特許 6038219 熱交換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6038219

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】熱交換システム

(51)【国際特許分類】

   F24F 5/00 20060101AFI20161128BHJP

   F24F 3/08 20060101ALI20161128BHJP

   F25B 30/06 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   F24F5/00 101Z

   F24F3/08

   F25B30/06 T

【請求項の数】2

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2015-70892(P2015-70892)

(22)【出願日】2015年3月31日

(62)【分割の表示】特願2011-137966(P2011-137966)の分割

【原出願日】2011年6月22日

(65)【公開番号】特開2015-121401(P2015-121401A)

(43)【公開日】2015年7月2日

【審査請求日】2015年3月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】390002233

【氏名又は名称】ケミカルグラウト株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000431

【氏名又は名称】特許業務法人高橋特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】相 馬 啓

【審査官】 横溝 顕範

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０１４５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１１３４６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００９−００８３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８８８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０４８９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４５０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−０５２３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５１２１５６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３３６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２８９７９５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ ５／００

Ｆ２４Ｆ ３／０８

Ｆ２５Ｂ ３０／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

貯水設備（１５０、ＧＨ）と、該貯水設備（１５０、ＧＨ）の水中に浸漬されて該貯水設備（１５０、ＧＨ）中の水と熱交換する機能を有する配管系（Ｌａ）と、前記配管系（Ｌａ）に接続された室外機（１）と、該室外機（１）と室内機（２）とコンプレッサ（４）と四方弁（Ｖ４）とが介装された第１の熱媒ライン（Ｌｂ）と、該室内機（２）と空調機（３）とを接続する第２の熱媒ライン（Ｌｃ）とを備える熱交換システムにおいて、前記配管系（Ｌａ）の内部を流れる熱媒は二酸化炭素であり、前記配管系（Ｌａ）の水中に浸漬した領域は単管で構成されており、当該領域にはポンプ（５）が設けられており、該ポンプ（５）の吐出口（５ｏ）は第１のライン（Ｌａ１）を介して第１のバルブ（Ｖ１）に接続され、該第１のバルブ（Ｖ１）は第２のライン（Ｌａ２）を介して前記室外機（１）の一方の接続口（１１）と接続され、前記室外機（１）の他方の接続口（１２）は第３のライン（Ｌａ３）を介して第２のバルブ（Ｖ２）と接続され、前記第２のライン（Ｌａ２）における第１のバルブ（Ｖ１）の近傍と前記第３のライン（Ｌａ３）における第２のバルブ（Ｖ２）の近傍とはバイパスライン（Ｌａ５）で接続され、該バイパスライン（Ｌａ５）は前記第１及び第２のバルブ（Ｖ１、Ｖ２）と前記ポンプ（５）をバイパスしており、前記コンプレッサ（４）と前記ポンプ（５）と前記第１及び第２のバルブ（Ｖ１、Ｖ２）を制御して冷房・暖房を切替えるコントロールユニット（５０）を設け、該コントロールユニット（５０）は暖房時には第１及び第２のバルブ（Ｖ１、Ｖ２）を閉鎖し、ポンプ（５）を停止して、冷房時には第１及び第２のバルブ（Ｖ１、Ｖ２）を開放し、ポンプ（５）を作動する機能を有し、
前記配管系（Ｌａ）には排出弁（Ｖａ）と二酸化炭素供給量調節弁（Ｖｃ）が接続されており、コントロールユニット（５０Ｂ）を有し、該コントロールユニット（５０Ｂ）は、配管系（Ｌａ）の貯水設備（１５０、ＧＨ）へ入る領域を流れる二酸化炭素の温度と貯水設備（１５０、ＧＨ）との温度差に基づいて二酸化炭素循環量を求める機能と、該二酸化炭素循環量が適性であるか否かを判断する機能と、該二酸化炭素循環量が適正であれば排出弁（Ｖａ）及び二酸化炭素供給量調節弁（Ｖｃ）の弁開度を維持し、前記二酸化炭素循環量が多過ぎる場合には排出弁（Ｖａ）の弁開度を増加し及び／又は二酸化炭素供給量調節弁（Ｖｃ）の弁開度を減少し、前記二酸化炭素循環量が少な過ぎる場合には排出弁（Ｖａ）の弁開度を減少し及び／又は二酸化炭素供給量調節弁（Ｖｃ）の弁開度を増加する機能を有し、
冷房運転を行う場合には、配管系（Ｌａ）の貯水設備（１５０、ＧＨ）へ入る領域を流れる二酸化炭素の温度と、貯水設備（１５０、ＧＨ）との温度差が６０℃以下となる様に排出弁（Ｖａ）及び二酸化炭素供給量調節弁（Ｖｃ）の弁開度を調節し、
暖房運転を行う場合には、貯水設備（１５０、ＧＨ）内の水温と、配管系（Ｌａ）の貯水設備（１５０、ＧＨ）へ入る領域を流れる二酸化炭素との温度差が３０℃以下となる様に排出弁（Ｖａ）及び二酸化炭素供給量調節弁（Ｖｃ）の弁開度を調節することを特徴とする熱交換システム。

【請求項2】

前記配管系（Ｌａ）における貯水設備（１５０、ＧＨ）を出た領域を流れる二酸化炭素の温度が５℃〜４０℃に設定されている請求項１の熱交換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中から熱を回収し、及び／又は、水中に熱を排出して、空調、給湯その他の熱的負荷に利用する熱交換技術に関する。

【背景技術】

【0002】

日本国内では、地中の温度は一年を通じて約１５℃程度であり、日本国内における冬場の気温は１５℃よりも遥かに低温であり、夏場の気温は１５℃よりも遥かに高温である。
このことから、例えば空調、給湯その他の熱的負荷に対して、係る温度差を有効利用することが考えられる。
そのため、発明者は地熱を回収して利用する技術について、研究を重ねた。

【0003】

従来技術において、地熱の回収（或いは、地中への排熱）は、地中に埋設された配管中に、公知の液相熱媒（ブライン）を流過せしめ、当該液相熱媒と地熱とで熱交換（いわゆる「顕熱−顕熱熱交換」）を行なっている。
しかし、熱媒が地熱と熱交換を行なうために必要な面積を確保するために、冷媒を流過させる配管径が大きくなってしまう。
また、例えば空調機器が適切に作動するだけの熱量を回収するためには、非常に長い配管を地中の深い領域まで埋設しなければならない。
そして、大径の配管を地中深い領域まで埋設するために、多大なコストが必要になってしまうという問題が存在する。

【0004】

その他の従来技術として、例えば、地下水を熱媒体として利用して、地下において蓄熱する技術も提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術（特許文献１）では、竪穴井戸を穿孔する必要があり、蓄熱量が多くなると竪穴の深度を増加しなくてはならないので、上述した問題点を解決することは出来ない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−３８５０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、熱交換効率が高く、施工のための労力やコストを節減することが出来る熱交換システムの提案を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

発明者は、種々研究の結果、熱媒（或いは冷媒）として二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いた場合には、地熱を利用するよりも、暖房運転時には水中から熱媒に熱を回収し、冷房運転時には水中に熱媒の熱を排出する方が、熱交換効率が向上することを発見した。そして、熱媒（或いは冷媒）である二酸化炭素（ＣＯ_２）の温度が５℃〜４０℃であると、熱交換効率が極めて高くなることを見出した。
本発明は係る知見に基づいて提案された。

【0008】

本発明によれば、貯水設備（１５０、ＧＨ）と、該貯水設備（１５０、ＧＨ）の水中に浸漬されて該貯水設備（１５０、ＧＨ）中の水と熱交換する機能を有する配管系（Ｌａ）と、前記配管系（Ｌａ）に接続された室外機（１）と、該室外機（１）と室内機（２）とコンプレッサ（４）と四方弁（Ｖ４）とが介装された第１の熱媒ライン（Ｌｂ）と、該室内機（２）と空調機（３）とを接続する第２の熱媒ライン（Ｌｃ）とを備える熱交換システムにおいて、前記配管系（Ｌａ）の内部を流れる熱媒は二酸化炭素であり、前記配管系（Ｌａ）の水中に浸漬した領域は単管で構成されており、当該領域にはポンプ（５）が設けられており、該ポンプ（５）の吐出口（５ｏ）は第１のライン（Ｌａ１）を介して第１のバルブ（Ｖ１）に接続され、該第１のバルブ（Ｖ１）は第２のライン（Ｌａ２）を介して前記室外機（１）の一方の接続口（１１）と接続され、前記室外機（１）の他方の接続口（１２）は第３のライン（Ｌａ３）を介して第２のバルブ（Ｖ２）と接続され、前記第２のライン（Ｌａ２）における第１のバルブ（Ｖ１）の近傍と前記第３のライン（Ｌａ３）における第２のバルブ（Ｖ２）の近傍とはバイパスライン（Ｌａ５）で接続され、該バイパスライン（Ｌａ５）は前記第１及び第２のバルブ（Ｖ１、Ｖ２）と前記ポンプ（５）をバイパスしており、前記コンプレッサ（４）と前記ポンプ（５）と前記第１及び第２のバルブ（Ｖ１、Ｖ２）を制御して冷房・暖房を切替えるコントロールユニット（５０）を設け、該コントロールユニット（５０）は暖房時には第１及び第２のバルブ（Ｖ１、Ｖ２）を閉鎖し、ポンプ（５）を停止して、冷房時には第１及び第２のバルブ（Ｖ１、Ｖ２）を開放し、ポンプ（５）を作動する機能を有し、
前記配管系（Ｌａ）には排出弁（Ｖａ）と二酸化炭素供給量調節弁（Ｖｃ）が接続されており、コントロールユニット（５０Ｂ）を有し、該コントロールユニット（５０Ｂ）は、配管系（Ｌａ）の貯水設備（１５０、ＧＨ）へ入る領域を流れる二酸化炭素の温度と貯水設備（１５０、ＧＨ）との温度差に基づいて二酸化炭素循環量を求める機能と、該二酸化炭素循環量が適性であるか否かを判断する機能と、該二酸化炭素循環量が適正であれば排出弁（Ｖａ）及び二酸化炭素供給量調節弁（Ｖｃ）の弁開度を維持し、前記二酸化炭素循環量が多過ぎる場合には排出弁（Ｖａ）の弁開度を増加し及び／又は二酸化炭素供給量調節弁（Ｖｃ）の弁開度を減少し、前記二酸化炭素循環量が少な過ぎる場合には排出弁（Ｖａ）の弁開度を減少し及び／又は二酸化炭素供給量調節弁（Ｖｃ）の弁開度を増加する機能を有し、
冷房運転を行う場合には、配管系（Ｌａ）の貯水設備（１５０、ＧＨ）へ入る領域を流れる二酸化炭素の温度と、貯水設備（１５０、ＧＨ）との温度差が６０℃以下となる様に排出弁（Ｖａ）及び二酸化炭素供給量調節弁（Ｖｃ）の弁開度を調節し、
暖房運転を行う場合には、貯水設備（１５０、ＧＨ）内の水温と、配管系（Ｌａ）の貯水設備（１５０、ＧＨ）へ入る領域を流れる二酸化炭素との温度差が３０℃以下となる様に排出弁（Ｖａ）及び二酸化炭素供給量調節弁（Ｖｃ）の弁開度を調節することを特徴としている。

【0010】

そして、本発明では、前記配管系（Ｌａ）における貯水設備（１５０、ＧＨ）を出た領域を流れる二酸化炭素の温度が５℃〜４０℃に設定するのが好ましい。

【0013】

本発明の実施に際して、前記貯水設備としては、いわゆる水タンク（１５０）や貯水池（ＧＨ）によって構成することが出来る。
また、熱媒が流れている配管系（Ｌａ）が浸漬する程度の水深を有する暗渠や溝（或いは開渠）により、前記貯水設備を構成することも可能である。

【発明の効果】

【0014】

上述する構成を具備する本発明によれば、熱媒として二酸化炭素を使用しており、二酸化炭素の気化熱（或いは、凝縮熱）と、貯水設備（水タンク１５０、貯水池ＧＨ）内の水が保有する顕熱とを熱交換する。すなわち、貯水設備（水タンク１５０、貯水池ＧＨ）内の水が保有する熱量を回収するに際しては、液相の二酸化炭素が前記水から気化熱を回収し、貯水設備内の水に熱を排出する場合には、気相の二酸化炭素が貯水設備内の水中（Ｇ）に凝縮熱を排出して凝縮する。
換言すれば、二酸化炭素で構成された熱媒の潜熱と、貯水設備内の水の顕熱とが、いわゆる「潜熱−顕熱熱交換」を行なう。
ここで、「潜熱−顕熱熱交換」は、従来のいわゆる「顕熱−顕熱熱交換」に比較して、単位量あたりの熱媒が多量の熱を回収或いは排出することが出来るため、熱交換効率が大幅に向上する。

【0015】

また、本発明によれば、貯水設備（１５０）を出た領域を流れる二酸化炭素の温度が５℃〜４０℃に設定されており、二酸化炭素を圧縮して圧力を上げても二酸化炭素が液化しなくなる温度である臨界点（３１．１℃）近傍の温度に設定されている。後述するように、発明者の実験によれば、貯水設備（水タンク１５０、貯水池ＧＨ）を出た領域を流れる二酸化炭素の温度が臨界点（３１．１℃）近傍であれば、二酸化炭素と水との熱交換効率が向上する。
ここで、貯水設備を出た領域を流れる二酸化炭素の温度が高温過ぎる場合（４０℃よりも高温の場合）には、冷房時において熱交換効率が低下してしまうことが、後述する発明者の実験から明らかである。
一方、貯水設備を出た領域を流れる二酸化炭素の温度が低温過ぎる場合（５℃よりも低温の場合）には、前記配管系（Ｌａ、９）内の熱媒の圧力が低圧になり、熱媒（二酸化炭素）を自然循環させる場合には不都合となり得る。

【0016】

それに加えて、本発明では熱媒（冷媒）として二酸化炭素を用いており、二酸化炭素は、従来技術で用いられているブラインに比較して、熱容量が大きい。
そのため、本発明によれば、熱媒が貯水設備内の水から熱量を効率的に回収し、或いは、効率的に排出することが出来るので、熱媒が流れる配管系（Ｌａ、９）を短く、細くすることができる。また、熱媒が流れる配管（Ｌａ、９）を設置するための労力及びコストを大幅に削減することが出来る。

【0017】

ここで、熱媒にブラインを使用し且つ熱媒と地熱で熱交換を行なっている従来技術の場合には、ブラインが流れる地中配管を、基礎杭に沿って配置するか、或いは、基礎杭の中に当該地中配管を配置しなければならず、基礎杭施工に際して、余分なコストの発生を惹起している。
また、ブラインが流れる地中配管を地中杭近傍に配置しない場合には、当該地中配管を埋設するための井戸を掘削しなければならず、そのためのコストが発生してしまう。
これに対して本発明では、地中（Ｇ）に配管系（Ｌａ、９）を埋設する必要が無く、且つ、当該配管系（Ｌａ、９）を短く、細くすることができるので、配管系埋設に伴う従来技術における労力及びコストを、大幅に削減することができる。

【0018】

さらに本発明において、熱媒が流れる配管系（Ｌａ）を二重管（９）で構成している場合には、例えば貯水設備内の水が保有する熱量を回収する場合（暖房運転）には、熱交換器（例えば、室外機１）から送られてきた液相の二酸化炭素が二重管（９）の内管（９１）を降下する。ここで、液相の二酸化炭素は気相の二酸化炭素に比較して比重が大きいため、液相の二酸化炭素はその質量により、下方へ落下する。
一方、液相の二酸化炭素が貯水設備内の水から気化熱を回収して気化すると、気相の二酸化炭素は、液相の二酸化炭素に比較して比重が小さく、熱交換器（例えば、室外機１）に向かって、二重管（９）の外管（９２）を上昇する。
そのため、外部動力を設けなくても、液相の二酸化炭素と気相の二酸化炭素は、二重管内を流過する。

【0019】

本発明において、貯水設備内の配管系（９Ｄ）を複数系統設ければ、貯水設備内の水が保有する熱量を効率的に回収し、貯水設備内の水に熱を排出することが出来る。
ここで、貯水設備内の配管系を螺旋形（９Ｅ、９Ｆ）に配置すれば、円周方向長さは直径の３倍なので、掘削深さが従来技術の１／３程度で済む。

【0020】

本発明において、冷房運転を行う場合に、配管系（Ｌａ、９）の貯水設備（１５０、ＧＨ）へ入る領域を流れる二酸化炭素の温度（図２６（Ａ）、図２８でプロット「○」で示す温度：図４において温度センサ７で計測される温度）と、貯水設備（１５０、ＧＨ）内の水温（図２６（Ａ）、図２８で点線の特性曲線で示す温度：図４において温度センサＴＷ１で計測される温度）の温度差を６０℃以下にすれば、冷房効率を低下させることなく、冷房運転を行うことが出来る。
そのことは、発明者の実験により確認されている。

【0021】

或いは、本発明において、暖房運転を行う場合には、貯水設備（１５０、ＧＨ）内の水温（図２７（Ａ）で点線の特性曲線で示す温度：図３において温度センサＴＷ１で計測される温度）と、配管系（Ｌａ、９）の貯水設備（１５０、ＧＨ）へ入る領域を流れる二酸化炭素の温度（図２７（Ａ）でプロット「○」で示す温度：図３において温度センサ６で計測される温度）との温度差が３０℃以下にすれば、暖房効率を低下させることなく、暖房運転を行うことが出来る。
これについても、発明者の実験により確認されている。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第１実施形態の概要を示すブロック図である。

【図2】第１実施形態における冷房・暖房を切替える制御を示したフローチャート図である。

【図3】図１において、暖房運転を行う場合の熱媒の流れを示す図である。

【図4】図１において、冷房運転を行う場合の熱媒の流れを示す図である。

【図5】配管を二重管にした場合に、暖房運転時の熱媒の流れを示す部分断面図である。

【図6】配管を二重管にした場合に、冷房運転時の熱媒の流れを示す部分断面図である。

【図7】二重管の下端部の構造を示すブロック図である。

【図8】図７において、暖房運転を行う場合を示す図である。

【図9】図７において、冷房運転を行う場合を示す図である。

【図10】二重管上端部を示すブロック図である。

【図11】二重管上端部の変形例を示すブロック図である。

【図12】二重管の第１変形例を示す横断面図である。

【図13】二重管の第２変形例を示す縦断面図である。

【図14】第１実施形態における制御を説明するブロック図である。

【図15】図１４における制御を示すフローチャートである。

【図16】第１実施形態の変形例を示す図である。

【図17】本発明の第２実施形態の要部を示すブロック図である。

【図18】本発明の第３実施形態の要部を示すブロック図である。

【図19】第３実施形態における施工手順を示すブロック図である。

【図20】図１９に連続する施工手順を示すブロック図である。

【図21】図２０に連続する施工手順を示すブロック図である。

【図22】本発明の第４実施形態の要部を示すブロック図である。

【図23】本発明の第５実施形態の要部を示すブロック図である。

【図24】本発明の第６実施形態の要部を示すブロック図である。

【図25】実験例で用いた実験装置を示すブロック図である。

【図26】冷房時の実験結果を示す特性図である。

【図27】暖房時の実験結果を示す特性図である。

【図28】図２６における運転条件を変更した場合の冷房時の実験結果を示す特性図である。

【図29】第１実施形態における制御を説明するブロック図である。

【図30】図２９における制御を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図示の実施形態では、熱交換システムの一例として、空調システムが例示されている。
換言すれば、図示の実施形態では、熱的負荷として、例えば、空調機３が接続されている。

【0024】

図１〜図１６は、本発明の第１実施形態（各種変形例を含む）を示している。
ここで、図１、図３、図４は、動作の説明を理解し易くするため、水タンクに浸漬された配管（Ｌａ）の一部を実際とは異なった構成として示している。水タンクに浸漬された配管（Ｌａ）における構成については、後述する。
なお、図１では冷暖房切替制御の制御系（コントロールユニット５０等）を図示しているが、図３、図４では当該制御系は図示を省略している。
最初に図１を参照して、第１実施形態に概要を説明する。

【0025】

図１において、全体を符号１００で示す空調システム（熱交換システム）は、第１の熱交換器（以下、「室外機」と記載）１、第２の熱交換器（以下、「室内機」と記載）２、熱的負荷である空調機３（温水床暖房等も含む）、貯水設備である水タンク１５０、水タンク１５０に浸漬された配管系Ｌａ、第１の熱媒ラインＬｂ、第２の熱媒ラインＬｃを有している。

【0026】

水タンク１５０に浸漬された配管系Ｌａは、第１の熱交換器１、ポンプ５、開閉バルブＶ１、Ｖ２、温度センサ６、７を介装している。そして、配管系Ｌａ内には、熱媒である液相二酸化炭素或いは気相二酸化炭素（以下、二酸化炭素を「ＣＯ_２」と記載する）が流れている。
配管系Ｌａは、ラインＬａ１〜Ｌａ５を有している。
水タンク１５０内の水温を計測するため、水タンク１５０には温度センサ（水温センサ）ＴＷ１が配置されている。

【0027】

ラインＬａ１は、ポンプ５の吐出口５ｏとバルブＶ１を接続している。
ラインＬａ２は、バルブＶ１と室外機１の接続口１１とを接続している。ラインＬａ２において、バルブＶ１近傍には分岐点Ｂ１が設けられ、接続口１１近傍には温度センサ６が介装されている。
ラインＬａ３は、室外機１の接続口１２とバルブＶ２とを接続している。ラインＬａ３において、バルブＶ２近傍には分岐点Ｂ２が設けられ、接続口１２近傍には温度センサ７が介装されている。
ラインＬａ４は、バルブＶ２とポンプ５の吸入口５ｉとを接続している。
ラインＬａ５は、分岐点Ｂ１と分岐点Ｂ２を接続して、ポンプ５をバイパスするバイパスラインである。

【0028】

図１では、配管系ＬａのラインＬａ２及びラインＬａ３の室外機１側の一部を除き、配管系Ｌａは水タンク１５０内の水Ｗに浸漬されている。水タンク１５０内の水Ｗに浸漬された配管系Ｌａの構成については、図５〜図１３を参照して後述する。

【0029】

図１において、第１の熱媒ラインＬｂは、室外機１、室内機２、コンプレッサ４、減圧弁Ｖ３、四方弁Ｖ４を介装して、圧縮式空調機を構成している。そして、熱媒ラインＬｂ内には、熱媒である１次ブライン（例えばフロンＲ１３４）が流れる。
第１の熱媒ラインＬｂは、ラインＬｂ１〜Ｌｂ５を有している。

【0030】

ラインＬｂ１は、コンプレッサ４の吐出口４ｏと四方弁Ｖ４のポートＶｐ１を接続している。
ラインＬｂ２は、四方弁Ｖ４のポートＶｐ２と室内機２の接続口２１とを接続している。
ラインＬｂ３は、室内機２の接続口２２と室外機１の接続口１３とを接続している。ラインＬｂ３には、減圧弁Ｖ３が介装されている。
ラインＬｂ４は、室外機１の接続口１４と四方弁Ｖ４のポートＶｐ３を接続している。
ラインＬｂ５は、四方弁Ｖ４のポートＶｐ４とコンプレッサ４の吸入口４ｉとを接続している。

【0031】

第２の熱媒ラインＬｃは、室内機２、空調機３を介装している。熱媒ラインＬｃ内を、熱媒である２次ブライン（例えば水）が流れている。
第２の熱媒ラインＬｃは、ラインＬｃ１とラインＬｃ２を有している。
ラインＬｃ１は、空調機３の接続口３１と室内機２の接続口２３を接続している。ラインＬｃ２は、室内機２の接続口２４と空調機３の接続口３２とを接続している。

【0032】

図１で示す様に、熱交換システム１００は、制御手段であるコントロールユニット５０を備えている。コントロールユニット５０は、制御信号ラインＳｏを介して、コンプレッサ４、ポンプ５、開閉弁Ｖ１、Ｖ２と接続されている。

【0033】

次に図２を参照して、図１の空調機３を運転する際の、冷房・暖房の切替制御について説明する。
図２のステップＳ１では、自動制御或いはマニュアル操作により、コントロールユニット５０を備えた図示しない制御盤を操作して、空調機３を作動させる。
ステップＳ２では、自動制御或いはマニュアル操作により、暖房運転を行うか、或いは、冷房運転を行なうかを決定し、決定された運転を行う。

【0034】

暖房運転を実行するのであれば（ステップＳ２で「暖房」）、コントロールユニット５０により、水タンク１５０に浸漬された配管系Ｌａの開閉バルブＶ１、Ｖ２を閉鎖し、配管系Ｌａに介装されたポンプ５を停止する（ステップＳ３）。
そしてステップＳ４に進み、四方弁Ｖ４を暖房側に切替える。四方弁Ｖ４が暖房側に切替えられると、四方弁Ｖ４のポートＶｐ１とポートＶｐ２が連通し、ポートＶｐ３とポートＶｐ４が連通する（図３参照）。

【0035】

一方、冷房運転を実行するのであれば（ステップＳ２で「冷房」）、コントロールユニット５０により、配管系Ｌａに介装された開閉バルブＶ１、Ｖ２を開放し、配管系Ｌａに介装したポンプ５を作動させる（ステップＳ５）。
そして、ステップＳ６に進み、四方弁Ｖ４を冷房側に切替える。四方弁Ｖ４が冷房側に切替えられると、四方弁Ｖ４のポートＶｐ１とポートＶｐ３が連通し、ポートＶｐ２とポートＶｐ４が連通する（図４参照）。

【0036】

ステップＳ４、或いはステップＳ６が完了するとステップＳ７に進み、コントロールユニット５０は、第１の熱媒ラインＬｂに介装されたコンプレッサ４を作動して、暖房運転或いは冷房運転を実行して、ステップＳ８に進む。
ステップＳ８では、コントロールユニット５０は暖房運転或いは冷房運転の終了操作が行われた否かを判断する。終了操作が行われたのであれば（ステップＳ８がＹＥＳ）、制御を終了する。
一方、終了操作が行なわれていなければ（ステップＳ８がＮＯ）、ステップＳ２まで戻り、ステップＳ２以降を繰り返す。

【0037】

図３を参照して、暖房運転を行う場合について説明する。
図３で示す暖房運転時には、前述したように、配管系Ｌａに介装された開閉バルブＶ１、Ｖ２は閉鎖し、配管系Ｌａに介装したポンプ５が停止する。
そして、第１の熱媒ラインＬｂに介装された四方弁Ｖ４が暖房側に切り替わり、四方弁Ｖ４のポートＶｐ１とポートＶｐ２が連通し、ポートＶｐ３とポートＶｐ４が連通する。
そして、コンプレッサ４が作動して、熱媒（例えば、フロンＲ１３４）が圧縮されて高温高圧の気相フロンとなって、コンプレッサ４の吐出口４ｏから吐出される。

【0038】

コンプレッサ４から吐出された高温高圧の気相フロンは、ラインＬｂ１、四方弁Ｖ４のポートＶｐ１、ポートＶｐ２、ラインＬｂ２を経由して、室内機２の第１の接続口２１から室内機２の熱交換部２ｈに流入する。
室内機２の熱交換部２ｈ内で高温高圧の気相フロンは、第２の熱媒ラインＬｃを流れる熱媒（空調機３からラインＬｃ１を介して室内機２に流入した熱媒：例えば水）と熱交換を行う。室内機２における熱交換により、熱媒ラインＬｃを流れる水（熱媒）は暖められ、高温高圧の気相フロンは気化熱を失って凝縮し、高圧の液相フロンとなる。
室内機２で温められた水は、ラインＬｃ２から空調機３に送られ、空調機３における図示しないラジエータで放熱して、空調機３を設置した空間の暖房を実行する。図示しないラジエータで放熱した後、熱媒である水は、再びラインＬｃ１経由で室内機２に送られる。

【0039】

一方、室内機２において凝縮した高圧液相フロンは、室内機２の接続口２２からラインＬｂ３を経由して、室外機１の接続口１３から室外機１内の熱交換部１ｈに流入する。高圧液相フロンがラインＬｂ３を流過する際に、減圧弁Ｖ３で減圧されて、低圧液相フロンとなる。
室外機１の熱交換部１ｈにおいて、低圧の液相フロンは、水タンク１５０に浸漬された配管系Ｌａを流れる気相ＣＯ_２と熱交換を行なう。そして、気相ＣＯ_２の凝縮熱を低圧液相フロンに投入するため、配管系Ｌａを流れる気相ＣＯ_２は凝縮して、液相ＣＯ_２となる。すなわち、熱交換部１ｈにおいて、低圧液相フロンと気相ＣＯ_２が潜熱である気化熱を気相ＣＯ_２の凝縮熱で熱交換して、いわゆる「潜熱−潜熱熱交換」を行なう。その結果、低圧液相フロンは気化して、低圧気相フロンとなる。
室外機１で気化した低圧気相フロンは、室外機１の接続口１４、ラインＬｂ４、四方弁Ｖ４のポートＶｐ３、Ｖｐ４、ラインＬｂ５を経由して、コンプレッサ４の流入口４ｉに流入する。そして、コンプレッサ４で圧縮されて、さらに高温高圧の気相フロンとなり、吐出口４ｏから吐出される。

【0040】

一方、室外機１で凝縮した液相ＣＯ_２は、室外機１の接続口１１から排出され、ラインＬａ２を流過して、その自重により下降する。ラインＬａ２を流過する際には、液相ＣＯ_２は、水タンク１５０内の水Ｗによって気化熱が投入され、気相ＣＯ_２に相変化する。
暖房運転時には開閉弁Ｖ１、Ｖ２が閉塞しているため、ラインＬａ２を流過するＣＯ_２は、分岐点Ｂ１からバイパスＬａ５を流れ、分岐点Ｂ２からラインＬａ３に流入する。

【0041】

ラインＬａ３に流入するＣＯ_２は水タンク１５０内の水Ｗの保有する熱が十分に投入されて気化している。
ここで、室外機１から排出される液相ＣＯ_２は、気相ＣＯ_２に比して比重が大きい。そのため、ラインＬａ３内の気相ＣＯ_２は、液相ＣＯ_２に押し出されるようにラインＬａ３内を上昇する。そのため、暖房運転時には、ＣＯ_２搬送用ポンプ５を作動させる必要がない。
ラインＬａ３内を上昇した気相ＣＯ_２は、接続口１２から室外機１内に流入する。そして、上述した様に、低圧気相フロンに凝縮熱を投入する。

【0042】

次に、図４を参照して、冷房運転を行う場合について説明する。
図４の冷房運転時には、前述したように、配管系Ｌａに介装された開閉バルブＶ１、Ｖ２を開放し、同時に配管系Ｌａに介装したポンプ５を作動する。
配管系Ｌａでは、ポンプ５で昇圧された液相ＣＯ_２は、吐出口５ｏ、ラインＬａ１、開閉弁Ｖ１、ラインＬａ２を上昇する。そして、接続口１１を経由して室外機１内の熱交換部１ｈに流入する。

【0043】

室外機１では、液相ＣＯ_２は、コンプレッサ４の吐出口４ｏから吐出した高圧気相フロンと気化熱を交換する。気化熱を投入された液相ＣＯ_２は気相ＣＯ_２となり、接続口１２、ラインＬａ３、開閉弁Ｖ２、ラインＬａ４経由でポンプ５の吸入口５ｉに流入する。
ここで、ラインＬａ３には、ポンプ５の吸入口５ｉの負圧が作用するので、室外機１で気化した気相ＣＯ_２は、ラインＬａ３を水タンク１５０内に向かって降下する。
気相ＣＯ_２は、ラインＬａ３を降下する間に水タンク１５０内の水Ｗへ凝縮熱を捨てて凝縮し、液相ＣＯ_２となる。そして、ポンプ５の吸入口５ｉの負圧により、液相ＣＯ_２はラインＬａ５に分岐することなく、全量がラインＬａ４を流れ、ポンプ５の吸入口５ｉに吸い込まれる。

【0044】

冷房運転に際しては、第１の熱媒ラインＬｂに介装された四方弁Ｖ４は冷房側に切り替わり、四方弁Ｖ４のポートＶｐ１とポートＶｐ３が連通し、ポートＶｐ２とポートＶｐ４が連通する。
コンプレッサ４が起動して、熱媒であるフロンＲ１３４が圧縮されて高温高圧の気相フロンとして吐出口４ｏから吐出される。

【0045】

コンプレッサ４から吐出された高温高圧の気相フロンは、ラインＬｂ１、四方弁Ｖ４のポートＶｐ１、ポートＶｐ３及びラインＬｂ４を経由して、室外機１の接続口１４から室外機１の熱交換部１ｈに流入する。
室外機１の熱交換部１ｈ内で高温高圧の気相フロンは、配管系ＬａのラインＬａ２から接続口１１に流入した液相ＣＯ_２に凝縮熱を投入し（熱交換を行ない）、凝縮して、高圧の液相フロンとなる。その際に、配管系Ｌａの液相ＣＯ_２は気化する。

【0046】

室外機１内で凝縮した高圧の液相フロンは、接続口１３からラインＬｂ３に排出され、ラインＬｂ３に介装された減圧弁Ｖ３によって減圧されて、低圧の液相フロンとなる。低圧液相フロンは、接続口２２から室内機２の熱交換部２ｈに流入する。
熱交換部２ｈ内では、第１熱媒ラインＬｂを流過する低圧液相フロンは、第２熱媒ラインＬｃを流過する水（熱煤）と熱交換を行ない、気化熱が投入されて低圧の気相フロンとなる。その際に、第２熱媒ラインＬｃを流過する水は、第１熱媒ラインＬｂを流過するフロンに熱を投入した分だけ、降温する。
換言すると、室内機２では、第２熱媒ラインＬｃを流過する水（熱媒）の顕熱と、第１熱媒ラインＬｂを流過するフロンの潜熱とが熱交換される（顕熱−潜熱熱交換）。

【0047】

室内機２の接続口２３から排出された冷水は、空調機３の接続口３１から空調機３内に流入して、空調機が設置された空間を冷房する。冷媒（水）は、空調機３内で室内空気を冷やして、接続口３２からラインＬｃ２経由で室内機２の接続口２４に送られる。
一方、室内機２内で気化した低圧気相フロンは、室内機２の接続口２１、ラインＬｂ２、四方弁Ｖ４のポートＶｐ２、Ｖｐ４、ラインＬｂ５を経由して、コンプレッサ４の吸入口４ｉから吸い込まれる。そして、コンプレッサ４で圧縮されて、高圧気相フロンとして吐出口４ｏから吐出される。

【0048】

図３で示す暖房運転の場合、配管系Ｌａを流れるＣＯ_２は、ポンプ５を稼動しなくても、水タンク１５０に浸漬された領域を含んで良好に循環した。
それに対して図４で示す冷房運転の場合は、上述した通り、配管系Ｌａを流れるＣＯ_２は、ポンプ５を稼動しなければ、配管系Ｌａ内を循環しない。
係るポンプ５及びラインＬａ１、Ｌａ４、Ｌａ５については、図７〜図９を参照して後述する。
ここで、図３で示す暖房運転においても、図４で示す冷房運転においても、室外機１では、配管系Ｌａを流れるＣＯ_２と第１熱媒ラインＬｂを流れるフロンとが気化熱を熱交換して、いわゆる「潜熱−潜熱交換」を行うので、大量の熱量が交換されて、効率が高くなる。

【0049】

図１、図３、図４では、熱媒が流れる水タンク１５０内の配管系Ｌａを、往復する経路が別体に構成されたＵ字管状により構成しているが、図示の実施形態では、係る水タンク１５０内の配管を二重管で構成しても良い。
係る二重管については、図５〜図１２を参照して説明する。
図５において、配管系Ｌａを構成する二重管９は、内管９１と外管９２とで構成されている。
図５で示す様に、暖房時（図３参照）においては、室外機１から送られてきた液相ＣＯ_２が二重管９の内管９１を降下する。

【0050】

液相ＣＯ_２は気相ＣＯ_２に比較して比重が大きいため、その重量により、下方へ落下する。
液相ＣＯ_２が水タンク１５０内の水から気化熱を投入されると、気化して気相ＣＯ_２となる。そして、気相ＣＯ_２は液相ＣＯ_２に比較して比重が小さいので、二重管９の外管９２を上昇して、室外機１に向かう。
すなわち、図３の暖房時には、水タンク１５０内の水Ｗ中に送るべき液相ＣＯ_２は内管９１を自重により下方へ落下し、水タンク１５０内の水Ｗ中から戻る気相ＣＯ_２は外管９２を上昇するので、二重配管９中を熱媒であるＣＯ_２が流れるための動力を外部から供給する必要がない。

【0051】

図４を参照して説明した冷房時には、図６で示すように、室外機１から送られる気相ＣＯ_２が、二重管９の外管９２を下降する。そして、気相のＣＯ_２が気化熱を水タンク１５０内の水Ｗに投入して凝縮した液相のＣＯ_２は、室外機１に向かって、二重管９の内管９１を上昇する。
ここで、冷房時には暖房時とは異なり、比重の小さい気相ＣＯ_２を下降させ、比重の小さい液相ＣＯ_２を上昇させるため、動力が必要となる。

【0052】

そのため、図７で示すように、二重管９の外管９２の底部に第１の開閉弁Ｖｂ１を設け、その先にＣＯ_２循環用のポンプ５を設けている。
そして、内管９１の下端には第２の開閉弁Ｖｂ２を取り付けている。ここで、第２の開閉弁Ｖｂ２を開放すると内管９１の先端が外管９２に連通し、第２の開閉弁Ｖｂ２を閉鎖すると内管９１の先端が閉塞する。
ポンプ５の吐出口と内管９１の底部近傍がライン９３で接続されており、ライン９３には第３の開閉弁Ｖｂ３が介装されている。

【0053】

暖房時には、図８で示すように、第１の開閉弁Ｖｂ１及び第３の開閉弁Ｖｂ３を閉塞し、第２の開閉弁Ｖｂ２を開放する。
上述したように、暖房時においては、内管９１から下降した液相ＣＯ_２は、水タンク１５０内の水Ｗと熱交換して気化熱が投入されて気相ＣＯ_２となる。そして、気相ＣＯ_２は第２の開閉弁Ｖｂ２を介して外管９２の底部近傍に流入し、外管９２の底部から外管９２を上昇する。ここで、気相ＣＯ_２と液相ＣＯ_２が混在して、いわゆる「気相２相流」となって外管９２に流入したとしても、水タンク１５０内の水Ｗと熱交換して、完全に気相ＣＯ_２となって室外機１側へ上昇する。

【0054】

図示されていないが、液相ＣＯ_２が水タンク１５０内の水Ｗ中で気化しない場合に、気化を促進する機構（例えば、加熱機構）を設けることが可能である。

【0055】

冷房時には、図９で示すように、内管９１先端の第２の開閉弁Ｖｂ２を閉塞し、第１の開閉弁Ｖｂ１及び第３の開閉弁Ｖｂ３を開放して、ポンプ５を作動させる。
ポンプ５を作動することにより、外管９２内に負圧が作用するので、比重が小さい気相のＣＯ_２が下降する。
外管９２を下降してきた気相ＣＯ_２は、下降途中で、水タンク１５０内に気化熱を排出して凝縮される。そして、液相ＣＯ_２としてポンプ５に吸引される。ポンプ５から吐出された液相ＣＯ_２は、ライン９３、第３の開閉弁Ｖｂ３を経由して、内管９１から室外機１に圧送される。

【0056】

図５〜図９を参照して説明したように、冷房時と暖房時とでは、室外機１から出る熱媒と室外機１に入る熱媒が、二重管９の内管９１を流れるのか、二重管９の外管９２を流れるのかが相違する。
図１０は、二重管９の室外機側端部（上端部）における配管の構成を模式的に示している。
図１０において、二重管９における内管９１の上端は、図１〜図３で示すラインＬａ２が接続されており、外管９２の上端は、図１〜図３で示すラインＬａ３が接続されている。

【0057】

なお、冷房時と暖房時において、配管系Ｌａを流れるＣＯ_２と第１熱媒ラインＬｂを流れるフロンの流れる方向が、図１〜図３で示すのとは相違する場合が存在する。
そのような場合に対応するために、図１１で示す様に、配管系Ｌａ側に４つのバルブＶａ１〜Ｖａ４を介装し、ラインＬａ２、ラインＬａ３が、内管９２、外管９３の何れにも連通可能に構成することも可能である。

【0058】

図１１では、室外機１の接続口１１に連通したラインＬａ２と、室外機１の接続口１２に連通したラインＬａ３が、外管９２に連通している。ラインＬａ２には開閉弁Ｖａ１が介装され、ラインＬａ３には開閉弁Ｖａ２が介装されている。
ラインＬａ２の分岐点Ｂａ２からラインＬａ６が分岐しており、内管９１に連通している。また、ラインＬａ３の分岐点Ｂａ３からラインＬａ７が分岐しており、内管９１に連通している。
ラインＬａ６には開閉弁Ｖａ３が介装され、ラインＬａ７には開閉弁Ｖａ４が介装されている。

【0059】

図５〜図１１を参照して説明した二重管９の第１変形例が、図１２で示されている。
図１２の第１変形例では、二重管９Ａの外管９２Ａが、長手方向（中心線ＣＬ方向）について、凹凸が形成されている。係る凹凸を形成することにより、表面積を増大させ、熱の交換効率を高めている。
図示はされていないが、二重管９Ａの内管９１Ａについても、長手方向について凹凸が形成されていても良い。

【0060】

図１３は、二重管９の第２変形例が示されている。
図１３の第２変形例では、二重管９Ｂの外管９２Ｂが、円周方向について凹凸を設け、以って、表面積を増大させ、熱の交換効率を高めている。
係る第２変形例において、図示はされていないが、二重管９Ｂの内管９１Ｂに、円周方向の凹凸を形成しても良い。
さらに、二重管９の変形例として、図示はされていないが、二重管の外管（或いは、外管及び内管）に、フィンを設けることも可能である。

【0061】

第１実施形態によれば、熱媒としてＣＯ_２を使用しており、ＣＯ_２の気化熱（凝縮熱）を、水タンク１５０内の水との熱交換により熱媒に投入し、或いは、熱媒から水タンク１５０内の水に排出している。そして、ＣＯ_２熱媒の潜熱と、水タンク１５０内の水Ｗの顕熱とで、いわゆる「潜熱−顕熱熱交換」を行なう。
ここで、「潜熱−顕熱熱交換」は、「顕熱−顕熱熱交換」に比較して、単位量の熱媒当たり多量の熱を回収或いは排出することが出来るので、熱効率が良好となる。

【0062】

また、ＣＯ_２は、従来技術で用いられているブラインに比較して、熱容量が大きい。
そのため、第１実施形態よれば、熱媒が水タンク１５０内の水が保有する熱量を効率的に回収し、或いは、水タンク１５０内の水Ｗに熱を効率的に排出することが出来るので、水タンク１５０内の水Ｗに浸漬される配管系Ｌａ（二重管９）を短くして、細くすることができる。
そのため、水タンク１５０内の水Ｗに配管系Ｌａ（二重管９）を浸漬させる際に、地中深い領域まで掘削する必要が無く、配管埋設のために多大なスペースを必要としない。

【0063】

熱媒に液相のブラインを使用した従来の地熱を利用する技術の場合には、液相ブラインが流れる地中配管系を基礎杭に沿って配置するか、或いは、基礎杭の中に当該地中配管を配置しなければならず、基礎杭施工に際して、余分なコストの発生を惹起している。
また、ブラインが流れる地中配管を地中杭近傍に配置しない場合には、当該地中配管を埋設するための井戸を地中深い領域まで掘削しなければならず、そのためのコストが発生してしまう。
第１実施形態によれば、水タンク１５０内の水Ｗに浸漬させる配管系Ｌａ（二重管９）を短く且つ細くすることができるので、上述した様なコストが発生しない。

【0064】

第１実施形態では、水タンク１５０内の水Ｗに浸漬させる配管系Ｌａを二重管９で構成している。
上述したように、暖房運転時には、比重の大きい液相ＣＯ_２が二重管９の内管９１を降下し、水タンク１５０内の水が保有する熱量（気化熱）が投入されて気化した気相ＣＯ_２は二重管９の外管９２を上昇するので、配管系Ｌａ内を熱媒であるＣＯ_２が循環するに際して、外部動力を必要としない。
したがって、暖房時の運転コストが軽減できる。

【0065】

図１４は、第１実施形態における制御を示している。
発明者の研究及び実験によれば、水タンク１５０から出た配管系内の熱媒（ＣＯ_２）の温度が５℃〜４０℃であれば、暖房効率或いは冷房効率が最も向上することが判明している。
貯水設備を出た領域を流れる二酸化炭素の温度が４０℃よりも高温の場合には、冷房時において熱交換効率が低下してしまう。一方、貯水設備を出た領域を流れる二酸化炭素の温度が５℃よりも低温の場合には、前記配管系Ｌａ内の熱媒の圧力が低圧になり、熱倍である二酸化炭素を自然循環させる場合には、二酸化炭素が配管系Ｌａ内を循環し難くなる。

【0066】

室外機１から、水タンク１５０内の水Ｗに送られるＣＯ_２の温度は、その時点におけるＣＯ_２の温度（圧力）と、システム全体における熱媒ＣＯ_２の量に依存する。
そのため、図１４では、室外機１から、水タンク１５０内の水Ｗに送られるＣＯ_２の温度（圧力）に応答して、水タンク１５０から出た配管系内の熱媒（ＣＯ_２）の温度が５℃〜４０℃になる様に、システム全体のＣＯ_２の量を制御する構成を示している。
図１４において、ＣＯ_２量は、ＣＯ_２供給源１０からの流入経路（ＣＯ_２供給ライン）Ｌｃに介装された流量調整弁Ｖｃの開度と、水タンク１５０内の配管系Ｌａ９に接続された排出系統Ｌｅに介装された排出弁Ｖａ（流量調整弁としての機能を有している）の開度により、制御されている。

【0067】

図１４においても、室外機１と水タンク１５０内の配管系Ｌａ９とは、配管Ｌａ（Ｌａ２０、Ｌａ３０）によって閉回路に構成されている。
なお、図１４では、水タンク１５０の水中に浸漬されたＣＯ_２配管系Ｌａ９は、二重管ではなく単管で構成されており、Ｕ字状管として表現されている。
図１４において、配管ＬａはラインＬａ２０、ラインＬａ３０で構成されている。そして、ラインＬａ２０は、接続箇所Ｐａ２と室外機１の接続口１１とを接続し、ラインＬａ３０は室外機１の接続口１２と接続箇所Ｐａ３とを接続している。換言すれば、接続箇所Ｐａ２で配管Ｌａ２０と配管Ｌａ９が接続され、接続箇所Ｐａ３で配管Ｌａ９と配管Ｌａ３０が接続されている。

【0068】

ラインＬａ２０は排出弁Ｖａ（流量調整弁）を介装している。
また、ラインＬａ２０において、室外機１と排出弁Ｖａとの間の領域には、ＣＯ_２供給ラインＬｃが接続されており、ＣＯ_２供給ラインＬｃはＣＯ_２供給源１０に連通している。
ＣＯ_２供給ラインＬｃにはＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃが介装されており、ＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの開度を制御することにより、配管系９ａを循環するＣＯ_２の供給量が調節される。

【0069】

ラインＬａ２０において、排出弁Ｖａと配管Ｌａ９における接続箇所Ｐａ２との間の領域には、温度センサ６（或いは圧力センサ４０）が介装されている。
ここで、図１４において、温度センサ６（或いは圧力センサ４０）はラインＬａ２０に接続されているが、実際の機器においては、ラインＬａ２０とラインＬａ３０の内、熱媒であるＣＯ_２が室外機１から流出する側のラインに介装される。
そして、仮に暖房運転と冷房運転とで、熱媒であるＣＯ_２が室外機１に流入する側のラインが切り替わるのであれば、温度センサ６（或いは圧力センサ４）は、ラインＬａ２０とラインＬａ３０の双方に介装されるのが好ましい。

【0070】

図１４では、制御手段であるコントロールユニット５０Ａを備えている。
コントロールユニット５０Ａは、入力信号ラインＳｉを介して温度センサ６及び圧力センサ４０と接続されている。
またコントロールユニット５０Ａは、制御信号ラインＳｏを介して排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃと接続されている。

【0071】

次に、主として図１５を参照して、図１４をも併せて参照しつつ、ＣＯ_２供給量の制御について説明する。
図１５において、ステップＳ１１では、温度センサ６によってラインＬａ２０を流れるＣＯ_２（例えば、暖房時であれば液相ＣＯ_２）温度を計測し、或いは、圧力センサ４０によってラインＬａ２０を流れるＣＯ_２圧力を計測する（ステップＳ１２）。

【0072】

ステップＳ１３では、コントロールユニット５０Ａは、排出弁（流量調節弁）Ｖａの開度を決定する。
明確には図示されていないが、コントロールユニット５０Ａ内には、予め決定された特性、すなわち、ラインＬａ２０を流れるＣＯ_２温度（或いはＣＯ_２圧力）と、室外機１から水タンク１５０内の水中に送られる熱媒の温度が所定の温度となる熱媒ＣＯ_２量（以下、「所定熱媒量」と記載する）との関係（特性）が記憶されている。
また、コントロールユニット５０Ａは、その時点における排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度から、その時点において配管系９ａを循環するＣＯ_２量（以下、「ＣＯ_２循環量」と記載する）を求める機能を有している。
さらに、コントロールユニット５０Ａは、その時点におけるＣＯ_２循環量と、その時点における所定熱媒量とするための排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度とを比較して、排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度を決定する機能を有している。

【0073】

次のステップＳ１４では、コントロールユニット５０Ａは、その時点における排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度からＣＯ_２循環量を求め、所定熱媒量と比較して適正であるか否かを判断する。
ＣＯ_２循環量が適正であれば（ステップＳ１４がＹＥＳ）、排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度をそのまま維持して（ステップＳ１５）、ステップＳ１８に進む。
ＣＯ_２循環量が大き過ぎたならば（ステップＳ１４が「大」）、ＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度を減少し、及び／又は、排出弁Ｖａの弁開度を増加させる（ステップＳ１６）。そしてステップＳ１８に進む。
ＣＯ_２循環量が小さ過ぎたならば（ステップＳ１４が「小」）、ＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度を増加し、及び／又は、排出弁Ｖａの弁開度を減少させる（ステップＳ１７）。そしてステップＳ１８に進む。

【0074】

ステップＳ１８では、システムの稼動を終了するか否かを判断する。
システムの稼動を終了するのであれば（ステップＳ１８がＹＥＳ）、制御を終了する。
システムの稼動を続行するのであれば（ステップＳ１８がＮＯ）、ステップＳ１１まで戻り、ステップＳ１１以降を繰り返す。
図１４、図１５におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図１３を参照して説明したのと同様である。

【0075】

第１実施形態においては、実験例を参照して後述するように、冷房運転を行う場合には、配管系Ｌａの水タンク１５０へ入る領域を流れる二酸化炭素の温度（図２６（Ａ）、図２８でプロット「○」で示す温度：図４において温度センサ７で計測される温度）と、水タンク１５０内の水温（図２６（Ａ）、図２８で点線の特性曲線で示す温度：図４において温度センサＴＷ１で計測される温度）の温度差を、６０℃以下にしている。
一方、暖房運転を行う場合には、水タンク１５０内の水温（図２７（Ａ）で点線の特性曲線で示す温度：図３において温度センサＴＷ１で計測される温度）と、配管系Ｌａの水タンク１５０へ入る領域を流れる二酸化炭素の温度（図２７（Ａ）でプロット「○」で示す温度：図３において温度センサ６で計測される温度）との温度差を、３０℃以下にしている。

【0076】

ここで、図１４、図１５を参照して説明したように、室外機１から水タンク１５０に送られるＣＯ_２の温度（図２６（Ａ）、図２７（Ａ）、図２８でプロット「○」で示す温度）は、その時点におけるＣＯ_２の温度（圧力）と、システム全体における熱媒ＣＯ_２の量に依存する。
そのため、水タンク１内の水温（温度センサＴＷ１で計測された温度）と、配管Ｌａの水タンク１へ入る領域を流れるＣＯ_２の温度（温度センサ６、７の水タンク１へ入る領域側で計測された温度）の温度差を制御するためには、システム１００全体のＣＯ_２の量を調整すれば良い。

【0077】

第１実施形態について、冷房運転を行う場合に、配管系Ｌａの水タンク１５０へ入る領域を流れる二酸化炭素の温度と、水タンク１５０内の水温との温度差を６０℃以下にして、暖房運転を行う場合に、水タンク１５０内の水温と、配管系Ｌａの水タンク１５０へ入る領域を流れる二酸化炭素の温度との温度差を、３０℃以下にするため、システム１００全体のＣＯ_２の量を調整する制御について、図２９、図３０を参照して説明する。
図２９において、システム１００全体のＣＯ_２の量を調整するためには、ＣＯ_２供給源１０からのＣＯ_２供給量と、配管Ｌａに接続された排出系統Ｌｅを介して排出されるＣＯ_２量（ＣＯ_２排出量）を制御すれば良い。
そして、ＣＯ_２供給源からのＣＯ_２供給量を制御するためには、例えば、ＣＯ_２供給源と配管Ｌａとを連通する配管系に流量調整弁Ｖｃを介装し、当該流量調整弁の弁開度を制御すれば良い。また、ＣＯ_２排出量を制御するためには、例えば、排出系統Ｌｅに排出弁Ｖａを介装し、当該排出弁の弁開度を制御すれば良い。

【0078】

すなわち、冷房運転時においては、配管系Ｌａの水タンク１５０へ入る領域Ｌａ３０を流れる二酸化炭素の温度（図２６（Ａ）、図２８でプロット「○」で示す温度）を温度センサ７で計測し、水タンク１５０内の水温（図２６（Ａ）、図２８で点線の特性曲線で示す温度）を温度センサＴＷ１で計測し、温度センサ７、ＴＷ１の計測結果をコントロールユニット５０Ｂに送り、コントロールユニット５０Ｂ内に記憶された特性図、特性式、テーブル、その他により、温度センサ７、ＴＷ１の計測結果における温度差が６０℃以下になる様に、ＣＯ_２供給量とＣＯ_２排出量を調整する。
一方、暖房運転時には、水タンク１５０内の水温（図２７（Ａ）で点線の特性曲線で示す温度）を温度センサＴＷ１で計測し、配管系Ｌａの水タンク１５０へ入る領域Ｌａ２０を流れる二酸化炭素の温度（図２７（Ａ）でプロット「○」で示す温度）を温度センサ６で計測し、温度センサＴＷ１、６の計測結果をコントロールユニット５０Ｂに送り、コントロールユニット５０Ｂ内に記憶された特性図、特性式、テーブル、その他により、温度センサ６、ＴＷ１の計測結果における温度差が３０℃以下になる様に、ＣＯ_２供給量とＣＯ_２排出量を調整する。
ＣＯ_２供給量とＣＯ_２排出量の調整について、主として図３０に基づいて、図２９を参照して説明する。

【0079】

図３０におけるステップＳ１１Ａでは、冷房運転時には温度センサ７、ＴＷ１によりＣＯ_２温度或いは水タンク１５０内の水温を計測し、暖房運転時には、温度センサＴＷ１、６により水タンク１５０内の水温或いはＣＯ_２温度を計測する。
そして、ステップＳ１３Ａでは、冷房運転時には温度センサ７、ＴＷ１により計測された温度の温度差、暖房運転時には、温度センサＴＷ１、６により計測された温度の温度差に基づいて、コントロールユニット５０Ｂにより、システム１００全体のＣＯ_２の量、或いは、排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度を決定する。それと共に、コントロールユニット５０Ｂにより、その時点（制御サイクル）における排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度から、その時点（制御サイクル）におけるいシステム１００全体のＣＯ_２の量（以下、「ＣＯ_２循環量」と記載する）を決定する。

【0080】

ステップＳ１４Ａでは、コントロールユニット５０Ｂは、その時点におけるＣＯ_２循環量と、前記温度差（冷房時６０℃以下、暖房時３０℃以下）とするための所定ＣＯ_２循環量と、その時点（制御サイクル）におけるＣＯ_２循環量を比較する。
ＣＯ_２循環量が適正であれば（ステップＳ１４ＡがＹＥＳ）、排出弁Ｖａ及びＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度をそのまま維持して（ステップＳ１５Ａ）、ステップＳ１８Ａに進む。
ＣＯ_２循環量が大き過ぎたならば（ステップＳ１４Ａが「大」）、ＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度を減少し、及び／又は、排出弁Ｖａの弁開度を増加させる（ステップＳ１６Ａ）。そしてステップＳ１８Ａに進む。
ＣＯ_２循環量が小さ過ぎたならば（ステップＳ１４Ａが「小」）、ＣＯ_２供給量調節弁Ｖｃの弁開度を増加し、及び／又は、排出弁Ｖａの弁開度を減少させる（ステップＳ１７Ａ）。そしてステップＳ１８Ａに進む。
そして、ステップＳ１８で、システムの稼動を終了するか否かを判断し、システムの稼動を続行するのであれば（ステップＳ１８がＮＯ）、ステップＳ１１以降を繰り返す。
図２９、図３０を参照して説明した制御により、システム１００のＣＯ_２循環量を調整して、前記温度差（冷房時６０℃以下、暖房時３０℃以下）を維持することが出来る。
図２９、図３０におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図１５を参照して説明したのと同様である。

【0081】

図１６は、第１実施形態の変形例を示している。
図１〜図１４では、第１の熱媒ラインＬｂには、熱的負荷として、空調負荷（空調機３を介装した第２の熱媒ラインＬｃ）のみが室内機２を介して（熱的に）接続されている。
それに対して、図１６では、第１の熱媒ラインＬｂには、熱的負荷として、給湯負荷８も（熱的に）接続されている。
図１６において、第１の熱媒ラインＬｂにおける四方弁Ｖ４のポートＶｐ２と室内機２の接続口２１とを接続するラインＬｂ２に、給湯負荷（例えば給湯器）８が介装されている。
給湯器８による給湯は、図３で説明した第１実施形態の暖房運転と同様の暖房運転で行われる。
なお、図示はされていないが、空調負荷を省略して、給湯負荷８のみを設けることも可能である。
図１６の変形例におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図１５の実施形態と同様である。
これに加えて、図示はされていないが、四方弁Ｖ４、水タンク１５０内におけるラインＬａ１、Ｌａ４、ポンプ５を省略して、図１〜図１５の第１実施形態を暖房運転のみを行なうシステムとすることが可能である。
その場合においても、図１６の変形例のように、給湯負荷と空調負荷を併設し、或いは、給湯負荷のみを設けることが出来る。

【0082】

図１７は本発明の第２実施形態を示す。
第１実施形態では、水タンク１５０内の水Ｗと熱媒であるＣＯ_２の気化熱（或いは、凝縮熱）とを熱交換するためのＣＯ_２配管は、一系統のみ設けられている。
しかし、図１７の第２実施形態では、当該ＣＯ_２配管を分岐して、二系統設けて、二系統の各々において、熱媒であるＣＯ_２の気化熱（或いは、凝縮熱）と水タンク１５０内の水が保有する熱と熱交換することを可能としている。

【0083】

図１７において、室外機１を循環するＣＯ_２配管Ｌａは、水タンク１５０の上縁近傍で、二重管９Ｃに接続されている。二重管９Ｃの下端には三方弁Ｖ３０が介装されている。三方弁Ｖ３０には、同一仕様の二重管９Ｄ、９Ｄが分岐して接続されている。そして、同一仕様の二重管９Ｄ、９Ｄの各々は、水タンク１５０の水Ｗに浸漬されている。二重管９Ｄ自体は、図５〜図１３で示すのと同様である。
ここで、図１７において、二重管９Ｄを流れるＣＯ_２相互に熱的に影響を及ぼすことがないように、或いは、二重管９Ｄを流れるＣＯ_２同士で熱交換を行う（二重管９Ｄを流れるＣＯ_２同士が熱的干渉をする）ことがないように、分岐した配管９Ｄ、９Ｄ相互の距離は、最低でも１ｍは離隔している必要がある。

【0084】

上述した第２実施形態によれば、水タンク１５０の水Ｗに浸漬された配管系９Ｄを複数系統設けているので、水タンク１５０の水が保有する熱量を効率的に回収し、或いは、水タンク１５０の水Ｗに熱を排出することが出来る。
図１７の第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図１６の第１実施形態と同様である。

【0085】

図１８〜図２１は、本発明の第３実施形態を示している。
図１〜図１７の実施形態ではＣＯ_２配管系は水タンク１５０内の水Ｗに浸漬されているが、図１８〜図２１の第３実施形態は、貯水池ＧＨにＣＯ_２配管系が浸漬される。
図１８において、ＣＯ_２配管系Ｌａは螺旋状の二重管９Ｅに接続されている。ただし、直線状の二重管９Ｃを介装させても良いし、配管系Ｌａと螺旋状の二重管９Ｅとを接続しても良い。

【0086】

ＣＯ_２配管系である二重管９Ｅを、貯水池ＧＨ内に螺旋形に浸漬するためには、ＣＯ_２配管（二重管９Ｅ）を可撓性の良好な材料で構成する。そして、貯水池ＧＨ内へ螺旋形に挿入して配置する。
或いは、形状記憶合金でＣＯ_２配管（二重管９Ｅ）を構成し、当該形状記憶合金に、貯水池ＧＨ内の水中温度が５℃〜４０℃になると、図１８で示す螺旋状となる様に形状を記憶させて、貯水池ＧＨ内へ螺旋形に配置すれば良い。

【0087】

図１８〜図２１の第３実施形態によれば、貯水池ＧＨ内に配管系９Ｅを螺旋形に配置しているので、円周方向長さは、直径の３倍となり、ＣＯ_２と水との熱交換に必要な長さを十分に確保した状態で、貯水池ＧＨの深さ方向寸法を、従来の１／３程度に減少することが出来る。
そして、貯水池ＧＨの深さ方向寸法が減少する結果、システムを施工するためのコストがさらに節減される。
ここで、螺旋形の配管系９Ｅ内の各部分を流れるＣＯ_２が相互に熱交換をしてしまう（螺旋径の配管系９Ｅ内の各部分を流れるＣＯ_２が相互に熱的な影響を及ぼし合う）ことが無い様に、螺旋形のピッチ及び直径は、１ｍ以上であることが好ましい。

【0088】

図１９〜図２１は、第３実施形態の施工手順を示している。
図１９〜図２１の第３実施形態の施工に際しては、先ず、図１９で示すように土壌Ｇに縦孔を掘削して、掘削された縦孔の内壁面を固結材等で被覆して、土壌の崩落を防止する。以って、配管系９Ｅを配置するための貯水池ＧＨを造成する。そして、図２０で示すように、貯水池ＧＨ内に螺旋系の配管系９Ｅを配置する。
ここで、螺旋系の配管系９Ｅにおけるピッチ及び直径は、１ｍ以上であって、且つ、出来る限り小さいことが好ましい。ピッチ及び直径が１ｍ以下であれば、螺旋形の配管系９Ｅ内の各部分を流れるＣＯ_２が相互に熱交換をしてしまう（螺旋径の配管系９Ｅ内の各部分を流れるＣＯ_２が相互に熱的な影響を及ぼし合う）からであり、螺旋形の配管系９Ｅのピッチ及び直径が大きいと、貯水池ＧＨの径及び深さが大きくしなければならないからである。

【0089】

貯水池ＧＨ内に螺旋系の配管系９Ｅを配置した後、図２１で示すように、貯水池ＧＨに水Ｗを充填する。
ここで、水Ｗは地下水であっても良い。地下水の温度レベルは、土壌Ｇと同程度である。
図１８〜図２１の第３実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図１７の各実施形態と同様である。

【0090】

図２２は、本発明の第４実施形態を示している。
図２２の第４実施形態は、図１７の第２実施形態と図１８〜図２１の第３実施形態との組み合わせに相当するものである。
図２２において、室外機１を循環するＣＯ_２配管Ｌａは、二重管９Ｃに接続されている。そして、二重管９Ｃの下端には三方弁Ｖ３０が介装されている。
三方弁Ｖ３０からは水中に浸漬される二重管９Ｄと螺旋状の二重管９Ｅが分岐して接続されている。
二重管９Ｄの構成は、第１実施形態の図５〜図１３で説明したと同様の構成であり、二重管９Ｃと同一の使用である。一方、螺旋状の二重管９Ｅは、図１８〜図２１で示した第３実施形態の螺旋状の二重管９Ｅと同様である。

【0091】

図２２の第４実施形態によれば、図１７〜図２１の各実施形態よりも、さらに効率良く水タンク１５０内の水が保有する熱量を回収することができる。
図２２の第４実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図２１の各実施形態と同様である。

【0092】

図２３は、本発明の第５実施形態を示している。
図２３の実施形態では、図２２の第４実施形態に対して、三方弁３Ｖから分岐する二重管が、何れも螺旋状の二重管９Ｅとなっている。
ここで、螺旋形の二重管（ＣＯ_２配管）９Ｅ同士が熱的干渉をすることが無い様に、最も近接した部分において、最低１ｍは離隔している必要がある。

【0093】

図２３の第５実施形態によれば、図２２の第４実施形態よりも更に高効率に、水タンク１５０内の水が保有する熱量を回収することができる。

【0094】

図２３の第５実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図２２の各実施形態と同様である。

【0095】

図２４は、本発明の第６実施形態を示している。
図２４の第６実施形態では、図２３の第５実施形態と同様に、三方弁３Ｖから分岐する二重管が、何れも螺旋形に配置されているが、一方の螺旋状の二重管９Ｆが、他方の螺旋状の二重管９Ｅ（図２３の二重管９Ｅと同じ）の半径方向外方で、他方の螺旋状の二重管９Ｅを包囲する様に配置されている。
この場合においても、螺旋形の二重管（ＣＯ_２配管）９Ｅ、９Ｆ同士が熱的干渉をすることが無い様に、螺旋形の二重管（ＣＯ_２配管）９Ｅ、９Ｆにおいて、直径方向については、最低１ｍは離隔している。
それに加えて２つの螺旋形の二重管９Ｅ、９Ｆの各々において、上下方向（螺旋のピッチ方向）について、最低１ｍは離隔している必要がある。

【0096】

図２４の第６実施形態によれば、図２３の第５実施形態に比べて、分岐した二重管９Ｅ、９Ｆを配置するための水平方向のスペースを少なくすることが出来ると共に、水中に浸漬させる管９Ｆの長さを短くしても、水タンク１５０内の水が保有する熱量の回収量を維持或いは増加することが出来る。
図２４の第６実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図２３の各実施形態と同様である。

【0097】

［実験例］
次に、図２５〜図２８を参照して、本発明の実験例について説明する。
図２５は、実験例で使用した実験装置の概要を示している。
図２５において、全体を符号５００で示す実験装置は、第１の水タンク１５０、ヒートポンプＨＰ、第２の水タンク２００、第１の水タンク１５０及びヒートポンプＨＰに連通する配管系ＬａＥ、ヒートポンプＨＰ及び第２の水タンク２００に連通する配管系ＬｃＥを備えている。
第２の水タンク２００は、図１等で示す空調機（温水床暖房等も含む）３に相当する熱的負荷として設けられている。すなわち、第２の水タンク２００は熱的負荷を示している。
また、図２５におけるヒートポンプＨＰは、図１等において、室外機１、室内機２、コンプレッサ４、減圧弁Ｖ３、四方弁Ｖ４を有している圧縮式空調機に相当している。

【0098】

配管系ＬａＥ内には熱媒であるＣＯ_２が流れており、ヒートポンプＨＰから第１の水タンク１５０に向う配管系（矢印Ｆａ参照）には、そこを流れるＣＯ_２の温度を計測する温度センサＴｓ１が介装されている。温度センサＴｓ１が計測した温度は、図２６（Ａ）、図２７（Ａ）、図２８において、プロット「○」で示されている。
第１の水タンク１５０からヒートポンプＨＰに向う配管系（矢印Ｆｂ参照）には、そこを流れるＣＯ_２の温度を計測する温度センサＴｓ２が介装されている。温度センサＴｓ２が計測した温度は、図２６（Ａ）、図２７（Ａ）、図２８において、プロット「△」で示されている。
第１の水タンク１５０内には、そこに貯留された水の水温を計測するための温度センサＴｓ３が設けられている。温度センサＴｓ３で計測された水タンク１５０内の水温は、図２６（Ａ）、図２７（Ａ）、図２８において点線で示す特性線で示されている。

【0099】

また、配管系ＬｃＥ内にも熱媒（例えば、水）が流れており、ヒートポンプＨＰから第２の水タンク２００に向う配管系（矢印Ｆｃ参照）には、そこを流れる熱媒（水）の温度を計測する温度センサＴｓ４が介装されている。温度センサＴｓ４が計測した温度は、図２６（Ｂ）、図２７（Ｂ）において、プロット「○」で示されている。
第２の水タンク２００からヒートポンプＨＰに向う配管系（矢印Ｆｄ参照）には、そこを流れる熱媒（水）の温度を計測する温度センサＴｓ５が介装されている。温度センサＴｓ５が計測した温度は、図２６（Ｂ）、図２７（Ｂ）において、プロット「△」で示されている。

【0100】

実験例では、図２５で示す実験装置を稼動して、温度センサＴｓ１〜Ｔｓ５で計測された温度を求め、実験装置稼動開始からの経過時間と計測された温度との特性を求めた。
図２６（Ａ）〜（Ｃ）、図２７（Ａ）〜（Ｃ）、図２８では、その様な経過時間−温度特性の特性曲線を示している。

【0101】

図２６は、冷房運転に関する実験結果を示している。
図２６において、（Ａ）は、ヒートポンプＨＰを出て第１の水タンク１５０に向うＣＯ_２の温度特性（温度センサＴｓ１の計測結果の時間特性：プロット「○」）と、第１の水タンク１５０を出てヒートポンプＨＰに向うＣＯ_２の温度特性（温度センサＴｓ２の計測結果の時間特性：プロット「△」）と、ＣＯ_２の凝縮温度（濃い実線で示す特性）と、ＣＯ_２の臨界点（薄い実線で示す特性）と、水タンク１５０内の温度特性（温度センサＴｓ３で計測結果の時間特性：点線で示す特性）を示している。

【0102】

図２６の（Ｂ）は、ヒートポンプＨＰから第２の水タンク２００に向う熱媒（水）の温度特性（温度センサＴｓ４の計測結果の時間特性：プロット「○」）と、第２の水タンク２００からヒートポンプＨＰに戻る熱媒（水）の温度特性（温度センサＴｓ５の計測結果の時間特性：プロット「△」）を示している。
図２６の（Ｃ）は、図２６の（Ｂ）におけるヒートポンプＨＰから第２の水タンク２００に向う熱媒（水）の温度（温度センサＴｓ４の計測結果：プロット「○」）と、第２の水タンク２００からヒートポンプＨＰに戻る熱媒（水）の温度（温度センサＴｓ５の計測結果：プロット「△」）との温度差の特性を示しており、第２の水タンク２００に投入された熱量、或いは、冷却能力の特性を示している。

【0103】

図２７は、暖房運転に関する実験結果を示している。
図２７において、（Ａ）、（Ｂ）における特性曲線は、図２６の（Ａ）、（Ｂ）における特性曲線と、同様である。
図２７の（Ｃ）は、暖房能力の特性を示している。

【0104】

冷房運転時を示す図２６の（Ｃ）において、経過時間（横軸）が２ｍｉｎ．以降の領域では、冷房能力（縦軸）が非常に高い（２２〜２３ｋＷ）。
図２６の（Ｃ）には明示していないが、直径３インチ、長さ５０ｍのパイプを地下に埋設して、地熱と熱交換をした場合において、実験例と同一の条件で冷房能力を計測した場合には、冷房能力は５ｋＷであった。この数値と比較すれば、実験例において得られた冷房能力が非常に高いことが理解出来る。

【0105】

同様に、暖房運転時を示す図２７（Ｃ）において、経過時間（横軸）が３０ｍｉｎ．を超えた以降の領域では、暖房能力（縦軸）が高い数値まで上昇している。
図２７（Ｃ）では明示されていないが、発明者の実験では、直径３インチ、長さ５０ｍのパイプを地下に埋設して、地熱と熱交換をした場合において、実験例と同一の条件で暖房能力を計測した場合には、暖房能力は５ｋＷであった。
図２７の（Ｃ）において、経過時間（横軸）が３０ｍｉｎ．を超えた以降の領域における暖房能力は１０ｋＷ近傍に達しており、地熱と熱交換を行なった場合に比較して、暖房能力は向上していることが明らかである。
３０ｍｉｎ．前後の段階で、水タンク１５０内を流れるＣＯ_２の温度が臨界点近傍まで昇温し、ＣＯ_２の比熱が上昇して熱交換効率が向上したため、暖房能力も向上したと推定される。
図２６（Ｃ）、図２７（Ｃ）から、本発明によれば、熱交換効率が向上し、その結果、冷房能力と暖房能力が向上することが明らかになった。

【0106】

冷房運転時を示す図２６（Ｃ）において、実験装置稼動開始から２２ｍｉｎ．程度経過すると、冷房能力が低下する傾向が見られる。そして、経過時間が５４ｍｉｎ．以降は、冷房能力が急激に低下している。
実験装置稼動開始から２２ｍｉｎ．程度経過すると、水タンク１５０を流れるＣＯ_２の温度が臨界点よりも高温となり、ＣＯ_２の比熱が減少する領域になってしまい、熱交換効率が低下したものと推定される。そして、実験装置稼動開始から５４ｍｉｎ．経過すると、水タンク１５０を流れるＣＯ_２の温度がさらに昇温して、比熱が顕著に減少したものと推定される。
図２５で示す実験装置では、水タンク１５０内を流れるＣＯ_２の温度を検出することは出来ないが、水タンク１５０に流入するＣＯ_２の温度（プロット「○」）と、水タンク１５０から流出するＣＯ_２の温度（プロット「△」）が、臨界点温度（図２６（Ａ）の薄い実線）よりも高温になり過ぎると、熱交換効率が低下して、冷房能力も低下することが明らかである。

【0107】

一方、暖房運転時を示す図２７（Ａ）では、６０ｍｉｎ．が経過しても、水タンク１５０に流入するＣＯ_２の温度（プロット「○」）と、水タンク１５０から流出するＣＯ_２の温度（プロット「△」）は、共に、臨界点温度（図２７（Ａ）の薄い実線）から離隔していない。そのため、水タンク１５０内を流れるＣＯ_２の温度も臨界点温度から離隔してはいないと考えられる。
そのため、図２７（Ｃ）において、ＣＯ_２の熱交換効率は低下しておらず、暖房能力は、６０ｍｉｎ．が経過しても高い能力を維持していると推定される。

【0108】

図２６、図２７より、水タンク１５０から流出するＣＯ_２の温度（プロット「△」）が４０℃以下であれば、実験装置における冷房能力、暖房能力は低下しないことが明らかである。
図示はされていないが、水タンク１５０に流入するＣＯ_２の温度と、水タンク１５０から流出するＣＯ_２の温度が、臨界点温度よりも低温過ぎる場合（５℃以下）には、ＣＯ_２が自然循環する場合においては、冷房能力、暖房能力が低下することが、図２５で示す実験装置を用いた実験から分かった。
これは、配管系ＬａＥ内の熱媒の圧力が低圧になり、配管系ＬａＥにおける熱媒（ＣＯ_２）の循環効率が低下したことに起因していると推定される。

【0109】

冷房運転時の実験であって、図２６とは異なる運転条件の実験結果が、図２８で示されている。換言すると、図２８は図２６（Ａ）と同様な特性図である。
図２８で示すように、冷房運転時には、水タンク１５０内の水温（図２８で点線の特性曲線で示す）と、水タンク１５０内に流入するＣＯ_２の温度（プロット「○」）との温度差Δは、６０℃以下になっている。
図２８では明示されていないが、発明者の実験によれば、冷房運転の際に、水タンク１５０内の水温（図２８で点線の特性曲線で示す）と、水タンク１５０内に流入するＣＯ_２の温度（プロット「○」）との温度差Δが６０℃を超えると、暖房能力が低下することが確認されている。
その結果、冷房運転を行う場合には、配管系（Ｌａ、９）の貯水設備（１５０、ＧＨ）へ入る領域を流れるＣＯ_２の温度（図２６（Ａ）、図２８でプロット「○」で示す温度：図４において温度センサ７で計測される温度）と、貯水設備（１５０、ＧＨ）内の水温（図２６（Ａ）、図２８で点線の特性曲線で示す温度：図４において温度センサＴＷ１で計測される温度）の温度差を６０℃以下にするべきであることが確認された。

【0110】

図２７（Ａ）において、暖房運転時では、水タンク１５０内の水温（図２７（Ａ）で点線の特性曲線で示す）と、水タンク１５０内に流入するＣＯ_２の温度（プロット「○」）との温度差Δは、３０℃以下になっている。
図２７では明示されていないが、発明者の実験によれば、暖房運転の際に、水タンク１５０内の水温（図２７（Ａ）で点線の特性曲線で示す）と、水タンク１５０内に流入するＣＯ_２の温度（プロット「○」）との温度差Δ（図２７（Ａ）参照）が３０℃を超えると、暖房能力が低下することが確認されている。
その結果、暖房運転を行う場合には、貯水設備（１５０、ＧＨ）内の水温（図２７（Ａ）で点線の特性曲線で示す温度：図３において温度センサＴＷ１で計測される温度）と、配管系（Ｌａ、９）の貯水設備（１５０、ＧＨ）へ入る領域を流れるＣＯ_２の温度（図２７（Ａ）でプロット「○」で示す温度：図３において温度センサ６で計測される温度）との温度差が３０℃以下にするべきであることが確認された。

【0111】

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
図示の実施形態では、貯水設備としては水タンク１５０や貯水池ＧＨが示されているが、貯水設備として、熱媒が流れている配管系が浸漬する程度の水深の暗渠や溝（或いは開渠）とすることも可能である。

【符号の説明】

【0112】

１・・・第１の熱交換器／室外機
２・・・第２の熱交換器／室内機
３・・・空調機
４・・・コンプレッサ
５・・・ポンプ
６、７・・・温度センサ
８・・・給湯器
９・・・二重管
１０・・・ＣＯ_２供給源
１５０・・・水タンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】