JP2009236403A - 地熱利用ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地下熱に温度変化が生じても確実に安定した運転を実現できる地熱利用ヒートポンプ装置を提供する。
【解決手段】地中熱交換器１１から流出してブライン−冷媒熱交換器３４へ流入するブラインの温度を検出するブライン温度センサ４３を設け、ブライン温度センサ４３によって検出されたブライン温度Ｔｂの上昇に伴って、圧縮機３１の回転数を低下させる。これにより、短期的に地下熱に温度変化が生じても、圧縮機３１の吐出流量を安定させることができるので、水−冷媒熱交換器３２から流出する給湯水の温度を安定させて、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を安定させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、地下熱を利用する地熱利用ヒートポンプ装置に関する。

従来、地下熱を利用する地熱利用ヒートポンプ装置が知られている。この種の地熱利用ヒートポンプ装置では、例えば、給湯水や室内送風空気といった熱交換対象流体を加熱する加熱運転モード時に、地中に埋設された地中熱交換器にて地下熱を熱源として熱媒体（ブライン）を加熱し、この加熱された熱媒体の有する熱量をヒートポンプサイクルにて熱交換対象流体へ移動させている。

さらに、特許文献１の空調装置に適用された地熱利用ヒートポンプ装置では、地中熱交換器にて加熱された熱媒体の温度が、予め定めた上限温度を超えないように、ヒートポンプサイクルの圧縮機の作動を制御して、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を安定化させようとしている。
特開２００６−２９２３１０号公報

しかしながら、特許文献１の上限温度は、前年分または前数年分の地下熱の熱的状況（温度変化）に基づいて設定された値なので、特許文献１の地熱利用ヒートポンプ装置では、年単位の長期的な地下熱の温度変化に対応して安定した運転を実現することができたとしても、短期的な地下熱の温度変化に対応することができない。

つまり、特許文献１の地熱利用ヒートポンプ装置では、例えば、季節的な変動によって、日中と夜間との地下熱の温度変化が大きい場合、あるいは、地中熱交換器の埋設深度が浅く大気温度の影響を受けやすい場合等に、実際の地下熱の温度が上限温度より大幅に低くなってしまうと、安定した運転を実現できなくなってしまう。

上記点に鑑み、本発明は、地下熱に温度変化が生じても確実に安定した運転を実現できる地熱利用ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、地中に埋設されて、熱媒体に地下熱を吸熱させる地中熱交換器（１１）と、地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体と冷媒とを熱交換させる１次側熱交換器（３４）と、１次側熱交換器（３４）から流出した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（３１）と、圧縮機（３１）から吐出された冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させる２次側熱交換器（３２）と、圧縮機（３１）の冷媒吐出能力を変化させる吐出能力変更手段（３１ｂ）と、吐出能力変更手段（３１ｂ）の作動を制御する吐出能力制御手段（４０ａ）とを備える地熱利用ヒートポンプ装置であって、
さらに、地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体の温度と相関を有する物理量を検出する熱媒体温度検出手段（４３）を備え、吐出能力制御手段（４０ａ）は、熱媒体温度検出手段（４３）によって検出された検出物理量（Ｔｂ）に基づいて、地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体の温度の上昇に伴って、冷媒吐出能力を低下させるように、吐出能力変更手段（３１ｂ）の作動を制御することを特徴とする。

これによれば、吐出能力制御手段（４０ａ）が、熱媒体温度検出手段（４３）によって検出された検出物理量（Ｔｂ）に基づいて、吐出能力変更手段（３１ｂ）の作動を制御するので、短期的に地下熱に温度変化が生じても、この温度変化に応じて圧縮機（３１）の冷媒吐出能力を制御できる。

さらに、吐出能力制御手段（４０ａ）が、１次側熱交換器（３４）から流出した熱媒体の温度の上昇に伴って、冷媒吐出能力を低下させるので、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。

つまり、１次側熱交換器（３４）の冷媒蒸発圧力が低下するので、１次側熱交換器（３４）から流出した圧縮機（３１）吸入冷媒の密度が低下して、圧縮機（３１）の吐出流量も低下してしまう。一方、地下熱が上昇すると、１次側熱交換器（３４）の冷媒蒸発圧力が上昇するので、圧縮機（３１）吸入冷媒の密度も上昇して、圧縮機（３１）の吐出流量も上昇する。

従って、地下熱に相関を有する地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体の温度上昇に伴って、冷媒吐出能力を低下させることで、圧縮機（３１）の吐出流量を安定させて２次側熱交換器（３２）から流出する熱交換対象流体の温度を確実に安定させることができる。すなわち、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。

請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の地熱利用ヒートポンプ装置において、具体的に、物理量は、地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体の温度としてもよい。

また、請求項３に記載の発明のように、物理量は、１次側熱交換器（３４）へ流入した冷媒のうち、１次側熱交換器（３４）入口側冷媒の温度であってもよい。

ここで、１次側熱交換器（３４）として、冷媒の流れ方向および熱媒体の流れ方向が同一方向となる熱交換器を採用することで、１次側熱交換器（３４）入口側冷媒の温度および１次側熱交換器（３４）入口側熱媒体の温度は略同等となる。

従って、１次側熱交換器（３４）入口側冷媒の温度は、地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体の温度に相関を有する物理量となり、これに基づいて地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、物理量は、１次側熱交換器（３４）内の冷媒圧力であってもよい。

前述の如く、１次側熱交換器（３４）内の冷媒圧力は、地下熱に相関を有する地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体の温度変化に伴って変化する。従って、１次側熱交換器（３４）内の冷媒圧力は、地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体の温度に相関を有する物理量であり、これに基づいて、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、物理量は、１次側熱交換器（３４）出口側冷媒の温度であってもよい。

１次側熱交換器（３４）から流出した冷媒の温度は、１次側熱交換器（３４）の冷媒蒸発圧力に相関を有する物理量である。従って、１次側熱交換器（３４）から流出した冷媒の温度は、地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体の温度に相関を有する物理量であり、これに基づいて、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。

さらに、一般的に圧力検出手段よりも安価な温度検出手段を採用できるので、低コストで、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。なお、本請求項における「１次側熱交換器（３４）出口側冷媒」は、１次側熱交換器（３４）の内部であって１次側熱交換器（３４）から流出直前の冷媒のみを意味するものではなく、完全に１次側熱交換器（３４）から流出した冷媒も含む意味である。

また、請求項６に記載の発明のように、物理量は、１次側熱交換器（３４）出口側熱媒体の温度であってもよい。

１次側熱交換器（３４）から流出した熱媒体の温度は、１次側熱交換器（３４）から流出した冷媒の温度とほぼ同等となる。従って、１次側熱交換器（３４）から流出した熱媒体の温度は、地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体の温度に相関を有する物理量であり、これに基づいて、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。

なお、本請求項における「１次側熱交換器（３４）出口側熱媒体」は、１次側熱交換器（３４）の内部であって１次側熱交換器（３４）から流出直前の熱媒体のみを意味するものではなく、完全に１次側熱交換器（３４）から流出した熱媒体も含む意味である。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
図１〜３により、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態では、本発明の地熱利用ヒートポンプ装置を、水道水を加熱して台所や風呂等に給湯するヒートポンプ式給湯機１に適用している。図１は、このヒートポンプ式給湯機１の全体構成図である。

ヒートポンプ式給湯機１は、図１に示すように、ブラインに地下熱を吸熱させる地中熱交換器１１、地中熱交換器１１にブラインを循環させる熱媒体循環回路１０（１次側回路）、給湯水を貯留する貯湯タンク２１、貯湯タンク２１内の給湯水を循環させる水循環回路２０（２次側回路）、および、ブラインの有する熱量を給湯水へ移動させて給湯水を加熱する蒸気圧縮式冷凍サイクルであるヒートポンプサイクル３０を備えている。

まず、地中熱交換器１１は、地中に埋設されており、地中内で蛇行状に折れ曲がって延びる採熱管を有している。そして、この採熱管にブラインを流通させることによって、ブラインに地下熱を採熱させている。また本実施形態では、ブラインとして、凍結温度を低下させる防錆成分、不凍液成分等を添加した水（不凍液）を採用している。

熱媒体循環回路１０には、ブラインを循環させる電動ポンプ１２が配置されている。この電動ポンプ１２は、後述する制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。そして、制御装置４０が電動ポンプ１２を作動させると、ブラインは、電動ポンプ１２→後述するブライン−冷媒熱交換器３４のブライン通路３４ａ→地中熱交換器１１→電動ポンプ１２の順に循環する。

次に、貯湯タンク２１は、断熱構造を有して高温の給湯水を長時間保温するための温水タンクであり、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス）で形成されている。

貯湯タンク２１に貯留された給湯水は、貯湯タンク２１の上部に設けられた出湯口から出湯され、図示しない温調弁において水道からの冷水と混合されて温度調節された後、台所や風呂等に給湯される。また、貯湯タンク２１内の下部に設けられた給水口から水道水が給水されるようになっている。

水循環回路２０には、給湯水を循環させる電動ポンプ２２が配置されている。この電動ポンプ２２は、制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。そして、制御装置４０が電動ポンプ２２を作動させると、給湯水は、電動ポンプ２２→後述する水−冷媒熱交換器３２の水通路３２ａ→貯湯タンク２１→電動ポンプ２２の順に循環する。

ヒートポンプサイクル３０は、圧縮機３１、水−冷媒熱交換器３２、電気式膨張弁３３、ブライン−冷媒熱交換器３４等を順次配管で接続した冷凍サイクルである。このヒートポンプサイクル３０では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機３１から吐出された高圧冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。

圧縮機３１は、ヒートポンプサイクル３０において冷媒を吸入し、臨界圧力以上となるまで圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機３１ａを電動モータ３１ｂにて駆動する電動圧縮機である。固定容量型圧縮機３１ａとしては、具体的に、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。

電動モータ３１ｂは、制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機３１の冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態では、電動モータ３１ｂが吐出能力変更手段を構成している。

圧縮機３１の冷媒吐出口には、水−冷媒熱交換器３２の冷媒通路３２ｂ入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器３２は、給湯水が通過する水通路３２ａと圧縮機３１から吐出された高温高圧冷媒が通過する冷媒通路３２ｂとを有して構成される熱交換器であって、圧縮機３１吐出冷媒の有する熱量を給湯水に放熱させる放熱用熱交換器として機能する。

従って、本実施形態では、この水−冷媒熱交換器３２が２次側熱交換器であり、給湯水が熱交換対象流体となる。なお、本実施形態の水−冷媒熱交換器３２の水通路３２ａにおける給湯水の流れ方向および冷媒通路３２ｂにおける冷媒の流れ方向は、互いに対向する方向になっている。これにより、水通路３２ａを流通する給湯水と冷媒通路３２ｂを流通する冷媒との温度差を確保して熱交換効率を向上させている。

また、本実施形態のヒートポンプサイクル３０では、圧縮機３１吐出冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界サイクルを構成しているので、水−冷媒熱交換器３２の冷媒通路３２ｂを通過する冷媒は、凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。

水−冷媒熱交換器３２の冷媒通路３２ｂ出口側には、電気式膨張弁３３の入口側が接続されている。電気式膨張弁３３は冷媒通路３２ｂから流出した高圧冷媒を減圧膨張させる減圧手段であるとともに、圧縮機３１の冷媒吐出口から電気式膨張弁３３の入口側へ至る高圧側冷媒圧力を制御する圧力制御手段でもある。

より具体的には、この電気式膨張弁３３は、絞り開度を調整可能な弁体部３３ａと、この弁体部３３ａの絞り開度を可変制御するサーボモータからなる電動アクチュエータ３３ｂとを有して構成される。

電気式膨張弁３３の出口側には、ブライン−冷媒熱交換器３４の冷媒通路３４ｂが接続されている。ブライン−冷媒熱交換器３４は、電気式膨張弁３３にて減圧された低圧冷媒と地中熱交換器１１にて地下熱を採熱したブラインとを熱交換させることで、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器として機能する。

従って、本実施形態では、このブライン−冷媒熱交換器３４が１次側熱交換器であり、ブラインが熱媒体となる。なお、本実施形態のブライン−冷媒熱交換器３４のブライン通路３４ａにおけるブラインの流れ方向および冷媒通路３４ｂにおける冷媒の流れ方向は、同一の方向になっている。従って、ブライン通路３４ａ入口側のブライン温度および冷媒通路３４ａ入口側の冷媒温度は略同等となる。

また、ブライン−冷媒熱交換器３４の冷媒通路３４ｂの冷媒出口側には、圧縮機３１の冷媒吸入口が接続されている。さらに、本実施形態のヒートポンプサイクル３０は、耐食性に優れる金属（例えば、ステンレス）で形成された箱状のヒートポンプ筐体３５（図１の二点鎖線）内に収容されている。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。制御装置４０はマイクロコンピュータおよびその周辺回路等により構成され、その出力側には、熱媒体循環回路１０の電動ポンプ１２、水循環回路２０の電動ポンプ２２、圧縮機３１の電動モータ３１ｂ、電気式膨張弁３３の電動アクチュエータ３３ｂ等が接続され、これらの機器の作動を制御する。

なお、制御装置４０は、上記した各アクチュエータを制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、制御装置４０のうち圧縮機３１の電動モータ３１ｂの作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）を吐出能力制御手段４０ａとする。もちろん、吐出能力制御手段４０ａと制御装置４０とを別体に構成してもよい。

また、制御装置４０の入力側には、水−冷媒熱交換器３２の水通路３２ａから流出した給湯水温度を検出する給湯水温度センサ４１、水−冷媒熱交換器３２の冷媒通路３２ｂから流出した冷媒温度を検出する高圧冷媒温度センサ４２、地中熱交換器１１から流出したブラインの温度を検出する熱媒体温度検出手段としてのブライン温度センサ４３等が接続され、これらのセンサ群の検出信号が制御装置４０へ入力される。

本実施形態では、ブライン温度センサ４３として、具体的に、地中熱交換器１１のブライン流出口からブライン−冷媒熱交換器３４のブライン通路３４ａ入口側へ至る熱媒体配管のうち、地中熱交換器１１出口側近傍の表面温度を検出するサーミスタを採用している。もちろん、他の形式の熱媒体温度検出手段（例えば、熱電対等）を採用してもよいし、地中熱交換器１１から流出したブラインの温度を直接検出してもよい。

さらに、制御装置４０の入力側には、操作パネル４４が接続され、給湯機作動・停止の操作信号、給湯機の給湯温度設定信号等が制御装置４０へ入力される。

次に、上記の構成における本実施形態のヒートポンプ式給湯機１の作動を図２に基づいて説明する。図２は、制御装置４０が実行する制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、ヒートポンプ式給湯機１に外部から電源が供給された状態で、操作パネル４４の給湯機作動信号が制御装置４０に入力されるとスタートする。

まず、ステップＳ１ではフラグ、タイマ等の初期化がなされる。そして、次のステップＳ２にて、操作パネル４４の操作信号およびセンサ群４１〜４３等により検出された検出信号を読み込む。

次に、ステップＳ３へ進み、ステップＳ２で読み込んだ操作信号および検出信号に基づいて各種アクチュエータの制御状態、つまり、各種アクチュエータへ出力される制御信号が決定される。具体的には、熱媒体循環回路１０の電動ポンプ１２、水循環回路２０の電動ポンプ２２、圧縮機３１の電動モータ３１ｂ、電気式膨張弁３３の電動アクチュエータ３３ｂ等へ出力される制御信号が決定される。

例えば、電動ポンプ１２に出力される制御信号については、給湯水温度センサ４１によって検出された検出給湯水温度が操作パネル４４の設定給湯水温度に近づくように決定される。

また、電動アクチュエータ３３ｂに出力される制御信号については、高圧側冷媒圧力が所定の目標高圧に近づくように決定される。なお、この目標高圧は、高圧冷媒温度センサ２３によって検出された冷媒温度Ｔｄｏに基づいて、予め制御装置４０に記憶されている制御マップを参照して、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が略最大となるように決定される値である。

さらに、本実施形態では、電動モータ３１ｂに出力される制御信号については、ブライン温度センサ４３によって検出された検出物理量であるブライン温度Ｔｂに基づいて、予め制御装置４０に記憶されている制御マップを参照して決定される。

より具体的には、本実施形態の制御装置４０は、図３に示される制御マップを予め記憶しており、ブライン温度Ｔｂ（℃）の上昇に伴って、圧縮機３１の電動モータ３１ｂの回転数（ｒｐｍ）を低下させるように、すなわち、地中熱交換器１１から流出したブラインの温度上昇に伴って、圧縮機３１の冷媒吐出能力を低下させるように決定される。

次に、ステップＳ４では、ステップＳ３で決定された制御状態が得られるように、制御装置４０より各種アクチュエータ１２、２２、３１ｂ、３３ｂに対して制御信号が出力される。

次のステップＳ５では、操作パネル４４からの給湯機停止信号が制御装置４０へ入力されている場合は、各種アクチュエータの作動を停止させて、ヒートポンプ式給湯機１の運転を停止させる。一方、給湯機停止信号が入力されていない場合は、予め定めた制御周期の間待機した後、ステップＳ２に戻るようになっている。

従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１では、圧縮機３１から吐出された高温高圧の冷媒は、水−冷媒熱交換器３２の冷媒通路３２ｂに流入して、電動ポンプ２２によって貯湯タンク２１の下方側から水−冷媒熱交換器３２の水通路３２ａに流入した給湯水と熱交換する。これにより、給湯水が加熱され、加熱された給湯水は、貯湯タンク２１の上方側に貯留される。

この際、本実施形態のヒートポンプサイクル３０では、冷媒として二酸化炭素を採用し、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、冷媒としてフロン等を採用する場合に対して、高圧冷媒の温度を上昇させることができる。その結果、水−冷媒熱交換器３２において冷媒が給湯水に放熱する熱量を増加させて給湯水温度を高温化することができる。

水−冷媒熱交換器３２から流出した高圧冷媒は、電気式膨張弁３３にて減圧膨張される。電気式膨張弁３３にて減圧膨張された冷媒は、ブライン−冷媒熱交換器３４の冷媒通路３４ｂへ流入し、電動ポンプ１２によってブライン−冷媒熱交換器３４のブライン通路３４ａへ流入したブラインから吸熱して蒸発する。そして、ブライン−冷媒熱交換器３４から流出した冷媒は、再び圧縮機３１へ吸入される。

さらに、本実施形態では、制御装置４０（具体的には、吐出能力制御手段４０ａ）が、ブライン温度センサ４３によって検出された検出物理量であるブライン温度Ｔｂに基づいて、ブライン温度Ｔｂの上昇に伴って、圧縮機３１の電動モータ３１ｂの回転数を低下させるので、地下熱に短期的な温度変化が生じても、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。

このことをより詳細に説明する。地下熱が低下すると、ブライン温度Ｔｂが低下して、ブライン−冷媒熱交換器３４における冷媒蒸発圧力も低下する。このため、ブライン−冷媒熱交換器３４の冷媒通路３４ｂから流出して圧縮機３１へ吸入される冷媒の密度が低下して、圧縮機３１の冷媒吐出流量、すなわちヒートポンプサイクル３０の循環冷媒流量が低下してしまう。

逆に、地下熱が上昇すると、ブライン温度Ｔｂが上昇して、ブライン−冷媒熱交換器３４における冷媒蒸発圧力も上昇する。このため、ブライン−冷媒熱交換器３４の冷媒通路３４ｂから流出して圧縮機３１へ吸入される冷媒の密度が上昇して、圧縮機３１の冷媒吐出流量、すなわちヒートポンプサイクル３０の循環冷媒流量が増加してしまう。

従って、本実施形態のように、地下熱に相関を有する地中熱交換器１１から流出した熱媒体の温度上昇に伴って、圧縮機３１の冷媒吐出能力を低下させることで、圧縮機３１の吐出冷媒流量を安定させて、水−冷媒熱交換器３２から流出する給湯水の温度を確実に安定させることができる。その結果、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。

（第２〜５実施形態）
第１実施形態では、熱媒体温度検出手段として、地中熱交換器１１から流出したブラインの温度を検出するブライン温度センサ４３を採用した例を説明したが、第２〜５実施形態では、それぞれ図４に示す熱媒体温度検出手段を採用している。

なお、図４は、第１実施形態の図１に対応するヒートポンプ式給湯機１の全体構成図に対応する図面であって、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。また、図４では、第２〜５実施形態における、それぞれの熱媒体温度検出手段を明確に示すために電気制御部の一部を省略しているが、これらの熱媒体温度検出手段についても第１実施形態と同様に制御装置４０の入力側に接続されている。

第２実施形態では、熱媒体温度検出手段として、ブライン−冷媒熱交換器３４の冷媒通路３４ｂへ流入した冷媒のうち、冷媒通路３４ｂ入口側冷媒の温度を検出する入口側冷媒温度センサ４５を採用している。

図４の全体構成図に示すように、ブライン−冷媒熱交換器３４として、冷媒通路３４ｂを流通する冷媒の流れ方向およびブライン通路３４ａを流通するブラインの流方向が同一方向となる熱交換器を採用する場合には、冷媒通路３４ｂ入口側冷媒の温度およびブライン通路３４ａ入口側ブラインの温度は略同等となる。

従って、熱媒体温度検出手段として、入口側冷媒温度センサ４５を採用しても、実質的に、地中熱交換器１１から流出したブラインの温度に応じて圧縮機３１の冷媒吐出能力を制御できる。その結果、第１実施形態と同様に、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。

なお、本実施形態では、入口側冷媒温度センサ４５として、ブライン−冷媒熱交換器３４の冷媒通路３４ｂ入口側の表面温度を検出するサーミスタを採用しているが、もちろん、他の形式の熱媒体温度検出手段（例えば、熱電対等）を採用してもよいし、冷媒通路３４ｂ入口側の冷媒温度を直接検出してもよい。

第３実施形態では、熱媒体温度検出手段として、ブライン−冷媒熱交換器３４の冷媒通路３４ｂ内の冷媒圧力を検出する冷媒蒸発圧力センサ４６を採用している。冷媒通路３４ｂ内の冷媒圧力は、地下熱に相関を有する地中熱交換器１１から流出したブラインの温度変化に伴って変化するので、地中熱交換器１１から流出したブラインの温度に相関を有する物理量である。

従って、第１実施形態と同様に、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。なお、本実施形態では、図４に示すように、冷媒蒸発圧力センサ４６が冷媒通路３４ｂ内の冷媒蒸発圧力を直接検出しているが、電気式膨張弁３３出口側から圧縮機３１吸入口側へ至るヒートポンプサイクル３０の低圧側冷媒圧力を検出してもよい。

第４実施形態では、熱媒体温度検出手段として、ブライン−冷媒熱交換器３４の冷媒通路３４ｂから流出した冷媒の温度を検出する冷媒蒸発温度センサ４７を採用している。冷媒通路３４ｂから流出した冷媒の温度、ブライン−冷媒熱交換器３４における冷媒蒸発温度（冷媒蒸発圧力）に相関を有する物理量である。

従って、第１実施形態と同様に、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。さらに、一般的に、圧力センサよりも安価な温度センサを採用できるので、低コストで、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。

第５実施形態では、熱媒体温度検出手段として、ブライン−冷媒熱交換器３４のブライン通路３４ａから流出したブラインの温度検出する流出ブライン温度センサ４８を採用している。ブライン通路３４ａから流出したブラインの温度は、冷媒通路３４ａから流出した冷媒の温度とほぼ同等となる物理量である。従って、第１実施形態と同様に、地熱利用ヒートポンプ装置の運転を確実に安定させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、熱媒体温度検出手段が検出した１つの検出値を用いて圧縮機３１の冷媒吐出能力を制御した例を説明したが、複数の種類の検出値を用いて、圧縮機３１の冷媒吐出能力を制御してもよい。

例えば、ブライン−冷媒熱交換器３４のブライン通路３４ａへ流入する流入側ブライン温度Ｔｂｉおよびブライン通路３４ａから流出する流出側ブライン温度Ｔｂｏを用いて、Ｔｂｉおよび演算値Ｔｂｏ−Ｔｂｉに基づいて圧縮機３１の冷媒吐出能力を制御してもよい。

より具体的には、流入側ブライン温度Ｔｂｉの上昇に伴って、圧縮機３１の冷媒吐出能力を低下させて、演算値Ｔｂｏ−Ｔｂｉの値に応じて、その低下度合を変化させれば、地下熱の温度のみならず、ヒートポンプサイクル３０の負荷状況に応じて、圧縮機３１の作動を制御できる。

（２）上述の実施形態では、本発明の地熱利用ヒートポンプ装置をヒートポンプ式給湯器に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、空調装置等に適用してもよい。

さらに、上述の実施形態では、水−冷媒熱交換器３２を放熱器として作用させて熱交換対象流体を加熱する加熱運転モードでヒートポンプサイクル３０を作動させているが、さらに、ヒートポンプサイクル３０の冷媒流路を切り替える流路切替手段を設け、水−冷媒熱交換器３２を蒸発器として作用させる冷媒流路に切り替えて熱交換対象流体を冷却する冷却運転モードを実現可能に構成してもよい。

（３）上述の第１実施形態では、図１に示すように、ブライン温度センサ４３を、ヒートポンプ筐体３５の外側に配置しているが、もちろん電動ポンプ１２の下流側のヒートポンプ筐体３５の内側に配置してもよい。

（４）上述の実施形態では、熱媒体温度検出手段が検出した検出値に基づいて、圧縮機３１の作動を制御した例を説明したが、電気式膨張弁３３の開度を制御しても同様の効果を得ることができる。

（５）上述の実施形態では、圧縮機３１として電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機３１はこれに限定されない。例えば、エンジン駆動式の可変容量型圧縮機を採用してもよい。この場合は、可変容量型圧縮機の容量制御手段が吐出能力変更手段となる。また、エンジン駆動式の固定容量型圧縮機を採用してもよい。この場合は、エンジンと固定容量型圧縮機との動力伝達を断続する電磁クラッチが吐出能力変更手段となる。

（６）上述の実施形態のヒートポンプサイクル３０に、ブライン−冷媒熱交換器３４の冷媒通路３４ｂ流出冷媒の気液を分離して、余剰冷媒を蓄える気液分離手段としてのアキュムレータを設けてもよい。

（７）上述の実施形態のヒートポンプサイクル３０に、圧縮機３１吸入冷媒と水−冷媒熱交換器３２の冷媒通路３２ｂ流出冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設けてもよい。

第１実施形態のヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。 第１実施形態の制御装置の制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の制御装置の制御処理の要部を示す特性図である。 第２〜５実施形態のヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。

符号の説明

１１ 地中熱交換器
３４ ブライン−冷媒熱交換器
３１ 圧縮機
３１ｂ 電動モータ
３２ 水−冷媒熱交換器
４３ ブライン温度センサ
４０ 制御装置
４０ａ 吐出能力制御手段

Claims (6)

1. 地中に埋設されて、熱媒体に地下熱を吸熱させる地中熱交換器（１１）と、
   前記地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体と冷媒とを熱交換させる１次側熱交換器（３４）と、
   前記１次側熱交換器（３４）から流出した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（３１）と、
   前記圧縮機（３１）から吐出された冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させる２次側熱交換器（３２）と、
   前記圧縮機（３１）の冷媒吐出能力を変化させる吐出能力変更手段（３１ｂ）と、
   前記吐出能力変更手段（３１ｂ）の作動を制御する吐出能力制御手段（４０ａ）とを備える地熱利用ヒートポンプ装置であって、
   さらに、前記地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体の温度と相関を有する物理量を検出する熱媒体温度検出手段（４３）を備え、
   前記吐出能力制御手段（４０ａ）は、前記熱媒体温度検出手段（４３）によって検出された検出物理量（Ｔｂ）に基づいて、前記地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体の温度の上昇に伴って、前記冷媒吐出能力を低下させるように、前記吐出能力変更手段（３１ｂ）の作動を制御することを特徴とする地熱利用ヒートポンプ装置。
2. 前記物理量は、前記地中熱交換器（１１）から流出した熱媒体の温度であることを特徴とする請求項１に記載の地熱利用ヒートポンプ装置。
3. 前記物理量は、前記１次側熱交換器（３４）へ流入した冷媒のうち、前記１次側熱交換器（３４）入口側冷媒の温度であることを特徴とする請求項１または２に記載の地熱利用ヒートポンプ装置。
4. 前記物理量は、前記１次側熱交換器（３４）内の冷媒圧力であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の地熱利用ヒートポンプ装置。
5. 前記物理量は、前記１次側熱交換器（３４）出口側冷媒の温度であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の地熱利用ヒートポンプ装置。
6. 前記物理量は、前記１次側熱交換器（３４）出口側熱媒体の温度であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の地熱利用ヒートポンプ装置。

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