WO2007061017A1

WO2007061017A1 - 温度調節システム

Info

Publication number: WO2007061017A1
Application number: PCT/JP2006/323365
Authority: WO
Inventors: Toko Hashimoto
Original assignee: Geo Power System Co., Ltd.
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2007-05-31
Also published as: JP2009036382A

Abstract

　地中と地上の間で地下水を循環させて地上環境の家屋や建造物の温度調節を行うに際して、井戸の掘削費用を大幅低減でき、かつ地上から帰還した使用済み地下水を汲み上げた地下水温度に回復させて循環使用できる温度調節システムを提供する。　地下水（３）を貯留する汲み上げ井戸（２）と、この汲み上げ井戸（２）から前記地下水（３）を汲み上げるポンプ（４）と、このポンプ（４）によって汲み上げられた前記地下水（３）を放出する放水部（１２）と、前記放出された地下水（３）を回収する回収部（１３）と、この回収部（１３）において回収された前記地下水（３）を地下に返還するための還水井戸（１７）とを有する。

Description

温度調節システム

技術分野

[0001] 本発明は、地上及び地下環境との間で、地下水を循環させ、熱交換を行うことで地上環境における家屋やビルなどの建造物の温度調節の負荷を低減可能な温度調節システムに関する。

背景技術

[0002] 地下水は、地上における温度に比較すると、夏季冷たぐ冬季暖かいという特徴を有している。近年、この地下水の持つ冷熱や温熱を利用して、建物の温調や融雪、温室栽培に使用されるようになってきている力汲み上げた地下水はそのまま放流すると地下水の枯渴を招き、地盤沈下や地盤陥没等の問題を引き起こしてしまう。そこで、最近は、汲み上げた地下水を再び地下に還水することが検討されている。特許文献 1には、「地下水熱利用のウォーターチューブノヽウス」として、地下水脈に達する汲み上げ用の井戸と還水用の井戸を、それぞれ 1基掘削して、汲み上げた地下水を汲み上げ地下水と同レベルの地下水脈に還水させながら、地上の建物ゃノ、ウスの室温を調整する技術が開示されて、る。

このようなウォーターチューブノヽウスによれば、大地の地中温度と同じ温度である地下水をポンプで揚水し、ハウスの外壁層内を循環させ、室内の温度を地下水温に近づけることができるというものである。一定量循環している間は、 15°C前後に保たれるので、夏は涼しぐ冬は暖力べ室温を保つことが可能である。

特許文献 1 :特開 2004— 222712号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] し力しながら、特許文献 1に開示されるような発明においては、還元井戸 10から還元される地下水 3の温度は、供給される地下水 1の温度よりも例えば夏であれば温度が上昇しているため、図 2に示されるように取水用の水中ポンプ 4の位置と、還元井戸 10の出口が近い場合には、次第に供給される地下水 1の温度が上昇してしまう。揚水される地下水の温度を 15°C前後に一定に保っためには、給水井戸 9と還元井戸 10をある程度の距離離すか、あるいは、井戸を水量の豊富な地下水脈深くまでボ一リングして設けるかの必要がある。

ところが、地下水脈まで達する井戸は地下十数メートル以上の深さを掘る必要があり、これを 2基掘ることは、多大な労力と時間及び高額なボーリング費用が必要となり、現実的には実現が困難である。

[0004] 特許文献 1の発明では、確かに地下水の枯渴と地盤沈下は防止できるが、掘削費用が極めて多大であり、経済的な理由で採用することはきわめて困難である。また、地下水脈まで掘削したとしても、長期使用すると地下水温度は上昇あるいは低下する傾向は否めず、つまり、夏季は本来の温度よりも高くなり、冬季は低温化する傾向に有り、冷熱源、温熱源として利用するメリットが弱まってしまうこともある。また、給水井戸と還元井戸が近い場合には、地下層による浄ィヒ作用が小さぐ汚れた地下水がそのまま還水されるので、地上における装置を構成する配管や熱交換器内部の汚れも課題となっていた。

以上のことから、地下水を冷熱源、温熱源として経済的、恒常的に使用するためには、井戸の掘削費用を大幅低減することと、地下水温度を恒常的に一定にすることが必須条件であると鑑み、本願発明者は鋭意研究開発を行うことで、本願発明に至つたものである。

本発明の目的は、地中と地上の間で地下水を循環させて地上環境の家屋や建造物の温度調節を行うに際して、井戸の掘削費用を大幅低減でき、かつ地上から帰還した使用済み地下水を汲み上げた地下水温度に回復させて循環使用できる温度調節システムを提供することである。

課題を解決するための手段

[0005] 本発明の請求の範囲 1項に記載の温度調節システム（1)は、地下水（3)を貯留する汲み上げ井戸（2)と、この汲み上げ井戸（2)から前記地下水（3)を汲み上げるボンプ (4)と、このポンプ (4)によって汲み上げられた前記地下水（3)を放出する放水部（ 12)と、前記放出された地下水（3)を回収する回収部（13)と、この回収部（13)において回収された前記地下水（3)を地下に返還するための還水井戸（16)とを有するものである。

このように構成される温度調節システムでは、地下に存在する一定温度の地下水をポンプで汲み上げることによって、冬季では地上の気温よりも高ぐ夏季では地上の気温よりも低い地下水の温熱や冷熱を利用するという作用を有する。

また、放水部は地下水を放出し、放出された地下水が地上環境で流れることで熱交換を行い、その後に別に設けた回収部がその地下水を回収するように作用する。さらに、還水井戸は、回収部で回収された地下水を導いて地下に返還するという作用を有する。

[0006] 本発明の請求の範囲 2項に記載の温度調節システム（1)は、地下水（3)を貯留する汲み上げ井戸（2)と、この汲み上げ井戸（2)から前記地下水（3)を汲み上げるボンプ (4)と、地上において外気 (9)を導入する送風機 (5)と、この導入された外気 (9)と前記汲み上げられた地下水 (3)との間で熱交換する熱交換器 (6)と、この熱交換器（ 6)におヽて熱交換された外気 (9)を放出する給気部（ 10)と、前記熱交換器 (6)において熱交換された前記地下水（3)を地下に返還するための還水井戸（16)とを有するものである。

このように構成される温度調節システムでは、請求の範囲 1項に記載される発明と同様に、地下に存在する一定温度の地下水をポンプで汲み上げることによって、冬季では地上の気温よりも高ぐ夏季では地上の気温よりも低い地下水の温熱や冷熱を利用する t ヽぅ作用を有する。

また、送風機は地上温度の外気を吸入し、熱交換器は、この外気と汲み上げられた地下水との間で熱交換を行い、給気部は、冬季には加熱された外気を、夏季には冷却された外気を供給するという作用を有する。

還水井戸は、熱交換された地下水を地下に返還するように作用する。

[0007] 本発明の請求の範囲 3項に記載の温度調節システムは、請求の範囲 1項又は請求の範囲 2項に記載の温度調節システム（1)において、前記汲み上げ井戸（2)は、地下水脈（19)に到達するように設けられる一方、前記還水井戸（16)は、前記汲み上げ井戸（2)よりも浅ぐ地下水脈（19)に到達しないように設けられ、前記地下に返還される前記地下水（3) (以下、還水（18)という。）は、地中を拡散浸透して前記汲み上げ井戸（2)に帰還あるいは前記汲み上げ井戸（2)の地下水脈（19)に帰還するように構成されるものである。

このように構成される温度調節システムでは、還水井戸が、汲み上げ井戸よりも浅く、地下水脈に到達しないように設けられ、熱交換を終えた還水を地中で拡散浸透させるように作用する。

[0008] 本発明の請求の範囲 4項に記載の温度調節システムは、請求の範囲 1項乃至請求の範囲 3項のいずれか 1項に記載の温度調節システム（1)において、前記地下の土壌の透水速度が 0. 13mZhr以上であるものである。

このように構成される温度調節システムは、土壌の透水速度が 0. 13mZhr以上であることで、還水が地下へ十分に浸透するという作用を有する。

[0009] 本発明の請求の範囲 5項に記載の温度調節システムは、請求の範囲 1項乃至請求の範囲 4項のいずれか 1項に記載の温度調節システム（1)において、前記還水井戸 (16)の深さが地下 2〜5mの深さであるものである。

このように構成される温度調節システムは、還水井戸の深さが地下 2〜5mの深さであることで、還水が地下へ十分浸透するという作用を有する。

[0010] 本発明の請求の範囲 6項に記載の温度調節システムは、請求の範囲 1項乃至請求の範囲 5項の温度調節システム（1)において、

還水（18)の単位時間当たりの還水量を A (リットル Zmin)、

地下の土壌の透水速度を K (≥0. 13m/hr)

汲み上げ井戸（2)の水温を T (°C)

汲み上げ井戸（2)の地下水（3)の水温と還水温度の差を Δ T (°C)

とし、

還水井戸（16)から地下水脈（19)までの拡散浸透距離と還水井戸（16)から汲み上げ井戸 (2)までの拡散浸透距離のうち、いずれか短いほうの拡散浸透距離を Ym とした時、

Ym≥ a X Δ Τ Χ Α / Κ / (Τ+ Δ Τ/2)

ただし、 aは補正係数（0. 39≥α≥0. 094)

とするちのである。このように構成される温度調節システムは、熱交換を終えた地下水（還水）が、地中において拡散浸透する際に、元々の地下水の温度まで再び十分に熱交換されるという作用を有する。

発明の効果

[0011] 本発明の請求の範囲 1項に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。

）一年中一定温度（₁₅°c前後）を保つ地下水を汲み上げて利用することで、地上の温度が低い冬季には、地下水を温熱源として、地上の温度が高い夏季には、地下水を冷熱源として利用することができ、地上環境における温度調節の負荷を低減することが可能である。

(2)地下水を利用して再び地下に返還するため、環境に対する負担も少なくすることが可能である。

(3)地熱のもつ自然エネルギーで使用済みの地下水温度を元の温度に回復させることができ、省エネ効果は極めて大である。

(4)放水部と、放出された地下水を回収する回収部の間には、熱交換を行う様々な構成要素を配置することが可能であり、温度調節のための自由度が高い。例えば、建造物の屋根の上部側に放水部を設置し、屋根の下部側に回収部を設置することで、夏季では屋根に発生する熱を冷却することが可能であり、すなわち、屋根自体をあた力も熱交^^として利用可能である。また、側壁の上部側と下部側にそれぞれ放水部と回収部を設置することによれば、側壁が熱交^^の機能を発揮することになる。あるいは、道路や公園などの地上においても、放水部と回収部を設けることは可能であるため、屋外においても気温の調整が可能であり、このような屋外の気温調整も含めて、地上環境における温度調節のための自由度を高くすることが可能である。

(5)動的機器がポンプのみと少ないため、初期の設備投資費用が少なぐ故障の少な、温度調節システムを提供することができる。

[0012] 本発明の請求の範囲 2項に記載の発明によれば、請求の範囲 1項の発明の（1)、 ( 2)、（3)の効果に加えて、以下のような効果を有する。

(1)外気と地下水を熱交換させることで、家屋やビルなどの建造物の空調設備として禾 IJ用することがでさる。

(2)外気という気体を利用するため、除熱あるいは加熱の対象となる場所や空間を選ばず、温度調節システムとしての用途を広く設定することができる。

(3)外気を取り入れることで、換気も可能である。

(4)動力部は、ポンプと送風機のみであり、故障の少ない温度調節システムを提供することがでさる。

[0013] 本発明の請求の範囲 3項に記載の発明によれば、請求の範囲 1項あるいは 2項に記載の発明の効果に加えて、以下のような効果を有する。

(1)汲み上げ井戸を地下水脈に到達するような深さまで掘削する一方、還水井戸は汲み上げ井戸よりも浅くすることで、掘削コストを低減することができる。還水井戸の深さは深く掘削しなくとも、還水は、地下を拡散浸透する際に、地中における地中熱との熱交換によって、当初の地下水の温度にまで回復することができるのである。

(2)還水井戸の掘削時間を短縮することができると同時に、掘削のための労力を低減することができる。

[0014] 本発明の請求の範囲 4項に記載の発明によれば、請求の範囲 1項乃至請求の範囲 3項のいずれかに記載の発明の効果に加えて、以下のような効果を有する。 (1)地下の土壌の透水速度が 0. 13mZhr以上であることから、地下への還水の拡散浸透が十分に図れ、もって、地下熱との熱交換を円滑に実行することができる。

[0015] 本発明の請求の範囲 5項に記載の発明によれば、請求の範囲 1項乃至請求の範囲 4項のいずれかに記載の発明の効果に加えて、以下のような効果を有する。 (1)還水井戸の深さが地下 2〜5mの深さであることから、地下水脈まで達する深い井戸を掘削することなぐ汲み上げ井戸の深さに比較して浅ぐ掘削労力や掘削時間を低減することができると同時に、掘削コストの低減を図ることができる。

[0016] 本請求の範囲 6項に記載の発明によれば、請求の範囲 1項乃至請求の範囲 5項のいずれかに記載の発明の効果に加えて、以下のような効果を有する。

(1)還水井戸力地下水脈までの拡散浸透距離と還水井戸力汲み上げ井戸までの拡散浸透距離のうち、 Vヽずれか短ヽほうの拡散浸透距離を Ymとして、

Ym≥ a X Δ Τ Χ Α / Κ / (Τ+ Δ Τ/2) ただし、 aは補正係数（0. 39≥ a≥0. 094)

を満足するような距離をとることで、熱交換を終えた還水の地下における拡散浸透を十分に図り、また、地中熱との熱交換も十分に図ることができる。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は本発明の基礎となった技術思想の原理を表した模式図である。

[図 2]図 2は実施の形態に係る温度調節システムの構成図である。

符号の説明

1 温度調節システム

2 汲み上げ井戸

3 地下水

4 ポンプ

5 送風機

6 熱交換器

7 ダクト

8 配管

9 外気

10 給気部

11 建造物

12 放水部

13 回収部

14 屋根

15 地上

16 還水井戸

17 吸着剤層

18 還水

19 地下水脈

Y1 拡散浸透距離

Y2 拡散浸透距離 Ym 還水井戸から地下水脈までの拡散浸透距離と還水井戸から汲み上げ井戸までの拡散浸透距離のうち、いずれか短いほうの拡散浸透距離

補正係数

発明を実施するための最良の形態

[0019] 本発明の実施形態の詳細説明に先立って、先ず本発明の基礎となる技術思想と原理を図 1の模式図で説明する。

図 1に示す模式図は、本発明の基本原理を示すものである。本発明では、地下から井水を汲み上げて、地上で放熱し、放熱後に、地下浸透させることで、地下において集熱し、再度、井水として汲み上げるというようなサイクルを繰り返すものである。図 1 においては、地上で放熱し、地下で集熱するサイクルを示している力逆に、地上で集熱し、地下で放熱するサイクルでも成立する。

このようなサイクルは、地下水を熱媒体とする熱交換サイクルではある力考え方によっては、あた力もヒートポンプのような作用を有するとも考えられる。

ヒートポンプとは周知のように「熱のポンプ」のことであり、一般的に低位の水を高位まで送るのと同様に、低温の熱溜から高温の熱溜まで (あるいは逆に高温の熱溜から低温の熱溜まで)熱を送り出す装置である。この場合の必要動力は低温側と高温側の温度差に関係するので、熱媒体の加熱'冷却には地中熱を利用した方が外気を使用する場合に較べて温度差が少ないために、遥かに経済的になる利点がある。従って、本発明においても、温度の安定している井水をポンプで汲み上げ、地上環境にある熱使用設備に利用して熱交換 (例えば、放熱あるいは集熱)させ、温度変化の生じた使用済み井水を地下浸透させて再び地中熱で熱交換 (例えば、集熱あるいは放熱)することによれば、経済的で環境に安全で負荷の少な、熱循環するシステムを提供することが可能なのである。

このシステムにおいては熱媒体として地下水を利用する力季節変化に応じて地上部では外気（主に太陽熱）の自然エネルギーで加熱 '冷却がなされ、地下部では地中熱の自然エネルギーよって再生熱交換 (再冷却'加熱）を行うことができる地球規模の温度調節システムと考えることができる。

[0020] 本発明は、上述の技術思想を原理とする地中熱と地下水を利用した地上環境における温度調節システムであり、以下にその実施の形態について説明する。

地下から汲み上げて熱利用した使用済みの地下水（還水）は、夏季は汲み上げた時の温度よりも高ぐ冬季は低温ィ匕している。この使用済み地下水を地中浸透させると、地中に拡散、浸透する過程で、地中熱と熱交換されて、ほぼ地中温度に回復する。

地中温度と地下水の温度は四季を通じてほぼ一定しているために、還水は本来の地下水温度に回復する。

因みに、地中温度と地下水の温度には地域差があり、本州地域では概ね 15°C前後、北海道等の寒冷地では、 12°C前後、九州南部、沖縛等の南の地域では、 18°C 前後であるが、いずれの地域においてもほぼ四季を通じて一定であり、地熱と地中温度はほぼ同じである。

[0021] 拡散浸透する還水を地中熱で効率よく安定的に熱交換するためには、先ず地中熱が四季を通じて地下水と同等温度に安定していることが必須である。そのためには、還水を拡散浸透させる地中の深さ、つまり還水井戸の中の、還水の液面水位は、地下 2m以上の深さが最も好ましぐ還水井戸の底の深さは、 5mまでの深さが最も好ましい。

液面深さ 2m以上が最も好ましいのは、地下の温度は 2m以上の深さでは、四季を通じてほぼ安定しているためである。 2m未満の深さでは、大気温の影響を受けてかなり高い温度で変動しており熱交換効率が変動して一定しないので、還水井戸と汲み上げ井戸までの距離 (還水の地中拡散浸透距離)をより離す必要がある。

[0022] 一方、地下 5mまでの地中温度は、夏は地下深度 10m以上の地中の平均気温よりも更に低い温度になり、そして冬は同じく地下深度 10m以上の地中の平均気温よりも更に高い温度になるので、地下 5m以下の地中熱を利用して熱交換すると、地下深度 10m以上の地中熱を利用して熱交換するよりも、熱交換がより効率的になる。井戸の掘削経費の観点からも、地下深度 10m以上を掘削する場合に較べて地下深度 5mまでの掘削経費は格段に経済的であるので、還水井戸の底の深さは地下深度 5mまでが最も好ましい。要すれば、還水井戸の深さは 2〜5mの深さが最も好ましい。 [0023] 外に汲み出した使用済み地下水は、大気中の塵芥や有害物質に汚染されることもあり、そのまま還水井戸に戻すと地下水脈に有害物質が蓄積されてくる。

従って、還水は直接井戸に還すのでなくて、いったん濾過浄ィ匕して地下に還すことが好ましい。

濾過浄化の方法は、大きな介在物力小さなものまで分離できるように、多段に配置するほうが好ましい。濾過後、炭 (活性炭含む）、ゼォライト、トルマリン等の吸着剤の槽を通過させて、水中の有害物質を吸着、除去する。

[0024] 本発明の地上環境における温度調節システムは、地下水の持つ顕熱および潜熱を利用して屋内、屋外環境の温度調節を行うものであればいかなる用途にも使用できる。

即ち、家屋、ビル、建築物全般の屋根、屋上に散水あるいは屋根、屋上に植物を植栽、緑化して、屋根、屋上の過昇温を防いで、家屋、ビル、建築物全般の屋内の過昇温防止する用途、あるいは、地下水を循環させた熱交換器に空気を通して屋内空調する用途、あるいは屋外にあっては、上記地下水を道路の下に循環させて道路環境の温度を調節する用途等、もろもろの用途に使用できる。

[0025] 汲み上げた地下水は、使用中に蒸発、漏出、溢れ出し等のロスもあり、 100%還水井戸に帰還しないが、帰還した使用済み地下水が還水井戸力溢れ出して外に流れ出ないようにするためには、還水量よりも、地中への拡散浸透量を大きくしなければならない。

還水の拡散浸透量は、還水帰還井戸の還水の液面力井戸の底までの地面との接触面積、つまり拡散浸透面積と比例するので、還水量に応じて拡散浸透面積が過不足にならな、ように設計する。

[0026] 必要な拡散浸透面積は、井戸の直径と深さを加減して、あるいは井戸の本数を増やすことでち調整することができる。

[0027] 還水した地下水と汲み上げた地下水の温度差を考慮した時、地下水を恒常的に循環利用するためには、その温度差がゼロになるように土壌への拡散浸透させる必要がある。

その温度差は地中拡散浸透距離で変化する。つまり拡散距離が長いほどより汲み上げた地下水温度に近づく。

[0028] 還水を、汲み上げた地下水温度に回復させるための拡散浸透距離、つまり還水井戸での地下水脈までの拡散浸透距離、ある、は還水井戸から汲み上げ井戸までの拡散浸透距離のヽずれか短ヽほうの拡散浸透距離を Ymとした時、 Ym値にっヽての一般式は下記のようになる。

拡散浸透距離 Ym= a X Δ Τ Χ Α/ Κ/ (Τ+ Δ Τ/2)

ただし、 αは補正係数（0. 39≥α≥0. 094)

ここで、 Δ Τは還水井戸における地下水と汲み上げた地下水の温度差 °C、 Aは水量 (リットル Zmin)、 Tは拡散浸透後の地下水温度 (°C)、 Kは土壌の透水浸透速度（ mZhr)である。土壌の透水浸透速度は土壌の性状によって値が異なる。因みに粘土は 0. 001m/hrである。

還水を地下浸透させる土壌の透水速度は、 0. 13mZhr以上が好ましい。この 0. 1 3mZhrという下限値未満では、浸透速度が遅いために、還水の循環使用が困難になるためである。

[0029] 以下、具体的に図 2を参照しながら発明の実施の形態について説明する。

図 2は、本実施の形態に係る温度調節システムの構成図である。

本実施の形態に係る温度調節システムでは、還水井戸から地下水脈までの拡散浸透距離 (Y1)、あるいは還水井戸から汲み上げ井戸までの拡散浸透距離 (Y2)の、ずれか短!、ほうの拡散浸透距離を最低限必要な拡散浸透距離 (Ym：井戸の離隔距離）としている。

図 2において、本発明の実施の形態に係る温度調節システム 1は、地下に存在する地下水脈 19に到達するように掘削された汲み上げ井戸 2から、地下水 3を地上 15に設置されるポンプ 4によって汲み上げる。汲み上げられた地下水 3は、配管 8によって、地上 15に建設された一般住宅やビルなどの建造物 11の屋根 14まで送水され、屋根 14の上部側に設置される放水部 12から、屋上において散水される。散水された地下水 3は、屋根 14を伝って下方へ流れ、屋根 14の下部側へ設置された回収部 13に流れ込む。

屋根 14を流れる際に、例えば夏であれば、日射によって加熱された屋根 14を、地上の気温よりも低い地下水 3の顕熱、あるいは地下水 3が屋根 14で蒸発することによつて奪われる潜熱によって冷却することができる。すなわち、屋根 14が熱交^^の機能を発揮して、地下水 3との間で熱交換を行うのである。このように屋根 14で熱交換を行うことで、屋根 14の温度を下降させ、もって、建造物 11の内部の温度を下げると V、う効果を発揮するのである。

もちろん、冬季であれば、逆に気温よりも暖かい地下水 3を屋根 14に散水することで、寒冷地では融雪に用いることも可能であるし、屋根 14と地下水 3の間の熱交換によって、夏季とは逆に、屋根 14の表面温度を上昇させ、建造物 11内の温度を上昇させると、う効果があるのである。

[0030] 熱交換を終えた地下水 3は、回収部 13によって集められ、吸着剤層 17を備える還水井戸 16に返還される。

この吸着剤層は、前述のとおり、活性炭を含む炭や、ゼォライト、トルマリン等のうち、適宜 1つを選択あるいは複数を組み合わせて用いるとよい。この吸着剤層 17によつて、水中の有害物質を排除すると同時に、例えば放水部 12から屋根 14を流れる際に、地下水 3が屋根 14で塵や砂などを含んで回収部 13から回収される可能性もあるので、その砂や塵を取り除くことも可能である。

また、汲み上げ井戸 2から配管 8を介してポンプ 4で地下水 3を汲み取る場合にも、配管 8の端部に吸着剤層を設けてもよい。但し、ポンプ 4の吸い込み圧に影響を与えるため、なるべく圧力損失の低、材料や層であることが望ま、。

[0031] また、温度調節システム 1は、ポンプ 4の下流側に熱交換器 6を設けており、送風機 5によって、外気 9を導入し、ポンプ 4によって汲み上げた地下水 3との間で熱交換を行うことで、外気 9を冷却あるいは加熱できるように構成されて！、る。

従って、前述のように、屋根 14における熱交換による建造物 11内部の温度調節の他に、外気 9を送風機 5で建造物 11の内部に導入することによっても温度調節を行うことができるものであり、屋内空調設備として機能するのである。

送風機 5によって導入される外気 9は、熱交翻 6において地下水 3と熱交換を行つた後、建造物 11の内部に配設されるダクト 7を介して、建造物 11の内部に設けられた給気部 10から送風される。冬季は、地上 15の気温よりも暖かな地下水 3が外気 9を暖めることで、送風機 5は建造物 11の内部に温風を供給し、夏季は、逆に地上 1 5の気温よりも冷た、地下水 3が外気 9を冷却して、冷風を供給するのである。

[0032] 図 2においては、 2種類の温度調節メカニズムを同時に満足するような温度調節システム 1として記載している力ポンプ 4によって汲み上げられる地下水 3を、熱交換器 6を設けることなく屋根 14において放水部 12から散水し、回収部 13で回収して還水井戸 16に返還するような構成を備える温度調節システム 1と、ポンプ 4によって汲み上げられる地下水 3を、熱交換器 6を介して直接還水井戸 16に返還するように配管 8を配設しておき、熱交換器 6で送風機 5によって導入される外気 9と熱交換し、外気 9を建造物 11の内部に配設したダクト 7と給気部 10を介して供給する構成を備える温度調節システム 1の両方を個別に実現するものであってもよいことはいうまでもない。

なお、温度調節システム 1を構成する配管 8は、汲み上げ井戸 2の水位以下の部分に挿入されるなどしてポンプ 4へ地下水 3を供給可能に構成され、また、ポンプ 4から熱交換器 6を経て放水部 12まで接続されている。また、放水部 12と回収部 13の間には形成されていない状態を図 2においては表現した力屋根 14や屋上に配管 8を引き回して、放熱あるいは集熱するように構成してもよい。さらに、回収部 13から還水井戸 16の間にも配管 8は設けられている。熱交翻 6を設けない構成の場合には、ポンプ 4力放水部 12へ直接引き回される。

この配管 8は、図 2に示されないが、外気 9を送風機 5によって導入した場合に、屋根 14にお、て放水部 12と回収部 13による地下水の放熱ある、は集熱などの熱交換を行わない場合には、熱交 6を経て、直接還水井戸 16に引き回されるようにしてもよい。

ダクト 7は、建造物 11の外部にその端部を備えており、図 2では室外に設けられているが、建造物 11の内部に設置してもよい送風機 5を経て、さらに、熱交 6を経て、建造物 11の内部に引き回され、室外の端部とは異なる室内の端部に給気部 10 を設けて屋内の空調設備として機能してヽる。

[0033] 次に、還水井戸から地下水脈までの拡散浸透距離 (Y1)、あるいは還水井戸から汲み上げ井戸までの拡散浸透距離 (Υ2)の、ずれか短、ほうの拡散浸透距離を最低限必要な拡散浸透距離 (Ym：井戸の離隔距離)とすることにつ、て説明する。図 2において、還水井戸 16から地下水脈 19までの距離を拡散浸透距離 Y1とし、還水井戸 16から汲み上げ井戸 2までの距離を拡散浸透距離 Y2とする。地上 15にて熱交換を終えた使用済みの地下水 3は、還水井戸 16に返還され、還水 18として地下で拡散浸透するが、その際の還水 18の拡散浸透は、極端に言えば、先の拡散浸透距離 Y1と拡散浸透距離 Y2で表現される距離を浸透する 2通りがあると考えられる。すなわち、還水井戸 16から汲み上げ井戸 2に到達している地下水脈 19まで浸透するルートと、還水井戸 16から汲み上げ井戸 2までのルートである。もちろん、この中間の浸透ルートも考えられるが、この拡散浸透距離 Y1と拡散浸透距離 Y2の距離の間に含まれるので、この 2つの距離を考えるものである。

この 2通りの距離のいずれか短い方の距離において、熱交換を終えて、還水される地下水の昇温分を放熱あるいは集熱する必要がある。この昇温分を地下の拡散浸透によって吸収し、地下水の備える一定温度に回復させることで、循環型の温度調節システムとして成立するのである。

図 2に示されるような場合であれば、常に拡散浸透距離 Y1が拡散浸透距離 Y2よりも短くなるが、地下水脈 19の分布状況によっては、拡散浸透距離 Y1が拡散浸透距離 Y2よりも長くなる可能性もある。

本実施の形態によれば、このように汲み上げ井戸 2と還水井戸 16を拡散浸透距離 Y1あるいは拡散浸透距離 Y2ほど離隔させることで、十分な還水 18の浸透拡散によつて、放熱あるいは集熱を円滑に行い、また、再利用される地下水に回復させることが可能である。

[0034] なお本発明は平常時の土壌の吸着性能を基準にしたものであり降雨量が多ぐ井戸水が溢れる場合は、適用しがたい。この様な場合は、バイノス回路を設けて還水井戸に水が流れ込まな、ように設計することも必要である。

[0035] (実施例 1)

恒常的に地下水を循環使用するための拡散浸透距離を推定する数式 (実験式)を導出したので、その式について説明する。

熱設備で使用済みの還水を地下浸透させて恒常的に循環使用するための拡散浸透距離 Ymと土壌の透水 Kと間には一般式として下記の関係式が成り立つ。

拡散浸透距離 Ym= a X Δ Τ Χ Α/ Κ/ (Τ+ Δ Τ/2)

ここで、 Δ Τは還水した地下水と汲み上げた地下水の温度差 (°C)、 Αは水量 (リットル Zmin)、 Tは拡散浸透後の地下水温度 (°C)、 Kは土壌の透水浸透速度 (mZhr) であるが、 αは地下浸透させる土壌の性質 (例えば、土壌の比重、土壌の比熱)や還水と土壌の接触面積 (例えば、還水井戸の径ゃ深さ)などに依存する補正係数である。

山口県地区における下記の実験例から、補正係数 exを求めた。

(例 1)

15°Cの地下水を 8リットル Zminの割合でポンプで汲み上げてラジエーター（プレ一トフインタイプの水と空気の熱交換器）に通水して 30°C空気の熱交換を数時間行つた。処理水温が 10°C上昇した。この処理水を 2. 5m離れた位置の還水井戸に回収して地下浸透させた。

この地区における土壌の透水速度の測定値は 0. 15mZhrであり、処理水は井戸に溜まることなく地下浸透して、つた。

この実験結果と上述の一般式より、補正係数 αを求めると αの値は 0. 094であつた。

(例 2)

地下水の水量を 16リットル Zminに増加して、例 1と同様に実験を行った。処理水温が同様に 10°C上昇した。この処理水を還水井戸の距離を替えて 6. Om離れた位置の還水井戸に回収して地下浸透させたところ、処理水は井戸に溜まることなく地下浸透していった。

この実験結果と上述の一般式より、補正係数 αを求めると αの値は 0. 11であった (例 3)

例 2の実験にぉ、て、 15°Cの地下水を 8リットル Zminの割合でポンプで汲み上げて貯水タンクに溜め太陽熱で 20°Cまで加温した。この加温処理水を 6. Om離れた位置の還水井戸に回収して地下浸透させたところ、処理水は井戸に溜まることなく地下浸透していった。

この実験結果と上述の一般式より、補正係数 (を求めると (の値は 0. 39であったこれらの実験結果より、 _αの平均値は 0. 20 (0. 39≥α≥0. 094)であることが判つた ο

以上の結果より、

山口県地区においては、地下水を還水するための拡散浸透距離は下記の実験式で求められる。

拡散浸透距離 Ym=0. 20 X ΔΤΧΑΖ Κ/ (Τ+ ΔΤ/2)

[0037] (実施例 2)

実施例 1で導出された計算式の検証試験を以下のとおり行った。

(1)汲み上げ井戸

井戸深： 5m

井戸の液面深さ： 2m

還水を拡散浸透させる土壌の吸水性：土壌の透水速度は 0. 2m/hr 還水井戸と汲み上げ井戸の離隔距離 (拡散浸透距離）： 7. 0m

試験した季節と期間:夏季 (8Zl〜8Z31の 31日間）（雨天を除く）

[0038] (2)地下水の用途:室内空調 +屋上散水

ラジエーターに地下水を循環させて室内空気を冷却し、ラジエーターから出てきた水を屋根に上げて散水した。室内環境としては、 30°Cの室温から 27°Cまで低下した散水後屋根力も落下してきた水は 7. 5リットル Zmin (温度 40°Cに加温)であり、蒸発等で約 6%の水が消耗されて、た。

回収された水は、濾過装置で混ざったゴミを濾過し、活性炭の詰まった浄化槽を通した後、還水井戸に返した。還水井戸の深さは 5m、液面の深さは 2mであった。井戸に溜まった水は、溢れることなぐ地中に浸透して拡散した。

[0039] (3)テスト結果

テスト期間中、還水の温度は 37〜42°Cの間で変動。汲み上げ井戸の温度に対して、 22〜27°Cの温度が上昇していた。

テスト期間中、汲み上げ井戸の水温に変化は無ぐ設定どおり一定の条件でテストを継続できた。

本発明方法は、地下水温度の回復に極めて効果があることが確認できた。省エネ性にも極めて優れ、屋内、屋外環境の省エネ空調に極めて効果があることを確認できた。また実施例 1の実験式は、拡散浸透距離の推定にきわめて有効であることが確認できた。

[0040] 掘削費用の比較 (2本の井戸が地下水脈で連通している場合）

深さ 15mの地下水脈に達する井戸を 2本掘削した時の掘削費用に比べて、本発明の場合にぉ、ては 5mの還水井戸でょ、ために掘削費用は略半減に節減することができた。

産業上の利用可能性

[0041] (1)地上における一般住宅はもちろんのこと学校や病院などの公的施設、オフィスビルなどの建造物の空調設備やそれらの建造物の屋根や屋上の融雪設備、また、寒冷地における道路の融雪システム、あるいはハウス (温室)栽培における温度調節設備など、多方面の温度調節設備として利用することが可能である。

(2)また、建造物の屋上において、緑ィ匕を推進する際には、屋上において温度調節を行うことができると同時に、緑ィ匕に必要な給水をも熱交換の媒体である地下水を利用して行うことが可能であり、効率的、効果的な緑ィ匕を実施することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 地下水（3)を貯留する汲み上げ井戸（2)と、この汲み上げ井戸（2)から前記地下水

(3)を汲み上げるポンプ (4)と、このポンプ (4)によって汲み上げられた前記地下水（ 3)を放出する放水部（12)と、前記放出された地下水（3)を回収する回収部（13)と、この回収部（13)において回収された前記地下水（3)を地下に返還するための還水井戸（16)とを有することを特徴とする温度調節システム（1)。

[2] 地下水（3)を貯留する汲み上げ井戸（2)と、この汲み上げ井戸（2)から前記地下水

(3)を汲み上げるポンプ (4)と、地上において外気（9)を導入する送風機（5)と、この導入された外気 (9)と前記汲み上げられた地下水 (3)との間で熱交換する熱交 (6)と、この熱交翻 (6)にお、て熱交換された外気 (9)を放出する給気部（ 10)と、前記熱交 (6)において熱交換された前記地下水（3)を地下に返還するための還水井戸（16)とを有することを特徴とする温度調節システム（1)。

[3] 前記汲み上げ井戸 (2)は、地下水脈（19)に到達するように設けられる一方、前記還水井戸（16)は、前記汲み上げ井戸 (2)よりも浅ぐ地下水脈（19)に到達しないように設けられ、前記地下に返還される前記地下水（3) (以下、還水（18)という。）は、地中を拡散浸透して前記汲み上げ井戸（2)に帰還あるいは前記汲み上げ井戸（2) の地下水脈（19)に帰還することを特徴とする請求の範囲 1項又は請求の範囲 2項に記載の温度調節システム（ 1)。

[4] 前記地下の土壌の透水速度が 0. 13mZhr以上であることを特徴とする請求の範囲 1項乃至請求の範囲 3項のいずれか 1項に記載の温度調節システム（1)。

[5] 前記還水井戸（16)の深さが地下 2〜5mの深さであることを特徴とする請求の範囲 1項乃至請求の範囲 4項のいずれか 1項に記載の温度調節システム（1)。

[6] 請求の範囲 1項乃至請求の範囲 5項の温度調節システム（1)において、

還水（18)の単位時間当たりの還水量を A (リットル Zmin)、

地下の土壌の透水速度を K (≥0. 13m/hr)

汲み上げ井戸（2)の水温を T (°C)

とし、還水井戸（16)から地下水脈（19)までの拡散浸透距離と還水井戸（16)から汲み上げ井戸（2)までの拡散浸透距離のうち、いずれか短いほうの拡散浸透距離を Ym とした時、

Ym≥ a X ΔΤΧΑΖ Κ/ (Τ+ΔΤ/2)

ただし、 αは補正係数（0. 39≥α≥0.094)

とすることを特徴とする温度調節システム（1)。