(57)【要約】【課題】    地熱の高い土地に適し、液体を加熱して利用する地熱利用技術を提供する。【解決手段】    地熱利用設備は、地熱の高い土地を掘削して埋め込む、底部が閉じられた外側管部と、外側管部内に収容され、外側管部との間に所定の厚さを有する環状加熱流路を画定し、環状加熱流路内を上方から下方に移動する利用液体を地熱により加熱する機能を持つ中間管部と、環状加熱流路に上方から利用液体を注入する注液口と、中間管部内に配置され、加熱された液体を下方から上方に揚液する揚液管部と、加熱された液体を利用する加熱液利用設備と、揚液管部を加熱液利用設備に接続する送液管部と、加熱液利用設備と外側管部とを接続し、加熱液利用設備で利用した液体を環状加熱流路に還流して循環使用する回収管と、を含む。【選択図】  図１−２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地熱の高い土地を掘削して埋め込む、底部が閉じられた外側管部と、
前記外側管部内に収容され、前記外側管部との間に所定の厚さを有する環状加熱流路を画定し、前記環状加熱流路内を上方から下方に移動する利用液体を地熱により加熱する機能を持つ中間管部と、
前記環状加熱流路に上方から利用液体を注入する注液口と、
前記中間管部内に配置され、加熱された液体を下方から上方に揚液する揚液管部と、
加熱された液体を利用する加熱液利用設備と、
前記揚液管部を前記加熱液利用設備に接続する送液管部と、
前記加熱液利用設備と前記外側管部とを接続し、前記加熱液利用設備で利用した液体を前記環状加熱流路に還流して循環使用する回収管と、
を含む地熱利用設備。
【請求項２】
前記加熱液利用設備は暖房を行う設備である請求項１に記載の地熱利用設備。
【請求項３】
前記中間管部の底部が閉じた構造であり、
前記揚液管部が前記中間管部の底部を貫通して、前記環状加熱流路に向って底部が解放された構成を有する請求項１または２に記載の地熱利用設備。
【請求項４】
前記中間管部内に上方から第２利用液を注入する第２注液口と、
前記中間管部内に配置され、前記中間管部内の加熱された液体を下方から上方に揚液する第２揚液管部と、
前記環状加熱流路内に配置され、前記中間管部を巻回する形状を有し、流体を加熱する流路と、
をさらに有する請求項３に記載の地熱利用設備。
【請求項５】
前記第２利用液、前記流体は、加熱された状態で使用される水である、請求項４に記載の地熱利用設備。
【請求項６】
前記外側管部、前記中間管部は直線状の同一軸に沿った円筒形状を有し、前記環状加熱流路の所定の厚さは１０ｍｍ〜１６０ｍｍの範囲内である請求項１〜５のいずれか１項に記載の地熱利用設備。
【請求項７】
地熱を有する地盤内に埋め込んだ、底部が閉じられた外側管部と、前記外側管部内に収容された流路画定用の中間管部との間に所定の厚さを有する環状加熱流路を形成し、前記環状加熱流路を上方から下方に向って液体を流すことにより所定の温度まで加熱し、
前記流路画定用の中間管部内に配置された揚液管部を介して、加熱された液体を加熱液利用設備まで送液する、
地熱利用方法。
【請求項８】
前記中間管部の底部が閉じられ、前記揚液管部が前記中間管部の底部を貫通して、前記外側管部内に解放された底部を有する請求項７に記載の地熱利用方法。
【請求項９】
前記中間管部内に上方から第２利用液を注入する第２注液口と、
前記中間管部内に配置され、前記中間管部内の加熱された液体を下方から上方に揚液する第２揚液管部と、
前記環状加熱流路内に配置され、前記中間管部を巻回する形状を有し、流体を加熱する流路と、
を更に含み、
さらに第２利用液と流体を加熱して利用する、請求項８に記載の地熱利用方法。
【請求項１０】
前記環状加熱流路の所定の厚さは１０ｍｍ〜１６０ｍｍの範囲内である請求項７〜９のいずれか１項に記載の地熱利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温泉地等の地熱の高い地域に適用される地熱利用技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地下水を用いて消雪や冷房に利用する技術が知られている。しかし、地下水の汲み上げは地盤沈下や地下水系の乱れの原因になる。温泉地等では、温度の高い温泉水には権利が付随し、権利者以外の者の利用は制限される。
【０００３】
底の閉じた外側管内に底の解放した内側管を配置した２重管を地盤に挿入し、外側の管と内側の管の間に水を供給し、上部から下部に送られる間に地盤との間で熱交換を行わせ、熱交換した水を内側の管の下部から上部に送り、外部で利用する提案がされている(例えば特許文献１)。
【０００４】
地下水汲み上げによる障害を生じさせることなく、冬季には冷たい水を地下水並みの温度にして消雪、暖房などに利用でき、夏季には温かい水を地下水並みの温度にして冷房に利用できると説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−１８７５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
温泉地等の地熱の高い土地に適し、地熱の高い土地を掘削して埋め込んだ設備を用いて、液体を加熱して利用する地熱利用技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施例によれば、
地熱の高い土地を掘削して埋め込む、底部が閉じられた外側管部と、
前記外側管部内に収容され、前記外側管部との間に所定の厚さを有する環状加熱流路を画定し、前記環状加熱流路内を上方から下方に移動する利用液体を地熱により加熱する機能を持つ中間管部と、
前記環状加熱流路に上方から利用液体を注入する注液口と、
前記中間管部内に配置され、加熱された液体を下方から上方に揚液する揚液管部と、
加熱された液体を利用する加熱液利用設備と、
前記揚液管部を前記加熱液利用設備に接続する送液管部と、
前記加熱液利用設備と前記外側管部とを接続し、前記加熱液利用設備で利用した液体を前記環状加熱流路に還流して循環使用する回収管と、
を含む地熱利用設備
が提供される。
【０００８】
外側管部は地熱により外側表面が加熱される。外側管部と流路画定用の中間管部の間の環状加熱流路の厚さを所定の厚さ範囲内に設定することにより、環状加熱流路内の液体は効率的に加熱される。加熱された液体を揚液管部から送液管部を介して加熱液利用設備に供給する。地熱から熱のみを受けて液体を加熱し、加熱された液体を利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１−１】及び
【図１−２】図１Ａ〜１Ｃは実施例１による地熱利用設備を示す図であり、図１Ａは地熱を有する土地に井戸を掘り、加熱機構の外側管を埋め込む様子を示す概略断面図、図１Ｂは外側管の中に、中間管、揚水管を配置する様子を示す概略断面図、図１Ｃは加熱機構に送水管を接続し、建物の暖房に利用する構成を示す概略斜視図である。
【図２】図２は実施例２による地熱利用設備の構成を示す概略断面図である。
【図３】図３Ａは外側管の変形例を示す概略側面図、図３Ｂは加熱機構内のポンプに加液装置を結合した変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００１０】
１    外側管、    ２    注入管、    ３    中間管、    ５    環状加熱流路、    
６    揚水管、    ７    送水管、  ８    ポンプ、    １０    井戸、    
１１    第１フランジ、    １３    第２フランジ、    １４    エア抜き弁、    １５    加熱機構、    １６、１７，１８    暖房機器、    １９    逆止弁、    ２０    砂利等、    ２２    第２注水管、    ２３    第２揚水管、    
２４    給水管、    ２６    注入管、    ２７    螺旋状加熱管、    
２８    供給管、    ３１    吸熱機構、    ３２    加液装置。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
温泉地等の地熱が高い地域においては、ある程度深い穴を掘れば、５０℃程度以上の地熱を有する地層を露出することができる。このような地層を露出させて水等の液体に熱を吸収すれば、種々の利用が可能であろう。本発明は、地熱を利用した液体加熱技術を対象とする。
【００１２】
地熱のある(高い)地域内に井戸を掘り、外側管として無孔管（底面および側面が閉じた管）を埋め込んで、地熱を利用して熱媒体である液体を加熱する装置を形成することを考える。液体は典型的には水であるが、不凍液等の他の液体を用いることもできる。以下、液体として水を用いる場合を説明する。
【００１３】
地熱の高い地盤に２重管構造を埋め込み、外側管と内側管との間の空間に、外部から加熱対象である水を供給し、温度の高い外側管側面に沿って流すことで加熱し、加熱された水を内側管を介して揚水する構成を検討する。
目的とする加熱水利用量から、加熱する水の流量を想定できる。但し、この水量を流すことのみを目的として２重管構造を設計すると、水の加熱空間となる外側管と内側管の間隔（加熱空間の幅）が大きくなりすぎたり、外側管の外径が小さくなりすぎて、効率的な加熱に適さない構造となりうる。
効率的な加熱を行うためには加熱空間の幅（厚さ）を制限することが好ましい。例えば直径（φ）４００ｍｍ〜５００ｍｍの外側ケーシングの内部に、直径（φ）２００ｍｍ程度の底部解放ケーシングを収容し、厚さ１００ｍｍ〜１５０ｍｍの環状加熱空間を構成することが考えられる。環状加熱空間の厚さは、深さ、流量等も考慮し、1０ｍｍ〜１６０ｍｍの範囲で選択することが好ましい。
【００１４】
例えば、５０ｍ〜１００ｍの深さの井戸を掘り、地熱を測定して温度が不足する場合は、更に井戸を深く掘削して、十分な加熱温度を得られるようにする。所望の温度を有する地盤に達した後、井戸の掘削を終了する。
加熱された水を利用設備まで送水する揚水管、送水管として、直径(φ)２００ｍｍの管は太すぎる。例えば直径(φ)４０ｍｍ〜１００ｍｍの管で十分であり、送水ポンプの点からもこの程度の径が好ましい。
【００１５】
実施例１
図１Ａを参照する。地表ＧＲから例えば５０ｍ程度の深さの井戸１０を掘り、地盤の温度を測定する。温度が不足する場合は井戸を更に掘り進める。所望の温度を有する地盤に達した後、井戸の掘削を終える。例えば直径(φ)４００ｍｍ〜５００ｍｍの外側管１となる無孔管(底面及び側面が閉じた管)を収容し、砂利等２０で外側管１周囲の空間を埋め込む。外側管１は地層の地熱を水(熱媒体)に伝達する機能を有する。ステンレス鋼等の熱伝導率が高く、機械的強度も十分なもので形成することが好ましい。
【００１６】
図１Ｂを参照する。外側管１内に例えば直径(φ)２００ｍｍ程度の中間管３を収容し、２重管構造として、外側管１と中間管３の間に所定厚さ（例えば１００ｍｍ〜１５０ｍｍ）の環状加熱流路５を構成する。中間管３の内側に延在する揚水管６を配置する。中間管３を底部が開放した間で構成する場合を示すが、揚水管６側面と接続する底面を備えてもよい。
【００１７】
図１Ｃを参照する。中間管３、外側管１上部側壁を貫通する送水管７を形成し、揚水管６上端に接続する。中間管３、揚水管６には高い熱伝導度は要求されない。機械加工、強度等の面で適した材料を選択できる。
【００１８】
溶接、機械加工等により、外側管１上部側壁に水を注入する注入口２を設ける。溶接、機械加工等により、外側管１上端に第１フランジ１１を接続する。溶接機械加工等により、中間管３上端に、第１フランジと結合可能な第２フランジ１３を接続する。第１フランジ１１と第２フランジ１３とを結合するボルト―ナット構造等を設ける。底部から水面が上昇する時、中間管３、外側管１内部上方の空気を抜くエア抜き弁１４を第２フランジ１３に設ける。このような構造で加熱機構１５が形成される。
【００１９】
揚水管６に接続された送水管７を加熱水利用設備に延在させ、ポンプ８を介して注水口２に接続する。送水管７内に送り込まれた加熱水は、加熱水利用設備を経由して送水され、注水口２から加熱装置１５内に戻され、再加熱される。複数の暖房機器１６，１７，１８が送水管７に並列に接続されて暖房を供給できる。暖房機器をオフにすると、加熱された水は暖房機器を通らず、送水管７のみを通過する。送水管７内に逆止弁１９を備えて逆流を防止してもよい。
【００２０】
実施例２
図２を参照する。実施例１では加熱水を熱源として利用する単一の水路を形成した。加熱された水そのものを利用する用途も種々存在する。実施例２では、実施例１同様熱源として加熱水を利用する水路に加え、加熱水そのものを利用する２種類の水路を形成する。
【００２１】
外側管１、中間管３、揚水管６は、ほぼ実施例１と同様であるが,中間管３は底部が閉じた構成であり、揚水管６は中間管３の底面を貫通する。加熱された水を流す送水管７周辺の構成は実施例１と変わらない。
【００２２】
第２のフランジ１３を貫通し、中間管３内に注水する第２の注水管２２、中間管３内に配置された第２の揚水管２３、第２の揚水管２３の下流側に接続された給水管２４が、第２の水路を構成する。給水管２４より高い位置まで中間管３内に水を貯水すれば、加熱された水を給水管２４から供給することが可能である。もちろん、第２の水路にポンプを設けることもできる。給水管２４、第２の揚水管２３を経て、(加熱された)水が使用されると、中間管３内の水が下方に移動する。中間管３は側壁が環状加熱流路５内の加熱された水によって加熱されており、中間管３内の水は下方に移動する間に加熱される。例えば、第２の水路に雑用水を流すと、暖められた雑用水を供給することができる。
【００２３】
中間管３外側に螺旋状に巻回された螺旋状加熱管２７は、上流側が注入管２６に接続され、下流側が供給管２８に接続されて、第３の流路を構成する。螺旋部分は環状加熱流路５内に配置されており、環状加熱流路５内の水によって加熱される。中間管３の外側を巻回する螺旋状形状により流路長が延長されているので、十分な熱交換を行うことが可能である。また、流路径が小さく、ガスの流路として使用することもできる。例えば、第３注入管２６を上水道に接続すると、第２供給管２８から、温めた上水を供給できる。第３の流路をボイラへの給水用に用いることもできる。空気を加熱して暖房用に利用すること等も可能である。
【００２４】
第２の実施例は、複数の加熱用流路が形成され、複数系統の水乃至ガスを同時に加熱できるのが特徴である。上記した加熱水の用途は例示であり、制限的なものではない。例えば、流路を第３の水路とし、第２の水路と第３の水路の用途を交換してもよい。その他の用途に加熱された水を用いることもできる。
【００２５】
図３は変形例を示す。図３Ａは、外側管１の周囲に吸熱機構３１を設けた構造を示す。フィン状の吸熱機構を示すが、地熱を効率的に水に伝達できるものであれば、形状に特に制限はない。
【００２６】
図３Ｂは、送水管７に接続されたポンプ８に加液装置３２を設け、液体(水)が不足する場合必要な液体を補充できる構成を示す。
【００２７】
以上、加熱する液体が水である場合を説明したが、不凍液等他の液体を加熱することも可能である。実施例に沿って本発明を説明したが、これらは制限的なものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３】
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