(57)【要約】【課題】熱交換ユニットの熱交換効率を改善し、安定した地熱を利用できる建物の地熱利用冷暖房システムを提供する。【解決手段】地中に埋めた熱交換ユニット１により得られる地熱を利用して居住室を冷房又は暖房する地熱利用冷暖房システムにおいて、熱交換ユニット１は、建物２の基礎から地中５に打ち込まれた中空鋼管杭11内に、両端が前記中空鋼管杭11から上方に突出する折返管路12を挿入し、前記中空鋼管杭11と折返管路12との間にアルカリ性水溶液からなる熱交換液13を貯留して構成し、折返管路12の一端を居住室への空気の供給管路３と結び、前記折返管路12の他端を居住室からの空気の回収管路４と結んだことを特徴とする地熱利用冷暖房システムである。【選択図】図１
2013148277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋めた熱交換ユニットにより得られる地熱を利用して居住室を冷房又は暖房する地熱利用冷暖房システムにおいて、
熱交換ユニットは、建物の基礎として打ち込まれた中空鋼管杭内に、両端が前記中空鋼管杭から上方に突出する折返管路を挿入し、前記中空鋼管杭と折返管路との間に熱交換液を貯留して構成し、
折返管路の一端を居住室への空気の供給管路と結び、前記折返管路の他端を居住室からの空気の回収管路と結んだことを特徴とする地熱利用冷暖房システム。
【請求項２】
熱交換ユニットは、中空鋼管杭の上部開口端を塞ぐ蓋と前記中空鋼管杭内に設けた仕切板に挟まれた密閉空間に前記蓋を貫通させて折返管路を挿入し、前記密閉空間内の中空鋼管杭と折返管路との間に熱交換液を貯留させて構成した請求項１記載の地熱利用冷暖房システム。
【請求項３】
熱交換液は、アルカリ性の水溶液である請求項１又は２いずれか記載の地熱利用冷暖房システム。
【請求項４】
熱交換液は、塩化ナトリウムを溶かしたアルカリ性の水溶液である請求項１又は２いずれか記載の地熱利用冷暖房システム。
【請求項５】
熱交換液は、塩化ナトリウム及び重炭酸ソーダを溶かしたアルカリ性の水溶液である請求項１又は２いずれか記載の地熱利用冷暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、戸建て住宅のほか、介護施設、事務所ビル等、２階〜３階建ての低層建築物に好適な地熱利用冷暖房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地中に埋めた熱交換ユニットにより得られる地熱を利用して居住室（居室以外に廊下、トイレ、浴室等を含む）を冷房又は暖房する地熱利用冷暖房システムは、例えば特許文献１又は特許文献２に見られるように、金属製パイプに樹脂製パイプを挿入して構成される熱交換ユニットを地中に埋め、金属製パイプに外気を取り込み、地中との熱交換により地熱相当に冷却又は加温された空気を床下のぐり石層に導き入れて前記ぐり石層により蓄熱、空気の清浄及び温度調節をし、前記ぐり石層を通った空気を建物内に通過させて冷暖房する構成がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第3201755号公報
【特許文献２】特許第3091195号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１又は特許文献２が開示する熱交換ユニットは、建物と物理的に無関係な金属製パイプを別途埋設しなければならない。これは、金属製パイプが建物の構造強度に無関係で、例えば耐震性にも寄与しないことを意味する。また、金属製パイプを挟んで地中と空気との熱交換を考えた場合、熱交換効率がそれほど高くないと考えられ、十分な地熱利用に結びつかない。更に、地表から２ｍより浅いところでは地表面の温度変化の影響がある。そこで、熱交換ユニットが建物と物理的に関連性を有して何らかの特性に寄与しながら、熱交換効率を改善し、安定した地熱を利用できる地熱利用冷暖房システムについて、検討した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
検討の結果開発したものが、地中に埋めた熱交換ユニットにより得られる地熱を利用して居住室を冷房又は暖房する地熱利用冷暖房システムにおいて、熱交換ユニットは、建物の基礎として打ち込まれた中空鋼管杭内に、両端が前記中空鋼管杭から上方に突出する折返管路を挿入し、前記中空鋼管杭と折返管路との間に熱交換液を貯留して構成し、折返管路の一端を居住室への空気の供給管路と結び、前記折返管路の他端を居住室からの空気の回収管路と結んだことを特徴とする地熱利用冷暖房システムである。
【０００６】
本発明の地熱利用冷暖房システムは、建物の基礎として打ち込まれた中空鋼管杭を利用して熱交換ユニットを構成する。熱交換ユニットを構成する中空鋼管杭は、中空鋼管杭と折返管路との間に貯留した熱交換液を、地中との熱交換により地熱相当に冷却又は加温して蓄熱し、内蔵した折返管路に循環させる居住室の空気を、前記熱交換液との熱交換により冷却又は加温する。供給管路は、送風ファンを有し、空気を循環させる流れを形成する。必要により、供給管路は、送風ファンの上流側又は下流側に防塵フィルタや防臭フィルタを介在させ、循環させる空気から塵又は悪臭を除去させるとよい。供給管路又は回収管路は、途中に外気取込口を設けてもよい。
【０００７】
熱交換ユニットは、中空鋼管杭の上部開口端を塞ぐ蓋と前記中空鋼管杭内に設けた仕切板に挟まれた密閉空間に前記蓋を貫通させて折返管路を挿入し、前記密閉空間内の中空鋼管杭と折返管路との間に熱交換液を貯留させて構成するとよい。熱交換液は、前記蓋及び仕切板に挟まれた密閉空間一杯に充満させてもよいし、例えば蓋から空間を空けて貯留する熱交換液の液面を地表から２ｍの高さとし、地熱が安定する深さ２ｍ〜７ｍの範囲に貯留した熱交換液を地熱相当に冷却又は加温しやすくしてもよい。蓋は、中空鋼管杭の上部開口端を塞ぐ金属板で構成し、折返管路の断面に等しい開口を通じて前記折返管路を貫通させる。蓋は、基礎コンクリートで覆われるため、仮枠であってもよい。仕切板は、中空鋼管杭の内部を区画する金属板で構成できる。
【０００８】
熱交換液は、アルカリ性の水溶液であると、熱交換液に比熱の高い水を用いて蓄熱作用及び熱交換作用を高めながら、中空鋼管杭の発錆を防止できる防錆作用を発揮する。また、熱交換液は、塩化ナトリウムを溶かしたアルカリ性の水溶液であると、塩化ナトリウムの存在により熱伝導率が向上して前記蓄熱作用及び熱交換作用を高め、折返管路を通過する空気や地中との熱交換効率を向上させることができ、アルカリ性のため、中空交換杭の防錆作用を損なわない。アルカリ性の水溶液は、水に重炭酸ソーダ（重炭酸ナトリウム）、セスキ炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、酢酸ナトリウム、水酸化バリウム又は水酸化カルシウム等を水に溶かして生成される。好適な熱交換液は、塩化ナトリウム及び重炭酸ソーダを溶かしたアルカリ性の水溶液である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の地熱利用冷暖房システムは、建物の基礎として打ち込まれた中空鋼管杭を利用して熱交換ユニットを構成することから、前記熱交換ユニットが建物に耐震性を備えさせる効果を有する。また、本発明の熱交換ユニットは、地中に接する中空鋼管杭と空気を循環させる折返管路との間に貯留した熱交換液を地熱相当に冷却又は加温して蓄熱するため、熱交換液に地中より高い密度で熱エネルギーを蓄積させて、前記熱交換液と空気との間で高い熱交換効率を実現できる。このように、本発明の地熱利用冷暖房システムは、熱交換液を使用しない場合に比べて、熱交換効率を改善させる効果を有する。
【００１０】
熱交換液は、蓋及び仕切板に挟まれた密閉空間に貯留することにより、中空鋼管杭外への漏れ出しを防止できるほか、例えば地熱が安定する深さ２ｍ〜７ｍの範囲に熱交換液を貯留して、安定した10数℃の地熱を取り込んで蓄熱できる。また、アルカリ性の水溶液である熱交換液は、中空交換杭の発錆を防止し、発錆による中空鋼管杭の劣化を防ぐ効果を有する。更に、塩化ナトリウムを溶かしたアルカリ性の水溶液である熱交換液は、塩化ナトリウムの働きにより熱伝導率を向上させ、上記熱交換効率の改善効果を更に高める効果を有しながら、塩化ナトリウムによる発錆を抑制又は防止する。重炭酸ソーダは、毒性がなく、入手が容易で、安価にアルカリ性の水溶液を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の地熱利用冷暖房システムに用いる熱交換ユニットの一例を表す部分破断断面図である。
【図２】図１中Ａ-Ａ断面図である。
【図３】本例の熱交換ユニットを用いて構成される地熱利用冷暖房システムの一例を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。本発明の地熱利用冷暖房システムに用いる熱交換ユニット１は、図１及び図２に見られるように、建物２（後掲図３参照）の基礎として打ち込まれた中空鋼管杭11内に、両端が前記中空鋼管杭11から上方に突出する折返管路12を挿入し、前記中空鋼管杭11と折返管路12との間に熱交換液13を貯留して構成される。本例の中空鋼管杭11は、建物２の布基礎21から地中５に打ち込まれ、前記布基礎21と一体になっており、布基礎21から折返管路12の両端だけが突出している。
【００１３】
本例の折返管路12は、中空鋼管杭11と平行に延びる左右一対の直管部121,121を、前記直管部121に相当する円形開口を設けた連結板123の前記開口それぞれに宛てがって連結し、そして下端開口を塞いだ円筒状の折返部122の上端開口を前記連結板123で塞いで、U字状管路として構成される。直管部121、折返部122及び連結板123は、いずれも樹脂製であり、接着剤により相互に連結される。直管部121の一方は、供給管路３に接続され、残る他方は回収管路４に接続される。回収管路４が接続された直管部121には、結露水を回収する水抜きパイプ16が差し込まれている。
【００１４】
本例の熱交換液13は、中空鋼管杭11の上部開口端を塞ぐ鉄板からなる蓋14と、折返管路12の折返部122に対向する位置に設けられた鉄板からなる仕切板15とに挟まれた密閉空間をほぼ満たすように充満させている。蓋14は、中空鋼管杭11の上部開口端より大きい平面視方形又は円形で、折返管路12の直管部121に相当する円形開口を設けた鉄板で、前記上部開口端の外周に張り出した取付フランジに対してボルト止めされる。中空鋼管杭11は、仕切板15から必要な限度で継ぎ足しされる。本例の蓋14は、折返管路12の直管部121それぞれに取り付けたストッパ124を下方から掛合させ、熱交換液13の浮力による折返管路12の過剰な上昇を防止している。熱交換液13は、蓋14から空間を空けて、地表から２m〜７mの間に貯留し、年間を通じて安定した地熱（10数℃、多くの場合16℃前後）相応に冷却又は加温させて蓄熱し、折返管路12を流れる空気との間で熱交換されるようにしてもよい。
【００１５】
熱交換液13は、塩化ナトリウム及び重炭酸ソーダを溶かしたアルカリ性の水溶液である。塩化ナトリウムは、水の熱伝導率を改善するもので、例えば水１Ｌに対して30ｇ（３wt％）溶かす。重炭酸ソーダは、前記塩化ナトリウムを溶かした熱交換液13をアルカリ性にして、特に中空鋼管杭11の発錆を防止するもので、例えば水１Ｌに対して6.0ｇ（0.6wt％）溶かす。本例の熱交換ユニット１は、折返管路12を樹脂製としているが、金属製とした場合、熱交換液13がアルカリ性であると、前記金属製の折返管路12の発錆をも防止できて、好ましい。
【００１６】
本発明の地熱利用冷暖房システムは、図３に見られるように、複数本（本例は３本）の熱交換ユニット１を群として、各群宛に供給管路３及び回収管路４を接続する構成で利用される。熱交換ユニット１相互は、連結管路44により結ばれる。建物２は、布基礎21上に樹脂系高気密及び高断熱材料を用いて構築される。本発明の地熱利用冷暖房システムは、過剰に低い冷気又は高い暖気を供給できないため、外気の影響を受け難いように、前記高気密及び高断熱材料を用いて構築される建物２に適用されることが望ましい。具体的には、気密性がＣ値≦1.0で、複層Low-Eガラスサッシの使用される建物２が望ましい。
【００１７】
供給管路３は、熱交換ユニット１から床下22に収められたフィルタ部34、加熱部33及び供給ファン32を経て廊下24を挟む壁26内を通して、１階及び２階の各居室23の天井に設けられた供給グリル31まで延びている。回収管路４は、熱交換ユニット１から床下22に収められた中間ファン43を経て廊下24を挟む壁26内を通して、１階及び２階の廊下24の天井に設けられた回収グリル42まで延びる。居室23と廊下24とは、吹出しグリル41により連通している。中間ファン43は、長くなる供給管路３又は回収管路４における空気の流れを形成するものであり、前記供給管路３又は回収管路４それぞれに単数又は複数設けるとよい。
【００１８】
供給管路３及び回収管路４は、一端が熱交換ユニット１に接続され、他端が居室23又は廊下24にのみ開放されているから、循環する空気（供給方向は太矢印、回収方向は破線矢印）は居住室の空気のみに限定され、屋根裏25や床下22の空気が混ざらないようにしている。このように、居住室の空気を循環させる本例の地熱利用冷暖房システムは、供給管路３に介在させた供給ファン32の上流側に防塵フィルタ（ろ布フィルタ）及び脱臭フィルタ（活性炭フィルタ）を備えたフィルタ部34を配し、空気を清浄化している。
【００１９】
本例の地熱利用冷暖房システムは、熱交換液13を介した熱交換により、10数℃の安定した地熱を空気に取り込ませることができるため、夏期の冷房は前記10数℃に冷却された空気をそのまま利用してもよい。しかし、冬期の暖房は前記10数℃に加温された空気をそのまま利用しても、居住室を十分に暖かくすることができない。そこで、本例の地熱利用冷暖房システムは、ヒートポンプ式給湯器331から温水供給管路332を通じて加熱部33に湯の供給を受け、前記加熱部33を通過する空気を加温している。加熱部33は、冬期の空気を加温できればよい。これから、本例のほか、ヒータを内蔵させた箱体を加熱部33として供給管路３に介在させ、前記箱体内を通過する空気を加温してもよい。
【００２０】
冷気又は暖気の空気の循環について説明する。夏期において、居室23において温められた空気は、中間ファン43に押し出され、群を構成する熱交換ユニット１のうち、直列最上流の熱交換ユニット１の折返管路12に押し込まれて、10数℃の地熱相当に冷却された熱交換液13を介した熱交換により、地熱相当に冷やされる。本例は、こうした熱交換を担う熱交換ユニット１が３本直列に接続されているため、冷房に十分な程度まで空気が冷却できる。群を構成する熱交換ユニット１のうち、直列最下流の熱交換ユニット１を経て送り出された空気は、フィルタ部34を経て供給ファン32により居室23に向けて供給される（図３中太矢印参照）。
【００２１】
冷却された空気は、天井に設けられた供給グリル31を通じて供給管路３から各居室23へ供給される。冷房に供された空気は温められ、居室23と廊下24とを隔てる吹出しグリル41から廊下24に排気されて、廊下24の天井に設けられた回収グリル42を通じて回収管路４に入る（図３中破線矢印参照）。そして、回収された空気は、回収管路４を通して床下22まで降りていき、再び中間ファン43に押し出され、群を構成する熱交換ユニット１のうち、直列最上流の熱交換ユニット１の折返管路12に押し込まれて、熱交換液13を介した熱交換により冷やされる。
【００２２】
冬期において、居室23において冷やされた空気は、中間ファン43に押し出され、群を構成する熱交換ユニット１のうち、直列最上流の熱交換ユニット１の折返管路12に押し込まれて、10数℃の地熱相当に加温された熱交換液13を介した熱交換により、地熱相当に温められる。しかし、地熱が10数℃であるため、地熱相当の加温だけでは暖房に十分な程度まで空気を暖めることができない。そこで、群を構成する熱交換ユニット１のうち、直列最下流の熱交換ユニット１を経て送り出された空気は、フィルタ部34を経た後、更に加熱部33により加温して暖房に十分な程度まで加温して、供給ファン32により居室23に向けて供給される。
【００２３】
加温された空気は、上述した冷房の場合同様、天井に設けられた供給グリル31を通じて供給管路３から各居室23へ供給される。暖房に供された空気は冷やされ、居室23と廊下24とを隔てる吹出しグリル41から廊下24に排気されて、廊下24の天井に設けられた回収グリル42を通じて回収管路４に入る。そして、回収された空気は、回収管路４を通して床下22まで降りていき、再び中間ファン43に押し出され、群を構成する熱交換ユニット１のうち、直列最上流の熱交換ユニット１の折返管路12に押し込まれ、熱交換液13を介した熱交換により温められる。
【符号の説明】
【００２４】
１  熱交換ユニット
11  中空鋼管杭
12  折返管路
13  熱交換液
14  蓋
15  仕切板
16  水抜きパイプ
２  建物
21  基礎
22  床下
23  居室
24  廊下
25  屋根裏
26  壁
３  供給管路
31  供給グリル
32  供給ファン
33  加熱部
34  フィルタ部
４  回収管路
41  吹出しグリル
42  回収グリル
43  中間ファン
44  連結管路
５  地中
【図１】
2013148277.tif 000003
【図２】
2013148277.tif 000004
【図３】
2013148277.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月27日(2012.7.27)
【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】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、戸建て住宅のほか、介護施設、事務所ビル等、２階〜３階建ての低層建築物に好適な地熱利用冷暖房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地中に埋めた熱交換ユニットにより得られる地熱を利用して居住室（居室以外に廊下、トイレ、浴室等を含む）を冷房又は暖房する地熱利用冷暖房システムは、例えば特許文献１又は特許文献２に見られるように、金属製パイプに樹脂製パイプを挿入して構成される熱交換ユニットを地中に埋め、金属製パイプに外気を取り込み、地中との熱交換により地熱相当に冷却又は加温された空気を床下のぐり石層に導き入れて前記ぐり石層により蓄熱、空気の清浄及び温度調節をし、前記ぐり石層を通った空気を建物内に通過させて冷暖房する構成がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第3201755号公報
【特許文献２】特許第3091195号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１又は特許文献２が開示する熱交換ユニットは、金属製パイプを挟んで地中と空気との熱交換を考えた場合、熱交換効率がそれほど高くないと考えられ、十分な地熱利用に結びつかない。また、地表から２ｍより浅いところでは地表面の温度変化の影響がある。そこで、熱交換効率を改善し、安定した地熱を利用できる新規な地熱利用冷暖房システムについて、検討した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
検討の結果開発したものが、地中に埋めた熱交換ユニットにより得られる地熱を利用して居住室を冷房又は暖房する地熱利用冷暖房システムにおいて、熱交換ユニットは、建物の基礎から地中に打ち込まれた中空鋼管杭内に、両端が前記中空鋼管杭から上方に突出する折返管路を挿入し、前記中空鋼管杭と折返管路との間に熱交換液を貯留して構成し、折返管路の一端を居住室への空気の供給管路と結び、前記折返管路の他端を居住室からの空気の回収管路と結んだことを特徴とする地熱利用冷暖房システムである。
【０００６】
本発明の地熱利用冷暖房システムは、建物の基礎から地中に打ち込まれた中空鋼管杭を利用して熱交換ユニットを構成する。熱交換ユニットを構成する中空鋼管杭は、中空鋼管杭と折返管路との間に貯留した熱交換液を、地中との熱交換により地熱相当に冷却又は加温して蓄熱し、内蔵した折返管路に循環させる居住室の空気を、前記熱交換液との熱交換により冷却又は加温する。供給管路は、送風ファンを有し、空気を循環させる流れを形成する。必要により、供給管路は、送風ファンの上流側又は下流側に防塵フィルタや防臭フィルタを介在させ、循環させる空気から塵や花粉又は悪臭を除去させるとよい。供給管路又は回収管路は、途中に外気取込口を設けてもよい。
【０００７】
熱交換ユニットは、中空鋼管杭の上部開口端を塞ぐ蓋と前記中空鋼管杭内に設けた仕切板に挟まれた密閉空間に前記蓋を貫通させて折返管路を挿入し、前記密閉空間内の中空鋼管杭と折返管路との間に熱交換液を貯留させて構成するとよい。熱交換液は、前記蓋及び仕切板に挟まれた密閉空間一杯に充満させてもよいし、例えば蓋から空間を空けて貯留する熱交換液の液面を地表から２ｍの高さとし、地熱が安定する深さ２ｍ〜７ｍの範囲に貯留した熱交換液を地熱相当に冷却又は加温しやすくしてもよい。蓋は、中空鋼管杭の上部開口端を塞ぐ金属板で構成し、折返管路の断面に等しい開口を通じて前記折返管路を貫通させる。蓋は、基礎コンクリートで覆われるため、仮枠であってもよい。仕切板は、中空鋼管杭の内部を区画する金属板で構成できる。
【０００８】
熱交換液は、アルカリ性の水溶液であると、熱交換液に比熱の高い水を用いて蓄熱作用及び熱交換作用を高めながら、中空鋼管杭の発錆を防止できる防錆作用を発揮する。また、熱交換液は、塩化ナトリウムを溶かしたアルカリ性の水溶液であると、塩化ナトリウムの存在により熱伝導率が向上して前記蓄熱作用及び熱交換作用を高め、折返管路を通過する空気や地中との熱交換効率を向上させることができ、アルカリ性のため、中空交換杭の防錆作用を損なわない。アルカリ性の水溶液は、水に重炭酸ソーダ（重炭酸ナトリウム）、セスキ炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、酢酸ナトリウム、水酸化バリウム又は水酸化カルシウム等を水に溶かして生成される。好適な熱交換液は、塩化ナトリウム及び重炭酸ソーダを溶かしたアルカリ性の水溶液である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の地熱利用冷暖房システムは、建物の基礎から地中に打ち込まれた中空鋼管杭を利用して熱交換ユニットを構成する。中空鋼管杭を建物の基礎杭として兼用する場合は、前記熱交換ユニットが建物に耐震性を備えさせる効果を有する。また、本発明の熱交換ユニットは、地中に接する中空鋼管杭と空気を循環させる折返管路との間に貯留した熱交換液を地熱相当に冷却又は加温して蓄熱するため、熱交換液に地中より高い密度で熱エネルギーを蓄積させて、前記熱交換液と空気との間で高い熱交換効率を実現できる。このように、本発明の地熱利用冷暖房システムは、熱交換液を使用しない場合に比べて、熱交換効率を改善させる効果を有する。
【００１０】
熱交換液は、蓋及び仕切板に挟まれた密閉空間に貯留することにより、中空鋼管杭外への漏れ出しを防止できるほか、例えば地熱が安定する深さ２ｍ〜７ｍの範囲に熱交換液を貯留して、安定した10数℃の地熱を取り込んで蓄熱できる。また、アルカリ性の水溶液である熱交換液は、中空交換杭の発錆を防止し、発錆による中空鋼管杭の劣化を防ぐ効果を有する。更に、塩化ナトリウムを溶かしたアルカリ性の水溶液である熱交換液は、塩化ナトリウムの働きにより熱伝導率を向上させ、上記熱交換効率の改善効果を更に高める効果を有しながら、塩化ナトリウムによる発錆を抑制又は防止する。重炭酸ソーダは、毒性がなく、入手が容易で、安価にアルカリ性の水溶液を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の地熱利用冷暖房システムに用いる熱交換ユニットの一例を表す部分破断断面図である。
【図２】図１中Ａ-Ａ断面図である。
【図３】本例の熱交換ユニットを用いて構成される地熱利用冷暖房システムの一例を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。本発明の地熱利用冷暖房システムに用いる熱交換ユニット１は、図１及び図２に見られるように、建物２（後掲図３参照）の基礎から地中５に基礎杭として打ち込まれた中空鋼管杭11内に、両端が前記中空鋼管杭11から上方に突出する折返管路12を挿入し、前記中空鋼管杭11と折返管路12との間に熱交換液13を貯留して構成される。本例の中空鋼管杭11は、建物２の布基礎21から地中５に打ち込まれ、前記布基礎21と一体になっており、布基礎21から折返管路12の両端だけが突出している。中空鋼管杭11は建物の基礎から地中に複数本打ち込まれ、これら中空鋼管杭11を利用して熱交換ユニット１を構成する。中空鋼管杭11を建物の基礎杭として兼用する場合は、前記熱交換ユニット１が建物に更なる耐震性を備えさせる効果を有する。
【００１３】
本例の折返管路12は、中空鋼管杭11と平行に延びる左右一対の直管部121,121を、前記直管部121に相当する円形開口を設けた連結板123の前記開口それぞれに宛てがって連結し、そして下端開口を塞いだ円筒状の折返部122の上端開口を前記連結板123で塞いで、U字状管路として構成される。直管部121、折返部122及び連結板123は、いずれも樹脂製であり、接着剤により相互に連結される。直管部121の一方は、供給管路３に接続され、残る他方は回収管路４に接続される。回収管路４が接続された直管部121には、結露水を回収する水抜きパイプ16が差し込まれている。
【００１４】
本例の熱交換液13は、中空鋼管杭11の上部開口端を塞ぐ鉄板からなる蓋14と、折返管路12の折返部122に対向する位置に設けられた鉄板からなる仕切板15とに挟まれた密閉空間をほぼ満たすように充満させている。蓋14は、中空鋼管杭11の上部開口端より大きい平面視方形又は円形で、折返管路12の直管部121に相当する円形開口を設けた鉄板で、前記上部開口端の外周に張り出した取付フランジに対してボルト止めされる。中空鋼管杭11は、仕切板15から必要な限度で継ぎ足しされる。本例の蓋14は、折返管路12の直管部121それぞれに取り付けたストッパ124を下方から掛合させ、熱交換液13の浮力による折返管路12の過剰な上昇を防止している。熱交換液13は、蓋14から空間を空けて、地表から２m〜７mの間に貯留し、年間を通じて安定した地熱（10数℃、多くの場合16℃前後）相応に冷却又は加温させて蓄熱し、折返管路12を流れる空気との間で熱交換されるようにしてもよい。
【００１５】
熱交換液13は、塩化ナトリウム及び重炭酸ソーダを溶かしたアルカリ性の水溶液である。塩化ナトリウムは、水の熱伝導率を改善するもので、例えば水１Ｌに対して30ｇ（３wt％）溶かす。重炭酸ソーダは、前記塩化ナトリウムを溶かした熱交換液13をアルカリ性にして、特に中空鋼管杭11の発錆を防止するもので、例えば水１Ｌに対して6.0ｇ（0.6wt％）溶かす。本例の熱交換ユニット１は、折返管路12を樹脂製としているが、ステンレス鋼などの金属製として溶接により折返管路12を形成した場合、熱交換液13がアルカリ性であると、前記金属製の折返管路12自体の発錆をも防止できて、好ましい。
【００１６】
本発明の地熱利用冷暖房システムは、図３に見られるように、複数本（本例は３本を１群とする２群の６本を図示）の熱交換ユニット１を群として、各群宛に供給管路３及び回収管路４を接続する構成で利用される。熱交換ユニット１相互は、連結管路44により結ばれる。建物２は、布基礎21上に樹脂系高気密及び高断熱材料を用いて構築される。本発明の地熱利用冷暖房システムは、過剰に低い冷気又は高い暖気を供給できないため、外気の影響を受け難いように、前記高気密及び高断熱材料を用いて構築される建物２に適用されることが望ましい。具体的には、気密性がＣ値≦1.0で、複層Low-Eガラスサッシの使用される建物２が望ましい。
【００１７】
供給管路３は、熱交換ユニット１から床下22に収められたフィルタ部34、加熱部33及び供給ファン32を経て廊下24を挟む壁26内を通して、１階及び２階の各居室23の天井に設けられた供給グリル31まで延びている。回収管路４は、熱交換ユニット１から床下22に収められた中間ファン43を経て廊下24を挟む壁26内を通して、１階及び２階の廊下24の天井に設けられた回収グリル42まで延びる。居室23と廊下24とは、吹出しグリル41により連通している。中間ファン43は、長くなる供給管路３又は回収管路４における空気の流れを形成するものであり、前記供給管路３又は回収管路４それぞれに単数又は複数設けるとよい。
【００１８】
供給管路３及び回収管路４は、一端が熱交換ユニット１に接続され、他端が居室23又は廊下24にのみ開放されているから、循環する空気（供給方向は太矢印、回収方向は破線矢印）は居住室の空気のみに限定され、屋根裏25や床下22の空気が混ざらないようにしている。このように、居住室の空気を循環させる本例の地熱利用冷暖房システムは、供給管路３に介在させた供給ファン32の上流側に防塵フィルタ（ろ布フィルタ、マイクロウエブ布）及び脱臭フィルタ（活性炭フィルタ）を備えたフィルタ部34を配し、空気を清浄化している。
【００１９】
本例の地熱利用冷暖房システムは、熱交換液13を介した熱交換により、10数℃の安定した地熱を空気に取り込ませることができるため、夏期の冷房は前記10数℃に冷却された空気をそのまま利用してもよい。しかし、冬期の暖房は前記10数℃に加温された空気をそのまま利用しても、居住室を十分に暖かくすることができない。そこで、本例の地熱利用冷暖房システムは、ヒートポンプ式給湯器331から温水供給管路332を通じて加熱部33に湯の供給を受け、前記加熱部33を通過する空気を加温している。加熱部33は、冬期の空気を加温できればよい。これから、本例のほか、ヒータを内蔵させた箱体を加熱部33として供給管路３に介在させ、前記箱体内を通過する空気を加温してもよい。
【００２０】
冷気又は暖気の空気の循環について説明する。夏期において、居室23において温められた空気は、中間ファン43に押し出され、群を構成する熱交換ユニット１のうち、直列最上流の熱交換ユニット１の折返管路12に押し込まれて、10数℃の地熱相当に冷却された熱交換液13を介した熱交換により、地熱相当に冷やされる。本例は、こうした熱交換を担う熱交換ユニット１が３本直列に接続されているため、冷房に十分な程度まで空気が冷却できる。群を構成する熱交換ユニット１のうち、直列最下流の熱交換ユニット１を経て送り出された空気は、フィルタ部34を経て供給ファン32により居室23に向けて供給される（図３中太矢印参照）。
【００２１】
冷却された空気は、天井に設けられた供給グリル31を通じて供給管路３から各居室23へ供給される。冷房に供された空気は温められ、居室23と廊下24とを隔てる吹出しグリル41から廊下24に排気されて、廊下24の天井に設けられた回収グリル42を通じて回収管路４に入る（図３中破線矢印参照）。そして、回収された空気は、回収管路４を通して床下22まで降りていき、再び中間ファン43に押し出され、群を構成する熱交換ユニット１のうち、直列最上流の熱交換ユニット１の折返管路12に押し込まれて、熱交換液13を介した熱交換により冷やされる。
【００２２】
冬期において、居室23において冷やされた空気は、中間ファン43に押し出され、群を構成する熱交換ユニット１のうち、直列最上流の熱交換ユニット１の折返管路12に押し込まれて、10数℃の地熱相当に加温された熱交換液13を介した熱交換により、地熱相当に温められる。しかし、地熱が10数℃であるため、地熱相当の加温だけでは暖房に十分な程度まで空気を暖めることができない。そこで、群を構成する熱交換ユニット１のうち、直列最下流の熱交換ユニット１を経て送り出された空気は、フィルタ部34を経た後、更に加熱部33により加温して暖房に十分な程度まで加温して、供給ファン32により居室23に向けて供給される。
【００２３】
加温された空気は、上述した冷房の場合同様、天井に設けられた供給グリル31を通じて供給管路３から各居室23へ供給される。暖房に供された空気は冷やされ、居室23と廊下24とを隔てる吹出しグリル41から廊下24に排気されて、廊下24の天井に設けられた回収グリル42を通じて回収管路４に入る。そして、回収された空気は、回収管路４を通して床下22まで降りていき、再び中間ファン43に押し出され、群を構成する熱交換ユニット１のうち、直列最上流の熱交換ユニット１の折返管路12に押し込まれ、熱交換液13を介した熱交換により温められる。
【符号の説明】
【００２４】
１  熱交換ユニット
11  中空鋼管杭
12  折返管路
13  熱交換液
14  蓋
15  仕切板
16  水抜きパイプ
２  建物
21  基礎
22  床下
23  居室
24  廊下
25  屋根裏
26  壁
３  供給管路
31  供給グリル
32  供給ファン
33  加熱部
34  フィルタ部
４  回収管路
41  吹出しグリル
42  回収グリル
43  中間ファン
44  連結管路
５  地中
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【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】
地中に埋めた熱交換ユニットにより得られる地熱を利用して居住室を冷房又は暖房する地熱利用冷暖房システムにおいて、
熱交換ユニットは、建物の基礎から地中に打ち込まれた中空鋼管杭内に、両端が前記中空鋼管杭から上方に突出する折返管路を挿入し、前記中空鋼管杭と折返管路との間に熱交換液を貯留して構成し、
折返管路の一端を居住室への空気の供給管路と結び、前記折返管路の他端を居住室からの空気の回収管路と結んだことを特徴とする地熱利用冷暖房システム。
【請求項２】
熱交換ユニットは、中空鋼管杭の上部開口端を塞ぐ蓋と前記中空鋼管杭内に設けた仕切板に挟まれた密閉空間に前記蓋を貫通させて折返管路を挿入し、前記密閉空間内の中空鋼管杭と折返管路との間に熱交換液を貯留させて構成した請求項１記載の地熱利用冷暖房システム。
【請求項３】
熱交換液は、アルカリ性の水溶液である請求項１又は２いずれか記載の地熱利用冷暖房システム。
【請求項４】
熱交換液は、塩化ナトリウムを溶かしたアルカリ性の水溶液である請求項１又は２いずれか記載の地熱利用冷暖房システム。
【請求項５】
熱交換液は、塩化ナトリウム及び重炭酸ソーダを溶かしたアルカリ性の水溶液である請求項１又は２いずれか記載の地熱利用冷暖房システム。