特許 7026369 薄肉シェル型熱交換器、地下鉄廃熱源ヒートポンプシステム及びその方法

(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】

(24)【登録日】2022-02-17

(45)【発行日】2022-02-28

(54)【発明の名称】薄肉シェル型熱交換器、地下鉄廃熱源ヒートポンプシステム及びその方法

(51)【国際特許分類】

   F28F 1/00 20060101AFI20220218BHJP

   E21D 11/10 20060101ALI20220218BHJP

   F25B 30/02 20060101ALI20220218BHJP

   F25B 27/00 20060101ALI20220218BHJP

   F25B 27/02 20060101ALI20220218BHJP

   F28F 21/06 20060101ALI20220218BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20220218BHJP

【ＦＩ】

F28F1/00 E

E21D11/10 Z

F25B30/02 Z

F25B27/00 P

F25B27/02 Z

F28F21/06

F25B1/00 397Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019558776

(86)(22)【出願日】2018-12-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-01-14

(86)【国際出願番号】 CN2018122944

(87)【国際公開番号】W WO2020029516

(87)【国際公開日】2020-02-13

【審査請求日】2019-10-22

(31)【優先権主張番号】201810902021.0

(32)【優先日】2018-08-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】201810941225.5

(32)【優先日】2018-08-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】519380222

【氏名又は名称】青島理工大学

【氏名又は名称原語表記】ＱＩＮＧＤＡＯ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．７７７ Ｊｉａｌｉｎｇｊｉａｎｇ Ｒｏａｄ， Ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｚｏｎｅ， Ｑｉｎｇｄａｏ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６６５５５ Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100146374

【弁理士】

【氏名又は名称】有馬 百子

(72)【発明者】

【氏名】胡 松涛

(72)【発明者】

【氏名】季 永明

(72)【発明者】

【氏名】劉 国丹

(72)【発明者】

【氏名】▲トウ▼ 振

(72)【発明者】

【氏名】童 力

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０３６１５８４１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０２８４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６７０５４０４（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０７２４５７３２（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２０６３９７５１８（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－０４０４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０６９８７８４１（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｆ １／００

Ｅ２１Ｄ １１／１０

Ｆ２５Ｂ ３０／０２

Ｆ２５Ｂ ２７／００

Ｆ２５Ｂ ２７／０２

Ｆ２８Ｆ ２１／０６

Ｆ２５Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

薄肉シェル型熱交換器、ヒートポンプユニット、放射端及び補助冷却源を備えた地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムであって、
前記ヒートポンプユニットは、直列接続された圧縮機、凝縮器、絞り弁及び蒸発器を備え、
前記薄肉シェル型熱交換器は、
トンネル周囲の岩石の内側から外側に向かって順に配置されたトンネルの一次覆工、薄型シェル熱交換器本体及びトンネルの二次覆工を含み、薄肉シェル型熱交換器本体とトンネルの二次覆工との間にモルタル、ジオテキスタイル及び防水板で構成される保護層が挟まれ、薄肉シェル型熱交換器本体を介して地下鉄トンネル周囲の岩石と熱交換し、
前記薄型シェル熱交換器本体は、給水本管、還水本管及び給水本管と還水本管の間に接続されるキャピラリグリッドを備え、
前記キャピラリグリッドは、トンネルの円弧状の壁面の円周方向に沿って敷設され、給水本管と還水本管との間に均一に配置されかつ給水本管と還水本管を貫通する複数の熱伝達キャピラリを備え、
前記給水本管と還水本管がトンネルの同じ側の予備本管溝内に設置され、
前記熱伝達キャピラリは、直径が４．３ｍｍ、壁厚が０．８５ｍｍのポリプロピレンランダム（ＰＰＲ）パイプであり、隣接する熱伝達キャピラリの間隔が１０ｍｍであり、
冬期には、前記薄肉シェル型熱交換器は、前記薄肉シェル型熱交換器の地下鉄の排熱源側とヒートポンプユニットとの間の冬期用循環回路を介して高温の循環液体を蒸発器に送り、蒸発器で高温の循環液体と冷媒との熱交換を行い、蒸発器は圧縮機を介して熱交換後の冷媒を凝縮器に送り、熱交換後に温度が低下した循環液体は、蒸発器から前記薄肉シェル型熱交換器に回流し、
負荷側放射端の低温の循環水は負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間の冬期用循環回路を介して凝縮器に輸送され、凝縮器内で熱交換された後、温度が上昇して高温の循環水になり、高温の循環水は凝縮器から負荷側放射端に流れて地上の建物に暖房を供給し、
夏期には、凝縮器内の冷却水は、高温高圧冷媒ガスと熱交換された後、補助冷却源とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路を介して補助冷却源内に送られ冷却されてから、凝縮器に戻され、冷媒と熱交換を行い、
夏負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間では、冷凍水が循環し、蒸発器内では低温低圧冷媒液と冷凍水との熱交換を行い、前記冷凍水の温度が下がると、夏負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路を介して夏負荷側放射端に送られ、地上の建物に冷房を供給し、
前記地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムは、更に、地下鉄トンネル及びその岩石冷却源側とヒートポンプユニットとの間に夏期用循環回路を備え、
前記薄肉シェル型熱交換器内の循環液体は、地下鉄トンネル及びその岩石冷却源側とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路を介して凝縮器に送られ、凝縮器内で高温高圧冷媒ガスと熱交換され、温度が上昇した循環液体は凝縮器から流出し、かつ薄肉シェル型熱交換器内に戻され、地下鉄トンネル周囲の岩石に熱を放出して貯蔵されるか、又はトンネル内に直接放出され、列車風に伴って運ばれ、

負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環は、冷凍水の循環であり、蒸発器内の低温低圧冷媒液は冷凍水と熱交換され、
冷凍水は温度が低下した後、蒸発器から負荷側放射端に圧入され、地上の建物に冷房を供給した後、冷凍水の温度が上昇して、負荷側放射端から蒸発器内に戻り、循環を完了し、
前記地下鉄トンネル及びその岩石冷却源側とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路は、第６三方弁、第５三方弁、第３三方弁、第１バルブ、第７三方弁、第１三方弁、第１０バルブ及び第１循環水ポンプを備え、前記凝縮器の第２継手は第６三方弁、第５三方弁、第３三方弁及び第１バルブを介して薄肉シェル型熱交換器の第２オリフィスに接続され、前記凝縮器の第４継手は第７三方弁、第１三方弁、第１０バルブ及び第１循環水ポンプを介して薄肉シェル型熱交換器の第１オリフィスに接続される
ことを特徴とする地下鉄廃熱源ヒートポンプシステム。

【請求項2】

前記圧縮機の出口は凝縮器の第１継手に接続され、凝縮器の第３継手は絞り弁に接続され、絞り弁の他端は蒸発器の第４継手に接続され、
蒸発器の第２継手は圧縮機の入口に接続されて、廃熱源ヒートポンプユニットの循環回路を構成する、ことを特徴とする請求項１に記載の地下鉄廃熱源ヒートポンプシステム。

【請求項3】

前記薄肉シェル型熱交換器の地下鉄の廃熱源側とヒートポンプユニットとの間の冬期用循環回路は、第５バルブ、第１三方弁、第２三方弁、第１循環水ポンプ、第８バルブ、第３三方弁及び第４三方弁を含み、
前記蒸発器の第１継手は第５バルブ、第１三方弁、第２三方弁、第１循環水ポンプを介して薄肉シェル型熱交換器の第１オリフィスに接続され、前記蒸発器の第３継手は第８バルブ、第３三方弁及び第４三方弁を介して薄肉シェル型熱交換器の第２オリフィスに接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の地下鉄廃熱源ヒートポンプシステム。

【請求項4】

前記負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間の冬期用循環回路は、第６三方弁、第９三方弁、第４バルブ、第７三方弁、第８三方弁及び第１０三方弁、第７バルブ及び第２循環水ポンプを備え、
前記凝縮器の第２継手は第６三方弁、第９三方弁、第４バルブを介して放射端の給水側に接続され、凝縮器の第４継手は第７三方弁、第８三方弁、第１０三方弁、第７バルブ及び第２循環水ポンプを介して負荷側放射端の還水側に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の地下鉄廃熱源ヒートポンプシステム。

【請求項5】

前記補助冷却源とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路は、第６三方弁、第５三方弁、第２バルブ、第４循環水ポンプ、第７三方弁、第８三方弁及び第６バルブを含み、
前記凝縮器の第２継手は、第６三方弁、第５三方弁、第２バルブ及び第４循環水ポンプを介して補助冷却源の給水側に接続され、前記凝縮器の第４継手は第７三方弁、第８三方弁及び第６バルブを介して補助冷却源の還水側に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の地下鉄廃熱源ヒートポンプシステム。

【請求項6】

前記負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路は、第３バルブ、第２三方弁、第９三方弁、第９バルブ、第４三方弁、第１０三方弁及び第３循環水ポンプを含み、
前記蒸発器の第１継手は第３バルブ、第２三方弁と第９三方弁を介して放射端の還水側に接続され、蒸発器の第３継手は第９バルブ、第４三方弁、第１０三方弁及び第３循環水ポンプを介して負荷側放射端の給水側に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の地下鉄廃熱源ヒートポンプシステム。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載の地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムの作動方法であって、
圧縮機から排出された高温高圧冷媒ガスは凝縮器に入り、低温高圧冷媒液に凝縮され、低温高圧冷媒液は、絞り弁を通過して低温低圧冷媒液になり、蒸発器内に流入して熱を吸収して低温低圧冷媒ガスになり、圧縮機内に戻される工程と、
冬期暖房時、第４バルブ、第５バルブ、第７バルブ、第８バルブが開かれ、第１バルブ、第２バルブ、第３バルブ、第６バルブ、第９バルブ及び第１０バルブが閉じられ、第１循環水ポンプと第２循環水ポンプが開かれ、第３循環水ポンプと第４循環水ポンプが閉じられ、薄肉シェル型熱交換器内で高温循環液体は、第１オリフィスを介して第１循環水ポンプから蒸発器にポンピングされ、蒸発器内の低温低圧冷媒液と熱交換され、低温循環液体は蒸発器の第３継手から薄肉シェル型熱交換器内に戻され再び廃熱を回収し、それと同時に、放射端の低温水は第２循環水ポンプを介して凝縮器にポンピングされ、凝縮器内で高温の冷媒ガスと熱交換され、温度が上昇して高温水になり、高温水は凝縮器の第２継手から流出し、放射端に入って地上の建物に暖房を供給し、低温水は第２循環水ポンプを介して凝縮器に入り、順次循環して暖房を供給する工程と、
夏期の冷房時、第４バルブ、第５バルブ、第７バルブ、第８バルブが閉じられ、第３バルブ及び第９バルブが開かれ、第２循環水ポンプが閉じられ、第３循環水ポンプが開かれ、冷却塔を冷却源として、第２バルブ、第６バルブ及び第４循環水ポンプを開き、第１バルブ、第１０バルブ及び第１循環水ポンプを閉じ、凝縮器内の冷却水は高温高圧冷媒ガスと熱交換され、冷却水は温度が上昇した後、凝縮器の第２継手を介して第４循環水ポンプから冷却塔内に圧入して冷却されてから、凝縮器内に送られ、凝縮器内の冷媒は絞り弁を介して蒸発器内に送られ、蒸発器内で低温低圧冷媒液は冷凍水の還水と熱交換され、冷凍水の温度が低下した後、蒸発器の第３継手から第３循環水ポンプを介して放射端に圧入され、地上の建物内でユーザに冷房を供給した後、冷凍水の温度が上昇し、蒸発器内に戻り、順次循環して冷房を供給する工程とを含む、ことを特徴とする地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムの作業方法。

【請求項8】

夏期の冷房時、第４バルブ、第５バルブ、第７バルブ、第８バルブが閉じられ、第３バルブ及び第９バルブが開かれ、第２循環水ポンプが閉じられ、第３循環水ポンプが開かれ、地下鉄トンネル及びその周囲の岩石を冷却源として、第１バルブ、第１０バルブ及び第１循環水ポンプを開き、第２バルブ、第６バルブ及び第４循環水ポンプを閉じ、薄肉シェル型熱交換器内の循環液体は、第１循環水ポンプを介して凝縮器内にポンピングされ、凝縮器内で高圧高温の冷媒ガスと熱交換され、循環液体の温度が上昇した後、凝縮器の第２継手から流出し、かつ薄肉シェル型熱交換器内に戻り、地下鉄トンネル周囲の岩石に熱を放出して貯蔵されるか、又はトンネル内に直接放出され、列車風に伴って運ばれ、凝縮器内の冷媒は温度が低下した後、絞り弁を介して蒸発器内に送られ、蒸発器内で低温低圧冷媒液は冷凍水の還水と熱交換され、冷凍水は温度が低下した後、蒸発器の第３継手から第３循環水ポンプを介して放射端に圧入され、地上の建物内でユーザに冷房を供給した後、冷凍水の温度が上昇し、蒸発器内に戻り、順次循環して冷房を供給する、ことを特徴とする請求項７に記載の作業方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は複合型ヒートポンプシステムに関し、特に、地下鉄トンネル用薄肉シェル型熱交換器、薄肉シェル型熱交換器をフロントエンドとする地下鉄廃熱源ヒートポンプシステム、及び薄肉シェル型熱交換器の取り付け施工方法と地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムの作動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在まで、交通渋滞を緩和するために、ますます多くの大都市で地下鉄が選択されてきた。地下鉄トンネル内の熱伝達は、長期にわたり緩やかに時々刻々と変化する状態にあり、トンネル内の蓄熱は避けられない課題である。トンネル内の熱量は、地下鉄の運行時間が長くなるにつれて増え、トンネル内の空気や周囲の岩石の温度も上昇する。この課題に対し、地下鉄が早期に建設された広州や上海などのほとんどは、地上に冷却塔を設置する方法で地下鉄トンネル内の温度を直接下げている。しかしながら、地下鉄が通る区域はその大半が都心の繁華街であり、冷却塔を設置するための空間が少ない。更に、人が密集することにより、粒状物が多く発生するため、粒状物汚染によって地下鉄の空調冷却塔がレジオネラ菌に汚染され、付近の人々に伝染するという状況が発生している。

【0003】

地下鉄は途切れることなく運行しており、それに伴い大量の廃熱がトンネル周囲の岩石に絶えず蓄積される。地上の建物と比較して、地下鉄駅内の冷暖房負荷は小さい。そのため、ヒートポンプ技術を利用した合理的なフロントエンド熱交換器を介し、トンネル周囲の岩石に対して熱の吸収や放出を行う。更に、フロントエンド熱交換器と補助冷却装置と組み合わせることにより、地上の建物に対して、夏期に冷房、冬期に暖房を供給し、地下鉄の地下空間の熱汚染を解決するとともに、エネルギーを供給することができる。当該技術は地下鉄沿線区域でエネルギーサイクル内の熱平衡を実現するとともに、エネルギー利用率を大幅に向上させ、地下鉄の持続的な運用を実現する。

【0004】

地下トンネルや地下鉄駅は、基本的に地下恒温層の下方に位置しているため、地下の岩石の温度は一年中安定しており、ヒートポンプシステムの冷熱源として非常に適している。従来の土壌熱源ヒートポンプシステムにおける埋設管式熱交換器は埋設するために必要な敷地面積が大きく、かつ土壌の熱伝達率が低いため、単一の埋設管の熱交換量には限りがある。このため、熱供給量が大きい場合、埋設管が長くなり、掘削コストが増加する。更に、施工難度が高くなり、かつ埋設管の補修も困難であるなどの問題に直面する。
埋設するために必要な敷地面積が大きい、掘削孔が多い、施工難度が高い、コストが高いなど、埋設管式熱交換器による土壌熱源ヒートポンプシステムに存在する多くの問題に対して、現状では有効な解決手段がない。
先行技術文献
特許文献

【0005】

【文献】中国特許出願公開第１０６７０５４０４号

【文献】中国実用新案第２０７２４５７３２号

【文献】中国実用新案第２０６３９７５１８号

【文献】中国特許出願公開第１０３６１５８４１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記の従来技術における欠点を克服するために、本発明は、地下鉄トンネル用薄肉シェル型熱交換器、薄肉シェル型熱交換器をフロントエンドとする地下鉄廃熱源ヒートポンプシステム、及び薄肉シェル型熱交換器の取り付け施工方法と地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムの作動方法を提供する。本発明は、地下鉄環境の質を効果的に改善し、地下鉄から環境への廃熱放出を減少させる。また、本発明は、熱交換効率が高い、環境に優しい、経済的で実用性に優れる、耐用年数が長いなどの利点を有する。かつ、地下鉄の運行による廃熱を最大限に活用し、地上の建物に対して、冬期に暖房、夏期に冷房を供給する。更に、地下鉄トンネル及びその周囲の岩石を冷源とするか、又は補助冷却装置を採用するかを自由に選択して、地上の建物に対して夏期の冷房を供給し、地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムの優位性を最大限に発揮する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明における第１の目的は、トンネル周囲の岩石の内側から外側に向かって順に配置されたトンネルの一次覆工、薄型シェル熱交換器本体及びトンネルの二次覆工を含み、薄肉シェル型熱交換器本体とトンネルの二次覆工との間にモルタル、ジオテキスタイル及び防水板で構成される保護層が挟まれ、薄肉シェル型熱交換器本体を介して地下鉄トンネル周囲の岩石と熱交換する薄肉シェル型熱交換器を提供することである。

【0008】

更に、前記薄肉シェル型熱交換器本体は給水本管、還水（ドレン）本管及び給水本管と還水本管の間に接続されるキャピラリグリッド（キャピラリチューブ）を備え、前記キャピラリグリッドは、トンネルの円弧状の壁面の円周方向に沿って敷設される。

【0009】

前記キャピラリグリッドは、給水本管と還水本管との間に均一に配置され、かつそれらを貫通する複数の熱伝達キャピラリを備える。前記給水本管と還水本管は、トンネルの同じ側の予備本管溝内に設置される。
本発明における第２の目的は、
（１）キャピラリグリッドの敷設位置を決定し、トンネル壁面が平らか否かを検査し、かつ対応する位置に溝を開設する工程と、
（２）キャピラリグリッドの漏れ検査試験を行う工程と、

【0010】

（３）試験に合格すると（した場合）、トンネルの一次覆工、薄肉シェル型熱交換器及びトンネルの二次覆工の構造施工を行う工程と、
を含む前記薄肉シェル型熱交換器の取り付け施工方法を提供することである。

【0011】

更に、水平器、セオドライト又は水準器を用いてキャピラリグリッドの敷設位置を芯出しするが、トンネルの壁面に凹凸がある場合、セメントモルタルを用いて基準面をならす。
更に、前記トンネルの一次覆工、薄肉シェル型熱交換器及びトンネルの二次覆工の構造施工方法は、
（１）トンネルの一次覆工の施工を行う工程と、
（２）薄肉シェル型熱交換器の敷設（「取り付け」は一般的に敷設（＝設置）の意味に含まれる）を行う工程と、
（３）薄肉シェル型熱交換器の外部にモルタル層、ジオテキスタイル及び防水板を順次設置する工程と、
（４）トンネルの二次覆工の施工を行う工程と、を含む。
更に、前記薄肉シェル型熱交換器の敷設取り付け方法は、
給水本管、還水本管及びキャピラリグリッドを順次取り付けて、給水本管、還水本管をキャピラリグリッドに接続する工程と、
キャピラリグリッドをセグメントごとに水圧試験し、次いで、キャピラリグリッド及び集合管に左官作業を行う工程と、
モルタル層に対してマーキング、水圧試験及び洗浄を行う工程と、を含む。

【0012】

本発明における第３の目的は、前記薄肉シェル熱交換器、廃熱源ヒートポンプシステム、放射端（液体や気体を放出する端部）及び補助冷却源を含む地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムであって、前記廃熱源ヒートポンプシステムは、直列接続された圧縮機、凝縮器、絞り弁及び蒸発器を備える。前記薄肉シェル型熱交換器は、地下鉄廃熱源側熱交換器とヒートポンプユニットとの間の冬期用循環回路を介して高温液体を蒸発器内に送られる。蒸発器は圧縮機を介して高温液体を凝縮器内に送り、放射端の低温還水は負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間の冬期用循環回路を介して凝縮器に送られる。低温還水は凝縮器内で熱交換され、温度が上昇して高温水になり、高温水は凝縮器から放射端に流れて地上の建物に暖房を供給する。凝縮器内の冷却水は、高温高圧冷媒ガスと熱交換された後、補助冷却源とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路を介して補助冷却源内に送られる。その後、冷却されてから、凝縮器に戻され、凝縮器内の冷却水は、絞り弁を介して蒸発器に送られる。蒸発器内の低温低圧冷媒液は冷凍水と熱交換される。冷凍水の温度が下がると、負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路を介して放射端に送られ、地上の建物に冷房を供給する地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムを提供することである。

【0013】

更に、前記圧縮機の出口は凝縮器の第１継手に接続され、凝縮器の第３継手は絞り弁に接続され、絞り弁の他端は蒸発器の第４継手に接続され、蒸発器の第２継手は圧縮機の入口に接続されることにより、廃熱源ヒートポンプユニットの循環回路を構成する。

【0014】

更に、前記地下鉄廃熱源側熱交換器とヒートポンプユニットとの間の冬期用循環回路は、第５バルブ、第１三方弁、第２三方弁、第１循環水ポンプ、第８バルブ、第３三方弁及び第４三方弁を備える。前記蒸発器の第１継手は第５バルブ、第１三方弁、第２三方弁、第１循環水ポンプを介して薄肉シェル型熱交換器の第１オリフィスに接続される。前記蒸発器の第３継手は第８バルブ、第３三方弁及び第４三方弁を介して薄肉シェル型熱交換器の第２オリフィスに接続される。

【0015】

更に、前記負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間の冬期用循環回路は、第６三方弁、第９三方弁、第４バルブ、第７三方弁、第８三方弁及び第１０三方弁、第７バルブ及び第２循環水ポンプを備える。前記凝縮器の第２継手は第６三方弁、第９三方弁、第４バルブを介して放射端の給水側に接続される。凝縮器の第４継手は第７三方弁、第８三方弁、第１０三方弁、第７バルブ及び第２循環水ポンプを介して放射端の還水側に接続される。

【0016】

更に、前記補助冷却源側とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路は、第６三方弁、第５三方弁、第２バルブ、第４循環水ポンプ、第７三方弁、第８三方弁及び第６バルブを含む。前記凝縮器の第２継手は、第６三方弁、第５三方弁、第２バルブ及び第４循環水ポンプを介して補助冷却源の給水側に接続される。前記凝縮器の第４継手は第７三方弁、第８三方弁及び第６バルブを介して補助冷却源の還水側に接続される。

【0017】

更に、前記負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路は、第３バルブ、第２三方弁、第９三方弁、第９バルブ、第４三方弁、第１０三方弁及び第３循環水ポンプを備える。前記蒸発器の第１継手は、第３バルブ、第２三方弁と第９三方弁を介して放射端の還水側に接続される。蒸発器の第３継手は第９バルブ、第４三方弁、第１０三方弁及び第３循環水ポンプを介して放射端の給水側に接続される。

【0018】

更に、地下鉄トンネル及びその岩石冷却源側とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路を含む。夏期に、前記薄肉シェル型熱交換器内の循環液は、地下鉄トンネル及びその岩石冷却源側とヒートポンプユニットとの間の循環回路を介して凝縮器内に送られ、凝縮器内で高温高圧冷媒ガスと熱交換される。循環液の温度が上昇した後、凝縮器から流出し、かつ薄肉シェル型熱交換器内に戻され、熱は地下鉄トンネル周囲の岩石に放出して貯蔵されるか、又はトンネル内に直接放出され、列車風に伴って運ばれる。

【0019】

更に、前記地下鉄トンネル及びその岩石冷却源側とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路は、第６三方弁、第５三方弁、第３三方弁、第１バルブ、第７三方弁、第１三方弁、第１０バルブ及び第１循環水ポンプを含む。前記凝縮器の第２継手は第６三方弁、第５三方弁、第３三方弁及び第１バルブを介して薄肉シェル型熱交換器の第２オリフィスに接続される。前記凝縮器の第４継手は第７三方弁、第１三方弁、第１０バルブ及び第１循環水ポンプを介して薄肉シェル型熱交換器の第１オリフィスに接続される。

【0020】

本発明の第４の目的は、圧縮機から排出された高温高圧冷媒ガスは凝縮器に入り、低温高圧冷媒液に凝縮される。低温高圧冷媒液は、絞り弁を通過して低温低圧冷媒液になり、蒸発器内に流入して熱を吸収して低温低圧冷媒ガスになり、圧縮機内に戻される工程と、

【0021】

冬期の暖房時、第４バルブ、第５バルブ、第７バルブ、第８バルブが開かれ、第１バルブ、第２バルブ、第３バルブ、第６バルブ、第９バルブ及び第１０バルブが閉じられ、第１循環水ポンプ、第２循環水ポンプが開かれる。また、第３循環水ポンプ、第４循環水ポンプが閉じられ、薄肉シェル型熱交換器内で、高温の液体は、第１オリフィスを介して第１循環水ポンプから蒸発器にポンピングされ、蒸発器内の低温低圧冷媒液と熱交換される。低温の液体は蒸発器の第３継手から薄肉シェル型熱交換器内に戻され再び廃熱を回収する。それと同時に、放射端の低温の液体は第２循環水ポンプを介して凝縮器にポンピングされ、凝縮器内で高圧高温冷媒ガスと熱交換される。そのため、温度が上昇して高温水になり、高温水は凝縮器の第２継手から流出し、放射端に入って地上の建物に暖房を供給する。低温水は第２循環水ポンプを介して凝縮器にポンピングされ、順次循環して暖房を供給する工程と、

【0022】

夏期の冷房時、第４バルブ、第５バルブ、第７バルブ、第８バルブが閉じられ、第３バルブ、第９バルブが開かれる。また、第２循環水ポンプが閉じられ、第３循環水ポンプが開かれ、冷却塔を冷却源として、第２バルブ、第６バルブ、第４循環水ポンプが開かれ、第１バルブ、第１０バルブ、第１循環水ポンプが閉じられる。凝縮器内の冷却水は高温高圧冷媒ガスと熱交換され、冷却水の温度が上昇した後、凝縮器の第２継手を介して第４循環水ポンプから冷却塔内に圧入されて冷却されてから、凝縮器内に送られる。凝縮器内の冷却水は絞り弁を介して蒸発器内に送られ、蒸発器内で低温低圧冷媒液は冷凍水の還水と熱交換される。冷凍水は温度が下がってから、蒸発器の第３継手から第３循環水ポンプを介して放射端に圧入され、地上の建物内でユーザに冷房を供給する。冷凍水の温度が上昇し、蒸発器内に戻され、順次循環して冷房を供給する工程と、を含む前記補助冷却源を備えた地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムの作動方法を提供することである。
従来技術に比べ、本発明の有益な効果は以下のとおりである。

【0023】

（１）本発明において、薄肉シェル型熱交換器はトンネルの一次覆工とトンネルの二次覆工との間に配置される。薄肉シェル型熱交換器とトンネルの二次覆工との間はモルタル、ジオテキスタイル、防水板により保護されており、地下鉄周囲の岩石と直接熱交換することができる。夏期にトンネル周囲の岩石から放熱し、冬期にトンネル周囲の岩石から集熱することで、地下鉄周囲の岩石の熱平衡を保証する。また、地下鉄の環境質を効果的に改善し、環境に対する地下鉄の廃熱放出を削減する。更に、熱交換効率が高い、環境に優しい、経済的で実用性がある、耐用年数が長いなどの利点を有する。

【0024】

（２）本発明は、地下鉄の運行による廃熱を最大限に活用し、地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムと補助冷却源とを組み合わせて、地上の建物のユーザに対する冷暖房の同時供給を実現する。更に、地下鉄トンネル及び周囲の岩石の吸熱と放熱のバランスを図り、バルブの切り替えによって夏期の冷却源の自由選択を実現する。地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムは、土壌熱源ヒートポンプシステムの利点を用いて、夏期の地上の建物のユーザに対する冷房の供給問題を解決し、放射（端）熱交換器を用いてより省エネルギーで環境に優しいシステムを実現する。

【0025】

（３）本発明は、地下鉄の運行による廃熱を最大限に活用して、地上の建物に暖房を供給するだけでなく、夏期に、地下鉄トンネル及びその周囲の岩石を冷却源とするか、又は補助冷却源を採用するかを自由に選択して、地上の建物に冷房を供給することで、地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムの利点を最大限に発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0026】

本出願の一部を構成する明細書の図面は、本出願に対する理解を提供するために用いられ、本出願の例示的な実施例及びその説明は本出願を説明するためのものであり、本出願を不当に限定するものではない。

【図1】は薄型シェル熱交換器を備えた地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムの概略図である。

【図2】はキャピラリグリッドの構成図である。

【符号の説明】

【0027】

１、薄肉シェル型熱交換器、２、圧縮機、３、凝縮器、４、絞り弁、５、蒸発器、６、ユーザ端、７、補助冷却装置、８、熱伝達キャピラリ、９、給水本管、１０、還水本管、１１、トンネルの一次覆工、１２、薄肉シェル型熱交換器本体、１３、モルタル、１４、ジオテキスタイル、１５、防水板、１６、トンネルの二次覆工、１７、予備本管溝、ａ、凝縮器第１継手、ｂ、凝縮器第２継手、ｃ、凝縮器第３継手、ｄ、凝縮器第４継手、ｅ、蒸発器第１継手、ｆ、蒸発器第２継手、ｇ、蒸発器第３継手、ｈ、蒸発器第４継手、ｉ、薄肉シェル型熱交換器本管第１オリフィス、ｊ、薄肉シェル型熱交換器本管第２オリフィス、ｋ、第１三方弁、ｌ、第２三方弁、ｍ、第３三方弁、ｎ、第４三方弁、ｏ、第５三方弁、ｐ、第６三方弁、ｑ、第７三方弁、ｒ、第８三方弁、ｓ、第９三方弁、ｔ、第１０三方弁、Ａ、第１循環水ポンプ、Ｂ、第２循環水ポンプ、Ｃ、第３循環水ポンプ、Ｄ、第４循環水ポンプ、Ｅ、第１バルブ、Ｆ、第２バルブ、Ｇ、第３バルブ、Ｈ、第４バルブ、Ｉ、第５バルブ、Ｊ、第６バルブ、Ｋ、第７バルブ、Ｌ、第８バルブ、Ｍ、第９バルブ、Ｎ、第１０バルブ。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下に図面と実施例を参照しながら本発明を更に説明する。

【0029】

以下の詳細な説明はいずれも例示的なものであり、本発明のさらなる説明を提供することを意図している。特記しない限り、本明細書で使用されるすべての技術的及び科学的用語は、当業者に一般に理解されるものと同じ意味を有する。

【0030】

注意すべき点として、ここで使用される用語は、発明を実施するための形態を説明するためのものに過ぎず、本出願の例示的な実施形態を意図的に制限するものではない。ここで使用されているように、文脈に特記しない限り、単数形は複数形をも含むことが意図されている。更に、本明細書において“含有”及び／又は“含む”という用語が使用された場合、特徴、工程、操作、デバイス、アセンブリ及び／又はそれらの組み合わせの存在を示す。

【0031】

従来の地中熱ヒートポンプシステムは、埋設管方式の熱交換器であり、必要とされる敷地面積が広い。また土壌の熱伝達率が小さいため、単一の埋設管における熱交換量が制限される。熱供給量が一定の場合、熱交換面積を広くする必要があり、必要な埋設管が長く、埋設管の掘削孔が増加する。かつ、埋設管の埋設時、地下に掘削する必要があるため、施工難度や掘削孔コストが高い。埋設管が破損した場合、補修や交換も困難である。これらの課題を解決するために、本実施例は薄肉シェル型熱交換器を提供する。

【0032】

図１に示すとおり、該薄肉シェル型熱交換器はトンネル周囲の岩石の内側から外側に向かって順に配置されたトンネルの一次覆工１１、薄型シェル熱交換器本体１２及びトンネルの二次覆工１６を含む。

【0033】

具体的には、前記薄肉シェル型熱交換器本体２は、地下鉄廃熱源ヒートポンプのフロントエンド熱交換装置として、地下鉄トンネル周囲の岩石の一次覆工１１と二次覆工１６との間に配置される。また、前記薄肉シェル型熱交換器本体２は、薄肉シェル型熱交換器本体１２を介して、地下鉄トンネル周囲の岩石と熱交換を行い、夏期にトンネル周囲の岩石に放熱し、冬期にはトンネル周囲の岩石から集熱することで、トンネル周囲の岩石の熱平衡を保証する。

【0034】

薄肉シェル型熱交換器本体１２とトンネルの二次覆工１６との間にモルタル１３、ジオテキスタイル１４及び防水板１５で構成される保護層が挟まれ、薄肉シェル型熱交換器本体に対して熱保護（熱からの保護）を行う。

【0035】

上記薄肉シェル型熱交換器本体は、トンネルの円弧状の壁面の周方向に沿って敷設される。該薄肉シェル型熱交換器本体２は給水本管９、還水本管１０、給水本管９と還水本管１０との間に接続されたキャピラリグリッド及びその接続部材、システム配管、管継手などを含む。

【0036】

更に、前記給水本管９、還水本管１０及びその接続部材、システム配管及び管継手などは、プラスチック材、ステンレス材又は銅材で製造される。具体的には、作動温度、作動圧力、耐用年数、現場での防水、水質要件、及び施工要件に応じて、総合的に比較した上で決定される。

【0037】

前記キャピラリグリッドの色は均一であり、配管や管継手の内外側表面は平滑で、清潔であり、へこみ、気泡、明らかな引っ掻き傷や性能に影響する他の表面欠陥がない。

【0038】

具体的には、図２に示すとおり、前記キャピラリグリッドは、給水本管１０と還水本管１１との間に均一に配置され、かつそれらを貫通する複数の熱伝達キャピラリ８を備える。給水本管１０と還水本管１１はトンネルの同じ側にある予備本管溝７内に配置される。

【0039】

前記熱伝達キャピラリ８は、直径が４．３ｍｍ、壁厚が０．８５ｍｍのＰＰＲ（ポリプロピレンランダム）パイプであり、隣接する熱伝達キャピラリの間隔は１０ｍｍである。各キャピラリグリッドの幅は１ｍで、キャピラリグリッド内の熱伝達キャピラリの長さは、実際の要件に応じて自由に設計できる。

【0040】

前記ＰＰＲ（ポリプロピレンランダム）パイプは、一次成形され、その間には溶接継ぎ目がなく、配管の端面は軸線に対して垂直でかつ平らに切断されているものである。また、ＰＰＲ（ポリプロピレンランダム）パイプは、出荷時、ＰＰＲ（ポリプロピレンランダム）パイプのグリッドに対して水圧試験が行われ、先端に対してシームレス圧力シールを行い、かつ出荷時の試験圧力を０．３Ｍｐａ以上に５－１０分間保持することが要求される。

【0041】

トンネルの片側に予備本管溝１７及び薄肉シェル型熱交換器本管が配置され、該予備本管溝７は、給水本管と還水本管を配置するために機能する。該薄肉シェル型熱交換器本管は、給水本管と還水本管の総称であり、分岐管とする熱伝達キャピラリに給水や還水するための本管として機能している。

【0042】

本発明の実施例１が提供する地下鉄トンネル用薄肉シェル型熱交換器は、トンネルの一次覆工とトンネルの二次覆工との間に配置され、薄肉シェル型熱交換器とトンネルの二次覆工との間はモルタル、ジオテキスタイル、防水板により保護されており、地下鉄周囲の岩石と直接熱交換することができる。夏期にトンネル周囲の岩石に放熱し、冬期にトンネル周囲の岩石から集熱することで、地下鉄周囲の岩石の熱平衡を保証する。また、地下鉄環境の質を効果的に改善し、環境に対する地下鉄の廃熱放出を削減する。更に、熱交換効率が高い、環境に優しい、経済的で実用性がある、耐用年数が長いなどの利点を有する。
本実施例は、更に薄肉シェル型熱交換器の取り付け施工方法を提供する。該方法は以下の工程を含む。

【0043】

Ｓ１０１、キャピラリグリッドの敷設位置を決定し、トンネル壁面が平らか否かを検査し、かつ図１の符号１７に示すような対応する位置に溝を開設する。該溝は、即ち本管溝である。

【0044】

工事準備完了後、水平器、セオドライトや水準器を用いてキャピラリグリッドの敷設位置を決めて、墨打ちを行い、キャピラリグリッドの敷設位置を芯出しする。
トンネルの壁面に凹凸がある場合、凹凸が激しい部位にセメントモルタルで基準面をならす。ここで、セメントモルタルの砂とセメントの比は１：３である。
Ｓ１０２、キャピラリグリッドに対して漏れ検査試験を行う。

【0045】

キャピラリグリッド材料が工事現場に到着したら、サンプリングの形で水圧試験法によってキャピラリグリッドの漏れ試験を行い、漏れがあるキャピラリグリッドを取り除く。
Ｓ１０３、試験に合格してから、トンネルの一次覆工、薄肉シェル型熱交換器及びトンネルの二次覆工の構造施工を行う。
前記トンネルの一次覆工、薄肉シェル型熱交換器及びトンネルの二次覆工の施工方法は以下のとおりである。
Ｓ１０３１、トンネルの一次覆工を施工する。
Ｓ１０３２、薄肉シェル型熱交換器を敷設（取り付け）する。
トンネルの一次覆工完了後、薄肉シェル型熱交換器１２を敷設（取り付け）する。
前記薄肉シェル型熱交換器の敷設方法は以下のとおりである。
給水本管、還水本管及びキャピラリグリッドを順次取り付けて、給水本管、還水本管をキャピラリグリッドに接続する。
キャピラリグリッドをセグメントごとに水圧試験を行い、次いで、キャピラリグリッド及び集合管に左官作業を行う。
モルタル層に対してマーキング、水圧試験及び洗浄を行う。
Ｓ１０３３、薄肉シェル型熱交換器の外部にモルタル層、ジオテキスタイル及び防水板を順次配置する。
薄肉シェル型熱交換器の敷設が完了したなら、その外部にモルタル保護層、ジオテキスタイル、防水板の保護層を追加する。
Ｓ１０３４、最後にトンネルの二次覆工を施工する。
更に薄肉シェル型熱交換器の敷設前に、トンネルの片側に予備本管溝及び薄肉シェル型熱交換器本管を配置することを含む。

【0046】

本実施例が提供する薄肉シェル型熱交換器の取り付けと施工方法は、以下を含む。薄肉シェル型熱交換器は、トンネルの一次覆工とトンネルの二次覆工との間に配置される。薄肉シェル型熱交換器とトンネルの二次覆工との間はモルタル、ジオテキスタイル、防水板により保護されており、地下鉄周囲の岩石と直接熱交換することができる。夏期にトンネル周囲の岩石に放熱し、冬期にトンネル周囲の岩石から集熱することで、地下鉄の周囲の岩石の熱平衡を保証する。また、地下鉄環境の質を効果的に改善し、環境に対する地下鉄の廃熱放出を削減する。更に、熱交換効率が高い、環境に優しい、経済的で実用性がある、耐用年数が長いなどの利点を有する。

【0047】

地下鉄の運行過程における駅内の冷却負荷はごく一部を占めるに過ぎず、地下鉄トンネルという冷熱源が夏期に地上の建物内のユーザに供給できる冷却負荷よりも遥かに小さい。しかしながら、従来技術において、夏期に地上の建物内のユーザに冷房を供給する問題は解決されておらず、上記技術的課題を解決するために，本実施例は更に前記薄肉シェル型熱交換器の地下鉄廃熱源ヒートポンプシステム及びその作動方法を提供する。さらに、補助冷却源と組み合わせて、地上の建物内のユーザに対して、冬期に暖房、夏期に冷房を供給し、地下鉄の運行時に発生した廃熱を十分に利用するという効果を実現する。

【0048】

図１に示すとおり、該地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムはキャピラリグリッドによるフロントエンド熱交換システム、地下鉄廃熱源ヒートポンプシステム、放射端６、補助冷却源７を備える。前記キャピラリグリッドによるフロントエンド熱交換システムは前記薄肉シェル型熱交換器１及び第１循環水ポンプＡを含む。前記地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムは圧縮機２と、第１継手ａ、第２継手ｂ、第３継手ｃ、第４継手ｄを備えた凝縮器３と、絞り弁４と、第１継手ｅ、第２継手ｆ、第３継手ｇ、第４継手ｈを備えた蒸発器５とを含む。システム全体は、配管及びバルブを介して接続され、放射端６は地上の建物内に配置される。

【0049】

該システムの具体的な接続方法は以下のとおりである。圧縮機２の出口は凝縮器３の第１継手ａに接続される。また、凝縮器３の第３継手ｃは絞り弁４に接続される。また、絞り弁４の他端は蒸発器５の第４継手ｈに接続される。また、蒸発器５の第２継手ｆは圧縮機２の入口に接続されて、廃熱源ヒートポンプユニットの循環回路を構成する。蒸発器５の第１継手ｅは第５バルブＩ、第１三方弁ｋ、第２三方弁ｌ、第１循環水ポンプＡを介して薄肉シェル型熱交換器１の第１オリフィスｉに接続される。また、蒸発器５の第３継手ｇは第８バルブＬ、第３三方弁ｍ、第４三方弁ｎを介して薄肉シェル型熱交換器１の第２オリフィスｊに接続されて、地下鉄の廃熱源側熱交換器とヒートポンプユニットとの間の冬期用循環回路を構成する。蒸発器５の第１継手ｅは、第３バルブＧ、第２三方弁ｌ、第９三方弁ｓを介して放射端６の還水側に接続される。また、蒸発器５の第３継手ｇは第９バルブＭ、第４三方弁ｎ、第１０三方弁ｔ、第３循環水ポンプＣを介して放射端６の給水側に接続されて、負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路を構成する。凝縮器３の第２継手ｂは第６三方弁ｐ、第９三方弁ｓ、第４バルブＨを介して放射端６の給水側に接続される。また、凝縮器３の第４継手ｄは第７三方弁ｑ、第８三方弁ｒ、第１０三方弁ｔ、第７バルブＫ、第２循環水ポンプＢを介して放射端６の還水側に接続されて、負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間の冬期用循環回路を構成する。凝縮器３の第２継手ｂは第６三方弁ｐ、第５三方弁ｏ、第３三方弁ｍ、第１バルブＥを介して薄肉シェル型熱交換器１の第２オリフィスｊに接続される。また、凝縮器３の第４継手ｄは第７三方弁ｑ、第１三方弁ｋ、第１０バルブＮ、第１循環水ポンプＡを介して薄肉シェル型熱交換器１の第１オリフィスｉに接続されて、地下鉄トンネル及びその岩石冷却源側とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路を構成する。凝縮器３の第２継手ｂは第６三方弁ｐ、第５三方弁ｏ、第２バルブＦ、第４循環水ポンプＤを介して補助冷却源７の給水側に接続される。また、凝縮器３の第４継手ｄは第７三方弁ｑ、第８三方弁ｒ、第６バルブＪを介して補助冷却源７の還水側に接続されて、補助冷却源側とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環回路を構成する。

【0050】

本発明の実施例が開示した地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムは、地上の建物内のユーザに対して、夏期および冬期のいつでも冷暖房を供給する。冬期は、地下鉄トンネル内で発生した廃熱を熱源として地上の建物内のユーザに暖房を供給する。夏期は、第１バルブＥ、第１０バルブＮ、第２バルブＦ、第６バルブＪを切り替えることによって、地上の建物内のユーザに冷房を供給する。その（冷房を供給する）ために、地下鉄トンネル及びその周囲の岩石を冷却源とするか、又は補助冷却源を単独で使用するかを選択し、もしくは２つの冷却源を併用することもできる。地下鉄の運行は必然的に地下鉄トンネル及び付近の岩石に熱の蓄積を生じさせるため、熱平衡を維持するために，夏期は補助冷却源を使用して冷房を供給することが好ましい。

【0051】

放射端６はキャピラリグリッド放射システムであってもよいが、この形態に限定されるものではなく、他の形態の放射端でもよい。前記補助冷却源７は冷却塔であってもよく、レジオネラ菌に感染する可能性を低下させるために、人込みから離れた風下側に配置するが、補助冷却源７は冷却塔に限定されるものではなく、他の形態の補助冷却源であってもよい。

【0052】

本発明の実施例が開示した地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムは、地下鉄の運行による廃熱を最大限に活用し、地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムと補助冷却源を組み合わせて、地上の建物内のユーザに対する冷房と暖房の同時供給を実現する。また地下鉄トンネル及び周囲の岩石の吸熱と放熱のバランスを図り、バルブの切り替えによって夏期の冷却源の自由な選択を実現し、放射端熱交換器を用いることにより省エネルギー、かつ環境に優しいシステムを実現する。地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムは、土壌熱源ヒートポンプシステムの利点を用いてし、その欠点を回避する。

【0053】

補助冷却源を備えた地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムにとって、供給するのが暖房であるか冷房であるかにかかわらず、廃熱源ヒートポンプの冷媒循環はいずれも不可欠であり、それらの原理は同じである。圧縮機２から排出される高温高圧冷媒ガスは凝縮器３の第１継手ａに入った後、低温高圧液体に凝縮され、第３継手ｃから流出し、次に低温高圧冷媒液は、絞り弁４に流入し低温低圧冷媒液になり、更に蒸発器５の第４継手ｈから蒸発器５に流入し、蒸発器５内で熱を吸収して低温低圧冷媒ガスになり、最後に冷媒ガスは、蒸発器５の第２継手ｆから流出して圧縮機内２に戻り、循環を完了する。

【0054】

供給源側と負荷側の循環に関し、暖房と冷房の作動原理は異なる。本発明の実施例が提供した補助冷却源を備えた地下鉄廃熱源ヒートポンプシステムの作動過程は以下のとおりである。

【0055】

冬期暖房時、バルブＨ、Ｉ、Ｋ、Ｌを開き、バルブＥ、Ｆ、Ｇ、Ｊ、Ｍ、Ｎを閉じ，循環水ポンプＡ、Ｂを開き、循環水ポンプＣ、Ｄを閉じる。薄肉シェル型熱交換器１内で、地下鉄の廃熱を吸収することにより生成する高温液体は継手ｉを介して循環水ポンプＡから蒸発器５内にポンピングされ、蒸発器５内の低温低圧冷媒液と熱交換してから、供給源側の低温液は、蒸発器５の継手ｇから薄肉シェル型熱交換器１内に戻って、廃熱を再び回収する。それとともに、負荷側で暖房用水を循環させる低温液は、循環水ポンプＢを介して凝縮器３内にポンピングされ、凝縮器３内で高温高圧冷媒ガスと熱交換され、暖房用の液体は温度が上昇して高温水になる。かつ、凝縮器３の継手ｂから流出し、次にキャピラリグリッド放射システム６に入って地上の建物に暖房を供給し、低温水は、再び循環水ポンプＢに戻って、循環を完了する。

【0056】

夏期の冷房時、どの手段であるかにかかわらず、まずバルブＨ、Ｉ、Ｋ、Ｌを閉じ、バルブＧ、Ｍを開き、循環水ポンプＢを閉じ、循環水ポンプＣを開く必要がある。その後、冷却源を選択し、その手段として冷却塔７を単独で冷却源とする場合、バルブＦ、Ｊ及び循環水ポンプＤを開き、バルブＥ、Ｎ及び循環水ポンプＡを閉じる必要がある。手段として地下鉄トンネル及びその周囲の岩石を単独で冷却源とする場合、バルブＥ、Ｎ及び循環水ポンプＡを開き、バルブＦ、Ｊ及び循環水ポンプＤを閉じる必要がある。本実施例において、前記２種類の冷却源を併用する場合、バルブＦ、Ｊ、Ｅ、Ｎ及び循環水ポンプＡ、Ｄを開く必要がある。

【0057】

補助冷却源側とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環は、本発明の実施例についていえば冷却水の循環である。凝縮器３内の冷却水は高温高圧冷媒ガスと熱交換され、冷却水は温度が上昇した後、凝縮器３の継手ｂを介して循環水ポンプＤを介して冷却塔７に圧入して冷却され、その後凝縮器３内に戻り、循環を完了する。地下鉄トンネル及びその岩石の冷却源側とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環についていえば、薄肉シェル型熱交換器１内の液体は循環水ポンプＡを介して継手ｄから凝縮器３内にポンピングされ、かつ高温高圧冷媒ガスと熱交換される。循環液は温度が上昇した後、凝縮器３の継手ｂから流出し、かつ薄肉シェル型熱交換器１内に戻され、地下鉄トンネルの周囲の岩石に熱を放出して貯蔵されるか、又はトンネル内に直接放出され、列車風に伴って運ばれ、循環を完了する。それとともに、負荷側放射端とヒートポンプユニットとの間の夏期用循環は、本実施例においては冷凍水の循環であり、蒸発器５内の低温低圧冷媒液は冷凍水と熱交換される。冷凍水は温度が低下した後、蒸発器５の継手ｇから第３循環水ポンプを介してキャピラリグリッド放射システム６内に圧入され、地上の建物内のユーザに冷房を供給した後、冷凍水の温度が上昇し、継手ｅから蒸発器５内に戻り、循環を完了する。

【0058】

これまで図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明したが，これらは本発明の保護範囲を限定するものではない。当業者であれば理解できるように，本発明の技術的解決手段を基礎として、当業者が創造的な労力を要さずに行った様々な修正又は変形は本発明の保護範囲に属する。

【図1】

【図2】