CN112567186A

CN112567186A - 地热利用系统以及地热利用系统的运转方法

Info

Publication number: CN112567186A
Application number: CN201980053340.1A
Authority: CN
Inventors: 崔林日; 坂井正颂; 山口彻; 中尾正喜; 中曾康寿
Original assignee: Public University Legal Person Osaka; Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Current assignee: Public University Legal Person Osaka; Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2039-08-14
Also published as: WO2020036186A1; US20210293456A1; JP2020026933A; US11867432B2; CN112567186B; JP7173484B2

Abstract

地热利用系统具备：第一井，其具有第一上部开口部及第一下部开口部；以及第二井，其具有第二上部开口部及第二下部开口部。地热利用系统还具备第一配管、第二配管、第一热交换器以及第二热交换器。地热利用系统能够经由第一配管从第一上部开口部向第二上部开口部输送上部含水层的地下水，并能够经由第二配管从第二下部开口部向第一下部开口部输送下部含水层的地下水。

Description

地热利用系统以及地热利用系统的运转方法

技术领域

本发明涉及地热利用系统以及地热利用系统的运转方法。

本申请基于2018年8月14日在日本申请的特愿2018-152611号主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

近年来，提出了从井汲取含水层的地下水并将其用作温热源或冷热源的地热利用系统。

作为与此相关的技术，在专利文献1中公开了在井的开口部获取上部含水层的地下水并向下部含水层回水的地热利用系统。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平09-280689号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上部含水层的地下水的水质与下部含水层的地下水的水质不同的情况下，若利用专利文献1那样的地热利用系统，则上部含水层的地下水与下部含水层的地下水混合。若地下水混合，则有时会因生成的反应物而堵塞井的开口部。

本发明的目的在于提供一种在利用上部含水层和下部含水层时能够抑制井的堵塞的地热利用系统以及地热利用系统的运转方法。

用于解决课题的方案

第一方案的地热利用系统具备：第一井，其具备在上部含水层开口的第一上部开口部、及在下部含水层开口的第一下部开口部；第二井，其具备在所述上部含水层开口的第二上部开口部、及在所述下部含水层开口的第二下部开口部；第一配管；第二配管；第一热交换器，其与所述第一配管连接；以及第二热交换器，其与所述第二配管连接，所述地热利用系统能够经由所述第一配管从所述第一上部开口部向所述第二上部开口部输送所述上部含水层的地下水，所述地热利用系统能够经由所述第二配管从所述第二下部开口部向所述第一下部开口部输送所述下部含水层的地下水。

根据本方案，地热利用系统能够分别输送上部含水层的地下水和下部含水层的地下水，因此能够抑制上部含水层的地下水与下部含水层的地下水混合。

因此，在本方案的地热利用系统中，在利用上部含水层以及下部含水层时，能够抑制井的堵塞。

第二方案的地热利用系统在第一方案的地热利用系统基础上，在夏季，在所述上部含水层以及所述下部含水层中的一方储存温水，在冬季，在所述上部含水层以及所述下部含水层中的另一方储存冷水。

根据本方案，温水和冷水的注水区域不容易重叠。因此，能够增大各含水层的注水区域。

另外，能够抑制第一井与第二井之间的短路产生。因此，本方案的地热利用系统能够抑制蓄热损失。

第三方案的地热利用系统在第一或第二方案的地热利用系统的基础上，所述地热利用系统还能够经由所述第二配管从所述第二上部开口部向所述第一上部开口部输送所述上部含水层的地下水，所述地热利用系统还能够经由所述第一配管从所述第一下部开口部向所述第二下部开口部输送所述下部含水层的地下水。

根据本方案，地热利用系统能够在上部含水层和下部含水层的各含水层中，相反地输送通过送水所储存的热。因此，能够利用通过送水而储存的热。

第四方案的地热利用系统在第一至第三中任一方案的地热利用系统的基础上，所述第一井还具备：第一贮存部，其设置于所述第一上部开口部的上方，具有第一泵；以及第一切换部，其能够切换连接所述第一贮存部与所述第一上部开口部的模式、以及连接所述第一贮存部与所述第一下部开口部的模式，所述第二井还具备：第二贮存部，其设置于所述第二上部开口部的上方，具有第二泵；以及第二切换部，其能够切换连接所述第二贮存部与所述第二上部开口部的模式、以及连接所述第二贮存部和所述第二下部开口部的模式。

根据本方案，通过第一泵，能够对上部含水层的地下水进行扬水，并且能够对下部含水层的地下水进行扬水。同样地，根据本方案，通过第二泵，能够对上部含水层的地下水进行扬水，并且能够对下部含水层的地下水进行扬水。因此，能够提高各井的泵的利用效率。

第五方案的地热利用系统的运转方法中，所述地热利用系统具备：第一井，其具备在上部含水层开口的第一上部开口部、及在下部含水层开口的第一下部开口部；第二井，其具备在所述上部含水层开口的第二上部开口部、及在所述下部含水层开口的第二下部开口部；第一配管；第二配管；第一热交换器，其与所述第一配管连接；以及第二热交换器，其与所述第二配管连接，其中，所述地热利用系统的运转方法包括如下步骤：经由所述第一配管从所述第一上部开口部向第二上部开口部输送所述上部含水层的地下水；以及经由所述第二配管从所述第二下部开口部向第一下部开口部输送所述下部含水层的地下水。

根据本方案，地热利用系统的运转方法能够分别输送上部含水层的地下水和下部含水层的地下水，因此能够抑制上部含水层的地下水与下部含水层的地下水混合。

因此，在本方案的地热利用系统的运转方法中，在利用上部含水层和下部含水层时，能够抑制井的堵塞。

发明效果

根据本发明的一个实施方式，在利用上部含水层和下部含水层时，能够抑制井的堵塞。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的地热利用系统的系统图。

图2是本发明的第一实施方式的地热利用系统的系统图。

图3是本发明的第二实施方式的地热利用系统的系统图。

图4是本发明的第二实施方式的地热利用系统的系统图。

图5是本发明的第二实施方式的地热利用系统的系统图。

图6是本发明的第二实施方式的地热利用系统的系统图。

图7是比较各方式的期间注水半径和井间距离的表。

图8是对W-ATES的期间注水半径和井间距离进行说明的图。

图9是对QW-ATES的期间注水半径和井间距离进行说明的图。

图10是比较各方式的期间注水半径和期间累计注水量的表。

图11是本发明的各实施方式的切换部的例子的立体图。

图12是图11的XII-XII线剖视图。

图13是图11的XIII-XIII线剖视图。

图14是本发明的各实施方式的切换部的例子的立体图。

图15是本发明的各实施方式的切换部的例子的立体图。

图16是图15的XVI-XVI线剖视图。

图17是图15的XVII-XVII线剖视图。

图18是本发明的各实施方式的切换部的例子的立体图。

图19是本发明的各实施方式的切换部的例子的系统图。

图20是本发明的各实施方式的切换部的例子的系统图。

图21是本发明的各实施方式的切换部的例子的系统图。

图22是本发明的各实施方式的切换部的例子的系统图。

图23是本发明的各实施方式的切换部的例子的局部剖视图。

图24是本发明的各实施方式的切换部的例子的局部剖视图。

图25是本发明的各实施方式的切换部的例子的局部剖视图。

图26是本发明的各实施方式的切换部的例子的局部剖视图。

图27是本发明的各实施方式的地热利用系统的运转方法的流程图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。在所有的附图中，对相同或相当的结构标注相同的附图标记，并省略共通的说明。

<第一实施方式>

参照图1和图2对本发明的地热利用系统的第一实施方式进行说明。

需要说明的是，图1和图2中所示的箭头表示各部分中的(包含地下水)制冷剂的流动。

(地热利用系统的结构)

地热利用系统10在两个不同的含水层即上部含水层LY1和下部含水层LY2中蓄热。上部含水层LY1和下部含水层LY2例如隔着洪积粘土层LYm而形成。

如图1所示，地热利用系统10具备第一井20和第二井30。

地热利用系统10还具备第一配管40、第二配管50、第一热交换器60和第二热交换器70。

(第一井的结构)

第一井20是从地上朝向地下贯通上部含水层LY1并延伸到下部含水层LY2的井。

第一井20具备第一贮存部21、第一切换部22、第一上部开口部23以及第一下部开口部24。

第一井20具备埋入在从地表SG至下部含水层LY2为止的朝向地下挖掘而成的挖掘孔HOL1中的壳体20a。

在壳体20a内，在第一贮存部21、第一切换部22、第一上部开口部23、第一下部开口部24各自之间设置有填料PK，以抑制它们之间的地下水的来回。

第一贮存部21设置于第一上部开口部23的上方。

第一贮存部21具有能够抽出第一贮存部21内的地下水的第一泵21a。

第一切换部22设置于第一贮存部21与第一上部开口部23之间。

第一切换部22具备在第一贮存部21开口的第一端口22a、以及与第二配管50连接的第二端口22b。

第一切换部22还具备在第一上部开口部23开口的第三端口22c、以及通过第一上部开口部23而朝向第一下部开口部24延伸且开口的第四端口22d。

第一切换部22能够通过内部配管的切换来切换连接第一贮存部21与第一上部开口部23的模式、以及连接第一贮存部21与第一下部开口部24的模式。

例如，在图1的情况下，第一切换部22通过连接第一端口22a与第三端口22c来连接第一贮存部21与第一上部开口部23。

另外，在在图1的情况下，第一切换部22通过连接第二端口22b与第四端口22d来连接第二配管50与第一下部开口部24。

第一上部开口部23在上部含水层LY1开口。

第一上部开口部23是第一井20中的位于与上部含水层LY1相当的深度的部分。

在第一上部开口部23中贮存有地下水。

例如，在壳体20a中，在上部含水层LY1处设置有由多个狭缝构成的粗滤器23a。第一上部开口部23构成为能够经由粗滤器23a将上部含水层LY1的地下水取入到壳体20a的内部，或者经由粗滤器23a使地下水从壳体20a的内部返回到上部含水层LY1。

第一下部开口部24在下部含水层LY2开口。

第一下部开口部24是第一井20中的位于与下部含水层LY2相当的深度的部分。

在第一下部开口部24中贮存有地下水。

第一上部开口部23与第一下部开口部24上下排列。

例如，在壳体20a中，在下部含水层LY2处设置有由多个狭缝构成的粗滤器24a。第一下部开口部24构成为能够经由粗滤器24a将下部含水层LY2的地下水取入到壳体20a的内部，或者经由粗滤器24a使地下水从壳体20a的内部返回到下部含水层LY2。

(第二井的结构)

第二井30是从地上朝向地下贯通上部含水层LY1并延伸到下部含水层LY2的井。

第二井30与第一井20隔开规定的距离设置。

第二井30具备第二贮存部31、第二切换部32、第二上部开口部33以及第二下部开口部34。

第二井30具备埋入在从地表至下部含水层LY2为止的朝向地下挖掘而成的挖掘孔HOL2中的壳体30a。

在壳体30a内，在第二贮存部31、第二切换部32、第二上部开口部33、第二下部开口部34各自之间设置有填料PK，以抑制它们之间的地下水的来回。

第二贮存部31设置于第二上部开口部33的上方。

第二贮存部31具有能够抽出第二贮存部31内的地下水的第二泵31a。

第二切换部32设置于第二贮存部31与第二上部开口部33之间。

第二切换部32具备在第二贮存部31开口的第一端口32a、以及与第一配管40连接的第二端口32b。

第二切换部32还具备在第二上部开口部33开口的第三端口32c、以及通过第二上部开口部33而朝向第二下部开口部34延伸且开口的第四端口32d。

第二切换部32能够通过内部配管的切换来切换连接第二贮存部31与第二上部开口部33的模式、以及连接第二贮存部31与第二下部开口部34的模式。

例如，在图1的情况下，第二切换部32通过连接第一端口32a与第四端口32d来连接第二贮存部31与第二下部开口部34。

另外，在图1的情况下，第二切换部32通过连接第二端口32b与第三端口32c来连接第一配管40与第二上部开口部33。

第二上部开口部33在上部含水层LY1开口。

第二上部开口部33是第二井30中的位于与上部含水层LY1相当的深度的部分。

在第二上部开口部33中贮存有地下水。

例如，在壳体30a中，在上部含水层LY1处设置有由多个狭缝构成的粗滤器33a。第二上部开口部33构成为能够经由粗滤器33a将上部含水层LY1的地下水取入到壳体30a的内部，或者经由粗滤器33a使地下水从壳体30a的内部返回到上部含水层LY1。

第二下部开口部34在下部含水层LY2开口。

第二下部开口部34是第二井30中的位于与下部含水层LY2相当的深度的部分。

在第二下部开口部34中贮存有地下水。

第二上部开口部33与第二下部开口部34上下排列。

例如，在壳体30a中，在下部含水层LY2处设置有由多个狭缝构成的粗滤器34a。第二下部开口部34构成为能够经由粗滤器34a将下部含水层LY2的地下水取入到壳体30a的内部，或者经由粗滤器34a使地下水从壳体30a的内部返回到下部含水层LY2。

(第一配管的结构)

第一配管40经由第一热交换器60的一次侧(一次侧配管60a)从第一端40a向第二端40b延伸。

第一配管40的第一端40a以能够从第一泵21a向第一配管40扬水的方式与第一泵21a连接。

第一配管40的第一端40a朝向第一泵21a延伸至第一井20内。

第一配管40的第二端40b经由开闭阀、止回阀等以能够朝向第二切换部32的第二端口32b送水的方式与第二切换部32的第二端口32b连接。

第一配管40的第二端40b朝向第二切换部32的第二端口32b延伸至第二井30内。

(第二配管的结构)

第二配管50经由第二热交换器70的一次侧(一次侧配管70a)从第一端50a向第二端50b延伸。

第二配管50的第一端50a以能够从第二泵31a向第二配管50扬水的方式与第二泵31a连接。

第二配管50的第一端50a朝向第二泵31a延伸至第二井30内。

第二配管50的第二端50b经由开闭阀、止回阀等以能够朝向第一切换部22的第二端口22b送水的方式与第一切换部22的第二端口22b连接。

第二配管50的第二端50b朝向第一切换部22的第二端口22b延伸至第一井20内。

(第一热交换器的结构)

第一热交换器60的一次侧(一次侧配管60a)连接于第一配管40的中途。

第一热交换器60的二次侧(二次侧配管60b)与制冷供暖器具等负载R连接。

第一热交换器60能够在一次侧与二次侧之间进行热交换。

(第二热交换器的结构)

第二热交换器70的一次侧(一次侧配管70a)连接于第二配管50的中途。

第二热交换器70的二次侧(二次侧配管70b)与负载R连接。

第二热交换器70能够在一次侧与二次侧之间进行热交换。

第二热交换器70的二次侧配管70b与第一热交换器60的二次侧配管60b串联连接。

(动作)

对本实施方式的地热利用系统10的动作进行说明。

首先，对图1的情况(第一模式)进行说明。

在图1的情况下，如上所述，第一切换部22将第一贮存部21与第一上部开口部23连接。由此，在第一上部开口部23中获取的地下水被向第一配管40扬水。

在图1的情况下，如上所述，第二切换部32将第二贮存部31与第二下部开口部34连接。由此，在第二下部开口部34中获取的地下水被向第二配管50扬水。

因此，地热利用系统10能够经由第一配管40从第一上部开口部23朝向第二上部开口部33输送上部含水层LY1的地下水。

另外，地热利用系统10能够经由第二配管50从第二下部开口部34朝向第一下部开口部24输送下部含水层LY2的地下水。

因此，地热利用系统10能够向第一热交换器60供给上部含水层LY1的蓄热，并能够向第二热交换器70供给下部含水层LY2的地下水的蓄热。

此外，地热利用系统10能够将从第一热交换器60得到的热(温热或冷热)蓄热于上部含水层LY1，并能够将从第二热交换器70得到的热(温热或冷热)蓄热于下部含水层LY2。

例如，本实施方式的情况下，地热利用系统10将从上部含水层LY1取得的温水经由第一上部开口部23供给到第一热交换器60而消耗。另一方面，地热利用系统10将在第一热交换器60中取得的冷水经由第二上部开口部33供给到上部含水层LY1来储存。

另外，本实施方式的情况下，地热利用系统10将从下部含水层LY2取得的温水经由第二下部开口部34供给到第二热交换器70而消耗。另一方面，地热利用系统10将在第二热交换器70中取得的冷水经由第一下部开口部24供给到下部含水层LY2来储存。

在此，“温水”是指温度高于各含水层的地下水的初始地中温度的水，“冷水”是指温度低于各含水层的地下水的初始地中温度的水。

例如，各含水层的地下水的初始地中温度为18℃。

接着，对图2的情况(第二模式)进行说明。图2表示将第一切换部22以及第二切换部32的各内部配管从图1中实线所示的连接切换为图1中虚线所示的连接的状态。

在该情况下，第一切换部22通过连接第二端口22b与第三端口22c来连接第二配管50与第一上部开口部23。

另外，第一切换部22通过连接第一端口22a与第四端口22d来连接第一贮存部21与第一下部开口部24。

另外，第二切换部32通过连接第一端口32a与第三端口32c来连接第二贮存部31与第二上部开口部33。

另外，第二切换部32通过连接第二端口32b与第四端口32d来连接第一配管40与第二下部开口部34。

由此，在第一下部开口部24中获取的地下水被向第一配管40扬水，在第二上部开口部33中获取的地下水被向第二配管50扬水。

因此，地热利用系统10能够经由第一配管40从第一下部开口部24向第二下部开口部34输送下部含水层LY2的地下水。

另外，地热利用系统10能够经由第二配管50从第二上部开口部33向第一上部开口部23输送上部含水层LY1的地下水。

因此，地热利用系统10能够将下部含水层LY2的蓄热(温热或冷热)供给到第一热交换器60，能够将上部含水层LY1的蓄热(温热或冷热)供给到第二热交换器70。

并且，地热利用系统10能够将从第一热交换器60得到的热(温热或冷热)蓄热于下部含水层LY2，能够将从第二热交换器70得到的热(温热或冷热)蓄热于上部含水层LY1。

例如，在本实施方式的情况下，地热利用系统10将从上部含水层LY1取得的冷水经由第二上部开口部33供给到第二热交换器70而消耗。另一方面，地热利用系统10将在第二热交换器70中取得的温水经由第一上部开口部23供给到上部含水层LY1来储存。

另外，本实施方式的情况下，地热利用系统10将从下部含水层LY2取得的冷水经由第一下部开口部24供给到第一热交换器60而消耗。另一方面，地热利用系统10将在第一热交换器60中取得的温水经由第二下部开口部34供给到下部含水层LY2来储存。

(作用和效果)

本实施方式的地热利用系统10能够分别输送上部含水层LY1的地下水和下部含水层LY2的地下水，因此能够抑制上部含水层LY1的地下水和下部含水层LY2的地下水混合。

因此，在本实施方式的地热利用系统10中，在利用上部含水层LY1和下部含水层LY2时，能够抑制井的堵塞。

例如，在上部含水层LY1的地下水富氧、下部含水层LY2的地下水富铁的情况下，若上部含水层LY1的地下水与下部含水层LY2的地下水这两种地下水混合，则生成氧化铁，堵塞各井的开口部的粗滤器。

与此相对，本实施方式的地热利用系统10是两种地下水不容易混合的结构，因此在利用上部含水层LY1和下部含水层LY2时，能够抑制井的堵塞。

另外，本实施方式的地热利用系统10能够在上部含水层LY1和下部含水层LY2各含水层中，相反地输送通过送水而储存的热。因此，能够利用通过送水而储存的热。

另外，本实施方式的地热利用系统10通过第一泵21a，能够在第一模式下对上部含水层LY1的地下水进行扬水，并且能够在第二模式下对下部含水层LY2的地下水进行扬水。同样地，本实施方式的地热利用系统10通过第二泵31a，能够在第二模式下对上部含水层LY1的地下水进行扬水，并且能够在第一模式下对下部含水层LY2的地下水进行扬水。因此，能够在各模式下利用各泵，从而能够提高各泵的利用效率。

另外，本实施方式的地热利用系统10能够对上部含水层LY1的地下水进行扬水、回水，并且能够对下部含水层LY2的地下水进行扬水、回水。

因此，与对一个含水层的地下水进行扬水、回水的地热利用系统相比，能够使蓄热容量为2倍。

另外，在本实施方式的地热利用系统10中，第一上部开口部23与第一下部开口部24上下排列，第二上部开口部33与第二下部开口部34上下排列，因此能够有效地利用占地面积。

特别是，在热需求高的高层大厦密集的市区，需要安装大容量的热源系统但占地面积有限，因此本实施方式的地热利用系统10是有效的。

例如，根据本实施方式的地热利用系统10，能够实现利用了在大城市区域共同的冲积平原广泛存在的地下水的热利用势能的含水层蓄热利用。

另外，本实施方式的地热利用系统10使上部含水层LY1的地下水从第一上部开口部23向第二上部开口部33输送，另一方面，使下部含水层LY2的地下水从第二下部开口部34向第一下部开口部24输送。

即，在各井中，从一方的含水层扬水，另一方面，向另一方的含水层回水。

因此，本实施方式的地热利用系统10能够抑制地基下沉、地基上升。

<第二实施方式>

参照图3～图10对本发明的地热利用系统的第二实施方式进行说明。

在第二实施方式的地热利用系统100中，例如在第一实施方式的地热利用系统10的基础上，在夏季，仅在上部含水层LY1和下部含水层LY2中的一方储存温水，在冬季，仅在上部含水层LY1和下部含水层LY2中的另一方储存冷水。

在此，“温水”是指温度高于各含水层的地下水的初始地中温度的水，“冷水”是指温度低于各含水层的地下水的初始地中温度的水。在本实施方式中，对各含水层的地下水的初始地中温度为18℃的情况进行说明。

需要说明的是，对于第二实施方式的地热利用系统100所具备的各构成要素，除了特别提及的情况以外，与第一实施方式的地热利用系统10所具备的各构成要素同样地构成且同样地发挥功能，因此省略重复的说明。

另外，图3～图6所示的温度表示各部分中的(包含地下水)制冷剂的温度。

另外，图3～图6所示的箭头表示各部分中的(包含地下水)制冷剂的流动。

在本实施方式的地热利用系统100中，在夏季，在上部含水层LY1中储存温水，在冬季，在下部含水层LY2中储存冷水。

(冬季运转开始时期)

如图3所示，首先作为初始状态，在冬季运转开始时期，通过地热利用系统100，在地下，在上部含水层LY1中储存有在夏季所储存的温水。

地热利用系统100在冬季期间作为冬季模式如下那样运转。

如图3所示，在冬季模式下，第一切换部22连接第一贮存部21与第一上部开口部23，并连接第二配管50与第一下部开口部24。

另外，第二切换部32连接第二贮存部31与第二下部开口部34，并连接第一配管40与第二上部开口部33。

由此，在第一上部开口部23中获取的地下水被向第一配管40扬水。

另外，在第二下部开口部34中获取的地下水被向第二配管50扬水。

因此，在冬季模式下，地热利用系统100能够经由第一配管40从第一上部开口部23向第二上部开口部33输送上部含水层LY1的地下水。

另外，在冬季模式下，地热利用系统100能够经由第二配管50从第二下部开口部34向第一下部开口部24输送下部含水层LY2的地下水。

因此，在冬季期间，地热利用系统100将上部含水层LY1的温水供给到第一热交换器60。另一方面，地热利用系统100将在第二热交换器70中取得的冷水储存到下部含水层LY2。

在本实施方式中，第一热交换器60的二次侧、第二热交换器70的二次侧、以及负载R串联连接，另外，流过负载R的制冷剂按照第二热交换器70的二次侧、第一热交换器60的二次侧、负载R、第二热交换器70的二次侧、…的顺序循环。

如图3所示，地热利用系统100也可以在第二热交换器70的下游还具备第三热交换器80。第三热交换器80的一次侧可以与第二配管50连接，第三热交换器80的二次侧可以与冷却塔CT连接。此时，第三热交换器80能够在一次侧与二次侧之间进行热交换。

例如，第三热交换器80的一次侧与第二热交换器70的一次侧串联连接。

由此，地热利用系统100能够将在第二热交换器70中冷却了的冷水在第三热交换器80中进一步冷却而储存到下部含水层LY2。

在本实施方式中，地热利用系统100将从上部含水层LY1以23℃扬水来的地下水冷却到18℃而向上部含水层LY1回水。

另一方面，在本实施方式中，地热利用系统100将从下部含水层LY2以18℃扬水来的地下水冷却到低于13℃而向下部含水层LY2回水。

(冬季运转结束时期)

在冬季期间，地热利用系统100如图3所示那样运转，由此，在冬季运转结束时期，如图4所示，上部含水层LY1的温水大致被消耗，另一方面，在下部含水层LY2的较大范围内储存冷水。

(夏季运转开始时期)

如图5所示，在夏季运转开始时期，在下部含水层LY2中储存有在冬季所储存的冷水。

地热利用系统100在夏季期间作为夏季模式如下那样运转。

如图5所示，在冬季模式下，首先，如下切换各配管与各井之间的连接。

即，第一配管40的第一端40a以能够朝向第一切换部22的第二端口22b送水的方式与第一切换部22的第二端口22b连接，第一配管40的第二端40b以能够从第二泵31a向第一配管40扬水的方式与第二泵31a连接。

另外，第二配管50的第一端50a以能够朝向第二切换部32的第二端口32b送水的方式与第二切换部32的第二端口32b连接，第二配管50的第二端50b以能够从第一泵21a向第二配管50扬水的方式与第一泵21a连接。

需要说明的是，各井与第一配管40之间的连接的切换可以在各井外进行，也可以在各井内进行。

同样地，第二配管50相对于各井的连接的切换可以在各井外进行，也可以在各井内进行。

流过负载R的制冷剂的流动被切换为按照第一热交换器60的二次侧、第二热交换器70的二次侧、负载R、第一热交换器60的二次侧、…的顺序循环。

第一切换部22连接第一贮存部21与第一下部开口部24，并连接第一配管40(第一切换部22的第二端口22b)与第一上部开口部23。

第二切换部32连接第二贮存部31与第二上部开口部33，并连接第二配管50(第二切换部32的第二端口32b)与第二下部开口部34。

由此，在第一下部开口部24中获取的地下水被向第二配管50扬水。

另外，在第二上部开口部33中获取的地下水被向第一配管40扬水。

因此，在夏季模式下，地热利用系统100能够经由第二配管50从第一下部开口部24向第二下部开口部34输送下部含水层LY2的地下水。

另外，在夏季模式下，地热利用系统100能够经由第一配管40从第二上部开口部33向第一上部开口部23输送上部含水层LY1的地下水。

因此，在夏季期间，地热利用系统100将下部含水层LY2的冷水供给到第二热交换器70。另一方面，地热利用系统100将在第一热交换器60中取得的温水储存到上部含水层LY1。

需要说明的是，在本实施方式中，在夏季模式下，第三热交换器80在一次侧与二次侧之间不进行热交换。

在本实施方式中，地热利用系统100将从下部含水层LY2以低于13℃扬水来的地下水冷却到18℃而向下部含水层LY2回水。

他方，在本实施方式中，地热利用系统100将从上部含水层LY1以18℃扬水来的地下水加热到23℃而向上部含水层LY1回水。

(夏季运转结束时期)

在夏季期间，地热利用系统100如图5所示那样运转，由此，在夏季运转结束时期，如图6所示，下部含水层LY2的冷水大致被消耗，另一方面，在上部含水层LY1的较大范围内储存温水。

然后，当再次到达冬季运转开始时期时，地热利用系统100返回到冬季模式。

(作用和效果)

除了第一实施方式的作用和效果之外，本实施方式的地热利用系统100具有以下的作用和效果。

对于本实施方式的地热利用系统100，在夏季，在上部含水层LY1中储存温水，在冬季，在下部含水层LY2中储存冷水。

即，地热利用系统100将温水和冷水储存到不同的含水层。

因此，在本实施方式的地热利用系统100中，温水和冷水的注水区域不容易重叠，能够增大各含水层的注水区域。

此外，能够抑制短路的产生，地热利用系统100能够抑制蓄热损失。

在此，将仅利用上部含水层LY1和下部含水层LY2中的任一方的地热利用系统称为“S-ATES”，将图1和图2所示的地热利用系统10称为“W-ATES”，将本实施方式的地热利用系统100称为“QW-ATES”。

若将某期间的累计注水量设为V，将S-ATES的期间注水半径设为r(井间距离2×r)，则W-ATES的蓄热半径称为√(1/2)＝0.7倍。此时，如图7及图8所示，井间距离成为1.4×r。

与此相对，如图7及图9所示，在QW-ATES中，期间注水半径为r，但井间距离也可以为r。

相反，当井间距离为相同条件时，与S-ATES的情况相比，在QW-ATES的情况下，如图10所示，期间累计注水量V成为4倍。在图10中，s表示S-ATES时的期间累计注水量V。

需要说明的是，蓄热半径rth与期间注水半径r不一致，蓄热半径rth小于期间注水半径r。

在本实施方式的地热利用系统100中，在上部含水层LY1中储存温水，在下部含水层LY2中储存冷水，但作为变形例，也可以在上部含水层LY1中储存冷水，在下部含水层LY2中储存温水。

<切换部的例子>

图11～图26示出上述的热利用系统的各实施方式的第一切换部22的各例。以下，对第一切换部22的各例进行说明，对于第二切换部32也可以采用同样的结构。

例如，如图11～图14所示，第一切换部22可以具备旋转器22R。

通过将旋转器22R从图11所示的状态旋转90°到图14所示的状态，第一切换部22能够改变流路。

例如，如图15～图18所示，第一切换部22也可以具备多个三通阀22T。

通过切换三通阀22T，第一切换部22能够改变流路。

需要说明的是，图15是从正面观察第一切换部22的立体图，图18是从侧面观察第一切换部22的立体图。

三通阀22T例如也可以是球阀。

例如，如图19所示，第一切换部22也可以具备多个三通阀22T和多个注水阀22P。

通过切换三通阀22T和注水阀22P，第一切换部22能够改变流路。

作为另一例，第一切换部22也可以是图20所示的多个注水阀22P的组合或图21所示的多个三通阀22T与多个注水阀22P的组合。

例如，如图22所示，第一切换部22也可以具备多个四通阀22F和多个注水阀22P。

通过切换四通阀22F和注水阀22P，第一切换部22能够改变流路。

例如，如图23和图24所示，第一切换部22也可以具备两个滑动机构22S。

通过将滑动机构22S从图23所示的状态切换到图24所示的状态，第一切换部22能够改变流路。

需要说明的是，第一切换部22还可以具备注水阀22P。

作为另一例，如图25和图26所示，第一切换部22也可以是将两个滑动机构22S一体化的结构。此时，通过从图25所示的状态切换为图26所示的状态，第一切换部22能够改变流路。

<地热利用系统的运转方法>

根据图27对地热利用系统的运转方法的实施方式进行说明。

本运转方法使用上述的各实施方式的地热利用系统来执行。

首先，如图27所示，经由第一配管40，从第一上部开口部23向第二上部开口部33输送上部含水层LY1的地下水(ST1：输送上部含水层的地下水的步骤)。

在执行ST1的同时，经由第二配管50，从第二下部开口部34向第一下部开口部24输送下部含水层LY2的地下水(ST2：输送下部含水层的地下水的步骤)。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但该实施方式是作为例子示出的，并不意在限定发明的范围。该实施方式能够以其他各种方式实施，且能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。该实施方式或其变形与包含在发明的范围或主旨内，且同样地包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

产业上的可利用性

附图标记说明：

10...地热利用系统；

20...第一井；

20a...壳体；

21...第一贮存部；

21a...第一泵；

22...第一切换部；

22a...第一端口；

22b...第二端口；

22c...第三端口；

22d...第四端口；

22F...四通阀；

22P...注水阀；

22R...旋转器；

22S...滑动机构；

22T...三通阀；

23...第一上部开口部；

23a...粗滤器；

24...第一下部开口部；

24a...粗滤器；

30...第二井；

30a...壳体；

31...第二贮存部；

31a...第二泵；

32...第二切换部；

32a...第一端口；

32b...第二端口；

32c...第三端口；

32d...第四端口；

33...第二上部开口部；

33a...粗滤器；

34...第二下部开口部；

34a...粗滤器；

40...第一配管；

40a...第一端；

40b...第二端；

50...第二配管；

50a...第一端；

50b...第二端；

60...第一热交换器；

60a...一次侧配管；

60b...二次侧配管；

70...第二热交换器；

70a...一次侧配管；

70b...二次侧配管；

80...第三热交换器；

100...地热利用系统；

CT...冷却塔；

HOL1...挖掘孔；

HOL2...挖掘孔；

LY1...上部含水层；

LY2...下部含水层；

LYm...洪积粘土层；

PK...填料；

R...负载；

SG...地表。

Claims

1.一种地热利用系统，其中，

所述地热利用系统具备：

第一井，其具备在上部含水层开口的第一上部开口部、及在下部含水层开口的第一下部开口部；

第二井，其具备在所述上部含水层开口的第二上部开口部、及在所述下部含水层开口的第二下部开口部；

第一配管；

第二配管；

第一热交换器，其与所述第一配管连接；以及

第二热交换器，其与所述第二配管连接，

所述地热利用系统能够经由所述第一配管从所述第一上部开口部向所述第二上部开口部输送所述上部含水层的地下水，

所述地热利用系统能够经由所述第二配管从所述第二下部开口部向所述第一下部开口部输送所述下部含水层的地下水。

2.根据权利要求1所述的地热利用系统，其中，

在夏季，在所述上部含水层以及所述下部含水层中的一方储存温水，

在冬季，在所述上部含水层以及所述下部含水层中的另一方储存冷水。

3.根据权利要求1或2所述的地热利用系统，其中，

所述地热利用系统还能够经由所述第二配管从所述第二上部开口部向所述第一上部开口部输送所述上部含水层的地下水，

所述地热利用系统还能够经由所述第一配管从所述第一下部开口部向所述第二下部开口部输送所述下部含水层的地下水。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的地热利用系统，其中，

所述第一井还具备：

第一贮存部，其设置于所述第一上部开口部的上方，具有第一泵；以及

第一切换部，其能够切换连接所述第一贮存部与所述第一上部开口部的模式、以及连接所述第一贮存部与所述第一下部开口部的模式，

所述第二井还具备：

第二贮存部，其设置于所述第二上部开口部的上方，具有第二泵；以及

第二切换部，其能够切换连接所述第二贮存部与所述第二上部开口部的模式、以及连接所述第二贮存部和所述第二下部开口部的模式。

5.一种地热利用系统的运转方法，所述地热利用系统具备：

第一配管；

第二配管；

第一热交换器，其与所述第一配管连接；以及

第二热交换器，其与所述第二配管连接，

其中，

所述地热利用系统的运转方法包括如下步骤：

经由所述第一配管从所述第一上部开口部向第二上部开口部输送所述上部含水层的地下水；以及

经由所述第二配管从所述第二下部开口部向第一下部开口部输送所述下部含水层的地下水。