流路切換式地熱水循環装置
【課題】 ストレーナの目詰まりを防止できる流路切換式地熱水循環装置を提供する。
【解決手段】 地熱水吸引ポンプ７により下側流通路６側に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Lの地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を取水用下方開口部４２から内装管４内に流入させて地上へと圧送し、当該地熱水を利用後、上側流通路５側に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Lへ還元するように循環制御される第一循環モードと、地熱水吸引ポンプ７により上側流通路５側に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Lの地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を取水用側面開口部４３から内装管４内に流入させて地上へと圧送し、当該地熱水を利用後、下側流通路６側に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Lへ還元するように循環制御される第二循環モードと、第一循環モードまたは第二循環モードに循環モードの切り換えを行うモード切換手段８とを備える。
【解決手段】 地熱水吸引ポンプ７により下側流通路６側に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Lの地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を取水用下方開口部４２から内装管４内に流入させて地上へと圧送し、当該地熱水を利用後、上側流通路５側に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Lへ還元するように循環制御される第一循環モードと、地熱水吸引ポンプ７により上側流通路５側に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Lの地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を取水用側面開口部４３から内装管４内に流入させて地上へと圧送し、当該地熱水を利用後、下側流通路６側に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Lへ還元するように循環制御される第二循環モードと、第一循環モードまたは第二循環モードに循環モードの切り換えを行うモード切換手段８とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯水層の地熱水を循環利用する流路切換式地熱水循環装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、地中の温度は年間通してほぼ一定であり、夏季には外気温よりも低く、冬季には外気温よりも高い。そこで、従来、地中の帯水層内に含まれる地熱水を汲み上げて夏季には冷房の熱源として活用し、冬季には暖房の熱源として活用する等の試みがなされている。
【０００３】
例えば、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または還元させるストレーナを有する外装管と、この外装管内に挿入されて当該外装管との間に流通路を形成する断熱内装管と、この断熱内装管内から地熱水を汲み上げるポンプと、このポンプにより汲み上げられた地熱水を冷暖房装置等へ圧送する熱源供給圧送管と、利用された後の地熱水を前記流通路へと圧送する熱源還元管とを有する二重管式地熱水循環装置を提案し、特許を取得している（特許文献１）。この特許文献１によると、当該二重管式地熱水循環装置により、利用後の地熱水は、前記ストレーナを介して帯水層へと還元されるため、過剰採水による井戸枯れや地盤沈下の心配がなくなるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９２７５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された発明においては、長年使用することにより、ストレーナが目詰まりを起こす可能性があり、その場合、地熱水を取り込む能力が低下し、熱交換効率が低下してしまう。ストレーナは地中深くに埋設されているため、仮に目詰まりを生じた場合、これを解消する作業は極めて難しい作業となる。従って、あらかじめ目詰まりが生じない技術を求めるニーズが存在していた。
【０００６】
本発明は、このようなニーズに応えるためになされたものであって、ストレーナの目詰まりを防止できる流路切換式地熱水循環装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る流路切換式地熱水循環装置は、地表から帯水層にかけて埋設される外装管と、この外装管の内側に配置される内装管と、この内装管内に配置される地熱水吸引ポンプと、前記外装管における帯水層との境界に設けられる地熱水ストレーナとを有する流路切換式地熱水循環装置であって、前記外装管と前記内装管との間に形成される流通路を上下に分割するように塞ぐことで形成される上側流通路および下側流通路と、前記地熱水吸引ポンプの吸引力により前記外装管の前記下側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層の地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を前記内装管の下方に開口させた取水用下方開口部から前記内装管内に流入させて地上へと圧送し、当該地熱水を利用後、その地熱水を前記外装管の前記上側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層へ還元するように循環制御される第一循環モードと、前記地熱水吸引ポンプの吸引力により前記外装管の前記上側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層の地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を前記内装管の側面に開口させた取水用側面開口部から前記内装管内に流入させて地上へと圧送し、当該地熱水を利用後、その地熱水を前記外装管の前記下側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層へ還元するように循環制御される第二循環モードと、前記第一循環モードまたは前記第二循環モードに循環モードの切り換えを行うモード切換手段とを備えている。
【０００８】
すなわち、本発明に係る流路切換式地熱水循環装置は、地熱水ストレーナの内側に付着した堆積物を地熱水吸引ポンプの吸引力により除去するとともに、地熱水ストレーナの帯水層側に付着した堆積物を地熱水の還元力により除去することで地熱水ストレーナの目詰まりを防止するものであって、前記第一循環モードまたは前記第二循環モードにモードを切り換えることで、地熱水の循環方向を逆転させ、地熱水吸引ポンプの吸引力による堆積物の除去と地熱水の還元力による堆積物の除去とを交互に行うことで、半永久的に地熱水を循環させることを可能としたものである。
【０００９】
また、本発明の一態様として、前記モード切換手段は、地熱水を利用した後に還元する際、前記上側流通路に返還する第一返還路と前記内装管に返還する第二返還路とのいずれかに返還路を切り換える返還路切換手段と、前記内装管に形成した前記取水用側面開口部よりも上方に開口されて前記第二循環モードの際に還元用の取水口として機能する還元用上方開口部と、この還元用上方開口部から前記下側流通路まで流通可能に連通させてなる還元用連通路と、前記取水用下方開口部を開閉する取水用下方開口開閉手段と、前記取水用側面開口部を開閉する取水用側面開口開閉手段と、前記還元用上方開口部を開閉する還元用上方開口開閉手段とを有しており、前記モード切換手段により循環モードが前記第一循環モードに切り換えられた場合、前記返還路切換手段により地熱水の返還路を前記第一返還路に切り換え、前記取水用下方開口開閉手段により前記取水用下方開口部を開口し、前記取水用側面開口開閉手段および前記還元用上方開口開閉手段によりそれぞれ前記取水用側面開口部および前記還元用上方開口部を閉口して循環路を構成し、前記モード切換手段により循環モードが前記第二循環モードに切り換えられた場合、前記返還路切換手段により地熱水の返還路を前記第二返還路に切り換え、前記取水用下方開口開閉手段により前記取水用下方開口部を閉口し、前記取水用側面開口開閉手段および前記還元用上方開口開閉手段によりそれぞれ前記取水用側面開口部および前記還元用上方開口部を開口して循環路を構成するようにしてもよい。
【００１０】
さらに、本発明の一態様として、前記下方開口開閉手段、前記取水用側面開口開閉手段、および前記還元用上方開口開閉手段は、前記内装管内で上下動可能に軸支された循環モード切換軸にそれぞれ同軸上に設けられるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、地熱水を取り込むストレーナの目詰まりを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る流路切換式地熱水循環装置の一実施形態における第一循環モードを示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る流路切換式地熱水循環装置の一実施形態における第二循環モードを示す縦断面図である。
【図３】本実施形態における内装管を示す正面図および縦断面図である。
【図４】図３における４Ａ−４Ａ断面を示す横断面図である。
【図５】図３における５Ａ−５Ａ断面を示す横断面図である。
【図６】図３における６Ａ−６Ａ断面を示す横断面図である。
【図７】本実施形態における循環モード切換軸、取水用下方開閉手段の開閉弁、取水用側面開口開閉手段、地熱水吸引ポンプおよび還元用上方開口開閉手段を示す正面図である。
【図８】図７における８Ａ−８Ａ断面を示す横断面図である。
【図９】図７における９Ａ−９Ａ断面を示す横断面図である。
【図１０】本実施形態における切換軸長調整部を示す正面図および縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る流路切換式地熱水循環装置の一実施形態について図面を用いて説明する。図１および図２は、本実施形態の流路切換式地熱水循環装置１を示す断面構成図である。
【００１４】
本実施形態における流路切換式地熱水循環装置１は、主に、外装管２と、地熱水ストレーナ３と、内装管４と、上側流通路５と、下側流通路６と、地熱水吸引ポンプ７と、第一循環モードと第二循環モードとに切り換えるモード切換手段８とから構成されている。以下、各構成について詳細に説明する。
【００１５】
外装管２は、地表から帯水層Ｌにかけて埋設されており、帯水層Ｌとの境界に地熱水ストレーナ３が設けられている。本実施形態における外装管２は、無底円筒形状に形成された鉄製の管であり、複数の帯水層Ｌにかけて埋設されている。また、外装管２の内側には、後述する内装管４の外側に設けられた係止部４１を係止させることによって、当該内装管４を所定位置に支持するとともに、前記内装管４との間に形成される流通路を上側流通路５および下側流通路６に分割するように塞ぐ支持部２１が設けられている。なお、支持部２１の詳細な説明は、係止部４１の詳細な説明とともに後述する。
【００１６】
外装管２に設けられる地熱水ストレーナ３は、金網や不織布等により形成されたフィルターを有しており、透過する地熱水を濾過するためのものである。本実施形態における地熱水ストレーナ３は、支持部２１を境界として上下両側にそれぞれ配設されている。なお、上下いずれかの地熱水ストレーナ３から浸入してくる地熱水と利用後に還元される地熱水とは、支持部２１および係止部４１を境界として流通が遮断されるため、それぞれの地熱水が混ざり合うことがない。
【００１７】
内装管４は、前記外装管２の内側に配設される。本実施形態における内装管４は、外装管２の内径よりも小さな外径を有する無底円筒形状の鉄製の管により形成されており、その外側面の所定位置には前記支持部２１に係止させる係止部４１が設けられている。本実施形態において、内装管４の下方には、取水用下方開口部４２が形成されており、後述する第一循環モードの場合に、地熱水ストレーナ３から下側流通路６へ浸入してきた地熱水を内装管４へと流入させるようになっている。
【００１８】
本実施形態における前記支持部２１は、外装管２における所定高さの内周面に沿ってリング状に形成されている。また、本実施形態における係止部４１は、内装管２における所定高さの外周面に沿ってリング状に形成され、前記支持部２１に係合しうる形状に形成されている。これら支持部２１および係止部４１は共に、上方へ向けて拡径する円錐状のテーパー面を有しており、内装管４が外装管２内に挿入されて係止部４１と支持部２１とが係合することにより、内装管４が外装管２の略中心に配置されるようになっている。また、支持部２１および係止部４１は、互いに係合することにより、流通路の上下流通を遮断して上側流通路５および下側流通路６を形成している。
【００１９】
また、図３および図４に示すように、内装管４の係止部４１よりも上方には、上側流通路５と内装管４内とを連通させる取水用側面開口部４３が形成されている。この取水用側面開口部４３は、後述する第二循環モードにおいて、地熱水ストレーナ３から上側流通路５へ浸入してきた地熱水を内装管４へ流入させるためのものである。
【００２０】
なお、内装管４を外装管内２に配設させる構造は、支持部２１および係止部４１によるものに限定されるものではなく、内装管４と外装管２との間に板状の間仕切り等を設けて溶接固定させてもよいし、鋳造や切削加工等により内装管４と外装管２とを一体成型させてもよい。
【００２１】
地熱水吸引ポンプ７は、内装管４内に配置されており、吸引力により地熱水ストレーナの内側に付着した堆積物を除去しつつ、内装管４内に取り込んだ地熱水を地上に汲み上げて冷暖房装置９等に圧送しの熱交換に利用できるようにするものである。本実施形態における地熱水吸引ポンプ７は、後述する循環切換モード軸８７に固定されている。
【００２２】
モード切換手段８は、第一循環モードまたは第二循環モードに循環モードの切換を行うものであり、本実施形態においては、返還路切換手段８１と、還元用上方開口部８２と、還元用連通路８３と、取水用下方開口開閉手段８４と、取水用側面開口開閉手段８５と、還元用上方開口開閉手段８６と、循環モード切換軸８７とにより構成されている。
【００２３】
第一循環モードは、図１に示すように、地熱水吸引ポンプ７の吸引力によって外装管２の下側流通路側６に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Ｌの地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を内装管４の下方に開口させた取水用下方開口部４２から前記内装管内に流入させて地上へと圧送し、地上の冷暖房装置９により地熱水を利用後、その地熱水を外装管２の上側流通路側５に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Ｌへ還元するように循環制御されるものである。
【００２４】
また、第二循環モードは、図２に示すように、地熱水吸引ポンプ７の吸引力によって外装管２の上側流通路側５に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Ｌの地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を内装管４の側面に開口させた取水用側面開口部４３から前記内装管内に流入させて地上へと圧送し、地上の冷暖房装置９により地熱水を利用後、その地熱水を外装管２の下側流通路側６に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Ｌへ還元するように循環制御されるものである。
【００２５】
返還路切換手段８１は、利用後の地熱水を返還する返還路を、上側流通路５に連通された第一返還路８１１または内装管４に連通された第二返還路８１２のいずれかに切り換えられる流路切換弁等で構成されている。すなわち、図１および図２に示すように、返還路切換手段８１は、一つの流入口に対して二つの流出口を有しており、流出先をいずれかの流出口に選択可能に切り換えられる構成になっている。なお、本実施形態における返還路切換手段８１は、第一循環モードでは第一返還路８１１に切り換えられ、第二循環モードでは第二返還路８１２に切り換えられる。
【００２６】
本実施形態における第一返還路８１１は、前記返還路切換手段８１と前記上側流通路５とを連通する流通路であり、第一循環モードにおいて、前記返還路切換手段８１によって返還路が第一返還路８１側に切り換えられることにより、利用後の地熱水を冷暖房装置９から上側流通路５へと流入させるようになっている。また、第一返還路８１１の下端は、上側流通路６における地熱水の水面Ｗよりも低い位置になるように調整されて設置されている。
【００２７】
また、本実施形態における第二返還路８１２は、前記返還路切換手段８１と前記内装管４とを連通する流通路であり、第二循環モードにおいて、前記返還路切換手段８１によって返還路が第二返還路８１２側に切り換えられることにより、利用後の地熱水を冷暖房装置９から内装管４へと流入させるようになっている。また、第二返還路８１２の下端は、内装４管における地熱水の水面Ｗよりも低い位置になるように調整されて設置されている。
【００２８】
還元用上方開口部８２は、図３および図５に示すように、内装管４において前記取水用側面開口部４３よりも上方に開口されている。この還元用上方開口部８２は、還元用連通路８３によって下側流通路６と流通可能に連通されており、第二循環モードにおいて、利用後の地熱水を内装管４内から下側流通路６へと流通させるようになっている。
【００２９】
本実施形態において、内装管４の外側における還元用上方開口部８２から下側流通路６までには、内装管４よりも一回り大きい円筒８８が設けられており、還元用連通路８３は、図２，図３および図６に示すように当該円筒８８と前記内装管４との間に形成されている。
【００３０】
取水用下方開口開閉手段８４は、前記取水用下方開口部４２を任意に開閉するためのものであり、本実施形態においては、図１ないし図３および図７に示すように、内装管４の下方内周面に形成された開閉弁座８４１と、前記内装管４内において前記開閉弁座８４１を水密状態で密着する開閉弁８４２とから構成されている。前記開閉弁８４２は内装管４内において上下動する循環モード切換軸８７の下端に固定されている。また、本実施形態における開閉弁座８４１および開閉弁８４２は、上方へ向けて拡径された円錐状のテーパー面を有しており、開閉弁８４２が開閉弁座８４１に密接することにより、開閉弁８４２が開閉弁座８４１の略中心に配設されるようになっている。なお、本実施形態において、取水用下方開口開閉手段８４は、第一循環モードの場合に前記取水用下方開口部４２を開口し(図１参照)、第二循環モードの場合に前記取水用下方開口部４２を閉口するようになっている(図２参照)。
【００３１】
取水用側面開口開閉手段８５は、前記取水用側面開口部４３を任意に開閉するためのものである。本実施形態における取水用側面開口開閉手段８５は、図７および図８に示すように、前記内装管４の内周径とほぼ等しい外径を有する開閉リング８５１によって形成されており、開閉弁８４２よりも上方位置において循環モード切換軸８７に４本の支持アーム８５２により固定されている。なお、本実施形態において、取水用側面開口開閉手段８５は、第一循環モードの場合に前記取水用側面開口部４３を閉口し(図１参照)、第二循環モードの場合に前記取水用側面開口部４３を開口するようになっている(図２参照)。
【００３２】
還元用上方開口開閉手段８６は、前記還元用上方開口部８２を開閉するためのものである。本実施形態における還元用上方開口開閉手段８６は、図７および図９に示すように、前記内装管４の内径とほぼ等しい外径を有する開閉リング８６１によって形成されており、内装管に沿って上下動することにより前記還元用上方開口部８２を開閉するようになっている。また、還元用上方開口開閉手段８６における開閉リング８６１の内側には、地熱水が流通しないように止水板８６２が設けられている。なお、この止水板８６２は、還元用上方開口開閉手段８６に設けられている構成に限定されるものではなく、前記取水用側面開口部４３と還元用上方開口部８２との間の任意の位置に設置されるようにしておけばよい。
【００３３】
なお、本実施形態において、還元用上方開口開閉手段８６は、第一循環モードの場合に前記還元用上方開口部８２を閉口し(図１参照)、第二循環モードの場合に前記還元用上方開口部８２を開口する(図２参照)。
【００３４】
循環モード切換軸８７は、図１、図２および図７に示すように、前記取水用下方開閉手段８４と、前記取水用側面開口開閉手段８５と、前記還元用上方開口開閉手段８６とを連動させて、第一循環モードおよび第二循環モードの切り換えを行うためのものである。また、本実施形態では、地熱水吸引ポンプ７により圧送される地熱水の流通路としても機能するように構成されている。
【００３５】
よって、本実施形態における循環モード切換軸８７には、下から順に前記取水用下方開閉手段８４の開閉弁８４２、前記取水用側面開口開閉手段８５の開閉リング８５１、前記地熱水吸引ポンプ７および前記還元用上方開口開閉手段８６の開閉リング８６１がそれぞれ固定されている。また、本実施形態における循環モード切換軸８７は、地熱水吸引ポンプ７より上方がパイプ状に形成されている。また、循環モード切換軸８７の上端には当該循環モード切換軸８７を螺進させることで上下動させるための螺進部８９と図１０に示すような切換軸長調整機構１０が設けられている。なお、上下機構は螺進部８９に限定されるものではなく、循環モード切換軸８７を上下動させることが可能な構成から適宜選択されるものである。
【００３６】
また、本実施形態における切換軸長調整機構１０は、図１０に示すように、下側調整部１１と上側調整部１２とを有しており、さらに下側調整部１１は、空室体１１１と、蓋体１１２とから構成されている。
【００３７】
本実施形態における下側調整部１１の空室体１１１は、上側調整部１２を挿入させる空間を有しており、循環モード切換軸８７の外径よりも大きい内径の円筒状に形成され、当該循環モード切換軸８７の上端に連接されている。また、本実施形態における蓋体１１２は、上側調整部１２を空室体１１１に挿入後に水密上に蓋をするためのものであり、上側調整部１２を通す孔を有し、前記空室体１１１の上部に固定されるようになっている。
【００３８】
また、本実施形態における上側調整部１２は、蓋体１１２の孔に挿入可能な外径を有しており、空室体１１１に挿入され、蓋体１１２で蓋が閉められた後に、当該蓋体１１２に係止することで、下側調整部１１から抜けなくするための突起部１２１を有している。
【００３９】
よって、本実施形態における切換軸長調整機構１０は、上側調整部１２が、下側調整部１１の空室体１１１内でスライドすることにより、高さの調整が可能となる。
【００４０】
なお、前記取水用下方開閉手段８４の開閉弁８４２、前記取水用側面開口開閉手段８５および前記還元用上方開口開閉手段８６の配置は以下のようになる。
【００４１】
図１および図２に示すように、本実施形態における螺進部８９および切換軸長調整機構１０が、循環モード切換軸８７を最上位置まで上昇させた場合に、取水用下方開口部４２が開き、取水用側面開口部４３および還元用上方開口部８２が閉じるとともに、循環モード切換軸８７を最下位置まで降下させた場合に、取水用下方開口部４２が閉じ、取水用側面開口部４３および還元用上方開口部８２が開くように、取水用下方開口開閉手段８４、取水用側面開口開閉手段８５および還元用上方開口開閉手段８６が循環モード切換軸８７に配置されている。
【００４２】
なお、モード切換手段８は、上記のものに限定されるものではなく、返還路切換手段８１と、取水用下方開口部４２と、取水用側面開口部４３と、還元用上方開口部８２とを連動して開閉、または、切り換えることができる構造であれば適宜選択してよい。例えば、返還路切換手段８１、取水用下方開口開閉手段８４、取水用側面開口開閉手段８５および還元用上方開口開閉手段８６を電磁弁によって構成し、コンピュータを用いた電子制御によって適宜循環モードを切り換えるようにしてもよい。
【００４３】
次に、本実施形態の流路切換式地熱水循環装置１における各構成の作用について、第一循環モードおよび第二循環モードにおける地熱水の循環とともに説明する。
【００４４】
まず、各構成が第一循環モードである場合について説明する。図１に示すように本実施形態における第一循環モードの場合、返還路切換手段８１は、返還路を第一返還路８１１に切り換える。また、循環モード切換軸８７は、螺進部８９および切換軸長調整機構１０により最上位置まで上昇される。これにより、取水用下方開口部４２が開き、取水用側面開口部４３および還元用上方開口部８２が閉じる。
【００４５】
第一循環モードにおける地熱水は、地熱水吸引ポンプ７の吸引力により外装管２の下側流通路側６に設けられた地熱水ストレーナ３から浸入してくる。このとき地熱水ストレーナ３は、浸入してくる地熱水に含まれる砂利や砂、泥等の不純物を濾過する。また、後述する第二循環モードのときに地熱水ストレーナ３の内側に付着した藻や水垢等の不純物は、地熱水吸引ポンプ７の吸引力により吸引され、除去されていく。一方、地熱水ストレーナ３の帯水層Ｌ側には前記不純物が付着し、堆積していく。
【００４６】
次に、下側流通路６に流入した地熱水は、地熱水吸引ポンプ７の吸引力により内装管４の下方に開口させた取水用下方開口部４２から内装管４内へ流入してくる。第一循環モードにおいて、取水用側面開口開閉手段８５が取水用側面開口部４３を閉じているため、内装管４内に流入してきた地熱水が上側流通路５へ流れ込むことはない。また、取水用側面開口開閉手段８５の開閉リング８５１が図８に示すような支持アーム８５２によって循環モード切換軸８７に固定されているため、地熱水は支持アーム８５２の間を通り抜けることができる。
【００４７】
また、第一循環モードにおいて、還元用上方開口開閉手段８６は、還元用上方開口部８２を閉じているとともに、その止水板８６２は内装管４内の流通を妨げている。そのため、地熱水が還元用連通路８３を流れることはなく、内装管４内および外装管２内における地熱水の水位が高くなっても、内装管４内に流入してきた地熱水が還元用上方開口開閉手段８６よりも上側に流れ出ることはない。よって、地熱水は内装管４内に貯留されることになる。
【００４８】
そして、地熱水吸引ポンプ７は、内装管４内に流入して貯留された地熱水を地上へと圧送する。この圧送された地熱水は、パイプ状に形成された循環モード切換軸８７内を通って冷暖房装置９へ供給される。
【００４９】
冷暖房装置９で利用された後の地熱水は、返還路切換手段８１を介して第一返還路８１１から上側流通路５へと返還される。このとき本実施形態における第一返還路８１１の下端は、地熱水の水位Ｗよりも低い位置に設けられているため、返還された地熱水は殆ど空気と触れることがない。そのため、外気による汚染がなく、また地熱水の活性が抑えられるため藻や水垢等の発生を抑制することができる。
【００５０】
また、内装管４に設けられた係止部４１および外装管２に設けられた支持部２１によって、上側流通路５と下側流通路６とが確実に分断されているため、上側流通路５に返還された地熱水が下側流通路６へ流れ込むことはない。
【００５１】
そして、上側流通路５に返還された地熱水は、外装管２の上側流通路側５に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Ｌへ還元される。このとき地熱水を還元させる上側流通路５に設けられた地熱水ストレーナ３の内側では、地熱水に含まれる藻や水垢等の不純物が徐々に堆積していくことになるが、地熱水ストレーナ３の帯水層Ｌ側に付着または堆積している不純物は、地熱水が帯水層Ｌへとしみ出す力によって押し流されるため、外装管２の上側流通路側５に設けられた地熱水ストレーナ３の目詰まりが解消される。
【００５２】
次に、各構成が第二循環モードである場合について説明する。図２に示すように本実施形態における第二循環モードの場合、返還路切換手段８１は、返還路を第二返還路８１２に切り換えられる。また、循環モード切換軸８７は、螺進部８９および切換軸長調整機構１０により最下位置まで下降される。これにより、取水用下方開口部４２が閉じ、取水用側面開口部４３および還元用上方開口部８２が開く。
【００５３】
第二循環モードにおける地熱水は、地熱水吸引ポンプ７の吸引力により外装管２の上側流通路側５に設けられた地熱水ストレーナ３から浸入してくる。このとき地熱水ストレーナ３は、浸入してくる地熱水に含まれる砂利や砂、泥等の不純物を濾過する。また、第一循環モードのときに地熱水ストレーナ３の内側に付着した藻や水垢等の不純物は、地熱水吸引ポンプ７の吸引力により吸引され、除去されていく。一方、地熱水ストレーナ３の帯水層Ｌ側には前記不純物が付着し、堆積していく。
【００５４】
支持部２１および係止部４１により、上側流通路５に浸入した地熱水が下側流通路６へ流れることはない。よって、上側流通路５に流入した地熱水は、取水用側面開口部４３から内装管４内に流入してくる。
【００５５】
第二循環モードにおいて、取水用下方開口開閉手段８４が取水用下方開口部４２を閉じているため、内装管４内に流入してきた地熱水は下側流通路６へ流れ込むことはない。また、地熱水の水位Ｗが高くても内装管４内に流入してきた地熱水は還元用上方開口開閉手段８６の止水板８６２によって、それよりも上に流れ出ることはない。よって、地熱水は内装管４内に貯留されることになる。
【００５６】
地熱水吸引ポンプ７は、内装管４内に流入して貯留された地熱水を地上へと圧送し、その地熱水は、循環モード切換軸８７内を通り冷暖房装置９へ供給される。
【００５７】
冷暖房装置９で利用された後の地熱水は、返還路切換手段８１を介して第二返還路８１２から内装管４内へと返還される。本実施形態における第二返還路８１２の下端は、地熱水の水位よりも低い位置に設けられているため、返還された地熱水は殆ど空気と触れることがない。そのため、第一循環モードと同様に、外気による汚染がなく、また地熱水の活性が抑えられるため藻や水垢等の発生を抑制することができる。
【００５８】
また、内装管４内に返還された地熱水は、還元用上方開口部８２から還元用連通路８３を介して下側流通路６へと流れる。このとき、還元用上方開口開閉手段８６の止水板８６２によって、地熱水が当該還元用上方開口開閉手段８６から下へ流れ出ることはない。
【００５９】
下側流通路６に還元された地熱水は、外装管２の下側流通路６側に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Ｌへ還元される。このとき地熱水を還元させる下側流通路６に設けられた地熱水ストレーナ３の内側では、地熱水に含まれる藻や水垢等の不純物が徐々に堆積していくことになるが、地熱水ストレーナ３の帯水層Ｌ側に付着または堆積している不純物は、地熱水が帯水層Ｌへとしみ出す力によって流し出されるため、外装管３の下側流通路６側に設けられた地熱水ストレーナ３の目詰まりが解消される。
【００６０】
以上のような本実施形態の流路切換式地熱水循環装置１によれば、以下のような効果を得ることができる。
１．第一循環モードおよび第二循環モードを適宜切り換えることにより、地熱水ストレーナ３に付着、堆積した不純物を除去することができ、目詰まりを抑制することができる。
２．地熱水を循環利用しているため、井戸枯れや地盤沈下などの心配がない。
３．循環する地熱水を外気に触れさせないようにしているため、藻や水垢等の発生を抑制し、藻や水垢等を原因とする装置の故障を抑制するとともに、地熱水の水質汚染を抑制することができる。
【００６１】
なお、本発明に係る流路切換式地熱水循環装置１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。
【００６２】
例えば、汲み上げられた地熱水は、冷暖房装置９等の熱源として利用されるだけに限定されるものではなく、蛇口等を設けることにより、水源としても利用できるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１ 流路切換式地熱水循環装置
２ 外装管
３ 地熱水ストレーナ
４ 内装管
５ 上側流通路
６ 下側流通路
７ 地熱水吸引ポンプ
８ モード切換手段
９ 冷暖房装置
１０ 切換軸長調整部
１１ 下側調整部
１２ 上側調整部
２１ 支持部
４１ 係止部
４２ 取水用下方開口部
４３ 取水用側面開口部
８１ 返還路切換手段
８２ 還元用上方開口部
８３ 還元用連通路
８４ 取水用下方開口開閉手段
８５ 取水用側面開口開閉手段
８６ 還元用上方開口開閉手段
８７ 循環モード切換軸
８８ 円筒
８９ 螺進部
１１１ 空室体
１１２ 蓋体
１２１ 突起部
８１１ 第一返還路
８１２ 第二返還路
８４１ 開閉弁座
８４２ 開閉弁
８５１ 開閉リング
８５２ 支持アーム
８６１ 開閉リング
８６２ 止水板
Ｌ 帯水層
Ｗ 地熱水の水位
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯水層の地熱水を循環利用する流路切換式地熱水循環装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、地中の温度は年間通してほぼ一定であり、夏季には外気温よりも低く、冬季には外気温よりも高い。そこで、従来、地中の帯水層内に含まれる地熱水を汲み上げて夏季には冷房の熱源として活用し、冬季には暖房の熱源として活用する等の試みがなされている。
【０００３】
例えば、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または還元させるストレーナを有する外装管と、この外装管内に挿入されて当該外装管との間に流通路を形成する断熱内装管と、この断熱内装管内から地熱水を汲み上げるポンプと、このポンプにより汲み上げられた地熱水を冷暖房装置等へ圧送する熱源供給圧送管と、利用された後の地熱水を前記流通路へと圧送する熱源還元管とを有する二重管式地熱水循環装置を提案し、特許を取得している（特許文献１）。この特許文献１によると、当該二重管式地熱水循環装置により、利用後の地熱水は、前記ストレーナを介して帯水層へと還元されるため、過剰採水による井戸枯れや地盤沈下の心配がなくなるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９２７５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された発明においては、長年使用することにより、ストレーナが目詰まりを起こす可能性があり、その場合、地熱水を取り込む能力が低下し、熱交換効率が低下してしまう。ストレーナは地中深くに埋設されているため、仮に目詰まりを生じた場合、これを解消する作業は極めて難しい作業となる。従って、あらかじめ目詰まりが生じない技術を求めるニーズが存在していた。
【０００６】
本発明は、このようなニーズに応えるためになされたものであって、ストレーナの目詰まりを防止できる流路切換式地熱水循環装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る流路切換式地熱水循環装置は、地表から帯水層にかけて埋設される外装管と、この外装管の内側に配置される内装管と、この内装管内に配置される地熱水吸引ポンプと、前記外装管における帯水層との境界に設けられる地熱水ストレーナとを有する流路切換式地熱水循環装置であって、前記外装管と前記内装管との間に形成される流通路を上下に分割するように塞ぐことで形成される上側流通路および下側流通路と、前記地熱水吸引ポンプの吸引力により前記外装管の前記下側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層の地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を前記内装管の下方に開口させた取水用下方開口部から前記内装管内に流入させて地上へと圧送し、当該地熱水を利用後、その地熱水を前記外装管の前記上側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層へ還元するように循環制御される第一循環モードと、前記地熱水吸引ポンプの吸引力により前記外装管の前記上側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層の地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を前記内装管の側面に開口させた取水用側面開口部から前記内装管内に流入させて地上へと圧送し、当該地熱水を利用後、その地熱水を前記外装管の前記下側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層へ還元するように循環制御される第二循環モードと、前記第一循環モードまたは前記第二循環モードに循環モードの切り換えを行うモード切換手段とを備えている。
【０００８】
すなわち、本発明に係る流路切換式地熱水循環装置は、地熱水ストレーナの内側に付着した堆積物を地熱水吸引ポンプの吸引力により除去するとともに、地熱水ストレーナの帯水層側に付着した堆積物を地熱水の還元力により除去することで地熱水ストレーナの目詰まりを防止するものであって、前記第一循環モードまたは前記第二循環モードにモードを切り換えることで、地熱水の循環方向を逆転させ、地熱水吸引ポンプの吸引力による堆積物の除去と地熱水の還元力による堆積物の除去とを交互に行うことで、半永久的に地熱水を循環させることを可能としたものである。
【０００９】
また、本発明の一態様として、前記モード切換手段は、地熱水を利用した後に還元する際、前記上側流通路に返還する第一返還路と前記内装管に返還する第二返還路とのいずれかに返還路を切り換える返還路切換手段と、前記内装管に形成した前記取水用側面開口部よりも上方に開口されて前記第二循環モードの際に還元用の取水口として機能する還元用上方開口部と、この還元用上方開口部から前記下側流通路まで流通可能に連通させてなる還元用連通路と、前記取水用下方開口部を開閉する取水用下方開口開閉手段と、前記取水用側面開口部を開閉する取水用側面開口開閉手段と、前記還元用上方開口部を開閉する還元用上方開口開閉手段とを有しており、前記モード切換手段により循環モードが前記第一循環モードに切り換えられた場合、前記返還路切換手段により地熱水の返還路を前記第一返還路に切り換え、前記取水用下方開口開閉手段により前記取水用下方開口部を開口し、前記取水用側面開口開閉手段および前記還元用上方開口開閉手段によりそれぞれ前記取水用側面開口部および前記還元用上方開口部を閉口して循環路を構成し、前記モード切換手段により循環モードが前記第二循環モードに切り換えられた場合、前記返還路切換手段により地熱水の返還路を前記第二返還路に切り換え、前記取水用下方開口開閉手段により前記取水用下方開口部を閉口し、前記取水用側面開口開閉手段および前記還元用上方開口開閉手段によりそれぞれ前記取水用側面開口部および前記還元用上方開口部を開口して循環路を構成するようにしてもよい。
【００１０】
さらに、本発明の一態様として、前記下方開口開閉手段、前記取水用側面開口開閉手段、および前記還元用上方開口開閉手段は、前記内装管内で上下動可能に軸支された循環モード切換軸にそれぞれ同軸上に設けられるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、地熱水を取り込むストレーナの目詰まりを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る流路切換式地熱水循環装置の一実施形態における第一循環モードを示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る流路切換式地熱水循環装置の一実施形態における第二循環モードを示す縦断面図である。
【図３】本実施形態における内装管を示す正面図および縦断面図である。
【図４】図３における４Ａ−４Ａ断面を示す横断面図である。
【図５】図３における５Ａ−５Ａ断面を示す横断面図である。
【図６】図３における６Ａ−６Ａ断面を示す横断面図である。
【図７】本実施形態における循環モード切換軸、取水用下方開閉手段の開閉弁、取水用側面開口開閉手段、地熱水吸引ポンプおよび還元用上方開口開閉手段を示す正面図である。
【図８】図７における８Ａ−８Ａ断面を示す横断面図である。
【図９】図７における９Ａ−９Ａ断面を示す横断面図である。
【図１０】本実施形態における切換軸長調整部を示す正面図および縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る流路切換式地熱水循環装置の一実施形態について図面を用いて説明する。図１および図２は、本実施形態の流路切換式地熱水循環装置１を示す断面構成図である。
【００１４】
本実施形態における流路切換式地熱水循環装置１は、主に、外装管２と、地熱水ストレーナ３と、内装管４と、上側流通路５と、下側流通路６と、地熱水吸引ポンプ７と、第一循環モードと第二循環モードとに切り換えるモード切換手段８とから構成されている。以下、各構成について詳細に説明する。
【００１５】
外装管２は、地表から帯水層Ｌにかけて埋設されており、帯水層Ｌとの境界に地熱水ストレーナ３が設けられている。本実施形態における外装管２は、無底円筒形状に形成された鉄製の管であり、複数の帯水層Ｌにかけて埋設されている。また、外装管２の内側には、後述する内装管４の外側に設けられた係止部４１を係止させることによって、当該内装管４を所定位置に支持するとともに、前記内装管４との間に形成される流通路を上側流通路５および下側流通路６に分割するように塞ぐ支持部２１が設けられている。なお、支持部２１の詳細な説明は、係止部４１の詳細な説明とともに後述する。
【００１６】
外装管２に設けられる地熱水ストレーナ３は、金網や不織布等により形成されたフィルターを有しており、透過する地熱水を濾過するためのものである。本実施形態における地熱水ストレーナ３は、支持部２１を境界として上下両側にそれぞれ配設されている。なお、上下いずれかの地熱水ストレーナ３から浸入してくる地熱水と利用後に還元される地熱水とは、支持部２１および係止部４１を境界として流通が遮断されるため、それぞれの地熱水が混ざり合うことがない。
【００１７】
内装管４は、前記外装管２の内側に配設される。本実施形態における内装管４は、外装管２の内径よりも小さな外径を有する無底円筒形状の鉄製の管により形成されており、その外側面の所定位置には前記支持部２１に係止させる係止部４１が設けられている。本実施形態において、内装管４の下方には、取水用下方開口部４２が形成されており、後述する第一循環モードの場合に、地熱水ストレーナ３から下側流通路６へ浸入してきた地熱水を内装管４へと流入させるようになっている。
【００１８】
本実施形態における前記支持部２１は、外装管２における所定高さの内周面に沿ってリング状に形成されている。また、本実施形態における係止部４１は、内装管２における所定高さの外周面に沿ってリング状に形成され、前記支持部２１に係合しうる形状に形成されている。これら支持部２１および係止部４１は共に、上方へ向けて拡径する円錐状のテーパー面を有しており、内装管４が外装管２内に挿入されて係止部４１と支持部２１とが係合することにより、内装管４が外装管２の略中心に配置されるようになっている。また、支持部２１および係止部４１は、互いに係合することにより、流通路の上下流通を遮断して上側流通路５および下側流通路６を形成している。
【００１９】
また、図３および図４に示すように、内装管４の係止部４１よりも上方には、上側流通路５と内装管４内とを連通させる取水用側面開口部４３が形成されている。この取水用側面開口部４３は、後述する第二循環モードにおいて、地熱水ストレーナ３から上側流通路５へ浸入してきた地熱水を内装管４へ流入させるためのものである。
【００２０】
なお、内装管４を外装管内２に配設させる構造は、支持部２１および係止部４１によるものに限定されるものではなく、内装管４と外装管２との間に板状の間仕切り等を設けて溶接固定させてもよいし、鋳造や切削加工等により内装管４と外装管２とを一体成型させてもよい。
【００２１】
地熱水吸引ポンプ７は、内装管４内に配置されており、吸引力により地熱水ストレーナの内側に付着した堆積物を除去しつつ、内装管４内に取り込んだ地熱水を地上に汲み上げて冷暖房装置９等に圧送しの熱交換に利用できるようにするものである。本実施形態における地熱水吸引ポンプ７は、後述する循環切換モード軸８７に固定されている。
【００２２】
モード切換手段８は、第一循環モードまたは第二循環モードに循環モードの切換を行うものであり、本実施形態においては、返還路切換手段８１と、還元用上方開口部８２と、還元用連通路８３と、取水用下方開口開閉手段８４と、取水用側面開口開閉手段８５と、還元用上方開口開閉手段８６と、循環モード切換軸８７とにより構成されている。
【００２３】
第一循環モードは、図１に示すように、地熱水吸引ポンプ７の吸引力によって外装管２の下側流通路側６に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Ｌの地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を内装管４の下方に開口させた取水用下方開口部４２から前記内装管内に流入させて地上へと圧送し、地上の冷暖房装置９により地熱水を利用後、その地熱水を外装管２の上側流通路側５に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Ｌへ還元するように循環制御されるものである。
【００２４】
また、第二循環モードは、図２に示すように、地熱水吸引ポンプ７の吸引力によって外装管２の上側流通路側５に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Ｌの地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を内装管４の側面に開口させた取水用側面開口部４３から前記内装管内に流入させて地上へと圧送し、地上の冷暖房装置９により地熱水を利用後、その地熱水を外装管２の下側流通路側６に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Ｌへ還元するように循環制御されるものである。
【００２５】
返還路切換手段８１は、利用後の地熱水を返還する返還路を、上側流通路５に連通された第一返還路８１１または内装管４に連通された第二返還路８１２のいずれかに切り換えられる流路切換弁等で構成されている。すなわち、図１および図２に示すように、返還路切換手段８１は、一つの流入口に対して二つの流出口を有しており、流出先をいずれかの流出口に選択可能に切り換えられる構成になっている。なお、本実施形態における返還路切換手段８１は、第一循環モードでは第一返還路８１１に切り換えられ、第二循環モードでは第二返還路８１２に切り換えられる。
【００２６】
本実施形態における第一返還路８１１は、前記返還路切換手段８１と前記上側流通路５とを連通する流通路であり、第一循環モードにおいて、前記返還路切換手段８１によって返還路が第一返還路８１側に切り換えられることにより、利用後の地熱水を冷暖房装置９から上側流通路５へと流入させるようになっている。また、第一返還路８１１の下端は、上側流通路６における地熱水の水面Ｗよりも低い位置になるように調整されて設置されている。
【００２７】
また、本実施形態における第二返還路８１２は、前記返還路切換手段８１と前記内装管４とを連通する流通路であり、第二循環モードにおいて、前記返還路切換手段８１によって返還路が第二返還路８１２側に切り換えられることにより、利用後の地熱水を冷暖房装置９から内装管４へと流入させるようになっている。また、第二返還路８１２の下端は、内装４管における地熱水の水面Ｗよりも低い位置になるように調整されて設置されている。
【００２８】
還元用上方開口部８２は、図３および図５に示すように、内装管４において前記取水用側面開口部４３よりも上方に開口されている。この還元用上方開口部８２は、還元用連通路８３によって下側流通路６と流通可能に連通されており、第二循環モードにおいて、利用後の地熱水を内装管４内から下側流通路６へと流通させるようになっている。
【００２９】
本実施形態において、内装管４の外側における還元用上方開口部８２から下側流通路６までには、内装管４よりも一回り大きい円筒８８が設けられており、還元用連通路８３は、図２，図３および図６に示すように当該円筒８８と前記内装管４との間に形成されている。
【００３０】
取水用下方開口開閉手段８４は、前記取水用下方開口部４２を任意に開閉するためのものであり、本実施形態においては、図１ないし図３および図７に示すように、内装管４の下方内周面に形成された開閉弁座８４１と、前記内装管４内において前記開閉弁座８４１を水密状態で密着する開閉弁８４２とから構成されている。前記開閉弁８４２は内装管４内において上下動する循環モード切換軸８７の下端に固定されている。また、本実施形態における開閉弁座８４１および開閉弁８４２は、上方へ向けて拡径された円錐状のテーパー面を有しており、開閉弁８４２が開閉弁座８４１に密接することにより、開閉弁８４２が開閉弁座８４１の略中心に配設されるようになっている。なお、本実施形態において、取水用下方開口開閉手段８４は、第一循環モードの場合に前記取水用下方開口部４２を開口し(図１参照)、第二循環モードの場合に前記取水用下方開口部４２を閉口するようになっている(図２参照)。
【００３１】
取水用側面開口開閉手段８５は、前記取水用側面開口部４３を任意に開閉するためのものである。本実施形態における取水用側面開口開閉手段８５は、図７および図８に示すように、前記内装管４の内周径とほぼ等しい外径を有する開閉リング８５１によって形成されており、開閉弁８４２よりも上方位置において循環モード切換軸８７に４本の支持アーム８５２により固定されている。なお、本実施形態において、取水用側面開口開閉手段８５は、第一循環モードの場合に前記取水用側面開口部４３を閉口し(図１参照)、第二循環モードの場合に前記取水用側面開口部４３を開口するようになっている(図２参照)。
【００３２】
還元用上方開口開閉手段８６は、前記還元用上方開口部８２を開閉するためのものである。本実施形態における還元用上方開口開閉手段８６は、図７および図９に示すように、前記内装管４の内径とほぼ等しい外径を有する開閉リング８６１によって形成されており、内装管に沿って上下動することにより前記還元用上方開口部８２を開閉するようになっている。また、還元用上方開口開閉手段８６における開閉リング８６１の内側には、地熱水が流通しないように止水板８６２が設けられている。なお、この止水板８６２は、還元用上方開口開閉手段８６に設けられている構成に限定されるものではなく、前記取水用側面開口部４３と還元用上方開口部８２との間の任意の位置に設置されるようにしておけばよい。
【００３３】
なお、本実施形態において、還元用上方開口開閉手段８６は、第一循環モードの場合に前記還元用上方開口部８２を閉口し(図１参照)、第二循環モードの場合に前記還元用上方開口部８２を開口する(図２参照)。
【００３４】
循環モード切換軸８７は、図１、図２および図７に示すように、前記取水用下方開閉手段８４と、前記取水用側面開口開閉手段８５と、前記還元用上方開口開閉手段８６とを連動させて、第一循環モードおよび第二循環モードの切り換えを行うためのものである。また、本実施形態では、地熱水吸引ポンプ７により圧送される地熱水の流通路としても機能するように構成されている。
【００３５】
よって、本実施形態における循環モード切換軸８７には、下から順に前記取水用下方開閉手段８４の開閉弁８４２、前記取水用側面開口開閉手段８５の開閉リング８５１、前記地熱水吸引ポンプ７および前記還元用上方開口開閉手段８６の開閉リング８６１がそれぞれ固定されている。また、本実施形態における循環モード切換軸８７は、地熱水吸引ポンプ７より上方がパイプ状に形成されている。また、循環モード切換軸８７の上端には当該循環モード切換軸８７を螺進させることで上下動させるための螺進部８９と図１０に示すような切換軸長調整機構１０が設けられている。なお、上下機構は螺進部８９に限定されるものではなく、循環モード切換軸８７を上下動させることが可能な構成から適宜選択されるものである。
【００３６】
また、本実施形態における切換軸長調整機構１０は、図１０に示すように、下側調整部１１と上側調整部１２とを有しており、さらに下側調整部１１は、空室体１１１と、蓋体１１２とから構成されている。
【００３７】
本実施形態における下側調整部１１の空室体１１１は、上側調整部１２を挿入させる空間を有しており、循環モード切換軸８７の外径よりも大きい内径の円筒状に形成され、当該循環モード切換軸８７の上端に連接されている。また、本実施形態における蓋体１１２は、上側調整部１２を空室体１１１に挿入後に水密上に蓋をするためのものであり、上側調整部１２を通す孔を有し、前記空室体１１１の上部に固定されるようになっている。
【００３８】
また、本実施形態における上側調整部１２は、蓋体１１２の孔に挿入可能な外径を有しており、空室体１１１に挿入され、蓋体１１２で蓋が閉められた後に、当該蓋体１１２に係止することで、下側調整部１１から抜けなくするための突起部１２１を有している。
【００３９】
よって、本実施形態における切換軸長調整機構１０は、上側調整部１２が、下側調整部１１の空室体１１１内でスライドすることにより、高さの調整が可能となる。
【００４０】
なお、前記取水用下方開閉手段８４の開閉弁８４２、前記取水用側面開口開閉手段８５および前記還元用上方開口開閉手段８６の配置は以下のようになる。
【００４１】
図１および図２に示すように、本実施形態における螺進部８９および切換軸長調整機構１０が、循環モード切換軸８７を最上位置まで上昇させた場合に、取水用下方開口部４２が開き、取水用側面開口部４３および還元用上方開口部８２が閉じるとともに、循環モード切換軸８７を最下位置まで降下させた場合に、取水用下方開口部４２が閉じ、取水用側面開口部４３および還元用上方開口部８２が開くように、取水用下方開口開閉手段８４、取水用側面開口開閉手段８５および還元用上方開口開閉手段８６が循環モード切換軸８７に配置されている。
【００４２】
なお、モード切換手段８は、上記のものに限定されるものではなく、返還路切換手段８１と、取水用下方開口部４２と、取水用側面開口部４３と、還元用上方開口部８２とを連動して開閉、または、切り換えることができる構造であれば適宜選択してよい。例えば、返還路切換手段８１、取水用下方開口開閉手段８４、取水用側面開口開閉手段８５および還元用上方開口開閉手段８６を電磁弁によって構成し、コンピュータを用いた電子制御によって適宜循環モードを切り換えるようにしてもよい。
【００４３】
次に、本実施形態の流路切換式地熱水循環装置１における各構成の作用について、第一循環モードおよび第二循環モードにおける地熱水の循環とともに説明する。
【００４４】
まず、各構成が第一循環モードである場合について説明する。図１に示すように本実施形態における第一循環モードの場合、返還路切換手段８１は、返還路を第一返還路８１１に切り換える。また、循環モード切換軸８７は、螺進部８９および切換軸長調整機構１０により最上位置まで上昇される。これにより、取水用下方開口部４２が開き、取水用側面開口部４３および還元用上方開口部８２が閉じる。
【００４５】
第一循環モードにおける地熱水は、地熱水吸引ポンプ７の吸引力により外装管２の下側流通路側６に設けられた地熱水ストレーナ３から浸入してくる。このとき地熱水ストレーナ３は、浸入してくる地熱水に含まれる砂利や砂、泥等の不純物を濾過する。また、後述する第二循環モードのときに地熱水ストレーナ３の内側に付着した藻や水垢等の不純物は、地熱水吸引ポンプ７の吸引力により吸引され、除去されていく。一方、地熱水ストレーナ３の帯水層Ｌ側には前記不純物が付着し、堆積していく。
【００４６】
次に、下側流通路６に流入した地熱水は、地熱水吸引ポンプ７の吸引力により内装管４の下方に開口させた取水用下方開口部４２から内装管４内へ流入してくる。第一循環モードにおいて、取水用側面開口開閉手段８５が取水用側面開口部４３を閉じているため、内装管４内に流入してきた地熱水が上側流通路５へ流れ込むことはない。また、取水用側面開口開閉手段８５の開閉リング８５１が図８に示すような支持アーム８５２によって循環モード切換軸８７に固定されているため、地熱水は支持アーム８５２の間を通り抜けることができる。
【００４７】
また、第一循環モードにおいて、還元用上方開口開閉手段８６は、還元用上方開口部８２を閉じているとともに、その止水板８６２は内装管４内の流通を妨げている。そのため、地熱水が還元用連通路８３を流れることはなく、内装管４内および外装管２内における地熱水の水位が高くなっても、内装管４内に流入してきた地熱水が還元用上方開口開閉手段８６よりも上側に流れ出ることはない。よって、地熱水は内装管４内に貯留されることになる。
【００４８】
そして、地熱水吸引ポンプ７は、内装管４内に流入して貯留された地熱水を地上へと圧送する。この圧送された地熱水は、パイプ状に形成された循環モード切換軸８７内を通って冷暖房装置９へ供給される。
【００４９】
冷暖房装置９で利用された後の地熱水は、返還路切換手段８１を介して第一返還路８１１から上側流通路５へと返還される。このとき本実施形態における第一返還路８１１の下端は、地熱水の水位Ｗよりも低い位置に設けられているため、返還された地熱水は殆ど空気と触れることがない。そのため、外気による汚染がなく、また地熱水の活性が抑えられるため藻や水垢等の発生を抑制することができる。
【００５０】
また、内装管４に設けられた係止部４１および外装管２に設けられた支持部２１によって、上側流通路５と下側流通路６とが確実に分断されているため、上側流通路５に返還された地熱水が下側流通路６へ流れ込むことはない。
【００５１】
そして、上側流通路５に返還された地熱水は、外装管２の上側流通路側５に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Ｌへ還元される。このとき地熱水を還元させる上側流通路５に設けられた地熱水ストレーナ３の内側では、地熱水に含まれる藻や水垢等の不純物が徐々に堆積していくことになるが、地熱水ストレーナ３の帯水層Ｌ側に付着または堆積している不純物は、地熱水が帯水層Ｌへとしみ出す力によって押し流されるため、外装管２の上側流通路側５に設けられた地熱水ストレーナ３の目詰まりが解消される。
【００５２】
次に、各構成が第二循環モードである場合について説明する。図２に示すように本実施形態における第二循環モードの場合、返還路切換手段８１は、返還路を第二返還路８１２に切り換えられる。また、循環モード切換軸８７は、螺進部８９および切換軸長調整機構１０により最下位置まで下降される。これにより、取水用下方開口部４２が閉じ、取水用側面開口部４３および還元用上方開口部８２が開く。
【００５３】
第二循環モードにおける地熱水は、地熱水吸引ポンプ７の吸引力により外装管２の上側流通路側５に設けられた地熱水ストレーナ３から浸入してくる。このとき地熱水ストレーナ３は、浸入してくる地熱水に含まれる砂利や砂、泥等の不純物を濾過する。また、第一循環モードのときに地熱水ストレーナ３の内側に付着した藻や水垢等の不純物は、地熱水吸引ポンプ７の吸引力により吸引され、除去されていく。一方、地熱水ストレーナ３の帯水層Ｌ側には前記不純物が付着し、堆積していく。
【００５４】
支持部２１および係止部４１により、上側流通路５に浸入した地熱水が下側流通路６へ流れることはない。よって、上側流通路５に流入した地熱水は、取水用側面開口部４３から内装管４内に流入してくる。
【００５５】
第二循環モードにおいて、取水用下方開口開閉手段８４が取水用下方開口部４２を閉じているため、内装管４内に流入してきた地熱水は下側流通路６へ流れ込むことはない。また、地熱水の水位Ｗが高くても内装管４内に流入してきた地熱水は還元用上方開口開閉手段８６の止水板８６２によって、それよりも上に流れ出ることはない。よって、地熱水は内装管４内に貯留されることになる。
【００５６】
地熱水吸引ポンプ７は、内装管４内に流入して貯留された地熱水を地上へと圧送し、その地熱水は、循環モード切換軸８７内を通り冷暖房装置９へ供給される。
【００５７】
冷暖房装置９で利用された後の地熱水は、返還路切換手段８１を介して第二返還路８１２から内装管４内へと返還される。本実施形態における第二返還路８１２の下端は、地熱水の水位よりも低い位置に設けられているため、返還された地熱水は殆ど空気と触れることがない。そのため、第一循環モードと同様に、外気による汚染がなく、また地熱水の活性が抑えられるため藻や水垢等の発生を抑制することができる。
【００５８】
また、内装管４内に返還された地熱水は、還元用上方開口部８２から還元用連通路８３を介して下側流通路６へと流れる。このとき、還元用上方開口開閉手段８６の止水板８６２によって、地熱水が当該還元用上方開口開閉手段８６から下へ流れ出ることはない。
【００５９】
下側流通路６に還元された地熱水は、外装管２の下側流通路６側に設けられた地熱水ストレーナ３から帯水層Ｌへ還元される。このとき地熱水を還元させる下側流通路６に設けられた地熱水ストレーナ３の内側では、地熱水に含まれる藻や水垢等の不純物が徐々に堆積していくことになるが、地熱水ストレーナ３の帯水層Ｌ側に付着または堆積している不純物は、地熱水が帯水層Ｌへとしみ出す力によって流し出されるため、外装管３の下側流通路６側に設けられた地熱水ストレーナ３の目詰まりが解消される。
【００６０】
以上のような本実施形態の流路切換式地熱水循環装置１によれば、以下のような効果を得ることができる。
１．第一循環モードおよび第二循環モードを適宜切り換えることにより、地熱水ストレーナ３に付着、堆積した不純物を除去することができ、目詰まりを抑制することができる。
２．地熱水を循環利用しているため、井戸枯れや地盤沈下などの心配がない。
３．循環する地熱水を外気に触れさせないようにしているため、藻や水垢等の発生を抑制し、藻や水垢等を原因とする装置の故障を抑制するとともに、地熱水の水質汚染を抑制することができる。
【００６１】
なお、本発明に係る流路切換式地熱水循環装置１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。
【００６２】
例えば、汲み上げられた地熱水は、冷暖房装置９等の熱源として利用されるだけに限定されるものではなく、蛇口等を設けることにより、水源としても利用できるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１ 流路切換式地熱水循環装置
２ 外装管
３ 地熱水ストレーナ
４ 内装管
５ 上側流通路
６ 下側流通路
７ 地熱水吸引ポンプ
８ モード切換手段
９ 冷暖房装置
１０ 切換軸長調整部
１１ 下側調整部
１２ 上側調整部
２１ 支持部
４１ 係止部
４２ 取水用下方開口部
４３ 取水用側面開口部
８１ 返還路切換手段
８２ 還元用上方開口部
８３ 還元用連通路
８４ 取水用下方開口開閉手段
８５ 取水用側面開口開閉手段
８６ 還元用上方開口開閉手段
８７ 循環モード切換軸
８８ 円筒
８９ 螺進部
１１１ 空室体
１１２ 蓋体
１２１ 突起部
８１１ 第一返還路
８１２ 第二返還路
８４１ 開閉弁座
８４２ 開閉弁
８５１ 開閉リング
８５２ 支持アーム
８６１ 開閉リング
８６２ 止水板
Ｌ 帯水層
Ｗ 地熱水の水位
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表から帯水層にかけて埋設される外装管と、この外装管の内側に配置される内装管と、この内装管内に配置される地熱水吸引ポンプと、前記外装管における帯水層との境界に設けられる地熱水ストレーナとを有する流路切換式地熱水循環装置であって、
前記外装管と前記内装管との間に形成される流通路を上下に分割するように塞ぐことで形成される上側流通路および下側流通路と、
前記地熱水吸引ポンプの吸引力により前記外装管の前記下側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層の地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を前記内装管の下方に開口させた取水用下方開口部から前記内装管内に流入させて地上へと圧送し、当該地熱水を利用後、その地熱水を前記外装管の前記上側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層へ還元するように循環制御される第一循環モードと、
前記地熱水吸引ポンプの吸引力により前記外装管の前記上側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層の地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を前記内装管の側面に開口させた取水用側面開口部から前記内装管内に流入させて地上へと圧送し、当該地熱水を利用後、その地熱水を前記外装管の前記下側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層へ還元するように循環制御される第二循環モードと、
前記第一循環モードまたは前記第二循環モードに循環モードの切り換えを行うモード切換手段と
を備えている流路切換式地熱水循環装置。
【請求項２】
前記モード切換手段は、
地熱水を利用した後に還元する際、前記上側流通路に返還する第一返還路と前記内装管に返還する第二返還路とのいずれかに返還路を切り換える返還路切換手段と、
前記内装管に形成した前記取水用側面開口部よりも上方に開口されて前記第二循環モードの際に還元用の取水口として機能する還元用上方開口部と、
この還元用上方開口部から前記下側流通路まで流通可能に連通させてなる還元用連通路と、
前記取水用下方開口部を開閉する取水用下方開口開閉手段と、
前記取水用側面開口部を開閉する取水用側面開口開閉手段と、
前記還元用上方開口部を開閉する還元用上方開口開閉手段と
を有しており、
前記モード切換手段により循環モードが前記第一循環モードに切り換えられた場合、前記返還路切換手段により地熱水の返還路を前記第一返還路に切り換え、前記取水用下方開口開閉手段により前記取水用下方開口部を開口し、前記取水用側面開口開閉手段および前記還元用上方開口開閉手段によりそれぞれ前記取水用側面開口部および前記還元用上方開口部を閉口して循環路を構成し、
前記モード切換手段により循環モードが前記第二循環モードに切り換えられた場合、前記返還路切換手段により地熱水の返還路を前記第二返還路に切り換え、前記取水用下方開口開閉手段により前記取水用下方開口部を閉口し、前記取水用側面開口開閉手段および前記還元用上方開口開閉手段によりそれぞれ前記取水用側面開口部および前記還元用上方開口部を開口して循環路を構成する請求項１に記載された流路切換式地熱水循環装置。
【請求項３】
前記下方開口開閉手段、前記取水用側面開口開閉手段、および前記還元用上方開口開閉手段は、前記内装管内で上下動可能に軸支された循環モード切換軸にそれぞれ同軸上に設けられている請求項２に記載された流路切換式地熱水循環装置。
【請求項１】
地表から帯水層にかけて埋設される外装管と、この外装管の内側に配置される内装管と、この内装管内に配置される地熱水吸引ポンプと、前記外装管における帯水層との境界に設けられる地熱水ストレーナとを有する流路切換式地熱水循環装置であって、
前記外装管と前記内装管との間に形成される流通路を上下に分割するように塞ぐことで形成される上側流通路および下側流通路と、
前記地熱水吸引ポンプの吸引力により前記外装管の前記下側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層の地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を前記内装管の下方に開口させた取水用下方開口部から前記内装管内に流入させて地上へと圧送し、当該地熱水を利用後、その地熱水を前記外装管の前記上側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層へ還元するように循環制御される第一循環モードと、
前記地熱水吸引ポンプの吸引力により前記外装管の前記上側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層の地熱水を浸入させるとともに、その地熱水を前記内装管の側面に開口させた取水用側面開口部から前記内装管内に流入させて地上へと圧送し、当該地熱水を利用後、その地熱水を前記外装管の前記下側流通路側に設けられた前記地熱水ストレーナから前記帯水層へ還元するように循環制御される第二循環モードと、
前記第一循環モードまたは前記第二循環モードに循環モードの切り換えを行うモード切換手段と
を備えている流路切換式地熱水循環装置。
【請求項２】
前記モード切換手段は、
地熱水を利用した後に還元する際、前記上側流通路に返還する第一返還路と前記内装管に返還する第二返還路とのいずれかに返還路を切り換える返還路切換手段と、
前記内装管に形成した前記取水用側面開口部よりも上方に開口されて前記第二循環モードの際に還元用の取水口として機能する還元用上方開口部と、
この還元用上方開口部から前記下側流通路まで流通可能に連通させてなる還元用連通路と、
前記取水用下方開口部を開閉する取水用下方開口開閉手段と、
前記取水用側面開口部を開閉する取水用側面開口開閉手段と、
前記還元用上方開口部を開閉する還元用上方開口開閉手段と
を有しており、
前記モード切換手段により循環モードが前記第一循環モードに切り換えられた場合、前記返還路切換手段により地熱水の返還路を前記第一返還路に切り換え、前記取水用下方開口開閉手段により前記取水用下方開口部を開口し、前記取水用側面開口開閉手段および前記還元用上方開口開閉手段によりそれぞれ前記取水用側面開口部および前記還元用上方開口部を閉口して循環路を構成し、
前記モード切換手段により循環モードが前記第二循環モードに切り換えられた場合、前記返還路切換手段により地熱水の返還路を前記第二返還路に切り換え、前記取水用下方開口開閉手段により前記取水用下方開口部を閉口し、前記取水用側面開口開閉手段および前記還元用上方開口開閉手段によりそれぞれ前記取水用側面開口部および前記還元用上方開口部を開口して循環路を構成する請求項１に記載された流路切換式地熱水循環装置。
【請求項３】
前記下方開口開閉手段、前記取水用側面開口開閉手段、および前記還元用上方開口開閉手段は、前記内装管内で上下動可能に軸支された循環モード切換軸にそれぞれ同軸上に設けられている請求項２に記載された流路切換式地熱水循環装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２４２０８７（Ｐ２０１１−２４２０８７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１６４５５（Ｐ２０１０−１１６４５５）
【出願日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【特許番号】特許第４５６４１０６号（Ｐ４５６４１０６）
【特許公報発行日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（５９３０４０９９９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【特許番号】特許第４５６４１０６号（Ｐ４５６４１０６）
【特許公報発行日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（５９３０４０９９９）
【Ｆターム（参考）】
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