JP2019163892A - 地中熱ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転時における地中からの吸熱過剰・地中熱の活用不足や冷房運転時における地中への放熱過剰・地中熱容量の活用不足を防止して、地中に対する最適な吸熱・放熱処理を実現することができる地中熱ヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】制御ゾーン決定部６１Ｄは、地中熱交換器２３における吸放熱能力情報を取得し、当該吸放熱能力情報に応じて、第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出される前記第１冷媒Ｃ１の温度に基づき制御ゾーンを決定する。圧縮機制御部６１Ａは、決定された制御ゾーンに基づき、対応する回転数の上限値を取得し、当該上限値を超えないように第１圧縮機４３の回転数を制御する。これにより、吸放熱能力情報によって地中熱交換器２３の吸熱能力・放熱能力を正しく把握し、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御を行うことができる。【選択図】図５

Description

本発明は、熱源接続路の熱媒と熱交換した後のヒートポンプ回路の冷媒に対し熱交換を行わせた循環液を負荷端末へ供給し、冷暖房を実行可能な地中熱ヒートポンプ装置に関する。

従来よりこの種の地中熱ヒートポンプ装置においては、特許文献１記載のように、第１熱源側熱交換器へ流入する、若しくは、第１熱源側熱交換器から流出する、第１冷媒配管内の冷媒温度を検出し、検出した冷媒温度に応じて、第１圧縮機の回転数の上限値を変更させるものがあった。

特開２０１４−１９６８９３号公報

上記従来のものにおいて、地中からの吸熱による負荷端末の暖房運転が行われる際、例えば当初想定したよりも地中熱交換器の管路長が短い、あるいは、地中の熱容量が小さい等によって地中熱交換器の吸熱能力が低い場合、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機の回転数制御が行われないと、地中からの吸熱（採熱）過剰となる場合がある。この場合、地中温度が過度に低下し、時間がたっても温度回復できない状態（いわゆる熱枯れ状態）となるおそれがある。逆に例えば当初想定したよりも地中熱交換器の管路長が長い、あるいは、地中の熱容量が大きい等によって地中熱交換器の吸熱能力が高い場合、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機の回転数制御が行われないと、地中からの十分な採熱ができず、地中熱の有効活用ができないおそれがある。

同様に、地中への放熱による負荷端末の冷房運転が行われる際にも、例えば当初想定したよりも地中熱交換器の管路長が短い、あるいは、地中の熱容量が小さい等によって地中熱交換器の放熱能力が低い場合、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機の回転数制御が行われないと、地中への放熱過剰となる場合がある。この場合、地中温度が過度に上昇し、時間がたっても温度回復できない状態（いわゆる熱飽和状態）となるおそれがある。逆に例えば当初想定したよりも地中熱交換器の管路長が長い、あるいは、地中の熱容量が大きい等によって地中熱交換器の放熱能力が高い場合、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機の回転数制御が行われないと、地中への十分な放熱ができず、地中の熱容量の有効活用ができないおそれがある。

上記従来のものでは、前記地中熱交換器の吸熱能力又は放熱能力が考慮されずに第１圧縮機の回転数の上限値が設定されるので、前記熱枯れ状態又は前記熱飽和状態が発生するおそれがあった。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１では、第１圧縮機、第１負荷側熱交換器、及び、地中熱交換器からの熱媒と熱交換可能な第１熱源側熱交換器、を第１冷媒配管で接続して、第１ヒートポンプ回路を形成し、少なくとも、前記第１負荷側熱交換器、及び、負荷端末を、循環液配管で接続して、負荷側回路を形成し、前記第１圧縮機の回転数を制御する圧縮機制御手段を設けた、地中熱ヒートポンプ装置において、前記第１ヒートポンプ回路において、前記第１熱源側熱交換器へ流入する、若しくは、前記第１熱源側熱交換器から流出する、前記第１冷媒配管内の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段と、前記地中熱交換器における吸熱能力又は放熱能力を表す吸放熱能力情報を取得する情報取得手段と、前記情報取得手段が取得した前記吸放熱能力情報に応じて、前記冷媒温度検出手段が検出した前記冷媒温度と、前記第１圧縮機の複数の制御ゾーンのうちいずれか１つとを、可変に対応づける制御ゾーン決定手段と、を有し、前記圧縮機制御手段は、前記冷媒温度に対して前記制御ゾーン決定手段が対応づけた１つの前記制御ゾーンに基づき、前記第１圧縮機の回転数を制御するものである。

また、請求項２では、前記吸放熱能力情報の内容ごとに、前記冷媒温度と、対応する前記制御ゾーンとの第１相関を記憶した第１記憶手段と、複数の前記制御ゾーンと、各制御ゾーンに対応した前記第１圧縮機の回転数の上限値と、の第２相関を記憶した第２記憶手段と、を有し、前記制御ゾーン決定手段は、前記冷媒温度検出手段が検出した前記冷媒温度に対し、前記情報取得手段が取得した前記吸放熱能力情報に対応する前記第１相関を参照して、対応する１つの前記制御ゾーンを決定し、前記圧縮機制御手段は、前記制御ゾーン決定手段が決定した前記１つの制御ゾーンに対し、前記第２相関を参照して、対応する前記第１圧縮機の回転数の上限値を取得すると共に、取得した上限値を超えないように前記第１圧縮機の回転数を制御するものである。

また、請求項３では、前記第１相関は、前記冷媒温度に係わる複数の温度区分を備えており、前記制御ゾーン決定手段は、前記冷媒温度検出手段により検出された前記冷媒温度が１つの前記温度区分に属した状態が所定期間継続したときに、当該温度区分に対応する前記１つの制御ゾーンを、前記検出された冷媒温度に対応する制御ゾーンとして決定するものである。

また、請求項４では、前記情報取得手段が取得する前記吸放熱能力情報は、前記地中熱交換器の管路長を含むものである。

また、請求項５では、前記情報取得手段が取得する前記吸放熱能力情報は、前記負荷端末において暖房運転を行うか冷房運転を行うかの運転情報を含むものである。

また、請求項６では、第２圧縮機、第２負荷側熱交換器、及び、外気と熱交換可能な第２熱源側熱交換器、を第２冷媒配管で接続して、第２ヒートポンプ回路を形成し、前記負荷側回路は、前記第１負荷側熱交換器、前記第２負荷側熱交換器、及び、前記負荷端末を、前記循環液配管で接続するものである。

この発明の請求項１によれば、第１負荷側熱交換器における、第１ヒートポンプ回路側と負荷側回路との熱交換により、負荷端末における暖房運転又は冷房運転が行われる。

すなわち、例えば暖房運転時には、前記第１ヒートポンプ回路において、低温・低圧で吸入されたガス状態の冷媒が第１圧縮機で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する前記第１負荷側熱交換器において前記負荷側回路を流れる循環液に放熱して高圧の液体となり、蒸発器として機能する第１熱源側熱交換器において熱媒配管を流れる熱媒から吸熱し、低温・低圧のガスとして再び前記第１圧縮機へと戻る。このとき、地中熱交換器によって地中から地中熱が吸熱（採熱）され、その熱を帯びた熱媒が熱媒配管を介し前記第１熱源側熱交換器に導かれて当該第１熱源側熱交換器において前記地中熱が前記冷媒側に汲み上げられる。

一方、例えば冷房運転時には、前記第１ヒートポンプ回路において、低温・低圧で吸入されたガス状態の冷媒が第１圧縮機で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する前記第１熱源側熱交換器において前記熱媒配管を流れる熱媒に放熱して高圧の液体となり、蒸発器として機能する第１負荷側熱交換器において前記負荷側回路を流れる循環液から吸熱し、低温・低圧のガスとして再び前記第１圧縮機へと戻る。このとき、熱媒配管を流れる熱媒は、前記第１熱源側熱交換器において高温となっている前記冷媒から吸熱し、その熱を帯びた熱媒が熱媒配管を介し前記地中熱交換器に導かれ当該地中熱交換器において熱を地中へと放熱する。

ここで、前記のようにして地中からの吸熱による負荷端末の暖房運転が行われる際、例えば当初想定したよりも地中熱交換器の管路長が短い、あるいは、地中の熱容量が小さい等によって地中熱交換器の吸熱能力が低い場合、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機の回転数制御が行われないと、地中からの吸熱（採熱）過剰となる場合がある。この場合、地中温度が過度に低下し、時間がたっても温度回復できない状態（いわゆる熱枯れ状態）となるおそれがある。逆に例えば当初想定したよりも地中熱交換器の管路長が長い、あるいは、地中の熱容量が大きい等によって地中熱交換器の吸熱能力が高い場合、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機の回転数制御が行われないと、地中からの十分な採熱ができず、地中熱の有効活用ができないおそれがある。

同様に、前記のようにして地中への放熱による負荷端末の冷房運転が行われる際にも、例えば当初想定したよりも地中熱交換器の管路長が短い、あるいは、地中の熱容量が小さい等によって地中熱交換器の放熱能力が低い場合、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機の回転数制御が行われないと、地中への放熱過剰となる場合がある。この場合、地中温度が過度に上昇し、時間がたっても温度回復できない状態（いわゆる熱飽和状態）となるおそれがある。逆に例えば当初想定したよりも地中熱交換器の管路長が長い、あるいは、地中の熱容量が大きい等によって地中熱交換器の放熱能力が高い場合、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機の回転数制御が行われないと、地中への十分な放熱ができず、地中の熱容量の有効活用ができないおそれがある。

そこで、請求項１によれば、圧縮機制御手段が設けられ、圧縮機制御のために設定される制御ゾーンに基づき、第１圧縮機の回転数を制御する。前記制御ゾーンは、制御ゾーン決定手段によって、第１ヒートポンプ回路の第１熱源側熱交換器へ流入する（若しくは第１熱源側熱交換器から流出する）、第１冷媒配管内の冷媒温度（冷媒温度検出手段が検出）に基づき、決定される。このとき特に、請求項１によれば、情報取得手段が設けられ、前記地中熱交換器における吸放熱能力情報（吸熱能力又は放熱能力を表す）が取得される。そして、前記制御ゾーンの決定において、制御ゾーン決定手段は、前記取得された吸放熱能力情報に応じて、前記冷媒温度と１つの制御ゾーンとを可変に対応づける。これにより、同一の前記冷媒温度であったとしても、前記吸放熱能力情報によって、互いに異なる制御ゾーンとすることができる。

以上のようにして、請求項１によれば、前記吸放熱能力情報によって前記地中熱交換器の吸熱能力・放熱能力を正しく把握し、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機の回転数制御を行うことができる。この結果、前述のような暖房運転時における地中からの吸熱過剰・地中熱の活用不足や冷房運転時における地中への放熱過剰・地中熱容量の活用不足を防止して、地中に対する最適な吸熱・放熱処理を実現することができる。

また、請求項２によれば、予め用意され第１記憶手段に記憶されていた第１相関を利用して、制御ゾーン決定手段が前記冷媒温度に対応した１つの制御ゾーンを決定する。そして、予め用意され第２記憶手段に記憶されていた第２相関を利用して、圧縮機制御手段が前記制御ゾーンに対応した第１圧縮機回転数の上限値を取得し、第１圧縮機を制御する。これにより、簡素な演算で確実かつ迅速な圧縮機回転数制御を実行することができる。

また、請求項３によれば、検出された冷媒温度が１つの温度区分に所定期間とどまるのを待ってから、前記の制御ゾーンの決定及びこれに対応する前記第１圧縮機の制御を行うことができる。これにより、圧縮機回転数制御の精度向上及び安定化向上を図ることができる。

また、請求項４によれば、前記地中熱交換器の管路長の長・短に伴う当該地中熱交換器の吸熱能力・放熱能力の大小を正しく把握し、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機の回転数制御を行うことができる。

また、請求項５によれば、暖房運転のために吸熱を行う必要があるのか、冷房運転のために放熱を行う必要があるのかを正しく把握し、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機の回転数制御を行うことができる。

また、請求項６によれば、地中熱交換器での吸熱・放熱を活用した第１ヒートポンプ回路に対し第１負荷側熱交換器において循環液配管内の循環液と熱交換を行うのみならず、第２熱源側熱交換器における外気に対する吸熱・放熱を活用した第２ヒートポンプ回路に対し第２負荷側熱交換器においても循環液配管内の循環液と熱交換を行うことができる。

本発明の一実施形態のヒートポンプ装置の主要なユニットの外観構成図 ヒートポンプ装置全体の回路構成図 暖房運転時の作動を説明する図 冷房運転時の作動を説明する図 暖房運転時における地中熱制御装置と空気熱制御装置の機能的構成図 冷房運転時における地中熱制御装置と空気熱制御装置の機能的構成図 冷房運転時における主動力源と補助動力源との切り替え、及び、暖房運転時における主動力源と補助動力源との切り替え、を説明する図 短採熱管モードにおける暖房運転用の第１データテーブルと第２データテーブルの内容を表す図 長採熱管モードにおける暖房運転用の第１データテーブルと第２データテーブルの内容を表す図 短放熱管モードにおける冷房運転用の第１データテーブルと第２データテーブルの内容を表す図 長放熱管モードにおける冷房運転用の第１データテーブルと第２データテーブルの内容を表す図 比較例における暖房運転時の地中温度の挙動を表す図 実施形態における暖房運転時の地中温度の挙動を表す図 比較例における冷房運転時の地中温度の挙動を表す図 実施形態における冷房運転時の地中温度の挙動を表す図 暖房運転時に実行される制御手順を表すフローチャート図 冷房運転時に実行される制御手順を表すフローチャート図 第１冷媒温度センサの検出温度の低下度合い又は上昇度合いを検知して自動で吸放熱能力情報を取得する変形例において、第１冷媒温度センサの検出温度の挙動を表す図

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１８に基づいて説明する。

本発明の複合熱源型のヒートポンプ装置を適用した、本実施形態のヒートポンプ装置１の主要なユニットの外観構成を図１に示す。図１において、本実施形態のヒートポンプ装置１は、地中熱ヒートポンプユニット４と、空気熱ヒートポンプユニット５と、熱交換端末３６に循環液Ｌ（例えば、水や不凍液）を循環させる、負荷側回路としての端末循環回路３０と、地中熱循環回路２０とを有している。

本実施形態のヒートポンプ装置１全体の回路構成を図２に示す。図２に示すように、前記ヒートポンプ装置１は、前記地中熱ヒートポンプユニット４に備えられ、地中熱源を利用して前記熱交換端末３６側の循環液Ｌを加熱または冷却可能な第１ヒートポンプ回路としての地中熱ヒートポンプ回路４０と、前記空気熱ヒートポンプユニット５に備えられ、空気熱源を利用して前記熱交換端末３６側の循環液Ｌを加熱または冷却可能な第２ヒートポンプ回路としての空気熱ヒートポンプ回路５０と、前記端末循環回路３０と、前記地中熱循環回路２０とを有している。

図２において、地中熱ヒートポンプ回路４０は、能力可変の第１圧縮機４３と、第１負荷側熱交換器としての第１熱交換器４１と、第１膨張弁４４と、第１熱源側熱交換器としての地中熱源熱交換器４５とが、第１冷媒配管４２によって環状に接続されている。この第１冷媒配管４２には、前記地中熱ヒートポンプ回路４０における第１冷媒Ｃ１（後述の図３及び図４参照）の流れ方向を切り換える四方弁４６が設けられている。

前記第１熱交換器４１及び前記地中熱源熱交換器４５は、例えばプレート式熱交換器で構成されている。このプレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートが積層され、第１冷媒Ｃ１を流通させる冷媒流路と熱媒である前記循環液Ｌ（または熱媒Ｈ１。後述の図３等参照）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。

また、第１圧縮機４３から吐出された第１冷媒Ｃ１の温度は、第１冷媒吐出温度センサ４２ａによって検出される。同様に、第１熱交換器４１から第１膨張弁４４を介して地中熱源熱交換器４５に至るまでの第１冷媒配管４２に設けられた冷媒温度センサ４２ｃ，４２ｂのうち、第１膨張弁４４から地中熱源熱交換器４５までの第１冷媒配管４２に設けられた冷媒温度検出手段としての第１冷媒温度センサ４２ｂによって、低圧側（暖房運転時）または高圧側（冷房運転時）の第１冷媒Ｃ１の温度が検出される。前記第１冷媒吐出温度センサ４２ａ及び前記第１冷媒温度センサ４２ｂの検出結果は、地中熱制御装置６１へ入力される。

空気熱ヒートポンプ回路５０は、能力可変の第２圧縮機５３と、第２負荷側熱交換器としての第２熱交換器５１と、第２膨張弁５４と、第２熱源側熱交換器としての空気熱源熱交換器５５とが、第２冷媒配管５２によって環状に接続されている。この第２冷媒配管５２には、前記空気熱ヒートポンプ回路５０における第２冷媒Ｃ２（後述の図３及び図４参照）の流れ方向を切り換える四方弁５８が設けられている。

前記第２熱交換器５１は、前述と同様、例えばプレート式熱交換器で構成されており、前記第２冷媒Ｃ２を流通させる冷媒流路と前記循環液Ｌ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。

また、第２圧縮機５３から吐出された第２冷媒Ｃ２の温度は、第２冷媒吐出温度センサ５２ａによって検出される。また、外気の温度が、外気温度センサ５７によって検出される。前記第２冷媒吐出温度センサ５２ａ及び前記外気温度センサ５７の検出結果は、空気熱制御装置６２へ入力される。また、前記外気温度センサ５７の検出結果は、前記地中熱制御装置６１にも入力される。なお、地中熱制御装置６１は、前記外気温度センサ５７に直接接続されず、前記空気熱制御装置６２を介して前記外気温度センサ５７の検出結果を取得する構成でもよい。

なお、前記地中熱ヒートポンプ回路４０の前記第１冷媒Ｃ１、および、前記空気熱ヒートポンプ回路５０の前記第２冷媒Ｃ２としては、例えばＲ４１０ＡやＲ３２等のＨＦＣ冷媒や二酸化炭素冷媒等の任意の冷媒を用いることができる。

地中熱循環回路２０は、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２２と、地中熱源熱交換器４５と、前記地中熱源熱交換器４５を流通する前記第１冷媒Ｃ１と熱交換する熱源として（この例では地中に）設置された地中熱交換器２３とが、熱媒配管としての地中熱配管２１によって環状に接続されている。この地中熱配管２１には、前記地中熱循環ポンプ２２によって、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が熱媒Ｈ１（後述の図３及び図４参照）として循環されるとともに、前記熱媒Ｈ１を貯留し地中熱循環回路２０の圧力を調整する地中用シスターン２４が設けられている。なお、地中熱交換器２３は、地中に設けられるのには限られず、例えば湖沼、貯水池、井戸等の、比較的大容量で熱移動の少ない水源中に設けられ、それらから採放熱するようにしてもよい。

端末循環回路３０は、前記第１熱交換器４１と、前記第２熱交換器５１と、ファンコイルや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熱交換端末３６とが、循環液配管としての負荷配管３１によって上流側から順に環状に接続されている。前記負荷配管３１には、端末循環回路３０に前記循環液Ｌを循環させる循環液循環ポンプ３２と、循環液Ｌを貯留し端末循環回路３０の圧力を調整する冷暖房用シスターン３５とが設けられている。前記循環液循環ポンプ３２は、この例では、定速（一定回転数）にて回転するように構成されている。また、前記熱交換端末３６は、特に図示しない端末用リモコンによって運転と停止の切り替え操作が可能であり、運転中には当該熱交換端末３６の内部に循環液Ｌが流通する一方、運転停止中には当該熱交換端末３６の内部に循環液Ｌが流通しない。なお、熱交換端末３６は、図２では１台のみ設けられているが、複数設けられてもよく、数量や仕様が特に限定されるものではない。

このとき、端末循環回路３０においては、前記第１熱交換器４１と前記第２熱交換器５１とが直列に接続されており、かつ、前記したように、端末循環回路３０を循環する循環液Ｌの流れに対して、前記第１熱交換器４１が前記第２熱交換器５１よりも上流側に配設されている。すなわち、前記ヒートポンプ装置１は、地中熱源を利用して熱交換端末３６側の循環液Ｌを加熱または冷却する地中熱ヒートポンプ回路４０の第１熱交換器４１と、空気熱源を利用して熱交換端末３６側の循環液Ｌを加熱または冷却する空気熱ヒートポンプ回路５０の第２熱交換器５１とが、端末循環回路３０に対して直列に接続された、複合熱源ヒートポンプ装置となっているものである。

なお、負荷配管３１には、熱交換端末３６から第１熱交換器４１に流入する循環液Ｌの温度を検出する、戻り液温度センサ３４が設けられており、その検出結果は、前記地中熱制御装置６１及び前記空気熱制御装置６２へ入力される。なお、空気熱制御装置６２は、戻り液温度センサ３４に直接接続されず、前記地中熱制御装置６１を介して戻り液温度センサ３４の検出結果を取得する構成でもよい。

ここで、前記ヒートポンプ装置１は、前記の四方弁４６，５８の切替によって暖房運転を行う暖房装置、若しくは、冷房運転を行う冷房装置、として選択的に機能させることができる。次に、図３及び図４を用いてこの暖房運転及び冷房運転について説明する。

図３に、暖房運転時の状態を示す。なお、図示の煩雑を防止するために、図２に示していた各種の信号線は省略している。この図３に示す暖房運転時においては、前記地中熱ヒートポンプ回路４０では、図示のように前記四方弁４６が切り替えられることで、第１圧縮機４３から吐出された第１冷媒Ｃ１を、第１熱交換器４１、第１膨張弁４４、地中熱源熱交換器４５の順に流通させた後、第１圧縮機４３に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の第１冷媒Ｃ１が前記第１圧縮機４３で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する前記第１熱交換器４１において、前記端末循環回路３０を流れる循環液Ｌと熱交換を行って前記循環液Ｌに熱を放出し加熱しながら高圧の液体に変化する。こうして液体となった第１冷媒Ｃ１は前記第１膨張弁４４において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する前記地中熱源熱交換器４５において、前記地中熱循環回路２０を流れる熱媒Ｈ１と熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱し、低温・低圧のガスとして再び前記第１圧縮機４３へと戻る。

一方、前記空気熱ヒートポンプ回路５０では、図示のように前記四方弁５８が切り替えられることで、第２圧縮機５３から吐出された第２冷媒Ｃ２を、第２熱交換器５１、第２膨張弁５４、空気熱源熱交換器５５の順に流通させた後、第２圧縮機５３に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の第２冷媒Ｃ２が前記第２圧縮機５３で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する前記第２熱交換器５１において、前記端末循環回路３０を流れる循環液Ｌとの熱交換を行って前記循環液Ｌに熱を放出し加熱しながら高圧の液体に変化する。こうして液体となった第２冷媒Ｃ２は第２膨張弁５４において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する前記空気熱源熱交換器５５において、送風ファン５６の作動により送られる空気と熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱し、低温・低圧のガスとして再び前記第２圧縮機５３へと戻る。

また、地中熱循環回路２０では、地中熱交換器２３によって地中から地中熱が採熱され、その熱を帯びた前記熱媒Ｈ１が地中熱循環ポンプ２２により地中熱源熱交換器４５に供給される。そして、蒸発器として機能する前記地中熱源熱交換器４５において、地中熱源熱交換器４５の冷媒流路を流通する前記第１冷媒Ｃ１と、地中熱源熱交換器４５の流体流路を流通する前記熱媒Ｈ１とで熱交換が行われ、地中熱交換器２３にて採熱された地中熱が第１冷媒Ｃ１側に汲み上げられ前記のように第１冷媒Ｃ１が加熱される。

また、端末循環回路３０では、循環液循環ポンプ３２により前記第１熱交換器４１に流入した循環液Ｌは、凝縮器として機能する前記第１熱交換器４１において、地中熱循環回路２０の熱媒Ｈ１と熱交換し前記のように加熱された前記第１冷媒Ｃ１との熱交換を行って加熱された後、凝縮器として機能する前記第２熱交換器５１において、前記空気熱源熱交換器５５で外気と熱交換し前記のように加熱された前記第２冷媒Ｃ２との熱交換を行ってさらに加熱される。こうして加熱された前記循環液Ｌは、その後、前記熱交換端末３６に供給されて被空調空間を加熱する。

なお、前記においては、地中熱ヒートポンプユニット４および空気熱ヒートポンプユニット５の両方を動作させた暖房運転時の状態を図３に示して説明したが、これに限られない。すなわち、地中熱ヒートポンプユニット４単体のみを動作させての暖房運転や、空気熱ヒートポンプユニット５単体のみを動作させての暖房運転も可能なものである。

図４に、冷房運転時の状態を示す。なお、図示の煩雑を防止するために、図２に示していた各種の信号線は省略している。この図４に示す冷房運転時においては、前記地中熱ヒートポンプ回路４０では、図示のように前記四方弁４６が切り替えられることで、第１圧縮機４３から吐出された第１冷媒Ｃ１を、地中熱源熱交換器４５、第１膨張弁４４、第１熱交換器４１の順に流通させた後、第１圧縮機４３に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の第１冷媒Ｃ１が前記第１圧縮機４３で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する前記地中熱源熱交換器４５において、前記地中熱循環回路２０を流れる熱媒Ｈ１と熱交換を行って前記熱媒Ｈ１に熱を放出しながら高圧の液体に変化する。こうして液体となった第１冷媒Ｃ１は前記第１膨張弁４４において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する前記第１熱交換器４１において、前記端末循環回路３０を流れる循環液Ｌと熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱し前記循環液Ｌを冷却した後、低温・低圧のガスとして再び前記第１圧縮機４３へと戻る。

一方、前記空気熱ヒートポンプ回路５０では、図示のように前記四方弁５８が切り替えられることで、第２圧縮機５３から吐出された第２冷媒Ｃ２を、空気熱源熱交換器５５、第２膨張弁５４、第２熱交換器５１の順に流通させた後、第２圧縮機５３に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の第２冷媒Ｃ２が前記第２圧縮機５３で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する前記空気熱源熱交換器５５において、送風ファン５６の作動により送られる空気との熱交換を行って外気へ熱を放出しながら高圧の液体に変化する。こうして液体となった第２冷媒Ｃ２は前記第２膨張弁５４において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する前記第２熱交換器５１において、前記端末循環回路３０を流れる循環液Ｌと熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱し前記循環液Ｌを冷却した後、低温・低圧のガスとして再び前記第２圧縮機５３へと戻る。

また、地中熱循環回路２０では、前記熱媒Ｈ１が地中熱循環ポンプ２２により地中熱源熱交換器４５に供給される。そして、凝縮器として機能する前記地中熱源熱交換器４５において、地中熱源熱交換器４５の冷媒流路を流通する前記第１冷媒Ｃ１と、地中熱源熱交換器４５の流体流路を流通する前記熱媒Ｈ１とが対向して流れて熱交換が行われ、高温となっている第１冷媒Ｃ１の熱が熱媒Ｈ１側に放熱されて第１冷媒Ｃ１が冷却された後、熱媒Ｈ１の熱は地中熱交換器２３によって地中へと放熱される。

また、端末循環回路３０では、循環液循環ポンプ３２により第１熱交換器４１に流入した循環液Ｌは、蒸発器として機能する前記第１熱交換器４１において、地中熱循環回路２０の熱媒Ｈ１と熱交換し前記のように冷却された前記第１冷媒Ｃ１との熱交換を行って冷却された後、蒸発器として機能する前記第２熱交換器５１において、前記空気熱源熱交換器５５で外気と熱交換し前記のように冷却された前記第２冷媒Ｃ２との熱交換を行ってさらに冷却される。こうして冷却された循環液Ｌは、その後、前記熱交換端末３６に供給されて被空調空間を冷却する。

なお、前記においては、地中熱ヒートポンプユニット４および空気熱ヒートポンプユニット５の両方を動作させた冷房運転時の状態を図４に示して説明したが、これに限られない。すなわち、地中熱ヒートポンプユニット４単体のみを動作させての冷房運転や、空気熱ヒートポンプユニット５単体のみを動作させての冷房運転も可能なものである。

次に、地中熱制御装置６１及び空気熱制御装置６２について説明する。前記地中熱制御装置６１及び前記空気熱制御装置６２は、詳細な図示を省略するが、各種のデータやプログラムを記憶する記憶部（図５及び図６では地中熱制御装置６１の記憶部６１Ｅのみ図示）と、演算・制御処理を行う制御部とを備えている。まず、暖房運転時における、前記地中熱制御装置６１及び前記空気熱制御装置６２の機能的構成を図５により説明する。

図５に示すように、前記地中熱制御装置６１は、圧縮機制御手段としての圧縮機制御部６１Ａと、膨張弁制御部６１Ｂと、ポンプ制御部６１Ｃと、制御ゾーン決定手段としての制御ゾーン決定部６１Ｄとを機能的に備えている。また、地中熱制御装置６１は、後述するデータテーブルを記憶する第１記憶手段又は第２記憶手段としての前記記憶部６１Ｅ（例えばメモリやハードディスク等）を備えている。また、地中熱制御装置６１は、熱交換端末３６に備えられた端末制御装置３６ａ及び熱交換端末３６を操作可能なメインリモコン６０ａに対し、通信可能に接続されている（図２参照）。

圧縮機制御部６１Ａは、切替制御部６１ｐを備えており、前記戻り液温度センサ３４により検出された循環液Ｌ（温水）の温度（以下適宜、「戻り温水温度」という。図３参照）に応じて、前記第１圧縮機４３の回転数を制御する。特にこの例では、圧縮機制御部６１Ａは、前記戻り液温度センサ３４により検出される循環液Ｌの前記戻り温水温度が、例えば前記メインリモコン６０ａの操作に対応した所望の目標戻り温水温度（以下適宜、「目標温度」という）となるように、前記第１圧縮機４３の回転数を制御する。

膨張弁制御部６１Ｂは、第１冷媒吐出温度センサ４２ａにより検出される第１冷媒Ｃ１の冷媒吐出温度に応じて、前記第１膨張弁４４の弁開度を制御する。特にこの例では、膨張弁制御部６１Ｂは、第１冷媒吐出温度センサ４２ａにより検出される第１冷媒Ｃ１の冷媒吐出温度が、例えば前記メインリモコン６０ａの操作に対応した制御上の目標温度となるように、前記第１膨張弁４４の弁開度を制御する。

ポンプ制御部６１Ｃは、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出された第１冷媒Ｃ１の温度（このとき地中熱源熱交換器４５は蒸発器として機能することから、以下適宜、「蒸発器入口冷媒温度」という）に応じて、前記地中熱循環ポンプ２２の前記回転数を制御する（図２も参照）。特にこの例では、前記ポンプ制御部６１Ｃは、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出される前記第１冷媒Ｃ１の蒸発器入口冷媒温度が略一定値となるように、前記地中熱循環ポンプ２２の前記回転数を制御する。

制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記地中熱交換器２３における吸熱能力を表す吸熱能力情報を取得し、当該取得した吸熱能力情報に応じて、前記第１冷媒温度センサ４２ｂが検出した前記第１冷媒Ｃ１の蒸発器入口冷媒温度と、前記第１圧縮機４３の複数の制御ゾーンのうちいずれか１つとを、可変に対応づける（詳細は後述）。前記圧縮機制御部６１Ａは、前記蒸発器入口冷媒温度に対して前記制御ゾーン決定部６１Ｄが対応づけた１つの前記制御ゾーンに基づき、前記第１圧縮機４３の回転数を制御する（詳細は後述）。

前記吸熱能力情報は、前記地中熱交換器２３の管路長情報（管路長の大小。あるいは具体的な長さ寸法でもよい）や、前記熱交換端末３６において暖房運転を行うか冷房運転を行うかの運転情報を含む。なお、前記地中熱交換器２３の近傍周囲における地中の熱容量や地下水の有無、水温等、前記地中熱交換器２３の吸熱能力を表す情報であれば上記以外の情報を含んでもよい。

前記吸熱能力情報は、前記メインリモコン６０ａや前記端末用リモコン（図示省略）において、例えば「短採熱管モード」あるいは「長採熱管モード」等のモードとして設定入力される。また、例えば「複合熱源ヒートポンプ」（管路長が短い）又は「地中熱専用ヒートポンプ」（管路長が長い）等の機種として設定入力されてもよい。あるいは、上記以外の態様で設定入力されてもよい。なお、前記吸熱能力情報は、前記リモコン以外にも、例えば地中熱制御装置６１が備える回路基板上に実装されたディップスイッチ等により設定入力されてもよい。

また、前記空気熱制御装置６２は、圧縮機制御部６２Ａと、膨張弁制御部６２Ｂと、ファン制御部６２Ｃとを機能的に備えている。また空気熱制御装置６２は、前記地中熱制御装置６１に対し、通信可能に接続されている（図２参照）。

圧縮機制御部６２Ａは、切替制御部６２ｐを備えており、前記戻り液温度センサ３４により検出された前記戻り温水温度（図３参照）に応じて、前記第２圧縮機５３の回転数を制御する。特にこの例では、圧縮機制御部６２Ａは、前記戻り液温度センサ３４により検出される戻り温水温度が、例えば前記メインリモコン６０ａの操作に対応した所望の目標戻り温水温度となるように、前記第２圧縮機５３の回転数を制御する。なお、この空気熱制御装置６２の圧縮機制御部６２Ａと前記地中熱制御装置６１の前記圧縮機制御部６１Ａとは、必要に応じて互いに連携しつつ、対象となる第１圧縮機４３または第２圧縮機５３の制御を行う。

膨張弁制御部６２Ｂは、第２冷媒吐出温度センサ５２ａにより検出される第２冷媒Ｃ２の冷媒吐出温度に応じて、前記第２膨張弁５４の弁開度を制御する。特にこの例では、膨張弁制御部６２Ｂは、第２冷媒吐出温度センサ５２ａにより検出される第２冷媒Ｃ２の冷媒吐出温度が、例えば前記メインリモコン６０ａの操作に対応した制御上の目標温度となるように、前記第２膨張弁５４の弁開度を制御する。なお、この空気熱制御装置６２の膨張弁制御部６２Ｂと前記地中熱制御装置６１の前記膨張弁制御部６１Ｂとは、必要に応じて互いに連携しつつ、対象となる第１膨張弁４４または第２膨張弁５４の制御を行う。

ファン制御部６２Ｃは、前記外気温度センサ５７により検出された外気の温度に応じて、前記送風ファン５６の回転数を制御する（図２も参照）。

なお、図５を参照した以上の説明においては、暖房運転時における情報の入出力に基づいて説明したが、冷房運転時には図６に示すように地中熱制御装置６１及び空気熱制御装置６２の構成はそのままで入出力する情報の内容が異なる。すなわち、戻り液温度センサ３４が検出する循環液Ｌの温度はいわゆる冷水の温度（以下適宜、「戻り冷水温度」という。図４参照）であり、この戻り冷水温度が各圧縮機制御部６１Ａ，６２Ａに入力される。また、圧縮機制御部６１Ａ，６２Ａは、前記戻り液温度センサ３４により検出される戻り冷水温度が、例えば前記メインリモコン６０ａの操作に対応した所望の目標戻り冷水温度となるように、前記第１圧縮機４３及び前記第２圧縮機５３の回転数を制御する。さらに、第１冷媒温度センサ４２ｂが検出する第１冷媒Ｃ１の温度、すなわち凝縮器出口冷媒温度（このとき地中熱源熱交換器４５は凝縮器として機能している）が、ポンプ制御部６１Ｃ及び制御ゾーン決定部６１Ｄに入力される。

冷房運転時には、前記制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記地中熱交換器２３における放熱能力を表す放熱能力情報を取得し、当該取得した放熱能力情報に応じて、前記第１冷媒温度センサ４２ｂが検出した前記第１冷媒Ｃ１の凝縮器出口冷媒温度と、前記第１圧縮機４３の複数の制御ゾーンのうちいずれか１つとを、可変に対応づける（詳細は後述）。前記圧縮機制御部６１Ａは、前記凝縮器出口冷媒温度に対して前記制御ゾーン決定部６１Ｄが対応づけた１つの前記制御ゾーンに基づき、前記第１圧縮機４３の回転数を制御する（詳細は後述）。

前記放熱能力情報は、前記吸熱能力情報と同様に、前記地中熱交換器２３の管路長情報（管路長の大小。あるいは具体的な長さ寸法でもよい）や、前記熱交換端末３６において暖房運転を行うか冷房運転を行うかの運転情報を含む。なお、前記地中熱交換器２３の近傍周囲における地中の熱容量や地下水の有無、水温等、前記地中熱交換器２３の放熱能力を表す情報であれば上記以外の情報を含んでもよい。

前記放熱能力情報は、前記吸熱能力情報と同様に、前記メインリモコン６０ａや前記端末用リモコン（図示省略）において、例えば「短放熱管モード」あるいは「長放熱管モード」等のモードとして設定入力される。また、例えば「複合熱源ヒートポンプ」（管路長が短い）又は「地中熱専用ヒートポンプ」（管路長が長い）等の機種として設定入力されてもよい。あるいは、上記以外の態様で設定入力されてもよい。なお、前記放熱能力情報は、前記リモコン以外にも、例えば地中熱制御装置６１が備える回路基板上に実装されたディップスイッチ等により設定入力されてもよい。

なお以下では、前記吸熱能力情報と前記放熱能力情報とを特に区別しないときには、適宜「吸放熱能力情報」と記載する。

ここで、本実施形態のヒートポンプ装置１は、上述したように地中熱源と空気熱源の２つの熱源を複合的に利用しているが、これら異なる熱源をいかに効率的に組み合わせて利用するか（言い替えれば、地中熱源と空気熱源との切り替えや組み合わせをどのように決定するか）が重要である。しかし、流体（気相）である室外空気と、固体（固相）である地中の土とでは、それらの間で熱源としての特性や取り扱い方が大きく相違する。例えば、室外空気は夏期と冬期の温度変化が大きい一方、地中では通年を通して温度の変化が小さい。また、いずれの熱源も全体の熱容量は大きいものの、室外空気の場合は熱伝達速度が高くまたファンで送風することにより循環可能である一方、地中の土の場合は熱伝達速度が低くまた固定化されて循環できない。このため、室外空気は外気全体での温度検出が容易であるが、地中の土は局部的に温度分布が偏りやすいため地中全体での温度検出が困難である。

以上のことから、本実施形態では、外気温度を基準として空気熱源と地中熱源の切り替えや組み合わせを決定する。つまり、外気温度センサ５７により検出される外気温度に基づき（図５及び図６参照）、各圧縮機制御部６１Ａ，６２Ａがそれぞれ備える切替制御部６１ｐ，６２ｐが連携して、第１熱交換器４１での熱交換と第２熱交換器５１での熱交換との両方が実行可能な端末循環回路３０において、いずれの熱交換を主としいずれの熱交換を補助とするかを切り替える。

例えば冷房運転時には、図７（ａ）に示すように、春期や秋期などで前記外気温度があまり高くない場合（この例では３０［℃］以下の場合）には、外気への大きな放熱を期待できることから空気熱源を利用する前記第２圧縮機５３が主動力源として優先的に駆動され、地中熱源を利用する前記第１圧縮機４３は補助動力源として駆動される。

逆に夏期などで前記外気温度が比較的高い場合（この例では３０［℃］より高い場合）には、外気への放熱をあまり期待できないことから地中熱源を利用する前記第１圧縮機４３が主動力源として優先的に駆動され、空気熱源を利用する前記第２圧縮機５３は補助動力源として駆動される。

すなわち、本実施形態では、冷房運転を開始する際に、まず、外気温度が基準温度としての３０［℃］以下であれば、空気熱ヒートポンプ回路５０の第２圧縮機５３を主動力源とすると共に、地中熱ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３を補助動力源として、冷房運転を開始させる。また、外気温度が基準温度としての３０［℃］より高ければ、地中熱ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３を主動力源とすると共に、空気熱ヒートポンプ回路５０の第２圧縮機５３を補助動力源として、冷房運転を開始させる。

また例えば暖房運転時には、図７（ｂ）に示すように、冬期などで前記外気温度が比較的低い場合（この例では２［℃］未満の場合）には、外気から吸熱することにより空気熱源熱交換器５５が着霜する問題があることから前記第１圧縮機４３が主動力源として優先的に駆動され、前記第２圧縮機５３は補助動力源として駆動される。

逆に秋期や春期などで前記外気温度があまり低くない場合（この例では２［℃］以上の場合）には、外気から吸熱しても空気熱源熱交換器５５が着霜しにくいことから前記第２圧縮機５３が主動力源として優先的に駆動され、前記第１圧縮機４３は補助動力源として駆動される。

すなわち、本実施形態では、暖房運転を開始する際に、まず、外気温度が基準温度としての２［℃］未満であれば、地中熱ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３を主動力源とすると共に、空気熱ヒートポンプ回路５０の第２圧縮機５３を補助動力源として、暖房運転を開始させる。また、外気温度が基準温度としての２［℃］以上であれば、空気熱ヒートポンプ回路５０の第２圧縮機５３を主動力源とすると共に、地中熱ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３を補助動力源として、暖房運転を開始させる。

以上の基本構成及び作動であるヒートポンプ装置１において、本実施形態の要部は、地中熱制御装置６１に新たに設けた前記制御ゾーン決定部６１Ｄによる制御内容（前記吸放熱能力情報に応じて、前記第１冷媒温度センサ４２ｂが検出する第１冷媒Ｃ１の温度と前記第１圧縮機４３の複数の制御ゾーンのうちいずれか１つとを可変に対応づける制御）にある。以下、その詳細を順を追って説明する。

一般に、地中からの吸熱による熱交換端末３６の暖房運転が行われる際、例えば当初想定したよりも地中熱交換器２３の管路長が短い、あるいは、地中の熱容量が小さい等によって地中熱交換器２３の吸熱能力が低い場合、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御が行われないと、地中からの吸熱（採熱）過剰となる場合がある。この場合、地中温度が過度に低下し、時間がたっても温度回復できない状態（いわゆる熱枯れ状態）となるおそれがある。逆に例えば当初想定したよりも地中熱交換器２３の管路長が長い、あるいは、地中の熱容量が大きい等によって地中熱交換器２３の吸熱能力が高い場合、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御が行われないと、地中からの十分な採熱ができず、地中熱の有効活用ができないおそれがある。

同様に、地中への放熱による熱交換端末３６の冷房運転が行われる際にも、例えば当初想定したよりも地中熱交換器２３の管路長が短い、あるいは、地中の熱容量が小さい等によって地中熱交換器２３の放熱能力が低い場合、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御が行われないと、地中への放熱過剰となる場合がある。この場合、地中温度が過度に上昇し、時間がたっても温度回復できない状態（いわゆる熱飽和状態）となるおそれがある。逆に例えば当初想定したよりも地中熱交換器２３の管路長が長い、あるいは、地中の熱容量が大きい等によって地中熱交換器２３の放熱能力が高い場合、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御が行われないと、地中への十分な放熱ができず、地中の熱容量の有効活用ができないおそれがある。

そこで、本実施形態によれば、圧縮機制御部６１Ａが設けられ、圧縮機制御のために設定される制御ゾーンに基づき、第１圧縮機４３の回転数を制御する。前記制御ゾーンは、制御ゾーン決定部６１Ｄによって、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出される前記第１冷媒Ｃ１の蒸発器入口冷媒温度（凝縮器出口冷媒温度）に基づき決定される。このとき特に、制御ゾーン決定部６１Ｄによって、前記地中熱交換器２３における前記吸放熱能力情報が取得される。そして、前記制御ゾーンの決定において、制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記取得された吸放熱能力情報に応じて、前記冷媒温度と１つの制御ゾーンとを可変に対応づける。

具体的には、前記記憶部６１Ｅには、前記吸放熱能力情報の内容ごとに、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出される前記第１冷媒Ｃ１の温度と、対応する前記制御ゾーンとの相関を表す第１相関としての第１データテーブルが記憶されている。また、前記記憶部６１Ｅには、複数の前記制御ゾーンと、各制御ゾーンに対応した前記第１圧縮機４３の回転数の上限値との相関を表す第２相関としての第２データテーブルが記憶されている。そして、前記制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出される前記第１冷媒Ｃ１の温度に対し、取得した前記吸放熱能力情報に対応する前記第１データテーブルを参照して、対応する１つの前記制御ゾーンを決定する。また、前記圧縮機制御部６１Ａは、前記制御ゾーン決定部６１Ｄが決定した前記１つの制御ゾーンに対し、前記第２データテーブルを参照して、対応する前記第１圧縮機４３の回転数の上限値を取得すると共に、取得した上限値を超えないように前記第１圧縮機４３の回転数を制御する。

図８〜図１１に、前記第１データテーブル及び前記第２データテーブルの具体例を示す。なお、図８〜図１１では、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出される蒸発器入口冷媒温度（凝縮器出口冷媒温度）を「熱交ＴＨ［℃］」と表記する。

図８（ａ）及び図８（ｂ）はそれぞれ、前記「短採熱管モード」が設定された場合の暖房運転用の第１データテーブル及び第２データテーブルである。図８（ａ）に示すように、前記第１データテーブルは、前記熱交ＴＨ［℃］に係わる複数の温度区分を備えている。具体的には、図８（ａ）において矢印で示すように、前記熱交ＴＨ［℃］の低下方向では、前記温度区分の区切りとなる基準温度をそれぞれ−７［℃］、−９［℃］、−１１［℃］とする。すなわち、−７［℃］≦ＴＨでは制御ゾーン１、−９［℃］≦ＴＨ＜−７［℃］では制御ゾーン２、−１１［℃］≦ＴＨ＜−９［℃］では制御ゾーン３、ＴＨ＜−１１［℃］では制御ゾーン４となる。

一方、前記熱交ＴＨ［℃］の上昇方向では、前記温度区分の区切りとなる基準温度をそれぞれ−５［℃］、−７［℃］、−９［℃］とする。すなわち、−５［℃］≦ＴＨでは制御ゾーン１、−７［℃］≦ＴＨ＜−５［℃］では制御ゾーン２、−９［℃］≦ＴＨ＜−７［℃］では制御ゾーン３、ＴＨ＜−９［℃］では制御ゾーン４となる。このように、前記熱交ＴＨ［℃］の低下方向と上昇方向とで前記制御ゾーンの切り替え挙動にヒステリシスを持たせることで、チャタリング防止を図っている。

前記制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記熱交ＴＨ［℃］が１つの前記温度区分に属した状態が所定期間（例えば１０分）継続したときに、当該温度区分に対応する前記１つの制御ゾーンを、前記検出された熱交ＴＨ［℃］に対応する制御ゾーンとして決定する（図８（ｂ）参照）。また、図８（ｂ）に示すように、前記第２データテーブルは、複数の制御ゾーン１，２，３，４と、各制御ゾーンに対応した前記第１圧縮機４３の回転数の上限値との相関を規定する。

以上により、例えば前記熱交ＴＨ［℃］が−７［℃］以上の状態から−１０［℃］に低下し、その状態が１０分以上継続した場合、制御ゾーンが１から３に変更され、前記第１圧縮機４３の回転数の上限値が制限なし（例えば最大回転数９０［ｒｐｓ］）から３５［ｒｐｓ］に変更される。その後、例えば前記熱交ＴＨ［℃］が−１０［℃］の状態から−６［℃］に上昇し、その状態が１０分以上継続した場合、制御ゾーンが３から２に変更され、前記第１圧縮機４３の回転数の上限値が３５［ｒｐｓ］から４０［ｒｐｓ］に変更される。

図９（ａ）及び図９（ｂ）はそれぞれ、前記「長採熱管モード」が設定された場合の暖房運転用の第１データテーブル及び第２データテーブルである。図９（ａ）に示すように、前記第１データテーブルは、前記熱交ＴＨ［℃］に係わる複数の温度区分を備えている。具体的には、図９（ａ）において矢印で示すように、前記熱交ＴＨ［℃］の低下方向では、前記温度区分の区切りとなる基準温度をそれぞれ−１３［℃］、−１５［℃］、−１７［℃］とする。すなわち、−１３［℃］≦ＴＨでは制御ゾーン１、−１５［℃］≦ＴＨ＜−１３［℃］では制御ゾーン２、−１７［℃］≦ＴＨ＜−１５［℃］では制御ゾーン３、ＴＨ＜−１７［℃］では制御ゾーン４となる。

一方、前記熱交ＴＨ［℃］の上昇方向では、前記温度区分の区切りとなる基準温度をそれぞれ−１１［℃］、−１３［℃］、−１５［℃］とする。すなわち、−１１［℃］≦ＴＨでは制御ゾーン１、−１３［℃］≦ＴＨ＜−１１［℃］では制御ゾーン２、−１５［℃］≦ＴＨ＜−１３［℃］では制御ゾーン３、ＴＨ＜−１５［℃］では制御ゾーン４となる。このように、前記熱交ＴＨ［℃］の低下方向と上昇方向とで前記制御ゾーンの切り替え挙動にヒステリシスを持たせることで、チャタリング防止を図っている。

前記制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記熱交ＴＨ［℃］が１つの前記温度区分に属した状態が所定期間（例えば１０分）継続したときに、当該温度区分に対応する前記１つの制御ゾーンを、前記検出された熱交ＴＨ［℃］に対応する制御ゾーンとして決定する（図９（ｂ）参照）。また、図９（ｂ）に示すように、前記第２データテーブルは、複数の制御ゾーン１，２，３，４と、各制御ゾーンに対応した前記第１圧縮機４３の回転数の上限値との相関を規定する。

以上により、例えば前記熱交ＴＨ［℃］が−１３［℃］以上の状態から−１６［℃］に低下し、その状態が１０分以上継続した場合、制御ゾーンが１から３に変更され、前記第１圧縮機４３の回転数の上限値が制限なし（例えば最大回転数９０［ｒｐｓ］）から３５［ｒｐｓ］に変更される。その後、例えば前記熱交ＴＨ［℃］が−１６［℃］の状態から−１２［℃］に上昇し、その状態が１０分以上継続した場合、制御ゾーンが３から２に変更され、前記第１圧縮機４３の回転数の上限値が３５［ｒｐｓ］から４０［ｒｐｓ］に変更される。

以上により、暖房運転が行われる際、地中熱交換器２３の管路長が短い等によって地中熱交換器２３の吸熱能力が低い場合には、温度区分を高めに設定して制御ゾーンを比較的高めの温度で切り替え、第１圧縮機４３の回転数の上限値を比較的高めの温度域で制限することにより、地中からの過剰吸熱（採熱）による熱枯れ状態を防止できる。一方、地中熱交換器２３の管路長が長い等によって地中熱交換器２３の吸熱能力が高い場合には、温度区分を低めに設定して制御ゾーンを比較的低めの温度で切り替え、第１圧縮機４３の回転数の上限値を比較的低めの温度域で制限する（すなわち、高めの温度域では制限しないか制限を少なくする）ことにより、地中から十分な吸熱（採熱）を行い地中熱を有効活用することができる。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）はそれぞれ、前記「短放熱管モード」が設定された場合の冷房運転用の第１データテーブル及び第２データテーブルである。図１０（ａ）に示すように、前記第１データテーブルは、前記熱交ＴＨ［℃］に係わる複数の温度区分を備えている。具体的には、図１０（ａ）において矢印で示すように、前記熱交ＴＨ［℃］の上昇方向では、前記温度区分の区切りとなる基準温度をそれぞれ３２［℃］、３４［℃］、３６［℃］とする。すなわち、ＴＨ＜３２［℃］では制御ゾーン１、３２［℃］≦ＴＨ＜３４［℃］では制御ゾーン２、３４［℃］≦ＴＨ＜３６［℃］では制御ゾーン３、３６［℃］≦ＴＨでは制御ゾーン４となる。

一方、前記熱交ＴＨ［℃］の低下方向では、前記温度区分の区切りとなる基準温度をそれぞれ３０［℃］、３２［℃］、３４［℃］とする。すなわち、ＴＨ＜３０［℃］では制御ゾーン１、３０［℃］≦ＴＨ＜３２［℃］では制御ゾーン２、３２［℃］≦ＴＨ＜３４［℃］では制御ゾーン３、３４［℃］≦ＴＨでは制御ゾーン４となる。このように、前記熱交ＴＨ［℃］の上昇方向と低下方向とで前記制御ゾーンの切り替え挙動にヒステリシスを持たせることで、チャタリング防止を図っている。

前記制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記熱交ＴＨ［℃］が１つの前記温度区分に属した状態が所定期間（例えば１０分）継続したときに、当該温度区分に対応する前記１つの制御ゾーンを、前記検出された熱交ＴＨ［℃］に対応する制御ゾーンとして決定する（図１０（ｂ）参照）。また、図１０（ｂ）に示すように、前記第２データテーブルは、複数の制御ゾーン１，２，３，４と、各制御ゾーンに対応した前記第１圧縮機４３の回転数の上限値との相関を規定する。

以上により、例えば前記熱交ＴＨ［℃］が３２［℃］未満の状態から３５［℃］に上昇し、その状態が１０分以上継続した場合、制御ゾーンが１から３に変更され、前記第１圧縮機４３の回転数の上限値が制限なし（例えば最大回転数９０［ｒｐｓ］）から３５［ｒｐｓ］に変更される。その後、例えば前記熱交ＴＨ［℃］が３５［℃］の状態から３１［℃］に低下し、その状態が１０分以上継続した場合、制御ゾーンが３から２に変更され、前記第１圧縮機４３の回転数の上限値が３５［ｒｐｓ］から４０［ｒｐｓ］に変更される。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）はそれぞれ、前記「長放熱管モード」が設定された場合の冷房運転用の第１データテーブル及び第２データテーブルである。図１１（ａ）に示すように、前記第１データテーブルは、前記熱交ＴＨ［℃］に係わる複数の温度区分を備えている。具体的には、図１１（ａ）において矢印で示すように、前記熱交ＴＨ［℃］の上昇方向では、前記温度区分の区切りとなる基準温度をそれぞれ３５［℃］、３７［℃］、３９［℃］とする。すなわち、ＴＨ＜３５［℃］では制御ゾーン１、３５［℃］≦ＴＨ＜３７［℃］では制御ゾーン２、３７［℃］≦ＴＨ＜３９［℃］では制御ゾーン３、３９［℃］≦ＴＨでは制御ゾーン４となる。

一方、前記熱交ＴＨ［℃］の低下方向では、前記温度区分の区切りとなる基準温度をそれぞれ３３［℃］、３５［℃］、３７［℃］とする。すなわち、ＴＨ＜３３［℃］では制御ゾーン１、３３［℃］≦ＴＨ＜３５［℃］では制御ゾーン２、３５［℃］≦ＴＨ＜３７［℃］では制御ゾーン３、３７［℃］≦ＴＨでは制御ゾーン４となる。このように、前記熱交ＴＨ［℃］の上昇方向と低下方向とで前記制御ゾーンの切り替え挙動にヒステリシスを持たせることで、チャタリング防止を図っている。

前記制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記熱交ＴＨ［℃］が１つの前記温度区分に属した状態が所定期間（例えば１０分）継続したときに、当該温度区分に対応する前記１つの制御ゾーンを、前記検出された熱交ＴＨ［℃］に対応する制御ゾーンとして決定する（図１１（ｂ）参照）。また、図１１（ｂ）に示すように、前記第２データテーブルは、複数の制御ゾーン１，２，３，４と、各制御ゾーンに対応した前記第１圧縮機４３の回転数の上限値との相関を規定する。

以上により、例えば前記熱交ＴＨ［℃］が３５［℃］未満の状態から３８［℃］に上昇し、その状態が１０分以上継続した場合、制御ゾーンが１から３に変更され、前記第１圧縮機４３の回転数の上限値が制限なし（例えば最大回転数９０［ｒｐｓ］）から３５［ｒｐｓ］に変更される。その後、例えば前記熱交ＴＨ［℃］が３８［℃］の状態から３４［℃］に低下し、その状態が１０分以上継続した場合、制御ゾーンが３から２に変更され、前記第１圧縮機４３の回転数の上限値が３５［ｒｐｓ］から４０［ｒｐｓ］に変更される。

以上により、冷房運転が行われる際、地中熱交換器２３の管路長が短い等によって地中熱交換器２３の放熱能力が低い場合には、温度区分を低めに設定して制御ゾーンを比較的低めの温度で切り替え、第１圧縮機４３の回転数の上限値を比較的低めの温度域で制限することにより、地中への放熱過剰による熱飽和状態を防止できる。一方、地中熱交換器２３の管路長が長い等によって地中熱交換器２３の放熱能力が高い場合には、温度区分を高めに設定して制御ゾーンを比較的高めの温度で切り替え、第１圧縮機４３の回転数の上限値を比較的高めの温度域で制限する（すなわち、低めの温度域では制限しないか制限を少なくする）ことにより、地中へ十分な放熱を行い地中の熱容量を有効活用することができる。

以上説明した本実施形態の効果について、図１２〜図１５を参照しつつ、比較例と対比して説明する。なお、図１２〜図１５では、地中初期温度が例えば１５［℃］である場合について説明する。

図１２に、比較例における暖房運転時の地中温度［℃］の経時推移を示す。この比較例では、例えば前記地中熱交換器２３が前記「短採熱管モード」に対応した比較的短めの管路長を備えており、且つ、前記「長採熱管モード」に対応した第１データテーブル及び第２データテーブルを用いて制御ゾーン及び第１圧縮機４３の回転数の上限値が決定される。すなわち、この比較例では地中熱交換器２３の吸熱能力に対して適切でない（過剰な吸熱（採熱）が行われる）制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御が行われる。

この場合、図１２に示すように、地中からの吸熱（採熱）量に対して熱回復量が少なく、地中温度が過度に低下してしまう（図１２に示す例では−２０［℃］以下まで低下）。その結果、時間がたっても温度回復できない状態（いわゆる熱枯れ状態）となっている。

図１３に、実施形態における暖房運転時の地中温度［℃］の経時推移を示す。本実施形態では、例えば前記地中熱交換器２３が前記「短採熱管モード」に対応した比較的短めの管路長を備えており、且つ、前記「短採熱管モード」に対応した第１データテーブル及び第２データテーブルを用いて制御ゾーン及び第１圧縮機４３の回転数の上限値が決定される。すなわち、本実施形態では地中熱交換器２３の吸熱能力に対して適切な制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御が行われる。

この場合、図１３に示すように、前記比較例に比べて熱回復量が多くなるので、地中温度がある程度低下したところで吸熱（採熱）量と熱回復量とが平衡し、地中温度が過度に低下することを防止できる（図１３に示す例では−５［℃］前後で維持される）。その結果、地中からの過剰吸熱（採熱）による熱枯れ状態を防止できる。また、地中熱配管２１の熱媒Ｈ１の凍結や、当該凍結による地中熱源熱交換器４５の凍結・破損等を防止できる。

図１４に、前記比較例における冷房運転時の地中温度［℃］の経時推移を示す。この比較例では、例えば前記地中熱交換器２３が前記「短放熱管モード」に対応した比較的短めの管路長を備えており、且つ、前記「長放熱管モード」に対応した第１データテーブル及び第２データテーブルを用いて制御ゾーン及び第１圧縮機４３の回転数の上限値が決定される。すなわち、この比較例では地中熱交換器２３の放熱能力に対して適切でない（過剰な放熱が行われる）制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御が行われる。

この場合、図１４に示すように、地中への放熱量に対して熱回復量が少なく、地中温度が過度に上昇してしまう（図１４に示す例では５０［℃］以上まで上昇）。その結果、時間がたっても温度回復できない状態（いわゆる熱飽和状態）となっている。

図１５に、実施形態における冷房運転時の地中温度［℃］の経時推移を示す。本実施形態では、例えば前記地中熱交換器２３が前記「短放熱管モード」に対応した比較的短めの管路長を備えており、且つ、前記「短放熱管モード」に対応した第１データテーブル及び第２データテーブルを用いて制御ゾーン及び第１圧縮機４３の回転数の上限値が決定される。すなわち、本実施形態では地中熱交換器２３の放熱能力に対して適切な制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御が行われる。

この場合、図１５に示すように、前記比較例に比べて熱回復量が多くなるので、地中温度がある程度上昇したところで放熱量と熱回復量とが平衡し、地中温度が過度に上昇することを防止できる（図１５に示す例では３２［℃］前後で維持される）。その結果、地中への過剰放熱による熱飽和状態を防止できる。

なお、以上の効果に基づき、モードの初期設定（工場出荷時等）は前記「短採熱管モード」又は「短放熱管モード」とすることが好ましい。これにより、例えば前記地中熱交換器２３が比較的短めの管路長を備える場合には、当該地中熱交換器２３の吸放熱能力に対して適切な制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御が行われることになる。一方、例えば前記地中熱交換器２３が比較的長めの管路長を備える場合には、地中熱や地中の熱容量の有効活用の度合いは低下するが、少なくとも前述した暖房運転時における地中からの過剰吸熱（採熱）による熱枯れ状態や冷房運転時における地中への過剰放熱による熱飽和状態を防止できる。

次に、以上の手法を実現するために、圧縮機制御部６１Ａ，６１Ｂが協働して実行する制御手順及び制御ゾーン決定部６１Ｄが実行する制御手順を図１６及び図１７のフローチャートにより説明する。

まず、暖房運転時の制御手順を図１６に示す。図１６において、まずステップＳ５で、圧縮機制御部６１Ａ，６１Ｂの切替制御部６１ｐ，６２ｐは、ヒートポンプ装置１が運転開始状態となったか否かを判定する。具体的には、運転開始状態とは、例えば、操作者による適宜のヒートポンプ装置１の運転開始操作がなされることで停止状態から起動される場合、若しくは、運転停止後から再起動してヒートポンプ装置１の運転が再び開始される場合である。運転開始状態となるまではステップＳ５の判定が満たされず（Ｓ５：ＮＯ）ループ待機し、運転開始状態となるとステップＳ５の判定が満たされ（Ｓ５：ＹＥＳ）、ステップＳ１０に移る。

ステップＳ１０では、切替制御部６１ｐ，６２ｐは、暖房運転を開始する際の、地中熱ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３、及び、空気熱ヒートポンプ回路５０の第２圧縮機５３のいずれを主動力源とし、いずれを補助動力源とするかの設定を行う。すなわち、前記外気温度センサ５７によって検出された外気温度が前記基準温度（前述の例では２［℃］）未満であれば、前記第１圧縮機４３を主動力源とすると共に前記第２圧縮機５３を補助動力源として、暖房運転を開始する。外気温度が前記基準温度（２［℃］）以上であれば、前記第２圧縮機５３を主動力源とすると共に前記第１圧縮機４３を補助動力源として、暖房運転を開始する。その後、ステップＳ１５に移る。

ステップＳ１５では、切替制御部６１ｐ，６２ｐは、ヒートポンプ装置１が運転終了状態となったか否かを判定する。すなわち、後述のような回転数の制御の下で暖房運転を行って暖房負荷が小さくなると、ヒートポンプ装置１を動作させずとも、前記端末循環回路３０の前記戻り液温度センサ３４で検出される循環液Ｌの前記戻り温水温度が前記目標戻り温水温度以上に達する場合がある。この場合は、前記地中熱制御装置６１及び前記空気熱制御装置６２による公知の制御によりヒートポンプ装置１が停止され、待機状態となる（すなわち、いったんヒートポンプ装置１の運転が終了される）。ステップＳ１５では、切替制御部６１ｐ，６２ｐは、ヒートポンプ装置１がこの待機状態となったか否かを判定するものである。運転終了状態（すなわち待機状態）となっていた場合はステップＳ１５の判定が満たされ（Ｓ１５：ＹＥＳ）、このフローを終了する。一方、運転終了状態（すなわち待機状態）となっていない間はステップＳ１５の判定は満たされず（Ｓ１５：ＮＯ）、ステップＳ２０に移る。

ステップＳ２０では、切替制御部６１ｐ，６２ｐは、この時点で戻り液温度センサ３４から検出された前記戻り温水温度が前記目標戻り温水温度を下回っているか否かを判定する。戻り温水温度が目標戻り温水温度を下回っている場合、判定が満たされ（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ステップＳ２５に移る。

ステップＳ２５では、切替制御部６１ｐ，６２ｐは、この時点の主動力源となっている圧縮機の回転数を増大する。なお、主動力源の圧縮機の回転数の増大だけに限らず、適宜、補助動力源の圧縮機の回転数も増大させてもよい。その後、後述のステップＳ３５に移る。

一方、前記ステップＳ２０の判定において、前記戻り温水温度が前記目標戻り温水温度以上である場合、判定は満たされず（Ｓ２０：ＮＯ）、ステップＳ３０に移る。

ステップＳ３０では、切替制御部６１ｐ，６２ｐは、この時点の主動力源となっている圧縮機の回転数を低減する。なお、主動力源の圧縮機の回転数の低減だけに限らず、適宜、補助動力源の圧縮機の回転数も低減させてもよい。その後、ステップＳ３５に移る。

ステップＳ３５では、地中熱制御装置６１の制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記地中熱交換器２３における吸熱能力を表す吸熱能力情報を例えばメインリモコン６０ａから取得する。なお、このステップＳ３５が吸放熱能力情報を取得する情報取得手段に相当する。その後、ステップＳ４０に移る。

ステップＳ４０では、制御ゾーン決定部６１Ｄは、制御ゾーンの変更が必要か否かを判定する。具体的には、前記ステップＳ３５で取得した吸熱能力情報に対応する前記第１データテーブルを参照し（図８及び図９参照）、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出された熱交ＴＨ［℃］が現状とは異なる温度区分に移行したか否かを判定する。前記熱交ＴＨ［℃］が現状とは異なる温度区分に移行していない場合、判定は満たされず（Ｓ４０：ＮＯ）、前記ステップＳ１５に戻り、同様の手順を繰り返す。一方、前記熱交ＴＨ［℃］が現状とは異なる温度区分に移行した場合、判定が満たされ（Ｓ４０：ＹＥＳ）、ステップＳ４５に移る。

ステップＳ４５では、制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記ステップＳ３５で取得した吸熱能力情報に対応する前記第１データテーブルを参照し、当該第１データテーブルにおいて、前記熱交ＴＨ［℃］がどの温度区分に属すか、すなわち前記熱交ＴＨ［℃］がどの制御ゾーンに対応するかを判定する。その後、ステップＳ５０に移る。

ステップＳ５０では、制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記熱交ＴＨ［℃］が前記ステップＳ４５において判定した１つの温度区分に属した状態が所定期間継続したか否かを判定する。なお、前記所定期間は、前記ステップＳ３５で取得した吸熱能力情報が前記「短採熱管モード」である場合は１０分、前記「長採熱管モード」である場合は１０分である。前記状態が前記所定期間継続しなかった場合、判定は満たされず（Ｓ５０：ＮＯ）、前記ステップＳ１５に戻り、同様の手順を繰り返す。一方、前記状態が前記所定期間継続した場合、判定が満たされ（Ｓ５０：ＹＥＳ）、ステップＳ５５に移る。

ステップＳ５５では、制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記ステップＳ４５において前記熱交ＴＨ［℃］が属すると判定した温度区分に対応する前記制御ゾーンを、検出された前記熱交ＴＨ［℃］に対応する制御ゾーンとして決定する。その後、ステップＳ６０に移る。

ステップＳ６０では、圧縮機制御部６１Ａは、前記ステップＳ５５で決定した制御ゾーンに基づき、前記ステップＳ３５で取得した吸熱能力情報に対応する前記第２データテーブルを参照して（図８及び図９参照）、対応する第１圧縮機４３の回転数の上限値を取得する。その後、ステップＳ６５に移る。

ステップＳ６５では、圧縮機制御部６１Ａは、前記ステップＳ６０で取得した上限値を超えないように前記第１圧縮機４３の回転数を制御する。その後、前記ステップＳ１５に戻り、同様の手順を繰り返す。

以上のようにして、ステップＳ２０、ステップＳ２５、及びステップＳ３０の処理により、前記戻り温水温度が前記目標戻り温水温度に一致するよう主動力源の圧縮機（及び、必要に応じて補助動力源の圧縮機）の回転数を制御する通常の前記戻り温水温度制御が行われる。また、ステップＳ３５〜ステップＳ６５の処理により、前記吸熱能力情報に応じて、前記第１冷媒温度センサ４２ｂが検出する前記熱交ＴＨ［℃］と前記第１圧縮機４３の複数の制御ゾーンのうちいずれか１つとを可変に対応づけ、当該制御ゾーンに基づいて前記第１圧縮機４３の回転数を制御する能力制限制御が行われる。

次に、冷房運転時の制御手順を図１７に示す。図１７において、まずステップＳ１０５で、圧縮機制御部６１Ａ，６１Ｂの切替制御部６１ｐ，６２ｐは、前記図１６の前記ステップＳ５と同様、ヒートポンプ装置１が前記運転開始状態となったか否かを判定する。運転開始状態となるまではステップＳ１０５の判定が満たされず（Ｓ１０５：ＮＯ）ループ待機し、運転開始状態となるとステップＳ１０５の判定が満たされ（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０に移る。

ステップＳ１１０では、切替制御部６１ｐ，６２ｐは、冷房運転を開始する際の、地中熱ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３、及び、空気熱ヒートポンプ回路５０の第２圧縮機５３のいずれを主動力源とし、いずれを補助動力源とするかの設定を行う。すなわち、前記外気温度センサ５７によって検出された外気温度が前記基準温度（前述の例では３０［℃］）以上であれば、前記第１圧縮機４３を主動力源とすると共に前記第２圧縮機５３を補助動力源として、冷房運転を開始する。外気温度が前記基準温度（３０［℃］）未満であれば、前記第２圧縮機５３を主動力源とすると共に前記第１圧縮機４３を補助動力源として、冷房運転を開始する。その後、ステップＳ１１５に移る。

ステップＳ１１５では、切替制御部６１ｐ，６２ｐは、前記図１６の前記ステップＳ１５と同様、ヒートポンプ装置１が運転終了状態となったか否かを判定する。すなわち、後述のような回転数の制御の下で冷房運転を行って冷房負荷が小さくなると、ヒートポンプ装置１を動作させずとも、前記端末循環回路３０の前記戻り液温度センサ３４で検出される循環液Ｌの前記戻り冷水温度が前記目標戻り冷水温度以下となる場合がある。この場合は、前記地中熱制御装置６１及び前記空気熱制御装置６２による公知の制御によりヒートポンプ装置１が停止され、待機状態となる（すなわち、いったんヒートポンプ装置１の運転が終了される）。ステップＳ１１５では、切替制御部６１ｐ，６２ｐは、ヒートポンプ装置１がこの待機状態となったか否かを判定するものである。運転終了状態となっていた場合はステップＳ１１５の判定が満たされ（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、このフローを終了する。一方、運転終了状態となっていない間はステップＳ１１５の判定は満たされず（Ｓ１１５：ＮＯ）、ステップＳ１２０に移る。

ステップＳ１２０では、切替制御部６１ｐ，６２ｐは、この時点で戻り液温度センサ３４から検出された前記戻り冷水温度が前記目標戻り冷水温度を超えているか否かを判定する。戻り冷水温度が目標戻り冷水温度を超えている場合、判定が満たされ（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ステップＳ１２５に移る。

ステップＳ１２５では、切替制御部６１ｐ，６２ｐは、前記図１６の前記ステップＳ２５と同様、この時点の主動力源となっている圧縮機の回転数を増大する。なお、前記と同様、主動力源の圧縮機の回転数の増大だけに限らず、適宜、補助動力源の圧縮機の回転数も増大させてもよい。その後、後述のステップＳ１３５に移る。

一方、前記ステップＳ１２０の判定において、前記戻り冷水温度が前記目標戻り冷水温度以下である場合、判定は満たされず（Ｓ１２０：ＮＯ）、ステップＳ１３０に移る。

ステップＳ１３０では、切替制御部６１ｐ，６２ｐは、前記図１６の前記ステップＳ３０と同様、この時点の主動力源となっている圧縮機の回転数を低減する。なお、主動力源の圧縮機の回転数の低減だけに限らず、適宜、補助動力源の圧縮機の回転数も低減させてもよい。その後、ステップＳ１３５に移る。

ステップＳ１３５では、前記図１６の前記ステップＳ３５と同様、地中熱制御装置６１の制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記地中熱交換器２３における放熱能力を表す放熱能力情報を例えばメインリモコン６０ａから取得する。なお、このステップＳ１３５が吸放熱能力情報を取得する情報取得手段に相当する。その後、ステップＳ１４０に移る。

ステップＳ１４０では、前記図１６の前記ステップＳ４０と同様、制御ゾーン決定部６１Ｄは、制御ゾーンの変更が必要か否かを判定する。具体的には、前記ステップＳ１３５で取得した放熱能力情報に対応する前記第１データテーブルを参照し（図１０及び図１１参照）、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出された熱交ＴＨ［℃］が現状とは異なる温度区分に移行したか否かを判定する。前記熱交ＴＨ［℃］が現状とは異なる温度区分に移行していない場合、判定は満たされず（Ｓ１４０：ＮＯ）、前記ステップＳ１１５に戻り、同様の手順を繰り返す。一方、前記熱交ＴＨ［℃］が現状とは異なる温度区分に移行した場合、判定が満たされ（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４５に移る。

ステップＳ１４５では、前記図１６の前記ステップＳ４５と同様、制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記ステップＳ１３５で取得した放熱能力情報に対応する前記第１データテーブルを参照し、当該第１データテーブルにおいて、前記熱交ＴＨ［℃］がどの温度区分に属すか、すなわち前記熱交ＴＨ［℃］がどの制御ゾーンに対応するかを判定する。その後、ステップＳ１５０に移る。

ステップＳ１５０では、前記図１６の前記ステップＳ５０と同様、制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記熱交ＴＨ［℃］が前記ステップＳ１４５において判定した１つの温度区分に属した状態が所定期間継続したか否かを判定する。なお、前記所定期間は、前記ステップＳ１３５で取得した放熱能力情報が前記「短放熱管モード」である場合は１０分、前記「長放熱管モード」である場合は１０分である。前記状態が前記所定期間継続しなかった場合、判定は満たされず（Ｓ１５０：ＮＯ）、前記ステップＳ１１５に戻り、同様の手順を繰り返す。一方、前記状態が前記所定期間継続した場合、判定が満たされ（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、ステップＳ１５５に移る。

ステップＳ１５５では、前記図１６の前記ステップＳ５５と同様、制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記ステップＳ１４５において前記熱交ＴＨ［℃］が属すると判定した温度区分に対応する前記制御ゾーンを、検出された前記熱交ＴＨ［℃］に対応する制御ゾーンとして決定する。その後、ステップＳ１６０に移る。

ステップＳ１６０では、前記図１６の前記ステップＳ６０と同様、圧縮機制御部６１Ａは、前記ステップＳ１５５で決定した制御ゾーンに基づき、前記ステップＳ１３５で取得した放熱能力情報に対応する前記第２データテーブルを参照して（図１０及び図１１参照）、対応する第１圧縮機４３の回転数の上限値を取得する。その後、ステップＳ１６５に移る。

ステップＳ１６５では、前記図１６の前記ステップＳ６５と同様、圧縮機制御部６１Ａは、前記ステップＳ１６０で取得した上限値を超えないように前記第１圧縮機４３の回転数を制御する。その後、前記ステップＳ１１５に戻り、同様の手順を繰り返す。

以上のようにして、ステップＳ１２０、ステップＳ１２５、及びステップＳ１３０の処理により、前記戻り冷水温度が前記目標戻り冷水温度に一致するよう主動力源の圧縮機（及び、必要に応じて補助動力源の圧縮機）の回転数を制御する通常の前記戻り冷水温度制御が行われる。また、ステップＳ１３５〜ステップＳ１６５の処理により、前記放熱能力情報に応じて、前記第１冷媒温度センサ４２ｂが検出する前記熱交ＴＨ［℃］と前記第１圧縮機４３の複数の制御ゾーンのうちいずれか１つとを可変に対応づけ、当該制御ゾーンに基づいて前記第１圧縮機４３の回転数を制御する能力制限制御が行われる。

以上説明したように、本実施形態のヒートポンプ装置１によれば、地中熱制御装置６１に圧縮機制御部６１Ａが設けられ、圧縮機制御のために設定される制御ゾーンに基づき、第１圧縮機４３の回転数を制御する。前記制御ゾーンは、制御ゾーン決定部６１Ｄによって、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出される前記第１冷媒Ｃ１の蒸発器入口冷媒温度（凝縮器出口冷媒温度）に基づき決定される。このとき特に、制御ゾーン決定部６１Ｄによって、前記地中熱交換器２３における前記吸放熱能力情報が取得される。そして、前記制御ゾーンの決定において、制御ゾーン決定部６１Ｄは、前記取得された吸放熱能力情報に応じて、前記冷媒温度と１つの制御ゾーンとを可変に対応づける。これにより、同一の前記冷媒温度であったとしても、前記吸放熱能力情報によって、互いに異なる制御ゾーンとすることができる。

以上のようにして、本実施形態によれば、前記吸放熱能力情報によって前記地中熱交換器２３の吸熱能力・放熱能力を正しく把握し、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御を行うことができる。この結果、前述のような暖房運転時における地中からの吸熱過剰・地中熱の活用不足や冷房運転時における地中への放熱過剰・地中熱容量の活用不足を防止して、地中に対する最適な吸熱・放熱処理を実現することができる。

また、本実施形態では特に、予め用意され前記記憶部６１Ｅに記憶されていた前記第１データテーブルを利用して、前記制御ゾーン決定部６１Ｄが前記第１冷媒Ｃ１の温度に対応した１つの制御ゾーンを決定する。そして、予め用意され前記記憶部６１Ｅに記憶されていた第２データテーブルを利用して、圧縮機制御部６１Ａが前記制御ゾーンに対応した第１圧縮機４３の回転数の上限値を取得し、第１圧縮機４３を制御する。これにより、簡素な演算で確実かつ迅速な圧縮機回転数制御を実行することができる。

また、本実施形態では特に、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出された前記第１冷媒Ｃ１の温度が１つの温度区分に所定期間とどまるのを待ってから、前記の制御ゾーンの決定及びこれに対応する前記第１圧縮機４３の制御を行う。これにより、圧縮機回転数制御の精度向上及び安定化向上を図ることができる。

また、本実施形態では特に、前記制御ゾーン決定部６１Ｄが取得する前記吸放熱能力情報は、前記地中熱交換器２３の管路長を含んでいる。これにより、前記地中熱交換器２３の管路長の長・短に伴う当該地中熱交換器２３の吸熱能力・放熱能力の大小を正しく把握し、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御を行うことができる。

また、本実施形態では特に、前記制御ゾーン決定部６１Ｄが取得する前記吸放熱能力情報は、前記熱交換端末３６において暖房運転を行うか冷房運転を行うかの運転情報を含んでいる。これにより、暖房運転のために吸熱を行う必要があるのか、冷房運転のために放熱を行う必要があるのかを正しく把握し、これに対応した適切な制御ゾーンにより第１圧縮機４３の回転数制御を行うことができる。

また、本実施形態では特に、前記ヒートポンプ装置１は、地中熱源を利用して熱交換端末３６側の循環液Ｌを加熱または冷却する地中熱ヒートポンプ回路４０の第１熱交換器４１と、空気熱源を利用して熱交換端末３６側の循環液Ｌを加熱または冷却する空気熱ヒートポンプ回路５０の第２熱交換器５１とが、端末循環回路３０に対して直列に接続された、複合熱源ヒートポンプ装置である。これにより、地中熱交換器２３での吸熱・放熱を活用した地中熱ヒートポンプ回路４０に対し第１熱交換器４１において循環液配管内の循環液Ｌと熱交換を行うのみならず、前記空気熱源熱交換器５５における外気に対する吸熱・放熱を活用した空気熱ヒートポンプ回路５０に対し第２熱交換器５１においても循環液配管内の循環液Ｌと熱交換を行うことができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、前記地中熱交換器２３における吸熱能力又は放熱能力を表す吸放熱能力情報が、前記メインリモコン６０ａ、前記端末用リモコン（図示省略）、又はディップスイッチ等により手動で設定入力され、前記ステップＳ３５又は前記ステップＳ１３５において、制御ゾーン決定部６１Ｄがそれら設定入力された吸放熱能力情報を取得するようにしたが、これに限られない。すなわち、前記ステップＳ３５又は前記ステップＳ１３５の代わりに、ヒートポンプ装置１の運転開始後所定の時間が経過するまでの間、前記第１冷媒温度センサ４２ｂの検出温度の低下度合い又は上昇度合いを検知する処理を設け、当該検知結果に基づいて土壌の性能を把握（学習）し、自動で前記吸放熱能力情報を取得するようにしてもよい。

図１８に、前記の処理を行う場合における前記第１冷媒温度センサ４２ｂの検出温度の経時推移を示す。なお、図１８では暖房運転時の検出温度の経時推移を実線で、冷房運転時の検出温度の経時推移を破線で示す。また、前記第１冷媒温度センサ４２ｂにより検出される蒸発器入口冷媒温度（凝縮器出口冷媒温度）を「熱交ＴＨ［℃］」と表記する。

図１８に示すように、暖房運転時の検知時間ｔ１［ｈ］及び冷房運転時の検知時間ｔ２［ｈ］が予め定められており、運転開始から当該検知時間ｔ１，ｔ２が経過するまでの間の熱交ＴＨ［℃］の温度低下ΔＴ１及び温度上昇ΔＴ２を検知する。そして、これらの温度低下ΔＴ１又は温度上昇ΔＴ２が所定のしきい値未満の場合には吸熱（採熱）能力又は放熱能力が高いと判断し、これに対応する前記第１データテーブル及び前記第２データテーブル（例えば前記「長採熱管モード」又は「長放熱管モード」に対応したデータテーブル）に基づき前記第１圧縮機４３の回転数を制御する。反対に、これらの温度低下ΔＴ１又は温度上昇ΔＴ２が所定のしきい値以上の場合には吸熱（採熱）能力又は放熱能力が低いと判断し、これに対応する前記第１データテーブル及び前記第２データテーブル（例えば前記「短採熱管モード」又は「短放熱管モード」に対応したデータテーブル）に基づき前記第１圧縮機４３の回転数を制御する。このような処理を行うことで、実際の土壌の性能により適合させた最適な制御ゾーンにより前記第１圧縮機４３の回転数を制御することができる。

なお、前記地中熱交換器２３から前記地中熱源熱交換器４５に至るまでの地中熱配管２１に熱媒Ｈ１の温度を検出する熱媒温度センサ（図示省略）を設けておき、前記第１冷媒温度センサ４２ｂの検出温度の代わりに、前記熱媒温度センサの検出温度の低下度合い又は上昇度合いを検知してもよい。図１８では、当該熱媒温度センサの検出温度を「地中戻り［℃］」と表記する。

また例えば、上記実施形態では、地中熱を用いた地中熱ヒートポンプ回路４０と空気熱を用いた空気熱ヒートポンプ回路５０とを備えた複合熱源型のヒートポンプ装置に本発明を適用した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、本発明は１又は複数の地中熱ヒートポンプ回路４０のみを備えた地中熱ヒートポンプ装置に適用してもよい。また、複合熱源型のヒートポンプ装置とする場合には、地中熱ヒートポンプ回路４０と空気熱ヒートポンプ回路５０を含み３つ以上のヒートポンプ回路を備えた複合熱源型のヒートポンプ装置に適用してもよい。この場合には、１つのヒートポンプ回路の圧縮機だけを主動力源とし、それ以外の他のヒートポンプ回路の圧縮機を補助動力源としてもよい。

また例えば、上記実施形態では、端末循環回路３０において、循環する循環液Ｌの流れに対して前記第１熱交換器４１が前記第２熱交換器５１よりも上流側に配設されている場合を例にとって説明したが、これに限られず、反対に前記第２熱交換器５１が前記第１熱交換器４１よりも上流側に配設されてもよい。さらには、端末循環回路３０において前記第１熱交換器４１と前記第２熱交換器５１とが並列に接続されてもよい。

また例えば、上記実施形態では、地中熱交換器２３を１本だけ地中に設けた場合を例にとって説明しているが、これに限られず、地中熱交換器２３は地中に複数設けられていてもよい。その場合、それら複数の地中熱交換器２３は互いに並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよい。

１ ヒートポンプ装置（地中熱ヒートポンプ装置）
２０ 地中熱循環回路（第１ヒートポンプ回路）
２１ 地中熱配管（熱媒配管）
２３ 地中熱交換器
３０ 端末循環回路（負荷側回路）
３１ 負荷配管（循環液配管）
３６ 熱交換端末（負荷端末）
４０ 地中熱ヒートポンプ回路（第１ヒートポンプ回路）
４１ 第１熱交換器（第１負荷側熱交換器）
４２ 第１冷媒配管
４２ｂ 第１冷媒温度センサ（冷媒温度検出手段）
４３ 第１圧縮機
４５ 地中熱源熱交換器（第１熱源側熱交換器）
５０ 空気熱ヒートポンプ回路（第２ヒートポンプ回路）
５１ 第２熱交換器（第２負荷側熱交換器）
５２ 第２冷媒配管
５３ 第２圧縮機
５５ 空気熱源熱交換器（第２熱源側熱交換器）
６１Ａ 圧縮機制御部（圧縮機制御手段）
６１Ｄ 制御ゾーン決定部（制御ゾーン決定手段）
６１Ｅ 記憶部（第１記憶手段、第２記憶手段）
Ｃ１ 第１冷媒
Ｃ２ 第２冷媒
Ｈ１ 熱媒

Claims (6)

1. 第１圧縮機、第１負荷側熱交換器、及び、地中熱交換器からの熱媒と熱交換可能な第１熱源側熱交換器、を第１冷媒配管で接続して、第１ヒートポンプ回路を形成し、
   少なくとも、前記第１負荷側熱交換器、及び、負荷端末を、循環液配管で接続して、負荷側回路を形成し、
   前記第１圧縮機の回転数を制御する圧縮機制御手段を設けた、地中熱ヒートポンプ装置において、
   前記第１ヒートポンプ回路において、前記第１熱源側熱交換器へ流入する、若しくは、前記第１熱源側熱交換器から流出する、前記第１冷媒配管内の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段と、
   前記地中熱交換器における吸熱能力又は放熱能力を表す吸放熱能力情報を取得する情報取得手段と、
   前記情報取得手段が取得した前記吸放熱能力情報に応じて、前記冷媒温度検出手段が検出した前記冷媒温度と、前記第１圧縮機の複数の制御ゾーンのうちいずれか１つとを、可変に対応づける制御ゾーン決定手段と、
   を有し、
   前記圧縮機制御手段は、
   前記冷媒温度に対して前記制御ゾーン決定手段が対応づけた１つの前記制御ゾーンに基づき、前記第１圧縮機の回転数を制御する
   ことを特徴とする地中熱ヒートポンプ装置。
2. 前記吸放熱能力情報の内容ごとに、前記冷媒温度と、対応する前記制御ゾーンとの第１相関を記憶した第１記憶手段と、
   複数の前記制御ゾーンと、各制御ゾーンに対応した前記第１圧縮機の回転数の上限値と、の第２相関を記憶した第２記憶手段と、
   を有し、
   前記制御ゾーン決定手段は、
   前記冷媒温度検出手段が検出した前記冷媒温度に対し、前記情報取得手段が取得した前記吸放熱能力情報に対応する前記第１相関を参照して、対応する１つの前記制御ゾーンを決定し、
   前記圧縮機制御手段は、
   前記制御ゾーン決定手段が決定した前記１つの制御ゾーンに対し、前記第２相関を参照して、対応する前記第１圧縮機の回転数の上限値を取得すると共に、取得した上限値を超えないように前記第１圧縮機の回転数を制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の地中熱ヒートポンプ装置。
3. 前記第１相関は、
   前記冷媒温度に係わる複数の温度区分を備えており、
   前記制御ゾーン決定手段は、
   前記冷媒温度検出手段により検出された前記冷媒温度が１つの前記温度区分に属した状態が所定期間継続したときに、当該温度区分に対応する前記１つの制御ゾーンを、前記検出された冷媒温度に対応する制御ゾーンとして決定する
   ことを特徴とする請求項２記載の地中熱ヒートポンプ装置。
4. 前記情報取得手段が取得する前記吸放熱能力情報は、
   前記地中熱交換器の管路長を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の地中熱ヒートポンプ装置。
5. 前記情報取得手段が取得する前記吸放熱能力情報は、
   前記負荷端末において暖房運転を行うか冷房運転を行うかの運転情報を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の地中熱ヒートポンプ装置。
6. 第２圧縮機、第２負荷側熱交換器、及び、外気と熱交換可能な第２熱源側熱交換器、を第２冷媒配管で接続して、第２ヒートポンプ回路を形成し、
   前記負荷側回路は、
   前記第１負荷側熱交換器、前記第２負荷側熱交換器、及び、前記負荷端末を、前記循環液配管で接続する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の地中熱ヒートポンプ装置。

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