(57)【要約】【課題】  空調設備や雪国における消雪装置その他の地下水熱利用装置において、地下水の汲上げすぎによる地盤沈下が問題となっており、地域によっては行政当局が井戸の新・増設あるいは能力アップを制限しており、事態は深刻となっている。本発明は、この問題を解消する地下水の総量を変えない熱交換式井戸装置を提供する。【解決手段】    地下水の汲上げ井戸において、深部（下層部）の砂礫層から地下水を汲上げ、汲上げた地下水の冷熱（夏）または温熱（冬）を地上の用水（循環水又は河川水）に与え、その後の地下水を再び同じ井戸の浅部（上層部）の砂礫層に還流させ、上記地下水により熱を与えられた用水（循環水又は河川水）を空調や消雪その他の目的に利用するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下水熱を利用するための汲み上げ井戸において、深部（下層部）の砂礫層から地下水を汲み上げ、汲み上げた地下水の冷熱または温熱を地上に存在する用水（循環液又は河川水等）に与え、その後の地下水を再び同じ井戸の浅部（上層部）の砂礫層に還流させ、上記地下水により熱を与えられた用液を各種目的に利用するようにした、熱交換式井戸の地下水還流方法。
【請求項２】
▲１▼  ケーシングより一回り大きく掘削され、深部（下層部）に一つ以上の汲み上げ砂礫層を有し、また浅部（上層部）に一つ以上の還流砂礫層を有し、それらの中間層に不透水層を有する穿井孔、
▲２▼  上記穿井孔に挿入され、汲み上げ砂礫層に対応する下部に吸水スリットを設けまた還流砂礫層に対応する上部に還流スリットを設けたケーシング、
▲３▼  穿井孔とケーシングの外周との間隙に充填された礫、中間部の不透水層の存在する部分および還流砂礫層の上部と地上との間にある不透水層の存在する部分の礫に施された上下を遮断するに充分なセメンチング、
▲４▼  ケーシングの上端を密閉する蓋、還流スリット下方においてケーシング内部を上下に二分する遮蔽部材により、その下部に形成された吸水域とその上部に形成された還流域、
▲５▼  遮蔽部材に吊下げられて吸水域に設置された水中ポンプ、水中ポンプから上記遮蔽部材およびケーシング上端の蓋を貫通して地上に導出して下記熱交換槽に至る吐出パイプ、熱交換槽から上記還流域に至る還流パイプ、
▲６▼  流入用送水パイプが連接された流入室から、流出用送水パイプが連接された流出室に至る複数本の熱交換パイプを有する熱交換槽、
からなり、地下深部より汲み上げられた地下水を、その熱を地上に存在する用水（循環液または河川水）に与えたのち、同じ井戸ケーシング内の上部還流域に戻し、該還流域のケーシング外周に設けられた還流スリットより、深部の汲み上げ砂礫層からセメンチングにより遮断された浅部の砂礫層に還流させるようにした、熱交換式井戸装置。
【請求項３】
▲１▼  ケーシングより一回り大きく掘削され、深部（下層部）に一つ以上の汲み上げ砂礫層を有し、また浅部（上層部）に一つ以上の還流砂礫層を有し、それらの中間層に不透水層を有する穿井孔、
▲２▼  上記穿井孔に挿入され、汲み上げ砂礫層に対応する下部に給水スリットを設けまた還流砂礫層に対応する上部に還流スリットを設けたケーシング、
▲３▼  穿井孔とケーシングの外周との間隙に充填された礫、中間部の不透水層の存在する部分の礫および還流砂礫層の上部と地上との間にある不透水層の存在する部分の礫に施された上下を遮断するに充分なセメンチング、
▲４▼  ケーシング内の還流スリット下方の内壁に設けられた環状受座、環状突起により前記環状受座に密接して設置されケーシング上端まで伸びて上壁によりケーシングと共に密閉された、ケーシングより一回り小さい円筒状熱交換槽、
▲５▼  円筒状熱交換槽の上部に形成され、上壁を通じて用水の流入用送水パイプと流出用送水パイプが連接された流入室と流出室、流入室から熱交換槽内部に伸びて流出室に戻る熱交換パイプ、熱交換槽の上部周壁に設けられた複数の還流口、
▲６▼  熱交換槽の下部に連結されて、吸水域の地下水を吐出パイプを通じて熱交換槽に供給する水中ポンプ、
からなり、地下深部より汲み上げられた地下水を、その保有する熱を同じ井戸内において地上から井戸内に循環する用水（循環液または河川水）に与えたのち、同じ井戸ケーシング内の上部還流域に戻し、該還流域のケーシング外周に設けられたスリットより、深部の汲み上げ砂礫層からセメンチングにより遮断された浅部の砂礫層に還流させるようにした、熱交換式井戸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、空調設備や雪国における消雪装置その他の地下水熱利用装置において、汲み上げられる地下水を有効に利用するための、熱交換式井戸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  地下水はその恒温性により気温に比べて夏は冷たく冬は温かいことから、空調設備における夏期の冷却および冬季の採熱に利用され、また雪国においては、道路等における冬期間中の降雪、積雪の処理手段として消雪用水に利用されているが、此処数年来地下水の汲み上げすぎによる地盤沈下が進行し、社会問題となっている。地域によっては行政当局が消雪井戸の新・増設あるいは能力アップを制限しており、事態は深刻となっている。
そのため、▲１▼地盤沈下に対応する為に消雪用井戸においては、汲み上げた地下水を地上に放出せずに、地面下に埋設された熱交換パイプに通して地面に放熱し、その後別に掘った井戸より再び地中に還流させることが考えられている。
また、▲２▼井戸から地下水を汲み上げずに、井戸内に地上の目的用水を単に循環させ地下水により加温して冬期の消雪用に、或いは加冷して夏期の冷房その他の用途に利用することも考えられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかしながら、上記▲１▼の方法では二つの井戸を掘らなければならず費用がかかり、用地も制限されるため何処でもと言う訳にもゆかない。また、▲２▼の方法は、井戸内の水が流れていればともかく、一般に滞留しているものであるから、循環する目的用水により井戸内の地下水の温度が低下し（冬期の消雪等温熱源として利用する場合）、或いは上昇し（夏期の冷熱源として利用する場合）機能しなくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  地下水熱を利用するための汲み上げ井戸において、深部（下層部）の砂礫層から地下水を汲み上げ、汲み上げた地下水の冷熱または温熱を地上に存在する用水（循環液又は河川水等）に与え、その後の地下水を再び同じ井戸の浅部（上層部）の砂礫層に還流させ、上記地下水により熱を与えられた用水を各種目的に利用するようにした、熱交換式井戸の地下水還流方法。
また、
▲１▼  ケーシングより一回り大きく掘削され、深部（下層部）に一つ以上の汲み上げ砂礫層を有し、また浅部（上層部）に一つ以上の還流砂礫層を有し、それらの中間層に不透水層を有する穿井孔、
▲２▼  上記穿井孔に挿入され、深部の汲み上げ砂礫層に対応する下部に吸水スリットを設け、また還流砂礫層に対応する上部に還流スリットを設けたケーシング、
▲３▼  穿井孔とケーシングの外周との間隙に充填された礫、中間部の不透水層の存在する部分および還流砂礫層の上部と地上との間にある不透水層の存在する部分の礫に施された上下を遮断するに充分なセメンチング、
▲４▼  ケーシングの上端を密閉する蓋、還流スリット下方においてケーシング内部を上下に二分する遮蔽部材により、その下部に形成された吸水域とその上部に形成された還流域、
▲５▼  遮蔽部材に吊下げられて吸水域に設置された水中ポンプ、水中ポンプから上記遮蔽部材およびケーシング上端の蓋を貫通して地上に導出して下記熱交換槽に至る吐出パイプ、熱交換槽から上記還流域に至る還流パイプ、
▲６▼  流入用送水パイプが連接された流入室から、流出用送水パイプが連接された流出室に至る複数本の熱交換パイプを有する熱交換槽、
からなり、地下深部より汲み上げられた地下水を、その熱を地上に存在する用水（循環液または河川水）に与えたのち、同じ井戸ケーシング内の上部還流域に戻し、該還流域のケーシング外周に設けられた還流スリットより、深部の吸水砂礫層からセメンチングにより遮断された浅部の砂礫層に還流させるようにした、熱交換式井戸装置。
更に
▲１▼  ケーシングより一回り大きく掘削され、深部（下層部）に一つ以上の吸水砂礫層を有し、また浅部（上層部）に一つ以上の還流砂礫層を有し、それらの中間層に不透水層を有する穿井孔、
▲２▼  上記穿井孔に挿入され、汲み上げ砂礫層に対応する下部に給水スリットを設けまた還流砂礫層に対応する上部に還流スリットを設けたケーシング、
▲３▼  穿井孔とケーシングの外周との間隙に充填された礫、中間部の不透水層の存在する部分の礫および還流砂礫層の上部と地上との間にある不透水層の存在する部分の礫に施された上下を遮断するに充分なセメンチング、
▲４▼  ケーシング内の還流スリット下方の内壁に設けられた環状受座、環状突起により前記環状受座に密接して設置されケーシング上端まで伸びて上壁によりケーシングと共に密閉された、ケーシングより一回り小さい円筒状熱交換槽、
▲５▼  円筒状熱交換槽の上部に形成され、上壁を通じて用水の流入用送水パイプと流出用送水パイプが連接された流入室と流出室、流入室から熱交換槽内部に伸びて流出室に戻る熱交換パイプ、熱交換槽の上部周壁に設けられた複数の還流口、
▲６▼  熱交換槽の下部に連結されて、吸水域の地下水を吐出パイプを通じて熱交換槽に供給する水中ポンプ、
からなり、地下深部より汲み上げられた地下水を、その保有する熱を地上から井戸内に循環する用水（循環液または河川水）に与えたのち、同じ井戸ケーシング内の上部還流域に戻し、該還流域のケーシング外周に設けられたスリットより、深部の汲み上げ砂礫層からセメンチングにより遮断された浅部の砂礫層に還流させるようにした、熱交換式井戸装置。
【発明の効果】
【０００５】  上記手段により、本発明は単一の井戸内に下部の吸水域と上部の還流域とを設け、深部より汲み上げた地下水は地上に存在する用水（循環液又は河川水等）と熱交換をするのみで、地上に放出せずに再び地下すなわち同じ井戸内の上部の還流域を通じて浅部の砂礫層に還流させるものであり、そして、上記地下水との熱交換により冷熱または温熱を与えられた循環水や河川水等を用水として使用するものであるから、地層は異なるとは言え地中の水の総量は変わらず、地下水を浪費せずに地下水熱を利用できるので、地下水の汲み上げ過ぎによる地盤沈下の問題を解消することができる。したがって、地盤沈下で問題となり制限されている地域においても新たに井戸を掘削することができる。
また消雪方法として従来考えられた、汲み上げられた地下水を地面下に敷設された熱交換パイプに循環させてその保有する熱を地面に放熱した後、別の個所に設けられた還流井戸により地中に戻すことは、消雪井戸の他に還流井戸を掘らなければならず、そのための敷地の確保と費用の増加が問題となり、また目的用水を単に井戸内に循環させて熱交換する方法は、井戸内の地下水が一般に滞溜層であるために熱交換のために井戸水の温度が低下或いは上昇してしまい、目的を果たせなくなってしまうが、本発明によればこれらの問題を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【０００６】  図１により、本発明の実施例１を説明する。
Ａは地面、Ｂはパーカッション工法その他の穿井工法等によりケーシングＣより若干大きく掘削された穿井孔、Ｄは熱交換槽、Ｅは上部のセメンチングで上層部の砂礫層上部の不透水層においてケーシング周りの穿井孔を遮断し、Ｆは下部のセメンチングで汲み上げ域の砂礫層と還流域の砂礫層との間の不透水層においてケーシング周りの穿井孔を遮断するものである。
１は熱交換槽Ｄに地上に存在する用水（循環液又は河川水等）を導入する送水パイプで、導入された用水は流入室５熱交換パイプ７流出室６を通って送水パイプ２から空調設備或いは消雪装置等の目的装置に送られる。８は砂排出パイプである。９は吸水域１６にある水中ポンプＰから送られる地下水を熱交換槽Ｄに送る吐出パイプ、１０は還流パイプで熱交換した地下水を還流域１２に戻す。これらのパイプはケーシングの蓋１１を密に貫通し、還流域１２を密閉空間とする。
１４はケーシングを上方の還流域１２と下方の吸水域１６とに分割する閉止円盤で、下部セメンチングＦ付近のケーシング内周に設けられた環状受座に支持されてその上下を封止する。またその中央にはポンプＰからの吐出パイプが水密に貫通される。なお閉止円盤はケーシングの内周との隙間を僅かにしておけば、ポンプを中心にセットするガイドとなる。また、閉止円盤下面外周にパッキンを装着すればより確実に封止できる。
１３は還流スリットで上部セメンチングＥの下方においてケーシングの還流域の外周に設けられる。また１７はストレーナとしての吸水スリットで下部セメンチングの下方において吸水域の外周に設けられる。このような単純なスリットに替えて、スリットを大きく形成してその外周にワイヤーを一定間隔に螺旋状に巻いてストレーナ部を構成すると目詰まり防止効果があがる。
１８はポンプへの電源コードで、還流域を通して地上に導かれる。
以上の構成により、ポンプＰにより吸水域の吸水スリット１７を通じて深部の砂礫層より汲み上げられる地下水は、吐出パイプ９を通って熱交換槽Ｄに送られる。ここで熱交換パイプ７内を流れる用水に地下水熱を与えた後、還流パイプ１０からケーシング内の還流域に戻され、更に還流スリット１３を通じて浅部の砂礫層に戻される。
用水は送水パイプ１から熱交換槽に入り、地下水熱を与えられて送水パイプ２から冷暖房装置、消雪装置その他の目的の装置に送られる。なお、この熱交換槽をヒートポンプの受熱用に利用出来ることは勿論である。
これを消雪に利用する場合、消雪用水は、綺麗な河川水が得られるならばこれを取り入れて路面や屋根などに散水し直接消雪するようにしてもよいが、ゴミが流れてきて一緒に吸込まれると消雪パイプ内各所につまり支障をきたすので、不凍液を循環させて地下水との熱交換により加温し、これを路面下または屋根下等に敷設した消雪パイプに循環させることにより路面又は屋根を暖めて間接的に消雪したほうが、トラブルがなく効果的である。
【実施例２】
【０００７】  次に図２により、本発明の実施例２を説明する。
これは思想的には実施例１と同じであるが、熱交換槽をケーシングの還流域内に設けた点で異なるので、この点について説明し、同じ点については省略する
熱交換槽ＤはケーシングＣの還流域１２´内に還流空間を残して挿入され、その下端をケーシング内周の環状受座１５´に密に支持されて下部の吸水域１６と上部の還流域とを区画する。３´はケーシングの上端を密封するとともに熱交換槽の上部をも同時に密封する上壁で、送水パイプ１および２が取り付けられる。
Ｐは水中ポンプで熱交換槽の下部に吊下げられ、吐出管９を通じて吸水域内の地下水を送水パイプ９を通して熱交換槽に送る。１０´は熱交換槽上部周囲に設けられた還流口である。なお、熱交換槽および熱交換パイプは、１，２個所フランジやカップリングにより上下に分割可能にしておけば、組み立てやメンテナンスが容易となる。
以上の構成により、ポンプＰにより深部の砂礫層から汲み上げられた地下水は吐出管９を通じて熱交換槽Ｄに送られ、ここで熱交換パイプ７を介してその内部を流れる用水に地下水熱を与え、上部の還流口１０´から還流域１２´に入り、還流スリット１３から浅部の砂礫層に戻される。
この構成によれば、熱交換槽を地上に設ける必要がないので、敷地に余裕がなくてもよく、また地上がすっきりする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】  本発明の実施例１の概略側断面図。
【図２】  本発明の実施例２の概略側断面図。
【図３】  図２ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視における横断面図。
【符号の説明】
【０００９】Ａ  地面、  Ｂ  穿井孔、  Ｃ  ケーシング、  Ｄ  熱交換槽、  Ｅ  上部セメンチング、  Ｆ  下部セメンチング、  Ｐ  モータ内蔵の水中ポンプ、  １・２  送水パイプ、  ３、３´  上壁、  ４  閉止金具、  ７  熱交換パイプ、  ８  砂排出パイプ、  ９  吐出パイプ、  １０  還流パイプ、  １１  蓋、  １２、１２´  還流域、  １３  還流スリット、  １４  閉止円盤、  １４´  環状突起、  １５、１５´  環状受座、  １６  吸水域、  １７  吸水スリット、  １８  電源コード
【図１】
2011017237.tif 000003
【図２】
2011017237.tif 000004
【図３】
2011017237.tif 000005