JP6609195B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱源接続路の熱媒と熱交換した後のヒートポンプ回路の冷媒に対し熱交換を行わせた循環液を負荷端末へ供給し、冷暖房を実行可能なヒートポンプ装置に関する。

従来より、この種のヒートポンプ装置においては、特許文献１記載のように、熱源接続路の熱源側循環ポンプの回転数を、ヒートポンプ回路の熱源側熱交換器への流入冷媒温度に応じて制御するものがあった。

特開２０１１−９４８４０号公報

この従来のものでは、運転状況に応じて、熱源側循環ポンプの回転数が例えば最小回転数まで大きく低下する場合があり得る。この場合、前記熱源接続路における流量が低下し前記熱源側熱交換器における熱交換量が低下することから、ヒートポンプ回路に設けられる圧縮機からの冷媒吐出温度も同時に低下する。
一方、ヒートポンプ回路に設けられる膨張弁は、通常、前記圧縮機からの前記冷媒吐出温度に応じてその弁開度が制御される。前記のようして冷媒吐出温度が過度に低下して目標吐出温度を割ると、前記膨張弁の弁開度が減少する結果、ヒートポンプ回路の冷凍サイクルにおけるサイクル圧力が増大し、前記圧縮機の消費電力が増大する傾向となっていた。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１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接続してヒートポンプ回路を形成し、前記負荷側熱交換器、負荷側循環ポンプ、負荷端末を循環液配管で接続して負荷側回路を形成し、前記熱源側熱交換器、熱源側循環ポンプ、熱源を熱媒配管で接続して熱源接続路を形成し、前記ヒートポンプ回路において、前記熱源側熱交換器へ流入する、若しくは、前記熱源側熱交換器から流出する、冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段と、前記冷媒温度検出手段により検出された前記冷媒温度に応じて、前記熱源側循環ポンプの回転数を制御するポンプ制御手段とを設けたヒートポンプ装置において、前記負荷側回路において、前記負荷側熱交換器へ流入する循環液温度を検出する循環液温度検出手段と、前記循環液温度検出手段により検出された前記循環液温度に応じて、前記圧縮機の回転数を制御する圧縮機制御手段と、前記負荷側回路における前記循環液温度に応じて前記圧縮機制御手段により制御される、前記ヒートポンプ回路の前記圧縮機の回転数に応じて、前記ポンプ制御手段の制御における前記熱源側循環ポンプの回転数の下限値を設定する、下限値設定手段を設けたものである。

また、請求項２では、前記ポンプ制御手段は、前記冷媒温度検出手段により検出される前記冷媒温度が略一定値となるように、前記熱源側循環ポンプの回転数を制御するものである。

また、請求項３では、前記下限値設定手段は、前記圧縮機の回転数が高いほど前記下限値を高く設定し、前記圧縮機の回転数が低いほど前記下限値を低く設定するものである。

また、請求項４では、前記ヒートポンプ回路において、前記圧縮機から吐出される冷媒温度を検出する吐出温度検出手段と、前記吐出温度検出手段により検出された前記冷媒温度に応じて、前記減圧手段の弁開度を制御する減圧制御手段とを有するものである。

また、請求項５では、前記負荷側回路の前記負荷側循環ポンプは、一定回転数で回転するものである。

この発明の請求項１によれば、例えば暖房運転時には、熱源接続路において熱源側循環ポンプにより循環され熱源から採熱した熱媒と、ヒートポンプ回路において減圧手段から吐出された低温低圧の冷媒とが、熱源側熱交換器において熱交換し、前記冷媒が加熱されて蒸発する。前記蒸発後、ヒートポンプ回路において圧縮機から吐出され高温高圧となった冷媒と、負荷側回路において負荷側循環ポンプにより循環される循環液とが、負荷側熱交換器において熱交換し、加熱された循環液が負荷端末に供給されて被空調空間を加熱する。このとき、ヒートポンプ回路には、前記熱源側熱交換器へ流入する流入冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段が設けられている。そして、熱源接続路の前記熱源側循環ポンプの回転数は、ポンプ制御手段により、冷媒温度検出手段が検出する前記流入冷媒温度に応じて、例えばその流入冷媒温度が略一定値となるように、制御される。

例えば暖房運転開始時においては、ヒートポンプ回路にて冷媒温度検出手段が検出する前記流入冷媒温度が大きく低下するのに連動して、ポンプ制御手段の制御により熱源側循環ポンプの回転数が急上昇する。これによって、熱源側熱交換器において熱源接続路からヒートポンプ回路側へと汲み上げられる採熱出力が増大するので、前記流入冷媒温度は下げ止まり、その後、熱源側循環ポンプの回転数が例えば最大回転数まで上昇する頃に再び流入冷媒温度は上昇する。

ここで、ヒートポンプ回路に設けられた圧縮機は、通常、負荷側回路において負荷側熱交換器へ流入する循環液温度（戻り温度）に応じて、その回転数が制御される。前記のように運転開始直後で前記循環液温度が目標温度に達していない間は、負荷端末の暖房出力（負荷出力）が足りていないとして、圧縮機は所定の回転数（指示回転数）で運転継続され、圧縮機から吐出される冷媒吐出温度が上昇する。このとき、ヒートポンプ回路に設けられた減圧手段は、通常、圧縮機からの前記冷媒吐出温度に応じてその弁開度が制御される。前記のようにして冷媒吐出温度が上昇し、さらに目標吐出温度を超えると、減圧手段（例えば膨張弁）の弁開度が増大する。

その後、前記のようにして流入冷媒温度が上昇することで目標流入温度を超えると、ポンプ制御手段の制御により、熱源側循環ポンプの回転数が低下する。すると、熱源接続路における流量が低下することから、熱源側熱交換器における熱交換量が低下する。この結果、熱源接続路からヒートポンプ回路側へと汲み上げられる前記採熱出力が低下し、ヒートポンプ回路における前記冷媒吐出温度が低下する。冷媒吐出温度が低下して目標吐出温度を割ると、前記のようにして一旦増大した減圧手段の弁開度が再び減少する、この結果、ヒートポンプ回路の冷凍サイクルにおけるサイクル圧力が増大し、圧縮機の消費電力が増大する傾向となる。

そこで請求項１によれば、上記のような（冷媒吐出温度の低下に伴う）圧縮機の消費電力の増大を防止するために、下限値設定手段を設ける。これにより、前記のようにして前記流入冷媒温度が目標流入温度を超え前記熱源側循環ポンプの回転数が低下するとき、前記下限値設定手段が設定した所望の下限値未満には回転数が低下しないようにすることができる。具体的には、負荷側回路の循環液温度に応じて制御されるヒートポンプ回路の圧縮機の回転数に基づき、熱源側循環ポンプの回転数の下限値を、負荷側回路の負荷の大小に応じて設定する。この結果、前記した熱源接続路における流量低下が抑制され、前記冷媒吐出温度が低下せずに目標吐出温度未満とはならないので、前記した減圧手段の弁開度の減少を防止できる。したがって、サイクル圧力の増大を招くことがなくなり、前記した圧縮機の消費電力の増大を防止することができる。

また、請求項２によれば、ポンプ制御手段による熱源側循環ポンプの回転数の制御により、ヒートポンプ回路側での（例えば暖房時に熱源側熱交換器に流入する）冷媒温度を略一定値とする。これにより、熱源側熱交換器において熱源接続路からヒートポンプ回路側へと汲み上げられる採熱出力を、適宜に自動調整することができる。

また、請求項３によれば、負荷の大小に応じ、圧縮機の回転数が高いほど下限値を高く設定し、圧縮機の回転数が低いほど下限値を低く設定する。これにより、
負荷側回路の負荷に合わせて、熱源側熱交換器において汲み上げるべき採熱量が最適に設定され、熱源接続路における流量を最適に制御することができる。

また、請求項４によれば、吐出温度検出手段が検出する冷媒温度が例えば目標温度となるように、減圧手段の弁開度が制御される。これにより、負荷側熱交換器においてヒートポンプ回路と負荷側回路との間で交換すべき熱交換量に合わせて、減圧手段の弁開度を最適に制御することができる。

また、請求項５によれば、負荷側回路における循環液の流量を一定としつつ、ヒートポンプ回路側における圧縮機及び減圧手段を介した冷媒の制御により、負荷側熱交換器における熱交換量を調整する。これにより、簡素でかつ信頼性・安定性の高い制御で、負荷端末の冷暖房出力を所望に調整することができる。

本発明の一実施形態のヒートポンプ装置の主要なユニットの外観構成図 ヒートポンプ装置全体の回路構成図 暖房運転時の作動を説明する図 冷房運転時の作動を説明する図 地中熱制御装置の機能的構成図 空気熱制御装置の機能的構成図 暖房運転時における第１比較例及び実施形態の第１ヒートポンプ回路の挙動を表す図 地中熱源熱交換器における熱媒の流量と熱交換量との関係を表す図 第１ヒートポンプ回路の冷凍サイクルを表すモリエル線図 暖房負荷が中負荷である場合における第１ヒートポンプ回路の挙動を表す図 下限値設定部による地中熱循環ポンプの回転数下限値の設定態様を表す図 冷房運転時における第２比較例及び実施形態の第１ヒートポンプ回路の挙動を表す図 冷房負荷が中負荷である場合における第１ヒートポンプ回路の挙動を表す図 下限値設定部が実行する制御手順を表すフローチャート図

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１４に基づいて説明する。

本実施形態は、本発明を複合熱源型のヒートポンプ装置に適用した場合の実施形態である。本実施形態のヒートポンプ装置１の主要なユニットの外観構成を図１に示す。図１において、本実施形態のヒートポンプ装置１は、地中熱ヒートポンプユニット４と、空気熱ヒートポンプユニット５と、熱交換端末３６に循環液Ｌ（例えば、水や不凍液）を循環させる、負荷側回路としての端末循環回路３０と、熱源接続路としての地中熱循環回路２０とを有している。

本実施形態のヒートポンプ装置１全体の回路構成を図２に示す。図２に示すように、前記ヒートポンプ装置１は、前記地中熱ヒートポンプユニット４に備えられ、地中熱源を利用して前記熱交換端末３６側の循環液Ｌを加熱又は冷却可能な第１ヒートポンプ回路４０と、前記空気熱ヒートポンプユニット５に備えられ、空気熱源を利用して前記熱交換端末３６側の循環液Ｌを加熱又は冷却可能な第２ヒートポンプ回路５０と、前記端末循環回路３０と、前記地中熱循環回路２０とを有している。

図２において、第１ヒートポンプ回路４０は、能力可変の第１圧縮機４３と、負荷側熱交換器としての第１熱交換器４１と、減圧手段としての第１膨張弁４４と、熱源側熱交換器としての地中熱源熱交換器４５とが、第１冷媒配管４２によって環状に接続されている。この第１冷媒配管４２には、前記第１ヒートポンプ回路４０における第１冷媒Ｃ１（後述の図３及び図４参照）の流れ方向を切り換える切換弁としての四方弁４６が設けられている。

前記第１熱交換器４１及び前記地中熱源熱交換器４５は、例えばプレート式熱交換器で構成されている。このプレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートが積層され、第１冷媒Ｃ１を流通させる冷媒流路と熱媒である前記循環液Ｌを流通させる流体流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されているものである。

また、第１圧縮機４３から吐出された第１冷媒Ｃ１の温度は、吐出温度検出手段としての第１冷媒吐出温度センサ４２ａによって検出される。同様に、第１熱交換器４５から第１膨張弁４４を介して地中熱源熱交換器４５に至るまでの第１冷媒配管４２に設けられた冷媒温度センサ４２ｃ，４２ｂのうち、第１膨張弁４４から地中熱源熱交換器４５までの第１冷媒配管４２に設けられた冷媒温度検出手段としての第１冷媒温度センサ４２ｂによって、低圧側（暖房時）又は高圧側（冷房時）の第１冷媒Ｃ１の温度が検出される。前記第１冷媒吐出温度センサ４２ａ及び前記第１冷媒温度センサ４２ｂの検出結果は、前記地中熱制御装置６１へ入力される。

第２ヒートポンプ回路５０は、能力可変の第２圧縮機５３と、第２熱交換器５１と、第２膨張弁５４と、空気熱源熱交換器５５とが、第２冷媒配管５２によって環状に接続されている。この第２冷媒配管５２には、前記第２ヒートポンプ回路５０における第２冷媒Ｃ２（後述の図３及び図４参照）の流れ方向を切り換える切換弁としての四方弁５８が設けられている。

前記第２熱交換器５１は、前述と同様、例えばプレート式熱交換器で構成されており、前記第２冷媒Ｃ２を流通させる冷媒流路と前記循環液Ｌを流通させる流体流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されているものである。

また、第２圧縮機５３から吐出された第２冷媒Ｃ２の温度は、第２冷媒吐出温度センサ５２ａによって検出される。同様に、第２膨張弁５４から空気熱源熱交換器５５までの第２冷媒配管５２に設けられた第２冷媒温度センサ５２ｂによって、低圧側（暖房時）又は高圧側（冷房時）の第２冷媒Ｃ２の温度が検出される。さらに、外気の温度が、外気温センサ５７によって検出される。前記第２冷媒吐出温度センサ５２ａ及び前記外気温度センサ５７の検出結果は、空気熱制御装置６２へ入力される。

なお、前記第１ヒートポンプ回路４０の前記第１冷媒Ｃ１、および、前記第２ヒートポンプ回路５０の前記第２冷媒Ｃ２としては、例えばＲ４１０ＡやＲ３２等のＨＦＣ冷媒や二酸化炭素冷媒等の任意の冷媒を用いることができる。

地中熱循環回路２０は、回転速度（単位時間当たりの回転数）可変の熱源側循環ポンプとしての地中熱循環ポンプ２２と、熱源側熱交換器としての地中熱源熱交換器４５と、地中熱源熱交換器４５を流通する前記第１冷媒Ｃ１と熱交換する熱源として（この例では地中に）設置された地中熱交換器２３とが、熱媒配管としての地中熱配管２１によって環状に接続されている。この地中熱配管２１には、前記地中熱循環ポンプ２２によって、エチレングリコールやプロピレングリコール等を添加した不凍液が熱媒Ｈ１（後述の図３及び図４参照）として循環されるとともに、前記熱媒Ｈ１を貯留し地中熱循環回路２０の圧力を調整する地中用シスターン２４が設けられている。なお、地中熱交換器２３は、地中に設けられるのには限られず、例えば湖沼、貯水池、河川、海、温泉、井戸等の、比較的大容量の水源中に設けられ、それらから採熱するようにしてもよい。

端末循環回路３０は、前記第１熱交換器４１と、前記第２熱交換器５１と、ファンコイルや床暖房パネルやパネルコンベクタ等の負荷端末としての熱交換端末３６とが、循環液配管としての負荷配管３１によって上流側から順に環状に接続されている。この負荷配管３１には、端末循環回路３０に前記循環液Ｌを循環させる負荷側循環ポンプとしての循環液循環ポンプ３２と、循環液Ｌを貯留し端末循環回路３０の圧力を調整する暖房用シスターン３５とが設けられている。前記循環液循環ポンプ３２は、この例では、定速（一定回転数）にて回転するように構成されている。また、前記熱交換端末３６は、端末用リモコン６０ｂによって操作可能である。なお、熱交換端末３６は、図２では１つ設けられているが、２つ以上であってもよく、数量や仕様が特に限定されるものではない。

このとき、端末循環回路３０においては、前記第１熱交換器４１と前記第２熱交換器５１とが直列に接続されており、かつ、前記したように、端末循環回路３０を循環する循環液Ｌの流れに対して、前記第１熱交換器４１が前記第２熱交換器５１よりも上流側に配設されている。すなわち、前記ヒートポンプ装置１は、地中熱源を利用して熱交換端末３６側の循環液Ｌを加熱又は冷却する第１ヒートポンプ回路４０の第１熱交換器４１と、空気熱源を利用して熱交換端末３６側の循環液Ｌを加熱又は冷却する第２ヒートポンプ回路５０の第２熱交換器５１とが、端末循環回路３０に対して直列に接続された、複合熱源ヒートポンプ装置となっているものである。

なお、負荷配管３１には、熱交換端末３６から第１熱交換器４１に流入する循環液Ｌの温度を検出する、循環液温度検出手段としての戻り温水温度センサ３４が設けられており、その検出結果は、前記地中熱制御装置６１及び前記空気熱制御装置６２へ入力される。なお、空気熱制御装置６２は、戻り温水温度センサ３４に直接接続されず、前記地中熱制御装置６１を介して戻り温水温度センサ３４の検出結果を取得する構成でもよい。

ここで、前記ヒートポンプ装置１は、前記の四方弁４６，５８の切替によって暖房運転を行う暖房装置、若しくは、冷房運転を行う冷房装置、として選択的に機能させることができる。次に、図３及び図４を用いてこの暖房運転及び冷房運転について説明する。

図３に、暖房運転時の状態を示す。なお、図示の煩雑を防止するために、図２に示していた各種の信号線は省略している。この図３に示す暖房運転時においては、前記第１ヒートポンプ回路４０では、図示のように前記四方弁４６が切り替えられることで、第１圧縮機４３から吐出された第１冷媒Ｃ１を、第１熱交換器４１、第１膨張弁４４、地中熱源熱交換器４５の順に流通させた後、第１圧縮機４３に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の第１冷媒Ｃ１が前記第１圧縮機４３で圧縮されて高温・高圧のガスとなった（後述の図９の点Ａ→点Ｂ参照）後、凝縮器として機能する前記第１熱交換器４１において、前記端末循環回路３０を流れる循環液Ｌと熱交換を行って前記循環液Ｌに熱を放出し加熱しながら高圧の液体に変化する（後述の図９の点Ｂ→点Ｃ参照）。こうして液体となった第１冷媒Ｃ１は前記第１膨張弁４４において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり（後述の図９の点Ｃ→点Ｄ参照）、蒸発器として機能する前記地中熱源熱交換器４５において、前記地中熱循環回路２０を流れる熱媒Ｈ１と熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱し（後述の図９の点Ｄ→点Ａ参照）、低温・低圧のガスとして再び前記第１圧縮機４３へと戻る。

一方、前記第２ヒートポンプ回路５０では、図示のように前記四方弁５８が切り替えられることで、第２圧縮機５３から吐出された第２冷媒Ｃ２を、第２熱交換器５１、第２膨張弁５４、空気熱源熱交換器５５の順に流通させた後、第２圧縮機５３に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の第２冷媒Ｃ２が前記第２圧縮機５３で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する前記第２熱交換器５１において、前記端末循環回路３０を流れる循環液Ｌとの熱交換を行って前記循環液Ｌに熱を放出し加熱しながら高圧の液体に変化する。こうして液体となった第２冷媒Ｃ２は第２膨張弁５４において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する前記空気熱源熱交換器５５において、送風ファン５６の作動により送られる空気と熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱し、低温・低圧のガスとして再び前記第２圧縮機５３へと戻る。

また、地中熱循環回路２０では、地中熱交換器２３によって地中から地中熱が採熱され、その熱を帯びた前記熱媒Ｈ１が地中熱循環ポンプ２２により地中熱源熱交換器４５に供給される。そして、蒸発器として機能する前記地中熱源熱交換器４５において、地中熱源熱交換器４５の冷媒流路を流通する前記第１冷媒Ｃ１と、地中熱源熱交換器４５の流体流路を流通する前記熱媒Ｈ１とが対向して流れて熱交換が行われ、地中熱交換器２３にて採熱された地中熱が第１冷媒Ｃ１側に汲み上げられ前記のように第１冷媒Ｃ１が加熱される。

また、端末循環回路３０では、循環液循環ポンプ３２により前記第１熱交換器４１に流入した循環液Ｌは、凝縮器として機能する前記第１熱交換器４１において、地中熱循環回路２０の熱媒Ｈ１と熱交換し前記のように加熱された前記第１冷媒Ｃ１との熱交換を行って加熱された後、凝縮器として機能する前記第２熱交換器５１において、前記空気熱源熱交換器５５で外気と熱交換し前記のように加熱された前記第２冷媒Ｃ２との熱交換を行ってさらに加熱される。こうして加熱された前記循環液Ｌは、その後、前記熱交換端末３６に供給されて被空調空間を加熱する。

なお、上記においては、地中熱ヒートポンプユニット４および空気熱ヒートポンプユニット５の両方を動作させた暖房運転時の状態を図３に示して説明したが、これに限られない。すなわち、地中熱ヒートポンプユニット４単体のみを動作させての暖房運転（後述の図７及び図１０参照）や、空気熱ヒートポンプユニット５単体のみを動作させての暖房運転も可能なものである。

図４に、冷房運転時の状態を示す。なお、図示の煩雑を防止するために、図２に示していた各種の信号線は省略している。この図４に示す冷房運転時においては、前記第１ヒートポンプ回路４０では、図示のように前記四方弁４６が切り替えられることで、第１圧縮機４３から吐出された第１冷媒Ｃ１を、地中熱源熱交換器４５、第１膨張弁４４、第１熱交換器４１の順に流通させた後、第１圧縮機４３に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の第１冷媒Ｃ１が前記第１圧縮機４３で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する前記地中熱源交換機４５において、前記地中熱循環回路２０を流れる熱媒Ｈ１と熱交換を行って前記熱媒Ｈ１に熱を放出しながら高圧の液体に変化する。こうして液体となった第１冷媒Ｃ１は前記第１膨張弁４４において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する前記第１熱交換器４１において、前記端末循環回路３０を流れる循環液Ｌと熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱し前記循環液Ｌを冷却した後、低温・低圧のガスとして再び前記第１圧縮機４３へと戻る。

一方、前記第２ヒートポンプ回路５０では、図示のように前記四方弁５８が切り替えられることで、第２圧縮機５３から吐出された第２冷媒Ｃ２を、空気熱源熱交換器５５、第２膨張弁５４、第２熱交換器５１の順に流通させた後、第２圧縮機５３に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の第２冷媒Ｃ２が前記第２圧縮機５３で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する前記空気熱源熱交換器５５において、送風ファン５６の作動により送られる空気との熱交換を行って外気へ熱を放出しながら高圧の液体に変化する。こうして液体となった第２冷媒Ｃ２は前記第２膨張弁５４において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する前記第２熱交換器５１において、前記端末循環回路３０を流れる循環液Ｌと熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱し前記循環液Ｌを冷却した後、低温・低圧のガスとして再び前記第２圧縮機５３へと戻る。

また、地中熱循環回路２０では、前記熱媒Ｈ１が地中熱循環ポンプ２２により地中熱源熱交換器４５に供給される。そして、凝縮器として機能する前記地中熱源熱交換器４５において、地中熱源熱交換器４５の冷媒流路を流通する前記第１冷媒Ｃ１と、地中熱源熱交換器４５の流体流路を流通する前記熱媒Ｈ１とが対向して流れて熱交換が行われ、高温となっている第１冷媒Ｃ１の熱が熱媒Ｈ１側に放熱されて第１冷媒Ｃ１が冷却された後、熱媒Ｈ１の熱は地中熱交換器２３によって地中へと放熱される。

また、端末循環回路３０では、循環液循環ポンプ３２により第１熱交換器４１に流入した循環液Ｌは、蒸発器として機能する前記第１熱交換器４１において、地中熱循環回路２０の熱媒Ｈ１と熱交換し前記のように冷却された前記第１冷媒Ｃ１との熱交換を行って冷却された後、蒸発器として機能する前記第２熱交換器５１において、前記空気熱源熱交換器５５で外気と熱交換し前記のように冷却された前記第２冷媒Ｃ２との熱交換を行ってさらに冷却される。こうして冷却された循環液Ｌは、その後、前記熱交換端末３６に供給されて被空調空間を冷却する。

なお、上記においては、地中熱ヒートポンプユニット４および空気熱ヒートポンプユニット５の両方を動作させた冷房運転時の状態を図４に示して説明したが、これに限られない。すなわち、地中熱ヒートポンプユニット４単体のみを動作させての冷房運転（後述の図１２及び図１３参照）や、空気熱ヒートポンプユニット５単体のみを動作させての冷房運転も可能なものである。

次に、地中熱制御装置６１及び空気熱制御装置６２について説明する。前記地中熱制御装置６１及び前記空気熱制御装置６２は、詳細な図示を省略するが、各種のデータやプログラムを記憶する記憶部と、演算・制御処理を行う制御部とを備えている。これら前記地中熱制御装置６１及び前記空気熱制御装置６２の機能的構成を図５及び図６により説明する。

図５に示すように、前記地中熱制御装置６１は、圧縮機制御手段としての圧縮機制御部６１Ａと、減圧制御手段としての膨張弁制御部６１Ｂと、ポンプ制御手段としてのポンプ制御部６１Ｃとを機能的に備えている。また、地中熱制御装置６１は、熱交換端末３６に備えられた端末制御装置３６ａ及びメインリモコン６０ａに対し、通信可能に接続されている（図２参照）。

圧縮機制御部６１Ａは、前記戻り温水温度センサ３４により検出された循環液Ｌの温度に応じて、前記第１圧縮機４３の回転数を制御する。特にこの例では、圧縮機制御部６１Ａは、前記戻り温水温度センサ３４により検出される循環液Ｌの温度が、例えば前記メインリモコン６０ａの操作に対応した所望の目標温度となるように、前記第１圧縮機４３の回転数を制御する。

膨張弁制御部６１Ｂは、第１冷媒吐出温度センサ４２ａにより検出される第１冷媒Ｃ１の温度に応じて、前記第１膨張弁４４の弁開度を制御する。特にこの例では、膨張弁制御部６１Ｂは、第１冷媒吐出温度センサ４２ａにより検出される第１冷媒Ｃ１の温度が、例えば前記メインリモコン６０ａの操作に対応した制御上の目標温度となるように、前記第１膨張弁４４の弁開度を制御する。

ポンプ制御部６１Ｃは、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出された第１冷媒Ｃ１の温度に応じて、前記地中熱循環ポンプ２２の前記回転数を制御する（図２も参照）。特にこの例では、前記ポンプ制御部６１Ｃは、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出される前記第１冷媒Ｃ１の温度が略一定値となるように、前記地中熱循環ポンプ２２の前記回転数を制御する。

図６に示すように、前記空気熱制御装置６２は、圧縮機制御部６２Ａと、膨張弁制御部６２Ｂと、ファン制御部６２Ｃとを機能的に備えている。また空気熱制御装置６２は、前記地中熱制御装置６１に対し、通信可能に接続されている（図２参照）。

圧縮機制御部６２Ａは、前記戻り温水温度センサ３４により検出された循環液Ｌの温度に応じて、前記第２圧縮機５３の回転数を制御する。特にこの例では、圧縮機制御部６２Ａは、前記戻り温水温度センサ３４により検出される循環液Ｌの温度が、例えば前記メインリモコン６０ａの操作に対応した所望の目標温度となるように、前記第２圧縮機５３の回転数を制御する。なお、この空気熱制御装置６２の圧縮機制御部６２Ａと前記地中空気熱制御装置６１の前記圧縮機制御部６１Ａとは、必要に応じて互いに連携しつつ、対象となる第１圧縮機４３又は第２圧縮機５３の制御を行う。

膨張弁制御部６２Ｂは、第２冷媒吐出温度センサ５２ａにより検出される第２冷媒Ｃ２の温度に応じて、前記第２膨張弁５４の弁開度を制御する。特にこの例では、膨張弁制御部６２Ｂは、第２冷媒吐出温度センサ５２ａにより検出される第２冷媒Ｃ２の温度が、例えば前記メインリモコン６０ａの操作に対応した制御上の目標温度となるように、前記第２膨張弁５４の弁開度を制御する。なお、この空気熱制御装置６２の膨張弁制御部６２Ｂと前記地中空気熱制御装置６１の前記膨張弁制御部６１Ｂとは、必要に応じて互いに連携しつつ、対象となる第１膨張弁４４又は第２膨張弁５４の制御を行う。

ファン制御部６２Ｃは、前記外気温センサ５７により検出された外気の温度に応じて、前記送風ファン５６の回転数を制御する（図２も参照）。

以上の基本構成及び作動であるヒートポンプ装置１において、本実施形態の要部は、ポンプ制御部６１Ｃに新たに設けた下限値設定部６１ｐ（詳細は後述）よる前記地中熱循環ポンプ２２に対する制御内容（ポンプ回転数の下限値設定。詳細は後述）にある。以下、その詳細を順を追って説明する。

まず、本実施形態の第１比較例として、前記のように地中熱ヒートポンプユニット４単体のみを動作させての暖房運転を行うときで、前記下限値設定部６１ｐによる前記ポンプ回転数の下限値設定を行わない場合の第１ヒートポンプ回路４０の挙動を、図７中の破線で示すグラフにより説明する。

図示において、図７（ａ）は、第１ヒートポンプ回路４０の第１冷媒配管４２における第１圧縮機４３から吐出された第１冷媒Ｃ１の温度［℃］（冷媒吐出温度。本実施形態では第１冷媒吐出温度センサ４２ａにより検出。以下同様）の経時推移を示している。

また、図７（ｂ）は、地中熱ヒートポンプユニット４の成績係数ＳＣＯＰの経時推移を示している。この地中熱ヒートポンプユニット４のＳＣＯＰは、
ＣＯＰ＝地中熱ヒートポンプユニット４の暖房能力［ｋＷ］／（第１圧縮機４３の消費電力［ｋＷ］＋地中熱制御装置６１の消費電力［ｋＷ］）
をさらにユニット全体に拡張したものであり、
ＳＣＯＰ＝地中熱ヒートポンプユニット４の暖房能力［ｋＷ］／地中熱ヒートポンプユニット４の合計消費電力［ｋＷ］
で表される。具体的には、
ＳＣＯＰ≒地中熱ヒートポンプユニット４の暖房能力［ｋＷ］／（第１圧縮機４３の消費電力［ｋＷ］＋地中熱制御装置６１の消費電力［ｋＷ］＋循環液循環ポンプ３２の消費電力［ｋＷ］＋地中熱循環ポンプ２２の消費電力［ｋＷ］）
で表されるものである。

また、図７（ｃ）は、第１ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３への回転制御時に指示する回転数に相当する指示周波数（但し回転数［ｒｐｓ］で表記）の経時推移を示しており、図７（ｄ）は、そのときの第１圧縮機４３の消費電力［ｋＷ］の経時推移を示している。また、図７（ｅ）は、第１ヒートポンプ回路４０の暖房出力値［ｋＷ］の経時推移を示しており、図７（ｆ）は、暖房運転時において第１ヒートポンプ回路４０の地中熱源熱交換器４５に流入する第１冷媒Ｃ１の温度［℃］（流入冷媒温度。本実施形態では第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出。以下同様）の経時推移を示している。そして、図７（ｇ）は、地中熱循環回路２０における地中熱循環ポンプ２２の回転数［ｒｐｍ］の経時推移を示しており、図７（ｈ）は第１ヒートポンプ回路４０の第１膨張弁４４の弁開度の経時推移を示している。

例えば暖房運転開始時においては、第１ヒートポンプ回路４０にて前記流入冷媒温度が大きく低下する（図７（ｆ）における時間ｔｏ〜ｔ１参照）のに連動して、前述したポンプ制御部６１Ｃの制御（第１冷媒Ｃ１の温度が略一定値となるように地中熱循環ポンプ２２の回転数を制御）により地中熱循環ポンプ２２の回転数が急上昇する（図７（ｇ）における時間ｔｏ〜ｔ１参照）。これによって、地中熱源熱交換器４５において地中熱循環回路２０から第１ヒートポンプ回路４０側へと汲み上げられる採熱出力が増大するので、前記流入冷媒温度は下げ止まり（図７（ｆ）における時間ｔ１参照）、その後、地中熱循環ポンプ２２の回転数が例えば最大回転数（この例では４０００［ｒｐｍ］）まで上昇する頃に再び前記流入冷媒温度は上昇する（図７（ｆ）における時間ｔ１〜ｔ２参照）。

ここで、前記したように、第１ヒートポンプ回路４０の前記第１圧縮機４３の回転数は、前記圧縮機制御部６１Ａの制御により、端末循環回路３０において第１熱交換器４１へ流入する循環液Ｌの温度（戻り温度。本実施形態では戻り温水温度センサ３４により検出。以下同様）に応じて、制御される。前記のように運転開始直後で前記循環液Ｌの温度が目標温度に達していない間は、熱交換端末３６の暖房出力（負荷出力）が足りていないとして、前記第１圧縮機４３は所定の回転数（指示回転数）で運転継続され（図７（ｃ）参照；この例では９０［ｒｐｓ］）、第１圧縮機４３から吐出される冷媒吐出温度が上昇する（図７（ａ）における時間ｔ０〜ｔ２参照）。このとき、前記したように、第１ヒートポンプ回路４０の前記第１膨張弁４４の弁開度は、前記膨張弁制御部６１Ｂの制御により、前記冷媒吐出温度に応じて制御される（図７（ｈ）参照）。したがって、前記のようにして冷媒吐出温度が上昇し、さらに目標吐出温度（この例では８０［℃］）を超えると、前記第１膨張弁４４の弁開度が増大する、すなわち第１膨張弁４４の弁開度を開く方向に制御する（図７（ｈ）における時間ｔ２参照）。

その後、前記のようにして流入冷媒温度が上昇することで目標流入温度（この例では２［℃］）を超えると（図７（ｆ）における時間ｔ１〜ｔ２参照）、ポンプ制御部６１Ｃの制御により、地中熱循環ポンプ２２の回転数が低下する（図７（ｇ）における時間ｔ２〜ｔ３参照。この例では１０００［ｒｐｍ］以下まで低下）。この結果、地中熱循環回路２０における流量が低下する。

このとき、図８に示すように、地中熱源熱交換器４５における熱媒Ｈ１の流量と熱交換量との関係は単調増加関係にあることから、前記のように流量が低下すると、地中熱源熱交換器４５における熱交換量が低下する。この結果、地中熱循環回路２０から第１ヒートポンプ回路４０側へと汲み上げられる採熱出力が低下するので、第１ヒートポンプ回路４０における前記冷媒吐出温度が低下すると共に（図７（ａ）における時間ｔ２〜ｔ３参照）、第１ヒートポンプ回路４０の暖房出力値が低下する（図７（ｅ）における時間ｔ２〜ｔ３参照）。

冷媒吐出温度が低下して目標吐出温度を割ると（図７（ａ）における時間ｔ３参照）、前記膨張弁制御部６１Ｂの制御により、前記のようにして一旦増大した第１膨張弁４４の弁開度が再び減少する、すなわち第１膨張弁４４の弁開度を閉じる方向に制御する（図７（ｈ）における時間ｔ３参照）。この結果、図９のモリエル線図に示すように、第１ヒートポンプ回路４０の冷凍サイクルが、実線で表されるサイクルから破線で表されるサイクル（＝この第１比較例のサイクル）へと変化する。これにより、蒸発温度が低下する（破線白矢印参照）とともに、図示線図の台形高さに相当するサイクル圧力が増大（破線白矢印参照）して第１圧縮機４３の消費電力が増大し（図７（ｄ）における時間ｔ３参照）、ユニット全体の前記成績係数ＳＣＯＰも低下することとなってしまう（図７（ｂ）における時間ｔ３〜ｔ４参照）。

なお、図７（ａ）〜（ｈ）には、暖房の負荷が比較的大きい場合（大負荷）を例にとって示しているが、それよりも暖房の負荷がやや軽い場合（中負荷）においても、図１０（ａ）〜（ｈ）に示すように、傾向としては概ね同等の挙動となる。

そこで、本実施形態においては、上記のような（冷媒吐出温度の低下に伴う）第１圧縮機４３の消費電力の増大を防止するために、前記ポンプ制御部６１Ｃに下限値設定手段としての下限値設定部６１ｐを設ける。この下限値設定部６１ｐは、前記端末循環回路３０の負荷に係わる負荷状態量に対応させて、前記したポンプ制御部６１Ｃの制御における、地中熱循環ポンプ２２の回転数の下限値を設定する。

この例では、前記負荷状態量の一例としての前記第１圧縮機４３の回転数に応じ、当該第１圧縮機４３の回転数が高いほど前記地中熱循環ポンプ２２の回転数の下限値を高く設定し、当該第１圧縮機４３の回転数が低いほど前記地中熱循環ポンプ２２の回転数の下限値を低く設定するように、順次切り替えて設定する。具体的には、図１１に示すように、第１圧縮機４３の回転数が増加して５５［ｒｐｓ］以上となるまで（５５［ｒｐｓ］未満の場合）は前記地中熱循環ポンプ２２の回転数の下限値を１０００［ｒｐｍ］に設定し、第１圧縮機４３の回転数が５５［ｒｐｓ］以上に増加してさらに６５［ｒｐｓ］以上となるまで（６５［ｒｐｓ］未満の場合）は前記下限値を１５００［ｒｐｍ］に設定し、第１圧縮機４３の回転数が６５［ｒｐｓ］以上に増加したら前記下限値を２０００［ｒｐｍ］に設定する。

なお、このように、第１圧縮機４３の回転数の増大方向では、下限値設定の値を切り替える区切りとなる区切り回転数を５５［ｒｐｓ］及び６５［ｒｐｓ］とするが、第１圧縮機４３の回転数の減少方向では、前記区切り回転数を変えて５０［ｒｐｓ］及び６０［ｒｐｓ］とする（＝下限値設定にヒステリシスを持たせている）。すなわち、第１圧縮機４３の回転数が減少して６０［ｒｐｓ］未満となるまで（６０［ｒｐｓ］以上の場合）は前記地中熱循環ポンプ２２の回転数の下限値を２０００［ｒｐｍ］に設定し、第１圧縮機４３の回転数が６０［ｒｐｓ］未満に減少してさらに５０［ｒｐｓ］未満となるまで（５０［ｒｐｓ］以上の場合）は前記下限値を１５００［ｒｐｍ］に設定し、第１圧縮機４３の回転数が５０［ｒｐｓ］未満に減少したら前記下限値を１０００［ｒｐｍ］に設定する。

本実施形態においては、前記のようなポンプ回転数下限値の設定を下限値設定部６１ｐが行うことにより、前記図７の実線のグラフに示すように、前記のようにして流入冷媒温度が上昇して目標流入温度を超え（図７（ｆ）における時間ｔ１〜ｔ２参照）、ポンプ制御部６１Ｃの制御により地中熱循環ポンプ２２の回転数が低下する場合であっても、前記第１比較例と異なり、その回転数の低下は上記設定された下限値でとどまる（この例では２０００［ｒｐｍ］。図７（ｇ）における時間ｔ２以降の上向き矢印参照）。この結果、前記した地中熱循環回路２０における流量低下、及び、地中熱源熱交換器４５における熱交換量の低下が抑制されるので、第１ヒートポンプ回路４０における前記冷媒吐出温度の低下が防止され（図７（ａ）における時間ｔ２〜ｔ３参照）、前記膨張弁制御部６１Ｂの制御により、第１膨張弁４４の弁開度はさらに開かれる（図７（ｈ）における時間ｔ３参照）。この結果、前記図９のモリエル線図で説明したような、第１ヒートポンプ回路４０の冷凍サイクルの、実線で表されるサイクルから破線で表されるサイクルへの変化が起こらない（実線のサイクルのまま維持され、上記蒸発温度の低下やサイクル圧力の増加が防止される。図９中の実線白矢印参照）。したがって、サイクル圧力の増大による前記した第１圧縮機４３の消費電力増大が抑制され（図７（ｄ）における時間ｔ３参照）、ユニット全体の前記成績係数ＳＣＯＰを向上することができる（図７（ｂ）における時間ｔ３以降参照）。

なお、詳細な説明を省略するが、前記図１０（ａ）〜（ｈ）に示した暖房の負荷がやや軽い場合（中負荷）においても、実線のグラフに示すように、上記同様にして、第１圧縮機４３の消費電力増大が抑制され、ユニット全体の前記成績係数ＳＣＯＰが向上される。

なお、以上は、地中熱ヒートポンプユニット４単体が動作して暖房運転を行っている場合を例にとって説明したが、地中熱ヒートポンプユニット４および空気熱ヒートポンプユニット５の両方が動作して暖房運転を行っている場合も、前記地中熱ヒートポンプユニット４において上記の制御が適用されるものである。

また、以上は暖房運転開始時を例にとって説明したが、冷房運転時においても同様の課題が生じる。本実施形態の第２比較例として、前記のように地中熱ヒートポンプユニット４単体のみを動作させての冷房運転を行うときで、前記下限値設定部６１ｐによる前記ポンプ回転数の下限値設定を行わない場合の第１ヒートポンプ回路４０の挙動を、前記図７（ａ）〜（ｈ）にそれぞれ対応した、図１２（ａ）〜（ｈ）中の破線で示すグラフにより説明する。

図示において、図１２（ａ）は、前記図７（ａ）同様の第１冷媒Ｃ１の温度［℃］（前記の冷媒吐出温度）の経時推移を示しており、図１２（ｂ）は、前記図７（ｂ）同様の地中熱ヒートポンプユニット４の成績係数ＳＣＯＰの経時推移を示しており、図１２（ｃ）は、前記図７（ｃ）同様の第１圧縮機４３への指示周波数（但し回転数［ｒｐｓ］で表記）の経時推移を示しており、図１２（ｄ）は、前記図７（ｄ）同様の第１圧縮機４３の消費電力［ｋＷ］の経時推移を示している。また、図１２（ｅ）は、前記図７（ｅ）に対応して第１ヒートポンプ回路４０の冷房出力値［ｋＷ］の経時推移を示しており、図１２（ｆ）は、前記図７（ｆ）に対応して、冷房運転時において第１ヒートポンプ回路４０の地中熱源熱交換器４５から流出する第１冷媒Ｃ１の温度［℃］（流出冷媒温度。本実施形態では第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出。以下同様）の経時推移を示している。また、図１２（ｇ）は、前記図７（ｇ）同様、地中熱循環ポンプ２２の回転数［ｒｐｍ］の経時推移を示しており、図１２（ｈ）は、前記図７（ｈ）同様、第１膨張弁４４の弁開度の経時推移を示している。

冷房運転開始時においては、第１ヒートポンプ回路４０にて前記流出冷媒温度が上昇する（図１２（ｆ）参照）のに連動して、前述したポンプ制御部６１Ｃの制御（第１冷媒Ｃ１の温度が略一定値となるように地中熱循環ポンプ２２の回転数を制御）により地中熱循環ポンプ２２の回転数が急上昇する（図１２（ｇ）における時間ｔｏ〜ｔ１参照）。これによって、地中熱源熱交換器４５において第１ヒートポンプ回路４０側から地中熱循環回路２０への放熱量が増大しつつも、前記流出冷媒温度は緩やかに上昇を続け（図１２（ｆ）における時間ｔ０〜ｔ１〜ｔ２参照）、地中熱循環ポンプ２２の回転数は例えば最大回転数（この例では４０００［ｒｐｍ］）まで上昇する。

ここで、前記同様、前記第１圧縮機４３の回転数が、前記圧縮機制御部６１Ａの制御により、前記第１熱交換器４１へ流入する循環液Ｌの温度に応じて制御される。前記循環液Ｌの温度が目標温度まで降下していない間は、熱交換端末３６の冷房出力（負荷出力）が足りていないとして、前記第１圧縮機４３は所定の回転数（指示回転数）で運転継続され（図１２（ｃ）参照；この例では９０［ｒｐｓ］）、第１圧縮機４３からの前記冷媒吐出温度は緩やかに上昇する（図１２（ａ）における時間ｔ０〜ｔ２参照）。このとき、前記同様、前記第１膨張弁４４の弁開度が、前記膨張弁制御部６１Ｂにより前記冷媒吐出温度に応じて制御され（図１２（ｈ）参照）、前記のようにして冷媒吐出温度が緩やかにしか上昇せず、目標吐出温度（この例では６０［℃］）に達しない間は、前記第１膨張弁４４の弁開度が減少する、すなわち第１膨張弁４４の弁開度を（それまでよりも）閉じる方向に制御する（図１２（ｈ）における時間ｔ２参照）。

その後、前記のようにして流出冷媒温度が緩やかにしか上昇しないことで目標流出温度（この例では２８［℃］）に達しないことから（図１２（ｆ）における時間ｔ１〜ｔ２参照）、ポンプ制御部６１Ｃの制御により、地中熱循環ポンプ２２の回転数が低下する（図１２（ｇ）における時間ｔ２〜ｔ３参照。この例では１０００［ｒｐｍ］以下まで低下）。この結果、前記したように地中熱循環回路２０における流量が低下し、地中熱源熱交換器４５における熱交換量が低下する。この結果、第１ヒートポンプ回路４０から地中熱循環回路２０側への放熱量があまり増加しないので、第１ヒートポンプ回路４０における前記冷媒吐出温度があまり上昇しないと共に（図１２（ａ）における時間ｔ２〜ｔ３参照）、第１ヒートポンプ回路４０の冷房出力値もあまり増加しない（図１２（ｅ）における時間ｔ２〜ｔ３参照）。

前記のように冷媒吐出温度がなかなか目標吐出温度に到達しないことから（図１２（ａ）における時間ｔ３参照）、前記膨張弁制御部６１Ｂの制御により、前記のようにして一旦減少した第１膨張弁４４の弁開度がさらに減少する、すなわち第１膨張弁４４の弁開度をさらに閉じる方向に制御する（図１２（ｈ）における時間ｔ３参照）。この結果、図９のモリエル線図を用いて前記したように、第１ヒートポンプ回路４０の冷凍サイクルが、実線で表されるサイクルから破線で表されるサイクル（＝この第２比較例のサイクル）へと変化する。これにより、前記同様、サイクル圧力が増大して第１圧縮機４３の消費電力が増大し（図１２（ｄ）における時間ｔ３参照）、ユニット全体の前記成績係数ＳＣＯＰも低下する（図１２（ｂ）における時間ｔ３〜ｔ４参照）。

そして、上記のような冷房運転の場合においても、前記のようなポンプ回転数下限値の設定を下限値設定部６１ｐが行うことにより、図１２の実線のグラフに示すように、前記のようにして流出冷媒温度が緩やかにしか上昇せず目標流出温度になかなか達せず（図１２（ｆ）における時間ｔ１〜ｔ２参照）、ポンプ制御部６１Ｃの制御により地中熱循環ポンプ２２の回転数が低下する場合であっても、前記第２比較例と異なり、その回転数の低下は上記設定された下限値でとどまる（この例では２０００［ｒｐｍ］。図１２（ｇ）における時間ｔ２以降の上向き矢印参照）。この結果、前記した地中熱循環回路２０における流量低下、及び、地中熱源熱交換器４５における熱交換量の低下が抑制されるので、第１ヒートポンプ回路４０における前記冷媒吐出温度が前記緩やかな上昇から急激な上昇に改善され（図１２（ａ）における時間ｔ２〜ｔ３参照）、前記膨張弁制御部６１Ｂの制御により、一旦減少した第１膨張弁４４の弁開度が再び開かれる（図１２（ｈ）における時間ｔ３参照）。この結果、前記図９のモリエル線図で説明したような、第１ヒートポンプ回路４０の冷凍サイクルの、実線で表されるサイクルから破線で表されるサイクルへの変化が起こらない（実線のサイクルのまま維持され、上記蒸発温度の低下やサイクル圧力の増加が防止される。図９中の実線白矢印参照）。したがって、サイクル圧力の増大による前記した第１圧縮機４３の消費電力増大が抑制され（図１２（ｄ）における時間ｔ３参照）、ユニット全体の前記成績係数ＳＣＯＰを向上することができる（図１２（ｂ）における時間ｔ３以降参照）。

なお、図１２（ａ）〜（ｈ）には、冷房の負荷が比較的大きい場合（大負荷）を例にとって示しているが、それよりも冷房の負荷がやや軽い場合（中負荷）においても、図１３（ａ）〜（ｈ）に示すように、傾向としては概ね同等の挙動となり、実線のグラフに示すように、上記同様にして、第１圧縮機４３の消費電力増大が抑制され、ユニット全体の前記成績係数ＳＣＯＰが向上される。

なお、以上は、地中熱ヒートポンプユニット４単体が動作して冷房運転を行っている場合を例にとって説明したが、地中熱ヒートポンプユニット４および空気熱ヒートポンプユニット５の両方が動作して冷房運転を行っている場合も、前記地中熱ヒートポンプユニット４において上記の制御が適用されるものである。

次に、以上の手法を実現するために、前記下限値設定部６１ｐが実行する制御手順を図１４のフローチャートにより説明する。図１４において、まずステップＳ１０で、下限値設定部６１ｐは、ヒートポンプ装置１が運転開始状態となったか否かを判定する。具体的には、運転開始状態とは、例えば、操作者による適宜のヒートポンプ装置１の運転開始操作がなされることで停止状態から起動される場合、若しくは、後述の待機状態から復帰してヒートポンプ装置１の運転が再び開始される場合（詳細は後述）、である。運転開始状態となるまではステップＳ１０の判定が満たされず（Ｓ１０：Ｎｏ）ループ待機し、運転開始状態となるとステップＳ１０の判定が満たされ（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１５に移る。

ステップＳ１５では、下限値設定部６１ｐは、前記圧縮機制御部６１Ａの制御により制御されている第１圧縮機４３の回転数（適宜の公知の手法により検出されポンプ制御部６１Ｃに入力されている。以下同様）が５５［ｒｐｓ］以上であるか否かを判定する。例えば運転開始直後は５５［ｒｐｓ］未満であるから判定が満たされず（Ｓ１５：Ｎｏ）、ステップＳ２０に移る。

ステップＳ２０では、下限値設定部６１ｐは、前記のようにして前記第１冷媒温度センサ４２ｂによる前記第１冷媒Ｃ１の温度が略一定値となるように前記地中熱循環ポンプ２２の前記回転数を制御する際の、回転数下限値を１０００［ｒｐｍ］に設定する。その後、ステップＳ３０に移る。

ステップＳ３０では、下限値設定部６１ｐは、ヒートポンプ装置１が運転終了状態となったか否かを判定する。すなわち、上述のような回転数の制御の下で暖房運転（又は冷房運転）を行って暖房負荷（又は冷房負荷）が小さくなると、ヒートポンプ装置１を動作させずとも、前記端末循環回路３０の前記戻り温水温度センサ３４で検出される循環液Ｌの温度が目標戻り温度以上（又は目標戻り温度以下）に達する場合がある。この場合は、前記地中熱制御装置６１による公知の制御によりヒートポンプ装置１が停止され、待機状態となる（すなわち、いったんヒートポンプ装置１の運転が終了される）。ステップＳ３０では、下限値設定部６１ｐは、ヒートポンプ装置１がこの待機状態となったか否かを判定するものである。運転終了状態（すなわち待機状態）となっていない間はステップＳ３０の判定が満たされず（Ｓ３０：Ｎｏ）、前記ステップＳ１５に戻り、前記したステップＳ１５→ステップＳ２０→ステップＳ３０→ステップＳ１５・・の流れを繰り返す。ヒートポンプ装置１が運転終了状態（すなわち待機状態）となっていた場合はステップＳ３０の判定が満たされ（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１０に戻る。このときのステップＳ１０における前記運転開始状態となったか否かの判定は、前記待機状態が解除されたか否かの判定となる。すなわち、前記のようにして循環液Ｌの温度が目標戻り温度以上（又は目標戻り温度以下）に達して待機状態となった後、再び、前記循環液Ｌの温度が目標戻り温度を下回る（又は目標戻り温度を上回る）と、前記地中熱制御装置６１による公知の制御によりヒートポンプ装置１の運転が再び開始される。したがってこのときのステップＳ１０では、下限値設定部６１ｐは、ヒートポンプ装置１がこのようにして待機状態から復帰して運転再開されたか否かを判定するものである。運転が再開されてステップＳ１０の判定が満たされると前記したステップＳ１５→ステップＳ２０→ステップＳ３０→ステップＳ１５・・の流れを繰り返す。

前記のようなステップＳ１５→ステップＳ２０→ステップＳ３０→・・の繰り返しの間に第１圧縮機４３の回転数が５５［ｒｐｓ］以上となると前記ステップＳ１５の判定が満たされるようになり（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳ３５へ移行する。

ステップＳ３５では、下限値設定部６１ｐは、前記圧縮機制御部６１Ａの制御により制御されている第１圧縮機４３の回転数が６５［ｒｐｓ］以上であるか否かを判定する。まだ６５［ｒｐｓ］以上とはなっていない間は判定が満たされず（Ｓ３５：Ｎｏ）、ステップＳ４０に移る。

ステップＳ４０では、下限値設定部６１ｐは、前記のようにして前記地中熱循環ポンプ２２の前記回転数を制御する際の、回転数下限値を１５００［ｒｐｍ］に設定する。その後、ステップＳ４２に移る。

ステップＳ４２では、下限値設定部６１ｐは、前記圧縮機制御部６１Ａの制御により制御されている第１圧縮機４３の回転数が引き続き増大傾向であり、６５［ｒｐｓ］以上となったか否かを判定する。まだ６５［ｒｐｓ］以上とはなっていない間は判定が満たされず（Ｓ４２：Ｎｏ）、ステップＳ４５に移る。

ステップＳ４５では、下限値設定部６１ｐは、前記圧縮機制御部６１Ａの制御により制御されている第１圧縮機４３の回転数が減少傾向に転じ、５０［ｒｐｓ］未満となったか否かを判定する。まだ５０［ｒｐｓ］以上である間は判定が満たされず（Ｓ４５：Ｎｏ）、前記ステップＳ４２に戻る。

前記のようにして、ステップＳ４２→ステップＳ４５→ステップＳ４２→・・を繰り返している間に、前記圧縮機制御部６１Ａの制御により制御されている第１圧縮機４３の回転数が減少傾向に転じ、５０［ｒｐｓ］未満となった場合はステップＳ４５の判定が満たされ（Ｓ４５：Ｙｅｓ）、前記したステップＳ２０に移行し、以降、前記した手順を繰り返す。

一方、前記のステップＳ４２→ステップＳ４５→ステップＳ４２→・・を繰り返している間に、前記圧縮機制御部６１Ａの制御により制御されている第１圧縮機４３の回転数がさらに増大して６５［ｒｐｓ］以上となった場合はステップＳ４２の判定が満たされ（Ｓ４２：Ｙｅｓ）、ステップＳ５５に移行する。なお、前記ステップＳ３５において、前記圧縮機制御部６１Ａの制御により制御されている第１圧縮機４３の回転数が６５［ｒｐｓ］以上であり判定が満たされた（Ｓ３５：Ｙｅｓ）場合も同様に、ステップＳ５５に移行する。

ステップＳ５５では、下限値設定部６１ｐは、前記のようにして前記地中熱循環ポンプ２２の前記回転数を制御する際の、回転数下限値を２０００［ｒｐｍ］に設定する。その後、ステップＳ６０に移る。

ステップＳ６０では、下限値設定部６１ｐは、前記圧縮機制御部６１Ａの制御により制御されている第１圧縮機４３の回転数が減少傾向に転じ、６０［ｒｐｓ］未満となったか否かを判定する。まだ６０［ｒｐｓ］以上である間は判定が満たされず（Ｓ６０：Ｎｏ）ループ待機し、６０［ｒｐｓ］未満となったら判定が満たされて（Ｓ６０：Ｙｅｓ）、前述のステップＳ４０に移り、以降、前記した手順を繰り返す。

なお、図示を省略しているが、以上の各手順における任意のタイミングで操作者による適宜のヒートポンプ装置１の運転終了操作がなされた場合には、このフローは終了され、ヒートポンプ装置１が停止する。

以上説明したように、本実施形態のヒートポンプ装置１によれば、ポンプ制御部６１Ｃに下限値設定部６１ｐが設けられる。これにより、前記地中熱循環ポンプ２２の回転数が、前記流入冷媒温度（又は前記流出冷媒温度）に応じて制御される（この例ではそれらの温度が略一定値となるように制御される）場合において、前記のようにして前記流入冷媒温度が目標流入温度を超え（又は前記流出冷媒温度が目標流出温度に達せず）地中熱循環ポンプ２２の回転数が低下するとき、前記下限値設定部６１ｐが設定した所望の下限値未満には回転数が低下しないようにすることができる。この結果、前記した地中熱循環回路２０における流量低下が抑制され、前記冷媒吐出温度が低下せずに目標吐出温度未満とはならない（又は前記冷媒吐出温度の上昇が促進され目標吐出温度に達する）ので、第１膨張弁４４の弁開度の減少を防止できる。したがって、サイクル圧力の増大を招くことがなくなり、前記した第１圧縮機４３の消費電力の増大を防止することができる。

また、本実施形態では特に、下限値設定部６１ｐが、前記第１圧縮機４３の回転数に応じて、前記地中熱循環ポンプ２２の回転数の下限値を設定する。これにより、地中熱循環ポンプ２２の回転数の下限値を、確実に端末循環回路３０の負荷の大小に応じて設定することができる。その際、冷暖房負荷の大小に応じ、第１圧縮機４３の回転数が高いほど下限値を高く設定し、第１圧縮機４３の回転数が低いほど下限値を低く設定する。これにより、端末循環回路３０の負荷に合わせて、地中熱源熱交換器４５において汲み上げるべき採熱量（又は地中熱源熱交換器４５から放熱すべき放熱量）が最適に設定され、地中熱循環回路２０における流量を最適に制御することができる。

また、本実施形態では特に、戻り温水温度センサ３４が検出する循環液Ｌの温度（前記戻り温度）に応じて（この例では循環液Ｌの温度が目標温度となるように）、第１圧縮機４３の回転数が制御される。これにより、端末循環回路３０において熱交換端末３６が提供すべき冷暖房出力に合わせて、第１圧縮機４３の回転数を最適に制御することができる。

また、本実施形態では特に、第１冷媒吐出温度センサ４２ａが検出する第１冷媒Ｃ１の温度（前記冷媒吐出温度）に応じて（この例では第１冷媒Ｃ１の温度が目標温度となるように）、第１膨張弁４４の弁開度が制御される。これにより、第１熱交換器４１において第１ヒートポンプ回路４０と端末循環回路３０との間で交換すべき熱交換量に合わせて、第１膨張弁４４の弁開度を最適に制御することができる。

また、本実施形態では特に、端末循環回路３０の循環液循環ポンプ３２は、一定回転数で回転する。これにより、端末循環回路３０における循環液Ｌの流量を一定としつつ、第１ヒートポンプ回路４０側における第１圧縮機４３及び第１膨張弁４４を介した第１冷媒Ｃ１の制御により、第１熱交換器４１における熱交換量を調整する。この結果、簡素でかつ信頼性・安定性の高い制御で、熱交換端末３６の冷暖房出力を所望に調整することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、前記地中又は前記比較的大容量の水源中に地中熱交換器２３を設け、この地中熱熱交換器２３で前記地中又は前記水源と熱交換した熱媒Ｈ１を、地中熱循環回路２０において循環させたが、これに限られない。すなわち、このような循環回路を構成するのではなく、開放型の管路を地中熱循環ポンプ２２に接続するようにしても良い。この場合、地中熱循環ポンプ２２の上流側（ポンプ流入側）及び下流側（ポンプ流出側）がそれぞれ前述の湖沼、貯水池、河川、海、温泉、井戸等の水源（あるいは一定温度の水を供給する冷水器でもよい）に接続され、その水源等の水を前記地中熱循環ポンプ２２で直接汲み上げて使用する。すなわち、前記水源等の水は、ポンプ上流側に接続された管路（上流側管路）を通じて前記地中熱循環ポンプ２２に供給され、ポンプ下流側に接続された管路（下流側管路）へ吐出された後、その下流側管路に設けられた前記地中熱源熱交換器４５に導かれて前記第１冷媒Ｃ１と熱交換を行った後、さらに前記下流側管路を通じて前記水源等に戻される。この場合、前記上流側管路に接続される水源等と前記下流側管路に接続される水源等は同一のものでもよいし、別々のものでもよい。なおこの場合、前記上流側管路及び下流側管路が、各請求項記載の熱源接続路に相当する。

また例えば、上記実施形態では、地中熱交換器２３を１本だけ地中に設けた場合を例にとって説明しているが、これに限られず、地中熱交換器２３は地中に複数設けられていてもよい。その場合、それら複数の地中熱交換器２３は互いに並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよい。

また、上記実施形態では、地中熱を用いた第１ヒートポンプ回路４０と空気熱を用いた第２ヒートポンプ回路５０とを備えた複合熱源型のヒートポンプ装置に本発明を適用した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、地中熱を用いた第１ヒートポンプ回路４０のみを備えた、単一熱源型のヒートポンプ装置に適用してもよい。逆に、第１ヒートポンプ回路４０を含み３つ以上のヒートポンプ回路を備えた複合熱源型のヒートポンプ装置に適用してもよい。

１ ヒートポンプ装置
２０ 地中熱循環回路（熱源接続路）
２１ 地中熱配管（熱媒配管）
２２ 地中熱循環ポンプ（熱源側循環ポンプ）
２３ 地中熱交換器（熱源）
３０ 端末循環回路（負荷側回路）
３１ 負荷配管（循環液配管）
３２ 循環液循環ポンプ（負荷側循環ポンプ）
３４ 戻り温水温度センサ（循環液温度検出手段）
３６ 熱交換端末（負荷端末）
４０ 第１ヒートポンプ回路（ヒートポンプ回路）
４１ 第１熱交換器（負荷側熱交換器）
４２ 第１冷媒配管（冷媒配管）
４２ａ 第１冷媒吐出温度センサ（吐出温度検出手段）
４２ｂ 第１冷媒温度センサ（冷媒温度検出手段）
４３ 第１圧縮機（圧縮機）
４４ 第１膨張弁（減圧手段）
４５ 地中熱源熱交換器（熱源側熱交換器）
５０ 第２ヒートポンプ回路
５１ 第２熱交換器
５２ 第２冷媒配管
５３ 第２圧縮機
５４ 第２膨張弁
５５ 空気熱源熱交換器
５７ 外気温センサ
６１ 地中熱制御装置
６１Ａ 圧縮機制御部（圧縮機制御手段）
６１Ｂ 膨張弁制御部（減圧制御手段）
６１Ｃ ポンプ制御部（ポンプ制御手段）
６１ｐ 下限値設定部（下限値設定手段）
６２ 空気熱制御装置
Ｃ１ 第１冷媒
Ｃ２ 第２冷媒
Ｈ１ 熱媒
Ｌ 循環液

Claims (5)

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接続してヒートポンプ回路を形成し、
   前記負荷側熱交換器、負荷側循環ポンプ、負荷端末を循環液配管で接続して負荷側回路を形成し、
   前記熱源側熱交換器、熱源側循環ポンプ、熱源を熱媒配管で接続して熱源接続路を形成し、
   前記ヒートポンプ回路において、前記熱源側熱交換器へ流入する、若しくは、前記熱源側熱交換器から流出する、冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段と、
   前記冷媒温度検出手段により検出された前記冷媒温度に応じて、前記熱源側循環ポンプの回転数を制御するポンプ制御手段と
   を設けたヒートポンプ装置において、
   前記負荷側回路において、前記負荷側熱交換器へ流入する循環液温度を検出する循環液温度検出手段と、
   前記循環液温度検出手段により検出された前記循環液温度に応じて、前記圧縮機の回転数を制御する圧縮機制御手段と、
   前記負荷側回路における前記循環液温度に応じて前記圧縮機制御手段により制御される、前記ヒートポンプ回路の前記圧縮機の回転数に応じて、前記ポンプ制御手段の制御における前記熱源側循環ポンプの回転数の下限値を設定する、下限値設定手段を設けた
   ことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 前記ポンプ制御手段は、
   前記冷媒温度検出手段により検出される前記冷媒温度が略一定値となるように、前記熱源側循環ポンプの回転数を制御する
   ことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
3. 前記下限値設定手段は、
   前記圧縮機の回転数が高いほど前記下限値を高く設定し、
   前記圧縮機の回転数が低いほど前記下限値を低く設定する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のヒートポンプ装置。
4. 前記ヒートポンプ回路において、前記圧縮機から吐出される冷媒温度を検出する吐出温度検出手段と、
   前記吐出温度検出手段により検出された前記冷媒温度に応じて、前記減圧手段の弁開度を制御する減圧制御手段とを有する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記負荷側回路の前記負荷側循環ポンプは、一定回転数で回転する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。
   

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