけ行う。採熱管１０の長さ分ボーリングしたら、採熱管１０の外管１２を、末端を塞いだ上で掘削孔に挿入する。外管１２の挿入が完了したらケーシングを抜き、帯水層Ｇｂに残った外管１２に、スペーサ（不図示）等を用いて極力同軸になるように末端が開放された内管１１を挿入する。以上のように敷設された採熱管１０は、内管１１の内部と外管１２の内部とが末端部分で連通しており、内管１１の内部を流れる水Ｍ１の方向と、内管１１の外側部分の外管１２の内部を流れる水Ｍ１の方向とが逆になるように構成されている。
【００３３】
地熱採熱システム１では、採熱管１０の外管１２が、採熱水槽１５内で鉛直上方に延び、採熱水槽１５の内部に貯留された水Ｍ１の水面近くの水面下で端部１２ａが開放されている。他方、内管１１は、採熱水槽１５内部の下方で、外管１２の側部を貫通して末端１１ａが開放されている。内管１１の末端１１ａは、採熱水槽１５内の水Ｍ１の深さの１／２よりも深い位置、好ましくは１／５よりも深い位置、より好ましくは１／７より深い位置で開放されている。他方、外管１２の末端１２ａは、採熱水槽１５内の水Ｍ１の深さの１／２よりも浅い位置、好ましくは４／５よりも浅い位置、より好ましくは６／７より浅い位置で開放されている。なお、上記深さの割合は、採熱水槽１５の底部から見たものである。外管１２の内管１１が貫通する部分は目張りされており、採熱水槽１５下部の水Ｍ１がそのまま外管１２の内部に入り込まないように構成されている。また、採熱管１０が貫通する部分の採熱水槽１５の壁にはプレート１５Ａが貼り付けられており、採熱水槽１５内の水Ｍ１が地中Ｇに流出しないように構成されている。
【００３４】
採熱管１０は、採熱水槽１５を中心として水平投影面上に放射状に複数敷設されている。
図２に、本実施の形態における採熱管１０の敷設状態が示されている。本実施の形態では、採熱管１０が２０本敷設されているが、これより少なくてもよく、逆に多くして３０本、あるいはそれ以上敷設してもよい。つまり、意図する冷熱又は温熱量を地中Ｇから採熱できるように決定すればよい。複数の採熱管１０は、採熱水槽１５を中心に等しい角度の間隔をもって放射状に敷設されている。複数の採熱管１０は、交互に異なる下り勾配をもって敷設されていてもよい。本実施の形態では、水平に対し１５°の下り勾配をもつ採熱管１０と、３０°の下り勾配をもつ採熱管１０とを交互に敷設している。このようにすると、一つの採熱管１０と熱交換を行った帯水層Ｇｂ内の地下水が、隣接する採熱管１０に影響を及ぼさず、交換熱量を減少させることを回避することができる。また、放射状に敷設した複数の採熱管１０を、上下方向に２段、あるいはそれ以上の複数段敷設して採熱量を増やしてもよい。
【００３５】
再び図１に戻って、地熱採熱システム１の説明を続ける。採熱水槽１５の内部には、その上方に上部ヘッダ４１が、下方に下部ヘッダ４２が、それぞれ配設されている。典型的には、上部ヘッダ４１は外管１２の開放端１２ａと同程度の高さに配設されており、下部ヘッダ４２は内管１１の開放端１１ａと同程度の高さに配設されている。各ヘッダ４１、４２には水Ｍ１が流出入する出入孔が形成されている。また、地盤面ＧＬの上には採熱水槽１５内の水Ｍ１を、熱の利用場所に搬送する熱利用ポンプ３１が配設されている。また、熱の利用場所には、水冷ヒートポンプチラー等の熱源機器、エアハンドリングユニットやファンコイルユニット等の熱交換機器などの熱利用機器３３が設置されている。
【００３６】
熱利用ポンプ３１の吐出側と熱利用機器３３とは配管５１で接続されている。熱利用ポンプ３１の吸い込み側は、配管５３ａ及び配管５３ｂからなる配管５３を介して下部ヘッダ４２と接続されている。配管５３ａには開閉バルブ４３が配設されている。配管５３ａと配管５３ｂとの接続部からは、配管５４が分岐して上部ヘッダ４１に接続されている。配管５４には開閉バルブ４４が配設されている。熱利用機器３３は、配管５５ａ及び配管５５ｂからなる配管５５を介して下部ヘッダ４２と接続されている。配管５５ａには開閉バルブ４５が配設されている。配管５５ａと配管５５ｂとの接続部からは、配管５６が分岐して上部ヘッダ４１に接続されている。配管５６には開閉バルブ４６が配設されている。
【００３７】
引き続き図１を参照して、地熱採熱システム１の作用を説明する。地熱採熱システム１は、以下に説明するように、いわゆるサーモサイホンを応用することにより採熱管１０内に水Ｍ１を循環させるポンプを不要として搬送動力を削減したシステムである。採熱水槽１５には、その深さの３／４程度まで水Ｍ１が貯水されている。帯水層Ｇｂの温度は、年間を通じて約１５℃程度で安定している。以下、採熱した地熱を建物の冷暖房に利用するものとして、暖房時と冷房時とに分け、それぞれについて典型的な運転状況を説明する。
【００３８】
まず暖房時について説明する。暖房時は開閉バルブ４３、４６が閉状態、開閉バルブ４４、４５が開状態となっている。採熱水槽１５内は温度成層が形成されており、例えば、上部に約１３℃の温かい温水Ｍ１が、下部に約７℃の冷たい温水Ｍ１が貯留されている。採熱水槽１５及び採熱管１０内の温水Ｍ１の温度は、およそ７℃〜１３℃の範囲内にある。この温度は地中Ｇの温度（約１５℃）よりも低い。採熱管１０の外管１２内の温水Ｍ１は、帯水層Ｇｂから受熱して温度が上昇する。温度が上昇した温水は密度が小さくなって上昇するから、外管１２内の温水Ｍ１は採熱水槽１５に向かって移動する。このように、外管１２内の温水Ｍ１の密度に局所的な差が生じると、いわゆるサーモサイホン現象により対流が生じる。採熱水槽１５に向かって外管１２の内部を移動する温水Ｍ１は、移動過程においても帯水層Ｇｂから受熱して温度が上昇し、さらに密度が減少する。帯水層Ｇｂから受熱して温度が上昇した温水Ｍ１は、採熱水槽１５内の端部１２ａから流出し、採熱水槽１５の上部に貯留される。他方、外管１２内の温水Ｍ１が採熱水槽１５に向かって移動するのに伴い、内管１１内の温水Ｍ１が外管１２に連通する端部１１ｂの方向に引き寄せられる。内管１１を流れる温水は、採熱水槽１５内の内管１１の端部１１ａから導入される。
【００３９】
このように、採熱水槽１５の下部の約７℃の温水が端部１１ａから内管１１に流入し、内部流路１１ｒ内を流れて端部１１ｂで連通する外管１２に移り、外管１２内を流れつつ帯水層Ｇｂから受熱して、採熱水槽１５の上部に約１３℃の温水として流出する。このとき、内部流路１１ｒを流れる温水Ｍ１の流速の方が外部流路１２ｒを流れる温水Ｍ１の流速よりも速い。したがって、内部流路１１ｒを流れる温水Ｍ１と外部流路１２ｒを流れる温水Ｍ１との間であまり熱交換が行われず、端部１１ａで約７℃であった温水Ｍ１は、端部１１ｂでは約８℃となる。他方、端部１１ｂで約８℃であった温水Ｍ１は、外部流路１２ｒ内を比較的ゆっくり流れ、帯水層Ｇｂとの間で十分熱交換が行われて約１３℃の温水Ｍ１となって採熱水槽１５の上部に流出する。この間、温水Ｍ１は局所的な密度差によって対流するので、地熱を採熱するための動力を必要としない。
【００４０】
採熱水槽１５の上部の温かい温水Ｍ１は、熱利用ポンプ３１が起動されることにより上部ヘッダ４１の出入孔から吸い込まれ、配管５４、５３ｂ、５１を流れて熱利用機器機３３に流入し、ここで暖房に利用され温度が低下して冷たい温水Ｍ１となる。温度が低下した冷たい温水Ｍ１は、配管５５ｂ、５５ａを流れて下部ヘッダ４２に至り、出入孔から採熱水槽１５の下部に流出される。採熱水槽１５の下部の冷たい温水Ｍ１は再び端部１１ａから採熱管１０に導入され、地熱を採熱した後に採熱水槽１５に流出される。このように、循環する温水Ｍ１を媒体として地熱が利用される。また、温度計（不図示）等で熱の利用状況を監視して、採熱水槽１５に利用可能な熱がなくなったら蓄熱されるまで熱利用ポンプ３１を停止する。
【００４１】
次に冷房時について説明する。冷房時は開閉バルブ４３、４６が開状態、開閉バルブ４４、４５が閉状態となっている。採熱水槽１５内は温度成層が形成されており、例えば、上部に約２５℃の温かい冷水Ｍ１が、下部に約２１℃の冷たい冷水Ｍ１が貯留されている。採熱水槽１５及び採熱管１０内の冷水Ｍ１の温度は、後述する熱ロスを考慮すると、およそ２０℃〜２５℃の範囲内にあることとなる。この温度は地中Ｇの温度（約１５℃）よりも高い。採熱管１０の外部流路１２ｒ内の冷水Ｍ１は、帯水層Ｇｂへ放熱して温度が低下する。なお、以降、「冷水Ｍ１の熱を帯水層Ｇｂへ放熱する」ような現象を「冷水Ｍ１が帯水層Ｇｂから冷熱を受熱する」と表現する場合もある。温度が低下した冷水Ｍ１は４℃（密度が最も小さい温度）まで低下することがなく、密度が減少していって採熱水槽１５から離れる方向（端部１１ｂの方向）へ移動する。この冷水Ｍ１の移動に伴い、内管１１内の冷水Ｍ１は採熱水槽１５内に押し遣られる。また、外管１２内の冷水Ｍ１が移動するのに伴い、採熱水槽１５の上部の冷水Ｍ１が端部１２ａから外部流路１２ｒに流入する。以上から分かるように、採熱管１０の内部流路１１ｒと外部流路１２ｒとの水Ｍ１の流れる方向は、暖房時と冷房時とでは逆になる。
【００４２】
このように、採熱水槽１５の上部の約２５℃の冷水が端部１２ａから外部流路１２ｒに流入し、外部流路１２ｒ内を流れつつ帯水層Ｇｂから冷熱を受熱して端部１１ｂで連通する内部流路１１ｒに移り、内部流路１１ｒ内を採熱水槽１５に向かって流れ、採熱水槽１５の下部に約２１℃の冷水として流出する。このとき、内部流路１１ｒを流れる冷水Ｍ１の流速の方が外部流路１２ｒを流れる冷水Ｍ１の流速よりも速い。したがって、内部流路１１ｒを流れる冷水Ｍ１と外部流路１２ｒを流れる冷水Ｍ１との間であまり熱交換が行われず、端部１１ｂで約２０℃であった冷水Ｍ１は、端部１１ａでは約２１℃となる程度しか温度が上昇しない。他方、採熱水槽１５の上部で約２５℃であった冷水Ｍ１は、外部流路１２ｒ内を比較的ゆっくり流れ、帯水層Ｇｂとの間で十分熱交換が行われて約２０℃の冷水Ｍ１となって端部１１ｂに至る。なお、内部流路１１ｒを流れる冷水Ｍ１が、端部１１ｂから採熱水槽１５に達するまでに温度が２０℃から２１℃に上昇して冷熱量をロスすることになるが、温度が上昇することにより冷水Ｍ１の密度小さくなって対流が生じるという利点が生じる。このように、冷水Ｍ１は局所的な密度差によって対流するので、地熱を採熱するための動力を必要としない。
【００４３】
採熱水槽１５の下部の冷たい冷水Ｍ１は、熱利用ポンプ３１が起動されることにより下部ヘッダ４２の出入孔から吸い込まれ、配管５３ａ、５３ｂ、５１を流れて熱利用機器機３３に流入し、ここで冷房に利用され温度が上昇して温かい冷水Ｍ１となる。温度が上昇した温かい冷水Ｍ１は、配管５５ｂ、５６を流れて上部ヘッダ４１に至り、出入孔から採熱水槽１５の上部に流出される。採熱水槽１５の上部の温かい冷水Ｍ１は再び端部１２ａから採熱管１０に導入され、地熱（冷熱）を採熱した後に採熱水槽１５に流出される。このように、循環する冷水Ｍ１を媒体として地熱が利用される。また、温度計（不図示）等で熱の利用状況を監視して、採熱水槽１５に利用可能な熱がなくなったら蓄熱されるまで熱利用ポンプ３１を停止する。
【００４４】
次に図３を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る地熱採熱システムを説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る地熱採熱システム２を説明する系統図である。地熱採熱システム２の、地熱採熱システム１との相違点は、配管５３ａ、５４、５５ａ、５６及び開閉バルブ４３〜４６並びに上部ヘッダ４１を備えておらず、採熱管１０の外管１２が採熱水槽１５の上部の水面下で開放されずに採熱水槽１５の下部の壁際で開放されており、内管１１が採熱水槽１５内で開放されずに配管５３ｂに接続されている点である。その他の構成は、地熱採熱システム１の構成と同様である。
【００４５】
地熱採熱システム２では、冷房時及び暖房時共に、第１の熱媒体としての水Ｍ１の流れ方向は同じである。地熱採熱システム２では、熱利用ポンプ３１が起動すると、採熱管１０の内部流路１１ｒ内の水Ｍ１が熱利用ポンプ３１によって吸い上げられる。これに伴い採熱水槽１５の下部の壁際に設けられた外管１２の端部１２ａから採熱水槽１５内の水Ｍ１が外部流路１２ｒへ流入する。外部流路１２ｒに流入した水Ｍ１は内管１１の端部１１ｂの方向に流れながら、帯水層Ｇｂから冷熱又は温熱を受熱する。受熱した水Ｍ１は、内部流路１１ｒに流入して内部流路１１ｒ内を流れ、配管５３ｂを経由して熱利用ポンプ３１により配管５１内を圧送され、熱利用機器３３に至る。熱利用機器３３にて帯水層Ｇｂから採取した熱を利用し、冷熱又は温熱が奪われた水Ｍ１は配管５５ｂを流れて下部ヘッダ４２に至り、出入孔から採熱水槽１５に流出される。採熱水槽１５へ流出された水Ｍ１は、再び採熱管１０の外部流路１２ｒへ流入し、以後同様に採熱サイクルを循環する。このように、地熱採熱システム２は、採熱水槽１５内の水Ｍ１を熱利用機器３３に送水する熱利用ポンプ３１が、採熱管１０内に水Ｍ１を流すポンプを兼ねるからポンプを削減することができ、これに伴ってエネルギーロスを減少することができ、搬送動力を削減することができる。
【００４６】
次に図４を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る地熱採熱システムを説明する。図４は、本発明の第３の実施の形態に係る地熱採熱システム３を説明する系統図である。地熱採熱システム３では、第１の熱媒体として空気Ｍ１を用いている。採熱水槽１５及び採熱管１０の構成は、地熱採熱システム１における採熱水槽及び採熱管の構成と同様である。地熱採熱システム３は、地熱を採熱した空気Ｍ１を熱利用機器３３へと送気する熱利用ファン３２を採熱水槽１５内に備えている。熱利用ファン３２の吸込側は採熱管１０の外管と接続されている。採熱管１０の内管１１は端部１１ａが採熱水槽１５内で開放されている。熱利用ファン３２の吐出側は、ダクト５９を介して熱利用機器３３と接続されている。地熱採熱システム３における熱利用機器３３として、空冷ヒートポンプパッケージ型空調機や空気熱源ヒートポンプチラーが用いられる。また、採熱水槽１５は外気導入ダクト６０を介して地盤面ＧＬ上の大気と連通しており、採熱水槽１５内に外気を導入することができるように構成されている。
【００４７】
地熱採熱システム３は、熱利用ファン３２が起動すると、採熱管１０の外部流路１２ｒ内の空気Ｍ１が熱利用ファン３２に吸い込まれる。これに伴い内部流路１１ｒ内の空気Ｍ１が外部流路１２ｒと連通している端部１１ｂに引き寄せられ、さらに内部流路１１ｒには外気導入ダクト６０を通じて採熱水槽１５内に取り入れられた外気が端部１１ａから導入される。熱利用ファン３２に吸い込まれた地熱を採熱した空気Ｍ１は、ダクト５９を流れて熱利用機器３３へと送気され、熱が利用された後に大気に放出される。地熱採熱システム３は、採熱管１０内に空気Ｍ１を流すファンを削減することができ、これに伴ってエネルギーロスを減少することができ、搬送動力を削減することができる。なお、地熱採熱システム３は、熱利用機器３３を設けずに、地熱を採熱した空気Ｍ１を熱利用ファン３２で直接熱の利用場所へと搬送し、例えば空調の換気や農業用ビニールハウス等の熱源として単独で利用してもよい。
【００４８】
次に図５を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る地熱採熱システムを説明する。図５は、本発明の第４の実施の形態に係る地熱採熱システム４を説明する系統図である。地熱採熱システム４では、第１の熱媒体として水Ｍ１を用いている。地熱採熱システム４における採熱水槽１５及び採熱管１０の構成は、地熱採熱システム１における採熱水槽及び採熱管の構成と同様である。地熱採熱システム４では、地盤面ＧＬの上に水熱源のヒートポンプチラー３４が設置されている。採熱管１０の内管１１及び外管１２は、採熱水槽１５内で複数の同種の管と連合した後、それぞれヒートポンプチラー３４に接続されている。地熱採熱システム４では水Ｍ１が直接採熱水槽１５に貯められていないが、水Ｍ１を流す採熱管１０が採熱水槽１５に収容されているので、採熱水槽１５は水Ｍ１を収容していることとなる。ヒートポンプチラー３４の２次側には、第２の熱媒体としての冷媒ガスＭ２が流れる循環流路５２が配設されており、循環流路５２には熱利用ポンプ３１及び熱利用機器３３がこの順番で配設されている。
【００４９】
地熱採熱システム４では、水Ｍ１が、採熱管１０とヒートポンプチラー３４との間をサーモサイホンによる対流で循環する。冬季は採熱管１０の外部流路１２ｒ内の温水Ｍ１が帯水層Ｇｂと熱交換して温度が上昇し、密度が減少して上方へと移動していく。地熱を採熱して上昇した温水Ｍ１はヒートポンプチラー３４に導入され、冷媒ガスＭ２に熱を与えた後導出される。ヒートポンプチラー３４で熱を与え温度が低下して導出された温水Ｍ１は、採熱管１０の内部流路１１ｒに導入され、内部流路１１ｒ内の温水Ｍ１を押し出すようにして循環させる。ヒートポンプチラー３４で温水Ｍ１から受熱した冷媒ガスＭ２は熱利用機器３３に導入され、ここで熱が利用される。他方、夏季は採熱管１０の外部流路１２ｒ内の冷水Ｍ１が帯水層Ｇｂと熱交換して温度が低下し、密度が増加して下方へと移動していく。冷熱を受熱して下方に移動した冷水Ｍ１は、内部流路１１ｒ内の冷水Ｍ１を押し出すように流れて循環し、ヒートポンプチラー３４に導入され、冷媒ガスＭ２に冷熱を与えた後導出される。ヒートポンプチラー３４で冷熱を与え温度が上昇して導出された冷水Ｍ１は、採熱管１０の外部流路１２ｒの冷水Ｍ１が密度差により下方に移動するのに伴って下方に引き寄せられ、再び外部流路１２ｒ内に導入されて帯水層Ｇｂから冷熱を受熱する。ヒートポンプチラー３４で冷水Ｍ１から冷熱を受熱した冷媒ガスＭ２は熱利用機器３３に導入され、ここで冷熱が利用される。地熱採熱システム４は、いわゆるサーモサイホンを応用することにより採熱管１０内に水Ｍ１を循環させるポンプを不要として搬送動力を削減したシステムである。
【００５０】
次に図６を参照して、本発明の第５の実施の形態に係る地熱採熱システムを説明する。図６は、本発明の第５の実施の形態に係る地熱採熱システム５を説明する系統図である。地熱採熱システム５では、第１の熱媒体として空気Ｍ１を用いている。採熱水槽１５及び採熱管１０の構成は、地熱採熱システム１における採熱水槽及び採熱管の構成と同様である。地熱採熱システム５は、地盤面ＧＬの上に熱源機器としての空気熱源のヒートポンプチラー３５が設置され、採熱水槽１５内にヒートポンプチラー３５の屋外機３６が配置されている。また、採熱水槽１５内の屋外機３６の上部には送風機３８が設けられている。送風機３８の吐出側は採熱管１０の内管１１に接続されている。外管１２の端部１２ａは、採熱水槽１５内に設置された屋外機３６の空気導入口３６ａの近傍で開放されている。ヒートポンプチラー３５の２次側には、第２の熱媒体としての冷媒ガスＭ２が流れる循環流路５２が配設されており、循環流路５２には熱利用ポンプ３１及び熱利用機器３３がこの順番で配設されている。
【００５１】
地熱採熱システム５は、送風機３８が起動すると、採熱管１０の内部流路１１ｒ内の空気Ｍ１が端部１１ｂに向かって移動し、端部１１ｂで折り返して外部流路１２ｒ内に流入する。外部流路１２ｒを流れる空気Ｍ１は、帯水層Ｇｂの熱と熱交換して冷熱又は温熱を受熱して採熱水槽１５の下部に吹き出される。地熱を採熱した空気Ｍ１は空気導入口３６ａから屋外機３６に導入され、屋外機３６の熱源としてヒートポンプチラー３５を運転するのに利用される。屋外機３６で熱交換した空気Ｍ１は屋外機３６の頂部から排出され、その上部に配設された送風機３８に吸い込まれて、再び内部流路１１ｒに向けて吐出される。運転されたヒートポンプチラー３５は、冷水又は温水を造り、これを熱利用ポンプ３１で循環流路５２内を循環させて、冷水又は温水が保有する冷熱又は温熱が熱利用機器３３で利用される。地熱採熱システム５は、屋外機３６に地熱を採熱した空気Ｍ１を供給することにより空気熱源のヒートポンプチラー３５の効率を向上させることができる。
【００５２】
次に図７を参照して、本発明の第６の実施の形態に係る地熱採熱システムを説明する。図７は、本発明の第６の実施の形態に係る地熱採熱システム６を説明する系統図である。地熱採熱システム６は、地熱採熱システム１における採熱管１０に代えてヒートパイプ１６を設けている。また、地熱採熱システム６では、地熱採熱システム１で備えていた開閉バルブ４３〜４６、及び配管５３ａ、５５ａ、５６を備えていない。これらの相違以外は、地熱採熱システム１と同様に構成されている。ヒートパイプ１６は、いわゆる密閉形サーモサイホンであり、内部には作動媒体Ｍｗが封入されている。作動媒体Ｍｗは、典型的には水等の単相の液体が用いられる。また、作動媒体Ｍｗとして、例えば水とエタノールを混合した二成分混合の二相の流体を用いてもよい。作動媒体Ｍｗを、単相の液体とすると構成が単純になり、二相の流体とすると蒸発潜熱の利用が可能となって地熱の採熱量を増加することができる。ヒートパイプ１６は、帯水層Ｇｂに埋設された部分から採熱水槽１５の下部の壁を貫通し、採熱水槽１５の内部で上方に延びている。その上方に延びている部分には、熱交換を促進するためのフィン１６ｆが設けられている。
【００５３】
上記のように構成された地熱採熱システム６は、専ら暖房に用いられる。地熱採熱システム６の運転状況は以下のようになる。帯水層Ｇｂに埋設された部分のヒートパイプ１６内の作動媒体Ｍｗは、帯水層Ｇｂから受熱して温度が上昇し、密度が小さくなる。密度が小さくなった作動媒体Ｍｗは、ヒートパイプ１６内を上昇し、相対的に密度が大きくなった作動媒体Ｍｗが下降してくる。このようにしてヒートパイプ１６内に自然対流現象が発生する。密度が小さくなってヒートパイプ１６内を上昇した作動媒体Ｍｗは、採熱水槽１５内で第１の熱媒体としての温水Ｍ１との間で熱交換を行う。採熱水槽１５下部の約７℃の温水Ｍ１は、作動媒体Ｍｗから受熱して密度が小さくなり、採熱水槽１５の上部へと移動していく。採熱水槽１５上部の温水Ｍ１は、約１３℃となっている。
【００５４】
採熱水槽１５の上部の温かい温水Ｍ１は、熱利用ポンプ３１が起動されることにより上部ヘッダ４１の出入孔から吸い込まれ、配管５３ｂ、５１を流れて熱利用機器機３３に流入し、ここで暖房に利用され温度が低下して冷たい温水Ｍ１となる。温度が低下した冷たい温水Ｍ１は、配管５５ｂを流れて下部ヘッダ４２に至り、出入孔から採熱水槽１５の下部に流出される。採熱水槽１５の下部の冷たい温水Ｍ１は再びヒートパイプ１６内の作動媒体Ｍｗとの間で熱交換を行い、密度が小さくなって採熱水槽１５の上部へと移動していく。このように、循環する温水Ｍ１を媒体として地熱が利用される。また、温度計（不図示）等で熱の利用状況を監視して、採熱水槽１５に利用可能な熱がなくなったら蓄熱されるまで熱利用ポンプ３１を停止する。以上のように、地熱採熱システム６は、いわゆるサーモサイホンを応用することにより採熱管１０内に水Ｍ１を循環させるポンプを不要として搬送動力を削減したシステムである。
【００５５】
次に図８を参照して、本発明の第７の実施の形態に係る地熱採熱システムを説明する。図８は、本発明の第７の実施の形態に係る地熱採熱システム７を説明する系統図である。地熱採熱システム７は、地熱採熱システム１における採熱管１０を、帯水層Ｇｂに埋設された部分が二重管で形成されて採熱水槽１５内の部分がループ状に形成されたヒートパイプ１７に置換したものであり、作動媒体Ｍｗのヒートパイプ１７内での循環を可能にして冷暖房のいずれにも利用できるように構成したものである。作動媒体Ｍｗは、典型的には水等の単相の液体が用いられる。また、暖房時においては、作動媒体Ｍｗとして、例えば水とエタノールを混合した二成分混合の二相の流体を用いてもよい。作動媒体Ｍｗを、単相の液体とすると構成が単純になり、二相の流体とすると蒸発潜熱の利用が可能となって地熱の採熱量を増やすことができる。ただし、作動媒体を二相の流体とした場合、上述した地熱採熱システム７の構成では、作動媒体Ｍｗを帯水層Ｇｂ内で蒸発させ、採熱水槽１５内で凝縮させる必要があるため、冷熱を採熱する冷房に利用することはできない。ヒートパイプ１７の帯水層Ｇｂに埋設された部分は、地熱採熱システム１で用いられる採熱管１０と同様の構成を有している。すなわち、ヒートパイプ１７は、採熱管１０の内部流路１１ｒに相当する、内管１１で形成された内部通路１８と、外部流路１２ｒに相当する、内管１１の外側に形成された外部通路１９とを有し、内部通路１８の端部１８ｂがヒートパイプ１７の帯水層Ｇｂ側の末端付近で開放されている。また、外部通路１９の末端１９ｂは閉塞されている。他方、内部通路１８及び外部通路１９は、採熱水槽１５内で、共に上方へ延びており、内部通路１８の端部１８ａと外部通路１９の端部１９ａとは接続管２０を介して接続されている。接続管２０には、熱交換を促進するためのフィン２０ｆが設けられている。また、採熱水槽１５内の内部通路１８の上方へと角度を変える部分には、液溜部１８ｄが形成されている。地熱採熱システム７は、上記の相違以外は、地熱採熱システム１と同様に構成されている。
【００５６】
上記のように構成された地熱採熱システム７について、まず暖房時の運転状況を説明する。暖房時は開閉バルブ４３、４６が閉状態、開閉バルブ４４、４５が開状態となっている。ヒートパイプ１７の外部通路１９内の作動媒体Ｍｗは、帯水層Ｇｂから受熱して温度が上昇し、密度が小さくなる。密度が小さくなった作動媒体Ｍｗは、外部通路１９内を上昇し、これに伴って相対的に密度が大きくなった作動媒体Ｍｗが接続管２０及び連通している内部通路１８を下降する。このようにしてヒートパイプ１７内に自然対流現象が発生し、作動媒体Ｍｗが外部通路１９、接続管２０、内部通路１８内を循環する。密度が小さくなって接続管２０内に移動した作動媒体Ｍｗは、採熱水槽１５内で第１の熱媒体としての温水Ｍ１との間で熱交換を行う。採熱水槽１５下部の約７℃の温水Ｍ１は、作動媒体Ｍｗから受熱して密度が小さくなり、採熱水槽１５の上部へと移動していく。採熱水槽１５上部の温水Ｍ１は、約１３℃となっている。
【００５７】
採熱水槽１５の上部の温かい温水Ｍ１は、熱利用ポンプ３１が起動されることにより上部ヘッダ４１の出入孔から吸い込まれ、配管５４、５３ｂ、５１を流れて熱利用機器機３３に流入し、ここで暖房に利用され温度が低下して冷たい温水Ｍ１となる。温度が低下した冷たい温水Ｍ１は、配管５５ｂ、５５ａを流れて下部ヘッダ４２に至り、出入孔から採熱水槽１５の下部に流出される。採熱水槽１５の下部の冷たい温水Ｍ１は再びヒートパイプ１７の接続管２０内の作動媒体Ｍｗとの間で熱交換を行い、密度が小さくなって採熱水槽１５の上部へと移動していく。このように、循環する温水Ｍ１を媒体として地熱が利用される。また、温度計（不図示）等で熱の利用状況を監視して、採熱水槽１５に利用可能な熱がなくなったら蓄熱されるまで熱利用ポンプ３１を停止する。
【００５８】
次に冷房時の運転状況について説明する。冷房時は開閉バルブ４３、４６が開状態、開閉バルブ４４、４５が閉状態となっている。ヒートパイプ１７の外部通路１９内の作動媒体Ｍｗは、帯水層Ｇｂから冷熱を受熱して温度が低下し、密度が大きくなる。密度が大きくなった作動媒体Ｍｗは、外部通路１９内を下降し、これに伴って内部通路１８内の作動媒体Ｍｗを上方へ押し遣ると共に、相対的に密度が小さくなった作動媒体Ｍｗが内部通路１８内を接続管２０の方に向かって上昇する。このようにしてヒートパイプ１７内に自然対流現象が発生し、作動媒体Ｍｗが外部通路１９、内部通路１８、接続管２０内を循環する。密度が小さくなって接続管２０内に移動した作動媒体Ｍｗは、採熱水槽１５内で第１の熱媒体としての冷水Ｍ１との間で熱交換を行う。採熱水槽１５内は、冷水Ｍ１が作動媒体Ｍｗとの間で熱交換を行うことにより、下部に約２０℃の冷水が、上部に約２５℃の冷水が貯留されている。
【００５９】
採熱水槽１５の下部の冷たい冷水Ｍ１は、熱利用ポンプ３１が起動されることにより下部ヘッダ４２の出入孔から吸い込まれ、配管５３ａ、５３ｂ、５１を流れて熱利用機器機３３に流入し、ここで冷房に利用され温度が上昇して温かい冷水Ｍ１となる。温度が上昇した温かい冷水Ｍ１は、配管５５ｂ、５６を流れて上部ヘッダ４１に至り、出入孔から採熱水槽１５の上部に流出される。採熱水槽１５内は、下部から冷たい冷水Ｍ１が熱利用機器３３に送水され、上部に温かい冷水Ｍ１が還されるので、上部から下部への冷水Ｍ１の移動が生じる。この移動により、ヒートパイプ１７の接続管２０付近に温度が高い冷水Ｍ１が流れ込む。接続管２０付近に流れ込んだ温度の高い冷水Ｍ１は、作動媒体Ｍｗとの間で熱交換が行われて冷却され、冷たい冷水Ｍ１となって熱利用機器３３に送水される。このように、循環する冷水Ｍ１を媒体として地熱が利用される。また、温度計（不図示）等で熱の利用状況を監視して、採熱水槽１５に利用可能な熱がなくなったら蓄熱されるまで熱利用ポンプ３１を停止する。
以上のように、地熱採熱システム７は、いわゆるサーモサイホンを応用することにより採熱管１０内に水Ｍ１を循環させるポンプを不要として搬送動力を削減したシステムである。
【００６０】
次に図９を参照して、地熱採熱システム１〜７に付加して採熱効率を向上させる地熱採熱システムの変形例（採熱効率向上システム９）について説明する。図９は地熱採熱システム１〜７の採熱効率を向上させるシステム９の系統図である。採熱効率向上システム９は、既述の地熱採熱システム１〜７において、揚水ポンプ２２と、揚水流路としての揚水管２１と、散水流路としての散水管２５とが付加されている。
【００６１】
揚水ポンプ２２は、採熱水槽１５の底部のほぼ中心から鉛直下方に掘削された揚水井戸６２の底部に配設されている。揚水井戸６２は、採熱水槽１５の底部から約７ｍ以内の深さであり、揚水ポンプ２２が帯水層Ｇｂ内に配設されるように形成されている。揚水ポンプ２２は、採熱水槽１５の下部に存在する地下水Ｗｕを揚水することができるように構成されている。
揚水管２１は、一端が揚水ポンプ２２に接続され、他端が採熱水槽１５内まで到達するように、揚水井戸６２の内部に配設されている。揚水管２１には、典型的には硬質塩化ビニル管が用いられるが、外部が被覆やコーティングされた鋼管等、地中埋設に適した材料を用いてもよい。
散水管２５は、揚水ポンプ２２で汲み上げた地下水Ｗｕを地中Ｇに散水するための管である。散水管２５は、採熱管１０やヒートパイプ１６、１７よりも上部に、採熱管１０やヒートパイプ１６、１７とほぼ同様の長さで、同様に放射状（図２参照）に配設されている。散水管２５は、採熱管１０等と同様の手順で地中に埋設される。散水管２５は、典型的には硬質塩化ビニル管であり、一端が分岐管２３を介して揚水管２１に接続されており、他端が閉塞されている。散水管２５には、外部が被覆やコーティングされた鋼管等、地中埋設に適した材料を用いてもよい。散水管２５には、揚水ポンプ２２で汲み上げた地下水Ｗｕを地中に向けて散水する多数の散水孔が側面に形成されている。
【００６２】
次に、採熱効率向上システム９の作用を説明する。揚水ポンプ２２を起動すると、採熱水槽１５の下部の地下水Ｗｕが揚水ポンプ２２によって揚水される。揚水された地下水Ｗｕは、揚水管２１を流れて分岐管２３に到達し、分岐管２３で複数の散水管２５に分配される。散水管２５内の地下水Ｗｕは、揚水ポンプ２２によって加圧されており、末端に向かって流れると共に、多数の散水孔から帯水層Ｇｂへと散水される。帯水層Ｇｂに散水された地下水Ｗｕは、採熱管１０（ヒートパイプ１６、１７）の周辺を通過して帯水層Ｇｂ内を流れ、一部は再び揚水ポンプ２２に吸い込まれて揚水される。採熱管１０（ヒートパイプ１６、１７）の周辺を地下水Ｗｕが流れることにより、第１の熱媒体Ｍ１や作動媒体Ｍｗと熱交換した、採熱管１０（ヒートパイプ１６、１７）周辺の地下水Ｗｕは、定常水温（約１５℃）の地下水Ｗｕと置換されるため、採熱管１０（ヒートパイプ１６、１７）周辺の帯水層Ｗｂが熱飽和することがなく、帯水層Ｗｂと第１の熱媒体Ｍ１や作動媒体Ｍｗとの熱交換が促進され、地熱採熱システム１〜７の採熱効率が向上する。また、揚水ポンプ２２で汲み上げた地下水Ｗｕ自体を利用するのではなく、地下水Ｗｕを循環させて地下水Ｗｕの熱だけを利用するので、地盤沈下等の不具合が生じることがない。
【００６３】
以上の説明では、採熱管１０やヒートパイプ１６、１７を直接帯水層Ｇｂに埋設することとして説明したが、地下水Ｗｕを流通し砕石を通さない程度の多数の小孔が形成された保護管を、採熱管１０やヒートパイプ１６、１７を覆うようにして設け、これらを外傷から保護するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る地熱採熱システムの系統図である。
【図２】採熱管の敷設状態を示す平面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る地熱採熱システムの系統図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る地熱採熱システムの系統図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る地熱採熱システムの系統図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係る地熱採熱システムの系統図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係る地熱採熱システムの系統図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態に係る地熱採熱システムの系統図である。
【図９】地熱採熱システムの採熱効率を向上させるシステムの系統図である。
【符号の説明】
【００６５】
１〜７  地熱採熱システム
１０  採熱管（熱交換流路）
１１ａ  内部流路の一端
１１ｒ  内部流路
１２ａ  外部流路の一端
１２ｒ  外部流路
１５  採熱水槽（地中容器）
１６  ヒートパイプ
１８  内部通路
１８ａ  内部通路の一端
１９  外部通路
１９ａ  外部通路の一端
２１  揚水流路
２２  揚水ポンプ
２５  散水流路
３１  ポンプ（搬送機器）
３２  ファン（搬送機器）
３５  熱源機器
３６  屋外機
３６ａ  空気導入口
３８  送風機
Ｇ  地盤面下
Ｍ１  第１の熱媒体
Ｗｕ  地下水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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