JP5042716B2 - Heat pump system and geothermal well - Google Patents
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Description
本発明は、地下水を利用したヒートポンプシステム及びこれに用いられる地中熱井に関するものである。 The present invention relates to a geothermal heat wells for use in a heat pump system and which utilizes the groundwater.
従来の地下水利用ヒートポンプシステムは地下水(井水)をくみ上げて水熱源(水冷式)ヒートポンプの熱源とし、熱交換した後の地下水は地盤沈下防止のために還元井戸に還元するというものである(例えば、非特許文献1参照。)。ヒートポンプの熱源としては地下水を直接用いる方法と、地下水とブラインを水−水熱交換器で熱交換し、ヒートポンプの熱源としてはそのブラインを用いるという方法がある。
また、地中熱利用ヒートポンプシステムはUチューブや同軸熱交換器等の地中熱交換器により地中から熱を吸熱するものである(例えば、非特許文献2参照。)。
In addition, the heat pump system using ground heat absorbs heat from the ground using a ground heat exchanger such as a U tube or a coaxial heat exchanger (for example, see Non-Patent Document 2).
しかしながら、地下水利用ヒートポンプシステムの地下水を直接ヒートポンプの熱源とする場合はヒートポンプ内蒸発器凍結のおそれがあるために採熱できる温度差が小さい。例えば、地下水をヒートポンプより吸熱した後の温度は通常5℃程度までとされ、これ以下の温度では突然の停電等でヒートポンプ内の凍結のおそれがあるために運用を控える必要がある。また、地下水とブラインを熱交換するシステムでもブライン温度が氷点下になると突然の停電等で地下水の凍結が起こる可能性がある。また、水−水熱交換器容量を大きくすれば利用できる熱量は増えるがその分熱交換器のコストが増大する。
また、地中熱利用ヒートポンプシステムの場合は熱源水としてブラインを用いるが、地中から吸熱できる熱量が少ないため、地中熱交換器の合計深さが大きくなり、コストアップとなる。
However, when the groundwater of the heat pump system using groundwater is directly used as the heat source of the heat pump, there is a risk of freezing of the evaporator in the heat pump, so the temperature difference that can be collected is small. For example, the temperature after the groundwater has absorbed heat from the heat pump is normally set to about 5 ° C., and if the temperature is lower than this temperature, there is a risk of freezing in the heat pump due to a sudden power failure or the like. In addition, even in a system that exchanges heat between groundwater and brine, if the brine temperature falls below freezing point, groundwater may freeze due to a sudden power failure. Further, if the capacity of the water-water heat exchanger is increased, the amount of heat that can be used increases, but the cost of the heat exchanger increases accordingly.
In the case of a heat pump system using geothermal heat, brine is used as the heat source water. However, since the amount of heat that can be absorbed from the ground is small, the total depth of the underground heat exchanger is increased, resulting in an increase in cost.
かかる課題を解決するため、本発明のヒートポンプシステムは、In order to solve this problem, the heat pump system of the present invention is
抽出井(2)を介して地下水脈から地下水を抽出するために設けられた、井水ポンプ(6)と、 A well pump (6) provided for extracting groundwater from the groundwater vein through the extraction well (2);
前記井水ポンプ(6)によって抽出された前記地下水と、この地下水とは別の熱源水と、の間で熱交換を行うために設けられた、水−水熱交換器(4)と、 A water-water heat exchanger (4) provided for heat exchange between the groundwater extracted by the well pump (6) and heat source water different from the groundwater;
前記地下水脈に対応する下端部にメッシュ(17)を有する筒状のケーシング(16)と、このケーシング(16)内に収容されていて前記水−水熱交換器(4)を経る前の前記熱源水と地中(14)との熱交換を行うために設けられたUチューブ熱交換器(13)と、前記ケーシング(16)と前記Uチューブ熱交換器(13)との間に充填された透水性の充填材(40)と、を備えているとともに、前記水−水熱交換器(4)を経た前記地下水が通流する地下水配管(9)と接続されていることで、前記水−水熱交換器(4)を経た前記地下水を前記充填剤(40)に通して前記Uチューブ熱交換器(13)と熱交換させつつ前記地下水脈に還元するように構成された、還元井の機能を兼備する地中熱井(3)と、 A cylindrical casing (16) having a mesh (17) at the lower end corresponding to the groundwater vein, and the casing (16) accommodated in the casing (16) before passing through the water-water heat exchanger (4) Filled between the U tube heat exchanger (13) provided for heat exchange between the heat source water and the ground (14), and between the casing (16) and the U tube heat exchanger (13). And a water-permeable filler (40), and connected to a groundwater pipe (9) through which the groundwater passed through the water-water heat exchanger (4) flows. A reducing well configured to reduce the groundwater that has passed through the water heat exchanger (4) to the groundwater vein while passing through the filler (40) and exchanging heat with the U-tube heat exchanger (13). A geothermal well (3) that combines the functions of
を備えている。 It has.
また、本発明の地中熱井は、還元井の機能を兼備するものであって、Moreover, the underground thermal well of the present invention has the function of a reduction well,
地下水脈に対応する下端部にメッシュ(17)を有する、筒状のケーシング(16)と、 A cylindrical casing (16) having a mesh (17) at the lower end corresponding to the groundwater vein;
前記ケーシング(16)内に収容されていて、熱源水と地中(14)との熱交換を行うために設けられた、Uチューブ熱交換器(13)と、 A U-tube heat exchanger (13) housed in the casing (16) and provided for heat exchange between the heat source water and the ground (14);
前記ケーシング(16)と前記Uチューブ熱交換器(13)との間に充填された、透水性の充填材(40)と、 A water-permeable filler (40) filled between the casing (16) and the U-tube heat exchanger (13);
を備えていて、 With
抽出井(2)を介して前記地下水脈から抽出された後に熱交換作用を経た、前記熱源水とは別の地下水を、前記地下水脈に還元するための地下水配管(9)と接続されることで、当該地下水を前記充填剤(40)に通して前記Uチューブ熱交換器(13)と熱交換させつつ前記地下水脈に還元するように構成されている。 It is connected to a groundwater pipe (9) for reducing groundwater different from the heat source water, which has been extracted from the groundwater vein through the extraction well (2) and has undergone a heat exchange action, to the groundwater vein. Thus, the groundwater is passed through the filler (40) and is exchanged with the U-tube heat exchanger (13) while being reduced to the groundwater vein.
本発明によれば、地下水を水−水熱交換器で熱交換しさらに還元井及び地中熱井を兼用した熱交換器により熱交換することにより、従来の地下水利用ヒートポンプシステムと比べてヒートポンプの熱源として利用できる熱量を大きくとることができ、さらに、地中熱利用ヒートポンプシステムと比べて同じ地中熱交換器深さ当たりの採熱量を多くとる事ができる。
また、地下水利用ヒートポンプシステムでは抽出井より抽出した地下水は地盤沈下影響がないように地下に還元する必要があるが、本発明により、還元井において地下水脈からケーシングとメッシュにより抽出した地下水の元の地下水脈に地下水を戻すことができるとともに、間接的に熱交換するUチューブも還元井内に設置されているため、地下水の還元水とUチューブとの強制対流熱伝達と地中からの採熱により、従来の地中熱交換器よりも単位深さ当たりの採熱量の大きい地中熱交換器として兼用できる。
このため、還元井と地中熱井のトータルコストが低減できる。
このように地下水を水−水熱交換器とさらに還元及び地中熱井により2回熱交換して採熱することにより、水−水熱交換器だけのシステムと比べて多くの採熱量となる。
According to the present invention, by exchanging heat of groundwater with a water-water heat exchanger and further exchanging heat with a heat exchanger that also serves as a reduction well and a geothermal heat well, the heat pump of the heat pump is compared with the conventional heat pump system using groundwater. The amount of heat that can be used as a heat source can be increased, and furthermore, the amount of heat collected per depth of the same underground heat exchanger can be increased as compared with a heat pump system using underground heat.
In the groundwater heat pump system, groundwater extracted from the extraction well must be reduced to the ground so that there is no impact on land subsidence. Groundwater can be returned to the groundwater vein, and a U tube that indirectly exchanges heat is also installed in the reduction well, so forced convection heat transfer between the groundwater reduced water and the U tube and heat collection from the ground It can also be used as a ground heat exchanger having a larger amount of heat collected per unit depth than a conventional ground heat exchanger.
For this reason, the total cost of a reduction well and a geothermal well can be reduced.
In this way, groundwater is heat-exchanged twice with a water-water heat exchanger and further with a reduction and underground heat well to collect heat, resulting in a larger amount of heat collection than a system with only a water-water heat exchanger. .
本発明の一実施形態においては、図1のように、水熱源ヒートポンプ1と抽出井2と水−水熱交換器4と還元及び地中熱井3とそれらを結ぶ地下水配管とブライン配管としたものである。地下水側から見ると、地下水は抽出井2よりポンプ6により抽出され、水−水熱交換器4を通過して放熱し、複数の還元及び地中熱井3に分配されて流れ、ケーシング内かつUチューブ13の外の透過性のある充填材の中を通り、元の地下水脈15へ流れる。還元及び地中熱井3の地表部より地下水が溢れないように蓋を設置する。ブライン側からみると、ブラインはポンプ5により循環し、ヒートポンプ内の熱交換器7で放熱した後、分配されて還元及び地中熱井3のUチューブ13へ流れて地下水及び地中より吸熱して地上で集まり、水−水熱交換器4で地下水より吸熱してポンプ5に戻りこれを繰り返す。
In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, a water heat
本発明の一実施形態においては、また、図2のように、井戸の中にケーシング16があり、下部にメッシュ17があり、地表部に蓋19があり、そのケーシングの中にUチューブ18があり、そのUチューブ18とケーシング16の間には透水性をもつ充填材40を充填させることにより、地下水を還元するとともに、Uチューブ18により地下水から熱を吸収することができるという還元井と地中熱井の両方の特性をもつことができ、さらに通常の地中熱交換器よりも単位深さ当たりの採熱量を増やすことができる。
In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the
(本発明の実施例)
図3に本発明の一実施例を示す。
図3は暖房および冷房を行うときの実施例である。ブライン配管36は分配して複数台の水熱源ヒートポンプ25に接続している。還元および地中熱井26は井水還元量に応じて本数を調整することができる。
( Example of the present invention )
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention .
FIG. 3 shows an embodiment when heating and cooling are performed. The brine piping 36 is distributed and connected to a plurality of water heat
最初に、暖房時について説明する。ここでは水熱源ヒートポンプ25は直膨方式であり、暖房時の空調機29は凝縮器となる。
First, the heating will be described. Here, the water heat
地下水を中心に考えると、地下水は抽出井27から井水ポンプ30によって抽出され、熱交換器32で放熱し、地下水配管34で分配されて還元および地中熱井26に入り、ケーシング内の透水性を持つ充填材35を通り地中43より吸熱するとともにUチューブ38に放熱し、元の地下水脈44に戻る。このとき熱交換した後の地下水が元の抽出井27から再度抽出されないように、還元及び地中熱井26の設置位置は抽出井27に対して地下水脈の下流にあるとよい。
Considering the groundwater as the center, the groundwater is extracted from the extraction well 27 by the well pump 30, dissipated by the
例えば、地中温度が10℃と仮定した場合、地下水温度も10℃になると考えられる。抽出井27より10℃の地下水を汲み上げ水−水熱交換器32にて放熱して5℃となり、地下水配管34を通り、還元及び地中熱井26でさらに放熱して温度が低下する。この時一部地中43より吸熱するがUチューブ38への放熱量の方が多い。その計算結果については後に述べる。
For example, if the underground temperature is assumed to be 10 ° C, the groundwater temperature is considered to be 10 ° C. The groundwater at 10 ° C. is pumped up from the extraction well 27 and radiated to 5 ° C. by the water-
ケーシング内で地下水脈に到達するまでに氷点下になると、凍結のおそれがあるので氷点下にならないように、流量や充填材の透過率に注意する。また、停電等で井水ポンプが停止した場合はUチューブ内のブラインが氷点下になる場合があるため、Uチューブ周りが若干凍結する可能性もあるが、重力による地下水還元による水流があるため凍結しにくく、また、地中から熱を吸熱するため温度が回復すると考えられ、さらに、地下水回路は開放回路であるので凍結による膨張の影響がほとんどない。 Pay attention to the flow rate and the permeability of the filler so that it does not fall below freezing when it reaches below freezing point before reaching the groundwater vein in the casing. In addition, when the well pump is stopped due to a power failure or the like, the brine in the U tube may be below freezing, so the area around the U tube may freeze slightly, but there is a water flow due to groundwater reduction due to gravity. In addition, it is considered that the temperature recovers because it absorbs heat from the ground, and furthermore, since the groundwater circuit is an open circuit, there is almost no influence of expansion due to freezing.
ブラインを中心に考えると、ブラインは、ブラインポンプ31により搬送され、水熱源ヒートポンプ25の蒸発器42で放熱し、ブライン配管37で分配されて、還元及び地中熱井26内のUチューブ38にて吸熱し、地上に戻りブライン配管39を通って水−水熱交換器32にてさらに吸熱し、ブラインポンプ31へ戻りこれを繰り返す。
Considering the brine as the center, the brine is conveyed by the brine pump 31, dissipated heat by the
例えば、水熱源ヒートポンプ25の蒸発器42のブライン入口温度が5℃、出口温度が−5℃となり、Uチューブ38で吸熱して0℃となり、水−水熱交換器32で吸熱して5℃となる。
For example, the brine inlet temperature of the
このような順序で水−水熱交換器、水熱源ヒートポンプ、還元及び地中熱井について熱交換を行わないと、高い熱源温度を確保することができない。 Unless heat exchange is performed for the water-water heat exchanger, the water heat source heat pump, the reduction, and the underground heat well in this order, a high heat source temperature cannot be ensured.
次に、冷房時について説明する。ここでは水熱源ヒートポンプは直膨方式であり、冷房時空調機29は蒸発器となる。
Next, the cooling time will be described. Here, the water heat source heat pump is a direct expansion system, and the
地下水を中心に考えると、地下水は井水ポンプ30で抽出され、水−水熱交換器32で吸熱し、地下水配管34で分配されて還元及び地中熱井26に入り、ケーシング内の透水性を持つ充填材35を通り地中43へ放熱するとともにUチューブ38から吸熱し、元の地下水脈44に戻る。
Considering groundwater as the center, groundwater is extracted by a well pump 30, absorbs heat by a water-
例えば、地中温度、地下水温度が年間を通して一定の10℃と仮定した場合、地下水は抽出井27より10℃の地下水を汲み上げられ、水−水熱交換器32にて吸熱して15℃となり、地下水配管34を通り、還元及び地中熱井26でさらに吸熱して温度が上昇して地下水脈44へ戻る。この時一部地中43へ放熱するがUチューブ38からの吸熱量の方が多い。その計算結果については後に述べる。
For example, when it is assumed that the underground temperature and the groundwater temperature are constant 10 ° C. throughout the year, the ground water is pumped up to 10 ° C. from the extraction well 27 and is absorbed by the water-
同様にブラインを中心に考えると、ブラインは、ブラインポンプ31により搬送され、水熱源ヒートポンプ25の凝縮器42で吸熱し、ブライン配管37で分配されて、還元及び地中熱井26内のUチューブ38にて放熱し、地上に戻りブライン配管39を通って水−水熱交換器32にてさらに放熱し、ブラインポンプ31へ戻りこれを繰り返す。
Similarly, considering the brine as the center, the brine is conveyed by the brine pump 31, absorbs heat by the
例えば、水熱源ヒートポンプの凝縮器ブライン入口温度が20℃、出口温度が30℃となり、Uチューブ38で放熱して地上で25℃となり、水−水熱交換器32で吸熱して20℃となる。
For example, the condenser brine inlet temperature of the water heat source heat pump is 20 ° C., the outlet temperature is 30 ° C., the heat is dissipated by the
このように本発明を用いれば、冷暖切り替え可能な水熱源ヒートポンプを用いることが可能である。 Thus, if this invention is used, it is possible to use the water heat source heat pump which can be switched between cooling and heating.
ブライン配管については、地中温度が高いなどで凍結温度にならなければブラインは水でも構わない。 As for the brine piping, the brine may be water as long as the underground temperature is high and the freezing temperature is not reached.
請求項2の還元及び地中熱交換器の採熱効果を簡易的な方法で計算する。
The reduction of
まず、比較のために通常のUチューブ地中熱交換器の採熱量を計算する。
Uチューブは管の内径に比べて十分長い管であり、先端のU部分の計算は無視する。また、Uチューブは2本であるが、簡単のために2本の内径の断面積の合計と同じ内径の断面積で同じ配管厚さをもつ1本の仮想チューブとみなす。また、仮想チューブの温度はUチューブの入口・出口の平均温度として一定とする。
図4のようにパイプ(熱伝導率λ1[W/m・K]、中心からの距離r1[m]〜r2[m]の部分)と土(熱伝導率λ2[W/m・K]、中心からの距離r2[m]〜r3[m]の部分)の単位長さの円筒面を通過する熱量φ[W/m]はフーリエの法則を用いて数1のようになる。ここで、パイプ内表面r1で温度はt1[℃]、パイプ外表面r2で温度はt2[℃]、土壌半径r3で温度はt3[℃]とする。
The U tube is sufficiently long compared to the inner diameter of the tube, and the calculation of the U portion at the tip is ignored. Further, although there are two U tubes, for the sake of simplicity, it is regarded as one virtual tube having the same pipe thickness with the same cross sectional area as the total of the cross sectional areas of the two inner diameters. Further, the temperature of the virtual tube is constant as the average temperature of the inlet and outlet of the U tube.
As shown in FIG. 4, the pipe (thermal conductivity λ1 [W / m · K], a portion from the distance r1 [m] to r2 [m] from the center) and soil (thermal conductivity λ2 [W / m · K], The amount of heat φ [W / m] passing through the cylindrical surface having a unit length of a distance r2 [m] to r3 [m] from the center is expressed by
土壌温度を10℃、土壌直径を5.5m、土壌熱伝導率を2.0W/m・K、Uチューブの内径27mm、Uチューブの肉厚3.5mm、Uチューブの熱伝導率0.42W/m・K、入り口温度−5℃、出口温度0度とすると、1mあたりの仮想チューブ当たりの採熱量は28W/mとなった。
Soil temperature 10 ° C, soil diameter 5.5m, soil thermal conductivity 2.0W / m · K, U tube inner diameter 27mm, U tube wall thickness 3.5mm, U tube thermal conductivity 0.42W / M · K, inlet temperature −5 ° C.,
次に、請求項2の還元及び地中熱交換器の採熱効果を計算する。
Uチューブは管の内径に比べて十分長い管であり、先端のU部分の計算は無視する。また、Uチューブは2本であるが、簡単のために2本の内径の断面積の合計と同じ内径の断面積で同じ配管厚さをもつ1本の仮想チューブとみなす。また、仮想チューブの温度はUチューブの入口・出口の平均温度として一定とする。ここまでは普通のUチューブと同様である。
ケーシング内かつ仮想チューブの外に透過性のある充填材があり地下水が流れる。地下水は仮想チューブに放熱し、地中から吸熱する。計算では深さ方向に1mずつ区切り、その区間内では水温は一定と仮定する。また、地下水とケーシング内表面の熱伝達抵抗と地下水と仮想チューブ外表面の熱伝達抵抗は十分に小さいとして無視する。また、充填材の熱伝導についてはすべて地下水に熱が伝わるとして無視する。地中から吸熱する熱量と仮想チューブへ放熱する熱量は、次の1mでの水温に反映させる。これを繰り返すことにより還元井の深さまで計算させる。
土壌から地下水に得られる熱量をφs[W/m]、地下水から仮想チューブに与える熱量をφu[W/m]、地下水部分に与えられる熱量をφw[W/m]、仮想チューブの採熱量φ[W/m]はフーリエの法則を用いて数2のようになる。
仮想チューブ(r1≦r≦r2、λ=λ1)
地下水部分(r2≦r≦r3、t=t2=t3)
ケーシング(r3≦r≦r4、λ=λ3)
土壌(r4≦r≦r5、λ=λ4)
(仮想チューブ内表面r1での温度(=地中熱温度)はt1[℃]、仮想チューブ外表面r2で温度はt2[℃]、ケーシング内表面r3で温度はt3、土壌半径r5で温度はt5[℃]とする)
Next, the reduction of
The U tube is sufficiently long compared to the inner diameter of the tube, and the calculation of the U portion at the tip is ignored. Further, although there are two U tubes, for the sake of simplicity, it is regarded as one virtual tube having the same pipe thickness with the same cross sectional area as the total of the cross sectional areas of the two inner diameters. Further, the temperature of the virtual tube is constant as the average temperature of the inlet and outlet of the U tube. Up to this point, it is the same as an ordinary U tube.
There is a permeable filler inside the casing and outside the virtual tube, and groundwater flows. Groundwater dissipates heat to the virtual tube and absorbs heat from the ground. In the calculation, 1 m is divided in the depth direction, and the water temperature is assumed to be constant within the section. In addition, the heat transfer resistance between the groundwater and the inner surface of the casing and the heat transfer resistance between the groundwater and the outer surface of the virtual tube are ignored because they are sufficiently small. In addition, the heat conduction of the filler is ignored because heat is transferred to the groundwater. The amount of heat absorbed from the ground and the amount of heat released to the virtual tube are reflected in the water temperature at the next 1 m. By repeating this, the depth of the reduction well is calculated.
The amount of heat obtained from the soil to the groundwater is φs [W / m], the amount of heat given from the groundwater to the virtual tube is φu [W / m], the amount of heat given to the groundwater part is φw [W / m], and the amount of heat collected from the virtual tube is φ [W / m] is expressed by
Groundwater part (r2 ≦ r ≦ r3, t = t2 = t3)
Casing (r3 ≦ r ≦ r4, λ = λ3)
Soil (r4 ≦ r ≦ r5, λ = λ4)
(The temperature at the virtual tube inner surface r1 (= Geothermal temperature) is t1 [° C.], the temperature at the virtual tube outer surface r2 is t2 [° C.], the temperature at the casing inner surface r3 is t3, and the soil radius is r5. t5 [° C])
通常のUチューブ地中熱交換器と同様に、土壌温度を10℃、土壌直径を5.5m、土壌熱伝導率を2.0W/m・K、Uチューブの内径27mm、Uチューブの肉厚3.5mm、Uチューブの熱伝導率0.42W/m・K、入り口温度−5℃、出口温度0度とした。
また、ケーシング熱伝達率50W/m・K、ケーシング内径150mm、ケーシング肉厚10mm、透過性をもつ充填材の空隙率γは10%、還元井水量Qは25L/min、ケーシング内の井水通過断面積はケーシング内面積からUチューブ外断面積(単管2本分)を引いた値とする。井水の比熱を1kcal/L、比重を1kg/Lとして、井水が1m通過して低下する温度はφw×0.86/(60Q)[℃]となる。
これを深さ100mまで計算した結果を表1、表2、図5、図6にまとめた。
表1、表2は深さ1mごとに深さ100mまで、井水温度、井水と地中熱(ブライン)の温度差、(地中熱ブラインへの)井水放熱量、土壌と井水の温度差、(土壌からの)井水吸熱量、(井水の)温度低下を示したものである。井水温度がケーシング内を進むにつれて低下する様子がわかる。井水温度が低下すると、地中熱ブライン温度との温度差が小さくなるので地中熱ブラインへの井水放熱量が低下するが、逆に、土壌と井水の温度差が大きくなり土壌からの井水吸熱量が増加する。ただし、井水吸熱量よりも井水放熱量の方が大きいため、図5のように全体的には井水温度は下降する。
還元及び地中熱井の地中熱ブラインの採熱量の平均値を図6で示す。深さ100mの時は86W/mとなり、この条件においては通常のUチューブ地中熱交換器に比べると3倍以上の採熱量を得ることができることがわかった。
As with a normal U-tube underground heat exchanger, the soil temperature is 10 ° C., the soil diameter is 5.5 m, the soil thermal conductivity is 2.0 W / m · K, the U-tube inner diameter is 27 mm, and the U-tube thickness is The thermal conductivity was 3.5 mm, the U tube thermal conductivity was 0.42 W / m · K, the inlet temperature was −5 ° C., and the outlet temperature was 0 degrees.
Also, the casing heat transfer rate is 50 W / m · K, the casing inner diameter is 150 mm, the casing thickness is 10 mm, the porosity γ of the permeable filler is 10%, the reduced well water amount Q is 25 L / min, and the well water passes through the casing. The cross-sectional area is a value obtained by subtracting the U-tube outer cross-sectional area (for two single tubes) from the casing inner area. Assuming that the specific heat of the well is 1 kcal / L and the specific gravity is 1 kg / L, the temperature at which the well goes down by 1 m is φw × 0.86 / (60Q) [° C.].
The results of calculating this up to a depth of 100 m are summarized in Table 1, Table 2, FIG. 5 and FIG.
Tables 1 and 2 show the temperature of well water, the temperature difference between well water and geothermal heat (brine), the amount of well water radiated (to the geothermal brine), soil and well water, up to 100 m per depth Temperature difference, well water endotherm (from soil), and temperature drop (well water). It can be seen that the well water temperature decreases as it travels through the casing. When the well water temperature decreases, the temperature difference from the geothermal brine becomes small, so the amount of well water radiated to the geothermal brine decreases. The well water endotherm increases. However, since the well water heat dissipation amount is larger than the well water heat absorption amount, the well water temperature generally decreases as shown in FIG.
The average value of the amount of heat collected from the geothermal brine of the reduction and geothermal well is shown in FIG. When the depth is 100 m, it is 86 W / m. Under these conditions, it has been found that a heat collection amount of three times or more can be obtained as compared with a normal U-tube underground heat exchanger.
冷房時についても同様にこのような計算が可能である。 Similar calculations can be made for cooling.
また、水熱源ヒートポンプは直膨方式だけでなく、冷水、温水を生成するヒートポンプチラーでも利用できる。 The water heat source heat pump can be used not only in a direct expansion system but also in a heat pump chiller that generates cold water and hot water.
これらの計算は定常状態を推定しており、負荷最大ピーク時の状態を推定することができるため、地下水及び地中熱ヒートポンプシステムの熱源容量設計に有用である。
Since these calculations estimate the steady state and can estimate the state at the maximum load peak, they are useful for designing the heat source capacity of groundwater and underground heat pump systems.
本願発明は、空調、給湯、床暖房、浴槽加熱、プール加熱及び道路や駐車場の融雪について有用である。
The present invention is useful for air conditioning, hot water supply, floor heating, bathtub heating, pool heating, and snow melting on roads and parking lots.
1 水熱源ヒートポンプ
2 抽出井
3 還元及び地中熱井(ケーシング)
4 水−水熱交換器
5 ブラインポンプ
6 井水ポンプ
7 熱交換器(蒸発器または凝縮器)
8 地下水配管
9 地下水配管
10 ブライン配管
11 ブライン配管
12 ブライン配管
13 Uチューブ(ブライン配管)
14 地中
15 地下水脈
16 ケーシング部
17 メッシュ部
18 Uチューブ(ブライン配管)
19 蓋
20 地下水配管
21 ブライン配管(往)
22 ブライン配管(還)
23 地中
24 地下水脈
25 水熱源ヒートポンプ
26 還元及び地中熱井
27 抽出井
28 冷媒配管
29 室内空調機
30 井水ポンプ
31 ブラインポンプ
32 水−水熱交換器
33 地下水配管
34 地下水配管
35 透過性のある充填材および地下水
36 ブライン配管
37 ブライン配管
38 Uチューブ(ブライン配管)
39 ブライン配管
40 透過性のある充填材および地下水
41 透過性のある充填材および地下水
42 蒸発器および凝縮器
43 地中
44 地下水脈
1 Water heat
4 Water-
8 Groundwater piping 9 Groundwater piping 10 Brine piping 11 Brine piping 12 Brine piping 13 U tube (brine piping)
14 Underground 15
19
22 Brine piping (return)
23 underground 24
39 Brine piping 40 Permeable filler and
Claims (6)
前記井水ポンプ(6)によって抽出された前記地下水と、この地下水とは別の熱源水と、の間で熱交換を行うために設けられた、水−水熱交換器(4)と、 A water-water heat exchanger (4) provided for heat exchange between the groundwater extracted by the well pump (6) and heat source water different from the groundwater;
前記地下水脈に対応する下端部にメッシュ(17)を有する筒状のケーシング(16)と、このケーシング(16)内に収容されていて前記水−水熱交換器(4)を経る前の前記熱源水と地中(14)との熱交換を行うために設けられたUチューブ熱交換器(13)と、前記ケーシング(16)と前記Uチューブ熱交換器(13)との間に充填された透水性の充填材(40)と、を備えているとともに、前記水−水熱交換器(4)を経た前記地下水が通流する地下水配管(9)と接続されていることで、前記水−水熱交換器(4)を経た前記地下水を前記充填剤(40)に通して前記Uチューブ熱交換器(13)と熱交換させつつ前記地下水脈に還元するように構成された、還元井の機能を兼備する地中熱井(3)と、 A cylindrical casing (16) having a mesh (17) at the lower end corresponding to the groundwater vein, and the casing (16) accommodated in the casing (16) before passing through the water-water heat exchanger (4) Filled between the U tube heat exchanger (13) provided for heat exchange between the heat source water and the ground (14), and between the casing (16) and the U tube heat exchanger (13). And a water-permeable filler (40), and connected to a groundwater pipe (9) through which the groundwater passed through the water-water heat exchanger (4) flows. A reducing well configured to reduce the groundwater that has passed through the water heat exchanger (4) to the groundwater vein while passing through the filler (40) and exchanging heat with the U-tube heat exchanger (13). A geothermal well (3) that combines the functions of
を備えたことを特徴とする、ヒートポンプシステム。 A heat pump system comprising:
地表に対応する前記地中熱井(3)の上端部を覆うように設けられた、蓋(19)をさらに備えたことを特徴とする、ヒートポンプシステム。 The heat pump system further comprising a lid (19) provided so as to cover an upper end portion of the underground thermal well (3) corresponding to the ground surface.
前記熱源水はブラインであることを特徴とする、ヒートポンプシステム。 The heat pump system according to claim 1, wherein the heat source water is brine.
前記ケーシング(16)内に収容されていて、熱源水と地中(14)との熱交換を行うために設けられた、Uチューブ熱交換器(13)と、 A U-tube heat exchanger (13) housed in the casing (16) and provided for heat exchange between the heat source water and the ground (14);
前記ケーシング(16)と前記Uチューブ熱交換器(13)との間に充填された、透水性の充填材(40)と、 A water-permeable filler (40) filled between the casing (16) and the U-tube heat exchanger (13);
を備えていて、 With
抽出井(2)を介して前記地下水脈から抽出された後に熱交換作用を経た、前記熱源水とは別の地下水を、前記地下水脈に還元するための地下水配管(9)と接続されることで、当該地下水を前記充填剤(40)に通して前記Uチューブ熱交換器(13)と熱交換させつつ前記地下水脈に還元するように構成された、還元井の機能を兼備する地中熱井(3)。 It is connected to a groundwater pipe (9) for reducing groundwater different from the heat source water, which has been extracted from the groundwater vein through the extraction well (2) and has undergone a heat exchange action, to the groundwater vein. The underground heat having the function of a reduction well is configured to pass the groundwater through the filler (40) and reduce the groundwater veins while exchanging heat with the U-tube heat exchanger (13). Well (3).
地表部から水が溢れないようにするために当該地中熱井(3)の上端部を覆うように設けられた、蓋(19)をさらに備えたことを特徴とする、地中熱井。 A geothermal well, further comprising a lid (19) provided so as to cover the upper end of the underground thermal well (3) so that water does not overflow from the ground surface.
前記熱源水はブラインであることを特徴とする、地中熱井。 A geothermal well, wherein the heat source water is brine.
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