JP6012896B1 - Heat exchange system - Google Patents

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Abstract

【課題】利用価値を高めた熱交換システムを提供する。【解決手段】熱交換システム１は、井戸２からくみ上げられた地下水の熱を取り出すヒートポンプ１８と、施設ＰＧＨ内の空気を吸い込んでから、ヒートポンプ１８で取り出された熱を利用して、吸い込んだ空気を調温してから施設ＰＧＨ内に送り戻すエアハンドリングユニット２０と、ヒートポンプ１８に熱を取り出された後の地下水を貯留させておくバッファタンク９と、バッファタンク９との間で地下水が循環することで、エアハンドリングユニット２０で調温される前の空気と地下水との間で熱交換を行う貯留水熱交換器１６と、を備えている。【選択図】図１A heat exchange system with increased utility value is provided. A heat exchange system includes a heat pump that extracts heat from a groundwater pumped up from a well, and air that has been sucked in by using the heat extracted by the heat pump after the air in the facility PGH has been sucked in. The ground water circulates between the air handling unit 20 that returns the temperature to the facility PGH, the buffer tank 9 that stores the ground water after the heat is extracted by the heat pump 18, and the buffer tank 9. Thus, the storage water heat exchanger 16 that performs heat exchange between the air before temperature adjustment by the air handling unit 20 and the groundwater is provided. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、地下水を利用した熱交換システムに関する。   The present invention relates to a heat exchange system using groundwater.

原油価格の高騰やＣＯ２削減に対する意識の高まりにより、ランニングコストが安くクリーンエネルギーである地中熱を利用したヒートポンプ（以下、地中熱ヒートポンプという。）が開発され、市場に導入されつつある。しかし、地中熱ヒートポンプは、導入に際して１００ｍ規模のボーリングが必要となるため、まとまったイニシャルコストが必要になる等の問題があって、普及が進まない状況である（例えば、非特許文献１参照）。   Due to rising crude oil prices and increased awareness of CO2 reduction, heat pumps that use geothermal heat (hereinafter referred to as geothermal heat pumps), which are low in running costs and are clean energy, have been developed and introduced into the market. However, the introduction of geothermal heat pumps requires 100m-scale drilling, so there are problems such as the need for a collective initial cost, and the spread is not progressing (for example, see Non-Patent Document 1). ).

従来、施設園芸の現場では、上質な水による灌水を行うことで生産物の品質に良い影響を与えている。このため、古くから、施設園芸を営む各農家は、井戸施設を保有して、地下水による灌水を行っている。なかには、ボーリングマシンによって掘削された数十ｍから１００ｍ程度の深井戸を利用することもある。   Conventionally, in the field of facility horticulture, irrigation with high-quality water has a positive effect on the quality of the product. For this reason, since long ago, each farmer engaged in facility horticulture has a well facility and is irrigated with groundwater. Some of them use deep wells of about several tens to 100 m excavated by a boring machine.

このような深井戸は、経年劣化により揚水量の減少や水質の悪化等の問題が生じ、大掛かりな修繕が必要となる。しかしながら、修繕に掛かる労力を嫌い、新たな井戸を掘り直すことがある。結果、経年劣化した深井戸は次第に使用されなくなり、その多くが古井戸として放置されている。   Such deep wells suffer from problems such as a decrease in pumping volume and deterioration of water quality due to deterioration over time, and large-scale repairs are required. However, he does not like the labor required for repairs and sometimes digs new wells. As a result, deep wells that have deteriorated over time are gradually not used, and many of them are left as old wells.

こうした古井戸であっても、揚水の機能は確保されており、適切な浄化処理をする等して何らかの用途に活用することが可能である。そこで、本発明者等によって、古井戸を上述の地中熱ヒートポンプに転用することが研究されている（例えば、特許文献１及び２参照）。   Even these old wells have a function of pumping water, and can be used for some purposes by appropriate purification treatment. Then, diversion of an old well to the above-mentioned underground heat pump is studied by the present inventors (for example, refer to Patent Documents 1 and 2).

特許第５０６７９５６号公報Japanese Patent No. 5067956 特許第５６９０９６０号公報Japanese Patent No. 5690960

独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構、［online］、「＜新エネルギーフロンティア技術戦略的開発＞」、［平成２７年１２月５日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.nedo.go.jp/content/100108737.pdf）New Energy and Industrial Technology Development Organization, [online], “<New Energy Frontier Technology Strategic Development>”, [December 5, 2015 search], Internet (URL: http: //www.nedo .go.jp / content / 100108737.pdf)

このような地中熱ヒートポンプを商品にする場合、単に古井戸を転用したものであることに留まらず、他のヒートポンプ等の熱交換システムとの差別化を押し進め、利用価値を高めることが要求される。   When such a geothermal heat pump is used as a product, it is not limited to simply diverting old wells, and it is required to promote differentiation from other heat exchange systems such as heat pumps and increase the utility value. The

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、利用価値を高めた熱交換システムを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the heat exchange system which raised the utility value.

（１）本発明は、井戸からくみ上げられた地下水の熱を取り出すヒートポンプと、施設内の空気を吸い込んでから、前記ヒートポンプで取り出された前記熱を利用して、吸い込んだ前記空気を調温してから前記施設内に送り戻すエアハンドリングユニットと、前記ヒートポンプに熱を取り出された後の前記地下水を貯留させておくバッファタンクと、前記バッファタンクとの間で前記地下水が循環することで、前記エアハンドリングユニットで調温される前の前記空気と前記地下水との間で熱交換を行う熱交換器と、前記施設内の空気の温度を計測する温度計と、前記バッファタンクに貯留されている前記地下水の温度を計測する水温計と、前記温度計及び前記水温計の計測結果に基づいて動作することで、前記バッファタンクに貯留されている前記地下水を、前記熱交換器との間で循環させるポンプと、を備え、前記エアハンドリングユニットによる一段階の動作による前記施設内の冷房時には、前記施設内の空気を前記柄ハンドリングユニットにおいて冷却し、前記熱交換器及び前記エアハンドリングユニットによる二段階の動作による前記施設内の冷房時には、前記ポンプの動作によって、前記バッファタンクに貯留されている前記地下水を前記熱交換器との間で循環させることで、前記施設内の空気を前記熱交換器において冷却してから、その後、前記エアハンドリングユニットにおいて冷却し、前記エアハンドリングユニットによる一段階の動作による前記施設内の暖房時には、前記施設内の空気を前記エアハンドリングユニットにおいて加熱し、前記熱交換器及び前記エアハンドリングユニットによる二段階の動作による前記施設内の暖房時には、前記ポンプの動作によって、前記バッファタンクに貯留されている前記地下水を前記熱交換器との間で循環させることで、前記施設内の空気を前記熱交換器において加熱してから、その後、前記エアハンドリングユニットにおいて加熱することを特徴とする熱交換システムである。 (1) The present invention adjusts the temperature of the sucked air using the heat pump that takes out the heat of the groundwater pumped up from the well and sucks the air in the facility and then uses the heat taken out by the heat pump. The ground water circulates between the air handling unit to be sent back into the facility afterwards, the buffer tank for storing the ground water after the heat is taken out by the heat pump, and the buffer tank, A heat exchanger for exchanging heat between the air before the temperature is adjusted by an air handling unit and the groundwater, a thermometer for measuring the temperature of air in the facility, and stored in the buffer tank The thermometer that measures the temperature of the groundwater, and is operated based on the measurement results of the thermometer and the thermometer, and is stored in the buffer tank. That the ground water, and a pump for circulating between the heat exchanger, wherein the time of cooling of the facility according to one phase of operation by the air handling unit, the cooling air in the facility in the handle handling unit During the cooling of the facility by a two-stage operation by the heat exchanger and the air handling unit, the groundwater stored in the buffer tank is circulated between the heat exchanger and the pump by the operation of the pump. The air in the facility is cooled in the heat exchanger, and then cooled in the air handling unit. During heating in the facility by a one-step operation by the air handling unit, In the air handling unit, the heat exchanger and the air At the time of heating in the facility by a two-stage operation by the handling unit, the operation of the pump causes the groundwater stored in the buffer tank to circulate between the heat exchanger and the inside of the facility. the air is heated in the heat exchanger, thereafter, a heat exchange system, characterized that you heated in the air handling unit.

本発明によれば、ヒートポンプで熱が取り出された後の地下水を、エアハンドリングユニットで調温する前の空気との間で熱交換させることで、地下水の再利用によって冷暖房能力を増強できる。結果、熱交換システムの利用価値が高まる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, air-conditioning capability can be reinforce | strengthened by reuse of groundwater by heat-exchanging the groundwater after heat was taken out with the heat pump with the air before temperature-controlling with an air handling unit. As a result, the utility value of the heat exchange system is increased.

また、施設内の空気の温度やバッファタンクに貯留されている地下水の温度の状況に応じて、エアハンドリングユニットによる一段階の動作と、熱交換器及びエアハンドリングユニットによる二段階の動作とを切り替えることができる。これにより、消費エネルギーを抑えてポンプを稼働させることができる。結果、熱交換システムの利用価値が更に高まる。 Also , depending on the temperature of the air in the facility and the temperature of the groundwater stored in the buffer tank, the operation is switched between a one-step operation by the air handling unit and a two-step operation by the heat exchanger and the air handling unit be able to. Thereby, energy consumption can be suppressed and a pump can be operated. As a result, the utility value of the heat exchange system is further increased.

本発明によれば、熱交換システムの利用価値が高まる。   According to the present invention, the utility value of the heat exchange system is increased.

本発明の実施形態に係る熱交換システムの概略図である。It is the schematic of the heat exchange system which concerns on embodiment of this invention. 制御盤の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a control panel.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る熱交換システムについて詳細に説明する。   Hereinafter, with reference to drawings, the heat exchange system concerning the embodiment of the present invention is explained in detail.

まず、図１及び図２を用いて、熱交換システム１の構成について説明する。図１は、熱交換システム１の概略図である。図２は、制御盤２１の構成を示すブロック図である。なお、各図において、一部の構成を適宜省略して、図面を簡略化する。   First, the structure of the heat exchange system 1 is demonstrated using FIG.1 and FIG.2. FIG. 1 is a schematic diagram of a heat exchange system 1. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control panel 21. Note that in each drawing, a part of the configuration is omitted as appropriate to simplify the drawing.

図１に示す熱交換システム１は、地中熱を利用したヒートポンプシステムであり、いちごを栽培するビニルハウス等の施設ＰＧＨ内の冷暖房を行う。この熱交換システム１は、制御盤２１によって統括的に制御される。すなわち、熱交換システム１は、制御盤２１の制御下において動作して、その動作状況が制御盤２１によって管理される。具体的に、熱交換システム１は、各所に配置された温度計や流量計の計測結果などに基づいて、各部の動作が所望する状況となるようにフィードバック制御される。   A heat exchanging system 1 shown in FIG. 1 is a heat pump system that uses underground heat, and performs cooling and heating in a facility PGH such as a vinyl house that grows strawberries. The heat exchange system 1 is controlled centrally by a control panel 21. That is, the heat exchange system 1 operates under the control of the control panel 21, and the operation state is managed by the control panel 21. Specifically, the heat exchanging system 1 is feedback-controlled so that the operation of each part is in a desired state based on the measurement results of thermometers and flow meters arranged in various places.

このような熱交換システム１は、井戸２と、揚水管３と、揚水ポンプ４と、揚水流量計５と、第１揚水温度計６と、揚水熱交換器７と、第２揚水温度計８と、バッファタンク９と、還元管１０と、還元井１１と、貯留水循環管１２と、循環ポンプ（ポンプ）１３と、貯留水温度計１４と、施設内温度計１５と、貯留水熱交換器（熱交換器）１６と、第１循環管１７と、ヒートポンプ１８と、第２循環管１９と、エアハンドリングユニット２０と、制御盤２１等を備えている。   Such a heat exchange system 1 includes a well 2, a pumping pipe 3, a pumping pump 4, a pumping flow meter 5, a first pumping thermometer 6, a pumping heat exchanger 7, and a second pumping thermometer 8. A buffer tank 9, a reduction pipe 10, a reduction well 11, a stored water circulation pipe 12, a circulation pump (pump) 13, a stored water thermometer 14, an in-facility thermometer 15, and a stored water heat exchanger. (Heat exchanger) 16, first circulation pipe 17, heat pump 18, second circulation pipe 19, air handling unit 20, control panel 21, and the like are provided.

井戸２は、地中ＧＲＤの帯水層ＷＢＬに達する穴であり、例えば、当該穴に筒体（図示省略）が埋設されている。帯水層ＷＢＬは、地下水を含む地層である。帯水層ＷＢＬの上面は、一般的に、地上から５０ｍ以上１００ｍ以下程度の深さＤに位置する。このため、筒体が埋設されている場合、当該筒体の長さは、帯水層ＷＢＬに達するように５０ｍ以上１００ｍ以下程度の範囲で適宜設定されている。   The well 2 is a hole that reaches the aquifer WBL of the underground GRD. For example, a cylinder (not shown) is embedded in the hole. The aquifer WBL is a geological layer including groundwater. The upper surface of the aquifer WBL is generally located at a depth D of about 50 m to 100 m from the ground. For this reason, when the cylinder is embedded, the length of the cylinder is appropriately set within a range of about 50 m to 100 m so as to reach the aquifer WBL.

井戸２の内部は、帯水層ＷＢＬから浸入した地下水で満たされている。井戸２の内部に満たされている地下水の自然水位ｈは、一般的に、地表面から１０ｍ以内の深さとなる。このような井戸２には、揚水管３と揚水ポンプ４等が挿入されている。   The interior of the well 2 is filled with groundwater that has entered from the aquifer WBL. The natural water level h of groundwater filled in the well 2 is generally within 10 m from the ground surface. In such a well 2, a pumping pipe 3, a pumping pump 4 and the like are inserted.

揚水管３は、その一端が井戸２の内部に引き込まれており、揚水熱交換器７を経由してから、その他端がバッファタンク９に接続されている。この揚水管３は、揚水ポンプ４の動力によって井戸２から取り込まれた地下水を、バッファタンク９まで流す。   One end of the pumping pipe 3 is drawn into the well 2, and after passing through the pumping heat exchanger 7, the other end is connected to the buffer tank 9. The pumping pipe 3 allows the groundwater taken from the well 2 by the power of the pumping pump 4 to flow to the buffer tank 9.

揚水ポンプ４は、井戸２の内部において、揚水管３の一端に取り付けられている。この揚水ポンプ４は、揚水流量計５、第１揚水温度計６及び第２揚水温度計８の計測結果などに基づいて動作する。これにより、揚水ポンプ４は、井戸２から揚水管３に地下水を取り込んで、揚水管３内の地下水に動力を付与する。   The pumping pump 4 is attached to one end of the pumping pipe 3 inside the well 2. The pump 4 operates based on the measurement results of the pumped flow meter 5, the first pumped thermometer 6, and the second pumped thermometer 8. Thereby, the pumping pump 4 takes in groundwater from the well 2 to the pumping pipe 3, and gives power to the groundwater in the pumping pipe 3.

揚水流量計５は、揚水管３の途中に設けられ、井戸２と第１揚水温度計６との間に位置している。この揚水流量計５は、揚水管３内の地下水の流量を計測し、その計測結果を信号にして出力し、その信号を制御盤２１に入力する。   The pumping flow meter 5 is provided in the middle of the pumping pipe 3 and is located between the well 2 and the first pumping thermometer 6. The pumping flow meter 5 measures the flow rate of groundwater in the pumping pipe 3, outputs the measurement result as a signal, and inputs the signal to the control panel 21.

第１揚水温度計６は、揚水管３の途中に設けられ、揚水流量計５と揚水熱交換器７との間に位置している。この第１揚水温度計６は、揚水熱交換器７で熱交換する前の揚水管３内の地下水の温度を計測し、その計測結果を信号にして出力し、その信号を制御盤２１に入力する。   The 1st pumping thermometer 6 is provided in the middle of the pumping pipe 3, and is located between the pumping flow meter 5 and the pumping heat exchanger 7. The first pumping thermometer 6 measures the temperature of groundwater in the pumping pipe 3 before heat exchange by the pumping heat exchanger 7, outputs the measurement result as a signal, and inputs the signal to the control panel 21. To do.

揚水熱交換器７は、揚水管３の途中に設けられ、第１揚水温度計６と第２揚水温度計８との間に位置していると共に、環状の第１循環管１７の途中に設けられている。この揚水熱交換器７は、揚水管３内を流れている地下水と、第１循環管１７内を流れている水などの液体との間で熱移動を行う。すなわち、揚水熱交換器７は、揚水管３内の地下水の冷熱又は温熱を、第１循環管１７内の液体に移動させる。   The pumping heat exchanger 7 is provided in the middle of the pumping pipe 3, is located between the first pumping thermometer 6 and the second pumping thermometer 8, and is provided in the middle of the annular first circulation pipe 17. It has been. The pumped heat exchanger 7 performs heat transfer between ground water flowing in the pumped pipe 3 and liquid such as water flowing in the first circulation pipe 17. That is, the pumped water heat exchanger 7 moves the cold or hot heat of the groundwater in the pumped pipe 3 to the liquid in the first circulation pipe 17.

第２揚水温度計８は、揚水管３の途中に設けられ、揚水熱交換器７とバッファタンク９との間に位置している。この第２揚水温度計８は、揚水熱交換器７で熱交換した後の揚水管３内の地下水の温度を計測し、その計測結果を信号にして出力し、その信号を制御盤２１に入力する。   The second pumping thermometer 8 is provided in the middle of the pumping pipe 3 and is located between the pumping heat exchanger 7 and the buffer tank 9. The second pumping thermometer 8 measures the temperature of the groundwater in the pumping pipe 3 after heat exchange with the pumping heat exchanger 7, outputs the measurement result as a signal, and inputs the signal to the control panel 21. To do.

バッファタンク９は、揚水管３の他端に接続されていると共に、還元管１０の一端に接続されている。これにより、バッファタンク９は、井戸２と還元井１１との間に位置している。このバッファタンク９は、ヒートポンプ１８の前段となる揚水熱交換器７において熱交換が行われた後の地下水を一時的に貯留する。すなわち、バッファタンク９は、揚水熱交換器７を介してヒートポンプ１８に熱を取り出された後の地下水を貯留する。また、バッファタンク９は、貯留水循環管１２の両端が接続されている。   The buffer tank 9 is connected to the other end of the water pumping pipe 3 and to one end of the reducing pipe 10. Thereby, the buffer tank 9 is located between the well 2 and the reduction well 11. The buffer tank 9 temporarily stores the groundwater after heat exchange is performed in the pumped heat exchanger 7 that is the front stage of the heat pump 18. That is, the buffer tank 9 stores the ground water after heat is taken out by the heat pump 18 via the pumped heat exchanger 7. The buffer tank 9 is connected to both ends of the stored water circulation pipe 12.

還元管１０は、その一端がバッファタンク９に接続されていると共に、その他端が還元井１１の内部に引き込まれている。この還元管１０は、バッファタンク９内で所定の水位を超えてオーバーフローした井戸水を、還元井１１まで流す。   One end of the reduction pipe 10 is connected to the buffer tank 9, and the other end is drawn into the reduction well 11. The reduction pipe 10 flows well water that has overflowed beyond a predetermined water level in the buffer tank 9 to the reduction well 11.

還元井１１は、地中ＧＲＤの穴である。この還元井１１には、揚水熱交換器７で熱移動が行われた後の地下水が、還元管１０等を介して戻される。   The reduction well 11 is a hole in the underground GRD. The groundwater after heat transfer is performed in the pumping heat exchanger 7 is returned to the reduction well 11 through the reduction pipe 10 and the like.

貯留水循環管１２は、その一端がバッファタンク９に接続されており、貯留水熱交換器１６を経由してから、その他端が再びバッファタンク９に接続されている。この貯留水循環管１２は、循環ポンプ１３の動力によって、バッファタンク９に貯留されている地下水を貯留水熱交換器１６との間で循環させる。   One end of the stored water circulation pipe 12 is connected to the buffer tank 9, and after passing through the stored water heat exchanger 16, the other end is connected to the buffer tank 9 again. The stored water circulation pipe 12 circulates the groundwater stored in the buffer tank 9 with the stored water heat exchanger 16 by the power of the circulation pump 13.

循環ポンプ１３は、貯留水循環管１２の途中に設けられ、バッファタンク９と貯留水熱交換器１６との間に位置している。この循環ポンプ１３は、貯留水温度計１４及び施設内温度計１５の計測結果などに基づいて動作する。これにより、循環ポンプ１３は、バッファタンク９に貯留されている地下水を貯留水循環管１２に取り込んで、貯留水循環管１２内の地下水に動力を付与することで、バッファタンク９内の地下水を貯留水熱交換器１６との間で循環させる。   The circulation pump 13 is provided in the middle of the stored water circulation pipe 12 and is positioned between the buffer tank 9 and the stored water heat exchanger 16. The circulation pump 13 operates based on the measurement results of the stored water thermometer 14 and the facility thermometer 15. Thereby, the circulation pump 13 takes in the groundwater stored in the buffer tank 9 to the stored water circulation pipe 12 and applies power to the groundwater in the stored water circulation pipe 12, thereby storing the groundwater in the buffer tank 9. Circulate with the heat exchanger 16.

貯留水温度計１４は、バッファタンク９内に設けられている。この貯留水温度計１４は、バッファタンク９に貯留されている地下水の温度を計測し、その計測結果を信号にして出力し、その信号を制御盤２１に入力する。   The stored water thermometer 14 is provided in the buffer tank 9. The stored water thermometer 14 measures the temperature of the groundwater stored in the buffer tank 9, outputs the measurement result as a signal, and inputs the signal to the control panel 21.

施設内温度計１５は、施設ＰＧＨ内に設けられている。この施設内温度計１５は、施設ＰＧＨ内の空気の温度を計測し、その計測結果を信号にして出力し、その信号を制御盤２１に入力する。   The facility thermometer 15 is provided in the facility PGH. The facility thermometer 15 measures the temperature of air in the facility PGH, outputs the measurement result as a signal, and inputs the signal to the control panel 21.

貯留水熱交換器１６は、貯留水循環管１２の途中に接続されていると共に、エアハンドリングユニット２０と一緒に施設ＰＧＨ内に設けられている。この貯留水熱交換器１６は、バッファタンク９との間で地下水が循環することで、エアハンドリングユニット２０で調温される前の施設ＰＧＨ内の空気と地下水との間で熱交換を行う。   The stored water heat exchanger 16 is connected in the middle of the stored water circulation pipe 12 and is provided in the facility PGH together with the air handling unit 20. The stored water heat exchanger 16 exchanges heat between the air in the facility PGH and the groundwater before the temperature is adjusted by the air handling unit 20 by circulating the groundwater between the buffer tank 9 and the groundwater.

第１循環管１７は、揚水熱交換器７とヒートポンプ１８との間を往復するように環状に配置されている。この第１循環管１７は、冷媒または熱媒体となる水などの液体を、揚水熱交換器７とヒートポンプ１８との間で循環させる。   The first circulation pipe 17 is annularly arranged so as to reciprocate between the pumped water heat exchanger 7 and the heat pump 18. The first circulation pipe 17 circulates a liquid such as water serving as a refrigerant or a heat medium between the pumped heat exchanger 7 and the heat pump 18.

ヒートポンプ１８は、揚水熱交換器７との間で液体を循環させる第１循環管１７と、エアハンドリングユニット２０との間で液体を循環させる第２循環管１９とが接続されている。このヒートポンプ１８は、第１循環管１７を流れる液体の冷熱又は温熱をかき集め、第２循環管１９を流れる液体に移動させる。すなわち、ヒートポンプ１８は、揚水熱交換器７で第１循環管１７内の液体に移動していた地下水の冷熱又は温熱を取り出して、第２循環管１９内の液体に移動させる。   The heat pump 18 is connected to a first circulation pipe 17 that circulates liquid between the pumped water heat exchanger 7 and a second circulation pipe 19 that circulates liquid between the air handling unit 20. The heat pump 18 collects cold or hot heat of the liquid flowing through the first circulation pipe 17 and moves it to the liquid flowing through the second circulation pipe 19. That is, the heat pump 18 takes out the cold or warm heat of the groundwater that has been moved to the liquid in the first circulation pipe 17 by the pumped heat exchanger 7 and moves it to the liquid in the second circulation pipe 19.

第２循環管１９は、ヒートポンプ１８とエアハンドリングユニット２０との間を往復するように環状に配置されている。この第２循環管１９は、冷媒または熱媒体となる水などの液体を、ヒートポンプ１８とエアハンドリングユニット２０との間で循環させる。   The second circulation pipe 19 is annularly arranged so as to reciprocate between the heat pump 18 and the air handling unit 20. The second circulation pipe 19 circulates a liquid such as water as a refrigerant or a heat medium between the heat pump 18 and the air handling unit 20.

エアハンドリングユニット２０は、環状の第２循環管１９の途中に接続されていると共に、貯留水熱交換器１６と一緒に施設ＰＧＨ内に設けられている。このエアハンドリングユニット２０は、ヒートポンプ１８との間で液体が循環することで、直前に貯留水熱交換器１６で調温された後の施設ＰＧＨ内の空気と第２循環管１９内の液体との間で熱交換を行う。   The air handling unit 20 is connected in the middle of the annular second circulation pipe 19 and is provided in the facility PGH together with the stored water heat exchanger 16. The air handling unit 20 circulates liquid with the heat pump 18, so that the air in the facility PGH and the liquid in the second circulation pipe 19 immediately after temperature adjustment by the stored water heat exchanger 16 is performed. Heat exchange between.

具体的に、エアハンドリングユニット２０は、貯留水熱交換器１６を組み込んだユニット本体２０ａと、ユニット本体２０ａ内に設けられた吸気ファン２０ｂと、施設ＰＧＨ内の空気を吸い込む吸込口２０ｃと、吸い込んだ空気を施設ＰＧＨ内に送り戻す送風口２０ｄ等を有する。このようなエアハンドリングユニット２０は、吸気ファン２０ｂの回転によって吸込口２０ｃを介して施設ＰＧＨ内の空気を吸い込んでから、ヒートポンプ１８で取り出され第２循環管１９内の液体に移動した熱を利用して、吸い込んだ空気を調温してから送風口２０ｄを介して施設ＰＧＨ内に送り戻す。   Specifically, the air handling unit 20 includes a unit main body 20a incorporating the stored water heat exchanger 16, an intake fan 20b provided in the unit main body 20a, a suction port 20c for sucking air in the facility PGH, and a suction. It has an air outlet 20d and the like for sending the air back into the facility PGH. Such an air handling unit 20 uses the heat that has been taken in by the heat pump 18 and transferred to the liquid in the second circulation pipe 19 after the air in the facility PGH is sucked through the suction port 20c by the rotation of the intake fan 20b. Then, after adjusting the temperature of the sucked air, the air is sent back into the facility PGH through the air blowing port 20d.

図２に示すように、制御盤２１は、データロガー２２とＣＰＵ（Central Processing Unit）２３とを有する。   As shown in FIG. 2, the control panel 21 includes a data logger 22 and a CPU (Central Processing Unit) 23.

データロガー２２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などの記録媒体によって構成されている。このデータロガー２２には、ＣＰＵ２３が各種処理を実行するための処理プログラムと各種処理を実行する際に用いられる各種データ（判定部２５が判定に用いるデータを含む。）及び各種フラグが記憶されている。   The data logger 22 is configured by a recording medium such as a RAM (Random Access Memory). The data logger 22 stores a processing program for the CPU 23 to execute various processes, various data (including data used by the determination unit 25 for determination) and various flags used when executing the various processes. Yes.

ＣＰＵ２３は、データロガー２２に記憶された処理プログラムを実行することによって、通信部２４、判定部２５及び制御部２６として機能する。   The CPU 23 functions as the communication unit 24, the determination unit 25, and the control unit 26 by executing the processing program stored in the data logger 22.

通信部２４は、熱交換システム１の各部との間で信号を送受信する。具体的に、通信部２４は、揚水流量計５、第１揚水温度計６、第２揚水温度計８、貯留水温度計１４及び施設内温度計１５等から出力された信号を、判定部２５に転送する。そして、通信部２４は、制御部２６が出力する制御信号を、揚水ポンプ５、循環ポンプ１３、ヒートポンプ１８及びエアハンドリングユニット２０に転送する。   The communication unit 24 transmits and receives signals to and from each unit of the heat exchange system 1. Specifically, the communication unit 24 determines signals output from the pumped flow meter 5, the first pumped thermometer 6, the second pumped thermometer 8, the stored water thermometer 14, the in-facility thermometer 15, and the like from the determination unit 25. Forward to. And the communication part 24 transfers the control signal which the control part 26 outputs to the pumping pump 5, the circulation pump 13, the heat pump 18, and the air handling unit 20.

判定部２５は、揚水流量計５、第１揚水温度計６、第２揚水温度計８、貯留水温度計１４及び施設内温度計１５等から出力された信号に基づいて各種判定を行うことで、揚水ポンプ５、循環ポンプ１３、ヒートポンプ１８及びエアハンドリングユニット２０等のそれぞれの運転状況を決定する。そして、判定部２５は、判定結果を信号にして制御部２６に出力する。   The determination unit 25 performs various determinations based on signals output from the pumped flow meter 5, the first pumped thermometer 6, the second pumped thermometer 8, the stored water thermometer 14, the facility thermometer 15, and the like. The operating conditions of the pumping pump 5, the circulation pump 13, the heat pump 18, the air handling unit 20, etc. are determined. Then, the determination unit 25 outputs the determination result as a signal to the control unit 26.

制御部２６は、揚水ポンプ５、循環ポンプ１３、ヒートポンプ１８及びエアハンドリングユニット２０等のそれぞれに対して、通信部２４を介して、判定部２５から出力された信号に基づく制御信号を出力し、それぞれの運転状況を制御する。   The control unit 26 outputs a control signal based on the signal output from the determination unit 25 via the communication unit 24 to each of the pumping pump 5, the circulation pump 13, the heat pump 18, the air handling unit 20, and the like. Control each driving situation.

次に、熱交換システム１における熱の流れを図１に基づいて説明する。   Next, the heat flow in the heat exchange system 1 will be described with reference to FIG.

まず、夏季などに冷房を行う場合を説明する。熱交換システム１において、井戸２からくみ上げられた地下水の冷熱は、揚水熱交換器７で第１循環管１７内の液体に移動してから、ヒートポンプ１８でかき集められて第２循環管１９内の液体に移動する。これにより、エアハンドリングユニット２０が冷房として機能する。   First, the case where air conditioning is performed in the summer will be described. In the heat exchange system 1, the cold water of the groundwater pumped up from the well 2 is transferred to the liquid in the first circulation pipe 17 by the pumped heat exchanger 7, and then collected by the heat pump 18 to be stored in the second circulation pipe 19. Move to liquid. Thereby, the air handling unit 20 functions as cooling.

また、施設内温度計１５で計測される施設ＰＧＨ内の空気の温度が、貯留水温度計１４で計測されるバッファタンク９内の地下水の温度より高い場合には、更に、バッファタンク９内の地下水が貯留水循環管１２を循環することで、バッファタンク９に貯留されている地下水の冷熱が貯留水熱交換器１６で再利用され、エアハンドリングユニット２０の冷房能力を増強する。   Further, when the temperature of the air in the facility PGH measured by the facility thermometer 15 is higher than the temperature of the groundwater in the buffer tank 9 measured by the stored water thermometer 14, the temperature in the buffer tank 9 is further increased. As groundwater circulates through the stored water circulation pipe 12, the cooling water of the groundwater stored in the buffer tank 9 is reused by the stored water heat exchanger 16, and the cooling capacity of the air handling unit 20 is enhanced.

具体例として、井戸２からくみ上げられた揚水管３内の地下水は、揚水熱交換器７において１５℃から加熱されて１８℃となり、バッファタンク９に供給される。   As a specific example, the groundwater in the pumping pipe 3 drawn up from the well 2 is heated from 15 ° C. to 18 ° C. in the pumped heat exchanger 7 and supplied to the buffer tank 9.

第１循環管１７内の液体は、揚水熱交換器７において４０℃から冷却されて３５℃となり、ヒートポンプ１８に供給されると共に、ヒートポンプ１８において３５℃から加熱されて４０℃となり、揚水熱交換器７に供給される。   The liquid in the first circulation pipe 17 is cooled from 40 ° C. to 35 ° C. in the pumped water heat exchanger 7 and supplied to the heat pump 18, and is heated from 35 ° C. to 40 ° C. in the heat pump 18 to be pumped heat exchange. Is supplied to the vessel 7.

第２循環管１９内の液体は、ヒートポンプ１８において１０℃から冷却されて５℃となり、エアハンドリングユニット２０に供給されると共に、エアハンドリングユニット２０において５℃から加熱されて１０℃となり、ヒートポンプ１８に供給される。   The liquid in the second circulation pipe 19 is cooled from 10 ° C. to 5 ° C. in the heat pump 18 and supplied to the air handling unit 20 and is heated from 5 ° C. to 10 ° C. in the air handling unit 20. To be supplied.

バッファタンク９に供給された後に貯留水循環管１２を循環する地下水は、貯留水熱交換器１６において１８℃から加熱されて２１℃となり、バッファタンク９に供給される。   After being supplied to the buffer tank 9, the groundwater circulating through the stored water circulation pipe 12 is heated from 18 ° C. to 21 ° C. in the stored water heat exchanger 16 and supplied to the buffer tank 9.

施設ＰＧＨ内の空気は、貯留水熱交換器１６において３０℃から冷却されて２５℃となり、その後、エアハンドリングユニット２０において２５℃から冷却されて２０℃となる。   The air in the facility PGH is cooled from 30 ° C. to 25 ° C. in the stored water heat exchanger 16 and then cooled from 25 ° C. to 20 ° C. in the air handling unit 20.

なお、貯留水熱交換器１６は、主に、施設ＰＧＨ内の空気の潜熱に作用する。また、エアハンドリングユニット２０は、主に、施設ＰＧＨ内の空気の顕熱に作用する。このように、貯留水熱交換器１６及びエアハンドリングユニット２０は、施設ＰＧＨ内の温度と湿度を個別で任意に調節する。例えば、冷房に伴って、施設ＰＧＨ内の空気の湿度を８０％から下げて７０％にする場合、主に、貯留水熱交換器１６が機能することが求められる。   The stored water heat exchanger 16 mainly acts on the latent heat of the air in the facility PGH. The air handling unit 20 mainly acts on the sensible heat of the air in the facility PGH. Thus, the stored water heat exchanger 16 and the air handling unit 20 individually and arbitrarily adjust the temperature and humidity in the facility PGH. For example, when the humidity of the air in the facility PGH is lowered from 80% to 70% with cooling, the stored water heat exchanger 16 is mainly required to function.

続いて、冬季などに暖房を行う場合を説明する。熱交換システム１において、井戸２からくみ上げられた地下水の温熱は、揚水熱交換器７で第１循環管１７内の液体に移動してから、ヒートポンプ１８でかき集められて第２循環管１９内の液体に移動する。これにより、エアハンドリングユニット２０が暖房として機能する。   Next, a case where heating is performed in winter will be described. In the heat exchange system 1, the temperature of the groundwater pumped up from the well 2 is transferred to the liquid in the first circulation pipe 17 by the pumped heat exchanger 7, and then collected by the heat pump 18 to be stored in the second circulation pipe 19. Move to liquid. Thereby, the air handling unit 20 functions as heating.

また、施設内温度計１５で計測される施設ＰＧＨ内の空気の温度が、貯留水温度計１４で計測されるバッファタンク９内の地下水の温度より低い場合には、更に、バッファタンク９内の地下水が貯留水循環管１２を循環することで、バッファタンク９に貯留されている地下水の温熱が貯留水熱交換器１６で再利用され、エアハンドリングユニット２０の暖房能力を増強する。   Further, when the temperature of the air in the facility PGH measured by the facility thermometer 15 is lower than the temperature of the ground water in the buffer tank 9 measured by the stored water thermometer 14, the temperature in the buffer tank 9 is further increased. As groundwater circulates through the stored water circulation pipe 12, the heat of the groundwater stored in the buffer tank 9 is reused by the stored water heat exchanger 16, and the heating capacity of the air handling unit 20 is enhanced.

具体例として、井戸２からくみ上げられた揚水管３内の地下水は、揚水熱交換器７において１５℃から冷却されて１２℃となり、バッファタンク９に供給される。   As a specific example, the groundwater in the pumping pipe 3 drawn up from the well 2 is cooled from 15 ° C. to 12 ° C. in the pumped heat exchanger 7 and supplied to the buffer tank 9.

第１循環管１７内の液体は、揚水熱交換器７において５℃から加熱されて８℃となり、ヒートポンプ１８に供給されると共に、ヒートポンプ１８において８℃から冷却されて５℃となり、揚水熱交換器７に供給される。   The liquid in the first circulation pipe 17 is heated from 5 ° C. to 8 ° C. in the pumped heat exchanger 7 and supplied to the heat pump 18, and is cooled from 8 ° C. to 5 ° C. in the heat pump 18, and pumped water heat exchange is performed. Is supplied to the vessel 7.

第２循環管１９内の液体は、ヒートポンプ１８において２８℃から加熱されて３０℃となり、エアハンドリングユニット２０に供給されると共に、エアハンドリングユニット２０において３０℃から冷却されて２８℃となり、ヒートポンプ１８に供給される。   The liquid in the second circulation pipe 19 is heated from 28 ° C. to 30 ° C. in the heat pump 18 and supplied to the air handling unit 20 and is cooled from 30 ° C. to 28 ° C. in the air handling unit 20. To be supplied.

バッファタンク９に供給された後の貯留水循環管１２を循環する地下水は、貯留水熱交換器１６において１２℃から冷却されて、バッファタンク９に供給される。   The groundwater circulating through the stored water circulation pipe 12 after being supplied to the buffer tank 9 is cooled from 12 ° C. in the stored water heat exchanger 16 and supplied to the buffer tank 9.

施設ＰＧＨ内の空気は、貯留水熱交換器１６において１８℃から加熱されて、その後、エアハンドリングユニット２０において加熱されて２５℃となる。   The air in the facility PGH is heated from 18 ° C. in the stored water heat exchanger 16 and then heated in the air handling unit 20 to 25 ° C.

このように、熱交換システム１によれば、ヒートポンプ１８で熱が取り出された後の地下水を、エアハンドリングユニット２０で調温する前の空気との間で熱交換させることで、地下水の再利用によって冷暖房能力を増強できる。結果、熱交換システム１の利用価値が高まる。   As described above, according to the heat exchange system 1, the groundwater after heat is extracted by the heat pump 18 is heat-exchanged with the air before the temperature is adjusted by the air handling unit 20, thereby reusing the groundwater. The air conditioning capacity can be increased. As a result, the utility value of the heat exchange system 1 increases.

また、施設ＰＧＨ内の空気の温度やバッファタンク９に貯留されている地下水の温度の状況に応じて、エアハンドリングユニット２０による一段階の動作と、貯留水熱交換器１６及びエアハンドリングユニット２０による二段階の動作とを切り替えることができる。これにより、消費エネルギーを抑えて循環ポンプ１３を稼働させることができる。結果、熱交換システム１の利用価値が更に高まる。   Further, depending on the temperature of the air in the facility PGH and the temperature of the groundwater stored in the buffer tank 9, a one-step operation by the air handling unit 20 and the stored water heat exchanger 16 and the air handling unit 20 are performed. It is possible to switch between two stages of operation. Thereby, the energy consumption can be suppressed and the circulation pump 13 can be operated. As a result, the utility value of the heat exchange system 1 is further increased.

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit and technical idea thereof.

すなわち、上記実施形態において、井戸２からくみ上げられた地下水の熱は、揚水熱交換器７を介してヒートポンプ１８で取り出される場合を例に説明したが、本発明は、揚水熱交換器を備えている必要はなく、井戸からくみ上げられた地下水の熱を直接ヒートポンプで取り出すように構成したものであってもよい。   That is, in the above embodiment, the case where the heat of the groundwater pumped up from the well 2 is taken out by the heat pump 18 through the pumped heat exchanger 7 has been described as an example, but the present invention includes a pumped heat exchanger. There is no need to be, and it may be configured such that the heat of groundwater pumped up from the well is directly taken out by a heat pump.

あるいは、上記実施形態において、冷房時に、施設ＰＧＨ内の空気の温度がバッファタンク９内の地下水の温度より高い場合にバッファタンク９に貯留されている地下水の冷熱を再利用して冷房能力を増強する一方で、暖房時に、施設ＰＧＨ内の空気の温度がバッファタンク９内の地下水の温度より低い場合にバッファタンク９に貯留されている地下水の温熱を再利用して暖房能力を増強する場合を例に説明したが、本発明において、バッファタンク９に貯留されている地下水の冷熱・温熱を再利用する条件は、これに限定されるものではない。   Alternatively, in the above embodiment, during cooling, if the temperature of the air in the facility PGH is higher than the temperature of the groundwater in the buffer tank 9, the cooling capacity of the groundwater stored in the buffer tank 9 is reused to enhance the cooling capacity. On the other hand, during heating, when the temperature of the air in the facility PGH is lower than the temperature of the groundwater in the buffer tank 9, the heating capacity is increased by reusing the heat of the groundwater stored in the buffer tank 9. Although demonstrated to the example, in this invention, the conditions which reuse the cold / hot heat of the groundwater stored by the buffer tank 9 are not limited to this.

あるいは、上記実施形態において、貯留水循環管１２によって、バッファタンク９に貯留されている地下水を貯留水熱交換器１６との間で循環させる場合を例に説明したが、貯留水熱交換器１６を経由した地下水を、バッファタンク９に供給せずに、還元井１１等に排出するようにしてもよい。   Or in the said embodiment, although the case where the groundwater stored by the buffer tank 9 was circulated between the stored water heat exchangers 16 by the stored water circulation pipe 12 was demonstrated to the example, the stored water heat exchanger 16 is used. The routed groundwater may be discharged to the reduction well 11 or the like without being supplied to the buffer tank 9.

１ 熱交換システム
２ 井戸
３ 揚水管
４ 揚水ポンプ
５ 揚水流量計
６ 第１揚水温度計
７ 揚水熱交換器
８ 第２揚水温度計
９ バッファタンク
１０ 還元管
１１ 還元井
１２ 貯留水循環管
１３ 循環ポンプ
１４ 貯留水温度計
１５ 施設内温度計
１６ 貯留水熱交換器（熱交換器）
１７ 第１循環管
１８ ヒートポンプ
１９ 第２循環管
２０ エアハンドリングユニット
２０ａ ユニット本体
２０ｂ 吸気ファン
２０ｃ 吸込口
２０ｄ 送風口
２１ 制御盤
２２ データロガー
２３ ＣＰＵ
２４ 通信部
２５ 判定部
２６ 制御部
ＰＧＨ 施設
ＧＲＤ 地中
ＷＢＬ 帯水層
Ｄ 深さ
ｈ 自然水位 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat exchange system 2 Well 3 Pumping pipe 4 Pumping pump 5 Pumping flow meter 6 First pumping thermometer 7 Pumping heat exchanger 8 Second pumping thermometer 9 Buffer tank 10 Reduction pipe 11 Reduction well 12 Reservoir circulation pipe 13 Circulation pump 14 Reservoir thermometer 15 Facility thermometer 16 Reservoir heat exchanger (heat exchanger)
17 1st circulation pipe 18 heat pump 19 2nd circulation pipe 20 air handling unit 20a unit main body 20b air intake fan 20c air inlet 20d air outlet 21 control panel 22 data logger 23 CPU
24 Communication Unit 25 Judgment Unit 26 Control Unit PGH Facility GRD Underground WBL Aquifer D Depth h Natural Water Level

Claims (1)

井戸からくみ上げられた地下水の熱を取り出すヒートポンプと、
施設内の空気を吸い込んでから、前記ヒートポンプで取り出された前記熱を利用して、吸い込んだ前記空気を調温してから前記施設内に送り戻すエアハンドリングユニットと、
前記ヒートポンプに熱を取り出された後の前記地下水を貯留させておくバッファタンクと、
前記バッファタンクとの間で前記地下水が循環することで、前記エアハンドリングユニットで調温される前の前記空気と前記地下水との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記施設内の空気の温度を計測する温度計と、
前記バッファタンクに貯留されている前記地下水の温度を計測する水温計と、
前記温度計及び前記水温計の計測結果に基づいて動作することで、前記バッファタンクに貯留されている前記地下水を、前記熱交換器との間で循環させるポンプと、を備え、
前記エアハンドリングユニットによる一段階の動作による前記施設内の冷房時には、前記施設内の空気を前記エアハンドリングユニットにおいて冷却し、
前記熱交換器及び前記エアハンドリングユニットによる二段階の動作による前記施設内の冷房時には、前記ポンプの動作によって、前記バッファタンクに貯留されている前記地下水を前記熱交換器との間で循環させることで、前記施設内の空気を前記熱交換器において冷却してから、その後、前記エアハンドリングユニットにおいて冷却し、
前記エアハンドリングユニットによる一段階の動作による前記施設内の暖房時には、前記施設内の空気を前記エアハンドリングユニットにおいて加熱し、
前記熱交換器及び前記エアハンドリングユニットによる二段階の動作による前記施設内の暖房時には、前記ポンプの動作によって、前記バッファタンクに貯留されている前記地下水を前記熱交換器との間で循環させることで、前記施設内の空気を前記熱交換器において加熱してから、その後、前記エアハンドリングユニットにおいて加熱することを特徴とする
熱交換システム。 A heat pump that extracts the heat of groundwater pumped up from the well;
An air handling unit that sucks in the air in the facility and then uses the heat extracted by the heat pump to adjust the temperature of the sucked air and send it back into the facility;
A buffer tank for storing the groundwater after heat is taken out by the heat pump;
A heat exchanger that exchanges heat between the air before the temperature is adjusted by the air handling unit and the ground water by circulating the ground water between the buffer tank,
A thermometer for measuring the temperature of air in the facility;
A thermometer for measuring the temperature of the groundwater stored in the buffer tank;
A pump that circulates the groundwater stored in the buffer tank with the heat exchanger by operating based on the measurement results of the thermometer and the water thermometer , and
During cooling of the facility by a one-step operation by the air handling unit, the air in the facility is cooled in the air handling unit,
During cooling of the facility by a two-stage operation by the heat exchanger and the air handling unit, the groundwater stored in the buffer tank is circulated between the heat exchanger and the pump by the operation of the pump. Then, the air in the facility is cooled in the heat exchanger, and then cooled in the air handling unit.
At the time of heating in the facility by a one-step operation by the air handling unit, the air in the facility is heated in the air handling unit,
During heating of the facility by a two-stage operation by the heat exchanger and the air handling unit, the ground water stored in the buffer tank is circulated between the heat exchanger by the operation of the pump. in the air in the facility is heated in the heat exchanger, then, the heat exchange system, characterized that you heated in the air handling unit.
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