JP4485465B2 - Underground equipment in groundwater heat utilization facilities - Google Patents
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Description
本発明は、地下水熱利用設備における地中装置に関し、例えば冷暖房設備、あるいは屋上・屋根や路面その他の地上において、降雪を融かす融雪設備等の循環密閉回路式地上設備へ地下水熱を直接または間接的に循環供給するために地中深くに構築される地中装置(井戸)に関する。 The present invention relates to an underground device in a groundwater heat utilization facility, for example, direct or indirect groundwater heat to a circulating closed circuit type ground facility such as a cooling / heating facility or a snow melting facility that melts snow on a rooftop, roof, road surface, or other ground. The present invention relates to an underground device (well) constructed deeply in the ground in order to circulate and supply.
従来の一本の井戸で揚水と還元を行っている先行技術は、揚水層と還元層を別々として考え、各々揚水する帯水層と、還元する帯水層としているが、現実的には、ケーシング(井戸)の上端部が大気開放型若しくは、密閉状態にしている。
そして、その二次側の利用方法は、開放回路、密閉回路に限定しておらず、あくまでも揚水量が還元量と同じになるとの前提でシステムが構築されている(例えば、特許文献1,2参照)。
The prior art that performs pumping and reduction in a conventional well considers the pumping layer and the reducing layer as separate, and each has an aquifer to pump and aquifer to reduce, but in reality, The upper end of the casing (well) is open to the atmosphere or sealed.
And the usage method of the secondary side is not limited to an open circuit and a sealed circuit, and the system is constructed on the premise that the amount of pumped water is the same as the amount of reduction (for example,
しかし、本来、別々の層同士が連通されておらず、帯水層と帯水層の間には、層の厚み、幅は別として、不透水層が存在する。即ち、不透水層が存在するから帯水層が存在する。
揚水側の帯水層の出水量と還元側の帯水層の浸透量、又は各帯水層(水脈)の水圧、又は各帯水層の上下に挟まっている不透水層の土圧等々が、全く同等、同水量の揚水、還元が出来なければ、おたがい同じ量の揚水・還元は絶対不可能である。
However, originally, separate layers are not communicated with each other, and an impermeable layer exists between the aquifer and the aquifer, apart from the thickness and width of the layer. That is, an aquifer exists because an impermeable layer exists.
The amount of water discharged from the aquifer on the pumping side and the amount of seepage of the aquifer on the reduction side, the water pressure of each aquifer (water vein), the earth pressure of the impermeable layer sandwiched above and below each aquifer, etc. If the same amount of water cannot be pumped or reduced, the same amount of water cannot be pumped or reduced.
何故ならば、一本のケーシング(井戸)をして、揚水と還元の循環をなすと言うことは、各々が全く僅差無く同じ条件にならなければ、揚水量分と同量の還元は不可能である。
即ち、どちらか上か下の帯水層を揚水し、他方の帯水層に還元する訳だから、上下で既に層の幅、水圧・土圧・上下の落差抵抗など、必ず条件が違うからである。
Because it means that a single casing (well) is used for circulation of pumping and reduction. If the conditions are not exactly the same, reduction of the same amount as the pumped amount is impossible. It is.
That is, because the upper or lower aquifer is pumped and reduced to the other aquifer, the conditions such as the width of the layer, water pressure, earth pressure, and head resistance at the top and bottom are always different. is there.
その状態で揚水と還元の循環運動を行った場合、揚水量が多く、還元量が少なければ、結局、還元量分しか水量は利用できない。
又、逆とするも不可能で、本来水脈が違う帯水層に、他から移動してきた水量は、一定量しか帯水層には還元できない。
なぜならば、帯水層は一定の流れがあるにせよ、ひとつの大きな水瓶と考えると、その水瓶から揚水した分しか還元できないのは物理的に当り前で、器以上には還元できない。
In this state, when the circulating movement of pumping and reduction is performed, if the amount of pumping is large and the amount of reduction is small, the amount of water can be used only for the amount of reduction.
In addition, the reverse is impossible, and the amount of water that has moved from the other to the aquifer that originally has a different water vein can only be reduced to the aquifer.
This is because even though the aquifer has a constant flow, when it is considered as one large water bottle, it is physically natural that only the amount pumped from the water bottle can be reduced, and it cannot be reduced beyond the vessel.
揚水することは帯水層の水脈の量に応じて、相当量の水量を確保は可能であるが、何十年何百年何千年の雨水・雪解け水などの水が浸透して水脈が構成され、様々な因果関係から各帯水層、不透水層などの層の重なり深さが、地球の歴史と供に自然的に構成されて来たわけで、地中内の土圧、水圧に押し上げられてきた地下水を揚水することは、多少の動力ポンプにより簡単に出来る。自噴している帯水層があるくらいだから。
しかし、逆に還元すると言うことは、地中内の土圧、水圧以上に大きな圧力をして押し込まなければ還元できない。
まれにある程度の浸透しやすい帯水層が仮にあったとしても、もともとの水量分しか構成しない層(一定の水瓶層)に、それ以上の水量を還元できたとしても、バランスが崩れ、地中内で帯水層が崩落することになり、還元層は成立しないことになる。
It is possible to secure a considerable amount of water depending on the amount of aquifers in the aquifer, but water veins are formed by infiltration of water such as rainwater and snowmelt for decades, hundreds and thousands of years. Because of various causal relationships, the overlapping depth of each aquifer, impermeable layer, etc. has been naturally constructed along with the history of the earth, and is pushed up by earth pressure and water pressure in the ground. It is easy to pump up the groundwater that has been pumped by some power pumps. Because there is an aquifer that is blowing out.
However, in other words, reducing is not possible unless the pressure is greater than the earth pressure and water pressure in the ground.
In rare cases, even if there is an aquifer that is easy to penetrate to some extent, even if it can be reduced to a layer that only constitutes the original amount of water (a constant water bottle layer), the balance will be lost, and the underground In this case, the aquifer will collapse, and the reduction layer will not be established.
一般的には浸透しやすい帯水層は考えにくく、上下に粘土層などの不透水層に挟まれて物理的に水瓶となる水脈帯水層が自然的に出来てきている訳だから、本発明においては、浸透しやすい浸透層的な帯水層はありえないことを前提に考えるとすれば、特許文献1、2の技術では100%揚水、還元を一本のケーシング(井戸)で継続的に運転利用することが無理で実用的でないことが分かる。
In general, it is difficult to think of an aquifer that easily permeates, and a water aquifer aquifer that physically becomes a water bottle by being sandwiched between impermeable layers such as a clay layer on the top and bottom is naturally made, so the present invention However, if it is assumed that there is no osmotic aquifer that is easy to penetrate, the technologies of
従って、前記したように別々の帯水層同士に揚水した地下水を還元するためには、浸透しない限り不可能である。 Therefore, as described above, it is impossible to reduce the groundwater pumped up between the separate aquifers unless it penetrates.
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、一本のケーシング(井戸)の地熱・地下水熱を利用し、その利用した地下水を単一の帯水層に容易に戻すことができる地下水熱利用設備における地中装置を提供することにある。
更に、地中深く構築させる井戸内の地下水熱の放熱ロスを抑制し、しかも、井戸内への水脈圧(地圧)による地下水の上昇高さを高め、尚且つ水脈から井戸内上部側への温度差に地下水の対流(上下移動)を促進せしめて、地下水熱の循環密閉回路式地上設備への熱移動を合理的且つ効率的に実施し、単一(一層)の有効帯水層から揚水・還元、即ち単に「循環」行程として構成し、限りある地下水を空気に触れさせないで循環移動する、地下水「熱」だけを無駄なく効率的に実用的に取り出せる地下水熱利用設備における地下装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to use the geothermal / groundwater heat of a single casing (well), and use the groundwater as a single aquifer. An object of the present invention is to provide an underground device in a groundwater heat utilization facility that can be easily returned.
Furthermore, the heat dissipation loss of groundwater heat in the well constructed deep underground is suppressed, and the rising height of groundwater due to the water pressure (ground pressure) into the well is increased, and further, the water vein leads to the upper side of the well. Groundwater convection (up-and-down movement) is promoted by the temperature difference, and groundwater heat is rationally and efficiently transferred to the circulating closed circuit type ground facility, and pumping is performed from a single (one layer) effective aquifer.・Providing underground equipment for groundwater heat utilization facilities that can be constructed as a reduction, that is, simply a “circulation” process, and that circulates and moves limited groundwater without exposing it to air. There is to do.
前記の課題を解決するために本発明は、地中の所定深度に存在する水脈に達するようにケーシングを植設せしめ、このケーシング内にそれぞれ挿入配置される往管と還管を介して接続される循環密閉回路式地上設備に地下水を循環供給するように地中に構築される地下水熱利用設備における地中装置であって、
前記ケーシングは、密閉上端を地表又は地中所定深度まで没入させた状態で地中に挿入植設され、地中の所定深度に存在する単一の帯水層に対応する上下長さ方向の所定位置の周壁に吸・排水用の開口を有するストレーナ部を備え、前記ストレーナ部は、前記単一の帯水層の上下端よりそれぞれ突出する開口長さ範囲で前記ケーシングに形成されてなり、前記ストレーナ部の前記開口長さ範囲内に前記ケーシングの内部を上下に分断するための遮水管を配設して、該遮水管より上方の前記ケーシング内の上部空間内に前記往管の吸い口または還管の出口の何れか一方を位置させ、他方を前記遮水管より下方の下部空間内に位置させたことを特徴とする。
そして、前記還管に前記遮水管を連結させて、前記遮水管を前記還管として利用することが好適なものとなる。この場合、前記遮水管より上方の前記上部空間に吸い口を位置させた往管を通して前記単一の帯水層から前記循環密閉回路式地上設備に送られて(吸い上げられて)熱交換された戻り地下水が前記遮水管内を通して該遮水管より下方の下部空間内に位置する前記還管の出口から前記単一の帯水層に排水される(戻される)ようにすることが好適なものとなる。
前記ケーシングにおけるストレーナ部の形態としては、ケーシングの周壁に内外貫通する上下長さ方向に所定長さのスリット、或いは丸孔、角孔などの開口が挙げられる。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a casing implanted so as to reach a water vein existing at a predetermined depth in the ground, and is connected via an outgoing pipe and a return pipe, which are respectively inserted and arranged in the casing. An underground device in a groundwater heat utilization facility constructed in the ground so as to circulate and supply groundwater to a circulating closed circuit type ground facility ,
The casing is inserted and planted in the ground with the sealed upper end immersed to the ground surface or a predetermined depth in the ground, and a predetermined vertical length direction corresponding to a single aquifer existing at a predetermined depth in the ground. A strainer portion having an opening for suction and drainage on the peripheral wall of the position, the strainer portion is formed in the casing in an opening length range protruding from the upper and lower ends of the single aquifer, A water shielding pipe for dividing the interior of the casing in the vertical direction is provided within the opening length range of the strainer portion, and the forward pipe mouthpiece or the upper pipe in the upper space in the casing above the water shielding pipe One of the outlets of the return pipe is positioned, and the other is positioned in the lower space below the water shielding pipe .
Then, it is preferable to connect the water shielding pipe to the return pipe and use the water shielding pipe as the return pipe. In this case, heat was exchanged (sucked up) from the single aquifer to the circulating sealed circuit type ground facility through the outgoing pipe in which the suction port was positioned in the upper space above the impermeable pipe. It is preferable that the return groundwater is drained (returned) to the single aquifer through the outlet of the return pipe located in the lower space below the impermeable pipe through the impermeable pipe. Become.
As a form of the strainer part in the casing, a slit having a predetermined length in the vertical length direction penetrating in and out of the peripheral wall of the casing, or an opening such as a round hole or a square hole may be mentioned.
前記の手段によれば、最も水量のある水脈、即ち有効な単一の帯水層をケーシング内に配置される遮水管で上下に分断し、且つ循環するために遮水管より上方に吸水口(ストレーナ部)を、遮水管より下方の排水口(ストレーナ部)が離れ距離を保ち、循環密閉回路式地上設備で熱交換(放熱)されて温度が下がった戻り地下水は、還管で単一の帯水層の下部流れ方向に排水され(戻され)、同時にその温度差により、温度が高い送り地下水は単一の帯水層の上部に移動する自然対流が単一の帯水層内で発生する。つまり、単一の帯水層内では、循環密閉回路式地上設備へと循環されて戻されてきた戻り地下水を再度汲み上げない構造、環境が構成される。
しかも、単一の帯水層側から見て、ストレーナ部の真中1/3程が遮水管で遮水されているので、遮水管より上方の上部空間におけるストレーナ部1/3と遮水管より下方の下部空間におけるストレーナ部1/3が有効で、単一の帯水層側から地下水が流通する。しかし、上部空間のストレーナ部からケーシング内に流入し往管と通して循環密閉回路式地上設備に送られ熱交換(放熱)されて温度が低下し還管と連通された遮水管と、下部空間のストレーナ部を経由して単一の帯水層に戻ってきた戻り地下水は、温度の低下により同じ単一の帯水層の下部に下がり、帯水層本来の水流に乗り、這うようにその流れ方向に移動する。従って、同じ単一の帯水層内に水温の温度差が発生してくると、温度の高い地下水は上昇し、遮水管より上方の単一の帯水層の上部側に自然的にながれる自然対流が起こる一方で、温度の低い地下水は単一の帯水層の下部(底部)側に滞留しながら、帯水層の流れ方向に移動して行く。
According to the above-mentioned means, a water vein having the highest water volume, that is, an effective single aquifer is divided into upper and lower portions by a water shielding pipe disposed in the casing and is circulated above the water shielding pipe to circulate ( the strainer portion), at a distance away drainage outlet below the Saegimizukan (strainer portion), the heat exchanger in a circulating closed-circuit ground facility (heat radiation) by the return ground water the temperature drops, the single in place pipe The groundwater is drained (returned) in the lower flow direction of the aquifer, and at the same time, due to the temperature difference, natural convection is generated in the single aquifer where the hot groundwater moves to the upper part of the single aquifer To do. That is, in a single aquifer, a structure and environment are constructed in which return groundwater that has been circulated back to the circulating closed circuit type ground facility is not pumped up again.
Moreover, as seen from the single aquifer side, about 1/3 of the middle of the strainer part is shielded by the water shielding pipe, so that it is below the
また、本発明では、前記往管の吸い口に水中ポンプを接続装備することが好適なものとなる。
この場合には、帯水層の地下水を強制的に吸水して往管を通して循環密閉回路式地上設備に供給できるため、安定した地下水熱の熱源利用が可能となる。
In the present invention, it is preferable that a submersible pump is connected to the outlet of the outgoing pipe.
In this case, groundwater in the aquifer can be forcibly absorbed and supplied to the circulating closed circuit type ground facility through the outgoing pipe, so that a stable heat source for groundwater heat can be used.
さらに、前記遮水管より下方の下部空間に前記往管の吸い口を位置させ、上方の上部空間に還管の出口を位置させた構成とすることができる。この場合、前記下部空間に位置させた前記往管の吸い口に水中ポンプを接続するが好適なものとなる。Furthermore, the outlet of the outgoing pipe can be located in the lower space below the impermeable pipe, and the outlet of the return pipe can be located in the upper space above. In this case, a submersible pump is preferably connected to the outlet of the outgoing pipe located in the lower space.
さらに、地中の深度の異なる複数の各単一の帯水層がそれぞれ存在する位置に対応させた前記ケーシングの上下長さ方向の周壁に、前記ストレーナ部をそれぞれ備えるとともに、各ストレーナ部が開口するそれぞれの開口長さ範囲内に前記ケーシングの内部をそれぞれ上下に分断する遮水管をそれぞれ配置し、かつ、各遮水管より上方の上部空間内に前記各単一の帯水層の地下水を吸水する往管の吸い口または各単一の帯水層に地下水を戻す還管の出口の何れか一方をそれぞれ位置させ、他方を前記各遮水管より下方の下部空間内にそれぞれ位置させる構成とすることができる。- Furthermore, the strainer portions are respectively provided on the peripheral walls in the vertical length direction of the casing corresponding to positions where a plurality of single aquifers having different depths exist respectively, and each strainer portion is opened. A water shielding pipe that divides the inside of the casing in the vertical direction is arranged in each opening length range, and the groundwater of each single aquifer is absorbed in the upper space above each water shielding pipe. One of the outlet of the outgoing pipe or the outlet of the return pipe that returns the groundwater to each single aquifer is positioned, and the other is positioned in the lower space below each of the water shielding pipes. be able to. -
前記の手段によれば、一本のケーシング(井戸)の中で、例えば、水温が13℃前後の有効な単一の帯水層と、更に深度が深く水温が20℃以上(30℃〜50℃でもよい)の有効な各単一の帯水層などから選択的に目的水温の送り地下水を、それぞれの往管を通して循環密閉回路式地上設備に送り込み、熱交換されて温度が下がった戻り地下水を還管を通して各単一の帯水層にそれぞれ排水する(戻す)ことができる。例えば、循環密閉回路式地上設備において水温の低い温度域で利用する時期と、高い温度域で利用する時期が異なる場合、それぞれの利用時期に応じた水温の地下水を選択的に利用することができる。同時に温度差を利用する設備などの二極化、またはそれ以上の複数利用方法が可能となる。 According to the above means, in one casing (well), for example, an effective single aquifer having a water temperature of around 13 ° C. and a deeper water temperature of 20 ° C. or more (30 ° C. to 50 ° C.). The groundwater with the target water temperature is selectively sent from each effective single aquifer, etc., to the circulating closed circuit type ground facility through the respective outgoing pipes, and the groundwater is returned to the groundwater by heat exchange. Can be drained (returned) to each single aquifer through a return pipe. For example, in a circulating closed circuit type ground facility, when the time of use in a low temperature range is different from the time of use in a high temperature range, groundwater with a water temperature corresponding to each use time can be selectively used. . At the same time, it is possible to use two or more bipolar methods such as equipment that uses the temperature difference.
本発明の地下水熱利用設備における地中装置は、単一の同じ帯水層内で地下水の吸水(揚水)と排水(還元)することにより、循環密閉回路式地上設備への地下水熱の循環を容易に行うことができる。それは、単一の帯水層を大きな水瓶と考えれば、同じ器の中で、同圧で、吸水した分の地下水を瞬時に排出、排出した分の地下水を瞬時に吸水することにより地下水熱の循環密閉回路式地上設備への循環をスムーズに実施することができる。
これにより、地下水の枯渇を防ぎ、地盤沈下を防ぎ、環境にやさしい、自然エネルギーを有効利用する無散水方式の融雪装置並びに、冷房装置などの地下水熱利用設備における地下装置を提供することができる。
The underground device in the groundwater heat utilization facility of the present invention circulates the groundwater heat to the circulating closed circuit type ground facility by absorbing (pumping) groundwater and draining (reducing) groundwater within a single aquifer. It can be done easily. If a single aquifer is considered to be a large water bottle , groundwater that has been absorbed is instantaneously discharged in the same vessel at the same pressure, and the discharged groundwater is instantaneously absorbed. Circulation to the circulating closed circuit type ground equipment can be carried out smoothly.
Accordingly, it is possible to provide a groundwater device in groundwater heat utilization facilities such as a water-sprinkling type snow melting device that prevents the depletion of groundwater, prevents land subsidence, is environmentally friendly, and that effectively uses natural energy.
また、単一の帯水層を、上下に分断するように、同帯水層とストレーナ部を介して連通するケーシング内に配置した遮水管より上方の上部空間に往管の吸い口を位置させ、遮水管より下方の下部空間に還管の出口を位置させた配置構造を採用することで、循環密閉回路式地上設備で熱交換(放熱)されて温度が下がった戻り地下水は、単一の帯水層の下部流れ方向に戻され、温度が高い地下水は単一の同じ帯水層の上部に移動する自然対流を単一の同じ帯水層内で発生させることができる。
これにより、単一の同じ帯水層内でありながら、循環密閉回路式地上設備へと循環されて戻されてきた戻り地下水を再度汲み上げない構造、環境にて、温度の高い送り地下水のみを確実に、かつ、効率的に循環密閉回路式地上設備に送り込み循環させることができる。
In addition, the outlet of the outgoing pipe is positioned in the upper space above the water shielding pipe arranged in the casing communicating with the aquifer through the strainer so as to divide the single aquifer vertically. By adopting an arrangement structure in which the outlet of the return pipe is located in the lower space below the impermeable pipe, the return groundwater whose temperature has been lowered by heat exchange (heat radiation) in the circulating closed circuit type ground facility is a single The groundwater, which is returned to the lower flow direction of the aquifer and has a high temperature, can generate natural convection in the same same aquifer that moves to the upper part of the same aquifer.
This ensures that only high-temperature groundwater is delivered in a structure and environment that does not re-pump the returned groundwater that has been circulated back to the circulating closed circuit type ground facility, even though it is in a single aquifer. In addition, it can be efficiently fed into the circulating closed circuit type ground facility for circulation.
また、一本のケーシング(井戸)の中で、例えば地下水温が13℃前後の有効な帯水層と、更に深度の深い地下水温度が20℃以上(30℃〜50℃でもよい)の有効な帯水層に各々配置し、循環密閉回路式地上設備において地下水温度の低い温度域で利用する時期と、高い温度域で利用する時期が異なる場合、同時に温度差を利用する設備などの二極化、またはそれ以上の複数利用方法が可能となる。 Further, in one casing (well), for example, an effective aquifer having a groundwater temperature of around 13 ° C. and an effective deep groundwater temperature of 20 ° C. or more (may be 30 ° C. to 50 ° C.). Bipolarization of equipment that uses a temperature difference at the same time when it is placed in each aquifer and the time to use it in a circulating closed circuit type ground facility is different from the time when the groundwater temperature is low and the time when it is used in a high temperature range Multiple usage methods are possible.
以下、本発明に係る地下水熱利用設備における地中装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、地上ポンプ仕様の地下水熱利用設備における地中装置の全体を示す概略図であり、図中、1は、地中深く井戸を構築するケーシングで、そのケーシング1の内部に、所定の深度に存在する単一の同じ帯水層の地下水を循環密閉回路式地上設備(図示では融雪装置を一例として図示、以後、単に地上設備と称する)16に輸送する往管2と、地上設備16で熱交換されて温度が低くなった戻り地下水を単一の同じ帯水層に排水する還管3が挿入配置されている。さらに、還管3の下端には単一の同じ帯水層の層高さ範囲内にてケーシング1の内部を上下に分断する遮水管4が接続されて配設されている。
そして、ケーシング1の上端は密閉蓋5で閉鎖され、その密閉蓋5を貫通して往管2と還管3が外部に突出され、その往管2が地上設備16の入口側に、還管3が地上設備16の出口側にそれぞれ接続されるとともに、地上設備16の入口側より上流の往管2の配管中には往き水量計M1と地上ポンプP1が接続され、地上設備16の出口側より下流の還管3の配管途中には戻り水量計M2が接続されている。
Hereinafter, an embodiment of an underground device in a groundwater heat utilization facility according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Figure 1 is a schematic diagram showing the entire underground device in groundwater heat utilization equipment ground pump specification, in the figure, 1 is a casing to construct a deep underground wells, the interior of the
The upper end of the
また、図1および図2に示すように、単一の帯水層の略中間部に位置してケーシング1内に配置されている遮水管4より上方の上部空間に往管2の吸い口が位置し、遮水管4より下方の下部空間には遮水管4に連通(貫通)された還管3の出口が位置している。
これにより、ケーシング1のストレーナ部(排水口)6より排出される地上設備16からの温度が下がった戻り地下水は、単一の帯水層の底部分で水脈の下手流れ方向に這うように移動し、一方、単一の帯水層の上部付近(吸水口付近)では水脈の上手方向より、温度の高い地下水がケーシング1のストレーナ部(吸水口)6よりケーシング1内に導入されて地上ポンプP1より地上設備16へ吸引輸送される。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the mouthpiece of the
As a result, the returned groundwater from the
ケーシング1は、金属製のパイプで構成され、その口径は地下水の必要循環量に応じて100mm、125mm、150mm、200mm、300mmから適宜選択して使用される。そして、選択された口径のケーシングは、目的の温度や水量などを有する単一の帯水層が存在している深度に合わせて地中深く挿入植設される。
なお、図示を省略しているが、ケーシング1は、数メートルの長さを有する短管複数本を順次連結して地中に挿入植設されることで、一本の井戸を地中深く構築するようになっている。そして、目的の単一の帯水層と対応する位置には吸・排水用の開口を有するストレーナ部6を周壁に備えている短管を挿入植設させるようになっている。
The
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the
ストレーナ部6は、単一の帯水層を流れる地下水をケーシング1内に流入させるための吸水口と、及びケーシング1外に流出させるための排水口となる開口であり、ケーシング1の周壁に軸芯と平行ならしめて周方向に等間隔をおいて形成されるスリット6a群から形成されている(図2参照)。
そして、ケーシング1の上下長さ方向におけるストレーナ部6(スリット6a)の開口長さは、単一の帯水層の上下端(帯水層を挟んで上下に存在しているそれぞれの不透水層との境目)よりそれぞれ1〜2mほど不透水層側に突出するように形成されている。
尚、ストレーナ部6は、スリットに限定されず、丸孔、或いは角孔等、地下水が出入りすることが出来る開口であればよい。
The
And the opening length of the strainer part 6 (slit 6a) in the up-down length direction of the
In addition, the
遮水管4は、単一の帯水層が存在する位置に対応させてケーシング1の周壁に備えられるストレーナ部6の開口長さ範囲内でケーシング1の内部を、往管2の吸い口が位置する吸水側と、還管3の出口が位置する排水側に分断する。つまり、単一の帯水層内において、温度が高い地下水が吸水される吸水側と、地上設備16との熱交換がなされた後に戻されてくる温度が低い戻り地下水が排水される排水側との温度が違う地下水が干渉しないようにケーシング1の内部を上部空間側と下部空間側とに分断する。
そして、この遮水管4は、温度が高い地下水と温度が低い地下水とが干渉しないように吸水口側と排水口側との距離を、ストレーナ部6の開口長さ範囲内で確保する程度の長さ(例えば、3〜5m位)に形成されている。
これにより、例えば、遮水管4は、ストレーナ部6の開口長さ範囲内の中央部分(単一の帯水層の略中央部)に配設されたときに、ストレーナ部6の開口長さ方向の1/3〜1/4を遮水し、ケーシング1内において地下水の上下流通を遮断する。
また、遮水管4は、図2に示すように、ケーシング1内の定位置において内周面に密着して止水効果を発揮させるための遮水材7を外周面の長さ方向に間隔をおいて複数備えている。
The
And this
Thereby, for example, when the
In addition, as shown in FIG. 2, the
尚、ケーシング1の内径が100mmで、水中ポンプを利用した場合には、単一の帯水層内で往管2の一部に遮水管4を構成することになるが、それ以外の基本的な構成は単一の帯水層内で還管3の一部に遮水管4を接続構成する。
In addition, when the inner diameter of the
遮水材7は、遮水管4がケーシング1の内周面に接触しながらある程度移動ができるような多少の柔軟性があり、時間の経過と共に含水することにより体積膨張しケーシング1内面と遮水管外面の密着度を高める材料、例えば含水性のあるコルク、ゴム(遮水専用)、膨潤ゴムなどを用いることができる。
遮水材7の取り付け位置は、図2に示すように、遮水管4の上端側と下端側、及び遮水管4の長さ方向の中程の3箇所に配置しているが、これに限らず、遮水管4の上・下端側2箇所に配置したり、遮水管4の全体に取り付けることも任意である。
The
As shown in FIG. 2, the
前記構成により、井戸自体の水脈に到達させているケーシング1を密閉状態にし、遮水管4より上側にある空気を図1に示す空気抜き弁又は真空ポンプ8などで抜気して、ケーシング1の内部に大気圧力の影響をする空気を入り込まないように密閉回路を構成し、外気から遮断する。
それにより、同圧内では温度差による水流移動が望めるので、熱交換器を直接ケーシング1内にドブ付けし、熱交換して直接地下水を外部に出さないで、ケーシングと水脈ドーム間で循環運動させて、熱移動を容易にするも可能である。
By the arrangement, and the
As a result, water flow movement due to temperature difference can be expected within the same pressure, so that the heat exchanger is directly pumped into the
その結果、単一の帯水層の上場(上部)から地下水を吸水し、放熱して温度が下がった地下水を下場(下部)に排水することができ、温度差が生じることにより、排水された低温部分は帯水層の下部を這うように、流れ方向に移動し、温度のある上場の地下水が、遮水管の上場に入り込むように成る。 As a result, groundwater can be absorbed from the listing (upper part) of a single aquifer, and groundwater whose temperature has decreased due to heat dissipation can be drained to the lower part ( lower part) . The low-temperature part moves in the flow direction so as to crawl the lower part of the aquifer, so that the listed groundwater with temperature enters the listing of the impervious pipe.
下記に、前記した地中装置のボーリング施工手順などについて説明する。
(1)各都道府県の土木地質調査の記録(ホームページ等で一般的に公開されているとこ
ろもある)などから、目的地に一番近い過去調査書などの資料に基づいて、有効な
帯水層となる浸透性の地質(砂礫・砂・粗砂・小石・砂利)を分析し、層の深さな
ど考慮しながらボーリング深度を決定する。50m、75m、100m、150m
等、必要に応じてそれ以上の深度で、凡その帯水層を予測する。又、ケーシングの
口径は地下水の必要循環量に応じて100mm、125mm、150mm、200
mm、300mmから適宜選択する。
(2)深度を決めながら掘削を開始し、掘削深度により変化してくる、コア(掘削した際
の土、砂、石、砂利等の排出されてきた削りカス)の量、大きさ、深さなどにより
、層の地質を確認、検収しながら柱状図、検層図を作成する。
(3)ボーリング中は土質により掘削穴が崩れないように、ベットナイト(潤滑・遮水用
の専用材料)を混入して、遮水しながら予定深度まで掘削を進める。
(4)予定深度まで掘削した後、速やかに電流計測装置等により、各層の掘削時の検層と
の修正を施し、深度に対しての地層の分布を把握し、有効帯水層の確定をする。
(5)確定した帯水層の位置決めをし、それに合わせて帯水層の深さ以上に上下に各々1
〜2m長めにスリット6aが入ったストレーナ部6を有したケーシング1をケーシ
ング1に位置決め連結して挿入準備をする。
(6)ボーリング後に(4)〜(5)の作業は同日に同時進行する位に速やかに行なわな
ければ、掘削坑が崩れるので、速やかに(5)のケーシング1を挿入する。
(7)ケーシング1挿入後、掘削時のベッドナイト交じりの泥水を排出させながら、帯水
層の地下水の濁りがおさまるまで地下水を排出する。ベッドナイトが抜けきれ、地
下水の揚水状態が目的水量までの出水能力が有るか確認しながら、一定量排出させ
帯水層内に水中ドーム(仮称)が形成されて行く効果を期待しながら井戸を洗う。
(帯水層とケーシング内面やスリット部分の目地に挟まっている砂・泥・ベットナ
イトなどを洗い流すためと、その帯水層の水量が安定することを確認する)
(8)(7)の行程を経て、暫定的に必要以上の揚水量を出せるテスト用の水中ポンプを
入れ、揚水水位(循環ではないので汲み上げ時には水位が下がるので、どこまで下
がるかの位置)と、自然水位(地圧、地下水圧などの水柱圧力と大気圧の均衡が取
れた位置)の深さを調査し、地上に設置するポンプか水中ポンプの仕様の選定をす
る。
(9)(8)の結果により、揚水水位がGLから−7mより更に低くなる場合は水中ポンプ
、−7mより高い場合は、設計水量が間に合う範囲で地上設置のポンプを選定する
。これらの選定により、地上ポンプ(水中ポンプでもケーシング内径が125mm
以上の場合は同様)が選定される場合は、帯水層の中心部に長さが3〜4m程度の
遮水管4(遮水管の長さの目安は帯水層の深さの略1/3〜1/4)を設置し、遮
水管の位置の調整が出来る様に遮水管4の下端に連通された還管の先がケーシング
1の底に着かないように上下の調整余裕を持たせる。その還管3の周壁には排水用
のスリット3aが形成されている(図2参照)。
(10)遮水管4より上側で揚水水位より深い位置に往管2の吸い口(又はケーシング内径
が125mm以上の場合は水中ポンプ)を配置し、往管2、還管3が並行に地上の
地上設備16に向かうが、ケーシング1上端の密閉蓋5は密閉状態で、往管2、還
管3のケーシング1の外部に出る接続部分は密閉を維持できる接続構造とし、空気
の進入を防ぎ、地上設備16との接続も同じく、全体が密閉回路を構成する(図1
、図3参照)。
(11)ケーシング1の内径が100mmの場合は、水中ポンプの外径が97mm位なので
、該ケーシング1の内面と水中ポンプ10外周面との隙間が殆どなく、そのために
還管3を前記隙間を通して下方に案内することはできない。そこで、この場合は、
遮水管4の下に水中ポンプ10が配置され、遮水管4より上側に還管2を位置させ
、水中ポンプ10と遮水管4と連通された管が、往管2となり、(10)とは反対方
向に循環される。
しかし往管2、還管3の役割は同じで、並行に地上の地上設備16に向かう。(10
)と同様である(図4参照)。
Below, the boring construction procedure etc. of the above-mentioned underground apparatus are demonstrated.
(1) Based on the records of civil engineering geological surveys of each prefecture (some of which are publicly available on the website, etc.) Analyze the permeable geology (sand gravel, sand, coarse sand, pebbles, gravel) that forms the water layer, and determine the drilling depth while considering the depth of the layer. 50m, 75m, 100m, 150m
Etc. Predict the aquifer at a greater depth if necessary. Also, the diameter of the casing is 100mm, 125mm, 150mm, 200 depending on the required amount of groundwater circulation.
It selects from mm and 300 mm suitably.
(2) The excavation is started while determining the depth, and the amount, size and depth of the core (scraps discharged from the excavated soil, sand, stone, gravel, etc.) that change according to the excavation depth. By checking the geology of the stratum and checking it, etc., create a columnar figure and a well log.
(3) During drilling, bet knight (a dedicated material for lubrication and water shielding) is mixed so that the excavation hole does not collapse due to the soil, and drilling is proceeded to the planned depth while blocking water.
(4) After excavating to the planned depth, promptly correct it with the logging at the time of excavation by current measurement device, etc., grasp the distribution of the stratum with respect to the depth, and determine the effective aquifer. To do.
(5) Position the confirmed aquifer and adjust the depth of the aquifer above and below the aquifer depth accordingly.
The
(6) If the operations of (4) to (5) are not performed promptly at the same time on the same day after boring, the excavation pit will collapse, so the
(7) After inserting the
(Confirm that the amount of water in the aquifer is stable in order to wash away sand, mud, bed nuts, etc. sandwiched between the aquifer and the inner surface of the casing and the joints of the slits.)
(8) After the process of (7), insert a test submersible pump that can temporarily provide more pumping than necessary, and the pumping water level. ) And the depth of the natural water level (position where the water column pressure such as ground pressure and groundwater pressure is balanced) and the atmospheric pressure are selected, and the specifications of the pump installed on the ground or the submersible pump are selected.
(9) From the results of (8), select a submersible pump if the pumped water level is lower than -7m from GL, and if it is higher than -7m, select a pump installed on the ground within the range of the design water volume. With these selections, ground pumps (inner pumps with a casing inner diameter of 125 mm
If the same applies to the above case, the
Provide a vertical adjustment margin so as not to reach the bottom of 1 . A slit 3a for drainage is formed on the peripheral wall of the return pipe 3 (see FIG. 2).
(10) Place the suction port of the outgoing pipe 2 (or a submersible pump if the casing inner diameter is 125 mm or more) above the
FIG. 3).
(11) When the inner diameter of the
The
However, the roles of the
) (See FIG. 4).
前記した実施形態は、単一の有効な帯水層において吸水、排水を行なう構成であるが、1本の井戸で同時に地中の深度の異なる複数の各単一の帯水層を利用する構成とすることもできる。
以下、その構成を図6および図7に基づいて簡単に説明する。
1本のケーシング1内に、3個の遮水管11、12、13を前記の実施形態と同様に挿入配置し、最上位の遮水管11は上層の単一の帯水層A内に位置させ、最下位の遮水管13は下層の単一の帯水層B内に位置させ、更に真中の遮水管12は上層の単一の帯水層Aと下層の単一の帯水層Bとの間の不透水層C内に位置させる。真中の遮水管12は、上層の単一の帯水層Aと下層の単一の帯水層Bの地下水が干渉しないように遮水するためのものである。
そして、上層の単一の帯水層A内に配置した遮水管11には、下層の単一の帯水層B内に配置した遮水管13の往管2Bと還管3Bが貫通して配管されると共に、該遮水管11の下端に往管2Aが接続されている。
又、不透水層C内に配置した遮水管12には、下層の帯水層B内に配置した遮水管13の往管2Bと還管3Bが貫通して配管されている。
更に、下層の単一の帯水層B内に配置した遮水管13には、往管2Bのみが接続されている。
In the above-described embodiment, water absorption and drainage are performed in a single effective aquifer. However, a single well uses a plurality of single aquifers having different depths in the ground at the same time. It can also be.
The configuration will be briefly described below with reference to FIGS.
In the
And, in the
In addition, the
Furthermore, only the
そして、前記構成により、1本の井戸の中で地下水温度が13℃前後の有効な深度が異なる単一の帯水層A(比較的浅い深度100m以内)と、更に深度の深い地下水温度が20℃以上(30〜50℃でもよい)の有効な単一の帯水層Bの水脈を、地上設備16において地下水温度の低い温域で利用する時期と高い温域で利用する時期を異にして使用する場合、或いは温度差を利用する設備などの二極化、またはそれ以上の複数利用が可能となる。
And by the said structure, the single aquifer A (within a comparatively shallow depth of less than 100 m) in which the effective depth in which a groundwater temperature is around 13 degreeC in one well differs, and a deeper groundwater temperature is 20 The time when the effective single aquifer B having a temperature higher than or equal to 0 ° C. (or 30 to 50 ° C.) is used in the
図1〜7に示した前記の各地下装置では、地下水熱を直接地上設備に循環する構成の装置として説明したが、図8は下記の目的理由により、地下水熱を直接地上設備で循環させずに、ケーシング1内で水中ポンプを利用して強制循環させ、熱交換器となるパイプラインより熱吸収(熱交換)させた熱媒体(例えば不凍液)を地上設備に循環させて地下水熱を取り出す装置である。
In each of the above-described underground devices shown in FIGS. 1 to 7, it has been described as a device configured to circulate groundwater heat directly to the ground facility. However, FIG. 8 does not circulate groundwater heat directly in the ground facility for the following purpose. In addition, a heat medium (for example, antifreeze) that has been forcedly circulated in the
1.地上設備において、地下水の成分上、直接熱媒体として使用に耐え難い場合もある。例えば鉄分、硫黄分が多すぎて、冷水利用のファンコイルの細い銅管を腐蝕、酸化させて目詰まり、劣化等で耐用年数を短くしてしまう虞れがある。
2.融雪システムに利用する場合、必要温度に達しない地下水温度の場合、地上設備で直接利用すると、凍結の可能性があるとすれば、先に不凍液を熱媒体にして熱交換した方が安全である。
3.地上に熱交換器をおくよりも最短距離で熱交換できるので、熱ロスを防げることと、地上設備に熱交換器のスペースをはぶける。
4.各都道府県の地盤沈下、公害規制などにより「地下水の汲み上げ規制」のある地域において、その地下水を全く地上に汲み上げずに対応できる。即ち、揚水しないで地下ケーシング内だけで循環させ、熱交換できることにより、規制に関わらない、地下水熱の利用方法となる。
5.熱交換器となるパイプラインが地上設備と連通するので、直接地下水が循環するわけではないので、帯水層内の地下水圧・地圧などに影響しないため、この場合の地上設備は必ずしも密閉回路でなくとも、半密閉・若しくは開放回路でもどちらでも有効利用できる。
1. In ground facilities, it may be difficult to withstand use as a direct heat medium due to the components of groundwater. For example, there are too many iron and sulfur components, and the thin copper tube of the cold water-based fan coil may be corroded and oxidized, resulting in clogging and deterioration, which may shorten the service life.
2. When used for snow melting systems, if the groundwater temperature does not reach the required temperature, if it is possible to freeze if used directly on the ground equipment, it is safer to exchange heat using antifreeze as a heat medium first. .
3. Heat can be exchanged in the shortest distance than placing a heat exchanger on the ground, so heat loss can be prevented and space for heat exchangers on the ground equipment.
4). In areas where there are “groundwater pumping regulations” due to land subsidence and pollution regulations of each prefecture, it is possible to respond without pumping the groundwater to the ground at all. That is, it is possible to circulate only in the underground casing without pumping, and to exchange heat, thereby making it possible to use groundwater heat regardless of regulations.
5). Since the pipeline that serves as a heat exchanger communicates with the ground equipment, groundwater does not circulate directly, so it does not affect the groundwater pressure and ground pressure in the aquifer. Even if it is not, it can be used effectively in either a semi-sealed or open circuit.
以下、図8について簡単に説明する。尚、前記実施例で示したと同じ構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
前記の実施例で示したケーシング1内の遮水管4上部に、熱交換器14のパイプライン14’を挿入配置し、そのパイプライン14’を地上設備16に連通接続する。そして、そのパイプライン14’内には媒体液(例えば不凍液)を注入し、地上設備16で放熱した後、ケーシング1内の熱交換器14の下部より入り熱交換されながら上昇し、地上設備16への循環行程を行なう。
強制対流装置17は、熱交換器14より上方位置に水中ポンプ10が付設され、単一の帯水層の上部の地下水が、ケーシング1のストレーナ部6より流入し、熱交換器14の隙間を通り、熱交換しながら上部水中ポンプ10に強制的に吸い込まれ、水中ポンプ10の出口に連通され下部に向かって折り返した還管15を通り、更に連通されている遮水管4を通り、還管15のスリットよりケーシング1のストレーナ部6より排水される。
このような構成の地下装置によれば、ケーシング1内だけでの水中ポンプ10の運転による熱交換のために、水流の速度は速く、熱交換は容易となり、地下水もケーシング1内だけに留まっていることになるので、空気にも触れず、且つ流失も無く汚染も地盤沈下の心配もない地下水熱利用設備における地中装置を提供できる。
Hereinafter, FIG. 8 will be briefly described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same component as shown in the said Example, and the description is abbreviate | omitted.
The pipeline 14 ′ of the heat exchanger 14 is inserted into the upper portion of the
In the forced
According to the underground apparatus having such a configuration, the heat flow is fast and the heat exchange is easy because of the heat exchange by the operation of the
A,B…帯水層 C…不透水層
1…ケーシング 2,2B…往管
3,3B…還管 4,11,12,13…遮水管
5…密閉蓋 6…ストレーナ部
7…遮水材 8…真空ポンプ
10…水中ポンプ 4…熱交換器
16…循環密閉回路式地上設備
A, B ... Aquifer C ... Impervious layer
DESCRIPTION OF
5 ... Sealing
7 ... Water shielding material 8 ... Vacuum pump
10 ...
16 ... Circulating closed circuit type ground equipment
Claims (5)
前記ケーシング(1)は、密閉上端を地表又は地中所定深度まで没入させた状態で地中に挿入植設され、地中の所定深度に存在する単一の帯水層に対応する上下長さ方向の所定位置の周壁に吸・排水用の開口を有するストレーナ部(6)を備え、
前記ストレーナ部(6)は、前記単一の帯水層の上下端よりそれぞれ突出する開口長さ範囲で前記ケーシング(1)に形成されてなり、
前記ストレーナ部(6)の前記開口長さ範囲内に前記ケーシング(1)の内部を上下に分断するための遮水管(4)を配設して、該遮水管(4)より上方の前記ケーシング(1)内の上部空間内に前記往管(2)の吸い口または還管(3)の出口の何れか一方を位置させ、他方を前記遮水管(4)より下方の下部空間内に位置させたことを特徴とする地下水熱利用設備における地中装置。 The casing (1) is planted so as to reach a water vein existing at a predetermined depth in the ground, and is connected via an outgoing pipe (2) and a return pipe (3) respectively inserted and arranged in the casing (1). An underground device in a groundwater heat utilization facility constructed in the ground so as to circulate and supply groundwater heat to the circulating closed circuit type ground facility (16) ,
The casing (1) is inserted and planted in the ground with the sealed upper end immersed to the ground surface or a predetermined depth in the ground, and has a vertical length corresponding to a single aquifer existing at a predetermined depth in the ground. A strainer portion (6) having an opening for suction and drainage on a peripheral wall at a predetermined position in the direction;
The strainer portion (6) is formed in the casing (1) with an opening length range protruding from the upper and lower ends of the single aquifer,
The casing above the water shield pipe (4) is provided with a water shield pipe (4) for dividing the inside of the casing (1) vertically within the opening length range of the strainer section (6). (1) Either one of the outlet of the forward pipe (2) or the outlet of the return pipe (3) is positioned in the upper space inside, and the other is positioned in the lower space below the water shielding pipe (4). An underground device in a groundwater heat utilization facility characterized by having been made .
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