(57)【要約】【課題】  寒冷地においても効率よく採熱できるヒートポンプサイクル装置を提供する。【解決手段】  ヒートポンプユニット１３は、二酸化炭素冷媒を圧縮する圧縮機１と、貯湯水を加熱する利用側熱交換器２と膨張弁３と、冷媒回路に並列接続される空気熱熱交換部４および地熱熱交換部７と、両熱交換部への冷媒流路を切り替える切替弁６とを備えてなり、屋外に配置されている。外気温センサ２１により検出される外気温度が５℃以下の場合に、切替弁の切り替えおよび送風ファン５ａの停止、地熱用循環ポンプ１０の駆動開始により、空気熱熱交換部４を熱交換停止状態とすると共に、地熱熱交換部７を地中熱交換器９により採熱され不凍液の循環により熱交換作動状態とする。不凍液は寒冷地の冬期（氷点下の外気温時）においても約０℃であるので、地熱熱交換部により効率的に採熱することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側熱交換部（４、７）と、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、前記圧縮機から吐出される前記冷媒を流通する二次側熱交換部（２）と、前記二次側熱交換部から流出する前記冷媒の圧力を減圧して前記一次側熱交換部に吐出する減圧装置（３、３ａ、３ｂ、１５、１６）と、を備えるヒートポンプサイクル装置であって、
前記一次側熱交換部は、空気熱熱交換部（４）および地熱熱交換部（７）を備え、前記空気熱熱交換部と地熱熱交換部との少なくともいずれか一方を熱交換作動状態とすることを特徴とするヒートポンプサイクル装置。
【請求項２】
前記空気熱熱交換部は、空気熱源熱交換器（５）と送風ファン（５ａ）とを備え、前記空気熱源熱交換器内を流通する前記冷媒と前記送風ファンにより送風される空気流との間で熱交換状態を形成することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項３】
前記地熱熱交換部は、地熱源熱交換器（８）と地中熱交換器（９）と地熱用循環ポンプ（１０）とを備え、前記地熱用循環ポンプにより前記地中熱交換器より循環され、前記地中熱源熱交換器内を流通する熱媒体と、前記地中熱源熱交換器内を流通する前記冷媒との間で熱交換状態を形成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サイクル装置。
【請求項４】
前記空気熱熱交換部と前記地熱熱交換部とは、前記減圧装置に対して並列に接続されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項５】
前記減圧装置は、前記二次側熱交換部からの冷媒圧力を減圧する膨張弁（３）と、前記膨張弁の吐出冷媒を前記空気熱熱交換部および地熱熱交換部のいずれか一方に切り替えて流出させる切替弁（６）とを備えることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項６】
前記減圧装置は、前記二次側熱交換部からの冷媒を２方向に分岐する分岐部（６０）と、前記分岐された一方の冷媒の圧力を減圧して前記空気熱熱交換部へ吐出する第１の膨張弁（３ａ）と、前記分岐された他方の冷媒の圧力を減圧して前記地熱熱交換部へ吐出する第２の膨張弁（３ｂ）とを備えることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項７】
前記第１および第２の膨張弁は、全閉機能を備えた固定絞りであることを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項８】
前記空気熱熱交換部は、前記地熱熱交換部および圧縮機を搭載したユニット（１３）とは分離された別のユニット（４）に搭載されて配置されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項９】
前記減圧装置は、エジェクタ（１５）および気液分離器（１６）を備えたエジェクタサイクルにより構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項１０】
前記空気熱熱交換部と前記地熱熱交換部とは、前記減圧装置に対して直列に接続されることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項１１】
前記空気熱熱交換部は前記地熱熱交換部よりも前記冷媒流れの上流側に配置されることを特徴とする請求項１０に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項１２】
前記空気熱熱交換部は、前記送風ファンを駆動して送風することにより前記熱交換作動状態を形成し、前記地熱熱交換部は前記地熱用循環ポンプを駆動して前記熱媒体を循環させることにより前記熱交換作動状態を形成することを特徴とする請求項１０または１１に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項１３】
外気温度が低い季節には前記地熱熱交換部を前記熱交換作動状態とし、前記外気温度が高い季節には前記空気熱熱交換部を前記熱交換作動状態とすることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項１４】
前記冷媒を二酸化炭素とするとともに、前記二次側熱交換部により水を加熱して給湯する装置（１１、１２）を備えることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプサイクル装置に関し、特に地中熱源と空気熱源との併用システムに用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷暖房装置や給湯装置などに用いられるヒートポンプサイクル装置には、空気を熱源とするものが多用されている。
【０００３】
また、比較的熱源の温度が一定している地中熱を利用する地中熱ヒートポンプも利用されるようになってきた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２８９５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前者の空気を熱源とするヒートポンプ装置では、特に寒冷地における冬期、外気温度が低いために、この冷たい空気より十分に熱量が得られず効率が悪いという問題がある。さらに、外気温度が５℃程度以下では、ヒートポンプサイクル中のエバポレータに着霜することが多く、それを取り除く（除霜）ために余分な熱量を必要とする。すなわち、空気熱源のヒートポンプでは、外気温度が低い場合には、熱交換効率が低下するという問題があった。
【０００５】
また、後者の地中熱ヒートポンプ装置では、寒冷地などで外気温度が低い場合であっても、年間を通して比較的温度が一定である地中熱より十分に採熱することができるものの、外気温度が高い時期には、相対的に地中温度と外気温度との温度差が小さくなる、あるいは、外気温度が地中温度よりも高くなるため、地中熱源からの採熱量が小さくなる、すなわち採熱効率が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、寒冷地においても効率よく採熱できるヒートポンプサイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一次側熱交換部（４、７）と、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機から吐出される冷媒を流通する二次側熱交換部（２）と、二次側熱交換部から流出する冷媒の圧力を減圧して一次側熱交換部に吐出する減圧装置（３、３ａ、３ｂ、１５、１６）と、を備えるヒートポンプサイクル装置であって、一次側熱交換部は、空気熱熱交換部（４）および地熱熱交換部（７）を備え、空気熱熱交換部と地熱熱交換部との少なくともいずれか一方を熱交換作動状態とすることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、一次側熱交換部として空気熱熱交換部と地熱熱交換部とを備え、両者またはいずれか一方の熱交換部を熱交換作動状態とするので、空気熱源より採熱することも、あるいは地中熱源より採熱することも可能である。したがって、寒冷地においても、外気温度が低い時期から高い時期まで一次側熱交換部によって効率的に採熱することができる。
【０００９】
なお、空気熱熱交換部は、請求項２に記載のように、空気熱源熱交換器（５）と送風ファン（５ａ）とを備え、空気熱源熱交換器内を流通する冷媒と送風ファンにより送風される空気流との間で熱交換作動状態を形成することができる。ここで、送風ファンが停止して空気熱源熱交換器への送風が止まったり、空気熱源熱交換器内への冷媒の流通が停止した場合には、定常的な熱交換はなされないため、熱交換作動状態は形成されない。
【００１０】
また、地熱熱交換部は、請求項３に記載のように、地熱源熱交換器（８）と地中熱交換器（９）と地熱用循環ポンプ（１０）とを備え、地熱用循環ポンプにより地中熱交換器より循環され、地中熱源熱交換器内を流通する熱媒体と、地中熱源熱交換器内を流通する冷媒との間で熱交換作動状態を形成することができる。
【００１１】
空気熱熱交換部と地熱熱交換部との配置形態として、請求項４に記載のように、両者を減圧装置に対して並列に接続することができる。
【００１２】
この場合、減圧装置は、請求項５に記載のように、二次側熱交換部からの冷媒圧力を減圧する膨張弁（３）と、膨張弁の吐出冷媒を空気熱熱交換部および地熱熱交換部のいずれか一方に切り替えて流出させる切替弁（６）とを備えるように構成すれば、空気熱熱交換部と地熱熱交換部とを択一的に熱交換作動状態にすることができる。
【００１３】
また、減圧装置は、請求項６に記載のように、二次側熱交換部からの冷媒を２方向に分岐する分岐部（６０）と、分岐された一方の冷媒の圧力を減圧して空気熱熱交換部へ吐出する第１の膨張弁（３ａ）と、分岐された他方の冷媒の圧力を減圧して地熱熱交換部へ吐出する第２の膨張弁（３ｂ）とを備えるようにすれば、空気熱熱交換部と地熱熱交換部とを同時に熱交換作動状態にして採熱効率を高めることができる。
【００１４】
なお、第１および第２の膨張弁は、請求項７に記載のように、全閉機能を備えた固定絞りとすることができる。これは、地熱熱交換部を流通する熱媒体の温度は年間を通してほぼ一定であるので、複雑な制御を要することなく、固定絞りによって一定の減圧状態を形成することができる。また、この固定絞りを全閉機能を備える電磁弁等で構成することができ、空気熱熱交換部と地熱熱交換部との熱交換作動状態を、第１および第２の膨張弁の相互の全閉作動により容易に切り替えることができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、空気熱熱交換部は、地熱熱交換部および圧縮機を搭載したユニット（１３）とは分離された別のユニット（４）に搭載されて配置されることを特徴とする。
【００１６】
これにより、たとえば、地熱熱交換部および圧縮機を搭載したユニットを屋内に設置し、空気熱熱交換部を搭載したユニットを屋外に設置することが可能となる。
【００１７】
これにより、冬期には使用しない屋外ユニットの防雪設備を簡易にすることができ、また、空気熱熱交換部を持たない屋内のユニットを密閉筐体に収納できるので防音効果を高めることができる。さらに、屋内ユニットの地熱熱交換部において熱冷媒の地表面付近で放熱が抑制され採熱効率を高めることができる。
【００１８】
減圧装置は、請求項９に記載のように、エジェクタ（１５）および気液分離器（１６）を備えたエジェクタサイクルにより構成するようにすれば、減圧装置における損失をさらに小さくすることができる。
【００１９】
また、空気熱熱交換部と地熱熱交換部とを、請求項１０に記載のように、減圧装置に対して直列に接続することができる。これにより、冷媒配管を簡易にすることができる。
【００２０】
この場合、請求項１１に記載のように、空気熱熱交換部を地熱熱交換部よりも冷媒流れの上流側に配置するようにすれば、給湯や暖房負荷の大きい冬期において下流側の地熱熱交換部を使用してこれを熱交換作動状態とするため、上流側の空気熱熱交換部での圧力損失や放熱のロスはほとんど発生しない。すなわち、上流側の空気熱熱交換部での圧力損失は減圧分が減圧装置の一部と見なすことができる為に影響なく、また、放熱のロスは下流側の地熱側熱交換器で吸熱して補えるためにほとんど影響しない。空気熱熱交換部を利用する際には、地熱熱交換部での放熱が発生するが、負荷が小さい為に年間平均でのロスは影響が少ない。
【００２１】
さらに、請求項１２に記載のように、空気熱熱交換部は送風ファンを駆動して送風することにより熱交換作動状態を形成し、地熱熱交換部は地熱用循環ポンプを駆動して熱媒体を循環させることにより熱交換作動状態を形成することができる。したがって、冷媒の流れを切り替える手段を用いることなく各熱交換部を熱交換作動状態とすることができ、システムを簡易にすることができる。
【００２２】
また、請求項１３に記載のように、外気温度が低い季節には地熱熱交換部を熱交換作動状態とし、外気温度が高い季節には空気熱熱交換部を熱交換作動状態とするようにすれば、それぞれの熱交換部において採熱効率が高い状態で作動させることができる。
【００２３】
なお、外気温度の高低は、実際に温度センサにより外気温度や、外気温度と相関関係にある給湯水の水温を測定して判定してもよいし、あるいは、ヒートポンプサイクル装置の内蔵時計におけるカレンダー情報より季節判定をしてもよい。あるいは、ユーザによる手動切替スイッチに基づいて熱交換部の作動状態を変更してもよい。
【００２４】
さらに、請求項１４に記載のように、冷媒を二酸化炭素とするとともに、二次側熱交換部により水を加熱して給湯する装置（１１、１２）を備えるようにしてもよい。
【００２５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態のヒートポンプサイクル装置を用いたヒートポンプ式給湯装置（以下、給湯装置１００と呼ぶ）の全体構成図である。
【００２７】
本第１実施形態の給湯装置１００は、給湯用の液体（以下、給湯用水と呼ぶ）を貯留する貯湯槽１１、給湯用水の加熱手段であるヒートポンプサイクル装置（以下、ヒートポンプユニット１３という）、及び給湯装置１００の作動を制御する制御装置（ＥＣＵ）２０（図２参照）等より構成される。
【００２８】
ヒートポンプユニット１３は、圧縮機１、給湯用水を加熱する二次側熱交換部としての利用側熱交換器２、減圧装置としての膨張弁３、膨張弁３から吐出される低圧冷媒を流通して、この低圧冷媒と外部の熱媒体とを熱交換して冷媒の蒸発器として機能する一次側熱交換部とを備えている。
【００２９】
一次側熱交換部は、送風ファン５ａと送風ファン５ａにより送風されて空気と熱交換を行うフィンチューブ型熱交換器である空気熱源熱交換器５とにより構成される空気熱熱交換部４と、地中深く（地表から数１０ないし１００ｍ程度）に埋め込まれたＵ字配管の地中熱交換器９、熱媒体である不凍液を循環させるための地熱用循環ポンプ１０および地中熱交換器９との間で循環される不凍液を流通させる地中熱源熱交換器８により構成される地熱熱交換部７とを備えている。
【００３０】
この空気熱熱交換部４と地熱熱交換部７とは利用側熱交換器２と銅管で環状に連結されて、後述する切替弁６により冷媒が分岐流通されて、ヒートポンプサイクルＲ、Ｒ１およびヒートポンプサイクルＲ、Ｒ２を形成する。なお、本第１実施形態のヒートポンプユニット１３の冷媒には、臨界温度の低い二酸化炭素を使用しており、圧縮機１は一般的使用条件において冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。
【００３１】
利用側熱交換器２は、圧縮機１により吐出された高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換するもので、冷媒が流れる冷媒通路２ａと給湯用水が流れる給湯用水通路２ｂとを備え、冷媒の流れ方向と給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。なお、圧縮機１で臨界圧力以上に加圧された二酸化炭素冷媒は、冷媒通路２ａ内においても超臨界状態となって、給湯用水と熱交換する。
【００３２】
膨張弁３は、利用側熱交換器２から流出する冷媒を弁開度に応じて減圧する減圧装置であり、制御装置２０によって弁開度が電気的に制御される。空気熱熱交換部４では、空気熱源熱交換器５において膨張弁３で減圧された冷媒を送風ファン５ａによって送風される外気との熱交換によって蒸発させる。
【００３３】
また、ヒートポンプユニット１３には、膨張弁３と空気熱熱交換部４との間の分岐部に電動式の切替弁６が接続され、この切替弁６にて冷媒が分岐され、地熱熱交換部７を介して空気熱熱交換部４と圧縮機１との間に接続されている。すなわち、切替弁６の切替作動により、地熱熱交換部７側の冷媒流路が全閉される場合には、空気熱熱交換部４側の冷媒流路が連通されることによりヒートポンプサイクルＲ、Ｒ１が形成されて外気（空気）より採熱し、空気熱熱交換部４側の冷媒流路が全閉される場合には、地熱熱交換部７側の冷媒流路が連通されることにより、ヒートポンプサイクルＲ、Ｒ２が形成されて地中より採熱する。
【００３４】
地熱熱交換部７は、地熱源熱交換器８、地中熱交換器９および地熱用循環ポンプ１０を備え、これらが不凍液流路Ｗ１により環状に連結されている。地中熱交換器９にて土壌Ｇとの間で熱交換された不凍液を地熱用循環ポンプ１０により地熱源熱交換器８の不凍液流路８ｂに流す。地熱源熱交換器８では不凍液流路８ｂと対向して冷媒流路８ａが配置されており、この冷媒流路８ａに減圧装置である膨張弁３から流出する二酸化炭素の冷媒が流入することにより、不凍液と冷媒とを熱交換する。これにより、土壌Ｇより採熱された熱エネルギが不凍液を介して冷媒である二酸化炭素に熱交換され、ヒートポンプサイクルＲ２へ採熱される。
【００３５】
なお、利用側熱交換器２は水回路Ｗ２により貯湯槽１１と貯湯用循環ポンプ１２を介して接続され、利用側熱交換器２により高温（たとえば９０℃）に加熱された水が給湯用水として貯湯槽１１に蓄熱されて、風呂や台所での給湯や暖房機器（図示せず）に利用される。
【００３６】
また、ヒートポンプユニット１３は屋外（建物１４の外）に設置され、貯湯槽１１は屋外や屋内に設置される。本第１実施形態では、特に寒冷地での使用を考慮して貯湯槽１１は屋内（建物１４の内）に設置されている。
【００３７】
次に、本第１実施形態の給湯装置１００の電気制御部である制御装置（ＥＣＵ）２０について図２を参照して説明する。ＥＣＵ２０は、ヒートポンプユニット１３の筐体に配置され外気温度を検出する外気温センサ２１と、貯湯槽１１への給水管路に配置され給水温度を検出する給水温センサ２２と、ユーザにより手動にてＯＮ、ＯＦＦを切替操作される手動スイッチ２３とが接続されている。
【００３８】
外気温センサ２１は、外気温度が５℃以下に低下した場合にＯＮ信号を出力し、外気温度が６℃以上に上昇した場合にＯＦＦ信号を出力する。給水温センサ２２は給水温度が１０℃以下に低下した場合にＯＮ信号を出力し、１１℃以上に上昇した場合にＯＦＦ信号を出力する。なお、外気温度と給水温度とは給湯装置１００が設置される場所の気候に応じた相関関係があり、本第１実施形態では給水温度＝１０℃は外気温度＝５℃に相当するものとして設定されている。
【００３９】
また、ＥＣＵ２０は、圧縮機１、膨張弁３、送風ファン５ａ、切替弁６、地熱用循環ポンプ１０および貯湯用循環ポンプ１２を通電制御して、貯湯槽１１内に蓄えられる給湯用水の温度（貯湯温度）を所定の温度範囲に制御している。
【００４０】
ＥＣＵ２０は、各センサおよびスイッチ２１、２２、２３のいずれかからＯＮ信号を入力すると、ヒートポンプサイクルＲ、Ｒ２の作動を行う。すなわち、切替弁６を制御して、空気熱熱交換部４側の流路を全閉状態および地熱熱交換部７側の流路を連通状態とするとともに、空気熱熱交換部４の送風ファン５ａを停止することにより、空気熱熱交換部４の熱交換状態を停止する。同時に、地熱用循環ポンプ１０を駆動して不凍液を地中熱交換器９と地熱源熱交換器８との間で循環させることにより、地熱源熱交換器８において不凍液流路８ｂを流通する不凍液と冷媒流路８ａを流通する二酸化炭素冷媒とを熱交換させる、すなわち地熱熱交換部７を熱交換作動状態とする。
【００４１】
なお、外気温センサ２１および給水温センサ２２からともにＯＦＦ信号が出力されるとともに、これにより手動スイッチ２３がリセットされると、ＥＣＵ２０は、切替弁６、送風ファン５ａおよび地熱用循環ポンプ１０の作動をそれぞれ切り替えて、ヒートポンプサイクルＲ、Ｒ２を停止し、ヒートポンプサイクルＲ、Ｒ１を作動させる。
【００４２】
第１実施形態においては、以上のように作動するので、次のような効果を得ることができる。
【００４３】
外気温度が低い場合、寒冷地などでは氷点下の温度となっても、地中熱交換器９により地中より採熱される不凍液温度は０℃程度である。このような場合では、空気から採熱するよりも地中から採熱するほうが採熱量が大きく、ヒートポンプサイクルの効率を向上させることができる。
【００４４】
また、外気温度が０〜５℃程度では、ほぼ０℃の不凍液温度（地中温度）より高い外気のほうが採熱量は大きくなるが、同時に空気熱源熱交換器５において着霜が発生するため、これを除く除霜運転が必要となる。除霜運転には余分の電力を必要とするため、貯湯水の加熱効率を低下させる。したがって、本第１実施形態におけるように、総合的な効率としては除霜運転が不要な地熱熱交換部７を熱交換作動状態として地中より採熱することが望ましい。
【００４５】
また、除霜運転を不要としているので、除霜用の回路を配置する必要がなくシステムを低コストにすることができる。なお、外気温度が高い（６℃以上）場合に空気熱熱交換部４の作動中に着霜したときには、熱交換作動状態を空気熱熱交換部４から地熱熱交換部７へと切り替えることにより、除霜を不要とすることができる。
【００４６】
さらに外気温度が高い（たとえば６℃以上）時期には、地熱熱交換部７を作動停止状態とし、空気熱熱交換部４を熱交換作動状態とすることにより、寒冷地であっても夏期には、地中よりも採熱量の大きい空気から採熱することができる。
【００４７】
なお、本第１実施形態では、採熱量の大きさおよび着霜の可能性を判定するための基準外気温度を５℃とし、外気温度が５℃以下において地熱熱交換部７を熱交換作動状態とする例を示したが、これに限らず、基準外気温度を給湯装置１００の設置場所の気候に応じて設定することができる。
【００４８】
また、外気温センサ２１の検出温度に基づいてヒートポンプサイクルの作動状態を切り替えることに限らず、ＥＣＵ２０が予め備えるカレンダ機能を用い、給湯装置１００の設置場所に応じて空気熱熱交換部４と地熱熱交換部７との作動切替時期（月日）を設定して、設定当日にＥＣＵ２０が自動的に切替作動を行うようにしてもよい。
【００４９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態の減圧装置である膨張弁３と切替弁６とを、図３のように変更したものであり、その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００５０】
すなわち、第２実施形態では、減圧装置として空気熱熱交換部４用の第１の膨張弁３ａと地熱熱交換部７用の第２の膨張弁３ｂとの２つを、それぞれ、二次側熱交換部である利用側熱交換器２の冷媒出口側管路における分岐部６０に対して並列に接続配置するものである。さらに、これら第１および第２の膨張弁３ａ、３ｂはともに、全閉機能を有した固定絞りとし、ＥＣＵ２０によって、一方の膨張弁を全閉し他方の膨張弁を連通させることを、外気温度に応じて切り替わるようにしている。
【００５１】
地中からの不凍液温度はほぼ一定であるので、本第２実施形態のように、膨張弁を固定絞りとしても最適絞りとすることが可能である。したがって、膨張弁の開度を制御する必要がない。
【００５２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本第３実施形態は、図４に示すように、上記第１実施形態における空気熱熱交換部４のユニット部を、ヒートポンプユニット１３の本体部分とは別体にして、両者を接続する冷媒管路を長い配管として屋外に配置するとともに、ヒートポンプユニット１３は、地下室や機械室あるいは物置など屋内に設置するものである。また、ヒートポンプユニット１３における地熱熱交換部７の地中熱交換器９を屋内の土壌Ｇ中に埋設している。なお、その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５３】
第３実施形態は、このような配置構成であるので、第１実施形態における効果に加えて次のような効果を得ることができる。
【００５４】
圧縮機１を含むヒートポンプユニット１３は、空気熱熱交換部４を別体にしていることにより、密閉状態に近い、すなわち防音効果の高い筐体内に収納することができる。したがって、ヒートポンプユニット１３を屋内に設置する上でも、また近隣地域に対しても、騒音を抑制することができる。
【００５５】
屋外に配置される空気熱熱交換部４のユニットは、冬期に積雪に埋もれていても、使用されない状態であるので問題はなく、逆に、使用時期である春〜夏期においては雪が解けるため使用上問題はない。したがって、防雪カバーや所定高さの架台などを設置する必要がなく、イニシャルコストを低くできる。また、設置性も高く、設置される住宅外観の美観を損なうことを抑えることができる。
【００５６】
地熱熱交換部７を屋内に設置するので、建物の基礎杭や床下を利用した地中熱交換器９の配設を容易にし、また、地熱熱交換部７の地表面付近での放熱も屋内であることから抑制することができ、採熱効率を向上させることができる。
【００５７】
空気熱熱交換部４とヒートポンプユニット１３内の圧縮機１との間は長い配管で接続されているが、冷媒に高密度の二酸化炭素を用いているため、長配管における圧力損失を少なくすることができる。また、空気熱熱交換部４は給湯用熱源としての使用であるため、使用時、すなわち春〜夏期におけるヒートポンプサイクルＲ、Ｒ１の負荷は少ない。年間を通しては、ヒートポンプサイクルのロスは負荷の大きな冬期に大きく左右されるため、上記長配管における圧力損失によるロスは少ない。
【００５８】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本第４実施形態は、図５に示すように、上記第１実施形態におけるヒートポンプユニット１３内において、空気熱熱交換部４と地熱熱交換部７の地熱源熱交換器８とを、減圧装置である膨張弁３に対して、分岐部を設けることなく直列に接続配置するものである。さらに、空気熱熱交換部４を冷媒流れ方向において地熱熱交換部７（地熱源熱交換器８）よりも上流側に配置している。
【００５９】
このように、第４実施形態においては、ヒートポンプサイクルＲにおける冷媒回路の切り替えを行っていない。この直列接続配置に伴い、ＥＣＵ２０において、切替弁６の作動制御を不要とし、空気熱熱交換部４を熱交換作動状態とする場合は送風ファン５ａを駆動し、地熱熱交換部７を熱交換作動状態とする場合は地熱用循環ポンプ１０を駆動するよう制御する。
【００６０】
第４実施形態における効果は次のとおりである。
【００６１】
空気熱熱交換部４と地熱熱交換部７との熱交換作動状態の切り替えは、切替弁を用いることなく、送風ファン５ａおよび地熱用循環ポンプ１０の作動切替のみで行うことができるので、簡易なシステムとすることができ、またシステムの信頼性を向上させることができる。
【００６２】
送風ファン５ａおよび地熱用循環ポンプ１０を同時に駆動することにより、空気熱交換部４と地熱熱交換部７とを同時に熱交換作動状態とすることができる。これは、外気温度と不凍液温度とが近い場合、たとえば外気温度が０〜５℃程度のときには、両方の熱交換部４、７を同時に利用することで、採熱量をそれぞれ単独で使用する場合に比して大きくすることができ、ヒートポンプサイクルＲの効率を大きくできる。
【００６３】
空気熱熱交換部４を冷媒回路上、地熱熱交換部７よりも上流側に配置しているので、空気熱熱交換部４での圧力損失は、その減圧分が上流側の減圧装置（膨張弁３）の一部とみなすことができるため影響がない。
【００６４】
また、給湯や暖房負荷の大きい冬期には、主に地熱熱交換部７を使用するため、使用しない空気熱熱交換部４での圧力損失はほとんどなく、また放熱のロスは地熱熱交換部７で吸熱して補えるためにほとんど影響がないので、効率の高い運転が可能となる。
【００６５】
さらに、高密度の二酸化炭素冷媒を用いているため、空気熱熱交換部４を利用する夏期においても、下流側の地熱熱交換部７における圧力損失の影響を小さくすることができる。また、空気熱熱交換部４を給湯用熱源として使用しているため、夏期における負荷は小さい。したがって、年間を通じての空気熱熱交換部４におけるロスを小さいものとすることができる。
【００６６】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本第５実施形態では、図６に示すように、上記第１実施形態における減圧装置としての膨張弁３に代わりに、エジェクタ１５および気液分離器１６を備えたエジェクタサイクルを用いている。これに伴い、エジェクタサイクルのエバポレータ部分に、空気熱熱交換部４および地熱熱交換部７を並列配置し、切替弁６にて両熱交換部４、７を切り替えて相互に熱交換作動状態にするよう冷媒回路を構成している。
【００６７】
すなわち、二酸化炭素冷媒は、エジェクタ１５で減圧された後、切替弁６にて切り替え作動している空気熱熱交換部４または地熱熱交換部７から流路Ｒ１またはＲ２にて吸引されて昇圧し、最終的に圧縮機１の吸入圧力を上昇させて圧縮効率を向上させることができる。
【００６８】
本第５実施形態においては、第１実施形態における効果に加えて、次のような効果が得られる。
【００６９】
二酸化炭素を冷媒とするエジェクタサイクルは、一般的に、エバポレータ部分において低外気温時（氷点下温度）には空気熱源を用いる場合、比較的膨張損失の回収比率が低くなり、高外気温時と比較して圧縮効率向上の効果が小さい。これに対して本第５実施形態では、低外気温時には地熱熱交換部７を熱交換作動状態とすることにより、温度が約０℃の地熱源不凍液を用いるので、膨張損失の回収比率を向上させることができる。したがって、寒冷地の特に冬期などでも、エジェクタサイクルの効果を十分発揮することができる。
【００７０】
空気熱熱交換部４と地熱熱交換部７との冷媒流路切り替えのための切替弁６に、圧力損失が比較的大きい小型のものを用いることができる。すなわち、第５実施形態における切替弁６の配置位置では、気液分離器１６からの冷媒圧力を減圧する必要があるため、切替弁６の圧力損失の存在は問題とならない。
【００７１】
（他の実施形態）
上記第２実施形態では、空気熱熱交換部４用の第１の膨張弁３ａおよび地熱熱交換部７用の第２の膨張弁３ｂをともに、全閉機能を有した固定絞り弁としたが、これに限らずそれぞれを通常の全閉機能を持たない膨張弁としてもよい。この場合には、切替弁６も不要としているので、両方の熱交換部４、７を同時に熱交換作動状態として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態のヒートポンプサイクル装置を用いた給湯装置の全体構成図である。
【図２】第１実施形態の制御装置の機能ブロック図である。
【図３】第２実施形態のヒートポンプサイクル装置の部分構成図である。
【図４】第３実施形態のヒートポンプサイクル装置を用いた給湯装置の全体構成図である。
【図５】第４実施形態のヒートポンプサイクル装置を用いた給湯装置の全体構成図である。
【図６】第５実施形態のヒートポンプサイクル装置を用いた給湯装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…圧縮機、２…利用側熱交換器（二次側熱交換部）、３…膨張弁（減圧装置）、
４…空気熱熱交換部、５…空気熱源熱交換器、５ａ…送風ファン、６…切替弁、
６０…分岐部、７…地熱熱交換部、８…地熱源熱交換器、９…地中熱交換器、
１０…地熱用循環ポンプ、１１…貯湯槽、１２…貯湯用循環ポンプ、
１３…ヒートポンプユニット、１５…エジェクタ（減圧装置）、１６…気液分離器、
２０…ＥＣＵ（制御装置）、２１…外気温センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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