JP2020101309A - 地中熱利用システム - Google Patents

Abstract

【課題】地中の熱の利用効率を向上させることを可能にする地中熱利用システムを提供すること。【解決手段】地中に設けられている熱交換井１２であって、導入された熱媒体と地中における熱交換井１２の周囲との相互間で熱交換を行わせる熱交換井１２と、熱交換井１２に接続されている熱媒体用導出管２２であって、熱交換井１２で熱交換された熱媒体を導出する熱媒体用導出管２２と、熱の影響で熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制する抑制手段と、を備え、抑制手段は、熱媒体用導出管２２と共に二重管を形成する地下水用導出管２３であって、熱媒体用導出管２２内の前記熱媒体が加熱されることを抑制するための流体である地下水を流す地下水用導出管２３を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、地中熱利用システムに関する。

従来、地中の熱を利用する地中熱利用システムが知られていた（例えば、特許文献１参照）。この地中熱利用システムにおいては、地中に配設されている地中熱交換井の内部で熱媒体を循環させて、当該熱媒体と地中熱交換井の周囲との間で熱交換を行わせ、熱交換された当該熱媒体を外部に導出して利用するように構成されていた。

特開２０１１−０８０６４４号公報

しかしながら、地中熱交換井から熱媒体を導出するための導出管は、一般的に、地中における地面から比較的近い位置（例えば、３ｍ以浅）に配設されていたので、地上側の熱の影響が導出管内の熱媒体に及んでしまい、地中の熱の利用効率が低下してしまう可能性があった。

本発明は上記事実に鑑みなされたもので、地中の熱の利用効率を向上させることを可能にする地中熱利用システムを提供する事を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の地中熱利用システムは、地中に設けられている熱交換手段であって、導入された熱媒体と地中における前記熱交換手段の周囲との相互間で熱交換を行わせる前記熱交換手段と、前記熱交換手段に接続されている導出管であって、前記熱交換手段で熱交換された前記熱媒体を導出する前記導出管と、熱の影響で前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制する抑制手段と、を備える。

請求項２に記載の地中熱利用システムは、請求項１に記載の地中熱利用システムにおいて、前記抑制手段は、前記導出管と共に二重管を形成する管状体であって、前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を流す前記管状体を含む。

請求項３に記載の地中熱利用システムは、請求項１又は２に記載の地中熱利用システムにおいて、前記抑制手段は、前記導出管が配設される配設溝であって、前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を流す前記配設溝を含む。

請求項４に記載の地中熱利用システムは、請求項１から３の何れか一項に記載の地中熱利用システムにおいて、前記抑制手段は、前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を散布する散布手段を含む。

請求項５に記載の地中熱利用システムは、請求項２から４の何れか一項に記載の地中熱利用システムにおいて、前記熱交換手段は、導入された熱媒体と前記熱交換手段の周囲の採熱領域との相互間で熱交換を行わせ、前記地中熱利用システムは、地下水を取水することにより、前記採熱領域の領域外の未利用熱領域の地下水を前記採熱領域に流動させる取水手段、を備え、前記抑制手段は、少なくとも、前記取水手段が取水した前記地下水を、前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体として用いる。

請求項１に記載の地中熱利用システムによれば、熱の影響で導出管内の熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制することにより、例えば、熱の影響が導出管内の熱媒体に及んでしまい、熱媒体が意図に反して加熱又は冷却されることを抑制することができるので、地中の熱の利用効率を向上させることが可能となる。

請求項２に記載の地中熱利用システムによれば、導出管と共に二重管を形成する管状体であって、導出管内の熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を流す管状体を含むことにより、例えば、二重管を利用して、熱媒体が意図に反して加熱又は冷却されることを確実に抑制することが可能となる。また、例えば、抑制手段と導出管とを一体的に取り扱うことができるので、省スペース化することが可能となる。

請求項３に記載の地中熱利用システムによれば、導出管が配設される配設溝であって、導出管内の熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を流す配設溝を含むことにより、例えば、配設溝を利用して、熱媒体が意図に反して加熱又は冷却されることを確実に抑制することが可能となる。また、例えば、導出管が配設溝に配設されているので、導出管に地上から容易にアクセスすることができるので、メンテナンス性を向上させることが可能となる。

請求項４に記載の地中熱利用システムによれば、導出管内の熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を散布することにより、例えば、流体の散布を利用して、熱媒体が意図に反して加熱又は冷却されることを確実に抑制することが可能となる。

請求項５に記載の地中熱利用システムによれば、少なくとも、取水手段が取水した地下水を、導出管内の熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体として用いることにより、例えば、取水手段が取水した地下水を有効活用することができるので、地中の熱の利用効率を向上させつつ、運用コストを低減することが可能となる。

実施の形態１に係る地中熱利用システムを概略的に示す断面図である。 図１の要部拡大図である。 図２におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 地下水の流動している状態の地中熱利用システムを概略的に示す断面図である。 実施の形態２に係る地中熱利用システムを概略的に示す断面図である。 散水を行わなかった場合の温度変化を示すグラフである。 散水を行った場合の温度変化を示すグラフである。 他の抑制手段を例示した断面図である。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る地中熱利用システムの実施の形態を詳細に説明する。まず、〔Ｉ〕実施の形態の基本的概念を説明した後、〔ＩＩ〕実施の形態の具体的内容について説明し、最後に、〔ＩＩＩ〕実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

〔Ｉ〕各実施の形態の基本的概念
まず、各実施の形態の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る地中熱利用システムは、地中熱を利用する地中熱利用システムである。ここで、「地中熱」とは、地中に蓄えられた熱エネルギーであって、例えば、地盤を形成する少なくとも一部の地層（一例としては、主に、帯水層）の熱エネルギーを含む概念である。「帯水層」とは、砂や礫等を含んで形成された透水性の地層が、地下水を含んだ状態の地層である。また、前述の地層としては、「難透水層」（「非帯水層」とも称する）も含まれるものと解釈してもよい。そして、この「難透水層」とは、粘性土や固結岩盤等によって形成され、帯水層に比べて透水性の劣る地層である。なお、前述の帯水層の地下水は滞留していてもよいが、流れがあるほうがより好ましい。

なお、この地中熱利用システムにおいて地中熱をどのように利用するかは任意であり、例えば、地中熱を用いて対象空間の冷房又は暖房を行うことができるが、各実施の形態においては、地中熱を用いて対象空間の冷房を行うものとして説明する。また、各実施の形態においては、対象空間は室内であるものとして説明する。

〔ＩＩ〕実施の形態の具体的内容
次に、本発明に係る各実施の形態の具体的内容について説明する。

（実施の形態１）
まずは、実施の形態１について説明する。本実施の形態１は、導出管と共に二重管を形成する管状体にて、地中熱利用システムに対する熱の影響を抑制する場合の形態である。

（構成）
まず、本実施の形態に係る地中熱利用システムについて説明する。図１は、本実施の形態に係る地中熱利用システムを概略的に示す断面図であり、図２は、図１の要部拡大図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

なお、図１においては、熱媒体用導入管２１、熱媒体用導出管２２、及び地下水用導出管２３については、説明の便宜上、接続関係のみを概略的に図示しており、物理的な詳細構造については図示が省略されている。

ここで、以下では、必要に応じて、各図におけるＺ軸方向を「高さ方向」と称し、特に＋Ｚ方向を「上方向」又は「上側」と称し、−Ｚ方向を「下方向」又は「下側」と称する。また、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向を「水平方向」と称する。

図１に示す地中熱利用システム１００は、利用装置１１、熱交換井１２、揚水井戸１３、熱媒体用ポンプ１４、地下水用ポンプ１５、制御装置１６、図２の熱媒体用導入管２１、熱媒体用導出管２２、及び地下水用導出管２３を備える。

（構成−利用装置）
利用装置１１は、熱交換井１２との間で循環される図２の熱媒体との間で熱交換を行って、当該熱媒体を利用する利用手段である。なお、「熱媒体」とは、地中熱との熱交換の対象となる媒体であって、本実施の形態においては、熱媒体は水であるものとして説明する。この利用装置１１の具体的な種類や構成は任意であるが、例えば、少なくとも熱媒体を冷媒として用いる冷房装置として構成することができる。

なお、ここでは、利用装置１１については、熱媒体を直接利用する冷房装置として構成することとして説明したが、熱交換井１２との間で循環される図２の熱媒体と、二次側装置（冷房装置等）との間で循環される不図示の他の熱媒体との間で熱を交換する冷却ヒートポンプとして構成することもできる。

（構成−熱交換井）
熱交換井１２は、地中に設けられている熱交換手段であって、導入された熱媒体と地中における当該熱交換手段の周囲との相互間で熱交換を行わせる熱交換手段である。この熱交換井１２の具体的な種類や構成は任意であるが、例えば、図１に示すように、３個設けられているものとして説明する。

熱交換井１２は、例えば、下端部が閉鎖端となっている略円筒形状にて形成されており、図２に示すように、利用装置１１側からの熱媒体が熱媒体用導入管２１を介して導入され、当該熱媒体が熱媒体用導出管２２を介して利用装置１１側に導出されるように構成されている。そして、熱交換井１２は、導入された熱媒体を当該熱交換井１２の内部に流動させることによって、熱交換井１２を流動する熱媒体と、熱交換井１２の周囲の所定範囲内に位置する周囲の地中との相互間における熱交換が行われる。ここで、このような熱交換井１２の周囲の所定範囲内に位置する領域を、以下では「採熱領域Ｅ１」と称する。なお、「所定範囲」とは、熱交換井１２による熱交換によって所定以上の温度変化を生じる範囲である。ここで、図１において当該採熱領域Ｅ１を斜線にて示している。また、地中における、採熱領域Ｅ１に属さない領域を、以下では「未利用熱領域Ｅ２」と称する。

（構成−熱交換井）
揚水井戸１３は、地下水を取水することにより、採熱領域Ｅ１の領域外の未利用熱領域Ｅ２の地下水を採熱領域Ｅ１に流動させる取水手段である。この揚水井戸１３の具体的な種類や構成は任意であるが、例えば、略円筒形状にて形成されており、当該か端部から取水された地下水が地下水用導出管２３を介して導出されるように構成されている。なお、地下水の導出先は任意であるが、例えば、不図示の建物側に導出してもよいし、あるいは、不図示の復水配管を介して地中に戻してもよい。

「地下水」とは、図２の熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制するための流体であり、例えば、夏場には、少なくとも地表面の温度よりも低い温度に保たれており、地域の気温によるが、一例としては摂氏１５〜１７度程度に保たれている。

（構成−ポンプ）
熱媒体用ポンプ１４は、利用装置１１と熱交換井１２との間で熱媒体用導入管２１及び熱媒体用導出管２２を介して、熱媒体を循環させる手段である。また、地下水用ポンプ１５は、揚水井戸１３を介して地下水を取水する手段である。

（構成−制御装置）
制御装置１６は、地中熱利用システム１００を制御する制御手段であり、具体的には、利用装置１１、熱媒体用ポンプ１４、及び地下水用ポンプ１５を制御する装置である。この制御装置１６の具体的な種類や構成は任意である。

（構成−熱媒体用導入管）
図２の熱媒体用導入管２１は、熱交換井１２に対して熱媒体を導入する導入管であり、具体的には、熱交換井１２に接続されている導入管であって、熱交換井１２で熱交換させるために熱媒体を導入する配管である。この熱媒体用導入管２１の具体的な種類や構成は任意であるが、例えば、図１に示すように、熱媒体用ポンプ１４を介して利用装置１１と熱交換井１２との間に接続されている。また、熱媒体用導入管２１は、図２に示すように、熱媒体用導出管２２に平行に設けられており、また、少なくとも一部が地面から近い位置において当該地面と平行に水平方向（Ｘ軸方向）に沿って設けられているものであり、また、金属製又は樹脂製等のものである。

（構成−熱媒体用導出管）
図２の熱媒体用導出管２２は、熱交換井１２から熱媒体を導出する導出管であり、具体的には、熱交換井１２に接続されている導出管であって、熱交換井１２で熱交換された熱媒体を導出する配管である。この熱媒体用導出管２２の具体的な種類や構成は任意であるが、例えば、図１に示すように、熱媒体用ポンプ１４を介して利用装置１１と熱交換井１２との間に接続されている。また、熱媒体用導出管２２は、図２に示すように、熱媒体用導入管２１に平行に設けられており、また、少なくとも一部が地面から近い位置に（例えば、２ｍ〜３ｍ程度の深さの位置）おいて当該地面と平行に水平方向（Ｘ軸方向）に沿って設けられているものであり、また、金属製又は樹脂製等のものである。

また、熱媒体用導出管２２は、例えば、図３に示すように、地下水用導出管２３と共に二重管を形成する管状体であり、また、当該二重管の内管を形成するものであり、また、地下水用導出管２３よりも小径のものであり、また、外周に断熱材２２１が設けられているものである。

（構成−地下水用導出管）
図２の地下水用導出管２３は、揚水井戸１３から地下水を導出する導出管であり、具体的には、地上側の熱の影響で熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制する抑制手段である。この地下水用導出管２３の具体的な種類や構成は任意であるが、例えば、図１に示すように、揚水井戸１３と地下水用ポンプ１５との間に接続されている。また、地下水用導出管２３は、図２に示すように、少なくとも一部が地面から近い位置において当該地面と平行に水平方向（Ｘ軸方向）に沿って設けられているものであり、また、金属製又は樹脂製等のものである。

また、地下水用導出管２３は、例えば、熱媒体用導出管２２と共に二重管を形成する管状体であり、また、熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制するための地下水を流す管状体である。地下水用導出管２３は、例えば、当該二重管の外管を形成するものであり、また、熱媒体用導出管２２よりも大径のものである。地下水用導出管２３は、例えば、自己の所定位置に熱媒体用導出管２２が挿通される開口部が設けられており、図２に示すように、当該開口部を介して熱媒体用導出管２２が内部に挿通されて設けられている。なお、この開口部の周辺には任意の不図示の封止材が設けられており、地下水の漏れが抑制されている。

（動作）
次に、このように構成された地中熱利用システム１００の動作について説明する。図４は、地下水の流動している状態の地中熱利用システムを概略的に示す断面図である。

まず、制御装置１６は、任意のタイミング（例えば、日中の時間）で、熱媒体用ポンプ１４を稼働した上で、利用装置１１を動作させる。この場合、利用装置１１で利用された熱媒体は、図２の熱媒体用導入管２１を介して熱交換井１２に導入され、当該熱交換井１２を経由することにより、図４の採熱領域Ｅ１との間で熱の交換を行い冷却される。この後、冷却された熱媒体は、図２の熱交換井１２から熱媒体用導出管２２を介して、利用装置１１に供給される。

また、制御装置１６は、任意のタイミング（例えば、熱媒体用ポンプ１４を稼働したタイミングと同じタイミング、あるいは、熱媒体用ポンプ１４を稼働したタイミングとは異なる夜間の時間に対応するタイミング）で、地下水用ポンプ１５を稼働する。この場合、揚水井戸１３を介して取水された地下水が、地下水用導出管２３を介して導出されることにより、図４に示すように、揚水井戸１３の周囲から当該揚水井戸１３に向かって地下水が流動することにより、未利用熱領域Ｅ２の地下水が採熱領域Ｅ１側に供給される。このため、採熱領域Ｅ１は、前述の熱媒体との間の熱交換により加熱されるもの、未利用熱領域Ｅ２の地下水が採熱領域Ｅ１側に供給されて冷却されるので、熱媒体との間の熱交換効率を比較的高い状態で維持することが可能となる。

一方、日中の時間帯には、日光等の地上側の熱の影響により地面が加熱されて、当該地面の熱が地中側（−Ｚ方向）に伝達されることになる。しかしながら、図２又は図３に示すように、熱媒体用導出管２２が地下水用導出管２３の内部に設けられており、熱媒体用導出管２２の周囲を地下水が流れているので、地上側からの熱が遮断され、当該地上側からの熱の影響により、熱媒体用導出管２２を介して導出される熱媒体が加熱されることが抑制される。このようにして、地中熱利用システム１００全体として、地中の熱の利用効率を向上させることが可能となる。

（本実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、地上側の熱の影響で熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制することにより、例えば、地上側の熱の影響が熱媒体用導出管２２内の熱媒体に及んでしまい、熱媒体が意図に反して加熱されることを抑制することができるので、地中の熱の利用効率を向上させることが可能となる。

また、熱媒体用導出管２２と共に二重管を形成する地下水用導出管２３であって、熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制するための流体である地下水を流す地下水用導出管２３を含むことにより、例えば、二重管を利用して、熱媒体が意図に反して加熱されることを確実に抑制することが可能となる。また、例えば、地下水用導出管２３と熱媒体用導出管２２とを一体的に取り扱うことができるので、省スペース化することが可能となる。

また、少なくとも、揚水井戸１３が取水した地下水を、熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制するための流体として用いることにより、例えば、揚水井戸１３が取水した地下水を有効活用することができるので、地中の熱の利用効率を向上させつつ、運用コストを低減することが可能となる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。本実施の形態２は、導出管内の熱媒体が加熱されることを抑制するための流体を散布する散布手段にて、地中熱利用システムに対する熱の影響を抑制する場合の形態である。なお、実施の形態２においては、実施の形態１の構成と同様な構成には同様な符号を付して、その説明を省略する。

（構成）
まず、本実施の形態に係る地中熱利用システムについて説明する。図５は、本実施の形態に係る地中熱利用システムを概略的に示す断面図である。

図５に示す地中熱利用システム３００は、利用装置１１、熱交換井１２、揚水井戸１３、熱媒体用ポンプ１４、地下水用ポンプ３１、制御装置３２、熱媒体用導入管２１、熱媒体用導出管２２、及び地下水用導出管４１、及び散水装置４２を備える。

（構成−ポンプ、地下水用導出管、及び散水装置）
地下水用ポンプ３１は、揚水井戸１３を介して地下水を取水する手段であり、具体的には、取水した地下水を、地下水用導出管４１を介して散水装置４２に供給する装置である。なお、地下水用ポンプ３１の設置位置は任意であり、揚水井戸１３内に設けても、あるいは、揚水井戸１３外に設けてもよいが、ここでは、後者の場合を図示して説明する。

地下水用導出管４１は、揚水井戸１３から地下水を導出する導出管である。

散水装置４２は、熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制するための流体を散布する散布手段であり、具体的には、地下水を散水する散水手段である。この散水装置４２の具体的な種類や構成は任意であるが、例えば、少なくとも、熱媒体用導出管２２の上側（＋Ｚ方向）の地面に散水するものであり、また、地上に立設した複数の支柱に支持されて地面から離れた位置に設けられているもの、あるいは、地面に設けられているもの、地面に敷設する等として構成することができるものである。また、散水装置４２は、公知のノズル等を備えて構成することができるものである。

（構成−制御装置）
制御装置３２は、地中熱利用システム３００を制御する制御手段であり、具体的には、利用装置１１、熱媒体用ポンプ１４、及び地下水用ポンプ３１を制御する装置である。

（動作）
次に、このように構成された地中熱利用システム３００の動作について説明する。

まず、制御装置３２は、実施の形態１で説明した場合と同様にして、任意のタイミングで、熱媒体用ポンプ１４を稼働した上で、利用装置１１を動作させ、また、地下水用ポンプ３１を稼働する。

この場合、利用装置１１で利用された熱媒体は、実施の形態１で説明した場合と同様にして、熱媒体用導入管２１を介して熱交換井１２に導入され、当該熱交換井１２を経由することにより、採熱領域Ｅ１との間で熱の交換を行い冷却される。この後、冷却された熱媒体は、熱交換井１２から熱媒体用導出管２２を介して、利用装置１１に供給される。

また、揚水井戸１３を介して取水された地下水が、地下水用導出管４１を介して導出された後に、散水装置４２に供給される。この後、散水装置４２に供給された地下水は、当該散水装置４２のノズルから地面に散水される。

一方、日中の時間帯には、実施の形態１で説明したように、日光等の地上側の熱の影響により地面が加熱されて、当該地面の熱が地中側（−Ｚ方向）に伝達されることになる。しかしながら、図５に示すように、散水装置４２から地面に地下水が散水されており、地上側の熱は当該散水された地下水により冷却されるので、当該地上側からの熱の影響により、熱媒体用導出管２２を介して導出される熱媒体が加熱されることが抑制される。このようにして、地中熱利用システム３００全体として、地中の熱の利用効率を向上させることが可能となる。

（熱媒体の温度変化）
次に、地中熱利用システム３００による熱媒体の温度変化について説明する。図６は、散水を行わなかった場合の温度変化を示すグラフであり、また、図７は、散水を行った場合の温度変化を示すグラフである。これらの図６及び図７は、例えば、日中の時間帯に利用装置１１、熱媒体用ポンプ１４、及び地下水用ポンプ３１を稼働（図中では「ＯＮ」と図示）し、夜間の時間帯にこれらの装置を停止（図中では「ＯＦＦ」と図示）した場合の、図５の地面直下の温度及び熱媒体用導出管２２内の熱媒体の温度の変化を図示している。また、図６は、揚水井戸１３から取水した地下水を、（本実施の形態の動作とは異なり）散水装置４２から散水せずに、利用装置１１に供給する場合の温度の変化を図示しており、また、図７は、揚水井戸１３から取水した地下水を、前述の動作で説明したように散水装置４２から散水する場合の温度の変化を図示している。

（熱媒体の温度変化−散水しない場合）
図６に示すように、散水装置４２から散水しない場合、地面直下の温度は、日光等の地上側の熱の影響により、日中に比較的高くなり大きく変化する。そして、この場合の熱媒体用導出管２２内の熱媒体の温度は、日中の地中熱利用システム３００をＯＮした直後は、熱交換井１２での熱交換により基準温度を一瞬下回るものの、この後、地面直下の温度の影響を受けて加熱されて、基準温度を上回ることになる。

「基準温度」とは、利用装置１１の機能を効果的に発揮するために基準となる温度であり、一例としては、摂氏２１度等であり、熱媒体の温度がこの基準温度を下回ることが、利用装置１１の効果的な運用の面からは好ましいとされている場合について例示して説明する。

従って、散水装置４２から散水しない場合、例えば、日光からの地上側の熱の影響を受ける場合、利用装置１１を極めて短時間のみしか効果的に運用することができなくなる可能性がある。

（熱媒体の温度変化−散水する場合）
図７に示すように、散水装置４２から散水する場合、地面直下の温度は、日光からの地上側の熱の影響を受けるものの、散水された地下水により冷却されるので、比較的低い温度に維持される。そして、この場合の熱媒体用導出管２２内の熱媒体の温度は、日中の地中熱利用システム３００をＯＮした直後から、基準温度を下回った状態が維持されることになる。

従って、散水装置４２から散水する場合、例えば、日光からの地上側の熱の影響を受ける場合であっても、利用装置１１を所望の時間中（例えば、日中の時間帯）効果的に運用することができことになる。

（本実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制するための流体である地下水を散布（散水）することにより、例えば、流体の散布を利用して、熱媒体が意図に反して加熱されることを確実に抑制することが可能となる。

〔ＩＩＩ〕実施の形態に対する変形例
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。

（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、上述の内容に限定されるものではなく、発明の実施環境や構成の細部に応じて異なる可能性があり、上述した課題の一部のみを解決したり、上述した効果の一部のみを奏したりすることがある。

（分散や統合について）
また、上述した各電気的構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各部の分散や統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散又は統合して構成できる。

（形状、数値、構造、時系列について）
実施の形態や図面において例示した構成要素に関して、形状、数値、又は複数の構成要素の構造若しくは時系列の相互関係については、本発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。

（抑制手段について）
また、上記各実施の形態では、抑制手段として、導出管と共に二重管を形成する管状体を用いる場合、及び導出管内の熱媒体が加熱されることを抑制するための流体を散布する散布手段を用いる場合について説明したが、これに限らない。図８は、他の抑制手段を例示した断面図である。

例えば、抑制手段として、図８（ａ）の配設溝５１を用いてもよい。配設溝５１は、熱媒体用導出管２２が配設される配設溝であって、熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制するための地下水を流す配設溝である。この配設溝５１の具体的な種類や構成は任意であるが、地中の土砂等と配設溝５１の中空部５１２とを区画する区画部材５１１を備えるものであり、また、断面視Ｕ字形状のものであり、また、中空部５１２内に熱媒体用導出管２２が配設されるものであり、また、図１の地下水用導出管２３の代わりに用いられるものであって、揚水井戸１３から不図示のポンプで取水した地下水が供給され、当該地下水を下流側の任意の位置に導出（排水）するものである。配設溝５１の上側（＋Ｚ方向）は、例えば、常時開口されたものとして構成してもよいし、あるいは、当該開口を開閉可能に覆う蓋等を設けてもよい。また、熱媒体用導出管２２に対する地下水の水位は任意であり、例えば、図８（ａ）に図示されているように、地下水の水位を熱媒体用導出管２２の一部のみが浸かる水位とし、熱媒体用導出管２２の他の一部が空気層と接触するように構成してもよいし、あるいは、熱媒体用導出管２２の全てが地下水に浸かるように構成してもよい。このように構成することにより、熱媒体用導出管２２が配設される配設溝５１であって、熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制するための流体を流す配設溝５１を含むことにより、例えば、配設溝５１を利用して、熱媒体が意図に反して加熱されることを確実に抑制することが可能となる。また、例えば、熱媒体用導出管２２が配設溝５１に配設されているので、熱媒体用導出管２２に地上から容易にアクセスすることができるので、メンテナンス性を向上させることが可能となる。

また、例えば、抑制手段として、図８（ｂ）の配設溝６１を用いてもよい。配設溝６１は、熱媒体用導出管２２が配設される配設溝であって、熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制するための水を流す配設溝である。この配設溝６１の具体的な種類や構成は任意であるが、例えば、遮水性の区画部材６１１を備えるものであり、また、地中に埋められて上側（＋Ｚ方向）からの水（雨水、あるいは、図５の散水装置４２から散水される地下水等）が下側（−Ｚ方向）に浸透することを抑制しつつ下流側の任意の位置に導出（排水）するものである。なお、例えば、前述の図８（ａ）の配設溝５１についても、図８（ｂ）の配設溝６１と同様に、中空部５１２を公知の軽量人工骨材等で埋め戻しても好適に実施でき、さらに、その上部に透水性の人工芝、または、コンクリートブロック等を敷設しても好適に実施できる。また、例えば、図８（ｂ）の配設溝６１の区画部材６１１の上側を埋め戻さずに、図８（ａ）の中空部５１２の如き中空部を設けても好適に実施できる。

また、例えば、抑制手段として、図８（ｃ）の地下水用導出管７１を用いてもよい。地下水用導出管７１は、地上側の熱の影響で熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制する抑制手段である。この地下水用導出管７１の具体的な種類や構成は任意であるが、例えば、図１の地下水用導出管２３と同様にして、揚水井戸１３で取水された地下水を導出する複数個（例えば、３個）の管状体であり、また、高さ方向（Ｚ軸方向）において、熱媒体用導出管２２と地面との間に設けられているものである。なお、ここでの地下水用導出管７１の構成は任意に変更してもよく、例えば、１個のみ設けるように構成してもよいし、あるいは、断面視扁平形状となるように構成してもよい。なお、例えば、図８（ａ）〜（ｃ）の技術と実施の形態２の散水の技術とを併用して、図８（ａ）〜（ｃ）の地面に散水しても好適に実施できる。

（流体について）
また、上記各実施の形態では、熱媒体用導出管２２内の熱媒体が加熱されることを抑制するための流体として、揚水井戸１３で取水された地下水を用いる場合について説明したこれに限らない。例えば、揚水井戸１３で取水された地下水以外の地下水、上水、中水、又は雨水を用いてもよい。この場合、流体の流量を調整する調整装置（流量調整手段）を設けた上で、当該調整装置が、外気温又は地面の温度を、温度計測装置を用いて計測し、計測した温度に基づいて、流体の流量を調整するように構成してもよい。

（植栽について）
また、実施の形態２における散水される位置に植栽することにより、散水される地下水を利用して直物を栽培してもよい。

（流向及び流量について）
また、上記実施の形態１の図２に示される、二重管内の熱媒体と地下水の流向（流れる方向）は、相互に同じにしてもよいし、あるいは、相互に逆にしてもよい。

（二重管について）
また、上記実施の形態１の図３に示されるように、熱媒体用導出管２２が内管となり且つ地下水用導出管２３が外管となる二重管を形成する場合について説明したが、例えば、逆に、熱媒体用導出管２２が外管となり且つ地下水用導出管２３が内管となる二重管を形成してもよい。

（暖房について）
また、上記各実施の形態では、地中熱を用いて対象空間の冷房を行う場合について説明したが、地中熱を用いて対象空間の暖房を行う場合に、上述の各技術を適用してもよい。この場合、抑制手段を用いて地上側の熱の影響で導出管内の熱媒体が冷却されることを抑制することになる。この場合、「地下水」とは、例えば、冬場には、少なくとも地面の温度よりも高い温度に保たれているので、この地下水を用いて、熱媒体が冷却されることを抑制することが可能となる。

（熱について）
また、上記各実施の形態では、「熱」としては、地上側の熱を例示して説明したが、これに限らず、「熱」は、地表面や地下構造物や地下鉄等、意図しない場所からの熱（伝導熱、排熱等）も含むものとする。

（組み合わせについて）
また、上記各実施の形態又は変形例で説明した技術を任意に組み合わせてもよい。特に、抑制手段の技術を任意に組み合わせてもよい。

（付記）
付記１の地中熱利用システムは、地中に設けられている熱交換手段であって、導入された熱媒体と地中における前記熱交換手段の周囲との相互間で熱交換を行わせる前記熱交換手段と、前記熱交換手段に接続されている導出管であって、前記熱交換手段で熱交換された前記熱媒体を導出する前記導出管と、熱の影響で前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制する抑制手段と、を備える。

付記２の天地中熱利用システムは、付記１に記載の地中熱利用システムにおいて、前記抑制手段は、前記導出管と共に二重管を形成する管状体であって、前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を流す前記管状体を含む。

付記３の地中熱利用システムは、付記１又は２に記載の地中熱利用システムにおいて、前記抑制手段は、前記導出管が配設される配設溝であって、前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を流す前記配設溝を含む。

付記４の地中熱利用システムは、付記１から３の何れか一項に記載の地中熱利用システムにおいて、前記抑制手段は、前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を散布する散布手段を含む。

付記５の地中熱利用システムは、付記２から４の何れか一項に記載の地中熱利用システムにおいて、前記熱交換手段は、導入された熱媒体と前記熱交換手段の周囲の採熱領域との相互間で熱交換を行わせ、前記地中熱利用システムは、地下水を取水することにより、前記採熱領域の領域外の未利用熱領域の地下水を前記採熱領域に流動させる取水手段、を備え、前記抑制手段は、少なくとも、前記取水手段が取水した前記地下水を、前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体として用いる。

（付記の効果）
付記１に記載の地中熱利用システムによれば、熱の影響で導出管内の熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制することにより、例えば、熱の影響が導出管内の熱媒体に及んでしまい、熱媒体が意図に反して加熱又は冷却されることを抑制することができるので、地中の熱の利用効率を向上させることが可能となる。

付記２に記載の地中熱利用システムによれば、導出管と共に二重管を形成する管状体であって、導出管内の熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を流す管状体を含むことにより、例えば、二重管を利用して、熱媒体が意図に反して加熱又は冷却されることを確実に抑制することが可能となる。また、例えば、抑制手段と導出管とを一体的に取り扱うことができるので、省スペース化することが可能となる。

付記３に記載の地中熱利用システムによれば、導出管が配設される配設溝であって、導出管内の熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を流す配設溝を含むことにより、例えば、配設溝を利用して、熱媒体が意図に反して加熱又は冷却されることを確実に抑制することが可能となる。また、例えば、導出管が配設溝に配設されているので、導出管に地上から容易にアクセスすることができるので、メンテナンス性を向上させることが可能となる。

付記４に記載の地中熱利用システムによれば、導出管内の熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を散布することにより、例えば、流体の散布を利用して、熱媒体が意図に反して加熱又は冷却されることを確実に抑制することが可能となる。

付記５に記載の地中熱利用システムによれば、少なくとも、取水手段が取水した地下水を、導出管内の熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体として用いることにより、例えば、取水手段が取水した地下水を有効活用することができるので、地中の熱の利用効率を向上させつつ、運用コストを低減することが可能となる。

１１ 利用装置
１２ 熱交換井
１３ 揚水井戸
１４ 熱媒体用ポンプ
１５ 地下水用ポンプ
１６ 制御装置
２１ 熱媒体用導入管
２２ 熱媒体用導出管
２３ 地下水用導出管
３１ 地下水用ポンプ
３２ 制御装置
４１ 地下水用導出管
４２ 散水装置
５１ 配設溝
６１ 配設溝
７１ 地下水用導出管
１００ 地中熱利用システム
２２１ 断熱材
３００ 地中熱利用システム
５１１ 区画部材
５１２ 中空部
６１１ 区画部材
Ｅ１ 採熱領域
Ｅ２ 未利用熱領域

Claims (5)

1. 地中に設けられている熱交換手段であって、導入された熱媒体と地中における前記熱交換手段の周囲との相互間で熱交換を行わせる前記熱交換手段と、
   前記熱交換手段に接続されている導出管であって、前記熱交換手段で熱交換された前記熱媒体を導出する前記導出管と、
   熱の影響で前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制する抑制手段と、
   を備える地中熱利用システム。
2. 前記抑制手段は、前記導出管と共に二重管を形成する管状体であって、前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を流す前記管状体を含む、
   請求項１に記載の地中熱利用システム。
3. 前記抑制手段は、前記導出管が配設される配設溝であって、前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を流す前記配設溝を含む、
   請求項１又は２に記載の地中熱利用システム。
4. 前記抑制手段は、前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体を散布する散布手段を含む、
   請求項１から３の何れか一項に記載の地中熱利用システム。
5. 前記熱交換手段は、導入された熱媒体と前記熱交換手段の周囲の採熱領域との相互間で熱交換を行わせ、
   前記地中熱利用システムは、
   地下水を取水することにより、前記採熱領域の領域外の未利用熱領域の地下水を前記採熱領域に流動させる取水手段、を備え、
   前記抑制手段は、少なくとも、前記取水手段が取水した前記地下水を、前記導出管内の前記熱媒体が加熱又は冷却されることを抑制するための流体として用いる、
   請求項２から４の何れか一項に記載の地中熱利用システム。

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