JP2010516991A - 多面構造の直接交換式地熱加熱／冷却システム - Google Patents

多面構造の直接交換式地熱加熱／冷却システム Download PDF

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Abstract

低減されたコンプレッササイズ、５００ｐｓｉの高圧遮断スイッチ、９８％の効率のオイルセパレータ、Ｒ−２２システムより高圧で作動する追加オイル、作業効率および潜在的負荷除去量を最大とするためのレシーバの設定パラメータ、地熱交換ラインセットの構造パラメータ、特別な加熱／冷却膨張装置のサイズおよび構造、特別にサイズ決めされたエアハンドラおよび気体ライン予熱器の少なくとも一つを有する直接交換式加熱／冷却システムを提供する。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００７年１月１８日出願の、米国仮出願第６０／８８１，０００号の恩恵を主張する。
本開示は、直接交換式（「ＤＸ」）地熱加熱／冷却システムに関し、このシステムは、通常「直膨式」加熱／冷却システムとも呼ばれ、様々な構造上の改良を含む。
従来の地中熱源／水源熱交換システムは、一般的には、地中に埋められたまたは水中に沈められた管の液体で満たされた閉ループ（一般的には、約１／４インチ（約６．４ｍｍ）の層のポリエチレン管）を利用する。これにより、自然に発生する地熱物質（geothermal mass）および／または埋められたまたは沈められた液体輸送管の周りの水分から熱を吸収し、または排熱する。一般的に水および場合によっては凍結防止剤や防錆剤で満たされている管ループは、地表まで延びている。ウォーターポンプは、自然に温められたまたは自然に冷却された液体を、液体から冷媒への熱交換器に循環させる。
第一の熱交換工程は地中へまたは地中からプラスチック管内の液体への地熱の輸送である。第二の熱交換工程によって、冷媒ヒートポンプシステムがプラスチック管内の液体へまたはその液体から冷媒へ熱を輸送する。最後に、従来のシステムは第三の熱交換工程を使用することがあり、第三の熱交換工程においては、（フィン付管およびファンで構成される）内部エアハンドラが、冷媒へまたは冷媒から熱を輸送して、内部空間を加熱または冷却する。
より新しい構造の地熱ＤＸ熱交換システムにおいては、冷媒流体輸送ラインが、地中および／または水中に直接配置される。一般的にこのシステムは、一般的に銅管で構成される地下冷媒ラインに、Ｒ−２２やＲ−４１０Ａなどの冷媒流体を循環させ、第一の熱交換工程により地下要素へまたは地下要素から地熱を輸送する。ＤＸシステムは、第二の熱交換工程では、一般的に内部エアハンドラにより内部空間へまたは内部空間から熱を輸送することのみを必要とする。結果として、ＤＸシステムは、より少ない熱交換工程しか必要とせず、ウォーターポンプのエネルギー消費が必要ないため、概して、水源システムより効率的である。さらに、銅はほとんどのプラスチックより熱伝導性に優れており、ＤＸシステムの銅管内に循環する冷媒流体は水源システムのプラスチック管内を循環する水より周りの地中との温度差が大きいため、水源システムと比較するとＤＸシステムは、概してより少ない排気や掘削しか必要としない（また、設置費用も一般的に少なくて済む）。
大抵の地中／水中ＤＸ熱交換構造が実現可能であり、システム全体の作動効率を向上させるため様々な改良が為されてきた。特に直膨式／直接交換式地熱ヒートポンプシステムにおける、いくつかのそのような設計上の改良は、Ｗｉｇｇｓ（ら）に付与された米国特許において教示されており（特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４参照）、これらの開示は本明細書に参照により組み込まれる。このような開示は、Ｒ−２２ならびにＲ−４１０Ａなどで特定されるより新しい構造の冷媒などのような、歴史的に慣例の冷媒を用いた、水平および垂直方向の地熱交換手段を包含する。Ｒ−４１０Ａは、ＨＦＣ−３２およびＨＦＣ−１２５のＨＦＣ共沸混合物である。
ＤＸ加熱／冷却システムには３つの主な目的がある。第一に、加熱／冷却の作動コストを可能な限り最小にするとともに、例えば、公益事業に関するピーキングの懸念を低減するのに大いに役立つなどの他の利点を可能にし、可能な限り最大の作動効率を提供することである。第二の目的は、環境に安全な構成要素および流体を使用することによって環境に安全な方法で作動させることである。第三の目的は、あらゆる大がかりな管理／補修の必要なく長期間作動させることであり、これにより他の従来のシステム構造より補修および交換コストをかなり低減することができる。
歴史的に、ＤＸ加熱／冷却システムは、概して他の従来の加熱／冷却システムよりも効率的であるが、地下熱交換管を収容するために比較的大きな地表面積を必要とするため設置制限がある。水平方向の「ピット」システムにおいては、第一の供給（generation）構造において、複数分岐する熱交換銅管の浅い（地表の１０フィート（約３ｍ）以内）マトリクスを収容するために、例えばシステムの構造容量（design capacity）１トンあたり５００平方フィート（約４５ｍ２）の一般的な地表面積が必要であった。さらに、様々な垂直方向の第一の供給ＤＸシステム構造においては、システムの構造容量１トンあたり約１つから２つの５０〜１００フィート（約１５ｍ〜３０ｍ）（最大）の深さの坑井／ボアホールを要する。各坑井は少なくとも約２０フィート（約６ｍ）離れており、各坑井は個々の冷媒輸送管ループを含んでいる。このような地表面積の必要要件は、多くの市販のおよび／または高密度住宅用途におけるシステム用途を事実上除外する。このような前身構造の改良はＷｉｇｇｓにより教示された。これによりＤＸシステムは、約３００フィート（約９１ｍ）の深さの坑井／ボアホール内で作動することが可能になったため、ＤＸシステムの必要な地表面積の要件をかなり低減できた。歴史的には、銅管は、ＤＸシステム用途において地下冷媒輸送目的のために使用されていた。
多面構造手段を使用して、以前のおよび最近のＤＸシステム技術に改良を加える。これにより様々な条件下で最大の作動効率を有しおよび最小の管理要件で、また全てが可能な限り最小の初期費用で、環境に安全な構造を提供することができる。これらの改良手段は以下に記載の通りである。
コンプレッサの構造：従来のＤＸおよび他のヒートポンプシステムにおいて、コンプレッサは、システムの負荷構造（load design）に適合したサイズであり、３トンのシステムは、一般的に３トンのコンプレッサを必要とする。加熱／冷却フィールドにおける１トンの容量構造は１２，０００ＢＴＵと等しい。これにより、構造体における３トンの加熱および／または冷却負荷構造は、一般的に３トンの容量構造のコンプレッサを有するシステムを要する。負荷構造は、一般的にＡＣＣＡ Ｍａｎｕａｌ Ｊまたは同様の基準により計算される。しかしながら本明細書で教示される独特のＤＸシステム構造の改良により、コンプレッサの実際のサイズ要件を縮小することができるため、より少ない作動電力消費しか必要とせずシステムの作動効率を高めることができる。本明細書に開示された改良点のいくつかまたはすべてを使用して、試験により、コンプレッササイズは、加熱／冷却負荷量を最大で計算して上記の従来のサイズ基準の８０％から９５％であるのが好ましいことが示された。例えば、３トンのシステム負荷構造においては、コンプレッサは３６，０００ＢＴＵの作動容量を有するべきではなく、２８，８００から３４，２００ＢＴＵの容量を有するはずである。すべてのコンプレッサ製造会社が同じＢＴＵの作動容量でコンプレッサを製造するわけではないため、この許容範囲が必要となる。
オイルセパレータ：オイルセパレータは公知であり、様々な従来のヒートポンプシステムで使用されている。オイルセパレータは、一般的に、金属シリンダーまたは、冷媒からオイルをフィルタリングする金網または網を有する他の容器からなる。フィルタリングされたオイルは重力によりシリンダーの底部に落ち、通常冷媒のみがシリンダーの頂部からシステムの他の部分に出ていくのを可能にする。十分な量のオイルがシリンダーの底部に蓄積した際、鋼性のフロートなどが上昇し、孔部が露出する。この孔部を通って、オイルがコンプレッサの吸入により吸引され、オイルセパレータの底部からコンプレッサへオイル戻り管により直接コンプレッサ自体へ戻る。しかしながら、従来のセパレータは、一般的に１００ミクロンにしかフィルタリングせず、わずか８０％から９０％の効率である。これは垂直方向の地熱交換管を有するＤＸシステムでは許容できない。
試験により、ＤＸシステムにおいて、コンプレッサ内の潤滑油のほとんどが地熱交換フィールドラインから出ないと、特にフィールドラインが垂直方向に傾いていると、ＤＸシステムが加熱モードで作動している時に、コンプレッサからの潤滑油はフィールドラインに残ったままになる傾向があり、戻ってくる潤滑油が十分にないことによりコンプレッサが損傷してしまうことが示された。このため、ＤＸシステムのために改良されたオイルセパレータ構造が好ましい。
このような改良された構造は、少なくとも０．３ミクロンまでフィルタリングでき、少なくとも９８％の効率を有するオイルセパレータで構成される。好ましいフィルターは、ホウケイ酸フィルターなどのガラス材料から形成される。
さらに、冷媒からのほとんどの気体がフィールドにおいて地熱交換管からコンプレッサへ戻る際、一定量の追加のオイルを加えるのが好ましく、これにより加熱作動モードの間フィールドへの最小限の損失を補うことができる。追加のオイルの量は、システム作動中にセパレータ内におけるフィルターの下の特定の点まで、オイルセパレータ収容容器の底部を充填するのに必要な量に等しくあるべきである。好ましくは、全オイル量における幾分の誤差を許容するために、加えられる追加のオイルの量は、１／２インチ（約１．３ｃｍ）±１／４インチ（約６．４ｍｍ）の、オイルフィルターの底部と収容容器内の追加のオイルの液面の間の垂直方向の差（オイルセパレータ内のフィルターの基部／底部の下１／２インチ（約１．３ｃｍ））を残すようにされる。追加のオイルがあまりにも多く供給されると、必須の構造フィルター領域が阻害されおよび／または目的の用途に支障を与えてしまう。ここで、追加のオイルとは、コンプレッサ内でコンプレッサの製造業者により慣習的に提供されるオイルの量以上のおよびそれを超えるコンプレッサの潤滑油の量として定義される。
加えて、従来のオイルセパレータは、オイルセパレータが作動中に適切に機能しているかどうか、またはさらなるオイルが加えられる必要があるのかどうかを確認する手段を設けていない。現在、コンプレッサが故障したまたはオーバーヒートした後にのみしかこのような問題は検知されない。このため、オイルセパレータの実際の機能並びにオイルセパレータ内の実際のオイルレベルを確認する手段を設けるという改良が好ましい。本開示は、オイルレベルが目視で確認できるよう、オイルセパレータの壁に点検窓を備える。この点検窓は、ＤＸシステムが作動していない時に、望ましいオイルレベルが点検窓の中心または中心付近であるように配置される。望ましいオイルレベルは、所定の距離であり、例えばフィルターの底部の下約１／２インチ（約１．３ｃｍ）である。ＤＸシステムが作動中の際、セパレータが適切に機能しているかが、内部の点検窓の壁に下がっているオイルの層状のシートを見ることにより、点検窓により観察できる。
最後に、様々な公知のオイルセパレータは歴史的に、直接、オイルをコンプレッサに戻す。オイルを戻す好ましい手段は、定量方式によるものである。定量のオイルを戻すことは、吸引ラインによってシステムのアキュムレータまたはアキュムレータ自体にオイルを戻すことにより為される。アキュムレータは当業者により十分理解されるものであり、気体ラインのＵ字部を内部に有する冷媒収容容器から成る。Ｕ字部の頂部がアキュムレータの頂部から気体冷媒を吸い上げ、これをコンプレッサに送るが、コンプレッサに「スラグ（slug）」し得る液体状のいくらかの冷媒は容器の底部に残る。しかしながら、アキュムレータ内のＵ字管は小径の孔または開口部を底部に有する。この小径の孔または開口部により底部から少量のオイルおよび液体冷媒の混合物を継続的に吸い上げて戻し、これによりオイルをコンプレッサに戻し十分に循環させる。当分野では一般に公知であるように、小径の開口部はシステムのサイズによりサイズ決めされる。２〜５トンのシステムにおいては、例えば、開口部は一般的に直径０．４インチ（約１ｃｍ）から０．５５インチ（約１．４ｃｍ）である。このように、対象の改良された構造においては、従来の小径のオイルを戻すための孔により、従来のように比較的大きな外径５／８インチ（約１．６ｃｍ）の排出ラインなどを通って、非定量流で直接実際のコンプレッサ自体に戻るのではなく、定量様式でオイルをセパレータからコンプレッサに戻す。従来のような大きなオイル戻りラインはまた、オイルとともに、高温の排出気体冷媒をコンプレッサに戻してしまう可能性を増大させ、これはシステム効率を低下させる。
ＤＸシステムのオイルセパレータのオイルを戻す手段のさらなる構造上の改善として、好ましくは追加量のオイルをアキュムレータ自体に加えるべきである（これは歴史的には行われていない）。これにより、確実にアキュムレータの底部を常に、小径のオイルを戻す孔（開口部）の上まで、好ましくは孔の頂部の上１／１６インチ（約１．６ｍｍ）から１／４インチ（約６．４ｍｍ）の点まで、オイルで満たすのに役立つ。これは、確実に最大量の追加のオイル（これはアキュムレータまたはオイルセパレータ内のフィルターの目的の動作を阻害するほど多くない量である）をシステム内に作動可能に注入するのに役立つ。さらに十分な量の液体冷媒を含有することができるレシーバを全く阻害しないため、コンプレッサにスラグすることもない。
高作動圧力冷媒：従来のＤＸシステムはＲ−２２または同様の冷媒に関して作動する。しかし、試験により、Ｒ−２２等の冷媒の作動圧力より少なくとも２５％高い作動圧力を有する冷媒を使用する場合、優れた作動効率がＤＸシステム、特に垂直方向の地熱交換冷媒輸送管構造を有するＤＸシステムにおいて達成されることが示された。これは、かなりの深さでの、冷媒のより大きな作動圧力が、冷却モード動作中の液体戻りライン内での液体冷媒にかかる重力の負の影響を相殺するのに大いに役立つ。これによりコンプレッサの必要な電力消費を低減し、システムの作動効率を高めることができる。Ｒ−４１０Ａは、Ｒ−２２の作動圧力より少なくとも２５％高い作動圧力を有する冷媒の一例である。Ｒ−２２の作動圧力は当分野では周知である。
強固なシステム構成要素：Ｒ−２２の作動圧力より少なくとも２５％高い作動圧力を有する好ましい冷媒の使用と密接に関係して、このような高圧冷媒を使用したＤＸシステムのすべての構成要素は、Ｒ−２２等の冷媒システム用に従来設計されたものより少なくとも２５％大きい同等の使用荷重（safe working load）を有さなければならない。Ｒ−２２の作動圧力およびＲ−２２のシステム構成要素の使用荷重強度は当業者には十分理解される。
高圧遮断スイッチ：高圧遮断スイッチは当業者には十分理解される。しかしながら、最小限の電力消費で作動する改良されたＤＸシステムにおいては、試験により、システムの冷媒作動圧力は通常より低いことが示された。結果として、Ｒ−４１０Ａまたは同様の冷媒を使用したＤＸシステムにおいて、好ましくは、システムの作動圧力が少なくとも５００ｐｓｉ±２５ｐｓｉ以下のレベルに達した際に、高圧遮断スイッチがコンプレッサを遮断するよう設計されるべきである。これは十分に強固なシステムの構成要素の使用を可能とするが、従来の空気熱源Ｒ−４１０Ａヒートポンプシステム構造に使用されるものほど強固である必要はない構成要素の使用である。この空気熱源Ｒ−４１０Ａヒートポンプシステム構造では、夏の外気で触れる潜在的なおよび通常の高凝結温度範囲のため、一般的に冷却モードにおいてより高圧の作動圧力がかかる。従来の空気熱源Ｒ−４１０Ａヒートポンプは、一般的に６００〜６５０ｐｓｉの範囲での高圧遮断スイッチを必要とする。Ｒ−４１０Ａ冷媒を有して作動するＤＸシステムの構成要素は十分に強固であるはずだが、過度に強固である必要はないので、ＤＸシステム設備の製造コストが低減され得る。これにより６００ｐｓｉの使用荷重に対して５００ｐｓｉの使用荷重で作動することができる。
レシーバのサイズ：従来のヒートポンプシステム並びにＤＸシステムにおけるレシーバの使用は公知である。しかしながら、従来のＤＸシステムのレシーバ構造は最適なものとはかけ離れている。これは、ＤＸシステムにおいてレシーバの使用を伴う初期の装置は、レシーバからコンプレッサへのオイル戻りラインの非効率的な使用を伴い、または好ましいレシーバのサイズおよび／または冷媒の収容量を決定するために不適当な基準を確立していたためである。
試験により、ＤＸシステム構造、特に坑井／ボアホール構造用途などにおいて垂直方向の地熱交換管の使用を伴うＤＸシステム構造において、レシーバは、最大の潜在負荷除去量（maximum latent load removal capacity）および良好な効率性のために、好ましくは地熱交換フィールドにおける気体冷媒輸送ラインの暴露された熱輸送部分の最大に可能な液体含有量の１６％±２％を含有するように設計されるべきであることが示された。この垂直方向の地熱交換管においては、暴露された気体熱交換ラインの長さは、完全にまたは部分的に断熱された液体冷媒輸送ラインの長さに非常に類似している。また、最大の作動効率が、良好な潜在負荷除去量を有して、冷却モードにおいて望まれると、レシーバは、好ましくは地熱交換フィールドにおける気体冷媒輸送ラインの暴露された熱輸送部分の最大に可能な液体含有量の８％±２％を含有するように設計されるべきである。地熱交換フィールドにおける気体冷媒輸送ラインの暴露された熱輸送部分の最大に可能な液体含有量は、ラインの冷媒流体で満たされた内部容量領域の重量に等しい。
一般的にレシーバの液体冷媒含量を自動調節するためにシステムの冷媒圧力に依存する従来のレシーバ構造とは異なり、本明細書に開示されるような好ましいレシーバは、エアハンドラおよび加熱モードの膨張装置の間の液体冷媒輸送ラインに位置している。また、このレシーバは加熱モードにおいてレシーバの上方部分から出る液体輸送ラインを有し、および冷却モードにおいてはレシーバの下方部分から出る液体ラインを有する。レシーバ内の液体輸送ラインの入口と出口の間の内部スペースは、加熱モードにおいては上記の特定量の液体を保持するが、冷却モードにおいては上記の特定量の液体を全てシステムの坑井／ボアホール内へ放出するよう構成されている。
液体ラインおよび気体ラインのサイズ：多種のＤＸシステム構造において、液体ラインおよび気体ラインのサイズは様々である。しかしながら、試験により、年間ベースでの最適な効率の結果は、６５．５フィート（約２０ｍ）を超える深さで一年を通して安定した地下温度を利用する垂直方向の坑井／ボアホールシステム構造の使用から得られることが示された。垂直方向、水平方向、または他のループ構造において、３０，０００ＢＴＵ以下の容量のコンプレッサ用の好ましいラインセットのサイズは、１本または２本の気体冷媒グレード輸送ライン（vapor refrigerant grade transport line）の対応する数と連動して、１本または２本の外径３／８インチ（約９．５ｍｍ）の液体冷媒グレード輸送ライン（refrigerant grade liquid refrigerant transport line）である。各気体ラインは、液体ラインの外径より２から２．４倍大きな外径を有する。３０，０００ＢＴＵ以上の容量であり、９０，０００ＢＴＵ未満の容量のコンプレッサ用の好ましいラインセットのサイズは、２本または３本の気体冷媒グレード輸送ラインの対応する数と連動して、２本または３本の外径３／８インチ（約９．５ｍｍ）の液体冷媒グレード輸送ラインである。各気体ラインは、液体ラインの外径より２から２．４倍大きな外径を有する。
少なくとも１．４ＢＴＵ／Ｆｔ．Ｈｒ．°Ｆの熱輸送速度を有する地下環境における好ましい構造は、加熱および冷却構造負荷容量のより大きな容量１トン当たり少なくとも１２０フィート（約３７ｍ）の暴露された気体ラインである。地下条件が許容する際、最小数のラインセットが使用されるべきである。しかしながら、例えば、最小数の坑井／ボアホールを妨げる深さで、より大きな洞窟またはくぼみに遭遇した場合、１システムにつきもう一つのさらなる坑井を掘削することができ、これにより、他の坑井／ボアホールの必要な深さを効果的に縮めることができる。すべてにおいて、それぞれの坑井／ボアホール内で、上記で開示した液体および気体ラインサイズを用いる。
３０，０００ＢＴＵ以上で９０，０００ＢＴＵ未満のシステムのコンプレッサ構造負荷に２以上の坑井／ボアホールが必要な場合、主要な液体冷媒輸送ラインは、好ましくは外径１／２インチ（約１．３ｃｍ）の冷媒グレードラインから構成され、主要な気体冷媒輸送ラインは、好ましくは外径７／８インチ（約２．２ｃｍ）の冷媒グレードラインから構成されるべきである。大口径のラインのそれぞれは、それぞれの坑井／ボアホールにつながる小さな外径の液体ラインおよび気体ラインのそれぞれに分岐する。
内部エアハンドラ：内部エアハンドラは当業者には周知であり、主に密閉されたボックス内のフィン付管およびファン（ブロワ）から成る。これにより、戻り内部空気を吹き付け、システムが加熱または冷却モードのどちらで作動しているかに応じて、フィン付冷媒輸送管内を循環する温かいまたは冷たい冷媒により加熱または冷却する。しかしながら、住居用エアハンドラは一般的に、複数列のフィン付（一般的には１インチあたり１２から１４のフィン）の外径３／８インチ（約９．５ｍｍ）の冷媒輸送管を有し、この冷媒輸送管は内部空気の熱交換への冷媒に使用される。その一方で、システム構造の加熱／冷却容量１トンあたり何フィートのフィン付の外径３／８インチ（約９．５ｍｍ）の管を使用するのかという設計において、エアハンドラは実際には均一ではない。本開示のために、システム負荷構造１トンあたり（１トンは１２，０００ＢＴＵに等しく、負荷構造は一般的に、当業者には十分理解されるがＡＣＣＡ Ｍａｎｕａｌ Ｊ等を基準とする）好ましい特定数のリニアフィートが使用される。試験により、ＤＸシステムのシステム負荷構造１トン当たり、外径３／８インチ（約９．５ｍｍ）のフィン付き（１リニアルインチあたり１２から１４のフィン）管の好ましいリニアフィート数は、約７２リニアフィート±１２フィートであることが示された。この好ましいフィン付き管の長さに対して、空気流は好ましくは、加熱モードおよび冷却モードの作動ともにシステム構造容量１トンあたり約４００ＣＦＭであり、冷却モードにおいてはシステム構造容量１トンあたり４５０ＣＦＭ以下であり、加熱モードにおいてはシステム構造容量１トンあたり３５０ＣＦＭ以上であるのが好ましい。
加熱モードの膨張装置：従来の加熱モードの膨張装置は当業者に十分理解されるものであり、一般的には、固定開口部ピンリストリクタ（fixed orifice pin restrictor）（通常は「ピンリストリクタ」と呼ばれる）および自動調節膨張装置（通常は「ＴＸＶ」と呼ばれる）から成る。加熱モードの膨張装置は一般的に、外部熱吸収領域への冷媒の入り口のすぐ前に配置される。これにより気体冷媒を膨張させ、その温度／圧力を低減し、膨張装置が外部空気または地熱源から熱を良好に吸収することができる。
試験により、ＤＸシステムにおいて、加熱モードの膨張装置は加熱モードにおいて通常使用される標準の自動調節膨張装置であるべきではないことが示された。これは、空気熱源または水源ヒートポンプシステムの距離に対して、冷媒が地下ＤＸシステムを移動しなければならない比較的延長した距離が長すぎて、自動調節バルブが最適な設定とするために過度に頻繁に「ハンチング（hunting）」するため、広範囲にわたって変動するおよび頻繁に、非効率なバルブ設定を行ってしまうためである。このため、試験により、固定開口部ピンリストリクタ膨張装置が加熱モードにおいて使用され得ることが示された。固定開口部ピンリストリクタ膨張装置は当業者に十分理解されるものであり、その中心部に特別にサイズ決めされた開口部を有する円頭の弾丸型ピンから成る。このピンは、一般的に、その側部にフィンを有し、加熱モードにおいて中心の開口部を通って流れる冷媒を制限するが、冷却モードにおいては、冷媒が逆方向に移動している際、中心の開口部を通るおよびピンのフィンの周りを回る流れにより、すべての冷媒が流れるのを可能にする特別な筺体内に収容される。これは、加熱モードでは制限されるが、冷却モードでは中心の開口部を通る冷媒流を制限しない収容設備にピンを押し返すためである。
試験により、固定開口部ピンリストリクタ膨張装置が好ましいだけではなく、中心の開口部のサイズは、好ましくは本明細書に記載されたもの±１０％以下のサイズとされるべきであることが示された。地熱交換フィールドへの加熱モードの液体冷媒輸送ラインは一般的には、２本以上のラインに分岐する１本のラインで構成されている。ＤＸシステムにおいて使用される３０，０００ＢＴＵ以下のコンプレッサにつながる単一の液体ライン；３０，０００ＢＴＵを超えるコンプレッサにつながる２本の液体ラインに分岐する単一の液体ライン；８７，０００ＢＴＵのコンプレッサにつながる３本の液体ラインに分岐する単一の液体ラインについて、好ましいピンリストリクタの開口部のサイズが本明細書にインチで示されている。好ましいＤＸシステム構造においては、少なくとも２本の分岐した液体ラインが、好ましくは垂直方向の深い坑井／ボアホール地熱交換システム構造において地熱交換フィールドに向かう。しかしながら、フィールドへの各液体ラインにおいて各ピンリストリクタを有する１本以上液体ラインが使用されるかどうかに関わらず、全て合わされた孔／ボアサイズは、１つのコンプレッササイズあたりの孔／ボアサイズおよび得られる比率についての以下の基準に基づき、任意の特定のシステムにおいて、用いられるのが好ましい固定開口部ピンリストリクタの数で均等に分配されなければならないものである。
＜加熱モードの負荷構造が冷却モードの負荷構造の２／３以下である場合のシステムコンプレッササイズ（ＢＴＵ）当たりの加熱モードのピンリストリクタサイズ（インチ）＞
*単一のラインのＤＸシステム（フィールドへの単一の液体ラインにおいて以下にまとめるサイズの１つのピン）−加熱モード
コンプレッササイズ（ＢＴＵ） ピンリストリクタの開口部のサイズ（インチ）
13,400 0.034
16,000 0.039
18,000 0.041
19,000 0.042
20,000 0.044
20,100 0.044
21,000 0.045
22,000 0.046
23,000 0.048
24,000 0.049
25,000 0.050
26,000 0.051
26,800 0.052
27,000 0.052
28,000 0.053
29,000 0.054
30,000 0.055
*２本のラインのＤＸシステム（２つのピン．．主要な液体ラインが２本の液体冷媒輸送ラインに均等に分岐する場合、フィールドへの２本の液体ラインの各々において、１つのピンは以下にまとめるサイズ）−加熱モード
コンプレッササイズ（ＢＴＵ） ピンリストリクタの開口部のサイズ（インチ）
31,000 0.040
32,000 0.040
33,000 0.040
34,000 0.041
34,170 0.041
35,000 0.041
36,000 0.042
37,000 0.043
38,000 0.043
39,000 0.043
40,000 0.044
41,000 0.044
42,000 0.044
43,000 0.044
44,000 0.045
45,000 0.045
46,000 0.045
47,000 0.046
48,000 0.046
49,000 0.046
50,000 0.047
51,000 0.047
52,000 0.047
53,000 0.047
54,000 0.048
55,000 0.049
56,000 0.049
57,000 0.050
58,000 0.050
59,000 0.050
60,000 0.050
*３本のラインのＤＸシステム（３つのピン．．主要な液体ラインが３本の液体冷媒輸送ラインに均等に分岐する場合、フィールドへの３本の液体ラインの各々において、１つのピンは以下にまとめるサイズ）−加熱モード
コンプレッササイズ（ＢＴＵ） ピンリストリクタの開口部のサイズ（インチ）
87,000 0.048
＜冷却モードの負荷構造が加熱モード負荷構造の２／３以上である場合のシステムコンプレッササイズ（ＢＴＵ）当たりの加熱モードのピンリストリクタサイズ（インチ）＞
*単一のラインのＤＸシステム（フィールドへの単一の液体ラインにおいて以下にまとめるサイズの１つのピン）−加熱モード
コンプレッササイズ（ＢＴＵ） ピンリストリクタの開口部のサイズ（インチ）
13,400 0.031
16,000 0.036
18,000 0.038
19,000 0.039
20,000 0.040
20,100 0.040
21,000 0.042
22,000 0.043
23,000 0.044
24,000 0.045
25,000 0.046
26,000 0.047
26,800 0.048
27,000 0.048
28,000 0.049
29,000 0.050
30,000 0.051
*２本のラインのＤＸシステム（２つのピン．．主要な液体ラインが２本の液体冷媒輸送ラインに均等に分岐する場合、フィールドへの２本の液体ラインの各々において、１つのピンは以下にまとめるサイズ）−加熱モード
コンプレッササイズ（ＢＴＵ） ピンリストリクタの開口部のサイズ（インチ）
31,000 0.036
32,000 0.037
33,000 0.037
34,000 0.038
34,170 0.038
35,000 0.038
36,000 0.038
37,000 0.039
38,000 0.040
39,000 0.040
40,000 0.040
41,000 0.041
42,000 0.041
43,000 0.041
44,000 0.042
45,000 0.042
46,000 0.042
47,000 0.042
48,000 0.042
49,000 0.043
50,000 0.043
51,000 0.043
52,000 0.044
53,000 0.044
54,000 0.044
55,000 0.045
56,000 0.045
57,000 0.045
58,000 0.046
59,000 0.046
60,000 0.046
*３本のラインのＤＸシステム（３つのピン．．主要な液体ラインが３本の液体冷媒輸送ラインに均等に分岐する場合、フィールドへの３本の液体ラインの各々において、１つのピンは以下にまとめるサイズ）−加熱モード
コンプレッササイズ（ＢＴＵ） ピンリストリクタの開口部のサイズ（インチ）
83,000 0.044
ピンサイズに対する上述のコンプレッササイズは明確な比率を提供する。この比率は、ＤＸシステムが加熱モードで作動している際、任意のコンプレッササイズに対する加熱モードのピンリストリクタ膨張装置用の正確な孔／ボアサイズを提供するのに使用され得る。
冷却モードの膨張装置：従来の冷却モードの膨張装置は当業者に十分理解されるものであり、一般的には、固定開口部ピンリストリクタ（通常は「ピンリストリクタ」と呼ばれる）および自動調節膨張装置（通常は「ＴＸＶ」と呼ばれる）のうち１つから成る。冷却モードの膨張装置は一般的に、内部エアハンドラへの冷媒の入り口のすぐ前のほとんど液体の冷媒の輸送ラインに配置される。これにより気体冷媒を膨張させ、その温度／圧力を低減し、膨張装置が内部空気からの余分な熱を良好に吸収することができる。一般的に、変化する状況に自動的に対応するため、自動調節（ＴＸＶ）の冷却モードの膨張装置が好ましい。
しかしながら、ＤＸシステムにおいて、加熱期の終りには、地中が通常より冷たくなり、周期的に氷点下とさえなり、冬の間に内部空気スペースを加熱するのに使用するために循環している冷媒に熱を供給していた。この状況は従来の空気熱源システムにおいては観察されていない。なぜなら、空気熱源ヒートポンプシステムが作動すると、外気は一般的に７０°Ｆ付近またはそれ以上の範囲となるためである。当業者には十分に理解される従来の冷却モードのＴＸＶは、ＴＸＶへ移動する液体冷媒の温度が約４７°Ｆ以下になると効率的に作動するように設計されていない。これは加熱期の終わりや冷却期の初めにおけるＤＸシステム構造において起り得る。このような状況がＤＸシステム構造において起こると、地熱交換フィールドを出てＴＸＶ（内部エアハンドラに入る前）に入る冷媒は約４７°Ｆ以下になり、ＴＸＶは十分に機能しなくなり、システムコンプレッサの吸引ｐｓｉレベルが低すぎるままになり、一般的には５０ｐｓｉ以下となる。
ＤＸシステム用途に独特のこの問題を解決するために、いくつかの方法が本明細書で教示される。一つは冷媒注入を増やすことであり、一般的には１００％増やす。しかしながらこれは、地中を通常および通常より高い温度に戻すために十分な熱を地中へ排熱することにより通常のシステムの地下作動温度に到達すると、人が追加の冷媒を除去する必要があり、このため好ましい解決手段／方法ではない。
他のおよび好ましい方法は、十分な追加の冷媒流を有してＴＸＶにバイパスを付けることにより作動コンプレッサの吸引ｐｓｉを５０以上に高めることができるが、追加の冷媒流が不十分であるとピークの冷却負荷条件下で近くのＴＸＶの作動に支障を来す。さらなる試験により、これは懸案事項を満足に解決する１つの好ましい手段であり、ＴＸＶ自体を周回する液体冷媒輸送ライン（一般的には３／８インチ（約９．５ｍｍ）の外径サイズ）を追加することを含むＴＸＶバイパス手段を設けることによって達成されることが示された。このＴＸＶバイパス手段は、追加のＴＸＶバイパスライン内に配置される特定の好ましいサイズの固定開口部ピンリストリクタおよび追加のＴＸＶバイパスライン内に設置される圧力自動調節バルブの少なくとも１つを有する。あるいは、小径の孔／通路（一般的には排出ポートとよばれる）を好ましいサイズのＴＸＶ自体内に設け、同様の好ましい手段を達成することができる。ＴＸＶ内の排出ポートは当業者により十分に理解さるものであり、図面により以後説明しない。しかしながら、冷却モードでのシステム作動中、地中が異常に冷たい場合、このような排出ポートの好ましいサイズは、このようなＤＸシステム用途においてこれまで知られていない。
固定開口部ピンリストリクタがＴＸＶバイパスラインで使用される場合、またはＴＸＶ自体に排出ポートを設けることによる場合、このピンまたはＴＸＶ排出ポート内の孔／ボア（開口部）のサイズは好ましいサイズのものでなければならない。そうでなければ、吸引圧力が５０ｐｓｉ以下である場合、不十分な追加の冷媒がＴＸＶに補給されてしまい、または多すぎる冷媒がＴＸＶに補給されてしまう。これにより、いくらかの継続的な冷却モードの作動期間の間、地中に余分な熱が排熱されることにより、通常の地下温度が回復し、またはそれを超えた時に、従来のＴＸＶの作動を阻害してしまう。
さらなる試験により、エアハンドラ内のＴＸＶ膨張装置にバイパスを付けたピンリストリクタ膨張装置内、またはエアハンドラにつながるＴＸＶにおけるＴＸＶ排出ポートの孔／ボア（開口部）の好ましいサイズは、冷却モードにおいて、以下の構造の等価物±１０％の通りであることが示された。
実際のコンプレッササイズ（ＢＴＵ） ＴＸＶ冷媒流補給（バイパス）手段用の
内部孔／ボア（開口部）サイズとしても
知られるピンサイズ（インチ）
16,000 BTU 0.044
21,000 BTU 0.050
25,000 BTU 0.055
29,000 BTU 0.059
32,000 BTU 0.062
38,000 BTU 0.065
44,000 BTU 0.070
51,000 BTU 0.076
54,000 BTU 0.078
57,000 BTU 0.081
ピンサイズに対する上述のコンプレッササイズは、ＤＸシステムが冷却モードで作動している際、任意のコンプレッササイズに対するＴＸＶ冷媒流補給／バイパス手段用の正確な孔／ボア（開口部）のサイズを提供するために使用され得る比率を提供する。
ＴＸＶバイパスライン内のピンリストリクタの代わりに、および排出ポートを有するＴＸＶの代わりに、圧力制御バルブがＴＸＶバイパスラインにおいて使用され得る。ここで圧力制御バルブは、コンプレッサの吸引圧力が、バルブが自動的に閉鎖する点である８０ｐｓｉ±２０ｐｓｉに到達するまで、バルブに十分な冷媒流を流すことを可能にするサイズとする。システムはこれにより冷媒ＴＸＶバイパス流が全くなくても十分に機能することができる。
圧力制御バルブは当業者に十分に理解されるものであるが、このような固有の目的のためのＤＸシステム構造に以前は使用されていなかった。優先的な冷却モードの作動およびより早い吸引圧力の増加が好ましい場合に、ＴＸＶバイパスラインにおける圧力制御バルブの使用が好ましい。また一方で、できる限り構成要素のコストを下げることが好ましい場合には、固定開口部ピンリストリクタの使用が好ましい。
気体ラインの予熱器：任意のヒートポンプシステムにおいて、加熱モードにおいてシステムの内部エアハンドラから出るほとんど液体の冷媒の輸送ラインは、一般的には７０後半から９０前半°Ｆの温度範囲の温かい冷媒で満たされる。外部熱交換手段（加熱モードにおけるエバポレータ）に入る前に、この温かい、ほとんど液体の冷媒流体が加熱モードの膨張装置を通って送られる。これにより温度／圧力を低減し、この時冷たい冷媒が、外部環境から、通常のより温かい熱を自然に吸収することができる。しかしながら、空気熱源システムにおいては、外部空気との熱交換のために送られる冷媒流体が氷点下以下になると、大気中の水分は、一般的にフィン付きの外部冷媒輸送管に付着し、凍り、結果として氷ができあがってしまう。この氷が目的の空気流をフィン付き管において遮断してしまう。氷が目的の空気流を遮断すると、高価な「霜取り」サイクル作業が必要とされる。これは本質的にヒートポンプの作動モードを冷却モードに変化させ、外部管に高温冷媒を送り、氷を溶かすものである。また、冬の冷却作動モードにより、内部空気から除去される熱が、高価な電気抵抗熱または危険を伴う化石燃料熱などの補給熱と取って代わられなければならない。このように空気熱源システムにおいて、エアハンドラに残る温かい、ほとんど液体の冷媒の熱レベルを、この冷媒が加熱モードの膨張装置に入る前に、低減することが必ずしも好都合ではない。これは、膨張への温度を下げることが、加熱モードの膨張装置を出る冷媒流の温度を潜在的に下げることとなり得、これにより霜取りサイクル動作の懸案事項を増やしてしまうためだ。
しかしながら、ＤＸシステムにおいては、外部空気中の水分に暴露されるフィン付き管がないため、霜取りサイクルに関する懸念がない。このようにＤＸシステムにおいて、試験により、冷媒が加熱モードの膨張装置（好ましくは、上記で説明されたような固定開口部ピンリストリクタ膨張装置）に入る前に、温かい液体冷媒ラインにおいて熱を利用することが好都合であることが示されている。これにより冷媒がシステムのコンプレッサに到達する前に、地下地熱交換フィールド（気体ラインから出るこのフィールドは、一般的に３５°Ｆから６０°Ｆのみの範囲である）から出る気体ラインに余分な熱を自然に提供することができ、あらゆるさらなる作動エネルギー要求／電力消費がすべて必要ない。このようなコンプレッサの気体吸引ラインの予熱手段は、内部エアハンドラにより、より温かくより快適な内部供給空気を提供する。またこのようなコンプレッサ気体吸引ラインの予熱手段は、（ａ）膨張装置のエアハンドラ／予熱器側への冷媒温度／圧力が、フィールド側への冷媒温度／圧力よりさらに高いため、加熱モードの膨張装置を出る冷媒の温度に影響を与えない、および（ｂ）膨張装置に入る、並びに膨張装置から出る冷媒温度を下げることにより、冷たい冷媒と地中との温度差を高め、これにより良好な地熱移動を提供し、システム全体の加熱モードの作動効率を高めることができる、ことの少なくとも一つを提供する。
ＤＸシステムの上述の吸引気体ライン予熱器は加熱モードで作動し、冷媒流が加熱モードの膨張装置に到達する前の場所における、システムの内部エアハンドラから出る温かい、ほとんど液体の冷媒の輸送ラインと、地熱交換手段から出る冷媒流がシステムのコンプレッサに入る前の、地熱交換手段から出る気体冷媒輸送ラインとの間に位置する熱交換器から構成される。この気体ライン予熱器は、バイパスが付けられ、冷却モードでは使用されない。
このような熱交換器は、例えば、管などの断熱された収容容器内に配置されている温かい液体ライン（好ましくはこの特定の予熱器の位置ではフィン付である）から成る。このような熱交換器は、エアハンドラ（加熱モードの膨張装置の前）から出る液体冷媒内の温かい熱を、システムのコンプレッサへの途中で地中から出る冷たい気体に移動させ、冷たいところへ自然に流れる熱を介して自然な熱交換をもたらす。この収容容器は、好ましくは液体で満たされており、収容容器内の液体ラインと気体ラインそれぞれのセグメント間の熱移動を高めることができる。液体輸送ラインおよび気体輸送ラインのそれぞれはまた、直接互いに覆われ、例えば、対象の熱輸送を提供する他の手段として断熱することもできる。
低温の空気熱源ヒートポンプシステムにおける内部エアハンドラから出る冷媒中の熱を使用することが知られているが、このような熱の使用は第二のシステムコンプレッサによって為され、これはさらなるシステムの電力消費を必要とする。さらなる第二のコンプレッサは、より温かい内部空気を提供するが、システム全体の作業効率レベルを低減する。これは、できる限り高い作動効率が常に主な懸案事項であるＤＸシステム用途においては非生産的である。
冷却モードでは、非生産的であるため対象の熱交換手段は使用されない。代わりに冷媒管およびチェックバルブを介してバイパス等が付けられる。このため、予熱器アセンブリにつながる気体ラインは加熱モードにて解放する第一のチェックバルブおよび加熱モードにて閉鎖する第二のチェックバルブを有するのが好ましい。これにより加熱モードにおいて液体冷媒が予熱器／ボックスを通るようにせしめることができる。冷却モードにおいては、第一のチェックバルブが閉鎖され、第二のチェックバルブが開放され、ボックスに液体冷媒が入らないようにし、およびシステムのコンプレッサから出る高温ガス／気体ラインからエアハンドラに（冷却モードにて）移動する冷たい液体ラインへ、望ましくないさらなる熱を提供するのを避けることができる。
図面は現在好ましいとされる本開示の実施形態を示す。しかしながら、本開示は示される正確な配置および手段に限定されるものではないことを理解されたい。
垂直方向の坑井／ボアホール内に位置する地熱交換管を有し、好ましい多数の構成要素の構造を有する作動ＤＸシステムの側面図である。
ＴＸＶバイパスラインにピンリストリクタを有し、冷却モードにおいて内部エアハンドラにつながるＴＸＶの側面図である。
ピンリストリクタの側面図である。
気体ライン予熱器の側面図である。
以下の詳細な説明は特許請求された対象物を実現するための現在考えられる最善の様式である。この説明は限定を意図するものではなく、本開示の概略の原理を示すことのみを目的として記載されている。本開示の様々な特徴および利点は、添付の図面とともに記載される以下の詳細な説明を参照してより容易に理解される。
ここで図面を詳細に参照する。図面においては、同様の番号は同様の部品および要素を示す。図１（一定の比率で縮尺されて描かれていない）は冷却モードで作動しているＤＸヒートポンプシステムの側面図を示す。このシステムは、コンプレッサ１を含み、コンプレッサ１はオイルセパレータ３へコンプレッサ１から移動する高温ガス気体冷媒（冷媒の流れの方向を示す矢印２以外は図示せず）を有する。コンプレッサ１は、最大で計算した加熱／冷却負荷量（ＢＴＵ）の８０％から９５％のＢＴＵの作動容量を有して設計される。冷媒は、好ましいＲ−４１０Ａなどの、Ｒ−２２の作動圧力より少なくとも２５％大きい冷媒であるのが好ましい。Ｒ−２２より少なくとも２５％大きい圧力で作動する場合、すべての他のシステム構成要素は、従来のＲ−２２システム構成要素の使用荷重構造より少なくとも２５％より大きい使用荷重構造設計を有さなければならない。冷媒は次に切換バルブ４（これは冷媒の流れ方向を、ここで示される冷却モードから、ここでは示されないが、当業者には十分理解される加熱モードに変化させる）を通って、地下地熱交換器の大口径の気体冷媒輸送ライン５に流れる。ここでは坑井／ボアホール８内に位置する好ましい垂直方向の気体冷媒輸送ライン５として示される。そして、冷媒は冷媒管カップリング２２を通って、同じ坑井／ボアホール８（一定の比率で縮尺されて描かれていない）内の地表７下にも延在している小径の液体冷媒輸送ライン６に流れる。ここで、この時ほとんど液化した冷媒流体は坑井／ボアホール８から出て移動する。冷媒輸送ラインは、熱輸送が望ましくない全ての領域が断熱されていてよい。このような断熱は、本明細書では示されていないが十分理解されるものである。
ＤＸシステムにおける、特に坑井／ボアホール８地熱交換システム構造における大口径の気体冷媒輸送ライン５の好ましいサイズや数および小径の液体冷媒輸送ライン６の好ましいサイズや数は、実際のシステムコンプレッサ１のサイズに依存し、上述の発明の開示における「液体ラインおよび気体ラインのサイズ」においてより十分に説明されている。坑井／ボアホール８構造において地熱輸送に使用される、システム構造容量１トン当たりの暴露された地下の気体冷媒輸送ライン５の好ましい全長もまた、上述の発明の開示における「液体ラインおよび気体ラインのサイズ」に記載されている。
説明したように比較的低い地下温度によりほとんど液体状に凝結された冷媒は、次に坑井／ボアホール８を出て、加熱モードのピンリストリクタ膨張装置９を通って加熱モードにおけるシステム作動の方向とは逆の方向に移動する。当業者には十分理解されるであろうが、ピンリストリクタ膨張装置９においては、冷却モードの流れ方向の冷媒流（本明細書では示されていない加熱モードの流れ方向とは反対の流れ方向である）は実質的に制限されていない。冷媒は次にレシーバ１０に流れる。冷却モードで作動している時、レシーバ１０は好ましくはその内容物のすべて、またはほとんどすべてを放出するように設計される。ここで冷媒流はレシーバ１０の底部１４から自然に流出する。しかし、レシーバ１０は最大の潜在的負荷除去量が好ましい場合、好ましい垂直方向の地熱輸送構造における地表７下の地熱輸送フィールドにおける大口径の気体冷媒輸送ライン５の暴露された熱輸送部分の最大に可能な液体含量の１６％を含有するように設計されるのが好ましく（一定の比率で縮尺されて描かれていない）、最大の作動効率が好ましい場合、その８％を含有するように設計されるのが好ましい。地表７下の、気体冷媒輸送ライン５（ここでは１本の気体冷媒輸送ライン５として示されているが、２本以上の気体冷媒輸送ライン５から成る可能性がある（複数の地下地熱交換気体ラインは、ここでは図示されていないが、これは複数の坑井または他の地熱交換ループにおける、複数の気体ラインおよび液体ラインに分岐する唯一のコンプレッサ１により提供される冷媒流を有する複合ＤＸシステム構造は、当業者には十分理解されるためである））の暴露された熱輸送部分は、地表７下であり、坑井／ボアホール８の基部４４付近の小径の液体冷媒輸送ライン６とのカップリング２２より上の気体冷媒輸送ライン５の部分である。
コンプレッサ１は、最大で計算した対象の加熱／冷却トン負荷量（ＢＴＵ）に対する従来のコンプレッサのＢＴＵ作動構造サイズの８０％から９５％の作動容量を提供するように設計される。コンプレッサ１は高圧遮断スイッチ２０を有する。高圧遮断スイッチ２０は、コンプレッサ１にワイヤ接続２１されており、これにより、もし高温ガス上部圧力が５００ｐｓｉ±２５ｐｓｉに到達すると、コンプレッサ１への電力が自動的に止まる。コンプレッサ１の高圧遮断スイッチ２０は当業者に十分理解される。しかしながら、Ｒ−４１０Ａシステムなどの、Ｒ−２２システムより高い圧力で作動するシステムでは、例えば、高圧遮断スイッチ（本明細書では２０として例示される）は、一般的には６００ｐｓｉ以上の範囲で遮断するよう設定される。
コンプレッサ１から出る高圧高温冷媒ガスは、冷媒と自然に混ざり合ういくらかのコンプレッサの潤滑油とともにオイルセパレータ３に移動する。この潤滑油はコンプレッサ１に戻る必要があり、さもないとコンプレッサ１は結果としてオーバーヒートしてしまう。オイルセパレータ３は、０．３ミクロンまでフィルタリングすることができるフィルター１１を有し、９８％を上回る効率であるのが好ましい。点検窓１２がオイルセパレータ３に配置されており、これにより（システムが作動していない時）人がオイルセパレータ３内のオイルレベル１３の適性を周期的に観察することができる。そしてオイルレベル１３はフィルター１１の底部１４の下に１／２インチ（約１．３ｃｍ）（一定の比率で縮尺されて描かれていない）確保するのが好ましい（このレベルでのオイル量により、オイルセパレータに加えられるべきオイルの正しい追加量を設定する）。システムが作動していた場合、下向きの「シーシング（sheathing）」オイル流のみしか明らかでないため、オイルセパレータ３内のオイルレベル１３は明らかとならない（本明細書では図示せず）。
さらに、オイルセパレータ３からのオイル戻りライン１５は、（コンプレッサ１に直接ではなく）アキュムレータ１７への吸引ライン１６へ移動するものとしてここで図示されている。アキュムレータ１７は、Ｕ字部１８を有し、その内部でＵ字部１８の底部に小径の孔（または開口部）１９有する。この孔１９を通って、オイルはコンプレッサ１の吸引動作（これは当業者により十分理解される）によりいくらかの液体冷媒とともにコンプレッサ１に引き戻される。アキュムレータ１７内の、初めの、さらに加えられた、追加のオイルレベル１３が提供され、Ｕ字部１８における孔１９の上１／１６インチ（約１．６ｍｍ）から１／４インチ（約６．４ｍｍ）で示されている（一定の比率で縮尺されて描かれていない）。このさらなる追加のオイル量は、たとえいくらかのわずかなオイル量が加熱モード（図示せず）における地下の小径の液体冷媒輸送ライン６に出てしまっても、コンプレッサ１に常に十分なオイルがあることを保証するためのセーフガードである。このように出ていったいくらかのオイルは、システムがここで図示されるような冷却モードで作動するまで、コンプレッサ１には全く戻ってこない。これは、オイルは、深い坑井のＤＸシステム用途から、気体冷媒とではなく液体冷媒と混ざり合って戻るためである。
説明したように、ここで示されたような冷却モードでは、地表７下に位置する大口径の気体冷媒輸送ライン５および小径の液体冷媒輸送ライン６から構成される地熱交換ラインセットを出た後、そして加熱モードのピンリストリクタ９を通っておよび／または加熱モードのピンリストリクタ９を回って出た後、冷媒は次にレシーバ１０に流れる。レシーバ１０から、冷媒は、自動調節膨張装置（通常はＴＸＶと呼ばれる）としてここで示される冷却モードの膨張装置２３に流れる。ＴＸＶの冷却モードの膨張装置２３はＴＸＶのバイパスライン２５における圧力制御バルブ２４を有してここに示される。圧力制御バルブ２４は当業者により十分理解されるものであり、所定の冷媒圧力の変化で開閉することにより、冷媒が流れることができるように、または流れることができないようにする。
上述のように、従来のＴＸＶを回るまたは通るさらなる冷媒流が流れることのできる冷媒流バイパス手段が、地中が異常に冷たい時に、ＤＸシステムにおいて冷却システムの初めに必要とされる。ここで、そのような圧力制御バルブ２４のバイパス手段は、好ましくは、システムのコンプレッサ１のｐｓｉ吸引圧力が、特定の好ましい構造に対して少なくとも８０ｐｓｉ±２０ｐｓｉに到達するまで、バイパスライン２５および圧力制御バルブ２４をすべての冷媒流が流れるのを可能にするバルブから構成されるべきである。８０ｐｓｉ±２０ｐｓｉに到達する点で、バルブは自動的に閉鎖し、膨張装置（ＴＸＶ）２３の作動機能をこの後妨げないようにする。ここでは、圧力制御バルブ２４は開放位置で示されており、地下地熱交換環境が異常に冷たい場合に、冷却モードにおいて作動しているＤＸシステムをシミュレートする。
ＴＸＶのバイパスライン２５においてここで示される圧力制御バルブ２４の代替例として、ＴＸＶのバイパスライン２５において、ピンリストリクタ９のサイズが、ピンリストリクタ９について本明細書で説明されるサイズ構造に従う限り、第二のピンリストリクタ（図１には示されないが、小径の液体冷媒輸送ライン６に描かれている第一のピンリストリクタ９に類似する）を圧力制御バルブ２４の代わりに使用することができる。第二のピンリストリクタは図２に示す。
対象のＤＸシステム構造を通る冷媒の流れが完了するには、冷媒は膨張装置（ＴＸＶ）２３を出て、内部エアハンドラ４５を通って流れる。内部エアハンドラ４５は、ここで示されるようにフィン付冷媒輸送管２６およびファン２７で構成されている。これらのフィン付冷媒輸送（熱交換）管２６およびファン２７（一般的には、内部エアハンドラ内ではブロワと呼ばれる）を含んだ内部エアハンドラ４５は、当業者には十分理解される。最後に、冷媒は、切換バルブ４を通って移動しアキュムレータ１７へ流れ、コンプレッサ１に戻る。このプロセスが繰り返される。
内部エアハンドラ４５のフィン付冷媒輸送管２６は、加熱モードにおける３５０から４００ＣＦＭの気流および、冷却モードにおける４００から４５０ＣＦＭの気流と関連して、システム負荷構造の１トンあたり、約７２リニアフィート±１２リニアフィートの外径３／８インチ（約９．５ｍｍ）のフィン付管（ここで１リニアルインチあたり１２から１４のフィンを有する）を含有する。このような気流はファン２７によってもたらされる。
図２は、冷却モードにおいて内部エアハンドラ２９（内部エアハンドラは当業者により十分に理解される）に冷媒流体（矢印２によって示される流れ方向以外図示せず）を輸送する小径の液体冷媒輸送ライン６における膨張装置（ＴＸＶ）２３の側面図である。図示されるように冷却モードのピンリストリクタ２８は膨張装置（ＴＸＶ）２３の周りを移動する膨張装置（ＴＸＶ）２３のバイパスライン２５に位置している。冷却モードのピンリストリクタ２８は、当業者に十分理解される筺体容器３７内に位置している。冷却モードのピンリストリクタ２８は、好ましいデザインの冷媒流のみ冷却モードにおけるピンリストリクタ２８を通過させる小径の孔／ボア（開口部）３２を有する。これにより地下地熱交換環境が通常より冷たい場合、冷却モードにおいてエアハンドラ２９に十分の冷媒を供給することができるが、地下環境が通常温度または、通常より高い温度に達した場合、膨張装置（ＴＸＶ）２３の作動を阻害してしまうほど多くの冷媒流を供給しないようにする。膨張装置（ＴＸＶ）２３は、冷却モードにおいてエアハンドラ２９から出る大口径の気体冷媒輸送ライン５に取り付けられた標準圧力感知ライン３０および標準温度センサ３１を有する。
ピンリストリクタ２８が膨張装置（ＴＸＶ）２３のバイパスライン２５内に位置し、膨張装置（ＴＸＶ）２３のバイパス手段として使用される場合、好ましい量の冷媒のみが冷却モードにおける孔／ボア３２を通ることを可能にするような、冷却モードのピンリストリクタ２８の小径の孔／ボア（開口部）３２の好ましいサイズは、上述の発明の開示における「冷却モードの膨張装置」の説明に記載されている。
ここでは示されていないが、膨張装置（ＴＸＶ）２３の排出ポート（図示せず）は、膨張装置（ＴＸＶ）２３のバイパスライン２５における冷却モードのピンリストリクタ２８の代わりに、および代替として使用され得る。膨張装置（ＴＸＶ）２３の排出ポート（図示せず）は、当業者により十分理解される。追加の冷媒流を供給する排出ポート（図示せず）の開口部のサイズは、冷却モードのピンリストリクタ２８がＴＸＶ（冷却モードの膨張装置２３）の冷媒流バイパス手段として使用される場合の冷却モードのピンリストリクタ２８における小径の孔／ボア３２によって供給される冷媒流と同じ追加の冷媒流と同等となるサイズであり得る。膨張装置（ＴＸＶ）２３の排出ポートを使用する場合、バイパスライン２５は不要である。
図３は一般的なピンリストリクタ３３のより詳細な側面図である。このピンリストリクタ３３は中心に小径の孔／ボア（開口部）３２を有し、フィン３４および後部チップ３５を有する。これにより、意図されるモードと逆のモードにおいてピンリストリクタ３３を通っておよび回って冷媒がほとんど遮断されずに流れることができる。図示するように、ピンリストリクタ３３は、冷媒の流れ方向に向かって突出するピンリストリクタ３３の突出部３６を有する。
ピンリストリクタ３３が、加熱モードの膨張装置およびＴＸＶのバイパス手段の一方として使用される場合、ピンリストリクタ３３の丸い突出部３６は収容部前方に密に嵌合し（ここでは図示されないがピンリストリクタ３３の収容容器は当業者に十分理解される）、冷媒流を、小径の孔／ボア（開口部）３２を通ることができる、好ましい測定された量のみに制限する。
ピンリストリクタが加熱モードにおける膨張装置として使用される場合、小径の孔／ボア（開口部）３２のサイズ±１０％は、好ましくはＤＸシステムの実際のコンプレッサ（ここでは図示されないが、図１に示される）のＢＴＵサイズに適合するよう設計するべきである。より詳細には、上述の発明の開示における「加熱モードの膨張装置」の説明に記載されている。
ピンリストリクタ３３がＴＸＶ（ここでは図示されないが、上記図２に示される）のバイパス手段として使用される場合、小径の孔／ボア（開口部）３２のサイズ±１０％は、好ましくはＤＸシステムの実際のコンプレッサ（ここでは図示されないが、図１に示される）のＢＴＵサイズに適合するよう設計するべきである。より詳細には、上述の発明の開示における「冷却モードの膨張装置」の説明に記載されている。
図４は気体ライン予熱器３８の側面図である。ここで図示するように、加熱モードで作動しているＤＸシステムの地下地熱交換手段から送られる、入ってくる温まった気体冷媒は、大口径の気体冷媒輸送ライン５内を移動する。気体冷媒輸送ライン５は気体ライン予熱器３８に入る。ここで、予熱器３８はフィールドサイド４２からのボックス３９（任意の収容手段が利用可能である）として図示されている。ボックス３９は少なくとも１本のフィン３４付きの小径の液体冷媒輸送ライン６を含む。ここで図示されるように、フィン３４付きの液体冷媒輸送ライン６はボックス３９内にあるが、ボックス３９内の液体冷媒輸送ライン６は板状冷媒輸送熱交換器などで代替し得る。
フィン３４付きの液体冷媒輸送ライン６内の冷媒流は、加熱モードにおいてＤＸシステムの内部エアハンドラ（図１）サイド４３から来る。フィン３４付きの液体冷媒輸送ライン６内の冷媒流がボックス３９を出ると、冷媒流は次に加熱モードの膨張装置９へ移動するのが好ましい。フィールドサイド４２からの気体冷媒輸送ライン５からボックス３９内に入った冷媒流が、ボックス３９を出ると、冷媒流は次にＤＸシステムの切換バルブ（図１）を通ってＤＸシステムのアキュムレータへ移動するのが好ましい。これにより入ってくる温かい気体冷媒をコンプレッサに供給するため、より温かい気体冷媒を、温かい供給空気用の内部エアハンドラに供給することができる。
同時に、加熱モードにおいて、エアハンドラ（図示せず）から出る液体冷媒輸送ライン６内の温かい冷媒から熱を除去して、ボックス３９を通って移動し、（熱が自然に冷たいところに移動する自然熱輸送により）気体冷媒輸送ライン５内のフィールドサイド４２からボックス３９に入るより冷たい冷媒に熱を輸送した後で、加熱モードにおいて、気体冷媒がコンプレッサ（図示せず）に入る前に、液体冷媒輸送ライン６内の冷媒は、次に加熱モードの膨張装置９に流れるのが好ましい。膨張装置９において、この時点で、冷媒は通常より冷たい。これにより冷媒と自然の地下地熱温度間でより大きな温度差が生じ、自然の熱利得性を改善することができる。
ここで図示されるように、予熱器３８のアセンブリにつながる気体冷媒輸送ライン５は、加熱モードで閉鎖している第一のチェックバルブ４０および、加熱モードで開放している第二のチェックバルブ４１を有する。これにより加熱モードでは液体冷媒が予熱器３８のボックス３９を通るようにせしめることができる。冷却モードにおいては、第一のチェックバルブ４０が開放し、第二のチェックバルブ４１が閉鎖して、液体冷媒がボックス３９に入らないようにし、加熱モードにおける望ましくないさらなる熱を阻む。
特定の実施形態のみを記載したが、代替例や変更例が、当業者には上記説明より明らかとなるであろう。これらのおよび他の代替例は等価であり、本開示および添付の特許請求の範囲の精神および範囲内であると見なされる。
１ コンプレッサ
３ オイルセパレータ
５ 気体冷媒輸送ライン
６ 液体冷媒輸送ライン
９ 加熱モードのピンリストリクタ膨張装置
１０ レシーバ
１１ フィルター
１２ 点検窓
１６ 吸引ライン
１７ アキュムレータ
１９ 孔（オイル戻り開口部）
２０ 高圧遮断スイッチ
２３ 冷却モードの膨張装置（ＴＸＶ）
２４ 圧力制御バルブ
２５ バイパスライン
２８ ピンリストリクタ
２９ 内部エアハンドラ
３３ ピンリストリクタ
３８ 気体ライン予熱器
４５ 内部エアハンドラ
米国特許第５，６２３，９８６号明細書 米国特許第５，８１６，３１４号明細書 米国特許第５，９４６，９２８号明細書 米国特許第６，６１５，６０１号明細書

Claims (19)

  1. 直接交換式地熱加熱／冷却システムであって、
    地熱交換フィールドと、
    液体冷媒輸送ラインおよび気体冷媒輸送ラインを含む冷媒輸送ラインと、
    最大加熱／冷却負荷の８０％から９５％のサイズのコンプレッサと
    膨張装置と、
    熱交換器と、
    約０．３ミクロン以下の粒子サイズを分離し、少なくとも約９８％の効率をもたらすように構成されたフィルターを有するオイルセパレータと、
    Ｒ−２２より少なくとも２５％大きい作動圧力を有する冷媒と、
    コンプレッサに作動可能に接続され、システムの動作圧力が約５００ｐｓｉ±約２５ｐｓｉに到達したらコンプレッサを遮断するように構成された高圧遮断スイッチとを備え、
    システムの各構成要素はＲ−２２の冷媒システムにおける構成要素の使用荷重強度より少なくとも２５％大きい使用荷重強度を有する直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  2. フィルターの底部の下１／２インチ（約１．３ｃｍ）±１／４インチ（約６．４ｍｍ）のレベルまで、追加オイルがオイルセパレータに配置された、請求項１に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  3. オイルセパレータがさらに、オイルセパレータのオイル充填レベルを観察するための点検窓を含む、請求項２に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  4. コンプレッサに流体連結している吸引ラインに配置されるアキュムレータをさらに備え、アキュムレータがＵ字部およびＵ字部の基部に配置されるオイル戻り開口部を含み、オイル戻り開口部の上１／１６インチ（約１．６ｍｍ）から１／４インチ（約６．４ｍｍ）のレベルまでアキュムレータに追加オイルが配置された、請求項１に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  5. 冷媒はＲ−４１０Ａを含む、請求項１に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  6. エアハンドラおよび、エアハンドラと膨張装置の間の液体冷媒輸送ラインに配置されたレシーバ、レシーバの上方部から出る加熱モードの液体冷媒輸送ラインおよびレシーバの下方部から出る冷却モードの液体冷媒輸送ラインをさらに備える、請求項１に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  7. 加熱モードの液体冷媒輸送ラインと冷却モードの液体冷媒輸送ラインの間のレシーバの内部空間が、最大潜在負荷除去量のために地熱交換フィールドにおける気体冷媒輸送ラインの暴露された熱輸送部分の最大に可能な液体含有量の１６％±２％を含有するようにサイズ決めされる、請求項６に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  8. 加熱モードの液体冷媒輸送ラインと冷却モードの液体冷媒輸送ラインの間のレシーバの内部空間が、最大の作業効率のために地熱交換フィールドにおける気体冷媒輸送ラインの暴露された熱輸送部分の最大に可能な液体含有量の８％±２％を含有するようにサイズ決めされる、請求項６に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  9. ３０，０００ＢＴＵ以下の容量のコンプレッサ用のラインセットのサイズ構造は、少なくとも１本および２本以下の気体冷媒グレード輸送ラインの対応する数と連動して、少なくとも１本および２本以下の外径３／８インチ（約９．５ｍｍ）の液体冷媒グレード輸送ラインを備え、各気体ラインは液体ラインの外径より２から２．４倍大きな外径を有する、請求項１に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  10. 地熱交換フィールドは、少なくとも１．４ＢＴＵ／Ｆｔ．Ｈｒ．°Ｆの熱輸送速度を有し、システムがさらに、加熱および冷却構造負荷容量のより大きな容量の１トン当たり少なくとも１２０フィート（約３７ｍ）の暴露された気体ラインを備える、請求項９に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  11. ３０，０００ＢＴＵ以上の容量であり、９０，０００ＢＴＵ未満の容量のコンプレッサ用のラインセットのサイズ構造は、少なくとも２本および３本以下の気体冷媒グレード輸送ラインの対応する数と連動して、少なくとも２本および３本以下の外径３／８インチ（約９．５ｍｍ）の液体冷媒グレード輸送ラインを含み、各気体ラインは液体ラインの外径より２から２．４倍大きな外径を有する、請求項１に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  12. 地熱交換フィールドは、少なくとも１．４ＢＴＵ／Ｆｔ．Ｈｒ．°Ｆの熱輸送速度を有し、システムがさらに、加熱および冷却構造負荷容量のより大きな容量の１トン当たり少なくとも１２０フィート（約３７ｍ）の暴露された気体ラインを備える、請求項１１に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  13. 少なくとも２つおよび３つ以下の坑井／ボアホールが設けられ、液体冷媒輸送ラインが主要なラインおよび分岐したラインを含み、気体冷媒ラインが主要なラインおよび分岐したラインを含み、３０，０００ＢＴＵ以上で９０，０００ＢＴＵ未満のシステムコンプレッサ構造負荷においては、主要な液体冷媒輸送ラインは外径１／２インチ（約１．３ｃｍ）の冷媒グレードラインから構成され、主要な気体冷媒輸送ラインは外径７／８（約２．２ｃｍ）インチの冷媒グレードラインから構成され、分岐した液体冷媒輸送ラインは外径３／８インチ（約９．５ｍｍ）の冷媒グレードラインから構成され、分岐した気体冷媒輸送ラインは外径３／４インチ（約１．９ｃｍ）の冷媒グレードラインから構成される、請求項１に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  14. ７２リニアフィート±１２リニアフィートの外径３／８インチ（約９．５ｍｍ）のフィン付管を含有する内部エアハンドラをさらに備え、システム負荷構造１トンあたり１２から１４のフィンを有し、内部エアハンドラがさらに、加熱モードで３５０から４００ＣＦＭ、冷却モードで４００から４５０ＣＦＭの空気流を生成するようにサイズ決めされている、請求項１に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  15. ピンリストリクタ膨張装置をさらに備え、ピンリストリクタ膨張装置は以下に記載のコンプレッササイズ±１０％に従ってサイズ決めされ、ピンリストリクタ膨張装置のサイズはインチで提供され、コンプレッササイズはＢＴＵで提供される、請求項１に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム：
    ＜加熱モードの負荷が冷却モードの負荷の２／３以下である場合＞
    *単一のラインのＤＸシステム（フィールドへの単一の液体ラインにおいて以下にまとめるサイズの１つのピン）−加熱モード
    コンプレッササイズ（ＢＴＵ） ピンリストリクタの開口部のサイズ（インチ）
    13,400 0.034
    16,000 0.039
    18,000 0.041
    19,000 0.042
    20,000 0.044
    20,100 0.044
    21,000 0.045
    22,000 0.046
    23,000 0.048
    24,000 0.049
    25,000 0.050
    26,000 0.051
    26,800 0.052
    27,000 0.052
    28,000 0.053
    29,000 0.054
    30,000 0.055
    *２本のラインのＤＸシステム（２つのピン．．主要な液体ラインが２本の液体冷媒輸送ラインに均等に分岐する場合、フィールドへの２本の液体ラインの各々において、１つのピンは以下にまとめるサイズ）−加熱モード
    コンプレッササイズ（ＢＴＵ） ピンリストリクタの開口部のサイズ（インチ）
    31,000 0.040
    32,000 0.040
    33,000 0.040
    34,000 0.041
    34,170 0.041
    35,000 0.041
    36,000 0.042
    37,000 0.043
    38,000 0.043
    39,000 0.043
    40,000 0.044
    41,000 0.044
    42,000 0.044
    43,000 0.044
    44,000 0.045
    45,000 0.045
    46,000 0.045
    47,000 0.046
    48,000 0.046
    49,000 0.046
    50,000 0.047
    51,000 0.047
    52,000 0.047
    53,000 0.047
    54,000 0.048
    55,000 0.049
    56,000 0.049
    57,000 0.050
    58,000 0.050
    59,000 0.050
    60,000 0.050
    *３本のラインのＤＸシステム（３つのピン．．主要な液体ラインが３本の液体冷媒輸送ラインに均等に分岐する場合、フィールドへの３本の液体ラインの各々において、１つのピンは以下にまとめるサイズ）−加熱モード
    コンプレッササイズ（ＢＴＵ） ピンリストリクタの開口部のサイズ（インチ）
    87,000 0.048
    ＜冷却モードの負荷が加熱モード負荷構造の２／３以上である場合＞
    *単一のラインのＤＸシステム（フィールドへの単一の液体ラインにおいて以下にまとめるサイズの１つのピン）−加熱モード
    コンプレッササイズ（ＢＴＵ） ピンリストリクタの開口部のサイズ（インチ）
    13,400 0.031
    16,000 0.036
    18,000 0.038
    19,000 0.039
    20,000 0.040
    20,100 0.040
    21,000 0.042
    22,000 0.043
    23,000 0.044
    24,000 0.045
    25,000 0.046
    26,000 0.047
    26,800 0.048
    27,000 0.048
    28,000 0.049
    29,000 0.050
    30,000 0.051
    *２本のラインのＤＸシステム（２つのピン．．主要な液体ラインが２本の液体冷媒輸送ラインに均等に分岐する場合、フィールドへの２本の液体ラインの各々において、１つのピンは以下にまとめるサイズ）−加熱モード
    コンプレッササイズ（ＢＴＵ） ピンリストリクタの開口部のサイズ（インチ）
    31,000 0.036
    32,000 0.037
    33,000 0.037
    34,000 0.038
    34,170 0.038
    35,000 0.038
    36,000 0.038
    37,000 0.039
    38,000 0.040
    39,000 0.040
    40,000 0.040
    41,000 0.041
    42,000 0.041
    43,000 0.041
    44,000 0.042
    45,000 0.042
    46,000 0.042
    47,000 0.042
    48,000 0.042
    49,000 0.043
    50,000 0.043
    51,000 0.043
    52,000 0.044
    53,000 0.044
    54,000 0.044
    55,000 0.045
    56,000 0.045
    57,000 0.045
    58,000 0.046
    59,000 0.046
    60,000 0.046
    *３本のラインのＤＸシステム（３つのピン．．主要な液体ラインが３本の液体冷媒輸送ラインに均等に分岐する場合、フィールドへの３本の液体ラインの各々において、１つのピンは以下にまとめるサイズ）−加熱モード
    コンプレッササイズ（ＢＴＵ） ピンリストリクタの開口部のサイズ（インチ）
    83,000 0.044
  16. エアハンドラ内のＴＸＶ膨張装置にバイパスを付けたピンリストリクタ膨張装置、およびエアハンドラにつながるＴＸＶにおけるＴＸＶ排出ポートの少なくとも一つの内にある孔／ボア（開口部）の好ましいサイズは、冷却モードにおいて、以下の構造等価物±１０％の通りである、請求項１３に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム：
    実際のコンプレッササイズ（ＢＴＵ） ＴＸＶ冷媒流補給（バイパス）手段用の
    内部孔／ボア（開口部）サイズとしても
    知られるピンサイズ（インチ）
    16,000 BTU 0.044
    21,000 BTU 0.050
    25,000 BTU 0.055
    29,000 BTU 0.059
    32,000 BTU 0.062
    38,000 BTU 0.065
    44,000 BTU 0.070
    51,000 BTU 0.076
    54,000 BTU 0.078
    57,000 BTU 0.081
  17. 圧力制御バルブがＴＸＶバイパスラインにおいて使用され、圧力制御バルブは、コンプレッサの吸引圧力が、バルブが自動的に閉鎖する点である８０ｐｓｉ±２０ｐｓｉに到達するまで、バルブに十分な冷媒流を流すことを可能にするように設計され、システムはこれにより冷媒ＴＸＶバイパス流が全くなくても完全に機能することができる、請求項１６に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  18. 加熱モードで作動し、冷媒流が加熱モードの膨張装置に到達する前の場所における、システムの内部エアハンドラから出る温かい、ほとんど液体の冷媒の輸送ラインと、地熱交換手段から出る冷媒流がシステムのコンプレッサに入る前の、地熱交換手段から出る気体冷媒輸送ラインとの間に位置する熱交換器から構成される気体ライン予熱器であって、バイパスが付けられ、冷却モードでは使用されない気体ライン予熱器を有する、請求項１に記載の直接交換式地熱加熱／冷却システム。
  19. 冷媒輸送ライン、コンプレッサ、膨張装置および熱交換器から構成される、直接交換式地熱加熱／冷却システムであって、
    システムは加熱モードで作動し、冷媒流が加熱モードの膨張装置に到達する前の場所における、システムの内部エアハンドラから出る温かい、ほとんど液体の冷媒の輸送ラインと、地熱交換手段から出る冷媒流がシステムのコンプレッサに入る前の、地熱交換手段から出る気体冷媒輸送ラインとの間に位置する熱交換器から構成される気体ライン予熱器であって、バイパスが付けられ、冷却モードでは使用されない気体ライン予熱器を有する、直接交換式地熱加熱／冷却システム。
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