(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の熱交換部の切替を容易に行い、地中の温度にあわせて複数の熱交換部の切替を行うこで、安定した地熱利用ヒ−トポンプ装置を提供する。【解決手段】地中に埋設した複数の熱交換部１０１〜１０４と圧縮部２と膨張部３と熱媒体を内部に導通させる複数の配管と第１の制御部４と第２の制御部５とを備え、第１の制御部４は当該配管における熱媒体の方向の切換を行うようになっており、当該第２の制御部５は、熱媒体の方向の切換を行うと共に当該複数の熱交換部１０１〜１０４の採熱又は放熱操作における使用又は不使用の選択切替を行う。【選択図】図１
2015190746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設した複数の熱交換部と圧縮部と膨張部と熱媒体を内部に導通させる複数の配管と第１の制御部と第２の制御部とを備えてなり、当該複数の配管中の一部配管は当該第２の制御部と当該圧縮部とを接続する接続配管となっていて、当該第２の制御部から当該圧縮部に当該熱媒体を送出するようになっており、当該第１の制御部は当該配管における熱媒体の方向の切換を行うようになっており、当該第２の制御部は、熱媒体の方向の切換を行うと共に当該複数の熱交換部の採熱又は放熱操作における使用又は不使用の選択切替を行うようになっていることを特徴とする地熱利用ヒ−トポンプ装置。
【請求項２】
第１の制御部が、四方、三方又は二方の熱媒体方向切換弁よりなっていることを特徴とする、請求項１に記載の地熱利用ヒートポンプ装置。
【請求項３】
第２の制御部が、電磁弁と四方、三方又は二方の熱媒体方向切換弁とよりなっていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の地熱利用ヒ−トポンプ装置。
【請求項４】
地熱利用ヒ−トポンプ装置が、３対３対４の構成比率の第１の熱交換部と第２の熱交換部と第３の熱交換部とから構成されていて、第２の制御部により当該第１の熱交換部と第２の熱交換部と第３の熱交換部の採熱又は放熱操作における使用又は不使用の切替を行うようになっていて、その際に、当該該第２の制御部と前記圧縮部とを接続する接続配管を介して当該第２の制御部から当該圧縮部に前記熱媒体を送出するようになっていることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の地熱利用ヒ−トポンプ装置。
【請求項５】
地熱利用ヒ−トポンプ装置が、第１の熱交換部と第２の熱交換部とから構成されていて、第２の制御部により当該第１の熱交換部と第２の熱交換部との採熱又は放熱における使用又は不使用の切替を行うようになっていて、その際に、当該該第２の制御部と前記圧縮部とを接続する接続配管を介して当該第２の制御部から当該圧縮部に前記熱媒体を送出するようになっていることを特徴とする、請求項１、２、３又は４に記載の地熱利用ヒ−トポンプ装置。
【請求項６】
地中に埋設した複数の熱交換部が、当該熱交換部の底部にキャピラリチュ−ブを付設してなり、当該キャピラリチュ−ブにより配管内の熱媒体を液相と気相の２相流となすと共に、当該キャピラリチュ−ブを付設してなる熱交換部は、液体が封入された筒状体の内部に配設されてなることを特徴とする、請求項１、２、３、４又は５に記載の地熱利用ヒ−トポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地熱利用ヒ−トポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒ−トポンプ（Ｈｅａｔ  ｐｕｍｐ）とは、熱を発生させる装置を意味せず、熱を移動させるための装置を意味し、一般的には、広くは、熱媒体や半導体等を用いて低温部分から高温部分へ熱を移動させる技術で、その手法にはいくつかあるが主流は気体の圧縮・膨張と熱交換を組み合わせたもので、一般家庭でもみられる製品でヒ−トポンプを使っているものとして冷凍冷蔵庫、エアコン、ヒ−トポンプ式給湯器などがある。
地中熱利用ヒ−トポンプ装置は、安定した温度を持つ地下の熱を利用するヒ−トポンプシステムであり、ボイラ−や空冷ヒ−トポンプに比べて省エネルギ−となるため、再生可能エネルギーとして注目される技術の一つである。地中熱ヒ−トポンプ装置は、冷暖房や給湯をはじめ、プ−ル加熱、浴槽加熱、融雪、工場プロセス冷却・加熱など、熱を扱うすべての設備に利用が可能である。
地中熱利用ヒ−トポンプ装置は、安定した温度を持つ地下の熱を利用する為に、例えば、地中に埋設した熱交換器とヒ−トポンプとを利用して熱を汲み上げ（採熱）、又は、地中に熱を放出（放熱）することにより、冷暖房や給湯などを行うことができる。
地中熱利用ヒ−トポンプには、地中等に設置した熱交換器を用いて間接的に熱利用するクロ−ズ型（地中熱交換型）と地下水等を汲み上げて熱源として利用するオ−プン型（地下水利用型）とがあり、一般的には、地中熱利用といえば垂直型熱交換器を用いたクロ−ズ型を指すことが多い。
当該間接型に使用される地中熱交換器には水平型と垂直型があり、水平型は地中適宜深さまで溝を掘り、そこに、金属管、樹脂管などの採熱管を蛇行またはコイル状に埋設する。これに対して、垂直型は、適宜直径、深さのボアホ−ルに、例えば、金属管やＵチュ−ブと呼ばれる先端がＵ字に加工された樹脂管（一般には、高密度ポリエチレン管が使用される。）を１本ないし２本挿入して熱交換器とするものが代表的となっている。
ヒ−トポンプは、例えば、圧縮機、凝縮器（熱交換器）、膨張弁、蒸発器（熱交換器）という４ つの主要機器とそれらをつなぐ配管とその中に封入された熱媒体（冷媒）とから構成される。
当該ヒ−トポンプ内の冷媒は次のような過程を繰り返す。
圧縮過程：圧縮機を運転することにより、圧縮されて高温高圧のガスとなる。
凝縮過程：凝縮器で熱交換する媒体（熱媒体）と熱交換することにより放熱し液化する。
蒸発過程：蒸発器で熱交換する媒体（熱媒体）と熱交換することにより吸熱して蒸発する。
膨張過程：膨張弁により、膨張し低温となる。
ヒ−トポンプ式のエアコンには、冷房から暖房への切替えに必要な、又、室外機又は室内機に付いた霜等をとるための冷媒の高圧側と低圧側を切り替える役目をする四方弁等の切換弁が使用されている。
【０００３】
地熱利用ヒ−トポンプ装置は、安定した温度を持つ地下の熱を利用することができ、省エネで、地球温暖化の二酸化炭素の排出の削減に寄与できる等の効果がある。
しかし、地中採熱管（放熱管）は、その表面で、熱媒体と地熱との間で採熱又は放熱作用を行うので、その表面積の大小が問題となり、それにより、土壌との熱交換の低さをカバ−する必要がある。
そうなると、勢い、地中採熱管（放熱管）の地中での長さを長くせざるを得なくなり、それに伴い、地中における地中採熱管（放熱管）内部の熱媒体の充填量を増加せざるを得ず、一般の空冷機種と比較して３倍以上にもなってしまうこともあり、当該地中採熱管（放熱管）中の熱媒体の低減が急務となっている。
地中採熱管（放熱管）の多数を地中に埋設するような場合には、より一層、地中における地中採熱管（放熱管）内部の熱媒体の充填量を増加せざるを得ない。
又、地熱利用ヒ−トポンプ装置では、冷房時に、当該装置を構成する膨張弁を正確に動作させるためには、上記のような凝縮過程で、一定以上の凝縮圧力（例えば、１．７Ｍｐａ）が必要であるが、圧縮機におけるインバ−タ低速運転時には、凝縮温度（圧力）が上昇せず、その為に、膨張弁での入りと出での圧力差が僅かでしかなくなり、膨張弁が動作不良を起こし、地中温度が低い（特に寒冷地の北海道では、通常１０℃）ときには熱交換量が多くなるのに、地中温度が低くても、冷房能力が不足するという不具合を生じる。
そこで、当該凝縮圧力や凝縮温度の変化に応じて、膨張弁の動作不良を起さない等の安定した地熱利用ヒ−トポンプ装置の操作ができるようにすることが求められる。
一方、地熱利用ヒ−トポンプ装置にける地中に埋設された熱交換器（地中採熱・放熱管）の底部にかかる重量は、当該熱交換器における熱媒体の液状比率に関係し、当該底部にかかる重量の低減が求められている。又、当該熱交換器における熱媒体の液状比率が問題で、当該液状比率の大きい熱媒体を、配管中、上方向に押し上げるには圧縮機の動力を多大に消費し、膨張部の正確な動作を阻害したりする。
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−９２３５０公報、特開２００９−９２３３５０公報、特開２０１４−３７９５４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術の有する欠点を解消しつつ新規な技術を提供することを目的としたものである。
本発明の他の目的や新規な特徴については本件明細書及び図面の記載からも明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、地中に埋設した複数の熱交換部と圧縮部と膨張部と熱媒体を内部に導通させる複数の配管と第１の制御部と第２の制御部とを備えてなり、当該複数の配管中の一部配管は当該第２の制御部と当該圧縮部とを接続する接続配管となっていて、当該第２の制御部から当該圧縮部に当該熱媒体を送出するようになっており、第１の制御部は当該配管における熱媒体の方向の切換を行うようになっており、当該第２の制御部は、熱媒体の方向の切換を行うと共に当該複数の熱交換部の採熱又は放熱操作における使用又は不使用の選択切替を行うようになっていることを特徴とする地熱利用ヒ−トポンプ装置に関する。
本発明は、好ましい実施態様として、請求項２に記載のように、第１の制御部が、四方、三方又は二方の熱媒体方向切換弁よりなっていることを特徴とする。
本発明は、好ましい実施態様として、請求項３に記載のように、第２の制御部が、電磁弁と四方、三方又は二方の熱媒体方向切換弁とよりなっていることを特徴とする。
本発明は、好ましい実施態様として、請求項４に記載のように、地熱利用ヒ−トポンプ装置が、３対３対４の構成比率の第１の熱交換部と第２の熱交換部と第３の熱交換部とから構成されていて、第２の制御部により当該第１の熱交換部と第２の熱交換部と第３の熱交換部の採熱又は放熱操作における使用又は不使用の切替を行うようになっていて、その際に、当該該第２の制御部と前記圧縮部とを接続する接続配管を介して当該第２の制御部から当該圧縮部に前記熱媒体を送出するようになっていることを特徴とする。
本発明は、好ましい実施態様として、請求項５に記載のように、地熱利用ヒ−トポンプ装置が、、第１の熱交換部と第２の熱交換部とから構成されていて、第２の制御部により当該第１の熱交換部と第２の熱交換部との採熱又は放熱における使用又は不使用の切替を行うようになっていて、その際に、当該不使用の熱交換部から当該熱交換部と前記圧縮部とを接続する接続配管を通じて圧縮部に熱媒体を送出するようになっていることを特徴とする。
本発明は、好ましい実施態様として、請求項６に記載のように、地熱利用ヒ−トポンプ装置において、地中に埋設した複数の熱交換部が、当該熱交換部の底部にキャピラリチュ−ブを付設してなり、当該キャピラリチュ−ブにより配管内の熱媒体を液相と気相の２相流となすと共に、当該キャピラリチュ−ブを付設してなる熱交換部は、液体が封入された筒状体の内部に配設されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の地熱利用ヒ−トポンプ装置によれば、地中に埋設した複数の熱交換部と圧縮部と膨張部と熱媒体を内部に導通させる複数の配管と第１の制御部と第２の制御部とを備えてなり、当該複数の配管中の一部配管は当該第２の制御部と当該圧縮部とを接続する接続配管となっていて、当該第２の制御部から当該圧縮部に当該熱媒体を送出するようになっており、第１の制御部は当該配管における熱媒体の方向の切換を行うようになっており、当該第２の制御部は、熱媒体の方向の切換を行うと共に当該複数の熱交換部の採熱又は放熱操作における使用又は不使用の選択切替を行うようになっていることを特徴としているので、地中採熱管（放熱管）中の熱媒体を低減し、又、冷房時、凝縮温度（圧力）を上昇させ、地中温度が低くても、膨張弁を正確に動作させることができ、冷房能力が不足するという不具合を生じさせることを防止できる。
更に、本発明によれば、複数の熱交換部の切替を容易に行うことができ、地中の温度にあわせて、適宜当該複数の熱交換部の切替を行うことができる。
本発明によれば、好ましい実施態様として、請求項２に記載のように、第１の制御部が、四方、三方又は二方の熱媒体方向切換弁よりなっていることにより、前記効果を奏し得ると共に、当該熱媒体方向切換弁は、熱媒体の流路の方向の切換となると共に、複数の配管中の一部配管の当該熱交換部と前記圧縮部とを接続する接続配管の熱媒体の流路となすことができ、前記複数の熱交換部中の一部熱交換部から当該圧縮部への熱媒体の送出をスム−ズにすることができる。
本発明によれば、好ましい実施態様として、請求項３に記載のように、第２の制御部が、電磁弁と四方、三方又は二方の熱媒体方向切換弁とよりなっていることにより、前記効果を奏し得ると共に、より一層、熱媒体の流れを制限し当該熱媒体の圧力及び温度を制御することができると共に、複数の熱交換部の切替を容易に行うことができ、地中の温度にあわせて、適宜当該複数の熱交換部の切替を行うことができる。
本発明によれば、好ましい実施態様として、請求項４に記載のように、地熱利用ヒ−トポンプ装置が、３対３対４の構成比率の第１の熱交換部と第２の熱交換部と第３の熱交換部とから構成されていて、第２の制御部により当該第１の熱交換部と第２の熱交換部と第３の熱交換部の採熱又は放熱操作における使用又は不使用の切替を行うようになっていて、その際に、当該不使用の熱交換部から当該熱交換部と前記圧縮部とを接続する接続配管を通じて圧縮部に熱媒体を送出するようになっていると、前記効果を奏し得ると共に、熱交換部における熱交換量のパ−センテ−ジに応じた冷暖房操作が可能となる。
本発明によれば、好ましい実施態様として、請求項５に記載のように、地熱利用ヒ−トポンプ装置が、、第１の熱交換部と第２の熱交換部とから構成されていて、第２の制御部により当該第１の熱交換部と第２の熱交換部との採熱又は放熱における使用又は不使用の切替を行うようになっていて、その際に、当該該第２の制御部と前記圧縮部とを接続する接続配管を介して当該第２の制御部から当該圧縮部に前記熱媒体を送出するようになっていると、前記効果を奏し得ると共に、熱交換部における熱交換量のパ−センテ−ジに応じた冷暖房操作が可能となる。
本発明によれば、好ましい実施態様として、請求項６に記載のように、地熱利用ヒ−トポンプ装置において、地中に埋設した複数の熱交換部が、当該熱交換部の底部にキャピラリチュ−ブを付設してなり、当該キャピラリチュ−ブにより配管内の熱媒体を液相と気相の２相流となすと共に、当該キャピラリチュ−ブを付設してなる熱交換部は、液体が封入された筒状体の内部に配設されてなるので、当該熱交換器における熱媒体の液状比率が低下して、地熱利用ヒ−トポンプ装置にける地中に埋設された熱交換器（地中採熱・放熱管）の底部にかかる重量を低減し、安定した地熱利用ヒ−トポンプ装置の操作を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
【実施例】
【０００９】
実施例１
図１に示す実施例においては、その地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈは、地中に埋設した第１の熱交換部１０１と第２の熱交換部１０２と第３の熱交換部１０３とから構成された熱交換部１と、圧縮部２と、膨張部３と、熱媒体を内部に導通させる複数の配管Ｘ（Ｘ１、Ｘ２及びＸ３）と、第１の制御部４と。第２の制御部５とを備えてなる。
当該熱交換部１は、第１の熱交換部１０１と第２の熱交換部１０２と第３の熱交換部１０３との適宜比率で構成され、当該第１の熱交換部１０１と第２の熱交換部１０２と第３の熱交換部１０３との構成比率（熱交換量）は、この実施例では、第１の熱交換部１０１が３０％、第２の熱交換部１０２が３０％、第３の熱交換部１０３が４０％で構成されている。
図示のように、当該熱交換部１は、複数の地中に埋設された地中採熱管（放熱管）が並列に立設されていて、凝縮（放熱）と蒸発（吸熱）の機能を果たすようになっている。上記のように、当該熱交換部１は、個々に当該地中採熱管（放熱管）を有する群により構成され、上記例では、第１の熱交換部１０１なる群と、第２の熱交換部１０２なる群と、第３の熱交換部１０３からなる群とから構成されている。
図示のように、当該圧縮部２の圧縮機２００で圧縮され、圧縮部２から配管Ｘに流出された熱媒体は、高温高圧のガスとなっていて、例えば、５０−６０℃のガスとなり、当該配管Ｘの配管Ｘ１に流れて、第２の制御部５における四方切換弁５００、次いで、熱交換部１の図示中央の第２の熱交換部１０２に流れて、土中の土壌と熱交換を行い、第２の制御部５の電磁弁５０００に送られ、当該電磁弁５０００を経由して、例えば、３０℃程度に温度降下した熱媒体ガスは、膨張部３に送られ、膨張部３における膨張弁３００により膨張されて、例えば、１６℃の低温になった熱媒体は室内機６に送られ、冷房に利用される。
前記の当該圧縮部２で圧縮されて高温高圧のガスとなり、圧縮部２から配管Ｘに流出された熱媒体は、当該配管Ｘの配管Ｘ２に流れて、第１の制御部４における四方切換弁４００に送られ、当該四方切換弁４００の流路を経て、当該熱交換部１の図示左側の第１の熱交換部１０１に送られ、当該第１の熱交換部１０１で熱交換が行われ、次いで、例えば、３０℃程度に温度降下した熱媒体ガスは、膨張部３に送られ、膨張部３における膨張弁３００により膨張されて、例えば、１６℃の低温になった熱媒体は室内機６に送られ、冷房に利用される。
図示のように、前記の当該圧縮部２で圧縮されて高温高圧のガスとなり、圧縮部２から配管Ｘに流出された熱媒体であって、当該配管Ｘの配管Ｘ１に流れた他方の熱媒体は、第２の制御部５における前記四方切換弁５００とは別個の四方切換弁５０１に流され、第３の熱交換部１０３に送られるが、第２の制御部５の電磁弁５０１０の作用で、その流れを停止され、膨張部３には送られないようになっている。即ち、当該熱媒体は室内機６には送られず、この状態では、冷房に利用されていないで、第３の熱交換部１０３における採熱又は放熱操作においては、第１の熱交換部１０１や第２の熱交換部１０２とは異なり、使用の状態にはなく、不使用の状態にある。
当該第３の熱交換部１０３における熱媒体は、図示のように、当該第２の制御部５と前記圧縮部２とを接続する接続する配管Ｘ３を通じて、当該圧縮部２に送出されるようになっている。
上記のように、当該複数の熱交換部１０１、１０２及び１０３は、当該第２の制御部５の操作により採熱又は放熱操作における使用又は不使用の切替を行うようになっており、又、前記複数の配管Ｘ中の一部配管は当該第２の制御部５と前記圧縮部２とを接続する接続配管Ｘ３となっていて、前記複数の熱交換部中の一部熱交換部の第３の熱交換部１０３が不使用のときには当該第２の制御部５から当該圧縮部２に熱媒体を送出するようになっているので、地中に埋設した地中採熱管（放熱管）１０１，１０２及び１０３の中の熱媒体を低減することができる。
又、当該複数の熱交換部１０１、１０２及び１０３は、当該第２の制御部５の操作により採熱又は放熱操作における使用又は不使用の切替を行うようになっているので、当該使用量に応じて、熱媒体の量を調節できる。
更に、図１に示す冷房時、当該地中採熱管（放熱管）１０１，１０２及び１０３における凝縮温度（圧力）を上昇させることができ、地中温度が低くても、膨張弁３００を正確に動作させることができ冷房能力が不足するという不具合を生じさせることを防止できる。
更に又、本発明によれば、当該第２の制御部５の操作により複数の熱交換部１０１，１０２及び１０３の切替を容易に行うことができ、地中の温度にあわせて、適宜当該複数の熱交換部の切替を行うことができる。
この場合、凝縮圧力が上昇し過ぎると、冷房機器などのエネルギー消費効率の目安として使われる係数である当該地熱利用ヒ−トポンプ装置ＨにおけるＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、成績係数）または動作係数の低下を招来するので、例えば、凝縮圧力が設定値例えば２．１Ｍｐａに達した時には、当該複数の熱交換部１０１，１０２及び１０３の切替を、第２の制御部５の操作により行い、凝縮圧力を下げ、高いＣＯＰ運転を確保するようにすることができる。
この場合、上記操作の設定は、凝縮圧力のみならず、凝縮温度での設定でも可能で、使用している複数の熱交換部１０１，１０２及び１０３において使用熱交換部１０１，１０２及び１０３の温度が上昇し、凝縮圧力が上昇した時には、使用していない温度が低下した熱交換部１０１，１０２及び１０３に切替して、当該操作を繰り返すことができる。
更には、地中の温度に応じての切替も可能で、当該温度が一定値に達した時に、適宜当該切替を行うことができる。
図示していないが、例えば、第２の制御部５及び（又は）第１の制御部４に、凝縮圧力（温度）を検知したり、地中の温度を測定できる検知部を備設するとよい。
当該熱交換部１における凝縮圧力や凝縮温度の変化に応じて、膨張弁３００の動作不良を起さない等の安定した地熱利用ヒ−トポンプ装置の操作ができる。
当該検知部により地中の温度を測定して、当該第２の制御部５により当該第１の熱交換部１０１と第２の熱交換部１０２と第３の熱交換部１０３の採熱又は放熱操作における使用又は不使用の切替を行い、地中の温度の変化に応じた冷暖房操作が可能となる。
当該図１に示す地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈは、３対３対４の構成比率の第１の熱交換部１０１（熱交換量３０％）と第２の熱交換部１０２（熱交換量３０％）と第３の熱交換部１０３（熱交換量４０％）とからなる群から構成されていて、第２の制御部５により当該第１の熱交換部１０１と第２の熱交換部１０２と第３の熱交換部１０３の採熱又は放熱操作における使用又は不使用の切替を行うようになっていて、その際に、当該不使用の熱交換部１０３から当該第２の制御部５と前記圧縮部２とを接続する接続配管Ｘ３を通じて圧縮部２に熱媒体を送出するようになっていて、当該熱交換部１０１，１０２，及び１０３における熱交換量のパ−センテ−ジに応じた冷暖房操作が可能となる。
【００１０】
実施例２
図２に示す実施例においては、実施例１と同様に、その地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈは、地中に埋設した第１の熱交換部１０１と第２の熱交換部１０２と第３の熱交換部１０３とから構成された熱交換部１と、圧縮部２と、膨張部３と、熱媒体を内部に導通させる複数の配管Ｘと、第１の制御部４と、第２の制御部５とを備えてなる。
当該熱交換部１は、それらの構成比率（熱交換量）において、第１の熱交換部１０１が３０％、第２の熱交換部１０２が３０％、第３の熱交換部１０３が４０％で構成されている。
当該圧縮部２で圧縮されて高温高圧のガスとなり、圧縮部２から配管Ｘに流出された熱媒体は、当該配管Ｘの配管Ｘ２に流れて、第１の制御部４に送られ、次いで、第１の熱交換部１０１に送られ、当該第１の熱交換部１０１で熱交換が行われ、次いで、例えば、３０℃程度に温度降下した熱媒体ガスは、膨張部３に送られ膨張されて、例えば、１６℃の低温になった熱媒体は室内機６に送られ、冷房に利用される。
圧縮部２で圧縮されて高温高圧のガスとなり、圧縮部２から配管Ｘに流出された熱媒体は、当該配管Ｘの配管Ｘ１に流れて、第２の制御部５における四方切換弁５０１、次いで、第３の熱交換部１０３に流れて、土中の土壌と熱交換を行い、第２の制御部５の電磁弁５０１０に送られ、当該電磁弁５０１０を経由して、例えば、３０℃程度に温度降下した熱媒体ガスは、膨張部３に送られ、膨張部３により膨張されて、例えば、１６℃の低温になった熱媒体は室内機６に送られ、冷房に利用される。
一方、図示のように、前記の当該圧縮部２で圧縮されて高温高圧のガスとなり、圧縮部２から配管Ｘに流出された熱媒体であって、当該配管Ｘの配管Ｘ１に流れた熱媒体は、第２の制御部５における四方切換弁５００に流され、第２の熱交換部１０２に送られるが、電磁弁５０００の作用で、流れが停止され、膨張部３には送られないようになっていて、又、当該第２の熱交換部１０２における熱媒体は、図示のように、当該第２の制御部５と前記圧縮部２とを接続する接続する配管Ｘ３を通じて、当該圧縮部２に送出（圧縮部で吸込）するようになっている。
当該図２に示す地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈは、３対３対４の構成比率の第１の熱交換部１０１（熱交換量３０％）と第２の熱交換部１０２（熱交換量３０％）と第３の熱交換部１０３（熱交換量４０％）とから構成されていて、第２の制御部５により当該第１の熱交換部１０１と第２の熱交換部１０２と第３の熱交換部１０３の採熱又は放熱操作における使用又は不使用の切替を行うようになっていて、その際に、当該第２の制御部５から当該第２の制御部５と前記圧縮部２とを接続する接続配管Ｘ３を通じて圧縮部２に熱媒体を送出するようになっていて、当該熱交換部１０１，１０２，及び１０３における熱交換量のパ−センテ−ジに応じた冷房操作（冷房７０％）が可能となる。
実施例１と同様に地中に埋設した第１の熱交換部１０１と第２の熱交換部１０２と第３の熱交換部１０３とから構成された熱交換部１における熱熱媒体を低減できるなどの優れた作用効果を奏し得る。
【００１１】
実施例３
当該実施例３は、圧縮部２で圧縮されて高温高圧のガスとなり、圧縮部２から配管Ｘに流出された熱媒体は、当該配管Ｘの配管Ｘ２に流れて、第１の制御部４に送られ、次いで、第１の熱交換部１０１に送られ、当該第１の熱交換部１０１で熱交換が行われ、次いで、例えば、３０℃程度に温度降下した熱媒体ガスは、膨張部３に送られ膨張されて、例えば、１６℃の低温になった熱媒体は室内機６に送られ、冷房に利用される。
当該実施例３では、圧縮部２で圧縮されて高温高圧のガスとなり、圧縮部２から配管Ｘ１に流れされた熱媒体は、各々第２の制御部５における四方切換弁５００及びと四方切換弁５０１を経て、熱交換部１０２及び熱交換部１０３に各々流れるが、当該当該第２の熱交換部１０２及び第３の熱交換部１０３における熱媒体は、図示のように、当該第２の制御部５と前記圧縮部２とを接続する接続する配管Ｘ３を通じて、当該圧縮部２に送出されるようになっている。
又、当該第２の熱交換部１０２及び第３の熱交換部１０３では、その中の熱媒体は、第２の制御部５の電磁弁５０００及び電磁弁５０１０の作用で、それぞれその流れを停止され、膨張部３及び室内機６には送られず、この状態では、冷房に利用されていない。
当該実施例３では、その他の点では、前記実施例１及び実施例２と同様の構成が採られていて、又、それによる優れた作用効果も同様である。
【００１２】
実施例４
図４に示す実施例の地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈにおいては、圧縮部２から配管Ｘに流出された熱媒体は、配管Ｘの配管Ｘ１に流れて、第１の制御部４の四方切換弁４００に送られ、次いで、第２の制御部５における四方切換弁５０２、次いで、第２の熱交換部（Ａ回路）１０２に流れて、土中の土壌と熱交換を行い、第２の制御部５における電磁弁５０２０に送られ、当該電磁弁５０２０を経由して、例えば、３０℃程度に温度降下した熱媒体ガスは、膨張部３の膨張弁３００に送られ、膨張弁３００により膨張されて、例えば、１６℃の低温になった熱媒体は室内機６に送られ、冷房に利用される。
一方、圧縮部２から配管Ｘ１に流出され、第１の制御部４を経て第２の制御部５に送られた熱媒体は、当該第２の制御部５の制御スイッチ５０３を介して第１の熱交換部（Ｂ回路）１０１に送られるが、熱媒体は、図示のように、第２の制御部５の四方切換弁５０２１に送られ流れが停止されて、膨張部３には送られないようになっている。又、熱媒体は、当該第２の制御部５から、当該第２の制御部５と前記圧縮部２とを接続する接続配管Ｘ３を通じて、圧縮部２に送出するようになっている。
当該図４に示す地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈは、１対１の構成比率の第１の熱交換部１０１（Ａ回路）と第２の熱交換部１０２（Ｂ回路）とから構成されていて、第２の制御部５の四方切換弁５０２（ＳＶ１）、電磁弁５０２０（ＳＶ２）及び電磁弁５０２１（ＳＶ３）の作用により、当該第１の熱交換部１０１と第２の熱交換部１０２との採熱又は放熱操作における使用又は不使用の切替を行うようになっている。
【００１３】
実施例５
図５に示す実施例の地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈは、前記実施例４とは、第２の熱交換部（Ａ回路）１０２を使用せず、第１の熱交換部（Ｂ回路）１０１を使用する形態である他は、同様に構成されていて、それに伴う作用効果も同様であり、当該図５に示す地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈでは、１対１の構成比率の第１の熱交換部１０１（Ａ回路）と第２の熱交換部１０２（Ｂ回路）とから構成されていて、第２の制御部５により当該第１の熱交換部１０１と第２の熱交換部１０２との採熱又は放熱操作における使用又は不使用の切替を行うようになっていて、第２の制御部５の四方切換弁５０２（ＳＶ１）、電磁弁５０２０（ＳＶ２）及び電磁弁５０２１（ＳＶ３）の作用により、図示のような冷房操作を行うことができるようになっている。尚、電磁弁５０２０では、第２の熱交換部（Ａ回路）１０２からの熱媒体の名ｇれを停止している。
又、図示のように、当該図５に示す実施例の地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈにおいては、第２の制御部５から、当該第２の制御部５と前記圧縮部２とを接続する接続配管Ｘ３を通じて、圧縮部２に熱媒体を送出するようになっている。
【００１４】
実施例６
図６に示す実施例の地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈは、暖房に適用した実施例で、圧縮部２から配管Ｘに流出された熱媒体は、配管Ｘの配管Ｘ１に流れて、第１の制御部４の四方切換弁４００に送られ、例えば、５６℃程度の温度の熱媒体は、室内機６に送られ、暖房に利用される。
室内機６で暖房に利用された例えば４０℃の熱媒体は、膨張部３の膨張弁３００に送られ、膨張弁３００により膨張されて、次いで、第２の制御部５に流れ、当該第２の制御部５における電磁弁５０２０に送られ、当該電磁弁５０２０を経由して第２の熱交換部（Ａ回路）１０２に送られるが、当該第２の熱交換部（Ａ回路）１０２では、土中の土壌と熱交換を行われず、第２の制御部５から当該第２の制御部５と前記圧縮部２とを接続する接続配管Ｘ３を通じて圧縮部２に熱媒体が送出されるようになっている。
一方、膨張部３の膨張弁３００に送られ、膨張弁３００により膨張されて、次いで、当該第２の制御部５における電磁弁５０２１に送られ、当該電磁弁５０２１を経由して第１の熱交換部（Ｂ回路）１０１に送られた熱媒体は、当該第１の熱交換部（Ｂ回路）１０１で、土中の土壌と熱交換を行い、次いで、第２の制御部５における四方切換弁５０２を介して、第１の制御部４における四方切換弁４００に送られ、次いで、圧縮部２に送られ、再び、当該圧縮部２で圧縮され、再び、前記のように、、室内機６に送られ、暖房に利用されるようになっている。
当該実施例でも、その地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈは、１対１の構成比率の第１の熱交換部１０１（Ａ回路）と第２の熱交換部１０２（Ｂ回路）とから構成されていて、第２の制御部５により当該第１の熱交換部１０１と第２の熱交換部１０２との採熱又は放熱操作における使用又は不使用の切替を行うようになっていて、第２の制御部５の四方切換弁５０２（ＳＶ１）、電磁弁５０２０（ＳＶ２）及び電磁弁５０２１（ＳＶ３）の作用により、図示のような暖房操作を行うことができるようになっている。
【００１５】
実施例７
図７に本発明の他の実施例の地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈを示す。当該地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈは、図８（Ａ）に示すように、地中に埋設した熱交換部１０１の底部にキャピラリチュ−ブ７を付設してなる。
図示のように、当該キャピラリチュ−ブ７の上部は、地中採熱・放熱管１０１０に接続されている。
当該熱交換器１０１の地中採熱・放熱管１０１１から地中採熱・放熱管１０１２を経て、熱媒体が当該キャピラリチュ−ブ７の内部を経由すると、地中採熱・放熱管１０１０の内部では、図８（Ｂ）に示すように、熱媒体は、液相Ｌと気相Ｖの２相流となる。
当該キャピラリチュ−ブ７を付設してなる熱交換器１０１は、筒状体８の内部に液体９が封入されていて、当該筒状体８は、土壌１０中に埋設されている。
当該キャピラリチュ−ブ７を付設してなる熱交換部１０１は、液体９が封入された筒状体８の内部に配設されてなるので、当該熱交換部１０１では、当該地中採熱・放熱管１０１０、１０１１及び１０１２内部の熱媒体は、土壌１０との間で熱交換するではなく、当該筒状体８の内部の液体９との間で熱交換が行われるので、直接凝縮／蒸発式地熱利用ヒ−トポンプ装置となっている。
当該熱交換器１０１における熱媒体は、当該キャピラリチュ−ブ７により、気相が増大して、図８（Ｂ）に示すように、液相Ｌと気相Ｖの２相流となる。これにより、熱媒体中の液状比率が低下して、当該地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈにおける地中に埋設された熱交換器（地中採熱・放熱管）１０１及び１０２の底部にかかる重量を低減し、安定した地熱利用ヒ−トポンプ装置の操作を可能とすることができる。
図９は、当該直接凝縮／蒸発式地熱利用ヒ−トポンプ装置を、図５に示す冷房回路に適用したものである。
図９に示す実施例の地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈにおいては、圧縮部２から配管Ｘに流出された熱媒体は、配管Ｘの配管Ｘ１に流れて、第１の制御部４の四方切換弁４００に送られ、次いで、第１の熱交換部（Ｂ回路）１０１に流れ、当該熱交換器１０１の地中採熱・放熱管１０１１から地中採熱・放熱管１０１２を経て、熱媒体が当該キャピラリチュ−ブ７の内部を経由すると、地中採熱・放熱管１０１０の内部では、図８（Ｂ）に示すように、熱媒体は、液相Ｌと気相Ｖの２相流となり、上方向に浮上し易くなり、当該筒状体８の内部の液体９との間で熱交換が行われる。
第１の熱交換部（Ｂ回路）１０１で熱交換が行われた熱媒体は、室内機６に送られ、冷房に利用されるが、当該直接凝縮／蒸発式地熱利用ヒ−トポンプ装置Ｈでは、図９に示すように、膨張部３に流入する前に、第４の熱交換部１０４を経由するようにする。当該第４の熱交換部１０４では、使用していない第２の熱交換部（Ａ回路）１０２から、第２の制御部５と圧縮部２とを接続する接続配管Ｘ３を通じて、圧縮部２に送出されてきた熱媒体との間で、熱交換を行い、熱媒体を冷却して、液状の熱媒体に戻すようにする。
上記のように、圧縮部２から配管Ｘ１に流出された熱媒体は、第２の制御部５における四方切換弁５０２で流れが停止され、第２の熱交換部（Ａ回路）１０２から、当該第２の制御部５と前記圧縮部２とを接続する接続配管Ｘ３を通じて圧縮部２に送出されるようになっている。
当該地熱利用ヒ−トポンプ装置においては、上記のようなキャピラリチュ−ブ７の付設による２相流とすることにより、当該熱交換器１０１における熱媒体の液状比率を改善し、地中に埋設された熱交換器（地中採熱・放熱管）１０１の底部にかかる重量を軽減し、当該熱交換器における熱媒体を、配管中上方向に押し上げる際の圧縮機２の動力を軽減し、又、膨張部３の正確な動作を行うことができる。
熱交換部１０２は、熱交換部１０１と同様の構成となっている。
【００１６】
本発明における地中熱交換器１は、地面に対して垂直に熱交換器が伸びている態様に適用できる。垂直型地中熱交換器に適用され、その種類には、大きく分けるとボアホ−ル方式と杭方式の２種類の方式があるが両者に適用できる。
前者は地中熱交換器を埋設するためにボアホ−ル（ボ−リングマシンを用いたボ−リング工事によって作られた穴）を新たに作る方式であり、後者は建築物の基礎杭の中に地中熱交換器を埋設するか、または、基礎杭自体を地中熱交換器とする方式である。
当該地中熱交換器１は、例えば、樹脂管（一般には、高密度ポリエチレン管が使用される。）により構成されていてもよいが、熱伝導などを考慮すると、金属管により構成されることが好ましい。
本発明のように複数の地中熱交換器１を構築する場合、前記のように、群で構成し、例えば、地中放熱管を１０本を使用するときには、５本ずつ２系統に、又は、４本と６本に分割し使用するとよい。
【００１７】
膨張部３は、典型的には膨張弁３００により構成され、例えば、手動膨張弁、低圧膨張弁、温度自動膨張弁、低圧側フロ−ト弁、高圧側フロ−ト弁、電子膨張弁などが使用できる。膨張弁３００は、液体冷媒を減圧し膨張させると共に、負荷に応じて流量を調整する構成を有している限り、基本的にはどのようなものでもよい。膨張部３としては、キャピラリチュ−ブを用いてもよい。
【００１８】
本発明の第１の制御部４は、前記四方切換弁４００の他、三方又は二方の熱媒体方向切換弁を使用できる。又、五方の熱媒体方向切換弁でもよく、多方の熱媒体方向切換弁であればよい。
四方切換弁（四方弁）は、例えば、一の始点Ｗを一方向Ｙ１に流すのと、他の始点Ｚを他の方向Ｙ２に流す弁が一緒になっていて、それが切り替わると当該ＷがＹ２に、ＺがＹ１に流れるようになる切換である。時計でいうと、１２時の方向からくる流れを３時の方向に、６時の方向からの流れを９時の方向に流しているものを、切換によって１２時の方向からの流れを９時の方向に、６時の方向からの流れを３時の方向に流れを替える。
三方弁は、始発点がＡ、終点がＢとＣであるような分岐で、ＢとＣの双方に流れる流体の流量をかえる弁である。 三方弁は其の配管の流路を二方に分ける弁である。二方弁は其の配管の流路を開閉する弁である。当該切換弁は、手動式でも、気動式でも、電動式でもよい。
【００１９】
熱媒体には、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）、ＰＦＣ（パーフルオロカーボン）などの代替フロンを使用することが、熱交換部における地中採熱管（放熱管）中の熱媒体を低減できる等の理由から好ましいが、水道水、不凍液、炭酸ガス、アンモニア、プロパン、イソブタン、エチレン、ハロゲン化メタン、フルオロカーボンなどでもよく、物質的に安定であって蒸発し易く、蒸発時の潜熱が大きい性質を持っている物質であればどのようなものであってもよく、特に蒸発時の圧力が大気圧以下ではなく真空領域でない物質であることが望ましい。又、二つ以上の冷媒を混合した混合冷媒を使用することもできる。
前記の直接凝縮／蒸発式地熱利用ヒ−トポンプ装置における筒状体８の内部の液体９としては、例えば、水又は不凍液が使用される。
【００２０】
本発明の第２の制御部５における電磁弁５０００，５０１０、５０２０、５０２１は、熱媒体の流れを制限する事によって、熱媒体の圧力、温度の調節を行うことができる。
電磁弁は、電磁石と弁を組み合わせたもので、電気をＯＮ、ＯＦＦすることにより、熱媒体の流れを止めたり、流したり、また流れの方向を切り換える。 電磁弁は、通常、ソレノイド部（コイル、ヨ−ク、スリーブ、コア、プラグナット等から構成されており、電気エネルギーを機械運動に変換する部分）と、弁部（流路の開閉を行う弁体とオリフィスから構成される部分）を備えてなる。
本発明の第２の制御部５における四方切換弁５００、５０１、及び５０２には、前記の第１の制御部４で使用の四方切換弁４００と同様のものが使用できる他、三方又は二方の熱媒体方向切換弁も使用でき、又、五方の熱媒体方向切換弁でもよく、多方の熱媒体方向切換弁であればよい。
【００２１】
本発明は上記実施例に限定されず、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、冷暖房に限らず、給湯をはじめ、プ−ル加熱、浴槽加熱、融雪、工場プロセス冷却・加熱など、熱を扱うすべての設備に利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例を示す地熱利用ヒ−トポンプ装置の回路図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す地熱利用ヒ−トポンプ装置の回路図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す地熱利用ヒ−トポンプ装置の回路図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す地熱利用ヒ−トポンプ装置の回路図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す地熱利用ヒ−トポンプ装置の回路図である。
【図６】本発明の実施例を示す地熱利用ヒ−トポンプ装置の回路図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す直接凝縮／蒸発式地熱利用ヒ−トポンプ装置の回路図である。
【図８】（Ａ）本発明の他の実施例を示す直接凝縮／蒸発式地熱利用ヒ−トポンプ装置の回路図、（Ｂ）２相流の説明図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す直接凝縮／蒸発式地熱利用ヒ−トポンプ装置の回路図である。
【００２４】
１    熱交換部
２    圧縮部
３    膨張部
４    第１の制御部
５    第２の制御部
６    室内機
７    キャピラリチュ−ブ
１０１  第１の熱交換部
１０２  第２の熱交換部
１０３  第３の熱交換部
１０４  第４の熱交換部
３００  膨張弁
４００  四方切換弁
５００  四方切換弁
５０１  四方切換弁
５０２  四方切換弁
５０００  電磁弁
５０１０  電磁弁
５０２０  電磁弁
Ｘ    配管
Ｘ３  第２の制御部と圧縮部とを接続する接続配管
Ｈ    地熱利用ヒ−トポンプ装置
【図１】
2015190746.tif 000003
【図２】
2015190746.tif 000004
【図３】
2015190746.tif 000005
【図４】
2015190746.tif 000006
【図５】
2015190746.tif 000007
【図６】
2015190746.tif 000008
【図７】
2015190746.tif 000009
【図８】
2015190746.tif 000010
【図９】
2015190746.tif 000011