JP6349078B2

JP6349078B2 - 熱源水及び循環水熱交換システム

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Publication number: JP6349078B2
Application number: JP2013249107A
Authority: JP
Inventors: 健三科野; 定親小川; 孝男横山
Original assignee: 東北ボーリング株式会社
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2018-06-27
Anticipated expiration: 2033-12-02
Also published as: JP2015105807A

Description

本発明は、熱源水及び循環水熱交換システムに係り、特に、熱源水の放熱装置と循環水の採熱装置とにより熱交換水槽にて熱源水と循環水とを熱交換させる熱源水及び循環水熱交換システムに関する。

地下水、河川水、工業排水等のいわゆる「低温熱源水」の熱エネルギを供給して融雪や消雪などに利用する技術が開発されている。この低温熱源水の熱エネルギの供給には２種類の方法がある。第１の熱エネルギ供給方法は、熱源水を融雪や消雪を行う道路や屋根などの負荷側に直接送り込む方法である。例えば、年間を通じて温度がほぼ一定であり、外気と比べて夏は冷たく冬は暖かい地下水や、豊富に湧き出る温泉水がこの方式で利用されている。例えば、特許文献１には、地下水を利用して効率よく融雪が行える融雪装置及び融雪方法が開示されている。ここでは、揚水ポンプによって井戸から汲み上げられた地下水が融雪槽内の散水管によって散水され、融雪槽内の雪が溶かされることが記載されている。

第２の熱エネルギ供給方法は、ヒートポンプなどの熱交換器を介して間接的に熱エネルギを負荷側に送り込む方法である。この熱エネルギ供給方法は、外気と十分に温度差がない低温熱源水から熱を取り出すためにヒートポンプなどの熱交換器を用い、必要な熱エネルギを十分に負荷側に供給する方法である。例えば、特許文献２には地下水を利用したヒートポンプシステムが開示されている。ここでは、地下水及び地中から熱を吸熱し、さらに水−水熱交換器において地下水と熱交換して地下水から熱を吸熱することが記載されている。このように、外気と十分に温度差がない熱源水から熱エネルギを取り出すためにヒートポンプや水−水熱交換器などが用いられ、熱エネルギが間接供給される。

また、熱エネルギを利用する側に負荷変動がある場合には熱源装置の容量を大きくする必要があるが、それでは設備コストが嵩んでしまう。そこで蓄熱槽を設ける技術が採用されている。例えば、特許文献３には、充分な容量を持つ分散蓄熱槽を設置した地域熱供給システムが開示されている。ここでは、蓄熱槽を用い、地域センター内に設置された熱源プラントで製造される熱を周辺の熱受入側建物に供給して、その利用をはかる地域熱供給システムにおいて、この熱源プラントで製造された熱を蓄える蓄熱槽を各熱受入側建物に分散設置し、蓄熱槽と熱源プラントとの間を熱搬送管で接続することが記載されている。

この蓄熱槽の蓄熱容量を増大させ、熱源装置を更に小型化して設備コストを低減する技術が開発されている。例えば、特許文献４には潜熱蓄熱材を熱交換器に使用した例として、無機性潜熱蓄熱材を用いた熱回収蓄熱システムが開示されている。ここでは、無機系潜熱蓄熱材をゲル化剤等によりゲル状にして、その中に過冷却防止剤や相分離防止剤を均一に分散し、それをカプセル材で包んだカプセル型潜熱媒体にし、その潜熱媒体を熱交換器に充填して河川水や下水と熱交換し、さらにその媒体を蓄熱槽に輸送して貯蔵することが記載されている。

さらに、外気と十分に温度差がない低温熱源水の熱エネルギを利用するため、熱交換効率の高い熱交換器の技術が提案されている。例えば、特許文献５には、地中に埋設されて大地との間で熱交換を行う地中熱交換器が開示されている。ここでは、大地に形成された竪穴と、竪穴に配設された地中熱交換器と、竪穴に充填された充填材とを備え、地中熱交換器は、内管と外管の二重管で構成され、外管を流化する熱媒が最下端から内管を通って返送される循環方式を採用している。

特開２０１０-１５９５７４号公報特開２００８-３０９３８２号公報特開平８-２７０９８７号公報特開平６-１５９９６５号公報特開２００８-９６０１５号公報

第１の熱エネルギ供給方法である熱源水を直接負荷側に送り込む方法は、熱源水に含まれる、例えば鉄分等の含有物のスケールが、例えば配管等の設備機器、或いは、例えば路面等の熱エネルギの負荷側に赤錆などを発生させることから、粉塵などの公害の発生、景観上の問題、設備維持費用の高騰などの問題が生じる。また、この第１の熱エネルギ供給方法では、熱源水を熱資源として使用するだけであり水資源として有効に活用することができないという問題もある。

また、第２の熱エネルギ供給方法である熱源水をヒートポンプなどの熱交換器等を介して間接的に負荷側に送り込む方法は上述した問題を解決する。しかし、ヒートポンプや水−水熱交換器などの設備機器を使用するため、設備に関する高価な設備設置コストが負担になるという問題がある。また、動力源として重油や電気などの化石燃料を使用するため維持管理コストが負担となるという問題もある。

上述した設備費を低減する方法としては、外気と十分な温度差がない低温熱源水から簡易な方法で熱エネルギを取り出すために、蓄熱材などにより熱交換効率を向上させることが望まれる。しかし、蓄熱材により低温熱源水から熱エネルギを取り出すには、長期に亘り容器の破損や熱交換性能の劣化が発生しない蓄熱材の技術が要求される。また、低温熱源水を、特に、飲料水や工業用水などの水資源としても活用するには、蓄熱材が熱源水に漏れ出さない容器の設計施工技術が要求される。

本願の目的は、かかる課題を解決し、熱交換効率が高く簡易な熱交換システムにより熱エネルギの供給コストを低減し、安全性が高く維持管理が容易な蓄熱材により熱源水を熱資源及び水資源として有効に活用する熱源水及び循環水熱交換システムを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る熱源水及び循環水の熱交換システムは、水槽内に供給された所定量の熱源水と、水槽内にループ状に巻かれて積み重ねられた循環水配管を流通する循環水と、を熱交換させる熱交換水槽と、熱交換水槽に連続的に供給した熱源水を熱資源として放熱させ、熱資源を熱交換水槽から回収後は、水資源として継続的に利用するか、又は直接排水する熱源水の放熱装置と、熱交換水槽を移動して採熱し、熱交換水槽から流出後は熱資源として放熱し、再度熱交換水槽に流入して循環する循環水の採熱装置と、を備えることを特徴とする。

上記構成により、本熱交換システムは、熱交換水槽において熱源水と循環水との熱交換を行うことで、熱源水の熱エネルギを熱資源として活用し、熱交換水槽から回収後は水資源として継続的に利用できる。また、循環水は、採熱装置により循環され、熱源水からの採熱と熱資源としての放熱とを繰り返すことで熱エネルギを効率的に運搬できる。このようなシステムにより、熱交換水槽において熱源水と循環水とをヒートポンプなどの熱交換器を使用せずに、また例えば重油や電気などの動力を使用せずに熱交換させることができ簡易な設備により廉価な設備コストで熱交換システムが構築できる。

また、本熱交換システムでは、熱交換水槽内にループ状に巻かれた循環水配管が積み重ねられ、その配管内を循環水が流通する。すなわち、本熱交換システムでの熱交換には、市販の配管材料のみが使用されるが、この配管材料は、熱容量は小さいもののそれ自体蓄熱性能を有する。循環水配管は熱交換水槽内においてループ状に巻かれて積み重ねられることで熱源水と接触する表面積を十分に確保することができる。つまり、循環水配管は、小さな熱容量であっても接触面積が大きくなれば高い熱交換効率を発揮する実用的な蓄熱材となる。これにより、循環水配管は、循環水を流通させる機能と蓄熱性能を発揮する機能とを兼ね備え、施設設置コストを大幅に低減しつつ蓄熱材として機能することができる。

さらに、熱交換を行う循環水配管は、上水道に使用される配管をそのまま使用することで、長期間使用しても有害な成分が流出することは無く、安全性の高い熱交換システムとなる。また、循環水配管は、交換自在でありメンテナンスが容易な蓄熱材である。これにより、熱源水を問題なく熱資源及び水資源として有効に活用することができる。

また、熱交換システムは、熱交換水槽には、潜熱蓄熱材が内部に封入され、耐腐食性を有する材料からなる複数の蓄放熱パイプを配置することが好ましい。これにより、熱交換水槽の熱容量が潜熱蓄熱材により増大し、熱源水から循環水への熱エネルギの交換が効率的に行われる。そして、蓄放熱パイプは、上水に用いられる樹脂製等の耐腐食性の配管材料を使用し、熱交換水槽内で浮遊させずに定位置に配置する。これにより、有害な成分が熱源水に漏れ出すことを防止できる。このように、熱交換水槽内の水質の安全性を確保し、熱源水を問題なく熱資源及び水資源として有効に活用できる。

また、熱交換システムは、熱交換水槽内には、複数の分室に区分けして熱源水の流路を形成させる仕切板を備え、潜熱蓄熱材が封入された複数の蓄放熱パイプが、熱源水の吐口付近の流路に集中又は分散して配置されることが好ましい。このように、熱交換水槽内に仕切板を設けることで熱源水の経路をより長くとることができ、熱源水から循環水への熱エネルギの交換を十分に行い、熱交換の効率を上げることができる。また、潜熱蓄熱材が封入された蓄放熱パイプを熱源水の吐口付近の流路に集中又は分散して配置することで、熱エネルギのより大きな状態で熱交換をさせ、熱交換の効率を上げることができる。

また、熱交換システムは、熱交換水槽内の循環水配管が、熱交換水槽内の循環水配管は、分室ごとにループ状に巻かれて積み重ねられた複数のスパイラルを形成し、循環水の呑口から吐口まで、複数のスパイラルを形成しながら連結されることが好ましい。これにより、熱交換水槽内の循環水配管の経路をより長く取ることができ、熱交換効率を上げることができる。また、循環水配管は、熱交換水槽内においてループ状に巻かれて積み重ねられたスパイラルを形成するため、強制的な応力を受けることがない。これにより、破損などのダメージによる循環水の洩れ等の虞がない。

また、熱交換システムは、熱交換水槽内の循環水配管が、複数に並列分岐した呑口及び吐口にそれぞれ接続され、それぞれの連続した循環水配管は、複数の連続したスパイラルを形成することが好ましい。これにより、熱交換水槽内の循環水配管の経路が倍増されて熱源水との接触面積を増大させることができ、熱交換効率を上げることができる。

また、熱交換システムは、循環水配管のスパイラルが、呑口から吐口へと流れる熱源水の平面的な流路に対して循環水の平面的な流路が逆方向になるように配置されることが好ましい。これにより、熱源水の流れと、循環水配管内を流通する循環水の流れとが対向し、循環水配管内の循環水が熱源水から十分に熱エネルギを吸熱することができ、熱交換水槽の断熱性能を高め、熱交換の効率を向上させることができる。

また、熱交換システムは、熱交換水槽が、上面、外壁面及び底面に生じた隙間がシール又はパッキンにより封止されて気密状態となることが好ましい。これにより、熱交換水槽の断熱性能を高め、熱交換の効率を向上させることができる。

また、熱交換システムは、熱交換水槽の外壁面及び底面は断熱材で覆われ、熱交換水槽の一部又は全部が土中に埋設されることが好ましい。このように、断熱材で熱交換水槽の外壁面及び底面を覆うことにより、熱交換水槽の断熱性能を高め、熱交換の効率を向上させることができる。また、熱交換水槽の一部又は全部を土中に埋設させることで、外気温の変動の影響を減少させ、熱交換の効率を向上させることができる。

さらに、熱交換システムは、熱交換水槽の上部には、少なくとも循環水移動のための送水装置、付属装置、及び分岐装置が収納可能な室が設けられることが好ましい。これにより、熱交換水槽の上部に装置を集約して設置でき、コンパクトな熱交換システムが実現できる。また、熱交換水槽の上部に装置を設置する室を設けることで、外気温の変動の影響を減少させ、熱交換の効率を向上させることができる。

以上のように、本発明に係る熱交換システムによれば、熱交換効率が高く簡易な熱交換システムにより熱エネルギの供給コストを低減し、安全性が高く維持管理が容易な蓄熱材により熱源水を熱資源及び水資源として有効に活用する熱源水及び循環水熱交換システムを提供することができる。

本発明に係る熱源水及び循環水熱交換システムの１つの実施形態の概略構成を示す説明図である。熱交換水槽及び設備室における熱源水及び循環水熱交換システムの構成を示す断面図である。図１の熱交換水槽内の循環水配管のスパイラル配置に関する一つの実施例を示すＡ−Ａ断面図である。熱交換水槽内の熱源水及び循環水の配管回りを示す詳細図である。蓄放熱パイプの構成を示す平面図及び断面図である。図１の熱交換水槽内の蓄放熱パイプの配置に関する一つの実施例を示すＢ−Ｂ断面図である。熱交換水槽の断熱手段を示す詳細図である。

（熱交換システムの構成）
以下に、図面を用いて本発明に係る熱源水及び循環水熱交換システム１の実施形態につき、詳細に説明する。図１に、本発明に係る熱交換システム１の１つの実施形態の概略構成を示す。本熱交換システム１は、熱源水６と循環水７とを熱交換させる熱交換水槽２、熱源水６を熱交換水槽２に供給して水資源として活用する熱減水放熱装置３、及び循環水７を循環させる循環水ポンプ１１等の循環水７の採熱装置４から構成される。

熱交換水槽２は、熱交換水槽２内に供給された所定量の熱源水６と、熱交換水槽２内にループ状に巻かれて積み重ねられた循環水配管５内を流通する循環水７と、を熱交換させる容器である。本実施形態では、熱源水６として採水熱井戸８から汲み上げられた地下水を使用するが、これに限らず、例えば河川水、工場排水等であっても良い。これらの熱源水６は、ボイラーやヒートポンプ等により所定の温度に加熱された熱源水６に対して「低温熱源水」と呼ばれる。地下水は、年間を通じて変化の激しい外気温と比較して年間を通じて温度変化が少ないことを特徴とする。本発明に係る熱交換システム１は、この特徴を生かして、例えば冬季においては、循環水７よりも高温である地下水を熱源水６として汲み上げ、熱源水６の熱エネルギを放熱させて循環水７に吸熱させることで熱交換を行う。そして、ヒートソースとして熱エネルギを放熱した熱源水６は水資源として活用される。一方、循環水７は、吸熱した熱エネルギにより例えば、駐車場等の路面の積雪を融雪させるヒートシンクとしての融雪装置１５などに活用する、というシステムである。

熱源水６の放熱装置３は、図１に示すように、採水熱井戸８から水中ポンプ２７により汲み上げられた地下水を、熱交換水槽２に連続的に供給するものである。この熱源水６の供給は制御部３２により制御される。熱源水放熱装置３は、熱交換水槽２内で熱源水６を熱資源として放熱させる。また、熱源水放熱装置３は、熱源水６の熱資源が熱交換水槽２において回収された後は熱源水６を貯水槽１２に貯水する。そして、熱源水放熱装置３は、回収した熱源水６を生活用水、農業用水等の水資源として継続的に利用された後に排水されるか、或いは、利用されない熱源水６は水路２０等に直接排水される。

従来の熱利用システムでは、湧き出た温泉水を直接融雪に利用する場合等、熱源水６を熱資源としてのみ使用する場合がある。また、井戸水を飲料水として利用する場合等、熱源水６を水資源としてのみ使用する場合がある。本熱交換システム１は、熱源水６の熱エネルギを直接負荷側に供給するのではなく、熱交換水槽２おいて循環水７と熱交換させた後、負荷側に間接供給するシステムであり、地下水等の熱源水６をより有効に活用するシステムである。

また、循環水７の採熱装置４は、循環水ポンプ１１により循環水７を熱交換水槽２内の循環水配管５に流通させ、循環水７に熱源水６からの熱エネルギを採熱させる。そして、循環水採熱装置４は、ヒートソースとしての熱交換水槽２から流出後は、循環水７を熱資源、すなわちヒートシンクとして活用される。例えば、駐車場等の路面に設けられた融雪装置１５に誘導し、放熱させることで熱エネルギとして利用する。そして、循環水７を再度熱交換水槽２に流入させ、循環して熱エネルギを利用させる。

（熱交換水槽及び設備室の構成）
図２に、熱交換水槽２及び設備室１４における熱源水及び循環水熱交換システム１の構成を示す。また、図３に、図１の熱交換水槽２内の循環水配管５のスパイラル配置に関する一つの実施例を示す。熱交換水槽２は地下に設けられ、上部には設備室１４が設けられる。設備室１４は、天井面を鉄蓋３３により覆われ、外壁面２５には鉄枠３９が設けられている。その鉄枠３９の外側は断熱材３０により覆われている。また、設備室１４には、循環水ポンプ１１が設置される。また、採水熱井戸８から汲み上げられた熱源水６は、熱交換水槽２の吐口２２及び呑口２１に接続される。また、循環水ポンプ１１は循環水７の呑口１９及び吐口１８に接続される。

図２に示すように、熱交換水槽２の外壁面２５及び底面２６は、コンクリート壁３１で囲まれている。また、このコンクリート壁３１の外側は断熱材３０により覆われている。そして、設備室１４と熱交換水槽２とは、上蓋２４により仕切られている。本実施形態では、熱交換水槽２内は、仕切板１３ａ，１３ｂにより複数の分室に区分けされ、熱源水６の流路が形成される。この仕切板１３ａ，１３ｂは「じゃま板」とも称され、本実施形態ではアクリル製の平板が用いられるが、それに限らない。そして、図３に示されるように、仕切板１３ａ及び１３ｂは、熱源水６の流路が蛇行するように熱交換水槽２の外壁面２５に接続される。この熱源水６の流路は、図１中において矢印にて斜視により示す。

（スパイラルを形成する循環水配管）
図２に示す循環水配管５には、本実施形態では樹脂製ホース２３が用いられる。この樹脂製ホース２３は、循環水７の呑口１９から吐口１８までを連続的に接続し、循環水７を流通させる。これは、熱源水６の流路と循環水７の流路とを対向させ、効果的に熱交換させるためである。これにより、熱源水６は、熱交換後に水資源として継続的に利用することができる。また、本実施形態では、この樹脂製ホース２３が熱交換水槽２内においてループ状に積み重ねられる。これは、循環水配管５の全長をより長くすることによって熱交換の効率を向上させるためである。このように樹脂製ホース２３がループ状に積み重ねられることで、樹脂製ホース２３の熱源水６との接触面積を容易に増加させて熱交換水槽２内に配置することができる。

図３に、図１の熱交換水槽２内に配置された樹脂製ホース２３に関する一つの実施例を示す。熱交換水槽２内の樹脂製ホース２３は、ループ状に巻かれたスパイラルを形成しながら呑口１９から吐口１８に連続して接続される。本実施形態では、熱交換水槽２内は２枚の仕切板１３ａ，１３ｂにより３つの分室が形成された流路となり、各分室１５に４個の樹脂製ホース２３のスパイラルが配置される。１箇所のスパイラルで積み上げられた樹脂製ホース２３は、一端下部まで下がって隣接するスパイラルに移動してループ状に積み上げられる。

熱交換水槽２内の循環水配管５は、複数に並列分岐した呑口１９及び吐口１８に接続され、それぞれに連続した樹脂製ホース２３は、個別のスパイラルを形成する。例えば、図３に示す実施例では、樹脂製ホース２３ａで表わされる循環水配管５の系列と、薄く塗られた樹脂製ホース２３ｂで表わされる循環水配管５の系列とがそれぞれ連続して形成される。このように、熱交換水槽２内に循環水配管５を２系列としてループ状に積み上げることで、樹脂製ホース２３の密度を高めて配置することができ、熱交換効率を向上させることができる。

図２及び図３に示すように、樹脂製ホース２３のスパイラルは、熱源水呑口２２から熱源水吐口２１へと流れる熱源水６の平面的な流路に対して循環水７の平面的な流路が逆方向になるように配置される。すなわち、図２の循環水配管５は、図面に向かって左側に配置された循環水呑口１８から図面に向かって右側に配置された循環水吐口１９へと接続された樹脂製ホース２３内を流れる。一方、図２の熱源水６は、図面に向かって右側に配置された熱源水呑口２２から図面に向かって左側に配置された熱源水吐口２１へと流れる。図３でも同様に、循環水配管５は、図面の左下に配置された循環水呑口１８から図面の右上に配置された循環水吐口１９へと接続された樹脂製ホース２３内を流れる。一方、図３の熱源水６は、図面の右上に配置された熱源水呑口２２から図面左下に配置された熱源水吐口２１へと流れる。このように、熱源水６の流れの方向と循環水配管５の配置の方向が逆方向になるようにそれぞれの呑口１８，２２及び吐口１９，２１が配置される。これにより、熱源水６の流れと、循環水配管５内を流通する循環水７の流れとが対向し、循環水配管５内の循環水７が熱源水６から十分に熱エネルギを採熱することができる。

図４に、熱交換水槽２内の熱源水６及び循環水配管５回りの詳細を示す。ここでは、循環水吐口１９及び熱源水呑口２２の詳細を示す。本実施形態では、循環水配管５は２系列であるため、樹脂管が二股に分岐され、それぞれの吐口１９に樹脂製ホース２３が接続される。このように先端が二股に分岐される詳細は、循環水呑口１８においても同様である。また、熱源水呑口２２は、樹脂管が熱交換水槽２の下端部にまで降りて熱源水６を熱交換水槽２内に放水する。また、循環水吐口１９及び熱源水呑口２２は、それぞれ熱交換水槽２と設備室１４とを仕切る上蓋２４を貫通する。上蓋２４は、透明な樹脂製であっても良い。上蓋２４の貫通部には止水ジョイント４１が設けられ、熱交換水槽２の内部が密閉される。

（蓄放熱パイプ）
図５に、蓄放熱パイプ５０の構成を断面図で示す。この蓄放熱パイプ５０は、管状部材５１及び封止蓋５２ａ，５２ｂから構成される。この管状部材５１の内部には、潜熱蓄熱材５３が充填される。また、管状部材５１の両端部には潜熱蓄熱材５３を管状部材５１の内部に封止する封止蓋５２ａ，５２ｂが設けられる。図５(ａ)は、封止蓋５２が管状部材５１の内側に嵌め込まれる方式の封止蓋５２ａであり、図５(ｂ)は、封止蓋５２が管状部材５１の外側から嵌め込まれる方式の封止蓋５２ｂである。潜熱蓄熱材５３は、蓄放熱材とも称される材料であり、管状部材５１の内部で熱エネルギを貯蔵する。本発明では、潜熱蓄熱材５３として管理温度が５℃から３０℃の範囲内で求められる相変化温度帯を持つ材料、例えば無機塩を主成分とした溶液などが用いられる。また、本発明では管状部材５１、及び封止蓋５２には、例えば、塩化ビニール製などの樹脂製パイプが用いられるが、これに限らず、例えば、ガラス、セラミック、ステンレス鋼などの他の材料からなるパイプであっても良い。

図６に、熱交換水槽２内の蓄放熱パイプ５０の配置に関する一つの実施例を示す。本蓄放熱パイプ５０は、熱交換水槽２内に配置され、潜熱蓄熱材５３による蓄熱により熱源水６及び循環水７の熱交換を促進する媒体の役割を担う。すなわち、蓄放熱パイプ５０は、熱交換水槽２に供給された熱源水６に浸されることで熱源水６から熱エネルギを吸収して蓄熱し、それを循環水７に放熱することで熱源水６及び循環水７の熱交換を促進させる。図２及び図４に示されるように、本実施形態では、この蓄放熱パイプ５０は熱源水６の吐口２２付近に集中して配置される。すなわち、熱交換水槽２内に深く挿入された熱源水６の吐口２２付近に複数の蓄放熱パイプ５０が横置きで並べられる。これは、熱交換水槽２に放出された熱源水６からより初期の段階で熱エネルギを吸熱して蓄熱し、熱源水６及び循環水７の熱交換の効率を高めるためである。この蓄放熱パイプ５０の径、全長、及び数量は、図２及び図４のサイズ又は本数に限らず、その熱交換水槽２における熱源水６及び循環水７の熱交換に必要な径、全長、又は本数が算出される。また、本実施形態では、蓄放熱パイプ５０は、横置きに配置されるが、これに限らず、例えば、縦置き等の他の配置方法であっても良い。

本蓄放熱パイプ５０は、熱源水６を熱交換水槽２から回収後は水資源として継続的に利用する熱源水が満たされた熱交換水槽２内に配置される。つまり、本蓄放熱パイプ５０は、飲料水、農業用水などにも活用される熱源水６に浸される。従って、蓄放熱パイプ５０は、蓄放熱パイプ５０の内部に充填された潜熱蓄熱材５３が熱源水６に流出しないように封止蓋５２が管状部材５１に対して強固に嵌め込まれる接合方法が採用される。そして、蓄放熱パイプ５０は、熱交換水槽２内に自重で床上に設置される。これにより、蓄放熱パイプ５０の破損などのリスクが回避される。

（熱交換水槽の断熱手段）
図７に、熱交換水槽２の断熱手段を詳細図で示す。熱交換水槽２には、熱源水６及び循環水７による熱交換効率を向上させるために数々の対策が講じられている。まず、熱交換水槽２は地中に埋設され、熱交換水槽２の上部には、少なくとも循環水７移動のための循環水ポンプ１１、付属装置、及び分岐装置などが収納可能な設備室１４が設けられる。例えば、地下５メートルを超える地中の深部は年間を通じて温度変化が少ない。そのため冬季には自然による保温効果が生じる。また、熱交換水槽２の上面の空間を設備室１４として使用することで、土地の有効利用が計られ、さらに熱交換水槽２を設備室１４により上面から断熱する効果が発揮される。

また、熱交換水槽２の内壁面２５及び内底面２６はコンクリート壁３１で覆われているが、そのコンクリート壁３１はさらに断熱材３０で覆われている。この断熱材３０により地中の土との熱交換が遮断され、熱交換水槽２内における熱源水６及び循環水７の熱交換効率を向上させている。また、断熱材３０の内側には、アルミ蒸着マット３８が貼られ、断熱材３０の効果を向上させている。さらに、コンクリート壁３１の内面側にはコンクリート塗布防水材３５が塗布され、防水効果とともに、コンクリート壁３１や断熱材３０に雨水などが滲み込むことによる断熱性能の低下を防止している。

熱交換水槽２の断熱手段は、接合詳細にも及んでいる。すなわち、熱交換水槽２は、上面２４、内壁面２５及び内底面２６に生じた隙間がシール２８又はパッキン２９により封止されて気密状態となり、断熱効果が向上する。例えば、コンクリート壁３１と鉄枠３９との接合部にはシールパッキン３６及びコーキング材３７が設けられ、止水性を高めるとともにコンクリート壁３１に水が滲み込むことによる断熱性能の低下を防止している。さらに、コンクリート壁３１に上蓋２４を固定するビスネジ３４の頭部とワッシャとの間にはゴムパッキン４０が挟まれ、止水性を高めるとともにコンクリート壁３１に水が滲み込むことによる断熱性能の低下を防止している。このように、接合詳細にも断熱手段を積み重ねることで熱交換水槽２全体との断熱性能の向上に寄与することができる。

上述したように熱交換水槽２は、各種の断熱手段により蓄熱槽としての機能を発揮する。すなわち、外気温の影響を極力排除して、熱源水６と循環水７との熱エネルギの交換を促進させる。また、熱交換水槽２内に発生した熱エネルギが外部に放熱するのを極力防止する。さらに、蓄放熱パイプ５０の蓄熱性能が付加される。このように、簡易な装置を用いながらも、熱交換効率を高めた熱源水６及び循環水７の熱交換システム１が提供できる。

１（熱源水及び循環水）熱交換システム、２熱交換水槽，ヒートソース、３（熱源水）放熱装置、４（循環水）採熱装置，ヒートシンク、５循環水配管、６熱源水、７循環水、８採水熱井戸、１１循環水ポンプ、１２貯水槽、１３，１３ａ，１３ｂ仕切板、１４設備室、１５融雪装置、１６バルブ、１７ヘッダ、１８循環水呑口、１９循環水吐口、２０水路等、２１熱源水吐口、２２熱源水呑口、２３，２３ａ，２３ｂ樹脂製ホース、２４上蓋、２５内壁面、２６内底面、２７水中ポンプ、３０断熱材、３１コンクリート壁、３２制御部、３３鉄蓋、３４ビスネジ、３５コンクリート塗布防水材、３６シールパッキン、３７コーキング材、３８アルミ蒸着マット、３９鉄枠、４０ゴムパッキン、４１止水ジョイント、４３樹脂管、５０，５０ａ，５０ｂ蓄放熱パイプ、５１管状部材、５２封止蓋、５３潜熱蓄熱材。

Claims

水槽内に供給された所定量の熱源水と、水槽内にループ状に巻かれて積み重ねられた循環水配管を流通する循環水と、を熱交換させる熱交換水槽と、
前記熱交換水槽に連続的に供給した前記熱源水を熱資源として放熱させ、前記熱資源を前記熱交換水槽から回収後は、水資源として継続的に利用するか、又は直接排水する前記熱源水の放熱装置と、
前記熱交換水槽を移動して採熱し、前記熱交換水槽から流出後は前記熱資源として放熱し、再度前記熱交換水槽に流入して循環する前記循環水の採熱装置と、を備え、
前記熱交換水槽内は、仕切板により複数の分室に区分けされて前記熱源水の流路が形成され、内部に潜熱蓄熱材が封入された複数の蓄放熱パイプは、前記熱源水の吐口が挿入された前記分室にのみ配置されることを特徴とする熱源水及び循環水熱交換システム。
請求項１に記載の熱源水及び循環水熱交換システムであって、前記熱交換水槽内の前記循環水配管は、分室ごとにループ状に巻かれて積み重ねられた複数のスパイラルを形成し、前記循環水の呑口から前記吐口まで、前記複数のスパイラルを形成しながら連結されることを特徴とする熱源水及び循環水熱交換システム。
請求項２に記載の熱源水及び循環水熱交換システムであって、前記熱交換水槽内の前記循環水配管は、複数に並列分岐した前記呑口及び前記吐口にそれぞれ接続され、それぞれの連続した前記循環水配管は、複数の連続したスパイラルを形成することを特徴とする熱源水及び循環水熱交換システム。
請求項３に記載の熱源水及び循環水熱交換システムであって、前記循環水配管の前記スパイラルは、前記呑口から前記吐口へと流れる前記熱源水の平面的な流路に対して前記循環水の前記平面的な流路が逆方向になるように配置されることを特徴とする熱源水及び循環水熱交換システム。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱源水及び循環水熱交換システムであって、前記熱交換水槽は、上面、外壁面及び底面に生じた隙間がシール又はパッキンにより封止されて気密状態となることを特徴とする熱源水及び循環水熱交換システム。
請求項５に記載の熱源水及び循環水熱交換システムであって、前記熱交換水槽の前記外壁面及び前記底面は断熱材で覆われ、前記熱交換水槽の一部又は全部が土中に埋設されることを特徴とする熱源水及び循環水熱交換システム。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱源水及び循環水熱交換システムであって、前記熱交換水槽の上部には、少なくとも前記循環水の移動のための送水装置、付属装置、及び分岐装置が収納可能な室が設けられることを特徴とする熱源水及び循環水熱交換システム。