TWI662238B - 熱交換系統 - Google Patents
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Abstract
提案一種熱交換效率高且能節省施工的勞力、成本之熱交換系統。
該熱交換系統具備配管系(La、9)及將該配管系浸泡於水中的蓄水設備(150、GH)，前述配管系(La)建構成：具有在內部流通熱媒以與蓄水設備中的水作熱交換的機能，前述熱媒係二氧化碳，以二氧化碳的氣化熱與蓄水設備內的水進行熱交換，而為了以二氧化碳的氣化熱與蓄水設備內的水進行熱交換，在前述配管系中的從蓄水設備露出的區域流通之二氧化碳的溫度被設定成5℃~40℃。
Description
本發明係有關一種從水中回收熱及/或對水中排出熱而利用於包含空調、熱水供給在內的熱負載之熱交換技術。
日本國內，地中的溫度一整年大約是15℃左右，日本國內的冬季氣溫是遠低於15℃的低溫，而夏季氣溫則是遠高於15℃的高溫。
由此，想到將這樣的溫度差有效地利用於例如包含空調、熱水供給在內的熱負載。
為此，發明者針對回收地熱並加以利用的技術一再地研究。
在習知技術中，地熱的回收(或朝地中排熱)係使埋設在地中的配管中流通公知的液相熱媒(鹵水；brine)，以該液相熱媒和地熱進行熱交換(所謂的「顯熱-顯熱熱交換」)。
然而為確保熱媒與地熱進行熱交換所需的面積，會造成供冷媒流通的配管直徑變大。
又，為了回收例如空調機器可適切地作動之程度的熱量，必需將非常長的配管埋設到地中較深的區域。
而且，為了將大徑的配管埋設到地中較深的區域，存在有所謂需要很大成本的問題。
在其他的習知技術方面，例如亦提案一種利用地下水作為熱媒體並在地下蓄熱的技術(參照專利文獻1)。
然而，在這樣的習知技術(專利文獻1)中，有必要掘設豎坑井，且蓄熱量一變多就需增加豎坑的深度，因而無法解決上述問題點。
專利文獻1 日本專利特開2010-38507號公報
本發明係有鑒於上述習知技術的問題點而提案者，目的在於提案一種熱交換效率高，且能節省施工所需的勞力、成本的熱交換系統。
發明者經各種研究結果發現，在使用二氧化碳(CO2)作為熱媒(或冷媒)時，比起利用地熱，以在暖房運轉時從水中將熱回收至熱媒，而在冷房運轉時將熱媒的熱排出至水中者較能提升熱交換效率。此外，發現屬熱媒(或冷媒)的二氧化碳(CO2)的溫度是5℃~40℃時，熱交換效率變得極高。
本發明係基於這樣的知識見解而提案者。
依據本發明的熱交換系統，具備：蓄水設備(150、GH)；及配管系(La)，浸泡在該蓄水設備(150、GH)的水中且具有和該蓄水設備(150、GH)中的水進行熱交換的機能，且具備：具有室外機(1)、室內機(2)、空調機(3)、空壓機(4)及四通閥(V4)的壓縮式空調機，前述配管系(La)連接於前述室外機(1)，其中在前述配管系(La)的內部流通的熱媒為二氧化碳，利用前述二氧化碳的氣化熱或凝結熱與前述蓄水設備(150、GH)內的水進行熱交換，為了利用前述二氧化碳的氣化熱或凝結熱與蓄水設備(150、GH)內的水進行熱交換，建構成在前述配管系(La)中的露出於蓄水設備(150、GH)的區域流通之二氧化碳的溫度被設定成5℃~40℃，前述配管系(La)係為由雙層管(9)構成，其內管(91)流通液相的二氧化碳，其外管(92)流通氣相的二氧化碳之構成，前述內管(91)與外管(92)經由泵(5)而連接，前述泵(5)的吐出口(5o)側設有第1開閉閥(V1)、前述泵(5)的吸入口(5i)側設有第2開閉閥(V2)、在前述第1及第2開閉閥(V1、V2)的室外機(1)側設有支流管線(La5)。
依據本發明的熱交換系統，具備：蓄水設備(150、GH)；及配管系(La)，其浸泡在該蓄水設備(150、GH)的水中而具有和該蓄水設備(150、GH)中的水進行熱交換之機能，且具備：具有室外機(1)、室內機(2)、空調機(3)、空壓機(4)及四通閥(V4)的壓縮式空調機，前述配管系(La)連接於前述室外機(1)，其中在前述配管系(La)的內部流通的熱媒為二氧化碳，利用前述二氧化碳
的氣化熱或凝結熱與前述蓄水設備(150、GH)內的水進行熱交換，為了利用前述二氧化碳的氣化熱或凝結熱與蓄水設備(150、GH)內的水進行熱交換，建構成在前述配管系(La)中的露出於蓄水設備(150、GH)的區域流通之二氧化碳的溫度設成5℃~40℃，前述配管系(La)係為由雙層管(9)構成，其內管(91)流通液相的二氧化碳，其外管(92)流通氣相的二氧化碳之構成，前述內管(91)與外管(92)經由泵(5)連接，前述泵(5)的吐出口(5o)側經由介設有第1開閉閥(Vb3)的管線(93)連接於內管(91)，前述泵(5)的吸入口(5i)側經由介設有第2開閉閥(Vb1)的管線(94)連接於外管(92)，前述內管(91)的下端經由第3開閉閥(Vb2)和前述外管(92)連通，且具備切換冷房/暖房之控制單元(50)，該控制單元係具有於暖房時關閉第1及第2開閉閥(Vb3、Vb1)，開啟第3開閉閥(Vb2)，且於冷房時開啟第1及第2開閉閥(Vb3、Vb1)，關閉第3開閉閥(Vb2)，俾使泵(5)作動的機能。
較佳為，在前述配管系(La)介設有放洩閥(Va)與二氧化碳供給量調節閥(Vc)，具有控制單元(50A)，該控制單元(50A)具有：從放洩閥(Va)及二氧化碳供給量調節閥(Vc)的閥開度求出二氧化碳循環量之機能；將該二氧化碳循環量和規定量作比較以判斷是否適當之機能；若該二氧化碳循環量適當，則維持放洩閥(Va)及二氧化碳供給量調節閥(Vc)的閥開度，在前述二氧化碳循環量過多的情況，增加放洩閥(Va)的閥開度及/或減少二氧化碳供給量調節閥(Vc)的閥開度，在前述二氧化碳循環量過少
的情況，減少放洩閥(Va)的閥開度及/或增加二氧化碳供給量調節閥(Vc)的閥開度。
本發明中，在進行冷房運轉的情況，以在配管系(La)的要朝蓄水設備(150、GH)進入的區域流通之二氧化碳的溫度(在圖26(A)、圖28中標繪「O」所示之溫度：圖4中以溫度感測器7計測的溫度)與蓄水設備(150、GH)內的水溫(圖26(A)、圖28中以虛線的特性曲線表示的溫度：圖4中以溫度感測器TW1計測的溫度)之溫度差在60℃以下者較佳。
或者，本發明中，在進行暖房運轉的情況，以蓄水設備(150、GH)內的水溫(圖27(A)中以虛線的特性曲線表示的溫度：圖3中以溫度感測器TW1計測的溫度)與在配管系(La)的要朝蓄水設備(150、GH)進入的區域流通之二氧化碳的溫度(在圖27(A)中標繪「O」所示之溫度：圖3中以溫度感測器6計測的溫度)之溫度差在30℃以下者較佳。
又本發明中，以前述配管系(La)係在複數個系統分歧者較佳。
或者，前述配管系(La)係配置成螺旋形者較佳。
當實施本發明時，作為前述蓄水設備，可利用所謂的水槽(150)或蓄水池(GH)來構成。
又，亦可利用具有能浸泡供熱媒流通的配管系(La、9)之程度的水深之暗渠或溝(或明渠)來構成前述蓄水設備。
依據具備上述構成之本發明，使用二氧化碳作為熱媒，將二氧化碳的氣化熱(或凝結熱)和蓄水設備(水槽150、蓄水池GH)內的水所保有之顯熱進行熱交換。亦即，當回收蓄水設備(水槽150、蓄水池GH)內的水所保有之熱量時，在液相的二氧化碳是由前述水回收氣化熱且將熱朝蓄水設備內的水排出的情況，氣相的二氧化碳對蓄水設備內的水中(G)排出凝結熱並凝結。
換言之，以二氧化碳構成之熱媒的潛熱與蓄水設備內的水的顯熱係進行所謂的「潛熱-顯熱熱交換」。
在此，「潛熱-顯熱熱交換」與以往所謂的「顯熱-顯熱熱交換」相較之下，由於每單位量的熱媒可回收或排出大量的熱，故熱交換效率大幅地提升。
又，依據本發明，在露出於蓄水設備(150)的區域流通之二氧化碳的溫度被設定成5℃~40℃，設定成就算是將二氧化碳壓縮使壓力上昇，二氧化碳亦不會液化的溫度、即臨界點(31.1℃)附近的溫度。如同後述，依據發明者的實驗，若在露出於蓄水設備(水槽150、蓄水池GH)的區域流通之二氧化碳的溫度是臨界點(31.1℃)附近，則二氧化碳與水的熱交換效率會提升。
此處，在露出於蓄水設備的區域流通之二氧化碳的溫度過於高溫的情況(比40℃還高溫的情況)會導致冷房時的熱交換效率降低之情形，可由後述之發明者的實驗清楚瞭解。
另一方面，在露出於蓄水設備的區域流通之二氧化碳的溫度過於低溫的情況(比5℃還低溫的情況)，前述配管系(La、9)內的熱媒之壓力成為低壓，可能不適合於讓熱媒(二氧化碳)自然循環的情況。
除此之外，本發明中是使用二氧化碳作為熱媒(冷媒)，而二氧化碳相較於習知技術所用的鹵水，熱容量係較大。
因此，依據本發明，熱媒能從蓄水設備內的水有效率地回收熱量，或有效率地排出，故能將供熱媒流通的配管系(La、9)作成短且細。又可大幅地削減設置供熱媒流通的配管(La、9)所需的勞力及成本。
此處，在將鹵水作為熱媒使用且以熱媒和地熱進行熱交換之習知技術的情況，必需將供鹵水流通的地中配管沿著基礎樁設置，或在基礎樁之中配置該地中配管，當基礎樁施工時，會引發額外的成本。
又，未將供鹵水流通的地中配管配置地樁附近之情況，必需挖掘埋設該地中配管用的井，因此衍生所需之成本。
相對於此，本發明中，無需在地中(G)埋設配管系(La、9)，且能將該配管系(La、9)作成短且細，故能大幅地削減習知技術中伴隨配管系之埋設所衍生的勞力及成本。
再者，於本發明中，在供熱媒流通的配管系(La)是以雙層管(9)構成的情況，例如在回收蓄水設備內的水所保有之熱量的情況(暖房運轉)，從熱交換器(例如
，室外機1)送來的液相的二氧化碳在雙層管(9)的內管(91)降下。在此，液相的二氧化碳的比重比氣相的二氧化碳的比重大，所以液相的二氧化碳會因為其質量而朝下方落下。
另一方面，當液相的二氧化碳自蓄水設備內的水回收氣化熱並氣化時，氣相的二氧化碳的比重係比液相的二氧化碳的比重小，而朝向熱交換器(例如，室外機1)地在雙層管(9)的外管(92)上昇。
因此，即便未設置外部動力，液相的二氧化碳和氣相的二氧化碳仍會流過雙層管內。
本發明中，若將蓄水設備內的配管系(9D)設置在複數個系統，則能效率地回收蓄水設備內的水所保有之熱量，將熱對蓄水設備內的水排出。
在此，若將蓄水設備內的配管系配置成螺旋形(9E、9F)，則因圓周方向長度是直徑的3倍，所以挖掘深度只需是習知技術的1/3左右即可。
本發明中，在進行冷房運轉的情況，若在配管系(La、9)的要朝蓄水設備(150、GH)進入的區域流通之二氧化碳的溫度(在圖26(A)、圖28中標繪「O」所示之溫度：圖4中以溫度感測器7計測的溫度)與蓄水設備(150、GH)內的水溫(圖26(A)、圖28中以虛線的特性曲線表示的溫度：圖4中以溫度感測器TW1計測的溫度)之溫度差設為60℃以下，則能在不使冷房效率降低之下進行冷房運轉。此乃係經由發明者的實驗確認。
或者，本發明中，在進行暖房運轉的情況，蓄水設備(150、GH)內的水溫(圖27(A)中以虛線的特性曲線表示的溫度：圖3中以溫度感測器TW1計測的溫度)與在配管系(La、9)的要朝蓄水設備(150、GH)進入的區域流通之二氧化碳的溫度(在圖27(A)中標繪「O」所示之溫度：圖3中以溫度感測器6計測的溫度)之溫度差設為30℃以下，則能在不降低暖房效率之下進行暖房運轉。此亦經由發明者的實驗確認。
1‧‧‧第1熱交換器/室外機
1h、2h‧‧‧熱交換部
2‧‧‧第2熱交換器/室內機
3‧‧‧空調機
4‧‧‧空壓機
4i、5i‧‧‧吸入口
4o、5o‧‧‧吐出口
5‧‧‧泵
6、7‧‧‧溫度感測器
8‧‧‧熱水器
9‧‧‧雙層管
10‧‧‧CO2供給源
11、12、13、14、21、22、23、24、31、32‧‧‧連接口
50‧‧‧控制單元
94‧‧‧管線
100‧‧‧空調系統(熱交換系統)
150‧‧‧水槽
V1、V2‧‧‧開閉閥
V3‧‧‧減壓閥
V4‧‧‧四通閥
La‧‧‧配管系
Lb‧‧‧第1熱媒管線
Lc‧‧‧第2熱媒管線
La1~La5、Lb1~Lb5、Lc1、Lc2‧‧‧管線
Vp1、Vp2、Vp3、Vp4‧‧‧通口
So‧‧‧控制信號線
TW1‧‧‧溫度感測器(水溫感測器)
B1、B2‧‧‧分歧點
圖1係表示本發明的第1實施形態之概要的方塊圖。
圖2係表示第1實施形態中切換冷房/暖房之控制的流程圖。
圖3係表示圖1中進行暖房運轉的情況之熱媒的流動的圖。
圖4係表示圖1中進行冷房運轉的情況之熱媒的流動的圖。
圖5係表示將配管作成雙層管的情況下的暖房運轉時的熱媒的流動之部分剖面圖。
圖6係表示在將配管作成雙層管的情況，冷房運轉時熱媒的流動之部分剖面圖。
圖7係表示雙層管的下端部之構造的方塊圖。
圖8係表示圖7中進行暖房運轉的情況之圖。
圖9係表示圖7中進行冷房運轉的情況之圖。
圖10係表示雙層管上端部的方塊圖。
圖11係表示雙層管上端部的變形例之方塊圖。
圖12係表示雙層管的第1變形例之橫剖面圖。
圖13係表示雙層管的第2變形例之縱剖面圖。
圖14係說明第1實施形態中的控制之方塊圖。
圖15係表示圖14中的控制之流程。
圖16係表示第1實施形態的變形例之圖。
圖17係表示本發明的第2實施形態之要部的塊圖。
圖18係表示本發明的第3實施形態之要部的方塊圖。
圖19係表示第3實施形態中的施工順序之方塊圖。
圖20係表示接在圖19之後的施工順序之方塊圖。
圖21係表示接在圖20之後的施工順序之方塊圖。
圖22係表示本發明的第4實施形態之要部的方塊圖。
圖23係表示本發明的第5實施形態之要部的方塊圖。
圖24係表示本發明的第6實施形態之要部的方塊圖。
圖25係表示在實驗例所用的實驗裝置之方塊圖。
圖26係表示冷房時的實驗結果之特性圖。
圖27係表示暖房時的實驗結果之特性圖。
圖28係表示在變更圖26中的運轉條件之情況下的冷房時之實驗結果的特性圖。
圖29係說明第1實施形態中的控制之方塊圖。
圖30係表示圖29中的控制之流程。
以下，參照所附之圖面，針對本發明的實施形態作說明。
圖示的實施形態中，作為熱交換系統的一個例子，係例示空調系統。
換言之，圖示的實施形態中，在熱負載方面，例如是連接空調機3。
圖1~圖16係表示本發明的第1實施形態(包含各種變形例)。
在此，為讓動作的說明易於理解，圖1、圖3、圖4係將浸泡在水槽的配管(La)之一部份顯示成異於實際的構成。而有關浸泡在水槽的配管(La)中之構成將於後面述及。
此外，圖1中圖示了冷暖房切換控制之控制系(控制單元50等)，但在圖3、圖4中倒是省略了該控制系之圖示。
一開始先參照圖1，概要說明第1實施形態。
圖1中，整體以符號100所表示的空調系統(熱交換系統)係具有：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、屬熱負載的空調機3(亦包含溫水地板加溫設備等)、屬蓄水設備的水槽150、浸泡在水槽150的配管系La、第1熱媒管線Lb、及第2熱媒管線Lc。
浸泡在水槽150的配管系La係介設有第1熱交換器1、泵5、開閉閥V1、V2、溫度感測器6、7。此外，在配管系La內流通有屬熱媒的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係具有管線La1~La5。
為計測水槽150內的水溫，在水槽150配置有溫度感測器(水溫感測器)TW1。
管線La1係將泵5的吐出口5o和閥V1連接。
管線La2係將閥V1和室外機1的連接口11連接。在管線La2中，於閥V1附近設有分歧點B1，在連接口11附近介設有溫度感測器6。
管線La3係將室外機1的連接口12和閥V2連接。在管線La3中，閥V2附近設有分歧點B2，在連接口12附近介設有溫度感測器7。
管線La4係將閥V2和泵5的吸入口5i連接。
管線La5係將分歧點B1和分歧點B2連接並旁通泵5的支流管線。
圖1中，除了配管系La的管線La2及管線La3的室外機1側的一部分以外，配管系La係浸泡於水槽150內的水W。有關浸泡於水槽150內的水W之配管系La的構成，參照圖5~圖13並敘述如後。
圖1中，第1熱媒管線Lb係介設有室外機1、室內機2、空壓機4、減壓閥V3、四通閥V4，而構成壓縮式空調機。此外，熱媒管線Lb內流通有屬熱媒的1次鹵水(例如氟氯烷R134)。
第1熱媒管線Lb係具有管線Lb1~Lb5。
管線Lb1係將空壓機4的吐出口40和四通閥V4的通口Vp1連接。
管線Lb2係將四通閥V4的通口Vp2和室內機2的連接口21連接。
管線Lb3係將室內機2的連接口22和室外機1的連接口13連接。在管線Lb3介設有減壓閥V3。
管線Lb4係將室外機1的連接口14和四通閥V4的通口Vp3連接。
管線Lb5係將四通閥V4的通口Vp4和空壓機4的吸入口4i連接。
第2熱媒管線Lc係介設有室內機2、空調機3。在第2熱媒管線Lc內流通有屬熱媒的2次鹵水(例如水)。
第2熱媒管線Lc係具有管線Lc1和管線Lc2。
管線Lc1係將空調機3的連接口31和室內機2的連接口23連接。管線Lc2係將室內機2的連接口24和空調機3的連接口32連接。
如同圖1所示，熱交換系統100係具備屬控制手段的控制單元50。控制單元50係透過控制信號線So而與空壓機4、泵5及開閉閥V1、V2連接。
其次參照圖2，針對在運轉圖1的空調機3之際的冷房/暖房之切換控制作說明。
在圖2的步驟S1中，透過自動控制或手控操作以操作具備控制單元50之未圖示的控制盤而使空調機3作動。
在步驟S2中，透過自動控制或手控操作，決定要進行暖房運轉或進行冷房運轉，以進行所決定的運轉。
若是執行暖房運轉(在步驟S2是「暖房」)，則依控制單元50，關閉浸泡於水槽150的配管系La之開閉閥V1、V2，以停止介設於配管系La的泵5(步驟S3)。
接著進到步驟S4，將四通閥V4切換成暖房側。當四通閥V4一被切換成暖房側時，則四通閥V4的通口Vp1和通口Vp2連通，通口Vp3和通口Vp4連通(參照圖3)。
另一方面，若是執行冷房運轉(在步驟S2是「冷房」)，則依控制單元50，開放被介設於配管系La的開閉閥V1、V2，使介設於配管系La的泵5作動(步驟S5)。
接著進到步驟S6，將四通閥V4切換成冷房側。當四通閥V4一被切換成冷房側時，則四通閥V4的通口Vp1和通口Vp3連通，通口Vp2和通口Vp4連通(參照圖4)。
當步驟S4或步驟S6完了後，進入步驟S7，控制單元50係作動介設於第1熱媒管線Lb的空壓機4，執行暖房運轉或冷房運轉並進到步驟S8。
在步驟S8中，判斷控制單元50是否已進行了暖房運轉或冷房運轉之結束操作。若已進行了結束操作(步驟S8為「是」)，結束控制。
另一方面，若未進行結束操作(步驟S8為「否」)，則返回步驟S2，再重複步驟S2以後的步驟。
有關進行暖房運轉的情況，參照圖3作說明。
在圖3所示的暖房運轉時，如同前述，關閉介設於配管系La的開閉閥V1、V2，則介設於配管系La的泵5係停止。
接著，介設於第1熱媒管線Lb的四通閥V4切換成暖房側，四通閥V4的通口Vp1和通口Vp2連通，通口Vp3和通口Vp4連通。
接著，空壓機4作動，熱媒(例如，氟氯烷R134)被壓縮而成為高溫高壓的氣相氟氯烷，從空壓機4的吐出口40被吐出。
從空壓機4被吐出之高溫高壓的氣相氟氯烷係經由管線Lb1、四通閥V4的通口Vp1、通口Vp2及管線Lb2，從室內機2的第1連接口21流入室內機2的熱交換部2h。
在室內機2的熱交換部2h內，高溫高壓的氣相氟氯烷係和流通於第2熱媒管線Lc的熱媒(從空調機3經由管線Lc1流入室內機2的熱媒：例如水)進行熱交換。透過在室內機2中的熱交換，流通於第2熱媒管線Lc的水(熱媒)係受熱，高溫高壓的氣相氟氯烷則失去氣化熱而凝結並成為高壓的液相氟氯烷。
在室內機2受熱的水係從管線Lc2送至空調機3，藉空調機3中之未圖示的散熱器放熱，執行設置有空調機3的空間之暖房。在藉由未圖示的散熱器放熱後，屬熱媒的水係再度經由管線Lc1而被送至室內機2。
另一方面，在室內機2中凝結的高壓液相氟氯烷係從室內機2的連接口22經由管線Lb3，從室外機1的連接口13流入室外機1內的熱交換部1h。在高壓液相氟氯烷流過管線Lb3之際，被減壓閥V3所減壓而成為低壓液相氟氯烷。
在室外機1的熱交換部1h中，低壓的液相氟氯烷係和流通於被浸泡在水槽150的配管系La中之氣相CO2進行熱交換。接著，將氣相CO2的凝結熱投入低壓液相氟氯烷，因而流通於配管系La的氣相CO2係凝結而成為液相CO2。亦即，在熱交換部1h中，低壓液相氟氯烷和氣相CO2係藉由氣相CO2的凝結熱將屬潛熱的氣化熱作熱交換，進行所謂的「潛熱-潛熱熱交換」。其結果，低壓液相氟氯烷係氣化而成為低壓氣相氟氯烷。
已在室外機1氣化的低壓氣相氟氯烷係經由室外機1的連接口14、管線Lb4、四通閥V4的通口Vp3、Vp4、管線Lb5而流入空壓機4的流入口4i。然後，在空壓機4被壓縮而再成為高溫高壓的氣相氟氯烷，從吐出口4o被吐出。
另一方面，在室外機1凝結的液相CO2係從室外機1的連接口11排出，流過管線La2並因其自重而下降。在流過管線La2之際，液相CO2係因為水槽150內的水W而被投入氣化熱並相變化成氣相CO2。
由於開閉閥V1、V2在暖房運轉時是閉塞著，所以流過管線La2的CO2係從分歧點B1旁通並流通於La5，再從分歧點B2流入管線La3。
流入管線La3的CO2係被充分地投入有水槽150內的水W所保有的熱而氣化。
在此，從室外機1排出之液相CO2的比重係比氣相CO2的比重大。因此，管線La3內的氣相CO2係被液相CO2擠壓般地在管線La3內上昇。因此，在暖房運轉時無需讓CO2搬送用的泵5作動。
在管線La3內上昇的氣相CO2係從連接口12流入室外機1內。然後，如上述，對低壓氣相氟氯烷投入凝結熱。
其次，有關進行冷房運轉的情況，參照圖4作說明。
在圖4的冷房運轉時，如同前述，開放介設於配管系La的開閉閥V1、V2，同時作動介設於配管系La的泵5。
在配管系La中，藉由泵5而昇壓的液相CO2係在吐出口5o、管線La1、開閉閥V1及管線La2上昇。接著經由連接口11而流入室外機1內的熱交換部1h。
在室外機1中，液相CO2係和從空壓機4的吐出口4o吐出的高壓氣相氟氯烷交換氣化熱。被投入氣化熱的液相CO2係成為氣相CO2，且經由連接口12、管線La3、開閉閥V2、管線La4而流入泵5的吸入口5i。
在此，由於泵5的吸入口5i的負壓作用於管線La3，故在室外機1氣化的氣相CO2係在管線La3朝向水槽150內下降。
氣相CO2係在管線La3降下的期間對水槽150內的水W捨棄凝結熱並凝結而成為液相CO2。然後，依泵5的吸入口5i的負壓，液相CO2係在管線La5中未分歧地，所有的體積量流通於管線La4並被吸入泵5的吸入口5i吸入。
當冷房運轉時，介設於第1熱媒管線Lb的四通閥V4切換成冷房側，四通閥V4的通口Vp1和通口Vp3連通，通口Vp2和通口Vp4連通。然後空壓機4起動，屬熱媒的氟氯烷R134被壓縮而成為高溫高壓的氣相氟氯烷從吐出口4o被吐出。
從空壓機4吐出之高溫高壓的氣相氟氯烷係經由管線Lb1、四通閥V4的通口Vp1、通口Vp3及管線Lb4而從室外機1的連接口14流入室外機1的熱交換部1h。
在室外機1的熱交換部1h內，高溫高壓的氣相氟氯烷係對從配管系La的管線La2流入連接口11的液相CO2投入凝結熱(進行熱交換)並凝結而成為高壓的液相氟氯烷。在那時，配管系La的液相CO2會氣化。
在室外機1內被凝結之高壓的液相氟氯烷係從連接口13朝管線Lb3排出，且被介設於管線Lb3的減壓閥V3減壓而成為低壓的液相氟氯烷。低壓液相氟氯烷係從連接口22流入室內機2的熱交換部2h。
在熱交換部2h內，流過第1熱媒管線Lb的低壓液相氟氯烷係和流過第2熱媒管線Lc的水(熱煤)進行熱交換，被投入氣化熱而成為低壓的氣相氟氯烷。在那時，
流通於第2熱媒管線Lc的水係降下與將熱投入於流過第1熱媒管線Lb之氟氯烷的份量相應程度之溫度。
換言之，在室內機2中，流通於第2熱媒管線Lc的水(熱媒)的顯熱和流通於第1熱媒管線Lb的氟氯烷的潛熱係熱交換(顯熱-潛熱熱交換)。
從室內機2的連接口23排出的冷水係從空調機3的連接口31流入空調機3內，將設置有空調機的空間進行冷房。冷媒(水)係在空調機3內冷卻室內空氣，並從連接口32經由管線Lc2被送至室內機2的連接口24。
另一方面，已在室內機2內氣化的低壓氣相氟氯烷係經由室內機2的連接口21、管線Lb2、四通閥V4的通口Vp2、Vp4、管線Lb5而從空壓機4的吸入口4i被吸入。然後在空壓機4被壓縮成高壓氣相氟氯烷再從吐出口4o吐出。
在圖3所示的暖房運轉之情況，即使泵5不運轉，流通於配管系La的CO2仍可在包含浸泡於水槽150的區域在內之區域中良好地循環。
相對地，在圖4所示的冷房運轉的情況，如同上述，若泵5不運轉，則流通於配管系La的CO2就不會在配管系La內循環。
有關這樣的泵5及管線La1、La4、La5，參照圖7~圖9並在後面述及。
在此，不論是在圖3所示的暖房運轉或是在圖4所示的冷房運轉，由於在室外機1中，流通於配管系La
之CO2與流通於第1熱媒管線Lb之氟氯烷進行氣化熱之熱交換，進行所謂的「潛熱-潛熱交換」，所以大量的熱量被交換，效率變高。
在圖1、圖3、圖4中，水槽150內的供熱媒流通之配管系La雖是利用往復的路徑是分開構成的U字狀管所構成，但在圖示的實施形態中，這樣的水槽150內的配管亦能以雙層管構成。
有關這樣的雙層管，參照圖5~圖12作說明。
圖5中，構成配管系La的雙層管9係由內管91和外管92所構成。
如圖5所示，於暖房時(參照圖3)，從室外機1送來的液相CO2在雙層管9的內管91降下。
由於液相CO2的比重比氣相CO2的比重大，故會因為其重量而朝下方落下。
當液相CO2被投入源自水槽150內的水之氣化熱時，會氣化成為氣相CO2。然後，由於氣相CO2的比重比液相CO2的比重小，所以會在雙層管9的外管92上昇並朝向室外機1。
亦即，在圖3的暖房時，應朝水槽150內的水W中運送的液相CO2係依自重而在內管91朝下方落下，從水槽150內的水W中返回的氣相CO2係在外管92上昇，因而無需從外部供給用以讓屬熱媒的CO2在二重配管9中流通的動力。
在參照圖4所說明的冷房時，如圖6所述，從室外機1送來的氣相CO2在雙層管9的外管92下降。
接著，氣相的CO2將氣化熱投入水槽150內的水W中所凝結成之液相的CO2係面向室外機1而在雙層管9的內管91上昇。
在此，冷房時與暖房時不同，由於是使比重小的氣相CO2下降，使比重大的液相CO2上昇，故需要動力。
因此，如在圖7所述，於雙層管9的外管92之底部設置第1開閉閥Vb1，在其末端設置CO2循環用的泵5。
此外，在內管91的下端安裝第2開閉閥Vb2。在此，當第2開閉閥Vb2開放時，內管91的末端連通於外管92，而當第2開閉閥Vb2關閉時，內管91的末端閉塞。
泵5的吐出口和內管91的底部附近係在管線93連接，在管線93介設有第3開閉閥Vb3。
在暖房時，如圖8所述，閉塞第1開閉閥Vb1及第3開閉閥Vb3，開放第2開閉閥Vb2。
如上述，於暖房時，從內管91下降的液相CO2係與水槽150內的水W熱交換並被投入氣化熱而成氣相CO2。然後，氣相CO2係經由第2開閉閥Vb2而流入外管92的底部附近，從外管92的底部在外管92上昇。在此，即使氣相CO2和液相CO2混在一起而成為所謂的「氣相2相流」並流入外管92，仍會和水槽150內的水W熱交換，完全地成為氣相CO2並朝室外機1側上昇。
雖未圖示，但液相CO2不在水槽150內的水W中氣化之情況，可設置促進氣化的機構(例如，加熱機構)。
於冷房時，如圖9所述，閉塞內管91末端的第2開閉閥Vb2，開放第1開閉閥Vb1及第3開閉閥Vb3，使泵5作動。
透過使泵5作動，負壓會作用於外管92內，因而比重小的氣相的CO2會下降。
在外管92降下來的氣相CO2係在下降途中，對水槽150內排出氣化熱並被凝結。然後，成為液相CO2被泵5所吸引。從泵5吐出的液相CO2係經由管線93、第3開閉閥Vb3而從內管91被壓送至室外機1。
如同參照圖5~圖9所作的說明，在冷房時和暖房時，從室外機1出來的熱媒和進入室外機1的熱媒是流通於雙層管9的內管91或流通於雙層管9的外管92，並不相同。
圖10係表示雙層管9的室外機側端部(上端部)中之配管的示意構成。
在圖10中，雙層管9中的內管91之上端係連接著圖1~圖3所示的管線La2，外管92的上端係連接著圖1~圖3所示的管線La3。
此外，在冷房時和暖房時，存在著流通於配管系La的CO2和流通於第1熱媒管線Lb的氟氯烷之流通方向是和圖1~圖3所示者不同的情況。
為對應那種情況，如圖11所示，亦可建構成在配管系La側介設有4個閥Va1~Va4，且管線La2、管線La3可與內管92、外管93任一連通。
圖11中，連通於室外機1的連接口11的管線La2和連通於室外機1的連接口12的管線La3係連通於外管92。在管線La2介設有開閉閥Va1，而在管線La3介設有開閉閥Va2。
管線La6自管線La2的分歧點Ba2分歧，連通於內管91。又，管線La7自管線La3的分歧點Ba3分歧，連通於內管91。
在管線La6介設有開閉閥Va3，而在管線La7介設有開閉閥Va4。
參照圖5~圖11所說明的雙層管9的第1變形例顯示於圖12。
圖12的第1變形例中，雙層管9A的外管92A在長邊方向(中心線CL方向)形成有凹凸。透過形成這樣的凹凸而增大表面積以提高熱交換效率。
雖未圖示，但在雙層管9A的內管91A，於長邊方向形成凹凸亦可。
圖13係顯示雙層管9的第2變形例。
在圖13的第2變形例中，雙層管9B的外管92B在圓周方向設置凹凸，藉此增大表面積以提高熱交換效率。
在這樣的第2變形例中，雖未圖示，但亦可在雙層管9B的內管91B形成圓周方向的凹凸。
再者，作為雙層管9的變形例，雖未圖示，但可在雙層管的外管(或外管及內管)設置散熱片。
依據第1實施形態，使用CO2作為熱媒，將CO2的氣化熱(凝結熱)透過和水槽150內的水之熱交換而投入於熱媒，或從熱媒對水槽150內的水排出。然後，以CO2熱媒的潛熱和水槽150內的水W的顯熱，進行所謂的「潛熱-顯熱熱交換」。
在此，「潛熱-顯熱熱交換」與「潛熱-顯熱熱交換」相較下，可回收或排出每單位量的熱媒之大量的熱，故熱效率變良好。
又，CO2與習知技術所用的鹵水相較下，熱容量較大。
為此，依據第1實施形態，由於熱媒可有效率地回收水槽150內的水所保有之熱量，或可將熱有效率地排出於水槽150內的水W中，所以能將浸泡於水槽150內的水W中的配管系La(雙層管9)作成短且細。
因此，在使配管系La(雙層管9)浸泡於水槽150內的水W中之際，無需挖掘至地中較深區域，無需埋設配管用的龐大空間。
在利用是使用液相的鹵水作為熱媒之習知的地熱的技術之情況，必須將供液相鹵水流通的地中配管系沿著基礎樁配置，或者，在基礎樁之中配置該地中配管，當基礎樁施工時，會引發額外的成本。
又，未將供鹵水流通的地中配管配置在地樁附近的情況，需要將埋設該地中配管用的井挖掘至地中較深區域，致使產生所需之成本。
依據第1實施形態，能將浸泡於水槽150內的水W中的配管系La(雙層管9)作成短且細，故不會產生上述那樣的成本。
在第1實施形態中，係以雙層管9構成浸泡在水槽150內的水W中的配管系La。
如上述，在暖房運轉時，比重大的液相CO2在雙層管9的內管91降下，而被投入有水槽150內的水所保有之熱量(氣化熱)並氣化後的氣相CO2，係在雙層管9的外管92上昇，故屬於熱媒的CO2在配管系La內循環時，不需外部動力。
因而可減輕暖房時的運轉成本。
圖14係顯示第1實施形態中的控制。
依據發明者的研究及實驗，清楚了解若從水槽150露出的配管系內的熱媒(CO2)的溫度是5℃~40℃，最能提升暖房效率或冷房效率。
在露出於蓄水設備的區域流通之二氧化碳的溫度是比40℃還高溫的情況，於冷房時會導致熱交換效率降低。另一方面，在露出於蓄水設備的區域流通之二氧化碳的溫度是比5℃還低溫的情況，前述配管系La內的熱媒之壓力成為低壓，在使屬熱媒的二氧化碳自然循環的情況，二氧化碳變得難以在配管系La內循環。
從室外機1送至水槽150內的水W中之CO2的溫度，係和其時間點中之CO2的溫度(壓力)及系統整體中之熱媒CO2的量相依存。
因此，圖14中係顯示以響應從室外機1送到水槽150內的水W中之CO2的溫度(壓力)，且從水槽150露出的配管系內的熱媒(CO2)的溫度可成為5℃~40℃的方式，控制系統整體之CO2的量之構成。
圖14中，CO2量係受到被介設在來自CO2供給源10的第2熱媒管線(CO2供給管線)Lc之流量調整閥Vc的開度、及被介設在連接於水槽150內的配管系La9的排出系統Le之放洩閥Va(具有作為流量調整閥的機能)的開度所控制。
圖14中亦是，室外機1和水槽150內的配管系La9係利用配管La(La20，La30)構成封閉迴路。
此外，在圖14中，被浸泡在水槽150的水中之CO2配管系La9並非由雙層管而是用單管構成，呈U字狀管。
圖14中，配管La係以管線La20、管線La30構成。此外，管線La20係將連接部位Pa2和室外機1的連接口11連接，管線La30係將室外機1的連接口12和連接部位Pa3連接。換言之，在連接部位Pa2連接配管La20和配管La9，而在連接部位Pa3連接配管La9和配管La30。
管線La20係介設有放洩閥Va(流量調整閥)。
又，管線La20中，在室外機1與放洩閥Va之間的區域連接有作為第2熱媒管線Lc的CO2供給管線，CO2供給管線係連通於CO2供給源10。
CO2供給管線介設有CO2供給量調節閥Vc，透過控制CO2供給量調節閥Vc的開度，以調節在配管系9a循環的CO2之供給量。
管線La20中，在放洩閥Va與配管La9中的連接部位Pa2之間的區域，介設有溫度感測器6(或壓力感測器40)。
在此，圖14中，溫度感測器6(或壓力感測器40)雖連接於管線La20，但實際的設備中，是介設在管線La20和管線La30中之屬熱媒的CO2會從室外機1流出的那側的管線。
此外，假設在暖房運轉和冷房運轉是切換屬熱媒的CO2會流入室外機1那側的管線時，則以溫度感測器6(或壓力感測器4)被介設在管線La20與管線La30雙方者較佳。
在圖14中，具備屬控制手段的控制單元50A。
控制單元50A係經由輸入信號線Si與溫度感測器6及壓力感測器40連接。
又控制單元50A係經由控制信號線So與放洩閥Va及CO2供給量調節閥Vc連接。
其次，主要參照圖15，且一併參照圖14並針對CO2供給量的控制作說明。
圖15中，在步驟S11中，利用溫度感測器6計測流通於管線La20之CO2(例如，若為暖房時則為液相CO2)溫度，或利用壓力感測器40計測流通於管線La20之CO2壓力(步驟S12)。
在步驟S13中，控制單元50A係決定放洩閥(流量調節閥)Va的開度。
雖未明確地圖示，但在控制單元50A內記憶著預先決定之特性，亦即，流通於管線La20之CO2溫度(或CO2壓力)與從室外機1送至水槽150內的水中之熱媒的溫度會成為規定的溫度之熱媒CO2量(以下，記載成「規定熱媒量」)之關係(特性)。
又，控制單元50A係具有從在其時間點的放洩閥Va及CO2供給量調節閥Vc的閥開度，求取在其時間點之循環於配管系9a的CO2量(以下，記載成「CO2循環量」)之機能。
再者，控制單元50A係具有將在其時間點的CO2循環量與用以設定在其時間點的規定熱媒量之放洩閥Va及CO2供給量調節閥Vc的閥開度作比較，以決定放洩閥Va及CO2供給量調節閥Vc的閥開度之機能。
在其次的步驟S14中，控制單元50A係從在其時間點的放洩閥Va及CO2供給量調節閥Vc的閥開度來求取CO2循環量，再與規定熱媒量作比較以判斷是否適當。
若CO2循環量適當(步驟S14為「是」)，則將放洩閥Va及CO2供給量調節閥Vc的閥開度維持原樣(步驟S15)，且進到步驟S18。
若CO2循環量過大(步驟S14是「大」)，則減少CO2供給量調整閥Vc的閥開度，及/或，使放洩閥Va的閥開度增加(步驟S16)。然後進到步驟S18。
若CO2循環量過小(步驟S14是「小」)，則增加CO2供給量調節閥Vc的閥開度，及/或，使放洩閥Va的閥開度減少(步驟S17)。然後進到步驟S18。
在步驟S18，判斷是否要結束系統之運轉。
若是要結束系統的運轉(步驟S18為「是」)則結束控制。
若是繼續進行系統運轉(步驟S18為「否」)，則返回到步驟S11，重複步驟S11以後的步驟。
圖14、圖15中之其他的構成及作用效果係與參照圖1~圖13所說明者相同。
第1實施形態中，參照實驗例並如同後面所述及，在進行冷房運轉的情況，在配管系La的要朝水槽150進入的區域流通之二氧化碳的溫度(在圖26(A)、圖28中標繪「O」所示之溫度：圖4中以溫度感測器7計測的溫度)與水槽150內的水溫(圖26(A)，圖28中以虛線的特性曲線表示的溫度；圖4中以溫度感測器TW1計測的溫度)之溫度差設為60℃以下。
另一方面，在進行暖房運轉的情況，係將水槽150內的水溫(圖27(A)中以虛線的特性曲線表示的溫度：圖3中以溫度感測器TW1計測的溫度)與在配管系La的要朝水槽150進入的區域流通之二氧化碳的溫度(在圖27(A)中標繪「O」所示之溫度；圖3中以溫度感測器6計測的溫度)之溫度差設成30℃以下。
在此，如同參照圖14、圖15所作的說明，從室外機1送至水槽150之CO2的溫度(在圖26(A)、圖
27(A)、圖28中標繪「O」所示之溫度)係與在其時間點之CO2的溫度(壓力)及系統整體中之熱媒CO2的量相依存。
因此，為了控制水槽1內的水溫(以溫度感測器TW1計測的溫度)與在配管La的要朝水槽1進入的區域流通之CO2的溫度(溫度感測器6、7在配管La的要朝進入水槽1的區域側所計測之溫度)之溫度差，只要調整系統100整體之CO2的量即可。
有關第1實施形態，在要進行冷房運轉的情況，將在配管系La的要朝水槽150進入的區域流通之二氧化碳的溫度與水槽150內的水溫之溫度差設成60℃以下，而在要進行暖房運轉的情況，將水槽150內的水溫與在配管系La的要朝水槽150進入的區域流通之二氧化碳的溫度之溫度差設成30℃以下，有關調整系統100整體之CO2的量之控制，茲參照圖29、圖30作說明。
圖29中，為調整系統100整體之CO2的量，只要控制來自CO2供給源10的CO2供給量與經由連接在配管La的排出系統Le所排出的CO2量(CO2排出量)即可。
此外，為了控制來自CO2供給源的CO2供給量，例如，只要在連通C02供給源和配管La的配管系介設流量調整閥Vc，控制該流量調整閥的閥開度即可。又，為了控制CO2排出量，例如，只要在排出系統Le介設放洩閥Va，控制該放洩閥的閥開度即可。
亦即，於冷房運轉時，以溫度感測器7計測在配管系La的要朝水槽150進入的區域La30流通之二
氧化碳的溫度(在圖26(A)、圖28中標繪「O」所示之溫度)，以溫度感測器TW1計測水槽150內的水溫(圖26(A)、圖28中以虛線的特性曲線表示的溫度)，並將溫度感測器7、TW1之計測結果送至控制單元50B，且以記憶在控制單元50B內的特性圖、特性式及圖表等，使溫度感測器7、TW1的計測結果中之溫度差可成為60℃以下的方式，調整CO2供給量和CO2排出量。
另一方面，於暖房運轉時，以溫度感測器TW1計測水槽150內的水溫(圖27(A)中以虛線的特性曲線表示的溫度)，以溫度感測器6計測在配管系La的要朝水槽150進入的區域La20流通之二氧化碳的溫度(在圖27(A)中標繪「O」所示之溫度)，並將溫度感測器TW1、6之計測結果送至控制單元50B，且以記憶在控制單元50B內的特性圖、特性式及圖表等，使溫度感測器6、TW1的計測結果中之溫度差可成為30℃以下的方式，調整CO2供給量和CO2排出量。
有關CO2供給量和CO2排出量之調整，主要依據圖30並參照圖29作說明。
在圖30中的步驟S11A中，於冷房運轉時，利用溫度感測器7、TW1計測CO2溫度或水槽150內的水溫，而於暖房運轉時，利用溫度感測器TW1、6計測水槽150內的水溫或CO2溫度。
接著，在步驟S13A中，於冷房運轉時依據利用溫度感測器7、TW1計測之溫度的溫度差，而於暖房運轉時依據利用溫度感測器TW1、6計測之溫度的溫度差，
利用控制單元50B決定系統100整體之CO2的量，或放洩閥Va及CO2供給量調節閥Vc的閥開度。在此同時，利用控制單元50B，從在其時間點(控制周期)之放洩閥Va及CO2供給量調節閥Vc的閥開度，決定在其時間點(控制周期)之系統100整體之CO2的量(以下，記載成「CO2循環量」)。
在步驟S14A中，控制單元50B係將在該時間點的CO2循環量與設定前述溫度差(冷房時60℃以下，暖房時30℃以下)所需之規定CO2循環量與該時間點(控制周期)的CO2循環量作比較。
若CO2循環量適當(步驟S14A為「是」)，則將放洩閥Va及CO2供給量調節閥Vc的閥開度維持原樣(步驟S15A)，並進到步驟S18A。
若CO2循環量過大(步驟S14A是「大」)，則減少CO2供給量調節閥Vc的閥開度，及/或，使放洩閥Va的閥開度增加(步驟S16A)。然後進到步驟S18A。
若CO2循環量過小(步驟S14A是「小」)，則增加CO2供給量調節閥Vc的閥開度，及/或，使放洩閥Va的閥開度減少(步驟S17A)。然後進到步驟S18A。
接著，在步驟S18，判斷是否要結束系統之運轉，若是，則結束繼續進行系統之運轉(步驟S18為「否」)，則重複步驟S11以後的步驟。
透過參照圖29、圖30所說明的控制，調整系統100的CO2循環量，可維持前述溫度差(冷房時60℃以下，暖房時30℃以下)。
圖29、圖30中之其他的構成及作用效果係和參照圖1~圖15所說明的相同。
圖16係顯示第1實施形態的變形例。
在圖1~圖14中，於第1熱媒管線Lb，隔著室內機2僅(熱性)連接作為熱負載的空調負載(介設有空調機3的第2熱媒管線Lc)。
相對地，在圖16中，於第1熱媒管線Lb，亦(熱性)連接作為熱負載的熱水供給負載8。
圖16中，在連接第1熱媒管線Lb中的四通閥V4的通口Vp2與室內機2的連接口21之管線Lb2，介設有熱水供給負載(例如熱水器)8。
熱水器8的熱水供給係藉由和圖3所說明的第1實施形態之暖房運轉同樣之暖房運轉而進行。
此外，雖未圖示，但亦可省略空調負載，僅設置熱水供給負載8。
圖16的變形例中之其他的構成及作用效果係與圖1~圖15的實施形態相同。
除此之外，雖未圖示，但省略四通閥V4、水槽150內的管線La1、La4、泵5，可將圖1~圖15的第1實施形態作成僅進行暖房運轉的系統。
即使在那情況中，如圖16的變形例，可併設熱水供給負載和空調負載，或僅設置熱水供給負載。
圖17係表示本發明的第2實施形態。
在第1實施形態中，將水槽150內的水W與屬熱媒的CO2的氣化熱(或凝結熱)進行熱交換用的CO2配管係僅設置單一系統。
但在圖17的第2實施形態中，將該CO2配管分歧，設置雙系統，作成在雙系統各自中，屬熱媒的CO2之氣化熱(或凝結熱)與水槽150內的水所保有的熱可進行熱交換。
圖17中，循環於室外機1的CO2配管La係在水槽150的上緣附近連接於雙層管9C。在雙層管9C的下端介設有三通閥V30。在三通閥V30分歧地連接有同一規格的雙層管9D、9D。而且，同一規格的雙層管9D、9D各自浸泡於水槽150的水W中。雙層管9D自體係與圖5~圖13所示者相同。
在此，圖17中，以流通於雙層管9D之CO2彼此的熱不相互影響的方式，或流通於雙層管9D之CO2彼此不進行熱交換(流通於雙層管9D的CO2彼此熱干涉)的方式，使分歧的配管9D、9D相互的距離，最少也需要相隔1m。
依據上述的第2實施形態，由於將浸泡在水槽150的水W中之配管系9D設置在複數個系統，故能有效率地回收水槽150的水所保有之熱量，或將熱朝水槽150的水W排出。
圖17的第2實施形態中之其他的構成及作用效果係與圖1~圖16的第1實施形態相同。
圖18~圖21係顯示本發明的第3實施形態。
在圖1~圖17的實施形態中，CO2配管系被浸泡在水槽150內的水W中，但圖18~圖21的第3實施形態係CO2配管系被浸泡在蓄水池GH。
圖18中，CO2配管系La係連接於螺旋狀的雙層管9E。但是，亦可介設直線狀的雙層管9C，亦可將配管系La和螺旋狀的雙層管9E連接。
為了使屬CO2配管系的雙層管9E在蓄水池GH內呈螺旋形浸泡，能以可撓性良好的材料構成CO2配管(雙層管9E)。然後，以螺旋形態朝蓄水池GH內插入並作配置。
或者，以形狀記憶合金構成CO2配管(雙層管9E)，且讓該形狀記憶合金記憶著當蓄水池GH內的水中溫度成為5℃~40℃時會成為圖18所示的螺旋狀，且以螺旋形態朝蓄水池GH內作配置即可。
依據圖18~圖21的第3實施形態，由於在蓄水池GH內將配管系9E配置成螺旋形，所以圓周方向長度成為直徑的3倍，在充分確保CO2和水之熱交換所需的長度之狀態，可將蓄水池GH的深度方向尺寸減少成習知的1/3左右。
此外，蓄水池GH的深度方向尺寸減少之結果，更加節省對系統施工所需之成本。
在此，為了不造成流通於螺旋形的配管系9E內的各部分之CO2相互進行熱交換(流通於螺旋形的配管系9E內的各部分之CO2的熱相互影響)，螺旋形之節距及直徑係以1m以上者較佳。
圖19~圖21係顯示第3實施形態的施工順序。
當圖19~圖21的第3實施形態施工時，首先，如圖19所述，在土壤G挖掘豎坑，以強化材等被覆所挖掘之豎坑的內壁面，防止土壤崩落。藉以造出配置配管系9E用的蓄水池GH。然後，如圖20所示，於蓄水池GH內配置螺旋形的配管系9E。
在此，螺旋形的配管系9E中的節距及直徑係1m以上且儘可能小者為佳。因為若節距及直徑為1m以下，則會導致流通於螺旋形的配管系9E內的各部分之CO2相互進行熱交換(流通於螺旋形的配管系9E內的各部分之CO2的熱相互影響)的緣故，且當螺旋形的配管系9E之節距及直徑大時，蓄水池GH的徑及深度必需要作大的緣故。
在蓄水池GH內配置了螺旋形的配管系9E後，如圖21所示，將水W充填於蓄水池GH。
在此，水W可以是地下水。地下水的溫度水準係與土壤G的程度相同。
圖18~圖21的第3實施形態中之其他的構成及作用效果係與圖1~圖17的各實施形態相同。
圖22係顯示本發明的第4實施形態。
圖22的第4實施形態係相當於圖17的第2實施形態與圖18~圖21的第3實施形態之組合者。
圖22中，循環於室內機1的CO2配管La被連接於雙層管9C。此外，在雙層管9C的下端介設有三通閥V30。
從三通閥V30分歧地連接有浸泡於水中的雙層管9D與螺旋狀的雙層管9E。
雙層管9D的構成係與在第1實施形態之圖5~圖13所說明的構成相同，且使用方式同雙層管9C。另一方面，螺旋狀的雙層管9E係和圖18~圖21所示的第3實施形態之螺旋狀的雙層管9E相同。
依據圖22的第4實施形態，可比圖17~圖21的各實施形態更有效率地回收水槽150內的水所保有之熱量。
圖22的第4實施形態中之其他的構成及作用效果係與圖1~圖21的各實施形態相同。
圖23係表示本發明的第5實施形態。
圖23的實施形態中，相較於圖22的第4實施形態，從三通閥3V分歧的雙層管皆成為螺旋狀的雙層管9E。
在此，以螺旋形的雙層管(CO2配管)9E彼此沒有熱干涉的方式，使最接近的部分，最少也需要相隔1m。
依據圖23的第5實施形態，可比圖22的第4實施形態更高效率地回收水槽150內的水所保有之熱量。
圖23的第5實施形態中之其他的構成及作用效果係與圖1~圖22的各實施形態相同。
圖24係顯示本發明的第6實施形態。
圖24的第6實施形態中，係和圖23的第5實施形態同樣地，從三通閥3V分歧的雙層管全都配置成螺旋形
，但一方的螺旋狀雙層管9F則是配置成以在另一方的螺旋狀雙層管9E(和圖23的雙層管9E相同)之半徑方向外方包圍另一方的螺旋狀雙層管9E。
在此情況亦是，以螺旋形的雙層管(CO2配管)9E、9F彼此沒有熱干涉的方式，使螺旋形的雙層管(CO2配管)9E、9F在直徑方向最少是相隔1m。
除此之外，2個螺旋形的雙層管9E、9F各自在上下方向(螺旋之節距方向)最少也需要相隔1m。
依據圖24的第6實施形態，其與圖23的第5實施形態相較下，較能縮小用以配置分歧的雙層管9E、9F之水平方向的空間，而且就算是將浸泡在水中的管9F之長度作短，亦能維持或增加水槽150內的水所保有之熱量的回收量。
圖24的第6實施形態中之其他的構成及作用效果係與圖1~圖23的各實施形態相同。
其次，參照圖25~圖28，針對本發明的實驗例作說明。
圖25係顯示在實驗例所使用之實驗裝置的概要。
圖25中，整體用符號500來表示的實驗裝置係具備：第1水槽150、熱泵HP、第2水槽200、連通於第1水槽150及熱泵HP之配管系LaE、及連通於熱泵HP及第2水槽200之配管系LcE。
第2水槽200係被設置作為與在圖1等所示的空調機(亦包含溫水地板加溫設備等)3相當之熱負載。亦即，第2水槽200係表示熱負載。
又，圖25中之熱泵HP係相當於在圖1等中具有室外機1、室內機2、空壓機4、減壓閥V3及四通閥V4的壓縮式空調機。
在配管系LaE內流通有屬熱媒的CO2，在從熱泵HP朝向第1水槽150之配管系(參照箭頭Fa)中，介設有用以計測在其中流通之CO2的溫度之溫度感測器Ts1。利用溫度感測器Ts1所計測的溫度係在圖26(A)、圖27(A)、圖28中標繪「O」來表示。
在從第1水槽150朝向熱泵HP的配管系(參照箭頭Fb)上，介設有用以計測在其中流通之CO2的溫度之溫度感測器Ts2。利用溫度感測器Ts2所計測的溫度在圖26(A)、圖27(A)、圖28中標繪「△」來表示。
在第1水槽150內設有用以計測其中所貯留的水的水溫之溫度感測器Ts3。利用溫度感測器Ts3所計測之水槽150內的水溫係在圖26(A)、圖27(A)、圖28中由虛線所示之特性線來表示。
又，配管系LeE內亦流通有熱媒(例如，水)，在從熱泵HP朝向第2水槽200的配管系(參照箭頭Fc)上，介設有用以計測在其中流通之熱媒(水)的溫度之溫度感測器Ts4。溫度感測器Ts4所計測之溫度係在圖26(B)、圖27(B)中標繪「O」來表示。
在從第2水槽200朝向熱泵HP的配管系(參照箭頭Fd)上，介設有用以計測在其中流通之熱媒(水)的溫度之溫度感測器Ts5。溫度感測器Ts5所計測之溫度在圖26(B)、圖27(B)中標繪「△」來表示。
在實驗例中，運轉圖25所示之實驗裝置，求取利用溫度感測器Ts1~Ts5所計測之溫度，求取從實驗裝置運轉開始起算的經過時間與所計測的溫度之特性。
在圖26(A)~(C)、圖27(A)~(C)、圖28中，顯示那樣的經過時間-溫度特性之特性曲線。
圖26係顯示有關冷房運轉之實驗結果。
圖26(A)係表示從熱泵HP出來並朝向第1水槽150之CO2的溫度特性(溫度感測器Ts1的計測結果之時間特性：標繪「O」)、從第1水槽150出來並朝向熱泵HP之CO2的溫度特性(溫度感測器Ts2的計測結果之時間特性：標繪「△」)、CO2的凝結溫度(粗實線所示之特性)、CO2的臨界點(細實線所示之特性)與水槽150內的溫度特性(利用溫度感測器Ts3計測之結果的時間特性：虛線所示之特性)。
圖26(B)係表示從熱泵HP朝向第2水槽200之熱媒(水)的溫度特性(溫度感測器Ts4的計測結果之時間特性：標繪「O」)與自第2水槽200返回熱泵HP的熱媒(水)的溫度特性(溫度感測器Ts5的計測結果之時間特性：標繪「△」)。
圖26(C)係表示圖26(B)中從熱泵HP朝向第2水槽200之熱媒(水)的溫度(溫度感測器Ts4的計測結果：標繪「O」)與自第2水槽200返回熱泵HP的熱媒(水)之溫度(溫度感測器Ts5的計測結果：標繪「△」)之溫度差的特性，表示投入於第2水槽200的熱量或冷卻能力的特性。
圖27係顯示有關暖房運轉之實驗結果。
圖27(A)、(B)的特性曲線與圖26(A)、(B)的特性曲線相同。
圖27(C)係顯示暖房能力的特性。
在表示冷房運轉時的圖26(C)中，在經過時間(橫軸)是2分鐘以後的區域中，冷房能力(縱軸)非常高(22~23kW)。
在圖26(C)雖未明示，但在將直徑3英吋、長度50m的管埋設於地下以與地熱進行熱交換的情況中，在以和實驗例相同的條件計測冷房能力的情況，冷房能力是5kW。若與此數值比較，則可理解在實驗例中可獲得之冷房能力非常高。
同樣地，在表示暖房運轉時的圖27(C)中，在經過時間(橫軸)是超過30分鐘以後的區域中，暖房能力(縱軸)上昇到高的數值。
在圖27(C)雖未明示，但發明者的實驗中，在將直徑3英吋、長度50m的管埋設於地下以與地熱進行熱交換的情況中，在以和實驗例相同的條件計測暖房能力的情況，暖房能力係5kW。
圖27(C)中，在經過時間(橫軸)是超過30分鐘以後的區域中之暖房能力達到10kW附近，相較於和地熱進行熱交換的情況，暖房能力乃明顯提升。
在30分鐘前後的階段，在水槽150內流通之CO2的溫度昇溫到臨界點附近，由於CO2的比熱上昇使熱交換效率提升，故推定暖房能力亦被提升。
從圖26(C)、圖27(C)清楚明白，依據本發明，會提升熱交換效率，其結果，冷房能力和暖房能力會提升。
在表示冷房運轉時的圖26(C)中，可見從實驗裝置運轉開始起算經過22分鐘左右，冷房能力降低的傾向。然後，時間經過54分鐘以後，冷房能力急劇降低。
從實驗裝置運轉開始起算經過22分鐘左右，在水槽150流通之CO2的溫度成為比臨界點溫度還高溫，導致成為CO2的比熱減少的區域，推定熱交換效率會降低。此外，推定從實驗裝置運轉開始起算經過54分鐘後，在水槽150流通之CO2的溫度再昇溫，比熱會顯著減少。
在圖25所示的實驗裝置中，雖無法檢出在水槽150內流通的CO2之溫度，但很顯然，當流入水槽150之CO2的溫度(標繪「O」)與自水槽150流出之CO2的溫度(標繪「△」)成為比臨界點溫度(圖26(A)的細實線)還高溫時，熱交換效率降低，冷房能力亦降低。
另一方面，在表示暖房運轉時的圖27(A)中，即使經過60分鐘，流入水槽150之CO2的溫度(標繪「O」)與自水槽150流出之CO2的溫度(標繪「△」)都不會自臨界點溫度(圖27(A)的細實線)分離。因此，可理解在水槽150內流通之CO2的溫度亦不會自臨界點溫度偏離。
為此，在圖27(C)中，CO2的熱交換效率未降低，推定暖房能力即使經過60分鐘還是維持高效能。
由圖26、圖27可清楚明白，若從水槽150流出之CO2的溫度(標繪「△」)是40℃以下，則實驗裝置中的冷房能力、暖房能力不會降低。
雖未圖示，但在流入水槽150之CO2的溫度與自水槽150流出之CO2的溫度比起臨界點溫度過於低溫之情況(5℃以下)，從採用圖25所示的實驗裝置之實驗可明白在CO2自然循環的情況中，冷房能力、暖房能力會降低。
推定此乃起因於配管系LaE內的熱媒之壓力變低壓，致使配管系LaE中的熱媒(CO2)之循環效率降低。
圖28係顯示屬冷房運轉時的實驗且為與圖26的運轉條件不同之實驗結果。換言之，圖28係和圖26(A)同樣的特性圖。
如圖28所述，在冷房運轉時，水槽150內的水溫(圖28中以虛線的特性曲線表示)與流入水槽150內之CO2的溫度(標繪「O」)之溫度差△成為60℃以下。
在圖28雖未明示，但依據發明者的實驗，確認了在冷房運轉時，水槽150內的水溫(圖28中以虛線的特性曲線表示)與流入水槽150內之CO2的溫度(標繪「O」)之溫度差△一超過60℃時，暖房能力會降低。
其結果，確認了在進行冷房運轉的情況，應將在配管系(La、9)的要朝蓄水設備(150、GH)進入的區域流通之CO2的溫度(在圖26(A)、圖28中標繪「O」所示之溫度：圖4中以溫度感測器7計測的溫度)與蓄水設備(150、GH)內的水溫(圖26(A)、圖28中以虛線的特性曲線表
示的溫度：圖4中以溫度感測器TW1計測的溫度)之溫度差設定為60℃以下。
圖27(A)中，在暖房運轉時，水槽150內的水溫(圖27(A)中以虛線的特性曲線表示)與流入水槽150內之CO2的溫度(標繪「O」)之溫度差△成為30℃以下。
在圖27雖未明示，但依據發明者的實驗，確認了在暖房運轉時，水槽150內的水溫(圖27(A)中以虛線的特性曲線表示)與流入水槽150內之CO2的溫度(標繪「O」)之溫度差△(參照圖27(A))一超過30℃時，暖房能力會降低。
其結果，在進行暖房運轉的情況，蓄水設備(150、GH)內的水溫(圖27(A)中以虛線的特性曲線表示的溫度：圖3中以溫度感測器TW1計測的溫度)與在配管系(La、9)的要朝蓄水設備(150、GH)進入的區域流通之CO2的溫度(在圖27(A)標繪「O」所示之溫度：圖3中以溫度感測器6計測的溫度)的溫度差應為30℃以下。
在此附帶說明，圖示的實施形態畢竟僅為例示，並非用以限定本發明的技術範圍之旨趣的描述。
在圖示的實施形態中，作為蓄水設備是例示水槽150或蓄水池GH，但作為蓄水設備，亦可以是具有能浸泡供熱媒流通的配管系之程度的水深之暗渠或溝(或明渠)。
Claims (4)
- 一種熱交換系統，其特徵為具備：蓄水設備(150、GH)；配管系(La)，浸泡在該蓄水設備(150、GH)的水中且具有和該蓄水設備(150、GH)中的水進行熱交換之機能；連接於前述配管系(La)的室外機(1)；介設有該室外機(1)、室內機(2)、空壓機(4)及四通閥(V4)的第1熱媒管線(Lb)；及連接該室內機(2)和空調機(3)的第2熱媒管線(Lc)；其中在前述配管系(La)的內部流通的熱媒為二氧化碳，於浸泡在前述配管系(La)的水中之區域設有泵(5)，該泵(5)的吐出口(5o)經由第1管線(La1)連接於第1閥(V1)，該第1閥(V1)經由第2管線(La2)連接於前述室外機(1)的一連接口(11)，前述室外機(1)的另一連接口(12)經由第3管線(La3)和第2閥(V2)連接，前述泵(5)與第1及第2閥(V1、V2)浸泡在前述蓄水設備(150、GH)的水中，前述第2管線(La2)中的第1閥(V1)近旁與前述第3管線(La3)中的第2閥(V2)近旁係用支流管線(La5)連接，該支流管線(La5)係具備將前述第1及第2閥(V1、V2)和前述泵(5)旁通，控制前述空壓機(4)和前述泵(5)與前述第1及第2閥(V1、V2)以切換冷房/暖房的控制單元(50)，該控制單元(50)係具有於暖房時閉鎖第1及第2閥(V1、V2)將泵(5)停止，於冷房時開放第1及第2閥(V1、V2)使泵(5)作動之機能，在前述配管系(La)介設有放洩閥(Va)與二氧化碳供給量調節閥(Vc)，具有控制單元(50A)，該控制單元(50A)具有：從放洩閥(Va)及二氧化碳供給量調節閥(Vc)的閥開度求出二氧化碳循環量之機能；將該二氧化碳循環量和規定量作比較以判斷是否適當之機能；若該二氧化碳循環量適當，則維持放洩閥(Va)及二氧化碳供給量調節閥(Vc)的閥開度，在前述二氧化碳循環量過多的情況，增加放洩閥(Va)的閥開度及/或減少二氧化碳供給量調節閥(Vc)的閥開度，在前述二氧化碳循環量過少的情況，減少放洩閥(Va)的閥開度及/或增加二氧化碳供給量調節閥(Vc)的閥開度之機能。
- 如申請專利範圍第1項之熱交換系統，其中在前述配管系(La)中的露出於蓄水設備(150、GH)的區域流通之二氧化碳的溫度且是介設在該區域的溫度感測器(6、7)所計測的溫度被設定成5℃~40℃。
- 如申請專利範圍第1項之熱交換系統，其中在進行冷房運轉的情況，在配管系(La)的要朝蓄水設備(150、GH)進入的區域流通之二氧化碳的溫度且是介設在該區域的溫度感測器(7)所計測的溫度，與蓄水設備(150、GH)內的水溫且是設於蓄水設備(150、GH)的溫度感測器(TW1)所計測的水溫之溫度差是60℃以下。
- 如申請專利範圍第1項之熱交換系統，其中在進行暖房運轉的情況，蓄水設備(150、GH)內的水溫且是設於蓄水設備(150、GH)的溫度感測器(TW1)所計測的水溫，與在配管系(La)的要朝蓄水設備(150、GH)進入的區域流通之二氧化碳的溫度且是介設在該區域的溫度感測器(6)所計測的溫度之溫度差是30℃以下。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60113460U (ja) * | 1984-01-09 | 1985-07-31 | 大阪瓦斯株式会社 | 地中熱利用冷暖房装置 |
| JP2005048972A (ja) * | 2003-07-29 | 2005-02-24 | Nippon Steel Corp | 地中熱利用システム |
| JP2006313034A (ja) * | 2005-05-06 | 2006-11-16 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | 地中熱利用装置 |
| JP2006329452A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Tokyo Gas Co Ltd | 二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム |
| JP2009036415A (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Mayekawa Mfg Co Ltd | 地中熱利用ヒートポンプサイクル装置 |
-
2011
- 2011-06-24 TW TW105102661A patent/TWI662238B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60113460U (ja) * | 1984-01-09 | 1985-07-31 | 大阪瓦斯株式会社 | 地中熱利用冷暖房装置 |
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| JP2009036415A (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Mayekawa Mfg Co Ltd | 地中熱利用ヒートポンプサイクル装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201616069A (zh) | 2016-05-01 |
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