(57)【要約】      （修正有）【課題】地下水を利用した冷暖房システムや簡易的な冷却システムにおいて、消費する地下水量を低減すると同時に省電力化を実現する地下水の熱利用システムを提供する。【解決手段】地下水の熱利用システムは、地表に掘削された井戸１から井戸ポンプ２を介して汲み上げた地下水が流通する地下水通路３と、地下水入口４ａ及び地下水出口４ｂを有し、地下水通路から地下水入口を通して流入する地下水を熱源として利用した熱交換器４と、熱交換器の地下水出口から排出される地下水を貯水するタンク５と、タンクに貯水された地下水を、循環ポンプ６を介して熱交換器の地下水入口に循環させる循環通路７と、を備える。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
井戸ポンプを介して汲み上げた地下水が流通する地下水通路と、
地下水入口及び地下水出口を有し、前記地下水通路から前記地下水入口を通して流入する地下水を熱源として利用した熱交換器と、
前記熱交換器の前記地下水出口から排出される地下水を貯水するタンクと、
前記タンクに貯水された地下水を、循環ポンプを介して前記熱交換器の前記地下水入口に循環させる循環通路と、を備えることを特徴とする地下水の熱利用システム。
【請求項２】
前記熱交換器により熱交換された後の冷媒に対して、圧縮と膨張を交互に繰り返すヒートポンプと、このヒートポンプからの冷媒が循環する室内機と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の地下水の熱利用システム。
【請求項３】
前記地下水通路及び前記循環通路にそれぞれ流量調整弁が設けられ、地下水量と循環水量を最適量に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の地下水の熱利用システム。
【請求項４】
前記タンクは、前記地下水通路を介して供給される地下水に相当する量の地下水を排出する排出口を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の地下水の熱利用システム。
【請求項５】
前記タンクは、前記熱交換器から排出される地下水が前記排出口に直接向かわないように地下水の流れを遮蔽する遮蔽板を備えることを特徴とする請求項４に記載の地下水の熱利用システム。
【請求項６】
前記熱交換器により熱交換された後の冷媒により、被冷却体を冷却するように構成されたことを特徴とする請求項１，２，４，５のいずれかに記載の地下水の熱利用システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、地下水の熱をより多く、省エネで利用する熱利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、地中熱を利用したヒートポンプ式冷暖房システムは、ヒートポンプの放熱（冷房時）と採熱（暖房時）を外気で行うのではなく、年間を通じて安定した温度の地中熱を熱源として利用するものである。
【０００３】
この種の地中熱利用システムによれば、外気温度の上昇・低下により効率が悪化する一般の電気エアコンに比して、冷房・暖房共に高効率化と省電力化を実現することができる。
【０００４】
この地中熱利用システムには、地中熱を直接熱利用する方式と、地下水を揚水して熱交換器を介して熱利用する方式があり、地下水の豊富な地域では地下水利用方式の方が投資コストを安くすることができる。又、温暖化に伴う猛暑で過剰な温度になる機械室やビニールハウスを、簡易的な冷却法として、地下水で吸気換気扇が吸い込む外気を冷却し、過剰な室内温度を防止することができる。
【０００５】
特許文献１には、地下水を熱源とした熱交換器及び冷房システムが記載されている。特許文献２には、地下水を熱源としたヒートポンプ式冷暖房システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２０２３６４号公報
【特許文献２】特開２０１４−１１５０１６号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の地下水を利用した冷暖房システムや簡易冷却システム（以下、地下水の熱利用システムと言う）では、熱利用のために多くの地下水量を必要とし、それに伴い地下水を揚水するための井戸ポンプの消費電力が大きくなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本考案は少ない地下水から多くの熱利用を行うことで、熱利用システムで消費する地下水量を低減すると同時に省電力化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題に鑑み、本考案による地下水の熱利用システムは、井戸ポンプを介して汲み上げた地下水が流通する地下水通路と、地下水入口及び地下水出口を有し、前記地下水通路から前記地下水入口を通して流入する地下水を熱源として利用した熱交換器と、前記熱交換器の前記地下水出口から排出される地下水を貯水するタンクと、前記タンクに貯水された地下水を、循環ポンプを介して前記熱交換器の前記地下水入口に循環させる循環通路と、を備えることを特徴とする。
【考案の効果】
【００１０】
本考案による地下水の熱利用システムによれば、タンクに貯水された地下水を、循環ポンプを介して熱交換器の地下水入口側に循環させる循環通路を設けたので、少ない地下水から多くの熱利用を行うことできる。そのため、この熱利用システムで消費する地下水量を低減すると同時に省電力化を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本考案の実施形態における地下水の熱利用システム（冷暖房システム）を示す図である。
【図２】本考案の実施形態における他の地下水の熱利用システム（簡易冷却システム）を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
次に、本考案の実施形態における地下水の熱利用システムを図１に基づいて説明する。
この熱利用システムは、地表に掘削された井戸１から井戸ポンプ２を介して汲み上げた地下水が流通する地下水通路（例えば、地下水配管）３と、地下水入口４ａ及び地下水出口４ｂを有し、地下水通路３から地下水入口４ａを通して流入する地下水を熱源として利用した熱交換器４と、この熱交換器４の地下水出口４ｂから排出される地下水を貯水するタンク５と、このタンク５に貯水された地下水を、循環ポンプ６を介して熱交換器４の地下水入口４ａに循環させる循環通路７（例えば、循環配管）と、を備える。
【００１３】
循環通路７を熱交換器４の地下水入口４ａの手間の地下水通路３に接続することで、熱交換器４の地下水入口４ａには、井戸１から井戸ポンプ２を介して汲み上げた新鮮な地下水に、タンク５から循環通路７に流れる地下水が合流するようになっている。
【００１４】
この熱利用システムは冷暖房システムであって、圧縮器と膨張弁を有し熱交換器４により熱交換された後の冷媒に対して圧縮と膨張を交互に繰り返すヒートポンプ８（室外機）と、このヒートポンプ８に接続され、ヒートポンプ８からの冷媒が循環する室内機９（室内熱交換器）と、を備える。
【００１５】
熱交換器４の構成を説明する。この熱交換器４は、水槽１０、複数の下仕切板１１、複数の上仕切板１２、冷媒が流通する伝熱管１３を含んで構成される。熱交換器４の地下水入口４ａ及び地下水出口４ｂは水槽１０の側壁に設けられている。
【００１６】
複数の上仕切板１２は、水槽１０内で流水方向に並設され、それらの下端が水槽１０の底より高い位置に保持されている。複数の下仕切板１１は、複数の上仕切板１２と交互に配置され、それらの下端が水槽１０の底に接触するように保持されている。この場合、地下水の蛇行通路を形成するために、複数の下仕切板１１の上端は、複数の上仕切板１２の上端によりも低くなっている。水槽１０の上面は開放されており、複数の下仕切板１１及び複数の上仕切板１２は保持ガイドによって着脱自在に保持されている。
【００１７】
伝熱管１３は、水槽１０内で流水方向に対して対向流を構成するように併設されており、複数の下仕切板１１と複数の上仕切板１２の間に挿入され、複数の下仕切板１１と複数の上仕切板１２を上下に蛇行するようにサーペンタイン状に折り曲げ加工されている。
【００１８】
地下水入口４ａから水槽１０内に流入した地下水は、一番端に配置された上仕切板１２に当たって、上仕切板１２の下方に回り込み、上昇し、隣の下仕切板１１の上端に回り込んで下降する。つまり、地下水は、水槽１０の伝熱管１３に沿って上下に蛇行しながら流れ、地下水出口４ｂから排出される。これにより、伝熱管１３の伝熱面積（外周面積）を確保して、水槽１０内の地下水と伝熱管１３内を流れる対向流の冷媒との間の熱交換が促進される。伝熱管１３の両端はそれぞれ冷媒管１４の両端に接続される。冷媒管１４はヒートポンプ８に接続されている。
【００１９】
この冷暖房システムによれば、タンク５に貯水された地下水は依然として利用できる熱を持っており、この地下水を熱交換器４の地下水入口４ａの側に循環させているので、少ない地下水から多くの熱利用を行うことできる。これにより、冷暖房システムで消費する地下水量を低減すると同時に省電力化を実現することが可能になる。
【００２０】
また、地下水通路３及び循環通路７には、地下水量と循環水量を最適量に設定するために、それぞれ第１の流量調整弁１５及び第２の流量調整弁１６が設けられている。第１の流量調整弁１５と井戸ポンプ２の間の地下水通路３には、井戸ポンプ２により揚水された地下水が逆流するのを防止するための逆流防止弁１７が設けられている。
【００２１】
また、タンク５は、地下水通路３を介して供給される地下水に相当する量の地下水を排出する排出口１８を備えている。そして、タンク５は、熱交換器４から排出される地下水が排出口１８に直接向かわないように地下水の流れを遮蔽する遮蔽板１９を備えている。これにより、タンク５内の地下水の水位が上昇してオーバーフローした地下水が排出口１８から排出されるようになっている。
【００２２】
次に、本考案による冷暖房システムの効果を具体例にて説明する。熱交換器４の必要な熱交換能力を得るためには所定の地下水の水量（流速）が必要である。水量が少なければ熱交換能力もダウンする。
【００２３】
したがって、必要な熱交換能力を得るためには一定の水量が必要である。井戸１から井戸ポンプ２を介して揚水された地下水の水量をＱ０(リットル／分）とする。この地下水は熱利用された後は排出口１８から排出されるものであり、この水量Ｑ０を少なくできれば、井戸ポンプ２の消費電力も抑えることができる。地下水が熱交換器４を１回だけ通過する場合に得られる熱量には限界があり、温度にして３〜４℃に過ぎない。
【００２４】
そこで、本考案による熱利用システムによれば、タンク５に貯水された地下水を熱交換器４に循環させる循環通路７が設けたので、より多くの熱量、例えば、１０℃に相当する熱量を利用することができる。この場合、熱交換器４を通過する地下水の水量はＱｔ＝Ｑ０＋Ｑ１である。ここで、Ｑ１は循環通路７を通過する地下水の水量である。
【００２５】
一例として、冷房運転において、地下水温度を１７°Ｃ、Ｑｔ＝４０（リットル／分）とする。
【００２６】
＜循環通路７を持たないシステムの場合＞
この場合、Ｑ１＝０なので、Ｑ０＝Ｑｔの地下水を使うことになる。熱交換器４で利用できる温度を４℃とすると、熱交換器４の利用できる
一時間あたりの熱量＝４０×６０×４／８６０＝１１．２（ｋｗｈ）・・・（１）
この場合、一時間あたりの利用水量＝４０×６０（リットル／時）・・・（２）
タンク５から排出される地下水の水温＝１７℃＋４℃＝２１℃  ・・・（３）
この２１℃の水温は、外気温度に比べ非常に低いが、排水される。
【００２７】
＜本考案によるシステムの場合＞
この場合、Ｑ０＝Ｑｔ−Ｑ１の地下水を使うことになる。循環通路７を設けたことにより、熱交換器４で利用できる温度を１０℃とする。これは、地下水温１７℃→２７℃の上昇まで使用し、２７℃の排水となる。
Ｑｔ＝４０（リットル／分）で、式（１）の熱交換能力を得るためには、
Ｑ０＝１１．２×８６０／（１０×６０）＝１６（リットル／分）・・・（４）
従って、  Ｑ１＝Ｑｔ−Ｑ０＝４０−１６＝２４（リットル／分）・・・  （５）
以上の結果から、井戸１から利用する地下水量Ｑ０は  １６（リットル/分）
１６／４０＝０.４    ４０％に減らすことができる。
【００２８】
これと同時に、井戸ポンプ２の消費電力も同等の比率で減少させることができる。なお、本考案によれば、循環ポンプ６を使用するが、循環通路７の地下水は、揚程差が無くほぼ水平に流れるため、循環ポンプ６の負荷は井戸ポンプ２の負荷に比して非常に小さく、小さなポンプ能力で足りる。したがって、井戸ポンプ２の省電力化の効果が十分得られる。
【００２９】
本考案は、上述のヒートポンプ８を備えた冷暖房システムに限らず、地下水を利用した簡易冷却システムにも適用することができる。図２はそのような簡易冷却システムの構成例を示す図である。  
【００３０】
この簡易冷却システムは、熱交換器４により熱交換された後の冷媒により、機械室やビニールハウス等の被冷却体２０を冷却するものである。具体的には、この簡易冷却システムは、熱交換器４の冷媒が流通する伝熱管１３に一方の端に接続された往路冷媒管２１と、伝熱管１３に他方端に接続された帰路冷媒管２２とを備える。
【００３１】
往路冷媒管２１と帰路冷媒管２２はそれぞれ分岐して、例えば２台の放熱器２３ａ，２３ｂ（空気冷媒熱交換器）に接続され、冷媒循環経路を形成している。これにより、熱交換器４により熱交換された後の冷媒は、放熱器２３ａ，２３ｂと熱交換器４の間を循環して流れるようになっている。
【００３２】
放熱器２３ａ，２３ｂは被冷却体２０に隣接して設置される。被冷却体２０側に設けられ、吸気ファンを備えた吸気装置２４ａ，２４ｂは放熱器２３ａ，２３ｂにより冷却された外気を吸気し、被冷却体２０の内部を冷却するようになっている。その他の構成は、図１の熱利用システムと同じである。
【００３３】
この簡易冷却システムは、上述の冷暖房システムと同様に、消費する地下水量を低減すると同時に省電力化を実現することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  井戸
２  井戸ポンプ
３  地下水通路
４  熱交換器
４ａ  地下水入口
４ｂ  地下水出口
５  タンク
６  循環ポンプ
７  循環通路
８  ヒートポンプ
９  室内機
１０  水槽
１１  下仕切板
１２  上仕切板
１３  伝熱管
１４  冷媒管
１５  第１の流量調整弁
１６  第２の流量調整弁
１７  逆流防止弁
１８  排出口
１９  遮蔽板
２０  被冷却体
２１  往路冷媒管
２２  帰路冷媒管
２３ａ，２３ｂ  放熱器
２４ａ，２４ｂ  吸気装置
【図１】
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【図２】
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