JP2006046677A - 地下水の利用システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、地下水（温泉水を含む）の水資源とエネルギー資源との総合利用システムの提供を目的とする。
【解決手段】地下水の汲み上げ供給手段と、これに流路切り換え手段と熱交換器と逆浸透浄化装置と浄水受けタンクとを接続し、地下水の流路系統を流路切り換え手段を操作し、第１流路系統（地下水−熱交換器−逆浸透膜浄化装置−浄水受けタンク）と、第２流路系統（地下水−逆浸透膜浄化装置−浄水受けタンク）とに流路切り換え可能にした。
【選択図】 図１

Description

井戸水や温泉水及び湧水等の地下水を水資源としてのみならず、熱資源としても利用する地下水の効率的な総合的利用システムに関する。

井戸水等の地下水を汲み上げ、逆浸透膜装置で浄化し、飲料水として利用する方法は公知である。
また、逆浸透膜等の膜モジュールは水温が高い方が透過効率（造水能力）が高いことも知られている。
例えば、図６に逆浸透膜の透過水量と液温との関係をグラフに示す。
２５℃を１００とすると、３０℃では約２０％以上も透過率が高くなる。
そこで、特開２００３−１４５１５０号公報には膜モジュールに被処理水（中間濃縮水）を加温して供給する際に中間濃縮水の熱を利用する技術が開示されている。

しかし、本公報の開示技術は加熱エネルギーの省エネルギー化にとどまり、水資源が有しているエネルギーの総合的な有効利用という技術的思想は無い。

特開２００３−１４５１５０号公報

本発明は、地下水の水資源とエネルギー資源との総合利用システムの提供を目的とする。

請求項１記載に係る地下水の利用システムは、地下水の汲み上げ供給手段と、これに流路切り換え手段と熱交換器と逆浸透浄化装置と浄水受けタンクとを接続し、地下水の流路系統を流路切り換え手段を操作し、第１流路系統（地下水−熱交換器−逆浸透膜浄化装置−浄水受けタンク）と、第２流路系統（地下水−逆浸透膜浄化装置−浄水受けタンク）とに流路切り換え可能にしたことを特徴とする。

本発明において地下水とは、地下から取り出すあるいは湧出す水資源を意味する。
従って、井戸水や温泉水及び湧水を含む。
また、地下水の汲み上げ供給手段とは、地下水をポンプアップして逆浸透膜浄化装置に供給する手段をいい、原水タンクに一旦、ポンプアップしてから逆浸透膜浄化装置に供給する場合も含む。
また、湧水や温泉水等の地下から湧出す水資源の場合には、直接配管しても原水タンクに一時貯留してもよい。

本発明にて第１流路系統（地下水−熱交換器−逆浸透膜浄化装置−浄水受けタンク）は逆浸透膜浄化装置に少なくとも熱交換器を組み合わせる趣旨で、その他に吸収冷温水機等の付帯設備を組み合わせてもよく、次のような場合に使用する。
冬季に積雪する地域において、熱交換器を建物の屋根あるいは駐車場、生活道路等の地下に設置する。
このようにすると、地下水の蓄熱を利用して融雪に利用出来る。
融雪に利用した後の地下水は、逆浸透膜浄化装置に供給して飲料水等として使用してもよく、逆浸透膜浄化装置に供給せず、バイパス配管を配置して放流又は他の用途に使用してもよい。
夏季等、地下水より外気温が高い場合には地下水を屋根及び地下等に設置した熱交換器に通すことで水温が上昇し、浄水効率が向上するとともに、屋根及び地表等の設置側の冷却も可能となる。
また、液温（水温）が高い方が逆浸透膜浄化装置の透過効率が向上するが、現在のところ、この種に使用する逆浸透膜の耐熱温度が約５０℃なので、夏季には本発明による熱回収にて液温が５０℃を超える場合がある。
このように、液温が高い場合には、いわゆるジェネリンクと称されている吸収冷温水機や温水吸収冷凍機等に供給し、その後に所定の温度に下がった液を逆浸透膜浄化装置に通水することも可能である。
即ち、本発明においては、逆浸透膜浄化装置を核として、流路切り換え手段を用いて熱交換器及び吸収冷温水機等の付帯設備を組み合わせることで、総合的な水資源、エネルギー資源利用システムを構築できる。

本発明において、第２流路系統（地下水−逆浸透膜浄化装置−浄水受けタンク）は、地下水を逆浸透膜浄化装置に直接的に供給し、浄水受けタンクに一旦貯留し、その後に飲料水等に使用する場合に用いる。
なお、浄水受けタンクとは、浄水として使用するための貯留タンクであり、形態に制限が無く、直接使用用途に合わせて配管してもよい。

請求項２記載の発明は、逆浸透膜浄化装置の透過水配管と地下水配管との間に熱交換器を介在させたことを特徴とする。

逆浸透膜の透過効率は原水の水温が高い方が効率の良いことは先に説明した。
そこで、井戸水等の地下水を直接的に逆浸透膜浄化装置に供給する場合や、屋根等に設けた熱交換器を通してもまだ水温が低い場合には、原水（地下水）を加温するのが良い。
この場合に、請求項２記載の発明のように逆浸透膜浄化装置の透過水配管と原水（地下水）配管との間に熱交換器を介在させると原水を予備加温することができ、原水の加熱エネルギーを節減できる。

本発明においては、地下水（井戸水）の水温が殆ど変化しないのに着目して、冬季には融雪等の熱エネルギー源として使用し、夏季等には外気温を用いて地下水を加温出来るので、地下水を浄水にする水資源の他に熱資源として利用し、さらには外気温を活用した非常に効率の良い地下水利用システムとなる。
また、温泉水等の液温が高い地下水の場合には、冬季の融雪効果がより大きいことになる。

本発明に係る地下水の利用システムの基本フロー図を図１に示す。
まず、地下水をそのまま直接的に逆浸透膜浄化装置に供給して飲料水等にする場合を説明する（第２流路系統）。
井戸１等から地下水を原水タンク２に汲み上げる（流れｆ１）。
切り換えバルブ４、５を調整して原水ポンプ３にて原水を逆浸透膜浄化装置６に供給する（流れｆ２）。
透過水は受水タンク７に貯留する（流れｆ７）。
その後に室内等にて飲料水等に使用される（流れｆ８）。
一方、濃縮水は井戸に還元用に戻してもよく、排水系に放流してもよい（流れｆ９）。

図１で点線で示した流れの具体的使用方法を図２に基づいて説明する（第１流路系統）。
切り換えバルブ４、５を切り換え、原水を屋根に備える熱交換器９に供給する（流れｆ３、ｆ４）。
ここで、熱交換器９は冬季には屋根の融雪装置として作用し、夏季等には原水の加温装置として作用するとともに、屋根側（建築物）の冷却効果もある。
また、熱交換器８は駐車場や道路に埋設した場合の模式図である。
この場合に、熱交換器８は、冬季には融雪装置として作用し、夏季等には地熱を利用した加熱装置として作用する。
流れ５、６に示すように、融雪用に使用した後に浄水化してもよく、また、放流してもよい。

地下水の利用効率を更に高める方法として、原水配管と透過水配管の間に熱交１（熱交換器）を介在させた例を図３に示す。
熱交２（熱交換器）は、原水を温水で加温するために用いる。
図３に示すＮＯ．１〜ＮＯ．６は液温センサーの配置図であり、透過効率が最良になるように各温度センサーの信号に基づいて各バルブＳが自動制御される。

具体的な水の流れを図４及び図５に基づいて説明する。
図４は浄化装置の作動初期の流れを実線で示す。
地下水（原水）は熱交２に流され（流れＳ１、Ｓ２）、熱交２を通過した水は逆浸透膜浄化装置６に供給される。
浄化装置作動初期は透過水の水温も低いので、温水（流れＨ１、Ｈ２）を熱交２に流して原水を加温する。

透過水がある程度温かくなると、図５に示すように透過水を熱交１（流れＳ１４、Ｓ１５）に通水する。
この時に原水が熱交１（流れＳ１１、Ｓ１２）にて予備加温される。
例えば原水が１５℃で、浄化装置供給水温３５℃に設定した場合に、熱交１後の水温２０℃及び透過水８０％、濃縮水２０％と仮定して熱効率を試算する。
［（３５−２０）×０．８］／（３５−１５）＝０．６となり、
温水（Ｈ１）の熱エネルギーが６０％節約できる。
また、濃縮水もある程度高くなると熱交２を通して利用できる（流れＳ５、Ｓ５１）。

本発明に係る地下水利用システムのフロー図を示す。 地下水を融雪用に利用した場合、又は地下水を外気で加温する場合のフロー図を示す。 透過水を原水との間の熱交配置図を示す。 浄化装置作動初期のフロー図を示す。 浄化装置定常状態のフロー図を示す。 透過水量と液温との関係を示す。Ａが計算値でＢが実験値である。

符号の説明

１ 井戸
２ 原水タンク
３ 原水供給ポンプ
４、５ 切り換えバルブ
６ 逆浸透膜浄化装置
７ 浄水受けタンク

Claims (2)

1. 地下水の汲み上げ供給手段と、これに流路切り換え手段と熱交換器と逆浸透浄化装置と浄水受けタンクとを接続し、地下水の流路系統を流路切り換え手段を操作し、第１流路系統（地下水−熱交換器−逆浸透膜浄化装置−浄水受けタンク）と、第２流路系統（地下水−逆浸透膜浄化装置−浄水受けタンク）とに流路切り換え可能な地下水の利用システム。
2. 逆浸透膜浄化装置の透過水配管と地下水配管との間に熱交換器を介在させたことを特徴とする請求項１記載の地下水の利用システム。

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