JP2001116293A - 地熱及び循環水流を利用した空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 戸外からの空気に対して地熱との熱交換だけ
でなく水の気化熱や太陽熱をも併用してその温度調節を
行うと共に前記空気の調湿及び浄化をも行うことができ
る、地熱及び循環水流を利用した空調システムを提供す
る。 【構成】 建物の床下に形成された約４０ｃｍ以上の高
さを有する床下空間内に多数のくり石が充填されたくり
石層と、地中に埋設されており、前記くり石層からの空
気を取り込んで、この取り込んだ空気を地熱と熱交換す
るための地中パイプと、夏季においては、前記地中パイ
プの途中の位置に備えられたノズルから前記地中パイプ
の底部に向けてシャワー状又は霧状の微小な水滴を落下
させると共に前記底部に溜まった水を回収して前記ノズ
ルに循環させ、且つ、冬季においては、戸外に設置され
たソーラーパネルからの太陽熱で暖められた水を前記地
中パイプの底部に供給すると共に前記底部に溜まった水
を回収して前記ソーラーパネルに循環させる循環手段
と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一戸建て住宅、集合住
宅、ビルなどの建物に適用することができる、地熱及び
循環水流を利用した空調システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地熱を利用した冷暖房システ
ムが提案されている。例えば、特開昭５７−６−１４９
号公報には、住宅床下と露出地面間をトンネルで連結
し、トンネルを介して地熱で冷却した空気を住宅内に供
給する冷房装置が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報の冷房装置などでは、単に空気をトンネル内で移動さ
せる過程で地熱との熱交換を行うだけなので、これによ
る冷暖房などの空調効果は極めて限られたものに止まっ
ている。また、前記公報の冷房装置では、単に空気を地
熱と熱交換させるだけで、それ以外に、例えば空気の調
湿や清浄化を行うことや、地熱だけでなく水の気化熱や
太陽熱を併用して空調を行うことなどは、全く想定され
ていない。

【０００４】本発明はこのような従来技術の問題点に着
目したものであって、戸外からの空気に対して地熱との
熱交換だけでなく水の気化熱や太陽熱をも併用してその
温度調節を行うと共に前記空気の調湿及び浄化をも行う
ことができる、地熱及び循環水流を利用した空調システ
ムを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するための本発明による地熱及び循環水流を利用した空
調システムは、建物の床下に形成された約４０ｃｍ以上
（より望ましくは、約５０ｃｍ以上、又は、約６０ｃｍ
以上）の高さを有する床下空間内に多数のくり石が充填
されて成り、地中からの地熱を蓄積しておき、戸外から
の空気を取り込んで、この取り込んだ空気を自らに蓄積
した地熱と熱交換すると共に前記空気を調湿及び清浄化
するためのくり石層と、地中に埋設されており、前記く
り石層からの空気を取り込んで、この取り込んだ空気を
地熱と熱交換するための地中パイプと、夏季において
は、前記地中パイプの途中の位置に備えられたノズルか
ら水を微小な水滴から成るシャワーに変換して前記地中
パイプの底部に向けて落下させると共に前記底部に溜ま
った水を回収して前記ノズルに循環させ、且つ、冬季に
おいては、戸外に設置されたソーラーパネルからの太陽
熱で暖められた水を前記地中パイプの底部に供給すると
共に前記底部に溜まった水を回収して前記ソーラーパネ
ルに循環させる循環手段と、前記地中パイプからの空気
を建物内部に供給するための空気供給手段と、を備えた
ものである。

【０００６】また、本発明の地熱及び循環水流を利用し
た空調システムにおいては、前記循環手段は、冬季は、
前記ソーラーパネルからの水をいったん床暖房用の暖房
器に供給し、前記床暖房のために使用された水を前記地
中パイプの底部に供給するものである。

【０００７】また、本発明の地熱及び循環水流を利用し
た空調システムは、地中に埋設されており、戸外からの
空気を取り込んで、この取り込んだ空気を地熱と熱交換
するための地中パイプと、夏季においては、前記地中パ
イプの途中の位置に備えられたノズルから水を微小な水
滴から成るシャワーに変換して前記地中パイプの底部に
向けて落下させると共に前記底部に溜まった水を回収し
て前記ノズルに循環させ、且つ、冬季においては、戸外
に設置されたソーラーパネルからの太陽熱で暖められた
水を前記地中パイプの底部に供給すると共に前記底部に
溜まった水を回収して前記ソーラーパネルに循環させる
循環手段と、建物の床下に形成された約４０ｃｍ以上の
高さを有する床下空間内に多数のくり石が充填されて成
り、地中からの地熱を蓄積しておき、前記地中パイプか
らの空気を取り込んで、この取り込んだ空気を自らに蓄
積した地熱と熱交換すると共に前記空気を調湿及び清浄
化するためのくり石層と、前記くり石層からの空気を建
物内部に供給するための空気供給手段と、を備えたもの
である。

【０００８】また、本発明の地熱及び循環水流を利用し
た空調システムにおいては、前記地中パイプは、上面及
び底面が塞がれておりその上部に形成された穴から流れ
込んだ空気をその内壁面に沿って下方に移動させながら
地熱と熱交換するための外側パイプと、この外側パイプ
の内側に外側パイプの内壁面と所定の隙間を介して備え
られており、前記の外側パイプの内壁面に沿ってその底
部まで移動した空気を、自らの内部に取り込んで上昇さ
せて建物内部の方に送るための内側パイプと、から構成
されており、前記外側パイプの内壁面と前記内側パイプ
との間の隙間には、前記内壁面に沿って移動する空気に
対して効率的に地熱の伝導を行うための且つ前記空気の
調湿及び清浄化を行うための面接触部であって、前記空
気の移動方向に対して直交する方向又は斜め方向に延び
る面を有する面接触部、が備えられている。

【０００９】また、本発明の地熱及び循環水流を利用し
た空調システムにおいては、さらに、煙又はガス漏れな
どによる有害ガスが発生したとき、前記地中パイプ又は
くり石層からの空気を建物内部に入れるための空気供給
手段を停止させるための異常時停止装置が備えられてお
り、この異常時停止装置は、煙又はガス漏れによる有害
ガスが発生したことを検知するための検知手段と、この
検知手段からの信号に基づいて前記空気供給手段を停止
させるための制御手段とを備えている。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１のシス
テム構成を説明するための図である。図１において、１
は建物の屋根裏の空気を戸外に放出するための屋根裏空
気流通路、２は建物の床３０の下に設けられた床下空気
流通路、３は床下空気流通路２からの空気を建物の外壁
と部屋との間に流通させるための外壁空気流通路、４は
前記床下空気流通路２の下方に設けられたくり石層、５
は前記屋根裏の空気を部屋と部屋の間の内壁内の空間を
通しながら前記くり石層４まで供給するための内壁空気
流通路（この内壁空気流通路５は、熱伝導効率を高める
ため表面積の大きいジャバラ状に形成されている）、６
は屋根裏に備えられたファン、７は前記ファン６と前記
屋根裏空気流通路１及び前記内壁流通路５との接続点に
備えられたダンパ、１０は部屋の空気を屋根裏に逃がす
ための室内換気口、１１は床下空気流通路２の空気を部
屋に入れるための換気口、である。

【００１１】前記ダンパ７は、所定の温度センサ及び制
御装置（マイクロコンピュータ）により、夏季において
は屋根裏の蒸し暑い空気が前記屋根裏空気流通路１を介
して戸外に放出されるように切換えられると共に、冬季
においては屋根裏の暖かい空気が前記内壁空気流通路５
を介して部屋を暖めながら前記くり石層４に供給される
ように切換えられる。

【００１２】前記くり石層４は、建物のコンクリート基
礎及び前記床下空気流通路２により四方及び上方が囲ま
れた床下空間内に多数のくり石が充填されて形成されて
いる。このくり石層４は、前記多数のくり石の間の微小
な空気層などに地下からの地熱が効率的に蓄積されやす
いように、ＧＬ（地盤面）の上方及び下方に渡って、約
４０ｃｍ以上（より望ましくは、約５０ｃｍ以上、又
は、約６０ｃｍ以上）の高さ（厚さ）を有するように形
成されている。また、このくり石層４の上には、例えば
７０〜１００ｍｍ厚のコンクリート層を形成するか又は
発泡ウレタン（例えば２５〜３０ｍｍ厚）などの断熱材
を敷くなどされており、これにより、くり石層４に蓄熱
された地熱が容易に外部に逃げないようになっている。
また、このくり石層４の下面には、例えばビニール製の
防湿シートが備えられており、くり石層４内の水分が地
中に下降することは許容しながら、地中の水分がくり石
層４内に上昇することを防止するようにしている（つま
り、前記防湿シートは、複数枚のシートが互いに折り重
なるように配置されているので、下方からの水分の上昇
は防止されるが、上方からの水分は、前記複数枚のシー
トの重なっている部分の隙間から、下方に移動可能にな
っている）。

【００１３】また、図１において、１３は前記床下の床
下空気流通路２から前記くり石層４を例えば垂直方向に
挿通して地中に延びる地中パイプ、１４は戸外からの空
気を前記くり石層４に取り入れるための吸気口、であ
る。また、１５は、前記くり石層４の中をほぼ水平方向
に備えられた吸気パイプである。前記吸気パイプ１５
は、その周囲に多数の穴が形成されており、前記吸気口
１４から取り入れられる戸外の空気及び冬季に前記屋根
裏から前記内壁空気流通路５を介して送られる空気を前
記くり石層４に送るためのものである。また、１６は戸
外の空気を前記吸気口１４から前記吸気パイプ１５に供
給するための吸気ファン、である。

【００１４】前記地中パイプ１３は、重力方向に向かっ
て、その下端が前記くり石層４の下面から約２〜３ｍ
（望ましくは約２．５ｍ）の深さに達するような長さ
に、形成されている。この地中パイプ１３は、その直径
が例えば約３００ｍｍに形成されている。また、この地
中パイプ１３は、金属製又はプラスチック製の外側パイ
プ１３ａ（底部は閉鎖されている）と、この外側パイプ
１３ａの内側にその内壁面と所定の隙間を介して備えら
れた内側パイプ１３ｂ（底部は開放されている）と、の
「２重パイプ構造」に形成されている。

【００１５】図２は前記地中パイプ５の内部構造を詳し
く説明するための図である。図２（ａ）は前記外側パイ
プ１３ａの一部を示す部分斜視図、同(ｂ）はその部分
断面図、同（ｃ）は前記内側パイプ１３ｂを示す部分斜
視図、同（ｄ）は前記地中パイプ１３の平断面図であ
る。本実施形態においては、外側パイプ１３ａの内壁面
に、金属又はプラスチックで形成された多数のフィン１
３ｅが形成されている（この多数の１３５ｅは、図１で
は図示省略している）。このフィン１３ｅは、外側パイ
プ１３ａと内側パイプ１３ｂとの間の隙間１３ｄ（図２
（ｄ）参照）の中を空気が移動する方向に対して垂直な
方向又は斜めの方向に突設されている。

【００１６】前記の多数のフィン１３ｅは本発明の「面
接触部」を構成するものである。すなわち、前記隙間１
３ｄを移動する空気は、その移動の過程で、前記多数の
フィン１３ｅの表面に効率的に接触するようになってい
る。これにより、前記空気は、前記隙間１３ｄを下方に
移動する過程で、前記外側パイプ１３ａの内壁面や前記
多数のフィン１３ｅの表面に効率的に接触して地熱と高
効率に熱交換される（前記面接触部は、地熱との熱交換
による空気の「温度調節作用」を果たしている）。ま
た、夏季の湿気を多く含んだ空気が前記隙間１３ｄを移
動するときは、その過程で前記空気が前記フィン１３ｅ
に接触して、前記空気からの湿気（水分）が前記フィン
１３ｅの表面に付着して前記空気が除湿される。また、
冬季の乾燥した空気が前記隙間１３ｄを移動するとき
は、その過程で前記空気が前記フィン１３ｅに接触し
て、前記フィン５ｅの表面に付着していた水分が前記空
気に供給されて、前記空気が加湿される。このように、
前記フィン１３ｅ（面接触部）は、前記の移動する空気
の「調湿作用」をも果たしている。また、前記フィン１
３ｅに微小な塵などの不純物を多く含んだ空気が接触す
ると、前記フィン１３ｅの表面に存在する水分に、前記
不純物が付着するので、前記空気が清浄化される。この
ように、前記フィン１３ｅ（面接触部）は、前記移動す
る空気の「清浄化作用」をも果たしている。

【００１７】本実施形態では、前記地中パイプ１３の外
側パイプの上方のくり石層４と接する部分には、複数の
穴（図示せず）が形成されている。前記くり石層４から
の空気は、前記穴から前記外側パイプ１３ａと内側パイ
プ１３ｂとの間の隙間１３ｄに入り、その中を前記多数
のフィン１３ｅと接触しながら下降して行く。そして、
前記空気は、外側パイプ１３ａの底部まで達すると、内
側パイプ１３ｂの内側を上昇して、前記床下空気流通路
２に入り、そこから部屋の中や前記外壁空気流通路３内
に移動していく。

【００１８】また、図１において、２１ａは前記地中パ
イプ１３の外側パイプ１３ａの底部に溜まっている水を
吸い上げてポンプ２２（後述）に送るための配管、２２
はこの配管２１ａによる水の吸い上げを行うためのポン
プ、２１ｂはこのポンプ２２と切換えコック２４（後
述）とを接続する配管、２３は前記ポンプ２２により前
記外側パイプ１３ａの底部より吸い上げられた水が切換
えコック２４を介して送られるソーラーパネルであって
戸外に設置され太陽熱により水を加温するためのソーラ
ーパネル、２１ｃは前記切換えコック２４とソーラーパ
ネル２３とを接続する配管、２５は前記ソーラーパネル
２３からの水（太陽熱により例えば約４０℃に加温され
た水）を利用して床暖房を行うためのラジエータ（暖房
器）、２６ａは冬季において前記ソーラーパネル２３か
らの水を前記ラジエータ２５に送るための配管、２６ｂ
は冬季において前記ラジエータ２５からの水（床暖房に
使用されたためソーラーパネル２３で暖められたときの
例えば約４０℃の温度よりも下がってはいるが、それで
も例えば冬季の地熱の約１５℃よりも暖かい例えば約２
５〜３０℃の水）を前記外側パイプ１３ａの底部に供給
するための配管、２７は夏季において前記ポンプ２２か
らの水を切換えコック２４を介して前記内側パイプ１３
ｂの途中部分に備えられた噴水ノズル２８に送るための
配管、２８は前記配管２７からの水を前記内側パイプ１
３ｂの途中位置からその底部に向けてシャワー状に噴出
させる噴水ノズル、２９は外部の水道管に接続されてい
る給水管、である。

【００１９】次に、本実施形態の夏季における動作を、
図３〜５を参照して説明する。夏季においては、前記切
換えコック２４は、図３に示すような、「前記外側パイ
プ１３ａの底部からポンプ２２で吸い上げられた水が、
配管２１ｂ、切換えコック２４、及び配管２７を介し
て、前記内側パイプ１３ｂの途中部分に配置された噴水
ノズル２８に送られる流れ」を許容するように、切換え
られる（この切換えは、ユーザーが手動で行ってもよい
が、マイクロコンピュータなどにより季節に応じて自動
的に切換えられるようにすることが望ましい）。

【００２０】その結果、図４に示すように、前記地中パ
イプ１３の底部に溜まった水３１は、前記ポンプ２２や
切換えコック２４などを介して、前記噴水ノズル２８に
送られ、この噴水ノズル２８から微小な水滴から成る噴
水シャワー３１ａに変換されて外側パイプ１３ａの底部
に落下され、さらに、この底部に溜まった水３１が前記
ポンプ２２に吸い上げられていく、という水の循環回路
が形成される。

【００２１】その結果、夏季においては、図４において
複数の矢印で示すように、くり石層４で地熱と熱交換さ
れ且つ調湿及び清浄化された空気は、まず、外側パイプ
１３ａの上方の穴からその中に入り込み、外側パイプ１
３ａの内壁面と内側パイプ１３ｂとの間の隙間を下降し
ていく（この過程で、地熱との熱交換や前記面接触部と
してのフィン１３ｅにより空気の調湿・清浄化が行われ
る）。そして、前記空気は、外側パイプ１３ａの底部に
達した後、内側パイプ１３ｂの内側を上昇して行くが、
このとき、前記噴水ノズル２８から常時落下されている
噴水シャワー３１ａと接触する。このとき、前記空気
は、前記噴水シャワー３１ａの気化熱によってその温度
が大きく冷却され、前記噴水シャワーと３１ａ接触して
清浄化（前記空気に含まれる微小な塵などの不純物が前
記噴水シャワー３１ａに付着されるので、前記空気が清
浄化される）され、更に前記噴水シャワー３１ａと接触
することによりマイナスイオン化されて（水が噴水シャ
ワー化されるときは多量のマイナスイオンが空中に放出
されるので、その周囲の空気が人の自律神経を静める作
用などがあるマイナスイオンに満ちた空気に変換され
る。すなわち、滝壷などのように、空気中で水が微小水
滴に分裂するときは、水滴が陽極に帯電し、逆に周囲の
空気が陰極に帯電することから、空気中のマイナスイオ
ン量が増大する現象が生じる）、建物内に供給されてい
く。

【００２２】図５は図４の地中パイプ１３を含む建物全
体を示す図である。図５に示すように、夏季において
は、戸外からの空気は、吸気口１４、吸気ファン１６、
吸気パイプ１５を介して前記くり石層４に送られ、ここ
で、前述のように、前記空気の地熱（冷熱）との熱交
換、及び、前記空気の調湿・清浄化が行われる。そし
て、このくり石層４からの空気は、地中パイプ１３内に
送られ、ここで、前述のように、前記空気の地熱（冷
熱）との熱交換、及び、前記空気の調湿・浄化、さら
に、前記空気の噴水シャワー３１ａの気化熱による冷
却、などが行われる。このようにして、地熱や水の気化
熱により冷却され、さらに調湿・浄化された空気は、図
５において複数の矢印で示すように、床下空気流通路２
や換気口１１などを介して部屋内や外壁空気流通路３に
送られ、建物内の空間を冷却し、調湿・浄化する。その
後、前記空気は、前記の天井裏に設置されたファン６、
ダンパ７、及び屋裏空気流通路１を介して戸外に放出さ
れる。なお、前記の地中パイプ１３、ポンプ２４及び噴
水ノズル２８の間を循環する水が少なくなったり汚れた
りしたときは、前記給水管２９からの新しい水により一
部を補充するか全てを交換する。

【００２３】次に、本実施形態の冬季における動作を、
図６〜８を参照して説明する。冬季においては、前記切
換えコック２４は、図６に示すような、「前記外側パイ
プ１３ａの底部からポンプ２２で吸い上げられた水が、
配管２１ｂ、切換えコック２４、及び配管２１ｃを介し
て、前記ソーラーパネル２３に送られる流れ」を許容す
るように、切換えられる（この切換えは、ユーザーが手
動で行ってもよいが、マイクロコンピュータなどにより
季節に応じて自動的に切換えられるようにすることが望
ましい）。

【００２４】その結果、図７に示すように、前記外側パ
イプ１３ａの底部に溜まった水３１は、まず、前記ポン
プ２２や切換えコック２４などを介して、前記ソーラー
パネル２３に送られ、ここで太陽熱により例えば約４０
℃まで暖められる。次に、この約４０℃に暖められた水
は、配管２６ａを介してラジエータ２５に送られ、ここ
で建物の床暖房のために使用される。前記水の温度は、
ラジエータ２５において床暖房のために使用されること
により、当初の前記約４０℃から例えば約２５〜３０℃
に低下する。この温度が約２５〜３０℃に低下した水
は、ラジエータ２５から配管２６ｂを介して、前記外側
パイプ１３ａの底部に送られる。前記外側パイプ１３ａ
の周囲の冬季の地熱は例えば約１５℃であるが、前記の
約２５〜３０℃の水が前記ラジエータ２５から送られる
ことにより、地中パイプ１３の底部周辺は、例えば約２
０℃まで上昇する。さらに、前記の底部に溜まった水３
１は前記ポンプ２２に吸い上げられて、再び前記ソーラ
ーパネル２３に送られる。本実施形態では、冬季におい
て、以上のような水の循環回路が形成される。

【００２５】その結果、冬季においては、図７において
複数の矢印で示すように、くり石層４で地熱と熱交換さ
れ且つ調湿及び清浄化された空気は、まず、外側パイプ
１３ａの上方の穴からその中に入り込み、外側パイプ１
３ａの内壁面と内側パイプ１３ｂとの間の隙間を下降し
ていく（この過程で、地熱との熱交換や前記面接触部と
してのフィン１３ｅ（図２参照）により空気の調湿・清
浄化が行われる）。そして、前記空気は、外側パイプ１
３ａの底部に達するが、このとき、空気の温度は、前記
の約２０℃という比較的高温の水３１（前記ソーラーパ
ネル２３により暖められ床暖房にしてされた後の例えば
約２５〜３０℃の水）と接触して大きく暖められる。そ
の後、前記の暖められた空気は、内側パイプ１３ｂの中
を上昇して、建物内に供給されていく。

【００２６】図８は図７の地中パイプ１３を含む建物全
体を示す図である。図８に示すように、冬季において
は、天井裏で太陽熱により温められた空気は、ファン
６、ダンパ７、及び内壁空気流通路（ジャバラ状）５を
介してくり石層４に送られ、ここで、前述のように、前
記空気の地熱（暖熱）との熱交換、及び、前記空気の調
湿・清浄化が行われる。そして、このくり石層４からの
空気は地中パイプ１３内に送られ、ここで、前述のよう
に、前記空気の地熱（暖熱）との熱交換、及び、前記空
気の調湿・浄化が行われる。また、このとき、前記外側
パイプ１３ａの底部には前記ラジエータ２５からの比較
的高温（冬季の地熱の約１５℃よりも高温の、例えば約
２５〜３０℃）の水が供給されているので、前記空気は
この比較的高温の水によって大きく暖められる。このよ
うにして、地熱及び前記ラジエータ２５からの高温の水
によって暖められ且つ調湿・浄化された空気は、図８に
おいて複数の矢印で示すように、床下空気流通路２や換
気口１１などを介して部屋内や外壁空気流通路３に送ら
れ、建物内の空間を暖房し、調湿・浄化する。その後、
前記空気は、前記の天井裏に設置されたファン６、ダン
パ７、及び内壁空気流通路５を介して再び前記くり石層
４に循環される。なお、前記のソーラーパネル２３、ラ
ジエータ２５、及び地中パイプ１３の間を循環する水が
少なくなったり汚れたりしたときは、前記給水管２９か
らの新しい水により一部を補充するか全てを交換する。

【００２７】次に、本実施形態においては、図９のブロ
ック図で示すような異常時停止装置が備えられている。
図９において、９２は建物の外部又は内部に備えられ火
災による煙を検知するための煙センサ、９３は建物の外
部又は内部のガス漏れなどによる毒性ガスの発生を検知
するためのガスセンサ、９４は前記ファン６（図１参
照）又は吸気ファン１６（図１参照）を駆動するための
ファンモータ、９５は前記煙センサ９２及びガスセンサ
９３からの検知信号に基づいて前記ファンモータ９４を
停止させるためのマイクロコンピュータ、である。本実
施形態においては、火災による煙又はガス漏れによる有
害ガス（毒性ガス）を検知したときは、マイクロコンピ
ュータ９５により前記ファン８，２６の回転を停止させ
るようにしているので、「煙や毒性ガスが、前記ファン
６，１６の回転により、短時間内に建物全体に広がって
しまうこと」が、予め有効に防止されるようになってい
る。

【００２８】実施形態２．次に、図１０は本発明の実施
形態２を説明するための図である。この実施形態２で
は、前記地中パイプを、アルミなどの金属製又はポリエ
チレンやポリエステル等のプラスチック製のスパイラル
管を使用した「２重パイプ」として構成している。すな
わち、図１０（ａ）は、本実施形態２に使用される２重
パイプの分解斜視図である。図１０（ａ）において、５
１は例えば直径３００〜４５０ｍｍのアルミ製又はポリ
エチレン又はポリエステル製の外側用スパイラル管であ
る。この外側用スパイラル管５１は、図１０（ｂ）に示
すように、断面が波状の薄いシートから成る（スパイラ
ル状に凹凸が形成されている）ものであるため、通常の
管と比べて表面積が極めて大きくなっている。また、こ
の外側用スパイラル管５１をプラスチック製で形成する
ときは、例えば２〜４ｍｍ程度というように、その肉厚
が大変薄いものとすることができる。したがって、一般
にプラスチック製の管の熱伝導性は金属製のものと比べ
て低いと言われるが、本実施形態の外側用スパイラル管
５１は、プラスチック製のものでも、前述のように表面
積が大きく且つ肉厚が薄く形成されるため、地熱を容易
に管の内部に伝えることができる。また、この外側用ス
パイラル管５１の上方には、くり石層２からの空気を流
入させるための開口部（穴）５１ａが複数箇所形成され
ている。

【００２９】また、図１０（ａ）において、５２は金属
製例えばアルミ製（又はプラスチック製）のスパイラル
状帯部（帯体）である。このスパイラル状帯部５２は、
本発明の「面接触部」を構成するものであり、例えば帯
状（又はリボン状）のアルミ製シートがスパイラル状
（又はコイル状）に形成されることにより構成されてい
る。このスパイラル状帯部５２は、前記外側用スパイラ
ル管５１の内壁部に当接（接触）するように、外側用ス
パイラル管５１の内部に設置されて使用される。したが
って、このスパイラル状帯部５２は、前記外側用スパイ
ラル管５１からの地熱が伝導されて、ほぼ地熱と同じ温
度に保持されている。

【００３０】また、図１０（ａ）において、５３はアル
ミ製又はプラスチック製の内側用スパイラル管で、前記
スパイラル状帯部５２の内側に設置されるものである。
この内側用スパイラル管５３も、前記外側用スパイラル
管５１と同様に、断面が波状で表面積が大きくなってお
り、また、肉厚が薄く形成されている。

【００３１】以上のように、本実施形態２では、表面積
が大きく肉厚が薄いために熱伝導効率の良好な外側用ス
パイラル管５１と、熱伝導効率の良い金属製のスパイラ
ル状帯部５２と、表面積が大きく肉厚が薄いために熱伝
導効率の良い内側用スパイラル管５３とにより、「２重
パイプ」が構成されている

【００３２】また、本実施形態２においては、地中パイ
プに取り入れられた空気は、前記外側用スパイラル管５
１及びスパイラル状帯部５２と接触することにより、温
度調節される（すなわち、夏季は冷却され、冬季は暖め
られる）。また、同時に、前記空気は、前記外側用スパ
イラル管５１及びスパイラル状帯部５２と接触すること
により、調湿される（すなわち、夏季は空気中の水分が
前記スパイラル状帯部５２などの表面に結露して空気が
除湿されると共に、冬季は前記スパイラル状帯部５２な
どの表面に付着した水分が空気に供給されて空気が加湿
される）。また、同時に、前記空気は、前記外側用スパ
イラル管５１及びスパイラル状帯部５２と接触すること
により、清浄化される（すなわち、空気中の不純物が前
記スパイラル状帯部５２などの表面の水分に吸着されて
除去されるため、空気が清浄化される）。なお、本実施
形態２における地中パイプ（前記の２重パイプ）内の空
気の移動の様子や地中パイプ以外の構成については、実
施形態１について説明したものと同様であるので、説明
を省略する。

【００３３】以上の各実施形態においては、前記地中パ
イプ１３を建物の内側の地面に埋設するようにしている
が、本発明では、前記地中パイプ１３を建物の外側の土
地の中に埋設するようにし、この建物の外側の土地の中
に埋設された地中パイプ１３により戸外からの空気を地
熱と熱交換させ且つ調湿・浄化・マイナスイオン化し、
この熱交換及び調湿・浄化・マイナスイオン化された空
気を、前記くり石層４に送り、このくり石層４で熱交換
及び調湿・浄化された空気を、建物内に供給するように
してもよい。このようにしたときは、地中パイプが建物
の外側にあるため、既存の建物への地中パイプの外付け
工事や地中パイプの修理などのメンテナンスが容易に行
えるというメリットがある。また、本発明においては、
前記地中パイプ１３を建物の内側の土地に埋設させなが
ら、戸外からの空気をまずこの地中パイプ１３に送り、
この地中パイプで地熱との熱交換や調湿・浄化・マイナ
スイオン化などされた後の空気を、前記くり石層４に送
り、ここで、更に、地熱との熱交換や調湿・浄化などを
して、建物内に供給するようにしてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明による地
熱及び循環水流を利用した空調システムでは、地中パイ
プによる地熱との熱交換と、くり石層による地熱との熱
交換を一緒に行うようにしているので、戸外からの空気
について、地熱との熱交換を従来に比べて極めて高効率
に行うことができるようになる。また、本発明において
は、前記地中パイプにおいて、夏季には前記地中パイプ
の底部から循環させた水の噴水シャワー（シャワー状又
は霧状の微小な水滴群）を前記空気に振りかけて前記シ
ャワーの気化熱により前記空気の温度を大きく冷やすと
共に、冬季には前記地中パイプの底部からの水をソーラ
ーパネルで加温して地中パイプに循環させ、この加温さ
れた水により前記空気を大きく暖めるようにしているの
で、地中パイプによる空気の温度調節効果を大幅に高め
ることができる。また、本発明では、夏季において、前
記地中パイプ中で前記噴水シャワー（シャワー状又は霧
状の微小な水滴群）を前記空気に振りかけるようにして
いるので、前記噴水シャワーの気化熱で前記空気を冷却
するだけでなく、前記噴水シャワーに空気中の不純物を
付着させることにより前記空気を清浄化し、更に、水が
前記噴水シャワーに変わるときに放出される多量のマイ
ナスイオンにより（滝壷などのように、空気中で水が微
小水滴に分裂するときは、水滴が陽極に帯電し、逆に周
囲の空気が陰極に帯電することから、空気中のマイナス
イオン量が増大する現象が生じる）空気をマイナスイオ
ン化（マイナスイオン化された空気は人の自律神経を静
める作用などを有する）して、建物内に供給することが
できる。

【００３５】また、本発明において、冬季に、前記ソー
ラーパネルで加温された水をいったん床暖房用に使用
し、その後、前記地中パイプに循環させるようにすれ
ば、太陽熱を利用した床暖房と地中パイプによる暖房と
を相乗的に行えるようになる。

【００３６】また、本発明において、地中パイプを建物
の外側の土地の中に埋設するようにし、この建物の外側
の土地の中に埋設された地中パイプにより戸外の空気を
地熱と熱交換させ且つ調湿・浄化・マイナスイオン化
し、この熱交換及び調湿・浄化・マイナスイオン化され
た空気を、くり石層に送り、このくり石層で更に熱交換
及び調湿・浄化された空気を、建物内に供給するように
するときは、地中パイプが建物の外側に配置されるた
め、既存の建物への地中パイプの後付け（外付け）工事
や地中パイプの修理などのメンテナンスが容易且つ低コ
ストに行えるようになる。

【００３７】また、本発明において、前記地中パイプを
外側パイプと内側パイプとの二重構造とし、前記両パイ
プの間の隙間にフィンやスパイラル状帯体（帯部）など
の面接触部を備えることにより、前記地中パイプに入り
込んだ空気の地熱との熱交換を効率化すると共に、前記
空気の調湿及び浄化をも行えるようになる。すなわち、
本発明においては、前記地中パイプ内を夏季の湿度の高
い空気が移動するときは、その空気に含まれる水分が前
記面接触部の表面に結露されて、空気の除湿（調湿）が
行われる。また、地中パイプ内を冬季の乾燥した空気が
移動するときは、前記面接触部の表面に付着している水
分が前記空気に供給されて、空気の加湿（調湿）が行わ
れるようになる。さらに、本発明では、前記地中パイプ
内を移動する空気に含まれる埃などの不純物が、前記面
接触部の表面に存在する水分に付着させられるので、前
記空気が清浄化されるようになる。

【００３８】また、本発明においては、火災やガス漏れ
などの異常が発生したときは前記空気供給手段を構成す
るファンや空気流通路などの存在により煙や有害ガスが
短時間内に建物全体に広がってしまう可能性があるが、
本発明では、火災やガス漏れなどの非常時には前記ファ
ンを停止して本発明のシステムの稼動を停止させるため
の異常時停止装置を備えるようにしているので、非常時
に煙や有害ガスが短時間内に建物全体に広がってしまう
という可能性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１の全体構成を説明するた
めの平断面図である。

【図２】 （ａ）は本実施形態１の地中パイプの外側パ
イプの一部を示す斜視図、（ｂ）は前記外側パイプを示
す部分縦断面図、（ｃ）は本実施形態１の地中パイプの
内側パイプの一部を示す斜視図、（ｄ）は本実施形態１
の地中パイプを示す平断面図である。

【図３】 本実施形態１の夏季における切換えコック２
４の動作を説明するための図である。

【図４】 本実施形態１の夏季における地中パイプ及び
水の循環回路の動作を説明するための図である。

【図５】 本実施形態１を住宅に適用したときの、夏季
における動作を説明するための図である。

【図６】 本実施形態１の冬季における切換えコック２
４の動作を説明するための図である。

【図７】 本実施形態１の冬季における地中パイプ及び
水の循環回路の動作を説明するための図である。

【図８】 本実施形態１を住宅に適用したときの、冬季
における動作を説明するための図である。

【図９】 本実施形態１のシステムに備えられる異常時
停止装置を説明するためのブロック図である。

【図１０】 本発明の実施形態２における地中パイプの
構造を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 屋根裏空気流通路 ２ 床下空気流通路 ３ 外壁空気流通路 ４ くり石層 ５ 内壁空気流通路 ６ ファン ７ ダンパ １０ 室内換気口 １１，１４ 換気口 １３ 地中パイプ １３ａ 外側パイプ １３ｂ 内側パイプ １３ｅ フィン（面接触部） １５ 吸気パイプ １６ 吸気ファン ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２６ａ，２６ｂ，２７ 配管 ２２ ポンプ ２４ 切換えコック ２５ ラジエータ ２８ 噴水ノズル ３０ 床 ３１ 水 ５１ 外側用スパイラル管 ５２ スパイラル状帯部（面接触部） ５３ 内側用スパイラル管 ９２ 煙センサ ９３ ガスセンサ ９４ ファンモータ ９５ マイクロコンピュータ

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年９月１３日（２０００．９．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建物の床下に形成された約４０ｃｍ以上
   の高さを有する床下空間内に多数のくり石が充填されて
   成り、地中からの地熱を蓄積しておき、戸外からの空気
   を取り込んで、この取り込んだ空気を自らに蓄積した地
   熱と熱交換すると共に前記空気を調湿及び清浄化するた
   めのくり石層と、 地中に埋設されており、前記くり石層からの空気を取り
   込んで、この取り込んだ空気を地熱と熱交換するための
   地中パイプと、 夏季においては、前記地中パイプの途中の位置に備えら
   れたノズルから水を微小な水滴から成るシャワー状又は
   霧状に変換して前記地中パイプの底部に向けて落下させ
   ると共に前記底部に溜まった水を回収して前記ノズルに
   循環させ、且つ、冬季においては、戸外に設置されたソ
   ーラーパネルからの太陽熱で暖められた水を前記地中パ
   イプの底部に供給すると共に前記底部に溜まった水を回
   収して前記ソーラーパネルに循環させる循環手段と、 前記地中パイプからの空気を建物内部に供給するための
   空気供給手段と、を備えたことを特徴とする、地熱及び
   循環水流を利用した空調システム。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記循環手段は、冬季において、前記ソーラーパネルか
   らの水をいったん床暖房用の暖房器に供給し、前記床暖
   房のために使用された水を前記地中パイプの底部に供給
   するものである、ことを特徴とする地熱及び循環水流を
   利用した空調システム。
3. 【請求項３】 地中に埋設されており、戸外からの空気
   を取り込んで、この取り込んだ空気を地熱と熱交換する
   ための地中パイプと、 夏季においては、前記地中パイプの途中の位置に備えら
   れたノズルから水を微小な水滴から成るシャワーに変換
   して前記地中パイプの底部に向けて落下させると共に前
   記底部に溜まった水を回収して前記ノズルに循環させ、
   且つ、冬季においては、戸外に設置されたソーラーパネ
   ルからの太陽熱で暖められた水を前記地中パイプの底部
   に供給すると共に前記底部に溜まった水を回収して前記
   ソーラーパネルに循環させる循環手段と、 建物の床下に形成された約４０ｃｍ以上の高さを有する
   床下空間内に多数のくり石が充填されて成り、地中から
   の地熱を蓄積しておき、前記地中パイプからの空気を取
   り込んで、この取り込んだ空気を自らに蓄積した地熱と
   熱交換すると共に前記空気を調湿及び清浄化するための
   くり石層と、 前記くり石層からの空気を建物内部に供給するための空
   気供給手段と、を備えたことを特徴とする、地熱及び循
   環水流を利用した空調システム。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３において、 前記地中パイプは、 上面及び底面が塞がれておりその上部に形成された穴か
   ら流れ込んだ空気をその内壁面に沿って下方に移動させ
   ながら地熱と熱交換するための外側パイプと、 この外側パイプの内側に外側パイプの内壁面と所定の隙
   間を介して備えられており、前記の外側パイプの内壁面
   に沿ってその底部まで移動した空気を、自らの内部に取
   り込んで上昇させて建物内部に送るための内側パイプ
   と、から構成されており、 前記外側パイプの内壁面と前記内側パイプとの間の隙間
   には、前記内壁面に沿って移動する空気に対して効率的
   に地熱の伝導を行うための且つ前記空気の調湿及び清浄
   化を行うための面接触部であって、前記空気の移動方向
   に対して直交する方向又は斜め方向に延びる面を有する
   面接触部、が備えられている、ことを特徴とする地熱及
   び循環水流を利用した空調システム。
5. 【請求項５】 請求項１から４までのいずれかにおい
   て、さらに、煙又はガス漏れなどによる有害ガスが発生
   したとき、前記地中パイプ又はくり石層からの空気を建
   物内部に入れるための空気供給手段を停止させるための
   異常時停止装置が備えられており、この異常時停止装置
   は、煙又はガス漏れによる有害ガスが発生したことを検
   知するための検知手段と、この検知手段からの信号に基
   づいて前記空気供給手段を停止させるための制御手段と
   を備えている、ことを特徴とする地熱及び循環水流を利
   用した空調システム。