JP7157843B1 - 地中熱利用システム、制御装置、制御方法、プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、くみ上げた地下水は、大気に晒されることで、地下水中のガス成分が揮発することがある。
このため、くみ上げた地下水を井戸に注水すると、揮発したガスによって井戸内のガス圧が上昇することがある。
ガス圧が上昇すると、注水が困難となったり、井戸の目詰まりの原因となる可能性がある。
本開示に係る地中熱利用システムの実施形態について、図1~図5を参照して説明する。
(地中熱利用システムの構成)
図1、図2に示すように、地中熱利用システム1は、複数の井戸2と、配管3と、井戸蓋6と、熱交換器4と、圧力調整システム7(図2参照)と、を主に備える。
複数の井戸2は、地上OGから帯水層LY内に延びている。
例えば、複数の井戸2は、第一井戸2Aと、第二井戸2Bとを備える。
地中熱利用システム1は、第一井戸2Aおよび第二井戸2Bのうちの一方から地下水をくみ上げ、熱交換器4で熱交換を行った後、第一井戸2Aおよび第二井戸2Bのうちの他方に熱交換後の地下水を注入する。つまり、地中熱利用システム1は、第一井戸2Aから地下水をくみ上げて第二井戸2Bに注水する場合と、第二井戸2Bから地下水をくみ上げて第一井戸2Aに注水する場合の、2つの運転モードを有する。
ここで以下の説明においては、第一井戸2Aおよび第二井戸2Bのうち、地下水をくみ上げる側を揚水井戸21と称し、第一井戸2Aおよび第二井戸2Bのうち、地下水を注水する側を注水井戸22と、称する。つまり、第一井戸2A、第二井戸2Bは、それぞれ揚水井戸21として機能する場合と、注水井戸22として機能する場合とがある。
ただし、以下においては、説明を簡略化するため、第一井戸2Aを揚水井戸21とし、第二井戸2Bを注水井戸22として、熱交換器4で熱交換を行う場合を中心に説明する。
ケーシング2aは、上下方向に延びる筒状である。
例えば、開口2cは、ケーシング2aの上部の開口であってもよい。
ストレーナー2bによって、井戸2は、帯水層LYの地下水をケーシング2aの内部に取り込んだり、ケーシング2aの内部から帯水層LYへ地下水を戻したりできるように構成されている。
井戸蓋6は、開口2cを閉塞する。
配管3は、井戸2の内部に延びている。
例えば、配管3は、揚水井戸21と注水井戸22とを接続するように、揚水井戸21と注水井戸22との各地下水に両端が浸漬されていてもよい。
例えば、ポンプ31によりくみ上げられた地下水が、揚水井戸21から注水井戸22に向かって流れることができるように、配管3の一端は揚水井戸21内に設けられ、配管3の他端は注水井戸22に設けられていてもよい。
ポンプ31は、井戸2から配管3に揚水する。
例えば、ポンプ31は、井戸2が揚水井戸21として機能する場合に、井戸2から配管3に揚水する。
例えば、ポンプ31は、配管3内へ井戸2内の地下水をくみ上げてもよい。
例えば、ポンプ31は、配管3の両端に設けられ、各井戸2内の地下水に浸漬されていてもよい。
例えば、ポンプ31は、インバータ制御により出力を変更できてもよい。
注水弁32は、配管3の両端部にそれぞれ設けられている。
注水弁32は、配管3の両端のポンプ31と、熱交換器4との間に配置されていてもよい。
例えば、注水弁32は、各井戸2内の地下水に浸漬されていてもよい。
注水弁32は、配管3内の地下水を注水する。
例えば、注水弁32は、井戸2が注水井戸22として機能する場合に、配管3内の地下水を井戸2(注水井戸22)内に注水する。
注水弁32は、配管3内の圧力が設定圧力よりも大きくなると開放され、配管3内の地下水が注水井戸22に注水される。
逆止弁35a~35dは、揚水井戸21から地下水をくみ上げた場合であっても、注水井戸22から地下水をくみ上げた場合であっても、地下水が熱交換器4に対し同じ方向に流れるように、配管3における地下水の流れを制御する。
同様に、第二井戸2Bからくみ上げた場合、配管3内の地下水は、第二井戸2Bから、逆止弁35c、熱交換器4、逆止弁35dを順に経由し、第一井戸2Aに注水される。このときも、熱交換器4より上流側(第二井戸2B側)は下流側に比べて配管3内の圧力が大きいため、逆止弁35aや逆止弁35bに水は流れない。
熱交換器4は、配管3内の地下水と負荷100側の媒体との間で熱交換する。
例えば、熱交換器4は、井戸2からくみ上げられて配管3内を流れる地下水と、負荷側の媒体との間で熱交換する。熱交換が行われた後の地下水は、熱交換器4から配管3内を流れ、井戸2に注水されてもよい。
例えば、熱交換器4は、地上OGにおいて、配管3の途中に設けられていてもよい。
図2、図3に示すように、圧力調整システム7は、圧力センサ71と、開閉弁72と、制御装置80と、を備える。
例えば、圧力センサ71は、注水井戸22内の上部空間に溜まったガスの圧力を検出するようにしてもよい。
例えば、圧力センサ71は、井戸蓋6に設けられている。
例えば、開閉弁72は、大気と注水井戸22内とを連通させることで、注水井戸22を開閉可能とするようにしてもよい。
例えば、開閉弁72は、井戸蓋6を貫通する弁配管73に設けられているようにしてもよい。
例えば、開閉弁72は、開状態とされることで、弁配管73を通して注水井戸22外の大気と注水井戸22内とを連通させるようにしてもよい。
ガス抜き弁75は、配管3内を流れる地下水にガスが含まれる場合、ガスを配管3外に放出させる。
例えば、ガス抜き弁75は、市販のものを用いるようにしてもよい。
例えば、ガス抜き弁75は、例えば、弁室内に導入した配管3内の地下水上に浮く弁体を備えていてもよい。
例えば、ガス抜き弁75は、弁室内にガスが溜まると、弁室内でガスに押圧されることで弁体が移動して開状態となり、弁室内のガスが放出されるものであってもよい。
例えば、ガス抜き弁75は、ガスの放出後、地下水によって弁体に作用する浮力によって弁体を閉状態とし、弁室内のガスの放出を停止するようにしてもよい。
制御装置80は、圧力センサ71で検出した注水井戸22内の圧力が、予め定めた基準圧力より大きい場合、開閉弁72を開くように制御する。
制御装置80は、配管3から注水井戸22に注水を行っている状態で、圧力センサ71で検出した注水井戸22内の圧力が基準圧力より大きい場合に、開閉弁72を開くように制御する。つまり、制御装置80は、井戸2が、注水井戸22として機能している状態で、圧力センサ71で検出した注水井戸22内の圧力が基準圧力より大きい場合に、開閉弁72を開くように制御する。
例えば、制御装置80は、井戸2が注水井戸22として機能しているか否かを、地中熱利用システム1の運転モードによって認識することができる。
例えば、制御装置80は、ポンプ31の運転状態、配管3内の地下水の圧力等によって、配管3内における地下水の流れ方向を認識し、これに基づいて、どちらの井戸2が注水井戸22として機能しているかを認識することもできる。
制御装置80は、井戸2が、揚水井戸21として機能している状態では、圧力センサ71で検出した注水井戸22内の圧力が基準圧力より大きい場合に、開閉弁72を開くような制御を行わない。
制御装置80は、井戸2(第一井戸2A、第二井戸2B)の双方に、それぞれ個別に設けられていてもよい。
例えば、制御装置80は、複数の井戸2に対し、一組のみ備えられていてもよい。
圧力データ取得部81は、圧力センサ71で検出した注水井戸22内の圧力に関するデータを取得する。
例えば、圧力データ取得部81は、揚水井戸21からくみ上げられ、熱交換器4を経た地下水が注水される注水井戸22内の圧力の値を取得するようにしてもよい。
例えば、開閉弁制御部82は、取得された圧力が基準圧力より大きい場合、開閉弁72を開いて注水井戸22内を大気に対して連通させるよう、開閉弁72を制御するようにしてもよい。
例えば、開閉弁制御部82は、圧力データ取得部81で取得された圧力が、予め定めた基準圧力より大きい場合、注水井戸22内を大気に対して連通させるよう、開閉弁72を制御するようにしてもよい。
例えば、開閉弁制御部82は、取得された圧力が基準圧力未満である場合に、開閉弁72を閉じるように制御するようにしてもよい。
開閉弁制御部82は、制御装置80内に予め記憶されたシーケンスに基づき、開閉弁72の開閉を制御する指令を出力してもよい。
制御装置80の動作は、制御方法の実施形態に相当する。
制御装置80は、図5に示す各ステップを実施する。
ST01の実施に続いて、開閉弁制御部82は、取得した注水井戸22内の圧力が、予め設定された基準圧力より大きいか否かを判定する(ST02:注水井戸内の圧力が基準圧力以上であるか否かを判定するステップ)。
ST02における判定の結果、取得した注水井戸22内の圧力が基準圧力より大きくないと判定された場合、開閉弁制御部82では、開閉弁72を閉じる指令を出力する(ST04:開閉弁を閉じるステップ)。このとき、ST04の直前で開閉弁72が閉じていた場合は、開閉弁72を閉じた状態を継続する。
本実施形態によれば、地中熱利用システム1は、揚水井戸21からくみ上げた地下水を、配管3を通して熱交換器4に送る。熱交換器4で、地下水と負荷100側の媒体との熱交換を行うことで、地中熱利用システム1は、地中熱を利用する。熱交換器4を経た地下水は、配管3を通して注水井戸22に注水される。注水井戸22内の圧力は、圧力センサ71により検出される。圧力センサ71で検出した注水井戸22内の圧力が基準圧力より大きい場合、地中熱利用システム1は、制御装置80で開閉弁72を開くように制御する。これにより、開閉弁72が開き、注水井戸22内を大気に連通させる。すると、基準圧力よりも大きくなっていた注水井戸22内の圧力が大気に放出される。その結果、地中熱利用システム1は、井戸2内への注水時におけるガス圧の上昇を抑制することができる。これにより、地中熱利用システム1は、注水井戸22内への注水が、注水井戸22内のガス圧の上昇によって妨げられるのを抑えることができる。
これにより、配管3内を流れる地下水にガスが含まれている場合、地中熱利用システム1は、ガス抜き弁75により、ガスのみを配管3外に放出することができる。したがって、地中熱利用システム1は、注水井戸22において、地下水とともに送り込まれるガスの量が増えるのを抑えることができる。その結果、地中熱利用システム1は、注水井戸22内の圧力が上昇するのを抑えることができる。
このような構成では、制御装置80は、圧力データ取得部81で取得した注水井戸22内の圧力が、基準圧力より大きい場合、開閉弁制御部82により、注水井戸22内を大気に対して連通するよう、開閉弁72を開く。これにより、基準圧力よりも大きくなっていた注水井戸22内の圧力が大気に放出される。その結果、制御装置80は、井戸2内への注水時におけるガス圧の上昇を抑制することができる。
なお、上述の実施形態においては、制御装置80の各種機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをマイコンといったコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各種処理を行うものとしている。ここで、コンピュータシステムのCPUの各種処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記各種処理が行われる。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
例えば、メモリ196は、制御装置80で実行されるプログラムで使用されるデータ等を一時的に記憶するRandom Access Memory(以下、「RAM」という。)等の媒体であってもよい。
例えば、記憶/再生装置197は、CD-ROM、DVD、フラッシュメモリ等の外部メディアへデータ等を記憶したり、外部メディアのデータ等を再生したりするための装置であってもよい。
例えば、IO I/F198は、制御装置80と他の装置との間で情報等の入出力を行うためのインタフェースであってもよい。
例えば、通信I/F199は、インターネット、専用通信回線等の通信回線を介して、制御装置80と他の装置との間で通信を行うインタフェースであってもよい。
以上、本開示の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として示したものであり、本開示の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、本開示の範囲や要旨に含まれると同様に、本開示の範囲とその均等の範囲に含まれるものとする。
実施形態に記載の地中熱利用システム1、制御装置80、制御方法、プログラムは、例えば以下のように把握される。
2…井戸
2A…第一井戸
2B…第二井戸
2a…ケーシング
2b…ストレーナー
2c…開口
3…配管
4…熱交換器
6…井戸蓋
7…圧力調整システム
21…揚水井戸
22…注水井戸
31…ポンプ
32…注水弁
35a~35d…逆止弁
71…圧力センサ
72…開閉弁
73…弁配管
75…ガス抜き弁
80…制御装置
81…圧力データ取得部
82…開閉弁制御部
100…負荷
190…コンピュータ
195…プロセッサ
196…メモリ
197…記憶/再生装置
198…IO I/F
199…通信I/F
HOL…掘削孔
LY…帯水層
OG…地上
ST01…注水井戸内の圧力のデータを取得するステップ
ST02…注水井戸内の圧力が基準圧力以上であるか否かを判定するステップ
ST03…開閉弁を開くステップ
ST04…開閉弁を閉じるステップ
Claims (10)
- 第一井戸と、
第二井戸と、
前記第一井戸から前記第二井戸に延びる配管と、
前記配管に設けられている熱交換器と、
前記第二井戸内の圧力を検出する圧力センサと、
大気に対し、前記第二井戸を開閉可能な開閉弁と、
検出した前記圧力が基準圧力より大きい場合、前記開閉弁を開くように制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記第一井戸から前記熱交換器を経て前記第二井戸に注水を行っている場合にのみ、前記開閉弁を開くように制御する
地中熱利用システム。 - 前記第二井戸の上部の開口を閉塞する井戸蓋をさらに備え、
前記圧力センサ、および前記開閉弁が前記井戸蓋に設けられている
請求項1に記載の地中熱利用システム。 - 前記制御装置は、前記配管から前記第二井戸に注水を行っている状態で、前記圧力センサで検出した前記第二井戸内の前記圧力が前記基準圧力より大きい場合に、前記開閉弁を開くように制御する
請求項1又は2に記載の地中熱利用システム。 - 前記配管内を流れる地下水に含まれるガスを前記配管外に放出するガス抜き弁をさらに備える
請求項1から3の何れか一項に記載の地中熱利用システム。 - 前記制御装置は、前記第二井戸が揚水井戸として機能している状態では、前記開閉弁を開くような制御を行わない請求項1から4の何れか一項に記載の地中熱利用システム。
- 前記制御装置は、前記配管から前記第二井戸に注水を行っているか否かを認識する請求項1から5の何れか一項に記載の地中熱利用システム。
- 前記制御装置は、前記配管から前記第二井戸に注水を行っているか否かを、前記地中熱利用システムの運転モードによって、又は前記配管内における地下水の流れ方向によって認識する請求項1から6の何れか一項に記載の地中熱利用システム。
- 第一井戸からくみ上げられ、熱交換器を経た地下水が注水される第二井戸内の圧力を取得する圧力データ取得部と、
取得された前記圧力が、予め定めた基準圧力より大きい場合、前記第二井戸内を大気に連通させるよう、開閉弁を制御する開閉弁制御部と、
を備え、
前記第一井戸から前記熱交換器を経て前記第二井戸に注水を行っている場合にのみ、前記開閉弁を開くように制御する制御装置。 - 第一井戸からくみ上げられ、熱交換器を経た地下水が注水される第二井戸内の圧力を取得し、
取得された前記圧力が、予め定めた基準圧力より大きい場合、前記第二井戸内を大気に連通させるよう、開閉弁を制御し、
前記第一井戸から前記熱交換器を経て前記第二井戸に注水を行っている場合にのみ、前記開閉弁を開くように制御する
制御方法。 - コンピュータに、
第一井戸からくみ上げられ、熱交換器を経た地下水が注水される第二井戸内の圧力を取得し、
取得された前記圧力が、予め定めた基準圧力より大きい場合、前記第二井戸内を大気に連通させるよう、開閉弁を制御し、
前記第一井戸から前記熱交換器を経て前記第二井戸に注水を行っている場合にのみ、前記開閉弁を開くように制御する
方法を実行させるためのプログラム。
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