JP2010249468A - 地中熱ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地中熱の最適な採熱により総合的に効率のよい運転を可能とする地中熱ヒートポンプ装置を提供する。
【解決手段】制御手段１８は、負荷運転中に、地中往き温度検出手段１２または地中戻り温度検出手段１３の検出する熱媒温度の温度勾配が下り勾配の場合は、地中熱循環ポンプ１１の回転数を増加させるようにすると共に、地中往き温度検出手段１２または地中戻り温度検出手段１３の検出する熱媒温度の温度勾配が上り勾配の場合は、地中熱循環ポンプ１１の回転数を減少させるようにしたので、変化する負荷の大きさや地中の状態を地中往き温度検出手段１２または地中戻り温度検出手段１３で把握して、負荷に対して必要な採熱量を確保する循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を設定することができ、採熱し過ぎることなく、また、採熱し足りないこともなく、最適な採熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、年間を通じて温度が比較的安定している地中熱をヒートポンプを介して利用する地中熱ヒートポンプ装置に関するものである。

従来この種の地中熱ヒートポンプ装置においては、図９に示すように、空気調和機等のヒートポンプユニット１０１と、地中熱交換部１０２とを備え、地中熱交換部１０２は、地盤Ｇ中に埋設され互いに並列に接続された複数の地中熱交換器１０３とヒートポンプユニット１０１と地中熱交換器１０３との間を循環可能に接続する地中熱循環回路１０４と、地中熱循環回路１０４に熱媒である循環液を循環させる地中熱循環ポンプ１０５とを備えているものであり、ヒートポンプユニット１０１を駆動させて暖房または冷房運転を開始させると、地中熱循環ポンプ１０５を駆動させ、循環液を地中熱循環回路１０４に循環させて、地中熱交換器１０３を介して地中から採熱または地中に放熱させるものであった。（例えば、特許文献１参照。）

このような地中熱ヒートポンプ装置では、装置の施工前に、地盤Ｇ中の熱伝導率や地中から採熱できる熱量および地中に放熱できる熱量を把握する熱応答試験を行い、その結果からシミュレーションを実施して、地中熱循環回路１０４を循環させる循環液の循環流量をその土地に適するであろう固定値に決定しているのが現状である。

特開２００２−５４８５０号公報

ところで、この従来の地中熱ヒートポンプ装置は、循環流量を固定値としているが、実際の地盤Ｇ中の温度や地中から採熱できる熱量および地中に放熱できる熱量は、地下水の流れ、地中熱ヒートポンプ装置の運転状況等の要因により一定ではなく、装置の施工前に予め決定した前記循環流量によっては、ヒートポンプユニット１０１の暖房運転または冷房運転に対して、採熱量または放熱量が足りなくなる、あるいは、採熱量または放熱量が過剰になる可能性があり、最適な採放熱ができずに総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を低下させてしまうという問題を生じるおそれがあった。

この発明は上記課題を解決するために、特に請求項１ではその構成を、圧縮機、負荷側熱交換器、減圧手段、熱源側熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路と、地中に埋設され互いに並列または直列に接続された複数の地中熱交換器と、該地中熱交換器と前記熱源側熱交換器との間を循環可能に接続する地中熱循環回路と、該地中熱循環回路に熱媒を循環させる地中熱循環ポンプと、前記地中熱交換器に流入する熱媒の温度を検出する地中往き温度検出手段、前記地中熱交換器から流出した熱媒の温度を検出する地中戻り温度検出手段と、これらの作動を制御する制御手段とを備え、前記地中熱交換器により地中熱を採熱し、前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させると共に、前記負荷側熱交換器を凝縮器として機能させて負荷側を加熱する負荷運転を行う地中熱ヒートポンプ装置において、前記負荷運転中に、前記制御手段は、前記地中往き温度検出手段または前記地中戻り温度検出手段の検出する熱媒温度の温度勾配が下り勾配の場合は、前記地中熱循環ポンプの回転数を増加させるようにすると共に、前記地中往き温度検出手段または前記地中戻り温度検出手段の検出する熱媒温度の温度勾配が上り勾配の場合は、前記地中熱循環ポンプの回転数を減少させるものとした。

また、請求項２では、前記制御手段は、前記温度勾配の下り勾配の度合いが大きいほど前記地中熱循環ポンプの回転数の増加量を大きくするものとした。

また、請求項３では、前記制御手段は、前記温度勾配の上り勾配の度合いが大きいほど前記地中熱循環ポンプの回転数の減少量を大きくするものとした。

また、請求項４では、前記負荷運転中に、前記地中往き温度検出手段の検出する熱媒温度が、前記熱媒の濃度に基づいて予め設定された下限温度より低くなった場合には、前記地中熱循環ポンプの回転数を増加させるものとした。

また、請求項５では、圧縮機、負荷側熱交換器、減圧手段、熱源側熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路と、地中に埋設され互いに並列または直列に接続された複数の地中熱交換器と、該地中熱交換器と前記熱源側熱交換器との間を循環可能に接続する地中熱循環回路と、該地中熱循環回路に熱媒を循環させる地中熱循環ポンプと、前記地中熱交換器に流入する熱媒の温度を検出する地中往き温度検出手段、前記地中熱交換器から流出した熱媒の温度を検出する地中戻り温度検出手段と、これらの作動を制御する制御手段とを備え、前記地中熱交換器により地中に放熱し、前記熱源側熱交換器を凝縮器として機能させると共に、前記負荷側熱交換器を蒸発器として機能させて負荷側を冷却する負荷運転を行う地中熱ヒートポンプ装置において、前記負荷運転中に、前記制御手段は、前記地中往き温度検出手段または前記地中戻り温度検出手段の検出する熱媒温度の温度勾配が上り勾配の場合は、前記地中熱循環ポンプの回転数を増加させるようにすると共に、前記地中往き温度検出手段または前記地中戻り温度検出手段の検出する熱媒温度の温度勾配が下り勾配の場合は、前記地中熱循環ポンプの回転数を減少させるものとした。

また、請求項６では、前記制御手段は、前記温度勾配の上り勾配の度合いが大きいほど前記地中熱循環ポンプの回転数の増加量を大きくするものとした。

また、請求項７では、前記制御手段は、前記温度勾配の下り勾配の度合いが大きいほど前記地中熱循環ポンプの回転数の減少量を大きくするものとした。

この発明の請求項１によれば、負荷運転中に、制御手段は、地中往き温度検出手段または地中戻り温度検出手段の検出する熱媒温度の温度勾配が下り勾配の場合は、地中熱循環ポンプの回転数を増加させるようにすると共に、地中往き温度検出手段または地中戻り温度検出手段の検出する熱媒温度の温度勾配が上り勾配の場合は、地中熱循環ポンプの回転数を減少させるので、時々刻々と変化する負荷の大きさや地中の状態を地中往き温度検出手段または地中戻り温度検出手段で監視し把握して、前記温度勾配が下り勾配の場合、つまり、負荷運転の負荷が増加した、もしくは地中から採熱できる熱量が減少した場合には、地中熱循環ポンプの回転数を増加させて、負荷に対して必要な採熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプの回転数を設定することができ、また、前記温度勾配が上り勾配の場合、つまり、負荷運転の負荷が減少した、もしくは地中から採熱できる熱量が増加した場合には、地中熱循環ポンプの回転数を減少させて、負荷に対して必要な採熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプの回転数を設定することができ、採熱し過ぎることなく、また、採熱し足りないこともなく、最適な採熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、請求項２によれば、制御手段は、温度勾配の下り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプの回転数の増加量を大きくするようにしている。ここで、温度勾配の下り勾配の度合いの大きさは、負荷に対して必要な採熱量を確保するための循環流量からどれくらいかけ離れているか、すなわち採熱量の不足の大きさを意味するので、制御手段は、温度勾配の下り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプの回転数の増加量を大きくすることで、負荷に対して必要な採熱量を確保するための循環流量となるように地中熱循環ポンプの回転数を素早く且つ正確に近づけることができ、それにより最適な採熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、請求項３によれば、制御手段は、温度勾配の上り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプの回転数の減少量を大きくするようにしている。ここで、温度勾配の上り勾配の度合いの大きさは、負荷に対して必要な採熱量を確保するための循環流量からどれくらいかけ離れているか、すなわち採熱量の過多の大きさを意味するので、制御手段は、温度勾配の上り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプの回転数の減少量を大きくすることで、負荷に対して必要な採熱量を確保するための循環流量となるように地中熱循環ポンプの回転数を素早くかつ正確に近づけることができ、それにより最適な採熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、請求項４によれば、負荷運転中に、地中往き温度検出手段の検出する熱媒温度が、熱媒の濃度に基づいて予め設定された下限温度より低くなった場合には、地中熱循環ポンプの回転数を増加させるようにしたことで、採熱量を増やして地中熱交換器に向かう地中往き温度を上昇させるので、熱媒の凍結を防止できると共に、熱媒温度低下による熱媒の粘度増大を抑え地中熱循環ポンプの動作負荷の増大を防止して、地中熱循環ポンプの消費電力の増加を防止することができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率の低下を防止することができるものである。

また、請求項５によれば、負荷運転中に、制御手段は、地中往き温度検出手段または地中戻り温度検出手段の検出する熱媒温度の温度勾配が上り勾配の場合は、地中熱循環ポンプの回転数を増加させるようにすると共に、地中往き温度検出手段または地中戻り温度検出手段の検出する熱媒温度の温度勾配が下り勾配の場合は、地中熱循環ポンプの回転数を減少させるので、時々刻々と変化する負荷の大きさや地中の状態を地中往き温度検出手段または地中戻り温度検出手段で監視し把握して、前記温度勾配が上り勾配の場合、つまり、負荷運転の負荷が増加した、もしくは地中に放熱できる熱量が減少した場合には、地中熱循環ポンプの回転数を増加させて、負荷に対して必要な最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプの回転数を設定することができ、また、前記温度勾配が下り勾配の場合、つまり、負荷運転の負荷が減少した、もしくは地中に放熱できる熱量が増加した場合には、地中熱循環ポンプの回転数を減少させて、負荷に対して必要な放熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプの回転数を設定することができ、放熱し過ぎることなく、また、放熱し足りないこともなく、最適な放熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、請求項６によれば、制御手段は、温度勾配の上り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプの回転数の増加量を大きくするようにしている。ここで、温度勾配の上り勾配の度合いの大きさは、負荷に対して必要な放熱量を確保するための循環流量からどれくらいかけ離れているか、すなわち放熱量の不足の大きさを意味するので、制御手段は、温度勾配の上り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプの回転数の増加量を大きくすることで、負荷対して必要な放熱量を確保するための循環流量となるように地中熱循環ポンプの回転数を素早く且つ正確に近づけることができ、それにより最適な放熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、請求項７によれば、制御手段は、温度勾配の下り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプの回転数の減少量を大きくするようにしている。ここで、温度勾配の下り勾配の度合いが大きさは、負荷に対して必要な放熱量を確保するための循環流量からどれくらい離れているか、すなわち放熱量の過多の大きさを意味するので、制御手段は、温度勾配の下り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプの回転数の減少量を大きくすることで、負荷対して必要な放熱量を確保するための循環流量となるように地中熱循環ポンプの回転数を素早く且つ正確に近づけることができ、それにより最適な放熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

この発明の一実施形態の地中熱ヒートポンプ装置の概略構成図。 同一実施形態の負荷運転時の作動を示すフローチャート。 同一実施形態の負荷運転時の作動を示すタイムチャート。 同一実施形態の負荷運転を給湯等に使用する湯水を加熱沸き上げする沸き上げ運転とした場合の概略図。 同一実施形態の負荷運転を空調用の室内機で被空調空間を暖める暖房運転とした場合の概略図。 この発明の他の実施形態の地中熱ヒートポンプ装置の概略構成図。 同他の実施形態の負荷運転時の作動を示すフローチャート。 同他の実施形態の負荷運転時の作動を示すタイムチャート。 従来の地中熱ヒートポンプ装置の概略構成図。

次に、この発明の一実施形態の地中熱ヒートポンプ装置を図１に基づき説明する。
図示のように、本実施形態の地中熱ヒートポンプ装置は、大きく分けてヒートポンプユニット１と、地中熱交換部２と、負荷熱交換部３とから構成されるものである。

前記ヒートポンプユニット１は、冷媒を圧縮する能力可変の圧縮機４と、圧縮機４から吐出された高圧冷媒を流通させこの高圧冷媒と負荷熱交換部３の負荷側の熱媒との熱交換を行う凝縮器としての負荷側熱交換器５と、負荷側熱交換器５から流出する冷媒を減圧する減圧手段としての膨張弁６と、膨張弁６からの低圧冷媒を流通させこの低圧冷媒と地中熱交換部２の熱源側の熱媒との熱交換を行う蒸発器としての熱源側熱交換器７とを備え、これらを冷媒配管で環状に接続しヒートポンプ回路８を形成しているものである。なお、ヒートポンプユニット１の冷媒としては、二酸化炭素冷媒やＨＦＣ冷媒等の任意の冷媒を用いることができるものである。

前記地中熱交換部２は、熱源側熱交換器７と、地盤Ｇ中に埋設され互いに並列に接続された複数の地中熱交換器９と、熱源側熱交換器７と地中熱交換器９との間を循環可能に接続する地中熱循環回路１０と、地中熱循環回路１０に熱媒である不凍液を循環させる回転数可変の地中熱循環ポンプ１１と、地中熱循環回路１０に設けられ地中熱循環ポンプ１１から吐出されて地中熱交換器９に流入する不凍液の温度を検出する地中往き温度検出手段としての地中往き温度センサ１２と、地中熱循環回路１０に設けられ地中熱交換器９から流出した不凍液の温度を検出する地中戻り温度検出手段としての地中戻り温度センサ１３とを備えているものである。

ここで、前記地中熱交換部２では、前記地中熱交換器９によって地盤Ｇ中から地中熱が採熱され、その熱を帯びた不凍液が地中熱循環ポンプ１１により熱源側熱交換器７に供給される。そして、熱源側熱交換器７にて冷媒と不凍液とが対向して流れて熱交換が行われ、地中熱交換器９にて採熱された地中熱がヒートポンプユニット１の冷媒側に汲み上げられ、熱源側熱交換器７は蒸発器として機能するものとなる。

前記負荷熱交換部３は、負荷端末１４側に熱を与える前記負荷側熱交換器５と、被空調空間を加熱する床暖房パネル等の負荷端末１４と、負荷側熱交換器５と負荷端末１４を循環可能に接続する負荷側循環回路１５と、負荷側循環回路１５に加熱用循環液を循環させる負荷側循環ポンプ１６と、負荷端末１４毎に分岐した負荷側循環回路１５に各々設けられその開閉により負荷端末１４への加熱用循環液の供給を制御する熱動弁１７（１７ａ、１７ｂ）とを備えているものである。

前記負荷端末１４によって加熱される被空調空間には、リモコン（図示せず）が各々設置されており、このリモコンにより被空調空間の加熱の指示がなされると、圧縮機４及び負荷側循環ポンプ１６の駆動を開始させ、負荷側熱交換器５を凝縮器として機能させて負荷側を加熱する負荷運転が行われる。前記負荷運転の際、前記負荷側熱交換器５では、冷媒と加熱用循環液とが対向して流れて熱交換が行われ、負荷側熱交換器５にて加熱された加熱用循環液は、熱動弁１７を介して負荷端末１４に送られ、リモコンにより指示を受けた被空調空間を加熱するものである。

１８は地中往き温度センサ１２、地中戻り温度センサ１３の入力や前記リモコンからの信号を受けて、圧縮機４、膨張弁６、地中熱循環ポンプ１１等の各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有し制御部を構成する制御手段であり、前記負荷運転を制御するものである。

次に、図１に示す一実施形態の負荷運転時の作動について図２に示すフローチャートに基づき説明する。
前記リモコンにより負荷端末１４による被空調空間の暖房の指示がなされると、前記制御手段１８は圧縮機４、地中熱循環ポンプ１１、負荷側循環ポンプ１６の駆動を開始させ、前記負荷運転としての暖房運転が開始される。ここで、地中熱循環ポンプ１１は予め設定された初期設定回転数で駆動を開始されるものである。前記負荷側熱交換器５では負荷側循環ポンプ１６により循環される加熱用循環液と圧縮機４から吐出された高温高圧の冷媒とが熱交換され、加熱された加熱用循環液が負荷端末１４に供給され被空調空間を加熱すると共に、熱源側熱交換器７では、地中熱循環ポンプ１１により循環され地中熱交換器９を介して地中熱を採熱した不凍液と膨張弁６から吐出された低温低圧の冷媒とが熱交換され、地中熱により冷媒を加熱し蒸発させるものである。

前記暖房運転が行われると、地中往き温度センサ１２で不凍液の温度を検出して、制御手段１８はその時の不凍液の温度Ａを記憶し（ステップＳ１）、所定時間Ｔ、例えば１分が経過したか否かを判断し（ステップＳ２）、制御手段１８は所定時間Ｔが経過したと判断すると、地中往き温度センサ１２で不凍液の温度を検出して、制御手段１８はその時の不凍液の温度Ｂを記憶し（ステップＳ３）、前記ステップＳ１、ステップＳ３で記憶した温度Ａ、温度Ｂに基づいて所定時間Ｔ当たりの温度勾配（Ｂ−Ａ）／Ｔを算出するものである（ステップＳ４）。

続いて、制御手段１８は、前記ステップＳ４にて算出した温度勾配が（Ｂ−Ａ）／Ｔ＜０で下り勾配であるか否か判断し（ステップＳ５）、温度勾配が下り勾配であると判断すると、温度勾配の下り勾配の度合いが予め設定した設定値α以上であるか否か判断し（ステップＳ６）、温度勾配の下り勾配の度合いが予め設定した設定値α以上であると判断すると、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりａ回転、例えば３０ｒｐｍ増加させ（ステップＳ７）、前記ステップ１の処理に戻るものであり、一方、前記ステップＳ６で、温度勾配の下り勾配の度合いが予め設定した設定値αより小さいと判断すると、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｂ回転、例えば１０ｒｐｍ増加させ（ステップＳ８）、前記ステップ１の処理に戻るものである。なお、前記ステップＳ７のａ回転と前記ステップＳ８のｂ回転とは、ａ回転＞ｂ回転という関係を有するものとする。

また、前記ステップＳ５で、制御手段１８は、温度勾配が下り勾配でないと判断すると、前記ステップＳ４にて算出した温度勾配が（Ｂ−Ａ）／Ｔ＞０で上り勾配であるか否か判断し（ステップＳ９）、温度勾配が上り勾配であると判断すると、温度勾配の上り勾配の度合いが予め設定した設定値β以上であるか否か判断し（ステップＳ１０）、温度勾配の上り勾配の度合いが予め設定した設定値β以上であると判断すると、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｃ回転、例えば３０ｒｐｍ減少させ（ステップＳ１１）、前記ステップ１の処理に戻るものであり、一方、前記ステップＳ１０で、温度勾配の上り勾配の度合いが予め設定した設定値βより小さいと判断すると、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｄ回転、例えば１０ｒｐｍ減少させ（ステップＳ１２）、前記ステップ１の処理に戻るものである。なお、前記ステップＳ１１のｃ回転と前記ステップＳ１２のｄ回転とは、ｃ回転＞ｄ回転という関係を有するものとする。

また、前記ステップＳ９で、制御手段１８は、温度勾配が上り勾配でない、すなわち前記ステップＳ４にて算出した温度勾配が（Ｂ−Ａ）／Ｔ＝０、もしくは温度勾配がないと見なせる程度の小さい値であると判断すると、それまでの地中熱循環ポンプ１１の回転数を維持させ（ステップＳ１３）、前記ステップＳ１の処理に戻るものである。

なお、前記暖房運転中に、前記ステップＳ１または前記ステップＳ３で、地中往き温度センサ１２の検出する不凍液の温度が、不凍液の濃度に基づいて予め設定された下限温度より低い温度であった場合には、前記ステップＳ３のタイミングで、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数より所定量増加させ、前記ステップＳ１の処理に戻るものとする。

次に、図２のフローチャートで示した負荷運転を図３のタイムチャートを用いて詳細に説明する。ここで、初期条件として、前記設定値α＝２、前記設定値β＝２、前記下限温度＝０℃、時間ｔ０における地中熱循環ポンプ１１の回転数＝１０００ｒｐｍとする。

まず、時間ｔ０で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは４℃を温度Ａとして記憶し（前記ステップＳ１）、時間ｔ０からｔ１の間の時間である所定時間Ｔ、例えば１分間が経過したか否かを判断し（前記ステップＳ２）、１分が経過したと判断したら、時間ｔ１で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは４℃を温度Ｂとして記憶し（前記ステップＳ３）、温度勾配（Ｂ−Ａ）／Ｔ＝（４−４）／１＝０を算出し（前記ステップＳ４）、前記ステップＳ５で、前記ステップＳ４で算出した温度勾配が下り勾配でないと判断し、前記ステップＳ９に進み、前記ステップＳ９で、前記ステップＳ４で算出した温度勾配が上り勾配でないと判断し、前記ステップＳ１３に進み、それまでの地中熱循環ポンプ１１の回転数であった１０００ｒｐｍを維持させ、前記ステップＳ１の処理に戻るものである。

次に、時間ｔ１で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは４℃を温度Ａとして記憶し（前記ステップＳ１）、時間ｔ１からｔ２の間の１分間が経過したか否かを判断し（前記ステップＳ２）、１分が経過したと判断したら、時間ｔ２で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは２℃を温度Ｂとして記憶し（前記ステップＳ３）、温度勾配（Ｂ−Ａ）／Ｔ＝（２−４）／１＝−２を算出し（前記ステップＳ４）、前記ステップＳ４で算出した温度勾配が下り勾配であると判断し（前記ステップＳ５）、温度勾配の下り勾配の度合いが２であり、予め設定した設定値α＝２以上であると判断し（前記ステップＳ６）、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりａ回転、例えば３０ｒｐｍ増加させて１０３０ｒｐｍとし（前記ステップＳ７）、前記ステップ１の処理に戻るものである。

続いて、時間ｔ２で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは２℃を温度Ａとして記憶し（前記ステップＳ１）、時間ｔ２からｔ３の間の１分間が経過したか否かを判断し（前記ステップＳ２）、１分が経過したと判断したら、時間ｔ３で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは１℃を温度Ｂとして記憶し（前記ステップＳ３）、温度勾配（Ｂ−Ａ）／Ｔ＝（１−２）／１＝−１を算出し（前記ステップＳ４）、前記ステップＳ４で算出した温度勾配が下り勾配であると判断し（前記ステップＳ５）、温度勾配の下り勾配の度合いが１であり、予め設定した設定値α＝２より小さいと判断し（前記ステップＳ６）、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｂ回転、例えば１０ｒｐｍ増加させて１０４０ｒｐｍとし（前記ステップＳ８）、前記ステップ１の処理に戻るものである。

さらに、時間ｔ３からｔ４では、前記ステップＳ１→前記ステップＳ２→前記ステップＳ３→前記ステップＳ４→前記ステップＳ５→前記ステップＳ９→前記ステップＳ１３の順に処理を行い前記ステップＳ１の処理に戻るものである。

次に、時間ｔ４で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは１℃を温度Ａとして記憶し（前記ステップＳ１）、時間ｔ４からｔ５の間の１分間が経過したか否かを判断し（前記ステップＳ２）、１分が経過したと判断したら、時間ｔ２で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは−１℃を温度Ｂとして記憶する（前記ステップＳ３）。ここで、前記暖房運転中に、前記ステップＳ１または前記ステップＳ３で、地中往き温度センサ１２の検出する不凍液の温度が、不凍液の濃度に基づいて予め設定された下限温度より低い温度であった場合には、前記ステップＳ３のタイミングで、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数より所定量増加させるので、前記ステップＳ３のタイミングである時間ｔ５で地中往き温度センサ１２にて検出した不凍液の温度が、不凍液の濃度に基づいて予め設定された下限温度＝０℃より低い温度なので、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数より所定量、ここでは３０ｒｐｍ増加させて１０７０ｒｐｍとし、前記ステップＳ１の処理に戻るものである。

続いて、時間ｔ５で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは−１℃を温度Ａとして記憶し（前記ステップＳ１）、時間ｔ５からｔ６の間の１分間が経過したか否かを判断し（前記ステップＳ２）、１分が経過したと判断したら、時間ｔ６で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは０℃を温度Ｂとして記憶する（前記ステップＳ３）。ここで、前記ステップＳ１のタイミングである時間ｔ５で地中往き温度センサ１２の検出する不凍液の温度が、不凍液の濃度に基づいて予め設定された下限温度より低い温度であったので、前記ステップＳ３のタイミングである時間ｔ６で地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数より３０ｒｐｍ増加させて１１００ｒｐｍとし、その後、所定時間、例えば１分間経過するのを待って前記ステップＳ１の処理に戻るものである。

さらに、時間ｔ６で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは０℃を温度Ａとして記憶し（前記ステップＳ１）、時間ｔ６からｔ７の間の１分間が経過したか否かを判断し（前記ステップＳ２）、１分が経過したと判断したら、時間ｔ７で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは２℃を温度Ｂとして記憶し（前記ステップＳ３）、温度勾配（Ｂ−Ａ）／Ｔ＝（２−０）／１＝２を算出し（前記ステップＳ４）、前記ステップＳ４で算出した温度勾配が下り勾配ではないと判断し（前記ステップＳ５）、前記ステップＳ４で算出した温度勾配が上り勾配であると判断し（前記ステップＳ９）、温度勾配の上り勾配の度合いが２であり、予め設定した設定値β＝２以上であると判断し（前記ステップＳ１０）、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｃ回転、例えば３０ｒｐｍ減少させて１０７０ｒｐｍとし（前記ステップＳ１１）、前記ステップ１の処理に戻るものである。

次に、時間ｔ７で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは２℃を温度Ａとして記憶し（前記ステップＳ１）、時間ｔ７からｔ８の間の１分間が経過したか否かを判断し（前記ステップＳ２）、１分が経過したと判断したら、時間ｔ８で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは３℃を温度Ｂとして記憶し（前記ステップＳ３）、温度勾配（Ｂ−Ａ）／Ｔ＝（３−２）／１＝１を算出し（前記ステップＳ４）、前記ステップＳ４で算出した温度勾配が下り勾配ではないと判断し（前記ステップＳ５）、前記ステップＳ４で算出した温度勾配が上り勾配であると判断し（前記ステップＳ９）、温度勾配の上り勾配の度合いが１であり、予め設定した設定値β＝２より小さいと判断し（前記ステップＳ１０）、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｄ回転、例えば１０ｒｐｍ減少させて１０６０ｒｐｍとし（前記ステップＳ１２）、前記ステップ１の処理に戻るものである。

続いて、時間ｔ８からｔ９の間では、時間ｔ０からｔ１の間、時間ｔ３から時間ｔ４の間と同様に、前記ステップＳ１→前記ステップＳ２→前記ステップＳ３→前記ステップＳ４→前記ステップＳ５→前記ステップＳ９→前記ステップＳ１３の順に処理を行い前記ステップＳ１の処理に戻るものである。

以上説明した負荷運転としての暖房運転において、制御手段１８は、前記ステップＳ１から前記ステップＳ４において、地中往き温度センサ１２の検出する不凍液の温度に基づき、所定時間当たりの温度勾配を求め、前記ステップＳ５にて、算出した温度勾配が下り勾配と判断した場合は、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも増加させるようにすると共に、前記ステップＳ１から前記ステップＳ４において、地中往き温度センサ１２の検出する熱媒温度に基づき、所定時間当たりの温度勾配を求め、前記ステップＳ９にて、算出した温度勾配が上り勾配と判断した場合は、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも減少させるので、時々刻々と変化する負荷の大きさを地中往き温度センサ１２で監視し把握して、温度勾配が下り勾配の場合、つまり、暖房運転の負荷が増加した場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも増加させて、温度勾配をなくす方向に、且つ負荷に対して必要な採熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を設定することができ、また、温度勾配が上り勾配の場合、つまり、負荷運転の負荷が減少した場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも減少させて、温度勾配をなくす方向に、且つ負荷に対して必要な採熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を設定することができ、採熱し過ぎることなく、また、採熱し足りないこともなく、最適な採熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、制御手段１８は、前記ステップＳ４で算出した温度勾配が下り勾配であると判断した場合は、前記ステップＳ６で、温度勾配の下り勾配の度合いが予め設定した設定値α以上であるか否か判断し、温度勾配の下り勾配の度合いが設定値α以上である場合は、設定値αより小さい場合に比べて地中熱循環ポンプ１１の回転数の増加量を大きくしている。ここで、温度勾配の下り勾配の度合いの大きさは、負荷に対して必要な採熱量を確保するための循環流量からどれくらいかけ離れているか、すなわち採熱量の不足の大きさを意味しており、採熱量が大きく不足している場合は、前記ステップＳ７のように地中熱循環ポンプ１１の回転数を大きく増加させると共に、採熱量が少々不足している場合は、前記ステップＳ８のように地中熱循環ポンプ１１の回転数を少量増加させるものである。よって、制御手段１８は、温度勾配の下り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプ１１の回転数の増加量を大きくすることで、負荷対して必要な採熱量を確保するための循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を素早く且つ正確に近づけることができ、それにより最適な採熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、制御手段１８は、前記ステップＳ４で算出した温度勾配が上り勾配であると判断した場合は、前記ステップＳ１０で、温度勾配の上り勾配の度合いが予め設定した設定値β以上であるか否か判断し、温度勾配の上り勾配の度合いが設定値β以上である場合は、設定値βより小さい場合に比べて地中熱循環ポンプ１１の回転数の減少量を大きくしている。ここで、温度勾配の上り勾配の度合いの大きさは、負荷に対して必要な採熱量を確保するための循環流量からどれくらいかけ離れているか、すなわち採熱量の過多の大きさを意味しており、採熱量が多すぎる場合は、前記ステップＳ１１のように地中熱循環ポンプ１１の回転数を大きく減少させると共に、採熱量が少々多い場合は、前記ステップＳ１２のように地中熱循環ポンプ１１の回転数を少量減少させるものである。よって、制御手段１８は、温度勾配の上り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプ１１の回転数の減少量を大きくすることで、負荷対して必要な採熱量を確保するための循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を素早くかつ正確に近づけることができ、それにより最適な採熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、前記暖房運転中に、地中往き温度センサ１２の検出する不凍液の温度が、不凍液の濃度に基づいて予め設定された下限温度より低くなった場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数より所定量増加させている。ここで、不凍液の濃度に基づいて予め設定した下限温度を超えて不凍液の温度が低下すると、不凍液が凍結するおそれがあり、また、不凍液の粘度が大きくなり圧力損失が大きくなって地中熱循環ポンプ１１の動作負荷が増大するため、地中熱交換器９へ循環させるのに必要な循環流速を保とうとしたら地中熱循環ポンプ１１を目標回転数で回転させるための消費電力が増大し、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を低下させることになってしまう。よって、地中往き温度センサ１２の検出する不凍液の温度が予め設定された下限温度より低くなった場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数より所定量増加させることで、採熱量を増やして熱源側熱交換器７から地中熱交換器９に向かう不凍液の地中往き温度を上昇させるので、不凍液の凍結を防止できると共に、不凍液の温度低下による粘度増大を抑え地中熱循環ポンプ１１の動作負荷の増大を防止して、地中熱循環ポンプ１１の消費電力の増加を防止することができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率の低下を防止することができるものである。

なお、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、床暖房パネル等の負荷端末１４により被空調空間である室内を加熱する暖房運転時に本発明の制御を適用したが、図４に示すように、負荷端末１４が給湯等に使用する湯水を貯湯する貯湯タンク１９であり、負荷運転として貯湯タンク１９内の湯水を沸き上げる沸き上げ運転に本発明の制御を適用してもよいものであり、また、図５に示すように、負荷運転として空調用の室内機２０による暖房運転に本発明の制御を適用してもよいものであり、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な変形が可能であり、これを妨げるものではない。

また、本実施形態では、地中に埋設された複数の地中熱交換器９は互いに並列に接続されているが、地中に埋設された複数の地中熱交換器９は互いに直列に接続されているものであってもよい。

また、本実施形態では、時々刻々と変化する負荷の大きさを地中往き温度センサ１２で監視し把握しているが、負荷の大きさが変化せずとも、地下水の流れ、地中熱ヒートポンプ装置の運転状況等の要因により、地中から採熱できる熱量が変化して、地中往き温度センサ１２で検出する不凍液の温度が変化する場合があるので、時々刻々と変化する地中の状態を地中往き温度センサ１２で監視し把握して、前記温度勾配が下り勾配の場合、つまり、地中から採熱できる熱量が減少した場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも増加させて、温度勾配をなくす方向に、且つ負荷に対して必要な採熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数に設定することができ、また、温度勾配が上り勾配の場合、つまり、地中から採熱できる熱量が増加した場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも減少させて、温度勾配をなくす方向に、且つ負荷に対して必要な採熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数に設定することができ、採熱し過ぎることなく、また、採熱し足りないこともなく、最適な採熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、本実施形態では、制御手段１８は、前記ステップＳ１から前記ステップＳ４において、地中往き温度センサ１２の検出する不凍液の温度に基づき、所定時間当たりの温度勾配を求め、算出した温度勾配により地中熱循環ポンプ１１の回転数の増減制御を行っているが、地中戻り温度センサ１３の検出する不凍液の温度も、時々刻々と変化する負荷や地中の状態に対して、地中往き温度センサ１２の検出する不凍液の温度と同様の傾向を示すので、制御手段１８は、前記ステップＳ１から前記ステップＳ４において、地中戻り温度センサ１３の検出する不凍液の温度に基づき、所定時間当たりの温度勾配を求め、算出した温度勾配により地中熱循環ポンプ１１の回転数の増減制御を行ってもよいものであり、時々刻々と変化する負荷の大きさや地中の状態を地中戻り温度センサ１３で監視し把握して、温度勾配が下り勾配の場合、つまり、負荷運転の負荷が増加した、もしくは地中から採熱できる熱量が減少した場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも増加させて、温度勾配をなくす方向に、且つ負荷に対して必要な採熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数に設定することができ、また、温度勾配が上り勾配の場合、つまり、負荷運転の負荷が減少した、もしくは地中から採熱できる熱量が増加した場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも減少させて、温度勾配をなくす方向に、且つ負荷に対して必要な採熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数に設定することができ、採熱し過ぎることなく、また、採熱し足りないこともなく、最適な採熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、本実施形態では、前記ステップＳ６で、温度勾配の下り勾配の度合いの判断を予め設定した設定値α以上であるか、それより小さいかの２択で行って地中熱循環ポンプ１１の回転数の増加量を決定しているが、温度勾配の下り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプ１１の回転数の増加量を大きくするようになってさえいれば、例えば、温度勾配の下り勾配の度合いが１であった時は地中熱循環ポンプ１１の回転数を１０ｒｐｍ増加し、温度勾配の下り勾配の度合いが２であった時は地中熱循環ポンプ１１の回転数を３０ｒｐｍ増加し、温度勾配の下り勾配の度合いが３であった時は地中熱循環ポンプ１１の回転数を５０ｒｐｍ増加するというように、温度勾配の下り勾配の度合いから判断する地中熱循環ポンプ１１の回転数の増加量の決定を３択以上のデータテーブルの使用により行ってもよいものであり、同様に、前記ステップＳ１０では、温度勾配の上り勾配の度合いの判断を予め設定した設定値β以上であるか、それより小さいかの２択で行って地中熱循環ポンプ１１の回転数の減少量を決定しているが、温度勾配の上り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプ１１の回転数の減少量を大きくするようになってさえいれば、温度勾配の上り勾配の度合いから判断する地中熱循環ポンプ１１の回転数の減少量の決定を３択以上のデータテーブルの使用により行ってもよいものである。

次に、図６に示す他の実施形態について説明するが、この実施形態は先に説明した一実施形態と同じ構成についての説明は省略し、相違点についてのみ説明すると、負荷熱交換部３が空調用の室内機２０で、被空調空間を冷却するものであり、室内機２０によって冷却される被空調空間には、リモコン（図示せず）が設置されており、このリモコンにより被空調空間の冷却の指示がなされると、圧縮機４の駆動を開始させ、負荷側熱交換器５を蒸発器として機能させて負荷側を冷却する負荷運転が行われる。負荷運転の際、負荷側熱交換器５では、膨張弁６から吐出された低温低圧の冷媒と被空調空間の空気とで熱交換が行われ、負荷側熱交換器５にて冷却された空気は被空調空間に送られ、リモコンにより指示を受けた被空調空間を冷却するものである。

ここで、前記負荷運転中の際、前記地中熱交換部２の熱源側熱交換器７では、圧縮機４から吐出された高温高圧の冷媒と地中熱循環ポンプ１１の駆動により地中熱循環回路１０を循環する不凍液とが対向して流れて熱交換が行われ、熱源側熱交換器７を凝縮器として機能させて地中熱交換部２側に熱を与え、その熱を帯びた不凍液が地中熱交換器９に供給され、地中熱交換器９により地盤Ｇ中に放熱されるものである。

次に、図６に示す他の実施形態の負荷運転時の作動について図７に示すフローチャートに基づき説明する。
前記リモコンにより被空調空間の冷房の指示がなされると、前記制御手段１８は圧縮機４、地中熱循環ポンプ１１の駆動を開始させ前記負荷運転としての冷房運転が開始される。ここで、地中熱循環ポンプ１１は予め設定された初期設定回転数で駆動を開始されるものである。前記負荷側熱交換器５では被空調空間の空気と膨張弁６から吐出された低温低圧の冷媒とが熱交換され、冷却された被空調空間の空気が被空調空間に供給され被空調空間を冷却すると共に、熱源側熱交換器７では、圧縮機４から吐出された高温高圧の冷媒と地中熱循環ポンプ１１により循環された不凍液とが熱交換され、その熱を帯びた不凍液が地中熱交換器９に供給され、地中熱交換器９により地盤Ｇ中に放熱されるものである。

前記冷房運転が行われると、地中往き温度センサ１２で不凍液の温度を検出して、制御手段１８はその時の不凍液の温度Ｃを記憶し（ステップＳ１４）、所定時間Ｔ、例えば１分が経過したか否かを判断し（ステップＳ１５）、制御手段１８は所定時間Ｔが経過したと判断すると、地中往き温度センサ１２で不凍液の温度を検出して、制御手段１８はその時の不凍液の温度Ｄを記憶し（ステップＳ１６）、前記ステップＳ１４、ステップＳ１６で記憶した温度Ｃ、温度Ｄに基づいて所定時間Ｔ当たりの温度勾配（Ｄ−Ｃ）／Ｔを算出するものである（ステップＳ１７）。

続いて、制御手段１８は、前記ステップＳ１７にて算出した温度勾配が（Ｄ−Ｃ）／Ｔ＞０で上り勾配であるか否か判断し（ステップＳ１８）、温度勾配が上り勾配であると判断すると、温度勾配の上り勾配の度合いが予め設定した設定値γ以上であるか否か判断し（ステップＳ１９）、温度勾配の上り勾配の度合いが予め設定した設定値γ以上であると判断すると、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｅ回転、例えば３０ｒｐｍ増加させ（ステップＳ２０）、前記ステップ１４の処理に戻るものであり、一方、前記ステップＳ１８で、温度勾配の上り勾配の度合いが予め設定した設定値γより小さいと判断すると、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｆ回転、例えば１０ｒｐｍ増加させ（ステップＳ２１）、前記ステップ１４の処理に戻るものである。なお、前記ステップＳ２０のｅ回転と前記ステップＳ２１のｆ回転とは、ｅ回転＞ｆ回転という関係を有するものとする。

また、前記ステップＳ１８で、制御手段１８は、温度勾配が上り勾配でないと判断すると、前記ステップＳ１７にて算出した温度勾配が（Ｄ−Ｃ）／Ｔ＜０で下り勾配であるか否か判断し（ステップＳ２２）、温度勾配が下り勾配であると判断すると、温度勾配の下り勾配の度合いが予め設定した設定値δ以上であるか否か判断し（ステップＳ２３）、温度勾配の下り勾配の度合いが予め設定した設定値δ以上であると判断すると、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｇ回転、例えば３０ｒｐｍ減少させ（ステップＳ２４）、前記ステップ１４の処理に戻るものであり、一方、前記ステップＳ２３で、温度勾配の下り勾配の度合いが予め設定した設定値δより小さいと判断すると、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｈ回転、例えば１０ｒｐｍ減少させ（ステップＳ２５）、前記ステップ１４の処理に戻るものである。なお、前記ステップＳ２４のｇ回転と前記ステップＳ２５のｈ回転とは、ｇ回転＞ｈ回転という関係を有するものとする。

また、前記ステップＳ２２で、制御手段１８は、温度勾配が下り勾配でない、すなわち前記ステップＳ１７にて算出した温度勾配が（Ｄ−Ｃ）／Ｔ＝０で温度勾配がない、もしくは温度勾配がないと見なせる程度の小さい値であると判断すると、それまでの地中熱循環ポンプ１１の回転数を維持させ（ステップＳ２６）、前記ステップＳ１４の処理に戻るものである。

次に、図７のフローチャートで示した負荷運転を図８のタイムチャートを用いて詳細に説明する。ここで、初期条件として、前記設定値γ＝２、前記設定値δ＝２、時間ｔ０における地中熱循環ポンプ１１の回転数＝１０００ｒｐｍとする。

まず、時間ｔ０で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは１８℃を温度Ｃとして記憶し（前記ステップＳ１４）、時間ｔ０からｔ１の間の時間である所定時間Ｔ、例えば１分間が経過したか否かを判断し（前記ステップＳ１５）、１分が経過したと判断したら、時間ｔ１で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは１８℃を温度Ｄとして記憶し（前記ステップＳ１６）、温度勾配（Ｄ−Ｃ）／Ｔ＝（１８−１８）／１＝０を算出し（前記ステップＳ１７）、前記ステップＳ１８で、前記ステップＳ１７で算出した温度勾配が上り勾配でないと判断し、前記ステップ２２に進み、前記ステップＳ２２で、前記ステップＳ１７で算出した温度勾配が下り勾配でないと判断し、前記ステップＳ２６に進み、それまでの地中熱循環ポンプ１１の回転数であった１０００ｒｐｍを維持させ、前記ステップＳ１４の処理に戻るものである。

次に、時間ｔ１で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは１８℃を温度Ｃとして記憶し（前記ステップＳ１４）、時間ｔ１からｔ２の間の１分間が経過したか否かを判断し（前記ステップＳ１５）、１分が経過したと判断したら、時間ｔ２で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは２０℃を温度Ｄとして記憶し（前記ステップＳ１６）、温度勾配（Ｄ−Ｃ）／Ｔ＝（２０−１８）／１＝２を算出し（前記ステップＳ１７）、前記ステップＳ１７で算出した温度勾配が上り勾配であると判断し（前記ステップＳ１８）、温度勾配の上り勾配の度合いが２であり、予め設定した設定値γ＝２以上であると判断し（前記ステップＳ１９）、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｅ回転、例えば３０ｒｐｍ増加させて１０３０ｒｐｍとし（前記ステップＳ２０）、前記ステップ１４の処理に戻るものである。

続いて、時間ｔ２で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは２０℃を温度Ｃとして記憶し（前記ステップＳ１４）、時間ｔ２からｔ３の間の１分間が経過したか否かを判断し（前記ステップＳ１５）、１分が経過したと判断したら、時間ｔ３で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは２１℃を温度Ｄとして記憶し（前記ステップＳ１６）、温度勾配（Ｄ−Ｃ）／Ｔ＝（２１−２０）／１＝１を算出し（前記ステップＳ１７）、前記ステップＳ１７で算出した温度勾配が上り勾配であると判断し（前記ステップＳ１８）、温度勾配の上り勾配の度合いが１であり、予め設定した設定値γ＝２より小さいと判断し（前記ステップＳ１９）、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｆ回転、例えば１０ｒｐｍ増加させて１０４０ｒｐｍとし（前記ステップＳ２１）、前記ステップ１４の処理に戻るものである。

さらに、時間ｔ３からｔ４の間では、上記の時間ｔ０からｔ１の間と同様の処理を行い、時間ｔ４からｔ５の間では、上記の時間ｔ１からｔ２の間と同様の処理を行い、時間ｔ５からｔ６の間では、上記の時間ｔ２からｔ３の間と同様の処理を行って、時間ｔ６における地中熱循環ポンプ１１の回転数は１０８０ｒｐｍとなるものである。

次に、時間ｔ６で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは２４℃を温度Ｃとして記憶し（前記ステップＳ１４）、時間ｔ６からｔ７の間の１分間が経過したか否かを判断し（前記ステップＳ１５）、１分が経過したと判断したら、時間ｔ７で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは２２℃を温度Ｄとして記憶し（前記ステップＳ１６）、温度勾配（Ｄ−Ｃ）／Ｔ＝（２２−２４）／１＝−２を算出し（前記ステップＳ１７）、前記ステップＳ１７で算出した温度勾配が上り勾配ではないと判断し（前記ステップＳ１８）、前記ステップＳ１７で算出した温度勾配が下り勾配であると判断し（前記ステップＳ２２）、温度勾配の下り勾配の度合いが２であり、予め設定した設定値δ＝２以上であると判断し（前記ステップＳ２３）、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｇ回転、例えば３０ｒｐｍ減少させて１０５０ｒｐｍとし（前記ステップＳ２４）、前記ステップ１４の処理に戻るものである。

続いて、時間ｔ７で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは２２℃を温度Ｃとして記憶し（前記ステップＳ１４）、時間ｔ７からｔ８の間の１分間が経過したか否かを判断し（前記ステップＳ１５）、１分が経過したと判断したら、時間ｔ８で、制御手段１８は地中往き温度センサ１２にて不凍液の温度を検出し、検出温度、ここでは２１℃を温度Ｄとして記憶し（前記ステップＳ１６）、温度勾配（Ｄ−Ｃ）／Ｔ＝（２１−２２）／１＝−１を算出し（前記ステップＳ１７）、前記ステップＳ１７で算出した温度勾配が上り勾配ではないと判断し（前記ステップＳ１８）、前記ステップＳ１７で算出した温度勾配が下り勾配であると判断し（前記ステップＳ２２）、温度勾配の下り勾配の度合いが１であり、予め設定した設定値δ＝２より小さいと判断し（前記ステップＳ２３）、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりｈ回転、例えば１０ｒｐｍ減少させて１０４０ｒｐｍとし（前記ステップＳ２５）、前記ステップ１４の処理に戻るものである。

さらに、時間ｔ８からｔ９の間では、上記の時間ｔ０からｔ１の間、または上記の時間ｔ３から時間ｔ４の間と同様の処理を行い前記ステップＳ１４の処理に戻るものである。

以上説明した負荷運転としての冷房運転において、制御手段１８は、前記ステップＳ１４から前記ステップＳ１７において、地中往き温度センサ１２の検出する不凍液の温度に基づき、所定時間当たりの温度勾配を求め、前記ステップＳ１８にて、算出した温度勾配が上り勾配と判断した場合は、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも増加させるようにすると共に、前記ステップＳ２２において、前記ステップＳ１７で算出した温度勾配が下り勾配である判断した場合は、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも減少させるので、時々刻々と変化する負荷の大きさを地中往き温度センサ１２で監視し把握して、温度勾配が上り勾配の場合、つまり、冷房運転の負荷が増加した場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも増加させて、温度勾配をなくす方向に、且つ負荷に対して必要な放熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を設定することができ、また、温度勾配が下り勾配の場合、つまり、負荷運転の負荷が減少した場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも減少させて、温度勾配をなくす方向に、且つ負荷に対して必要な放熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を設定することができ、放熱し過ぎることなく、また、放熱し足りないこともなく、最適な放熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、制御手段１８は、前記ステップＳ１７で算出した温度勾配が上り勾配であると判断した場合は、前記ステップＳ１９で、温度勾配の上り勾配の度合いが予め設定した設定値γ以上であるか否か判断し、温度勾配の上り勾配の度合いが設定値γ以上である場合は、設定値γより小さい場合に比べて地中熱循環ポンプ１１の回転数の増加量を大きくしている。ここで、温度勾配の上り勾配の度合いの大きさは、負荷に対して必要な放熱量を確保するための循環流量からどれくらいかけ離れているか、すなわち放熱量の不足の大きさを意味しており、放熱量が大きく不足している場合は、前記ステップＳ２０のように地中熱循環ポンプ１１の回転数を大きく増加させると共に、放熱量が少々不足している場合は、前記ステップＳ２１のように地中熱循環ポンプ１１の回転数を少量増加させるものである。よって、制御手段１８は、温度勾配の上り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプ１１の回転数の増加量を大きくすることで、負荷対して必要な放熱量を確保するための循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を素早く且つ正確に近づけることができ、それにより最適な放熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、制御手段１８は、前記ステップＳ１７で算出した温度勾配が下り勾配であると判断した場合は、前記ステップＳ２３で、温度勾配の下り勾配の度合いが予め設定した設定値δ以上であるか否か判断し、温度勾配の下り勾配の度合いが設定値δ以上である場合は、設定値δより小さい場合に比べて地中熱循環ポンプ１１の回転数の減少量を大きくしている。ここで、温度勾配の下り勾配の度合いが大きさは、負荷に対して必要な放熱量を確保するための循環流量からどれくらい離れているか、すなわち放熱量の過多の大きさを意味しており、放熱量が多すぎる場合は、前記ステップＳ２４のように地中熱循環ポンプ１１の回転数を大きく減少させると共に、放熱量が少々多い場合は、前記ステップＳ２５のように地中熱循環ポンプ１１の回転数を少量減少させるものである。よって、制御手段１８は、温度勾配の下り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプ１１の回転数の減少量を大きくすることで、負荷対して必要な放熱量を確保するための循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を素早くかつ正確に近づけることができ、それにより最適な放熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

なお、上記の他の実施形態では、室内機２０の負荷側熱交換器５にて膨張弁６から吐出された冷媒と被空調空間の空気とで直接熱交換して被空調空間を冷却する冷房運転をするものにおいて、本発明の制御を適用したものであるが、本発明は上記の他の実施形態に限定されるものではなく、負荷熱交換部３を熱媒循環式のものとして、負荷側熱交換器５で膨張弁６から吐出された冷媒と負荷熱交換部３側の熱媒とで熱交換して、負荷熱交換部３側の熱媒を循環させて負荷端末により被空調空間である室内を冷却する冷房運転を行うものにおいても、本発明の制御を適用してもよいものであり、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な変形が可能であり、これを妨げるものではない。

また、上記の他の実施形態では、地中に埋設された複数の地中熱交換器９は互いに並列に接続されているが、地中に埋設された複数の地中熱交換器９は互いに直列に接続されているものであってもよい。

また、上記の他の実施形態では、時々刻々と変化する負荷の大きさを地中往き温度センサ１２で監視し把握しているが、負荷の大きさが変化せずとも、地下水の流れ、地中熱ヒートポンプ装置の運転状況等の要因により、地中に放熱できる熱量が変化して、地中往き温度センサ１２で検出する不凍液の温度が変化する場合があるので、時々刻々と変化する地中の状態を地中往き温度センサ１２で監視し把握して、前記温度勾配が上り勾配の場合、つまり、地中に放熱できる熱量が減少した場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも増加させて、温度勾配をなくす方向に、且つ負荷に対して必要な放熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を設定することができ、また、温度勾配が下り勾配の場合、つまり、地中に放熱できる熱量が増加した場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも減少させて、温度勾配をなくす方向に、且つ負荷に対して必要な放熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を設定することができ、放熱し過ぎることなく、また、放熱し足りないこともなく、最適な放熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、上記の他の実施形態では、制御手段１８は、前記ステップＳ１４から前記ステップＳ１７において、地中往き温度センサ１２の検出する不凍液の温度に基づき、所定時間当たりの温度勾配を求め、算出した温度勾配により地中熱循環ポンプ１１の回転数の増減制御を行っているが、地中戻り温度センサ１３の検出する不凍液の温度も、時々刻々と変化する負荷や地中の状態に対して、地中往き温度センサ１２の検出する不凍液の温度と同様の傾向を示すので、制御手段１８は、前記ステップＳ１４から前記ステップＳ１７において、地中戻り温度センサ１３の検出する不凍液の温度に基づき、所定時間当たりの温度勾配を求め、算出した温度勾配により地中熱循環ポンプ１１の回転数の増減制御を行ってもよいものであり、時々刻々と変化する負荷の大きさや地中の状態を地中戻り温度センサ１３で監視し把握して、温度勾配が上り勾配の場合、つまり、負荷運転の負荷が増加した、もしくは地中に放熱できる熱量が減少した場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも増加させて、温度勾配をなくす方向に、且つ負荷に対して必要な放熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を設定することができ、また、温度勾配が下り勾配の場合、つまり、負荷運転の負荷が減少した、もしくは地中に放熱できる熱量が増加した場合には、地中熱循環ポンプ１１の回転数をそれまでの回転数よりも減少させて、温度勾配をなくす方向に、且つ負荷に対して必要な放熱量を確保するための最低限の循環流量となるように地中熱循環ポンプ１１の回転数を設定することができ、放熱し過ぎることなく、また、放熱し足りないこともなく、最適な放熱ができ、総合的な地中熱ヒートポンプ装置の効率を向上させることができるものである。

また、上記の他の実施形態では、前記ステップＳ１９で、温度勾配の上り勾配の度合いの判断を予め設定した設定値γ以上であるか、それより小さいかの２択で行って地中熱循環ポンプ１１の回転数の増加量を決定しているが、温度勾配の上り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプ１１の回転数の増加量を大きくするようになってさえいれば、例えば、温度勾配の上り勾配の度合いが１であった時は地中熱循環ポンプ１１の回転数を１０ｒｐｍ増加し、温度勾配の上り勾配の度合いが２であった時は地中熱循環ポンプ１１の回転数を３０ｒｐｍ増加し、温度勾配の上り勾配の度合いが３であった時は地中熱循環ポンプ１１の回転数を５０ｒｐｍ増加するというように、温度勾配の上り勾配の度合いから判断する地中熱循環ポンプ１１の回転数の増加量の決定を３択以上のデータテーブルの使用により行ってもよいものであり、同様に、前記ステップＳ２３では、温度勾配の下り勾配の度合いの判断を予め設定した設定値δ以上であるか、それより小さいかの２択で行って地中熱循環ポンプ１１の回転数の減少量を決定しているが、温度勾配の下り勾配の度合いが大きいほど地中熱循環ポンプ１１の回転数の減少量を大きくするようになってさえいれば、温度勾配の下り勾配の度合いから判断する地中熱循環ポンプ１１の回転数の減少量の決定を３択以上のデータテーブルの使用により行ってもよいものである。

４ 圧縮機
５ 負荷側熱交換器
６ 減圧手段（膨張弁）
７ 熱源側熱交換器
８ ヒートポンプ回路
９ 地中熱交換器
１０ 地中熱循環回路
１１ 地中熱循環ポンプ
１２ 地中往き温度検出手段（地中往き温度センサ）
１３ 地中戻り温度検出手段（地中戻り温度センサ）
１８ 制御手段

Claims (7)

1. 圧縮機、負荷側熱交換器、減圧手段、熱源側熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路と、地中に埋設され互いに並列または直列に接続された複数の地中熱交換器と、該地中熱交換器と前記熱源側熱交換器との間を循環可能に接続する地中熱循環回路と、該地中熱循環回路に熱媒を循環させる地中熱循環ポンプと、前記地中熱交換器に流入する熱媒の温度を検出する地中往き温度検出手段、前記地中熱交換器から流出した熱媒の温度を検出する地中戻り温度検出手段と、これらの作動を制御する制御手段とを備え、前記地中熱交換器により地中熱を採熱し、前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させると共に、前記負荷側熱交換器を凝縮器として機能させて負荷側を加熱する負荷運転を行う地中熱ヒートポンプ装置において、前記負荷運転中に、前記制御手段は、前記地中往き温度検出手段または前記地中戻り温度検出手段の検出する熱媒温度の温度勾配が下り勾配の場合は、前記地中熱循環ポンプの回転数を増加させるようにすると共に、前記地中往き温度検出手段または前記地中戻り温度検出手段の検出する熱媒温度の温度勾配が上り勾配の場合は、前記地中熱循環ポンプの回転数を減少させるようにしたことを特徴とする地中熱ヒートポンプ装置。
2. 前記制御手段は、前記温度勾配の下り勾配の度合いが大きいほど前記地中熱循環ポンプの回転数の増加量を大きくするようにしたことを特徴とする請求項１記載の地中熱ヒートポンプ装置。
3. 前記制御手段は、前記温度勾配の上り勾配の度合いが大きいほど前記地中熱循環ポンプの回転数の減少量を大きくするようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の地中熱ヒートポンプ装置。
4. 前記負荷運転中に、前記地中往き温度検出手段の検出する熱媒温度が、前記熱媒の濃度に基づいて予め設定された下限温度より低くなった場合には、前記地中熱循環ポンプの回転数を増加させるようにしたことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の地中熱ヒートポンプ装置。
5. 圧縮機、負荷側熱交換器、減圧手段、熱源側熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路と、地中に埋設され互いに並列または直列に接続された複数の地中熱交換器と、該地中熱交換器と前記熱源側熱交換器との間を循環可能に接続する地中熱循環回路と、該地中熱循環回路に熱媒を循環させる地中熱循環ポンプと、前記地中熱交換器に流入する熱媒の温度を検出する地中往き温度検出手段、前記地中熱交換器から流出した熱媒の温度を検出する地中戻り温度検出手段と、これらの作動を制御する制御手段とを備え、前記地中熱交換器により地中に放熱し、前記熱源側熱交換器を凝縮器として機能させると共に、前記負荷側熱交換器を蒸発器として機能させて負荷側を冷却する負荷運転を行う地中熱ヒートポンプ装置において、前記負荷運転中に、前記制御手段は、前記地中往き温度検出手段または前記地中戻り温度検出手段の検出する熱媒温度の温度勾配が上り勾配の場合は、前記地中熱循環ポンプの回転数を増加させるようにすると共に、前記地中往き温度検出手段または前記地中戻り温度検出手段の検出する熱媒温度の温度勾配が下り勾配の場合は、前記地中熱循環ポンプの回転数を減少させるようにしたことを特徴とする地中熱ヒートポンプ装置。
6. 前記制御手段は、前記温度勾配の上り勾配の度合いが大きいほど前記地中熱循環ポンプの回転数の増加量を大きくするようにしたことを特徴とする請求項５記載の地中熱ヒートポンプ装置。
7. 前記制御手段は、前記温度勾配の下り勾配の度合いが大きいほど前記地中熱循環ポンプの回転数の減少量を大きくするようにしたことを特徴とする請求項５または６記載の地中熱ヒートポンプ装置。

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