JP6262688B2

JP6262688B2 - 熱交換システム

Info

Publication number: JP6262688B2
Application number: JP2015096253A
Authority: JP
Inventors: 肇渡辺
Original assignee: 株式会社日東
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2035-05-11
Also published as: JP2016211790A

Description

本発明は、地下水を利用した熱交換システムに関し、特に地下水の帯水層の深さに関係なく設置可能な熱交換システムに係る。

地下水の有する比較的安定した温度を利用して、使用する機器との相対的な温度関係にて温熱源として、又は冷熱源として利用することが行われている。
例えば、特許文献１に地中の帯水層から水を浸入させた筒体内にＵ字形状の循環管を配設した技術を開示する。
しかし、地中に存在する地下水の流出源となる帯水層は地層構造により相違し、深さが５０〜１００ｍ等、地域によって深さが異なる。
従って、特許文献１に開示するように筒体の開口下端部を帯水層の深さに合せるとしたら、設置場所によって筒体の長さ（深さ）を変えざるを得ない。
また、図４に示すように帯水層１１１ａを横切るように深く筒体１１１を設けた場合に、この筒体にＵ字形状の循環管１１３を配置し、制御部１１０にて制御されたポンプ１１４により揚水することになる。
すると、水の流れは帯水層１１１ａと揚水口１１４ａとの間Ｈ_０だけになることになり地下水の熱利用が不充分であった。

特許第５０６７９５６号公報

本発明は、地下水に有する熱エネルギーを有効に活用できる熱交換システムの提供を目的とする。

本発明に係る熱交換システムは、熱を利用する機器に連結し、地表から地中に向けて配置した流体を循環させるための循環管と、地表から地中に向けて配置し、下端が地中の帯水層よりも深い位置にあるケーシングと、前記循環管とケーシングとの間であって、且つ、当該循環管及びケーシングとの間にそれぞれ所定の間隔を形成させて配置した導水管と、を備え、前記ケーシングは前記地中の帯水層の位置に対応して地下水の連通部を有し、前記導水管は前記循環管の前記帯水層より深い位置に有する下端部の近傍まで配置されるとともに下部側に導水口を有し、前記導水管の上部側の内部から水をくみ上げるための揚水手段を有することで地中の帯水層の深さに関係なく熱交換可能なことを特徴とする。
ここで熱を利用する機器とは循環管と直接連結し、又は熱交換器を介して間接的に連結して使用する各種機器をいう。
例えば、空調機等の室外機に連結して地下水を冷熱又は温熱として利用する形態が例として挙げられる。
このように導水管の内部の、例えば上部から水をポンプ等にて汲み上げると、地中の帯水層から流出してくる地下水は、導水管の下部の導水口を経由して上方に流れることになるため、帯水層の深さに影響を受けることなく地下水の熱を利用することができる。

また、本発明にてケーシングは既存の井戸を利用してもよく、新たにケーシングを地中に設置してもよい。
ケーシングの外周部には地中の帯水層と連通可能になっていれば、どのような構造でもよい。
例えば、ケーシングの外周部にスリットや孔を設けたり、網目構造にしたりする例が挙げられる。

帯水層から湧き出る水量が不充分であったり、冬季等の渇水期の場合には既存の他の井戸から地下水を汲み上げ、導水管の上部又は／及びケーシングの上部から注水する注水手段を有するようにしてもよい。

本発明において循環管は従来のＵ字形状のチューブ管を用いてもよく、また、前記循環管は流入部と流出部とを同心円状に配置した二重管構造になっていてもよい。

本発明に係る熱交換システムにおいては、地中の帯水層と連通した、即ち地下水が溜まるケーシング部と熱交換する循環管との間に導水管を設けたので、地下水は導水管の下部に設けた導水口からこの導水管内に水が流れ込む、あるいは流れ出すように水の流れが形成される。
これにより、地中の帯水層の深さに関係なく熱交換可能なシステムとなる。

本発明に係る熱交換システムの構成例を示す。（ａ）は導水管の上部より水を汲み上げる場合を示し、（ｂ）は水を注水する場合を示す。循環管を同心円状の二重構造にした例を示す。揚水手段と注水手段との組み合せ例を示す。従来の熱交換システムの例を示す。

本発明に係る熱交換システムの構成例を以下、図面に基づいて説明するが本発明はこれに限定されない。

図１（ａ）に基本的な構成を示す。
地中１に例えば鉄管からなるケーシング１１を埋設する。
ケーシング１１には地中の帯水層の位置に対応して、スリット状の連通部からなる帯水層部１１ａを形成してある。
その内側に内周壁との間に所定の間隔を設け、且つ、底面から少し浮かした状態で樹脂製の導水管１２を配置してある。
導水管１２は下部が開口した導水口１２ａとなっており、上部からＵ字形状の循環管１３を挿入、配置してある。
循環管１３は、例えば空調機の室外機と接続され、一方が熱媒体の流入口１３ａ、他方が流出口１３ｂとなっている。
揚水ポンプ１４のサクション１４ａ側を導水管１２の内部の上部に配置し、吐出１４ｂ側に汲み出すと、帯水層部１１ａから浸入した地下水は導水管１２の下部の導水口１２ａを経由して汲み上げられることになるため、導水管１２の概ね全長にわたって循環管と熱交換される。
この場合に帯水層から湧き出る水量が少ない場合には既存の井戸等から地下水を汲み上げケーシング１１の上部から注水管１５にて注水してもよい。
注水管１５には流量計１５ｂ及びバルブ１５ａが取り付けられている。
なお、図示を省略したがケーシング内部や導水管内部等に温度センサーを設け、それらのデータに基づいて、バルブ、ポンプ等の稼働制御する制御部が設けられている。
なお、図１（ａ）に示した導水管１２を取り外した状態で連続採熱量を計測したら１５ｋＷレベルであった環境下で導入管１２を取り付けると、約２倍の３０ｋＷレベルまで向上した。

図１（ｂ）は渇水期の場合に、他の既存の井戸から地下水を汲み上げ導水管１２の上部から注水する例である。

図２に示した例は、循環管として二重管２３を用いた例であり、図２（ｂ）に下端部の拡大図を示す。
二重管２３はＳＵＳ等にて製作され、内管２３ｂの外周部に所定の間隔を設けて同心円状に配置した外管２３ａとの二重構造になっている。
外管２３ａの下端部は塞がれ、内管２３ｂの下端部は開口されているので、この部分を介して、内管２３ｂと外管２３ａとが連通している。
図３は、この連通部に温度センサーＴ３を設けた例を示す。
なお、図３に示した例は注水系の流量計Ｑ１、及びバルブ系統、揚水系の流量計Ｑ２、及びバルブ系統を模式的に示し、計測データＤ１，Ｄ２等に基づいて制御する制御部Ｓが設けられている。
また、注水管１５をケーシング部１５ｃと、導水管部１５ｄとに分岐した例となっている。

１地中
１１ケーシング
１１ａ帯水層部
１２導水管
１２ａ導水口
１３循環管
１４揚水ポンプ
１５注水管

Claims

熱を利用する機器に連結し、地表から地中に向けて配置した流体を循環させるための循環管と、
地表から地中に向けて配置し、下端が地中の帯水層よりも深い位置にあるケーシングと、
前記循環管とケーシングとの間であって、且つ、当該循環管及びケーシングとの間にそれぞれ所定の間隔を形成させて配置した導水管と、を備え、
前記ケーシングは前記地中の帯水層の位置に対応して地下水の連通部を有し、
前記導水管は前記循環管の前記帯水層より深い位置に有する下端部の近傍まで配置されるとともに下部側に導水口を有し、
前記導水管の上部側の内部から水をくみ上げるための揚水手段を有することで地中の帯水層の深さに関係なく熱交換可能なことを特徴とする熱交換システム。
前記導水管又は／及びケーシングの内部に注水手段を有することを特徴とする請求項１記載の熱交換システム。
前記循環管は流入部と流出部とを同心円状に配置した二重管構造になっていることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換システム。