JPH11159891A - 地中熱利用ヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地中熱利用ヒートポンプシステムにおいて、
温熱発生運転や冷熱発生運転を安定的に継続できるよう
にする。 【解決手段】 排湯発生施設で生じる排湯を貯留する排
湯槽９、又は、湯使用施設で使用する湯を貯留しておく
給湯槽８を設け、これら排湯槽９又は給湯槽８における
貯留湯と地中との両方から採熱させながらヒートポンプ
装置１に温熱を発生させる対地・対湯採熱運転が可能な
構成にする。また、貯留水を加熱して湯使用施設での使
用湯を生成する給湯槽８を設け、この給湯槽８における
貯留水と地中との両方へ放熱させながらヒートポンプ装
置１に冷熱を発生させる対地・対水放熱運転が可能な構
成にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中から採熱させ
ながらヒートポンプ装置に温熱を発生させる地中熱利用
ヒートポンプシステム、及び、地中へ放熱させながらヒ
ートポンプ装置に冷熱を発生させる地中熱利用ヒートポ
ンプシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の地中熱利用ヒートポンプ
システムでは、温熱発生仕様の場合、常に地中だけを採
熱対象にしてヒートポンプ装置に温熱を発生させてお
り、また同様に、冷熱発生仕様の場合、常に地中だけを
放熱対象にしてヒートポンプ装置に冷熱を発生させてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来システム
では、温熱発生運転を継続して、限られた地中埋設熱交
換器により地中からの採熱を続ける場合、採熱箇所の地
中温度が比較的短時間のうちにかなりの低温度にまで低
下してしまい、この為に、採熱不良でヒートポンプ装置
の成績係数が低下して温熱発生量の低下や消費動力の増
大を招く、また、ついには採熱不能になって運転停止に
至り地中温度の上昇回復を待つことが必要になるといっ
たことが短時間の継続運転で生じる場合があり、この
点、発生温熱の利用側から見て運転が不安定で実用性に
劣る問題があった。

【０００４】また同様に、冷熱発生運転を継続して地中
への放熱を続けると、放熱箇所の地中温度が比較的短時
間のうちにかなりの高温度にまで上昇してしまい、この
為に、放熱不良でヒートポンプ装置の成績係数が低下し
て冷熱発生量の低下や消費動力の増大を招く、また、つ
いには放熱不能になって運転停止に至り地中温度の低下
回復を待つことが必要になるといったことが短時間の継
続運転で生じる場合があり、この点、やはり、発生冷熱
の利用側から見て運転が不安定で実用性に劣る問題があ
った。

【０００５】以上の実情に対し、本発明の主たる課題
は、地中熱利用ヒートポンプシステムにおいて、採熱や
放熱に合理的な構成を採用することで上記の如き問題を
効果的に解消する点にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】〔１〕請求項１記載の発
明では、排湯発生施設で生じる排湯を貯留する排湯槽、
又は、湯使用施設で使用する湯を貯留しておく給湯槽を
設け、そして、これら排湯槽又は給湯槽における貯留湯
と地中との両方から採熱させながらヒートポンプ装置に
温熱を発生させる対地・対湯採熱運転を可能にするか
ら、地中のみを採熱対象とするに比べ、この対地・対湯
採熱運転により、排湯槽や給湯槽における貯留湯の保有
熱量分だけ継続採熱が可能な熱量を大きくした状態で、
また、それのみならず、地中からの単位時間当たり採熱
量の軽減で地中温度の自己回復に余裕を与えて地中その
ものからの継続採熱可能熱量も併せ増大させた状態で、
ヒートポンプ装置を運転できる。

【０００７】そして、このことから、先述の従来システ
ムでの不都合、すなわち、短時間の継続運転で採熱不良
になってヒートポンプ装置の成績係数低下で温熱発生量
の低下や消費動力の増大を招く、また、短時間の継続運
転で採熱不能になって運転停止に至るといったことを効
果的に防止できて、温熱発生運転の安定性、ひいては、
地中熱利用ヒートポンプシステムの実用性を大きく向上
できる。

【０００８】また、この対地・対湯採熱運転において排
湯槽の貯留湯を採熱対象とする場合には、排湯発生施設
で生じる排湯の保有熱を利用して上記の如く温熱発生運
転の安定性を向上させるから、システム全体としての消
費エネルギの増大を伴うことが無く、省エネ面及びラン
ニングコスト面でも有利になる。

【０００９】しかも、排湯槽や給湯槽であればビルや工
場などのシステム構築対象施設への設置も容易であるこ
とから、これら排湯槽や給湯槽の貯留湯を採熱対象に利
用する構成を採ることで、システム構築そのものも容易
にすることができる。

【００１０】なお、請求項１記載の発明の実施にあた
り、排湯槽又は給湯槽の貯留湯からの採熱は停止した状
態で、地中から採熱させながらヒートポンプ装置に温熱
を発生させる対地採熱運転の切り換え実施を可能にすれ
ば、例えば、排湯槽や給湯槽における貯留湯が採熱不能
な状況（温度不足や湯量不足）にあるとき、この採熱不
能な貯留湯に対しヒートポンプ装置を採熱作用させるた
めに、却ってヒートポンプ装置の成績係数の低下を招く
といったこと、あるいはまた、地中からの採熱に十分余
裕がある状況であるにもかかわらず、排湯槽や給湯槽の
貯留湯からの採熱で、これら貯留湯の保有熱量を無駄に
使ってしまうといったことを、この対地採熱運転の実施
で回避でき、これらの点で、システムの機能性を一層高
めることができる。

【００１１】また、請求項１記載の発明の実施にあた
り、地中からの採熱は停止した状態で、排湯槽又は給湯
槽の貯留湯から採熱させながらヒートポンプ装置に温熱
を発生させる対湯採熱運転の切り換え実施を可能にすれ
ば、例えば、地中が採熱不能な状況に至った後に、この
採熱不能な地中に対しヒートポンプ装置を採熱作用させ
るために、却ってヒートポンプ装置の成績係数の低下を
招いたり、地中温度の上昇回復を阻害するといったこ
と、あるいはまた、排湯槽や給湯槽における貯留湯が余
剰の熱量を保有する状況（過熱状態や上限湯量ないしオ
ーバーフロー湯量状態）であるにもかかわらず、地中か
らの採熱も実施するために、これら貯留湯の余剰保有熱
量を十分に活用できないといったことを、この対湯採熱
運転の実施で回避でき、これらの点で、システムの機能
性を一層高めることができる。

【００１２】〔２〕請求項２記載の発明では、前記の対
地・対湯採熱運転において、排湯槽又は給湯槽における
貯留湯からの採熱量と地中からの採熱量との比の調整を
可能にするから、排湯槽又は給湯槽における貯留湯の温
度や湯量、並びに、採熱箇所の地中温度などに応じて、
この採熱量の比調整を行うことにより、排湯槽又は給湯
槽の貯留湯と地中との両方からの採熱において、全体と
しての採熱を最も効率的かつ安定的に行えてヒートポン
プ装置の成績係数を一層高くし得る運転状態を現出で
き、この点で、システムの機能性を一層高めることがで
きる。

【００１３】〔３〕請求項３記載の発明では、排湯発生
施設で生じる排湯を貯留する排湯槽、又は、湯使用施設
で使用する湯を貯留しておく給湯槽を設け、そして、地
中から採熱させながらヒートポンプ装置に温熱を発生さ
せる対地採熱運転と、排湯槽又は給湯槽における貯留湯
から採熱させながらヒートポンプ装置に温熱を発生させ
る対湯採熱運転との切り換えを可能にするから、地中か
らの採熱に余裕がある状況では対地採熱運転を実施し
て、地中から採熱させながらヒートポンプ装置に温熱を
発生させ、一方、この対地採熱運転の実施で採熱箇所の
地中温度が低下してそのままでは採熱不良の状況に至る
など、地中からの採熱が難しい状況のときには、対地採
熱運転に代え対湯採熱運転を実施して、排湯槽又は給湯
槽における貯留湯から採熱させながらヒートポンプ装置
に温熱を発生させる、また、この対湯採熱運転の実施の
間に地中温度を上昇回復させるといった運転形態を採る
ことができる。

【００１４】そして、このことにより、請求項１記載の
発明と同様、先述の従来システムでの不都合、すなわ
ち、短時間の継続運転で採熱不良になってヒートポンプ
装置の成績係数低下で温熱発生量の低下や消費動力の増
大を招く、また、短時間の継続運転で採熱不能になって
運転停止に至るといったことを効果的に防止できて、温
熱発生運転の安定性、ひいては、地中熱利用ヒートポン
プシステムの実用性を大きく向上できる。

【００１５】また、上記の対湯採熱運転において排湯槽
の貯留湯を採熱対象とする場合には、排湯発生施設で生
じる排湯の保有熱を利用して上記の如く温熱発生運転の
安定性を向上させるから、システム全体としての消費エ
ネルギの増大を伴うことが無く、省エネ面及びランニン
グコスト面でも有利になる。

【００１６】さらにまた、請求項１記載の発明と同様、
排湯槽や給湯槽であればビルや工場などのシステム構築
対象施設への設置も容易であることから、これら排湯槽
や給湯槽の貯留湯を採熱対象に利用する構成を採ること
で、システム構築そのものも容易にすることができる。

【００１７】〔４〕請求項４記載の発明では、前記排湯
槽及び前記給湯槽の両方を設け、そして、前記の対地・
対湯採熱運転、又は、前記の対湯採熱運転において、排
湯槽の貯留湯からヒートポンプ装置に採熱させる状態
と、給湯槽の貯留湯からヒートポンプ装置に採熱させる
状態との切り換えを可能にするから、排湯槽の貯留湯が
採熱可能な状況にあるときには、排湯槽の貯留湯からの
採熱を優先して実施し、一方、その採熱で排湯槽におけ
る貯留湯の温度が低下したり、また、排湯槽が空である
など、排湯槽の貯留湯が採熱不能な状況のときには、給
湯槽の貯留湯からの採熱を実施するといった運転形態を
採ることできる。

【００１８】そして、このことにより、湯使用施設で生
じる排湯の利用度を高くし、かつ、給湯槽における貯留
湯の保有熱は極力保存して、省エネ性の向上及びランニ
ングコストの低減を図りながらも、前記の対地・対湯採
熱運転や前記の対湯採熱運転において排湯槽と給湯槽と
のいずれか一方の貯留湯のみを採熱対象にするシステム
構成を採るに比べ、全体としての採熱可能熱量を大きく
確保して温熱発生運転の安定性を一層向上させることが
できる。

【００１９】〔５〕請求項５記載の発明では、貯留水を
加熱して湯使用施設での使用湯を生成する給湯槽を設
け、そして、この給湯槽における貯留水と地中との両方
へ放熱させながらヒートポンプ装置に冷熱を発生させる
対地・対水放熱運転を可能にするから、地中のみを放熱
対象とするに比べ、この対地・対水放熱運転により、給
湯槽における貯留水の熱容量分だけ継続放熱が可能な熱
量を大きくした状態で、また、それのみならず、地中へ
の単位時間当たり放熱量の軽減で地中温度の自己回復に
余裕を与えて地中そのものへの継続放熱可能熱量も併せ
増大させた状態で、ヒートポンプ装置を運転できる。

【００２０】そして、このことから、先述の従来システ
ムでの不都合、すなわち、短時間の継続運転で放熱不良
になってヒートポンプ装置の成績係数低下で冷熱発生量
の低下や消費動力の増大を招く、また、短時間の継続運
転で放熱不能になって運転停止に至るといったことを効
果的に防止できて、冷熱発生運転の安定性、ひいては、
地中熱利用ヒートポンプシステムの実用性を大きく向上
できる。

【００２１】また、放熱熱量を給湯槽における貯留水の
加熱に利用（すなわち、湯使用施設で使用する湯の生成
に利用）する形態で、上記の如く冷熱発生運転の安定性
を向上させるから、給湯のための外部からの入力エネル
ギを低減できて、省エネ面及びランニングコスト面でも
有利になる。

【００２２】しかも、給湯槽であればビルや工場などの
システム構築対象施設への設置も容易であることから、
給湯槽の貯留水を放熱対象に利用する構成を採ること
で、システム構築そのものも容易にすることができる。

【００２３】なお、請求項５記載の発明の実施にあた
り、給湯槽の貯留水への放熱は停止した状態で、地中へ
放熱させながらヒートポンプ装置に冷熱を発生させる対
地放熱運転の切り換え実施を可能にすれば、例えば、給
湯槽の貯留水が既に十分に加熱された後で放熱不能な状
況にあるとき、この放熱不能な貯留水に対しヒートポン
プ装置を放熱作用させるために、却ってヒートポンプ装
置の成績係数の低下を招くといったこと、あるいはま
た、地中への放熱に十分余裕がある状況であるにもかか
わらず、給湯槽の貯留水へ放熱してしまうために、その
後、地中への放熱が難しくなったとき給湯槽の貯留水が
既に放熱不能な状況に至っているといったことを、この
対地放熱運転の実施で回避でき、これらの点で、システ
ムの機能性を一層高めることができる。

【００２４】また、請求項５記載の発明の実施にあた
り、地中への放熱は停止した状態で、給湯槽の貯留水へ
放熱させながらヒートポンプ装置に冷熱を発生させる対
水放熱運転の切り換え実施を可能にすれば、例えば、地
中が放熱不能な状況に至った後に、この放熱不能な地中
に対しヒートポンプ装置を放熱作用させるために、却っ
てヒートポンプ装置の成績係数の低下を招いたり、地中
温度の低下回復を阻害するといったこと、あるいはま
た、給湯槽の貯留水がかなりの低温で水量も十分である
にもかかわらず、地中への放熱も実施するために、この
貯留水の大きな熱容量を十分に活用できない、また、給
湯開始が遅れるといったことを、この対水放熱運転の実
施で回避でき、これらの点で、システムの機能性を一層
高めることができる。

【００２５】〔６〕請求項６記載の発明では、前記の対
地・対水放熱運転において、給湯槽における貯留水への
放熱量と地中への放熱量との比の調整を可能にするか
ら、給湯槽における貯留水の温度や水量、並びに、放熱
箇所の地中温度などに応じて、この放熱量の比調整を行
うことにより、給湯槽の貯留水と地中との両方への放熱
において、全体としての放熱を最も効率的かつ安定的に
行えてヒートポンプ装置の成績係数を一層高くし得る運
転状態を現出でき、この点で、システムの機能性を一層
高めることができる。

【００２６】〔７〕請求項７記載の発明では、貯留水を
加熱して湯使用施設での使用湯を生成する給湯槽を設
け、そして、地中へ放熱させながらヒートポンプ装置に
冷熱を発生させる対地放熱運転と、給湯槽における貯留
水へ放熱させながらヒートポンプ装置に冷熱を発生させ
る対水放熱運転との切り換えを可能にするから、地中へ
の放熱に余裕がある状況では対地放熱運転を実施して、
地中へ放熱させながらヒートポンプ装置に冷熱を発生さ
せ、一方、この対地放熱運転の実施で放熱箇所の地中温
度が上昇してそのままでは放熱不良の状況に至るなど、
地中への放熱が難しい状況のときには、対地放熱運転に
代え対水放熱運転を実施して、給湯槽の貯留水へ放熱さ
せながらヒートポンプ装置に冷熱を発生させる、また、
この対水放熱運転の実施の間に地中温度を低下回復させ
るといった運転形態を採ることができる。

【００２７】そして、このことにより、請求項５記載の
発明と同様、先述の従来システムでの不都合、すなわ
ち、短時間の継続運転で放熱不良になってヒートポンプ
装置の成績係数低下で冷熱発生量の低下や消費動力の増
大を招く、また、短時間の継続運転で放熱不能になって
運転停止に至るといったことを効果的に防止できて、冷
熱発生運転の安定性、ひいては、地中熱利用ヒートポン
プシステムの実用性を大きく向上できる。

【００２８】さらにまた、請求項５記載の発明と同様、
放熱熱量を給湯槽における貯留水の加熱に利用（すなわ
ち、湯使用施設で使用する湯の生成に利用）する形態
で、上記の如く冷熱発生運転の安定性を向上させるか
ら、給湯のための外部からの入力エネルギを低減でき
て、省エネ面及びランニングコスト面でも有利になる。

【００２９】また、給湯槽であればビルや工場などのシ
ステム構築対象施設への設置も容易であることから、給
湯槽の貯留水を放熱対象に利用する構成を採ることで、
システム構築そのものも容易にすることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は地中熱利用ヒートポンプシ
ステムを示し、１は蒸気圧縮式のヒートポンプ装置、２
はヒートポンプ装置１の発生冷熱や発生温熱を所要の目
的で消費する負荷装置、３は負荷装置２とヒートポンプ
装置１の負荷側熱交換器１ａとの間で負荷側循環ポンプ
４により負荷側熱媒Ｒ１（ブラインや水など）を循環さ
せて、ヒートポンプ装置１の発生温熱や発生冷熱を負荷
装置２に供給する負荷側循環路である。

【００３１】５は熱源側熱媒Ｒ２（ブラインや水など）
を対地熱交換させる二重管式の埋設熱交換器、６は埋設
熱交換器５とヒートポンプ装置１の熱源側熱交換器１ｂ
との間で熱源側循環ポンプ７により熱源側熱媒Ｒ２を循
環させて、ヒートポンプ装置１を地中に対し採熱作用や
放熱作用させる熱源側循環路である。

【００３２】８は貯湯式の給湯槽であり、この給湯槽８
は貯留水を電気ヒータなどの給湯用加熱器８ａで加熱し
て湯を生成し、その湯を湯使用施設であるシステム構築
対象施設での使用湯として槽内に貯留する。また、９は
排湯発生施設でもあるシステム構築対象施設で生じる排
湯を貯留する排湯槽である。

【００３３】給湯槽８及び排湯槽９の夫々には、熱源側
循環路６の往路部分から熱媒導入路１０を介して導かれ
る熱源側熱媒Ｒ２と各槽８，９の貯留湯（又は給湯槽８
における加熱前の貯留水）とを熱交換させる槽用熱交換
器１１，１２を内蔵し、これら槽用熱交換器１１，１２
を通過した熱源側熱媒Ｒ２は熱媒導出路１３を介して熱
源側循環路６の復路部分に戻すようにしてある。

【００３４】熱源側循環路６の往路部分には、凍結防止
用の循環ポンプ１４を介装するとともに、この凍結防止
用循環ポンプ１４に対するバイパス路１５を設けて、そ
のバイパス路１５に逆止弁１６を介装し、さらに、バイ
パス路１５の分岐部には、図２に示す第１の操作状態
（すなわち、熱源側循環路６の往路部分のうちヒートポ
ンプ装置接続側の部分をバイパス路１５の入口側に接続
し、かつ、熱媒導入路１０を凍結防止用循環ポンプ１４
の入口側に接続する状態）と、図３に示す第２の操作状
態（すなわち、熱源側循環路６の往路部分のうちヒート
ポンプ装置接続側の部分を熱媒導入路１０に接続し、か
つ、バイパス路１５の入口側と凍結防止用循環ポンプ１
４の入口側とを短絡的に接続する状態）との切り換えが
可能な四方弁Ｖ１を介装してある。

【００３５】また、この四方弁Ｖ１は、上記の第１操作
状態と第２操作状態との間の中間状態に相当する第３操
作状態として、図１に示す如くヒートポンプ装置１の側
から供給される熱源側熱媒Ｒ２をバイパス路１５と熱媒
導入路１０とに分流させることが可能で、かつ、その分
流比の調整が可能な構成にしてある。

【００３６】一方、熱媒導出路１３には、並列接続状態
とした給湯槽側の槽用熱交換器１１と排湯槽側の槽用熱
交換器１２とのいずれに熱源側熱媒Ｒ２を通過させるか
を選択する三方弁Ｖ２を設けてある。

【００３７】８ｂはシステム構築対象施設の給湯箇所へ
給湯槽８の貯留湯を送出する給湯路、８ｃは給湯槽８へ
の補給水路、９ａはシステム構築対象施設で生じた排湯
を排湯槽９に導入する排湯路、９ｂは温度降下などで不
要になった排湯槽９の貯留湯を排出する排水路である。

【００３８】運転については、温熱発生運転と冷熱発生
運転との切り換えを可能にしてあり、ヒートポンプ装置
１における冷媒回路の切り換えにより、温熱発生運転で
は、ヒートポンプ装置１の負荷側熱交換器１ａを冷媒凝
縮器として機能させ、かつ、熱源側熱交換器１ｂを冷媒
蒸発器として機能させて、熱源側熱交換器１ｂを採熱作
用させながら負荷側熱交換器１ａを負荷側熱媒Ｒ１に対
し加熱作用（すなわち温熱発生）させ、これに対し、冷
熱発生運転では、逆にヒートポンプ装置１の負荷側熱交
換器１ａを冷媒蒸発器として機能させ、かつ、熱源側熱
交換器１ｂを冷媒凝縮器として機能させて、熱源側熱交
換器１ｂを放熱作用させながら負荷側熱交換器１ａを負
荷側熱媒Ｒ１に対し冷却作用（すなわち冷熱発生）させ
る。

【００３９】そして、温熱発生運転については、前述の
システム構成において、四方弁Ｖ１の操作により、給湯
槽８や排湯槽９における貯留湯と地中との両方から採熱
させながらヒートポンプ装置１に温熱を発生させる「対
地・対湯採熱運転」と、給湯槽８や排湯槽９における貯
留湯からの採熱は停止した状態で地中から採熱させなが
らヒートポンプ装置１に温熱を発生させる「対地採熱運
転」と、地中からの採熱は停止した状態で給湯槽８や排
湯槽９における貯留湯から採熱させながらヒートポンプ
装置１に温熱を発生させる「対湯採熱運転」との選択実
施を可能にしてある。

【００４０】また同様に、冷熱発生運転については、四
方弁Ｖ１の操作により、給湯槽８における加熱前の貯留
水と地中との両方へ放熱させながらヒートポンプ装置１
に冷熱を発生させる「対地・対水放熱運転」と、給湯槽
８の貯留水への放熱は停止した状態で地中へ放熱させな
がらヒートポンプ装置１に冷熱を発生させる「対地放熱
運転」と、地中への放熱は停止した状態で給湯槽８の貯
留水へ放熱させながらヒートポンプ装置１に冷熱を発生
させる「対水放熱運転」との選択実施を可能にしてあ
り、これら運転の実施形態については次の通りである。

【００４１】（対地・対湯採熱運転）四方弁Ｖ１を第３
操作状態にして熱源側循環ポンプ７を運転（凍結防止用
循環ポンプ１４は停止）することで、図１に矢印で示す
如く、ヒートポンプ装置１からの熱源側熱媒Ｒ２をバイ
パス路１５と熱媒導入路１０とに分流させて、ヒートポ
ンプ装置１の熱源側熱交換器１ｂと埋設熱交換器５との
間、及び、ヒートポンプ装置１の熱源側熱交換器１ｂと
槽用熱交換器１１，１２との間の両方で熱源側熱媒Ｒ２
を循環させる。

【００４２】そして、この熱媒循環において、ヒートポ
ンプ装置１の負荷側熱交換器１ａを冷媒凝縮器として機
能させ、かつ、熱源側熱交換器１ｂを冷媒蒸発器として
機能させる温熱発生モードでヒートポンプ装置１を運転
することにより、給湯槽８又は排湯槽９における貯留湯
と地中との両方から採熱させながらヒートポンプ装置１
に温熱を発生させる。

【００４３】なお、この熱媒循環において、バイパス路
１５を通過した熱源側熱媒Ｒ２は、停止状態にある凍結
防止用循環ポンプ１４が通過抵抗となることで、凍結防
止用循環ポンプ１４の側への逆流が阻止されて埋設熱交
換器５の側へ流れる（この点については、以降の対地採
熱運転、対地・対水放熱運転、対地放熱運転の場合も同
様）。

【００４４】また、この対地・対湯採熱運転において
は、給湯槽８における貯留湯の温度や湯量、及び、排湯
槽９における貯留湯の温度や湯量に応じ、熱媒導出路１
３の三方弁Ｖ２を切り換え操作して熱媒導入路１０への
分流冷媒Ｒ２を給湯槽側の槽用熱交換器１１と排湯槽側
の槽用熱交換器１２とのいずれに通過させるかを選択す
ることで、貯留湯側からの採熱として給湯槽８と排湯槽
９とのいずれの貯留湯から採熱するかを選択し、これに
より、排湯槽９の貯留湯が採熱可能な状態であれば排湯
槽９の貯留湯からの採熱を優先的に実施し、一方、排湯
槽９の貯留湯が温度不足や湯量不足で採熱不能な状態で
あれば給湯槽８の貯留湯からの採熱を実施する。

【００４５】さらにまた、給湯槽８と排湯槽９とのうち
貯留湯からの採熱を行っている側の貯留湯の温度や湯
量、及び、埋設熱交換器５の周りの地中温度（本実施形
態では埋設熱交換器５からの送出熱媒温度で代表）に応
じ、第３操作状態の四方弁Ｖ１を操作してバイパス路１
５の側（すなわち埋設熱交換器５の側）と熱媒導入路１
０の側との熱媒分流比を調整することで、給湯槽８又は
排湯槽９の貯留湯からの採熱量と地中からの採熱量との
比を調整し、これにより、対地・対湯採熱運転の各時点
において、全体として採熱を最も効率的に行える運転状
態を得る。

【００４６】（対地採熱運転）四方弁Ｖ１を第１操作状
態にして熱源側循環ポンプ７を運転（凍結防止用循環ポ
ンプ１４は停止）することで、図２に矢印で示す如く、
熱媒導入路１０への熱媒導入は断った状態で、ヒートポ
ンプ装置１からの熱源側熱媒Ｒ２の全量をバイパス路１
５の側に送って、ヒートポンプ装置１の熱源側熱交換器
１ｂと埋設熱交換器５との間でのみ熱源側熱媒Ｒ２を循
環させる。

【００４７】そして、この熱媒循環において、ヒートポ
ンプ装置１の負荷側熱交換器１ａを冷媒凝縮器として機
能させ、かつ、熱源側熱交換器１ｂを冷媒蒸発器として
機能させる温熱発生モードでヒートポンプ装置１を運転
することにより、給湯槽８や排湯槽９の貯留湯からの採
熱は停止した状態で、地中から採熱させながらヒートポ
ンプ装置１に温熱を発生させる。

【００４８】（対湯採熱運転）四方弁Ｖ１を第２操作状
態にして熱源側循環ポンプ７を運転（凍結防止用循環ポ
ンプ１４は停止）することで、図３に矢印で示す如く、
バイパス路１５への熱媒導入は断った状態で、ヒートポ
ンプ装置１からの熱源側熱媒Ｒ２の全量を熱媒導入路１
０の側に送って、ヒートポンプ装置１の熱源側熱交換器
１ｂと槽用熱交換器１１，１２との間でのみ熱源側熱媒
Ｒ２を循環させる。

【００４９】そして、この熱媒循環において、ヒートポ
ンプ装置１の負荷側熱交換器１ａを冷媒凝縮器として機
能させ、かつ、熱源側熱交換器１ｂを冷媒蒸発器として
機能させる温熱発生モードでヒートポンプ装置１を運転
することにより、地中からの採熱は停止した状態で、給
湯槽８又は排湯槽９の貯留湯から採熱させながらヒート
ポンプ装置１に温熱を発生させる。

【００５０】また、この対湯採熱運転においては、前記
の対地・対湯採熱運転と同様、給湯槽８における貯留湯
の温度や湯量、及び、排湯槽９における貯留湯の温度や
湯量に応じ、熱媒導出路１３の三方弁Ｖ２を切り換え操
作することで、給湯槽８と排湯槽９とのいずれの貯留湯
から採熱するかを選択し、これにより、排湯槽９の貯留
湯が採熱可能な状態であれば排湯槽９の貯留湯からの採
熱を優先的に実施し、一方、排湯槽９の貯留湯が湯温不
足や湯量不足で採熱不能な状態であれば給湯槽８の貯留
湯からの採熱を実施する。

【００５１】（対地・対水放熱運転）四方弁Ｖ１を第３
操作状態にして熱源側循環ポンプ７を運転（凍結防止用
循環ポンプ１４は停止）することで、対地・対湯採熱運
転と同様、図１に矢印で示す如く、ヒートポンプ装置１
からの熱源側熱媒Ｒ２をバイパス路１５と熱媒導入路１
０とに分流させて、ヒートポンプ装置１の熱源側熱交換
器１ｂと埋設熱交換器５との間、及び、ヒートポンプ装
置１の熱源側熱交換器１ｂと槽用熱交換器１１，１２と
の間の両方で熱源側熱媒Ｒ２を循環させる。また、熱媒
導入路１０への分流冷媒Ｒ２を給湯槽８の槽用熱交換器
１１に通過させる側に熱媒導出路１３の三方弁Ｖ２を切
り換え操作しておく。

【００５２】そして、この熱媒循環において、ヒートポ
ンプ装置１の負荷側熱交換器１ａを冷媒蒸発器として機
能させ、かつ、熱源側熱交換器１ｂを冷媒凝縮器として
機能させる冷熱発生モードでヒートポンプ装置１を運転
することにより、給湯槽８における加熱前の貯留水と地
中との両方へ放熱させながらヒートポンプ装置１に冷熱
を発生させる。

【００５３】また、この対地・対水放熱運転において
は、給湯槽８における貯留水の温度や水量、及び、埋設
熱交換器５の周りの地中温度（埋設熱交換器５からの送
出熱媒温度で代表）に応じ、第３操作状態の四方弁Ｖ１
を操作してバイパス路１５の側（埋設熱交換器５の側）
と熱媒導入路１０の側との熱媒分流比を調整すること
で、給湯槽８の貯留水への放熱量と地中への放熱量との
比を調整し、これにより、対地・対水放熱運転の各時点
において、全体として放熱を最も効率的に行える運転状
態を得る。

【００５４】（対地放熱運転）四方弁Ｖ１を第１操作状
態にして熱源側循環ポンプ７を運転（凍結防止用循環ポ
ンプ１４は停止）することで、対地採熱運転と同様、図
２に矢印で示す如く、熱媒導入路１０への熱媒導入は断
った状態で、ヒートポンプ装置１からの熱源側熱媒Ｒ２
の全量をバイパス路１５の側に送って、ヒートポンプ装
置１の熱源側熱交換器１ｂと埋設熱交換器５との間での
み熱源側熱媒Ｒ２を循環させる。

【００５５】そして、この熱媒循環において、ヒートポ
ンプ装置１の負荷側熱交換器１ａを冷媒蒸発器として機
能させ、かつ、熱源側熱交換器１ｂを冷媒凝縮器として
機能させる冷熱発生モードでヒートポンプ装置１を運転
することにより、給湯槽８の貯留水（又は貯留湯）への
放熱は停止した状態で、地中へ放熱させながらヒートポ
ンプ装置１に冷熱を発生させる。

【００５６】（対水放熱運転）四方弁Ｖ１を第２操作状
態にして熱源側循環ポンプ７を運転（凍結防止用循環ポ
ンプ１４は停止）することで、対湯採熱運転と同様、図
３に矢印で示す如く、バイパス路１５への熱媒導入は断
った状態で、ヒートポンプ装置１からの熱源側熱媒Ｒ２
の全量を熱媒導入路１０の側に送って、ヒートポンプ装
置１の熱源側熱交換器１ｂと槽用熱交換器１１，１２と
の間でのみ熱源側熱媒Ｒ２を循環させる。また、熱媒導
入路１０への導入冷媒Ｒ２を給湯槽８の槽用熱交換器１
１に通過させる側に熱媒導出路１３の三方弁Ｖ２を切り
換え操作しておく。

【００５７】そして、この熱媒循環において、ヒートポ
ンプ装置１の負荷側熱交換器１ａを冷媒蒸発器として機
能させ、かつ、熱源側熱交換器１ｂを冷媒凝縮器として
機能させる冷熱発生モードでヒートポンプ装置１を運転
することにより、地中への放熱は停止した状態で、給湯
槽８の貯留水へ放熱させながらヒートポンプ装置１に冷
熱を発生させる。

【００５８】一方、このシステムにおいては、上記の各
運転に加え、ヒートポンプ装置１の運転を停止させた状
態でのシステム運転として次の凍結防止運転（熱源側熱
媒Ｒ２に水を用いる場合に特に有用）を行えるようにし
てある。

【００５９】（凍結防止運転）外気温や埋設熱交換器５
からの送出熱媒温度に基づき凍結危険状態にあるか否か
を判定し、その判定において凍結危険状態に至ったこと
が認められると、ヒートポンプ装置１が運転中（一般に
は冬季であることから温熱発生モードでの運転中）の場
合はヒートポンプ装置１の運転及び熱源側循環ポンプ７
を停止した上で、四方弁Ｖ１を第１操作状態に切り換え
るとともに、凍結防止用循環ポンプ１４を運転し、これ
により、図４に矢印で示す如く、埋設熱交換器５と槽用
熱交換器１１，１２との間で熱源側熱媒Ｒ２を循環させ
て、給湯槽８又は排湯槽９の貯留湯により循環熱媒Ｒ２
を加熱することで、熱源側熱媒Ｒ２の凍結を防止する。

【００６０】また、この凍結防止運転では、排湯槽９の
貯留湯が熱媒加熱可能な状態であれば、循環熱媒Ｒ２を
排湯槽９の側の槽用熱交換器１２に通過させて排湯槽９
の貯留湯による熱媒加熱を優先的に実施し、一方、排湯
槽９の貯留湯が温度不足や湯量不足で熱媒加熱不能な状
態であれば、循環熱媒Ｒ２を給湯槽８の側の槽用熱交換
器１１に通過させて給湯槽８の貯留湯による熱媒加熱を
行うように、排湯槽９における貯留湯の温度や湯量に基
づき熱媒導出路１３の三方弁Ｖ２を切り換え操作する。

【００６１】なお、図面上では、熱源側循環路６のうち
凍結防止運転において熱媒循環を行わない部分の管路長
が熱媒循環を行う部分の管路長と同等程度になっている
が、実際には、凍結防止運転において熱媒循環を行わな
い部分の管路長は、熱媒循環を行う部分の管路長よりも
極力短くし、また、凍結防止運転において熱媒循環を行
わない部分については、凍結の恐れの無い箇所に配置し
たり高度の断熱処理を施すなどして、その部分での熱媒
凍結が起こらないようにする。

【００６２】１７は給湯槽８における貯留湯（ないし貯
留水）の温度や湯量（水量）を検出する検出器、１８は
排湯槽９における貯留湯の温度や湯量を検出する検出
器、１９は埋設熱交換器５からの送出熱媒温度を検出す
る検出器である。

【００６３】２０はシステムの運転制御を司る制御装置
であり、この制御装置２０は、予め設定された運転基準
に従って、各検出器１７，１８，１９の検出情報に基づ
き、温熱発生運転での対地・対湯採熱運転と対地採熱運
転と対湯採熱運転との切り換え、及び、冷熱発生運転で
の対地・対水放熱運転と対地放熱運転と対水放熱運転と
の切り換えを自動的に行うとともに、対地・対湯採熱運
転での四方弁Ｖ１による熱媒分流比の調整と三方弁Ｖ２
による採熱対象貯留湯の選択、対湯採熱運転での三方弁
Ｖ２による採熱対象貯留湯の選択、並びに、対地・対水
放熱運転での四方弁Ｖ１による熱媒分流比の調整を自動
的に行う。

【００６４】また、この制御装置２０は、検出器１９に
より検出される埋設熱交換器５からの送出熱媒温度（又
は外気温）に基づき凍結危険状態か否かを判定して、凍
結危険状態に至ったときに凍結防止運転を自動的に実施
するとともに、その凍結防止運転において、検出器１８
により検出される排湯槽側貯留湯の温度や湯量に基づ
き、三方弁Ｖ２による加熱源貯留湯の選択を自動的に行
う。

【００６５】なお、凍結防止運転の運転停止について
は、凍結防止運転の開始時点から所定時間だけ経過した
とき運転を自動停止する形態や、埋設熱交換器５からの
送出熱媒温度（又は外気温）に基づく凍結危険状態の判
定において、凍結危険状態が回避されたと判定されたと
きに運転を自動停止する形態を採用する。

【００６６】〔別の実施形態〕次に別の実施形態を説明
する。

【００６７】ヒートポンプ装置を地中に対して採熱作用
させたり放熱作用させたりする為の具体的熱媒路構成や
熱交換器構成は、前述の実施形態で示した構成に限ら
ず、種々の構成変更が可能である。

【００６８】また、ヒートポンプ装置を給湯槽又は排湯
槽の貯留湯に対して採熱作用させたり給湯槽における加
熱前の貯留水に対して放熱作用させたりする為の具体的
熱媒路構成や熱交換器構成も、前述の実施形態で示した
構成に限らず、種々の構成変更が可能である。

【００６９】対地採熱運転と対湯採熱運転との切り換え
の為の具体的熱媒路構成や弁構成、また、対地採熱運転
と対地・対湯採熱運転との切り換えや、対湯採熱運転と
対地・対湯採熱運転との切り換えを可能にする場合、そ
れら切り換えの為の具体的熱媒路構成や弁構成は、種々
の構成変更が可能であり、同じく、対地放熱運転と対水
放熱運転との切り換えの為の具体的熱媒路構成や弁構
成、また、対地放熱運転と対地・対水放熱運転との切り
換えや、対水放熱運転と対地・対水放熱運転との切り換
えを可能にする場合、それら切り換えの為の具体的熱媒
路構成や弁構成は、種々の構成変更が可能である。

【００７０】温熱発生運転において、その発生温熱の用
途は、例えば、暖房や物品加熱、あるいは融雪など、ど
のような用途であってもよい。また、冷熱発生運転にお
いて、その発生冷熱の用途も、例えば、冷房や物品冷
却、あるいは製氷など、どのような用途であってもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱媒循環形態を示すシステムの全体構成図

【図２】他の熱媒循環形態を示すシステムの全体構成図

【図３】他の熱媒循環形態を示すシステムの全体構成図

【図４】他の熱媒循環形態を示すシステムの全体構成図

【符号の説明】

１ ヒートポンプ装置 ８ 給湯槽 ９ 排湯槽

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地中から採熱させながらヒートポンプ装
   置に温熱を発生させる地中熱利用ヒートポンプシステム
   であって、 排湯発生施設で生じる排湯を貯留する排湯槽、又は、湯
   使用施設で使用する湯を貯留しておく給湯槽を設け、 これら排湯槽又は給湯槽における貯留湯と地中との両方
   から採熱させながら前記ヒートポンプ装置に温熱を発生
   させる対地・対湯採熱運転が可能な構成にしてある地中
   熱利用ヒートポンプシステム。
2. 【請求項２】 前記対地・対湯採熱運転において、前記
   排湯槽又は前記給湯槽における貯留湯からの採熱量と地
   中からの採熱量との比の調整が可能な構成にしてある請
   求項１記載の地中熱利用ヒートポンプシステム。
3. 【請求項３】 地中から採熱させながらヒートポンプ装
   置に温熱を発生させる地中熱利用ヒートポンプシステム
   であって、 排湯発生施設で生じる排湯を貯留する排湯槽、又は、湯
   使用施設で使用する湯を貯留しておく給湯槽を設け、 地中から採熱させながら前記ヒートポンプ装置に温熱を
   発生させる対地採熱運転と、前記排湯槽又は前記給湯槽
   における貯留湯から採熱させながら前記ヒートポンプ装
   置に温熱を発生させる対湯採熱運転との切り換えが可能
   な構成にしてある地中熱利用ヒートポンプシステム。
4. 【請求項４】 前記排湯槽及び前記給湯槽の両方を設
   け、 前記対地・対湯採熱運転、又は、前記対湯採熱運転にお
   いて、前記排湯槽の貯留湯から前記ヒートポンプ装置に
   採熱させる状態と、前記給湯槽の貯留湯から前記ヒート
   ポンプ装置に採熱させる状態との切り換えが可能な構成
   にしてある請求項１〜３のいずれか１項に記載の地中熱
   利用ヒートポンプシステム。
5. 【請求項５】 地中へ放熱させながらヒートポンプ装置
   に冷熱を発生させる地中熱利用ヒートポンプシステムで
   あって、 貯留水を加熱して湯使用施設での使用湯を生成する給湯
   槽を設け、 この給湯槽における貯留水と地中との両方へ放熱させな
   がら前記ヒートポンプ装置に冷熱を発生させる対地・対
   水放熱運転が可能な構成にしてある地中熱利用ヒートポ
   ンプシステム。
6. 【請求項６】 前記対地・対水放熱運転において、前記
   給湯槽における貯留水への放熱量と地中への放熱量との
   比の調整が可能な構成にしてある請求項５記載の地中熱
   利用ヒートポンプシステム。
7. 【請求項７】 地中へ放熱させながらヒートポンプ装置
   に冷熱を発生させる地中熱利用ヒートポンプシステムで
   あって、 貯留水を加熱して湯使用施設での使用湯を生成する給湯
   槽を設け、 地中へ放熱させながら前記ヒートポンプ装置に冷熱を発
   生させる対地放熱運転と、前記給湯槽における貯留水へ
   放熱させながら前記ヒートポンプ装置に冷熱を発生させ
   る対水放熱運転との切り換えが可能な構成にしてある地
   中熱利用ヒートポンプシステム。