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� �、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� ��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� ��21a、連通口21bとし、筒状の外管22の一端を� �口するとともに一端を接続口22aとし、前記� �管21の接続口21aが外管22の側壁部分から突出� ��態とされたものである。すなわち地熱回収� ��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� �られている。
 そして前記接続口21a及び接続口22aが熱利用� ��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� �封入される。
 なお前記内管21は、塩ビ、ポリエチレン等� �比較的熱伝導率が低い素材によって形成さ� �るものであり、素材によって所要の断熱性� �確保することができる場合には、前記断熱� �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� ��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� �75kg/cm2Absである。
 以下、地熱利用装置1を、熱利用デバイスD� �構成を異ならせた実施例毎に説明を行うも� �であり、この熱利用デバイスDは、直動サイ� ��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� ��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� ��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� �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� �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� ��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� ��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� �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� �続口22aが管路Pによって接続され、一方、下� ��ヘッダ32における熱媒排出口32aに対して前� �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� ��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� �ッダ32が、地熱回収管2よりも高い位置に設� �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� �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� ��。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� ��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� �れた(地熱を温熱として吸収した)液相熱媒M1� ��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� �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� �管路P内を進み、やがて上部ヘッダ31に入る� �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� ��かされることとなる。一方、このように潜� ��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� ��って暖められて蒸発し、再び気相熱媒M2と� �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� ��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� �ン4cによって空気を送ることにより熱媒Mと� �間で熱交換を行うように構成された装置で� �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� ��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� ��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� ��型D2のいずれか一方の熱利用デバイスDに熱� ��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� ��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� �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� �も高い位置に設置されることにより実現さ� �ている。
 なお図4に示す地熱利用装置1は、図3に示し� ��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� �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� �回収管2における接続口22aから排出された熱� ��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� ��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� �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� �れた(地熱を温熱として吸収した)液相熱媒M1� ��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� �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� �管路P内を進み、やがて熱媒入出口4aから空� �熱交換器4(目的作動機E)に供給される。空気� ��交換器4においては、ファン4cによって送風� ��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M 2は液相熱媒M1となり、熱媒入出口4bを経由し� ��管路P内を進み、やがて接続口21aから内管21� ��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� ��よって暖められて蒸発し、再び気相熱媒M2� �なって空気熱交換器4に供給されるといった� ��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� �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� ��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� �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� �れた(地熱を冷熱として吸収した)気相熱媒M2� ��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� ��由して管路P内を進み、やがて熱媒入出口4b� ��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� �われるものであり、空気の温度が下降する� �ととなる。
 一方、このように潜熱を吸収した液相熱媒M 1は気相熱媒M2となり、熱媒入出口4aを経由し� ��管路P内を進み、やがて接続口22aから外管22� ��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� ��れるといったサイクルが継続されることと� ��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� �イスDを用いた実施例について説明する。ヒ� ��トポンプサイクル型D2(ヒートポンプ装置5)� �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� ��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� ��ートポンプサイクル型D2の熱利用デバイスD� ��ついて説明するものであり、このタイプの� ��利用デバイスDは図5、6に示すように、熱交� ��器51を熱媒mの蒸発器あるいは凝縮機として� ��能させるヒートポンプサイクルを構成して� ��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� ��形成されるものであり、一方、熱交換器51� �おける熱媒入出口51aに対して前記地熱回収� �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� �ける接続口21aが管路Pによって接続されるこ� ��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、� �管22内の熱媒M(液相熱媒M1)とが液ヘッド差を� ��つように構成されるものであり、熱交換器5 1が地熱回収管2よりも高い位置に設置される� ��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� ��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� �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� �回収管2における接続口22aから排出された熱� ��Mが、熱媒入出口51aから熱交換器51に入り、� ��媒入出口51bから排出されて接続口21aに戻る� ��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� �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� �れた(地熱を温熱として吸収した)液相熱媒M1� ��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� �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� �管路P内を進み、やがて熱媒入出口51aから熱� ��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� �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� ��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� �を放出した気相熱媒M2は液相熱媒M1となり、� ��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� ��って暖められて蒸発し、再び気相熱媒M2と� �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� �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� ��口51aから排出されて接続口22aに戻る循環経� ��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� ��進んで熱交換器51に戻る循環経路が形成さ� �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� �た(地熱を冷熱として吸収した)気相熱媒M2は� ��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� ��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� �ては、熱媒m(気相熱媒m2)と熱媒M(液相熱媒M1)� ��の間で熱交換が行われるものであり、気相� ��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� ��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� �を吸収した液相熱媒M1は気相熱媒M2となり、� ��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� ��ンプサイクル型D2の熱利用デバイスDについ� ��説明するものであり、このタイプの熱利用� ��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� �せるヒートポンプサイクルを構成して成る� �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� �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� ��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� �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� �22内において地熱によって暖められた(地熱� �温熱として吸収した)液相熱媒M1は蒸発して� �相熱媒M2となり、接続口22aを経由して管路P� �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� ��・蒸発器53(目的作動機E)において熱を放出� �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� ��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� ��って暖められて蒸発し、再び気相熱媒M2と� �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� �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� �、接続口21aを経由して管路P内を進む。やが� ��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� ��て熱を吸収するとともに、蒸発して気相熱� ��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。