JP6121865B2 - 地中熱ヒートポンプシステム - Google Patents

Description

本発明は、地中熱ヒートポンプシステムに関する。

従来より、たとえば、特許文献１に開示されるように、ヒートポンプの熱源として地中熱を用いる地中熱ヒートポンプシステムが知られている。かかる地中熱ヒートポンプシステムは、熱媒体を内部に通した採熱管を地中に埋設し、地中熱との間で熱交換を行う構成を有している。ヒートポンプの熱源として地中熱を用いる場合、採熱管の埋設深度を深くすることで、年間を通じて（季節変動の影響に対して）採熱量の変化を少なくすることができ、あるいは、より高い熱量を採熱することができる。

特開２０１１−２２６６６０

しかしながら、採熱管の埋設深度を深くする場合には、採熱管を埋設する井戸を深く掘削する必要があり、工事の費用や工数が増大するという問題がある。

そこで、本発明は、採熱管を埋設する井戸の掘削の工事の費用や工数の増大を抑えることができる地中熱ヒートポンプシステムを提供することを目的とする。

本発明の地中熱ヒートポンプシステムは、地中熱ヒートポンプと、地中に埋設され下方端が閉塞している埋設管と、流出口が埋設管の内部に配置され、地中熱よりも温度の高い水である温水を埋設管内に流入させる温水流路とを有し、地中熱ヒートポンプの採熱管が埋設管の内部に収容され、採熱管の少なくとも一部は、温水流路から埋設管内に流入し貯留された温水内に配置されていることとする。

上述した本発明の地中熱ヒートポンプシステムは、温水流路の流出口は、埋設管内に貯留された温水中における採熱管の下端の水深の半分よりも下方に配置されていることとする。

上述した本発明の地中熱ヒートポンプシステムは、温水流路の流出口は、採熱管の下端以下に配置されていることとする。

上述した本発明の地中熱ヒートポンプシステムは、温水流路のうち、埋設管内に配置される部分である埋設管内流路の容積は、埋設管内流路に流れ込んだ温水が１日を通して平均で４５分以内に流出口から埋設管内に流出する容積であることとする。

上述した本発明の地中熱ヒートポンプシステムは、温水流路には、地中熱ヒートポンプシステム以外の設備で使用するための設備用温水の一部が温水として流されることとする。

上述した本発明の地中熱ヒートポンプシステムは、設備用温水は、湯元から管を通して温泉貯留槽に供給され、この温泉貯留槽から設備に供給される温泉であり、温泉貯留槽には、所定の貯留量を超えたときに超えた分の温泉を温泉貯留槽の外に放流させる余剰温泉放流部が設けられ、温水流路には、余剰温泉放流部から放流された温泉が温水として流されることとする。

本発明の地中熱ヒートポンプシステムは、地中熱ヒートポンプと、地中に埋設され下方端が閉塞している埋設管と、諸設備に地中熱よりも温度の高い温水を供給するための温水供給装置と、流出口が埋設管の内部に配置され、温水供給装置が諸設備に供給する温水の一部を地中熱よりも温度が高い状態で埋設管内に流入させる温水流路とを有し、地中熱ヒートポンプの採熱管が埋設管の内部に収容され、採熱管の少なくとも一部は、温水流路から埋設管内に流入し貯留された温水内に配置されていることとする。

本発明の地中熱ヒートポンプシステムは、温水供給装置は、諸設備に供給される温水を貯留する温水貯留槽を有し、温水貯留槽には、所定の貯留量を超えたときに超えた分の温水を温水貯留槽の外に放流させる余剰温水放流部が設けられ、温水流路には、余剰温水放流部から放流された温水が流入することとする。

本発明の地中熱ヒートポンプは、温水供給装置は、諸設備に温水として温泉を供給する湯元であり、温水貯留槽は、湯元から管を通して供給される温泉が貯留される温泉貯留槽であることとする。

本発明によれば、採熱管を埋設する井戸の掘削の工事の費用や工数の増大を抑えることができる地中熱ヒートポンプシステムを提供することができる。

暖房システムの概略の構成を示す図である。 採熱装置および温泉貯留槽の構成を示す図である。 温泉貯留槽に温泉を供給する温泉供給システムの構成を示す図である。

（暖房システム１００の概略構成）
図１は、暖房システム１００の概略の構成を示す図であり、この暖房システム１００は、地中熱ヒートポンプシステム１と、この地中熱ヒートポンプシステム１を利用し温風を送出することができる温風機２を有する。地中熱ヒートポンプシステム１は、ヒートポンプ装置３と、地中Ｇの熱を採熱する採熱装置４とを有する。温風機２からは、地中熱ヒートポンプシステム１により採熱された熱により加温された温風が送出される。

（温風機２）
温風機２は、放熱部５と送風機６とを有する。放熱部５は、パイプ７を介して後述するヒートポンプ装置３の吸熱部１７に接続されている。放熱部５とパイプ７と吸熱部１７とは環状の循環路８を形成し、この循環路８内には、不凍液等の熱媒９が充填されている。循環路８には、ポンプ１０が備えられている。このポンプ１０により、循環路８内の熱媒９は、循環路８内を循環させられる。

吸熱部１７において加温させられた熱媒９は、放熱部５に流れ、放熱部５を加温する。放熱部５の周囲の空気は、放熱部５により加温され、加温された空気が送風機６により温風機２の外部に送り出される。つまり、温風機２からは、放熱部５により加温された温風が放出される。したがって、温風機２を、たとえば、家屋内に配置することで、家屋内を暖房することができる。

なお、家屋内への放熱は、温風機２による温風の放出に限らず、放熱部５をパネル内に通す、いわゆるパネルヒータにより行うこともでき、あるいは、放熱部５を床下内に配設する床暖房により行うこともできる。また、暖房を行う対象は、一般家屋に限らない。たとえば、旅館等の宿泊施設あるいは動植物用の温室とすることもできる。

（地中熱ヒートポンプシステム１）
上述したように、地中熱ヒートポンプシステム１は、ヒートポンプ装置３と、採熱装置４とを有している。

（ヒートポンプ装置３）
ヒートポンプ装置３は、凝縮機１１と、膨張弁１２と、蒸発器１３と、圧縮機１４と、パイプ１５と、放熱部１６と、吸熱部１７とを有する。凝縮機１１、膨張弁１２、蒸発器１３、および圧縮機１４は、パイプ１５により接続され、環状の循環路１８が形成されている。循環路１８内には、たとえばアンモニア等の熱媒１９が循環させられる。

循環路１８内の熱媒１９は、圧縮機１４により圧縮され高温化される。この高温化された熱媒１９は、凝縮機１１で吸熱部１７側に放熱され、高圧化で凝縮され液化する。つまり、凝縮機１１と吸熱部１７とにおいて熱交換が行われ、吸熱部１７内を流れる熱媒９が加温される。凝縮機１１において液化された熱媒１９は、膨張弁１２において減圧され低温・低圧の液体とされる。低温・低圧とされた液体の熱媒１９は、蒸発器１３で放熱部１６から熱を奪い蒸発し、低温・低圧のガスとなる。つまり、蒸発器１３と放熱部１６とにおいて、放熱部１６から蒸発器１３内の熱媒１９に熱が移動する熱交換が行われる。蒸発器１３で低温・低圧のガスとなった熱媒１９は、圧縮機１４で圧縮され高温化される。

（採熱装置４）
採熱装置４は、採熱管２０と、埋設管２１と、温水流入管２２とを有する。

採熱管２０は、いわゆるＵ字管であり、放熱部１６に接続され、採熱管２０と放熱部１６とは循環路２３を形成する。循環路２３内には、不凍液等の熱媒２４が充填されている。循環路２３には、ポンプ２５が備えられ、このポンプ２５により、循環路２３内の熱媒２４は、循環路２３を循環させられる。

埋設管２１は、下方端が底部２６により閉塞される有底の管体であり、地中Ｇに埋設されている。埋設管２１の内部には、採熱管２０が収容されている。温水流入管２２は、一端側に設けられる流出口２２Ａを埋設管２１内に配置され、他端側をパイプ２７を介して温泉貯留槽２８（図２，３参照）に接続されている。したがって、温泉貯留槽２８に貯留される温泉２９（図２，３参照）を、温水流入管２２から埋設管２１内に流入させることができる。

埋設管２１は有底である。そのため、温水流入管２２から埋設管２１に流れ込んだ温泉は、埋設管２１内に貯留され、埋設管２１内に収容される採熱管２０は、埋設管２１内に溜まった温泉（以下、貯留温泉と記載する）３０の中に浸かった状態となる。したがって、貯留温泉３０の熱は、採熱管２０内を流れる熱媒２４に吸収される。すなわち、採熱管２０では、貯留温泉３０の熱が採熱される。採熱管２０で採熱された熱は、ヒートポンプ装置３を介して循環路８内の熱媒９に移動し熱媒９が加温される。

上述したように、地中熱ヒートポンプシステム１は、採熱装置４において採熱された熱をヒートポンプ装置３により循環路８に移動させる。したがって、採熱装置４で採熱される熱量を多くすることで、循環路８内の熱媒９をより高温にすることができ、温風機２から送出される温風の温度を高くすることができる。貯留温泉３０は、地中Ｇの温度よりも高い。したがって、採熱管２０を直接地中Ｇ内に埋設し、地中Ｇから直接地熱を採熱する場合に比べて、貯留温泉３０から採熱する方が採熱できる熱量を多くすることができる。

（埋設管２１に温泉を流入させるための構成および採熱装置４の構成）
図２および図３を参照しながら、埋設管２１に温泉を流入させるための構成と、採熱装置４の構成について説明する。図２は、採熱装置４および温泉貯留槽２８の構成を示す図である。図３は、温泉貯留槽２８に温泉を供給する温泉供給システム３１の構成を示す図である。

（埋設管２１に温泉を流入させるための構成）
図３に示すように、温泉供給システム３１は、湯元３２から複数の家庭、たとえば、家庭３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄにそれぞれ温泉を供給するシステムである。温泉供給システム３１は、たとえば、長野県諏訪市とその近隣で、実際に採用されているシステムである。各家庭３３Ａ，３３Ｂ、３３Ｃ，３３Ｄには、家庭３３Ａに例示するように、それぞれ、温泉貯留槽２８が設置されている。各家庭３３Ａ，３３Ｂ、３３Ｃ，３３Ｄの温泉貯留槽２８と湯元３２とは、パイプ３４により接続され、湯元３２から、各家庭３３Ａ，３３Ｂ、３３Ｃ，３３Ｄの温泉貯留槽２８に温泉を供給することができる。パイプ３４には、ポンプ３５が備えられ、所定の一定圧力で、湯元３２から各家庭３３Ａ，３３Ｂ、３３Ｃ，３３Ｄの温泉貯留槽２８に、温泉が常時供給される。つまり、温泉貯留槽２８には、単位時間あたり一定量の温泉が常時供給される。

具体的には、温泉貯留槽２８内に配置されるパイプ３４の流出口３６の開口径が、温泉の供給主との契約の内容により定められており、該開口径に応じた量の温泉が温泉貯留槽２８に流入する。契約の内容は、たとえば、１．８リットル／分あるいは３．６リットル／分等である。また、長野県諏訪市とその近隣における温泉供給システム３１は、温泉貯留槽２８に４０℃〜７０℃前後の温泉を供給している。

温泉貯留槽２８は、家庭３３Ａ内の給湯部３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃにパイプ３８を介して接続されている。たとえば、給湯部３７Ａは浴室の温水蛇口であり、給湯部３７Ｂは台所の温水蛇口であり、また、給湯部３７Ｃは洗面所の温水蛇口である。流出口３６から温泉貯留槽２８に流入した温泉は、温泉貯留槽２８に貯留される。温泉貯留槽２８に貯留された温泉２９は、パイプ３８を介して給湯部３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃに供給される。

給湯部３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃでの温泉の使用量（流出量）に関係なく、パイプ３４から温泉貯留槽２８内には、常時、単位時間あたり一定量の温泉が供給される。そのため、給湯部３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃでの温泉の使用量が、パイプ３４から温泉貯留槽２８への供給量よりも少ないときには、温泉貯留槽２８内の温泉２９の水位は上昇する。

したがって、給湯部３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃでの温泉の使用量が、パイプ３４から温泉貯留槽２８への供給量よりも少ない時間が継続した場合には、温泉貯留槽２８から温泉が溢れる虞がある。そこで、温泉貯留槽２８の温泉が所定の水位３９に達したときに、温泉貯留槽２８内の温泉を温泉貯留槽２８の外に放流するように、温泉貯留槽２８には、余剰温泉放流部４０が設けられている。

余剰温泉放流部４０は、パイプ２７の一端側の開口部であり、水位３９の高さに開口部を上方に向けて配置されている。したがって、パイプ２７の他端側の開口部を、温水流入管２２に接続することで、水位３９を超えて貯留される温泉を埋設管２１に流入させることができ、加えて、温泉貯留槽２８から温泉が溢れることを防止できる。なお、従来、パイプ２７の他端側の開口部は、たとえば排水路内に配置され、水位３９を超えて貯留される温泉は排水として排水路に排水されていた。地中熱ヒートポンプシステム１においては、従来、排水路に排水されていた温泉を埋設管２１に流入させる構成となっている。

（採熱装置４の構成）
採熱装置４は、上述したように、採熱管２０と、埋設管２１と、温水流入管２２とを有する。温水流入管２２には、温泉貯留槽２８に貯留された温泉２９がパイプ２７を介して流入する。温水流入管２２に流入した温泉貯留槽２８からの温泉は、埋設管２１に流入し、埋設管２１内に貯留温泉３０として貯留される。そして、貯留温泉３０と採熱管２０との間で熱交換が行われ、加温された熱媒２４がヒートポンプ装置３に移動する。

図２に示すように、埋設管２１の上方端の開口部には、蓋体４１が備えられている。蓋体４１により埋設管２１の上方端の開口部は封口されている。また、埋設管２１の側面には、蓋体４１よりも下側の位置に開口部４２を有する排水管４３が備えられている。この排水管４３は、図示外の排水路に接続されている。したがって、開口部４２を超えて埋設管２１に貯留された貯留温泉３０は、埋設管２１から排水させられる。

採熱管２０、埋設管２１および温水流入管２２を構成する材質は、塩化ビニルあるいはポリエチレン等の耐腐食性の高い材質のものが好ましい。埋設管２１には温泉が貯留されるため、採熱管２０、埋設管２１および温水流入管２２は常時温泉に浸漬された状態となる。温泉は、一般に、酸性あるいはアルカリ性に偏り腐食性が高い。そのため、耐腐食性の高い材質で採熱管２０、埋設管２１および温水流入管２２を構成することで、地中熱ヒートポンプシステム１の温泉による腐食に対する耐性を高めることができる。

地中の温度は、地下５ｍ以下になると、一般に、年間を通じて概ね１５℃前後で安定する。そのため、従来より、この地熱を地中熱ヒートポンプで採熱し暖房に使用するシステムが知られている。このような地中熱ヒートポンプでは、採熱部（本実施の形態の採熱管２０に相当する部分）の周囲の温度が高くなるほど、採熱できる熱量は多くなり、暖房効率を高くすることができる。

温水流入管２２から埋設管２１に流入する温泉は、温泉貯留槽２８に貯留されていた温泉（たとえば、４０℃〜７０℃前後）であり、地中の温度よりも高い。つまり、埋設管２１内の温度は、地中の温度よりも高い状態となる。埋設管２１内の温度を地中の温度よりも高い状態とすることで、地中熱ヒートポンプシステム１は、採熱管２０からより多くの熱量を採熱できる。

埋設管２１への温泉の流入は、給湯部３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃでの温泉の使用量が、パイプ３４から温泉貯留槽２８への供給量よりも少ないときであり、かつ、温泉貯留槽２８に貯留される温泉が水位３９を超えているときである。つまり、給湯部３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃでの温泉の使用量が、パイプ３４から温泉貯留槽２８への供給量よりも多いとき、あるいは、温泉貯留槽２８に貯留される温泉が水位３９を超えていないときには、埋設管２１には温泉が流入しない。

そのため、埋設管２１に温泉貯留槽２８から温泉が流入しない時間が継続すると、徐々に埋設管２１内の貯留温泉３０の温度は低下する。しかしながら、埋設管２１の周囲は地中Ｇで覆われている。そのため、地中Ｇの温度よりも低温となる空気中よりも貯留温泉３０の温度の低下は抑えられる。また、埋設管２１から地中Ｇに放熱した熱は地中Ｇに蓄熱されている。加えて、貯留温泉３０の温度は、地中Ｇの温度以下に低下することはない。したがって、採熱管２０を直接地中Ｇ内に埋設し、地中Ｇから直接地熱を採熱する場合に比べて、貯留温泉３０から採熱する方が採熱できる熱量を多くすることができる。

なお、埋設管２１の上方端の開口部は、蓋体４１により封口されている。したがって、埋設管２１の上方端の開口部からの放熱や雨水の侵入を防止でき、貯留温泉３０の温度低下を抑制できる。

流出口２２Ａから埋設管２１内に流出する温泉は、貯留温泉３０よりも温度が高い。そのため、流出口２２Ａから貯留温泉３０中に流出した温泉は上方に移動する。地中Ｇは、地表Ｆに近いほど大気への放熱等により温度が低くなる傾向がある。したがって、流出口２２Ａの位置をできるだけ地中Ｇの深い位置に配置し、貯留温泉３０に流出した温泉の地中Ｇへの放熱を少なくすることで、貯留温泉３０の温度の低下を抑えることができる。

採熱管２０内を流れる熱媒２４と貯留温泉３０との間の熱交換には時間を要する。したがって、埋設管２１内に貯留される貯留温泉３０の一部分だけ高温となっても、この高温部分との熱交換のための時間を十分に確保できない場合には、高温部分の熱量が十分に熱媒２４に移動しないことがある。

たとえば、流出口２２Ａを、貯留温泉３０の水面Ｍから底部２６までの水深ＳＡの１／４の深さに配置した場合、流出口２２Ａから流出する温泉は、水深ＳＡ／４以深の貯留温泉３０よりも高温である。そのため、貯留温泉３０は、水面Ｍから水深ＳＡ／４までの部分の温度が、水深ＳＡ／４以深の温度よりも際立って高くなる。この場合、採熱管２０内を流れる熱媒２４は、貯留温泉３０の水面Ｍから水深ＳＡ／４の部分を通過する時間が短く、貯留温泉３０との間で熱交換を十分に行えない虞がある。なお、水面Ｍは、貯留温泉３０が排水管４３から排水される状態まで埋設管２１に貯留されたときの水面である。

採熱管２０内の貯留温泉３０の熱量の総量は、貯留温泉３０の上下方向の温度分布に関わらず一定である。したがって、流出口２２Ａを貯留温泉３０のできるだけ水深の深い位置に配置し、埋設管２１内の貯留温泉３０全体の温度の均一化を図った状態で、採熱管２０内の熱媒２４と貯留温泉３０との間で熱交換を行う方が効率的に熱交換を行うことができる。

また、流出口２２Ａは、排水管４３の開口部４２からできるだけ遠い方が好ましい。流出口２２Ａが開口部４２に近いと、貯留温泉３０の温度を上げる前に埋設管２１から排水管４３に流れ出てしまう。これに対して、流出口２２Ａを貯留温泉３０のできるだけ水深の深い位置に配置することで、流出口２２Ａからの温泉の流出量に対する貯留温泉３０の温度の昇温の効率を上げることができる。

以上の観点から、温水流入管２２の流出口２２Ａは、貯留温泉３０中における採熱管２０の下端の水深ＳＢの１／２よりも深い位置に配置されることで、たとえば、水深ＳＡ／４といった、水深ＳＢ／２よりも浅い位置に配置される場合に比べて貯留温泉３０の温度の低下を抑えることができる。また、貯留温泉３０の全体の温度の均一化が図られ、採熱管２０内の熱媒２４と貯留温泉３０との間で熱交換を効率的に行うことができる。

さらに、温水流入管２２の流出口２２Ａを採熱管２０の下端以下に配置することで、貯留温泉３０の温度の低下をより抑えることができ、また、採熱管２０内の熱媒２４と貯留温泉３０との間の熱交換をより効率的に行うことができる。

採熱装置４は、たとえば、次のように構成することができる。
埋設管２１の形状については、円筒形とすることができる。埋設管２１は、楕円筒形であっても角筒形であってもよいが、埋設管２１を円筒形とすることで、埋設管２１の容積に対する表面積を小さくでき、それにより、埋設管２１から地中Ｇへの放熱量を小さくできる。
また、
Ｄ１：埋設管２１の底部２６の地表Ｆからの深度
Ｄ２：埋設管２１の内径
ＳＢ：採熱管２０の下端２０Ａの水面Ｍからの水深
ＳＣ：温水流入管２２の流出口２２Ａの水面Ｍからの水深
としたとき、たとえば、Ｄ１を２５メートル、Ｄ２を１５センチ、ＳＢを２４．４メートル、ＳＣを２４．５メートルとすることができる。

なお、温水流入管２２の流出口２２Ａの下方に底部２６との間に間隔を設けることで、底部２６に泥等が堆積した場合であっても、堆積物が流出口２２Ａを塞いでしまうことを防止できる。流出口２２Ａと底部２６との間隔は１０センチ以上、４０センチ以下が好ましい。１０センチ未満となると堆積物により流出口２２Ａが塞がれてしまうまでの期間が短くなってしまう。４０センチを超えると、埋設管２１の底部２６側に温度の低い貯留温泉３０が溜まり易くなり、採熱管２０と貯留温泉３０との間の熱交換の効率が低下し易くなってしまう。

上述のＤ１，Ｄ２，ＳＢ，ＳＣの具体的な数値は一例であり、発明の構成が上記に限定されるものではない。たとえば、Ｄ１を２５メートル、Ｄ２を２０センチ、ＳＢを２４．４メートル、ＳＣを２４．５メートルとしたり、または、Ｄ１を５０メートル、Ｄ２を１５センチ、ＳＢを４９．４メートル、ＳＣを４９．５メートルとしたり、あるいは、Ｄ１を１５メートル、Ｄ２を２０センチ、ＳＢを１４．４メートル、ＳＣを１４．５メートル等、地熱の温度、埋設管２１内に流れ込む温泉の温度、埋設管２１が埋設される地盤の状態等により適宜な設定とすることができる。

一般に、家屋の暖房用のヒートポンプの熱源として地中熱を用いる場合、採熱管を地下１００メートル前後の深さまで埋設しないと、十分な熱量を得られない。４人家族の場合、温泉貯留槽２８に温泉を１．８リットル／分で流入させる場合、１日を通すと一般的に概ね２／３はパイプ２７から排水される。つまり、給湯部３７Ａ〜３７Ｃでの温泉の使用状態に左右されるが、通日（１日を通して）で平均的には、約１リットル／分の温泉が埋設管２１に流入する。したがって、採熱装置４を上記構成した場合には、埋設管２１を埋設する深さは地下（＝Ｄ１）２５メートル程度であっても、採熱管を地下１００メートル前後の深さまで埋設した場合と比べても、家屋内を暖房するのにより十分な熱量を得ることができる。

温水流入管２２内を流れる温泉は、流出口２２Ａから流出するまでの間、貯留温泉３０に放熱させないことが好ましい。したがって、温水流入管２２は、熱伝導性の低い物で構成したり断熱措置（たとえば、断熱材の被覆）を施すことが好ましい。温水流入管２２は、鉄やステンレス等の金属で構成するよりも、これらの金属に比べて熱伝導性の低い塩化ビニルあるいはポリエチレン等の樹脂で構成することが好ましい。

パイプ２７については、蓋体４１までの間、外気中に配置される。したがって、パイプ２７内を流れる温泉の温度が低下しないように、パイプ２７の側面には発砲ポリエチレン、ウレタン、グラスウール等の断熱材４４を被覆することが好ましい。

温泉貯留槽２８から蓋体４１までの間のパイプ２７については、断熱材４４の厚さを厚くしたり、あるいは断熱材４４に高断熱の素材を用いることにより、断熱効果を十分に得ることができる。しかしながら、温水流入管２２の埋設管２１内に配置される部分である埋設管内温水流入管２２Ｂ（埋設管内流路）については、埋設管２１の空間の狭さ等により十分な断熱措置を施すことが難しい。そのため、埋設管内温水流入管２２Ｂを流れる温泉については、できるだけ、短時間で流出口２２Ａから貯留温泉３０内に流出させることが好ましい。

埋設管内温水流入管２２Ｂを塩化ビニルあるいはポリエチレンで構成した場合、埋設管内温水流入管２２Ｂ内を流れる温泉は、一日を通して平均で４５分以内に埋設管内温水流入管２２Ｂを通過して流出口２２Ａから流出することが好ましい。４５分以内とすることで、埋設管内温水流入管２２Ｂ内を流れる間に温泉の温度が、貯留温泉３０の温度と同一となるまでに低下してしまうことを抑制できる。したがって、上述したように、通日で平均的に、１リットル／分の温泉がパイプ２７を介して埋設管内温水流入管２２Ｂに流れ込む場合には、埋設管内温水流入管２２Ｂの流路の容積を４５リットル以下とすることが好ましい。これにより、流出口２２Ａから流出すときの温泉の温度が、貯留温泉３０の温度と同一となるまでに低下してしまうことを抑制できる。

たとえば、埋設管内温水流入管２２Ｂの内径（直径）が３４ミリであり、ＳＣ＝４９．５メートルのとき、埋設管内温水流入管２２Ｂの流路の容積は概ね４５リットルとなる。つまり、温泉が、埋設管内温水流入管２２Ｂ内に通日で平均的に１リットル／分で流れ込む場合、埋設管内温水流入管２２Ｂに流れ込んだ温泉は、一日を通して平均で４５分以内に埋設管内温水流入管２２Ｂを通過して流出口２２Ａから流出することができる。

より好ましくは、埋設管内温水流入管２２Ｂの流路の容積を３５リットル以下とすることで、埋設管内温水流入管２２Ｂ内を流れる温泉が、一日を通して平均で３５分以内に埋設管内温水流入管２２Ｂを通過して流出口２２Ａから流出することができる。より一層に好ましくは、埋設管内温水流入管２２Ｂの流路の容積を２５リットル以下とすることが好ましく、これにより、埋設管内温水流入管２２Ｂ内を流れる温泉が、一日を通して平均で２５分以内に埋設管内温水流入管２２Ｂ内を通過して流出口２２Ａから流出することができる。なお、パイプ２７および埋設管内温水流入管２２Ｂは、管内の内周の直径を０．８センチ以上とすることが好ましい。０．８センチ未満になると、管内の流路抵抗が大きくなり易く温泉の流れが悪くなる虞がある。

なお、図２に示す一例で、ＳＣが２４．５メートルであり、埋設管内温水流入管２２Ｂの内径（直径）を２７ミリとした場合、埋設管内温水流入管２２Ｂの流路の容積は概ね１４リットルとなる。温泉が、埋設管内温水流入管２２Ｂ内に通日で平均的に１リットル／分で流れ込む場合、埋設管内温水流入管２２Ｂに流れ込んだ温泉は、一日を通して平均で１４分程度（２５分以内）に埋設管内温水流入管２２Ｂを通過して流出口２２Ａから流出することができる。

また、埋設管２１内の貯留温泉３０の量である貯留量Ｐ１と流出口２２Ａから流出する流出量Ｐ２とは、Ｐ２／Ｐ１≧１／１５００以上であることが好ましい。Ｐ２／Ｐ１が１／１５００未満になると、貯留温泉３０の温度を地中Ｇの温度よりも高くする効果が低減しやすくなる。Ｐ２／Ｐ１は、１／１０００以上が好ましく、より好ましくは、１／８００以上が好ましい。図２に示す一例で、Ｄ１を２５メートル、Ｄ２を１５センチ、ＳＢを２４．４メートル、ＳＣを２４．５メートルとし、採熱管２０および温水流入管２２の外径（直径）を３４ミリとした場合、Ｐ１は概ね３８０リットルとなる。Ｐ２が１リットルの場合、Ｐ２／Ｐ１は１／３８０となる。なお、排水管４３からの排水を考慮すると、水面Ｍが地表Ｆよりも、たとえば、１０センチ程度高いことが好ましい。上記Ｐ２／Ｐ１の計算は概略であるため、水面Ｍと地表Ｆの高さの差を考慮していない。

Ｐ１は１００リットル以上であることが好ましい。１００リットル未満となるとＤ１（埋設管２１の底部２６の地表Ｆからの深度）を、安定した地中熱を得られないほどに浅くする必要が生じたり、あるいは、Ｄ２（埋設管２１の内径）を採熱管２０および温水流入管２２を収納できる大きさに確保が困難となることがある。

（本実施の形態の主な効果）
上述したように、地中熱ヒートポンプシステム１は、ヒートポンプ装置３と、地中Ｇに埋設され、下方端が底部２６により閉塞している埋設管２１と、流出口２２Ａが埋設管２１の内部に配置され、地中熱よりも温度の高い水である温泉を埋設管２１に流入させる温水流路を形成する温水流入管２２とを有し、ヒートポンプ装置３の採熱管２０が埋設管２１の内部に収容され、採熱管２０の少なくとも一部は、温水流入管２２から埋設管２１内に流入し貯留された温水である貯留温泉３０内に配置されている。

地中熱ヒートポンプシステム１は、上述の構成を有するため、地中Ｇよりも温度の高い温泉から採熱を行うことができ、採熱管２０の単位長さ当たりの採熱量を多くすることができる。また、これにより、採熱管２０の長さを短くできるため、埋設管２１を埋設する穴の深度を浅くすることができ、掘削工事に伴う労力の低減あるいは工期短縮を図ることもできる。

なお、上述の実施の形態では、温水流入管２２は、埋設管２１内に引き込まれている構成であり、埋設管２１内に配置される部分の温水流入管２２を埋設管内温水流入管２２Ｂとして説明している。しかしながら、温水流入管２２を埋設管２１内に引き込むことなく、蓋体４１の下面に流出口２２Ａが形成される構成とすることもできる。この場合には、パイプ２７が温水流入管２２としての役目を果たす。

温水流入管２２には、地中熱ヒートポンプシステム１以外の設備で使用するための設備用温水として、湯元３２から家庭３３Ａに供給された温泉の一部を温水として流されている。

つまり、地中熱ヒートポンプシステム１専用の熱源としてではなく、家庭３３Ａに供給された温泉の一部を利用することで、容易に地中熱ヒートポンプシステム１の採熱量の増加を図ることができる。なお、上述の実施の形態の地中熱ヒートポンプシステム１では、設備用温水として、温泉を用いているが、温泉に限らず、たとえば、風呂、炊事、洗面用に、温水供給装置として湯沸設備により沸かされた温水の一部を用いても良い。湯沸設備としては、たとえば、石油、ガス等を燃料として用いる湯沸かしボイラや、太陽熱により水を加温するシステム等を用いることができる。

温泉は、湯元３２から管としてのパイプ３４を通して温泉貯留槽２８に供給され、この温泉貯留槽２８から風呂場、炊事場、洗面場等の給湯部に供給される温泉であり、温泉貯留槽２８には、所定の貯留量を超えたときに超えた分の温泉を温泉貯留槽２８の外に放流させる余剰温泉放流部４０が設けられ、温水流入管２２には、余剰温泉放流部４０から放流された温泉が温水として流されている。

余剰温泉放流部４０から放流される温泉は、本来、排水として廃棄されるものである。しかしながら、余剰温泉放流部４０から放流される温泉を温水流入管２２から埋設管２１に流入させ貯留温泉３０とすることで、温泉の有効利用を図ることができる。

なお、上述の地中熱ヒートポンプシステム１は、ヒートポンプ装置３と採熱装置４とを構成要素として説明したが、地中熱ヒートポンプシステム１の構成として、採熱装置４の埋設管２１に温泉水を供給する湯元３２を温水供給装置として含めた構成としてもよい。この場合、温水供給装置には、湯元３２から供給される温泉を貯留する温泉貯留槽２８を含めた構成としてもよい。

なお、地中熱ヒートポンプシステム１は、湯元３２に換えて、湯沸装置を温水供給装置を含む構成としてもよい。

なお、上述の説明では埋設管２１を塩化ビニルあるいはポリエチレン等にて構成する例を示したが、地下水の流入がなく、温水流入管２２から流入する温泉を溜めることができれば、既存の井戸を埋設管２１として用いることもでき、あるいは、鋼管杭を埋設管２１として用いることもできる。

１ … 地中熱ヒートポンプシステム
３ … ヒートポンプ装置（地中熱ヒートポンプ）
２０ … 採熱管
２０Ａ 採熱管の下端
２１ … 埋設管
２２ … 温水流入管（温水流路）
２２Ａ … 流出口
２２Ｂ … 埋設管内温水流入管（埋設管内流路）
２６ … 底部（下方端）
２７ … 温泉貯留槽
３２ … 湯元
３４ … パイプ（管）
３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ … 給湯部（設備）
４０ … 余剰温泉放流部
Ｇ … 地中

Claims (9)

1. 地中熱ヒートポンプと、
   地中に埋設され下方端が閉塞している埋設管と、
   流出口が前記埋設管の内部に配置され、地中熱よりも温度の高い水である温水を前記埋設管内に流入させる温水流路と、
   を有し、
   前記地中熱ヒートポンプの採熱管が前記埋設管の内部に収容され、前記採熱管の少なくとも一部は、前記温水流路から前記埋設管内に流入し貯留された温水内に配置されている、
   ことを特徴とする地中熱ヒートポンプシステム。
2. 請求項１に記載の地中熱ヒートポンプシステムにおいて、
   前記温水流路の前記流出口は、前記埋設管内に貯留された前記温水中における前記採熱管の下端の水深の半分よりも下方に配置されている、
   ことを特徴とする地中熱ヒートポンプシステム。
3. 請求項２に記載の地中熱ヒートポンプシステムにおいて、
   前記温水流路の前記流出口は、前記採熱管の下端以下に配置されていること、
   を特徴とする地中熱ヒートポンプシステム。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の地中熱ヒートポンプシステムにおいて、
   前記温水流路のうち、前記埋設管内に配置される部分である埋設管内流路の容積は、前記埋設管内流路に流れ込んだ前記温水が１日を通して平均で４５分以内に前記流出口から前記埋設管内に流出する容積である、
   ことを特徴とする地中熱ヒートポンプシステム。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の地中熱ヒートポンプシステムにおいて、
   前記温水流路には、前記地中熱ヒートポンプシステム以外の設備で使用するための設備用温水の一部が前記温水として流される、
   ことを特徴とする地中熱ヒートポンプシステム。
6. 請求項５に記載の地中熱ヒートポンプシステムにおいて、
   前記設備用温水は、湯元から管を通して温泉貯留槽に供給され、この温泉貯留槽から前記設備に供給される温泉であり、前記温泉貯留槽には、所定の貯留量を超えたときに超えた分の前記温泉を前記温泉貯留槽の外に放流させる余剰温泉放流部が設けられ、前記温水流路には、前記余剰温泉放流部から放流された前記温泉が前記温水として流される、
   ことを特徴とする地中熱ヒートポンプシステム。
7. 地中熱ヒートポンプと、
   地中に埋設され下方端が閉塞している埋設管と、
   諸設備に地中熱よりも温度の高い温水を供給するための温水供給装置と、
   流出口が前記埋設管の内部に配置され、前記温水供給装置が前記諸設備に供給する前記温水の一部を地中熱よりも温度が高い状態で前記埋設管内に流入させる温水流路と、
   を有し、
   前記地中熱ヒートポンプの採熱管が前記埋設管の内部に収容され、前記採熱管の少なくとも一部は、前記温水流路から前記埋設管内に流入し貯留された温水内に配置されている、
   ことを特徴とする地中熱ヒートポンプシステム。
8. 請求項７に記載の地中熱ヒートポンプシステムにおいて、
   前記温水供給装置は、前記諸設備に供給される温水を貯留する温水貯留槽を有し、
   前記温水貯留槽には、所定の貯留量を超えたときに超えた分の前記温水を前記温水貯留槽の外に放流させる余剰温水放流部が設けられ、前記温水流路には、前記余剰温水放流部から放流された前記温水が流入する、
   ことを特徴とする地中熱ヒートポンプシステム。
9. 請求項８に記載の地中熱ヒートポンプシステムにおいて、
   前記温水供給装置は、前記諸設備に温水として温泉を供給する湯元であり、
   前記温水貯留槽は、前記湯元から管を通して供給される温泉が貯留される温泉貯留槽である、
   ことを特徴とする地中熱ヒートポンプシステム。

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