(57)【要約】  【課題】採熱管として汎用品を使用でき、かつ設置手間及び費用が廉価で済むようになり、もって設備投資を最小限に抑えることのできる地熱利用ヒートポンプシステムを提供する。  【解決手段】採熱管を地中浅層部に略水平面に沿って埋設し、前記地中浅層部に存在する地下水または伏流水から地熱を採取する。また、前記採熱管は雨水を熱媒として使用し、地中熱利用のための熱源水槽と、雨水を原水とする雑用水槽とを兼用するようにするとともに、前記地中熱利用のための熱源水槽の熱媒を直接または間接熱交換により、外気調和機の予熱及び予冷の熱源として用いるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
採熱管を地中浅層部に略水平面に沿って埋設し、前記地中浅層部に存在する地下水または伏流水から地熱を採取することを特徴とする地熱利用ヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記採熱管は雨水を熱媒として使用し、地中熱利用のための熱源水槽と、雨水を原水とする雑用水槽とを兼用している請求項１記載の地熱利用ヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記地中熱利用のための熱源水槽の熱媒を直接または間接熱交換により、外気調和機の予熱及び予冷の熱源として用いる請求項２記載の地熱利用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、地中内に配設した採熱管によって取り出した熱エネルギーを冷暖房、融雪、給湯、床暖房等に利用する地熱利用ヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然エネルギーの利用、Ｃ０２の排出量の抑制、環境保全、省エネルギー等の利点から、地中熱を利用した冷暖房システム、融雪システム、給湯システム、床暖房システムなどが盛んに設置されている。
【０００３】
この地中熱を利用したシステムは、地中部分、例えば１０〜１００ｍの熱エネルギー（約１５〜１８℃）を熱交換器により抽出して様々な用途に活用するものである。前記地中熱を利用した冷暖房システムとしては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。同冷暖房システムは、穿設した井戸の坑井内に挿入された循環パイプと、この循環パイプ内を循環する不凍液等の媒体と、媒体循環ポンプと、坑井内の熱対流層に設けられた坑井内熱交換器と、室内機と、循環パイプを循環する媒体と熱交換媒体間で熱交換を行う室外熱交換器とで構成される第１ヒートポンプと、室外熱交換器と媒体が循環する他の循環パイプと、媒体を圧縮する圧縮機と、圧縮媒体を減圧する膨張装置と、室内機と室内熱交換器と、送風装置とで構成される第２ヒートポンプとから構成され、前記熱対流層により坑井内熱交換器は高効率のエネルギーを得て、前記第１、第２ヒートポンプで熱交換し、室内熱交換器で冷暖房を行うものである。また、地中熱交換器としては、下記特許文献２に示されるように、土中深層部に垂直に埋設される採熱管の他、例えば下記特許文献３に示されるように、架橋ポリエチレン、ポリブデン等からなるチューブを使用するとともに、架橋ポリエチレン、ポリブデン等の樹脂やステンレススチール、チタン等の金属からなるヘッドカバーを使用した樹脂製多管式熱交換器も提案されている。
【０００４】
さらに地熱を回収する方法としては、地中に埋設した熱交換器の他に、下記特許文献４に示されるように、井戸を２本掘り、一方を揚水井戸とし、他方を還水井戸とし、前記揚水井戸から汲み上げた井水をヒートポンプの採熱源として利用した後、これを還水井戸に返送するものもある。
【特許文献１】特開平９−１３７９７２号公報
【特許文献２】特開平９−６０９８３号公報
【特許文献３】特開２００１−１１６４７１号公報
【特許文献４】特開２００２−５４８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜４等に示されるように、ヒートポンプの熱源として地熱を利用する場合には、地盤を縦方向に穿孔（井戸堀）して地中に熱交換器を設置することになるが、この場合には前記井戸堀に多大な工事費用を要するため、多額な初期投資が必要となり、地熱を利用する省エネルギー設備の経済性を悪化させているとともに、採熱時間が短く、熱の移動に時間がかかるため、熱交換率が悪いという欠点があった。また、大規模な施設への適用の場合には、井戸を多数穿設しなければならず、この工事費用が膨大となっていた。
【０００６】
また、２本の井戸を掘り、一方を揚水井戸とし、他方を還水井戸とする特許文献４に係る方法の場合には、自治体の条例により地下水の汲み上げが規制される場合があるため採用が制限されることがあるとともに、還水を還水井戸に返送するためにポンプ動力を必要とするなどの問題がある。
【０００７】
さらに、上記特許文献２等に示されるように、土中深層部に垂直に埋設される採熱管の場合は、土圧に耐える強度を有する必要があるとともに、往水路と復水路を同一管路内に形成するために、二重管構造等の特注構造の管材を使用しなければならず、製作コストも嵩んでいた。
【０００８】
そこで本発明の主たる課題は、採熱管として樹脂管等の汎用品を使用でき、かつ設置手間及び費用が廉価で済むようになり、もって設備投資を最小限に抑えることのできる地熱利用ヒートポンプシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、採熱管を地中浅層部に略水平面に沿って埋設し、前記地中浅層部に存在する地下水または伏流水から地熱を採取することを特徴とする地熱利用ヒートポンプシステムが提供される。
【００１０】
上記請求項１記載の発明においては、採熱管を地中浅層部に略水平面に沿って埋設するようにする。例えば、建物の基礎工事（根切り工事）時に、開削された底盤面に水平面に沿って採熱管を敷設するようにする。従って、建築物の施工に必要な根切り工事の範囲内で或いは多少の追加掘削工事を要する範囲内で納めることができるとともに、採熱管の設置領域も縮小化できるようになるため、採熱管の設置に必要な土木工事費を最小限に抑えることが可能となる。
【００１１】
また、配管用管材としては、架橋ポリエチレン管などの汎用品を利用することが可能となり、設置手間および費用が廉価で済むようになる。また、地盤掘削した底盤面に敷設するため、距離の長い採熱管を簡単に敷設できるようになるため、採熱時間を長く確保できるようになり、熱交換率も良好となる。なお、具体的な採熱管の埋設深さは基礎の掘削深さによるが、数ｍ〜十数ｍ程度とされる。
【００１２】
本発明において地熱は、地中浅層部に存在する地下水または伏流水から採熱するようにしている。地中浅層部に存在する地下水または伏流水は、恒温水というわけにはいかず、所定範囲内での温度変化を有するが、夏季における熱媒の冷却、冬季における熱媒の昇温によって冷暖房、給湯に適する冷却・加熱源を得ることが可能である。また、熱交換率については、長距離の採熱管を敷設することによりカバーすることが可能である。この場合、特に伏流水を利用する場合には、地下水温度にタイムラグ（時期遅れ）が生じて、一季節前の温度の低い水／高い水を利用できる場合には大きなメリットが生じる。
【００１３】
請求項２に係る本発明として、前記採熱管は雨水を熱媒として使用し、地中熱利用のための熱源水槽と、雨水を原水とする雑用水槽とを兼用している請求項１記載の地熱利用ヒートポンプシステムが提供される。
【００１４】
上記請求項２記載の本発明では、採熱管は雨水を熱媒として使用することにより特に不凍液等の熱媒が不要になることはもちろんであるが、地中熱利用のための熱源水槽と、雨水を原水とする雑用水槽とを兼用できるようになり、水槽の工事費をおよそ半減することができる。
【００１５】
請求項３に係る本発明として、前記地中熱利用のための熱源水槽の熱媒を直接または間接熱交換により、外気調和機の予熱及び予冷の熱源として用いる請求項２記載の地熱利用ヒートポンプシステムが提供される。
【００１６】
上記請求項３記載の本発明では、前記熱源水槽の水（雨水）を外気調和機の予熱及び予冷の熱源としても用いることにより、設備の省力化、簡略化、低コスト化が図れるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
以上詳説のとおり本発明によれば、採熱管を地中浅層部に略水平面に沿って埋設し、前記地中浅層部に存在する地下水または伏流水から地熱を採取するようにしたため、採熱管として汎用品を使用できるようになるとともに、設置手間及び費用が廉価で済むようになり、もって地熱利用ヒートポンプシステムの導入に掛かる設備投資を最小限に抑えることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
図１は本発明に係る地熱利用ヒートポンプシステムの構成ブロック図である。
【００１９】
本発明に係る地熱利用ヒートポンプシステムでは、図１に示されるように、熱源水槽１が設置され、この熱源水槽１内に貯水されている雨水が熱媒として使用されるようになっている。
【００２０】
すなわち、前記熱源水槽１は、内部が隔壁によって水槽１Ａ〜１Ｃの３つに画成され、水槽１Ａから水槽１Ｃに至る多数本の採熱管２，２…が地中浅層部、例えば数ｍ〜十数ｍの地盤深さ位置に略水平面に沿って敷設され、前記水槽１Ａ内に貯留された水がポンプ２ａにより水槽１Ｃに輸送される過程で、地盤浅層部に存在する地下水または伏流水と熱交換が行われ、水槽１Ｃ内に低温化または高温化された水が貯水されるようになっている。なお、前記水槽１Ｃに加水されると、溢れた水が水槽１Ｂに溢流し、さらに水槽１Ｂから溢れた水が水槽１Ａに溢流するようになっており、水槽１内の各水槽１Ａから１Ｃの水位は常時一定に保たれるようになっている。
【００２１】
前記採熱管２としては、例えばφ１０〜２０mm程度の架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブデン等の樹脂管が好適に用いられる。また、１本当たりの敷設長は建物規模（空調規模）等によって大きく異なるが５０ｍ〜数百ｍとするのがよい。
【００２２】
前記水槽１Ｃに貯水された熱媒（水）は、熱媒送水管３により熱交換器４，４…に送られ、ここで他との熱交換により熱源が利用され、熱媒が熱媒還水管５により水槽１Ａに戻されるようになっている。
【００２３】
なお、図示の例では前記熱媒送水管３から冷却塔７を循環して熱媒送水管３に戻る分岐送給路８が形成されているとともに、熱媒送水管３の途中に熱交換器６が設けられ、他の温熱源と熱交換が行われるようになっている、これらは補助熱源として利用されるものである。
【００２４】
ところで、本地熱利用ヒートポンプシステムにおいて前記熱源水槽１は、雨水を原水とする雑用水槽を兼用するものである。雨水が沈砂水槽１０に導入され、ここで固形物が沈殿除去された後、さらに微小な固形物が濾過機１１で除去され、熱源水槽１に導入される。そして、水槽１Ａ内の水が、トイレ洗浄水、植裁への散水、災害時の緊急飲料（浄水器別途必要）、近隣火災時の防火水などの中水として使用されるようになっている。
【００２５】
一方で、前記熱源水槽１の内の中間水槽１Ｂには、架橋ポリエチレン等からなる多管式熱交換器１２が配設され、この多管式熱交換器１２を巡る循環路が外気取入れ用空調機１３に導かれ、外気調和機１３内の熱交換器（コイル）１４により外気の予熱及び予冷の熱源として使用されるようになっている。
【実施例】
【００２６】
想定した建物において、従来の都市ガス方式による冷房運転及び暖房運転を採用した場合と、本発明に係る地熱利用ヒートポンプシステムを用いた空調システムを採用した場合とで、冷温熱１００kWを得るのに必要なランニングコストを試算した。なお、採熱管を敷設条件は、架橋ポリエチレンパイプ（φ１３mm）：１２０m×４４本とした。
【００２７】
その結果を下表１に示す。
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る地熱利用ヒートポンプシステムの構成ブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…熱源水槽、２…採熱管、３…熱媒送水管、４…熱交換器、５…熱媒還水管、６…熱交換器、７…冷却塔、８…分岐送給路、１０…沈砂水槽、１１…濾過機、１２…多管式熱交換器、１３…外気取入れ用空調機、１４…熱交換器
【図１】
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