JP2003302121A - 自然エネルギー利用冷暖房設備および同設置方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地中熱と溜め池の水といった自然エネルギー
を利用して建物を暖房および冷房することのできる設備
およびその設置方法を提供する。 【解決手段】 建物１の近傍に溜め池３を設けると共
に、該溜め池３内にループ状熱交換器４を設置し、前記
溜め池３の外周に沿って棒状熱交換器５を複数埋設し、
建物１内に室内機２を設置し、蒸発器６ａ、圧縮器６
ｂ、凝縮器６ｃおよび膨張弁６ｄを有するヒートポンプ
６を設け、前記棒状熱交換器５およびループ状熱交換器
４とヒートポンプ６の蒸発器６ａ内とを、第一熱媒Ｌを
循環させる第一循環路７で連結し、前記ヒートポンプ６
の凝縮器６ｃと室内機２とを、第二熱媒Ｍを循環させる
第二循環路８で連結し、前記棒状熱交換器５と前記ルー
プ状熱交換器４で採取した熱エネルギーを、前記ヒート
ポンプ６を介して前記室内機２へ送り、前記建物１を冷
房または暖房する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、主として山村地
域の建物に好的の自然エネルギーを利用した冷暖房設備
およびその設置方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】 広い土地と山林を有する山村地域にお
いては、生活環境の向上が求められている一方で、労働
力不足により、その土地や山林等の自然環境を保全する
機能が低下している。従って、その二つが同時に求めら
れている。

【０００３】比較的広い土地を有する山村地域において
は、多くの溜め池が存在しており、また、存在していな
い場所でも、その広い土地を利用して溜め池を設けるこ
とができる。こうした広い土地や溜め池に豊富に存在す
る地中熱や水の熱といった自然エネルギーを利用して建
物の冷暖房を行うことができれば、山村地域の自然環境
を汚染することがなく、好ましい。また、大局的な見地
から言っても、地球温暖化や酸性雨による森林の破壊を
防止することができるので望ましい。

【０００４】こうした観点から、本発明者は、山村地域
で利用することができる自然エネルギーについて、下記
の如く検討した。 （１）地下水 地下水の温度は、年間を通じて変化が少なく熱源として
安定しているものの、その存在は不確定である。特に山
村区域では地域的に限定されやすい。また、地下水は比
較的採取し易いために、採取量が自然の保有量を上回
り、地盤沈下や枯渇といった問題を誘発しやすい。従っ
て、冷暖房の熱源としては好ましくない。

【０００５】（２）太陽光 無尽蔵の自然エネルギーとして注目度は高く、今後の利
用増大が予想されるが、季節や気候等の影響を受け易
く、特に冬期には補助熱源を必要とする。従って、使用
条件を満たす必要がある。

【０００６】（３）地中熱 地下１００〜１５０ｍ位の岩盤に不凍液等の熱媒を送り
込んで、この熱媒で地中熱を採取することができる。ま
た、地中の深部では、年間を通じてその温度が１５〜２
０℃位で安定している。さらに、地中熱はどのような場
所にでも豊富に存在する。従って、冷暖房の熱源として
利用することができる。

【０００７】（４）溜め池（水中熱） ダムや貯水池を含む溜め池の深層部（５〜１０ｍ以深）
の水温は、年間を通して比較的安定しており、熱エネル
ギーの量としてもある程度豊富である。また、地域的に
は限定されるものの、設置費は高くない。従って、冷暖
房の熱源として利用できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】 本発明者は、上記の
点に鑑み、地中熱と溜め池の水を利用した建物の冷暖房
装置を創案するに至った。そこで、本発明は、地中熱と
溜め池の水といった自然エネルギーを利用して建物を暖
房および冷房することのできる設備およびその設置方法
を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 図１乃至図３を参照し
て説明する。本発明に係る自然エネルギー利用冷暖房設
備は、建物１の近傍に溜め池３を設けると共に、該溜め
池３内にループ状熱交換器４を設置し、前記溜め池３の
外周に沿って棒状熱交換器５を複数埋設し、建物１内に
室内機２を設置し、蒸発器６ａ、圧縮器６ｂ、凝縮器６
ｃおよび膨張弁６ｄを有するヒートポンプ６を設け、前
記棒状熱交換器５およびループ状熱交換器４とヒートポ
ンプ６の蒸発器６ａ内とを、第一熱媒Ｌを循環させる第
一循環路７で連結し、前記ヒートポンプ６の凝縮器６ｃ
と室内機２とを、第二熱媒Ｍを循環させる第二循環路８
で連結し、前記棒状熱交換器５と前記ループ状熱交換器
４で採取した熱エネルギーを、前記ヒートポンプ６を介
して前記室内機２へ送り、前記建物１を冷房または暖房
してなる。

【００１０】また、本発明に係る自然エネルギー利用冷
暖房設備の設置方法は、建物１の近傍に溜め池３を設け
ると共に、該溜め池３内にループ状熱交換器４を設置す
る第一工程と、前記溜め池３の外周に沿って棒状熱交換
器５を複数埋設する第二工程と、建物１内に室内機２を
設置する第三工程と、蒸発器６ａ、圧縮器６ｂ、凝縮器
６ｃおよび膨張弁６ｄを有するヒートポンプ６を設ける
第四工程と、前記棒状熱交換器５およびループ状熱交換
器４とヒートポンプ６の蒸発器６ａ内とを、第一熱媒Ｌ
を循環させる第一循環路７で連結する第五工程と、前記
ヒートポンプ６の凝縮器６ｃと室内機２とを、第二熱媒
Ｍを循環させる第二循環路８で連結する第六工程と、で
構成し、前記棒状熱交換器５と前記ループ状熱交換器４
で採取した熱エネルギーを、前記ヒートポンプ６を介し
て前記室内機２へ送り、前記建物１を冷房または暖房し
てなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】 本発明に係る自然エネルギー利
用冷暖房設備（および同設置方法）の実施形態を、図１
乃至図３に示す。この冷暖房設備は、建物１の近傍に溜
め池３を設けると共に、その溜め池３の底に、ポリエチ
レン等の合成樹脂製パイプを輪状に巻回したループ状熱
交換器４を設置し、さらに、溜め池３の外周に沿って同
じくポリエチレン等の合成樹脂製パイプで構成した棒状
熱交換器５を多数埋設している。なお、この棒状熱交換
器５は、例えば、外筒内に内筒を同心状に挿入して組付
けた同心二重管タイプでも良いし、管本体の中心に隔壁
を設けて二つの通路を形成したＵ字管タイプでも良い。

【００１２】また、それと共に、建物１内に室内機２を
設置すると共に、建物１の外にヒートポンプ６を設置し
ている。このヒートポンプ６は、蒸発器６ａ、圧縮器６
ｂ、凝縮器６ｃおよび膨張弁６ｄを備えると共に、それ
らを通過する第三熱媒Ｎを有する。

【００１３】さらに、棒状熱交換器５およびループ状熱
交換器４とヒートポンプ６の蒸発器６ａ内とを、第一熱
媒（不凍液）Ｌを循環させる第一循環路７で連結すると
共に、ヒートポンプ６の凝縮器６ｃと室内機２とを、第
二熱媒（不凍液）Ｍを循環させる第二循環路８で連結し
ている。第一循環路７および第二循環路８には、それぞ
れ第一熱媒Ｌおよび第二熱媒Ｍを循環させるためのポン
プ９を取付けている。

【００１４】そして、棒状熱交換器５とループ状熱交換
器４で採取した熱エネルギーを、ヒートポンプ６を介し
て室内機２へ送り、建物１を冷房または暖房する。室内
機２は、いわゆる通常のエアコンを使用している。

【００１５】なお、本発明に係る自然エネルギー利用冷
暖房設備の設置方法における第一工程〜第六工程の順序
は、その順番通りに限定されるものではない。

【００１６】この自然エネルギー利用冷暖房設備の作用
について、暖房の場合について説明する。最初に、二つ
のポンプ９を稼動して、第一循環路７および第二循環路
８の第一熱媒Ｌおよび第二熱媒Ｍを循環させる。第一循
環路７の第一熱媒Ｌは、棒状熱交換器５を循環して地中
熱を採取すると同時に、ループ状熱交換器４を循環して
水中熱を採取し、ヒートポンプ６に送られる。

【００１７】ヒートポンプ６では、蒸発器６ａにおいて
第三熱媒Ｎが第一熱媒Ｌによって加温された後、圧縮器
６ｂで圧縮され、高温化されて凝縮器６ｃに至り、凝縮
器６ｃにおいて熱を放出し第二液媒を加温する。加温さ
れた第二液媒は、室内機２を循環する間にその熱を放出
し、建物１内を暖房する。第三液媒は、膨張弁６ｄを通
過して再び蒸発器６ａに至る。こうした行程を繰り返す
ことによって、建物１内を暖房する。なお、冷房の場合
は、第三液媒の流れを逆にする。また、冷房と共に除湿
を行うこともできる。

【００１８】本発明者は、本発明に係る冷暖房設備を、
次のように設置して暖房効果を試した。すなわち、建坪
が２００ｍ^２の建物１において、面積２００ｍ^２の土地
に水深５ｍの溜め池３を作り、その底に、１００ｍのパ
イプを輪状に複数巻回したループ状熱交換器４を３個設
置した。同時に、外径１００ｍｍの棒状熱交換器５を、
溜め池３の外周に添って、地中１００ｍの深さに至る程
度で、かつ約５ｍ間隔で配置した。この溜め池３の底部
の水温は８℃であった（地中熱の温度は測定していな
い）。

【００１９】こうした環境下で本設備を稼動したとこ
ろ、蒸発器６ａに至る第一熱媒Ｌの温度は５℃であり、
そこから出た第一熱媒Ｌの温度は２℃であった。そし
て、ヒートポンプ６で加温され、凝縮器６ｃから出る第
二液媒の温度は５０℃にも達した。これにより、本発明
に係る冷暖房設備によって、建坪２００ｍ^２の建物１を
充分に暖房できることを確認した。

【００２０】なお、この冷暖房設備は、ループ状熱交換
器４と棒状熱交換器５の両方を作動することもできる
し、いずれか一方のみを作動することもできる。

【００２１】この冷暖房設備は、地中熱と溜め池３の水
といった自然エネルギーを利用して建物１の冷暖房を行
うことができる。従って、石油や石炭等を燃焼させて冷
暖房を行うのと異なり、自然環境を汚染せず、地中温暖
化や酸性雨による森林の破壊を未然に防止しつつ、冷暖
房を行うことができる。また、自然エネルギーを利用す
るので、運転コストの低廉化を図ることができる。

【００２２】なお、溜め池３の外周に添って棒状熱交換
器５を埋設しているので、この棒状熱交換器５が杭の役
目も果たし、溜め池３の崩壊を未然に防止する。

【００２３】また、ヒートポンプ６と熱媒循環用のポン
プ９は、商用電源の他に、太陽熱発電装置や内燃機関発
電装置によって稼動することができる。太陽光発電装置
は、図４に示すように、ソーラーパネル１０で太陽光を
吸収し、蓄電池ボックス１１内の蓄電池１３に、充電必
要時に作動する制御基板１２を介して蓄電し、コントロ
ーラー１４によって必要量の電力をヒートポンプ６と熱
媒循環用ポンプ９へ供給する。

【００２４】

【発明の効果】 本発明に係る自然エネルギー利用冷暖
房設備は、地中熱と溜め池３の水といった自然エネルギ
ーを利用して建物１の冷暖房を行うことができる。従っ
て、自然環境を汚染せず、また、地中温暖化や酸性雨に
よる森林の破壊を未然に防止しつつ、冷暖房を行うこと
ができる。また、自然エネルギーを利用するので、運転
コストの低廉化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る自然エネルギー利用冷暖房装置
の実施形態を示す正面構成図である。

【図２】 図１に示す実施形態の平面構成図である。

【図３】 図１に示す実施形態の部分拡大正面構成図で
ある。

【図４】 本発明に係る冷暖房設備のヒートポンプ等を
稼動する太陽熱発電装置のフローチャートである。

【符号の説明】

１ 建物 ２ 室内機 ３ 溜め池 ４ ループ状熱交換器 ５ 棒状熱交換器 ６ ヒートポンプ ６ａ 蒸発器 ６ｂ 圧縮器 ６ｃ 凝縮器 ６ｄ 膨張弁 ７ 第一循環路 ８ 第二循環路 ９ ポンプ １０ ソーラーパネル １１ 蓄電池ボックス １２ 制御基板 １３ 蓄電池 １４ コントローラー Ｌ 第一熱媒 Ｍ 第二熱媒 Ｎ 第三熱媒

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建物（１）の近傍に溜め池（３）を設け
   ると共に、該溜め池（３）内にループ状熱交換器（４）
   を設置し、 前記溜め池（３）の外周に沿って棒状熱交換器（５）を
   複数埋設し、 建物（１）内に室内機（２）を設置し、 蒸発器（６ａ）、圧縮器（６ｂ）、凝縮器（６ｃ）およ
   び膨張弁（６ｄ）を有するヒートポンプ（６）を設け、 前記棒状熱交換器（５）およびループ状熱交換器（４）
   とヒートポンプ（６）の蒸発器（６ａ）内とを、第一熱
   媒（Ｌ）を循環させる第一循環路（７）で連結し、 前記ヒートポンプ（６）の凝縮器（６ｃ）と室内機
   （２）とを、第二熱媒（Ｍ）を循環させる第二循環路
   （８）で連結し、 前記棒状熱交換器（５）と前記ループ状熱交換器（４）
   で採取した熱エネルギーを、前記ヒートポンプ（６）を
   介して前記室内機（２）へ送り、前記建物（１）を冷房
   または暖房してなる自然エネルギー利用冷暖房設備。
2. 【請求項２】 建物（１）の近傍に溜め池（３）を設け
   ると共に、該溜め池（３）内にループ状熱交換器（４）
   を設置する第一工程と、 前記溜め池（３）の外周に沿って棒状熱交換器（５）を
   複数埋設する第二工程と、 建物（１）内に室内機（２）を設置する第三工程と、 蒸発器（６ａ）、圧縮器（６ｂ）、凝縮器（６ｃ）およ
   び膨張弁（６ｄ）を有するヒートポンプ（６）を設ける
   第四工程と、 前記棒状熱交換器（５）およびループ状熱交換器（４）
   とヒートポンプ（６）の蒸発器（６ａ）内とを、第一熱
   媒（Ｌ）を循環させる第一循環路（７）で連結する第五
   工程と、 前記ヒートポンプ（６）の凝縮器（６ｃ）と室内機
   （２）とを、第二熱媒（Ｍ）を循環させる第二循環路
   （８）で連結する第六工程と、で構成し、 前記棒状熱交換器（５）と前記ループ状熱交換器（４）
   で採取した熱エネルギーを、前記ヒートポンプ（６）を
   介して前記室内機（２）へ送り、前記建物（１）を冷房
   または暖房してなる自然エネルギー利用冷暖房設備の設
   置方法。