特開 2015-1348 地中熱ヒートポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-1348(P2015-1348A)

(43)【公開日】2015年1月5日

(54)【発明の名称】地中熱ヒートポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   F24F 3/00 20060101AFI20141202BHJP

   F24J 3/08 20060101ALI20141202BHJP

   F25B 27/00 20060101ALI20141202BHJP

   F24F 11/02 20060101ALI20141202BHJP

【ＦＩ】

   F24F3/00 B

   F24J3/08

   F25B27/00 P

   F24F11/02 103D

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2013-126903(P2013-126903)

(22)【出願日】2013年6月17日

(71)【出願人】

【識別番号】390025759

【氏名又は名称】株式会社ワイビーエム

(74)【代理人】

【識別番号】100093687

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 元成

(74)【代理人】

【識別番号】100106770

【弁理士】

【氏名又は名称】円城寺 貞夫

(74)【代理人】

【識別番号】100139789

【弁理士】

【氏名又は名称】町田 光信

(72)【発明者】

【氏名】財部 繁久

(72)【発明者】

【氏名】大久保 博晃

【テーマコード（参考）】

3L053

3L260

【Ｆターム（参考）】

3L053BA01

3L260BA36

3L260CB67

3L260FA01

3L260JA12

(57)【要約】      （修正有）

【課題】循環液が冷点下でも凍結しないように制御する地中熱利用システムを提供する。
【解決手段】本発明の地中熱利用システム１は、循環液がその凍結温度に達した又は近づいたとき、凍結防止運転を開始する。凍結防止運転では、熱源側循環ポンプ７を稼働させて、熱源側循環液を循環させる。これにより、循環液は地中の地中熱と熱交換されて高温になり、熱源側循環液又は負荷側循環液凍結が防止される。また、負荷側循環液が凍結温度に近づくと、凍結防止運転では、熱源側循環ポンプ７、ヒートポンプ装置４、負荷側循環ポンプ１２を稼働させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒートポンプと、
地中熱と熱交換するために地中に設置された地中熱交換器と前記ヒートポンプの熱源側熱交換器の流路を熱源側配管で環状に接続したもので、熱源側循環液が熱源側循環手段によって循環する熱源側循環回路と、
負荷装置と前記ヒートポンプの負荷側熱交換器の流路を負荷側配管で環状に接続したもので、負荷側循環液が負荷側循環手段によって循環する負荷側循環回路からなり、
前記ヒートポンプは、前記熱源側循環回路と前記負荷側循環回路の間に熱交換をする
地中熱利用システムであって、
前記熱源側配管の途中に前記熱源側循環液の温度を計測するための手段である熱源側温度測定手段と、
前記熱源側配管の途中に前記熱源側循環液を循環させるための手段である熱源側循環ポンプと、
前記地中熱利用システムの全体の制御を行うための制御盤と
を備え、
前記制御盤の制御は、
前記熱源側温度測定手段で測定された前記熱源側循環液の温度（Ｔ１_ＯＵＴ、Ｔ１_ＩＮ）が、前記熱源側循環液が凍結する恐れがある凍結温度に近づいたことを示す凍結設定温度以下になったとき、前記熱源側循環液の温度を上昇させて凍結を防止するための凍結防止運転を行い、
前記凍結防止運転は、前記熱源側循環ポンプを稼働させて前記熱源側循環液を循環させて前記地中熱と熱交換させて前記熱源側循環液の温度（Ｔ１_ＯＵＴ、Ｔ１_ＩＮ）を上昇させる運転であり、
前記凍結防止運転は、前記熱源側循環液の温度（Ｔ１_ＯＵＴ、Ｔ１_ＩＮ）が凍結防止設定温度（Ｔ_ｈ）以上になるまでに、継続させる
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項2】

ヒートポンプと、
地中熱と熱交換するために地中に設置された地中熱交換器と前記ヒートポンプの熱源側熱交換器の流路を熱源側配管で環状に接続したもので、熱源側循環液が熱源側循環手段によって循環する熱源側循環回路と、
負荷装置と前記ヒートポンプの負荷側熱交換器の流路を負荷側配管で環状に接続したもので、負荷側循環液が負荷側循環手段によって循環する負荷側循環回路からなり、
前記ヒートポンプは、前記熱源側循環回路と前記負荷側循環回路の間に熱交換をする
地中熱利用システムであって、
前記負荷側配管の途中に前記負荷側循環液の温度を計測するための手段である負荷側温度測定手段と、
前記負荷側配管の途中に前記負荷側循環液を循環させるための手段である負荷側循環ポンプと、
前記地中熱利用システムの全体の制御を行うための制御盤と
を備え、
前記制御盤の制御は、
前記負荷側温度測定手段で測定された前記負荷側循環液の温度（Ｔ２_ＯＵＴ、Ｔ２_ＩＮ）が、前記負荷側循環液が凍結する恐れがある凍結温度に近づいたことを示す凍結設定温度以下になったとき、前記負荷側循環液の温度を上昇させて凍結を防止するための凍結防止運転を行い、
前記凍結防止運転は、前記熱源側循環ポンプ、前記ヒートポンプ装置、及び前記熱源側循環ポンプを稼働させて前記負荷側循環液を循環させて前記地中熱と熱交換させて前記負荷側循環液の温度（Ｔ２_ＯＵＴ、Ｔ２_ＩＮ）を上昇させる運転であり、
前記凍結防止運転は、前記負荷側循環液の温度（Ｔ２_ＯＵＴ、Ｔ２_ＩＮ）が凍結防止設定温度以上になるまでに、継続させる
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項3】

請求項１に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記熱源側配管の地上部分の付近の温度を測定するための外気温測定手段を備え、
前記凍結防止運転は、前記外気温測定手段で測定した外気温が前記熱源側凍結設定温度以下になったとき、行う
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項4】

請求項２に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記負荷側配管の地上部分の付近の温度を測定するための外気温測定手段を備え、
前記凍結防止運転は、前記外気温測定手段で測定した外気温が前記凍結設定温度以下になったとき、行う
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記制御盤は、天気予報を配信するネットワーク又は天気予報配信装置に接続するための機能を有し、
前記制御盤は、前記地中熱利用システムが設置された設置場所の前記天気予報を前記ネットワーク又は前記天気予報配信装置から取得する機能を有し、
前記制御盤は、前記天気予報が示す前記設置場所の温度が前記凍結設定温度に付近及び、前記前記天気予報が示す前記設置場所の風力が所定値以上の場合、前記凍結設定温度を所定値で下げる機能を有する
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項6】

請求項１乃至５の中から選択される１項に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記凍結防止運転は、その開始から所定の凍結防止運転時間（ｔ_ｐ）が経過するまでに継続させて停止する
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項7】

請求項１乃至６の中から選択される１項に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記凍結防止設定温度は、前記地中熱の温度と前記凍結温度の中間値である
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項8】

請求項１乃至６の中から選択される１項に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記凍結防止運転は、前記地中熱利用システムが停止してから所定時間経過後行う
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項9】

請求項１乃至６の中から選択される１項に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記凍結防止運転中に前記負荷装置を稼働させる場合、前記凍結防止運転を停止させて、前記負荷装置を稼働させ、前記地中熱利用システムを通常稼働させる
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項10】

請求項６に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記凍結防止運転時間（ｔ_ｐ）は３分以上１５分以下である
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項11】

請求項１乃至６の中から選択される１項に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記凍結防止設定温度（Ｔ_ｈ）は、１０℃以上前記地中熱の温度未満である
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項12】

請求項５に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記制御盤は、管理者が操作する又は前記管理者に情報提供する管理電子計算機に前記ネットワークを経由して接続され、
前記制御盤は、前記管理電子計算機からの指示に従って、前記凍結設定温度を所定値で下げて設定する機能を有する
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項13】

ヒートポンプと、
地中熱と熱交換するために地中に設置された地中熱交換器と前記ヒートポンプの熱源側熱交換器の流路を熱源側配管で環状に接続したもので、熱源側循環液が熱源側循環手段によって循環する熱源側循環回路と、
負荷装置と前記ヒートポンプの負荷側熱交換器の流路を負荷側配管で環状に接続したもので、負荷側循環液が負荷側循環手段によって循環する負荷側循環回路からなり、
前記ヒートポンプは、前記熱源側循環回路と前記負荷側循環回路の間に熱交換をする
地中熱利用システムであって、
１つの前記熱源側循環回路と、１つの前記負荷側循環回路と、１つの前記ヒートポンプとからの１組の前記地中熱利用システムを２組以上に備え、
前記地中熱利用システムそれぞれは、
前記熱源側配管の途中に前記熱源側循環液の温度を計測するための手段である熱源側温度測定手段と、
前記熱源側配管の途中に前記熱源側循環液を循環させるための手段である熱源側循環ポンプと、
前記負荷側配管の途中に前記負荷側循環液の温度を計測するための手段である負荷側温度測定手段と、
前記負荷側配管の途中に前記負荷側循環液を循環させるための手段である負荷側循環ポンプと、
前記地中熱利用システムの全体の制御を統合して行うための制御盤と
を備え、
前記熱源側温度測定手段で測定された前記熱源側循環液の温度（Ｔ１_ＯＵＴ、Ｔ１_ＩＮ）、又は、前記負荷側温度測定手段で測定された前記負荷側循環液の温度（Ｔ２_ＯＵＴ、Ｔ２_ＩＮ）が、前記熱源側循環液又は前記負荷側循環液が凍結する恐れがある凍結温度に近づいたことを示す凍結設定温度以下になったとき、前記熱源側循環液又は前記負荷側循環液の温度を上昇させて凍結を防止するための凍結防止運転を行い、
前記凍結防止運転は、前記熱源側循環液が前記凍結設定温度以下のとき、該熱源側温度測定手段が属する前記地中熱利用システムのみの前記熱源側循環ポンプを稼働させて前記熱源側循環液を循環させて前記地中熱と熱交換させて前記熱源側循環液の温度（Ｔ１_ＯＵＴ、Ｔ１_ＩＮ）を上昇させる運転であり、
前記凍結防止運転は、前記負荷側循環液が前記凍結設定温度以下のとき、該負荷側温度測定手段が属する前記地中熱利用システムのみの前記熱源側循環ポンプ、前記ヒートポンプ装置、及び前記熱源側循環ポンプを稼働させて前記熱源側循環液を循環させて前記地中熱と熱交換させて前記負荷側循環液の温度（Ｔ２_ＯＵＴ、Ｔ２_ＩＮ）を上昇させる運転であり、
前記凍結防止運転は、前記熱源側循環液の温度（Ｔ１_ＯＵＴ、Ｔ１_ＩＮ）又は前記負荷側循環液の温度（Ｔ２_ＯＵＴ、Ｔ２_ＩＮ）が凍結防止設定温度（Ｔ_ｈ）以上になるまでに、継続させる
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項14】

請求項１３に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記制御盤は、天気予報を配信するネットワーク又は天気予報配信装置に接続するための機能を有し、
前記制御盤は、前記地中熱利用システムが設置された設置場所の前記天気予報を前記ネットワーク又は前記天気予報配信装置から取得する機能を有し、
前記制御盤は、前記天気予報が示す前記設置場所の温度が前記凍結設定温度に付近及び、前記前記天気予報が示す前記設置場所の風力が所定値以上の場合、前記凍結設定温度を所定値で下げる機能を有する
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項15】

請求項１２又は１３に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記地中熱利用システムそれぞれは、前記熱源側配管又は前記負荷側配管の地上部分の付近の温度を測定するための外気温測定手段を備え、
前記凍結防止運転は、前記外気温測定手段で測定した外気温が前記熱源側凍結設定温度以下になったとき、行う
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項16】

請求項１３乃至１５の中から選択される１項に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記凍結防止運転は、その開始から所定の凍結防止運転時間（ｔ_ｐ）が経過するまでに継続させて停止する
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項17】

請求項１３乃至１５の中から選択される１項に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記凍結防止設定温度は、前記地中熱の温度と前記凍結温度の中間値である
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項18】

請求項１３乃至１５の中から選択される１項に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記凍結防止運転は、前記地中熱利用システムが停止してから所定時間経過後行う
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項19】

請求項１３乃至１５の中から選択される１項に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記凍結防止運転中に、前記凍結防止運転をしている前記地中熱利用システムの前記負荷装置を稼働させる場合、前記凍結防止運転を停止させて、前記負荷装置を稼働させ、従って、前記地中熱利用システムを通常稼働させる
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【請求項20】

請求項１４に記載の地中熱利用システムにおいて、
前記制御盤は、管理者が操作する又は前記管理者に情報提供する管理電子計算機に前記ネットワークを経由して接続され、
前記制御盤は、前記管理電子計算機からの指示に従って、前記凍結設定温度を所定値で下げて設定する機能を有する
ことを特徴とする地中熱利用システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、地中熱システムの制御に関する。詳しくは、地中熱システムの中で循環する水分の循環制御を有する地中熱ヒートポンプ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

地中熱を利用して建造物の暖房を賄うための地中熱利用システムは、普及しつつある。例えば、特許文献１に開示されている構造は、地熱を利用して建物を冷暖房している。また、特許文献２に開示された給湯システムは、地熱コレクターと太陽光コレクターを利用して水を加熱し、その加熱された温水を、熱交換などを行うことなく、直接貯湯タンクに貯湯して利用する給湯システムである。

【0003】

特許文献３に開示されたヒートポンプ式暖房給湯装置は、室内を暖房するシステムであり、その室外に設置された熱交換器は地中埋設型の地熱交換器である。詳しくは、地中５０〜１００ｍ程度に埋設された複数の井戸ケーシングには、熱交換用配管が浸漬されている。冷媒は、暖房用膨張弁によって減圧膨張されて、熱交換用配管に導かれ、井戸ケーシング内の井戸水と熱交換されて、所定温度に加熱された後、圧縮機に戻される。

【0004】

このように、地中熱利用システムは、大まかに、熱源側循環回路と負荷側循環回路から構成される。熱源側循環回路は、その循環路を水等の循環液が流れ、地中の熱と熱交換する。そして、熱源側循環回路と負荷側循環回路の接点のヒートポンプ装置で、循環液の熱が、負荷側循環回路の循環液に熱エネルギーを熱交換で伝達する。負荷側循環回路は、暖房する建造物内を循環するので、この熱エネルギーを利用して、建造物内を暖房する。

【0005】

しかし、氷点下に気温が下がるような環境においては、特に、負荷側循環回路を循環する循環液が凍結し、地中熱システムが機能しなくことがある。この対策として、この循環液の水分を、氷点以下でも凍りにくい液体に替えて、不凍液にする対策をとることがあるが、このような不凍液は、高価である上、熱交換効率が水より悪いという欠点がる。

【0006】

これを克服するために様々な対策を取っている。例えば、特許文献４、特許文献５に示すような方法が開示されている。特許文献４には、対象建築物を暖房するための地中熱利用ヒートポンプシステムを開示している。対地熱交換用の埋設熱交換器とヒートポンプ装置の吸熱部の間で、熱媒として水を循環させている。水が凍結危険状態のとき、対象建築物の排湯を貯留した排湯槽内の貯留排湯が有する保有温熱を用いて、水を自動加熱する。

【0007】

特許文献５には、地中熱ヒートポンプ装置が開示されている。この地中熱ヒートポンプ装置の負荷運転時に、水分の凍結が開始されると予想される、予め設定された凍結温度に達すると、圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度をそれまでよりも所定温度低く設定し、新たに設定された目標吐出温度になるよう減圧手段の開度を開く方向に制御するようにしている。

【0008】

上述のように、地中熱ヒートポンプ装置と地中熱利用システムの構成が様々であり、その制御の方法もことなる。制御に関しては、地中熱利用システムは、次のような構成を備えているものが多い。地中熱利用システムの構成である熱源側循環路の循環ポンプ、負荷側の循環ポンプ等のポンプを制御するポンプ制御盤を地中熱利用システムが備える。地中熱利用システムのヒートポンプ装置は、通常はその制御を行うためのヒートポンプ制御盤を有する。

【0009】

地中熱利用システムの負荷に関しても、その制御を行うためのコントロール盤と、リモートコントローラがある。そして、ポンプ制御盤、ヒートポンプ制御盤、コントロール盤、リモートコントローラ等の制御部を監視し、これらの制御部に指令を送信するもので、装置全体の制御を行うシステム制御盤がある。言い換えると、地中熱利用システムの全体を監視し、制御するためのシステム制御盤があり、このシステム制御盤は、通信手段で、監視用電子計算機に接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００３−２２１８８３号公報

【特許文献2】特開２００７−３２７６７９号公報

【特許文献3】特開２０１１−１６３５７２号公報

【特許文献4】特開平１１−０９４３６７号公報

【特許文献5】特開２０１２−１６７９０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかながら、特許文献５に示されている地中熱ヒートポンプ装置は、目標温度を設定しているものの、温度が下がり続けると限界があり、氷点下で循環液の水分が凍結する問題を根本的に解決できない。地中熱利用システムが長時間運転していない時に外気温が氷点下になると、熱源側循環部の循環水が凍結し、そのまま運転を開始すると凍結の影響で熱源側循環ポンプの流量が低下する。その結果、地中熱利用システムのヒートポンプ装置にエラーが発生して運転が停止する。

【0012】

この循環水が凍結すると、これを解氷するまでに、熱源側循環ポンプの稼働復旧に時間がかかる。言い換えると、地中熱利用システムの利用を停止せざるをえず、その再開には、熱源側循環ポンプの稼働復旧までに待たなければならない。また、最悪の場合は、この凍結により熱源側循環部の配管が破損する恐れがあり、もし破損したら地中熱利用システムの利用を完全に停止し、配管の取り換え工事をしなければならない。

【0013】

この凍結を防止するためには、循環液に凍結防止剤を入れ、その凍結温度を更に下げる方法もあるが、このような不凍液はコストがかかることと、不凍液として使用できる成分が限られるため配管の材質が限定される問題がある。また、不凍液は水に比べて熱効率が悪い。更に、地中熱利用システムの従来の制御系統は、上述の通り、多数の制御盤からなり、システムが複雑になり、製造コストも高くなっている。よって、地中熱利用システムを制御する簡単な構成で制御する制御盤が望まれている。

【0014】

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、循環液が冷点下でも凍結しないように制御する地中熱利用システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明の地中熱利用システムは、
ヒートポンプと、
地中熱と熱交換するために地中に設置された地中熱交換器と前記ヒートポンプの熱源側熱交換器の流路を熱源側配管で環状に接続したもので、熱源側循環液が熱源側循環手段によって循環する熱源側循環回路と、
負荷装置と前記ヒートポンプの負荷側熱交換器の流路を負荷側配管で環状に接続したもので、負荷側循環液が負荷側循環手段によって循環する負荷側循環回路からなり、
前記ヒートポンプは、前記熱源側循環回路と前記負荷側循環回路の間に熱交換をする
地中熱利用システムであって、
更に、
前記熱源側配管の途中に前記熱源側循環液の温度を計測するための手段である熱源側温度測定手段と、
前記熱源側配管の途中に前記熱源側循環液を循環させるための手段である熱源側循環ポンプと、
前記地中熱利用システムの全体の制御を行うための制御盤と
を備え、
前記熱源側温度測定手段で測定された前記熱源側循環液の温度（Ｔ１_ＯＵＴ、Ｔ１_ＩＮ）が、前記熱源側循環液が凍結する恐れがある凍結温度に近づいたことを示す凍結設定温度以下になったとき、前記熱源側循環液の温度を上昇させて凍結を防止するための凍結防止運転を行い、
前記凍結防止運転は、前記熱源側循環ポンプを稼働させて前記熱源側循環液を循環させて前記地中熱と熱交換させて前記熱源側循環液の温度（Ｔ１_ＯＵＴ、Ｔ１_ＩＮ）を上昇させる運転であり、
前記凍結防止運転は、前記熱源側循環液の温度（Ｔ１_ＯＵＴ、Ｔ１_ＩＮ）が凍結防止設定温度（Ｔ_ｈ）以上になるまでに、継続させることを特徴とする。

【0016】

本発明の地中熱利用システムは、
ヒートポンプと、
地中熱と熱交換するために地中に設置された地中熱交換器と前記ヒートポンプの熱源側熱交換器の流路を熱源側配管で環状に接続したもので、熱源側循環液が熱源側循環手段によって循環する熱源側循環回路と、
負荷装置と前記ヒートポンプの負荷側熱交換器の流路を負荷側配管で環状に接続したもので、負荷側循環液が負荷側循環手段によって循環する負荷側循環回路からなり、
前記ヒートポンプは、前記熱源側循環回路と前記負荷側循環回路の間に熱交換をする
地中熱利用システムであって、
更に、
前記負荷側配管の途中に前記負荷側循環液の温度を計測するための手段である負荷側温度測定手段と、
前記負荷側配管の途中に前記負荷側循環液を循環させるための手段である負荷側循環ポンプと、
前記地中熱利用システムの全体の制御を行うための制御盤と
を備え、
前記負荷側温度測定手段で測定された前記負荷側循環液の温度（Ｔ２_ＯＵＴ、Ｔ２_ＩＮ）が、前記負荷側循環液が凍結する恐れがある凍結温度に近づいたことを示す凍結設定温度以下になったとき、前記負荷側循環液の温度を上昇させて凍結を防止するための凍結防止運転を行い、
前記凍結防止運転は、前記熱源側循環ポンプ、前記ヒートポンプ装置、及び前記熱源側循環ポンプを稼働させて前記負荷側循環液を循環させて前記地中熱と熱交換させて前記負荷側循環液の温度（Ｔ２_ＯＵＴ、Ｔ２_ＩＮ）を上昇させる運転であり、
前記凍結防止運転は、前記負荷側循環液の温度（Ｔ２_ＯＵＴ、Ｔ２_ＩＮ）が凍結防止設定温度以上になるまでに、継続させることを特徴とする。

【0017】

また、本発明の地中熱利用システムは、前記熱源側配管の地上部分の付近の温度を測定するための外気温測定手段を備え、前記凍結防止運転は、前記外気温測定手段で測定した外気温が前記熱源側凍結設定温度以下になったとき、行うと良い。
更に、本発明の地中熱利用システムは、前記負荷側配管の地上部分の付近の温度を測定するための外気温測定手段を備え、前記凍結防止運転は、前記外気温測定手段で測定した外気温が前記凍結設定温度以下になったとき、行うと良い。

【0018】

前記制御盤は、天気予報を配信するネットワーク又は天気予報配信装置に接続するための機能を有し、前記制御盤は、前記地中熱利用システムが設置された設置場所の前記天気予報を前記ネットワーク又は前記天気予報配信装置から取得する機能を有し、前記制御盤は、前記天気予報が示す前記設置場所の温度が前記凍結設定温度に付近及び、前記前記天気予報が示す前記設置場所の風力が所定値以上の場合、前記凍結設定温度を所定値で下げる機能を有すると良い。

【0019】

前記凍結防止運転は、その開始から所定の凍結防止運転時間（ｔ_ｐ）が経過するまでに継続させて停止すると良い。
前記凍結防止設定温度は、前記地中熱の温度と前記凍結温度の中間値であると良い。
前記凍結防止運転は、前記地中熱利用システムが停止してから所定時間経過後行うと良い。

【0020】

前記凍結防止運転中に前記負荷装置を稼働させる場合、前記凍結防止運転を停止させて、前記負荷装置を稼働させ、従って、前記地中熱利用システムを通常稼働させると良い。
前記凍結防止運転時間（ｔ_ｐ）は３分以上１５分以下であると良い。
前記凍結防止設定温度（Ｔ_ｈ）は、１０℃以上前記地中熱の温度未満であると良い。
前記制御盤は、管理者が操作する又は前記管理者に情報提供する管理電子計算機に前記ネットワークを経由して接続され、前記制御盤は、前記管理電子計算機からの指示に従って、前記凍結設定温度を所定値で下げて設定する機能を有すると良い。

【0021】

本発明の地中熱利用システムは、
ヒートポンプと、
地中熱と熱交換するために地中に設置された地中熱交換器と前記ヒートポンプの熱源側熱交換器の流路を熱源側配管で環状に接続したもので、熱源側循環液が熱源側循環手段によって循環する熱源側循環回路と、
負荷装置と前記ヒートポンプの負荷側熱交換器の流路を負荷側配管で環状に接続したもので、負荷側循環液が負荷側循環手段によって循環する負荷側循環回路からなり、
前記ヒートポンプは、前記熱源側循環回路と前記負荷側循環回路の間に熱交換をする
地中熱利用システムであって、
１つの前記熱源側循環回路と、１つの前記負荷側循環回路と、１つの前記ヒートポンプとからの１組の前記地中熱利用システムを２組以上に備え、
前記地中熱利用システムそれぞれは、
前記熱源側配管の途中に前記熱源側循環液の温度を計測するための手段である熱源側温度測定手段と、
前記熱源側配管の途中に前記熱源側循環液を循環させるための手段である熱源側循環ポンプと、
前記負荷側配管の途中に前記負荷側循環液の温度を計測するための手段である負荷側温度測定手段と、
前記負荷側配管の途中に前記負荷側循環液を循環させるための手段である負荷側循環ポンプと、
前記地中熱利用システムの全体の制御を統合して行うための制御盤と
を備え、
前記熱源側温度測定手段で測定された前記熱源側循環液の温度（Ｔ１_ＯＵＴ、Ｔ１_ＩＮ）、又は、前記負荷側温度測定手段で測定された前記負荷側循環液の温度（Ｔ２_ＯＵＴ、Ｔ２_ＩＮ）が、前記熱源側循環液又は前記負荷側循環液が凍結する恐れがある凍結温度に近づいたことを示す凍結設定温度以下になったとき、前記熱源側循環液又は前記負荷側循環液の温度を上昇させて凍結を防止するための凍結防止運転を行い、
前記凍結防止運転は、前記熱源側循環液が前記凍結設定温度以下のとき、該熱源側温度測定手段が属する前記地中熱利用システムのみの前記熱源側循環ポンプを稼働させて前記熱源側循環液を循環させて前記地中熱と熱交換させて前記熱源側循環液の温度（Ｔ１_ＯＵＴ、Ｔ１_ＩＮ）を上昇させる運転であり、
前記凍結防止運転は、前記負荷側循環液が前記凍結設定温度以下のとき、該負荷側温度測定手段が属する前記地中熱利用システムのみの前記熱源側循環ポンプ、前記ヒートポンプ装置、及び前記熱源側循環ポンプを稼働させて前記熱源側循環液を循環させて前記地中熱と熱交換させて前記負荷側循環液の温度（Ｔ２_ＯＵＴ、Ｔ２_ＩＮ）を上昇させる運転であり、
前記凍結防止運転は、前記熱源側循環液の温度（Ｔ１_ＯＵＴ、Ｔ１_ＩＮ）又は前記負荷側循環液の温度（Ｔ２_ＯＵＴ、Ｔ２_ＩＮ）が凍結防止設定温度（Ｔ_ｈ）以上になるまでに、継続させる
ことを特徴とする。

【0022】

前記制御盤は、天気予報を配信するネットワーク又は天気予報配信装置に接続するための機能を有し、前記制御盤は、前記地中熱利用システムが設置された設置場所の前記天気予報を前記ネットワーク又は前記天気予報配信装置から取得する機能を有し、前記制御盤は、前記天気予報が示す前記設置場所の温度が前記凍結設定温度に付近及び、前記前記天気予報が示す前記設置場所の風力が所定値以上の場合、前記凍結設定温度を所定値で下げる機能を有すると良い。

【0023】

前記地中熱利用システムそれぞれは、前記熱源側配管又は前記負荷側配管の地上部分の付近の温度を測定するための外気温測定手段を備え、前記凍結防止運転は、前記外気温測定手段で測定した外気温が前記熱源側凍結設定温度以下になったとき、行うと良い。
前記凍結防止運転は、その開始から所定の凍結防止運転時間（ｔ_ｐ）が経過するまでに継続させて停止すると良い。
前記凍結防止設定温度は、前記地中熱の温度と前記凍結温度の中間値であると良い。

【0024】

前記凍結防止運転は、前記地中熱利用システムが停止してから所定時間経過後行うと良い。
前記凍結防止運転中に、前記凍結防止運転をしている前記地中熱利用システムの前記負荷装置を稼働させる場合、前記凍結防止運転を停止させて、前記負荷装置を稼働させ、従って、前記地中熱利用システムを通常稼働させると良い。
前記制御盤は、管理者が操作する又は前記管理者に情報提供する管理電子計算機に前記ネットワークを経由して接続され、前記制御盤は、前記管理電子計算機からの指示に従って、前記凍結設定温度を所定値で下げて設定する機能を有すると良い。

【発明の効果】

【0025】

本発明によると、次の効果が奏される。
本発明の地中熱利用システムによると、循環液がその凍結温度に達した又は近づいたとき、地中熱利用システムの地中熱側の循環液を循環させて、循環液を地中熱と熱交換させて高温にすることで、熱源側又は負荷側の循環液の凍結を防止することができた。

【0026】

本発明の地中熱利用システムは、熱源側循環路の循環液を監視し、凍結の可能性がある温度未満になったら短時間で、熱源側循環ポンプを運転させ、熱源側循環路又は負荷側十管路の循環液を安全な温度まで上昇させる凍結防止運転を行うことによって、循環液の凍結を防止した。これにより、温度が下がって凍結防止運転が再開するまでに、数時間かかるため、従来の凍結防止方法より電力使用量は少ない。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、本発明の第１の実施の形態の地中熱ヒートポンプ装置１の概要を示す概念図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施の形態の地中熱ヒートポンプ装置１の制御の概要を示すブロック図である。

【図3】図３は、本発明の第１の実施の形態の地中熱ヒートポンプ装置１の凍結防止運転の手順の例１を示すフロー図である。

【図4】図４は、本発明の第１の実施の形態の地中熱ヒートポンプ装置１の凍結防止運転の手順の例２を示すフロー図である。

【図5】図５は、本発明の第１の実施の形態の地中熱ヒートポンプ装置１の凍結防止運転の手順の例４を示すフロー図である。

【図6】図６は、本発明の第１の実施の形態の地中熱ヒートポンプ装置１の凍結防止運転の手順の例５を示すフロー図である。

【図7】図７は、ヒートポンプ装置４の動作概要を示す概念図である。

【図8】図８は、本発明の第１の実施の形態の地中熱ヒートポンプ装置１の制御盤２０の例を示すブロック図である。

【図9】図９は、本発明の第２の実施の形態の地中熱ヒートポンプ装置の概要を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の地中熱利用システム１の概要を示す概念図である。地中熱利用システム１は、大まかに、熱源側循環部２と負荷側循環部３から構成されている。熱源側循環部２と負荷側循環部３の境目には、ヒートポンプ装置４が接続されている。熱源側循環部２は、地中熱交換器５、熱源側循環回路６、熱源側循環ポンプ７、温度計８、温度計９、ヒートポンプ装置４等からなる。

【0029】

負荷側循環部３は、負荷装置１０、負荷側循環回路１１、負荷側循環ポンプ１２、温度計１３、温度計１４、ヒートポンプ装置４等からなる。また、地中熱利用システム１は、システム全体の動作状況を監視し、制御するための制御装置１５も備えている。以下、地中熱利用システム１を構成する各構成部について詳細に説明する。熱源側循環回路６は、その中を循環水が循環する循環回路であり、地中とヒートポンプ装置４の間に設置されたものである。熱源側循環回路６は、プラスチック、金属等の材質で作られた配管で構成されている。

【0030】

地中熱交換器５は、地下で地中熱の授受を行う装置であり、熱源側循環回路６を循環する循環水を、地中の熱で、熱交換できるものであれば既知の任意の熱交換器を使用することができる。例えば、地中熱交換器５は、熱源側循環回路６の一部になった、配管から構成される。熱源側循環ポンプ７は、熱源側循環回路６を循環する循環水を循環させるための回転速度可変のポンプである。地中熱交換器５は、地中から循環水を介して地中熱を採熱するものである。その熱を帯びた循環水は、地中熱循環ポンプ７によりヒートポンプ装置４に供給される。

【0031】

温度計８と温度計９は、熱源側循環回路６内を循環する循環水の温度を計測するための計器である。温度計８は、ヒートポンプ装置４から吐出される循環水の温度Ｔ１_ＯＵＴを計測する計器であり、熱源側循環回路６の内のヒートポンプ装置４の吐出側に接続された配管６ａに設置されている。温度計９は、地中熱交換器５からヒートポンプ装置４に供給される循環水の温度Ｔ１_ＩＮを計測する計器であり、熱源側循環回路６の内のヒートポンプ装置４の供給側に接続された配管６ｂに設置されている。

【0032】

負荷装置１０は、本発明の地中熱利用システム１によって稼働し、地中熱を利用する暖房器、又は、地中熱を放熱源とする冷房器等の熱負荷機器を意味する。負荷側循環回路１１は、その中を循環水が循環するための循環回路であり、ヒートポンプ装置４と負荷装置１０の間に設置されたものである。負荷側循環ポンプ１２は、負荷側循環回路１１内を循環する循環水を循環させる回転速度可変のポンプである。負荷側循環回路１１は、ヒートポンプ装置４から熱交換で熱を帯びた循環水が負荷側循環ポンプ１２により循環させられ負荷装置１０に供給される。

【0033】

温度計１３と温度計１４は、負荷側循環回路１１内を循環する循環水の温度を計測するための計器である。温度計１３は、ヒートポンプ装置４から負荷装置１０側へ吐出される循環水の温度Ｔ２_ＯＵＴを計測する計器であり、負荷側循環回路１１の内のヒートポンプ装置４の吐出側に接続された配管に設置されている。温度計１４は、ヒートポンプ装置４に供給される循環水の温度Ｔ２_ＩＮを計測する計器であり、負荷側循環回路１１の内のヒートポンプ装置４の供給側に接続された配管に設置されている。

【0034】

図１において、熱源側循環回路６と負荷側循環回路１１を循環する循環水の流れ方向を矢印６ｃと矢印１１ｃで示している。ヒートポンプ装置４は、熱を低温部分から高温部分へ移動させる装置である。地中の温度は、外気と比べて夏は冷たく、冬は温かい。地中熱を利用するシステムにおいて、ヒートポンプ装置４は、夏の間は地中を放熱源として利用し、冬の間は地中を採熱源として利用する。後述するが、ヒートポンプ装置４は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器とそれらを結ぶ配管からなり、ヒートポンプ装置４内を循環する冷媒が圧縮・凝縮・膨張・蒸発の４過程を繰り返し、循環することで、熱を低温のところから高温のところへ移動させる装置である。

【0035】

制御装置１５は、本実施の形態の地中熱利用システム１の全体を監視し、制御するための装置である。制御装置１５は、図２に示すように、制御盤２０を有する。制御装置１５は、ユーザインターフェース手段として、リモートコントローラ３０を備える。制御盤２０は、温度計８、温度計９、温度計１３、温度計１４と接続されており、これらの計器で測定したデータを受信し、熱源側循環回路６と負荷側循環回路１１を循環するそれぞれの循環水の温度を把握する。

【0036】

更に、制御盤２０は、熱源側循環ポンプ７と負荷側循環ポンプ１２に接続されており、これらのポンプの動作を制御する。例えば、熱源側循環ポンプ７と負荷側循環ポンプ１２の、運転開始、運転停止、運転速度、運転方向等を指示する制御信号を、制御盤２０から熱源側循環ポンプ７と負荷側循環ポンプ１２へ送信し、熱源側循環ポンプ７と負荷側循環ポンプ１２はこれらの制御信号に従って稼働する。地中熱利用システム１は、熱源側循環回路６の循環水の流量を計測するための熱源側流量計１６と、負荷側循環回路１１の循環水の流量を計測するための負荷側流量計１７を備える。

【0037】

また、地中熱利用システム１は、外気温を測定するための外気温センサー２１、負荷装置１０が設置されている場所の温度を計測するための室温センサー２２を有する。ヒートポンプ装置４は電源が電源４４から供給される。電源４４は図２に示した例では２００Ｖに成っている。これは、ヒートポンプ装置４が備えている熱源側循環ポンプ７と負荷側循環ポンプ１２は、高い交流電圧が印加されていると運転効率が良いからであり、通常は、規格化された電圧１００Ｖ、１１０Ｖの数倍の電圧を用いるので、２００Ｖ仕様のポンプに限定するものではない。

【0038】

制御盤２０へは、電源２３から電源が供給されている。制御盤２０は、各計器と接続され、それぞれに電源を供給し、その測定データ受信し、各ポンプへ制御信号を送信する。制御盤２０は、中央処理装置、メモリ、各計器へのインターフェース等を備えた電子装置であり、これらの構成部品は５Ｖ等の小さい電圧で稼働する。そのために、図示しないが、制御盤２０は、電源２３の電源を５Ｖ等の利用電源に変換する変圧器を内蔵する。

【0039】

制御盤２０は、それ単独で稼働し、動作することができるが、監視用電子計算機２５に接続することができる。制御盤２０は単独で稼働する場合は、その設定や制御を行うためにディスプレイ（図示せず。）、入力装置（図示せず。）、出力装置（図示せず。）が必要である。制御盤２０は、監視用電子計算機２５に接続され、監視用電子計算機２５から制御盤２０の制御が行うことができる。制御盤２０は、無線又は有線のインターフェース手段によって、監視用電子計算機２５に直接接続、又は、図２に図示したように無線又は有線のネットワーク２１を介して監視用電子計算機２５に接続される。

【0040】

監視用電子計算機２５は、制御盤２０に接続されて、制御盤２０の動作に関するデータを制御盤２０から受信して、制御盤２０を制御するための信号を、制御盤２０へ送信する。監視用電子計算機２５は、ディスプレイ、入力装置、出力装置、中央処理装置、メモリ等を備えた汎用の任意の電子計算機である。監視用電子計算機２５は、そのディスプレイには、制御盤２０の動作状況を表示し、地中熱利用システム１の管理者がこれを見て、制御盤２０の動作状況を把握し、必要であれば、地中熱利用システム１の運用に必要なデータを入力する。

【0041】

図２に示すように負荷装置１０は、電源５４から電源が供給される。負荷装置１０は、もっとも簡単な構成では、例えば、図７に図示したように配管８０とファン８１からなるものである。負荷装置１０の配管８０は、負荷側循環回路１１の一部を構成するものである。負荷装置１０のファン８１は、配管８０の近傍に設置され、その周囲に空気の流れをつくるためのものである。これにより、負荷装置１０の周囲の空気が配管８０の熱と熱交換し、負荷装置１０の周囲の空気が暖まる。

【0042】

〔通常の動作フロー〕
図１を参照しながら、地中熱利用システム１の通常の動作フローを説明する。まず、熱源側循環ポンプ７の稼働によって、熱源側循環回路６を循環している循環水は、ヒートポンプ装置４から配管６ａに排出され、配管６を流れながら地中の地中熱交換器５で、地中の温度と同じになるように地中熱で熱交換されて、配管６ｂからヒートポンプ装置４へ流入する。

【0043】

熱源側循環回路６の地下の部分は、通常は、数十ｍと長い配管からなり、この長い配管を流れる循環水は地中熱の温度とほぼ同じになるまでに、地中熱と熱交換される。熱源側循環回路６の循環水は、ヒートポンプ装置４内の循環水と熱交換される。地中熱利用システム１の冬季の稼働を想定すると、ヒートポンプ装置４内の冷えた冷媒と熱交換され冷えた熱源側循環回路６の循環水は、熱源側循環回路６を流れて、地中熱と熱交換されて温度が上がる。

【0044】

地中熱は、通常、地下数メーター以下になると年中１３〜２０℃ぐらいで安定している。温泉地帯等では、その温泉の温度によるが、地中熱は、１００℃近くまでに高温になることがある。このように、地中熱で温度上がった熱源側循環回路６の循環水は、再び、ヒートポンプ装置４へ流入する。この稼働時には、制御盤２０は、温度計１６、温度計１７、外気温センサー２１、熱源流量計１６で測定されたデータを常時受信している。地中熱利用システム１の通常の利用だと、ヒートポンプ措置４が屋外に設置されることが多い。

【0045】

例えば、一般家庭用に利用すると、ヒートポンプ措置４は通常は屋外に設置される。また、熱源側循環回路６の内、地上の部分は屋外に配管される。この配管は、外気温が零下になると循環水が凍る恐れがある。ヒートポンプ装置４は、熱源側循環回路６と負荷側循環回路１１の間に効率よく熱交換する装置である。その構造は、図７に図示しており、その構造と動作について後述する。

【0046】

負荷側循環回路１１は、ヒートポンプ装置４で熱交換された負荷側循環回路１１の循環水は、負荷側循環回路１１の配管を流れて負荷装置１０へ供給され、負荷装置１０内を流れてから負荷側循環回路１１の配管を流れながらヒートポンプ装置４へ流入する。負荷側循環部３の稼働時、制御盤２０は、温度計１３、温度計１４、室温センサー２２、負荷側流量計１７で測定されたデータを常時受信している。リモートコントローラ３０は、負荷装置１０を稼働又は停止するための機器である。

【0047】

リモートコントローラ３０は負荷装置１０が設置されている場所にいる利用者が操作することが通常である。冬季の場合、利用者は、負荷装置１０が設置されている場所の温度が下がり暖房が必要なとき、リモートコントローラ３０から負荷装置１０を稼働させる。リモートコントローラ３０は、制御盤２０へ直接信号を送信することができる。しかし、本発明のシステムを利用する利用者は、基本的に負荷装置１０の付近の滞在又は勤務することが多い。

【0048】

そのため、リモートコントローラ３０の受信機（図示せず。）は、負荷装置１０に、又はその周辺に設置され、そこから制御盤２０へ接続されている。リモートコントローラ３０のこの制御信号は、制御盤２０へ直接送信、又は、負荷装置１０を経由して制御盤２０が受信する。制御盤２０は、負荷装置１０を稼働させるための制御信号を受信すると、負荷側循環ポンプ１２と、熱源側ポンプ７、そして、ヒートポンプ装置４のポンプ等を稼働させて、地中熱利用システム１の通常の暖房運転を開始させる。

【0049】

このとき、制御盤２０は、温度計８、９、１３、１４、２１、２２から測定データを受信し、各種ポンプ７、１２等の流量を調整しながら、地中熱利用システム１の最適運転をする。利用者は、リモートコントローラ３０を操作し、負荷装置１０を停止させた場合、リモートコントローラ３０のこの停止制御信号は、制御盤２０へ直接送信、又は、負荷装置１０を経由して制御盤２０が受信することができる。制御盤２０は、負荷装置１０を停止させるための停止制御信号を受信すると、負荷側ポンプ１２と、熱源側ポンプ７、そして、ヒートポンプ装置４のポンプ等を停止させて、地中熱利用システム１の通常の運転を停止させる。

【0050】

このとき、負荷側ポンプ１２、熱源側ポンプ７、ヒートポンプ装置４の内部機器を直ちに停止するか、循環水の流量を段階的に小さくして、最終的に停止させるかは、地中熱利用システム１の利用環境によって最適化されるものである。この最適化された運転時は、制御盤２０は、温度計８、９、１３、１４、２１、及び２２から測定データを受信し、各種ポンプ７、１２等の流量を調整しながら、地中熱利用システム１の最適運転をする。

【0051】

〔凍結防止運転の例１〕
図３は、地中熱利用システム１の熱源側循環水が凍結することを防止するための運転例を示すフローチャートである。本発明の地中熱利用システム１は、外気温が所定の温度以下になると、次のステップの動作をして、熱源側循環水が凍結することを防止する。この設定された所定の温度を、設定温度Ｔ_ｆとする。設定温度Ｔ_ｆは、地中熱利用システム１の熱源側循環水が凍結する恐れがある場合、熱源側循環水の凍結を防止するために、地中熱利用システム１の凍結防止運転を開始するための予め決めた設定温度である。

【0052】

この設定温度Ｔ_ｆは、循環水が凍り始める温度より高い温度である。例えば、循環水が水の場合は、水の凍る温度は０℃付近なので、設定温度Ｔ_ｆは０℃より高い温度、例えば、１℃、３℃、５℃等のように設定される。熱源側循環回路６の地上部分を断熱材で被覆し、外気温の影響をできるだけ少なくする特に、急激な外気温の変化の影響を遮断するために断熱材で被覆した構造にする。外気温が循環水の凍結温度より下がっている場合、ヒートポンプ装置４が運転停止をしていると、循環水が凍結し易くなる。

【0053】

ヒートポンプ装置４が運転すると、熱源側循環回路６を循環水が循環し、地中の熱でこの循環水が常に高温になり、従って、熱源側循環回路６の地上部分は常に高温状態になる。仮に、ヒートポンプ装置４が運転を停止すると、熱源側循環回路６を循環水が循環しなくなり、熱源側循環回路６の地上部分は外気温で常に冷える。そして、外気温が循環水の凍結温度以下になると、循環水が凍る。このとき、地中熱利用システム１は、熱源側循環水の凍結防止のための運転を開始する（ステップ１０）。

【0054】

地中熱利用システム１の凍結防止運転が開始すると、まずは、ヒートポンプ装置４が運転しているか否かを確認する（ステップ１１）。ヒートポンプ装置４が運転している場合は、上述の通常の動作フローへ移動する（ステップ１１→ステップ１８）。ヒートポンプ装置４が停止している場合は、ヒートポンプ装置４が停止した後、どのぐらい時間が経過しているかを確認する（ステップ１２）。ヒートポンプ装置４が停止した後、予め設定された設定時間Ｔ_ｓが経過していない場合は、通常の動作フローへ移動する（ステップ１１→ステップ１８）。

【0055】

ヒートポンプ装置４の停止後、設定時間Ｔ_ｓが経過している場合、温度計８の測定温度Ｔ１_ＯＵＴを示すデータを温度計８から取得し、設定温度Ｔ_ｆと比較する（ステップ１３）。測定温度Ｔ１_ＯＵＴが設定温度Ｔ_ｆより以下の場合は、熱源側ポンプ７を稼働させて、熱源側循環回路６の中を循環水を循環させる（ステップ１３→ステップ１５）。温度計８の測定温度Ｔ１_ＯＵＴが設定温度Ｔ_ｆより高い場合、温度計９の測定温度Ｔ１_ＩＮを取得し、設定温度Ｔ_ｆと比較する（ステップ１４）。

【0056】

温度計９の測定温度Ｔ１_ＩＮが設定温度Ｔ_ｆ以下の場合は、熱源側ポンプ７を稼働させて、熱源側循環回路６の中を循環水を循環させる（ステップ１４→ステップ１５）。温度計９の測定温度Ｔ１_ＩＮが設定温度Ｔ_ｆより高い場合、熱源側循環水の凍結防止の運転が必要なしと判断されて、所定時間が経過したのちステップ１１から再開始する（ステップ１４→ステップ１１）。ステップ１５で熱源側ポンプ７が稼働を開始すると（ステップ１５）、予め設定された時間ｔ_ｐの間に運転する。

【0057】

言い換えると、熱源側の循環水の凍結防止の運転は、予め設定された時間ｔ_ｐで行われる（ステップ１６）。よって、熱源側ポンプ７が稼働開始から時間ｔ_ｐが経過するまでに、熱源側ポンプ７を稼働させ、時間ｔ_ｐが経過したら熱源側ポンプ７の運転を停止する（ステップ１６→ステップ１７）。そして、熱源側循環水の凍結防止の運転が一時停止され、所定時間が経過したのちステップ１１から再開始する（ステップ１７→ステップ１１）。

【0058】

この熱源側循環水の凍結防止の運転は、熱源側ポンプ７を稼働させ、循環水を熱源側循環回路６を循環させ、これにより、循環水が地中熱で熱交換されて高温になる。従って、循環水が凍結することを防止する。上述のこの熱源側循環水の凍結防止の運転が開始する温度を示す設定温度Ｔ_ｆ、熱源側循環水の凍結防止の運転の時間ｔ_ｐは、管理者が予め設定する値である。設定温度Ｔ_ｆと時間ｔ_ｐは、外気温と地中温度と連動する値である。

【0059】

地中温度は、基本的に一定であるので、設定温度Ｔ_ｆと時間ｔ_ｐは主に外気温と連動して設定される。一例として示すと、外気温が凍結の恐れがある温度３℃、地中熱の温度が１７℃、熱源側の循環水が水の場合、熱源側循環水の凍結防止の運転の時間ｔ_ｐは３〜１０分、好ましくは約６分あれば、熱源側循環水の温度が約１５℃まで上昇する。また、別の例を示すと、外気温が零下１０℃、地中熱の温度が１７℃、熱源側の循環水が水の場合は、熱源側循環水の凍結防止の運転の時間ｔ_ｐは３〜１０分あれば十分である。

【0060】

更に別の例を示すと、外気温が零下２０℃、地中熱の温度が１７℃、熱源側の循環水が水の場合は、熱源側循環水の凍結防止の運転の時間ｔ_ｐは５〜１５分あれば十分である。地中熱利用システム１の熱源側循環水の凍結防止の運転が行われているとき、負荷装置１０を稼働させる必要がある場合がある。このときは、地中熱利用システム１の熱源側循環水の凍結防止の運転を直ちに停止させて、通常の動作フローに切り替えると良い。地中熱利用システム１の通常の動作フローのときは、熱源側の循環水が常に循環しており、凍結することがない。

【0061】

〔凍結防止運転の例２〕
図４は、地中熱利用システム１の熱源側循環水が凍結することを防止するための他の運転例を示すフローチャートである。図４のフローチャートは、図３と基本的に同じであるが、設定時間ｔ_ｐを設定せず、温度計９の測定温度Ｔ１_ＩＮを基準している。ステップ１０〜ステップ１５までの動作は、上述の図３のフローチャートと同じであるので、その説明は省略する。

【0062】

ステップ１５で熱源側ポンプ７が稼働を開始すると（ステップ１５）、温度計９の測定温度Ｔ１_ＩＮが予め設定された温度Ｔ_ｈより高くなったか否かを確認する（ステップ２６）。言い換えると、熱源側循環水の凍結防止の運転は、熱源側循環水が予め設定された温度Ｔ_ｈ以上になるまでに行われる（ステップ１６）。よって、熱源側循環水が温度Ｔ_ｈ以上になると、熱源側ポンプ７の運転を停止する（ステップ２６→ステップ１７）。そして、熱源側循環水の凍結防止の運転が一時停止され、所定時間が経過したのちステップ１１から再開始する（ステップ１７→ステップ１１）。

【0063】

この温度Ｔ_ｈは、管理者が予め設定する値で、通常は前述した設定温度Ｔ_ｆより高い温度であり、地中の温度と同じかそれより低い温度である。温度Ｔ_ｈは、主に外気温と連動して設定される。この温度Ｔ_ｈの値は、設定温度Ｔ_ｆと地中の温度の中間値であると、設定し易く制御し易い。というのは、設定温度Ｔ_ｆは循環水の特性で一意的に決まり、地中の温度は年間を通してほぼ同じ値であるので、温度Ｔ_ｈはほぼ一義的に決まる。また、温度Ｔ_ｈは１５℃、１０℃等のように温度Ｔ_ｆより高い温度で設定することもできる。

【0064】

〔凍結防止運転の例３〕
また、図４のフローチャートで、熱源側循環水の凍結防止運転の継続は、温度計９の温度を基準している。温度計９の替わりに温度計８の測定温度を用いることもできる。この場合は、温度計８の測定温度が温度Ｔ_ｈになるまでに、熱源側ポンプ７を継続して稼働させる。その他の制御は同じであるので、その制御の詳細な説明は省略する。

【0065】

また、図４のフローチャートでは、熱源側循環水の凍結防止運転の継続時間を、温度計９の測定温度Ｔ１_ＩＮを基準している。ステップ２６において、上述したように温度計９の替わりに温度計８の測定温度Ｔ１_ＯＵＴを用いる。この場合は、温度計８の測定温度Ｔ１_ＯＵＴが温度Ｔ_ｈになるまでに、熱源側ポンプ７を継続して稼働させる。その他の制御は同一であるので、その詳細な説明は省略する。

【0066】

〔凍結防止運転の例４〕
図５は、地中熱利用システム１の負荷側循環水が凍結することを防止するための運転例を示すフローチャートである。地中熱利用システム１は、外気温が所定の設定温度Ｔ_ｆ以下になると、次のステップの動作をして、負荷側循環水が凍結することを防止する。この設定温度Ｔ_ｆは、循環水が凍り始める温度より高い温度である。例えば、循環水が水の場合は、水の凍る温度は０℃付近なので、設定温度Ｔ_ｆは０℃より高い温度、例えば、１℃、３℃、５℃等のように設定される。

【0067】

ヒートポンプ装置４は、屋外に設置されることが多い。この場合は、ヒートポンプ装置４に接続された負荷側循環回路１１の一部は、屋外に配管されることがあり、外気温が低下すると凍結する恐れがある。負荷側循環回路１１の屋外部分は、断熱材等で被覆し、外気温の影響をできるだけ、特に急激な温度変化の影響を遮断する構造にする。外気温が循環水の凍結温度より下がっている場合、ヒートポンプ装置４が運転停止をしていると、循環水が凍結する可能性が高い。

【0068】

地中熱利用システム１は、熱源側循環水の凍結防止の運転を開始する（ステップ３０）。地中熱利用システム１は、熱源側循環水の凍結防止運転を開始すると、先ず、ヒートポンプ装置４が運転しているか否かを確認する（ステップ３１）。ヒートポンプ装置４が運転している場合は、上述の通常の動作フローへ移動する（ステップ３１→ステップ４０）。ヒートポンプ装置４が停止している場合は、ヒートポンプ装置４が停止した後どのぐらい時間が経過しているか否かを確認する（ステップ３２）。

【0069】

ヒートポンプ装置４が停止した後予め設定された設定時間Ｔ_ｓが経過していない場合は、通常の動作フローへ移動する（ステップ３２→ステップ４０）。ヒートポンプ装置４の停止後、設定時間Ｔ_ｓが経過している場合、温度計１３の測定温度Ｔ２_ＯＵＴを設定温度Ｔ_ｆと比較する（ステップ３３）。温度計１３の測定温度Ｔ２_ＯＵＴが設定温度Ｔ_ｆより以下の場合は、負荷側ポンプ１２を稼働させて、負荷側循環回路１１の中の循環水を循環させる（ステップ３３→ステップ３５）。

【0070】

このとき、熱源側ポンプ７とヒートポンプ装置４も稼働する（ステップ３６及びステップ３７）。通常の動作フローと同じ動作と同じである。温度計１３の測定温度が設定温度Ｔ_ｆより高い場合、温度計１４の測定温度Ｔ２_ＩＮを設定温度Ｔ_ｆと比較する（ステップ３４）。温度計１４の測定温度Ｔ２_ＩＮが設定温度Ｔ_ｆ以下の場合は、負荷側ポンプ１２を稼働させて、負荷側循環回路１１の中の循環水を循環させる（ステップ３４→ステップ３５）。このとき、熱源側ポンプ７とヒートポンプ装置４も稼働する（ステップ３６及びステップ３７）。

【0071】

この稼働は、通常運転時の動作フローの動作と同一である。温度計１４の測定温度Ｔ２_ＩＮが設定温度Ｔ_ｆより高い場合、負荷側循環水の凍結防止のための運転は必要なしと判断されて、所定時間が経過したのちステップ３１から再開始する（ステップ３４→ステップ３１）。ステップ３５で、負荷側ポンプ１２を稼働させて負荷側循環回路１１の中の循環水を循環させて、同時に、ヒートポンプ装置４、熱源側ポンプ７の運転を開始させる（ステップ３６、３７）。そして、これらの装置が稼働を開始すると、予め設定された時間ｔ_ｐの間のみ運転する（ステップ３８）。

【0072】

言い換えると、負荷側の循環水の凍結防止の運転は、予め設定された時間ｔ_ｐで行われる（ステップ３８）。よって、負荷側ポンプ１２が稼働開始から時間ｔ_ｐが経過するまでに、負荷側ポンプ１２、ヒートポンプ装置４、熱源側ポンプ７を稼働させ、時間ｔ_ｐが経過したらそれらの運転を停止する（ステップ３８→ステップ３９）。そして、負荷側循環水の凍結防止の運転が一時停止され、所定時間が経過したのちステップ３１から再開始する（ステップ３９→ステップ３１）。

【0073】

この熱源側循環水の凍結防止の運転は、循環水が地中の熱で熱交換されて高温になり、循環水が凍結することを防止する。上述のこの熱源側循環水の凍結防止のための運転を開始する温度を示す設定温度Ｔ_ｆ、熱源側循環水の凍結防止の運転の時間ｔ_ｐは、管理者が予め設定する値であり、上述の他の凍結防止運転の例１〜３の中で説明したのでここで省略する。しかし、一例を示すと、熱源側の循環水が水の場合、熱源側循環水の凍結防止の運転の時間ｔ_ｐは３〜１５分あれば、熱源側循環水の温度が約１０℃以上に上昇する。

【0074】

〔凍結防止運転の例５〕
図６は、地中熱利用システム１の負荷側循環水が凍結することを防止するための他の運転例を示すフローチャートである。図６のフローチャートは、図５と基本的に同じであるが、設定時間ｔ_ｐを設定せず、温度計１３又は温度計１４の測定温度を基準している。ステップ３１〜ステップ３７までの動作は、上述の図５のフローチャートと同一であるので、その説明は省略する。

【0075】

ステップ３７の後、ステップ４８で、温度計１３の測定温度Ｔ２_ＯＵＴ又は温度計１４の測定温度Ｔ２_ＩＮが、予め設定された温度Ｔ_ｈより高くなったか否かを確認する（ステップ４８）。負荷側循環水が温度Ｔ_ｈ以上になると、負荷側ポンプ１２、ヒートポンプ装置４、熱源側ポンプ７等の運転を停止する（ステップ４８→ステップ３９）。そして、所定時間が経過したのちステップ３１から再開始する（ステップ３９→ステップ３１）。この温度Ｔ_ｈは、管理者が予め設定する値で、１５℃、１０℃等のように温度Ｔ_ｆより高い温度で設定することができる。

【0076】

〔循環水〕
熱源側循環回路６と負荷側循環回路１１に用いる循環水は、水、二酸化炭素冷媒、ＨＦＣ冷媒、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循環液等の既知の任意の冷媒を用いることができる。特に、水を熱源側循環回路６の循環水として利用すると、コストが安くすむ利点がある。また、手入れの時も、水道水を循環水として利用できるという利点がある。また、凍結温度も０℃付近であり、設定値Ｔ_ｆ、Ｔ_ｈ等を設定するとき設定し易く、分かりやすく、間違いも少なくなる。

【0077】

負荷側の循環水には、同じく、水、二酸化炭素冷媒、ＨＦＣ冷媒、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循環液等の既知の任意の冷媒を用いることができる。特に、水を循環水として利用すると、コストが安くすむ利点がある。熱源側の地中熱交換器５は、配管式又はプレート式の熱交換器で構成されることができる。プレート式の地中熱交換器５は、複数の伝熱プレートが積層され、循環水を流通させる循環水流路と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。

【0078】

〔ヒートポンプ装置４の動作概要〕
ヒートポンプ装置４の動作の概要を、図７を参照しながら説明する。図７は、ヒートポンプ装置４の簡略を示す概念図である。図７に示したように、ヒートポンプ装置４は、地中熱で高温になった温水の熱エネルギーを、負荷側循環回路３の水に移して温水にするための装置である。ヒートポンプ装置４は、圧縮機７０、第２熱交換器７３、膨張弁７１、第１熱交換器７２とこれらの機器をつなぐ冷媒路７４からなる。

【0079】

これらの各機器は、圧縮機７０、第２熱交換器７３、膨張弁７１、第１熱交換器７２、圧縮機７０の順にパイプ等の冷媒路７４で接続され、その中を冷媒が流れている。これをヒートポンプ装置４の冷媒サイクルと言い、いわゆるカルノー冷凍サイクルを構成する機器であり、言い換えるとヒートポンプ式の動作原理そのものである。圧縮機７０の吐出管は、冷媒路７４を介して、第２熱交換器７３に接続されている。第１熱交換器７２は、冷媒サイクルから言えば、冷媒である液体を、熱源側の温水で加熱し気体とするため蒸発器である。

【0080】

圧縮機７０は、冷媒サイクルを循環する冷媒を圧縮して、高温、高圧にするものである。圧縮機７０は、蒸発器（第１熱交換器７２）でガスとなった冷たい冷媒である気体を吸引して圧縮し、高温、高圧のガスとするものである。圧縮機７０は、冷媒サイクルを循環する冷媒を高温、高圧にする働きをするものであれば、公知の任意の動作原理、任意の形状の圧縮機を利用できる。例えば、圧縮機７０としては、ロータリー式コンプレッサー等を利用する。

【0081】

本実施の形態でいう第２熱交換器７３は、冷媒サイクルでいうと凝縮器であり、圧縮機７０から吐出された高温、高圧の冷媒ガスを負荷側の水で冷やして凝縮させ、液体とするものである。負荷側循環部３から言えば、第２熱交換器７３は、負荷側循環部３の循環水を加熱し温水にするための熱交換器となる。第２熱交換器７３で液体となった冷媒は、受液器（図示せず）に一時貯められる。膨張弁７１は、高温、高圧の液体を膨張させて低温、低圧の冷媒とするものである。

【0082】

膨張弁７１は、冷媒サイクルを循環する冷媒を低温低圧にする働きを有するものであれば、公知の任意の動作原理、任意の形状の膨張弁が利用できる。例えば、膨張弁７１としては、電動膨張弁、エジェクタ等の噴出装置、又はキャピラリーチューブである。第１熱交換器７２は、冷媒サイクルでいうと、膨張弁７１の出口で低温、低圧の冷媒が、熱源側の温水から熱を奪って蒸発し、冷凍作用をする蒸発器である。冷媒は、圧縮機７０、第２熱交換器７３、膨張弁７１、第１熱交換器７２、そして、圧縮機７０の順位に流れて循環する。

【0083】

ヒートポンプ装置４の冷媒としては、任意の冷媒を用いることができるが、超臨界で使用する超臨界冷媒を用いることが好ましい。例えば、冷媒として、炭酸ガスＣＯ_２、代替フロン（ＨＦＣ：ハイドロフルオロカーボン類）、アンモニア等が利用できる。第２熱交換器７３から排出され、負荷側循環回路１１を流れる温水は、負荷装置１０で冷却される。

【0084】

〔負荷装置〕
図７に図示したように、負荷装置１０は、温水の熱エネルギーを利用できるものであれば任意の装置を用いることができる、本例では、もっとも簡単な装置である空気暖房機を例に説明する。負荷装置１０の暖房器は、配管８０とファン８１からなる。ファン８１は、モータ８２によって回転駆動し、周囲の空気の流れをつくる。この空気は、温水が流れている配管８０の間を流れて通過するとき、温水と熱交換され加熱される。

【0085】

この温水は空気に熱を奪われて温度が低下し水になる。本例のヒートポンプ装置４は、第２熱交換器７３の余剰熱を利用して、負荷側の水を加熱することができるが、これは本発明の趣旨ではないので詳細な構造やその動作については省略する。第２熱交換器７３と第１熱交換器７２の構造は、ヒートポンプ装置に用いられる既知の任意の構造にすることができる。例えば、熱源側の循環路６と、負荷側循環回路１１に、ヒートポンプ装置４の冷媒路７４を巻き付けて効率よく熱交換できるようにする。

【0086】

しかし、第２熱交換器７３と第１熱交換器７２（図７にない）の構造は、本発明の趣旨ではないので詳細な構造やその動作については省略する。冷媒路７４を流れる冷媒の流れを逆方向にすれは、負荷側の熱で水が高温になる、これを、ヒートポンプ装置４を介して、地中に放熱する装置になる。このときの動作は、冷媒の流れが逆方向になるものは基本的に同じである。詳細な説明は省略する。

【0087】

〔制御盤の構成例〕
図８は、制御盤２０の構成例を図示しているブロック図である。制御盤２０は、地中熱利用システム１の全体の制御を行うための装置である。制御盤２０は、計算機１００を備える。また、制御盤２０は、入力装置１０５、出力装置１０７、補助記憶装置１０９、通信手段１１１等を備える。計算機１００、それに内蔵された主記憶装置１０１、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１０２、第１入力インターフェース１０３、出力インターフェース１０６、補助記憶装置用インターフェース１０８、通信インターフェース１１０等を備える。

【0088】

主記憶装置１０１、ＣＰＵ１０２、各種インターフェースは、バス１０３で互いに接続されて、このバス１０３を経由して、互いにデータの送受信を行う。主記憶装置１０１は、ＲＡＭ等の記憶装置である。ＣＰＵ１０２は、計算機１００の動作を制御するもので、主記憶装置１０１に格納されたプログラムによって、そのプログラムの命令を順序処理し実行しながら、計算機１００の動作を制御する。マウス、キーボード、タッチパネル、入力ボタン等の入力装置１０５は、第１入力インターフェース１０４に接続される。

【0089】

ディスプレイ、タッチパネル式ディスプレイ等の出力装置１０７は、出力インターフェース１０６に接続される。計算機１００は、ハードディスクドライブ等の補助記憶装置１０９を有する。補助記憶装置１０９には、制御アプリケーションプログラムやユーザデータ等が格納される。計算機１００において、オペレーティングシステムは、通常、補助記憶装置１０９から呼び出されて、主記憶装置１０１に展開されて、ＣＰＵ１０２によって処理されることで動作する。

【0090】

制御アプリケーションプログラムは、上述の凍結防止運転の例１〜５に示す制御、図３〜６に示すフローチャートに従って、地中熱利用システム１の制御を行うものであれば、機械言語で記述されたプログラム、オペレーティングシステム上に動作するアプリケーションプログラム、組み込みプログラム等の任意の動作方式のプログラムであっても良い。計算機１００は、ハードウェア資源が十分な性能をもっているときは、組み込み系のオペレーティングシステムで動作する。

【0091】

この場合、ウェブブラウザ等のアプリケーションプログラムも、通常、補助記憶装置１０９から呼び出されて、主記憶装置１０１に展開されて、動作する。通信手段１１１は、計算機１００を他の電子計算機、ネットワーク２１、ネットワーク２１に接続するための装置に接続するためのデバイスである。通信手段１１１はネットワークカードからなり、有線又は無線のネットワーク２１に接続するためのものである。計算機１００は、地中熱利用システム１の温度計、流量計等のデバイスから測定データを取得するための第２入力インターフェース１１２、第３入力インターフェース１１３を備える。

【0092】

第２入力インターフェース１１２は、温度計８、９、１３、１４、外気温センサー２１、室温センサー２２等に接続されて、これらの温度計から測定データを入力するものである。第２入力インターフェース１１２は、地中熱利用システム１の全ての温度計から測定データを取得するものであり、温度計と所定の時間間隔で接続されて切り替えながら測定データを取得するものであると良い。

【0093】

第３入力インターフェース１１３は、熱源側流量計１６、負荷側流量計１７と接続され、測定データを取得するものである。第３入力インターフェース１１３は、地中熱利用システム１の全ての流量計から測定データを取得するものであり、流量計と所定の時間間隔で接続されて切り替えながら測定データを取得するものである。計算機１００は、各ポンプ７、１２に接続されて、その制御を行うためのポンプインターフェース１１７を有する。

【0094】

ポンプインターフェース１１７からは、ポンプ７、１２の運転開始を示し信号、運転停止を示す信号、運転速度を示す信号を出力する。また、ポンプインターフェース１１７からは、ヒートポンプ４の運転開始を示し信号、運転停止を示す信号を出力する。ポンプインターフェース１１７は、地中熱利用システム１の全てのポンプと接続されて、接続を切り替えながら制御するものである。地中熱利用システム１は、システム全体の使用電力を測定するための電力計１１６を有する。

【0095】

制御盤２０は電力計用ポート１１５を、計算機１００は電力計用ポート１１５用の第４入力インターフェース１１４を備え、電力計１１６で測定されたデータは、電力計用ポート１１５、第４入力インターフェース１１４を介して計算機１００に取り込まれる。また、電力計１１６は、通信機能を有する場合は、ネットワーク２１又は通信手段１１１を介して計算機１００に接続され、測定データを計算機１００に送信することができる。リモートコントローラ３０は、入力装置１０５、出力装置１０７に接続されて動作する。

【0096】

又は、図示しないが、リモートコントローラ３０専用のインターフェースを計算機１００に備えることができる。計算機１００は、図示しないが、計算機１００に動作に必要なクロックを発生するクロック発生器、電源用インターフェース等を内蔵する。これらの動作については、汎用の動作なのでその説明を省略する。計算機１００は、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）を使用することができる。そのインターフェースの種類や動作は、本発明の趣旨ではないので、その詳細な説明は省略する。

【0097】

〔第２の実施の形態〕
以下、本発明の第２の実施の形態を、図９を参照しながら説明する。本発明の第２の実施の形態の地中熱利用システムは、複数の熱源側循環部、複数の負荷側循環部、複数のヒートポンプ装置を有する。一組の熱源側循環部、負荷側循環部、及びヒートポンプ装置は、独立したシステムとして動作する。上述の第１の実施の形態は、一組の熱源側循環部、負荷側循環部及びヒートポンプ装置の例である。

【0098】

図９には、地中熱利用システムの例として３組のシステムからなる例を示しており、それは第１装置１−１、第２装置１−２、第３装置１−３である。制御装置１５は、共通の装置であり、第１装置１−１、第２装置１−２、第３装置１−３全てを制御する。図９の中では、分かりやすくするために、図１に図示したものと同じ装置を同じ参照番号を利用し、その参照番号に副番号付けて区別している。循環液の凍結防止運転は、第１装置１−１、第２装置１−２、第３装置１−３のように装置ごとに行う。

【0099】

例えば、熱源側の循環路６−１、６−２、６−３を全て監視し、凍結可能性がある装置のみに凍結防止運転を行う。例えば、熱源側の循環路６−２の場合、温度計８−２で測定した温度が凍結温度の設定温度Ｔ_ｆになったとき凍結防止運転を行う。このとき、熱源側循環ポンプ７−２を稼働させて、凍結防止運転を行う。その他の、第１装置１−１、第３装置１−３については、監視するが、温度計８−１、８−２で測定した温度が凍結温度の設定温度Ｔ_ｆになっていないとき凍結防止運転を行わない。

【0100】

負荷側も同じく、凍結の可能性がある装置のみに凍結防止運転を行う。制御装置１５は、第１装置１−１、第２装置１−２、第３装置１−３の全ての装置を監視し、制御を行う。本実施の形態においては、３装置のみを例示したが、原理的に、ｎ装置までが制御可能である。本発明の第２の実施の形態の地中熱利用システムにおいて、各温度計、ポンプ、流量計は、全て制御装置１５の制御盤に接続されて、制御される。

【0101】

図８に図示した制御盤２０の第２入力インターフェースに外気温、室温、循環路の温度を測定する温度計を含む全ての温度計、第３入力インターフェースに全ての流量計、ポンプインターフェースに全てのポンプが接続される。また、電力計１１６は、地中熱利用システムの全体、及び／又は、地中熱利用システムを構成する装置ごとにその消費電力を計測するものである。リモートコントローラは、図示しないが、地中熱利用システムを構成する装置ごとに備え、全てのリモートコントローラは入力装置１０５、出力装置１０７に接続されて動作する。

【0102】

本第２の実施の形態の地中熱利用システムは、多数の装置から構成されるので、その構成のヒートポンプ装置、負荷循環回路の一部が室内、一部が屋外に設置されることができる。室内の場合は、その室内温度が、年間通して、循環液の凍結温度までに下がらない場合は、負荷側の凍結防止運転をする必要がないので、その分は、負荷側の温度計を監視せず、制御盤２０から制御しなくても済む。

【0103】

〔第３の実施の形態〕
以下、本発明の第３の実施の形態を説明する。本第２の実施の形態は、上述の第１又は第２の実施の形態と基本的に同じである。以下は、第３の実施の形態は、上述の第１又は２の実施の形態と異なる部分のみを説明する。更に、風が強いと、外気温が実施より寒く感じる。物理的には、強い風を物体に当てれば、その物体の温度が下がる。これも、本発明の地上の循環路についても言える。

【0104】

熱源側の温度計８、９で測定した温度は、熱源側循環水の温度である。凍結防止運転が始まる設定温度Ｔ_ｆは、熱源側循環水の凍結温度より高温に設定される。通常は、この設定温度Ｔ_ｆは、凍結温度よりやや高温であれば、必要以上にエネルギーを使わなくて済む。例えば、この設定温度Ｔ_ｆは、凍結温度より２〜３℃高温に設定する。風が強いときは、熱源側循環水の温度が、外気温センサー２１で測定した温度より下がっている。この下がり幅は、風の強さによる、０．１℃から１℃、場合によって２℃、３℃の温度差がある。

【0105】

熱源側循環水が水の場合は、１気圧のとき０℃が凍結温度である。設定温度Ｔ_ｆが３℃で設定されていれば、風が強いときは、熱源側循環水が凍結する可能性がある。このような風が強い期間は、地中熱利用システム１の設置場所によるが、システムの稼働期間全体の中でごくわずかである。そのため、風が強いときを前提にして、設定温度Ｔ_ｆを高くすれば、その分エネルギー損失があり、地中熱利用システム１の運用コスト、つまり電気代がかかる。

【0106】

監視用電子計算機２２は、通常は、インターネット等のネットワークに接続され、気象庁等の公的機関、民間事業所、防災機関等が提供する気象情報にアクセスすることができる。このアクセス情報を利用すれば、地中熱利用システム１が設置されている場所の気象情報を取得することができる。監視用電子計算機２２の気象情報を利用して、所定の風力以上の日、場合によって時間帯、を計算することができる。監視用電子計算機２２は、制御盤２０に接続されており、制御盤２０の制御ができ、これを通じて、設定温度Ｔ_ｆの初期値の設定もできるものである。

【0107】

よって、監視用電子計算機２２は、所定の風力以上の日、時間帯があると、その所定の風力以上の日、時間帯に限って、設定温度Ｔ_ｆを上げる指令を制御盤２０へ送信する。そして、所定の風力以上の日、時間帯が過ぎるか、そのような予報が無くなれば、監視用電子計算機２２は、設定温度Ｔ_ｆを元の値にする指令を制御盤２０へ送信するか、新たに前の設定温度Ｔ_ｆを指定して初期化する指令を制御盤２０へ送信する。制御盤２０は、監視用電子計算機２２から受信した指令に指定された値で設定温度Ｔ_ｆを初期化する。

【0108】

所定の風力以上の日、時間帯のとき、設定温度Ｔ_ｆの値は、熱源側循環水の凍結温度より４℃以上１０℃以下、好ましく４℃以上６℃以下に設定すると良い。ここで、記述した所定の風力以上の値、これは循環水の温度を実際より下げる効果がある風力であり、通常は、風速１０ｍ／ｓ以上、好ましくは１５ｍ／ｓ以上の強風である。

【0109】

監視用電子計算機２２は、このように気象情報にアクセス機能、地中熱利用システム１の設置場所に関するデータを受信又は設定する機能、気象情報を分析し、該設置場所に所定の風速以上の情報を取得する機能、制御盤に設定温度Ｔ_ｆを所定値に変更する指令を送信する機能を備えた専用のアプリケーションプログラムを備える。無論、監視用電子計算機２２又は制御盤２０を、管理者が直接操作して、設定温度Ｔ_ｆを設定することができる。上述のように、本発明の第１〜３の実施形態では、地中熱交換器５を地中に設置し、地中熱を採熱している。

【0110】

〔その他〕
しかし、地中熱交換器５を井戸の中に、又は、温泉に設置し、地中熱によって温められた井戸又は温泉の水から採熱することも可能であり、本発明の範囲内に入る。負荷装置１０は、屋内の室内の空気を加熱する暖房器、床式暖房機に利用することができるほか、負荷側の循環路の循環水に冷水を用い、それをヒートポンプ装置４で加熱した温水を貯湯タンクに格納することができる。この貯湯タンク内の温水は、給湯等に使用するとことができる。

【0111】

上述のように、本発明の第１〜３の実施形態の説明では、ヒートポンプ装置４の循環液の凍結防止運転を説明しなかったが、ヒートポンプ装置４の循環液が凍結する恐れがある場合は、同じく凍結防止対策を取る。ヒートポンプ装置４は循環液として不凍液を利用するので、通常の使用では凍結防止運転が必要ない。

【0112】

仮に、ヒートポンプ装置４の循環液が凍結する恐れがある場合、ヒートポンプ装置４の循環路に温度計を設置し、ヒートポンプ装置４の循環液の温度を監視する。ヒートポンプ装置４の循環液が凍結防止温度に達したとき、ヒートポンプ装置４を稼働させて凍結防止運転を行う。このとき、熱源側のポンプ７又は負荷側のポンプ１２を稼働させても良い。

【産業上の利用可能性】

【0113】

本発明は、地中熱を利用する分野に利用するとよい。特に、地中熱を利用した暖房システムに利用すると良い。

【符号の説明】

【0114】

１…地中熱利用システム
２…熱源側循環部
３…負荷側循環部
４…ヒートポンプ装置
５…地中熱交換器
６…熱源側循環回路
７…熱源側循環ポンプ
８、９、１３、１４…温度計
１０…負荷装置
１１…負荷側循環回路
１２…負荷側循環ポンプ
１５…制御装置
１６…熱源側流量計
１７…負荷側流量計
２０…制御盤
２１…外気温センサー
２２…室温センサー
２３、４４、５４…電源
３０…リモートコントローラ
２５…監視用電子計算機
７０…圧縮機
７１…膨張弁
７２…第１熱交換器
７３…第２熱交換器
７４…冷媒路７４
８０…配管
８１…ファン
８２…モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】