JP5454917B2 - 地熱利用システム - Google Patents

Description

本発明は、地熱を回収し、及び／又は、地中に熱を排出して、空調、給湯その他の熱的負荷について有効利用する技術に関する。

例えば日本国内では、地中の温度は、一年を通じて約１５℃程度である。
そして、日本国内における冬場の気温は１５℃よりも遥かに低温であり、夏場の気温は１５℃よりも遥かに高温であることから、例えば空調、給湯その他の熱的負荷に対して、係る温度差を有効利用することが考えられる。
そのため、地熱を回収して利用する技術が、従来から種々提案されている。

ここで、地熱の回収（或いは、地中への排熱）は、地中に埋設された配管中に、公知の液相熱媒（ブライン）を流過せしめ、当該液相熱媒と地熱とで熱交換（いわゆる「顕熱−顕熱熱交換」）を行なっている。
しかし、熱媒が地熱と熱交換を行なうために必要な面積を確保するために、冷媒を流過させる配管径が大きくなってしまう。
また、例えば空調機器が適切に作動するだけの熱量を回収するためには、非常に長い配管を地中の深い領域まで埋設しなければならない。
そして、大径の配管を地中深い領域まで埋設するために、多大なコストが必要になってしまうという問題が存在する。

その他の従来技術として、例えば、地下水を熱媒体として利用して、地下において蓄熱する技術も提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術（特許文献１）では、竪穴井戸を穿孔する必要があり、蓄熱量が多くなると竪穴の深度を増加しなくてはならないので、上述した問題点を解決することは出来ない。

特開２０１０−３８５０７号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、配管を地中に埋設する労力を軽減することが出来る地熱利用システムの提案を目的としている。

本発明によれば、室外機（１）と室内機（２）と熱的負荷である空調機（３）とを有し、当該室外機（１）と室内機（２）とは冷房と暖房とを切替えるために四方弁（Ｖ４）と当該四方弁（Ｖ４）に接続されたコンプレッサ（４）とを介して接続され、前記室外機（１）は地中（Ｇ）に埋設された内部に熱媒が流過する配管系（Ｌａ）によって地熱と熱交換をする機能を有し、前記コンプレッサ（４）を制御するためのコントロールユニット（５０）を備える地熱利用システムにおいて、前記配管系（Ｌａ）は室外機（１）の第１の接続口（１１）と第１のバルブ（Ｖ１）とを接続する第２のライン（Ｌａ２）と、前記第１のバルブ（Ｖ１）とポンプ（５）の吐出口（５ｏ）とを接続する第１のライン（Ｌａ１）と、前記ポンプ（５）の吸込口（５ｉ）と第２のバルブ（Ｖ２）とを接続する第４のライン（Ｌａ４）と、前記第２のバルブ（Ｖ２）と前記室外機（１）の第２の接続口（１２）とを接続する第３のライン（Ｌａ３）と、前記第１のバルブ（Ｖ１）および第２のバルブ（Ｖ２）の上流側を接続する第５のライン（Ｌａ５）とよりなり、前記コントロールユニット（５０）は暖房運転をマニュアル操作された場合に、前記第１のバルブ（Ｖ１）および第２のバルブ（Ｖ２）を閉鎖し、ポンプ（５）を停止し（Ｓ３）、四方弁（Ｖ４）を暖房側に切替えてコンプレッサ（４）を作動し（Ｓ７）、そして冷房運転をマニュアル操作された場合に前記第１のバルブ（Ｖ１）および第２のバルブ（Ｖ２）を開放し、ポンプ（５）を作動させ（Ｓ５）、四方弁（Ｖ４）を冷房側に切り替え（Ｓ６）、コンプレッサ（４）を作動する（Ｓ７）機能を有し、前記配管系（Ｌａ）の第２のライン（Ｌａ２）および第３のライン（Ｌａ３）は２重管で構成され、前記熱媒は二酸化酸素であり、二酸化炭素の気化熱と地熱とを熱交換しており、前記二重管の内管（９１）を液相の二酸化炭素が流れ、前記二重管の外管（９２）を気相の二酸化炭素が流れ、二酸化炭素の気化熱と地熱とを熱交換するために、前記室外機（１）を出た領域の温度が、暖房運転を行う場合には０〜１５℃、冷房運転を行う場合には１５〜３０℃に設定されている。

ここで、前記配管系（Ｌａ、９）における熱交換器（室外機１）を出た領域の温度（暖房運転を行なう場合には０〜１５℃、冷房運転を行なう場合には１５〜３０℃）は、その運転状態における配管系（Ｌａ、９）における二酸化炭素の気化温度である。
当該気化温度は、前記配管系（Ｌａ、９）における二酸化炭素の圧力に対応している。そして、前記気化温度が低温過ぎると（暖房運転を行なう場合には０℃未満、冷房運転を行なう場合には１５℃未満）、前記配管系（Ｌａ、９）の圧力が低くなり過ぎて、二酸化炭素の循環について不都合である。
一方、気化温度が高温過ぎて、暖房運転を行なう場合に１５℃を超える温度となってしまうと、前記配管系（Ｌａ、９）の圧力が高圧になり過ぎるので危険である。また、冷房運転を行なう場合には３０℃を超えてしまうと、前記配管系（Ｌａ、９）を循環する二酸化炭素が気液混合状態となってしまう臨界点（３１℃）に近付き過ぎてしまうので、不都合である。そして、臨界点（３１℃）に達して二酸化炭素が気液混合状態となってしまうと、地熱と二酸化炭素の気化熱との熱交換効率が低下してしまう。

また本発明において、前記配管系（Ｌａ、９Ｄ）は、地中（Ｇ）で複数系統に分岐しているのが好ましい。
或いは、前記配管系（Ｌａ、９Ｅ、９Ｆ）は、地中（Ｇ）では螺旋形に配置されているのが好ましい。

上述する構成を具備する本発明によれば、熱媒として二酸化炭素を使用しており、二酸化炭素の気化熱（凝縮熱）と地熱とを熱交換する。すなわち、地熱を回収するに際しては、液相の二酸化炭素が地熱から気化熱を回収し、地中（Ｇ）に熱を排出する場合には、気相の二酸化炭素が気化熱を地中（Ｇ）に排出して凝縮する。
換言すれば、二酸化炭素で構成された熱媒の潜熱と、地熱の顕熱とが、いわゆる「潜熱−顕熱熱交換」を行なう。
ここで、「潜熱−顕熱熱交換」は、従来の地熱利用機器における熱媒と地熱とのいわゆる「顕熱−顕熱熱交換」に比較して、単位あたりの熱媒が多量の熱を回収或いは排出することが出来るため、熱効率が大幅に向上している。

また、二酸化炭素は、従来技術で用いられているブラインに比較して、熱容量が大きい。
そのため、本発明によれば、熱媒が地熱を効率的に回収或いは地中に熱を効率的に排出することが出来るので、地中（Ｇ）に埋設される配管系（Ｌａ、９）を短く、細くすることができる。
そのため、地中（Ｇ）に配管（Ｌａ、９）を埋設する際に、地中深い領域まで掘削する必要が無く、配管埋設のために多大なスペースを獲得する必要が無い。

ここで、熱媒にブラインを使用した従来技術の場合には、ブラインが流れる地中配管を、基礎杭に沿って配置するか、或いは、基礎杭の中に当該地中配管を配置しなければならず、基礎杭施工に際して、余分なコストの発生を惹起している。
また、ブラインが流れる地中配管を地中杭近傍に配置しない場合には、当該地中配管を埋設するための井戸を掘削しなければならず、そのためのコストが発生してしまう。
地中（Ｇ）に埋設される配管系（Ｌａ、９）を短く、細くすることができる本発明によれば、その様なコストを減少することができるのである。

さらに本発明によれば、地中（Ｇ）の配管系（Ｌａ）を二重管（９）で構成しているので、例えば地熱を回収する場合（暖房運転）には、熱交換器（例えば、室外機１）から送られてきた液相の二酸化炭素が二重管（９）の内管（９１）を降下する。ここで、液相の二酸化炭素は気相の二酸化炭素に比較して比重が大きいため、液相の二酸化炭素はその重量により、下方へ落下する。
一方、液相の二酸化炭素が地熱（気化熱）を回収して気化すると、気相の二酸化炭素は、液相の二酸化炭素に比較して比重が小さく、熱交換器（例えば、室外機１）に向かって、二重管（９）の外管（９２）を上昇する。
そのため、外部動力を設けなくても、液相の二酸化炭素と気相の二酸化炭素は、二重管内を流過するのである。

これに加えて本発明によれば、前記配管系（Ｌａ、９）における熱交換器（室外機１）を出た領域の温度が、暖房運転を行なう場合には０〜１５℃、冷房運転を行なう場合には１５〜３０℃に設定されており、当該温度（暖房運転を行なう場合には０〜１５℃、冷房運転を行なう場合には１５〜３０℃）は、その運転状態における配管系（Ｌａ、９）における二酸化炭素の気化温度である。
発明者の研究によれば、当該温度が二酸化炭素の気化温度である場合には、本発明において、暖房効率或いは冷房効率が最も向上する。

本発明において、地中（Ｇ）の配管系（９Ｄ）を複数系統設ければ、効率的に地熱を回収し、地中に熱を排出することが出来る。
ここで、地中（Ｇ）の配管系を螺旋形（９Ｅ、９Ｆ）に配置すれば、円周方向長さは、直径の３倍なので、地中配管を設置するための掘削深さが、従来技術の１／３程度で済む。

本発明の第１実施形態の概要を示すブロック図である。 第１実施形態における冷房・暖房を切り替える制御を示したフローチャート図である。 図１において、暖房運転を行なう場合の熱媒の流れを示す図である。 図１において、冷房運転を行なう場合の熱媒の流れを示す図である。 地中配管を二重管にした場合に、暖房運転時の熱媒の流れを示す部分断面図である。 地中配管を二重管にした場合に、冷房運転時の熱媒の流れを示す部分断面図である。 二重管の下端部の構造を示すブロック図である。 図７において、暖房運転を行なう場合を示す図である。 図７において、冷房運転を行なう場合を示す図である。 二重管上端部を示すブロック図である。 二重管上端部の変形例を示すブロック図である。 二重管の第１変形例を示す横断面図である。 二重管の第２変形例を示す縦断面図である。 第１実施形態の第１変形例の要部を示すブロック図である。 図１４の第１変形例における制御を示すフローチャートである。 第１実施形態の第２変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態の要部を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態の要部を示すブロック図である。 第３実施形態における変形例の施行手順を示すブロック図である。 図１９に連続する施行手順を示すブロック図である。 図２０に連続する施行手順を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態の要部を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態の要部を示すブロック図である。 本発明の第６実施形態の要部を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図示の実施形態では、地中熱を空調装置に利用したシステムが例示されている。
換言すれば、図示の実施形態では、熱的負荷として、例えば、空調機３が接続されている。

図１〜図１６は、本発明の第１実施形態（各種変形例を含む）を示している。
ここで、図１、図３、図４は、動作の説明を理解し易くするため、地中の配管（Ｌａ）の一部を実際とは異なった構成として示している。地中の配管（Ｌａ）における構成については、後述する。
なお、図１では冷暖房切替制御の制御系（コントロールユニット５０等）を図示しているが、図３、図４では当該制御系は図示を省略している。
最初に図１を参照して、第１実施形態に概要を説明する。

図１において、全体を符号１００で示す地熱利用システムは、第１の熱交換器（以下、「室外機」と記載）１、第２の熱交換器（以下、「室内機」と記載）２、熱的負荷である空調機３（温水床暖房等も含む）、地中に埋設された配管系Ｌａ、第１の熱媒ラインＬｂ、第２の熱媒ラインＬｃを有している。

地中に埋設された配管系Ｌａは、第１の熱交換器１、ポンプ５、開閉バルブＶ１、Ｖ２、温度センサ６、７を介装している。そして、配管系Ｌａ内には、熱媒である液相二酸化炭素或いは気相二酸化炭素（以下、二酸化炭素を「ＣＯ_２」と記載する）が流れている。
配管系Ｌａは、ラインＬａ１〜Ｌａ５を有している。

ラインＬａ１は、ポンプ５の吐出口５ｏとバルブＶ１を接続している。
ラインＬａ２は、バルブＶ１と室外機１の接続口１１とを接続している。ラインＬａ２において、バルブＶ１近傍には分岐点Ｂ１が設けられ、接続口１１近傍には温度センサ６が介装されている。
ラインＬａ３は、室外機１の接続口１２とバルブＶ２とを接続している。ラインＬａ３において、バルブＶ２近傍には分岐点Ｂ２が設けられ、接続口１２近傍には温度センサ７が介装されている。
ラインＬａ４は、バルブＶ２とポンプ５の吸入口５ｉとを接続している。
ラインＬａ５は、分岐点Ｂ１と分岐点Ｂ２を接続して、ポンプ５をバイパスするバイパスラインである。

図１では、配管系ＬａのラインＬａ２及びラインＬａ３の室外機１側の一部を除き、配管系Ｌａは全て地中に埋設されている。この地中に埋設された部分の構成については、図５〜図１３を参照して後述する。

図１において、第１の熱媒ラインＬｂは、室外機１、室内機２、コンプレッサ４、減圧弁Ｖ３、四方弁Ｖ４を介装して、圧縮式空調機を構成している。そして、熱媒ラインＬｂ内には、熱媒である１次ブライン（例えばフロンＲ１３４）が流れる。
第１の熱媒ラインＬｂは、ラインＬｂ１〜Ｌｂ５を有している。

ラインＬｂ１は、コンプレッサ４の吐出口４ｏと四方弁Ｖ４のポートＶｐ１を接続している。
ラインＬｂ２は、四方弁Ｖ４のポートＶｐ２と室内機２の接続口２１とを接続している。
ラインＬｂ３は、室内機２の接続口２２と室外機１の接続口１３とを接続している。ラインＬｂ３には、減圧弁Ｖ３が介装されている。
ラインＬｂ４は、室外機１の接続口１４と四方弁Ｖ４のポートＶｐ３を接続している。
ラインＬｂ５は、四方弁Ｖ４のポートＶｐ４とコンプレッサ４の吸入口４ｉとを接続している。

第２の熱媒ラインＬｃは、室内機２、空調機３を介装している。熱媒ラインＬｃ内を、熱媒である２次ブラインが流れている。
第２の熱媒ラインＬｃは、ラインＬｃ１とラインＬｃ２を有している。
ラインＬｃ１は、空調機３の接続口３１と室内機２の接続口２３を接続している。ラインＬｃ２は、室内機２の接続口２４と空調機３の接続口３２とを接続している。

図１で示す様に、地熱利用システム１００は、制御手段であるコントロールユニット５０を備えている。コントロールユニット５０は、制御信号ラインＳｏを介して、コンプレッサ４、ポンプ５、開閉弁Ｖ１、Ｖ２と接続されている。
ここで図１において、符号Ｇは地中を示し、符号Ｇｆは地表を示す。

次に図２を参照して、図１の空調機３を運転する際の、冷房・暖房の切替制御について説明する。
図２のステップＳ１では、自動制御或いはマニュアル操作により、コントロールユニット５０を備えた図示しない制御盤を操作して、空調機３を作動させる。
ステップＳ２では、自動制御或いはマニュアル操作により、暖房運転を行うか、或いは、冷房運転を行なうかを決定し、決定された運転を行なう。

暖房運転を実行するのであれば（ステップＳ２で「暖房」）、コントロールユニット５０により、地中に埋設された配管系Ｌａの開閉バルブＶ１、Ｖ２を閉鎖し、配管系Ｌａに介装されたポンプ５を停止する（ステップＳ３）。
そしてステップＳ４に進み、四方弁Ｖ４を暖房側に切り替える。四方弁Ｖ４が暖房側に切替えられると、四方弁Ｖ４のポートＶｐ１とポートＶｐ２が連通し、ポートＶｐ３とポートＶｐ４が連通する（図３参照）。

一方、冷房運転を実行するのであれば（ステップＳ２で「冷房」）、コントロールユニット５０により、配管系Ｌａに介装された開閉バルブＶ１、Ｖ２を開放し、配管系Ｌａに介装したポンプ５を作動させる（ステップＳ５）。
そして、ステップＳ６に進み、四方弁Ｖ４を冷房側に切り替える。四方弁Ｖ４が冷房側に切替えられると、四方弁Ｖ４のポートＶｐ１とポートＶｐ３が連通し、ポートＶｐ２とポートＶｐ４が連通する（図４参照）。

ステップＳ４、或いはステップＳ６が完了するとステップＳ７に進み、コントロールユニット５０は、第１の熱媒ラインＬｂに介装されたコンプレッサ４を作動して、暖房運転或いは冷房運転を実行して、ステップＳ８に進む。
ステップＳ８では、コントロールユニット５０は暖房運転或いは冷房運転の終了操作が行われた否かを判断する。終了操作が行われたのであれば（ステップＳ８がＹＥＳ）、制御を終了する。
一方、終了操作が行なわれていなければ（ステップＳ８がＮＯ）、ステップＳ２まで戻り、ステップＳ２以降を繰り返す。

図３を参照して、暖房運転を行なう場合について説明する。
図３で示す暖房運転時には、前述したように、配管系Ｌａに介装された開閉バルブＶ１、Ｖ２は閉鎖し、配管系Ｌａに介装したポンプ５が停止する。
そして、第１の熱媒ラインＬｂに介装された四方弁Ｖ４が暖房側に切り替わり、四方弁Ｖ４のポートＶｐ１とポートＶｐ２が連通し、ポートＶｐ３とポートＶｐ４が連通する。
そして、コンプレッサ４が作動して、熱媒（例えば、フロンＲ１３４）が圧縮されて高温高圧の気相フロンとなって、コンプレッサ４の吐出口４ｏから吐出される。

コンプレッサ４から吐出された高温高圧の気相フロンは、ラインＬｂ１、四方弁Ｖ４のポートＶｐ１、ポートＶｐ２、ラインＬｂ２を経由して、室内機２の第１の接続口２１から室内機２の熱交換部２ｈに流入する。
室内機２の熱交換部２ｈ内で高温高圧の気相フロンは、第２の熱媒ラインＬｃを流れる熱媒（空調機３からラインＬｃ１を介して室内機２に流入した熱媒：例えば水）と熱交換を行う。室内機２における熱交換により、熱媒ラインＬｃを流れる水（熱媒）は暖められ、高温高圧の気相フロンは気化熱を失って凝縮し、高圧の液相フロンとなる。
室内機２で温められた水は、ラインＬｃ２から空調機３に送られ、空調機３における図示しないラジエータで放熱して、空調機３を設置した空間の暖房を実行する。図示しないラジエータで放熱した後、熱媒である水は、再びラインＬｃ１経由で室内機２に送られる。

一方、室内機２において凝縮した高圧液相フロンは、室内機２の接続口２２からラインＬｂ３を経由して、室外機１の接続口１３から室外機１内の熱交換部１ｈに流入する。高圧液相フロンがラインＬｂ３を流過する際に、減圧弁Ｖ３で減圧されて、低圧液相フロンとなる。
室外機１の熱交換部１ｈにおいて、低圧の液相フロンは、地中に埋設された配管系Ｌａを流れる気相ＣＯ_２と熱交換を行ない、気化熱が投入される。そして、気化熱を低圧液相フロンに投入するため、配管系Ｌａを流れる気相ＣＯ_２は凝縮して、液相ＣＯ_２となる。すなわち、熱交換部１ｈにおいて、低圧液相フロンと気相ＣＯ_２が潜熱である気化熱を熱交換して、いわゆる「潜熱−潜熱熱交換」を行なう。その結果、低圧液相フロンは気化して、低圧気相フロンとなる。
室外機１で気化した低圧気相フロンは、室外機１の接続口１４、ラインＬｂ４、四方弁Ｖ４のポートＶｐ３、Ｖｐ４、ラインＬｂ５を経由して、コンプレッサ４の流入口４ｉに流入する。そして、コンプレッサ４で圧縮されて、さらに高温高圧の気相フロンとなり、吐出口４ｏから吐出される。

一方、室外機１で凝縮した液相ＣＯ_２は、室外機１の接続口１１から排出され、ラインＬａ２を流過して、その自重により下降する。ラインＬａ２を流過する際には、液相ＣＯ_２は、地熱によって気化熱が投入され、気相ＣＯ_２に相変化する。
暖房運転時には開閉弁Ｖ１、Ｖ２が閉塞しているため、ラインＬａ２を流過するＣＯ_２は、分岐点Ｂ１からバイパスＬａ５を流れ、分岐点Ｂ２からラインＬａ３に流入する。

ラインＬａ３に流入するＣＯ_２には地熱が十分に投入されて気化している。
ここで、室外機１から排出した液相ＣＯ_２は、気相ＣＯ_２に比して比重が大きい。そのため、ラインＬａ３内の気相ＣＯ_２は、液相ＣＯ_２に押し出されるようにラインＬａ３内を上昇する。そのため、暖房運転時には、ＣＯ_２搬送用ポンプ５を作動させる必要がない。
ラインＬａ３内を上昇した気相ＣＯ_２は、接続口１２から室外機１内に流入する。そして、上述した様に、低圧気相フロンに気化熱を投入する。

次に、図４を参照して、冷房運転を行なう場合について説明する。
図４の冷房運転時には、前述したように、配管系Ｌａに介装された開閉バルブＶ１、Ｖ２を開放し、同時に配管系Ｌａに介装したポンプ５を作動する。
配管系Ｌａでは、ポンプ５で昇圧された液相ＣＯ_２は、吐出口５ｏ、ラインＬａ１、開閉弁Ｖ１、ラインＬａ２を上昇する。そして、接続口１１を経由して室外機１内の熱交換部１ｈに流入する。

室外機１では、液相ＣＯ_２は、コンプレッサ４の吐出口４ｏから吐出した高圧気相フロンと気化熱を交換する。気化熱を投入された液相ＣＯ_２は気相ＣＯ_２となり、接続口１２、ラインＬａ３、開閉弁Ｖ２、ラインＬａ４経由でポンプ５の吸入口５ｉに流入する。
ここで、ラインＬａ３には、ポンプ５の吸入口５ｉの負圧が作用するので、室外機１で気化した気相ＣＯ_２は、ラインＬａ３を地中側に向かって降下する。
気相ＣＯ_２は、ラインＬａ３を降下する間に地中へ気化熱を捨てて凝縮し、液相ＣＯ_２となる。そして、ポンプ５の吸入口５ｉの負圧により、液相ＣＯ_２はラインＬａ５に分岐すること無く、全量がラインＬａ４を流れ、ポンプ５の吸入口５ｉに吸い込まれる。

冷房運転に際しては、第１の熱媒ラインＬｂに介装された四方弁Ｖ４は冷房側に切り替わり、四方弁Ｖ４のポートＶｐ１とポートＶｐ３が連通し、ポートＶｐ２とポートＶｐ４が連通する。
コンプレッサ４が起動して、熱媒であるフロンＲ１３４が圧縮されて高温高圧の気相フロンとして吐出口４ｏから吐出される。

コンプレッサ４から吐出された高温高圧の気相フロンは、ラインＬｂ１、四方弁Ｖ４のポートＶｐ１、ポートＶｐ３及びラインＬｂ４を経由して、室外機１の接続口１４から室外機１の熱交換部１ｈに流入する。
室外機１の熱交換部１ｈ内で高温高圧の気相フロンは、配管系ＬａのラインＬａ２から接続口１１に流入した液相ＣＯ_２に気化熱を投入し（熱交換を行ない）、凝縮して、高圧の液相フロンとなる。その際に、配管系Ｌａの液相ＣＯ_２は気化する。

室外機１内で凝縮した高圧の液相フロンは、接続口１３からラインＬｂ３に排出され、ラインＬｂ３に介装された減圧弁Ｖ３によって減圧されて、低圧の液相フロンとなる。低圧液相フロンは、接続口２２から室内機２の熱交換部２ｈに流入する。
熱交換部２ｈ内では、第１熱媒ラインＬｂを流過する低圧液相フロンは、第２熱媒ラインＬｃを流過する水（熱煤）と熱交換を行ない、気化熱が投入されて低圧の気相フロンとなる。その際に、第２熱媒ラインＬｃを流過する水は、第１熱媒ラインＬｂを流過するフロンに気化熱を投入した分だけ、降温する。
換言すると、室内機２では、第２熱媒ラインＬｃを流過する水（熱媒）の顕熱と、第１熱媒ラインＬｂを流過するフロンの顕熱とが熱交換される（顕熱−潜熱熱交換）。

室内機２の接続口２３から排出された冷水は、空調機３の接続口３１から空調機３内に流入して、空調機が設置された空間を冷房する。冷媒（水）は、空調機３内で室内空気を冷やして、接続口３２からラインＬｃ２経由で室内機２の接続口２４に送られる。
一方、室内機２内で気化した低圧気相フロンは、室内機２の接続口２１、ラインＬｂ２、四方弁Ｖ４のポートＶｐ２、Ｖｐ４、ラインＬｂ５を経由して、コンプレッサ４の吸入口４ｉから吸い込まれる。そして、コンプレッサ４で圧縮されて、高圧気相フロンとして吐出口４ｏから吐出される。

図３で示す暖房運転の場合、配管系Ｌａを流れるＣＯ_２は、ポンプ５を稼動しなくても、地上側と地中側を循環した。
それに対して図４で示す冷房運転の場合は、上述した通り、配管系Ｌａを流れるＣＯ_２は、ポンプ５を稼動しなければ、配管系Ｌａ内を循環しない。
係るポンプ５及びラインＬａ１、Ｌａ４、Ｌａ５については、図７〜図９を参照して後述する。
ここで、図３で示す暖房運転においても、図４で示す冷房運転においても、室外機１では、配管系Ｌａを流れるＣＯ_２と第１熱媒ラインＬｂを流れるフロンとが気化熱を熱交換して、いわゆる「潜熱−潜熱交換」を行なうので、大量の熱量が交換されて、効率が高くなる。

図１、図３、図４では、熱媒（ＣＯ_２）の流れる方向の説明を簡略化するために、熱媒が地中を流れる配管系Ｌａを、往復する経路が別体に構成されたＵ字管状に表現しているが、図示の実施形態では、係る地中配管を二重管で構成している。
係る二重管については、図５〜図１２を参照して説明する。
図５において、配管系Ｌａを構成する二重管９は、内管９１と外管９２とで構成されている。
図５で示す様に、暖房時（図３参照）においては、室外機１から送られてきた液相ＣＯ_２が二重管９の内管９１を降下する。

液相ＣＯ_２は気相ＣＯ_２に比較して比重が大きいため、その重量により、下方へ落下する。
液相ＣＯ_２が地熱から気化熱を投入されると、気化して気相ＣＯ_２となる。そして、気相ＣＯ_２は液相ＣＯ_２に比較して比重が小さいので、二重管９の外管９２を上昇して、室外機１に向かう。
すなわち、図３の暖房時には、地中に送るべき液相ＣＯ_２は内管９１を自重により下方へ落下し、地中から戻る気相ＣＯ_２は外管９２を上昇するので、二重配管９中を熱媒であるＣＯ_２が流れるための動力を外部から供給する必要がない。

図４を参照して説明した冷房時には、図６で示すように、室外機１から送られる気相ＣＯ_２が、二重管９の外管９２を下降する。そして、気相のＣＯ_２が気化熱を土壌Ｇ中に投入して凝縮した液相のＣＯ_２は、室外機１に向かって、二重管９の内管９１を上昇する。
ここで、冷房時には暖房時とは異なり、比重の小さい気相ＣＯ_２を下降させ、比重の小さい液相ＣＯ_２を上昇させるため、動力が必要となる。

そのため、図７で示すように、二重管９の外管９２の底部に第１の開閉弁Ｖｂ１を設け、その先にＣＯ_２循環用のポンプ５を設けている。
そして、内管９１の下端には第２の開閉弁Ｖｂ２を取り付けている。ここで、第２の開閉弁Ｖｂ２を開放すると内管９１の先端が外管９２に連通し、第２の開閉弁Ｖｂ２を閉鎖すると内管９１の先端が閉塞する。
ポンプ５の吐出口と内管９１の底部近傍がライン９３で接続されており、ライン９３には第３の開閉弁Ｖｂ１が介装されている。

暖房時には、図８で示すように、第１の開閉弁Ｖｂ１及び第３の開閉弁Ｖｂ３を閉塞し、第２の開閉弁Ｖｂ２を開放する。
上述したように、暖房時においては、内管９１から下降した液相ＣＯ_２は、地熱と熱交換して気化熱が投入されて気相ＣＯ_２となる。そして、気相ＣＯ_２は第２の開閉弁Ｖｂ２を介して外管９２の底部近傍に流入し、外管９２の底部から外管９２を上昇する。ここで、気相ＣＯ_２と液相ＣＯ_２が混在して、いわゆる「気相２相流」となって外管９２に流入したとしても、地熱と熱交換して、完全に気相ＣＯ_２となって室外機１側へ上昇する。

図示されていないが、液相ＣＯ_２が地中Ｇで気化しない場合に、気化を促進する機構（例えば、加熱機構）を設けることが可能である。

冷房時には、図９で示すように、内管９１先端の第２の開閉弁Ｖｂ２を閉塞し、第１の開閉弁Ｖｂ１及び第３の開閉弁Ｖｂ３を開放して、ポンプ５を作動させる。
ポンプ５を作動することにより、外管９２内に負圧が作用するので、比重が小さい気相のＣＯ_２が下降する。
外管９２を下降してきた気相ＣＯ_２は、下降途中で、地中に気化熱を排出して凝縮される。そして、液相ＣＯ_２としてポンプ５に吸引される。ポンプ５から吐出された液相ＣＯ_２は、ライン９３、第３の開閉弁Ｖｂ３を経由して、内管９１から室外機１に圧送される。

図５〜図９を参照して説明したように、冷房時と暖房時とでは、室外機１から出る熱媒と室外機１に入る熱媒が、二重管９の内管９１を流れるのか、二重管９の外管９２を流れるのかが相違する。
図１０は、二重管９の室外機側端部（上端部）における配管の構成を模式的に示している。
図１０において、二重管９における内管９１の上端は、図１〜図３で示すラインＬａ２が接続されており、外管９２の上端は、図１〜図３で示すラインＬａ３が接続されている。

なお、冷房時と暖房時において、配管系Ｌａを流れるＣＯ_２と第１熱媒ラインＬｂを流れるフロンの流れる方向が、図１〜図３で示すのとは相違する場合が存在する。
そのような場合に対応するために、図１１で示す様に、配管系Ｌａ側に４つのバルブＶａ１〜Ｖａ４を介装し、ラインＬａ２、ラインＬａ３が、内管９２、外管９３の何れにも連通可能に構成することも可能である。

図１１では、室外機１の接続口１１に連通したラインＬａ２と、室外機１の接続口１２に連通したラインＬａ３が、外管９２に連通している。ラインＬａ２には開閉弁Ｖａ１が介装され、ラインＬａ３には開閉弁Ｖａ２が介装されている。
ラインＬａ２の分岐点Ｂａ２からラインＬａ６が分岐しており、内管９１に連通している。また、ラインＬａ３の分岐点Ｂａ３からラインＬａ７が分岐しており、内管９１に連通している。
ラインＬａ６には開閉弁Ｖａ３が介装され、ラインＬａ７には開閉弁Ｖａ４が介装されている。

図５〜図１１を参照して説明した二重管９の第１変形例が、図１２で示されている。
図１２の第１変形例では、二重管９Ａの外管９２Ａが、長手方向（中心線ＣＬ方向）について、凹凸が形成されている。係る凹凸を形成することにより、表面積を増大させ、熱の交換効率を高めている。
図示はされていないが、二重管９Ａの内管９１Ａについても、長手方向について凹凸が形成されていても良い。

図１３は、二重管９の第２変形例が示されている。
図１３の第２変形例では、二重管９Ｂの外管９２Ｂが、円周方向について凹凸を設け、以って、表面積を増大させ、熱の交換効率を高めている。
係る第２変形例において、図示はされていないが、二重管９Ｂの内管９１Ｂに、円周方向の凹凸を形成しても良い。
さらに、二重管９の変形例として、図示はされていないが、二重管の外管（或いは、外管及び内管）に、フィンを設けることも可能である。

第１実施形態によれば、熱媒としてＣＯ_２を使用しており、ＣＯ_２の気化熱（凝縮熱）を、地熱との熱交換により熱媒に投入し、或いは、熱媒から地中に排出している。そして、ＣＯ_２熱媒の潜熱と、地熱とで、いわゆる「潜熱−顕熱熱交換」を行なう。
ここで、「潜熱−顕熱熱交換」は、従来の地熱利用機器における熱媒と地熱における「顕熱−顕熱熱交換」に比較して、単位量の熱媒当たり多量の熱を回収或いは排出することが出来るので、熱効率が良好となる。

また、ＣＯ_２は、従来技術で用いられているブラインに比較して、熱容量が大きい。
そのため、第１実施形態よれば、熱媒が地熱を効率的に回収或いは地中Ｇに熱を効率的に排出することが出来るので、地中Ｇに埋設される配管系Ｌａ（二重管９）を短くして、細くすることができる。
そのため、地中Ｇに配管系Ｌａ（二重管９）を埋設する際に、地中深い領域まで掘削する必要が無く、配管埋設のために多大なスペースを必要としない。

熱媒に液相のブラインを使用した従来技術の場合には、液相ブラインが流れる地中配管系を基礎杭に沿って配置するか、或いは、基礎杭の中に当該地中配管を配置しなければならず、基礎杭施工に際して、余分なコストの発生を惹起している。
また、ブラインが流れる地中配管を地中杭近傍に配置しない場合には、当該地中配管を埋設するための井戸を地中深い領域まで掘削しなければならず、そのためのコストが発生してしまう。
第１実施形態によれば、地中Ｇに埋設される配管系Ｌａ（二重管９）を短く且つ細くすることができるので、上述した様なコストが発生しない。

第１実施形態では、地中Ｇの配管系Ｌａを二重管９で構成している。
上述したように、暖房運転時には、比重の大きい液相ＣＯ_２が二重管９の内管９１を降下し、地熱（気化熱）が投入されて気化した気相ＣＯ_２は二重管９の外管９２を上昇するので、配管系Ｌａ内を熱媒であるＣＯ_２が循環するに際して、外部動力を必要としない。
したがって、暖房時の運転コストが軽減できる。

図１４は、第１実施形態における第１変形例を示している。
発明者の研究によれば、室外機１から地中側に送られる熱媒の温度が所定の温度（例えば、暖房運転を行なう場合には、室外機１から地中に送られる液相ＣＯ_２の温度が０〜１５℃、冷房運転を行なう場合には、室外機１から地中に送られる気相ＣＯ_２の温度が１５〜３０℃）であれば、暖房効率或いは冷房効率が最も向上することが判明している。
従って、室外機から地中側に送られる熱媒の温度が、当該所定温度（例えば、暖房時には６℃）に維持されることが、効率の高い運転を行なう上で好ましい。
ここで、発明者の実験では、暖房時において、室外機から地中側に送られる液相ＣＯ_２の温度が６℃の場合、地中に埋設され、室外機に連通する熱媒であるＣＯ_２の圧力は、４ＭＰａ〜５ＭＰａである。

室外機から地中側に送られるＣＯ_２の温度は、その時点におけるＣＯ_２の温度（圧力）と、システム全体における熱媒ＣＯ_２の量に依存する。
そのため、図１４の変形例では、室外機１から地中側Ｇに送られるＣＯ_２の温度（圧力）に応答して、システム全体のＣＯ_２の量を調整するように構成されている。
図１４の変形例において、ＣＯ_２量を調整は、ＣＯ_２供給源１０からの流入経路（ＣＯ_２供給ライン）Ｌｃに介装された流量調整弁Ｖｃの開度と、地中配管系Ｌａ９に接続された排出系統Ｌａに介装された排出弁Ｖａ（流量調整弁としての機能を有している）の開度とを制御している。

図１４においても、室外機１と地中配管系Ｌａ９とは、地上側配管Ｌａによって閉回路に構成されている。
なお、図１４では、図示の簡略化のため、地中側のＣＯ_２配管系Ｌａ９は二重管ではなく、往復するＵ字状の管に表現している。
図１４において、地上側配管ＬａはラインＬａ２０、ラインＬａ３０で構成されている。そして、ラインＬａ２０は配管系Ｌａ９の接続口Ｐａ２と室外機１の接続口１１とを接続し、ラインＬａ３０は室外機１の接続口１２と配管系Ｌａ９の接続口Ｐａ３とを接続している。

ラインＬａ２０は排出弁Ｖａ（流量調整弁）を介装している。
また、ラインＬａ２０において、室外機１と排出弁Ｖａとの間の領域には、ＣＯ_２供給ラインＬｃが接続されており、ＣＯ_２供給ラインＬｃはＣＯ_２供給源１０に連通している。
ＣＯ_２供給ラインＬｃにはＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃが介装されており、ＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの開度を制御することにより、配管系９ａを循環するＣＯ_２の供給量が調節される。

ラインＬａ２０において、排出弁Ｖａと配管Ｌａ９における接続口Ｐａ２との間の領域には、温度センサ６（或いは圧力センサ４０）が介装されている。
ここで、図１４において、温度センサ６（或いは圧力センサ４０）はラインＬａ２０に接続されているが、実際の機器においては、ラインＬａ２０とラインＬａ３０の内、熱媒であるＣＯ_２が室外機１から流出する側のラインに介装される。
そして、仮に暖房運転と冷房運転とで、熱媒であるＣＯ_２が室外機１に流入する側のラインが切り替わるのであれば、温度センサ６（或いは圧力センサ４）は、ラインＬａ２０とラインＬａ３０の双方に介装されるのが好ましい。

図１４の変形例では、制御手段であるコントロールユニット５０Ａを備えている。
コントロールユニット５０Ａは、入力信号ラインＳｉを介して温度センサ６及び圧力センサ４０と接続されている。
またコントロールユニット５０Ａは、制御信号ラインＳｏを介して排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃと接続されている。

次に、主として図１５を参照して、図１４をも併せて参照しつつ、ＣＯ_２供給量の制御について説明する。
図１５において、ステップＳ１１では、温度センサ６によってラインＬａ２０を流れるＣＯ_２（例えば、暖房時であれば液相ＣＯ_２）温度を計測し、或いは、圧力センサ４０によってラインＬａ２０を流れるＣＯ_２圧力を計測する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１３では、コントロールユニット５０Ａは、排出弁（流量調節弁）Ｖａの開度を決定する。
明確には図示されていないが、コントロールユニット５０Ａ内には、予め決定された特性、すなわち、ラインＬａ２０を流れるＣＯ_２温度（或いはＣＯ_２圧力）と、室外機１から地中側に送られる熱媒の温度が所定の温度となる熱媒ＣＯ_２量（以下、「所定熱媒量」と記載する）との関係（特性）が記憶されている。
また、コントロールユニット５０Ａは、その時点における排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度から、その時点において配管系９ａを循環するＣＯ_２量（以下、「ＣＯ_２循環量」と記載する）を求める機能を有している。
さらに、コントロールユニット５０Ａは、その時点におけるＣＯ_２循環量と、その時点における所定熱媒量とするための排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度とを比較して、排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度を決定する機能を有している。

次のステップＳ１４では、コントロールユニット５０Ａは、その時点における排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度からＣＯ_２循環量を求め、所定熱媒量と比較して適正であるか否かを判断する。
ＣＯ_２循環量が適正であれば（ステップＳ１４がＹＥＳ）、排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度をそのまま維持して（ステップＳ１５）、ステップＳ１８に進む。
ＣＯ_２循環量が大き過ぎたならば（ステップＳ１４が「大」）、ＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度を減少し、及び／又は、排出弁Ｖａの弁開度を増加させる（ステップＳ１６）。そしてステップＳ１８に進む。
ＣＯ_２循環量が小さ過ぎたならば（ステップＳ１４が「小」）、ＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度を増加し、及び／又は、排出弁Ｖａの弁開度を減少させる（ステップＳ１７）。そしてステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、システムの稼動を終了するか否かを判断する。
システムの稼動を終了するのであれば（ステップＳ１８がＹＥＳ）、制御を終了する。
システムの稼動を続行するのであれば（ステップＳ１８がＮＯ）、ステップＳ１１まで戻り、ステップＳ１１以降を繰り返す。

図１４、図１５の第１変形例におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図１３の第１実施形態と同様である。

図１６は、第１実施形態の第２変形例を示している。
図１〜図１４では、第１の熱媒ラインＬｂには、熱的負荷として、空調負荷（空調機３を介装した第２の熱媒ラインＬｃ）のみが室内機２を介して（熱的に）接続されている。
それに対して、図１６では、第１の熱媒ラインＬｂには、熱的負荷として、給湯負荷８も（熱的に）接続されている。

図１６において、第１の熱媒ラインＬｂにおける四方弁Ｖ４のポートＶｐ２と室内機２の接続口２１とを接続するラインＬｂ２に、給湯負荷（例えば給湯器８）が介装されている。
給湯器８による給湯は、図３で説明した第１実施形態の暖房運転と同様の暖房運転で行われる。
なお、図示はされていないが、空調負荷を省略して、給湯負荷８のみを設けることも可能である。

図１６の第２変形例におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図１５の実施形態と同様である。
これに加えて、図示はされていないが、四方弁Ｖ４、地中におけるラインＬａ１、Ｌａ４、ポンプ５を省略して、図１〜図１５の第１実施形態を暖房運転のみを行なうシステムとすることが可能である。
その場合においても、図１６の第２変形例のように、給湯負荷と空調負荷を併設し、或いは、給湯負荷のみを設けることが出来る。

図１７は本発明の第２実施形態を示す。
第１実施形態では、地熱と熱媒であるＣＯ_２の気化熱とを熱交換するためのＣＯ_２配管は、一系統のみ設けられている。
しかし、図１７の第２実施形態では、当該ＣＯ_２配管を分岐して、二系統設けて、二系統の各々において、熱媒であるＣＯ_２の気化熱と地熱と熱交換することを可能としている。

図１７において、室外機１を循環するＣＯ_２配管Ｌａは、地表Ｇｆ近傍で、二重管９Ｃに接続されている。二重管９Ｃの下端には三方弁Ｖ３０が介装されている。三方弁Ｖ３０には、同一仕様の二重管９Ｄ、９Ｄが分岐して接続されている。そして、同一仕様の二重管９Ｄ、９Ｄの各々は、地中に埋設されている。二重管９Ｄ自体は、図５〜図１３で示すのと同様である。
ここで、図１７において、二重管９Ｄを流れるＣＯ_２相互に熱的に影響を及ぼす、或いは、二重管９Ｄを流れるＣＯ_２同士で熱交換を行なう（二重管９Ｄを流れるＣＯ_２同士が熱的干渉をする）ことがないように、分岐した配管９Ｄ、９Ｄ相互の距離は、最低でも１ｍは離隔している必要がある。

上述した第２実施形態によれば、地中Ｇの配管系９Ｄを複数系統設けているので、効率的に地熱を回収し、或いは、地中に熱を排出することが出来る。
図１７の第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図１６の第１実施形態と同様である。

図１８〜図２１は、本発明の第３実施形態を示している。
図１８において、地中に埋設されるＣＯ_２配管系Ｌａは、螺旋状の二重管９Ｅに接続されている。この場合に、直線状の二重管９Ｃを介装させても良いし、配管系Ｌａと螺旋状の二重管９Ｅとを直接的に接続しても良い。

ＣＯ_２配管である二重管９Ｅを地中に螺旋形に埋設するためには、ＣＯ_２配管を可撓性の良好な材料で構成する。そして、先端に掘削ビットを有する可撓性に富んだロッドを用いて（いわゆる「曲がりボーリング」により）、土中を螺旋形に掘削し、当該ロッド内にＣＯ_２配管（二重管９Ｅ）を配置する。
土中を螺旋形に掘削した後、可撓性に富んだロッドを掘削ビットと切り離して、ＣＯ_２配管（二重管９Ｅ）を地中に残存して、可撓性に富んだロッドのみを地上側に回収すれば良い。
この場合、掘削ビットは、いわゆる「埋め殺し」にされる。

或いは、形状記憶合金でＣＯ_２配管（二重管９Ｅ）を構成し、当該形状記憶合金に、地中温度（年間を通じて、約１５℃）になると図１８で示す螺旋状となる様に形状を記憶させて、上述した可撓性に富んだロッドを用いた掘削技術（いわゆる「曲がりボーリング」）で使用されるロッド押込用の装置を用いて、形状記憶合金製のＣＯ_２配管（二重管）を地中に押し込んでやれば良い。

図１８の第３実施形態によれば、地中Ｇの配管系９Ｅを螺旋形に配置しているので、円周方向長さは、直径の３倍となり、地熱交換に必要な長さを十分に確保した状態で、地中配管９Ｅを設置するための掘削深さを、従来の１／３程度に減少することが出来る。
そして、掘削深さが減少する結果、システムを施工するためのコストがさらに節減される。
ここで、螺旋形の配管系９Ｅ内の各部分を流れるＣＯ_２が相互に熱交換をしてしまう（螺旋径の配管系９Ｅ内の各部分を流れるＣＯ_２が相互に熱的な影響を及ぼし合う）ことが無い様に、螺旋形のピッチ及び直径は、１ｍ以上であることが好ましい。

図１８の第３実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図１７の各実施形態と同様である。

図１９〜図２１は、第３実施形態の変形例における施行手順を示している。
図１８の第３実施形態では配管系９Ｅは地中Ｇに配置されるが、図１９〜図２１の変形例では、配管系９Ｅは地下水Ｗ中に配置されている。
図１９〜図２１の変形例の施行に際しては、先ず、図１９で示すように、配管系９Ｅを配置するべき土壌Ｇに縦孔ＧＨを掘削する。そして、図２０で示すように、縦坑ＧＨ内に螺旋系の配管系９Ｅを配置する。
ここで、螺旋系の配管系９Ｅにおけるピッチ及び直径は、１ｍ以上であって、且つ、出来る限り小さいことが好ましい。ピッチ及び直径が１ｍ以下であれば、螺旋形の配管系９Ｅ内の各部分を流れるＣＯ_２が相互に熱交換をしてしまう（螺旋径の配管系９Ｅ内の各部分を流れるＣＯ_２が相互に熱的な影響を及ぼし合う）からであり、螺旋形の配管系９Ｅのピッチ及び直径が大きいと、縦孔ＧＨの径及び深さが大きくしなければならないからである。

縦坑ＧＨ内に螺旋系の配管系９Ｅを配置した後、図２１で示すように、縦孔ＧＨに地下水Ｗが充填される。地下水Ｗの温度レベルは、土壌Ｇと同程度であり、配管系９Ｅ内を流れるＣＯ_２は、地熱と同様に、地下水Ｗと熱交換をすることが出来る。
図１９〜図２１の変形例におけるその他の構成及び作用効果は、図１８の第３実施形態と同様である。

図２２は、本発明の第４実施形態を示している。
図２２の第４実施形態は、図１７の第２実施形態と図１８の第３実施形態との組み合わせに相当するものである。
図２２において、室外機１を循環するＣＯ_２配管Ｌａは、二重管９Ｃに接続されている。そして、二重管９Ｃの下端には三方弁Ｖ３０が介装されている。
三方弁Ｖ３０からは地中に埋設される二重管９Ｄと螺旋状の二重管９Ｅが分岐して接続されている。
二重管９Ｄの構成は、第１実施形態の図５〜図１３で説明したと同様の構成であり、二重管９Ｃと同一の使用である。一方、螺旋状の二重管９Ｅは、図１８〜図２１で示した第３実施形態の螺旋状の二重管９Ｅと同様である。

図２２の第４実施形態によれば、図１７〜図２１の各実施形態よりも、さらに効率良く地熱を回収することができる。
図２２の第４実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図２１の各実施形態と同様である。

図２３は、本発明の第５実施形態を示している。
図２３の実施形態では、図２２の第４実施形態に対して、三方弁３Ｖから分岐する二重管が、何れも螺旋状の二重管９Ｅとなっている。
ここで、螺旋形の二重管（ＣＯ_２配管）９Ｅ同士が熱的干渉をすることが無い様に、最も近接した部分において、最低１ｍは離隔している必要がある。

図２３の第５実施形態によれば、図２２の第４実施形態よりも更に高効率に地熱を回収することができる。

図２３の第５実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図２２の各実施形態と同様である。

図２４は、本発明の第６実施形態を示している。
図２４の第６実施形態では、図２３の第５実施形態と同様に、三方弁３Ｖから分岐する二重管が、何れも螺旋形に配置されているが、一方の螺旋状の二重管９Ｆが、他方の螺旋状の二重管９Ｅ（図２３の二重管９Ｅと同じ）の半径方向外方で、他方の螺旋状の二重管９Ｅを包囲する様に配置されている。
この場合においても、螺旋形の二重管（ＣＯ_２配管）９Ｅ、９Ｆ同士が熱的干渉をすることが無い様に、螺旋形の二重管（ＣＯ_２配管）９Ｅ、９Ｆにおいて、直径方向については、最低１ｍは離隔している。
それに加えて２つの螺旋形の二重管９Ｅ、９Ｆの各々において、上下方向（螺旋のピッチ方向）について、最低１ｍは離隔している必要がある。

図２４の第６実施形態によれば、図２３の第５実施形態に比べて、分岐した二重管９Ｅ、９Ｆを配置するための水平方向のスペースを少なくすることが出来ると共に、地中に埋設する管９Ｆの長さを短くしても、地熱の熱回収量を維持或いは増加することが出来る。
図２４の第６実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図２３の各実施形態と同様である。

図示の実施形態について、発明者は、熱的負荷として圧縮式空調機を接続し、暖房運転を行なうに際して、図示の実施形態に係る地熱利用システムと、従来のブラインを用いた地熱回収機構とを比較する実験を行なった。
当該実験の結果として、外気温度が同じであるならば、熱媒としてＣＯ_２を用いた図示の実施形態の方が、暖房の対象となる閉空間（部屋）の気温が上昇した。
その際に、熱媒にブラインを用いた従来の地熱利用機構に接続された圧縮式空調機においては、コンプレッサは１００％稼働しなければならなかった。それに対して、熱媒にＣＯ_２を用いた図示の実施形態に介装されたコンプレッサは、５０％の部分負荷運転で足りることが分かった。そして、図示の実施形態に接続された圧縮式空調機では、従来の地熱利用機器に接続された場合に比較して、消費電力は１／２程度であった。

当該実験において、図示の実施形態では、図１７の第２実施形態と同様に、いわゆる「管径一インチ半」の管を二系統に分岐して地熱を回収して暖房を行なった。そして、従来技術として、いわゆる「管径三インチ」の管を一系統だけ地中に埋設して、地熱を回収した。係る実験において、図示の実施形態と、従来技術とでは、暖房能力には差異がなかった。
換言すれば、図示の実施形態では、地中に埋設するＣＯ_２配管を細径にしても、太い配管系の従来技術を用いた場合と比較して、暖房能力については、有意な相違が存在しないことが明らかになった。
地中配管を細径にすることが出来るのであれば、地中配管埋設の際に、掘削コストその他の各種コストを低く抑えることが出来るので、従来技術に比較して、図示の実施形態の方が各種コストを低減できることが明らかである。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。

１・・・第１の熱交換器／室外機
２・・・第２の熱交換器／室内機
３・・・空調機
４・・・コンプレッサ
５・・・ポンプ
６、７・・・温度センサ
８・・・給湯器
９・・・二重管
１０・・・ＣＯ_２供給源

Claims (1)

1. 室外機（１）と室内機（２）と熱的負荷である空調機（３）とを有し、当該室外機（１）と室内機（２）とは冷房と暖房とを切替えるために四方弁（Ｖ４）と当該四方弁（Ｖ４）に接続されたコンプレッサ（４）とを介して接続され、前記室外機（１）は地中（Ｇ）に埋設された内部に熱媒が流過する配管系（Ｌａ）によって地熱と熱交換をする機能を有し、前記コンプレッサ（４）を制御するためのコントロールユニット（５０）を備える地熱利用システムにおいて、前記配管系（Ｌａ）は室外機（１）の第１の接続口（１１）と第１のバルブ（Ｖ１）とを接続する第２のライン（Ｌａ２）と、前記第１のバルブ（Ｖ１）とポンプ（５）の吐出口（５ｏ）とを接続する第１のライン（Ｌａ１）と、前記ポンプ（５）の吸込口（５ｉ）と第２のバルブ（Ｖ２）とを接続する第４のライン（Ｌａ４）と、前記第２のバルブ（Ｖ２）と前記室外機（１）の第２の接続口（１２）とを接続する第３のライン（Ｌａ３）と、前記第１のバルブ（Ｖ１）および第２のバルブ（Ｖ２）の上流側を接続する第５のライン（Ｌａ５）とよりなり、前記コントロールユニット（５０）は暖房運転をマニュアル操作された場合に、前記第１のバルブ（Ｖ１）および第２のバルブ（Ｖ２）を閉鎖し、ポンプ（５）を停止し（Ｓ３）、四方弁（Ｖ４）を暖房側に切替えてコンプレッサ（４）を作動し（Ｓ７）、そして冷房運転をマニュアル操作された場合に前記第１のバルブ（Ｖ１）および第２のバルブ（Ｖ２）を開放し、ポンプ（５）を作動させ（Ｓ５）、四方弁（Ｖ４）を冷房側に切り替え（Ｓ６）、コンプレッサ（４）を作動する（Ｓ７）機能を有し、前記配管系（Ｌａ）の第２のライン（Ｌａ２）および第３のライン（Ｌａ３）は２重管で構成され、前記熱媒は二酸化酸素であり、二酸化炭素の気化熱と地熱とを熱交換しており、前記二重管の内管（９１）を液相の二酸化炭素が流れ、前記二重管の外管（９２）を気相の二酸化炭素が流れ、二酸化炭素の気化熱と地熱とを熱交換するために、前記室外機（１）を出た領域の温度が、暖房運転を行う場合には０〜１５℃、冷房運転を行う場合には１５〜３０℃に設定されていることを特徴とする地熱利用システム。

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