JP2014040989A

JP2014040989A - 地熱利用システム

Info

Publication number: JP2014040989A
Application number: JP2012238033A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takayanagi; 博高柳
Original assignee: HOKUSEI SHOJI KK
Current assignee: HOKUSEI SHOJI KK
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-03-06

Abstract

【課題】高効率での地熱利用を実現する。
【解決手段】収容部１１および収容部１１内に充填された石８０を備えて地中Ｕｇに埋設される蓄熱部１と、熱媒体を流動させて蓄熱部１との間で熱交換を行うための流路２ａ〜２ｃとを備えて地熱を利用可能に構成され、収容部１１は、下部１１ａに開口部１２を有すると共に開口部１２を除く部分が壁部１３ａ〜１３ｅで囲まれた箱状に形成され、流路２ａ〜２ｃは、熱媒体を流動可能に形成されて旋回状の形態で収容部１１内に配設された熱交換用のパイプ２１ａ〜２１ｃを備えて構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、地熱を利用する地熱利用システムに関するものである。

この種のシステムとして、特開２００３−２２１８８３号公報に開示された地熱を利用した建物の暖冷房構造（以下、「地熱利用構造」ともいう）が知られている。この地熱利用構造は、建物の床下空間に石材を充填して形成した蓄熱石層を備えて構成されている。また、床下空間（蓄熱石層）の下に位置する地中には、床下空間と連通する複数のパイプが、鉛直方向に埋め込まれている。また、このパイプの内部空間にも石材が充填されている。この地熱利用構造では、冬期においては、地熱によってパイプ内における石材間の空気が暖められ、その空気がパイプ内を上昇して床下空間に流入して、床下空間内における石材間の空気が暖められ、これによって建物が暖められる。また、夏季においては、地熱（地中の冷気）によってパイプ内における石材間の空気が冷却され、その冷気によって床下空間内における石材間の空気が冷却され、これによって建物が冷却される。

特開２００３−２２１８８３号公報（第２−４頁、第１図）

ところが、上記した従来の地熱利用構造には、改善すべき以下の課題がある。すなわち、この地熱利用構造では、パイプ内に充填した石で蓄熱を行っている。このため、十分な蓄熱量を確保するには、数多くのパイプを配設する必要がある。一方、この地熱利用構造では、床下空間の下に位置する地中にパイプを鉛直方向に埋め込んで床下空間とパイプとを連通させている。このため、パイプを配設可能な領域が床下空間の下の領域だけに限定される結果、数多くのパイプを配設しようとしてもその数には限界があり、十分な蓄熱量を確保するのが困難となっている。このように、従来の地熱利用構造には、地熱を効率よく利用することが困難であるとの課題が存在しており、その改善が望まれている。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、高効率での地熱利用を実現し得る地熱利用システムを提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の地熱利用システムは、地熱を利用する地熱利用システムであって、収容部および当該収容部内に充填された石を備えて地中に埋設される蓄熱部と、熱媒体を流動させて前記蓄熱部との間で熱交換を行うための少なくとも１つの流路とを備え、前記収容部は、下部に開口部を有すると共に当該開口部を除く部分が壁部で囲まれた箱状に形成され、前記流路は、前記熱媒体を流動可能に形成されて旋回状および蛇行状の少なくとも一方を含む形態で前記収容部内に配設された熱交換用のパイプを備えて構成されている。

また、請求項２記載の地熱利用システムは、請求項１記載の地熱利用システムにおいて、下部側が前記収容部内に挿入された状態で当該収容部と地上との間に配設された筒状体を備えている。

また、請求項３記載の地熱利用システムは、請求項１または２記載の地熱利用システムにおいて、地上に配置された熱交換器と、前記熱媒体を圧送する圧送機構とを備え、前記少なくとも１つの流路のうちの１つの流路は、前記圧送機構、前記蓄熱部および前記熱交換器の間で前記熱媒体を循環させるように配設されている。

また、請求項４記載の地熱利用システムは、請求項１から３のいずれかに記載の地熱利用システムにおいて、前記熱媒体としての地上の空気を前記流路に送り込む送気機構と、地上に設置される地上用蓄熱部とを備え、前記少なくとも１つの流路のうちの１つの流路は、前記送気機構によって送り込まれた前記空気を前記蓄熱部を経由して前記地上用蓄熱部に送り出すように配設されている。

また、請求項５記載の地熱利用システムは、請求項１から４のいずれかに記載の地熱利用システムにおいて、前記少なくとも１つの流路のうちの１つの流路の途中に配設されて前記蓄熱部を経由した後の前記熱媒体を当該流路から取り出し可能なバルブを備えている。

請求項１記載の地熱利用システムによれば、地中に埋設される蓄熱部と、熱媒体を流動させて蓄熱部との間で熱交換を行うための流路とを備えたことにより、建物の建設場所から離間した場所の地下に埋設した蓄熱部に蓄積させた地熱を利用することができる。したがって、この地熱利用システムによれば、建物の床下に配設したパイプだけで地熱を蓄積する従来の構成とは異なり、蓄熱部を十分に大形化することができる結果、高効率での地熱利用を実現することができる。また、この地熱利用システムによれば、蓄熱部における収容部の下部に開口部を設けたことにより、収容部よりも下側の地熱をこの開口部から収容部内に効率的に伝達させて、収容部内の石に蓄積させることができるため、地熱の利用効率をより高めることができる。また、この地熱利用システムによれば、収容部の内部を旋回するようにしてパイプを配設したことにより、十分な長さのパイプを収容部内に延在させることができるため、パイプ内を流動する熱媒体と蓄熱部との熱交換の効率を十分に向上させることができる。また、例えば、複数の流路を備えて、各流路を複数の箇所に配置することで、それら複数の箇所で地熱を利用することができるため、地熱の利用効率をさらに高めることができる。また、複数の流路を備えたときには、各流路に互いに異なる種類の熱媒体を流動させることができるため、地熱の利用形態に適した熱媒体を用いることができる。つまり、流路を複数備えることで、複数の箇所における互いに異なる複数種類の利用形態での利用に対応することができるため、利用形態の幅を広げることができる結果、地熱の利用効率のさらなる向上を図ることができる。

また、請求項２記載の地熱利用システムによれば、下部側が収容部内に挿入された状態で収容部と地上との間に配設された筒状体を備えたことにより、例えば、発酵熱を発生する有機物や冷却効率を高める水などを筒状体内に充填することで、地熱を利用した蓄熱部の加熱や冷却の機能を補助することができるため、地熱利用システムの機能を十分に向上させることができる。

また、請求項３記載の地熱利用システムによれば、地上に配置された熱交換器と、熱媒体を圧送する圧送機構とを備えて、圧送機構、蓄熱部および熱交換器の間で熱媒体を循環させるように流路を配設したことにより、流路内への熱媒体の補充等の作業を不要にできる結果、利便性の高い地熱利用システムを構築することができる。

また、請求項４記載の地熱利用システムによれば、地上の空気を流路に送り込む送気機構と、地上に設置される地上用蓄熱部とを備えて、送気機構によって送り込まれた空気を蓄熱部を経由して地上用蓄熱部に送り出すように流路を配設したことにより、空気を熱媒体として用いる地熱の利用形態に適した地熱利用システムを構築することができる。

また、請求項５記載の地熱利用システムによれば、流路の途中に配設されて蓄熱部を経由した後の熱媒体を流路から取り出し可能なバルブを備えたことにより、蓄熱部との間で熱交換がされた（つまり、蓄熱部に蓄積された熱によって加熱または冷却された）熱媒体そのものを利用することができる。このため、この地熱利用システムによれば、熱交換によって熱媒体に伝導した熱だけを取り出して利用する利用形態だけでなく、蓄熱部に蓄積された熱によって加熱または冷却された熱媒体そのものを利用する利用形態に対応することができるため、利用形態の幅をさらに広げることができる結果、地熱の利用効率を一層向上させることができる。

地熱利用システム１００の構成を示す斜視図である。蓄熱部１の構成を示す第１の斜視図である。蓄熱部１の構成を示す第２の斜視図である。地熱利用システム２００の構成を示す第１の斜視図である。地熱利用システム２００の構成を示す第２の斜視図である。

以下、地熱利用システムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、地熱利用システムの一例としての地熱利用システム１００の構成について説明する。図１に示す地熱利用システム１００は、地中Ｕｇの熱（地熱）を熱源として利用する（地中Ｕｇと地上Ｏｇとの温度差を利用する）システムであって、様々な用途（例えば、同図に示す建物３００の冷暖房など）に地中Ｕｇの熱を利用可能に構成されている。具体的には、地熱利用システム１００は、同図に示すように、蓄熱部１、流路２ａ〜２ｃ（以下、区別しないときには「流路２」ともいう）、コンプレッサ（送気機構）３、地上用蓄熱部４、ポンプ（圧送機構）５ａ，５ｂ（以下、区別しないときには「ポンプ５」ともいう）、冷暖房ファン６および融雪パイプ７ａ，７ｂ（以下、区別しないときには「融雪パイプ７」ともいう）を備えて構成されている。なお、同図および後述する図２，３では、地熱利用システム１００および蓄熱部１の構成を明確とするために、地中Ｕｇの土砂を取り除いた状態（地中Ｕｇを透かして見た状態）を図示している。また、図１〜３では、蓄熱部１における後述する壁部１３ａ，１３ｂ，１３ｅの一部を切り取った状態を図示している。また、図３では、蓄熱部１における後述する石８０を取り除いた状態を図示している。

蓄熱部１は、図１，２に示すように、収容部１１および石８０を備えて構成されて、蓄熱機能（地熱を蓄積する機能）を有している。また、蓄熱部１は、後述する施工方法によって地中Ｕｇに製作される（つまり、地中Ｕｇに埋設される）。なお、以下の説明において、「地熱（または熱）を蓄積する」ことには、収容部１１の外部よりも高温（低温）の状態を維持すること、および収容部１１の外部よりも低温の状態を維持することの双方が含まれるものとする。また、「熱が伝わる」ことには、低温の物質が高温となることはもとより、高温の物質から熱が奪われてその物質が低温となること（つまり、低い温度が伝わる）ことが含まれるものとする。

収容部１１は、図１〜図３に示すように、下部１１ａに開口部１２を有する（下部１１ａが開口する）と共に、開口部１２を除く部分が壁部１３ａ〜１３ｅ（以下、区別しないときには「壁部１３」ともいう）で取り囲まれた略直方体の箱状に形成されている。各壁部１３ａ〜１３ｅは、断熱性材料（一例として、発泡スチロール等の発泡プラスチック）で形成されている。この場合、各壁部１３ａ〜１３ｅのうちの、収容部１１の４つの側部を取り囲む（４つの側面を構成する）壁部１３ａ〜１３ｄは、各図に示すように、ブロック状の断熱性材料を積み重ねることによって形成されている。

ここで、年間を通して温度がほぼ一定で地上Ｏｇとの十分な温度差が生じる地中Ｕｇの深さは、一般的に地面Ｇ（図１参照）から３ｍ以上であることが知られている。このため、この地熱利用システム１００では、地面Ｇから３ｍ程度の位置に収容部１１の開口部１２が位置し、収容部１１の上部１１ｂが地面Ｇから１ｍ程度の深さに位置するように、収容部１１の大きさ、および収容部１１の埋設位置が規定されている。

石８０は、蓄熱機能を高めるために収容部１１内に充填される蓄熱材料であって、一例として、粒径が２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の砕石または玉砂利（天然石）が用いられる。なお、天然石に代えて、または天然石と共に人工石を用いることもできる。

流路２ａは、流動性を有する熱媒体としての空気を流動させて蓄熱部１との間で熱交換を行う機能を有している。また、流路２ａは、一例として金属製（例えば、ステンレス製）のパイプ２１ａを備えて構成されている。また、図１に示すように、パイプ２１ａは、一方の端部がコンプレッサ３に接続され、他方の端部が地上用蓄熱部４に接続されている。

また、パイプ２１ａは、一例として、図３に示すように、蓄熱部１における収容部１１の内部を旋回するようにして（旋回状および蛇行状の少なくとも一方を含む形態で）配設されている。このような形態でパイプ２１ａを配設することで、十分な長さのパイプ２１ａを収容部１１内に延在させることができる。このため、パイプ２１ａ内を流動する熱媒体としての空気と蓄熱部１との熱交換を効率的に行うことが可能となっている。

また、図２，３に示すように、パイプ２１ａには、水抜きパイプ２４が配設されている。この水抜きパイプ２４は、パイプ２１ａの内側に生じた結露がパイプ２１ａの底部に水となって溜まったときに、その水を抜き取るためのパイプであって、パイプ２１ａの最深部近傍に先端部が達するようにパイプ２１ａ内に挿入されている。この場合、水抜きパイプ２４の基端部にはパイプ２１ａの底部に溜まった水を吸引する図外の吸引ポンプが接続されている。

流路２ｂは、流動性を有する熱媒体としての水を流動させて蓄熱部１との間で熱交換を行う機能を有している。また、流路２ｂは、一例としてパイプ２１ａと同様の金属製のパイプ２１ｂを備えて構成されている。また、図１に示すように、パイプ２１ｂには、圧送機構としてのポンプ５ａ、および建物３００内に配設された熱交換器としての冷暖房ファン６が接続されており、パイプ２１ｂを流動する水（熱媒体）が、ポンプ５ａ、蓄熱部１および冷暖房ファン６の間で循環するように構成されている。

また、図３に示すように、パイプ２１ｂは、パイプ２１ａと同様にして、蓄熱部１における収容部１１の内部を旋回するようにして（旋回状および蛇行状の少なくとも一方を含む形態で）配設されている。このため、パイプ２１ｂ内を流動する熱媒体としての水と蓄熱部１との熱交換を効率的に行うことが可能となっている。

また、図１に示すように、流路２ｂ（パイプ２１ｂ）の途中には、蓄熱部１の収容部１１内に配設されたパイプ２１ｂ内を流動した後の水、すなわち、蓄熱部１を経由して蓄熱部１との間で熱交換が行われた後の水を流路２ｂから取り出すためのバルブ２２が配設されている。この場合、バルブ２２は、例えば、建物３００内の手洗い場などに配設されている。また、流路２ｂには、バルブ２２から水を取り出したときに、その分の水を水道から補給するための補給用パイプ２３が配設されている。

流路２ｃは、流動性を有する熱媒体としての不凍液（一例として、エチレングリコールを主成分とする不凍液）を流動させて蓄熱部１との間で熱交換を行う機能を有している。また、流路２ｃは、一例としてパイプ２１ａ，２１ｂと同様の金属製のパイプ２１ｃを備えて構成されている。また、図１に示すように、パイプ２１ｃには、圧送機構としてのポンプ５ｂ、建物３００の屋根３０１に配設された熱交換器としての融雪パイプ７ａ、および建物３００に隣接する駐車場４００に配設された熱交換器としての融雪パイプ７ｂが接続されており、パイプ２１ｃを流動する不凍液（熱媒体）が、ポンプ５ｂ、蓄熱部１および融雪パイプ７ａ，７ｂの間で循環するように構成されている。

また、図３に示すように、パイプ２１ｃは、パイプ２１ａ，２１ｂと同様にして、収容部１１の内部を旋回するようにして（旋回状および蛇行状の少なくとも一方を含む形態で）配設されている。このため、パイプ２１ｃ内を流動する熱媒体としての不凍液と蓄熱部１との熱交換を効率的に行うことが可能となっている。

コンプレッサ３は、流路２ａ（パイプ２１ａ）の一端部から流路２ａ内に熱媒体としての地上Ｏｇの空気を送り込む。

地上用蓄熱部４は、図１に示すように、収容部４１と、収容部４１内に充填された石８０とを備えて構成され、地上Ｏｇ（一例として、建物３００の床下）に配置される。収容部４１は、上部に開口部を有する直方体状に形成されている。また、収容部４１の各壁部は、蓄熱部１の収容部１１と同様にして断熱性材料で形成されている。

ポンプ５ａは、流路２ｂ内に配設されて熱媒体としての水を圧送する。ポンプ５ｂは、流路２ｃ内に配設されて熱媒体としての不凍液水を圧送する。冷暖房ファン６は、図１に示すように、建物３００の居室などに配設されて、流路２ｂを流動する水との間で熱交換を行い、配設場所（居室内）の空気を加熱または冷却して送風する機能を有している。

図１に示すように、融雪パイプ７ａは、建物３００の屋根３０１に配設され、融雪パイプ７ｂは、建物３００に隣接する駐車場４００（駐車場４００の地面Ｇの直下）に配設されている。この融雪パイプ７ａ，７ｂは、冬期において屋根３０１や駐車場４００に降り積もった雪との間における熱交換によって雪を融かす機能を有している。

次に、地熱利用システム１００を製作する方法（施工方法）について図面を参照して説明する。

まず、蓄熱部１の配設場所を掘削して掘り下げる。この場合、この地熱利用システム１００では、上記したように、蓄熱部１における収容部１１の開口部１２が地面Ｇから３ｍ程度深い位置に位置するように、収容部１１の埋設位置が規定されている。このため、収容部１１の配設場所については、地面Ｇから３ｍよりもやや深い位置まで掘り下げる。

次いで、蓄熱部１を製作する。具体的には、掘り下げた部位を収容部１１の形状に対応する直方体状の凹みに成形し、続いて、その凹みを構成する側面（底面を除く各面）に図外の防水シートを取り付ける。次いで、防水シートの内側に、断熱性材料（例えば、発泡スチロール等の発泡プラスチック）で形成されたブロック状の壁材を組み合わせつつ積み上げて、壁部１３ａ〜１３ｄを構成する。

続いて、壁部１３ａ〜１３ｄと凹みの底面（土の面）で囲まれた空間（収容部１１の内部となる空間）にパイプ２１ａ〜２１ｃを配設する。この場合、図３に示すように、各パイプ２１ａ〜２１ｃが旋回するように（螺旋を描くように）各パイプ２１ａ〜２１ｃを配設する。また、各パイプ２１ａ〜２１ｃの両端部が掘削前の地面Ｇのレベルよりも上方に位置するように各パイプ２１ａ〜２１ｃを配設する。

次いで、パイプ２１ａ〜２１ｃを配設した上記の空間に、粒径が２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の石８０を充填する。続いて、充填した石８０を覆うようにして断熱性材料で形成された矩形で板状の壁材を配置し、その壁材の縁部と各壁部１３ａ〜１３ｄの上側の端面とを固定して壁部１３ｅを構成する。次いで、壁部１３ｅの上に図外の防水シートを敷設する。以上により、図２に示すように、蓄熱部１の製作が完了する。続いて、掘削前の地面Ｇのレベルまで土砂を埋め戻して整地する。

次いで、建物３００内、建物３００の床下や外部、および建物３００に隣接する駐車場４００などに予め配設したコンプレッサ３、地上用蓄熱部４、ポンプ５ａ，５ｂ、冷暖房ファン６および融雪パイプ７ａ，７ｂなどと、各パイプ２１ａ〜２１ｃとの接続を行う。

具体的には、図１に示すように、パイプ２１ａの一端部をコンプレッサ３に接続し、パイプ２１ａの他端部を地上用蓄熱部４に接続する。これにより、流路２ａが構成される。続いて、図２に示すように、パイプ２１ａにおける蓄熱部１よりも上方の部位に孔を形成して、この孔から水抜きパイプ２４を挿入する。この場合、パイプ２１ａの最深部近傍に水抜きパイプ２４の先端部が達するまで水抜きパイプ２４を挿入する。また、水抜きパイプ２４の基端部を図外の吸引ポンプに接続する。

また、図１に示すように、ポンプ５ａおよび冷暖房ファン６にパイプ２１ｂを接続する。これにより、流路２ｂが構成される。次いで、同図に示すように、建物３００内の手洗い場に配設されたバルブ２２と流路２ｂの途中の部位とをパイプ２１ｂで接続する。また、水道からの水を流路２ｂに補給するための補給用パイプ２３を流路２ｂの途中の部位に接続する。

また、図１に示すように、ポンプ５ｂにパイプ２１ｃを接続すると共に、建物３００の屋根３０１に配設した融雪パイプ７ａ、および駐車場４００に配設した融雪パイプ７ｂにパイプ２１ｃ接続する。これにより、流路２ｃが構成される。続いて、流路２ｃ内に図外の供給口から不凍液を注入する。以上により、地熱利用システム１００の製作が終了する。

次に、地熱利用システム１００の使用例およびその際の各部の動作について図１〜３を参照して説明する。

この地熱利用システム１００では、地中Ｕｇに埋設されている蓄熱部１に地熱が蓄積（蓄熱）される。具体的には、蓄熱部１の収容部１１内に充填されている石８０が地中Ｕｇの温度に維持されている。この場合、地面Ｇから３ｍ程度の深さの地中Ｕｇの温度は、年間を通して１５℃〜１６℃に維持される。このため、冬期においては、石８０が地上Ｏｇの温度よりも高い温度に維持されて、地上Ｏｇとの温度差（プラスの温度差）に相当する熱が石８０に蓄積される。また、夏期においては、石８０が地上Ｏｇの温度よりも低い温度に維持されて、地上Ｏｇとの温度差（マイナスの温度差）に相当する熱が石８０に蓄積される。

また、この蓄熱部１では、蓄熱部１の収容部１１の下部１１ａに開口部１２が設けられているため（図１〜３参照）、収容部１１よりも下側の地熱がこの開口部１２から収容部１１内に効率的に伝達して、石８０に蓄積される。また、この蓄熱部１では、収容部１１を構成する各壁部１３ａ〜１３ｅが断熱性材料で形成されているため、収容部１１に蓄積された熱の熱伝導による外部への放出が十分に低く抑えられている。

一方、この地熱利用システム１００では、コンプレッサ３（図１参照）によって地上Ｏｇの空気が流路２ａに送り込まれる。送り込まれた空気は、蓄熱部１の収容部１１内に配設されたパイプ２１ａを流動する間に、収容部１１内の石８０に蓄積されている熱がパイプ２１ａを介して伝導することで加熱または冷却される。つまり、熱媒体としての空気がパイプ２１ａを流動することで、蓄熱部１との間で熱交換が行われる。この場合、この地熱利用システム１００では、図３に示すように、収容部１１の内部を旋回するようにしてパイプ２１ａが配設されて、十分な長さのパイプ２１ａが収容部１１内に延在しているため、熱交換が十分効率的に行われる。

次いで、加熱または冷却された空気は、パイプ２１ａを流動して地上Ｏｇに送り出される。この場合、この地熱利用システム１００では、ポンプ５ｂによって地上Ｏｇの空気が流路２ａに送り込まれるため、その圧力によって加熱または冷却された空気が地上Ｏｇに送り出される。このため、夏期において蓄熱部１の収容部１１内の空気が地上Ｏｇの温度よりも低い温度に冷却されて、地上Ｏｇの空気よりも比重が大きくなったとしても、その空気が地上Ｏｇに確実に送り出される。

続いて、地上Ｏｇに送り出された空気は、地上用蓄熱部４の収容部４１内に流入して拡散する。次いで、収容部４１内に拡散した空気によって収容部４１内に充填されている石８０が加熱または冷却される。この地熱利用システム１００では、このようにして、地中Ｕｇの地熱が蓄熱部１に蓄積され、蓄積されたその熱が熱媒体としての空気を介して熱交換されて地上用蓄熱部４に蓄積される。

また、地上用蓄熱部４に蓄積された熱は、地上用蓄熱部４の上部の開口部から建物３００の床を介して建物３００内に伝わる。この場合、上記したように、蓄熱部１における収容部１１の開口部１２が位置している地面Ｇから３ｍ程度の深さの地中Ｕｇの温度は、年間を通して１５℃〜１６℃に維持される。このため、蓄熱部１に蓄積されて上記のようにして地上用蓄熱部４から供給される熱により、冬期においては建物３００内が加熱（つまり、暖房）され、夏期においては建物３００内が冷却（つまり、冷房）される。

この場合、この地熱利用システム１００では、上記したように地中Ｕｇに埋設した蓄熱部１の収容部１１内に地熱を蓄積させ、収容部１１に配設したパイプ２１ａに熱媒体としての空気を流動させて蓄熱部１との間で熱交換を行うことによって蓄熱部１に蓄積させた地熱を地上Ｏｇに伝えている。つまり、この地熱利用システム１００では、建物の地下の限られたスペースだけではなく、建物の建設場所から離間した広いスペースの地下に蓄熱部１を埋設した場合においても、その蓄熱部１で蓄積させた地熱を利用することが可能となる。このため、建物の床下に配設したパイプだけに地熱を蓄積させる従来の構成とは異なり、蓄熱部１を大形化することができ、このようにすることで十分な蓄熱量を確保することが可能となっている。

また、この地熱利用システム１００では、ポンプ５ａを作動させることで、ポンプ５ａ、蓄熱部１および冷暖房ファン６の間を循環するように、熱媒体としての水が流路２ｂ（パイプ２１ｂ）内を流動する。この水は、蓄熱部１の収容部１１内において旋回するようにして配設されたパイプ２１ｂを流動する間に、蓄熱部１との間で熱交換が十分効率的に行われて加熱または冷却される。

続いて、加熱または冷却された水は、パイプ２１ｂを流動して建物３００内に配設された冷暖房ファン６に送り出される。また、冷暖房ファン６が流路２ｂを流動する水との間で熱交換を行い、配設場所の空気を加熱または冷却して送風する。これにより、冷暖房ファン６の配設場所が、冬期においては加熱（つまり、暖房）され、夏期においては冷却（つまり、冷房）される。

また、この地熱利用システム１００では、流路２ｂの途中にバルブ２２が配設され、このバルブ２２を操作する（開く）ことで蓄熱部１との間で熱交換が行われた水、すなわち冬期においては加熱され夏期においては冷却された水を流路２ｂから取り出す（つまり、温水や冷水を供給する）ことが可能となっている。このため、地熱利用システム１００では、加熱または冷却された水を手洗いや炊事などに用いることができるため、地熱利用システム１００の利用形態の幅を広げることが可能となっている。

また、この地熱利用システム１００では、地熱を利用して融雪を行うことが可能となっている。具体的には、冬期においてポンプ５ｂを作動させることで、ポンプ５ｂ、蓄熱部１および融雪パイプ７の間を循環するように、熱媒体としての不凍液が流路２ｃ（パイプ２１ｃ）内を流動し、蓄熱部１の収容部１１内において旋回するようにして配設されたパイプ２１ｃを流動する間に、この不凍液が蓄熱部１との間で熱交換が十分効率的に行われて加熱される。

次いで、加熱された不凍液は、パイプ２１ｃを流動して建物３００の屋根３０１に配設された融雪パイプ７ａ、および駐車場４００に配設された融雪パイプ７ｂに送り出される。また、融雪パイプ７ａ，７ｂが、流動する不凍液との間で熱交換を行い、これによって屋根３０１や駐車場４００に降り積もった雪が融かされる。

この場合、夏期においてポンプ５ｂを作動させて、ポンプ５ｂ、蓄熱部１および融雪パイプ７ａの間に不凍液を循環させることで、冷却された不凍液による熱交換によって屋根３０１の温度を低下させることもできる。このように地熱利用システム１００を使用することで、建物３００の冷房効率を高めることができる。

一方、地上Ｏｇと地中Ｕｇとの温度差に起因してパイプ２１ａ内に結露が発生し、この結露がパイプ２１ａの底部に水となって溜まることがある。この水の量が多くなると、パイプ２１ａ内における空気のスムーズな流動が阻害されて、熱交換の効率が低下するおそれがある。この場合、この地熱利用システム１００は、パイプ２１ａに挿入された水抜きパイプ２４を備えている。このため、この水抜きパイプ２４の基端部に接続されている図外の吸引ポンプを作動させることで、このようにしてパイプ２１ａの底部に溜まった水を確実かつ容易に抜き取ることが可能となっている。

このように、この地熱利用システム１００は、地中Ｕｇに埋設される蓄熱部１と、熱媒体を流動させて蓄熱部１との間で熱交換を行うための流路２とを備えている。このため、この地熱利用システム１００によれば、建物の建設場所から離間した場所の地下に埋設した蓄熱部１に蓄積させた地熱を利用することができる。したがって、この地熱利用システム１００によれば、建物の床下に配設したパイプだけで地熱を蓄積する従来の構成とは異なり、蓄熱部１を十分に大形化することができる結果、高効率での地熱利用を実現することができる。また、この地熱利用システム１００によれば、蓄熱部１における収容部１１の下部１１ａに開口部１２を設けたことにより、収容部１１よりも下側の地熱をこの開口部１２から収容部１１内に効率的に伝達させて、収容部１１内の石８０に蓄積させることができるため、地熱の利用効率をより高めることができる。また、この地熱利用システム１００によれば、収容部１１の内部を旋回するようにしてパイプ２１を配設したことにより、十分な長さのパイプ２１を収容部１１内に延在させることができるため、パイプ２１内を流動する熱媒体と蓄熱部１との熱交換の効率を十分に向上させることができる。

また、例えば、複数の流路２を備えて、各流路２を複数の箇所に配置することで、それら複数の箇所で地熱を利用することができるため、地熱の利用効率をさらに高めることができる。また、複数の流路２を備えたときには、各流路２に互いに異なる種類の熱媒体（上記の例では、空気、水および不凍液）を流動させることができるため、地熱の利用形態に適した熱媒体を用いることができる。つまり、流路２を複数備えることで、複数の箇所（上記の例では、建物３００の床下、建物３００の居室内、および建物３００の屋根３０１や駐車場４００）における互いに異なる複数種類の利用形態（上記の例では、冷暖房、温水や冷水の供給、および融雪）での利用に対応することができるため、利用形態の幅を広げることができる結果、地熱の利用効率のさらなる向上を図ることができる。

また、この地熱利用システム１００によれば、地上Ｏｇに配置された冷暖房ファン６や融雪パイプ７と水や不凍液を圧送するポンプ５とを備えて、ポンプ５、蓄熱部１、および冷暖房ファン６または融雪パイプ７の間で水や不凍液を循環させるように流路２を配設したことにより、流路２内への水や不凍液の補充等の作業を不要にできる結果、利便性の高い地熱利用システムを構築することができる。

また、この地熱利用システム１００によれば、地上Ｏｇの空気を流路２に送り込むコンプレッサ３と、地上Ｏｇに設置される地上用蓄熱部４とを備えて、コンプレッサ３によって送り込まれた空気が蓄熱部１を経由して地上用蓄熱部４に送り出されるように流路２を配設したことにより、空気を熱媒体として用いる地熱の利用形態に適した地熱利用システムを構築することができる。

また、この地熱利用システム１００によれば、流路２の途中に配設されて蓄熱部１を経由した後の水を流路２から取り出すバルブ２２を備えたことにより、蓄熱部１との間で熱交換がされた（つまり、蓄熱部１に蓄積された熱によって加熱または冷却された）水そのものを利用することができる。このため、この地熱利用システム１００によれば、熱交換によって水に伝導した熱だけを取り出して利用する利用形態だけでなく、蓄熱部１に蓄積された熱によって加熱または冷却された水そのものを利用する利用形態に対応することができるため、利用形態の幅をさらに広げることができる結果、地熱の利用効率を一層向上させることができる。

次に、地熱利用システムの他の実施の形態としての地熱利用システム２００について、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記した地熱利用システム１００と同じ構成要素については、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

地熱利用システム２００は、図４に示すように、上記した蓄熱部１に代えて蓄熱部２０１を備えると共に、筒状体２０２を備えて構成されている。なお、同図では、地熱利用システム２００の構成を明確とするために、地中Ｕｇの土砂を取り除くと共に、蓄熱部２０１における後述する壁部２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｅの一部を切り取った状態を図示している。また、同図では、蓄熱部２０１における石８０を取り除いた状態を図示している。

蓄熱部２０１は、図４に示すように、収容部２１１および石８０（図２参照）を備えて構成されて、蓄熱機能を有しており、上記した施工方法と同様の施工方法によって地中Ｕｇに製作される。

収容部２１１は、図４に示すように、下部２１１ａに開口部２１２を有すると共に、開口部２１２を除く部分が壁部２１３ａ〜２１３ｅ（以下、区別しないときには「壁部２１３」ともいう）で取り囲まれた略直方体の箱状に形成されている。各壁部２１３ａ〜２１３ｅは、上記した収容部１１の壁部１３ａ〜１３ｅと同様にして、例えば、発泡スチロール等の発泡プラスチック製の断熱性材料で形成されている。また、壁部２１３ａ〜２１３ｄは、ブロック状の断熱性材料を積み重ねることによって形成されている。また、収容部２１１の上部２１１ｂに配設される壁部２１３ｅの中央部には、筒状体２０２を挿通させるための挿通孔２２１が形成されている。

筒状体２０２は、下部２０２ａ側が収容部２１１における壁部２１３ｅの挿通孔２２１を挿通して収容部２１１の内部に挿入された状態で収容部２１１と地上Ｏｇとの間に配設されている。また、筒状体２０２は、下部２０２ａが閉塞されると共に上部２０２ｂが開口する有底円筒状に形成されている。この場合、筒状体２０２は、一例として、ステンレスによって形成されている。また、筒状体２０２における上部２０２ｂは、蓋２０３を嵌め込むことが可能に構成され、蓋２０３の嵌め込みによって開口部が閉塞される。

この地熱利用システム２００を製作する際には、上記した地熱利用システム１００の施工方法におけるパイプ２１ａ〜２１ｃの配設前または配設後に、壁部２１３ａ〜２１３ｄと凹みの底面で囲まれた空間の中央部（旋回するように配設される各パイプ２１ａ〜２１ｃの中央部）に筒状体２０２を立設（配設）し、他の工程については、上記した施工方法と同じ工程を行う。この場合、筒状体２０２の下部２０２ａが収容部２１１の内部に位置する（具体的には、筒状体２０２の下端部が開口部２１２よりもやや上方に位置する）と共に、筒状体２０２の上部２０２ｂが地上Ｏｇに突出する（または、筒状体２０２の上端部が地面Ｇに位置する）ように筒状体２０２を立設する。

一方、この地熱利用システム２００は、次のような使用方法においてその機能を十分に発揮することが可能となっている。例えば、冬期に地熱利用システム２００を使用して建物３００の暖房を行う際に、蓄熱部２０１によって蓄積される地中Ｕｇの熱だけでは不足するときには、筒状体２０２を用いて、補助的な熱を得ることができる。具体的には、図５に示すように、発酵によって熱（発酵熱）を発生する有機物２０５を収納袋２０４に収納して、その収納袋２０４を筒状体２０２内に充填する。この状態で地熱利用システム２００を使用することで、有機物２０５から発生した発酵熱が筒状体２０２から収容部２１１内に伝達されて、地中Ｕｇの熱と共に収容部２１１内に蓄積される。このため、地熱利用システム２００による暖房の機能を向上させることが可能となっている。

この場合、有機物２０５としては、エノキ茸などの茸の栽培に使用した後の茸栽培用培地（使用済培地）を用いることができる。使用済培地は、微生物を大量に含んでおり、自然発酵によって多量の熱（発酵熱）を発生する。また、使用済培地は、茸栽培施設から大量に発生し、しかも再利用が比較的困難なため、この使用済培地を有機物２０５として用いることで、地熱利用システム２００による暖房の機能を向上させることに加えて、資源の有効利用に寄与することが可能となっている。

なお、有機物２０５としては、上記した使用済培地に限定されず、落ち葉、籾殻および食品残渣などの各種の有機物を用いることができる。また、筒状体２０２における収容部２１１と地面Ｇとの間の部分からの熱の放出を防止するため、この部分に断熱材（例えば、発泡スチロールやグラスウールなど）を充填することもできる。

また、夏期に地熱利用システム２００を使用して建物３００の冷房を行う際に、蓄熱部２０１の冷却能力だけでは不足するときには、筒状体２０２内に水を充填することで、蓄熱部２０１の冷却効率を高めて、地熱利用システム２００による冷却の機能を向上させることができる。

なお、筒状体２０２内に水を充填しないときには、下部２０２ａが開口した筒状体２０２を用いることもできる。また、筒状体２０２の材質としては、金属製（上記の例では、ステンレス）に限定されず、コンクリートや樹脂を用いることもできる。

このように、この地熱利用システム２００によれば、下部２０２ａ側が収容部２１１内に挿入された状態で収容部２１１と地上Ｏｇとの間に配設された筒状体２０２を備えたことにより、例えば、発酵熱を発生する有機物や冷却効率を高める水などを筒状体２０２内に充填することで、地熱を利用した蓄熱部２０１の加熱や冷却の機能を補助することができるため、地熱利用システム２００の機能を十分に向上させることができる。

なお、地熱利用システムの構成は、上記した構成に限定されず、適宜変更することができる。例えば、蓄熱部１（２０１）における収容部１１（２１１）の内部を旋回するように（旋回状に）パイプ２１ａ〜２１ｃを配設した例について上記したが、収容部１１（２１１）の内部を蛇行するように（蛇行状に）パイプ２１ａ〜２１ｃを配設する構成を採用することもできる。また、旋回状および蛇行状の双方を組み合わせた形態で収容部１１（２１１）内にパイプ２１ａ〜２１ｃを配設する構成を採用することもできる。

また、地面Ｇから３ｍ程度の深さに収容部１１（２１１）の開口部１２（２１２）が位置し、地面Ｇから１ｍ程度の深さに収容部１１の上部１１ｂ（２１１ｂ）が位置するように、収容部１１の大きさ、および収容部１１の埋設位置を規定した例について上記したが、開口部１２や上部１１ｂが位置する地面Ｇからの深さは適宜変更することができる。この場合、開口部１２が位置する地面Ｇからの深さをより深く規定する（例えば、５ｍ以上に規定する）ことで、年間を通した地中Ｕｇの温度変化がより少なくなり、地中Ｕｇと地上Ｏｇとの温度差を年間を通してより大きくすることができるため、地熱の利用効率を一層高めることもできる。

また、流路２ｂの途中にバルブ２２を配設した例について上記したが、流路２ａの途中にバルブ２２を配設して、蓄熱部１を経由した後の熱媒体としての空気を流路２ａから取り出して、冷房や暖房などに利用する構成を採用することもできる。

また、流路２を複数（上記の例では、３つ）備えた例について上記したが、流路２を１つまたは２つだけ備えた構成や、流路２を４つ以上備えた構成を採用することもできる。また、蓄熱部１によって蓄積された地熱に加えて、他の熱源や装置からの熱を用いる地熱利用システムを採用することもできる。

また、地熱利用システム１００（２００）を主として建物３００の冷暖房に用いる例について上記したが、地熱利用システム１００（蓄熱部１によって蓄積された地熱）を発電に利用することもできる。

１，２０１蓄熱部
２ａ〜２ｃ流路
３コンプレッサ
４地上用蓄熱部
５ａ，５ｂポンプ
６冷暖房ファン
７ａ，７ｂ融雪パイプ
１１，２１１収容部
１１ａ，２１１ａ下部
１２，２１２開口部
２１ａ〜２１ｃパイプ
２２バルブ
８０石
１００，２００地熱利用システム
２０２筒状体
２０２ａ下部
Ｏｇ地上
Ｕｇ地中

Claims

地熱を利用する地熱利用システムであって、
収容部および当該収容部内に充填された石を備えて地中に埋設される蓄熱部と、熱媒体を流動させて前記蓄熱部との間で熱交換を行うための少なくとも１つの流路とを備え、
前記収容部は、下部に開口部を有すると共に当該開口部を除く部分が壁部で囲まれた箱状に形成され、
前記流路は、前記熱媒体を流動可能に形成されて旋回状および蛇行状の少なくとも一方を含む形態で前記収容部内に配設された熱交換用のパイプを備えて構成されている地熱利用システム。
下部側が前記収容部内に挿入された状態で当該収容部と地上との間に配設された筒状体を備えている請求項１記載の地熱利用システム。
地上に配置された熱交換器と、前記熱媒体を圧送する圧送機構とを備え、
前記少なくとも１つの流路のうちの１つの流路は、前記圧送機構、前記蓄熱部および前記熱交換器の間で前記熱媒体を循環させるように配設されている請求項１または２記載の地熱利用システム。
前記熱媒体としての地上の空気を前記流路に送り込む送気機構と、地上に設置される地上用蓄熱部とを備え、
前記少なくとも１つの流路のうちの１つの流路は、前記送気機構によって送り込まれた前記空気を前記蓄熱部を経由して前記地上用蓄熱部に送り出すように配設されている請求項１から３のいずれかに記載の地熱利用システム。
前記少なくとも１つの流路のうちの１つの流路の途中に配設されて前記蓄熱部を経由した後の前記熱媒体を当該流路から取り出し可能なバルブを備えている請求項１から４のいずれかに記載の地熱利用システム。