TW201135166A - Terrestrial heat employing system - Google Patents

Description

201135166 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 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。 【先前技術】 例如在日本國內，地底中之溫度係全年約1 5 °C左右。 而且，在日本國內中之冬天氣溫係遠比15 °C還要低 溫’夏天氣溫係遠比1 5 °C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，熱媒爲與地熱實施熱交換，須確保必要面積， 所以，冷媒流過之配管直徑會變大。 又’例如爲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’爲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] 201135166 [專利文獻] [專利文獻1]日本特開20 1 0-38507號公報 【發明內容】 [發明所欲解決的課題] 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。 [用於解決課題的手段] 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爲室外機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（9 1 )，氣相之二氧化碳流過外管（92 )，爲了使二氧 化碳之氣化熱（冷凝熱）與地熱熱交換，超出前述配管系 (La, 9)中之熱交換器（室外機1)之領域之溫度被設定成 當實施暖房運轉時爲0〜15 °C，當實施冷房運轉時爲15〜 3(TC 。 在之房 1)冷 機施 器 換 交 熱 之 中 t 之 5 - Λ 1中 卜態 爲狀 時轉 S 運 、、Γ< ,9運該 La,房係 C暖} 系施p 管實30 配當~3 述C 5 节度1 出溫爲 流之時 ，域轉 t領重 ^ 遲

外實系 室當管 C ， JTJ 201135166 (La，9 )中之二氧化碳之氣化溫度。 氧化碳之 房運轉時 系（La，9 ) I超過15 高，所以 在前述配 態之臨界 (3 1°C ) 碳氣化熱 在地底中 口（ G )配 化碳作爲 交換。亦 氣化熱， 化熱排出 之顯熱實 該氣化溫度對應前述配管系（La,9)中之二 壓力。而且，當前述氣化溫度過低時（當實施暖 未滿0°C，當實施冷房運轉時未滿15°C )，前述配管 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，實施暖房運轉成焉 它之溫度時，前述配管系（La，9 )之壓力變得過 很危險。又，當實施冷房運轉超過30°C時，循環 管系（La, 9)之二氧化碳太接近成爲氣液混合狀 點（3 1 °C )，所以很不適合。而且，當達到臨界點 而二氧化碳成爲氣液混合狀態時，地熱與二氧化 之熱交換效率會降低。 又，在本發明中，前述配管系（La,9D)最好 (G)分歧成複數系統。 或者，前述配管系（La，9E，9F)最好在地底cj 置成螺旋形。 [發明效果] 根據使用具備上述構成之本發明，使用二氧 熱媒，將二氧化碳之氣化熱（冷凝熱）與地熱熱 即，當回收地熱時，液相之二氧化碳自地熱回收 當排出熱到地底中（G )時，氣相之二氧化碳將氣 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 施所謂「潛熱-顯熱熱交換」。 在此，「潛熱-顯熱熱交換j與先前地熱利用設備中之

S 201135166 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’無須爲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，必須控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，

S 201135166 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實施暖房運轉 時爲0〜15 °C，當實施冷房運轉時爲15〜30 °C，該溫度（當 實施暖房運轉時爲0〜15 °C，當實施冷房運轉時爲15〜30 °C )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爲提升。 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 )， 圓周方向長度即爲直徑之3倍，所以，用於設置地底中配 管之挖掘深度可爲先前技術之1/3左右。 【實施方式】 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）。 .201135166 在此，第1圖、第3圖及第4圖爲容易理解動作之說 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5 0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，槪略說明第1實施形態。 在第1圖中，以元件符號1 〇〇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'作爲熱負荷之空調機 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夾裝有第丨熱交換器1、幫 浦5、開關閥V 1 , V 2及溫度偵知器6,7。而且，在配管系La 內流過作爲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C〇2)。 配管系La具有管線Lal~La5。 管線Lai連接有幫浦5之吐出口 5〇及閥體VI。 管線La2連接有閥體VI及室外機1之連接口 n。在 管線La2中，於閥體VI附近設有分歧點B1，在連接口 i i 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。 -10- .201135166 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V》及四通閥V4，以構成壓縮式空 調機。而且在第1熱媒管線Lb內流過作爲熱媒之一次鹽水 (例如氟氯碳化物R 1 3 4 )。 第1熱媒管線Lb具有管線Lb l~Lb5。 管線Lb 1連接有壓縮機4之吐出口 4〇及四通閥V4之 開口 Vpl 。 管線Lb2連接有四通閥V4之開口 Vp2及室內機2之 連接口 2 1。 管線Lb 3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Lb 3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 〇 第2熱媒管線Lc夾裝有室內機2及空調機3。熱媒管 線Lc內流過作爲熱媒之2次鹽水。 第2熱媒管線Lc具有管線Lcl及管線LC2。 管線Lcl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

S -11 - 201135166 之連接口 32。 如第1圖所示，地熱利用系統1 00具有作爲控制機構 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VI,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VI，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 Vpl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VI，V2，作 動夾裝在配管系La之幫浦5(步驟S5)。 然後前進到步驟S 6 ’將四通閥V 4切換到冷房側。當 四通閥V4切換到冷房側時，四通閥V4開口 Vpl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 -12- 201135166 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 之結束操作是否己經實施過。當結束操作已經實施過時（步 驟S 8係是），結束控制。 另外，若尙未實施結束操作（步驟S 8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VI，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 Vpl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) 被壓縮成爲高溫高壓之氣相氟‘氯碳化物’自壓縮機4之吐 出口 4〇吐出" 自壓縮機4吐出之高溫高壓氣相氟氯碳化物經由管線 Lbl、四通閥V4之開口 Vpl、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 Lc 1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，冷凝成爲高壓之液相 -13- 201135166 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，作爲熱媒之水再度經由 管線Lcl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1 h。當高壓液相氟氯碳化物流 過管線Lb3時，以減壓閥V3減壓成爲低壓液相氟氯碳化物。 在室外機1之熱交換部lh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CCh熱交換，投入氣 化熱。然後，爲投入氣化熱到低壓液相氟氯碳化物，流過 配管系La之氣相C〇2冷凝成爲液相C〇2。亦即，在，熱交 換部lh中，低壓液相氟氯碳化物與氣相CCh熱交換作爲潛 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爲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1^4、四通閥¥4之開口乂？3、開口乂？4 及管線Lb5流入壓縮機4之流入口 4i。而且，以壓縮機.4 壓縮成爲更高溫高壓之氣相氟氯碳化物自吐出口 4〇吐出。 另外，在室外機冷凝之液相C〇2自室外機1之連接口 1 1排出，流過管線La2藉其自重下降。當流過管線La2時， 液相C〇2藉地熱投入氣化熱，相變化成爲氣相C〇2。 在暖房運轉時，開關閥V 1，V2爲閉塞’所以’流過管 線La2之CCh自分歧點B1流過旁通La5，自分歧點B2流 -14- .201135166 入管線La3 β 地熱充分投入到流入管線La3之C〇2以將C〇2氣化。 在此，自室外機1排出之液相C〇2比氣相C〇2之比重 大。因此，管線La3內之氣相C〇2在管線La3內上昇使得 液相C〇2被壓出。因此，在暖房運轉時，無須作動CCh搬 運用幫浦5。 在管線La3內上昇之氣相C〇2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VI，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C〇2在吐出口 5〇、管線Lai、開關閥VI及管線La2上昇。而且，經由連 接口 1 1流入室外機1內之熱交換部1 h。 在室外機1中，液相C〇2與自壓縮機4吐出口 4〇吐出 之高壓氣相氟氯碳化物交換氣化熱。被投入氣化熱之液相 C〇2成爲氣相CCh，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C〇2在管線La3往地底側下降。

氣相C〇2在管線La3下降期間，往地底中捨棄氣化 熱，冷凝而成爲液相CCh。而且，藉幫浦5吸入口 5i之負 壓，液相C〇2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。 S -15- 201135166 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 Vpl與開口 Vp3連通， 開口 Vp2與開口 Vp4連通。 起動壓縮機4,作爲熱媒之氟氯碳化物R1 34被壓縮成 高溫高壓之氣相氟氯碳化物，自吐出口 4〇吐出。 自壓縮機4吐出之高溫高壓氣相氟氯碳化物經由管線 Lb 1'四通閥V4之開口 Vpl'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lh。 在室外機1熱交換部lh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 1 1之液相c〇2，冷凝以成爲高壓之液相氟氯碳化 物。此時，配管系La之液相C〇2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減壓成爲 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， 被投入氣化熱以成爲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 -16- 201135166 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 2卜管線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被壓縮以成爲高壓氣相氟氯碳化物自吐出口 4〇吐 出。 在第3圖所示之暖房運轉時，流過配管系La之CO: 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C〇2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 Lal，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 C〇2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，爲簡略化熱媒（C〇2) 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。 -17- 201135166 在第5圚中，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C〇2在二重管9之內管91下降。 液相C〇2比氣相C〇2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C〇2時，液相C〇2氣化而 成爲氣相C 0 2。而且，氣相C 0 2比液相C 〇 2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C 0 2 藉自重在內管91往下方落下，回到地底中之氣相C〇2在外 管92上昇，所以，作爲熱媒之c〇2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C〇2在二重管9外管92下降。而且，氣 相c〇2將氣化熱投入土壤G中以冷凝之液相C〇2係朝室外 機丨’沿二重管9之內管91上昇。 在此，於冷房時係與暖房時相異，爲下降比重較小之 菊：相C〇2及上昇比重較大之液相c〇2，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Vbl，在其前設置CCh循環用幫浦5。 然後，在內管91下端安裝第2開關閥Vb 2。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 -18- 201135166 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 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 熱熱交換以投入氣化熱而成爲氣相C〇2。而且 透過第2開關閥Vb2流入外管92之底部附近 之底部沿外管92上昇。在此，氣相CCh與液相 在，成爲所謂「氣液2相流」以流入外管92， 與地熱熱交換以完全成爲氣相CO:而往室外機 雖然未圖示，但是，當液相c〇2在地底中C 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 開關閥Vb2，開放第1開關閥Vb 1及第3開關昆 動幫浦5 * 藉由作動幫浦5，負壓作用在外管92內’ 較小之氣相C〇2下降。 在外管92下降而來之氣相c〇2在下降途弓 排出到地底中以冷凝。而且’成爲液相c〇2被_ 自幫浦5吐出之液相CCh經由管線93及第3開 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 自室外機1之熱媒與進入室外機1之熱媒係在 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（ 之配管構成。 閥Vbl及第 相C〇2與地 ，氣相C〇2 ，自外管92 C〇2混合存 即使如此， 1側上昇。 未氣化時， w·丄山 _t— /rAr r\ 刖％之弟2 ϊ V b 3，再作 所以，+比重 3，將氣化熱 浦5吸引。 關閥Vb3 ， 暖房時，出 流過二重管 上端部）中

S -19- 201135166 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C〇2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。 爲應付這種情形，如第1 1圖所示，其構成也可以在 配管系La側夾裝4個閥體Val〜Va4，管線La2及管線La3 可與內管92或外管93連通。 在第11圖中，連通到室外機1連接口丨1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val’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 顯不於第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。

S -20- 201135166 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C〇2，將c〇2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，c〇2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，C〇2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， 無須控掘到地底中之較深領域，爲埋設配管，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 -21- 201135166 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CCh在二重管 9內管91下降，被投入地熱（氣化熱）而氣化之氣相CCh 在二重管9外管92上昇，所以，當作爲熱媒之CO 2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1 4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C〇2之溫度爲0〜1 5 °C ’當實施 冷房運轉時，自室外機1送到地底中之氣相CCh之溫度爲 15〜30 °C )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（例如暖房時爲6°C )，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C〇2之溫度爲6°C時，埋設在地底中且與室 外機連通之作爲熱媒之C〇2之壓力爲4MPa~5 MPa ° 自室外機送到地底中側之CCh之溫度與該時點中之 -22- 201135166 CCh之溫度（壓力）和系統全體中之熱媒c〇2之量相關 因此，第1 4圖之變形例構成響應自室外機1送到 中側G之C〇2之溫度（壓力），調整系統全體c〇2之量 在第14圖之變形例中，調整c〇2之量係控制夾裝 自C〇2供給源1〇之流入路徑（c〇2供給管線）Lc中之 調整閥Vc之開度與夾裝在連接到地底中配管系La 9之 系統La上之排出閥Va (具有作爲流量調整閥之功能 開度。 在第14圖中，室外機1與地底中配管系La9亦藉 側配管La構成閉回路。 而且’在第14圖中，爲簡化圖示，地底側之CCh 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 構成。而且，管線La20與配管系La9之連接口 Pa2和 機1之連接口 11連接，管線La30與室外機1之連接[ 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 域連接有C〇2供給管線Lc，C〇2供給管線Lc連通C〇2 源10。 在C〇2供給管線Lc夾裝有CCh供給量調節閥Vc 控制C〇2供給量調節閥Vc之開度，調節循環在配管； 中之C 0 2之供給量。 在管線La20中，於排出閥Va與配管La9中之連 Pa2間之領域夾裝有溫度偵知器6 (或壓力偵知器40 ) 地底 〇 在來 流量 排出 )之 地上 配管 0 La30 室外 3 12 之領 供給 ，藉 呑9 a 接口 -23- 201135166 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La 20，但是在實際之設備中’其係夾裝在管線 La20與管線La30內且作爲熱媒之C〇2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，作爲熱媒 之C〇2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1 4圖之變形例具有作爲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C〇2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C〇2 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C〇2 (例如當暖房時爲液相C〇2溫度，或者，藉 壓力偵知器40測定流過管線La20之C0:壓力（步驟S12 )。 在步驟S 1 3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CCh溫度（或C〇2 壓力）與自室外機1送到地底中側之熱媒溫度成爲既定溫 度之熱媒CO: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CCh

S 24 •201135166 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C〇2量（以下記載成「C〇2循環量」）之功能。 而且’控制單元50A具有比較該時點中之c〇2循環量 與該時點中之用於作爲既定熱媒量之排出閥Va及C〇2供給 量調節閥Vc之閥開度，以決定，排出閥Va及C〇2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CO,供給量調節閥Vc之閥開度求出^⑴循環量， 與既定熱媒量比較以判斷是否適當。 若C〇2循環量適當（步驟S14係是），即維持排出閥 Va及C〇2供給量調節閥Vc之閥開度在原來狀態（步驟 S 1 5 ) ’再前進到步驟S 1 8。 若C〇2循環量過大（步驟S14係「大」），即減少c〇2 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C〇2循環量過小（步驟S14係「小」），即增加c〇2 供給量調節閥Vc之閥開度’及/或減少排出閥Va之閥開度 (步騾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S 1 8係是），即結束控制。 若繼續系統之運轉（步·驟S 1 8係否），即回到步驟s丨i， 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1 6圖係顯示第1實施形態之第2變形例。 e*v -25- 201135166 在第1圖〜第14圖中，於第1熱媒管線Lb透過室內 機2熱連接有作爲熱負荷之空調負荷（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 接有作爲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1 5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Lai,La4,幫浦5，成爲在第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1 6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圖顯不第2實施形態。 在第1實施形態中，用於熱交換地熱與作爲熱媒之C〇2 之氣化熱之C〇2配管僅設一個系統。 但是’在第17圖之第2實施形態中，將該C〇2配管分 歧以設兩系統，在各系統中，可熱交換作爲熱媒之C〇2之 氣化熱與地熱。

S -26- ‘201135166 於第17圖中，在室外機1循環之C〇2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C〇2彼此無熱影 響，或者，流過二重管9D之C〇2彼此不會熱交換（流過二 重管9D之C〇2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1 6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C〇2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。 爲呈螺旋形將作爲C〇2配管之二重管9E埋設於地底 中，CCh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」）， 螺旋形地控掘地底中，在該桿體內配置C〇2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CCh配管殘留在地底中，只要僅在地上側回收 -27- .201135166 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c〇2配管（二重管 9E)’在該形狀記億合金記憶當達到地底中溫度（全年約 1 5 °C )時成爲第1 8圖所示之螺旋形狀，使用在利用具有可 撓性之桿體之控掘技術（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C〇2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，圓周方向之長度成爲直徑之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爲1公尺以上，使得流 過螺旋形配管系9E內各部分之C〇2不會相互熱交換（流過 螺旋徑配管系9E內各部分之C〇2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1 7圖之各實施形態相同。 第圖〜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，但瘴在第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 -28- 201135166 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？L 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°因爲若節距及直徑在1公尺以下’ 流過螺旋形配管系9E內各部分之CCh將相互熱交換（流過 螺旋徑配管系9E內各部分之CCh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塡充有地下水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CCh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1 8圖之第3實施形態之組合。 在第22圖中’循環在室外機1之CCh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 -29- 201135166 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分歧之二重管皆成爲螺旋狀之二重管 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（C〇2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分歧之二重管皆成爲螺旋狀，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（C〇2配管）9E,9F 之徑向最少隔離1公尺，使得螺旋形二重管（C〇2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 -30- 201135166 (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，發明者在連接作爲熱負荷之壓 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C〇2 之圖示實施形態者係成爲暖房對象之閉.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CO: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 爲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。 -31 - 201135166 換言之，在圖示之實施形態中，即使埋設於地底中之 c〇2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，壓低控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。 圖示實施形態僅爲例示，其並非用於限定本發明技術 性範圍旨趣之記述。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明第1實施形態槪要之方塊圖。 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爲二重管時，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爲二重管時，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。 -32- .201135166 第1 2圖係顯示二重管第1變形例之橫剖面圖。 第1 3圖係顯示二重管第2變形例之縱剖面圖。 第1 4圖係顯示第1實施形態第1變形例重要部位之方 塊圖。 第1 5圖係顯示第1 4圖第1變形例中之控制之流程圖。 第1 6圖係顯示第1實施形態第2變形例之圖面。 第1 7圖係顯示本發明第2實施形態重要部位之方塊 圖。 第1 8圖係顯示本發明第3實施形態重要部位之方塊 圖。 第1 9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1 9圖之實施順序之方塊圖。 第2 1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0

S -33- 201135166 【主要元件符號說明】 1 室外機 2 室內機 3 空調機 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 lh,2h 熱交換部 4 〇 吐出口 50A 控制單元 5i 吸入口 5 ο 吐出口 6,7 溫度偵知器 91 A,91B 內管 92A,92B 外管 9 a 配管系 9A,9B 二重管 9C,9D,9E,9F 二重閥 9D,9E,9F 配管系 B 1 ,B2 分歧點 34- 201135166 Β a 2，Β a 3 分歧點 G 地底中 G 土壤 Gf 地表 GH 縱向孔 La,9 配管系 Lai,La2,La3,La4,La5 管線 La20,La30 管線 La9 地底中配管系 Lb 第1熱媒管線 Lbl,Lb2,Lb3,Lb4,Lb5 管線 Lc 第2熱媒管線 Lc C02供給管線 L c 1 , L c 2 管線 Pa2,Pa3 So 連接口 控制訊號線 V 1 ,V2 開關閥 V3 減壓閥 V30 三通閥 V4 四通閥 Va 排出閥 Val 開關閥 Vc Co2供給量調節閥 Vpl ,Vp2,Vp3,Vp4 開口 W 地下水 -35-

Claims (1)

1. .201135166 七、申請專利範圍： 1. 一種地熱利用系統，具有埋設於地底中之配管系 管系構成具有在熱媒流過內部而與地熱熱交換之 該配管系夾裝連接壓縮式空調機之熱交換器，前 係二氧化碳，二氧化碳之氣化熱與地熱熱交換， 管系係以二重管構成，液相之二氧化碳流過內管 之二氧化碳流過外管，爲了使二氧化碳之氣化熱 熱交換，超出前述配管系中之熱交換器之領域之 設定成當實施暖房運轉時爲0〜15 °C，當實施冷房 爲 1 5 〜3 0 °C。 2 ·如申請專利範圍第1項之地熱利用系統，其中， 管系係在地中分歧成複數個系統》 3.如申請專利範圍第1項或第2項中任一項之地熱 統，其中，前述配管系在地底中配置成螺旋形。 ，該配 功能， 述熱媒 前述配 ，氣相 與地熱 溫度被 運轉時 前述配 利用系 -36-