JP2008292030A - 地中熱利用システム - Google Patents

Abstract

【課題】構築が簡便で採熱効率に優れた地中熱利用システムを提供すること。
【解決手段】地中熱利用システム１００は、地中Ｇを第１の領域Ｇ１と第２の領域Ｇ２とに区画するセパレータ１２ｓと、地中Ｇの地下水ｗが保有する熱を利用する熱利用機器２０と、第１の領域Ｇ１の地下水ｗ（ｗ１）を熱利用機器２０に導く地下水揚水管２５と、熱利用機器２０において熱が利用された地下水ｗ（ｗ２）を第２の領域Ｇ２に還水する地下水還水管２６とを備えるので、地下水の流れを作り出すことによって有効に利用できる地中の熱を継続して採取することができ、採熱効率が優れたシステムとなる。また、第１の領域Ｇ１と第２の領域Ｇ２とが鉛直方向に並ぶように構成されているので、鉛直方向への掘削だけでシステムを構築することが可能となり、システムの構築が簡便となる。
【選択図】図１

Description

本発明は地中熱利用システムに関し、特に構築が簡便で採熱効率に優れた地中熱利用システムに関する。

地球環境保護意識の高まりを背景に、自然エネルギー活用の一形態として、連続して放出される地中熱を再生可能エネルギーとして利用するシステムが近年採用され始めている。このようなシステムの一例として、例えば図３に示すような、深井戸地中熱採熱ケーシング管９１内に採熱用Ｕチューブ９２を配設し、採熱用Ｕチューブ９２に熱媒体を流して採取した熱を融雪機やヒートポンプチラー等の熱利用設備９３で用いるシステムがある。また、別の例として、地盤面下に設けられて第１の熱媒体を収容する地中容器と、第１の熱媒体の熱と地中の熱とを熱交換する熱交換流路とを備え、熱交換流路が、水平に又は地中容器から見て先下り勾配を有するように地盤面下に配設されている地中熱採熱システムがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−２４３４２号公報（図１等）

上記の図３に示されるシステムは、地中熱を採熱してからしばらくすると採熱用Ｕチューブ９２を流れる熱媒体と地中の熱との温度差が小さくなってきてしまい採熱効率が悪かった。他方、上記の特許文献１に記載されている地中熱採熱システムは、採熱効率が優れているものの、熱交換流路を配設するための穴をボーリングする機械を設置するために、地中容器を配設するための穴を大きく形成しなくてはならず、システムの構築に手間がかかっていた。

本発明は上述の課題に鑑み、構築が簡便で採熱効率に優れた地中熱利用システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る地中熱利用システムは、例えば図１に示すように、地中Ｇを第１の領域Ｇ１と第２の領域Ｇ２とに区画するセパレータ１２ｓと；地中Ｇの地下水ｗが保有する熱を利用する熱利用機器２０と；第１の領域Ｇ１の地下水ｗ（ｗ１）を熱利用機器２０に導く地下水揚水管２５と；熱利用機器２０において熱が利用された地下水ｗ（ｗ２）を第２の領域Ｇ２に還水する地下水還水管２６とを備え、第１の領域Ｇ１と第２の領域Ｇ２とが鉛直方向に並ぶように構成されている。

このように構成すると、地中を第１の領域と第２の領域とに区画して、第１の領域の地下水を熱利用機器に導き、熱利用機器において熱が利用された地下水を第２の領域に還水することができるので、地下水の流れを作り出すことによって有効に利用できる地中の熱を継続して採取することができ、採熱効率が優れたシステムとなる。また、第１の領域と第２の領域とが鉛直方向に並ぶように構成されているので、鉛直方向への掘削だけでシステムを構築することが可能となり、システムの構築が簡便となる。

また、本発明の第２の態様に係る地中熱利用システムは、例えば図１及び図２に示すように、上記本発明の第１の態様に係る地中熱利用システム１００において、第２の領域Ｇ２を覆うケーシング１２であって、第２の領域Ｇ２に還水した地下水ｗ２を通す通水孔１２ｈが上部に形成されたケーシング１２と；第２の領域Ｇ２で熱を採取する熱媒体ｕを流す密閉配管３３であって、少なくとも一部がケーシング１２内に配設された密閉配管３３と；熱媒体ｕが採取した熱を利用する熱利用設備３０とを備え；地下水還水管２６の地下水ｗを吐出する吐出口２６ｅがケーシング１２内の下部に位置するように地下水還水管２６が配設され；熱利用機器２０が熱交換器であり、熱交換器２０が密閉配管３３に挿入配置されて構成されている。熱利用設備は典型的にはヒートポンプチラーや融雪機である。

このように構成すると、熱利用設備における熱の利用が熱交換器を介して間接的に行われることとなり、メンテナンスを行うのに都合がよい。また、第２の領域に還水した地下水を通す通水孔が上部に形成されたケーシングを備え、地下水を吐出する吐出口がケーシング内の下部に位置するように地下水還水管が配設されるので、吐出口から通水孔までの距離に応じて地下水の流れをより大きくすることができ、有効に利用できる地中の熱をより継続して採取することができる。

また、本発明の第３の態様に係る地中熱利用システムは、例えば図１及び図２に示すように、上記本発明の第２の態様に係る地中熱利用システム１００において、通水孔１２ｈを介してケーシング１２から導出された第２の領域Ｇ２に還水した地下水ｗ２を地中Ｇの深部に導く外筒１３であって、ケーシング１２を覆うように配設された外筒１３を備える。「深部」は、典型的には気温の変化による地中温度の影響がほとんどない部分であり、例えば地表より８ｍ以深である。

このように構成すると、大きな流れの地下水をより確実に形成することができ、有効に利用できる地中の熱をより継続して採取することができる。

また、本発明の第４の態様に係る地中熱利用システムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る地中熱利用システム１００において、高圧流体ｆを地下水揚水管２５に供給する逆洗管４５を備える。

このように構成すると、高圧流体を第１の領域に供給することが可能になり、地下水を導入する導入口の砂礫等による閉塞を解消することが可能となる。

本発明によれば、地中を第１の領域と第２の領域とに区画して、第１の領域の地下水を熱利用機器に導き、熱利用機器において熱が利用された地下水を第２の領域に還水することができるので、地下水の流れを作り出すことによって有効に利用できる地中の熱を継続して採取することができ、採熱効率が優れたシステムとなる。また、第１の領域と第２の領域とが鉛直方向に並ぶように構成されているので、鉛直方向への掘削だけでシステムを構築することが可能となり、システムの構築が簡便となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る地中熱利用システム１００の構成について説明する。図１は、地中熱利用システム１００の模式的系統図である。地中熱利用システム１００は、地中Ｇに埋設された地下水流動筒１０と、地下水流動筒１０の上部を覆うように配設された外筒１３と、熱利用機器としての熱交換器２０と、地下水ｗを熱交換器２０に導入する地下水揚水管２５及び導出する地下水還水管２６と、熱利用設備としてのヒートポンプチラー３０と、ヒートポンプチラー３０で利用される熱の媒体である熱媒体ｕを流す熱媒体管３３とを備えている。

地下水流動筒１０及び外筒１３は、有効に利用できる地中Ｇの熱を継続して採取することができるようにするために、地下水ｗの流れを誘導する部材である。なお、採取して利用する地中Ｇの熱は、温熱のみならず冷熱も含む概念である。
ここで図２を併せて参照して、地下水流動筒１０及び外筒１３の構成を詳述する。図２（ａ）は地下水流動筒１０の斜視図であり、（ｂ）は外筒１３の斜視図である。

地下水流動筒１０は、ストレーナ１１とケーシング１２とを有している。地下水流動筒１０は、地中Ｇに埋設されたときに、ストレーナ１１内が第１の領域Ｇ１となり、ケーシング１２内が第２の領域Ｇ２となる。ストレーナ１１は、円筒状の部材で形成されており、その円筒状の上面及び下面は塞がれている。円筒状のストレーナ１１の上面は、第１の領域Ｇ１と第２の領域Ｇ２とを区画するセパレータ１２ｓとなっている。円筒状のストレーナ１１の側面には、地下水ｗを通すが地中Ｇの砂利を通さない小孔が、全面にわたって多数形成されている。この小孔は、典型的には、地下水ｗ（以下、ストレーナ１１に流入した採熱されていない地下水ｗを「揚水地下水ｗ１」と呼ぶ。）を揚水する地下水ポンプ２１に導入させたくない大きさの砂利を通さない大きさに形成されている。

ケーシング１２は、典型的には、ストレーナ１１と同径の円筒状の部材で形成されており、その円筒状の下面は塞がれているが上面は開口となっている。円筒状のケーシング１２の下面は、第１の領域Ｇ１と第２の領域Ｇ２とを区画するセパレータ１２ｓとなっている。また、ケーシング１２は、地下水ｗ（以下、採熱された揚水地下水ｗ１を「還水地下水ｗ２」と呼ぶ。）を通す通水孔が形成された通水孔形成部１２ｈと、通水孔が形成されていない本体部１２ｂとを有している。通水孔形成部１２ｈは、ケーシング１２の上部に形成されている。通水孔形成部１２ｈが形成される範囲は、円筒状の軸線方向の長さの約２分の１以下の長さの部分であり、埋設される地中Ｇの地層や地下水の状況によって、円筒状の軸線方向の長さの約３分の１の長さ、約５分の１の長さ、約１０分の１の長さ等に適宜決定される。通水孔形成部１２ｈには、通水孔が、全面にわたって多数形成されている。通水孔の大きさは、典型的にはストレーナ１１に形成された小孔とほぼ同じ大きさであるが、ケーシング１２からの地下水ｗの導出を容易にするために、小孔よりも大きく形成されていてもよい。ケーシング１２の、通水孔形成部１２ｈ以外の部分が本体部１２ｂとなっている。

外筒１３は、ケーシング１２よりも大きな径の円筒状の部材で形成されており、その円筒状の下面は開口となっている。外筒１３の上面は、図２（ｂ）では開口となっているが、地中Ｇに配設されたときに、ケーシング１２よりも外側の部分は塞がれる。ゆえに、外筒１３は、その上面がケーシング１２の外径に相当する開口を残して塞がれて形成されていてもよい。外筒１３は、還水地下水ｗ２を通す外筒通水孔が形成された外筒通水孔形成部１３ｈと、外筒通水孔が形成されていない本体部１３ｂとを有している。外筒通水孔形成部１３ｈは、外筒１３の下部に形成されている。外筒通水孔形成部１３ｈが形成される範囲は、埋設される地中Ｇの地層や地下水の状況によって、円筒状の軸線方向の長さの約２分の１の長さ、約３分の１の長さ、約５分の１の長さ等に適宜決定される。外筒通水孔形成部１３ｈには、外筒通水孔が、全面にわたって多数形成されている。外筒通水孔の大きさは、典型的にはケーシング１２に形成された通水孔とほぼ同じ大きさである。外筒１３の、外筒通水孔形成部１３ｈ以外の部分が本体部１３ｂとなっている。

再び図１を主に参照し、適宜図２を参照して地中熱利用システム１００の構成の説明を続ける。地下水流動筒１０は、地中Ｇに対して鉛直方向に掘削された穴に、典型的にはストレーナ１１が地中Ｇの帯水層に位置するように配設されている。地下水流動筒１０は、典型的には、直径が２００〜２５０ｍｍ、長さが約２０〜３０ｍである。このため、地下水流動筒１０を配設するための掘削も約２０〜３０ｍの深さでよく、オーガ掘削工法で掘削することができ、施工コストを低減することができる。外筒１３は、地中Ｇに、その円筒状の軸（仮想軸）が地下水流動筒１０の軸（仮想軸）とほぼ重なるように配設されている。また、外筒１３は、その上端とケーシング１２の通水孔形成部１２ｈの上端とがほぼ揃うように配設されている。外筒１３は、典型的には、直径が３００〜４００ｍｍ、長さが約１０〜２０ｍである。地下水流動筒１０の外側に外筒１３が配設されたとき、外筒１３の外筒通水孔形成部１３ｈはケーシング１２の通水孔形成部１２ｈよりも深部に位置するように形成されている。

地中Ｇに配設された地下水流動筒１０のケーシング１２内には、地下水揚水管２５、地下水還水管２６、熱媒体管３３が配設されている。ケーシング１２内に地下水揚水管２５、地下水還水管２６、熱媒体管３３を配設した後にケーシング１２の上端に蓋をしてもよい。地下水揚水管２５は、地表ＧＬよりも上方からケーシング１２内を深部に向かって延び、セパレータ１２ｓを貫通してストレーナ１１内で開口している。つまり、地下水揚水管２５の一端は第１の領域Ｇ１で開口している。なお、地下水揚水管２５がセパレータ１２ｓを貫通する貫通部は、止水処理が施されている。地下水還水管２６は、地表ＧＬよりも上方からケーシング１２内を深部に向かって延び、セパレータ１２ｓを貫通せずにセパレータ１２ｓの手前で開口している。つまり、地下水還水管２６の一端２６ｅは、ケーシング１２内の下部に位置し、第２の領域Ｇ２で開口している。一端２６ｅが位置するケーシング１２内の下部は、典型的には、後述の熱媒体管３３の最深部よりも下方である。熱媒体管３３は、地表ＧＬよりも上方からケーシング１２内を深部に向かって延び、セパレータ１２ｓを貫通せずにセパレータ１２ｓの手前で折り返して、ケーシング１２内を上方に向かって延び、地表ＧＬよりも上方に達している。

地下水揚水管２５と地下水還水管２６とは、熱交換器２０を介して接続されている。地下水揚水管２５には、揚水地下水ｗ１を熱交換器２０に向けて流す地下水ポンプ２１が挿入配置されている。地下水ポンプ２１の起動により、ストレーナ１１内の揚水地下水ｗ１が、地下水揚水管２５、熱交換器２０、地下水還水管２６の順に流れた後、ケーシング１２内の下部に吐出されるように構成されている。地下水還水管２６の一端２６ｅは、還水地下水ｗ２を吐出する吐出口となっている。

地下水揚水管２５には、内部を流れる流体を遮断可能なバルブ２３が挿入配置されている。また、地下水揚水管２５には、揚水地下水ｗ１の流れ方向から見てバルブ２３よりも上流側に、高圧流体ｆを地下水揚水管２５に供給する逆洗管４５が接続されている。この逆洗管４５を介して、高圧流体ｆとしての高圧水や不活性ガス（例えば窒素ガス等）を地下水揚水管２５に供給することができるようになっている。

熱媒体管３３は、地表ＧＬよりも上方で、両端がヒートポンプチラー３０に接続されており、これにより熱媒体ｕの循環流路が形成されている。この循環流路は密閉流路となっており、熱媒体管３３は密閉配管である。本実施の形態では、熱媒体ｕとして水が用いられる。熱媒体管３３には、熱媒体ｕを熱媒体管３３中で循環させる熱媒体ポンプ３１が挿入配置されている。また、熱媒体管３３には、熱媒体ｕの流れ方向から見てケーシング１２内に配設された熱媒体管３３の出口とヒートポンプチラー３０との間に、地表ＧＬより上方で、熱交換器２０が挿入配置されている。熱媒体ポンプ３１の起動により、ヒートポンプチラー３０から導出された熱媒体ｕが、熱媒体管３３を介して、ケーシング１２内に配設された熱媒体管３３内、熱交換器２０を流れた後、ヒートポンプチラー３０に流入し、ここで熱媒体ｕの熱が利用された後に再び導出されるように循環する。

熱交換器２０は、揚水地下水ｗ１と熱媒体ｕとの間で熱交換を行わせる機器である。熱交換器２０は、揚水地下水ｗ１が流れる系統と熱媒体ｕが流れる系統とが別の系統として構成されており、揚水地下水ｗ１と熱媒体ｕとが混合しないようになっている。熱交換器２０に導入される揚水地下水ｗ１にはストレーナ１１の小孔を通過した砂が混在していることが多いため、熱交換器２０は、揚水地下水ｗ１に混在する砂で揚水地下水ｗ１が流れる系統が閉塞しないように、またメンテナンスしやすいように構成されていることが好ましい。

ヒートポンプチラー３０は、熱媒体ｕを導入し、外部からの電気エネルギーを利用して、例えば冷暖房のために用いられる冷水及び温水を製造する機器である。ヒートポンプチラー３０は、冷媒のヒートポンプサイクルを利用して冷媒が凝縮する際に放出する熱で水を加温して温水を製造し、冷媒の冷凍サイクルを利用して冷媒が蒸発する際に水から熱を吸収することによりこの水を冷却して冷水を製造するユニットである。このように、ヒートポンプチラー３０は、ヒートポンプとしてもチラーとしても利用することができる機器である。

引き続き図１及び図２を参照して、地中熱利用システム１００の作用を説明する。上述のように、ヒートポンプチラー３０は冷水及び温水を製造することができるものであるが、一例として冷水を製造する場合で説明する。ヒートポンプチラー３０で冷水を製造しようとするとき、ヒートポンプチラー３０は冷媒の冷凍サイクルを利用して冷媒が蒸発する際に水から熱を吸収することによりこの水を冷却して冷水を製造する。冷媒の冷凍サイクルを継続するためには蒸発した冷媒を再び凝縮させればよいので、熱媒体管３３を流れる熱媒体ｕをヒートポンプチラー３０に供給して蒸発した冷媒を凝縮させる。このときの熱媒体ｕは、冷媒を冷却する冷却水として機能していることになる。

熱媒体ｕをヒートポンプチラー３０に供給するために、熱媒体ポンプ３１を起動する。熱媒体ポンプ３１を起動すると、熱媒体ｕは、ケーシング１２内に配設された熱媒体管３３を介して地中Ｇ内を通過する。このとき、熱媒体ｕは、ケーシング１２内に存在する還水地下水ｗ２によって冷やされ（ケーシング１２の本体部１２ｂ内は還水地下水ｗ２で満たされている）、地中Ｇに入る前と比べて温度が低下した状態で地表ＧＬ上に出てくる。例えば、地中Ｇに入る前に２５℃であった熱媒体ｕは２３℃となって地表ＧＬ上に出てくる。地中Ｇの冷熱で冷やされた熱媒体ｕは熱交換器２０に流入し、地下水揚水管２５を流れてきた揚水地下水ｗ１と熱交換してさらに温度が低下する。例えば、熱交換器２０から導出された熱媒体ｕは２１℃となっている。熱交換器２０を出た熱媒体ｕはヒートポンプチラー３０における冷却水に適した温度に冷却されており、ヒートポンプチラー３０の冷媒の冷凍サイクルを継続させることができる。例えば、熱媒体ｕは２１℃でヒートポンプチラー３０に供給されて２５℃で導出される。

熱媒体ｕと熱交換する揚水地下水ｗ１を熱交換器２０に供給するため、熱媒体ポンプ３１を起動したときに地下水ポンプ２１も起動する。地下水ポンプ２１を起動すると、ストレーナ１１内の揚水地下水ｗ１が地下水揚水管２５を介して熱交換器２０に向けて圧送される。ストレーナ１１内の揚水地下水ｗ１は、例えば１６℃である。地下水揚水管２５に流入することによって減少するストレーナ１１内の揚水地下水ｗ１は、地中Ｇの帯水層に存在する地下水ｗがストレーナ１１の小孔を通ってストレーナ１１内に流入することにより補われる。地下水ｗがストレーナ１１を通ることにより、帯水層に存在する地下水ｗに混在する、ストレーナ１１の小孔よりも大きな砂利等が、ストレーナ１１内に侵入することを防ぐことができ、熱交換器２０の保護に役立つこととなる。

ストレーナ１１から地下水揚水管２５を介して熱交換器２０に供給された揚水地下水ｗ１は、熱媒体ｕと熱交換することにより温度が上昇する。熱交換器２０においては、例えば１７℃の揚水地下水ｗ１が導入され、１９℃の還水地下水ｗ２が導出される。熱交換器２０で温度が上昇した還水地下水ｗ２は、地下水還水管２６を介してケーシング１２内の下部に吐出される。ケーシング１２内の下部に吐出される還水地下水ｗ２は、例えば２０℃である。ケーシング１２内に吐出された還水地下水ｗ２は、通水孔形成部１２ｈに向かってケーシング１２内を上昇する。この還水地下水ｗ２の上昇流が形成されることにより、ケーシング１２内の熱媒体管３３周辺の還水地下水ｗ２が熱媒体ｕとの熱交換により温められてもいわゆる熱飽和の状態（有効に利用できる熱を採取できない状態）となることを回避することができ、熱媒体ｕが還水地下水ｗ２の冷熱を継続して採熱することを可能にしている。

通水孔形成部１２ｈに向かってケーシング１２内を上昇する還水地下水ｗ２は、通水孔形成部１２ｈに達すると通水孔を通ってケーシング１２外に流出する。ケーシング１２外に流出した還水地下水ｗ２は、外筒１３の内壁とケーシング１２の外壁との間を通って下降し（深部へと向かい）、外筒１３の外筒通水孔形成部１３ｈに形成された外筒通水孔あるいは外筒１３の下端から地中Ｇへと戻る。外筒１３から導出される還水地下水ｗ２は、例えば２２℃である。地中Ｇへと戻った還水地下水ｗ２は、地中熱（地中Ｇが保有する冷熱）によって温度的に再生（冷熱利用する前の温度に戻る）され、帯水層に戻るか地中Ｇに拡散する。なお、上記に示した各温度条件は１つの例示であって、地中熱利用システム１００が設置される地域や地中熱利用システム１００の具体的な設計条件によって変わるものである。

なお、地下水ポンプ２１の起動によりストレーナ１１内の揚水地下水ｗ１を揚水すると、帯水層の地下水ｗに存在する砂利等がストレーナ１１の小孔を塞いでしまうことがある。このような場合は、バルブ２３を閉にして高圧流体ｆを地下水揚水管２５に供給することにより、ストレーナ１１の小孔を塞いでいる砂利等を高圧流体ｆの圧力でストレーナ１１から剥離させ、閉塞状態を解除することができる。

以上で説明した地中熱利用システム１００は、第１の領域Ｇ１（ストレーナ１１内）の揚水地下水ｗ１を熱交換器２０に導入して冷熱を利用し、冷熱を利用後の還水地下水ｗ２を第１の領域Ｇ１から区画された第２の領域Ｇ２（ケーシング１２内）に戻すので、採熱源が熱飽和することなく継続的に冷熱を採熱することができる。また、ケーシング１２内で還水地下水ｗ２の上昇流が形成されるので、熱媒体管３３内を流れる熱媒体ｕとの熱交換によって温度が上昇した還水地下水ｗ２が滞留せず、還水地下水ｗ２が熱飽和することなく継続的に冷熱を採熱することができる。また、冷熱利用のために地中Ｇ（第１の領域Ｇ１）から採取した地下水ｗを熱利用後に地中Ｇ（第２の領域Ｇ２）に戻すので、地下水ｗそのもの（物質としての地下水）を消費することがなく、地盤沈下を引き起こすことがない。

以上では地中Ｇの冷熱を利用する場合で説明したが、地中Ｇの温熱を利用することもできる。温熱を利用する場合、ヒートポンプチラー３０は温水を製造する。ヒートポンプチラー３０で温水を製造しようとするとき、ヒートポンプチラー３０は冷媒のヒートポンプサイクルを利用して冷媒が凝縮する際に放出する熱で水を加温して温水を製造する。冷媒のヒートポンプサイクルを継続するためには凝縮した冷媒を再び蒸発させればよいので、熱媒体管３３を流れる熱媒体ｕをヒートポンプチラー３０に供給して凝縮した冷媒を蒸発させる。このときの熱媒体ｕは、冷媒を加熱する加熱水として機能していることになる。ヒートポンプチラー３０内における冷媒の蒸発潜熱により温度が低下した熱媒体ｕは、ケーシング１２内に配設された熱媒体管３３を介して地中Ｇ内を通過する際にケーシング１２内に存在する還水地下水ｗ２によって温められ、地中Ｇに入る前と比べて温度が上昇した状態で地表ＧＬ上に出てくる。例えば、地中Ｇに入る前に７℃であった熱媒体ｕは９℃となって地表ＧＬ上に出てくる。地中Ｇの温熱で温められた熱媒体ｕは熱交換器２０に流入し、地下水揚水管２５を流れてきた揚水地下水ｗ１と熱交換してさらに温度が上昇し、再びヒートポンプチラー３０に流入して冷媒を蒸発させる。例えば、９℃で熱交換器２０に流入した熱媒体ｕは１１℃で導出され、１１℃の熱媒体ｕがヒートポンプチラー３０に供給されて７℃で導出される。なお、熱交換器２０へはストレーナ１１内（第１の領域Ｇ１）の揚水地下水ｗ１（例えば１６℃）が供給され、熱交換器２０における熱交換後の温度が低下した還水地下水ｗ２（例えば１３℃）はケーシング１２内（第２の領域Ｇ２）の下部に吐出される（例えば１２℃で吐出される。）。温水製造時に外筒１３から導出される還水地下水ｗ２は、例えば１０℃である。熱媒体ｕ及び地下水ｗ１、ｗ２の流れ、並びに地下水ポンプ２１や熱媒体ポンプ３１の起動については冷熱利用時と同様である。また、上記に示した各温度条件は１つの例示であって、地中熱利用システム１００が設置される地域や地中熱利用システム１００の具体的な設計条件によって変わるものであることも冷熱利用時と同様である。

以上の説明では、熱利用設備がヒートポンプチラー３０であるとしたが、地中Ｇの温熱を利用する融雪機等、ヒートポンプチラー３０以外の地中Ｇの温熱及び／又は冷熱を利用する設備であってもよい。

以上の説明では、地下水流動筒１０及び外筒１３が円筒状であるとしたが、軸直角方向断面の形状が四角形等の多角形や楕円形に形成された筒状の部材であってもよい。また、地下水流動筒１０の長さが約２０〜３０ｍであるとしたが、この長さに限らず地中Ｇの帯水層の位置に応じて適宜長さを調節するとよい。

以上で説明した地中熱利用システム１００において、熱媒体管３３を地中Ｇ（ケーシング１２内）に配設せずに熱媒体ｕが直接地中熱を採熱しないように構成してもよく（以下「第１変形例」という。）、あるいは、熱媒体管３３及び熱利用設備としてのヒートポンプチラー３０を省略して、熱利用機器を熱交換器２０に代えてヒートポンプチラーや融雪機等としてもよい（以下「第２変形例」という。）。第２変形例ではヒートポンプチラーや融雪機等に直接地下水ｗ（揚水地下水ｗ１）が導入されることとなるので熱交換効率は向上するが、ヒートポンプチラーや融雪機等の長寿命化及びメンテナンスのしやすさの観点から、地中熱利用システム１００のように熱交換器２０を介して間接的にヒートポンプチラーや融雪機等が地中Ｇの熱を利用するように構成することが好ましい。また、地中熱利用システム１００において、外筒１３を省略してもよい（以下「第３変形例」という。）。外筒１３を省略することでシステムの簡素化を図ることができるが、熱利用後の地下水ｗ（還水地下水ｗ２）の地下帯水層への戻りを円滑にする観点から外筒を備えることが好ましい。また、地中熱利用システム１００において、逆洗管４５を省略してもよい（以下「第４変形例」という。）。逆洗管４５を省略することでシステムの簡素化を図ることができるが、ストレーナ１１の閉塞による地下水ｗの流動抵抗の増加を抑制する観点から逆洗管４５を備えることが好ましい。第１、第３、第４変形例、あるいは第２、第３、第４変形例は、それぞれ単独で適用してもよく、任意の２つ又は３つを重畳して適用してもよい。

本発明の実施の形態に係る地中熱利用システムの模式的系統図である。 （ａ）は地下水流動筒の斜視図、（ｂ）は外筒の斜視図である。 従来の地中採熱システムの模式的系統図である。

符号の説明

１２ ケーシング
１２ｈ 通水孔
１２ｓ セパレータ
１３ 外筒
２０ 熱利用機器
２５ 地下水揚水管
２６ 地下水還水管
２６ｅ 吐出口
３３ 密閉配管
３０ 熱利用設備
４５ 逆洗管
１００ 地中熱利用システム
Ｇ 地中
Ｇ１ 第１の領域
Ｇ２ 第２の領域
ｆ 高圧流体
ｕ 熱媒体
ｗ 地下水
ｗ１ 揚水地下水
ｗ２ 還水地下水

Claims (4)

1. 地中を第１の領域と第２の領域とに区画するセパレータと；
   前記地中の地下水が保有する熱を利用する熱利用機器と；
   前記第１の領域の前記地下水を前記熱利用機器に導く地下水揚水管と；
   前記熱利用機器において熱が利用された前記地下水を前記第２の領域に還水する地下水還水管とを備え；
   前記第１の領域と前記第２の領域とが鉛直方向に並ぶように構成された；
   地中熱利用システム。
2. 前記第２の領域を覆うケーシングであって、前記第２の領域に還水した地下水を通す通水孔が上部に形成されたケーシングと；
   前記第２の領域で熱を採取する熱媒体を流す密閉配管であって、少なくとも一部が前記ケーシング内に配設された密閉配管と；
   前記熱媒体が採取した熱を利用する熱利用設備とを備え；
   前記地下水還水管の前記地下水を吐出する吐出口が前記ケーシング内の下部に位置するように前記地下水還水管が配設され；
   前記熱利用機器が熱交換器であり、前記熱交換器が前記密閉配管に挿入配置されて構成された；
   請求項１に記載の地中熱利用システム。
3. 前記通水孔を介して前記ケーシングから導出された前記第２の領域に還水した地下水を前記地中の深部に導く外筒であって、前記ケーシングを覆うように配設された外筒を備える；
   請求項２に記載の地中熱利用システム。
4. 高圧流体を前記地下水揚水管に供給する逆洗管を備える；
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地中熱利用システム。
   
   

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