JPH10274444A - 蓄熱体付地中熱交換システム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷暖房、給湯、冷凍冷蔵の熱源供給において、
イニシャルコストとランニングコストを削減しつつ、必
要に応じ、間欠的な自然エネルギーを長期間大量に蓄え
て、持続的なクリーンエネルギー熱源に変換し、これを
継続的に供給する。 【解決手段】深い地中まで達する大口径の地中熱交換器
６５と、高温熱源蓄熱体６３や低温熱源蓄熱体６７と、
地中熱交換器６５と熱源蓄熱体６３、６７とをつなぐ熱
媒体循環ライン６２と、熱媒体を循環させる循環機６１
と、熱媒体の圧力を調節する膨張弁６４、６６と、地中
熱交換機７５の回りに配置されている熱良導性蓄熱体６
９を備えている。熱良導性蓄熱体６９は、地中とは連続
的に熱交換し、地中熱交換器６５とは間欠的に熱交換し
て段階的熱運搬を行うことにより、夏を中心とする春か
ら秋までの間は、主として地中に高温の熱だまりを形成
し、冬を中心とする秋から春までの間は、主として地中
に低温の熱だまりを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明に属する技術分野】本発明は、冷暖房をする室内
空気の温度及び湿度の調節用と、新鮮換気空気の温度及
び湿度の調節用と、冷凍冷蔵用と、給湯用とのうち、少
なくとも一つの熱源となるもので、省エネルギー熱源と
なり、持続的熱源となり、クリーンエネルギー熱源とな
る蓄熱体付地中熱交換システム及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関連する従来技術のうち、従来
の地中熱交換システムは、直径１インチ以下のＵチュー
ブを地中に多数埋設して、チューブ内に水を循環し、単
にチューブの回りの地熱を集めるものである。

【０００３】また、従来の蓄熱システムは、大きな蓄熱
水槽を設け、この蓄熱水槽内の水に熱を蓄えるものが主
流である。

【０００４】また、従来の冷暖房には、主として、室外
機と室内機を持つヒートポンプ式冷暖房機が使用されて
いるが、夏場は、熱媒を介して室内の熱を無理に暑い室
外空気に逃がし、冬場は、熱媒を介して寒い室外空気か
ら無理に熱を集めて室内に運ぶものである。

【０００５】また、従来の冷凍冷蔵庫は、すべてヒート
ポンプ式であり、熱媒を介して庫内の熱を庫外の空気に
逃がすものである。

【０００６】また、従来のクリーンエネルギー熱源シス
テムとして、太陽光発電システム、風力発電システム、
太陽熱集熱システムが使用されているが、これらはいず
れも特殊な気象条件のもとで間欠的に作動するものであ
る。

【０００７】また、従来の給湯システムは、電気ヒータ
ーを使用するもの、都市ガスや灯油を燃焼するものが一
般的に使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来シ
ステムのうち、地中熱交換システムは、熱伝導率の小さ
い地中に対して、直接に熱交換器であるＵチューブが接
触しているため、熱交換が運転時間のみ行われるため、
間欠的となり、熱交換時間が短く、地中への熱伝導距離
が小さくなり、地中への蓄熱範囲が狭くなるという問題
があり、さらに、熱媒体として液化ガスを循環をする
と、潤滑油が分留滞留して、液化ガスが循環しなくなる
ため、必然的に熱媒体は水となるが、水は昇温や降温が
できないため、地中との温度差が小さくなり、やはり、
地中への熱伝導距離が小さく、地中への蓄熱範囲が狭く
なるという問題があって、膨大な地中の熱容量と地熱と
地中の保温性を有効に利用することができないという問
題がある。そのうえ、多数の地中穿孔を必要とするた
め、イニシャルコスト高になるという課題がある。

【０００９】また、蓄熱水槽に熱を蓄えるシステムは、
水槽が膨大化して、イニシャルコスト高になるという問
題点がある。

【００１０】また、従来のヒートポンプ式冷暖房システ
ムは、夏場は、高温の外気へ高温の熱を逃がし、冬場
は、低温の外気から熱を集めるため、能力が低下して、
電力損失が大きくなり、光熱費が増大するという問題が
ある。特に、外気温が低くなると、熱交換器に霜が付い
て、霜が取れるまで運転が停止し、大容量の補助ヒータ
ーに通電する。こうして、暑いときも寒いときも、冷暖
房が“効かない”状態になるが、これは暑さ寒さが厳け
れば厳しいほど成績係数が低下するためで、従来技術
は、この成績係数を大きくして、省エネルギー化するこ
とができないという問題で行き詰まっている。

【００１１】また、従来のヒートポンプ式冷暖房システ
ムでは、冷房再熱サイクルができなかったり、加湿暖房
サイクルができないため、頭部がほてったり、足腰が冷
えたり、喉がカラカラになって、冬も夏も快適さが得ら
れないという問題点がある。

【００１２】さらに、従来のヒートポンプ式冷暖房シス
テムは、新鮮空気との換気がてきなかったり、換気空気
の温度や湿度の調節ができないため、寒いときも暑いと
きも、室内の空気が汚れると、定期的に窓を開放しなけ
ればならない。このとき、室内が急に寒くなったり暑く
なったりするうえ、春や秋にも、朝晩は冷え込み、昼間
は暑くなるため、寒暖の差が激しくなるうえ、天候によ
って、ジメジメ（温度が低く、湿度が高い）したり、ム
シムシ（温度が高く、湿度も高い）して、快適さが得ら
れないという課題がある。

【００１３】このため、快適な暮らしを求めて、換気扇
・扇風機・除湿機・エアクリーナー・各種ヒーター・加
湿器など多くの補助的電化製品が必要になり、かえっ
て、イニシャルコストとランニングコストが嵩むという
ことが問題になっている。

【００１４】また、従来の太陽光発電システム、風力発
電システム、太陽熱集熱システムは、いずれも気候条件
に左右され、気まぐれで間欠的であるため、あくまで補
助的なシステムとしか使用できないのが問題となってお
り、持続的なクリーンエネルギーに変換できないことが
大きな課題となっている。

【００１５】また、従来の冷凍冷蔵庫は、部屋の片隅に
熱交換空気が鬱積して、成績係数が低下するため、消費
電力が増大するという問題がある。

【００１６】また、従来の給湯システムは、直接に電力
を熱に変換しているため、電力消費が多かったり、枯渇
性資源エネルギーを消費しているため、子孫のために残
すべき資源を先取り消費することによって、酸性雨や地
球温暖化を助長しているという課題を抱えている。

【００１７】本発明は、以上のような従来の問題点に着
目し、自然の持つ能力を利用し、自然エネルギーや余剰
エネルギーを使用することにより、イニシャルコストと
ランニングコストを削減しながら、これらを長期間大量
に蓄えて、安全で持続的なクリーンエネルギーに変換
し、生活空間の快適性と省エネルギー化を両立する蓄熱
体付地中熱交換システム及びその製造方法を提供する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本蓄熱体付地中熱交換システムは、熱媒体が内部を
流れる熱媒循環ラインと、該熱媒循環ライン内の該熱媒
体を強制的に循環させる循環機と、該熱媒循環ラインの
一部を成し、地中の一定以上の深さの位置に配されてい
る大口径の地中熱交換器と、該熱媒循環ラインの一部を
成し、地上に配されていて、大気熱、太陽熱等の地上熱
交換対象と熱交換する地上熱交換器と、該熱媒循環ライ
ンの一部を成す熱源蓄熱体熱交換器と、該地中熱交換器
の回りに配され、該地中熱交換器と該地中とに接触して
いて、該地中熱交換器内の該熱媒体とは間欠的に熱交換
し、該地中とは連続的に熱交換して、熱を顕熱又は潜熱
として蓄える熱良導性蓄熱体と、該熱源蓄熱体熱交換器
の回りに配され、該熱源蓄熱体熱交換器と接触し、該熱
源蓄熱体熱交換器内の該熱媒体とは間欠的に熱交換し
て、熱を顕熱又は潜熱として蓄える熱源蓄熱体、又は該
熱源蓄熱体が貯えられる熱源蓄熱体容器と、を備え、該
地中熱交換器と該地中との熱交換において、該熱良導性
蓄熱体を介在させることで、段階的熱運搬を行い、膨大
な地中の熱容量と地熱と地中の保温性とを利用して、該
地中に大容量の「地中熱だまり」を形成することを特徴
とする。

【００１９】本発明は、冬の寒さ・夏の暑さ・太陽熱等
を、間欠的な深夜電力・太陽光発電電力・風力発電電力
や熱媒自然循環サイクル等で循環して、地中に長期間大
量に蓄え、安全で持続的なクリーンエネルギーに変換
し、これを必要に応じて使用することにより、イニシャ
ルコストとランニングコストを削減する。

【００２０】本発明は、深い地中に達する大口径の地中
穿孔と地中熱交換器を使用して、地中との接触面積を大
きくするとともに、地中熱交換器と地中との間に、熱良
導性蓄熱体を介在させて、地中と連続的に熱交換させる
ことにより、熱伝導率の小さい地中に対して、熱伝導範
囲を拡大し、地中への蓄熱範囲大きくする。また、熱媒
体として液化ガスを使用して、昇温や降温を行うことに
より、地中との温度差を大きくして、熱伝導範囲を拡大
し、地中に大容量の熱だまりを形成する。この結果、一
つの地中穿孔で大きな蓄熱水槽を築造した場合と同じに
なるとともに、長期に渡る大量蓄熱が行われて、従来捨
てていた未利用の熱が有効に利用されるようになり、イ
ニシャルコストとランニングコストが削減される。

【００２１】この熱良導性蓄熱体は、熱伝導率の高い蓄
熱体で、地下水を含んで潜熱顕熱畜熱を行う。冬の寒さ
・夏の暑さ・太陽熱・融雪熱・炉熱・河川熱など（地上
熱交換対象）の自然エネルギーは、間欠的な余剰エネル
ギー（深夜電力）や自然エネルギー（太陽光発電電力、
風力発電電力）によって、熱媒体を介して循環され、熱
良導性蓄熱体に間欠的に蓄えられる。この熱良導性蓄熱
体は、この間欠的に蓄えられた熱を、連続的に熱交換し
て地中に蓄える。このとき、電気エネルギーは「仕事の
熱当量」として熱に変換されて蓄えられる。この結果、
気まぐれで未利用であった間欠的自然エネルギーや余剰
エネルギーは連続的に地中に蓄えられ、一方、熱良導性
蓄熱体は、絶えず、地中の温度に復元して、再利用され
る。

【００２２】地中に熱を投入すると、熱が蓄えられて保
温され、高温地中熱だまりが形成され、成長して拡大
し、入れても入れても、この作用は繰り返される。ま
た、地中から熱を取り出す（採熱）と、地中熱だまりに
蓄えられた熱が利用され、さらに地中熱だまりに地熱が
集まり、低温熱だまりが形成され、成長して拡大し、出
しても出しても、この作用は繰り返される。投入温度を
高くすると、多くの熱を蓄える（高温蓄熱量大）ことが
でき、採熱温度を低くすると、多くの熱を取り出す（低
温蓄熱量大）ことができる。

【００２３】冷凍冷蔵サイクルは地中に高温の熱を排出
し、冷房サイクルは地中に夏の暑さを排出し、暖房サイ
クルは地中に冬の寒さを排出し、給湯サイクルは地中に
低温の熱を排出する。ここで排出された熱と、仕事の熱
当量として熱に変換された熱媒循環電力の熱は、地中に
蓄えられ、やり繰りされて、土間コンクリートなどの地
上蓄熱体に蓄えられた熱（地上熱交換対象の熱）によっ
て、その過不足が補われる。この‘熱のやり繰り’は、
常に、成績係数を増大するように制御されて、持続的な
クリーンエネルギーに変換され、必要な熱源温度を維持
する。以上の小出し蓄熱、段階的熱運搬により、蓄熱サ
イクルが効率的に行われる。

【００２４】本発明で得られる熱源を、熱交換形換気式
冷温水コイルユニットに接続すると、室内空気と新鮮換
気空気の冷暖房と空気清浄と除湿と再熱と加湿とを一挙
に行い、温度を２０℃〜２６℃に、湿度を５０％〜６０
％に自動コントロールする。このため、室内の温度と湿
度が均一に保たれ、頭部がほてったり、足腰が冷えたり
しないソフトな暖かさ涼しさを提供することができる。
こうして、自然の熱や余った熱を蓄えて使用する蓄熱サ
イクルを提供することにより、熱の過不足がやり繰りさ
れ、極寒極暑にも左右されない快適さを得ることができ
る。この結果、従来技術で取り揃えていた快適な暮らし
を得るための補助的電化製品は不要になり、イニシャル
コストとランニングコストが節約される。

【００２５】従来技術では、熱源機は地上に設けるが、
本発明では、簡単に地中に収納できるため、地上スペー
スの節約となり、建設費の倹約となる。

【００２６】特に、冷房専用・冷凍冷蔵専用のシステム
では、高温熱だまりが成長するので、熱媒体自然循環系
により、この熱を連続的に放出して、大幅にランニング
コストを削減する。

【００２７】本発明の蓄熱体付地中熱交換システムは、
地中穿孔を大口径のアースドリル等で一気に行い、この
穿孔内に、地中熱交換器など地中に入れるものを、予め
適当な長さにまとめてユニット化して、設置することに
より、設置作業が容易になり、イニシャルコストが削減
される。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下本発明に係る実施形態として
の蓄熱体付地中熱交換システムについて、図面を用いて
説明する。

【００２９】本実施形態の蓄熱体付地中熱交換システム
は、図２及び図３に示すように、地中熱交換器２０と、
給湯用熱交換器（熱源蓄熱体熱交換器）１１と、これを
覆い熱源蓄熱体を溜めておく給湯用蓄熱容器１１ａと、
暖房用熱交換器（熱源蓄熱体熱交換器）１２と、これを
覆い熱源蓄熱体を溜めておく暖房用蓄熱容器１２ａと、
冷房用熱交換器（熱源蓄熱体熱交換器）１３と、これを
覆い熱源蓄熱体を溜めておく冷房用蓄熱容器１３ａと、
採熱用大気熱交換器（採熱用地上熱交換器）１４と、放
熱用大気熱交換器（放熱用地上熱交換器）１６と、冷凍
冷蔵庫１５と、これらの熱交換器等をつなぐ熱媒循環ラ
イン３０と、熱媒循環ライン３０内の熱媒体（プロパ
ン）を強制的に循環させる循環器１０と、熱媒体を溜め
ておく熱媒タンク２５と、熱媒循環ライン３０内の各位
置での熱媒体圧力を調節するための複数の電動膨脹弁
（熱媒圧力調節手段）３２ａ〜３２ｅと、各熱交換器の
回りの蓄熱体等の温度を測定する複数の温度センサー４
５ａ〜４５ｊと、熱媒循環ライン３０内の各位置での熱
媒体圧力を測定する複数の圧力センサー（熱媒温度検出
手段）４６ａ〜４６ｆと、熱媒循環ライン３０内の熱媒
体の流量を測定する流量センサー３４と、熱媒循環ライ
ン３０に備えられている複数の電動止弁３３と、温度セ
ンサー４５や圧力センサー４６や流量センサー３４の測
定結果に基づいて電動膨脹弁３２や電動止弁３３を制御
するコントローラ（熱媒圧力制御手段、切換制御手段、
熱媒量制御手段）２８と、後述するように冷暖房等の機
能を有する熱交換型換気式冷温水コイルユニット２６
と、このコイルユニット２６と暖房用熱交換器１２とを
つなぐ暖房用ライン４２と、このコイルユニット２６と
冷房用熱交換器１３とをつなぐ冷房用ライン４１と、上
水を給湯用熱交換器１１に導いてから目的の給湯箇所に
導く給湯ライン４３と、を備えている。

【００３０】図１に示すように、家屋５の下の地面に
は、鉛直下方に伸びる地中穿孔２が形成されている。こ
の地中穿孔２の中に、コントロール室２９、地中熱交換
器２０、給湯用熱交換器１１、暖房用熱交換器１２、冷
房用熱交換器１３が配置されている。コントロール室２
９、給湯用熱交換器１１、暖房用熱交換器１２、冷房用
熱交換器１３は、この順序で、地中穿孔２の浅い側から
深い側へと並んでいる。コントロール室２９内には、前
述したコントローラ２８、電動膨脹弁３２、電動止弁３
３、流量センサー３４、循環機１０、熱媒タンク２５等
が配置されている。家屋５の床下には、採熱用大気熱交
換器１４と放熱用大気熱交換器１６と冷凍冷蔵庫１５と
が配置されている。また、家屋５の室内には、熱交換型
換気式冷温水コイルユニット２６と給湯ライン４３の給
湯口４３ａとが配置されている。また、家屋５の屋根に
は、太陽光発電装置６が備えられている。

【００３１】なお、この実施形態では、コントロール室
２９、給湯用熱交換器１１、暖房用熱交換器１２、冷房
用熱交換器１３を地中穿孔２内に配置したが、これらは
必ずしも地中に配置する必要はなく、地上に配置しても
よい。但し、設置スペース等の点から、少なくとも熱交
換器１１、１２、１３は、地中熱交換器２０と共に、地
中穿孔２内に設置することが好ましい。また、この実施
形態では、採熱用大気熱交換器１４、放熱用大気熱交換
器１６を床下に配置したが、これらも必ずしも床下に配
置する必要はない。

【００３２】地中熱交換器２０は、図４〜図６に示すよ
うに、鉛直下方に延び、熱媒体が流れ込む流入ヘッダ配
管２１と、同じく鉛直方向に延び、熱媒体が流れ出る流
出ヘッダ配管２２と、両ヘッダ２１、２２をつなぐ複数
の熱交換配管２３とを備えている。熱交換配管２３は、
流入ヘッダ配管２１の鉛直方向における複数の地点か
ら、円弧状の曲線を描きながら、流出ヘッダ配管２２に
向かうに連れて次第に上方に向かうように形成されてい
る。この結果、横から見ると、熱交換配管２３は、図６
に示すように、流入ヘッダ配管２１を基点とし、この流
入ヘッダ配管２１から遠ざかるに連れて上方に向かって
いくように見える。また、真上から見ると、熱交換配管
２３は、図５に示すように、二つのヘッダ配管２１、２
２を直径の両端とする円を描いているように見える。流
入ヘッダ配管２１の最下部には、熱媒体と共に、油、埃
等の不純物を溜めておく熱媒不純物溜部２４が形成され
ている。流入ヘッダ配管２１には、図６に示すように、
熱交換配管２３が取り付けられている位置より僅かに下
の位置に絞部２１ａが形成されている。このように、絞
部２１ａを備えたのは、流入ヘッダ配管２１に流入して
くる熱媒体が、気液混合状態になっていることがあるか
らである。熱媒体が気液混合状態であると、複数の熱交
換配管２３のうち、液体の熱媒体のみが下の熱交換配管
２３に流れ込み、気体の熱媒体のみが上の熱交換配管２
３に流れ込んで、熱交換効率が低下するため、これを防
ぐために、絞部２１ａを形成し、そこで、液体の熱媒体
が滞留するようにして、上の熱交換配管２３にも液体の
熱媒体が流れるようにしている。

【００３３】図４及び図５に示すように、円筒状の地中
熱交換配管２３の中心部には、冷房用蓄熱容器１３ａが
配置されている。この冷房用蓄熱容器１３ａ内には、熱
媒体（ここではプロパン）が通る複数のチューブが配置
され、これら複数のチューブが冷房用熱交換器１３を形
成している。冷房用蓄熱容器１３ａの内側で冷房用熱交
換器１３の外側には、熱源蓄熱体としての水が流れる。
なお、給湯用熱交換器１１と給湯用蓄熱容器１１ａとの
関係、暖房用熱交換器１２と暖房用蓄熱容器１２ａとの
関係は、いずれも、冷房用熱交換器１３と冷房用蓄熱容
器１３ａとの関係と基本的に同じである。冷房用蓄熱容
器１３ａの外周には、発泡ポリウレタンや発泡ポリスチ
レン等の非吸水性の断熱材５１が備えられている。断熱
材５１の外周面には、タールやピッチ等の防水剤５２が
施されている。なお、給湯用蓄熱容器１１ａ及び暖房用
蓄熱容器１２ａの外周にも、同様に、非吸水性の断熱剤
が施されいてる。さらに、断熱材５１の外周には、亜鉛
引スパイラル鋼管等、薄手の鉄板を円筒状に形成した円
筒体５３が備えられいてる。この円筒体５３の外周に防
水剤５２を施してもよい。この円筒体５３の外周には、
エキスパンドメタル（金網）５４が取り付けられ、この
エキスパンドメタル５４の外周に円筒状の地中熱交換器
２０が固定されている。すなわち、地中熱交換器２０
は、円筒体５３に、熱伝導性に優れたエキスパンドメタ
ル５４を介して取り付けられ、運搬時や据えつけ時等に
おける安全性が確保されている。円筒体５３の外周側で
あって、円筒状の地中熱交換器２０の内周側及び外周側
には、熱良導性蓄熱体５５が設けられている。この熱良
導性蓄熱体５５は、細骨材及び／又は粗骨材として、熱
伝導性の優れた金属や、例えば、カーボランダム（Ｓｉ
Ｃ）等の熱伝導性に優れたセラミックス等を含む鉄筋コ
ンクリートである。骨材としては、金属の廃材を細かく
して、これを用いると、金属のリサイクルを図ることが
できるとともに、製造コスト低減を図ることもできる。
また、円筒体５３の外周側であって、地中熱交換器２０
が設けられていない箇所には、図１に示すように、土圧
を支える通常の鉄筋コンクリート５６が使用されてい
る。

【００３４】なお、ここで、熱良導性蓄熱体５５とは、
熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが好ましく、金
属を骨材とした鉄筋コンクリートでは、熱伝導率が３．
３〜４．７Ｗ／ｍ・Ｋである。参考までに、通常の鉄筋
コンクリートでは、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍ・Ｋ程度で
ある。

【００３５】この実施形態の地中穿孔２は、その直径Ｄ
３が１．２ｍで、その深さが１５ｍである。地中穿孔２
の直径は０．８ｍ以上であることが好ましい。これは、
地中穿孔２の直径が０．８ｍ未満であると、熱良導性蓄
熱体５５と地中穿孔２の内周面との接触面積が小さくな
り、両者間での熱交換効率が低下すること、及び、図１
に示す、地中熱だまり３が大きく形成されず、年間を通
しての熱源システムとして利用できなくなること等の理
由による。

【００３６】また、この実施形態において、地中熱交換
器２０は、直径Ｄ２が０．９ｍで、縦長さが１０ｍで、
地面から５ｍ以深の位置に配置されている。地面から４
ｍ〜５ｍ以深の地中の温度は、その地域の年平均気温＋
２℃〜＋３℃程度の温度になって安定している。この温
度は、その地域の暑さ寒さがサイクルとなって地表面か
ら地中に伝熱する熱と、地球の内部から伝熱する地熱と
の合成によって生じ、一定の温度に落ち着く。この安定
した地中の温度が地中の高い保温性に寄与し、熱を逃が
さない。この意味で、地中熱交換器２０は、地面から５
ｍ以深の位置に配置することが好ましい。

【００３７】また、給湯用蓄熱容器１１ａ、暖房用蓄熱
容器１２ａ、冷房用蓄熱容器１３ａは、全て直径Ｄ１が
０．６ｍで、それぞれの縦長さが１．４ｍ，５．３ｍ，
７．０ｍである。

【００３８】この実施形態において、以上の地中穿孔２
や各熱交換器１１，１２，１３，２０や各蓄熱容器１１
ａ，１２ａ，１３ａのサイズは、４０坪程度で５人の家
族が住む家屋において、一年中誰もが快適に過ごせる熱
量を確保できるものとして決定したサイズである。具体
的には、一年中、室内の温度を２０℃〜２６℃に、室内
の湿度を５０％〜６０％に保ち、半年以上に渡って、８
５℃までの給湯用の高温熱と、−２５℃までの冷凍冷蔵
庫用の低温熱とをそれぞれ１，２００万ｋｃａｌ以上蓄
えるというスペックに基づいて決定したサイズである。

【００３９】したがって、より大家族が住む家屋や、高
層ビル等の大型建屋に対するシステムでは、地中穿孔や
各熱交換器や各蓄熱容器のサイズがより大きくなること
は言うまでもない。

【００４０】採熱用大気熱交換器１４及び放熱用大気熱
交換器１６は、図３に示すように、それぞれ、熱媒循環
ライン３０からの熱媒体が流れるチューブを備えて構成
されている。このチューブは、家屋の土間コンクリート
内に埋めこまれている。すなわち、この土間コンクリー
トがこれらの熱交換器１４，１６の蓄熱体１４ａ，１６
ａを形成している。

【００４１】冷凍冷蔵庫１５は、図３に示すように、熱
媒循環ライン３０からの熱媒体が流れるチューブ１５ｂ
と、これを包んでいる熱源蓄熱体１５ａとを備えてい
る。この熱源蓄熱体１５ａとしては、低温で潜熱蓄熱が
できる蓄熱性のよい、プイロピレングリコール等のグリ
コールを用いている。なお、この実施形態において、冷
凍冷蔵庫１５は、収容容積が１，０００リットルで、冷
凍冷蔵能力が−２５℃で５，０００ｋｃａｌ／ｄａｙで
ある。

【００４２】熱交換型換気式冷温水コイルユニット２６
は、室内空気及び新鮮空気の冷暖房、除湿、再熱、加
湿、空気清浄等の機能を備え、その暖房能力が６８，０
００ｋｃａｌ／ｄａｙ、冷房能力が５３，０００ｋｃａ
ｌ／ｄａｙである。このユニットを用いると、除湿され
た空気を再熱する再熱サイクルが可能になるため、室内
の温度と湿度が均一に保たれ、頭部がほてったり、足腰
が冷えたりしないソフトな暖かさ涼しさを提供すること
ができる。また、給湯用熱交換器１１及び給湯用蓄熱容
器１１ａによる給湯能力は、８５℃で４００リットル／
ｄａｙである。

【００４３】熱交換型換気式冷温水コイルユニット２６
近傍の冷房用ライン４１及び暖房用ライン４２には、暖
房用熱交換器１２及び冷房用熱交換器１３の熱源体であ
る水を、それぞれの蓄熱容器１２ａ、１３ａやライン４
１、４２に補給するための蓄熱体補給口４１ａ、４２ａ
が設けられている。但し、ここで使用する水は、長期間
に渡り、ライン４１、４２内を循環するので、水垢等で
長期間の使用による熱交換効率の低下を防ぐために、上
水よりも不純物の少ない水、又は、水垢等の付着を抑え
る添加物が混入されている水を用いるべきである。

【００４４】熱媒体が流れる熱媒循環ライン３０は、図
２及び図３に示すように、循環機１０、放熱用大気熱交
換器１６、暖房用熱交換器１２、冷房用熱交換器１３、
採熱用大気熱交換器１４、冷凍冷蔵庫１５のチューブ１
５ｂをつないでいる。なお、地中熱交換器２０、放熱用
大気熱交換器１６、暖房用熱交換器１２、冷房用熱交換
器１３、採熱用大気熱交換器１４、冷凍冷蔵庫１５のチ
ューブ１５ｂは，いずれも熱媒循環ライン３０の一部を
形成している。熱媒循環ライン３０は、循環機１０、放
熱用大気熱交換器１６、暖房用熱交換器１２、冷房用熱
交換器１３、採熱用大気熱交換器１４、冷凍冷蔵庫１５
のそれぞれに、熱媒体が流れない状態ができるよう、各
機器に対するバイパスラインが備えられている。各機器
が直接つながっている本ラインと、各機器を迂回するバ
イパスラインとの分岐点の上流側及び下流側には、ライ
ン切換を行うために、電動止弁（切換手段）３３が備え
られている。また、循環機１０に対するバイパスライン
には、逆止弁３１が備えられている。この実施形態で
は、熱媒体の圧力を低圧から高圧の広い圧力範囲を実現
するために、複数の循環機１０を直列にしているが、熱
媒体の循環量を多くするために複数の循環器１０を並列
にする場合には、逆止弁は、循環機１０に対するバイパ
スライン内で熱媒体が逆流するのを防いで、循環機１０
相互が緩衝し合って一方を破損させてしまうのを防ぐ役
目を担うことなる。

【００４５】循環機１０の上流側の熱媒循環ライン３０
には、熱媒供給ライン３７が接続されている。この熱媒
供給ライン３７の他方の端部は、熱媒タンク２５に接続
されている。循環機１０の下流側の熱媒循環ライン３０
には、熱媒体の流量を測定するための流量センサー３４
が備えられている。コントローラ２８は、この流量セン
サー３４による測定結果に基づいて、熱媒循環ライン３
０中の熱媒体の流量が少なくなったと判断すると、熱媒
供給ライン３７に備えられている電動止弁（熱媒量調節
手段）３３ａを開けて、熱媒タンク２５内の熱媒体を熱
媒循環ライン３０に送り込む。

【００４６】地中熱交換器２０の最下部に形成されてい
る熱媒不純物溜部２４には、熱媒回収ライン３５が接続
されている。この熱媒回収ライン３５の他方の端部は、
熱媒タンク２５に接続されている。この熱媒回収ライン
３５には、熱媒体内の不純物を除去するためのストレー
ナー（ろ過手段）３６と、電動止弁（熱媒量調節手段）
３３ｂとが備えられている。熱媒循環ライン３０で熱媒
供給ライン３７が接続れている箇所は、熱媒回収ライン
３５が接続されている熱媒不純物溜部２４に対して、下
流側に位置しているため、熱媒不純物溜部２４よりも圧
力が低い。このため、流量センサー３４の測定結果に基
づいて、熱媒循環ライン３０中の熱媒体の流量が多くな
ったと、コントローラ２８が判断して、熱媒回収ライン
３５の電動止弁３３ｂが開けられると、熱媒不純物溜２
４に溜まっていた、不純物を含む熱媒体は、熱媒回収ラ
イン３５を通って、ストレーナー３６を経た後、熱媒タ
ンク２５内に入る。

【００４７】次に、以上で説明した蓄熱体付熱交換シス
テムの設置工法について説明する。まず、工場内で、地
中埋設物を一体化しておく。具体的には、給湯用熱交換
器１１、暖房用熱交換器１２、冷房用熱交換器１３、こ
れらを収納する蓄熱体容器１１ａ、１２ａ、１３ａ、こ
れらの蓄熱体容器１１ａ、１２ａ、１３ａを覆う断熱材
５１、防水剤５２、この外周に配される円筒体５３、こ
のさらに外周に配されるエキスパンドメタル５４、さら
に外周に配される地中熱交換器２０、各熱交換器１１、
１２、１３、２０に接続される各種ライン３０、３５、
３７、４１、４２、４３、さらに各センサー及び鉄筋を
一体化し、ユニットとする。なお、各ラインは、地上に
露出する部分は除く。この一体化では、円筒体５３が重
要な役割を果たす。これは、円筒体５３が、地中熱交換
器２０の支持のみならず、断熱材５１や各種ラインの支
持も行うからである。また、エスパンドメタル５４は、
単に、地中熱交換器２０の熱交換効率を高めるためだけ
ではなく、円筒体５３に地中熱交換器２０を取り付ける
役目も担っている。

【００４８】次に家屋５の下の地面に、地中穿孔２を形
成する。この地中穿孔２の形成では、アースドリル工
法、ベノト工法、リバース工法、ＢＨ工法等のうち、現
場の地盤やコスト等を考慮して最適な工法を選択する。
これらの工法のうち、アースドリル工法及びベノト工法
は、大口径の穿孔を形成するのに適している。リバース
工法は、比較的多様な地盤条件に適合できるとともに、
４０ｍから５００ｍに及ぶ深さまで掘削が可能である。
また、ＢＨ工法は、狭い場所でも低コストでできる。

【００４９】地中穿孔が形成されると、地中穿孔２の中
にユニットを入れる。そして、地中熱交換器２０と地中
穿孔２との間に、金属等の骨材を含むコンクリートを流
し込む。この金属等の骨材を含む鉄筋コンクリートは、
前述したように、熱良導性蓄熱体５５を形成する。その
後、暖房用熱交換器１２や給湯用熱交換器１１と地中穿
孔２との間に、通常のコンクリートを流し込む。なお、
熱良導性蓄熱体を既成のコンクリートブロックや鉄筋コ
ンクリート以外の蓄熱体を使用する場合には、ユニット
の一部として、予め工場内で他の部品と一体化しておい
てもよい。

【００５０】その後、床下に設置する大気熱交換器１
４、１６…等を設置した後に、ユニットに組み込まれて
いる各種ラインと地上の各機器を接続する。各ライン相
互の接続などが終了すると、それぞれのラインに、対応
する充填物（熱源蓄熱体である水や熱媒体であるプロパ
ン）を入れる。

【００５１】なお、ここでは、地中に埋設する機器等を
全て一体化したが、これに限定されるものではない。例
えば、敷地面積が狭い箇所での高層ビル用の地中熱交換
システムで、地中穿孔２が非常に深くなるような場合に
は、所定の深さの範囲ごとに一体化するとよい。また、
敷地面積が十分に広い箇所での大型建屋用の地中熱交換
システムで、あまり深くない地中穿孔を連立掘削し、各
地中穿孔ごとに地中熱交換器等を設ける場合には、各地
中穿孔に設けるものごとに一体化するとよい。

【００５２】次に、この実施形態における蓄熱体付地中
熱交換システムの動作を説明する前に、基本的な蓄熱体
付地中熱交換システムを用いて、蓄熱体付地中熱交換シ
ステムの原理について説明する。

【００５３】基本的な蓄熱体付地中熱交換システムは、
図７に示すように、高温熱源蓄熱体６３、低温熱源蓄熱
体６７、地中熱交換器６５、循環機６１、熱良導性蓄熱
体６９を備えている。各機器６１、６３、６５、６７
は、循環機６１を基準にして、高温熱源蓄熱体６３、地
中熱交換器６５、低温熱源蓄熱体６７の順で、熱媒循環
ライン６２により接続されている。地中熱交換器６５の
外周には、熱良導性蓄熱体６９が設けられている。高温
熱源蓄熱体６３と地中熱交換器６５との間の熱媒循環ラ
イン６２には、第１の膨脹弁６４が備えられている。ま
た、地中熱交換器６５と低温熱源蓄熱体６７との間に
は、第２の膨脹弁６６が備えられている。

【００５４】ここで、以下の説明の簡略化のため、循環
ライン６２中で、循環機６１から第１の膨脹弁６４まで
の間、第１の膨脹弁６４から第２の膨脹弁６６までの
間、第２の膨脹弁６６から循環機６１までの間を、それ
ぞれ、第１区間６８ａ、第２区間６８ｂ、第３区間６８
ｃとする。また、熱媒体は、循環ライン６２の全ての区
間において、気液混合状態で、熱媒体の沸点の温度にな
っているものとする。

【００５５】循環機６１から高温高圧の熱媒体が流れ出
て高温熱源蓄熱体６３に至ると、高温の熱媒体と高温熱
源蓄熱体６３との間で熱交換が行われ、高温熱源蓄熱体
６３は暖められ、熱媒体のエンタルピは低下する。な
お、熱媒体は、循環ライン６２の全ての区間において、
その沸点になっているため、高温熱源蓄熱体６３を通る
過程で、エンタルピが低下するものの、温度は変わらな
い。

【００５６】熱媒体が第１区間６８ａを通過し、第２区
間６８ｂに至ると、第１の膨脹弁６４により減圧される
ので、第１区間６８ａよりも圧力が低く、熱媒体の沸点
も第１区間よりも低くなる。したがって、第２区間６８
ｂでは、第１区間６８ａよりも、熱媒体の温度が低くな
る。第２区間６８ｂ中の地中熱交換器６５では、このよ
うな中温中圧の熱媒体と地中とが熱良導性蓄熱体６９を
介して熱交換する。第２区間６８ｂ内の熱媒体に対し
て、地中の温度が低ければ、熱媒体の熱が地中に伝わ
り、逆に、地中の温度が高ければ、地中の熱が熱媒体に
伝わる。いずれの場合においても、熱媒体の温度は変化
せず、熱媒体のエンタルピが増減するのみである。

【００５７】なお、地中熱交換器６５において、熱媒体
が地中に対して熱を放熱するか、地中から熱を採熱する
かは、熱媒体の温度が地中温度に対して高いか低いかに
よって決まるので、循環機６１や第１の膨脹弁６４で第
２区間６８ｂの圧力を調節して、熱媒体の温度を制御す
ることで実現できる。また、熱媒体が地中に対して放出
する熱量や、熱媒体が地中から採熱する熱量は、熱媒体
と地中との温度差によって決まるので、放出熱量及び採
熱熱量の管理も、循環機６１や第１の膨脹弁６４で第２
区間６８ｂの圧力を調節することで実現できる。

【００５８】熱媒体が第２区間６８ｂを通過し、第３区
間６８ｃに至ると、第２の膨脹弁６６によって、さらに
減圧されるので、第２区間６８ｂよりも圧力が低く、熱
媒体の沸点も第２区間６８ｂよりも低くなる。したがっ
て、第３区間６８ｃでは、第２区間６８ｂよりも、熱媒
体の温度が低くなる。第３区間６８ｃ中の低温熱源蓄熱
体６７は、このような低温低圧の熱媒体と熱交換し、低
温熱源蓄熱体６７から熱を吸収する。この結果、熱媒体
は、その温度は低温のままであるが、そのエンタルピは
増加する。

【００５９】低温低圧であるものの、高エンタルピ状態
になった熱媒体は、第３区間３８ｃを通過して、循環機
６１に至ると、再び、高温高圧で高エンタルピ状態の熱
媒体になり、第１区間中の高温熱源蓄熱体６３に熱を供
給する。

【００６０】以上のように、このシステムでは、高温熱
源蓄熱体６３に蓄えられた高温の熱エネルギーと、低温
熱源蓄熱体６７に蓄えられた低温の熱エネルギーとの消
費バランスが取れていれば、基本的に永久に高温の熱エ
ネルギー及び低温の熱エネルギーを供給することができ
る。しかしながら、現実には、夏を中心とする季節で
は、冷房を使用する度合いが高いために、低温の熱エネ
ルギーの使用量が増え、冬を中心とする季節では、暖房
を使用する度合いが高いために、高温の熱エネルギーの
使用量が増えて、高温の熱エネルギーと低温の熱エネル
ギーとの消費バランスが崩れてしまう。

【００６１】そこで、このシステムでは、夏を中心とす
る春から秋までの間は、主として、熱媒体が地中熱交換
器６５及び熱良導性蓄熱体６９を介して地中に対して放
熱し、冬を中心とする秋から春までの間は、主として、
熱媒体が地中熱交換器６５及び熱良導性蓄熱体６９を介
して地中から採熱するようにしている。この結果、図８
に示すように、地中熱交換器６５の回りの地中は、春か
ら秋までの間は、熱媒体からの熱を蓄熱して、高温の熱
エネルギーが増大し、秋には最大の高温熱だまり３ａが
形成され、秋から春までの間は、熱媒体に熱を吸収され
て、低温の熱エネルギーが増大し、春には最大の低温熱
だまり３ｂか形成される。そして、夏を中心とする季節
の間は、冬を中心とする季節の間に形成された低温熱だ
まり３ｂの低温の熱エネルギーを利用して、室内等の冷
房や冷凍冷蔵を行い、冬を中心とする季節の間は、夏を
中心とする季節に形成された高温熱だまり３ａの高温の
熱エネルギーを利用して、室内等の暖房や給湯を行う。

【００６２】すなわち、このシステムは、膨大な熱容量
と地熱と保温性のある地中を蓄熱体として利用し、熱が
不用のときには、これを蓄熱体である地中に逃がして長
期間渡って大量に溜めておき、熱が必要になると、蓄熱
体である地中に大量に溜められていた熱を必要な分だけ
少しずつ利用するというものである。したがって、この
システムでは、必要な消費熱エネルギーを得るのに必要
な地中熱交換器６５や蓄熱体６３、６７のサイズ等を的
確に設定しておけば、所望の熱エネルギーを十分に確保
することができる。

【００６３】また、このシステムでは、熱エネルギーを
利用するに当たり、基本的には、循環機６１を駆動させ
るための電力のみで済むので、ランニングコストを抑え
ることができる。

【００６４】また、蓄熱体６３、６７や熱良導性蓄熱体
６９を備えているので、これらに一時的でも、熱を蓄え
れば、この熱を利用することができる。例えば、電力料
金の安い深夜に循環機６１を駆動し、蓄熱体６３、６７
や熱良導性蓄熱体６９に熱を蓄えておけば、これを昼間
に利用することができる。また、風力発電電力で循環機
６１を駆動する場合でも、風があって、発電していると
きに、循環機６１を駆動し、蓄熱体６３、６７や熱良導
性蓄熱体６９に熱を溜めておけば、これを風がないとき
に利用することができる。特に、熱良導性蓄熱体６９
は、循環機６１が動作していようがいまいが、絶えず、
地熱や地中熱だまりの熱（高温熱や低温熱）を蓄え、蓄
熱しているので、間欠的に地中熱交換器６５を利用して
も、地熱や地申熱だまりの熱で復元する。このため、地
熱や地中熱だまりの熱を小出しに利用できる結果、地中
に対して高効率の段階蓄熱が可能となる。さらに、熱良
導性蓄熱体６９は、熱伝導率が高いので、地中との熱交
換効率を高めることができる。

【００６５】以上のように、この基本システムでは、蓄
熱体又は蓄熱体熱交換器や、熱良導性蓄熱体を備えてい
ることで、比較的短期間のタイムラグのある熱運搬、言
い換えると、段階的熱運搬ができ、地中を蓄熱体として
利用しているので、非常に大きなタイムラグのある熱運
搬ができるとともに、大量の熱を蓄えることができ、結
果として、気まぐれな自然エネルギーや余ったエネルギ
ーを有効利用することができる。このことは、当然、前
述したランニングコストの抑制に大きく影響することは
言うまでもない。

【００６６】なお、この基本システムでは、二つの蓄熱
体６３、６７を用いたが、一つの蓄熱体でも、地中熱交
換システムを構成することができる。この場合、例え
ば、春から秋までの間は、一つの蓄熱体を低温蓄熱体と
して利用し、この低温蓄熱体から熱媒体が吸収した熱を
地中熱交換器で地中に放熱し、秋から春までの間は、そ
れまで低温蓄熱体として利用していた蓄熱体を高温蓄熱
体として利用し、地中熱交換器で地中から吸収した熱を
この高温蓄熱体に供給することになる。また、先に述べ
た実施形態で示したように、三つ以上の蓄熱体を用いて
もよい。

【００６７】次に、先にのべた本実施形態の蓄熱体付地
中熱交換システムの動作及び効果について、説明する。

【００６８】熱媒体は循環機１０で加圧されて、熱媒循
環ライン３０内を循環する。ここで、循環機１０として
は、オイルレス遠心式循環機を用いることが好ましい。
これは、一般的な循環機では、その動作のために使用す
る潤滑油が熱媒体中に混ざり、熱媒体の能力を低下させ
るからである。この循環器１０は、図１に示すように、
家屋５の屋根に設けられている太陽光発電装置６から電
力を供給して駆動する。

【００６９】循環機１０から流れ出た高温高圧の熱媒体
であるプロパンは、給湯用熱交換器１１内を通過して、
給湯用蓄熱容器１１ａ内の熱源蓄熱体と熱交換し、熱源
蓄熱体である水は、例えば、８５℃程度に温められ、図
２に示す、給湯ライン４３を経て、給湯口４３ａに至
る。このとき、給湯温水は、上水の供給圧力で循環す
る。一方、熱媒体は、高温高圧のままであるが、給湯用
熱交換器１１で熱エネルギーを放出することになるの
で、エンタルピが減少する。

【００７０】給湯用熱交換機１１を通過し、いくらかエ
ンタルピが減少した高温高圧の熱媒体は、暖房用熱交換
機１２内を通過して、暖房用蓄熱容器１２内の熱源蓄熱
体と熱交換し、熱源蓄熱体である水は、例えば、７０℃
程度に温められて、図２に示す、暖房用ライン４２を経
て熱交換型換気式冷温水コイルユニット２６に至る。一
方、熱媒体は、高温高圧のまま、エンタルピがさらに減
少する。

【００７１】高温高圧でさらにエンタルピが減少した熱
媒体は、第１の膨脹弁３２ａで減圧されたから、地中熱
交換器２０に至る。この減圧の結果、熱媒体は、中温中
圧の熱媒体となる。地中熱交換器２０では、夏を中心と
する春から秋までの間は、熱媒体が地中に対して熱を放
出し、冬を中心とする秋から春までの間は、熱媒体が地
中から熱を採熱する。したがって、前述した基本システ
ムと同様に、夏を中心とする春から秋までの間は、地中
熱交換器２０の回りの地中は、熱媒体から熱を供給さ
れ、高温の熱エネルギーが増大して、秋には最大の高温
熱だまりが形成され、冬を中心とする秋から春までの間
は、地中熱交換器２０の回りの地中は、熱媒体に熱を吸
収され、低温の熱エネルギーが増大して、春には最大の
低温熱だまりが形成される。一方、地中熱交換器２０内
の熱媒体は、夏を中心とする春から秋までの間は、地中
への熱放出のためにエンタルピが減少し、冬を中心とす
る秋から春までの間は、地中から採熱するためにエンタ
ルピが増加する。

【００７２】なお、この実施形態のように、地中穿孔の
直径が１．２ｍで、地中熱交換器２０の直径が０．９ｍ
の場合、地盤条件にもよるが、地中熱だまりがもっとも
大きくなる春や秋には、その直径が８ｍ〜１５ｍ程度に
もなる。また、低温熱だまりは、設置場所にもよるが、
０℃以下、さらには−２０℃以下にもなり、低温熱だま
り内の地下水は凍って、低温の熱エネルギーを潜熱とし
て蓄えることもある。

【００７３】また、基本システムの動作を含め以上の説
明において、夏を中心とする春から秋までの間は、常
時、地中へ放熱し、冬を中心とする秋から春までの間
は、常時、地中から採熱する、ように誤解されるかもし
れないが、春から秋までの間であっても寒い日には、地
中から熱を採熱し、また、秋から春までの間であって
も、暖かい日には、地中へ熱を放出することもある。特
に、春の一定期間や秋の一定期間では、地中からの採熱
と、地中への放熱とを頻繁に繰り返す。要は、春から秋
までの間は、地中への放熱量が多く、秋から春までの間
は、地中からの吸熱量が多いと言うことである。

【００７４】前述したように、熱媒体が熱を放出するか
採熱するか、さらに放熱量や採熱量をどの程度にするか
は、熱媒体と熱良導性蓄熱体５５との温度差、熱良導性
蓄熱体５５と地中との温度差によって決まる。そこで、
この実施形態では、地中温度センサー４５ｊで地中温度
を測定し、熱良導性蓄熱体温度センサー４５ｇで熱良導
性蓄熱体５５の温度を測定するとともに、地中熱交換器
圧力センサー４６ｂで、地中熱交換器２０内の熱媒体圧
力を測定する。そして、コントローラ２８は、地中熱交
換器２０内の熱媒体圧力を熱媒体温度に換算し、この熱
媒体温度と、地中温度とを比較し、目的の採熱量又は放
熱量を確保できる熱媒体温度を決定して、地中熱交換器
２０の熱媒体温度がこの温度になるよう、循環機１０の
駆動能力及び第１の膨脹弁（第１の熱媒圧力調節手段）
３２ａの弁開度を制御する。なお、ここでは、圧力セン
サー４６ｂで熱媒体圧力を測定し、これを熱媒体温度に
換算したが、温度センサーで直接熱媒体温度を測定し、
この値を用いてもよい。

【００７５】中温中圧の熱媒体が第２の膨脹弁（第２の
圧力調節手段）３２ｂを通ると、さらに減圧されて低温
低圧の熱媒体となる。この低温低圧の熱媒体は、冷房用
熱交換器１３を通り、冷房用蓄熱容器１３ａ内の蓄熱体
と熱交換し、熱源蓄熱体である水は、例えば、５℃程度
に冷やされて、図２に示す、冷房用ライン４１を経て熱
交換型換気式温水コイルユニット２６に至る。一方、熱
媒体は、低温低圧のままであるが、冷房用熱交換器１３
で熱エネルギーを吸収することになるので、エンタルピ
が増加する。

【００７６】低温低圧の熱媒体が第３の膨脹弁（第２の
熱媒圧力調節手段）３２ｄを通ると、さらに減圧されて
極低温極低圧の熱媒体となる。この極低温極低圧の熱媒
体は、冷凍冷蔵庫１５のチューブ１５ｂ内を通り、この
チューブ１５ｂの周りに設けられている蓄熱体１５ａと
熱交換し、蓄熱体であるグリコール１５ａは、例えば、
−２５℃程度に冷やされて、潜熱蓄熱し、冷凍冷蔵庫１
５室内を冷却する。一方、熱媒体は、冷凍冷蔵庫１５で
熱エネルギーを吸収して、エンタルピが増加する。

【００７７】エンタルピが増加した極低温極低圧の熱媒
体は、循環機１０で加圧されて、再び、高温高圧の熱媒
体となって、給湯用熱交換器１１へと送られる。

【００７８】なお、冷凍冷蔵庫１５を含め各熱源蓄熱体
熱交換器１１、１２、１３において、熱交換器のチュー
ブを通る熱媒体とチューブの外にある蓄熱体との間で行
われる採熱又は放熱の量は、地中熱交換器２０の場合と
同様に、熱媒体と蓄熱体との温度差で決まる。また、後
述する採熱用大気熱交換器１４や放熱用大気熱交換器１
６においての採熱又は放熱の量は、熱媒体と蓄熱体との
温度差、及び蓄熱体と大気との温度差で決まる。そこ
で、各熱交換器において、採熱量又は放熱量を制御する
場合には、熱交換器温度センサー４５ａ〜４５ｆで蓄熱
体の温度を測定するとともに、圧力センサー４６ａ〜４
６ｆで熱媒体の圧力を測定する。また、採熱用大気熱交
換器１４や放熱用大気熱交換器１６に関しては、さら
に、床下温度センサー４５ｈで床下大気温度を測定す
る。そして、コントローラ２８は、熱媒体圧力を熱媒体
温度に換算し、この熱媒体温度と蓄熱体温度とを比較
し、目的の採熱量又は放熱量を確保できる熱媒体温度を
決定して、各熱交換器内の熱媒体温度がこの温度になる
よう、循環機１０の駆動能力や、各熱交換器の近傍に位
置している膨脹弁の弁開度を主として制御する。

【００７９】この実施形態において、冷凍冷蔵用蓄熱
体、冷房用蓄熱体、熱良導性蓄熱体、及び地中熱だまり
では、それぞれ、全蓄熱量の８０％、２５％、１５％、
８％以上が潜熱蓄熱で、残りが顕熱蓄熱である。

【００８０】以上のように、この実施形態においても、
基本システムと同様に、実質的に無尽蔵にある地中を蓄
熱体として利用し、熱が不用のときには、これを蓄熱体
である地中に逃がして長期間に渡って大量に溜めておけ
るので、所望の熱エネルギーを十分に確保することがで
きる。

【００８１】さらに、この実施形態においても、基本シ
ステムと同様に、熱源蓄熱体や熱良導性蓄熱体５５を備
えていることで、比較的短期間のタイムラグのある熱運
搬ができ、また、地中を蓄熱体として利用しているの
で、非常に大きなタイムラグのある熱運搬ができるとと
もに、膨大な熱を蓄えることができる。このため、気ま
ぐれな自然エネルギーや余ったエネルギーを有効利用す
ることができる。このことは、当然、前述したランニン
グコストの抑制に大きく影響することは言うまでもな
い。

【００８２】さらに、この実施形態でも、基本的には、
循環機１０を駆動させるため、コントローラ２８や各種
電動弁３２、３３を動作させるための電力のみで済むこ
とになるので、ランニングコストを抑えることができ
る。特に、この実施形態では、循環機１０の駆動電力と
して、太陽光発電装置６からの電力を使用しているの
で、供給電力は実質的に０（ゼロ）にすることができ
る。また、電源としては、この他、風力発電装置や、夜
間電力のみを用いる通電時間制限装置を利用してもよ
い。電力単価の安い深夜電力を使用して、これで循環機
１０を駆動する場合、例えば、基本料金を含めた深夜電
力の単価が８円／ｋｗｈであるとすると、１ヵ月平均、
約２，０００円〜３，０００円の料金で済ませることが
できる。なお、従来のシステムで、この実施形態と同一
規模の建物全体を、一年中、我慢しないで過ごせる程度
に快適環境を確保し、給湯や冷凍冷蔵の熱源まで得よう
とすると、快適性を維持するための補助的電化製品を使
用する必要があり、１ヵ月平均、約３万円〜５万円程度
の料金が必要になる。このように、太陽が出ているとき
のみ発電できる太陽光発電装置や、風が吹いているとき
のみ発電できる風力発電装置や、特定の時間のみ電力会
社から通電される通電時間制限装置を用いることができ
るのは、前述したように、本実施形態のシステムがタイ
ムラグのある熱運搬が可能であるからである。

【００８３】また、本実施形態では、従来システムが捨
てていたエネルギーを、自然の能力を利用して、やり繰
りするため、それだけイニシャルコストの削減になる。
従来システムで、同一性能の設備を整えようとすると、
エネルギーを捨てている分、余分に大きな能力の冷暖房
機、冷凍冷蔵庫、給湯器を必要とする上、従来の冷暖房
器で得られない快適さを求めて、換気扇、扇風機、除湿
機、エアクリーナー、各種ヒーター、加湿器など多くの
補助的電化製品を購入することになる。

【００８４】また、本実施形態では、十分な熱源を確保
するために、従来の蓄熱システムのように巨大な蓄熱水
槽を設けたり、従来の地中熱交換システムのように多数
の地中穿孔を形成する必要がないので、この点でも設備
コストを抑えることができる。

【００８５】また、本実施形態では、石油ゃ天然ガス等
の枯渇性資源エネルギーを使用していないので、酸性雨
や地球温暖化を防ぐこともできる。

【００８６】ところで、この実施形態の熱源システムで
は、前述したように、熱媒体が通る各機器ごとに、これ
を迂回するバイパスラインが設けけられている。このよ
うに、各機器に対してバイパスラインを設けているの
は、各機器を機能させず他の機器を優先して使用した方
が好ましい場合があるので、このような場合に対応する
ためである。

【００８７】具体的には、例えば、循環器１０から出た
熱媒体は、給湯用熱交換器１１及び暖房用熱交換器１２
に対するバイパスラインを利用して、これらの熱交換器
を通さずに、直接、冷房用熱交換器１３に通すことも可
能である。これは、例えば、夏期のように、冷房を大量
に使用し、暖房をほとんど使用しない場合、冷房用熱交
換器１３において熱媒体が吸熱する量が、地中熱交換器
２０で熱媒体が放熱する量と、給湯用及び暖房用熱交換
器１１、１２で熱媒体が放熱する量との和以上になるこ
とが起こりうる。このままの状態にしておくと、給湯用
及び暖房用熱交換器１１、１２内の蓄熱体がそれぞれの
設定温度範囲を超えてしまうばかりでなく、冷房用熱交
換器１３内の蓄熱体の温度も設定温度範囲を超え、各熱
交換器が目的の能力を果たさなくなってしまう。また、
地中熱だまりの温度も予定の温度範囲を超えてしまう。
このような場合には、基本的には、コントローラ２８
が、地中温度センサー４５ｊ、給湯用熱交換機器温度セ
ンサー４５ａ、暖房用熱交換器温度センサー４５ｂ、冷
房用熱交換器温度センサー４５ｃで得られた各箇所の蓄
熱体の温度に基づいて、以上のような状態になったこと
を確認し、第１の膨脹弁３２ａで地中熱交換器２０内の
圧力を高めて、地中熱交換器２０の熱媒体の温度を高く
し、地中熱交換器２０内の熱媒体から地中に放出する熱
量を増加させる。しかしながら、地中熱交換器２０から
地中に対して放出する熱量を増やしても、給湯用及び暖
房用熱交換器１１、１２内の蓄熱体が設定温度範囲を超
える場合がある。そこで、この場合に、地中熱交換器２
０以外からも、熱媒体の熱を放出させるために、給湯用
及び暖房用熱交換器１２に対するバイパスラインの一つ
である、放熱用大気熱交換器１６への熱媒循環ライン３
０内に熱媒体を通して、放熱用大気熱交換器１６から熱
媒体の熱を床下に放熱するようにする。このバイパスラ
インの制御は、コントローラ２８が、バイパスライン中
にある電動止弁３３を開閉させて実行する。

【００８８】また、逆に、冬期のように、暖房を大量に
使用し、冷房をほとんど使用しない場合、暖房用熱交換
器１２において熱媒体が放熱する量が、地中熱交換器２
０で熱媒体が吸熱する量と冷房用熱交換器１３で蓄熱体
が吸熱する量との和以上になることが起こりうる。この
ままの状態にしておくと、給湯用および暖房用熱交換器
１１、１２内の蓄熱体がそれぞれの設定温度範囲を下回
ってしまう。このような場合には、基本的には、第１の
膨脹弁３２ａで地中熱交換器２０内の圧力を下げて、地
中熱交換器２０内の熱媒体の温度を低くし、地中熱交換
器２０内の熱媒体が地中から吸収する熱量を増加させ
る。しかしながら、地中から吸収する熱量を増やして
も、給湯用及び暖房用熱交換器１１、１２内の蓄熱体の
温度が上がらず、これらの蓄熱体が設定温度範囲以下に
なる場合がある。そこで、この場合に、熱媒体が地中熱
交換器２０以外からも熱を吸収できるようにするため
に、冷房用熱交換器１３に対するバイパスラインの一つ
である、採熱用大気熱交換機１４への熱媒循環ライン３
０内に熱媒体を通して、採熱用大気熱交換器１４で床下
から熱媒体が熱を吸収するようにする。

【００８９】また、このシステムの起動時において、地
中温度センサー４５ｊにより測定された地中温度が予め
定めた温度よりも高い場合には、給湯用熱交換器１１及
び暖房用熱交換器１２に熱媒体を通して、これらの熱交
換器の回りの熱源蓄熱体を温める一方で、冷房用熱交換
器１３に対しては、そのバイパスラインに熱媒体を通
す。そして、給湯用熱交換器１１及び暖房用熱交換器１
２の回りの熱源蓄熱体が目的の温度まで温まってから、
冷房用熱交換器１３に熱媒体を通すようにする。また、
地中温度センサー４５ｊにより測定された地中温度が予
め定めた温度以下の場合には、冷房用熱交換器１３や冷
凍冷蔵庫１５に熱媒体を通し、これらの熱交換器の回り
の熱源蓄熱体を冷却する一方で、給湯用熱交換器１１及
び暖房用熱交換器１２に対しては、そのバイパスライン
に蓄熱体を通す。そして、冷房用熱交換器１３及び冷凍
冷蔵庫１５の熱源蓄熱体が目的の温度まで冷却されてか
ら、給湯用熱交換器１１および暖房用熱交換器１２に熱
媒体を通すようにする。さらに、地中温度センサー４５
ｊにより、測定された地中温度がより低い温度、例え
ば、−２０℃のような場合には、冷凍冷蔵庫１５の熱源
蓄熱体を先に冷却してから、冷房用熱交換器１３の熱源
蓄熱体を冷却する。なお、この実施形態では、給湯用熱
交換器１１及び暖房用熱交換器１２に対して、一体的な
バイパスラインを設けているが、各熱交換器１１、１２
のそれぞれに対してバイパスラインを設けてもよい。こ
の場合、地中温度が予め定めた温度よりも高い場合に
は、給湯用熱交換器１１の回りの熱源蓄熱体を先に温め
てから、暖房用熱交換器１２の回りの熱源蓄熱体を温
め、その後、冷凍冷蔵庫１５の熱源蓄熱体、冷房用熱交
換器１３の熱源蓄熱体をこの順序で冷やす。逆に、地中
温度が予め定めた温度よりも低い場合には、冷房用熱交
換器１３等の熱源蓄熱体を冷やしてから、給湯用熱交換
器１１の熱源蓄熱体を温め、最後に暖房用熱交換器１２
の熱源蓄熱体を温める。

【００９０】すなわち、起動時において、地中熱だまり
の温度が高いときには、高温熱源蓄熱体（給湯用熱交換
器１１や暖房用熱交換器１２の蓄熱体）を先に温めてか
ら、低温熱源蓄熱体（冷凍冷蔵庫１５や冷房用熱交換器
１３の蓄熱体）を冷却し、逆に、地中熱だまりの温度が
低いときには、低温熱源蓄熱体を先に冷却してから、高
温熱源蓄熱体を温めるようにする。さらに、高温熱源蓄
熱体を先に温める場合、高温熱源蓄熱体として、非常に
高温の熱源蓄熱体（給湯用熱交換器１１の蓄熱体）と比
較的低温の熱源蓄熱体（暖房用熱交換器１２の蓄熱体）
とがある場合には、非常に高温の熱源蓄熱体を先に温め
る。逆に、低温熱源蓄熱体を先に冷却する場合、低温熱
源蓄熱体として、非常に低温の熱源蓄熱体（冷凍冷蔵庫
１５の蓄熱体）と比較的高温の熱源蓄熱体（冷房用熱交
換器１３の蓄熱体）とがある場合には、非常に低温の熱
源蓄熱体を先に冷却する。

【００９１】このように、段階的蓄熱を行うのは、高温
の熱源（地中）がある場合には、高い温度に温める必要
があるもの（蓄熱体）を先に温め、次に低温のものを温
め、低温の熱源（地中）がある場合には、低い温度に冷
却する必要があるもの（蓄熱体）を先に冷却し、次に、
高温のものを冷却していく方が、熱エネルギーを有効に
利用できるからである。

【００９２】以上の段階的蓄熱においても、地中温度セ
ンサー４５ｊ、熱良導性蓄熱体温度センサー４５ｇや各
種熱交換器温度センサー等による測定結果に基づいて、
コントローラ（切換制御手段）２８が複数の電動止弁
（切換手段）３３を動作させることで実行される。

【００９３】次に、熱媒自然循環系を備えたシステムの
実施形態について説明する。この熱媒自然循環系を備え
た蓄熱体付熱交換システムは、図２に示すように、蓄熱
体付大気熱交換器７１と、地中熱交換器７４と、両熱交
換器７１、７４をつなぐ熱媒自然循環ライン７２と、こ
の熱媒自然循環ライン７２内の熱媒体（プロパン）の流
れを止めるための電動止弁７３と、大気温度を測定する
大気温度センサー４５ｉと、大気熱交換器７１の蓄熱体
の温度を測定する蓄熱体温度センサー４５ｋと、地中熱
交換器７４の回りの地中温度を測定する地中温度センサ
ー４５ｊとを備えている。地中熱交換器７４は、熱媒強
制循環の熱良導性蓄熱体５５内に備えられ、この熱良導
性蓄熱体の温度を測定するのは、熱良導性蓄熱体温度セ
ンサー４５ｇである。

【００９４】地中熱交換器７４内において、液体の熱媒
体は、熱良導性蓄熱体５５を介して地中から熱を吸収し
て、蒸発する。この蒸発した熱媒体は、熱媒自然循環ラ
イン７２内を通り、上方の蓄熱体付大気熱交換器７１へ
上っていく。大気熱交換器７１では、気体の熱媒体が蓄
熱体を介して大気に熱を放出し、凝縮する。凝縮して重
くなった熱媒体は、熱媒自然循環ライン７２内を通り、
下方の地中熱交換器７４へ落ちていく。以下、熱媒体
は、蒸発と凝縮を繰り返しながら、熱媒自然循環ライン
７２内を循環する。

【００９５】大気熱交換器７１における放熱量、地中熱
交換器７４における採熱量は、大気温度、大気熱交換器
７１の回りの蓄熱体温度、地中温度、熱良導性蓄熱体の
温度により決まる。このため、これらの温度が、温度セ
ンサー４５ｉ、４５ｋ、４５ｊ，４５ｇで測定される。
コントローラ２８は、これら温度センサーによる測定結
果に基づいて、電動止弁７３を制御して、熱媒自然循環
ライン７２内の熱媒体の自然循環を止め、又は自然循環
を回復させ、地中熱交換器７４や大気熱交換器７１での
熱交換を行わせる。

【００９６】強制循環システムが冷房専用、冷凍冷蔵専
用のシステムである場合には、非常に大きな高温熱だま
りが形成されるので、この高温熱だまりの熱を放出する
ために使用すると有効である。

【００９７】なお、以上の実施形態では、蓄熱体とし
て、水やグリコールを用いたが、本発明は、これに限定
されるものではなく、例えば、蝋、ドデカン等のパラフ
ィン、ステアリン酸などの脂肪酸、トリステアリン等の
トリグリセリド、油脂、硝酸鉄〔ＩＩ〕６水和物等の水
和物、重水等も使用する。これらのうち、どれを選ぶか
は、蓄熱体として蓄熱する熱の温度範囲をどの程度にす
るか、さらに、その購入コスト、その取扱い性等を考慮
して行うことが好ましい。

【００９８】また、以上の実施形態では、熱媒体とし
て、プロパンを用いたが、これ以外の熱媒体、例えば、
炭酸ガス、プロピレン、Ｃ_２Ｈ_２Ｆ_４（ＨＦＣ−１３４
ａ）、Ｃ_２Ｈ_４Ｆ_２（ＨＦＣ−１５２ａ）、Ｃ_２Ｈ_３Ｆ
_３Ｏ（Ｅ−１４３）、イソブタン、又はノルマルブタン
等も用いられる。

【００９９】

【発明の効果】従来は、無尽蔵の自然エネルギーも、希
薄で集め難かったり、不必要なときに大量に得られた
り、必要なときに得られなかったり、得られるときには
余り、得られないときには不足したりして、有効に利用
できなかった。本発明では、これを少しずつ長期間に渡
って大量に蓄えておき、持続的なクリーンエネルギーに
変換して、必要に応じて、継続的に利用することができ
る。

【０１００】従来の冷暖房機は、室内空気と吹出空気と
の温度差が大きかったため、冷たい空気は重くなって室
内の下の方に、暑い空気は軽くなって上の方に滞留して
いて、夏も冬も、頭部がほてったり、足腰が冷えたりし
て、快適さが得られなかった。本発明では、室内空気や
換気空気の温度や湿度を均一に保つ再熱サイクルや加湿
サイクルが可能であり、いつも快適に保つ。そのうえ、
室内がジメジメ（温度が低く、湿度が高い）したり、ム
シムシ（温度が高く、湿度も高い）する状態も解消され
る。

【０１０１】本発明では、前述の段階蓄熱により、安定
した地中の熱容量と地熱と地中の保温性が利用され、夏
の暑さを長期間大量に蓄えて、冬の暖かさに使用した
り、冬の寒さを長期間大量に蓄えて、夏の涼しさに使用
することができ、一年間の寒暖のタイムラグを解消し
て、極寒極暑にも左右されない蓄熱サイクルができるよ
うになり、自然を傷めない‘自然との共生’が実現され
る。

【０１０２】特に、本発明のシステムは、冷房を主とす
る事務所ビル、冷凍冷蔵を主とするスーパーマーケット
などでは、高温熱だまりが成長するので、熱媒自然循環
系により、冬の寒さをランニングコスト０（ゼロ）で蓄
えることができ、熱だまりの熱を連続的に放出して、大
幅にランニングコストを削減することができる。

【０１０３】長期に渡る大量蓄熱が行われ、従来捨てて
いた未利用の熱、間欠的自然エネルギーや余剰エネルギ
ーも、小まめにやり繰りされて、利用されるため、ラン
ニングコストが削減される。

【０１０４】本発明は、前述の小出し蓄熱、段階的熱運
搬により、常に、成績係数を増大するように制御され、
従来技術が求めていた‘成績係数の増大’を実現するこ
とができ、間欠的な自然エネルギーは‘仕事の熱当量’
として、熱に変換されて地中に蓄えられ、持続的なクリ
ーンエネルギー熱源に変換することができる。

【０１０５】こうして、自然の熱や余った熱を蓄えて使
用する蓄熱サイクルを提供することにより、熱の過不足
がやり繰りされ、従来技術で取り揃えていた快適な暮ら
しを得るための補助的電化製品は不要になり、イニシャ
ルコストとランニングコストが節約される。

【０１０６】従来技術では、一般に熱源機は地上に設け
るが、本発明では、簡単に地中に収納できるため、地上
スペースの節約となり、建設費も倹約される。

【０１０７】本発明の蓄熱体付地中熱交換システムは、
地中穿孔を大口径のアースドリル等で一気に行い、この
穿孔内に、地中熱交換器など地中に入れるものを、予め
適当な長さにまとめてユニット化して設置することによ
り、設置作業を容易にして、イニシャルコストが削減さ
れる。

【０１０８】本発明は、年平均気温１５℃〜１６℃程度
の地域で、８円／ｋＷｈの深夜電力を使用して、熱媒体
を循環すると、月平均約２，０００円〜３，０００円程
度の費用で、５人家族、延面積１３５ｍ^２程度の住まい
全体に、一年中、我慢する必要のない程度に、冷暖房用
熱源と給湯用熱源と冷凍冷蔵用熱源を供給することがで
きる。こうして、各種の従来システムと比較すると、イ
ニシャルコストは２／３〜１／２に節約され、ランニン
グコストは１／１０〜１／２０に節約される。

【０１０９】本発明のシステムは、ランニングコストが
大幅に節約されるため、光熱費の節約費用で本発明品を
設置するだけで、住まいを快適にすることができ、暮ら
しを豊かにすることができる。しかも、快適さを得るた
めに使用していた補助的電化製品は不要になり、省エネ
ルギー化と快適性を両立する‘セービングハウス’をつ
くることができる。

【０１１０】本発明の蓄熱体付地中熱交換システム本体
は、地中に埋設されるため、安全で半永久的なシステム
となり、熱媒体には、オゾン層を破壊しない人畜に無害
なプロパンやブタンを使用できるようになるうえ、石油
・石炭・天然ガスなどの枯渇性資源エネルギーを子孫の
ために残すことができ、化石燃料の燃焼によって生じる
酸性雨や地球温暖化防止に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蓄熱体付地中熱交換システムの一実施
形態における機器配置図。

【図２】本発明の蓄熱体付地中熱交換システムの一実施
形態における全体系統図。

【図３】本発明の蓄熱体付地中熱交換システムの一実施
形態における要部系統図。

【図４】本発明の一実施形態における地中熱交換器及び
この周辺の斜視図である。

【図５】図４におけるＶ−Ｖ線の断面図である。

【図６】本発明の一実施形態における地中熱交換器の展
開図である。

【図７】本発明の基本システムの系統図である。

【図８】本発明の一実施形態における蓄熱体付地中熱交
換システムの作動による、季節変化に伴う地中熱だまり
の温度変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１…地中、２…地中穿孔、３…地中熱だまり、５…家
屋、６…太陽光発電装置、１０…循環機、１１…給湯用
熱交換器、１１ａ…給湯用蓄熱容器、１２…暖房用熱交
換器、１２ａ…暖房用蓄熱容器、１３…冷房用熱交換
器、１３ａ…冷房用蓄熱容器、１４…採熱用大気熱交換
器、１５…冷凍冷蔵庫、１６…放熱用大気熱交換器、２
０…地中熱交換器、２１…流入ヘッダ配管、２２…流出
ヘッダ配管、２３…熱交換配管、２４…熱媒不純物溜
部、２５…熱媒タンク、２６…熱交換型換気式冷温水コ
イルユニット、２８…コントローラ、２９…コントロー
ル室、３０…熱媒循環ライン、３１…逆止弁、３２…電
動膨張弁、３３、７３…電動止弁、３４…流量センサ
ー、３５…熱媒回収ライン、３６…ストレーナー、３７
…熱媒供給ライン、４１…冷房用ライン、４２…暖房用
ライン、４３…給湯ライン、４５ａ〜４５ｋ…温度セン
サー、４６ａ〜４６ｆ…圧力センサー、５１…断熱材、
５２…防水剤、５３…円筒体、５４…エキスパンドメタ
ル、５５…熱良導性蓄熱体、６１…循環機、６２…熱媒
循環ライン、６３…高温熱源蓄熱体、６４…第１の膨張
弁、６５…地中熱交換器、６６…第２の膨張弁、６７…
低温熱源蓄熱体、６９…熱良導性蓄熱体、７１…蓄熱体
付大気熱交換器、７２…熱媒自然循環ライン、７４…地
中熱交換器。

Claims (37)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷暖房をする室内空気の温度及び湿度の調
   節用と、新鮮換気空気の温度及び湿度の調節用と、冷凍
   冷蔵用と、給湯用とのうち、少なくとも一つの熱源とな
   り、省エネルギー熱源となり、且つ持続的クリーンエネ
   ルギー熱源となる蓄熱体付地中熱交換システムにおい
   て、 熱媒体が内部を流れる熱媒循環ラインと、 該熱媒循環ライン内の該熱媒体を強制的に循環させる循
   環機と、 該熱媒循環ラインの一部を成し、地中の一定以上の深さ
   の位置に配されている大口径の地中熱交換器と、 該熱媒循環ラインの一部を成し、地上に配されていて、
   大気熱、太陽熱等の地上熱交換対象と熱交換する地上熱
   交換器と、 該熱媒循環ラインの一部を成す熱源蓄熱体熱交換器と、 該地中熱交換器の回りに配され、該地中熱交換器と該地
   中とに接触していて、該地中熱交換器内の該熱媒体とは
   間欠的に熱交換し、該地中とは連続的に熱交換して、熱
   を顕熱又は潜熱として蓄える熱良導性蓄熱体と、 該熱源蓄熱体熱交換器の回りに配され、該熱源蓄熱体熱
   交換器と接触し、該熱源蓄熱体熱交換器内の該熱媒体と
   は間欠的に熱交換して、熱を顕熱又は潜熱として蓄える
   熱源蓄熱体、又は該熱源蓄熱体が貯えられる熱源蓄熱体
   容器と、 を備え、 該地中熱交換器と該地中との熱交換において、該熱良導
   性蓄熱体を介在させることで、段階的熱運搬を行い、膨
   大な地中の熱容量と地熱と地中の保温性とを利用して、
   該地中に大容量の「地中熱だまり」を形成することを特
   徴とする蓄熱体付地中熱交換システム。
2. 【請求項２】請求項１に記載の蓄熱体付地中熱交換シス
   テムにおいて、 前記地上熱交換器り回りに配され、該地上熱交換器と接
   触していて、前記地上熱交換対象とは連続的に熱交換
   し、該地上熱交換器内の前記熱媒体とは間欠的に熱交換
   して、熱を顕熱又は潜熱として蓄える地上蓄熱体を備え
   ていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システム。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の蓄熱体付地中熱交
   換システムにおいて、 前記地中の温度を検出する地中温度検出手段と、 前記熱良導性蓄熱体の温度を検出する熱良導性蓄熱体温
   度検出手段と、 前記地中熱交換器で該熱良導性蓄熱体と熱交換している
   前記熱媒体の温度を検出する第１の熱媒温度検出手段
   と、 該地中熱交換器を介して該熱良導性蓄熱体と熱交換して
   いる該熱媒体の圧力を調節する第１の熱媒圧力調節手段
   と、 該地中温度検出手段、該熱良導性蓄熱体温度検出手段、
   及び該第１の熱媒温度検出手段の測定結果に基づいて、
   該第１の熱媒圧力調節手段を作動させて、該地中熱交換
   器を介して熱交換している該熱媒体の圧力を制御する第
   １の熱媒圧力制御手段と、 を備えていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換シス
   テム。
4. 【請求項４】請求項３に記載の蓄熱体付地中熱交換シス
   テムにおいて、 前記第１の熱媒圧力制御手段は、一年間のうちの一定期
   間は、前記地中熱交換器内の前記熱媒体が前記地中に対
   して熱を供給する量を増加させて、該地中に高温熱だま
   りを形成し、一年間のうちの残りの期間は、該地中熱交
   換器内の該熱媒体が該地中から熱を吸収する量を増加さ
   せて、該地中に低温熱だまりを形成するよう、該第１の
   熱媒圧力調節手段により、該熱媒体の圧力を調節させる
   ことを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システム。
5. 【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載の蓄熱体
   付地中熱交換システムにおいて、 前記熱源蓄熱体の温度を検出する熱源蓄熱体温度検出手
   段と、 前記熱源蓄熱体熱交換器を介して該熱源蓄熱体と熱交換
   している前記熱媒体の温度を検出する第２の熱媒温度検
   出手段と、 該熱源蓄熱体熱交換器を介して該熱源蓄熱体と熱交換し
   ている該熱媒体の圧力を調節する第２の熱媒圧力調節手
   段と、 該熱源蓄熱体温度検出手段及び該第２の熱媒温度検出手
   段の測定結果に基づいて、該第２の熱媒圧力調節手段を
   作動させて、該熱源蓄熱体熱交換器を介して熱交換して
   いる該熱媒体の圧力を制御する第２の熱媒圧力制御手段
   と、 を備えていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換シス
   テム。
6. 【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載の蓄熱体
   付地中熱交換システムにおいて、 前記地上熱交換対象の温度を検出する地上熱交換対象温
   度検出手段と、 前記地上熱交換器を介して熱交換している前記熱媒体の
   温度を検出する第３の熱媒温度検出手段と、 該地上熱交換器を介して熱交換している該熱媒体の圧力
   を調節する第３の熱媒圧力調節手段と、 該地上熱交換対象温度検出手段及び該第３の熱媒温度検
   出手段の測定結果に基づいて、該第３の熱媒圧力調節手
   段を作動させて、該地上熱交換器を介して熱交換してい
   る該熱媒体の圧力を制御する第３の熱媒圧力制御手段
   と、 を備えていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換シス
   テム。
7. 【請求項７】請求項２に記載の蓄熱体付地中熱交換シス
   テムにおいて、 前記地上蓄熱体の温度を検出する地上蓄熱体温度検出手
   段と、 前記地上熱交換器を介して熱交換している前記熱媒体の
   温度を検出する第３の熱媒温度検出手段と、 該地上熱交換器を介して熱交換している該熱媒体の圧力
   を調節する第３の熱媒圧力調節手段と、 該地上蓄熱体温度検出手段及び該第３の熱媒温度検出手
   段の測定結果に基づいて、該第３の熱媒圧力調節手段を
   作動させて、該地上熱交換器を介して熱交換している該
   熱媒体の圧力を制御する第３の熱媒圧力制御手段と、 を備えていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換シス
   テム。
8. 【請求項８】請求項１から７のいずれかに記載の蓄熱体
   付地中熱交換システムにおいて、 前記熱源蓄熱体熱交換器として、１以上の高温用熱源蓄
   熱体熱交換器及び１以上の低温用熱源蓄熱体熱交換器を
   有し、 １以上の該高温用熱源蓄熱体熱交換器には、前記熱源蓄
   熱体としての高温用熱源蓄熱体がそれぞれ接触し、１以
   上の該低温用熱源蓄熱体熱交換器には、前記熱源蓄熱体
   としての低温用熱源蓄熱体がそれぞれ接触し、 前記熱媒循環ラインには、前記循環機の次に、温度の高
   い順に、１以上の該高温用熱源蓄熱体熱交換器が接続さ
   れ、次に前記地中熱交換器が接続され、その次に、温度
   の高い順に、１以上の該低温用熱源蓄熱体熱交換器が接
   続されていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換シス
   テム。
9. 【請求項９】請求項８に記載の蓄熱体付地中熱交換シス
   テムについて、 前記熱媒循環ラインは、１以上の前記高温用熱源蓄熱体
   熱交換器に対する、それぞれの又は一体のバイパスライ
   ン、又は１以上の前記低温用熱源蓄熱体熱交換器に対す
   る、それぞれの又は一体のバイパスラインと、これら該
   バイパスラインに前記熱媒体を流すか流さないかの切り
   換えを行う切換手段と、 該切換手段の作動を制御する切換制御手段と、 を備えていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換シス
   テム。
10. 【請求項１０】請求項９に記載の蓄熱体付地中熱交換シ
    ステムにおいて、 前記切換制御手段は、 前記地中の温度が予め定められた温度よりも高い場合に
    は、先に、１以上の前記高温用熱源蓄熱体熱交換器のう
    ちで、その蓄熱体の温度の高い順に前記熱媒体に熱交換
    させ、１以上の前記低温用熱源蓄熱体熱交換器に対する
    前記バイパスラインに該熱媒体を通して、１以上の該低
    温用熱源蓄熱体熱交換器で該熱媒体に熱交換させず、１
    以上の該高温用熱源蓄熱体がそれぞれの目的の温度まで
    順次暖まると、１以上の該低温用熱源蓄熱体熱交換器の
    うちで、その蓄熱体の温度の低い順に該熱媒体に熱交換
    させるよう、該切換手段に対して指示し、 前記地中の温度が予め定められた温度以下の場合には、
    先に、１以上の前記低温用熱源蓄熱体熱交換器のうち
    で、その蓄熱体の温度の低い順に前記熱媒体に熱交換さ
    せ、１以上の前記高温用熱源蓄熱体熱交換器に対する前
    記バイパスラインに該熱媒体を通して、１以上の該高温
    用熱源蓄熱体熱交換器で該熱媒体に熱交換させず、１以
    上の該低温用熱源蓄熱体がそれぞれの目的の温度まで順
    次冷えると、１以上の該高温用熱源蓄熱体熱交換器のう
    ちで、その蓄熱体の温度の高い順に該熱媒体に熱交換さ
    せるよう、前記切換手段に対して指示し、 各熱源蓄熱体に段階蓄熱させることを特徴とする蓄熱体
    付地中熱交換システム。
11. 【請求項１１】請求項１から１０のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記地上熱交換器として、放熱用地上熱交換器と採熱用
    地上熱交換器とを有し、 該放熱用地上熱交換器は前記循環機の熱媒体吸引側に配
    され、該採熱用地上熱交換器は該循環機の熱媒体吐出側
    に配され、 前記熱媒循環ラインは、該放熱用地上熱交換器に対する
    バイパスラインと、該採熱用地上熱交換器に対するバイ
    パスラインと、これら該バイパスラインに前記熱媒体を
    流すか流さないかの切り換えを行う切換手段と、を有
    し、 該切換手段の作動を制御する切換制御手段を備えている
    ことを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システム。
12. 【請求項１２】請求項９又は１０に記載の蓄熱体付地中
    熱交換システムにおいて、 前記地上熱交換器として、放熱用地上熱交換器と採熱用
    地上熱交換器とを有し、 該放熱用地上熱交換器は前記循環機の熱媒体吸引側に配
    され、該採熱用地上熱交換器は該循環機の熱媒体吐出側
    に配され、 前記熱媒循環ラインは、該放熱用地上熱交換器に対する
    バイパスラインと、該採熱用地上熱交換器に対するバイ
    パスラインと、これら該バイパスラインに前記熱媒体を
    流すか流さないかの切り換えを行う地上熱交換動作切換
    手段と、を有し、 該地上熱交換動作切換手段の作動を制御する地上熱交換
    切換動作制御手段を備え、該地上熱交換動作切換制御手
    段は、 １以上の前記高温用熱源蓄熱体の温度が予め定められた
    温度範囲よりも高いとき、又は１以上の前記低温用熱源
    蓄熱体の温度が予め定められた温度範囲よりも高いと
    き、又は前記地中の温度が予め定められた温度範囲より
    も高いときには、該放熱用地上熱交換器に対する該バイ
    パスラインに該熱媒体を通さず、該放熱用地上熱交換器
    を介して該熱媒体に熱交換させるよう、該地上熱交換動
    作切換手段に対して指示し、 １以上の前記高温用熱源蓄熱体の温度が予め定められた
    温度範囲よりも低いとき、又は１以上の前記低温用熱源
    蓄熱体の温度が予め定められた温度範囲よりも低いと
    き、又は前記地中の温度が予め定められた温度範囲より
    も低いときには、該採熱用地上熱交換器に対する該バイ
    パスラインに該熱媒体を通さず、該採熱用地上熱交換器
    を介して該熱媒体に熱交換させるよう、該地上熱交換動
    作切換手段に対して指示することを特徴とする蓄熱体付
    地中熱交換システム。
13. 【請求項１３】請求項１から１２のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記熱媒体を溜めておく熱媒タンクと、 該熱媒タンクから、前記熱媒循環ラインの前記循環機の
    熱媒体吸引側へ、該熱媒タンク内の該熱媒体を導く熱媒
    供給ラインと、 該熱媒循環ラインの該熱媒供給ラインが接続されている
    位置よりも高圧部から、該熱媒タンクへ、該熱媒循環ラ
    イン内の前記熱媒体を導く熱媒回収ラインと、 該熱媒タンク内又は前記熱媒循環ライン内の該熱媒体の
    量を検出する熱媒量検出手段と、 該熱媒タンク内又は前記熱媒循環ライン内の前記熱媒体
    の量を調節する熱媒量調節手段と、 該熱媒量検出手段の検出結果に応じて、該熱媒量調節手
    段を作動させる熱媒供給回収量制御手段と、 を備えていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換シス
    テム。
14. 【請求項１４】請求項１３に記載の蓄熱体付地中熱交換
    システムにおいて、 前記地中熱交換器の最深部に、前記熱媒体と前記熱媒体
    中の不純物（以下、単に熱媒不純物とする。）とを溜め
    る熱媒不純物溜が備えられ、 前記熱媒回収ラインは、該熱媒不純物溜と前記熱媒タン
    クとを接続するラインであり、 該熱媒回収ラインに有って、該熱媒回収ライン内を流れ
    る該熱媒不純物中の不純物をろ過する不純物ろ過手段
    と、 前記熱媒量検出手段の検出結果に応じて、前記熱媒量調
    節手段を作動させる熱媒供給回収量制御手段と、 が備えられていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換
    システム。
15. 【請求項１５】請求項１から１４のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記熱源蓄熱体は、上水であり、前記熱源蓄熱体熱交換
    器は、給湯用熱交換器であり、 前記蓄熱体容器として、前記熱源蓄熱体である該上水を
    溜めておく給湯用蓄熱容器と、 該給湯用蓄熱容器内に該上水を導くとともに、該給湯用
    蓄熱容器内で暖められた該上水を目的の位置に導く給湯
    ラインと、 が備えられていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換
    システム。
16. 【請求項１６】請求項１から１５のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記循環機は、オイルレス遠心圧縮機であることを特徴
    とする蓄熱体付地中熱交換システム。
17. 【請求項１７】請求項１から１６のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記熱媒循環ラインに直列に接続されている複数の前記
    循環機と、 複数の該循環機のそれぞれに対して迂回するバイパスラ
    インと、 各該バイパスラインに設けられている逆止弁と、 を備えていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換シス
    テム。
18. 【請求項１８】請求項１から１７のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 太陽光発電装置、風力発電装置、及び通電時間制限装置
    （深夜電力供給用等）のうち、少なくとも一つの電源装
    置を有し、 前記循環機は、該電源装置から供給される電力により駆
    動することを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システム。
19. 【請求項１９】請求項１から１８のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記地中熱交換器は、前記地中上の地盤面から鉛直下方
    に伸びる円筒状の地中穿孔内に配置され、 該地中穿孔の直径は、８０ｃｍ以上であることを特徴と
    する蓄熱体付地中熱交換システム。
20. 【請求項２０】請求項１から１９のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記地中熱交換器は、円筒状を成し、 前記地中熱交換器の直径は、４０ｃｍ以上であることを
    特徴とする蓄熱体付地中熱交換システム。
21. 【請求項２１】請求項１から２０のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記地中熱交換器は、 鉛直方向に延び前記熱媒体が流れ込む流入ヘッダ配管
    と、鉛直方向に延び該熱媒体が流れ出す流出ヘッダ配管
    と、これら両ヘッダ配管をつなぐ複数の熱交換配管と、
    を有し、 複数の該熱交換配管は、該流入ヘッダ配管から該流出ヘ
    ッダ配管に向かうに連れて次第に上に向かうよう、これ
    ら両ヘッダ配管に接続され、 該流入ヘッダ配管には、複数の該熱交換配管が接続され
    ている各接続位置よりも僅かに下の位置に絞部が形成さ
    れていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システ
    ム。
22. 【請求項２２】請求項２１に記載の蓄熱体付地中熱交換
    システムにおいて、 前記地中熱交換器は、 複数の前記熱交換配管が円弧状を成していることで、全
    体として円筒状を成し、 円筒状を成している該地中熱交換器の直径よりも小さい
    直径である金属製の円筒体を備え、 該地中熱交換器は、その内側から該円筒体で支持されて
    いることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システム。
23. 【請求項２３】請求項１から２２のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記地中熱交換器は、その表面に、熱伝導率の高い金網
    が接触して備えられ、 該金網は前記地中熱交換器を支持する役目も担っている
    ことを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システム。
24. 【請求項２４】請求項１から２３のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記熱源蓄熱体又は前記熱源蓄熱体容器は、前記地中熱
    交換器と共に前記地中に配置されていることを特徴とす
    る蓄熱体付地中熱交換システム。
25. 【請求項２５】請求項２４に記載の蓄熱体付地中熱交換
    システムにおいて、 前記地中熱交換器は、前記熱源蓄熱体又は前記熱源蓄熱
    体容器の回りに配置されていることを特徴とする蓄熱体
    付地中熱交換システム。
26. 【請求項２６】請求項１から２４のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記熱源蓄熱体、前記熱源蓄熱体容器、又は円筒体は、 その回りに、非吸水性断熱材及び防水剤、又は防水剤が
    施されていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換シス
    テム。
27. 【請求項２７】請求項１から２６のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 熱媒体である液化ガスが内部に封入され、該液化ガスの
    蒸発と凝縮との繰り返しにより、該液化ガスが内部で自
    然循環する熱媒自然循環ラインと、 前記熱媒自然循環ラインの一部を成し、地上に配されて
    いて、大気熱、太陽熱等の地上熱交換対象と熱交換する
    自然循環用地上熱交換器と、 前記熱媒自然循環ラインの一部を成し、前記熱良導性蓄
    熱体と接触して熱交換する自然循環用地中熱交換器と、 を備えていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換シス
    テム。
28. 【請求項２８】請求項２７に記載の蓄熱体付地中熱交換
    システムにおいて、 前記自然循環用地上熱交換器の回りに配され、該自然循
    環用地上熱交換器と接触していて、前記地上熱交換対象
    及び該自然循環用地上熱交換器内の前記液化ガスと熱交
    換して、熱を顕熱又は潜熱として蓄える自然循環用地上
    蓄熱体が備えられていることを特徴とする蓄熱体付地中
    熱交換システム。
29. 【請求項２９】請求項２７に記載の蓄熱体付地中熱交換
    システムにおいて、 前記地中の温度を検出する地中温度検出手段と、 前記熱良導性蓄熱体の温度を検出する熱良導性蓄熱体温
    度検出手段と、 前記自然循環用地上熱交換器を介して前記液化ガスと熱
    交換する地上熱交換対象の温度を検出する地上熱交換対
    象温度検出手段と、 前記熱媒自然循環ライン内の該液化ガスの流れを止める
    自然循環停止手段と、 該地中温度検出手段、該熱良導性蓄熱体温度検出手段、
    及び該地上熱交換対象温度検出手段の検出結果に基づい
    て、該自然循環停止手段を作動させる制御手段と、を備
    えていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システ
    ム。
30. 【請求項３０】請求項２８に記載の蓄熱体付地中熱交換
    システムにおいて、 前記地中の温度を検出する地中温度検出手段と、 前記熱良導性蓄熱体の温度を検出する熱良導性蓄熱体温
    度検出手段と、 前記自然循環用地上蓄熱体の温度を検出する自然循環用
    地上蓄熱体温度検出手段と、 前記熱媒自然循環ライン内の前記液化ガスの流れを止め
    る自然循環停止手段と、 該地中温度検出手段、該熱良導性蓄熱体温度検出手段、
    及び該自然循環用地上蓄熱体温度検出手段の検出結果に
    基づいて、該自然循環停止手段を作動させる制御手段
    と、 を備えていることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換シス
    テム。
31. 【請求項３１】請求項１から３０のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記蓄熱体は、蝋、パラフィン、脂肪酸、トリグリセリ
    ド、油脂、水和物、グリコール、重水、及び水のうちの
    いずれかを含むことを特徴とする蓄熱体付地中熱交換シ
    ステム。
32. 【請求項３２】請求項１から３１のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記熱媒体は、炭酸ガス、プロピレン、プロパン、Ｃ_２
    Ｈ_２Ｆ_４（ＨＦＣ−１３４ａ）、Ｃ_２Ｈ_４Ｆ_２（ＨＦＣ
    −１５２ａ）、Ｃ_２Ｈ_３Ｆ_３Ｏ（Ｅ−１４３）、イソブ
    タン、及びノルマルブタンのうちのいずれかであること
    を特徴とする蓄熱体付地中熱交換システム。
33. 【請求項３３】請求項１から３２のいずれかに記載の蓄
    熱体付地中熱交換システムにおいて、 前記熱良導性蓄熱体は、細骨材又は粗骨材として、熱伝
    導率の高いセラミックス又は金属を含むコンクリートで
    あることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システム。
34. 【請求項３４】冷暖房をする室内空気の温度及び湿度の
    調節用と、新鮮換気空気の温度及び湿度の調節用と、冷
    凍冷蔵用と、給湯用とのうち、少なくとも一つの熱源と
    なり、省エネルギー熱源となり、且つ持続的クリーンエ
    ネルギー熱源となる蓄熱体付地中熱交換システムにおい
    て、 地面から鉛直下方向に向かう一定以上の深さの地中穿孔
    を形成し、 熱媒体が内部を流れる地中熱交換器を該地中穿孔に入
    れ、 該熱媒体が内部を流れる熱源蓄熱体熱交換器を配置し、 該熱源蓄熱体熱交換器で該熱媒体と熱交換して熱を蓄え
    る熱源蓄熱体、又は該熱源蓄熱体が貯えられる熱源蓄熱
    体容器を配置し、 該地中穿孔の内周側であって該地中熱交換器の回りに熱
    良導性蓄熱体を形成し、 該熱媒体が内部を流れる地上熱交換器を地上に配置し、 該地中熱交換器と該熱源蓄熱体熱交換器と該地上熱交換
    器とをつなぎ、内部に該熱媒体が流れる熱媒循環ライン
    を施設する、 ことを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システムの製造方
    法。
35. 【請求項３５】請求項３４に記載の蓄熱体付地中熱交換
    システムの製造方法において、 前記地中穿孔は、アースドリル工法、ベノト工法、リバ
    ース工法、ＢＨ工法のうち、いずれかの工法で形成され
    ることを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システムの製造
    方法。
36. 【請求項３６】請求項３４又は３５に記載の蓄熱体付地
    中熱交換システムの製造方法において、 前記地中熱交換器と前記熱源蓄熱体又は前記熱源蓄熱体
    容器とを含め、前記地中穿孔に入れるものを予めユニッ
    ト化しておき、 該ユニット化したものをまとめて前記地中穿孔に入れる
    ことを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システムの製造方
    法。
37. 【請求項３７】請求項３４又は３５に記載の蓄熱体付地
    中熱交換システムの製造方法において、 前記熱源蓄熱体は、蓄熱流体であり、 前記地中熱交換器と、前記熱源蓄熱体熱交換器を組み込
    んだ前記熱源蓄熱体容器と、該熱源蓄熱体容器に該蓄熱
    流体を流入及び流出させるための蓄熱流体配管の一部
    と、前記熱媒循環ラインの一部とを含め、前記地中穿孔
    に入れるものを予めユニット化しておき、 該ユニット化したものをまとめて前記地中穿孔に入れる
    ことを特徴とする蓄熱体付地中熱交換システムの製造方
    法。