JP5874001B2 - 地中蓄熱槽形成装置及び地中蓄熱槽形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中を蓄熱槽として利用する地中蓄熱槽形成装置及び地中蓄熱槽形成方法に関するものである。

従来の地中を利用した蓄熱槽には、特許文献１、及び、特許文献２などの例が挙げられる。

図２２は、特許文献１に記載された従来型の地中蓄熱槽を示している。

図２２において、蓄熱槽１０８の全体は地中に掘り込まれ形状で形成され、周囲をコンクリート等で形成された地中構造体１０１で囲まれた地中空間１０２に貯湯タンク１０３を配し、貯水タンク１０３の周囲に砕石１０４ａを敷き詰めた砕石領域１０４を持つ構造になっている。ここで、地中空間１０２とは、貯湯タンク１０３と砕石領域１０４との蓄熱構造で形成された地中構造体１０１の内部を指している。地中空間１０２内に配置された複数の貯湯タンク１０３は、図２２上、太陽熱温水器で例示した集熱器１０５の出水口１１３に接続した出水配管１１４と連結され、さらに、最終段の貯湯タンク１０３からの帰還配管１１５は集熱器１０５の入水口１１６へと接続されている。

蓄熱槽１０８の蓄熱動作は、昼間、太陽光によって集熱器１０５内の水が温められると動作を開始し、循環ポンプ１０６を駆動することで、集熱器１０５内の温水を貯湯タンク１０３に貯水することで蓄熱する。

さらに、温水によって貯湯タンク１０３に蓄えられた熱量は、周囲の砕石領域１０４に熱拡散によって伝達される。このとき、貯湯タンク１０３内の温水は、循環ポンプ１０６で発生する水圧によって貯湯タンク１０３内をゆっくり移動する。砕石領域１０４への熱の伝達を終えた温度の低下した温水は、貯湯タンク１０３から集熱器１０５に戻されることで再び暖められ、貯湯タンク１０３と集熱器１０５の間を循環する。

砕石領域１０４に蓄えられた熱量は、地中構造体１０１を介した熱伝導によってその周囲の土壌１０７に拡散していく。周囲土壌１０７中に拡散する熱量は、蓄熱温度が比較的低温であることと、土壌１０７の熱抵抗が大きいという理由から、土壌１０７中をゆっくりと伝達される。拡散速度が遅いことに併せて、土壌１０７の熱容量が水の０．８倍と大きいことから、周囲土壌１０７を含めた地中蓄熱体を形成する。このような蓄熱槽１０８の多くは、夏期の集熱量を冬期の加温期間にまで持ち越すための大容量の蓄熱槽として動作する目的を持つ。

次に、加温対象空間１０９の加温のために、蓄熱槽１０８の熱量を回収する動作（以下、熱回収動作という）について説明する。

熱回収動作は、加温対象空間１０９の温度が低下する、冬期及び夜間に動作することになる。まず、通気ファン１１０によって通気ダクト１１１から吸気された加温対象空間１０９の空気（以下、加温のために加温対象空間１０９から吸気され蓄熱体との熱交換を担う空気のことを、加温空気という）が地中空間１０２内に強制送気される。すると、その流入した加温空気が砕石領域１０４の隙間を通ることで、砕石領域１０４の熱量を加温空気に吸収して暖かくなる。そして、暖かくなった加温空気が、通気ダクト１１１と地中空間１０２の対向の位置に挿管されている排気ダクト１１２から加温対象空間１０９に還流されることで加温対象空間が加温される。

特開昭５３―１１３３３５号公報（第５頁、図１） 特開平４―０６２３５７号公報（第４頁、図１）

しかしながら、前記従来型の蓄熱槽では、熱媒体である温水が、集熱器１０５での集熱媒体の役割を担い、かつ、蓄えた熱量を貯湯タンク１０３に移動するための熱の移動媒体の役割も担い、さらに、熱拡散による貯湯タンク１０３から砕石領域１０４への熱量を供給するための熱源としての一次蓄熱を担う蓄熱体（以下、一次蓄熱体という）の役割をも担う。このため、熱媒体として利用する水量を大量に確保しなければならず、熱媒体から蓄熱体への熱交換も直接的ではなく間接的であるため、効率が低いという課題があった。

本発明の目的は、熱媒体の使用量を削減し、熱媒体から蓄熱体への熱交換を高効率化することができる地中蓄熱槽形成装置及び地中蓄熱槽形成方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の１つの態様によれば、
蓄熱体を内部に収納して地中に埋設されるとともに、上部から供給されて底部に向かう熱媒体の流路を内部に形成する蓄熱構造体と、
前記蓄熱構造体と配管で接続されて前記熱媒体の循環を行い、かつ、前記蓄熱構造体の底部から吸い上げられた前記熱媒体を加熱する集熱部とを備えて、
前記集熱部で加熱されたのち前記蓄熱構造体に供給されて前記蓄熱構造体の前記流路に拡散した前記熱媒体から前記蓄熱体への熱交換によって前記熱媒体から前記蓄熱体に熱を伝導させ、前記熱を受け取った前記蓄熱体が、さらに前記蓄熱構造体の周囲の前記地中の土壌に熱を拡散させることによって前記地中に蓄熱槽を形成し、前記熱交換の後に前記蓄熱構造体の前記底部に溜まった前記熱媒体を吸い上げて前記集熱部に循環させて前記集熱部で加熱することにより、前記熱媒体を再利用するとともに、
前記集熱部は、外部の熱量を集熱し、前記熱媒体を加温し、
前記蓄熱構造体は、その上部に、前記集熱部で加温された前記熱媒体を前記蓄熱体に滴下する複数の穴を有する熱媒体滴下部を備えて、
前記蓄熱構造体は、内部で、前記熱媒体滴下部から滴下した前記熱媒体が前記流路に沿って前記蓄熱体を通過するときの熱交換により前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄熱構造体の内壁は、前記熱媒体を通さず、前記熱媒体滴下部から滴下された前記熱媒体を前記蓄熱構造体の前記底部に貯留する一方、
前記蓄熱構造体の前記底部に溜まった前記熱媒体を汲み上げて、前記集熱部に循環させる熱媒体汲み上げ部と、
加温対象である加温対象空間の空気を吸気し、その空気を前記蓄熱構造体に通気し、通気によって前記蓄熱構造体の内部の前記蓄熱体との熱交換によって加温された空気を前記加温対象空間に供給する熱回収部と、
前記熱媒体汲み上げ部と前記熱回収部の動作を制御する制御部と、
をさらに備える、地中蓄熱槽形成装置を提供する。

本発明の別の態様によれば、前記態様に記載の前記蓄熱構造体は、その外壁材と連結構造部で連結されるとともに、前記蓄熱構造体の上端から底部先端まで挿入されて前記底部に溜まる熱媒体を汲み上げる熱媒体汲み上げ配管の下端が連結される貯水構造部を有し、
前記蓄熱構造体を前記地中に形成するとき、
揚水配管及び前記貯水構造部を地表面から空けたボーリング穴に落とし込み、
前記揚水配管を操作して前記揚水配管に連結した前記貯水構造部を前記ボーリング穴の底で設置安定させ、
その後、前記蓄熱体を前記蓄熱構造体の内部へ順次埋設して前記蓄熱構造体を形成することにより、地中蓄熱槽を形成する、地中蓄熱槽形成方法を提供する。

本発明の地中蓄熱槽形成装置によれば、熱媒体による効果的な直接熱交換と簡単で効率の良い空気式の熱回収システムの併用が可能になるとともに、熱媒体の使用量を大幅に減らすことができる。

また、本発明の地中蓄熱槽の形成方法によれば、蓄熱構造を簡易に形成することが可能になり、蓄熱槽を安価に形成することができる。

本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱槽全体の構成図 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱体構造内の熱媒体の動作図 本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の隣接する２つの蓄熱構造体の間で第４開閉バルブをそれぞれ開閉することによる選択的な揚水動作の状態を表す図 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の加温時の蓄熱構造体の周辺の熱回収動作の流れを示す図 本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の制御器に接続するセンサ及び制御対象の接続を示すブロック図 本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の制御器の構成を示すブロック図 本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱動作制御のフロー図 本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の熱回収動作制御のフロー図 本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱構造体の周辺の構造を示す図であって、（ａ）は、図１の図面正面から見た１つの蓄熱構造体の周辺の構造を拡大して示した図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）及び（ｄ）は図８の（ａ）及び（ｂ）の蓄熱構造体の中間部及び底部でそれぞれ横に貫通する一点鎖線で示す面での断面図 本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱構造体の熱媒体滴下部の周辺の上面図 本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱構造体の熱媒体滴下部の下面図 本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱構造体の熱媒体滴下部の周辺の、図１の図面正面から見た正面図 本発明の第１実施形態における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱構造体の熱媒体滴下部の周辺の右側面図 本発明の第１実施形態の変形例における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱構造体において多数の噴射ノズルで均等噴霧が可能なスプレー部材を用いる図 本発明の第１実施形態の別の変形例における蓄熱槽の各種配管、蓄熱構造体などの地上上面からの配置構成を表した模式図 本発明の第１実施形態のさらに別の変形例における蓄熱槽の各種配管、蓄熱構造体などの地上上面からの配置構成を表した模式図 撥水処理によって生じる熱交換の効率低下について評価するために行った第２の実験において、ガラス玉から流れ落ちた排水温度を時系列に計測した結果の図 本発明の第２実施形態における地中蓄熱槽形成装置の貯水構造部を含む蓄熱構造体の構造を示す図 本発明の第２実施形態における地中蓄熱槽形成装置の貯水構造部の部分の図であって、（ａ）は貯水構造部を図１３の図面正面から見た正面図、（ｂ）は貯水構造部の上面図、（ｃ）は貯水構造部の下面図、（ｄ）は、同一断面を示す図１４の（ｂ）及び（ｃ）の各図を貫く１点鎖線の示す平面での貯水構造部の断面図 本発明の第２実施形態における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱槽の形成方法の流れ図 本発明の第３実施形態における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱槽全体の構成図 本発明の第３実施形態における地中蓄熱槽形成装置の小型ポンプの周辺の詳細を説明する図であって、（ａ）は、小型ポンプの周辺を図１６の紙面正面から見た正面図、（ｂ）は小型ポンプの周辺の上面図、（ｃ）は小型ポンプの周辺の下面図、（ｄ）は小型ポンプの周辺の側面図 本発明の第４実施形態における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱槽全体の構成図 本発明の第５実施形態における地中蓄熱槽形成装置の蓄熱槽全体の構成図 本発明の第５実施形態における地中蓄熱槽形成装置の小型ポンプの周辺の詳細を説明する図であって、（ａ）は、小型ポンプの周辺を図１９の紙面正面から見た正面図、（ｂ）は小型ポンプの周辺の上面図、（ｃ）は小型ポンプの周辺の下面図、（ｄ）は小型ポンプの周辺の側面図 本発明の第５実施形態における地中蓄熱槽形成装置の埋設前の蓄熱構造体の図１０に示した図面正面からの詳細図 本発明の第５実施形態における地中蓄熱槽形成装置の埋設前の蓄熱構造体の上面図 本発明の第５実施形態における地中蓄熱槽形成装置の埋設後の蓄熱構造体の蓄熱体を充填した図 従来例における蓄熱槽全体の構成図

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。

本発明の第１態様によれば、蓄熱体を内部に収納して地中に埋設されるとともに、上部から供給されて底部に向かう熱媒体の流路を内部に形成する蓄熱構造体と、
前記蓄熱構造体と配管で接続されて前記熱媒体の循環を行い、かつ、前記蓄熱構造体の底部から吸い上げられた前記熱媒体を加熱する集熱部とを備えて、
前記集熱部で加熱されたのち前記蓄熱構造体に供給されて前記蓄熱構造体の前記流路に拡散した前記熱媒体から前記蓄熱体への熱交換によって前記熱媒体から前記蓄熱体に熱を伝導させ、前記熱を受け取った前記蓄熱体が、さらに前記蓄熱構造体の周囲の前記地中の土壌に熱を拡散させることによって前記地中に蓄熱槽を形成し、前記熱交換の後に前記蓄熱構造体の前記底部に溜まった前記熱媒体を吸い上げて前記集熱部に循環させて前記集熱部で加熱することにより、前記熱媒体を再利用する、地中蓄熱槽形成装置を提供する。

このような構成によれば、熱媒体と蓄熱構造体の接触面積を飛躍的に増大させることにより、熱媒体から蓄熱体への高速及びかつ効率的な熱伝導を実現することで、熱媒体を蓄熱体として利用することなく、地下に熱応答の速い蓄熱構造体を形成するものであり、また、蓄熱構造体が、周囲の土壌にゆっくりと熱を拡散させることで蓄熱構造体の周囲も含む大熱容量の蓄熱槽を形成するものである。

また、蓄熱構造体の底に貯留した熱交換後の熱媒体を集熱部に循環することで、蓄熱槽の稼動に必要な熱媒体の使用量を削減するものである。

本発明の第２態様によれば、前記熱媒体として水を用い、
前記蓄熱構造体の内壁及び前記蓄熱体の表面は撥水性を有する
ことを特徴とした第１の態様に記載の地中蓄熱槽形成装置を提供する。

このような構成によれば、熱媒体に安価な温水を利用し、且つ、温水を蓄熱体に直接滴下する高効率な熱交換を利用しながらも、撥水処理によって蓄熱体内を流下する温水を残さず効率的に回収することができる。また、蓄熱構造体内に残る残水量が撥水処理によって減少することで、蓄熱構造体内から熱を回収する際の残水の蒸発による気化熱の熱消費を抑さえることができ、これにより、加温対象空間の空気を蓄熱構造体内に通気する従来型の安価な熱回収システムをそのまま利用することができる。

本発明の第３態様によれば、前記熱媒体として、シリコンオイルを用いることを特徴とした第１の態様に記載の地中蓄熱槽形成装置を提供する。

このような構成によれば、熱媒体の比熱が低いことから、集熱部から得られる有限な熱量によって容易に温度を上昇させることが出来、また、熱伝導率が低いことから集熱部から蓄熱構造体までの移動中の熱拡散による漏熱を防ぐことが出来、また、蒸気圧が低いことから、熱媒体の蒸発による蓄熱体からの気化潜熱の吸収を抑制することが出来、粘性が安定であることから熱媒体を圧送及び熱媒体汲み上げ動作を行うためのポンプ能力が一定とすることが出来る。これらの効果から、蓄熱槽の蓄熱温度を容易に高温化し、熱媒体からの漏熱及び熱媒体の気化熱による蓄熱ロスを抑制し、ポンプ能力の変動の少ない蓄熱槽を構築することが出来る。

本発明の第４態様によれば、前記集熱部は、外部の熱量を集熱し、前記熱媒体を加温し、
前記蓄熱構造体は、その上部に、前記集熱部で加温された前記熱媒体を前記蓄熱体に滴下する複数の穴を有する熱媒体滴下部を備えて、
前記蓄熱構造体は、内部で、前記熱媒体滴下部から滴下した前記熱媒体が前記流路に沿って前記蓄熱体を通過するときの熱交換により前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄熱構造体の内壁は、前記熱媒体を通さず、前記熱媒体滴下部から滴下された前記熱媒体を前記蓄熱構造体の前記底部に貯留する一方、
前記蓄熱構造体の前記底部に溜まった前記熱媒体を汲み上げて、前記集熱部に循環させる熱媒体汲み上げ部と、
加温対象である加温対象空間の空気を吸気し、その空気を前記蓄熱構造体に通気し、通気によって前記蓄熱構造体の内部の前記蓄熱体との熱交換によって加温された空気を前記加温対象空間に供給する熱回収部と、
前記熱媒体汲み上げ部と前記熱回収部の動作を制御する制御部と、
をさらに備える、第２又は３の態様に記載の地中蓄熱槽形成装置を提供する。

このような構成によれば、第２又は３の態様で記載の効果を有する蓄熱槽を形成することができる。

本発明の第５態様によれば、前記集熱部は、外部の熱量を集熱し、前記熱媒体を加温し、
前記蓄熱構造体は、その上部に、前記集熱部で加温された前記熱媒体を前記蓄熱体に滴下する複数の穴を有する熱媒体滴下部を備えて、
前記蓄熱構造体は、内部で、前記熱媒体滴下部から滴下した前記熱媒体が前記流路に沿って前記蓄熱体を通過するときの熱交換により前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄熱構造体の内壁は、前記熱媒体を通さず、前記熱媒体滴下部から滴下された前記熱媒体を前記蓄熱構造体の前記底部に貯留する一方、
前記蓄熱構造体の前記底部に溜まった前記熱媒体を汲み上げて、前記集熱部に循環させる熱媒体汲み上げ部と、
前記蓄熱構造体に通気して循環させる熱回収部と
加温対象である加温対象空間の空気を吸気し、前記熱回収部にて前記蓄熱構造体を循環する空気と吸気した前記加温対象空間の空気を分離しながら両空気の間で熱交換を行い、加温された前記加温対象空間内の空気を前記加温対象空間に帰還させる熱交換部と、
前記熱媒体汲み上げ部と前記熱回収部とを制御する制御部と、
をさらに備える、第２又は３の態様に記載の地中蓄熱槽形成装置を提供する。

このような構成によれば、第２又は３の態様で記載の効果を有する蓄熱槽を形成することができるとともに、熱交換部によって蓄熱構造体内の空気と加温対象空間の空気を分離しながら、蓄熱構造体内の空気と加温対象空間内の空気の熱交換を行うことが出来る。このことから、第２の態様の温水を熱媒体とした蓄熱槽では、蓄熱体内の高湿度の空気が加温対象空間内に流入することが無く、また、蓄熱構造体内に残る温水が結露する時に発生する潜熱も加温対象空間内の空気に伝えることが出来る。また、第３の態様のシリコンオイルなど油類を熱媒体とした場合には、そもそも蒸気圧が低いため熱媒体の気化潜熱に夜蓄熱ロスの問題は小さいが、微小ではあるが揮発が無いわけではなく、経年のオイルの揮発成分の拡散などが、加温対象空間内に拡散、加温対象空間内の壁面等に付着することを防止することができるとともに、それらの飛散物が加温対象空間内で人体に取り込まれることを防ぐことが出来る。

本発明の第６態様によれば、前記蓄熱構造体が、前記地中に掘られた竪穴内に埋設されていることを特徴とする第１〜５のいずれか１つの態様に記載の地中蓄熱槽形成装置を提供する。

このような構成によれば、前記蓄熱構造体を地上部からのボーリング作業で安価及び容易に形成することができる。

本発明の第７態様によれば、前記蓄熱構造体より上方でかつ前記集熱部より下方に配置され、前記蓄熱構造体から汲み上げた前記熱媒体を前記集熱部に循環させる前に貯留するタンクをさらに設け、
前記集熱部への前記熱媒体の循環は、前記タンクに溜めた前記熱媒体を循環させることを特徴とした第４又は５の態様に記載の地中蓄熱槽形成装置を提供する。

このような構成によれば、循環する熱媒体内の不純物をタンクに沈殿回収することできる。

本発明の第８態様によれば、前記熱媒体汲み上げ部と前記熱回収部とはそれぞれポンプで構成され、
前記蓄熱構造体は複数個備えられ、
前記熱媒体汲み上げ部と前記蓄熱構造体のそれぞれとを接続する配管に配置され、かつ、前記制御部で開閉制御される開閉バルブをさらに備え、
前記制御部で前記それぞれの開閉バルブを開閉制御することにより、前記熱媒体汲み上げ部における熱媒体汲み上げ動作と前記熱回収部における通気動作のためのポンプ動力を、前記それぞれの開閉バルブの開閉に依って選択した前記蓄熱構造体に分配することを特徴とした第４又は５の態様に記載の地中蓄熱槽形成装置を提供する。

このような構成によれば、第１の態様に記載の少量の熱媒体の循環で蓄熱動作が可能な特徴から、蓄熱動作時に蓄熱構造体の底に溜まる熱媒体を常時汲み上げ動作しなくても蓄熱構造体の内部に熱媒体が溢れることがないことを利用することで、少量の汲み上げ動作を少数の蓄熱構造体の間で選択的に巡回実施すれば良く、よって、より小型の汲み上げ動作能力の低いポンプが利用可能になるとともに、熱回収のための通気ポンプの動力も少数の蓄熱構造体を選択的に利用することにより、熱回収によって一時的に温度が低下した特定の蓄熱構造体へ周囲土壌からの熱拡散による熱供給が行われる時間を蓄熱構造体毎に制御することや、たとえば、蓄熱槽周辺部に近い蓄熱構造体の蓄熱は低温、蓄熱槽全体の中心部に近い蓄熱構造体の蓄熱状態は高温というような状態に制御することができ、加温したい加温対象空間の温度設定との蓄熱槽内の温度の差によって定義される熱回収可能な温度差を積極的に蓄熱槽内に形成することも可能になる。

本発明の第９態様によれば、前記蓄熱構造体は複数個備えられ、
前記熱媒体汲み上げ部と前記熱回収部とは、各蓄熱構造体に連結された１つのポンプで構成され、前記ポンプの動力で前記熱媒体汲み上げ部における熱媒体の汲み上げ動作と前記熱回収部における通気動作とを選択的にかつ他の蓄熱構造体とは独立して行うように前記制御部で制御する、ことを特徴とした第４又は５の態様に記載の地中蓄熱槽形成装置を提供する。

このような構成によれば、第８の態様と同様の作用効果を実現できるとともに、前記蓄熱構造体間の配管によるパイプ抵抗を排除することができるため、各ポンプにさらに小型及び低能力のポンプを利用することができる。

本発明の第１０態様によれば、前記集熱部と前記蓄熱構造体とを接続する熱媒体供給用配管に配置された第１開閉バルブと、
前記蓄熱構造体と前記加温対象空間とを接続する通気用配管に配置された第２開閉バルブと、
前記蓄熱構造体と前記熱回収部とを接続する熱媒体供給兼通気用配管に配置された第３開閉バルブと、
前記熱媒体汲み上げ部にも接続される前記熱媒体供給兼通気用配管に一端が接続されかつ他端が前記蓄熱構造体に接続された熱媒体汲み上げ用配管に配置された第４開閉バルブとを備えて、
前記第１〜第４開閉バルブは前記制御部により開閉制御され、
前記制御部による前記開閉バルブの開閉に依って、前記熱媒体汲み上げ部における熱媒体汲み上げ動作と前記熱回収部における通気動作のための配管構成を変更し、前記熱媒体汲み上げ動作と前記通気動作とで、前記熱媒体供給兼通気用配管を共用することを特徴とした第４の態様に記載の地中蓄熱槽形成装置を提供する。

このような構成によれば、蓄熱動作時の揚水と熱回収時の通気のための配管を減らすことができるとともに、また、配管部を長くすることによって生じる漏熱の発生を減らすことができる。

本発明の第１１態様によれば、前記地中内でかつ前記蓄熱槽の上部に、撥水性の砂を敷き詰めた撥水砂層を有して、前記蓄熱構造体の上端部と配管とが前記撥水砂層内に埋設される第４又は５の態様に記載の地中蓄熱槽形成装置を提供する。

このような構成によれば、撥水砂層として敷き詰めた時の撥水砂の遮水性を利用し、遮水することで撥水砂層の内部に保持される空気の間隙による断熱効果から、撥水砂層を敷くことで断熱層を形成することができ、蓄熱槽の上部への熱の拡散を防止することができる。また、撥水砂層の遮水性から、蓄熱槽上部から蓄熱槽内の土壌への水の浸入を防ぐことができ、引いては、蓄熱槽内の土壌から蓄熱槽外への水の流出による熱拡散を防止することができる。また、撥水砂の蓄熱槽の断熱性と遮水性を利用することで、安価で簡単な断熱及び遮水層を形成することができる。

本発明の第１２態様によれば、前記地中内でかつ前記蓄熱槽の周囲に、撥水性の砂の壁で構成される撥水砂壁を有して、前記撥水砂壁により前記蓄熱構造体を囲む第１１の態様に記載の地中蓄熱槽形成装置を提供する。

このような構成によれば、撥水砂層の断熱性を利用し、蓄熱槽周囲の地表面から近い冬季に温度が低下する土壌から蓄熱槽の断熱することができる。また、蓄熱槽周囲からの水の浸入を防ぐことにより、蓄熱槽内の土壌から蓄熱槽外への水の流出による熱拡散を防止することができる。

本発明の第１３態様によれば、第１〜１２のいずれか１つの態様に記載の前記蓄熱構造体は、その外壁材と連結構造部で連結されるとともに、前記蓄熱構造体の上端から底部先端まで挿入されて前記底部に溜まる熱媒体を汲み上げる熱媒体汲み上げ配管の下端が連結される貯水構造部を有し、
前記蓄熱構造体を前記地中に形成するとき、
揚水配管及び前記貯水構造部を地表面から空けたボーリング穴に落とし込み、
前記揚水配管を操作して前記揚水配管に連結した前記貯水構造部を前記ボーリング穴の底で設置安定させ、
その後、前記蓄熱体を前記蓄熱構造体の内部へ順次埋設して前記蓄熱構造体を形成することにより、地中蓄熱槽を形成する、地中蓄熱槽形成方法を提供する。

このような構成によれば、蓄熱構造体を地上部からの工事で容易に形成することが可能になる。

本発明の第１４態様によれば、前記熱媒体として水を用い、
前記蓄熱体を、撥水処理した砕石群で形成する第１３の態様に記載の地中蓄熱槽形成方法を提供する。

本発明の第１５態様によれば、前記蓄熱体を、水若しくは水を吸収させた吸水ポリマーを充填したコルゲートチューブを前記蓄熱構造体内に埋設することで形成する第１３の態様に記載の地中蓄熱槽形成方法を提供する。

このような構成によれば、第１３の態様に記載の蓄熱構造体内の蓄熱体の形成において、熱容量も大きく、施工も容易な蓄熱体を形成することが出来る。また、蓄熱槽内の熱分布制御が可能な蓄熱槽を形成することが出来る。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

以下の各図の説明では、同じ機能及び動作をする構成部分に対しては、同じ符号を用いている。よって、同じ符号の構成部分については、各図面の説明において、前出の図面で同じ構成部分について既に説明している場合、当該図面の説明上必要がある場合以外は、その構成部分の説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる地中蓄熱槽形成装置の全体構成を示す図である。

まず、図１を用いて第１実施形態の地中蓄熱槽形成装置の装置構成を示す。

本第１実施形態の実現のための装置構成は、蓄熱のための温水として熱量を収集する集熱部の一例として機能する集熱器５と、蓄熱槽８と、配管類９０と、第１〜第４開閉バルブ２６，２７，２８，２９と、少なくとも１個の（図１では４個の）蓄熱構造体２３と、揚水部又は熱媒体汲み上げ部の一例として機能する揚水ポンプ２０と、熱回収部の一例として機能する加温ポンプ３０と、制御器６５と、センサ類（６１，６２，６３，６４）とで概略構成されている。

配管類９０は、集熱器５の温水を蓄熱槽８との間で循環させるために配置され、出水配管１４、配水配管２１、揚水配管２５、ポンプ配管４４、帰還配管１５、揚水タンク１７とを備えている。具体的には、出水配管１４は、熱器５と配水配管２１とを連結している。配水配管２１は、主として地中に配置され、出水配管１４と４個の蓄熱構造体２３の配水側連結管２１ａとをそれぞれ連結している。出水配管１４と配水配管２１とは、熱媒体供給用配管の一例として機能する。揚水配管２５は、主として地中に配置され、４個の蓄熱構造体２３の揚水側連結管２５ａとポンプ配管４４と揚水タンク１７と加温ポンプ３０とを連結している。ポンプ配管４４は、揚水配管２５と揚水ポンプ２０とを連結している。揚水側連結管２５ａは熱媒体汲み上げ用配管の一例として機能する。帰還配管１５は、揚水ポンプ２０と集熱器５とを連結している。

揚水タンク１７は、熱媒体供給兼通気用配管の一例として機能する揚水配管２５が連結されて、４個の蓄熱構造体２３の揚水側連結管２５ａから揚水された水を揚水配管２５を介して一時的にその内部に貯める。この揚水タンク１７には、ポンプ配管４４の下端が挿入されて、揚水タンク１７内に溜まった水を揚水ポンプ２０によりポンプ配管４４を介して吸い上げ可能としている。

第１〜第４開閉バルブ２６，２７，２８，２９は、配管類９０の流路構成を制御している。

第１開閉バルブ２６は、出水配管１４と配水配管２１との連結部分に配置されて、開閉制御することにより、出水配管１４から配水配管２１への温水の流路を切り替えている。

第２開閉バルブ２７は、配水配管２１と加温対象空間９とを連結し、通気用配管の一例して機能する連結管９１の中間部分に配置されて、開閉制御することにより、配水配管２１から連結管９１への加熱空気の流路を切り替えている。

第３開閉バルブ２８は、揚水配管２５と加温ポンプ３０との連結部分に配置されて、開閉制御することにより、加温ポンプ３０から揚水配管２５への空気の流路を切り替えている。

第４開閉バルブ２９は、４個の蓄熱構造体２３の揚水側連結管２５ａのそれぞれと揚水配管２５との連結部分に配置されて、それぞれ開閉制御することにより、４個の蓄熱構造体２３の揚水側連結管２５ａから揚水配管２５への熱媒体の流路をそれぞれ切り替えている。

集熱器５は、一例として、太陽熱温水器で構成されている。集熱器５は、例えば、加温対象空間９を形成する部屋９ａの外部の屋根などに設置されて、供給される水を太陽熱で加熱して温水とするものである。

蓄熱構造体２３は、長尺で地中に上下方向沿いに埋め込まれ、一例として、等間隔にかつ互いに平行に配置されているが、これに限らず、任意の間隔で配置してもよいし、平行に配置しなくてもよい。各蓄熱構造体２３は、熱伝導性を阻害せずかつ細長い筒状容器２３ｂの内部に蓄熱体２４を保持している。筒状容器２３ｂは、例えば、鋼板より構成されている。筒状容器２３ｂの底部２３ａは先すぼまり形状の円錐底面を形成し、その中央部には、窪んだ温水溜まり３４が形成されている。筒状容器２３ｂの上部には、熱媒体滴下部２２が配置されて密閉されている（図２参照）とともに、揚水配管２５に連結されている揚水側連結管２５ａと配水配管２１に連結されている配水側連結管２１ａとが挿入されている。揚水側連結管２５ａの下端は、筒状容器２３ｂの底部２３ａまで延びている一方、配水側連結管２１ａの下端は、蓄熱構造体２３の上端部に連結されて、熱媒体滴下部２２内に温水が供給できるようにしている。蓄熱体２４は、蓄熱構造体２３内に供給される温水から熱を吸収し、蓄熱体２４で吸収された熱を、さらに、蓄熱体２４から蓄熱構造体２３の外周にある土壌７に伝達している。また、この蓄熱体２４は、蓄熱構造体２３の揚水側連結管２５ａを介して蓄熱構造体２３内に供給される空気を加熱して、蓄熱体２４から熱を奪って加熱された空気が、蓄熱構造体２３の配水側連結管２１ａから排出するようにしている。蓄熱構造体２３の内部の蓄熱体２４としては、一例として、表面が撥水処理された砕石群（以下、砕石蓄熱体２４とも称する。）を利用する。蓄熱体２４としては、砕石に限らず、単なる石でもよい。

揚水ポンプ２０は、ポンプ配管４４の上端が連結されて、ポンプ配管４４の下端に連結された揚水タンク１７内から温水を吸い上げて、帰還配管１５側に排出するように揚水している。この揚水ポンプ２０により、温水を、集熱器５と配管類９０と蓄熱構造体２３との間で循環させることができる。

加温ポンプ３０は、揚水配管２５の一端が連結されている。加温対象空間９内の空気を加温ダクト３１から加温ポンプ３０内に吸気し、吸気した空気を、配管類９０の揚水配管２５を介して、４個の蓄熱構造体２３の揚水側連結管２５ａに供給する。この結果、供給され空気が各蓄熱構造体２３内を通気して加温され、加温された空気を、配水配管２１から連結管９１を介して、連結管９１の上端の加温ダクト３２から加温対象空間９に放出する。このように空気を供給するための動力として加温ポンプ３０が機能している。

制御器６５は、第１〜第４開閉バルブ２６，２７，２８，２９と揚水ポンプ２０と加温ポンプ３０とのそれぞれの動作を制御するための制御部の一例として機能する。このため、制御器６５は、第１〜第４開閉バルブ２６，２７，２８，２９をそれぞれ独立して開閉制御して、蓄熱動作のための配管構成と熱回収動作のための配管構成とをそれぞれ形成して、蓄熱動作と熱回収動作とを制御することができる。

具体的には、蓄熱動作のための配管構成を形成するときには、制御器６５の制御により、第１開閉バルブ２６を開き、第２，第３開閉バルブ２７、２８を閉じて、第４開閉バルブ２９を適宜選択的に開閉して、集熱器５、出水配管１４、配水配管２１、蓄熱構造体２３の配水側連結管２１ａ、蓄熱構造体２３、揚水配管２５、揚水タンク１７、ポンプ配管４４、揚水ポンプ２０、帰還配管１５、集熱器５で循環する配管構成を形成する。熱回収動作のための配管構成を形成するときには、制御器６５の制御により、第１開閉バルブ２６を閉じかつ第２〜第４開閉バルブ２７，２８，２９を全て開くことで、加温対象空間９、吸気ダクト３１、加温ポンプ３０、揚水配管２５、連結管９１、加温ダクト３２、加温対象空間９とを循環する配管構成を形成する。

センサ類（６１，６２，６３，６４）は、制御器６５へ制御情報を提供する。各センサの機能については、後述する。

次に、図１、図２、図３を用いて、蓄熱槽８の蓄熱動作の概要について説明する。

図２の（ａ）〜（ｃ）は、下記の説明中の１つの蓄熱構造体２３の蓄熱動作時の動作の流れを示す図であり、図３は、隣接する２つの蓄熱構造体２３の間で第４開閉バルブ２９をそれぞれ開閉することによる選択的な揚水動作の状態を表した図である。

集熱器５で集熱されて温水となった、熱媒体の一例としての水は、出水配管１４と配水配管２１とを通り、各蓄熱構造体２３の配水側連結管２１ａに至る。配水側連結管２１ａから、各蓄熱構造体２３内の上端に位置する熱媒体滴下部２２内に到達する。熱媒体滴下部２２内に到達した温水は、熱媒体滴下部２２の内部を通過することで滴下状態になり、蓄熱構造体２３の上部より、内部の砕石蓄熱体２４に直接滴下されることになる（図２の（ａ）参照）。このように、温水を滴下するのは、熱交換面積を広げるためであり、熱交換面積がある程度の大きさを確保できる場合には、滴下ではなく、少量の温水を流入するようにしてもよい。

温水は、直接滴下によって砕石蓄熱体２４である砕石の表面に広がり、大面積の即時熱交換によって、温水自体の持つ熱量を砕石蓄熱体２４へと効率的に伝達することができ、その後、温水は蓄熱構造体２３の底部２３ａに貯まる（図２の（ｂ）参照）。よって、上部から供給されて底部に向かう熱媒体の一例としての温水が、多数の砕石蓄熱体２４の表面を順に伝っていく経路が、温水の流路となる。蓄熱構造体２３の内部に砕石蓄熱体２４がランダムに多数積み重ねるように配置されることで、温水の流路が蓄熱構造体２３の内部に形成されていることになる。砕石蓄熱体２４の表面及び蓄熱構造体２３の筒状容器２３ｂの内壁は、それぞれ撥水処理されているため、温水が蓄熱構造体２３内を落水する間に、砕石蓄熱体２４の表面及び蓄熱構造体２３の筒状容器２３ｂの内壁に留まる残水の量は、極少量となる。蓄熱構造体２３の筒状容器２３ｂの底部２３ａに溜まった温水は、第４開閉バルブ２９を随時又は温水が所定量溜まったときに開くことによって、蓄熱構造体２３の上部より底部の温水溜まり３４に達する揚水側連結管２５ａから揚水配管２５及び揚水タンク１７及びポンプ配管４４を通り、揚水ポンプ２０によって揚水される。そして、さらに、揚水ポンプ２０で揚水された温水は、帰還配管１５を通して、集熱器５に循環される（図２の（ｃ）参照）。

蓄熱動作時の制御器６５は、第１開閉バルブ２６を開き、第２，第３開閉バルブ２７、２８を閉じるように制御して、蓄熱動作のための配管構成を形成する。すなわち、集熱器５、出水配管１４、配水配管２１、蓄熱構造体２３の配水側連結管２１ａ、蓄熱構造体２３、揚水配管２５、揚水タンク１７、ポンプ配管４４、揚水ポンプ２０、帰還配管１５、集熱器５で循環する配管構成を形成する。

一例として、複数の蓄熱構造体２３の内から順に選択した蓄熱構造体２３を順次巡回して揚水する。すなわち、複数の蓄熱構造体２３のうち、最初に選択された蓄熱構造体２３に温水を供給し、温水が所定量だけ蓄熱構造体２３内に溜まると、次に選択された蓄熱構造体２３に温水を供給する。次いで、温水が所定量だけ蓄熱構造体２３内に溜まると、さらに次に選択された蓄熱構造体２３に温水を供給する。このように順次、蓄熱構造体２３が選択されて温水が供給されるため、各蓄熱構造体２３の第４開閉バルブ２９は制御器６５により選択的に開閉するように制御される。複数の蓄熱構造体２３の内から１つの蓄熱構造体２３を選択する方法としては、例えば、所定の方向に順次選択する方法、外側に配置される蓄熱構造体２３（図１１Ａの８×５＝４０個の蓄熱構造体２３のうち、外側に配置される２２個の蓄熱構造体２３）から順に選択する方法などが考えられる。

図３では、揚水ポンプ２０が動作を継続している状況で、制御器６５により、図３中の右側の蓄熱構造体２３の上部の第４開閉バルブ２９が開かれ、左側の第４開閉バルブ２９が閉じられる。このように制御することで、揚水ポンプ２０の揚水圧力を右側の蓄熱構造体２３に集中し、その底部２３ａからの揚水を選択的に実行する様子を示している。

全ての蓄熱構造体２３より同時に揚水する必要はないため、第４開閉バルブ２９を選択的に開閉し、揚水対象である蓄熱構造体２３を限定的に選択する制御によって、揚水ポンプ２０に要求される揚水圧力の負荷を軽減することができ、結果として、ポンプの性能及びコストを低く抑えることが出来る。

また、蓄熱構造体２３から揚水した温水を、揚水配管２５を通じて、一旦、揚水タンク１７に集水するようにしている。このような構造とすることで、温水中に混入した不純物が揚水タンク１７の底に沈殿して滞留し、揚水タンク１７からの温水を集熱器５に揚水帰還する際に、揚水タンク１７に溜まった温水の上部からポンプ配管４４を通じて揚水ポンプ２０に吸い上げるようにしている。この結果、温水中に含まれた不純物を取り除くことができる。この揚水タンク１７での温水の浄化だけに頼ることなく、揚水ポンプ２０の吸水部分等に濾過フィルターを追加しても良い。

蓄熱動作は、上述の動作を繰り返すことによって継続するが、蓄熱動作を終了する場合（例えば、停止ボタン６６（図５Ａ参照）が押された場合）には、配管９０を通した蓄熱構造体２３からの放熱を防止するために、全ての第４開閉バルブ２９を閉じ、揚水ポンプ２０を停止すればよい。仮に、蓄熱構造体２３が１本の場合には、揚水対象の蓄熱構造体２３を選択するための第４開閉バルブ２９は必要ないが、その場合には、揚水ポンプ２０を停止すれば、帰還配管１５及びポンプ配管４４内に残った温水が落水し、蓄熱構造体２３に逆流しようとすることになるが、本第１実施形態のように揚水タンク１７を設けておけば、この蓄熱構造体２３への逆流を防ぐことが出来る。

次に、図１及び図４の（ａ）及び（ｂ）に沿って、加温時の蓄熱槽８からの熱回収動作の概要について説明する。

図４の（ａ）及び（ｂ）は加温時の蓄熱構造体２３の周辺の熱回収動作の流れを示す図である。

熱回収時には、制御器６５は、第１開閉バルブ２６を閉じ、第２，第３開閉バルブ２７、２８及び全ての第４開閉バルブ２９を開き、加温ポンプ３０を駆動する。加温ポンプ３０の駆動により、加温対象空間９内の空気は、吸気ダクト３１から加温ポンプ３０内に吸気される。吸気された空気は、駆動されている加温ポンプ３０から、揚水配管２５を介して、各蓄熱構造体２３の揚水側連結管２５ａから各蓄熱構造体２３の底部に入り、各蓄熱構造体２３の最下部に排出される（図４の（ａ）参照）。蓄熱構造体２３の最下部に排出された加温空気は、加温ポンプ３０の排気圧力により砕石蓄熱体２４の砕石の隙間を上昇する。この加温空気は、上昇時に、砕石蓄熱体２４との間の熱交換によって、砕石蓄熱体２４から熱量を受け取る。蓄熱構造体２３の上部にまで到達した加温空気は、熱媒体滴下部２２の温水の多数の滴下穴３６を通り、配水側連結管２１ａ及び配水配管２１及び連結管９１を介し（図４の（ｂ）及び図１参照）、加温ダクト３２に至り、加温対象空間９内に戻される。加温ダクト３２から排出される暖気は、加温ダクト３２にパイプ又はチューブを連結して、パイプ又はチューブを用いて、加温したい箇所に分配しても良いし、加温ダクト３２自体を加温対象空間９の所望の位置に複数配置しても良い。また、蓄熱動作時と同様、第４開閉バルブ２９を選択的に制御することで、熱回収の対象とする蓄熱構造体２３を選択して利用しても良い。

次に、前記の蓄熱動作及び熱回収動作時の制御器６５の制御動作について図５Ａ、図６及び図７を用いて補足する。

図５Ａは、制御器６５に接続するセンサ及び制御対象の接続を示したブロック図である。

図６は、制御器６５による蓄熱動作の制御フローを示した図であり、図７は、制御器６５による熱回収動作の制御フローを示した図である。

図５Ａに示すように、制御器６５の入力には、停止ボタン６６と、出口温度センサ６１と、揚水温度センサ６２と、加温対象空間温度センサ６３と、排気温度センサ６４との４つのセンサが接続されるとともに、制御出力には、第１〜第４開閉バルブ２６，２７，２８，２９と、揚水ポンプ２０と、加温ポンプ３０とが接続して、前記入力に基づいて、制御出力によりそれぞれの動作を制御する。

出口温度センサ６１は、集熱器５の出口側の出水配管１４に配置され、集熱器５内で集熱された温水の温度を計測するセンサである。

揚水温度センサ６２は、いずれか１つの蓄熱構造体２３、例えば、揚水タンク１７に最も近い蓄熱構造体２３の揚水側連結管２５ａに配置され、蓄熱構造体２３から揚水ポンプ２０によって揚水側連結管２５ａ内に揚水される温水の温度を計測するセンサである。

加温対象空間温度センサ６３は、加温対象空間９内に配置され、加温対象空間９内の室温を計測するセンサである。

排気温度センサ６４は、加温ダクト３２に配置され、蓄熱構造体２３内で加温されかつ加温ダクト３２から加温対象空間９内に排気される空気の温度を計測するセンサである。

次に、図６に沿って蓄熱動作時の制御フローを説明する。

制御器６５は、図５Ｂに示すように、制御本体部６５ａと、蓄熱動作開始判定部６５ｂと、加温フラグ判定部６５ｃと、バルブ制御部６５ｄとで構成されている。

制御本体部６５ａは、蓄熱動作と熱回収動作とを主体的に動作制御するものであり、停止ボタン６６のＯＮ及びＯＦＦに基づいて、蓄熱動作の開始条件の評価、蓄熱動作の停止条件の評価、各種ポンプ、例えば揚水ポンプ２０及び加温ポンプ３０の起動及び停止、加温フラグのＯＮ及びＯＦＦ、蓄熱制御プログラム及び熱回収制御プログラムの開始及び停止などの動作を行う。

蓄熱動作開始判定部６５ｂは、出口温度センサ６１の出力（検出値）と揚水温度センサ６２の出力（検出値）とに基づいて、蓄熱動作を開始してよいか否かの判定を行う。

加温フラグ判定部６５ｃは、加温フラグのＯＮ又はＯＦＦに基づいて、熱回収動作が動作中か停止中かの判定を行う。

バルブ制御部６５ｄは、第１〜第４開閉バルブ２６，２７，２８，２９の開閉制御を行う。

ステップＳ１にて起動した制御器６５の蓄熱制御プログラムは、以下のように動作する。

まず、ステップＳ２とステップＳ３とステップＳ４で構成されるループに入り、蓄熱動作の開始条件を評価する。ステップＳ２では、制御プログラムの停止ボタン６６（図５Ａ参照）が押された際の蓄熱制御プログラムの停止を制御本体部６５ａで検知し、停止ボタン６６がＯＮであると制御本体部６５ａで判定すれば、ステップＳ１５に進み、蓄熱制御プログラムを制御本体部６５ａで停止する。ここで、停止ボタン６６は、本蓄熱制御プログラムと図７で示す熱回収制御プログラムとを１つのボタンで同時に停止させるものとする。

ステップＳ２において停止ボタン６６がＯＦＦであると制御本体部６５ａで判定する場合には、ステップＳ２はＮｏとなり、プログラムはステップＳ３に進む。

ステップＳ２がＹｅｓの場合には、蓄熱制御プログラムにおいて蓄熱槽８の蓄熱動作は開始条件を検知している状態で具体的な動作は開始しておらず、ステップＳ１５にて制御本体部６５ａで蓄熱制御プログラムを停止するだけでよい。

ステップＳ３での蓄熱動作の開始条件は、制御器６５の蓄熱動作開始判定部６５ｂで、集熱器５での集熱が十分に行われているかどうかの判定である。この判定は、集熱器５の出口温度（出口温度センサ６１で検出した値）が、予め設定した（例えば、制御本体部６５ａの内蔵メモリに予め設定した）蓄熱開始温度の設定値より高くなる条件で確認する。プログラムはステップＳ３の条件がＹｅｓとなる条件で、ステップＳ４に進み、ステップＳ３の条件がＮｏで、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ４では、加温対象空間９を加温するための熱回収動作が動作中か停止中かを検知する。本第１実施形態では、熱回収動作と蓄熱動作とは並列で動作しないことを前提としており、蓄熱動作と熱回収動作との両方の動作開始条件が整っている場合には、加温対象空間９の加温のための熱回収動作を優先することとしている。このため、ステップＳ４では、熱回収動作中か停止中かの判定を加温フラグ判定部６５ｃで実施する。この判定は、熱回収制御プログラムと蓄熱制御プログラムとで共有する変数である加温フラグのＯＮ／ＯＦＦを加温フラグ判定部６５ｃで確認することにより行う。加温フラグは、図７に示す熱回収制御プログラム内で熱回収動作中に制御本体部６５ａにより加温フラグがＯＮにセットされる一方、熱回収動作の停止中に制御本体部６５ａにより加温フラグがＯＦＦにセットされる。このようにすることで、蓄熱制御プログラム中では、加温フラグのＯＮ／ＯＦＦによって、熱回収動作が動作中か停止中かを加温フラグ判定部６５ｃで判定することが出来る。

ステップＳ４において、加温フラグがＯＦＦであると加温フラグ判定部６５ｃで判定すると、すなわち、熱回収動作が停止していると加温フラグ判定部６５ｃで判定すると、ステップＳ３での蓄熱動作開始の条件は整っているので、ステップＳ５に進む。加温フラグがＯＮであると加温フラグ判定部６５ｃで判定する場合には、蓄熱制御プログラムはステップＳ２に戻り、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４で構成されたループを繰り返すことで、次の蓄熱動作の開始条件の成立を繰り返し待ち続ける。

ステップＳ５では、開閉バルブを開閉制御して配管の接続を蓄熱動作に対応した配管構成に設定するため、バルブ制御部６５ｄで、第１開閉バルブ２６を開き、第２，第３開閉バルブ２７，２８を閉じる。第４開閉バルブ２９は、最初はすべて閉じた状態のままとして、その後、後述するように適宜選択的に開閉する。このようにすることにより、揚水タンク１７、ポンプ配管４４、揚水ポンプ２０、帰還配管１５、集熱器５、出水配管１４、第１開閉バルブ２６、配水配管２１を介して、蓄熱構造体２３の内部までの経路がつながる。

次に、ステップＳ６で、揚水ポンプ２０を制御本体部６５ａで起動する。

次に、ステップＳ７では、図３で前述した複数の蓄熱構造体２３からの選択的な揚水を実現するため、バルブ制御部６５ｄで、各各蓄熱構造体２３の揚水配管２５に取り付けられた第４開閉バルブ２９を選択的に開閉する制御を行う。この制御では、たとえば１つの蓄熱構造体２３の第４開閉バルブ２９を順次開きながら、他の蓄熱構造体２３の第４開閉バルブ２９を閉じる制御を巡回させながら行うことで実現できる。このステップＳ７の制御には、たとえば、制御器６５を構成するＰＣ（パーソナルコンピュータ）の内部時刻を参照し、複数の第４開閉バルブ２９の間で任意の第４開閉バルブ２９を順に選択し、選択された第４開閉バルブ２９を所定時間（例えば５分間）だけ開となるように制御する方法を用いても良いし、又は、予め定めた割り込みタイマなどを用いたイベント処理として処理しても良い。

ステップＳ８及びステップＳ９は、蓄熱動作の停止条件を制御本体部６５ａと蓄熱動作開始判定部６５ｂとで検知するものである。

まず、ステップＳ８では、ステップＳ２と同様、停止ボタン６６のＯＮ／ＯＦＦを制御本体部６５ａで検知する。ステップＳ２と異なる点は、蓄熱動作が動作状態に入っていることであり、停止ボタン６６がＯＮであると制御本体部６５ａで検知する場合には、制御本体部６５ａで蓄熱動作を停止させるために、ステップＳ１２にて制御本体部６５ａで揚水ポンプ２０を停止することである。次いで、ステップＳ１３で、バルブ制御部６５ｄで全ての第４開閉バルブ２９を閉じ、次いで、ステップＳ１５において、制御本体部６５ａで蓄熱制御プログラムを停止することになる。動作停止の処理には、蓄熱動作及び熱回収動作とも、蓄熱槽８からの配管を通した漏熱を防ぐため、第１〜第４開閉バルブ２６，２７，２８，２９の全てをステップＳ１３においてバルブ制御部６５ｄで閉じる。

一方、ステップＳ８で停止ボタン６６がＯＦＦであると制御本体部６５ａで検知する場合には、ステップＳ９に移る。ステップＳ９において、加温フラグのＯＮ／ＯＦＦの状態を加温フラグ判定部６５ｃで判定する。

ステップＳ９にて、加温フラグがＯＮであると加温フラグ判定部６５ｃで判定するということは、蓄熱制御プログラムにおいて、蓄熱動作の動作中に、後述の熱回収制御プログラムにおいて熱回収動作開始の条件が整い、加温フラグがＯＦＦからＯＮに制御本体部６５ａで変更されたことを示す。本制御プログラムでは、蓄熱動作よりも熱回収動作を優先するため、蓄熱動作中であっても、加温対象空間９に加温の必要性が生じれば、制御本体部６５ａで蓄熱動作を終了し、熱回収動作を動作させなければならない。よって、ステップＳ９において加温フラグがＯＮであると加温フラグ判定部６５ｃで判定する場合には、第１〜第４開閉バルブ２６〜２９の状態は、後述の熱回収制御プログラムに基づきバルブ制御部６５ｄによって熱回収用の配管構成に設定され、加温ポンプ３０が動作している状態となっている。しかしながら、本プログラムにて制御本体部６５ａで揚水ポンプ２０を停止し、揚水のための配管流路を閉じなければ熱回収用の配管構成が完成せず、加温ポンプ３０からの加温空気が蓄熱構造体２３に送気されない（後述の図７を用いた熱回収制御プログラムの説明を参照）。

このため、ステップＳ９にて加温フラグがＯＮであるとで判定する場合には、直ちにステップＳ１１に移り、制御本体部６５ａで揚水ポンプ２０を停止する。ステップＳ９にて加温フラグがＯＦＦであると判定する場合には、ステップＳ１０に移る。

ステップＳ１０で制御本体部６５ａにより判定する条件は、蓄熱動作終了条件である。この条件は、集熱器５の出口側での出口温度センサ６１で検出した値が揚水温度センサ６２で検出した値よりも低く、よって、集熱器５での集熱温度が蓄熱構造体２３内の蓄熱体２４と熱交換された温水の温度よりも低く、集熱器５から蓄熱構造体２３に送湯しても、蓄熱構造体２３への蓄熱に寄与しなくなる条件を、制御本体部６５ａにより、判定するためのものである。しかし、厳密には、揚水温度センサ６２で検出した値は、揚水された蓄熱構造体２３内の底部に溜まった温水の湯温を示すもので、蓄熱構造体２３内の蓄熱体２４の温度を正確に示す値ではない。また、出口温度センサ６１で検出した値は、集熱器５の出口での温度を示すものであって、熱媒体滴下部２２での滴下温度を正確に示すものではない。このため、センサの数を増やさず、熱媒体滴下部２２での温水の温度を想定するため、集熱器５の出口から熱媒体滴下部２２までの送湯時の漏熱に依る温度低下を見込んだ一定の閾値を予め定める（例えば、制御本体部６５ａの内蔵メモリに予め設定する）。そして、ステップＳ１０では、出口温度センサ６１で検出した値が、揚水温度＋閾値よりも小さくなった（蓄熱動作終了条件がＹｅｓである）と制御本体部６５ａで判定する場合に、集熱器５での集熱が蓄熱に寄与するには低温であると制御本体部６５ａで判定することで、制御本体部６５ａにより蓄熱動作を停止する。よって、ステップＳ１０の蓄熱動作終了条件がＮｏであると制御本体部６５ａにより判定する場合には、ステップＳ７に戻ることで、蓄熱動作自体は継続しながら蓄熱動作の終了条件を検知するループを繰り返す。蓄熱動作終了条件がＹｅｓであると制御本体部６５ａにより判定する場合には、ステップＳ１１にて制御本体部６５ａにより揚水ポンプ２０を停止し、バルブ制御部６５ｄにより第１〜第４開閉バルブ２６〜２９を全て閉じて次の蓄熱動作の開始条件が整う迄、ステップＳ２〜ステップＳ４で構成した蓄熱動作開始条件を検知するループに戻る。

次に、図７の熱回収制御プログラムの制御について説明する。

ステップＳ２１にて起動した熱回収制御プログラムは、まず、ステップＳ２２とステップＳ２３とで構成した蓄熱動作の開始条件の評価ループに入る。

ステップＳ２２では、制御プログラムの停止ボタン６６が押された際の熱回収制御プログラムの停止を制御本体部６５ａにより検知する。停止ボタン６６がＯＮであると制御本体部６５ａで判定すれば、ステップＳ４１に進み、熱回収制御プログラムは制御本体部６５ａで停止する。停止ボタン６６がＯＦＦであると制御本体部６５ａで判定すれば、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、加温対象空間９の加温開始条件である加温対象空間温度センサ６３の検知温度である空間温度（以下、単に「空間温度」という）と予め設定した（例えば、制御本体部６５ａの内蔵メモリに予め設定した）加温開始温度を制御本体部６５ａで比較する。空間温度が加温開始温度よりも低くなったと制御本体部６５ａで判定する場合には、加温のための熱回収動作を開始するためステップＳ２４に進む。空間温度が加温開始温度以上であると制御本体部６５ａで判定する場合には、加温の必要無しと制御本体部６５ａで判定し、ステップＳ２２に戻る。

ステップＳ２４では、前述の蓄熱制御プログラムに熱回収動作の開始を伝達する加温フラグを制御本体部６５ａによりＯＮにする。

次いで、ステップＳ２５では、第１開閉バルブ２６を閉じ、第２〜第４開閉バルブ２７，２８，２９を全て開くことで、熱回収動作のための配管構成を形成する。よって、加温対象空間９、吸気ダクト３１、加温ポンプ３０、揚水配管２５、連結管９１、加温ダクト３２、加温対象空間９とを循環する配管構成が形成される。

次いで、ステップＳ２６では、ステップＳ２５で構成された配管内に加温対象空間９内の空気を循環させるため加温ポンプ３０を制御本体部６５ａで起動する。ステップＳ２４からステップＳ２６が動作することで熱回収のための空気が循環し始めることになる。

ステップＳ２６に続く、ステップＳ２７、ステップＳ２８、ステップＳ２９では、熱回収の停止条件を検知するループを構成する。

まず、ステップＳ２７では、停止ボタン６６のＯＮ／ＯＦＦを制御本体部６５ａで検知する。停止ボタン６６がＯＮであると制御本体部６５ａで判定すれば、ステップＳ３９に進む。

ステップＳ３９では、制御本体部６５ａで加温フラグをＯＦＦにし、蓄熱制御プログラムに熱回収動作の停止を制御本体部６５ａで伝達する。

次いで、ステップＳ４０で加温ポンプを制御本体部６５ａで停止する。

次いで、ステップＳ４１では、プログラム自体を制御本体部６５ａで停止する。停止ボタン６６が押されたときには蓄熱制御プログラムも制御本体部６５ａで停止するため、図６のステップＳ１２で揚水ポンプ２０も制御本体部６５ａで停止するとともに、ステップＳ１３にてバルブ制御部６５ｄにより第１〜第４開閉バルブ２６〜２９も全て閉じられる。

一方、ステップＳ２７で、停止ボタン６６がＯＦＦであると制御本体部６５ａで判定すれば、ステップＳ２８に進む。

ステップＳ２８では、加温対象空間９の行き過ぎた加温状態を制御本体部６５ａで検知する。すなわち、ステップＳ２８で、空間温度と予め設定した（例えば、制御本体部６５ａの内蔵メモリに予め設定した）加温終了温度とを制御本体部６５ａで比較する。空間温度が加温終了温度よりも高いと制御本体部６５ａで判定すれば、ステップ３０に進む。

ステップ３０では、加温ポンプを制御本体部６５ａで停止する。

次いで、ステップＳ３１では、バルブ制御部６５ｄにより全ての第１〜第４開閉バルブ２６〜２９を閉じる。

次いで、ステップＳ３２では、加温フラグを制御本体部６５ａでＯＦＦにして、ステップＳ２２に戻る。

一方、ステップＳ２８で、空間温度より加温終了温度の方が高いか同じであると制御本体部６５ａで判定すれば、加温対象空間９の加温は十分でないため、制御本体部６５ａにより加温動作を継続し、次のステップＳ２９に進む。

次いで、ステップＳ２９では、空間温度と排気温度（排気温度センサ６４で検出した値）との比較を制御本体部６５ａで行なう。このステップＳ２９の条件が成立する状態、すなわち、空間温度よりも排気温度（排気温度センサ６４で検出した値）の方が低い条件が成立すると制御本体部６５ａにより判定する場合においては、熱回収動作を継続することで加温対象空間９の温度が低下してしまうことになる。このような事態を避けるため、ステップＳ２９がＹｅｓである（空間温度よりも排気温度の方が低い）と制御本体部６５ａで判定するときは、熱回収動作を、制御本体部６５ａで、一旦停止しなければならない。すなわち、ステップＳ２９で、Ｙｅｓが成立するような状態は、たとえば、加温対象空間９から外部への放熱が大きく、急速な加温要求に対する熱回収動作の過剰運転によって、蓄熱構造体２３から一気に熱量が奪われた状態を示す。このような場合には、一旦、ステップＳ３３にて、加温ポンプ３０を制御本体部６５ａで停止する。

次いで、ステップＳ３４にて、バルブ制御部６５ｄで全ての第１〜第４開閉バルブ２６〜２９を閉じる。

次いで、ステップＳ３５では、制御本体部６５ａにより加温フラグをＯＦＦにする。

その後、周囲の土壌７から蓄熱構造体２３へ熱量が供給されるのを、ステップＳ３６、ステップＳ３７，ステップＳ３８で構成したループタイマーで待った後、ステップＳ２２に戻り、次の熱回収動作開始条件の成立を待つ。

このループタイマーステップＳ３６〜ステップＳ３８では、まず、ステップＳ３６でタイマー値をゼロリセットする。

次いで、ステップＳ３７で予め定めた（例えば、制御本体部６５ａの内蔵メモリに予め設定した）終了値とタイマー値とを制御本体部６５ａで比較する。終了値よりもタイマー値の方が大きいと制御本体部６５ａで判定すれば、ステップＳ２２に進む。、タイマー値が終了値以下であると制御本体部６５ａで判定すれば、ステップＳ３８に進む。

ステップＳ３８では、タイマーの値をインクリメントしたのち、ステップＳ３８に戻り、ステップＳ３７の条件の成立を待つ。ループによるＰＣのＣＰＵの負荷が大きいようであれば、割り込みタイマなどを用いて時間待ちをしても良い。

以上に記載の熱回収制御プログラムによって、蓄熱槽８の蓄熱状態と加温対象空間９の加温要求とを制御器６５で制御することが出来る。

ここで、ステップＳ２９の条件が成立する場合のループタイマーステップＳ３６〜ステップＳ３８での時間待ち対処の意図について説明を補足する。

ステップＳ２９の条件は、加温対象空間９から供給され、蓄熱構造体２３内を通過して加温対象空間９へ戻される空気が、加温対象空間９内の温度よりも低下してしまうために生じる。この状態は、蓄熱槽８を形成した場所が短期的な大寒波に襲われた場合に、加温対象空間９内の空気が急速に冷えることで、蓄熱構造体２３からの熱が急速に奪われることで成立してしまうと考えられる。このような場合には、急速に熱を奪われる事で一旦冷えてしまった蓄熱構造体２３を加温するため、周囲土壌７から蓄熱構造体２３への熱の拡散による温度上昇を、ステップＳ３６〜ステップＳ３８のループタイマーによって待つことで、再び熱回収が可能な条件の成立する状況を作ることが必要となる。加温に対する一時的な悪条件によってステップＳ２９の条件が成立してしまう状態であっても、事前に、蓄熱槽８の形成場所の気候又は土壌等の条件を考慮した上で、規模及び蓄熱材及び集熱器仕様等を設計した蓄熱槽８であれば、蓄熱槽８を形成する土壌７内の蓄熱量が足りなくなるような状況は想定外であり、本プログラムのように対処することが可能である。

次に、蓄熱構造体２３の構成について、図８を用いて説明する。

図８の（ａ）は、図１の図面正面から見た１つの蓄熱構造体２３の周辺の構造を拡大して示した図であり、（ｂ）はその側面図、（ｃ）及び（ｄ）は図８の（ａ）及び（ｂ）の蓄熱構造体２３の中間部及び底部でそれぞれ横に貫通する一点鎖線で示す面での断面図である。

図９Ａ〜図９Ｄは、蓄熱構造体２３の上部にある熱媒体滴下部２２の周辺の拡大図を示す。図９Ｃは、図１の図面正面から見た熱媒体滴下部２２の周辺を示した正面図であり、図９Ａが熱媒体滴下部２２の周辺の上面図、図９Ｄが熱媒体滴下部２２の周辺の右側面図、図９Ｂが熱媒体滴下部２２の下面図である。

図８の（ａ）〜（ｄ）及び図１に示す通り、蓄熱構造体２３全体は地中に埋設された円筒形の杭構造とし、蓄熱構造体２３の最下部（底部２３ａ）には、熱媒体滴下部２２から滴下される温水を揚水配管２５で効率良く揚水するための温水溜まり３４を形成する。蓄熱構造体２３の内部には、撥水処理した多数の砕石を敷き詰めて砕石蓄熱体２４を形成する。筒状容器２３ｂの材料、言い換えれば、蓄熱構造体２３と周囲の土壌との境界（境界材）には、温水及び加温空気が漏れない通気性及び通水性の無い材料で構成し、かつ、筒状容器２３ｂの内側が撥水性の材料を利用するか、又は、筒状容器２３ｂの内側に撥水性が無い若しくは低い材料の場合には、筒状容器２３ｂの内面に撥水処理を施す。蓄熱構造体２３の形状は、ボーリングによって空いた周囲の土壌７中の穴と内部に充填する砕石蓄熱体２４によって形成可能なため、筒状容器２３ｂは固定形状の構造物である必要はなく、特に、筒状容器２３ｂの側壁部分はシート状の材料で構成しても構わない。ただし、蓄熱構造体２３の内部と周囲土壌７との熱交換を妨げないためには、熱伝導率の高い材料を選択することが好ましい。

揚水配管２５の揚水側連結管２５ａは、蓄熱構造体２３の上部より熱媒体滴下部２２を貫き、砕石蓄熱体２４を押しのけて底部２３ａまで延び、温水溜まり３４に到達するように配管する。配水配管２１の配水側連結管２１ａは、集熱器５からの温水を熱媒体滴下部２２内へ供給するために、蓄熱構造体２３の上部より熱媒体滴下部２２の内部に接続する。熱媒体滴下部２２と筒状容器２３ｂとの隙間は、温水及び加温空気が漏れないように筒状容器２３ｂと熱媒体滴下部２２とで封止する。また、熱媒体滴下部２２の配水側連結管２１ａ及び揚水側連結管２５ａとの連結部分以外の部分は、封止されて密閉されていて、液体及び気体が通過できないようにしている。

本第１実施形態では、蓄熱構造体２３は円筒形の杭構造としたが、角柱構造でも、扁平な構造であっても、あるいは、さらに異なる形状であっても良い。ただし、土木形成の作業効率上は、円筒形であれば、地表面からのボーリング施工で容易に形成することが出来、最も好ましい。

次に、図９Ａ〜図９Ｄを用いて熱媒体滴下部２２及びその周辺構造について説明する。熱媒体滴下部２２は、蓄熱構造体２３の内部の砕石蓄熱体２４に集熱器５の温水を供給するものである。温水を砕石蓄熱体２４に供給するとき、温水を砕石蓄熱体２４の上面に均等に滴下又は散布する構造が必要であり、図９Ａ〜図９Ｄには、熱媒体滴下部２２の内部が空洞でかつ熱媒体滴下部２２全体が円盤型である構造例を示す。揚水配管２５の揚水側連結管２５ａは、熱媒体滴下部２２の中央を貫くように配管し、配水配管２１の排水側連結管２１ａは、熱媒体滴下部２２の上面から熱媒体滴下部２２に温水を供給するように接続する。排水側連結管２１ａから熱媒体滴下部２２に供給された温水は、熱媒体滴下部２２の底面円盤３５に均等に多数空けられた滴下穴３６から、砕石蓄熱体２４の上面に滴下される。

図９Ａ〜図９Ｄでは、構造が簡略な小穴３６からの滴下構造を示したが、小穴３６による滴下構造以外にも、変形例として、例えば、多数の噴射ノズル３６ａで均等噴霧が可能なスプレー部材３６ａを用いた構造（図１０参照）などを用いても良い。滴下の方法については、適宜の条件（コスト、構造上の理由、又は、入手容易性など）によって最適なものを選択すればよい。

図１１Ａは、本第１実施形態の別の変形例における蓄熱槽の各種配管、蓄熱構造体２３などの地上上面からの配置構成を表した模式図である。上面からの図示では接続等の理解が不明確になる構成部分については、平面的な接続で図示している。

熱媒体滴下部２２及び蓄熱構造体２３は、地上平面にて均等な間隔で地中に埋設する。集熱器５からの温水は、出水配管１４から櫛状の配水配管２１に分岐し、分岐した配水配管２１から配水用連結管２１ａを介して各熱媒体滴下部２２に接続する。

また、各熱媒体滴下部２２及び蓄熱構造体２３の揚水用連結管２５ａに接続する揚水配管２５は、配水配管２１に直交する櫛上の配置で配管し、揚水タンク１７に集結する。揚水ポンプ２０は、ポンプ配管４４を介して揚水タンク１７の貯水を揚水するように接続し、揚水した水が帰還配管１５を通して集熱器５に戻るように帰還配管１５に接続する。

なお、図１１Ａでは、熱媒体滴下部２２及び蓄熱構造体２３は、等間隔で均等に配置されているが、これに限られるものではなく、図１１Ｂに示すように、異なる間隔で不均等に配置されていてもよい。

なお、図１１Ａ及び図１１Ｂでは、図の煩雑化を避けるため、図１１Ａ及び図１１Ｂでの説明意図と関連の無い、第１〜第４開閉バルブ２６，２７，２８，２９、制御器６５を始めとする制御系などの構成部位については、図示を省略している。また、図１１Ａ及び図１１Ｂでは、配水配管２１と揚水配管２５とを水平面上で直交する形態で示しているが、図１１Ａ及び図１１Ｂとは異なり、図２のように配水配管２１と揚水配管２５を並行に配管したとしても、本第１実施形態の蓄熱槽８の機能に何の違いも生じない。

次に、蓄熱槽８の具体的な一例としての設計値について説明する。

蓄熱層８の設計値については、建築環境、予算、又は、土地面積などの条件を考慮することで、以下ように値を設定すれば良い。たとえば、加温のために必要な熱量を計算するにあたり、室内１５℃を維持する植物栽培用の温室を建設するとする。このとき、温室からの放熱は熱貫流率が主体的であるとして、加温期間１１月から４月の６ヶ月（１８０日）間の外気平均気温を８℃、熱貫流率を２０ｋＪ／［ｍ^２・ｈ・℃］程度、１００ｍ^２程度の蒲鉾型温室で温室表面積を２００ｍ^２程度であるとする。このような仮定において、加温期間に、並べて１日１２時間の加温が必要と換算したときに要求される温室の加温熱量は３３６ＭＪ／日となる。これに対して、集熱量に関しては、冬期にも日中の日照が望める地域であるならば、集熱器５への冬期の日々日照から得られる熱量を２ｋＷｈ／［ｍ^２・日］程度と想定すれば、温室の半分の面積（５０ｍ^２）の集熱器（太陽熱温水器、集熱効率７０％）と仮定した集熱器５からの集熱量は、２５２ＭＪ／日となる。この設定において、冬期の日々に加温に対して１日の集熱量が不足する量は、約１２０ＭＪ／日となる、このとき、加温が必要な日数が半年間（１８０日）であるとすれば、冬期１シーズンに不足する熱量は２１．６ＧＪ程度となる。完成した蓄熱槽８内の熱量の加温への利用効率をおよそ８０％と見積るならば、この不足する熱量を夏期の蓄熱から賄う場合、蓄熱層８には、およそ２７ＧＪを蓄えるだけの蓄熱槽８の熱容積が必要となる。

２７ＧＪの蓄熱槽８を想定した温室の床面地下に形成するためには、土壌の種類にも依るが、土壌の体積比熱が０．８程度とし、温室内の加温要求温度を１５℃とし、蓄熱槽内の蓄熱温度を４０℃とし、２５℃の温度差を顕熱として蓄熱する場合、土壌１ｍ^３の蓄熱容量は８４ＭＪ。２７ＧＪを蓄熱するとすれば、およそ３２０ｍ^３の土壌体積が必要となる。この場合、１００ｍ^２の温室の床面積一杯を蓄熱槽８の天面として３．２ｍ深さの蓄熱槽８を形成することになる。

ここでは、設計値の目安としての設計数値を示したが、加温対象空間９とした温室の熱貫流率は２重被覆、又は、加温対象空間９を形成する部屋の内部のカーテンによって大きく異なるし、地下土壌の性質についても地域の気温、土壌成分、又は、土中水分量などの要因により大きく異なるものとなる。このため、蓄熱層８の設計を最適化するためには、出来るだけ実測に基づいた条件値を利用することが好ましい。

また、蓄熱層８の建築の際の条件、たとえば冬期に日照の望めない東北地方などの地域的条件によっては、加温対象空間９の加温要求熱量を賄える大きさの蓄熱槽８を形成することが、実際の設計値として想定困難な状況も発生しうる。そのような場合には、蓄熱層８での供給熱量の不足分を補うためのヒートポンプ若しくは加温のための重油燃料を使用する重油ボイラなどの補助加温装置を準備することになる。しかしながら、本蓄熱槽８を併用すれば、ヒートポンプ又は重油ボイラを単体で加温する場合に比較して、加温のための燃料コストを大幅に削減することが出来る。

次に、本発明の第１実施形態の効果である蓄熱構造体２３と砕石蓄熱体２４への撥水処理の効果を確認するための実験について説明する。

この実験では、撥水処理による砕石蓄熱体２４及び蓄熱構造体２３の内側の側壁への残水量の減量の定量化とその効果の算定を行った。

砕石蓄熱体２４内の残水量を定量化するため、砕石の代わりにガラス玉を用い、撥水処理したガラス玉（以下、撥水のガラス玉という）と撥水処理していないガラス玉（以下、親水のガラス玉という）の集合体に水を滴下した際にそれぞれのガラス玉群の中に残る残水量を評価する実験を行った。各ガラス玉には、もとよりその表面が撥水性を示す表面が鏡面のクリアなガラス玉ではなく、微小な傷により表面が曇りガラス状に仕上げられたフロスト球を用いた。実験では。撥水処理あり／無しの３００ｇのガラス玉全体を、一旦水を張った桶に浸水し、ガラス玉を引き上げた後のそれぞれの重量の増分を計測することで、撥水処理あり／無しのそれぞれのガラス玉の残水量を定量化した。計測の結果、撥水のガラス玉での残水量は、およそ１．５ｇ／ｋｇ（重量比０．１５％）であったのに対し、親水のガラス玉での残水量は、およそ１０ｇ／ｋｇ（重量比１％）であった。

この撥水処理有り／無しの場合のガラス玉に残る水量を、ガラス玉単位重量に蓄えられる顕熱と、残水の気化熱量との対比で換算した場合、上述の設計値の算定と同様の条件である蓄熱のための顕熱の温度差を２５℃と想定した場合、２５℃の温度差では１ｋｇのガラス玉（比熱０．１７）に蓄えられる熱量は、およそ１８ｋＪであり、この熱量に比較して、残水量の気化に必要な熱量は、撥水のガラス玉に付着した１．５ｇの場合、およそ３．６ｋＪ（２４００ｋＪ／ｋｇ ａｔ ４０℃）となり、親水のガラス玉の場合は２４ｋＪとなる。蓄熱体８をこのガラス玉だけで構成すると仮定した場合、親水のガラス玉では、温度差２５℃の全顕熱蓄熱量以上の熱量が気化熱に奪われてしまうことになるが、撥水のガラス玉の場合には、総蓄熱量の２０％程度に留まることになる。

本発明の第１実施形態では、砕石蓄熱体２４だけでなく周囲の土壌７での蓄熱量も加わるため、蓄熱槽全体の蓄熱量に対する気化熱の比率は、先に計算した比率より小さい値になるが、気化熱での蓄熱量のロスは出来るだけ削減することが望ましい。また、熱回収運転では、蓄熱構造体２３から加温空気への直接熱交換が短期的に生じるため、加温空気の吸収する熱量の大部分は周囲土壌７からの熱伝導では間に合わず、蓄熱構造体２３の蓄えた熱量が担うことになる。このため、砕石蓄熱体２４の温度が急激に低下し、一時的に熱回収が不能になる可能性がある。このような状態を避けるためにも、砕石蓄熱体２４及び蓄熱構造体２３の内側の側壁の撥水処理は必要な技術となる。

蓄熱量が気化潜熱に消費されることによる、加温効率の低下を撥水処理が解消する一方で、撥水処理を行うことで熱媒体滴下部２２からの滴下温水が砕石表面の撥水効果によって、砕石表面で広がることが出来ず、砕石表面を高速に流下してしまうことで砕石と温水の熱交換効率が低下することが懸念された。よって、撥水処理によって生じる熱交換の効率低下について評価するために行った第２の実験の結果について、以下に説明する。

この実験では、それぞれ９ｋｇの撥水のガラス球群と親水のガラス玉群に対して、温水を滴下し、熱交換の状態を検証した。実験では、室温２４℃の条件下、一辺２４ｃｍの箱状のアクリルケース内に直径２１ｃｍで高さ２０ｃｍの円筒形状のガラス玉群（初期温度１９℃）を配置したものを、撥水及び親水のガラス玉群に対して、それぞれ用意し、それぞれのガラス玉群の上面から、４０℃の温水を、上面の平面上で均等に１２０ｍｌ／分で滴下した。このとき、ガラス玉から流れ落ちた排水温度を時系列に計測した結果を図１２に示す。

図１２中、親水のガラス玉の排水温度は、「□」（四角形）のサンプルマークで示し、撥水のガラス玉の排水温度は「△」（三角形）のサンプルマークで示す。

図１２において、親水のガラス玉と撥水のガラス玉の熱交換効率の違いが最も顕著な状況は、温水を滴下し始めた初期である。その違いは、撥水のガラス玉と親水のガラス玉との排水温の違いで確認できる。撥水のガラス玉からの排水温が２２〜２４℃程度であるのに対し、親水のガラス玉では２０〜２２℃程度となっている。このときの供給温水の温度は４０℃であり、排水温との温度差は約１８℃である。これに対し、同時期の両排水温の温度差は２℃程度ということから、親水のガラス玉から撥水のガラス玉での熱交換量の低下率はおよそ１１％と算定できる。ここで、１１％の違いが蓄熱に及ぼす影響を把握しなくてはならないが、閉空間内に定量で固定されているそれぞれのガラス玉群において、親水のガラス玉群では撥水のガラス玉群よりも先に温度が上昇するため、供給温水とガラス玉の温度差が撥水のガラス玉よりも早く縮まることになり、結果的として温水とガラス玉の熱交換の効率が先に低下することになる。このことから、供給温水との熱交換がそれ以上行われなくなって排水温度が平衡に達する以前に、撥水のガラス玉の熱交換の効率が親水のガラス玉のそれを上回ることになり、最終的にはどちらの排水温もおよそ５０分で平衡状態（３８．７℃近辺で安定）となる。

以上より、供給温水に上限温度があり、且つ、有限な堆積の蓄熱槽８への蓄熱を行い、蓄熱量が飽和するまでに時間的な余裕がある場合には、本実験で確認された１１％の熱交換効率の低下は蓄熱機能に対して大きな障害となるものではないことが確認できた。よって、季節間蓄熱を目的とする本発明の第１実施形態では大きな支障となるものではない。

次に、砕石蓄熱体２４等への撥水処理について具体的に説明する。

蓄熱構造体２３及び砕石蓄熱体２４への撥水処理のための撥水剤には、一般に市販の撥水処理剤を用いることもできる。シリコーン樹脂系の撥水塗膜を形成するタイプのものは、スプレー式のものが多いが、撥水処理したい砕石の表面及び蓄熱構造体２３の内側の側壁に予めスプレーすればよい。とはいえ、撥水塗膜が大面積になることが考えられることから、撥水剤としては、たとえばＣＨ_３（ＣＨ_２）ｎＳｉＸ_３、又は、ＣＦ_３（ＣＦ_２）ｎＳｉＸ_３（Ｘはメトキシ基、水酸基、又は、クロル基など）のシランカップリング剤を用いた液体の含浸処理を用いることが有用である。具体的には、乾燥させた状態の撥水処理対象に対して、これらのシランカップリング剤を非水系溶媒（たとえば石油類、又は、フッ化炭素系溶媒）などで希釈した液体を、噴霧、もしくは、液体に浸けて撥水処理した後に、撥水処理対象物を水洗及び乾燥することで、撥水処理した対象の表面に撥水性の単層様膜を形成することが出来る。

撥水処理を施す対象である砕石蓄熱体２４の表面、蓄熱構造体２３の内側の側壁、揚水管２５及び配水配管２１などの配管の内壁などへの撥水処理については、蓄熱槽８の施工事前に、前記撥水処理を施せばよい。施工後、撥水処理が低下した等の状況により再度、撥水処理をする場合には、熱回収動作を十分動作させて、内部を乾燥させた後、蓄熱動作時の温水の代わりに、希釈した撥水剤（主としてメトキシ系撥水剤）を配水配管２１に流入し、蓄熱構造体２３内に滴下、揚水ポンプ２０で希釈溶液を揚水し、揚水タンク１７で回収する。その後、熱回収動作によって通気することで、乾燥させることが可能である。

前記のようなシランカップリング剤では、単分子層膜で十分な撥水効果を発揮できるため、極少量の撥水剤によって大面積の撥水処理を行うことが可能であり、撥水処理が安価になる。これらの利点に加え、撥水を施したい対象表面のＯＨ基とＳｉＣｌ基もしくはＳｉＯＨ基が反応し、ＨＣｌもしくはＨ_２Ｏが放出され、Ｓｉ−Ｏの形成によって材料表面に堅固な結合膜を形成するため、大方の自然石への撥水加工も可能となる。さらに言えば、材料表面がＳｉが主体の材料であれば、材料表面と撥水膜はＳｉ−Ｏ−Ｓｉのシロキサン結合を形成し、更に堅牢な撥水膜を形成することが出来る。このため、廃ガラスなどのガラス材料を砕石蓄熱体２４に利用することは、極めて好適である。

以上のように、撥水処理の対象としては多くの材料の利用が可能である。

また、第１実施形態では、集熱器５として、最も一般的な太陽熱温水器を示したが、温水パネルでなくとも、熱源として温水を供給できるものであれば、利用可能である。たとえば、ゴミ等の焼却熱で加温した温水なども、本発明の第１実施形態の熱媒体としては好適である。

本発明の第１実施形態によれば、前記構成の蓄熱構造体２３を用いることにより、集熱に用いられる温水の熱は、温水から砕石蓄熱体２４に直ちに伝達される。このため、先行技術のように温水を貯水槽３に留めて砕石領域４への熱拡散のための熱源としての役割を担わせる必要が無く、蓄熱構造体２３から直ちに揚水し、集熱器５に循環させることができるため、温水の循環使用量は大幅に減少する。よって、熱媒体の使用量を削減することができる。

また、蓄熱構造体２３の内部表面の全体が撥水性であることによって、温水を砕石蓄熱体２４に直接滴下又は噴霧することによる高効率な熱交換と、砕石蓄熱体２４への通気による簡便な熱回収システムを両立させることができる。

また、前記構成の蓄熱槽８では、蓄熱動作は常時地上部から行われ、熱回収動作は蓄熱槽８の底部側から動作する。このことにより、蓄熱槽８内の温度は、上部が高温、底部が低温という温度分布で自然に制御される。この温度分布により、地下深部の恒温層は自然に蓄熱槽８の底部の低温層に近接することになり、地下の恒温層からの熱量は、蓄熱槽８の底部の温度が低下する状況において、適宜、効果的に蓄熱槽８に吸収され、蓄熱槽８の蓄熱量として利用することが可能になる。

前記したように、第１実施形態によれば、熱媒体（一例として温水）から蓄熱体２４への熱交換を高速及び高効率化し、熱媒体（温水）の一次蓄熱体として役割を省略することで、熱媒体の使用量を削減し、かつ、地下構造物を簡略化することで安価な蓄熱槽を実現することができる。また、蓄熱槽８の建設工事を地上面からの作業に集中させることで、作業性を向上し簡単な工事による蓄熱槽の形成を可能にすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態では、図１３及び図１４を用い、第１実施形態で示す温水溜り３４とは異なる構造を持つ温水溜り３４−１を有する貯水構造部３７を説明する。続いて、図１５を用いて、この貯水構造部３７を用いた蓄熱構造体２３−１の簡易な形成方法について説明する。

図１３には、本第２実施形態の貯水構造部３７を含む蓄熱構造体２３−１の構造を示す。図１４の（ａ）〜（ｄ）は、貯水構造部３７の詳細図を示し、図１４の（ａ）が貯水構造部３７を図１３の図面正面から見た正面図であり、図１４の（ｂ）は貯水構造部３７の上面図、図１４の（ｃ）は貯水構造部３７の下面図である。図１４の（ｄ）は、同一断面を示す図１４の（ｂ）及び（ｃ）の各図を貫く１点鎖線の示す平面での貯水構造部３７の断面図を示し、ハッチング部分は貯水構造部３７の断面部を示す。

第１実施形態の蓄熱構造体２３と異なり、図１３に示す蓄熱構造体２３−１では、蓄熱構造体２３−１の最下部に貯水構造部３７を形成する。貯水構造部３７の内部には、第１実施形態の温水溜り３４と同様の、温水溜り３４−１を形成する。貯水構造部３７は、土壌中に埋設されることになるので、耐腐食性を持ち、形状を保つ強度を持った、塩化ビニル、ポリエチレン、又は、ポリプロピレンなどの材質によって形成することが望ましい。

次に、貯水構造部３７の詳細を図１４の（ａ）〜（ｄ）に示す。貯水構造部３７の外形状は、蓄熱構造体２３−１と同じ外径を持った円筒の下に、下向きの三角錐を重ねた構造とする。貯水構造部３７の内部には、蓄熱構造体２３−１の外壁を形成する筒状容器２３ｂを構成するシート材（外壁材）との連結構造部５８と、温水溜り３４−１とを形成する。

温水溜り３４−１に溜まる温水を極力少なくするためには、温水溜り３４−１の内径を温水溜り３４−１に挿入される揚水配管２５の揚水側連結管２５ａの外径と同様にし、揚水側連結管２５ａの下端と温水溜り３４−１の底部との間に少しの隙間が空くように、周囲に傾斜面５７ａを設けた底として形成すると良い。また、蓄熱構造体２３−１の内壁面沿いに滴下した温水が、揚水側連結管２５ａの周囲及び傾斜面５７ａを通って温水溜り３４−１の底部に溜まるように、温水溜り３４−１の内周面には、上下方向沿いの多数の通水溝４０を形成する。貯水構造部３７の上部空間５７には、砕石蓄熱体２４を支えるとともに、その内壁面には砕石蓄熱体２４から落ちる温水を温水溜り３４−１に導くように、温水溜り３４−１を中心とした円錐の傾斜面５７ａを持たせる。リング状の連結構造部５８を、貯水構造部３７の上部空間５７内に蓄熱構造体２３−１の外壁となるシート材２３ｂを挟み込むようにして嵌合しかつ複数のボルト３８で固定することによって、蓄熱構造体２３−１の外壁となるシート材２３ｂを貯水構造部３７と連結構造部５８との間で挟み込み、封止固定する。蓄熱構造体２３−１の外壁となるシート材２３ｂの封止、及び、固定の方法は、長期間の封止を保持可能な構造であれば、図示したような、複数のボルト３８を用いた固定方法でも良いし、又は、樹脂系の接着によるもの、又は、ボルトと接着との併用でも構わない。

貯水構造部３７の底の三角錐の外側には、図１４の（ｃ）に示すように、図１４の（ｃ）の縦及び横に位置した４枚のフィン５５を十字形状に突出して設ける。フィン５５は、土壌表面からのボーリング穴の底に貯水構造部３７を配置する際に、蓄熱構造体２３−１が４枚のフィン５５により砂のような形状変化が容易な材料７３（図１５参照）中にねじ込まれて、４枚のフィン５５がそれぞれ材料７３に埋め込まれて支持されて、蓄熱構造体２３−１が安定して起立するのを助ける。

次に、図１５の（ａ）〜（ｄ）を用いて、この貯水構造部３７を利用した蓄熱構造体２３−１の形成方法について説明する。

図１５の（ａ）〜（ｄ）では、図１５の（ａ）から図１５の（ｄ）の順に蓄熱構造体２３−１の形成手順を示している。蓄熱構造体２３−１の形成には、まず、図１５の（ａ）のように地表７０からのボーリングによって、蓄熱構造体２３−１を収める竪穴７１を土壌７２中に掘削して形成する。

次に、図１５の（ｂ）のように、掘削竪穴７１の底部に砂のような形状変化が容易な材料７３を堆積し、その竪穴７１に、蓄熱構造体２３−１の外壁を形成する円筒状の伸張性を有する外壁シート材２３ｂと揚水配管２５の揚水側連結管２５ａとを連結構造部５８で連結した貯水構造部３７を配置する。

次に、図１５の（ｃ）に示すように、貯水構造部３７に連結した揚水側連結管２５ａを用いて竪穴７１の底にある貯水構造部３７を上下に動かす、もしくは、回転させ、貯水構造部３７の底の円錐形状とフィン５５を砂上の堆積物７３にもぐり込ませることで、竪穴７１の底に貯水構造部３７を安定させる。このとき、貯水構造部３７を安定させるための荷重として、少量の砕石蓄熱体２４を利用することも可能である。

貯水構造部３７が安定したら、図１５の（ｄ）のように、地表面７０から外壁シート材２３ｂに張力を掛けながら砕石蓄熱体２４を竪穴７１の容器２３ｂ内に充填することで、蓄熱構造体２３−１を形成することができる。土壌７２中の蓄熱構造体２３−１が出来上がれば、その上部に熱媒体滴下部２２及び配管２１，２５などその他の構成物を形成すればよい。

本発明の第２実施形態における蓄熱構造体２３−１は、内部の砕石蓄熱体２４も含めて事前に一体形成しておき、ボーリングによって掘削した竪穴７１に挿入することで蓄熱構造体２３−１を形成することも可能であるが、適宜の熱設計に依存するとはいえ、相応の熱容量が必要な蓄熱構造体２３−１には少なくとも１０００ｋｇオーダの重量が想定され、一体形成した蓄熱構造体２３−１を竪穴７１に挿入するには重機を利用した作業が必要となる。

しかし、図１５の（ａ）〜（ｄ）に示すように、施工の初期の段階で、貯水構造部３７を利用して掘削穴７１の底の蓄熱構造体２３−１の形状を安定させることで、地表面７０からの軽量負荷な作業で蓄熱構造体２３−１の形成が可能になる。よって、従来の課題であった、地下の構造形成に土木及び建築工事に手間が掛かり、資材量が多く、建築コストが嵩むという課題を解消することができる。

この工法において砕石蓄熱体２４を外壁シート材２３ｂの内部に充填することで、砕石蓄熱体２４と周囲土壌７２との圧力の均衡によってシート材２３ｂが伸張し、砕石蓄熱体２４と周囲土壌７２の間の空隙が解消された高い密着性を得ることができ熱伝導率の高い形状を自ずと形成できることになる。

（第３実施形態）
図１６に、本発明の第３実施形態の構成図を示す。

図１６の４つの蓄熱構造体２３−１の構造は、第２実施形態の蓄熱構造体２３−１と同様の構造であり、図示の煩雑化を避けるため、同様の構造及び部位については、１つの蓄熱構造体２３−１に関わるもののみ符合を詳しく付している。 本第３実施形態では、第１実施形態における加温ポンプ３０の役割と揚水ポンプ２０の一部役割とを担う１個の小型ポンプ４１を、蓄熱構造体２３−１毎に設ける例である。各小型ポンプ４１は制御器６５で駆動制御される。

図１６では、図の煩雑化を避けるため、小型ポンプ４１の周辺の構成については簡略な図示としたが、小型ポンプ４１の周辺については、図１７を以って後述する。

まず、図１６を以って、本第３実施形態の主な装置構成について説明する。

本第３実施形態の実現のための主な装置構成は、集熱器５と、配管類（出水配管１４、配水配管２１、揚水配管４２、集水配管４３、ポンプ配管４４、帰還配管１５）と、第１，第５，第６開閉バルブ２６，４５，４６と、蓄熱構造体２３−１と、揚水ポンプ２０と、小型揚水ポンプ４１と、第１，第５，第６開閉バルブ２６，４５，４６と、各種ポンプ２０，４１及び第１，第５，第６開閉バルブ２６，４５，４６を制御する制御器６５と、制御器６５へ制御情報を提供するセンサ類（６１，６２，６３，６４）とで構成されている。

集熱器５は、蓄熱のための温水として熱量を収集する。配管類（出水配管１４、配水配管２１、揚水配管４２、集水配管４３、ポンプ配管４４、帰還配管１５）は、集熱器５の温水を蓄熱槽８との間で循環させる。第１，第５，第６開閉バルブ２６，４５，４６は、配管類の流路構成を制御する。蓄熱構造体２３−１は、温水からの熱を熱交換によって、土壌７に伝達する。揚水ポンプ２０と小型揚水ポンプ４１とにより、蓄熱動作のために温水を集熱器５と配管類と蓄熱構造体２３−１との間で循環させる。揚水ポンプ２０は、揚水タンク１７の温排水を吸い上げて集熱器５に循環させる。小型揚水ポンプ４１は、蓄熱動作のための蓄熱構造体２３−１内の温水を揚水し、熱回収のための加温空気を蓄熱構造体２３−１内に導入して循環させる。

集水配管４３は、各蓄熱構造体２３−１の熱媒体滴下部２２の上方に配置され、各蓄熱構造体２３−１の揚水管４２と連結され、かつ、加温ダクト３１を上端に有する連結管９１との連結部分から揚水タンク１７に向けて下向きに傾斜するように配置されている。

揚水管４２は、揚水側連結管２５ａの代わりに配置され、上端が小型ポンプ４１に連結されている。小型ポンプ４１は、揚水管４２と接続された口側とは反対側の他方の口を接続管４８で集水配管４３に接続している。

次に、本第３実施形態での蓄熱動作について説明する。

蓄熱時、集熱器５で暖められた温水は、第１実施形態と同様、出水配管１４と配水配管２１と配水側連結管２１ａと熱媒体滴下部２２とを介して蓄熱構造体２３−１に滴下する。貯水構造部３７内の温水溜り３４−１に溜まった温水は、揚水管４２を通して小型ポンプ４１によって、熱媒体滴下部２２の上方の集水配管４３に汲み上げられる。各蓄熱構造体２３−１から集水配管４３に汲み上げられた温水は、集水配管４３の傾斜に沿って揚水タンク１７に流れ込んで集水される。揚水タンク１７に溜まった温水は、ポンプ配管４４を通して揚水ポンプ２０に吸い上げられ、帰還配管１５を介して集熱器５に循環される。

このとき、制御器６５は、蓄熱動作時に温水を流通させる配管を構成するために、第１開閉バルブ２６を開き、第５，第６開閉バルブ４５、４６を閉じるように制御するとともに、小型ポンプ４１を揚水方向に運転する。同時に、揚水ポンプ３０を駆動して貯水タンク１７に集められた温水を集熱器５へ循環する。

次に、本第３実施形態の熱回収動作について説明する。

熱回収動作時、制御器６５は、第１開閉バルブ２６を閉じ、第５，第６開閉バルブ４５、４６を開き、小型ポンプ４１を蓄熱動作時と逆方向に運転することにより、加温対象空間９内の空気を蓄熱構造体２３−１内に循環させる。逆方向に運転された小型ポンプ４１は、吸気ダクト３１より加温対象空間９内の空気を吸気し、連結管９１と集水配管４３と揚水配管４２を介して蓄熱構造体２３−１の底部の貯水構造部３７に排気するように動作する。蓄熱構造体２３−１の底部内に排気された加温空気は、温水溜り３４−１の通水溝４０（図１４参照）を通り、砕石蓄熱体２４の内部を上昇する。砕石蓄熱体２４の熱量を吸収した加温空気は、蓄熱構造体２３−１の上部空間４９から熱媒体滴下部２２を貫通して加温対象空間９に至る加温ダクト４７を通り、加温対象空間９内に排出される。

次に、図１７を以って、小型ポンプ４１の周辺の詳細を説明する。

図１７の（ａ）は、小型ポンプ４１の周辺を図１６の紙面正面から見た正面図であり、図１７の（ｂ）は小型ポンプ４１の周辺の上面図、図１７の（ｃ）は小型ポンプ４１の周辺の下面図、図１７の（ｄ）は小型ポンプ４１の周辺の側面図を示す。

蓄熱時には、制御器６５により、第４，第５開閉バルブ４５，４６は閉じ、第１開閉バルブ２６が開かれている。このため、制御器６５による小型ポンプの４１の運転で、蓄熱構造体２３−１の底部の温水溜り３４−１に溜まった温水を揚水管４２を通して揚水することが出来る。揚水された温水は、接続管４８を通り、集水配管４３内に排水され、集水配管４３の傾斜によって揚水タンク１７に集められる。熱回収時には、制御器６５により、第４，第５開閉バルブ４５，４６は開き、第１開閉バルブ２６が閉じられている。このため、制御器６５により、小型ポンプ４１を蓄熱時とは逆方向に運転することで、吸気ダクト３１からの加温対象空間９内の加温空気を集水配管４３から吸気し、貯水構造部３７内の温水溜り３４−１に排気する。排気された加温空気は、砕石蓄熱体２４から熱量を吸収しながら、蓄熱構造体２３−１内を上昇し、蓄熱体上部空間４９に至る。蓄熱体上部空間４９の上端は、熱媒体滴下部２２によって封止されているため、加温空気は、小型ポンプ４１の運転圧力及び暖気の上昇圧力によって、熱媒体滴下部２２を貫通した加温ダクト４７を介して加温対象空間９内に放出される。

蓄熱槽８の全体の蓄熱と熱回収との動作を、各１つのポンプで駆動する第１実施形態では、ポンプが揚水ポンプ２０と加温ポンプ３０の２つで足りる。その反面、２つのポンプ２０，３０は、温水及び加温空気を長い配管を介して配送する形態となり、各ポンプ２０，３０には配管の抵抗による大きな出力が要求されることになる。一方、本第３実施形態では、蓄熱構造体２３毎に小型ポンプ４１を設置することにより、各ポンプ４１が流通を負担する配管長を短縮することが出来、使用するポンプ能力の軽減に役立つほか、各ポンプ４１が小型化されることで、初期設置時、維持修理時、及び、一部ポンプの撤去等の地上部での対処作業が容易になる。

なお、本第３実施形態では、図示が複雑なため、小型ポンプ４１に正逆ポンプを利用した例を図示したが、適切な配管と開閉バルブの制御を利用すれば、配管の接続を反転することは容易で有り、片方向の小型ポンプを用いても前記と同様の動作を実現することは容易である。

また、仮に、ポンプの能力又はコストに関し、温水用のポンプと加温空気用のポンプとをそれぞれ用意した方が好適な状況であれば、各蓄熱構造体２３毎に温水用のポンプと加温空気用のポンプとを１つずつ装備することも可能である。

（第４実施形態）
次に、図１８を用いて、本発明の第４実施形態を説明する。

第４実施形態と第３実施形態との違いは、土壌７２中の蓄熱槽８の上部に敷設した撥水砂層５０と、地中にて撥水砂層５０の下方でかつ蓄熱槽８の水平方向の周囲を壁状に囲んで形成した撥水壁５１とである。撥水砂層５０には、各蓄熱構造体２３−１の上端部と配水配管２１と集水配管４３と揚水タンク１７と小型揚水ポンプ４１となどが埋設されている。

撥水砂層５０を構成する撥水砂の特性として、それが密集した層を成す場合、その層の表面では水が弾かれ、水を通さない特性を持つ。また、砂の層であることから、砂粒の間には空隙が存在し、さらに撥水性のため砂の層の中には水が浸入せず、層内の空隙が絶えず維持されることになり、撥水砂で高い断熱性の層を形成することになる。

本発明の第４実施形態では、蓄熱槽８の加温対象空間９を植物栽培温室と想定する。このように想定すると、図１８のように、蓄熱槽８の上部構造を撥水砂層５０で覆うことによって、撥水砂層５０の持つ遮水特性の故に、加温対象空間９内で行われる灌水等による水が、加温対象空間９の地表側から蓄熱槽８へ浸入することを防ぎ、引いては、蓄熱槽８内の余剰な水分が蓄熱槽８から流出することによる蓄熱層８内の熱量の外部への拡散を防ぐことが出来る。また、撥水砂層５０内の空気層の断熱特性から、蓄熱槽８から上部への漏熱を防ぐとともに、蓄熱槽８の上部の各種配管及び揚水タンク等の構成部分を撥水砂層５０内に埋設することで、それらの断熱性も確保することが出来る。

本発明の全ての実施形態における蓄熱槽８の能力は、蓄熱槽８内への蓄熱と蓄熱槽８からの熱回収とにおける熱の利用効率を向上させることが大きく影響する。中でも蓄熱槽８を構成する各部からの熱の拡散による漏熱の影響が大きい。このため、全ての配管及び構造物での断熱性の向上は、蓄熱槽８の蓄熱効率向上に大きく寄与する要因である。このため、第１実施形態〜第３実施形態においては、地上配管を含め全ての配管及び構造物に対して断熱加工及び処理が施されているが望ましい。一方、本第４実施形態では、前記のように、蓄熱槽８の上部を撥水砂層５０で覆うことにより、蓄熱槽８の上部の配管及び構造物に対する断熱性を確保することができることになり、非常に簡単な施工及び低コストな材料で実現することが出来る。

また、撥水砂壁５１で蓄熱槽８の水平方向の周囲を囲うことで、外部の土壌７２からの水の浸入を防ぐことにより、蓄熱槽８内への低温水の流入と蓄熱槽８からの水の流出による蓄積熱量の拡散とを防ぐことが出来るとともに、撥水砂の断熱性により、蓄熱槽８の周囲土壌７２への熱の拡散も防ぐことが出来る。

撥水砂層５０及び撥水砂壁５１に加え、蓄熱槽８の底部の一面に撥水砂層をさらに敷き込むとすれば、蓄熱槽８の底部から外部の土壌７２への熱の拡散を防ぐことができる。しかしながら、地中における熱の分布形態として、一般的に地表から３〜５ｍより深い領域では、季節を通して１５℃程度で恒温であることが知られており、底部を断熱せず、むしろ開放することが、冬季においても地表の気温の影響を受けにくい恒温な土壌７２を良質な蓄熱体として利用することが可能になる。また、蓄熱槽８の底部の土壌７２の蓄熱状況によっては、地中の恒温領域の温度よりも低下する場合も想定され、そのような場合には、恒温の土壌領域からの熱回収を期待することもできる。さらに、蓄熱槽８の底部一面に撥水砂層を敷き込むことは、蓄熱槽形成のための土木工事を大きくすることになり、蓄熱槽８の形成に掛かるコストを増大させてしまう。このため、蓄熱槽８の底部に断熱性の層を形成することは、蓄熱槽８の性能を引き出す上で好ましくない。

地中への撥水砂壁５１の施工については、まず、周囲を囲う予定の１つの地点にボーリングを行うことで最初の穴を開ける。

次に、空いた穴に撥水砂を充填した後、その直ぐ隣にボーリングを行う。撥水砂壁５１の深さは、少なくとも蓄熱構造体２３と同じ深さとする。

２つ目の穴を開けた後、ボーリングのポールを抜き取れば、１つ目の穴に充填した撥水砂は土壌７２の壁がなくなることで形状を保てず、２つ目の穴に流れ込むことになる。このとき、１つ目と２つ目の穴は、撥水砂が崩れることで、その半分程度の深さが撥水砂で埋まることになるが、残りの半分に再度撥水砂を充填し、２つ目の穴の隣に再度穴を開ける。

この作業を繰り返してボーリング作業と撥水砂の充填作業とを繰り返すことで、第２実施形態で説明した蓄熱構造体２３の形成と同様、地表面からのボーリング作業を主体とした作業によって、撥水砂壁５１を形成することができる。

（第５実施形態）
次に、図１９、図２０の（ａ）〜（ｄ）、及び図２１Ａ〜図２１Ｃを用いて、本発明の第５実施形態を説明する。

図１９は、第５実施形態の全体構成を示し、図２０は、蓄熱構造体２３の上部の詳細構造を示し、図２１は蓄熱構造体２３−２の構造図を示す。

尚、図面中で符号が密集してしまう箇所については、前述の実施形態と同様の機能を有する構成部分であって、既に説明済みの構成部分については、符号の付記を省略している。

また、センサ類及び制御器６５については、前述の実施形態と同様の設備を用いることが可能なため、図示及び説明を省略する。

本第５実施形態では、一般家屋９３のテラス温室９４の地下及び家屋９３の一部の地下を蓄熱槽８とした実施形態を示している。

図１９で示す第５実施形態の主な構成において、加温の対象となる空間は、テラス温室９４の空間９ａと家屋９３の室内空間９ｂである。テラス温室９４は、床材９５の上に家屋側の仕切り壁９４ａと、外壁９４ｂと、屋根９４ｃとで形成して、テラス温室９４の空間９ａを囲むようにしている。テラス温室９４の屋根９４ｃには、集熱器５ａを埋め込む。家屋９３は、床材９２の上にテラス温室側の仕切り壁９３ａを形成して、テラス温室９３の空間９ａを形成するようにしている。

熱媒体の循環する地中蓄熱槽形成装置を構成する各部は、出水配管１４と、配水配管２１と、揚水配管４２と、集水配管４３と、送気配管８６と、吸気配管８７とで接続する。また、蓄熱槽８内の各部に熱媒体を循環させる動力として、制御器６５の制御の基に駆動可能な、揚水ポンプ２０と、小型揚水ポンプ８４と、小型送風ポンプ８５とを用いる。また、蓄熱構造体２３−２内を循環する空気と加温対象空間９ａ，９ｂ内の空気の間での熱交換のために、熱交換部の一例として機能する熱交換器８０を用いる。

各蓄熱構造体２３−２内には、先の実施形態と同様に配置された揚水配管４２以外に、送気配管８６と吸気配管８７とが挿入されている。送気配管８６は、その上端が熱交換器８０に連結され、下端は傾斜面５７ａの近傍に配置されている。吸気配管８７は、その上端に、小型送風ポンプ８５が中間に配置された連結管８０ｃを介して熱交換器８０に連結され、下端は熱媒体滴下部２２を貫通して熱媒体滴下部２２の下方で、各蓄熱構造体２３−２内の空間に開放されている。

小型揚水ポンプ８４の入口側には揚水配管４２の上端が連結され、出口側には接続配管４８を介して集水配管４３が連結され、揚水配管４２を介して揚水した温水を、接続配管４８を介して集水配管４３に流し込むようにしている。複数の集水配管４３が下向きに傾斜配置されて、複数の集水配管４３の下端側が揚水タンク１７に連結されて、複数の集水配管４３に流し込まれた温水を揚水タンク１７に集めるようにしている。

熱交換器８０の吸気側入口には、加温ファン８２を中間に配置した連結管８０ａを介して吸気ダクト８１が連結されて、加温対象空間９ａ，９ｂの空気を吸気可能としている。熱交換器８０の吐出側入口には、連結管８０ｂを介して加温ダクト８３が連結されて、加温対象空間９ａ，９ｂに加熱された空気を吐出可能としている。

次に、本第５実施形態における蓄熱動作について図１０及び図１１を用いて説明する。

揚水ポンプ２０で揚水された温水は、集熱器５ａ内で太陽熱を集熱し、テラス温室９４の軒先から、テラス温室９４の外壁９４ｂの近傍に配置された出水配管１４内を通り、出水配管１４に連結された配水配管２１によって、各蓄熱構造体２３-２の熱媒体滴下部２２に送られる。熱媒体滴下部２２から蓄熱構造体２３−２内に滴下された温水は、蓄熱構造体２３−２内の蓄熱体８８を流れ落ち、底部の温水溜り３４−１に溜まる。温水溜り３４−１に溜まった温水は、揚水配管４２を介して小型揚水ポンプ８４によって揚水する。複数の蓄熱構造体２３−２から揚水された温水は、接続配管４８を通って、集水配管４３に流し込まれ、集水配管４３を介して揚水タンク１７に集められる。揚水タンク１７に集められた温水は、揚水タンク１７からポンプ配管４４を介して揚水ポンプ２０で揚水されて、帰還配管１５を介して集熱器５に帰還されることで、蓄熱槽全体を温水が循環する。

次に、本第５実施形態における熱回収動作について図１９及び図２０を用いて説明する。

熱回収時には、制御器６５により、加温ファン８２を動作させることで、加温対象空間９ａ，９ｂの空気（以下、室内空気という）を吸気ダクト８１から吸気して熱交換器８０に送気すると同時に、小型加温ポンプ８５を動作させて蓄熱構造体２３−２内の暖気（以下、暖気という）を吸気配管８７から吸気して熱交換器８０に送気する。熱交換器８０内では、室内空気と暖気との間で熱交換が行われる。本蓄熱槽８では換気を目的としないため、加温された室内空気を、加温ダクト８３から加温対象空間９ａ．９ｂに戻すことで加温が実現される。一方、熱量を奪われた暖気は、送気配管８６を介して蓄熱構造体２３−２の底部に送気される。熱交換器８０には、気体−気体間での熱交換を気体分離式で実現するものを利用する。

本第５実施形態のような一般家屋の加温では、農業用温室などの加温を対象とした場合と異なり、日中の日照があり、蓄熱槽８での蓄熱動作が可能な状態においても家屋内の部屋を暖めたい状況が発生することが容易に想定されるが、本第５実施形態のように、配管と動力を供給するポンプを蓄熱動作と熱回収動作で別々に構成すれば、蓄熱動作と熱回収動作とを並列に同時に動作させることが可能になる。この蓄熱動作と熱回収動作とが同時に動作するこのような状況では、熱回収のための通気時の蓄熱構造体２３−２内の蒸気と気化熱とが問題になる。蓄熱動作のための温水の滴下によって、蓄熱構造体２３−２内の湿度は飽和することになるが、このとき、熱交換器８０無しに、加温対象空間９ａ，９ｂの空気を蓄熱構造体２３−２に通気し、そのまま、加温対象空間９ａ，９ｂに循環させてしまえば、加温対象空間９ａ，９ｂの湿度が急激に上昇してしまう。このような状態を避けるためには、本第５実施形態に示すように熱交換器８０によって、加温対象空間９ａ，９ｂの空気と蓄熱構造体２３−２内の空気を分離しながら、その熱だけを交換する熱交換器８０の設置が必要になる。熱を奪われる側の蓄熱構造体２３−２内の飽和蒸気圧の空気は熱交換器８０内で結露するが、結露による潜熱の放出は熱交換器８０にて加温対象空間９ａ，９ｂに熱伝導されるため加温熱量の損失は無い。このとき、熱交換器８０内で結露した水は、排気配管８６によって、蓄熱構造体２３−２の底に戻す。残る問題は、蓄熱構造体２３−２内での気化潜熱による蓄熱体８８からの吸熱であるが、上述の通り、蓄熱構造体２３−２は温水の滴下で飽和蒸気圧の状態となるため、蓄熱構造体２３−２内の温水の気化は蓄熱構造体２３−２内の空間容積での飽和水蒸気圧を上限として止まることになり、水分気化による蓄熱構造体２３−２内の急速な温度低下は発生しない。

とはいえ、蓄熱動作が動作していない状態での通気による熱回収が動作した場合には、熱交換器８０から戻された空気が乾燥状態のため、蓄熱構造体２３−２内の湿度は低下し、残水の気化が始まることになり、蓄熱体８８の温度を急速に低下させてしまう。この蓄熱体８８の温度低下は、加温対象空間９ａ，９ｂ内の空気との温度差を急激に失うことになるため、この状態を回避するためには、蓄熱構造体２３−２内の撥水性の確保が必要となる。

また、本第５実施形態のような一般家庭用の小型の蓄熱槽の場合でも、蓄熱構造体２３−２内の蓄熱体に撥水処理した砕石を用いることができるが、蓄熱槽８が小型であれば、蓄熱構造体２３−２自体も小型のため、埋設前に整形済みの蓄熱構造体２３−２を用いることも有用である。

図２１Ａ〜図２１Ｃに、整形済みの蓄熱構造体２３−２の一例を示す。図２１Ａは、埋設前の蓄熱構造体２３−２の図１０に示した図面正面からの詳細図を示す。図２１Ｂは上面図を示し、図２１Ｃは埋設後に蓄熱体８８を充填した図を示す。

図２１Ａに示す円筒杭状の蓄熱構造体２３−２は、蓄熱構造体２３−２の筒状の外壁９６と、蛇腹状の蓄熱体構造壁９７と、貯水構造部３７と、外壁９６に所定間隔で突出形成した鍔状の多数の熱交換フィン９８とが、地中埋設前に、あらかじめ構造形成されたものである。蓄熱構造体２３−２内の、蓄熱体部分は蓄熱体８８を封入する蓄熱体構造壁９７のみを蛇腹状に形成した中空構造として形成しておく。この蓄熱体構造壁９７の蓄熱構造体２３−２の内面は、撥水処理を施しておく。蓄熱体８８の上部から滴下される液滴との接触面積を拡大することが重要であり、本第５実施形態で示す蓄熱体８８は、円錐を上下反転させたものを複数一体整形したような構造の第１蓄熱体８８ａと、第１蓄熱体８８ａの外表面との間に熱媒体が通過する一定の間隙を確保した円盤を重ねたような構造の第２蓄熱体８８ｂとを組み合わせた構造を示している。図２１Ａ〜図２１Ｃ上での動作及び構造の説明上、一例として、第１及び第２蓄熱体８８ａと８８ｂの段数は９〜１０段で示している。しかしながら、接触面積を増やすためには、より段数を多くして表面積を広げた構造が好ましい。また、周囲土壌７２との熱伝導性を高く保つためには、蓄熱構造体２３−２の外壁９６と貯水構造部３７と蓄熱体構造壁９７とは、それらの構造を保てる範囲で薄く且つ熱伝導性の高い材質であることが好ましい。また、蓄熱構造体２３−２から、周囲土壌７２への熱交換を向上させるために、蓄熱構造体２３−２の外壁９６の周囲に多数の熱交換フィン９８等を形成しておくことも有用である。

蓄熱構造体２３−２の埋設前には、蓄熱体８８を封入する空間を蓄熱体構造壁９７のみの中空構造で形成しておくことで、一体整形した蓄熱構造体２３−２を軽量化することができ、ボーリングした穴への埋設工事を容易に行うことができる。蓄熱の容量の実態を担う蓄熱体８８（図上の点描部分）は、蓄熱構造体２３−２を地中に埋設した後に、蓄熱体構造壁９７の中空部にゲル状もしくは液状の蓄熱体８８（８８ａ，８８ｂ）を注入すれば良い。液状の蓄熱体８８としては、安価でながら、比熱が大きく熱伝導率の高い水が好ましいが、経年の動作により蓄熱体８８の封止が劣化することを考慮した場合、たとえば、吸水ポリマーなどと水を同時に注入することで、ゲル状の蓄熱体８８を形成することができ、かつ、水と同様の比熱及び熱伝導性を保ちながら、微小な穴等の封止破れに対して耐久性の高い蓄熱構造体２３−２を形成することができる。

上述のように、本発明の様々な実施形態における蓄熱構造体２３，２３−１，２３−２は、基本的には、液体（熱媒体）と固体（蓄熱体２４，８８）の熱交換と、固体（蓄熱体２４，８８）と固体（蓄熱構造体２３，２３−１，２３−２の周囲の土壌７，７２）との熱交換を同時に担う熱交換手段であり、この熱交換手段内を通過する熱媒体に関連する蓄熱に不利益な効果を撥水処理にて解消するものであって、かつ、それを容易に設置及び構築できることを特徴としている。

このとき、設置及び構築が容易であるという点では、本第５実施形態のように小型の蓄熱構造体２３−２であれば、蓄熱構造体の構築方法として図１５にて説明した砕石の埋設以外にも図２１Ａ〜図２１Ｃに示したような一体形成の蓄熱構造体２３−２を用いることも有効である。また、安価で埋設形成済みの蓄熱構造体を利用することで工事を簡略化するという意味においては、以下に示す方法を用いることも有効である。

蓄熱構造体２３−２が小型の場合には、軽量な材質として一般的な鋼板、ポリエチレン、又は、ポリプロピレン製などのコルゲートパイプなどを用いた固定形状の外壁と貯水構造部３７を一体整形して埋設前に予め形成しておき、この蓄熱構造体２３−２を土中に埋設後、水又は、吸水した吸水ポリマーを充填した複数のコルゲートチューブを蓄熱構造体２３−２内に敷き詰めれば、図２１Ｃに示すように、蓄熱構造体２３−２を容易に形成できる。蓄熱体２３−２を形成する水又は吸水ポリマーについては、コルゲートチューブを敷き詰めた後に充填することも可能である。

ポリスチレン又はポリプロピレン等のプラスチック材料は、そもそも撥水性の表面を持つが、シリコン系の樹脂等の表面皮膜の形成によって撥水性を強化することができ、蓄熱構造体内に残る残水量をさらに減らすことが可能になるとともに、表面への付着物等の汚濁による撥水性の低下を長期に防止することが可能になる。

また、蓄熱槽８に及ぼす熱媒体の効果を活かすという効果に着目すれば、熱媒体としてシリコンオイルを用いることが有効である。すなわち、熱媒体として、蓄熱槽の蓄熱温度域で、水よりも比熱、熱伝導率、蒸気圧が低く、且つ、粘度が安定で、且つ、可燃性の低い、シリコンオイル又はその同等物を用いることが好ましい。

蓄熱槽８に影響を及ぼす熱媒体の特性には、比熱、熱伝導率、揮発性が上げられるが、ここで、シリコンオイルの特性を説明する上で一般的なポリシロキサンの側鎖と両端をジメチル基としたジメチルシリコンオイルを例にとって蓄熱槽の動作温度域での各特性の効果を説明する。

水の比熱及び熱伝導率が４．２ｋＪ／ｋｇ及び０．６Ｗ／ｍ・℃に対し、ジメチルシリコンオイルの比熱及び熱伝導率では、１．５〜２ｋＪ／ｋｇ及び０．１〜０．１６Ｗ／ｍ・℃である。

従来型の蓄熱槽では、熱媒体である水が、蓄熱体としての機能も担うため、限られた量の水に出来るだけ多くの熱量を蓄える必要があり、このため、比熱の大きな水が最も好都合ということになる。しかしながら、比熱が大きいということは一定量の熱量で比較すると温まりにくいという性質となる。一方、比熱が１．５〜２ｋｇ／ｋｇのジメチルシリコンオイルでは、水の１／３〜半分の熱量の供給で同じ温度にまで暖めることが出来る。 本発明の前記した様々な実施形態では、熱媒体は蓄熱体２４，８８としての役割を担うことが無く、集熱器５，５ａ内での集熱媒体としての役割と、集熱した熱量を蓄熱構造体２３，２３−１，２３−２内の蓄熱体２４，８８に移動するという移動媒体としての役割を担うものであるので、高温化した熱媒体が効率良く蓄熱構造体２３，２３−１，２３−２まで熱量を運ぶことが出来れば良い。このとき、水と比較して１／６〜１／４程度のジメチルシリコンオイルの熱伝導率が、集熱器内、及び、移動中の配管からの熱伝導を抑制することになり、本発明の前記した様々な実施形態の熱媒体の役割としてより良い効果を齎すことになる。熱伝導率が低いことは、蓄熱構造体内の蓄熱体と熱媒体の間での熱交換を妨げることになるが、ジメチルシリコンオイルの低い比熱の故に高温化した熱媒体と蓄熱体の温度差は広がっているとともに、本発明の前記した様々な実施形態の特徴である液滴滴下による熱媒体と蓄熱体の接触面積を拡大した熱交換の特徴を活かすことで熱伝導率の低さによる副作用を補償することが出来る。

揮発性についてシリコンオイルは一般に揮発性の低いオイルとして認識されているが、具体的なジメチルシリコンオイルの蒸発量は、動粘度が（１０〜３０）程度の製品で１５０℃環境下で２４時間経過した時点での蒸発量が全量に対して２５〜１０％程度であり、蓄熱槽の動作温度である１５℃〜６０℃程度における揮発量はきわめて小さい。このため、水を熱媒体として利用した際に課題であった気化潜熱による蓄熱量の利用ロスは殆どなくなると共に、蓄熱構造体内に残る熱媒体量についても、気化熱による蓄熱量の利用ロスという意味では悪影響は無くなり、水を熱媒体としたときに必要な蓄熱構造体内の撥水処理に該当するような撥油処理は不要となる。

ただし、高粘度のシリコンオイルを使用する場合には、蓄熱構造体内の蓄熱体表面にオイルの膜が張り付くことになり、シリコンオイルの熱伝導率の低さがシリコンオイルと蓄熱体の熱交換を阻害することになるので、そのような場合には、蓄熱構造体内部を前述のクロロシラン系の撥水剤等によりフッ素系の撥油コートすることが好ましい。

シリコンオイルの粘度については、適宜の蓄熱槽設計条件であるポンプの能力と蓄熱体表面を流れる熱媒体の流下速度、シリコンオイルの可燃性、及び、シリコンオイルの使用量を考慮した設計値となる。

ポンプの能力と蓄熱体表面を流れる熱媒体の流下速度という観点からは、発生圧力の低いポンプを採用でき、熱交換が早く効率的という意味で粘度は低いものが適しているが、分子量が小さく粘度の低いものでは可燃性が高くなる。本発明の前記した様々な実施形態の特徴から、熱媒体の使用量は従来型の蓄熱層より大幅に減少させることが出来るが、それでも、一定量のシリコンオイルを利用することは、消防法からも防火上の利用許可が必要になる場合がある。

これらの理由より適宜の設計条件に依存するが、熱媒体としてのシリコンオイル利用は、小型の蓄熱槽をチン馳駆する場合であって、その粘度は、２０〜３０ｍｍ^２／ｓ程度の、分子量が比較的大きいものから選択利用することが望ましい。

家屋に隣接するテラスを集熱器及び蓄熱槽の設置場所とした本前記した様々な実施形態のような場合には、熱媒体には水を利用することが好ましく、家屋等から離れた小型の蓄熱槽及び集熱器を建築する場合にはシリコンオイルを熱媒体として利用することが好適である。

シリコンオイルのほかにも、フッ素系オイルや鉱物油、その他、有機油等を利用することも可能であるが、フッ素系オイルは、蓄熱槽の動作温度帯での粘度変化が大きいことによる蓄熱構造体内での熱交換効率の変動やポンプ能力幅への要求が発生し、鉱物油又は有機油等を利用することも可能であるが、可燃性においてシリコンオイルに劣る。

また、前記した様々な実施形態では、蓄熱動作の配管系等と熱回収の配管系等が独立に装備されるため、前述のた様々な実施形態のような配管の構成を変更するための開閉バルブは不要となるが、配管からの漏熱が大きい状態であれば、蓄熱動作が停止している期間に蓄熱構造体２３，２３−１，２３−２と連結する配水配管２１又葉揚水管４２を閉じるため、もしくは、熱回収動作が停止している期間に蓄熱構造体２３，２３−１，２３−２と連結する吸気配管８６又は排気配管８７を閉じるための開閉バルブを設置しても良い。

また、図示はしていないが、本様々な実施形態の制御は、蓄熱と熱回収が並列に動作することが可能なため、前述の様々な実施形態の制御（図６、図７）から蓄熱動作と熱回収動作の同期を取る加温フラグの制御を除くことで実現でき、類推は容易であると判定する。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明にかかる地中蓄熱槽形成装置及び地中蓄熱槽形成方法では、周囲土壌への熱拡散の熱源としての短期蓄熱応答機能を担う蓄熱構造体の内部を撥水性とすることで、蓄熱時には温水を用いた直接熱交換を行いながら、熱回収時には蓄熱構造体内への通気による熱回収を可能にし、低コストで高効率な蓄熱槽を形成することが出来る。また、蓄熱槽の設置を地表面からの工事で完遂することが出来、安価な設置を可能にする。

また、蓄熱構造体毎に設けた小型ポンプにて、各蓄熱構造体の蓄熱及び熱回収動作を独立させることで、揚水もしくは通気における配管抵抗を軽減し運転動力の軽減を図るとともに、蓄熱槽の設備の維持管理及び増設等の作業を簡易にすることが出来る。

また、蓄熱槽の上面及び周囲に撥水砂の層を敷設することにより、蓄熱槽に溜められた熱量の拡散を抑制、及び、配管その他の構成物の断熱性の確保を簡単な工事で実現できるようにしている。

また、熱媒体を温水ではなく揮発性の低い液体に置き換えることで、蓄熱構造体の内部を撥水処理すること無しに、蓄熱時には熱媒体を用いた蓄熱体との直接熱交換を行いながら、熱回収時には蓄熱構造体内への通気による熱回収を可能にする蓄熱槽を形成することが出来る。

５，５ａ 集熱器
７ 土壌
８ 蓄熱槽
９ 加温対象空間
９ａ テラス温室の空間
９ｂ 家屋の室内空間
１４ 出水配管
１５ 帰還配管
１７ 揚水タンク
２０ 揚水ポンプ
２１ 配水配管
２１ａ 配水側連結管
２２ 熱媒体滴下部
２３，２３−１，２３−２ 蓄熱構造体
２３ａ 底部
２３ｂ 容器
２４ 砕石蓄熱体
２５ 揚水配管
２５ａ 揚水側連結管
２６，２７，２８，２９ 第１〜第４開閉バルブ
３０ 加温ポンプ
３１ 吸気ダクト
３４，３４−１ 温水溜まり
３６ 滴下穴
３６ａ スプレー用噴射ノズル
３６ｂ スプレー部材
３７ 貯水構造部
４２ 揚水配管
４３ 集水配管４３
４４ ポンプ配管
４５ 第５開閉バルブ
４６ 第６開閉バルブ
４９ 蓄熱体上部空間
５５ フィン
５７ 上部空間
５７ａ 傾斜面
５８ 連結構造部
６１ 出口温度センサ
６２ 揚水温度センサ
６３ 加温対象空間温度センサ
６４ 排気温度センサ
６５ 制御器
６６ 停止ボタン
７０ 地表
７１ 竪穴
７２ 土壌
８０ 熱交換器
８１ 吸気ダクト
８２ 加温ファン
８５ 小型加温ポンプ
８６ 送気配管
８７ 吸気配管
８８ 蓄熱体
９０ 配管類
９１ 連結管
９２ 家屋の床材
９３ 家屋
９３ａ 家屋のテラス温室側の仕切り壁
９４ テラス温室
９４ａ テラス温室の家屋側の仕切り壁
９４ｂ テラス温室の外壁
９４ｃ テラス温室の屋根
９５ テラス温室の床材
９６ 蓄熱構造体の外壁
９７ 蓄熱体構造壁
９８ 熱交換フィン

Claims (14)

1. 蓄熱体を内部に収納して地中に埋設されるとともに、上部から供給されて底部に向かう熱媒体の流路を内部に形成する蓄熱構造体と、
   前記蓄熱構造体と配管で接続されて前記熱媒体の循環を行い、かつ、前記蓄熱構造体の底部から吸い上げられた前記熱媒体を加熱する集熱部とを備えて、
   前記集熱部で加熱されたのち前記蓄熱構造体に供給されて前記蓄熱構造体の前記流路に拡散した前記熱媒体から前記蓄熱体への熱交換によって前記熱媒体から前記蓄熱体に熱を伝導させ、前記熱を受け取った前記蓄熱体が、さらに前記蓄熱構造体の周囲の前記地中の土壌に熱を拡散させることによって前記地中に蓄熱槽を形成し、前記熱交換の後に前記蓄熱構造体の前記底部に溜まった前記熱媒体を吸い上げて前記集熱部に循環させて前記集熱部で加熱することにより、前記熱媒体を再利用するとともに、
   前記集熱部は、外部の熱量を集熱し、前記熱媒体を加温し、
   前記蓄熱構造体は、その上部に、前記集熱部で加温された前記熱媒体を前記蓄熱体に滴下する複数の穴を有する熱媒体滴下部を備えて、
   前記蓄熱構造体は、内部で、前記熱媒体滴下部から滴下した前記熱媒体が前記流路に沿って前記蓄熱体を通過するときの熱交換により前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄熱構造体の内壁は、前記熱媒体を通さず、前記熱媒体滴下部から滴下された前記熱媒体を前記蓄熱構造体の前記底部に貯留する一方、
   前記蓄熱構造体の前記底部に溜まった前記熱媒体を汲み上げて、前記集熱部に循環させる熱媒体汲み上げ部と、
   加温対象である加温対象空間の空気を吸気し、その空気を前記蓄熱構造体に通気し、通気によって前記蓄熱構造体の内部の前記蓄熱体との熱交換によって加温された空気を前記加温対象空間に供給する熱回収部と、
   前記熱媒体汲み上げ部と前記熱回収部の動作を制御する制御部と、
   をさらに備える、地中蓄熱槽形成装置。
2. 前記熱媒体として水を用い、
   前記蓄熱構造体の内壁及び前記蓄熱体の表面は撥水性を有する
   ことを特徴とした請求項１に記載の地中蓄熱槽形成装置。
3. 前記熱媒体として、シリコンオイルを用いることを特徴とした請求項１に記載の地中蓄熱槽形成装置。
4. 蓄熱体を内部に収納して地中に埋設されるとともに、上部から供給されて底部に向かう熱媒体の流路を内部に形成する蓄熱構造体と、
   前記蓄熱構造体と配管で接続されて前記熱媒体の循環を行い、かつ、前記蓄熱構造体の底部から吸い上げられた前記熱媒体を加熱する集熱部とを備えて、
   前記集熱部で加熱されたのち前記蓄熱構造体に供給されて前記蓄熱構造体の前記流路に拡散した前記熱媒体から前記蓄熱体への熱交換によって前記熱媒体から前記蓄熱体に熱を伝導させ、前記熱を受け取った前記蓄熱体が、さらに前記蓄熱構造体の周囲の前記地中の土壌に熱を拡散させることによって前記地中に蓄熱槽を形成し、前記熱交換の後に前記蓄熱構造体の前記底部に溜まった前記熱媒体を吸い上げて前記集熱部に循環させて前記集熱部で加熱することにより、前記熱媒体を再利用するとともに、
   前記集熱部は、外部の熱量を集熱し、前記熱媒体を加温し、
   前記蓄熱構造体は、その上部に、前記集熱部で加温された前記熱媒体を前記蓄熱体に滴下する複数の穴を有する熱媒体滴下部を備えて、
   前記蓄熱構造体は、内部で、前記熱媒体滴下部から滴下した前記熱媒体が前記流路に沿って前記蓄熱体を通過するときの熱交換により前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄熱構造体の内壁は、前記熱媒体を通さず、前記熱媒体滴下部から滴下された前記熱媒体を前記蓄熱構造体の前記底部に貯留する一方、
   前記蓄熱構造体の前記底部に溜まった前記熱媒体を汲み上げて、前記集熱部に循環させる熱媒体汲み上げ部と、
   前記蓄熱構造体に通気して循環させる熱回収部と
   加温対象である加温対象空間の空気を吸気し、前記熱回収部にて前記蓄熱構造体を循環する空気と吸気した前記加温対象空間の空気を分離しながら両空気の間で熱交換を行い、加温された前記加温対象空間内の空気を前記加温対象空間に帰還させる熱交換部と、
   前記熱媒体汲み上げ部と前記熱回収部とを制御する制御部と、
   をさらに備える、地中蓄熱槽形成装置。
5. 前記蓄熱構造体が、前記地中に掘られた竪穴内に埋設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の地中蓄熱槽形成装置。
6. 前記蓄熱構造体より上方でかつ前記集熱部より下方に配置され、前記蓄熱構造体から汲み上げた前記熱媒体を前記集熱部に循環させる前に貯留するタンクをさらに設け、
   前記集熱部への前記熱媒体の循環は、前記タンクに溜めた前記熱媒体を循環させることを特徴とした請求項１又は５に記載の地中蓄熱槽形成装置。
7. 前記熱媒体汲み上げ部と前記熱回収部とはそれぞれポンプで構成され、
   前記蓄熱構造体は複数個備えられ、
   前記熱媒体汲み上げ部と前記蓄熱構造体のそれぞれとを接続する配管に配置され、かつ、前記制御部で開閉制御される開閉バルブをさらに備え、
   前記制御部で前記それぞれの開閉バルブを開閉制御することにより、前記熱媒体汲み上げ部における熱媒体汲み上げ動作と前記熱回収部における通気動作のためのポンプ動力を、前記それぞれの開閉バルブの開閉に依って選択した前記蓄熱構造体に分配することを特徴とした請求項１又は５に記載の地中蓄熱槽形成装置。
8. 前記蓄熱構造体は複数個備えられ、
   前記熱媒体汲み上げ部と前記熱回収部とは、各蓄熱構造体に連結された１つのポンプで構成され、前記ポンプの動力で前記熱媒体汲み上げ部における熱媒体の汲み上げ動作と前記熱回収部における通気動作とを選択的にかつ他の蓄熱構造体とは独立して行うように前記制御部で制御する、ことを特徴とした請求項１又は５に記載の地中蓄熱槽形成装置。
9. 前記集熱部と前記蓄熱構造体とを接続する熱媒体供給用配管に配置された第１開閉バルブと、
   前記蓄熱構造体と前記加温対象空間とを接続する通気用配管に配置された第２開閉バルブと、
   前記蓄熱構造体と前記熱回収部とを接続する熱媒体供給兼通気用配管に配置された第３開閉バルブと、
   前記熱媒体汲み上げ部にも接続される前記熱媒体供給兼通気用配管に一端が接続されかつ他端が前記蓄熱構造体に接続された熱媒体汲み上げ用配管に配置された第４開閉バルブとを備えて、
   前記第１〜第４開閉バルブは前記制御部により開閉制御され、
   前記制御部による前記開閉バルブの開閉に依って、前記熱媒体汲み上げ部における熱媒体汲み上げ動作と前記熱回収部における通気動作のための配管構成を変更し、前記熱媒体汲み上げ動作と前記通気動作とで、前記熱媒体供給兼通気用配管を共用することを特徴とした請求項１に記載の地中蓄熱槽形成装置。
10. 前記地中内でかつ前記蓄熱槽の上部に、撥水性の砂を敷き詰めた撥水砂層を有して、前記蓄熱構造体の上端部と配管とが前記撥水砂層内に埋設される請求項１又は５に記載の地中蓄熱槽形成装置。
11. 前記地中内でかつ前記蓄熱槽の周囲に、撥水性の砂の壁で構成される撥水砂壁を有して、前記撥水砂壁により前記蓄熱構造体を囲む請求項１０に記載の地中蓄熱槽形成装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の前記蓄熱構造体は、その外壁材と連結構造部で連結されるとともに、前記蓄熱構造体の上端から底部先端まで挿入されて前記底部に溜まる熱媒体を汲み上げる熱媒体汲み上げ配管の下端が連結される貯水構造部を有し、
    前記蓄熱構造体を前記地中に形成するとき、
    揚水配管及び前記貯水構造部を地表面から空けたボーリング穴に落とし込み、
    前記揚水配管を操作して前記揚水配管に連結した前記貯水構造部を前記ボーリング穴の底で設置安定させ、
    その後、前記蓄熱体を前記蓄熱構造体の内部へ順次埋設して前記蓄熱構造体を形成することにより、地中蓄熱槽を形成する、地中蓄熱槽形成方法。
13. 前記熱媒体として水を用い、
    前記蓄熱体を、撥水処理した砕石群で形成する請求項１２に記載の地中蓄熱槽形成方法。
14. 前記蓄熱体を、水若しくは水を吸収させた吸水ポリマーを充填したコルゲートチューブを前記蓄熱構造体内に埋設することで形成する請求項１２に記載の地中蓄熱槽形成方法。

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