(57)【要約】ヒートポンプシステム(100)は、熱媒体回路(210,220,230,240,250,310,320,410,420,430,440,450,460)を備え、前記熱媒体回路は、熱媒体と、対応する熱源またはヒートシンクとの間で熱エネルギを伝達するよう構成されており、当該熱源またはヒートシンクが屋外空気、水体、地面、屋内空気、プールの水、水道水、または最上位の地面層から選択される、少なくとも３つの熱交換手段(314,315,316,422,433,452)と、前記熱媒体を、前記熱交換手段の少なくとも２つへ選択的に導くよう構成された弁手段(311,312,313,421,431,451)と、および前記弁手段を制御するよう構成された制御手段(500)と、を備える。本発明は、前記ヒートポンプシステムは、前記熱交換手段の少なくとも１つの上流および下流の双方にそれぞれの温度センサ(314a,314b;315a,315b;316a,316b;423,424,425;432,434,435)を備え、前記制御手段は、前記センサから読み出される少なくとも１つの値を有する温度測定値に基づいて、前記熱媒体がどの熱交換手段へ導かれるべきかを決定し、前記熱媒体がある特定の熱交換手段へ導かれない場合、前記制御手段は、当該特定の熱交換手段の上流および下流の測定された温度値を読み出し、読み出された温度の間の相違が所定の値を上回って増加する場合、警報を作動させることを特徴とする。本発明は方法にも関する。
2019500565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体回路（２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，３１０，３２０，４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０）を備え、前記熱媒体回路は、
熱媒体と、対応する熱源またはヒートシンクとの間で熱エネルギを伝達するよう構成されており、当該熱源またはヒートシンクが屋外空気、水体、地面、屋内空気、プールの水、水道水、または最上位の地面層から選択される、少なくとも３つの熱交換手段（３１４，３１５，３１６，４２２，４３３，４５２）と、
前記熱媒体を、前記熱交換手段の少なくとも２つへ選択的に導くよう構成された弁手段（３１１，３１２，３１３，４２１，４３１，４５１）と、および
前記弁手段を制御するよう構成された制御手段（５００）と、を備えるヒートポンプシステム（１００）であって、
前記ヒートポンプシステムは、前記熱交換手段の少なくとも１つの上流および下流の双方にそれぞれの温度センサ（３１４ａ，３１４ｂ；３１５ａ，３１５ｂ；３１６ａ，３１６ｂ；４２３，４２４，４２５；４３２，４３４，４３５）を備え、
前記制御手段は、前記センサから読み出される少なくとも１つの値を有する温度測定値に基づいて、前記熱媒体がどの熱交換手段へ導かれるべきかを決定するよう構成され、および
前記熱媒体がある特定の熱交換手段へ導かれない場合、前記制御手段は、当該特定の熱交換手段の上流および下流の測定された温度値を時間の経過とともに繰り返して読み出し、読み出された温度の間の相違が所定の値を上回って増加する場合、警報を作動させるよう構成され、前記所定の値は、以前にただし熱媒体の当該熱交換器への配送の接続断の後に測定される基準読取値と、前記基準読取値の後であって前記熱交換器が未だいかなる熱媒体も受け取っていない間に測定されるその後の読取値の間にある、
ことを特徴とするヒートポンプシステム（１００）。
【請求項２】
前記所定の値は、少なくとも２℃である、
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステム（１００）。
【請求項３】
前記制御手段（５００）は、前記温度値を延長された期間にわたって測定して、測定された温度差がどのように変動するかに関する統計データを取得するよう構成され、
前記警報は、前記測定された温度差が、ゼロから標準偏差の所定回数を超えて外れた場合に作動される、
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システム（１００）。
【請求項４】
前記ヒートポンプシステムはさらに、
コンプレッサ（２１１）と、
膨張弁（２３２，２４２）と、
一次側熱媒体、および２つの異なる一次側熱源またはヒートシンクの少なくとも１つの間で熱エネルギを伝達するよう構成されており、当該熱源またはヒートシンクが屋外空気、水体、または地面から選択される、少なくとも２つの一次側熱交換手段（４２２，４３３，４５２）と、
二次側熱媒体、および２つの異なる二次側熱源またはヒートシンクの少なくとも１つの間で熱エネルギを伝達するよう構成されており、当該熱源またはヒートシンクが屋内空気、プールの水、および水道水から選択される、少なくとも１つの二次側熱交換手段（３１４，３１５，３１６）と、
前記一次側熱源またはヒートシンクのそれぞれの温度を測定するよう構成されたそれぞれの温度センサ（４２３，４３２，４５４）と、および
前記一次側熱媒体を、前記一次側熱交換手段の少なくとも１つに選択的に導くよう構成された弁手段（４２１，４３１，４５１）と、を備え、
前記制御手段は、二次側加熱動作モードにおいて、前記一次側熱源またはヒートシンクの温度を測定し、前記弁手段を制御して、前記一次側熱媒体を、最も高温である熱源またはヒートシンクに関連付けられる一次側熱交換手段のみに、または最も高温であるそれぞれの熱源またはヒートシンクに関連付けられる複数の一次側熱交換手段に、選択的に導かせるよう構成される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム（１００）。
【請求項５】
前記ヒートポンプシステムはさらに、
コンプレッサ（２１１）と、
膨張弁（２３２，２４２）と、
一次側熱媒体、および一次側熱源またはヒートシンクの間で熱エネルギを伝達するよう構成されており、当該熱源またはヒートシンクが屋外空気、水体、または地面から選択される、少なくとも１つの一次側熱交換手段（４２２，４３３，４５２）と、および
二次側熱媒体、および二次側熱源またはヒートシンクの間で熱エネルギを伝達するよう構成されており、当該熱源またはヒートシンクが屋内空気、プールの水、および水道水から選択される、少なくとも１つの二次側熱交換手段（３１４，３１５，３１６）と、を備え、
前記コンプレッサの速度が制御可能であり、
前記膨張弁の開度が調整可能であり、
前記制御手段は、前記コンプレッサの前記速度を制御することにより、前記ヒートポンプのパワーを制御するよう構成され、および
前記制御手段は、前記コンプレッサの速度が制御されている条件の下で、前記膨張弁の前記開度を制御することにより、前記膨張弁から流れる熱媒体の出力温度を制御するよう構成される、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム（１００）。
【請求項６】
熱媒体回路（２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，３１０，３２０，４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０）を備えるヒートポンプシステムにおける弁の漏れを監視する方法であって、前記熱媒体回路は、
熱媒体と、対応する熱源またはヒートシンクとの間で熱エネルギを伝達するよう構成されており、当該熱源またはヒートシンクが屋外空気、水体、地面、屋内空気、プールの水、水道水、または最上位の地面層から選択される、少なくとも３つの熱交換手段（３１４，３１５，３１６，４２２，４３３，４５２）と、
前記熱媒体を、前記熱交換手段の少なくとも２つへ選択的に導くよう構成された弁手段（３１１，３１２，３１３，４２１，４３１，４５１）と、および
前記弁手段を制御するよう構成された制御手段（５００）と、を備え、
前記ヒートポンプシステムは、前記熱交換手段の少なくとも１つの上流および下流の双方にそれぞれの温度センサ（３１４ａ，３１４ｂ；３１５ａ，３１５ｂ；３１６ａ，３１６ｂ；４２３，４２４，４２５；４３２，４３４，４３５）を備え、
前記方法は、
前記制御手段が、前記センサから読み出される少なくとも１つの値を有する温度測定値を読み出し、これらの値に基づいて、前記熱媒体をどの熱交換手段へ導くべきかを決定するステップを備え、
前記方法はさらに、
前記熱媒体がある特定の熱交換手段へ導かれない場合、前記制御手段が、当該特定の熱交換手段の上流および下流の測定された温度値を時間の経過とともに繰り返して読み出し、読み出された温度の間の相違が所定の値を上回って増加する場合、警報を作動させるステップを備え、前記所定の値は、以前にただし熱媒体の当該熱交換器への配送の接続断の後に測定される基準読取値と、前記基準読取値の後であって前記熱交換器が未だいかなる熱媒体も受け取っていない間に測定されるその後の読取値の間にある、
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記所定の値は、少なくとも２℃である、
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記制御手段（５００）は、前記温度値を延長された期間にわたって測定して、測定された温度差がどのように変動するかに関する統計データを取得し、
前記警報は、前記測定された温度差が、ゼロから標準偏差の所定回数を超えて外れた場合に作動される、
ことを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記温度は、前記制御手段が、対応する熱交換器（３１４，３１５，３１６，４２２，４３３，４５２）に熱媒体が導かれるべきでないと決定した後の特定の時間の間のみ、前記制御手段により、測定され考慮される、
ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ヒートポンプシステムはさらに、
コンプレッサ（２１１）と、
膨張弁（２３２，２４２）と、
一次側熱媒体、および２つの異なる一次側熱源またはヒートシンクの少なくとも１つの間で熱エネルギを伝達するよう構成されており、当該熱源またはヒートシンクが屋外空気、水体、または地面から選択される、少なくとも２つの一次側熱交換手段（４２２，４３３，４５２）と、
二次側熱媒体、および２つの異なる二次側熱源またはヒートシンクの少なくとも１つの間で熱エネルギを伝達するよう構成されており、当該熱源またはヒートシンクが屋内空気、プールの水、および水道水から選択される、少なくとも１つの二次側熱交換手段（３１４，３１５，３１６）と、
前記一次側熱源またはヒートシンクのそれぞれの温度を測定するよう構成されたそれぞれの温度センサ（４１２，４３２）と、および
前記一次側熱媒体を、前記一次側熱交換手段のすくなくとも１つに選択的に導くよう構成された弁手段（４４４，４１３）と、を備え、
前記方法は、
前記制御手段が、前記一次側熱源またはヒートシンクの温度を測定し、二次側加熱動作モードにおいて、前記弁手段を制御して、前記一次側熱媒体を、最も高温である熱源またはヒートシンクに関連付けられる一次側熱交換手段のみに、または最も高温であるそれぞれの熱源またはヒートシンクに関連付けられる複数の一次側熱交換手段に、選択的に導かせるステップを備える、
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ヒートポンプシステムはさらに、
コンプレッサ（２１１）と、
膨張弁（２３２，２４２）と、
一次側熱媒体、および一次側熱源またはヒートシンクの間で熱エネルギを伝達するよう構成されており、当該熱源またはヒートシンクが屋外空気、水体、または地面から選択される、少なくとも１つの一次側熱交換手段（４１１，４３３）と、および
二次側熱媒体、および二次側熱源またはヒートシンクの間で熱エネルギを伝達するよう構成されており、当該熱源またはヒートシンクが屋内空気、プールの水、および水道水から選択される、少なくとも１つの二次側熱交換手段（３１４，３１５，３１６）と、を備え、
前記方法は、
前記コンプレッサの速度が前記制御手段により制御されて前記ヒートポンプシステムの特定のパワーを達成するステップを備え、
前記方法はさらに、
前記膨張弁の開度が前記制御手段により調整されて、前記コンプレッサの速度が制御されている条件の下で、前記膨張弁から流れる熱媒体の特定の出力温度を達成するステップを備える、
ことを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンピングのための方法およびシステムに関する。特に、本発明は、１つまたは複数の一次側の熱源またはヒートシンクが１つまたは複数の二次側の熱源またはヒートシンクに接続されて、適応性（柔軟性）があり応答性が高い、構造物の加熱および／または冷却をもたらす、方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンピングを用いて建物の加熱および／または冷却をもたらす多くの解決策が知られている。例えば、掘削孔、土地または水体(water bodies)を使用して、熱媒体に安定な温度を与えることが可能であり、ヒートポンピングの利用によって、熱媒体は、水または屋内空気の加熱または屋内空気の冷却に使用することができる。同様に、屋外空気を使用して、熱媒体を加熱または冷却することが可能であり、ヒートポンピングによって熱媒体を水または屋内空気の加熱に使用することができる。このようなヒートポンピングは、効率的な加熱または冷却をもたらし、このことはこの技術分野で周知である。
【０００３】
ヒートポンピングそのもの（自体）も従来技術に広く開示されている。例えば、可逆的ヒートポンプは、様々なタイプのヒートポンプが知られているのと同様に知られている。
【０００４】
１つのそのような例は、液体−液体式ヒートポンプである。液体−液体式ヒートポンプは、内部熱媒体ループを介して、ある液体から別の液体へ熱エネルギを伝達するように構成されている。他の例は、空気−液体式ヒートポンプである。空気−液体式ヒートポンプは、同様な内部熱媒体ループを介して、空気から液体へ、またはその逆に熱エネルギを伝達するように構成されている。
【０００５】
また、冷たい屋外空気とエネルギ貯蔵部の間の熱交換によって、冷熱(cold)での冷却に使用されるエネルギ貯蔵部を「蓄冷熱(charge)」することが知られている。
【０００６】
建物のヒートポンプシステムを設計する際の課題は、暖房および／または冷房の必要条件が、通常、１年を通じて、さらには１日においてさえも大きく変動することである。例えば、温暖な気候帯(temperate climates)の夏の間、加熱の必要性はほぼゼロでありうる一方、冬季の暖房の必要性は顕著でありうる。同様に、そのような気候帯の夏には冷却の必要性が間欠的に発生しうるのに対して、屋外プールは同時に暖房を必要とし得る。さらに、温かい水道水の必要性は一日の時刻によって変動し得る。
【０００７】
したがって、ヒートポンピングシステムに必要とされる最大能力は、通常、システムの平均要件よりもはるかに高い。これは、例えば、貯留タンク、例えば、温かい水道水のタンクを使用して解決することができる。十分な容量を有するには、このようなタンクが大きいことが必要であり、また熱エネルギの貯蔵に伴う熱損失があるので、問題である。また、蓄えられたエネルギを屋内空気またはプールの水に好適な加熱に変換するのは、複雑でコスト面で効率的ではない一方、冷却の必要性は容易には満たされない。また、熱生成の条件が魅力的である場合、貯留タンクは、その温度が最大許容値に達する前に一定量の熱エネルギを受け入れるだけである。例えば、温かい水道水は１００℃までしか高温にならない。
【０００８】
既に提案されている他の解決策は、必要とされる最大容量よりも少ないヒートポンプを使用しつつ、これを電気的な加熱装置で補完することである。電気的な加熱装置は、当該建物に必要な最高生産力に達するため、ヒートポンプと一緒に駆動されうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような電気的加熱は、高価であり、また、ヒートポンピングを使用する場合と比較して、環境的観点では魅力的ではない解決策でもある。しかし、過剰なサイズ(over-dimensioned)のヒートポンプも高価であり、たいていの状況で必要とされる比較的低い電力では最大効率で動作しないであろう。
【００１０】
さらに、夏期には、住宅の過熱により地熱掘削孔が冷えてしまい、特に、このような掘削孔が多い地点では、一般的に時間が経つにつれて地盤が冷えてしまうという問題がある。結局のところ、これは、このような地熱式の加熱システムを用いる場合の加熱効率を低下させる。
【００１１】
したがって、建築物とその周囲との間で、高い平均効率で熱エネルギを最適に配分することができる、柔軟性があり簡素なヒートポンプシステムが必要とされている。
【００１２】
また、従来のヒートポンプシステムの場合よりも、コスト効率のより高い方式でヒートポンプシステムを監視する要請がある。特に、ヒートポンプシステムは非常に複雑にすることができ、多数の弁および他の部品を有しうる。定期的な検査を行わずに、これらの部品の損傷を検出することは困難なことが多い。より深刻な損傷が生ずる前に、早期の時点で部品の損傷を検出する目的で、このような検査を自動化することが望ましいであろう。
【００１３】
本発明は上記課題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
したがって、本発明は、熱媒体回路を備え、前記熱媒体回路は、前記熱媒体と、対応する(respective)熱源またはヒートシンクとの間で熱エネルギを伝達するよう構成される、少なくとも３つの熱交換手段を有し、この対応する熱源またはヒートシンクが屋外空気、水体、地面(ground)、屋内空気、プールの水、または水道水から選択される。前記熱媒体回路はさらに、前記熱媒体を前記熱交換手段の少なくとも２つに選択的に導く(direct)よう構成された弁手段と、前記弁手段を制御するよう構成された制御手段とを有する。
前記システムは、前記ヒートポンプシステムが、前記熱交換手段の少なくとも１つの上流および下流の双方にそれぞれの温度センサを備え、前記制御手段が、前記センサから読み出される少なくとも１つの値を有する温度計測値に基づいて、前記熱媒体がどの熱交換手段へ導かれるべきかを決定するよう構成されることを特徴とする。
前記システムはさらに、前記熱媒体がある熱交換手段へ導かれない場合、前記制御手段が、当該ある熱交換手段の上流および下流の計測された温度値を読み出し、これらの値を互いに比較して、これらの値が所定の値を上回って相違する場合、警告(alert)を作動させるよう構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、ヒートポンプシステムにおける弁の漏れを監視する方法に関し、前記ヒートポンプシステムは、熱媒体回路を備え、前記熱媒体回路は、前記熱媒体と、対応する(respective)熱源またはヒートシンクとの間で熱エネルギを伝達するよう構成される、少なくとも３つの熱交換手段を有し、この対応する熱源またはヒートシンクが屋外空気、水体、地面(ground)、屋内空気、プールの水、または水道水から選択される。前記熱媒体回路はさらに、前記熱媒体を前記熱交換手段の少なくとも２つに選択的に導く(direct)よう構成された弁手段と、前記弁手段を制御するよう構成された制御手段とを有する。
前記方法は、前記ヒートポンプシステムが、前記熱交換手段の少なくとも１つの上流および下流の双方にそれぞれの温度センサを備えることを特徴とする。前記方法はさらに、前記制御手段が、少なくとも１つの値を有する温度計測値を前記センサから読み出し、これらの値に基づいて、前記熱媒体がどの熱交換手段へ導かれるべきかを決定するステップを備えることを特徴とする。
前記方法はさらに、前記熱媒体がある熱交換手段へ導かれない場合、前記制御手段が、当該ある熱交換手段の上流および下流の計測された温度値を読み出し、これらの値を互いに比較して、これらの値が所定の値を上回って相違する場合、警告(alert)を作動させるステップを備えることを特徴とする。
【００１６】
以下、本発明の例示的な実施形態と添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１ａ】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプシステムの全体図であって、第１の循環パターンでの循環を示す。
【図１ｂ】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプシステムの全体図であって、第２の循環パターンでの循環を示す。
【図１ｃ】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプシステムの全体図であって、第３の循環パターンでの循環を示す。
【図１ｄ】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプシステムの全体図であって、第４の循環パターンでの循環を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
すべての図面において、同一または関連する部分のために同じ参照番号が共通して使用される。
【００１９】
図１ａおよび図１ｂは、本発明の好ましい実施形態に係るヒートポンプシステム１００を示す。ヒートポンプシステム１００はヒートポンプ部２００を有する。ヒートポンプ部２００は、インナーループ熱媒体回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０を有し、この回路では、インナー熱媒体が循環させられる。インナーループ熱媒体回路は、少なくとも１つのコンプレッサ２１１と、少なくとも１つの膨張弁２３２，２４２を有する（図示の例示的な実施形態では、２つの膨張弁があり、その理由は後述する）。
【００２０】
ヒートポンプシステム１００は、好ましくは、構造物を加熱および／または冷却するように構成されている。構造物は、好ましくは、アパートのビルディングまたはオフィスまたは他の商業ビルディングなどの建物であるか、そのような建物を有するが、好ましくは、構造物は小さな１つまたは２つの住宅である。このような構造物は、加熱および／または冷却される部分も含み得る。加熱および／または冷却される部分は、例えば、そのような建物の隣に配置された屋外プール３４２のように、そのような建物の周辺にもありうるが、同じ構造物または不動産の一部であるといえる。
【００２１】
さらに、ヒートポンプシステム１００は、一次側部分４００と二次側部分３００を有するか、一次側部分４００と二次側部分３００に関連付けられている。一次側では、一次側熱媒体と様々な外部熱源および／または外部冷熱源との間で熱交換が実行される。二次元側では、二次側熱媒体と各種の熱消費装置および／または冷熱消費装置との間で熱交換が行われる。かくして、消費装置の熱または冷熱の要件に応じて、熱エネルギは、ヒートポンプ部２００を介して、二次側３００から一次側４００へ、または一次側４００から二次側３００へ運ばれうる。ヒートポンプ部２００は、単に熱交換のみを行うのではなく、この熱エネルギの伝達の途中でヒートポンピング動作を実行する。後に例示するように、ヒートポンピング動作を行わずに、熱交換を用いて一次側４００と二次側３００との間で直接熱エネルギが供給されてもよい。
【００２２】
図１ａおよび図１ｂに示すように、一次側４００は、インナーループ熱媒体回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０とは別個に、熱媒体回路４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０を有することが好ましい。これらの２つの回路は、熱交換器２１４を介して、互いに熱的に通じている(communicate)。熱交換器２１４および熱交換器２１５（下記参照）は、インナーループ２００の一部であることが好ましいが、これらのうち１つまたは両方がそれぞれ部分４００，３００の一部を構成していてもよい。
【００２３】
しかしながら、代替的に、回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０および回路４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０は、１つの同じ(one and the same)回路であって、１つの同じ熱媒体を共有していてもよい。図１ａおよび図１ｂに示すように、２つの回路を分離するのは、ある実施形態では有利である。なぜなら、この場合には、より高い自由度で、適切なインナーループ熱媒体と一次側熱媒体の各々を選択することが可能であって、これにより、１つの適切な熱媒体を内部ヒートポンプ回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０で使用し、他の適切な熱媒体を一次側回路４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０で使用することができ、後者の熱媒体は前者の熱媒体と通常は異なる温度必要条件を有するからである。
一方、１つの回路のみを有することにより、例えば循環ポンプ４６１が省略でき、コストが低減され、熱交換器２１４の不要な損失が削減され得る。さらに、回路２２０の導管(conduit)は、かなりの圧力に耐えなければならない一方で、回路４６０はそうでないかもしれず、回路４６０から分離された回路２２０によってシステム１００をより低コストにすることができる。
【００２４】
同様に、二次側３００は、熱媒体回路３１０，３２０を有する。熱媒体回路３１０，３２０は、図示のように、好ましくはインナーループヒートポンプ回路２１０，２２０，２３０，２４０から隔離されているが、インナーループヒートポンプ回路２１０，２２０，２３０，２４０に共用されてもよい。二次側回路３１０，３２０では、二次側熱媒体が流れる。二次側熱媒体は、熱交換器２１５によって、内部ヒートポンプ回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０を流れるインナーループ熱媒体に対して、熱交換される。回路３１０，３２０内の流れは、循環ポンプ３１７によって駆動される。
【００２５】
上記から、３つの主要な導管回路（一次側４００の回路４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０、二次側３００の回路３１０，３２０、およびインナーループ回路２１０，２２０，２３０，２４０，３５０）が存在することが明らかである。多くの用途で、図１ａに示す構成、すなわちそれぞれの熱媒体ごとの流路(flow paths)という点で、３つの主要な導管が分離されていることは好適である。
しかしながら、一次側回路および／または二次側回路のいずれかがインナーループ回路に接続されてもよく、この場合には、これらの回路が通じて、特に、それぞれの熱媒体がループ状に流れる、接続されたループ回路をこれらの回路が実際に形成する。したがって、一次側熱媒体およびインナーループ熱媒体が１つの同じものであってよく、二次側熱媒体およびインナーループ熱媒体が１つの同じものであってよい。ある場合には、３つの熱媒体（一次側熱媒体、二次側熱媒体およびインナーループ熱媒体）のすべてが１つの同じ熱媒体であってよく、この場合には、熱媒体は、全く同一の接続された回路ループ３１０，３２０，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０を循環させられる。また、上記の回路が、３つの異なるそれぞれの熱媒体を用いるように、すべて３つに分離されることも可能である。
【００２６】
以下では、様々な理由から、これらのすべての可能なものが、可能であって望ましい場合に適用可能であるとみなされる。
【００２７】
好ましい実施形態によれば、少なくとも２つの一次側の熱交換手段４２２，４３３，４５２が、一次側熱媒体と、２つの異なる一次側の熱源またはヒートシンクのうちの少なくとも１つとの間で熱エネルギを伝達するために配置される。２つの異なる一次側の熱源またはヒートシンクは、屋外空気、水体、地面、または構造物からの排気から選択される。ここで、「地面」は、図示されたような掘削孔４３１であってよいが、その代わりにまたはさらに、芝生等の下に浅く埋設されたコレクタ導管であってもよい。
【００２８】
図面において、一次側の熱源またはヒートシンクは、加熱および／または冷却されるべき構造物の近傍の屋外空気として例示されている。ここでは、ファン式対流器のような、空気熱交換器４２２が二次側熱媒体から屋外空気へ、またはその逆に、熱エネルギを伝達するように配置されている。また、地面は、ここでは、コレクタ導管４３３が、掘削孔４３１内に配置され、二次側熱媒体から掘削孔の周囲の土地へ、またはその逆に、コレクタ導管４３３を流れる熱エネルギを伝達するように配置されているものとして例示されている。そして、構造物からの排気は、ここでは、熱交換器４５２が排気パイプ４５３内の排気からの熱エネルギを二次側熱媒体に伝達するように配置されているものとして例示されている。この排気は、好ましくは、建物からの換気(ventilated air)である。
【００２９】
ここで、「一次側の熱交換手段」という表現は、一次側熱媒体と一次側の熱源または一次側ヒートシンクとの間の熱エネルギ伝達を達成するように構成されて、本発明に係るシステムを使用して加熱および／または冷却されるべき構造物の温度にほとんど影響しないよう構成されている熱交換手段に関する。このような一次的な熱交換手段は、例えば、屋外に、または加熱および／または冷却されるべき構造の少なくとも外側に配置された手段４２２，４３３であってもよく、手段４５２のように、構造物から逃れる排気に対して動作してもよい。１つの同じ熱源またはヒートシンクに対して、２つより多い一次側の熱交換手段が動作してもよいことは理解される。
図１ａに示す３つの一次側の熱交換手段４１２，４２２，４３３とは別に、他の例は、それぞれコレクタ導管を有するいくつかの並列な掘削孔を配置することを備える。さらに、並行して使用可能な２つより多い一次側の熱源またはヒートシンクがあってもよい。少なくとも２つの一次側の熱源またはヒートシンクがある場合は、これらは、屋外空気、水体、および地面から選択されることが好ましい。
【００３０】
好ましい実施形態によれば、二次側熱媒体と、２つの異なる二次側の熱源またはヒートシンクのうち少なくとも１つとの間で熱エネルギを伝達するように構成された少なくとも１つの二次側の熱交換手段３１４，３１５，３１６がある。２つの異なる二次側の熱源またはヒートシンクは、屋内空気、プールの水、水道水、および屋外の地面または構造物内の床から選択される。図面において、これらの二次側の熱源またはヒートシンクは、構造物の内部の屋内空気として例示されている。ここでは、屋内のファン式対流器３１４が、二次側熱媒体から屋内空気へ、またはその逆に、熱エネルギを伝達するように配置されている。また、隔離された屋内液体加熱ループ、ここでは、熱交換器３１５が、二次側熱媒体から、屋内ラジエータ３３２または床暖房／冷却システムに奉仕する屋内水ループ３３０へ、またはその逆に、熱エネルギを伝達するように配置されている。そして、水泳プール３４２の水３４３、ここでは、熱交換器３１６が、二次側熱媒体から水３４３へ、またはその逆に、熱エネルギを伝達するように配置されている。
図示しないが、屋外の地面または構造物内の床を加熱および／または冷却するオプションがある。後者の場合、二次側の熱媒体は、適切な二次側回路を使用して、最上位の地面層を加熱するための屋外の地面または床の内部のループに、向けられる（導かれる）(directed)。例えば、屋外の地面または床は、冬の間、雪や氷がないようにするために暖房を必要とするスポーツフィールドであってもよいし、氷を維持するために冷却を必要とするアイスホッケーフィールドであってもよい。また、上記二次側回路と地面に配置された熱媒体ループとの間に配置された熱交換器があってもよい。
【００３１】
図示された二次側の熱交換手段３１４，３１５，３１６は、そのような二次側の熱交換手段の例に過ぎないことが理解され、さらに、二次側の熱交換手段は、例えば直列に接続されてもよいし、直列および並列の両方で接続されていてもよい。
【００３２】
水のループ３３０は、循環ポンプ３３１によりもたらされてもよい。
【００３３】
ある実施形態では、プール３４２は、代わりに温かい水道水３４３のタンクであってもよい。プールの例との主要な相違は、水３４３の温度要件が異なることであり、プールであれば水の温度は約２０〜３０℃が通常望ましく、温かい水道水のタンクの例であれば、かなり高い温度、例えば５０〜８０℃が望ましいであろう。
【００３４】
図から理解されるように、二次側の熱源またはヒートシンクは、ヒートポンプ部２００からの熱または冷熱が二次側の熱源またはヒートシンクの１つまたは複数に選択的に配送可能なように接続されている。図面において、このことは、二次側の熱源またはヒートシンクが並列に接続され、それぞれの遮断弁３１１，３１２，３１３が選択可能にそれらのいずれか１つを遮断するように配置され、インナー熱媒体がこれらの並列に接続された導管３１０内を循環させられる、ことによって例示される。このようにして、制御手段５００（以下参照）は、ヒートポンプ部２００からの熱または冷熱を、二次側３００の熱または冷熱の１つまたは複数の受け手に選択的に導くことができる。
【００３５】
ここで、「二次側の熱交換手段」という表現は、本発明に係るシステムを使用して加熱および／または冷却されるべき構造物の温度にかなり影響するよう構成されている熱交換手段に関する。そのような二次側の熱交換手段は、例えば、二次側熱媒体と熱源またはヒートシンクの間の熱伝達を達成するよう配置された手段であって、こうした熱源またはヒートシンクは、屋内、または本発明に係るシステムを使用して加熱および／または冷却されるべき構造物または不動産の少なくとも内部、または構造物または不動産の境界に配置されている。
上述した一次側の熱交換手段の場合に類似した方法で、１つの同じ熱源またはヒートシンクに対して、１つより多い二次側の熱交換手段が動作してもよく、例えば、それぞれが二次側熱媒体への熱交換器を有する複数の並列なラジエータループがあってもよいし、それぞれが屋内空気への直接熱交換３１４および間接熱交換３１５，３３２への熱交換器を有する複数の並列なラジエータループがあってもよい。図示されているように、２つより多い二次側の熱源またはヒートシンクを並行して使用してもよい。
【００３６】
「熱源またはヒートシンク」という用語は、ここでは、熱エネルギを吸収および放出する能力を有する何らかの種類の実在物(entity)を表すために使用されるのであって、熱交換を行うよう構成された熱交換手段を用いる、熱源またはヒートシンクに対する熱交換を介してそれぞれの熱媒体を加熱または冷却するために使用され得ると、理解される。
熱媒体が実際に加熱されるか冷却されるかは、特定の瞬間に使用される動作原理、特に熱源またはヒートシンクと熱媒体との間の相対的な温度差に依存する。ある種の熱源またはヒートシンク、例えば水泳プールの水については、熱伝達の一つのタイプだけ（特定の場合には、プールの水に対応する熱媒体の冷却によってプールの水が加熱される）が主にまたは常に行われる。排気を主にまたは常に冷却して一次側熱媒体を暖める源４５２に関しては、この対応が当てはまる。
【００３７】
さらに、ここでの用語「回路」は、熱媒体が流動可能な導管の構成を表すために使用されると理解される。このような回路は、閉ループであってもよいしそうでなくてもよい。但し、ここで使用される「ループ回路」は、熱媒体閉ループ回路である。
【００３８】
さらに、好ましい実施形態によれば、システム１００は、対応する温度センサ４２３，４３２，４５４を有し、温度センサ４２３，４３２，４５４の各々は、一次側の熱源またはヒートシンクの各々の温度を測定するよう配置されている。このような測定は、様々な方法で行うことができる。
一例は、屋外空気を測定するセンサ４２３や特定の深さの掘削孔４３１の温度を測定するセンサ４３２など、当該熱源またはヒートシンクの温度を直接測定することである。しかし、特定の熱源またはヒートシンクがどのように当該熱源またはヒートシンクを流れた熱媒体の温度に影響を与えるかについての知識を考慮しながら、当該熱源またはヒートシンクを通過する熱交換器４２２，４３３，４５２を通過した後の一次側熱媒体の温度を測定するなど、間接的に当該熱源またはヒートシンクの温度を測定することも可能である。これは、熱交換器４５２を通過した後の一次側媒体の温度を測定する温度センサ４５４についてもいえる。
【００３９】
他の例では、熱交換器４２２の上流および下流の熱媒体の温度を測定するように配置された一対の温度センサ４２４，４２５が、センサ４２３の代わりまたは追加として使用され、熱交換器４３３の上流および下流の熱媒体の温度を測定するように配置された一対の温度センサ４３４，４３５が、センサ４３２の代わりまたは追加として使用される。したがって、これらの２つの基本的測定原理の組み合わせを使用することも可能である。
【００４０】
さらに、好ましい実施形態によれば、システム１００は、一次側熱媒体を一次側の熱交換手段４２２，４３３，４５２の少なくとも１つに選択的に導くよう構成された弁手段を有する。図面において、この弁手段は、第１の三方弁４２１で例示されており、第１の三方弁４２１は、一次側熱媒体を回路４６０から回路４２０へと（屋外空気熱交換器４２２を通過させて）、または直接的に三方弁４３１へと（熱交換器４２２を通過させずに）導くように構成されている。
弁手段の他の例は三方弁４３１であり、三方弁４３１は、二次側熱媒体を回路４６０から（三方弁４２１または回路４２０から三方弁４３１に到達するよう）、回路４３０へと（掘削孔４３１内の熱交換コレクタ導管４３３を通過させて）または（回路４２０を介して）直接的に回路４４０へと、選択的に導くよう構成されている。第３の例は三方弁４５１であって、三方弁４５１は、回路４３０または４４０からの二次側熱媒体を、熱交換器４５２を介して回路４５０へ、または回路４６０へ直接戻すように、選択的に導くよう構成されている。
【００４１】
上記弁手段は、少なくとも２つの一次側の熱交換手段への一次側熱媒体の供給を、選択的な手法で、完全にまたはほぼ完全に遮断するように構成されていることが好ましい。この意味において、弁手段は、単一の「弁手段」として協働する、三方弁４２１，４３１，４５１のうち少なくとも２つまたは３つすべてを有する。
【００４２】
ここで、「選択的に方向付ける（導く、向ける）」および「選択的に遮断する」という用語は、１つ以上の熱源またはヒートシンクへ熱媒体を導くこと、および１つ以上の熱源またはヒートシンクへの熱媒体のアクセスを遮断することを意味し、同時に、他の熱源またはヒートシンクへ熱媒体を向けないこと、および他の熱源またはヒートシンクへの熱媒体のアクセスを遮断しないことを意味する。したがって、弁手段は、どの熱源またはヒートシンクに熱媒が各時点で向けられるかを制御するように構成されている。
【００４３】
純粋に例示的な目的で、図１ａに示す矢印は、一次側熱媒体が屋外空気熱交換器４２２にだけ選択的に向けられている時の流れを示し、図１ｂに示す矢印は、一次側熱媒体が地中コレクタ導管４３３にだけ選択的に向けられている時の流れを示す。図１ｃおよび図１ｄは、両方とも、これらの流れの組み合わせ、したがって双方の熱源またはヒートシンクが使用されている場合の流れを示す。
【００４４】
さらに、制御手段５００は、前記弁手段４２１，４３１，４５１、および弁手段４１１および２１２（以下を参照）を制御するように構成されていることが好ましい。制御手段５００は、例えば、加熱および／または冷却されるべき構造物にローカル側に配置されたサーバ、またはリモート側に配置されインターネットを介して構造物に接続された中央に配置されたサーバであってもよい。
制御手段５００は、制御手段５００で読出しおよび／または制御される、システム１００のいくつかのセンサおよび／またはアクチュエータとの有線および／または無線デジタル通信インターフェースを有する。好ましくは、すべてのセンサ、弁および他の読み取り可能および／または制御可能な装置（例えば、可変コンプレッサ２１１および可変膨張弁２３２，２４２）は、制御手段５００による読出しおよび／または制御のために、適切な方式で制御手段５００に接続されている。
また、好ましくは、制御手段５００は、従来のプロセッサおよび従来のデータベースを有し、ヒートポンプシステム１００の制御および管理のためのソフトウェア機能を実行する。好ましくは、制御手段５００は、地元の天気予報の提供者などの外部のデータプロバイダに接続され、システム１００の動作の制御に使用するために、外部のデータプロバイダからデータを受信するように構成されている。好ましくは、制御手段５００は、温度、空気圧、湿度、太陽光入射等の各種の屋内および屋内のセンサに接続されている。これらのセンサは、それら自体は従来のものでよく、図において符号５０１でまとめて表されている。
このような外部データやセンサを用いて、制御手段５００は、時間が経過しても、所内の室内温度間隔、最低限の温かい水道水およびプールの水の温度などを維持することを目的としてシステム１００を制御するように構成されている。この維持は、例えば、制御装置５００に提供されるウェブサーバのユーザインタフェース手段を遠隔的に使用する、システム１００のユーザによる設定に依存する。以下に、制御装置５００の制御機能を例示する。
【００４５】
システム１００は、いくつかの異なるモードで稼働させられうる。ここで使用されるように、「二次側加熱動作モード」では、熱エネルギは、少なくとも１つの一次側部分４００の熱源から伝達されて、ヒートポンプ部２００のヒートポンプ動作と上記の熱交換を介して、少なくとも１つの熱消費する二次側部分３００のヒートシンクへと伝達される。これに対応して、「二次側冷却動作モード」では、熱エネルギは、少なくとも１つの二次側部分３００の熱源から伝達されて、ヒートポンプ部２００のヒートポンプ動作および熱交換を介して、少なくとも１つの一次側部分４００のヒートシンクに伝達される。二次側冷却動作モードでは、熱エネルギは、二次側部分３００から一次側部分４００へと、回路４１０（下記参照）で例示されるようにヒートポンピングをなされることなく、伝達されてもよい。
【００４６】
上記のように、ヒートポンプ部２００はコンプレッサ２１１を有し、これは好ましくはポンプとして動作する。コンプレッサ２１１は、四方弁２１２に接続されており、四方弁２１２は、ヒートポンプ部２００の機能を二次側部分３００に対して冷却ヒートポンプまたは加熱ヒートポンプのいずれかに制御するよう構成されている。加熱動作時には、内部熱媒体の流れが図１ａ〜図１ｃの矢印を用いて示されているように、四方弁２１２は、熱媒体を回路２５０に導き、熱交換器２１５を介して二次側３００に熱を配送する。ここから戻って、熱媒体は、膨脹弁２４２および逆止弁２４１を有する回路２４０を通り、その後、熱媒体は、熱交換器２１４を通過し、回路２２０および四方弁２１２を介してコンプレッサ２１１に戻る。
【００４７】
一方、ヒートポンプ部２００の冷却動作では、図１ｄに矢印で示すように、コンプレッサ２１１から流出する内部熱媒体が回路２２０、およびその後、熱交換器２１４に導かれるように、四方弁２１２が設定され、熱を一次側部分４００へ配送する。その後、熱媒体は、膨張弁２３２および逆止弁２３１を有する回路２３０を通過し、その後、回路２５０および熱交換器２１５を通過し、二次側部分３００から熱を吸収する。その後、熱媒体は、再び四方弁２１２を経てコンプレッサ２１１に戻る。
【００４８】
逆止弁２３１，２４１は、内部熱媒体の流れの方向に依存して、膨張弁２３２または膨張弁２４２のいずれかを熱媒体が通ることを確実にする。この構造は、ヒートポンプ部２００の可逆性を達成する、簡素でかつ堅牢なものである。
【００４９】
すなわち、ヒートポンプ部２００は、可逆的(reversible)であることが好ましい。すなわち、一次側部分４００から二次側部分３００に熱エネルギを配送する加熱モードに設定されることができ、二次側部分３００から一次側部分４００に熱エネルギを配送する冷却モードに設定されることができる。可逆性は、例示的な理由のために図示されたものと異なる他の弁配置を使用して、もたらされてもよい。制御手段５００は、特定の時点ごとに、ヒートポンプ部２００を加熱または冷却モードに制御するように構成されている。
【００５０】
好ましい実施形態によれば、制御手段５００は、少なくとも１つのこのような二次側加熱動作モードにおいて、一次側の熱源またはヒートシンクの温度を測定し、一次側熱媒体を１つの最も高い温度の一次側の熱交換手段だけに選択的に導くか、最も高い方の温度の複数の一次側の熱交換手段（例えば目下(for the time being)、最も温かい２つの熱源）に導くように、弁手段４２１，４３１，４５１を制御するよう構成されている。
【００５１】
好ましくは、一次側の熱媒体は、ヒートポンプ回路に熱を供給するために利用可能であり、最も高い温度を有する一次側の熱源またはヒートシンクに関連する一次側の熱交換手段のみに、選択的に導かれるか、ヒートポンプ回路に熱を供給するために利用可能であり、最も高い方の温度を有する一次側の熱源またはヒートシンクに関連する複数の一次側の熱交換手段に、選択的に導かれる。
【００５２】
ここで、「ヒートポンプ回路に熱を供給するために利用可能」とは、当該一次側の熱源またはヒートシンクが、熱交換により、上記の二次側の熱源またはヒートシンクの少なくとも１つに熱を供給する目的を有するヒートポンプ回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，３１０，３２０，４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０内の少なくとも１つの熱媒体を加熱することができるほどに十分に暖かいことを意味する。これは、当該一次側の熱源またはヒートシンクが、図１ａ〜図１ｃに示されるインナーループヒートポンプ回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０の熱交換器２１４を通過した、一次側ヒートポンプ回路４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０内を流れる一次側熱媒体よりも暖かいことを意味してもよい。
例えば、このような一次側の熱媒体の温度は、オプションの温度センサ２６３を用いて、そのような熱交換器２１４の直ぐ下流で測定されることができ、一次側の熱源またはヒートシンクの測定温度と比較されることができる。インナーループ回路および一次側回路が１つの同じ熱媒体を共有する場合には、代わりに、これは、ヒートポンプ回路の現在の稼働状態を前提とする効率的な加熱を行うことができる所定の条件に基づいて制御手段５００で決定されうるように、当該一次側の熱源またはヒートシンクが十分に暖かいことを意味しうる。この条件は、好ましくは、ヒートポンプ回路を流れる熱媒体の温度測定に基づいて決定される。
【００５３】
上述したように、一次側の熱源またはヒートシンクの温度は、直接的または間接的に測定することができることに留意すべきである。
【００５４】
一次側の熱媒体を複数の異なる一次側の熱源またはヒートシンクに選択的に導き、熱エネルギをヒートポンプシステムのヒートポンピング機能に伝達するための最も暖かいものを積極的に選択する弁システムを有するこのようなヒートポンプシステム１００を用いて、高効率でシステムを常に稼動させることができる。特に、より広いパワーインターバルにわたって、（好ましくは、パワーの需要ピークに対処するための補充(top-up)熱源（電熱など）を使用することなく、このような高効率を達成することができる。
【００５５】
好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの動作モードにおいて、制御手段５００は、ヒートポンプ回路に熱を供給するために利用可能なすべての一次側の熱交換手段４２２，４３３，４５２に一次側熱媒体を導かずに、このような利用可能な一次側の熱交換手段のサブセットのみに導くように、構成されている。単純な例を挙げると、システムが屋外空気熱源と地中熱源の両方へのアクセスを有しており、両方とも十分に暖かく利用可能である場合には、屋外空気熱源は地中熱源より暖かいので、制御手段は、熱媒体を屋外空気熱源に対応する熱交換器４２２のみに導いてもよい。多くの異なる熱源またはヒートシングがシステムに利用可能であるため、選択は、この単純な例よりも複雑でありうる。
【００５６】
第１の好ましい代替的方策において、上記の温度測定によって、制御手段５００は、一次側の熱交換手段４２２，４３３，４５２のいずれがヒートポンプ回路に熱を供給するために使用可能であるのかを、まず評価して、一次側の熱媒体を導くのにどの一次側の熱交換手段が利用可能かをその後で選択するように構成されている。したがって、この場合には、利用可能な熱源またはヒートシンクのみが選択のために考慮され、この選択は、１つまたは複数の利用可能な熱源またはヒートシンクからなるサブセットとしての、利用可能な熱源またはヒートシンクから選択される。
【００５７】
第２の好ましい代替的方策において、制御手段５００は、一次側熱媒体を導く一次側の熱交換手段４２２，４３３，４５２がどれかを、まず選択するように構成されている。すなわち、上記のように、１つまたは複数の最も暖かい熱源またはヒートシンクの熱交換手段を選択する。その後、制御手段５００は、選択された１つまたは複数の一次側の熱交換手段からの熱を受け入れることができるように、ヒートポンプ回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，３１０，３２０，４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０の温度を調節するように構成されている。
したがって、この代替的方策は、第１の好ましい代替的方策に対して逆の方策であり、利用可能な熱源またはヒートシンクからの選択に代えて、選択が最初に行われ、選択された熱源またはヒートシンクがヒートポンプ回路内の適切な温度調節によって利用可能とされる。これは、例えば、水道水をできるだけ迅速に加熱すべき場合のような二次側加熱動作モードにおいて、高い加熱力が必要な場合に、特に有利である。この場合、より多くの一次側の熱源またはヒートシンクが最大パワーのために採用されうる一方で、ヒートポンプ回路の温度を調節して下げて、選択された熱源の少なくとも１つがこのような温度調節なしで利用可能な温度より低い温度をもたらす場合であっても、選択された１つまたは複数の熱源によってもたらされる熱を回収する(harvest)ことができる。特に、加熱パワー需要の一時的な増加に応答して、現在利用されている熱源またはヒートシンクよりも低い温度の少なくとも１つのさらなる熱源またはヒートシンクを補充（採用）することが好ましい。
【００５８】
より具体的には、上記の特定の場合を例にとる。この場合、ヒートポンプ回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，３１０，３２０，４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０は、インナーループ熱媒体回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０を有し、この回路は、コンプレッサ２１１，膨張弁２３２，２４２、およびインナーループ熱交換器２１４を有する。熱交換器２１４は、別個の一次側熱媒体回路４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０に熱的に通ずるように構成されている。一次側熱媒体回路は、一次側の交換手段４２２，４３３，４５２を有する。
この場合、制御手段５００は、上記インナーループ型熱交換器２１４を流れる熱媒体の温度を調節することにより、ヒートポンプ回路の上記温度調節を行うよう構成されていることが好ましい。このような温度調節は、当該熱交換器２１４の直ぐ上流および／またはおそらくは直ぐ下流に配置されたオプションの温度センサ２１６からの温度測定値に基づいてよい。
したがって、インナーループ熱媒体の温度を、一次側ヒートポンプ回路から熱交換器２１４に配送される温度よりも低い温度に調節することにより、一次側熱媒体がインナーループ熱媒体を加熱することが可能となる。特に、いくつかの複数の選択された一次側の熱源またはヒートシンクがある場合には、熱交換器２１４に配送される一次側熱媒は、個々の熱源またはヒートシンクの温度とは異なる温度を有してもよい。したがって、センサ２１６によって測定された温度は、センサ４６２または４６３によって測定された温度と比較することができる。一般に、一次側熱媒体に熱交換されるインナーループ熱媒体の温度は、最も低い温度を持つ選択された熱源またはヒートシンクよりも低い温度に調節される。
【００５９】
特に、好ましくは、制御手段５００は、コンプレッサ２１１のパワーおよび／または別個のポンプのパワーを調節することによって、インナーループ熱交換器２１４を流れるインナーループ熱媒体の温度を調節するように構成されている（コンプレッサ２１１がこのような追加のポンプで補充されている場合）。この調節は、フィードバックループ内のセンサ２１６からの温度の読取値を用いた、調整ループ(regulation loop)として実行されうる。コンプレッサ２１１および／またはそのようなポンピングを制御することに加えて、あるいはそのような制御の代わりに、膨脹弁２４２の開度(opening)を制御して、このようなインナーループ熱媒体温度を達成することができる。膨張弁２４２の調整は、同様なフィードバックループにおいて実行してもよく、あるいは、このようなフィードバックループは、膨張弁２４２と同様に、コンプレッサ２１１および／または前記ポンプの制御を用いて、実行しうる。
【００６０】
このような調整の間、以下にさらに詳述するように、所望のシステム１００のパワーを達成するように、コンプレッサ２１１の制御を実行し、所望の熱媒体温度を達成するように膨張弁２４２を制御することが好ましい。
【００６１】
インナーループと一次側回路が１つの同じ熱媒体を共有する場合には、共有された熱媒体についても同様の調整を行うことができる。この場合、熱媒体の温度は、温度センサ２１６を用いて測定することができ、コンプレッサ２１１および／またはポンプおよび／または膨張弁２４２は、選択された一次側の熱源またはヒートシンクの対応する熱交換手段を熱媒体が通過する時に、熱媒体が加熱されることを可能にする熱媒体温度を達成するように、制御することができる。
【００６２】
特に、上記弁手段が一次側熱媒体を選択的に導くように配置された一次側の熱源またはヒートシンクが、屋外空気である少なくとも１つの熱源またはヒートシンクを有し、地面（図示のように）である少なくとも１つの熱源またはヒートシンクを有する、好ましい場合には、センサ４３２で測定された地面温度がセンサ４１２で測定された屋外空気の温度より高い場合に、地面、特に掘削孔４３１のみを冷却することが好ましい。これも、地面を不必要に冷却しない簡素で効率的な方法をもたらし、地面の利用可能な熱エネルギのより効率的な利用を提供する。
【００６３】
排気(exhaust air)が導管４５３を介して利用可能であって、排気が屋外空気よりも暖かい場合、少なくとも熱源４３３が熱源４５２よりも冷えている限り、熱源４２２の代わり、または好ましくは熱源４２２の追加として、熱源４５２を使用することが好ましい。
【００６４】
これに対応して、好ましい実施形態によれば、制御手段５００は、二次側冷却動作モードにおいて、温度センサ４２３，４２４，４２５，４３２，４３４，４３５および／または４５４で測定される最も低い温度を持つ一次側の熱交換手段のみに一次側熱媒体を選択的に導くように、弁手段４２１，４３１，４５１を制御するよう、さらに構成されている。これは高い動作効率をもたらす。
【００６５】
いくつかの複数の一次側の熱源またはヒートシンクが二次側加熱動作モードの間に使用される好ましい実施形態においては、所定の最低温度よりも高い温度を有する少なくとも２つの一次側の熱交換手段に一次側熱媒体を選択的に導くように、制御手段５００が構成されているのが好ましい。特に、前記所定の最低温度よりも暖かい、すべてのまたは少なくとも２つの一次側の熱源が差し当たり使用されるのが好ましい。好ましくは、前記所定の最低温度は、０℃と１０℃の間にあり、より好ましくは２℃と５℃の間にある。
特に、屋外空気の温度が、地中熱源４３３が利用可能な場合の地面の平均的な現在の温度より高く、約２℃未満である場合には、屋外空気（熱源４２２）を熱源として使用しないことが好ましい。平均的な現在の温度は、それ自体は従来の方式で測定することができる。
【００６６】
いくつかの複数の一次側の熱源またはヒートシンクが二次側冷却動作モードの間に使用される、上記の二次側冷却動作モードの間に使用される同様の好ましい実施形態では、さらに、所定の最大温度よりも低い温度を有する少なくとも２つの一次側の熱交換手段に一次側熱媒体を選択的に導くように制御手段５００が構成されているのが好ましい。特に、前記所定の最大温度よりも冷えた、すべてのまたは少なくとも２つの一次側の熱源が差し当たり使用されるのが好ましい。好ましくは、前記所定の最大温度は、５℃と１５℃の間にあり、より好ましくは７℃と１０℃の間にある。
特に、屋外空気の温度が、地中冷熱源４３３が利用可能な場合の地面の平均的な温度より低く、約２℃より高い場合には、屋外空気（熱源４２２）を冷熱源として使用しないことが好ましい。
【００６７】
特に、下記の異なる二次側加熱動作モードが想定されている。
【００６８】
１．  温暖な気候帯の冬のように寒い季節の間、屋内空気と水道水を加熱する必要があり、屋外空気が掘削孔４３１の周囲の地面よりも冷たいとき、熱エネルギは地面からしか導出されない。換言すれば、三方弁４２１は、図１ｂの流れの矢印によって示されるように設定され、左右の出口(outlets)が開放され、上部の出口が閉じられる（図の向きで見られるように）。同時に、三方弁４３１は、左右の出口が開放され、底の出口は閉じられるよう設定される。この場合、図１ｂに示すように、一次側熱媒体が流れる。このようにして、地面からのより効率的な熱（屋外空気と比べて）が構造物の加熱に利用できる。このモードでは、利用可能ならば、排気も加熱されうることに注意すべきである。この場合、これは、図１ｂにも示されているように、右と底の出口が開放され、左の出口が閉じられる三方弁４５１によって行われる。
【００６９】
２．  温暖な気候帯の夏のように暖かい季節の間、屋外空気が掘削孔４３１の周囲の地面よりも暖かいときは、熱エネルギは屋外空気からしか導出されない。したがって、三方弁４２１は、左および上部の出口が開放され、右の出口が閉じられるよう設定され、三方弁４３１は、左および底の出口が開放され、右の出口が閉じられるよう設定される。この場合、一次側熱媒体の流れは図１ａのようになる。この場合、動作モード１と同様に、図１ａおよび図１ｂに示すように、排気を使用することもできる。
【００７０】
３．  屋外空気と地面のような２つの熱源間の温度差が、所定値（例えば５℃）よりも小さい場合は、例えば地中熱交換器４３３および排気熱交換器４５２のような動作ファンを必要としない熱源のみが用いられるのが好ましい。
【００７１】
４．  二次側部分３００での加熱のための異常に大きな需要がある間には、三方弁４２１は、左および上部の出口が開放され、右出口は閉じられ、三方弁４３１は、左右の出口が開放され、底部の出口が閉じられる。その後、流れは図１ｃおよび図１ｄに示すようになり、両方の一次側の熱源が、一方の熱源だけを使用することを前提とする通常の加熱パワーよりも高い加熱パワーで加熱するために、使用されるだろう。この動作モードは、二次側部分３００の加熱が必要であり、屋外空気が地面よりも暖かい場合（この場合、屋外空気と地面との間で大きな温度差が許される）にも、便利である。その後、一次側熱媒体はまず屋外空気熱交換器４２２を通過して、外気によって予熱され、その後、予熱された熱媒体が地面の掘削孔４３１を通過する。このようにして、熱交換器２１４のインナー回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０との熱交換の結果、加熱された一次側熱媒体が生じ、同時に掘削孔４３１の周囲の地面は熱で蓄熱される(recharged)。
【００７２】
５．  掘削孔４３１の周囲の地面が屋外空気よりも冷たい間、二次側部分３００で差し当たり加熱を必要としないときは、三方弁４２１は、左出口と上部出口が開放され、右出口が閉じられるよう設定され、三方弁４３１は、左出口と右出口が開放され、底出口が閉じられるよう設定される。このようにして、一次側熱媒体の流れが図１ｃおよび図１ｄに示すようになる。同時に、インナー回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０の流れは、コンプレッサ２１１がスイッチオフされることによって、作動しなくなり、結果的に熱交換器２１４で熱交換が生じなくなる。その結果、熱エネルギが屋外空気から掘削孔４３１へ流れ、掘削孔４３１の周囲の地面を効率的に蓄熱することができる。これは、寒い季節での構造物の加熱に使用することができる。したがって、これは掘削孔４３１の蓄熱動作モードである。この場合、三方弁４１１（下記参照）は、左右の出口が開放され、上部の出口が閉じられるので、一次側部分４００と二次側部分３００の間で熱伝達が行われないことに留意すべきである。
【００７３】
掘削孔４３１の蓄熱モードは、上記構造物の加熱の需要のためには掘削孔４３１の深さなどの寸法が不足している既存の掘削孔４３１については、特に好ましい。この場合、本発明の好ましい実施形態による方法は、上記既存の掘削孔４３１を用いてシステム１００の構成要素を設置する初期ステップを有し、上記方法は、さらに、掘削孔４３１が動作モード５の下で蓄熱されるステップを有する。好ましくは、掘削孔４３１から離れる熱媒体の温度が測定され、傾向が監視される。その後、上記傾向に基づいて、必要に応じて蓄熱モードが開始され、掘削孔４３１の周囲の地面が非常に冷たくなったときに掘削孔４３１が蓄熱される。
【００７４】
上述したモード１〜５に加えて、システム１００の効率を高めるために望ましい場合にはいつでも排気熱交換器４５２を熱源として使用することができる。
【００７５】
上記のように、本発明は、ヒートポンプ装置１００の制御方法をさらに包含する。このような方法は、制御手段５００が上記二次側の熱源またはヒートシンクの温度を測定するステップと、上記の二次側動作モードで、制御手段５００が弁手段４２１，４３１を制御して、一次側熱媒体を最も高い温度を有する一次側熱交換手段のみに選択的に導くか、最も高い方の温度を有する複数の前記一次側の熱交換手段に選択的に導くステップとを含む。
【００７６】
好ましい実施形態によれば、制御手段５００によって、コンプレッサ２１１の速度を動的に制御することができる。さらに、この実施形態によれば、膨脹弁２３２，２４２の少なくとも１つ、好ましくはこれらの各々の開口寸法も、制御手段５００によって調節することができる。この場合、制御手段５００は、コンプレッサ２１１の瞬時速度を制御することにより、ヒートポンプシステム１００の瞬時パワーを制御するように構成されており、さらに同時に、制御手段５００は、コンプレッサ２１１の速度が制御されている前提の下で、膨張弁２３２，２４２の開度を制御することにより、（図示の例示的な実施形態では、内部熱媒体によって）各膨張弁２３２，２４２から流出する熱媒体の出力温度を制御するように構成されている。
【００７７】
コンプレッサ２１１の速度が増加すると、コンプレッサ２１１から流出するインナー熱媒体の温度が上昇するとともに、コンプレッサ２１１に亘る（両端の）圧力差が増加する。膨張弁２３２，２４２の開度を大きくすることにより、当該膨脹弁２３２，２４２から流出する熱媒体の流れが増加するが、同時にそのような熱媒体の温度はより低下する。したがって、コンプレッサ２１１の速度を所望のヒートポンピングパワーに対応させて、さらに膨張弁２３２，２４２をインナー熱媒体の所望の出力温度に合わせて調整することにより、特定温度（二次側の熱消費部との熱交換のための）の熱媒体が所望の加熱パワーで生成される。
【００７８】
このことは、加熱パワーに柔軟性（適応性）をもたらす。「通常の」動作の間、コンプレッサ２１１は、最大速度には設定されず、構造物の「通常の」状態の加熱パワー需要を満たす速度に設定することができる。しかしながら、より高い加熱パワーの需要がある間、コンプレッサ２１１の速度は、より高い需要を満たすように増加させることができ、膨張弁２３２，２４２の開度をより小さく制御することで所望の温度の熱媒体を生成することができる。その結果、ヒートポンピングシステム１００は、電気的な直接的加熱源のような追加的な補充加熱源を必要とせずに、ピークの加熱動作状況に対処するように、さらには、ほとんどの動作状況の間に効率的な動作をもたらすように設計することができる。これは、より良い経済的および環境的関心事項を提供する。さらに、構造物が、過熱なしでは通常の速度で加熱を受け入れることができない時間には、コンプレッサが完全にスイッチオフされるのではなく、そのような低い加熱需要に合わせてコンプレッサの速度が制御される。
【００７９】
以下の好ましい実施形態に関連して、さらなる利点を説明する。
【００８０】
本発明に係る方法は、好ましくは、コンプレッサ２１１の速度が制御手段５００によって制御されて、ヒートポンプシステム１００の特定のヒートポンプパワーを達成する関連方法ステップを有することに留意すべきである。さらに、この方法は、コンプレッサ２１１の速度が制御されている前提の下で、制御手段５００によって膨張弁２３２，２４２の開度が調整され、当該膨張弁２３２，２４２から流出するインナー熱媒体の特定の出力温度を達成するステップを有する。
【００８１】
「コンプレッサ２１１の速度が制御されている前提の下で」、膨張弁２３２，２４２が制御されるということは、コンプレッサ２１１が特定の速度に制御されており、膨張弁２３２，２４２が、コンプレッサ２１１の速度を所与の変数として、上記出力温度を達成するように制御されるということを意味する。
【００８２】
図示の好ましい実施形態によれば、ヒートポンプシステム１００は、上記のように、少なくとも２つの二次側の熱交換手段３１４，３１５，３１６を有し、ヒートポンプシステム１００は、さらに、上記のように、弁手段３１１，３１２，３１３を有する。弁手段３１１，３１２，３１３は、制御手段５００からの制御の下に、二次側熱媒体を１つまたは複数の二次側の熱交換手段３１４，３１５，３１６に選択的に導いて、好ましくは、１つまたは複数の対応する二次側の熱消費部を加熱するように構成されている。また、差し当たりの熱交換のためにどの二次側の熱交換手段３１４，３１５，３１６が使用されているかに基づいて、膨張弁２４２から流出する熱媒体の上記出力温度を制御するように、制御手段５００は構成されている。
【００８３】
したがって、低温床加熱システム回路３３０が唯一使用されている二次側熱消費部として駆動されている場合、出力温度は２０〜５０℃のような比較的低い値に制御され、膨脹弁２４２からは、これに対応して大きな流速で熱媒体が流出する。一方、水道水３４３が加熱されるべき場合、出力温度は５０〜７０℃などの比較的高い値に制御され、膨脹弁２４２からは、これに対応して小さな流速で熱媒体が流出する。したがって、どの二次側熱消費部が使用されるかに応じて、システム１００のヒートポンピング機能の全体的な動作パワーを変更することなく、熱媒体の温度を変更することができる。
いくつかの二次側熱消費部(heat consumers)がある場合、最も高い温度を要求する二次側熱消費部のための所望の熱交換温度が、膨張弁２４２からの所望の出力温度として選択されることが好ましい。後者の場合、フィードバック弁またはシャント(shunt)弁構成（図示せず）を使用して、より低い温度を要求する二次側の熱消費部の熱交換器を流れる二次側熱媒体の温度を低下させることができる。
【００８４】
特に、熱媒体回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，３１０，３２０，４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０は、少なくとも２つの二次側の熱交換手段３１４，３１５，３１６を有することが好ましい。この場合、システム１００は第１の二次側加熱動作モードで動作させることができる。第１の二次側加熱動作モードでは、熱エネルギを屋内空気に伝達するために二次側の熱交換手段３１４（または３３１と３３２との組み合わせられた３１５）が使用される。さらに、システム１００は、第２の二次側加熱動作モードで動作させることができる。第２の二次側加熱動作モードでは、熱エネルギを温かい水道水３４３に伝達するために二次側の熱交換手段３１６が使用される。
これらの前提条件の下で、膨張弁２４２から流出する熱媒体の出力温度が、第１の二次側動作モードよりも第２の二次側動作モードにおいてより高くなるように、膨張弁２４２の開度が調節される。このような異なる２次側加熱動作モードは、屋内空気と温かい水道水の両方に徐々に(over time)熱を提供するために、５〜３０分の交互の時間区間を使用するなど、交互に使用することができる。
【００８５】
本発明の特に好ましい実施形態によれば、膨張弁２３２，２４２の開度の上記制御は、ヒートポンプシステム１００に設けられてそれぞれの膨脹弁２３２，２４２の開口部の下流に配置された各温度センサ２３３，２４３からの測定値に基づくフィードバック制御である。測定値は、制御装置５００に供給され、制御装置５００は、フィードバック形式で当該膨張弁２３２，２４２を動的に制御して、ヒートポンプシステム１００の現在の動作モードに応じて膨張弁２３２，２４２の所望の出力温度を維持する。
【００８６】
好ましい実施形態によれば、コンプレッサ２１１の速度制御は、システム１００の所望の合計ヒートポンピングパワーを満たすように、１つまたは複数の一次側の熱源またはヒートシンクの与えられた現在の温度に基づいて、制御される。より具体的には、この実施形態において、ヒートポンプシステム１００は、少なくとも１つの温度センサ４２３，４２４，４２５，４３２，４３４，４３５，４５４を有し、この温度センサは、上記一次側の熱交換手段のうちの１つの温度、または当該一次側の熱交換手段での熱交換後の対応する一次側熱媒体の温度を測定するように構成されている。
この場合、システム１００は、第１の一次側加熱動作モードで動作させることができる。第１の一次側加熱動作モードでは、少なくとも１つの上記一次側の熱交換手段４３３が、熱エネルギを地面または湖のような水体から伝達するために使用される。また、システム１００は、第２の一次側加熱動作モードで動作させることができる。第２の一次側加熱動作モードでは、少なくとも１つの一次側の熱交換手段４２２が、熱エネルギを屋外空気から伝達するために使用される。
この実施形態によれば、現在使用されている一次側加熱動作モードで実行されている熱交換後の上記一次側の熱交換手段内の一次側熱媒体の現在の測定された温度を前提として、制御装置５００は、次に、ヒートポンプシステム１００の瞬時の(instantaneous)合計加熱パワー需要が満たされるように、コンプレッサ２１１の速度を制御するよう構成されている。これらの２つの一次側加熱動作モードでは、特定の合計パワー需要を満たすために必要とされるコンプレッサ２１１の速度は、異なっており、熱交換器２１４を流れる一次側熱媒体の異なる温度を使用することに留意すべきである。あるいは、一次側の熱媒体の温度は、オプションの温度センサ４６２を用いて、熱交換器２１４で測定することもできる。
【００８７】
通常の建物、特に小さな１つまたは２つの住宅では、通常、時間の経過とともに熱エネルギ需要が大きく変化する。時には、エネルギ需要はゼロになるが、ピークエネルギ需要は高くなるかもしれない。エネルギ需要の上限は、例えば、住宅のサイズ、屋外空気と屋内空気の温度差、および温かい水道水の使用によって決まる。北欧諸国のような温暖な気候帯(tempered climates)にある普通の１つまたは２つの住宅では、典型的な熱エネルギ需要は、１年の間のどの時点でも約０〜１２ｋＷである。
【００８８】
従来から、ピーク需要に対処するために、ピーク生産時にのみ使用される直接的な電気的な加熱と、地熱のヒートポンプが組み合わされる。本発明のヒートポンプシステム１００を使用する場合、ピーク生産時にのみ使用するようなさらなる暖房システムを使用しないことが好ましく、特に、屋内空気を直接的に、または液体のラジエータ回路または温かい水道水を介して、電気的に加熱するような直接的な電気的な暖房システムをまったく使用しないことが好ましい。その代わりに、上記のように、コンプレッサ２１１の速度の制御を使用して、推移する(shifting)加熱（または冷却）の需要に対処するためにシステム１００の出力を調節することが好ましい。
【００８９】
従来の他の代替的方策は、ピーク需要の間に使用するために熱エネルギを貯蔵するさらなる水タンクなどの貯留タンクを使用することである。本発明によれば、使用しうる温かい水道水タンク３４２を別として、そのような貯留タンクは使用しないことが好ましい。しかしながら、ある実施形態によれば、二次側熱交換器３１４，３１５，３１６のすべてまたはいくつかが熱および／または冷熱を取り出す、回路３１０に沿った貯留タンク（図示せず）があってもよい。
【００９０】
以下では、本発明に係るヒートポンプシステム１００の動作、特にコンプレッサ２１１および膨張弁２３２，２４２の可変性（バラツキ）(variability)に関する、特定の例について説明する。
【００９１】
第１の例では、屋外温度は、構造物が存在する場所の通常の温度より少し低い。例えば、屋外温度は０℃である。建物の使用者の一人が最近風呂に入って、比較的大量の温かい水道水を再加熱する必要があるので、当該建物の現在の暖房の要求は高い。また、制御手段５００に配送された天気予報は、屋外の温度が次の数時間の間にさらに低下しようとすることを示す。
【００９２】
したがって、この結果、制御手段５００がある動作モードを開始し、この動作モードでは、温かい水道水を加熱するために、最大の熱が熱交換器３１４と３１５の両方さらには熱交換器３１６にも伝達される。この時点で、測定された温度は、屋外空気と掘削孔４３１の両方からエネルギを効率的に引き出すことができることを制御手段５００に示している。したがって、一次側熱媒体は、熱交換器２１４を介してインナー回路２１０，２２０，２３０，２４０，２５０に熱エネルギを伝達するために、熱交換器４２２，４３３の両方を通って循環させられる。
これらの２つの二次側加熱動作が一度に１つずつ実行される場合には（好ましくは、弁３１１，３１２，３１３が駆動されて、所定の期間ごとに二次側熱媒体が熱交換器３１４／３１５または３１６に交互に配送される交互の方式で）、コンプレッサ２１１は最大限の速度に設定されて、最大限のヒートポンピングパワーを提供し、膨張弁２４２は、動作中の各時点において、温度が屋内空気または温かい水道水のいずれかを加熱するのに適切であるように、設定される。屋内空気を加熱するためには、上記のように、水道水を加熱する場合よりも膨張弁２４２は、より開放姿勢に設定される。熱交換器３１４／３１５および３１６の両方を同時に動作させる場合には、二次側熱媒体が屋内空気熱交換器３１４または３１５による熱交換に適切な温度を実現するように、膨張弁２４２を設定してもよい。
【００９３】
第２の例では、膨脹弁２３２，２４２は、異なる目的を達成するために、異なる開放状態にわたって動作される。例えば、ゼロ以外のヒートポンピング動作が代わりに望ましい場合、膨張弁２３２，２４２は、膨張弁２３２，２４２の上流と下流の熱媒体の間の圧力差を与えなければならない。この後者の場合、膨張弁２３２，２４２は、開度０〜５０％の間の任意の設定に、制御手段５００によって設定することができる。
【００９４】
コンプレッサ２１１がフルスピードで動作するとき、例えば、４０％の開度の膨張弁２３２，２４２が、８０℃のインナー熱媒体という結果をもたらすかもしれない。コンプレッサ２１１がフルスピードの５０％で動作するとき、膨張弁２３２，２４２を２０％の開度に設定することができ、この結果として、フルスピードの例の約半分の合計瞬間パワーで、８５℃のインナー熱媒体を提供する。したがって、様々なヒートポンピングパワーを使って、同じまたはほぼ同じ熱媒体温度を達成することができる。
【００９５】
第３の例は、北欧の国の夏に相当する。屋外温度は２５℃であり、屋内暖房の必要はない。しかし、温かい水道水の必要性は通常よりも高い。また、プール３４２を加熱する必要がある。この場合、熱エネルギは熱交換器４２２を介して屋外空気のみから取り出され（より高い効率をもたらし、地面の冷却を回避する）、コンプレッサ２１１と膨張弁２４２の制御により、中程度のパワーと高い温度で、二次側水道水およびプール熱交換器にそれぞれ配送される。
屋内空気の冷却が必要な場合は、制御手段によって、間欠的／交互的(interchanging)動作が実行され、ここでは、屋内空気は対応する二次側熱交換器を介して冷却され、図１ｂに示すように弁４２１，４３１を設定することによって熱エネルギを掘削孔４３１のみに押し込む（掘削孔４３１を蓄熱する）。そして、他の所定期間ではヒートポンプ部２００を図１ｄに示すように稼働して水道水とプールの水を加熱し、図１ａに示すように弁４２１，４３１を設定することによって熱エネルギを屋外空気のみから取り出す。パワーおよび熱媒体の温度は、そのような所定期間中ごとの特定の要件に適合するように調節される。
【００９６】
特に、水道水またはプールの水が過熱されるおそれがある場合は、この動作モードの加熱シーケンス中にコンプレッサ２１１のパワーを下げるように制御する。これにより、安全のためにヒートポンプシステム１００をシャットダウンする必要がない。シャットダウンは、従来のシステムにおけるリスクである。
【００９７】
概略的に、本発明に関連する可変コンプレッサ２１１は、構造物の「通常の」ヒートポンプの要件またはそれに近いピークコンプレッサ効率で動作するように寸法決めされており、したがって、ほとんどの動作前提条件をカバーする最大限のヒートポンプパワーを配送する能力を有する。
例えば、「通常の」パワー需要が約５ｋＷの場合、コンプレッサ２１１は、５℃の一次側熱媒体を使用する場合、５ｋＷに対応する速度で、コンプレッサ２１１のピーク効率またはその近辺で動作すべきである（５℃は、この例では、ストックホルム地区にある掘削孔４３１を使用する通常の温度）。ヒートポンプシステム１００をこのパワーおよびその前提条件で動作させるのに必要な電力は、約１ｋＷ程度である。
【００９８】
ヒートポンプシステム１００は、以下のように、ヒートポンピング動作なしでの直接的な冷却動作（「フリークーリング(free cooling)」）も可能にする。この実施形態では、ヒートポンプシステム１００は、上記一次側の熱交換手段４２２，４３３の温度、または一次側の熱交換手段４２２，４３３での熱交換後の一次側熱媒体の温度を測定する温度センサ４２３，４２４，４２５，４３２，４３４，４３５をそれぞれ有する。この場合、熱媒体が屋内空気を冷却する第１の二次側冷却作動モードで、ヒートポンプシステム１００を動作させることができる。この動作モードでは、制御装置５００は、ヒートポンプシステム１００の一次側部分４００に設けられた弁手段４１１を制御して、使用されている一次側のヒートシンクの測定された温度が所定の温度値よりも低い場合に、ヒートポンプ部２００が上記第１の二次側冷却動作においてバイパスされるように制御するよう構成されている。
回路４１０の中の循環ポンプ４１３は、一次側熱媒体を熱交換器４１２に供給するために使用され、熱交換器４１２は、熱エネルギを回路３１０内の二次側熱媒体から回路４１０内の一次側熱媒体に伝達するように構成されている。
このようにして、冷却された一次側熱媒体は、熱交換器４１２を介して冷却された一次側熱媒体になり、これは、例えば熱交換器３１４および／または３１５を介して屋内空気を冷却するために使用される。図１ｄに示されたこの場合には、上記所定の温度値は、所望の屋内空気よりも低い約４〜５℃のような高さでよい。この動作モードではヒートポンピングが必要ないため、上記の実施形態に関連して説明された適応性があり効率的な熱エネルギ管理が可能な同じヒートポンプシステム１００をそのまま使用して、快適な屋内環境を実現しながら、エネルギ消費が節約される。
【００９９】
本発明の好ましい実施形態によれば、ヒートポンプシステム１００は、ヒートポンプシステム１００における弁漏れを監視する方法に用いることができる。この態様では、上記のとおり、少なくとも３つの熱交換手段３１４，３１５，３１６，４２２，４３３，４５２が存在し、これら熱交換手段は、二次側熱媒体、インナー熱媒体および／または一次側熱媒体と、それぞれの熱源またはヒートシンクとの間で熱エネルギを伝達するように構成されている。熱源またはヒートシンクは、屋外空気、水体、地面、屋内空気、プールの水または水道水から選択される。また、熱媒体を上記熱交換手段の少なくとも２つに選択的に導くように構成された弁手段３１１，３１２，３１３，４２１，４３１，４５１がある。これは既に詳細に説明した。
【０１００】
この実施形態では、ヒートポンプシステム１００は、対になった温度センサ（３１４ａ，３１４ｂ）（３１５ａ，３１５ｂ）（３１６ａ，３１６ｂ）（４２４，４２５）（４３４，４３５）（４５５，４５４）を有する。これらは、上記熱交換手段３１４，３１５，３１６，４２２，４３３，４５２の少なくとも１つまたは好ましくはそれぞれの上流および下流に配置されている。この場合、異なる動作モードについて上述したように、制御手段５００による対応する熱媒体をいずれの１次側および／または２次側の熱交換手段３１４，３１５，３１６，４２２，４３３，４５２へ導くかの決定は、温度測定値に基づいて行われる。この温度測定値は、蒸気温度センサ対の上記センサから読み取られた少なくとも１つの値を含む。
さらに、各熱媒体が、熱交換手段のいずれかに導かれない場合、制御手段５００は、当該熱交換手段の上流の測定温度値と下流の測定温度値とを読み出して、これらの値を互いに比較し、これらの値が所定の値よりも異なる場合に警報（警告またはアラート）を作動させるように構成されている。
【０１０１】
すなわち、このような読取り温度差は、当該熱交換器に熱媒体を導くように配置された弁に漏れがあることを示しており、このような警報は、当該弁が修理または交換を要するかもしれないということを、好ましくは、保守責任者に警告するように作成されている。弁は、遮断弁または三方弁のような任意のタイプの弁であってよい。
【０１０２】
例えば、熱媒体が熱交換器３１４に供給されるべきでない場合には、二次側熱媒体が熱交換器３１４を通過するのを阻止する目的で、遮断弁３１１が作動される。この場合、温度センサ３１４ａ，３１４ｂを読み込み、これらのセンサから読み出された値の検知された温度差が所定の値より大きい場合には、遮断弁が正しく機能していないおそれがあり、警報が作動される。
【０１０３】
他の例は、温度センサ４２４，４２５が、上記のように、現在の動作モードで熱交換器４２２が使用されていないと判断するために使用されることである。したがって、三方弁４２１は、左右の出口（吐出口）が開放されて上部出口が閉じられた姿勢に設定され、この結果、一次側熱媒体が熱交換器４２２を通過して回路４２０を流れない。その後、制御手段５００がセンサ４２４と４２５との間の温度差を読み取って、当該温度差により三方弁が正しく作動していないことを示す場合、三方弁に関する警報が作動される。
【０１０４】
上記温度差を測定するセンサは、いずれにしても、ヒートポンプシステム１００の一部であるため、誤作動した弁を検出するためにそれらを使用することは、システム１００にさらなる複雑さを加えることはほとんどない。
【０１０５】
好ましい実施形態によれば、上記温度差は、熱交換器が非作動化された（換言すれば、熱媒体が熱交換器に導かれるべきでないと制御手段５００が決定した）後の一定時間（例えば、少なくとも５分）のような一定の時間だけ、制御手段５００によって測定されて考慮される。これは、特定の熱交換器の接続不良(disconnection)に関連して誤警報が作動されるのを避けるための制御装置の計算能力を使用する。
【０１０６】
他の好ましい実施形態によれば、制御手段５００は、対応する熱交換器が接続不良であるとき（熱媒体を受け取らないとき）、上記温度差を経時的に繰り返し測定する。そして、読まれた温度差の絶対値が所定の値（好ましくは少なくとも２℃）より高い場合に、制御手段５００は警報を作動させる。この所定の値とは、基準読取値とその後の読取値の間にあり、基準読取値は、以前に、ただし当該熱交換器の接続不良の後（すなわち熱媒体が熱交換器から断絶された時）に読み取られ、その後の読取値は、基準読取値の後に熱交換器がさらに断絶されている間に読み取られる。
【０１０７】
好ましい実施形態によれば、現在使用されている動作モードの下で温度値が延長された期間にわたって測定され、測定された温度差がどのように変化するかに関する統計データを制御手段５００に提供する。この場合、測定された温度差が、ゼロから標準偏差の所定回数を超えて外れた場合、警報が作動される。
【０１０８】
警報は、例えば、所定のＳＭＳ、電子メール、または他のタイプの事前登録された受信者に自動的に送信されるデジタルメッセージの形式でよい。
【０１０９】
したがって、この場合、本発明に係る方法は、上記温度センサ対から読み取られた少なくとも１つの値を含む温度測定値を制御手段５００が読み取り、これらの値に基づいて、どの熱交換手段に熱媒体を導くかを決定するステップを有する。そして、このような方法は、さらに、熱媒体が特定の熱交換手段に導かれていないときに、制御手段５００が、その特定の熱交換手段の上流および下流の測定された温度値を読み取って、これらの値を互いに比較し、これらの値が上記所定の値よりも異なる場合に上記警告を作動するステップをさらに有する。
【０１１０】
ヒートポンプ部２００と一次側部分４００とが１つの同じ熱媒体を共有する上記の代替的なシステムでは、熱交換器２１４は使用されない。さらに、このような代替的なシステムでは、ヒートポンプ部２００は、好ましくは可逆的ではなく、加熱のためだけに配置されている。フリークーリング回路４１０も使用されない。
【０１１１】
上記のようなシステムおよび方法は、上述した課題を解決するものである。
【０１１２】
以上、好ましい実施形態を説明した。しかし、当業者には、本発明の基本的な思想から逸脱することなく、開示された実施形態に多くの修正を加えることができることは明らかである。
【０１１３】
例えば、温度センサの位置、一次側／二次側の熱源またはヒートシンクの組み合わせなど、図示のヒートポンプシステム１００の詳細は、状況に応じて変更することができる。
【０１１４】
図示されている実施形態は、非常に多くの詳細を有する。本発明の実際の実施形態にこれが当てはまることがある。しかし、図面が詳細である理由は、本発明のいくつかの異なる態様を例示することであることも理解される。したがって、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に記載されているように、より限定された数の詳細のみを有することができる。例えば、排気熱交換器４５２は、図１ａ〜図１ｄに示す他の特徴と組み合わせて使用してもよいし、使用しなくてもよい。
【０１１５】
概略的に、本ヒートポンプシステム１００および方法の上記実施形態および特徴は、可能な限り自由に組み合わせることができる。例えば、１つまたは複数の一次側の熱源またはヒートシンクは、上記のように熱エネルギの活用のために動的に選択することができ、同時に、コンプレッサと膨張弁は、現在使用されている二次側の用途のための瞬間的な要求される合計ヒートポンピングパワーと熱媒体温度を常に満たすように動的に制御することができる。このようにして、１次側の熱源またはヒートシンクの最適な使用は、一次側部分４００を２次側部分３００から機能的に切り離す方式で（１次側と２次側を特定のそれぞれの現在の動作目標を達成するために一方の側が他方の側とは独立して動作するという意味で）、所望の二次側のエネルギ使用に組み合わせることができる。
【０１１６】
さらに、本発明に関して上記で説明したものは、適用可能である限り、本発明に係る方法に対応して自由に適用可能であり、その逆にも適用可能である。
【０１１７】
したがって、本発明は上記の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲内で変更することができる。
【図１ａ】
2019500565.tif 000003
【図１ｂ】
2019500565.tif 000004
【図１ｃ】
2019500565.tif 000005
【図１ｄ】
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【国際調査報告】
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