JP2004225936A

JP2004225936A - 地下水熱利用の冷却システム

Info

Publication number: JP2004225936A
Application number: JP2003011105A
Authority: JP
Inventors: Toyoji Nasu; 豊治那須
Original assignee: IWATA CONSTRUCTION CO Ltd
Current assignee: IWATA CONSTRUCTION CO Ltd
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】従来、原子力、水力あるいは火力から得られたエネルギーを使用して、冷熱エネルギーを生産して冷却に使用する。鋼管杭又はコンクリート杭の中空部に熱交換パイプを挿入し、地下水を移動させることなく、熱交換した循環液の地中エネルギーを利用している。しかし、地下の冷熱エネルギーを利用する場合、地下水の動きが緩慢なので、時間の経過と共に熱交換によって地盤や地下水の温度が上昇するので、長時間の冷房に難がある。
【解決手段】地下水を井戸部２からタンク４を介して井戸水還元部７に循環させながら、熱交換部５と放熱器３Ｂを有する閉鎖回路に循環させた循環液を、タンク４内に設置した熱交換器５Ｂにより放熱部３を冷却するよう構成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下水熱利用の冷却システムに関するものである。
詳しくは、物の冷却や室内冷房のために、井戸の地下水の冷熱を利用した冷却システムに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
１．原子力、水力あるいは火力（化石燃料）から得られたエネルギーを使用して、冷熱エネルギーを生産して冷却に使用する。
２．ボーリング削孔し、あるいは鋼管杭又はコンクリート杭の中空部に熱交換パイプを挿入し、地下水を移動させることなく、熱交換した循環液の地中エネルギーを利用する。
３．井戸から井戸水を直接汲み上げ、冷却に使用する。
４．上記２または３にヒートポンプを併用し、冷熱エネルギーを利用する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
１．冷熱エネルギーに、原子力、水力あるいは火力（化石燃料）からエネルギーを生産し利用するため、特に化石燃料が枯渇してゆく。
２．直接汲み上げた地下水を利用する場合は清水が必要であり、深層ボーリングとなるため高コストで、しかも、ボーリング径は小さい。
また、浅層の地下水は、微粒子を多く含むためポンプの劣化が速い。
３．地下の冷熱エネルギーを利用する場合、地下水の動きが緩慢なため、時間の経過と共に熱交換によって地盤や地下水の温度が上昇するので、長時間の冷房に難がある。
また、透水抵抗が大きい地層の場合は、エネルギー取得が少なく、殆どが地層の熱エネルギーの利用となる。
４．汲み上げた地下水を直接放熱器等に送り込んだ場合、不純物が放熱器内に付着するなどして耐用年数が短くなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための手段を下記に示す。
１．地下水の動きが緩慢なことから、地下水を一度汲み上げタンクに溜め、タンク内で地下水冷熱エネルギーを採取し利用する。
タンクは、水槽としての機能を与える金属製、コンクリート製、強化繊維プラスチック製などの全ての材料が使用できる。
２．汲み上げた地下水は、直接冷却に使用しないが、地上にタンクを設け、地下水を入れ替えることにより新しい冷熱エネルギーをタンク内に確保し、タンク内で熱交換を行い、間接的に冷却エネルギーを採取する。
また、汲み上げた地下水は近傍井戸水還元部（還元井戸又は浸透桝）に還元する。
３．地下水エネルギーを大量に使用する場合は、汲み上げ量を増量すると共にタンクの容量を確保し、タンク内に熱交換器を多く配置し、熱交換した循環液をヘッダーで集合させ太い管で放熱側へ送り込む。
４．地下水が放熱器に影響を及ぼさないように放熱器回路を分離する。
５．熱交換後の温度上昇した地下水は汲み上げし、下方から新しい地下水を誘引し、地下水を入れ替え、循環液と熱交換を行い、汲み上げ全量を近傍井戸に還元する方法で、地下水を主体とした自然エネルギーを利用する。
６．浅層にある地下水を利用する場合は、ボーリング削孔断面積を可能な限り大きくして、井戸の地下水容量を多くし、井戸１本当たりの取得熱交換容量が大きくなるようにする。
７．汲み上げ系統の取水口から微粒子分の流入の恐れがある場合にはストレーナーを取付け、さらに汲み上げポンプの手前に砂こし器を取付け、ポンプの耐用年数を長くする。
８．熱交換器を所定の間隔や位置に支持するため、「吊りワイヤー又は吊り棒」と「支持用の固定金物」からなる吊具を使用する。
９．井戸周囲に砂利を回し、地下水の透水抵抗を小さくして井戸内に地下水が流入しやすいようにする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
１は第１発明の地下水熱利用の冷却システムで、井戸部２、放熱部３、タンク４、熱交換部５、井戸水汲み上げ部６、井戸水還元部７及び還元パイプ部８から構成されている。
【０００６】
Ａ．井戸部２は、公知の深層の井戸で構成されている。
Ｂ．放熱部３は、井戸部２とは所定距離をもって配設された冷却を所望する部屋などの場所３Ａと、この場所３Ａ内に設置されたエアコンディショナーなどの放熱器３Ｂから構成されている。
Ｃ．タンク４は、井戸部２の近傍位置に配設され、断熱処理された箱状タンク体４Ａと蓋４Ｂから構成されている。
【０００７】
Ｄ．熱交換部５は、後端が放熱器３Ｂに連結され、先端がタンク４の底部近傍まで引込まれた返りパイプ５Ａと、返りパイプ５Ａの先端に連結された熱交換器５Ｂと、後端が熱交換器５Ｂに連結され循環ポンプ５Ｃ１を介して先端が放熱器３Ｂに連結されている往きパイプ５Ｃから構成されている。
この結果、循環ポンプ５Ｃ１により熱交換部５と放熱器３Ｂを結ぶ閉鎖回路内に循環液を循環させるよう構成されている。
なお、熱交換器５Ｂとしては下記のようなものがある。
井戸水の中に図示のようなＵ字形のパイプを浸したもの、パイプをスパイラル状に構成し浸したもの、パイプにフインを取付けた状態に構成し浸したもの、液体の通過する断面を小さくし熱交換効率を高めた熱交換器具（ラジエータ等）を浸したもの。
【０００８】
Ｅ．井戸水汲み上げ部６は、パイプ６Ａの下端が井戸部２の底部近傍まで引込まれ、かつ上端がタンク４の一方側壁に連結され、当該パイプの下端では井戸水汲み上げポンプ６Ｂが連結されている。
Ｆ．井戸水還元部７は、地中に植設され下端が開口している所定寸法の還元井戸用縦パイプ７Ａで構成され、還元井戸用縦パイプ７Ａの外周面には砂利７Ｂが充填され、さらに、この還元井戸用縦パイプ７Ａの下方部分には地下水が通過する孔７Ａ１が開設されている。
この場合、孔に代えスリットを刻設することができる。
Ｇ．還元パイプ部８は、上端がタンク４の他方側壁に連結された還元パイプ８Ａの下端を井戸水還元部７内に開口させて構成されている。
【０００９】
第１発明の地下水熱利用の冷却システム１の他の実施例について説明する。
Ａ．図２を参照して、井戸部２を下記の第１井戸部２１に構成することができる。
第１井戸部２１の構成は下記の通りである。
所定寸法の縦パイプ２１Ａ１と下端の底面２１Ａ２から構成された井戸パイプ２１Ａと、縦パイプ２１Ａ１の下方部分に開設された地下水が通過する孔２１Ａ１１と、底面２１Ａ２に開設された地下水が通過する孔２１Ａ２１から構成されている。
この場合、孔に代えスリットを刻設することができる。
そして、この第１井戸部２１は地中に植設されていると共に、当該井戸部の縦パイプと底面の外周面には、砂利２１Ｂが充填されている。
この砂利２１Ｂは、孔の目詰まり抑制の働きをし、また、透水抵抗を小さくし地下水を井戸に流入しやすくする。
【００１０】
図３、４を参照して、熱交換器５Ｂを、下記のような第１熱交換器５１Ｂに構成することができる。
第１熱交換器５１Ｂは、熱交換パイプ群５１Ｂ１と、往き用ヘッダー５１Ｂ２並びに返り用ヘッダー５１Ｂ３から構成されている。
熱交換パイプ群５１Ｂ１は、適数本の熱交換パイプ単体５１Ｂ１１から構成され、熱交換パイプ単体５１Ｂ１１は、タンク４の底部近傍まで引込まれた縦長略Ｕ字状の熱交換用パイプで構成されている。
そして、熱交換パイプ単体５１Ｂ１１の一端は往き用ヘッダー５１Ｂ２に連結され、他端は返り用ヘッダー５１Ｂ３に連結されている。
この場合、熱交換パイプ単体５１Ｂ１１にフインを取付けたもののほか、熱交換パイプ単体５１Ｂ１１を液体の通過する断面に小さくし、熱交換効率を高めた熱交換器具を連結し構成することができる。
図１、２を参照して、井戸水汲み上げポンプ６Ｂは、タンク内に取付けられた温度センサー９と制御装置１０を介して連結されている。
すなわち、この温度センサー９は、放熱器によって熱交換された循環液により第１熱交換器５１Ｂによって熱交換され、地下水Ｗがタンク内において温度上昇する状況を感知するためのもので、制御装置１０により井戸水汲み上げポンプ６Ｂの入り切りを制御する。
【００１１】
１１は第２発明の地下水熱利用の冷却システムで、第２井戸部１２、第２放熱部１３、第２熱交換部１４、第２井戸水還元部１５及び第２還元パイプ部１６から構成されている。
【００１２】
Ａ．第２井戸部１２は、地中に植設された所定寸法の縦パイプ１２Ａと下端の底面１２Ｂからなる。
縦パイプ１２Ａの下方部分には地下水が通過する孔１２Ａ１が開設され、底面１２Ｂには地下水が通過する孔１２Ｂ１が開設されている。
この場合、孔に代えスリットを刻設することができる。
そして、この第２井戸部１２は地中に植設されていると共に、当該第２井戸部１２の縦パイプ１２Ａの外周面には、砂利１２Ｃが充填されている。
この砂利１２Ｃは、孔の目詰まり抑制の働きをし、また、透水抵抗を小さくして地下水を井戸に流入しやすくする。
Ｂ．第２放熱部１３は、第２井戸部１２とは所定距離をもって配設された冷却を所望する部屋などの場所１３Ａと、この場所１３Ａ内に設置されたエアコンディショナーなどの第２放熱器１３Ｂから構成されている。
【００１３】
Ｃ．第２熱交換部１４は、後端が第２放熱部１３における第２放熱器１３Ｂに連結され先端が第２井戸部１２の天端近傍まで配管された返りパイプ１４Ａと、返りパイプの先端に連結された第２熱交換器１４Ｂと、第２熱交換器１４Ｂに連結され循環ポンプ１４Ｃ１を介して先端が第２放熱器１３Ｂに連結されている往きパイプ１４Ｃから構成されている。
第２熱交換器１４Ｂは、第２井戸部１２における天端から底部近傍まで引込まれた縦長略Ｕ字状の熱交換用パイプで構成されている。
この結果、循環ポンプ１４Ｃ１により第２熱交換部１４と第２放熱器１３Ｂを結ぶ閉鎖回路内に循環液を循環させるよう構成されている。
【００１４】
この場合、第２熱交換器１４Ｂに下記のようなものがある。
井戸水の中に図示のようなＵ字形のパイプを浸したもの、パイプをスパイラル状に構成し浸したもの、パイプにフインを取付けた状態に構成し浸したもの、液体の通過する断面を小さくし熱交換効率を高めた熱交換器具（ラジエータ等）を浸したもの。
【００１５】
Ｄ．第２井戸水還元部１５は、下端が開口している所定寸法の井戸水還元用縦パイプ１５Ａで構成され、また、井戸水還元用縦パイプ１５Ａの下方部分には還元水が通過する孔１５Ａ１が開設されている。
この場合、孔に代えスリットを刻設することができる。
この第２井戸水還元部１５は、第２井戸部１２とは近傍位置をもって地中に植設されていると共に、当該第２井戸水還元部１５の外周面には、砂利１５Ｂが充填されている。
【００１６】
Ｅ．第２還元パイプ部１６は、内方端が第２井戸部１２内に位置し外方端が第２井戸水還元部１５内に位置する状態で配管された還元パイプ１６Ａと内方端の先端に取付けられたストレーナー１６Ｂとで構成されている。
還元パイプ１６Ａには当該還元パイプにおける内方端側から外方端に向け砂こし器１６Ｃ、汲み上げポンプ１６Ｄが併設されている。
汲み上げポンプ１６Ｄは、第２井戸部１２における縦パイプ１２Ａの内周面に下方から所定間隔をもって取付けられた温度センサー１６Ｄ１と制御装置１６Ｄ２を介して連結されている。
すなわち、この温度センサー１６Ｄ１は、第２井戸部１２内において第２放熱器１３Ｂによって熱交換された循環液により第２熱交換器１４Ｂを介して地下水の温度上昇する状況を感知するためのもので、制御装置１６Ｄ２により汲み上げポンプ１６Ｄの入り切りを制御する。
【００１７】
この場合、図６を参照して、第２還元パイプ部１６を下記のように構成することができる。
すなわち、第２還元パイプ部１６は、内方端が第２井戸部１２内に位置し外方端が第２井戸水還元部１５内に位置する状態で配管された還元パイプ１６Ａで構成され、内方端の先端には第１汲み上げポンプ１６Ｅが取付けられている。
図中、１６Ｄ２は地下水Ｗの温度を温度センサー１６Ｄ１にて感知し、ポンプを作動させる制御装置である。
【００１８】
第２熱交換部１４については、図７、８を参照して下記のような第３熱交換部１７に構成することができる。
第３熱交換部１７は、熱交換パイプ群１７Ａ、往き用ヘッダー１７Ｂ及び返り用ヘッダー１７Ｃから構成されている。
Ａ．熱交換パイプ群１７Ａは、適数本の熱交換パイプ単体１７Ａ１から構成され、熱交換パイプ単体１７Ａ１は、第２井戸部１２における縦パイプ１２Ａの天端から底部近傍まで引込まれた縦長略Ｕ字状の熱交換用パイプで構成されている。
そして、これら複数の熱交換パイプ単体１７Ａ１は、第２井戸部１２内で熱交換パイプ単体１７Ａ１同士が平面円形状に所定間隔を保ち、かつ第２井戸部１２の縦パイプ１２Ａとは所定間隔をもった状態で平面円形状に配置され、さらに、熱交換パイプ単体１７Ａ１の一端は往き用ヘッダー１７Ｂに連結され、他端は返り用ヘッダー１７Ｃに連結されている。
Ｂ．往き用ヘッダー１７Ｂは、地上の所定位置に設置され、往きパイプ１４Ｃ、循環ポンプ１４Ｃ１を介して第２放熱器１３Ｂに連結されている。
Ｃ．返り用ヘッダー１７Ｃは、地上の所定位置に設置され、返りパイプ１４Ａを介して第２放熱器１３Ｂに連結されている。
【００１９】
図９、１０を参照して第３熱交換部１７の第２井戸部１２への取付けは、下記の吊具１８を用いるとよい。
吊具１８は、第２井戸部１２における縦パイプ１２Ａとは所定間隔をもった状態で平面円形状に配置されている複数の熱交換パイプ単体１７Ａ１を保持するため、これを固定する適数段のパイプ支持バンド１８Ａと、これらパイプ支持バンドを支持する第２井戸部１２の上方開口部より等間隔で吊下げられた複数の吊りワイヤー１８Ｂから構成されている。
この場合、吊りワイヤーは吊り棒であってもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、上述の通り構成されているので以下に記載する効果を奏する。
第１発明について
１．冷熱エネルギーの生産には、地下水自然エネルギーを利用しており、この他に使用する循環ポンプと汲み上げポンプ用の電気エネルギーはごくわずかであり、省エネルギーである。
２．汲み上げた井戸水は、雨水管・下水管に放流せずに近傍に還元するので、地盤沈下や地下水位の低下など環境の汚染や破壊が殆ど無い。
３．地下水を汲み上げ還元することで、多量の地下水冷熱の利用が可能である。
４．地下水を一時タンクに集水することにより、効率的にエネルギーを採取することができる。
第２発明について
１．冷熱エネルギーの生産には、地下水自然エネルギーを利用しており、この他に使用する循環ポンプと汲み上げポンプ用の電気エネルギーはごくわずかであり、省エネルギーである。
２．汲み上げた井戸水は、雨水管・下水管に放流せずに近傍に還元するので、地盤沈下や地下水位の低下など環境の汚染や破壊が殆ど無い。
３．吊具は、熱交換器の熱交換効率を高める。
４．地下水の汲み上げ還元の手法で、井戸内の地下水を強制的に入れ替えてゆくことにより、より多量の地下冷熱の利用が可能である。
５．この他、安価に製造できる、部品点数が少ないので組み立てが容易である、経済的である、などの効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１発明の縦断面図である。
【図２】同上の他の実施例の縦断面図である。
【図３】第１熱交換器の平面図である。
【図４】Ａ−Ａ線断面図である。
【図５】第２発明の縦断面図である。
【図６】同上の他の実施例の縦断面図である。
【図７】第３熱交換部の縦断面図である。
【図８】同上の要部の平面図である。
【図９】吊具を説明する平面図である。
【図１０】Ｂ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１第１発明の地下水熱利用の冷却システム
２井戸部
３放熱部
４タンク
５熱交換部
６井戸水汲み上げ部
７井戸水還元部
８還元パイプ部
１１第２発明の地下水熱利用の冷却システム
１２第２井戸部
１３第２放熱部
１４第２熱交換部
１５第２井戸水還元部
１６第２還元パイプ部
１８吊具

Claims

地下水を井戸部（２）からタンク（４）を介して井戸水還元部（７）に循環させながら、熱交換部（５）と放熱器（３Ｂ）を有する閉鎖回路に循環させた循環液を、タンク（４）内に設置した熱交換器（５Ｂ）を介して地下水との熱交換により冷却し、放熱部（３）を冷却するよう構成されていることを特徴とする地下水熱利用の冷却システム。
地下水を第２井戸部（１２）から第２井戸水還元部（１５）に循環させながら、第２熱交換部（１４）と第２放熱器（１３Ｂ）を有する閉鎖回路に循環させた循環液を、縦パイプ（１２Ａ）内に設置した第２熱交換器（１４Ｂ）を介して地下水との熱交換により冷却し、第２放熱部（１３）を冷却するよう構成されていることを特徴とする地下水熱利用の冷却システム。