JP2020186819A

JP2020186819A - 地下水利用型熱交換装置およびこれを用いた空調システム

Info

Publication number: JP2020186819A
Application number: JP2019089411A
Authority: JP
Inventors: 勝司長谷; Katsuji Hase; 光洋長谷; Mitsuhiro Hase
Original assignee: SUMIKOO HOMES KK
Current assignee: SUMIKOO HOMES KK
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2020-11-19

Abstract

【課題】限られた少ないスペースの中で高い熱交換効率を実現しつつ、それでいて出来るだけ人手を介さずに定期的なメンテナンスを実行可能な地下水利用型熱交換装置およびこれを用いた空調システムを提供する。【解決手段】本発明の地下水利用型熱交換装置は、筐体と、筐体の一側に設けられて屋内を循環した戻り空気を取り入れる戻り空気取入口と、筐体内に配設されて地下水を用いて戻り空気と熱交換を行うプレートフィンクーラーと、筐体の他側に設けられてプレートフィンクーラーと熱交換を行った戻り空気を温調空気として筐体外部へ供給する温調空気供給口と、地下水を第１の大きさの水滴に変化させて戻り空気に吹き付ける第１噴射ノズルと、第２の大きさの水滴に地下水を変化させてプレートフィンクーラーに吹き付ける第２噴射ノズルと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、工場や事務所などの建屋内を循環する空気に対して熱交換を行う熱交換技術に関し、より具体的には、地下から汲み上げられる一定温度の地下水を利用して暖房や冷房が実現可能な地下水利用型熱交換装置およびこれを用いた空調システムに関する。

人々の生活を豊かにする各種の物資は工場で日々生産されており、かような生産現場では多数の人が事務所などで生産管理など行っている。かような工場や事務所では、例えば事務所内では仕事の能率を高めることなどを目的として、あるいは工場では製造物の品質を保つことなどを目的として、建屋内の空気を循環させる空調制御が行われていることが多い。

かような空調制御を行う設備としては、例えば一般的なエアコンなどの空調装置を多数設置することも考えられるが、この場合にはその設置費用や運用コストが膨大となってしまう。これに対して近年においては、例えば特許文献１や特許文献２に示すようなコストが相対的に安価となる自然エネルギーを利用した空調設備も提案されている。

この自然エネルギーとしての地下水は、年間を通じてその地域の年間平均気温とほぼ一定の温度であることから、例えば特許文献１では地下水を熱源に利用して熱交換を行うヒートポンプシステムが提案されている。
さらに特許文献２に記載の空調及び清浄化装置では、屋内循環空気を空気取入口から取り入れるとともにその内部で処理された空気を空気排出口から吐出する熱交換器本体と、前記屋内循環空気の流れ方向に沿って地下水のシャワー流を噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルからのシャワー流と前記屋内循環空気との混合流体をその前端から取り入れて冷却又は加熱する金属ハニカム構造体と、前記金属ハニカム構造体の後端から排出された混合流体中の温度及び湿度を調整するラジエーターと、を備えることが提案されている。
これにより循環空気を地下水と接触させることによって屋内循環空気の温度や湿度などの調整を行なうことが可能となっている。

特開２０１４−４７９８８号公報特開２０１５−１５８３１４号公報

しかしながら、上述した特許文献に限らず現在の技術では市場のニーズを適切に満たしているとは言えず、以下に述べるごとき課題が未だ存在する。
すなわち上述した工場や学校あるいは公共施設などの比較的大規模な建物は、通常は利用効率を最大限に生かす設計がなされている。しかしながら例えば建物が林立する都会や地方の中心部では土地が無制限にあるわけではなく、限られた少ないスペースの中で効率の良い空調システムを設置せねばならない。

これに加え、上記したような地下水を利用した空調システムにあっても効率のよいメンテナンス手法が希求されており、特に比較的大規模な建物は郊外にあることも多く、出来るだけ人手を介さずに定期的なメンテナンスを実行できることが理想的と言える。
ここで、上記した比較的大規模な建物の屋内に空調システムを設置する場合、どうしてもチリや埃などの汚染要因が多いため一般家庭用途の空調システムに比して汚れ具合が早く進行する傾向にある。

これに対して上記した特許文献１及び特許文献２を含む従来技術においては、省エネ・省スペースに適応しつつ更に効率の良いメンテナンスが可能な空調システムは未だ提案されておらず、このような課題の認識すらない状況と言える。
本発明は、上記した課題を一例に鑑みて為され、限られた少ないスペースの中で高い熱交換効率を実現しつつ、それでいて出来るだけ人手を介さずに定期的なメンテナンスを実行可能な地下水利用型熱交換装置およびこれを用いた空調システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態における地下水利用の密閉式熱交換装置は、（１）フィン付チューブに地下水を通し屋内の空気と接触させて熱交換を行う地下水利用型熱交換装置であって、筐体と、前記筐体の一側に設けられ、前記屋内を循環した戻り空気を取り入れる戻り空気取入口と、前記筐体内に配設されて、前記地下水を用いて前記戻り空気と熱交換を行うプレートフィンクーラーと、前記筐体の他側に設けられ、前記プレートフィンクーラーと熱交換を行った戻り空気を温調空気として当該筐体の外部へ供給する温調空気供給口と、前記地下水を第１の大きさの水滴に変化させて前記戻り空気に吹き付ける第１噴射ノズルと、前記第１の大きさよりも大きな第２の大きさの水滴に前記地下水を変化させて、前記プレートフィンクーラーに吹き付ける第２噴射ノズルと、を含むことを特徴とする。
第１噴射ノズルは、戻り空気の中の質量のある物質を除去させる目的で細霧を放出する。このとき第１噴射ノズルから噴射された細霧は戻り空気と共にプレートフィンクーラーに到達する。第２噴射ノズルは、上記したプレートフィンクーラー、筐体などを清掃する目的で細霧よりも粒径が大きな粗霧を放出する。

なお、上記した（１）に記載の地下水利用型熱交換装置においては、（２）前記第１噴射ノズル及び第２噴射ノズルは、前記戻り空気取入口と前記プレートフィンクーラーの間に設置されて、前記プレートフィンクーラーの前面に向けてそれぞれ水滴を吹き付けることが好ましい。

また、上記した（１）または（２）に記載の地下水利用型熱交換装置においては、（３）前記第１噴射ノズル及び前記第２噴射ノズルを保持するノズル保持機構を有し、前記ノズル保持機構は、それぞれの水滴が前記プレートフィンクーラーに向けて噴射されるように前記筐体の内に設置されてなることが好ましい。

また、上記した（１）〜（３）のいずれかに記載の地下水利用型熱交換装置においては、（４）前記第２噴射ノズルは、前記第１噴射ノズルの吹き付けタイミングとは異なるタイミングで、間欠的に前記第２の大きさの水滴を前記プレートフィンクーラーに吹き付けることが好ましい。

また、上記した（４）に記載の地下水利用型熱交換装置においては、（５）前記温調空気の温度を検出するセンサーと、を更に備え、前記センサーによって検出された前記温調空気の温度に基づいて、前記第２噴射ノズルの前記プレートフィンクーラーへの噴射タイミングが制御されることが好ましい。

さらに上記した課題を解決するため、本実施形態のまた、上記した（１）〜（５）のいずれかに記載の循環気体用熱交換装置においては、（６）前記噴射ノズルは前記筐体に複数設けられ、前記循環気体の温度に基づいて、前記複数の噴射ノズルのうちのいずれで前記液体を噴射するか選択する制御を行う制御装置をさらに具備することが好ましい。

さらに上記した課題を解決するため、本発明の一実施形態における空調システムは、（６）屋内に設置される上記（１）〜（５）のいずれかに記載の地下水利用型熱交換装置と、前記地下水利用型熱交換装置の戻り空気取入口と接続されて前記屋内の空気が戻り空気として吸引される吸引ダクトと、前記吸引ダクトの前記戻り空気を流通させる送風機構と、前記地下水利用型熱交換装置の温調空気供給口と接続されて前記屋内に温調空気を供給する供給ダクトと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、一年を通して温度の安定した地下水による夏の冷熱、冬の温熱利用でエネルギーとＣＯ_２削減の大きな効果に加え、噴射ノズルによる空気の清浄と加湿並びに機器の定期清掃によってメンテナンスを効率良く行うことが可能となる。
しかし乍ら、空調規模が大型化するにつれて地下水の使用量が大幅に増大するため、例えば温・冷熱利用の際には密閉式プレートフィンクーラーとし、一方で空気の清浄化で利用する際などは少量吐出タイプの噴射ノズルと組合せることで利用済地下水の処理を有効に行うことが可能となる。

実施形態における地下水利用型熱交換装置１００Ａを含む空調システム２００の全体構成を示す模式図である。地下水利用型熱交換装置１００Ａを含む空調システム２００の側面を模式的に示す側面図である。地下水利用型熱交換装置１００Ａにおける第１噴射ノズル５０および第２噴射ノズル６０の設置態様を示す模式図である。地下水利用型熱交換装置１００Ａを含む空調システム２００の地下水流通経路を示す模式図である。実施形態におけるメンテナンス方法（地下水利用型熱交換装置の洗浄方法）を説明するフローチャートである。変形例１における地下水利用型熱交換装置１００Ｂの第１噴射ノズル５０および第２噴射ノズル６０の設置態様を示す模式図である。変形例２における地下水利用型熱交換装置１００Ｃを含む空調システム２００の地下水流通経路を示す模式図である。変形例３における地下水利用型熱交換装置１００Ｄを含む空調システム２００を示す模式図である。変形例４における地下水利用型熱交換装置１００Ｅを含む空調システム２００を示す模式図である。変形例５における地下水利用型熱交換装置１００Ｆを含む空調システム２００を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための一つの実施形態について説明する。なお、以下で特に詳述する構成以外の構造については、例えば特開２０１５−１５８３１４号公報など地下水を利用した公知の熱交換システムを適宜適用してもよい。

［空調システム２００］
図１は本発明の実施形態における地下水利用型熱交換装置１００Ａを含む空調システム２００の全体構成を模式的に示す外観斜視図であり、図２は地下水利用型熱交換装置１００Ａを含む空調システム２００の側面図である。
これらの図から明らかなとおり、空調システム２００は、屋内に設置される地下水利用型熱交換装置１００Ａ、この地下水利用型熱交換装置１００Ａの戻り空気取入口２０と接続されて屋内の空気が吸引される吸引ダクト１１０と、この吸引ダクト１１０の戻り空気ＲＡを流通させる送風機構１２０と、地下水利用型熱交換装置１００Ａの温調空気供給口４０と接続されて屋内に温調空気ＳＡを供給する供給ダクト１３０と、を含んで構成されている。

なお本実施形態でいう「屋内」とは、工場や社屋あるいは学校や病院といった公共設備や比較的大規模な建築物の内部を言う。しかしながら前記した比較的大規模な建物に導入する場合に比して効果の程度は下がるものの、スペースが許す限りにおいて本実施形態の「屋内」には戸建ての住宅やマンションといった一般家屋の内部も含むようにしてもよい。

吸引ダクト１１０および供給ダクト１３０は、共に地下水利用型熱交換装置１００Ａに接続される。これらのダクトの材質や形状としては、特に制限はなく、公知の種々の形状（断面が矩形や円形など）のエアダクトを適用してもよい。
本実施形態においては、上記したダクトを用い、屋内の空気を取り込んで地下水利用型熱交換装置１００Ａも循環させることで、この屋内の空気に対する空調を効率良く行っている。

送風機構１２０は、屋内の空気を戻り空気ＲＡとして地下水利用型熱交換装置１００Ａに導くと共に、当該地下水利用型熱交換装置１００Ａから清浄で温度調整された温調空気ＳＡを屋内に再び供給する機能を有している。より具体的に本実施形態の送風機構１２０は、地下水利用型熱交換装置１００Ａの上流側（吸引ダクト１１０側）に設置され、空調システム２００内の空気を所望の方向に向けて循環させる機能を有している。
かような送風機構１２０としては、例えば業務用扇風機、電動送風ポンプ、ストレートシロッコファン、片吸込形シロッコファン、斜流ダクトファンなど公知の種々の送風機が適用できる。

なお設置スペースの効率化などの観点から、上記送風機構１２０の一例として、例えば吸引ダクト１１０に設置可能な小型の送風ポンプ（エアーポンプ）を適用してもよい。また、本実施形態では図１などに示すとおり１つの送風機構１２０を地下水利用型熱交換装置１００Ａの上流側（吸引ダクト１１０側）に設置したが、これに代えて／又は加えて地下水利用型熱交換装置１００Ａの下流側（供給ダクト１３０側）に送風機構１２０を設置してもよい。

［地下水利用型熱交換装置１００Ａ］
以下、図１〜図４を参照しつつ、本実施形態における地下水利用型熱交換装置１００Ａについて説明する。
これらの図に示すとおり、地下水利用型熱交換装置１００Ａは、熱交換器を介して地下水ＧＷと接触させることによって屋内Ｉｄの空気に対して熱交換を行う機能を有して構成されている。より具体的に本実施形態の地下水利用型熱交換装置１００Ａは、筐体１０、戻り空気取入口２０、プレートフィンクーラー３０、温調空気供給口４０、第１噴射ノズル５０及び第２噴射ノズル６０を含んで構成されている。

筐体１０は、後述する地下水利用型熱交換装置１００Ａを収容する機能を有した外装材である。より具体的に本実施形態の筐体１０は、例えばメインとなる筒状体の開口両端にロート状に先細りした円錐筒が接続された構成であり、例えば公知の金属または樹脂で形成されている。なお、筐体１１のうち地下水利用型熱交換装置１００Ａが配置されるメインとなる部位は断面形状が円状となっており、上記した筒状体としては円筒が用いられている。しかしながら筐体１１の上記断面形状は円に限られず、例えば楕円の他、四角形などの矩形や六角形などの多角形状でもよい。なお筐体１０は、地下水利用型熱交換装置１００Ａの熱効率を向上させる目的などから公知の断熱材で覆われていてもよい。

戻り空気取入口２０は、前記した筐体１０の一側（戻り空気ＲＡが入ってくる側）に設けられる開口である。本実施形態では、この戻り空気取入口２０を介して、屋内Ｉｄを循環した空気（この屋内Ｉｄから戻り空気取入口２０に入る空気を特に「戻り空気ＲＡ」と称する）を地下水利用型熱交換装置１００Ａに取り入れるように構成されている。図示からも明らかなとおり、この戻り空気取入口２０の径は、上記した吸引ダクト１１０の接続端部１１０ｅの径とほぼ一致している。

プレートフィンクーラー３０は、前記した筐体１０内に配設されて、地下水ＧＷを用いて戻り空気ＲＡと熱交換を行う機能を有している。上述のとおり地下水は通年で一定の温度（その地域の年間平均気温に等しい温度）であるため、夏場は屋内の熱された空気に対して冷熱として作用するとともに冬場は冷えた空気に対して温熱として作用する。このように本実施形態の地下水利用型熱交換装置１００Ａでは、地下水を熱媒体（冷熱もしくは温熱）として利用することで、空調用のエネルギー消費量を大きく削減することが可能となっている。

なお本実施形態においては、地下水ＧＡを利用した熱交換器の具体例として最も効率が良い形態を種々検討した結果、図２等に示した上記プレートフィンクーラー３０を適用した。かような「熱交換器」の一例であるプレートフィンクーラー３０は、小規模施設には規格品を利用するが、施設規模、設置場所に合わせて伝熱管フィン、ケースの材質や方法などを自在に定めることができコストと性能が最もバランスの取れたベストモードとしての適用例であると考えられる。しかしながら本発明に適用可能な熱交換器はプレートフィンクーラー３０に限定されるわけでなく、地下水を利用して熱交換を行うための他の公知の熱交換器を適用してもよい。

温調空気供給口４０は、前記した筐体１０の他側（上記一側と反対側）に設けられる開口である。本実施形態では、この温調空気供給口４０を介して、上記したプレートフィンクーラー３０と熱交換を行った戻り空気ＲＡを温調空気ＳＡとして生成するように構成されている。なお図示からも明らかなとおり、この温調空気供給口４０の径は、上記した供給ダクト１３０の接続端部１３０ｅの径とほぼ一致している。かような温調空気ＳＡは、この後に供給ダクト１３０を介して当該筐体１０の外部（すなわち屋内Ｉｄ）へ供給される。

次に図３も参照しつつ、本実施形態における第１噴射ノズル５０と第２噴射ノズル６０について詳述する。
第１噴射ノズル５０は、前記した地下水ＧＷを第１の大きさＬ_１の水滴ｄｐ_１に変化させて戻り空気ＲＡに吹き付ける機能を具備している。かような第１噴射ノズル５０としては、例えば地下水を直径１００〜３００μの細霧を気液混合体として噴出可能な公知のノズルが適用できる。

ここで、上記した第１の大きさＬ_１の水滴ｄｐ_１としては直径が１００〜３００μｍ程度であり、戻り空気ＲＡ中の粉塵を除去することが目的のため噴量は０.３〜０.５リットル／ｍｉｎとすることが好ましい。また、上記したノズルの構造としては、地下水ＧＷを第１の大きさＬ_１の水滴ｄｐ_１に変化可能であれば特に制限はなく公知の種々の構造を適用してもよい。

本実施形態の第１噴射ノズル５０は、戻り空気取入口２０とプレートフィンクーラー３０の間に設置されて、プレートフィンクーラー３０に入る以前の戻り空気ＲＡに対して第１の大きさＬ_１の水滴ｄｐ_１を吹き付けるように構成されていることが好ましい。これによりプレートフィンクーラー３０には比較的清浄な戻り空気ＲＡが供給されることになり、プレートフィンクーラー３０の汚染を抑制することが可能となっている。

なお図３に示すとおり、本実施形態においては、この第１噴射ノズル５０及び後述する第２噴射ノズル６０は、それぞれノズル保持機構７０を介して戻り空気取入口２０に設置される構成となっている。またノズル保持機構７０は、例えば第１噴射ノズル５０及び第２噴射ノズル６０を保持する金属材で構成されている。なおノズル保持機構７０の表面は、塗装やめっき処理などの公知の防錆処理が施されていることが望ましい。

さらに同図から明らかなとおり、本実施形態におけるノズル保持機構７０は、第１噴射ノズル５０及び第２噴射ノズル６０におけるそれぞれの水滴がプレートフィンクーラー３０に向けて噴射されるように筐体１０内（本例では戻り空気取入口２０）に設置されてなることが好ましい。このように配置することで、空気の流れに沿って上流側から下流側へ水滴を効率良く噴射することが可能となる。

第２噴射ノズル６０は、前記した第１の大きさＬ_１よりも大きな第２の大きさＬ_２の水滴ｄｐ_２を噴射できる粗霧スプレーとして、第１噴射ノズル５０と並列に（例えば上下に並列又は左右に並列）設置してプレートフィンクーラー３０に吹き付ける機能を具備している。
ここで、上記した第２の大きさＬ_２の水滴ｄｐ_２としては、第１の大きさＬ_１よりも大きくプレートフィンクーラー３０に付着した埃などを除去する効果を有する限り特に制限はないが、例えば１ｍｍ〜２ｍｍ程度とすることが好ましい。かようなノズルの構造としては、地下水ＧＷを第２の大きさＬ_２の水滴ｄｐ_２に変化可能であれば特に制限はなく公知の種々の構造を適用してもよい。

そして第２噴射ノズル６０は、第１噴射ノズル５０と同様に、戻り空気取入口２０とプレートフィンクーラー３０の間に設置されて、プレートフィンクーラー３０に対して所定のタイミングで第２の大きさＬ_２の水滴ｄｐ_２を吹き付けるように構成されていることが好ましい。なお、第２噴射ノズル６０による地下水ＧＷの噴射タイミングについては後に詳述する。

また、本実施形態では、第２噴射ノズル６０は、ノズル保持機構７０を介して第１噴射ノズル５０とほぼ同じ場所（設置高さが異なる程度）に設置されているが、この形態に限られない。例えば第１噴射ノズル５０と第２噴射ノズル６０は、それぞれ別体のノズル保持機構７０によって異なる箇所に設置されていてもよい。

なお図４や図７を用いて後述するとおり、第１噴射ノズル５０や第２噴射ノズル６０から噴射された水滴（地下水）及びプレートフィンクーラー３０よりのドレイン水（図７の場合）は、筐体１０の底部に設けられたドレインパンの排水口１１を介して筐体１０の外に排出されるように構成されている。より具体的には例えば図４に示すとおり、排出口１１には排水パイプ１２ａが連結されており、この排水パイプ１２ａを介して使用済の地下水は下水道Ｗに放流される。一方で図４においては、プレートフィンクーラー３０よりのドレイン水は、下流に位置する還元井３０２又は浸透井３０３に適宜還流あるいは放出される。

＜地下水の流通形態＞
ここで図４を参照しつつ、本実施形態における地下水ＧＷの流通形態の一例についてより具体的に説明する。
同図に示すとおり、本実施形態の空調システム２００は、地下水脈３００から地下水ＧＷを上部の地点（揚水井）３０１で採水して熱交換や洗浄に利用する。そしてこれらの処理を終えた使用済の地下水は、その後に下流側の地点（還元井）３０２にて地下水脈３００に還元される。なお本実施形態においては、バルブＶｄやＶｅを介してプレートフィンクーラー３０よりのドレイン水を還元井３０２又は浸透井３０３に戻しているが、他の公知の手法を用いてもよい。
また、プレートフィンクーラー３０よりのドレイン水は、後述する変形例とは異なってその後に噴射ノズルへ供給されないことから、還元井３０２又は浸透井３０３に戻さずに空調システム２００が設置された施設の雑用水などに少なくとも一部が再利用されてもよい。すなわち、プレートフィンクーラー３０で使用したドレイン水は、密閉式であるためその水質はほぼ汲み上げ時のままであり、温度調整だけに利用するものである。したがって、例えば使用済のドレイン水は、そのまま還元井や浸透井に戻したりできることに加え、後述するとおり雑用水として少なくとも一部が二次利用できる。このようにドレイン水を雑用水として施設内の他の水に二次利用する場合には水道料を大幅に軽減できる。

より具体的に本実施形態においては、上流側の地点３０１で採水された地下水は、まず流量調整バルブＶａと流通パイプＰａを介して地下水利用型熱交換装置１００Ａへと供給される。なお地下水利用型熱交換装置１００Ａ（プレートフィンクーラーや各噴射ノズル）に供給された地下水（プレートフィンクーラーからのドレイン水や各噴射ノズルからのスプレー水）は、排水口１１などを介して系外（上記した還元井、浸透井又は下水道）に排出される。

一方、上記プレートフィンクーラー３０への供給と並列して、上流側の地点３０１で採水された地下水は、流量調整バルブＶｂ、Ｖｃと流通パイプＰａを介して第１噴射ノズル５０と第２噴射ノズル６０へと供給される。
より具体的には図４に示すとおり、流量調整バルブＶａ以降の流通パイプＰａは、まずプレートフィンクーラー側と噴射ノズル側とに分岐し、さらに第１噴射ノズル５０と第２噴射ノズル６０の手前で分岐してそれぞれ第１噴射ノズル５０と第２噴射ノズル６０に接続される。

また、第１噴射ノズル５０と第２噴射ノズル６０の手前には流量調整バルブＶｂ、Ｖｃがそれぞれ配置されて各噴射ノズルへの流量調整が行われている。これら上記した流量調整バルブＶａ〜Ｖｃは、後述する制御装置９０によって開閉状態が制御される構成となっている。
なお第１噴射ノズル５０や第２噴射ノズル６０によって噴射された地下水（上記スプレー水）は、排出口１１と排水パイプ１２ａを介して系外（この場合は下水道ＳＷ）に排出されることは上述のとおりである。

本実施形態においては上述のとおり各バルブＶａ〜Ｖｃの開度を上記制御装置９０が制御することで、適切なタイミングで適切な流量の地下水ＧＷをそれぞれ地下水利用型熱交換装置１００Ａや第１噴射ノズル５０あるいは第２噴射ノズル６０へ供給することが可能となっている。

＜地下水ＧＷを利用した空調方法＞
次に図５も参照しつつ、本実施形態における地下水ＧＷを利用した空調方法について説明する。なお以下の空調方法は、制御装置９０によって地下水利用型熱交換装置１００Ａや送風機構１２０と各種センサー（後述）の動作が制御されることで実行される。かような制御装置９０としては、例えばメモリなどの記憶手段やＣＰＵなどの演算装置が組み込まれた公知のコンピュータやスマートフォンなどの携帯端末が例示できる。

まず使用者は、不図示のリモコンなどを介し、上記した空調システム２００の電源をＯＮにして空調制御を開始する。
すると図４及び５に示すとおり、上記した制御装置９０は、ポンプＰｏ及び流量調整バルブＶａの開度を調整して地下水ＧＷを上流側の地点（揚水井）３０１から取水する制御を行う。このとき一定温度に保たれた地下水ＧＷは流通パイプＰａを介して地下水利用型熱交換装置１００Ａのプレートフィンクーラー３０などへと供給される（ステップ１）。

このステップ１と並行して、上記した制御装置９０は、送風機構１２０を制御して屋内Ｉｄの空気を吸引ダクト１１０に吸引させ、この吸引した空気（戻り空気ＲＡ）を地下水利用型熱交換装置１００Ａへと吸引ダクト１１０を介して流通させる制御を行う（ステップ２）。なおこのステップ２は、ステップ１と少なくとも一部が並行していてもよい。また上記したステップ１とステップ２は、本例ではステップ１から開始される例で説明したが、ステップ２から開始されるなどいずれが早く開始されてもよい。

次いで戻り空気ＲＡがプレートフィンクーラー３０へ向けて流通すると、上記制御装置９０は、第１噴射ノズル５０から第１の大きさＬ_１の水滴ｄｐ_１を戻り空気ＲＡへ吹き付ける制御を行う（ステップ３）。より具体的に上記制御装置９０は、流量調整バルブＶｂの開度を調整して流通パイプＰａを介して第１噴射ノズル５０に地下水ＧＷを供給する制御を行う。

これにより、戻り空気ＲＡ中に浮遊するチリや埃などの粉塵が水滴ｄｐ_１によって除去されて戻り空気ＲＡが清浄化されるとともに、プレートフィンクーラー３０を通過する戻り空気ＲＡと地下水ＧＷとで熱交換が行われる。したがって、例えば屋内の気温が摂氏２５度を超える夏場であれば、この戻り空気ＲＡがプレートフィンクーラー３０内を流通する地下水ＧＷによって冷却され、これにより戻り空気ＲＡは温調空気ＳＡとして供給ダクト１３０から屋内へと供給（循環）される。

次いで上記制御装置９０は、地下水利用型熱交換装置１００Ａにて戻り空気ＲＡと地下水ＧＷの熱交換が開始してから所定時間（例えば予め設定した温度検出タイミングであり、例えば数分〜数十分などが例示できる）が経過したか否かを判定する（ステップ４）。そしてこのステップ４で上記した所定の時間が経過していなければ、ステップ３に戻って地下水利用型熱交換装置１００Ａによる熱交換処理を継続する。

ステップ４で上記した所定の時間が経過した場合、次いで制御装置９０は温調空気ＳＡの温度を検出する制御を行う（ステップ５）。
ここで図２に示すとおり、本実施形態における空調システム２００は、地下水利用型熱交換装置１００Ａで熱交換された温調空気ＳＡの温度を検出する第１センサー８０を備えている。より具体的に本実施形態においては、この第１センサー８０は、地下水利用型熱交換装置１００Ａの下流側（供給ダクト１３０内）に設置されている。

次いで、図５に示すとおり、上記制御装置９０は、第１センサー８０で取得した温度の値が目標値の範囲内にあるか否かを判定する（ステップ６）。ここで、「目標値」としては、例えば上記リモコンに温度設定の機能（地下水脈中の水温付近が想定される）がある場合にはその設定温度のことを言い、通常は目標値としてその地域の地下水脈の水温＋１〜３°程度であると言える。

そしてステップ６でＮｏの場合、すなわち温調空気ＳＡが目標値の範囲内に入っていない場合には、上記制御装置９０は第２噴射ノズル６０からプレートフィンクーラー３０に第２の大きさＬ２の水滴ｄｐ２を噴射する制御を行う（ステップ７Ｂ）。これにより、例えばプレートフィンクーラー３０の外面にも第２噴射ノズル６０から地下水ＧＷが噴射されることで、プレートフィンクーラー３０の冷却効果を向上させるとともに、プレートフィンクーラー３０に付着した汚れを洗い流すことが可能となる。これによりプレートフィンクーラー３０に付着した汚れが除去されることで戻り空気ＲＡの熱交換を促進することが可能となる。

一方でステップ６においてＹｅｓの場合、すなわち温調空気ＳＡが目標値の範囲内に入っている場合には、上記制御装置９０は第２噴射ノズル６０からの地下水ＧＷの噴射を停止する制御を行う（ステップ７Ａ）。
次いでステップ７Ａの後は、上記制御装置９０は、ステップ８において電源がＯＦＦとなっているか確認し、電源がＯＦＦとなっていない場合には再びステップ６へと戻って温調空気ＳＡの温度が目標値の範囲内かが判定される。

なおステップ７Ａにおいては、第２噴射ノズル６０からの地下水ＧＷの噴射を停止するときも依然として第１噴射ノズル５０からの地下水ＧＷの噴射は継続されている。
したがってステップ８で電源がＯＦＦとなった場合には、上記制御装置９０は、第１噴射ノズル５０からの地下水ＧＷの噴射を停止する制御を行うとともに、必要に応じて送風機構１２０の動作やポンプＰｏの駆動も停止する制御を行う。

このように本実施形態における上記制御装置９０は、第１センサー８０によって検出された温調空気ＳＡの温度に基づいて、第２噴射ノズル６０のプレートフィンクーラー３０への噴射タイミングを制御している。より具体的な噴射タイミングの制御態様としては、本実施形態の第２噴射ノズル６０は、第１噴射ノズル５０の吹き付けタイミングとは異なるタイミングで、間欠的に上記した第２の大きさＬ_２の水滴ｄｐ_２をプレートフィンクーラー３０に吹き付けている。

このとき図２からも明らかなとおり、第１噴射ノズル５０からの水滴ｄｐ_１は、吸引ダクト１１０からの戻り空気ＲＡの流れを阻害しない方向に噴射されている。換言すれば、第１噴射ノズル５０からの噴射方向（第１噴射ノズル５０の向き）は、戻り空気ＲＡの流れに逆らわない方向（すなわち下流側）へ向かうように設定されていると言える。
これにより戻り空気ＲＡの循環を阻害せずに当該戻り空気ＲＡ内の埃などの粉塵を効率的に除去することが可能となっている。

以上説明した第１実施形態における地下水利用型熱交換装置１００Ａおよび空調システム２００によれば、温度の安定した地下水脈からの地下水ＧＷによってプレートフィンクーラーを介して戻り空気ＲＡと熱交換を行う際に、空気の清浄／加湿と、熱交換器の機器（プレートフィンクーラーや筐体など）のメンテナンスとを高い次元で効率良く行うことが可能となっている。
また、本実施形態のごとき地下水ＧＷを利用した空調システムを実現する場合、特にシステムが大規模となると使用する地下水の量も膨大となる。したがってこのような多量の水（一例として年間で１２ｋトンなど）に排水する場合には、周囲の排水基準値（ある湖では生物化学的酸素要求量や浮遊物質量が基準値以内であることが要求される）を順守しなければならない。
これに対して本実施形態では、噴射ノズルからのスプレー水は下水道に排水するとともに、プレートフィンクーラーからのドレイン水は還元井や浸透井に還流する構成とした。このように開放式と密閉式とを組合せることで、上記した排水の問題に対して水質を調整する装置を別途設けることなく効率的に地下水を利用した空調システムを実現することができる。

なお上記した実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。以下、上述の実施形態に適宜適用が可能な変形例について図を用いて説明する。なお、以下の変形例においても、既述の構成と同じ機能・作用を奏するものは同じ参照番号を付し、その説明は適宜省略する。

＜変形例１＞
図６に、変形例１における地下水利用型熱交換装置１００Ｂの第１噴射ノズル５０および第２噴射ノズル６０の設置態様を示す。上記した実施形態では第１噴射ノズル５０と第２噴射ノズル６０はそれぞれ単数配設されていた。これに対して、同図に示すとおり、本例の噴射ノズルは、第１噴射ノズル５０Ａと５０Ｂ、および第２噴射ノズル６０Ａと６０Ｂのように、それぞれ複数設けられている点に主とした特徴がある。

これにより上記した制御装置９０は、第１噴射ノズル５０Ａ及び５０Ｂ並びに第２噴射ノズル６０Ａ及び６０Ｂのそれぞれについて各ノズルから噴射される地下水滴の量と噴射タイミングを制御することが可能となっている。

なお本例ではさらに、電磁モーターなど公知の回転手段（不図示）をノズル保持機構７０に具備してもよい。そしてこの回転手段を介して第１噴射ノズル５０および第２噴射ノズル６０がノズル保持機構７０に保持されることで、これら噴射ノズルは中心Ｏを基準に戻り空気ＲＡの流通軸周り（吸引ダクト１１０の周方向）に回転することが可能となる。上記した制御装置９０は、所定のタイミングで、回転手段を制御することで第１噴射ノズル５０および第２噴射ノズル６０を吸引ダクト１１０内で回転させる制御を行うことができる。
これにより、吸引ダクト１１０の周方向において、より万遍なく効率的に第１噴射ノズル５０および第２噴射ノズル６０から地下水ＧＷを噴射することが可能となる。

なお本例では、第１噴射ノズル５０および第２噴射ノズル６０のそれぞれが複数配設される例を示したが、この例に限られず第１噴射ノズル５０および第２噴射ノズル６０のうちの少なくとも一方が複数配設される形態であってもよい。また、第１噴射ノズル５０および第２噴射ノズル６０は、必ずしも同じ数だけ配設される必要はなく、互いに異なる数の第１噴射ノズル５０および第２噴射ノズル６０が配設されていてもよい。
また、上記回転手段によって第１噴射ノズル５０および第２噴射ノズル６０を同時に回転させる必要は必ずしもなく、これらが別体のノズル保持機構で保持される前提で、いずれか一方だけを吸引ダクト１１０の周方向に回転させるようにしてもよい。

＜変形例２＞
図７に、変形例２における地下水利用型熱交換装置１００Ｃを含む空調システム２００の地下水流通経路を示す。
上記した実施形態では地下水脈３００からそれぞれ個別系統でプレートフィンクーラーと噴射ノズルとに並列的に地下水ＧＷが流通していた。すなわち上記実施形態では、噴射ノズルに対してもプレートフィンクーラーを経由しない新鮮な地下水ＧＷが供給されていた。これに対して、同図に示すとおり、本例における地下水ＧＷの流通形態は、プレートフィンクーラーと噴射ノズルとに直列的に地下水ＧＷが流通している点に主とした特徴がある。

同図に示すとおり本例では、まず地下水脈３００における上流側の地点（揚水井）３０１で採水された地下水ＧＷは、流通パイプＰａと流量調整バルブＶａを介してプレートフィンクーラー３０に供給される。なお図示のとおり、流通パイプＰａ上にはポンプＰｏが設置されていて当該ポンプＰｏと流量調整バルブＶａを上記制御装置９０が制御することで地下水ＧＷの流量が調整されている。

そしてプレートフィンクーラー３０から排出された熱交換後の地下水ＧＷは、流通パイプＰｂを介して第１噴射ノズル５０と第２噴射ノズル６０とにそれぞれ供給される。このとき流通パイプＰｂは第１噴射ノズル５０と第２噴射ノズル６０とに途中で分岐されており、分岐後のパイプ上にはそれぞれ流量調整バルブＶｂとＶｃが設置されている。これにより上記制御装置９０は、流量調整バルブＶａ〜Ｖｃを適宜制御することで任意の流通経路で地下水ＧＷを流通させることが可能となっている。

次いで第１噴射ノズル５０及び／又は第２噴射ノズル６０からそれぞれ噴射された地下水ＧＷの水滴は、排出経路Ｐｃ（パイプや受け皿など公知の集水手段が例示できる）を介して最終的に排出口１１で集められ、さらにこの後は排水パイプ１２ａを介して系外（下水道ＳＷ）に排出される。
このように本例では、まず揚水した地下水ＧＷをプレートフィンクーラー３０の熱交換で利用し、次いでこの熱交換に利用した後の地下水ＧＷを第１噴射ノズル５０や第２噴射ノズル６０に供給する構成とした。これにより、上記実施形態に比してよりシンプルでメンテナンスが容易な地下水の利用を実現することが可能となっている。

＜変形例３＞
図８に、変形例３における地下水利用型熱交換装置１００Ｄを含む空調システム２００を示す。本例における筐体１０内は、温調空気ＳＡに対して除湿を行う除湿機構が設けられている点に主とした特徴がある。

すなわち同図に示すとおり、地下水利用型熱交換装置１００Ｄの筐体１０は、上記除湿機構として、除湿部材１３と、この除湿部材１３を挿入する挿入部１４と、筐体１０内で除湿部材１３を固定して保持する除湿部材保持部１５と、をさらに含んで構成されている。

除湿部材１３は、例えば活性炭やシリカゲルなどの吸湿部材で構成された公知の除湿シートを外枠材で固定した除湿基材を幅方向（図８の紙面を貫く方向であって、温調空気ＳＡの流れる方向と交差する方向）に複数個並べた形態を有している。本例では、この除湿部材１３は、熱交換器（プレートフィンクーラー３０）に対して下流側となるように配置されている。
従ってこの除湿部材１３における各除湿シートの間隙を温調空気ＳＡが通過することで、この温調空気ＳＡ中に含まれる余剰な水分が除去されることになる。

なお本例では除湿シートが間隙を隔てて複数並置される構成としたが、単一の除湿シートを設置してもよい。また、本例では除湿専用の電源を用いずに地下水ＧＷの除湿を行っているが、除湿部材１３としては上記の例に限られず、例えば電力を利用した公知の除湿機構を適用してもよい。

なお、上記した除湿部材１３を筐体１０の上方から挿入可能な開口を有する挿入部１４には、別途ガラス板などの透明板が用いられて筐体１０内部の様子が視認可能となっていてもよい。

また、除湿部材保持部１５としては、特に構造的な制約はなく、筐体１０内で安定して除湿部材１３を保持可能であれば、例えば筐体１０内の天井側から吊り下げ固定する形態であってもよいし、筐体１０内の底部で除湿部材１３を立設して固定する形態であってもよい。
本例によれば除湿部材１３を用いることで簡易に地下水ＧＷから余剰な水分を除去することが可能となる。なお除湿部材１３の挿入態様については機械によって自動的に行ってもよいし、作業者が手作業で任意のタイミングで行ってもよい。

＜変形例４＞
図９に、変形例４における地下水利用型熱交換装置１００Ｅを含む空調システム２００を示す。上記した実施形態では、地下水利用型熱交換装置１００Ａの下流側に温度を計測する第１センサー８０が設置されていた。これに対して、本例における空調システム２００では、第１噴射ノズル５０の上流側にもセンサーが設けられている点に主とした特徴がある。

すなわち同図に示すとおり、地下水利用型熱交換装置１００Ｅを含む空調システム２００は、戻り空気ＲＡの温度を計測する第２センサー８１をさらに具備している。より具体的に本例における第２センサー８１は、第１噴射ノズル５０の上流側のうち吸引ダクト１１０内に設置されている。

したがって上記した制御装置９０は、第２センサー８１で検出した戻り空気ＲＡの温度が設定値から所定値以上（例えば設定温度から１０°以上離れている場合など）離れているときは、第２噴射ノズル６０を強制的に始動させてプレートフィンクーラー３０に向けて水滴ｄｐ_２を噴射することができる。

あるいは、上記した制御装置９０は、熱交換器（プレートフィンクーラー３０）の下流側の第１センサー８０と、上流側の第２センサー８１との差分値から、第２噴射ノズル６０を強制的に始動させてプレートフィンクーラー３０に向けて水滴ｄｐ_２を噴射する制御をしてもよい。当該差分値としては、例えば第１センサー８０と第２センサー８１とで検出した温度の差分値が１０°以上の場合などが例示できる。

以上説明した本例の地下水利用型熱交換装置１００Ｅ及び空調システム２００によれば、熱交換器の上流側と下流側とで複数のセンサーを用いて空調システム２００の状態を適切に維持することが可能となり、よりメンテナンスの手間が省けたシステムを実現することが可能となっている。

＜変形例５＞
図１０に、変形例５における地下水利用型熱交換装置１００Ｆを含む空調システム２００を示す。本例においては、空気中の埃などの粉塵を計測可能なダストセンサー８２を地下水利用型熱交換装置１００Ｆ及び空調システム２００が具備するように構成されている。

より具体的には、同図に示すとおり、本例の吸引ダクト１１０内にはダストセンサー８２が設置されている。かようなダストセンサー８２としては、埃などを検知可能な公知のダストセンサーを適用できる。また、ダストセンサー８２の設置箇所としては、熱交換器（プレートフィンクーラー３０）の上流側（この場合は戻り空気ＲＡが計測対象）に加え又は代えて、熱交換器（プレートフィンクーラー３０）下流側（この場合は温調空気ＳＡが計測対象）に設定されていてもよい。

以上説明した本例の地下水利用型熱交換装置１００Ｆ及び空調システム２００によれば、熱交換器の上流側及び／又は下流側でダストセンサーを用いて空調システム２００に流通する空気の状態を検出することが可能となり、より効率的な熱交換器（プレートフィンクーラー３０）による熱交換処理などを実現することが可能となっている。

＜その他の変形例＞
なお、上記実施形態又は変形例に加え、本発明の空調システム２００は、戻り空気ＲＡ又は温調空気ＳＡの脱臭を行う活性炭フィルターなど公知の空気脱臭機をさらに具備していてもよい。
また、上記実施形態又は変形例に加え、本発明の空調システム２００は、戻り空気ＲＡ又は温調空気ＳＡの除菌を行うプラズマ除菌装置などの公知の除菌装置をさらに具備していてもよい。

以上説明した形態は一例であって、本願の趣旨を逸脱しない限り上記で説明した実施形態および変形例の要素を適宜組み合わせて循環気体用熱交換装置や空調システムを構成してもよい。例えば本発明の空調システム２００は、実施形態および変形例３〜変形例５で示した第１センサー８０、第２センサー８１およびダストセンサー８２のすべてを具備する構成としてもよい。
また上記では温調空気ＳＡが目標値の範囲内に入っていない場合に第２噴射ノズル６０から水滴を噴射しているが、これに限らず例えば第２噴射ノズル６０から定期的に（例えば３ヶ月に１回の割合で）噴霧するよう電磁弁がセットされているようにしてもよい。すなわち第２噴射ノズル６０からの粗霧は筐体やプレートフィンクーラー３０の定期的な清掃も目的とし、通常の場合は設置されるフィルターを付けずに、フリーメンテナンスを可能としつつ同時に温調空気ＳＡの温度が予定温度に達しないときに自動的にスプレーする形態であってもよい。

以上説明したように、本発明は、省スペースでメンテナンスの頻度が低減されて高い熱交換効率を実現する地下水利用型熱交換装置および空調システムを構築するのに適している。

１００Ａ〜１００Ｆ地下水利用型熱交換装置
２００空調システム
１０筐体
２０戻り空気取入口
３０プレートフィンクーラー
４０温調空気供給口
５０第１噴射ノズル
６０第２噴射ノズル
７０ノズル保持機構
８０第１センサー
８１第２センサー
８２ダストセンサー
１１０吸引ダクト
１２０送風機構
１３０供給ダクト

Claims

地下水と接触させることによって屋内の空気に対して熱交換を行う地下水利用型熱交換装置であって、
筐体と、
前記筐体の一側に設けられ、前記屋内を循環した戻り空気を取り入れる戻り空気取入口と、
前記筐体内に配設されて、前記地下水を用いて前記戻り空気と熱交換を行うプレートフィンクーラーと、
前記筐体の他側に設けられ、前記プレートフィンクーラーと熱交換を行った戻り空気を温調空気として当該筐体の外部へ供給する温調空気供給口と、
前記地下水を第１の大きさの水滴に変化させて前記戻り空気に吹き付ける第１噴射ノズルと、
前記第１の大きさよりも大きな第２の大きさの水滴に前記地下水を変化させて、前記プレートフィンクーラーに吹き付ける第２噴射ノズルと、
を含むことを特徴とする地下水利用型熱交換装置。
前記第１噴射ノズル及び第２噴射ノズルは、前記戻り空気取入口と前記プレートフィンクーラーの間に設置されて、前記プレートフィンクーラーの前面に向けてそれぞれ前記地下水の水滴を吹き付ける請求項１に記載の地下水利用型熱交換装置。
前記第１噴射ノズル及び前記第２噴射ノズルを保持するノズル保持機構を有し、
前記ノズル保持機構は、それぞれの水滴が前記プレートフィンクーラーに向けて噴射されるように前記筐体の内に設置されてなる請求項１又は２に記載の地下水利用型熱交換装置。
前記第２噴射ノズルは、前記第１噴射ノズルの吹き付けタイミングとは異なるタイミングで、間欠的に前記第２の大きさの水滴を前記プレートフィンクーラーに吹き付ける請求項１〜３のいずれか一項に記載の地下水利用型熱交換装置。
前記温調空気の温度を検出するセンサーと、を更に備え、
前記センサーによって検出された前記温調空気の温度に基づいて、前記第２噴射ノズルの前記プレートフィンクーラーへの噴射タイミングが制御される請求項４に記載の地下水利用型熱交換装置。
屋内に設置される請求項１〜５のいずれか一項に記載の地下水利用型熱交換装置と、
前記地下水利用型熱交換装置の戻り空気取入口と接続されて前記屋内の空気が戻り空気として吸引される吸引ダクトと、
前記吸引ダクトの前記戻り空気を流通させる送風機構と、
前記地下水利用型熱交換装置の温調空気供給口と接続されて前記屋内に温調空気を供給する供給ダクトと、
を含むことを特徴とする空調システム。