特開 2024-106922 熱交換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024106922

(43)【公開日】2024-08-08

(54)【発明の名称】熱交換システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 39/04 20060101AFI20240801BHJP

   F25B 30/06 20060101ALI20240801BHJP

【ＦＩ】

F25B39/04 M

F25B30/06 T

【審査請求】有

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011426

(22)【出願日】2023-01-28

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-09-13

(71)【出願人】

【識別番号】514215457

【氏名又は名称】株式会社イノベックス

(74)【代理人】

【識別番号】100160990

【弁理士】

【氏名又は名称】亀崎 伸宏

(72)【発明者】

【氏名】福宮 健司

(72)【発明者】

【氏名】窪野 隆章

(57)【要約】

【課題】価値を高めた熱交換システムを提供する。
【解決手段】熱交換システム１Ａは、ヒートポンプとして地中熱源ヒートポンプ２及び空気熱源ヒートポンプ３を併用する。この熱交換システム１Ａは、帯水層から浸入する地下水で満たされたボアホール６と、地上の地中熱源ヒートポンプ２からボアホール６の中に引き込まれると共に、ボアホール６の外に引き出されて地中熱源ヒートポンプ２に戻ることで、地中熱源ヒートポンプ３から送り出される水を循環させる循環管７と、ボアホール６から地下水をくみ上げる揚水手段９と、揚水手段９によってくみ上げられた地下水を利用して空気熱源ヒートポンプ３を冷却する冷却手段１０と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒートポンプとして地中熱源ヒートポンプ及び空気熱源ヒートポンプを併用する熱交換システムであって、
帯水層から浸入する地下水で満たされたボアホールと、
地上の前記地中熱源ヒートポンプから前記ボアホールの中に引き込まれると共に、前記ボアホールの外に引き出されて前記地中熱源ヒートポンプに戻ることで、前記地中熱源ヒートポンプから送り出される第１液体を循環させる循環管と、
前記ボアホールから地下水をくみ上げる揚水手段と、
前記揚水手段によってくみ上げられた地下水を利用して前記空気熱源ヒートポンプを冷却する冷却手段と、を備えていることを特徴とする
熱交換システム。

【請求項2】

前記冷却手段は、前記ボアホールからくみ上げられた地下水をミストにして前記空気熱源ヒートポンプに供給することを特徴とする
請求項１に記載の熱交換システム。

【請求項3】

前記ヒートポンプにおいて冷熱又は温熱を得た第２液体を一時的に貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンクの中の第２液体を、冷熱又は温熱を利用する機器に供給する供給管と、
前記機器で冷熱又は温熱が利用された第２液体を、前記バッファタンクに回収する回収管と、
前記回収管から分岐して、前記機器で冷熱又は温熱が利用された第２液体を前記ヒートポンプに送る送管と、を備えていることを特徴とする
請求項１又は２に記載の熱交換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地下水を利用した熱交換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

原油価格の高騰やＣＯ_２削減に対する意識の高まりにより、ランニングコストが安くクリーンエネルギーである地中熱を利用したヒートポンプ（以下、地中熱ヒートポンプという。）が開発され、市場に導入されつつある（例えば、特許文献１～３参照）。しかし、地中熱ヒートポンプは、導入に際して、出力に応じた数の１００ｍ規模の地中熱源孔をボーリングする必要があるため、まとまったイニシャルコストが必要になる等の問題がある（例えば、非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５０６７９５６号公報

【特許文献2】特許第５６９０９６０号公報

【特許文献3】特許第６０３９８５６号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構、［online］、「＜新エネルギーフロンティア技術戦略的開発＞」、［令和４年８月２６日検索］、インターネット（ＵＲＬ：https://www.nedo.go.jp/content/100108737.pdf）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような地中熱ヒートポンプにおいては、イニシャルコストを抑えることで、他の熱交換システムとの差別化を推し進め、価値を高めることが要求される。

【0006】

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、価値を高めた熱交換システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明は、ヒートポンプとして地中熱源ヒートポンプ及び空気熱源ヒートポンプを併用する熱交換システムであって、帯水層から浸入する地下水で満たされたボアホールと、前記地中熱源ヒートポンプから前記ボアホールの中に引き込まれると共に、前記ボアホールの外に引き出されて前記地中熱源ヒートポンプに戻ることで、前記地中熱源ヒートポンプから送り出される第１液体を循環させる循環管と、前記ボアホールから地下水をくみ上げる揚水手段と、前記揚水手段によってくみ上げられた地下水を利用して前記空気熱源ヒートポンプを冷却する冷却手段と、を備えていることを特徴とする熱交換システムである。

【0008】

本発明によれば、ヒートポンプとして地中熱源ヒートポンプ及び空気熱源ヒートポンプを併用するので、相対的にイニシャルコストが嵩む地中熱源ヒートポンプのみを設置する場合と比較して、イニシャルコストを抑えることができる。また、本発明によれば、ボアホールから地下水をくみ上げてボアホールの中の地下水を交換するので、地中熱源ヒートポンプを長時間にわたって連続運転させることができ、さらに、ボアホールからくみ上げた地下水を利用して空気熱源ヒートポンプを冷却するので、空気熱源ヒートポンプの消費電力を抑えることによってランニングコストを抑えることができる。

【0009】

（２）本発明はまた、前記冷却手段は、前記ボアホールからくみ上げられた地下水をミストにして前記空気熱源ヒートポンプに供給することを特徴とする上記（１）に記載の熱交換システムである。

【0010】

本発明によれば、地下水をミストにして空気熱源ヒートポンプに供給するので、地下水をそのまま空気熱源ヒートポンプに供給する場合と比較して、空気熱源ヒートポンプの冷却効果を高めることができる。

【0011】

（３）本発明はまた、前記ヒートポンプにおいて冷熱又は温熱を得た第２液体を一時的に貯留するバッファタンクと、前記バッファタンクの中の第２液体を、冷熱又は温熱を利用する機器に供給する供給管と、前記機器で冷熱又は温熱が利用された第２液体を、前記バッファタンクに回収する回収管と、前記回収管から分岐して、前記機器で冷熱又は温熱が利用された第２液体を前記ヒートポンプに送る送管と、を備えていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の熱交換システムである。

【0012】

本発明によれば、機器で冷熱又は温熱が利用された第２液体を、バッファタンクを経由させずに直接ヒートポンプに送ることができる。すなわち、本発明によれば、バッファタンクを経由させる場合と比較して、熱交換を行う液体同士の温度差が大きくなるので、機器の熱交換効率を高めることができる。

【発明の効果】

【0013】

上記（１）～（３）の本発明によれば、価値を高めた熱交換システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態に係る熱交換システムの概略図である。

【図2】制御盤の構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る熱交換システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る熱交換システム１Ａ，１Ｂについて詳細に説明する。

【0016】

［第１実施形態］まず、図１及び図２を用いて、第１実施形態に係る熱交換システム１Ａの構成について説明する。図１は、熱交換システム１Ａの概略図である。図２は、制御盤２０の構成を示すブロック図である。なお、各図において、一部の構成を適宜省略して、図面を簡略化する。

【0017】

図１に示す熱交換システム１Ａは、ヒートポンプとして地中熱源ヒートポンプ２及び空気熱源ヒートポンプ３を併用するシステムであり、建物Ｘ１，Ｘ２内の冷暖房を行う。この熱交換システム１Ａは、制御盤２０（図２参照）の制御下において動作して、その動作状況が制御盤２０（図２参照）によって管理される。すなわち、熱交換システム１Ａは、各所に配置された温度計や流量計の計測結果などに基づいて、各部の動作が所望する状況となるようにフィードバック制御される。

【0018】

具体的に、熱交換システム１Ａは、地中熱源ヒートポンプ２と、空気熱源ヒートポンプ３と、エアハンドリングユニット４と、ファンコイルユニット５と、複数のボアホール６と、第１循環管７と、第１循環ポンプ８と、揚水手段９と、冷却手段１０と、バッファタンク１１と、供給管１２と、供給ポンプ１３と、回収管１４と、第２循環管１５と、第２循環ポンプ１６と、第３循環管１７と、第３循環ポンプ１８と、制御盤２０（図２参照）と、等を備えている。

【0019】

地中熱源ヒートポンプ２は、複数のボアホール６との間で液体を循環させる第１循環管７、及びバッファタンク１１との間で液体を循環させる第２循環管１５を引き込んでいる。この地中熱源ヒートポンプ２は、第１循環管７を流れる液体（第１液体）の冷熱又は温熱をかき集め、当該冷熱又は温熱を、第２循環管１５を流れる液体（第２液体）に移動させる。

【0020】

空気熱源ヒートポンプ３は、バッファタンク１１との間で液体を循環させる第３循環管１７を引き込んでいる。この空気熱源ヒートポンプ３は、外気の冷熱又は温熱をかき集め、当該冷熱又は温熱を、第３循環管１７を流れる液体（第２液体）に移動させる。

【0021】

エアハンドリングユニット４は、建物Ｘ１の中に設けられ、供給管１２及び回収管１４を介してバッファタンク１１に接続されている。このエアハンドリングユニット４は、バッファタンク１１との間で液体（第２液体）が循環することで、建物Ｘ１の中の空気と、バッファタンク１１から供給された液体（第２液体）と、の間で熱交換を行う。

【0022】

ファンコイルユニット５は、建物Ｘ２の中に設けられ、供給管１２及び回収管１４を介してバッファタンク１１に接続されている。このファンコイルユニット５は、バッファタンク１１との間で液体（第２液体）が循環することで、建物Ｘ２の中の空気と、バッファタンク１１から供給された液体（第２液体）と、の間で熱交換を行う。

【0023】

複数のボアホール６は、それぞれ、地中の帯水層に達する穴であり、例えば、当該穴に筒体（図示省略）が埋設されている。帯水層は、地下水を含む地層である。帯水層の上面は、一般的に、地表面から５０ｍ以上１００ｍ以下程度の深さに位置する。このため、筒体が埋設されている場合、当該筒体の長さは、帯水層に達するように５０ｍ以上１００ｍ以下程度の範囲で適宜設定されている。

【0024】

複数のボアホール６は、それぞれ、帯水層から浸入する地下水で満たされている。ボアホール６の内部に満たされている地下水の自然水位は、一般的に、地表面から１０ｍ以内の深さとなる。このような複数のボアホール６には、それぞれ、循環管７と、揚水手段９を構成する揚水管９０と、が挿入されている。

【0025】

第１循環管７は、地上の地中熱源ヒートポンプ２からボアホール６の中に引き込まれて下方に向けて通されると共に、ボアホール６における下方で上方に折り返してからボアホール６の外に引き出されて地中熱源ヒートポンプ２に戻る。この第１循環管７は、冷媒又は熱媒体となる水等の液体（第１液体）を循環させる管路であり、第１循環管７の中の液体は、第１循環ポンプ８の動力によって流れる。

【0026】

これにより、ボアホール６の中の地下水と、第１循環管７を流れる液体と、の間で熱の移動が可能になる。すなわち、熱交換システム１Ａは、ボアホール６の中の地下水が第１循環管７を流れる液体よりも低温の場合、第１循環管７を流れる液体を冷却する。一方、熱交換システム１Ａは、ボアホール６の中の地下水が第１循環管７を流れる液体よりも高温の場合、第１循環管７を流れる液体を加熱する。

【0027】

第１循環ポンプ８は、第１循環管７の途中に設けられている。この第１循環ポンプ８は、第１循環管７の中の液体に動力を付与することで、第１循環管７の中の液体を循環させる。

【0028】

揚水手段９は、ボアホール６から地下水をくみ上げる。具体的に、揚水手段９は、揚水管９０と、揚水ポンプ９１と、を備えている。揚水管９０は、その一端が枝分かれして複数のボアホール６のそれぞれの中に引き込まれており、反対側の他端が冷却手段１０に接続されている。この揚水管９０は、地下水の管路であり、揚水管９０の中の地下水は、揚水ポンプ９１の動力によって、ボアホール６から冷却手段１０に向けて流れる。揚水ポンプ９１は、揚水管９０の途中に設けられている。この揚水ポンプ９１は、揚水管９０の中の地下水に動力を付与することで、揚水管９０の中の地下水に流れを生じさせる。

【0029】

冷却手段１０は、揚水手段９によってボアホール６からくみ上げられた地下水を利用して空気熱源ヒートポンプ３を冷却する。具体的に、冷却手段１０は、地下水をミストにして空気熱源ヒートポンプ３に供給することで、空気熱源ヒートポンプ３を冷却する。

【0030】

バッファタンク１１には、供給管１２の一端、回収管１４の一端、第２循環管１５の両端、及び第３循環管１７の両端が接続されている。このバッファタンク１１は、ヒートポンプ（地中熱源ヒートポンプ２、空気熱源ヒートポンプ３）において冷熱又は温熱を得た冷媒又は熱媒体となる水等の液体（第２液体）を一時的に貯留する。具体的に、バッファタンク１１は、地中熱源ヒートポンプ２及び空気熱源ヒートポンプ３において冷熱又は温熱を得た液体を一時的に貯留すると共に、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５において冷熱又は温熱が利用された液体を一時的に貯留する。

【0031】

供給管１２は、一端がバッファタンク１１に接続され、反対側の他端が枝分かれしてエアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５に接続されている。この供給管１２は、液体（第２液体）の管路であり、供給管１１の中の液体は、供給ポンプ１３の動力によって、バッファタンク１１からエアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５に向けて流れる。すなわち、供給管１２は、バッファタンク１１の中の液体（第２液体）を、冷熱又は温熱を利用する機器であるエアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５に供給する。

【0032】

供給ポンプ１３は、供給管１２の途中に設けられている。この供給ポンプ１３は、供給管１２の中の液体に動力を付与することで、供給管１２の中の液体に流れを生じさせ、ひいては、供給管１２に間接的に連続する回収管１４の中の液体に流れを生じさせる。

【0033】

回収管１４は、一端が枝分かれしてエアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５に接続され、反対側の他端がバッファタンク１１に接続されている。この回収管１４は、液体（第２液体）の管路であり、回収管１４の中の液体は、供給ポンプ１３の動力によって、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５からバッファタンク１１に向けて流れる。すなわち、回収管１４は、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５で冷熱又は温熱が利用された液体（第２液体）を、バッファタンク１１に回収する。

【0034】

第２循環管１５は、地中熱源ヒートポンプ２及びバッファタンク１１の間を往復するように配置されている。この第２循環管１５は、液体（第２液体）を循環させる管路であり、第２循環管１５の中の液体は、第２循環ポンプ１６の動力によって流れる。

【0035】

第２循環ポンプ１６は、第２循環管１５の途中に設けられている。この第２循環ポンプ１６は、第２循環管１５の中の液体に動力を付与することで、第２循環管１５の中の液体を循環させる。

【0036】

第３循環管１７は、空気熱源ヒートポンプ３及びバッファタンク１１の間を往復するように配置されている。この第３循環管１７は、液体（第２液体）を循環させる管路であり、第３循環管１７の中の液体は、第３循環ポンプ１８の動力によって流れる。

【0037】

第３循環ポンプ１８は、第３循環管１７の途中に設けられている。この第３循環ポンプ１８は、第３循環管１７の中の液体に動力を付与することで、第３循環管１７の中の液体を循環させる。

【0038】

図２に示すように、制御盤２０は、データロガー２１と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２２と、を有する。

【0039】

データロガー２１は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などの記録媒体によって構成されている。このデータロガー２１には、ＣＰＵ２２が各種処理を実行するための処理プログラムと各種処理を実行する際に用いられる各種データ（判定部２４が判定に用いるデータを含む。）及び各種フラグが記憶されている。

【0040】

ＣＰＵ２２は、データロガー２１に記憶された処理プログラムを実行することによって、通信部２３、判定部２４、及び制御部２５として機能する。

【0041】

通信部２３は、熱交換システム１Ａ（図１参照）の各部との間で信号を送受信する。具体的に、通信部２３は、各所に配置された温度計や流量計等から出力された信号を判定部２４に転送する。そして、通信部２３は、制御部２５が出力する制御信号を、熱交換システム１Ａ（図１参照）の各部に転送する。

【0042】

判定部２４は、各所に配置された温度計や流量計等から出力された信号に基づいて各種判定を行うことで、熱交換システム１Ａ（図１参照）の各部のそれぞれの運転状況を決定する。そして、判定部２４は、判定結果を信号にして制御部２５に出力する。

【0043】

制御部２５は、熱交換システム１Ａ（図１参照）の各部のそれぞれに対して、通信部２３を介して、判定部２４から出力された信号に基づく制御信号を出力し、それぞれの運転状況を制御する。

【0044】

次に、図１を用いて、熱交換システム１Ａにおける液体並びに冷熱及び温熱の流れについて説明する。なお、熱交換システム１Ａは、地中熱源ヒートポンプ２を動作させることで、建物Ｘ１，Ｘ２の冷暖房を実現する。また、熱交換システム１Ａは、冷暖房のピーク時に、地中熱源ヒートポンプ２及び空気熱源ヒートポンプ３を併用し、地中熱源ヒートポンプ２及び空気熱源ヒートポンプ３を動作させることで、建物Ｘ１，Ｘ２の冷暖房を実現する。

【0045】

まず、夏季などに冷房を行う場合を説明する。

【0046】

地中熱源ヒートポンプ２は、第１循環管７を流れる液体（第１液体）から冷熱をかき集め、かき集めた冷熱を冷房に利用する。冷房のピーク時においては、併せて、空気熱源ヒートポンプ３が外気から冷熱をかき集め、かき集めた冷熱を冷房に利用する。

【0047】

地中熱源ヒートポンプ２の動作時には、第１循環管７を流れる液体（第１液体）は、地中熱源ヒートポンプ２において、第２循環管１５を流れる液体（第２液体）を冷却することで加熱される。地中熱源ヒートポンプ２において加熱された第１循環管７の中の液体は、ボアホール６の中の地下水を加熱する際に冷却されて、地中熱源ヒートポンプ２で再び利用可能となる。第１循環管７を流れる液体によって加熱されたボアホール６の中の地下水は、帯水層からの地下水の移動や、揚水手段９による揚水、あるいは大気との接触等によって冷却される。

【0048】

地中熱源ヒートポンプ２において冷却された第２循環管１５の中の液体は、バッファタンク１１及び供給管１２を経由して、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５に供給され、建物Ｘ１，Ｘ２の中の空気を冷却することで加熱される。

【0049】

空気熱源ヒートポンプ３の動作時には、第３循環管１７を流れる液体（第２液体）は、空気熱源ヒートポンプ３において、外気を加熱することで冷却される。空気熱源ヒートポンプ３において冷却された第３循環管１７の中の液体は、バッファタンク１１及び供給管１２を経由して、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５に供給され、建物Ｘ１，Ｘ２の中の空気を冷却することで加熱される。

【0050】

エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５において加熱された液体（第２液体）は、回収管１４を経由してバッファタンク１１に回収される。バッファタンク１１に回収された液体は、地中熱源ヒートポンプ２の動作時には、第２循環管１５を流れて地中熱源ヒートポンプ２に供給され、空気熱源ヒートポンプ３の動作時には、第３循環管１７を流れて空気熱源ヒートポンプ３に供給される。

【0051】

続いて、冬季などに暖房を行う場合を説明する。

【0052】

地中熱源ヒートポンプ２は、第１循環管７を流れる液体（第１液体）から温熱をかき集め、かき集めた温熱を暖房に利用する。暖房のピーク時においては、併せて、空気熱源ヒートポンプ３が外気から温熱をかき集め、かき集めた温熱を暖房に利用する。

【0053】

地中熱源ヒートポンプ２の動作時には、第１循環管７を流れる液体（第１液体）は、地中熱源ヒートポンプ２において、第２循環管１５を流れる液体（第２液体）を加熱することで冷却される。地中熱源ヒートポンプ２において冷却された第１循環管７の中の液体は、ボアホール６の中の地下水を冷却する際に加熱されて、地中熱源ヒートポンプ２で再び利用可能となる。第１循環管７を流れる液体によって冷却されたボアホール６の中の地下水は、帯水層からの地下水の移動や、揚水手段９による揚水、あるいは大気との接触等によって加熱される。

【0054】

地中熱源ヒートポンプ２において加熱された第２循環管１５の中の液体は、バッファタンク１１及び供給管１２を経由して、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５に供給され、建物Ｘ１，Ｘ２の中の空気を加熱することで冷却される。

【0055】

空気熱源ヒートポンプ３の動作時には、第３循環管１７を流れる液体（第２液体）は、空気熱源ヒートポンプ３において、外気を冷却することで加熱される。空気熱源ヒートポンプ３において加熱された第３循環管１７の中の液体は、バッファタンク１１及び供給管１２を経由して、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５に供給され、建物Ｘ１，Ｘ２の中の空気を冷却することで加熱される。

【0056】

エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５において冷却された液体（第２液体）は、回収管１４を経由してバッファタンク１１に回収される。バッファタンク１１に回収された液体は、地中熱源ヒートポンプ２の動作時には、第２循環管１５を流れて地中熱源ヒートポンプ２に供給され、空気熱源ヒートポンプ３の動作時には、第３循環管１７を流れて空気熱源ヒートポンプ３に供給される。

【0057】

このように、熱交換システム１Ａによれば、ヒートポンプとして地中熱源ヒートポンプ２及び空気熱源ヒートポンプ３を併用するので、相対的にイニシャルコストが嵩む地中熱源ヒートポンプのみを設置する場合と比較して、イニシャルコストを抑えることができる。また、熱交換システム１Ａによれば、ボアホール６から地下水をくみ上げてボアホール６の中の地下水を交換するので、地中熱源ヒートポンプ２を長時間にわたって連続運転させることができ、さらに、ボアホール６からくみ上げた地下水を利用して空気熱源ヒートポンプ３を冷却するので、空気熱源ヒートポンプ３の消費電力を抑えることができる。

【0058】

また、熱交換システム１Ａによれば、地下水をミストにして空気熱源ヒートポンプ３に供給するので、地下水をそのまま空気熱源ヒートポンプ３に供給する場合と比較して、空気熱源ヒートポンプ３の冷却効果を高めることができる。

【0059】

［第２実施形態］次に、図３を用いて、第２実施形態に係る熱交換システム１Ｂの構成について説明する。図３は、熱交換システム１Ｂの概略図である。

【0060】

なお、ここでは、第２実施形態に係る熱交換システム１Ｂの特徴部分のみを説明し、第１実施形態に係る熱交換システム１Ｂと同様の構成、作用及び効果についての説明は適宜省略する。

【0061】

図３に示す熱交換システム１Ｂは、第２循環管１５（図１参照）に代えて地中熱源ヒートポンプ用送管（送管）３０及び地中熱源ヒートポンプ用送管３１を備えている点、第２循環ポンプ１６（図１参照）に代えて第２循環ポンプ３２を備えている点、第３循環管１７（図１参照）に代えて空気熱源ヒートポンプ用送管（送管）３３及び空気熱源ヒートポンプ用送管３４を備えている点、並びに第３循環ポンプ１８（図１参照）に代えて第３循環ポンプ３５を備えている点で、第１実施形態に係る熱交換システム１Ａ（図１参照）と相違する。

【0062】

図３に示すように、熱交換システム１Ｂは、地中熱源ヒートポンプ用送管３０，３１と、第２循環ポンプ３２と、空気熱源ヒートポンプ用送管３３，３４と、第３循環ポンプ３５と、等を備えている。

【0063】

地中熱源ヒートポンプ２は、第１循環管７を流れる液体（第１流体）の冷熱又は温熱をかき集め、当該冷熱又は温熱を、地中熱源ヒートポンプ用送管３０，３１を流れる液体（第２液体）に移動させる。

【0064】

空気熱源ヒートポンプ３は、外気の冷熱又は温熱をかき集め、当該冷熱又は温熱を、空気熱源ヒートポンプ用送管３３，３４を流れる液体（第２液体）に移動させる。

【0065】

バッファタンク１１には、供給管１２の一端、回収管１４の一端、地中熱源ヒートポンプ用送管３１の一端、及び空気熱源ヒートポンプ用送管３４の一端が接続されている。

【0066】

地中熱源ヒートポンプ用送管３０，３１は、液体（第２液体）を循環させる管路であり、地中熱源ヒートポンプ用送管３０，３１の中の液体は、第２循環ポンプ３２の動力によって流れる。

【0067】

地中熱源ヒートポンプ用送管（送管）３０は、回収管１４から分岐して、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５で冷熱又は温熱が利用された液体（第２液体）を地中熱源ヒートポンプ２に送る。この地中熱源ヒートポンプ用送管３０は、地中熱源ヒートポンプ２の内部で地中熱源ヒートポンプ用送管３１に連続している。

【0068】

地中熱源ヒートポンプ用送管３１は、地中熱源ヒートポンプ２の内部で地中熱源ヒートポンプ用送管３０から連続しており、地中熱源ヒートポンプ２で冷熱又は温熱を得た液体（第２液体）をバッファタンク１１に送る。この地中熱源ヒートポンプ用送管３１は、地中熱源ヒートポンプ用送管３０から連続する一端とは反対側の一端が、バッファタンク１１に接続している。

【0069】

第２循環ポンプ３２は、地中熱源ヒートポンプ用送管３０，３１の途中に設けられている。この第２循環ポンプ３２は、地中熱源ヒートポンプ用送管３０，３１の中の液体に動力を付与することで、地中熱源ヒートポンプ用送管３０，３１の中の液体を循環させる。

【0070】

空気熱源ヒートポンプ用送管３３，３４は、液体（第２液体）を循環させる管路であり、空気熱源ヒートポンプ用送管３３，３４の中の液体は、第３循環ポンプ３５の動力によって流れる。

【0071】

空気熱源ヒートポンプ用送管（送管）３３は、回収管１４から分岐して、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５で冷熱又は温熱が利用された液体（第２液体）を空気熱源ヒートポンプ３に送る。この空気熱源ヒートポンプ用送管３３は、空気熱源ヒートポンプ３の内部で空気熱源ヒートポンプ用送管３４に連続している。

【0072】

空気熱源ヒートポンプ用送管３４は、空気熱源ヒートポンプ３の内部で空気熱源ヒートポンプ用送管３３から連続しており、空気熱源ヒートポンプ３で冷熱又は温熱を得た液体（第２液体）をバッファタンク１１に送る。この空気熱源ヒートポンプ用送管３４は、空気熱源ヒートポンプ用送管３３から連続する一端とは反対側の一端が、バッファタンク１１に接続している。

【0073】

第３循環ポンプ３５は、空気熱源ヒートポンプ用送管３３，３４の途中に設けられている。この第３循環ポンプ３５は、空気熱源ヒートポンプ用送管３３，３４の中の液体に動力を付与することで、空気熱源ヒートポンプ用送管３３，３４の中の液体を循環させる。

【0074】

次に、図３を用いて、熱交換システム１Ｂにおける液体並びに冷熱及び温熱の流れについて説明する。

【0075】

まず、夏季などに冷房を行う場合を説明する。

【0076】

地中熱源ヒートポンプ２の動作時には、第１循環管７を流れる液体（第１液体）は、地中熱源ヒートポンプ２において、地中熱源ヒートポンプ用送管３０，３１を流れる液体（第２液体）を冷却することで加熱される。地中熱源ヒートポンプ２において冷却された地中熱源ヒートポンプ用送管３０，３１の中の液体は、バッファタンク１１及び供給管１２を経由して、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５に供給され、建物Ｘ１，Ｘ２の中の空気を冷却することで加熱される。

【0077】

空気熱源ヒートポンプ３の動作時には、空気熱源ヒートポンプ用送管３３，３４を流れる液体（第２液体）は、空気熱源ヒートポンプ３において、外気を加熱することで冷却される。空気熱源ヒートポンプ３において冷却された空気熱源ヒートポンプ用送管３３，３４の中の液体は、バッファタンク１１及び供給管１２を経由して、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５に供給され、建物Ｘ１，Ｘ２の中の空気を冷却することで加熱される。

【0078】

エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５において加熱された液体（第２液体）は、回収管１４を経由してバッファタンク１１に回収される。また、当該液体（第２液体）は、地中熱源ヒートポンプ２の動作時には、回収管１４及び地中熱源ヒートポンプ用送管３０を流れて地中熱源ヒートポンプ２に供給され、空気熱源ヒートポンプ３の動作時には、回収管１４及び空気熱源ヒートポンプ用送管３３を流れて空気熱源ヒートポンプ３に供給される。

【0079】

続いて、冬季などに暖房を行う場合を説明する。

【0080】

地中熱源ヒートポンプ２の動作時には、第１循環管７を流れる液体（第１液体）は、地中熱源ヒートポンプ２において、地中熱源ヒートポンプ用送管３０，３１を流れる液体（第２液体）を加熱することで冷却される。地中熱源ヒートポンプ２において加熱された地中熱源ヒートポンプ用送管３０，３１の中の液体は、バッファタンク１１及び供給管１２を経由して、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５に供給され、建物Ｘ１，Ｘ２の中の空気を加熱することで冷却される。

【0081】

空気熱源ヒートポンプ３の動作時には、空気熱源ヒートポンプ用送管３３，３４を流れる液体（第２液体）は、空気熱源ヒートポンプ３において、外気を冷却することで加熱される。空気熱源ヒートポンプ３において加熱された空気熱源ヒートポンプ用送管３３，３４の中液体は、バッファタンク１１及び供給管１２を経由して、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５に供給され、建物Ｘ１，Ｘ２の中の空気を加熱することで冷却される。

【0082】

エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５において冷却された液体（第２液体）は、回収管１４を経由してバッファタンク１１に回収される。また、当該液体（第２液体）は、地中熱源ヒートポンプ２の動作時には、回収管１４及び地中熱源ヒートポンプ用送管３０を流れて地中熱源ヒートポンプ２に供給され、空気熱源ヒートポンプ３の動作時には、回収管１４及び空気熱源ヒートポンプ用送管３３を流れて空気熱源ヒートポンプ３に供給される。

【0083】

このように、熱交換システム１Ｂによれば、エアハンドリングユニット４及びファンコイルユニット５で冷熱又は温熱が利用された液体（第２液体）を、バッファタンク１１を経由させずに直接地中熱源ヒートポンプ２及び空気熱源ヒートポンプ３に送ることができる。すなわち、熱交換システム１Ｂによれば、バッファタンク１１を経由させる熱交換システム１Ａ（図１参照）と比較して、熱交換を行う液体同士の温度差が大きくなるので、地中熱源ヒートポンプ２及び空気熱源ヒートポンプ３の熱交換効率を高めることができる。

【0084】

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0085】

１Ａ、Ｂ 熱交換システム
２ 地中熱源ヒートポンプ
３ 空気熱源ヒートポンプ
４ エアハンドリングユニット（機器）
５ ファンコイルユニット（機器）
６ ボアホール
７ 第１循環管（循環管）
８ 第１循環ポンプ
９ 揚水手段
９０ 揚水管
９１ 揚水ポンプ
１０ 冷却手段
１１ バッファタンク
１２ 供給管
１３ 供給ポンプ
１４ 回収管
１５ 第２循環管
１６ 第２循環ポンプ
１７ 第３循環管
１８ 第３循環ポンプ
２０ 制御盤
２１ データロガー
２２ ＣＰＵ
２３ 通信部
２４ 判定部
２５ 制御部
３０ 地中熱源ヒートポンプ用送管（送管）
３１ 地中熱源ヒートポンプ用送管
３２ 第２循環ポンプ
３３ 空気熱源ヒートポンプ用送管（送管）
３４ 空気熱源ヒートポンプ用送管
３５ 第３循環ポンプ
Ｘ１，Ｘ２ 建物

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2023-05-31

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒートポンプとして地中熱源ヒートポンプ及び空気熱源ヒートポンプを併用する熱交換システムであって、
帯水層から浸入する地下水で満たされたボアホールと、
地上の前記地中熱源ヒートポンプから前記ボアホールの中に引き込まれると共に、前記ボアホールの外に引き出されて前記地中熱源ヒートポンプに戻ることで、前記地中熱源ヒートポンプから送り出される第１液体を循環させる循環管と、
前記ボアホールから地下水をくみ上げる揚水手段と、
前記揚水手段によってくみ上げられた地下水を利用して前記空気熱源ヒートポンプを冷却する冷却手段と、
前記ヒートポンプにおいて冷熱又は温熱を得た第２液体を一時的に貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンクの中の第２液体を、冷熱又は温熱を利用する機器に供給する供給管と、
前記機器で冷熱又は温熱が利用された第２液体を、前記バッファタンクに回収する回収管と、
前記回収管から分岐して、前記機器で冷熱又は温熱が利用された第２液体を前記ヒートポンプに送る送管と、を備え、
前記バッファタンクの中の前記第２液体は、前記機器にのみ供給されることを特徴とする
熱交換システム。

【請求項2】

前記冷却手段は、前記ボアホールからくみ上げられた地下水をミストにして前記空気熱源ヒートポンプに供給することを特徴とする
請求項１に記載の熱交換システム。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0007】

（１）本発明は、ヒートポンプとして地中熱源ヒートポンプ及び空気熱源ヒートポンプを併用する熱交換システムであって、帯水層から浸入する地下水で満たされたボアホールと、前記地中熱源ヒートポンプから前記ボアホールの中に引き込まれると共に、前記ボアホールの外に引き出されて前記地中熱源ヒートポンプに戻ることで、前記地中熱源ヒートポンプから送り出される第１液体を循環させる循環管と、前記ボアホールから地下水をくみ上げる揚水手段と、前記揚水手段によってくみ上げられた地下水を利用して前記空気熱源ヒートポンプを冷却する冷却手段と、前記ヒートポンプにおいて冷熱又は温熱を得た第２液体を一時的に貯留するバッファタンクと、前記バッファタンクの中の第２液体を、冷熱又は温熱を利用する機器に供給する供給管と、前記機器で冷熱又は温熱が利用された第２液体を、前記バッファタンクに回収する回収管と、前記回収管から分岐して、前記機器で冷熱又は温熱が利用された第２液体を前記ヒートポンプに送る送管と、を備え、前記バッファタンクの中の前記第２液体は、前記機器にのみ供給されることを特徴とする熱交換システムである。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0008】

本発明によれば、ヒートポンプとして地中熱源ヒートポンプ及び空気熱源ヒートポンプを併用するので、相対的にイニシャルコストが嵩む地中熱源ヒートポンプのみを設置する場合と比較して、イニシャルコストを抑えることができる。また、本発明によれば、ボアホールから地下水をくみ上げてボアホールの中の地下水を交換するので、地中熱源ヒートポンプを長時間にわたって連続運転させることができ、さらに、ボアホールからくみ上げた地下水を利用して空気熱源ヒートポンプを冷却するので、空気熱源ヒートポンプの消費電力を抑えることによってランニングコストを抑えることができる。
また、本発明によれば、機器で冷熱又は温熱が利用された第２液体を、バッファタンクを経由させずに直接ヒートポンプに送ることができる。すなわち、本発明によれば、バッファタンクを経由させる場合と比較して、熱交換を行う液体同士の温度差が大きくなるので、機器の熱交換効率を高めることができる。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

上記（１）及び（２）の本発明によれば、価値を高めた熱交換システムを提供することができる。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0060】

なお、ここでは、第２実施形態に係る熱交換システム１Ｂの特徴部分のみを説明し、第１実施形態に係る熱交換システム１Ａと同様の構成、作用及び効果についての説明は適宜省略する。