JP2012241912A - 地中熱利用システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の地中熱交換器からの熱媒体を複数のヒートポンプで利用する場合に、各ヒートポンプでの熱交換能力のばらつきを抑制すること。
【解決手段】本発明の地中熱利用システム１２は、各地中熱交換器１５〜１９がそれぞれ接続され、各地中熱交換器１５〜１９で熱交換される熱媒体を循環させる循環路２１と、循環路２１から分岐し、ヒートポンプ１１を経由して循環路１２に戻る複数の分岐路２３と、各分岐路２３を通過する熱媒体の流れ状態を調整する調整手段２９，４０とを備えている。調整手段２９，４０は、熱媒体が循環路２１から分岐路２３に流入する際の圧力と熱媒体が分岐路２３から循環路２１に流出する際の圧力との間の差圧、及び／又は、分岐路２３内の熱媒体の流量を所望の値に調整可能に設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は地中熱利用システムに係り、更に詳しくは、複数箇所に設置された地中熱交換器を複数の住宅で有効活用することに好適な地中熱利用システムに関する。

地中の温度は、昼夜間、また、季節間における差が少なく、年間を通して１５℃から１８℃の間でほぼ一定に保たれている。このような地中の熱特性を活かし、地中熱をヒートポンプの熱源として利用した地中熱利用システムが種々知られている（例えば、特許文献１参照）。この地中熱利用システムは、資源の浪費、環境破壊の防止、二酸化炭素排出の抑制、ヒートアイランド現象の抑制等、昨今の様々な環境問題の対策上、有益なシステムである。ところが、地中熱を利用する場合、地中熱交換器を地下百メートル程度の場所に埋設しなければならず、地中熱利用システムの施工時のコストが莫大となる。このため、各住宅単位で地中熱交換器を設置すると、各住宅での金銭的負担が大きくなり、これが、地中熱利用システムの普及を阻害する要因となっている。そこで、自治体等の公共団体が、複数の地中熱交換器を予め地中に埋設しておき、当該自治体内の複数の住宅でこれら地中熱交換器を共用可能にする取り組みも考えられるところである。ここで、複数の地中熱交換器を用いて複数のヒートポンプの熱源にするための従来技術としては、特許文献２に開示された地中熱利用装置がある。

特開２００１−１４７０５６号公報 特開２００６−３１３０３４号公報

しかしながら、前記特許文献２の地中熱利用装置にあっては、各ヒートポンプで交換される熱量にばらつきが生じ易いという問題がある。つまり、この地中熱利用装置では、各地中熱交換器を通過して各ヒートポンプに供給される熱媒体の流量や圧力が、各ヒートポンプの配置状況や使用状況の相違等により、ヒートポンプ毎に異なってしまう。その結果、各ヒートポンプの使用状況等により、各ヒートポンプの間で、地中熱交換器からの熱媒体に対する熱交換能力に差が生じ、全てのヒートポンプを常時安定して作動させることができなくなる。また、従来の前記地中熱利用装置では、各ヒートポンプの入口側の熱媒体の温度と同出口側の熱媒体の温度との温度差が、所定範囲よりも小さくなった場合、熱媒体の流量が必要以上にヒートポンプに供給されることになり、不要な電力使用を招来する一方、前記温度差が前記所定範囲よりも大きくなった場合、ヒートポンプの運転効率が低下することになる。

本発明は、このような問題に着目して案出されたものであり、その目的は、複数の地中熱交換器からの熱媒体を複数のヒートポンプで利用する場合に、各ヒートポンプでの熱交換能力のばらつきを抑制し、状況に拘らず、各ヒートポンプを安定して作動させることを可能にする地中熱利用システムを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の主たる特徴としては、複数のヒートポンプの熱源として、複数の地中熱交換器で採取した地中熱を利用する地中熱利用システムにおいて、前記各地中熱交換器がそれぞれ接続され、当該各地中熱交換器で熱交換される熱媒体を循環させる循環路と、当該循環路から分岐し、前記ヒートポンプを経由して前記循環路に戻る複数の分岐路と、前記各分岐路を通過する前記熱媒体の流れ状態を調整する調整手段とを備え、前記調整手段は、前記熱媒体が前記循環路から前記分岐路に流入する際の圧力と前記熱媒体が前記分岐路から前記循環路に流出する際の圧力との間の差圧、及び／又は、前記分岐路内の前記熱媒体の流量が、前記ヒートポンプへの入口温度と出口温度の温度差を所定範囲内にするように調整可能に設けられる、という構成を採っている。

本発明によれば、各分岐路を通過する熱媒体の流れ状態が調整手段で調整され、各ヒートポンプに配置状況や使用状況等の相違があっても、ヒートポンプへの入口温度と出口温度の温度差が所定範囲内に収まるように、各ヒートポンプにそれぞれ供給される熱媒体の圧力差や流量差が調整される。その結果、前記温度差が極端に小さくなって、ヒートポンプに必要以上の熱媒体の流量が供給されて不要な電力使用を招来したり、前記温度差が極端に大きくなって、ヒートポンプの運転効率が低下することを抑制することができる。このため、各ヒートポンプに安定的に熱源を供給することができ、各ヒートポンプでの熱交換能力のばらつきを効果的に抑制することができる。

また、複数の地中熱交換器を一体的にまとめた地中熱交換器として、それぞれのヒートポンプで利用することができ、各地中熱交換器の利用をバランス良く効率的に行うことができる。すなわち、何等かの理由で、ある地中熱交換器の熱交換効率が低下しても、他の地中熱交換器でのバックアップが可能になり、ヒートポンプの熱交換能力の極端な低下を抑制することができる。

更に、住宅の増設等によってヒートポンプを増設した場合でも、新たな地中熱交換器を地中に埋設せずに、既存の地中熱交換器を利用することができ、施工コストを抑え、エネルギーペイバックタイムを従来の地中熱利用の場合よりも短縮することができる。

また、複数の地中熱交換器を使って各ヒートポンプの熱交換を行う第１のモードと、ヒートポンプ１台につき地中熱交換器を１台利用して、各ヒートポンプの熱交換を行う第２のモードとの間で切り替え可能にすることで、例えば、各ヒートポンプがフル稼働するようなときには、第２のモードを利用することで、各ヒートポンプ間での熱交換能力のばらつきを一層効果的に抑制することができる。

本実施形態に係る地中熱利用システムが適用された住宅熱交換システムの概略構成図。 第１のモードのときの熱媒体の流れを説明するための前記住宅熱交換システムの一部拡大構成図。 第２のモードのときの熱媒体の流れを説明するための前記住宅熱交換システムの一部拡大構成図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１には、本実施形態に係る地中熱利用システムが適用された住宅熱交換システムの概略構成図が示されている。この図において、住宅熱交換システム１０は、複数の住宅Ｈ１〜Ｈ５にそれぞれ設けられたヒートポンプ１１と、各住宅Ｈ１〜Ｈ５のヒートポンプ１１の熱源として地中熱を利用するための地中熱利用システム１２とを備えて構成されている。なお、特に限定されるものではないが、本実施形態においては、５戸の住宅Ｈ１〜Ｈ５で、各住宅Ｈ１〜Ｈ５それぞれにつきヒートポンプ１１が１台ずつ、住宅熱交換システム１０全体で計５台のヒートポンプ１１が設置されている例について説明する。また、説明の便宜上、各住宅Ｈ１〜Ｈ５について、図１中上部から下部に向かって、第１の住宅Ｈ１、第２の住宅Ｈ２、第３の住宅Ｈ３、第４の住宅Ｈ４、第５の住宅Ｈ５と称する。

前記ヒートポンプ１１は、住宅Ｈ１〜Ｈ５内に設けられた冷暖房装置等の熱交換器（図示省略）に接続され、当該熱交換器との間で熱交換を行う公知の構造のものが採用されている。

前記地中熱利用システム１２は、各住宅Ｈ１〜Ｈ５にそれぞれ設けられたヒートポンプ１１の熱源として地中熱を利用するためのシステムであって、当該システム内を循環する水等の熱媒体と各ヒートポンプ１１内の熱媒体との間で熱交換が可能となるように設けられている。

この地中熱利用システム１２は、複数の地中熱交換器１５〜１９と、これら地中熱交換器１５〜１９がそれぞれ接続され、当該各地中熱交換器１５〜１９で熱交換される熱媒体を循環させる循環路２１と、循環路２１から分岐するとともに、ヒートポンプ１１を経由して循環路２１に戻るように複数箇所に設けられた分岐路２３と、循環路２１と各分岐路２３の間の接続部分に設けられる三種類の第１、第２及び第３の切替弁２５，２６，２７と、循環路２１及び各分岐路２３を流れる熱媒体の状態を制御する制御装置２９とを備えている。

前記地中熱交換器１５〜１９は、地中の複数箇所（本実施形態では５箇所）に埋設されており、循環路２１を流れる熱媒体と地中熱との間で熱交換を可能にする公知の構造のものが採用されている。これら地中熱交換器１５〜１９は、配管が接続可能な第１熱交換部Ｃ１及び第２熱交換部Ｃ２をそれぞれ備えており、これら各熱交換部Ｃ１，Ｃ２の２箇所で独立して熱交換が可能となっている。地中熱交換器１５〜１９のその他構成については、本発明の本質的部分でないため、詳細な説明を省略する。また、以下の説明の便宜上、図１中上部から下部に向かって、第１の地中熱交換器１５、第２の地中熱交換器１６、第３の地中熱交換器１７、第４の地中熱交換器１８、第５の地中熱交換器１９と称する。

前記循環路２１は、熱媒体を循環させるための循環路用ポンプ３１と、循環路用ポンプ３１の吐出口側に接続された上流側の第１の主配管３３と、循環路用ポンプ３１の流入側に接続され、第５の地中熱交換器１９の下流側（図１中下端側）で第１の主配管３３に繋がる第２の主配管３４と、第１及び第２の主配管３３，３４の間を複数箇所でバイパスする複数のバイパス配管３６と、各バイパス配管３６の間の途中に設けられ、各バイパス配管３６内の熱媒体の通過を許容又は阻止可能に動作するバイパス弁３７と、第１及び第２の主配管３３，３４の間の圧力調整を可能に配置された差圧弁４０とを備えている。

前記第１の主配管３３は、特に限定されるものではないが、循環路２１の配管のうち図１中右側半分を構成している。この第１の主配管３３は、第１〜第５の地中熱交換器１５〜１９の各第１熱交換部Ｃ１が直列に繋がるように、第１〜第５の地中熱交換器１５〜１９に接続されており、循環路用ポンプ３１から吐出された熱媒体を各第１熱交換部Ｃ１で熱交換して第２の主配管３４に導くようになっている。

前記第２の主配管３４は、特に限定されるものではないが、循環路２１の配管のうち図１中左側半分を構成している。この第２の主配管３４は、第１〜第５の地中熱交換器１５〜１９の各第２熱交換部Ｃ２が直列に繋がるように、第１〜第５の地中熱交換器１５〜１９に接続されており、第１の主配管３３からの熱媒体を各第２熱交換部Ｃ２で熱交換して循環路用ポンプ３１に戻すようになっている。

前記バイパス配管３６は、５箇所に設けられており、具体的には、循環路用ポンプ３１と第１の地中熱交換器１５の間と、第１の地中熱交換器１５，１６の間と、第２及び第３の地中熱交換器１６，１７の間と、第３及び第４の地中熱交換器１７，１８の間と、第４及び第５の地中熱交換器１８，１９の間とに配置されている。

前記差圧弁４０は、第１〜第５の地中熱交換器１５〜１９の近傍の５箇所に設けられており、前記制御装置２９の制御により開閉量が調整されることで、各分岐路２３に対する熱媒体の流入側及び流出側の圧力を所定の状態に調整するようになっている。

前記分岐路２３は、第１〜第５の住宅Ｈ１〜Ｈ５のそれぞれのヒートポンプ１１に繋がるように循環路２１の５箇所で分岐している。すなわち、分岐路２３は、それぞれ隣り合う第１〜第５の地中熱交換器１５〜１９の間から１箇所ずつヒートポンプ１１に向かって分岐している。

これら各分岐路２３は、何れも同一の構成となっており、それぞれ、第１の主配管３３とヒートポンプ１１とを接続する第１の分岐配管４１と、ヒートポンプ１１と第１及び第２の主配管３３，３４とを接続する第２の分岐配管４２と、第１の分岐配管４１の途中に設けられた分岐路用ポンプ４４と、分岐路用ポンプ４４を跨ぐように、第１の分岐配管４１に接続された並列配管４６と、並列配管４６の途中に設けられた並列配管用開閉弁４７とを備えている。

前記第１及び第２の分岐配管４１，４２は、住宅Ｈ１〜Ｈ５毎に、次のように、第１及び第２の主配管３３，３４に接続されている。すなわち、第１の住宅Ｈ１への分岐路２３では、第１の主配管３３と第１の分岐配管４１の第１接続部Ｐ１が、第１の地中熱交換器１５とバイパス配管３６の間に位置し、第１の主配管３３と第２の分岐配管４２の第２接続部Ｐ２が、第１接続部Ｐ１とバイパス配管３６の間に位置し、第２の主配管３４と第２の分岐配管４２の第３接続部Ｐ３が、第１の地中熱交換器１５とバイパス配管３６の間に位置するように、各主配管３３，３４と各分岐配管４１，４２とが接続されている。第２〜第５の住宅Ｈ２〜Ｈ５に接続される各分岐路２３についても、第１の住宅Ｈ１に接続される分岐路２３と実質的に同一の接続状態となっている。

前記各分岐路用ポンプ４４は、前記制御装置２９によって駆動が制御されるようになっており、分岐路用ポンプ４４の駆動時には、第１の主配管３３からの熱媒体を第１の分岐配管４１に導き、ヒートポンプ１１で熱交換された後の熱媒体を第２の分岐配管４２から第２の主配管３４に戻すようになっている。

前記並列配管用開閉弁４７は、電磁弁からなり、制御装置２９による制御によって、並列配管４６内の熱媒体の流れを許容する位置と、並列配管４６内の熱媒体の流れを遮断する位置との間で開閉動作するようになっている。

前記第１の切替弁２５は、三方弁からなり、第１の分岐配管４１が第１の主配管３３に接続する第１接続部Ｐ１に配置され、制御装置２９の切り替え制御によって、後述するように、相互に接続された第１の主配管３３と第１の分岐配管４１内の熱媒体の流れ方向を切り替えるようになっている。

前記第２の切替弁２６は、四方弁からなり、第２の分岐配管４２が第１の主配管３３に接続する第２接続部Ｐ２に配置され、制御装置２９の切り替え制御によって、後述するように、相互に接続された第１及び第２の主配管３３，３４及び第２の分岐配管４２内の熱媒体の流れ方向を切り替えるようになっている。

前記第３の切替弁２７は、三方弁からなり、第２の分岐配管４２が第２の主配管３４に接続する第３接続部Ｐ３に配置され、制御装置２９の切り替え制御によって、後述するように、相互に接続された第２の主配管３４と第２の分岐配管４２内の熱媒体の流れ方向を切り替えるようになっている。

なお、第１の分岐配管４１における第１接続部Ｐ１の近傍には、ヒートポンプ１１に流入する熱媒体の温度となる入口温度を計測する入口温度センサ４９が設けられている。また、第２の分岐配管４２における第２接続部Ｐ２の近傍には、ヒートポンプ１１から流出する熱媒体の温度となる出口温度を計測する出口温度センサ５０が設けられている。これら各センサ４９，５０は、各住宅Ｈ１〜Ｈ５への各分岐路２３にそれぞれ設けられている。また、図面の錯綜を回避するため、図示省略しているが、循環路２１及び分岐路２３の他の部位には、温度、圧力、流量等を計測可能な各種センサが設けられており、各温度センサ４９，５０や前記各種センサの計測値は制御装置２９に逐次送られるようになっている。

この制御装置２９では、複数の地中熱交換器１５〜１９を一体的に使って各ヒートポンプ１１の熱交換を行う第１のモードと、住宅Ｈ１〜Ｈ５毎で地中熱交換器１５〜１９を１台ずつ独立して利用し、各住宅Ｈ１〜Ｈ５のヒートポンプ１１の熱交換を行う第２のモードとが状況に応じて選択され、これら選択に応じて、循環路用ポンプ３１及び分岐路用ポンプ４４の駆動制御と、第１〜第３の切替弁２５〜２７、バイパス弁３７、差圧弁４０、及び並列配管用開閉弁４７の開閉若しくは切替制御を行うようになっている。

すなわち、入口温度センサ４９、出口温度センサ５０、及び前記各種センサ（図示省略）では、第１及び第２の分岐配管４１，４２にそれぞれ繋がる住宅Ｈ１〜Ｈ５毎に、第１及の分岐配管４１における前記入口温度と第２の分岐配管４２における前記出口温度との温度差、第１及び第２の分岐配管４１，４２の間の圧力差、及びそれら配管４１，４２を流れる熱媒体の流量を逐次計測可能になっている。そして、このセンサの計測結果により、制御装置２９では、各住宅Ｈ１〜Ｈ５間の状況に応じて、前記第１及び第２のモードの切り替えを行うようになっている。

すなわち、例えば、住宅Ｈ１〜Ｈ５内に設置されているヒートポンプ１１のうち、全体の半数未満の住宅Ｈ１〜Ｈ５が同時に使用するとき等のように、ヒートポンプ１１を使用する住宅Ｈ１〜Ｈ５の間で、ヒートポンプ１１への熱媒体の入口温度とヒートポンプ１１からの熱媒体の出口温度との温度差の各分岐路２３の間でのばらつき、各分岐路２３の間での熱媒体の流入側と流出側の圧力差のばらつき、或いは、各分岐路２３の間での熱媒体の通過流量のばらつきが予め設定された閾値未満である場合、制御装置２９で第１のモードでの熱媒体の流路が選択される。その一方で、例えば、同時にヒートポンプ１１を使用する住宅Ｈ１〜Ｈ５の戸数が全体の半数以上のとき等のように、前記入口温度と前記出口温度の温度差の各分岐路２３の間でのばらつき、各分岐路２３の間での熱媒体の流入側と流出側の圧力差のばらつき、或いは、各分岐路２３の間での熱媒体の通過流量のばらつきが予め設定された閾値以上になる場合、制御装置２９で第２のモードでの熱媒体の流路が選択される。

次に、前記第１及び第２のモードにおける熱媒体の流れについて説明する。なお、以下の説明での熱媒体について、特に明記しない限り、各地中熱交換器１５〜１９で熱交換された後のものを熱媒体（使用前）と称し、ヒートポンプ１１で熱交換された後のものを熱媒体（使用後）と称する。

前記第１のモードでは、制御装置２９により、図２中太線で示した循環路２１及び分岐路２３の部分を熱媒体が流れるように、第１〜第３の切替弁２５〜２７、循環路用ポンプ３１、分岐路用ポンプ４４、バイパス弁３７、及び並列配管用開閉弁４７の動作指令が行われる。すなわち、このときは、循環路用ポンプ３１が駆動する一方で、各分岐路用ポンプ４４が全て停止するとともに、各バイパス弁３７が全て閉塞し、各並列配管用開閉弁４７が全て開放される。

先ず、循環路用ポンプ３１から吐出された熱媒体は、第１の主配管３３を通って第１の地中熱交換器１５の第１熱交換部Ｃ１を通過して熱交換される。そして、第１の地中熱交換器１５で熱交換された熱媒体（使用前）は、第１接続部Ｐ１に設けられた第１の切替弁２５の切り替えにより、そのまま第２接続部Ｐ２に向かって第１の主配管３３を図２中下方に流れと、第１接続部Ｐ１から第１の分岐配管４１に流入する流れとに分流される。

このとき、並列配管用開閉弁４７が開放し、分岐路用ポンプ４４が停止していることから、第１の分岐配管４１に流入した熱媒体（使用前）は、並列配管４６を通過し、ヒートポンプ１１の図示しない熱交換部に供給される。そして、ヒートポンプ１１で熱交換された後の熱媒体（使用後）は、第２の分岐配管４２から第２接続部Ｐ２に流れる。このとき、第２接続部Ｐ２に設けられた第２の切替弁２６の切り替えにより、第２の分岐配管４２からの熱媒体（使用後）は、そのまま第３接続部Ｐ３に向かう図２中左方への流れと、第１接続部Ｐ１から図２中下方に第１の主配管３３内を流れる熱媒体（使用前）に合流して第２の地中熱交換器１６に向かう流れとに分流される。

第２の分岐配管４２から第３接続部Ｐ３に達した熱媒体（使用後）は、第３接続部Ｐ３に設けられた第３の切替弁２７の切り替えにより、第２の地中熱交換器１６の第２熱交換部Ｃ２を通過した第２の主配管３４内の熱媒体（使用前）に合流して図２中上方に流れ、第１の地中熱交換器１５に向かい、第１の地中熱交換器１５の第２熱交換部Ｃ２で熱交換される。そして、第１の地中熱交換器１５を通過した第２の主配管３４内の熱媒体（使用前）は、循環路用ポンプ３１に戻されることになる。

また、第２の地中熱交換器１６の第１熱交換部Ｃ１を通過した第１の主配管３３内の熱媒体（使用前）は、第１の住宅Ｈ１に熱媒体が供給される前述の流れと同様の流れで、循環路２１と分岐路２３を流れ、第２の住宅Ｈ２のヒートポンプ１１に熱媒体が供給される。第３、４及び第５の住宅Ｈ２〜Ｈ５の場合の熱媒体の流れも同様になる。

前記第１のモードでは、各入口温度センサ４９及び各出口温度センサ５０で計測された値に基づき、ヒートポンプ１１への入口温度と出口温度の温度差が、各分岐路２３間で、予め設定された一定範囲内（例えば、５℃程度）に収まるように、制御装置２９により各差圧弁４０の開閉量が制御され、第１及び第２の分岐配管４１，４２を流れる熱媒体の差圧が調整される。従って、制御装置２９、差圧弁４０、入口温度センサ４９及び出口温度センサ５０は、各分岐路２３を通過する熱媒体の流れ状態を調整する調整手段を構成する。

前記第２のモードでは、制御装置２９により、図３中太線で示した循環路２１及び分岐路２３の部分を熱媒体が流れるように、第１〜第３の切替弁２５〜２７、循環路用ポンプ３１、分岐路用ポンプ４４、バイパス弁３７、及び並列配管用開閉弁４７の動作指令が行われる。すなわち、このときは、循環路用ポンプ３１が停止する一方で、各分岐路用ポンプ４４が駆動し、各バイパス弁３７が全て開放され、各並列配管用開閉弁４７が全て閉塞された状態となる。そして、各分岐路用ポンプ４４の駆動により、第１〜第５の住宅Ｈ１〜Ｈ５それぞれに対し、第１〜第５の地中熱交換器１５〜１９をそれぞれ一個ずつ使って、熱媒体の供給が各住宅Ｈ１〜Ｈ５間で独立して行われる。

先ず、第１の住宅Ｈ１への熱媒体の供給については、分岐路用ポンプ４４の駆動によって、当該熱媒体が循環路２１及び分岐路２３を次のように流れる。すなわち、第１の地中熱交換器１５の第１熱交換部Ｃ１の通過後に、第１の主配管３３を通って第１接続部Ｐ１に達した熱媒体（使用前）は、第１の切替弁２５の切り替えにより、第１接続部Ｐ１から第１の分岐配管４１への流入のみが許容され、第１の主配管３３内を第２接続部Ｐ２に向かう図３中下方の流れが遮断される。

第１の分岐配管４１に流入した熱媒体（使用前）は、分岐路用ポンプ４４を通じて、ヒートポンプ１１の図示しない熱交換部に供給される。ヒートポンプ１１で熱交換された後の熱媒体（使用後）は、第２の分岐配管４２から第２接続部Ｐ２に流れる。そして、第２の切替弁２６の切り替えにより、第２の分岐配管４２からの熱媒体（使用後）は、そのまま第３接続部Ｐ３に向かう図３中左方への流れのみが許容され、第１の主配管３３に流入する流れが遮断される。

第２の分岐配管４２から第３接続部Ｐ３に達した熱媒体（使用後）は、第３の切替弁２７の切り替えにより、第２の主配管３４を通って第１の地中熱交換器１５に向かう。この際、第２の地中熱交換器１６の第２熱交換部Ｃ２を通過した熱媒体（使用前）が、第３接続部Ｐ３から第２の主配管３４に流入しないように、その方向の熱媒体の流れが第３の切替弁２７で遮断される。

第１の地中熱交換器１５の第２熱交換部Ｃ２を通過した第２の主配管３４内の熱媒体（使用前）は、バイパス弁３７の開放により、第１の地中熱交換器１５の図３中上方に位置するバイパス配管３６を通過し、第１の主配管３３内に流入する。その後の熱媒体（使用前）は、第１の地中熱交換器１５の第１熱交換部Ｃ１を通過し、前述した流路範囲で熱媒体が循環する。第２〜第５の住宅Ｈ２〜Ｈ５についても、前述した第１の住宅Ｈ１における熱媒体の流れと同様に、熱媒体が循環路２１内及び分岐路２３内を流れる。

以上により、第１〜第３の切替弁２５，２６，２７と、制御装置２９と、バイパス弁３７と、並列配管用開閉弁４７とにより、循環路２１及び分岐路２３における熱媒体の循環状態を切り替える切替手段が構成されることになる。

従って、このような実施形態によれば、複数の地中熱交換器１５〜１９を複数の住宅Ｈ１〜Ｈ５で効率良く共用することができ、しかも、各住宅Ｈ１〜Ｈ５におけるヒートポンプ１１の使用状況に応じて、各住宅Ｈ１〜Ｈ５間の熱媒体の供給状態のばらつきを抑制できるという効果を得る。

また、従来の地域冷暖房システムのように、ヒートポンプで熱交換された冷気や暖気を各住宅Ｈ１〜Ｈ５に分配するのではなく、地中熱を利用した水等の熱媒体を住宅Ｈ１〜Ｈ５に供給するようになっているため、従来の地域冷暖房システムに比べ、各住宅Ｈ１〜Ｈ５への配管についての断熱を厳重に行う必要がなく、施設の設置コストを大幅に節減することができる。

なお、前記実施形態では、５台の地中熱交換器１５〜１９を５戸の住宅Ｈ１〜Ｈ５で利用した例を説明したが、本発明はこれに限らず、複数の地中熱交換器を利用して複数のヒートポンプの熱交換を行える限り、地中熱交換器及びヒートポンプの台数は限定されず、また、地中熱交換器及びヒートポンプを同数設置していなくても良い。

また、前記調整手段としては、前述の構成に限定されるものではなく、ヒートポンプ１１に対する入口温度と出口温度の温度差が各分岐路２３間で予め設定された範囲内になるように、熱媒体が循環路２１から分岐路２３に流入する部分と熱媒体が分岐路２３から循環路２１に流出する部分との間の差圧、及び／又は、分岐路２３を通過する熱媒体の流量を所望の値に調整可能であれば、種々の構成を採用することができる。例えば、前記差圧弁４０を設けずに、並列配管用開閉弁４７として、通過する熱媒体の流量調整が可能となる流量調整弁を採用し、各分岐路２３を通過する熱媒体の流量を調整することで、各ヒートポンプ１１での熱交換能力のばらつきを抑制することも可能である。

更に、前記実施形態では、各地中熱交換器１５〜１９が第１及び第２の主配管３３，３４の双方に独立して接続されているが、本発明はこれに限らず、各地中熱交換器１５〜１９の第１熱交換部Ｃ１のみを第１の主配管３３のみに接続しても良い。

また、前記実施形態では、第１及び第２のモードを選択できるようになっているが、本発明はこれに限らず、バイパス配管３６を省略し、第１のモードの状態のみで、熱媒体が循環路２１及び分岐路２３を流れるようすることもできる。

更に、第１の分岐配管４１に設けたセンサを使って、当該第１の分岐配管４１を流れる熱媒体の流量と温度変化を計測することにより、各住宅Ｈ１〜Ｈ５における熱交換時の熱媒体の使用量を算出し、当該使用量に応じて各住宅に課金するシステムを採用することもできる。

また、前記住宅熱交換システム１０は、井水、太陽熱等を併用したシステムにすることもできる。

その他、前記地中熱交換器をまとめて一箇所に配置する等、地中熱交換器の配置や個数、その他部品や機器等の配置や個数を含む配管構成は、前記実施形態の態様に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。

１０ 住宅熱交換システム
１１ ヒートポンプ
１２ 地中熱利用システム
１５ 第１の地中熱交換器
１６ 第２の地中熱交換器
１７ 第３の地中熱交換器
１８ 第４の地中熱交換器
１９ 第５の地中熱交換器
２１ 循環路
２３ 分岐路
２５ 第１の切替弁（切替手段）
２６ 第２の切替弁（切替手段）
２７ 第３の切替弁（切替手段）
２９ 制御装置（調整手段、切替手段）
３７ バイパス弁（切替手段）
４０ 差圧弁（調整手段）
４７ 並列配管用開閉弁（切替手段）
４９ 入口温度センサ（調整手段）
５０ 出口温度センサ（調整手段）

Claims (5)

1. 複数のヒートポンプの熱源として、複数の地中熱交換器で採取した地中熱を利用する地中熱利用システムにおいて、
   前記各地中熱交換器がそれぞれ接続され、当該各地中熱交換器で熱交換される熱媒体を循環させる循環路と、当該循環路から分岐し、前記ヒートポンプを経由して前記循環路に戻る複数の分岐路と、前記各分岐路を通過する前記熱媒体の流れ状態を調整する調整手段とを備え、
   前記調整手段は、前記熱媒体が前記循環路から前記分岐路に流入する際の圧力と前記熱媒体が前記分岐路から前記循環路に流出する際の圧力との間の差圧、及び／又は、前記分岐路内の前記熱媒体の流量が、前記ヒートポンプへの入口温度と出口温度の温度差を所定範囲内にするように調整可能に設けられていることを特徴とする地中熱利用システム。
2. 前記循環路及び分岐路は、複数の前記地中熱交換器で熱交換された前記熱媒体を前記各ヒートポンプにそれぞれ供給可能に配管されていることを特徴とする請求項１記載の地中熱利用システム。
3. 前記調整手段は、前記差圧及び／又は前記流量が前記各分岐路でほぼ一定となるように圧力及び／又は流量の調整をすることを特徴とする請求項１又は２記載の地中熱利用システム。
4. 前記熱媒体の循環状態を切り替える切替手段を更に備え、
   前記切替手段は、複数の前記地中熱交換器を使って前記各ヒートポンプの熱交換を行う第１のモードと、前記ヒートポンプ１台につき前記地中熱交換器を１台利用して、前記各ヒートポンプの熱交換を行う第２のモードとの間で切り替え可能に設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の地中熱利用システム。
5. 前記切替手段では、前記各ヒートポンプが同時に稼働する台数が全体の半数未満のときに前記第１のモードを選択し、そうでないときに前記第２のモードを選択することを特徴とする請求項４記載の地中熱利用システム。

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