(57)【要約】  室外熱交換器（８）と室内熱交換器（５）の間に地中熱利用熱交換器（１０）が配備される。また、室外熱交換器（８）と地中熱利用熱交換器（１０）の間に、第一膨張弁（１３）と第一膨張弁（１３）の両接続口をバイパスするよう配備されたバイパス弁（１４）で構成される第一の絞り部（１５）が配備され、地中熱利用熱交換器（１０）と室内熱交換器（５）の間に、第二膨張弁（１６）が配備される。このことにより、第一の絞り部（１５）、第二膨張弁（１６）を制御して地中熱利用熱交換器（１０）の冷媒温度を調整し、室外機（１）の熱負荷は確保しつつ地中熱利用量を適正に管理でき、地中採熱部（３）の規模が小さくても、地中熱を有効かつ安定に利用することができる。
2018186250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮して送り出す圧縮機と、室外送風機によって送られた室外空気と前記冷媒との間で熱交換する室外熱交換器と、前記冷媒と室内空気との間で熱交換する室内熱交換器とが冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルを構成するとともに、熱媒体を循環させるポンプと、前記熱媒体と地中との間で熱交換する地中熱交換器と、前記熱媒体と前記冷媒との間で熱交換する地中熱利用熱交換器とで熱媒体循環系を構成し、前記地中熱利用熱交換器を前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に配置するとともに、前記室外熱交換器と前記地中熱利用熱交換器との間に第一の絞り部を配置し、前記地中熱利用熱交換器と前記室内熱交換器の間に第二の絞り部と、前記熱媒体の前記地中からの戻り温度を検知する地中戻り温度検知部と、前記室外空気の温度を検知する室外気温検知部を配置するものであって、前記第一の絞り部と、前記第二の絞り部の制御を行い、前記地中熱利用熱交換器における前記冷媒の圧力を変化させることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記室外熱交換器の熱交換量に応じて、前記室外送風機の回転数を調整することを特徴とする、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記地中熱利用熱交換器の熱交換量と、前記地中戻り温度検知部の検知結果と、前記室外気温検知部の検知結果に基づいて、前記ポンプの循環量を調整することを特徴とする、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記地中熱利用熱交換器の熱交換量と、前記地中戻り温度検知部の検知結果と、前記室外気温検知部の検知結果に基づいて、前記ポンプの循環量を調整することを特徴とする、請求項２に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記第一の絞り部が、膨張弁と、前記膨張弁をバイパスするように設けられたバイパス弁を有するバイパス回路から構成されることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の空気調和機。
【請求項６】
前記地中熱利用熱交換器において、地中熱を最大限に利用する際には前記膨張弁を全開とするとともに前記バイパス弁を開とすることを特徴とする、請求項５に記載の空気調和機。
【請求項７】
前記ポンプによって循環される前記熱媒体が、前記地中熱利用熱交換器において、前記室外熱交換器から前記地中熱利用熱交換器を通り前記室内熱交換器へ流れる前記冷媒の流れに対して対向する方向に流れるよう、前記熱媒体循環系を構成することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の空気調和機。
【請求項８】
前記ポンプによって循環される前記熱媒体が、前記地中熱利用熱交換器において、前記室外熱交換器から前記地中熱利用熱交換器を通り前記室内熱交換器へ流れる前記冷媒の流れに対して対向する方向に流れるよう、前記熱媒体循環系を構成することを特徴とする、請求項５に記載の空気調和機。
【請求項９】
前記ポンプによって循環される前記熱媒体が、前記地中熱利用熱交換器において、前記室外熱交換器から前記地中熱利用熱交換器を通り前記室内熱交換器へ流れる前記冷媒の流れに対して対向する方向に流れるよう、前記熱媒体循環系を構成することを特徴とする、請求項６に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルおよびヒートポンプサイクルを用いて空気調和を行なう空気調和機において、空気熱に加えて、地中熱など複数の熱源を利用してエネルギーの有効利用を図る技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年は、地球温暖化防止の観点から空気調和機の運転効率が重要視されており、国策においても空気調和機の効率に対する規制が導入されている。その結果、２０年前に比べると消費電力が半分以下となる空気調和機も販売されている。【０００３】
こうした空気調和機の運転効率の向上は、主に圧縮機や送風機の効率向上や熱交換器の高性能化によって実現されてきた。【０００４】
圧縮機や送風機においては、インバータ化に加えて、モーターのローターに高価な希土類の磁石を採用したり、モーター駆動方式を改良したりすることにより高速運転が困難であった巻数が多い仕様のステーターも使いこなすことができるようになってきた。このような取組みにより、圧縮機や送風機の期間消費電力の低減が実現されてきた。【０００５】
熱交換器については、空気調和機の性能向上のため投入量が年々増加する傾向にあり、空気調和機の大きさも大型化してきている。また単に熱交換器の投入量を増やすだけでなく、フィンの切起しや曲げ形状に工夫を凝らし熱交換性能に優れたフィンを開発したり、冷媒配管の細管化や管径変化の最適化により高性能化を図る技術を開発したりしている。【０００６】
こうした各要素の高性能化とは別に、空気熱の利用だけではなく、従来利用されていなかった熱源を利用することで、空気調和機の運転効率向上や電力消費量の削減の取り組みもなされている。【０００７】
太陽熱や、地中熱、未利用河川水などの自然の熱源、さらには工場などにおけるボイラーや発電機などの廃熱などの利用が盛んに試みられている。その中には、太陽熱や廃熱を暖房に利用することは言うに及ばず、吸収式冷凍機やデシカント空調機の熱源を冷房に利用する技術さえ開発されてきた。【０００８】
地中熱や未利用河川水の熱源については、冷凍サイクルやヒートポンプサイクルと組合せて小型化することが容易であるが、未利用河川水の熱源利用についてはその名の通り河川もしくは、湖沼や海が必要でありその設置条件は限られている。【０００９】
それに比べると地中熱は、設置条件の制約は緩く、地域を問わず設置例が増えている。特にここ数年は、国や自治体の補助などを背景に地中熱利用のための着工数が大幅に増えており、新しい熱源としての地中熱の可能性が期待されている。【００１０】
これまで、地中熱として利用されている領域は３０ｍより深い地中であり、大型のビルや公共の建造物が主であったが、３０ｍより浅い地中における地中熱の利用技術も開発が進み、戸建住宅なども地中熱利用の対象となり、地中熱を利用する建造物の数が増えている。【００１１】
地中温度は、地下１０ｍ以下においては、年間を通して年間平均気温付近で安定（１５℃前後）している。１〜２ｍの深さでも、冬は８℃程度、夏は２５℃程度の温度を維持しており、夏は冷房、冬は暖房に利用することが可能である。【００１２】
地中温度は、平均気温を中心に緩やかに変動する一方、土壌の移動がないため地中における熱の移動は熱伝導が主であり、過剰に採熱すると温度が上昇あるいは低下して有効に利用できない状態になってしまう上、温度の回復に長い期間を必要とする。地下水脈があり、地下水が移動するような地中の環境ではかなり良好な条件を維持することができるが、地中熱の過剰採取は避けなければ適切な空調が行なえなくなることに変わりはない。【００１３】
地中熱の過剰採取を回避するための先行技術として、地中熱の採取のための熱媒を循環させるポンプの回転数を制御して熱媒の循環量を調整する地中熱ヒートポンプ装置がある（例えば、特許文献１参照）。そして、特許文献１に記載の地中熱ヒートポンプ装置は、図２に示すように、ヒートポンプユニット５１と地中熱交換部５２と負荷熱交換部５３の３つの部分から構成されている。【００１４】
ヒートポンプユニット５１では、圧縮機５４、負荷側熱交換器５５、膨張弁５６、熱源側熱交換器５７が環状に接続されて、冷媒が循環するヒートポンプ回路５８を構成している。また、ヒートポンプユニット５１には、地中熱交換部５２を構成する地中循環ポンプ５９や負荷熱交換部５３を構成する負荷側循環ポンプ６０を備える。さらに、ヒートポンプユニット５１には、地中循環ポンプ５９の熱媒出口に配備された地中往き温度検出部６１、熱源側熱交換器５７の熱媒入口に配備された地中戻り温度検出部６２、これらのアクチュエータや検知部を統括する制御部６３が備えられている。【００１５】
地中熱交換部５２では、地中熱交換器６４、熱源側熱交換器５７、地中循環ポンプ５９が環状に接続されて、熱媒の循環する地中循環回路６５が構成されている。地中循環ポンプ５９の熱媒出口には地中往き温度検出部６１が配備され、熱源側熱交換器５７の熱媒入口には地中戻り温度検出部６２が配備されている。【００１６】
負荷熱交換部５３では、負荷端末６６、負荷側循環ポンプ６０、負荷側熱交換器５５、熱動弁６７が環状に接続されて、熱媒の循環する負荷側循環回路６８を構成している。【００１７】
制御部６３は、圧縮機５４、地中循環ポンプ５９、負荷側循環ポンプ６０を駆動させるとともに、地中往き温度検出部６１や地中戻り温度検出部６２の検出温度の変化を検知して、地中循環ポンプ５９の循環量を調整することで、地中からの採熱を過不足なく最適に行ない、総合的な地中熱ヒートポンプの効率向上を目論んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特許第５３５６９００号公報
【発明の概要】
【００１９】
しかしながら、従来の地中熱ヒートポンプ装置においては、地中熱交換器６４が負荷を全て賄うことができるだけの能力を有していること、すなわち地中熱交換器６４による地中からの採熱量が高いことを前提としている。その上で、地中熱循環ポンプ５９の流量を調整して地中熱ヒートポンプ装置の効率向上を図っている。
【００２０】
地中熱交換器６４に負荷を全て賄うことができるだけの採熱量を保障するためには、地中熱交換器６４の基数を多めに設置する必要があり、初期の設備投資額が増大してしまう。
【００２１】
初期の設備投資を抑えるため、地中熱交換器による地中からの採熱量を少なめにした設計を採用した場合、もし十分な地中熱が得られないと、負荷に応えることができなくなってしまい、空調であれば快適性を損なってしまう。無理に地中熱交換器による採熱を行なえば地中熱交換器の温度低下あるいは温度上昇を招き、性能の低下させてしまう。最悪の場合、熱媒配管あるいは熱交換器の凍結や圧縮機の異常温度上昇から設備の故障を招く可能性もある。
【００２２】
本発明は、地中熱交換器への多大な投資を行なわなくても、地中熱の採熱過多、空調能力不足やブライン凍結あるいはなどを未然に防いで、信頼性の高い地中熱利用を行なうことのできる空気調和機を提供するものである。
【００２３】
本発明の空気調和機は、冷媒を圧縮して送り出す圧縮機と、室外送風機によって送られた室外空気と冷媒との間で熱交換する室外熱交換器と、冷媒と室内空気との間で熱交換する室内熱交換器とが冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルを構成するとともに、熱媒体を循環させるポンプとを備える。また、熱媒体と地中との間で熱交換ずる地中熱交換器と、熱媒体と冷媒との間で熱交換する地中熱利用熱交換器とで熱媒体循環系を構成する。また、地中熱利用熱交換器を室外熱交換器と室内熱交換器との間に配置するとともに、室外熱交換器と地中熱利用熱交換器との間に第一の絞り部を、地中熱利用熱交換器と室内熱交換器の間に第二の絞り部を配置する。さらに、第一の絞り部と、第二の絞り部の制御を行い、地中熱利用熱交換器における冷媒の圧力を変化させる。
【００２４】
これにより、室外熱交換器と地中熱利用熱交換器を熱源側に使用するため、地中熱交換器の規模を小さくすることができる。また、地中熱利用熱交換器における、冷媒の温度と熱媒体の温度差を任意に設定して、熱源側で放熱あるいは採熱する総熱量は一定に保ったまま、地中熱の利用量を調整することができる。
【００２５】
本発明の空気調和機は、地中熱交換器を小型化することができるので、設置費用を抑えて、少ない設備投資で地中熱の有効利用を行なうことができる。
【００２６】
さらに、地中熱の利用量を調整することができるので、地中の温度が変化して利用困難になる土壌の熱汚染や、空調能力の不足、ブライン凍結など装置の不具合を防ぎ、信頼性の高い装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における熱利用装置を用いた空調システムの構成図である。
【図２】図２は、従来の地中熱利用を行なう空気調和機の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和機の構成図を示すものである。
【００３０】
図１に示すように、本実施の形態における空気調和機は、室外機１と、室内機２を配管で環状に接続して冷媒を循環させ、冷房あるいは暖房を行なう。また、室外機１は、地中採熱部３とも配管で環状に接続され、ブラインなどの熱媒体を循環させて地中熱を利用する。
【００３１】
ここで、冷媒や熱媒体については、特定の種類に限定されるものではなく、一般的に用いられる冷媒、ブラインとして説明を行なう。
【００３２】
室内機２には、室内送風機４と、室内送風機４によって送られた室内空気と熱交換して冷房あるいは暖房を行なう室内熱交換器５が配備されている。
【００３３】
室外機１には、冷媒を圧縮して送り出す圧縮機６と、空気を熱源として利用するため室外送風機７によって送られた室外空気と熱交換する室外熱交換器８と、地中採熱部３の地中熱交換器９と熱循環系を構成する地中熱利用熱交換器１０が配置されている。また、室外機１にはブラインを循環させるためのポンプ１１が配備されていて、地中熱利用熱交換器１０では冷媒とブラインとの間で熱交換を行なう。
【００３４】
さらに、室外機１には、冷媒の循環方向を切り替える四方弁１２と、第一膨張弁１３と第一膨張弁１３の両接続口をバイパスするよう配備されたバイパス弁１４で構成される第一の絞り部１５と、第二の絞り部である第二膨張弁１６が配備されている。ただし、空気調和機が冷房あるいは暖房の専用機であれば、四方弁１２は必要がない。
【００３５】
四方弁１２は、圧縮機６の冷媒吸入口および冷媒吐出口と室外熱交換器８のガス冷媒の比率が高いガス側および室内熱交換器５のガス側に接続されていて、冷房運転であれば室内熱交換器５のガス側の冷媒を圧縮機６が吸入口から吸い込んで吐出口から室外熱交換器８のガス側へ吐き出す。
【００３６】
室外熱交換器８の液冷媒の比率が高い液側は、第一の絞り部１５の一方、つまり、第一膨張弁１３とバイパス弁１４の一方につながり、第一の絞り部１５の他方は地中熱利用熱交換器１０のガス側につながっている。そして、地中熱利用熱交換器１０の液側は第二膨張弁１６の一方のつながり、第二膨張弁１６の他方は室内熱交換器５の液側につながって、冷媒の凝縮、蒸発を繰り返す循環系が構成される。
【００３７】
さらに、図１の空気調和機では、吐出温度センサ１７、室外気温センサ１８、第一配管温センサ１９、第二配管温センサ２０、室内熱交温度センサ２１、室内気温センサ２２、地中戻り温度センサ２３、および地中往き温度センサ２４が配置されている。これらのセンサ情報を用いて空気調和機全体の制御がなされている。
【００３８】
図１は冷房運転状態を示しており、室内熱交換器５のガス側から四方弁１２の低圧側経路を経由して戻ってきた冷媒は圧縮機６で圧縮され、高温高圧状態となって四方弁１２の高圧側経路に吐出される。
【００３９】
そして、高温高圧状態となった冷媒は、室外熱交換器８のガス側へ送られて凝縮しつつ液側から送り出され、第一の絞り部１５の第一膨張弁１３あるいはバイパス弁１４の少なくともどちらか一方を経由し、必要に応じて減圧されて地中熱利用熱交換器１０の冷媒ガス側へ送られる。
【００４０】
そして、冷媒は、地中熱利用熱交換器１０において、ポンプ１１によって循環されて、地中採熱部３の地中熱交換器９で冷却されたブラインと熱交換しつつ冷媒液側から出ると第二膨張弁１６へと向かう。
【００４１】
第二膨張弁１６で減圧された後は、冷媒は室外機１を出て室内機２の室内熱交換器５の液側へ送られる。
【００４２】
室内熱交換器５において、冷媒は蒸発し、室内空気と熱交換して冷房を行ない、再び四方弁１２の低圧側経路を経由して圧縮機６へ戻っていく。
【００４３】
暖房運転の場合には、四方弁１２の経路が切替わり、圧縮機６から吐出された冷媒は、四方弁１２から室内熱交換器５のガス側へ送られる。そして、室内熱交換器５で冷媒は凝縮し、第二膨張弁１６で減圧され、地中熱利用熱交換器１０の冷媒液側へ送られる。
【００４４】
そして、冷媒は、地中熱利用熱交換器１０において、ポンプ１１によって循環され、地中採熱部３の地中熱交換器９で暖められたブラインと熱交換し、蒸発しつつ冷媒ガス側から出ると、第一膨張弁１３およびバイパス弁１４で構成される第一の絞り部１５へと向かう。
【００４５】
第一の絞り部１５を経て、冷媒は、室外熱交換器８で外気と熱交換して蒸発を終え、四方弁１２を経由して圧縮機６の吸入口へと戻る。
【００４６】
地中採熱部３の構成については、中空の地中杭を３０ｍから１００ｍ程度の深さまで埋め、内部にポリプロピレン製の配管を挿入し、コンクリートや水あるいはブラインなどを充填するものが一般的であった。そして、杭の打ち込みは、専用の重機を使用して行なわれ、費用の掛る工事であった。
【００４７】
最近は、ポリプロピレン製の配管を比較的浅い土壌に直に埋設するものや、井戸を掘削し井水を循環するものや、金属製の杭を打ち込む際に樹脂製のパイプを固定して杭の打ち込みと同時にパイプの埋設を行なうものなど様々な形態が、少ない工事費と地中熱の有効利用の実現を目指して提案されるようになった。
【００４８】
本実施の形態では、地中採熱部３の構成がいかなるものでも採用でき、効果を発揮することができるが、ポリプロピレン製の配管を比較的浅い土壌に直に埋設して、工事費を抑えることを重視しており、敷設面積も制限するものを使用している。
【００４９】
そのような条件下では、空調に必要な熱源を全て地中に求めると、地中が過熱あるいは過冷却されてしまい、熱源としての機能が低下してしまうことになる。
【００５０】
そこで、本実施の形態では、室外熱交換器８の液側に地中熱利用熱交換器１０を直列に接続し、室外熱交換器８と地中熱利用熱交換器１０を併用し、第一の絞り部１５と第二膨張弁１６によって地中熱利用熱交換器１０における冷媒温度を制御して地中との熱交換量を調整するものである。
【００５１】
これにより、必要な熱源を確保し、かつ地中熱利用量も適切に管理することができる。その結果、少ない設備投資で信頼性の高い装置を設置し、地中熱の有効利用を図ることができる。
【００５２】
また、本実施の形態においては、空調負荷に応じて室外熱交換器８と地中熱利用熱交換器１０の熱交換量の合計、すなわち室外側の熱交換量の合計が算出される。そして、算出された室外側の熱交換量の合計と、室外の気温、地中熱利用熱交換器１０へのブライン戻り温度などから地中熱の利用量を決定する。そして、決定された地中熱の利用量に基づいて第一の絞り部１５と第二膨張弁１６が地中熱利用熱交換器１０の熱交換量を調整する。
【００５３】
さらに、この一連の制御の過程で算出された室外熱交換器８における熱交換量と、室外気温センサ１８の出力温度に基づいて、室外送風機７の出力を適正な出力に調整を行なえば、必要以上に室外送風機７の出力を上げることを防ぐことができ、電力の消費を抑えることができる。
【００５４】
また、本実施の形態においては、先の第一の絞り部１５と第二膨張弁１６を制御する過程で、室外熱交換器８と地中熱利用熱交換器１０での熱交換量が算出されるが、その熱交換量と、室外気温センサ１８と地中戻り温度センサ２３の出力温度の差に応じて、ポンプ１１の出力を調整する。
【００５５】
つまり、冷房運転の場合であれば、任意の室外空気との熱交換量と地中熱利用量に対して、室外気温センサ１８の出力温度と室外熱交換器８の熱交換量から推定される冷媒の凝縮温度よりも地中戻り温度センサ２３の出力温度が低い。冷媒の凝縮温度と地中戻り温度センサ２３の出力温度の差が大きい場合には、ブラインの流量が少なめでも容易に熱交換ができるため、ポンプ１１の出力を少なめにしてポンプの省エネを図り、逆にその差が小さい場合にはポンプ１１の出力を多めにして熱交換量を確保し、圧縮機６の入力が減るように制御する。
【００５６】
暖房の場合であれば、任意の室外空気との熱交換量と地中熱利用量に対して、室外気温センサ１８の出力温度と室外熱交換器８の熱交換量から推定される冷媒の蒸発温度よりも地中戻り温度センサ２３の出力温度が高い。冷媒の蒸発温度と地中戻り温度センサ２３の出力温度の差が大きい場合には、ブラインの流量が少なめでも容易に熱交換ができるため、ポンプ１１の出力を少なめにしてポンプの省エネを図り、逆にその差が小さい場合にはポンプ１１の出力を多めにして熱交換量を確保し、圧縮機６の入力が減るように制御する。
【００５７】
これにより、ポンプ１１の出力を適切に抑え、消費電力の少ない空気調和機を提供することができる。
【００５８】
また、本実施の形態においては、第一の絞り部１５が、第一膨張弁１３とバイパス弁１４とで構成されている。そのため、室外熱交換器８と地中熱利用熱交換器１０とで、冷媒の飽和温度に差が必要な場合には、バイパス弁１４を閉じ、第一膨張弁１３の開度を調整することで、容易に所望の飽和温度差を与えることができる。
【００５９】
そして、熱交換量が多く、特に地中熱利用熱交換器１０での熱交換量を多くしたい場合には、バイパス弁１４を全開とし、第一の絞り部１５での圧力損失をできる限り小さくすることができる。
【００６０】
これにより、地中熱の利用量を抑制して有効に利用する一方で、地中熱の利用を増大させることを可能にし、より空気調和機の運転状況に応じた運転が可能となる。
【００６１】
その結果、より消費電力の少ない空気調和機を提供することができる。
【００６２】
このとき、バイパス弁１４を全開とすることに加え、第一膨張弁１３の開度も全開とすることで、さらに消費電力の少ない空気調和機を提供することができる。
【００６３】
また、本実施の形態においては、地中熱利用熱交換器１０において、冷房運転時に、凝縮側の冷媒の温度が地中から戻ったブラインの温度に近づくよう、冷媒とブラインが対向する流れとなるようにブラインの循環系が構成されている。これにより、冷媒のエンタルピーが小さくなり、最も運転性能を向上させることができる冷媒とブラインの流し方とすることができる。
【００６４】
この構成では、暖房運転時には、冷媒とブラインは同方向に流れる関係となり、地中熱利用熱交換器１０だけで考えれば必ずしも適切とは言えない。しかしながら、下流に室外熱交換器８があり、地中熱利用熱交換器１０と室外熱交換器８を併用するため、室外熱交換器８で冷媒を蒸発させきることができるので、性能の低下を招くことがない。
【００６５】
そして、この構成をとることで、冷房、暖房どちらでも地中熱利用熱交換器１０と室外熱交換器８の接続を変更する必要がなくなり、接続切換用のバルブが不要となり、安価に空気調和機を構成することができる。
【００６６】
以上説明したように、第１の開示は、冷媒を圧縮して送り出す圧縮機と、室外送風機によって送られた室外空気と冷媒との間で熱交換する室外熱交換器と、冷媒と室内空気との間で熱交換する室内熱交換器とが冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルを構成するとともに、熱媒体を循環させるポンプとを備える。また、熱媒体と地中との間で熱交換ずる地中熱交換器と、熱媒体と冷媒との間で熱交換する地中熱利用熱交換器とで熱媒体循環系を構成する。また、地中熱利用熱交換器を室外熱交換器と室内熱交換器との間に配置するとともに、室外熱交換器と地中熱利用熱交換器との間に第一の絞り部を、地中熱利用熱交換器と室内熱交換器の間に第二の絞り部と、熱媒体の地中からの戻り温度を検知する地中戻り温度検知部と、室外空気の温度を検知する室外気温検知部を配置する。さらに、第一の絞り部と、第二の絞り部の制御を行い、地中熱利用熱交換器における冷媒の圧力を変化させる。
【００６７】
これにより、室外熱交換器と地中熱利用熱交換器を熱源側に使用するため、地中熱交換器の規模を抑えることができる。また、地中熱利用熱交換器における、冷媒の温度と熱媒体の温度差を任意に設定して、熱源側で放熱あるいは採熱する総熱量は一定に保ったまま、地中熱の利用量を調整することができる。
【００６８】
従って、地中熱交換器を小型化することができるので、設置費用を抑えて、少ない設備投資で地中熱の有効利用を行なうことができる。
【００６９】
さらに、地中熱の利用量を調整することができるので、地中の温度が変化して利用困難になる土壌の熱汚染や、空調能力の不足、ブライン凍結など装置の不具合を防ぎ、信頼性の高い装置を提供することができる。
【００７０】
第２の開示は、第１の開示において、室外熱交換器の熱交換量に応じて、室外送風機の回転数を調整してもよい。
【００７１】
これにより、室外送風機による不要な室外空気の搬送を減らすことができる。
【００７２】
従って、室外送風機の消費電力を削減することができる。
【００７３】
第３の開示は、第１の開示において、地中熱利用熱交換器の熱交換量と、地中戻り温度検知部の検知結果と、室外気温検知部の検知結果に応じて、ポンプの循環量を調整してもよい。
【００７４】
これにより、ポンプによる熱媒体の不要な搬送を減らすことができる。
【００７５】
従って、ポンプの消費電力を削減することができる。
【００７６】
第４の開示は、第２の開示において、地中熱利用熱交換器の熱交換量と、地中戻り温度検知部の検知結果と、室外気温検知部の検知結果に応じて、ポンプの循環量を調整してもよい。
【００７７】
これにより、ポンプによる熱媒体の不要な搬送を減らすことができる。
【００７８】
従って、ポンプの消費電力を削減することができる。
【００７９】
第５の開示は、第１の開示から第４の開示のいずれか一つにおいて、第一の絞り部が、膨張弁と、膨張弁をバイパスするように設けられたバイパス弁を有するバイパス回路から構成されてもよい。
【００８０】
これにより、空調負荷や地中熱利用量に応じて精度良く、地中熱利用熱交換器における冷媒の圧力を変化させることができる。
【００８１】
従って、地中熱利用量の調整を精度良く行い、装置の効率を高めることができる。
【００８２】
第６の開示は、第５の発明において、地中熱利用熱交換器において地中熱を最大限に利用する際には膨張弁を全開とするとともにバイパス弁を開としてもよい。
【００８３】
これにより、冷媒の流れに対し第一の絞り部の抵抗を最小限にすることで、地中熱利用熱交換器入口における、冷媒と熱媒体の温度差を最大にすることができる。
【００８４】
従って、地中熱利用量が大きく性能の良い装置を提供することができる。
【００８５】
第７の開示は、第１の開示から第４の開示のいずれか一つにおいて、ポンプによって循環される熱媒体が、地中熱利用熱交換器において、室外熱交換器から地中熱利用熱交換器を通り室内熱交換器へ流れる冷媒の流れに対して対向する方向に流れるよう、熱媒体循環系を構成としてもよい。
【００８６】
これにより、熱媒体の流れる方向を切換えなくても、冷房運転時つまり冷媒が地中熱利用熱交換器において凝縮する際に良好な熱交換性能を得るとともに、暖房運転時つまり冷媒が地中熱利用熱交換器において蒸発する際の熱交換性能の低下も防ぐことができる。
【００８７】
従って、使用する駆動部品の数を抑えて、部品コストの安価な装置を提供することができる。
【００８８】
第８の開示は、第５の開示において、ポンプによって循環される熱媒体が、地中熱利用熱交換器において、室外熱交換器から地中熱利用熱交換器を通り室内熱交換器へ流れる冷媒の流れに対して対向する方向に流れるよう、熱媒体循環系を構成としてもよい。
【００８９】
これにより、熱媒体の流れる方向を切換えなくても、冷房運転時つまり冷媒が地中熱利用熱交換器において凝縮する際に良好な熱交換性能を得るとともに、暖房運転時つまり冷媒が地中熱利用熱交換器において蒸発する際の熱交換性能の低下も防ぐことができる。
【００９０】
従って、使用する駆動部品の数を抑えて、部品コストの安価な装置を提供することができる。
【００９１】
第９の開示は、第６の開示において、ポンプによって循環される熱媒体が、地中熱利用熱交換器において、室外熱交換器から地中熱利用熱交換器を通り室内熱交換器へ流れる冷媒の流れに対して対向する方向に流れるよう、熱媒体循環系を構成としてもよい。
【００９２】
これにより、熱媒体の流れる方向を切換えなくても、冷房運転時つまり冷媒が地中熱利用熱交換器において凝縮する際に良好な熱交換性能を得るとともに、暖房運転時つまり冷媒が地中熱利用熱交換器において蒸発する際の熱交換性能の低下も防ぐことができる。
【００９３】
従って、使用する駆動部品の数を抑えて、部品コストの安価な装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上のように、本発明にかかる空気調和機は、外気とは異なる熱源を適切かつ有効に利用して、効率のよい装置を提供するもので、その技術は空気調和機だけに止まらず、給湯などにも広く適用することができ、効果をもたらすものである。
【符号の説明】
【００９５】
１  室外機
２  室内機
３  地中採熱部
４  室内送風機
５  室内熱交換器
６  圧縮機
７  室外送風機
８  室外熱交換器
９  地中熱交換器
１０  地中熱利用熱交換器
１１  ポンプ
１２  四方弁
１３  第一膨張弁
１４  バイパス弁
１５  第一の絞り部
１６  第二膨張弁（第二の絞り部）
１７  吐出温度センサ
１８  室外気温センサ
１９  第一配管温センサ
２０  第二配管温センサ
２１  室内熱交温度センサ
２２  室内気温センサ
２３  地中戻り温度センサ
２４  地中往き温度センサ
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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