JP2005221104A - 地熱利用熱源設備、及び、それを用いた融雪設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転モード切換時における負荷熱交換器での低温障害の発生を防止する。
【解決手段】 熱媒Ｌを対地熱交換させる地中熱交換器１とヒートポンプ装置４の吸熱部４ｅとにわたらせた熱源側循環路７、及び、ヒートポンプ装置４の放熱部４ｃと負荷熱交換器２とにわたらせた負荷側循環路８の各々において熱媒Ｌを循環させながら、ヒートポンプ装置４を運転する昇温モード運転と、ヒートポンプ装置４を迂回させる状態で地中熱交換器１と負荷熱交換器２とにわたらせた直接循環路９において熱媒Ｌを循環させる直接モード運転との切り換えを可能にした地熱利用熱源設備又は融雪設備において、昇温モード運転から直接モード運転への切り換え時に、昇温モード運転からヒートポンプ装置４を停止した状態で熱源側循環路７において熱媒Ｌを循環させる過渡モード運転に運転モードを切り換えて、この過渡モード運転の実施の後に直接モード運転へ運転モードを切り換える制御手段６を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地中から熱採取してその採取した熱を種々の用途に供する地熱利用熱源設備、及び、それを用いた融雪設備に関し、
詳しくは、熱媒を対地熱交換させる地中熱交換器とヒートポンプ装置の吸熱部とにわたらせた熱源側循環路、及び、前記ヒートポンプ装置の放熱部と負荷熱交換器とにわたらせた負荷側循環路の各々において熱媒を循環させながら、前記ヒートポンプ装置を運転する昇温モード運転と、
前記ヒートポンプ装置を迂回させる状態で前記地中熱交換器と前記負荷熱交換器とにわたらせた直接循環路において熱媒を循環させる直接モード運転との切り換えを可能にした地熱利用熱源設備、及び、それを用いた融雪設備に関する。

従来、上記形式の地熱利用熱源設備においては、負荷熱交換器（例えば、融雪用熱交換器）における入口熱媒温度と出口熱媒温度との差に基づき負荷熱交換器における現状の負荷の大小を判定し、この負荷判定に基づき昇温モード運転と直接モード運転との切り換えを自動的に行うようにしたものがある（下記特許文献１参照）。
特開２００２−３３３２３２

しかし、上記の従来設備では、負荷変動等に応じて昇温モード運転から直接モード運転へ運転モードが切り換えられたとき、熱源側循環路の側の低温の熱媒が直接循環路を通じ負荷熱交換器に流入して、例えば、融雪用熱交換器としての負荷熱交換器の設置箇所である融雪対象箇所において凍結を招くなど、本来的に放熱を目的とする負荷熱交換器において種々の低温障害を招く問題があった。

つまり、昇温モード運転では、ヒートポンプ装置の吸熱部（蒸発器）を熱源側循環路の循環熱媒に対し吸熱機能させることにより直接モード運転の際よりも低い温度レベルでの地中からの採熱を可能にする為、熱源側循環路を通じてヒートポンプ装置の吸熱部と地中熱交換器との間で循環させる熱媒が低温（例えば、−１０〜−５°Ｃ）の状態で運転が実施され、この為、昇温モード運転から地中熱交換器と負荷熱交換器との間で直接循環路を通じて直接に熱媒を循環させる直接モード運転へ運転モードが切り換えられたとき、昇温モード運転の際の熱源側循環路における低温の熱媒が直接循環路を通じ負荷熱交換器に流入する状態が生じて、上記の如き低温障害を招くことがあった。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、合理的なモード切換形態を採ることにより、昇温モード運転から直接モード運転への切り換え時における負荷熱交換器での上記の如き低温障害の発生を効果的に防止する点にある。

〔１〕本発明の第１特徴構成は地熱利用熱源設備に係り、その特徴は、
熱媒を対地熱交換させる地中熱交換器とヒートポンプ装置の吸熱部とにわたらせた熱源側循環路、及び、前記ヒートポンプ装置の放熱部と負荷熱交換器とにわたらせた負荷側循環路の各々において熱媒を循環させながら、前記ヒートポンプ装置を運転する昇温モード運転と、
前記ヒートポンプ装置を迂回させる状態で前記地中熱交換器と前記負荷熱交換器とにわたらせた直接循環路において熱媒を循環させる直接モード運転との切り換えを可能にした地熱利用熱源設備において、
昇温モード運転から直接モード運転への切り換え時に、昇温モード運転から前記ヒートポンプ装置を停止した状態で前記熱源側循環路において熱媒を循環させる過渡モード運転に運転モードを切り換えて、この過渡モード運転の実施の後に直接モード運転へ運転モードを切り換える制御手段を設けてある点にある。

つまり、この第１特徴構成によれば、昇温モード運転から直接モード運転への切り換え時に上記過渡モード運転を経由することで、その過渡モード運転の実施期間中において、ヒートポンプ装置停止（吸熱機能停止）状態の下での地中熱交換器での対地熱交換、及び、地中熱交換器周りの地中温度そのものの自然回復により、熱源側循環路における循環熱媒の温度を上昇回復させることができる。

したがって、直接モード運転への移行時には、その温度回復した熱媒が直接循環路を通じて負荷熱交換器に送給されるようにすることができ、これにより、先述の従来設備において昇温モード運転から直接モード運転への切り換え時に生じていた負荷熱交換器での種々の低温障害（すなわち、昇温モード運転の際の熱源側循環路における低温の熱媒が直接循環路を通じ負荷熱交換器に流入することによる低温障害）を効果的に防止することができる。

なお、第１特徴構成の実施において、制御手段に付与する昇温モード運転から直接モード運転へのモード切換指令は、人為的に付与する切換指令、あるいは、種々の検出情報に基づき自動的に付与される切換指令のいずれであってもよい。また、負荷熱交換器は融雪や空調を初めどのような用途のものであってもよい。

〔２〕本発明の第２特徴構成は、第１特徴構成の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、
前記制御手段を、昇温モード運転の実施時において前記熱源側循環路における循環熱媒の温度が設定下限温度以下になったとき、又は、前記ヒートポンプ装置で異常が発生したとき、過渡モード運転を経由して昇温モード運転から直接モード運転へ運転モードを切り換える運転モード切り換えを実行する構成にしてある点にある。

つまり、この第２特徴構成の実施として、昇温モード運転の実施時において熱源側循環路における循環熱媒の温度が設定下限温度以下になったときに、過渡モード運転を経由して昇温モード運転から直接モード運転へ運転モードを切り換える運転モード切り換えを制御手段に実行させる場合については、熱源側循環路における循環熱媒の設定下限温度としてヒートポンプ装置の吸熱機能による地中からの採熱がもはや不能ないしかなり非効率的になる熱媒温度を設定しておくことにより、昇温モード運転の継続による地中熱交換器周りの地中温度の漸次低下（すなわち、地中熱の消費）でそのような採熱不能の状態ないし非効率的な採熱状態に至ったときには、過渡モード運転の経由により前述の如き負荷熱交換器での低温障害の発生を防止しながら、また、吸熱対象熱媒の低温化によるヒートポンプ装置の異常停止なども回避しながら、安全かつ円滑に設備の運転を直接モード運転へ自動的に移行させることができる。

そして、その直接モード運転により、昇温モード運転に比べ出力（仕事率）は低くなるものの地中温度の降下が抑えられて長時間にわたり安定的に運転を継続し得る直接モード運転の特質を生かした状態で、昇温モード運転の再開が可能な温度に地中温度が上昇回復するまでの間も設備の運転を実施することができ、これにより設備の稼動性を高めることができる。

また、上記第２特徴構成の実施として、昇温モード運転の実施時においてヒートポンプ装置で異常が発生したときに、過渡モード運転を経由して昇温モード運転から直接モード運転へ運転モードを切り換える運転モード切り換えを制御手段に実行させる場合については、昇温モード運転でヒートポンプ装置において異常が発生したとき、同じく過渡モード運転の経由により負荷熱交換器での低温障害の発生を防止しながら安全かつ円滑に設備の運転を直接モード運転へ自動的に移行させることができる。

そして、その直接モード運転により、前述と同様、昇温モード運転に比べ出力は低くなるものの地中温度の降下が抑えられて長時間にわたり安定的に運転を継続し得る直接モード運転の特質を生かした状態で、ヒートポンプ装置の異常が解消されるまでの間も設備の運転を実施することができ、そのことで設備の稼動性を高めることができる。

なお、昇温モード運転において熱源側循環路における地中熱交換器の出口熱媒温度（換言すれば、ヒートポンプ装置における吸熱部の入口熱媒温度）は地中熱交換器周りの地中温度を直接的に反映する温度であることから、第２特徴構成の実施において、設定下限温度以下になったか否かの判定対象とする循環熱媒温度としては、ヒートポンプ装置の吸熱機能による地中からの採熱の効率を的確かつ容易に判定する上で、熱源側循環路における地中熱交換器の出口熱媒温度を採用するのが望ましい。

また、第２特徴構成の実施において、過渡モード運転を経由して昇温モード運転から直接モード運転へ運転モードを切り換える運転モード切り換えを制御手段に実行させるヒートポンプ装置の異常は、ヒートポンプ装置の運転が完全に不能となる異常に限られるものではなく、ヒートポンプ装置の運転は可能であるがヒートポンプ装置の運転を一時的にせよ休止した方が望ましい程度の異常であってもよい。

〔３〕本発明の第３特徴構成は、第１又は第２特徴構成の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、
前記制御手段を、昇温モード運転から直接モード運転への切り換え時に経由する過渡モード運転の実施時において前記熱源側循環路における循環熱媒の温度が設定安全温度以上になったとき、過渡モード運転から直接モード運転へ運転モードを切り換える構成にしてある点にある。

つまり、この第３特徴構成によれば、過渡モード運転において熱源側循環路における循環熱媒の温度が設定安全温度よりも低い状態では直接モード運転への移行が行われないから、その設定安全温度として適切な温度を設定しておけば、低温の熱媒が直接循環路を通じて負荷熱交換器に流入することによる負荷熱交換器での前述の如き低温障害を確実に防止することができ、この点、例えば第１又は第２特徴構成の実施において、昇温モード運転から過渡モード運転へ移行した時点から単純に設定時間の経過の後に直接モード運転に移行するタイマー方式を採るなどに比べ、負荷熱交換器での低温障害発生に対しより高い安全性を得ることができる。

なお、第３特徴構成の実施において第２特徴構成を併行実施する場合、設定安全温度としては当然ながら前述の設定下限温度よりも高い温度を設定する。

また、過渡モード運転の実施後における直接モード運転への移行で直接循環路を通じて負荷熱交換器に流入する熱源側循環路の側の熱媒の温度は、概ね過渡モード運転の際の熱源側循環路における地中熱交換器の出口熱媒温度に近似することから、第３特徴構成の実施において、設定安全温度以上になったか否かの判定対象とする循環熱媒温度としては、負荷熱交換器での低温障害の発生をより確実に防止する上で、第２特徴構成の場合と同様、熱源側循環路における地中熱交換器の出口熱媒温度を採用するのが望ましい。

〔４〕本発明の第４特徴構成は、第１ないし第３特徴構成の地熱利用熱源設備を用いた融雪設備に係り、その特徴は、
前記負荷熱交換器を、それからの放熱により融雪を行う融雪用熱交換器として融雪対象箇所に設置し、
前記制御手段を、設備が運転停止状態でかつ未だ降雪が無い状況において外気温度又は融雪対象箇所の地面温度が設定始動温度以下になったとき、融雪待機運転としての直接モード運転を開始する構成にしてある点にある。

つまり、この第４特徴構成によれば、設備の運転開始として、未だ降雪が無い状況で外気温度又は融雪対象箇所の地面温度が設定始動温度以下になったとき融雪待機運転としての直接モード運転が自動的に開始されることにより、前述と同様、昇温モード運転に比べ出力は低いものの地中温度の降下が抑えられて長時間にわたり安定的に運転を継続し得る直接モード運転の特質を生かした状態で、その後の降雪の際の昇温モード運転による融雪に先立ち融雪対象箇所を予熱しておくことができる。

そして、この予熱により、その後の昇温モード運転による融雪の際の負荷を軽減することができて、その分、その昇温モード運転の際の吸熱による地中温度の降下を抑制することができ、これにより、連続的な融雪運転の実施可能時間を長くすることができる。

〔５〕本発明の第５特徴構成は、第４特徴構成の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、
前記制御手段を、前記融雪待機運転としての直接モード運転の実施時において降雪が検出されたとき、又は、前記直接循環路における循環熱媒の温度が設定切換温度以下になったとき、直接モード運転から昇温モード運転へ運転モードを切り換える構成にしてある点にある。

つまり、この第５特徴構成によれば、融雪待機運転としての直接モード運転で融雪対象箇所が予熱状態にある状況において降雪が始まったとき、直接モード運転から昇温モード運転へ運転モードが自動的に切り換えられることにより、降雪の開始に対し確実かつ速やかに昇温モード運転による融雪を開始することができ、これにより、融雪待機運転としての直接モード運転により融雪対象箇所を予め自動的に予熱することと相まって、降雪の開始に対する対応性を高めることができる。

また、第５特徴構成によれば、融雪待機運転としての直接モード運転で融雪対象箇所が予熱状態にある状況において直接循環路における循環熱媒の温度が設定切換温度以下になったとき、直接モード運転から昇温モード運転へ運転モードが自動的に切り換えられるから、その設定切換温度として、直接モード運転では地中からの採熱がもはや不能ないしかなり困難となる熱媒温度を設定しておくことにより、融雪待機運転としての直接モード運転の継続による地中熱交換器周りの地中温度の漸次低下でそのような採熱不能ないし採熱困難な状態に至ったときには、速やかに昇温モード運転に移行させて、その昇温モード運転により未降雪状況での融雪対象箇所の予熱を継続することができる。

そして、このように昇温モード運転により融雪対象箇所の予熱を継続することで、先の直接モード運転による予熱分を無駄にすることなく融雪対象箇所の予熱を継続することができ、また、その後の降雪の開始に対しては、融雪待機運転として直接モード運転から切り換えられた昇温モード運転をそのまま継続することで遅滞なく昇温モード運転による融雪状態に移行することができ、これらの点で降雪の開始に対する対応性を一層高めることができる。

なお、直接循環路における地中熱交換器の出口熱媒温度（換言すれば、直接循環路における負荷熱交換器の入口熱媒温度）は地中熱交換器周りの地中温度を直接的に反映する温度であることから、第５特徴構成の実施において、設定切換温度以下になったか否かの判定対象とする循環熱媒温度としては、直接モード運転での地中からの採熱の効率を的確かつ容易に判定する上で、直接循環路における地中熱交換器の出口熱媒温度を採用するのが望ましい。

図１はヒートポンプを用いた融雪設備を示し、１は地中Ｇに埋設したＵ字管式の地中熱交換器、２は道路などの融雪対象箇所Ｙに敷設状態で設置した負荷熱交換器としての融雪用熱交換器、３はパッケージ式の融雪用熱源装置であり、この融雪用熱源装置３の装置ケーシング３ａには、装置の主要構成要素としてヒートポンプ装置４、熱源側循環ポンプＰ１、負荷側循環ポンプＰ２、循環路切換構造５、並びに、制御器６を内装してある。

なお、ヒートポンプ装置４には、冷媒ｒの循環路４ａに圧縮機４ｂ、凝縮器４ｃ、レシーバＲ、膨張弁４ｄ、蒸発器４ｅを介装した蒸気圧縮式のヒートポンプ装置を用いている。

７はヒートポンプ装置４における吸熱部としての蒸発器４ｅと地中熱交換器１とにわたらせた熱源側循環路であり、この熱源側循環路７は、融雪用熱源装置３のケーシング３ａに内装した蒸発器側の内装配管部７ａと、外部施設して内装配管部７ａに対し接続する地中熱交換器１の側の外部配管部７ｂとからなり、熱源側循環ポンプＰ１は内装配管部７ａにおける蒸発器出口側に介装してある。

また、８はヒートポンプ装置４における放熱部としての凝縮器４ｃと融雪用熱交換器２とにわたらせた負荷側循環路であり、この負荷側循環路８は、融雪用熱源装置３のケーシング３ａに内装した凝縮器側の内装配管部８ａと、外部施設して内装配管部８ａに対し接続する融雪用熱交換器２の側の外部配管部８ｂとからなり、負荷側循環ポンプＰ２は内装配管部８ａにおける凝縮器出口側に介装してある。

すなわち、この融雪用熱源装置３では、ヒートポンプ装置４の運転により、蒸発器４ｅでの冷媒蒸発に伴う気化熱奪取をもって熱源側循環路７の循環熱媒Ｌから低温レベルで吸熱し、それに伴い、ヒートポンプ装置の昇温機能として、凝縮器４ｃでの冷媒凝縮に伴う高温レベルでの凝縮熱放出をもって負荷側循環路８の循環熱媒Ｌを加熱する。なお、熱媒Ｌにはブラインを使用している。

融雪用熱源装置３の装置ケーシング３ａに内装の循環路切換構造５は、戻り側渡り配管５ａ、戻り側三方弁５ｂ、送り側渡り配管５ｃ、送り側三方弁５ｄ、及び、逆止弁５ｅからなり、戻り側渡り配管５ａは、熱源側循環路７の内装配管部７ａにおける蒸発器入口側の部分と放熱側循環路８の内装配管部８ａにおける凝縮器出口側の部分で放熱側循環ポンプＰ２の入口側の箇所とにわたらせてあり、戻り側三方弁５ｂは、熱源側循環路７において地中熱交換器１から送出された熱媒Ｌを蒸発器４ｅと戻り側渡り配管５ａとのいずれに導くかを択一的に切り換える弁にしてある。

また、送り側渡り配管５ｃは、負荷側循環路８の内装配管部８ａにおける凝縮器入口側の部分と熱源側循環路７の内装配管部７ａにおける蒸発器出口側の部分で熱源側循環ポンプＰ１の出口側の箇所とにわたらせてあり、送り側三方弁５ｄは、負荷側循環路８において融雪用熱交換器２から送出された熱媒Ｌを凝縮器４ｃと送り側渡り配管５ｃとのいずれに導くかを択一的に切り換える弁にし、さらに、逆止弁５ｅは熱源側循環路７の内装配管部７ａにおける熱源側循環ポンプＰ１と送り側渡り配管５ｃの分岐部との間の箇所で地中熱交換器１に向かう熱媒流動のみを許容する弁にしてある。

つまり、この循環路切換構造５は、戻り側三方弁５ｂ及び送り側三方弁５ｄに対する切り換え操作により、図２に示す如く、戻り側渡り配管５ａ及び送り側渡り配管５ｃにおける熱媒通過を断った状態で、熱源側循環ポンプＰ１により地中熱交換器１とヒートポンプ装置４の蒸発器４ｅとの間で熱媒Ｌを熱源側循環路７を通じて独立に循環させ、かつ、負荷側循環ポンプＰ２により融雪用熱交換器２とヒートポンプ装置４の凝縮器４ｃとの間で熱媒Ｌを負荷側循環路８を通じて独立に循環させることを可能にする分離循環路状態と、図３に示す如く、ヒートポンプ装置４の蒸発器４ｅ及び凝縮器４ｃにおける熱媒通過を断った状態で、負荷側循環ポンプＰ２により地中熱交換器１と融雪用熱交換器２との間で熱媒Ｌを戻り側渡り配管５ａ及び送り側渡り配管５ｃを通じて直接的に循環させることを可能にする直接循環路状態とに熱媒Ｌの循環路状態を切り換えるものである。

換言すれば、分離循環路状態（図２参照）では、地中熱交換器１とヒートポンプ装置４の吸熱部４ｅとにわたる熱源側循環路７、及び、融雪用熱交換器２とヒートポンプ装置４の放熱部４ｃとにわたる負荷側循環路８とが互いに独立に形成され、一方、直接循環路状態（図３参照）では、ヒートポンプ装置４を迂回する状態で戻り側渡り配管５ａ及び送り側渡り配管５ｃの夫々を通じて地中熱交換器１と融雪用熱交換器２とにわたる直接循環路９が形成される。

融雪用熱源装置３の装置ケーシング３ａに内装の制御器６は、設備の運転制御を司るものであり、この制御器６は、ヒートポンプ装置４、熱源側循環ポンプＰ１、放熱側循環ポンプＰ２の夫々に対する発停操作、及び、戻り側三方弁５ｂ、送り側三方弁５ｄの夫々に対する切換操作により、次の昇温モード運転、直接モード運転、過渡モード運転の切り換えを行う。

昇温モード運転：図２に示す如く分離循環路状態の下でヒートポンプ装置４、熱源側循環ポンプＰ１、負荷側循環ポンプＰ２を運転する。
すなわち、この昇温モード運転では、地中熱交換器１で対地熱交換する熱源側循環路７の循環熱媒Ｌを介してヒートポンプ装置４の吸熱機能により地中Ｇから採熱し、これに伴い、ヒートポンプ装置４の昇温機能として凝縮器４ｃで加熱した熱媒Ｌを負荷側循環路８を通じて融雪用熱交換器２に送給する。

直接モード運転：図３に示す如く直接循環路状態の下で放熱側循環ポンプＰ２を運転し、ヒートポンプ装置４及び熱源側循環ポンプＰ１の運転は停止する。
すなわち、この直接モード運転では、融雪用熱交換器２から送出される熱媒Ｌを前述の直接循環路９を通じ直接に地中熱交換器１に送って地中熱交換器１での対地熱交換により加熱し、この加熱熱媒Ｌを地中熱交換器１から直接循環路９を通じて融雪用熱交換器２に送給する。

過渡モード運転：図４に示す如く分離循環路状態の下で熱源側循環ポンプＰ１を運転し、ヒートポンプ装置４の運転は停止する。
すなわち、この過渡モード運転では、ヒートポンプ装置４の運転停止下で熱源側循環路７において熱媒Ｌを循環させることにより、先の昇温モード運転で低温化した熱源側循環路７の熱媒Ｌ（あるいはまた、先の直接モード運転で低温化した直接循環路９の熱媒Ｌのうち熱源側循環路７にあるもの）を地中熱交換器１での対地熱交換をもって温度回復させ、また、先の昇温モード運転や直接モード運転での採熱により低温化した地中熱交換器１周りの地中温度も自然回復させる。なお、過渡モード運転において負荷側循環ポンプＰ２は運転状態あるいは運転停止状態のいずれにしてもよい。

１０は昇温モード運転、直接モード運転、過渡モード運転の夫々において地中熱交換器１から送出される熱媒Ｌの温度ｔｏ（地中熱交換器１の出口熱媒温度）を検出する熱媒温度センサ、１１は融雪対象箇所Ｙないしその近傍における外気温度ｔａを検出する外気温度センサ、１２は融雪対象箇所Ｙないしその近傍における降雪の有無を検出する降雪センサであり、運転制御手段としての制御器６は上記３つの運転の選択的実施として次の（イ）〜（ト）の制御を実行する（図５参照）。

（イ）設備の運転停止状態（但し、各センサ１０〜１２及び制御器６は機能させる）において、外気温センサ１１により検出される外気温度ｔａが設定始動温度ｔａｓ（例えば、ｔａｓ＝０°Ｃ）以下になったとき、融雪待機運転としての直接モード運転を開始する。………♯１

（ロ）設備の運転停止状態において降雪センサ１２により降雪が検出されたとき、融雪運転としての直接モード運転を開始する。………♯２

（ハ）融雪待機運転としての直接モード運転（前記（イ）で開始の直接モード運転）の実施時において、降雪センサ１２により降雪が検出されたとき、又は、熱媒温度センサ１０により検出される熱媒温度ｔｏが設定切換温度ｔｏｒ（例えば、ｔｏｒ＝６°Ｃ）以下になったとき、直接モード運転から昇温モード運転へ運転モードを切り換える。………♯３

（ニ）融雪運転としての直接モード運転（前記（ロ）で開始の直接モード運転）の実施時において、熱媒温度センサ１０により検出される熱媒温度ｔｏが設定切換温度ｔｏｒ（例えば、ｔｏｒ＝６°Ｃ）以下になったとき、直接モード運転から昇温モード運転へ運転モードを切り換える。………♯４

（ホ）昇温モード運転の実施時において、熱媒温度センサ１０により検出される熱媒温度ｔｏが設定下限温度ｔｏｕ（例えば、ｔｏｕ＝−８°Ｃ）以下になったとき、又は、ヒートポンプ装置４で異常（例えば、冷媒低圧異常、冷媒高圧異常など）が発生したとき、過渡モード運転経由の直接モード運転への切り換えの前半工程として昇温モード運転から過渡モード運転へ運転モードを切り換える。………♯５

（ヘ）過渡モード運転を経由して昇温モード運転から直接モード運転へ運転モードを切り換える運転モード切り換えでの過渡モード運転の実施時において、熱媒温度センサ１０により検出される熱媒温度ｔｏが設定安全温度ｔｏｓ（例えば、ｔｏｓ＝７°Ｃ）以上になったとき、過渡モード運転から繋ぎ運転としての直接モード運転へ運転モードを切り換える。………♯６

（ト）繋ぎ運転としての直接モード運転（前記（ヘ）で開始の過渡モード運転）の実施時において、熱媒温度センサ１０により検出される熱媒温度ｔｏが設定切換温度ｔｏｒ（例えば、ｔｏｒ＝６°Ｃ）以下で、かつ、ヒートポンプ装置４が正常状態のとき、直接モード運転から昇温モード運転へ運転モードを切り換える。………♯７，♯８

なお、ヒートポンプ装置４での発生異常のうち自動的に解消されない異常については、制御器６は電話回線等を用いて管理者に対し人為復旧操作の必要を伝える通報を行った上で、繋ぎ運転として直接モード運転を継続して人為復旧操作を待つ。

つまり、本実施形態の融雪設備では、設備が運転停止状態でかつ未だ降雪が無い状況において外気温度ｔａが降雪の予期される設定始動温度ｔａｓ以下になったとき、融雪待機運転としての直接モード運転を開始し、これにより、昇温モード運転に比べ出力は低いものの採熱による地中温度の降下が抑えられて長時間にわたり安定的に運転を継続し得る直接モード運転の特質を生かした状態で、その後の降雪の際の昇温モード運転による融雪に先立ち融雪対象箇所を予熱しておく。

また、融雪待機運転としての直接モード運転の実施時において降雪が検出されたとき、直接モード運転から昇温モード運転へ運転モードを切り換えることで、降雪の開始に対し確実かつ速やかに昇温モード運転による融雪を開始するようにして、融雪待機運転としての直接モード運転により融雪対象箇所を予め自動的に予熱することと相まって、降雪の開始に対する対応性を高め、一方、融雪待機運転としての直接モード運転の実施時において直接循環路９における地中熱交換器１の出口熱媒温度ｔｏが設定切換温度ｔｏｒ以下になったとき、直接モード運転から昇温モード運転へ運転モードを切り換えることで、融雪待機運転としての直接モード運転の継続による地中熱交換器１周りの地中温度の漸次低下で採熱不能ないし採熱困難な状態に至ったときには、速やかに昇温モード運転に移行させて、その昇温モード運転により未降雪状況での融雪対象箇所の予熱を継続し、その後の降雪の開始に対しては、融雪待機運転として直接モード運転から切り換えた昇温モード運転をそのまま継続することで遅滞なく昇温モード運転による融雪状態に移行する。

さらに、昇温モード運転の実施時において、熱源側循環路７における地中熱交換器１の出口熱媒温度ｔｏが設定下限温度ｔｏｕ以下になったとき、又は、ヒートポンプ装置４で異常が発生したとき、過渡モード運転経由の直接モード運転への切り換えの前半工程として昇温モード運転から過渡モード運転へ運転モードを切り換えることで、その過渡モード運転の実施期間中において、ヒートポンプ装置１停止状態の下での地中熱交換器１での対地熱交換、及び、地中熱交換器１周りの地中温度そのものの自然回復により、熱源側循環路７における循環熱媒Ｌの温度を上昇回復させ、これにより、次の繋ぎ運転としての直接モード運転への移行時には、その温度回復した熱媒Ｌが直接循環路９を通じて融雪用熱交換器２に送給されるようにして、昇温モード運転の際の熱源側循環路７における低温の熱媒Ｌが直接循環路９を通じ融雪用熱交換器２に流入すること原因する低温障害を防止する。

そして、この過渡モード運転の実施時において、熱媒側循環路７における地中熱交換器１の出口熱媒温度ｔｏが設定安全温度ｔｏｓ以上になったとき、過渡モード運転から繋ぎ運転としての直接モード運転へ運転モードを切り換えることにより、昇温モード運転に比べ出力（仕事率）は低くなるものの地中温度の降下が抑えられて長時間にわたり安定的に運転を継続し得る直接モード運転の特質を生かした状態で、地中温度を反映する熱媒温度が昇温モード運転の再開可能な温度に上昇回復するまでの間、また、ヒートポンプ装置４の異常が解消されるまでの間も設備の運転を実施し得るようにする。

〔別実施形態〕
次に本発明の別の実施形態を列記する。

本発明の実施において、ヒートポンプ装置４は、圧縮式ヒートポンプ装置に限られるものではなく、吸収式などの他の形式のヒートポンプ装置であってもよい。

本発明の実施において、地中熱交換器１はＵ字管式の地中熱交換器に限られるものではなく、二重管式などの他の形式・構造の地中熱交換であってもよい。

本発明の実施において、熱源側循環路７及び負荷側循環路８の各々において各別に熱媒Ｌを循環させることを可能にする分離循環路状態と、直接循環路９において熱媒Ｌを循環させることを可能にする直接循環路状態とに熱媒Ｌの循環路状態を切り換える循環路切換構造５の具体的な構造は、前述の実施形態で示した構造に限られるものではなく、種々の構造変更が可能であり、例えば、負荷側循環ポンプＰ２ないし熱源側循環ポンプＰ１のいずれか一方のみを用いて直接循環路９で熱媒循環させる構造に代え、熱源側循環ポンプＰ１及び負荷側循環ポンプＰ２の両方を用いて直接循環路９で熱媒循環させ得る構造を採用するなどしてもよい。

前述の実施形態では、昇温モード運転の実施時において熱源側循環路７における循環熱媒Ｌの温度ｔｏが設定下限温度ｔｏｕ以下になったとき、又は、ヒートポンプ装置４で異常が発生したとき、過渡モード運転を経由して昇温モード運転から直接モード運転へ運転モードを切り換える運転モード切り換えを実行する構成にしたが、場合によっては、それら条件のうちのいずれか一方についてのみ過渡モード運転を経由して昇温モード運転から直接モード運転へ運転モードを切り換える運転モード切り換えを実行するようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、昇温モード運転から直接モード運転への切り換え時に経由する過渡モード運転の実施時において熱源側循環路７における循環熱媒Ｌの温度ｔｏが設定安全温度ｔｏｓ以上になったとき、過渡モード運転から直接モード運転へ運転モードを切り換える構成にしたが、これに代え、場合によっては、昇温モード運転から過渡モード運転へ移行した時点から設定時間の経過の後に直接モード運転に移行するタイマー方式を採るなどしてもよい。

本発明の第１〜第３特徴構成の実施において、負荷熱交換器２は融雪用の熱交換器に限られるものではなく、融雪以外の空調などに用いる熱交換器であってもよい。

本発明の第４特徴構成において融雪用熱交換器２を設置する融雪対象箇所Ｙは、車道なや歩道などの道路、屋外階段、駐車場、広場、建屋屋上など融雪を要する箇所であれば、どのような箇所であってもよい。

また、前述実施形態の融雪設備では、設備が運転停止状態でかつ未だ降雪が無い状況において外気温度ｔａが設定始動温度ｔａｓ以下になったとき、融雪待機運転としての直接モード運転を開始する構成にしたが、設備が運転停止状態でかつ未だ降雪が無い状況において融雪対象箇所の地面温度（路面温度）が設定始動温度以下になったとき、路面凍結防止を兼ねる融雪待機運転としての直接モード運転を開始する構成を採用してもよい。

本発明による地熱利用熱源設備は各種分野において温熱を要する種々の用途に利用でき、また、本発明よる融雪設備は種々の箇所の種々の目的の融雪や凍結防止に利用できる。

融雪設備の設備構成を示す図 昇温モード運転の運転形態を示す図 直接モード運転を運転形態を示す図 過渡モード運転の運転形態を示す図 設備の運転制御形態を示すフローチャート

符号の説明

１ 地中熱交換器
２ 負荷熱交換器（融雪用熱交換器）
４ ヒートポンプ装置
４ｃ 放熱部
４ｅ 吸熱部
６ 制御手段
７ 熱源側循環路
８ 負荷側循環路
９ 直接循環路
Ｌ 熱媒
Ｙ 融雪対象箇所
ｔａ 外気温度
ｔａｓ 設定始動温度
ｔｏ 熱媒温度
ｔｏｕ 設定下限温度
ｔｏｒ 設定切換温度
ｔｏｓ 設定安全温度

Claims (5)

1. 熱媒を対地熱交換させる地中熱交換器とヒートポンプ装置の吸熱部とにわたらせた熱源側循環路、及び、前記ヒートポンプ装置の放熱部と負荷熱交換器とにわたらせた負荷側循環路の各々において熱媒を循環させながら、前記ヒートポンプ装置を運転する昇温モード運転と、
   前記ヒートポンプ装置を迂回させる状態で前記地中熱交換器と前記負荷熱交換器とにわたらせた直接循環路において熱媒を循環させる直接モード運転との切り換えを可能にした地熱利用熱源設備であって、
   昇温モード運転から直接モード運転への切り換え時に、昇温モード運転から前記ヒートポンプ装置を停止した状態で前記熱源側循環路において熱媒を循環させる過渡モード運転に運転モードを切り換えて、この過渡モード運転の実施の後に直接モード運転へ運転モードを切り換える制御手段を設けてある地熱利用熱源設備。
2. 前記制御手段を、昇温モード運転の実施時において前記熱源側循環路における循環熱媒の温度が設定下限温度以下になったとき、又は、前記ヒートポンプ装置で異常が発生したとき、過渡モード運転を経由して昇温モード運転から直接モード運転へ運転モードを切り換える運転モード切り換えを実行する構成にしてある請求項１記載の地熱利用熱源設備。
3. 前記制御手段を、昇温モード運転から直接モード運転への切り換え時に経由する過渡モード運転の実施時において前記熱源側循環路における循環熱媒の温度が設定安全温度以上になったとき、過渡モード運転から直接モード運転へ運転モードを切り換える構成にしてある請求項１又は２記載の地熱利用熱源設備。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の地熱利用熱源設備を用いた融雪設備であって、
   前記負荷熱交換器を、それからの放熱により融雪を行う融雪用熱交換器として融雪対象箇所に設置し、
   前記制御手段を、設備が運転停止状態でかつ未だ降雪が無い状況において外気温度又は融雪対象箇所の地面温度が設定始動温度以下になったとき、融雪待機運転としての直接モード運転を開始する構成にしてある融雪設備。
5. 前記制御手段を、前記融雪待機運転としての直接モード運転の実施時において降雪が検出されたとき、又は、前記直接循環路における循環熱媒の温度が設定切換温度以下になったとき、直接モード運転から昇温モード運転へ運転モードを切り換える構成にしてある請求項４記載の融雪設備。
   
   

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