地熱利用熱交換システム
【課題】地熱により年間の温度変化が抑えられた地下水を利用し、労働空間、居住空間等を快適なものとするための地熱利用熱交換システム提供することを課題とする。
【解決手段】地熱利用熱交換システム１００は、井戸１と、ダクト２１が内装されており、且つ井戸１から地下水が供給される給気調温槽２と、給気調温槽２から移送される地下水をシャワリングする散水手段３１が上部に配設され、被調温空間４から移送される排気をバブリングする散気手段３２が下部に配設され、且つ散気手段３２は地下水に浸漬されている排気調温槽３と、を備える。また、通常、ダクト２１の下部に溜まる結露水を排水する結露水排水用配管５６、及び排気調温槽３の内底面から所定の高さに、余剰水を排水する排水口６を備える。
【解決手段】地熱利用熱交換システム１００は、井戸１と、ダクト２１が内装されており、且つ井戸１から地下水が供給される給気調温槽２と、給気調温槽２から移送される地下水をシャワリングする散水手段３１が上部に配設され、被調温空間４から移送される排気をバブリングする散気手段３２が下部に配設され、且つ散気手段３２は地下水に浸漬されている排気調温槽３と、を備える。また、通常、ダクト２１の下部に溜まる結露水を排水する結露水排水用配管５６、及び排気調温槽３の内底面から所定の高さに、余剰水を排水する排水口６を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地熱利用熱交換システムに関する。更に詳しくは、本発明は、地熱により年間の温度変化が抑えられた地下水を利用した熱交換により、夏期は暖気を降温させて冷房し、冬期は冷気を昇温させて暖房し、労働空間及び居住空間等をより快適なものとするための地熱利用熱交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料を用いることによる地球温暖化等の地球環境の観点、及び枯渇しつつある化石燃料の消費を極力減らすという省資源の観点で、各種の自然エネルギーの利用が試みられており、地熱の利用による冷暖房についても研究開発がなされている。例えば、特定の構成を備え、地下水の温度を一定に保ちながら、空気を湿気が増すことなく地下水の温度にして、効率よく冷房、暖房、消雪等に使用することができる地熱の取出し装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、恒熱に近い温度帯に、熱交換のための蓄熱槽及び蓄熱液配管を埋設し、地熱を利用して、空気を加除湿し、清浄化し、加冷熱して送風する自然地中熱エネルギー利用浄化熱交換装置システムが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５-２２３３５６号公報
【特許文献２】特開２００８-１１６１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２に記載されているように、地球環境及び省資源という観点で、自然エネルギーの１種である地熱の利用が試みられている。しかし、被調温空間、例えば、事務所、商店等の労働空間、及び一般住宅の居住空間などをより十分に、且つ効率よく冷暖房することができるとともに、工事費等がより少額ですむ地熱の利用技術の開発が必要とされている。
【０００５】
本発明は前述の従来技術の状況に鑑みてなされたものであり、地熱により年間の温度変化が抑えられた地下水を利用した熱交換により、夏期は暖気を降温させて冷房し、冬期は冷気を昇温させて暖房し、労働空間及び居住空間等をより快適なものとするための地熱利用熱交換システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のとおりである。
１．井戸と、
ダクトが内装されており、且つ前記井戸から地下水が供給される給気調温槽と、
前記給気調温槽から移送される地下水をシャワリングする散水手段が上部に配設され、被調温空間から移送される排気をバブリングする散気手段が下部に配設され、且つ前記散気手段は地下水に浸漬されている排気調温槽と、
前記井戸から前記給気調温槽に地下水を供給する地下水供給用配管と、
前記給気調温槽から前記散水手段に地下水を移送する地下水移送用配管と、
前記被調温空間から前記散気手段に空気を移送する空気移送用配管と、
前記排気調温槽から前記ダクトに空気を供給する空気供給用配管と、
前記ダクトから前記被調温空間へと給気する給気用配管と、を備えることを特徴とする地熱利用熱交換システム。
２．前記ダクトの下部に溜まる結露水を排水する結露水排水用配管を備える前記１．に記載の地熱利用熱交換システム。
３．前記排気調温槽の内底面から所定の高さに、余剰水を排水する排水口が設けられている前記１．又は２．に記載の地熱利用熱交換システム。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の地熱利用熱交換システムは、地熱を用いた熱交換により被空調空間、例えば、事務所、商店等の労働空間、及び一般住宅等の居住空間などを冷暖房するものであり、化石燃料を用いることによる地球温暖化等を抑制することができ、枯渇しつつある化石燃料の消費を減らすこともできる。また、ヒートポンプ等を併用しなくても十分な冷暖房をすることができる。更に、地下深くに配管を配設する等の面倒な工事は必要なく、工事が簡易であり、工期も短く、工事費も多くを必要とせず、コスト面でも有利である。
また、ダクトの下部に溜まる結露水を排水する結露水排水用配管を備える場合は、ダクトの底部に接続された給気用配管が、ダクトの底部に溜まった結露水中に開口するようなことが防止され、調温された空気をより効率よく被調温空間に供給することができ、被空調空間をより十分に、且つ効率よく冷暖房することができる。
更に、排気調温槽の内底面から所定の高さに、余剰水を排水する排水口が設けられている場合は、排気調温槽内の地下水の水位を所定の高さに保持することができ、被調温空間から移送される排気（空気）をより容易にバブリングさせることができる。そのため、地下水と空気とを効率よく熱交換させることができ、被空調空間をより十分に、且つ効率よく冷暖房することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の地熱利用熱交換システムの全体を表す説明図である。
【図２】給気調温槽の横断面の模式図である。
【図３】給気調温槽を上方からみた図であり、内装された螺旋状に捲回された形態のダクト等の平面形状を表す説明図である。
【図４】排気調温槽を側方からみた図であり、取り付けられた散水管（散水手段の１実施形態である）及び散気管（散気手段の１実施形態である）等を表す説明図である。
【図５】排気調温槽を上方からみた図であり、取り付けられた散水管及び散気管等を表す説明図である。
【図６】排気調温槽を側方からみた図であり、配設された散水体（散水手段の他の実施形態である）及び取り付けられた散気管等を表す説明図である。
【図７】排気調温槽を上方からみた図であり、配設された散水体及び取り付けられた散気管等を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を図１〜７を参照しながら詳しく説明する。
本発明の地熱利用熱交換システム１００（図１参照）は、井戸１と、給気調温槽２と、排気調温槽３と、を備える。また、給気調温槽２には、ダクト２１が内装されており、且つ給気調温槽２内には、井戸１から地下水が供給される（図１〜３参照）。更に、排気調温槽３の上部には、給気調温槽２から移送される地下水をシャワリングする散水手段３１が配設され、排気調温槽３の下部には、被調温空間４から移送される排気（夏期は地下水より温度が高い暖気であり、冬期は地下水より温度が低い寒気である。）をバブリングする散気手段３２が配設されている。また、散気手段３２は、散水手段３１からシャワリングされ、排気調温槽３の底部に所定の水位で貯留される地下水に浸漬されている（図１、４及び６参照）。
【００１０】
更に、地熱利用熱交換システム１００は、井戸１、給気調温槽２、排気調温槽３及び被調温空間４の各々の間を接続する各種の配管を備える。具体的には、井戸１から給気調温槽２に地下水を供給する地下水供給用配管５１と、給気調温槽２から散水手段３１に地下水を移送する地下水移送用配管５２と、被調温空間４から排気される空気を散気手段３２に移送する空気移送用配管５３と、排気調温槽３から給気調温槽２に内装されたダクト２１に空気を供給する空気供給用配管５４と、ダクト２１から被調温空間４へと調温された空気を給気する給気用配管５５と、を備える（図１〜７参照）。
【００１１】
［１］井戸
前記「井戸１」は、夏期は外気温より低温であり、且つ冬期は外気温より高温であって、年間を通じての温度変化が小さい前記「地下水」の供給源である。井戸１の形状は特に限定されないが、通常、断面円形又は矩形の筒状である。また、井戸１の寸法も特に限定されず、径は、２００〜５００ｍｍ、特に２５０〜４５０ｍｍ、更に３００〜４００ｍｍとすることができる。
【００１２】
井戸１の深さは、浅いほど工事費が少額ですみ、コストの面では６ｍ以下、特に５ｍ以下、更に４ｍ以下（通常、２ｍ以上）とすることが好ましい。一方、地下水の温度、及び年間を通じての温度変化の観点では、井戸１の深さは、より深く、例えば、６〜１２ｍ、特に７〜１１ｍ、更に８〜１０ｍとすることが好ましい。井戸１の深さが７〜１１ｍ、特に８〜１０ｍであれば、地下水（井戸水）の温度は、その地点の年間の平均気温を１〜２℃上回る温度であり、且つ年間を通じての温度変化は１〜２℃であって安定している。
【００１３】
井戸１の材質は特に限定されず、各種の合成樹脂、セラミックス、及び金属等を用いることができ、軽量であり、十分な強度を有し、且つ耐食性に優れる合成樹脂が特に好ましい。合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂などの各種の合成樹脂が挙げられ、これらの合成樹脂を用いてなる樹脂パイプを使用することができる。樹脂パイプを用いる場合、井戸１は、地中に所定形状及び寸法の縦穴を穿設し、その後、縦穴中に樹脂パイプを配置させ、周囲を埋め戻すことにより設けることができる。
【００１４】
また、井戸１の底部には、地下水中の塵埃等を除去するため、砂利１ａ（図１参照）等の濾過体を敷き詰めて濾過層を形成してもよく、脱臭等を目的として、ゼオライト、活性炭などを敷き詰めて脱臭層を形成してもよい。更に、濾過層と脱臭層とを併せて形成してもよく、複数層の濾過層及び／又は脱臭層を積層してもよい。
【００１５】
［２］給気調温槽及びダクト
（１）給気調温槽
前記「給気調温槽２」は、ダクト２１が内装されており、且つ給気調温槽２の内壁面と、ダクト２１の外表面との間の空間に、井戸１から地下水が供給される。地下水は、流路にポンプＰ１が配設された地下水供給用配管５１（図１〜３参照）により供給され、ダクト２１の内部を流通する空気との間で熱交換がなされる。
【００１６】
地下水供給用配管５１が給気調温槽２の壁面に開口する位置は特に限定されないが、各種の配管の配置等のシステム全体の構成、及び熱交換の効率等を考慮すると、給気調温槽２の底部近傍（底部側面に開口している図１及び２参照、尚、図示はしないが底面に開口していてもよい。）に開口していることが好ましい。また、底部側面に開口する場合、内底面から開口の径方向の下端部までの距離は、給気調温槽２の深さ等により適宜設定することができ、例えば、２０〜５０ｍｍとすることができる。
【００１７】
給気調温槽２を設ける方法は特に限定されないが、例えば、地中に所定形状及び寸法の縦穴を穿設し、その後、型枠を組み立て、この型枠内にコンクリートを流し込み、養生させ、固化させて設けることができる。また、給気調温槽２は、予め所定形状及び寸法に成形された鉄等の金属製の筐体を、穿設された縦穴内に配置させ、その後、周囲を埋め戻すことにより設けることもできる。更に、給気調温槽２の内壁面は地下水と接触し、外壁面は土壌と接触するため、金属製の筐体を用いる場合は、必要に応じて、耐食性の高いステンレス鋼製の筐体、及び耐食性を高めるため表面に樹脂コーティングが施された筐体などを用いることもできる。
【００１８】
給気調温槽２の形状及び内寸法は特に限定されないが、形状は、通常、立方体、直方体円柱体又は楕円柱体であり、内寸法は、調温すべき被調温空間４の容積等により設定することが好ましい。例えば、調温すべき被調温空間４が事務所等であり、その容積が、例えば、１００〜１５００ｍ３である場合、給気調温槽２は、形状が立方体又は直方体であるときは、縦横が５００〜２５００ｍｍ、特に１０００〜２０００ｍｍであり、深さ（高さ）が１０００〜３０００ｍｍ、特に１５００〜２５００ｍｍの槽とすることができる。また、形状が円柱体又は楕円柱体であるときは、径（円柱体では直径、楕円柱体では長径及び短径）が５５０〜２８００ｍｍ、特に１２００〜２３００ｍｍであり、深さ（高さ）が１０００〜３０００ｍｍ、特に１５００〜２５００ｍｍの槽とすることができる。
【００１９】
更に、地下水が給気調温槽２の底部に滞留してしまうのを防止するため、給気調温槽２の底部のダクト２１に接触しない位置に地下水を攪拌するための攪拌翼を配置させることもできる。これにより、底部に塵埃等が堆積するのが防止され、給気調温槽２内をより清浄にすることができる。また、地下水（井戸水）の臭気が、調温されて被調温空間４に供給される空気に残存するのを抑えるため、例えば、地下水供給用配管５１の給気調温槽２における開口部周縁、及び地下水移送用配管５２の給気調温槽２における開口部周縁等に、ゼオライト、活性炭等を収納した脱臭部材を配置させることもできる。
【００２０】
（２）ダクト
前記「ダクト２１」は、スパイラルダクト等の断面円形の丸ダクトでもよく、断面が長方形の角ダクトでもよい。また、内部を流通する被調温空間４への給気と、外部を流通する地下水とを効率よく熱交換させるためには、ダクト２１の壁面の全面積が大きいことが好ましい。この観点で、例えば、複数の直管２１ａがエルボ２１ｂにより接続され、全体として螺旋状に捲回され、且つ平面形状が略矩形となる形態で給気調温槽２に内装されているダクト２１とすることができる（側面形状は図１及び２参照、平面形状は図３参照）。この場合、螺旋状に捲回された形態のダクト２１の高さも特に限定されないが、地下水と被調温空間４への給気とを十分に、且つ効率よく熱交換させるためには、地下水の水位とダクト２１の高さとが略同じであることが好ましい。
【００２１】
また、ダクト２１の径方向の寸法、即ち、丸ダクトでは直径、角ダクトでは対角線方向の寸法、は特に限定されないが、熱交換の効率の向上と、ダクト２１内の空気の流通に伴う圧損の低減等の観点で適宜設定することができ、例えば、５０〜２００ｍｍとすることができる。
【００２２】
ダクト２１の材質も特に限定されず、亜鉛めっき鉄板を用いてなる一般的なダクトを使用することができる。更に、ダクト２１の外面は地下水と接触するため、十分な防錆性等を有していることが好ましく、この観点では、ガルバリウム鋼板、ステンレス鋼板等を用いてなる優れた耐食性を有するダクト２１が好ましい。また、ダクト２１の成形壁の厚さも特に限定されないが、強度と熱交換の効率とを勘案すれば、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ等のダクト２１の成形壁の一般的な厚さであればよい。
【００２３】
更に、ダクト２１の壁面は、効率よく熱交換させるために十分な面積を有しているとともに、ダクト２１は、地下水の流通に過大な抵抗とならない形状及び寸法であることが好ましい。ダクト２１は、前述のように、螺旋状に捲回された形態であるとともに、給気調温槽２の内壁面に沿うように配置され、且つその外面が、給気調温槽２の側壁面と所定寸法（給気調温槽２の内寸法及びダクト２１の外寸法等により適宜設定することができ、例えば、３０〜１００ｍｍとすることができる。）離間しており、ダクト２１の外表面と給気調温槽２の内壁面との間等を、地下水が容易に流通し得る形態であることが好ましい。
【００２４】
また、ダクト２１の給気調温槽２の上部に位置する一端側には、被調温空間４から移送される排気が排気調温槽３において地下水と熱交換されてなる空気を、ダクト２１に供給するための空気供給用配管５４が接続されている。更に、ダクト２１の他端側には、被調温空間４に調温された空気を給気するための給気用配管５５が接続されており、排気調温槽３と給気調温槽２とで調温された空気（夏期は冷却された空気であり、冬期は加温された空気である。）が送風機Ｂ２により被調温空間４に供給される。
【００２５】
給気用配管５５は、ダクト２１の上記他端側が給気調温槽２の底部に位置している場合は、この他端側に接続されていてもよい。また、後述のように、ダクト２１内で結露が生じる場合は、ダクト２１の螺旋状に捲回された形態部分の下端部に接続された中央ダクト２１ｃを、給気調温槽２の中央部に立設させ、この中央ダクト２１ｃの上端側に給気用配管５５を接続することもできる（図１及び２参照）。このようにしたうえで、ダクト２１内を流下し、中央ダクト２１ｃの底部に溜まった結露水を、中央ダクト２１ｃの下端側に接続され、流路にポンプＰ２が配設された結露水排水用配管５６により排水すれば、ダクト２１の底部に接続された給気用配管５５が、結露水中に開口するようなことが防止される。
【００２６】
ダクト２１内での結露は、気温が地下水の温度より相当に高い夏期に、排気調温槽３から供給される空気が、ダクト２１の外面に接触する地下水により更に冷却されることにより生じる。即ち、排気調温槽３において、地下水へのバブリングと、シャワリングされる地下水との接触によって熱交換され、冷却された空気は、ダクト２１において外部を流通する地下水により更に冷却され、ダクト２１内で結露が生じる。そして、結露水は、ダクト２１の給気調温槽２の底部に位置する他端側に溜まることになる。
【００２７】
この場合、中央ダクト２１ｃを設けたうえで、結露水排水用配管５６を中央ダクト２１ｃの下端側に接続することにより、結露水を容易に排水することができ、上述のように、ダクト２１の底部に接続された給気用配管５５が、結露水中に開口するようなことが防止される。尚、このように結露することにより、本発明の地熱利用熱交換システム１００では、夏期の冷房においては被調温空間４への給気を除湿することもでき、被調温空間４をより快適な労働空間及び居住空間等とすることができる。
【００２８】
［３］排気調温槽、散水手段及び散気手段
（１）排気調温槽
前記「排気調温槽３」は、その壁面の上部に、給気調温槽２から移送される地下水をシャワリングする散水手段３１が配設されている。この散水手段３１としては、例えば、排気調温槽３の内壁面から突出するように、且つ略水平方向に取り付けられた散水管３１が挙げられる（図１、４及び５参照）。また、壁面の下部に、被調温空間４から移送される排気を地下水中にバブリングする散気手段３２が配設されている。この散気手段３２としては、例えば、排気調温槽３の内壁面から突出するように、且つ略水平方向に取り付けられた散気管３２が挙げられる（図１、４〜５及び６〜７参照）。
【００２９】
排気調温槽３を設ける方法は特に限定されないが、例えば、地中に所定形状及び寸法の縦穴を穿設し、その後、型枠を組み立て、この型枠内にコンクリートを流し込み、養生させ、固化させて設けることができる。また、排気調温槽３は、予め所定形状及び寸法に成形された鉄等の金属製の筐体を、穿設された縦穴内に配置させ、その後、周囲を埋め戻すことにより設けることもできる。更に、排気調温槽３内には、シャワリングされた地下水が充満し、底部には地下水が貯留され、外壁面は土壌と接触するため、金属製の筐体を用いる場合は、耐食性の高いステンレス鋼製の筐体、及び耐食性を高めるため表面に樹脂コーティングが施された筐体などを用いることが好ましい。
【００３０】
排気調温槽３の形状及び内寸法は特に限定されないが、形状は、通常、立方体、直方体円柱体又は楕円柱体であり、内寸法は、調温すべき被調温空間４の容積により設定することができる。例えば、調温すべき被調温空間４が事務所等であり、その容積が、例えば、１００〜１５００ｍ３である場合、排気調温槽３は、形状が立方体又は直方体であるときは、縦横が５００〜２５００ｍｍ、特に１０００〜２０００ｍｍであり、深さ（高さ）が１０００〜３０００ｍｍ、特に１５００〜２５００ｍｍの槽とすることができる。また、形状が円柱体又は楕円柱体であるときは、径（円柱体では直径、楕円柱体では長径及び短径）が５５０〜２８００ｍｍ、特に１２００〜２３００ｍｍであり、深さ（高さ）が１０００〜３０００ｍｍ、特に１５００〜２５００ｍｍの槽とすることができる。
【００３１】
更に、地下水が排気調温槽３の底部に滞留してしまうのを防止するため、排気調温槽３の底部の散気手段３２に接触しない位置に地下水を攪拌するための攪拌翼を配置させることもできる。これにより、底部に塵埃等が堆積するのが防止され、排気調温槽３内をより清浄にすることができる。また、地下水（井戸水）の臭気が、調温されて被調温空間４に給気される空気に残存するのを抑えるため、散気手段３２が特に後述の散気体３２である場合、例えば、地下水移送用配管５２の排気調温槽３における開口部周縁等に、ゼオライト、活性炭等を収納した脱臭部材を配置させることもできる。
【００３２】
（２）散水手段
前記「散水手段３１」には、給気調温槽２から地下水が供給される。地下水は、地下水移送用配管５２（図１、２及び４〜７参照）により供給され、散水手段３１から排気調温槽３の下方に向かってシャワリングされる。また、シャワリングされる地下水と、下部の散気手段３２によりバブリングされ、排気調温槽３内を上昇する被調温空間４からの排気（空気）との間で熱交換がなされる。
【００３３】
散水手段３１としては、例えば、散水管３１が挙げられる。この散水管３１は、１本のみでもよく（この場合、地下水移送用配管５２と散水管３１とは、通常、直結される。図１、４及び５参照）、複数本（例えば、２〜１０本、この場合、地下水移送用配管５２が散水管３１の本数分だけ分岐される。）でもよい。散水管３１が１本のみであるときは、通常、排気調温槽３の幅方向の中央部に取り付けられ、複数本であるときは、幅方向に略等間隔に取り付けられることが好ましい。尚、シャワリングにより、バブリングされた空気の上昇が妨げられることのないように、シャワリングの水勢及びシャワリング量等を調整することが好ましい。
【００３４】
更に、散水管３１が取り付けられる排気調温槽３の深さ（高さ）方向における位置は、排気調温槽３の深さ（高さ）にもよるが、シャワリングされて下降する地下水と、バブリングされて上昇する空気とを効率よく熱交換させるという観点で、散水管３１と散気管３２とが十分に離間する位置に取り付けられることが好ましい。具体的には、排気調温槽３の上端部に接続される空気供給用配管５４の径方向の下端部から、散水管３１の径方向の上端部までの距離が、例えば、２０〜６０ｍｍとなる位置とすることができる。このようにすれば、シャワリングされた地下水が空気に同伴されて空気供給用配管５４によりダクト２１に送り込まれてしまうことを防止することもできる。
【００３５】
また、散水管３１の管壁には地下水をシャワリングするための複数の透孔が設けられているが、この透孔は、散水管３１の側方、又は側方から下方にかけて設けられ、開口していることが好ましい。これにより、地下水が下方に向かってシャワリングされ、バブリングされて上昇してくる空気との間で効率よく熱交換がなされる。更に、空気供給用配管５４によりダクト２１に供給される熱交換された空気に、シャワリングされた地下水が同伴されるのも防止される、又は少なくとも抑えられる。
【００３６】
散水管３１の管壁に設けられる透孔の径は特に限定されず、管の径、長さ、及び地下水の供給量等により設定することができる。この透孔の径は、例えば、１．０〜３．０ｍｍ、特に１．３〜２．５ｍｍとすることができる。透孔の径が１．０〜３．０ｍｍであれば、シャワリングが容易であるとともに、シャワリングされた地下水は適度な大きさの水滴となって、排気調温槽３内を比較的低速で下降し、バブリングされて上昇してくる空気との間で効率よく熱交換がなされる。更に、水滴が微小に過ぎ、空気供給用配管５４により空気に同伴されてダクト２１に送り込まれてしまうことが防止される。
【００３７】
また、散水手段３１としては、特定の構成の散水体３１Ａを用いることもできる。この散水体３１Ａとしては、例えば、排気調温槽３の成形壁のうちの、地下水移送用配管５２が接続される側から反対側へと下方に傾斜して配設された複数の金属製の棒状体からなる散水体３１Ａが挙げられる（６及び７図参照）。この棒状体３１ａ（図７参照）は、中空体でもよく、中実体でもよいが、軽量である中空体が好ましい。材質も特に限定されないが、軽量であり、伝熱性等にも優れるアルミニウムなどが好ましい。
【００３８】
上述のような散水体３１Ａである場合、地下水移送用配管５２が接続される側の幅方向に水路３１ｂ（図６及び７参照）を設け、この水路３１ｂから各々の棒状体３１ａに地下水を供給し、棒状体の外表面を流延させつつ、下方にシャワリングさせることができ、上昇してくる空気と十分に接触させ、効率よく熱交換させることができる。更に、棒状体の傾斜角は特に限定されず、棒状体の径、本数、及び供給される地下水量等により適宜設定することができ、例えば、５〜２０°とすることができる。
【００３９】
散水体３１Ａとしては、排気調温槽３の成形壁のうちの、地下水移送用配管５２が接続される側から反対側へと下方に傾斜して配設された複数の透孔を備える金属板を用いることもできる。そして、透孔のうちの一部は下方に向かって突出する周壁を有し、この透孔からは地下水がシャワリングされる。また、透孔のうちの他部は上方に向かって突出する周壁を有し、バブリングされた空気は、シャワリングされた地下水と接触し、熱交換がなされた後、この透孔を通過し、空気供給用配管５４に向かって上昇する。
【００４０】
この場合、地下水がシャワリングされる透孔と、空気が通過し、上昇する透孔とは、各々、１個又は複数個（２〜５個）が、金属板の全面に交互に配置されていることが好ましい。即ち、各々の透孔は、金属板の全面において偏在することなく、均等に配置されていることが好ましい。更に、透孔の径は、シャワリングが容易であるとともに、シャワリングされた地下水が適度な大きさの水滴となって、排気調温槽３内を比較的低速で下降し、バブリングされて上昇してくる空気との間で効率よく熱交換がなされればよく、特に限定されない。また、金属板の傾斜角は特に限定されず、透孔の径、本数、及び供給される地下水量等により適宜設定することができ、例えば、５〜２０°とすることができる。
【００４１】
また、散水管３１等の散水手段３１の材質も特に限定されず、前述の井戸１の材質として例示した各種の合成樹脂製及び金属製等の管体を使用することができ、軽量であり、伝熱性等にも優れるアルミニウム等を用いてなる管体を使用することもできる。散水管３１は、内面は地下水と接触し、外面は被調温空間４から移送された排気が熱交換された空気、及びシャワリングされた地下水と接触する。そのため、金属製の管体を用いる場合は、必要に応じて、ステンレス鋼製の管体、及び耐食性の高い樹脂コーティングが施された管体などを用いることもできる。
【００４２】
（３）散気手段
前記「散気手段３２」には、被調温空間４から排気された空気が移送される。排気された空気は、空気移送用配管５３（図１、４〜５及び６〜７参照）により移送され、排気調温槽３の壁面の下部に配設された散気手段３２から、排気調温槽３の底部に貯留された地下水中にバブリングされ、排気調温槽３内を上昇し、上部の散水手段３１からシャワリングされる地下水との間で熱交換がなされる。
【００４３】
散気手段３２としては、例えば、散気管３２が挙げられる。この散気管３２は、１本のみでもよく（この場合、空気移送用配管５３と散気管３２とは、通常、直結される。図１、４〜５及び６〜７参照）、複数本（例えば、２〜１０本、この場合、空気移送用配管５３が散気管３２の本数分だけ分岐される。）でもよい。散気管３２が１本のみであるときは、通常、排気調温槽３の幅方向の中央部に取り付けられ、複数本であるときは、幅方向に略等間隔に取り付けられることが好ましい。尚、バブリングには送風機が用いられるが、送風機に過大な負荷が加わらないように、バブリングの気流の勢い及びバブリング量等を調整することが好ましい。更に、排気調温槽３の内底面から散気管３２の外壁面の底面までの距離は特に限定されないが、この距離は、散水管３１が取り付けられる位置と同様の理由で、例えば、３０〜７０ｍｍとすることができる。
【００４４】
また、散気管３２は地下水に浸漬されており（図４及び６参照）、被調温空間４から移送される排気（空気）が地下水中にバブリングされるが、排気調温槽３における地下水の水位は特に限定されず、被調温空間４からの排気量、及びシャワリングされる地下水とバブリングされる空気との熱交換の効率等を勘案して設定すればよい。しかし、水位が高過ぎると、排気を移送し、バブリングさせるために、大容量の送風機Ｂ１（図１、４〜５及び６〜７参照）が必要となり、消費電力も増大することになる。そのため、散気管３２の径方向の上端部と水面との距離が、例えば、１０〜１００ｍｍとなる水位とすることができる。
【００４５】
上述のように、排気調温槽３における地下水の水位を所定の高さに保持するためには、排気調温槽３の内底面から所定の高さに、余剰水を排水するための排水口６（図１、４及び６参照）が設けられていることが好ましい。そして、例えば、排水口６に併設されたポンプＰ３（図１、４〜５及び６〜７参照）により、余剰水排水用配管５７を経由して余剰水を排気調温槽３外へと排水することによって水位を所定の高さに保持することができる。尚、ポンプＰ３は、排水口６から離れた位置において、余剰水排水用配管５７の流路に配設されていてもよい。
【００４６】
更に、散気管３２の管壁には排気（空気）をバブリングするための複数の透孔が設けられている。この透孔は、散気管３２の周面の上方、側方、下方のいずれに設けられていてもよいが、地下水との熱交換の効率の観点では、側方及び下方に設けられていることが好ましい。即ち、排気（空気）は側方及び下方に向かってバブリングされることが好ましい。また、散気管３１の管壁に設けられる透孔の径は特に限定されず、管の径、長さ、及び排気（空気）供給量等により適宜設定することができる。この透孔の径は、例えば、０．５〜２．０ｍｍとすることができる。透孔の径が０．５〜２．０ｍｍであれば、バブリングが容易であり、空気移送用配管５３に配設された送風機Ｂ１に過大な負荷が加わることもない。
【００４７】
また、散気管３２等の散気手段３２の材質も特に限定されず、前述の井戸１の材質として例示した各種の合成樹脂製及び金属製等の管体を用いることができ、軽量であり、伝熱性等にも優れるアルミニウム等を用いてなる管体を使用することもできる。また、散気管３２は、内面は被調温空間４から移送される排気（空気）と接触し、外面は地下水と接触する。そのため、金属製の管体を用いる場合は、必要に応じて、ステンレス鋼製の管体、及び特に外表面に耐食性の高い樹脂コーティングが施された管体などを用いることもできる。
【００４８】
［４］配管
前述のように、本発明の地熱利用熱交換システム１００は、各種の配管を備える。これらの配管の径方向の寸法は特に限定されず、配管内を流通する地下水及び排気（空気）の単位時間当たりの所定流量等によって設定することが好ましい。また、各々の配管の材質は内部を流通する流体と、外部が接触する雰囲気とによって選択することが好ましい。それぞれの配管の内表面及び外表面は、地下水、被調温空間４からの排気、熱交換された空気及び外気のうちのいずれかと接触することになるが、特に腐食性の高い媒体はない。そのため、各種の合成樹脂製及び金属製の配管を特に制限されることなく用いることができる。また、金属製の配管の場合、必要に応じて、ステンレス鋼製の配管、耐食性の高い樹脂コーティングが施された配管などを用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、被調温空間、例えば、事務所、商店等の労働空間、及び一般住宅等の居住空間などの冷暖房の技術分野において利用することができる。特に、地熱を利用した冷暖房であるため、地球温暖化の抑制及び省資源などの面で有利であり、時代の要求に応える冷暖房の技術分野において有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１００；地熱利用熱交換システム、１；井戸、２；給気調温槽、２１；ダクト、２１ａ；直管、２１ｂ；エルボ、２１ｃ；中央ダクト、３；排気調温槽、３１；散水管、３１Ａ；散気体、３１ａ；金属製の棒状体、３１ｂ；水路、３２；散気手段（散気管）、３２ａ；散気用の透孔、４；被調温空間、５１；地下水供給用配管、５２；地下水移送用配管、５３；空気移送用配管、５４；空気供給用配管、５５；給気用配管、５６；結露水排水用配管、５７；余剰水排水用配管、６；排水口、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３；ポンプ、Ｂ１、Ｂ２；送風機。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地熱利用熱交換システムに関する。更に詳しくは、本発明は、地熱により年間の温度変化が抑えられた地下水を利用した熱交換により、夏期は暖気を降温させて冷房し、冬期は冷気を昇温させて暖房し、労働空間及び居住空間等をより快適なものとするための地熱利用熱交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料を用いることによる地球温暖化等の地球環境の観点、及び枯渇しつつある化石燃料の消費を極力減らすという省資源の観点で、各種の自然エネルギーの利用が試みられており、地熱の利用による冷暖房についても研究開発がなされている。例えば、特定の構成を備え、地下水の温度を一定に保ちながら、空気を湿気が増すことなく地下水の温度にして、効率よく冷房、暖房、消雪等に使用することができる地熱の取出し装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、恒熱に近い温度帯に、熱交換のための蓄熱槽及び蓄熱液配管を埋設し、地熱を利用して、空気を加除湿し、清浄化し、加冷熱して送風する自然地中熱エネルギー利用浄化熱交換装置システムが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５-２２３３５６号公報
【特許文献２】特開２００８-１１６１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２に記載されているように、地球環境及び省資源という観点で、自然エネルギーの１種である地熱の利用が試みられている。しかし、被調温空間、例えば、事務所、商店等の労働空間、及び一般住宅の居住空間などをより十分に、且つ効率よく冷暖房することができるとともに、工事費等がより少額ですむ地熱の利用技術の開発が必要とされている。
【０００５】
本発明は前述の従来技術の状況に鑑みてなされたものであり、地熱により年間の温度変化が抑えられた地下水を利用した熱交換により、夏期は暖気を降温させて冷房し、冬期は冷気を昇温させて暖房し、労働空間及び居住空間等をより快適なものとするための地熱利用熱交換システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のとおりである。
１．井戸と、
ダクトが内装されており、且つ前記井戸から地下水が供給される給気調温槽と、
前記給気調温槽から移送される地下水をシャワリングする散水手段が上部に配設され、被調温空間から移送される排気をバブリングする散気手段が下部に配設され、且つ前記散気手段は地下水に浸漬されている排気調温槽と、
前記井戸から前記給気調温槽に地下水を供給する地下水供給用配管と、
前記給気調温槽から前記散水手段に地下水を移送する地下水移送用配管と、
前記被調温空間から前記散気手段に空気を移送する空気移送用配管と、
前記排気調温槽から前記ダクトに空気を供給する空気供給用配管と、
前記ダクトから前記被調温空間へと給気する給気用配管と、を備えることを特徴とする地熱利用熱交換システム。
２．前記ダクトの下部に溜まる結露水を排水する結露水排水用配管を備える前記１．に記載の地熱利用熱交換システム。
３．前記排気調温槽の内底面から所定の高さに、余剰水を排水する排水口が設けられている前記１．又は２．に記載の地熱利用熱交換システム。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の地熱利用熱交換システムは、地熱を用いた熱交換により被空調空間、例えば、事務所、商店等の労働空間、及び一般住宅等の居住空間などを冷暖房するものであり、化石燃料を用いることによる地球温暖化等を抑制することができ、枯渇しつつある化石燃料の消費を減らすこともできる。また、ヒートポンプ等を併用しなくても十分な冷暖房をすることができる。更に、地下深くに配管を配設する等の面倒な工事は必要なく、工事が簡易であり、工期も短く、工事費も多くを必要とせず、コスト面でも有利である。
また、ダクトの下部に溜まる結露水を排水する結露水排水用配管を備える場合は、ダクトの底部に接続された給気用配管が、ダクトの底部に溜まった結露水中に開口するようなことが防止され、調温された空気をより効率よく被調温空間に供給することができ、被空調空間をより十分に、且つ効率よく冷暖房することができる。
更に、排気調温槽の内底面から所定の高さに、余剰水を排水する排水口が設けられている場合は、排気調温槽内の地下水の水位を所定の高さに保持することができ、被調温空間から移送される排気（空気）をより容易にバブリングさせることができる。そのため、地下水と空気とを効率よく熱交換させることができ、被空調空間をより十分に、且つ効率よく冷暖房することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の地熱利用熱交換システムの全体を表す説明図である。
【図２】給気調温槽の横断面の模式図である。
【図３】給気調温槽を上方からみた図であり、内装された螺旋状に捲回された形態のダクト等の平面形状を表す説明図である。
【図４】排気調温槽を側方からみた図であり、取り付けられた散水管（散水手段の１実施形態である）及び散気管（散気手段の１実施形態である）等を表す説明図である。
【図５】排気調温槽を上方からみた図であり、取り付けられた散水管及び散気管等を表す説明図である。
【図６】排気調温槽を側方からみた図であり、配設された散水体（散水手段の他の実施形態である）及び取り付けられた散気管等を表す説明図である。
【図７】排気調温槽を上方からみた図であり、配設された散水体及び取り付けられた散気管等を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を図１〜７を参照しながら詳しく説明する。
本発明の地熱利用熱交換システム１００（図１参照）は、井戸１と、給気調温槽２と、排気調温槽３と、を備える。また、給気調温槽２には、ダクト２１が内装されており、且つ給気調温槽２内には、井戸１から地下水が供給される（図１〜３参照）。更に、排気調温槽３の上部には、給気調温槽２から移送される地下水をシャワリングする散水手段３１が配設され、排気調温槽３の下部には、被調温空間４から移送される排気（夏期は地下水より温度が高い暖気であり、冬期は地下水より温度が低い寒気である。）をバブリングする散気手段３２が配設されている。また、散気手段３２は、散水手段３１からシャワリングされ、排気調温槽３の底部に所定の水位で貯留される地下水に浸漬されている（図１、４及び６参照）。
【００１０】
更に、地熱利用熱交換システム１００は、井戸１、給気調温槽２、排気調温槽３及び被調温空間４の各々の間を接続する各種の配管を備える。具体的には、井戸１から給気調温槽２に地下水を供給する地下水供給用配管５１と、給気調温槽２から散水手段３１に地下水を移送する地下水移送用配管５２と、被調温空間４から排気される空気を散気手段３２に移送する空気移送用配管５３と、排気調温槽３から給気調温槽２に内装されたダクト２１に空気を供給する空気供給用配管５４と、ダクト２１から被調温空間４へと調温された空気を給気する給気用配管５５と、を備える（図１〜７参照）。
【００１１】
［１］井戸
前記「井戸１」は、夏期は外気温より低温であり、且つ冬期は外気温より高温であって、年間を通じての温度変化が小さい前記「地下水」の供給源である。井戸１の形状は特に限定されないが、通常、断面円形又は矩形の筒状である。また、井戸１の寸法も特に限定されず、径は、２００〜５００ｍｍ、特に２５０〜４５０ｍｍ、更に３００〜４００ｍｍとすることができる。
【００１２】
井戸１の深さは、浅いほど工事費が少額ですみ、コストの面では６ｍ以下、特に５ｍ以下、更に４ｍ以下（通常、２ｍ以上）とすることが好ましい。一方、地下水の温度、及び年間を通じての温度変化の観点では、井戸１の深さは、より深く、例えば、６〜１２ｍ、特に７〜１１ｍ、更に８〜１０ｍとすることが好ましい。井戸１の深さが７〜１１ｍ、特に８〜１０ｍであれば、地下水（井戸水）の温度は、その地点の年間の平均気温を１〜２℃上回る温度であり、且つ年間を通じての温度変化は１〜２℃であって安定している。
【００１３】
井戸１の材質は特に限定されず、各種の合成樹脂、セラミックス、及び金属等を用いることができ、軽量であり、十分な強度を有し、且つ耐食性に優れる合成樹脂が特に好ましい。合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂などの各種の合成樹脂が挙げられ、これらの合成樹脂を用いてなる樹脂パイプを使用することができる。樹脂パイプを用いる場合、井戸１は、地中に所定形状及び寸法の縦穴を穿設し、その後、縦穴中に樹脂パイプを配置させ、周囲を埋め戻すことにより設けることができる。
【００１４】
また、井戸１の底部には、地下水中の塵埃等を除去するため、砂利１ａ（図１参照）等の濾過体を敷き詰めて濾過層を形成してもよく、脱臭等を目的として、ゼオライト、活性炭などを敷き詰めて脱臭層を形成してもよい。更に、濾過層と脱臭層とを併せて形成してもよく、複数層の濾過層及び／又は脱臭層を積層してもよい。
【００１５】
［２］給気調温槽及びダクト
（１）給気調温槽
前記「給気調温槽２」は、ダクト２１が内装されており、且つ給気調温槽２の内壁面と、ダクト２１の外表面との間の空間に、井戸１から地下水が供給される。地下水は、流路にポンプＰ１が配設された地下水供給用配管５１（図１〜３参照）により供給され、ダクト２１の内部を流通する空気との間で熱交換がなされる。
【００１６】
地下水供給用配管５１が給気調温槽２の壁面に開口する位置は特に限定されないが、各種の配管の配置等のシステム全体の構成、及び熱交換の効率等を考慮すると、給気調温槽２の底部近傍（底部側面に開口している図１及び２参照、尚、図示はしないが底面に開口していてもよい。）に開口していることが好ましい。また、底部側面に開口する場合、内底面から開口の径方向の下端部までの距離は、給気調温槽２の深さ等により適宜設定することができ、例えば、２０〜５０ｍｍとすることができる。
【００１７】
給気調温槽２を設ける方法は特に限定されないが、例えば、地中に所定形状及び寸法の縦穴を穿設し、その後、型枠を組み立て、この型枠内にコンクリートを流し込み、養生させ、固化させて設けることができる。また、給気調温槽２は、予め所定形状及び寸法に成形された鉄等の金属製の筐体を、穿設された縦穴内に配置させ、その後、周囲を埋め戻すことにより設けることもできる。更に、給気調温槽２の内壁面は地下水と接触し、外壁面は土壌と接触するため、金属製の筐体を用いる場合は、必要に応じて、耐食性の高いステンレス鋼製の筐体、及び耐食性を高めるため表面に樹脂コーティングが施された筐体などを用いることもできる。
【００１８】
給気調温槽２の形状及び内寸法は特に限定されないが、形状は、通常、立方体、直方体円柱体又は楕円柱体であり、内寸法は、調温すべき被調温空間４の容積等により設定することが好ましい。例えば、調温すべき被調温空間４が事務所等であり、その容積が、例えば、１００〜１５００ｍ３である場合、給気調温槽２は、形状が立方体又は直方体であるときは、縦横が５００〜２５００ｍｍ、特に１０００〜２０００ｍｍであり、深さ（高さ）が１０００〜３０００ｍｍ、特に１５００〜２５００ｍｍの槽とすることができる。また、形状が円柱体又は楕円柱体であるときは、径（円柱体では直径、楕円柱体では長径及び短径）が５５０〜２８００ｍｍ、特に１２００〜２３００ｍｍであり、深さ（高さ）が１０００〜３０００ｍｍ、特に１５００〜２５００ｍｍの槽とすることができる。
【００１９】
更に、地下水が給気調温槽２の底部に滞留してしまうのを防止するため、給気調温槽２の底部のダクト２１に接触しない位置に地下水を攪拌するための攪拌翼を配置させることもできる。これにより、底部に塵埃等が堆積するのが防止され、給気調温槽２内をより清浄にすることができる。また、地下水（井戸水）の臭気が、調温されて被調温空間４に供給される空気に残存するのを抑えるため、例えば、地下水供給用配管５１の給気調温槽２における開口部周縁、及び地下水移送用配管５２の給気調温槽２における開口部周縁等に、ゼオライト、活性炭等を収納した脱臭部材を配置させることもできる。
【００２０】
（２）ダクト
前記「ダクト２１」は、スパイラルダクト等の断面円形の丸ダクトでもよく、断面が長方形の角ダクトでもよい。また、内部を流通する被調温空間４への給気と、外部を流通する地下水とを効率よく熱交換させるためには、ダクト２１の壁面の全面積が大きいことが好ましい。この観点で、例えば、複数の直管２１ａがエルボ２１ｂにより接続され、全体として螺旋状に捲回され、且つ平面形状が略矩形となる形態で給気調温槽２に内装されているダクト２１とすることができる（側面形状は図１及び２参照、平面形状は図３参照）。この場合、螺旋状に捲回された形態のダクト２１の高さも特に限定されないが、地下水と被調温空間４への給気とを十分に、且つ効率よく熱交換させるためには、地下水の水位とダクト２１の高さとが略同じであることが好ましい。
【００２１】
また、ダクト２１の径方向の寸法、即ち、丸ダクトでは直径、角ダクトでは対角線方向の寸法、は特に限定されないが、熱交換の効率の向上と、ダクト２１内の空気の流通に伴う圧損の低減等の観点で適宜設定することができ、例えば、５０〜２００ｍｍとすることができる。
【００２２】
ダクト２１の材質も特に限定されず、亜鉛めっき鉄板を用いてなる一般的なダクトを使用することができる。更に、ダクト２１の外面は地下水と接触するため、十分な防錆性等を有していることが好ましく、この観点では、ガルバリウム鋼板、ステンレス鋼板等を用いてなる優れた耐食性を有するダクト２１が好ましい。また、ダクト２１の成形壁の厚さも特に限定されないが、強度と熱交換の効率とを勘案すれば、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ等のダクト２１の成形壁の一般的な厚さであればよい。
【００２３】
更に、ダクト２１の壁面は、効率よく熱交換させるために十分な面積を有しているとともに、ダクト２１は、地下水の流通に過大な抵抗とならない形状及び寸法であることが好ましい。ダクト２１は、前述のように、螺旋状に捲回された形態であるとともに、給気調温槽２の内壁面に沿うように配置され、且つその外面が、給気調温槽２の側壁面と所定寸法（給気調温槽２の内寸法及びダクト２１の外寸法等により適宜設定することができ、例えば、３０〜１００ｍｍとすることができる。）離間しており、ダクト２１の外表面と給気調温槽２の内壁面との間等を、地下水が容易に流通し得る形態であることが好ましい。
【００２４】
また、ダクト２１の給気調温槽２の上部に位置する一端側には、被調温空間４から移送される排気が排気調温槽３において地下水と熱交換されてなる空気を、ダクト２１に供給するための空気供給用配管５４が接続されている。更に、ダクト２１の他端側には、被調温空間４に調温された空気を給気するための給気用配管５５が接続されており、排気調温槽３と給気調温槽２とで調温された空気（夏期は冷却された空気であり、冬期は加温された空気である。）が送風機Ｂ２により被調温空間４に供給される。
【００２５】
給気用配管５５は、ダクト２１の上記他端側が給気調温槽２の底部に位置している場合は、この他端側に接続されていてもよい。また、後述のように、ダクト２１内で結露が生じる場合は、ダクト２１の螺旋状に捲回された形態部分の下端部に接続された中央ダクト２１ｃを、給気調温槽２の中央部に立設させ、この中央ダクト２１ｃの上端側に給気用配管５５を接続することもできる（図１及び２参照）。このようにしたうえで、ダクト２１内を流下し、中央ダクト２１ｃの底部に溜まった結露水を、中央ダクト２１ｃの下端側に接続され、流路にポンプＰ２が配設された結露水排水用配管５６により排水すれば、ダクト２１の底部に接続された給気用配管５５が、結露水中に開口するようなことが防止される。
【００２６】
ダクト２１内での結露は、気温が地下水の温度より相当に高い夏期に、排気調温槽３から供給される空気が、ダクト２１の外面に接触する地下水により更に冷却されることにより生じる。即ち、排気調温槽３において、地下水へのバブリングと、シャワリングされる地下水との接触によって熱交換され、冷却された空気は、ダクト２１において外部を流通する地下水により更に冷却され、ダクト２１内で結露が生じる。そして、結露水は、ダクト２１の給気調温槽２の底部に位置する他端側に溜まることになる。
【００２７】
この場合、中央ダクト２１ｃを設けたうえで、結露水排水用配管５６を中央ダクト２１ｃの下端側に接続することにより、結露水を容易に排水することができ、上述のように、ダクト２１の底部に接続された給気用配管５５が、結露水中に開口するようなことが防止される。尚、このように結露することにより、本発明の地熱利用熱交換システム１００では、夏期の冷房においては被調温空間４への給気を除湿することもでき、被調温空間４をより快適な労働空間及び居住空間等とすることができる。
【００２８】
［３］排気調温槽、散水手段及び散気手段
（１）排気調温槽
前記「排気調温槽３」は、その壁面の上部に、給気調温槽２から移送される地下水をシャワリングする散水手段３１が配設されている。この散水手段３１としては、例えば、排気調温槽３の内壁面から突出するように、且つ略水平方向に取り付けられた散水管３１が挙げられる（図１、４及び５参照）。また、壁面の下部に、被調温空間４から移送される排気を地下水中にバブリングする散気手段３２が配設されている。この散気手段３２としては、例えば、排気調温槽３の内壁面から突出するように、且つ略水平方向に取り付けられた散気管３２が挙げられる（図１、４〜５及び６〜７参照）。
【００２９】
排気調温槽３を設ける方法は特に限定されないが、例えば、地中に所定形状及び寸法の縦穴を穿設し、その後、型枠を組み立て、この型枠内にコンクリートを流し込み、養生させ、固化させて設けることができる。また、排気調温槽３は、予め所定形状及び寸法に成形された鉄等の金属製の筐体を、穿設された縦穴内に配置させ、その後、周囲を埋め戻すことにより設けることもできる。更に、排気調温槽３内には、シャワリングされた地下水が充満し、底部には地下水が貯留され、外壁面は土壌と接触するため、金属製の筐体を用いる場合は、耐食性の高いステンレス鋼製の筐体、及び耐食性を高めるため表面に樹脂コーティングが施された筐体などを用いることが好ましい。
【００３０】
排気調温槽３の形状及び内寸法は特に限定されないが、形状は、通常、立方体、直方体円柱体又は楕円柱体であり、内寸法は、調温すべき被調温空間４の容積により設定することができる。例えば、調温すべき被調温空間４が事務所等であり、その容積が、例えば、１００〜１５００ｍ３である場合、排気調温槽３は、形状が立方体又は直方体であるときは、縦横が５００〜２５００ｍｍ、特に１０００〜２０００ｍｍであり、深さ（高さ）が１０００〜３０００ｍｍ、特に１５００〜２５００ｍｍの槽とすることができる。また、形状が円柱体又は楕円柱体であるときは、径（円柱体では直径、楕円柱体では長径及び短径）が５５０〜２８００ｍｍ、特に１２００〜２３００ｍｍであり、深さ（高さ）が１０００〜３０００ｍｍ、特に１５００〜２５００ｍｍの槽とすることができる。
【００３１】
更に、地下水が排気調温槽３の底部に滞留してしまうのを防止するため、排気調温槽３の底部の散気手段３２に接触しない位置に地下水を攪拌するための攪拌翼を配置させることもできる。これにより、底部に塵埃等が堆積するのが防止され、排気調温槽３内をより清浄にすることができる。また、地下水（井戸水）の臭気が、調温されて被調温空間４に給気される空気に残存するのを抑えるため、散気手段３２が特に後述の散気体３２である場合、例えば、地下水移送用配管５２の排気調温槽３における開口部周縁等に、ゼオライト、活性炭等を収納した脱臭部材を配置させることもできる。
【００３２】
（２）散水手段
前記「散水手段３１」には、給気調温槽２から地下水が供給される。地下水は、地下水移送用配管５２（図１、２及び４〜７参照）により供給され、散水手段３１から排気調温槽３の下方に向かってシャワリングされる。また、シャワリングされる地下水と、下部の散気手段３２によりバブリングされ、排気調温槽３内を上昇する被調温空間４からの排気（空気）との間で熱交換がなされる。
【００３３】
散水手段３１としては、例えば、散水管３１が挙げられる。この散水管３１は、１本のみでもよく（この場合、地下水移送用配管５２と散水管３１とは、通常、直結される。図１、４及び５参照）、複数本（例えば、２〜１０本、この場合、地下水移送用配管５２が散水管３１の本数分だけ分岐される。）でもよい。散水管３１が１本のみであるときは、通常、排気調温槽３の幅方向の中央部に取り付けられ、複数本であるときは、幅方向に略等間隔に取り付けられることが好ましい。尚、シャワリングにより、バブリングされた空気の上昇が妨げられることのないように、シャワリングの水勢及びシャワリング量等を調整することが好ましい。
【００３４】
更に、散水管３１が取り付けられる排気調温槽３の深さ（高さ）方向における位置は、排気調温槽３の深さ（高さ）にもよるが、シャワリングされて下降する地下水と、バブリングされて上昇する空気とを効率よく熱交換させるという観点で、散水管３１と散気管３２とが十分に離間する位置に取り付けられることが好ましい。具体的には、排気調温槽３の上端部に接続される空気供給用配管５４の径方向の下端部から、散水管３１の径方向の上端部までの距離が、例えば、２０〜６０ｍｍとなる位置とすることができる。このようにすれば、シャワリングされた地下水が空気に同伴されて空気供給用配管５４によりダクト２１に送り込まれてしまうことを防止することもできる。
【００３５】
また、散水管３１の管壁には地下水をシャワリングするための複数の透孔が設けられているが、この透孔は、散水管３１の側方、又は側方から下方にかけて設けられ、開口していることが好ましい。これにより、地下水が下方に向かってシャワリングされ、バブリングされて上昇してくる空気との間で効率よく熱交換がなされる。更に、空気供給用配管５４によりダクト２１に供給される熱交換された空気に、シャワリングされた地下水が同伴されるのも防止される、又は少なくとも抑えられる。
【００３６】
散水管３１の管壁に設けられる透孔の径は特に限定されず、管の径、長さ、及び地下水の供給量等により設定することができる。この透孔の径は、例えば、１．０〜３．０ｍｍ、特に１．３〜２．５ｍｍとすることができる。透孔の径が１．０〜３．０ｍｍであれば、シャワリングが容易であるとともに、シャワリングされた地下水は適度な大きさの水滴となって、排気調温槽３内を比較的低速で下降し、バブリングされて上昇してくる空気との間で効率よく熱交換がなされる。更に、水滴が微小に過ぎ、空気供給用配管５４により空気に同伴されてダクト２１に送り込まれてしまうことが防止される。
【００３７】
また、散水手段３１としては、特定の構成の散水体３１Ａを用いることもできる。この散水体３１Ａとしては、例えば、排気調温槽３の成形壁のうちの、地下水移送用配管５２が接続される側から反対側へと下方に傾斜して配設された複数の金属製の棒状体からなる散水体３１Ａが挙げられる（６及び７図参照）。この棒状体３１ａ（図７参照）は、中空体でもよく、中実体でもよいが、軽量である中空体が好ましい。材質も特に限定されないが、軽量であり、伝熱性等にも優れるアルミニウムなどが好ましい。
【００３８】
上述のような散水体３１Ａである場合、地下水移送用配管５２が接続される側の幅方向に水路３１ｂ（図６及び７参照）を設け、この水路３１ｂから各々の棒状体３１ａに地下水を供給し、棒状体の外表面を流延させつつ、下方にシャワリングさせることができ、上昇してくる空気と十分に接触させ、効率よく熱交換させることができる。更に、棒状体の傾斜角は特に限定されず、棒状体の径、本数、及び供給される地下水量等により適宜設定することができ、例えば、５〜２０°とすることができる。
【００３９】
散水体３１Ａとしては、排気調温槽３の成形壁のうちの、地下水移送用配管５２が接続される側から反対側へと下方に傾斜して配設された複数の透孔を備える金属板を用いることもできる。そして、透孔のうちの一部は下方に向かって突出する周壁を有し、この透孔からは地下水がシャワリングされる。また、透孔のうちの他部は上方に向かって突出する周壁を有し、バブリングされた空気は、シャワリングされた地下水と接触し、熱交換がなされた後、この透孔を通過し、空気供給用配管５４に向かって上昇する。
【００４０】
この場合、地下水がシャワリングされる透孔と、空気が通過し、上昇する透孔とは、各々、１個又は複数個（２〜５個）が、金属板の全面に交互に配置されていることが好ましい。即ち、各々の透孔は、金属板の全面において偏在することなく、均等に配置されていることが好ましい。更に、透孔の径は、シャワリングが容易であるとともに、シャワリングされた地下水が適度な大きさの水滴となって、排気調温槽３内を比較的低速で下降し、バブリングされて上昇してくる空気との間で効率よく熱交換がなされればよく、特に限定されない。また、金属板の傾斜角は特に限定されず、透孔の径、本数、及び供給される地下水量等により適宜設定することができ、例えば、５〜２０°とすることができる。
【００４１】
また、散水管３１等の散水手段３１の材質も特に限定されず、前述の井戸１の材質として例示した各種の合成樹脂製及び金属製等の管体を使用することができ、軽量であり、伝熱性等にも優れるアルミニウム等を用いてなる管体を使用することもできる。散水管３１は、内面は地下水と接触し、外面は被調温空間４から移送された排気が熱交換された空気、及びシャワリングされた地下水と接触する。そのため、金属製の管体を用いる場合は、必要に応じて、ステンレス鋼製の管体、及び耐食性の高い樹脂コーティングが施された管体などを用いることもできる。
【００４２】
（３）散気手段
前記「散気手段３２」には、被調温空間４から排気された空気が移送される。排気された空気は、空気移送用配管５３（図１、４〜５及び６〜７参照）により移送され、排気調温槽３の壁面の下部に配設された散気手段３２から、排気調温槽３の底部に貯留された地下水中にバブリングされ、排気調温槽３内を上昇し、上部の散水手段３１からシャワリングされる地下水との間で熱交換がなされる。
【００４３】
散気手段３２としては、例えば、散気管３２が挙げられる。この散気管３２は、１本のみでもよく（この場合、空気移送用配管５３と散気管３２とは、通常、直結される。図１、４〜５及び６〜７参照）、複数本（例えば、２〜１０本、この場合、空気移送用配管５３が散気管３２の本数分だけ分岐される。）でもよい。散気管３２が１本のみであるときは、通常、排気調温槽３の幅方向の中央部に取り付けられ、複数本であるときは、幅方向に略等間隔に取り付けられることが好ましい。尚、バブリングには送風機が用いられるが、送風機に過大な負荷が加わらないように、バブリングの気流の勢い及びバブリング量等を調整することが好ましい。更に、排気調温槽３の内底面から散気管３２の外壁面の底面までの距離は特に限定されないが、この距離は、散水管３１が取り付けられる位置と同様の理由で、例えば、３０〜７０ｍｍとすることができる。
【００４４】
また、散気管３２は地下水に浸漬されており（図４及び６参照）、被調温空間４から移送される排気（空気）が地下水中にバブリングされるが、排気調温槽３における地下水の水位は特に限定されず、被調温空間４からの排気量、及びシャワリングされる地下水とバブリングされる空気との熱交換の効率等を勘案して設定すればよい。しかし、水位が高過ぎると、排気を移送し、バブリングさせるために、大容量の送風機Ｂ１（図１、４〜５及び６〜７参照）が必要となり、消費電力も増大することになる。そのため、散気管３２の径方向の上端部と水面との距離が、例えば、１０〜１００ｍｍとなる水位とすることができる。
【００４５】
上述のように、排気調温槽３における地下水の水位を所定の高さに保持するためには、排気調温槽３の内底面から所定の高さに、余剰水を排水するための排水口６（図１、４及び６参照）が設けられていることが好ましい。そして、例えば、排水口６に併設されたポンプＰ３（図１、４〜５及び６〜７参照）により、余剰水排水用配管５７を経由して余剰水を排気調温槽３外へと排水することによって水位を所定の高さに保持することができる。尚、ポンプＰ３は、排水口６から離れた位置において、余剰水排水用配管５７の流路に配設されていてもよい。
【００４６】
更に、散気管３２の管壁には排気（空気）をバブリングするための複数の透孔が設けられている。この透孔は、散気管３２の周面の上方、側方、下方のいずれに設けられていてもよいが、地下水との熱交換の効率の観点では、側方及び下方に設けられていることが好ましい。即ち、排気（空気）は側方及び下方に向かってバブリングされることが好ましい。また、散気管３１の管壁に設けられる透孔の径は特に限定されず、管の径、長さ、及び排気（空気）供給量等により適宜設定することができる。この透孔の径は、例えば、０．５〜２．０ｍｍとすることができる。透孔の径が０．５〜２．０ｍｍであれば、バブリングが容易であり、空気移送用配管５３に配設された送風機Ｂ１に過大な負荷が加わることもない。
【００４７】
また、散気管３２等の散気手段３２の材質も特に限定されず、前述の井戸１の材質として例示した各種の合成樹脂製及び金属製等の管体を用いることができ、軽量であり、伝熱性等にも優れるアルミニウム等を用いてなる管体を使用することもできる。また、散気管３２は、内面は被調温空間４から移送される排気（空気）と接触し、外面は地下水と接触する。そのため、金属製の管体を用いる場合は、必要に応じて、ステンレス鋼製の管体、及び特に外表面に耐食性の高い樹脂コーティングが施された管体などを用いることもできる。
【００４８】
［４］配管
前述のように、本発明の地熱利用熱交換システム１００は、各種の配管を備える。これらの配管の径方向の寸法は特に限定されず、配管内を流通する地下水及び排気（空気）の単位時間当たりの所定流量等によって設定することが好ましい。また、各々の配管の材質は内部を流通する流体と、外部が接触する雰囲気とによって選択することが好ましい。それぞれの配管の内表面及び外表面は、地下水、被調温空間４からの排気、熱交換された空気及び外気のうちのいずれかと接触することになるが、特に腐食性の高い媒体はない。そのため、各種の合成樹脂製及び金属製の配管を特に制限されることなく用いることができる。また、金属製の配管の場合、必要に応じて、ステンレス鋼製の配管、耐食性の高い樹脂コーティングが施された配管などを用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、被調温空間、例えば、事務所、商店等の労働空間、及び一般住宅等の居住空間などの冷暖房の技術分野において利用することができる。特に、地熱を利用した冷暖房であるため、地球温暖化の抑制及び省資源などの面で有利であり、時代の要求に応える冷暖房の技術分野において有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１００；地熱利用熱交換システム、１；井戸、２；給気調温槽、２１；ダクト、２１ａ；直管、２１ｂ；エルボ、２１ｃ；中央ダクト、３；排気調温槽、３１；散水管、３１Ａ；散気体、３１ａ；金属製の棒状体、３１ｂ；水路、３２；散気手段（散気管）、３２ａ；散気用の透孔、４；被調温空間、５１；地下水供給用配管、５２；地下水移送用配管、５３；空気移送用配管、５４；空気供給用配管、５５；給気用配管、５６；結露水排水用配管、５７；余剰水排水用配管、６；排水口、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３；ポンプ、Ｂ１、Ｂ２；送風機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
井戸と、
ダクトが内装されており、且つ前記井戸から地下水が供給される給気調温槽と、
前記給気調温槽から移送される地下水をシャワリングする散水手段が上部に配設され、被調温空間から移送される排気をバブリングする散気手段が下部に配設され、且つ前記散気手段は地下水に浸漬されている排気調温槽と、
前記井戸から前記給気調温槽に地下水を供給する地下水供給用配管と、
前記給気調温槽から前記散水手段に地下水を移送する地下水移送用配管と、
前記被調温空間から前記散気手段に空気を移送する空気移送用配管と、
前記排気調温槽から前記ダクトに空気を供給する空気供給用配管と、
前記ダクトから前記被調温空間へと給気する給気用配管と、を備えることを特徴とする地熱利用熱交換システム。
【請求項２】
前記ダクトの下部に溜まる結露水を排水する結露水排水用配管を備える請求項１に記載の地熱利用熱交換システム。
【請求項３】
前記排気調温槽の内底面から所定の高さに、余剰水を排水する排水口が設けられている請求項１又は２に記載の地熱利用熱交換システム。
【請求項１】
井戸と、
ダクトが内装されており、且つ前記井戸から地下水が供給される給気調温槽と、
前記給気調温槽から移送される地下水をシャワリングする散水手段が上部に配設され、被調温空間から移送される排気をバブリングする散気手段が下部に配設され、且つ前記散気手段は地下水に浸漬されている排気調温槽と、
前記井戸から前記給気調温槽に地下水を供給する地下水供給用配管と、
前記給気調温槽から前記散水手段に地下水を移送する地下水移送用配管と、
前記被調温空間から前記散気手段に空気を移送する空気移送用配管と、
前記排気調温槽から前記ダクトに空気を供給する空気供給用配管と、
前記ダクトから前記被調温空間へと給気する給気用配管と、を備えることを特徴とする地熱利用熱交換システム。
【請求項２】
前記ダクトの下部に溜まる結露水を排水する結露水排水用配管を備える請求項１に記載の地熱利用熱交換システム。
【請求項３】
前記排気調温槽の内底面から所定の高さに、余剰水を排水する排水口が設けられている請求項１又は２に記載の地熱利用熱交換システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２４４５７（Ｐ２０１３−２４４５７Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５８３１９（Ｐ２０１１−１５８３１９）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（５０４４２９９５４）大西建設株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（５０４４２９９５４）大西建設株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
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