TWI491841B

TWI491841B - 地熱利用系統

Info

Publication number: TWI491841B
Application number: TW099119373A
Authority: TW
Inventors: Hiroshi Souma
Original assignee: Chemical Grout Co
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2015-07-11
Also published as: JP2011220603A; TW201135166A; JP5454917B2

Description

地熱利用系統

本發明係有關於一種回收地熱及/或排出熱到地底中，以有效利用於空調、供應熱水及其他熱負荷之技術。

例如在日本國內，地底中之溫度係全年約15℃左右。

而且，在日本國內中之冬天氣溫係遠比15℃還要低溫，夏天氣溫係遠比15℃還要高溫，所以，考慮到例如對空調、供應熱水及其他熱負荷有效利用相關溫度差。

因此，回收利用地熱之技術在先前就有種種提議。

在此，地熱之回收(或往地底中排熱)係使眾所周知之液相熱媒(鹽水)流過埋設於地底中之配管中，以該液相熱媒與地熱實施熱交換(所謂「顯熱-顯熱熱交換」)。

但是，熱媒為與地熱實施熱交換，須確保必要面積，所以，冷媒流過之配管直徑會變大。

又，例如為回收僅適當作動空調設備之熱量，必須將非常長之配管埋設至地底中很深之領域。

而且，為將大直徑配管埋設至地底中很深之領域，存在有需要很多成本之問題。

其他先前技術提議有例如利用地下水作熱媒體，在地底下蓄熱之技術(參照專利文獻1)。

但是，在相關先前技術(專利文獻1)中，必須鑽豎孔井，當儲熱量增多時，必須增加豎孔井之深度，所以，無法解決上述問題點。

[先行技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2010-38507號公報

本發明係鑑於上述先前技術之問題點以提議者，其目的在於提供一種地熱利用系統，能減少將配管埋設在地底中之勞力。

本發明之地熱利用系統具有埋設於地底中(G)之配管系(La,9)，該配管系(La,9)構成具有在熱媒流過內部而與地熱熱交換之功能，該配管系(La,9)(例如夾裝有空調負荷3或供給熱水負荷8)夾裝連接壓縮式空調機(具有第1熱媒管線Lb、室外機1、室內機2、壓縮機4、減壓閥V3及四通閥V4之壓縮式空調機)之熱交換器(例如當熱負荷係壓縮式空調機時為室外機1)，前述熱媒係二氧化碳，二氧化碳之氣化熱(冷凝熱)與地熱熱交換，前述配管系(La,9)係以二重管(9)構成，液相之二氧化碳流過內管(91)，氣相之二氧化碳流過外管(92)，為了使二氧化碳之氣化熱(冷凝熱)與地熱熱交換，流出前述配管系(La,9)中之熱交換器(室外機1)之領域之溫度被設定成當實施暖房運轉時為0~15℃，當實施冷房運轉時為15~30℃。

在此，流出前述配管系(La,9)中之熱交換器(室外機1)之領域之溫度(當實施暖房運轉時為0~15℃，當實施冷房運轉時為15~30℃)係該運轉狀態中之配管系(La,9)中之二氧化碳之氣化溫度。

該氣化溫度對應前述配管系(La,9)中之二氧化碳之壓力。而且，當前述氣化溫度過低時(當實施暖房運轉時未滿0℃，當實施冷房運轉時未滿15℃)，前述配管系(La,9)之壓力會變得過低，不適合二氧化碳之循環。

另外，當氣化溫度過高，實施暖房運轉成為超過15℃之溫度時，前述配管系(La,9)之壓力變得過高，所以很危險。又，當實施冷房運轉超過30℃時，循環在前述配管系(La,9)之二氧化碳太接近成為氣液混合狀態之臨界點(31℃)，所以很不適合。而且，當達到臨界點(31℃)而二氧化碳成為氣液混合狀態時，地熱與二氧化碳氣化熱之熱交換效率會降低。

又，在本發明中，前述配管系(La,9D)最好在地底中(G)分歧成複數系統。

或者，前述配管系(La,9E,9F)最好在地底中(G)配置成螺旋形。

根據使用具備上述構成之本發明，使用二氧化碳作為熱媒，將二氧化碳之氣化熱(冷凝熱)與地熱熱交換。亦即，當回收地熱時，液相之二氧化碳自地熱回收氣化熱，當排出熱到地底中(G)時，氣相之二氧化碳將氣化熱排出到地底中(G)以冷凝。

換言之，二氧化碳構成之熱媒之潛熱與地熱之顯熱實施所謂「潛熱-顯熱熱交換」。

在此，「潛熱-顯熱熱交換」與先前地熱利用設備中之熱媒與地熱之所謂「顯熱-顯熱熱交換」相比較下，每單位之熱媒能將大量熱回收或排出，所以，能大幅提高熱效率。

又，二氧化碳與先前技術中使用之鹽水相比較下，熱容量較大。

因此，根據本發明，熱媒能將地熱高效回收或高效地將熱排出到地底中，所以，能使埋設於地底中(G)之配管系(La,9)縮短且變細。

因此，當埋設配管(La,9)到地底中(G)時，無須深掘至地底中之較深領域，無須為埋設配管而取得廣大空間。

在此，在使用鹽水熱媒之先前技術中，必須沿著基礎樁配置流過鹽水之地底中配管沿著基礎樁配置，或者在基礎樁中配置該地底中配管，當施工基礎樁時，會造成發生額外成本。

又，當將流過鹽水之地底中配管不配置在地底中樁附近時，必須挖掘用於埋設該地底中配管之井，因此會發生成本。

當使用能使埋設於地底中(G)之配管系(La,9)縮短且縮直徑之本發明時，能減少這些成本。

而且，根據本發明，以二重管(9)構成地底中(G)之配管系(La)，所以例如當回收地熱(暖房運轉)時，自熱交換器(例如室外機1)送來之液相二氧化碳在二重管(9)之內管(91)降下。在此，液相二氧化碳相較於氣相二氧化碳，比重較大，所以液相二氧化碳藉其重量往下方落下。

另外，當液相二氧化碳回收地熱(氣化熱)以氣化時，氣相二氧化碳相較於液相二氧化碳，比重較小，朝向熱交換器(例如室外機1)，在二重管(9)之外管(92)上昇。

因此，即使不設外部動力，液相二氧化碳與氣相二氧化碳也會流過二重管內。

此外，根據本發明，流出前述配管系(La,9)中之熱交換器(室外機1)之領域之溫度設定成當量施暖房運轉時為0～15℃，當實施冷房運轉時為15～30℃，該溫度(當量施暖房運轉時為0～15℃，當實施冷房運轉時為15～30℃)係該運轉狀態中之配管系(La,9)中之二氧化碳之氣化溫度。

根據發明者之硏究，當該溫度係二氧化碳之氣化溫度時，在本發明中，暖房效率或冷房效率最為提升。

在本發明中，若設置複數系統之地底中(G)配管系(9D)，即能高效地回收地熱且將熱排出至地底中。

在此，若將地底中(G)配管系配置成螺旋形(9E,9F)，圓周方向長度即為直徑之3倍，所以，用於設置地底中配管之挖掘深度可為先前技術之1/3左右。

以下，參照附圖以說明本發明之實施形態。

在圖示之實施形態中例示將地底中熱利用在空調裝置之系統。

換言之，在圖示之實施形態中，熱負荷係例如連接有空調機3。

第1圖～第16圖顯示本發明第1實施形態(包含各種變形例)。

在此，第1圖、第3圖及第4圖為容易理解動作之說明，將地底中之配管(La)局部顯示成與實際相異之構成。地底中之配管(La)中之構成容後述。

而且，在第1圖圖示有冷暖房切換控制之控制系統(控制單元50等)，但是，在第3圖及第4圖中，該控制系統之圖示予以省略。

最初參照第1圖，概略說明第1實施形態。

在第1圖中，以元件符號100標示全體之地熱利用系統具有第1熱交換器(以下記載成「室外機」)1、第2熱交換器(以下記載成「室內機」)2、作為熱負荷之空調機3(也包含溫水床暖房等)、埋設於地底中之配管系La、第1熱媒管線Lb及第2熱媒管線Lc。

埋設於地底中之配管系La夾裝有第1熱交換器1、幫浦5、開關閥V1,V2及溫度偵知器6,7。而且，在配管系La內流過作為熱媒之液相二氧化碳或氣相二氧化碳(以下將二氧化碳記載成CO₂ )。

配管系La具有管線La1~La5。

管線La1連接有幫浦5之吐出口5o及閥體V1。

管線La2連接有閥體V1及室外機1之連接口11。在管線La2中，於閥體V1附近設有分歧點B1，在連接口11附近夾裝有溫度偵知器6。

管線La3連接有室外機1之連接口12及閥體V2。在管線La3中，於閥體V2附近設有分歧點B2，在連接口12附近夾裝有溫度偵知器7。

管線La4連接有閥體V2及幫浦5之吸入口5i。

管線La5係連接分歧點B1與分歧點B2且旁通幫浦5之旁通管線。

在第1圖中，除了配管系La之管線La2及管線La3之室外機1側局部，配管系La全部埋設在地底中。針對埋設在此地底中之部分構成，參照第5圖～第13圖敘述於後。

在第1圖中，第1熱媒管線Lb夾裝有室外機1、室內機2、壓縮機4、減壓閥V3及四通閥V4，以構成壓縮式空調機。而且在第1熱媒管線Lb內流過作為熱媒之一次鹽水(例如氟氯碳化物R134)。

第1熱媒管線Lb具有管線Lb1~Lb5。

管線Lb1連接有壓縮機4之吐出口4o及四通閥V4之開口Vp1。

管線Lb2連接有四通閥V4之開口Vp2及室內機2之連接口21。

管線Lb3連接有室內機2之連接口22及室外機1之連接口13。在管線Lb3夾裝有減壓閥V3。

管線Lb4連接有室外機1之連接口14及四通閥V4之開口Vp3。

管線Lb5連接有四通閥V4之開口Vp4及壓縮機4之吸入口4i。

第2熱媒管線Lc夾裝有室內機2及空調機3。熱媒管線Lc內流過作為熱媒之2次鹽水。

第2熱媒管線Lc具有管線Lc1及管線Lc2。

管線Lc1連接有空調機3之連接口31及室內機2之連接口23。管線Lc2連接有室內機2之連接口24及空調機3之連接口32。

如第1圖所示，地熱利用系統100具有作為控制機構之控制單元50。控制單元50透過控制訊號線So連接有壓縮機4、幫浦5及開關閥V1,V2。

在此，於第1圖中，符號G表示地底中，符號Gf表示地表。

接著，參照第2圖以說明運轉第1圖空調機3時之冷房‧暖房切換控制。

在第2圖之步驟S1中，藉自動控制或手動操作以操作具有控制單元50之未圖示控制盤以作動空調機3。

在步驟S2中，藉自動控制或手動操作以決定實施暖房運轉或實施冷房運轉，實施決定後之運轉。

若實施暖房運轉時(在步驟S2中之「暖房」)，即藉控制單元50閉鎖埋設於地底中之配管系La開閉閥V1,V2,停止夾裝在配管系La之幫浦5(步驟S3)。

然後前進到步驟S4，將四通閥V4切換到暖房側。若四通閥V4切換到暖房側，四通閥V4開口Vp1即與開口Vp2連通，開口Vp3即與開口Vp4連通(參照第3圖)。

另外，若實施冷房運轉(在步驟S2中之「冷房」)，即藉控制單元50開放夾裝在配管系La開閉閥V1,V2，作動夾裝在配管系La之幫浦5(步驟S5)。

然後前進到步驟S6，將四通閥V4切換到冷房側。當四通閥V4切換到冷房側時，四通閥V4開口Vp1與開口Vp3連通，開口Vp2與開口Vp4連通(參照第4圖)。

當步驟S4或步驟S6結束時，前進到步驟S7，控制單元50作動夾裝在第1熱媒管線Lb之壓縮機4，以實施暖房運轉或冷房運轉，然後前進到步驟S8。

在步驟S8中，控制單元50判斷暖房運轉或冷房運轉之結束操作是否已經實施過。當結束操作已經實施過時(步驟S8係是)，結束控制。

另外，若尚未實施結束操作(步驟S8係否)，即回到步驟S2，重複步驟S2以後。

參照第3圖以說明實施暖房運轉之情形。

在第3圖所示之暖房運轉時，如上所述，夾裝在配管系La之開閉閥V1,V2係閉鎖，夾裝在配管系La之幫浦5係停止。

然後，夾裝在第1熱媒管線Lb之四通閥V4切換到暖房側，四通閥V4之開口Vp1與開口Vp2連通，開口Vp3與開口Vp4連通。

然後，壓縮機4作動，熱媒(例如氟氯碳化物R134)被壓縮成為高溫高壓之氣相氟氯碳化物，自壓縮機4之吐出口4o吐出。

自壓縮機4吐出之高溫高壓氣相氟氯碳化物經由管線Lb1、四通閥V4之開口Vp1、開口Vp2及管線Lb2，自室內機2之第1連接口21流入室內機2之熱交換部2h。

在室內機2之熱交換部2h內，高溫高壓之氣相氟氯碳化物與流過第2熱媒管線Lc之熱媒(自空調機3透過管線Lc1流入室內機2之熱媒：例如水)熱交換。藉由室內機2中之熱交換，流在熱媒管線Lc之水(熱媒)被加溫，高溫高壓之氣相氟氯碳化物喪失氣化熱，冷凝成為高壓之液相氟氯碳化物。

以室內機2加溫之水自管線Lc2送入空調機3，以空調機3中之未圖示散熱器散熱，實施設置空調機3之空間之暖房。以未圖示散熱器散熱後，作為熱媒之水再度經由管線Lc1送入室內機2。

另外，在室內機2中冷凝之高壓液相氟氯碳化物自室內機2之連接口22經由管線Lb3，自室外機1連接口13流入室外機1內之熱交換部1h。當高壓液相氟氯碳化物流過管線Lb3時，以減壓閥V3減壓成為低壓液相氟氯碳化物。

在室外機1之熱交換部1h中，低壓之液相氟氯碳化物與流過埋設在地底中配管系La之氣相CO₂ 熱交換，投入氣化熱。然後，為投入氣化熱到低壓液相氟氯碳化物，流過配管系La之氣相CO₂ 冷凝成為液相CO₂ 。亦即，在，熱交換部1h中，低壓液相氟氯碳化物與氣相CO₂ 熱交換作為潛熱之氣化熱，實施所謂「潛熱-潛熱熱交換」。結果，低壓液相氟氯碳化物氣化成為低壓氣相氟氯碳化物。

以以室外機1氣化之低壓氣相氟氯碳化物經由室外機1之連接口14、管線Lb4、四通閥V4之開口Vp3、開口Vp4及管線Lb5流入壓縮機4之流入口4i。而且，以壓縮機4壓縮成為更高溫高壓之氣相氟氯碳化物自吐出口4o吐出。

另外，在室外機冷凝之液相CO₂ 自室外機1之連接口11排出，流過管線La2藉其自重下降。當流過管線La2時，液相CO₂ 藉地熱投入氣化熱，相變化成為氣相CO₂ 。

在暖房運轉時，開關閥V1,V2為閉塞，所以，流過管線La2之CO₂ 自分歧點B1流過旁通La5，自分歧點B2流入管線La3。

地熱充分投入到流入管線La3之CO₂ 以將CO₂ 氣化。

在此，自室外機1排出之液相CO₂ 比氣相CO₂ 之比重大。因此，管線La3內之氣相CO₂ 在管線La3內上昇使得液相CO₂ 被壓出。因此，在暖房運轉時，無須作動CO₂ 搬運用幫浦5。

在管線La3內上昇之氣相CO₂ 自連接口12流入室外機1內。而且，如上所示，氣化熱投入低壓氣相氟氯碳化物。

接著，參照第4圖以說明實施冷房運轉之情形。

在第4圖之冷房運轉時，如上所述，打開夾裝在配管系La之開閉閥V1,V2，同時作動夾裝在配管系La之幫浦5。

在配管系La中，藉幫浦5升壓之液相CO₂ 在吐出口5o、管線La1、開關閥V1及管線La2上昇。而且，經由連接口11流入室外機1內之熱交換部1h。

在室外機1中，液相CO₂ 與自壓縮機4吐出口4o吐出之高壓氣相氟氯碳化物交換氣化熱。被投入氣化熱之液相CO₂ 成為氣相CO₂ ，經由連接口12、管線La3、開關閥V2及管線La4流入幫浦5之吸入口5i。

在此，幫浦5吸入口5i之負壓作用在管線La3，所以，在室外機1氣化之氣相CO₂ 在管線La3往地底側下降。

氣相CO₂ 在管線La3下降期間，往地底中捨棄氣化熱，冷凝而成為液相CO₂ 。而且，藉幫浦5吸入口5i之負壓，液相CO₂ 在管線La5不分歧，全量流過管線La4，被幫浦5之吸入口5i吸入。

當冷房運轉時，夾裝在第1熱媒管線Lb之四通閥V4切換到冷房側，四通閥V4之開口Vp1與開口Vp3連通，開口Vp2與開口Vp4連通。

起動壓縮機4，作為熱媒之氟氯碳化物R134被壓縮成高溫高壓之氣相氟氯碳化物，自吐出口4o吐出。

自壓縮機4吐出之高溫高壓氣相氟氯碳化物經由管線Lb1、四通閥V4之開口Vp1、開口Vp3及管線Lb4，自室外機1之連接口14流入室外機1之熱交換部1h。

在室外機1熱交換部1h內之高溫高壓氣相氟氯碳化物將氣化熱投入(實施熱交換)自配管系La之管線La2流入連接口11之液相CO₂ ，冷凝以成為高壓之液相氟氯碳化物。此時，配管系La之液相CO₂ 氣化。

在室外機1內冷凝之高壓液相氟氯碳化物自連接口13排出到管線Lb3，藉夾裝在管線Lb3之減壓閥V3減壓成為低壓之液相氟氯碳化物。低壓液相氟氯碳化物自連接口22流入室內機2之熱交換部2h。

在熱交換部2h內，流過第1熱媒管線Lb之低壓液相氟氯碳化物與流過第2熱媒管線Lc之水(熱媒)熱交換，被投入氣化熱以成為低壓之氣相氟氯碳化物。此時，流過第2熱媒管線Lc之水以將氣化熱投入流過第1熱媒管線Lb之份量降溫。

換言之，在室內機2中，流過第2熱媒管線Lc之水(熱媒)之顯熱與流過第1熱媒管線Lb之氟氯碳化物之潛熱熱交換(顯熱-潛熱熱交換)。

自室內機2連接口23排出之冷水自空調機3連接口31流入空調機3內，冷房設置有空調機之空間。冷媒(水)在空調機3內冷卻室內空氣，自連接口32經由管線Lc2送入室內機2之連接口24。

另外，在室內機2內氣化之低壓氣相氟氯碳化物經由室內機2之連接口21、管線Lb2、四通閥V4之開口Vp2,Vp4及管線Lb5，自壓縮機4之吸入口4i被吸入。而且，在壓縮機4被壓縮以成為高壓氣相氟氯碳化物自吐出口4o吐出。

在第3圖所示之暖房運轉時，流過配管系La之CO₂ 即使不運轉幫浦5也能在地上側與地底側循環。

相對於此，在第4圖所示之冷房運轉時，如上所述，流過配管系La之CO₂ 如果不運轉幫浦5，則無法在配管系La內循環。

茲參照第7圖～第9圖，針對相關之幫浦5及管線La1,La4,La5詳述於後。

在此，即使在第3圖所示之暖房運轉中，即使在第4圖所示之冷房運轉中，在室外機1中，流過配管系La之CO₂ 與流過第1熱媒管線Lb之氟氯碳化物熱交換氣化熱，實施所謂「潛熱-潛熱熱交換」，所以交換大量之熱量而效率變高。

在第1圖、第3圖及第4圖中，為簡略化熱媒(CO₂ )流動方向之說明，將熱媒在地底中流動之配管系La表現成往復路徑分體構成之U字形管狀，但是，在圖示之實施形態中，以二重管構成相關地底中配管。

參照第5圖～第12圖說明相關二重管。

在第5圖中，構成配管系La之二重管9以內管91及外管92構成。

如第5圖所示，在暖房時(參照第3圖)，自室外機1送來之液相CO₂ 在二重管9之內管91下降。

液相CO₂ 比氣相CO₂ 之比重大，所以，藉其重量往下方落下。

當自地熱投入氣化熱到液相CO₂ 時，液相CO₂ 氣化而成為氣相CO₂ 。而且，氣相CO₂ 比液相CO₂ 之比重小，所以，沿二重管9外管92朝室外機1上昇。

亦即，在第3圖之暖房時，必須送到地底中之液相CO₂ 藉自重在內管91往下方落下，回到地底中之氣相CO₂ 在外管92上昇，所以，作為熱媒之CO₂ 流過二重管9中所用之動力無須自外部供給。

當參照第4圖說明過之冷房時，如第6圖所示，自室外機1送來之氣相CO₂ 在二重管9外管92下降。而且，氣相CO₂ 將氣化熱投入土壤G中以冷凝之液相CO₂ 係朝室外機1，沿二重管9之內管91上昇。

在此，於冷房時係與暖房時相異，為下降比重較小之氣相CO₂ 及上昇比重較大之液相CO₂ ，需要動力。

因此，如第7圖所示，在二重管9外管92之底部設置第1開關閥Vb1，在其前設置CO₂ 循環用幫浦5。

然後，在內管91下端安裝第2開關閥Vb2。在此，當開放第2開關閥Vb2時，內管91之前端與外管92連通，當閉鎖第2開關閥Vb2時，內管91之前端成閉塞。

幫浦5之吐出口與內管91之底部附近以管線93連接，在管線93夾裝有第3開關閥Vb3。

在暖房時，如第8圖所示，閉塞第1開關閥Vb1及第3開關閥Vb3，開放第2開關閥Vb2。

如上所述，在暖房時，自內管91下降之液相CO₂ 與地熱熱交換以投入氣化熱而成為氣相CO₂ 。而且，氣相CO₂ 透過第2開關閥Vb2流入外管92之底部附近，自外管92之底部沿外管92上昇。在此，氣相CO₂ 與液相CO₂ 混合存在，成為所謂「氣液2相流」以流入外管92，即使如此，與地熱熱交換以完全成為氣相CO₂ 而往室外機1側上昇。

雖然未圖示，但是，當液相CO₂ 在地底中G未氣化時，可設置促進氣化之機構(例如加熱機構)。

在冷房時，如第9圖所示，閉塞內管91前端之第2開關閥Vb2，開放第1開關閥Vb1及第3開關閥Vb3，再作動幫浦5。

藉由作動幫浦5，負壓作用在外管92內，所以，比重較小之氣相CO₂ 下降。

在外管92下降而來之氣相CO₂ 在下降途中，將氣化熱排出到地底中以冷凝。而且，成為液相CO₂ 被幫浦5吸引。自幫浦5吐出之液相CO₂ 經由管線93及第3開關閥Vb3，自內管91壓送到室外機1。

如參照第5圖～第9圖說明，在冷房時與暖房時，出自室外機1之熱媒與進入室外機1之熱媒係在流過二重管9之內管91或流過二重管9之外管92相異。

第10圖示意顯示二重管9室外機側端部(上端部)中之配管構成。

在第10圖中，二重管9中之內管91上端連接第1圖~第3圖所示之管線La2，外管92上端連接第1圖~第3圖所示之管線La3。

而且，在冷房時及暖房時，流過配管系La之CO₂ 與流過第1熱媒管線Lb之氟氯碳化物之流動方向有時與第1圖~第3圖所示者相異。

為應付這種情形，如第11圖所示，其構成也可以在配管系La側夾裝4個閥體Va1~Va4，管線La2及管線La3可與內管91或外管92連通。

在第11圖中，連通到室外機1連接口11之管線La2及連通到室外機1連接口12之管線La3與外管92連通。在管線La2夾裝有開閉閥Va1，在管線La3夾裝有開閉閥Va2。

管線La6自管線La2之分歧點Ba2分歧且與內管91連通。又，管線La7自管線La3之分歧點Ba3分歧且與內管91連通。

在管線La6夾裝有開閉閥Va3，在管線La7夾裝有開閉閥Va4。

參照第5圖~第11圖說明過之二重管9第1變形例係顯示於第12圖。

在第12圖之第1變形例中，二重管9A之外管92A沿縱向(中心線CL方向)形成凹凸。藉由形成相關凹凸，增大表面積且提高熱交換效率。

雖然未圖示，但是，在二重管9A之內管91A也可以於縱向形成凹凸。

第13圖顯示二重管9之第2變形例。

在第13圖之第2變形例中，二重管9B之外管92B係於圓周方向設置凹凸，因此，增大表面積且提高熱交換效率。

在相關第2變形例中，雖然未圖示，但是，二重管9B之內管91B也可以於圓周方向設置凹凸。

而且，二重管9之變形例雖然未圖示，但是，在二重管之外管(或者，外管及內管)設置鰭片。

根據第1實施形態，熱媒使用CO₂ ，將CO₂ 之氣化熱(冷凝熱)與地熱熱交換，藉此，投入到熱媒，或者，自熱媒排出到地底中。而且，CO₂ 熱媒之潛熱與地熱實施所謂「潛熱-顯熱熱交換」。

在此，「潛熱-顯熱熱交換」與先前地熱利用設備中之熱媒和地熱中之「顯熱-顯熱熱交換」相比較下，每單位量之熱媒能回收或排出大量之熱，所以熱效率很好。

又，CO₂ 相較於先前技術使用之鹽水，熱容量較大。

因此，根據第1實施形態，熱媒能高效回收地熱或將熱高效地排出到地底中G，所以，能將埋設於地底中G之配管系La(二重管9)縮短且變細。

因此，當埋設配管系La(二重管9)在地底中G時，無須挖掘到地底中之較深領域，為埋設配管，無須廣大空間。

在使用液相鹽水於熱媒之先前技術情況隙，必須沿著基礎樁配置流過液相鹽水之地底中配管系，或者，必須在基礎樁中配置該地底中配管系，當基礎樁施工時，會造成額外成本發生。

又，當流過鹽水之地底中配管系不配置於地底中之樁附近時，必須將用於埋設該地底中配管系之井挖掘至地底中之較深領域，因此，會產生成本。

根據第1實施形態，能將埋設於地底中G之配管系La(二重管9)縮短且變細，所以，不會發生如上述之成本。

在第1實施形態中，以二重管9構成地底中G之配管系La。

如此，在暖房運轉時，比重較大之液相CO₂ 在二重管9內管91下降，被投入地熱(氣化熱)而氣化之氣相CO₂ 在二重管9外管92上昇，所以，當作為熱媒之CO₂ 循環在配管系La內循環時，無需外部動力。

因此，能減輕暖房時之運轉成本。

第14圖係表示第1實施形態中之第1變形例。

根據發明者之硏究時，可以明白當自室外機1送到地底側之熱媒溫度係既定溫度(例如當實施暖房運轉時，自室外機1送到地底中之液相CO₂ 之溫度為0～15℃，當實施冷房運轉時，自室外機1送到地底中之氣相CO₂ 之溫度為15～30℃)時，暖房效率或冷房效率提高最多。

因此，自室外機送到地底側之熱媒溫度最好維持在該既定溫度(例如暖房時為6℃)，以能實施高效運轉。

在此，於發明者之實驗中，在暖房時，當自室外機送到地底中之液相CO₂ 之溫度為6℃時，埋設在地底中且與室外機連通之作為熱媒之CO₂ 之壓力為4MPa~5 MPa。

自室外機送到地底中側之CO₂ 之溫度與該時點中之CO₂ 之溫度(壓力)和系統全體中之熱媒CO₂ 之量相關。

因此，第14圖之變形例構成響應自室外機1送到地底中側G之CO₂ 之溫度(壓力)，調整系統全體CO₂ 之量。

在第14圖之變形例中，調整CO₂ 之量係控制夾裝在來自CO₂ 供給源10之流入路徑(CO₂ 供給管線)Lc中之流量調整閥Vc之開度與夾裝在連接到地底中配管系La9之排出系統La上之排出閥Va(具有作為流量調整閥之功能)之開度。

在第14圖中，室外機1與地底中配管系La9亦藉地上側配管La構成閉回路。

而且，在第14圖中，為簡化圖示，地底側之CO₂ 配管系La9並非表現成二重管，而表現成往復之U字形管。

在第14圖中，地上側配管La以管線La20及管線La30構成。而且，管線La20與配管系La9之連接口Pa2和室外機1之連接口11連接，管線La30與室外機1之連接口12和配管系La9之連接口Pa3連接。

管線La20夾裝有排出閥Va(流量調整閥)。

又，在管線La20中，於室外機1與排出閥Va間之領域連接有CO₂ 供給管線Lc，CO₂ 供給管線Lc連通CO₂ 供給源10。

在CO₂ 供給管線Lc夾裝有CO₂ 供給量調節閥Vc，藉控制CO₂ 供給量調節閥Vc之開度，調節循環在配管系9a中之CO₂ 之供給量。

在管線La20中，於排出閥Va與配管La9中之連接口Pa2間之領域夾裝有溫度偵知器6(或壓力偵知器40)。

在此，於第14圖中，溫度偵知器6(或壓力偵知器40)連接到管線La20，但是在實際之設備中，其係夾裝在管線La20與管線La30內且作為熱媒之CO₂ 自室外機1流出側之管線。

而且，若改換在暖房運轉與冷暖房運轉中，作為熱媒之CO₂ 流入室外機1側之管線，溫度偵知器6(或壓力偵知器4)即最好夾裝在管線La20與管線La30兩者上。

第14圖之變形例具有作為控制機構之控制單元50A。

控制單元50A透過輸入訊號線Si連接溫度偵知器6及壓力偵知器40。

又，控制單元50A透過控制訊號線So連接排出閥Va及CO₂ 供給量調節閥Vc。

接著，主要參照第15圖及合倂參照第14圖以說明CO₂ 供給量之控制。

在第15圖中，步驟S11係藉溫度偵知器6測定流過管線La20之CO₂ (例如當暖房時為液相CO₂ 溫度，或者，藉壓力偵知器40測定流過管線La20之CO₂ 壓力(步驟S12)。

在步驟S13中，控制單元50A決定排出閥(流量控制閥)Va之開度。

雖然未明確圖示，但是，在控制單元50A內記憶有預先決定之特性，亦即，流過管線La20之CO₂ 溫度(或CO₂ 壓力)與自室外機1送到地底中側之熱媒溫度成為既定溫度之熱媒CO₂ 量(以下記載成「既定熱媒量」)之關係(特性)。

又，控制單元50A具有自該時點中之排出閥Va及CO₂ 供給量調節閥Vc之閥開度，求出該時點中之循環在配管系9a中之CO₂ 量(以下記載成「CO₂ 循環量」)之功能。

而且，控制單元50A具有比較該時點中之CO₂ 循環量與該時點中之用於作為既定熱媒量之排出閥Va及CO₂ 供給量調節閥Vc之閥開度，以決定，排出閥Va及CO₂ 供給量調節閥Vc之閥開度之功能。

在次一步驟S14中，控制單元50A自該時點中之排出閥Va及CO₂ 供給量調節閥Vc之閥開度求出CO₂ 循環量，與既定熱媒量比較以判斷是否適當。

若CO₂ 循環量適當(步驟S14係是)，即維持排出閥Va及CO₂ 供給量調節閥Vc之閥開度在原來狀態(步驟S15)，再前進到步驟S18。

若CO₂ 循環量過大(步驟S14係「大」)，即減少CO₂ 供給量調節閥Vc之閥開度，及/或增加排出閥Va之閥開度(步驟S16)。而且前進到步驟S18。

若CO₂ 循環量過小(步驟S14係「小」)，即增加CO₂ 供給量調節閥Vc之閥開度，及/或減少排出閥Va之閥開度(步驟S17)。而且前進到步驟S18。

在步驟S18中，判斷是否結束系統之運轉。

若結束系統之運轉(步驟S18係是)，即結束控制。

若繼續系統之運轉(步驟S18係否)，即回到步驟S11，重複以後。

第14圖及第15圖之第1變形例中之其他構成及作用效果與第1圖～第13圖之第1實施形態相同。

第16圖係顯示第1實施形態之第2變形例。

在第1圖～第14圖中，於第1熱媒管線Lb透過室內機2熱連接有作為熱負荷之空調負荷(夾裝空調機3之第2熱媒管線Lc)。

相對於此，在第16圖中，於第1熱媒管線Lb也熱連接有作為熱負荷之供給熱水負荷8。

在第16圖中，於連接第1熱媒管線Lb中之四通閥V4開口Vp2與室內機2連接口21之管線Lb2夾裝有供給熱水負荷(例如熱水器8)。

由熱水器8所作供給熱水所實施之暖房運轉與第3圖說明過之第1實施形態暖房運轉相同。

而且，雖然未圖示，也可以省略空調負荷且僅設供給熱水負荷8。

第16圖之第2變形例中之其他構成及作用效果與第1圖～第15圖之實施形態相同。

此外，雖然未圖示，但是也可以省略四通閥V4及地底中之管線La1,La4,幫浦5，成為在第1圖～第15圖之第1實施形態僅實施暖房運轉之系統。

即使在該情形下，仍可如第16圖之第2變形例所示，並設供給熱水負荷及空調負荷，或者僅設置供給熱水負荷。

第17圖顯示第2實施形態。

在第1實施形態中，用於熱交換地熱與作為熱媒之CO₂ 之氣化熱之CO₂ 配管僅設一個系統。

但是，在第17圖之第2實施形態中，將該CO₂ 配管分歧以設兩系統，在各系統中，可熱交換作為熱媒之CO₂ 之氣化熱與地熱。

於第17圖中，在室外機1循環之CO₂ 配管La於地表Gf附近連接到二重管9C。在二重管9C下端夾裝有三通閥V30。在三通閥V30分歧連接有同一規格之二重管9D,9D。而且，同一規格之二重管9D,9D分別埋設於地底中。二重管9D本身與第5圖～第13圖所示者相同。

在此，於第17圖中，分歧之配管9D,9D彼此距離最少必須隔離1公尺，使得流過二重管9D之CO₂ 彼此無熱影響，或者，流過二重管9D之CO₂ 彼此不會熱交換(流過二重管9D之CO₂ 彼此無熱干涉)。

根據上述第2實施形態，將地底中G之配管系9D設置複數系統，所以，能高效回收地熱，或者，能高效地將熱排出到地底中。

第17圖之第2實施形態中之其他構成及作用效果與第1圖～第16圖之第1實施形態相同。

第18圖～第21圖係顯示本發明第3實施形態。

在第18圖中，埋設於地底中之CO₂ 配管La連接有螺旋狀之二重管9E。在此情形下，可以夾裝直線狀二重管9C，也可以直接連接配管系La與螺旋狀之二重管9E。

為呈螺旋形將作為CO₂ 配管之二重管9E埋設於地底中，CO₂ 配管以可撓性良好之材料構成。而且，使用在尖端具備鑽頭之具有可撓性之桿體(藉所謂「彎曲鏜孔」)，螺旋形地挖掘地底中，在該桿體內配置CO₂ 配管(二重管9E)。

在螺旋形地挖掘地底中後將具有可撓性之桿體與鑽頭切離，將CO₂ 配管殘留在地底中，只要僅在地上側回收具有可撓性之桿體即可。

在此情形下，鑽頭係作所謂「活埋」處理。

或者，也可以用形狀記憶合金構成CO₂ 配管(二重管9E)，在該形狀記憶合金記憶當達到地底中溫度(全年約15℃)時成為第18圖所示之螺旋形狀，使用在利用具有可撓性之桿體之挖掘技術(所謂「彎曲鏜孔」)時使用之桿體壓入用裝置，將形狀記憶合金製之CO₂ 配管(二重管)壓入地底中即可。

根據第18圖之第3實施形態，將地底中G之配管系9E配置成螺旋形，所以，圓周方向之長度成為直徑之3倍，在充分確保於地熱交換時之必要長度之狀態下，能將用於設置地底中配管9E之挖掘深度減少成先前之1/3左右。

而且，減少挖掘深度之結果，能更節省用於施工系統之成本。

在此，螺旋形節距及直徑最好為1公尺以上，使得流過螺旋形配管系9E內各部分之CO₂ 不會相互熱交換(流過螺旋徑配管系9E內各部分之CO₂ 不會相互熱影響)。

第18圖之第3實施形態中之其他構成及作用效果與第1圖～第17圖之各實施形態相同。

第19圖～第21圖係顯示第3實施形態變形例中之實施順序。

在第18圖之第3實施形態中，配管系9E配置於地底中G，但是在第19圖～第21圖之變形例中，配管系9E配置於地下水W中。

當實施第19圖～第21圖之變形例時，首先，如第19圖所示，在必須配置配管系9E之土壤G挖掘縱向孔GH。然後，如第20圖所示，在縱向孔GH內配置螺旋形之配管系9E。

在此，螺旋形配管系9E中之節距及直徑係1公尺以上，而且最好盡量小。因為若節距及直徑在1公尺以下，流過螺旋形配管系9E內各部分之CO₂ 將相互熱交換(流過螺旋徑配管系9E內各部分之CO₂ 將相互熱影響)，且若螺旋形配管系9E之節距及直徑較大，縱向孔GH之直徑及深度即必須較大。

將螺旋形配管系9E配置在縱向孔GH內後，如第21圖所示，於縱向孔GH填充有地下水W。地下水W之溫度準位與土壤G同程度，流過配管系9E內之CO₂ 係與地熱相同地能和地下水W熱交換。

第19圖～第21圖之變形例中之其他構成及作用效果與第18圖之第3實施形態相同。

第22圖顯示本發明第4實施形態。

第22圖之第4實施形態相當於第17圖之第2實施形態與第18圖之第3實施形態之組合。

在第22圖中，循環在室外機1之CO₂ 配管La連接在二重管9C。而且，在二重管9C下端夾裝有三通閥V30。

自三通閥V30分歧連接有埋設於地底中之二重管9D與螺旋狀二重管9E。

二重管9D之構成與第1實施形態之第5圖～第13圖中說明過之構成相同，與二重管9C之使用相同。另外，螺旋狀二重管9E與第18圖～第21圖所示之第3實施形態螺旋狀二重管9E相同。

根據第22圖之第4實施形態，回收地熱之效率優於第17圖～第21圖之各實施形態。

第22圖之第4實施形態中之其他構成及作用效果與第1圖～第21圖之各實施形態相同。

第23圖顯示本發明第5實施形態。

在第23圖之實施形態中，相對於第22圖之第4實施形態，自三通閥3V分歧之二重管皆成為螺旋狀之二重管9E。

在此，在最接近之部分中，必須最少隔離1公尺，使得螺旋狀二重管(CO₂ 配管)9E不會熱干涉。

當使用第23圖之第5實施形態時，能比第22圖的第4實施形態更高效率地回收地熱。

第23圖之第5實施形態中之其他構成及作用效果與第1圖～第22圖之各實施形態相同。

第24圖顯示本發明第6實施形態。

在第24圖之第6實施形態中，與第23圖之第5實施形態同樣地，自三通閥3V分歧之二重管皆成為螺旋狀，但是，一螺旋狀二重管9F配置成在另一螺旋狀二重管9E(與第23圖之二重管9E相同)之徑向外邊包圍另一螺旋狀二重管9E。

即使在此情形下，在螺旋形二重管(CO₂ 配管)9E,9F之徑向最少隔離1公尺，使得螺旋形二重管(CO₂ 配管)9E,9F不相互熱干涉。

此外，在各螺旋形二重管9E,9F中，必須於上下方向(螺旋之節距方向)最少隔離1公尺。

當使用第24圖之第6實施形態時，與第23圖之第5實施形態相較，能減少用於配置分歧之二重管9E,9F之水平方向空間，同時，能縮短埋設於地底中之配管9F之長度，能維持或增加地熱之熱回收量。

第24圖之第6實施形態中之其他構成及作用效果與第1圖～第23圖之各實施形態相同。

針對圖示之實施形態，發明者在連接作為熱負荷之壓縮式空調機以實施暖房運轉時，實施比較圖示實施形態之地熱利用系統與使用先前鹽水之地熱回收機構之實驗。

就實驗結果而言，當外氣溫度相同時，熱媒使用CO₂ 之圖示實施形態者係成為暖房對象之閉空間(房間)氣溫上昇。

此時，在連接到熱媒使用鹽水之先前地熱利用機構之壓縮式空調機中，壓縮機必須100%運轉。相對於此，夾裝在熱媒使用CO₂ 之圖示實施形態中之壓縮機只要50%之部分負荷運轉即足夠。而且，連接到圖示實施形態之壓縮式空調機與連接到先前地熱利用設備之情形相較，消耗電力為1/2左右。

在該實驗中，於圖示之實施形態中，與第17圖之第2實施形態相同地，將所謂「管徑一英吋半」之管分歧成兩系統以回收地熱而實施暖房。而且，先前技術有將所謂「管徑三英吋」之管僅當作一系統埋設於地底中以回收地熱。在該實驗中，可知圖示實施形態與先前技術之暖房能力之差異。

換言之，在圖示之實施形態中，即使埋設於地底中之CO₂ 配管使用小直徑，其與使用粗配管系之先前技術之情形相較，可知暖房能力不存在有意義之差異。

若地底中配管能使用較小直徑，即可在埋設地底中配管時，壓低挖掘成本及其他各種成本，所以，與先前技術相較，可知圖示實施形態者能減少各種成本。

圖示實施形態僅為例示，其並非用於限定本發明技術性範圍旨趣之記述。

1‧‧‧室外機(第1熱交換器)

2‧‧‧室內機(第2熱交換器)

3‧‧‧空調機(熱負荷)

4‧‧‧壓縮機

5‧‧‧幫浦

9‧‧‧二重管

40‧‧‧壓力偵知器

50‧‧‧控制單元

91‧‧‧內管

92‧‧‧外管

100‧‧‧地熱利用系統

11,12,13,21,22,23,24,31,32‧‧‧連接口

1h,2h‧‧‧熱交換部

4o‧‧‧吐出口

50A‧‧‧控制單元

5i‧‧‧吸入口

5o‧‧‧吐出口

6,7‧‧‧溫度偵知器

91A,91B‧‧‧內管

92A,92B‧‧‧外管

9a‧‧‧配管系

9A,9B‧‧‧二重管

9C,9D,9E,9F‧‧‧二重閥

9D,9E,9F‧‧‧配管系

B1,B2‧‧‧分歧點

Ba2,Ba3．．．分歧點

G．．．地底中

G．．．土壤

Gf．．．地表

GH．．．縱向孔

La,9．．．配管系

La1,La2,La3,La4,La5．．．管線

La20,La30．．．管線

La9．．．地底中配管系

Lb．．．第1熱媒管線

Lb1,Lb2,Lb3,Lb4,Lb5．．．管線

Lc．．．第2熱媒管線

Lc．．．CO2供給管線

Lc1,Lc2．．．管線

Pa2,Pa3．．．連接口

So．．．控制訊號線

V1,V2．．．開關閥

V3．．．減壓閥

V30．．．三通閥

V4．．．四通閥

Va．．．排出閥

Va1．．．開關閥

Vc．．．Co2供給量調節閥

Vp1,Vp2,Vp3,Vp4．．．開口

W．．．地下水

第1圖係顯示本發明第1實施形態概要之方塊圖。

第2圖係顯示切換控制第1實施形態中之冷房‧暖房之流程圖。

第3圖係顯示第1圖中，實施暖房運轉時之熱媒流動之圖面。

第4圖係顯示第1圖中，實施冷房運轉時之熱媒流動之圖面。

第5圖係顯示當使地底中配管為二重管時，暖房運轉時之熱媒流動之局部剖面圖。

第6圖係顯示當使地底中配管為二重管時，冷房運轉時之熱媒流動之局部剖面圖。

第7圖係顯示二重管下端部構造之方塊圖。

第8圖係顯示在第7圖中，實施暖房運轉時之圖面。

第9圖係顯示在第7圖中，實施冷房運轉時之圖面。

第10圖係顯示二重管上端部之方塊圖。

第11圖係顯示二重管上端部變形例之方塊圖。

第12圖係顯示二重管第1變形例之橫剖面圖。

第13圖係顯示二重管第2變形例之縱剖面圖。

第14圖係顯示第1實施形態第1變形例重要部位之方塊圖。

第15圖係顯示第14圖第1變形例中之控制之流程圖。

第16圖係顯示第1實施形態第2變形例之圖面。

第17圖係顯示本發明第2實施形態重要部位之方塊圖。

第18圖係顯示本發明第3實施形態重要部位之方塊圖。

第19圖係顯示第3實施形態中之變形例實施順序之方塊圖。

第20圖係顯示連續第19圖之實施順序之方塊圖。

第21圖係顯示連續第20圖之實施順序之方塊圖。

第22圖係顯示本發明第4實施形態重要部位之方塊圖。

第23圖係顯示本發明第5實施形態重要部位之方塊圖。

第24圖係顯示本發明第6實施形態重要部位之方塊圖。

1．．．室外機

2．．．室內機

3．．．空調機

4．．．壓縮機

5．．．幫浦

9．．．二重管

14．．．連接口

40．．．壓力偵知器

50．．．控制單元

100．．．地熱利用系統

11,12,13,21,22,23,24,31,32．．．連接口

1h,2h．．．熱交換部

4o．．．吐出口

4i．．．吸入口

5i．．．吸入口

5o．．．吐出口

6,7．．．溫度偵知器

B1,B2．．．分歧點