JP6138475B2 - Underground heat exchanger - Google Patents

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JP6138475B2 JP2012271033A JP2012271033A JP6138475B2 JP 6138475 B2 JP6138475 B2 JP 6138475B2 JP 2012271033 A JP2012271033 A JP 2012271033A JP 2012271033 A JP2012271033 A JP 2012271033A JP 6138475 B2 JP6138475 B2 JP 6138475B2
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Description

本発明は、地中熱を利用する、地中熱交換器に関する。   The present invention relates to a geothermal heat exchanger that uses geothermal heat.

上述の地中熱交換器を備えたシステムとして、熱交換効率の良さや装置コストの低さ等の観点から、地下水を地上に汲み上げて熱源(加熱用又は冷却用)として用いるものが、従来多数提案されている。また、この種のシステムにおいて、地下水の汲み上げによる地盤沈下を抑制するために、汲み上げた地下水を再び地下帯水層に還元するように構成されたものも従来多数提案されている(例えば、特開2002−54857号公報、特開2004−317102号公報、等参照。)。   As a system equipped with the above-mentioned underground heat exchanger, there are many systems that use groundwater as a heat source (for heating or cooling) by pumping groundwater from the viewpoint of good heat exchange efficiency and low equipment cost. Proposed. In addition, in this type of system, in order to suppress ground subsidence due to groundwater pumping, a number of systems configured to reduce the groundwater pumped back to an underground aquifer have been proposed (for example, JP 2002-54857, JP-A-2004-317102, etc.).

特開2002−54857号公報JP 2002-54857 A 特開2004−317102号公報JP 2004-317102 A

しかしながら、特に地盤沈下の懸念が高い地域においては、汲み上げた地下水を再び地下帯水層に還元するか否かに拘わらず、法令により厳格な揚水規制が設定されている。特に、吐出口断面積等の装置仕様によっては、設置が禁止されることもある。すなわち、地域によっては、「井戸」あるいは「揚水設備」を設けること自体に対して、厳格な規制が設けられている。このため、従来のこの種のシステムにおいては、所望の仕様のものが設置できなくなったり、規模を縮小せざるを得なくなること等のために所望の性能が得られなくなったりする問題があった。また、揚水規制が設けられていない地域にこの種のシステムが設置される場合であっても、近年における更なる省エネの要請に鑑みて、熱交換効率をよりいっそう向上させるという要求がある。   However, especially in areas where there is a high concern about land subsidence, strict pumping regulations are set by law regardless of whether the pumped-up groundwater is returned to the underground aquifer or not. In particular, installation may be prohibited depending on apparatus specifications such as the discharge port cross-sectional area. In other words, in some areas, strict regulations are provided for the provision of “wells” or “pumping facilities”. For this reason, the conventional system of this type has a problem that a desired performance cannot be obtained because a device having a desired specification cannot be installed, or the scale must be reduced. Even in the case where this type of system is installed in an area where there is no restriction on pumping, there is a demand for further improving the heat exchange efficiency in view of further demand for energy saving in recent years.

本発明は、上述のような事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、より高効率の熱交換を行うことが可能な、地中熱交換器を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances. That is, an object of the present invention is to provide an underground heat exchanger capable of performing heat exchange with higher efficiency.

本発明の地中熱交換器は、ケーシングと、蓋体と、熱交換部と、を備えている。   The underground heat exchanger according to the present invention includes a casing, a lid, and a heat exchange unit.

前記ケーシングは、筒状部材であって、少なくとも一端が開口する(典型的には両端が開口する)ように形成されている。このケーシングは、前記一端である地表側の上端が開口するように、地面に掘削された縦穴内に埋設されている。また、このケーシングには、熱源としての地下水が通過可能なメッシュ部が形成されている。このメッシュ部は、少なくとも、地下帯水層に対応する下端部(前記一端とは反対側の端部)に設けられている。なお、前記メッシュ部は、前記ケーシングにおける前記下端部よりも上方にも設けられ得る。この場合、複数の前記メッシュ部は、深度の異なる複数の前記地下帯水層のそれぞれに対応するように設けられ得る。   The casing is a cylindrical member and is formed so that at least one end is opened (typically, both ends are opened). The casing is embedded in a vertical hole excavated in the ground such that the upper end on the ground surface side which is the one end is opened. Moreover, the mesh part which the groundwater as a heat source can pass is formed in this casing. This mesh part is provided at least at the lower end (the end opposite to the one end) corresponding to the underground aquifer. The mesh portion may be provided above the lower end portion of the casing. In this case, the plurality of mesh portions may be provided so as to correspond to each of the plurality of underground aquifers having different depths.

前記蓋体は、前記ケーシングにおける前記上端の開口部を閉塞するように、当該開口部に装着されている。この蓋体は、典型的には、板状部材であって、前記開口部を略密閉状態に閉塞するように設けられている。   The lid is attached to the opening so as to close the opening at the upper end of the casing. This lid is typically a plate-like member and is provided so as to close the opening in a substantially sealed state.

前記熱交換部は、管状部材である。典型的には、前記熱交換部は、前記ケーシングの軸線方向に沿った長手方向を有するU字管であって、U字状に屈曲された部分が底部となるように設けられている。この熱交換部は、前記蓋体を貫通するとともに、前記底部が前記ケーシングにおける前記下端部に設けられた前記メッシュ部の深さまで到達するように、当該ケーシングの内側の空間内に収容されている。そして、この熱交換部は、外表面が前記地下水と接触するとともに内部にて熱媒体が液密的に(すなわち前記地下水側に漏れ出さないように)収容されつつ通流することで、前記ケーシングの内側の前記空間内の前記地下水と前記熱媒体との間の熱交換を行うように構成されている。   The heat exchange part is a tubular member. Typically, the heat exchange part is a U-shaped tube having a longitudinal direction along the axial direction of the casing, and is provided so that a portion bent in a U-shape serves as a bottom. The heat exchanging portion is accommodated in a space inside the casing so as to penetrate the lid and reach the depth of the mesh portion provided at the lower end portion of the casing. . The heat exchanging section allows the outer surface to come into contact with the groundwater and flow while the heat medium is accommodated in a liquid-tight manner (that is, so as not to leak to the groundwater side). It is comprised so that the heat exchange between the said groundwater in the said space inside and the said heat medium may be performed.

本発明の特徴は、前記地中熱交換器が、さらに、流体吹込管と、流体圧送手段と、圧力調整手段と、流体還流手段とを備えていることにある。 The feature of the present invention resides in that the underground heat exchanger further includes a fluid blowing pipe, a fluid pumping means, a pressure adjusting means, and a fluid return means .

前記流体吹込管は、前記ケーシングの内側の前記空間内に収容された管状部材であって、前記蓋体を貫通するとともに前記熱交換部における前記底部の深さ(すなわち前記ケーシングにおける前記下端部に設けられた前記メッシュ部の深さ)まで到達するように設けられている。この流体吹込管は、流体噴出開口を有している。この流体噴出開口は、前記熱交換部における前記底部の近傍にて流体を噴出することで、前記ケーシングの内側の前記空間内の前記地下水に前記流体を吹込むように形成されている。   The fluid blowing pipe is a tubular member housed in the space inside the casing, and penetrates the lid body and has a depth of the bottom portion in the heat exchange portion (that is, at the lower end portion in the casing). It is provided so as to reach the depth of the provided mesh portion). The fluid blowing pipe has a fluid ejection opening. The fluid ejection opening is formed so as to blow the fluid into the groundwater in the space inside the casing by ejecting a fluid in the vicinity of the bottom of the heat exchange unit.

前記流体圧送手段は、前記流体吹込管に前記流体を送出するように、当該流体吹込管における前記流体噴出開口とは反対側の端部に接続されている。なお、前記流体としては、気体あるいは液体が用いられ得る。気体としては、例えば、(圧搾)空気や不活性ガス(窒素ガスやアルゴンガス等)が好適に用いられ得る。前記流体として気体が用いられる場合、前記流体吹込管、前記流体噴出開口、及び前記流体圧送手段は、それぞれ、気体吹込管、気体噴出開口、及び気体圧送手段と称され得る。特に、前記流体として(圧搾)空気が用いられる場合、前記流体吹込管、前記流体噴出開口、及び前記流体圧送手段は、それぞれ、空気吹込管、空気噴出開口、及び空気圧送手段と称され得る。   The fluid pumping means is connected to an end of the fluid blowing pipe opposite to the fluid ejection opening so as to send the fluid to the fluid blowing pipe. Note that gas or liquid may be used as the fluid. As the gas, for example, (compressed) air or inert gas (nitrogen gas, argon gas, etc.) can be suitably used. When gas is used as the fluid, the fluid blowing pipe, the fluid ejection opening, and the fluid pumping means may be referred to as a gas blowing pipe, a gas ejection opening, and a gas pumping means, respectively. In particular, when (compressed) air is used as the fluid, the fluid blowing pipe, the fluid ejection opening, and the fluid pumping means may be referred to as an air blowing pipe, an air ejection opening, and a pneumatic feeding means, respectively.

体還流手段は、前記ケーシングの内側の前記空間から前記流体圧送手段に前記流体を還流するように設けられている。具体的には、例えば、前記流体として気体が用いられる場合、前記流体還流手段は、前記ケーシングの内側の前記空間における前記蓋体よりも下方且つ水位よりも上方(以下、「上方空間」と称する。)から前記流体圧送手段に気体を還流(環流)するように設けられている。この場合、前記流体圧送手段は、前記流体還流手段によって還流された気体を含めて、前記流体としての気体を、前記流体吹込管に送出するようになっている。なお、この場合、前記流体還流手段は、気体還流手段あるいは空気還流手段とも称され得る。 Flow body reflux means is provided so as to reflux the fluid to the fluid pumping means from the space inside the casing. Specifically, for example, when a gas is used as the fluid, the fluid recirculation means is below the lid in the space inside the casing and above the water level (hereinafter referred to as “upper space”). .) To the fluid pressure feeding means so as to recirculate (circulate) the gas. In this case, the fluid pumping means sends out the gas as the fluid to the fluid blowing pipe, including the gas refluxed by the fluid refluxing means. In this case, the fluid reflux means may be referred to as a gas reflux means or an air reflux means.

前記圧力調整手段は、前記ケーシングの内側の前記空間内すなわち前記上方空間内における気体の圧力を調整するように設けられている。具体的には、例えば、前記圧力調整手段は、前記蓋体に形成された貫通孔等の気体通路として設けられ得る。あるいは、前記圧力調整手段は、気体排出管と、調圧弁と、を備えている。前記気体排出管は、前記蓋体を貫通することで、前記上方空間と外部(地表側の外気)とを連通可能に設けられている。前記調圧弁は、前記気体排出管に装着されている。なお、前記流体として(圧搾)空気が用いられる場合、前記気体排出管は、空気排出管とも称され得る。   The pressure adjusting means is provided so as to adjust the gas pressure in the space inside the casing, that is, in the upper space. Specifically, for example, the pressure adjusting means may be provided as a gas passage such as a through hole formed in the lid. Alternatively, the pressure adjusting means includes a gas exhaust pipe and a pressure regulating valve. The gas exhaust pipe is provided so as to allow the upper space and the outside (outside air on the ground surface side) to communicate with each other by penetrating the lid. The pressure regulating valve is attached to the gas discharge pipe. In addition, when (compressed) air is used as the fluid, the gas discharge pipe may also be referred to as an air discharge pipe.

かかる構成を有する本発明の地中熱交換器においては、前記熱交換部に前記熱媒体が供給されることで、当該熱交換部に前記熱媒体が流入する。一方、前記熱交換部における前記地下水との熱交換を経た前記熱媒体は、当該熱交換部から排出されて、熱を利用する各種装置(ヒートポンプや融雪装置等)に供給される。ここで、本発明の地中熱交換器の構成においては、前記熱交換部における熱交換は、以下のようにして行われる。   In the underground heat exchanger of this invention which has this structure, the said heat medium flows in into the said heat exchange part by supplying the said heat medium to the said heat exchange part. On the other hand, the heat medium that has undergone heat exchange with the groundwater in the heat exchange unit is discharged from the heat exchange unit and supplied to various devices (heat pump, snow melting device, etc.) that use heat. Here, in the structure of the underground heat exchanger of the present invention, heat exchange in the heat exchange section is performed as follows.

前記熱交換部の前記外表面が、前記ケーシングの内側の前記空間内に収容された前記地下水と接触する。これとともに、前記熱交換部の前記内部にて、前記熱媒体(これは前記熱交換部から前記地下水側に漏れ出さないように当該熱交換部内にて液密的に収容されている)が通流する。これにより、前記地下水と前記熱媒体との間の熱交換が、当該熱交換部を介して行われる。   The outer surface of the heat exchange part contacts the groundwater housed in the space inside the casing. At the same time, the heat medium (which is liquid-tightly accommodated in the heat exchange portion so as not to leak from the heat exchange portion to the groundwater side) passes through the heat exchange portion. Shed. Thereby, heat exchange between the groundwater and the heat medium is performed via the heat exchange section.

このとき、本発明においては、前記流体吹込管における前記流体噴出開口から前記流体が前記地下水に吹き込まれることで、前記熱交換部における前記外表面の近傍の前記地下水が、良好に流動(対流、撹拌あるいは循環とも云い得る)する。この場合の、前記地下水と前記熱媒体との間の熱交換の態様は、従来の「自然対流」的なものとは異なり、「強制対流」的なものとなる。したがって、本発明によれば、熱交換効率が従来よりも向上する。   At this time, in the present invention, when the fluid is blown into the groundwater from the fluid ejection opening in the fluid blowing pipe, the groundwater in the vicinity of the outer surface in the heat exchange section flows well (convection, (It can also be called stirring or circulation). In this case, the mode of heat exchange between the groundwater and the heat medium is “forced convection”, unlike the conventional “natural convection”. Therefore, according to the present invention, the heat exchange efficiency is improved as compared with the prior art.

具体的には、例えば、前記流体として気体が用いられた場合、前記流体吹込管における前記流体噴出開口から前記流体としての気体が前記地下水に吹き込まれることで、当該地下水中に気泡が生じる。この気泡は、前記熱交換部における前記底部の近傍にて発生し、その後、前記ケーシングの内側の前記空間内を上昇する。すなわち、前記ケーシングの内側の前記空間内に貯留された、前記熱交換部における前記外表面と対向(接触)する前記地下水中を、気泡が上昇する。この気泡の上昇に伴って、前記熱交換部における前記外表面の近傍の前記地下水が、良好に流動する。したがって、この場合、熱交換効率が従来よりも格段に向上する。   Specifically, for example, when a gas is used as the fluid, bubbles are generated in the groundwater by blowing the gas as the fluid into the groundwater from the fluid ejection opening in the fluid blowing pipe. The bubbles are generated in the vicinity of the bottom of the heat exchange unit, and then rise in the space inside the casing. That is, bubbles rise in the groundwater stored in the space inside the casing and facing (contacting) the outer surface of the heat exchange unit. As the bubbles rise, the groundwater in the vicinity of the outer surface in the heat exchange section flows well. Therefore, in this case, the heat exchange efficiency is significantly improved as compared with the conventional case.

また、前記流体噴出開口から前記流体が吹き込まれる一方で、前記圧力調整手段により、前記ケーシングの内側の前記空間内(前記上方空間内)における気体の圧力が調整される。このため、前記ケーシングにおける前記上端の前記開口部からの、前記地下水の噴出が、良好に抑制される。すなわち、本発明の構成によれば、特に前記流体として気体が用いられたような場合に、高効率の熱交換を行うことが、前記地下水を地上に汲み上げることなく実現可能となる。したがって、このような場合、本発明の地中熱交換器は、「井戸」あるいは「揚水設備」に該当しなくなることで、厳格な揚水規制が設定されている地域においても所望の性能・仕様のものを設置することが可能になる。   Further, while the fluid is blown from the fluid ejection opening, the pressure adjusting means adjusts the gas pressure in the space inside the casing (in the upper space). For this reason, the ejection of the groundwater from the opening at the upper end of the casing is satisfactorily suppressed. That is, according to the configuration of the present invention, particularly when gas is used as the fluid, highly efficient heat exchange can be realized without pumping the groundwater to the ground. Therefore, in such a case, the underground heat exchanger according to the present invention does not fall under “well” or “pumping equipment”, so that the desired performance and specifications can be achieved even in an area where strict pumping regulations are set. Things can be installed.

なお、複数の前記メッシュ部が、それぞれ深度の異なる前記地下帯水層に対応するように設けられた場合、前記ケーシングの内側の前記空間内における、前記地下水の流動(循環)が、よりいっそう良好に行われる。したがって、この場合、熱交換効率が、よりいっそう向上する。   In addition, when the plurality of mesh portions are provided so as to correspond to the underground aquifers having different depths, the flow (circulation) of the groundwater in the space inside the casing is even better. To be done. Therefore, in this case, the heat exchange efficiency is further improved.

ところで、前記流体として気体が用いられた場合、前記地下水に吹き込まれた気体の温度は、(前記流体噴出開口から噴出された当初は外気温近辺であっても)前記地下水内を上昇中に、徐々に当該地下水の温度寄りに変化する。そして、当該地下水寄りに温度が変化した気体は、その後前記上方空間内に滞留する。すると、前記上方空間内に滞留した気体の温度は、当該地中熱交換器の運転中に、外気温と、前記地下帯水層の近辺における前記地下水の温度と、の間となる。   By the way, when a gas is used as the fluid, the temperature of the gas blown into the groundwater is rising in the groundwater (even if it is around the outside temperature at the beginning of being ejected from the fluid ejection opening) It gradually changes to the temperature of the groundwater. Then, the gas whose temperature has been changed closer to the groundwater is then retained in the upper space. Then, the temperature of the gas staying in the upper space is between the outside air temperature and the temperature of the groundwater in the vicinity of the underground aquifer during the operation of the underground heat exchanger.

この点、前記流体還流手段が設けられている場合、前記上方空間内に滞留した(外気温よりも前記地下水の温度寄りの温度となった)気体は、前記流体還流手段によって、前記流体圧送手段に還流(送出)される。このようにして前記上方空間から前記流体圧送手段に還流された気体は、当該流体圧送手段によって前記流体吹込管に送出される。すなわち、かかる構成においては、前記流体噴出開口から噴出される気体の少なくとも一部は、前記上方空間と前記流体圧送手段との間で循環されたものとなる。   In this regard, when the fluid return means is provided, the gas staying in the upper space (having a temperature closer to the temperature of the groundwater than the outside air temperature) is transferred to the fluid pressure sending means by the fluid return means. Is refluxed (delivered). Thus, the gas recirculated from the upper space to the fluid pumping means is sent to the fluid blowing pipe by the fluid pumping means. That is, in such a configuration, at least a part of the gas ejected from the fluid ejection opening is circulated between the upper space and the fluid pumping means.

このように、前記上方空間内の気体を前記流体圧送手段に還流することで、当該地中熱交換器の運転中に、前記上方空間内の気体の温度が、前記地下帯水層の近辺における前記地下水の温度にいっそう近づく。すると、前記流体圧送手段によって前記流体吹込管に送出され前記流体噴出開口から噴出される気体の温度も、前記地下帯水層の近辺における前記地下水の温度にいっそう近づく。したがって、かかる構成によれば、前記地下水と前記熱媒体との間で交換されるべき熱の一部が当該熱媒体と気体(気泡)との熱交換に消費されてしまうことが良好に抑制され、以て熱交換効率がよりいっそう向上する。なお、前記流体として液体が用いられた場合においても、還流によって同様の効果が期待できる。   In this way, by returning the gas in the upper space to the fluid pumping means, the temperature of the gas in the upper space is in the vicinity of the underground aquifer during the operation of the underground heat exchanger. It gets closer to the temperature of the groundwater. Then, the temperature of the gas sent out to the fluid blowing pipe by the fluid pumping means and ejected from the fluid ejection opening becomes closer to the temperature of the groundwater in the vicinity of the underground aquifer. Therefore, according to such a configuration, a part of the heat to be exchanged between the groundwater and the heat medium is favorably suppressed from being consumed for heat exchange between the heat medium and the gas (bubbles). Thus, the heat exchange efficiency is further improved. Even when a liquid is used as the fluid, a similar effect can be expected by refluxing.

本発明の一実施形態に係る地中熱交換器の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view showing the schematic structure of the underground heat exchanger concerning one embodiment of the present invention. 図1に示された地中熱交換器の一変形例の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of the modification of the underground heat exchanger shown by FIG. 図1に示された地中熱交換器の他の一変形例の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of the other modification of the underground heat exchanger shown by FIG. 図1に示された地中熱交換器のさらに他の一変形例の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of another modification of the underground heat exchanger shown by FIG. 図1に示された地中熱交換器のさらに他の一変形例の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of another modification of the underground heat exchanger shown by FIG. 図1に示された地中熱交換器のさらに他の一変形例の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of another modification of the underground heat exchanger shown by FIG.

<構成>
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する(変形例は末尾にまとめて記載する)。図1に示されているように、地面10には、縦穴11が掘削されている。本実施形態においては、地面10は、地表12から遠い順に、下部帯水層13、難透水層14、上部帯水層15、及び上部非帯水層16を有しているものとする。縦穴11は、下部帯水層13に達する深さに形成されている。また、本実施形態においては、縦穴11からは地下水17は地上に汲み上げられないので、当該縦穴11内の水位18は自然水位と略一致するように形成されている。また、縦穴11の内側の空間であって、水位18よりも上方(すなわち地表12と水位18との間)には、上方空間19が形成されている。
<Configuration>
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment in which the invention is embodied will be described with reference to the drawings (variation examples are described at the end). As shown in FIG. 1, a vertical hole 11 is excavated in the ground 10. In the present embodiment, the ground 10 has a lower aquifer 13, a hardly permeable layer 14, an upper aquifer 15, and an upper non-aquifer 16 in order from the surface 12. The vertical hole 11 is formed to a depth reaching the lower aquifer 13. Moreover, in this embodiment, since the groundwater 17 is not pumped up from the vertical hole 11, the water level 18 in the said vertical hole 11 is formed so that it may correspond with a natural water level substantially. An upper space 19 is formed in the space inside the vertical hole 11 and above the water level 18 (that is, between the ground surface 12 and the water level 18).

本発明の一実施形態に係る地中熱交換器20は、ケーシング21と、蓋体22と、熱交換部23と、流体吹込管24と、流体圧送手段25と、圧力調整手段26と、制御部27と、を備えている。   The underground heat exchanger 20 according to the embodiment of the present invention includes a casing 21, a lid body 22, a heat exchange unit 23, a fluid blowing pipe 24, a fluid pressure feeding means 25, a pressure adjusting means 26, and a control. Part 27.

ケーシング21は、中心軸線Cに沿った長手方向を有する筒状部材であって、当該中心軸線Cが鉛直方向と略平行となるように縦穴11内に埋設されている。本実施形態においては、ケーシング21は、長手方向における両端側が開口するように形成されている。ケーシング21の内側の空間内には、土砂や砂利は収容されていない一方、自然水位と略一致する水位18を形成する熱源としての地下水17が収容されている。   The casing 21 is a cylindrical member having a longitudinal direction along the central axis C, and is embedded in the vertical hole 11 so that the central axis C is substantially parallel to the vertical direction. In the present embodiment, the casing 21 is formed so that both end sides in the longitudinal direction are open. In the space inside the casing 21, earth and sand and gravel are not accommodated, while ground water 17 is accommodated as a heat source that forms a water level 18 that substantially matches the natural water level.

ケーシング21における地表12側の開口部である上端開口部211には、蓋体22が装着されている。蓋体22は、平面視にて略円形の板状部材であって、上端開口部211を略密閉状態(すなわち気密的)に閉塞するように形成されている。また、ケーシング21における上端開口部211の近傍には、蓋体22を係止するための係止部212が、ケーシング21の内側の空間に向かって突出するように設けられている。   A lid 22 is attached to an upper end opening 211 that is an opening on the ground surface 12 side of the casing 21. The lid body 22 is a substantially circular plate-like member in plan view, and is formed so as to close the upper end opening 211 in a substantially sealed state (that is, airtight). Further, a locking portion 212 for locking the lid body 22 is provided in the vicinity of the upper end opening 211 in the casing 21 so as to protrude toward the space inside the casing 21.

ケーシング21の下端部213(下端開口部214側の端部)であって、下部帯水層13に対応する位置には、メッシュ部215が設けられている。メッシュ部215には、土砂等の固形物が通過困難な一方で地下水17が通過可能な貫通孔であるメッシュ開口部216が、多数形成されている。なお、本実施形態においては、ケーシング21における下端部213よりも上方であって上部帯水層15に対応する位置にも、メッシュ部215が設けられている。すなわち、複数のメッシュ部215が、互いに深度の異なる複数の地下帯水層のそれぞれに対応するように設けられている。   A mesh portion 215 is provided at a position corresponding to the lower aquifer 13 on the lower end 213 of the casing 21 (the end on the lower end opening 214 side). A large number of mesh openings 216 that are through-holes through which groundwater 17 can pass while solids such as earth and sand are difficult to pass are formed in mesh portion 215. In the present embodiment, the mesh portion 215 is also provided at a position above the lower end portion 213 of the casing 21 and corresponding to the upper aquifer 15. That is, the plurality of mesh portions 215 are provided to correspond to the plurality of underground aquifers having different depths.

熱交換部23は、中心軸線Cに沿った長手方向を有するU字管であって、U字状に屈曲された部分である屈曲部231が底部としてケーシング21の下端部213におけるメッシュ部215の深さに到達するとともに、当該屈曲部231とは反対側の端部が蓋体22を貫通するように設けられている。すなわち、熱交換部23は、その大部分が地下水17内に浸漬されるように、ケーシング21の内側の空間内に収容されている。なお、熱交換部23を貫通させるために蓋体22に形成された貫通孔と、当該熱交換部23の外壁面232と、の接合部は、略密閉状態(すなわち気密的)に閉塞されている。   The heat exchanging portion 23 is a U-shaped tube having a longitudinal direction along the central axis C, and a bent portion 231 which is a portion bent in a U shape is a bottom portion of the mesh portion 215 in the lower end portion 213 of the casing 21. While reaching the depth, the end opposite to the bent portion 231 is provided so as to penetrate the lid body 22. That is, the heat exchange part 23 is accommodated in the space inside the casing 21 so that most of the heat exchange part 23 is immersed in the groundwater 17. Note that the joint between the through-hole formed in the lid 22 for penetrating the heat exchanging portion 23 and the outer wall surface 232 of the heat exchanging portion 23 is closed in a substantially sealed state (that is, airtight). Yes.

熱交換部23の内側には、液体状の熱媒体H(ブライン等)が液密的に収容されつつ通流するための空間である熱媒体通路233が形成されている。そして、熱交換部23は、地下水17がステンレス鋼等の耐食性の金属からなる管壁234の外壁面232と接触するとともに熱媒体Hが管壁234の内側の熱媒体通路233内を通流することで、管壁234を介して地下水17と熱媒体Hとの間の熱交換を行うように構成されている。   Inside the heat exchanging portion 23, a heat medium passage 233 is formed, which is a space for allowing a liquid heat medium H (brine or the like) to flow while being stored in a liquid-tight manner. In the heat exchanging unit 23, the ground water 17 comes into contact with the outer wall surface 232 of the tube wall 234 made of corrosion-resistant metal such as stainless steel, and the heat medium H flows through the heat medium passage 233 inside the tube wall 234. Thus, the heat exchange between the groundwater 17 and the heat medium H is performed via the pipe wall 234.

流体吹込管24は、一端側(吹込管下端部241側)が閉塞された円管状の部材であって、吹込管下端部241がケーシング21の下端部213におけるメッシュ部215の深さ(すなわち熱交換部23における屈曲部231の深さ)に到達するとともに、当該吹込管下端部241とは反対側の端部である接続部242が蓋体22を貫通して外部(地表12側)に突出するように設けられている。この接続部242は、流体吹込管24に圧搾空気を送出するための流体圧送手段25(コンプレッサ等を備えている)に接続されている。なお、流体吹込管24を貫通させるために蓋体22に形成された貫通孔と、当該流体吹込管24の外壁面と、の接合部は、略密閉状態(すなわち気密的)に閉塞されている。   The fluid blowing pipe 24 is a tubular member whose one end side (blowing pipe lower end portion 241 side) is closed, and the blowing pipe lower end portion 241 has a depth (that is, heat) of the mesh portion 215 in the lower end portion 213 of the casing 21. The depth of the bent portion 231 in the replacement portion 23), and the connecting portion 242 that is the end opposite to the lower end portion 241 of the blow pipe penetrates the lid body 22 and protrudes to the outside (the ground surface 12 side). It is provided to do. The connecting portion 242 is connected to a fluid pumping means 25 (provided with a compressor or the like) for sending compressed air to the fluid blowing pipe 24. In addition, the joint part of the through-hole formed in the cover body 22 in order to penetrate the fluid blowing pipe 24 and the outer wall surface of the fluid blowing pipe 24 is closed in a substantially sealed state (that is, airtight). .

さらに、吹込管下端部241の側面には、多数の貫通孔(流体噴出開口243)が形成されている。流体噴出開口243は、熱交換部23における底部(屈曲部231)の近傍にて空気を噴出することで、ケーシング21の内側の空間内の地下水17に空気を吹込むように設けられている。すなわち、流体吹込管24は、流体圧送手段25によって供給された圧搾空気を流体噴出開口243から噴出することで、熱交換部23における底部(屈曲部231)の近傍にて多数の気泡を発生させるように構成されている。   Furthermore, a large number of through holes (fluid ejection openings 243) are formed on the side surface of the blow pipe lower end 241. The fluid ejection opening 243 is provided so as to blow air into the groundwater 17 in the space inside the casing 21 by ejecting air in the vicinity of the bottom (bending portion 231) in the heat exchanging portion 23. That is, the fluid blowing pipe 24 generates a large number of bubbles in the vicinity of the bottom (bending portion 231) in the heat exchanging portion 23 by ejecting the compressed air supplied by the fluid pumping means 25 from the fluid ejection opening 243. It is configured as follows.

圧力調整手段26は、ケーシング21の内側且つ蓋体22よりも下方の上方空間19(以下、単に「上方空間19」と称する。)内における気体(空気)の圧力を調整することで、地下水17の地表12側への噴出を抑制(防止)するように設けられている。制御部27は、マイクロコンピュータやスイッチ類等を有する、いわゆる制御盤であって、地中熱交換器20全体の動作状態を制御するように設けられている。   The pressure adjusting means 26 adjusts the pressure of gas (air) in the upper space 19 (hereinafter simply referred to as “upper space 19”) inside the casing 21 and below the lid body 22, thereby allowing the groundwater 17 to be adjusted. It is provided so as to suppress (prevent) jetting to the surface 12 side. The control unit 27 is a so-called control panel having a microcomputer, switches, and the like, and is provided so as to control the operation state of the entire underground heat exchanger 20.

本実施形態においては、具体的には、圧力調整手段26は、気体排出管261と、調圧弁262と、を備えている。気体排出管261は、円管状の部材であって、蓋体22を貫通するように設けられている。なお、気体排出管261を貫通させるために蓋体22に形成された貫通孔と、当該気体排出管261の外壁面と、の接合部は、略密閉状態(すなわち気密的)に閉塞されている。気体排出管261は、一方の端部が上方空間19内にて開口するとともに、他方の端部が外部(地表12側)にて開口するように設けられている。調圧弁262は、所定圧力にて自動的に開弁動作する、いわゆる自動空気抜き弁であって、気体排出管261における外気側の端部寄りに装着されている。   In the present embodiment, specifically, the pressure adjusting means 26 includes a gas discharge pipe 261 and a pressure regulating valve 262. The gas discharge pipe 261 is a tubular member and is provided so as to penetrate the lid body 22. In addition, the joint part of the through-hole formed in the cover body 22 in order to penetrate the gas exhaust pipe 261 and the outer wall surface of the said gas exhaust pipe 261 is obstruct | occluded in the substantially sealed state (namely, airtight). . The gas exhaust pipe 261 is provided such that one end portion opens in the upper space 19 and the other end portion opens on the outside (the ground surface 12 side). The pressure regulating valve 262 is a so-called automatic air vent valve that automatically opens at a predetermined pressure, and is mounted near the end of the gas exhaust pipe 261 on the outside air side.

なお、本実施形態においては、圧力調整手段26は、地下水17の地表12側への噴出をより確実に防止するために、さらに補助気体排出管263及び安全弁264を備えている。補助気体排出管263も、気体排出管261と同様に、円管状の部材であって、上方空間19と外部(地表12側の外気)とを連通可能に設けられている。安全弁264は、調圧弁262の開弁圧力よりも高い所定圧力にて作動する弁であって、補助気体排出管263における外気側の端部寄りに装着されている。
<作用・効果>
かかる構成を有する、本実施形態の地中熱交換器20においては、熱交換部23に熱媒体Hが供給されることで、当該熱交換部23に熱媒体Hが流入する。一方、熱交換部23における地下水17との熱交換を経た熱媒体Hは、当該熱交換部23から排出されて、熱を利用する各種装置(ヒートポンプや融雪装置等)に供給される。ここで、熱交換部23における熱交換は、以下のようにして行われる。
In the present embodiment, the pressure adjusting means 26 further includes an auxiliary gas discharge pipe 263 and a safety valve 264 in order to more reliably prevent the groundwater 17 from being ejected to the surface 12 side. The auxiliary gas discharge pipe 263 is also a tubular member like the gas discharge pipe 261, and is provided so as to allow communication between the upper space 19 and the outside (outside air on the ground surface 12 side). The safety valve 264 is a valve that operates at a predetermined pressure higher than the valve opening pressure of the pressure regulating valve 262, and is mounted near the end of the auxiliary gas discharge pipe 263 on the outside air side.
<Action and effect>
In the underground heat exchanger 20 of this embodiment having such a configuration, the heat medium H flows into the heat exchanging part 23 by supplying the heat medium H to the heat exchanging part 23. On the other hand, the heat medium H that has undergone heat exchange with the groundwater 17 in the heat exchange unit 23 is discharged from the heat exchange unit 23 and supplied to various devices (such as a heat pump and a snow melting device) that use heat. Here, the heat exchange in the heat exchange part 23 is performed as follows.

熱交換部23における管壁234の外壁面232が、ケーシング21の内側の空間内に収容された地下水17と接触する。これとともに、管壁234の内側の熱媒体通路233内を熱媒体Hが通流する。これにより、地下水17と熱媒体Hとの間の熱交換が、熱交換部23における管壁234を介して行われる。   The outer wall surface 232 of the tube wall 234 in the heat exchanging portion 23 comes into contact with the groundwater 17 accommodated in the space inside the casing 21. At the same time, the heat medium H flows through the heat medium passage 233 inside the tube wall 234. Thereby, heat exchange between the groundwater 17 and the heat medium H is performed through the tube wall 234 in the heat exchange unit 23.

このとき、流体吹込管24における流体噴出開口243から気体(空気)が地下水17に吹き込まれることで、当該地下水17中に気泡が生じる。この気泡は、熱交換部23における底部の近傍(屈曲部231の近傍)にて発生し、その後、ケーシング21の内側の空間内を上方空間19に向かって上昇する。すなわち、ケーシング21の内側の空間内に貯留された、熱交換部23における外壁面232と対向(接触)する地下水17中を、気泡が上昇する。この気泡の上昇に伴って、熱交換部23における外壁面232の近傍の地下水17が、良好に流動(対流、撹拌あるいは循環とも云い得る)する。この場合の、地下水17と熱媒体Hとの間の熱交換の態様は、従来の「自然対流」的なものとは異なり、「強制対流」的なものとなる。さらに、地下水17への空気の吹き込みによって地下水17の水位18が自然水位よりも(地表12側に地下水17が溢れ出さない範囲で若干量)上昇する効果も期待でき、これにより、熱交換部23の外壁面232における熱交換に寄与する面積が拡大する。したがって、かかる構成によれば、熱交換効率が従来よりも格段に向上する。   At this time, gas (air) is blown into the groundwater 17 from the fluid ejection opening 243 in the fluid blowing pipe 24, thereby generating bubbles in the groundwater 17. The bubbles are generated in the vicinity of the bottom of the heat exchanging portion 23 (in the vicinity of the bent portion 231), and thereafter rise in the space inside the casing 21 toward the upper space 19. That is, the bubbles rise in the groundwater 17 stored in the space inside the casing 21 and facing (contacting) the outer wall surface 232 in the heat exchange section 23. As the bubbles rise, the groundwater 17 in the vicinity of the outer wall surface 232 in the heat exchanging portion 23 flows favorably (also referred to as convection, stirring, or circulation). In this case, the mode of heat exchange between the groundwater 17 and the heat medium H is “forced convection”, unlike the conventional “natural convection”. Furthermore, the effect that the water level 18 of the groundwater 17 rises from the natural water level (slight amount within a range in which the groundwater 17 does not overflow on the surface 12 side) by blowing air into the groundwater 17 can be expected. The area that contributes to heat exchange in the outer wall surface 232 is increased. Therefore, according to such a configuration, the heat exchange efficiency is significantly improved as compared with the conventional case.

特に、外気温が低い冬季等においては、流体噴出開口243にて発生した気泡は、比較的高温の地下水17から受熱することで膨張する。すると、当該気泡の上昇が促進され、これにより地下水17の流動も促進される。したがって、流体圧送手段25の出力を比較的低減させても、良好な熱交換効率が達成され得る。一方、外気温が高い夏季等においては、流体吹込管24の材質として断熱性の良好なものを採用することで、流体圧送手段25による圧送時の圧縮による若干の温度上昇と相まって、比較的高温の空気を流体噴出開口243にて噴出させることができる。これにより、比較的高温の気泡が熱交換部23における底部の近傍にて発生し、以て熱交換部23における底部の近傍での地下水17と熱媒体Hとの熱交換が良好に促進される。   In particular, in winter, when the outside air temperature is low, bubbles generated at the fluid ejection opening 243 are expanded by receiving heat from the relatively high temperature groundwater 17. Then, the rise of the bubbles is promoted, and thereby the flow of the groundwater 17 is also promoted. Therefore, even if the output of the fluid pumping means 25 is relatively reduced, good heat exchange efficiency can be achieved. On the other hand, in summer when the outside air temperature is high, by adopting a material with good heat insulation as the material of the fluid blowing pipe 24, a relatively high temperature is coupled with a slight increase in temperature due to compression at the time of pumping by the fluid pumping means 25. Can be ejected from the fluid ejection opening 243. Thereby, relatively high-temperature bubbles are generated in the vicinity of the bottom portion in the heat exchanging portion 23, and thus heat exchange between the groundwater 17 and the heat medium H in the vicinity of the bottom portion in the heat exchanging portion 23 is favorably promoted. .

さらに、本実施形態においては、複数のメッシュ部215が、それぞれ深度の異なる下部帯水層13及び上部帯水層15に対応するように設けられている。これにより、ケーシング21の内側の空間内において、地下水17の流動(循環)が、良好に行われる。したがって、熱交換効率が、従来よりも、よりいっそう向上する。   Furthermore, in this embodiment, the some mesh part 215 is provided so that it may respond | correspond to the lower aquifer 13 and the upper aquifer 15 from which depth differs, respectively. Thereby, the flow (circulation) of the groundwater 17 is favorably performed in the space inside the casing 21. Therefore, the heat exchange efficiency is further improved than before.

ところで、流体噴出開口243からの空気の吹き込みにより、上方空間19内の空気の圧力が上昇する。この点、本実施形態の構成においては、上方空間19内の空気の圧力が所定圧力に達すると、調圧弁262が自動的に開弁する。これにより、上方空間19内の空気の圧力が、当該所定圧力以下に抑えられるように適宜調整される。また、上方空間19内の空気の圧力が急激に上昇したり、調圧弁262が故障したりしたような場合であっても、調圧弁262の開弁圧力よりも高い所定圧力で自動的に開弁する安全弁264が設けられているため、圧力の過度の上昇が良好に防止される。このため、ケーシング21における上端開口部211からの地下水17の噴出が、良好に抑制される。すなわち、本実施形態の構成によれば、高効率の熱交換を行うことが、地下水17を地上に汲み上げることなく実現可能となる。したがって、本実施形態の地中熱交換器20は、「井戸」あるいは「揚水設備」に該当しなくなることで、厳格な揚水規制が設定されている地域においても所望の性能・仕様のものを設置することが可能になる。   By the way, the pressure of the air in the upper space 19 increases due to the blowing of air from the fluid ejection opening 243. In this regard, in the configuration of the present embodiment, when the pressure of the air in the upper space 19 reaches a predetermined pressure, the pressure regulating valve 262 is automatically opened. Thereby, the pressure of the air in the upper space 19 is appropriately adjusted so as to be suppressed below the predetermined pressure. Further, even when the pressure of the air in the upper space 19 suddenly increases or the pressure regulating valve 262 breaks down, it automatically opens at a predetermined pressure higher than the valve opening pressure of the pressure regulating valve 262. Since the safety valve 264 is provided, an excessive increase in pressure is well prevented. For this reason, the ejection of the groundwater 17 from the upper end opening 211 in the casing 21 is satisfactorily suppressed. That is, according to the configuration of the present embodiment, highly efficient heat exchange can be realized without pumping the groundwater 17 to the ground. Therefore, the underground heat exchanger 20 according to the present embodiment does not fall under “well” or “pumping equipment”, so that it has a desired performance and specification even in an area where strict pumping regulations are set. It becomes possible to do.

<変形例>
なお、上述の実施形態は、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を、単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。
<Modification>
It should be noted that the above-described embodiments are merely examples of typical embodiments of the present invention that the applicant has considered to be the best at the time of filing of the present application. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment. Therefore, it goes without saying that various modifications can be made to the above-described embodiment within the scope not changing the essential part of the present invention.

以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部材に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部材の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態及び複数の変形例のうちの全部又は一部の構成が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。   Hereinafter, some typical modifications will be exemplified. In the following description of the modified examples, the same reference numerals as those in the above embodiment can be used for members having the same configuration and function as those described in the above embodiment. And about description of this member, the description in the above-mentioned embodiment shall be used in the range which is not technically consistent. Needless to say, the modifications are not limited to those listed below. In addition, all or a part of the configuration of the above-described embodiment and the plurality of modified examples may be applied in a composite manner as appropriate within a technically consistent range.

ケーシング21は、上端開口部211のみが開口している一方で下端部213側の端縁(メッシュ部215を除く)は閉塞されていてもよい。また、図1において、熱交換部23は複数設けられていてもよい。この場合、複数の熱交換部23は、平面視にて流体吹込管24を取り囲むように設けられ得る。あるいは、流体吹込管24は、複数設けられていてもよい。   In the casing 21, only the upper end opening 211 is open, while the edge on the lower end 213 side (except for the mesh portion 215) may be closed. Moreover, in FIG. 1, the heat exchange part 23 may be provided with two or more. In this case, the plurality of heat exchange units 23 may be provided so as to surround the fluid blowing pipe 24 in a plan view. Alternatively, a plurality of fluid blowing pipes 24 may be provided.

下部帯水層13と上部帯水層15との間に更なる地下帯水層が存在する場合、当該地下帯水層に対応する位置にもメッシュ部215が設けられてもよい。逆に、上部帯水層15が存在しない場合、図2に示されているように、メッシュ部215は、下部帯水層13に対応する下端部213にのみ設けられていてもよい。   When a further underground aquifer exists between the lower aquifer 13 and the upper aquifer 15, the mesh part 215 may also be provided at a position corresponding to the underground aquifer. On the contrary, when the upper aquifer 15 does not exist, the mesh part 215 may be provided only in the lower end part 213 corresponding to the lower aquifer 13, as shown in FIG.

熱交換部23や流体吹込管24の構成(形状・構造)も、上述の実施形態にて示された具体例に何ら限定されない。例えば、熱交換部23は、U字管に限定されない。また、流体吹込管24は、図1の熱交換部23と同様のU字管状であってもよい。この場合、屈曲部及びその近傍に流体噴出開口243が設けられ得る。   The configuration (shape / structure) of the heat exchange section 23 and the fluid blowing pipe 24 is not limited to the specific examples shown in the above-described embodiment. For example, the heat exchange part 23 is not limited to a U-shaped tube. Further, the fluid blowing pipe 24 may be a U-shaped tube similar to the heat exchanging portion 23 of FIG. In this case, the fluid ejection opening 243 may be provided in the bent portion and the vicinity thereof.

図2に示されているように、流体吹込管24における下端には、流体吹込部244が、側方に延出するように設けられていてもよい。この場合、流体吹込部244は、例えば、管状、あるいは円盤状(直径に対して高さが非常に小さい円柱状)に形成されていて、熱交換部23の下端よりも下方から当該下端に向かって空気を上方に噴出するように構成され得る。   As shown in FIG. 2, a fluid blowing portion 244 may be provided at the lower end of the fluid blowing tube 24 so as to extend laterally. In this case, the fluid blowing portion 244 is formed in, for example, a tubular shape or a disc shape (a columnar shape having a very small height with respect to the diameter), and extends from the lower end of the heat exchange portion 23 toward the lower end. And may be configured to eject air upward.

ところで、地下水17に吹き込まれた空気の温度は、(流体噴出開口243から噴出された当初は外気温近辺であっても)地下水17内を上昇中に、徐々に当該地下水17の温度寄りに変化する。そして、地下水17寄りに温度が変化した空気は、その後上方空間19内に滞留する。すると、上方空間19内に滞留した空気の温度は、当該地中熱交換器20の運転中に、外気温と、地下帯水層(下部帯水層13)の近辺における地下水17の温度と、の間となる。   By the way, the temperature of the air blown into the groundwater 17 gradually changes toward the temperature of the groundwater 17 while rising in the groundwater 17 (even when it is near the outside temperature at the beginning of being ejected from the fluid ejection opening 243). To do. Then, the air whose temperature has changed closer to the groundwater 17 stays in the upper space 19 thereafter. Then, the temperature of the air staying in the upper space 19 is, during the operation of the underground heat exchanger 20, the outside air temperature, the temperature of the groundwater 17 in the vicinity of the underground aquifer (lower aquifer 13), Between.

この点、図2に示されているように、気体排出管261を流体圧送手段25に接続することで、上方空間19内に滞留した(外気温よりも地下水17の温度寄りの温度となった)空気は、流体圧送手段25に還流(送出)される。このようにして上方空間19から流体圧送手段25に還流された空気は、当該流体圧送手段25によって流体吹込管24に送出される。すなわち、かかる構成においては、流体噴出開口243から噴出される空気の一部は、上方空間19と流体圧送手段25との間で循環されたものとなる。   In this regard, as shown in FIG. 2, the gas discharge pipe 261 is connected to the fluid pumping means 25 so as to stay in the upper space 19 (the temperature is closer to the temperature of the groundwater 17 than the outside air temperature). ) The air is refluxed (delivered) to the fluid pumping means 25. The air recirculated from the upper space 19 to the fluid pumping means 25 in this manner is sent to the fluid blowing pipe 24 by the fluid pumping means 25. That is, in such a configuration, a part of the air ejected from the fluid ejection opening 243 is circulated between the upper space 19 and the fluid pressure feeding means 25.

このように、上方空間19内の空気を流体圧送手段25に還流することで、当該地中熱交換器20の運転中に、上方空間19内の空気の温度が、地下帯水層(下部帯水層13)の近辺における地下水17の温度にいっそう近づく。すると、流体圧送手段25によって流体吹込管24に送出され流体噴出開口243から噴出される空気の温度も、地下帯水層(下部帯水層13)の近辺における地下水17の温度にいっそう近づく。したがって、かかる構成によれば、地下水17と熱媒体Hとの間で交換されるべき熱の一部が当該熱媒体Hと気体(気泡)との熱交換に消費されてしまうことが良好に抑制され、以て熱交換効率がよりいっそう向上する。なお、かかる構成においては、上方空間19内にて水位18の過剰な上昇(地下水17が地表12側に溢れ出すような程度の上昇)を招来するような負圧が発生しない限り、調圧弁262は適宜省略され得る。   In this way, by returning the air in the upper space 19 to the fluid pumping means 25, the temperature of the air in the upper space 19 is changed to the underground aquifer (lower zone) during operation of the underground heat exchanger 20. It approaches the temperature of the groundwater 17 in the vicinity of the water layer 13). Then, the temperature of the air sent to the fluid blowing pipe 24 by the fluid pumping means 25 and ejected from the fluid ejection opening 243 also approaches the temperature of the groundwater 17 in the vicinity of the underground aquifer (lower aquifer 13). Therefore, according to such a configuration, a part of the heat to be exchanged between the groundwater 17 and the heat medium H is favorably suppressed from being consumed for heat exchange between the heat medium H and the gas (bubbles). Therefore, the heat exchange efficiency is further improved. In such a configuration, the pressure regulating valve 262 is not provided unless a negative pressure that causes an excessive rise in the water level 18 in the upper space 19 (a rise such that groundwater 17 overflows to the surface 12 side) is generated. May be omitted as appropriate.

図1に示されている気体排出管261に代えて、図3に示されているように、蓋体22に設けられた貫通孔である抜気貫通孔265が用いられてもよい。かかる抜気貫通孔265は、上方空間19と外部(地表12側の外気)とを連通可能に形成されている。この場合、図3に示されているように、上方空間19内の気体の圧力に応じて抜気貫通孔265を開閉するための調圧弁266が蓋体22に装着されていてもよい。   Instead of the gas exhaust pipe 261 shown in FIG. 1, an exhaust through hole 265 that is a through hole provided in the lid 22 may be used as shown in FIG. 3. The vent hole 265 is formed so that the upper space 19 and the outside (outside air on the ground surface 12 side) can communicate with each other. In this case, as shown in FIG. 3, a pressure regulating valve 266 for opening and closing the vent hole 265 according to the pressure of the gas in the upper space 19 may be attached to the lid body 22.

あるいは、流体圧送手段25の最高出力等の装置仕様によっては、図3における調圧弁266は省略され得る(図4参照)。この場合、図4に示されているように、抜気貫通孔265は複数設けられていてもよい。あるいは、この場合、抜気貫通孔265に代えて、蓋体22とケーシング21における上端開口部211との接合部に形成された気体通路(隙間)が用いられてもよい。   Alternatively, the pressure regulating valve 266 in FIG. 3 may be omitted depending on device specifications such as the maximum output of the fluid pressure feeding means 25 (see FIG. 4). In this case, as shown in FIG. 4, a plurality of vent holes 265 may be provided. Alternatively, in this case, a gas passage (gap) formed at a joint portion between the lid body 22 and the upper end opening 211 in the casing 21 may be used instead of the ventilation through hole 265.

上方空間19内の気体の圧力を測定するための圧力センサが設けられていてもよい。この圧力センサは、例えば、蓋体22に装着され得る。このような構成においては、圧力センサの出力に基づいて、上方空間19内の気体の圧力を調整するための各種の動作(流体圧送手段25の駆動状態等)が、制御部27によって制御され得る。具体的には、例えば、上方空間19内の気体の圧力が所定値に達した場合に、流体圧送手段25の駆動が停止され得る。かかる所定値としては、例えば、調圧弁262の開弁圧と安全弁264の開弁圧との中間の値が用いられ得る。あるいは、調圧弁262は、制御部27によって開閉制御される電磁弁であってもよい。   A pressure sensor for measuring the pressure of the gas in the upper space 19 may be provided. This pressure sensor can be attached to the lid 22, for example. In such a configuration, various operations for adjusting the pressure of the gas in the upper space 19 (the driving state of the fluid pumping means 25 and the like) can be controlled by the control unit 27 based on the output of the pressure sensor. . Specifically, for example, when the pressure of the gas in the upper space 19 reaches a predetermined value, the driving of the fluid pumping means 25 can be stopped. As the predetermined value, for example, an intermediate value between the valve opening pressure of the pressure regulating valve 262 and the valve opening pressure of the safety valve 264 can be used. Alternatively, the pressure regulating valve 262 may be an electromagnetic valve whose opening / closing is controlled by the control unit 27.

本発明における「流体」は、(圧搾)空気に限定されない。すなわち、例えば、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが利用可能である。あるいは、例えば、水やシリコンオイル等の液体も利用可能である。不活性ガスや液体が用いられた場合、各部(熱交換部23等の配管部、地下水17、土壌、等)の酸化が良好に防止あるいは抑制され得る。なお、空気以外の流体が用いられる場合には、図5に示されているように、流体圧送手段25には、当該流体を供給するためのガスボンベやガス発生装置等の流体供給源280が接続される。   The “fluid” in the present invention is not limited to (compressed) air. That is, for example, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas can be used. Alternatively, for example, a liquid such as water or silicone oil can be used. When an inert gas or liquid is used, oxidation of each part (pipe parts such as the heat exchanging part 23, ground water 17, soil, etc.) can be prevented or suppressed satisfactorily. When a fluid other than air is used, as shown in FIG. 5, a fluid supply source 280 such as a gas cylinder or a gas generator for supplying the fluid is connected to the fluid pumping means 25. Is done.

また、当該流体が回収可能である場合、図6に示されているように、当該流体を上方空間19内から回収して流体圧送手段25に還流するための流体還流部281が設けられ得る。この流体還流部281は、少なくとも配管を備えている。この配管には、ポンプ等の圧送手段や、弁等が、適宜設けられ得る。これにより、上述と同様の良好な熱効率が得られつつ、当該流体が再利用されることで当該流体の消費量が良好に抑制される。   In addition, when the fluid can be recovered, a fluid recirculation unit 281 for recovering the fluid from the upper space 19 and returning it to the fluid pumping means 25 can be provided as shown in FIG. The fluid return part 281 includes at least a pipe. This piping may be appropriately provided with a pressure feeding means such as a pump, a valve, or the like. Thereby, the consumption of the said fluid is suppressed favorably by reusing the said fluid, obtaining the same favorable thermal efficiency as the above-mentioned.

なお、図6においては、当該流体の比重が空気よりも大きいために上方空間19における底部に当該流体が滞留している状態(図中二点鎖線参照)を想定して、流体還流部281が上方空間19における底部に接続されている状態が図示されているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、当該流体が空気よりも比重が小さい気体である場合、流体還流部281は上方空間19における上部に接続され得る。この場合、図6に示されている流体還流部281に代えて、図2に示されている気体排出管261等が用いられ得る。   In FIG. 6, assuming that the fluid stays at the bottom of the upper space 19 because the specific gravity of the fluid is greater than that of air (see the two-dot chain line in the figure), the fluid reflux unit 281 Although the state connected to the bottom in the upper space 19 is illustrated, the present invention is not limited to this. That is, when the fluid is a gas having a specific gravity smaller than that of air, the fluid recirculation unit 281 can be connected to the upper portion of the upper space 19. In this case, the gas exhaust pipe 261 and the like shown in FIG. 2 can be used in place of the fluid recirculation part 281 shown in FIG.

10…地面、11…縦穴、12…地表、13…下部帯水層、15…上部帯水層、17…地下水、19…上方空間、20…地中熱交換器、21…ケーシング、22…蓋体、23…熱交換部、24…流体吹込管、25…流体圧送手段、26…圧力調整手段、211…上端開口部、213…下端部、215…メッシュ部、216…メッシュ開口部、241…吹込管下端部、243…流体噴出開口、244…流体吹込部、261…気体排出管、262…調圧弁、C…中心軸線、H…熱媒体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ground, 11 ... Vertical hole, 12 ... Ground surface, 13 ... Lower aquifer, 15 ... Upper aquifer, 17 ... Groundwater, 19 ... Upper space, 20 ... Underground heat exchanger, 21 ... Casing, 22 ... Cover Body 23... Heat exchanging section 24 fluid inlet pipe 25 fluid pressure feeding means 26 pressure adjusting means 211 upper end opening 213 lower end 215 mesh part 216 mesh opening 241 Blow pipe lower end portion, 243 ... fluid ejection opening, 244 ... fluid blow section, 261 ... gas discharge pipe, 262 ... pressure regulating valve, C ... central axis, H ... heat medium.

Claims (3)

地面に掘削された縦穴内に埋設された筒状部材であって、地表側の上端が開口するように形成されているとともに、熱源としての地下水が通過可能なメッシュ部が少なくとも地下帯水層に対応する下端部に設けられた、ケーシングと、
前記ケーシングにおける前記上端の開口部を閉塞するように当該開口部に装着された、蓋体と、
前記蓋体を貫通するとともに前記ケーシングにおける前記下端部に設けられた前記メッシュ部の深さまで到達するように当該ケーシングの内側の空間内に収容されていて、外表面が前記地下水と接触するとともに内部にて熱媒体が液密的に収容されつつ通流することで前記空間内の前記地下水と前記熱媒体との間の熱交換を行うように構成された管状部材である、熱交換部と、
前記蓋体を貫通するとともに前記熱交換部における底部の深さまで到達するように前記ケーシングの内側の前記空間内に収容された管状部材であって、前記熱交換部における前記底部の近傍にて流体を噴出することで前記空間内の前記地下水に前記流体を吹込むように形成された流体噴出開口を有する、流体吹込管と、
前記流体吹込管に前記流体を送出するように、前記流体噴出開口とは反対側の端部にて当該流体吹込管に接続された、流体圧送手段と、
前記ケーシングの内側の前記空間内における、気体の圧力を調整するように設けられた、圧力調整手段と、
前記ケーシングの内側の前記空間から前記流体圧送手段に前記流体を還流するように設けられた、流体還流手段と、
を備え、
前記圧力調整手段は、
前記蓋体を貫通することで、前記ケーシングの内側の前記空間における前記蓋体よりも下方且つ水位よりも上方と外部とを連通可能に設けられた、気体排出管と、
前記気体排出管に装着された、調圧弁と、
を備えたことを特徴とする、地中熱交換器。
It is a cylindrical member embedded in a vertical hole excavated in the ground, and is formed so that the upper end on the surface side is open, and a mesh part through which groundwater as a heat source can pass is at least in the underground aquifer A casing provided at the corresponding lower end,
A lid attached to the opening so as to close the opening at the upper end of the casing;
It is accommodated in the space inside the casing so as to reach the depth of the mesh portion provided at the lower end portion of the casing while penetrating the lid body, and the outer surface is in contact with the groundwater and the inside A heat exchange part, which is a tubular member configured to exchange heat between the groundwater in the space and the heat medium by flowing while the heat medium is stored in a liquid-tight manner,
A tubular member that penetrates the lid and is accommodated in the space inside the casing so as to reach the depth of the bottom of the heat exchange unit, and is a fluid in the vicinity of the bottom of the heat exchange unit. A fluid blowing pipe having a fluid ejection opening formed to blow the fluid into the groundwater in the space by ejecting
Fluid pumping means connected to the fluid blowing pipe at the end opposite to the fluid ejection opening so as to deliver the fluid to the fluid blowing pipe;
Pressure adjusting means provided to adjust the pressure of the gas in the space inside the casing;
Fluid recirculation means provided to recirculate the fluid from the space inside the casing to the fluid pumping means;
With
The pressure adjusting means is
A gas exhaust pipe provided so as to be able to communicate with the outside below the lid body and above the water level in the space inside the casing by penetrating the lid body;
A pressure regulating valve attached to the gas discharge pipe;
An underground heat exchanger characterized by comprising:
請求項1に記載の、地中熱交換器であって、
前記メッシュ部は、前記ケーシングにおける前記下端部よりも上方にも設けられていることを特徴とする、地中熱交換器。
The underground heat exchanger according to claim 1,
The underground heat exchanger, wherein the mesh part is also provided above the lower end part of the casing.
請求項1又は請求項2に記載の、地中熱交換器であって、
前記熱交換部は、前記ケーシングの軸線方向に沿った長手方向を有するU字管であることを特徴とする、地中熱交換器。
The underground heat exchanger according to claim 1 or 2 ,
The underground heat exchanger, wherein the heat exchange part is a U-shaped tube having a longitudinal direction along the axial direction of the casing.
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