JP6274429B2 - Method and apparatus for enhancing the amount of heat collected from an underground heat exchanger - Google Patents

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Description

本発明は、地中から熱を取り出すクローズドタイプの地中熱ヒートポンプシステムに用いられるボアホール方式の地中熱交換器の採熱量増強方法および装置に関するものである。   The present invention relates to a method and an apparatus for increasing the amount of heat collected in a borehole type underground heat exchanger used in a closed type underground heat pump system that extracts heat from the ground.

従来、地中から熱を取り出すために地中熱交換器内に流体を循環させ、汲み上げた熱をヒートポンプで必要な温度領域の熱に変換するクローズドタイプの地中熱ヒートポンプシステムが知られている（例えば、特許文献１〜５を参照）。この地中熱ヒートポンプシステムによって取り出された熱は、一般に冷暖房や給湯などの熱源として利用される。地中熱交換器内を循環させる流体としては通常、不凍液や水などの冷媒が用いられる。   Conventionally, a closed type geothermal heat pump system that circulates fluid in a ground heat exchanger to extract heat from the ground and converts the pumped heat into heat in a necessary temperature range by a heat pump is known. (For example, see Patent Documents 1 to 5). The heat extracted by this underground heat pump system is generally used as a heat source for air conditioning and hot water supply. As the fluid circulating in the underground heat exchanger, refrigerants such as antifreeze and water are usually used.

地中熱交換器には、垂直型、水平型、傾斜型などがあり、垂直型のものとしては、掘削孔を利用するボアホール方式と基礎杭などを利用する杭方式とがある。ボアホール方式では通常、高密度ポリエチレンパイプ２本の先端部をＵ字状に接続したＵチューブと呼ばれる採放熱管がボアホールに挿入される。   There are vertical, horizontal, and inclined types of underground heat exchangers. Vertical types include borehole systems that use excavation holes and pile systems that use foundation piles. In the borehole system, usually, a heat-dissipating pipe called a U tube in which the tip portions of two high-density polyethylene pipes are connected in a U shape is inserted into the borehole.

Ｕチューブの型式としては、シングルＵチューブ型と、ダブルＵチューブ型とが普及している。シングルＵチューブ型は１本のボアホールに一組のＵチューブを挿入したものであり、ダブルＵチューブ型は１本のボアホールに二組のＵチューブを挿入したものである。   As the U tube type, a single U tube type and a double U tube type are prevalent. The single U tube type is one in which one set of U tubes is inserted into one bore hole, and the double U tube type is one in which two sets of U tubes are inserted into one bore hole.

また、地盤の表層付近の帯水層で地下水流れが顕著な地形の場合には、スパイラル型などの単位深さ当たりの採熱量が大きい地中熱交換器が利用される場合がある。   Moreover, when the groundwater flow is remarkable in the aquifer near the surface layer of the ground, a ground heat exchanger with a large amount of heat collected per unit depth such as a spiral type may be used.

ところで、表層付近で地下水流れが顕著な伏流水の多い地域や扇状地においては、地下水流は季節変動の影響を受ける場合が多い。例えば、雪解けによる流れの増大や梅雨時期の降雨による流れの増大などがある一方、渇水時期には、地下水流も減少傾向となる地域が多く存在する。例えば、夏から秋にかけての時期がこれに当たる場合もあるため、冷房時期と期間が重なる場合、地下水流不足による熱交換量の減少が懸念される。   By the way, in areas where there is a lot of underground water where the groundwater flow is remarkable near the surface layer and in the alluvial fan, the groundwater flow is often affected by seasonal variations. For example, there is an increase in flow due to melting of the snow and an increase in flow due to rainfall during the rainy season, while there are many areas where the groundwater flow tends to decrease during the dry season. For example, since the period from summer to autumn may correspond to this, if the cooling period overlaps with the period, there is a concern that the amount of heat exchange may be reduced due to insufficient groundwater flow.

一般的に、地中熱ヒートポンプシステムを計画する場合、サーマルレスポンステストなどで現地の熱抵抗を計測して熱交換器本数などを計画するが、通常は工事計画との兼ね合いで、計測は一回だけしか実施しない場合がほとんどである。この計測時期が地下水流速の大きな時期であると熱抵抗が通常期よりも小さく計測され、この結果を受けて計画される熱交換器の本数などが、本来必要であるべき本数などに達しない場合もある。この場合、この地中熱ヒートポンプシステムを適用した空調や工場のプロセス利用に支障をきたすおそれがある。   In general, when planning a geothermal heat pump system, the local heat resistance is measured by a thermal response test, etc., and the number of heat exchangers etc. is planned. In most cases, it is only implemented. When this measurement period is a period when the groundwater flow velocity is large, the thermal resistance is measured smaller than the normal period, and the number of heat exchangers planned based on this result does not reach the number that should be originally required. There is also. In this case, there is a risk of hindering the use of air conditioning and factory processes using the geothermal heat pump system.

また、従来の地中熱ヒートポンプシステムでは、熱交換量が時期的に変動することが計画に反映されていない場合が多く、さらに、供用開始後に容量不足などの支障をきたしても有効な対応策がとられないことが多い。なお、このような場合には、供用中の地中熱ヒートポンプシステムに、通常の空気熱源式ヒートポンプシステムを付加的に設置して容量不足に対応する方策が考えられる。   In addition, in the conventional geothermal heat pump system, it is often the case that the heat exchange amount fluctuates with time in the plan, and it is effective even if there is a problem such as insufficient capacity after the start of operation. Is often not taken. In such a case, a measure to cope with the shortage of capacity can be considered by additionally installing a normal air heat source type heat pump system in the underground heat pump system in service.

特表２０１３−５０８６５８号公報Special table 2013-508658 gazette 特開２０１３−４７６０６号公報JP 2013-47606 A 特開２０１３−２４９９８２号公報JP 2013-249982 A 特開２０１３−１４８２５５号公報JP 2013-148255 A 特開２０１３−３６６８７号公報JP 2013-36687 A

このため、地中熱ヒートポンプシステムにおいて、地下水流速が低下する時期に起こる容量不足などに対処可能なように、地中熱交換器による採熱量を事後的に増強することが求められていた。   For this reason, in the geothermal heat pump system, it has been required to increase the amount of heat collected by the geothermal heat exchanger so that it can cope with the capacity shortage that occurs when the groundwater flow velocity decreases.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、地中熱交換器による採熱量を事後的に増強することができる地中熱交換器の採熱量増強方法および装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for increasing the amount of heat collected from a underground heat exchanger that can enhance the amount of heat collected by the underground heat exchanger afterwards. And

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る地中熱交換器の採熱量増強方法は、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する方法であって、地中熱交換器が埋設されている帯水層ではない層から取水し、取水した水を前記帯水層に注水することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the method for enhancing the amount of heat collected from the underground heat exchanger according to the present invention is a method for enhancing the amount of collected heat from the underground heat exchanger provided in the underground heat pump system. Then, water is taken from a layer other than the aquifer in which the underground heat exchanger is embedded, and the taken water is poured into the aquifer.

また、本発明に係る他の地中熱交換器の採熱量増強方法は、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する方法であって、地中熱交換器が埋設されている第一帯水層から取水し、取水した水を第一帯水層よりも下側にある第二帯水層に還元する一方、第一帯水層から取水した水量相当の水を第二帯水層よりも下側にある第三帯水層から揚水し、第一帯水層に還元することを特徴とする。   Further, another method for increasing the amount of heat collected from the underground heat exchanger according to the present invention is a method for increasing the amount of heat collected from the underground heat exchanger provided in the underground heat pump system, wherein the underground heat exchanger is embedded. The water taken from the first aquifer is reduced to the second aquifer below the first aquifer, while water equivalent to the amount of water taken from the first aquifer Pumping from the third aquifer below the second aquifer and returning to the first aquifer.

また、本発明に係る地中熱交換器の採熱量増強装置は、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する装置であって、地中熱交換器が埋設されている帯水層ではない層から取水する手段と、取水した水を前記帯水層に注水する手段とを有することを特徴とする。   Further, the heat collection amount increasing device for the underground heat exchanger according to the present invention is a device for increasing the heat collection amount of the underground heat exchanger provided in the underground heat pump system, in which the underground heat exchanger is embedded. And a means for taking water from a non-aquifer layer and a means for pouring the taken water into the aquifer.

また、本発明に係る他の地中熱交換器の採熱量増強装置は、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する装置であって、地中熱交換器が埋設されている第一帯水層から取水する第一取水手段と、第一取水手段で取水した水を第一帯水層よりも下側にある第二帯水層に還元する第一還元手段と、第一帯水層から取水した水量相当の水を第二帯水層よりも下側にある第三帯水層から取水する第二取水手段と、第二取水手段で取水した水を第一帯水層に還元する第二還元手段とを有することを特徴とする。   Further, the heat collection amount increasing device for another underground heat exchanger according to the present invention is a device for enhancing the heat collection amount of the underground heat exchanger provided in the underground heat pump system, wherein the underground heat exchanger is embedded. First intake means for taking water from the first aquifer, and first reduction means for reducing water taken by the first intake means to a second aquifer below the first aquifer; The water intake equivalent to the amount of water taken from the first aquifer is taken from the third aquifer below the second aquifer and the water taken by the second intake means is first. It has the 2nd reduction means to reduce | restore to an aquifer.

本発明に係る地中熱交換器の採熱量増強方法によれば、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する方法であって、地中熱交換器が埋設されている帯水層ではない層から取水し、取水した水を前記帯水層に注水するので、地中熱交換器が埋設されている帯水層に人工的な地下水流を形成することができる。これにより、地中熱交換器による採熱量を事後的に増強することができるという効果を奏する。また、地中熱交換器による熱交換によって温度上昇した（または温度低下した）地下水を取水して、これを地中熱交換器が埋設されている帯水層に還流させるものではないので、熱交換量の低下を生じさせるおそれはない。   According to the method for increasing the amount of heat collected from the underground heat exchanger according to the present invention, the method for enhancing the amount of heat collected from the underground heat exchanger provided in the underground heat pump system, wherein the underground heat exchanger is embedded. Water is taken from a layer that is not an aquifer, and the collected water is poured into the aquifer, so that an artificial groundwater flow can be formed in the aquifer where the underground heat exchanger is embedded. Thereby, there is an effect that the amount of heat collected by the underground heat exchanger can be increased afterwards. In addition, it does not take groundwater whose temperature has risen (or has fallen) due to heat exchange by the underground heat exchanger and return it to the aquifer where the underground heat exchanger is embedded. There is no risk of reducing the exchange amount.

また、本発明に係る他の地中熱交換器の採熱量増強方法によれば、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する方法であって、地中熱交換器が埋設されている第一帯水層から取水し、取水した水を第一帯水層よりも下側にある第二帯水層に還元する一方、第一帯水層から取水した水量相当の水を第二帯水層よりも下側にある第三帯水層から揚水し、第一帯水層に還元するので、地中熱交換器が埋設されている第一帯水層に人工的な地下水流を形成することができる。これにより、地中熱交換器による採熱量を事後的に増強することができるという効果を奏する。また、第三帯水層の安定した温度、水質の水を第一帯水層に還元することで第一帯水層の温度、水質を安定したものにすることができるという効果を奏する。   Further, according to another method for increasing the amount of heat collected from the underground heat exchanger according to the present invention, the method for enhancing the amount of heat collected from the underground heat exchanger provided in the underground heat pump system, wherein the underground heat exchanger is provided. Is taken from the first aquifer where the water is buried, and the taken water is reduced to the second aquifer below the first aquifer, while the amount of water taken from the first aquifer Since water is pumped from the third aquifer below the second aquifer and returned to the first aquifer, artificial water is added to the first aquifer where the underground heat exchanger is embedded. A strong groundwater flow can be formed. Thereby, there is an effect that the amount of heat collected by the underground heat exchanger can be increased afterwards. In addition, there is an effect that the temperature and water quality of the first aquifer can be stabilized by reducing the stable temperature and water quality of the third aquifer to the first aquifer.

また、本発明に係る地中熱交換器の採熱量増強装置によれば、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する装置であって、地中熱交換器が埋設されている帯水層ではない層から取水する手段と、取水した水を前記帯水層に注水する手段とを有するので、地中熱交換器が埋設されている帯水層に人工的な地下水流を形成することができる。これにより、地中熱交換器による採熱量を事後的に増強することができるという効果を奏する。また、地中熱交換器による熱交換によって温度上昇した（または温度低下した）地下水を取水して、これを地中熱交換器が埋設されている帯水層に還流させるものではないので、熱交換量の低下を生じさせるおそれはない。   Further, according to the heat collection amount increasing device for the underground heat exchanger according to the present invention, the device for enhancing the heat collection amount of the underground heat exchanger provided in the underground heat pump system, the underground heat exchanger is embedded. Since it has means for taking water from a non-aquifer layer and means for pouring the taken water into the aquifer, artificial groundwater is added to the aquifer where the underground heat exchanger is embedded. A flow can be formed. Thereby, there is an effect that the amount of heat collected by the underground heat exchanger can be increased afterwards. In addition, it does not take groundwater whose temperature has risen (or has fallen) due to heat exchange by the underground heat exchanger and return it to the aquifer where the underground heat exchanger is embedded. There is no risk of reducing the exchange amount.

また、本発明に係る他の地中熱交換器の採熱量増強装置によれば、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する装置であって、地中熱交換器が埋設されている第一帯水層から取水する第一取水手段と、第一取水手段で取水した水を第一帯水層よりも下側にある第二帯水層に還元する第一還元手段と、第一帯水層から取水した水量相当の水を第二帯水層よりも下側にある第三帯水層から取水する第二取水手段と、第二取水手段で取水した水を第一帯水層に還元する第二還元手段とを有するので、地中熱交換器が埋設されている第一帯水層に人工的な地下水流を形成することができる。これにより、地中熱交換器による採熱量を事後的に増強することができるという効果を奏する。また、第三帯水層の安定した温度、水質の水を第一帯水層に還元することで第一帯水層の温度、水質を安定したものにすることができるという効果を奏する。   Moreover, according to the heat collection amount increasing device for another underground heat exchanger according to the present invention, the device for increasing the heat collection amount of the underground heat exchanger provided in the underground heat pump system, the underground heat exchanger First intake means for taking water from the first aquifer where the water is buried, and first reduction for reducing the water taken by the first intake means to the second aquifer below the first aquifer Means, water intake equivalent to the amount of water taken from the first aquifer from the third aquifer below the second aquifer, and water taken by the second intake means Since it has the 2nd reduction | restoration means to reduce | restore to a 1st aquifer, an artificial groundwater flow can be formed in the 1st aquifer in which the underground heat exchanger is embed | buried. Thereby, there is an effect that the amount of heat collected by the underground heat exchanger can be increased afterwards. In addition, there is an effect that the temperature and water quality of the first aquifer can be stabilized by reducing the stable temperature and water quality of the third aquifer to the first aquifer.

図１は、本発明に係る地中熱交換器の採熱量増強方法および装置の実施の形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a method and an apparatus for increasing the amount of heat collected from an underground heat exchanger according to the present invention.

以下に、本発明に係る地中熱交換器の採熱量増強方法および装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a method and an apparatus for increasing the amount of heat collected from an underground heat exchanger according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

本発明に係る地中熱交換器の採熱量増強方法および装置は、地盤の浅い層で地下水流れが期待されている地域において、浅層に単位深さ当たりの採熱量が大きく期待できるスパイラル型熱交換器などの集中採熱型地中熱交換器を設置する場合に、地下水流速が低下する時期に地下水流速を人工的に増大させて熱交換能力不足を解消するのに好適なものである。   The method and apparatus for increasing the amount of heat collected from the underground heat exchanger according to the present invention is a spiral type heat that can expect a large amount of heat collected per unit depth in the shallow layer in an area where groundwater flow is expected in the shallow layer of the ground. When installing a central heat collection type underground heat exchanger such as an exchanger, the groundwater flow rate is artificially increased at the time when the groundwater flow rate is lowered, and this is suitable for solving the lack of heat exchange capacity.

図１に示すように、上層から下層に向かって順に第一帯水層１、第一不透水層１Ａ、第二帯水層２、第二不透水層２Ａ、第三帯水層３、第三不透水層３Ａで構成される地層において、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器１０が最上層の第一帯水層１（帯水層）に埋設配置されている。   As shown in FIG. 1, the first aquifer 1, the first impermeable layer 1A, the second aquifer 2, the second impermeable layer 2A, the third aquifer 3, In the stratum composed of the three impermeable layers 3A, the underground heat exchanger 10 provided in the underground heat pump system is embedded in the uppermost first aquifer 1 (aquifer).

第一帯水層１、第二帯水層２、第三帯水層３は、地下水によって飽和している透水性の地層である。第一不透水層１Ａ、第二不透水層２Ａ、第三不透水層３Ａは、透水性の極めて小さい地層であり、例えば未固結の粘土、シルト層、固結した割れ目のない岩盤などにより構成される。   The first aquifer 1, the second aquifer 2, and the third aquifer 3 are permeable formations saturated with groundwater. The first impermeable layer 1A, the second impermeable layer 2A, and the third impermeable layer 3A are extremely low-permeability ground layers, such as unconsolidated clay, silt layer, solid rock bed, etc. Composed.

地中熱交換器１０は、スパイラル型の熱交換器により構成される。より具体的には、地中熱交換器１０は、合成樹脂製あるいは金属製等で螺旋状に形成され、内部を水や不凍液などの冷媒が流れる螺旋状流路１０ａと、螺旋状流路１０ａの下端に図示しない連結部材を介して接続し、螺旋状流路の螺旋軸方向と略平行に螺旋軸空間内に合成樹脂製あるいは金属製等で直管状に配設された直管状流路１０ｂとで形成される。この地中熱交換器１０は、第一帯水層１に掘削形成されたボアホール１０ｃ内に埋設される。ボアホール１０ｃ内は、地下水が流動できるように図示しない透水性の充てん材で充てんされている。なお、本実施の形態では、地中熱交換器１０が１本の場合を例にとり説明するが、２本以上の地中熱交換器１０を第一帯水層１に並列配置してもよい。   The underground heat exchanger 10 is configured by a spiral heat exchanger. More specifically, the underground heat exchanger 10 is formed in a spiral shape made of synthetic resin or metal, and has a spiral channel 10a through which a refrigerant such as water or antifreeze flows, and a spiral channel 10a. The straight tubular flow path 10b is connected to the lower end of the straight flow path by a connecting member (not shown), and is disposed in a straight tubular shape made of synthetic resin or metal in the helical shaft space substantially parallel to the spiral axis direction of the helical flow path. And formed. The underground heat exchanger 10 is embedded in a borehole 10 c excavated and formed in the first aquifer 1. The bore hole 10c is filled with a water-permeable filler (not shown) so that groundwater can flow. In this embodiment, a case where there is one underground heat exchanger 10 will be described as an example, but two or more underground heat exchangers 10 may be arranged in parallel in the first aquifer 1. .

本発明に係る地中熱交換器の採熱量増強装置１００は、地中熱交換器１０の採熱量を増強する装置である。この採熱量増強装置１００は、地中熱交換器１０が埋設されている第一帯水層１から取水する揚水井１２（第一取水手段）と、揚水井１２で取水した水を第一帯水層１よりも下側にある第二帯水層２に還元する還元井１４（第一還元手段）とを有する。   The underground heat exchanger heat collection increasing device 100 according to the present invention is a device that increases the heat collection of the underground heat exchanger 10. This heat collection amount increasing device 100 includes a pumping well 12 (first intake means) for taking water from the first aquifer 1 in which the underground heat exchanger 10 is embedded, and water taken by the pumping well 12 in the first zone. A reduction well 14 (first reduction means) for reducing the second aquifer 2 below the water layer 1.

揚水井１２の下端は、第一帯水層１内（例えば第一帯水層１の深さ方向略中央位置）に位置している。第一帯水層１の水は揚水井１２内の下端に設けた図示しない揚水ポンプなどにより揚水され、地上に設けた配管２０を介して還元井１４側に送られるようになっている。   The lower end of the pumping well 12 is located in the first aquifer 1 (for example, a substantially central position in the depth direction of the first aquifer 1). The water in the first aquifer 1 is pumped by a pump (not shown) provided at the lower end in the pumping well 12 and sent to the reducing well 14 side through a pipe 20 provided on the ground.

還元井１４の下端は、第二帯水層２内（例えば第二帯水層２の上部位置）に位置している。配管２０からの水は図示しない送水ポンプなどにより還元井１４の下端を通じて第二帯水層２に圧送されるようになっている。   The lower end of the reduction well 14 is located in the second aquifer 2 (for example, the upper position of the second aquifer 2). Water from the pipe 20 is pumped to the second aquifer 2 through the lower end of the reduction well 14 by a water pump or the like (not shown).

また、本発明の採熱量増強装置１００は、第一帯水層１から取水した水量相当の水を第二帯水層２よりも下側にある第三帯水層３から取水する揚水井１６（第二取水手段）と、揚水井１６で取水した水を第一帯水層１に還元（注水）する還元井１８（第二還元手段）とをさらに有する。   In addition, the heat collecting capacity increasing device 100 of the present invention takes a water equivalent to the amount of water taken from the first aquifer 1 from the third aquifer 3 below the second aquifer 2. (Second intake means) and a reduction well 18 (second reduction means) for reducing (pouring) water taken in the pumping well 16 to the first aquifer 1.

揚水井１６の下端は、第三帯水層３内（例えば第三帯水層３の深さ方向略中央位置）に位置している。第三帯水層３の水は揚水井１６内の下端に設けた図示しない揚水ポンプなどにより揚水され、地上に設けた配管２２を介して還元井１８側に送られるようになっている。   The lower end of the pumping well 16 is located in the third aquifer 3 (for example, a substantially central position in the depth direction of the third aquifer 3). The water in the third aquifer 3 is pumped by a pump (not shown) provided at the lower end in the pumping well 16 and sent to the reduction well 18 side through a pipe 22 provided on the ground.

還元井１８の下端は、第一帯水層１内（例えば第一帯水層１の深さ方向略中央位置）に位置している。配管２２からの水は図示しない送水ポンプなどにより還元井１８の下端を通じて第一帯水層１に圧送されるようになっている。   The lower end of the reduction well 18 is located in the first aquifer 1 (for example, a substantially central position in the depth direction of the first aquifer 1). Water from the pipe 22 is pumped to the first aquifer 1 through the lower end of the reduction well 18 by a water pump (not shown).

揚水井１２および還元井１８は、この間に横方向の地下水流を形成する観点から地中熱交換器１０を左右側方から挟む位置に配置することが好ましく、平面視で揚水井１２と還元井１８とを繋ぐ線分上に地中熱交換器１０が位置するように配置することがより好ましい。   The pumping well 12 and the reduction well 18 are preferably arranged at positions where the underground heat exchanger 10 is sandwiched from the left and right sides from the viewpoint of forming a horizontal groundwater flow therebetween, and the pumping well 12 and the reduction well in plan view. It is more preferable to arrange the underground heat exchanger 10 so as to be positioned on the line segment connecting the 18 and 18.

上記の構成において、地中熱交換器１０が埋設されている第一帯水層１ではない層（第三帯水層３）から取水し、取水した水を第一帯水層１に注水することで、第一帯水層１の還元井１８の下端から揚水井１２の下端の間に人工的な地下水流Ｆを形成することができる。この人工的に作り出された地下水流Ｆによって地中熱交換器１０の周囲の地下流速が増大するので、地中熱交換器１０による採熱量を、地中熱ヒートポンプシステムの導入後に事後的に増強することができるという効果を奏する。   In the above configuration, water is taken from a layer (third aquifer 3) that is not the first aquifer 1 in which the underground heat exchanger 10 is embedded, and the taken water is poured into the first aquifer 1. Thus, an artificial groundwater flow F can be formed between the lower end of the reduction well 18 of the first aquifer 1 and the lower end of the pumping well 12. Since the artificially created groundwater flow F increases the underground flow velocity around the underground heat exchanger 10, the amount of heat collected by the underground heat exchanger 10 is increased after the introduction of the underground heat pump system. There is an effect that can be done.

また、上記の構成によれば、揚水井１２で汲み上げたものを直接、第一帯水層１に注水しないので、地中熱交換器１０による熱交換によって温度上昇した（または温度低下した）地下水を第一帯水層１に戻すことによる熱交換量の低下を生じさせるおそれはない。   Moreover, according to said structure, since the water pumped in the pumping well 12 is not poured directly into the 1st aquifer 1, the groundwater which temperature rose (or temperature fell) by the heat exchange by the underground heat exchanger 10 There is no possibility of causing a decrease in the amount of heat exchange by returning the water to the first aquifer 1.

また、上記の構成によれば、第三帯水層３の安定した温度、水質の水を第一帯水層１に還元することで第一帯水層１の温度、水質を安定的に維持することができるという効果を奏する。   Moreover, according to said structure, the temperature and water quality of the 1st aquifer 1 are stably maintained by reducing the stable temperature and water quality of the 3rd aquifer 3 to the 1st aquifer 1. There is an effect that can be done.

また、従来の地中熱ヒートポンプシステムでは、熱交換量が時期的に変動することが計画に反映されていない場合が多く、さらに、供用開始後に容量不足などの支障をきたしても有効な対応策がとられないことが多かった。しかしながら、本発明によれば、熱交換能力（採熱量）の低下したクローズドタイプの地中熱交換器の熱交換能力を後から増強させることが可能であるため、地下水流速が低下する時期に起こる容量不足などに有効に対処することができる。   In addition, in the conventional geothermal heat pump system, it is often the case that the heat exchange amount fluctuates with time in the plan, and it is effective even if there is a problem such as insufficient capacity after the start of operation. There were many cases where I could not be taken. However, according to the present invention, it is possible to increase the heat exchange capacity of the closed-type underground heat exchanger having a reduced heat exchange capacity (heat collection amount) later, and therefore occurs when the groundwater flow velocity decreases. It is possible to effectively deal with insufficient capacity.

例えば、熱交換能力不足が判明した既設の地中熱ヒートポンプシステムや、何らかの原因で年数が経過した後に熱交換能力が低下した場合の対策として、揚水井１２、還元井１４、揚水井１６、還元井１８を後から施工することで対処可能である。   For example, an existing underground heat pump system that has been found to have a shortage of heat exchange capacity, or as a countermeasure when the heat exchange capacity declines after years have passed for some reason, pumping well 12, reduction well 14, pumping well 16, reduction This can be dealt with by constructing the well 18 later.

なお、上記の実施の形態において、揚水井１２以外の還元井１４、揚水井１６、還元井１８を一つの掘削孔で施工してもよい。この場合、掘削孔の第一帯水層１の位置に、配管２２からの水を周囲に圧送するための設備を設ける。また、掘削孔の第二帯水層２の位置に、配管２０からの水を周囲に圧送するための設備を設ける。さらに、掘削孔の第三帯水層３の位置に、第三帯水層３の水を配管２２に送り出すための揚水ポンプなどの設備を設ける。このようにすれば、掘削孔施工に掛かる工事コストの削減が可能となる。   In addition, in said embodiment, you may construct the reduction well 14, the pumping well 16, and the reduction well 18 other than the pumping well 12 with one excavation hole. In this case, a facility for pumping water from the pipe 22 to the surroundings is provided at the position of the first aquifer 1 in the excavation hole. Moreover, the installation for pumping the water from the piping 20 to the circumference | surroundings is provided in the position of the 2nd aquifer 2 of a digging hole. Furthermore, equipment such as a pump for pumping water from the third aquifer 3 to the pipe 22 is provided at the position of the third aquifer 3 in the excavation hole. If it does in this way, reduction of the construction cost concerning excavation hole construction will be attained.

また、本発明は、地中熱ヒートポンプシステムの新設時における地中熱交換器１０による採熱量を増強する方策としても適用可能である。また、新設時に地中熱交換器１０の設置本数を最小化して、本数が不足した時に本発明によって対応することも可能である。   The present invention can also be applied as a measure for increasing the amount of heat collected by the underground heat exchanger 10 when the underground heat pump system is newly installed. In addition, it is possible to minimize the number of underground heat exchangers 10 installed at the time of new installation and cope with the present invention when the number is insufficient.

なお、本発明に係る揚水井１２、揚水井１６、還元井１４、還元井１８は、地下水流速が低下する渇水時期の期間のみ、さらに一日の間でも地中熱交換器１０の周囲の温度上昇（または温度低下）が無視し得ない場合にのみ稼働させることが好ましい。このようにすれば、地下水の水質に与える影響を非常に少なくすることができる。   In addition, the pumping well 12, the pumping well 16, the reducing well 14, and the reducing well 18 according to the present invention are the temperatures around the underground heat exchanger 10 only during the drought period when the groundwater flow velocity decreases, and even during one day. It is preferable to operate only when the rise (or temperature drop) cannot be ignored. In this way, the influence on the quality of groundwater can be greatly reduced.

なお、第一帯水層１に地下水が豊富な場合には、生活用水に井戸を利用している場合が多く、一般的にオープンタイプの地中熱ヒートポンプシステムの導入は地域住民にとって受け入れづらいものである。しかしながら、本発明によれば、井戸への影響を最小限にできるため、このような地域でも、クローズドタイプの地中熱ヒートポンプシステムの導入の理解が得られやすいと考えられる。   When groundwater is abundant in the first aquifer 1, wells are often used for domestic water, and the introduction of open-type geothermal heat pump systems is generally difficult for local residents to accept. It is. However, according to the present invention, since the influence on the well can be minimized, it is considered that an understanding of the introduction of the closed type underground heat pump system is easily obtained even in such an area.

以上説明したように、本発明に係る地中熱交換器の採熱量増強方法によれば、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する方法であって、地中熱交換器が埋設されている帯水層ではない層から取水し、取水した水を前記帯水層に注水するので、地中熱交換器が埋設されている帯水層に人工的な地下水流を形成することができる。これにより、地中熱交換器による採熱量を事後的に増強することができる。また、地中熱交換器による熱交換によって温度上昇した（または温度低下した）地下水を取水して、これを地中熱交換器が埋設されている帯水層に還流させるものではないので、熱交換量の低下を生じさせるおそれはない。   As described above, according to the method for increasing the amount of heat collected from the underground heat exchanger according to the present invention, the method for enhancing the amount of heat collected from the underground heat exchanger provided in the underground heat pump system, Water is taken from a non-aquifer where the exchanger is embedded, and the collected water is poured into the aquifer, so artificial groundwater flow is generated in the aquifer where the underground heat exchanger is embedded. Can be formed. Thereby, the amount of heat collected by the underground heat exchanger can be increased afterwards. In addition, it does not take groundwater whose temperature has risen (or has fallen) due to heat exchange by the underground heat exchanger and return it to the aquifer where the underground heat exchanger is embedded. There is no risk of reducing the exchange amount.

また、本発明に係る他の地中熱交換器の採熱量増強方法によれば、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する方法であって、地中熱交換器が埋設されている第一帯水層から取水し、取水した水を第一帯水層よりも下側にある第二帯水層に還元する一方、第一帯水層から取水した水量相当の水を第二帯水層よりも下側にある第三帯水層から揚水し、第一帯水層に還元するので、地中熱交換器が埋設されている第一帯水層に人工的な地下水流を形成することができる。これにより、地中熱交換器による採熱量を事後的に増強することができる。また、第三帯水層の安定した温度、水質の水を第一帯水層に還元することで第一帯水層の温度、水質を安定したものにすることができる。   Further, according to another method for increasing the amount of heat collected from the underground heat exchanger according to the present invention, the method for enhancing the amount of heat collected from the underground heat exchanger provided in the underground heat pump system, wherein the underground heat exchanger is provided. Is taken from the first aquifer where the water is buried, and the taken water is reduced to the second aquifer below the first aquifer, while the amount of water taken from the first aquifer Since water is pumped from the third aquifer below the second aquifer and returned to the first aquifer, artificial water is added to the first aquifer where the underground heat exchanger is embedded. A strong groundwater flow can be formed. Thereby, the amount of heat collected by the underground heat exchanger can be increased afterwards. Moreover, the temperature and water quality of the first aquifer can be stabilized by reducing the stable temperature and water quality of the third aquifer to the first aquifer.

また、本発明に係る地中熱交換器の採熱量増強装置によれば、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する装置であって、地中熱交換器が埋設されている帯水層ではない層から取水する手段と、取水した水を前記帯水層に注水する手段とを有するので、地中熱交換器が埋設されている帯水層に人工的な地下水流を形成することができる。これにより、地中熱交換器による採熱量を事後的に増強することができる。また、地中熱交換器による熱交換によって温度上昇した（または温度低下した）地下水を取水して、これを地中熱交換器が埋設されている帯水層に還流させるものではないので、熱交換量の低下を生じさせるおそれはない。   Further, according to the heat collection amount increasing device for the underground heat exchanger according to the present invention, the device for enhancing the heat collection amount of the underground heat exchanger provided in the underground heat pump system, the underground heat exchanger is embedded. Since it has means for taking water from a non-aquifer layer and means for pouring the taken water into the aquifer, artificial groundwater is added to the aquifer where the underground heat exchanger is embedded. A flow can be formed. Thereby, the amount of heat collected by the underground heat exchanger can be increased afterwards. In addition, it does not take groundwater whose temperature has risen (or has fallen) due to heat exchange by the underground heat exchanger and return it to the aquifer where the underground heat exchanger is embedded. There is no risk of reducing the exchange amount.

また、本発明に係る他の地中熱交換器の採熱量増強装置によれば、地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する装置であって、地中熱交換器が埋設されている第一帯水層から取水する第一取水手段と、第一取水手段で取水した水を第一帯水層よりも下側にある第二帯水層に還元する第一還元手段と、第一帯水層から取水した水量相当の水を第二帯水層よりも下側にある第三帯水層から取水する第二取水手段と、第二取水手段で取水した水を第一帯水層に還元する第二還元手段とを有するので、地中熱交換器が埋設されている第一帯水層に人工的な地下水流を形成することができる。これにより、地中熱交換器による採熱量を事後的に増強することができる。また、第三帯水層の安定した温度、水質の水を第一帯水層に還元することで第一帯水層の温度、水質を安定したものにすることができる。   Moreover, according to the heat collection amount increasing device for another underground heat exchanger according to the present invention, the device for increasing the heat collection amount of the underground heat exchanger provided in the underground heat pump system, the underground heat exchanger First intake means for taking water from the first aquifer where the water is buried, and first reduction for reducing the water taken by the first intake means to the second aquifer below the first aquifer Means, water intake equivalent to the amount of water taken from the first aquifer from the third aquifer below the second aquifer, and water taken by the second intake means Since it has the 2nd reduction | restoration means to reduce | restore to a 1st aquifer, an artificial groundwater flow can be formed in the 1st aquifer in which the underground heat exchanger is embed | buried. Thereby, the amount of heat collected by the underground heat exchanger can be increased afterwards. Moreover, the temperature and water quality of the first aquifer can be stabilized by reducing the stable temperature and water quality of the third aquifer to the first aquifer.

以上のように、本発明に係る地中熱交換器の採熱量増強方法および装置は、地中から熱を取り出すクローズドタイプの地中熱ヒートポンプシステムに用いられるボアホール方式の地中熱交換器に有用であり、特に、地盤の浅い層で地下水流れが期待されている地域において、浅層に単位深さ当たりの採熱量が大きく期待できるスパイラル型熱交換器などの集中採熱型地中熱交換器を設置する場合に、地下水流速が低下する時期に地下水流速を人工的に増大させて熱交換能力不足を解消するのに適している。   As described above, the method and apparatus for increasing the amount of heat collected from the underground heat exchanger according to the present invention is useful for a borehole type underground heat exchanger used in a closed-type underground heat pump system that extracts heat from the underground. In particular, in areas where groundwater flow is expected in the shallow ground layer, a concentrated heat collection type underground heat exchanger such as a spiral heat exchanger that can expect a large amount of heat per unit depth in the shallow layer It is suitable to solve the shortage of heat exchange capacity by artificially increasing the groundwater flow velocity when the groundwater flow velocity decreases.

１ 第一帯水層（帯水層）
１Ａ 第一不透水層
２ 第二帯水層
２Ａ 第二不透水層
３ 第三帯水層
３Ａ 第三不透水層
１０ 地中熱交換器
１２ 揚水井（第一取水手段）
１４ 還元井（第一還元手段）
１６ 揚水井（第二取水手段）
１８ 還元井（第二還元手段）
２０，２２ 配管
１００ 地中熱交換器の採熱量増強装置
Ｆ 地下水流 1 First Aquifer (Aquifer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A 1st impermeable layer 2 2nd aquifer 2A 2nd impermeable layer 3 3rd aquifer 3A 3rd impermeable layer 10 Underground heat exchanger 12 Pumping well (1st water intake means)
14 Reduction well (first reduction means)
16 Pumping well (second intake)
18 Reduction well (second reduction means)
20,22 Piping 100 Heat collecting capacity increasing device for underground heat exchanger F Groundwater flow

Claims (2)

地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する方法であって、地中熱交換器が埋設されている第一帯水層から取水し、取水した水を第一帯水層よりも下側にある第二帯水層に還元する一方、第一帯水層から取水した水量相当の水を第二帯水層よりも下側にある第三帯水層から揚水し、第一帯水層に還元することを特徴とする地中熱交換器の採熱量増強方法。   A method for increasing the amount of heat collected by a geothermal heat exchanger in a geothermal heat pump system, wherein water is taken from the first aquifer where the geothermal heat exchanger is embedded, and the taken water is taken as the first aquifer. While reducing to the second aquifer below the reservoir, water equivalent to the amount of water taken from the first aquifer is pumped from the third aquifer below the second aquifer, A method for enhancing the amount of heat collected from the underground heat exchanger, wherein the ground heat exchanger is reduced to the first aquifer. 地中熱ヒートポンプシステムに備わる地中熱交換器の採熱量を増強する装置であって、地中熱交換器が埋設されている第一帯水層から取水する第一取水手段と、第一取水手段で取水した水を第一帯水層よりも下側にある第二帯水層に還元する第一還元手段と、第一帯水層から取水した水量相当の水を第二帯水層よりも下側にある第三帯水層から取水する第二取水手段と、第二取水手段で取水した水を第一帯水層に還元する第二還元手段とを有することを特徴とする地中熱交換器の採熱量増強装置。   A first intake means for increasing the amount of heat collected by a geothermal heat exchanger provided in a geothermal heat pump system, the first intake means for taking water from a first aquifer in which the underground heat exchanger is embedded, and a first intake water First reduction means for reducing the water taken by the means to the second aquifer below the first aquifer, and water equivalent to the amount of water taken from the first aquifer from the second aquifer Characterized in that it has a second water intake means for taking water from the third aquifer below and a second reduction means for reducing water taken by the second water intake means to the first aquifer. A heat collection device for heat exchangers.
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