(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の下方地盤を難透水層に達する地中壁によって取り囲んで水密裡に区画することにより地中蓄熱槽を形成し、該地中蓄熱槽内に存する滞水層内に蓄熱水を貯留する地中蓄熱システムであって、前記地中蓄熱槽内に建物の基礎底盤を貫通して前記滞水層に達する複数の井戸を設けるとともに、前記滞水層の各所に前記蓄熱水の温度分布を検出するためのセンサーを設け、該センサーにより検出した温度分布に基づいて前記複数の井戸のいずれかから蓄熱水を取水しかついずれか他の井戸から蓄熱水を注水する構成とし、
前記各井戸は前記滞水層を臨む位置に注水・取水口を有して注水と取水のいずれかを選択可能とし、
前記各井戸は前記注水・取水口を上下方向に間隔をおいて複数有するとともにそれら注水・取水口の間で井戸内を上下に区画するパッカーを有して、それら複数の注水・取水口のいずれかを選択可能としたことを特徴とする地中蓄熱システム。
【請求項２】
前記滞水層より取水した蓄熱水を水処理装置により処理して滞水層に戻す構成としたことを特徴とする請求項１記載の地中蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷暖房設備等に適用する蓄熱システム、特に地盤中に設けた地中蓄熱槽を利用する地中蓄熱システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、建物の冷暖房設備に適用される蓄熱システムは冷暖房負荷を平準化するために有効である。この種の蓄熱システムとしては基礎ピットを利用して蓄熱槽を設け、そこに蓄熱水を貯留する構成のものが最も一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来一般の蓄熱システムにおいては基礎ピットに蓄熱槽を設けるがために基礎部施工に際してコスト増とならざるを得ない。また、基礎ピットに設ける蓄熱槽ではさほどの蓄熱効率が望めず、したがって大容量が必要となるが、建物の規模や形態によっては大容量の蓄熱槽を設置するためのスペースを十分に確保し得ない場合がある。そのため、たとえば氷蓄熱やＰＣＭ（phase change material、潜熱を利用する蓄熱材）により蓄熱効率を高めて蓄熱槽の容量節減を図ることも行われるが、運転費や保守費が嵩むことから広く普及するに至っていない。
【０００４】
なお、近年、地盤中の滞水層を利用してそこに蓄熱水を貯留し、必要に応じてそこから蓄熱水を取水して利用する、という地中蓄熱システムも検討されつつあるが、現時点では十分な蓄熱効率が得られず、制御も困難であることから、実用化されるに至っていない。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は滞水層を利用する有効な地中蓄熱システムを実現するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の地中蓄熱システムは、建物の下方地盤を難透水層（ないし不透水層）に達する地中壁によって取り囲んで水密裡に区画することにより地中蓄熱槽を形成し、該地中蓄熱槽内に存する滞水層内に蓄熱水を貯留するようにしたものであって、前記地中蓄熱槽内に建物の基礎底盤を貫通して前記滞水層に達する複数の井戸を設けるとともに、前記滞水層の各所に前記蓄熱水の温度分布を検出するためのセンサーを設け、該センサーにより検出した温度分布に基づいて前記複数の井戸のいずれかから蓄熱水を取水しかついずれか他の井戸から蓄熱水を注水する構成としたことを基本とする。
【０００７】
そして、本発明においては、各井戸は注水と取水を兼用してそのいずれかを選択可能なものとして、注水・取水口を滞水層を臨む位置に設ける。また、地中蓄熱槽内の上下に存する複数の滞水層に対応させて注水・取水口を上下方向に間隔をおいて複数設けるとともにそれら注水・取水口の間で井戸内を上下に区画するパッカーを設けて、それら複数の注水・取水口のいずれかを選択可能とする。さらに、滞水層より取水した蓄熱水を水処理装置により処理してから滞水層に戻す構成とすることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明の実施形態である地中蓄熱システムの概要を示すものである。図中符号１は建物（地上部分の図示は略している）の基礎底版、２は地下外壁であり、３は連続地中壁である。連続地中壁３はこの建物の施工に際して山留め壁あるいは止水壁として地中に設けられるもので、その下端部は難透水層（ないし不透水層）４にまで達していて、建物の直下の地盤はこの連続地中壁３により取り囲まれて周囲とは水密裡に区画されており、その内側に存する滞水層５（図示例では難透水層６を挟んで上下３層にわたって存している）を利用してそこに蓄熱水を貯留するものとしている。すなわち、本システムでは連続地中壁３の内側の地盤を蓄熱水を貯留するための地中蓄熱槽Ｔとして機能せしめるようになっている。
【０００９】
上記の地中蓄熱槽Ｔ内には複数（図示例では地中蓄熱槽Ｔの片側に５本ずつ計１０本）の井戸７が設けられている。それら井戸７はいずれも最下層の滞水層５に達しており、各滞水層５に臨む位置にスクリーン８（注水・取水口）が設けられ、かつ難透水層６の位置にはパッカー９が設けられてそこでの止水性が確保されるようになっている。これらの井戸７はいずれも取水井戸および注水井戸として機能して任意の滞水層５からの取水と任意の滞水層５への注水とを選択可能なものであり、各井戸７には取水ポンプ（図示略）が備えられているとともに、取水管と注水管を兼ねる管１０が接続されている。
【００１０】
各井戸７に接続されている管１０はバルブ１１、ヘッダー管１２、主管路１３、バルブ１４を介してポンプ１５、水処理装置１６および熱交換器１７に接続されている。ポンプ１５はいずれかの井戸７を通していずれかの滞水層５から取水した蓄熱水を水処理装置１６および熱交換器１７を通していずれか他の井戸７から滞水層５に戻すように循環させるためのものである。熱交換器１７は、蓄熱運転時にはヒートポンプ１８により所定の設定温度に加熱あるいは冷却した蓄熱水を滞水層５に注水する役割を行うとともに、蓄熱利用運転時には滞水層５から取水した蓄熱水を需要家に送る役割をなすものである。水処理装置１６は、微細粒子を除去するフィルター１９、蓄熱水を中性に維持するｐＨ調整槽２０、界面活性剤等の薬品を添加する薬品添加槽２１からなり、滞水層５に注入するべき蓄熱水に対して適正な水処理を行うことで井戸７や滞水層５の目詰まりを防止するためのものである。
【００１１】
さらに、上記の滞水層５の各所には蓄熱水の温度を検出するセンサー２２が設置され、それら各センサー２２の検出値は図示しない制御装置に入力されるようになっている。制御装置は各センサー２２の検出値から地中蓄熱槽Ｔ内全体における蓄熱水の温度分布状態を刻々と検知し、その温度分布に基づき、最も効率的な蓄熱運転と蓄熱利用運転を行うようにいずれかの滞水層５を選択し、かつ上記のバルブ１１、１４を開閉操作して蓄熱水を取水すべき井戸７と注水すべき井戸７を選択して蓄熱水の循環経路を切り替えるように構成されている。図中の実線矢印および破線矢印はそれぞれ蓄熱運転時の循環経路と蓄熱利用運転時の循環経路の一例を示すものである。
【００１２】
以上の構成の地中蓄熱システムによれば、センサー２２により温度分布状態を検知してそれに基づいて地中蓄熱槽Ｔ内における蓄熱水の循環経路を設定するので、蓄熱水が短絡流（ショートサーキット）を生じるようなことを確実に防止でき、蓄熱効率を十分に高めることができる。勿論、地中蓄熱槽Ｔを連続地中壁３によって取り囲んで周囲地盤と水密裡に区画しているので、蓄熱水が地中蓄熱槽Ｔの外部に無駄に流出してしまうようなこともなく確実に回収することができる。しかも、その連続地中壁３は建物の施工時に山留め壁や止水壁として設けられるものを利用できるので合理的である。なお、基礎ピットを利用して設けるような従来一般の蓄熱槽では、その壁面や底面に断熱材を設置して断熱性を高めることが必要であるが、本実施形態における連続地中壁３は地中に設けられるものであることからこの連続地中壁３を通しての熱ロスはさほど問題とならず、連続地中壁３に断熱材を打ち込むような必要はない。
【００１３】
また、地中蓄熱槽Ｔに蓄熱水を注水しつつ取水して循環させるような閉鎖循環系を構成しているから、地中蓄熱槽Ｔ内の地下水位を周辺の水位と同等に維持することで連続地中壁３の内外での地下水位差が殆ど生じることがなく、したがって仮に連続地中壁３が十分な止水性を有していない場合においても周囲の地下水が地中蓄熱槽Ｔ内に流入したり、地中蓄熱槽Ｔ内の蓄熱水が外部に流出するようなことを自ずと防止できる。したがってその点においても蓄熱効率を確保できるとともに、周辺地下水に対して悪影響を及ぼすこともなく、地下水を利用するに当たっての各種の規制を受けることもない。
【００１４】
また、蓄熱運転時と蓄熱利用運転時では蓄熱水の循環経路が逆となるから井戸７や滞水層５における目詰まりは自ずと生じ難いものとなるし、水処理装置１６により適正な水処理を行いつつ循環させることで目詰まりをより確実に防止でき、しかも上記のように蓄熱水を閉鎖循環系として循環させているので水処理に要する運転費は当初は必要であるがその後は殆ど不要となる。
【００１５】
なお、上記実施形態では建物の施工に際して設けられる連続地中壁３を利用して建物の下方の地盤に地中蓄熱槽Ｔを設けるようにしたが、本発明における地中蓄熱槽Ｔは建物の下方地盤が地中壁によって取り囲まれて水密裡に区画されたものであれば良く、その限りにおいて建物新築時に同時に施工することに限らず既存建物の下方に後から設けることも可能である。
【００１６】
また、地中蓄熱槽Ｔを形成するための地中壁としては上記のような連続地中壁３が最適であるが、必ずしも連続地中壁３に限るものではなく、建物の下方地盤を水密裡に区画して実質的に蓄熱水を貯留し得る程度の止水性を確保できるものであれば他の構造の地中壁の採用も可能であり、たとえば止水シートによる超薄型止水壁も地中壁として好適に採用可能である。超薄型止水壁は、アースカット工法により厚さ２５〜５０ｍｍ程度の溝を掘削し、その内部に厚さ１ｍｍ程度の止水シートを挿入してその両側の溝内に固化材を充填して固化せしめることで形成されるものであり、構造的な耐力は有しないが優れた止水性能を確保することができる（止水シート自体の止水性能は完全であり、止水シートどうしの接続部における止水性能も１０−７ｃｍ／ｓｅｃ程度を容易に確保できる）。また、その施工も地中連続壁に比較すれば遙かに容易であって、小形機械を用いることのみで工事騒音も少なく市街地においても支障なく施工することが可能である。
【００１７】
また、上記実施形態は地中蓄熱槽Ｔ内に２層の難透水槽６を挟んで３層の滞水層５が存している場合の例であるので、井戸７としてはスクリーン８（注水・取水口）を３カ所に設けるとともにパッカー９を２カ所に設けたのであるが、地中蓄熱槽Ｔ内の地層によっては井戸７、スクリーン８（注水・取水口）およびパッカー９については地質条件に応じて設ければ良い。さらに、水処理装置１６の構成は蓄熱水に要求される水質に応じて適宜変更して良いことは当然である。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の地中蓄熱システムは、建物の下方地盤を地中壁によって取り囲んで水密裡に区画することにより地中蓄熱槽を形成し、その内部の滞水層内に蓄熱水を貯留するようにしたものであって、建物の基礎底盤を貫通して地中蓄熱槽内に滞水層に達する複数の井戸を設けるとともに、滞水層の各所に蓄熱水の温度分布を検出するためのセンサーを設け、そのセンサーにより検出した温度分布に基づいて複数の井戸のいずれかから蓄熱水を取水しかついずれか他の井戸から蓄熱水を注水する構成であるから、蓄熱水が地中蓄熱槽の外部に無駄に流出してしまうようなことがないことはもとより、蓄熱水が短絡流を生じるようなことを確実に防止でき、したがって優れた蓄熱効率を確保することが可能であり、有効な地中蓄熱システムを実現することができる。
【００１９】
特に、上記の井戸として注水・取水口を有して注水と取水のいずれかを選択可能なものを採用したことにより、井戸の総所要本数を削減できるとともに蓄熱水の循環経路を広範に設定することができる。また、地中蓄熱槽内に存する複数の滞水層に対応する複数の注水・取水口を設けるとともにそれらの間をパッカーにより区画したことにより、蓄熱水の貯留量を増大させることができるとともにその循環経路をより広範に設定することができ、蓄熱効率をより高めることができる。さらに、蓄熱水を水処理装置により処理することとすれば井戸や滞水層の目詰まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態である地中蓄熱システムの概要を示す立面図である。
【図２】  同、平面図である。
【符号の説明】
Ｔ  地中蓄熱槽
３  連続地中壁（地中壁）
４  難透水層
５  滞水層
７  井戸
８  スクリーン（注水・取水口）
９  パッカー
１６  水処理装置
２２  センサー
【図１】
0003845831.tif 000002
【図２】
0003845831.tif 000003