(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに干渉しにくい配置にて、平均地中温度の帯水層を有する熱源井戸と、該平均地中温度より低温の帯水層を有する低温井戸と、該平均地中温度より高温の帯水層を有する高温井戸との３種の井戸を設け、冷房モードは、低温井戸から揚水した冷水を少なくとも先ず空調機の冷水に利用してあたためられた戻り水をヒートポンプの凝縮側の冷熱源に再利用して温水にしてから高温井戸に還水するものとし、暖房モードは、高温井戸から温水を揚水してヒートポンプの蒸発側の温熱源に利用して熱源井戸温度となった戻り水は熱源井戸に還水するものとし、夜間の蓄熱モードは、熱源井戸から揚水してヒートポンプの凝縮器側と蒸発器側とに投入し、凝縮器側から出てくる温水は高温井戸に、蒸発器側から出てくる冷水は低温井戸に夫々還水するとしたことを特徴とする地下帯水層を空調機並びにヒートポンプの熱源かつ蓄熱槽として利用する蓄熱システム。
【請求項２】
互いに干渉しにくい配置にて、平均地中温度の帯水層を有する熱源井戸と、該平均地中温度より低温の帯水層を有する低温井戸と、該平均地中温度より高温の帯水層を有する高温井戸との３種の井戸を設け、冷房モードは、低温井戸から揚水した冷却水をヒートポンプの凝縮側の冷熱源に利用して温水にしてから高温井戸に還水するものとし、暖房モードは、高温井戸から温水を揚水してヒートポンプの蒸発側の温熱源に利用して冷やされた戻り水は熱源井戸に還水するものとし、夜間の蓄熱モードは、熱源井戸から揚水してヒートポンプの凝縮器側と蒸発器側とに投入し、凝縮器側から出てくる温水は高温井戸に、蒸発器側から出てくる冷水は低温井戸に夫々還水するとしたことを特徴とする地下帯水層を空調機並びにヒートポンプの熱源かつ蓄熱槽として利用する蓄熱システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の要領に加えて、冬期昼の冷房モードは、熱源井戸から揚水してヒートポンプの蒸発側の温熱源に利用したうえで出てくる冷水を空調機の冷熱源に使用して出てくる熱源井戸温度となった戻り水を前記ヒートポンプの凝縮側の冷熱源に利用し、出てくる温水を高温井戸に還水すると共に、冬期夜に高温井戸から温水を揚水して冷却塔等を介して熱源井戸温度に冷却して熱源井戸に還水して熱源井戸の回復をするとした冷房負荷に偏った建物の場合における地下帯水層を空調機並びにヒートポンプの熱源かつ蓄熱槽として利用する蓄熱システム。
【請求項４】
請求項１又は２記載の要領に加えて、夏期昼の暖房モードは、高温井戸から揚水して凝縮側で空調機と循環のヒートポンプの蒸発側の温熱源に利用したうえ出てくる熱源井戸温度となった戻り水を熱源井戸に還水すると共に、夏期昼に低温井戸から冷水を揚水して日光熱等を介して熱源井戸温度に温めて熱源井戸に還水して熱源井戸の回復をするとした暖房負荷に偏った建物の場合における地下帯水層を空調機並びにヒートポンプの熱源かつ蓄熱槽として利用する蓄熱システム。
【請求項５】
互いに干渉しない配置の３種の井戸が、平面的に充分な間隔を確保して配置されたものである請求項１、２、３、４記載の蓄熱システム。
【請求項６】
互いに干渉しない配置の３種の井戸が、所定の間隔をもって立体的にレベル差を確保して配置されたものである請求項１、２、３、４記載の蓄熱システム。
【請求項７】
互いに干渉しない配置の３種の井戸が、唯一の井戸中をパッカーで区画してレベル差を確保して構成したものである請求項１、２、３、４記載の蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未利用エネルギー利用や省エネルギーの立場から、地下帯水層を空調機並びにヒートポンプの熱源かつ蓄熱槽として利用する蓄熱システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中を夏には冷熱源とし冬には温熱源として、季節間で熱利用をするところの地下帯水層に温水・冷水を蓄えて冬季・夏季に交互利用する地下水利用方法の基本的な蓄熱システムは周知である。この地中を蓄熱槽とする方式では、建物地下階に水蓄熱槽を構築するのに較べて、施工コストがほとんどかからない、大容量の蓄熱が可能、地中での水流はダルシー流であるので、温・冷間の対流が起らず混合ロスが少ない（水槽の場合には区画壁の付設や、温度成層効果の利用などが必要）等の利点を享受できる。この地下水利用システムでは、地下水を汲み上げてその保有熱を利用するもので、その際に揚水井と還元井を設け、地盤沈下の被害を無くす地下水還元方式が主流となっていて、図８に示す如く、冬季には地下温水帯からくみ上げた地下水を温熱源として利用するとともに利用後の冷えた水を地下冷水帯に注入し、また夏季には前記地下冷水帯からくみ上げた地下水を冷熱源として利用するとともに利用後の温まった水を前記地下温水帯に注入する。通常の自然な地下水の温度は１５℃〜１７℃程度であるが、蓄熱効果によって、前記地下冷水帯から夏季には自然な地下水よりも相当に低温（例えば１０℃）の冷水をくみ上げることができ、冷房用などの冷熱源としての価値が高く、一方、前記地下温水帯から冬季には自然な地下水よりも相当に高温の温水（例えば２０℃）をくみ上げることができ、暖房用などの温熱源としての価値が高く、空調機並びにヒートポンプの熱源として有効である。
【０００３】
叙上のシステムは、その冷熱源、温熱源が一季節中の使用量をまかなうに足り得るならば極めて合理的なシステムである。しかし、専有の敷地が隣接地と干渉しないでその能力を有し得るケースは現実的ではなく、かつ、建物の大型化により専有の敷地内にては熱源が不足するケースがほとんどである。よって、従来の２種類の井戸から構成されるシステムでは、地中の熱容量に対して負荷の小さい場合は有効ではあるが、地中の熱容量に比べて熱負荷の大きい場合には、汲み上げ温度が安定せず、熱源として不十分となったり、地中温度が年間サイクルで安定せずに複数年の利用が困難になるなどの不具合が生じる。
【０００４】
叙上の熱量不足に対しては補完手当てが採られてシステム維持が図られる。すなわち、日サイクルの蓄熱運転である。これは昼間に地中に還元した排熱を夜間の低コスト動力を利用して汲み上げ、元の井戸に与熱して戻すものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この補完は、昼間の排熱を高負荷のもとで元の温度に処理しなければならず、コスト的、エネルギー的に妥当性を欠く。
【０００６】
また、叙上の熱量不足のパターンは例えばＯＡ負荷に代表される冷房運転が冬期にも要求される冷房負荷に偏った建物あるいは寒冷地の暖房運転が夏期にも要求されるような暖房負荷に偏った建物にあっても発生するものであるが、補完のため日サイクルの蓄熱運転を行なうと同様の不都合が生じる。
【０００７】
本発明は、叙上の事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、日サイクルの蓄熱運転を実行してもコスト的に妥当性を確保し得る地下帯水層を空調機並びにヒートポンプの熱源として利用する蓄熱システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の地下帯水層を空調機並びにヒートポンプの熱源かつ蓄熱槽として利用する蓄熱システムは、互いに干渉しにくい配置にて、平均地中温度の帯水層を有する熱源井戸と、該平均地中温度より低温の帯水層を有する低温井戸と、該平均地中温度より高温の帯水層を有する高温井戸との３種の井戸を設け、冷房モードは、低温井戸から揚水した冷水を先ず空調機の冷水として利用してあたためられた戻り水をヒートポンプの凝縮側の冷熱源に再利用して温水にしてから高温井戸に還水するものとし、あるいは、揚水した水が冷却水のレベルの場合には、ヒートポンプの凝縮側の冷熱源に利用して温水にしてから高温井戸に還水するものとし、暖房モードは、高温井戸から温水を揚水してヒートポンプの蒸発側の温熱源に利用して冷やされた戻り水は熱源井戸に還水するものとし、夜間の蓄熱モードは、熱源井戸から揚水してヒートポンプの凝縮器側と蒸発器側とに投入し、凝縮器側から出てくる温水は高温井戸に、蒸発器側から出てくる冷水は低温井戸に夫々還水するとしたものである。
【０００９】
叙上要領に加えて冷房負荷に偏った建物の場合にあっては、冬期昼の冷房モードは、熱源井戸から揚水してヒートポンプの蒸発側の温熱源に利用したうえで出てくる冷水を空調機の冷熱源に使用して出てくる熱源井戸温度となった戻り水を前記ヒートポンプの凝縮側の冷熱源に利用し、出てくる温水を高温井戸に還水すると共に冬期夜に高温井戸から温水を揚水して冷却塔などを介して熱源井戸温度に冷却して熱源井戸に還水して熱源井戸の回復をするとしたものである。
【００１０】
また、暖房負荷に偏った建物の場合にあっては、夏期昼の暖房モードは、高温井戸から揚水して凝縮側で空調機と循環のヒートポンプの蒸発側の温熱源に利用したうえ出てくる熱源井戸温度となった戻り水を熱源井戸に還水すると共に夏期昼に低温井戸から冷水を揚水して日光熱などを介して熱源井戸温度に温めて熱源井戸に還水して熱源井戸の回復をするとしたものである。
【００１１】
【作用】
３種井戸を構成した結果、日サイクルの蓄熱を併用しての使用において、蓄熱に際する揚水井としてより負荷の少ない井戸（熱源井戸）を選択して低負荷にて運転することが可能となり、さらには、３種井戸のバランス維持上中間の温度の熱源井戸を建物の冷若しくは暖房負荷偏重に応じて揚水井（自然な地下水温度は夏期の冷房、冬期の暖房に十分利用できる）並びに還元井に合理的に選定利用しつつ、回復手当もすることで、地中温度の年間サイクルが安定し、地下帯水層を空調機並びにヒートポンプの熱源かつ蓄熱槽として利用する方式の蓄熱システムの有利性を一層有効活用し得るものとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１〜７に基づいて説明する。
【００１３】
敷地１内に互いに干渉しない配置のもとに平均地中温度の帯水層を有する熱源井戸２、在来の２井戸のうちの一方に該当の平均地中温度より低温の帯水層を有する低温井戸３、他方の井戸に該当の地中温度より高温の高温井戸４を配設する。ここに、上記熱源井戸２は１５℃が、低温井戸３は５℃が、高温井戸４は２５℃が夫々イメージされる。但し、これ等の温度は負荷の状況により変動する非断定的な値である。各モードにおける揚水、還元は次記の如くなされる。
【００１４】
先ず、夏期昼に運転される冷房モードは、図１に示される如く、低温井戸３から冷水を揚水して先ず空調機５の冷水に利用して熱源井戸２の温度レベルとなった戻り水を蒸発側で空調機５’と循環のヒートポンプ６の凝縮側の冷熱源に再利用して温水にしてから高温井戸４に還水する。低温井戸３から揚水の冷水の冷熱源を空調機５、５’にて直接、ヒートポンプ６を介して２重に有効に利用する。このパターンは揚水が冷水レベルにある場合に許容されるものであり、揚水が冷水レベルにまで冷えていないヒートポンプにしか利用し得ない所謂冷却水レベルの場合には、ヒートポンプに直接供給されることとなる。
【００１５】
次に冬期昼に運転される暖房モードは、図２に示される如く、高温井戸３から温水を揚水して凝縮側で空調機５’に循環のヒートポンプ６の蒸発側の温熱源に利用して熱源井戸２の温度となった戻り水は熱源井戸２に還水する。
【００１６】
さらに、夏、冬夜間に運転される日サイクルの蓄熱モードは、図３に示される如く、熱源井戸２から揚水してヒートポンプ６の凝縮器側と蒸発器側とに投入し、凝縮器側から出てくる温水は高温井戸４に、蒸発器側から出てくる冷水は低温井戸３に夫々還水する。低温、高温いずれの蓄熱も負荷の少ない井戸を揚水井に選択し得る利点を存分に利用して省エネルギーと省コストを達成している。
【００１７】
冷房負荷に偏った建物の場合にあっては、図４に示される如く冬期夜に高温井戸４から温水を揚水して冷却塔７等を介して熱源井戸２の温度に冷却して熱源井戸２に還水して熱源井戸２の回復をする必要がある。
【００１８】
また、暖房負荷に偏った建物の場合にあっては、図５に示される如く夏期昼に低温井戸３から冷水を揚水して日光熱８等を介して熱源井戸２の温度に温めて熱源井戸２に還水して熱源井戸２の回復をする必要がある。
【００１９】
いずれのモードにあっても負担の大きな熱源井戸２の回復を図ってシステムの正常なる稼動を期している。
【００２０】
図６は井戸２、３、４の互いに干渉しない配置例のうち平面的なものを示し、充分なる間隔を確保して配置構成している。敷地が広い場合に可能となる。
【００２１】
これに比し、図７は敷地１が狭い制約された場合を示し、図７ａは互いにレベル差をもつ立体的な配置を所定の間隔を確保して構成した例を示し、同図ｂは唯一の井戸をパッカー９で区画してレベル差をもって構成するとした例を示す。この場合、井戸壁は各区画毎にスクリーン１０を設ける。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、以上の如く構成されるので、以下に述べる効果を奏する。
【００２３】
従来の方法では、低温井戸と高温井戸の２つだけであるため、季間蓄熱の場合は良いが、日サイクルの蓄熱を組合せた場合、例えば夏季、高温井戸から汲み上げて、低温水を製造する必要があるためエネルギー的に不利になるが、３種の井戸を構成した場合は、熱源井戸が平均温度に保て、かつ、これを揚水井に選択できるため冷熱製造が省エネルギーかつ省コストとなる（熱源が定温の熱交換システム構築は設計上有利）。
【００２４】
この結果、日サイクル蓄熱の組合せが効果的に可能となる。
【００２５】
また、冷若しくは暖房負荷に偏った場合でも省エネ、省コストのもとで熱源井戸２の回復をするので、システム維持に支障がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明システムの冷房モードを示す説明図である。
【図２】本発明システムの暖房モードを示す説明図である。
【図３】本発明システムの夜間蓄熱モードを示す説明図である。
【図４】本発明システムの冷房モードに付随してなされる回復モードの説明図である。
【図５】本発明システムの暖房モードに付随してなされる回復モードの説明図である。
【図６】本発明システムにおける井戸の配置構成説明図である。
【図７】ａ、ｂは本発明システムにおける井戸の配置構成説明図である。
【図８】従来の蓄熱システムの説明図である。
【符号の説明】
１    敷地
２    熱源井戸
３    低温井戸
４    高温井戸
５    空調機
６    ヒートポンプ
７    冷却塔
８    日光熱
９    パッカー
１０    スクリーン
【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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【図８】
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