JPS63189743A - 地下熱エネルギ−の活用法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は地下の非帯水層に蓄えられている熱エネルギー
を屋根融雪や道路消雷などに利用する地下熱エネルギー
の活用法に係るものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕

地下の地層は、地下水の有無によって次の２つに区分で
きる。

・地下水面より下方の飽和帯・・・・・・・・・帯水層
・地下水面より上方の不飽和帯・・・・・・非帯水層こ
の帯水層内の地下水を直接汲み上げて屋根融雪や道路消
雷などに利用することは文献を提示するまでらなく、常
用されていることで、非常に秀れた成果をあげているが
１０反面使用地下水量の増加に伴って地下水の水位低下
や地盤沈下の現象が生じ、この解決が大きな問題となっ
ている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、地盤沈下の生じない地下熱エネルギーの活用
に係るもので、地下の帯水層上部の非帯水層に蓄えられ
ている自然の熱エネルギーを空気を媒体として地上に取
り出し、この空気を温熱源又は冷熱源として利用するこ
とを特徴とするものである。

〔作用〕

帯水層は、土粒子の間隙（通常砂礫層中では１０〜３０
％）が地下水によって満たされているが、非帯水層は土
粒子の間隙が空気によって満たされている。

通常地下においては、地表にくらべて温度の変化が小さ
く、年間を通じて１３℃前後で安定している。

このため、地下水も年間を通して温度変化が少なく、１
０℃〜Ｉ５°Ｃ程度を維持する為夏は冷房・冷却用の冷
熱源とし、冬は暖房・消雷用等の温熱源として一般に広
く利用されている。

ところで、地下の帯水層中においては、地下水が帯水層
の全容積に占める割合は通常１０〜３０％程度で、残り
の７０〜９０％は土粒子が埋めている。

仮に、 ・水の体積熱容量　　　１０００ｋｃａＱ／　ｙ、３−
　℃・土粒子の体積熱容量　５５０＆ｃａρ／り３・℃
・帯水層の間隙率　　　０．３（３０％）とすると、 帯水層１ｆｆ３の熱容量は、土粒子と水の熱゛容量の体
積比率を考慮した平均で、 ０ＪＸ１０００＆ｃａ（／Ｒ３・’Ｃ＋（１−０，３）
Ｘ５５０ｋｃａｌ！／ｉ３・’Ｃ井７００ｋｃａｆ２／
ｚ３・’Ｃ −６８５ｋｃａ１２　／　、、、７００ｋｃａＱ　、、
。

となる。

この時、土粒子と水の熱容量の比率は （水の熱容量）：（土粒子の熱量ｆｆ１）−〇、３Ｘ１
０００＋（１−ＯＪ）ｘ５５０＝３００＋３８５ となる。

すなわち、地下の帯水層中においては、地下水の水温と
して蓄えられている熱より多くの熱量が土粒子の温度（
顕熱）として地下に存在しているのである。

同様な理論は非帯水層についても成り立う。

非帯水層特に帯水層に近い非帯水層（不飽和層）の土粒
子には、先に試算に示したように、同体積の帯水層中の
地下水の熱エネルギーに匹敵する顕然エネルギーが蓄え
られていることになる。

従来、地下水面より下の飽和帯においては、井戸を設け
て地下水を汲み上げることによって、地下水熱及び土粒
子の熱エネルギーを水を媒体として取り出すことが可能
であった。

しかし、地下水面より上の不飽和帯においては、地下水
という熱の媒体が存在しないため、この部分の熱エネル
ギーを効率よく取り出すことが困難とみられ、熱的な利
用はほとんど行なわれていなかった。

本発明においては、この不飽和帯の土粒子に蓄えられた
熱エネルギーを地下水の代わりに空気という媒体を用い
て効率良く集め、低コストｆｉ自然熱源に利用しようと
するもので、従来の地下に砂利等を埋設して人工的な蓄
熱槽を作り、そこに温風あるいは冷風を通して、温熱・
冷熱を蓄え、各種の熱源として利用するというような小
規模なものはなく、自然の大地の不飽和帯の顕熱を取り
出してを利用しようとする大容量熱利用システムに関す
るものである。

〔実施例〕

本発明は、第１図に示すように、地中に設置された集気
装置ｌと、空気とを吸い出すためのポンプ２から構成さ
れる。

集気装置１としては有孔管、金網筒、育底筒その他土壌
中の空気を吸い込み得る構造のものなら何でも良い。

さらに、地下に埋設された下水道管、電線管等の空隙部
を有する既存の地下埋設施設も、集気装置として利用す
ることかできる。

また、ポンプ２は吸排気用の各種のエアーポンプが利用
できる。

次に応用例として本発明を消融雪用熱源として利用した
場合の実施の一例を第６図に基づいて説明する。

地下の非帯水層中に設けられた下部が地下水面に近いか
又は届く程度に深く埋設した集気スクリーン７により１
０〜１５℃の空気を集め、この温風をエアーポンプ８に
より融雪部分に送風する。

例えば道路９の舗装置０の下に埋設された通気性の多孔
質媒体ｌｌ中に埋設管１２介して前記温風を通し、舗装
置０を加温して積もった降雪を融雪する。

また、屋根雪処理としては、屋根１３の上に敷かれたナ
イロン布等の半通気性の素材でできたエアーバック１５
に、前記温風を送り込み、エアーバック１５から上方に
わずかづつしれる温風熱によって降ってくる雪を融かず
ことが可能である。

また、屋根１３上にエアーバックＩ５の代わりに温風放
出管やその他の温風を利用して融雪する装置を配設し、
融雪する方法を採用しても良い。

また、第７図のように前記の集気スクリーン７の代わり
に、すでに市街地などに埋設されている下水道管等の既
存施設置６を集気・集熱装置として利用することも可能
である。

ある地点の下水道のマンホールから地温と殆ど同じ温度
（１０〜１５℃）に温まっている空気を吸い出し、前記
したように、舗装置０の下に埋設した通気性の多孔質媒
体１１若しくは埋設管１２内を通し、路面を間接的に加
温し、路面上の融雪を行う。

下水道等の地下バイブラインの場合、一箇所のマンホー
ルから空気を汲み上げると、他のマンホールから新たな
空気か流入するため下水管内が真空になるような問題は
なく、連続的な温風の取り出しが可能である。

図中符号１４は熱交換器である。

〔発明の効果〕

本発明は従来利用困難であった地下の土壌粒子の持つ温
熱あるいは冷熱を空気を媒体として取り出し、温風ある
いは冷風の形で供給することかできるから次のような特
長を有する。

１　空気を媒体としているため、地下水のように過剰揚
水による木枯れや地盤沈下という問題が生じない。

２　空気を媒体としているため、井戸の目づまりの問題
が少なく維持管理が容易である。

３　空気の単位体積当たりの熱容量は、水にくらべて小
さいため同量の熱量を得るためには地下水に比べ大容積
の空気を必要とする。

このため、ポンプ２の口径や送風管の径が地下水の場合
に比べて太くなるが、空気は軽い為、地下水と同じ熱量
を得るのに必要なエアーポンプの動力は同じ熱量の地下
水を汲み上げるのに必要な揚水ポンプの動力とほぼ同じ
である。

従って、ランニングコストは、地下水を熱源として汲み
上げる場合と概略同じである。

４　空気の強制注入、あるいは強制排気により蓄熱を人
為的に容易に行うこともできる。

水を媒体として、地下に熱を蓄える場合、水の注入時に
帯水色中で生じる目づまりが大きな問題となっている。

空気を媒体とした場合、第２図のようにボンプを送風ポ
ンプ３とし、集気装置１にエアーフィルター４を介して
強制的に空気を注入する方法、また第３図のように吸排
気ポンプ５で強制的に吸引することにより地表面の空気
を地中に浸透せしめる方法、第４図のように第３図の方
法に更に吸入装置６を設ける方法で容易に蓄熱も行える
。

空気を地中に注入する場合には酸欠事故に対する配慮が
必要である。

５　本発明は単独にしても機能を発揮するが、複数の装
置を組み合わせたり、地下での吸・排気のバランスをと
れば、より効率の良い運転も可能で、第５図は２本の空
気採集井戸による吸・排気システムの例示したもので、
熱交換器１４により温風を作り、温水利用個所まで送風
する。

６　地下水の過剰揚水により地下水の水位低下の著しい
地域において、本発明は特に有効である。

地下水位が下がるとその分草飽和帯の厚さが増し、採集
空気量が多く取れる。

【図面の簡単な説明】

第１．２，３，４．５図は本発明の集気装置の説明図、
第６．７図は本発、明の実施応用例の説明図である。 昭和６２年１月３１日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 地下の帯水層上部の非帯水層に蓄えられている自然の熱
   エネルギーを空気を媒体として地上に取り出し、この空
   気を温熱源又は冷熱源として利用することを特徴とする
   地下熱エネルギーの活用法。