JP2002054856A - 地下水を利用したヒートポンプシステム - Google Patents

地下水を利用したヒートポンプシステム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 地盤沈下等の弊害を生じさせることなく、
しかも構造が簡単で安価な地下水を利用したヒートポン
プシステムを提供する。 【解決手段】 このヒートポンプシステムでは、打込工
法によって地盤(11)に汲上井戸(12)及び還元井戸(13)を
設けて、汲上井戸(12)から汲み上げた帯水層(30)の地下
水を、冷媒との熱交換に利用した後、還元井戸(13)に注
入して帯水層(30)へ還元するようにしている。

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、主に住宅に適し
た地下水を利用したヒートポンプシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】地球環境温暖化防止の観点からエネルギ
ー消費に伴うCO2排出量の削減が急務であるが、民生
部門のエネルギー消費は年々増加しており、住宅の新築
から解体・廃棄に至る全エネルギーのうち、約80%は
居住(使用)時に消費される。さらに、このうち約60%
は冷暖房、給湯による消費が占め、そのほとんどが化石
燃料で賄われていることから、その消費量の削減又は自
然エネルギーへの代替が望まれている。
【0003】住宅における自然エネルギーの利用手段と
して現在確立し普及しているのは、太陽エネルギーのみ
である。しかし、太陽エネルギーの利用は、天候に左右
され易く、また住宅密集地では十分な日射の確保ができ
ない等の不確実性がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これに対し、自然エネ
ルギーのひとつである地熱は、年間を通じてほぼその地
域の年平均気温付近で安定した温度を保つことから、夏
季は外気より低温、冬季は高温となる。このような地熱
の利用は、ビルや公共施設等で試行的に実施されている
が、その利用方法は、熱媒管敷設による熱回収が一般的
で、大掛かりな工事が必要であり、しかもイニシャルコ
ストが高いことから、住宅用としては不向きである。
【0005】一方、地熱の汲み上げ媒体としての地下水
は、全国的に広く分布しており、井戸を施工することで
容易に取得することができる。このような地下水を利用
すれば、地中に多数の熱媒管を敷設する熱回収法と比べ
て簡便でイニシャルコストも低く抑えることができる。
地下水を利用した冷房は、ヒートポンプが出回る以前に
井戸水ファンコイルクーラーとして普及しており、さく
井及び冷房技術はある程度確立されている。また、最近
では、井戸から汲み上げた地下水を融雪や温室の保温の
ために利用するといった試みもなされている。
【0006】しかし、現在主流のボーリング式井戸で
は、一般の住宅に広く普及させるには施工コストがまだ
まだ高く、しかも地下水を大量に汲み上げると地盤沈下
等の弊害が生じるといった問題がある。また、地下水を
利用した暖房は、全く行われていない。従って、地下水
を利用した住宅用の冷暖房・給湯システムは、未だ確立
されていないのが現状である。
【0007】そこで、この発明は、上記に鑑み、地盤沈
下等の弊害を生じさせることがなく、しかも構造が簡単
で安価な地下水を利用したヒートポンプシステムの提供
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明の地下水を利用したヒートポンプシステム
は、地盤に複数の井戸を設け、それら井戸のうち一部の
井戸から汲み上げた地下帯水層の地下水を、冷媒との熱
交換に利用した後、他の井戸に注入して地下帯水層へ還
元するようにしたことを特徴とする。
【0009】具体的に、各井戸は、深さ10m以内の浅
井戸とされ、ストレーナー付きのケーシングを地上から
直接打ち込む打込工法によって施工されている。また、
各井戸は、少なくとも8mの間隔をあけて設けられてい
る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図1及び図2は、この発明
の一実施形態に係る住宅に適用したヒートポンプシステ
ムの全体回路を示している。図において、(1)は、冷媒
を圧縮する圧縮機、(2)は、冷房サイクルと暖房サイク
ルとを切り換える四方弁、(3)は、室外熱交換器、(4)
は、住宅の室内に配されたファンコイルクーラー等の室
内熱交換器であり、これらが配管(5)によって接続され
て冷媒回路(6)を構成している。なお、室内熱交換器
(4)を除く圧縮機(1)、室外熱交換器(3)といった冷媒
回路(6)の主要部分は、室外機として単一のパッケージ
に納められている。
【0011】そして、室外熱交換器(3)には、地下水回
路(10)が接続されている。この地下水回路(10)は、地盤
(11)に設けた汲上井戸(12)及び還元井戸(13)の2つの井
戸を、ポンプ(14)を備えた地下水用配管(15)で繋ぐこと
によって構成されている。
【0012】一般に、井戸の施工には、ボーリング工法
と打込工法がある。ボーリング工法は、口径の大きな深
さ10mを越える深井戸の施工に用いられ、地盤を予め
ボーリングで掘削し、ストレーナー付きのケーシングを
挿入後、隙間に砂利等の濾過材を充填して施工する。こ
のボーリング工法では、ストレーナーを帯水層へ確実に
設置でき、優れた濾過性能を有する深井戸施工が可能で
あり、この深井戸からは水質の良好な地下水を得ること
ができるが、施工コストが高いといった問題がある。一
方、打込工法は、口径の小さな深さ10m以内の浅井戸
の施工に用いられ、ストレーナ付きのケーシングを地上
から打ち込むだけの簡易工法のため、施工コストは半減
する。しかし、浅井戸からは近年良質の地下水が得難く
なっており、水質が安定しないといった問題がある。家
庭用井戸の場合、特に水質の安定が重視されるため、現
在のところボーリング工法による深井戸が主流となって
いる。
【0013】ところが、この発明のヒートポンプシステ
ムでは、上記のように2つの井戸(12)(13)を必要とする
ことから、他の機器を含めたイニシャルコストを考慮す
ると、井戸施工費の削減が重要である。また、地下水の
熱だけを利用することから、水道水程の水質基準をクリ
アする必要はなく、必要水量が得られれば十分利用可能
である。従って、汲上井戸(12)及び還元井戸(13)は、打
込工法によって施工した深さ10m以内の浅井戸とされ
ている。
【0014】ここで、打込工法による汲上井戸(12)及び
還元井戸(13)の施工について説明すると、まず地盤(11)
の表面層を簡単に掘削して、その掘削部分に図3に示す
ようなストレーナー(20)付のケーシング(21)を直接打ち
込む。ストレーナ(20)は、外周に多数の集水口(22)(22)
を有し、その外周には砂侵入防止用金網(24)が巻き付け
られ、先端には矢尻(25)が取り付けられている。上記の
打込時には、ストレーナー(20)が地盤(11)の帯水層(30)
に到達するまで打ち込む。
【0015】そして、打ち込みが完了すると、揚水量等
を確認して、問題がなければ掘削部分を埋め戻す。これ
により、汲上井戸(12)及び還元井戸(13)の施工が完了す
る。
【0016】このような浅井戸(12)(13)の場合、注入水
の温度影響は比較的短時間に広範囲まで及び、特に汲上
側へは水位勾配も発生して水が流れ易くなるため、温度
影響は大きくなる。浅井戸(12)(13)において熱影響を全
く受けなくするには、井戸間隔を15m以上確保しなけ
ればならないが、一般の戸建住宅の敷地では、このよう
な井戸間隔を確保することができない。かといって、4
m程度以下の井戸間隔では、注入水の熱による冷暖房効
率への影響が無視できなくなることは実験により判明し
ている。従って、井戸(12)(13)の間隔を、一般の戸建住
宅で確保可能であり、しかも冷暖房効率への影響を受け
にくいように、少なくとも8m以上に設定している。
【0017】地下水用配管(15)は、汲上井戸(12)内に挿
入した揚水管(35)と、還元井戸(13)内に挿入した注入管
(36)とを連結管(37)で接続した構造となっている。そし
て、連結管(37)には、前記のポンプ(14)、図示しない砂
取器等の各種機器が設けられている。そして、この連結
管(37)が前記の室外熱交換器(3)に接続されている。
【0018】上記構成のヒートポンプシステムでは、冷
房時には、図1に示すように、圧縮機(1)により圧縮さ
れた冷媒が、四方弁(2)を通って室外熱交換器(3)に導
かれ、凝縮熱を発散させながら液化状態となる。他方、
地下水回路(10)において、ポンプ(14)の駆動により汲上
井戸(12)から汲み上げられた地下帯水層(30)の地下水
が、室外熱交換器(3)に導かれる。そして、室外熱交換
器(3)において、冷媒回路(6)側の液化状態の高温冷媒
と地下水回路(10)側の低温地下水との間で熱交換が行わ
れる。この熱交換後の冷媒は、膨張しながら室内熱交換
器(4)に導かれてガス化状態となり、このときの気化熱
によって室内を冷房し、再び四方弁(2)を通って圧縮機
(1)に戻される。熱交換後の地下水は、還元井戸(13)に
注入されて地下帯水層(30)に還元される。
【0019】暖房時には、図2に示すように、冷媒回路
(6)側の四方弁(2)が切り換わり、圧縮機(1)により圧
縮された冷媒が、四方弁(2)を通って室内熱交換器(4)
に導かれ、凝縮熱を発散させながら液化状態となり、こ
のときの凝縮熱によって室内を暖房する。この暖房後に
膨張してガス化状態となった冷媒は、室外熱交換器(3)
において地下水回路(10)側の高温地下水との間で熱交換
が行われる。熱交換後の冷媒は、四方弁(2)を通って圧
縮機(1)に戻される。熱交換後の地下水は、冷房時と同
様に、還元井戸(13)に注入されて地下帯水層(30)に還元
される。
【0020】このような地下水を利用したヒートポンプ
システムの場合、電力消費量の約6倍の熱エネルギーを
得ることができる。すなわち、成績係数(COP)は
「6」となり、成績係数が「3」である外気を利用した
空気熱源ヒートポンプシステムに比較して、熱交換効率
の高い省エネルギー効果に優れたヒートポンプシステム
とすることができる。また、帯水層(30)から汲み上げた
地下水を冷媒の熱交換用熱源として利用した後、再び帯
水層(30)望ましくは同じ帯水層(30)に戻すようにするこ
とで、地下水の汲み上げによる地盤沈下等を防ぐことが
できる。
【0021】なお、この発明は上記実施形態に限定され
るものではなく、この発明の範囲内で上記実施形態に多
くの修正及び変更を加え得ることは勿論である。例え
ば、室内熱交換器に代えて給湯用熱交換器として、ヒー
トポンプシステムを冷暖房用だけでなく住宅における給
湯用に利用しても良い。また、汲上井戸及び還元井戸
は、ともに単一の井戸とは限らず、複数の井戸によって
構成しても良い。
【0022】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明では、地盤に複数の井戸を設けて、地下帯水層から汲
み上げた地下水を再び地下帯水層へ還元しているので、
地盤沈下等の弊害を生じさせることなく、年間を通じて
安定した温度を保つ地下水を冷媒の熱交換用の熱源とし
て利用した熱交換効率の高いヒートポンプシステムを提
供することができる。
【0023】また、これら井戸は、打込工法によって施
工した浅井戸であることから、ボーリング工法によって
深井戸を施工するときと比べて、簡単な施工で済ますこ
とができ、しかも施工コストの大幅な削減を実現するこ
とができる。これによって、一般の住宅にも広く普及さ
せることができるシステムとすることができる。また、
井戸間隔を8m以上確保していることから、還元側の井
戸へ地下水を還元しても、その地下水の熱影響が汲上側
の井戸にまで及び難くなり、冷暖房、給湯効率の向上を
図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係るヒートポンプシス
テムの冷房時の全体回路を示す図である。
【図2】同じくその暖房時の全体回路を示す図である。
【図3】打込工法によって施工した井戸を示す図であ
る。
【符号の説明】
(11) 地盤 (12)(13) 井戸 (20) ストレーナー (21) ケーシング (30) 地下帯水層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地盤に複数の井戸を設け、それら井戸の
    うち一部の井戸から汲み上げた地下帯水層の地下水を、
    冷媒との熱交換に利用した後、他の井戸に注入して地下
    帯水層へ還元するようにしたことを特徴とする地下水を
    利用したヒートポンプシステム。
  2. 【請求項2】 各井戸は、深さ10m以内の浅井戸とさ
    れている請求項1記載の地下水を利用したヒートポンプ
    システム。
  3. 【請求項3】 各井戸は、ストレーナー付きのケーシン
    グを地上から直接打ち込む打込工法によって施工されて
    いる請求項1又は2記載の地下水を利用したヒートポン
    プシステム。
  4. 【請求項4】 各井戸は、少なくとも8mの間隔をあけ
    て設けられている請求項1乃至3のいずれかに記載の地
    下水を利用したヒートポンプシステム。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100530005B1 (ko) * 2003-10-31 2005-11-22 코오롱건설주식회사 인공수맥을 이용한 지하수열원 히트펌프시스템
JP2006292313A (ja) * 2005-04-13 2006-10-26 Nippon Steel Engineering Co Ltd 地中熱利用装置
JP2007177434A (ja) * 2005-12-27 2007-07-12 Nomoto Tetsutsugu 地下水熱利用設備における地中装置
US7412838B2 (en) 2004-11-12 2008-08-19 Mayekawa Mfg. Co., Ltd. Heat pump using CO2 as refrigerant and method of operation thereof
JP2008309382A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Zeneral Heat Pump Kogyo Kk 地下水及び地中熱利用ヒートポンプ
JP2013075263A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Japan Organo Co Ltd 地下水中の揮発性物質の除去システム及び除去方法
CN103292518A (zh) * 2013-04-27 2013-09-11 杨家华 新型汽水过冷取热装置
KR101706280B1 (ko) 2016-02-03 2017-02-15 동아대학교 산학협력단 지반변형 억제 시스템에서의 관정의 최적화 설계 방법

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102661635A (zh) * 2012-05-29 2012-09-12 吉林大学 抽灌井布置方法及其抽灌模式
CN102661642A (zh) * 2012-05-29 2012-09-12 吉林大学 偏流态地下水源热泵抽灌控制方法
CN102661636A (zh) * 2012-05-29 2012-09-12 吉林大学 异井回灌抽灌井群歇井控制方法
CN105890231A (zh) * 2014-12-30 2016-08-24 王庆鹏 土壤及地下水联源地源热泵系统

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100530005B1 (ko) * 2003-10-31 2005-11-22 코오롱건설주식회사 인공수맥을 이용한 지하수열원 히트펌프시스템
US7412838B2 (en) 2004-11-12 2008-08-19 Mayekawa Mfg. Co., Ltd. Heat pump using CO2 as refrigerant and method of operation thereof
JP2006292313A (ja) * 2005-04-13 2006-10-26 Nippon Steel Engineering Co Ltd 地中熱利用装置
JP2007177434A (ja) * 2005-12-27 2007-07-12 Nomoto Tetsutsugu 地下水熱利用設備における地中装置
JP4485465B2 (ja) * 2005-12-27 2010-06-23 野本 哲嗣 地下水熱利用設備における地中装置
JP2008309382A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Zeneral Heat Pump Kogyo Kk 地下水及び地中熱利用ヒートポンプ
JP2013075263A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Japan Organo Co Ltd 地下水中の揮発性物質の除去システム及び除去方法
CN103292518A (zh) * 2013-04-27 2013-09-11 杨家华 新型汽水过冷取热装置
CN103292518B (zh) * 2013-04-27 2015-07-08 杨家华 汽水过冷取热装置
KR101706280B1 (ko) 2016-02-03 2017-02-15 동아대학교 산학협력단 지반변형 억제 시스템에서의 관정의 최적화 설계 방법

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