JP2009008342A - 地下水熱利用地上設備における地中装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水脈に達するように挿設されるケーシング内に熱交換器を施工性よく内設させること、地表からの外気影響範囲における熱ロスを抑え、さらに地下水熱との効率のよい熱交換を可能にする。
【解決手段】水脈Ｍに達するように挿設されるケーシング１内に挿設される熱交換器２を、ケーシング１の底部側に配置される第１のユニット２−１と、ケーシング１の挿設深度に合わせてケーシング１内に配置される複数の第２のユニット２−２と、外気影響深度Ｌの範囲においてケーシング１内に配置される第３のユニット２−３とを備えて構成される。第１および第２のユニット２−１，２−２は、上下の復路側タンク５，６、復路側長尺細管７、接続フランジ８、往路側長尺管９，９ａおよび復路側短尺管１０を備えている。第３のタンク２−３は、接続フランジ８、往路側長尺管９ｂ，９ｃおよび復路側長尺管１５，１５ａを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、地下水熱利用地上設備における地中装置に係り、詳しくは、地下水熱を熱源としている冷暖房設備や融雪設備などの地上設備へ循環密閉回路式によって地下水熱を供給するために、地下水が存在している地中の所定深度に達するように構築される地中装置に関する。

冷暖房や融雪などを行う地上設備の熱源として地下熱（地中熱）を有効に利用するために、地中深くボーリングされている１本の井戸（削孔）内に構築される地下装置は知られている（例えば、特許文献１など参照）。
特許文献１に開示されている地下装置（地中熱交換システム）は、複数の採熱管ユニットを、１本の井戸の深さに合わせて順次に接続することにより、井戸の深さに合せて構築されるようにこうせいされている。

採熱管ユニットは、上下の環状フランジの間に、偶数本のパイプをそれぞれ取り付けることで構成されている。
そして、パイプ端部の環状フランジに対する取り付けは、上下の環状フランジのうち、いずれか一方側の環状フランジから外部にパイプ端部を突出させ、他方側の環状フランジの内部にパイプ端部を位置させている。また、上下の環状フランジにはボルト挿通孔が設けられている。
これにより、各採熱管ユニットの上下の環状フランジ同士をボルト・ナットにより連結しながら、採熱管ユニットを順次に接続することにより、井戸の深さに合わせて地下装置を構築することができるようにしている。
特開２００４−２７８８６６号公報（段落番号００１４〜００１６、および図１〜図４参照）

ところで、前記した従来装置では、井戸の深さに対応させて採熱管ユニットを順次に接続するときに、一方側の環状フランジから外部に突出している各パイプのパイプ端部を、他方側の環状フランジの内部に位置している各パイプのパイプ端部にそれぞれ直結するように連結される。つまり、各採熱管ユニットの各パイプは、地表の臨む井戸の上端開口部から所定深度の底部に向けてそれぞれ独立された直線的に連結させるように形成されている。
そのために、井戸の底部側に配置される採熱管ユニットにおいては、特許文献１の図２および図７に示されているように、Ｕ字パイプなどの折返しパイプ管を用いて対向する周方向のそれぞれのパイプの端部同士を連結するなどによって、井戸の上端開口部の臨む地表から所定深度の底部に至る往路と、底部から地表に至る復路とからなる循環経路を形成しなければならないために、採熱管ユニットを井戸内に組み込み内設するときの施工性などにおいて問題を有していた。

また、従来装置では、各採熱管ユニットを順次に接続させて井戸内に内設させた後に、採熱管ユニットの外側と内側に熱伝導率が低いグラウトを流し込むために、地中熱との効率のよい熱交換を行うことができないなどの問題があった。

そこで、本発明は、前記課題を解消するために創案されたものであり、水脈に達するように地中に挿設されるケーシング内に、熱交換器を施工性よく組み込み内設させることができ、しかも、地表からの外気影響深度範囲における熱ロスを抑え、さらには、地下水熱との効率のよい熱交換を可能として地下水熱を実用的に採熱することができるように改良された地下水熱利用地上設備における地下装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明では、地中の所定深度に存在している水脈に達するように挿設されるケーシングと、このケーシング内に挿設されて地下水熱との熱交換が行われる熱交換器と、を備え、前記熱交換器は、前記ケーシングの上端開口部が臨む地表から前記所定深度へ向けて熱媒体を流通させるための往路と、この往路を流通されてきた前記熱媒体を地表へ向けて流通させるための復路と、を備えて、前記地下水熱を熱源として利用する地上設備に前記熱媒体を密閉循環回路式により供給するための地中装置であって、
前記熱交換器は、少なくとも前記ケーシングの底部側に配置される第１のユニットと、この第１のユニットから地表側に向けた範囲において前記ケーシング内に順次に接続されて筒方向に配置される複数の第２のユニットと、を備え、
前記第１のユニットは、前記ケーシングの内径に相当する外径にて平面視で略リング形状に形成されているとともに、熱媒体の合流室を有する上下の復路側タンクと、この上下の復路側タンクの間における周方向の複数個所において管端部が前記合流室にタンク内に連通するように取り付けられる復路側長尺細管と、前記上下の復路側タンクと平面視で略同径の外径を有する略リング形状に形成されて前記上側の復路側タンクから適宜の間隔をおいた前記ケーシングの筒方向に配置される接続フランジと、この接続フランジの周方向の要所において、前記第２のユニットとの接続によって管端部同士が接続されるようにそれぞれ取り付けられ、かつ、前記上側の復路側タンク内を貫通するとともに、前記下側の復路側タンク内に管端部を連通させるように取り付けられる往路側長尺管、および、前記上側の復路側タンク内に管端部を連通させるように取り付けられる復路側短尺管と、を備えて構成され、
前記第２のユニットは、前記上下の復路側タンクと、前記復路側長尺細管と、前記上下の復路側タンクと平面視で略同径の外径を有する略リング形状に形成されて、前記上下の復路側タンクからそれぞれ適宜の間隔をおいて同軸芯線上に配置される上下の前記接続フランジと、この上下の接続フランジに、該接続フランジ同士の接続および前記第1のユニットの前記接続フランジとの接続によって管端部同士が接続されるようにそれぞれ取り付けられる前記往路側長尺管、および、上下の前記復路側短尺管と、を備えて構成され、かつ、前記第２のユニットの前記往路側長尺管は、前記上下の復路側タンクを貫通して前記上下の接続フランジに管端部が接続され、前記上下の復路側短尺管は、前記上下の復路側タンク内に管端部をそれぞれ連通させるように取り付けられていることを特徴する。
そして、本発明では、前記熱交換器が、前記した第２のユニットから地表に至る範囲において前記ケーシングの筒方向に接続されて配置される１乃至複数の第３のユニットを備えていることが好適なものとなる。この第３のユニットは、前記上下の接続フランジと、この上下の接続フランジの間に、該接続フランジ同士および前記第２のユニットの前記接続フランジとの接続によって管端部同士が同軸上に接続されるようにそれぞれ取り付けられる往路側長尺管および復路側長尺管と、を備えて構成され、かつ、前記第３のユニットのうち、前記ケーシングの上端開口部から地表に臨むように接続されて配置される最上段の第３のユニットは、前記ケーシングの上端開口部の開口縁部から外方に向けて設けられている固定フランジの上に載置されてボルト止めされる吊持を兼ねた密閉蓋体を備え、この密閉蓋体から前記往路側長尺管および復路側長尺管のそれぞれ管端部側を突出させるように形成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、地下水の水脈が存在している地中深度に達するように地中に挿設されるケーシング内に熱交換器を挿通させて内設させるときに、ケーシングの底部側に配置される第１のユニットに続いて第２のユニットを、ケーシングの挿設深度に合わせて順次に接続しながら、第１のユニットに続いて複数の第２のユニットをケーシング内に挿通させることで、熱媒体の往路と復路との双方を備えている熱交換器をケーシング内の筒方向に内設させることができる。
そして、地表に臨むケーシングの上端開口部を密閉状に閉じるための密閉蓋体を備えている第３のユニットを、第２のユニットに接続させてケーシングの上端開口部側に向けた筒方向に配置することによって、ケーシングの上端開口部を密閉する密閉蓋体によって、ケーシングの底部側に向けて円筒筒形状に内設される熱交換器を吊り下げ支持させることができる。
さらに、地表から地中に向けた外気影響深度の範囲においては、１本の往路側長尺管と１本の復路側長尺管を備えている第３のユニットを用いている構造としている。特に、１本の復路側長尺管内を通って熱媒体が地上設備へ送り込まれるようにしている。つまり、多数本の復路側長尺細管を備えている第２のユニットを外気影響深度の範囲において内設させた構造では各復路側長尺細管からなる広い面積から放熱されることになって熱ロスが大きいが、第３のユニットを内設させることによって、地下水熱との熱交換が行われた熱媒体が地上設備へ送り込まれるための流通する復路は、１本の復路側長尺管である。これにより、放熱による熱ロスを抑えることができる。

また、本発明では、前記熱交換器の軸芯に沿って前記ケーシング内の筒方向に形成される内側通路を通して、前記ケーシング内における適宜の深度位置に水中ポンプが吊り下げ配置されていることを特徴とする。

このような構成によれば、ケーシング内に吊り下げ配置されている水中ポンプによってケーシング内の地下水を筒方向（上下方向）に流動させるための対流を強制的に起こすことができる。これにより、熱交換器との熱交換によって水温が下がった地下水がケーシング内に停滞することなく、水脈の地下水との入れ替えが強制的に行われる。
このとき、水中ポンプによって汲み上げられた地下水は、ケーシングの底部が臨む例えば、水脈（水脈ドームなど）へ戻される（還元される）ものであるが、全ての地下水を戻すことなく、地下水の一部を地上設備の熱源として直接利用することができる。また、自然災害などにおいての飲料水などとして利用することができる。

本発明に係る地下熱利用の地上設備における地下装置によれば、地中の所定深度に至るように挿設されるケーシングの底部側に配置される第１のユニット、この第１のユニットから地表側に至る範囲において接続されて配置される複数の第２のユニット、そして、この第２のユニットから地表に臨むケーシングの上端開口部に至る範囲において接続されて配置される第３のユニット、これらの各ユニットを順次に接続するのみ組み付け作業によって、ケーシングの上端開口部が臨む地表から地中深度の底部側に至る往路と、この底部側から地表に至る復路を備えている熱交換器をケーシング内に内設させることができる。つまり、地下水の水脈が存在する地中深度に至る地下装置を構築することができる。
これにより、水脈が存在している地中の所定深度に達するように地下装置を構築するための施工性が改善されることで、施工コストの低減や工期の短縮化などを期待することができる。

また、往路によってケーシングの底部側へと流入されてきた熱媒体と地下水熱との熱交換が行われる範囲における復路は、多数本の細管を用いて構成されていることで、地下水熱との熱交換面積が広くなる。
これにより、地下水熱との効率のよい熱交換が行われるために、地下水熱の採熱効果を向上させることができる。

また、ケーシング内の地下水を水中ポンプによって対流させて、ケーシングの内部と外部との地下水を強制的に入れ替えるようにしていることで、熱交換器は水脈の水温と同温の高い地下水との熱交換が行われる。つまり、熱交換器との熱交換によって水温が下がった地下水は熱交換器の周りに停滞せずに、水脈からの水温の高い地下水が熱交換器の周りに流入し、該熱交換器との熱交換が行われる。
これにより、前記した熱交換面積による効率のよい熱交換に加えて、水温の高い地下水との接触による効率のよい熱交換を期待することができるために、熱媒体による地下水熱の採熱効果をより一層向上させて、地下水熱を効率よく地上設備に送り込むことができる。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る地下装置を、井戸内に構築した状態を示す縦断面図である。

≪地下装置の構成≫
地下装置Ａは、図１に示すように、地中の所定深度に存在している水脈に達するように挿設されるケーシング１と、このケーシング１の地表ＧＬに臨む上端開口部から底部側に向けて挿設されるように組み込み内設される熱交換器２とを備えて構成されている。
そして、地下装置Ａは、熱交換器２を密閉循環回路式によって地上設備Ｂへパイプライン２２にて接続させることで、地下水熱との熱交換によって地下水熱と略同じ程度まで暖められた熱媒体を地上設備Ｂへと送り込み、地上設備Ｂに熱が奪われて温度が低下された熱媒体を地下水熱との熱交換によって暖めることを繰り返すように構成されている。
ちなみに、地上設備Ｂとしては冷暖房システムや融雪システムなどを挙げることができる。本実施形態では、図1に示すように、融雪設備を一例として挙げている。

≪ケーシングの構成≫
ケーシング１は、耐腐食性に優れ、熱伝導率の高い金属材料によって適宜の口径と長さを有する円筒形状に形成されて、水脈（水脈ドーム）Ｍに達するように複数本を順次に接続するなどによって地中に挿設されるようになっている。
そして、ケーシング１は、筒壁に地下水Ｎの流入部３を備えている。この流入部３は、ケーシング１の周方向に適宜の間隔おいて筒方向に延びるように設けられる多数本のスリットによって形成されている。
また、図１に示すように、ケーシング１の地表ＧＬに臨む上端開口部１ａの開口外周には外方に向けてリング形状の固定フランジ４が備えられている。この固定フランジ４には、熱交換器２の後記する第３のユニット２−３の密閉蓋体１６が同軸上に載置された状態でボルト・ナット（図示省略）を用いて固定されるようにしている。

≪熱交換器の構成≫
図２は、本実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。ここでは、図１を適宜参照しながら説明する。
熱交換器２は、熱伝導率が高く、耐蝕性に優れ、しかも適宜の剛性を有するステンレス鋼材などの金属材料によって形成されている各ユニット群を同軸上に接続することによって、ケーシング１の上端開口部１ａから地中の所定深度に達する底部側に至るように、ケーシング１内に組み込み内設されるように構成されている。

この熱交換器２は、図１に示すように、ケーシング１の底部側において接続されて筒方向に配置される第1のユニット２−１と、この第１のユニット２−１からケーシング１の長さ（井戸の深さ）に合わせ接続されて筒方向に配置される複数の第２のユニット２−２と、この第２のユニット２−２から地表ＧＬに臨むケーシング１の上端開口部１ａに至るように接続されて筒方向に配置される第３のユニット２−３とを備えて構成されている。
ちなみに、第１、第２のユニット２−１，２−２、および第３のユニット２−３は、トラックなどの荷台に載せて搬送が可能な長さに形成されている。例えば、略３ｍ〜５ｍ程度の長さに形成されている。

≪第1のユニットの構成≫
図４は、第１のユニットを示す斜視図および断面図である。ここでは、図１および図２を適宜参照しながら説明する
第1のユニット２−１は、図に示すように、上下の復路側タンク５，６と、この上下の復路側タンク５，６の間にわたり取り付けられる多数本の復路側長尺細管７と、上側の復路側タンク５から適宜の間隔をおいて軸方向の外側に同軸上に配置される接続フランジ８と、この接続フランジ８から上側の復路側タンク５内を貫通して下側の復路側タンク６にわたるように取り付けられる往路側長尺管９と、接続フランジ８と上側の復路合流タンク５との間に取り付けられる復路側短尺管１０とを備えて構成されている。

上下の復路側タンク５，６は、図１および図３に示すように、ケーシング１の内径に相当する程度の外径と、適宜の内径を有する平面視で略リング形状で、かつ、ケーシング１の筒方向に適宜の高さ（長さ）有する円筒形状に形成されている。これにより、上下の復路側タンク５，６の内部には、熱媒体の合流室１１，１２がそれぞれ備えられる。

復路側長尺細管７は、地下水Ｎとの接触によって、管内を流通する熱媒体と地下水熱との熱交換を図るための熱交換流路である。つまり、多数本の復路側長尺細管１ｃによって地下水Ｎとの接触面積を広げて、地下水熱と効率よく熱交換させるための熱交換流路である。
この復路側長尺細管７は、上下の復路側タンク５，６にわたる長さで、適宜の太さ（外径）に形成されている。

そして、復路側長尺細管７は、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、往路側長尺管９が取り付けられる周方向の一部を除く上下の復路側タンク５，６の相対するリング面の周方向に千鳥状でそれぞれの管端部が合流室１１にそれぞれ連通するように取り付けられる。この取り付けは、ネジ込みや溶接などの固着によって行われる。

接続フランジ８は、上下の復路側タンク５，６の外径および内径と同径の外径および内径を有する平面視で略リング形状に形成されているとともに、周方向の数ヶ所にボルト接続孔１３を備えている。

往路側長尺管９は、地上設備Ｂとの熱交換、例えば、融雪設備の融雪パイプとの熱交換によって熱が奪われて水温が低下した熱媒体を、第３のユニット１−３および第２のユニット１−２の後記するそれぞれの往路側長尺管９ａ，９ｂとの筒方向に延びる直線的な連通によって、下側の復路側タンク６内に戻すための戻り流路である。
この往路側長尺管９は、復路側長尺細管７の太さ（外径）よりも４〜５倍程度の太さに形成されている。つまり、上下の復路側タンク５，６の合流室１１，１２を介して各復路側長尺細管７に熱媒体を均一な流量にて分配させることができる流量にて熱媒体を流通させる太さに形成されている。

そして、往路側長尺管９は、図３および図４の（ａ）に示すように、接続フランジ８から下側の復路側タンク６にわたる程度の長さに形成されて、一端側の管端部を接続フランジ８に開口状に取り付けられるとともに、上側の復路側タンク５を貫通させ、他端側の管端部を下側の復路側タンク６の合流室１２に連通するように、該合流タンク６に取り付けている。
これにより、往路側長尺管９が接続された下側の復路側タンク６の合流室１１は、図に示すように、第２のユニット１−２および第３のユニット１−３のそれぞれの往路側長尺管９ａ，９ｂを流通して地上設備Ｂから戻されてくる熱媒体を、第１のユニット１−１の各復路側長尺細管７、そして、第２のユニット１−２の後記する復路側長尺細管７および第３のユニットの後記する復路側長尺管７ａを流通させて地上設備Ｂへと再び送り込むための折返し室となる。

復路側短尺管１０は、第１のユニット１−１の下側の復路側タンク６の合流室（折返し室）１１に戻され、該合流室１１において多数本の各復路側長尺細管７に分配流入されて上側の復路側タンク５の合流室１１にて合流される熱媒体を、第２のユニット１−２の後記する下側の復路側タンク６内へと流入させるための流入管路である。
この復路側短尺管１０は、前記の往路側長尺管９と同じ太さ（管径）で、接続フランジ８と上側の復路側タンク５にわたる長さに形成されている。そして、復路側短尺管１０は、図３および図４に示すように、一端側の管端部を接続フランジ８に開口状に取り付け、他端側の管端部を上側の復路側タンク５の合流室１１に連通するように取り付けられる。

≪第２のユニットの構成≫
図５は、第２のユニットを示す斜視図である。ここでは、図３を適宜参照しながら説明する。また、前記した第１のユニット２−１と同じ構成要素について、同じ符号を付することで詳細は省略する。
第２のユニット１−２は、図５に示すように、上下の復路側タンク５，６と、この上下の復路側タンク５，６の間にわたり取り付けられる多数本の復路側長尺細管７と、上下の復路側タンク５，６から適宜の間隔をおいて軸方向の外側に同軸上に配置される上下の接続フランジ８，８ａと、上下の復路側タンク５，６をそれぞれ貫通して上下の接続フランジ８，８の間にわたるように取り付けられる往路側長尺管９ａ、および、上下の復路側タンク５，６と上下の接続フランジ８，８との間にそれぞれ取り付けられる上下の復路側短尺管１０，１０とを備えて構成されている。

往路側長尺管９ａは、前記した第１のユニット２−１の往路側長尺管９と同じ太さ（外径）に形成されている。
そして、この復路側長尺管９ａは、上下の接続フランジ８，８の間にわたる長さに形成されて、図３および図５に示すように、一端の管端部側を上側の接続フランジ８に開口状に取り付けるとともに、上側の復路側タンク５から下側の復路側タンク６を貫通させ、他端側の管端部を下側の接続フランジ８に開口状に取り付けている。

≪第３のユニットの構成≫
図６は、本実施形態に係る第３のユニットを示す斜視図である。ここでは、前記した第１および第１のユニット２−１，２−２と同じ構成要素について、同じ符号を付することで詳細は省略する。
第３のユニット２−３は、図６の（ａ）に示す構造形態のものと、（ｂ）に示す構造形態のものとの２種類がある。
（ａ）に示す第３のユニット２−３０は、第１のユニット２−１および第２のユニット２−２と同じく、長さが４ｍ程度に形成されている。一方、（ｂ）に示す第３のユニット２−３１においては、１ｍ程度の長さに形成されている。

始めに、（ａ）に示す第３のユニット２−３０は、上下の接続フランジ８，８と、この上下の接続フランジ８，８に間に設けられる中間リング体１４と、上下の接続フランジ８，８の間に取り付けられる往路側長尺管９ｂおよび復路側長尺管１５とを備えて構成されている。
なお、中間リング体１４は、ボルト挿通孔１３を除いた以外において、接続フランジ８と基本的に同じ構成であることから、説明は省略する。

往路側長尺管９ｂおよび復路側長尺管１５は、前記した第１のユニット２−１の往路側長尺管９と同じ太さ（外径）で、上下の接続フランジ８，８の間にわたる長さにそれぞれ形成されている。
そして、この往路側長尺管９ｂおよび復路側長尺管１５は、図６の（ａ）に示すように、一端の管端部側を上側の接続フランジ８に開口状にそれぞれ取り付けるとともに、中間リング体１４をそれぞれ貫通させ、他端側の管端部を下側の接続フランジ８に開口状にそれぞれ取り付けている。

一方、（ｂ）に示す第３のユニット２−３１は、下側の接続フランジ８と、ケーシング１の上端開口部の外周縁に設けられている固定フランジ４の上に同軸上に載置させて固定される密閉蓋体１６と、この密閉蓋体１６の上に同軸上に連結されて設けられるポンプ支持部１７と、接続フランジ８と密閉蓋体１６との間に取り付けられる往路側長尺管９ｃと復路側長尺管１５ａとを備えて構成されている。

密閉蓋体１６は、ケーシング１の上端開口部１ａを密閉状に塞ぐように取り付けられるものであり、ケーシング１の固定フランジ４の外径の相当する大きさに形成されている。そして、密閉蓋体１６には、図の（ｂ）に示すように、ボルト挿通孔１８が設けられている。

ポンプ支持部１７は、熱交換器２の内側通路１９を通してケーシング１内の適宜の深度位置に挿入されて配置される水中ポンプ２０を、図１に示すように、吊下げ部材２１を介して吊り下げ支持するように形成されている。このポンプ支持部１７は、密閉蓋体１６の上に溶接などによって同軸一体に備えられる。

なお、内側通路１９は、第１および第２のユニット２−１，２−２の上下の復路側タンク５，５の内側、上側及び下側の接続フランジ８，８の内側に，そして第３のユニットの上側及び下側の接続フランジ８，８、中間リング体１４の内側に沿って熱交換器２の筒方向にわたり形成されるものである。

往路側長尺管９ｃおよび復路側長尺管１５ａは、前記した第１のユニット２−１の往路側長尺管９と同じ太さ（外径）で、接続フランジ８と密閉蓋体１６との間にわたる程度の長さにそれぞれ形成されている。
そして、この往路側長尺管９ｃおよび復路側長尺管１５ａは、図６の（ｂ）に示すように、一端側の管端部を接続フランジ８に開口状にそれぞれ取り付けるとともに、他端側の管端部を密閉蓋体１６から突出させるようにそれぞれ取り付けている。
これにより、密閉蓋体１６と突出させた往路側長尺管９ｃおよび復路側長尺管１５ａのそれぞれの管端部が、図１に示すように、地上設備Ｂに熱媒体を密閉循環回路式で送り込むためのパイプライン２２がそれぞれ接続される往路用と復路用のそれぞれ接続口２３，２４となる。

［地下装置の作用説明］
次に、以上のように構成されている本実施形態に係る地下装置Ａの地中への施工例について簡単に説明する。ここでは、図１〜図６を適宜参照しながら説明する。
図１に示すように、水脈（水脈ドーム）Ｍに達するようにケーシング１を地中に挿設（植設）させる。つぎに、ケーシング１の挿設深度に合わせて、第１のユニット２−１に次いで接続される複数の第２のユニット２−１を順次に接続しながら第１のユニット２−１をケーシング１の底部側へと挿通させて行く。
このとき、ケーシング１に対して同軸線上に位置するように各ユニット２−１，２−２をクレーンなどにより吊り下げながら、第１のユニット２−１に対して第２のユニット２−２を、そして第２のユニット２−２同士を、図２および図３に示すように、接続フランジ８の間にそれぞれパッキング部材２５を介在させながらボルト・ナット２６で接続する作業を遂行していく。
そして、第１のユニット２−１が、スリット群からなる流入部３を備えているケーシング１の底部から５〜６ｍ位まで挿通された時点で、第２のユニット２−２に対して、図６の（ａ）に示す第３のユニット２−３０を接続させてケーシング１内へと挿通させ、最後に、第６の（ｂ）に示す第３のユニット２−３１を接続させた後に、ケーシング１の上端開口部１ａを密閉蓋体１６によって密閉するように、該密閉蓋体１６を固定フランジ４の上に載置させてボルト・ナットで締結させる。
これにより、地表ＧＬに露出するケーシング１の上端開口部１ａから水脈Ｍが存在している地中の所定深度に達する底部側に向けて、熱媒体の往路と復路との双方を備え、かつ、内側軸芯に沿うように全長にわたり形成されている内側通路１９を備えている円筒形状の熱交換器２を吊り下げ内設させることができる。

そして、このような施工手順で、熱交換器２をケーシング１内に吊り下げ内設させた後に、熱交換器２の内側軸芯に沿って形成されている内側通路１９を通して、ケーシング１内の適宜の深度位置に水中ポンプ２０を吊り下げ配置する作業を行うことで、水脈Ｍに存在している地中の所定深度に達するように地下装置Ａを構築することができる。
なお、図１に示す図示例では、水中ポンプ２０がケーシング１の底部側に吊り下げ配置されている状態で示されているが、水圧（地圧）によって流入部３からケーシング1内に流入される地下水Ｎの水面ＷＬから上部空間２７側に露出しない範囲内におけるケーシング１内であればよい。

このように構成されている本実施形態に係る地下装置Ａによれば、図１〜図３に示すように、水脈Ｍが存在している地中深度に達するように井戸内に挿設されるケーシング１内に熱交換器２を内設させるときに、ケーシング１の底部側に配置される第１のユニット２−１に第２のユニット２−２を、ケーシング１の挿通深度に合わせて順次に接続しながら、第１のユニット２−１に続いて第２のユニット２−２をケーシング１内に挿通させ、最後に、第２のユニット２−２に続いて第３のユニット２−３を順次に接続しながらケーシング１内に挿通させることで、熱媒体の往路と復路との双方を備えている熱交換器２をケーシング１内に吊り下げ支持させた状態で内設させることができる。
これにより、水脈Ｍが存在している地中の所定深度に達するように地下装置２を構築するための施工性が改善される。つまり、従来装置のように、折り返すためのＵ字パイプなどを用いる必要がなくなる。

また、図１に示すように、地表ＧＬから地中に向けた外気影響深度Ｌの範囲においては、往路側長尺管９ｂ，９ｃと復路側長尺管１５，１５ａとを備えている第３のユニット２−３を用いている構造としている。特に、１本の復路側長尺管１５，１５ａ内を通って地上設備Ｂへ熱媒体が送り込まれるようにしていることで、熱媒体の放熱量を抑えることができる。つまり、多数本の復路側長尺細管７を備えている第２のユニット２−２を外気影響深度Ｌの範囲において内設させた構造では各復路側長尺細管７からなる広い面積から放熱されることになって熱ロスが大きいが、第３のユニット３−３を内設させることによって、地下水熱との熱交換が行われた熱媒体が地上設備Ｂへ送り込まれるための流通する復路は、１本の復路側長尺管１５，１５ａで構成されえいる。これにより、外気温による熱媒体の熱ロスを抑えることができる。

なお、本発明の実施形態の具体的な構成は、前記した実施形態に限られるものではなく、請求項１〜請求項３に記載の本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更などがあっても本発明に含まれるものである。
例えば、図１に示すように、ケーシング１内に流入されている地下水Ｎの水面ＷＬと密閉蓋体１６によって閉鎖されているケーシング１の上端開口部１ａとの間に存在して上部空間２７から残留空気（巻き込み空気）を、真空の状態まで抜気するための抜気装置を備えることができる。
これにより、上部空間２７を、例えば、抜気減圧状態、または、−３００ｍｍＨｇ〜ー６００ｍｍＨｇの範囲の真空状態に制御維持することによって、上部空間２７に断熱効果を付与することができる。つまり、外気温の影響を受けるとされている地表ＧＬから地中４ｍ〜６ｍ程度の外気影響深度Ｌにおいては熱が伝達により放出され易い空気層が全くない抜気減圧状態、または、真空状態でケーシング１内の温度低下を招く熱ロスを抑えるための断熱作用を期待することができる。

本発明の実施形態に係る地下装置を、井戸内に構築した状態を示す縦断面図である。 本実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。 同熱交換器の一部を拡大して示す縦断面図である。 同熱交換器を構成する第１のユニットを示し、（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線横断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線横断面図である。 同熱交換器を構成する第２のユニットを示す斜視図である。 同熱交換器を構成する第３のユニットを示し、（ａ）は、第２のユニットに続いて接続される第３のユニットを示す斜視図であり、（ｂ）は、ケーシングの上端開口部から地表に臨むように最上段に接続される第３のユニットの全体を示す斜視図である。

符号の説明

Ａ 地下装置
１ ケーシング
１ａ 上部開口部
２ 熱交換器
２−１ 第１のユニット
２−２ 第２のユニット
２−３ 第３のユニット
４ 固定フランジ
５，６ 復路側タンク
７ 復路側長尺細管
８ 接続フランジ
９，９ａ，９ｃ 往路側長尺管
１０ 復路側短管
１１，１２ 合流室
Ｍ 水脈
Ｎ 地下水
Ｌ 外気影響深度
Ｂ 地上設備

Claims (3)

1. 地中の所定深度に存在している水脈に達するように挿設されるケーシングと、
   このケーシング内に挿設されて地下水熱との熱交換が行われる熱交換器と、を備え、
   前記熱交換器は、前記ケーシングの上端開口部が臨む地表から前記所定深度へ向けて熱媒体を流通させるための往路と、この往路を流通されてきた前記熱媒体を地中深度から地表へ向けて流通させるための復路と、を備えて、前記地下水熱を熱源として利用する地上設備に前記熱媒体を密閉循環回路式により供給するための地中装置であって、
   前記熱交換器は、少なくとも前記ケーシングの底部側において接続されて筒方向に配置される第１のユニットと、
   この第１のユニットから前記ケーシングの上端開口部が臨む地表側に向けた範囲において前記ケーシング内に順次に接続されて筒方向に配置される複数の第２のユニットと、を備え、
   前記第１のユニットは、前記ケーシングの内径に相当する外径にて平面視で略リング形状に形成されているとともに、前記熱媒体の合流室を有している上下の復路側タンクと、
   この上下の復路側タンクの間における周方向の複数個所において管端部が前記合流室に連通するように取り付けられる復路側長尺細管と、
   前記上下の復路側タンクと平面視で略同径の外径を有する略リング形状に形成されて、前記上側の復路側タンクから適宜の間隔をおいて同軸芯線上に配置される接続フランジと、
   この接続フランジの周方向の要所において、前記第２のユニットとの接続によって管端部同士が接続されるようにそれぞれ取り付けられ、かつ、前記上側の復路側タンク内を貫通するとともに、前記下側の復路側タンクの前記合流室に管端部を連通させるように取り付けられる往路側長尺管、および、前記上側の復路側タンクの前記合流室に管端部を連通させるように取り付けられる復路側短尺管と、を備えて構成され、
   前記第２のユニットは、前記上下の復路側タンクと、
   前記復路側長尺細管と、
   前記上下の復路側タンクと平面視で略同径の外径を有する略リング形状に形成されて、前記上下の復路側タンクからそれぞれ適宜の間隔をおいて同軸芯線上に配置される上下の前記接続フランジと、
   この上下の接続フランジに、該接続フランジ同士の接続および前記第1のユニットの前記接続フランジとの接続によって管端部同士が接続されるようにそれぞれ取り付けられる前記往路側長尺管、および、上下の前記復路側短尺管と、を備えて構成され、
   かつ、前記第２のユニットの前記往路側長尺管は、前記上下の復路側タンクの前記合流室を貫通して前記上下の接続フランジに管端部が接続され、前記上下の復路側短尺管は、前記上下の復路側タンクの前記合流室にそれぞれ連通させるように取り付けられていることを特徴する地下水熱利用地上設備における地下装置。
2. 前記熱交換器は、前記第２のユニットから前記ケーシングの上端開口部が臨む地表に至る範囲において前記ケーシングの筒方向に接続されて配置される１乃至複数の第３のユニットを備え、
   この第３のユニットは、前記上下の接続フランジと、
   この上下の接続フランジの間において、該接続フランジ同士および前記第２のユニットの前記接続フランジとの接続によって管端部同士が接続されるようにそれぞれ取り付けられる往路側長尺管および復路側長尺管と、を備えて構成され、
   かつ、前記第３のユニットのうち、前記ケーシングの上端開口部から地表に臨むように接続されて配置される最上段の第３のユニットは、前記ケーシングの上端開口部の開口縁部から外方に向けて設けられている固定フランジの上に載置されてボルト止めされる吊持を兼ねた密閉蓋体を備え、この密閉用蓋体から前記往路側長尺管および復路側長尺管のそれぞれの管端部側を突出させていることを特徴する請求項１に記載の地下水熱利用地上設備における地下装置。
3. 前記熱交換器の軸芯に沿って前記ケーシング内の筒方向に形成される内側通路を通して、前記ケーシング内における適宜の深度位置に水中ポンプが吊り下げ配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地下水熱利用地上設備における地下装置。

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