(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一熱媒体が循環する第一熱媒体循環路中に介装されていて、再生可能エネルギーを熱源として当該熱源と前記第一熱媒体との熱交換を行うように構成された、再生可能エネルギー熱源側第一熱交換器と、
外気と第二熱媒体との熱交換を行うように、前記第二熱媒体が循環する第二熱媒体循環路中に介装された、空気熱交換器と、
第一熱媒体循環路に接続され、前記第一熱媒体と第三熱媒体との熱交換を行うヒートポンプ側第一熱交換器と、前記第二熱媒体循環路に接続され、前記第二熱媒体と前記第三熱媒体との熱交換を行うヒートポンプ側第二熱交換器と、前記第三熱媒体が循環する第三熱媒体循環路であって前記ヒートポンプ側第一熱交換器と前記ヒートポンプ側第二熱交換器とを接続するように設けられた第三熱媒体循環路と、を備えた、中央ヒートポンプと、
前記第一熱媒体循環路と負荷側ユニットとの間に介在するように、前記第一熱媒体循環路中に介装された、負荷側ヒートポンプと、
を備えたことを特徴とする、ヒートポンプシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートポンプシステムにおいて、
再生可能エネルギーを熱源として当該熱源と前記第二熱媒体との熱交換を行うように、前記第二熱媒体循環路中に介装された、再生可能エネルギー熱源側第二熱交換器をさらに備えたことを特徴とする、ヒートポンプシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のヒートポンプシステムであって、
前記再生可能エネルギー熱源側第二熱交換器は、前記再生可能エネルギー熱源側第一熱交換器とは異なる種類の熱源を用いるように構成されたことを特徴とする、ヒートポンプシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記負荷側ヒートポンプの動作に基づいて加温された上水である給湯用の温水を貯留可能に設けられた、前記負荷側ユニットとしての貯湯槽をさらに備えたことを特徴とする、ヒートポンプシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のヒートポンプシステムであって、
前記貯湯槽は、前記第二熱媒体循環路を通流する前記第二熱媒体と前記貯湯槽に貯留された前記温水との間の熱交換が可能となるように、前記第二熱媒体循環路中に介装されたことを特徴とする、ヒートポンプシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のヒートポンプシステムであって、
前記中央ヒートポンプは、
前記第一熱媒体循環路と前記第二熱媒体循環路とを接続するように設けられた、バイパス通路と、
前記バイパス通路における熱媒体の通流と遮断とを切換可能に設けられた、バイパス弁と、
を備えたことを特徴とする、ヒートポンプシステム。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載のヒートポンプシステムであって、
前記再生可能エネルギー熱源側第一熱交換器は、地中熱交換器であることを特徴とする、ヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプシステムに関する。例えば、本発明は、地中熱等の再生可能エネルギーを空調・給湯設備等にて有効利用する技術に対して、好適に適用され得る。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプシステムとして、地中熱等の再生可能エネルギーを利用するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９８１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
地中熱等の再生可能エネルギーを利用する従来のヒートポンプシステムは、設備コスト及びランニングコストが高かった。これに対し、ボイラー及び冷却塔を用いた水熱源システムは、低コストである一方、化石燃料が用いられるため、環境負荷の点で問題がある。近年、この種のヒートポンプシステムにおいて、さらなる高機能化、すなわち、運転モードのさらなる多様化が望まれている。本発明は、上記に例示した課題に対処するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のヒートポンプシステムは、再生可能エネルギー熱源側第一熱交換器と、空気熱交換器と、中央ヒートポンプと、を備えている。前記再生可能エネルギー熱源側第一熱交換器は、第一熱媒体が循環する第一熱媒体循環路中に介装されている。前記再生可能エネルギー熱源側第一熱交換器は、再生可能エネルギーを熱源として当該熱源と前記第一熱媒体との熱交換を行うように構成されている。前記空気熱交換器は、外気と第二熱媒体との間の熱交換を行うように、前記第二熱媒体が循環する第二熱媒体循環路中に介装されている。前記中央ヒートポンプは、ヒートポンプ側第一熱交換器と、ヒートポンプ側第二熱交換器と、第三熱媒体循環路と、を備えている。前記ヒートポンプ側第一熱交換器は、第一熱媒体循環路に接続され、前記第一熱媒体と第三熱媒体との熱交換を行うように設けられている。前記ヒートポンプ側第二熱交換器は、前記第二熱媒体循環路に接続され、前記第二熱媒体と前記第三熱媒体との熱交換を行うように設けられている。前記第三熱媒体が循環する前記第三熱媒体循環路は、前記ヒートポンプ側第一熱交換器と前記ヒートポンプ側第二熱交換器とを接続するように設けられている。
【０００６】
前記ヒートポンプシステムは、再生可能エネルギー熱源側第二熱交換器をさらに備えていてもよい。この再生可能エネルギー熱源側第二熱交換器は、再生可能エネルギーを熱源として当該熱源と前記第二熱媒体との熱交換を行うように、前記第二熱媒体循環路中に介装されている。例えば、前記再生可能エネルギー熱源側第二熱交換器は、前記再生可能エネルギー熱源側第一熱交換器とは異なる種類の熱源を用いるように構成されていてもよい。
【０００７】
前記ヒートポンプシステムは、負荷側ヒートポンプをさらに備えていてもよい。この負荷側ヒートポンプは、前記第一熱媒体循環路と負荷側ユニットとの間に介在するように、前記第一熱媒体循環路中に介装されている。
【０００８】
前記ヒートポンプシステムは、前記負荷側ユニットとしての貯湯槽をさらに備えていてもよい。この貯湯槽は、給湯用の温水を貯留可能に設けられている。この温水は、前記負荷側ヒートポンプの動作に基づいて加温された上水である。なお、この場合、前記貯湯槽は、前記第二熱媒体循環路を通流する前記第二熱媒体と前記貯湯槽に貯留された前記温水との間の熱交換が可能となるように、前記第二熱媒体循環路中に介装されていてもよい。
【０００９】
前記中央ヒートポンプは、バイパス通路とバイパス弁とを備えていてもよい。前記バイパス通路は、前記第一熱媒体循環路と前記第二熱媒体循環路とを接続するように設けられている。前記バイパス弁は、前記バイパス通路における熱媒体の通流と遮断とを切換可能に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートポンプシステムの全体構成を示す概略図である。
【図２】図２に示された中央ヒートポンプの構成の一例を示す概略図である。
【図３】図２に示された中央ヒートポンプの構成の他の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の他の一実施形態に係るヒートポンプシステムの全体構成を示す概略図である。
【図５】本発明の他の一実施形態に係るヒートポンプシステムの全体構成を示す概略図である。
【図６】本発明の他の一実施形態に係るヒートポンプシステムの全体構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜実施形態の全体構成＞
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する（変形例は末尾にまとめて記載されている）。図１を参照すると、本実施形態においては、ヒートポンプシステム１は、複数階を有する建物であるビルＢに適用されている。このヒートポンプシステム１は、地中熱交換器２と、中央ヒートポンプ３と、空気熱交換器４と、太陽熱集熱器５と、負荷側ヒートポンプ６と、貯湯槽７と、室内機８と、制御部９と、熱媒体循環系統１０と、を備えている。
【００１２】
熱媒体循環系統１０は、ヒートポンプシステム１における熱媒体の循環を行うように設けられている。具体的には、熱媒体循環系統１０は、本発明の第一熱媒体に相当する水系の熱媒体（例えば不凍液）が循環する水ループである第一熱媒体循環路１１を有している。第一熱媒体循環路１１は、第一メインループ１１ａと地中熱側ループ１１ｂとを備えている。第一メインループ１１ａは、中央ヒートポンプ３と負荷側ヒートポンプ６とを接続するように設けられた熱媒体循環路である。地中熱側ループ１１ｂは、第一メインループ１１ａから分岐して地中熱交換器２に達するように設けられた熱媒体循環路である。
【００１３】
熱媒体循環系統１０は、また、第二熱媒体が循環する第二熱媒体循環路１２を有している。第二熱媒体循環路１２は、第二メインループ１２ａと、太陽熱側分岐流路１２ｂと、貯湯槽側分岐流路１２ｃと、を有している。第二メインループ１２ａは、中央ヒートポンプ３と空気熱交換器４とを接続するように設けられた熱媒体循環路である。太陽熱側分岐流路１２ｂは、第二メインループ１２ａから分岐して太陽熱集熱器５に達するように設けられた熱媒体循環路である。貯湯槽側分岐流路１２ｃは、第二メインループ１２ａから分岐して貯湯槽７に達するように設けられた熱媒体循環路である。なお、本実施形態においては、第二熱媒体循環路１２を循環する第二熱媒体は、第一熱媒体循環路１１側に流出可能なように、上述の第一熱媒体と同一の種類の熱媒体であるものとする。
【００１４】
熱媒体循環系統１０は、また、第三熱媒体循環路１３と、貯湯槽側負荷流路１４と、室内機側負荷流路１５と、を有している。第三熱媒体循環路１３は、第三熱媒体が循環する熱媒体循環路であって、中央ヒートポンプ３の内部に設けられている。本実施形態においては、第三熱媒体は、水系の第一熱媒体とは異なり、冷媒（Ｒ４１０Ａ等）が用いられている。貯湯槽側負荷流路１４は、負荷側ヒートポンプ６と貯湯槽７とを接続するように設けられた熱媒体循環路である。室内機側負荷流路１５は、負荷側ヒートポンプ６と室内機８とを接続するように設けられた熱媒体循環路である。貯湯槽側負荷流路１４及び室内機側負荷流路１５は、冷媒（Ｒ４１０Ａ等）である第四熱媒体が循環する熱媒体循環路である。なお、第四熱媒体は、第三熱媒体と同一種類であってもよいし、異なっていてもよい。
【００１５】
熱媒体循環系統１０には、ヒートポンプシステム１における様々な動作モードを実現するために、適宜、弁類やポンプ類が設けられている。その一例について言及すると、例えば、地中熱側ループ１１ｂには、地中熱側切換弁１６ａが介装されている。地中熱側切換弁１６ａは、地中熱交換器２と第一メインループ１１ａとの間の第一熱媒体の通流（循環）とその遮断とを切換可能に設けられている。また、第一メインループ１１ａにおける負荷側ヒートポンプ６側には、負荷側切換弁１６ｂが介装されている。負荷側切換弁１６ｂは、負荷側ヒートポンプ６と第一メインループ１１ａとの間の第一熱媒体の通流とその遮断とを切換可能に設けられている。
【００１６】
太陽熱側分岐流路１２ｂには、太陽熱側切換弁１６ｃが介装されている。太陽熱側切換弁１６ｃは、太陽熱集熱器５と第二メインループ１２ａとの間の第二熱媒体の通流とその遮断とを切換可能に設けられている。貯湯槽側分岐流路１２ｃには、貯湯槽側切換弁１６ｄが介装されている。貯湯槽側切換弁１６ｄは、貯湯槽７と第二メインループ１２ａとの間の第二熱媒体の通流とその遮断とを切換可能に設けられている。
【００１７】
本発明の再生可能エネルギー熱源側熱交換器としての地中熱交換器２は、地面Ｇの中に埋設された複数のＵ字管２１を備えている。すなわち、地中熱交換器２は、第一熱媒体循環路１１に介装されていて、Ｕ字管２１内を通流する第一熱媒体と地中熱源（地熱源）との間の熱交換を行うように設けられている。
【００１８】
中央ヒートポンプ３は、その内部の第三熱媒体循環路１３を通流する第三熱媒体と、第一メインループ１１ａを通流する第一熱媒体と、の間で熱交換可能に構成されている。また、中央ヒートポンプ３は、その内部の第三熱媒体循環路１３を通流する第三熱媒体と、第二メインループ１２ａを通流する第二熱媒体と、の間で熱交換可能に構成されている。また、本実施形態においては、中央ヒートポンプ３は、第一メインループ１１ａと第二メインループ１２ａとの間での熱媒体の授受が可能に構成されている。中央ヒートポンプ３の内部構成の詳細については後述する。
【００１９】
空気熱交換器４は、第二熱媒体が循環する第二熱媒体循環路１２における第二メインループ１２ａ中に介装されている。本実施形態においては、空気熱交換器４は、いわゆる空気−水熱交換器あるいはヒーティングタワーとも称されるものであって、外気と第二熱媒体との間での熱の授受（熱交換）を行うように設けられている。太陽熱集熱器５は、太陽熱を利用して第二熱媒体を加熱するように、第二熱媒体循環路１２における太陽熱側分岐流路１２ｂ中に介装されている。
【００２０】
負荷側ヒートポンプ６は、第一熱媒体循環路１１と負荷側ユニットである貯湯槽７及び室内機８との間に介在するように、第一熱媒体循環路１１における第一メインループ１１ａ中に介装されている。貯湯槽７は、負荷側ヒートポンプ６の動作に基づいて加温された上水を、給湯用の温水として貯留可能に設けられている。また、本実施形態においては、貯湯槽７は、貯留している温水と第二熱媒体循環路１２を通流する第二熱媒体との間の熱交換が可能となるように、第二熱媒体循環路１２における貯湯槽側分岐流路１２ｃ中に介装されている。
【００２１】
空調用の室内機８は、ビルＢにおける各階（一階部分Ｆ１、二階部分Ｆ２、三階部分Ｆ３・・・）のそれぞれに設けられている。制御部９は、ヒートポンプシステム１の全体を制御する制御盤であって、マイクロコンピュータ等を備えている。すなわち、制御部９は、熱媒体循環系統１０に設けられた弁類及びポンプ類、並びに、中央ヒートポンプ３及び負荷側ヒートポンプ６の動作を制御するように設けられている。なお、本実施形態においては、制御部９は、一階部分Ｆ１に配置されている。
【００２２】
＜中央ヒートポンプの構成＞
図２を参照すると、本実施形態においては、中央ヒートポンプ３は、その内部に第三熱媒体循環路１３を有する他に、ヒートポンプ側第一熱交換器３１と、ヒートポンプ側第二熱交換器３２と、第一バイパス通路３３と、第二バイパス通路３４と、を備えている。
【００２３】
ヒートポンプ側第一熱交換器３１は、第一メインループ１１ａを通流する第一熱媒体と第三熱媒体循環路１３を通流する第三熱媒体との熱交換を行うように、第一メインループ１１ａ及び第三熱媒体循環路１３に接続されている。ヒートポンプ側第二熱交換器３２は、第二メインループ１２ａを通流する第二熱媒体と第三熱媒体循環路１３を通流する第三熱媒体との熱交換を行うように、第二メインループ１２ａ及び第三熱媒体循環路１３に接続されている。すなわち、第三熱媒体が循環する第三熱媒体循環路１３は、ヒートポンプ側第一熱交換器３１とヒートポンプ側第二熱交換器３２とを接続するように設けられている。
【００２４】
第一バイパス通路３３は、第一メインループ１１ａにおけるヒートポンプ側第一熱交換器３１よりも上流側の位置と、第二メインループ１２ａにおけるヒートポンプ側第二熱交換器３２よりも下流側の位置と、を接続するように、中央ヒートポンプ３の内部に設けられている。すなわち、第一バイパス通路３３は、中央ヒートポンプ３に向かって通流してきた第一熱媒体を、ヒートポンプ側第一熱交換器３１をバイパスして第二メインループ１２ａ側に通流させることができるように形成されている。第二バイパス通路３４は、第一メインループ１１ａにおけるヒートポンプ側第一熱交換器３１よりも下流側の位置と、第二メインループ１２ａにおけるヒートポンプ側第二熱交換器３２よりも上流側の位置と、を接続するように、中央ヒートポンプ３の内部に設けられている。すなわち、第二バイパス通路３４は、中央ヒートポンプ３に向かって通流してきた第二熱媒体を、ヒートポンプ側第二熱交換器３２をバイパスして第一メインループ１１ａ側に通流させることができるように形成されている。
【００２５】
第一メインループ１１ａと第一バイパス通路３３との接続箇所には、第一流入側三方弁３５ａが介装されている。第一流入側三方弁３５ａは、ヒートポンプ側第一熱交換器３１と第一メインループ１１ａにおける中央ヒートポンプ３の外部であってヒートポンプ側第一熱交換器３１よりも上流側とを連通させる状態と、第一バイパス通路３３と第一メインループ１１ａにおける中央ヒートポンプ３の外部であってヒートポンプ側第一熱交換器３１よりも上流側とを連通させる状態と、を切換可能に設けられている。第一メインループ１１ａと第二バイパス通路３４との接続箇所には、第一流出側三方弁３５ｂが介装されている。第一流出側三方弁３５ｂは、ヒートポンプ側第一熱交換器３１と第一メインループ１１ａにおける中央ヒートポンプ３の外部であってヒートポンプ側第一熱交換器３１よりも下流側とを連通させる状態と、第二バイパス通路３４と第一メインループ１１ａにおける中央ヒートポンプ３の外部であってヒートポンプ側第一熱交換器３１よりも下流側とを連通させる状態と、を切換可能に設けられている。
【００２６】
第二メインループ１２ａと第二バイパス通路３４との接続箇所には、第二流入側三方弁３６ａが介装されている。第二流入側三方弁３６ａは、ヒートポンプ側第二熱交換器３２と第二メインループ１２ａにおける中央ヒートポンプ３の外部であってヒートポンプ側第二熱交換器３２よりも上流側とを連通させる状態と、第二バイパス通路３４と第二メインループ１２ａにおける中央ヒートポンプ３の外部であってヒートポンプ側第二熱交換器３２よりも上流側とを連通させる状態と、を切換可能に設けられている。第二メインループ１２ａと第一バイパス通路３３との接続箇所には、第二流出側三方弁３６ｂが介装されている。第二流出側三方弁３６ｂは、ヒートポンプ側第二熱交換器３２と第二メインループ１２ａにおける中央ヒートポンプ３の外部であってヒートポンプ側第二熱交換器３２よりも下流側とを連通させる状態と、第一バイパス通路３３と第二メインループ１２ａにおける中央ヒートポンプ３の外部であってヒートポンプ側第二熱交換器３２よりも下流側とを連通させる状態と、を切換可能に設けられている。
【００２７】
上述のように、第一流入側三方弁３５ａ及び第二流出側三方弁３６ｂは、第一バイパス通路３３における熱媒体の通流と遮断とを切換可能に設けられている。同様に、第一流出側三方弁３５ｂ及び第二流入側三方弁３６ａは、第二バイパス通路３４における熱媒体の通流と遮断とを切換可能に設けられている。
【００２８】
第一メインループ１１ａにおける第一流入側三方弁３５ａよりも上流側には、第一インバータポンプ３７が介装されている。第二メインループ１２ａにおける第二流入側三方弁３６ａよりも上流側には、第二インバータポンプ３８が介装されている。第一インバータポンプ３７及び第二インバータポンプ３８は、精密な流量コントロールが可能な構成を有していて、ヒートポンプ側第一熱交換器３１及びヒートポンプ側第二熱交換器３２における蒸発温度や凝縮温度を調整可能に設けられている。
【００２９】
本実施形態においては、第三熱媒体循環路１３は、単純なループ状の構成を有している。第三熱媒体循環路１３には、圧縮機１３１と膨張弁１３２とが介装されている。
【００３０】
＜実施形態の作用・効果＞
次に、上述のような構成を有する本実施形態のヒートポンプシステム１における、動作の概要及び作用・効果について説明する。
【００３１】
第一熱媒体循環路１１における地中熱側ループ１１ｂを第一熱媒体が通流することで、地中熱交換器２にて、地中熱源と第一熱媒体との間の熱交換が行われる。地中熱源との熱交換を経た第一熱媒体は、第一熱媒体循環路１１における第一メインループ１１ａに流入して第一メインループ１１ａを通流することで、中央ヒートポンプ３及び／又は負荷側ヒートポンプ６に供給される。地中熱源との熱交換を経た第一熱媒体が負荷側ヒートポンプ６に供給された場合、地中熱源から吸収された熱が、負荷側ヒートポンプ６を介して、負荷側ユニットである貯湯槽７及び／又は室内機８に供給される。これにより、上水の加温動作や空調動作が行われる。
【００３２】
地中熱源との熱交換を経た第一熱媒体が中央ヒートポンプ３に供給された場合の動作は、第一流入側三方弁３５ａ、第一流出側三方弁３５ｂ、第二流入側三方弁３６ａ、及び第二流出側三方弁３６ｂの状態、すなわち、第一バイパス通路３３及び第二バイパス通路３４における熱媒体通流状態に応じて異なる。具体的には、第一バイパス通路３３及び第二バイパス通路３４における熱媒体の通流が遮断されている場合、中央ヒートポンプ３は、第一熱媒体と第三熱媒体との間の熱交換をヒートポンプ側第一熱交換器３１にて行うとともに、第三熱媒体と第二熱媒体との間の熱交換をヒートポンプ側第二熱交換器３２にて行う。これにより、例えば、空気熱交換器４により空気熱源から吸収された熱（温熱又は冷熱）、及び／又は太陽熱集熱器５によって吸収された熱（温熱）が、中央ヒートポンプ３（第三熱媒体）を介して、第一メインループ１１ａを通流する第一熱媒体に供給される。あるいは、例えば、地中熱源から吸収された熱が、中央ヒートポンプ３（第三熱媒体）を介して、空気熱交換器４に供給される（特に低気温時の空気熱交換器４のデフロストの場合）。
【００３３】
第一バイパス通路３３及び第二バイパス通路３４における熱媒体の通流が可能である場合、地中熱源との熱交換を経た第一熱媒体は、第一バイパス通路３３を介して第二メインループ１２ａに供給されることで、第二熱媒体として第二熱媒体循環路１２内を通流することができる。これにより、例えば、地中熱源から吸収された熱が、空気熱交換器４に供給される（特に低気温時の空気熱交換器４のデフロストの場合）。
【００３４】
空気熱交換器４により空気熱源から吸収された熱（温熱又は冷熱）、及び／又は太陽熱集熱器５によって吸収された熱（温熱）の利用態様についても、第一バイパス通路３３及び第二バイパス通路３４における熱媒体通流状態に応じて異なる。具体的には、第一バイパス通路３３及び第二バイパス通路３４における熱媒体の通流が遮断されている場合、空気熱交換器４及び／又は太陽熱集熱器５によって第二熱媒体に吸収された熱は、中央ヒートポンプ３（第三熱媒体）を介して、第一熱媒体に供給される。空気熱交換器４及び／又は太陽熱集熱器５によって吸収された熱を中央ヒートポンプ３にて受け取った第一熱媒体は、地中熱交換器２及び／又は負荷側ヒートポンプ６に供給される。
【００３５】
第一バイパス通路３３及び第二バイパス通路３４における熱媒体の通流が可能である場合、空気熱交換器４及び／又は太陽熱集熱器５にて熱を吸収した第二熱媒体は、第二バイパス通路３４を介して第一メインループ１１ａに供給されることで、第一熱媒体として第一熱媒体循環路１１内を通流し、地中熱交換器２及び／又は負荷側ヒートポンプ６に供給される。
【００３６】
また、空気熱交換器４及び／又は太陽熱集熱器５によって吸収された熱は、貯湯槽側分岐流路１２ｃを介して貯湯槽７に供給され得る。これにより、空気熱交換器４及び／又は太陽熱集熱器５によって吸収された熱は、上水の加温や、貯湯槽７内に貯留されている温水の加温に利用され得る。
【００３７】
以上の通り、本実施形態の構成においては、空気熱交換器４により空気熱源から吸収された熱、及び／又は太陽熱集熱器５によって吸収された熱を用いて、第一熱媒体循環路１１内を通流する第一熱媒体を加熱することができる。特に、第一バイパス通路３３及び第二バイパス通路３４における熱媒体の通流を可能とした場合、空気熱及び／又は太陽熱による、水ループのいわゆるフリーヒーティングが可能となる。なお、ここにいう「フリーヒーティング」とは、中央ヒートポンプ３の運転（圧縮機１３１及び膨張弁１３２の動作によるヒートポンプ側第一熱交換器３１及びヒートポンプ側第二熱交換器３２における冷媒の蒸発・凝縮作用）を伴わない加熱をいうものとする。また、第一バイパス通路３３及び第二バイパス通路３４における熱媒体の通流を可能とした場合、空気熱源から吸収した冷熱による、水ループのいわゆるフリークーリングが可能となる。なお、ここにいう「フリークーリング」とは、中央ヒートポンプ３の運転を伴わない冷却をいうものとする。また、太陽熱及び／又は地中熱を利用した、空気熱交換器４のデフロストが可能となる。さらに、太陽熱を給湯に利用することも可能である。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、外気温、地中温度、負荷側における必要負荷、等の運転条件に応じた多様な運転モードが、ボイラーによる水ループ加熱を用いない簡略で省エネ性に優れた装置構成で、且つ地中熱交換器２におけるＵ字管２１の本数を可及的に増加させることなく実現可能となる。特に、中央ヒートポンプ３において高圧ガス保安法の適用を受けない低圧冷媒（低ＧＷＰ冷媒等）や、かかる冷媒に対応したいわゆるターボ式圧縮機を圧縮機１３１として用いることで、環境負荷を可及的に抑制したり、将来の環境規制に良好に対応したりすることが可能となる。また、圧縮機１３１として、スクロール式等の安価な汎用圧縮機を用いることも可能である。
【００３９】
また、本実施形態においては、第一熱媒体循環路１１に介装される再生可能エネルギー熱源側第一熱交換器である地中熱交換器２と、第二熱媒体循環路１２に介装される再生可能エネルギー熱源側第二熱交換器である太陽熱集熱器５とは、それぞれ異なる種類の熱源（且つ空気熱交換器４とも異なる熱源）を用いている。これにより、天候や気温が変動しても安定的なシステム稼働が実現され得る。
【００４０】
＜変形例の例示＞
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態の全部又は一部、及び、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
【００４１】
本発明は、上述の実施形態にて示された具体的な装置構成に限定されない。例えば、ヒートポンプシステム１の適用対象は、複数階を有する建物に限定されない。熱媒体循環系統１０における弁類の配置も、上記の具体例に限定されない。ポンプ類は、熱媒体循環系統１０にて特に明示されてはいないが、システム仕様に応じて適宜の箇所に適宜設けられ得る。
【００４２】
地中熱交換器２に代えて、あるいは地中熱交換器２とともに、他の再生可能エネルギー（河川水、海水、温泉水、排水、太陽熱、排熱、等）を熱源とした熱交換器（この段落において以下これを「他の再生可能エネルギー熱源側熱交換器」と称する）が、第一熱媒体循環路１１に介装され得る。具体的には、例えば、地中熱交換器２に代えて、他の再生可能エネルギー熱源側熱交換器が設けられ得る。あるいは、例えば、地中熱交換器２と他の再生可能エネルギー熱源側熱交換器とが並列に設けられ得る。
【００４３】
第一熱媒体循環路１１は、分岐を有さない単純なループ形状であってもよい。すなわち、地中熱交換器２と、中央ヒートポンプ３と、負荷側ヒートポンプ６とが、直列的に接続されていてもよい。
【００４４】
図３に示されているように、中央ヒートポンプ３は、さらに四方弁１３３を備えていてもよい。四方弁１３３は、第三熱媒体循環路１３を構成する、ヒートポンプ側第一熱交換器３１とヒートポンプ側第二熱交換器３２とを接続する一対の流路における、圧縮機１３１が設けられている側（すなわち膨張弁１３２が設けられていない側）に介装されている。
【００４５】
かかる変形例の構成においては、空気熱源から吸収した冷熱を利用した中央ヒートポンプ３の運転により、空気熱交換器４から中央ヒートポンプ３を介しての第一熱媒体循環路１１（水ループ）側への大きな冷熱の移動、換言すれば、第一熱媒体循環路１１（水ループ）側から中央ヒートポンプ３を介しての空気熱交換器４への大きな温熱の移動が可能となる。したがって、かかる構成によれば、水ループ側が高温になった場合の急速冷却が可能となる。あるいは、空気熱交換器４における高速デフロストが可能となる。
【００４６】
図４に示されているように、第一熱媒体を貯留する第一蓄熱槽１９１が設けられていてもよい。この場合、第一蓄熱槽１９１は、第一熱媒体循環路１１における、中央ヒートポンプ３と、地中熱交換器２及び負荷側ヒートポンプ６と、の間に設けられ得る。かかる構成によれば、第一熱媒体に吸収された温熱又は冷熱の蓄熱が良好に行われる。
【００４７】
図５に示されているように、第二熱媒体を貯留する第二蓄熱槽１９２が設けられていてもよい。この場合、第二蓄熱槽１９２は、第二熱媒体循環路１２における、中央ヒートポンプ３と空気熱交換器４との間に設けられ得る。かかる構成によれば、第二熱媒体に吸収された温熱又は冷熱の蓄熱が良好に行われる。
【００４８】
図６に示されているように、負荷側ヒートポンプ６は、各階毎に設けられていてもよい。
【００４９】
図６に示されているように、貯湯槽側分岐流路１２ｃは、省略され得る。
【００５０】
太陽熱集熱器５は、省略され得る。すなわち、太陽熱集熱器５に代えて、あるいは太陽熱集熱器５とともに、他の再生可能エネルギー（河川水、海水、温泉水、排水、地中熱、排熱、等）を熱源とした熱交換器（この段落において以下これを「他の再生可能エネルギー熱源側熱交換器」と称する）が、第二熱媒体循環路１２に介装され得る。具体的には、例えば、太陽熱集熱器５に代えて、他の再生可能エネルギー熱源側熱交換器が設けられ得る。あるいは、例えば、太陽熱集熱器５と他の再生可能エネルギー熱源側熱交換器とが並列に設けられ得る。
【００５１】
上記の各構成によれば、ヒートポンプシステム１の適用対象である空調・給湯設備等において、消費電力がすべて再生可能エネルギーによって賄われるため、省エネルギー性及び安全性が高く、環境負荷の観点からも好適である。しかしながら、本発明はかかる態様に限定されない。すなわち、例えば、上記の各構成やこれらと均等と評価され得る構成に対してバックアップ用のボイラー等を付加することは、本発明の技術的範囲を回避することにはならない。
【００５２】
貯湯槽７又は室内機８は、省略され得る。
【００５３】
第一バイパス通路３３及び第二バイパス通路３４は、省略され得る。この場合、第一熱媒体として、不凍液成分を含まない水が利用可能となり、第一熱媒体と第二熱媒体とは異なる種類の熱媒体となる。
【００５４】
その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。すなわち、本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や変形例の記載に基づいて限定的に解釈されてはならない。
【符号の説明】
【００５５】
１  ヒートポンプシステム
２  地中熱交換器
３  中央ヒートポンプ
３１  第一熱交換器
３２  第二熱交換器
４  空気熱交換器
５  太陽熱集熱器
６  負荷側ヒートポンプ
１１  第一熱媒体循環路
１２  第二熱媒体循環路
１３  第三熱媒体循環路
【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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