JP6452492B2 - 冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステム - Google Patents

Description

本発明は、地中熱から冷熱と温熱を造成する冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムに関する。更に詳しくは、冷熱と温熱を同時に効率的に供給できる冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムに関する。

従来の一般的な地中熱ヒートポンプシステムは、夏は主として冷房用冷熱を造成し、冬は主として暖房用温熱を造成している。しかし、例えば病院や看護施設等では、年間を通して給湯用温熱を必要としている一方、例えば、食品加工や生鮮品保管施設等では、年間を通して冷蔵用冷熱を必要としている。地中熱ヒートポンプシステムで、温熱、冷熱を長時間使用すると、排熱である冷熱、又は温熱により、地中の温度が低下、又は上昇し、地中熱ヒートポンプシステムのＣＯＰ（成績係数）が低下する。一方、地域、場所、施設によっては、温泉等の排熱、雪、氷等の再生可能エネルギーを利用した冷熱も利用しているところがある。これらの排熱、冷熱も有効に利用することが好ましい。更に、昼夜の寒暖差も利用できれば効率的である。

特許文献１の図１７（ａ）、（ｂ）に開示された地中熱ヒートポンプシステムは、冷房の温排熱を給湯に、給湯の冷排熱を冷房に相互に利用することで省エネルギーを図ったシステムである。しかし、特許文献１に記載の地中熱ヒートポンプシステムは、温熱需要と冷熱需要が大きく変動するシステムを対象としているため、温排熱と冷排熱に差がある。従って、共通の地中熱交換器を冷房と給湯に使用し、冷排熱と温排熱のバランス差により生じた余剰の冷排熱または温排熱を地盤に蓄熱することで、温熱需要と冷熱需要の差がある場合に、補助熱源の運転を最小に抑えている。そのため、特許文献１の地中熱ヒートポンプシステムは、相互に排熱量の影響を受けるため、冷熱と温熱を同時に必要な量を供給するシステムとして適していない。

特開２０１２−２３３６６９号公報

本発明は、以上のような背景で発明されたものであり、以下の目的を達成するものである。
本発明の目的は、必要量の冷熱と温熱を同時に供給することが可能で、運転効率が良い、冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は、地域特有の再生可能エネルギー、産業排熱等の温熱、冷熱を地中に蓄熱し、その熱エネルギーをそのまま有効に利用できる場合には、ヒートポンプレスで運転し、省エネルギーの冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、地域特有の再生可能エネルギー、産業排熱等の温熱、冷熱を地中に蓄熱し、必要に応じてヒートポンプを運転することにより、熱エネルギーを有効に利用できる省エネルギーの冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するために次の手段を採る。
即ち、本発明１の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムは、冷熱を造成する冷熱造成用ヒートポンプと、地中に形成された冷熱領域に設置され、前記冷熱造成用ヒートポンプの熱源を供給する冷熱用地中熱交換器と、温熱を造成する温熱造成用ヒートポンプと、前記冷熱領域から離間して地中に形成された温熱領域に設置され、前記温熱造成用ヒートポンプの熱源を供給する温熱用地中熱交換器と、前記冷熱領域に設置され、前記温熱造成用ヒートポンプから排出される冷排熱を蓄熱するとともに、前記冷熱造成用ヒートポンプの熱源の一部を供給する冷熱用蓄熱器と、前記温熱領域に設置され、前記冷熱造成用ヒートポンプから排出される温排熱を蓄熱するとともに、前記温熱造成用ヒートポンプの熱源の一部を供給する温熱用蓄熱器とを備えたことを特徴とする。

本発明２の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムは、本発明１において、前記冷熱用蓄熱器と前記冷熱用地中熱交換器は、地中に水平に設置され、及び／又は、前記温熱用蓄熱器と前記温熱用地中熱交換器は、地中に水平に設置されていることを特徴とする。
本発明３の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムは、本発明２において、前記冷熱用蓄熱器と前記冷熱用地中熱交換器は、地表面からの深さが異なる位置に水平に設置され、及び／又は、前記温熱用蓄熱器と前記温熱用地中熱交換器は、地表面からの深さが異なる位置に水平に設置されていることを特徴とする。

本発明４の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムは、本発明１において、前記冷熱領域に設置された冷熱側基礎杭には、前記冷熱用地中熱交換器と前記冷熱用蓄熱器が挿入され、前記温熱領域に設置された温熱側基礎杭には、前記温熱用地中熱交換器と前記温熱用蓄熱器が挿入されていることを特徴とする。
本発明５の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムは、本発明１において、前記冷熱領域に設置された複数の冷熱側基礎杭の一方には、前記冷熱用地中熱交換器が挿入されるとともに、前記複数の冷熱側基礎杭の他方には前記冷熱用蓄熱器が挿入され、前記温熱領域に設置された複数の温熱側基礎杭の一方には、前記温熱用地中熱交換器が挿入されるとともに、前記複数の温熱側基礎杭の他方には前記温熱用蓄熱器が挿入されていることを特徴とする。

本発明６の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムは、本発明１から５において、前記冷熱領域と温熱領域の略中央部は、数メートルから数十メートル離間していることを特徴とする。

本発明の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムは、冷熱領域に冷熱用地中熱交換器と冷熱用蓄熱器を設置し、冷熱領域から離間して地中に形成された温熱領域に、温熱用地中熱交換器と温熱用蓄熱器を設置しているので、冷熱と温熱を蓄熱でき、同時に温熱と冷熱を効率的にいつでも必要な時に供給することが可能な省エネルギーなシステムである。

図１は、本発明の第１の実施の形態の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを示し、水平埋設方式に適用した例を示す概略構成図である。 図２は、本発明の第２の実施の形態の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを示し、既成コンクリート杭利用の例を示す概略構成図である。 図３は、図２の既成コンクリート杭を示す縦断面図であり、図３（ａ）は地中熱交換用既成コンクリート杭を示す縦断面図、図３（ｂ）は蓄熱器用既成コンクリート杭を示す縦断面図である。 図４は、本発明の第３の実施の形態の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを示し、既成コンクリート杭利用地中熱交換器と蓄熱器を併設した例を示す概略構成図である。 図５は、図４の既成コンクリート杭を示す縦断面図であり、地中熱交換器と蓄熱器を併設した既成コンクリート杭を示す概略縦断面図である。 図６は、本発明の第４の実施の形態の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを示し、場所打ち杭に設置した例を示す概略構成図である。 図７は、本発明の第５の実施の形態の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを示し、１本の場所打ち杭に蓄熱器と地中熱交換器を併設した例を示す概略構成図である。

〔冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムの第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを示し、水平埋設方式地中熱交換器に適用した例を示す概略構成図である。図１に示すように、地中を冷熱領域１Ａ（図１の左側）と温熱領域１Ｂ（図１の右側）に区分し、冷熱領域１Ａに２個の冷熱用地中熱交換器２１Ａ、２２Ａと、この中間位置に１個の冷熱用蓄熱器３Ａを水平に設置している例を示す。また、温熱領域１Ｂに２個の温熱用地中熱交換器２１Ｂ、２２Ｂと、この中間位置に１個の温熱用蓄熱器３Ｂを水平に設置している例を示す。冷熱領域１Ａと温熱領域１Ｂは、その中央部が、数メートルから数十メートル離間して設置されている。

冷熱用地中熱交換器２１Ａ、２２Ａ、冷熱用蓄熱器３Ａ、温熱用地中熱交換器２１Ｂ、２２Ｂ、温熱用蓄熱器３Ｂは、ポリエチレン製のチューブで、連続したループ状に形成されている例を示す。冷熱領域１Ａの冷熱用地中熱交換器２１Ａ、冷熱用蓄熱器３Ａ、冷熱用地中熱交換器２２Ａは、地表面ＧＬから深さが異なる位置に階層的に設置され、冷熱用地中熱交換器２１Ａが冷熱用蓄熱器３Ａの上方に、冷熱用地中熱交換器２２Ａが、冷熱用蓄熱器３Ａの下方に設置されている。同様に、温熱領域１Ｂの温熱用地中熱交換器２１Ｂ、温熱用蓄熱器３Ｂ、温熱用地中熱交換器２２Ｂは、地表面ＧＬからの深さが異なる位置に階層的に設置され、温熱用地中熱交換器２１Ｂが温熱用蓄熱器３Ｂの上方に、温熱用地中熱交換器２２Ｂが下方に設置されている。

地上には、冷熱を造成する冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａと、温熱を造成する温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂが設置されている。冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａは、図示しない圧縮器、凝縮器、膨張弁、蒸発器等で構成され、冷熱領域１Ａの冷熱用地中熱交換器２１Ａ、２２Ａから水等の熱交換媒体を介して供給された冷熱を利用して冷熱を造成し、必要な施設等に供給する。冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａから排出された温排熱は、温熱領域１Ｂの温熱用蓄熱器３Ｂに熱交換媒体を介して供給され、温熱用蓄熱器３Ｂ周辺の温熱領域１Ｂに蓄熱する。温熱領域１Ｂに蓄積された温熱は、温熱用地中熱交換器２１Ｂ、２２Ｂから温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂの熱源として供給される。

同様に、温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂは、図示しない圧縮器、凝縮器、膨張弁、蒸発器等で構成され、温熱領域１Ｂの温熱用地中熱交換器２１Ｂ、２２Ｂから水等の熱交換媒体を介して供給された温熱を利用して温熱を造成し、必要な施設等に供給する。温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂから排出された冷排熱は、冷熱領域１Ａの冷熱用蓄熱器３Ａに熱交換媒体を介して供給され、冷熱用蓄熱器３Ａ周辺の冷熱領域１Ａに冷熱を蓄積する。冷熱領域１Ａに蓄積された冷熱は、冷熱用地中熱交換器２１Ａ、２２Ａから冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａの熱源として供給される。

上記したように、冷熱用地中熱交換器２１Ａ、２２Ａと温熱用地中熱交換器２１Ｂ、２２Ｂを、冷熱領域１Ａと温熱領域１Ｂに別々に設置し、冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａと温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂを独立して利用することができ、更に蓄熱したエネルギーを利用することで、効率的な運転が可能となる。また、地中熱交換器と蓄熱器を、冷熱領域１Ａと温熱領域１Ｂにそれぞれ設置している。その結果、温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂから排出された冷排熱を冷熱領域１Ａに蓄積しながら冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａで利用し、冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａから排出された温排熱を、冷熱領域１Ａから離れた温熱領域１Ｂに蓄積しながら温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂで利用する。そのため、冷熱と温熱を同時に必要量を効率的に供給することが可能で、ヒートポンプの運転効率が向上し、省エネルギーとなる。

蓄熱用の冷熱源や温熱源として、上記した冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａの温排熱や温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂの冷排熱以外に、地域特有の再生可能エネルギーを利用することができる。すなわち、地表に設置された冷熱供給装置４２Ａを介して、冷熱用蓄熱器３Ａに雪氷熱等の冷熱を供給し、冷熱用蓄熱器３Ａ周辺の冷熱領域１Ａに冷熱を蓄積してもよい。また、地表に設置された温熱供給装置４２Ｂを介して、温熱用蓄熱器３Ｂに太陽熱、温泉熱、大気熱、工場排熱等の温熱を供給し、温熱用蓄熱器３Ｂ周辺の温熱領域１Ｂに温熱を蓄積することができる。なお、上記説明はヒートポンプを用いた冷熱、温熱造成ヒートポンプであったが、上記説明から理解されるように、冷熱、温熱は、図１に示すように、ヒートポンプを用いることなく、冷熱、温熱をそのまま使用することができ、システムの運転効率の向上が図られる。

〔冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムの第２の実施の形態〕
図２は、本発明の第２の実施の形態の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを示し、既成コンクリート杭利用の例を示す概略構成図を示す。図３は、図２の既成コンクリート杭を示す縦断面図であり、図３（ａ）は地中熱交換用既成コンクリート杭を示し、図３（ｂ）は蓄熱器用既成コンクリート杭を示す。以下の説明では、上記第１の実施の形態と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。本発明の第２の実施の形態は、施設の基礎杭である既成コンクリート杭の中に、ポリエチレン製のＵチューブを挿入して、地中熱交換器や蓄熱器とした例である。

図３（ａ）は、地中に埋め込んだ図に示すような既成コンクリート杭５の中に地中熱交換用Ｕチューブ６１を挿入し、既成コンクリート杭５と地中熱交換用Ｕチューブ６１の間に水等を充填し、地中熱交換用既成コンクリート杭にした例であり、図３（ｂ）は、既成コンクリート杭５の中に蓄熱用Ｕチューブ６２を挿入し、既成コンクリート杭５と蓄熱用Ｕチューブ６２の間に水等を充填して、蓄熱器用既成コンクリート杭にした例である。

図２に示すように、第１の実施の形態と同様に、地中を冷熱領域１Ａ（図２の左側）と温熱領域１Ｂ（図２の右側）に区分し、冷熱領域１Ａに２本の冷熱用地中熱交換器用既成コンクリート杭５１Ａと１本の冷熱用蓄熱専用既成コンクリート杭５２Ａを設置している例を示す。また、温熱領域１Ｂに２本の温熱用地中熱交換器用既成コンクリート杭５１Ｂと１本の温熱用蓄熱器用既成コンクリート杭５２Ｂを設置している例を示す。冷熱領域１Ａと温熱領域１Ｂは、その中央部が、数メートルから数十メートル離間して設置され、冷熱領域１Ａは、建物の主に北側等の日当たりの悪い場所に配置されている杭群を利用し、温熱領域１Ｂは、建物の主に南側等の日当たりの良い場所に配置されている杭群を利用することが望ましい。

冷熱用地中熱交換器用既成コンクリート杭５１Ａ、温熱用地中熱交換器用既成コンクリート杭５１Ｂには、例として各々２対の地中熱交換用Ｕチューブ６１が挿入されている。また、冷熱用蓄熱器用既成コンクリート杭５２Ａ、温熱用蓄熱器用既成コンクリート杭５２Ｂには、各々２対の蓄熱用Ｕチューブ６２が挿入されている例を示す。図２では、地中熱交換用Ｕチューブ６１を白丸で表し、蓄熱用Ｕチューブ６２を黒丸で表している。

冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａは、冷熱領域１Ａの冷熱用地中熱交換器用既成コンクリート杭５１Ａの地中熱交換用Ｕチューブ６１（本数は任意に変更できる）から水等の熱交換媒体を介して供給された冷熱を利用して冷熱を造成し、必要な施設等に供給する。冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａから排出された温排熱は、温熱領域１Ｂの温熱用蓄熱器用既成コンクリート杭５２Ｂの蓄熱用Ｕチューブ６２に熱交換媒体を介して供給され、温熱用蓄熱器用既成コンクリート杭５２Ｂ周辺の温熱領域１Ｂに温熱を蓄積する。温熱領域１Ｂに蓄積された温熱は、温熱用地中熱交換器用既成コンクリート杭５１Ｂの地中熱交換用Ｕチューブ６１から、温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂの熱源として供給される。

同様に、温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂは、温熱領域１Ｂの温熱用地中熱交換器用既成コンクリート杭５１Ｂの地中熱交換用Ｕチューブ６１から水等の熱交換媒体を介して供給された温熱を利用して温熱を造成し、必要な施設等に供給する。温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂから排出された冷排熱は、冷熱領域１Ａの冷熱用蓄熱器用既成コンクリート杭５２Ａの蓄熱用Ｕチューブ６２に熱交換媒体を介して供給され、冷熱用蓄熱器用既成コンクリート杭５２Ａ周辺の冷熱領域１Ａに冷熱を蓄積する。冷熱領域１Ａに蓄積された冷熱は、冷熱用地中熱交換器用既成コンクリート杭５１Ａの地中熱交換用Ｕチューブ６１から、冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａの熱源として供給される。

〔冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムの第３の実施の形態〕
図４は、本発明の第３の実施の形態の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを示し、既成コンクリート杭に地中熱交換器と蓄熱器を併設した例を示す概略構成図、図５は、図４の既成コンクリート杭を示す縦断面図であり、地中熱交換器と蓄熱器を併設した既成コンクリート杭を示す縦断面図である。以下の説明では、上記実施の形態と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。

図５に示すように、地中に埋め込んだ既成コンクリート杭５の中に地中熱交換用Ｕチューブ６１と蓄熱用Ｕチューブ６２を挿入し、既成コンクリート杭５と地中熱交換用Ｕチューブ６１、蓄熱用Ｕチューブ６２の間に水等を充填して、蓄熱器と地中熱交換器を併設した既成コンクリート杭にしている。

図４に示すように、第１の実施の形態と同様に、地中を冷熱領域１Ａ（図４の左側）と温熱領域１Ｂ（図４の右側）に区分し、冷熱領域１Ａに一例として３本の冷熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭５３Ａを設置している。また、温熱領域１Ｂに一例として３本の温熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭５３Ｂを設置している。冷熱領域１Ａと温熱領域１Ｂは、その中央部が、数メートルから数十メートル離間して設置され、冷熱領域１Ａは、建物の主に北側等の日当たりの悪い場所に配置されている杭群を利用し、温熱領域１Ｂは、建物の主に南側等の日当たりの良い場所に配置されている杭群を利用することが望ましい。

冷熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭５３Ａ、温熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭５３Ｂには、各々１対の地中熱交換用Ｕチューブ６１と１対の蓄熱用Ｕチューブ６２が挿入されている例を示す。図４では、地中熱交換用Ｕチューブ６１を白丸で表し、蓄熱用Ｕチューブ６２を黒丸で表している。

冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａは、冷熱領域１Ａの冷熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭５３Ａの地中熱交換用Ｕチューブ６１から水等の熱交換媒体を介して供給された冷熱を利用して冷熱を造成し、必要な施設等に供給する。冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａから排出された温排熱は、温熱領域１Ｂの温熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭５３Ｂ及び周辺の温熱領域の蓄熱用Ｕチューブ６２に熱交換媒体を介して供給され、温熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭５３Ｂの中及び周辺の温熱領域１Ｂに温熱を蓄積する。杭の中及び温熱領域１Ｂに蓄積された温熱は、温熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭５３Ｂの地中熱交換用Ｕチューブ６１から温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂの熱源として供給される。

同様に、温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂは、温熱領域１Ｂの温熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭５３Ｂの地中熱交換用Ｕチューブ６１から水等の熱交換媒体を介して供給された温熱を利用して温熱を造成し、施設等に供給する。温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂから排出された冷排熱は、杭の中及び冷熱領域１Ａの冷熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭５３Ａの蓄熱用Ｕチューブ６２に熱交換媒体を介して供給され、冷熱用・蓄熱地中熱交換器併設の既成コンクリート杭５３Ａの中及び周辺の冷熱領域１Ａに冷熱を蓄積する。杭の中及び冷熱領域１Ａに蓄積された冷熱は、冷熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭５３Ａの地中熱交換用Ｕチューブ６１から冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａの熱源として供給される。

〔冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムの第４の実施の形態〕
図６は、本発明の第４の実施の形態の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを示し、場所打ち杭に設置した例を示す概略構成図である。以下の説明では、上記実施の形態と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。本発明の第４の実施の形態の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムは、施設の基礎杭である場所打ち杭の鉄筋籠にポリエチレン製のＵチューブを多数取り付けて、地中熱交換器や蓄熱器とした例である。

図６に示すように、第１の実施の形態と同様に、地中を冷熱領域１Ａ（図６の左側）と温熱領域１Ｂ（図６の右側）に区分し、冷熱領域１Ａに冷熱用地中熱交換器付場所打ち杭５４Ａと冷熱用蓄熱器付場所打ち杭５５Ａを設置している。また、温熱領域１Ｂに温熱用地中熱交換器付場所打ち杭５４Ｂと温熱用蓄熱器付場所打ち杭５５Ｂを設置している。冷熱領域１Ａと温熱領域１Ｂは、その中央部が、数メートルから数十メートル離間して設置され、冷熱領域１Ａは、建物の主に北側等の日当たりの悪い場所に配置されている杭群を利用し、温熱領域１Ｂは、建物の主に南側等の日当たりの良い場所に配置されている杭群を利用することが望ましい。

冷熱用地中熱交換器付場所打ち杭５４Ａ、温熱用地中熱交換器付場所打ち杭５４Ｂには、この例では各々８対の地中熱交換用Ｕチューブ６１が挿入されている。また、冷熱用蓄熱器付場所打ち杭５５Ａ、温熱用蓄熱器付場所打ち杭５５Ｂにも、この例では各々８対の蓄熱用Ｕチューブ６２が設置されている。図６では、地中熱交換用Ｕチューブ６１を白丸で表し、蓄熱用Ｕチューブ６２を黒丸で表している。

冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａは、冷熱領域１Ａの冷熱用地中熱交換器付場所打ち杭５４Ａの地中熱交換用Ｕチューブ６１から水等の熱交換媒体を介して供給された冷熱を利用して冷熱を造成し、必要な施設等に供給する。冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａから排出された温排熱は、温熱領域１Ｂの温熱用蓄熱器付場所打ち杭５５Ｂの蓄熱用Ｕチューブ６２に熱交換媒体を介して供給され、温熱用蓄熱器付場所打ち杭５５Ｂ周辺の温熱領域１Ｂに温熱を蓄積する。温熱領域１Ｂに蓄積された温熱は、温熱用地中熱交換器付場所打ち杭５４Ｂの地中熱交換用Ｕチューブ６１から温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂの熱源として供給される。

同様に、温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂは、温熱領域１Ｂの温熱用地中熱交換器付場所打ち杭５４Ｂの地中熱交換用Ｕチューブ６１から水等の熱交換媒体を介して供給された温熱を利用して温熱を造成し、必要な施設等に供給する。温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂから排出された冷排熱は、冷熱領域１Ａの冷熱用蓄熱器付場所打ち杭５５Ａの蓄熱用Ｕチューブ６２に熱交換媒体を介して供給され、冷熱用蓄熱器付場所打ち杭５５Ａ周辺の冷熱領域１Ａに冷熱を蓄積する。冷熱領域１Ａに蓄積された冷熱は、冷熱用地中熱交換器付場所打ち杭５４Ａの地中熱交換用Ｕチューブ６１から冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａの熱源として供給される。

〔冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムの第５の実施の形態〕
図７は、本発明の第５の実施の形態の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムを示し、１本の場所打ち杭に蓄熱器と地中熱交換器を併設した例を示す概略構成図である。以下の説明では、上記実施の形態と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。

図７に示すように、第１の実施の形態と同様に、地中を冷熱領域１Ａ（図７の左側）と温熱領域１Ｂ（図７の右側）に区分し、冷熱領域１Ａに２本の冷熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭５６Ａを設置した例を示す。また、温熱領域１Ｂに２本の温熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭５６Ｂを設置している例を示す。冷熱領域１Ａと温熱領域１Ｂは、その中央部が、数メートルから数十メートル離間して設置され、冷熱領域１Ａは、建物の主に北側等の日当たりの悪い場所に配置されている杭群を利用し、温熱領域１Ｂは、建物の主に南側等の日当たりの良い場所に配置されている杭群を利用することが望ましい。

冷熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭５６Ａ、温熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭５６Ｂには、各々４対の地中熱交換用Ｕチューブ６１と４対の蓄熱用Ｕチューブ６２が設置されている例を示す。図７では、地中熱交換用Ｕチューブ６１を白丸で表し、蓄熱用Ｕチューブ６２を黒丸で表している。

冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａは、冷熱領域１Ａの冷熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭５６Ａの地中熱交換用Ｕチューブ６１から水等の熱交換媒体を介して供給された冷熱を利用して冷熱を造成し、施設等に供給する。冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａから排出された温排熱は、温熱領域１Ｂの温熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭５６Ｂの蓄熱用Ｕチューブ６２に熱交換媒体を介して供給され、温熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭５６Ｂ周辺の温熱領域１Ｂに温熱を蓄積する。温熱領域１Ｂに蓄積された温熱は、温熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭５６Ｂの地中熱交換用Ｕチューブ６１から温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂの熱源として供給される。

同様に、温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂは、温熱領域１Ｂの温熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭５６Ｂの地中熱交換用Ｕチューブ６１から水等の熱交換媒体を介して供給された温熱を利用して温熱を造成し、施設等に供給する。温熱造成用ヒートポンプ４１Ｂから排出された冷排熱は、冷熱領域１Ａの冷熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭５６Ａの蓄熱用Ｕチューブ６２に熱交換媒体を介して供給され、冷熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭５６Ａ周辺の冷熱領域１Ａに冷熱を蓄積する。冷熱領域１Ａに蓄積された冷熱は、冷熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭５６Ａの地中熱交換用Ｕチューブ６１から冷熱造成用ヒートポンプ４１Ａの熱源として供給される。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはない。例えば、前述した第１の実施の形態では、冷熱用地中熱交換器２１Ａ、冷熱用蓄熱器３Ａ、冷熱用地中熱交換器２２Ａ、温熱用地中熱交換器２１Ｂ、温熱用蓄熱器３Ｂ、温熱用地中熱交換器２２Ｂは、地表面ＧＬからの深さが異なる位置に階層的に設置されているが、地表面ＧＬからの深さが同じ位置に設置してもよい。

１Ａ…冷熱領域
２１Ａ、２２Ａ…冷熱用地中熱交換器
３Ａ…冷熱用蓄熱器
４１Ａ…冷熱造成用ヒートポンプ
４２Ａ…冷熱供給装置
１Ｂ…温熱領域
２１Ｂ、２２Ｂ…温熱用地中熱交換器
３Ｂ…温熱用蓄熱器
４１Ｂ…温熱造成用ヒートポンプ
４２Ｂ…温熱供給装置
５…既成コンクリート杭
５１Ａ…冷熱用地中熱交換器用既成コンクリート杭
５１Ｂ…温熱用地中熱交換器用既成コンクリート杭
５２Ａ…冷熱用蓄熱器用既成コンクリート杭
５２Ｂ…温熱用蓄熱器用既成コンクリート杭
５３Ａ…冷熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭
５３Ｂ…温熱用蓄熱・地中熱交換器併設の既成コンクリート杭
５４Ａ…冷熱用地中熱交換器付場所打ち杭
５４Ｂ…温熱用地中熱交換器付場所打ち杭
５５Ａ…冷熱用蓄熱器付場所打ち杭
５５Ｂ…温熱用蓄熱器付場所打ち杭
５６Ａ…冷熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭
５６Ｂ…温熱用蓄熱・地中熱交換器を併設した場所打ち杭
６１…地中熱交換用Ｕチューブ
６２…蓄熱用Ｕチューブ

Claims (6)

1. 冷熱を造成する冷熱造成用ヒートポンプと、
   地中に形成された冷熱領域に設置され、前記冷熱造成用ヒートポンプの熱源を供給する冷熱用地中熱交換器と、
   温熱を造成する温熱造成用ヒートポンプと、
   前記冷熱領域から離間して地中に形成された温熱領域に設置され、前記温熱造成用ヒートポンプの熱源を供給する温熱用地中熱交換器と、
   前記冷熱領域に設置され、前記温熱造成用ヒートポンプから排出される冷排熱を蓄熱するとともに、前記冷熱造成用ヒートポンプの熱源の一部を供給する冷熱用蓄熱器と、
   前記温熱領域に設置され、前記冷熱造成用ヒートポンプから排出される温排熱を蓄熱するとともに、前記温熱造成用ヒートポンプの熱源の一部を供給する温熱用蓄熱器とを備えた
   ことを特徴とする冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステム。
2. 請求項１に記載の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムにおいて、
   前記冷熱用蓄熱器と前記冷熱用地中熱交換器は、地中に水平に設置され、及び／又は、
   前記温熱用蓄熱器と前記温熱用地中熱交換器は、地中に水平に設置されている
   ことを特徴とする冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステム。
3. 請求項２に記載の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムにおいて、
   前記冷熱用蓄熱器と前記冷熱用地中熱交換器は、地表面からの深さが異なる位置に水平に設置され、及び／又は、
   前記温熱用蓄熱器と前記温熱用地中熱交換器は、地表面からの深さが異なる位置に水平に設置されている
   ことを特徴とする冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステム。
4. 請求項１に記載の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムにおいて、
   前記冷熱領域に設置された冷熱側基礎杭には、前記冷熱用地中熱交換器と前記冷熱用蓄熱器の両方が挿入され、
   前記温熱領域に設置された温熱側基礎杭には、前記温熱用地中熱交換器と前記温熱用蓄熱器の両方が挿入されている
   ことを特徴とする冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステム。
5. 請求項１に記載の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムにおいて、
   前記冷熱領域に設置された複数の冷熱側基礎杭の一方には、前記冷熱用地中熱交換器が挿入されるとともに、前記複数の冷熱側基礎杭の他方には前記冷熱用蓄熱器が挿入され、
   前記温熱領域に設置された複数の温熱側基礎杭の一方には、前記温熱用地中熱交換器が挿入されるとともに、前記複数の温熱側基礎杭の他方には前記温熱用蓄熱器が挿入されている
   ことを特徴とする冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステム。
6. 請求項１ないし５から選択される１項に記載の冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステムにおいて、
   前記冷熱領域と温熱領域の略中央部は、数メートルから数十メートル離間している
   ことを特徴とする冷温熱同時蓄熱システムを有する地中熱ヒートポンプシステム。

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