JP3583085B2 - 地熱とゼオライトを利用した冷暖房システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地熱とゼオライトを利用した建物（家屋やビルなど）の冷暖房システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ゼオライトの性質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５７−１６４２５９号公報は、ゼオライトを収容しており太陽熱により暖められるゼオライトタンク、ゼオライトから放出される水蒸気を冷却する凝縮器、凝縮・液化された水を収容しゼオライトに水蒸気を供給する蒸発器（冷水を蓄積する貯冷槽を兼ねる）、前記凝縮器で加熱された温水（凝縮器を冷却するために水道から供給された水であって、液化時の凝縮熱により加温された水）を蓄積する貯熱槽、前記蒸発器の冷水と空気を熱交換するための冷房用熱交換器、及び、前記貯熱槽の温水と空気を熱交換するための暖房用熱交換器、などを含む冷暖房設備を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開昭５７−１６４２５９号公報が提案する従来のゼオライトを使用した冷暖房設備は、前記凝縮器を冷却するためにわざわざ水道源からの水をパイプにより凝縮器に供給するようにしているが、これでは、設備のランニングコストが過大になってしまうという問題がある。また、上記の特開昭５７−１６４２５９号公報が提案する従来のゼオライトを使用した冷暖房設備によれば、前記凝縮器や前記蒸発器が地上に設置されているため地上に設置される冷暖房設備全体のサイズが過大になってしまうという問題がある。
【０００４】
他方、本出願人が特願平１１−２９４８８６などで従来より提案している地熱を利用した空調システムでは、例えば、図６に示すように、外側パイプ５ａと内側パイプ５ｂとの二重パイプから成る地中パイプ５を、地下数ｍの深さまで重力方向に埋設しておき、前記外側パイプ５ａと内側パイプ５ｂとの間の隙間５ｄに導入された外気を下降させながら地熱と熱交換させて、この空気を、内側パイプ５ｂ及びパイプ９を介して、同様に外側パイプ１６ａと内側パイプ１６ｂとの二重パイプから成る地中パイプ１６に移動させ、その中の隙間６ｄの中で地熱と熱交換させてから、パイプ７、ファン８、及び、穴開きパイプ１３（前記空気を床下くり石層２内に排出するための穴３ａが複数個形成されている）を介して床下くり石層２（建物の基礎立ち上がり部１と建物のコンクリート床と地面とで囲まれた数百ｍｍ高の床下空間に充填された多数のくり石や調湿用の木炭などが充填されて成り、地熱を前記くり石及び各くり石間の隙間の空気層に効率的に蓄積することができる床下くり石層）に移動させ、前記空気を、さらに、前記床下くり石層２の中で地熱と熱交換させ、調湿・清浄化させてから、建物の室内に供給するようにしている。
【０００５】
このような地熱を利用した空調システムは、「地中の温度変化が約１３℃〜１９℃と一年を通じてほぼ一定である（さらに、地中温度は地上の気温変化に対してタイムラグがあるため、例えば夏季でも地中温度は１７℃の低温に止まる）」ことを利用して、ランニングコストが低く、自然力を利用しているため環境に優しく且つ住人の健康にも優しい冷暖房を提供するものであるが、地熱の温度が一定の幅に止まる（上記のように約１３℃〜１９℃）ことから、地熱を利用した空気の加温・冷却の幅にある程度の制約は避けられず、強力な冷暖効果を実現することは困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の問題点に着目してなされたものであって、ゼオライトの性質と地熱を組み合わせることにより、ランニングコストが低く、地上の設備のサイズを小さくでき、自然力を利用しているため環境に優しく且つ住人の健康にも優しく、さらに、強力な冷暖房効果を実現できる冷暖房システムを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術の課題を解決するための本発明による地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムは、ゼオライトを収納しているゼオライトタンクと、前記ゼオライトタンク内のゼオライトから放出される水蒸気を凝縮するための凝縮器であって、地熱により前記水蒸気を凝縮するために、地中に埋設されている凝縮器と、前記ゼオライトタンク内のゼオライトに水蒸気を供給するための水を収容しており、且つ、前記凝縮器で凝縮された水を収納するように構成された蒸発器であって、地上から重力方向に約１ｍ以上の深さまで地中に埋設されている蒸発器と、前記ゼオライトタンク内のゼオライトを加熱するための、例えばボイラーの排熱供給部、ヒータ、又は太陽熱集熱器などから成る加熱部と、戸外から取り込まれた空気を前記ゼオライトタンク内のゼオライトの熱と熱交換して、建物の室内に又は建物の床下に形成された床下クリ石層に供給するための暖房用空気供給部と、戸外から取り込まれた空気を前記蒸発器の冷熱と熱交換して、建物の室内に又は建物の床下に形成された床下クリ石層に供給するための冷房用空気供給部と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムは、前記ゼオライトタンク、前記凝縮器、及び、前記蒸発器は、外部と遮断された一つの密閉系として構成されているものである。
【０００９】
また、本発明の地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムにおいては、前記蒸発器の近傍（例えば、約１ｍ，約２ｍ，約３ｍ，約４ｍ，又は、約５ｍ以内）には、地上から重力方向に約１ｍ以上の深さまで地中に埋設された地中パイプであって、戸外からの空気をその内部で移動させながら周囲の地熱と熱交換させ、その熱交換した空気を前記暖房用空気供給部又は冷房用空気供給部に供給するための地中パイプが備えられている。
【００１０】
また、本発明の地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムにおいては、戸外の空気を取り込むための外気導入部と、この外気導入部と前記暖房用空気供給部及び前記冷房用空気供給部との間に備えられ、前記外気導入部からの空気を前記暖房用空気供給部及び前記冷房用空気供給部のいずれか一方のみに供給するように構成されたダンパと、冬季又は外気の温度が所定温度より低いときは、前記外気導入部からの外気を前記暖房用空気供給部の方に供給し、且つ、夏季又は外気の温度が所定温度より高いときは、前記外気導入部からの外気を前記冷房用空気供給部の方に供給するように、前記ダンパを制御するための制御部と、を備えている。
【００１１】
また、本発明の地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムにおいては、前記蒸発器と前記ゼオライトタンクとの間を開閉するための第１のバルブと、前記凝縮器と前記蒸発器との間を開閉するための第２のバルブと、前記ゼオライトタンク内のゼオライトの温度を検出するための温度センサと、前記温度センサから出力される前記ゼオライトの温度に基づいて、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブの開閉を制御するためのバルブ制御手段と、を備えている。
【００１２】
また、本発明の地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムにおいては、前記蒸発器と前記ゼオライトタンクとの間を開閉するための第１のバルブと、前記凝縮器と前記蒸発器との間を開閉するための第２のバルブと、時刻情報を発生するための計時手段と、前記計時手段からの出力に基づいて、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブの開閉を制御するためのバルブ制御手段と、を備えている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
以下、本発明の実施形態１を説明する。図１は本実施形態１による地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムを示す概略構成図である。図１において、１１はゼオライト（例えば粉末状）が収容された例えば箱状（又は円筒状）のゼオライトタンクである（このゼオライトタンク１１は、後述のように、蒸発器１４内の水１５から水蒸気と共に熱をポンプのように吸い上げるヒートポンプを構成している）。前記ゼオライトタンク１１には、前記ゼオライトを一時的（定期的）に加熱するための加熱部２０が備えられている。この加熱部２０は、本実施形態１では、ユーザーがボイラーなどの給湯機器を駆動しているとき、その排熱を前記ゼオライトに供給するためのパイプなどで構成されている（なお、本実施形態１では、前記の加熱部２０として、前記のボイラーなどの給湯機器の排熱を供給するパイプ以外に、例えば、従来より公知の太陽熱集熱器を利用したり、電熱ヒーターを利用したりすることもできる）。
【００１４】
また、図１において、１２は前記ゼオライトタンク１１のゼオライトから放出される水蒸気を凝縮するための凝縮器（復水器）である。前記凝縮器１２は、地熱により前記ゼオライトからの水蒸気を凝縮するために、地中に埋設されている。前記凝縮器１２は、パイプ１３により前記ゼオライトタンク１１と接続されている。
【００１５】
また、図１において、１４は、前記ゼオライトタンク１１のゼオライトに水蒸気を供給するための水１５を収容している蒸発器である。また、前記蒸発器１４は、前記凝縮器１２で凝縮された水が滴下され収容されるように構成されている。本実施形態１では、前記蒸発器１４の外枠は、地上から地下数ｍ（例えば、約１ｍ，約２ｍ，約３ｍ，約４ｍ，又は、約５ｍ以上）の深さまで重力方向に向かって延びる縦長の円筒状（底面は塞がれており、中央には縦長の凹部が形成されている）のタンクとして形成されている。
【００１６】
また、前記蒸発器１４は、前記凝縮器１２とパイプ１６を介して接続されており、前記パイプ１６の途中には、パイプ１６の途中部分を開閉するためのバルブ１７が介設されている。また、前記蒸発器１４は、前記ゼオライトタンク１１とパイプ１８を介して接続されており、前記パイプ１８の途中には、パイプ１８の途中部分を開閉するためのバルブ１９が介設されている。
【００１７】
また、図１において、２１は、前記円筒状の蒸発器１４の中央の凹部の中に重力方向に挿入されている地中パイプである。この地中パイプ２１は、戸外の空気を取り込んでこの空気を下降させながら前記蒸発器１４内の水１５の冷熱と熱交換させるための第１のパイプ２１ａと、前記第１のパイプ２１ａの底部から前記空気を上昇させながら前記蒸発器１４内の水１５の冷熱と熱交換させて、建物の室内又は建物の床下クリ石層に供給するための第１のパイプ２１ｂと、により構成されている。前記第１のパイプ２１ａと第２のパイプ２１ｂとは、図の符合２２で示す仕切り板により、仕切られている。
【００１８】
また、前記第１のパイプ２１ａの上端部には、戸外の空気を導入するための複数の穴（図示せず）が形成されており、これらの複数の穴により、戸外の空気を前記第１のパイプ２１ａ内に取り込むための外気導入部２１ａａが形成されている。また、前記第２のパイプ２１ｂは、パイプ２３と連通されており、前記第２のパイプ２１ｂで蒸発器１４内の水１５と熱交換された空気は、前記パイプ２３を介して、建物の室内又は建物の床下くり石層に供給されるようになっている。
【００１９】
また、前記第１のパイプ２１ａの前記外気導入部１１ａの下方の部分は、ダンパ２５を介してパイプ２４と接続されている。このパイプ２４は、その中を通過する空気が前記ゼオライトタンク１１内のゼオライトと熱交換が可能なように設置されている。前記ダンパ２５の位置が「図１の破線２５’で示す位置（図３の符号２５で示す位置）」に切り換えられたときは、前記外気導入部２１ａａから導入された空気は、前記パイプ２４内に送られて、そこで前記ゼオライトと熱交換され、さらに、図のダンパ２６が開放される（ダンパ２６が図３で示す位置に切り換えられる）ことにより、建物の室内又は建物の床下くり石層に供給されるようになっている。
なお、本実施形態１では、前記パイプ２４は、その中を移動する空気が前記ゼオライトと効率的に熱交換できるようにするために、多数のフィンを設けて表面積を増すようにしている（又は、ジャバラ状に形成して表面積を増すようにしてもよい）。
また、本実施形態１では、前記加熱部２０を構成しているパイプ（ボイラーの排熱により加温されたパイプ）は、前記の空気をゼオライトと熱交換させながら通過させるためのパイプ２４の外周面又はその近傍に略コイル状に巻き付けられた状態に配置されている。
【００２０】
以上の図１のシステムにおいては、ファン（図６の符号８参照）が常時又はユーザーが設定した時間帯だけ駆動されており、このファンにより、戸外からの空気が、前記外気導入部２１ａａから導入されて、（ダンパ２５，２６の切り換えにより）前記地中パイプ２１内又はパイプ２４内を移動して、建物の室内又は床下くり石層に移動するようになっている。
【００２１】
次に、図２は、本実施形態１の電気的な構成を示す概略ブロック図である。図２において、３１はマイクロコンピュータ、３２は前記ゼオライトタンク１１内のゼオライトの温度を検出してマイクロコンピュータ３１に入力するためのゼオライト温度センサ、３３は例えば前記第１のパイプ２１ａの外気導入部２１ａａの近傍に取り付けられた外気温度センサであって戸外の気温を検出してマイクロコンピュータ３１に入力するするための外気温度センサ、３４は時刻情報を発生してマイクロコンピュータ３１に入力するための計時部（タイマー）、３５は暦情報を発生してマイクロコンピュータ３１に入力するためのカレンダー部、３６はマイクロコンピュータ３１からの出力に基づいて前記２つのダンパ２５，２６をそれぞれ開閉駆動するためのダンパ駆動部、３７はマイクロコンピュータ３１からの出力に基づいて前記２つのバルブ１７，１９をそれぞれ開閉駆動するためのバルブ駆動部、である。
【００２２】
次に、本実施形態１の夏季の動作を図１及び図２を参照して説明する。まず、本実施形態１では、図１の前記ゼオライトタンク１１、凝縮器１２、蒸発器１４、前記ゼオライトタンク１１と凝縮器１２を接続するパイプ１３、前記凝縮器１２と蒸発器１４を接続するパイプ１６、及び、前記蒸発器１４とゼオライトタンク１１を接続するパイプ１８は、外気と遮断された一つの真空密閉系を構成している。本実施形態１では、図１のシステムの設備を設置するとき、前記ゼオライトタンク１１、凝縮器１２、及び蒸発器１４などを密閉系として形成した後、真空ポンプにより、その内部を真空にしておくようにする。
【００２３】
夏季になり、図２のカレンダー部３５が夏季であることを示す信号を出力したとする。すると、マイクロコンピュータ３１により、ダンパ駆動部３６が制御されて、２つのダンパ２５，２６が、それぞれ図１に示すような夏季用の位置に配置される。この場合、前記外気導入部２１ａａから導入された空気は、前記ダンパ２５により前記蒸発器１４の凹部に挿入された地中パイプ２１の中に送られ、さらに、前記ダンパ２６により室内又は床下くり石層（図６の符号２参照）に移動させられる。
【００２４】
今、ゼオライトタンク１１内のゼオライトが前記加熱部２０からのボイラー排熱により加熱されると、ゼオライトは内部に含んでいた水分を水蒸気として放出する（この水蒸気の放出がある程度続くと、ゼオライトは脱水された状態になる）。ゼオライトから放出された水蒸気は、パイプ１３を介して凝縮器１２に入り、ここで液化される。凝縮器１２は、前述のように地中に埋設されており、地熱により常に所定の範囲の温度に保持されている。したがって、前記ゼオライトからの高温の水蒸気がこの凝縮器１２に送られると、水蒸気はここで冷却されて液化させられる。また、前記ゼオライトからの水蒸気が凝縮器１２で液化するとき、凝縮熱を放出するが、この凝縮熱は、前記凝縮器１２の周囲の地中に放出される（周囲の地熱と熱交換される）。
【００２５】
また、前述のように、ゼオライトタンク１１内のゼオライトが前記加熱部２０からのボイラー排熱により所定温度以上に加温されたときは、そのことを示す検出信号が、図２のゼオライト温度センサ３２からマイクロコンピュータ３１に出力される。マイクロコンピュータ３１は、この検出信号を受信すると、前記バルブ駆動部３７を制御して、図１のバルブ１７を閉から開の状態に切り換える（なお、このとき、図１のバルブ１９は閉にされる）。これにより、前述のように前記ゼオライトからの水蒸気が前記凝縮器１２によって液化されて生じた水は、パイプ１６及びバルブ１７を介して、前記蒸発器１４の中に滴下され収容される。
【００２６】
次に、前記加温部１０のボイラー排熱などによる加熱が停止され、且つ、周囲温度（夜間に低下した周囲の外気温度など）によって、前記ゼオライトタンク１１内のゼオライトの温度が所定温度以下に低下したときは、そのことを示す検出信号が、図２のゼオライト温度センサ３２からマイクロコンピュータ３１に向けて出力される。マイクロコンピュータ３１は、この検出信号を受信すると、前記バルブ駆動部３７を制御して、図１のバルブ１７を開から閉に切り換えると共に、図１のバルブ１９を閉から開の状態に切り換える。このとき、前述のように加熱されて水蒸気が継続して放出させられたために脱水されたゼオライトは、周囲から水蒸気を吸収しようとする。そのため、前記蒸発器１４内の水１５から、水蒸気が、前記パイプ１８及びバルブ１９を介して、ゼオライトに吸収される。このように蒸発器１４内の水１５が盛んに気化されると、その気化熱によって、蒸発器１４内の水１５が低温化される（他方、同時に、前記ゼオライトタンク１１内のゼオライトは、前記水から水蒸気と共に熱を吸い上げて、高温化される）。
【００２７】
前述のように、夏季には、２つのダンパ２５，２６とファン（図６の符号８参照）により、外気導入部２１ａａからの空気が前記蒸発器１４の凹部内に挿入された地中パイプ２１の中を通るように設定されている。したがって、夏季には、前記外気導入部２１ａａから導入された空気は、前述のように気化熱により低温化された蒸発器１４内の水と熱交換されることにより冷却され、この冷却された「冷房用の空気」が、室内又は床下くり石層に供給される。
【００２８】
次に、本実施形態１の冬季の動作を図３を参照して説明する。図２のカレンダー部３５から冬季であることを示す信号が出力されると、マイクロコンピュータ３１は、ダンパ２５及び２６の位置を、図３に示すように、外気導入部２１ａａからの空気が前記ゼオライトタンク１１内のゼオライトと熱交換可能に配置されたパイプ２４の中を通過するように、切り換える。夏季について前述したように、加温部１０によりゼオライトタンク１１内のゼオライトが加温されてゼオライトから水蒸気が放出されて脱水された後、バルブ１９が開に切り換えられて蒸発器１４の水１５から水蒸気がゼオライトタンク１１内のゼオライトに吸収されると、前記ゼオライトは、前記水から水蒸気と共に熱を吸い上げて高温化される（逆に、前記蒸発器１４内の水１５は、気化熱によって低温化される）。
【００２９】
冬季には、前述のように、戸外からの空気は、ファン（図６の符号８参照）及びダンパ２５，２６により、前記ゼオライトタンク１１内のゼオライトと熱交換可能に設置されたパイプ２４の中を通過するように移動させられるので、前述のように高温化されたゼオライトと熱交換されることにより加温され、この加温された「暖房用の空気」が、室内又は床下くり石層に供給される。
【００３０】
以上のように、本実施形態１では、凝縮器１２は、地中に埋設されており常に地熱により一定の低い温度に予め保持されているため、従来（前記の特開昭５７−１６４２５９号公報）のように凝縮器を冷却するための冷却水を水道などから供給する必要が無い。また、本実施形態１では、蒸発器１４が地中に埋設されているので、蒸発器１４の中に大量の水を収納する場合でも、地上の設備のサイズが過大になることが防止される。また、本実施形態１では、蒸発器１４が地中に埋設されているので、蒸発器１４内の水１５から水蒸気がゼオライトに吸収されて水１５が冷却されたとき、水１５は、前記蒸発器４５が夏季でも低温に保持される地中に保持されているため、周囲の外気温度で加熱されることがなく蒸発器１４内の水１５の冷温の保持力が増すようになる。よって、従来のように「地上に設置した蒸発器の外周面に、外気と断熱するための断熱材を備え付ける」必要が無くなり、設備費用を低コスト化することができる。
なお、ここで、本実施形態１における前記バルブ１７，１９の動作について敷衍しておく。本実施形態１においては、前記ゼオライトから水蒸気を放出させるときは、前記バルブ１７が「開」で前記バルブ１９は「閉」の状態にされる。また、前記ゼオライトが前記蒸発器１４内の水１５からの蒸気を吸収するときは、前記バルブ１９が「開」で前記バルブ１７は「閉」の状態にされる。また、前記ゼオライトに蓄積された高温又は前記蒸発器１４に蓄積された冷温をそのまま保持しようとするときは、前記バルブ１７と前記バルブ１９は共に「閉」の状態とされる。なお、本実施形態１において、前記バルブ１７，１９が共に開の状態にされることは無い。
【００３１】
なお、本実施形態１では、図２のカレンダー部３５からの現時点が夏季であるか冬季であるかを示す暦信号に基づいてマイクロコンピュータ３１がダンパ２５及び２６を夏季用か冬季用かのいずれかの位置に制御するようにしているが、本発明では、例えば、図２の外気温度センサ３３により戸外の気温を検出して、戸外の気温が所定温度以上のときはマイクロコンピュータ３１がダンパ２５及び２６を前記夏季用の位置に制御すると共に、戸外の気温が所定温度以下のときはマイクロコンピュータ３１がダンパ２５及び２６を前記冬季用の位置に制御するようにしてもよい。
【００３２】
また、本実施形態１では、図２のゼオライト温度センサ３２からの信号に基づいてマイクロコンピュータ３１がバルブ１７及び１９の位置を制御する（ゼオライトの温度が所定温度以上になれば、バルブ１９は閉にして、バルブ１７を閉から開に切り換える。また、ゼオライトの温度が所定温度以下になれば、バルブ１７を開から閉にして、バルブ１９を閉から開に切り換える）ようにしているが、本発明では、例えば、図２の計時部（タイマー）３４からの時刻信号に基づいてマイクロコンピュータ３１がバルブ１７及び１９を制御するようにしてもよい。例えば、ユーザーがボイラーを使用する時間帯がほぼ毎日一定であることを前提として、ユーザーがボイラーを使用する時間帯（加熱部２０によりボイラー排熱がゼオライトタンク１１に供給される時間帯）になると、計時部３４からの時刻情報に基づいて、マイクロコンピュータ３１が、バルブ１９を閉にして、バルブ１７を閉から開に切り換える。また、ボイラーが使用されない時間帯になると、計時部３４からの時刻情報に基づいて、マイクロコンピュータ３１が、バルブ１７を開から閉にして、バルブ１９を閉から開に切り換えるようにしてもよい。
【００３３】
実施形態２．
次に、図４〜５を参照して、本発明の実施形態２を説明する。図４において、図６（従来例）と共通する部分には同一の符号を付している。図４において、５は、外側パイプ５ａと内側パイプ５ｂとの二重パイプ構造となっている地中パイプである。この地中パイプ５は、数ｍ（約１〜５ｍ）以上の深さまで、地中に埋設されている。この地中パイプ５の図示上端部には、複数の穴が形成されており、この穴により、外気を導入するための外気導入部５ｃが形成されている。
【００３４】
戸外の空気は、図４では図示していないファン（図６の符号８参照）により、前記外気導入部５ｃから外側パイプ５ａ内に導入され、外側パイプ５ａ内を下降しながら、地熱と熱交換される。前記空気が外側パイプ５ａの底部に達すると、内側パイプ５ｂの中に入って、その中を上昇して行き、さらに、パイプ７の中を図示右方向に移動する。
【００３５】
本実施形態２では、前記パイプ７の図示右側端部は、図４に示すように、パイプ５１及びパイプ５２とダンパ５３を介して接続されている。また、パイプ５１とパイプ５３の図示右側端部は、図４に示すように、建物の床下くり石層２内に延びるパイプ３とダンパ５４を介して接続されている。
【００３６】
また、前記パイプ５１は、図４に示すように、ゼオライト（例えば粉末状）が封入されたゼオライトタンク４１と接するように、すなわちゼオライトと熱交換が可能なように配置されている。具体的には、ゼオライトタンク４１は、図５に示すように、その長手方向（図４の水平方向）の中央が円筒状の貫通穴となっており、この円筒状の貫通穴の中を、前記パイプ５１（戸外からの空気を移動させるためのパイプ）が挿通されている。また、前記パイプ５１は、内部を移動する空気と前記ゼオライトとの熱交換の効率を増すために、多数のフィンを設けて表面積を増すようにしている（又は、ジャバラ状に形成して表面積を増すようにしてもよい）。
【００３７】
また、前記の戸外からの空気を移動させるためのパイプ５１の外周面には、ボイラー排熱により加熱されたパイプなどで構成される加熱部４０が、配設されている（図４に示すように、前記加熱部４０を構成するパイプは、前記パイプ５１の外周面に、略コイル状に巻き付けられた状態に設置されている）。この加熱部４０は、ボイラー排熱などを利用して前記ゼオライトタンク４１内のゼオライトを高温に加熱するために使用されるものである。なお、図５において、４０ａは前記加熱部４０を構成するパイプの末端部に設置されている排気筒である。なお、本実施形態２において、前記加熱部４０を構成するボイラー排熱で加温されたパイプは、前記ゼオライトタンク４１の外周面に巻き付けて設置されていてもよい。
【００３８】
また、前記パイプ５２は、図４に示すように、水４６が封入された蒸発器（地中タンク）４５と接するように、すなわち前記水４６と熱交換が可能なように配置されている。具体的には、図５に示すように、前記蒸発器４５はその長手方向（図４の水平方向）の中央が円筒状の貫通穴となっており、この円筒状の貫通穴の中を、前記パイプ５２が挿通されている。なお、図５において、５５は、水抜き用のコックである。
【００３９】
また、前記ゼオライトタンク４１と前記蒸発器４５とは、図４に示すように、パイプ４３、凝縮器４２及びバルブ４４を介して、互いに接続されている。前記凝縮器４２とバルブ４４と前記蒸発器４５とは、共に、地中に埋設されている。また、前記ゼオライトタンク４１と前記蒸発器４５とは、図４に示すように、パイプ４７及びバルブ４８を介して、互いに接続されている。
【００４０】
本実施形態２では、前記ゼオライトタンク４１、前記パイプ４３、前記凝縮器４２、前記蒸発器４５、及び、前記パイプ４７は、密閉系（真空密閉系）として構成されている。前記ゼオライトタンク４１、前記パイプ４３、前記凝縮器４２、前記蒸発器４５、及び、前記パイプ４７から成る密閉系の動作は、実施形態１で述べたものとほぼ同様である。
【００４１】
次に、本実施形態２の前記ゼオライトタンク４１、凝縮器４２、及び、蒸発器４５の動作を説明する。まず、加熱部４０によりゼオライトが加熱されたときは（図２のゼオライト温度センサ３２又は計時部３４からそのことを示す信号が出力されたときは）、マイクロコンピュータ３１がバルブ４４を開放して、ゼオライトからの水蒸気を凝縮器４２に導き、水蒸気をここで冷却し液化させ、蒸発器４５の中に滴下・収容させる。その後、周囲の外気温度の影響などでゼオライトが所定温度まで低下したときは（図２のゼオライト温度センサ３３又は計時部３４からそのことを示す信号が出力されたときは）、マイクロコンピュータ３１がバルブ４８を開放させて（バルブ４４は閉にして）、蒸発器４５の水４６からの水蒸気をゼオライトに吸収させ、蒸発器４５内の水４６を気化熱により低温化させる（逆に、このとき、同時に、ゼオライトタンク４１内のゼオライトは水４６からの水蒸気と共に熱を吸収して高温化される）。以上の動作が所定のサイクルで繰り返される。
【００４２】
以上の動作を前提に、まず、夏季になると（図２のカレンダー部３５又は外気温度センサ３３からの出力により夏季であること又は外気の温度が高温になったことが検知されたときは）、図２のマイクロコンピュータ３１は、ダンパ５３，５４を、図４に示す位置に、すなわち、前記地中パイプ５からの空気を前記蒸発器４５と接する前記パイプ５２内に送るための位置に、切り換え制御する。すると、前記地中パイプ５からの空気は、前記パイプ７を介して前記パイプ５２に送られ、前記蒸発器４５内の前述のように低温化された水４６と熱交換されて冷却されるようになり、この冷却された冷房用の空気が、パイプ３とパイプ３に形成された穴３ａを介して、床下くり石層２内に供給される。
【００４３】
また、冬季になると（図２のカレンダー部３５又は外気温度センサ３３からの出力により冬季であること又は外気の温度が低温になったことが検知されたときは）、図２のマイクロコンピュータ３１は、ダンパ５３，５４を、図４の破線５３’，５４’で示す位置に、すなわち、前記地中パイプ５からの空気を前記ゼオライトタンク４１と接する前記パイプ５１内に送るための位置に、切り換え制御する。すると、前記地中パイプ５からの空気は、前記パイプ７を介して前記パイプ５１に送られ、前記ゼオライトタンク４１内の前述のように高温化されたゼオライトと熱交換され加温されるようになり、この加温された暖房用の空気が、パイプ３とパイプ３に形成された穴３ａを介して、床下くり石層２内に供給される。
【００４４】
以上のように、本実施形態２では、前記実施形態１と同様に、加熱部４０により加熱されたゼオライトから放出された水蒸気は、バルブ４４が開放されることにより、図示下方の凝縮器４２に送られ、ここで地熱と熱交換されて冷却され液化される（凝縮器４２は、地中に埋設されているので、常に地熱により一定の低い温度に予め保持されている）。また、ゼオライトから水蒸気が放出されてゼオライトが脱水された後は、バルブ４８が開放されることにより、蒸発器４５の水４６から水蒸気がゼオライトに吸収されて、水４６が気化熱により低温化される（このとき、同時に、ゼオライトは高温化される）。
【００４５】
このように、本実施形態２では、本実施形態１と同様に、凝縮器４２は、地中に埋設されており常に地熱により一定の低い温度に予め保持されているため、従来例（特開昭５７−１６４２５９号公報）のように凝縮器を冷却するための冷却水を水道などから供給する必要が無い。また、本実施形態２では、本実施形態１と同様に、蒸発器４５が地中に埋設されているので、蒸発器４５の中に大量の水を収納する場合でも、地上の設備のサイズが過大になることが防止される。また、本実施形態２では、本実施形態１と同様に、蒸発器４５が地中に埋設されているので、蒸発器４５内の水４６から水蒸気がゼオライトに吸収されて水４６が冷却されたとき、水４６の冷温は、前記蒸発器４５が夏季でも低温に維持される地中に保持されるため、周囲の温度で加熱されることがなく、蒸発器４５内の冷温の保持力が増すようになる。よって、従来のように「地上に設置した蒸発器の外周面に、外気と断熱するための断熱材を備え付ける」必要が無くなり、設備費用を低コスト化することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ゼオライトの性質と地熱を組み合わせることにより、ランニングコストが低く、地上の設備のサイズを小さくでき、自然力を利用しているため環境に優しく且つ住人の健康にも優しく、さらに、強力な冷暖房効果を実現できる冷暖房システムを提供することができる。特に、ゼオライトは、密閉系で使用して、窒素などとの接触を避けて劣化を防ぐことにより、何回でも繰り返しヒートポンプとして使用することができるようになるので、ゼオライトを使用することによりシステムのランニングコストを最小化することができる。
【００４７】
また、本発明においては、凝縮器を地中に埋設しておき、凝縮器を常に地熱により一定の低い温度に予め保持するようにしているので、従来のゼオライトを使用した冷暖房設備（特開昭５７−１６４２５９号公報に示す冷暖房設備）のように凝縮器を冷却するために特別に水道源から冷却水を供給する必要が無くなり、システムのランニングコストを大幅に低減できるようになる。
【００４８】
また、本発明によれば、蒸発器を地中に埋設するようにしているので、蒸発器の中に大量の水を収納する場合でも、地上の設備のサイズが過大になることを防止でき、地熱及びゼオライトを使用した冷暖房システムの全体のサイズを小型化することが可能になる。
【００４９】
また、本発明によれば、蒸発器が地中に埋設されているので、蒸発器内の水から水蒸気がゼオライトに吸収されて蒸発器内の水が冷却されたとき、その水の冷たい温度は、周囲の地熱により夏季でも低温のまま保持され続けるようになり、蒸発器内の冷温の保持力が増大するようになる。すなわち、従来のように蒸発器を地上に設置している場合は、ゼオライトにより低温化された蒸発器内の水が周囲の外気温度により徐々に高温化されてしまことを防止するために、「地上に設置した蒸発器の外周面に、外気と断熱するための断熱材を備え付ける」必要があったが、本発明ではその必要が無くなり、設備費用を低コスト化することができるようになる。
【００５０】
また、本発明では、冬季においては、地中の蒸発器内の水がゼオライトにより冷却されて得られる冷温が空気を冷却するために使用されることはない。しかし、１年のサイクルの中でみると、前記の冬季において蓄積された蒸発器の冷温は、冬季において地中に伝達されて蒸発器の近傍（周辺）エリアの地中温度をより低下させるので、次の夏季には、蒸発器の近傍（周辺）エリアの地中温度は他のエリアよりも低下していることになり、蒸発器の近傍（周辺）エリアに設置された地中パイプ（図４の符号５参照）による戸外からの空気の冷却効果がより増大するようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の構成及び動作を説明するための概略図。
【図２】本実施形態１の電気的構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態１の冬季の動作を説明するための概略図。
【図４】本発明の実施形態２を説明するための概略図。
【図５】図４の部分断面図。
【図６】従来の地熱を利用した空調システムを示す図。
【符号の説明】
１ 基礎立ち上がり部
２ 床下くり石層
３，７，１３，１６，１８，２４，５１，５２ パイプ
３ａ 穴
５ 地中パイプ
５ｃ，１１ａａ 外気導入部
１１，４１ ゼオライトタンク
１２，４２ 凝縮器
１４，４５ 蒸発器
１５，４６ 水
１７，１９，４４，４８ バルブ
２０，４０ 加熱部
２５，２６，５３，５４ ダンパ
３１ マイクロコンピュータ
３２ ゼオライト温度センサ
３３ 外気温度センサ
３４ 計時部（タイマー）
３５ カレンダー部
３６ ダンパ駆動部
３７ バルブ駆動部
【発明の属する技術分野】
本発明は、地熱とゼオライトを利用した建物（家屋やビルなど）の冷暖房システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ゼオライトの性質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５７−１６４２５９号公報は、ゼオライトを収容しており太陽熱により暖められるゼオライトタンク、ゼオライトから放出される水蒸気を冷却する凝縮器、凝縮・液化された水を収容しゼオライトに水蒸気を供給する蒸発器（冷水を蓄積する貯冷槽を兼ねる）、前記凝縮器で加熱された温水（凝縮器を冷却するために水道から供給された水であって、液化時の凝縮熱により加温された水）を蓄積する貯熱槽、前記蒸発器の冷水と空気を熱交換するための冷房用熱交換器、及び、前記貯熱槽の温水と空気を熱交換するための暖房用熱交換器、などを含む冷暖房設備を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開昭５７−１６４２５９号公報が提案する従来のゼオライトを使用した冷暖房設備は、前記凝縮器を冷却するためにわざわざ水道源からの水をパイプにより凝縮器に供給するようにしているが、これでは、設備のランニングコストが過大になってしまうという問題がある。また、上記の特開昭５７−１６４２５９号公報が提案する従来のゼオライトを使用した冷暖房設備によれば、前記凝縮器や前記蒸発器が地上に設置されているため地上に設置される冷暖房設備全体のサイズが過大になってしまうという問題がある。
【０００４】
他方、本出願人が特願平１１−２９４８８６などで従来より提案している地熱を利用した空調システムでは、例えば、図６に示すように、外側パイプ５ａと内側パイプ５ｂとの二重パイプから成る地中パイプ５を、地下数ｍの深さまで重力方向に埋設しておき、前記外側パイプ５ａと内側パイプ５ｂとの間の隙間５ｄに導入された外気を下降させながら地熱と熱交換させて、この空気を、内側パイプ５ｂ及びパイプ９を介して、同様に外側パイプ１６ａと内側パイプ１６ｂとの二重パイプから成る地中パイプ１６に移動させ、その中の隙間６ｄの中で地熱と熱交換させてから、パイプ７、ファン８、及び、穴開きパイプ１３（前記空気を床下くり石層２内に排出するための穴３ａが複数個形成されている）を介して床下くり石層２（建物の基礎立ち上がり部１と建物のコンクリート床と地面とで囲まれた数百ｍｍ高の床下空間に充填された多数のくり石や調湿用の木炭などが充填されて成り、地熱を前記くり石及び各くり石間の隙間の空気層に効率的に蓄積することができる床下くり石層）に移動させ、前記空気を、さらに、前記床下くり石層２の中で地熱と熱交換させ、調湿・清浄化させてから、建物の室内に供給するようにしている。
【０００５】
このような地熱を利用した空調システムは、「地中の温度変化が約１３℃〜１９℃と一年を通じてほぼ一定である（さらに、地中温度は地上の気温変化に対してタイムラグがあるため、例えば夏季でも地中温度は１７℃の低温に止まる）」ことを利用して、ランニングコストが低く、自然力を利用しているため環境に優しく且つ住人の健康にも優しい冷暖房を提供するものであるが、地熱の温度が一定の幅に止まる（上記のように約１３℃〜１９℃）ことから、地熱を利用した空気の加温・冷却の幅にある程度の制約は避けられず、強力な冷暖効果を実現することは困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の問題点に着目してなされたものであって、ゼオライトの性質と地熱を組み合わせることにより、ランニングコストが低く、地上の設備のサイズを小さくでき、自然力を利用しているため環境に優しく且つ住人の健康にも優しく、さらに、強力な冷暖房効果を実現できる冷暖房システムを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術の課題を解決するための本発明による地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムは、ゼオライトを収納しているゼオライトタンクと、前記ゼオライトタンク内のゼオライトから放出される水蒸気を凝縮するための凝縮器であって、地熱により前記水蒸気を凝縮するために、地中に埋設されている凝縮器と、前記ゼオライトタンク内のゼオライトに水蒸気を供給するための水を収容しており、且つ、前記凝縮器で凝縮された水を収納するように構成された蒸発器であって、地上から重力方向に約１ｍ以上の深さまで地中に埋設されている蒸発器と、前記ゼオライトタンク内のゼオライトを加熱するための、例えばボイラーの排熱供給部、ヒータ、又は太陽熱集熱器などから成る加熱部と、戸外から取り込まれた空気を前記ゼオライトタンク内のゼオライトの熱と熱交換して、建物の室内に又は建物の床下に形成された床下クリ石層に供給するための暖房用空気供給部と、戸外から取り込まれた空気を前記蒸発器の冷熱と熱交換して、建物の室内に又は建物の床下に形成された床下クリ石層に供給するための冷房用空気供給部と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムは、前記ゼオライトタンク、前記凝縮器、及び、前記蒸発器は、外部と遮断された一つの密閉系として構成されているものである。
【０００９】
また、本発明の地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムにおいては、前記蒸発器の近傍（例えば、約１ｍ，約２ｍ，約３ｍ，約４ｍ，又は、約５ｍ以内）には、地上から重力方向に約１ｍ以上の深さまで地中に埋設された地中パイプであって、戸外からの空気をその内部で移動させながら周囲の地熱と熱交換させ、その熱交換した空気を前記暖房用空気供給部又は冷房用空気供給部に供給するための地中パイプが備えられている。
【００１０】
また、本発明の地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムにおいては、戸外の空気を取り込むための外気導入部と、この外気導入部と前記暖房用空気供給部及び前記冷房用空気供給部との間に備えられ、前記外気導入部からの空気を前記暖房用空気供給部及び前記冷房用空気供給部のいずれか一方のみに供給するように構成されたダンパと、冬季又は外気の温度が所定温度より低いときは、前記外気導入部からの外気を前記暖房用空気供給部の方に供給し、且つ、夏季又は外気の温度が所定温度より高いときは、前記外気導入部からの外気を前記冷房用空気供給部の方に供給するように、前記ダンパを制御するための制御部と、を備えている。
【００１１】
また、本発明の地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムにおいては、前記蒸発器と前記ゼオライトタンクとの間を開閉するための第１のバルブと、前記凝縮器と前記蒸発器との間を開閉するための第２のバルブと、前記ゼオライトタンク内のゼオライトの温度を検出するための温度センサと、前記温度センサから出力される前記ゼオライトの温度に基づいて、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブの開閉を制御するためのバルブ制御手段と、を備えている。
【００１２】
また、本発明の地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムにおいては、前記蒸発器と前記ゼオライトタンクとの間を開閉するための第１のバルブと、前記凝縮器と前記蒸発器との間を開閉するための第２のバルブと、時刻情報を発生するための計時手段と、前記計時手段からの出力に基づいて、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブの開閉を制御するためのバルブ制御手段と、を備えている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
以下、本発明の実施形態１を説明する。図１は本実施形態１による地熱とゼオライトを利用した冷暖房システムを示す概略構成図である。図１において、１１はゼオライト（例えば粉末状）が収容された例えば箱状（又は円筒状）のゼオライトタンクである（このゼオライトタンク１１は、後述のように、蒸発器１４内の水１５から水蒸気と共に熱をポンプのように吸い上げるヒートポンプを構成している）。前記ゼオライトタンク１１には、前記ゼオライトを一時的（定期的）に加熱するための加熱部２０が備えられている。この加熱部２０は、本実施形態１では、ユーザーがボイラーなどの給湯機器を駆動しているとき、その排熱を前記ゼオライトに供給するためのパイプなどで構成されている（なお、本実施形態１では、前記の加熱部２０として、前記のボイラーなどの給湯機器の排熱を供給するパイプ以外に、例えば、従来より公知の太陽熱集熱器を利用したり、電熱ヒーターを利用したりすることもできる）。
【００１４】
また、図１において、１２は前記ゼオライトタンク１１のゼオライトから放出される水蒸気を凝縮するための凝縮器（復水器）である。前記凝縮器１２は、地熱により前記ゼオライトからの水蒸気を凝縮するために、地中に埋設されている。前記凝縮器１２は、パイプ１３により前記ゼオライトタンク１１と接続されている。
【００１５】
また、図１において、１４は、前記ゼオライトタンク１１のゼオライトに水蒸気を供給するための水１５を収容している蒸発器である。また、前記蒸発器１４は、前記凝縮器１２で凝縮された水が滴下され収容されるように構成されている。本実施形態１では、前記蒸発器１４の外枠は、地上から地下数ｍ（例えば、約１ｍ，約２ｍ，約３ｍ，約４ｍ，又は、約５ｍ以上）の深さまで重力方向に向かって延びる縦長の円筒状（底面は塞がれており、中央には縦長の凹部が形成されている）のタンクとして形成されている。
【００１６】
また、前記蒸発器１４は、前記凝縮器１２とパイプ１６を介して接続されており、前記パイプ１６の途中には、パイプ１６の途中部分を開閉するためのバルブ１７が介設されている。また、前記蒸発器１４は、前記ゼオライトタンク１１とパイプ１８を介して接続されており、前記パイプ１８の途中には、パイプ１８の途中部分を開閉するためのバルブ１９が介設されている。
【００１７】
また、図１において、２１は、前記円筒状の蒸発器１４の中央の凹部の中に重力方向に挿入されている地中パイプである。この地中パイプ２１は、戸外の空気を取り込んでこの空気を下降させながら前記蒸発器１４内の水１５の冷熱と熱交換させるための第１のパイプ２１ａと、前記第１のパイプ２１ａの底部から前記空気を上昇させながら前記蒸発器１４内の水１５の冷熱と熱交換させて、建物の室内又は建物の床下クリ石層に供給するための第１のパイプ２１ｂと、により構成されている。前記第１のパイプ２１ａと第２のパイプ２１ｂとは、図の符合２２で示す仕切り板により、仕切られている。
【００１８】
また、前記第１のパイプ２１ａの上端部には、戸外の空気を導入するための複数の穴（図示せず）が形成されており、これらの複数の穴により、戸外の空気を前記第１のパイプ２１ａ内に取り込むための外気導入部２１ａａが形成されている。また、前記第２のパイプ２１ｂは、パイプ２３と連通されており、前記第２のパイプ２１ｂで蒸発器１４内の水１５と熱交換された空気は、前記パイプ２３を介して、建物の室内又は建物の床下くり石層に供給されるようになっている。
【００１９】
また、前記第１のパイプ２１ａの前記外気導入部１１ａの下方の部分は、ダンパ２５を介してパイプ２４と接続されている。このパイプ２４は、その中を通過する空気が前記ゼオライトタンク１１内のゼオライトと熱交換が可能なように設置されている。前記ダンパ２５の位置が「図１の破線２５’で示す位置（図３の符号２５で示す位置）」に切り換えられたときは、前記外気導入部２１ａａから導入された空気は、前記パイプ２４内に送られて、そこで前記ゼオライトと熱交換され、さらに、図のダンパ２６が開放される（ダンパ２６が図３で示す位置に切り換えられる）ことにより、建物の室内又は建物の床下くり石層に供給されるようになっている。
なお、本実施形態１では、前記パイプ２４は、その中を移動する空気が前記ゼオライトと効率的に熱交換できるようにするために、多数のフィンを設けて表面積を増すようにしている（又は、ジャバラ状に形成して表面積を増すようにしてもよい）。
また、本実施形態１では、前記加熱部２０を構成しているパイプ（ボイラーの排熱により加温されたパイプ）は、前記の空気をゼオライトと熱交換させながら通過させるためのパイプ２４の外周面又はその近傍に略コイル状に巻き付けられた状態に配置されている。
【００２０】
以上の図１のシステムにおいては、ファン（図６の符号８参照）が常時又はユーザーが設定した時間帯だけ駆動されており、このファンにより、戸外からの空気が、前記外気導入部２１ａａから導入されて、（ダンパ２５，２６の切り換えにより）前記地中パイプ２１内又はパイプ２４内を移動して、建物の室内又は床下くり石層に移動するようになっている。
【００２１】
次に、図２は、本実施形態１の電気的な構成を示す概略ブロック図である。図２において、３１はマイクロコンピュータ、３２は前記ゼオライトタンク１１内のゼオライトの温度を検出してマイクロコンピュータ３１に入力するためのゼオライト温度センサ、３３は例えば前記第１のパイプ２１ａの外気導入部２１ａａの近傍に取り付けられた外気温度センサであって戸外の気温を検出してマイクロコンピュータ３１に入力するするための外気温度センサ、３４は時刻情報を発生してマイクロコンピュータ３１に入力するための計時部（タイマー）、３５は暦情報を発生してマイクロコンピュータ３１に入力するためのカレンダー部、３６はマイクロコンピュータ３１からの出力に基づいて前記２つのダンパ２５，２６をそれぞれ開閉駆動するためのダンパ駆動部、３７はマイクロコンピュータ３１からの出力に基づいて前記２つのバルブ１７，１９をそれぞれ開閉駆動するためのバルブ駆動部、である。
【００２２】
次に、本実施形態１の夏季の動作を図１及び図２を参照して説明する。まず、本実施形態１では、図１の前記ゼオライトタンク１１、凝縮器１２、蒸発器１４、前記ゼオライトタンク１１と凝縮器１２を接続するパイプ１３、前記凝縮器１２と蒸発器１４を接続するパイプ１６、及び、前記蒸発器１４とゼオライトタンク１１を接続するパイプ１８は、外気と遮断された一つの真空密閉系を構成している。本実施形態１では、図１のシステムの設備を設置するとき、前記ゼオライトタンク１１、凝縮器１２、及び蒸発器１４などを密閉系として形成した後、真空ポンプにより、その内部を真空にしておくようにする。
【００２３】
夏季になり、図２のカレンダー部３５が夏季であることを示す信号を出力したとする。すると、マイクロコンピュータ３１により、ダンパ駆動部３６が制御されて、２つのダンパ２５，２６が、それぞれ図１に示すような夏季用の位置に配置される。この場合、前記外気導入部２１ａａから導入された空気は、前記ダンパ２５により前記蒸発器１４の凹部に挿入された地中パイプ２１の中に送られ、さらに、前記ダンパ２６により室内又は床下くり石層（図６の符号２参照）に移動させられる。
【００２４】
今、ゼオライトタンク１１内のゼオライトが前記加熱部２０からのボイラー排熱により加熱されると、ゼオライトは内部に含んでいた水分を水蒸気として放出する（この水蒸気の放出がある程度続くと、ゼオライトは脱水された状態になる）。ゼオライトから放出された水蒸気は、パイプ１３を介して凝縮器１２に入り、ここで液化される。凝縮器１２は、前述のように地中に埋設されており、地熱により常に所定の範囲の温度に保持されている。したがって、前記ゼオライトからの高温の水蒸気がこの凝縮器１２に送られると、水蒸気はここで冷却されて液化させられる。また、前記ゼオライトからの水蒸気が凝縮器１２で液化するとき、凝縮熱を放出するが、この凝縮熱は、前記凝縮器１２の周囲の地中に放出される（周囲の地熱と熱交換される）。
【００２５】
また、前述のように、ゼオライトタンク１１内のゼオライトが前記加熱部２０からのボイラー排熱により所定温度以上に加温されたときは、そのことを示す検出信号が、図２のゼオライト温度センサ３２からマイクロコンピュータ３１に出力される。マイクロコンピュータ３１は、この検出信号を受信すると、前記バルブ駆動部３７を制御して、図１のバルブ１７を閉から開の状態に切り換える（なお、このとき、図１のバルブ１９は閉にされる）。これにより、前述のように前記ゼオライトからの水蒸気が前記凝縮器１２によって液化されて生じた水は、パイプ１６及びバルブ１７を介して、前記蒸発器１４の中に滴下され収容される。
【００２６】
次に、前記加温部１０のボイラー排熱などによる加熱が停止され、且つ、周囲温度（夜間に低下した周囲の外気温度など）によって、前記ゼオライトタンク１１内のゼオライトの温度が所定温度以下に低下したときは、そのことを示す検出信号が、図２のゼオライト温度センサ３２からマイクロコンピュータ３１に向けて出力される。マイクロコンピュータ３１は、この検出信号を受信すると、前記バルブ駆動部３７を制御して、図１のバルブ１７を開から閉に切り換えると共に、図１のバルブ１９を閉から開の状態に切り換える。このとき、前述のように加熱されて水蒸気が継続して放出させられたために脱水されたゼオライトは、周囲から水蒸気を吸収しようとする。そのため、前記蒸発器１４内の水１５から、水蒸気が、前記パイプ１８及びバルブ１９を介して、ゼオライトに吸収される。このように蒸発器１４内の水１５が盛んに気化されると、その気化熱によって、蒸発器１４内の水１５が低温化される（他方、同時に、前記ゼオライトタンク１１内のゼオライトは、前記水から水蒸気と共に熱を吸い上げて、高温化される）。
【００２７】
前述のように、夏季には、２つのダンパ２５，２６とファン（図６の符号８参照）により、外気導入部２１ａａからの空気が前記蒸発器１４の凹部内に挿入された地中パイプ２１の中を通るように設定されている。したがって、夏季には、前記外気導入部２１ａａから導入された空気は、前述のように気化熱により低温化された蒸発器１４内の水と熱交換されることにより冷却され、この冷却された「冷房用の空気」が、室内又は床下くり石層に供給される。
【００２８】
次に、本実施形態１の冬季の動作を図３を参照して説明する。図２のカレンダー部３５から冬季であることを示す信号が出力されると、マイクロコンピュータ３１は、ダンパ２５及び２６の位置を、図３に示すように、外気導入部２１ａａからの空気が前記ゼオライトタンク１１内のゼオライトと熱交換可能に配置されたパイプ２４の中を通過するように、切り換える。夏季について前述したように、加温部１０によりゼオライトタンク１１内のゼオライトが加温されてゼオライトから水蒸気が放出されて脱水された後、バルブ１９が開に切り換えられて蒸発器１４の水１５から水蒸気がゼオライトタンク１１内のゼオライトに吸収されると、前記ゼオライトは、前記水から水蒸気と共に熱を吸い上げて高温化される（逆に、前記蒸発器１４内の水１５は、気化熱によって低温化される）。
【００２９】
冬季には、前述のように、戸外からの空気は、ファン（図６の符号８参照）及びダンパ２５，２６により、前記ゼオライトタンク１１内のゼオライトと熱交換可能に設置されたパイプ２４の中を通過するように移動させられるので、前述のように高温化されたゼオライトと熱交換されることにより加温され、この加温された「暖房用の空気」が、室内又は床下くり石層に供給される。
【００３０】
以上のように、本実施形態１では、凝縮器１２は、地中に埋設されており常に地熱により一定の低い温度に予め保持されているため、従来（前記の特開昭５７−１６４２５９号公報）のように凝縮器を冷却するための冷却水を水道などから供給する必要が無い。また、本実施形態１では、蒸発器１４が地中に埋設されているので、蒸発器１４の中に大量の水を収納する場合でも、地上の設備のサイズが過大になることが防止される。また、本実施形態１では、蒸発器１４が地中に埋設されているので、蒸発器１４内の水１５から水蒸気がゼオライトに吸収されて水１５が冷却されたとき、水１５は、前記蒸発器４５が夏季でも低温に保持される地中に保持されているため、周囲の外気温度で加熱されることがなく蒸発器１４内の水１５の冷温の保持力が増すようになる。よって、従来のように「地上に設置した蒸発器の外周面に、外気と断熱するための断熱材を備え付ける」必要が無くなり、設備費用を低コスト化することができる。
なお、ここで、本実施形態１における前記バルブ１７，１９の動作について敷衍しておく。本実施形態１においては、前記ゼオライトから水蒸気を放出させるときは、前記バルブ１７が「開」で前記バルブ１９は「閉」の状態にされる。また、前記ゼオライトが前記蒸発器１４内の水１５からの蒸気を吸収するときは、前記バルブ１９が「開」で前記バルブ１７は「閉」の状態にされる。また、前記ゼオライトに蓄積された高温又は前記蒸発器１４に蓄積された冷温をそのまま保持しようとするときは、前記バルブ１７と前記バルブ１９は共に「閉」の状態とされる。なお、本実施形態１において、前記バルブ１７，１９が共に開の状態にされることは無い。
【００３１】
なお、本実施形態１では、図２のカレンダー部３５からの現時点が夏季であるか冬季であるかを示す暦信号に基づいてマイクロコンピュータ３１がダンパ２５及び２６を夏季用か冬季用かのいずれかの位置に制御するようにしているが、本発明では、例えば、図２の外気温度センサ３３により戸外の気温を検出して、戸外の気温が所定温度以上のときはマイクロコンピュータ３１がダンパ２５及び２６を前記夏季用の位置に制御すると共に、戸外の気温が所定温度以下のときはマイクロコンピュータ３１がダンパ２５及び２６を前記冬季用の位置に制御するようにしてもよい。
【００３２】
また、本実施形態１では、図２のゼオライト温度センサ３２からの信号に基づいてマイクロコンピュータ３１がバルブ１７及び１９の位置を制御する（ゼオライトの温度が所定温度以上になれば、バルブ１９は閉にして、バルブ１７を閉から開に切り換える。また、ゼオライトの温度が所定温度以下になれば、バルブ１７を開から閉にして、バルブ１９を閉から開に切り換える）ようにしているが、本発明では、例えば、図２の計時部（タイマー）３４からの時刻信号に基づいてマイクロコンピュータ３１がバルブ１７及び１９を制御するようにしてもよい。例えば、ユーザーがボイラーを使用する時間帯がほぼ毎日一定であることを前提として、ユーザーがボイラーを使用する時間帯（加熱部２０によりボイラー排熱がゼオライトタンク１１に供給される時間帯）になると、計時部３４からの時刻情報に基づいて、マイクロコンピュータ３１が、バルブ１９を閉にして、バルブ１７を閉から開に切り換える。また、ボイラーが使用されない時間帯になると、計時部３４からの時刻情報に基づいて、マイクロコンピュータ３１が、バルブ１７を開から閉にして、バルブ１９を閉から開に切り換えるようにしてもよい。
【００３３】
実施形態２．
次に、図４〜５を参照して、本発明の実施形態２を説明する。図４において、図６（従来例）と共通する部分には同一の符号を付している。図４において、５は、外側パイプ５ａと内側パイプ５ｂとの二重パイプ構造となっている地中パイプである。この地中パイプ５は、数ｍ（約１〜５ｍ）以上の深さまで、地中に埋設されている。この地中パイプ５の図示上端部には、複数の穴が形成されており、この穴により、外気を導入するための外気導入部５ｃが形成されている。
【００３４】
戸外の空気は、図４では図示していないファン（図６の符号８参照）により、前記外気導入部５ｃから外側パイプ５ａ内に導入され、外側パイプ５ａ内を下降しながら、地熱と熱交換される。前記空気が外側パイプ５ａの底部に達すると、内側パイプ５ｂの中に入って、その中を上昇して行き、さらに、パイプ７の中を図示右方向に移動する。
【００３５】
本実施形態２では、前記パイプ７の図示右側端部は、図４に示すように、パイプ５１及びパイプ５２とダンパ５３を介して接続されている。また、パイプ５１とパイプ５３の図示右側端部は、図４に示すように、建物の床下くり石層２内に延びるパイプ３とダンパ５４を介して接続されている。
【００３６】
また、前記パイプ５１は、図４に示すように、ゼオライト（例えば粉末状）が封入されたゼオライトタンク４１と接するように、すなわちゼオライトと熱交換が可能なように配置されている。具体的には、ゼオライトタンク４１は、図５に示すように、その長手方向（図４の水平方向）の中央が円筒状の貫通穴となっており、この円筒状の貫通穴の中を、前記パイプ５１（戸外からの空気を移動させるためのパイプ）が挿通されている。また、前記パイプ５１は、内部を移動する空気と前記ゼオライトとの熱交換の効率を増すために、多数のフィンを設けて表面積を増すようにしている（又は、ジャバラ状に形成して表面積を増すようにしてもよい）。
【００３７】
また、前記の戸外からの空気を移動させるためのパイプ５１の外周面には、ボイラー排熱により加熱されたパイプなどで構成される加熱部４０が、配設されている（図４に示すように、前記加熱部４０を構成するパイプは、前記パイプ５１の外周面に、略コイル状に巻き付けられた状態に設置されている）。この加熱部４０は、ボイラー排熱などを利用して前記ゼオライトタンク４１内のゼオライトを高温に加熱するために使用されるものである。なお、図５において、４０ａは前記加熱部４０を構成するパイプの末端部に設置されている排気筒である。なお、本実施形態２において、前記加熱部４０を構成するボイラー排熱で加温されたパイプは、前記ゼオライトタンク４１の外周面に巻き付けて設置されていてもよい。
【００３８】
また、前記パイプ５２は、図４に示すように、水４６が封入された蒸発器（地中タンク）４５と接するように、すなわち前記水４６と熱交換が可能なように配置されている。具体的には、図５に示すように、前記蒸発器４５はその長手方向（図４の水平方向）の中央が円筒状の貫通穴となっており、この円筒状の貫通穴の中を、前記パイプ５２が挿通されている。なお、図５において、５５は、水抜き用のコックである。
【００３９】
また、前記ゼオライトタンク４１と前記蒸発器４５とは、図４に示すように、パイプ４３、凝縮器４２及びバルブ４４を介して、互いに接続されている。前記凝縮器４２とバルブ４４と前記蒸発器４５とは、共に、地中に埋設されている。また、前記ゼオライトタンク４１と前記蒸発器４５とは、図４に示すように、パイプ４７及びバルブ４８を介して、互いに接続されている。
【００４０】
本実施形態２では、前記ゼオライトタンク４１、前記パイプ４３、前記凝縮器４２、前記蒸発器４５、及び、前記パイプ４７は、密閉系（真空密閉系）として構成されている。前記ゼオライトタンク４１、前記パイプ４３、前記凝縮器４２、前記蒸発器４５、及び、前記パイプ４７から成る密閉系の動作は、実施形態１で述べたものとほぼ同様である。
【００４１】
次に、本実施形態２の前記ゼオライトタンク４１、凝縮器４２、及び、蒸発器４５の動作を説明する。まず、加熱部４０によりゼオライトが加熱されたときは（図２のゼオライト温度センサ３２又は計時部３４からそのことを示す信号が出力されたときは）、マイクロコンピュータ３１がバルブ４４を開放して、ゼオライトからの水蒸気を凝縮器４２に導き、水蒸気をここで冷却し液化させ、蒸発器４５の中に滴下・収容させる。その後、周囲の外気温度の影響などでゼオライトが所定温度まで低下したときは（図２のゼオライト温度センサ３３又は計時部３４からそのことを示す信号が出力されたときは）、マイクロコンピュータ３１がバルブ４８を開放させて（バルブ４４は閉にして）、蒸発器４５の水４６からの水蒸気をゼオライトに吸収させ、蒸発器４５内の水４６を気化熱により低温化させる（逆に、このとき、同時に、ゼオライトタンク４１内のゼオライトは水４６からの水蒸気と共に熱を吸収して高温化される）。以上の動作が所定のサイクルで繰り返される。
【００４２】
以上の動作を前提に、まず、夏季になると（図２のカレンダー部３５又は外気温度センサ３３からの出力により夏季であること又は外気の温度が高温になったことが検知されたときは）、図２のマイクロコンピュータ３１は、ダンパ５３，５４を、図４に示す位置に、すなわち、前記地中パイプ５からの空気を前記蒸発器４５と接する前記パイプ５２内に送るための位置に、切り換え制御する。すると、前記地中パイプ５からの空気は、前記パイプ７を介して前記パイプ５２に送られ、前記蒸発器４５内の前述のように低温化された水４６と熱交換されて冷却されるようになり、この冷却された冷房用の空気が、パイプ３とパイプ３に形成された穴３ａを介して、床下くり石層２内に供給される。
【００４３】
また、冬季になると（図２のカレンダー部３５又は外気温度センサ３３からの出力により冬季であること又は外気の温度が低温になったことが検知されたときは）、図２のマイクロコンピュータ３１は、ダンパ５３，５４を、図４の破線５３’，５４’で示す位置に、すなわち、前記地中パイプ５からの空気を前記ゼオライトタンク４１と接する前記パイプ５１内に送るための位置に、切り換え制御する。すると、前記地中パイプ５からの空気は、前記パイプ７を介して前記パイプ５１に送られ、前記ゼオライトタンク４１内の前述のように高温化されたゼオライトと熱交換され加温されるようになり、この加温された暖房用の空気が、パイプ３とパイプ３に形成された穴３ａを介して、床下くり石層２内に供給される。
【００４４】
以上のように、本実施形態２では、前記実施形態１と同様に、加熱部４０により加熱されたゼオライトから放出された水蒸気は、バルブ４４が開放されることにより、図示下方の凝縮器４２に送られ、ここで地熱と熱交換されて冷却され液化される（凝縮器４２は、地中に埋設されているので、常に地熱により一定の低い温度に予め保持されている）。また、ゼオライトから水蒸気が放出されてゼオライトが脱水された後は、バルブ４８が開放されることにより、蒸発器４５の水４６から水蒸気がゼオライトに吸収されて、水４６が気化熱により低温化される（このとき、同時に、ゼオライトは高温化される）。
【００４５】
このように、本実施形態２では、本実施形態１と同様に、凝縮器４２は、地中に埋設されており常に地熱により一定の低い温度に予め保持されているため、従来例（特開昭５７−１６４２５９号公報）のように凝縮器を冷却するための冷却水を水道などから供給する必要が無い。また、本実施形態２では、本実施形態１と同様に、蒸発器４５が地中に埋設されているので、蒸発器４５の中に大量の水を収納する場合でも、地上の設備のサイズが過大になることが防止される。また、本実施形態２では、本実施形態１と同様に、蒸発器４５が地中に埋設されているので、蒸発器４５内の水４６から水蒸気がゼオライトに吸収されて水４６が冷却されたとき、水４６の冷温は、前記蒸発器４５が夏季でも低温に維持される地中に保持されるため、周囲の温度で加熱されることがなく、蒸発器４５内の冷温の保持力が増すようになる。よって、従来のように「地上に設置した蒸発器の外周面に、外気と断熱するための断熱材を備え付ける」必要が無くなり、設備費用を低コスト化することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ゼオライトの性質と地熱を組み合わせることにより、ランニングコストが低く、地上の設備のサイズを小さくでき、自然力を利用しているため環境に優しく且つ住人の健康にも優しく、さらに、強力な冷暖房効果を実現できる冷暖房システムを提供することができる。特に、ゼオライトは、密閉系で使用して、窒素などとの接触を避けて劣化を防ぐことにより、何回でも繰り返しヒートポンプとして使用することができるようになるので、ゼオライトを使用することによりシステムのランニングコストを最小化することができる。
【００４７】
また、本発明においては、凝縮器を地中に埋設しておき、凝縮器を常に地熱により一定の低い温度に予め保持するようにしているので、従来のゼオライトを使用した冷暖房設備（特開昭５７−１６４２５９号公報に示す冷暖房設備）のように凝縮器を冷却するために特別に水道源から冷却水を供給する必要が無くなり、システムのランニングコストを大幅に低減できるようになる。
【００４８】
また、本発明によれば、蒸発器を地中に埋設するようにしているので、蒸発器の中に大量の水を収納する場合でも、地上の設備のサイズが過大になることを防止でき、地熱及びゼオライトを使用した冷暖房システムの全体のサイズを小型化することが可能になる。
【００４９】
また、本発明によれば、蒸発器が地中に埋設されているので、蒸発器内の水から水蒸気がゼオライトに吸収されて蒸発器内の水が冷却されたとき、その水の冷たい温度は、周囲の地熱により夏季でも低温のまま保持され続けるようになり、蒸発器内の冷温の保持力が増大するようになる。すなわち、従来のように蒸発器を地上に設置している場合は、ゼオライトにより低温化された蒸発器内の水が周囲の外気温度により徐々に高温化されてしまことを防止するために、「地上に設置した蒸発器の外周面に、外気と断熱するための断熱材を備え付ける」必要があったが、本発明ではその必要が無くなり、設備費用を低コスト化することができるようになる。
【００５０】
また、本発明では、冬季においては、地中の蒸発器内の水がゼオライトにより冷却されて得られる冷温が空気を冷却するために使用されることはない。しかし、１年のサイクルの中でみると、前記の冬季において蓄積された蒸発器の冷温は、冬季において地中に伝達されて蒸発器の近傍（周辺）エリアの地中温度をより低下させるので、次の夏季には、蒸発器の近傍（周辺）エリアの地中温度は他のエリアよりも低下していることになり、蒸発器の近傍（周辺）エリアに設置された地中パイプ（図４の符号５参照）による戸外からの空気の冷却効果がより増大するようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の構成及び動作を説明するための概略図。
【図２】本実施形態１の電気的構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態１の冬季の動作を説明するための概略図。
【図４】本発明の実施形態２を説明するための概略図。
【図５】図４の部分断面図。
【図６】従来の地熱を利用した空調システムを示す図。
【符号の説明】
１ 基礎立ち上がり部
２ 床下くり石層
３，７，１３，１６，１８，２４，５１，５２ パイプ
３ａ 穴
５ 地中パイプ
５ｃ，１１ａａ 外気導入部
１１，４１ ゼオライトタンク
１２，４２ 凝縮器
１４，４５ 蒸発器
１５，４６ 水
１７，１９，４４，４８ バルブ
２０，４０ 加熱部
２５，２６，５３，５４ ダンパ
３１ マイクロコンピュータ
３２ ゼオライト温度センサ
３３ 外気温度センサ
３４ 計時部（タイマー）
３５ カレンダー部
３６ ダンパ駆動部
３７ バルブ駆動部
Claims (6)
- ゼオライトを収納しているゼオライトタンクと、
前記ゼオライトタンク内のゼオライトから放出される水蒸気を凝縮するための凝縮器であって、地熱により前記水蒸気を凝縮するために、地中に埋設されている凝縮器と、
前記ゼオライトタンク内のゼオライトに水蒸気を供給するための水を収容しており、且つ、前記凝縮器で凝縮された水を収納するように構成された蒸発器であって、地上から重力方向に約１ｍ以上の深さまで地中に埋設されている蒸発器と、
前記ゼオライトタンク内のゼオライトを加熱するための、例えばボイラーの排熱供給部、ヒータ、又は太陽熱集熱器などから成る加熱部と、
戸外から取り込まれた空気を前記ゼオライトタンク内のゼオライトの熱と熱交換して、建物の室内に又は建物の床下に形成された床下クリ石層に供給するための暖房用空気供給部と、
戸外から取り込まれた空気を前記蒸発器の冷熱と熱交換して、建物の室内に又は建物の床下に形成された床下クリ石層に供給するための冷房用空気供給部と、を備えたことを特徴とする地熱とゼオライトを利用した冷暖房システム。 - 請求項１において、前記ゼオライトタンク、前記凝縮器、及び、前記蒸発器は、外部と遮断された一つの密閉系として構成されている、ことを特徴とする地熱とゼオライトを利用した冷暖房システム。
- 請求項１又は２において、
前記蒸発器の近傍には、地上から重力方向に約１ｍ以上の深さまで地中に埋設された地中パイプであって、戸外からの空気をその内部で移動させながら周囲の地熱と熱交換させ、その熱交換した空気を前記暖房用空気供給部又は冷房用空気供給部に供給するための地中パイプが備えられている、ことを特徴とする地熱とゼオライトを利用した冷暖房システム。 - 請求項１，２又は３において、さらに、
戸外の空気を取り込むための外気導入部と、
この外気導入部と前記暖房用空気供給部及び前記冷房用空気供給部との間に備えられ、前記外気導入部からの空気を前記暖房用空気供給部及び前記冷房用空気供給部のいずれか一方のみに供給するように構成されたダンパと、
冬季又は外気の温度が所定温度より低いときは、前記外気導入部からの外気を前記暖房用空気供給部の方に供給し、且つ、夏季又は外気の温度が所定温度より高いときは、前記外気導入部からの外気を前記冷房用空気供給部の方に供給するように、前記ダンパを制御するための制御部と、
を備えたことを特徴とする地熱とゼオライトを利用した冷暖房システム。 - 請求項１から４までのいずれかにおいて、
前記蒸発器と前記ゼオライトタンクとの間を開閉するための第１のバルブと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間を開閉するための第２のバルブと、
前記ゼオライトタンク内のゼオライトの温度を検出するための温度センサと、前記温度センサから出力される前記ゼオライトの温度に基づいて、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブの開閉を制御するためのバルブ制御手段と、
を備えたことを特徴とする地熱とゼオライトを利用した冷暖房システム。 - 請求項１から４までのいずれかにおいて、さらに、
前記蒸発器と前記ゼオライトタンクとの間を開閉するための第１のバルブと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間を開閉するための第２のバルブと、
時刻情報を発生するための計時手段と、
前記計時手段からの出力に基づいて、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブの開閉を制御するためのバルブ制御手段と、
を備えたことを特徴とする地熱とゼオライトを利用した冷暖房システム。
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