JP6303361B2 - Thermal well and snow melting method - Google Patents
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Description
本発明は、掘削した採熱井1孔で、熱媒体液循環装置と、地下水揚水の、二つの運転が同時に稼動できる採熱井を提供する。The present invention provides a heat collection well in which two operations of a heat medium liquid circulation device and a groundwater pumping can be performed simultaneously with one excavated heat collection well.
従来、地下熱を利用した熱媒体液循環方法として、ヒートポンプ装置やヒートポンプレスの融雪装置など、採熱井を掘削して、Uチューブや二重管等を井内に挿入セットし、熱媒体液循環方法により地下熱利用装置等が提供されている。(例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。Conventionally, as a heat medium liquid circulation method using underground heat, excavation of a heat collection well such as a heat pump device or a heat pump-less snow melting device, a U tube or a double tube is inserted and set in the well, and the heat medium liquid circulation The underground heat utilization apparatus etc. are provided by the method. (For example, refer to
特許文献1では、ヒートポンプレスの地中熱利用の循環方法の採熱井である。特許文献2では、ヒートポンプを利用した地中熱利用の循環方法の採熱井である。In
特許文献3では、採熱井を隣接して2本掘削し、隣接する片方の井戸からポンプで地下水を汲み上げ、循環パイプが挿入設置してある井戸に汲み上げた地下水を圧入し、地下水の流動化することで、さらに循環媒体液を高い温度の熱交換する方法の融雪方法である。In
特許文献1も特許文献2、及び特許文献3も従来の媒体液循環方法であり、地中熱を利用した装置は、特許文献1も特許文献2、及び特許文献3のほか地中熱を利用して融雪装置にしたり、暖房にしたり、利用方法は多岐に渡り、地中の熱を採熱する色々な特許文献があるが、採熱井1孔に対して熱媒体液循環パイプをセットして使用されてきた。本発明のように、採熱井1孔に対して、同時に別々の二種類の装置を同時使用が可能である発明は従来の発明には無かった。本発明では、孔内の井戸パイプ6内の水中ポンプ8で地下水を揚水することで地上にて用水11として使用しながら、媒体液循環装置も稼動できる発明であり、さらに、揚水される地下水は採水された深度の地下温度の地下水を水中ポンプの吸い込み位置まで流動し、自然状態の孔内水の温度を高くなっているので、井戸パイプ6に接触固定された循環パイプ4は、地下水の揚水温度によって温められた孔内水により、循環パイプ4の媒体液は熱交換がなされる。従来の特許文献1や特許文献2のような、地上部で冷却された循環媒体液は地下深くに循環降下していくと、自然状態の地下温度は冷却されて、当然、地下温度は低下する。よって自然状態の地下温度と循環温度のバランスをとりながら熱交換されて媒体液は循環上昇していくが、本発明は、地下水の汲み上げによって、どんどん真の地下温度の地下水が揚水している間は、常に新しい温度の高い地下水が孔内に流入してくるので、循環媒体液は、従来の技術のような温度低下する自然状態の地下温度とは異なり、本発明の循環媒体液は汲み上げられている地下水温度に熱交換され、従来の熱媒体液循環システムの媒体液の上昇率より、はるかに高くなり、従来の技術の地中熱利用の融雪装置よりも効率も高くなる。
もうひとつの採熱井の使用方法である揚水された地下水は地上部で、水質が良ければ飲料水にもなりえるし、雑用水であったり、散水用水であったり、又は消雪用水など、色んな用水として使用することができ、採熱井1孔で同時に別々の二種類の装置に使用可能にする事が本発明が解決しようとする課題である。Pumped groundwater, which is another method of using a well, can be drinking water if the water quality is good, it can be drinking water, water for spraying, or water for snow extinguishing, etc. It is a problem to be solved by the present invention that it can be used as various irrigation waters and can be used in two different types of devices at the same time in one well of the heat collection well.
請求項1は、従来の技術の熱媒体液の循環方法では、採熱井にUチューブ、もしくは二重管を設置して熱媒体液を循環する方法で、地中熱を利用した融雪装置やヒートポンプを介して暖房等に利用している。本発明は、熱媒体液循環装置のほかに、地下水汲み上げも同時にできることを可能にした採熱井戸である。従来、熱媒体液循環装置の採熱井、そして、地下水を汲み上げる井戸として、井戸の目的に応じて利用されてきた採熱井であったが、本発明は、地下水を汲み上げて用水としても利用ができるので採熱井は一孔で良く、イニシャルコストは当然安くなる、また、特許文献3は、二本の採熱井を掘削して、隣接する片方の井戸からポンプで地下水を汲み上げ、循環パイプが挿入設置してある井戸に汲み上げた地下水を圧入し、地下水の流動化することを目的としているが、本発明では、1孔の採熱井の井戸パイプ内の水中ポンプ等で地下水を汲み上げると、常に地下温度の高い新しい地下水が汲み上げられ、井戸パイプ内の水は、温度の高い地下水が常に流入してくるので、孔内水は温度も高くなる。媒体液循環パイプは、井戸パイプと接触しているために孔内にある温度の高い地下水によって循環パイプ内の循環媒体液は熱交換され、従来の技術の熱媒体液の循環方法の地上部に循環された時の循環温度より、本発明の循環温度の方が高くなる。よって、従来の技術として媒体循環利用した融雪面積部を例にすると、同じ面積の融雪部では、早く融雪がなされるし、また、同じ融雪時間で融雪するのであれば、広い融雪面積部を提供できるので、ランニングコストも当然、安価となる。
請求項2は、汲み上げた地下水を融雪に使用する場合、従来の技術では、汲み上げた地下水を融雪配管を通過させることは、地下温度が高ければ、融雪状態は非常に効率が良く、ランニングコストも安価であり、非常にメリットが高い、しかし、長時間の停電が発生したり、ポンプ故障等で、長時間、地下水が融雪配管内に停滞すると、マイナス気温の極寒地では、融雪配管内で地下水が凍結するというデメリットが生ずる。本発明の請求項2は、不凍液等の凍結しない媒体液の循環パイプの融雪配管を地下水の融雪配管と密着させ並列配管しておけば、凍結してしまった地下水であっても、停電回復後、不凍液の媒体液循環配管の循環水が動き出すと、凍結した地下水が不凍液媒体液の循環パイプからの熱交換により、徐々に解氷され回復することになる。According to
本発明は、井戸のパイプに媒体液循環パイプを取り付けて、採熱井に挿入設置する。井戸パイプ内部には従来の水中ポンプをセットすれば地下水の汲み上げ可能であり、地上で色んな用水として使用でき、さらに、媒体液循環パイプも、採熱井の底部まで挿入設置しているので、地中熱利用の循環方法による融雪装置やヒートポンプ22の組み合わせにより、地中熱ヒートポンプ融雪や住宅暖房、給湯としても使用できるなど、採熱井一つで、二種類の異なる用途の利用が可能となる。In the present invention, a medium liquid circulation pipe is attached to a well pipe and inserted into a heat collecting well. If a conventional submersible pump is set inside the well pipe, it is possible to pump up groundwater, and it can be used as various irrigation water on the ground.Furthermore, since the medium liquid circulation pipe is inserted and installed to the bottom of the thermal well, The combination of a snow melting device and a
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る採熱井の循環パイプによる融雪装置とポンプによる揚水の同時使用の模式図である。掘削した孔内1に、ケーシングパイプ2とストレーナーパイプ3を挿入する際に、媒体液を循環する循環パイプ4を、ケーシングパイプ2とストレーナーパイプ3に、固定バンド5で固定し、当該井戸パイプ6と循環パイプ4を同時に孔内に挿入セットする。その後、挿入した井戸パイプ6と孔壁の隙間に砂利20を充填する。循環パイプ4の循環不凍液媒体液は循環融雪装置7として利用される他、ケーシングパイプ2内の水中ポンプ8と揚水管9により、地下水の汲み上げで用水11として利用される。この際、揚水される地下水10の揚水温度によって孔内循環パイプ4は熱交換を受けるので、循環媒体液温度の回復率も早く、そしてまた、汲み上げられた地下水10は用水11として、雑用水、または消雪用水など、色んな用水11としてバルブ12を介して使用出来る本発明の全体構造であ。。FIG. 1 is a schematic view of simultaneous use of a snow melting device by a circulation pipe of a heat collecting well and pumping water by a pump according to an embodiment of the present invention. When the
本発明の図−2は、循環パイプを井戸ケーシングパイプ外側に固定する実施形態であり、ケーシングパイプ2とストレーナーパイプ3の井戸パイプ6に、循環パイプ4を固定バンド5で固定する実施形体であり、固定バンド5は、井戸パイプ6に、溶接で固定、もしくはボルト締め、もしくは、井戸パイプ6の外面を一周するような固定バンドでも良く、循環パイプ4は直線延長状でも、螺旋状に巻きつけても、循環パイプ4が、井戸パイプに密着され、しっかりと固定バンド5で、固定すれば良い構造となっており、その周囲には、砂流入防止の砂利充填がされている。 FIG. 2 of the present invention is an embodiment in which the circulation pipe is fixed to the outside of the well casing pipe, and is an embodiment in which the
次に、図−3の用水11は、ケーシングパイプ2の中に設置されているポンプ8と揚水管9によって、地下水10を汲み上げて、バルブ12を介して、用水11として使用される。用水11は、消雪用水として使われたり、雑用水として使われたり、使用者の自由である。Next, the
図−4は、地中熱を採熱した循環媒体液は、循環パイプ4と循環ポンプ14により、地上と地下内を循環し、舗装融雪施設部7の融雪装置として利用されるほか、ヒートポンプ22を利用しての融雪装置及び暖房や給湯にも利用される。この際、水中ポンプ8で地下水10を常時、組みげていれば、温度の高い地下水はポンプの位置まで地下水流動があり、循環パイプ4を熱交換してくれる。In FIG. 4, the circulating medium liquid obtained by collecting the ground heat is circulated on the ground and underground by the
図−5はA〜A”の断面図であるが、井戸1の中に、ケーシングパイプ2、ストレーナーパイプ3、そして井戸パイプ6の外側に循環パイプ4があり、その循環パイプ4を固定している固定バンド5、さらに井戸パイプ6を、できるだけ真ん中に設置させるためのセンターライザー17があり、そして井戸パイプ6と井戸1の内壁との隙間に充填砂利20が、入ってる部分の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line A to A ″. In the
図−6は、本発明の請求項2の地下水循環融雪配管をした場合、配管内の地下水は凍結する可能性もあり、仮に凍結した場合でも、不凍液等の媒体液循環パイプ4と並列配管しておけば、媒体液循環パイプ4の熱交換により、凍結した水循環パイプ内の地下水が解氷されるという配管図である。
以上のように、一つの井戸から、循環パイプによる地中熱利用の装置と用水として同時に使用できる方法を図−1から図−6までを説明したが、図−6の舗装融雪部7で媒体液循環バイブと地下水融雪配管を並列に配管することで、地下水配管内の水を凍結することはない。また、本発明は、孔内に挿入されている媒体液循環パイプ4は、ポンプ8で地下水を汲み上げれば、地下水温度がポンプ8の吸い込み口まで、地下水が流動しており、媒体液循環パイプは、地下水温度で熱交換され、従来の自然状態の孔内に設置する循環パイプの温度回復率に比較すれば、本発明の方が、当然、上昇率が高い。Fig. 6 shows that when groundwater circulation snow melting pipe according to
As described above, the method of using geothermal heat by a circulating pipe and the method that can be used simultaneously as water from one well has been explained from FIG. 1 to FIG. 6. By connecting the liquid circulation vibrator and the groundwater snow melting pipe in parallel, the water in the groundwater pipe is not frozen. Further, according to the present invention, the medium
図−2の循環パイプ4の固定バンド5は、溶接で固定、またはボルトねじ込み固定、又は、井戸パイプ6を一周させた固定バンドでも、しっかりと井戸パイプ6に固定されていれば任意で良い。The fixing
〈他の実施形態〉
なお、図−1では地下熱利用の媒体液循環パイプは、直接、融雪装置に利用されているが、図−4では、ヒートポンプを利用しているが、従来の技術よりも循環温度が高いので、ランニングコストも安価となり、効率の良い融雪装置や住宅内の暖房や給湯等に利用できる。<Other embodiments>
In Fig. 1, the medium liquid circulation pipe using underground heat is directly used in the snow melting device, but in Fig. 4 the heat pump is used, but the circulation temperature is higher than the conventional technology. The running cost is also low, and it can be used for an efficient snow melting device, heating in a house, hot water supply, and the like.
地中熱利用の媒体液循環パイプの設置は、1孔にUチューブや、二重管方式で媒体液を循環している。また、1孔の井戸から地下水を汲み上げるために水中ポンプや地上ポンプで地下水を汲み上げている。本発明は媒体液循環パイプの利用と地下水汲み上げを同時に利用することができるため、イニシャルコストはもちろん、地中熱利用の媒体液循環融雪装置においては、従来の媒体液循環パイプ融雪に加え、ポンプで汲み上げた地下水を散水消雪用水にしたり、大幅に融雪範囲や、融雪の効率アップとなる。また、汲み上げた地下水は、いろんな用水としても使用可能である。ポンプで汲み上げる地下水をそのまま、融雪部配管内を流動させる水循環融雪装置は、媒体液循環融雪の循環温度よりも、直接、地下熱の高い地下水を揚水するので地下水循環温度の方がはるかに温度も高く、よって融雪能力も高い、しかし、長時間の停電や循環ポンプの故障などで、循環が停止すれば、融雪部配管内の水が凍結する可能性があり、一度と凍結すると1シーズン融雪ができなくなる恐れもある。しかし、本発明の請求項2では、仮に凍結しても、不凍液等の媒体液循環パイプと並列に配管するので、媒体液循環パイプの熱交換によって、凍結した水が解氷される。従来の地下水だけの水循環融雪装置では、凍結するというデメリットがあったが、本発明では凍結してもすぐ解氷されるので、長期の凍結の心配はなくなった。Installation of the medium liquid circulation pipe using geothermal heat circulates the medium liquid in a U-tube or double pipe system in one hole. In addition, in order to pump groundwater from a single well, water is pumped by submersible pumps and ground pumps. Since the present invention can use the medium liquid circulation pipe and the groundwater pumping at the same time, in addition to the initial cost, in the medium liquid circulation snow melting apparatus using geothermal heat, in addition to the conventional medium liquid circulation pipe snow melting, the pump The groundwater pumped up in can be used as water for spraying snow, greatly increasing the snow melting range and the efficiency of snow melting. Also, the pumped-up groundwater can be used as various irrigation water. The water circulation snow melting device that moves the ground water pumped up in the snow melting pipe as it is directly pumps ground water with high underground heat than the circulation temperature of the medium liquid circulation snow melting, so the ground water circulation temperature is much higher. High, and therefore snow melting ability is high. However, if the circulation stops due to a prolonged power failure or a failure of the circulation pump, the water in the snow melting section piping may freeze. There is also a risk that it will not be possible. However, according to the second aspect of the present invention, even if it is frozen, it is arranged in parallel with the medium liquid circulation pipe such as the antifreeze liquid, so that the frozen water is defrosted by heat exchange of the medium liquid circulation pipe. The conventional water-circulating snow-melting device using only groundwater has the disadvantage of freezing. However, in the present invention, the ice is melted immediately after freezing, so there is no longer a risk of long-term freezing.
1 掘削井戸
2 ケーシングパイプ
3 ストレーナーパイプ
4 媒体液循環パイプ
5 媒体液循環パイプを固定する固定バンド
6 井戸パイプ
7 舗装融雪部
8 ポンプ
9 揚水管
10 地下水
11 用水(揚水された地下水)
12 揚水量調整バルブ
13 井戸内部
14 媒体液循環用ポンプ
15 往管
16 複管
17 センターライザー
18 井戸パイプ底部
19 循環パイプ底部
20 充填砂利
21 ヒートポンプ
22 散水部配管
23 地下水吐き出し管
24 排水DESCRIPTION OF
12 Pumping
Claims (2)
前記ストレーナーパイプの上部に接続され、地上まで延長するケーシングパイプと、
前記井戸パイプ底部、前記ストレーナーパイプ及び前記ケーシングパイプの全体で構成される井戸パイプの外周部にU字型に固定した媒体液循環パイプと、
地上に設置され、前記媒体液循環パイプに媒体液を圧送するように前記媒体液循環パイプに接続された媒体液循環用ポンプと、
前記井戸パイプの外側に前記媒体液循環パイプを含んで設けられ、前記井戸パイプと井戸の内壁との隙間に充填した充填砂利と、
前記ケーシングパイプ内部において、自然水位より下部となる位置に設けられた水中ポンプと、
前記水中ポンプに接続された揚水管と、
該揚水管と地上部の揚水量調節バルブを介して接続された地下水吐き出し管であり、前記媒体液循環バイプの地上部に密着して設けられ、舗装融雪部を構成する地下水吐き出し管と、
を備え、前記揚水管の地上部を地下水吐き出し管として前記舗装融雪部の真下に配管敷設され、前記舗装融雪部の真下において、前記地下水吐き出し管と前記媒体液循環パイプとが密着して並列配管で敷設され、前記地下水吐き出し管の末端が排水されることを特徴とする採熱井。A strainer pipe connected to the bottom of the well pipe;
A casing pipe connected to the upper part of the strainer pipe and extending to the ground;
A medium liquid circulation pipe fixed in a U-shape to an outer periphery of a well pipe constituted by the whole bottom of the well pipe, the strainer pipe and the casing pipe;
A medium liquid circulation pump installed on the ground and connected to the medium liquid circulation pipe so as to pump the medium liquid to the medium liquid circulation pipe;
Filled gravel filled in the gap between the well pipe and the inner wall of the well , provided including the medium liquid circulation pipe outside the well pipe ,
In the casing pipe, a submersible pump provided at a position below the natural water level,
A pumping pipe connected to the submersible pump ;
A groundwater discharge pipe connected to the pumping pipe via a pumping amount adjustment valve on the ground part, and is provided in close contact with the ground part of the medium liquid circulation vip, and forms a pavement snow melting part;
The ground water discharge pipe is laid directly under the pavement snow melting part as the ground water discharge pipe, and the ground water discharge pipe and the medium liquid circulation pipe are in close contact with each other under the pavement snow melting part. A heat collecting well, wherein the end of the groundwater discharge pipe is drained.
前記井戸パイプの外周部にU字型に固定された媒体液循環パイプを介して、前記媒体液循環パイプに接続された媒体液循環用ポンプを用いて、媒体液を前記井戸パイプの外周部と地上との間を循環させるステップと、
前記揚水管の地上部が構成する地下水吐き出し管を前記媒体液循環パイプの地上部と密着させて並列配管することにより、前記地熱地下水によって、前記媒体液循環パイプ及び地下水吐き出し管の地上部が構成する舗装融雪部を加熱して、前記舗装融雪部の雪を融雪するステップと、
を含み、前記地熱地下水は前記地下水吐き出し管の末端から排水されることを特徴とする融雪方法。Pumping geothermal groundwater heated in the well pipe through a pumping pipe with a submersible pump provided in the well pipe;
Using a medium liquid circulation pump connected to the medium liquid circulation pipe through a medium liquid circulation pipe fixed in a U shape to the outer periphery of the well pipe, the medium liquid is separated from the outer periphery of the well pipe. Circulating between the ground,
By parallelepiped groundwater discharging pipe ground portion of the riser pipe is constructed in close contact with the aerial parts of the liquid medium circulating pipe, by the geothermal ground water, aerial part of the medium liquid circulation pipe and underground water discharging pipe arrangement Heating the pavement snow melting portion to melt the snow of the pavement snow melting portion;
And the geothermal groundwater is drained from an end of the groundwater discharge pipe.
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