JP4421671B1

JP4421671B1 - 地熱水環境保全型熱供給システム

Info

Publication number: JP4421671B1
Application number: JP2009134728A
Authority: JP
Inventors: 博明上山
Original assignee: 博明上山
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2029-06-04
Also published as: JP2010281493A

Abstract

【課題】地熱水を融雪や路面冷却のために効果的に利用し、循環させる地熱水をできるだけ外気に触れさせずに帯水層へ還元させる地熱水環境保全型熱供給システムを提供する。
【解決手段】地熱水を保有する帯水層Ｌにかけて埋設される外装管２と、この外装管２内に帯水層Ｌの地熱水を浸入させる地熱水浸入ストレーナ２１と、外装管２内に浸入した地熱水を汲み上げる地熱水汲上ポンプ３と、汲み上げられた地熱水を所定の敷地Ｆに巡回させて熱源とする地熱水供給配管４と、この地熱水供給配管を巡回して外装管２内に返還された地熱水を帯水層Ｌへ還元する地熱水還元ストレーナ２２と、敷地Ｆ内に生じる融雪水や雨水および散水等の水を敷地Ｆ外に流出させずに収集して貯留する貯留槽５と、この貯留槽５の水を敷地Ｆに散水する散水手段６と、地熱水供給配管４から貯留槽５へ地熱水を散水用の水として適宜補給する地熱水補給手段７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、地熱水の環境を保全しつつ当該地熱水を熱源として敷地等へ供給する地熱水環境保全型熱供給システムに関するものである。

一般的に、地中の温度は一年を通して略一定に保たれており、外気温と比較して夏は冷たく、冬は暖かい。従来、この地中の熱を帯びた帯水層内の地下水を汲み上げ、地熱水として夏場の路面冷却や冬場の融雪の熱源として供給するものが提案されている。

例えば、本願発明者は、特許第３９２７５９３号公報において、帯水層から地熱水を浸入させる地熱水供給ストレーナを備えているとともに、この地熱水供給ストレーナよりも上方から使用済みの地熱水を帯水層へ還元する還元ストレーナを備えている外装管と、この外装管との間に流通路を形成し、地熱水を管内に取り込む取水口を備え、さらに断熱材で構成されている断熱内装管と、地熱水を汲み上げるポンプと、このポンプによって汲み上げた地熱水を冷暖房装置へ圧送する熱源供給圧送管と、流通路に連通された熱源還元管とを有しており、流通路における還元ストレーナから地熱水供給ストレーナにいたる流通路を分断することなく流通可能に構成することによって、地熱水供給ストレーナから浸入した地熱水と冷暖房装置で使用された地熱水の一部とを合流させて取水口から汲み上げる二重管式地熱水循環装置を提案している（特許文献１）。

この特許文献１によれば、二重管式地熱水循環装置は、帯水層から収集した地熱水を円滑に還元して井戸枯れや地盤沈下を防止しつつ、帯水層に接するストレーナが目詰まりを起こしても継続的に使用できる。

特許第３９２７５９３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明においては、地熱水をロードヒーティングの熱源として使用する場合、大雪が降ったとき等では融雪に時間がかかるという問題がある。仮に、地熱水を散水して融雪するとしても、井戸枯れや地盤沈下を起こす原因になってしまう。

また、熱源還元管によって流通路へと返還された地熱水が、入水時に空気を地熱水内に取り込み、地熱水が酸化や活性をしてしまうという問題がある。ちなみに、水が酸化すると外装管等の酸化が促進され、水が活性化すると動植物の成長を促すため外装管内が汚れてしまうという問題がある。よって、帯水層の環境を考慮すると地熱水の水質等は極力変化させずに帯水層へと還元させたい。従って、地熱水を還元させる際に、外気に触れさせずに還元させるのが好ましい。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、地熱水を融雪や路面冷却のために効果的に利用し、循環させる地熱水をできるだけ外気に触れさせずに帯水層へ還元させる地熱水環境保全型熱供給システムを提供することを目的としている。

本発明に係る地熱水環境保全型熱供給システムは、地表から地熱水を保有する帯水層にかけて埋設される外装管と、この外装管内に前記帯水層の地熱水を浸入させる地熱水浸入ストレーナと、この地熱水浸入ストレーナから前記外装管内に浸入した地熱水を汲み上げる地熱水汲上ポンプと、この地熱水汲上ポンプにより汲み上げられた地熱水を所定の敷地に巡回させて熱源とする地熱水供給配管と、この地熱水供給配管を巡回して前記外装管内に返還された地熱水を前記帯水層へ還元する地熱水還元ストレーナと、前記敷地内に生じる融雪水や雨水および散水等の水を前記敷地外に流出させずに収集して貯留する貯留槽と、この貯留槽の水を前記敷地に散水する散水手段と、前記地熱水供給配管から前記貯留槽へ地熱水を散水用の水として適宜補給する地熱水補給手段とを備える。

また、本発明の一様態として、前記地熱水供給配管を巡回した後の地熱水を外気に触れさせずに帯水層内へ還元するために、前記地熱水供給配管の返還口を前記外装管内の動水位以下になるように配置させている。

さらに、本発明の一様態として、前記貯留槽は、所定の水位を超えた溢水を外部に排出するための排出ストレーナを備えるとともに、この排出ストレーナから排出された溢水を地層へ浸透させる溢水還元層によって囲まれている。

さらにまた、本発明の一様態として、前記貯留槽は、収集した水を最初に貯留する一次貯留槽と、この一次貯留槽で貯留水中の夾雑物を沈殿させて上澄みを分別する分別堰と、この分別堰を越えた上澄みを貯留する上澄み貯留槽とを有しており、この上澄み貯留槽内の水を散水用の水として使用する。

本発明によれば、地熱水を融雪や路面冷却のために効果的に利用し、循環させる地熱水をできるだけ外気に触れさせずに帯水層へ還元させることができる。

本発明に係る地熱水環境保全型熱供給システムの実施形態を示す平面図である。図１の２Ａ−２Ａ断面を示す横断面図である。（ａ）下方に揚水型ポンプが配置された場合、および（ｂ）内装管内に吸引型ポンプが配置された場合の外装管周辺の実施形態を示す横断面図である。図１の４Ａ−４Ａ断面を示す横断面図である。本実施形態の地熱水環境保全型熱供給システムを様々な敷地に適用した場合の例を示す横断面図である。図１の６Ａ−６Ａ断面を示す横断面図である。貯留水供給管に蛇口を設けた場合の実施形態を示す横断面図である。

以下、本発明に係る地熱水環境保全型熱供給システムの実施形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態の地熱水環境保全型熱供給システム１の全体を示す平面図である。また、図２は図１の２Ａ−２Ａ断面図である。

本実施形態の地熱水環境保全型熱供給システム１は、主に、地中に埋設される外装管２と、この外装管２内に地熱水を浸入させる地熱水浸入ストレーナ２１と、地熱水を汲み上げる地熱水汲上ポンプ３と、地熱水を所定の敷地Ｆに巡回させる地熱水供給配管４と、外装管２内の地熱水を帯水層Ｌへ還元する地熱水還元ストレーナ２２と、敷地Ｆ内の水を収集して貯留する貯留槽５と、この貯留槽５の水を散水する散水手段６と、地熱水供給配管４から貯留槽５へ地熱水を適宜補給する地熱水補給手段７とから構成されている。

以下、本実施形態の各構成について詳細に説明する。

外装管２は、管状に形成され、地表から地熱水を保有する帯水層Ｌにかけて埋設されている。この外装管２は、横断面を円状または多角形状に形成された管であり、有底か無底かは問わない。また、その材質は、金属やコンクリート、樹脂等から適宜選択すればよい。本実施形態における外装管２は、鋼鉄により有底の断面略円管状に形成されている。また、外装管２が埋設される地表近傍には地熱水汲上ポンプ３を設置するポンプ設置ピットＰが設けられており、蓋Ｃが被せられている。

地熱水浸入ストレーナ２１は、外装管２内に帯水層Ｌの地熱水を浸入させるものであり、帯水層Ｌの存在する位置に設置されている。本実施形態における地熱水浸入ストレーナ２１は、浸入する地熱水に含まれる砂利等の夾雑物を濾過するメッシュ状のフィルターを備えている。

地熱水汲上ポンプ３は、外装管２内の地熱水を汲み上げて地熱水供給配管４へ供給するためのポンプである。本実施形態における地熱水汲上ポンプ３には、外装管２上に設けられた吸引型ポンプが用いられている。この地熱水汲上ポンプ３は、ポンプ設置ピットＰ内に設置されており、内装管３１を介して外装管２内の下端近傍の地熱水を汲み上げる。また、内装管３１は、特に限定されるものではないが、断熱性の高い素材により形成されることが好ましい。

なお、地熱水汲上ポンプ３は本実施形態のものに限定されるものではなく、例えば図３（ａ）に示すように外装管２内の下方に配置される揚水型ポンプを用いてもよい。また、ポンプの配置場所は、図３（ｂ）に示すように内装管３１内でもよい。

地熱水供給配管４は、ロードヒーティング等に用いられる熱伝導性の良い管からなり、所定の敷地Ｆの地中または地表に巡回するように埋設されている。本実施形態では、図１および図４に示すように、敷地Ｆの長手方向と略平行に折り返すように敷設されている。

地熱水供給配管４を巡回した後の地熱水は返還口４１から外装管２内に返還される。本実施形態における返還口４１は、地熱水をできるだけ外気に触れさせないことにより、地熱水の酸化等の水質変化をさせずに帯水層Ｌに還元するため、常に外装管２内の動水位Ｗ以下になるように配置されている。

具体的には、外装管２内の動水位Ｗの変動を予め測定して下限を特定し、必要に応じて地盤、帯水層の状況、気候等の周囲環境やその変化を考慮し、地熱水供給配管４の返還口４１の配置する高さをその動水位Ｗの下限よりも低い位置となるように設ける。なお、動水位Ｗの水位を測定する水位センサーを設けて、返還口４１よりも低くならないように、地熱水の供給量を制御可能にしてもよい。

敷地Ｆには、敷地Ｆ内に生じる融雪水、雨水および散水手段６から散水された水等を敷地外に流出させないように収集して貯留槽５へ貯留する工夫がなされている。本実施形態では、敷地Ｆの外周を囲むように収集溝Ｄが施工されている。その他にも、敷地Ｆの水を収集溝Ｄに収集し易いように、図５（ａ）から（ｂ）に示すように敷地Ｆに適度な傾斜を設けてもよい。また、収集溝Ｄの位置も同図（ｃ）に示すのように、敷地Ｆの傾斜に合わせて中央に設けてもよい。さらに、図示しないが、収集溝Ｄを設けずに敷地の下り傾斜の先に排水口を設けてもよい。

なお、地熱水供給配管４が埋設される所定の敷地Ｆは、一般道路や駐車場、農業用ビニールハウス内等、地熱水の熱を好適に利用できる場所であればいかなる場所でもよい。本実施形態の敷地Ｆは、アスファルトで舗装された路面からなる。

地熱水還元ストレーナ２２は、巡回した後の外装管２内の地熱水を帯水層Ｌへ還元させるためのものであり、地熱水浸入ストレーナ２１よりも上方の帯水層Ｌの位置に配設されている。本実施形態では、地熱水浸入ストレーナ２１と同様にメッシュ状のフィルターを備えている。

貯留槽５は、散水用の水として収集溝Ｄにより収集された水を貯留するためのものである。本実施形態における貯留槽５は、図６に示すように、収集溝Ｄと流水可能に連接されており、この収集溝Ｄにより収集された水を最初に貯留する一次貯留槽５１と、この一次貯留槽５１で貯留水中の夾雑物を沈殿させて上澄みを分別する分別堰５２と、この分別堰５２を越えた上澄みを貯留する上澄み貯留槽５３と、収集された水が所定の水位を超えた場合にその溢れた水を外部に排出するための排出ストレーナ５４とを備えている。

また、前記排出ストレーナ５４は、メッシュ状のフィルタを備えているとともに、分別堰５２よりも高い位置に設けられており、上澄み貯留槽５３で貯めきれなくなった溢水を地層へ戻すようになっている。

さらに、前記貯留槽５は、排出ストレーナ５４から排出された溢水を地層へ浸透させる溢水還元層５５により取り囲まれて埋設されている。この溢水還元層５５は石や砂等からなり、溢水を地層へと還元し易くするものである。

散水手段６は、敷地Ｆ内に散水するスプリンクラー等の散水部６１と、この散水部６１に貯留槽５内の水を供給する貯留水供給ポンプ６２とを有する。本実施形態では、図１に示すように、散水部６１としてスプリンクラーが敷地内に複数並べられている。また、本実施形態における貯留水供給ポンプ６２は、上澄み貯留槽５３内に配設されており、貯留水供給管６３を介して各スプリンクラーに接続されている。なお、散水部６１としては噴霧ノズルや円管に複数の穴を空けた構造のもの等であってもよく適宜変更可能である。

地熱水補給手段７は、貯留槽５内の水が所定の量よりも減少した場合に、地熱水供給配管４から貯留槽５へ地熱水を供給するためのものである。本実施形態では、図６に示す貯留槽５内の上澄み貯留槽５３の水位を浮子（ウキ）の高さにより自動的に計測するフローター式の水位計７１と、貯留槽５内の上澄み貯留槽５３の水位が所定の高さ以下のときに自動的に開口する地熱水供給バルブ７２とを備えている。

つぎに、各構成の作用について図面を用いながら説明する。

図２に示すように、地熱水浸入ストレーナ２１は、帯水層Ｌ内の地熱水をフィルターにより濾過しながら外装管２の中に浸入させる。ここで外装管２内に浸入してくる地熱水は、一般に年間を通して略一定の温度に保たれている。

地熱水汲上ポンプ３は、外装管２内の地熱水を汲み上げて熱源として地熱水供給配管４に供給する。このとき、地熱水は、断熱性の高い内装管３１を介して供給されるため、供給時の温度をほぼ保ったまま地熱水供給配管４に供給される。

地熱水供給配管４は、地熱水汲上ポンプ３により供給された地熱水を敷地Ｆ内で巡回させ、敷地Ｆとの熱交換をさせる。前述のように、地熱水は略一定に保たれているため、夏季においては外気温より低温であり、冬季においては外気温よりも高温である。そのため、供給された敷地Ｆは、冬季においては地熱水により加温されて融雪可能であり、また夏季においては路面を冷却してアスファルトの溶解を防止することが可能である。

地熱水供給配管４を巡回した後の地熱水は、返還口４１から外装管２内へ返還され、地熱水還元ストレーナ２２を介して帯水層Ｌへと還元される。このとき返還口４１の位置が動水位Ｗ以下に配置されているため、巡回後の地熱水は外気に触れずに帯水層Ｌへ返還される。これにより、地熱水の酸化や地熱水中に空気が巻き込まれることによる活性を抑制し、地熱水の水質を保全することができる。さらに、錆びにくく、動植物の生育も押さえられるため地熱水環境保全型熱供給システム１全体の保全にもなる。

以上のように、本実施形態の地熱水環境保全型熱供給システム１では、地熱水から熱だけを取り出し、水質は変化させずに帯水層Ｌへと還元することが可能となる。

また、本実施形態の地熱水環境保全型熱供給システム１は、散水による熱供給も可能である。

散水手段６は、貯留槽５内の水を必要に応じて敷地Ｆ内に散水する。本実施形態の貯留水供給ポンプ６２は、その貯留槽５内に貯留されている水を散水部６１へと供給する。そして、散水部６１は、その供給された水を敷地内に散水する。

貯水槽５は、敷地Ｆ内に生じた水を集める。ここで集められる水は、散水手段６により散水された水のみならず、融雪水や雨水等も含まれる。本実施形態においては、敷地Ｆの周囲に設けられた集水溝Ｄが、敷地Ｆに生じた散水等を敷地Ｆ外に流出させずに集水する。

収集溝Ｄにより収集された水は、貯留槽５内の一次貯留槽５１に注がれる。この一次貯留槽５１では、貯留水の夾雑物を重力により沈殿させて底に堆積させる。そして、上澄み貯留槽５３には、分別堰２５を越えた上澄みを貯留する。この上澄み貯留槽５３に貯留された水は、必要に応じて貯留水供給ポンプ６２により散水部６１に供給されて散水される。

また、貯留槽５の排出ストレーナ５４は、貯留槽５内から溢れる水を溢水還元層５５へ排出する。ここで溢水還元層５５は、溢水を地層へ浸透しやすくすることにより、還元を補助する。

地熱水補給手段７は、貯留槽５内の水が所定量より減少して散水用の水が不足すると、地熱水を散水用の水として供給する。具体的には、フローター式の水位計７１により、貯留槽５内の上澄み貯留槽５３の水位が所定量以下になると地熱水供給バルブ７２を作動させる。地熱水供給バルブ７２は、開口し、地熱水供給配管４から貯留槽５へ地熱水を供給する。

以上のような本実施形態の地地熱水環境保全型熱供給システム１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）道路や駐車場、ビニールハウス内などの所望の敷地Ｆにおいて加温や冷却ができる。
（２）敷地Ｆへの散水を可能とすることにより、より効果的な加温および冷却ができる。
（３）散水を行ったとしても地熱水の全体的な循環量は減らないため、枯渇しないし、地熱水を外気に触れないようにして循環させるため水質への影響を極力抑えることができる。
（４）散水用の水が不足した場合には、地熱水を供給することにより安定した稼働が確保されている。

これらの効果により、例えば、夏にはアスファルト路面を冷やしてアスファルトが融けてしまうのを防止したり、都心部での冷却効果が期待できる。また、冬には低コストで大雪の日にも融雪をすることができる。また、農作物用のビニールハウスで使用すると、室内温度調整とともに、散水することも可能となる。

なお、本発明に係る地熱水環境保全型熱供給システムは、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

例えば、図７に示すように、貯留水供給管６２に蛇口６４を設け、ホースや可動式の散水部６１等を設けて、ピンポイントに散水可能としてもよい。なお、図示しないが、地熱水供給配管４に蛇口を設けてもよい。

また、融雪装置として使用する場合に散水手段６に積雪センサーを設けてもよい（図示しない）。そして、この積雪センサーと、貯留水供給ポンプ６２とを連動させ、一定の降雪量になると散水部６１から自動的に散水させるようにしてもよい。

１地熱水環境保全型熱供給システム
２外装管
３地熱水汲上ポンプ
４地熱水供給配管
５貯留槽
６散水手段
７地熱水補給手段
２１地熱水浸入ストレーナ
２２地熱水還元ストレーナ
３１内装管
４１返還口
５１一次貯留槽
５２分別堰
５３上澄み貯留槽
５４排出ストレーナ
５５溢水還元層
６１散水部
６２貯留水供給ポンプ
６３貯留水供給管
６４蛇口
７１水位計
７２地熱水供給バルブ
Ｌ帯水層
Ｗ動水位
Ｆ敷地
Ｄ収集溝
Ｐポンプ設置ピット
Ｃ蓋

Claims

地表から地熱水を保有する帯水層にかけて埋設される外装管と、
この外装管内に前記帯水層の地熱水を浸入させる地熱水浸入ストレーナと、
この地熱水浸入ストレーナから前記外装管内に浸入した地熱水を汲み上げる地熱水汲上ポンプと、
この地熱水汲上ポンプにより汲み上げられた地熱水を所定の敷地に巡回させて熱源とする地熱水供給配管と、
この地熱水供給配管を巡回して前記外装管内に返還された地熱水を前記帯水層へ還元する地熱水還元ストレーナと、
前記敷地内に生じる融雪水や雨水および散水等の水を前記敷地外に流出させずに収集して貯留する貯留槽と、
この貯留槽の水を前記敷地に散水する散水手段と、
前記地熱水供給配管から前記貯留槽へ地熱水を散水用の水として適宜補給する地熱水補給手段と
を備える地熱水環境保全型熱供給システム。
請求項１において、前記地熱水供給配管を巡回した後の地熱水を外気に触れさせずに帯水層内へ還元するために、前記地熱水供給配管の返還口を前記外装管内の動水位以下になるように配置させている地熱水環境保全型熱供給システム。
請求項１または請求項２において、前記貯留槽は、所定の水位を超えた溢水を外部に排出するための排出ストレーナを備えるとともに、この排出ストレーナから排出された溢水を地層へ浸透させる溢水還元層によって囲まれている地熱水環境保全型熱供給システム。
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、前記貯留槽は、収集した水を最初に貯留する一次貯留槽と、この一次貯留槽で貯留水中の夾雑物を沈殿させて上澄みを分別する分別堰と、この分別堰を越えた上澄みを貯留する上澄み貯留槽とを有しており、この上澄み貯留槽内の水を散水用の水として使用する地熱水環境保全型熱供給システム。