地中熱利用空調システム
【課題】建物からの距離が大きくなっても、より高効率の熱交換が可能な地中熱利用空調システムを提供する。
【解決手段】護岸構造物としての岸壁１からＬ2＝５〜２０ｍの範囲に、地熱交換井２を１〜２ｍ間隔で掘削し、地熱交換井２内に往復の地熱交換パイプ３を設置し、地熱交換井２周囲の地盤との間で熱交換するようにする。冷暖房の対象となる建物６までの距離は、Ｌ1＝５０〜１０００ｍ程度とする。熱媒体としての不凍液等の液体を配管４内で循環させ、地熱交換井２位置での熱交換により得られた熱エネルギーを、夏は建物の冷房に、冬は建物の暖房や給湯に、ヒートポンプ５を介し、またはヒートポンプ５を介さず、直接、利用する。岸壁１近傍では、海の満干に影響されて、地下水位の変動が他の区域に比べ顕著であり、熱のこもりが少なく、効率の良い熱交換が可能となる。
【解決手段】護岸構造物としての岸壁１からＬ2＝５〜２０ｍの範囲に、地熱交換井２を１〜２ｍ間隔で掘削し、地熱交換井２内に往復の地熱交換パイプ３を設置し、地熱交換井２周囲の地盤との間で熱交換するようにする。冷暖房の対象となる建物６までの距離は、Ｌ1＝５０〜１０００ｍ程度とする。熱媒体としての不凍液等の液体を配管４内で循環させ、地熱交換井２位置での熱交換により得られた熱エネルギーを、夏は建物の冷房に、冬は建物の暖房や給湯に、ヒートポンプ５を介し、またはヒートポンプ５を介さず、直接、利用する。岸壁１近傍では、海の満干に影響されて、地下水位の変動が他の区域に比べ顕著であり、熱のこもりが少なく、効率の良い熱交換が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷暖房等の空調に用いられる地中熱利用空調システムに関するものであり、併せて給湯や融雪等にも利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
建物（工場や倉庫などを含む）の空調や給湯等を目的として、少ない電力で運用でき、地球温暖化につながるＣＯ2の削減やヒートアイランド現象の緩和に効果のある地中熱利用技術が注目されている。
【０００３】
地中熱利用技術の一つとして、地中熱を利用した空調システムがあり、地盤内に掘削した地熱交換井から得られる地中熱を熱源とし、地熱交換井内に挿入した地熱交換パイプ内を循環させる熱媒体（水、不凍液、あるいは気体など）との間で熱交換を行い、熱媒体を介して得られた地中熱を建物の空調に利用している。
【０００４】
さらに、ヒートポンプを介在させ、地中熱のみで冷暖房や給湯を行うこともできる。ヒートポンプは、蒸発、圧縮、凝縮、膨張のサイクルを利用したものであり、ヒートポンプ内は、代替フロンやイソブタンなどの低沸点の冷媒が熱移動媒体として循環している。
【０００５】
地中熱利用において、さらにヒートポンプを用いる場合、例えば、暖房時は、ヒートポンプ内の液状の冷媒が、地熱交換パイプより循環してきた熱媒体から熱を吸収し、蒸発器で気化し、気化した冷媒は圧縮器で加圧され、約７０℃以上に昇温され、昇温したガス状の冷媒は熱交換器に移動し、そこで熱を受けた空気が約４０℃となって室内へ供給される。空気に熱を奪われた冷媒はガスから液体に戻り、膨張弁で冷却され、蒸発器に戻る。冷房時は、暖房と逆サイクルとなる。
【０００６】
また、ヒートポンプを介さない空調においては、例えば地熱交換パイプからの配管を空調設備の給気口部分に導き、コイル状に巻回させた配管部分で熱交換を行うようにし、冬は地中熱により暖められた熱媒体の熱を利用して冷たい外気を数℃昇温させて給気し、夏は逆に地中で冷やされた熱媒体の冷熱を利用して暖かい空気を数℃降温させて給気することで、冷暖房における電力負荷を低減させることができる。
【０００７】
非特許文献１〜３には、地中熱利用技術の原理と、現在、実用化されているシステムおよび装置や地熱交換パイプ等が紹介されている。
【０００８】
その他、特許文献１には、熱交換効率および施工性に優れた地熱交換システムとして、地熱交換井に挿入された地熱交換パイプを、セメントに骨材と共に粘性材を配合した良熱伝導性および良流動性の材料からなるグラウト材で覆ったものが記載されている。
【０００９】
また、特許文献２には、ヒートポンプを通して得た熱と、ヒートポンプを通さずに地中から採取した熱を同時に供給できるようにした地中熱利用冷暖房システムが記載されている。
【００１０】
また、特許文献３には、施工コストをかけずに、実用的に十分な地中熱を利用して冷暖房が行えるようにすることを目的として、地熱交換パイプを地盤内に地表面から０．２〜２ｍの深さで水平方向に沿って埋設するものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１６９９８５号公報
【特許文献２】特開２００６−０８４１４９号公報
【特許文献３】特開２００６−２０７９１９号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】地中熱利用促進協会ホームページ、［online］、地中熱利用促進協会、［平成２１年７月１９日検索］、インターネット＜URL：http://www.geohpaj.org/index.htm＞
【非特許文献２】“地中熱利用のすすめ”、［online］、株式会社 ワイビーエム、［平成２１年７月１９日検索］、インターネット＜URL：http://www.ybm.jp/newtech/chichunetsu/chichunetsu4.htm＞
【非特許文献３】“地中熱利用システムとは”、［online］、三菱マテリアルテクノ株式会社、［平成２１年７月１９日検索］、インターネット＜URL：http://www.mmtec.co.jp/0305/1.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
地中熱を利用する利点は、一般的に地中の温度が１年を通じて安定しており、周囲との温度差により熱交換を行うことにより、夏は冷房、冬は暖房、給湯等が効率良く低いランニングコストで可能となる点にある。
【００１４】
このような地中熱利用技術において、地熱交換井と空調等の対象となる建物との間で熱媒体を循環させる地熱交換パイプや配管の敷設費用、熱効率等を考えると、一見、できるだけ空調の対象となる建物の近くにある地中熱を利用することが経済的であり、かつ効率的であるように思われる。
【００１５】
しかしながら、地熱交換井において、例えば夏場に温度の高い熱媒体が送られてくる地熱交換パイプとの間で熱交換が行われることで、地熱交換井の周囲が徐々に熱を吸収し温まるため、すなわち熱がこもることで熱交換の効率が落ち、地熱利用の意義が損なわれてしまうことになる。冬場も逆の現象により、地熱交換井における熱交換の効率が落ち、その意義が損なわれる。
【００１６】
また、地中熱利用に代え、熱交換パイプを、海中や河川に導いて熱交換を行うようにすれば、熱こもりの問題はなくなるが、その場合、海洋生物の付着などにより、熱交換パイプのメンテナンスが困難になるといった問題があり、実用的でない。
【００１７】
本発明は、このような課題に対し、一般的には移動速度が極わずか（種々の条件によって異なるが、例えば、1日に数ｃｍ）である地下水の流速が、特定の条件においてははるかに速い流れとなり、その流速を利用することで地熱交換井近傍での熱のこもりを緩和し、高効率の熱交換が可能となることに着目したものであり、建物からの距離が大きくなっても、より高効率の熱交換が可能な地中熱利用空調システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願の請求項１に係る発明は、地盤内に掘削した地熱交換井から得られる地中熱を熱源とし、該地熱交換井内に挿入した地熱交換パイプ内を循環する熱媒体との間で熱交換を行い、前記熱媒体を介して得られた地中熱を建物の空調に利用する地中熱利用空調システムにおいて、前記地熱交換井を海または河川に接する護岸構造物から水平方向に２０ｍ以内の距離に設けてあることを特徴とするものである。
【００１９】
発明が解決しようとする課題の項で述べたように、一般的には地下水の流速は非常に遅く、そのため熱交換による熱が地熱交換井の周辺に蓄積され、熱交換の効率が落ちるという問題がある。
【００２０】
これに対し、海や河川に接する護岸構造物の近傍では、潮の満干あるいは河川の流れの影響により地下水の移動が比較的顕著である。この部分に地熱交換井を設けることで、地熱交換井周囲の熱ごもりの問題が解消され、高効率の熱交換が可能となる。
【００２１】
すなわち、建物等との距離が大きくなり、配管の敷設などに要するイニシャルコストが高くついても、高い熱交換効率が確保されることでシステム全体としての経済性を向上させることができる。
【００２２】
海または河川に接する護岸構造物から水平方向に２０ｍ以内としたのは、護岸構造物の構造や地盤条件その他によっても異なるが、潮の満干、あるいは河川における堤防等の影響による地下水の流速が顕著に大きくなる範囲が一般的に１０ｍないし２０ｍ以内程度であるためである。
【００２３】
請求項２は、請求項１に係る地中熱利用空調システムにおいて、空調の対象となる建物から護岸構造物までの距離が５０〜１０００ｍであることを特徴とするものである。
【００２４】
空調の対象となる建物から護岸構造物までの距離に関し、下限を特に規定する必要はないが、建物が海や河川に非常に近い場合、本発明の目的とは無関係に地熱交換井と護岸構造物が近接してくる可能性があるため、請求項２では下限を５０ｍとした。
【００２５】
一方、１０００ｍを超えると、配管の敷設費用、メンテナンス費用等が嵩むことや、１０００ｍを超える範囲であれば、広い範囲で熱交換を図ることも考えられるので、請求項２では上限を１０００ｍとした。
【００２６】
請求項３は、請求項１または２に係る地中熱利用空調システムにおいて、前記地熱交換井が、鉛直方向、斜め方向または水平方向に掘削されていることを特徴とするものである。
【００２７】
従来一般的な地熱交換井は鉛直方向のボーリングによって掘削されているが、斜めでもよく、また護岸構造物近傍での地下水流を考慮した場合、比較的浅い深さに水平方向に設けることでも、熱交換効率の向上が期待できる。
【００２８】
請求項４は、請求項１、２または３に係る地中熱利用空調システムにおいて、前記護岸構造物が鋼材を構成要素とする場合に、前記地熱交換井の一部または全部を、前記護岸構造物を構成する鋼材に近接させて配置することを特徴とするものである。
【００２９】
護岸構造物が、例えば鋼矢板等の鋼材を構成要素とする場合、地熱交換井あるいはその中に挿入される地熱交換パイプが熱伝導率の高い鋼材の近傍に位置するようにすることで、熱交換効率を上げることができる。
【００３０】
請求項５は、請求項１〜４に係る地中熱利用空調システムにおいて、前記地熱交換井と建物との間の区間は、地表面高さ近傍に設置した地熱交換パイプより大径の配管を介して熱媒体を循環させることを特徴とするものである。
【００３１】
地熱交換井の数は、必要とする熱容量に応じて設計され、例えば護岸構造物の近傍に数十から数百本設けられる場合、地熱交換パイプは、市販のものを利用することができるが、離れた位置にある建物あるいはヒートポンプまでは、より大径の配管を介して熱媒体を循環させることで、施工コストを抑えることができ、メンテナンスも容易となる。
【００３２】
請求項６は、請求項１〜５に係る地中熱利用空調システムにおいて、前記地熱交換井と建物との間にヒートポンプを介在させることを特徴とするものである。
【００３３】
ヒートポンプを介在させる場合には、空調装置において、より高温（冬場）またはより低温（夏場）での熱交換を行うことができ、電力負荷をさらに低減することができる。また、冬場の給湯への利用も可能となる。
【００３４】
請求項７は、請求項１〜６に係る地中熱利用空調システムにおいて、建物の空調に加え、給湯または溶雪にも併用することを特徴とするものである。
【００３５】
本発明における地中熱利用は、主として冷暖房といった空調設備への利用を対象としたものであるが、空調に限らず、給湯あるいは溶雪等、他の地熱利用も併せて行うことができうる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明では、地熱交換井を、一般的な地域に比べ地下水の移動が顕著である海または河川に接する護岸構造物の近傍に設けることで、地熱交換井周囲での熱こもりが解消され、高効率の熱交換が可能となる。
【００３７】
すなわち、建物等との距離が大きくなり、配管などに要するイニシャルコストが高くついても高い熱交換効率が確保されることで、システム全体としての経済性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の地中熱利用システムの一実施形態（実施例１）を概念的に示したものであり、(a)は鉛直断面図、(b)は平面図である。
【図２】本発明の地中熱利用システムの他の実施形態（実施例２）を概念的に示したものであり、(a)は鉛直断面図、(b)は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４０】
図１は、本発明の地中熱空調システムの一実施形態を示したものであり、海に接する埋立地の護岸構造物としての岸壁１からＬ2＝５〜２０ｍの範囲に、鉛直方向の地熱交換井２を１〜２ｍ間隔で掘削し、地熱交換井２内に往復の地熱交換パイプ３を設置し、地熱交換井２周囲の地盤との間で熱交換するようにしたものである。
【００４１】
冷暖房の対象となる建物６までの距離は、Ｌ1＝５００ｍ程度を想定しており、またこの例では、建物６との間にヒートポンプ５を介在させてある。
【００４２】
すなわち、多数の地熱交換パイプ３とヒートポンプ５との間の配管４を通じて、熱媒体としての不凍液等の液体を循環させ、地熱交換井２位置での熱交換により得られた熱エネルギーを、ヒートポンプ５位置でさらに熱交換し、夏は建物の冷房に、冬は建物の暖房や給湯に利用するようにしている。また、寒冷地等では、冬場の道路や屋根の融雪にも利用することができる。
【００４３】
海に接する岸壁１近傍では、海の満干に影響されて、地下水位の変動が顕著であり、その水位変動に伴う一般地域より流速の大きい地下水流により、従来の地熱利用で問題となっていた熱のこもりが少なく、効率の良い熱交換が可能となる。
【実施例２】
【００４４】
図２は、本発明の地中熱空調システムの他の実施形態を示したものであり、地熱交換井１２を水平方向に複数段配置し、水平方向に延びる地熱交換井１２内に往復の地熱交換パイプ１３を設置し、地熱交換井１２周囲の地盤との間で熱交換するようにしたものである。
【００４５】
また、この例では護岸構造物が鋼矢板１１である場合を想定しており、水平方向に延び、鉛直方向に複数段配置した多数の地熱交換井１２をできるだけ鋼矢板１１に近接するように配置している。
【００４６】
すなわち、鋼材からなる鋼矢板１１は熱伝導率が高いため、地熱交換井１２を鋼矢板１１に近接させて配置することで、護岸構造物近傍での地下水の流速を利用した高熱交換効率に加え、さらに高い熱交換効率を期待することができる。
【００４７】
なお、この例は、ヒートポンプを用いず、工場・ビル等の吸気時の予冷・予温に直接利用する場合を想定しており、配管１４を給気口部分１５の予冷・予温コイルに導き、給気口部分１５から取り入れられる外気との間で熱交換するようにしたものであるが、実施例１のようにヒートポンプを介在させることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、地球温暖化につながるＣＯ2の削減やヒートアイランド現象の緩和に効果のある地中熱空調システムとして、建物の冷暖房に利用することができ、併せて給湯や融雪等にも用いることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…岸壁、２…地熱交換井、３…地熱交換パイプ、４…配管、５…ヒートポンプ、６…建物、１１…鋼矢板、１２…地熱交換井、１３…地熱交換パイプ、１４…配管、１５…給気口部分、１６…建物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷暖房等の空調に用いられる地中熱利用空調システムに関するものであり、併せて給湯や融雪等にも利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
建物（工場や倉庫などを含む）の空調や給湯等を目的として、少ない電力で運用でき、地球温暖化につながるＣＯ2の削減やヒートアイランド現象の緩和に効果のある地中熱利用技術が注目されている。
【０００３】
地中熱利用技術の一つとして、地中熱を利用した空調システムがあり、地盤内に掘削した地熱交換井から得られる地中熱を熱源とし、地熱交換井内に挿入した地熱交換パイプ内を循環させる熱媒体（水、不凍液、あるいは気体など）との間で熱交換を行い、熱媒体を介して得られた地中熱を建物の空調に利用している。
【０００４】
さらに、ヒートポンプを介在させ、地中熱のみで冷暖房や給湯を行うこともできる。ヒートポンプは、蒸発、圧縮、凝縮、膨張のサイクルを利用したものであり、ヒートポンプ内は、代替フロンやイソブタンなどの低沸点の冷媒が熱移動媒体として循環している。
【０００５】
地中熱利用において、さらにヒートポンプを用いる場合、例えば、暖房時は、ヒートポンプ内の液状の冷媒が、地熱交換パイプより循環してきた熱媒体から熱を吸収し、蒸発器で気化し、気化した冷媒は圧縮器で加圧され、約７０℃以上に昇温され、昇温したガス状の冷媒は熱交換器に移動し、そこで熱を受けた空気が約４０℃となって室内へ供給される。空気に熱を奪われた冷媒はガスから液体に戻り、膨張弁で冷却され、蒸発器に戻る。冷房時は、暖房と逆サイクルとなる。
【０００６】
また、ヒートポンプを介さない空調においては、例えば地熱交換パイプからの配管を空調設備の給気口部分に導き、コイル状に巻回させた配管部分で熱交換を行うようにし、冬は地中熱により暖められた熱媒体の熱を利用して冷たい外気を数℃昇温させて給気し、夏は逆に地中で冷やされた熱媒体の冷熱を利用して暖かい空気を数℃降温させて給気することで、冷暖房における電力負荷を低減させることができる。
【０００７】
非特許文献１〜３には、地中熱利用技術の原理と、現在、実用化されているシステムおよび装置や地熱交換パイプ等が紹介されている。
【０００８】
その他、特許文献１には、熱交換効率および施工性に優れた地熱交換システムとして、地熱交換井に挿入された地熱交換パイプを、セメントに骨材と共に粘性材を配合した良熱伝導性および良流動性の材料からなるグラウト材で覆ったものが記載されている。
【０００９】
また、特許文献２には、ヒートポンプを通して得た熱と、ヒートポンプを通さずに地中から採取した熱を同時に供給できるようにした地中熱利用冷暖房システムが記載されている。
【００１０】
また、特許文献３には、施工コストをかけずに、実用的に十分な地中熱を利用して冷暖房が行えるようにすることを目的として、地熱交換パイプを地盤内に地表面から０．２〜２ｍの深さで水平方向に沿って埋設するものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１６９９８５号公報
【特許文献２】特開２００６−０８４１４９号公報
【特許文献３】特開２００６−２０７９１９号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】地中熱利用促進協会ホームページ、［online］、地中熱利用促進協会、［平成２１年７月１９日検索］、インターネット＜URL：http://www.geohpaj.org/index.htm＞
【非特許文献２】“地中熱利用のすすめ”、［online］、株式会社 ワイビーエム、［平成２１年７月１９日検索］、インターネット＜URL：http://www.ybm.jp/newtech/chichunetsu/chichunetsu4.htm＞
【非特許文献３】“地中熱利用システムとは”、［online］、三菱マテリアルテクノ株式会社、［平成２１年７月１９日検索］、インターネット＜URL：http://www.mmtec.co.jp/0305/1.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
地中熱を利用する利点は、一般的に地中の温度が１年を通じて安定しており、周囲との温度差により熱交換を行うことにより、夏は冷房、冬は暖房、給湯等が効率良く低いランニングコストで可能となる点にある。
【００１４】
このような地中熱利用技術において、地熱交換井と空調等の対象となる建物との間で熱媒体を循環させる地熱交換パイプや配管の敷設費用、熱効率等を考えると、一見、できるだけ空調の対象となる建物の近くにある地中熱を利用することが経済的であり、かつ効率的であるように思われる。
【００１５】
しかしながら、地熱交換井において、例えば夏場に温度の高い熱媒体が送られてくる地熱交換パイプとの間で熱交換が行われることで、地熱交換井の周囲が徐々に熱を吸収し温まるため、すなわち熱がこもることで熱交換の効率が落ち、地熱利用の意義が損なわれてしまうことになる。冬場も逆の現象により、地熱交換井における熱交換の効率が落ち、その意義が損なわれる。
【００１６】
また、地中熱利用に代え、熱交換パイプを、海中や河川に導いて熱交換を行うようにすれば、熱こもりの問題はなくなるが、その場合、海洋生物の付着などにより、熱交換パイプのメンテナンスが困難になるといった問題があり、実用的でない。
【００１７】
本発明は、このような課題に対し、一般的には移動速度が極わずか（種々の条件によって異なるが、例えば、1日に数ｃｍ）である地下水の流速が、特定の条件においてははるかに速い流れとなり、その流速を利用することで地熱交換井近傍での熱のこもりを緩和し、高効率の熱交換が可能となることに着目したものであり、建物からの距離が大きくなっても、より高効率の熱交換が可能な地中熱利用空調システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願の請求項１に係る発明は、地盤内に掘削した地熱交換井から得られる地中熱を熱源とし、該地熱交換井内に挿入した地熱交換パイプ内を循環する熱媒体との間で熱交換を行い、前記熱媒体を介して得られた地中熱を建物の空調に利用する地中熱利用空調システムにおいて、前記地熱交換井を海または河川に接する護岸構造物から水平方向に２０ｍ以内の距離に設けてあることを特徴とするものである。
【００１９】
発明が解決しようとする課題の項で述べたように、一般的には地下水の流速は非常に遅く、そのため熱交換による熱が地熱交換井の周辺に蓄積され、熱交換の効率が落ちるという問題がある。
【００２０】
これに対し、海や河川に接する護岸構造物の近傍では、潮の満干あるいは河川の流れの影響により地下水の移動が比較的顕著である。この部分に地熱交換井を設けることで、地熱交換井周囲の熱ごもりの問題が解消され、高効率の熱交換が可能となる。
【００２１】
すなわち、建物等との距離が大きくなり、配管の敷設などに要するイニシャルコストが高くついても、高い熱交換効率が確保されることでシステム全体としての経済性を向上させることができる。
【００２２】
海または河川に接する護岸構造物から水平方向に２０ｍ以内としたのは、護岸構造物の構造や地盤条件その他によっても異なるが、潮の満干、あるいは河川における堤防等の影響による地下水の流速が顕著に大きくなる範囲が一般的に１０ｍないし２０ｍ以内程度であるためである。
【００２３】
請求項２は、請求項１に係る地中熱利用空調システムにおいて、空調の対象となる建物から護岸構造物までの距離が５０〜１０００ｍであることを特徴とするものである。
【００２４】
空調の対象となる建物から護岸構造物までの距離に関し、下限を特に規定する必要はないが、建物が海や河川に非常に近い場合、本発明の目的とは無関係に地熱交換井と護岸構造物が近接してくる可能性があるため、請求項２では下限を５０ｍとした。
【００２５】
一方、１０００ｍを超えると、配管の敷設費用、メンテナンス費用等が嵩むことや、１０００ｍを超える範囲であれば、広い範囲で熱交換を図ることも考えられるので、請求項２では上限を１０００ｍとした。
【００２６】
請求項３は、請求項１または２に係る地中熱利用空調システムにおいて、前記地熱交換井が、鉛直方向、斜め方向または水平方向に掘削されていることを特徴とするものである。
【００２７】
従来一般的な地熱交換井は鉛直方向のボーリングによって掘削されているが、斜めでもよく、また護岸構造物近傍での地下水流を考慮した場合、比較的浅い深さに水平方向に設けることでも、熱交換効率の向上が期待できる。
【００２８】
請求項４は、請求項１、２または３に係る地中熱利用空調システムにおいて、前記護岸構造物が鋼材を構成要素とする場合に、前記地熱交換井の一部または全部を、前記護岸構造物を構成する鋼材に近接させて配置することを特徴とするものである。
【００２９】
護岸構造物が、例えば鋼矢板等の鋼材を構成要素とする場合、地熱交換井あるいはその中に挿入される地熱交換パイプが熱伝導率の高い鋼材の近傍に位置するようにすることで、熱交換効率を上げることができる。
【００３０】
請求項５は、請求項１〜４に係る地中熱利用空調システムにおいて、前記地熱交換井と建物との間の区間は、地表面高さ近傍に設置した地熱交換パイプより大径の配管を介して熱媒体を循環させることを特徴とするものである。
【００３１】
地熱交換井の数は、必要とする熱容量に応じて設計され、例えば護岸構造物の近傍に数十から数百本設けられる場合、地熱交換パイプは、市販のものを利用することができるが、離れた位置にある建物あるいはヒートポンプまでは、より大径の配管を介して熱媒体を循環させることで、施工コストを抑えることができ、メンテナンスも容易となる。
【００３２】
請求項６は、請求項１〜５に係る地中熱利用空調システムにおいて、前記地熱交換井と建物との間にヒートポンプを介在させることを特徴とするものである。
【００３３】
ヒートポンプを介在させる場合には、空調装置において、より高温（冬場）またはより低温（夏場）での熱交換を行うことができ、電力負荷をさらに低減することができる。また、冬場の給湯への利用も可能となる。
【００３４】
請求項７は、請求項１〜６に係る地中熱利用空調システムにおいて、建物の空調に加え、給湯または溶雪にも併用することを特徴とするものである。
【００３５】
本発明における地中熱利用は、主として冷暖房といった空調設備への利用を対象としたものであるが、空調に限らず、給湯あるいは溶雪等、他の地熱利用も併せて行うことができうる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明では、地熱交換井を、一般的な地域に比べ地下水の移動が顕著である海または河川に接する護岸構造物の近傍に設けることで、地熱交換井周囲での熱こもりが解消され、高効率の熱交換が可能となる。
【００３７】
すなわち、建物等との距離が大きくなり、配管などに要するイニシャルコストが高くついても高い熱交換効率が確保されることで、システム全体としての経済性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の地中熱利用システムの一実施形態（実施例１）を概念的に示したものであり、(a)は鉛直断面図、(b)は平面図である。
【図２】本発明の地中熱利用システムの他の実施形態（実施例２）を概念的に示したものであり、(a)は鉛直断面図、(b)は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４０】
図１は、本発明の地中熱空調システムの一実施形態を示したものであり、海に接する埋立地の護岸構造物としての岸壁１からＬ2＝５〜２０ｍの範囲に、鉛直方向の地熱交換井２を１〜２ｍ間隔で掘削し、地熱交換井２内に往復の地熱交換パイプ３を設置し、地熱交換井２周囲の地盤との間で熱交換するようにしたものである。
【００４１】
冷暖房の対象となる建物６までの距離は、Ｌ1＝５００ｍ程度を想定しており、またこの例では、建物６との間にヒートポンプ５を介在させてある。
【００４２】
すなわち、多数の地熱交換パイプ３とヒートポンプ５との間の配管４を通じて、熱媒体としての不凍液等の液体を循環させ、地熱交換井２位置での熱交換により得られた熱エネルギーを、ヒートポンプ５位置でさらに熱交換し、夏は建物の冷房に、冬は建物の暖房や給湯に利用するようにしている。また、寒冷地等では、冬場の道路や屋根の融雪にも利用することができる。
【００４３】
海に接する岸壁１近傍では、海の満干に影響されて、地下水位の変動が顕著であり、その水位変動に伴う一般地域より流速の大きい地下水流により、従来の地熱利用で問題となっていた熱のこもりが少なく、効率の良い熱交換が可能となる。
【実施例２】
【００４４】
図２は、本発明の地中熱空調システムの他の実施形態を示したものであり、地熱交換井１２を水平方向に複数段配置し、水平方向に延びる地熱交換井１２内に往復の地熱交換パイプ１３を設置し、地熱交換井１２周囲の地盤との間で熱交換するようにしたものである。
【００４５】
また、この例では護岸構造物が鋼矢板１１である場合を想定しており、水平方向に延び、鉛直方向に複数段配置した多数の地熱交換井１２をできるだけ鋼矢板１１に近接するように配置している。
【００４６】
すなわち、鋼材からなる鋼矢板１１は熱伝導率が高いため、地熱交換井１２を鋼矢板１１に近接させて配置することで、護岸構造物近傍での地下水の流速を利用した高熱交換効率に加え、さらに高い熱交換効率を期待することができる。
【００４７】
なお、この例は、ヒートポンプを用いず、工場・ビル等の吸気時の予冷・予温に直接利用する場合を想定しており、配管１４を給気口部分１５の予冷・予温コイルに導き、給気口部分１５から取り入れられる外気との間で熱交換するようにしたものであるが、実施例１のようにヒートポンプを介在させることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、地球温暖化につながるＣＯ2の削減やヒートアイランド現象の緩和に効果のある地中熱空調システムとして、建物の冷暖房に利用することができ、併せて給湯や融雪等にも用いることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…岸壁、２…地熱交換井、３…地熱交換パイプ、４…配管、５…ヒートポンプ、６…建物、１１…鋼矢板、１２…地熱交換井、１３…地熱交換パイプ、１４…配管、１５…給気口部分、１６…建物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤内に掘削した地熱交換井から得られる地中熱を熱源とし、該地熱交換井内に挿入した地熱交換パイプ内を循環する熱媒体との間で熱交換を行い、前記熱媒体を介して得られた地中熱を建物の空調に利用する地中熱利用システムにおいて、前記地熱交換井を海または河川に接する護岸構造物から水平方向に２０ｍ以内の距離に設けてあることを特徴とする地中熱利用空調システム。
【請求項２】
空調の対象となる建物から護岸構造物までの距離が５０〜１０００ｍであることを特徴とする請求項１記載の地中熱利用空調システム。
【請求項３】
前記地熱交換井は、鉛直方向、斜め方向または水平方向に掘削されていることを特徴とする請求項１または２記載の地中熱利用空調システム。
【請求項４】
前記護岸構造物が鋼材を構成要素とする場合に、前記地熱交換井の一部または全部を、前記護岸構造物を構成する鋼材に近接させて配置することを特徴とする請求項１、２または３記載の地中熱利用空調システム。
【請求項５】
前記地熱交換井と建物との間の区間は、地表面高さ近傍に設置した地熱交換パイプより大径の配管を介して熱媒体を循環させることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の地中熱利用空調システム。
【請求項６】
前記地熱交換井と建物との間にヒートポンプを介在させることを特徴とする請求項１〜５の何れかの項に記載の地中熱利用空調システム。
【請求項７】
建物の空調に加え、給湯または溶雪にも併用することを特徴とする請求項１〜６の何れかの項に記載の地中熱利用空調システム。
【請求項１】
地盤内に掘削した地熱交換井から得られる地中熱を熱源とし、該地熱交換井内に挿入した地熱交換パイプ内を循環する熱媒体との間で熱交換を行い、前記熱媒体を介して得られた地中熱を建物の空調に利用する地中熱利用システムにおいて、前記地熱交換井を海または河川に接する護岸構造物から水平方向に２０ｍ以内の距離に設けてあることを特徴とする地中熱利用空調システム。
【請求項２】
空調の対象となる建物から護岸構造物までの距離が５０〜１０００ｍであることを特徴とする請求項１記載の地中熱利用空調システム。
【請求項３】
前記地熱交換井は、鉛直方向、斜め方向または水平方向に掘削されていることを特徴とする請求項１または２記載の地中熱利用空調システム。
【請求項４】
前記護岸構造物が鋼材を構成要素とする場合に、前記地熱交換井の一部または全部を、前記護岸構造物を構成する鋼材に近接させて配置することを特徴とする請求項１、２または３記載の地中熱利用空調システム。
【請求項５】
前記地熱交換井と建物との間の区間は、地表面高さ近傍に設置した地熱交換パイプより大径の配管を介して熱媒体を循環させることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の地中熱利用空調システム。
【請求項６】
前記地熱交換井と建物との間にヒートポンプを介在させることを特徴とする請求項１〜５の何れかの項に記載の地中熱利用空調システム。
【請求項７】
建物の空調に加え、給湯または溶雪にも併用することを特徴とする請求項１〜６の何れかの項に記載の地中熱利用空調システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−３３２３３（Ｐ２０１１−３３２３３Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７７８５７（Ｐ２００９−１７７８５７）
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（５９２０４０８２６）住友不動産株式会社 (94)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（５９２０４０８２６）住友不動産株式会社 (94)
【Ｆターム（参考）】
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