JPS60178250A - 帯水層内の地下水を熱源および熱貯蔵所として使用する方法および装置 - Google Patents
帯水層内の地下水を熱源および熱貯蔵所として使用する方法および装置Info
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- JPS60178250A JPS60178250A JP59033054A JP3305484A JPS60178250A JP S60178250 A JPS60178250 A JP S60178250A JP 59033054 A JP59033054 A JP 59033054A JP 3305484 A JP3305484 A JP 3305484A JP S60178250 A JPS60178250 A JP S60178250A
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- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は帯水層内の地下水を効果的に熱に交換する装置
に関するものであり、特に、一つの井戸内に設置され、
選択的に帯水層に温度差を発生させることにより、地上
にある熱ポンプ等の装置を用いて熱に交換するだめの熱
源あるいは熱貯蔵所として帯水層の有用性を増大する対
流効果を発生する装置に関するものである。
に関するものであり、特に、一つの井戸内に設置され、
選択的に帯水層に温度差を発生させることにより、地上
にある熱ポンプ等の装置を用いて熱に交換するだめの熱
源あるいは熱貯蔵所として帯水層の有用性を増大する対
流効果を発生する装置に関するものである。
代替熱源の探究が盛んになるにつれて、地中内から熱を
取り出すことに注目が向けられて、きた。
取り出すことに注目が向けられて、きた。
水を熱媒体として使用して地面下にある地熱を取り出す
様々な方法の提案が長年にわたってされておシ、いくつ
かは実用化されている。この種の装置はスミス等の米国
特許第2461499号に開示されており、その特許で
は地上にある熱ポンプには井戸内に設けられている2本
のパイプを経て地下水が供給され、それぞれのパイプは
地中で地熱で熱せられている領域にある帯水層から温度
の異なる地下水を汲み上げあるいは帯水層へ地下水をも
どす。この装置は50フィート深くなるごとにおよそ華
氏一度高くなる地熱勾配を利用しており、パイ深さに訃
て延ひている。地熱勾配は通常水中の温度勾配と逆であ
るから、そのような深い所では冷水が温水のトにある。
様々な方法の提案が長年にわたってされておシ、いくつ
かは実用化されている。この種の装置はスミス等の米国
特許第2461499号に開示されており、その特許で
は地上にある熱ポンプには井戸内に設けられている2本
のパイプを経て地下水が供給され、それぞれのパイプは
地中で地熱で熱せられている領域にある帯水層から温度
の異なる地下水を汲み上げあるいは帯水層へ地下水をも
どす。この装置は50フィート深くなるごとにおよそ華
氏一度高くなる地熱勾配を利用しており、パイ深さに訃
て延ひている。地熱勾配は通常水中の温度勾配と逆であ
るから、そのような深い所では冷水が温水のトにある。
従って供給及び戻り水が局部的に混合しないようにバイ
ブの下端は少なくとも100フイー1・以上はなされて
おり、井戸内での混合をさけるために井戸パッカーが使
用されている。このような方法では非常に深い所で周囲
の地熱で熱せられた岩石によりあたためられた地下水i
d熱諒として低い地域から地上に汲み」二げられ、地上
で熱をとらハ、冷やされて地中の上層部に抽出される。
ブの下端は少なくとも100フイー1・以上はなされて
おり、井戸内での混合をさけるために井戸パッカーが使
用されている。このような方法では非常に深い所で周囲
の地熱で熱せられた岩石によりあたためられた地下水i
d熱諒として低い地域から地上に汲み」二げられ、地上
で熱をとらハ、冷やされて地中の上層部に抽出される。
熱交換のために地表面から比較的浅い20から150フ
ィートにある帯水層から地下水を汲み上げる方法も公知
である。地上にある熱ポンプを使用するこのような方法
は1980年9月号の「ポピユラー メカニノクス」の
155から158ページにあるジョノーエノチ イ/カ
ノルの「あなたの毅庭からエネルギーを得る方法」とい
う記事で紹介されている1、産月戸内で地熱により熱せ
られた地下水と対比すると、浅いイ11水層には地表面
から流れ出る地下水が含まれており、さらに比較的低温
の太陽熱も含寸れている。さらに地熱により熱せられた
地下水は深さによって温度が増加するだめ地中の部位に
よってt晶度が異なるが、浅い地層の地下水は比較的温
度は均一であり、その地域の平均年間気温と同様に年間
を通じてかなり一定している。
ィートにある帯水層から地下水を汲み上げる方法も公知
である。地上にある熱ポンプを使用するこのような方法
は1980年9月号の「ポピユラー メカニノクス」の
155から158ページにあるジョノーエノチ イ/カ
ノルの「あなたの毅庭からエネルギーを得る方法」とい
う記事で紹介されている1、産月戸内で地熱により熱せ
られた地下水と対比すると、浅いイ11水層には地表面
から流れ出る地下水が含まれており、さらに比較的低温
の太陽熱も含寸れている。さらに地熱により熱せられた
地下水は深さによって温度が増加するだめ地中の部位に
よってt晶度が異なるが、浅い地層の地下水は比較的温
度は均一であり、その地域の平均年間気温と同様に年間
を通じてかなり一定している。
従って、容易に得られる浅い層にある地下水は比較的低
温の大気にふれている適当な熱交換、器内を通過させる
ことにより冬期の熱源となり、夏期には比較的加温され
た大気にふれている熱交換器を通過させることにより熱
貯蔵所となる。しかしながら水が地−1−で熱に交換さ
れたあと、効率よく熱交換を行うだめの水を連続的に流
すために使用ずみあるいは戻し水を処理するという問題
が生ずる。
温の大気にふれている適当な熱交換、器内を通過させる
ことにより冬期の熱源となり、夏期には比較的加温され
た大気にふれている熱交換器を通過させることにより熱
貯蔵所となる。しかしながら水が地−1−で熱に交換さ
れたあと、効率よく熱交換を行うだめの水を連続的に流
すために使用ずみあるいは戻し水を処理するという問題
が生ずる。
「ポピユラー メカニック」の記事に西かれているよう
に、戻し水問題を解決する2つの方法は抽出池に水を排
水するか又は別々の供給井戸から汲み上けられた水を第
2又は再充井戸(リチャージウェル)を通して帯水層に
直接もどすことでちる。この実施例i1.I:1982
年5月号の雑誌ボビー、ラーツイエ/スの66貞掲載の
工ヴ/ノ・バラエル氏の1熱ボ/ゾ・ウメ−ター・ヒー
ター−−1という記事により確認されている。大部分の
設置場所では適当な4:J1出池又はJJ1水路には、
抽出される水量から考えて】帥切なj1質と勾配のみな
らずかなりの分量の配管と掘削がヅ・要となる。さらに
凍結のり能件のある冬期にそのような水を放出するため
には排出装置の修正と改作が必要となる。さらに、大規
模に使用される場合には帯水層の水を涸渇させたり飲料
水の水源を71間渇きせる危険性がある。この結果戻し
水を帯水層に戻ず再充井戸方式が好捷しいと思われる。
に、戻し水問題を解決する2つの方法は抽出池に水を排
水するか又は別々の供給井戸から汲み上けられた水を第
2又は再充井戸(リチャージウェル)を通して帯水層に
直接もどすことでちる。この実施例i1.I:1982
年5月号の雑誌ボビー、ラーツイエ/スの66貞掲載の
工ヴ/ノ・バラエル氏の1熱ボ/ゾ・ウメ−ター・ヒー
ター−−1という記事により確認されている。大部分の
設置場所では適当な4:J1出池又はJJ1水路には、
抽出される水量から考えて】帥切なj1質と勾配のみな
らずかなりの分量の配管と掘削がヅ・要となる。さらに
凍結のり能件のある冬期にそのような水を放出するため
には排出装置の修正と改作が必要となる。さらに、大規
模に使用される場合には帯水層の水を涸渇させたり飲料
水の水源を71間渇きせる危険性がある。この結果戻し
水を帯水層に戻ず再充井戸方式が好捷しいと思われる。
しかし供給水と戻し水とが混合するのを防止するために
内光井戸は供給井戸からが々り踏1れでいることが要求
され、第二の井戸を堀るイ?用に加えて広範な配管と穴
掘りの費用が必要となる。さらにF】充月戸の使用によ
り生ずる問題点はアメリカ合衆国の多くの州ではこのよ
うな井戸・d、π1゛されていないかあるいは特別の許
可が要求さ第1ることである。供給及び再充井戸を使用
する方法はターヴイドノンに対する米国特許第2,63
7,531号に開示されている。
内光井戸は供給井戸からが々り踏1れでいることが要求
され、第二の井戸を堀るイ?用に加えて広範な配管と穴
掘りの費用が必要となる。さらにF】充月戸の使用によ
り生ずる問題点はアメリカ合衆国の多くの州ではこのよ
うな井戸・d、π1゛されていないかあるいは特別の許
可が要求さ第1ることである。供給及び再充井戸を使用
する方法はターヴイドノンに対する米国特許第2,63
7,531号に開示されている。
前述のスミス他に対する特許にあるように一つの井戸を
使用して水を汲み上げ戻すことが好ましいが、前述した
ように浅い地層にある帯水層の条件はスミス他によって
考慮された深い地層にある帯水層とは異っている。前に
述べたように深い井戸では同一温度である区域から水は
汲み一]二けられ異なる温度の区域に戻され、冷たい区
域は異っ/こ帯水層内の暖かい区域の上に存在するか、
あるいけかなり深い場合には同一の帯水層に存在する。
使用して水を汲み上げ戻すことが好ましいが、前述した
ように浅い地層にある帯水層の条件はスミス他によって
考慮された深い地層にある帯水層とは異っている。前に
述べたように深い井戸では同一温度である区域から水は
汲み一]二けられ異なる温度の区域に戻され、冷たい区
域は異っ/こ帯水層内の暖かい区域の上に存在するか、
あるいけかなり深い場合には同一の帯水層に存在する。
密度の高い冷たい水は対流効果により密度の低い暖かい
水の下にもぐり込もうとするため、このような帯水層の
摩擦特性、すなわち対流に対する抵抗力、を供給水と戻
し水との混合を防止に利用する必要がある。スミス他の
方法でパイプ端が分離されている理由はこの摩擦抵抗を
利用しているからである。上記に対比して、浅い地層に
ある帯水層では水温は均一であるためにスミス他の方法
は通常実施不可能と思われる、たとえ帯水層で使用され
るにしても」二層と下層の水の混合を早め、パイプ汲み
」ユけl]での水温を上昇又は低下させ、地層ての熱交
換の効率を低下させることになる。スミス他の方法ある
いは他の方法で戻し水を単純に同一の井1−・に戻ずと
、ポンプの機械的動作と井戸穴と帯水層内の対流作用の
ために戻し水は帯水層から汲み+けられる供給用水と混
合し、供給用水の熱交換価値を杓消してし捷う。
水の下にもぐり込もうとするため、このような帯水層の
摩擦特性、すなわち対流に対する抵抗力、を供給水と戻
し水との混合を防止に利用する必要がある。スミス他の
方法でパイプ端が分離されている理由はこの摩擦抵抗を
利用しているからである。上記に対比して、浅い地層に
ある帯水層では水温は均一であるためにスミス他の方法
は通常実施不可能と思われる、たとえ帯水層で使用され
るにしても」二層と下層の水の混合を早め、パイプ汲み
」ユけl]での水温を上昇又は低下させ、地層ての熱交
換の効率を低下させることになる。スミス他の方法ある
いは他の方法で戻し水を単純に同一の井1−・に戻ずと
、ポンプの機械的動作と井戸穴と帯水層内の対流作用の
ために戻し水は帯水層から汲み+けられる供給用水と混
合し、供給用水の熱交換価値を杓消してし捷う。
本発明の目的は戻し水問題を解決し、地」二にある熱交
換装置を経て地下水を循環させるために一つの九戸穴を
供給井戸とri>充井戸として使用しているツノ法の提
供にあり、本方法ではこの種の先行技術における大規模
な耐層、さく岩あるいは掘削が不要となり、比軸的良好
な熱交換を達成でき帯水層のIltMl /)+5や飲
料水の減少が防止される1、さらに対重しい実施例の他
に、イ)1本層から水を汲み上けを小寒とすることによ
り装置を稼動させるための入力エイ・ルギーffiを減
少させる実施例もある。地」二で集められた太陽工不ル
キ〜を帯水層内に貯蔵用能とするための両実施例の改良
ならひに前者の実施例に特に適用される開閉弁つき空気
充満装置及び前者実施例用の低エネルギー消費応用例も
記述されている。
換装置を経て地下水を循環させるために一つの九戸穴を
供給井戸とri>充井戸として使用しているツノ法の提
供にあり、本方法ではこの種の先行技術における大規模
な耐層、さく岩あるいは掘削が不要となり、比軸的良好
な熱交換を達成でき帯水層のIltMl /)+5や飲
料水の減少が防止される1、さらに対重しい実施例の他
に、イ)1本層から水を汲み上けを小寒とすることによ
り装置を稼動させるための入力エイ・ルギーffiを減
少させる実施例もある。地」二で集められた太陽工不ル
キ〜を帯水層内に貯蔵用能とするための両実施例の改良
ならひに前者の実施例に特に適用される開閉弁つき空気
充満装置及び前者実施例用の低エネルギー消費応用例も
記述されている。
1本発明は帯水層内の地下水を熱源及び熱貯蔵庫として
使用し、この熱を地」―にある熱ポンプの如き装置によ
り熱に換える装置に関するものであり、供給及び丙充井
戸として単一の井戸を使用して非常に効率よくさらに比
較的少ない費用で熱交換を行うことである。さらに、好
ましい装置は2通常適当な熱交換機と配管設備より構成
され、熱交換機は地表面又は地表面近くに設置され、帯
水層の上部と下部へと単一の井戸穴内に設けられている
配管設備に接続されており、配管設備は帯水層の水の連
続的熱交換を促進する温度差を発生させるような特別の
方法で帯水層から水を汲み上げそれを戻すものである。
使用し、この熱を地」―にある熱ポンプの如き装置によ
り熱に換える装置に関するものであり、供給及び丙充井
戸として単一の井戸を使用して非常に効率よくさらに比
較的少ない費用で熱交換を行うことである。さらに、好
ましい装置は2通常適当な熱交換機と配管設備より構成
され、熱交換機は地表面又は地表面近くに設置され、帯
水層の上部と下部へと単一の井戸穴内に設けられている
配管設備に接続されており、配管設備は帯水層の水の連
続的熱交換を促進する温度差を発生させるような特別の
方法で帯水層から水を汲み上げそれを戻すものである。
水の熱を熱交換機に供給するには、水は帯水層の上部か
ら汲み上げられ、熱交換ののち帯水層の低部に戻される
。戻し水は熱交換機を通過中に冷却されるので、汲み上
げが続くにつれて通常均一な水温に温度差が生ずる。帯
水層の比(咬的暖かい水、すなわち帯水層の平γ;mで
ある水が汲z)1−けらノア2、冷却された水は密度が
高いた&’) ”if:水層ル−・のF’ rflI
’\仄され、帯水層の底部に沈み、1°1;水層内で層
をなして外側に向って横方向に流れつつ月戸穴からはな
れていく。反対に熱交換機からの熱を水に与える場合に
は、帯水層の低い部分から水を汲みJ、&′f上部へ戻
す。比較的暖かい次さノまた水はfFj::水層の」一
部に向い、密度が小さいために井戸穴からdなれて帯水
層へと拡散する。
ら汲み上げられ、熱交換ののち帯水層の低部に戻される
。戻し水は熱交換機を通過中に冷却されるので、汲み上
げが続くにつれて通常均一な水温に温度差が生ずる。帯
水層の比(咬的暖かい水、すなわち帯水層の平γ;mで
ある水が汲z)1−けらノア2、冷却された水は密度が
高いた&’) ”if:水層ル−・のF’ rflI
’\仄され、帯水層の底部に沈み、1°1;水層内で層
をなして外側に向って横方向に流れつつ月戸穴からはな
れていく。反対に熱交換機からの熱を水に与える場合に
は、帯水層の低い部分から水を汲みJ、&′f上部へ戻
す。比較的暖かい次さノまた水はfFj::水層の」一
部に向い、密度が小さいために井戸穴からdなれて帯水
層へと拡散する。
−1筋の流路は仄し水が横方向に拡11夕し、汲み上げ
られるレベルと戻されるレベル間に部分な間隔がある場
合には、帯水層内で循環中の水が混合しないような副層
状態を発生させる。大部分でl−1,ないにしろ多くの
浅い地層内の帯水層では、戻し水にに=Jする背圧のだ
めに、井I−も穴内て水の混合を防]I−するのに(−
分な間隔を取れないこともある。このような場合には、
−個以上の井戸バッカーの如き(<+壁を〕iりに−:
l:j”’内に設けて緩前工区域を設けるのも好斗し2
い。さらに、本装置用に特に設割きれた開閉ツ1゛′つ
き空気充満装置がこの目的に合致し、好適装置での省エ
ネルギー型の使用が不要となる。
られるレベルと戻されるレベル間に部分な間隔がある場
合には、帯水層内で循環中の水が混合しないような副層
状態を発生させる。大部分でl−1,ないにしろ多くの
浅い地層内の帯水層では、戻し水にに=Jする背圧のだ
めに、井I−も穴内て水の混合を防]I−するのに(−
分な間隔を取れないこともある。このような場合には、
−個以上の井戸バッカーの如き(<+壁を〕iりに−:
l:j”’内に設けて緩前工区域を設けるのも好斗し2
い。さらに、本装置用に特に設割きれた開閉ツ1゛′つ
き空気充満装置がこの目的に合致し、好適装置での省エ
ネルギー型の使用が不要となる。
本発明による装置では、連続的に安定し/ζ熱文戻し水
とが汲み上げレベルで混合しても水の周囲温度には大し
た変化の生じないことが判明1−でいる。一つの井水穴
を供給と両光井戸とj〜で使用するにもかかわらず上記
の状況が生ずる。
とが汲み上げレベルで混合しても水の周囲温度には大し
た変化の生じないことが判明1−でいる。一つの井水穴
を供給と両光井戸とj〜で使用するにもかかわらず上記
の状況が生ずる。
本発明のほかの実施例では、帯水層内の水は帯水層と地
表面にある熱交換機間を循環している他の熱交換液と熱
を交換している。これにより帯水層から地表面へ水を汲
み上ける必要がなくなり、装置を稼動させるエネルギー
量を減らすことができる。
表面にある熱交換機間を循環している他の熱交換液と熱
を交換している。これにより帯水層から地表面へ水を汲
み上ける必要がなくなり、装置を稼動させるエネルギー
量を減らすことができる。
熱交換機として太陽エネルギー吸収装置あるいは収集装
置を単に設けることにより(=1加的太陽エネルギーを
帯水層内に貯蔵し、戻し水を帯水層の上部に戻すために
本装置を使用すると吉もてきる。
置を単に設けることにより(=1加的太陽エネルギーを
帯水層内に貯蔵し、戻し水を帯水層の上部に戻すために
本装置を使用すると吉もてきる。
同様に、太陽熱を循環している熱交換液に伝えるように
実施例を変更することもEJ能であり、両者においで加
熱された水を必要に応して取り出ぜるように帯水層の」
二部に貯蔵しておくこともてきる。
実施例を変更することもEJ能であり、両者においで加
熱された水を必要に応して取り出ぜるように帯水層の」
二部に貯蔵しておくこともてきる。
第1図は本発明の実施例を示す。既存の水→空気又は水
源ヒートポンプの如き熱交換装置1は建物あるいは井戸
近くの施設に設置される。井戸穴2は地面Sから地下水
Wのある帯水層Aへ達する。
源ヒートポンプの如き熱交換装置1は建物あるいは井戸
近くの施設に設置される。井戸穴2は地面Sから地下水
Wのある帯水層Aへ達する。
蓋Cが穴2の上端にあり、井戸穴2の周囲の土が砂状又
は軟かい場合には井戸用網2hを持゛っている外被2a
、が井戸穴の帯水層Aの部分に設けられ静止レベルまで
地下水が井戸を満たすようにする。固い上地あるいは岩
石層では外被又は網は不要である。
は軟かい場合には井戸用網2hを持゛っている外被2a
、が井戸穴の帯水層Aの部分に設けられ静止レベルまで
地下水が井戸を満たすようにする。固い上地あるいは岩
石層では外被又は網は不要である。
井戸から水Wを汲み上げ熱交換機1に供給するだめに、
少なくとも二つの導水管3と4を持つ装置が設けられる
、導水管3は帯水層の上部に達しており、4は帯水層の
下部に達している、これら導水管の下部開口部はお互い
に垂直方向に位置がずれており、汲み上けるべき特定の
帯水層の範囲内で可能なかぎり離れていることが望捷し
い。各々の導水管3と4には弁3α、 3hと4α、
4bがつぃており、各々の開口部がある帯水層のそれぞ
れの場所から水を汲み上は戻すようになっている。浅い
井戸内で容易に到達できるレベルに水がある場合には、
ポンプ20を地表面に容易に設置し、いづれかの導水管
を経て井戸から水を汲み上げ熱交換機1に供給する。下
部帯水層から水を汲み一]二げ、熱交換機1を通してか
ら水を下部帯水層に戻す時には、弁3aと4bを開き、
弁4aと3hを閉じる。
少なくとも二つの導水管3と4を持つ装置が設けられる
、導水管3は帯水層の上部に達しており、4は帯水層の
下部に達している、これら導水管の下部開口部はお互い
に垂直方向に位置がずれており、汲み上けるべき特定の
帯水層の範囲内で可能なかぎり離れていることが望捷し
い。各々の導水管3と4には弁3α、 3hと4α、
4bがつぃており、各々の開口部がある帯水層のそれぞ
れの場所から水を汲み上は戻すようになっている。浅い
井戸内で容易に到達できるレベルに水がある場合には、
ポンプ20を地表面に容易に設置し、いづれかの導水管
を経て井戸から水を汲み上げ熱交換機1に供給する。下
部帯水層から水を汲み一]二げ、熱交換機1を通してか
ら水を下部帯水層に戻す時には、弁3aと4bを開き、
弁4aと3hを閉じる。
流れを逆にする時には、弁を逆に調整する。
本発明の装置は、地中温度帯、特にアメリカ合衆国の大
部分の地域では帯水層の水温は平均48°Fから70°
Fであり、冬期又は夏期の大気温の極端値は08Fから
100°Fの間で変化するという事実を利用している。
部分の地域では帯水層の水温は平均48°Fから70°
Fであり、冬期又は夏期の大気温の極端値は08Fから
100°Fの間で変化するという事実を利用している。
従って地上の周囲温度と浅い地層にある帯水層の水温の
差は大多数の地域において一年の大半を通じてかなシで
あると考えられる。従って、地下水を一年の異なる時期
に熱源あるいは熱貯蔵所として使用可能である。さらに
、上記の通常帯水層から熱を取り出し地上へ熱を導くだ
めに冬期に本装置を作動させる場合、帯水層の一]二部
から水を汲み上は下部へ戻し、前述のように弁3CL、
3/l、4(Lと46を調整し、パイプ3を供給パイプ
として、パイプ4を戻りパイプとして使用する。
差は大多数の地域において一年の大半を通じてかなシで
あると考えられる。従って、地下水を一年の異なる時期
に熱源あるいは熱貯蔵所として使用可能である。さらに
、上記の通常帯水層から熱を取り出し地上へ熱を導くだ
めに冬期に本装置を作動させる場合、帯水層の一]二部
から水を汲み上は下部へ戻し、前述のように弁3CL、
3/l、4(Lと46を調整し、パイプ3を供給パイプ
として、パイプ4を戻りパイプとして使用する。
このようにしてポンプ2oを用いて熱交換機1を経て水
を汲み」−けると、冷たい周囲の大気により水から熱が
奪われ、井戸及び帯水層の]部へ排出される戻り水は帯
水層内の水の平均温度より低くなる。冷たい水は密度が
太きいため井戸の底部へと移動し底部では水平方向に外
側へ流れ、帯水層内の他の水に対して水平に層となる。
を汲み」−けると、冷たい周囲の大気により水から熱が
奪われ、井戸及び帯水層の]部へ排出される戻り水は帯
水層内の水の平均温度より低くなる。冷たい水は密度が
太きいため井戸の底部へと移動し底部では水平方向に外
側へ流れ、帯水層内の他の水に対して水平に層となる。
上記の如くに水を連続的に汲み上げることにより帯水層
内に温度差が生じ、冷却された水は底部に留1す、水入
に広がる層としで帯水層に連続して拡散し、ていくが、
帯水層の平均水温を持つ水の太きながた壕りは帯水層の
上部を占めている。従って自然の対流作用により供給水
と戻し水とが混合しないような状態が創り出され、連続
汲み上げに伴い帯水層の」二部から汲み上げられた水は
初期の平均水温のま@丸璃へ1であり熱交換機1の取り
入れ口には基本的に一定温度の水が供給される。夏期な
どのように地表面で冷却したい場合には、パイプ4が帯
水層から水を汲み上ける供給パイプとなりパイプ3が帯
水層の上部へ暖められた水を戻すように開閉弁を調整す
る。この場合暖められた戻し水は高温であり密度が小さ
いため帯水層の最上部を浮流する傾向があり帯水層の低
部全域にある平均温度の水とは混合しない、この平均温
度の水は、熱交換機1の入力となる。
内に温度差が生じ、冷却された水は底部に留1す、水入
に広がる層としで帯水層に連続して拡散し、ていくが、
帯水層の平均水温を持つ水の太きながた壕りは帯水層の
上部を占めている。従って自然の対流作用により供給水
と戻し水とが混合しないような状態が創り出され、連続
汲み上げに伴い帯水層の」二部から汲み上げられた水は
初期の平均水温のま@丸璃へ1であり熱交換機1の取り
入れ口には基本的に一定温度の水が供給される。夏期な
どのように地表面で冷却したい場合には、パイプ4が帯
水層から水を汲み上ける供給パイプとなりパイプ3が帯
水層の上部へ暖められた水を戻すように開閉弁を調整す
る。この場合暖められた戻し水は高温であり密度が小さ
いため帯水層の最上部を浮流する傾向があり帯水層の低
部全域にある平均温度の水とは混合しない、この平均温
度の水は、熱交換機1の入力となる。
帯水層内のこのような二つの現象は第4と5図に図解さ
れている。4図に示されているように、温度1゛2の冷
却された水は井戸の底部へJjP出されると帯水層内を
外側に向って移動し、温度T1の暖かい帯水層の水よシ
密度が太きいため帯水層の水を」二部へ押し上げ帯水層
底部に絶えず広がり層状となる。一方、均一温度の地下
水は帯水層の上部から汲み上げられ、戻された冷却水が
帯水層低部の水の上方への移動のつシ合いを取る。この
ような交換により汲み上げ水と戻し水の混合及びこれら
の水の混合と温度変化の機会及び傾向を最少にできると
七がわかる。他の帯水層内の水あるいは帯水層内の物質
との熱交換により流出する冷たい水が、流れが最も早い
井戸穴の近くよりも外側に向って広がるので、帯水層の
はるか遠い所で暖することもある。従って自然の対流作
用に」:9生ずる循環により冷たい水より先に帯水層の
暖かい水が汲み上げられることになる、この結果井戸の
ある地域にある帯水層の全ての水が汲み上げられる迄供
給水の温度は汲み上げ当初の温度にほぼ一定している。
れている。4図に示されているように、温度1゛2の冷
却された水は井戸の底部へJjP出されると帯水層内を
外側に向って移動し、温度T1の暖かい帯水層の水よシ
密度が太きいため帯水層の水を」二部へ押し上げ帯水層
底部に絶えず広がり層状となる。一方、均一温度の地下
水は帯水層の上部から汲み上げられ、戻された冷却水が
帯水層低部の水の上方への移動のつシ合いを取る。この
ような交換により汲み上げ水と戻し水の混合及びこれら
の水の混合と温度変化の機会及び傾向を最少にできると
七がわかる。他の帯水層内の水あるいは帯水層内の物質
との熱交換により流出する冷たい水が、流れが最も早い
井戸穴の近くよりも外側に向って広がるので、帯水層の
はるか遠い所で暖することもある。従って自然の対流作
用に」:9生ずる循環により冷たい水より先に帯水層の
暖かい水が汲み上げられることになる、この結果井戸の
ある地域にある帯水層の全ての水が汲み上げられる迄供
給水の温度は汲み上げ当初の温度にほぼ一定している。
従って本発明では、帯水層から得られる熱ft ’<
M犬にすることができる。
M犬にすることができる。
反対に、第5図の如く冷却モートで使用する場合には、
帯水層内の循環は反転され、暖かい水より先にYl。k
度TIの冷たい水が十分に汲み上げられ、1゛3の温度
で戻され、地上の熱交換機1内で供給水が熱をうける能
力を最大にしている。
帯水層内の循環は反転され、暖かい水より先にYl。k
度TIの冷たい水が十分に汲み上げられ、1゛3の温度
で戻され、地上の熱交換機1内で供給水が熱をうける能
力を最大にしている。
第6図に概略図示されている典型的先行技術例と対比′
Jるヒ礫に、暖められて温度T:3で内光井戸を通って
戻されプこ水はその水温と供給井戸と町充井戸間に生ず
る圧力変化度により汲み上げ・(イブの方に流れる傾向
があり、二つの井戸のすぐ下で循環が生じ、本発明のい
う帯水層を熱貯蔵所として使うという5工能性が少なく
なる。T3にある戻り水はT1にある帯水層の水と熱交
換し、」−昇している開本装置の連続作動中に供給井戸
の区域の帯水層の水を局部的に暖めることになる。供給
水の温度は急速に戻り水の温度に達し、二つの井戸が十
分にはなれていない場合には装置の有用性が著しく損わ
れる。
Jるヒ礫に、暖められて温度T:3で内光井戸を通って
戻されプこ水はその水温と供給井戸と町充井戸間に生ず
る圧力変化度により汲み上げ・(イブの方に流れる傾向
があり、二つの井戸のすぐ下で循環が生じ、本発明のい
う帯水層を熱貯蔵所として使うという5工能性が少なく
なる。T3にある戻り水はT1にある帯水層の水と熱交
換し、」−昇している開本装置の連続作動中に供給井戸
の区域の帯水層の水を局部的に暖めることになる。供給
水の温度は急速に戻り水の温度に達し、二つの井戸が十
分にはなれていない場合には装置の有用性が著しく損わ
れる。
本発明の比較的簡単な装置は一つの井戸を用いて池表面
と地下帯水層間で冷却と加熱のだめの熱交換を効率良く
行うのに適用でき、井戸あるいは帯水層内で供給水と戻
り水とが温度的に混合する阻害する極端な逆圧などの特
定の井戸の状態により供給水と戻り水が多少混合する場
合には、このような混合を克服するために緩衝区域を作
ることも可能である。従って第1図に示されているよう
に、井l−lパノ1i−3aの如き形状の障壁13をパ
イプ:3と4の1・部端の間の井戸2内に設置してもよ
く、パイプ4 kl障壁を気密状態で貝通して帯水層の
ト部に達する1、障壁13は供給水と戻し水の混合、J
l: /−i内の上部と下部にある水との間と熱伝導を
防き熱的に混り合うのを防止する。勿論、パイプ4を適
当に絶縁処理してパイプを通る水と帯水層のL部間で熱
伝導が生じないようにするとともできるが、このような
熱伝導は実用上はたいして意味がない。
と地下帯水層間で冷却と加熱のだめの熱交換を効率良く
行うのに適用でき、井戸あるいは帯水層内で供給水と戻
り水とが温度的に混合する阻害する極端な逆圧などの特
定の井戸の状態により供給水と戻り水が多少混合する場
合には、このような混合を克服するために緩衝区域を作
ることも可能である。従って第1図に示されているよう
に、井l−lパノ1i−3aの如き形状の障壁13をパ
イプ:3と4の1・部端の間の井戸2内に設置してもよ
く、パイプ4 kl障壁を気密状態で貝通して帯水層の
ト部に達する1、障壁13は供給水と戻し水の混合、J
l: /−i内の上部と下部にある水との間と熱伝導を
防き熱的に混り合うのを防止する。勿論、パイプ4を適
当に絶縁処理してパイプを通る水と帯水層のL部間で熱
伝導が生じないようにするとともできるが、このような
熱伝導は実用上はたいして意味がない。
第1図の基本実施例は多くの応用例で十分に機能を発揮
する。一方、必要な導水管を設置する配老イ′「業を簡
素化し作業面を減らすに、は反転可能なボ、ツノが最も
)J冬し7でいるが、実際問題として大多数の帯水層の
深さからみて、井戸から水を汲み上げる水11すI!込
みポンプが今1」ではより一般的に使用さノ1ている。
する。一方、必要な導水管を設置する配老イ′「業を簡
素化し作業面を減らすに、は反転可能なボ、ツノが最も
)J冬し7でいるが、実際問題として大多数の帯水層の
深さからみて、井戸から水を汲み上げる水11すI!込
みポンプが今1」ではより一般的に使用さノ1ている。
従って、水中埋込みポンプを使用し−Cいる第2図の実
施例が好ましいと思われる3、4% 2図に示されてい
るように、この装置は井戸穴に娃びている4本の導水管
、すなわちパイプ56.7と8を持っている。パイプ5
と8は帯水層のA′の部分に達しており、パイプ5には
イ↑1水層の上部から水を汲み」こげるために水中埋め
込みポンプ9が伺いている。−カバイブ8は帯水層の上
部へ水を戻すようになっている。バイブロと7は適当に
絶縁処理されており帯水層の低部A″に達している、バ
イブロには帯水層の低部から水を汲み上げるだめに適当
な水中埋込みポンプが付いており、パイプ7は帯水層の
低部へ水を戻すようになっている。各々のパイプの上部
端には弁5a、 6a、 7aと8aが(IIいており
、各パイプと本例では水源熱ポンプ10である熱交換機
間の水の流れを調節している。供給パイプ5と6は熱ポ
ンプ10への取入れライン11に接続されており、熱ポ
ンプIOKは適当なフィルタ11αをイマ1けても良い
、一方戻しパイプ7と8は熱ポンプ10の排出ライン]
2に接続されている。この比較的簡単な装置は、季節に
応じて単にポンプの接続を変え以下に述べるようにパイ
プに水を通して加熱及び冷却モードに使用できる。
施例が好ましいと思われる3、4% 2図に示されてい
るように、この装置は井戸穴に娃びている4本の導水管
、すなわちパイプ56.7と8を持っている。パイプ5
と8は帯水層のA′の部分に達しており、パイプ5には
イ↑1水層の上部から水を汲み」こげるために水中埋め
込みポンプ9が伺いている。−カバイブ8は帯水層の上
部へ水を戻すようになっている。バイブロと7は適当に
絶縁処理されており帯水層の低部A″に達している、バ
イブロには帯水層の低部から水を汲み上げるだめに適当
な水中埋込みポンプが付いており、パイプ7は帯水層の
低部へ水を戻すようになっている。各々のパイプの上部
端には弁5a、 6a、 7aと8aが(IIいており
、各パイプと本例では水源熱ポンプ10である熱交換機
間の水の流れを調節している。供給パイプ5と6は熱ポ
ンプ10への取入れライン11に接続されており、熱ポ
ンプIOKは適当なフィルタ11αをイマ1けても良い
、一方戻しパイプ7と8は熱ポンプ10の排出ライン]
2に接続されている。この比較的簡単な装置は、季節に
応じて単にポンプの接続を変え以下に述べるようにパイ
プに水を通して加熱及び冷却モードに使用できる。
帯水層から熱を取り出しそれを空中あるいは地十の他の
媒体に伝えるだめに本装置を冬期に作動させる場合には
、弁5aを開き弁6aを閉じ、弁7αを開き、弁8σを
閉じ、ライン11と12をポンプ10の熱抽出側に接続
する。埋め込みポンプ9を作動ざぜ井戸穴2を経て帯水
層の上部A′からの水の汲み上けを開始し、熱ポツプl
Oの取り入れ口へパイプ5と11を経て供給する。水は
熱ポンプ10をjjII14’4し、冷たい空気などと
の熱交換によって熱が取り出される。熱ポンプ10から
初出される戻し水目、パイプ12と7を通って井戸と帯
水層の低部へ導かれる。仄された水はポンプ作動前の帯
水層の平均水温より(1,(いため密度が大きく帯水層
の底部ヘト降する傾向があり、帯水層内の他の水に対し
て層状になる。ポンプ9により、壕だ当初の平均温度で
あるイ[1水層−に部A′から水が連続的に汲み」二げ
らhるが、低温である排出又は戻し水は水平方向に層状
になって広がり井戸内の帯水層低部A′から外に向けて
横に流れる。第4図を参照。このように、循環又は交換
によって帯水層の上部と下部に温度差が生ずるが、この
ような状態は水が熱ポンプ10へ供給される帯水層の上
部のより暖かいあるいは平均温度の水を保持するように
作用し、供給水の温度を低下きせる傾向のある供給水と
戻し水の混合は帯水層内に発生する対流作用によって阻
止される。さらに帯水層が十分深くてポンプ9の取り入
れ口とパイプ7の排出口をかなり離して設置できる場合
には井戸2内では物理的な混合は発生しない、これは戻
し水の帯水層物質への吸収に対して大きな逆圧又は抵抗
がなければ、戻し水は横方向に井戸から出て帯水層の下
部へ達するからである。限られた深さや逆圧の大きい帯
水層の場合、−個又は複数個の井戸パッカー13a、]
、3bの如き適当な防水障壁13を用いて緩衝領域を井
戸内の上部A′と下部N7間に設けることもできる。障
壁13は井戸の」二部と下部との熱伝導のみならず水の
物理的な混合をも積極的に防止する。
媒体に伝えるだめに本装置を冬期に作動させる場合には
、弁5aを開き弁6aを閉じ、弁7αを開き、弁8σを
閉じ、ライン11と12をポンプ10の熱抽出側に接続
する。埋め込みポンプ9を作動ざぜ井戸穴2を経て帯水
層の上部A′からの水の汲み上けを開始し、熱ポツプl
Oの取り入れ口へパイプ5と11を経て供給する。水は
熱ポンプ10をjjII14’4し、冷たい空気などと
の熱交換によって熱が取り出される。熱ポンプ10から
初出される戻し水目、パイプ12と7を通って井戸と帯
水層の低部へ導かれる。仄された水はポンプ作動前の帯
水層の平均水温より(1,(いため密度が大きく帯水層
の底部ヘト降する傾向があり、帯水層内の他の水に対し
て層状になる。ポンプ9により、壕だ当初の平均温度で
あるイ[1水層−に部A′から水が連続的に汲み」二げ
らhるが、低温である排出又は戻し水は水平方向に層状
になって広がり井戸内の帯水層低部A′から外に向けて
横に流れる。第4図を参照。このように、循環又は交換
によって帯水層の上部と下部に温度差が生ずるが、この
ような状態は水が熱ポンプ10へ供給される帯水層の上
部のより暖かいあるいは平均温度の水を保持するように
作用し、供給水の温度を低下きせる傾向のある供給水と
戻し水の混合は帯水層内に発生する対流作用によって阻
止される。さらに帯水層が十分深くてポンプ9の取り入
れ口とパイプ7の排出口をかなり離して設置できる場合
には井戸2内では物理的な混合は発生しない、これは戻
し水の帯水層物質への吸収に対して大きな逆圧又は抵抗
がなければ、戻し水は横方向に井戸から出て帯水層の下
部へ達するからである。限られた深さや逆圧の大きい帯
水層の場合、−個又は複数個の井戸パッカー13a、]
、3bの如き適当な防水障壁13を用いて緩衝領域を井
戸内の上部A′と下部N7間に設けることもできる。障
壁13は井戸の」二部と下部との熱伝導のみならず水の
物理的な混合をも積極的に防止する。
夏期又は冷却目的で熱ポンプ10を冷却に使用する際に
は、弁5aを閉じ、弁6aを開き、弁7αを閉じ、弁8
Aを開き、ラインエ1と12をポツプ10の熱負荷側に
接続して装置を使用する。そしてボンゾ目をイ/[動さ
せて帯水層の1:部A″から水を汲み」−げ、バイブロ
と11を通してポンプ10に水を供給し、熱ポンプから
の排水をパイプ12と8を通して帯水層の−に部へ′へ
戻す。この構成では、地上の暖かい大気から熱を取り入
れることにより熱ポツプ10内で暖d)られだ水は帯水
層の上部へ戻される。
は、弁5aを閉じ、弁6aを開き、弁7αを閉じ、弁8
Aを開き、ラインエ1と12をポツプ10の熱負荷側に
接続して装置を使用する。そしてボンゾ目をイ/[動さ
せて帯水層の1:部A″から水を汲み」−げ、バイブロ
と11を通してポンプ10に水を供給し、熱ポンプから
の排水をパイプ12と8を通して帯水層の−に部へ′へ
戻す。この構成では、地上の暖かい大気から熱を取り入
れることにより熱ポツプ10内で暖d)られだ水は帯水
層の上部へ戻される。
密度の低い暖かい水は帯水層内の比較的冷たい水の上を
浮流する傾向がある。またもや対流作用により循環又は
交換は好ましい状態に#(n持され、平均温度にある比
較的冷たい水が帯水層の下部から汲み−」二けられ、暖
かい戻し水は帯水層の外側に向って横方向に−1一部を
浮流し7、暖かい水と冷たい水(d、混合することシ:
Jない。第5図を参照。
浮流する傾向がある。またもや対流作用により循環又は
交換は好ましい状態に#(n持され、平均温度にある比
較的冷たい水が帯水層の下部から汲み−」二けられ、暖
かい戻し水は帯水層の外側に向って横方向に−1一部を
浮流し7、暖かい水と冷たい水(d、混合することシ:
Jない。第5図を参照。
本発明の装置は供給水の平均温度に大した変化をうける
こともなくかなり長期にわたり典型的な浅い帯水層から
以」:に述へた方法で水を汲み上げられることが適切な
試験により確認されている。
こともなくかなり長期にわたり典型的な浅い帯水層から
以」:に述へた方法で水を汲み上げられることが適切な
試験により確認されている。
本発明の改良結果を示す試験例は以下の通りである。、
例1
第2図に示される装置の半分、すなわち水中埋め込みポ
ンプ5の(=jいている供給パイプ5と戻りパイプ7、
を井戸内に設置され従来の水・空気熱ポンプに接続した
。8インチの井戸には2インチのパイプが使用され、2
個のけなれて設置された井戸パッカーによって限定され
る帯水層の上部と下部との距離は、上部バンカーが地面
より85インチ下に設置される場合は約21フイートで
あった。
ンプ5の(=jいている供給パイプ5と戻りパイプ7、
を井戸内に設置され従来の水・空気熱ポンプに接続した
。8インチの井戸には2インチのパイプが使用され、2
個のけなれて設置された井戸パッカーによって限定され
る帯水層の上部と下部との距離は、上部バンカーが地面
より85インチ下に設置される場合は約21フイートで
あった。
−馬力の水中埋め込みポンプが地面から約80フイート
にある供給パイプの底部に設置された。井戸の上面下で
水位は約10から15フイート上昇し、帯水層は井戸パ
ッカーの上部と下部に広がった。
にある供給パイプの底部に設置された。井戸の上面下で
水位は約10から15フイート上昇し、帯水層は井戸パ
ッカーの上部と下部に広がった。
井戸水の平均温度は試験開始時にはおよそ56°Fであ
った。
った。
熱ポンプは加熱に設定され、毎分9Lガロンの流計で1
75時間試験が実施された。これは合削しておよそ10
万ガロンの水が帯水層の上部から汲み上げられそして下
部へ戻されたことになった。熱交換機又はポンプ内外の
温度差は取り出された熱を測定して8°Fであり、全期
間を通して帯水層」二部の取り入れ水の温度低下はおよ
そ2°又は3°Fであった。この試験て取り出されたB
TU (英式熱栄位)の総帛はおよそ640万てあり、
帯水層の取り入れ水の温度は大して下降しなかった。
75時間試験が実施された。これは合削しておよそ10
万ガロンの水が帯水層の上部から汲み上げられそして下
部へ戻されたことになった。熱交換機又はポンプ内外の
温度差は取り出された熱を測定して8°Fであり、全期
間を通して帯水層」二部の取り入れ水の温度低下はおよ
そ2°又は3°Fであった。この試験て取り出されたB
TU (英式熱栄位)の総帛はおよそ640万てあり、
帯水層の取り入れ水の温度は大して下降しなかった。
例2
熱ポンプを冷却にし、本発明にもとづき水流の方向を反
転させて第1例の装置を使用した。帯水層からポンプへ
の水の初期温度は53°Fであり、−ポンプから下部帯
水層への水の温度は58°F であった。毎分2ガロン
の流量でおよそ2時間稼動(総流量はおよそ1320ガ
ロン)后では、上部帯水層からの汲み」二げ水温は60
°F に」−昇しポンプから出る水の温度は64’l”
であった。およそ38.000 BTUたけが帯水層へ
伝播され、取り入れ水温が7庇上ケ1したことになった
。この結果は、ポンプから帯水層へ排出される暖かい水
は密度が小さいため対流により急速に帯水層の」二部へ
戻り、装置の熱交換容にを低下させていることを明白に
した。このことは過去に於て熱交換に単一井戸を使用す
ることに実用的ではないと当業者達に考えさせた水の混
合と合致する現象であった。
転させて第1例の装置を使用した。帯水層からポンプへ
の水の初期温度は53°Fであり、−ポンプから下部帯
水層への水の温度は58°F であった。毎分2ガロン
の流量でおよそ2時間稼動(総流量はおよそ1320ガ
ロン)后では、上部帯水層からの汲み」二げ水温は60
°F に」−昇しポンプから出る水の温度は64’l”
であった。およそ38.000 BTUたけが帯水層へ
伝播され、取り入れ水温が7庇上ケ1したことになった
。この結果は、ポンプから帯水層へ排出される暖かい水
は密度が小さいため対流により急速に帯水層の」二部へ
戻り、装置の熱交換容にを低下させていることを明白に
した。このことは過去に於て熱交換に単一井戸を使用す
ることに実用的ではないと当業者達に考えさせた水の混
合と合致する現象であった。
例3
残り半分の配管装置が井戸内に設置され第2図に示され
る装置全体が設定された。装置は冷却モードで作動、す
なわちポンプ14を用いて下部帯水層から水を汲み上げ
、供給バイブロと11を経て熱ポンプ取入れ部へ供給し
、排出水は戻しパイプ12と8を経て上部帯水層へ戻さ
れた。下部帯水層からの取り入れ水の温度は60°Fで
あり、取り入れ対排出水の温度差は2°Fで25万ガロ
ンの水が熱交換機を通過し、約400万B T Uが上
部帯水層へ伝播されだが、60°Fに保たれている下部
帯水層からの供給水の取り入れ温度には何んの変動もな
かった。
る装置全体が設定された。装置は冷却モードで作動、す
なわちポンプ14を用いて下部帯水層から水を汲み上げ
、供給バイブロと11を経て熱ポンプ取入れ部へ供給し
、排出水は戻しパイプ12と8を経て上部帯水層へ戻さ
れた。下部帯水層からの取り入れ水の温度は60°Fで
あり、取り入れ対排出水の温度差は2°Fで25万ガロ
ンの水が熱交換機を通過し、約400万B T Uが上
部帯水層へ伝播されだが、60°Fに保たれている下部
帯水層からの供給水の取り入れ温度には何んの変動もな
かった。
二個の離れた井戸パンカーにより形成された約10フイ
ートの緩衝領域が使用され、井戸内のポンプ14に主っ
て起される「水位の低下」現象による物効率が大巾に良
くなった。
ートの緩衝領域が使用され、井戸内のポンプ14に主っ
て起される「水位の低下」現象による物効率が大巾に良
くなった。
例4
たいした変化もなくかなり長期にわたり帯水層から熱勿
取り出せるか否か判定するために112月中旬から;3
月中旬1での3ケ月間流量毎時560ガ「Jン、すなわ
ち111分9又は10ガロン、で連続稼動させ、およそ
120万ガロンの水を処理した。熱ポンプ内外の水の温
度差が平均7°Fの時、取り出された熱h1、すなわち
7γ×8ボンド/力jンX120万カロン、はおよそ6
700万BTU となった。上記の熱[,1,を帯水層
から取り出しブCあと−Cも、汲み」二は水の4..1
1度は54°+ 2”Ii”で比較的一定していた。
取り出せるか否か判定するために112月中旬から;3
月中旬1での3ケ月間流量毎時560ガ「Jン、すなわ
ち111分9又は10ガロン、で連続稼動させ、およそ
120万ガロンの水を処理した。熱ポンプ内外の水の温
度差が平均7°Fの時、取り出された熱h1、すなわち
7γ×8ボンド/力jンX120万カロン、はおよそ6
700万BTU となった。上記の熱[,1,を帯水層
から取り出しブCあと−Cも、汲み」二は水の4..1
1度は54°+ 2”Ii”で比較的一定していた。
地表面あるいは地表面近くにある〃(交換機は、供給水
と戻し水との混合を阻止する対流作用を帯水層内に起す
ことにより単一井戸を用いて同一の(11水層から地下
水を汲み−」ユけそしてそれを戻しつつ加熱と冷却モー
ドに効率的に稼動Tj4能であることが上記の実験から
判明した。熱交換機が冷却モードにあり水が加熱されて
いる時には、帯水層の下部から水が汲み上げられ、イ1
;水層の」一部へ戻烙り、戻された水は暖かく密度が小
さいため帯水層の下部にある水と混合することなく帯水
層の他の水とは別の層となって浮流する。一方熱交換機
が加熱モードにあり水が冷却さ]1ている時には1水流
方向は反転され、水は帯水層の上部から汲み」二げられ
そして下部へ戻され、冷却され密度の大きい水は帯水層
の底部へ沈み込み層を形成し帯水層−」二部から汲み上
げられる水との混合が阻止される。
と戻し水との混合を阻止する対流作用を帯水層内に起す
ことにより単一井戸を用いて同一の(11水層から地下
水を汲み−」ユけそしてそれを戻しつつ加熱と冷却モー
ドに効率的に稼動Tj4能であることが上記の実験から
判明した。熱交換機が冷却モードにあり水が加熱されて
いる時には、帯水層の下部から水が汲み上げられ、イ1
;水層の」一部へ戻烙り、戻された水は暖かく密度が小
さいため帯水層の下部にある水と混合することなく帯水
層の他の水とは別の層となって浮流する。一方熱交換機
が加熱モードにあり水が冷却さ]1ている時には1水流
方向は反転され、水は帯水層の上部から汲み」二げられ
そして下部へ戻され、冷却され密度の大きい水は帯水層
の底部へ沈み込み層を形成し帯水層−」二部から汲み上
げられる水との混合が阻止される。
井戸内での混合を避けるために供給パイプの取り入れ口
と戻しパイプの排出口とを十分に離して設置するか又は
−個以上の井戸パッカーの如き機械的障壁を設けること
により緩衝区域を設けることも6丁能である。
と戻しパイプの排出口とを十分に離して設置するか又は
−個以上の井戸パッカーの如き機械的障壁を設けること
により緩衝区域を設けることも6丁能である。
井戸内での混合を阻止する機械的障壁として役立つ空気
充満室又は供給室等を含む実施例の代案又は変更例、こ
れは第2図の実施例よりも好ましい、が第7図に示され
ており、ここでは一台のポンプ、一本の供給パイプと一
本の戻りパイプのみが必要である。本実施例の装置では
、井戸1で達しているパイプ又は導水管1−1:2本の
みであり、すなわち一本の供給パイプ30と一本の戻し
パイプのみであり、これらは帯水層の上部A′と下部A
“間の井戸内に設けられている空気充満装置角又は容器
に接続されている。戻しパイプ50は空気充満装置を経
てイi;水層の1一部A″に達しており、供給パイプ3
0の下端には容器80内の空気充満部J30から水を汲
み」二げる/ζめの水中埋め込みポンプ90が設けられ
ている。容器80は同筒状でよく、井戸内のこの部分で
の水の混合を阻止する障壁として作用するために41戸
穴2にすっばりとはまるようなで」法になっていること
が望ましい。容器80の上部壁面80a。
充満室又は供給室等を含む実施例の代案又は変更例、こ
れは第2図の実施例よりも好ましい、が第7図に示され
ており、ここでは一台のポンプ、一本の供給パイプと一
本の戻りパイプのみが必要である。本実施例の装置では
、井戸1で達しているパイプ又は導水管1−1:2本の
みであり、すなわち一本の供給パイプ30と一本の戻し
パイプのみであり、これらは帯水層の上部A′と下部A
“間の井戸内に設けられている空気充満装置角又は容器
に接続されている。戻しパイプ50は空気充満装置を経
てイi;水層の1一部A″に達しており、供給パイプ3
0の下端には容器80内の空気充満部J30から水を汲
み」二げる/ζめの水中埋め込みポンプ90が設けられ
ている。容器80は同筒状でよく、井戸内のこの部分で
の水の混合を阻止する障壁として作用するために41戸
穴2にすっばりとはまるようなで」法になっていること
が望ましい。容器80の上部壁面80a。
と80/)には地−」二のポンプ()0と共同して電気
的に制御される取り入れ弁81と82がそれぞれついて
いる。
的に制御される取り入れ弁81と82がそれぞれついて
いる。
弁81と82は帯水層上部と下部から空気充満室l;う
0への水の流りを制御しておし適当な取り入れ装置、例
えば導水管又は保護網81(Zと82(7,等をそれぞ
れ設けることもi」J能である。室130の容置は十分
な水の(II、給を行え、弁の開1−]部と共同して汲
み−」二は開始でき、ポンプ90が最大能力に設定され
ている時に帯水層から小室130を経由して円滑に水を
汲みトげられる流量を持つように決められる。
0への水の流りを制御しておし適当な取り入れ装置、例
えば導水管又は保護網81(Zと82(7,等をそれぞ
れ設けることもi」J能である。室130の容置は十分
な水の(II、給を行え、弁の開1−]部と共同して汲
み−」二は開始でき、ポンプ90が最大能力に設定され
ている時に帯水層から小室130を経由して円滑に水を
汲みトげられる流量を持つように決められる。
第7図に示されている通り、容器8oは当業者にはなじ
みの深い水を通さぬ防腐食性の材量で作られており、上
部又は下部壁80aと80/Iのいづれか一方が取り外
し可能に付けられている環状の側壁80Cがついている
。他の端壁は側壁80cと一体にしてもよいし、ボルト
止め又は他の適当な固定器具により取り外し可能な壁面
と同様に密着状態に数例けてもよい。第7図では取り外
し可能な壁面として図示されている上部壁面80aには
取り入れ弁開口部のいづれかの側に2個の開口部83と
84が形成されており、供給パイプ30と戻しパイプ5
0が通っている。開口部83はねじ山をつけて小室13
0内に設置されている水中埋め込みポンプ90がその下
端に配置されている供給ポンプ30のねじ山つき下端部
をねじ込んでもよく、適当な接続器91によりねじ込ん
でもよい。底部壁面80hKhる開口部85と共に開口
部84に、パイプ50と装置80に気密に取り伺けるた
めの癲当な連絡又は接続手段86が利いている。組み立
てられた状態で、電気接続のすんだ容器80.パイプ3
0と50、ポンプ90と弁は井戸穴2に一体のユニット
として挿入可能である。
みの深い水を通さぬ防腐食性の材量で作られており、上
部又は下部壁80aと80/Iのいづれか一方が取り外
し可能に付けられている環状の側壁80Cがついている
。他の端壁は側壁80cと一体にしてもよいし、ボルト
止め又は他の適当な固定器具により取り外し可能な壁面
と同様に密着状態に数例けてもよい。第7図では取り外
し可能な壁面として図示されている上部壁面80aには
取り入れ弁開口部のいづれかの側に2個の開口部83と
84が形成されており、供給パイプ30と戻しパイプ5
0が通っている。開口部83はねじ山をつけて小室13
0内に設置されている水中埋め込みポンプ90がその下
端に配置されている供給ポンプ30のねじ山つき下端部
をねじ込んでもよく、適当な接続器91によりねじ込ん
でもよい。底部壁面80hKhる開口部85と共に開口
部84に、パイプ50と装置80に気密に取り伺けるた
めの癲当な連絡又は接続手段86が利いている。組み立
てられた状態で、電気接続のすんだ容器80.パイプ3
0と50、ポンプ90と弁は井戸穴2に一体のユニット
として挿入可能である。
供給・々イブ:30はその」一端で熱交換機に接続され
るか又は熱交換機に接続されている取り入れライン30
a、と30乙に分岐されている、本実施例では熱交換機
は水α2熱ボ/プ100であることが好ましい。
るか又は熱交換機に接続されている取り入れライン30
a、と30乙に分岐されている、本実施例では熱交換機
は水α2熱ボ/プ100であることが好ましい。
ライン30(L、すなわち[ホット−1ラインは、ポン
プ]00の熱取り出し側に接続されており、ライン30
h、すなわち「クール」又は[コールド−1ラインはポ
ンプの熱負荷側に接続されている。熱排出側の「ホット
」1)1出ライン70aと熱負荷側からの1−クール1
制出ライ/7ohil−i戻しライン7oに接続さノ1
.ており、戻しライン70は戻しパイプ5()と60に
接続されている。ライン3oσ、と30h内の流、hは
開閉弁;31と32によってそれぞれ制御され、戻しパ
イプ内の流れは弁51によって制御される。本装置6で
は、以下に述へるような方法で水を流すことにより季節
に応じてポンプを加熱又は冷却モートで1′[動さぜる
ことがijJ能である。
プ]00の熱取り出し側に接続されており、ライン30
h、すなわち「クール」又は[コールド−1ラインはポ
ンプの熱負荷側に接続されている。熱排出側の「ホット
」1)1出ライン70aと熱負荷側からの1−クール1
制出ライ/7ohil−i戻しライン7oに接続さノ1
.ており、戻しライン70は戻しパイプ5()と60に
接続されている。ライン3oσ、と30h内の流、hは
開閉弁;31と32によってそれぞれ制御され、戻しパ
イプ内の流れは弁51によって制御される。本装置6で
は、以下に述へるような方法で水を流すことにより季節
に応じてポンプを加熱又は冷却モートで1′[動さぜる
ことがijJ能である。
偶水層から熱を取り出しそれを空中あるいは地上にある
他の媒体に移したい冬期に本装置を作動きせる時には、
ポンプ100の「ホット」取り人)1゜口への弁30を
開き、弁32を閉じる、−方ポンプの排出側にある弁7
1を開き、弁72を閉じる。戻しライン50に接続され
ている弁51をパイプの下部開口端へ水を流すようにす
る。地上にある弁を上記の通りにすると、容器80の」
一部にある「ホント」取り入れ弁81が作動して開き、
「クール−1取り入れ弁82は閉じたま5である。そし
て水中埋め込みポンプ90が作動して帯水層から水を汲
み上げ始めると、帯水層上部A′からの水は取り入れ弁
81を経て汲み上げられ小室130を経てパイプ30へ
と達する。帯水層」二部から汲み上げられた水はパイプ
30と開いているライン30aを経て熱ポンプ100の
熱取り出し側に供給される。
他の媒体に移したい冬期に本装置を作動きせる時には、
ポンプ100の「ホット」取り人)1゜口への弁30を
開き、弁32を閉じる、−方ポンプの排出側にある弁7
1を開き、弁72を閉じる。戻しライン50に接続され
ている弁51をパイプの下部開口端へ水を流すようにす
る。地上にある弁を上記の通りにすると、容器80の」
一部にある「ホント」取り入れ弁81が作動して開き、
「クール−1取り入れ弁82は閉じたま5である。そし
て水中埋め込みポンプ90が作動して帯水層から水を汲
み上げ始めると、帯水層上部A′からの水は取り入れ弁
81を経て汲み上げられ小室130を経てパイプ30へ
と達する。帯水層」二部から汲み上げられた水はパイプ
30と開いているライン30aを経て熱ポンプ100の
熱取り出し側に供給される。
ポツプ100を通過する間に水から熱が取り出され、冷
たくなった水は開いている排出ライ770/I。
たくなった水は開いている排出ライ770/I。
と開いている戻しライン50を経て導かれ井戸と帯水層
の下部へと達する。ポンプ90の作動前は帯水層の平均
温度と通常同じである汲み上げらhた水よりも温度の低
い戻し水は密度が大きいために帯水層の底部へ流れ帯水
層内の他の水に対して別の層を形成する。ポンプ90に
よって引き続き帯水層の上部A′から水が汲み上げられ
るが、帯水層A′部の水温は初期平均値と同じである。
の下部へと達する。ポンプ90の作動前は帯水層の平均
温度と通常同じである汲み上げらhた水よりも温度の低
い戻し水は密度が大きいために帯水層の底部へ流れ帯水
層内の他の水に対して別の層を形成する。ポンプ90に
よって引き続き帯水層の上部A′から水が汲み上げられ
るが、帯水層A′部の水温は初期平均値と同じである。
一方より低温である排出あるいは戻し水は帯水層の−F
部へ″に留寸り水平方向に層を形成して拡散し、前記実
施例で述べた如くに帯水層内に温度差を生ずる。本実施
例の場合、限られた深さ゛あるいは逆圧の大きい帯水層
では井戸の上部と下部の水の間では物理的混合あるいは
熱の移動は発生しないことがわかる、これは容器80が
障壁と1−て作用し井戸穴2内でのとの」:つな熱の伝
達あるいは水の移動を防止するからである。必要ならば
、障壁を完全にするために追加バッキング131を容器
の周囲と井戸穴の間に設置してもよいし、帯水層の上部
と小室との間の熱の伝導を防止するためにパイプ50を
絶縁しても気密にしてもよい。
部へ″に留寸り水平方向に層を形成して拡散し、前記実
施例で述べた如くに帯水層内に温度差を生ずる。本実施
例の場合、限られた深さ゛あるいは逆圧の大きい帯水層
では井戸の上部と下部の水の間では物理的混合あるいは
熱の移動は発生しないことがわかる、これは容器80が
障壁と1−て作用し井戸穴2内でのとの」:つな熱の伝
達あるいは水の移動を防止するからである。必要ならば
、障壁を完全にするために追加バッキング131を容器
の周囲と井戸穴の間に設置してもよいし、帯水層の上部
と小室との間の熱の伝導を防止するためにパイプ50を
絶縁しても気密にしてもよい。
反対に夏期あるいは冷却目的のために熱ポンプを冷却用
に作動させたい場合には、弁31と71とを閉じ、弁3
2と72を開き、弁51を排出パイプ51σ、を経てラ
イン50内の水流を外に向けるように設定する。地上に
ある弁をこのようにしてから、容器80の底部にある「
クール」取り入れ弁82が作動され開き、一方「ホント
」取り入れ弁80は閉じたま\である。埋め込みポンプ
90が作動され帯水層から水を汲み上げ始めると、帯水
層下部A′からの水は取り入れ弁82と小室130を経
てパイプ30に流れる。帯水層の下部から汲み上げられ
た水はパイプ30と開きライン30bを経て熱ポンプ1
00の熱負荷側に供給される。熱ポンプ100を経て流
れる間に熱を取り上げたあと、熱くなった水は開いてい
る排出ライン70/Iと70を経て戻しパイプ50に導
かれ、排出パイプ51αを経て帯水層の上部A′に達す
る。そしてこの場合、暖められて密度の小さい水は帯水
層の中の比較的冷たい水の上を浮流する。再び対流作用
により水の層は好ましい状態に保持され、平均水温を持
つ比較的冷たい水が帯水層の下部から引き続き汲み上げ
られ、暖められた戻し水は上部を浮流し暖かい水と冷め
たい水は混合しない。比較的長期にわたシ温度差は存在
するので帯水層を1−ホット」あるいは「二1−ルド」
保管場所として下記の通り使用可能であり、さらに帯水
層の水温は結局は地理的平均値となるので帯水層を熱分
あるいは熱貯蔵所として常に使用できる。
に作動させたい場合には、弁31と71とを閉じ、弁3
2と72を開き、弁51を排出パイプ51σ、を経てラ
イン50内の水流を外に向けるように設定する。地上に
ある弁をこのようにしてから、容器80の底部にある「
クール」取り入れ弁82が作動され開き、一方「ホント
」取り入れ弁80は閉じたま\である。埋め込みポンプ
90が作動され帯水層から水を汲み上げ始めると、帯水
層下部A′からの水は取り入れ弁82と小室130を経
てパイプ30に流れる。帯水層の下部から汲み上げられ
た水はパイプ30と開きライン30bを経て熱ポンプ1
00の熱負荷側に供給される。熱ポンプ100を経て流
れる間に熱を取り上げたあと、熱くなった水は開いてい
る排出ライン70/Iと70を経て戻しパイプ50に導
かれ、排出パイプ51αを経て帯水層の上部A′に達す
る。そしてこの場合、暖められて密度の小さい水は帯水
層の中の比較的冷たい水の上を浮流する。再び対流作用
により水の層は好ましい状態に保持され、平均水温を持
つ比較的冷たい水が帯水層の下部から引き続き汲み上げ
られ、暖められた戻し水は上部を浮流し暖かい水と冷め
たい水は混合しない。比較的長期にわたシ温度差は存在
するので帯水層を1−ホット」あるいは「二1−ルド」
保管場所として下記の通り使用可能であり、さらに帯水
層の水温は結局は地理的平均値となるので帯水層を熱分
あるいは熱貯蔵所として常に使用できる。
第1図にある装置においてパイプ3と4の下端にある水
中埋め込みポツプ装置22αと22/Iとを反転可能ポ
ンプ20にかえることにより、第8図の如く機械的障壁
を使用しないことも可能である。ポツプ装置22a、と
22hは反転IiJ能ボ/ゾ タービンであり偶水層へ
迷する仄し水の圧力を減らせるたけでなく本装置のエネ
ルギー消費を効率的に最少にするのにもさらに使用でき
る。
中埋め込みポツプ装置22αと22/Iとを反転可能ポ
ンプ20にかえることにより、第8図の如く機械的障壁
を使用しないことも可能である。ポツプ装置22a、と
22hは反転IiJ能ボ/ゾ タービンであり偶水層へ
迷する仄し水の圧力を減らせるたけでなく本装置のエネ
ルギー消費を効率的に最少にするのにもさらに使用でき
る。
後者に関しては、帯水層から水を汲み」−けるだめの特
定のポンプ装置に導水管I5とライフ16を経で供給さ
れる動力源PSからの動力の大部分、およそ90%は、
井戸内の静止レベルから地上にある熱交換機1のレベル
に水を持ち上けるのに使用さI′する。残りのおよそ1
0%はポンプ内の摩擦作用により熱に変換され、この熱
の大部分は汲み」−げ中の水に伝わる。従って、熱交換
機1への供給水は帯水層の自然熱の他に入力動力から変
換された熱を持っており入力動力の約90係に相当する
大部分の熱、すなわち水の熱として水の中に保持されで
いるもの、を持っている。加熱あるいは冷却モードのい
づれかに於て仄しパイプとして作用しているパイプの底
部にあるポンプ装置を改作してポンプ内の逆流によりポ
ンプとしてよりもタービンとして作動さぜ、下に向って
流れる水に保存されているエイ・ルギーを電気エネルギ
ーに変換することがiiJ’ I’iヒである。木毛地
上へ汲み」−げるのに使用される動力人力と匹敵する量
、ずな、わちタービンの摩擦作用により熱に変換されて
いたエネルギーを7を引いた鼠、をライン16を経てタ
ービンは電力を発電できる。従って本装置により消費さ
れるエネルギーはポンプ−タービン、′市力線及び動力
源に於ける損失によるものたけであり、損失のあるもの
は加熱モード運転時などに於て装置内で使用される熱に
変換される。いづれかのモード時に戻しパイプ端に於て
タービンによって作り出される電気エネルギーを供給パ
イプ端にあるポンプを駆動する補助として使用iJJ能
であり、さらに全体の電気系統内の他の器具に動力を与
えるのにも使用dJ能であるが、いづれの場合にも熱交
換機を作動させるのに必要な総エネルギーを補うことが
でき総電力消費を最少にできる。消費される電力の大半
に1供給水の加熱に使用されるため熱交換機の全体的効
率はさらに高められる。一方上記の理由により冷却モー
ド時の効率は比較的悪いが、他の実施例あるいは先行技
術例の装置に比べれば装置全体と[7ては作動時のエイ
・ルギー哨費は究極的には少ない。
定のポンプ装置に導水管I5とライフ16を経で供給さ
れる動力源PSからの動力の大部分、およそ90%は、
井戸内の静止レベルから地上にある熱交換機1のレベル
に水を持ち上けるのに使用さI′する。残りのおよそ1
0%はポンプ内の摩擦作用により熱に変換され、この熱
の大部分は汲み」−げ中の水に伝わる。従って、熱交換
機1への供給水は帯水層の自然熱の他に入力動力から変
換された熱を持っており入力動力の約90係に相当する
大部分の熱、すなわち水の熱として水の中に保持されで
いるもの、を持っている。加熱あるいは冷却モードのい
づれかに於て仄しパイプとして作用しているパイプの底
部にあるポンプ装置を改作してポンプ内の逆流によりポ
ンプとしてよりもタービンとして作動さぜ、下に向って
流れる水に保存されているエイ・ルギーを電気エネルギ
ーに変換することがiiJ’ I’iヒである。木毛地
上へ汲み」−げるのに使用される動力人力と匹敵する量
、ずな、わちタービンの摩擦作用により熱に変換されて
いたエネルギーを7を引いた鼠、をライン16を経てタ
ービンは電力を発電できる。従って本装置により消費さ
れるエネルギーはポンプ−タービン、′市力線及び動力
源に於ける損失によるものたけであり、損失のあるもの
は加熱モード運転時などに於て装置内で使用される熱に
変換される。いづれかのモード時に戻しパイプ端に於て
タービンによって作り出される電気エネルギーを供給パ
イプ端にあるポンプを駆動する補助として使用iJJ能
であり、さらに全体の電気系統内の他の器具に動力を与
えるのにも使用dJ能であるが、いづれの場合にも熱交
換機を作動させるのに必要な総エネルギーを補うことが
でき総電力消費を最少にできる。消費される電力の大半
に1供給水の加熱に使用されるため熱交換機の全体的効
率はさらに高められる。一方上記の理由により冷却モー
ド時の効率は比較的悪いが、他の実施例あるいは先行技
術例の装置に比べれば装置全体と[7ては作動時のエイ
・ルギー哨費は究極的には少ない。
4八合防止1瞳壁を使用しないことに関しては、タービ
ンからは:なれ帯水層へ移動する水の圧力はり=ビンの
取り入れ口の水の圧力、これはタービンの付いていない
パイプの開1」端の圧力である、よりも小きいので、排
出水を帯水層で上列させ井戸内で混合させる傾向は比較
的減少し、通常物理的障壁は不要となる。
ンからは:なれ帯水層へ移動する水の圧力はり=ビンの
取り入れ口の水の圧力、これはタービンの付いていない
パイプの開1」端の圧力である、よりも小きいので、排
出水を帯水層で上列させ井戸内で混合させる傾向は比較
的減少し、通常物理的障壁は不要となる。
帯水層から水を得られない場合にも本発明の他の実施例
を適用できる、この場合井戸に達している別の装置内に
熱交換媒体あるいは液体を循環キせる。後者の装置は第
3図に示されている。供給と戻しパイプ40と41の上
端は熱交換機1あるいは熱ポンプ10の如き適当な熱交
換装置IIに接続されており、適当な熱交換液がこれら
によって形成される閉鎖装置内を循環する。第3図にあ
るように井戸内にある供給パイプと戻しパイプ4oと4
1の下端は帯水層Aの上部と下部間にある緩衝区域43
内に設けられている適当な第2熱交換装置42に接続さ
hている。熱交換装置42は、井戸穴2内で障壁を形成
している一個以上の井戸パンh−で構成される緩衝区域
内にあるチャンネル又は通路44内に設置される。小型
の反転ポンプ46であることが希ましい揚水手段は熱交
換装置42と熱交換を行うために通路44を経て帯水層
の水が流れるように設置される。従って水から熱を取シ
出す時には帯水層の上部A′から下部A“へ水が流れる
ようにポンプ46を作動させる。帯水層の平均温度より
温度の低い熱交換液が供給パイプ4oを経て送り出され
装置42を]10過する水から熱を取り出す。このよう
に暖められ/こ液体は戻しパイプ旧を」二方に向けて流
れ熱交換機Hに達する。熱交換機42を循環している液
体との熱交換によって冷やされた下方に流れイ)水C:
j−帯水層の上部A”に沈み込み好寸しい温度差を生ず
る。熱交換機42からの水を用いて熱を取り出す際には
、供給パイプ40内の液体の温度は帯水層の温度より高
く、イ11水層内の水流は反転され暖かい水は帯水層の
上部A′に向かいA′内を浮流する、従って対流により
偶水層内では温度差による水の混合−発生[7ない。
を適用できる、この場合井戸に達している別の装置内に
熱交換媒体あるいは液体を循環キせる。後者の装置は第
3図に示されている。供給と戻しパイプ40と41の上
端は熱交換機1あるいは熱ポンプ10の如き適当な熱交
換装置IIに接続されており、適当な熱交換液がこれら
によって形成される閉鎖装置内を循環する。第3図にあ
るように井戸内にある供給パイプと戻しパイプ4oと4
1の下端は帯水層Aの上部と下部間にある緩衝区域43
内に設けられている適当な第2熱交換装置42に接続さ
hている。熱交換装置42は、井戸穴2内で障壁を形成
している一個以上の井戸パンh−で構成される緩衝区域
内にあるチャンネル又は通路44内に設置される。小型
の反転ポンプ46であることが希ましい揚水手段は熱交
換装置42と熱交換を行うために通路44を経て帯水層
の水が流れるように設置される。従って水から熱を取シ
出す時には帯水層の上部A′から下部A“へ水が流れる
ようにポンプ46を作動させる。帯水層の平均温度より
温度の低い熱交換液が供給パイプ4oを経て送り出され
装置42を]10過する水から熱を取り出す。このよう
に暖められ/こ液体は戻しパイプ旧を」二方に向けて流
れ熱交換機Hに達する。熱交換機42を循環している液
体との熱交換によって冷やされた下方に流れイ)水C:
j−帯水層の上部A”に沈み込み好寸しい温度差を生ず
る。熱交換機42からの水を用いて熱を取り出す際には
、供給パイプ40内の液体の温度は帯水層の温度より高
く、イ11水層内の水流は反転され暖かい水は帯水層の
上部A′に向かいA′内を浮流する、従って対流により
偶水層内では温度差による水の混合−発生[7ない。
本発明による装置Zが年間を通しであるいは少なくとも
冬期又は夏期中連続して使用されるとさらに利点のある
ことがわかるであろう。例えば、夏期にある帯水層に生
ずる温度差により帯水層の下部にある通常の平均温度の
水より暖かい水が帯水層の上部に存在することになる。
冬期又は夏期中連続して使用されるとさらに利点のある
ことがわかるであろう。例えば、夏期にある帯水層に生
ずる温度差により帯水層の下部にある通常の平均温度の
水より暖かい水が帯水層の上部に存在することになる。
帯水層の上部から暖かい水を冬期に地」二へ供給する時
には、夏期に本装置を作動させることにより帯水層内に
貯蔵された余分の熱を熱交換を強力にしたい場合に利用
できる。このように本装置は帯水層内に好ましい温度差
を発生させるばかりでなく地上の大気温度と後続の季節
に供給されるべき水を得る帯水層との間に温度差の発生
を促進する。
には、夏期に本装置を作動させることにより帯水層内に
貯蔵された余分の熱を熱交換を強力にしたい場合に利用
できる。このように本装置は帯水層内に好ましい温度差
を発生させるばかりでなく地上の大気温度と後続の季節
に供給されるべき水を得る帯水層との間に温度差の発生
を促進する。
太陽エネルギーを帯水層内に貯蔵可能な本発明のさらに
他の実施例は第1図の基本装置を変更して第5図に示さ
れている如く熱交換機1を太陽熱収集器として使用する
かあるいは太陽熱収集器SCと循環装置を熱交換機1に
接続する。本実施例ではパイプ4を供給パイプとして使
いパイプ3を戻しパイプとして使用している。帯水層内
の平均温度の水はパイプ4を経て汲み」−げられ、熱交
換装置6゛1内で太陽熱を吸収し160°F以」−の温
度に1で上昇する。この高温に加熱された水はパイプ3
を経て帯水層の−に部へ戻され帯水層AKある他の水の
上を都合よく浮流する。加熱された水の上面は帯水層の
上部で十と接しており、太陽熱貯蔵池あるいは他の太陽
熱貯蔵機器などで起る蒸発は防止され、地上で加熱目的
に使用するだめにパイプ3を経て水を汲み出す準備がで
きる才で帯水層内に太陽熱を貯蔵できる。
他の実施例は第1図の基本装置を変更して第5図に示さ
れている如く熱交換機1を太陽熱収集器として使用する
かあるいは太陽熱収集器SCと循環装置を熱交換機1に
接続する。本実施例ではパイプ4を供給パイプとして使
いパイプ3を戻しパイプとして使用している。帯水層内
の平均温度の水はパイプ4を経て汲み」−げられ、熱交
換装置6゛1内で太陽熱を吸収し160°F以」−の温
度に1で上昇する。この高温に加熱された水はパイプ3
を経て帯水層の−に部へ戻され帯水層AKある他の水の
上を都合よく浮流する。加熱された水の上面は帯水層の
上部で十と接しており、太陽熱貯蔵池あるいは他の太陽
熱貯蔵機器などで起る蒸発は防止され、地上で加熱目的
に使用するだめにパイプ3を経て水を汲み出す準備がで
きる才で帯水層内に太陽熱を貯蔵できる。
同様に第2,3と7図の装置を変更し、熱ボ/プ10.
熱交換機Hと熱ボンダ100のかわシに太陽熱収集器を
使用するか又はこれらを組合せて使用することにより太
陽エネルギーを貯蔵することも可能である。
熱交換機Hと熱ボンダ100のかわシに太陽熱収集器を
使用するか又はこれらを組合せて使用することにより太
陽エネルギーを貯蔵することも可能である。
第9図は本発明にもとづき地上に汲み上げられた帯水層
の水を使用する他の熱交換装置の例である31本実施例
では熱交換機は部屋の周囲あるい(d倉庫等の建物の周
囲に水を循環さぜるための配装設備200であり、この
設(!ifiに囲まれた区域を一定の温度にしそれを保
持する。例えば、四重れだ空間Rを寒期に暖房する場合
、本発明にもとづき熱ボンダ101と装fi&、102
を用いるかあるいは成育の加熱手段を用いて空間の内部
温度を高めることもi1J能である。希望する内部温度
TI’に達し/こら加熱手段を止め、場合に応じて供給
水あるいは熱交換液を温度T3’の井戸から配管設備2
00が囲んでいる壁面に循環させる。異なる温度を持つ
隣接区域間の熱の移動割合はこれら区域間の温度差の犬
きさに比例するので、四重れた空間]゛3′の水と周囲
をとり1いている大気1゛2′間を循環している平均温
度T3’を持つ水は熱損失率を著しく減少させる傾向が
ある。例へば典型的状態では、部屋1也が68 Fであ
れば、20°の温度差により外部に対してより早い速度
で熱を放出するが、温度差が8°であれば部屋内部と水
の間の熱移動の速度はかなり遅くなる。従って帯水層の
水を周囲に循環させると水は温度緩衝物として作用し空
間Rから外部への熱損失をかなり減少できる。四重れた
空間Rの内部を冷房すべき著い時には勿論逆の状態とな
る。
の水を使用する他の熱交換装置の例である31本実施例
では熱交換機は部屋の周囲あるい(d倉庫等の建物の周
囲に水を循環さぜるための配装設備200であり、この
設(!ifiに囲まれた区域を一定の温度にしそれを保
持する。例えば、四重れだ空間Rを寒期に暖房する場合
、本発明にもとづき熱ボンダ101と装fi&、102
を用いるかあるいは成育の加熱手段を用いて空間の内部
温度を高めることもi1J能である。希望する内部温度
TI’に達し/こら加熱手段を止め、場合に応じて供給
水あるいは熱交換液を温度T3’の井戸から配管設備2
00が囲んでいる壁面に循環させる。異なる温度を持つ
隣接区域間の熱の移動割合はこれら区域間の温度差の犬
きさに比例するので、四重れた空間]゛3′の水と周囲
をとり1いている大気1゛2′間を循環している平均温
度T3’を持つ水は熱損失率を著しく減少させる傾向が
ある。例へば典型的状態では、部屋1也が68 Fであ
れば、20°の温度差により外部に対してより早い速度
で熱を放出するが、温度差が8°であれば部屋内部と水
の間の熱移動の速度はかなり遅くなる。従って帯水層の
水を周囲に循環させると水は温度緩衝物として作用し空
間Rから外部への熱損失をかなり減少できる。四重れた
空間Rの内部を冷房すべき著い時には勿論逆の状態とな
る。
本発明による装置は多様な熱交換の応用において熱源及
び熱貯蔵所として適用可能であることは明らかである。
び熱貯蔵所として適用可能であることは明らかである。
本発明の装置を構成する適切な機料及び作動部品は大体
市販されており、それらの選択、組合せ構成は上記の説
明から当業者の理解の範囲内であろう。
市販されており、それらの選択、組合せ構成は上記の説
明から当業者の理解の範囲内であろう。
第1図は本発明にもとづく基本装置の概略図、第2図は
本発明の好捷しい実施例の概略口、第3図は本発明の他
の実施例の概略図、第4図は1図の装置の概略図であり
、冷却モード時の水の帯水層内の流れを示す、第5図は
1図の装置の概略図であり、加熱モード時の帯水層内の
水の流れを示す、第6図は供給井戸と内光井戸を使用す
る先行技術の概略図であり、加熱時の帯水層内の水の流
れを示す、第7図は1図の/ステムの変更例の概略図で
あり、本発明にもとづく開閉弁つき空気充満設備を1情
つものである、第8図は1図の7ステムの応用例の概略
図であり、稼動エネルギー消費を最少にするだめのもの
、第9図は本発明にもとづく熱交換機の囲いの概略図で
ある。
本発明の好捷しい実施例の概略口、第3図は本発明の他
の実施例の概略図、第4図は1図の装置の概略図であり
、冷却モード時の水の帯水層内の流れを示す、第5図は
1図の装置の概略図であり、加熱モード時の帯水層内の
水の流れを示す、第6図は供給井戸と内光井戸を使用す
る先行技術の概略図であり、加熱時の帯水層内の水の流
れを示す、第7図は1図の/ステムの変更例の概略図で
あり、本発明にもとづく開閉弁つき空気充満設備を1情
つものである、第8図は1図の7ステムの応用例の概略
図であり、稼動エネルギー消費を最少にするだめのもの
、第9図は本発明にもとづく熱交換機の囲いの概略図で
ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 帯水層内の地下水の温度が通常かなり一定している
帯水層−」二部を経て帯水層下部に達する井戸を掘り抜
き、 同−井j=内で始まり終結する限定された流路を経て帯
水層上部と下部間に地下水の流れを起し、前記流路に沿
う限定された区域に於て流れている地下水を熱交換し、
さらに 定められた区域で熱を取り出される水と熱を吸収した水
がそれぞれ帯水層の下部から汲み」二げられそこへ戻さ
れるように前記流路を経て流れるようにし、さらに定め
られた区域に於て熱を吸収すべき水と熱を取り出された
水がそれぞれ帯水層の1・部から汲み上けられそしてそ
こえ戻されるように地1ζ水の流れを発生させるステッ
プより構成さJするイ1;水層内の地下水を熱源および
熱貯蔵所として使用する方法。 2 定められた区域に於ける熱交換は地下水と地上にあ
る熱ポンプ間で行われる特許請求の範囲第1項記載の帯
水層内の地下水を熱源および熱貯蔵所として使用する方
法。 3、 前記の定められた区域は前記帯水層の上部と下部
間の井戸内に設けられた水流障壁を経由する通路により
形成され、前記定められた区域での熱交換は地下水と前
記通路内に設置された熱交換機を通過する熱交換液との
間で行われる特許請求の範囲第1項記載の帯水層内の地
下水を熱源および熱貯蔵所として使用する方法。 4、流れる熱交換液と地上にある太陽熱収集器間で熱交
換がさらに行われる特許請求の範囲第3項記載の帯水層
内の地下水を熱源および熱貯蔵所として使用する方法。 5 定められた区域での熱交換が地下水と地上にある太
陽熱収集器間で行われるクレーム1にもとづく方法。 6 帯水層の上部と下部レベル間の井戸内に水流障壁を
設けることによシ上記井戸内で帯水層上部と下部の水と
の混合を防止する過程をさらに持つ特許請求の範囲第1
項記載の帯水層内の地下水を熱源おまひ熱貯蔵所として
使用する方法。 7 前記の定められた流路の出発点は前記水流障壁内に
ある小室よりなる特許請求の範囲第6項記載の帯水層内
の地下水を熱源および熱貯蔵所として使用する方法。 8、地下水の温度が通常では実質的に均一である帯水層
に達しており上記帯水層から水を汲み上げさらに水を帯
水層に戻すだめの導水手段を持っており、この導水手段
は’4:i水層」一部に設置され帯水層上部から水を汲
み上ける取入れ手段、帯水層上部に設i6.され帯水層
上部からの水を帯水層上部へ排出する手段、帯水層下部
に設置され帯水層下部から水を汲み上げる取り入れ手段
、帯水層下部に設置されイ1;水層ト部からの水を帯水
層下部・\排出する手段から構成されでおり、 」1記導水手段を経て導かれた地下水を熱交換するだめ
の手段および 暖かい水を上部に停留させ冷たい水を下部に停留させる
ことにより前記帯水層に於て通常は均一温度である地下
水に選択的に温度差を発生させ対流による水の混合を防
止するために前記帯水層からと帯水層へと前記導水手段
を通る地下水の流れを発生ずる手段より構成され、この
水流発生手段は前記熱交換手段に於いて熱を取り出すべ
き地下水を前記帯水層数り入れ口を経て導水管に導く手
段、前記熱交換手段に於いて熱を吸収した地下水を上部
帯水層排出手段を経て帯水層−に部へ戻す手段、前記熱
交換手段に於て熱を吸収すべき地下水を下部帯水層数υ
入れ手段を経て前nQ導水手段へ導く手段と、前記熱交
換手段に於いて熱を吸収された地下水を下部Y−水層排
出手段を経て下部帯水層へ戻す手段 より構成される単一の井戸穴を用いて帯水層にある地下
水を熱源及び熱貯蔵所として使用する装置。 94水手段は前記帯水層から前記井戸を経て水を汲み上
げ汲み上げだ水を前記熱交換手段へ導く供給ライン手段
及び帯水層から熱交換手段へ導かれた水を熱交換手段か
ら井戸内にある帯水層・\戻ずための戻しライン手段よ
り構成され、上記供給ライン手段は帯水層の」二部と下
部レベル間に於て井戸内に設けられた小室を限定する手
段、帯水層上部から小室へ水を汲み上げるかあるいは帯
水層下部から小室へ水を汲み上げるかを選択的に行うだ
めの弁手段および汲み上けた水を熱交換手段へ導く手段
より構成される特許請求の範囲第8項記載の帯水層内の
地下水を熱源および熱貯蔵所として使用する装置。 IO弁手段は帯水層上部にある水と小室間の水の流路を
開閉するために小室の上部壁に設けられている第−弁と
帯水層下部にある水と小室間の水の流路を開閉するため
に小室の下部壁に設けられている第2の弁より構成され
る特許請求の範囲第9項記載の帯水層内の地下水を熱源
および熱貯蔵所として使用する装置。 11 水流発生手段は供給ライン手段を経て水を汲み」
−ける水中埋め込みポンプ手段より構成される%ポ「請
求の範囲第9項記載の帯水層内の地下水を熱源および熱
貯蔵所として使用する装置。 j2 導水手段は井戸を用いて帯水層から水を汲み上げ
汲み上げた水を熱交換手段に導く供給ライン手段と帯水
層より熱交換手段に導かれた水を熱交換手段から井戸内
の帯水層へ戻す戻し、ライン手段より構成され、上記供
給ライン手段はねじ山の伺いた下端を持っているパイプ
であり、小室限定手段は帯水層の−E部と下部ベル間に
ある井戸穴に設けられており前記パイプのねし山付き下
端を収容するためのねじ山付き穴を上部壁に持ってお・
す、そして水流発生手段は供給ラインを経て帯水層の水
を汲み上げる水中埋め込みポンプより構成され、パイプ
のねじ山付き下端へ水中埋め込みボ/グを取付ける手段
を備えている特許請求の範囲第8項記載の帯水層内の地
下水を熱源および熱貯蔵所として使用する装置。 13、帯水層の上部と下部を経て帯水層に達している井
戸穴、 井戸から地下水を汲み上けそして戻すだめの導水手段、
これは帯水層の上部と下部から水を汲み上げそして戻す
だめに井戸を経て帯水層下部に達している導水手段より
なり、 導水手段を経て流れる帯水層の水を熱交換するだめの熱
交換手段、および 熱が取り出されるべき水と熱を吸収した水が帯水層の上
部からそれぞれ汲み上げられそして上部へ戻されるよう
に導水手段を経て帯水層から水流を発生ずる手段より構
成される装置であり、熱を吸収すべき水と熱が取り出さ
れた水はそれぞれ帯水層下部から汲み上げられそして下
部へ戻され、導水手段は井戸穴を経て帯水層の」二部レ
ベルに達している第一パイプと井戸穴を経て帯水層の下
部レベルに達している第二パイプより構成されており、
水流発生手段は井戸穴を経て帯水層の上部から水を汲み
」−は熱交換手段へ水を供給し熱交換手段から帯水層」
二部へ戻された水からエネルギーを取り出すだめの第一
パイプに接続されている第一ポンプ・タービン手段と井
戸穴を経て帯水層の下部から水を汲み上げ水を熱交換手
段に供給し熱交換手段から帯水層F部へ戻された水から
エネルギーを取り出すだめの第二パイプに接続されてい
る第二ポンプ・タービン手段より構成される帯水層内の
地下水を熱源おまひ熱貯蔵所として使用する装置。 14 熱交換手段は熱ポンプである特許請求の範囲第8
項又は第13項記載の帯水層内の地下水を熱源および熱
貯蔵所として使用する方法装置。 15、熱交換手段は熱が交換されるべき囲いの周面に帯
水層の水を循環させるための配管設備より構成される特
許請求の範囲第8項又は第13項記載の帯水層内の地下
水を熱源および熱貯蔵所として使用する装置。 16 帯水層の上部を経て帯水層の下部に達する井戸穴
、 帯水層の上部と下部間の井戸内に設置され帯水層の上部
と下部レベルに於ける水の混合を阻止するだめの障壁手
段、 井戸内の帯水層上部と下部間を水が流れるように障壁内
に設けられた流路を決める手段、流路を通る帯水層の水
を熱交換するためK11f、路内に設−置される熱交換
手段および 熱交換手段との接触により熱が取シ出されるべき水と熱
を吸収すべき水がそれぞれ帯水層上部から流れ出しそ]
7て上部−\流れるようにし、そして熱交換手段との接
触により熱を吸収すべき水と熱が取り出される水がそれ
ぞれ帯水層下部から流れ出し下部へと流れるように水流
を発生させる手段よ抄構成される帯水層内の地下水を熱
源および熱貯蔵所として使用する装置。 17 熱交換手段は熱交換液を通すだめの手段と熱交換
液と熱交換するために地上に設置された熱交換手段より
構成される特許請求の範囲第16項記載の帯水層内の地
下水を熱源および熱貯蔵所として使用する力法装置傭。 18 熱交換手段は熱交換すべき囲まれた区域の周面に
熱交換液を循環させるだめの配管設備より構成される特
許請求の範囲J−17項記載の帯水層内の地下水を熱源
おまひ熱貯蔵所として使用する方法装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59033054A JPS60178250A (ja) | 1984-02-23 | 1984-02-23 | 帯水層内の地下水を熱源および熱貯蔵所として使用する方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59033054A JPS60178250A (ja) | 1984-02-23 | 1984-02-23 | 帯水層内の地下水を熱源および熱貯蔵所として使用する方法および装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60178250A true JPS60178250A (ja) | 1985-09-12 |
Family
ID=12376044
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59033054A Pending JPS60178250A (ja) | 1984-02-23 | 1984-02-23 | 帯水層内の地下水を熱源および熱貯蔵所として使用する方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60178250A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH048052U (ja) * | 1990-05-08 | 1992-01-24 | ||
JP2008292030A (ja) * | 2007-05-23 | 2008-12-04 | Eco Power:Kk | 地中熱利用システム |
JP2010117081A (ja) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Toho Chisui Kk | 地下水熱交換方法と地下水熱交換装置 |
JP4897934B1 (ja) * | 2011-06-17 | 2012-03-14 | 博明 上山 | 流路切換式地熱水循環装置 |
JP2012087976A (ja) * | 2010-10-19 | 2012-05-10 | Sumitomo Fudosan Kk | 地下水利用熱交換システムおよび地下水利用熱交換設備 |
JP2013002806A (ja) * | 2011-11-07 | 2013-01-07 | Hiroaki Kamiyama | 流路切換式地熱水循環装置 |
JP2013213522A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-17 | Sekisui Chem Co Ltd | 配管継手及びこれを用いた配管システム |
JP6067173B1 (ja) * | 2016-09-30 | 2017-01-25 | 俊一 田原 | 地熱交換器および地熱発電装置 |
JP2022042582A (ja) * | 2020-09-03 | 2022-03-15 | 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 | 注水制御システム、地中熱利用システム、制御装置、制御方法、及びプログラム |
-
1984
- 1984-02-23 JP JP59033054A patent/JPS60178250A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH048052U (ja) * | 1990-05-08 | 1992-01-24 | ||
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