JP2019152019A - 地下水往還装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 還管からの吐出水をスムーズに帯水層へ戻す。【解決手段】 鉛直状のケーシング１０と、このケーシング１０内に位置する開口から上方のケーシング外へ延設された第一の管２０と、ケーシング外からケーシング内へ戻り下方へ延設されて第一の管２０よりも下方側に開口を有する第二の管３０と、第一の管２０の前記開口と第二の管３０の前記開口の間の高さ位置でケーシング内の空間を上下に分断する遮水部４０とを備え、第一の管２０と第二の管３０のうち、その一方を、ケーシング内からケーシング外へ水を搬送する往管とし、他方をケーシング外からケーシング内へ水を戻す還管とした地下水往還装置において、ケーシング１０の周壁には、遮水部４０よりも上側と下側に水を通過可能なストレーナ部１１，１２が設けられ、前記還管は、下方へ延設された下向き管３３と、下向き管３３の周壁から横向きに突出してその突端に吐出口３４ａとしての開口を有する突出管３４とを具備している。【選択図】 図２

Description

本発明は、融雪や空調機、冷凍機等の熱源（温熱源及び冷熱源を含む）として用いられる地下水を、地下水脈と地上の間で往還させるようにした地下水往還装置に関するものである。

従来、この種の発明には、例えば特許文献１に記載されるように、周壁の所定高さ位置にストレーナ部（スリット）を有する鉛直状のケーシングと、このケーシング内に吸入口を有し上方へ延設され地上設備に接続された往管と、地上設備からケーシング内へ戻り往管の吸入口よりも下方に吐出口を有する還管と、往管よりも下側で還管の途中に設けられケーシング内の空間を上下に分断する遮水管とを備え、前記ケーシングが地中の帯水層まで埋め込まれるようにした発明がある。
この従来技術は、ケーシング周壁のスリットから流入する地下水を往管により地上設備に送り、地上設備から還管によりケーシング内へ戻される水を、遮水管下側の還管の吐出口からケーシング内へ吐出して、このケーシング内の水が、遮水管周壁のストレーナ部を介して帯水層へ戻されるようにしている。

特開平６−２２８９２８号公報

しかしながら、上記従来技術によれば、遮水管の下側で、ストレーナ部に帯水層の土砂等が詰まったり、ケーシング内の空間に帯水層の細かい土砂が入り込んだりして、還管の出口から吐出される水が、ケーシング外へスムーズに排出されないおそれがある。

このような課題に鑑みて、本発明は、以下の構成を具備するものである。
鉛直状のケーシングと、このケーシング内に位置する開口から上方のケーシング外へ延設された第一の管と、ケーシング外からケーシング内へ入り下方へ延設されて第一の管よりも下方側に開口を有する第二の管と、第一の管の前記開口と第二の管の前記開口の間の高さ位置でケーシング内の空間を上下に分断する遮水部とを備え、第一の管と第二の管のうち、その一方を、ケーシング内からケーシング外へ水を搬送する往管とし、他方をケーシング外からケーシング内へ水を戻す還管とした地下水往還装置において、前記ケーシングの周壁には、前記遮水部よりも上側と下側に水を通過可能なストレーナ部が設けられ、前記還管は、下方へ延設された下向き管と、前記下向き管の周壁から横向きに突出してその突端に吐出口としての開口を有する突出管とを具備していることを特徴とする地下水往還装置。

本発明は、以上説明したように構成されているので、還管からの吐出水をスムーズに帯水層へ排出することができる。

本発明に係る地下水往還装置の一例を地中に埋めた状態の構造図であり、ケーシングの一部を切欠して内部構造を示すようにしている。 同地下水往還装置を地中に埋めた状態の要部拡大断面図である。 同地下水往還装置における還管を吐出口部分で切断した横断面図である。 本発明に係る地下水往還装置の他例について、還管を吐出口部分で切断した横断面図である。 本発明に係る地下水往還装置の他例を示す要部拡大図である。 同地下水往還装置の他例について、還管を吐出口部分で切断した横断面図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明に係る地下水往還装置の一例を示している。
地下水往還装置１は、図１に示すように、不透水層及び帯水層を有する地中に埋め込まれる。帯水層は、上下の不透水層の間に形成される水を含んだ地層であり、例えば、砂層、礫層などの多孔質浸透性の未固結地層、または割れ目を有した砂岩、礫岩、稀に玄武岩、分散した溶岩が重なり合った火成岩層、あるいは多孔質、空洞のある石灰岩の層等によって構成される。
地下水往還装置１は、目的の温度や水量などを有する単一の帯水層に挿通され、例えば、図１に示すように、上下に離れた二つの帯水層のうち、その下側の帯水層Ａに挿通される。

この地下水往還装置１は、鉛直状のケーシング１０と、このケーシング１０内の開口（吸入口２１）から上方のケーシング１０外へ延設された第一の管２０（往管）と、ケーシング１０外からケーシング１０内へ入り第一の管２０よりも下方へ延設されて第一の管２０よりも下方側に開口（吐出口３４ａ）を有する第二の管３０（還管）と、第一の管２０の開口（吸入口２１）と第二の管３０の開口（吐出口３４ａ）の間の高さ位置でケーシング１０内の空間を上下に分断する遮水部４０と、第二の管３０（還管）内に気泡を混入する気泡混入装置５０と、ケーシング１０内の空気を外部へ排出する排気装置６０とを備え、地中から汲み上げた地下水を地上側設備Ｘに循環させて地中に戻すように構成される。

ケーシング１０は、金属製パイプからなる長尺円筒状の部材であり、複数の円筒状部材をその上下方向へ連結することで構成される。
このケーシング１０の上端部は、円盤状の蓋部材１３によって閉鎖されている。また、ケーシング１０の下端部は閉鎖しており、図２に例示するように、地中内の層（図示例によれば不透水層）に接する。
このケーシング１０の口径は、必要循環量に応じて、例えば１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ等から適宜に選択される。
このケーシング１０の下端側には、目標とする帯水層Ａに対応する位置に、ストレーナ部１１，１２が設けられる。

ストレーナ部１１，１２は、ケーシング１０の周壁を径方向へ貫通するとともに上下方向へ延設された縦長スリット状の貫通孔であり、遮水部４０を境にした上側と下側に位置し、周方向に間隔をおいて複数設けられる。
各ストレーナ部１１（又は１２）の幅寸法（周方向寸法）は、帯水層Ａの礫（小石）等を通過させ難いように適宜に設定される。
なお、このストレーナ部１１，１２の他例としては、多数の小孔からなる態様や、水を通過可能な繊維状物からなる態様とすることも可能である。

上側のストレーナ部１１は、遮水部４０よりも上側に位置するとともに、目標とする帯水層Ａの上寄りに対応して配設される。
また、下側のストレーナ部１２は、遮水部４０よりも下側に位置するとともに、目標とする帯水層Ａの下寄りに対応して配設される。

第一の管２０は、円筒状のパイプ等によって構成され、図示例によれば、ケーシング１０内の水を吸い上げる往管として用いられる。
この第一の管２０は、下端側に吸入口２１としての開口を有し、この吸入口２１から上方のケーシング１０外へ延設され、地上側設備Ｘの配管入口に接続されている。
図中、符号Ｍ１，Ｍ２は、管路中の水流量を測定する流量計、符号Ｐ１は、管路中に水を強制循環させる循環ポンプである。

地上側設備Ｘは、第一の管２０によって汲み上げられた地下水を熱交換器に通過させて熱利用し、その利用後の水を第二の管３０へ戻すように構成されている。
例えば、図示の地上側設備Ｘは、融雪装置であり、地面に埋め込まれたコイル式熱交換器に、地下水を通過させるように構成される。
この地上側設備Ｘの他例としては、空調装置や、コールドチェーン機器、その他の冷凍装置における熱交換器部分とすることも可能である。

第二の管３０は、図示例によれば、第一の管２０（往管）によって搬送され、地上側設備Ｘにより利用した水を、ケーシング１０内へ戻して吐出する還管として用いられる。
この第二の管３０（還管）は、ケーシング１０外からケーシング１０内へ挿通された円筒パイプ状の搬送管３１と、この搬送管３１の下方側で拡径された拡径管３２と、この拡径管３２の下方側で縮径されてさらに下方へ延設された下向き管３３（図２参照）と、下向き管３３の周壁から横向きに突出してその突端に吐出口３４ａとしての開口を有する突出管３４とを具備して構成される。

搬送管３１は、地上側設備Ｘの排出口から地上に沿って延設され、蓋部材１３を貫通して、ケーシング１０内にて下方へ延設されている。
この搬送管３１の地上側には、気泡混入装置５０の配管が接続される。搬送管３１内には、気泡混入装置５０によって気泡が混入される。

気泡混入装置５０は、水中に微細な気泡を発生する周知の装置（バブル発生装置と呼称される場合がある。）であり、発生した気泡を第二の管３０（詳細には搬送管３１）内の水に混入するように配管接続されている。

拡径管３２は、搬送管３１よりも外径の大きい円筒タンク状の管体である。
この拡径管３２の外周部には、遮水部４０が設けられる。

遮水部４０は、合成ゴム等の弾性材料から無端環状に形成される。この遮水部４０は、拡径管３２の外周部に、上下方向に間隔を置いて複数（図示例によれば三つ）配設され、それぞれ拡径管３２に対し移動不能に固定されている。
そして、この遮水部４０は、ケーシング１０の内面に対しては摺接して移動可能である。したがって、例えば、上下方向において、特にケーシング１０内の下端寄りに土砂等の堆積物が蓄積したり、部分的にストレーナ部１２の目詰まりを生じたりした場合に、ケーシング１０を上下方向へ移動させれば、これら蓄積や目詰まりによる水の排出障害を軽減することができる。
なお、ケーシング１０の下方向への移動をよりスムーズにするためには、拡径管３２の外周面とケーシング１０の内周面の間で複数のボールを転動させるようにしたボールベアリング構造を具備することも可能である。この態様では、必要に応じて、弾性部材等の水密部材を適宜に組み合わせて、隣接するボール間の水密性を向上する。
この遮水部４０の一例としては、Ｏリングを用いた態様とすることが可能である。

また、下向き管３３は、拡径管３２の下端側を縮径して下方へ延設され管体であり、上下方向に間隔を置いた複数の突出管３４を具備している。
下向き管３３の下端部は、閉鎖されてケーシング１０の下端壁の内面に接しており、この接触により、複数の突出管３４の高さを、帯水層Ａに対応するように保持している。

突出管３４は、下向き管３３の外周面から径方向外側へ突出する管体であり、その突端を開口して吐出口３４ａとしている。
突出管３４及び吐出口３４ａの内径Ｄ２は、下向き管３３の内径Ｄ１よりも小さく設定される（図３参照）。
この突出管３４は、下向き管３３の上下方向に間隔（図示例によれば略等間隔）を置くとともに、下向き管３３の周方向にも間隔（図示例によれば略等間隔）を置いて複数設けられる（図２及び図３参照）。

また、排気装置６０は、蓋部材１３を貫通する配管や、この配管に接続された真空ポンプ等によって構成され、ケーシング１０内の空気を地上外部へ排出する。したがって、この排気装置６０によれば、地下水が、ケーシング１０内に残存する空気によって劣化するのを防ぐことができる。

上記構成の地下水往還装置１は、例えば、特許第４４８５４６５号に記載される手順によって地中に埋設され、上下のストレーナ部１１，１２が帯水層Ａ内に位置する。
この埋設過程において、地中に挿入されたケーシング１０はその下端部が不透水層に接し、この後で、ケーシング１０の内部に第二の管３０が挿通され、この第二の管３０の下端が地中内の層（図示例によれば不透水層）に当接する。そして、吸入口２１及び複数の突出管３４は、帯水層Ａの上下幅内に位置する。

次に上記構成の地下水往還装置１について、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
帯水層Ａの上側領域の水は、ストレーナ部１１を介してケーシング１０内に侵入する。
この状態で、循環ポンプＰ１を駆動すると、ケーシング１０内の水が、吸入口２１に吸い込まれて、第一の管２０、地上側設備Ｘ及び第二の管３０内を循環する。
この循環中、第二の管３０内の水には、気泡混入装置５０によって気泡が混入される。
そして、第二の管３０内の水及び気泡は、下向き管３３内を流れ、複数の突出管３４先端の吐出口３４ａからケーシング１０内に吐出され、さらに下側のストレーナ部１２を通過して、帯水層Ａの下側領域に戻される。
前述した水の流れに起因して、ケーシング１０におけるストレーナ部１１，１２の周囲には、帯水層Ａの土砂等が比較的少なく、水で満たされた部分Ｃ（水中ドームと呼称される場合がある。）が形成される。

前記過程において、下向き管３３の水は、気泡Ｂを混入した状態で、比較的小径の吐出口３４ａから勢いよく噴出する（図２参照）。このため、帯水層Ａの土砂等がストレーナ部１２を介してケーシング１０内へ侵入するのを抑制することができ、ひいては、ストレーナ部１２が土砂等によって目詰まりしたり、ケーシング１０内に土砂等が蓄積したりするのを防ぐことができる。
しかも、本実施の形態の好ましい一例によれば、突出管３４を下向き管３３の上下方向にわたって複数設けているため、仮に、ケーシング１０内の下端寄りに土砂等が蓄積した場合であっても、その蓄積した土砂等を避けて、上側に位置する突出管３４によって水の排出を継続することができる。
また、仮に、周方向において部分的にストレーナ部１２の目詰まりを生じた場合でも、目詰まりしていないストレーナ部１２に対し、何れかの突出管３４の吐出口３４ａを向けることができ、ひいては、目詰まりによって水の排出が妨げられるようなことを軽減することができる。
よって、地下水往還装置１によれば、第二の管３０（還管）からの吐出水をスムーズに帯水層Ａへ戻して、地中と地上との間で地下水を効率的に循環させることができる。

なお、上記実施形態によれば、複数の突出管３４を上下方向に間隔を置き且つ周方向にも間隔を置くようにしたが、他例としては、突出管３４が同じ高さ位置で周方向に複数配設された態様（図４参照）や、突出管３４が同じ方向を向いて上下方向に複数配設された態様（図示せず）等とすることも可能である。

また、上記実施の形態では、各突出管３４を長さ方向に同径の円筒状に形成したが、他の好ましい態様としては、各突出管３４をその内径が吐出口３４ａへ向かって徐々に小さくなるノズル状に形成してもよい。

また、図２〜図４では、各突出管３４を下向き管３３と一体の部材として図示しているが、図示例以外の他例としては、下向き管３３を複数の直管により構成し、上下に隣接する前記直管の間に突出管３４を有するチーズ管を設けるようにしてもよい。

さらに、より好ましい態様としては、図５及び図６に示すように、突出管３４を下向き管３３の軸心部を中心にして回転可能に設けるとともに、この突出管３４を、下向き管３３に対し、周方向の一方（図６の一例によれば時計方向）へ傾ける。以下、この態様について詳細に説明する。
この態様では、図５に示すように、下向き管３３を、上下方向へ延設された下向き管本体３３ａと、この下向き管本体３３ａの途中部分で回転する回転管３３ｂとから構成する。
回転管３３ｂは、外周部に複数の突出管３４をＴ字状に有し、上下に分断された下向き管本体３３ａ，３３ａの間に回転可能に嵌り合っている。
回転管３３ｂは、上下方向に延設された直管部３３ｂ１の外周面に、周方向の一方へ傾斜する複数（図示例によれば三つ）の突出管３４を設けている。
直管部３３ｂ１は、下向き管本体３３ａに対し回転可能に支持されている。この支持構造は、例えば、直管部３３ｂ１を下向き管本体３３ａに対し回転可能に嵌め合わせればよく、また、他例としては、直管部３３ｂ１と下向き管本体３３ａをボールベアリングを介して接続するようにしてもよい。

また、突出管３４の傾斜状態について詳述すれば、図６に示すように、突出管３４は、その中心線Ｌ１を、直管部３３ｂ１の中心から半径方向へ離れた位置（図示例によれば直管部３３ｂ１の外周面に沿う仮想円Ｑ上の位置）を傾斜基点ｐにして、周方向の一方（図示例によれば時計方向）へ角度α傾けている。
角度αは、回転管３３ｂに十分な回転力を付与するように適宜に設定され、好ましいくは４５度以上に設定される。

よって、図５及び図６に示す態様によれば、吐出口３４ａから吐出される水及び気泡の勢いにより、複数の突出管３４が一方向へ連続回転する。
このため、突出管３４内の水及び気泡が、周方向において比較的広い範囲に噴出し、土砂等がケーシング１０内へ侵入するのを効果的に抑制する。しかも、ストレーナ部１２に部分的な目詰まりを生じた場合や、ケーシング１０内に土砂等が部分的に堆積した場合でも、これらの箇所を、回転する突出管３４によって周方向に避けて、水の排出経路を確保することができる。

なお、上記実施態様によれば、突出管３による流体の噴出力で回転管３３ｂを回転させるようにしたが、他例としては、例えばモータを用いて回転管３３ｂを回転させる構造など、図示例以外の原理により回転管３３ｂを回転させる構造とすることも可能である。

また、上記実施態様によれば、下向き管本体３３ａ，３３ａに対し回転管３３ｂを回転させる構造としたが、他例としては、図示の下向き管本体３３ａ，３３ａ及び回転管３３ｂを一体化した下向き管３３全体を、拡径管３２に対し回転させる構造とすることも可能である。

また、本発明は上述した実施態様に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。

１：地下水往還装置
１０：ケーシング
１１，１２：ストレーナ部
１３：蓋部材
２０：第一の管
２１：吸入口（開口）
３０：第二の管
３１：搬送管
３２：拡径管
３３：下向き管
３４：突出管
３４ａ：吐出口（開口）
４０：遮水部
５０：気泡混入装置
６０：排気装置
Ｂ：気泡
Ｃ：水中ドーム
Ｍ１：流量計（往き）
Ｍ２：流量計（戻り）
Ｐ１：循環ポンプ
Ｘ：地上側設備
Ｄ１：下向き管の内径
Ｄ２：吐出口の内径

Claims (7)

1. 鉛直状のケーシングと、このケーシング内に位置する開口から上方のケーシング外へ延設された第一の管と、ケーシング外からケーシング内へ入り下方へ延設されて第一の管よりも下方側に開口を有する第二の管と、第一の管の前記開口と第二の管の前記開口の間の高さ位置でケーシング内の空間を上下に分断する遮水部とを備え、第一の管と第二の管のうち、その一方を、ケーシング内からケーシング外へ水を搬送する往管とし、他方をケーシング外からケーシング内へ水を戻す還管とした地下水往還装置において、
   前記ケーシングの周壁には、前記遮水部よりも上側と下側に水を通過可能なストレーナ部が設けられ、
   前記還管は、下方へ延設された下向き管と、前記下向き管の周壁から横向きに突出してその突端に吐出口としての開口を有する突出管とを具備していることを特徴とする地下水往還装置。
2. 前記突出管が、前記下向き管の周壁に周方向にわたって複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の地下水往還装置。
3. 前記突出管が、前記下向き管の上下方向にわたって複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の地下水往還装置。
4. 前記突出管の吐出口の内径を、前記下向き管の内径よりも小さくしたことを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の地下水往還装置。
5. 前記還管内に気泡を混入する気泡混入装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の地下水往還装置。
6. 前記突出管は、前記下向き管を中心にして回転するように設けられていることを特徴とする請求項１〜５何れか１項記載の地下水往還装置。
7. 前記突出管は、前記下向き管に対し、周方向の一方へ傾いて設けられていることを特徴とする請求項６記載の地下水往還装置。

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