JP2001065889A - 地熱供給システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で、熱損失を小さくし、断熱材付設
工事の省略を可能とし、かつランニングコストも低く抑
えつつ地熱利用効率を高めてドーム内をスポーツ等に好
適な温度に保つことができる地熱供給システムを提供す
る。 【解決手段】地中深くにほぼ水平に地熱収集用の集熱体
２を埋設し、ドームＤ内のグランドＧの表面近くに放熱
貯留層３を設け、これら集熱体２と放熱貯留層３とを配
管５，６で接続して熱媒体の循環回路４を形成し、この
循環回路４にポンプ装置７，８で熱媒体を循環させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ドーム内のグラ
ンド面へ地熱を供給する地熱供給システムに関する。詳
しくは、地中の恒温層部分の地熱を熱媒体を介してグラ
ンド面に順次導いて放熱させる簡単な構成のドーム内グ
ランド面への地熱供給システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、無公害エネルギーの一つとしての
ジオサーマルパワープラント（地熱発電所）が注目され
て以来、地熱の有効利用についての多くの研究がなされ
ている。例えば、地中に鉛直に埋設した熱交換用同心二
重管によって間接的に加熱された熱媒体の保有熱を均一
に放熱して路面の融雪むらや床暖房の温度むらを解消し
ようとする地熱利用放熱管配列構造（特開平０９−６０
９８２）や、地熱を空調の熱源として利用することでド
ーム等の建屋内に温風や冷風を供給して適当な温度環境
を確保しようとする装置等が開発されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような地熱利用放熱管配列構造や装置にあっては、地上
において多くの配管を必要とするために、熱損失が大き
く、地熱利用効率が悪くなる上、ラギング等の断熱材付
設工事が必要になり、費用対効果の比率が悪くなる。ま
た、システム床の構築工事も比較的大がかりになり建設
コストもかさみ、さらに保守作業量も多くなってランニ
ングコストが増大する。

【０００４】この発明はこのような点に着目してなされ
たもので、その目的とするところは、簡単な構成で、熱
損失を小さくし、断熱材付設工事の省略を可能とし、ラ
ンニングコストも低く抑えつつ地熱利用効率を高めてド
ーム内をスポーツ等に好適な温度に保つことができる地
熱供給システムを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明は、地中深くにほぼ水平に埋
設された地熱収集用の集熱体と、ドーム内のグランドの
表面近くに設けられた放熱貯留層と、これら集熱体と放
熱貯留層とを接続して熱媒体循環回路を形成する配管
と、前記循環回路に熱媒体を循環させる熱媒体循環装置
とを具備することを特徴としている。

【０００６】そして請求項２の発明では、地中深くに井
戸が掘られ、この井戸内の水が循環回路内に熱媒体とし
て補給されることを特徴としている。

【０００７】また請求項３の発明は、地中深くに掘られ
た井戸と、ドーム内のグランドの表面近くに設けられた
放熱貯留層と、これら井戸と放熱貯留層とを接続して井
戸内の水の循環回路を形成する配管と、前記循環回路に
井戸内の水を循環させる井戸水循環装置とを具備するこ
とを特徴としている。

【０００８】そして請求項４の発明では、各請求項にお
ける放熱貯留層が、砕石層を不透水性のシートで覆って
密封した構造となっていることを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００１０】図１には第１の実施形態に係る地熱供給シ
ステムを適用したドーム型競技施設を示してあり、この
ドーム型スポーツ施設はグランドＧの上にドームＤを構
築し、このドームＤでグランドＧを覆ってなる。

【００１１】このドーム型施設に適用された地熱供給シ
ステム１は、グランドＧの地中深くにほぼ水平に埋設さ
れた地熱収集用の集熱体２と、グランドＧの地表面近く
にほぼ水平に設けられた放熱貯留層３と、これら集熱体
２と放熱貯留層３とを接続して熱媒体としての水の循環
回路４を形成した配管５，６と、循環回路４に熱媒体と
しての水を循環させる循環装置としてのポンプ装置７，
８とで構成されている。

【００１２】地中の温度は、図４に示すように、夏季の
温暖期間でも、冬季の寒冷期間でも地下５ｍ程度の深さ
の部分ではほぼ一定の温度に保たれている。或る実測デ
ータによると、地下５ｍでの地中の温度は、地表温度が
２７．１７℃の温暖期間で１３．３１℃、地表温度が−
４．２０℃の寒冷期間で１０．３７℃になっており、そ
れぞれ地表温度と地下５ｍでの地中の温度との差は約１
４℃となっている。この発明の地熱供給システム１は、
このような地下の熱を導入することで前記の温度条件の
ときに地表温度を夏季には約２６℃前後に、冬季には約
２℃前後にすることを目安にしている。

【００１３】集熱体２は、一本の一体管、或いは多数の
管の集合体からなり、グランドＧの地下５ｍの位置に埋
設され、内部を流通する熱媒体としての水がその地中の
熱を充分に吸収し得る滞留時間を取れる広がりを有する
構成となっている。

【００１４】放熱貯留層３は、図２に示すように、砕石
層１０と、この砕石層１０の全体を覆って液密的に密封
した不透水性のシート１１とで構成され、砕石層１０の
厚さは２００ｍｍ程度で、シート１１の厚さは５ｍｍ程
度となっている。

【００１５】そしてこの放熱貯留層３は１００ｍｍ程度
の厚さのコンクリート層１２の上に設置され、この放熱
貯留層３の上にグランドＧの表面層を形成する３００ｍ
ｍ程度の厚さの薄い土層１３が設けられている。

【００１６】この放熱貯留層３は、図３に示すように、
各競技種目毎に位置を占めて前記目標の地表温度が得ら
れるように、グランドＧの一部分を占める領域１４に渡
る広がりを有するように設けられている。なお、図５の
（Ａ）はグランドＧを野球の競技に使用するときの放熱
貯留層３の領域位置を、（Ｂ）はグランドＧをサッカ
ー、陸上競技に使用するときの放熱貯留層３の領域位置
を、（Ｃ）はグランドＧをテニスの競技に使用するとき
の放熱貯留層３の領域位置をそれぞれ示している。

【００１７】放熱貯留層３の水平方向の一端側の端部お
よび他端側の端部には集熱体２から導出された配管５，
６が接続され、これら配管５，６および集熱体２ならび
に放熱貯留層３とで熱媒体である水の循環回路４が構成
されている。

【００１８】集熱管１と放熱貯留層３とを接続した一方
の配管４の途中には集熱体２内の水を放熱貯留層３に送
り込むポンプ装置７が設けられ、また他方の配管５の途
中には放熱貯留層３からの戻り水を貯めるプール部１５
が設けられ、このプール部１５内にポンプ装置８が設け
られ、このポンプ装置８によりプール部１５内の水が配
管６を通して集熱体２に送り込まれるようになってい
る。さらにプール部１５には、このプール部１５内の水
が一定水位を保つように水を補給する補給装置（図示せ
ず）が設けられている。

【００１９】このような地熱供給システム１の作用につ
いて説明すると、夏季の温暖期間においては、グランド
Ｇの地表に比して温度の低い地中の熱（冷熱）を集熱体
２内の水が吸収してこの水が地表温度より低温の冷水と
なる。そしてこの冷水が集熱体２内からポンプ装置７に
より放熱貯留層３内に送られて貯留される。

【００２０】放熱貯留層３内に貯留された冷水はこの放
熱貯留層３からグランドＧの地表に向けて熱（冷熱）を
放出する。これによりグランドＧの地表温度が低下す
る。

【００２１】冷熱の放出で温度が上昇した放熱貯留層３
内の水は配管６を通してプール部１５内流出し、さらに
このプール部１５内からポンプ装置８により集熱体２内
に送り込まれる。

【００２２】このように熱媒体としての水が循環回路４
内を順次循環し、このような循環で地中の地熱がグラン
ドＧの地表に導かれ、これにより地表温度が低下し、ド
ーム内の冷房が補完される。

【００２３】一方、冬季の寒冷期間においては、グラン
ドＧの地表に比して温度の高い地中の熱（温熱）を集熱
体２内の水が吸収してこの水が地表温度より高温の温水
となる。そしてこの温水が集熱体２内からポンプ装置７
により放熱貯留層３内に送られて貯留される。

【００２４】放熱貯留層３内に貯留された温水はこの放
熱貯留層３からグランドＧの地表に向けて熱を放出す
る。これによりグランドＧの地表温度が上昇する。熱の
放出で温度が下降した放熱貯留層３内の水は配管６を通
してプール部１５内に流出し、さらにこのプール部１５
内からポンプ装置８により集熱体２内に送り込まれる。

【００２５】このように熱媒体としての水が循環回路４
内を順次循環し、この循環で地中の地熱がグランドＧの
地表に導かれ、これにより地表温度が上昇し、ドーム内
の暖房が補完される。なお、ドームＤ内の観客席に対し
ては、別に設けられた空調設備によって補完的に温度調
節が行われる。

【００２６】このような地熱供給システム１において
は、地中に深くに集熱体２をほぼ水平に埋設し、またド
ームＤ内のグランドＧの表面近くに放熱貯留層３を設
け、これらを地中内に敷設した配管５，６で接続してい
るため、熱損失を極めて小さくでき、断熱材付設工事を
省くことができる。そして地熱利用効率を高めてドーム
Ｄ内をスポーツ等に好適な温度に、即ち夏は涼しく、冬
は暖かくすることができる。

【００２７】さらに、上下にそれぞれ放熱貯留層３と集
熱体２とを設けることでシステム床の構築工事を比較的
小規模にでき、建設コストを低く抑えることができる。
作動装置も熱媒体循環装置としてのポンプ装置７，８を
設けるだけでよく、保守個所も少なく、ランニングコス
トも低く抑えることができる。

【００２８】放熱貯留層３は、砕石層１０を不透水性の
シート１１で覆って密封した構造であり、したがって蛇
行配管構造に比べ構成が簡単で、保守が楽になる。そし
て熱媒体としての水が砕石層１０をゆっくりと流れ通る
ために放熱が広範囲に渡って広がり、かつ充分に時間を
かけて行なわれ、地熱利用効率がより一層高まる。

【００２９】放熱貯留層３は、その下のコンクリート層
１２により安定的して支持され、またこの放熱貯留層３
が放出する熱がその上の薄い土層１３を通して有効にグ
ランドＧの表面に伝わる。

【００３０】また、熱媒体として水が用いられており、
環境保全上も安全で、かつ安価であり、ランニングコス
トをさらに低く抑えることができる。そして水は比熱が
一番大きく、液体状態で熱移送する上で特に好都合であ
る。

【００３１】図５には第２の実施形態を示してあり、こ
の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、集熱
体２と放熱貯留層３と配管５，６とで構成された循環回
路４を備えるとともに、グランドＧの地中深くに井戸２
０が掘られている。

【００３２】そしてポンプ装置７と井戸２０内とが配管
２１で接続され、またポンプ装置７の吐出部から分岐管
２２が導出し、この分岐管２２がドームＤ内の観客席Ｄ
１の床下に配管されている。そして分岐管２２が戻し管
２３を介してプール部１５内に接続されている。

【００３３】この実施形態の場合には、循環回路４を流
通する熱媒体としての水によりグランドＧの地表に冷熱
あるいは温熱が放熱されるとともに、ポンプ装置７によ
り井戸２０内の水が分岐管２２に送り込まれる。

【００３４】井戸２０は地中深くに掘られており、した
がってこの井戸２０内の水Ｗは夏季や冬季に関わらずほ
ぼ一定温度に保たれ、このためこの井戸２０内の水Ｗが
分岐管２２を介して観客席Ｄ１の床に送り込まれること
により、夏季には観客の足元に冷熱が、冬季には観客の
足元に温熱がそれぞれ放熱され、ドームＤ内の空調が補
完される。

【００３５】分岐管２２内に供給された水は戻し管２３
を通してプール部１５内に流出し、この流出に応じて分
岐管２２内には井戸２０内の水Ｗが順次補給される。ま
た、分岐管２２からプール部１５内に流出した水の一部
は、ポンプ装置８を介して集熱体２内に補給され、循環
回路４内を循環する熱媒体として利用される。

【００３６】このような地熱供給システム１において
は、地中深くに掘られた井戸２０を通して集熱体２内の
水とほぼ同じ温度の水が充分に循環回路４内に補給され
る。

【００３７】図６には第３の実施形態を示してあり、こ
の実施形態においては、グランドＧの地表面近くに第１
の実施形態の場合と同様の放熱貯留層３がほぼ水平に設
けられているとともに、グランドＧの地中深くに井戸２
０が掘られている。そして放熱貯留層３の水平方向の両
端部から配管２５，２６が導出し、これら配管２５，２
６が井戸２０内に導入され、これら放熱貯留層３と配管
２５，２６と井戸２０とで井戸水循環回路２７が構成さ
れている。

【００３８】そして井戸２０内の水Ｗを循環回路２７に
循環させる井戸水循環装置として各配管２５，２６の途
中にそれぞれポンプ装置２８，２９が設けられている。
また、配管２６の途中には、放熱貯留層３からの戻り水
を貯めるプール部３０が設けられ、このプール部３０内
の水がポンプ装置２９により配管２６を通して井戸２０
内に送り込まれるようになっている。

【００３９】この実施形態の場合には、夏季や冬季に関
わらずほぼ一定温度に保たれている井戸２０内の水Ｗが
ポンプ装置２８により放熱貯留層３内に送られて貯留さ
れ、この井戸水Ｗに基づいて放熱貯留層３からグランド
Ｇの地表に向けて夏季には冷熱が、冬季には温熱が放出
され、これによりグランドＧの地表温度が夏季には低下
し、冬季には上昇する。

【００４０】放熱を果たした放熱貯留層３内の井戸水は
プール部３０内に流出し、さらにこのプール部３０内か
らポンプ装置２９により井戸２０内に戻される。

【００４１】このような地熱供給システム１において
は、地中に深くに井戸２０を掘り、またドームＤ内のグ
ランドＧの表面近くに放熱貯留層３を設け、これらを地
中内に敷設した配管５，６で接続しているため、熱損失
を極めて小さくでき、断熱材付設工事を省くことができ
る。そして地熱利用効率を高めてドームＤ内をスポーツ
等に好適な温度に、即ち夏は涼しく、冬は暖かくするこ
とができる。

【００４２】さらに、放熱貯留層３をグランドＧの表面
近くに設けることでシステム床の構築工事を比較的小規
模にでき、建設コストを低く抑えることができる。作動
装置も井戸水循環装置としてのポンプ装置２８，２９を
設けるだけでよく、保守個所も少なく、ランニングコス
トも低く抑えることができる。

【００４３】なお、各実施形態における循環回路の配管
に、太陽熱利用装置や各種廃熱を利用したヒータやクー
リングタワー等の補助熱源を付設して熱交換を果たすよ
うに構成し、このよう手段の採用でランニングコストを
低く抑えつつさらにドーム内の温度調節能力を高めるよ
うにすることも可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
地中深くに集熱体をほぼ水平に埋設し、またドーム内の
グランドの表面近くに放熱貯留層を設け、これらを配管
で接続して熱媒体循環回路を形成し、この循環回路に熱
媒体を循環させるようにしたから、熱損失を極めて小さ
くでき、断熱材付設工事を省くことができる。そして地
熱利用効率を高めてドーム内をスポーツ等に好適な温度
に、即ち夏は涼しく、冬は暖かくすることができる。

【００４５】さらに、上下にそれぞれ放熱貯留層と集熱
体とを設けることでシステム床の構築工事を比較的小規
模にでき、建設コストを低く抑えることができる。作動
装置も熱媒体循環装置を設けるだけでよく、保守個所も
少なく、ランニングコストも低く抑えることができる。

【００４６】そして、地中深くに井戸を掘り、この井戸
内の水を循環回路内に熱媒体として補給するようにした
から、循環回路内に集熱体内の熱媒体とほぼ同じ温度の
水を充分な量補給することができる。

【００４７】また、この発明は、地中深くに井戸を掘
り、またドーム内のグランドの表面近くに放熱貯留層を
設け、これらを配管で接続して井戸水循環回路を形成
し、この循環回路に井戸内の水を循環させるようにした
から、熱損失を極めて小さくでき、断熱材付設工事を省
くことができる。そして地熱利用効率を高めてドーム内
をスポーツ等に好適な温度に、即ち夏は涼しく、冬は暖
かくなるようすることができる。

【００４８】さらに、放熱貯留層をグランドの表面近く
に設けることでシステム床の構築工事を比較的小規模に
でき、建設コストを低く抑えることができる。作動装置
も井戸水循環装置を設けるだけでよく、保守個所も少な
く、ランニングコストも低く抑えることができる。

【００４９】そして放熱貯留層が、砕石層を不透水性の
シートで覆って密封した構造となっているから、蛇行配
管構造に比べ構成が簡単で、保守が楽になる。そして熱
媒体としての水が砕石層をゆっくりと流れ通るために放
熱が広範囲に渡って広がり、かつ充分に時間をかけて行
なわれ、地熱利用効率がより一層高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態に係る地熱供給シス
テムを示す構成図。

【図２】その地熱供給システムにおける放熱貯留層の構
造を示す断面図。

【図３】ドーム内のグランドに占める放熱貯留層の領域
の位置を示す平面図。

【図４】地中の深さと温度との関係を温暖期間と寒冷期
間とに別けて示すグラフ図。

【図５】この発明の第２の実施形態に係る地熱供給シス
テムを示す構成図。

【図６】この発明の第３の実施形態に係る地熱供給シス
テムを示す構成図。

【符号の説明】

１…地熱供給システム ２…集熱体 ３…放熱貯留層 ４…熱媒体循環回路 ５，６…配管 ７，８…ポンプ装置（熱媒体循環装置） １０…砕石層 １１…シート ２０…井戸 ２５，２６…配管 ２７…井戸水循環回路 ２８，２９…井戸水循環装置 Ｇ…グランド Ｄ…ドーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 四ッ谷 誠 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 角田 正 宮城県仙台市青葉区本町２−16−15 株式 会社佐藤総合計画東北事務所内 (72)発明者 清野 明男 東京都墨田区横網２丁目10番12号 株式会 社佐藤総合計画内 Ｆターム(参考） 2D051 AB04 GA05 GA06 GB01 GC04 3L070 AA02 AA04 BB06 DD02 DD04 DE05 DF01 DF08 DG05 3L071 CC05 CD02 CE07 CF07 CF14 CG03 CH06 CJ03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地中深くにほぼ水平に地熱収集用の集熱体
   を埋設し、ドーム内のグランドの表面近くに放熱貯留層
   を設け、これら集熱体と放熱貯留層とを配管で接続して
   熱媒体循環回路を形成し、この循環回路に熱媒体循環装
   置により熱媒体を循環させることを特徴とする地熱供給
   システム。
2. 【請求項２】地中深くに井戸を掘り、この井戸内の水を
   循環回路内に熱媒体として補給することを特徴とする請
   求項１に記載の地熱供給システム。
3. 【請求項３】地中深くに井戸を掘り、ドーム内のグラン
   ドの表面近くに放熱貯留層を設け、これら井戸と放熱貯
   留層とを配管で接続して井戸内の水を循環させる井戸水
   循環回路を形成し、この循環回路に井戸内の水を井戸水
   循環装置により循環させることを特徴とする地熱供給シ
   ステム。
4. 【請求項４】放熱貯留層は、砕石層を不透水性のシート
   で覆って密封した構造であることを特徴とする請求項
   １、２または３に記載の地熱供給システム。