JP2003279296A - 帯水層蓄熱システム等に用いられる濾過・熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換と濾過を必要とするシステムに好適に
使用される濾過・熱交換装置を提供する。 【解決手段】 熱源水の濾過器と、熱源水の熱を採取す
る熱交換器とを一体化した構成である。断熱材で被覆さ
れたシェル内の濾材の支持床の上に納められた濾材と、
シェル内の濾材の支持床の上に配置された熱源水の熱を
採取する熱交換チューブと、シェル内の濾材の支持床の
下側空間へ接続された熱源水の排出管と、シェル内の濾
材より上方部位へ接続された熱源水の供給管とからな
る。熱源水の供給管と切換えバルブを介して接続された
逆洗浄用熱源水の供給管が、シェル内の濾材の支持床の
下側空間へ接続され、逆洗浄水を排出する排出管はシェ
ルの上部へ接続されている。

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、例えば地中から
汲み上げた地下水を熱源としてその熱を採取し、地下水
はその後再び地中へ還元する帯水層蓄熱システム等の熱
交換と濾過を必要とするシステムに好適に使用される濾
過・熱交換装置の技術分野に属する。なお、本発明にお
いて云う熱源水とは、地下水に限らず、下水や河川水、
温泉水及び海水等のことを云う。

【０００２】

【従来の技術】例えば、帯水層蓄熱システムは、地下か
らポンプで汲み上げた地下水の熱を利用するシステム
で、従来は、図５に示すように、一方の井戸１１ａから
ポンプ１２で地下水を汲み上げ、前記ポンプ１２から延
びる地下水の供給管８（揚水管）を通じて濾過器ａへ供
給し、濾過した後に、熱交換器ｂへ導いて地下水の熱を
採取する。熱交換器ｂを出た地下水は排出管７から他方
の井戸１１ｂに還元する構成である。要するに、濾過器
ａと熱交換器ｂとを別々に構成し、直列に接続してい
る。

【０００３】地下水は、熱交換器ｂなどのシステム機器
に求められる水質に比べてひどく汚濁されているのが通
例であり、システム機器の洗浄が頻繁に必要となる。ま
た、井戸１１ａ、１１ｂや濾過器ａも日常的な運用の中
で逆洗浄処理する必要がある。

【０００４】濾過器ａを逆洗浄する手段としては、図６
に示すように、切換えバルブ１４、１５を切り換えるこ
とにより、ポンプ１２で汲み上げた地下水を、逆洗浄用
地下水の供給管１３から濾過器ａへ供給して逆洗浄処理
を行い、その逆洗浄水は排出管１６から排出する。即
ち、逆洗浄時には、汲み上げられた地下水は熱交換器ｂ
へ入ることはなく、よって、熱交換器ｂは休止状態に等
しく、地下水の熱は採取されない。

【０００５】

【本発明が解決しようとする課題】上記したように、従
来の帯水層蓄熱システムの構成では、濾過器ａの逆洗浄
時には、地下水を熱源として利用することができず、せ
っかく熱を持った地下水を汲み上げても、その熱が有効
に利用されない欠点があった。濾過器ａの逆洗浄はかな
り頻繁に行われるが、その都度システムの目的である地
下水の熱を採取する機能が休止するので、システム全体
としての効率が悪かった。

【０００６】熱交換器ｂへ入る前工程として濾過器ａが
設置されているので、地下水が熱交換器ｂへ供給される
前に同地下水の水温が低下し、地下水が本来有している
熱源を効率的に利用できない問題点もある。

【０００７】濾過器ａを通過した地下水が熱交換器ｂへ
入るけれども、依然として大なり小なりの汚れ分を残し
ている。そのため、熱交換コイル等にスケールが付着
し、熱交換効率が低下する問題点がある。熱交換器ｂを
分解等して熱交換コイル等に付着したスケールを除去す
るようなメンテナンスは大掛かりであり、効率が低下し
た熱交換器は使い捨て、新たな熱交換器に交換すること
で対処していることも少なくなく、極めて不経済であ
る。

【０００８】勿論、濾過器ａと熱交換器ｂとが個別に設
置されると、その分の設置スペースを広く確保する必要
があり、設置条件が限られる。また、断熱対策や配管の
施工に手間が掛かり、コストも嵩む。

【０００９】本発明の目的は、濾過器の逆洗浄時にも、
熱源水の熱を採取することができ、帯水層蓄熱システム
等に用いた場合にシステム全体としての熱効率を高めら
れる濾過・熱交換装置を提供することである。

【００１０】本発明の次の目的は、熱交換器の洗浄が不
要で、常に熱交換効率の高い状態を維持することがで
き、その耐用寿命を延ばして経済的な濾過・熱交換装置
を提供することである。

【００１１】本発明の更なる目的は、省スペース化と施
工の手間の軽減が図れ、コストの削減にも寄与する、帯
水層蓄熱システム等に用いられる濾過・熱交換装置を提
供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決するための手段として、請求項１に記載した発明に係
る帯水層蓄熱システム等に用いられる濾過・熱交換装置
は、熱源水の濾過器と、同熱源水の熱を採取する熱交換
器とを一体化した構成であり、断熱材で被覆されたシェ
ル内の濾材の支持床の上に納められた濾材と、同じくシ
ェル内の濾材の支持床の上に配置された熱源水の熱を採
取する熱交換チューブと、同シェル内の前記濾材の支持
床の下側空間へ接続された熱源水の排出管と、シェル内
の前記濾材より上方部位へ接続された熱源水の供給管と
から成り、前記熱源水の供給管と切換えバルブを介して
接続された逆洗浄用熱源水の供給管が、シェル内の濾材
の支持床の下側空間へ接続され、逆洗浄水を排出する排
出管はシェルの上部へ接続されていることを特徴とす
る。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１に記載し
た帯水層蓄熱システム等に用いられる濾過・熱交換装置
において、攪拌用のエアー等をシェル内に供給するエア
ー供給管が、シェル内の濾材の支持床近傍の位置に接続
され、エアー等の排出管がシェルの上部に接続されてい
ることを特徴とする。

【００１４】

【本発明の実施形態、及び実施例】以下に、請求項１、
２に記載した発明を図１〜図４に示した実施形態に基づ
いて説明する。

【００１５】図１は、本発明の濾過・熱交換装置１を示
している。この濾過・熱交換装置１は、熱源水の濾過器
と、同熱源水の熱を採取する熱交換器とを一体化した構
成である。即ち、前記濾過・熱交換装置１は、断熱材２
で被覆されたシェル３内の濾材の支持床４の上に納めら
れた、フリースやポリエステルの単繊維などで作られた
濾材５と、同じくシェル３内の濾材の支持床４の上方へ
前記濾材５に若干埋まる程度に配置された、熱源水の熱
を採取するコイル状の熱交換チューブ６と、同シェル３
内の支持床４より下側の空間３ａに接続された熱源水の
排出管７と、シェル３の上部に接続された熱源水の供給
管８とから成る。

【００１６】上記熱交換チューブ６は、熱源運搬用２次
流体の循環系配管９、１０（図２）と接続されている。

【００１７】図２は、上記構成の濾過・熱交換装置１を
使用した帯水層蓄熱システムを例示している。地下水
（熱源水）の供給管８は、一方の井戸１１ａから地下水
を汲み上げるポンプ１２の揚水管と接続されている。同
ポンプ１２で汲み上げられ、供給管８からシェル３内へ
供給された地下水が有する熱を熱交換チューブ６で採取
する。その熱は２次流体の循環系配管９、１０を通じて
建物内の空調システム等へ運ぶ。一方、濾材５によって
濾過された地下水は、排出管７から他方の井戸１１ｂへ
還元する。したがって、本発明の濾過・熱交換装置１に
よれば、汲み上げた地下水の水温が高い状態で直ちにそ
の熱を採取することができ、地下水が本来有している熱
源を効率的に利用することができる。

【００１８】勿論、本発明の濾過・熱交換装置１は、濾
過器と熱交換器とが一体的に構成されているので、省ス
ペース化と配管の施工の手間を軽減することができ、コ
ストの削減にも寄与する。

【００１９】図３は逆洗浄時の濾過・熱交換装置１の流
れ図を示し、図４はその時の熱利用の流れ図を示してい
る。逆洗浄用地下水の供給管１３は、地下水の供給管８
と切換えバルブ１４を介して接続され、更に排出管７と
も切換えバルブ１５を介して接続され、排出管７の導管
７ａを通じてシェル３内の支持床４より下側の空間３ａ
と接続されている。一方、逆洗浄水を排出する排出管１
６は、前記地下水の供給管８と、前記切換えバルブ１４
より手前位置に設けた切換えバルブ１７を介して接続さ
れている。

【００２０】従って、逆洗浄処理は、供給管１３、及び
排出管１６を利用して、以下の手順で行われる。

【００２１】先ず、切換えバルブ１４、１５を切り換え
て、地下水の供給管８と１３及び導管７ａを連通状態と
し、井戸１１ａから汲み上げられた地下水を導管７ａを
通じてシェル３の下側の空間３ａから噴き上げるように
する。一方、供給管８の切換えバルブ１７を切り換え
て、逆洗浄水は排出管１６へ導き下水道へ排出する。

【００２２】従って、この逆洗浄時にも、地下水が有す
る熱は熱交換チューブ６で採取可能であり、その熱は、
通常時と同様に２次流体の循環系配管９、１０を通じて
建物内の空調システム等へ運ぶ。したがって、本発明の
濾過・熱交換装置１をシステム機器として使用すると、
逆洗浄時に地下水の熱を採取する機能が休止状態となる
ことはなく、システムが運転されている限り、地下水の
熱を採取することができ、非常に熱効率の高い運転を実
現することができる。

【００２３】また、濾過層はもとより熱交換チューブ６
まで洗浄することができてすこぶる好都合である。その
ため、熱交換器の熱効率を高く維持でき、耐用寿命が延
び、経済的である。

【００２４】なお、上記した実施形態には、既に公知で
あるバブリング機構１８も採用され実施される。図１及
び図３に点線で示したように、エアーをポンプ１８ａで
シェル３内に供給するエアー供給管１８ｂが、前記シェ
ル３内の支持床４より少し上位のシェル側面に接続さ
れ、エアー排出管１８ｃが、シェル３内に貯めた地下水
の水面より上方の位置に接続されている（請求項２記載
の発明）。

【００２５】通常運転時には、前記バブリング機構１８
によって濾材５が攪拌されない程度の弱いエアーをシェ
ル３内に吹き込む。すると、エアーがバブル状になり、
破裂時の超音波放出により熱交換チューブ６をきれいに
洗浄することができる。更に、地下水中に含まれる不要
な溶在性物質を酸化物として析出させ、地下水を洗浄す
ることが可能となる。また、熱的にはエアーの供給によ
り、シェル３内に供給された地下水が攪拌され、同地下
水に乱流が発生して対流熱伝達が向上し、熱交換効率を
向上させることもできる。なお、エアーの代わりにＣＯ
_２を供給し、スケールの除去を更に促進することもでき
る。

【００２６】なお、逆洗浄時には、エアー供給管１８ｂ
とシェル３との接続部近傍の位置に設けたバルブ１９、
及びエアー排出管１８ｃとシェル３との接続部近傍の位
置に設けたバルブ２０が閉じられ、逆洗浄水の浸入が防
止される。

【００２７】図示した実施形態では、熱交換チューブ６
としてコイル状の熱交換チューブを使用しているが、こ
れに限らない。即ち、熱交換器として公知のシェル・ア
ンド・チューブ形、二重管形、フィン形のいずれの形態
であっても、同様に実施できる。

【００２８】また、逆洗浄用地下水の供給管１３は、地
下水の供給管８と排出管７を利用すべく切換えバルブ１
４、１５を介して接続されているが、この構成に限らな
い。供給管８と切換えバルブ１４を介して接続された逆
洗浄用地下水の供給管１３を、直接シェル３内の支持床
４より下側の空間３ａと接続しても良い。また、逆洗浄
水の排出管１６も、直接シェル３の上部に接続しても良
い。要するに、本発明の濾過・熱交換装置は、種々な配
管系統で帯水層蓄熱システム等へ適用可能である。

【００２９】図示した実施形態では、濾過・熱交換装置
１が帯水層蓄熱システムに適用されているが、地中熱利
用システム、河川水利用システム、下水熱利用システム
等の熱利用するために濾過処理が必要となるシステムで
あれば、いずれのシステムでも好適に用いることができ
る。

【００３０】図示した実施形態では、井戸１１ａと１１
ｂを有する二井間において実施される帯水層蓄熱システ
ムに用いられているが、これに限らず、単一井において
実施される帯水層蓄熱システムでも同様に用いることが
できる。

【００３１】

【本発明の奏する効果】請求項１及び２に記載した発明
に係る帯水層蓄熱システム等に用いられる濾過・熱交換
装置は、濾過器と熱交換器とを一体化した構成なので、
シェル内に供給される熱源水の熱を熱交換チューブで常
時採取することができる。そのため、本発明の濾過・熱
交換装置をシステム機器として使用すると、非常に熱効
率の高い運転を実施することができる。

【００３２】また、濾過層はもとより熱交換チューブま
で洗浄することができてすこぶる好都合である。そのた
め、熱交換器の熱効率が高まり、耐用寿命が延び、経済
的である。

【００３３】勿論、濾過器と熱交換器とが一体的に構成
されているので、省スペース化と配管の施工の手間を軽
減することができ、コストの削減にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る帯水層蓄熱システム等に用いられ
る濾過・熱交換装置の概念図を示している。

【図２】本発明に係る濾過・熱交換装置を使用した帯水
層蓄熱システムを例示している。

【図３】逆洗浄時の濾過・熱交換装置の流れ図を示して
いる。

【図４】逆洗浄時の帯水層蓄熱システムの流れ図を示し
ている。

【図５】従来の帯水層蓄熱システムを例示している。

【図６】従来の逆洗浄時の帯水層蓄熱システムの流れ図
を示している。

【符号の説明】

１ 濾過・熱交換装置 ２ 断熱材 ３ シェル ３ａ 下側の空間 ４ 濾材の支持床 ５ 濾材 ６ 熱交換チューブ ７ 地下水（熱源水）の排出管 ８ 地下水（熱源水）の供給管 １８ｂ エアー供給管 １８ｃ エアー排出管 １３ 逆洗浄用地下水（熱源水）の供給
管 １４、１５、１７ 切換えバルブ １６ 逆洗浄用地下水（熱源水）の排出
管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 幹雄 千葉県印西市大塚一丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 中久喜 康秀 千葉県印西市大塚一丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱源水の濾過器と、同熱源水の熱を採取す
   る熱交換器とを一体化した構成であり、 断熱材で被覆されたシェル内の濾材の支持床の上に納め
   られた濾材と、同じくシェル内の濾材の支持床の上に配
   置された熱源水の熱を採取する熱交換チューブと、同シ
   ェル内の前記濾材の支持床の下側空間へ接続された熱源
   水の排出管と、シェル内の前記濾材より上方部位へ接続
   された熱源水の供給管とから成り、 前記熱源水の供給管と切換えバルブを介して接続された
   逆洗浄用熱源水の供給管が、シェル内の濾材の支持床の
   下側空間へ接続され、逆洗浄水を排出する排出管はシェ
   ルの上部へ接続されていることを特徴とする、帯水層蓄
   熱システム等に用いられる濾過・熱交換装置。
2. 【請求項２】攪拌用のエアー等をシェル内に供給するエ
   アー供給管が、シェル内の濾材の支持床近傍の位置に接
   続され、エアー等の排出管がシェルの上部に接続されて
   いることを特徴とする、請求項１に記載した帯水層蓄熱
   システム等に用いられる濾過・熱交換装置。