(57)【要約】【課題】循環液等の熱媒体と周囲の地盤との間での良好な熱交換速度を実現できるとともに、比較的小規模な設備でも単位時間あたりに熱交換可能な熱量を十分に確保することが可能な地中熱利用システム及び地中熱交換器を提供する。【解決手段】地中熱利用システムは、熱媒体Ｍを循環させる循環路２０の一部分（例えば第１循環パイプ２１の一部分２１ａ）が内部に配設されているとともに地中に埋設された地中熱交換器１０を備え、地中熱交換器１０を介して地中熱交換器１０の周囲地盤Ｇから採熱または周囲地盤Ｇへ放熱するものである。地中熱交換器１０は、周囲地盤Ｇの土壌に対して耐腐食性の容器１４と、容器１４内に密封充填された金属蓄熱材１２と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体を循環させる循環路の一部分が内部に配設されているとともに地中に埋設された地中熱交換器を備え、前記地中熱交換器を介して当該地中熱交換器の周囲地盤から採熱または前記周囲地盤へ放熱する地中熱利用システムであって、
前記地中熱交換器は、前記周囲地盤の土壌に対して耐腐食性の容器と、前記容器内に密封充填された金属蓄熱材と、を有することを特徴とする地中熱利用システム。
【請求項２】
前記金属蓄熱材は、銅スラグを含むことを特徴とする請求項１に記載の地中熱利用システム。
【請求項３】
前記容器は、前記金属蓄熱材よりも熱伝導率が高い材料により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地中熱利用システム。
【請求項４】
前記容器は、クロム、ステンレス鋼、耐腐食処理された鉄系材料、または炭素繊維材料を含有する樹脂材料により構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の地中熱利用システム。
【請求項５】
前記容器の外表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の地中熱利用システム。
【請求項６】
前記容器の側周壁部の外表面には、平断面形状が波形の凹凸が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の地中熱利用システム。
【請求項７】
建造物の基礎構造に形成された凹部に前記金属蓄熱材を充填することにより、前記基礎構造が前記容器の側周壁部及び底板部を構成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の地中熱利用システム。
【請求項８】
調温対象室の天井または床下に設置された配管に循環水を循環させる水式空調装置を備え、
前記水式空調装置は、
前記熱媒体と前記循環水とを熱接触させることにより熱交換を行う熱交換ユニットと、
前記熱媒体を前記循環路において循環させる熱媒体循環ポンプ部と、
を有し、
前記循環路は、前記熱交換ユニットと前記地中熱交換器との間で前記熱媒体を循環させることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の地中熱利用システム。
【請求項９】
複数の前記地中熱交換器を備えているとともに、
前記熱交換ユニットとの間で熱交換を行う前記地中熱交換器を切り替える切替手段を更に備えていることを特徴とする請求項８に記載の地中熱利用システム。
【請求項１０】
前記容器は、それぞれ前記金属蓄熱材が密封充填された複数の充填領域と、断熱材により構成されていて前記複数の充填領域を相互に仕切っている仕切部と、を備え、
前記複数の充填領域の各々に対応して個別の前記循環路が形成されているとともに、
前記複数の充填領域の各々には、それぞれ対応する前記循環路の前記一部分が配設されており、
当該地中熱利用システムは、前記複数の充填領域のうち前記熱交換ユニットとの間で熱交換を行う充填領域を切り替える切替手段を備えていることを特徴とする請求項８又は９に記載の地中熱利用システム。
【請求項１１】
前記循環路の前記一部分は、互いに分岐した複数の分枝部を含んで構成され、
前記熱媒体が前記複数の分枝部において互いに並列に循環するように構成されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の地中熱利用システム。
【請求項１２】
前記周囲地盤の地表からの深さが２０ｍよりも浅いところに前記地中熱交換器の下面が位置していることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の地中熱利用システム。
【請求項１３】
両端間が相互に連通しているパイプの一部分が内部に配設されているとともに地中に埋設して用いられ、周囲地盤から採熱または前記周囲地盤へ放熱する地中熱交換器であって、
前記周囲地盤の土壌に対して耐腐食性の容器と、前記容器内に密封充填された金属蓄熱材と、を有することを特徴とする地中熱交換器。
【請求項１４】
前記パイプの両端部の各々は、前記容器から突出しており、
前記パイプの前記両端部の各々の先端にはそれぞれフランジ部が形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の地中熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中熱利用システム及び地中熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下の温度は地盤の断熱作用により年間を通してほぼ一定に維持される。このことを利用し、地中熱を用いて冷暖房等を行う地中熱利用システムが提案されている。
【０００３】
このような地中熱利用システムは、循環液等の熱媒体を循環させて周囲の地盤との間で熱交換を行うように構成されている。地中熱利用システムでは、地下の温度に比べて気温が高いときには地中熱を冷房に利用し、地下の温度に比べて気温が低いときには地中熱を暖房に利用することができる。
【０００４】
特許文献１には、冷媒液が充填されているとともに地中に埋設された鋼管と、この鋼管の内外に亘り配設された循環パイプと、を有する地中熱利用システムが記載されている。この地中熱利用システムでは、循環パイプを介して循環液を循環させることにより、鋼管内の冷媒液及び鋼管を介して周囲の地盤との間で熱交換を行う。
【０００５】
特許文献２には、１００〜１５０ｍといった深さに掘削された掘削孔内に配設されたヒートパイプを用いて熱交換を行う地中熱利用システムが記載されている。この地中熱利用システムにおいては、掘削孔にヒートパイプを設置した後、掘削孔内に珪砂等の充填材が充填されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１００９８号公報
【特許文献２】特開２００９−２５７７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術では、循環パイプ内の循環液と地盤との間での熱交換は、循環パイプの周囲に充填された冷媒液と鋼管とを介して行われる。ここで、冷媒液は、蓄熱性が高く放熱性に劣るため、特許文献１の技術では、循環液と地盤との間での熱交換の速度が十分でないと考えられる。
【０００８】
一方、特許文献２の技術は、いわば地盤にヒートパイプを直に埋設する技術であるため、ヒートパイプの内外での熱交換が、地盤中の土壌の性状のバラツキなどに起因して生じた地盤中における温度ムラの影響を大きく受けてしまう。すなわち、個々の地中熱利用システムごとの熱交換能力が、設置される地盤の影響によりばらついて不安定となる。
更に、特許文献２の技術では、上述のように非常に深い掘削孔を形成する必要があるなど、施工作業ならびにシステムの構造が大掛かりなものとなるため、例えば一般家庭の冷暖房などに用いることは難しい。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、循環液等の熱媒体と周囲の地盤との間での良好な熱交換速度を実現できるとともに、個々の地中熱利用システムごとの熱交換能力を安定化させることができ、且つ、比較的小規模な設備でも単位時間あたりに熱交換可能な熱量を十分に確保することが可能な地中熱利用システム及び地中熱交換器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、熱媒体を循環させる循環路の一部分が内部に配設されているとともに地中に埋設された地中熱交換器を備え、前記地中熱交換器を介して当該地中熱交換器の周囲地盤から採熱または前記周囲地盤へ放熱する地中熱利用システムであって、前記地中熱交換器は、前記周囲地盤の土壌に対して耐腐食性の容器と、前記容器内に密封充填された金属蓄熱材と、を有することを特徴とする地中熱利用システムが提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、両端間が相互に連通しているパイプの一部分が内部に配設されているとともに地中に埋設して用いられ、周囲地盤から採熱または前記周囲地盤へ放熱する地中熱交換器であって、前記周囲地盤の土壌に対して耐腐食性の容器と、前記容器内に密封充填された金属蓄熱材と、を有することを特徴とする地中熱交換器が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、循環液等の熱媒体と周囲の地盤との間での良好な熱交換速度を実現できるとともに、個々の地中熱利用システムごとの熱交換能力を安定化させることができ、且つ、比較的小規模な設備でも単位時間あたりに熱交換可能な熱量を十分に確保することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る地中熱利用システムの構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態に係る地中熱利用システムの地中熱交換器を示す斜視図である。
【図３】第２実施形態に係る地中熱利用システムの構成を示す概略図である。
【図４】第２実施形態に係る地中熱利用システムの地中熱交換器を説明するための斜視図であり、このうち（ａ）は凹部が形成されたコンクリート基礎を示し、（ｂ）は凹部への金属蓄熱材の充填等が行われることにより地中熱交換器が構築された状態を示す。
【図５】第３実施形態に係る地中熱利用システムの構成を示す概略図である。
【図６】第４実施形態に係る地中熱利用システムの構成を示す概略図である。
【図７】第５実施形態に係る地中熱利用システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
【００１５】
〔第１実施形態〕
図１は第１実施形態に係る地中熱利用システムの構成を示す概略図である。
図２は第１実施形態に係る地中熱利用システムの地中熱交換器１０を示す斜視図である。
【００１６】
本実施形態に係る地中熱利用システムは、熱媒体Ｍを循環させる循環路２０の一部分（例えば第１循環パイプ２１の一部分２１ａ）が内部に配設されているとともに地中に埋設された地中熱交換器１０を備え、地中熱交換器１０を介して地中熱交換器１０の周囲地盤Ｇから採熱または周囲地盤Ｇへ放熱するものである。地中熱交換器１０は、周囲地盤Ｇの土壌に対して耐腐食性の容器１４と、容器１４内に密封充填された金属蓄熱材１２と、を有する。
【００１７】
また、本実施形態に係る地中熱交換器１０は、両端間が相互に連通しているパイプ（第１循環パイプ２１）の一部分２１ａが内部に配設されているとともに地中に埋設して用いられ、周囲地盤Ｇから採熱または周囲地盤Ｇへ放熱する地中熱交換器１０である。この地中熱交換器１０は、周囲地盤Ｇの土壌に対して耐腐食性の容器１４と、容器１４内に密封充填された金属蓄熱材１２と、を有する。
【００１８】
本実施形態では、図１に示すように、一戸建て住宅等の建造物６０内の調温対象室６２の調温（冷暖房）に地中熱利用システムを用いる場合について説明する。この場合、地中熱交換器１０は、例えば、駐車場や庭の下の地盤に埋設することができる。図１には、庭の下に地中熱交換器１０を配設した例を示している。
【００１９】
循環路２０は、例えば、第１循環パイプ２１と、第２循環パイプ２５と、により構成されている。
第１循環パイプ２１は、その両端間が相互に連通しており、第１循環パイプ２１の一部分２１ａが地中熱交換器１０の内部（つまり容器１４の内部）に配設されている。
第２循環パイプ２５は、その両端間が相互に連通しており、第２循環パイプ２５の一部分２５ａが後述するヒートポンプユニット３０の内部に配設されている。
第１循環パイプ２１と第２循環パイプ２５とは、それらの両端どうしが相互に接続されている。これにより、第１循環パイプ２１と第２循環パイプ２５とは相互に連通し、これら第１循環パイプ２１と第２循環パイプ２５とにより循環路２０が構成されている。
【００２０】
第１循環パイプ２１中を循環する熱媒体Ｍは、金属蓄熱材１２及び容器１４を介して、周囲地盤Ｇとの間で熱交換する。
ここで、金属蓄熱材１２は、液体と比べて放熱性が良好であるため、第１循環パイプ２１中を循環する熱媒体Ｍと周囲地盤Ｇとの間での良好な熱交換速度を実現することができる。このため、比較的小規模な地中熱利用システム（特に、比較的小型の地中熱交換器１０）であっても、単位時間あたりに熱交換可能な熱量を十分に確保することが可能となる。よって、地中熱利用システムを一般家庭の冷暖房用途などにも好適に用いることができる。
なお、熱媒体Ｍは、液体でも気体でも良い。熱媒体Ｍの具体例としては、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）又は水などが挙げられる。
【００２１】
地盤中の温度は、地下１０ｍ以上１５ｍ以下程度の深さであれば、ほぼ一定となる。このため、地中熱交換器１０を設置する深さは、周囲地盤Ｇの地表からの深さが２０ｍよりも浅いところに地中熱交換器１０の下面が位置するような深さとすることで十分である。
なお、周囲地盤Ｇの地表からの深さが１０ｍ以上のところに地中熱交換器１０の上面が位置するように地中熱交換器１０を地盤に埋設することが好ましい。
【００２２】
容器１４内に充填された金属蓄熱材１２は、銅スラグ又はフェロニッケルスラグなどの非鉄スラグを含むことが好ましい。
銅スラグとは、銅の精錬過程で発生する副生成物であり、酸化鉄の含有率が高いガラス質の粒子状ものである。銅スラグには有機溶剤が混入しているため、銅スラグをそのまま地中に埋設すると、有害物質が土壌に滲出する可能性がある。銅スラグ以外の非鉄スラグについても同様である。
本実施形態では、耐腐食性の容器１４に金属蓄熱材１２が密封充填されているため、金属蓄熱材１２が周囲地盤Ｇから好適に保護される。よって、銅スラグなどからなる金属蓄熱材１２から土壌へと有害物質が滲出してしまうことを抑制できる。
金属蓄熱材１２は、銅スラグなどの非鉄スラグのみを含んでいても良いし、非鉄スラグ間に水又は油等の液体が充填されたものであっても良い。なお、充填される液体の重量は、非鉄スラグの重量よりも少ないことが好ましい。
或いは、金属蓄熱材１２は、銅スラグなどの非鉄スラグとコンクリートとを混合したもの、すなわち銅スラグコンクリートなどの非鉄スラグコンクリートであっても良い。なお、非鉄スラグコンクリートは、骨材を含んでいないものであっても良い。この場合、非鉄スラグコンクリートは、非鉄スラグと、非鉄スラグどうしを結着するセメントとを含んで構成される。
金属蓄熱材１２として、非鉄スラグ間の間隙に液体を充填したものや、非鉄スラグコンクリートを用いることにより、非鉄スラグ間の間隙が空隙である場合と比べて、金属蓄熱材１２の熱伝導性を良好にすることができる。
【００２３】
なお、金属蓄熱材１２は、銅スラグなどの非鉄スラグだけでなく非鉄スラグ以外の金属材料（金属の破砕片など）を含んでいても良い。あるいは、金属蓄熱材１２は、非鉄スラグを含んでおらず、非鉄スラグ以外の金属材料により構成されていても良い。
金属蓄熱材１２が非鉄スラグ以外の場合でも、金属蓄熱材１２をそのまま地中に埋設すると、金属蓄熱材１２と土壌中の水分との反応などによって有害物質が発生する可能性が考えられる。ただし、本実施形態では、耐腐食性の容器１４に金属蓄熱材１２が密封充填されていることにより、この場合も、有害物質が土壌へ滲出してしまうことを抑制できる。
【００２４】
容器１４は、金属蓄熱材１２よりも熱伝導率が高い材料により構成されていることが好ましい。これにより、第１循環パイプ２１中を循環する熱媒体Ｍと周囲地盤Ｇとの間での熱交換速度を更に向上させることができる。
ただし、容器１４の熱伝導率は、金属蓄熱材１２の熱伝導率と同等であっても良いし、金属蓄熱材１２の熱伝導率未満であっても良い。
ここで、金属蓄熱材１２の熱伝導率とは、金属蓄熱材１２が充填された領域の熱伝導率を意味する。従って、金属蓄熱材１２が粒子状の非鉄スラグにより構成されている場合は、金属蓄熱材１２の熱伝導率は、非鉄スラグの粒子と、粒子間の空気層とを含む部分の熱伝導率を意味する。
【００２５】
容器１４は、例えば、クロム、ステンレス鋼、クロムメッキ等の耐腐食処理が施された鉄系材料、または炭素繊維材料を含有する樹脂材料により構成されている。
これにより、容器１４を周囲地盤Ｇに対して耐腐食性のものとすることができる。
また、例えば、金属蓄熱材１２が銅スラグなどの非鉄スラグまたは銅スラグコンクリートなどの非鉄スラグコンクリートである場合には、容器１４を金属材料（例えば、クロム、ステンレス鋼、クロムメッキ等の耐腐食処理が施された鉄系材料など）により構成することによって、容器１４の熱伝導率を金属蓄熱材１２の熱伝導率よりも高くすることができる。
【００２６】
容器１４の外表面には、凹凸が形成されていることが好ましい。このようにすることにより、容器１４の外表面が平面状である場合と比べて、容器１４と周囲地盤Ｇとの接触面積を大きくすることができる。よって、地中熱交換器１０と周囲地盤Ｇとの熱交換効率を向上させることができる。すなわち、地中熱交換器１０の周囲地盤Ｇからの採熱の効率、および地中熱交換器１０から周囲地盤Ｇへ放熱の効率をそれぞれ向上させることができる。
【００２７】
容器１４は、例えば、側周壁部１５と、天板部１６と、底板部１７と、を有している。
容器１４の上面（天板部１６の上面）及び下面（底板部１７の下面）は、互いに平行に配置されていることが好ましい。また、容器１４の上面及び下面は、例えば、それぞれ水平に配置されている。また、側周壁部１５が起立した状態となるように、地中熱交換器１０が配置されている。
【００２８】
側周壁部１５は、下端及び上端がそれぞれ開口した筒形状に形成されている。
天板部１６は、平板状に形成され、側周壁部１５の上端の開口を塞いでいる。
底板部１７は、平板状に形成され、側周壁部１５の下端の開口を塞いでいる。
天板部１６の周縁部は、側周壁部１５の上端の開口の縁に対して、溶接等により全周に亘り接合されている。これにより、容器１４の上端は密封されている。
同様に、底板部１７の周縁部は、側周壁部１５の下端の開口の縁に対して、溶接等により全周に亘り接合されている。これにより、容器１４の下端は密封されている。
より具体的には、例えば、容器１４は直方体形状に形成されている。すなわち、側周壁部１５は、平断面形状が矩形状の筒形状に形成されている。
【００２９】
側周壁部１５、天板部１６及び底板部１７の各々は、周囲地盤Ｇの土壌に対して耐腐食性の材料により構成されている。
また、好ましくは、側周壁部１５、天板部１６及び底板部１７の各々は、金属蓄熱材１２よりも熱伝導率が高い材料により構成されている。
【００３０】
容器１４の側周壁部１５の外表面には、例えば、平断面形状が波形の凹凸が形成されている。
これにより、側周壁部１５の外表面が平面状である場合と比べて、側周壁部１５の外表面と周囲地盤Ｇとの接触面積を大きくすることができるので、地中熱交換器１０と周囲地盤Ｇとの熱交換効率を向上させることができる。
更には、側周壁部１５の外表面が平面状である場合に比して、側周壁部１５の耐荷重性能を向上させることができる。よって、側周壁部１５の薄型化が可能である。あるいは、地中熱交換器１０を建築物などの重量物の下に埋設することなどが可能となる。
容器１４の側周壁部１５は、例えば、平断面形状が波形の板状に形成されている。すなわち、容器１４の側周壁部１５の内表面にも、波形の凹凸が形成されている。これにより、側周壁部１５の内表面が平面状である場合と比べて、側周壁部１５の内表面と金属蓄熱材１２との接触面積を大きくすることができるので、容器１４と金属蓄熱材１２との熱交換効率を向上させることができる。
ただし、側周壁部１５の内表面は平面状に形成されていても良い。
【００３１】
また、容器１４の天板部１６及び底板部１７の外表面にも、波形の凹凸が形成されていても良い。これにより、天板部１６及び底板部１７の外表面が平面状である場合と比べて、天板部１６及び底板部１７の外表面と周囲地盤Ｇとの接触面積を大きくできるので、それらの間での熱交換効率を向上させることができる。
同様に、容器１４の天板部１６及び底板部１７の外表面にも、波形の凹凸が形成されていても良い。これにより、天板部１６及び底板部１７の内表面が平面状である場合と比べて、天板部１６及び底板部１７と金属蓄熱材１２との接触面積を大きくすることができ、それらの間での熱交換効率を向上させることができる。
【００３２】
ここで、図２を参照して、容器１４の具体的な構造の一例を説明する。
容器１４の側周壁部１５は、それぞれ波形に形成された複数の板状部材（図示の例では、８枚の板状部材１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７及び１７８）と、複数の柱状部材（図示の例では、８本の柱状部材１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７及び１１８）と、を備えて構成されている。
各板状部材１７１〜１７８及び各柱状部材１１１〜１１８は、金属等の、溶接可能な材料により構成されていることが好ましい。
各板状部材１７１〜１７８は、鉛直に起立しており、各柱状部材１１１〜１１８も、鉛直に起立している。
各板状部材１７１〜１７８は、側面視矩形状に形成されている。柱状部材１１１〜１１８の形状は、円柱状であっても良いし、角柱状であっても良い。
板状部材１７１〜１７８のうち互いに隣り合う板状部材どうしは、柱状部材１１１〜１１８を介して相互に連結されている。
より具体的には、板状部材１７１〜１７８は、平面視において反時計回りに、板状部材１７１〜１７８の順に配置され、平断面形状が矩形状の筒状体を、柱状部材１１１〜１１８とともに構成している。
【００３３】
例えば、板状部材１７１、１７２は、互いに同一平面上に位置しているとともに、水平方向において互いに隣接して配置され、それらの間に位置する柱状部材１１５を介して相互に連結されている。板状部材１７３、１７４は、互いに同一平面上に位置しているとともに、水平方向において互いに隣接して配置され、それらの間に位置する柱状部材１１６を介して相互に連結されている。板状部材１７５、１７６は、互いに同一平面上に位置しているとともに、水平方向において互いに隣接して配置され、それらの間に位置する柱状部材１１７を介して相互に連結されている。板状部材１７７、１７８は、互いに同一平面上に位置しているとともに、水平方向において互いに隣接して配置され、それらの間に位置する柱状部材１１８を介して相互に連結されている。
【００３４】
板状部材１７１及び１７２と、板状部材１７３及び１７４とは、互いに直交して配置されている。板状部材１７３及び１７４と、板状部材１７５及び１７６とは、互いに直交して配置されている。板状部材１７５及び１７６と、板状部材１７７及び１７８とは、互いに直交して配置されている。板状部材１７７及び１７８と、板状部材１７１及び１７２とは、互いに直交して配置されている。また、板状部材１７１及び１７２と、板状部材１７６及び１７５とは、互いに平行に対向している。同様に、板状部材１７３及び１７４と、板状部材１７８及び１７７とは、互いに平行に対向している。
【００３５】
そして、板状部材１７１と板状部材１７８とは、柱状部材１１１を介して相互に連結されている。同様に、板状部材１７２と板状部材１７３とは、柱状部材１１２を介して相互に連結されている。同様に、柱状部材１７４と柱状部材１７５とは、柱状部材１１３を介して相互に連結されている。同様に、柱状部材１７６と柱状部材１７７とは、柱状部材１１４を介して相互に連結されている。
【００３６】
各柱状部材１１１〜１１８の側周面には、各柱状部材１１１〜１１８の長手方向に沿って、２本ずつのスリットが形成されている。各スリットは、各柱状部材１１１〜１１８が連結する板状部材１７１〜１７８と対応する位置に設けられている。
そして、各板状部材１７１〜１７８の水平方向における両端の縁辺部は、長手方向に亘り、それぞれ対応する柱状部材１１１〜１１８の、対応するスリットに差し込まれ、且つ、対応する柱状部材１１１〜１１８に対して、溶接等により接合されている（図２中の部分拡大図を参照）。
【００３７】
また、天板部１６及び底板部１７は、それぞれ平板状に形成されている。天板部１６及び底板部１７は、ステンレスにより構成されていることが好ましい。
そして、上述のように、天板部１６の周縁部は、側周壁部１５の上端の開口の縁に対して、溶接等により全周に亘り接合され、同様に、底板部１７の周縁部は、側周壁部１５の下端の開口の縁に対して、溶接等により全周に亘り接合されている。
【００３８】
図１に示すように、例えば、第１循環パイプ２１の両端部の各々は、容器１４から突出している。そして、図１に示すように、第１循環パイプ２１の両端部の各々の先端にはそれぞれフランジ部２２が形成されている。これにより、一部分２１ａが地中熱交換器１０に導入されている第１循環パイプ２１を、他の配管（具体的には、例えば、第２循環パイプ２５）と容易に接続することができる。
なお、図２においては、フランジ部２２の図示を省略している。
第１循環パイプ２１の一端部は、当該第１循環パイプ２１に熱媒体Ｍを導入するための入口部２１ｂであり、第１循環パイプ２１の他端部は、当該第１循環パイプ２１から熱媒体Ｍを導出するための出口部２１ｃである。
【００３９】
例えば、第１循環パイプ２１の入口部２１ｂおよび出口部２１ｃは、容器１４の天板部１６から突出している。ただし、第１循環パイプ２１の入口部２１ｂおよび出口部２１ｃは、容器１４の側周壁部１５から突出していても良いし、容器１４の底板部１７から突出していても良い。
【００４０】
容器１４は、その上下寸法よりも、幅寸法及び奥行き寸法の方が大きい形状であることが好ましい一例である。このようにすることにより、容器１４が扁平形状となることから、容器１４と周囲地盤Ｇとの接触面積を十分に確保できるため、地中熱交換器１０と周囲地盤Ｇとの間での熱交換効率を良好にすることができる。更に、地中熱交換器１０の全体を、当該地中熱交換器１０における最深部と同等の位置に設置しやすくなるため、地盤に管を縦に埋設する場合などとは異なり、地中熱交換器１０の設置深さ（最深位置の深さ）をさほど深くする必要が無い。
【００４１】
地中熱利用システムは、調温対象室６２の天井６４または床下６６に設置された配管（天井放射パイプ５１、床下放射パイプ５３）に循環水Ｗを循環させる水式空調装置を備えている。
水式空調装置は、熱媒体Ｍと循環水Ｗとを熱接触させることにより熱媒体Ｍと循環水Ｗとの間で熱交換を行わせる熱交換ユニット（ヒートポンプユニット３０）と、熱媒体Ｍを圧送することにより、熱媒体Ｍを循環路２０において循環させる熱媒体循環ポンプ部２３と、を有している。
【００４２】
ヒートポンプユニット３０は、例えば、建造物６０の外部（つまり屋外）における地盤上に設置されている。ただし、ヒートポンプユニット３０は、建造物６０の内部（屋内）に設置されていたり、あるいは、地盤中に埋設されていたりしても良い。
【００４３】
第２循環パイプ２５は、ヒートポンプユニット３０の内部に当該第２循環パイプ２５の一部分２５ａが配設されているとともに、第１循環パイプ２１と両端どうしが接続されている。第２循環パイプ２５と第１循環パイプ２１とにより、ヒートポンプユニット３０と地中熱交換器１０との間で熱媒体Ｍをループ状に循環させる循環路２０が構成されている。
【００４４】
ここで、第２循環パイプ２５の両端には、それぞれフランジ部２４が形成されている。
そして、第１循環パイプ２１の入口部２１ｂのフランジ部２２が第２循環パイプ２５の一端のフランジ部２４に対して固定されることにより、第１循環パイプ２１の入口部２１ｂと第２循環パイプ２５の一端とが相互に連通した状態で連結されている。
同様に、第１循環パイプ２１の出口部２１ｃのフランジ部２２が第２循環パイプ２５の他端のフランジ部２４に対して固定されることにより、第１循環パイプ２１の出口部２１ｃと第２循環パイプ２５の他端とが相互に連通した状態で連結されている。
なお、図１では、フランジ部２４及びフランジ部２２が地上に配置されている例を示しているが、フランジ部２４及びフランジ部２２は地盤中に埋設されていても良い。
【００４５】
ここで、建造物６０は、例えば、図１に示すように、地盤に設置されたベタ基礎等のコンクリート基礎（基礎構造）７０上に構築されている。
【００４６】
建造物６０には、例えば、冷房用の循環水Ｗを循環させる冷房用循環水路と、暖房用の循環水Ｗを循環させる暖房用循環水路と、が設けられている。
【００４７】
このうち冷房用循環水路は、例えば、調温対象室６２の天井６４に設置された天井放射パイプ５１と、この天井放射パイプ５１と連通していて天井放射パイプ５１とともにループ状の冷房用循環水路を形成している配管４５と、を備えている。すなわち、天井放射パイプ５１の一端は配管４５の一端と連通しているとともに、天井放射パイプ５１の他端は配管４５の他端と連通している。
配管４５は、天井放射パイプ５１とヒートポンプユニット３０とを相互に接続しており、且つ、配管４５の一部分はヒートポンプユニット３０内に配設されている。
更に、配管４５には、冷房用循環水路内の循環水Ｗを循環させるポンプ４９と、開閉弁４１と、が設けられている。
開閉弁４１が開状態のときには、冷房用循環水路内の循環水Ｗをポンプ４９が圧送することにより、当該循環水Ｗが冷房用循環水路内を循環する。一方、開閉弁４１が閉状態のときには、冷房用循環水路内での循環水Ｗの循環的な流動が規制される。すなわち、開閉弁４１は、冷房用循環水路内での循環水Ｗの循環的な流動を許容する状態（開状態）と、当該循環水Ｗの循環的な流動を規制する状態（閉状態）とに切り替わり可能である。
なお、開閉弁４１を開状態から閉状態に切り替える動作は、あらかじめポンプ４９を停止させた状態で行うことが好ましい。また、ポンプ４９の始動は、あらかじめ開閉弁４１を閉状態から開状態に切り替えた状態で行うことが好ましい。
また、天井放射パイプ５１の下方には、天井放射パイプ５１に結露した後で滴下する水滴を受ける水滴受け５５が設けられている。
【００４８】
一方、暖房用循環水路は、例えば、調温対象室６２の床下６６に設置された床下放射パイプ５３と、この床下放射パイプ５３と連通していて床下放射パイプ５３とともにループ状の暖房用循環水路を形成している配管４７と、を備えている。すなわち、床下放射パイプ５３の一端は配管４７の一端と連通しているとともに、床下放射パイプ５３の他端は配管４７の他端と連通している。
配管４７は、床下放射パイプ５３とヒートポンプユニット３０とを相互に接続しており、且つ、配管４７の一部分はヒートポンプユニット３０内に配設されている。
更に、配管４７には、暖房用循環水路内の循環水Ｗを循環させるポンプ４８と、開閉弁４３と、が設けられている。
開閉弁４３が開状態のときには、暖房用循環水路内の循環水Ｗをポンプ４８が圧送することにより、当該循環水Ｗが暖房用循環水路内を循環する。一方、開閉弁４３が閉状態のときには、暖房用循環水路内での循環水Ｗの循環的な流動が規制される。すなわち、開閉弁４３は、暖房用循環水路内での循環水Ｗの循環的な流動を許容する状態（開状態）と、当該循環水Ｗの循環的な流動を規制する状態（閉状態）とに切り替わり可能である。
なお、開閉弁４３を開状態から閉状態に切り替える動作は、あらかじめポンプ４８を停止させた状態で行うことが好ましい。また、ポンプ４８の始動は、あらかじめ開閉弁４３を閉状態から開状態に切り替えた状態で行うことが好ましい。
【００４９】
図示は省略するが、ヒートポンプユニット３０は、蒸発器、凝縮器、圧縮機、膨張弁、及び四方弁と、それらを接続する配管等を備え、内部には冷媒が充填されている。四方弁による切り替えによって、冷房用循環水路を用いた冷房動作と、暖房用循環水路を用いた暖房動作と、が切り替えられるようになっている。冷房動作の際と暖房動作の際とでは、蒸発器と凝縮器の役割が逆になる。
【００５０】
夏季などのように周囲地盤Ｇの温度が調温対象室６２の温度に比して低温の時期における冷房動作の際には、冷房用循環水路と暖房用循環水路とのうち冷房用循環水路を選択的に稼働させる。すなわち、暖房用循環水路のポンプ４８を停止させるとともに開閉弁４３を閉状態とする一方で、冷房用循環水路の開閉弁４１を開状態とするとともにポンプ４９を運転する。
このとき、（１）蒸発器内の冷媒が冷房用循環水路の配管４５内の循環水Ｗから受けた熱エネルギー（この場合、プラスの熱エネルギー（温熱））により蒸発し、（２）蒸発した冷媒が圧縮機にて圧縮されて凝縮器に移送され、（３）凝縮器内の冷媒が循環路２０の第２循環パイプ２５内の熱媒体Ｍから受けた地中熱エネルギー（この場合、マイナスの熱エネルギー（冷熱））により冷やされることによって凝縮して再び液体となり、（４）冷媒が膨張弁を介して蒸発器に戻る、という順序の冷房サイクルが行われる。
これにより、冷房用循環水路の配管４５内の循環水Ｗは、ヒートポンプユニット３０を通過することにより冷却される。冷却された循環水Ｗは、配管４５から天井放射パイプ５１へ移送される。よって、調温対象室６２は、天井放射パイプ５１からの放射冷却により冷房される。
この際、天井放射パイプ５１内の循環水Ｗは、調温対象室６２内の雰囲気から受けたプラスの熱エネルギーにより昇温し、再び配管４５に移送される。
一方、地中熱交換器１０は、ヒートポンプユニット３０へと冷熱を供給することにより、あらかじめ蓄えていた地中熱エネルギー（冷熱）を消費し、徐々にその温度が上昇する。地中熱交換器１０から、循環路２０、ヒートポンプユニット３０及び冷房用循環水路をこの順に介して、十分に冷熱が供給される間、すなわち、地中熱交換器１０の温度が調温対象室６２の室温に比して十分に低温である間は、上述の冷房サイクルが機能し、調温対象室６２を冷房することができる。
なお、地中熱利用システムの稼働を停止させている間は、地中熱交換器１０は、再び周囲地盤Ｇから受ける地中熱エネルギー（この場合、冷熱）を徐々に蓄える。すなわち、地中熱交換器１０は、周囲地盤Ｇの温度と実質的に等温となるまで徐々に冷却される。
【００５１】
一方、冬季などのように周囲地盤Ｇの温度が調温対象室６２の温度に比して高温の時期における暖房動作の際には、冷房用循環水路と暖房用循環水路とのうち暖房用循環水路を選択的に稼働させる。すなわち、冷房用循環水路のポンプ４９を停止させるとともに開閉弁４１を閉状態とする一方で、暖房用循環水路の開閉弁４３を開状態とするとともにポンプ４８を運転する。
このとき、（１）蒸発器内の冷媒が循環路２０の第２循環パイプ２５内の熱媒体Ｍから受けた地中熱エネルギー（この場合、プラスの熱エネルギー（温熱））により蒸発し、（２）蒸発した冷媒が圧縮機にて圧縮されて凝縮器に移送され、（３）凝縮器内の冷媒が暖房用循環水路の配管４７内の循環水Ｗから受けた熱エネルギー（この場合、マイナスの熱エネルギー（冷熱））により冷やされることによって凝縮して再び液体となり、（４）冷媒が膨張弁を介して蒸発器に戻る、という順序の暖房サイクルが行われる。
これにより、暖房用循環水路の配管４７内の循環水Ｗは、ヒートポンプユニット３０を通過することにより加熱される。加熱された循環水Ｗは、配管４７から床下放射パイプ５３へ移送される。よって、調温対象室６２は、床下放射パイプ５３からの放射熱により暖房される（いわゆる床暖房を行うことができる）。
この際、床下放射パイプ５３内の循環水Ｗは、床面等を介して調温対象室６２内の雰囲気から受けたマイナスの熱エネルギーにより冷却され、再び配管４７に移送される。
一方、地中熱交換器１０は、ヒートポンプユニット３０へと温熱を供給することにより、あらかじめ蓄えていた地中熱エネルギー（温熱）を消費し、徐々にその温度が低下する。地中熱交換器１０から、循環路２０、ヒートポンプユニット３０及び暖房用循環水路をこの順に介して、十分に温熱が供給される間は、上述の暖房サイクルが機能し、調温対象室６２を暖房することができる。
なお、地中熱利用システムの稼働を停止させている間は、地中熱交換器１０は、再び周囲地盤Ｇから受ける地中熱エネルギー（この場合、温熱）を徐々に蓄える。すなわち、地中熱交換器１０は、周囲地盤Ｇの温度と実質的に等温となるまで徐々に加熱される。
【００５２】
このように、ヒートポンプユニット３０は、熱媒体Ｍと循環水Ｗとを相互に熱接触させることにより熱交換を行い、循環水Ｗの冷却又は加熱、ひいては調温対象室６２の冷房又は暖房を行う。
【００５３】
以下、所望の運転時間の間、所望の冷暖房能力を確保し、且つ、所望のＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を達成するための、金属蓄熱材１２の必要量に関するモデルの例を説明する。
【００５４】
居室の冷暖房に必要な能力は、一般的に、１ｍ２あたり１５０Ｗ／ｈであるとされている。このため、居室が１００ｍ２であれば１５０００Ｗ／ｈ（１５ｋＷ／ｈ）、２００ｍ２であれば３００００Ｗ／ｈ（３０ｋＷ／ｈ）の能力が必要である。
ここでは、冷暖房に３０ｋＷ／ｈの能力を消費するものと仮定する。
【００５５】
先ず、地中熱利用システムを冷房に使用する場合について説明する。
【００５６】
３０ｋＷ／ｈの冷房能力を確保し、且つ、例えばＣＯＰ４．０を達成するためには、ヒートポンプユニット３０から地中熱交換器１０への１時間あたりの排熱量は、４２ｋＷとなる。このため、冷房の継続時間として例えば７時間を確保するためには、ヒートポンプユニット３０から地中熱交換器１０に対して、トータルで２９４ｋＷの熱を排熱できれば良い。
【００５７】
この熱量を地中熱交換器１０に排熱できるようにするための、金属蓄熱材１２の必要量（Ｘｍ３）について、以下のように算出する。
地中熱交換器１０の容器１４には、金属蓄熱材１２として、比重が３６００ｋｇ／ｍ３の銅スラグを充填するものとする。なお、銅スラグの比熱は、例えば０．２０８ｋｃａｌ／ｋｇ・℃程度であるが、ここでは銅スラグの比熱を小さめに見積もって０．２ｋｃａｌ／ｋｇ・℃であるものと仮定する。
また、冷房を行わない状態での調温対象室６２の室温が３０℃、周囲地盤Ｇの温度は１５℃であるものとする。
さらに、地中熱交換器１０に蓄えられた熱エネルギー（冷熱エネルギー）の利用効率が１００％であり、ヒートポンプユニット３０から地中熱交換器１０への排熱によって地中熱交換器１０内の金属蓄熱材１２（銅スラグ）の温度が１５℃から３０℃に昇温するまで当該熱エネルギーが損失なく冷房に用いられるものと仮定する。
すると、地中熱利用システムの稼働を開始してから、地中熱交換器１０に蓄えられた熱エネルギーを消費し終えるまでの、ヒートポンプユニット３０から地中熱交換器１０への排熱量である２９４（ｋＷ）＝３６００・Ｘ（ｋｇ）×０．２（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）×（（３０（℃）−１５（℃））＝１０８００・Ｘ（ｋｃａｌ）＝１０８００・Ｘ／８６０（ｋｗ）＝約１２．５・Ｘ（ｋｗ）となる。
したがって、金属蓄熱材１２の必要量Ｘ（ｍ３）＝約２９４／１２．５＝約２４（ｍ３）となる。
例えば、夏季の日中の７時間は地中熱利用システムを用いて冷房を行う場合、一日のうちの残りの１７時間を利用して、地中熱交換器１０の熱を周囲地盤Ｇに放熱すれば良いことになる。
【００５８】
なお、実際には、地中熱利用システムの稼働中にも、地中熱交換器１０から周囲地盤Ｇへの排熱が並行して行われる。このため、ここでの計算で得られた量よりも少ない量の金属蓄熱材１２を用いることによっても、７時間の間、３０ｋＷ／ｈの冷房能力を確保し、且つ、ＣＯＰ４．０を達成できることを期待しうる。
【００５９】
次に、地中熱利用システムを暖房に使用する場合について説明する。
【００６０】
７時間の間、３０ｋＷ／ｈの暖房能力を確保し、且つ、ＣＯＰ４．０を達成する場合について考える。この場合、地中熱交換器１０からヒートポンプユニット３０への１時間あたりの熱エネルギー（温熱エネルギー）の供給量は、２２．５ｋＷとなる。このため、７時間の間、暖房を継続するためには、地中熱交換器１０からヒートポンプユニット３０に対して、トータルで１５７．５ｋＷの熱を供給できれば良い。
【００６１】
この熱量を地中熱交換器１０から供給できるようにするための、金属蓄熱材１２の必要量（Ｙｍ３）について、以下のように算出する。
ここで、暖房を行わない状態での調温対象室６２の室温が６℃、周囲地盤Ｇの温度は１５℃であるものとする。
さらに、地中熱交換器１０に蓄えられた熱エネルギーの利用効率が１００％であり、地中熱交換器１０からヒートポンプユニット３０への熱の供給によって地中熱交換器１０内の金属蓄熱材１２（銅スラグ）の温度が１５℃から６℃に降温するまで当該熱エネルギーが損失なく暖房に用いられるものと仮定する。
すると、地中熱利用システムの稼働を開始してから、地中熱交換器１０に蓄えられた熱エネルギーを消費し終えるまでの、地中熱交換器１０からヒートポンプユニット３０に供給される熱量である１５７．５ｋＷ＝３６００・Ｙ（ｋｇ）×０．２（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）×（（１５（℃）−６（℃））＝６４８０・Ｙ（ｋｃａｌ）＝６４８０・Ｙ／８６０（ｋｗ）＝約７．５・Ｙ（ｋｗ）となる。
したがって、金属蓄熱材１２の必要量Ｙ（ｍ３）＝約１５７．５／７．５＝約２１（ｍ３）となる。
例えば、冬季の夜間の７時間は地中熱利用システムを用いて暖房を行う場合、一日のうちの残りの１７時間を利用して、周囲地盤Ｇの熱を地中熱交換器１０に吸熱すれば良いことになる。
【００６２】
なお、実際には、地中熱利用システムの稼働中にも、周囲地盤Ｇから地中熱交換器１０への熱の供給が並行して行われる。このため、ここでの計算で得られた量よりも少ない量の金属蓄熱材１２を用いることによっても、７時間の間、３０ｋＷ／ｈの暖房能力を確保し、且つ、ＣＯＰ４．０を達成できることを期待しうる。
【００６３】
ここで、地中熱利用システムは、冷房と暖房に共用できるが、上述した２つのモデルでは、冷房のために必要な金属蓄熱材１２の量は２４ｍ３であり、暖房のために必要な金属蓄熱材１２の量は２１ｍ３であったため、２４ｍ３の金属蓄熱材１２が容器１４に充填されていれば、７時間の間、３０ｋＷ／ｈの冷房能力又は暖房能力を確保し、且つ、ＣＯＰ４．０を達成しうることが分かる。
従って、およそ３ｍ立方程度の地中熱交換器１０を用いることにより、上述したモデルの能力を達成しうると考えられる。
【００６４】
また、上述したモデルでは、ヒートポンプユニット３０が地中熱交換器１０との間でのみ熱交換を行うことを前提として説明したが、ヒートポンプユニット３０として、地中熱交換器１０との間、並びに、大気との間でそれぞれ熱交換を行うことが可能な構成のものを用いることができれば、地中熱交換器１０における金属蓄熱材１２の必要量は、上述したモデルよりも更に低減できると考えられる。
【００６５】
以上のような第１実施形態によれば、金属蓄熱材１２は液体と比べて放熱性が良好であるため、容器１４に水等を充填する場合と比べて、第１循環パイプ２１中を循環する熱媒体Ｍと周囲地盤Ｇとの間での良好な熱交換速度を実現することができる。このため、比較的小規模な地中熱利用システム（比較的小型の地中熱交換器１０）であっても、単位時間あたりに熱交換可能な熱量を十分に確保することが可能となる。よって、地中熱利用システムを一般家庭の冷暖房用途などにも好適に用いることができる。
【００６６】
なお、特許文献２の技術のように、地盤にヒートパイプを直に埋設する場合は、個々の地中熱利用システムごとの熱交換能力が、設置される地盤の影響によりばらついてしまうため不安定となる。
これに対し、本実施形態では、容器１４内に充填された金属蓄熱材１２の中に、熱媒体Ｍを循環させる第２循環パイプ２５の一部分２５ａが配設されている。金属蓄熱材１２は、良好な熱伝導速度を持つため、仮に周囲地盤Ｇ中の土壌の性状のバラツキなどに起因して、周囲地盤Ｇ中に温度ムラが存在していても、地中熱交換器１０の全体において均一に周囲地盤Ｇとの間で熱交換を行うことができる。すなわち、金属蓄熱材１２は、（蓄熱材である）土壌の不安定さを解消する中間蓄熱材として機能する。よって、個々の地中熱利用システムごとの熱交換能力を安定化させることができる。
【００６７】
また、特許文献２の技術のように鋼管を介して熱交換を行う場合は、交換可能な熱量が鋼管の太さや長さに依存するため、十分な熱量の交換を行うためには多数の鋼管を設置する必要がある。これに対し、本実施形態では、地中熱交換器１０の形状には特に制約が無い。このため、地中熱交換器１０の形状を、交換する必要がある熱量に応じた適宜の形状に設計することを容易になし得る。
【００６８】
〔第２実施形態〕
図３は第２実施形態に係る地中熱利用システムの構成を示す概略図である。
図４は第２実施形態に係る地中熱利用システムの地中熱交換器１０を説明するための斜視図であり、このうち（ａ）は凹部７３が形成されたコンクリート基礎７０を示し、（ｂ）は凹部７３への金属蓄熱材１２の充填等が行われることにより地中熱交換器１０が構築された状態を示す。
【００６９】
本実施形態に係る地中熱利用システムは、容器１４の構成が、上記の第１の実施形態と相違し、その他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【００７０】
本実施形態の場合、建造物６０の基礎構造（コンクリート基礎７０）に形成された凹部７３に金属蓄熱材１２を充填することにより、基礎構造が容器１４の側周壁部及び底板部を構成している。
【００７１】
容器１４の天板部１６は、金属板などにより構成されており、凹部７３の上端の開口を閉塞している。
なお、天板部１６はコンクリート板などにより構成されていても良い。この場合、コンクリート板は、プレキャストコンクリートであっても良いし、打設により形成されたものであっても良い。
【００７２】
第１循環パイプ２１の入口部２１ｂ及び出口部２１ｃは、例えば、それぞれ天板部１６から上方に突出している。
【００７３】
本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果が得られる他、コンクリート基礎７０に、地中熱交換器１０の容器１４の一部分（側周壁部及び底板部）としての機能を持たせることができる。
【００７４】
〔第３実施形態〕
図５は第３実施形態に係る地中熱利用システムの構成を示す概略図である。図５においては、調温対象室６２を有する建造物６０の図示を省略しているとともに、建造物地中熱利用システムの構成のうち、ヒートポンプユニット３０よりも建造物６０側の構成の図示を省略している。
【００７５】
本実施形態に係る地中熱利用システムは、以下に説明する点で、上記の第１実施形態に係る地中熱利用システムと相違し、その他の点では、上記の第１の実施形態に係る地中熱利用システムと同様に構成されている。
【００７６】
本実施形態では、第１循環パイプ２１の一部分２１ａは、互いに分岐した複数の分枝部（例えば２系統の分枝部２１１、２１２）を含んで構成されている。そして、熱媒体Ｍが複数の分枝部において互いに並列に循環するように、地中熱利用システムは構成されている。
【００７７】
図５に示すように、地中熱交換器１０の容器１４内には、２系統の分枝部２１１、２１２が配設されている。各系統の分枝部２１１、２１２は、一端に入口部２１ｂを有しているとともに、他端に出口部２１ｃを有しており、これら入口部２１ｂ及び出口部２１ｃは、容器１４の外部に突出している。例えば、図５に示すように、入口部２１ｂ及び出口部２１ｃは、容器１４の側周壁部１５を貫通して容器１４の外部に突出している。ただし、入口部２１ｂ及び出口部２１ｃは、容器１４の天板部１６または底板部１７を貫通して容器１４の外部に突出していても良い。
第１循環パイプ２１は、分枝部２１１、２１２（一部分２１ａ）の他に、第２循環パイプ２５の一端と各入口部２１ｂとを相互に接続している往路部２１ｄと、各出口部２１ｃと第２循環パイプ２５の他端とを相互に接続している復路部２１ｅと、を含んでいる。
各分枝部２１１、２１２は、容器１４内において互いに異なる領域に配置されている。図５の例では、各分枝部２１１、２１２が配置された領域は、上下方向における位置が互いに相違している。なお、図示は省略するが、各分枝部２１１、２１２が配置された領域は、水平方向における位置が互いに相違していても良い。
【００７８】
第１実施形態と同様に、容器１４内における一部分２１ａ（分枝部２１１、２１２）の周囲の領域には、金属蓄熱材１２が充填されている。
【００７９】
本実施形態によれば、上記の第１実施形態と同様の効果が得られる他、以下の効果が得られる。
すなわち、容器１４内には、複数系統の分枝部２１１、２１２が互いに分散して配置されているため、地中熱利用システムの稼働時において容器１４内の温度が局所的に変化してしまうことを抑制できる。その結果、地中熱交換器１０にあらかじめ蓄えられた地中熱エネルギーを効率的に最後まで利用しやすくなる。
なお、図５では、分枝部の系統数が２である例を示しているが、３以上の系統数の分枝部が１つの容器１４内に設けられていても良い。
【００８０】
〔第４実施形態〕
図６は第４実施形態に係る地中熱利用システムの構成を示す概略図である。図６においては、調温対象室６２を有する建造物６０の図示を省略しているとともに、建造物地中熱利用システムの構成のうち、ヒートポンプユニット３０よりも建造物６０側の構成の図示を省略している。
【００８１】
本実施形態に係る地中熱利用システムは、以下に説明する点で、上記の第３実施形態に係る地中熱利用システムと相違し、その他の点では、上記の第３の実施形態に係る地中熱利用システムと同様に構成されている。
【００８２】
本実施形態の場合、地中熱利用システムは、複数の地中熱交換器１０を備えているとともに、熱交換ユニット（ヒートポンプユニット３０）との間で熱交換を行う地中熱交換器１０を切り替える切替手段（例えば、切替弁３１及び制御部３２）を更に備えている。
【００８３】
本実施形態の場合、地中熱利用システムは、複数の地中熱交換器１０の各々に対応して個別の循環路２０が形成されている。
図６の例では、地中熱利用システムは、地中熱交換器１０ａ及び１０ｂの２つの地中熱交換器１０を備えているとともに、地中熱交換器１０ａと対応する循環路２０ａと、地中熱交換器１０ｂと対応する循環路２０ｂと、を備えている。各地中熱交換器１０ａ、１０ｂは、それぞれ対応する循環路２０ａ、２０ｂを介して、ヒートポンプユニット３０に接続されている。
【００８４】
切替弁３１は、循環路２０ａ及び２０ｂのうち循環路２０ａ内の熱媒体Ｍを選択的に熱媒体循環ポンプ部２３によって循環させる第１状態と、循環路２０ｂ内の熱媒体Ｍを選択的に熱媒体循環ポンプ部２３によって循環させる第２状態と、の切り替えが可能なものである。
【００８５】
制御部３２は、例えば、制御用のプログラムを記憶保持しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、このプログラムに従って制御処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、このＣＰＵの作業領域などとして機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、を備えて構成されている。
また、制御部３２は、あらかじめ定められたタイムスケジュールに従って、あるいは、ユーザによる切り替え操作に応じて、切替弁３１に第１状態と第２状態との切り替えを行わせる。
一例として、一日おきに第１状態と第２状態との切り替えを行うことが考えられる。この場合、各地中熱交換器１０を一日おきに冷房又は暖房に利用することができるとともに、各地中熱交換器１０に地中熱エネルギーを蓄えるための時間を十分に確保することが可能となる。
なお、地中熱交換器１０の数や容量を適宜に変更することによって、地中熱利用システムを、２４時間稼働が可能な構成にもすることができる。
【００８６】
〔第５実施形態〕
図７は第５実施形態に係る地中熱利用システムの構成を示す概略図である。図７においては、調温対象室６２を有する建造物６０の図示を省略しているとともに、建造物地中熱利用システムの構成のうち、ヒートポンプユニット３０よりも建造物６０側の構成の図示を省略している。
【００８７】
本実施形態に係る地中熱利用システムは、以下に説明する点で、上記の第１実施形態に係る地中熱利用システムと相違し、その他の点では、上記の第１の実施形態に係る地中熱利用システムと同様に構成されている。
【００８８】
本実施形態の場合、容器１４は、それぞれ金属蓄熱材１２が密封充填された複数の充填領域と、断熱材により構成されていて複数の充填領域を相互に仕切っている仕切部１８と、を備えている。そして、複数の充填領域の各々に対応して個別の循環路２０が形成されている。
複数の充填領域の各々には、それぞれ対応する循環路２０の一部分（例えば第１循環パイプ２１の一部分２１ａ）が配設されている。
そして、地中熱利用システムは、複数の充填領域のうちヒートポンプユニット３０との間で熱交換を行う充填領域を切り替える切替手段（例えば、切替弁３１及び制御部３２）を備えている。
【００８９】
図７の例では、地中熱利用システムは、充填領域１４ａ及び１４ｂの２つの充填領域を備えているとともに、充填領域１４ａと対応する循環路２０ａと、充填領域１４ｂと対応する循環路２０ｂと、を備えている。各充填領域１４ａ、１４ｂに配設された第１循環パイプ２１の一部分２１ａは、それぞれ対応する循環路２０ａ、２０ｂを介して、ヒートポンプユニット３０に接続されている。
【００９０】
なお、各充填領域１４ａ、１４ｂの位置は、水平方向において互いに相違していても良いし、上下方向において互いに相違していても良い。図７の例では、地中熱交換器１０についてはその平断面を示しており、各充填領域１４ａ、１４ｂの位置が水平方向において互いに相違している場合を示している。
【００９１】
切替弁３１は、循環路２０ａ及び２０ｂのうち循環路２０ａ内の熱媒体Ｍを選択的に熱媒体循環ポンプ部２３によって循環させる第１状態と、循環路２０ｂ内の熱媒体Ｍを選択的に熱媒体循環ポンプ部２３によって循環させる第２状態と、の切り替えが可能なものである。
また、制御部３２は、あらかじめ定められたタイムスケジュールに従って、あるいは、ユーザによる切り替え操作に応じて、切替弁３１に第１状態と第２状態との切り替えを行わせる。
一例として、一日おきに第１状態と第２状態との切り替えを行うことが考えられる。この場合、各充填領域１４ａ、１４ｂを一日おきに冷房又は暖房に利用することができるとともに、各充填領域１４ａ、１４ｂに地中熱エネルギーを蓄えるための時間を十分に確保することが可能となる。
また、充填領域１４ａ、１４ｂの数や容量を適宜に変更することによって、地中熱利用システムを、２４時間稼働が可能な構成にもすることができる。
【００９２】
なお、上記の各実施形態は、適宜に組み合わせることが可能である。
【００９３】
＜変形例１＞
例えば、第３実施形態（図５）と第５実施形態（図７）とを組み合わせた場合の地中熱利用システムは、以下のような構成となる。
すなわち、この地中熱利用システムは、複数系統の循環路２０（それぞれ分枝部２１１、２１２を含む）を備えており、これら循環路２０が、例えば、水平方向（例えば図５の紙面の手前から奥に向かう方向）において互いに異なる位置に配置されている。そして、各循環路２０の第１循環パイプ２１の一部分２１ａが共通の容器１４内に配設されているとともに、各第１循環パイプ２１の一部分２１ａが配置された領域が、仕切部１８（図７）を介して相互に仕切られている。
そして、切替弁３１及び制御部３２（図７）により構成された切替手段によって、複数系統の循環路２０のうちいずれか１つの系統の循環路２０内の熱媒体Ｍを選択的に循環させる。
この構成により、第３実施形態及び第５実施形態の効果が得られる。
【００９４】
＜変形例２＞
あるいは、地中熱利用システムは、第４実施形態（図６）と第５実施形態（図７）とを組み合わせた構成としても良い。
この場合、各地中熱交換器１０ａ、１０ｂは、上記変形例１の構成となり、且つ、地中熱利用システムは、各地中熱交換器１０ａ、１０ｂ毎に、複数系統の循環路２０が接続された構成となる。
この構成により、第４実施形態及び第５実施形態の効果が得られる。
【００９５】
また、上記の各形態では、放射冷却または放射熱により冷房または暖房を行う例を説明したが、地中熱利用システムは、放射冷却または放射熱により冷却又は加熱された空気を送風する室内機を更に備えていても良い。
【００９６】
上記の実施形態は以下の技術思想を包含する。
（１）熱媒体を循環させる循環路の一部分が内部に配設されているとともに地中に埋設された地中熱交換器を備え、前記地中熱交換器を介して当該地中熱交換器の周囲地盤から採熱または前記周囲地盤へ放熱する地中熱利用システムであって、
前記地中熱交換器は、前記周囲地盤の土壌に対して耐腐食性の容器と、前記容器内に密封充填された金属蓄熱材と、を有することを特徴とする地中熱利用システム。
（２）前記金属蓄熱材は、銅スラグを含むことを特徴とする（１）に記載の地中熱利用システム。
（３）前記容器は、前記金属蓄熱材よりも熱伝導率が高い材料により構成されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の地中熱利用システム。
（４）前記容器は、クロム、ステンレス鋼、耐腐食処理された鉄系材料、または炭素繊維材料を含有する樹脂材料により構成されていることを特徴とする（１）から（３）のいずれか一項に記載の地中熱利用システム。
（５）前記容器の外表面に凹凸が形成されていることを特徴とする（１）から（４）のいずれか一項に記載の地中熱利用システム。
（６）前記容器の側周壁部の外表面には、平断面形状が波形の凹凸が形成されていることを特徴とする（５）に記載の地中熱利用システム。
（７）建造物の基礎構造に形成された凹部に前記金属蓄熱材を充填することにより、前記基礎構造が前記容器の側周壁部及び底板部を構成していることを特徴とする（１）又は（２）に記載の地中熱利用システム。
（８）調温対象室の天井または床下に設置された配管に循環水を循環させる水式空調装置を備え、
前記水式空調装置は、
前記熱媒体と前記循環水とを熱接触させることにより熱交換を行う熱交換ユニットと、
前記熱媒体を前記循環路において循環させる熱媒体循環ポンプ部と、
を有し、
前記循環路は、前記熱交換ユニットと前記地中熱交換器との間で前記熱媒体を循環させることを特徴とする請求項（１）から（７）のいずれか一項に記載の地中熱利用システム。
（９）複数の前記地中熱交換器を備えているとともに、
前記熱交換ユニットとの間で熱交換を行う前記地中熱交換器を切り替える切替手段を更に備えていることを特徴とする（８）に記載の地中熱利用システム。
（１０）前記容器は、それぞれ前記金属蓄熱材が密封充填された複数の充填領域と、断熱材により構成されていて前記複数の充填領域を相互に仕切っている仕切部と、を備え、
前記複数の充填領域の各々に対応して個別の前記循環路が形成されているとともに、
前記複数の充填領域の各々には、それぞれ対応する前記循環路の前記一部分が配設されており、
当該地中熱利用システムは、前記複数の充填領域のうち前記熱交換ユニットとの間で熱交換を行う充填領域を切り替える切替手段を備えていることを特徴とする（８）又は（９）に記載の地中熱利用システム。
（１１）前記循環路の前記一部分は、互いに分岐した複数の分枝部を含んで構成され、
前記熱媒体が前記複数の分枝部において互いに並列に循環するように構成されていることを特徴とする（８）から（１０）のいずれか一項に記載の地中熱利用システム。
（１２）前記周囲地盤の地表からの深さが２０ｍよりも浅いところに前記地中熱交換器の下面が位置していることを特徴とする（１）から（１１）のいずれか一項に記載の地中熱利用システム。
（１３）両端間が相互に連通しているパイプの一部分が内部に配設されているとともに地中に埋設して用いられ、周囲地盤から採熱または前記周囲地盤へ放熱する地中熱交換器であって、
前記周囲地盤の土壌に対して耐腐食性の容器と、前記容器内に密封充填された金属蓄熱材と、を有することを特徴とする地中熱交換器。
（１４）前記パイプの両端部の各々は、前記容器から突出しており、
前記パイプの前記両端部の各々の先端にはそれぞれフランジ部が形成されていることを特徴とする（１４）に記載の地中熱交換器。
【符号の説明】
【００９７】
１０、１０ａ、１０ｂ  地中熱交換器
１２  金属蓄熱材
１４  容器
１４ａ、１４ｂ  充填領域
１５  側周壁部
１６  天板部
１７  底板部
１８  仕切部
２０、２０ａ、２０ｂ  循環路
２１  第１循環パイプ
２１ａ  一部分
２１ｂ  入口部
２１ｃ  出口部
２１ｄ  往路部
２１ｅ  復路部
２２、２４  フランジ部
２３  熱媒体循環ポンプ
２５  第２循環パイプ
２５ａ  一部分
３０  ヒートポンプユニット（熱交換ユニット）
３１  切替弁（切替手段）
３２  制御部（切替手段）
４１、４３  開閉弁
４５、４７  配管
４７  配管
４８  ポンプ
４９  ポンプ
５１  天井放射パイプ（配管）
５３  床下放射パイプ（配管）
５５  水滴受け
６０  建造物
６２  調温対象室
６４  天井
６６  床下
７０  コンクリート基礎（基礎構造）
７３  凹部
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８  柱状部材
１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７８  板状部材
２１１、２１２  分枝部
Ｇ  周囲地盤
Ｍ  熱媒体
Ｗ  循環水
【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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