JP6631670B2 - 熱源水配管、地中熱利用ヒートポンプシステムおよび熱交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中熱を利用したヒートポンプシステムのヒートポンプの地中熱採熱側の熱交換器の熱交換効率を高める熱源水配管および、その運用方法に関する。

地中の温度は、年平均気温程度で略一定であり、また、井戸水の温度と略等しいため、冷房を稼動する夏には外気より低く、暖房を稼動する冬には外気より高い。そのため、地中熱は、冷暖房や冬季の給湯にとって好適な熱源となる。

地中熱利用ヒートポンプシステムは、ヒートポンプの熱源に地中熱を用い、地中熱の熱媒体として水、あるいは不凍液を用いるのが一般的である。地中熱の採放熱に供する地中熱交換器は、その多くは、ボーリング孔や基礎杭等に熱源水（循環水）配管を配して構成する。前記熱源水配管は、ヒートポンプ室外機側の熱交換器（一次側熱交換器）に連結され、熱源水は、循環ポンプにより、地中熱交換器とヒートポンプの一次側熱交換器とを循環するとともに、前記一次側熱交換器において、ヒートポンプの冷媒と熱源水の間で熱交換が行われる。

このような地中熱利用ヒートポンプシステムを空調に用いる場合、冷房時には、ヒートポンプの一次側熱交換器は、圧縮機によって高温高圧化された冷媒を、熱源水によって冷却、液化する凝縮器として作用する。暖房時には、ヒートポンプの一次側熱交換器は、膨張弁によって減圧された冷媒を、熱源水によって加熱、気化させる蒸発器として作用する。冷房と暖房の切替は、四方弁によって、ヒートポンプ内の冷媒の流れる方向を切り替えることによって行われている。

発明者らは、市販の地中熱利用ヒートポンプシステムについて試験を行った。その結果、地中熱利用ヒートポンプシステムは、空気熱源ヒートポンプと比較して、冷房時で４０％以上の省エネルギー効果を確認した一方で、暖房時には１０％〜２０％程度の省エネルギー効果しか得られなかった。調査の結果、暖房時の省エネルギー効果が冷房よりも小さかった原因として、比較的温暖地域での試験だったため、熱源水温度と外気温の差が大きくなかったほかに、一次側熱交換器部分での熱交換効率に差が生じていたことをつきとめた。

また、熱源水の流れ方向が一方向であるため、長期的には、一次側熱交換器内部にスケールが蓄積し、熱交換効率が低下することも懸念された。

熱交換効率に差が生じた原因をさらに調査したところ、冷房時には一次側熱交換器内で冷媒と熱源水は、流れる方向が互いに逆向きの対向流となっていたのに対し、暖房時には冷媒と熱源水の流れる方向が同一である並行流であり、それによって暖房時には熱交換効率が低下して省エネルギー効果に差が生じていることがわかった。

これを、図７及び図８を用いて具体的に説明する。図７は、従来の地中熱利用ヒートポンプシステムの冷房時の冷媒と熱源水の流れを示す概念図であり、図８は、暖房時の冷媒と熱源水の流れ示す概念図である。図中の矢印は、冷媒および熱源水の流れる方向を示している。従来の地中熱利用ヒートポンプシステムでは、地中熱利用ヒートポンプ室外機８（以下、室外機８）内において、冷房時と暖房時で、四方弁７を切替え、圧縮機６から吐出される冷媒が循環する方向を逆転させている。一方、地中熱交換部１３を有する熱源水配管１において、冷房時、暖房時とも、熱源水は常に循環ポンプ１８によって一方向に流れている。図７に示すように、冷房時では、冷媒と熱源水の流れる方向が対向流であったため、高い熱交換効率が得られていたが、図８に示すように、暖房時では、冷媒と熱源水の流れる方向が並行流となり、熱交換効率が冷房時よりも低下し、省エネルギー効果が小さくなっていた。

特許文献１では、空気熱源ヒートポンプにおいて、冷房時、暖房時のいずれの場合も、室内機および室外機の熱交換器において、空気と冷媒の流れ方向とを常に対向流とする技術が提案されている。具体的には、特許文献１では、ヒートポンプ室内機および室外機内の双方の熱交換器の入口部分と出口部分に、冷媒の流れる方向を切替える切替弁とバイパス配管を設け、暖房時に熱交換器内の冷媒の流れ方向を逆転させることにより、各熱交換器において熱交換される空気と冷媒の流れ方向が常に対向流となるようにして空気調和機の運転効率を向上させている。

特許文献２では、地熱バイナリ発電予熱器のスケール除去の方法として、冷媒流れ方向を一定として、熱源水の流れを逆転させてスケール除去を行う技術が提案されている。具体的には、三方弁とゲートバルブ、バイパス配管を用いて熱源水の流入出方向を変更することで、熱交換器に温度変化を与え、熱膨張差によって、熱交換器配管内に析出付着したスケールを破壊、剥離するものである。

特開平７−９１７６１号公報 特開２０１０−３８４３８号公報

熱源水と冷媒の流れ方向が並行流になると、対向流の時よりも熱交換効率が低下してしまうため、冷暖房において常に対向流となるしくみが求められる。また、一次側熱交換器内で熱源水が常に一方向に流れると、スケールが内部に蓄積しやすくなり、スケール蓄積による熱交換効率低下の問題も課題である。

特許文献１の技術は、冷暖房とも常に熱交換器内の冷媒の流れる方向が同じになるように冷媒の向きを再逆転させるバイパス回路がヒートポンプ内に設置され、冷媒と空気が常に対向流となるように制御している。そのため、ヒートポンプ内部の構造が複雑化し、保守の手間と設備コストが増加する問題がある。また、本発明では、熱源に空気ではなく水を用いており、熱源水が一方向に流れているために、特許文献１の方式を援用した場合、スケールが熱交換器内部にたまってしまう問題が解決されていない。

熱交換器内部に蓄積するスケール除去については、特許文献２において、熱源水流を逆転させることが示されている。ここでは、熱交換器も運転停止せずに熱利用運転を継続したままの状態で熱交換器の伝熱管に付着堆積したスケールを剥離させて捕集できるようにしているが、スケール除去運転時には冷媒と熱源水が並行流となるために、採熱効率が低下する問題がある。また、スケール除去装置に至る流路は、常時運転時には閉じられており、常時運転においては、熱源水中のスケールを除去する手段がない問題もある。

本発明は、上記のような問題点に対してなされたものであり、熱交換器内部で冷媒と熱源水を低廉かつ保守容易な状態で対向流となし、さらに、熱交換器内にたまってしまうスケールの除去も行うことができる地中熱利用ヒートポンプシステムの熱源水配管構造およびその運用方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記のような目的を達成するため、以下のような特徴を有している。

［１］ヒートポンプ室外機の一次側熱交換器に接続される熱源水配管であって、
熱源水と地盤との間で熱交換を行う地中熱交換部と、
一次側熱交換器との第１接続部Ｘから地中熱交換部を介して一次側熱交換器との第２の接続部Ｙに至る主配管と、
主配管上の、第１接続部Ｘ側の分岐点Ａと、第２接続部Ｙ側の分岐点Ｂとの間に設けられた第１分岐配管と、
主配管上の、第１接続部Ｘと分岐点Ａとの間に設けられた分岐点Ｃと、第２接続部Ｙ側の分岐点Ｂよりも一次側熱交換器から遠い位置に設けられた分岐点Ｄとの間に設けられた第２分岐配管と、
主配管上の、分岐点Ａより一次側熱交換器から遠い位置に設けられ、かつ分岐点Ａに向けて吐出する循環ポンプと、
分岐点Ａにおいて、第１分岐配管側の流路と分岐点Ｃ側の流路とを切替可能な第１切替手段と、
分岐点Ｄにおいて、第２分岐配管側の流路と分岐点Ｂ側の流路とを切替可能な第２切替手段と、を備える熱源水配管。

［２］第１切替手段及び第２切替手段を用いて、一次側熱交換器内の熱源水の流れる方向を切り替え、一次側熱交換器内において隣接して流れるヒートポンプの冷媒と熱源水の流れ方向を、採熱時と放熱時のいずれにおいても対向流とする［１］に記載の熱源水配管。

［３］主配管において、循環ポンプよりも一次側熱交換器から遠い位置に設けられた分岐点Ｅと、分岐点Ｄよりも一次側熱交換器から遠い位置に設けられた分岐点Ｆとの間に設けられた第３分岐配管と、
分岐点Ｅにおいて、第３分岐配管側の流路と、分岐点Ａ側の流路とを切替える第３切替手段と、
分岐点Ｆにおいて、第３分岐配管側の流路と、分岐点Ｄ側の流路とを切替える第４切替手段と、
分岐点Ａと分岐点Ｅとの間にタンクからの配管接続部を有し、
分岐点Ｃから一次側熱交換器を介して分岐点Ｂに至るまでの流路に設けられた排出口と、を備える［１］又は［２］に記載の熱源水配管。

［４］分岐点Ａと循環ポンプの間にスケール除去装置を配したことを特徴とする、［１］乃至［３］のいずれかに記載の熱源水配管。

［５］ ［１］乃至［４］のうちいずれかに記載の熱源水配管とヒートポンプとを備えた地中熱利用ヒートポンプシステム。

［６］ 第１切替手段と第２切替手段を用いて、ヒートポンプの一次側熱交換器における第１接続部Ｘから第２接続部Ｙまでの熱源水配管を流れる熱源水の流れの方向を交互に切り替えた後、タンクから分岐点Ａと分岐点Ｅとの間へタンク内に貯留した流体を供給し、
前記流体によって押し出された熱源水を、排出口から排出する［３］または［４］に記載の熱源水配管とヒートポンプを備えた地中熱利用ヒートポンプシステムの一次側熱交換器内部の洗浄方法。

［７］ ［４］に記載の熱源水配管とヒートポンプを備えた地中熱利用ヒートポンプシステムの一次側熱交換器内部の洗浄方法であって、
第１切替手段と第２切替手段を用いて、ヒートポンプの一次側熱交換器における第１接続部Ｘから第２接続部Ｙまでの熱源水配管を流れる熱源水の流れの方向を交互に切り替え、一次側熱交換器内部のスケールを、分岐点Ａと循環ポンプ間に設置したスケール除去装置により捕捉する一次側熱交換器内部の洗浄方法。

［８］第３分岐配管側の流路を設定し、地中熱交換部への循環を停止した状態で洗浄を行うことを特徴とした、［６］又は［７］に記載の洗浄方法。

［９］［５］に記載の地中熱利用ヒートポンプシステムを使用し、
一次側熱交換器及び二次側熱交換器を有するヒートポンプの一次側熱交換器に接続され、一次側熱交換器内部において、地盤と熱交換する地中熱交換部を有する熱源水配管に流れる熱源水と、ヒートポンプの冷媒との熱交換方法であって、
採熱時と放熱時で、熱源水配管に設けられた切替手段によって、一次側熱交換器において流れる熱源水の向きを切替えて、一次側熱交換器において隣接して流れるヒートポンプの冷媒と熱源水の流れを、採熱時と放熱時のいずれにおいても対向流とする熱交換方法。

本発明によれば、ヒートポンプ内部に熱交換器内の冷媒の流れ方向を冷暖房時に同じにすることができる冷媒配管の切替手段が設けてられていない既存のヒートポンプを用いても、冷房時及び暖房時の両方で、一次側熱交換器内部で冷媒と熱源水とを低コストで対向流とすることができ、高い熱交換効率を得ることができるとともに、前記熱交換器内部でスケールの蓄積を抑制することができる。さらに、一次側熱交換器の洗浄は、バイパス回路によって極狭い範囲のみ熱源水の循環を行なうようにしたので、全循環系統にスケールを循環させることなく熱源水を清浄に保つことができるとともに、洗浄に供する熱源水の量を削減することができる。そして、タンクの内部の洗浄水の重力によって、開放弁からスケールを含む熱源水を排出することができるので、熱交換器１４内のスケールを容易に洗浄することができる。

本発明の実施の形態に係るヒートポンプに接続される熱源水配管と、これを含む地中熱利用ヒートポンプシステムを示す概要図である。 本発明の実施の形態に係る地中熱利用ヒートポンプシステムの冷房時の冷媒と熱源水の流れを示す概念図である。 本発明の実施の形態に係る地中熱利用ヒートポンプシステムの暖房時の冷媒と熱源水の流れを示す概念図である。 本発明の実施の形態に係る地中熱利用ヒートポンプシステムの第１洗浄工程（正循環）を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係る地中熱利用ヒートポンプシステムの第２洗浄工程（逆洗）を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係る地中熱利用ヒートポンプシステムの第３洗浄工程（スケール排出）を示す概念図である。 従来の地中熱利用ヒートポンプシステムの冷房時の冷媒と熱源水の流れを示す概念図である。 従来の地中熱利用ヒートポンプシステムの暖房時の冷媒と熱源水の流れを示す概念図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプに接続される熱源水配管と、これを含む地中熱利用ヒートポンプシステムを示す概要図である。

地中熱利用ヒートポンプシステム１００は、冷暖房などの空調や給湯など種々の用途に利用することができるが、以下の説明では、冷暖房に用いる２次側直膨方式の地中熱利用ヒートポンプシステム１００を例に説明する。

地中熱利用ヒートポンプ１０１の室外機８（以下、室外機８）には、圧縮機６、四方弁７及び一次側熱交換器１４（以下、熱交換器１４）が備えられている。室外機８と室内機（図示せず）は、冷媒が循環する冷媒配管１５によって接続されている。

四方弁７は、冷房時と暖房時において冷媒配管１５および熱交換器１４に流れる冷媒の向きを反転させる。なお、室内機についても熱交換器（二次側熱交換器）が備えられているが、室内機の構成についての説明は省略する。

熱交換器１４には、冷媒配管１５と熱源水配管系統１０２が接続されている。熱交換器１４内では、冷媒と熱源水が流れる流路が隣接して並んで配され、相互で熱交換が行われる。

熱源水配管系統１０２は、主配管１６、地中熱交換部１３、第１分岐配管１９、第２分岐配管２０、複数の切替手段２１、２２、２３、２４、循環ポンプ１８及びタンク３０、ストレーナ（図示せず）を備えている。

主配管１６は、一端が熱交換器１４の第１の接続部Ｘに接続され、他端が熱交換器１４の第２の接続部Ｙに接続されている。

主配管１６は、先端をＵ字状に折り返して、地中に設けられたボーリング孔等の鉛直方向に延びる空洞に挿入、埋設されている。この部分は、地中熱を採放熱する地中熱交換部１３として機能する。地中熱交換部１３では、熱源水を介して地盤との間で熱交換が行われる。なお、地中熱交換部１３は、地中に埋め込まれ、先端が閉塞された円形鋼管に挿入されるように構成してもよい。

熱交換器１４との第１の接続部Ｘ側の主配管１６には、第１の接続部Ｘ側から、分岐点Ｃ、分岐点Ａ、分岐点Ｅを有する。

熱交換器１４との第２の接続部Ｙ側の主配管１６には、第２の接続部Ｙ側から、分岐点Ｂ、分岐点Ｄ、分岐点Ｆを有する。

分岐点Ａと分岐点Ｂは、第１分岐配管１９で接続され、分岐点Ｃと分岐点Ｄは、第２分岐配管２０で接続され、分岐点Ｅと分岐点Ｆは、第３分岐配管２８で接続されている。

また、主配管１６上の、第１の接続部Ｘ側から分岐点Ａと分岐点Ｅの間には、循環ポンプ１８が設けられている。循環ポンプ１８は、分岐点Ａに向って熱源水を送り出すように設置している。

タンク３０は、その底部が主配管１６および熱交換器１４よりも高い位置に設置されており、循環ポンプ１８と分岐点Ｅの間には、タンク３０との接続部Ｇを有する。当該接続部Ｇは、配管の上面側に設けられ、タンク３０と前記接続部Ｇの間には、図示しないが開閉バルブを設けており、熱源水の温度差による体積変化の吸収および配管漏水時の熱源水供給のため、開閉バルブは常時開放している。

分岐点Ａには第１切替手段２１、分岐点Ｄには第２切替手段２２として、それぞれ三方弁が設けられ、循環ポンプ１８から送り出された熱源水を、第１分岐配管１９及び第２分岐配管２０を介さずに熱交換器１４、地中熱交換部１３に送る流路と、第１分岐配管１９及び第２分岐配管２０を介して熱交換器１４、地中熱交換部１３に送る流路とを切替えることができる。

分岐点Ｅには第３切替手段２３、分岐点Ｆには第４切替手段２４として、それぞれ三方弁が設けられ、循環ポンプ１８から送り出された熱源水を、地中熱交換部１３に送る流路と、第３分岐配管２８を介して、地中熱交換部１３をバイパスする流路とを切替えることができる。

ストレーナ等、配管内のごみ、スケール成分を除去するスケール除去装置は、図示していないが、循環ポンプ１８と分岐点Ａとの間に設ける。

排出口２５は、分岐点Ｃから熱交換器１４を介して分岐点Ｂに至る範囲内に設けられるが、図１に示すように、第１の接続部Ｘと分岐点Ｃの間に設けることがより望ましい。排出口２５は、通常時には閉じられている。

次に、冷暖房時における、本発明の実施の形態に係る室外機８に接続される熱源水配管系統１０２の熱源水と、これを含む地中熱利用ヒートポンプシステム１００の冷媒の流れについて図２及び図３を用いて説明し、また、熱源水配管系統１０２の洗浄工程を、図４乃至図６を用いて説明する。なお、図２乃至図６では、切替手段の閉じている側の流路を黒色で、開いている側の流路を白色で示している。また、熱源水が流れている流路を実線で、熱源水の流れが止まっている流路を点線で示している。なお、タンク３０から主配管１６に至る流路は常時開放されているが、ここでは通常運転時に水流はないものとして取り扱う。

図２は、本発明の実施の形態に係る地中熱利用ヒートポンプシステムの冷房時の熱源水と冷媒の流れを示す図である。

冷房時において、室外機８の冷媒は、圧縮機６から吐出され、四方弁７において、熱交換器１４の冷媒配管接続部Ｎ側に導かれ、熱交換器１４内部を矢印で示すように冷媒配管接続部Ｍ側へ流れている。

熱源水は、熱源水配管系統１０２に配された切替手段によって流路を設定する。冷房時においては、以下の設定を行う。分岐点Ａにおいて、第１切替手段２１によって、第１分岐配管１９側の流路を閉じ、循環ポンプ１８から分岐点Ｃに流れる流路を開く。

同様に、分岐点Ｄにおいて、第２切替手段２２によって、第２分岐配管２０側の流路を閉じ、第２の接続部Ｙから、地中熱交換部１３方向へ流れる流路を開く。

分岐点Ｅと分岐点Ｆにおいて、第３切替手段２３、第４切替手段２４は、第３分岐配管２８側の流路を閉じる。

熱源水は、循環ポンプ１８から分岐点Ａに向って送り出される。そのため、上述の設定においては、図２のように、熱源水は、分岐点Ａから、第１の接続部Ｘ、第２の接続部Ｙ、分岐点Ｄ、地中熱交換部１３を経由して循環する。

すなわち、冷房時の熱源水は、熱交換器１４内において、第１の接続部Ｘから第２の接続部Ｙに流れ、隣接して流れる冷媒と熱源水が対向流となる。

図３は、本発明の実施の形態に係る地中熱利用ヒートポンプシステムの暖房時の熱源水と冷媒の流れを示す図である。

暖房時において、室外機８の冷媒は、圧縮機６から吐出され、四方弁７において、室内機（図示せず）を経由して、熱交換器１４の冷媒配管接続部Ｍ側に導かれ、熱交換器１４内部を矢印で示すように冷媒配管接続部Ｎ側に向って流れる。

熱源水は、熱源水配管系統１０２に配された切替手段によって流路を設定する。暖房時においては、以下の設定を行う。分岐点Ａにおいて、第１切替手段２１によって、分岐点Ｃ側の流路を閉じ、循環ポンプ１８の出側から、第１分岐配管１９、分岐点Ｂを経由して第２の接続部Ｙに流れる流路を開く。

同様に、第２切替手段２２によって、分岐点Ｂ側の流路を閉じ、第１の接続部Ｘから、第２分岐配管２０、分岐点Ｄを経由して地中熱交換部１３方向へ流れる流路を開く。

なお、分岐点Ｅと分岐点Ｆにおいて、第３切替手段２３、第４切替手段２４は、冷房時と同じく、第３分岐配管２８の流路を閉じたままである。

熱源水は、冷房時と同じく、循環ポンプ１８から分岐点Ａに向かって送り出される。そのため、上述の設定においては、図３のように、熱源水は、分岐点Ａから、分岐点Ｂ、第２の接続部Ｙ、第１の接続部Ｘ、分岐点Ｃ、分岐点Ｄ、地中熱交換部１３を経由して循環する。

すなわち、暖房時の熱源水は、熱交換器１４内において、第２の接続部Ｙから第１の接続部Ｘに流れ、隣接して流れる冷媒と熱源水が対向流となる。

なお、上述のように、第１切替手段２１、第２切替手段２２は連動して制御されるため、これらは電磁弁により構成し、一斉にコンピュータにより開閉制御するよう構成してもよい。しかしながら、これらの開閉制御は、軽微な操作であるため、手動により操作してもよい。

以上では、冷房と暖房を例に説明したが、冷房とは、熱交換器１４における放熱を代表し、暖房とは、採熱を代表する用語として用いており、さらに、暖房時に対向流、冷房時に並行流となるヒートポンプ室外機においては、冷房と暖房を読み替えて対応するのは言うまでもない。

次に、図４乃至図６を用いて、本実施の形態の地中熱利用ヒートポンプの熱交換器１４および流路の洗浄工程について説明する。洗浄時には、熱源水配管系統１０２に配された切替手段によって熱源水流を正逆繰り返し、熱交換器１４内部のスケールを剥離して、洗浄を行う。

はじめに、循環ポンプ１８の運転を停止する。そして、分岐点Ｅにおいて、第３切替手段２３の、地中熱交換部１３側の流路を閉じ、第３分岐配管２８側の流路を開く。合わせて、分岐点Ｆにおいて、第４切替手段２４の、地中熱交換部１３側の流路を閉じ、第３分岐配管２８側の流路を開く。これにより、地中熱交換部１３側への熱源水の循環を遮断する。

そして、循環ポンプ１８を運転し、図４と図５に示すように、前記冷房時の流路設定と、暖房時の流路設定を所定の時間交互に繰り返すことにより、熱交換器１４内の熱源水の向きを、第１の接続部Ｘから第２の接続点Ｙに流れる方向と、第２の接続点Ｙから第１の接続部Ｘに流れる方向とを交互に切替える。これにより、熱交換器１４内の熱源水流路に堆積したスケールを剥離する。

その後、循環ポンプ１８を停止し、排出口２５を開放する。図６では、より望ましい形として、第２切替手段２２の第２分岐配管２０側の流路を閉じた状態を示しているが、上記工程を１サイクル以上繰り返した後であれば、図４または図５に示す工程終了後に行ってもよい。これによって、熱交換器１４内から剥離したスケールを含む熱源水は、タンク３０内にある熱源水の圧力によって、排出口２５より排出される。

なお、熱交換器１４内の汚れが激しい場合には、その後、排出口２５を再び閉鎖し、タンク３０から新たに熱源水または洗浄用流体２６を主配管１６に補充して、上記の図４、図５に示す工程を繰り返し行っても良い。

また、洗浄の前に、第３切替手段２３及び第４切替手段２４の地中熱交換部１３側の流路を閉じた段階で、タンク３０内に洗浄用流体２６を投入し、排出口２５を開放し、当該範囲の熱源水配管系統１０２内の熱源水を一部排出して前記洗浄用流体２６を主配管１６内に導入してもよく、排出口２５を開放し、当該範囲の熱源水配管１０２系統内の熱源水を一旦排出し、再度排出口２５を閉めたのち、タンク３０内に新たに洗浄用流体２６を入れ、循環ポンプ１８を運転して、洗浄作業を行ってもよい。

第３切替手段２３及び第４切替手段２４や排出口２５に電磁弁を設け、その開閉操作を電気的に制御してもよいが、手動としてもよい。

排出した熱源水の補充は、排出口２５を閉めたのちにタンク３０から行ってもよいが、排出口２５を開放したまま、タンク３０内に熱源水を供給し、排出口２５から新たな熱源水が出てきた段階で排出口２５を閉めれば、残存していたスケールを含む熱源水を全て排出し、新たな熱源水を補充することができる。

熱源水の補充後、循環ポンプ１８を稼動させる。この工程で、熱源水配管系統１０２内に残存する空気は、接続部Ｇが配管上面側に設けられているので、タンク３０を介して抜けていく。上記工程は、第３切替手段２３及び第４切替手段２４を予め操作して、分岐配管２８側の流路を閉めた状態としておくと、主配管１６内のエア抜き工程と並行しながら、通常の稼動状態に復帰する。

以上では、スケールを含む熱源水を外部に排出して交換する洗浄専用の工程を示したが、冷房または暖房運転と並行して熱交換器１４内部のスケール除去を行うこともできる。具体的には、第１切替手段２１、第２切替手段２２を図２、図３に示すように交互に操作して熱交換器１４の熱源水の流れる方向を交互に変える。この過程で剥離して熱源水配管系統１０２を熱源水とともに循環するスケールは、循環ポンプ１８と分岐点Ａとの間に設けられたストレーナで捕集される。本発明の構成では、どのような流路を設定しても、この区間は常に同じ方向に熱源水が流れるため、バイパス回路を用いずに主配管１６上にストレーナを設けても、ストレーナに捕集されたごみやスケールが再放出されるおそれがない。

このように、本実施の形態に係るヒートポンプに接続される熱源水配管系統１０２は、第１分岐配管１９及び第２分岐配管２０を設け、第１分岐配管１９及び第２分岐配管２０を経由して熱源水を流すか否かを切替えることで、熱交換器１４内の熱源水の流れ方向を切替ることができる。

これにより、冷房時と暖房時で、冷媒配管１５内の冷媒の流れ方向が切り替わるのに応じて、熱交換器１４内の熱源水の流れ方向を切替え、冷房時と暖房時のいずれにおいても、熱交換器１４における冷媒と熱源水を対向流とし、熱交換効率を向上させることができる。

また、本実施の形態に係るヒートポンプに接続される熱源水配管系統１０２に、熱交換器１４内の熱源水の流れ方向を切替る構造を設けているため、室外機８内部に冷媒の流れ方向を切換えて、熱交換器１４で冷媒と熱源水とを対向流にする切替弁が設けられていないヒートポンプであっても、冷房時及び暖房時の両方において高い熱交換効率を得ることができる。

また、本実施の形態に係るヒートポンプに接続される熱源水配管系統１０２に、熱交換器１４内の熱源水の流れ方向を切替える手段（第１分岐配管１９、第２分岐配管２０、第１切替手段２１、第２切替手段２２）を簡易な構成で設けたので室外機８側に切替弁を設けるよりも、設備コストを削減して同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施の形態では、第３分岐配管２８によるバイパス回路、タンク３０、排出口２５の位置を適切に配置し、さらに熱交換器１４近傍に設けることにより、洗浄に供する熱源水の量を削減し、熱交換器１４内のスケールを容易に洗浄することができる。

なお、本発明は、上記のような実施の形態に限られるものではなく、いわゆる当業者によって種々の設計変更を行うことができる。

例えば、本実施の形態では、第１切替手段２１と第２切替手段２２が分岐点Ａと分岐点Ｄのそれぞれに設けられているが、分岐点Ｂや分岐点Ｃにさらに切替手段を設置するように構成してもよく、さらに、切替手段は三方弁に限定しない。

また、ストレーナ等、配管内のごみ、スケール成分を除去するスケール除去装置を、循環ポンプ１８と分岐点Ａとの間に設けることにより、どのような流路を設定しても、この区間は常に同じ方向に熱源水が流れるため、バイパス回路を用いずに主配管１６上にストレーナを設けても、ストレーナに捕集されたごみやスケールが再放出されるおそれがない。

８ 地中熱利用ヒートポンプ室外機
１３ 地中熱交換部
１４ 熱交換器（一次側熱交換器）
１５ 冷媒配管
１６ 主配管
１８ 循環ポンプ
１９ 第１分岐配管
２０ 第２分岐配管
２１ 第１切替手段
２２ 第２切替手段
２３ 第３切替手段
２４ 第４切替手段
２５ 排出口
２６ 洗浄用流体
２８ 第３分岐配管
３０ タンク
１００ 地中熱利用ヒートポンプシステム
１０１ 地中熱利用ヒートポンプ
１０２ 熱源水配管系統

Claims (4)

1. ヒートポンプ室外機の一次側熱交換器に接続される熱源水配管であって、
   熱源水と地盤との間で熱交換を行う地中熱交換部と、
   一次側熱交換器との第１接続部Ｘから地中熱交換部を介して一次側熱交換器との第２の接続部Ｙに至る主配管と、
   主配管上の、第１接続部Ｘ側の分岐点Ａと、第２接続部Ｙ側の分岐点Ｂとの間に設けられた第１分岐配管と、
   主配管上の、第１接続部Ｘと分岐点Ａとの間に設けられた分岐点Ｃと、第２接続部Ｙ側の分岐点Ｂよりも一次側熱交換器から遠い位置に設けられた分岐点Ｄとの間に設けられた第２分岐配管と、
   主配管上の、分岐点Ａより一次側熱交換器から遠い位置に設けられ、かつ分岐点Ａに向けて吐出する循環ポンプと、
   分岐点Ａにおいて、第１分岐配管側の流路と分岐点Ｃ側の流路とを切替可能な第１切替手段と、
   分岐点Ｄにおいて、第２分岐配管側の流路と分岐点Ｂ側の流路とを切替可能な第２切替手段と、を備え、
   分岐点Ａと循環ポンプとの間は常に同じ方向に熱源水が流れ、
   分岐点Ａと循環ポンプの間にスケール除去装置を配した熱源水配管。
2. 第１切替手段及び第２切替手段を用いて、一次側熱交換器内の熱源水の流れる方向を切り替え、一次側熱交換器内において隣接して流れるヒートポンプの冷媒と熱源水の流れ方向を、採熱時と放熱時のいずれにおいても対向流とする請求項１に記載の熱源水配管。
3. 請求項１または２に記載の熱源水配管とヒートポンプとを備えた地中熱利用ヒートポンプシステム。
4. 請求項３に記載の地中熱利用ヒートポンプシステムを使用し、
   一次側熱交換器及び二次側熱交換器を有するヒートポンプの一次側熱交換器に接続され、一次側熱交換器内部において、地盤と熱交換する地中熱交換部を有する熱源水配管に流れる熱源水と、ヒートポンプの冷媒との熱交換方法であって、
   採熱時と放熱時で、熱源水配管に設けられた切替手段によって、一次側熱交換器において流れる熱源水の向きを切替えて、一次側熱交換器において隣接して流れるヒートポンプの冷媒と熱源水の流れを、採熱時と放熱時のいずれにおいても対向流とする熱交換方法。

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