JP2011021804A - 地下水熱交換方法及び地下水熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】井戸内の目詰まりを防止して、地下水熱の利用や熱交換の性能を長期間維持することができる地下水熱交換方法及び地下水熱交換装置を提供する。
【解決手段】揚水井戸１のケーシング１１内の地下水を、揚水管１４を通して揚水し、熱利用した後の地下水を還元井戸２のケーシング２１内に還元管２５を通して注水する間、還元井戸２のケーシング２１内の水位が予め設定した設定水位まで上昇したとき、還元井戸２のケーシング２１内の揚水管２４を通して還元井戸２のケーシング２１内の地下水を揚水し、熱利用した後の地下水を揚水井戸１のケーシング１１内に還元管１５を通して戻し、揚水井戸１のケーシング１１内の水位が予め設定した設定水位まで上昇したとき、再び揚水井戸１のケーシング１１内の地下水を、揚水管１４を通して揚水し、還元井戸２のケーシング２１内に戻す。
【選択図】図１

Description

本発明は、２本の井戸を用いて、地下水を一方の井戸から揚水する一方、他方の井戸にその地下水を還元し、その間で地下水熱を利用して冷暖房、融雪などのために、熱交換を行う地下水熱交換方法及び地下水熱交換装置に関する。

地下水の温度は、一般に一年を通して略一定であるため、揚水井を掘削し、そこから揚水した地下水を、建物の冷暖房や融雪などに利用する方法が、従来より実施されている。地下水の蓄熱能力は莫大で有り、このような地下水の熱源を有効に利用することにより、大きな省エネルギー効果が期待されている。

このために、地中に２本の井戸を掘削し、一方の揚水井戸から地下水を揚水し、ヒートポンプまたはフリークーリングにより熱交換した後、他方の還元井戸に戻すようにした地下水熱交換装置が、下記特許文献１などで提案されている。

しかし、還元井戸を通じて地中に定水量の水を注水する還元運転を継続すると、還元井戸内で水位の上昇、または注水可能量の減少が、徐々に或いは急速に生じる。これは、注水水中の懸濁物や微生物の増加、帯水層に水が流入するときにおこる土粒子配列の変化などによる、目詰まり（clogging）現象であり、そのような目詰まり現象が還元井戸に発生すると、地下水の熱交換運転の効率が悪化し、さらには熱交換運転が不可能となる。

特開２００５−２０７７０４号公報

このため、還元井戸に使用されるケーシングに設けられたスクリーン部を、エアーリフト、ブラッシング、ベーラーなどの方法により、洗浄して目詰まりの解消作業を行うことになるが、上記の従来の地下水熱交換装置ではこのようなメインテナンス作業を、随時或いは定期的に高い頻度で行なう必要があり、そのためにメインテナンス費用が高額となり、地下水熱交換装置の性能を長期にわたり維持することが困難となっていた。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、井戸内の目詰まりを防止して、地下水熱を用いた高性能の熱交換を、長期間維持することができる地下水熱交換方法及び地下水熱交換装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る地下水熱交換方法は、
地中の帯水層に設置された２本の井戸内にスクリーン部を有したケーシングを各々挿入して一方を揚水井戸、他方を還元井戸とし、該揚水井戸及び還元井戸のケーシング内に各々揚水管及び還元管を挿入し、該揚水管を通して該揚水井戸の該ケーシング内の地下水を揚水し、熱利用した後の地下水を該還元井戸の該ケーシング内に還元管を通して注水する地下水熱交換方法であって、
該揚水井戸の該ケーシング内の地下水を、該揚水管を通して揚水し、熱利用した後の地下水を該還元井戸の該ケーシング内に該還元管を通して注水する間、該還元井戸の該ケーシング内の水位が予め設定した設定水位まで上昇したとき、該還元井戸の該ケーシング内の揚水管を通して該還元井戸の該ケーシング内の地下水を揚水し、熱利用した後の地下水を該揚水井戸の該ケーシング内に還元管を通して戻し、該揚水井戸の該ケーシング内の水位が予め設定した設定水位まで上昇したとき、再び該揚水井戸の該ケーシング内の地下水を、該揚水管を通して揚水し、該還元井戸の該ケーシング内に戻すように、該揚水井戸と該還元井戸の揚水運転と還元運転を切り替えることを特徴とする。なお、この明細書で使用する「揚水運転」とは一方の井戸から地下水を汲み上げる動作をいい、「還元運転」とは上記で汲み上げた地下水を他方の井戸に注水する動作をいう。

この発明によれば、還元井戸のケーシング内に注水していたときに生じるスクリーン部の目詰まりが、地下水の逆洗により解消され、つまり還元運転を行っていた井戸のケーシング内の地下水が揚水されることにより、それまでの注水時とは反対方向に地下水がスクリーン部を流通して目詰まりが解消され、それにより、地下水熱利用の最大化を図り、地下水熱を用いた高性能の熱交換を長期間維持し、さらにエアーリフト、ブラッシング、ベーラーなどによるスクリーン部のメインテナンス作業を、大幅に削減し、或いは不要とすることができる。

また、請求項２の発明は、請求項１の地下水熱交換方法において、上記揚水井戸と還元井戸内で揚水運転と還元運転を切り替えた際、切り替え直後の所定時間は、揚水した地下水を熱利用せずに放流することを特徴とする。

この発明によれば、揚水井戸と還元井戸内で揚水運転と還元運転を切り替えた際に発生しやすい泥水を熱交換器などに送らず、泥水による熱交換器などへの悪影響を防止することができる。

また、請求項３の発明は、請求項１の地下水熱交換方法において、上記揚水井戸のケーシング内の水位が予め設定した設定水位まで上昇し、且つ還元水井戸のケーシング内の水位が予め設定した設定水位まで上昇したとき、上記揚水運転と還元運転を停止することを特徴とする。

この発明によれば、揚水井戸のケーシング内の水位及び還元水井戸のケーシング内の水位が共に上昇し満水状態となったとき、揚水及び還元運転を停止して、両ケーシング内の水位が下るまで待機し、ケーシングからの地下水の溢流を防止する。

一方、本発明の請求項４に係る地下水熱交換装置は、
地中の帯水層に設置された２本の井戸内にスクリーン部を有したケーシングを各々挿入して一方を揚水井戸、他方を還元井戸とし、該揚水井戸及び還元井戸のケーシング内に各々揚水管及び還元管を挿入し、該揚水管を通して該揚水井戸の該ケーシング内の地下水を揚水し、熱交換器で熱利用した後の地下水を該還元井戸の該ケーシング内に還元管を通して注水する地下水熱交換装置であって、
前記揚水井戸のケーシング内の揚水管を通して地下水を揚水するポンプと、
前記還元井戸のケーシング内の揚水管を通して地下水を揚水するポンプと、
前記揚水井戸及び還元井戸のケーシング内の揚水管及び還元管の地上部分に設けられ、前記熱交換器に対する、該揚水井戸のケーシング内の該揚水管及び還元管の接続、及び該還元井戸のケーシング内の該揚水管及び還元管の接続を、相互に切り替える管路切替装置と、
該揚水井戸のケーシング内の水位を検出し検出信号を出力する水位センサと、
該還元井戸のケーシング内の水位を検出し検出信号を出力する水位センサと、
該両水位センサの検出信号に基づき、前記流路切替装置の切替制御を行う一方、該揚水井戸のポンプ及び該還元井戸のポンプの運転を制御する制御装置と、
を備え、該制御装置は、該還元井戸のケーシング内の水位が予め設定された設定水位まで上昇したとき、該揚水井戸のポンプを停止する一方、該還元井戸のポンプを起動して該還元井戸の還元運転を揚水運転に切り替え、該揚水井戸の揚水運転を還元運転に切り替え、該還元井戸のケーシング内の水位が予め設定された設定水位まで上昇したとき、該還元井戸のポンプを停止する一方、該揚水井戸のポンプを起動して該揚水井戸の還元運転を揚水運転に切り替え、該還元井戸の揚水運転を還元運転に切り替えることを特徴とする。

この発明によれば、比較的簡単な構成の制御装置、流路切替装置、水位センサ、及びポンプを用いて、揚水井戸と還元井戸の目詰まりを検知したとき、揚水井戸における揚水運転と還元運転及び還元井戸における揚水運転と還元運転を相互に切り替え、地下水の逆流によるケーシング内の逆洗を行なって、還元運転により生じるスクリーン部の目詰まりを解消することができる。それにより、地下水熱利用の最大化を図り、さらにエアーリフト、ブラッシング、ベーラーなどによるスクリーン部のメインテナンス作業を、大幅に削減し、或いは不要とすることができる。

請求項５の発明は、請求項４の地下水熱交換装置において、上記揚水管の地上部に電動弁を介して放流管が接続され、上記制御装置は、上記揚水井戸と還元井戸内で揚水運転と還元運転を切り替えた際、切り替え直後の所定時間は、揚水した地下水を熱利用せずに放流するように電動弁を制御することを特徴とする。

この発明によれば、揚水井戸と還元井戸内で揚水運転と還元運転を切り替えた際に発生しやすい泥水を熱交換器などに送らず、泥水による熱交換装置への悪影響を防止することができる。

請求項６の発明は、請求項４または５の地下水熱交換装置において、上記揚水管の地上部に設けた電動弁の送出側の管路にストレーナを接続したことを特徴とする。この発明によれば、揚水した地下水内に含まれる懸濁物や微生物による熱交換器への悪影響を防止することができる。

本発明の地下水熱交換方法及び地下水熱交換装置によれば、還元井戸のケーシング内に注水していたときに生じるスクリーン部の目詰まりが、地下水の逆洗により解消され、それによって、地下水熱利用の最大化を図り、さらにエアーリフト、ブラッシング、ベーラーなどによるスクリーン部のメインテナンス作業を、大幅に削減し、或いは不要とすることができる。

本発明の一実施形態を示す地下水熱交換装置の断面説明図である。 地下水熱交換装置の制御系のブロック図である。 地下水熱交換装置の動作を示すフローチャートである。 泥水の放流時における地下水熱交換装置の断面説明図である。 逆洗運転時の地下水熱交換装置の断面説明図である。 逆洗運転時、泥水の放流時における地下水熱交換装置の断面説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は地下水熱交換装置の断面説明図を示している。地中に、地下水熱利用のための２本の井戸が適当な間隔をおいて設置され、各々の井戸にスクリーン部１２，２２を有したケーシング１１，２１が挿入される。一方の井戸が揚水運転時（順方向運転時）の揚水井戸１とされ、他方の井戸が還元井戸２とされる。

揚水井戸１と還元井戸２は、地中の複数の帯水層に達する深さまで掘削された各々の掘削井に、パイプ状のケーシング１１，２１を打設・挿入して設置され、パイプ状のケーシング１１，２１には、その下部にスクリーン部１２，２２が、多数の細いスリット或いは丸孔を設けて形成されている。

さらに、図１に示すように、ケーシング１１，２１内には、各々揚水を行なう揚水管１４，２４と注水を行なう還元管１５，２５が挿入され、揚水管１４，２４の下端には、揚水を行なうために、水中ポンプ１３，２３が各々取り付けられている。水中ポンプ１３，２３は、後述の制御装置４によりその起動・停止が制御され、順方向運転時、揚水井戸１の水中ポンプ１３が駆動されて揚水井戸１が揚水運転され、逆方向運転時には還元井戸２の水中ポンプ２３が駆動されて還元井戸２が揚水運転される。なお、水中ポンプに代えて、地上に揚水用のポンプを設置することもできる。ケーシング１１，２１内に挿入される注水用の還元管１５，２５は、各々ケーシング１１，２１内で開口している。

さらに、図１に示すように、揚水井戸１と還元井戸２のケーシング１１，２１内には、ケーシング１１，２１内の水位を検出するために、水位センサ１６，２６が各々設置される。水位センサ１６，２６は、ケーシング１１，２１内の地下水の水位が、予め設定した設定水位（満水時の水位）まで上昇したとき、それを検出し、その検出信号を制御装置４の出力するように動作する。

図１に示すように、揚水井戸１の揚水管１４と還元管１５及び還元井戸２の揚水管２４と還元管２５の地上部分は流路切替装置３に接続され、流路切替装置３の他端部にはヒートポンプ６が接続される。流路切替装置３は、電動式の三方切替弁である第１電動弁３１、第２電動弁３２、第３電動弁３３、第４電動弁３４、第５電動弁３５、及び第６電動弁３６を管路接続し、注水側の井戸の水位が満水に達したとき、これらの第1電動弁３１〜第6電動弁３６を切替制御して、順方向運転と逆方向運転を交互切り替えるようになっている。

つまり、流路切替装置３は、順方向運転時、揚水井戸１のケーシング１１内の地下水を、揚水管１４を通して揚水し、ヒートポンプ６で熱利用した後の地下水を、還元井戸２のケーシング２１内に還元管２５を通して注水し、その間、還元井戸２のケーシング２１内の水位が予め設定した設定水位（満水位置）まで上昇したとき、順方向運転から逆方向運転（逆洗運転）に管路を切り替え、還元井戸２のケーシング２１内の揚水管２４を通して還元井戸２のケーシング２１内の地下水を揚水し、ヒートポンプ６で熱利用した後の地下水を揚水井戸１のケーシング１１内に還元管１５を通して戻す（注水する）ように管路を切り替えるようになっている。またさらに、そのような逆洗運転時に、揚水井戸１のケーシング１１内の水位が予め設定した設定水位（満水位置）まで上昇したとき、再び揚水井戸１のケーシング１１内の地下水を、揚水管１４を通して揚水し、還元井戸２のケーシング２１内に戻すように、流路切替装置３は揚水井戸１と還元井戸２の揚水と還元を切り替えるように構成される。

図１に示す如く、揚水井戸１の揚水管１４の上端部は、電動式の三方切替弁である第１電動弁３１のＡポートに接続され、第１電動弁３１のＣポートは放流管１８に接続され、第１電動弁３１のＢポートは管路４１を接続され、上記順方向運転時には、揚水管１４から揚水した地下水を第１電動弁３１のＡポートからＢポートに流通させる。一方、水中ポンプ１３を起動した当初の一定時間（逆方向運転から順方向運転に切り替えた当初の所定時間）には、図４に示すように、揚水井戸１から揚水した地下水を第１電動弁３１のＡポートからＣポートに流通させ、泥水を含む地下水を、放流管１８を通して放流する。

また、図１に示すように、管路４１の端部は第２電動弁３２のＡポートに接続され、管路４１には懸濁物質などを濾過するストレーナ１７が接続され、第２電動弁３２のＢポートは管路４２を介して第５電動弁３５のＣポートに接続され、水中ポンプ１３が起動して所定時間経過後に、第１電動弁３１が切り替えられた後は、第２電動弁３２のＡポートからＢポートに揚水した地下水を流通させ、管路４２側に送出する。

一方、第２電動弁３２のＣポートには還元管１５の端部が管路４３を介して接続され、図５に示すように、逆方向運転時には、還元井戸２から揚水した地下水を第２電動弁３２のＢポートからＣポートに流通させ、管路４３に送出するように第２電動弁３２が切り替えられる。

同様に、還元井戸２の揚水管２４の端部は、第３電動弁３３に接続され、第３電動弁３３のＣポートは放流管２８に接続され、第３電動弁３３のＢポートは管路４４を接続され、逆方向運転時には、揚水管２４から揚水した地下水を第３電動弁３３のＡポートからＢポートに流通させる。管路４４の端部は第４電動弁３４のＡポートに接続される。一方、水中ポンプ２３を起動した当初の一定時間（順方向運転から逆方向運転に切り替えた当初の所定時間）には、図６に示すように、還元井戸２から揚水した地下水を第３電動弁３３のＡポートからＣポートに流通させ、泥水を含む地下水を、放流管２８を通して放流する。

また、管路４４には懸濁物質などを濾過するストレーナ２７が接続され、第４電動弁３４のＢポートは管路４５を介して第６電動弁３６のＣポートに接続される。水中ポンプ２３が起動して所定時間経過後に、第３電動弁３３が切り替えられた後は、第３電動弁３３のＡポートからＢポートに揚水した地下水を流通させ、管路４４側に送出する。

一方、第４電動弁３４のＣポートには還元管２５の端部が管路４６を介して接続され、図１に示すように、順方向運転時には、揚水井戸１から揚水した地下水を第４電動弁３４のＢポートからＣポートに流通させ、管路４６に送出するように第４電動弁３４が切り替えられる。

第５電動弁３５のＡポートには管路５０が接続され、第５電動弁３５のＢポートには管路４７が接続され、管路５０の端部はヒートポンプ６の熱交換器９に接続される。同様に、第６電動弁３６のＢポートには管路４８が接続され、管路４８の端部はヒートポンプ６の熱交換器９に接続される。また、第６電動弁３６のＡポートは管路４９を通して熱交換器９に接続され、第５電動弁３５のＢポートは管路４７を通して熱交換器９に接続される。ヒートポンプ６の熱交換器９側から見た場合、熱交換器９の一方の端部は第５電動弁３５と第６電動弁３６のＡポートに接続され、熱交換器９の他方の端部は第５電動弁３５と第６電動弁３６のＢポートに接続される。

これにより、順方向運転時には、図１に示すように、管路４２から送られる地下水を第５電動弁３５のＣポートからＡポートに流通させ、逆方向運転時には、図５に示すように、管路４７から送られる熱利用後の地下水を第５電動弁３５のＢポートからＣポートに流通させるように、第５電動弁３５は切り替えられる。また、第６電動弁３６は、順方向運転時には、図１に示すように、管路４８から送られる熱利用後の地下水を第６電動弁３６のＢポートからＣポートに流通させ、逆方向運転時には、図５に示すように、管路４５から送られる地下水を第６電動弁３６のＣポートからＡポートに流通させるように、第６電動弁３６は切り替えられる。

ヒートポンプ６は、地下水熱を利用する冷房用または暖房用に使用されるヒートポンプであり、熱媒体用管路１９には圧縮機７と膨張弁８が接続され、両側に熱交換器９，１０が接続される。ヒートポンプ６が冷房運転をする場合、入力側の熱交換器９は凝縮器として動作し、熱媒体の凝縮時に発生する熱が地下水により冷却され、出力側の熱交換器１０は蒸発器として動作し、冷房用の熱媒体を冷却する。一方、ヒートポンプ６が暖房運転をする際には、入力側の熱交換器９は蒸発器として動作し、地下水の熱により蒸発時の熱媒体を加温し、出力側の熱交換器１０は凝縮器として動作し、熱媒体を暖房用に加温するように動作する。

図２に示すように、制御装置４は、揚水井戸１の水中ポンプ１３及び還元井戸２の水中ポンプ２３の起動・停止を制御する一方、上記構成の流路切替装置３における第１電動弁３１〜第６電動弁３６を、揚水井戸１の水位センサ１６及び還元井戸２の水位センサ２６から送られる検出信号に基づき、切替制御し、揚水井戸１のケーシング１１内または還元井戸２のケーシング２１内の目詰まり状況に応じて、流路切替装置３を切り替える一方、水中ポンプ１３，２３の運転を切り替えて、揚水井戸１と還元井戸２内での揚水運転と還元運転を相互に切り替え、順方向運転と逆方向運転を交互に行なうように構成される。このような制御動作を実施する制御装置４には、汎用のシーケンサを使用することが可能であり、運転の開始時または流路の切り替え時に行なう泥水放流のための時間は、制御装置４に内蔵されるタイマー５に、例えば５分〜１０分の時間を設定することとなる。

次に、上記構成の地下水熱交換装置を使用して実施される地下水熱交換方法について、図３のフローチャートに基づき説明する。揚水井戸１と還元井戸２を使用するこの地下水熱交換装置は、基本的には、図１に示すように、先ず、揚水井戸１のケーシング１１内から揚水管１４を通して地下水を揚水し、その地下水をヒートポンプ６の熱交換器９に通した後、使用後の地下水を還元井戸２のケーシング２１内に還元管２５を通して注入する。そして、還元井戸２内の水位が満水状態となったとき、揚水井戸１を還元運転とし還元井戸２を揚水運転とするように、順方向運転から逆方向運転に切り替えて運転し、さらにその状態で、揚水井戸１内の水位が満水状態となった場合、還元井戸２を還元運転とし揚水井戸１を揚水運転とし、再び順方向運転に切り替えるように運転を行なう。

図３のフローチャートに示すように、地下水熱交換装置の運転を開始すると、制御装置４は、先ず、ステップ１００にて、運転の開始時または切り替え時か否かを判定し、運転の開始時または切り替え時の場合には、次にステップ１１０にて、流路切替装置３を図４に示すような泥水放流運転に切り替え、泥出しを行う。このとき、図４のように、揚水井戸１の水中ポンプ１３を起動し、第１電動弁３１を放流側に切り替え、揚水管１４を通して揚水した地下水を第１電動弁３１、放流管１８を通して放流する。この放流はタイマー５で設定した時間（例えば５〜１０分間）だけ行われ、井戸に溜まった泥水などが放流される。これにより、運転開始時や切替時に発生しやすい泥水が熱交換器９に与える悪影響を防止することができる。

泥水放流運転が終わると、次に、制御装置４は、ステップ１２０にて、順方向運転を行うように流路切替装置３の各電動弁を切り替え制御し、揚水井戸１の水中ポンプ１３を起動して、揚水井戸１から揚水を行い、図１のように、揚水井戸１から揚水した地下水を、第１電動弁３１を通して管路４１に送り、管路４１上のストレーナ１７を通し、第２電動弁３２を通し、管路４２から第５電動弁３５を通し、さらに、管路５０を通して、ヒートポンプ６の熱交換器９に地下水を供給する。

これにより、熱交換器９にて熱利用された後の地下水は、図１のように、第２三方弁３８から管路４８を通して第６電動弁３６に送られ、さらに第６電動弁３６から管路４５を通り、第４電動弁３４と管路４６を通り、還元井戸２内の還元管２５に送られ、熱利用後の地下水は還元管２５から還元井戸２に注水され、地下に戻すように運転される。

このような、揚水井戸１から揚水を行って熱利用後の地下水を還元井戸２に注水する順方向運転は、還元井戸２内の水位が予め設定した満水の設定水位に上昇するまで実施される。順方向の運転中、揚水井戸１から揚水した地下水はストレーナ１７を通るので、ストレーナ１７によって地下水中の懸濁物質などは除去され、熱交換器９などへの悪影響を低減している。

ヒートポンプ６では、例えば、夏季において、外気温より低い温度の地下水により、凝縮器として作用する熱交換器９を介して熱媒体を冷却し、蒸発器として作用する熱交換器１０を通して室内などを冷房する。一方、冬季には外気温より高い温度の地下水により、蒸発器として作用する熱交換器９を介して熱媒体を加温し、凝縮器として作用する熱交換器１０を通して室内などを暖房する。

上記のような順方向運転が継続して行われると、地下水を注水される還元井戸２では、ケーシング２１のスクリーン部２２が、地下水中の懸濁物質などにより目詰まりを生じ、そのために、還元井戸２の水位が徐々に上昇してくる。このような状況において、還元井戸２の水位が予め設定した満水の水位まで上昇すると、水位センサ２６から検出信号が出力される。

制御装置４は、水位センサ２６からの検出信号を入力すると、ステップ１３０で、還元井戸２が満水状態になったと判定し、次に、ステップ１４０に進み、運転の切替時か否かを判定する。

制御装置４は、このステップ１４０で、それまで順方向運転が継続され、還元井戸２が満水状態となったとき、運転の切替時と判定し、次に、ステップ１５０に進み、流路切替装置３を順方向運転から図６に示すような放流運転に切り替え、泥出し運転を行う。このとき、図６のように、還元井戸２の水中ポンプ２３を起動し、第３電動弁３３を放流側に切り替え、揚水管２４を通して揚水した地下水を第３電動弁３３、放流管２８を通して放流する。この放流はタイマー５で設定した時間（例えば５〜１０分間）だけ行われ、井戸に溜まった泥水などが放流される。これにより、運転切替時に発生しやすい泥水が熱交換器９に与える悪影響を防止することができる。

泥水放流運転が終わると、次に、制御装置４は、ステップ１６０にて、順方向運転から逆方向運転に切り替え、逆方向運転を行う。逆方向運転は、還元井戸２の水中ポンプ２３を起動して、還元井戸２から揚水を行うと共に、流路切替装置３を逆方向運転用に切り替え、図５のように、還元井戸２から揚水した地下水を、第３電動弁３３を通して管路４４に送り、管路４４上のストレーナ２７を通し、第４電動弁３４を通し、管路４５から第６電動弁３６を通し、さらに、管路４９を通して、ヒートポンプ６の熱交換器９に地下水を供給する。

そして、熱交換器９にて熱利用された後の地下水は、図５のように、第２三方弁３８から管路４７を通して第５電動弁３５に送られ、さらに第５電動弁３５から管路４２を通り、第２電動弁３２と管路４３を通り、揚水井戸１内の還元管１５に送られ、熱利用後の地下水は還元管１５から揚水井戸１に注水され、地下に戻すように運転される。

このように、逆方向運転が行なわれることにより、揚水運転を行なう還元井戸２においては、ケーシング２１のスクリーン部２２で、順方向運転とは逆の水流が発生してスクリーン部２２が逆洗され、これにより、スクリーン部２２の目詰まりが解消される。

このような逆方向運転時においても、上記と同様に、注水側の揚水井戸１内の水位が予め設定した満水の設定水位に上昇するまで実施される。逆方向の運転中でも、還元井戸２から揚水した地下水はストレーナ２７を通るので、ストレーナ２７によって地下水中の懸濁物質などは除去され、熱交換器９などへの悪影響を低減している。

また、逆方向運転においても、地下水熱を利用した熱交換が行なわれ、ヒートポンプ６では、上記と同様に、夏季には外気温より低い温度の地下水により、凝縮器として作用する熱交換器９を介して熱媒体を冷却し、蒸発器として作用する熱交換器１０を通して室内などを冷房する。一方、冬季には外気温より高い温度の地下水により、蒸発器として作用する熱交換器９を介して熱媒体を加温し、凝縮器として作用する熱交換器１０を通して室内などを暖房する。

そして、上記のような逆方向運転が継続して行われると、地下水を注水する揚水井戸１のケーシング１１のスクリーン部１２が、地下水中の懸濁物質などにより目詰まりを生じ、そのために、揚水井戸１の水位が徐々に上昇してくる。このような状況において、揚水井戸１の水位が予め設定した満水の水位まで上昇すると、水位センサ１６から検出信号が出力される。この水位センサ１６からの検出信号を入力した制御装置４は、ステップ１７０で、揚水井戸１が満水状態になったと判定し、次に、再びステップ１００に戻り、運転の切替時か否かを判定する。

そして、上記の如く、ステップ１００では、運転の切り替え時か否かを判定し、運転の切り替え時と判定した場合には、次にステップ１１０にて、流路切替装置３を泥水放流運転に切り替え、図４に示すように、揚水井戸１の水中ポンプ１３を起動し、第１電動弁３１を放流側に切り替え、揚水管１４を通して揚水した地下水を第１電動弁３１、放流管１８を通して放流し、泥出しを行なう。そして、泥水放流運転が終わると、上記と同様に、ステップ１２０にて、順方向運転を行うように流路切替装置３の各電動弁を切り替え制御し、揚水井戸１の水中ポンプ１３を起動して、揚水井戸１から揚水を行い、図１のように、揚水井戸１から揚水した地下水を、第１電動弁３１を通して管路４１に送り、管路４１上のストレーナ１７を通し、第２電動弁３２を通し、管路４２から第５電動弁３５を通し、さらに、管路５０を通して、ヒートポンプ６の熱交換器９に地下水を供給する。

このように、図３のステップ１００〜１７０が繰り返されることにより、揚水井戸１を揚水運転し、還元井戸２を還元運転（注水運転）する順方向運転を行なう間、還元井戸２の満水検出によりその目詰まりを検出したときには、逆方向運転に切り替え、還元井戸２を揚水運転し、揚水井戸１を還元運転（注水運転）して逆洗を行い、これによって、還元井戸２の目詰まりを解消させる一方、還元井戸２を揚水運転し、揚水井戸１を還元運転（注水運転）する逆方向運転を行なう間、揚水井戸１の満水検出によりその目詰まりを検出したときには、順方向運転に切り替え、揚水井戸１を揚水運転し、還元井戸２を還元運転（注水運転）して逆洗を行い、これによって、揚水井戸１の目詰まりを解消させることができる。

また、上記の順方向運転と逆方向運転は、自動的に継続して行うことができるので、地下水熱の熱利用や熱交換を高い性能で長期間継続して行なうことができる。さらに、揚水井戸１と還元井戸２は、自動的に逆洗が行なわれるので、エアーリフト、ブラッシング、ベーラーなどによるスクリーン部のメインテナンス作業を、大幅に削減し、或いは不要とすることができる。

なお、図３のフローチャートでは、説明を省略しているが、揚水井戸１と還元井戸２が同時に満水状態となった場合、上記装置の順方向運転及び逆方向運転を停止し、ヒートポンプ６では、熱交換器９を空冷状態とすることができる。

また、上記実施形態では、地下水熱をヒートポンプ６に利用したが、ヒートポンプの他、地下水熱を直接融雪に利用し、或いは地下水熱を冷房に直接使用するフリークーリングにも利用することができる。

１ 揚水井戸
２ 還元井戸
３ 流路切替装置
４ 制御装置
５ タイマー
６ ヒートポンプ
９ 熱交換器
１０ 熱交換器
１１ ケーシング
１２ スクリーン部
１３ 水中ポンプ
１４ 揚水管
１５ 還元管
１６ 水位センサ
１７ ストレーナ
１８ 放流管
２１ ケーシング
２２ スクリーン部
２３ 水中ポンプ
２４ 揚水管
２５ 還元管
２６ 水位センサ
２７ ストレーナ
２８ 放流管
３１ 第１電動弁
３２ 第２電動弁
３３ 第３電動弁
３４ 第４電動弁
３５ 第５電動弁
３６ 第６電動弁

Claims (6)

1. 地中の帯水層に設置された２本の井戸内にスクリーン部を有したケーシングを各々挿入して揚水井戸及び還元井戸とし、該揚水井戸及び還元井戸のケーシング内に各々揚水管及び還元管を挿入し、該揚水管を通して該揚水井戸の該ケーシング内の地下水を揚水し、熱利用した後の地下水を該還元井戸の該ケーシング内に還元管を通して注水する地下水熱交換方法において、
   該揚水井戸の該ケーシング内の地下水を、該揚水管を通して揚水し、熱利用した後の地下水を該還元井戸の該ケーシング内に該還元管を通して注水する間、該還元井戸の該ケーシング内の水位が予め設定した設定水位まで上昇したとき、該還元井戸の該ケーシング内の揚水管を通して該還元井戸の該ケーシング内の地下水を揚水し、熱利用した後の地下水を該揚水井戸の該ケーシング内に還元管を通して戻し、該揚水井戸の該ケーシング内の水位が予め設定した設定水位まで上昇したとき、再び該揚水井戸の該ケーシング内の地下水を、該揚水管を通して揚水し、該還元井戸の該ケーシング内に戻すように、該揚水井戸と該還元井戸の揚水運転と還元運転を切り替えることを特徴とする地下水熱交換方法。
2. 前記揚水井戸と前記還元井戸の揚水運転と還元運転を切り替えた際、切り替えた直後の所定時間は、揚水した地下水を熱利用せずに放流することを特徴とする請求項１記載の地下水熱交換方法。
3. 前記揚水井戸のケーシング内の水位が予め設定した設定水位まで上昇し、且つ還元水井戸のケーシング内の水位が予め設定した設定水位まで上昇したとき、前記揚水運転と還元運転を停止することを特徴とする請求項１記載の地下水熱交換方法。
4. 地中の帯水層に設置された２本の井戸内にスクリーン部を有したケーシングを各々挿入して揚水井戸及び還元井戸とし、該揚水井戸及び還元井戸のケーシング内に各々揚水管及び還元管を挿入し、該揚水管を通して該揚水井戸の該ケーシング内の地下水を揚水し、熱交換器で熱利用した後の地下水を該還元井戸の該ケーシング内に還元管を通して注水する地下水熱交換装置において、
   前記揚水井戸のケーシング内の揚水管を通して地下水を揚水するポンプと、
   前記還元井戸のケーシング内の揚水管を通して地下水を揚水するポンプと、
   前記揚水井戸及び還元井戸のケーシング内の揚水管及び還元管の地上部分に設けられ、前記熱交換器に対する、該揚水井戸のケーシング内の該揚水管及び還元管の接続、及び該還元井戸のケーシング内の該揚水管及び還元管の接続を、相互に切り替える管路切替装置と、
   該揚水井戸のケーシング内の水位を検出し検出信号を出力する水位センサと、
   該還元井戸のケーシング内の水位を検出し検出信号を出力する水位センサと、
   該両水位センサの検出信号に基づき、前記流路切替装置の切替制御を行う一方、該揚水井戸のポンプ及び該還元井戸のポンプの運転を制御する制御装置と、
   を備え、該制御装置は、該還元井戸のケーシング内の水位が予め設定された設定水位まで上昇したとき、該揚水井戸のポンプを停止する一方、該還元井戸のポンプを起動して該還元井戸の還元運転を揚水運転に切り替え、該揚水井戸の揚水運転を還元運転に切り替え、該還元井戸のケーシング内の水位が予め設定された設定水位まで上昇したとき、該還元井戸のポンプを停止する一方、該揚水井戸のポンプを起動して該揚水井戸の還元運転を揚水運転に切り替え、該還元井戸の揚水運転を還元運転に切り替えることを特徴とする地下水熱交換装置。
5. 前記揚水管の地上部に電動弁を介して放流管が接続され、前記制御装置は、前記揚水井戸と還元井戸内で揚水と還元を切り替えた際、切り替えた直後の所定時間は、揚水した地下水を熱利用せずに放流するように電動弁を制御することを特徴とする請求項４記載の地下水熱交換装置。
6. 前記揚水管の地上部に設けた電動弁の送出側の管路にストレーナを接続したことを特徴とする請求項４または５記載の地下水熱交換装置。

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