(57)【要約】      （修正有）【課題】エアが抜け難い地中熱ヒートポンプ装置で、地中熱循環ポンプの駆動でエアロック状態を確実に検出できる地中熱ヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】熱媒配管で環状に接続した地中熱循環回路１２と、該地中熱循環回路１２に熱媒を循環させる地中熱循環ポンプ１３と、前記地中熱循環ポンプ１３の駆動を制御する制御手段２２とを備えたもので、前記制御手段２２は、運転開始初期の地中熱循環ポンプ１３の最大回転数の時の初期指示電圧値Ｖ１を記憶し、通常運転中に同じ回転数で運転した時に通常指示電圧値Ｖ２を検出し、この通常指示電圧値Ｖ２と予め記憶されていた初期指示電圧値Ｖ１とを比較して、通常指示電圧値Ｖ２が一定の割合以上低下していた場合に、熱媒配管内にエアが溜まり地中熱循環回路１２の循環に異常が発生していると判断し、異常状態の報知或いは、運転停止のどちらか一方或いは両方を行うようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、負荷側熱交換器、減圧手段、および熱源側熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路と、前記熱源側熱交換器、および熱源として地中熱を採熱する地中に埋設された地中熱交換器とを熱媒配管で環状に接続した地中熱循環回路と、該地中熱循環回路に熱媒を循環させる地中熱循環ポンプと、前記地中熱循環ポンプの駆動を制御する制御手段とを備えたものに於いて、前記制御手段は、運転開始初期の地中熱循環ポンプの最大回転数の時の初期指示電圧値を記憶し、通常運転中に同じ回転数で運転した時に通常指示電圧値を検出し、この通常指示電圧値と予め記憶されていた初期指示電圧値とを比較して、通常指示電圧値が一定の割合以上低下していた場合に、熱媒配管内にエアが溜まり地中熱循環回路の循環に異常が発生していると判断し、異常状態の報知或いは、運転停止のどちらか一方或いは両方を行うようにした事を特徴とする地中熱ヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地中熱を利用して冷暖房を行う地中熱ヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地中熱を利用する温水循環式の地中熱ヒートポンプ装置が知られている。
この種の地中熱ヒートポンプ装置は、図９に示すように、圧縮機１０２、負荷側熱交換器１０３、減圧手段１０４、および熱源側熱交換器１０５を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路１０７と、熱源側熱交換器１０５、および地中に設置された熱源としての地中熱交換器１１０を熱媒配管で環状に接続した地中熱循環回路１１２と、地中熱循環回路１１２に熱媒を循環させる地中熱循環ポンプ１１３と、床暖房パネル等の負荷端末１１５、および負荷側熱交換器１０３を熱媒配管で環状に接続した負荷側循環回路１１８と、負荷側循環回路１１８に熱媒を循環させる負荷側循環ポンプ１１６とを備えている。
【０００３】
この地中熱ヒートポンプ装置は、熱源側熱交換器１０５を蒸発器、負荷側熱交換器１０３を凝縮器として機能させて、負荷端末１１５で被空調空間を加熱する暖房運転等の負荷運転を行う。そして、地中熱ヒートポンプ装置は、負荷運転中に、例えば熱源側熱交換器１０５側の冷媒の温度が所定の目標温度になるように地中熱循環ポンプ１１３の回転速度（単位時間当たりの回転数）を制御する（特許文献１参照）。これによれば、冷媒温度の変動により負荷出力の変動を素早く把握して地中熱循環回路１１２を循環する熱媒の流量を調整することで、最適な採熱を行わせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９４８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところでこの従来のものでは、採熱用の地中熱交換器が地中深く５０ｍ〜１００ｍと埋設されているため、この地中熱交換器部分にエアが溜まった場合、なかなかエアが抜けず、地中熱循環回路を熱媒が良好に循環されず、知らない間に暖房能力が低下してしまうと言う課題を有するものであった。
【０００６】
この発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、エアロックで熱媒の循環が悪い状態では、地中熱循環ポンプが空運転に近い状態で回転するので、制御手段からの指示電圧以上の回転数で運転することから、予め設定されいる指示電圧より低い指示電圧で回転させることで回転数を一致させるようにするものであり、この地中熱循環ポンプの同じ回転数でもエアロック時は、指示電圧値が低下することを利用して、エアロックを確実に検知し、報知したり運転を停止して安全を確保することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明はこの点に着目し上記課題を解決するために、特にその構成を、圧縮機、負荷側熱交換器、減圧手段、および熱源側熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路と、前記熱源側熱交換器、および熱源として地中熱を採熱する地中に埋設された地中熱交換器とを熱媒配管で環状に接続した地中熱循環回路と、該地中熱循環回路に熱媒を循環させる地中熱循環ポンプと、前記地中熱循環ポンプの駆動を制御する制御手段とを備えたものに於いて、前記制御手段は、運転開始初期の地中熱循環ポンプの最大回転数の時の初期指示電圧値を記憶し、通常運転中に同じ回転数で運転した時に通常指示電圧値を検出し、この通常指示電圧値と予め記憶されていた初期指示電圧値とを比較して、通常指示電圧値が一定の割合以上低下していた場合に、熱媒配管内にエアが溜まり地中熱循環回路の循環に異常が発生していると判断し、異常状態の報知或いは、運転停止のどちらか一方或いは両方を行うようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、地中熱循環回路、特に地中熱交換器のエアロック状態を、地中熱循環ポンプの回転数とこれに印加される指示電圧値の低下割合とから検出するので、確実に地中熱循環回路のエアロック状態を検出することが出来、しかも検出後は、エアロック状態であることを報知して使用者に知らせることが出来るものであり、知らない間に能力が低下してしまう心配がなく、或いは自動的に運転停止されるので、適宜修理業者を呼んでエアロックの解除を行い、継続して使用可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の一実施形態に係る地中熱ヒートポンプ装置の概略構成図。
【図２】暖房運転時に於ける要部フローチャート。
【図３】従来の地中熱ヒートポンプ装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るヒートポンプ装置１００の概略構成図である。本実施形態に係るヒートポンプ装置１００は、地中熱を利用する温水循環式の地中熱ヒートポンプ装置である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係るヒートポンプ装置１００は、ヒートポンプユニット１に内蔵されるヒートポンプ回路７と、熱源側循環回路としての地中熱循環回路１２と、負荷側循環回路としての加熱循環回路１８とを備えている。
【００１２】
ヒートポンプ回路７は、冷媒を圧縮する能力可変の圧縮機２と、圧縮機２から吐出された高温冷媒を流通させ、この高温冷媒と加熱循環回路１８を流れる熱媒との熱交換を行う凝縮器としての負荷側熱交換器３と、負荷側熱交換器３から流出する冷媒を減圧する減圧手段としての膨張弁４と、この膨張弁４からの減圧した低温冷媒を流通させこの低温冷媒と地中熱循環回路１２を流れる熱媒との熱交換を行う蒸発器としての熱源側熱交換器５と、これらを環状に接続する冷媒配管６とを備えて構成されている。
【００１３】
なお、ヒートポンプ回路７の冷媒としては、二酸化炭素冷媒やＨＦＣ冷媒等の任意の冷媒を用いることができるものである。また、図１において、符号８は、圧縮機２から吐出された冷媒の温度を検出する冷媒吐出温度センサであり、符号９は、膨張弁４から圧縮機２に至るまでの熱源側熱交換器５側の冷媒配管６、つまり低圧側の冷媒配管６に設けられ、低圧側の冷媒の温度を検出する冷媒温度センサである。
【００１４】
負荷側熱交換器３および熱源側熱交換器５は、例えばプレート式熱交換器で構成されており、プレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートが積層され、冷媒を流通させる冷媒流路と熱媒である流体を流通させる流体流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されているものである。
【００１５】
地中熱循環回路１２は、熱源側熱交換器５と、熱源側熱交換器５を流通する冷媒を加熱する熱源として地中に設置された地中熱交換器１０と、これらを環状に接続する熱媒配管としての地中熱配管１１とを備えて構成されている。また、地中熱配管１１には、地中熱循環回路１２に熱媒としてエチレングリコールやプロピレングリコール等を添加した不凍液を循環させる回転速度（単位時間当たりの回転数）可変の地中熱循環ポンプ１３が設けられている。なお、図１における符号１４は、不凍液を貯留し地中熱循環回路１２の圧力を調整する地中熱用シスターンである。
【００１６】
ここで、地中熱循環回路１２では、後記する負荷運転を行う際に、地中熱交換器１０によって地中から地中熱を採熱し、その熱を帯びた不凍液が地中熱循環ポンプ１３により熱源側熱交換器５に供給される。そして、熱源側熱交換器５にて、熱源側熱交換器５の冷媒流路を流通する冷媒と熱源側熱交換器５の流体流路を流通する不凍液とが対向して流れて熱交換が行われ、地中熱交換器１０にて採熱された地中熱がヒートポンプユニット１の冷媒側に汲み上げられて冷媒が加熱され、熱源側熱交換器５は蒸発器として機能するものとなる。
【００１７】
加熱循環回路１８は、負荷側熱交換器３と、被空調空間を加熱する床暖房パネルやパネルコンベクタ等の負荷端末としての放熱端末１５と、これらを環状に接続する熱媒配管としての加熱配管１７とを備えて構成されている。また、加熱配管１７には、加熱循環回路１８に熱媒として温水等の循環液を循環させる負荷側循環ポンプとしての加熱循環ポンプ１６が設けられており、放熱端末１５毎に分岐した加熱配管１７の各々には、その開閉により放熱端末１５への循環液の供給を制御する熱動弁１９がそれぞれ設けられている。
【００１８】
なお、図１において、符号２０は、循環液を貯留し加熱循環回路１８の圧力を調整する暖房用シスターンであり、符号２１は、加熱配管１７に設けられ放熱端末１５から負荷側熱交換器３に流入する循環液の温度を検出する戻り温水温度センサである。
【００１９】
放熱端末１５によって加熱される被空調空間には、リモコン２３が各々設置されており、このリモコン２３から被空調空間の加熱の指示がなされると、圧縮機２、地中熱循環ポンプ１３、および加熱循環ポンプ１６の駆動が開始され、熱源側熱交換器５を蒸発器として機能させるとともに、負荷側熱交換器３を凝縮器として機能させて負荷側を加熱する負荷運転としての暖房運転が行われる。この暖房運転の際、負荷側熱交換器３では、負荷側熱交換器３の冷媒流路を流通する冷媒と負荷側熱交換器３の流体流路を流通する循環液とが対向して流れて熱交換が行われて循環液が加熱され、加熱された循環液が熱動弁１９を介して放熱端末１５に送られ、リモコン２３により指示された被空調空間を加熱するものである。
【００２０】
ヒートポンプユニット１には制御手段２２が備えられており、制御手段２２は、冷媒吐出温度センサ８、冷媒温度センサ９、戻り温水温度センサ２１からの検出信号や、リモコン２３からの操作信号を受けて、圧縮機２、膨張弁４、地中熱循環ポンプ１３、加熱循環ポンプ１６の各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有している。
【００２１】
制御手段２２は、暖房運転中、戻り温水温度センサ２１の検出する循環液の温度が設定された目標暖房温度になるように圧縮機２の回転速度を制御し、例えば、戻り温水温度センサ２１の検出する循環液の温度が設定された目標暖房温度よりも低下すると、圧縮機２の回転速度を増加するよう制御するものである。
【００２２】
また、制御手段２２は、暖房運転時、リモコン２３で設定される設定温度に基づき圧縮機２から吐出される冷媒の目標吐出温度を設定し、暖房運転中、冷媒吐出温度センサ８の検出する圧縮機２から吐出された冷媒の温度が、設定された目標吐出温度になるように膨張弁４の開度を開閉制御し、例えば、冷媒吐出温度センサ８の検出する冷媒の吐出温度が、設定された目標吐出温度よりも低下すると、開度を閉じる方向に制御するものである。
【００２３】
また、制御手段２２は、運転開始初期に地中熱循環ポンプ１３を最大回転数で駆動させて、この時の初期指示電圧値Ｖ１を検出して記憶し、そして通常暖房運転中に地中熱循環ポンプ１３が最大回転数で回転すると、この地中熱循環ポンプ１３が最大回転数で回転している時の通常指示電圧値Ｖ２を検出し、予め記憶した初期指示電圧値Ｖ１と比較して、通常指示電圧値Ｖ２の方が一定の割合以上に低下しているか判断し、ここでは３割以上低下していると、地中熱交換器１０等がエアロック状態で抵抗力が弱く、少ない指示電圧でも地中熱循環ポンプ１３が最高回転数に達するので、エアロック状態と判断して、リモコン２３の表示部２４にエアロック状態であるという表示をして使用者に報知すると共に、この暖房運転を停止するようにしたものである。
【００２４】
次に図２のフローチャートを参照して、図１に示すヒートポンプ装置１００の暖房運転時における主に地中熱循環ポンプ１３の動作について説明する。
リモコン２３から放熱端末１５による被空調空間の加熱（暖房）の指示がなされると、制御手段２２は、圧縮機２、地中熱循環ポンプ１３、および加熱循環ポンプ１６の駆動を開始させ、負荷運転としての暖房運転が開始される。暖房運転が開始され、制御手段２２はステップ２５で運転開始初期に地中熱循環ポンプ１３を最大回転数で駆動させて、この時の初期指示電圧値Ｖ１を検出し、ステップ２６でこの初期指示電圧値Ｖ１を記憶する。
【００２５】
更にステップ２７に進み、制御手段２２は、暖房運転中に地中熱循環ポンプ１３が最大回転数で回転すると、この時の通常指示電圧値Ｖ２を検出して、そして検出するとステップ２８に進み、予め検出していた初期指示電圧値Ｖ１との差違が一定の割合である３割以上低下しているかを判断し、ＹＥＳではステップ２９に進み、エアロック状態であるとしてリモコン２３の表示部２４に、「エアロック」と文字表示して報知すると共に、運転を停止させて修理依頼を促すものであり、ＮＯではステップ２７に戻り暖房運転を継続するものである。
【００２６】
このように、地中熱循環回路１２、特に地中熱交換器１０のエアロック状態を、地中熱循環ポンプ１３の回転数とこれに印加される指示電圧値の低下割合とから検出するので、確実に地中熱循環回路１２のエアロック状態を検出することが出来、しかも検出後は、エアロック状態であることを報知して使用者に知らせることが出来るものであり、知らない間に能力が低下してしまう心配がなく、或いは自動的に運転停止されるので、適宜修理業者を呼んでエアロックの解除を行い、継続して使用可能となるものである。
【符号の説明】
【００２７】
２  圧縮機
３  負荷側熱交換器
４  膨張弁（減圧手段）
５  熱源側熱交換器
６  冷媒配管
７  ヒートポンプ回路
１０  地中熱交換器（熱源）
１１  地中熱配管（熱媒配管）
１２  地中熱循環回路
１３  地中熱循環ポンプ
２２  制御手段
Ｖ１  初期指示電圧値
Ｖ２  通常指示電圧値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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