JP2009168284A - ヒートポンプシステムの運転方法及びヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】地中熱を利用してＣＯＰの向上を図りながら、地中熱を利用するための掘削コストの低減を図ることができるヒートポンプシステムの運転方法の提供。
【解決手段】冷媒を凝縮させる凝縮器２と、冷媒を蒸発させる蒸発器４と、地中６に埋設されて熱交換対象を地中熱とする地中熱交換器７とを備え、地中熱交換器７にて得られた熱を用いて凝縮器２又は蒸発器４にて熱を取り出し可能であり、地中熱交換器７にて得られた冷熱を用いて蒸発器４にて冷熱を取り出す冷房運転を行う際に地中熱交換器７の熱交換対象となる地中熱の温度上昇を抑制する温度上昇抑制工程と、地中熱交換器７にて得られた温熱を用いて凝縮器２にて温熱を取り出す暖房運転を行う際に地中熱交換器７の熱交換対象となる地中熱の温度低下を抑制する温度低下抑制工程との何れか一方又は両方を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、地中に埋設されて熱交換対象を地中熱とする地中熱交換器とを備え、前記地中熱交換器にて得られた熱を用いて前記凝縮器又は前記蒸発器にて熱を取り出し可能なヒートポンプシステム及びそのヒートポンプシステムの運転方法に関する。

上記のようなヒートポンプシステムとして、例えば、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒を循環させる冷媒回路を備えた圧縮式ヒートポンプシステムがある。このヒートポンプシステムでは、凝縮器において圧縮機で圧縮後の冷媒を放熱させることにより凝縮器における熱交換対象の媒体を加熱し、蒸発器において膨張弁で膨張後の冷媒に吸熱させることにより蒸発器における熱交換対象の媒体を冷却する。ヒートポンプシステムでは、凝縮器にて熱交換対象の媒体から得られた冷熱を用いて蒸発器にて冷却される熱交換対象の媒体により冷熱を取り出す冷房運転と、蒸発器にて熱交換対象の媒体から得られた温熱を用いて凝縮器にて過熱された熱交換対象の媒体により温熱を取り出す暖房運転との何れか一方又は両方を行えるようにしている。

上記ヒートポンプシステムでは、圧縮機に加えられた仕事量に対する冷凍能力の比を示す成績係数（以下、「ＣＯＰ」と略称する（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ））を向上させることが求められている。一般に夏場の運転状態である冷房運転では、凝縮器における熱交換対象の媒体が低温である方がＣＯＰを向上することができ、一般に冬場の運転状態である暖房運転では、蒸発器における熱交換対象の媒体が高温である方がＣＯＰを向上することができる。
しかしながら、例えば、冷房運転において凝縮器における熱交換対象の媒体を地上の空気とすると、冷房を行う夏季等では地上の空気が高温となっているので、ＣＯＰの向上を図ることができない。

そこで、従来のヒートポンプシステムでは、地中に埋設されて熱交換対象を地中熱とするＵ字形の配管にて構成された地中熱交換器を備え、冷房運転において地中熱交換器にて得られた冷熱を用いて蒸発器にて冷熱を取り出すことにより、ＣＯＰの向上を図るものがある（例えば、特許文献１参照。）。この従来のヒートポンプシステムでは、地中熱交換器と凝縮器との間で循環水を循環させることにより、地中熱交換器にて地中熱を取得し、取得した冷熱により凝縮器において冷媒を冷却し、蒸発器において冷媒にて冷却された熱交換対象の媒体を取り出すようにしている。地中の温度は、その温度が年間を通じてほぼ一定であるので、夏季等では地中の温度の方が地上の空気よりも低温となる。よって、凝縮器における熱交換対象を地中熱することにより、ＣＯＰを向上することができる。

また、冬期等では地中の温度の方が地上の空気よりも高温となっているので、暖房運転においても、蒸発器における熱交換対象を地中熱とすることにより、蒸発器における熱交換対象の媒体を高温とすることができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。

特開２００１−２８９５３３号公報

上記従来のヒートポンプシステムでは、地中の温度が年間を通じてほぼ一定であることを利用して、例えば、冷房運転では地中熱交換器にて地上の空気よりも低温の地中熱を取得するようにしている。しかしながら、例えば、地中部位のうち、深さの浅い部位（例えば、３ｍぐらいの深さ）の地中の温度は、地上の空気の温度の影響を受けて温度が安定せず、地上の空気に近い高温となってしまう虞があり、地中の温度がほぼ一定で安定しているのは、地中部位のうち、深さの深い部位（例えば、地下数十メートルの部位）となっている。
その為に、従来のヒートポンプシステムでは、安定した温度の地中熱を得るために、地中熱交換器を深い部位（例えば、地下数十〜百数十メートル）に埋設させる必要がある。よって、地中熱交換器を埋設するために、より深い部位まで掘らなければならず、掘削コストが増大する。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、地中熱を利用してＣＯＰの向上を図りながら、地中熱を利用するための掘削コストの低減を図ることができるヒートポンプシステムの運転方法及びヒートポンプシステムを提供する点にある。

この目的を達成するために、本発明に係るヒートポンプシステムの運転方法の特徴構成は、冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、地中に埋設されて熱交換対象を地中熱とする地中熱交換器とを備え、前記地中熱交換器にて得られた熱を用いて前記凝縮器又は前記蒸発器にて熱を取り出し可能なヒートポンプシステムの運転方法であって、
前記地中熱交換器にて得られた冷熱を用いて前記蒸発器にて冷熱を取り出す冷房運転を行う際に前記地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱の温度上昇を抑制する温度上昇抑制工程と、前記地中熱交換器にて得られた温熱を用いて前記凝縮器にて温熱を取り出す暖房運転を行う際に前記地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱の温度低下を抑制する温度低下抑制工程の何れか一方又は両方を行う点にある。

本特徴構成によれば、冷房運転を行うヒートポンプシステムの運転方法では、その冷房運転を行う際に、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱の温度上昇を抑制する温度上昇抑制工程を行うことにより、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱を低温に維持することができ、地中熱交換器にて低温の地中熱を得ることができる。これにより、地中熱交換器を深さの深い部位に設置しなくても低温の地中熱を取得できるとともに、その低温の地中熱を凝縮器における熱交換対象とすることができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
暖房運転を行うヒートポンプシステムの運転方法では、その暖房運転を行う際に、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱の温度低下を抑制する温度低下抑制工程を行うことにより、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱を高温に維持することができ、地中熱交換器にて高温の地中熱を得ることができる。これにより、地中熱交換器を深さの深い部位に設置しなくても高温の地中熱を取得できるとともに、その高温の地中熱を蒸発器における熱交換対象とすることができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
よって、地中熱を利用してＣＯＰの向上を図りながら、地中熱を利用するための掘削コストの低減を図ることができるヒートポンプシステムの運転方法を実現できる。

本発明に係るヒートポンプシステムの運転方法の更なる特徴構成は、前記地中熱交換器の設置位置に対応して植栽された落葉樹の葉が生い茂ることにより前記温度上昇抑制工程を行い、当該落葉樹の葉が落葉することにより前記温度低下抑制工程を行う点にある。

本特徴構成によれば、例えば、夏期等の冷房運転を行うときに落葉樹の葉が生い茂ることにより、日光が地中熱交換器の設置位置に対応する地表面に降り注ぐのを抑制でき、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱が温度上昇するのを抑制できる。しかも、落葉樹は、生い茂った葉により蒸散作用を盛んに行うので、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱が温度上昇するのを効果的に抑制できる。
また、例えば、冬期等の暖房運転を行うときに落葉樹の葉が落葉することにより、地中熱交換器の設置位置に対応する地表面を開放することができる。これにより、日光が地中熱交換器の設置位置に対応する地表面に降り注ぎ、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱が温度低下するのを抑制できる。しかも、落葉によって地中熱交換器の設置位置に対応する地表面の少なくとも一部を覆うことも可能となる。これにより、落葉により保温効果を得ることができることとなって、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱が温度低下するのを効果的に抑制できる。
このようにして、落葉樹を利用するだけで、温度上昇抑制工程及び温度低下抑制工程の夫々を簡易に行うことができながら、温度上昇抑制工程における地中熱の温度上昇及び温度低下抑制工程における地中熱の温度低下を効果的に抑制できる。

本発明に係るヒートポンプシステムの特徴構成は、冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、地中に埋設されて熱交換対象を地中熱とする地中熱交換器とを備え、前記地中熱交換器にて得られた熱を用いて前記凝縮器又は前記蒸発器にて熱を取り出し可能なヒートポンプシステムであって、
前記地中熱交換器にて得られた冷熱を用いて前記蒸発器にて冷熱を取り出す冷房運転において前記地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱の温度上昇を抑制する温度上昇抑制状態と、前記地中熱交換器にて得られた温熱を用いて前記凝縮器にて温熱を取り出す暖房運転において前記地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱の温度低下を抑制する温度低下抑制状態との何れか一方又は両方に切換可能な温度抑制状態切換手段が備えられている点にある。

本特徴構成によれば、冷房運転を行うヒートポンプシステムでは、その冷房運転を行う際に、温度抑制状態切換手段を温度上昇抑制状態に切り換えることにより、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱を低温に維持でき、地中熱交換器にて低温の地中熱を得ることができる。これにより、地中熱交換器を深さの深い部位に設置しなくても低温の地中熱を取得できるとともに、その低温の地中熱を凝縮器における熱交換対象とすることができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
暖房運転を行うヒートポンプシステムでは、その暖房運転を行う際に、温度抑制状態切換手段を温度低下抑制状態に切り換えることにより、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱を高温に維持でき、地中熱交換器にて高温の地中熱を得ることができる。これにより、地中熱交換器を深さの深い部位に設置しなくても高温の地中熱を取得できるとともに、その高温の地中熱を蒸発器における熱交換対象とすることができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。
よって、地中熱を利用してＣＯＰの向上を図りながら、地中熱を利用するための掘削コストの低減を図ることができるヒートポンプシステムを実現できる。

本発明に係るヒートポンプシステムの更なる特徴構成は、前記温度抑制状態切換手段は、前記地中熱交換器の設置位置に対応して植栽された落葉樹であり、当該落葉樹の葉が生い茂ることにより前記温度上昇抑制状態に切換可能とし、且つ、当該落葉樹の葉が落葉することにより前記温度低下抑制状態に切換可能とする点にある。

本特徴構成によれば、上述のヒートポンプシステムの運転方法と同様に、例えば、夏期等の冷房運転を行うときに落葉樹の葉が生い茂ることにより、日光が地中熱交換器の設置位置に対応する地表面に降り注ぐのを抑制して、温度上昇抑制状態に切り換えることができる。しかも、落葉樹の生い茂った葉により蒸散作用によって、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱が温度上昇するのを効果的に抑制できる。
また、例えば、冬期等の暖房運転を行うときに落葉樹の葉が落葉することにより、日光が地中熱交換器の設置位置に対応する地表面に降り注ぎ、温度低下抑制状態に切り換えることができる。しかも、落葉によって地中熱交換器の設置位置に対応する地表面の少なくとも一部を覆うこともでき、この落葉による保温効果によって、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱が温度低下するのを効果的に抑制できる。
このようにして、落葉樹を利用するだけで、温度上昇抑制状態と温度低下抑制状態との夫々に簡易に切り換えることができながら、温度上昇抑制状態における地中熱の温度上昇及び温度低下抑制状態における地中熱の温度低下を効果的に抑制できる。しかも、温度抑制状態切換手段としては、落葉樹を地中熱交換器の設置位置に対応して植栽するだけよく、構成の簡素化を図ることができる。

本発明に係るヒートポンプシステムの更なる特徴構成は、前記地中熱交換器は、水を通流させることにより前記地中熱と水とを熱交換させるように構成され、前記落葉樹に水を散水する散水手段と、前記地中熱交換器と前記散水手段とに水を供給する給水手段とを備えている点にある。

本特徴構成によれば、給水手段は、地中熱交換器と散水手段とに給水できるので、地中熱交換器への給水と散水手段への給水とを一つの給水手段にて兼用できる。これにより、地中熱交換器での熱交換及び落葉樹への散水を適正に行えながら、構成の簡素化を図ることができる。

本発明に係るヒートポンプシステムの更なる特徴構成は、前記温度抑制状態切換手段は、前記地中熱交換器の設置位置に対応する地表面を覆う閉状態と当該地表面を開放する開状態とに切換自在な開閉体であり、当該開閉体を前記閉状態として前記温度上昇抑制状態に切換可能とし、且つ、当該開閉体を前記開状態として前記温度低下抑制状態に切換可能とする点にある。

本特徴構成によれば、開閉体を閉状態とすることにより、地中熱交換器の設置位置に対応する地表面を覆うことができる。これにより、日光が地中熱交換器の設置位置に対応する地表面に降り注ぐのを抑制でき、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱が温度上昇するのを抑制できる。
また、開閉体を開状態とすることにより、地中熱交換器の設置位置に対応する地表面を開放することができる。これにより、日光が地中熱交換器の設置位置に対応する地表面に降り注ぎ、地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱が温度低下するのを抑制できる。
このようにして、開閉体を利用するだけで、温度上昇抑制状態と温度低下抑制状態との夫々に簡易に切り換えることができながら、温度上昇抑制状態における地中熱の温度上昇及び温度低下抑制状態における地中熱の温度低下を抑制できる。

本発明に係るヒートポンプシステムの更なる特徴構成は、前記地中熱交換器は、地中部位のうち、深さの浅い部位に埋設されている点にある。

本特徴構成によれば、地中熱交換器を地中に埋設するに当り、深さの浅い部位まで掘ればよく、掘削コストの低減を図ることができる。地中熱交換器を浅い部位に設置することにより、例えば、地上の空気の温度の影響を受け易くなっても、上述した如く、冷房運転を行う際に温度抑制状態切換手段を温度上昇抑制状態に切り換えたり、暖房運転を行う際に温度抑制状態切換手段を温度低下抑制状態に切り換えることによって、地中熱交換器にて適切な温度の地中熱を得ることができ、ＣＯＰの向上を図ることができる。これにより、ＣＯＰの向上及び掘削コストの低減の双方を的確に図ることができる

本発明に係るヒートポンプシステムの運転方法及びヒートポンプシステムの実施形態について図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
このヒートポンプシステムは、図１に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷媒を凝縮させる凝縮器２、冷媒を膨張させる膨張弁３、冷媒を蒸発させる蒸発器４の順に冷媒を循環する冷媒回路５を備えるとともに、地中６に埋設されて熱交換対象を地中熱とする地中熱交換器７を備えた圧縮式ヒートポンプシステムにて構成されている。冷媒は、例えば、非共沸混合媒体（例えば、アンモニアと水との非共沸混合媒体やメタノールと水との非共沸混合媒体）である。

圧縮機１は、エンジン８により駆動されるように構成されている。冷媒回路５には、冷媒の流れ方向によって凝縮器２と蒸発器４とに切り換えられて機能する第１熱交換器９と、冷媒の流れ方向によって蒸発器４と凝縮器２とに切り換えられて機能する第２熱交換器１０とが備えられている。冷媒回路５には、冷媒の循環方向において、冷媒の液分を貯留させる液分貯留部１１と膨張弁３と逆止弁１２との順に並べたものを１組として、並列状態となるように２組備えられている。各組における逆止弁１２の夫々は、冷媒の通流を阻止する方向が互いに反対側となるように設けられている。

冷媒回路５には、冷媒の循環状態を冷房状態と暖房状態とに切換自在な四方弁１３が備えられている。四方弁１３を冷房状態に切り換えた場合には、図１（ａ）に示すように、圧縮機１で圧縮後の冷媒を第１熱交換器９に通過させて、第１熱交換器９を凝縮器２として機能させ、且つ、膨張弁３で膨張後の冷媒を第２熱交換器１０に通過させて、第２熱交換器１０を蒸発器４として機能させるように構成されている。四方弁１３を暖房状態に切り換えた場合には、図１（ｂ）に示すように、圧縮機１で圧縮後の冷媒を第２熱交換器１０に通過させて、第２熱交換器１０を凝縮器２として機能させ、且つ、膨張弁３で膨張後の冷媒を第１熱交換器９に通過させて、第１熱交換器９を蒸発器４として機能させるように構成されている。

第１熱交換器９は、地中循環水路１４にて地中熱交換器７との間で循環される地中循環水と冷媒とを熱交換させるように構成されている。地中循環水路１４には地中循環水ポンプ１５が設けられている。地中熱交換器７は、地中６に埋設されたコイル状の配管にて構成されている。地中熱交換器７は、地中部位のうち、深さの浅い部位（例えば、３ｍまでの部位）に埋設されている。
第２熱交換器１０は、空調用媒体（例えば、水）と冷媒とを熱交換させるように構成されている。

ヒートポンプシステムの運転を制御する運転制御装置１６が設けられている。運転制御装置１６は、図外のリモコンにより冷房運転が指令されると、図１（ａ）に示すように、四方弁１３を冷房状態に切り換えてエンジン８により圧縮機１を作動させるとともに、地中循環水ポンプ１５を作動させて、地中熱交換器７にて得られた冷熱を用いて蒸発器４にて冷熱を取り出す冷房運転を行うように構成されている。運転制御装置１６は、図外のリモコンにより暖房運転が指令されると、図１（ｂ）に示すように、四方弁１３を暖房状態に切り換えてエンジン８により圧縮機１を作動させるとともに、地中循環水ポンプ１５を作動させて、地中熱交換器７にて得られた温熱を用いて凝縮器２にて温熱を取り出す暖房運転を行うように構成されている。

（冷房運転）
冷房運転を行う夏期等には、地上の空気は高温となっているが、地中の温度は地上の空気よりも低温となっている。そこで、地中熱循水ポンプ１５の作動により、地中熱交換器７において地中循環水と地中熱とを熱交換させて、地中熱が有する冷熱を地中循環水にて汲み上げている。冷媒回路５では、圧縮機１で圧縮後の冷媒が第１熱交換器９を通過することにより、第１熱交換器９を凝縮器２として機能させる。このとき、凝縮器２に供給される地中循環水は、地中熱が有する冷熱を汲み上げているので、凝縮器２では地中循環水にて冷媒が冷却される。膨張弁３で膨張後の冷媒は、第２熱交換器１０を通過して第２熱交換器１０を蒸発器４として機能させる。蒸発器４では、冷媒にて空調用媒体が冷却されて冷熱を取り出すことができる。このようにして、地中熱交換器７にて得られた冷熱を用いて蒸発器４にて冷熱を取り出して、空調対象空間等を冷房している。

（暖房運転）
暖房運転を行う冬期等には、地上の空気は低温となっているが、地中の温度は地上の空気よりも高温となっている。そこで、地中熱循水ポンプ１５の作動により、地中熱交換器７において地中循環水と地中熱とを熱交換させて、地中熱が有する温熱を地中循環水にて汲み上げている。冷媒回路５では、圧縮機１で圧縮後の冷媒が第２熱交換器１０を通過することにより、第２熱交換器１０を凝縮器２として機能させる。凝縮器２では、冷媒にて空調用媒体が加熱されて温熱を取り出すことができる。膨張弁３で膨張後の冷媒は、第１熱交換器９を通過して第１熱交換器９を蒸発器４として機能させる。このとき、蒸発器４に供給される地中循環水は、地中熱が有する温熱を汲み上げているので、蒸発器４では地中循環水にて冷媒が加熱される。このようにして、地中熱交換器７にて得られた温熱を用いて凝縮器２にて温熱を取り出して、空調対象空間等を暖房している。
ちなみに、暖房運転では、蒸発器４において地中熱が有する温熱にて冷媒を加熱するようにしているが、例えば、エンジン８の排熱を回収してその回収した排熱によっても冷媒を加熱するように構成することもできる。

（温度上昇抑制状態、及び、温度低下抑制状態）
ヒートポンプシステムには、冷房運転において地中熱交換器７の熱交換対象となる地中熱の温度上昇を抑制する温度上昇抑制状態と、暖房運転において地中熱交換器７の熱交換対象となる地中熱の温度低下を抑制する温度低下抑制状態とに切換自在な温度抑制状態切換手段１７が備えられている。

温度抑制状態切換手段１７は、地中熱交換器７の設置位置に対応して植栽された落葉樹１８である。図１（ａ）に示すように、落葉樹１８の葉１９が生い茂ることにより温度上昇抑制状態に切換可能とし、且つ、図１（ｂ）に示すように、落葉樹１８の葉１９が落葉することにより温度低下抑制状態に切換可能としている。ここで、落葉樹１８を植栽する位置については、図１に示すように、地中熱交換器７の設置位置の上方に相当する位置だけでなく、地中熱交換器７の設置位置に対応する位置であればよい。例えば、太陽と地中熱交換器７との相対位置の関係で、落葉樹１８の葉１９が生い茂ることによりが地中熱交換器７の設置位置の上方に相当する地表面に日光が降り注ぐのを抑制できるような位置であればよい。

図１（ａ）に示すように、夏期等の冷房運転を行うときに落葉樹１８の葉１９が生い茂ることにより、日光（図中矢印）が地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０（例えば、地中熱交換器７の設置位置の上方に相当する地表面）に降り注ぐのを抑制でき、地中熱交換器７の熱交換対象となる地中熱が温度上昇するのを抑制できる。しかも、落葉樹１８は、生い茂った葉１９により蒸散作用を盛んに行うので、地中熱交換器７の熱交換対象となる地中熱が温度上昇するのを効果的に抑制できる。

図１（ｂ）に示すように、冬期等の暖房運転を行うときに落葉樹１８の葉１９が落葉することにより、地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０を開放することができる。これにより、日光（図中矢印）が地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０に降り注ぎ、地中熱交換器７の熱交換対象となる地中熱が温度低下するのを抑制できる。しかも、落葉によって地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０の少なくとも一部を覆うこともできる。これにより、落葉による保温効果を得ることができることとなって、地中熱交換器７の熱交換対象となる地中熱が温度低下するのを効果的に抑制できる。

このように、落葉樹１８を利用することにより、温度上昇抑制状態と温度低下抑制状態とに簡易に切り換えながら、温度上昇抑制状態における地中熱の温度上昇及び温度低下抑制状態における地中熱の温度低下を効果的に抑制できる。しかも、温度抑制状態切換手段１７としては、落葉樹１８を地中熱交換器７の設置位置に対応して植栽するだけよく、構成の簡素化を図ることができる。

冷房運転を行う際に、落葉樹１８の葉１９の生い茂りにより温度上昇抑制状態に切り換えることにより、深さの浅い部位（例えば、３ｍまでの部位）に地中熱交換器７を設置していても、地中熱交換器７にて低温の地中熱を得ることができる。これにより、地中熱交換器７を深さの深い部位に設置しなくてもよく、掘削コストの低減を図ることができながら、低温の地中熱を用いて蒸発器４にて冷熱を取り出すことができて、ＣＯＰの向上を図ることができる。
暖房運転を行う際に、落葉樹１８の葉１９の落葉により温度低下抑制状態に切り換えることにより、深さの浅い部位（例えば、３ｍまでの部位）に地中熱交換器７を設置していても、地中熱交換器７にて高温の地中熱を得ることができる。これにより、地中熱交換器７を深さの深い部位に設置しなくてもよく、掘削コストの低減を図ることができながら、高温の地中熱を用いて凝縮器２にて温熱を取り出すことができて、ＣＯＰの向上を図ることができる。

また、本発明に係るヒートポンプシステムの運転方法では、夏期等の冷房運転を行うときに落葉樹１８の葉１９が生い茂ることにより、冷房運転を行う際に地中熱交換器７の熱交換対象となる地中熱の温度上昇を抑制する温度上昇抑制工程を行うようにしている。冬期等の暖房運転を行うときに落葉樹１８の葉１９が落葉することにより、暖房運転を行う際に地中熱交換器７の熱交換対象となる地中熱の温度低下を抑制する温度低下抑制工程を行うようにしている。これにより、地中熱を利用してＣＯＰの向上を図りながら、地中熱を利用するための掘削コストの低減を図ることができるヒートポンプシステムの運転方法を実現できる。

〔第２実施形態〕
この第２実施形態では、上記第１実施形態において、図２に示すように、落葉樹１８に水を散水する散水手段としてのスプリンクラー２１を設けている。スプリンクラー２１は、コイル状の地中熱交換器７において地中循環水の通流方向に間隔を隔てて複数設けられている。複数のスプリンクラー２１の夫々は、コイル状の地中熱交換器７の途中部分から分岐する複数の分岐給水路２２の夫々を通して水が供給されるように構成されている。複数の分岐給水路２２の夫々には、スプリンクラー２１への水の供給を断続する分岐給水弁２３が設けられている。地中循環水路１４には、地中循環水の流れ方向において、地中熱熱交換器７と第１熱交換器９との間に地中循環水としての水を給水する給水路２４が設けられている。給水路２４には、給水を断続する給水弁２５が設けられている。

給水弁２５を開弁することにより給水路２４から給水すると、地中循環水路１４にて第１熱交換器９及び地中熱交換器７の夫々に水を供給することができる。そして、分岐給水弁２３を開弁することにより分岐給水路２２からスプリンクラー２１にも水を供給することができる。このようにして、給水手段Ｋが、地中循環水路１４、分岐給水路２２、分岐給水弁２３、給水路２４及び給水弁２５から構成されている。これにより、地中循環水路１４を兼用しながら、地中熱交換器７とスプリンクラー２１との夫々に水を供給することができ、構成の簡素化を図ることができる。

分岐給水弁１３及び給水弁２５の開閉作動は図外の運転制御装置１６やその他の制御装置にて作動することができる。スプリンクラー２１による落葉樹１８への散水は、例えば、１日のある時間帯の冷房運転や暖房運転を行っていないときに行うことができる。また、落葉樹１８の周辺等にソーラーパネル２６を設け、そのソーラーパネル２６が受ける太陽光が所定量以上であると、分岐給水弁２３を開弁させることもできる。これにより、太陽光が所定量以上であると、スプリンクラー２１による落葉樹１８への散水を自動的に行うことができる。

〔第３実施形態〕
この第３実施形態は、上記第１実施形態において、温度抑制状態切換手段１７の別実施形態である。図３に基づいて、第３実施形態における温度抑制状態切換手段１７について説明する。その他の構成については、上記第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。

温度抑制状態切換手段１７は、地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０（例えば、地中熱交換器７の設置位置の上方に相当する地表面）を覆う閉状態とその地表面２０を開放する開状態とに切換自在な開閉体２７である。図３（ａ）に示すように、開閉体２７を閉状態として温度上昇抑制状態に切換可能とし、且つ、図３（ｂ）に示すように、開閉体２７を開状態として温度低下抑制状態に切換可能としている。開閉体２７は、基台２８とその基台２８に対して突出及び引退自在な突出体２９とから構成されている。開閉体２７は、突出体２９を基台２８に対して突出させることにより地表面２０を覆う閉状態とし、突出体２９を基台２８に対して引退させることにより地表面２０を開放する開状態とするように構成されている。

図３（ａ）に示すように、夏期等に開閉体２７を閉状態とすることにより、地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０を覆うことができる。これにより、日光（図中矢印）が地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０に降り注ぐのを抑制でき、地中熱交換器７の熱交換対象となる地中熱が温度上昇するのを抑制できる。
図３（ｂ）に示すように、冬期等に開閉体２７を開状態とすることにより、地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０を開放することができる。これにより、日光（図中矢印）が地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０に降り注ぎ、地中熱交換器７の熱交換対象となる地中熱が温度低下するのを抑制できる。

このように、開閉体２７を用いることにより、温度上昇抑制状態と温度低下抑制状態とに簡易に切り換えながら、温度上昇抑制状態における地中熱の温度上昇及び温度低下抑制状態における地中熱の温度低下を効果的に抑制できる。
そして、冷房運転や暖房運転において、深さの浅い部位（例えば、３ｍまでの部位）に地中熱交換器７を設置していても、地中熱交換器７にて適正な温度の地中熱を得ることができる。これにより、地中熱交換器７を深さの深い部位に設置しなくてもよく、掘削コストの低減を図ることができながら、ＣＯＰの向上を図ることができる。

〔別実施形態〕
（１）上記第１〜第３実施形態では、冷房運転と暖房運転の両方を行うヒートポンプシステムに適応したものを例示したが、例えば、冷房運転のみ又は暖房運転のみを行うヒートポンプシステムに適応することもできる。例えば、冷房運転のみを行うヒートポンプシステムでは、温度抑制状態切換手段１７を温度上昇抑制状態にだけ切り換えるように構成することができる。

（２）上記第１実施形態では、本発明に係るヒートポンプシステムの運転方法として、冷房運転と暖房運転の両方を行うヒートポンプシステムにおいて、温度上昇抑制工程と温度低下抑制工程との両方を行う運転方法を例示したが、温度上昇抑制工程と温度低下抑制工程との何れか一方のみを行うようにしてもよい。

（３）上記第１実施形態では、本発明に係るヒートポンプシステムの運転方法として、落葉樹の葉が生い茂ることにより温度上昇抑制工程を行う運転方法を例示したが、例えば、地中熱交換器の設置位置に対応する地表面に水を撒いたり、地中熱交換器の設置位置に対応する地表面をシートにて覆うことにより温度上昇抑制工程を行うこともできる。
また、温度低下抑制工程についても、落葉樹の葉が落葉することにより温度低下抑制工程を行うものに限らない。

（４）上記第１〜第３実施形態では、冷媒を非共沸混合媒体としているが、単一媒体とすることもできる。

（５）上記第１〜第３実施形態では、地中熱交換器７については、コイル状の配管としているが、このような構成に限らず、各種の熱交換器を適応することができる。

（６）上記第１〜第３実施形態では、本発明に係るヒートポンプシステムとして、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備えた圧縮式ヒートポンプシステムに適応した例を示したが、凝縮器と蒸発器とを備えた各種のヒートポンプシステムに適応することができる。例えば、蒸発器、吸収器、再生器、凝縮器を備え、熱源機から発生される熱により駆動されるヒートポンプシステム、いわゆる第一種吸収ヒートポンプシステムに適応することができる。

（７）上記第１及び第２実施形態では、地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０の全体に亘って落葉樹１８を植栽しているが、例えば、地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０の一部に対して落葉樹１８を植栽することもできる。この場合、冷房運転において第１熱交換器９に供給される地中循環水を極力低温とするために、地中循環水路１４における地中循環水の流れ方向において、第１熱交換器９に近い側に落葉樹１８を植栽する。
また、上記第３実施形態においても、開閉体２７を閉状態としたときに、地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０の全体に亘って覆うようにしているが、例えば、地中熱交換器７の設置位置に対応する地表面２０の一部を覆うようにすることもできる。この場合、冷房運転において第１熱交換器９に供給される地中循環水を極力低温とするために、地中循環水路１４における地中循環水の流れ方向において、第１熱交換器９に近い側を覆う。

第１実施形態におけるヒートポンプシステムの概略図 第２実施形態におけるヒートポンプシステムの要部を示す図 第３実施形態におけるヒートポンプシステムの概略図

符号の説明

２ 凝縮器
４ 蒸発器
７ 地中熱交換器
１７ 温度抑制状態切換手段
１８ 落葉樹
１９ 落葉樹の葉
２１ 散水手段
２７ 開閉体
Ｋ 給水手段

Claims (7)

1. 冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、地中に埋設されて熱交換対象を地中熱とする地中熱交換器とを備え、前記地中熱交換器にて得られた熱を用いて前記凝縮器又は前記蒸発器にて熱を取り出し可能なヒートポンプシステムの運転方法であって、
   前記地中熱交換器にて得られた冷熱を用いて前記蒸発器にて冷熱を取り出す冷房運転を行う際に前記地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱の温度上昇を抑制する温度上昇抑制工程と、前記地中熱交換器にて得られた温熱を用いて前記凝縮器にて温熱を取り出す暖房運転を行う際に前記地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱の温度低下を抑制する温度低下抑制工程との何れか一方又は両方を行うヒートポンプシステムの運転方法。
2. 前記地中熱交換器の設置位置に対応して植栽された落葉樹の葉が生い茂ることにより前記温度上昇抑制工程を行い、当該落葉樹の葉が落葉することにより前記温度低下抑制工程を行う請求項１に記載のヒートポンプシステムの運転方法。
3. 冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、地中に埋設されて熱交換対象を地中熱とする地中熱交換器とを備え、前記地中熱交換器にて得られた熱を用いて前記凝縮器又は前記蒸発器にて熱を取り出し可能なヒートポンプシステムであって、
   前記地中熱交換器にて得られた冷熱を用いて前記蒸発器にて冷熱を取り出す冷房運転において前記地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱の温度上昇を抑制する温度上昇抑制状態と、前記地中熱交換器にて得られた温熱を用いて前記凝縮器にて温熱を取り出す暖房運転において前記地中熱交換器の熱交換対象となる地中熱の温度低下を抑制する温度低下抑制状態との何れか一方又は両方に切換可能な温度抑制状態切換手段が備えられているヒートポンプシステム。
4. 前記温度抑制状態切換手段は、前記地中熱交換器の設置位置に対応して植栽された落葉樹であり、当該落葉樹の葉が生い茂ることにより前記温度上昇抑制状態に切換可能とし、且つ、当該落葉樹の葉が落葉することにより前記温度低下抑制状態に切換可能とする請求項３に記載のヒートポンプシステム。
5. 前記地中熱交換器は、水を通流させることにより前記地中熱と水とを熱交換させるように構成され、
   前記落葉樹に水を散水する散水手段と、前記地中熱交換器と前記散水手段とに水を供給する給水手段とを備えている請求項４に記載のヒートポンプシステム。
6. 前記温度抑制状態切換手段は、前記地中熱交換器の設置位置に対応する地表面を覆う閉状態と当該地表面を開放する開状態とに切換自在な開閉体であり、当該開閉体を前記閉状態として前記温度上昇抑制状態に切換可能とし、且つ、当該開閉体を前記開状態として前記温度低下抑制状態に切換可能とする請求項３に記載のヒートポンプシステム。
7. 前記地中熱交換器は、地中部位のうち、深さの浅い部位に埋設されている請求項３〜６の何れか１項に記載のヒートポンプシステム。

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