(57)【要約】【課題】  地下水を利用する地中熱利用システムにおいて、地下水中に含まれる鉄分、マンガン分を効率よく除去する。【解決手段】  揚水井３から揚水した地下水を外気処理系統１０，室内処理系統の空調システムのヒートポンプ１３，２５に通水し、循環水としての地下水を介して供給される地中熱でヒートポンプ１３，２５の運転を行う地中熱利用システムにおいて、地下水を供給する経路上にイオン交換樹脂が充填された軟水化装置２６を設ける。この軟水化装置２６により地下水中の鉄、マンガンを除去する。ヒートポンプ１３，２５の運転を行った後の循環水は、脱気装置２８を介して、注入井４に再注入されるようにした。イオン交換樹脂内の通水速度はＳＶ２０〜ＳＶ４０とすることが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揚水井から揚水した地下水を熱交換器に通水し、該地下水を介して供給される地中熱で熱交換機器の運転を行う地中熱利用システムにおいて、前記揚水した地下水を水質前処理手段を介して鉄、マンガンを除去して前記熱交換機器へ供給する循環水として用い、前記熱交換機器の運転を行い、熱交換後の前記循環水を水質後処理手段を介して、注入井に再注入することを特徴とする地中熱利用システム。
【請求項２】
前記水質前処理手段は、軟水化装置であることを特徴とする請求項１に記載の地中熱利用システム。
【請求項３】
前記軟水化装置は、イオン交換樹脂が充填され、該イオン交換樹脂内の通水速度をＳＶ２０〜ＳＶ４０とすることを特徴とする請求項２に記載の地中熱利用システム。
【請求項４】
前記熱交換機器は、外気処理空調系統と室内顕熱処理空調系統とからなり、前記循環水が、前記各系統が有するヒートポンプに供給循環されることを特徴とする請求項１に記載の地中熱利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地中熱利用システムに係り、地中熱源としての地下水を利用した、各種の熱交換装置等に適用できる地中熱利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地中熱利用による熱交換システムや地下水汚染浄化システムなど、井戸を利用して地下水を揚水し、熱交換システム等で利用した後に、井戸に再注入（還流）させる、地下水を利用した地中熱の循環利用方法が種々提案されている（特許文献１，特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１には、逆浸透膜（ＲＯ）浄化装置を経て飲料水として地下水を利用する流路系統に加え、逆浸透膜（ＲＯ）浄化装置を経た地下水を熱交換器に供給する流路系統を備えた地下水の利用システムが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、揚水井戸から汲み上げた地下水熱交換器に給水して熱交換を行い、還元井戸に還流させるようにした地下水熱利用システムが開示されている。このシステムでは主として利用する地下水が枯渇した場合にも対応できるように水道水、貯留した雨水による給水系統が用意されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４６６７７公報
【特許文献２】特開２００７−８５６４４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２に開示された発明では、地上に設置された熱交換システム等を循環した熱源としての地下水を還元井戸等により地中に再注入（還元）させる際、井戸周辺で目詰まりが発生し、システムの供用後、比較的短期間で再注入が不可能になってしまう場合がある。その対策として、井戸の洗浄や揚水井戸と注入井戸（還元井戸）とを入れ替えて使用するなどが行われているが、長期間にわたる運転において、これらの方法は不完全であり、特に地層中での閉塞には対処できない方法である。
【０００７】
目詰まりが発生する原因としては、砂や濁質成分の混入により閉塞する他に、水中に溶存する鉄イオン（Ｆｅ2+）やマンガンイオン（Ｍｎ2+）などの物質が空気中の酸素と反応して水酸化鉄や酸化マンガンを形成・析出してスケール化して、井戸スクリーンや井戸周辺の地層に付着して生じることが知られている。
【０００８】
これら鉄やマンガンなどの溶解性物質の除去手段として、鉄やマンガンが酸化すると析出して懸濁物質となることを利用し、地下水に酸化剤を添加するとともに、ろ過材や除鉄・除マンガンろ材などでろ過する方策もある。しかし、既存の除鉄・除マンガン装置では、装置が大型化したり、次亜塩素酸ソーダ等の酸化剤などの反応性の激しい化学物質を使用しなければならないなどの問題がある。
【０００９】
一方、地下水をボイラー用水等として利用する前に、イオン交換樹脂によって地下水（原水）中のＣａ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｍｎイオン等を捕捉する方法も知られている。しかし、この場合には、上述した鉄、マンガン以外の各種の物質も捕捉されるため、特定物質の除去効率が悪いと考えられていた。また、イオン交換樹脂によってＦｅイオンを捕捉する場合でも、装置を継続して使用しているうちに空気中の酸素によって原水中のＦｅイオンが酸化されて析出し、イオン交換樹脂の中に沈着したり、表面を被覆したりしてイオン交換樹脂の能力を低下させたり、水酸化第二鉄の微粒子となって処理水中に漏洩したり、長期の使用では、イオン交換樹脂内や表面に鉄酸化物の沈着が起こるおそれもある。
【００１０】
以上の問題を解決するに当たり、種々検討した結果、出願人は、熱交換システムに供給される井戸水に対して硬水軟化装置（軟水化装置）を水質前処理手段として利用すると、２価鉄の除去が効率的に行える一方、イオン交換による熱交換システムへの影響は小さいとの知見を得た。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、地上部に設置された地中熱を利用した熱交換システムにおいて、利用する地下水に含有する鉄、マンガン等の除去を簡易かつ効率的に行えるようにした地中熱利用システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は揚水井から揚水した地下水を熱交換器に通水し、該地下水を介して供給される地中熱で熱交換機器の運転を行う地中熱利用システムにおいて、前記揚水した地下水を水質前処理手段を介して鉄、マンガンを除去して前記熱交換機器へ供給する循環水として用い、前記熱交換機器の運転を行い、熱交換後の前記循環水を水質後処理手段を介して、注入井に再注入することを特徴とする。
【００１２】
前記水質前処理手段として、軟水化装置を用いることが好ましい。
【００１３】
前記軟水化装置は、イオン交換樹脂が充填され、該イオン交換樹脂内の通水速度をＳＶ２０〜ＳＶ４０とすることが好ましい。
【００１４】
前記熱交換機器は、外気処理空調系統と室内顕熱処理空調系統とからなり、前記循環水が、前記各系統が有するヒートポンプに供給循環されるようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、地下水を利用する地中熱利用システムにおいて、地下水中に含まれる鉄分を効率よく除去するとともに、供給冷水の熱交換器における原水に含まれる物質のスケール化を防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の地中熱利用システムの一実施例を示した機器構成ブロック図。
【図２】水質前処理装置における樹脂通過量とカルシウムイオン（Ｃａ2+）濃度との関係を示した推移グラフ。
【図３】水質前処理装置における樹脂通過量と２価鉄イオン（Ｆｅ2+）濃度との関係を示した推移グラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の地中熱利用システムの実施するための形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１８】
本発明の地中熱利用システムを適用した一実施例としての空気調和システムについて、図１を参照して説明する。
図１に示した空気調和システム１は、空気調和を行う対象室２のために設備された、外気負荷を処理する外気処理系統１０と、室内顕熱負荷を処理をする室内処理系統２０とから構成されている。
【００１９】
外気処理系統１０は、外気をある程度の状態になるまで冷暖運転や加湿処理を行う外調機１１と、この外調機１１と対象室２との間に配管された給気ダクト１２と還気ダクト１３と、外調機１１の運転のための外気処理用ヒートポンプ１５とで構成されている。
【００２０】
一方、対象室２の天井にはファンコイルユニット２１（以下、ＦＣＵ２１）が設置されている。このＦＣＵ２１は、ケーシング２２内に収容されたファンモータユニット２３、エアフィルタ２４等から構成される公知の空調設備で、その機能として主に室内側の温度調整に用いられる。このＦＣＵ２１の冷暖運転（室内顕熱処理）のために、本発明ではＦＣＵ２１に地下水利用水冷式ヒートポンプ２５が接続されている。
【００２１】
本発明では、外気処理用ヒートポンプ１３と地下水利用水冷式ヒートポンプ２５の運転のために所定温度の地下水が熱源として供給される。以下、揚水井からの揚水された地下水の水質前処理手段２６と、各ヒートポンプ１３，２５への供給系統、井戸への再注入系統について説明する。
【００２２】
図１には、揚水井３と、注入井４とが、同一の地下水位面が得られるような位置関係で、所定の間隔をあけて設けられている。揚水井３は、その底部に揚水ポンプ５が設置されている。注入井４は、地中熱利用システム内を循環した用水としての地下水を地中に再注入（還流）させるために用いられる。また、これらの井戸に隣接して小径の観測井６を設け、地下水位、地中熱状態を把握することも好ましい。
【００２３】
上述した外気処理用ヒートポンプ１３と、地下水利用水冷式ヒートポンプ２５とに供給される地下水は、図１に示したように、揚水井３から水質前処理手段２６としての軟水化装置（以下、符号２６を付す。）に送られる。この軟水化装置２６は、塔内に強カチオン系（陽イオン）交換樹脂としてのＮａ型イオン交換樹脂を充填したもので、塔内を所定通水速度で地下水が流下する際に、地下水中の鉄分、マンガン分が除去される。なお、この軟水化装置２６は、公知のイオン交換基としてのＮａイオン（Ｎａ+）を担持しており、地下水中のＣａ，Ｍｇ，Ｆｅ，ＭｎイオンもＮａイオン交換され、地下水中のこれらの物質も吸着される。そして、イオン交換樹脂中のＮａが全て置換された後は、Ｎａｃｌを用いて再生することで、再度イオン交換を行うことができる。
【００２４】
この水質前処理手段としての軟水化装置２６によって、鉄分、マンガン分が除去された地下水は、一旦、供給水槽２７に貯水され、必要に応じて外気処理用ヒートポンプ１３と、地下水利用水冷式ヒートポンプ２５とに供給される。
【００２５】
地下水還流系統中には、水質後処理手段２８としての脱気装置が設けられている。この脱気装置により、各ヒートポンプからの還流水中の溶存酸素を脱気し、地下水を注水井に還流させる。この脱気装置２８は各ヒートポンプ１３，２５や配管の腐食対策のために、供給水槽２７の後に設置してもよい。
【００２６】
上述したように、本発明の地中熱利用システムでは、揚水した井戸水を、水質前処理手段２６を通じて外気処理用ヒートポンプ１３と地下水利用水冷式ヒートポンプ２５とに供給するため、熱交換運転後に注入井４に還流させる際に、井戸スクリーン（図示せず）の目詰まり等を防止することができる。
【００２７】
以下、水質前処理手段である軟水化装置における適正な通水速度を確認するために行った検証試験について説明する。
【００２８】
［試験方法］
使用イオン交換樹脂：Na型イオン交換樹脂１００ｍｌ
原水：水道水（Ｃａ2+２０mg/ml溶存水道水に（Ｆｅ2+）１mg/L添加）
通水速度：ＳＶ２０，ＳＶ４０，ＳＶ６０
イオン濃度測定：イオン交換樹脂充填塔の処理水出口におけるＣａ2+、Ｆｅ2+  を測定
【００２９】
［試験結果］
イオン交換樹脂の通水時の樹脂通過量とイオン濃度の推移の関係についての試験結果を図２，図３に示す。図２は、イオン交換樹脂通水時の樹脂通過量とＣａイオン濃度の推移、図３は、イオン交換樹脂通水時の樹脂通過量と２価Ｆｅイオン濃度の推移を通水速度別に示したグラフである。図２，図３から分かるように、通常の軟水化装置におけるＣａイオンのイオン交換能力が発揮できる通水速度のうち、ＳＶ２０〜４０であれば、２価Ｆｅイオン交換も確実に行えることが確認できた。なお、イオン交換の所定の時間経過とともに処理水中のＣａイオン、２価Ｆｅイオン濃度がともに上昇する。この時点でイオン交換能力が破過したことが確認された。Ｃａイオン交換能力の破過に加え、２価Ｆｅイオン交換能力の破過が確認された場合には、イオン交換樹脂のＮａ再生が必要になる。この試験結果から、１リットルのイオン交換樹脂でおよそ１m3の原水を処理できることが確認できた。
【００３０】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１  空気調和システム
２  対象室
３  揚水井
４  注入井
１０  外気処理系統
１１  外調機
１３  外気処理用ヒートポンプ
２０  室内処理系統
２１  ファンコイルユニット（ＦＣＵ）
２５  地下水利用水冷式ヒートポンプ
２６  水質前処理手段（軟水化装置）
２８  水質後処理手段（脱気装置）
【図１】
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【図２】
2012233636.tif 000004
【図３】
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