流体循環システム、および、温度調節システム
【課題】低コスト化を図りつつ長期間にわたって流体を目的の温度まで加熱可能な流体循環システム、および、温度調節システムの提供。
【解決手段】温度調節システムの流体循環システム３は、発酵熱源Ｈを収容する発酵室３０と、水を加熱する液体ヒータ４１と、この液体ヒータ４１で加熱された温水を温度調節装置との間で循環させる液体循環配管４５と、液体ヒータ４１を制御して温水を略一定の温度に加熱させるコントローラと、液体循環配管４５で送られる温水の熱を利用して、発酵熱源Ｈをその外側から加熱する液体螺旋加熱部６２と、地熱で発酵熱源Ｈをその内側加熱する杭３５と、を備えている。
【解決手段】温度調節システムの流体循環システム３は、発酵熱源Ｈを収容する発酵室３０と、水を加熱する液体ヒータ４１と、この液体ヒータ４１で加熱された温水を温度調節装置との間で循環させる液体循環配管４５と、液体ヒータ４１を制御して温水を略一定の温度に加熱させるコントローラと、液体循環配管４５で送られる温水の熱を利用して、発酵熱源Ｈをその外側から加熱する液体螺旋加熱部６２と、地熱で発酵熱源Ｈをその内側加熱する杭３５と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を利用する温度調節装置との間で流体を循環する流体循環システム、および、温度調節システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気やガスを利用する加熱装置で加熱された温水や空気により、室内などの温度を調節する構成が知られている。しかしながら、このような構成では、電気やガスなどの使用量が増大して、低コスト化を図りにくいという問題点がある。そこで、堆肥などの発酵熱源の熱を利用して、温水や空気などを加熱する検討がなされている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１では、発酵堆肥化貯蔵所内で発酵させた有機性廃棄物の発酵熱により、熱源部の熱交換器内の伝熱用媒体物（水など）の温度を上昇させる。そして、この温度が上昇した伝熱用媒体物を放熱部の熱交換器に流入させることで、暖房を行っている。
特許文献２では、発酵槽での発酵燃料の発酵により発生するメタンガスを加熱室に入れて、この加熱室内の加熱触媒に熱を発生させる。そして、この熱で加熱された温水を循環させることにより、暖房を行っている。
特許文献３では、ループ状に配設された水循環用パイプを有する熱捕集用パネルを堆肥中に埋設して、堆肥の発酵熱で加熱された温水で暖房を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】登録実用新案第３１５２４８０号公報
【特許文献２】特開平９−２８９８３６号公報
【特許文献３】実開平５−９０２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３のような構成では、温水を発酵熱源の発酵熱で加熱する構成が暖房装置から離れた位置にある場合、温水の温度が暖房装置から戻ってくる間に下がってしまう。また、発酵熱源を使用していくと、新たに発生する発酵熱量が温水加熱に利用される熱量よりも少なくなり、発酵熱の温度も下がってしまう。このため、温度が下がった温水の加熱を繰り返し続けると、温水を目的の温度まで加熱できなくなるという問題点が一例として挙げられる。
【０００６】
本発明の目的は、低コスト化を図りつつ長期間にわたって流体を目的の温度まで加熱可能な流体循環システム、および、温度調節システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の流体循環システムは、流体を利用する温度調節装置との間で流体を循環する流体循環システムであって、発酵熱源を収容する発酵室と、前記流体を加熱する流体加熱部と、この流体加熱部で加熱された流体を前記温度調節装置と前記流体加熱部との間で循環させる流体循環部と、前記流体加熱部を制御して流体を略一定の温度に加熱させる加熱制御部と、前記流体循環部を循環する流体の熱を利用して、前記発酵熱源をその外側およびその内側のうちいずれか一方から加熱する第１の発酵熱源加熱部と、地熱を利用して、前記発酵熱源をその外側およびその内側のうちいずれか他方から加熱する第２の発酵熱源加熱部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、温度調節装置とは、加熱された流体を利用して、暖房と冷房のうち少なくとも一方を行う装置のことである。
また、循環させる流体としては、水などの液体、空気などの気体が例示できる。
また、発酵熱源としては、メタンガスなどのガスが発生するものであっても良いが、安全性の確保を容易にするために、ガスが発生しないものが好ましい。ガスが発生しない発酵熱源としては、竹材、葦、藁を発酵させたものが例示できる。さらに、発酵熱源は、液体であっても良いし、固体であっても良い。発酵熱源としては、発酵室に１個だけ収容可能な大きさの大型熱源から構成されていても良いし、複数個収容可能な大きさの小型熱源から構成されていても良い。そして、発酵熱源の外側から加熱するとは、外周面表面あるいは当該表面から若干発酵熱源の内部に入った位置から加熱すること、外周面表面から外側に若干離れた位置から加熱することを意味する。
この発明によれば、冬の場合、気温よりも高い温度である１０℃〜１５℃に維持された地熱と、流体加熱部で加熱された流体（以下、加熱流体と適宜いう）とにより、発酵熱源を長期にわたって加熱できる。したがって、発酵熱の温度上昇にしたがって流体加熱部の出力を下げることで流体を略一定の温度に加熱できるため、流体加熱部の駆動源である電気やガスの使用量を最小限に抑えることができ、低コスト化を図れる。さらに、地熱と加熱流体とにより、発酵熱源を外側と内側から加熱するため、発酵熱源全体が所定温度に加熱されるまでの時間を短縮でき、流体加熱部の駆動源の使用量を早いタイミングで減らすことができる。また、発酵熱源を発酵室に収容してから流体加熱部を駆動させるまでの時間が長くなっても、この間に地熱で発酵熱源を加熱することができ、流体加熱部の駆動開始から発酵熱源が目的温度まで加熱されるまでの時間を短縮できる。
【０００９】
また、本発明の流体循環システムでは、前記第１の発酵熱源加熱部は、前記発酵熱源をその外側から加熱し、前記第２の発酵熱源加熱部は、前記発酵熱源をその内側から加熱することが好ましい。
この発明によれば、発酵熱源の保温効果を高めることができ、長期間にわたって発酵熱を発生させることができる。
【００１０】
さらに、本発明の流体循環システムでは、前記第２の発酵熱源加熱部は、一端が前記発酵熱源の内側に位置するとともに他端が地中に埋没された略筒状に形成されており、前記第２の発酵熱源加熱部の内部に設けられ、前記流体循環部を循環する流体の熱を使用して前記発酵熱源をその内側から加熱する第３の発酵熱源加熱部を備えていることが好ましい。
この発明によれば、第３の発酵熱源加熱部により、流体循環部で送られる流体の熱を利用して発酵熱源を内側から加熱するので、発酵熱源の加熱効率を上げることができる。
【００１１】
また、本発明の流体循環システムでは、前記第３の発酵熱源加熱部は、前記流体を下方に送った後に上方に戻すことが可能な形状に形成され、前記流体加熱部で加熱されていない流体を冷却する流体冷却部としても機能することが好ましい。
ここで、気温が高い夏季においては、大気よりも地中の温度が低く、さらに、深さが深いほど温度が低くなる。
このため、第３の発酵熱源加熱部を流体冷却部として機能させて、流体を下方に送ることで流体を冷却することができ、温度が低い流体を用いて温度調節する温度調節装置にも、本発明の流体循環システムを利用でき、汎用性を向上できる。
【００１２】
そして、本発明の流体循環システムでは、前記第２の発酵熱源加熱部の一端には、前記発酵熱源の当該第２の発酵熱源加熱部内への侵入を防止する発酵熱源侵入防止部が設けられていることが好ましい。
この発明によれば、発酵熱源が第２の発酵熱源加熱部内へ侵入することを防止するので、第２の発酵熱源加熱部の開口部よりも小さい発酵熱源も利用でき、汎用性を向上できる。
【００１３】
また、本発明の流体循環システムでは、前記第１の発酵熱源加熱部は、螺旋状に設けられていることが好ましい。
この発明によれば、第１の発酵熱源加熱部を螺旋状に設けることにより、単位時間あたりの発酵熱源の周囲に流れる流体の量を増やすことができ、発酵熱源の加熱効率を向上できる。
【００１４】
本発明の温度調節システムは、流体を利用する温度調節装置と、この温度調節装置との間で流体を循環する上述の流体循環システムと、を備えていることを特徴とする。
この発明によれば、上述の流体循環システムと同様の作用効果を奏する温度調節システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る温度調節システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】前記一実施形態に係る流体循環システムの概略構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［温度調節システムの構成］
まず、本発明の一実施形態に係る温度調節システムの構成について説明する。
図１は、温度調節システムの概略構成を示す模式図である。図２は、流体循環システムの概略構成を模式的に示す断面図である。
【００１７】
図１において、温度調節システム１は、発酵熱で加熱された流体としての水や空気を利用して室内空間Ａの暖房を行ったり、冷却された水や空気を利用して冷房を行う。そして、温度調節システム１は、水や空気を利用して冷暖房を行う温度調節装置２と、この温度調節装置２との間で水や空気を循環する流体循環システム３と、この流体循環システム３をコントロールする加熱制御部としてのコントローラ９と、を備えている。
【００１８】
温度調節装置２は、空気を利用するヒートポンプ２１と、水を利用するファンコンベクタ２２と、を備えている。
ヒートポンプ２１は、流体循環システム３で加熱された空気（暖気）あるいは冷却された空気（冷気）の圧力を調整することで冷暖房を行い、冷暖房に利用した空気を流体循環システム３に戻す。
ファンコンベクタ２２は、流体循環システム３で加熱された水（温水）あるいは冷却された水（冷水）を利用して、温風あるいは冷風を生成することで冷暖房を行う。そして、冷暖房に利用した水を流体循環システム３に戻す。
なお、ヒートポンプ２１、ファンコンベクタ２２としては、少なくとも暖房機能を備えていれば、冷房機能を備えていなくても良い。
【００１９】
流体循環システム３は、図１および図２に示すように、発酵熱源Ｈを収容する発酵室３０と、地熱で発酵熱源Ｈを中心から加熱する第２の発酵熱源加熱部としての杭３５と、水を加熱する液体加熱室４０と、発酵室３０内とファンコンベクタ２２との間で水を循環させる流体循環部としての液体循環配管４５と、発酵室３０内とヒートポンプ２１との間で空気を循環させる気体循環配管７０と、を備えている。
【００２０】
発酵室３０は、開口面が地面Ｓと略同一面となるように地中に埋められた四角箱状の本体部３１と、この本体部３１の開口面を塞ぐ蓋部３２と、を備えている。
本体部３１は、コンクリート、樹脂などで、例えば幅（図２の左右方向）と奥行き（図２の紙面垂直方向）がそれぞれ３ｍ（メートル）、深さ（図２の上下方向）が２．５ｍの大きさに形成されている。
そして、発酵室３０は、発酵熱源Ｈを密閉空間に収容することで、発酵熱源Ｈの発酵を促す。なお、発酵熱源Ｈとしては、メタンガスを発生しない竹材、葦、藁を発酵させたものが例示できる。また、発酵熱源Ｈは、棒状やブロック状あるいは粒状であるが、各構成要素の理解を容易にするために、図２では、その形状を詳細に図示していない。
【００２１】
杭３５は、円筒状あるいは角筒状に形成されており、上端が発酵室３０内の発酵熱源Ｈの中心（完全な中心、または、この中心から若干ずれた位置を意味する）に位置し、発酵室３０の下面を貫通して下方に突出するように設けられている。また、杭３５の下端は、地下約６．０ｍ〜約８．０ｍのところに位置している。この杭３５は、気温が地熱よりも低い例えば冬季の場合、下端の開口面から流入する地熱を上端の開口面から流出させ、この地熱で発酵熱源Ｈを中心から加熱する。また、杭３５の上端面は、発酵熱源Ｈの杭３５内への落下を防止するとともに、杭３５内の地熱を発酵熱源Ｈに伝達可能な発酵熱源侵入防止部としての網３６で覆われている。
【００２２】
液体加熱室４０は、伝熱性を有する材料により、上面、下面が閉塞された筒状に形成されている。この液体加熱室４０の内部には、コントローラ９の制御により水を加熱する流体加熱部としての液体ヒータ４１と、水の温度を検出する温度センサ４２と、が設置されている。また、液体加熱室４０の下側の側面には、液体循環配管４５の液体戻し配管６０が温水を流入可能に接続され、上側の側面には、液体循環配管４５の液体送り配管５０が温水を流出可能に接続されている。液体ヒータ４１は、電力により駆動する。そして、液体加熱室４０は、温水の温度を発酵熱源Ｈに伝達して、発酵熱源Ｈを中心から加熱する。
【００２３】
液体循環配管４５は、液体加熱室４０で加熱された水をファンコンベクタ２２へ送る流体送り部としての液体送り配管５０と、ファンコンベクタ２２で利用された水を液体加熱室４０に戻す流体戻し部としての液体戻し配管６０と、ファンコンベクタ２２で利用された水を液体加熱室４０を介さずに液体送り配管５０に送るバイパス管６７と、を備えている。
【００２４】
液体送り配管５０は、例えば架橋ポリエステルのホースであり、伝熱性を有している。この液体送り配管５０は、発酵室３０とポンプ室３３とを貫通するように設けられている。この液体送り配管５０には、ポンプ室３３に配置された液体ポンプ５１が設けられている。この液体ポンプ５１は、温水を循環させるための圧力を温水に与える。さらに、液体送り配管５０の上流側には、温水の流量を調節する送り側バルブ５２が設けられている。
【００２５】
液体戻し配管６０は、例えば伝熱性を有する架橋ポリエステルのホースであり、ファンコンベクタ２２に接続された上流側液体戻し部６１と、この上流側液体戻し部６１に連続する第１の発酵熱源加熱部としての液体螺旋加熱部６２と、この液体螺旋加熱部６２に連続する第３の発酵熱源加熱部としての液体Ｕ字部６３と、この液体Ｕ字部６３に連続し液体加熱室４０に接続された下流側液体戻し部６４と、から構成されている。なお、液体戻し配管６０は、複数のホースをつなげたものであっても良い。
【００２６】
上流側液体戻し部６１は、発酵室３０と、この発酵室３０に隣接するポンプ室３３とを貫通するように設けられており、ファンコンベクタ２２からの温水を液体螺旋加熱部６２に送る。
液体螺旋加熱部６２は、発酵室３０の下端から上方に向けて、かつ、発酵室３０の内周面に沿って、螺旋状に設けられている。この液体螺旋加熱部６２は、温水の熱を一部放出して発酵熱源Ｈを外部から加熱するとともに、温水を液体Ｕ字部６３へ送る。また、温水を流すことにより、発酵熱源Ｈを保温する機能も有している。また、液体螺旋加熱部６２内の温水は、発酵熱源Ｈの発酵熱でも加熱される。ここで、発酵熱源Ｈの加熱効果や保温効果を高めるために、液体螺旋加熱部６２の螺旋の間隔は、小さい方が好ましい。
なお、理解を容易にするために、液体螺旋加熱部６２の螺旋の間隔を大きく図示しているが、実際には、１００ｍ以上の長さを有している。
液体Ｕ字部６３は、杭３５内において略Ｕ字状に設けられている。具体的には、液体Ｕ字部６３は、上端が地下約２．５ｍ〜約３．０ｍのところに位置し、下端が杭３５の下端と略等しい位置（地下約６．０ｍ〜８．０ｍのところ）に位置している。この液体Ｕ字部６３は、冬季の場合、温水の熱を一部放出して、この熱を杭３５の上端面から流出させることで発酵熱源Ｈを中心から加熱する。また、液体Ｕ字部６３は、夏季の場合、液体加熱室４０で加熱されていない水を下方に送ることで冷却し、この冷水を上方に戻して液体螺旋加熱部６２に送る流体冷却部としても機能する。
下流側液体戻し部６４の下流側には、温水の流量を調節する戻し側バルブ６５が設けられている。
【００２７】
バイパス管６７は、例えば伝熱性を有する架橋ポリエステルのホースであり、下流端が液体送り配管５０における液体ポンプ５１と送り側バルブ５２との間に接続され、上流端が下流側液体戻し部６４における戻し側バルブ６５の上流側に接続されている。このバイパス管６７の下流側には、温水の流量を調節するバイパスバルブ６８が設けられている。
【００２８】
気体循環配管７０は、液体送り配管５０と同様に、伝熱性を有する架橋ポリエステルのホースである。この気体循環配管７０は、流体循環システム３で循環された空気をヒートポンプ２１へ送る気体送り部７５と、ヒートポンプ２１で利用された空気を流体循環システム３に戻す気体戻し部８０と、から構成されている。なお、気体循環配管７０は、複数のホースをつなげて構成しても良い。
【００２９】
気体送り部７５は、液体加熱室４０と略等しい高さ位置から下方に延びる上流側気体送り部７６と、この上流側気体送り部７６に連続する気体Ｕ字部７７と、この気体Ｕ字部７７に連続する気体螺旋加熱部７８と、この気体螺旋加熱部７８に連続しヒートポンプ２１に接続された下流側気体送り部７９と、から構成されている。
【００３０】
気体Ｕ字部７７は、杭３５内において略Ｕ字状に設けられている。この気体Ｕ字部７７は、液体Ｕ字部６３と近接し、かつ、略平行に設けられている。そして、気体Ｕ字部７７内を流れる空気は、冬季の場合、液体Ｕ字部６３の放熱で加熱される。また、気体Ｕ字部７７は、夏季の場合、空気を下方に送ることで冷却し、この冷気を上方に戻して気体螺旋加熱部７８に送る流体冷却部としても機能する。
気体螺旋加熱部７８は、液体螺旋加熱部６２と平行に、かつ、螺旋状に設けられている。この気体螺旋加熱部７８内を流れる空気は、冬季の場合、液体螺旋加熱部６２の放熱あるいは発酵熱源Ｈの発酵熱で加熱され、暖気が下流側気体送り部７９に送られる。なお、気体螺旋加熱部７８は、液体螺旋加熱部６２と同様に、実際には、１００ｍ以上の長さを有している。また、気体螺旋加熱部７８の配置としては、液体螺旋加熱部６２の内側であっても良いし、外側であっても良い。また、空気を効率的に加熱するために、気体螺旋加熱部７８と液体螺旋加熱部６２とは、接触していることが好ましい。
下流側気体送り部７９は、発酵室３０とポンプ室３３とを貫通するように設けられており、空気をヒートポンプ２１に送る。
【００３１】
気体戻し部８０は、発酵室３０とポンプ室３３とを貫通するように設けられている。この気体戻し部８０には、ポンプ室３３に配置された気体ポンプ８１が設けられている。
コントローラ９は、例えば、室内空間Ａ内に設けられている。なお、コントローラ９の詳細な動作については、後述する。
【００３２】
［温度調節システムの動作］
次に、温度調節システム１の動作について説明する。
なお、以下で示す具体的な温度は、一例にすぎず、環境などに応じて異なる温度とすることができる。
【００３３】
〔暖房を行う場合の動作〕
まず、気温が地熱（１０℃〜１５℃）以下となる日（例えば、冬季）において、温度調節システム１で暖房を行う場合の動作について説明する。
利用者は、まず、田畑に放置してあった竹材、葦、藁などを混ぜ合わせ、これを発酵熱源Ｈとして発酵室３０の本体部３１に収容して蓋部３２をセットする。そして、利用者は、コントローラ９を操作して流体循環システム３を暖房モードに設定するとともに、温度調節装置２を駆動させる。
ここで、発酵熱源Ｈの温度は、発酵室３０に収容された時点では、気温とほぼ等しくなる。このため、流体循環システム３が動作していない状態でも、発酵熱源Ｈの中心は、杭３５を介して伝達される地熱（１０℃〜１５℃）で加熱される。
【００３４】
コントローラ９は、暖房モードに設定されると、液体加熱室４０と、液体送り配管５０と、液体戻し配管６０と、ファンコンベクタ２２との間で水を循環させるために、送り側バルブ５２と戻し側バルブ６５を開状態にするとともに、バイパスバルブ６８を閉状態にする。さらに、液体ヒータ４１の出力を加熱開始値に設定して、水を目的温度（例えば８０℃）まで加熱するのに必要な熱を発生させ、液体加熱室４０内の水を加熱する。この後、液体ポンプ５１を駆動させて温水の循環を開始するとともに、気体ポンプ８１を駆動させて空気の循環を開始する。
ここで、流体循環システム３から８０℃まで加熱された温水は、ファンコンベクタ２２に到達する時点では、放熱により温度が下がる。また、ファンコンベクタ２２から発酵室３０に戻ってきた時点では、さらなる放熱により温度がさらに下がる。
【００３５】
まず、温水は、液体送り配管５０を通ってファンコンベクタ２２に供給され、ファンコンベクタ２２で暖房に利用された後、液体戻し配管６０に戻される。また、空気は、運転開始直後では、加熱されていない状態でヒートポンプ２１に供給され、ヒートポンプ２１で暖房に利用された後、発酵室３０に戻されるが、運転開始からしばらくすると、温水と発酵熱により加熱されて、暖気としてヒートポンプ２１に供給される。
そして、ファンコンベクタ２２で利用された温水は、液体螺旋加熱部６２を通りながら発酵熱源Ｈの外周面に沿って螺旋状に下降して、発酵熱源Ｈを外部から加熱するとともに、液体螺旋加熱部６２と近接する気体螺旋加熱部７８を流れる空気を加熱する。さらに、温水が液体Ｕ字部６３に到達すると、液体Ｕ字部６３から温水の熱が一部放出される。この熱により、気体Ｕ字部７７を通る気体が加熱される。さらに、液体Ｕ字部６３からの放熱は、杭３５を介して発酵熱源Ｈの中心に伝達され、発酵熱源Ｈを加熱する。つまり、発酵熱源Ｈの中心は、温水が流れていない時点では、地熱で加熱され、温水が流れ始めると、地熱よりも温度が高い温水で加熱される。そして、温水は、下流側液体戻し部６４を通って、液体加熱室４０に戻される。
この後、温水と暖気は、上述のように、流体循環システム３と温度調節装置２との間で循環する。
【００３６】
ここで、温水と暖気の循環を開始してからしばらくの間、発酵熱源Ｈは、液体螺旋加熱部６２と気体螺旋加熱部７８とにより横側（外側）から加熱され、液体加熱室４０により上方から加熱され、地熱により中心から徐々に加熱されるが、発酵はあまり進まないため発酵熱が発生しない。したがって、この時点では、ファンコンベクタ２２で利用された温水は、発酵熱で加熱されずに液体加熱室４０に戻ってくるので、コントローラ９は、液体ヒータ４１の出力を加熱開始値に維持して、温水を加熱する。この後、発酵熱源Ｈの発酵が進み発酵熱が発生すると、温水は、液体加熱室４０に戻ってくる前に発酵熱で加熱される。このため、加熱開始値よりも出力を下げても温水を目的温度まで加熱することができるようになるので、コントローラ９は、温水の温度が目的温度でほぼ一定になるように、液体ヒータ４１の出力を下げる。
この後、コントローラ９は、発酵熱の温度が高くなるにしたがい液体ヒータ４１の出力を下げる。このような制御により、発酵熱の温度が発酵熱最高温度（発酵熱源Ｈが発生させることができる最高の温度。例えば、７０℃）で安定すると、液体ヒータ４１の出力も一定になる。
また、温度調節装置２で利用された温水と暖気は、発酵室３０に戻ってくるまでの間に温度が下がってしまうが、液体ヒータ４１の発熱と発酵熱とにより目的温度まで加熱されて、温度調節装置２に供給される。
【００３７】
〔冷房を行う場合の動作〕
次に、気温が地熱以上となる日（例えば、夏季）において、温度調節システム１で冷房を行う場合の動作について説明する。
利用者は、発酵熱源Ｈが発酵室３０に収容されていない状態で、コントローラ９を操作して流体循環システム３を冷房モードに設定するとともに、温度調節装置２を駆動させる。
【００３８】
コントローラ９は、冷房モードに設定されると、液体加熱室４０を経由せずに、バイパス管６７と、液体送り配管５０と、液体戻し配管６０と、ファンコンベクタ２２との間で水を循環させるために、送り側バルブ５２と戻し側バルブ６５を閉状態にするとともに、バイパスバルブ６８を開状態にする。この後、液体ポンプ５１を駆動させて、加熱されていない水の循環を開始するとともに、気体ポンプ８１を駆動させて空気の循環を開始する。
【００３９】
そして、水および空気は、ファンコンベクタ２２、ヒートポンプ２１に供給され、ファンコンベクタ２２とヒートポンプ２１で冷房に利用された後、液体Ｕ字部６３と気体Ｕ字部７７により杭３５の下端まで送られて冷やされる。そして、この冷水および冷気は、上述のように、流体循環システム３と温度調節装置２との間で循環して、ファンコンベクタ２２とヒートポンプ２１で利用される。
【００４０】
［温度調節システムの効果］
上述したような温度調節システム１では、以下のような作用効果を期待できる。
すなわち、地熱により発酵熱源Ｈを内部から加熱するとともに、液体加熱室４０で加熱された温水と、この温水の放熱で加熱された暖気とにより発酵熱源Ｈを外部から加熱することで、長期にわたって、発酵熱源Ｈから発酵熱を発生させている。このため、液体ヒータ４１の出力を下げても、液体ヒータ４１による加熱と発酵熱源Ｈの発酵熱とにより水を目的温度まで加熱でき、液体ヒータ４１に使用する電気の量を最小限に抑えることができ、低コスト化を図れる。また、発酵熱源Ｈを外側と内側から加熱するため、発酵熱源Ｈ全体が所定温度に加熱されるまでの時間を短縮でき、液体ヒータ４１の出力を早いタイミングで減らすことができる。また、液体ヒータ４１を駆動させなくても、予め地熱で発酵熱源Ｈを加熱することができるため、発酵熱源Ｈを目的温度まで加熱するまでの時間を短縮できる。
特に、ヒートポンプ２１やファンコンベクタ２２に温水や暖気を供給することで、ヒートポンプ２１やファンコンベクタ２２において暖房を行う際の負荷を減らすことができ、電気の使用量を減らすことができる。
【００４１】
そして、液体螺旋加熱部６２と気体螺旋加熱部７８を発酵熱源Ｈの外側を覆うように設けているため、発酵熱源Ｈの保温効果を高めることができ、長期間にわたって発酵熱を発生させることができる。
また、杭３５の内部に、液体Ｕ字部６３と気体Ｕ字部７７とを設けているため、これらからの放熱を杭３５を介して発酵熱源Ｈの中心に導くことができ、発酵熱源Ｈの加熱効率を上げることができる。
さらに、液体Ｕ字部６３と気体Ｕ字部７７により水や空気を一度下方まで流して、水や空気を冷やすことができる。したがって、これらを用いて、効率的に冷房できる。
また、杭３５に網３６を設けているので、杭３５の開口部よりも小さい発酵熱源Ｈを利用でき、流体循環システム３の汎用性を向上できる。
そして、螺旋状の液体螺旋加熱部６２と気体螺旋加熱部７８により、単位時間あたりの発酵熱源Ｈの周囲に流れる温水と暖気の量を増やすことができ、発酵熱源Ｈの加熱効率を向上できる。
また、液体加熱室４０の放熱でも発酵熱源Ｈを上面側から加熱するので、発酵熱源Ｈの加熱効率を向上できる。
【００４２】
［変形例］
なお、本発明は、上記一実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成を含み、以下に示すような変形例なども本発明に含まれる。
【００４３】
すなわち、温水と暖気とで発酵熱源Ｈを加熱する場合を例示したが、温水または暖気のみで加熱しても良い。ただし、暖気のみで加熱する場合には、空気を加熱するヒータを設ける必要がある。また、温水や暖気で発酵熱源Ｈを内側から加熱するとともに、地熱で発酵熱源Ｈを外側から加熱しても良い。さらに、液体加熱室４０の放熱で発酵熱源Ｈを加熱しなくても良い。
【００４４】
また、液体Ｕ字部６３を設けずに、液体螺旋加熱部６２と下流側液体戻し部６４とを直接連結しても良い。
さらに、液体循環配管４５における杭３５内部を通過する部分をＵ字状（液体Ｕ字部６３）にしたが、水平（図２の左右）に延びる形状にしても良い。このような構成にしても、当該水平部分からの放熱で発酵熱源Ｈを中心から加熱できる。
また、同様に、気体Ｕ字部７７を設けなくても良いし、気体循環配管７０における杭３５内部を通過する部分を水平に延びる形状としても良い。
【００４５】
さらに、発酵熱源Ｈとして、杭３５の開口部よりも大きいもの、あるいは、杭３５の開口部よりも小さい発酵熱源Ｈを固めたもの、のみを用いる場合、網３６を設けなくてもよい。
そして、液体循環配管４５における発酵熱源Ｈの外側を通過する部分を螺旋状（液体螺旋加熱部６２）にしたが、垂直（図２の上下）に延びる形状にしても良い。
また、杭３５を円筒状や角筒状でなく、地熱を伝達可能な材料により円柱状や角柱状に形成してもよい。
そして、温度調節装置２で利用された温水や暖気で発酵熱源Ｈを加熱したが、液体加熱室４０での加熱後で温度調節装置２で利用される前の温水や暖気で加熱しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、流体を利用する温度調節装置との間で流体を循環する流体循環システム、および、温度調節システムとして利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１…温度調節システム
２…温度調節装置
３…流体循環システム
９…加熱制御部としてのコントローラ
３０…発酵室
３５…第２の発酵熱源加熱部としての杭
３６…発酵熱源侵入防止部としての網
４１…流体加熱部としての液体ヒータ
４５…流体循環部としての液体循環配管
６２…第１の発酵熱源加熱部としての液体螺旋加熱部
６３…流体冷却部としても機能する第３の発酵熱源加熱部としての液体Ｕ字部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を利用する温度調節装置との間で流体を循環する流体循環システム、および、温度調節システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気やガスを利用する加熱装置で加熱された温水や空気により、室内などの温度を調節する構成が知られている。しかしながら、このような構成では、電気やガスなどの使用量が増大して、低コスト化を図りにくいという問題点がある。そこで、堆肥などの発酵熱源の熱を利用して、温水や空気などを加熱する検討がなされている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１では、発酵堆肥化貯蔵所内で発酵させた有機性廃棄物の発酵熱により、熱源部の熱交換器内の伝熱用媒体物（水など）の温度を上昇させる。そして、この温度が上昇した伝熱用媒体物を放熱部の熱交換器に流入させることで、暖房を行っている。
特許文献２では、発酵槽での発酵燃料の発酵により発生するメタンガスを加熱室に入れて、この加熱室内の加熱触媒に熱を発生させる。そして、この熱で加熱された温水を循環させることにより、暖房を行っている。
特許文献３では、ループ状に配設された水循環用パイプを有する熱捕集用パネルを堆肥中に埋設して、堆肥の発酵熱で加熱された温水で暖房を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】登録実用新案第３１５２４８０号公報
【特許文献２】特開平９−２８９８３６号公報
【特許文献３】実開平５−９０２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３のような構成では、温水を発酵熱源の発酵熱で加熱する構成が暖房装置から離れた位置にある場合、温水の温度が暖房装置から戻ってくる間に下がってしまう。また、発酵熱源を使用していくと、新たに発生する発酵熱量が温水加熱に利用される熱量よりも少なくなり、発酵熱の温度も下がってしまう。このため、温度が下がった温水の加熱を繰り返し続けると、温水を目的の温度まで加熱できなくなるという問題点が一例として挙げられる。
【０００６】
本発明の目的は、低コスト化を図りつつ長期間にわたって流体を目的の温度まで加熱可能な流体循環システム、および、温度調節システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の流体循環システムは、流体を利用する温度調節装置との間で流体を循環する流体循環システムであって、発酵熱源を収容する発酵室と、前記流体を加熱する流体加熱部と、この流体加熱部で加熱された流体を前記温度調節装置と前記流体加熱部との間で循環させる流体循環部と、前記流体加熱部を制御して流体を略一定の温度に加熱させる加熱制御部と、前記流体循環部を循環する流体の熱を利用して、前記発酵熱源をその外側およびその内側のうちいずれか一方から加熱する第１の発酵熱源加熱部と、地熱を利用して、前記発酵熱源をその外側およびその内側のうちいずれか他方から加熱する第２の発酵熱源加熱部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、温度調節装置とは、加熱された流体を利用して、暖房と冷房のうち少なくとも一方を行う装置のことである。
また、循環させる流体としては、水などの液体、空気などの気体が例示できる。
また、発酵熱源としては、メタンガスなどのガスが発生するものであっても良いが、安全性の確保を容易にするために、ガスが発生しないものが好ましい。ガスが発生しない発酵熱源としては、竹材、葦、藁を発酵させたものが例示できる。さらに、発酵熱源は、液体であっても良いし、固体であっても良い。発酵熱源としては、発酵室に１個だけ収容可能な大きさの大型熱源から構成されていても良いし、複数個収容可能な大きさの小型熱源から構成されていても良い。そして、発酵熱源の外側から加熱するとは、外周面表面あるいは当該表面から若干発酵熱源の内部に入った位置から加熱すること、外周面表面から外側に若干離れた位置から加熱することを意味する。
この発明によれば、冬の場合、気温よりも高い温度である１０℃〜１５℃に維持された地熱と、流体加熱部で加熱された流体（以下、加熱流体と適宜いう）とにより、発酵熱源を長期にわたって加熱できる。したがって、発酵熱の温度上昇にしたがって流体加熱部の出力を下げることで流体を略一定の温度に加熱できるため、流体加熱部の駆動源である電気やガスの使用量を最小限に抑えることができ、低コスト化を図れる。さらに、地熱と加熱流体とにより、発酵熱源を外側と内側から加熱するため、発酵熱源全体が所定温度に加熱されるまでの時間を短縮でき、流体加熱部の駆動源の使用量を早いタイミングで減らすことができる。また、発酵熱源を発酵室に収容してから流体加熱部を駆動させるまでの時間が長くなっても、この間に地熱で発酵熱源を加熱することができ、流体加熱部の駆動開始から発酵熱源が目的温度まで加熱されるまでの時間を短縮できる。
【０００９】
また、本発明の流体循環システムでは、前記第１の発酵熱源加熱部は、前記発酵熱源をその外側から加熱し、前記第２の発酵熱源加熱部は、前記発酵熱源をその内側から加熱することが好ましい。
この発明によれば、発酵熱源の保温効果を高めることができ、長期間にわたって発酵熱を発生させることができる。
【００１０】
さらに、本発明の流体循環システムでは、前記第２の発酵熱源加熱部は、一端が前記発酵熱源の内側に位置するとともに他端が地中に埋没された略筒状に形成されており、前記第２の発酵熱源加熱部の内部に設けられ、前記流体循環部を循環する流体の熱を使用して前記発酵熱源をその内側から加熱する第３の発酵熱源加熱部を備えていることが好ましい。
この発明によれば、第３の発酵熱源加熱部により、流体循環部で送られる流体の熱を利用して発酵熱源を内側から加熱するので、発酵熱源の加熱効率を上げることができる。
【００１１】
また、本発明の流体循環システムでは、前記第３の発酵熱源加熱部は、前記流体を下方に送った後に上方に戻すことが可能な形状に形成され、前記流体加熱部で加熱されていない流体を冷却する流体冷却部としても機能することが好ましい。
ここで、気温が高い夏季においては、大気よりも地中の温度が低く、さらに、深さが深いほど温度が低くなる。
このため、第３の発酵熱源加熱部を流体冷却部として機能させて、流体を下方に送ることで流体を冷却することができ、温度が低い流体を用いて温度調節する温度調節装置にも、本発明の流体循環システムを利用でき、汎用性を向上できる。
【００１２】
そして、本発明の流体循環システムでは、前記第２の発酵熱源加熱部の一端には、前記発酵熱源の当該第２の発酵熱源加熱部内への侵入を防止する発酵熱源侵入防止部が設けられていることが好ましい。
この発明によれば、発酵熱源が第２の発酵熱源加熱部内へ侵入することを防止するので、第２の発酵熱源加熱部の開口部よりも小さい発酵熱源も利用でき、汎用性を向上できる。
【００１３】
また、本発明の流体循環システムでは、前記第１の発酵熱源加熱部は、螺旋状に設けられていることが好ましい。
この発明によれば、第１の発酵熱源加熱部を螺旋状に設けることにより、単位時間あたりの発酵熱源の周囲に流れる流体の量を増やすことができ、発酵熱源の加熱効率を向上できる。
【００１４】
本発明の温度調節システムは、流体を利用する温度調節装置と、この温度調節装置との間で流体を循環する上述の流体循環システムと、を備えていることを特徴とする。
この発明によれば、上述の流体循環システムと同様の作用効果を奏する温度調節システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る温度調節システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】前記一実施形態に係る流体循環システムの概略構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［温度調節システムの構成］
まず、本発明の一実施形態に係る温度調節システムの構成について説明する。
図１は、温度調節システムの概略構成を示す模式図である。図２は、流体循環システムの概略構成を模式的に示す断面図である。
【００１７】
図１において、温度調節システム１は、発酵熱で加熱された流体としての水や空気を利用して室内空間Ａの暖房を行ったり、冷却された水や空気を利用して冷房を行う。そして、温度調節システム１は、水や空気を利用して冷暖房を行う温度調節装置２と、この温度調節装置２との間で水や空気を循環する流体循環システム３と、この流体循環システム３をコントロールする加熱制御部としてのコントローラ９と、を備えている。
【００１８】
温度調節装置２は、空気を利用するヒートポンプ２１と、水を利用するファンコンベクタ２２と、を備えている。
ヒートポンプ２１は、流体循環システム３で加熱された空気（暖気）あるいは冷却された空気（冷気）の圧力を調整することで冷暖房を行い、冷暖房に利用した空気を流体循環システム３に戻す。
ファンコンベクタ２２は、流体循環システム３で加熱された水（温水）あるいは冷却された水（冷水）を利用して、温風あるいは冷風を生成することで冷暖房を行う。そして、冷暖房に利用した水を流体循環システム３に戻す。
なお、ヒートポンプ２１、ファンコンベクタ２２としては、少なくとも暖房機能を備えていれば、冷房機能を備えていなくても良い。
【００１９】
流体循環システム３は、図１および図２に示すように、発酵熱源Ｈを収容する発酵室３０と、地熱で発酵熱源Ｈを中心から加熱する第２の発酵熱源加熱部としての杭３５と、水を加熱する液体加熱室４０と、発酵室３０内とファンコンベクタ２２との間で水を循環させる流体循環部としての液体循環配管４５と、発酵室３０内とヒートポンプ２１との間で空気を循環させる気体循環配管７０と、を備えている。
【００２０】
発酵室３０は、開口面が地面Ｓと略同一面となるように地中に埋められた四角箱状の本体部３１と、この本体部３１の開口面を塞ぐ蓋部３２と、を備えている。
本体部３１は、コンクリート、樹脂などで、例えば幅（図２の左右方向）と奥行き（図２の紙面垂直方向）がそれぞれ３ｍ（メートル）、深さ（図２の上下方向）が２．５ｍの大きさに形成されている。
そして、発酵室３０は、発酵熱源Ｈを密閉空間に収容することで、発酵熱源Ｈの発酵を促す。なお、発酵熱源Ｈとしては、メタンガスを発生しない竹材、葦、藁を発酵させたものが例示できる。また、発酵熱源Ｈは、棒状やブロック状あるいは粒状であるが、各構成要素の理解を容易にするために、図２では、その形状を詳細に図示していない。
【００２１】
杭３５は、円筒状あるいは角筒状に形成されており、上端が発酵室３０内の発酵熱源Ｈの中心（完全な中心、または、この中心から若干ずれた位置を意味する）に位置し、発酵室３０の下面を貫通して下方に突出するように設けられている。また、杭３５の下端は、地下約６．０ｍ〜約８．０ｍのところに位置している。この杭３５は、気温が地熱よりも低い例えば冬季の場合、下端の開口面から流入する地熱を上端の開口面から流出させ、この地熱で発酵熱源Ｈを中心から加熱する。また、杭３５の上端面は、発酵熱源Ｈの杭３５内への落下を防止するとともに、杭３５内の地熱を発酵熱源Ｈに伝達可能な発酵熱源侵入防止部としての網３６で覆われている。
【００２２】
液体加熱室４０は、伝熱性を有する材料により、上面、下面が閉塞された筒状に形成されている。この液体加熱室４０の内部には、コントローラ９の制御により水を加熱する流体加熱部としての液体ヒータ４１と、水の温度を検出する温度センサ４２と、が設置されている。また、液体加熱室４０の下側の側面には、液体循環配管４５の液体戻し配管６０が温水を流入可能に接続され、上側の側面には、液体循環配管４５の液体送り配管５０が温水を流出可能に接続されている。液体ヒータ４１は、電力により駆動する。そして、液体加熱室４０は、温水の温度を発酵熱源Ｈに伝達して、発酵熱源Ｈを中心から加熱する。
【００２３】
液体循環配管４５は、液体加熱室４０で加熱された水をファンコンベクタ２２へ送る流体送り部としての液体送り配管５０と、ファンコンベクタ２２で利用された水を液体加熱室４０に戻す流体戻し部としての液体戻し配管６０と、ファンコンベクタ２２で利用された水を液体加熱室４０を介さずに液体送り配管５０に送るバイパス管６７と、を備えている。
【００２４】
液体送り配管５０は、例えば架橋ポリエステルのホースであり、伝熱性を有している。この液体送り配管５０は、発酵室３０とポンプ室３３とを貫通するように設けられている。この液体送り配管５０には、ポンプ室３３に配置された液体ポンプ５１が設けられている。この液体ポンプ５１は、温水を循環させるための圧力を温水に与える。さらに、液体送り配管５０の上流側には、温水の流量を調節する送り側バルブ５２が設けられている。
【００２５】
液体戻し配管６０は、例えば伝熱性を有する架橋ポリエステルのホースであり、ファンコンベクタ２２に接続された上流側液体戻し部６１と、この上流側液体戻し部６１に連続する第１の発酵熱源加熱部としての液体螺旋加熱部６２と、この液体螺旋加熱部６２に連続する第３の発酵熱源加熱部としての液体Ｕ字部６３と、この液体Ｕ字部６３に連続し液体加熱室４０に接続された下流側液体戻し部６４と、から構成されている。なお、液体戻し配管６０は、複数のホースをつなげたものであっても良い。
【００２６】
上流側液体戻し部６１は、発酵室３０と、この発酵室３０に隣接するポンプ室３３とを貫通するように設けられており、ファンコンベクタ２２からの温水を液体螺旋加熱部６２に送る。
液体螺旋加熱部６２は、発酵室３０の下端から上方に向けて、かつ、発酵室３０の内周面に沿って、螺旋状に設けられている。この液体螺旋加熱部６２は、温水の熱を一部放出して発酵熱源Ｈを外部から加熱するとともに、温水を液体Ｕ字部６３へ送る。また、温水を流すことにより、発酵熱源Ｈを保温する機能も有している。また、液体螺旋加熱部６２内の温水は、発酵熱源Ｈの発酵熱でも加熱される。ここで、発酵熱源Ｈの加熱効果や保温効果を高めるために、液体螺旋加熱部６２の螺旋の間隔は、小さい方が好ましい。
なお、理解を容易にするために、液体螺旋加熱部６２の螺旋の間隔を大きく図示しているが、実際には、１００ｍ以上の長さを有している。
液体Ｕ字部６３は、杭３５内において略Ｕ字状に設けられている。具体的には、液体Ｕ字部６３は、上端が地下約２．５ｍ〜約３．０ｍのところに位置し、下端が杭３５の下端と略等しい位置（地下約６．０ｍ〜８．０ｍのところ）に位置している。この液体Ｕ字部６３は、冬季の場合、温水の熱を一部放出して、この熱を杭３５の上端面から流出させることで発酵熱源Ｈを中心から加熱する。また、液体Ｕ字部６３は、夏季の場合、液体加熱室４０で加熱されていない水を下方に送ることで冷却し、この冷水を上方に戻して液体螺旋加熱部６２に送る流体冷却部としても機能する。
下流側液体戻し部６４の下流側には、温水の流量を調節する戻し側バルブ６５が設けられている。
【００２７】
バイパス管６７は、例えば伝熱性を有する架橋ポリエステルのホースであり、下流端が液体送り配管５０における液体ポンプ５１と送り側バルブ５２との間に接続され、上流端が下流側液体戻し部６４における戻し側バルブ６５の上流側に接続されている。このバイパス管６７の下流側には、温水の流量を調節するバイパスバルブ６８が設けられている。
【００２８】
気体循環配管７０は、液体送り配管５０と同様に、伝熱性を有する架橋ポリエステルのホースである。この気体循環配管７０は、流体循環システム３で循環された空気をヒートポンプ２１へ送る気体送り部７５と、ヒートポンプ２１で利用された空気を流体循環システム３に戻す気体戻し部８０と、から構成されている。なお、気体循環配管７０は、複数のホースをつなげて構成しても良い。
【００２９】
気体送り部７５は、液体加熱室４０と略等しい高さ位置から下方に延びる上流側気体送り部７６と、この上流側気体送り部７６に連続する気体Ｕ字部７７と、この気体Ｕ字部７７に連続する気体螺旋加熱部７８と、この気体螺旋加熱部７８に連続しヒートポンプ２１に接続された下流側気体送り部７９と、から構成されている。
【００３０】
気体Ｕ字部７７は、杭３５内において略Ｕ字状に設けられている。この気体Ｕ字部７７は、液体Ｕ字部６３と近接し、かつ、略平行に設けられている。そして、気体Ｕ字部７７内を流れる空気は、冬季の場合、液体Ｕ字部６３の放熱で加熱される。また、気体Ｕ字部７７は、夏季の場合、空気を下方に送ることで冷却し、この冷気を上方に戻して気体螺旋加熱部７８に送る流体冷却部としても機能する。
気体螺旋加熱部７８は、液体螺旋加熱部６２と平行に、かつ、螺旋状に設けられている。この気体螺旋加熱部７８内を流れる空気は、冬季の場合、液体螺旋加熱部６２の放熱あるいは発酵熱源Ｈの発酵熱で加熱され、暖気が下流側気体送り部７９に送られる。なお、気体螺旋加熱部７８は、液体螺旋加熱部６２と同様に、実際には、１００ｍ以上の長さを有している。また、気体螺旋加熱部７８の配置としては、液体螺旋加熱部６２の内側であっても良いし、外側であっても良い。また、空気を効率的に加熱するために、気体螺旋加熱部７８と液体螺旋加熱部６２とは、接触していることが好ましい。
下流側気体送り部７９は、発酵室３０とポンプ室３３とを貫通するように設けられており、空気をヒートポンプ２１に送る。
【００３１】
気体戻し部８０は、発酵室３０とポンプ室３３とを貫通するように設けられている。この気体戻し部８０には、ポンプ室３３に配置された気体ポンプ８１が設けられている。
コントローラ９は、例えば、室内空間Ａ内に設けられている。なお、コントローラ９の詳細な動作については、後述する。
【００３２】
［温度調節システムの動作］
次に、温度調節システム１の動作について説明する。
なお、以下で示す具体的な温度は、一例にすぎず、環境などに応じて異なる温度とすることができる。
【００３３】
〔暖房を行う場合の動作〕
まず、気温が地熱（１０℃〜１５℃）以下となる日（例えば、冬季）において、温度調節システム１で暖房を行う場合の動作について説明する。
利用者は、まず、田畑に放置してあった竹材、葦、藁などを混ぜ合わせ、これを発酵熱源Ｈとして発酵室３０の本体部３１に収容して蓋部３２をセットする。そして、利用者は、コントローラ９を操作して流体循環システム３を暖房モードに設定するとともに、温度調節装置２を駆動させる。
ここで、発酵熱源Ｈの温度は、発酵室３０に収容された時点では、気温とほぼ等しくなる。このため、流体循環システム３が動作していない状態でも、発酵熱源Ｈの中心は、杭３５を介して伝達される地熱（１０℃〜１５℃）で加熱される。
【００３４】
コントローラ９は、暖房モードに設定されると、液体加熱室４０と、液体送り配管５０と、液体戻し配管６０と、ファンコンベクタ２２との間で水を循環させるために、送り側バルブ５２と戻し側バルブ６５を開状態にするとともに、バイパスバルブ６８を閉状態にする。さらに、液体ヒータ４１の出力を加熱開始値に設定して、水を目的温度（例えば８０℃）まで加熱するのに必要な熱を発生させ、液体加熱室４０内の水を加熱する。この後、液体ポンプ５１を駆動させて温水の循環を開始するとともに、気体ポンプ８１を駆動させて空気の循環を開始する。
ここで、流体循環システム３から８０℃まで加熱された温水は、ファンコンベクタ２２に到達する時点では、放熱により温度が下がる。また、ファンコンベクタ２２から発酵室３０に戻ってきた時点では、さらなる放熱により温度がさらに下がる。
【００３５】
まず、温水は、液体送り配管５０を通ってファンコンベクタ２２に供給され、ファンコンベクタ２２で暖房に利用された後、液体戻し配管６０に戻される。また、空気は、運転開始直後では、加熱されていない状態でヒートポンプ２１に供給され、ヒートポンプ２１で暖房に利用された後、発酵室３０に戻されるが、運転開始からしばらくすると、温水と発酵熱により加熱されて、暖気としてヒートポンプ２１に供給される。
そして、ファンコンベクタ２２で利用された温水は、液体螺旋加熱部６２を通りながら発酵熱源Ｈの外周面に沿って螺旋状に下降して、発酵熱源Ｈを外部から加熱するとともに、液体螺旋加熱部６２と近接する気体螺旋加熱部７８を流れる空気を加熱する。さらに、温水が液体Ｕ字部６３に到達すると、液体Ｕ字部６３から温水の熱が一部放出される。この熱により、気体Ｕ字部７７を通る気体が加熱される。さらに、液体Ｕ字部６３からの放熱は、杭３５を介して発酵熱源Ｈの中心に伝達され、発酵熱源Ｈを加熱する。つまり、発酵熱源Ｈの中心は、温水が流れていない時点では、地熱で加熱され、温水が流れ始めると、地熱よりも温度が高い温水で加熱される。そして、温水は、下流側液体戻し部６４を通って、液体加熱室４０に戻される。
この後、温水と暖気は、上述のように、流体循環システム３と温度調節装置２との間で循環する。
【００３６】
ここで、温水と暖気の循環を開始してからしばらくの間、発酵熱源Ｈは、液体螺旋加熱部６２と気体螺旋加熱部７８とにより横側（外側）から加熱され、液体加熱室４０により上方から加熱され、地熱により中心から徐々に加熱されるが、発酵はあまり進まないため発酵熱が発生しない。したがって、この時点では、ファンコンベクタ２２で利用された温水は、発酵熱で加熱されずに液体加熱室４０に戻ってくるので、コントローラ９は、液体ヒータ４１の出力を加熱開始値に維持して、温水を加熱する。この後、発酵熱源Ｈの発酵が進み発酵熱が発生すると、温水は、液体加熱室４０に戻ってくる前に発酵熱で加熱される。このため、加熱開始値よりも出力を下げても温水を目的温度まで加熱することができるようになるので、コントローラ９は、温水の温度が目的温度でほぼ一定になるように、液体ヒータ４１の出力を下げる。
この後、コントローラ９は、発酵熱の温度が高くなるにしたがい液体ヒータ４１の出力を下げる。このような制御により、発酵熱の温度が発酵熱最高温度（発酵熱源Ｈが発生させることができる最高の温度。例えば、７０℃）で安定すると、液体ヒータ４１の出力も一定になる。
また、温度調節装置２で利用された温水と暖気は、発酵室３０に戻ってくるまでの間に温度が下がってしまうが、液体ヒータ４１の発熱と発酵熱とにより目的温度まで加熱されて、温度調節装置２に供給される。
【００３７】
〔冷房を行う場合の動作〕
次に、気温が地熱以上となる日（例えば、夏季）において、温度調節システム１で冷房を行う場合の動作について説明する。
利用者は、発酵熱源Ｈが発酵室３０に収容されていない状態で、コントローラ９を操作して流体循環システム３を冷房モードに設定するとともに、温度調節装置２を駆動させる。
【００３８】
コントローラ９は、冷房モードに設定されると、液体加熱室４０を経由せずに、バイパス管６７と、液体送り配管５０と、液体戻し配管６０と、ファンコンベクタ２２との間で水を循環させるために、送り側バルブ５２と戻し側バルブ６５を閉状態にするとともに、バイパスバルブ６８を開状態にする。この後、液体ポンプ５１を駆動させて、加熱されていない水の循環を開始するとともに、気体ポンプ８１を駆動させて空気の循環を開始する。
【００３９】
そして、水および空気は、ファンコンベクタ２２、ヒートポンプ２１に供給され、ファンコンベクタ２２とヒートポンプ２１で冷房に利用された後、液体Ｕ字部６３と気体Ｕ字部７７により杭３５の下端まで送られて冷やされる。そして、この冷水および冷気は、上述のように、流体循環システム３と温度調節装置２との間で循環して、ファンコンベクタ２２とヒートポンプ２１で利用される。
【００４０】
［温度調節システムの効果］
上述したような温度調節システム１では、以下のような作用効果を期待できる。
すなわち、地熱により発酵熱源Ｈを内部から加熱するとともに、液体加熱室４０で加熱された温水と、この温水の放熱で加熱された暖気とにより発酵熱源Ｈを外部から加熱することで、長期にわたって、発酵熱源Ｈから発酵熱を発生させている。このため、液体ヒータ４１の出力を下げても、液体ヒータ４１による加熱と発酵熱源Ｈの発酵熱とにより水を目的温度まで加熱でき、液体ヒータ４１に使用する電気の量を最小限に抑えることができ、低コスト化を図れる。また、発酵熱源Ｈを外側と内側から加熱するため、発酵熱源Ｈ全体が所定温度に加熱されるまでの時間を短縮でき、液体ヒータ４１の出力を早いタイミングで減らすことができる。また、液体ヒータ４１を駆動させなくても、予め地熱で発酵熱源Ｈを加熱することができるため、発酵熱源Ｈを目的温度まで加熱するまでの時間を短縮できる。
特に、ヒートポンプ２１やファンコンベクタ２２に温水や暖気を供給することで、ヒートポンプ２１やファンコンベクタ２２において暖房を行う際の負荷を減らすことができ、電気の使用量を減らすことができる。
【００４１】
そして、液体螺旋加熱部６２と気体螺旋加熱部７８を発酵熱源Ｈの外側を覆うように設けているため、発酵熱源Ｈの保温効果を高めることができ、長期間にわたって発酵熱を発生させることができる。
また、杭３５の内部に、液体Ｕ字部６３と気体Ｕ字部７７とを設けているため、これらからの放熱を杭３５を介して発酵熱源Ｈの中心に導くことができ、発酵熱源Ｈの加熱効率を上げることができる。
さらに、液体Ｕ字部６３と気体Ｕ字部７７により水や空気を一度下方まで流して、水や空気を冷やすことができる。したがって、これらを用いて、効率的に冷房できる。
また、杭３５に網３６を設けているので、杭３５の開口部よりも小さい発酵熱源Ｈを利用でき、流体循環システム３の汎用性を向上できる。
そして、螺旋状の液体螺旋加熱部６２と気体螺旋加熱部７８により、単位時間あたりの発酵熱源Ｈの周囲に流れる温水と暖気の量を増やすことができ、発酵熱源Ｈの加熱効率を向上できる。
また、液体加熱室４０の放熱でも発酵熱源Ｈを上面側から加熱するので、発酵熱源Ｈの加熱効率を向上できる。
【００４２】
［変形例］
なお、本発明は、上記一実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成を含み、以下に示すような変形例なども本発明に含まれる。
【００４３】
すなわち、温水と暖気とで発酵熱源Ｈを加熱する場合を例示したが、温水または暖気のみで加熱しても良い。ただし、暖気のみで加熱する場合には、空気を加熱するヒータを設ける必要がある。また、温水や暖気で発酵熱源Ｈを内側から加熱するとともに、地熱で発酵熱源Ｈを外側から加熱しても良い。さらに、液体加熱室４０の放熱で発酵熱源Ｈを加熱しなくても良い。
【００４４】
また、液体Ｕ字部６３を設けずに、液体螺旋加熱部６２と下流側液体戻し部６４とを直接連結しても良い。
さらに、液体循環配管４５における杭３５内部を通過する部分をＵ字状（液体Ｕ字部６３）にしたが、水平（図２の左右）に延びる形状にしても良い。このような構成にしても、当該水平部分からの放熱で発酵熱源Ｈを中心から加熱できる。
また、同様に、気体Ｕ字部７７を設けなくても良いし、気体循環配管７０における杭３５内部を通過する部分を水平に延びる形状としても良い。
【００４５】
さらに、発酵熱源Ｈとして、杭３５の開口部よりも大きいもの、あるいは、杭３５の開口部よりも小さい発酵熱源Ｈを固めたもの、のみを用いる場合、網３６を設けなくてもよい。
そして、液体循環配管４５における発酵熱源Ｈの外側を通過する部分を螺旋状（液体螺旋加熱部６２）にしたが、垂直（図２の上下）に延びる形状にしても良い。
また、杭３５を円筒状や角筒状でなく、地熱を伝達可能な材料により円柱状や角柱状に形成してもよい。
そして、温度調節装置２で利用された温水や暖気で発酵熱源Ｈを加熱したが、液体加熱室４０での加熱後で温度調節装置２で利用される前の温水や暖気で加熱しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、流体を利用する温度調節装置との間で流体を循環する流体循環システム、および、温度調節システムとして利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１…温度調節システム
２…温度調節装置
３…流体循環システム
９…加熱制御部としてのコントローラ
３０…発酵室
３５…第２の発酵熱源加熱部としての杭
３６…発酵熱源侵入防止部としての網
４１…流体加熱部としての液体ヒータ
４５…流体循環部としての液体循環配管
６２…第１の発酵熱源加熱部としての液体螺旋加熱部
６３…流体冷却部としても機能する第３の発酵熱源加熱部としての液体Ｕ字部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を利用する温度調節装置との間で流体を循環する流体循環システムであって、
発酵熱源を収容する発酵室と、
前記流体を加熱する流体加熱部と、
この流体加熱部で加熱された流体を前記温度調節装置と前記流体加熱部との間で循環させる流体循環部と、
前記流体加熱部を制御して流体を略一定の温度に加熱させる加熱制御部と、
前記流体循環部を循環する流体の熱を利用して、前記発酵熱源をその外側およびその内側のうちいずれか一方から加熱する第１の発酵熱源加熱部と、
地熱を利用して、前記発酵熱源をその外側およびその内側のうちいずれか他方から加熱する第２の発酵熱源加熱部と、
を備えていることを特徴とする流体循環システム。
【請求項２】
請求項１に記載の流体循環システムにおいて、
前記第１の発酵熱源加熱部は、前記発酵熱源をその外側から加熱し、
前記第２の発酵熱源加熱部は、前記発酵熱源をその内側から加熱する
ことを特徴とする流体循環システム。
【請求項３】
請求項２に記載の流体循環システムにおいて、
前記第２の発酵熱源加熱部は、一端が前記発酵熱源の内側に位置するとともに他端が地中に埋没された略筒状に形成されており、
前記第２の発酵熱源加熱部の内部に設けられ、前記流体循環部を循環する流体の熱を使用して前記発酵熱源をその内側から加熱する第３の発酵熱源加熱部を備えている
ことを特徴とする流体循環システム。
【請求項４】
請求項３に記載の流体循環システムにおいて、
前記第３の発酵熱源加熱部は、前記流体を下方に送った後に上方に戻すことが可能な形状に形成され、前記流体加熱部で加熱されていない流体を冷却する流体冷却部としても機能する
ことを特徴とする流体循環システム。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の流体循環システムにおいて、
前記第２の発酵熱源加熱部の一端には、前記発酵熱源の当該第２の発酵熱源加熱部内への侵入を防止する発酵熱源侵入防止部が設けられている
ことを特徴とする流体循環システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の流体循環システムにおいて、
前記第１の発酵熱源加熱部は、螺旋状に設けられている
ことを特徴とする流体循環システム。
【請求項７】
流体を利用する温度調節装置と、
この温度調節装置との間で流体を循環する請求項１から請求項６のいずれかに記載の流体循環システムと、
を備えていることを特徴とする温度調節システム。
【請求項１】
流体を利用する温度調節装置との間で流体を循環する流体循環システムであって、
発酵熱源を収容する発酵室と、
前記流体を加熱する流体加熱部と、
この流体加熱部で加熱された流体を前記温度調節装置と前記流体加熱部との間で循環させる流体循環部と、
前記流体加熱部を制御して流体を略一定の温度に加熱させる加熱制御部と、
前記流体循環部を循環する流体の熱を利用して、前記発酵熱源をその外側およびその内側のうちいずれか一方から加熱する第１の発酵熱源加熱部と、
地熱を利用して、前記発酵熱源をその外側およびその内側のうちいずれか他方から加熱する第２の発酵熱源加熱部と、
を備えていることを特徴とする流体循環システム。
【請求項２】
請求項１に記載の流体循環システムにおいて、
前記第１の発酵熱源加熱部は、前記発酵熱源をその外側から加熱し、
前記第２の発酵熱源加熱部は、前記発酵熱源をその内側から加熱する
ことを特徴とする流体循環システム。
【請求項３】
請求項２に記載の流体循環システムにおいて、
前記第２の発酵熱源加熱部は、一端が前記発酵熱源の内側に位置するとともに他端が地中に埋没された略筒状に形成されており、
前記第２の発酵熱源加熱部の内部に設けられ、前記流体循環部を循環する流体の熱を使用して前記発酵熱源をその内側から加熱する第３の発酵熱源加熱部を備えている
ことを特徴とする流体循環システム。
【請求項４】
請求項３に記載の流体循環システムにおいて、
前記第３の発酵熱源加熱部は、前記流体を下方に送った後に上方に戻すことが可能な形状に形成され、前記流体加熱部で加熱されていない流体を冷却する流体冷却部としても機能する
ことを特徴とする流体循環システム。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の流体循環システムにおいて、
前記第２の発酵熱源加熱部の一端には、前記発酵熱源の当該第２の発酵熱源加熱部内への侵入を防止する発酵熱源侵入防止部が設けられている
ことを特徴とする流体循環システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の流体循環システムにおいて、
前記第１の発酵熱源加熱部は、螺旋状に設けられている
ことを特徴とする流体循環システム。
【請求項７】
流体を利用する温度調節装置と、
この温度調節装置との間で流体を循環する請求項１から請求項６のいずれかに記載の流体循環システムと、
を備えていることを特徴とする温度調節システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１６３５６６（Ｐ２０１１−１６３５６６Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９９６（Ｐ２０１０−２２９９６）
【出願日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（５９８０１９７３８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（５９８０１９７３８）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]