(57)【要約】【課題】蓄熱効率がよく、又、体積当りの熱容量としても十分で、安定した蓄熱効果が得られる蓄熱システムを提供する。【解決手段】地下貯水槽２１と、地中に形成され、地下貯水槽２１により水分が浸透される土壌１５を備えた蓄熱土壌槽１１と、内部に該内部を流れる熱媒体が充填されたパイプであり、該パイプの一部が蓄熱土壌槽１１の土壌１５中に埋没するように敷設されて形成された主経路１２ａと該主経路１２ａ以外の部分である副経路１２ｂとでなる閉管路１２と、該閉管路１２の副経路１２ｂの途中に挿入されて接続されると共に熱媒体が内部を流れる集熱装置１３と、熱媒体を閉管路１２及び集熱装置１３内に循環させる熱媒体循環ポンプ１４とを少なくとも備えて、蓄熱システム１を構成する。【選択図】図１
2007333296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌中に水を浸透させる水浸透手段と、
地中に形成され、前記水浸透手段により水が浸透される土壌を備えた蓄熱土壌槽と、
内部に該内部を流れる熱媒体が充填されたパイプで構成されると共に、該パイプの一部が前記蓄熱土壌槽の前記土壌中に埋没するように敷設されて形成された主経路と該主経路以外の部分である副経路とでなる閉管路と、
該閉管路の前記副経路の途中に挿入されて接続されると共に前記熱媒体が内部を流れる集熱装置と、
前記熱媒体を前記閉管路及び前記集熱装置内に循環させる熱媒体循環ポンプと、を少なくとも備えており、
前記熱媒体が前記集熱装置の内部を流れる際に前記熱媒体が吸熱し、吸熱した該熱媒体が前記主経路を構成する前記パイプ内を流れる際に、該パイプを介して前記蓄熱土壌槽の前記土壌に放熱することにより、該土壌に蓄熱されることを特徴とする蓄熱システム。
【請求項２】
前記蓄熱土壌槽の底面及び側面を遮水シートで覆った請求項１記載の蓄熱システム。
【請求項３】
前記水浸透手段は、雨水等の水を貯留し、且つ、貯留した該水が底部から下方に向かって浸透すると共に地中に形成された地下貯水槽であり、
前記蓄熱土壌槽は、前記地下貯水槽の下方に該地下貯水槽と重ねて形成されている請求項１又は２記載の蓄熱システム。
【請求項４】
前記地下貯水槽の底面に、前記蓄熱土壌槽の上面を覆うと共に透水性を有するアンカーボードが固定されている請求項３記載の蓄熱システム。
【請求項５】
前記蓄熱土壌槽の土壌中に蓄熱部材を混入した請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
【請求項６】
前記蓄熱土壌槽の土壌中に円柱状の蓄熱部材を設けた請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
【請求項７】
前記集熱装置は、前記熱媒体が内部を流れるパイプで構成されると共に、該パイプは、地表から離れた地中に形成されている前記蓄熱土壌槽の位置よりも浅い位置である地表近くの地中に埋設されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
【請求項８】
前記集熱装置として、太陽光集熱パネル、又は、ヒートポンプ、或いは、双方が用いられる請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
【請求項９】
複数の前記集熱装置を備えると共に、該集熱装置は、相互に並列に前記副経路の途中に挿入されて接続される請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
【請求項１０】
前記副経路の途中に挿入されて接続されると共に前記熱媒体が内部を流れる蓄熱利用装置を備えており、
前記熱媒体が前記主経路を構成する前記パイプ内を流れる際に、蓄熱された前記土壌から前記パイプを介して吸熱し、該吸熱した該熱媒体が前記蓄熱利用装置の内部を流れる際に、前記熱媒体が放熱することにより蓄熱利用が行われる請求項１〜９のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
【請求項１１】
前記地表は冬季に積雪する路面であると共に、冬季には、前記熱媒体が前記主経路を構成する前記パイプ内を流れる際に、冬季以外の季節に蓄熱された前記土壌から前記パイプを介して吸熱し、吸熱した該熱媒体が、前記集熱装置の内部を流れる際に、前記集熱装置を構成する前記パイプを介して地中に放熱することにより、前記集熱装置が融雪機能を果たす請求項７記載の蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱システムに関し、詳しくは、地中に形成され、水を浸透させた土壌を用いる蓄熱土壌槽を用いた蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーを利用する技術として、地中に蓄熱する蓄熱システムは、従来から知られている。これは、地表に近い地中と地表から離れた地中とでは、夏と冬等の季節間で、或いは、昼と夜等の時間帯間で、地中の温度変化が異なることを利用して、地表に近い地中と地表から離れた地中との間に配管すると共に、この配管内に熱媒体を循環させることによって、地中に蓄熱するものである（例えば、特許文献１、２参照）。この蓄熱システムは、特に積雪地帯において、融雪システムとして採用されている。
【０００３】
このような蓄熱システムは、例えば、積雪地帯における融雪システムでは、夏季に、高い外気温で暖められた地表に近い地中の熱を地表から離れた地中に蓄熱すると共に、冬季に、地表から離れた地中に蓄熱された熱を地表に近い地中に放熱することにより、地表の積雪を融雪するものである。
【特許文献１】特開平３−２３３００７号公報
【特許文献２】特開平７−２７９１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の蓄熱システムは、融雪システムとしては、評価されてはいるものの、その他の用途向けでは、評価されているとは言いがたく、普及は進んでいない。これは、上記の蓄熱システムでは、施工コストが高い割には、蓄熱効率がよくないことが原因と考えられる。
【０００５】
即ち、上記のような蓄熱システムを構築しても、わが国の地下には、時間をかけて地中を循環している帯水層が存在し、この帯水層により地中に蓄熱された熱が散逸してしまい、そのため、最終的な蓄熱効率は３０％程度に下がるといわれている。又、地中の土壌の容積比熱は、一般に、コンクリートよりは小さいが木材よりは大きく、蓄熱材としては必ずしも力不足ではない。しかし、地中の土壌は空隙率が大きく、約５０％に達することもあるので、体積当りの熱容量としては必ずしも十分ではないことから、この点でも、実用上の障害となっている。
【０００６】
そこで、この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、蓄熱効率がよく、小型化可能で、又、体積当りの熱容量としても十分で、安定した蓄熱効果が得られる蓄熱システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、水の容積比熱が、土壌の容積比熱の２〜３倍であることに着目してなされたものであって、この容積比熱が土壌よりも高い水を、土壌の空隙に浸透させると共に、この水を浸透させた土壌を用いて蓄熱しようとするものである。この本発明の蓄熱システムは、水浸透手段、蓄熱土壌槽、閉管路、集熱装置、及び、熱媒体循環ポンプを少なくとも備えて構成されている。
【０００８】
この内、水浸透手段は、土壌中に水を浸透させる機能を有する。蓄熱土壌槽は、地中に形成され、上記の水浸透手段により水が浸透される土壌を備えた槽である。閉管路は、内部に該内部を流れる熱媒体が充填されたパイプで構成されると共に、該パイプの一部が蓄熱土壌槽の土壌中に埋没するように敷設されて形成された主経路と、該主経路以外の部分である副経路とからなる。集熱装置は、該閉管路の副経路の途中に挿入されて接続されると共に熱媒体が内部を流れる装置である。そして、熱媒体循環ポンプは、熱媒体を閉管路及び集熱装置内に循環させる機能を有している。
【０００９】
上記の蓄熱システムは、熱媒体が集熱装置の内部を流れる際に熱媒体が吸熱し、吸熱した該熱媒体が主経路を構成するパイプ内を流れる際に、該パイプを介して蓄熱土壌槽の土壌に放熱することにより、該土壌に蓄熱されることを特徴としている。
【００１０】
上記の蓄熱システムによれば、蓄熱する対象の物質として水を浸透させた土壌を用いており、上述したように、水の容積比熱は、土壌の容積比熱の２〜３倍であることから、蓄熱する対象の物質を単なる土壌とする場合よりも高い蓄熱効率が得られる。そのため、安定した蓄熱効果を得ることが出来、小型化可能である。又、蓄熱する対象の物質である土壌に浸透させるのは雨水等であることから、運用コスト上もメリットがある。
【００１１】
又、蓄熱材として、土壌の２〜３倍の容積比熱を有する水を浸透させた土壌を用いているので、小型の蓄熱システムであっても、実用的に使用可能であり、後述するような蓄熱システムの利用形態により、蓄熱された熱を、家庭で利用することも不可能ではない。
【００１２】
上記の蓄熱システムにおいて、蓄熱土壌槽の底面及び側面を遮水シートで覆うのが好ましい。このようにすることにより、蓄熱土壌槽の土壌に含まれた水が、蓄熱土壌槽の外側に漏れ出るのを防止することができる。又、帯水層からの水が蓄熱土壌槽に浸入するのを防ぐことができ、蓄熱された熱が、帯水層により散逸するのを防止することができる。従って、これらにより、蓄熱システムにおける蓄熱効率を高めることができる。
【００１３】
又、上記の蓄熱システムにおいて、水浸透手段として、雨水等の水を貯留すると共に、貯留した該水が底部から下方に向かって浸透する地下貯水槽を用いるのが好適である。この場合、この地下貯水槽は、地中に形成されると共に、この地下貯水槽の下方に、この地下貯水槽と重ねて上記の蓄熱土壌槽が形成される。
【００１４】
上記の地下貯水槽は、梅雨期や台風襲来時等に、雨水や下水溝等から溢れ出た水を貯留することにより、洪水等を防止すると共に、貯留した貯留水を地下貯水槽の周りの土壌に浸透させることにより徐々に排出するものである。この地下貯水槽を水浸透手段として利用するために、蓄熱システムの蓄熱土壌槽を、この蓄熱土壌槽の上面が地下貯水槽の底面に接するようにして、地下貯水槽の下にこの地下貯水槽と重ねて形成する。又、この地下貯水槽は、地下貯水槽に貯留した水が、この地下貯水槽の底部から下方に向かって徐々に浸透するように形成される。そのため、蓄熱土壌槽の土壌の空隙に水を安定して浸透させることができ、安定した蓄熱効果を得ることができる。
【００１５】
この地下貯水槽を水浸透手段として利用する上記の蓄熱システムによれば、地下貯水槽は、地下貯水槽本来の目的のために構築されるので、地下貯水槽の構築コストは、蓄熱システムの構築コストとは別会計で計上することができる。そのため、上記のようにして、蓄熱システムを構築することにより、蓄熱システムを合理的に構築することができる。
【００１６】
又、上記の蓄熱システムにおいて、地下貯水槽の底面に、蓄熱土壌槽の上面を覆うと共に透水性を有するアンカーボードを固定するのが好ましい。蓄熱土壌槽の土壌には水が浸透されるので、蓄熱土壌槽は水を含んだ土壌で満たされることから、この土壌の表面は軟弱な状態となるので、このような状態の蓄熱土壌槽の上に地下貯水槽を設けると、この地下貯水槽が蓄熱土壌槽の土壌内に沈み込むおそれが生じる。このおそれは、地下貯水槽の底面が、蓄熱土壌槽の上面の広さよりも狭い場合は、特に著しい。又、洪水等で、地下貯水槽の周りの土壌に水が浸潤することで浮力により地下貯水槽が浮上しようとするおそれも皆無ではない。
【００１７】
そこで、地下貯水槽の底面に、蓄熱土壌槽の上面を覆うと共に透水性を有するアンカーボードを固定することにより、地下貯水槽から蓄熱土壌槽に対する浸透は確保しつつ、地下貯水槽を蓄熱土壌槽の上に固定することができ、地下貯水槽が蓄熱土壌槽の土壌内に沈み込むのを防止することができる。又、洪水等で、地下貯水槽の周りの土壌に水が浸潤して浮力により地下貯水槽が浮上しようとするのを防止することができる。
【００１８】
又、上記の蓄熱システムにおいて、蓄熱土壌槽の土壌中に蓄熱部材を混入するようにしてもよい。この蓄熱部材は、水を含んだ土壌よりも容積比熱が大きいので、このようにすることにより、蓄熱効率をさらに向上させることが出来る。
【００１９】
又、上記の蓄熱システムにおいて、蓄熱土壌槽の土壌中に円柱状の蓄熱部材を設けようにしてもよい。この円柱状の蓄熱部材も、上記の蓄熱部材と同様、水を含んだ土壌よりも容積比熱が大きいので、このようにすることにより、蓄熱効率を更に向上させることが出来る。
【００２０】
又、上述したように、蓄熱土壌槽の土壌中には、主経路を構成するパイプが埋没するように敷設される。この敷設の際に、パイプは一般に蛇行させて敷設されるが、このため、パイプを屈曲する必要がある。そこで、この敷設の際に、蓄熱土壌槽の土壌中に設けられた円柱状の蓄熱部材を利用することで、パイプの屈曲を容易に行うことができる。
【００２１】
又、上記の蓄熱システムにおいて、集熱装置は、熱媒体が内部を流れるパイプで構成すると共に、該パイプは、地表から離れた地中に形成されている蓄熱土壌槽の位置よりも浅い位置である地表近くの地中に埋設するのが好適である。集熱装置は、蓄熱するための熱を集める役割を担っているが、太陽の熱は地表に注がれるので、地表近くの地中は、地中内では太陽の熱により最も温まりやすい場所である。そのため、地表近くの地中に埋設されたパイプに熱媒体を流すことによって、集熱を効率よく行うことができるからである。
【００２２】
又、この蓄熱システムでは、上述したように、後述するような蓄熱システムの利用形態により蓄熱された熱を利用することができるほか、次のような利用が行える。即ち、地表近くの地中に埋設されたパイプを集熱装置として用いることにより、夏季には、地表近くの地中を冷やすことができ、ヒートアイランド現象を抑制することができる。
【００２３】
又、上記の蓄熱システムに使用される集熱装置としては、具体的には、太陽光集熱パネル、又は、ヒートポンプを用いることができる。
【００２４】
又、上記の蓄熱システムにおいて、複数の集熱装置を備えるようにしてもよく、この場合は、これらの複数の集熱装置は、相互に並列に副経路の途中に挿入されて接続される。このように複数の集熱装置を用いることにより、蓄熱システムの蓄熱効率を向上することが出きる。
【００２５】
上記の蓄熱システムで蓄熱された熱は、次のようにして使用することができる。即ち、上記の蓄熱システムにおいて、副経路の途中に挿入されて接続されると共に熱媒体が内部を流れる蓄熱利用装置を備える。そして、熱媒体が主経路を構成するパイプ内を流れる際に、蓄熱された貯留水からパイプを介して吸熱し、該吸熱した該熱媒体が蓄熱利用装置の内部を流れる際に、熱媒体が放熱することにより蓄熱利用を行うようにするのである。
【００２６】
このようにすることにより、蓄熱システムのよく知られた利用方法である以下に述べる融雪以外の目的にも、蓄熱システムを利用することができる。
【００２７】
上記の蓄熱システムは、冬季の融雪システムとして、使用することができる。この場合、この蓄熱システムの集熱装置が設けられる場所の地表は、冬季に積雪する路面である。この蓄熱システムでは、冬季には、熱媒体が主経路を構成するパイプ内を流れる際に、冬季以外の季節に蓄熱された貯留水からパイプを介して吸熱し、吸熱した該熱媒体が、集熱装置の内部を流れる際に、集熱装置を構成するパイプを介して地中に放熱することにより、集熱装置が融雪機能を果たすようにするのである。
【発明の効果】
【００２８】
上記の蓄熱システムによれば、蓄熱する対象の物質として水を浸透させた土壌を用いており、水の容積比熱は土壌の容積比熱の２〜３倍であることから、蓄熱する対象の物質を単なる土壌とする場合よりも高い蓄熱効率が得られ、安定した蓄熱効果を得ることが出来る。そのため、単なる土壌のみを蓄熱材とした場合に比べて、蓄熱システムを小型化することができる。又、蓄熱する対象の物質である土壌に浸透させるのは、雨水等であることから、運用コスト上もメリットがある。
【００２９】
又、雨水等の水を貯留すると共に、貯留したこの水が下方に向かって少しずつ浸みだすように形成された地下貯水槽の下方に、この地下貯水槽と重ねて蓄熱土壌槽を形成することにより、蓄熱土壌槽の土壌の空隙に水を浸透させることができる。そのため、蓄熱土壌槽の土壌の空隙に水を安定して浸透させることができ、安定した蓄熱効果を得ることができる。
【００３０】
又、地下貯水槽は、地下貯水槽本来の目的のために構築されるので、地下貯水槽の構築コストは、蓄熱システムの構築コストとは別会計で計上することができることから、蓄熱システムを合理的に構築することができる。
【００３１】
又、集熱装置を、地表近くの地中に埋設されたパイプで構成することにより、夏季にはヒートアイランド現象を抑制することができると共に、冬季には融雪システムとして、使用することができる。
【００３２】
又、集熱装置として太陽光集熱パネルやヒートポンプ等を併用することにより、更に蓄熱効率を高めることができる。又、蓄熱利用装置を備えることにより、蓄熱を利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態における蓄熱システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１における蓄熱システム１の構成を示した概略図である。図１において、実施の形態１における蓄熱システム１は、主として、地下貯水槽２１、蓄熱土壌槽１１、閉管路１２、集熱装置１３、及び、熱媒体循環ポンプ１４で構成される。この内、地下貯水槽２１及び蓄熱土壌槽１１は、共に地中に形成され、地下貯水槽２１が蓄熱土壌槽１１の上に載置されている。尚、図１では、地下貯水槽２１及び蓄熱土壌槽１１は、断面が表示されている。この蓄熱システム１は、融雪システムとして使用され、次のようにして形成される。
【００３５】
冬季に積雪のある地方で、まず、地表１８を、長さ３ｍ、幅２．５ｍ、深さ２．５ｍで掘削して、地中１９に空間を形成する。そして、この空間の底面及び側面で底面からの高さが１ｍの側面に、遮水シート１１ａを敷設する。この遮水シート１１ａとしては、厚さが０．１〜０．２程度の合成ゴムシート又は樹脂シートを用いる。
【００３６】
この遮水シート１１ａが敷設された空間の内部には、パイプを蛇行させて敷設して、主経路１２ａと副経路１２ｂとで構成される閉管路１２の内の主経路１２ａを形成する。このパイプの太さは、内径１０〜２０ｍｍとし、長さは、蓄熱土壌槽１１の容積１ｍ3あたり１０ｍ程度とすると共に、このパイプは、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍＫ程度の継ぎ目のないロング管を用いるのが好ましい。又、このパイプの材質としては、鉄やステンレス、合成樹脂等が用いられるが、金属強化された架橋ポリエチレンを用いるのが好ましい。このパイプが敷設された空間に、掘削した土壌が埋め戻されて、長さ３ｍ、幅２．５ｍ、高さ１ｍの蓄熱土壌槽１１が形成される。
【００３７】
この蓄熱土壌槽１１の上面には、蓄熱土壌槽１１の上面を完全に覆う長さ３ｍ、幅２．５ｍ、厚さ５ｃｍのアンカーボード２４を配設する。このアンカーボード２４は、硬質の発泡樹脂で形成されており、図２に示すように、表裏を貫通する穴２４ａが設けられている。
【００３８】
アンカーボード２４の上には、地下貯水槽２１が形成される。即ち、蓄熱土壌槽１１と地下貯水槽２１とがアンカーボード２４を介して重ねて形成される。この地下貯水槽２１としては、例えば、特開２００３−１５５７６２号公報に記載されている「雨水等の貯留及び／又は浸透施設」における雨水等の貯留浸透施設等が用いられる。実施の形態１における蓄熱システム１では、この地下貯水槽２１は、長さ２ｍ、幅１．５ｍ、高さ１ｍで、地下貯水槽２１の底面は、蓄熱土壌槽１１の上面の大きさよりも小さい。
【００３９】
この地下貯水槽２１は、図３に示すような充填部材２２を積重ねて構成する。即ち、充填部材２２は、図３に示すように柱部２２ａと平板部２２ｂとを備えており、平板部２２ｂの底面には、柱部２２ａの頂部が嵌合する凹部２２ｃが形成されている。この充填部材２２を平面状に並べると共に、柱部２２ａの頂部を凹部２２ｃに嵌合して充填部材２２を積重ねることにより充填部材群を構成する。そして、この充填部材群の底面及び側面を透水シート２１ａで覆って地下貯水槽２１を形成する。この透水シート２１ａには、ポリエステルとポリプロピレンとを複合貼合せしたもの等を使用する。又、透水シート２１ａで覆われた充填部材群は、アンカーボード２４にワイヤー等で固定される。又、地下貯水槽２１の上は、被覆部材２３で覆われる。そして、地下貯水槽２１の周囲に、掘削した土壌が埋め戻される。
【００４０】
この地下貯水槽２１は、図示されていない導水管や泥溜め桝を介して、道路の側溝等に結合されており、地下貯水槽２１には、この導水管や泥溜め桝を介して雨水等が流れ込んで貯水される。このように構成された地下貯水槽２１は、梅雨期や台風襲来時等に、雨水や下水溝等から溢れ出た水を貯留することにより、洪水等を防止すると共に、貯留した貯留水２５を、透水シート２１ａを介して地下貯水槽２１の周りの土壌に浸透させることにより徐々に排出するものである。
【００４１】
又、地下貯水槽２１は、蓄熱土壌槽１１とアンカーボード２４を介して重ねて形成されていると共に、アンカーボード２４には、図２に示すように、表裏を貫通する穴２４ａが設けられている。そのため、地下貯水槽２１の貯留水２５は、地下貯水槽２１の周りの土壌に浸透するのみならず、地下貯水槽２１の底部からアンカーボード２４の穴２４ａを介して蓄熱土壌槽１１の土壌１５に浸透するので、蓄熱土壌槽１１の土壌１５は、水を浸透させた土壌となる。
【００４２】
水は、その容積比熱が土壌の容積比熱の２〜３倍であることから、蓄熱材としては、水を浸透させた土壌は、そうでない単なる土壌よりも容積比熱が大きい。従って、蓄熱する対象の物質として、水を浸透させた土壌を用いることにより、単なる土壌を用いる場合よりも高い蓄熱効率を得ることができる。
【００４３】
又、上記の地下貯水槽２１の下には上述した蓄熱土壌槽１１形成されているが、この蓄熱土壌槽１１の土壌１５内に敷設されたパイプで構成される主経路１２ａには、副経路１２ｂが接続される。この副経路１２ｂは、主経路１２ａと同様のパイプで構成され、この副経路１２ｂの途中には、図１に示すように、熱媒体循環ポンプ１４と集熱装置１３とが直列に接続される。
【００４４】
又、閉管路１２の内部には、熱媒体が充填される。この熱媒体としては、自動車のエンジン等の冷却用に用いられる不凍液、或いは、これに準ずる熱容量の大きい液体が用いられる。又、副経路１２ｂの途中に接続される熱媒体循環ポンプ１４は、地上に設置され、閉管路１２の内部に充填された熱媒体を閉管路１２内に循環させるのに用いられる。即ち、この熱媒体循環ポンプ１４により、熱媒体が、集熱装置１３と閉管路１２とを循環する。
【００４５】
又、閉管路１２の途中に接続される集熱装置１３は、集熱パイプ１３ａで構成される。この集熱パイプ１３ａは、熱媒体が内部を流れるパイプで構成され、このパイプは、地表１８から離れた地中に形成されている蓄熱土壌槽１１の位置よりも浅い位置である地表１８近くの地中１９に埋設される。又、この地表１８は、冬季に積雪する路面で、融雪を行う場所でもある。この集熱パイプ１３ａも、閉管路１２を構成するパイプと同様のパイプで形成される。このパイプは、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫ程度の樹脂菅で継ぎ目のないロング管を用いるのが好ましい。この集熱装置１３は、夏季等に、太陽の熱で地表１８が温められることにより、暖められた地表１８近くの土壌の有する熱を、集熱装置１３を構成する集熱パイプ１３ａの内部を流れる熱媒体に供給する機能を有している。そのため、この集熱パイプ１３ａは、地表１８から０．５〜１．０ｍ程度の深さに埋設される。
【００４６】
次に、上記の融雪システムとして使用される蓄熱システム１の働きについて説明する。上述したように、夏季等には、太陽の熱で地表１８が温められるので、地表１８近くの土壌も暖められるが、冬季には、地表１８が積雪で覆われるため、地表１８が冷されて地表１８近くの土壌も冷される。一方、地中に設けられた蓄熱土壌槽１１の土壌１５に対しては、この土壌１５は、地表１８からかなり離れているため、夏季等には、太陽の熱で暖められた地表１８の熱は伝わりにくいので直接は暖められにくく、逆に、冬季には、地表１８の積雪によっては直接は冷されにくい。即ち、蓄熱土壌槽１１の土壌１５の温度と地表１８近くの土壌の温度とを比較すると、夏季等は、蓄熱土壌槽１１の土壌１５の温度は地表１８近くの土壌の温度よりも低いが、冬季は、蓄熱土壌槽１１の土壌１５の温度は地表１８近くの土壌の温度よりも高い。
【００４７】
そこで、上記の蓄熱システム１では、夏季等に、熱媒体が集熱装置１３の内部を流れる際に熱媒体が吸熱し、この吸熱した該熱媒体が主経路１２ａを構成するパイプ内を流れる際に、該パイプを介して蓄熱土壌槽１１の土壌１５に放熱することにより、この蓄熱土壌槽１１の土壌１５に蓄熱される。そして、冬季には、熱媒体が主経路１２ａを構成するパイプ内を流れる際に、夏季に蓄熱された蓄熱土壌槽１１の土壌１５からパイプを介して吸熱し、吸熱したこの熱媒体が、集熱装置１３の内部を流れる際に、この集熱装置１３を構成するパイプを介して地表１８近くの土壌に放熱することにより、地表１８近くの土壌が暖められて、地表１８である路面上の積雪を融雪する。
【００４８】
上記の蓄熱システム１によれば、蓄熱する対象の物質として水を浸透させた土壌を用いており、上述したように、水の容積比熱は、土壌の容積比熱の２〜３倍であることから、蓄熱する対象の物質を単なる土壌とする場合よりも高い蓄熱効率が得られ、安定した蓄熱効果を得ることが出来る。そのため、土壌のみを蓄熱材とした場合に比べて、蓄熱システムを小型化することができる。又、蓄熱する対象の物質である土壌に浸透させるのは雨水等であることから、運用コスト上もメリットがある。
【００４９】
又、上記の蓄熱システム１は、上述したように、融雪システムとして使用できるほか、地表１８近くの地中１９に埋設されたパイプを集熱装置１３として用いるので、夏季には、地表１８近くの地中１９を冷やすことができ、ヒートアイランド現象を抑制することができる。
【００５０】
又、上記の蓄熱システム１では、蓄熱土壌槽１１の底面及び側面を遮水シート１１ａで覆っているので、蓄熱土壌槽１１の土壌１５に含まれた水が、蓄熱土壌槽１１の外側に漏れ出るのを防止することができる。又、帯水層からの水が蓄熱土壌槽１１に浸入するのを防ぐことができ、蓄熱された熱が、帯水層により散逸するのを防止することができる。従って、これらにより、蓄熱システムにおける蓄熱効率を高めることができる。
【００５１】
又、上記の蓄熱システム１では、地下貯水槽２１は、地下貯水槽２１本来の目的のために構築されるので、地下貯水槽２１の構築コストは、蓄熱システム１における地下貯水槽２１を除いた部分の構築コストとは別会計で計上することができる。そのため、上記の蓄熱システム１によれば、蓄熱システムを合理的に構築することができる。
【００５２】
又、上記の蓄熱システム１では、地下貯水槽２１の底面に、アンカーボード２４を固定しているので、地下貯水槽２１から蓄熱土壌槽１１に対する貯留水２５の浸透は確保しつつ、地下貯水槽２１を蓄熱土壌槽１１の上に固定することができ、地下貯水槽２１が蓄熱土壌槽１１の土壌内に沈み込むのを防止することができる。又、洪水等で、地下貯水槽２１の周りの土壌に水が浸潤して浮力により地下貯水槽が浮上しようとするのを防止することができる。
【００５３】
上記の蓄熱システム１では、蓄熱土壌槽１１は水が浸透している土壌１５だけで構成されているが、更に、蓄熱土壌槽１１の土壌１５の中に、水よりも容積比熱が大きい物質で構成された蓄熱補助部材を混入するようにしてもよい。この蓄熱補助部材は、例えば、直径が１０〜５０ｍｍ程度の球状とする。
【００５４】
この蓄熱補助部材の材質としては、ナトリウム無機酸塩系やパラフィン系のもの等が知られているが、１５〜５℃で、固体と液体との間における相変化、或いは、水和水の着脱による相変化を生じ、一定の温度で熱の放出／吸収を行ういわゆる潜熱蓄熱材が好ましい。具体的には、例えば、１２℃でスラリー中の微粒子が融解し、７度で再び析出する臭化ｎ-ブチルアンモニウム等を使用する。又、蓄熱土壌槽１１の土壌１５の温度が２０℃を超えるようであれば、２３―１９℃で相転移する硫酸ナトリウムを使用することができる。このような蓄熱補助部材を用いることにより、蓄熱効率をさらに向上させることができる。
【００５５】
又、上記の蓄熱システム１において、蓄熱土壌槽の土壌中に円柱状の蓄熱部材を設けようにしてもよい。この円柱状の蓄熱部材も、上記の蓄熱補助部材と同じ材質で形成されたものを用いる。従って、この円柱状の蓄熱部材は、上記の蓄熱補助部材と同様、水を含んだ土壌よりも容積比熱が大きいので、蓄熱効率を更に向上させることが出来る。
【００５６】
又、上述したように、蓄熱土壌槽の土壌中には、主経路を構成するパイプが埋没するように敷設される。この敷設の際に、パイプは上述したように蛇行させて敷設されるが、このため、パイプを屈曲する必要がある。そこで、この敷設の際に、蓄熱土壌槽の土壌中に設けられた円柱状の蓄熱部材を利用することで、パイプの屈曲を容易に行うことができる。
【００５７】
又、上記の蓄熱システム１において、集熱装置１３以外に集熱を行う装置として、集熱装置１３と併存して使用される別の集熱装置を用いるようにしてもよい。この別の集熱装置は、閉管路１２の副経路１２ｂの途中に集熱装置１３と並列に挿入して接続される。この別の集熱装置としては、例えば、太陽光集熱パネルやヒートポンプ等を用いることができる。このようにすることにより、集熱量を増加させることができ、特に寒冷地等ではシステム全体の蓄熱効率を高めることができる。又、この別の集熱装置としては、太陽光集熱パネルやヒートポンプには限られず、蓄熱システム１における熱媒体が吸熱可能であれば、どのようなものでも利用することができる。
【００５８】
又、上記の蓄熱システム１では、上述したように、地下貯水槽２１を蓄熱土壌槽１１の上に重ねて形成することによって、地下貯水槽２１に貯留された貯留水２５を、地下貯水槽２１の底部から蓄熱土壌槽１１の土壌１５に浸透させている。この蓄熱土壌槽１１の土壌１５に水を浸透させる方法としては、上記のような地下貯水槽２１を利用する方法のほか、このような地下貯水槽２１を用いない方法も考えられる。
【００５９】
例えば、地中に、上述したような蓄熱土壌槽１１を形成すると共に、蓄熱土壌槽１１が形成されている地中の地表の表面に散水することにより、蓄熱土壌槽１１の土壌１５に水を浸透させる方法である。この場合、上記の地表に花壇等を設け、この花壇に散水した水が、蓄熱土壌槽１１の土壌１５に浸透するようにするのである。この散水は、手動で行うことができるが、散水機等を用いて、自動的に行うようにすることもできる。
【００６０】
＜実施の形態２＞
図４は、実施の形態２における蓄熱システム２の構成を示した概略図である。上記の実施の形態１における蓄熱システム１は、融雪システムとして使用されるものであるが、実施の形態２における蓄熱システム２は、融雪以外の目的に使用されるものの例である。又、実施の形態２における蓄熱システム２は、実施の形態１における蓄熱システム１の集熱装置１３に代えて、太陽光集熱パネル３２を用いたものである。
【００６１】
即ち、実施の形態２における蓄熱システム２は、実施の形態１の蓄熱システム１において、閉管路１２の副経路１２ｂの途中に、集熱装置１３に代えて、太陽光集熱パネル３２を挿入して接続すると共に、太陽光集熱パネル３２と並列に、蓄熱利用装置として給湯用加熱装置３１を挿入して接続したものである。尚、図４では、図１と同様、地下貯水槽２１及び蓄熱土壌槽１１は、断面が表示されている。
【００６２】
太陽光集熱パネル３２は、熱媒体が流れるパイプを平面上に蛇行させて配置した構造をしており、太陽熱により、パイプの中を流れる熱媒体が温められることにより、集熱するものである。この太陽光集熱パネル３２としては、一般的には、年間集熱量７０００ＭＪ／年以上の集熱効率を有し、住宅の屋根等に設置されて使用されるものが用いられる。
【００６３】
この太陽光集熱パネル３２は複数個を用いるようにしてもよい。この場合は、これらの複数の太陽光集熱パネル３２は、相互に並列に副経路１２ｂの途中に挿入されて接続される。又、太陽光集熱パネル３２の設置場所としては、住宅の屋根等以外に、ビルの屋上や、その他、太陽光集熱パネル３２が設置できる場所であれば、いかなる場所でもよい。
【００６４】
給湯用加熱装置３１は、一般家庭等で使用される給湯システムの一部を構成するもので、給湯用加熱装置３１の内部には、給湯加熱用パイプが備えられており、この給湯加熱用パイプ内には、蓄熱システム３の閉管路１２内を流れる熱媒体が流れる。この給湯用加熱装置３１では、家庭等で使用される水を加熱してお湯にするに際し、まず、第１段階で、上記の給湯加熱用パイプ内を流れる熱媒体の熱により、加熱する水を温めた後、この暖められた水を、第２段階で、通常の湯沸かし器等と同じように、ガス等を用いて更に加熱するものである。従って、第１段階で水が温められた分、第２段階での加熱を少なくすることができるので、省エネルギー化を図ることができる。
【００６５】
上記の実施の形態２における蓄熱システム２によれば、上述した実施の形態１における蓄熱システム１の有する効果の内、融雪システムとしての効果を除き、全ての効果を得ることができる。
【００６６】
上記の実施の形態２における蓄熱システム２では、集熱に太陽光集熱パネル３２を用いているが、これに代えて、ヒートポンプを用いるようにしてもよく、或いは、太陽光集熱パネルとヒートポンプの双方を用いるようにしてもよい。ヒートポンプは、一般に、空調機や冷蔵庫等で使用されるが、上記の実施の形態２における蓄熱システム２で使用する場合は、ヒートポンプが動作することにより、蓄熱システム２の熱媒体が加熱されるような作用となるようにして使用する。又、集熱するのに用いる装置としては、太陽光集熱パネルやヒートポンプには限られず、蓄熱システム２における熱媒体が吸熱可能であれば、どのようなものでも利用することができる。
【００６７】
又、上記の実施の形態２における蓄熱システム２では、蓄熱利用装置として、給湯用加熱装置３１を用いているが、給湯用加熱装置３１と同様の利用の仕方で、空調装置を用いることもできる。又、蓄熱利用装置としては、給湯用加熱装置や空調装置には限られず、蓄熱システム２における熱媒体により加熱可能であれば、どのようなものでも利用することができる。
【００６８】
又、上記の実施の形態２における蓄熱システム２において、上述した実施の形態１における蓄熱システム１と同様、蓄熱土壌槽１１の土壌１５の中に、水よりも容積比熱が大きい物質で構成された蓄熱補助部材を混入するようにしてもよい。このようにすることにより、蓄熱システム１と同様、蓄熱効率をさらに向上させることが出来る。
【００６９】
又、同様に、蓄熱土壌槽１１の土壌中に円柱状の蓄熱部材を設けようにしてもよい。このようにすることにより、上述した実施の形態１における蓄熱システム１で説明したのと同様、蓄熱土壌槽１１におけるパイプの施工を容易にすると共に、蓄熱効率を更に向上させることが出来る。
【００７０】
上記の実施の形態２における蓄熱システム２において、集熱効率を向上させるため、閉管路１２の副経路１２ｂの途中に太陽光集熱パネル３２と並列に、上述した実施の形態１における蓄熱システム１で用いられている集熱装置１３を挿入して接続するようにしてもよい。上述したように、この集熱装置１３は熱媒体が内部を流れるパイプで構成され、このパイプは、地表１８から離れた地中に形成されている蓄熱土壌槽１１の位置よりも浅い位置である地表近くの地中１９に埋設される。図５は、このような蓄熱システムの構成を示した概略図である。尚、図５では、図４と同様、地下貯水槽２１及び蓄熱土壌槽１１は、断面が表示されている。このシステムにおいても、蓄熱する対象の物質として水を浸透させた土壌を用いており、蓄熱する対象の物質を単なる土壌とする場合よりも高い蓄熱効率が得られ、安定した蓄熱効果を得ることが出来る。そのため、土壌のみを蓄熱材とした場合に比べて、このシステムは、蓄熱システムの小型化を図ることができるので、家庭で利用することも不可能ではない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施の形態１における蓄熱システムの構成を示した概略図である。
【図２】実施の形態１における蓄熱システムに用いられるアンカーボードの斜視図である。
【図３】実施の形態１における蓄熱システムに用いられる充填部材の斜視図である。
【図４】実施の形態２における蓄熱システムの構成を示した概略図である。
【図５】実施の形態２における蓄熱システムの他の構成を示した概略図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  蓄熱システム
２  蓄熱システム
１１  蓄熱土壌槽
１１ａ  遮水シート
１２  閉管路
１２ａ  主経路
１２ｂ  副経路
１３  集熱装置
１３ａ  集熱パイプ
１４  熱媒体循環ポンプ
１５  土壌
１８  地表
１９  地中
２１  地下貯水槽
２１ａ  透水シート
２２  充填部材
２２ａ  柱部
２２ｂ  平板部
２２ｃ  凹部
２３  被覆部材
２４  アンカーボード
２４ａ  穴
２５  貯留水
３１  給湯用加熱装置
３２  太陽光集熱パネル
【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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