JP2017526893A - 複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、i）冷温媒を圧縮、凝縮、気化、循環させて、水冷媒熱交換器（Ｂ）に熱を供給する熱エネルギー発生装置と、ii）熱エネルギーを蓄熱・蓄冷タンク（Ｅ）に貯蔵させる装置と、iii）４方向のファンコイルユニット（Ｆ）を介して熱エネルギーを負荷に供給する装置と、iv）制御装置（１０）と、からなる、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムにおいて、蒸発器の外部のデフロストのために蒸発器（Ｄ）の動作を一時停止させ、ブライン熱交換器（２０）から供給された地下水熱、インラインヒーター（４０）から供給された熱が提供された１５〜２０℃のブラインを蒸発器の周りに設置されてブライン供給管（Ｃ）に供給して、蒸発器の外部の霜を溶かした後、−３〜５℃のブラインで排出して霜を除去させることを特徴とする空気熱、地下水熱、ブライン熱、インラインヒーター熱などの複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムに関する。【選択図】図１

Description

本発明は、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムおよびその制御方法に関するものである。さらに詳細には、空気熱、地下水熱、ブライン（Ｂｒｉｎｅ）熱、インライン（ｉｎｌｉｎｅ）ヒーター熱などの複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムに関するものである。

また、上記複合熱源を利用して、冬季に蒸発器で生成された霜（ｆｒｏｓｔ）を効果的に除去することのできる除霜機能を備えたヒートポンプ冷暖房システムおよびその制御方法に関するものである。

一般的に、ヒートポンプは、冷温媒の蒸発熱または凝縮熱を利用して熱エネルギーを高温で吸収したり熱エネルギーを低温に放出することにより、一つの装置で冷暖房の両方を実行する装置をいう。

ヒートポンプ冷暖房システムは、冷温媒を循環させながら負荷で熱交換によって所定の空間を冷暖房する装置として使用されている。
通常、冬季に暖房装置として使用している場合、冷温媒の圧縮、凝縮（熱交換）、膨張、気化などの４段階の工程を、順次的に循環させて凝縮時の熱交換を通じた負荷を暖房するものである。これらの冷暖房システムは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器などを備えている。

すなわち、圧縮機の運転を通じて、低温蒸気の状態である冷温媒を圧縮させて凝縮器に伝達し、凝縮器で周囲の空気と熱交換される。本発明の場合には、凝縮器から冷温媒を熱交換することができ、水冷媒熱交換器で熱を伝達させて冷温媒は冷却され、液体状態で転換される。

液体状態の冷温媒は、膨張弁で流量が調整され、蒸発器に注入されると、急膨張して気化される。このとき、蒸発器で周囲から気化熱を吸収して周囲の空間を急激に冷却させ、蒸発器の外部表面に霜の発生を引き起こすことになる。

その後、蒸発器で低温の蒸気状態になった冷温媒は、再び圧縮機に入った後、圧縮されて高圧の蒸気状態となり、上記のような冷凍サイクルを繰り返す。
この時、冷凍サイクルの中で外部空気の熱を吸収する蒸発器の表面温度は、外気の温度に比べて相対的に低くなる。したがって、蒸発器の表面に比較的高温、湿潤した外部空気から凝結された水分がくっつくと、霜を生成することになる。

蒸発器の表面に生成された霜は、時間の経過とともにますます厚くなる。また、蒸発器を通過する空気の熱交換の効率が低下して、冷却効率も低下し消費電力が増加される。
上記のようなヒートポンプ冷暖房システムを利用したヒートポンプ冷暖房システムは、本発明者が大韓民国特許登録第１０−１３５１８２６号公報（地下水を利用した温室用ヒートポンプ冷暖房システム）で開示している。

上記した本発明者のヒートポンプ冷暖房システムの構成を見ると、次の通りである。
上記ヒートポンプ冷暖房システムの構成は、
i）圧縮機（Ａ）で圧縮された冷媒を空気熱交換器（Ｃ）を介して周囲の空気と熱交換させて冷媒の温度を調節した後、水冷媒熱交換器（Ｂ）で熱交換させて、再び圧縮機（Ａ）に循環させる熱エネルギー発生装置と、
ii）前記水冷媒熱交換器（Ｂ）から供給された熱エネルギーを、蓄熱タンク（Ｅ）に貯蔵させる装置と、
iii）蓄熱タンク（Ｅ）から供給された熱エネルギーを負荷側に伝達するために蓄熱熱交換器（Ｆ）で熱交換させる装置と、
iv）負荷側熱交換器（Ｇ）を介して供給された熱エネルギーで負荷を冷暖房させる装置と、
で構成されている。

この時、前記水冷媒熱交換器（Ｂ）の補助熱源として空気熱交換器（Ｃ）内の蒸発器（Ｄ）の温度を制御するために供給される地下水を使用して蓄熱タンク（Ｅ）内の温度を暖房時には６０〜９０℃に、冷房時には８〜１３℃に調節することを特徴とするものである。

大韓民国特許登録第１０−１３５１８２６号公報

しかし、従来のヒートポンプ冷暖房システムの場合、空気熱源と地下水熱源のみを使用し、蒸発器の熱を吸収交換するヒートポンプ冷暖房システムとして地下水熱源の熱供給だけでは十分ではなかった。

また、上記ヒートポンプ冷暖房システムの場合、別のデフロスト（ｄｅｆｒｏｓｔ）装置またはデフロスト機能を持たないこと、蒸発器のデフロストのためには、通常の冷暖房システムのようにヒートポンプの運転を中断させ、冷温媒循環サイクルを反対方向に逆サイクル循環させて蒸発器周囲の空間に気化熱を発散させることによって、霜を除去するという不便さがあった。

そこで本発明者は、従来の地下水を補助熱源として使用するヒートポンプ冷暖房システムの問題点を解決するために、ヒートポンプ冷暖房システムの熱源として空気熱、地下水熱、ブライン熱、インラインヒーター熱などの複合熱源を使用するヒートポンプ冷暖房システムを開発するために努力した。

地下水の熱源を、ブライン熱交換器を介して氷結温度−３０〜−１５℃のブラインに供給し、このブラインの熱源をブライン供給管で蒸発器の周りに供給することにより、蒸発器がブラインの蓄熱を熱交換して、蒸発器の周囲の内部空間の温度を徐々に増加させて霜の発生を最小限に抑え、また霜発生時、霜を検出する霜感知センサーの信号を介して、制御装置からデフロストのためにブライン供給管に地下水熱、ブライン熱の熱源、インラインヒーター熱の複合熱源を供給することにより、従来のような逆サイクル循環せずに効果的に霜を除去するデフロスト運転が可能な複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムを開発し、本発明を完成したものである。
本発明が解決しようとする課題は、ヒートポンプ冷暖房システムの熱源として空気熱、地下水熱、ブライン熱、インラインヒーター熱などの複合熱源を使用したヒートポンプ冷暖房システムを開発することである。

地下水の熱源をブライン熱交換器を介してブラインで供給し、このブラインの熱源をブライン供給管を介して蒸発器の周りに供給することにより、蒸発器がブラインの蓄熱を熱交換して蒸発器の周囲の内部空間の温度を徐々に増加させて霜の発生を最小限に抑えることだけではなく、霜発生時、霜を検出する霜感知センサーの信号を介して、制御装置からデフロストのためにブライン供給管に地下水熱、ブライン熱の熱源、インラインヒーター熱の複合熱源を供給することにより、従来の逆サイクル循環せずに、効果的に霜を除去するデフロスト運転が可能な複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムを開発するものである。

本発明の目的は、
i）圧縮機（Ａ）で圧縮された高温高圧の冷温媒を、水冷媒熱交換器（Ｂ）で熱交換させた後、液状の冷温媒を蒸発器（Ｄ）で気化させ、気化熱を、空気とブライン供給管（Ｃ）に供給されたブラインで提供した後、再び圧縮機（Ａ）に循環させる熱エネルギー発生装置と、
ii）前記水冷媒熱交換器（Ｂ）で蓄熱・蓄冷された水の熱エネルギーを、蓄熱・蓄冷タンク（Ｅ）に貯蔵させる装置と、
iii）蓄熱・蓄冷タンク（Ｅ）から供給された水の熱エネルギーを熱交換させ、４方向のファンコイルユニット（ｆａｎｃｏｉｌ ｕｎｉｔ）（Ｆ）を介して熱エネルギーを負荷に供給する装置と、
iv）蒸発器の動作、ブライン供給および回収、インラインヒーターの作動を制御する制御装置（１０）と、
からなる、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムにおいて、
暖房のために１１〜１４℃のブラインを、蒸発器の周辺に設置されたブライン供給管（Ｃ）に供給して、蒸発器が必要とする気化熱を提供し、−３〜５℃のブラインで排出して、ブライン熱交換器（２０）から地下水熱との熱交換を介して８〜１４℃のブラインを循環供給させることを特徴とする空気熱、地下水熱、ブライン熱、インラインヒーター熱などの複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムを提供することである。

本発明のもう一つの目的は、
i）圧縮機（Ａ）で圧縮された高温高圧の冷温媒を、水冷媒熱交換器（Ｂ）で熱交換させた後、液状の冷温媒を蒸発器（Ｄ）で気化させ、気化熱を、空気とブライン供給管（Ｃ）に供給されたブラインで提供した後、再び圧縮機（Ａ）に循環させる熱エネルギー発生装置と、
ii）前記水冷媒熱交換器（Ｂ）で蓄熱・蓄冷された水の熱エネルギーを、蓄熱・蓄冷タンク（Ｅ）に貯蔵させる装置と、
iii）蓄熱・蓄冷タンク（Ｅ）から供給された水の熱エネルギーを熱交換させ、４方向のファンコイルユニット（ｆａｎｃｏｉｌ ｕｎｉｔ）（Ｆ）を介して熱エネルギーを負荷に供給する装置と、
iv）蒸発器の動作、ブライン供給および回収、インラインヒーターの作動を制御する制御装置（１０）と、
からなる、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムにおいて、
前記蒸発器の外部のデフロストのために蒸発器（Ｄ）の動作を一時停止させ、ブライン熱交換器（２０）から供給された地下水熱、インラインヒーター（４０）から供給された熱が提供された１５〜２０℃のブラインを、蒸発器の周りに設置されたブライン供給管（Ｃ）に供給して、蒸発器の外部の霜を溶かした後、−３〜５℃のブラインで排出して、霜を除去させることを特徴とする空気熱、地下水熱、ブライン熱、インラインヒーター熱などの複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムを提供することである。

この時、前記ヒートポンプ冷暖房システムの暖房正常運転とデフロスト（ｄｅｆｒｏｓｔ）運転は、霜感知センサーで感知された霜の発生時点から制御装置（１０）に入力された温度センサー、圧力センサー、感知センサーで測定されたデータをプロセッサで処理することにより、運転条件を決定することを特徴とする。

また、前記ブライン供給管と、蒸発器の配管は、非等間隔の配列の形でブライン管と冷温媒管を互いに混在させて配列させ、その外側に等間隔でピン（ｐｉｎ）を設置させて熱交換することにより、
暖房運転時には、蒸発器内の液相温媒の気化熱を１１〜１４℃のブライン熱を介して供給し、
冷房運転時には、蒸発器内の冷媒の液化熱を８〜１４℃のブラインを介して吸収することを特徴とする。

一方、前記ブラインの氷点は、−３０〜−１５℃であり、
前記ブラインは、水と無水エタノール（１：１）の混合溶液であることを特徴とする。

本発明の効果は、ヒートポンプ冷暖房システムの熱源として空気熱、地下水熱、ブライン熱、インラインヒーター熱などの複合熱源を備えたヒートポンプ冷暖房システムを提供することである。

本発明の特徴は、地下水の熱源をブライン熱交換器を介して氷結温度−３０〜−１５℃ブラインに供給し、このブラインの熱源を、ブライン供給管を介して蒸発器の周りに供給することにより、蒸発器がブラインの蓄熱を熱交換して、蒸発器の周りの内部空間の温度を徐々に冷却して、霜の発生を最小限に抑えるものである。

また、霜発生時のデフロスト（除霜）のため、ブライン供給管に提供された地下水ブラインの熱源とインラインヒーターの複合熱源を供給することにより、従来のように逆サイクル循環せずに、効果的に霜を除去するデフロスト運転が可能な複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムを提供することである。

図１は、本発明の複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムの全体装置構成を示す概略図である。 図２ａは、本発明の複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムの暖房運転時におけるシステム全体の構成を示す概略図である。

本発明の新規な装置システムであるブライン熱交換器（２０）、ブラインタンク（３０）、ブライン供給管（Ｃ）の構成とブラインの循環が詳細に示されている。また、本発明のデフロスト運転時、ブラインに熱を供給することができるインラインヒーター（４０）の構成が示されている。暖房運転時には、温媒を循環させて、本発明のシステムを運用する。
図２ｂは、本発明の複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムの冷房運転時におけるシステム全体の構成を示す概略図である。

冷房運転時には、暖房運転時とは反対方向に冷媒を循環させて、本発明のシステムを運用する。
冷房運転時には、地下水熱交換器（５０）で１１〜１４℃の地下水を負荷に提供されている２０℃の冷却水と熱交換して、負荷の冷却を補完する役割をする。
図３ａは、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システム内のブライン供給管（Ｃ）と蒸発器（Ｄ）の構成を、３次元的に示した概略図である。

暖房運転時には、蒸発器に液状の温媒を投入して気化させた後、低温の蒸気状温媒で排出される。この時、気化熱を供給するために１１〜１４℃のブラインが供給され、蒸発器に気化熱を供給した後、−３〜５℃の低温のブラインで排出される。低温のブラインは、ブライン熱交換器で地下水と熱交換される。

一方、冷房運転時には、蒸発器に蒸気状冷媒が投入され、高温の液状の冷媒に排出される。ブラインが供給され、蒸発器で発生する液化熱を吸収する。
図３ｂは、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システム内のブライン供給管（Ｃ）と蒸発器（Ｄ）の構成を平面的に示した概略図である。

暖房運転時には、蒸発器に液状の温媒を投入し気化させた後、低温の蒸気状温媒で排出される。この時、気化熱を供給するために１１〜１４℃のブラインが供給され、蒸発器に気化熱を供給した後、−３〜５℃の低温のブラインで排出される。低温のブラインは、ブライン熱交換器で地下水と熱交換される。

一方、冷房運転時には、蒸発器に蒸気状冷媒が投入され、高温の液状の冷媒に排出される。ブラインが供給され、蒸発器で発生する液化熱を吸収する。
図４ａは、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システム内の冷温媒入出口側でブライン供給管と、蒸発器の配管の構成を例示した詳細図である。

図４ａで淡い色は、冷温媒注入と排出のための配管を示したものであり、濃い色は、ブラインの注入と排出のための配管を示す。冷温媒注入及び排出のための注入口と排出口を蒸発器の外部に設置する。
図４ｂは、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システム内のブライン入出口側でブライン供給管と、蒸発器の配管の構成を例示した詳細図である。

図４ｂで淡い色は、冷温媒注入と排出のための配管を示したものであり、濃い色は、ブラインの注入と排出のための配管を示す。ブラインの注入及び排出のための注入口と排出口を蒸発器の外部に設置する。
図４ｃは、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システム内のブライン供給管と、蒸発器の配管の構成を例示した詳細図である。

図４ｃで外部の周辺配管は、冷温媒注入と排出のための配管を示したものであり、内部のコア（ｃｏｒｅ）配管は、ブラインの注入と排出のための配管を示す。
図５ａは、制御装置を中心に蒸発器が正常に動作しているヒートポンプ冷暖房システムの正常運転の状態を示すものである。 図５ｂは、制御装置を中心に蒸発器の動作が中断されブライン循環およびインラインヒーターが動作しているヒートポンプ冷暖房システムのデフロスト運転の状態を示すものである。 図６ａは、本発明のヒートポンプ冷暖房システムで、デフロスト運転モードへの移行のための制御装置の機能を示したフローチャートである。

デフロスト運転のため空気熱、地下水熱、ブライン熱、インラインヒーターの熱を複合的に供給することにより、蒸発器の外部の霜を除去する。
図６ｂは、本発明のヒートポンプ冷暖房システムで、デフロスト運転時の制御装置の機能を示したフローチャートである。

本発明は、
i）冷温媒を圧縮、凝縮、気化、循環させて、水冷媒熱交換器（Ｂ）に熱を供給する熱エネルギー発生装置と、
ii）熱エネルギーを蓄熱・蓄冷タンク（Ｅ）に貯蔵させる装置と、
iii）４方向のファンコイルユニット（Ｆ）を介して熱エネルギーを負荷に供給する装置と、
iv）制御装置（１０）と、
からなる、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムにおいて、
蒸発器の外部のデフロストのために蒸発器（Ｄ）の動作を一時停止させ、
ブライン熱交換器（２０）から供給された地下水熱、インラインヒーター（４０）から供給された熱が提供された１５〜２０℃のブラインを、蒸発器の周りに設置されたブライン供給管（Ｃ）に供給して、蒸発器の外部の霜を溶かした後、
−３〜５℃のブラインで排出して霜を除去させることを特徴とする空気熱、地下水熱、ブライン熱、インラインヒーター熱などの複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムに関するものである。

以下、本発明を添付された図面によって、さらに詳細に説明する。
図１は、本発明の複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムの全体装置構成を示す概略図である。

図１に示したように、本発明のヒートポンプ冷暖房システムは、冬季にはハウスの暖房のための暖房装置として機能し、夏にはハウスの冷房のための冷房装置として機能するものである。

本発明のヒートポンプ冷暖房システムで蒸発器に霜が発生するのは、冬季にヒートポンプ冷暖房システムを暖房用に使用する場合である。
通常、冬季の外気温度は−１０℃以下まで低下することがあり、特に、蒸発器の周囲温度は、蒸発器が気化熱を吸熱することにより、−３０℃程度まで低下する。したがって、蒸発器の周りには、通常、必然的に霜が発生する。

本発明の特徴は、蒸発器（Ｄ）の周辺にブライン供給管（Ｃ）を設置し、ブライン熱源を介して、蒸発器内の液相の冷温媒の気化に必要な気化熱を提供することである。
この時、ブライン供給管に供給されるブラインの温度は、１１〜１４℃であり、ブライン供給管から排出されるブラインの温度は、−３〜５℃程度である。

またこの時、ブラインの熱エネルギーの提供は、通常、ブライン熱交換器（２０）から地下水熱との熱交換を介して、１１〜１４℃のブラインを循環供給させることができるものである。地下水熱交換だけではブライン熱エネルギーの提供が不十分な場合、インラインヒータ（４０）を通じて追加の熱源を提供する。

図２ａおよび図２ｂは、本発明の複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムの全体システム構成を示す概略図である。
本発明の新規な装置システムであるブライン熱交換器（２０）、ブラインタンク（３０）、ブライン供給管（Ｃ）の構成とブラインの循環が詳細に示されている。また、本発明のデフロスト運転時、ブラインに熱供給することができるインラインヒーター（４０）の構成が示されている。

図２ａ及び図２ｂに示すように、本発明のヒートポンプ冷暖房システムは、
i）圧縮機（Ａ）で圧縮された高温高圧の冷温媒を、水冷媒熱交換器（Ｂ）で熱交換させた後、液状の冷温媒を蒸発器（Ｄ）で気化させ、気化熱を、空気とブライン供給管（Ｃ）に供給されたブラインで提供した後、再び圧縮機（Ａ）に循環させる熱エネルギー発生装置と、
ii）前記水冷媒熱交換器（Ｂ）で蓄熱・蓄冷された水の熱エネルギーを、蓄熱・蓄冷タンク（Ｅ）に貯蔵させる装置と、
iii）蓄熱・蓄冷タンク（Ｅ）から供給された水の熱エネルギーを熱交換させ、４方向のファンコイルユニット（ｆａｎｃｏｉｌ ｕｎｉｔ）（Ｆ）を介して熱エネルギーを負荷に供給する装置と、
iv）蒸発器の動作、ブライン供給および回収、インラインヒーターの作動を制御する制御装置（１０）と、
で構成されている。

またこのとき、制御装置（１０）は、ブラインの供給温度、ブラインの排出温度、蒸発器の外気温度、蒸発器の霜感知などをセンサーにより測定し、その測定されたデータと、制御装置内のプロセッサの動作を通じて、本発明のヒートポンプ冷暖房システムの運転を制御する。

制御装置の指示に従って、加熱のためには１１〜１４℃のブラインを蒸発器の周辺に設置されたブライン供給管（Ｃ）に供給して蒸発器が必要とする気化熱を提供した後、−３〜５℃のブラインで排出した後、ブライン熱交換器（２０）から地下水との熱交換を通じて８〜１４℃のブラインを循環供給させるものである。

一方、制御装置の指示に応じて、蒸発器の外部のデフロストのために蒸発器（Ｄ）の動作を一時停止させ、ブライン熱交換器（２０）から供給され地下水の熱インラインヒーター（４０）から供給された熱を提供された１５〜２０℃のブラインを、蒸発器の周辺に設置されたブライン供給管（Ｃ）に供給して、蒸発器の外部の霜を溶かし、−３〜５℃のブラインで排出して霜を除去する。

したがって、ヒートポンプ冷暖房システムの正常運転とデフロスト運転は、温度センサー、圧力センサー、感知センサーで測定されたデータを使用して制御装置（１０）によって運転条件を決定する。

一方、本発明のブラインで使用する物質は、水よりも低い−３０〜−１５℃の氷点を持って毒性がない溶液状物質である。
最も好ましくは、ブラインは、水と無水エタノール（１：１）の混合溶液であり、必要に応じて、水に塩化カルシウムを溶解させた溶液も使用可能である。

ブライン熱交換器（２０）を介して地下水の灌頂（６０）から採取された１３〜１５℃の地下水と熱交換を介してブラインに熱を供給する。通常、冬季正常暖房運転時ブラインの温度は、８〜１４℃程度である。

図２ｂは、本発明の複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムの冷房運転時、システム全体の構成を示す概略図である。冷房運転時には、暖房運転時とは反対方向に冷媒を循環させ、本発明のシステムを運用する。

冷房運転時には、地下水熱交換器（５０）が１１〜１４℃の地下水熱を負荷に提供されている２０℃の冷却水と熱交換して、負荷の冷却を補完する役割をする。
図３ａは、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システム内のブライン供給管（Ｃ）と蒸発器（Ｄ）の構成を３次元的に示した概略図である。

暖房運転時には、蒸発器に液状の温媒を投入して気化させた後、低温の蒸気状温媒で排出される。この時、気化熱を供給するために１１〜１４℃のブラインが供給され、蒸発器に気化熱を供給した後、−３〜５℃の低温のブラインで排出される。

低温のブラインは、ブライン熱交換器で地下水と熱交換される。一方、冷房運転時には、蒸発器に蒸気状冷媒が投入され、高温の液状の冷媒に排出される。ブラインが供給され、蒸発器で発生する液化熱を吸収する。

図３ｂは、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システム内のブライン供給管（Ｃ）と蒸発器（Ｄ）の構成を平面的に示した概略図である。
暖房運転時には、蒸発器に液状の温媒を投入させて気化させた後、低温の蒸気状温媒で排出される。この時、気化熱を供給するために１１〜１４℃のブラインが供給され、蒸発器に気化熱を供給した後、−３〜５℃の低温のブラインで排出される。

低温のブラインは、ブライン熱交換器で地下水と熱交換される。一方、冷房運転時には、蒸発器に蒸気状冷媒が投入され、高温の液状の冷媒に排出される。ブラインが供給され、蒸発器で発生する液化熱を吸収する。

暖房運転時には、蒸発器に液状の冷温媒が投入されて気化させた後、低温の蒸気状冷温媒が排出される。この時、気化熱を供給するために１１〜１４℃のブラインが供給され、蒸発器に気化熱を供給した後、−３〜５℃の低温のブラインで排出される。低温のブラインは、ブライン熱交換器（２０）からの地下水と熱交換される。

また、上記ブライン供給管と、蒸発器の配管は、非等間隔コイル配列の形でブライン管と冷温媒管を互いに混在させて配列させ、その外側に等間隔でピンを設置させて熱交換することにより、暖房運転時には、蒸発器内の液相温媒気化熱を１１〜１４℃のブライン熱を介して供給し、冷房運転時には、蒸発器内の冷媒液化熱を８〜１４℃のブラインを介して吸収することを特徴とする。

図４ａは、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システム内の冷温媒入出口側ではブライン供給管と、蒸発器の配管の構成を例示した詳細図である。
図４ａで淡い色は、冷温媒注入と排出のための配管を示したものであり、濃い色は、ブラインの注入と排出のための配管を示す。冷温媒注入及び排出のための注入口と排出口を蒸発器の外部に設置する。

図４ｂは、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システム内のブライン入出口側ではブライン供給管と、蒸発器の配管の構成を例示した詳細図である。
図４ｂで淡い色は、冷温媒注入と排出のための配管を示したものであり、濃い色は、ブラインの注入と排出のための配管を示す。ブラインの注入及び排出のための注入口と排出口を蒸発器の外部に設置する。

図４ｃは、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システム内のブライン供給管と、蒸発器の配管の構成を例示した詳細図である。図４ｃで外部の周辺配管は、冷温媒注入と排出のための配管を示したものであり、内部のコア（ｃｏｒｅ）配管は、ブラインの注入と排出のための配管を示す。

一方、蒸発器の外部のデフロストのために蒸発器（Ｄ）の動作を一時停止させ、ブライン熱交換器（２０）から供給された地下水の熱インラインヒーター（４０）から供給された熱を提供された１５〜２０℃のブラインを、蒸発器周辺に設置されたブライン供給管（Ｃ）に供給して、蒸発器の外部の霜を溶かし、−３〜５℃のブラインで排出して霜を除去する。

図５ａは、制御装置を中心に蒸発器が正常に動作しているヒートポンプ冷暖房システムの正常運転の状態を示すものである。
図５ａに示すように、温度センサー、圧力センサー、感知センサーによって測定されたデータを、制御装置で処理した後、制御装置の指示に従って、ブラインを蒸発器の周辺に設置されたブライン供給管（Ｃ）に供給して、蒸発器で要求する気化熱を提供した後、ブライン熱交換器（２０）から地下水熱との熱交換を通じて循環供給させるものである。

図５ｂは、制御装置を中心に蒸発器の動作が中断され、ブライン循環およびインラインヒーターが動作しているヒートポンプ冷暖房システムのデフロスト運転の状態を示すものである。

図５ｂに示すように、温度センサー、圧力センサー、感知センサーによって測定されたデータを、制御装置で処理した後、制御装置の指示に基づいて、蒸発器の外部のデフロストのために蒸発器（Ｄ）の動作を一時停止させ、ブライン熱交換器（２０）から供給された地下水の熱インラインヒーター（４０）から供給された熱を提供された１５〜２０℃のブラインを、蒸発器の周辺に設置されたブライン供給管（Ｃ）に供給して、蒸発器の外部の霜を溶かし、−３〜５℃のブラインで排出して霜を除去する。

この時、ヒートポンプ冷暖房システムの暖房通常運転とデフロスト運転は、霜感知センサーで感知された霜の発生時点を、はじめに制御装置に入力された温度センサー、圧力センサー、感知センサーで測定されたデータを制御装置（１０）内のプロセッサで処理することにより運転条件を決定する。

図６ａは、本発明のヒートポンプ冷暖房システムで、デフロスト運転モードへの移行のための制御装置の機能を示したフローチャートである。
デフロスト運転のため空気熱、地下水熱、ブライン熱、インラインヒーターの熱を複合的に供給することにより、蒸発器の外部の霜を除去する。

本発明の霜感知センサーを介して一定量以上の霜が検出されると、正常運転モードでは、デフロスト運転モードに移行するための制御装置の機能が作動する。制御装置の指示に従って、ブラインの温度を増加させ、ブラインポンプを稼動させてブライン供給管に１５〜２０℃で加温されたブラインを供給する。また必要に応じて、インラインヒーターを稼働させ、圧縮機を停止するか否かを決定する。

図６ｂは、本発明のヒートポンプ冷暖房システムで、デフロスト運転時の制御装置の機能を示したフローチャートである。
デフロスト運転モードに切り替えると、圧縮機の動作を停止させ、したがって、蒸発器内の冷温媒の気化も中断される。ブライン供給管（Ｃ）に供給された加温されたブラインを介して、蒸発器の外部で発生した霜を除去する。

１０ 制御装置
２０ ブライン熱交換器
３０ ブラインタンク
４０ インラインヒーター
５０ 地下水熱交換器
６０ 地下水の灌頂

Claims (5)

1. i）圧縮機（Ａ）で圧縮された高温高圧の冷温媒を、水冷媒熱交換器（Ｂ）で熱交換させた後、液状の冷温媒を蒸発器（Ｄ）で気化させ、気化熱を、空気とブライン供給管（Ｃ）に供給されたブラインで提供した後、再び圧縮機（Ａ）に循環させる熱エネルギー発生装置と、
   ii）前記水冷媒熱交換器（Ｂ）で蓄熱・蓄冷された水の熱エネルギーを、蓄熱・蓄冷タンク（Ｅ）に貯蔵させる装置と、
   iii）蓄熱・蓄冷タンク（Ｅ）から供給された水の熱エネルギーを熱交換させ、４方向のファンコイルユニット（ｆａｎｃｏｉｌ ｕｎｉｔ）（Ｆ）を介して熱エネルギーを負荷に供給する装置と、
   iv）蒸発器の動作、ブラインの供給および回収、インラインヒーターの作動を制御する制御装置（１０）と、
   からなる、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムにおいて、
   暖房のために１１〜１４℃のブラインを、蒸発器の周辺に設置されたブライン供給管（Ｃ）に供給して、蒸発器が必要とする気化熱を提供し、−３〜５℃のブラインで排出して、ブライン熱交換器（２０）から地下水熱との熱交換を介して８〜１４℃のブラインを循環供給させることを特徴とする空気熱、地下水熱、ブライン熱、インラインヒーター熱などの複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システム。
2. i）圧縮機（Ａ）で圧縮された高温高圧の冷温媒を、水冷媒熱交換器（Ｂ）で熱交換させた後、液状の冷温媒を蒸発器（Ｄ）で気化させ、気化熱を、空気とブライン供給管（Ｃ）に供給されたブラインで提供した後、再び圧縮機（Ａ）に循環させる熱エネルギー発生装置と、
   ii）前記水冷媒熱交換器（Ｂ）で蓄熱・蓄冷された水の熱エネルギーを、蓄熱・蓄冷タンク（Ｅ）に貯蔵させる装置と、
   iii）蓄熱・蓄冷タンク（Ｅ）から供給された水の熱エネルギーを熱交換させ、４方向のファンコイルユニット（ｆａｎｃｏｉｌ ｕｎｉｔ）（Ｆ）を介して熱エネルギーを負荷に供給する装置と、
   iv）蒸発器の動作、ブラインの供給および回収、インラインヒーターの作動を制御する制御装置（１０）と、
   からなる、複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システムにおいて、
   前記蒸発器の外部のデフロストのために蒸発器（Ｄ）の動作を一時停止させ、ブライン熱交換器（２０）から供給された地下水熱、インラインヒーター（４０）から供給された熱が提供された１５〜２０℃のブラインを、蒸発器の周りに設置されたブライン供給管（Ｃ）に供給して、蒸発器の外部の霜を溶かした後、−３〜５℃のブラインで排出して、霜を除去させることを特徴とする空気熱、地下水熱、ブライン熱、インラインヒーター熱などの複合熱源を利用したヒートポンプ冷暖房システム。
3. 前記ヒートポンプ冷暖房システムの暖房正常運転とデフロスト（ｄｅｆｒｏｓｔ）運転は、
   霜感知センサーで感知された霜の発生時点から制御装置（１０）に入力された温度センサー、圧力センサー、感知センサーで測定されたデータをプロセッサで処理することにより、運転条件を決定することを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ冷暖房システム。
4. 前記ブライン供給管と、蒸発器の配管は、非等間隔の配列の形でブライン管と冷温媒管を互いに混在させて配列させ、その外側に等間隔でピン（ｐｉｎ）を設置させて熱交換することにより、
   暖房運転時には、蒸発器内の液相温媒の気化熱を１１〜１４℃のブライン熱を介して供給し、
   冷房運転時には蒸発器内の冷媒の液化熱を８〜１４℃のブラインを介して吸収することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ冷暖房システム。
5. 前記ブラインの氷点は、−３０〜−１５℃であり、
   前記ブラインは、水と無水エタノール（１：１）の混合溶液であることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ冷暖房システム。

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