JP2010085074A - 複熱貯留水槽式空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】 室内の空調において、従来の空調機のような化石エネルギーを使うことなく、自然エネルギー源である地熱と太陽光熱又は風力により夏期の冷房及び冬期の暖房を行う新しい構造の空調システムを提供するものである。
【解決手段】 異なる構造の２つの熱貯留水槽式熱交換器を地中に併設し、外気を吸入し直列的に熱交換器を通すことにより室内に、夏は冷気を、冬は暖気を、供給することを特徴とする。冷気、暖気の供給は、通過空気の温度を年間平準化する第１熱貯留水槽と、更に冷却・加熱を増幅する第２熱貯留水槽の組合せによる複貯水槽式空調システムであることを特徴とする。上記空調システムは、冷温熱源を第１熱貯留水槽においては地熱、第２熱貯留水槽においては太陽光熱又は風力エネルギー等の自然エネルギーとし、熱媒体を水及び空気等の自然素材とすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、年間を通して夏は冷風、冬は温風を、住宅、事務所等の室内に供給するための複熱貯留水槽式空調システムに関するものであり、更に詳しくは、地熱利用の温度平準化機能を持つ第１熱貯留水槽と自然エネルギー起源の冷温熱源により冷却・加熱増幅機能を持つ第２熱貯留水槽を直列に連結した熱貯留水槽式の熱交換器に空気を通すことにより、室内に冷気及び暖気を放出することができる省エネルギー構造の空調システムに関するものである。

従来の一般的な空調機の稼動エネルギーは水力発電や原子力発電を除けば石油や天然ガス等の化石エネルギーによるところが大きい。化石エネルギーの使用は炭酸ガスの排出に繋がり、地球温暖化の進む今日、排ガス削減の必要な時代の要請に合わなくなってきている。また、従来の一般的な空調機では入力とこれに対する出力に相当する機械の稼動力即ち冷暖房力は、１対１の即時的関係にあり、入力に対する出力を時間的にコントロールすることができなかった。故にその日の天候に任せる太陽光等の自然エネルギーを利用しにくかった。

省エネ型の熱交換器は近年開発が進んできており、地熱利用の熱交換器としては、温度平準化機能のものやこれに冷却・加熱増幅機能を付加したものがあるが、本発明のような温度平準化機能に自然エネルギー利用の冷却・加熱機能を付加したものは未だない。温度平準化機能のものとしては、地下の貯水管の水を介して地熱を利用した地下定温利用冷暖房空調装置（例えば、特許文献１参照。）、地下の竪孔に直接空気を通して地熱を利用した防湿空調システム（例えば、特許文献２参照。）、地熱を空気管で直接拾う地熱交換器（例えば、特許文献３参照。）、また冷却加熱増幅機能を付加したものとしては、雨水貯水槽により温度平準化しヒートポンプで冷却加熱を増幅した地熱利用装置（例えば、特許文献４参照）がある。このうち、特許文献２は既に実用化されている。熱交換場所から冷暖房対象室内までの熱の移動媒体については、特許文献１、２、３は空気で、特許文献４は水である。

特開２００６−８４０９７号公報 特開２００６−２０７８７２号公報 特開２００７−３２９１０号公報 特開２００８−１９６８３４号公報

しかしながら、引用した既往発明では、地盤と雨水を含めた水の有意な機能を完全に引き出し尽しているとはいえず、更なる改善が必要と考える。本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、利用箇所敷地内で得られる地熱エネルギーや太陽光熱又は風力エネルギーを利用し、石油等の化石エネルギーの使用を抑制し、自然エネルギーを使用する内部充足型原理に基づく空調システムである。即ち第１熱貯留水槽で温度平準化した空気管内の空気を更に第２熱貯留水槽を通すことにより、冷却・加熱の能力増大を図る。また冷却・加熱するにあたっては自然エネルギーの非定常性を水の持つ熱貯留効果により解決する。更に熱貯留水槽に貯水の自然交換と都市における雨水流出抑制ができるようにする。

本発明者は、上記問題に関して鋭意研究を行い、下記に記すように自然現象や自然素材の持つ潜在的な物理的性質を合目的的に開発し、徹底的にその能力を利用するのが自己充足的で周辺の自然環境に負荷をかけずに有効であるとの結論を得た。
即ち、
１．地中の深度３ｍ〜５ｍより深く設置した高熱伝導性の貯留水槽中の水の温度は地熱により年間平準化することが判った。
２．高断熱性の貯留水槽中の水を太陽光熱や風力エネルギーのような非定常のエネルギーにより断続的に冷却又は加熱しても、貯水の温度は水の持つ熱貯留効果により安定的に保たれることが判った。
３．「１」の第１熱貯留水槽と「２」の第２熱貯留水槽を併設し空気を直列的に通すと、「１」の熱貯留水槽式熱交換器はプレクーリング又はプレヒーティングによる温度平準化の役割を果たし、「２」の熱貯留水槽式熱交換器は冷却・加熱を増幅し、併せて自然エネルギーによる四季対応型の空調システムとなることが判った。
４．熱貯留水槽の水の供給は雨水により、水の交換は周辺地中への浸透とする。このような供給・交換可能な構造とすると、水槽の水の人為的管理が不要となると共に、豪雨時の雨水流出抑制にも貢献できるので合理的であることが判った。
本発明は以上の知見を基になされたものであって、下記の構成からなるものである。
（１）周辺地熱による温度平準化機能を持つ第１熱貯留水槽と自然エネルギー起源の冷温熱源による冷却・加熱増幅機能を持つ第２熱貯留水槽を熱交換器として地中に併設し、空気を通過させ、夏は冷気、冬は暖気を室内に供給することを特徴とする複熱貯留水槽式空調システム。
（２）第１熱貯留水槽は高熱伝導性の水槽に水を貯留し、熱媒体の水を周辺地熱との熱交換により年間平準化し、ここを通過させる熱媒体の空気を熱交換により年間平準化することを特徴とする上記（１）に記載の複熱貯留水槽式空調システム。
（３）第２熱貯留水槽は高断熱性の水槽に水を貯留し、熱媒体の水を自然エネルギー起源の冷温熱源により夏は冷却、冬は加熱し、ここを通過させる熱媒体の空気の冷却・加熱を増幅することを特徴とする上記（１）に記載の複熱貯留水槽式空調システム。
（４）熱貯留水槽中の水は、雨水により供給し、余水を地中に浸透させることにより交換可能な構造とすることを特徴とする上記（１）に記載の複熱貯留水槽式空調システム。

本発明は下記の効果を有する。
１．自然エネルギーと自然素材を利用した２つの熱貯留水槽式熱交換器により室内の温度を夏期及び冬期ともにローコストでコントロールできる。
２．自然エネルギーと自然素材を活用するので、一般の商用電力の使用を減少でき、省エネルギー効果があり、環境に対して負荷がかからない。
３．化石エネルギーを使わないのでＣＯ２発生量を低減でき、地球温暖化防止に対する貢献度が高い。
４．豪雨時の雨水流出抑制に貢献できる。

本発明の構造とその作用機能を図面で説明する。
図１は本システムの設備模式図である。
図２は本システムの熱移動概念図である。
図３は本システムの空気の流動概念図である。
図４は本システムの水の流動概念図である。

先ず、図１により本発明の全体構造を説明する。
本システムは、地熱エネルギーを貯留水（１１）に蓄え年間平準化した水温とする第１熱貯留水槽（１）、太陽光熱又は風力エネルギーにより稼動する冷温熱源（１３）により貯留水（１１）の温度を制御させる第２貯留水槽（２）及び貯水槽から熱を取出す金属製空気菅（８）並びに熱交換した空気（１２）を冷暖房対象室内に移動させ、放出させる空気管（９）と送風機（１４）より成る。また、貯留水の交換は注水管（６）により金属製貯水管（３）と断熱性貯水管（４）に雨水を注水し、貯留水を溢れさせ有孔浸透管（５）及び砂（１０）を通して地中に浸透させることにより行う。貯留水を交換させないときは注水管（７）により貯水管を通さず直接有孔浸透管（５）及び砂（１０）を通して地中に浸透させる。

図２により本発明の熱移動について説明する。
第１熱貯留水槽（１）の温度平準化は金属製貯水管（３）の中の貯留水（１１）を周辺地熱との熱交換により行い、第２熱貯留水槽（２）の冷却・加熱は断熱性貯水管（４）の中の貯留水（１１）を自然エネルギー起源の冷温熱源（１３）により行う。貯留水（１１）からの熱の取出しは金属製空気管を通して空気と熱交換することにより行い、空気管に送風機を設置し室内に送る。

図３により本発明の空気の流動について説明する。
戸外から空気管（９）により供給された空気は第１熱貯留水槽（１）の金属製貯水管（３）内の貯留水（１１）中に設置された金属製空気管（８）内を通り、次に第２熱貯留水槽（２）の断熱性貯水管（４）内の貯留水（１１）中に設置された金属製空気管（８）内を通り、空気管（９）と送風機により室内に放出される。

図４により本発明の水の流動について説明する。
貯留水交換時、貯水管経由時、両熱貯留水槽の金属製貯水管（３）及び断熱性貯水管（４）への注水は注水管（６）により、余水は有孔浸透管（５）の孔を通って地中に浸透する。また、貯水管に注水せず、直接地中に浸透させ雨水流出抑制を行うときは、注水菅（７）により有孔浸透管（５）に直接送水する。浸透管とボーリング孔壁との間には孔壁維持及び目詰まり防止用に砂を充填する。

は本システムの設備摸式図である。 は本システムの熱移動概念図である。 は本システムの空気の流動概念図である。 は本システムの水の流動概念図である。

符号の説明

１：第１熱貯留水槽
２：第２熱貯留水槽
３：金属製貯水管
４：断熱性貯水菅
５：浸透管（有孔管）
６：注水管（貯留水交換時、貯水管経由時）
７：注水管（直接地中浸透時）
８：金属製空気管（熱交換器内）
９：空気管（熱交換器前後）
１０：砂
１１：貯留水
１２：空気
１３：冷温熱源
１４：送風機

Claims (4)

1. 周辺地熱による温度平準化機能を持つ第１熱貯留水槽と自然エネルギー起源の冷温熱源による温度制御機能を持つ第２熱貯留水槽を熱交換器として地中に併設し、空気を直列的に通過させ、夏は冷気、冬は暖気を室内に供給することを特徴とする複熱貯留水槽式空調システム。
2. 第１熱貯留水槽は高熱伝導性の水槽に水を貯留し、熱媒体の水を周辺地熱と熱交換により年間平準化し、ここを通過させる熱媒体の空気を熱交換により年間平準化することを特徴とする請求項１に記載の複熱貯留水槽式空調システム。
3. 第２熱貯留水槽は高断熱性の水槽に水を貯留し、熱媒体の水を自然エネルギー起源の冷温熱源により夏は冷却、冬は加熱し、ここを通過させる熱媒体の空気の冷却・加熱を増幅することを特徴とする請求項１に記載の複熱貯留水槽式空調システム。
4. 熱貯留水槽中の水は、雨水により供給し、余水を地中に浸透させることにより交換可能な構造することを特徴とする請求項１に記載の複熱貯留水槽式空調システム。

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