JPWO2009072364A1

JPWO2009072364A1 - 地熱利用装置

Info

Publication number: JPWO2009072364A1
Application number: JP2008559000A
Authority: JP
Inventors: 英敏金尾
Original assignee: Hachiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hachiyo Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2011-04-21
Also published as: WO2009072364A1; KR20100099203A; CN101939598A

Abstract

［課題］地熱の回収方法を合理化し、より経済的且つ実用的である新規な地熱利用装置を開発することを技術課題とした。［解決手段］地熱回収管は二重管構造とされ、内管の内部空間と、外管と内管との間の空間とを熱媒の往路または復路とし、内管及び外管を熱利用デバイスに接続して循環路を形成するとともに、循環路内に熱媒を封入して成り、これら熱媒の往路と復路の間は断熱されて成り、更に熱媒として比較的飽和蒸気圧の高いものを採用することにより、潜熱によって熱を運ぶようにしたことを特徴として成るものであり、熱媒の循環量を少なくすることができ、装置全体の規模をコンパクトに構成することができるため、イニシャルコスト及びランニングコストを低減することができる。また飽和蒸気圧の高い熱媒を封入することにより、地熱回収管を深く埋設した場合であっても、地熱を効率良く回収することができる。

Description

本発明は地熱利用装置に関するものであって、特にイニシャルコスト、ランニングコスト、メンテナンスコストを低くすることにより、実用性が著しく向上した装置に係るものである。

地熱は一年を通じてほぼ一定の温度であるため、地上との温度差を空調や融雪のための熱源として利用することが行われている。
このための従来手法は、地下水を汲み上げたり、地下に配した管路内に熱媒としてブラインを送り込んで地熱を吸収させるとともに、循環させる等して地上において熱を回収するというものである（例えば特許文献１参照）。
このような従来手法の場合、顕熱を利用しているため地下水の汲み上げ量や熱媒の循環量が多大となり、配管やポンプが大がかりなものとなってしまう。更に熱効率も悪く、イニシャルコスト、ランニングコスト、メンテナンスコストいずれもが嵩んでしまい、採算性が悪いといった問題があった。また地下水を汲み上げる場合には、地盤沈下を引き起こしてしまうといった弊害もあった。

特開２００６−２９２３１０公報

本発明はこのような背景を考慮してなされたものであり、地熱の回収方法を合理化し、より経済的且つ実用的である新規な地熱利用装置を開発することを技術課題とした。

すなわち請求項１記載の地熱利用装置は、地中に埋設した地熱回収管に熱媒を循環させ、この地熱回収管内において地熱を吸収した熱媒から熱を回収して有効利用する装置において、前記地熱回収管は二重管構造とされ、内管の内部空間と、外管と内管との間の空間とをそれぞれ熱媒の往路または復路とするものであり、前記内管及び外管を熱利用デバイスに接続して循環路を形成するとともに、この循環路内に熱媒を封入して成り、且つこれら熱媒の往路と復路の間は断熱されて成り、更に前記熱媒として比較的飽和蒸気圧の高いものを採用することにより、潜熱によって熱を運ぶようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、熱媒の循環量を少なくすることができ、装置全体の規模をコンパクトに構成することができるため、イニシャルコスト及びランニングコストを低減することができる。
また飽和蒸気圧の高い熱媒を封入することにより、地熱回収管を深く埋設した場合であっても、地熱を効率良く回収することができる。

また請求項２記載の地熱利用装置は、前記要件に加え、前記地熱回収管で地中の温熱を回収するときには、熱媒の自然循環を利用して熱利用デバイスに熱媒を供給するようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、熱媒の循環に動力を要しないため、装置のイニシャルコスト及びランニングコストを低減することができる。

更にまた請求項３記載の地熱利用装置は、前記請求項１記載の要件に加え、前記地熱回収管で地中の冷熱を回収するときには、地熱回収管の下部に具えられたポンプにより、液化した熱媒を熱利用デバイスに供給するようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、小さなポンプ動力で大きな冷熱を効率よく回収することができる。

更にまた請求項４記載の地熱利用装置は、前記請求項１記載の要件に加え、前記外管をヒートポンプ装置の圧縮機に直接接続し、一方、前記内管をヒートポンプ装置の膨張弁に直接接続して、ヒートポンプ装置のサイクルを完結させ、前記地熱回収管で地熱の温熱を回収するように構成したことを特徴として成るものである。
この発明によれば、地熱回収管をヒートポンプ装置の蒸発器として機能させて、地熱を効率良く回収することができる。

更にまた請求項５記載の地熱利用装置は、前記請求項１記載の要件に加え、前記内管をヒートポンプ装置の膨張弁に直接接続し、一方、前記外管をヒートポンプ装置の圧縮機に直接接続して、ヒートポンプ装置のサイクルを完結させ、前記地熱回収管で地熱の冷熱を回収するように構成したことを特徴として成るものである。
この発明によれば、地熱回収管をヒートポンプ装置の凝縮器として機能させて、地熱を効率良く回収することができる。
そしてこれら各請求項記載の要件を手段として前記課題の解決が図られる。

本発明によれば、地熱の回収方法を合理化することにより、経済的且つ実用的である新規な地熱利用装置を提供することができる。

地熱回収管の構造を詳細に示した縦断側面図である。直動サイクル型の熱利用デバイスとして融雪装置を採用した実施例を示す回路図である。直動サイクル型の熱利用デバイスとして空気熱交換器を採用するとともに、温熱を回収する実施例を示す回路図である。直動サイクル型の熱利用デバイスとして空気熱交換器を採用するとともに、冷熱を回収する実施例を示す回路図である。ヒートポンプサイクル型の熱利用デバイスとして熱交換器介在型を採用するとともに、温熱を回収する実施例を示す回路図である。ヒートポンプサイクル型の熱利用デバイスとして熱交換器介在型を採用するとともに、冷熱を回収する実施例を示す回路図である。ヒートポンプサイクル型の熱利用デバイスとして直接組込型を採用するとともに、温熱を回収する実施例を示す回路図である。ヒートポンプサイクル型の熱利用デバイスとして直接組込型を採用するとともに、冷熱を回収する実施例を示す回路図である。

符号の説明

１地熱利用装置
２地熱回収管（二重管）
２１内管
２１ａ接続口
２１ｂ連通口
２２外管
２２ａ接続口
２３断熱材
２４ポンプ
３融雪装置
３１上部ヘッダ
３１ａ熱媒供給口
３２下部ヘッダ
３２ａ熱媒排出口
３３融雪コイル
４空気熱交換器
４ａ熱媒入出口
４ｂ熱媒入出口
４ｃファン
５ヒートポンプ装置
５１熱交換器
５１ａ熱媒入出口
５１ｂ熱媒入出口
５２圧縮機
５３凝縮・蒸発器
５４膨張弁
６家屋
６０屋根
Ｄ熱利用デバイス
Ｄ１直動サイクル型
Ｄ２ヒートポンプサイクル型
Ｄ２１熱交換器介在型
Ｄ２２直接組込型
Ｅ目的作動機
Ｍ熱媒
Ｍ１液相熱媒
Ｍ２気相熱媒
ｍ熱媒
ｍ１液相熱媒
ｍ２気相熱媒
Ｐ管路
Ｖ１三方弁
Ｖ２三方弁

本発明の地熱利用装置は、以下の実施例において説明するものを最良の形態とするが、この実施例に対して本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更を加えたものも含む。

以下本発明の地熱利用装置１について図示の実施例に基づいて説明する。
地熱利用装置１の基本構成は図１に示すように、地中に埋設した地熱回収管２に熱媒Ｍを供給し、この地熱回収管２内において熱媒Ｍに地熱（温熱または冷熱）を吸収させ、この熱媒Ｍから熱利用デバイスＤによって熱を回収して有効利用する装置である。

前記地熱回収管２は二重管構造とされるものであり、筒状の内管２１の両端をそれぞれ接続口２１ａ、連通口２１ｂとし、筒状の外管２２の一端を閉口するとともに一端を接続口２２ａとし、前記内管２１の接続口２１ａが外管２２の側壁部分から突出状態とされたものである。すなわち地熱回収管２は、接続口２１ａから連通口２１ｂを経由して接続口２２ａに至る流路が形成されて成るものである。更に前記内管２１の外周部には断熱材２３が設けられている。
そして前記接続口２１ａ及び接続口２２ａが熱利用デバイスＤに接続されることにより循環路が形成されるものであり、この循環路内に熱媒Ｍが封入される。
なお前記内管２１は、塩ビ、ポリエチレン等の比較的熱伝導率が低い素材によって形成されるものであり、素材によって所要の断熱性を確保することができる場合には、前記断熱材２３は設けなくてもよい。一方、前記外管２２は、鉄、銅等の比較的熱伝導率が高い素材によって形成される。
このように、地熱回収管２を二重管構造とすることにより、埋設時のボウリング穴の径が小さくて済むため、設置コストの低減が可能となる。

また本発明では、前記熱媒Ｍとして比較的飽和蒸気圧の高いものを採用することにより、潜熱によって熱を運ぶものであり、具体的には二酸化炭素やブタン等が採用される。なおフロンを採用することも可能だが、自然環境を配慮すると前記二酸化炭素やブタンを採用することが好ましい。
なお前記二酸化炭素は臨界温度が３１．１℃と低く、一例として３１．１℃のときの飽和蒸気圧は約７５ｋｇ／ｃｍ２Ａｂｓである。
以下、地熱利用装置１を、熱利用デバイスＤの構成を異ならせた実施例毎に説明を行うものであり、この熱利用デバイスＤは、直動サイクル型Ｄ１とヒートポンプサイクル型Ｄ２とに大別される。
また以下の説明にあっては、最終的に熱の取り出し個所となる装置を目的作動機Ｅとするとともに、図中においては二重囲み枠で示すものとする。

〔直動サイクル型の熱利用デバイスを用いた実施例〕
直動サイクル型Ｄ１の熱利用デバイスＤの具体例としては、図２に示す融雪装置３や、図３、４に示す空気熱交換器４が挙げられる。
（１）融雪装置
まず初めに直動サイクル型Ｄ１の熱利用デバイスＤとして融雪装置３を用いた実施例について説明するものであり、図２に示す地熱利用装置１は、家屋６の屋根６０に設置された融雪装置３と地熱回収管２との間で熱媒Ｍを循環させるように構成されたものである。
前記融雪装置３は、屋根６０の上部に配される上部ヘッダ３１と、屋根６０の下部に配される下部ヘッダ３２との間に融雪コイル３３を具えて成るものである。そして上部ヘッダ３１における熱媒供給口３１ａに対して前記地熱回収管２における接続口２２ａが管路Ｐによって接続され、一方、下部ヘッダ３２における熱媒排出口３２ａに対して前記地熱回収管２における接続口２１ａが管路Ｐによって接続されることにより循環路が形成され、この循環路内に熱媒Ｍが充填される。
なお前記管路Ｐは、塩ビ、ポリエチレン等の比較的熱伝導率が低い素材によって形成され、更に融雪コイル３３は、鉄、銅等の比較的熱伝導率が高い素材によって形成される。

そしてこの実施例で示す地熱利用装置１は、熱媒Ｍを自然循環させるために内管２１内の熱媒Ｍ（液相熱媒Ｍ１）と、外管２２内の熱媒Ｍ（液相熱媒Ｍ１）とが液ヘッド差を持つように構成されるものであり、このため融雪装置３における下部ヘッダ３２が、地熱回収管２よりも高い位置に設置されることにより実現されている。

以下、地熱利用装置１における熱媒Ｍの挙動と熱の移動について説明する。
なおこの説明にあっては、外管２２と内管２１との間の空間を「外管２２内」と称するものとする。また熱媒Ｍについては、液相状態にある場合を液相熱媒Ｍ１と称し、気相状態にある場合を気相熱媒Ｍ２と称するものとする。
まず、外管２２内において地熱によって暖められた（地熱を温熱として吸収した）液相熱媒Ｍ１は蒸発して気相熱媒Ｍ２となるため、外管２２内における液相熱媒Ｍ１の液面と、内管２１内における液相熱媒Ｍ１の液面との間の液ヘッド差により、熱媒Ｍは自然循環することなる。
そして前記気相熱媒Ｍ２は接続口２２ａを経由して管路Ｐ内を進み、やがて上部ヘッダ３１に入るとともに融雪コイル３３に供給される。
次いで気相熱媒Ｍ２の熱は融雪コイル３３を通じて屋根６０に積もった雪に伝導されるため雪は溶かされることとなる。一方、このように潜熱を放出した気相熱媒Ｍ２は液相熱媒Ｍ１となり、下部ヘッダ３２を経由して管路Ｐ内を進み、やがて接続口２１ａから内管２１内に至ることとなる。
そして内管２１内を流下した液相熱媒Ｍ１は、連通口２１ｂから外管２２内に移動し、やがて地熱によって暖められて蒸発し、再び気相熱媒Ｍ２となって融雪コイル３３に供給されるといったサイクルが継続されることとなる。

（２）空気熱交換器
次に直動サイクル型Ｄ１の熱利用デバイスＤとして空気熱交換器４を用いた実施例について説明するものであり、この空気熱交換器４はファン４ｃによって空気を送ることにより熱媒Ｍとの間で熱交換を行うように構成された装置である。
またこの実施例で示す地熱利用装置１は図３、４に示すように、空気熱交換器４と地熱回収管２との間で熱媒Ｍを循環させるように構成されたものであり、地熱回収管２における接続口２２ａと空気熱交換器４における熱媒入出口４ａとを管路Ｐで接続し、同様に接続口２１ａと熱媒入出口４ｂとを管路Ｐで接続して構成されたものである。
因みに図３、４に示した地熱利用装置１は、三方弁Ｖ１、三方弁Ｖ２を切り替えることにより、直動サイクル型Ｄ１あるいはヒートポンプサイクル型Ｄ２のいずれか一方の熱利用デバイスＤに熱媒Ｍを供給できるように構成されたものであるが、ヒートポンプサイクル型Ｄ２については後程説明を行うものとする。

更にこの実施例で示す地熱利用装置１は、熱媒Ｍが自然循環することを可能にするために、内管２１内の熱媒Ｍ（液相熱媒Ｍ１）と、外管２２内の熱媒Ｍ（液相熱媒Ｍ１）とが液ヘッド差を持つように構成されるものであり、このため空気熱交換器４における熱媒入出口４ｂが、地熱回収管２よりも高い位置に設置されることにより実現されている。
なお図４に示す地熱利用装置１は、図３に示した装置と同様の基本構成を有するものであり、更に地熱回収管２における連通口２１ｂ付近にポンプ２４を具えて構成されたものである。

以下、地熱利用装置１における熱媒Ｍの挙動と熱の移動について説明する。
（２−１）温熱の回収
まず初めに、地熱利用装置１によって地熱を温熱として回収する実施例について説明するものであり、この場合図３に示すように、地熱回収管２における接続口２２ａから排出された熱媒Ｍが、熱媒入出口４ａから空気熱交換器４に入り、熱媒入出口４ｂから排出されて接続口２１ａに戻る循環経路が形成される。

以下、地熱利用装置１における熱媒Ｍの挙動と熱の移動について説明する。
まず、外管２２内において地熱によって暖められた（地熱を温熱として吸収した）液相熱媒Ｍ１は蒸発して気相熱媒Ｍ２となるため、外管２２内における液相熱媒Ｍ１の液面と、内管２１内における液相熱媒Ｍ１の液面との間の液ヘッド差により、熱媒Ｍは自然循環することなる。
そして前記気相熱媒Ｍ２は接続口２２ａを経由して管路Ｐ内を進み、やがて熱媒入出口４ａから空気熱交換器４（目的作動機Ｅ）に供給される。空気熱交換器４においては、ファン４ｃによって送風させる空気と熱媒Ｍとの間で熱交換が行われるものであり、空気の温度が上昇することとなる。
一方、このように潜熱を放出した気相熱媒Ｍ２は液相熱媒Ｍ１となり、熱媒入出口４ｂを経由して管路Ｐ内を進み、やがて接続口２１ａから内管２１内に至ることとなる。

そして内管２１内を流下した液相熱媒Ｍ１は、連通口２１ｂから外管２２内に移動し、やがて地熱によって暖められて蒸発し、再び気相熱媒Ｍ２となって空気熱交換器４に供給されるといったサイクルが継続されることとなる。

（２−２）冷熱の回収
次に、地熱利用装置１によって地熱を冷熱として回収する実施例について説明するものであり、この場合図４に示すように、地熱回収管２における接続口２１ａから排出された熱媒Ｍが、熱媒入出口４ｂから空気熱交換器４に入り、熱媒入出口４ａから排出されて接続口２２ａに戻る循環経路が形成される。

以下、地熱利用装置１における熱媒Ｍの挙動と熱の移動について説明する。
まず、外管２２内において地熱によって冷却された（地熱を冷熱として吸収した）気相熱媒Ｍ２は凝縮して液相熱媒Ｍ１となり、ポンプ２４によって連通口２１ｂから内管２１に送られ、接続口２１ａを経由して管路Ｐ内を進み、やがて熱媒入出口４ｂから空気熱交換器４（目的作動機Ｅ）に供給される。空気熱交換器４においては、ファン４ｃによって送風させる空気と熱媒Ｍとの間で熱交換が行われるものであり、空気の温度が下降することとなる。
一方、このように潜熱を吸収した液相熱媒Ｍ１は気相熱媒Ｍ２となり、熱媒入出口４ａを経由して管路Ｐ内を進み、やがて接続口２２ａから外管２２内に至ることとなる
そして気相熱媒Ｍ２は外管２２内において地熱によって冷却され、凝縮して液相熱媒Ｍ１となり、再びポンプ２４によって空気熱交換器４に供給されるといったサイクルが継続されることとなる。

〔ヒートポンプサイクル型の熱利用デバイスを用いた実施例〕
次にヒートポンプサイクル型Ｄ２の熱利用デバイスＤを用いた実施例について説明する。ヒートポンプサイクル型Ｄ２（ヒートポンプ装置５）の具体例としては、図５、６に示す熱交換器介在型Ｄ２１や、図７、８に示す直接組込型Ｄ２２が挙げられる。

（３）熱交換器介在型
初めに熱交換器介在型Ｄ２１として構成されるヒートポンプサイクル型Ｄ２の熱利用デバイスＤについて説明するものであり、このタイプの熱利用デバイスＤは図５、６に示すように、熱交換器５１を熱媒ｍの蒸発器あるいは凝縮機として機能させるヒートポンプサイクルを構成して成るものである。
具体的には、熱交換器５１、圧縮機５２、凝縮・蒸発器５３及び膨張弁５４により熱媒ｍの循環経路が形成されるものであり、一方、熱交換器５１における熱媒入出口５１ａに対して前記地熱回収管２における接続口２２ａが管路Ｐによって接続され、熱媒入出口５１ｂに対して前記地熱回収管２における接続口２１ａが管路Ｐによって接続されることにより、熱媒Ｍの循環路が形成されて成る。

そしてこの実施例では熱媒Ｍを自然循環させるために、内管２１内の熱媒Ｍ（液相熱媒Ｍ１）と、外管２２内の熱媒Ｍ（液相熱媒Ｍ１）とが液ヘッド差を持つように構成されるものであり、熱交換器５１が地熱回収管２よりも高い位置に設置されることにより実現されている。
なお図６に示す地熱利用装置１は、図５に示した装置と同様の基本構成を有するものであり、更に地熱回収管２における連通口２１ｂ付近にポンプ２４を具えて構成されたものである。

以下、地熱利用装置１における熱媒Ｍの挙動と熱の移動について説明する。
（３−１）温熱の回収
まず初めに、地熱利用装置１によって地熱を温熱として回収する実施例について説明するものであり、この場合図５に示すように、地熱回収管２における接続口２２ａから排出された熱媒Ｍが、熱媒入出口５１ａから熱交換器５１に入り、熱媒入出口５１ｂから排出されて接続口２１ａに戻る循環経路が形成される。また熱媒ｍについては、熱交換器５１、圧縮機５２、凝縮・蒸発器５３、膨張弁５４と進んで熱交換器５１に戻る循環経路が形成される。更に前記凝縮・蒸発器５３は凝縮器として機能することとなる。

まず、外管２２内において地熱によって暖められた（地熱を温熱として吸収した）液相熱媒Ｍ１は蒸発して気相熱媒Ｍ２となるため、外管２２内における液相熱媒Ｍ１の液面と、内管２１内における液相熱媒Ｍ１の液面との間の液ヘッド差により、熱媒Ｍは自然循環することなる。
そして前記気相熱媒Ｍ２は接続口２２ａを経由して管路Ｐ内を進み、やがて熱媒入出口５１ａから熱交換器５１に供給される。熱交換器５１においては、熱媒ｍ（液相熱媒ｍ１）と熱媒Ｍ（気相熱媒Ｍ２）との間で熱交換が行われるものであり、液相熱媒ｍ１は潜熱を吸収して気相熱媒ｍ２となる。
次いで気相熱媒ｍ２は圧縮機５２によって更に高温となり、凝縮器として機能する凝縮・蒸発器５３（目的作動機Ｅ）において熱を放出するとともに、凝縮して液相熱媒ｍ１となり、膨張弁５４を経由して再び熱交換器５１に送られる。

一方、上述のように熱交換器５１において潜熱を放出した気相熱媒Ｍ２は液相熱媒Ｍ１となり、熱媒入出口５１ｂを経由して管路Ｐ内を進み、やがて接続口２１ａから内管２１内に至ることとなる。
そして内管２１内を流下した液相熱媒Ｍ１は、連通口２１ｂから外管２２内に移動し、やがて地熱によって暖められて蒸発し、再び気相熱媒Ｍ２となって熱交換器５１に供給されるといったサイクルが継続されることとなる。

（３−２）冷熱の回収
次に、地熱利用装置１によって地熱を冷熱として回収する実施例について説明するものであり、この場合図６に示すように、地熱回収管２における接続口２１ａから排出された熱媒Ｍが、熱媒入出口５１ｂから熱交換器５１に入り、熱媒入出口５１ａから排出されて接続口２２ａに戻る循環経路が形成される。また熱媒ｍについては、熱交換器５１、膨張弁５４、凝縮・蒸発器５３、圧縮機５２と進んで熱交換器５１に戻る循環経路が形成される。更に前記凝縮・蒸発器５３は蒸発器として機能することとなる。

まず外管２２内において地熱によって冷却された（地熱を冷熱として吸収した）気相熱媒Ｍ２は凝縮して液相熱媒Ｍ１となり、ポンプ２４によって連通口２１ｂから内管２１に送られ、接続口２１ａを経由して管路Ｐ内を進み、やがて熱媒入出口５１ｂから熱交換器５１に供給される。熱交換器５１においては、熱媒ｍ（気相熱媒ｍ２）と熱媒Ｍ（液相熱媒Ｍ１）との間で熱交換が行われるものであり、気相熱媒ｍ２は潜熱を放出して液相熱媒ｍ１となる。
次いで液相熱媒ｍ１は膨張弁５４を経由し、蒸発器として機能する凝縮・蒸発器５３（目的作動機Ｅ）において熱を吸収するとともに、蒸発して気相熱媒ｍ２となり、圧縮機５２を経由して再び熱交換器５１に送られる。

一方、以上のように熱交換器５１において潜熱を吸収した液相熱媒Ｍ１は気相熱媒Ｍ２となり、熱媒入出口５１ａを経由して管路Ｐ内を進み、やがて接続口２２ａから外管２２内に至ることとなる
そして気相熱媒Ｍ２は外管２２内において地熱によって冷却され、凝縮して液相熱媒Ｍ１となり、再びポンプ２４によって熱交換器５１に供給されるといったサイクルが継続されることとなる。

（４）直接組込型
次に直接組込型Ｄ２２として構成されるヒートポンプサイクル型Ｄ２の熱利用デバイスＤについて説明するものであり、このタイプの熱利用デバイスＤは図７、８に示すように、地熱回収管２を熱媒Ｍの蒸発器あるいは凝縮機として機能させるヒートポンプサイクルを構成して成るものである。
具体的には、地熱回収管２、圧縮機５２、凝縮・蒸発器５３及び膨張弁５４により熱媒Ｍの循環経路が形成されるものである。
なお図８に示す地熱利用装置１は、図７に示した装置と同様の基本構成を有するものであり、更に地熱回収管２における連通口２１ｂ付近にポンプ２４を具えて構成されたものである。

以下、地熱利用装置１における熱媒Ｍの挙動と熱の移動について説明する。
（４−１）温熱の回収
まず初めに、地熱利用装置１によって地熱を温熱として回収する実施例について説明するものであり、この場合図７に示すように、外管２２内において地熱によって暖められた（地熱を温熱として吸収した）液相熱媒Ｍ１は蒸発して気相熱媒Ｍ２となり、接続口２２ａを経由して管路Ｐ内を進み、圧縮機５２によって更に高温となる。そして気相熱媒Ｍ２は凝縮器として機能する凝縮・蒸発器５３（目的作動機Ｅ）において熱を放出するとともに、凝縮して液相熱媒Ｍ１となり、膨張弁５４を経由して気液状態となった後、接続口２１ａから内管２１内に至ることとなる。
そして内管２１内を流下した液相熱媒Ｍ１は、連通口２１ｂから外管２２内に移動し、やがて地熱によって暖められて蒸発し、再び気相熱媒Ｍ２となって圧縮機５２に供給されるといったサイクルが継続されることとなる。

（４−２）冷熱の回収
次に、地熱利用装置１によって地熱を冷熱として回収する実施例について説明する。この場合図８に示すように、外管２２内において地熱によって冷却された（地熱を冷熱として吸収した）気相熱媒Ｍ２は凝縮して液相熱媒Ｍ１となり、ポンプ２４によって連通口２１ｂから内管２１に送られ、接続口２１ａを経由して管路Ｐ内を進む。やがて液相熱媒Ｍ１は膨張弁５４を経由して蒸発器として機能する凝縮・蒸発器５３（目的作動機Ｅ）において熱を吸収するとともに、蒸発して気相熱媒Ｍ２となり、圧縮機５２を経由して接続口２２ａから外管２２内に至ることとなる。
そして気相熱媒Ｍ２は外管２２内において地熱によって冷却され、凝縮して液相熱媒Ｍ１となり、再びポンプ２４によって膨張弁５４に供給されるといったサイクルが継続されることとなる。

Claims

地中に埋設した地熱回収管に熱媒を循環させ、この地熱回収管内において地熱を吸収した熱媒から熱を回収して有効利用する装置において、前記地熱回収管は二重管構造とされ、内管の内部空間と、外管と内管との間の空間とをそれぞれ熱媒の往路または復路とするものであり、前記内管及び外管を熱利用デバイスに接続して循環路を形成するとともに、この循環路内に熱媒を封入して成り、且つこれら熱媒の往路と復路の間は断熱されて成り、更に前記熱媒として比較的飽和蒸気圧の高いものを採用することにより、潜熱によって熱を運ぶようにしたことを特徴とする地熱利用装置。
前記地熱回収管で地中の温熱を回収するときには、熱媒の自然循環を利用して熱利用デバイスに熱媒を供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の地熱利用装置。
前記地熱回収管で地中の冷熱を回収するときには、地熱回収管の下部に具えられたポンプにより、液化した熱媒を熱利用デバイスに供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の地熱利用装置。
前記外管をヒートポンプ装置の圧縮機に直接接続し、一方、前記内管をヒートポンプ装置の膨張弁に直接接続して、ヒートポンプ装置のサイクルを完結させ、前記地熱回収管で地熱の温熱を回収するように構成したことを特徴とする請求項１記載の地熱利用装置。
前記内管をヒートポンプ装置の膨張弁に直接接続し、一方、前記外管をヒートポンプ装置の圧縮機に直接接続して、ヒートポンプ装置のサイクルを完結させ、前記地熱回収管で地熱の冷熱を回収するように構成したことを特徴とする請求項１記載の地熱利用装置。