(57)【要約】【課題】採熱効率をより向上させることができるヒートポンプサイクル装置を提供する。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機３０と、圧縮機３０で圧縮された冷媒の熱を放熱する水冷媒熱交換器４０と、水冷媒熱交換器４０で放熱された冷媒を減圧膨張させる膨張弁５０と、互いに並列に接続され、膨張弁５０で減圧膨張した冷媒を外部流体との熱交換によりそれぞれ加熱して圧縮機３０側に戻す地中熱熱交換器７０及び空気熱熱交換器８０と、膨張弁５０で減圧膨張した冷媒が地中熱熱交換器７０及び空気熱熱交換器８０のいずれに流入するかを切り替える切替弁１００と、地中熱熱交換器７０及び空気熱熱交換器８０毎に設けられ、外部流体の温度と正の相関にある相関温度をそれぞれ検出する温度センサ７５、８２と、相関温度同士を比較して、比較結果に基づき切替弁１００を制御する制御装置１０とを有するように構成する。【選択図】図１
2009276029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機（３０）と、
前記圧縮機（３０）で圧縮された冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（４０）と、
前記高圧側熱交換器（４０）で放熱された冷媒を減圧膨張させる減圧手段（５０）と、
互いに並列に接続され、前記減圧手段（５０）で減圧膨張した冷媒を外部流体との熱交換によりそれぞれ加熱して前記圧縮機（３０）側に戻す複数の低圧側熱交換器（７０、８０）と、
前記減圧手段（５０）で減圧膨張した冷媒が前記複数の低圧側熱交換器（７０、８０）のうちいずれに流入するかを切り替える切替手段（１００）と、
前記複数の低圧側熱交換器（７０、８０）毎に設けられ、外部流体の温度と正の相関にある相関温度をそれぞれ検出する複数の温度センサ（７５、８２）と、
前記相関温度同士を比較して、比較結果に基づき前記切替手段（１００）を制御する制御手段（１０）とを有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】
前記制御手段（１０）は、前記減圧手段（５０）で減圧膨張した冷媒が、前記相関温度の最も高い低圧側熱交換器（７０、８０）に流入するように前記切替手段（１００）を制御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】
前記低圧側熱交換器は、空気との熱交換により冷媒を加熱する空気熱熱交換器（８０）と、所定の液体との熱交換により冷媒を加熱する液体熱熱交換器（７０）とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項４】
前記液体熱熱交換器は、地中に埋設された配管内を流通して概ね地中温度に維持される液体との熱交換により冷媒を加熱する地中熱熱交換器（７０）であ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５】
前記空気熱熱交換器（８０）と前記液体熱熱交換器（７０）とは同一のケーシング（１１０）内に収納されており、
前記空気熱熱交換器（８０）は、内部の空気通路が略水平になるように縦置き配置され、
前記液体熱熱交換器（７０）は、前記ケーシング（１１０）内の底部に略水平配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項６】
前記空気熱熱交換器（８０）と前記液体熱熱交換器（７０）とは同一のケーシング（１１０）内に収納されており、
前記空気熱熱交換器（８０）は、内部の空気通路がほぼ水平になるように縦置き配置され、
前記液体熱熱交換器（７０）は、前記空気熱熱交換器（８０）の側端部近傍に、当該空気熱熱交換器（８０）に対してほぼ垂直に縦置き配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項７】
冷媒を圧縮する圧縮機（３０）と、
前記圧縮機（３０）で圧縮された冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（４０）と、
前記高圧側熱交換器（４０）で放熱された冷媒を減圧膨張させる減圧手段（５０）と、
互いに並列に接続され、前記減圧手段（５０）で減圧膨張した冷媒を外部流体との熱交換によりそれぞれ加熱して前記圧縮機（３０）側に戻す複数の低圧側熱交換器（７０、８０）と、
前記減圧手段（５０）で減圧膨張した冷媒が前記複数の低圧側熱交換器（７０、８０）のうちいずれに流入するかを切り替える切替手段（１００）と、
前記複数の低圧側熱交換器（７０、８０）毎に設けられ、外部流体の温度と正の相関にある相関温度をそれぞれ検出する複数の温度センサ（７５、８２）とを備えたヒートポンプサイクル装置を制御するヒートポンプサイクル装置用制御装置であって、
前記相関温度同士を比較して、比較結果に基づき前記切替手段（１００）を制御することを特徴とするヒートポンプサイクル装置用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の熱源を用いたヒートポンプサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来のヒートポンプサイクル装置が開示されている。このヒートポンプサイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒の熱を放熱する二次側熱交換部と、放熱された冷媒を減圧膨張させる膨張弁と、減圧膨張した冷媒を加熱する一次側熱交換部とを備えている。一次側熱交換部は、外気を熱源として冷媒を加熱する空気熱熱交換器と、地中熱を熱源として冷媒を加熱する地中熱熱交換器とが互いに並列に接続された構成を有している。膨張弁より下流側であって一次側熱交換部より上流側には、膨張弁で減圧膨張した冷媒が空気熱熱交換器又は地中熱熱交換器のいずれに流入するかを切り替える切替弁が設けられている。切替弁は、例えば外気温度が１０℃以下に低下したときには空気熱熱交換器側の流路を全閉状態として地中熱熱交換器側の流路を連通状態とし、外気温度が１０℃よりも高くなったときには空気熱熱交換器側の流路を連通状態として地中熱熱交換器側の流路を全閉状態とするように作動する。
【０００３】
一般にヒートポンプサイクル装置は、採熱温度が低い場合、性能を確保するために圧縮機の回転数を増加させるようになっている。このため採熱温度が低くなると、ヒートポンプサイクル装置の消費電力が増加するので成績係数（ＣＯＰ）は低下する。また地中温度は、外気温度と比較して変動が少なく、１０℃〜２０℃程度の範囲でほぼ一定の値に維持されている。上記の構成では、外気温度が１０℃前後に低下したときに地中から採熱できるため、ヒートポンプサイクル装置の採熱効率を向上させることができるようになっている。
【特許文献１】特開２００６−１２５７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、地中温度には地域や深度によって差異があり、また季節や時間帯、サイクルの稼動によって多少の変動がある。このため、上記のヒートポンプサイクル装置のように、空気熱熱交換器と地中熱熱交換器とを切り替える閾値温度が固定されていると、地中温度の地域等による差異や季節等による変動に対応できない。したがって、上記のヒートポンプサイクル装置では、採熱効率向上の程度が必ずしも大きくないという課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、採熱効率をより向上させることができるヒートポンプサイクル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機（３０）と、圧縮機（３０）で圧縮された冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（４０）と、高圧側熱交換器（４０）で放熱された冷媒を減圧膨張させる減圧手段（５０）と、互いに並列に接続され、減圧手段（５０）で減圧膨張した冷媒を外部流体との熱交換によりそれぞれ加熱して圧縮機（３０）側に戻す複数の低圧側熱交換器（７０、８０）と、減圧手段（５０）で減圧膨張した冷媒が複数の低圧側熱交換器（７０、８０）のうちいずれに流入するかを切り替える切替手段（１００）と、複数の低圧側熱交換器（７０、８０）毎に設けられ、外部流体の温度と正の相関にある相関温度をそれぞれ検出する複数の温度センサ（７５、８２）と、相関温度同士を比較して、比較結果に基づき切替手段（１００）を制御する制御手段（１０）とを有することを特徴とするヒートポンプサイクル装置である。
【０００８】
これにより、低圧側熱交換器（７０、８０）毎の相関温度同士の比較結果に基づいて切替手段（１００）が制御されるため、冷媒の流入する低圧側熱交換器（７０、８０）がより適切に切り替えられる。したがって、低圧側熱交換器（７０、８０）毎の外部流体の温度がそれぞれ変動したとしても、ヒートポンプサイクル装置の採熱効率をより向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、制御手段（１０）は、減圧手段（５０）で減圧膨張した冷媒が、相関温度の最も高い低圧側熱交換器（７０、８０）に流入するように切替手段（１００）を制御することを特徴としている。
【００１０】
これにより、相関温度の高低の単純な比較により切替手段（１００）を制御できるため、ヒートポンプサイクル装置の採熱効率を向上させるための制御手段（１０）での制御を簡略化できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明のように、低圧側熱交換器は、空気との熱交換により冷媒を加熱する空気熱熱交換器（８０）と、所定の液体との熱交換により冷媒を加熱する液体熱熱交換器（７０）とを含んでいてもよい。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、液体熱熱交換器は、地中に埋設された配管内を流通して概ね地中温度に維持される液体との熱交換により冷媒を加熱する地中熱熱交換器（７０）であることを特徴としている。
【００１３】
地中温度は変動が少なく比較的高い温度に保たれるため、液体熱熱交換器として地中熱熱交換器（７０）を用いることにより、ヒートポンプサイクル装置の採熱効率の低下を防止できる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、空気熱熱交換器（８０）と液体熱熱交換器（７０）とは同一のケーシング（１１０）内に収納されており、空気熱熱交換器（８０）は、内部の空気通路が略水平になるように縦置き配置され、液体熱熱交換器（７０）は、ケーシング（１１０）内の底部に略水平配置されていることを特徴としている。
【００１５】
これにより、空気熱熱交換器（８０）の空気通路が閉塞されるのを防止できるため、ヒートポンプサイクル装置の採熱効率の低下を防止できる。また、空気熱熱交換器（８０）と液体熱熱交換器（７０）とを同一のケーシング（１１０）内に収納することによって、ヒートポンプサイクル装置がより一体化されるためヒートポンプサイクル装置を小型化できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、空気熱熱交換器（８０）と液体熱熱交換器（７０）とは同一のケーシング（１１０）内に収納されており、空気熱熱交換器（８０）は、内部の空気通路がほぼ水平になるように縦置き配置され、液体熱熱交換器（７０）は、空気熱熱交換器（８０）の側端部近傍に、当該空気熱熱交換器（８０）に対してほぼ垂直に縦置き配置されていることを特徴としている。
【００１７】
これにより、空気熱熱交換器（８０）の空気通路が閉塞されるのを防止できるため、ヒートポンプサイクル装置の採熱効率の低下を防止できる。また、空気熱熱交換器（８０）と液体熱熱交換器（７０）とを同一のケーシング（１１０）内に収納することによって、ヒートポンプサイクル装置がより一体化されるためヒートポンプサイクル装置を小型化できる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機（３０）と、圧縮機（３０）で圧縮された冷媒の熱を放熱する高圧側熱交換器（４０）と、高圧側熱交換器（４０）で放熱された冷媒を減圧膨張させる減圧手段（５０）と、互いに並列に接続され、減圧手段（５０）で減圧膨張した冷媒を外部流体との熱交換によりそれぞれ加熱して圧縮機（３０）側に戻す複数の低圧側熱交換器（７０、８０）と、減圧手段（５０）で減圧膨張した冷媒が複数の低圧側熱交換器（７０、８０）のうちいずれに流入するかを切り替える切替手段（１００）と、複数の低圧側熱交換器（７０、８０）毎に設けられ、外部流体の温度と正の相関にある相関温度をそれぞれ検出する複数の温度センサ（７５、８２）とを備えたヒートポンプサイクル装置を制御するヒートポンプサイクル装置用制御装置であって、相関温度同士を比較して、比較結果に基づき前記切替手段（１００）を制御することを特徴とするヒートポンプサイクル装置用制御装置である。
【００１９】
これにより、低圧側熱交換器（７０、８０）毎の相関温度同士の比較結果に基づいて切替手段（１００）が制御されるため、冷媒の流入する低圧側熱交換器（７０、８０）がより適切に切り替えられる。したがって、低圧側熱交換器（７０、８０）毎の外部流体の温度がそれぞれ変動したとしても、ヒートポンプサイクル装置の採熱効率をより向上させることができる。
【００２０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の一例を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１乃至図６を用いて説明する。本実施形態のヒートポンプサイクル装置（以下「ヒートポンプ装置」という。）は、給湯装置に用いられ、水を加熱して給湯用の温水を生成するようになっている。図１は、本実施形態におけるヒートポンプ装置１の構成を示す模式図である。図１に示すように、ヒートポンプ装置１は、圧縮機３０、水冷媒熱交換器（高圧側熱交換器）４０、膨張弁（減圧手段）５０、低圧側熱交換部６０及びアキュムレータ９０が例えば銅製の冷媒配管を介して順次環状に接続されたヒートポンプサイクル２０を有している。ヒートポンプサイクル２０内を循環する冷媒としては、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）が用いられている。
【００２２】
圧縮機３０は、内蔵する同期モータによって圧縮機構が運転され、ヒートポンプサイクル２０内の冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出する電動式の流体機器である。圧縮機３０のモータ回転数は、後述する制御装置１０からの制御信号に基づいて、不図示のインバータ装置により可変に設定される。
【００２３】
水冷媒熱交換器４０は、圧縮機３０から吐出された高温高圧の冷媒を流通させる冷媒流路と、給湯装置の循環回路４１に接続されて水を流通させる水流路とを備え、冷媒との熱交換により水を加熱して給湯用の温水を生成する熱交換器である。
【００２４】
膨張弁５０は、水冷媒熱交換器４０から流出した冷媒を等エンタルピ的に減圧膨張させる例えば電動式の減圧手段である。膨張弁５０の開度は、制御装置１０からの制御信号に基づいて可変に設定される。膨張弁５０としては、冷媒の温度と圧力に応じて弁開度が調節される機械式膨張弁を用いてもよい。また減圧手段としては、膨張弁５０以外にもオリフィスやキャピラリ等を用いることもできる。
【００２５】
低圧側熱交換部６０は、互いに並列に接続された２つの低圧側熱交換器を有している。本実施形態では、後述するように、例えば地中熱を用いて冷媒を加熱する地中熱熱交換器７０と、空気熱を用いて冷媒を加熱する空気熱熱交換器８０とが低圧側熱交換器として設けられている。地中熱熱交換器７０及び空気熱熱交換器８０は、制御装置１０の制御に基づいて例えばいずれか一方のみが選択的に運転するようになっている。
【００２６】
アキュムレータ９０は、低圧側熱交換部６０から流出した冷媒を気液二相に分離し、液相冷媒を貯留して気相冷媒を圧縮機３０に吸入させる気液分離装置である。
【００２７】
ヒートポンプサイクル２０は膨張弁５０よりも下流側で第１流路２０ａと第２流路２０ｂとに分岐し、両流路２０ａ、２０ｂはアキュムレータ９０よりも上流側で互いに合流している。第１流路２０ａには地中熱熱交換器７０が設けられており、第２流路２０ｂには空気熱熱交換器７０が設けられている。
【００２８】
第１流路２０ａと第２流路２０ｂとの分岐点には、電動式の切替弁（切替手段）１００が設けられている。切替弁１００は、膨張弁５０側からの冷媒を流入させる流入口と、第１流路２０ａに接続された流出口と、第２流路２０ｂに接続された流出口とを有する三方弁である。切替弁１００は、膨張弁５０で減圧膨張した冷媒が地中熱熱交換器７０及び空気熱熱交換器８０のいずれに流入するかを制御装置１０からの制御信号に基づいて切り替えられるようになっている。
【００２９】
地中熱熱交換器７０は、ほぼ地中温度に維持されている不凍液（又は水）との熱交換によって、膨張弁５０で減圧膨張した冷媒を加熱するようになっている。地中熱熱交換器７０は、熱伝導率の比較的高い銅やアルミニウム等の金属を用いて形成されており、浅底容器状の２枚のプレートが貼り合わされた薄型形状の箱体７１と、箱体７１の周囲に巻き付けられて当該箱体７１に熱的に接続された冷媒配管７２とを有している。冷媒配管７２はヒートポンプサイクル２０の第１流路２０ａの一部を構成し、内部を冷媒が流通するようになっている。
【００３０】
箱体７１の一端辺には不凍液を流入させる流入口７１ａが形成され、他端辺には不凍液を流出させる流出口７１ｂが形成されている。箱体７１の内部には、流入口７１ａと流出口７１ｂとを接続するコルゲート状の通水路（図示せず）が形成されている。また箱体７１の流出口７１ｂは、略Ｕ字状に形成されて地中（又は地下水内）に埋設された樹脂製の採熱パイプ７３の入口側に接続されている。採熱パイプ７３の出口側は、循環ポンプ７４を経由して箱体７１の流入口７１ａに接続されている。箱体７１の通水路、採熱パイプ７３及び循環ポンプ７４は配管を介して順次環状に接続され、不凍液を循環させるようになっている。
【００３１】
採熱パイプ７３の地中における外壁面には、温度センサ７５が設けられている。温度センサ７５は、不凍液の温度と正の相関にある相関温度として地中温度Ｔｇを検出し、制御装置１０に検出信号を出力するようになっている。
【００３２】
空気熱熱交換器８０は、銅やアルミニウム等の金属を用いて形成された例えばプレートフィン型の熱交換器である。空気熱熱交換器８０は、送風ファン８１により送風される外気との熱交換によって、膨張弁５０で減圧膨張した低圧冷媒を加熱するようになっている。空気熱熱交換器８０の空気流れ上流側には、外気温度Ｔｏを相関温度として検出し、制御装置１０に検出信号を出力する温度センサ８２が設けられている。
【００３３】
制御装置（制御手段）１０は、各種の制御や演算を行う中央処理装置（ＣＰＵ）と、各種の制御プログラムや設定値等が格納された読出し専用の記憶装置（ＲＯＭ）と、任意の記憶領域においてデータの書込み及び読出しが可能な記憶装置（ＲＡＭ）と、外部との信号の入出力を行う入出力ポートとを有している。制御装置１０は、温度センサ７５、８２を含む種々のセンサからの検出信号に基づいて、圧縮機３０、膨張弁５０、切替弁１００、循環ポンプ７４及び送風ファン８１等の作動制御を行うようになっている。
【００３４】
図２は、ヒートポンプ装置１（室外機）の概略の配置構成を示す模式図である。図２（ａ）はヒートポンプ装置１の正面図であり、図２（ｂ）はヒートポンプ装置１の空気室１１１の側面図であり、図２（ｃ）はヒートポンプ装置１の空気室１１１の上面図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、内部の配置構成を示すために透視図としている。
【００３５】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ヒートポンプ装置１の構成部品は、略直方体状のケーシング１１０内に収納されている。ケーシング１１０内は、仕切り壁１１３によって、空気室１１１と、空気室１１１の右方に配置される機械室１１２とに例えば水密に区画されている。地中熱熱交換器７０、空気熱熱交換器８０及び送風ファン８１は空気室１１１内に配置され、圧縮機３０、膨張弁５０、水冷媒熱交換器４０、切替弁１００、アキュムレータ９０及び循環ポンプ７４は機械室１１２内に配置されている。なお図２（ａ）〜（ｃ）では、これらの構成部品のうち一部のみを示している。
【００３６】
空気室１１１内の空気熱熱交換器８０は、外気が流通する空気通路がほぼ水平になるように縦置き配置されている。また空気熱熱交換器８０は、上方から見て略Ｌ字状となる外形状を有している。Ｌ字状の空気熱熱交換器８０の２辺は、それぞれ空気室１１１の後方の壁面１１１ｂ及び左方の壁面１１１ｃに沿って配置されている。壁面１１１ｂ、１１１ｃには、空気熱熱交換器８０に外気を流入させるための不図示の吸込口が形成されている。また空気室１１１の前方の壁面１１１ａには、空気熱熱交換器８０を通過した空気をケーシング１１０外に吹き出すための不図示の吹出口が形成されている。
【００３７】
空気室１１１内において空気熱熱交換器８０の２辺に囲まれた空間には、空気室１１１下方の底面１１１ｄに沿って、地中熱熱交換器７０が略水平配置されている。地中熱熱交換器７０は、空気熱熱交換器８０に対して、接触しない程度に近接して配置されている。地中熱熱交換器７０は全体として薄型形状であるため、空気熱熱交換器８０の空気通路の大部分は閉塞されないようになっている。空気室１１１の底面１１１ｄには、地中熱熱交換器７０表面や空気熱熱交換器８０表面に発生した凝縮水や結露水をケーシング１１０の外部に排出するための不図示の排水口が形成されている。地中熱熱交換器７０の上方の空間には、吸込式の送風ファン８１（図２（ａ）〜（ｃ）では図示せず）が配置されている。
【００３８】
次に、本実施形態におけるヒートポンプ装置１の制御方法について説明する。図３は、ヒートポンプ装置１の制御方法の一例を示すフローチャートである。図３に示すように、ヒートポンプサイクル２０の運転が開始されると、まず制御装置１０は、温度センサ７５から地中温度Ｔｇの情報を取得し、温度センサ８２から外気温度Ｔｏの情報を取得する（ステップＳ１）。
【００３９】
次に、制御装置１０は、地中温度Ｔｇと外気温度Ｔｏとを比較する（ステップＳ２）。外気温度Ｔｏが地中温度Ｔｇ以上（Ｔｏ≧Ｔｇ）であれば、ステップＳ３に進み、切替弁１００の空気熱熱交換器８０側の流出口を開とし、地中熱熱交換器７０側の流出口を閉とする。これにより、空気熱熱交換器８０の運転が開始される。すなわち、膨張弁５０で減圧膨張した冷媒は空気熱熱交換器８０に流入し、外気と熱交換を行うことによって空気熱により加熱される。
【００４０】
一方、外気温度Ｔｏが地中温度Ｔｇ未満（Ｔｏ＜Ｔｇ）であれば、ステップＳ４に進み、切替弁１００の地中熱熱交換器７０側の流出口を開とし、空気熱熱交換器８０側の流出口を閉とするとともに、循環ポンプ７４の運転を開始する。これにより、地中熱熱交換器７０の運転が開始される。すなわち、膨張弁５０で減圧膨張した冷媒は地中熱熱交換器７０に流入し、不凍液と熱交換を行うことによって地中熱により加熱される。
【００４１】
制御装置１０は、これらのステップＳ１〜Ｓ４をヒートポンプサイクル２０の運転が終了するまで所定時間毎に繰り返す（ステップＳ５）。
【００４２】
例えば、空気熱熱交換器８０が運転している状態で外気温度Ｔｏが低下して地中温度Ｔｇ未満になった場合、空気熱熱交換器８０の運転を停止して地中熱熱交換器７０の運転を開始する。また、地中熱熱交換器７０が運転している状態で外気温度Ｔｏが上昇して地中温度Ｔｇ未満になった場合、地中熱熱交換器７０の運転を停止して空気熱熱交換器８０の運転を開始する。
【００４３】
ここで、切替弁１００が頻繁に作動してしまうハンチング現象を防止するために、切替弁１００の切替え特性に所定温度幅ΔＴのヒステリシスを持たせてもよい。例えば、空気熱熱交換器８０が運転している状態では、外気温度Ｔｏが地中温度Ｔｇ未満になったとき（Ｔｏ＜Ｔｇ）に、地中熱熱交換器７０に運転を切り替える。一方、地中熱熱交換器７０が運転している状態では、外気温度Ｔｏが温度（Ｔｇ＋ΔＴ）以上になったとき（Ｔｏ≧Ｔｇ＋ΔＴ）に、空気熱熱交換器８０に運転を切り替えるようにする。
【００４４】
本実施形態のヒートポンプ装置１では、地中熱熱交換器７０及び空気熱熱交換器８０のそれぞれにおける外部流体の相関温度（地中温度Ｔｇ及び外気温度Ｔｏ）同士を比較し、地中熱熱交換器７０及び空気熱熱交換器８０のうち相関温度の高い方に冷媒を流入させるようになっている。したがって、低圧側熱交換部６０での採熱量をより増加させることができるため、ヒートポンプ装置１の採熱効率を向上させることができる。
【００４５】
図４は、本実施形態におけるヒートポンプ装置１の効果を説明するグラフである。グラフの横軸は外気温度を表し、縦軸は圧縮機３０の回転数を表している。図４に示すように、本実施形態では、地中温度Ｔｇがほぼ一定と仮定すると、外気温度Ｔｏが温度Ｔ１（Ｔ１＝Ｔｇ）以上である場合に空気熱熱交換器８０を運転し、外気温度Ｔｏが温度Ｔ１未満である場合に地中熱熱交換器７０を運転することになる。
【００４６】
空気熱熱交換器８０が運転されている状態（Ｔｏ≧Ｔ１）では、圧縮機３０の回転数は性能確保のために外気温度Ｔｏが低くなるほど増加し、外気温度Ｔｏが温度Ｔ１になると圧縮機３０の回転数はＲ１になる。外気温度Ｔｏが温度Ｔ１未満に低下すると、地中熱熱交換器７０に運転が切り替えられて一定の採熱温度が確保されるため、外気温度Ｔｏが温度Ｔ１からさらに低下しても圧縮機３０の回転数はほぼＲ１のまま維持される。したがって、本実施形態によれば、外気温度Ｔｏが低下したときの圧縮機３０の回転数を低く抑えることができるため、ヒートポンプ装置１の消費電力を低減でき、ＣＯＰを向上させることができる。
【００４７】
ここで、実際の地中温度Ｔｇには地域や深度によって差異があり、季節や時間帯、サイクルの稼動によっても多少の変動がある。このため、従来のように地中熱熱交換器と空気熱熱交換器とを切り替える外気温度Ｔｏの閾値が固定されていると、地中温度Ｔｇの差異や変動等に対応できず、ヒートポンプ装置の採熱効率向上の程度が必ずしも大きくならないという課題があった。
【００４８】
これに対し本実施形態では、外気温度Ｔｏの閾値が固定されているのではなく、外気温度Ｔｏと地中温度Ｔｇとの比較結果に基づいて地中熱熱交換器７０と空気熱熱交換器８０とが切り替えられるようになっている。したがって、地中温度Ｔｇの差異や変動等に確実に対応でき、ヒートポンプ装置１の採熱効率をより向上させることができる。
【００４９】
また本実施形態では、地中熱熱交換器７０と空気熱熱交換器８０とが切り替えられるのは、地中温度Ｔｇと外気温度Ｔｏとがほぼ等しいときに限られるため、低圧側熱交換部６０での採熱温度が急激に変化してしまうことがない。したがって、圧縮機３０の回転数が急激に変動することを防止できるため、圧縮機３０の耐久性を向上させることができる。
【００５０】
さらに本実施形態では、地中温度Ｔｇと外気温度Ｔｏとの間の高低を単純に比較することにより切替弁１００を制御できるため、制御装置１０での制御を簡略化できる。
【００５１】
また本実施形態では、地中熱熱交換器７０と空気熱熱交換器８０とが同一のケーシング１１０内に設置されている。したがって、ヒートポンプ装置１がより一体化されるためヒートポンプ装置１を小型化できる。
【００５２】
さらに本実施形態では、空気熱熱交換器８０がケーシング１１０内に縦置き配置され、地中熱熱交換器７０がケーシング１１０内の底部に略水平配置されている。したがって、空気熱熱交換器８０の空気通路が閉塞されるのを防止できるため、ヒートポンプ装置１の採熱効率の低下を防止できる。
【００５３】
図５は、ヒートポンプ装置の配置構成の第１変形例を示す模式図である。図５（ａ）はヒートポンプ装置２の正面図であり、図５（ｂ）はヒートポンプ装置２の空気室１１１の側面図であり、図５（ｃ）はヒートポンプ装置２の空気室１１１の上面図である。
【００５４】
図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、地中熱熱交換器７０は、ケーシング１１０の空気室１１１底部に略水平配置されている。空気熱熱交換器８０は、不図示の断熱材を介して地中熱熱交換器７０の上面７０ａ上に縦置き配置されている。本変形例の配置構成によれば、略水平配置された地中熱熱交換器７０の高さが比較的高くても、空気熱熱交換器８０の空気通路が閉塞されるのを防止できるため、ヒートポンプ装置２の採熱効率の低下を防止できる。
【００５５】
図６は、ヒートポンプ装置の配置構成の第２変形例を示す模式図である。図６（ａ）はヒートポンプ装置３の正面図であり、図６（ｂ）はヒートポンプ装置３の空気室１１１の上面図である。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、地中熱熱交換器７０は、縦置き配置された空気熱熱交換器８０の一方の側端部８０ａ近傍に、空気熱熱交換器８０（側端部８０ａ）に対してほぼ垂直に縦置き配置されている。本変形例の配置構成によっても、空気熱熱交換器８０の空気通路が閉塞されるのを防止できるため、ヒートポンプ装置３の採熱効率の低下を防止できる。
【００５６】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、２つの低圧側熱交換器として地中熱熱交換器７０と空気熱熱交換器８０とを組み合わせた例を挙げたが、他の組合せを用いてもよい。例えば、地中熱を熱源とする地中熱熱交換器７０に代えて、河川の水や太陽熱等を熱源とする液体熱熱交換器を用いることもできる。また、室外に配置されて外気との熱交換により冷媒を加熱する空気熱熱交換器と、室内に配置されて室内空気との熱交換により冷媒を加熱する空気熱熱交換器との組合せのように、異なる環境下に置かれた同種の熱源を用いることもできる。
【００５７】
また上記実施形態では、２つの低圧側熱交換器として、液体との熱交換により冷媒を加熱する液体熱熱交換器と、空気との熱交換により冷媒を加熱する空気熱熱交換器とを組み合わせた例を挙げたが、液体熱熱交換機同士の組合せや空気熱熱交換器同士の組合せを用いることもできる。液体熱熱交換器同士の組合せの場合、略水平に配置された両熱交換器を断熱材を介して上下２段に重ねることにより、ケーシングを小型化することができる。また、空気熱熱交換器同士の組合せの場合、縦置き配置した両熱交換器を断熱材を介して上下２段に重ねるようにしてもよい。
【００５８】
さらに上記実施形態では、地中熱熱交換器７０及び空気熱熱交換器８０をいずれも空気室１１１内に配置した例を挙げたが、地中熱熱交換器７０は機械室１１２に配置するようにしてもよい。
【００５９】
また上記実施形態では、２つの低圧側熱交換器のうちいずれに冷媒が流入するかを選択的に切り替える切替弁１００を切替手段の例に挙げたが、２つの低圧側熱交換器にそれぞれ流入する冷媒の流量比を調節可能な流調弁を切替手段とすることや、流調弁５０を個々の低圧側熱交換器７０、８０に設け、切替弁１００の代わりとしてもよい。
【００６０】
さらに上記実施形態では、地中熱熱交換器７０における不凍液の相関温度として地中温度Ｔｇを検出しているが、地中部分における不凍液自体の温度や採熱パイプ７３の表面温度を相関温度として検出してもよい。また、地中熱熱交換器７０の流入口７１ａ近傍での不凍液の入口温度を相関温度として検出してもよい。ただしこの場合、循環ポンプ７４が長時間停止している状態では適切な温度検出が困難になるため、地中熱熱交換器７０の運転が行われていないときでも循環ポンプ７４を定期的に所定時間運転させるのが望ましい。
【００６１】
また上記実施形態では、２つの低圧側熱交換器が並列に設けられた例を挙げたが、３つ以上の低圧側熱交換器を並列に設けてもよい。
【００６２】
さらに上記実施形態では、ヒートポンプサイクル２０を循環する冷媒としてＣＯ２を用いた例を挙げたが、Ｒ４１０等の混合冷媒やその他の冷媒を用いてもよい。
【００６３】
また上記実施形態では、ヒートポンプ装置１を給湯装置に適用した例を挙げたが、ヒートポンプ式の空調装置等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１実施形態におけるヒートポンプサイクル装置の構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態におけるヒートポンプサイクル装置（室外機）の概略の配置構成を示す模式図である。
【図３】第１実施形態におけるヒートポンプサイクル装置の制御方法の一例を示す図である。
【図４】第１実施形態におけるヒートポンプサイクル装置の効果を説明するグラフである。
【図５】第１実施形態におけるヒートポンプサイクル装置の配置構成の第１変形例を示す模式図である。
【図６】第１実施形態におけるヒートポンプサイクル装置の配置構成の第２変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１、２、３  ヒートポンプ装置（ヒートポンプサイクル装置）
１０  制御装置（制御手段）
２０  ヒートポンプサイクル
３０  圧縮機
４０  高圧側熱交換器
５０  膨張弁（減圧手段）
６０  低圧側熱交換部
７０  地中熱熱交換器（低圧側熱交換器）
７５、８２  温度センサ
８０  空気熱熱交換器（低圧側熱交換器）
１００  切替弁（切替手段）
１１０  ケーシング
【図１】
2009276029.tif 000003
【図２】
2009276029.tif 000004
【図３】
2009276029.tif 000005
【図４】
2009276029.tif 000006
【図５】
2009276029.tif 000007
【図６】
2009276029.tif 000008