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JP6207476B2 - Geothermal heat pump system - Google Patents

Geothermal heat pump system Download PDF

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JP6207476B2
JP6207476B2 JP2014136751A JP2014136751A JP6207476B2 JP 6207476 B2 JP6207476 B2 JP 6207476B2 JP 2014136751 A JP2014136751 A JP 2014136751A JP 2014136751 A JP2014136751 A JP 2014136751A JP 6207476 B2 JP6207476 B2 JP 6207476B2
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heat pump
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光輝 古谷
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Description

本発明は、地中熱を利用して省エネルギー化を図る地中熱利用ハイブリッド型のヒートポンプシステムに関するものである。   The present invention relates to a hybrid heat pump system using geothermal heat that uses geothermal heat to save energy.

従来より、年間を通じて温度変化の少ない地中の熱を利用して冷房または暖房を行うことで、エネルギー消費を抑えた空調システムとして種々のヒートポンプシステムが提案されている(例えば特許文献1,2)。
このうち、特許文献1に開示されているヒートポンプシステムは、地中に配設された循環水配管を有し地中熱を熱源とする地中熱交換器と、外気を熱源とする空気熱交換器とを設けて、外気温に応じて地中熱と外気熱とを使い分けることにより、機器効率を向上させるようにしている。
Conventionally, various heat pump systems have been proposed as air conditioning systems that suppress energy consumption by performing cooling or heating using underground heat with little temperature change throughout the year (for example, Patent Documents 1 and 2). .
Among these, the heat pump system disclosed in Patent Document 1 includes a ground heat exchanger having circulating water piping disposed in the ground and using ground heat as a heat source, and air heat exchange using outside air as a heat source. Equipment efficiency is improved by properly using underground heat and outside air heat according to the outside air temperature.

また、特許文献2に開示されているヒートポンプシステムは、地中熱交換器と水冷式の冷却塔とを設け、地中熱交換器と冷却塔のいずれか一方またはこれらを並列もしくは直列に接続した運転モードを選択することにより、消費電力を低減しシステムの省エネルギー化を図るようにしている。   Moreover, the heat pump system disclosed in Patent Document 2 includes a ground heat exchanger and a water-cooled cooling tower, and either one of the ground heat exchanger and the cooling tower or these are connected in parallel or in series. By selecting the operation mode, the power consumption is reduced and the system is designed to save energy.

特開2009−250555号公報JP 2009-250555 A 特開2012−127573号公報JP 2012-127573 A

特許文献1に開示されているヒートポンプシステムは、外気との熱交換を空気熱交換器で行うようにしたヒートポンプシステムであり、冷却・加熱塔を備える特許文献2のヒートポンプシステムに比べて冷房運転時の効率が悪いという課題がある。
一方、特許文献2に開示されているヒートポンプシステムは、冷却塔を備えているが、主として冷凍機に着目してなされたものであるため、暖房運転をする際に生じる冷却塔の霜付き現象について検討していないため、連続暖房運転ができないおそれがある。また、霜付きを解消するために、空調システムにおいて一般的に用いられているデフロスト用ヒータを設けるようにした場合には、システムの省エネルギー化を充分に達成することができないという課題がある。
The heat pump system disclosed in Patent Document 1 is a heat pump system in which heat exchange with the outside air is performed by an air heat exchanger, and in a cooling operation as compared with the heat pump system of Patent Document 2 including a cooling / heating tower. There is a problem of poor efficiency.
On the other hand, although the heat pump system disclosed in Patent Document 2 includes a cooling tower, since it is mainly made by paying attention to the refrigerator, the frost phenomenon of the cooling tower that occurs when heating operation is performed. Since it has not been studied, there is a possibility that continuous heating operation cannot be performed. Further, when a defrost heater generally used in an air conditioning system is provided in order to eliminate frost formation, there is a problem that energy saving of the system cannot be sufficiently achieved.

さらに、特許文献2に開示されているヒートポンプシステムにおいては、地中熱交換器と冷却塔を直列に接続した運転モードの具体例として、冷却塔を上流側に配置し地中熱交換器を下流側に配置して運転するようにしたものを開示している。しかし、このような運転方法においては、冷房運転時に外気温度が低い場合、効率的に熱媒の温度を下げることができないという課題がある。   Furthermore, in the heat pump system disclosed in Patent Document 2, as a specific example of the operation mode in which the underground heat exchanger and the cooling tower are connected in series, the cooling tower is disposed on the upstream side and the underground heat exchanger is disposed downstream. It is disclosed that it is arranged and operated on the side. However, in such an operation method, there is a problem that the temperature of the heat medium cannot be lowered efficiently when the outside air temperature is low during the cooling operation.

本発明の目的は、冷房運転時および暖房運転時の効率を向上させることができる地中熱利用ヒートポンプシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は、消費電力を増加させることなく暖房運転時における連続運転が可能である地中熱利用ヒートポンプシステムを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a heat pump system using geothermal heat that can improve efficiency during cooling operation and heating operation.
Another object of the present invention is to provide a geothermal heat pump system capable of continuous operation during heating operation without increasing power consumption.

上記目的を達成するため本発明は、
熱媒体の圧縮および膨張を行なって低温部から高温部へ熱を移動させるヒートポンプと、大気から採熱または放熱を行う冷却・加熱塔と、地中熱を熱源とする地中熱交換器と、冷暖房対象空間において吸熱または放熱を行なう2次側設備と、システムの動作を制御する制御手段と、を備えた地中熱利用ヒートポンプシステムであって、
前記制御手段は、
前記ヒートポンプと前記地中熱交換器との間に冷却流体を循環させて冷房を行う第1冷房モードと、
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔および地中熱交換器との間に冷却流体を循環させて冷房を行う第2冷房モードと、
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔との間に冷却流体を循環させて冷房を行う第3冷房モードと、
前記ヒートポンプと前記地中熱交換器との間に熱源流体を循環させて暖房を行う第1暖房モードと、
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔および地中熱交換器との間に熱源流体を循環させて暖房を行う第2暖房モードと、
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔との間に熱源流体を循環させて暖房を行う第3暖房モードと、
に切り換え制御可能に構成され、
冷房モードは、前記第1冷房モード、前記第2冷房モード、前記第3冷房モードの順序で運転され、
暖房モードは、前記第1暖房モード、前記第2暖房モード、前記第3暖房モードの順序で運転され、
冷房モードの切り替えは、
地中熱交換器に流入する冷却流体の温度および流出する冷却流体の温度、それら温度の差の条件によって行われ、
暖房モードの切り替えは、
地中熱交換器に流入する熱源流体の温度および流出する熱源流体の温度、それら温度の差の条件によって行われることを特徴とする。
また、本発明は、
熱媒体の圧縮および膨張を行なって低温部から高温部へ熱を移動させるヒートポンプと、大気から採熱または放熱を行う冷却・加熱塔と、地中熱を熱源とする地中熱交換器と、冷暖房対象空間において吸熱または放熱を行なう2次側設備と、システムの動作を制御する制御手段と、を備えた地中熱利用ヒートポンプシステムであって、
前記制御手段は、
前記ヒートポンプと前記地中熱交換器との間に冷却流体を循環させて冷房を行う第1冷房モードと、
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔および地中熱交換器との間に冷却流体を循環させて冷房を行う第2冷房モードと、
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔との間に冷却流体を循環させて冷房を行う第3冷房モードと、
前記ヒートポンプと前記地中熱交換器との間に熱源流体を循環させて暖房を行う第1暖房モードと、
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔および地中熱交換器との間に熱源流体を循環させて暖房を行う第2暖房モードと、
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔との間に熱源流体を循環させて暖房を行う第3暖房モードと、に切り換え制御可能に構成され、
前記制御手段は、
前記第2冷房モードでは、前記地中熱交換器を通過した冷却流体を前記冷却・加熱塔へ送り、その後前記ヒートポンプへ送るように冷却流体を循環させ、
前記第2暖房モードでは、前記冷却・加熱塔を通過した熱源流体を前記地中熱交換器へ送り、その後前記ヒートポンプへ送るように熱源流体を循環させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention
A heat pump that compresses and expands the heat medium to transfer heat from the low-temperature part to the high-temperature part, a cooling / heating tower that collects or releases heat from the atmosphere, and a ground heat exchanger that uses ground heat as a heat source, A geothermal heat utilization heat pump system comprising secondary equipment that absorbs heat or dissipates heat in a space to be air-conditioned and control means that controls the operation of the system,
The control means includes
A first cooling mode in which cooling is performed by circulating a cooling fluid between the heat pump and the underground heat exchanger;
A second cooling mode for cooling by circulating a cooling fluid between the heat pump and the cooling / heating tower and the underground heat exchanger;
A third cooling mode for cooling by circulating a cooling fluid between the heat pump and the cooling / heating tower;
A first heating mode in which heating is performed by circulating a heat source fluid between the heat pump and the underground heat exchanger;
A second heating mode in which heating is performed by circulating a heat source fluid between the heat pump and the cooling / heating tower and the underground heat exchanger;
A third heating mode in which heating is performed by circulating a heat source fluid between the heat pump and the cooling / heating tower;
Is configured to be controllable to switch to
The cooling mode is operated in the order of the first cooling mode, the second cooling mode, the third cooling mode,
The heating mode is operated in the order of the first heating mode, the second heating mode, and the third heating mode,
To change the cooling mode,
The temperature of the cooling fluid flowing into the underground heat exchanger and the temperature of the cooling fluid flowing out are determined depending on the difference between the temperatures,
To change the heating mode,
It is characterized by being performed according to the conditions of the temperature of the heat source fluid flowing into the underground heat exchanger and the temperature of the heat source fluid flowing out, and the difference between these temperatures.
The present invention also provides:
A heat pump that compresses and expands the heat medium to transfer heat from the low-temperature part to the high-temperature part, a cooling / heating tower that collects or releases heat from the atmosphere, and a ground heat exchanger that uses ground heat as a heat source, A geothermal heat utilization heat pump system comprising secondary equipment that absorbs heat or dissipates heat in a space to be air-conditioned and control means that controls the operation of the system,
The control means includes
A first cooling mode in which cooling is performed by circulating a cooling fluid between the heat pump and the underground heat exchanger;
A second cooling mode for cooling by circulating a cooling fluid between the heat pump and the cooling / heating tower and the underground heat exchanger;
A third cooling mode for cooling by circulating a cooling fluid between the heat pump and the cooling / heating tower;
A first heating mode in which heating is performed by circulating a heat source fluid between the heat pump and the underground heat exchanger;
A second heating mode in which heating is performed by circulating a heat source fluid between the heat pump and the cooling / heating tower and the underground heat exchanger;
A third heating mode in which heating is performed by circulating a heat source fluid between the heat pump and the cooling / heating tower, and can be controlled to be switched .
The control means includes
In the second cooling mode, the cooling fluid that has passed through the underground heat exchanger is sent to the cooling / heating tower, and then the cooling fluid is circulated so as to be sent to the heat pump.
In the second heating mode, the heat source fluid that passes through the cooling / heating tower is sent to the underground heat exchanger, and then the heat source fluid is circulated so as to be sent to the heat pump.

上記した手段によれば、冷房運転時はもちろん暖房運転時も冷却・加熱塔を利用するため、エネルギー効率の良好なヒートポンプシステムを実現することができる。また、地中熱交換器を構成する熱交換井や冷却・熱源流体を流すU字状のパイプの本数を減らすことができ、大幅なコストダウンが可能となるとともに、冷却・加熱塔のみを使用した冷房、暖房運転および地中熱交換器のみを使用した冷房、暖房運転が可能であるため、長時間の連続運転を行うことができるようになる。
また、前記制御手段は、前記第2冷房モードでは、前記地中熱交換器を通過した冷却流体を前記冷却・加熱塔へ送り、その後前記ヒートポンプへ送るように冷却流体を循環させ、前記第2暖房モードでは、前記冷却・加熱塔を通過した熱源流体を前記地中熱交換器へ送り、その後前記ヒートポンプへ送るように熱源流体を循環させるように構成することにより、冷房運転時には地中熱交換器が冷却流体の循環における上流側となり、暖房運転時には冷却・加熱塔が熱源流体の循環における上流側となるため、地中熱交換器の能力が低下した際に、効率良く冷却・熱源流体の冷却または加熱を行うことができる。また、冷房運転時には地中熱を最大限有効に利用してエネルギー効率を向上させることができ、暖房運転時には長時間の安定した暖房運転が可能になる。
According to the above-described means, since the cooling / heating tower is used not only during the cooling operation but also during the heating operation, a heat pump system with good energy efficiency can be realized. In addition, the number of U-shaped pipes that flow heat exchange wells and cooling / heat source fluids that make up the underground heat exchanger can be reduced, enabling significant cost reductions and using only cooling and heating towers. Therefore, it is possible to perform continuous operation for a long time because the cooling and heating operations and the cooling and heating operations using only the underground heat exchanger are possible.
Further, in the second cooling mode, the control means circulates the cooling fluid so as to send the cooling fluid that has passed through the underground heat exchanger to the cooling / heating tower and then to the heat pump, and In the heating mode, the heat source fluid that has passed through the cooling / heating tower is sent to the underground heat exchanger, and then the heat source fluid is circulated so as to be sent to the heat pump. Since the cooling unit becomes the upstream side in the circulation of the cooling fluid and the cooling / heating tower is the upstream side in the circulation of the heat source fluid during the heating operation, when the capacity of the underground heat exchanger is reduced, the cooling / heating source fluid is efficiently Cooling or heating can be performed. Further, it is possible to improve the energy efficiency by making the most effective use of the underground heat during the cooling operation, and it is possible to perform a stable heating operation for a long time during the heating operation.

また、望ましくは、前記冷却・加熱塔は、前記第2冷房モードと第3冷房モードでは冷却流体を気化熱作用で冷却する一方、前記第2暖房モードと第3暖房モードでは熱源流体と大気との間の熱伝達で採熱するように構成する。
これにより、冷却・加熱塔を水冷式冷却塔として機能させることができるため、特に冷房運転時における能力を向上させることができる。
Desirably, the cooling / heating tower cools the cooling fluid by vaporization heat in the second cooling mode and the third cooling mode, while the heat source fluid and the atmosphere are cooled in the second heating mode and the third heating mode. It is configured to collect heat by heat transfer between the two.
As a result, the cooling / heating tower can function as a water-cooled cooling tower, so that the capacity during cooling operation can be improved.

さらに、望ましくは、前記制御手段は、
前記第2冷房モードでは、冷却流体を前記地中熱交換器および前記冷却・加熱塔に並列に循環させるように構成する。
これにより、冷房運転時に地中熱交換器と冷却・加熱塔に冷却流体が並列に循環されるため、外気温度の条件によっては、冷却流体を直列に循環させる場合よりもエネルギー効率を向上させることが可能となる。
Further preferably, the control means includes:
In the second cooling mode, the cooling fluid is circulated in parallel to the underground heat exchanger and the cooling / heating tower.
As a result, the cooling fluid is circulated in parallel to the underground heat exchanger and the cooling / heating tower during cooling operation, so that depending on the outside air temperature conditions, the energy efficiency can be improved compared to the case where the cooling fluid is circulated in series. Is possible.

また、望ましくは、前記制御手段は、
前記第2暖房モードまたは第3暖房モードにおいて、前記冷却・加熱塔の出口温度と入口温度との温度差が所定値以下であり、かつ前記冷却・加熱塔の入口温度が所定温度以下である場合に、前記ヒートポンプへ熱源流体を送らずに前記地中熱交換器と前記冷却・加熱塔との間で熱源流体を循環させる第1デフロストモードを実行可能に構成する。
かかる構成によれば、暖房運転時に冷却・加熱塔が霜付きを起こした場合に、ヒータを用いることなく、地中熱を利用してデフロストを行うことができるため、消費電力を増加させることなくエネルギー効率を向上させ、システム効率を高めることができる。
Preferably, the control means includes
In the second heating mode or the third heating mode, the temperature difference between the outlet temperature of the cooling / heating tower and the inlet temperature is not more than a predetermined value, and the inlet temperature of the cooling / heating tower is not more than a predetermined temperature. In addition, the first defrost mode in which the heat source fluid is circulated between the underground heat exchanger and the cooling / heating tower without sending the heat source fluid to the heat pump is configured to be executable.
According to this configuration, when the cooling / heating tower is frosted during the heating operation, defrosting can be performed using the underground heat without using a heater, so that power consumption is not increased. Energy efficiency can be improved and system efficiency can be increased.

さらに、望ましくは、前記制御手段は、
前記第1デフロストモードを所定時間実行しても前記冷却・加熱塔の出口温度が所定温度以上に回復せずかつ前記冷却・加熱塔の入口温度と出口温度との検出温度差が所定値以上である場合に、前記ヒートポンプの運転を停止して前記ヒートポンプの熱源流体を前記2次側設備へ送らずに前記冷却・加熱塔との間で熱源流体を循環させる第2デフロストモードを実行可能に構成する。
かかる構成によれば、ヒートポンプの余熱を利用して冷却・加熱塔の霜付き状態を解消できるため、デフロストに要する時間を短縮することができる。
Further preferably, the control means includes:
Even if the first defrost mode is executed for a predetermined time, the outlet temperature of the cooling / heating tower does not recover to a predetermined temperature or more, and the detected temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the cooling / heating tower is a predetermined value or more. In some cases, the second defrost mode in which the heat source fluid is circulated between the cooling / heating tower without stopping the operation of the heat pump and sending the heat source fluid of the heat pump to the secondary equipment can be executed. To do.
According to such a configuration, since the frosted state of the cooling / heating tower can be eliminated by using the residual heat of the heat pump, the time required for defrosting can be shortened.

また、望ましくは、前記制御手段は、
前記第2暖房モードまたは第3暖房モードにおいて、前記冷却・加熱塔の出口温度と入口温度との検出温度差が所定値以下であり、かつ前記冷却・加熱塔の入口温度が所定温度以下であって冷暖房対象空間の暖房が要求されている場合に、前記ヒートポンプと前記地中熱交換器との間で熱源流体を循環させて前記ヒートポンプの運転を行い、前記ヒートポンプの熱源流体を前記2次側設備へ送って冷暖房対象空間の暖房を行いつつ、前記冷却・加熱塔との間で熱源流体を循環させる第3デフロストモードを実行可能に構成しても良い。
かかる構成によれば、デフロストを実行している間に暖房を行うことができ、暖房空調停止時間を短縮することができる。
Preferably, the control means includes
In the second heating mode or the third heating mode, the detected temperature difference between the outlet temperature of the cooling / heating tower and the inlet temperature is not more than a predetermined value, and the inlet temperature of the cooling / heating tower is not more than a predetermined temperature. When heating of the space to be air-conditioned is required, the heat source fluid is circulated between the heat pump and the underground heat exchanger to operate the heat pump, and the heat source fluid of the heat pump is transferred to the secondary side. You may comprise so that the 3rd defrost mode which circulates a heat source fluid between the said cooling and heating towers can be performed, heating to a cooling-heating target space, sending to an installation.
According to such a configuration, heating can be performed while defrosting is being performed, and the heating and air conditioning stop time can be shortened.

さらに、望ましくは、前記制御手段は、
前記第2デフロストモードを所定時間実行しても前記冷却・加熱塔の出口温度が所定温度以上に回復せずかつ前記冷却・加熱塔の入口温度と出口温度との検出温度差が所定値以上である場合に、前記ヒートポンプと前記地中熱交換器との間で熱源流体を循環させて前記ヒートポンプの運転を行い、前記ヒートポンプの熱源流体を前記2次側設備へ送らずに、前記冷却・加熱塔との間で熱源流体を循環させる第4デフロストモードを実行可能に構成する。
かかる構成によれば、ヒートポンプで温められた熱源流体を利用して冷却・加熱塔の霜付き状態を解消できるため、デフロストに要する時間をさらに短縮することができるともに、ヒートポンプと前記地中熱交換器との間で熱源流体を循環させて前記ヒートポンプの運転を行うので再生可能エネルギーの有効活用が可能である。
Further preferably, the control means includes:
Even if the second defrost mode is executed for a predetermined time, the outlet temperature of the cooling / heating tower does not recover to a predetermined temperature or more, and the detected temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the cooling / heating tower is a predetermined value or more. In some cases, the heat pump is operated by circulating a heat source fluid between the heat pump and the underground heat exchanger, and the cooling / heating is performed without sending the heat source fluid of the heat pump to the secondary equipment. A fourth defrost mode in which the heat source fluid is circulated with the tower is configured to be executable.
According to such a configuration, since the frosted state of the cooling / heating tower can be eliminated using the heat source fluid warmed by the heat pump, the time required for defrosting can be further shortened, and the heat pump and the underground heat exchange can be reduced. Since the heat pump is operated by circulating a heat source fluid to and from the container, it is possible to effectively use renewable energy.

本発明によれば、冷房運転時および暖房運転時のエネルギー効率を向上させることができる地中熱利用ヒートポンプシステムを実現することができる。また、消費電力を増加させることなく暖房運転時における連続運転が可能である地中熱利用ヒートポンプシステムを実現することができるという効果がある。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat pump system using geothermal heat which can improve the energy efficiency at the time of air_conditionaing | cooling operation and heating operation is realizable. In addition, there is an effect that it is possible to realize a heat pump system using geothermal heat that can be continuously operated during heating operation without increasing power consumption.

本発明に係る地中熱利用ヒートポンプシステムの一実施形態を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing one embodiment of a heat pump system using geothermal heat concerning the present invention. 図1の実施形態のヒートポンプシステムにおける冷房運転時の制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the control at the time of the cooling operation in the heat pump system of embodiment of FIG. 図1の実施形態のヒートポンプシステムにおける暖房運転時の制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the control at the time of the heating operation in the heat pump system of embodiment of FIG. 図1の実施形態の地中熱利用ヒートポンプシステムにおける暖房運転時の制御の手順およびデフロスト運転の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the control at the time of the heating operation in the heat pump system using geothermal heat of embodiment of FIG. 1, and the procedure of a defrost operation. 地中熱のみを利用した地中熱利用冷房運転モード時の冷水と冷却水の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the circulation path | route of the cold water and cooling water at the time of the ground-heat utilization cooling operation mode using only geothermal heat. 冷却・加熱塔と地中熱交換器を利用したハイブリッド冷房運転モード時の冷水と冷却水の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the circulation path | route of the cold water and cooling water at the time of the hybrid cooling operation mode using a cooling and heating tower and a ground heat exchanger. 冷却・加熱塔のみを利用した冷却塔利用冷房運転モード時の冷水と冷却水の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the circulation path | route of the cold water and cooling water at the time of the cooling tower utilization cooling operation mode using only a cooling and heating tower. 冷却・加熱塔と地中熱交換器を利用した並列冷房運転モード時の冷水と冷却水の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the circulation path | route of the cold water and cooling water at the time of the parallel cooling operation mode using a cooling and heating tower and an underground heat exchanger. 地中熱のみを利用した地中熱利用暖房運転モード時の温水と熱源水の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the circulation path | route of the warm water and heat source water at the time of the underground heat utilization heating operation mode using only geothermal heat. 冷却・加熱塔と地中熱交換器を利用したハイブリッド暖房運転モード時の温水と熱源水の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the circulation path | route of the warm water and heat source water at the time of the hybrid heating operation mode using a cooling and heating tower and an underground heat exchanger. 冷却・加熱塔のみを利用した加熱塔利用暖房運転モード時の温水と熱源水の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the circulation path | route of the warm water and heat source water at the time of heating tower utilization heating operation mode using only a cooling and heating tower. 図1の実施形態の地中熱利用ヒートポンプシステムにおけるデフロストモード時の熱源水の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the circulation path | route of the heat source water at the time of defrost mode in the geothermal heat utilization heat pump system of embodiment of FIG. 第2実施例の地中熱利用ヒートポンプシステムにおける暖房運転時の制御の手順(前半)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure (first half) of the control at the time of the heating operation in the heat pump system using geothermal heat of 2nd Example. 第2実施例の地中熱利用ヒートポンプシステムにおける暖房運転時の制御の手順(後半)およびデフロスト運転の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure (second half) of the control at the time of heating operation in the heat pump system using the ground heat of 2nd Example, and the procedure of a defrost operation. 第2実施例の地中熱利用ヒートポンプシステムにおけるデフロスト運転の手順(前半)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure (first half) of the defrost driving | operation in the geothermal heat utilization heat pump system of 2nd Example. 第2実施例の地中熱利用ヒートポンプシステムにおけるデフロスト運転の手順(後半)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure (second half) of the defrost driving | operation in the geothermal heat utilization heat pump system of 2nd Example. 第2実施例の地中熱利用ヒートポンプシステムにおける第1デフロストモード時の熱源流体の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the circulation path | route of the heat source fluid at the time of the 1st defrost mode in the heat pump system using the ground heat of 2nd Example. 第2実施例の地中熱利用ヒートポンプシステムにおける第2デフロストモード時の熱源流体の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the circulation path | route of the heat source fluid at the time of the 2nd defrost mode in the heat pump system using the ground heat of 2nd Example. 第2実施例の地中熱利用ヒートポンプシステムにおける第3デフロストモード時の熱源流体の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the circulation path | route of the heat source fluid at the time of the 3rd defrost mode in the heat pump system using the ground heat of 2nd Example. 第2実施例の地中熱利用ヒートポンプシステムにおける第4デフロストモード時の熱源流体の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the circulation path | route of the heat source fluid at the time of the 4th defrost mode in the heat pump system using the ground heat of 2nd Example.

以下、本発明に係る地中熱利用ヒートポンプシステムの実施の形態について図面を用いて説明する。
図1は地中熱利用ヒートポンプシステム全体の概略構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態の地中熱利用ヒートポンプシステムは、熱媒体の圧縮および膨張を行なって低温部から高温部へ熱を移動させるヒートポンプ(冷凍機)10と、大気から採熱または放熱を行う冷却・加熱塔20と、地中熱交換器30と、冷暖房対象空間において吸熱または放熱を行なう2次側設備40と、システム全体を制御する制御手段(図示省略)とにより構成されている。
Hereinafter, embodiments of a heat pump system using ground heat according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the entire geothermal heat pump system.
As shown in FIG. 1, the geothermal heat pump system according to this embodiment includes a heat pump (refrigerator) 10 that moves and transfers heat from a low temperature part to a high temperature part by compressing and expanding a heat medium, and collecting heat from the atmosphere. Alternatively, the cooling / heating tower 20 that radiates heat, the underground heat exchanger 30, the secondary equipment 40 that absorbs or radiates heat in the space to be air-conditioned, and control means (not shown) that controls the entire system. ing.

ヒートポンプ10は、圧縮機11、凝縮器12、蒸発器13等から構成されている。圧縮機11、凝縮器12、蒸発器13の各機器の機能および動作は、一般的な冷暖房システムのものと同様であるので、詳細な説明は省略する。
冷却・加熱塔20は、冷却用ファンを備え、冷房運転モードでは、蒸発潜熱によって冷却水の温度が下がる熱交換器として動作し、暖房運転モードでは熱伝達で採熱を行い、熱源水の温度が上がる熱交換器として動作するように構成されている。本実施形態では、冷却・加熱塔20を循環する冷却・熱源水として、暖房運転時には不凍液を用いる。また、冷却・加熱塔20は、冬季の暖房運転時における霜付きを解消するデフロスト用のヒータを備える。
The heat pump 10 includes a compressor 11, a condenser 12, an evaporator 13, and the like. Since the functions and operations of the compressor 11, the condenser 12, and the evaporator 13 are the same as those of a general air conditioning system, detailed description thereof is omitted.
The cooling / heating tower 20 includes a cooling fan, and operates in a cooling operation mode as a heat exchanger in which the temperature of cooling water decreases due to latent heat of vaporization. In the heating operation mode, heat is collected by heat transfer, and the temperature of the heat source water It is comprised so that it may operate | move as a heat exchanger which rises. In the present embodiment, as the cooling / heat source water circulating through the cooling / heating tower 20, an antifreeze is used during heating operation. The cooling / heating tower 20 includes a defrost heater that eliminates frost formation during the heating operation in winter.

地中熱交換器30は、地中熱を熱源とする熱交換器であり、地中に鉛直方向の穴(熱交換井)を掘り、冷却・熱源水が循環される複数本のU字状のパイプ31を配設した後に埋め戻すことにより構成されている。地中熱交換器30としては従来より種々の構造のものが提案されており、本発明においても、従来提案されている地中熱交換器と同様な構成の地中熱交換器を使用することができるので、詳細な説明は省略する。
なお、上記ヒートポンプ10と、冷却・加熱塔20と、地中熱交換器30との間を接続する配管は比較的断熱性の高い材料で構成されるのに対して、地中熱交換器30のU字状パイプ31は熱伝導性の高い材料で構成される。
The underground heat exchanger 30 is a heat exchanger that uses underground heat as a heat source, and digs a vertical hole (heat exchange well) in the ground to circulate cooling and heat source water. The pipe 31 is disposed and then backfilled. As the underground heat exchanger 30, those having various structures have been proposed conventionally, and in the present invention, the underground heat exchanger having the same configuration as the conventionally proposed underground heat exchanger is used. Therefore, detailed description is omitted.
The piping connecting the heat pump 10, the cooling / heating tower 20, and the underground heat exchanger 30 is made of a relatively high heat insulating material, whereas the underground heat exchanger 30. The U-shaped pipe 31 is made of a material having high thermal conductivity.

2次側設備40は、冷暖房対象空間の冷房、暖房を行う空調機器であり、例えば内部に蛇行して配設された通水路を備え表面がパネルで覆われており、パネル内の通水路に冷房時は冷水、暖房時は温水が流れることにより、パネルを介して空気を冷却または加温する機能を有する輻射パネル(熱交換器)などにより構成することができる。空気調和機(いわゆるエアハン)の室内機と同様な構成の機器であっても良い。
なお、本発明に係る地中熱利用ヒートポンプシステムを融雪装置として利用する場合には、2次側設備40は融雪用の熱交換器であり、融雪に適した構造、形態を有する機器とされる。
The secondary side equipment 40 is an air conditioner that cools and heats the air conditioning target space. For example, the secondary side equipment 40 includes a water passage arranged in a meandering manner and has a surface covered with a panel. It can be constituted by a radiant panel (heat exchanger) having a function of cooling or warming air through the panel by flowing cold water during cooling and warm water during heating. It may be a device having the same configuration as an indoor unit of an air conditioner (so-called air han).
In addition, when using the underground heat utilization heat pump system which concerns on this invention as a snow melting apparatus, the secondary side equipment 40 is a heat exchanger for snow melting, and is set as the apparatus which has a structure and form suitable for snow melting. .

本実施形態の地中熱利用ヒートポンプシステムにおいては、ヒートポンプ10と地中熱交換器30との間に配設され、冷却・熱源水が流れる第1送り配管61と、第1戻り配管62とが設けられ、第1戻り配管62の途中にポンプPM1が設けられている。
また、ヒートポンプ10と冷却・加熱塔20との間には、上記第1送り配管61の途中から分岐された第2送り配管63と、上記第1戻り配管62の途中から分岐された第2戻り配管64が設けられている。さらに、上記第1送り配管61と第2戻り配管64との間には第1分岐配管65、上記第1戻り配管62と第2送り配管63との間には第2分岐配管66が設けられている。
In the geothermal heat pump system of the present embodiment, a first feed pipe 61 and a first return pipe 62 that are disposed between the heat pump 10 and the underground heat exchanger 30 and through which cooling / heat source water flows are provided. A pump PM <b> 1 is provided in the middle of the first return pipe 62.
Further, between the heat pump 10 and the cooling / heating tower 20, a second feed pipe 63 branched from the middle of the first feed pipe 61 and a second return branched from the middle of the first return pipe 62. A pipe 64 is provided. Further, a first branch pipe 65 is provided between the first feed pipe 61 and the second return pipe 64, and a second branch pipe 66 is provided between the first return pipe 62 and the second feed pipe 63. ing.

また、上記ヒートポンプ10と2次側設備40との間には、冷温水を循環させるための第3送り配管67と第3戻り配管68とが設けられ、第3戻り配管68の途中にポンプPM2が設けられていている。さらに、上記第1送り配管61と第3送り配管67との間には第1迂回配管71および第2迂回配管72、上記第1戻り配管62と第3戻り配管68との間には第3迂回配管73および第4迂回配管74が設けられている。
さらに、上記第1送り配管61の途中には、ソレノイドやモータなどの駆動源によって開閉動作されるバルブMV1、第1戻り配管62の途中にはバルブMV2が設けられ、上記第2送り配管63の途中にはバルブMV3、第2戻り配管64の途中にはバルブMV4が設けられている。また、上記第1分岐配管65の途中にはバルブMV5、第2分岐配管66の途中にはバルブMV6が設けられ、上記第3送り配管67の途中にはバルブMV7、第3戻り配管68の途中にはバルブMV8が設けられている。さらに、上記第1送り配管61と第1戻り配管62との間には、バルブMV9設けられている。
Further, a third feed pipe 67 and a third return pipe 68 for circulating cold / hot water are provided between the heat pump 10 and the secondary equipment 40, and the pump PM2 is provided in the middle of the third return pipe 68. Is provided. Further, a first bypass pipe 71 and a second bypass pipe 72 are provided between the first feed pipe 61 and the third feed pipe 67, and a third pipe is provided between the first return pipe 62 and the third return pipe 68. A bypass pipe 73 and a fourth bypass pipe 74 are provided.
Further, a valve MV1 that is opened and closed by a drive source such as a solenoid or a motor is provided in the middle of the first feed pipe 61, and a valve MV2 is provided in the middle of the first return pipe 62. A valve MV3 is provided in the middle, and a valve MV4 is provided in the middle of the second return pipe 64. A valve MV5 is provided in the middle of the first branch pipe 65, a valve MV6 is provided in the middle of the second branch pipe 66, and a valve MV7 and a third return pipe 68 are provided in the middle of the third feed pipe 67. Is provided with a valve MV8. Further, a valve MV 9 is provided between the first feed pipe 61 and the first return pipe 62.

また、上記第1迂回配管71の途中にはバルブMV11、第2迂回配管72の途中にはバルブMV12、第3迂回配管73の途中にはバルブMV14、第4迂回配管74の途中にはバルブMV13が設けられている。さらに、上記第1送り配管61と第1迂回配管71との分岐点と第2迂回配管72の分岐点との間にはバルブMV15が設けられ、上記第1戻り配管62と第3迂回配管73との分岐点と第4迂回配管74の分岐点との間にはバルブMV16が設けられている。これらのバルブMV1〜MV16は、冷却・熱源水や冷温水の流れを遮断したり許容したりするように動作する。   Further, the valve MV11 is in the middle of the first bypass pipe 71, the valve MV12 is in the middle of the second bypass pipe 72, the valve MV14 is in the middle of the third bypass pipe 73, and the valve MV13 is in the middle of the fourth bypass pipe 74. Is provided. Further, a valve MV15 is provided between the branch point of the first feed pipe 61 and the first bypass pipe 71 and the branch point of the second bypass pipe 72, and the first return pipe 62 and the third bypass pipe 73 are provided. A valve MV16 is provided between the branch point of the second bypass pipe 74 and the branch point of the fourth bypass pipe 74. These valves MV1 to MV16 operate so as to block or allow the flow of cooling / heat source water or cold / hot water.

さらに、上記第1送り配管61の途中には冷却・熱源水の温度を検出するための温度センサS1、第1戻り配管62の途中には温度センサS2が設けられ、上記第2戻り配管64の途中には温度センサS3、第2送り配管63の途中には温度センサS4が設けられている。
そして、上記温度センサS1〜S4からの検出信号は図示しない制御手段へ入力され、運転モードおよび上記温度センサS1〜S4からの検出信号に基づいて制御手段から出力される制御信号によって、上記ポンプPM1〜PM2が駆動制御されるとともに、上記バルブMV1〜MV16が開閉制御される。
また、蒸発器13の出口には温度センサが設けられ、制御手段はこの温度センサからの検出信号に基づいて、ハイブリッドモード及び加熱塔利用暖房モード時には蒸発器出口の温度が例えば−5℃のような温度に、また地中熱利用暖房モード時には蒸発器出口の温度が例えば10℃のような温度になるように、ヒートポンプ10の動作を制御する。
Further, a temperature sensor S1 for detecting the temperature of the cooling / heat source water is provided in the middle of the first feed pipe 61, and a temperature sensor S2 is provided in the middle of the first return pipe 62. A temperature sensor S3 is provided in the middle, and a temperature sensor S4 is provided in the middle of the second feed pipe 63.
The detection signals from the temperature sensors S1 to S4 are input to a control means (not shown), and the pump PM1 is controlled by a control signal output from the control means based on the operation mode and the detection signals from the temperature sensors S1 to S4. -PM2 is driven and controlled, and the valves MV1 to MV16 are controlled to open and close.
In addition, a temperature sensor is provided at the outlet of the evaporator 13, and the control means, based on the detection signal from this temperature sensor, the temperature at the outlet of the evaporator is, for example, −5 ° C. in the hybrid mode and the heating mode using the heating tower. The operation of the heat pump 10 is controlled so that the temperature at the outlet of the evaporator becomes a temperature such as 10 ° C., for example, in the geothermal heating mode.

制御手段は、CPUとその動作プログラムを記憶するROMや作業領域を提供するRAMなどから構成され、上記温度センサや運転モードを指定するモードスイッチのような設定器あるいは冷房運転指令スイッチ、暖房運転指令スイッチなどからの信号が入力され、配管の途中のポンプPM1〜PM2やバルブMV1〜MV16等の動作を制御する制御信号を生成して出力する機能を備えている。
本実施形態の地中熱利用ヒートポンプシステムは、冬季の暖房運転モードでは、地中熱交換器30により採熱された熱による暖房および冷却・加熱塔20と地中熱交換器30により採熱された熱による暖房の他に、冷却・加熱塔20により採熱された熱のみによる暖房が可能となっている点に特徴がある。
The control means is composed of a CPU and a ROM for storing an operation program thereof, a RAM for providing a work area, etc., and a setting device such as a temperature switch and a mode switch for designating an operation mode, a cooling operation command switch, a heating operation command, or the like. A signal from a switch or the like is input, and a function of generating and outputting a control signal for controlling operations of the pumps PM1 to PM2 and valves MV1 to MV16 in the middle of the piping is provided.
The heat pump system using geothermal heat of the present embodiment is heated by the heating and cooling / heating tower 20 and the geothermal heat exchanger 30 with heat collected by the geothermal heat exchanger 30 in the winter heating operation mode. In addition to heating by heat, it is characterized in that heating only by the heat collected by the cooling / heating tower 20 is possible.

また、夏季の冷房運転モードでは、地中熱交換器30により放熱された冷却水による冷房と、冷却・加熱塔20と地中熱交換器30により放熱された冷却水による冷房と、冷却・加熱塔20により放熱された冷却水による冷房が可能となっている。このように冷却・加熱塔20のみを使用した冷暖房が可能な構成とすることにより、例えば春や秋のように、外気温度の方が地中温度よりも低い時の冷房運転や外気温度の方が地中温度よりも高い時の暖房運転が可能となり、エネルギー効率が良好になる。
さらに、本実施形態の地中熱利用ヒートポンプシステムでは、暖房運転時において、ヒータの消費電力を削減して、冷却・加熱塔20における霜付きを解消するデフロスト運転が可能となっている。これにより、ヒータのみを用いてデフロストを行なう従来システムに比べて、システム効率が高くなる。
Further, in the cooling operation mode in summer, cooling by the cooling water radiated by the underground heat exchanger 30, cooling by the cooling water radiated by the cooling / heating tower 20 and the underground heat exchanger 30, and cooling / heating are performed. Cooling with the cooling water radiated by the tower 20 is possible. By adopting a configuration that enables cooling / heating using only the cooling / heating tower 20 in this way, for example, in the spring or autumn, when the outside air temperature is lower than the underground temperature, the cooling operation or the outside air temperature Heating operation is possible when the temperature is higher than the underground temperature, and energy efficiency is improved.
Further, in the heat pump system using geothermal heat of the present embodiment, defrosting operation that reduces power consumption of the heater and eliminates frost in the cooling / heating tower 20 during heating operation is possible. As a result, the system efficiency is higher than that of a conventional system that performs defrosting using only a heater.

さらに、本実施形態の地中熱利用ヒートポンプシステムの特徴として、冷却・加熱塔20と地中熱交換器30により放熱された冷却水による冷房運転モードにおいては、冷却水の流れが地中熱交換器30−冷却・加熱塔20−ヒートポンプ10の順である、つまり地中熱交換器30が上流側交換器となるのに対し、冷却・加熱塔20と地中熱交換器30により採熱された熱による暖房運転モードにおいては、冷却・加熱塔20−地中熱交換器30−ヒートポンプ10の順である、つまり冷房、暖房でエネルギー効率が向上するように、冷却・加熱塔20と地中熱交換器30に冷却・熱源水が流れる順序を決定している点に特徴がある。これにより、冷却・熱源水の流れが逆である場合に比べて、エネルギー効率が良好になる。   Further, as a feature of the heat pump system using geothermal heat of the present embodiment, in the cooling operation mode using the cooling water radiated by the cooling / heating tower 20 and the underground heat exchanger 30, the flow of the cooling water is exchanged with the ground heat. The heat exchanger 30 is in the order of the cooling / heating tower 20-the heat pump 10, that is, the underground heat exchanger 30 becomes an upstream exchanger, whereas the cooling / heating tower 20 and the underground heat exchanger 30 collect heat. In the heating operation mode by the heat, the cooling / heating tower 20-the underground heat exchanger 30-the heat pump 10 are in this order, that is, the cooling / heating tower 20 and the underground are improved so that the energy efficiency is improved by cooling and heating. It is characterized in that the order in which the cooling / heat source water flows through the heat exchanger 30 is determined. Thereby, compared with the case where the flow of cooling / heat source water is reversed, energy efficiency is improved.

次に、上記のような運転を実現する制御手段による各運転モードでの制御方法について図2〜図4のフローチャートを用いて説明する。図2〜図4のうち、図2は冷房運転時の制御フロー、図3は暖房運転時の制御フロー、図4は暖房運転時およびデフロスト運転時の制御フローである。また、図5〜図8には冷房運転中の各モードにおける冷却水および冷水の循環経路を、図9〜図11には暖房運転中の各モードにおける熱源水および温水の循環経路を、図12には暖房運転中のデフロストモードにおける熱源水の循環経路を示す。   Next, the control method in each operation mode by the control means for realizing the above operation will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 2 to 4, FIG. 2 is a control flow during cooling operation, FIG. 3 is a control flow during heating operation, and FIG. 4 is a control flow during heating operation and defrost operation. 5 to 8 show the circulation paths of the cooling water and the cold water in each mode during the cooling operation, and FIGS. 9 to 11 show the circulation paths of the heat source water and the hot water in each mode during the heating operation. Shows the circulation path of the heat source water in the defrost mode during heating operation.

図2に示すように、冷房運転時には、ヒートポンプ10の凝縮器12の出入口および蒸発器13の出入口のバルブMV15,MV16;MV7,MV8を開くとともに、ヒートポンプ10を迂回する配管71〜74の途中にあるバルブMV11〜MV14を閉じた状態にする(ステップS1)。この状態で、先ず地中熱交換器30を使用した地中熱利用冷房モードを開始するために、ヒートポンプ10と地中熱交換器30と結ぶ配管61,62の途中にあるバルブMV1,2を開くとともに、冷却・加熱塔20に向かう配管63〜6
6の途中にあるバルブMV3〜MV6および第1送り配管61と第1戻り配管62との間のバルブMV9を閉じる(ステップS2)。
As shown in FIG. 2, during cooling operation, the valves MV15, MV16; MV7, MV8 at the inlet / outlet of the condenser 12 and the evaporator 13 of the heat pump 10 are opened, and in the middle of the pipes 71-74 that bypass the heat pump 10. A certain valve MV11 to MV14 is closed (step S1). In this state, in order to start the underground heat utilization cooling mode using the underground heat exchanger 30, first, the valves MV1, 2 in the middle of the pipes 61, 62 connecting the heat pump 10 and the underground heat exchanger 30 are set. Opening and piping 63 to 6 toward the cooling / heating tower 20
6 and the valve MV9 between the first feed pipe 61 and the first return pipe 62 are closed (step S2).

それから、第1戻り配管62の途中のポンプPM1と第3戻り配管68の途中のポンプPM2を、冷却水および冷水をそれぞれヒートポンプ10へ送る方向へ回転させるとともに、ヒートポンプ10を冷房運転させる(ステップS3)。これにより、図5に示すように、ヒートポンプ10(凝縮器12)−第1送り配管61−地中熱交換器30−第1戻り配管62−ヒートポンプ10(凝縮器12)の経路に沿った冷却水の循環およびヒートポンプ10(蒸発器13)−第3送り配管67−2次側設備40−第3戻り配管68−ヒートポンプ10(蒸発器13)の経路に沿った冷水の循環が行なわれる。   Then, the pump PM1 in the middle of the first return pipe 62 and the pump PM2 in the middle of the third return pipe 68 are rotated in a direction to send cooling water and cold water to the heat pump 10, respectively, and the heat pump 10 is cooled (step S3). ). Thereby, as shown in FIG. 5, the cooling along the path | route of heat pump 10 (condenser 12)-1st feed piping 61-underground heat exchanger 30-1st return piping 62-heat pump 10 (condenser 12). Circulation of water and the circulation of cold water along the path of the heat pump 10 (evaporator 13) -third feed pipe 67-2 secondary equipment 40-third return pipe 68-heat pump 10 (evaporator 13) are performed.

続いて、第1送り配管61の冷却水温度を検出する温度センサS1および第1戻り配管62の冷却水温度を検出する温度センサS2の検出信号を読み込んで、センサS2の検出温度が所定温度1(例えば32℃)よりも高いか、あるいはセンサS1とS2の検出温度差T1−T2が所定温度2(例えば1.0℃)よりも小さいか否か判定する(ステップS4)。ここで、センサS2の検出温度T2が所定温度1よりも低いあるいはセンサS1とS2の検出温度差T1−T2が所定温度2よりも大きい(ステップS4:No)と判定すると、ステップS2へ戻ってヒートポンプ10の冷房運転を継続する。   Subsequently, the detection signals of the temperature sensor S1 for detecting the cooling water temperature of the first feed pipe 61 and the temperature sensor S2 for detecting the cooling water temperature of the first return pipe 62 are read, and the detected temperature of the sensor S2 is a predetermined temperature 1. It is determined whether it is higher than (eg, 32 ° C.) or whether the detected temperature difference T1-T2 between the sensors S1 and S2 is smaller than a predetermined temperature 2 (eg, 1.0 ° C.) (step S4). Here, when it is determined that the detected temperature T2 of the sensor S2 is lower than the predetermined temperature 1 or the detected temperature difference T1-T2 between the sensors S1 and S2 is larger than the predetermined temperature 2 (step S4: No), the process returns to step S2. The cooling operation of the heat pump 10 is continued.

一方、ステップS4で、センサS2の検出温度T2が所定温度1よりも高いあるいはセンサS1とS2の検出温度差T1−T2が所定温度2よりも小さい(ステップS4:Yes)と判定すると、ステップS5へ移行して、冷却・加熱塔20および地中熱交換器30を使用したハイブリッド冷房モードを開始するために、冷却・加熱塔20に向かう配管64と66の途中にあるバルブMV4,MV6を開き、第1戻り配管62の途中のバルブMV2を新たに閉じ、バルブMV3,MV5,MV9は閉じたままとする。   On the other hand, if it is determined in step S4 that the detected temperature T2 of the sensor S2 is higher than the predetermined temperature 1, or the detected temperature difference T1-T2 between the sensors S1 and S2 is smaller than the predetermined temperature 2 (step S4: Yes), step S5 In order to start the hybrid cooling mode using the cooling / heating tower 20 and the underground heat exchanger 30, the valves MV4 and MV6 in the middle of the pipes 64 and 66 toward the cooling / heating tower 20 are opened. The valve MV2 in the middle of the first return pipe 62 is newly closed, and the valves MV3, MV5, and MV9 are kept closed.

また、第1戻り配管62の途中のポンプPM1と第3戻り配管68の途中のポンプPM2は冷却水および冷水をそれぞれヒートポンプ10へ送る方向へ回転させたまま冷却・加熱塔20を冷却運転させる(ステップS6)。これにより、図6に示すように、ヒートポンプ10(凝縮器12)−第1送り配管61−地中熱交換器30−第1戻り配管62−配管66−冷却・加熱塔20−配管64−ヒートポンプ10(凝縮器12)の経路に沿った冷却水の循環およびヒートポンプ10(蒸発器13)−第3送り配管67−2次側設備40−第3戻り配管68−ヒートポンプ10(蒸発器13)の経路に沿った冷水の循環が行なわれる。   In addition, the pump PM1 in the middle of the first return pipe 62 and the pump PM2 in the middle of the third return pipe 68 cause the cooling / heating tower 20 to perform the cooling operation while rotating in the direction in which the cooling water and the cold water are respectively sent to the heat pump 10 ( Step S6). Thereby, as shown in FIG. 6, heat pump 10 (condenser 12) -first feed pipe 61-ground heat exchanger 30-first return pipe 62-pipe 66-cooling / heating tower 20-pipe 64-heat pump. 10 (condenser 12) circulation of cooling water and heat pump 10 (evaporator 13) -third feed pipe 67-2 secondary equipment 40-third return pipe 68-heat pump 10 (evaporator 13) Cold water is circulated along the path.

その結果、地中熱交換器30の能力が低下したと判断し、地中熱交換器30を上流、冷却・加熱塔20を下流とした直列運転を行い、地中熱交換器30の能力不足を冷却・加熱塔20で補うと共に、効率的に冷却水温度を低下させ、ヒートポンプの効率を向上させることができる。
続いて、温度センサS1とS2の検出温度差T1−T2が所定温度3(例えば0.5℃)よりも小さいか否か判定する(ステップS7)。ここで、検出温度差T1−T2が所定温度3よりも大きい(ステップS7:No)と判定すると、ステップS5へ戻ってハイブリッド冷房モード運転を継続する。
As a result, it is determined that the capacity of the underground heat exchanger 30 has been reduced, and series operation is performed with the underground heat exchanger 30 as the upstream and the cooling / heating tower 20 as the downstream, and the capacity of the underground heat exchanger 30 is insufficient. Can be supplemented by the cooling / heating tower 20, and the cooling water temperature can be efficiently lowered to improve the efficiency of the heat pump.
Subsequently, it is determined whether or not the detected temperature difference T1-T2 between the temperature sensors S1 and S2 is smaller than a predetermined temperature 3 (for example, 0.5 ° C.) (step S7). Here, if it is determined that the detected temperature difference T1-T2 is larger than the predetermined temperature 3 (step S7: No), the process returns to step S5 to continue the hybrid cooling mode operation.

一方、ステップS7で、検出温度差T1−T2が所定温度3よりも小さい(ステップS7:Yes)と判定すると、ステップS8へ移行して、冷却・加熱塔20のみを使用した冷房モードを開始するために、冷却・加熱塔20に向かう配管63の途中にあるバルブMV3を開き、配管61,66の途中のバルブMV1,MV6を開から閉に切換え、バルブMV2,MV5,MV9は閉じたままとする。また、第1戻り配管62の途中のポンプPM1と第3戻り配管68の途中のポンプPM2は冷却水および冷水をそれぞれヒートポンプ10へ送る方向へ回転させたままとする。   On the other hand, if it is determined in step S7 that the detected temperature difference T1-T2 is smaller than the predetermined temperature 3 (step S7: Yes), the process proceeds to step S8, and the cooling mode using only the cooling / heating tower 20 is started. Therefore, the valve MV3 in the middle of the pipe 63 toward the cooling / heating tower 20 is opened, the valves MV1 and MV6 in the middle of the pipes 61 and 66 are switched from open to closed, and the valves MV2, MV5 and MV9 are kept closed. To do. Further, the pump PM1 in the middle of the first return pipe 62 and the pump PM2 in the middle of the third return pipe 68 are kept rotating in the direction in which the cooling water and the cold water are respectively sent to the heat pump 10.

これにより、図7に示すように、ヒートポンプ10(凝縮器12)−第2送り配管63−冷却・加熱塔20−第2戻り配管64−ヒートポンプ10(凝縮器12)の経路に沿った冷却水の循環およびヒートポンプ10(蒸発器13)−第3送り配管67−2次側設備40−第3戻り配管68−ヒートポンプ10(蒸発器13)の経路に沿った冷水の循環が行なわれる。
その結果、地中熱交換器30による冷却能力がなくなったと判断し、冷却・加熱塔20のみの運転を行い、この運転モード中に、地中熱の温度を回復させることができる。
その後、ステップS9で所定時間(例えば600分)を経過したか否か判定する。そして、所定時間を経過していない(ステップS9:No)と判定すると、ステップS10へ進んで冷房スイッチがオフされたか否か判定し、冷房スイッチがオフされていない(ステップS10:No)と判定すると、ステップS8へ戻って冷却・加熱塔20のみを使用した冷却塔利用冷房モード運転を継続する。
Thereby, as shown in FIG. 7, the cooling water along the path | route of heat pump 10 (condenser 12)-2nd feed piping 63-cooling and heating tower 20-2nd return piping 64-heat pump 10 (condenser 12). And circulation of cold water along the path of the heat pump 10 (evaporator 13) -third feed pipe 67-2 secondary equipment 40-third return pipe 68-heat pump 10 (evaporator 13).
As a result, it is determined that the cooling capacity of the underground heat exchanger 30 has been lost, and only the cooling / heating tower 20 is operated, and the temperature of the underground heat can be recovered during this operation mode.
Thereafter, in step S9, it is determined whether or not a predetermined time (for example, 600 minutes) has elapsed. If it is determined that the predetermined time has not elapsed (step S9: No), the process proceeds to step S10 to determine whether or not the cooling switch is turned off, and it is determined that the cooling switch is not turned off (step S10: No). Then, it returns to step S8 and continues the cooling tower utilization air_conditioning | cooling mode driving | operation using only the cooling and heating tower 20. FIG.

一方、ステップS9で、所定時間を経過した(ステップS9:Yes)と判定すると、地中熱温度が回復したとみなしてステップS2へ戻り、地中熱交換器30のみを使用した地中熱利用冷房モードを開始する。
なお、図2には示されていないが、外気温度が低く、システム効率が高いと判断した場合には、図8に示すように、冷却・加熱塔20を冷却塔として運転するとともに、バルブMV1〜MV4を開き、バルブMV5,MV6を閉じた状態にすることで、冷却・加熱塔20と地中熱交換器30を並列に接続して冷却水を循環させる並列冷房モードを実行するようにしても良い。これにより、冷却水温度を効率良く低下させ、ヒートポンプの効率を向上させることができる。
On the other hand, if it is determined in step S9 that the predetermined time has passed (step S9: Yes), it is considered that the geothermal temperature has been recovered, and the process returns to step S2 to use the geothermal heat using only the geothermal heat exchanger 30. Start cooling mode.
Although not shown in FIG. 2, when it is determined that the outside air temperature is low and the system efficiency is high, as shown in FIG. 8, the cooling / heating tower 20 is operated as a cooling tower and the valve MV1 is operated. By opening MV4 and closing the valves MV5 and MV6, the cooling / heating tower 20 and the underground heat exchanger 30 are connected in parallel to execute the parallel cooling mode in which the cooling water is circulated. Also good. Thereby, cooling water temperature can be reduced efficiently and the efficiency of a heat pump can be improved.

次に、暖房運転における制御方法について説明する。暖房運転時には、図3に示すように、ヒートポンプ10の凝縮器12の出入口および蒸発器13の出入口およびバルブMV15,MV16;MV7,MV8を閉じるとともに、迂回配管71〜74の途中にあるバルブMV11〜MV14を開く(ステップS11)。この状態で、先ず地中熱交換器30を使用した地中熱利用暖房モードを開始するために、ヒートポンプ10と地中熱交換器30と結ぶ配管61,62の途中にあるバルブMV1,2を開くとともに、冷却・加熱塔2 0に向かう配管63〜66の途中にあるバルブMV3〜MV6および第1送り配管61と第1戻り配管62との間のバルブMV9を閉じる(ステップS12)。   Next, a control method in the heating operation will be described. At the time of heating operation, as shown in FIG. 3, the inlet / outlet of the condenser 12 and the inlet / outlet of the evaporator 13 and the valves MV15, MV16; MV7, MV8 are closed and the valves MV11-MV in the middle of the bypass pipes 71-74 are closed. The MV 14 is opened (step S11). In this state, first, in order to start the geothermal heating mode using the underground heat exchanger 30, the valves MV1, 2 in the middle of the pipes 61, 62 connecting the heat pump 10 and the underground heat exchanger 30 are turned on. At the same time, the valves MV3 to MV6 and the valve MV9 between the first feed pipe 61 and the first return pipe 62 in the middle of the pipes 63 to 66 toward the cooling / heating tower 20 are closed (step S12).

それから、第1戻り配管62の途中のポンプPM1と第3戻り配管68の途中のポンプPM2を、熱源水および温水をそれぞれヒートポンプ10へ送る方向へ回転させるとともに、ヒートポンプ10を暖房運転させる(ステップS13)。これにより、図9に示すように、ヒートポンプ10(蒸発器13)−迂回配管71−第1送り配管61−地中熱交換器30−第1戻り配管62−迂回配管73−ヒートポンプ10(蒸発器13)の経路に沿った熱源水の循環およびヒートポンプ10(凝縮器12)−迂回配管72−第3送り配管67−2次側設備40−第3戻り配管68−迂回配管74−ヒートポンプ10(凝縮器12)の経路に沿った温水の循環が行なわれる。   Then, the pump PM1 in the middle of the first return pipe 62 and the pump PM2 in the middle of the third return pipe 68 are rotated in the direction in which the heat source water and the hot water are respectively sent to the heat pump 10, and the heat pump 10 is heated (step S13). ). 9, the heat pump 10 (evaporator 13) -the bypass pipe 71-the first feed pipe 61-the ground heat exchanger 30-the first return pipe 62-the bypass pipe 73-the heat pump 10 (the evaporator) 13) Circulation of heat source water along the path of 13) and heat pump 10 (condenser 12) -bypass pipe 72-third feed pipe 67-2 secondary side equipment 40-third return pipe 68-bypass pipe 74-heat pump 10 (condensation) Hot water is circulated along the path of the vessel 12).

続いて、第1送り配管61の熱源水温度を検出する温度センサS1および第1戻り配管62の熱源水温度を検出する温度センサS2の検出信号を読み込んで、センサS1の検出温度T1が所定温度4(例えば5℃)よりも低いか、あるいはセンサS1とS2の検出温度差T2−T1が所定温度5(例えば1.0℃)よりも小さいか否か判定する(ステップS14)。ここで、センサS1の検出温度T1が所定温度4よりも高いあるいはセンサS1とS2の検出温度差T2−T1が所定温度5よりも大きい(ステップS14:No)と判定すると、ステップS12へ戻ってヒートポンプ10の暖房運転を継続する。   Subsequently, the detection signals of the temperature sensor S1 for detecting the heat source water temperature of the first feed pipe 61 and the temperature sensor S2 for detecting the heat source water temperature of the first return pipe 62 are read, and the detection temperature T1 of the sensor S1 is a predetermined temperature. It is determined whether the temperature is lower than 4 (for example, 5 ° C.) or the detected temperature difference T2-T1 between the sensors S1 and S2 is smaller than a predetermined temperature 5 (for example, 1.0 ° C.) (step S14). If it is determined that the detected temperature T1 of the sensor S1 is higher than the predetermined temperature 4 or the detected temperature difference T2-T1 between the sensors S1 and S2 is higher than the predetermined temperature 5 (step S14: No), the process returns to step S12. The heating operation of the heat pump 10 is continued.

一方、ステップS14で、センサS1の検出温度T1が所定温度4よりも低いあるいはセンサS1とS2の検出温度差T2−T1が所定温度5よりも小さい(ステップS14:Yes)と判定すると、ステップS15へ移行して、冷却・加熱塔20および地中熱交換器30を使用したハイブリッド暖房モードを開始するために、冷却・加熱塔20に向かう配管63と65の途中にあるバルブMV3,MV5を開き、第1送り配管61の途中のバルブMV1を新たに閉じ、バルブMV4,MV6,MV9は閉じたままとし、MV2は開けたままとする。また、第1戻り配管62の途中のポンプPM1と第3戻り配管68の途中のポンプPM2は熱源水および温水をそれぞれヒートポンプ10へ送る方向へ回転させたまま、冷却・加熱塔20を加熱運転させる(ステップS16)。
これにより、図10に示すように、ヒートポンプ10(蒸発器13)−迂回配管71−配管63−冷却・加熱塔20−配管65−第1送り配管61−地中熱交換器30−第1戻り配管62−迂回配管73−ヒートポンプ10(蒸発器13)の経路に沿った熱源水の循環およびヒートポンプ10(凝縮器12)−迂回配管72−第3送り配管67−2次側設備40−第3戻り配管68−迂回配管74−ヒートポンプ10(凝縮器12)の経路に沿った温水の循環が行なわれる。
On the other hand, if it is determined in step S14 that the detected temperature T1 of the sensor S1 is lower than the predetermined temperature 4 or the detected temperature difference T2-T1 between the sensors S1 and S2 is smaller than the predetermined temperature 5 (step S14: Yes), step S15 In order to start the hybrid heating mode using the cooling / heating tower 20 and the underground heat exchanger 30, the valves MV3, MV5 in the middle of the pipes 63 and 65 toward the cooling / heating tower 20 are opened. The valve MV1 in the middle of the first feed pipe 61 is newly closed, the valves MV4, MV6, and MV9 are kept closed, and the MV2 is kept open. The pump PM1 in the middle of the first return pipe 62 and the pump PM2 in the middle of the third return pipe 68 heat the cooling / heating tower 20 while rotating the heat source water and the hot water in the direction to send the heat pump 10 to the heat pump 10, respectively. (Step S16).
Accordingly, as shown in FIG. 10, the heat pump 10 (evaporator 13) -the bypass pipe 71-the pipe 63-the cooling / heating tower 20-the pipe 65-the first feed pipe 61-the underground heat exchanger 30-the first return. Circulation of heat source water along the path of piping 62-bypass piping 73-heat pump 10 (evaporator 13) and heat pump 10 (condenser 12)-bypass piping 72-third feed piping 67-secondary side equipment 40-third Hot water is circulated along the path of return pipe 68-detour pipe 74-heat pump 10 (condenser 12).

その結果、地中熱交換器30の能力が低下したと判断し、冷却・加熱塔20を上流、地中熱交換器を下流とした直列運転を行い、地中熱交換器の能力不足を冷却・加熱塔20で補うと共に、効率的に熱源水温度を上昇させ、ヒートポンプの効率を向上させることができる。
続いて、第2送り配管63の熱源水温度を検出する温度センサS4および第2戻り配管64の熱源水温度を検出する温度センサS3の検出信号を読み込んで、温度センサS3とS4の検出温度差T3−T4が所定温度6(例えば1.0℃)よりも小さくかつ温度センサS4の検出温度T4が所定温度9(例えば−7℃)よりも低いか否か判定する(ステップS17)。ここで、検出温度差T3−T4が所定温度6よりも小さくかつ検出温度T4が所定温度9よりも低い(ステップS17:Yes)と判定すると、ステップS24へ移行してデフロストモードを開始する(符号C)。
As a result, it is judged that the capacity of the underground heat exchanger 30 has been lowered, and the cooling / heating tower 20 is operated upstream and the underground heat exchanger is operated downstream to cool the insufficient capacity of the underground heat exchanger. -While supplementing with the heating tower 20, a heat source water temperature can be raised efficiently and the efficiency of a heat pump can be improved.
Subsequently, the detection signals of the temperature sensor S4 for detecting the heat source water temperature of the second feed pipe 63 and the temperature sensor S3 for detecting the heat source water temperature of the second return pipe 64 are read, and the detected temperature difference between the temperature sensors S3 and S4 is read. It is determined whether T3-T4 is lower than a predetermined temperature 6 (for example, 1.0 ° C.) and the detected temperature T4 of the temperature sensor S4 is lower than a predetermined temperature 9 (for example, −7 ° C.) (step S17). If it is determined that the detected temperature difference T3-T4 is smaller than the predetermined temperature 6 and the detected temperature T4 is lower than the predetermined temperature 9 (step S17: Yes), the process proceeds to step S24 and the defrost mode is started (reference sign). C).

一方、ステップS17で、検出温度差T3−T4が所定温度6よりも大きいまたは検出温度T4が所定温度9よりも高い(ステップS17:No)と判定すると、ステップS18へ移行して、第1送り配管61の熱源水温度を検出する温度センサS1および第1戻り配管62の熱源水温度を検出する温度センサS2の検出信号を読み込んで、センサS1とS2の検出温度差T2−T1が所定温度7(例えば1.0℃)よりも小さいか否か判定する。ここで、センサS1とS2の検出温度差T2−T1が所定温度7よりも大きい(ステップS18:No)と判定すると、ステップS15へ戻ってハイブリッド暖房モードを継続する。   On the other hand, if it is determined in step S17 that the detected temperature difference T3-T4 is larger than the predetermined temperature 6 or the detected temperature T4 is higher than the predetermined temperature 9 (step S17: No), the process proceeds to step S18, and the first feed The detection signals of the temperature sensor S1 for detecting the heat source water temperature of the pipe 61 and the temperature sensor S2 for detecting the heat source water temperature of the first return pipe 62 are read, and the detected temperature difference T2-T1 between the sensors S1 and S2 is a predetermined temperature 7 It is determined whether it is smaller than (for example, 1.0 ° C.). Here, if it is determined that the detected temperature difference T2-T1 between the sensors S1 and S2 is greater than the predetermined temperature 7 (step S18: No), the process returns to step S15 to continue the hybrid heating mode.

また、ステップS18で、検出温度差T2−T1が所定温度7よりも小さい(ステップS18:Yes)と判定すると、ステップS20へ移行する(符号A)。そして、冷却・加熱塔20のみを利用した加熱塔利用暖房モードを開始するために、地中熱交換器30からの戻り配管62の途中にあるバルブMV2および冷却・加熱塔20から地中熱交換器3への配管65の途中にあるバルブMV5を閉じ、戻り配管64の途中のバルブMV4を閉から開に切換え、バルブMV1,MV6,MV9は閉じたままとし、バルブMV3は開けたままとする(ステップS20)。また、第1戻り配管62の途中のポンプPM1と第3戻り配管68の途中のポンプPM2は熱源水および温水をそれぞれヒートポンプ10へ送る方向へ回転させたままとする。   If it is determined in step S18 that the detected temperature difference T2-T1 is smaller than the predetermined temperature 7 (step S18: Yes), the process proceeds to step S20 (reference A). And in order to start the heating tower utilization heating mode using only the cooling / heating tower 20, the underground heat exchange from the valve MV2 and the cooling / heating tower 20 in the middle of the return pipe 62 from the underground heat exchanger 30 is performed. The valve MV5 in the middle of the pipe 65 to the vessel 3 is closed, the valve MV4 in the middle of the return pipe 64 is switched from closed to open, the valves MV1, MV6, MV9 are kept closed, and the valve MV3 is kept opened. (Step S20). Further, the pump PM1 in the middle of the first return pipe 62 and the pump PM2 in the middle of the third return pipe 68 are kept rotating in the direction of sending the heat source water and the hot water to the heat pump 10, respectively.

これにより、図11に示すように、ヒートポンプ10(蒸発器13)−迂回配管71−第2送り配管63−冷却・加熱塔20−第2戻り配管64−迂回配管73−ヒートポンプ10(蒸発器13)の経路に沿った熱源水の循環およびヒートポンプ10(凝縮器12)−迂回配管72−第3送り配管67−2次側設備40−第3戻り配管68−迂回配管74−ヒートポンプ10(凝縮器12)の経路に沿った温水の循環が行なわれる。
その結果、地中熱交換器30による採熱能力がなくなったと判断し、冷却・加熱塔20のみ利用した運転を行い、この運転モード中に、地中熱の温度を回復させることができる。
Accordingly, as shown in FIG. 11, the heat pump 10 (evaporator 13) —the bypass pipe 71 —the second feed pipe 63 —the cooling / heating tower 20 —the second return pipe 64 —the bypass pipe 73 —the heat pump 10 (the evaporator 13). ) And heat pump 10 (condenser 12)-bypass pipe 72-third feed pipe 67-secondary side equipment 40-third return pipe 68-bypass pipe 74-heat pump 10 (condenser) The warm water is circulated along the route of 12).
As a result, it is determined that the heat collection capability of the underground heat exchanger 30 has been lost, and an operation using only the cooling / heating tower 20 is performed, and the temperature of the underground heat can be recovered during this operation mode.

次に、ステップS21で温度センサS3とS4の検出温度差T3−T4が所定温度8(例えば1.0℃)よりも小さくかつ検出温度T4が所定温度9(例えば0℃)よりも低いか否か判定する。ここで、検出温度差T3−T4が所定温度8よりも小さくかつ検出温度T4が所定温度9よりも低い(ステップS21:Yes)と判定すると、加熱塔が霜付きを起こして能力が低下していることが分かるので、ステップS23へ移行してデフロスト運転を実行する。   Next, whether or not the detected temperature difference T3-T4 between the temperature sensors S3 and S4 is smaller than a predetermined temperature 8 (eg, 1.0 ° C.) and the detected temperature T4 is lower than a predetermined temperature 9 (eg, 0 ° C.) in step S21. To determine. Here, if it is determined that the detected temperature difference T3-T4 is smaller than the predetermined temperature 8 and the detected temperature T4 is lower than the predetermined temperature 9 (step S21: Yes), the heating tower is frosted and the capacity is reduced. Therefore, the process proceeds to step S23 to execute the defrost operation.

また、検出温度差T3−T4が所定温度8よりも大きいもしくはセンサS4の検出温度T4が所定温度9よりも高い(ステップS21:No)と判定すると、ステップS22へ移行して、所定時間(例えば600分)を経過したか否か判定する。そして、所定時間を経過していない(ステップS22:No)と判定すると、ステップ23へ進んで暖房スイッチがオフされたか否かを判定し、暖房スイッチがオフされていない(ステップS23:No)と判定すると、ステップS20へ戻って冷却・加熱塔20のみを使用した加熱塔利用暖房モード運転を継続する。
また、ステップS22で所定時間を経過した(ステップS22:Yes)と判定すると、ステップS12へ戻って地中熱交換器30を使用した地中熱利用暖房モードを実行する(符号B)。
If it is determined that the detected temperature difference T3-T4 is greater than the predetermined temperature 8 or the detected temperature T4 of the sensor S4 is higher than the predetermined temperature 9 (step S21: No), the process proceeds to step S22, and a predetermined time (for example, 600 minutes) is determined. And if it determines with predetermined time not having passed (step S22: No), it will progress to step 23, it will be determined whether the heating switch was turned off, and a heating switch is not turned off (step S23: No). If it determines, it will return to step S20 and the heating tower utilization heating mode operation | movement which uses only the cooling and heating tower 20 will be continued.
Moreover, if it determines with predetermined time having passed in step S22 (step S22: Yes), it will return to step S12 and will perform the geothermal utilization heating mode which uses the underground heat exchanger 30 (code | symbol B).

一方、ステップS21でセンサS3とS4の検出温度差T3−T4が所定温度8よりも小さくかつ検出温度T4が所定温度9よりも低い(ステップS21:Yes)と判定してステップS24へ移行した場合には、バルブMV2,MV5,MV9を開き、バルブMV4およびMV11〜MV14を閉じた状態にしてポンプPM1を駆動させたままとすることで、図12に示すように、冷却・加熱塔20と地中熱交換器30との間で熱源水を循環させるデフロストモードを実行する。これにより、冷却・加熱塔20−配管65−第1送り配管61−地中熱交換器30−第1戻り配管62−バルブMV9−配管63−冷却・加熱塔20の経路に沿った熱源水の循環が行なわれ、地中熱を利用して冷却・加熱塔の霜付き状態を解消することができる。なお、この際、冷却・加熱塔20に設けられているヒータに通電して、ヒータを併用したデフロストを行うようにしても良い。これによって、ヒータのみを使用してデフロストを行う従来方式に比べてシステム効率を高めることができる。また、デフロストの際には、ヒートポンプ10およびポンプPM2を停止させる(ステップS25)。これにより、さらに消費電力を少なくすることができる。   On the other hand, when it is determined in step S21 that the detected temperature difference T3-T4 between the sensors S3 and S4 is smaller than the predetermined temperature 8 and the detected temperature T4 is lower than the predetermined temperature 9 (step S21: Yes), and the process proceeds to step S24. The valve MV2, MV5, and MV9 are opened, the valves MV4 and MV11 to MV14 are closed, and the pump PM1 is left driven, as shown in FIG. A defrost mode in which the heat source water is circulated with the intermediate heat exchanger 30 is executed. Accordingly, the heat source water along the path of the cooling / heating tower 20 -the pipe 65 -the first feed pipe 61 -the underground heat exchanger 30 -the first return pipe 62 -the valve MV9 -the pipe 63 -the cooling / heating tower 20 Circulation is performed, and the frosted state of the cooling / heating tower can be eliminated by using underground heat. At this time, the heater provided in the cooling / heating tower 20 may be energized to defrost using the heater together. As a result, the system efficiency can be increased as compared with the conventional method in which defrosting is performed using only the heater. Further, at the time of defrosting, the heat pump 10 and the pump PM2 are stopped (step S25). Thereby, power consumption can be further reduced.

なお、ステップS25の後は、ステップS26へ移行して、温度センサS3の検出温度T3が所定温度10(例えば3℃)よりも高いか否か判定する。そして、検出温度T3が所定温度10よりも低い(ステップS26:No)と判定すると、ステップS24へ戻ってデフロストモードを継続する。一方、ステップS26で、加熱塔出口の温度センサS3の検出温度T3が所定温度10よりも高い(ステップS26:Yes)と判定すると、加熱塔の霜付き状態が解消されたものとみなすことができるため、ステップS27へ進んで、図3のハイブリッド暖房モード中のステップS17から符号Cに従って図4のデフロストモードへ入ったか否か判定する。
そして、符号Cに従ってステップS17からデフロストモードへ入った(ステップS27:Yes)と判定すると、符号Dに従って図3のステップS15へ戻る。一方、ステップS27で、ステップS21からデフロストモードへ移行した、つまり符号Cに従ってデフロストモードへ入ったのではない(ステップS27:No)と判定すると、ステップS20へ戻って冷却・加熱塔20のみを使用した加熱塔利用暖房モードを実行する。なお、この場合にも、ステップS15へ戻って冷却・加熱塔20および地中熱交換器30を使用したハイブリッド暖房モードを実行するようにしてもよい(符号D)。
In addition, after step S25, it transfers to step S26 and it is determined whether the detection temperature T3 of the temperature sensor S3 is higher than the predetermined temperature 10 (for example, 3 degreeC). If it is determined that the detected temperature T3 is lower than the predetermined temperature 10 (step S26: No), the process returns to step S24 and the defrost mode is continued. On the other hand, if it is determined in step S26 that the detected temperature T3 of the temperature sensor S3 at the heating tower outlet is higher than the predetermined temperature 10 (step S26: Yes), it can be considered that the frosted state of the heating tower has been eliminated. Therefore, it progresses to step S27 and it is determined whether it entered into the defrost mode of FIG. 4 according to the code | symbol C from step S17 in the hybrid heating mode of FIG.
If it is determined that the defrost mode has been entered from step S17 according to the symbol C (step S27: Yes), the procedure returns to step S15 of FIG. On the other hand, if it is determined in step S27 that the process has shifted from the step S21 to the defrost mode, that is, the defrost mode has not been entered according to the symbol C (step S27: No), the process returns to the step S20 and only the cooling / heating tower 20 is used. The heating tower using heating mode is executed. Also in this case, the hybrid heating mode using the cooling / heating tower 20 and the underground heat exchanger 30 may be executed by returning to step S15 (symbol D).

従来の冷却・加熱塔を使用した冷暖房システムにおいては、冷却・加熱塔が着霜した場合、下部水槽内に設置したヒータで温められた温水を冷却・加熱塔の熱交換器の配管表面に散水することで霜を解かすことが一般的であった。しかし、この方法は、余分なエネルギーを必要とする。これに対し、上記実施例によれば、地中熱を利用して冷却・加熱塔20の着霜を解消するので、再生可能エネルギーの有効活用が充分に達成されるという利点がある。
なお、従来のヒータで温められた温水で霜を解かす方法は、温水の散水を外側から行なうというものであるため、解凍に時間がかかり、暖房運転の停止もしくは性能低下の時間が長くなるとともに、完全に霜を解凍できないおそれがある。
In the conventional cooling / heating system using a cooling / heating tower, when the cooling / heating tower is frosted, the water heated by the heater installed in the lower water tank is sprinkled on the piping surface of the heat exchanger of the cooling / heating tower. It was common to defrost by doing. However, this method requires extra energy. On the other hand, according to the said Example, since the frost formation of the cooling / heating tower 20 is eliminated using geothermal heat, there exists an advantage that the effective utilization of renewable energy is fully achieved.
In addition, since the method of defrosting with the warm water warmed by the conventional heater is to perform the sprinkling of warm water from the outside, it takes time to defrost, and the time for stopping the heating operation or reducing the performance becomes longer. There is a risk that frost cannot be thawed completely.

(第2実施例)
次に、本発明を適用した地中熱利用ヒートポンプシステムの第2の実施例を説明する。上記の第1実施例のデフロストモードは、地中熱を利用して冷却・加熱塔20の着霜を解消するというものであるが、解凍に時間がかかるとともに地中温度がある程度下がって来ると着霜を解消できなくなることが考えられる。
そこで、第2実施例はデフロストモードを複数設けることで、地中温度が所定以上下がったとしても着霜を解消できるようにしたものである。具体的には、第1実施例はデフロストモードが1つであるのに対し、第2実施例はデフロストモードを4パターン設け、着霜の状態に応じて異なる態様でデフロスト(霜取り)を行うようにした。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the geothermal heat pump system to which the present invention is applied will be described. The defrost mode of the first embodiment described above is to eliminate the frost formation of the cooling / heating tower 20 by using the underground heat, but it takes time to defrost and the underground temperature decreases to some extent. It is considered that frost formation cannot be eliminated.
Therefore, in the second embodiment, a plurality of defrost modes are provided so that frost formation can be eliminated even if the underground temperature is lowered by a predetermined value or more. Specifically, the first embodiment has one defrost mode, whereas the second embodiment provides four patterns of defrost mode so that defrost (defrosting) is performed in a different manner depending on the state of frost formation. I made it.

図17に示すように、この第2実施例のシステムは、4種類のデフロストモードを実現可能にするため、図1に示す第1実施例のシステムに対して、第2戻り配管64と第3戻り配管68とを繋ぐ配管75と、第2送り配管63と第3送り配管67とを繋ぐ配管76とが追加され、配管75の途中にはバルブMV21が、また配管76の途中にはバルブMV22およびポンプ(ブースタポンプと称する)PM3が設けられている。さらに、第3送り配管67と第3戻り配管68の途中にそれぞれバルブMV23およびMV24が追加されている。   As shown in FIG. 17, the system of the second embodiment makes it possible to realize four types of defrost modes. Therefore, the second return pipe 64 and the third system are different from the system of the first embodiment shown in FIG. A pipe 75 connecting the return pipe 68 and a pipe 76 connecting the second feed pipe 63 and the third feed pipe 67 are added. The valve MV21 is provided in the middle of the pipe 75, and the valve MV22 is provided in the middle of the pipe 76. And a pump (referred to as a booster pump) PM3. Further, valves MV23 and MV24 are added in the middle of the third feed pipe 67 and the third return pipe 68, respectively.

第2実施例においては、「冷房運転」の手順(図2)および冷水や冷却水の循環系路(図5〜図8)は第1実施例と同じであるので、図示および説明を省略する。
図13および図14は、第2実施例における暖房運転の手順を示す。第2実施例における暖房運転の手順を示す図3および図4との差異は、図13のステップS17および図14のステップS21で「YES」と判定すると図15のデフロスト処理S30へ移行する点と、図4のステップS24〜S27の1種類のデフロスト処理の代わりに、図15および図16のステップS31〜S47のデフロスト処理に従ってデフロストモード#1〜#4のいずれかを実行する点にある。
図15および図16には、ハイブリッド暖房モード中にデフロストの条件(T3−T4<所定温度6かつT4<所定温度9)が成立した場合に実行されるデフロスト処理(図3のステップS30)の具体的な手順の例が示されている。
In the second embodiment, the procedure of “cooling operation” (FIG. 2) and the circulation path of chilled water and cooling water (FIGS. 5 to 8) are the same as those of the first embodiment, and thus illustration and description thereof are omitted. .
13 and 14 show the procedure of the heating operation in the second embodiment. 3 and FIG. 4 showing the procedure of the heating operation in the second embodiment is that, when “YES” is determined in step S17 of FIG. 13 and step S21 of FIG. 14, the process proceeds to the defrost process S30 of FIG. 4. Instead of one type of defrost process in steps S24 to S27 in FIG. 4, one of the defrost modes # 1 to # 4 is executed according to the defrost process in steps S31 to S47 in FIGS.
FIG. 15 and FIG. 16 show the details of the defrost process (step S30 in FIG. 3) executed when the defrost condition (T3-T4 <predetermined temperature 6 and T4 <predetermined temperature 9) is satisfied during the hybrid heating mode. An example of a typical procedure is shown.

図15のデフロスト処理においては、先ず空調運転が必要か否か(例えば冷暖房対象空間の暖房を停止することが許可されているか否か)判定する(ステップS31)。そして、空調運転が不要である(ステップS31:No)判定すると、ステップS32へ進み、省エネ運転を優先するか否か判定する(ステップS32)。そして、省エネ運転を優先する(ステップS32:Yes)と判定すると、ステップS33へ進み、バルブMV1,MV4,MV6,MV11,MV14,MV21,MV22を閉じた状態にして、バルブMV2,MV3,MV5およびMV9を開き、ヒートポンプ10および冷温水ポンプPM2の運転を停止してポンプPM1を駆動させたままとする(ステップS34)ことで、図17に示すように、冷却・加熱塔20と地中熱交換器30との間で熱源水を循環させるデフロストモード#1を実行する。
これにより、冷却・加熱塔20−配管65−第1送り配管61−地中熱交換器30−第1戻り配管62−バルブMV9−配管63−冷却・加熱塔20の経路に沿った熱源水の循環が行なわれ、地中熱を利用して冷却・加熱塔20の霜付き状態を解消することができる。これは、第1実施例におけるステップS24およびS25によるデフロストと同じ処理である。
In the defrosting process of FIG. 15, it is first determined whether or not an air conditioning operation is necessary (for example, whether or not heating of the space to be air-conditioned is permitted) (step S31). If it is determined that the air conditioning operation is not required (step S31: No), the process proceeds to step S32, and it is determined whether or not priority is given to the energy saving operation (step S32). If it is determined that priority is given to energy saving operation (step S32: Yes), the process proceeds to step S33, and the valves MV1, MV4, MV6, MV11, MV14, MV21, MV22 are closed, and the valves MV2, MV3, MV5 and By opening MV9 and stopping the operation of heat pump 10 and cold / hot water pump PM2 and keeping pump PM1 driven (step S34), as shown in FIG. 17, cooling / heating tower 20 and underground heat exchange are performed. The defrost mode # 1 in which the heat source water is circulated with the vessel 30 is executed.
Accordingly, the heat source water along the path of the cooling / heating tower 20 -the pipe 65 -the first feed pipe 61 -the underground heat exchanger 30 -the first return pipe 62 -the valve MV9 -the pipe 63 -the cooling / heating tower 20 Circulation is performed, and the frosted state of the cooling / heating tower 20 can be eliminated by using the underground heat. This is the same processing as defrosting in steps S24 and S25 in the first embodiment.

ステップS34に続いてステップS35では、温度センサS3の検出温度T3が所定温度10(例えば3℃)よりも高い、または温度センサS3とS4の検出温度差T4−T3が所定温度11(例えば1℃)よりも小さいか否か判定する。ここで、検出温度T3が所定温度10よりも低いまたは検出温度差T4−T3が所定温度11よりも大きい(ステップS35:No)と判定すると、冷却・加熱塔の霜付きが解消していないということであるので、ステップS36へ進んで所定時間(例えば5分)を経過したか否か判定し、経過していないときはステップS33へ戻ってモード#1のデフロスト運転を継続する。また、ステップS36で所定時間を経過したと判定したときは、次のステップS37(ヒートポンプの余熱を利用したデフロストモード#2)へ移行する。   In step S35 following step S34, the detected temperature T3 of the temperature sensor S3 is higher than a predetermined temperature 10 (eg, 3 ° C.), or the detected temperature difference T4-T3 between the temperature sensors S3 and S4 is a predetermined temperature 11 (eg, 1 ° C.). Or less). Here, if it is determined that the detected temperature T3 is lower than the predetermined temperature 10 or the detected temperature difference T4-T3 is higher than the predetermined temperature 11 (step S35: No), it is said that the frosting of the cooling / heating tower has not been eliminated. Therefore, the process proceeds to step S36 to determine whether or not a predetermined time (for example, 5 minutes) has elapsed. If not, the process returns to step S33 to continue the defrost operation in mode # 1. Moreover, when it determines with predetermined time having passed by step S36, it transfers to following step S37 (defrost mode # 2 using the residual heat of a heat pump).

また、ステップS35で、温度センサS3の検出温度T3が所定温度10よりも高いか、または温度センサS3とS4の検出温度差T4−T3が所定温度11よりも小さい(ステップS35:Yes)と判定すると、冷却・加熱塔20の霜付きが解消したということであるので、符号Eに従って図16のステップS47へ移行して、図13のハイブリッド暖房モード中のステップS17から図15のデフロストモードへ入ったか否か判定する。
そして、ステップS17からデフロストモードへ入った(ステップS47:Yes)と判定すると、符号Dに従って図13のステップS15へ戻り、ハイブリッド暖房モードを実行する。一方、ステップS47で、ステップS17からデフロストモードへ入ったのではない(ステップS47:No)と判定すると、符号Gに従って図14のステップS20へ戻って冷却・加熱塔20のみを使用した加熱塔利用暖房モードを実行する。ステップS47における「No」の判定は、ステップS21からデフロストモードへ入ったことを意味する。
In step S35, it is determined that the detected temperature T3 of the temperature sensor S3 is higher than the predetermined temperature 10, or the detected temperature difference T4-T3 between the temperature sensors S3 and S4 is smaller than the predetermined temperature 11 (step S35: Yes). Then, since the frosting of the cooling / heating tower 20 has been eliminated, the process proceeds to step S47 in FIG. 16 according to the symbol E, and enters the defrost mode in FIG. 15 from step S17 in the hybrid heating mode in FIG. It is determined whether or not.
And if it determines with having entered into the defrost mode from step S17 (step S47: Yes), it will return to step S15 of FIG. 13 according to code | symbol D, and will perform hybrid heating mode. On the other hand, if it is determined in step S47 that the defrost mode has not been entered from step S17 (step S47: No), the process returns to step S20 in FIG. Run the heating mode. The determination of “No” in step S47 means that the defrost mode has been entered from step S21.

デフロストモード#2のステップS37では、バルブMV3〜MV6,MV23,MV24を閉じた状態にして、バルブMV12,MV13,MV21およびMV22を開き、ヒートポンプ10およびポンプPM1,PM2の運転を停止してポンプPM3を駆動させる(ステップS38)ことで、図18に示すように、冷却・加熱塔20とヒートポンプ10との間で温水を循環させる。これにより、冷却・加熱塔20−配管76−第4迂回配管74−ヒートポンプ10−第2迂回配管72−配管76−冷却・加熱塔20の経路に沿った温水の循環が行なわれ、ヒートポンプ10で暖房を行ないながら生成された温水を利用して冷却・加熱塔20の霜付き状態を解消することができる。   In step S37 of the defrost mode # 2, the valves MV3 to MV6, MV23 and MV24 are closed, the valves MV12, MV13, MV21 and MV22 are opened, the operation of the heat pump 10 and the pumps PM1 and PM2 is stopped, and the pump PM3 Is driven (step S38), and hot water is circulated between the cooling / heating tower 20 and the heat pump 10 as shown in FIG. Accordingly, the hot water is circulated along the path of the cooling / heating tower 20 -pipe 76 -the fourth bypass pipe 74 -the heat pump 10 -the second bypass pipe 72 -the pipe 76 -the cooling / heating tower 20, and the heat pump 10 The frosted state of the cooling / heating tower 20 can be eliminated by using the hot water generated while heating.

ステップS38に続いてステップS39では、温度センサS3の検出温度T3が所定温度12(例えば3℃)よりも高い、または温度センサS3とS4の検出温度差T4−T3が所定温度13(例えば1℃)よりも小さいか否か判定する。ここで、検出温度T3が所定温度12よりも低いまたは検出温度差T4−T3が所定温度13よりも大きい(ステップS39:No)と判定すると、冷却・加熱塔20の霜付きが解消していないということであるので、ステップS40へ進んで所定時間(例えば5分)を経過したか否か判定し、経過していないときはステップS37へ戻ってモード#2のデフロスト運転を継続する。また、ステップS40で所定時間を経過したと判定したときは、次のステップS44(暖房を中断しヒートポンプの運転より生成された温水を利用したデフロストモード#4)へ移行する。   In step S39 following step S38, the detected temperature T3 of the temperature sensor S3 is higher than a predetermined temperature 12 (eg 3 ° C.), or the detected temperature difference T4-T3 between the temperature sensors S3 and S4 is a predetermined temperature 13 (eg 1 ° C.). Or less). Here, if it is determined that the detected temperature T3 is lower than the predetermined temperature 12 or the detected temperature difference T4-T3 is higher than the predetermined temperature 13 (step S39: No), the frosting of the cooling / heating tower 20 has not been eliminated. Therefore, the process proceeds to step S40 to determine whether or not a predetermined time (for example, 5 minutes) has elapsed. If not, the process returns to step S37 and the mode # 2 defrost operation is continued. Moreover, when it determines with predetermined time having passed by step S40, it transfers to following step S44 (Defrost mode # 4 using the hot water produced | generated by interrupting heating and operation | movement of a heat pump).

また、ステップS39で、温度センサS3の検出温度T3が所定温度12よりも高いか、または温度センサS3とS4の検出温度差T4−T3が所定温度13よりも小さい(ステップS39:Yes)と判定すると、冷却・加熱塔20の霜付きが解消したということであるので、符号Eに従って図16のステップS47へ移行して、ステップS17からデフロストモードへ入った(ステップS47:Yes)場合には、符号Dに従って図13のステップS15へ戻ってハイブリッド暖房モードを実行する。また、ステップS17からデフロストモードへ入ったのではない(ステップS21から入った)場合には、符号Gに従って図14のステップS20へ戻って冷却・加熱塔20のみを使用した加熱塔利用暖房モードを実行する。   In step S39, it is determined that the detected temperature T3 of the temperature sensor S3 is higher than the predetermined temperature 12, or the detected temperature difference T4-T3 between the temperature sensors S3 and S4 is smaller than the predetermined temperature 13 (step S39: Yes). Then, since it is that the frosting of the cooling / heating tower 20 has been eliminated, the process proceeds to step S47 in FIG. 16 according to the symbol E, and enters the defrost mode from step S17 (step S47: Yes). Returning to step S15 of FIG. 13 according to the symbol D, the hybrid heating mode is executed. Further, when the defrost mode is not entered from step S17 (from step S21), the process returns to step S20 in FIG. Run.

一方、図15のステップS31で、空調運転が必要である(ステップS31:Yes)判定すると、ステップS41へ移行して、バルブMV3〜MV6およびMV9を閉じた状態にして、バルブMV1,MV2,MV11〜MV14およびMV21〜MV24を開き、ヒートポンプ10を暖房運転したままブースタポンプPM3を駆動する(ステップS42)ことで、図19に示すように、ヒートポンプ10と2次側設備40および冷却・加熱塔20、地中熱交換器30との間で温水と熱源水を循環させるデフロストモード#3を実行する。
これにより、ヒートポンプ10(凝縮器12)から2次側設備40および冷却・加熱塔20への温水の循環およびヒートポンプ10(蒸発器13)と地中熱交換器30の間で熱源水の循環が行なわれ、暖房を行ないながら冷却・加熱塔20の霜付き状態を解消することができる。
On the other hand, if it is determined in step S31 in FIG. 15 that the air-conditioning operation is necessary (step S31: Yes), the process proceeds to step S41, and the valves MV3 to MV6 and MV9 are closed and the valves MV1, MV2, and MV11 are closed. -MV14 and MV21-MV24 are opened, and booster pump PM3 is driven while heating operation of heat pump 10 is performed (step S42), thereby, as shown in FIG. 19, heat pump 10, secondary side equipment 40, and cooling / heating tower 20 Then, the defrost mode # 3 for circulating the hot water and the heat source water between the underground heat exchanger 30 is executed.
Thereby, circulation of the hot water from the heat pump 10 (condenser 12) to the secondary side equipment 40 and the cooling / heating tower 20 and circulation of the heat source water between the heat pump 10 (evaporator 13) and the underground heat exchanger 30 are performed. The frosted state of the cooling / heating tower 20 can be eliminated while heating is performed.

ステップS42に続いてステップS43では、温度センサS3の検出温度T3が所定温度16(例えば10℃)よりも高い、または温度センサS3とS4の検出温度差T4−T3が所定温度17(例えば1℃)よりも小さいか否か判定する。ここで、検出温度T3が所定温度16よりも低いまたは検出温度差T4−T3が所定温度17よりも大きい(ステップS43:No)と判定すると、冷却・加熱塔20の霜付きが解消していないということであるので、ステップS41へ戻ってモード#3のデフロスト運転を継続する。   In step S43 following step S42, the detected temperature T3 of the temperature sensor S3 is higher than a predetermined temperature 16 (eg, 10 ° C.), or the detected temperature difference T4-T3 between the temperature sensors S3 and S4 is a predetermined temperature 17 (eg, 1 ° C.). Or less). Here, if it is determined that the detected temperature T3 is lower than the predetermined temperature 16 or the detected temperature difference T4-T3 is higher than the predetermined temperature 17 (step S43: No), the frosting of the cooling / heating tower 20 has not been eliminated. Therefore, it returns to step S41 and continues the defrost driving | operation of mode # 3.

また、ステップS43で、温度センサS3の検出温度T3が所定温度16よりも高いか、または温度センサS3とS4の検出温度差T4−T3が所定温度17よりも小さい(ステップS43:Yes)と判定すると、冷却・加熱塔20の霜付きが解消したということであるので、符号Eに従って図16のステップS47へ移行して、ステップS17からデフロストモードへ入った(ステップS47:Yes)場合には、符号Dに従って図13のステップS15へ戻ってハイブリッド暖房モードを実行する。また、ステップS17からデフロストモードへ入ったのではない(ステップS21から入った)場合には、符号Gに従って図14のステップS20へ戻って冷却・加熱塔20のみを使用した加熱塔利用暖房モードを実行する。   In step S43, it is determined that the detected temperature T3 of the temperature sensor S3 is higher than the predetermined temperature 16, or the detected temperature difference T4-T3 between the temperature sensors S3 and S4 is smaller than the predetermined temperature 17 (step S43: Yes). Then, since it is that the frosting of the cooling / heating tower 20 has been eliminated, the process proceeds to step S47 in FIG. 16 according to the symbol E, and enters the defrost mode from step S17 (step S47: Yes). Returning to step S15 of FIG. 13 according to the symbol D, the hybrid heating mode is executed. Further, when the defrost mode is not entered from step S17 (from step S21), the process returns to step S20 in FIG. Run.

一方、図16のデフロストモード#4では、先ずステップS44で、バルブMV3〜MV6,MV9およびMV23,MV24を閉じた状態にして、バルブMV1,MV2,MV11〜MV14およびMV21,MV22を開き、ヒートポンプ10およびブースタポンプPM3を運転する(ステップS45)ことで、図20に示すように、ヒートポンプ10からび冷却・加熱塔20、地中熱交換器30との間で温水と熱源水を循環させる。
これにより、ヒートポンプ10−冷却・加熱塔20−地中熱交換器30の間で熱源水の循環が行なわれ、暖房を中断して冷却・加熱塔20の霜付き状態を解消することができる。
On the other hand, in the defrost mode # 4 of FIG. 16, first, in step S44, the valves MV3 to MV6, MV9 and MV23 and MV24 are closed, the valves MV1, MV2, MV11 to MV14, MV21 and MV22 are opened, and the heat pump 10 And by operating the booster pump PM3 (step S45), as shown in FIG. 20, the hot water and the heat source water are circulated from the heat pump 10 to the cooling / heating tower 20 and the underground heat exchanger 30.
Thereby, the heat source water is circulated between the heat pump 10, the cooling / heating tower 20, and the underground heat exchanger 30, and heating can be interrupted to eliminate the frosted state of the cooling / heating tower 20.

ステップS45に続いてステップS46では、温度センサS3の検出温度T3が所定温度14(例えば10℃)よりも高い、または温度センサS3とS4の検出温度差T4−T3が所定温度15(例えば1℃)よりも小さいか否か判定する。ここで、検出温度T3が所定温度14よりも低いまたは検出温度差T4−T3が所定温度15よりも大きい(ステップS46:No)と判定すると、冷却・加熱塔20の霜付きが解消していないということであるので、ステップS44へ戻ってモード#4のデフロスト運転を継続する。   In step S46 following step S45, the detected temperature T3 of the temperature sensor S3 is higher than a predetermined temperature 14 (for example, 10 ° C.), or the detected temperature difference T4-T3 between the temperature sensors S3 and S4 is a predetermined temperature 15 (for example, 1 ° C.). Or less). Here, if it is determined that the detected temperature T3 is lower than the predetermined temperature 14 or the detected temperature difference T4-T3 is higher than the predetermined temperature 15 (step S46: No), the frosting of the cooling / heating tower 20 has not been eliminated. Therefore, the process returns to step S44 to continue the defrosting operation in mode # 4.

また、ステップS46で、温度センサS3の検出温度T3が所定温度14よりも高いか、または温度センサS3とS4の検出温度差T4−T3が所定温度15よりも小さい(ステップS46:Yes)と判定すると、冷却・加熱塔20の霜付きが解消したということであるので次のステップS47へ移行して、ステップS17からデフロストモードへ入った(ステップS47:Yes)場合には、符号Dに従って図13のステップS15へ戻ってハイブリッド暖房モードを実行する。また、ステップS17からデフロストモードへ入ったのではない(ステップS21から入った)場合には、符号Gに従って図14のステップS20へ戻って冷却・加熱塔20のみを使用した加熱塔利用暖房モードを実行する。   In step S46, it is determined that the detected temperature T3 of the temperature sensor S3 is higher than the predetermined temperature 14, or the detected temperature difference T4-T3 between the temperature sensors S3 and S4 is smaller than the predetermined temperature 15 (step S46: Yes). Then, since it means that the frosting of the cooling / heating tower 20 has been eliminated, the process proceeds to the next step S47 to enter the defrost mode from step S17 (step S47: Yes). Returning to step S15, the hybrid heating mode is executed. Further, when the defrost mode is not entered from step S17 (from step S21), the process returns to step S20 in FIG. Run.

上記のように、第2実施例においては、電気(例えばヒータ)やガス(例えばボイラー)のエネルギーを使用してデフロストを行なうのではないので、地中熱と大気熱の再生可能エネルギーをより有効活用することができる。また、配管内部に温水を供給するため、内部から霜を解かすことが可能であり、ヒータで温められた温水による散水方式よりも解凍必要時間もしくは性能低下時間を短縮することができる。さらに、4種類のデフロストモードを備え、着霜の状態に応じてモードを切り替えるようにしているため、効率よくデフロストを行なうことができる。
特に、モード#1と#2は、ポンプの搬送動力のみでデフロストが可能であり、再生可能エネルギーのより有効な活用が可能である。また、モード#3であれば、地中熱を活用してデフロストを行ないながら、暖房空調を継続することが可能である。モード#4であれば、暖房空調停止時間を短縮することができる。
As described above, in the second embodiment, since defrosting is not performed using the energy of electricity (for example, heater) or gas (for example, boiler), the renewable energy of ground heat and atmospheric heat is more effective. Can be used. Moreover, since warm water is supplied to the inside of the pipe, it is possible to defrost frost from the inside, and the time required for thawing or the performance degradation time can be shortened as compared with the watering method using warm water heated by the heater. Furthermore, since four types of defrost modes are provided and the mode is switched according to the state of frost formation, defrost can be performed efficiently.
In particular, modes # 1 and # 2 can be defrosted only by the transport power of the pump, and more effective use of renewable energy is possible. Moreover, if it is mode # 3, it is possible to continue heating air-conditioning, performing a defrost using geothermal heat. If it is mode # 4, heating air-conditioning stop time can be shortened.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては、地中熱交換器30として、地中に鉛直方向の穴(熱交換井)を掘ってU字状のパイプ31を配設した構造のものを示したが、地中の表面近くに広く浅い穴を掘り、冷却・熱源水を循環させるパイプを横方向に蛇行しながら配設し埋め戻した構造のものを使用するようにしても良い。冷却・加熱塔20および地中熱交換器30を使用したハイブリッド暖房モードを実行可能な前記実施形態の地中熱利用ヒートポンプシステムにおいては、このような構造の地中熱交換器であっても充分に暖房運転が可能であり、これによって、地中熱交換器の製造に要する費用を低減することができる。
また、前記実施形態においては、冷却・加熱塔20として冷房運転時は気化熱作用で冷却水を冷却し暖房運転時は熱伝達で採熱を行う構成のものを使用していると説明したが、冷房運転時も暖房運転時と同様に熱伝達で行う構成のものを使用することも可能である。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment. For example, in the above-described embodiment, the underground heat exchanger 30 has a structure in which a U-shaped pipe 31 is disposed by digging a vertical hole (heat exchange well) in the ground. It is also possible to use a structure in which a shallow hole is dug near the inner surface, and a pipe for circulating cooling and heat source water is arranged while being meandered in the lateral direction and backfilled. In the geothermal heat pump system according to the above-described embodiment capable of executing the hybrid heating mode using the cooling / heating tower 20 and the underground heat exchanger 30, the underground heat exchanger having such a structure is sufficient. Heating operation is possible, and this can reduce the cost required for manufacturing the underground heat exchanger.
In the above-described embodiment, the cooling / heating tower 20 is described as having a configuration in which cooling water is cooled by vaporization heat during cooling operation and heat is collected by heat transfer during heating operation. It is also possible to use a configuration that performs heat transfer during cooling operation as in heating operation.

また、前記実施形態においては、図8に示すように、冷房運転時に冷却・加熱塔20と地中熱交換器30に対して並列に冷却水を循環させる並列冷房モードを実行するようにしても良いと説明したが、暖房運転時においても冷却・加熱塔20と地中熱交換器30に対して並列に熱源水を循環させる並列暖房モードを実行することも可能である。
さらに、前記実施形態では、冷房および暖房を行う地中熱利用ヒートポンプシステムに適用したものを説明したが、本発明は、鉄道や道路などの融雪(消雪)を行なうシステムにも利用することができる。なお、その場合、冷房運転モードは不要であるので、冷却・加熱塔は冷却の機能は不要であり、採熱効率が良好となる構造に設計するのが望ましく、それによってさらに融雪効率を高めたシステムを実現することができる。
In the embodiment, as shown in FIG. 8, a parallel cooling mode in which cooling water is circulated in parallel with respect to the cooling / heating tower 20 and the underground heat exchanger 30 during the cooling operation is executed. Although described as good, it is also possible to execute the parallel heating mode in which the heat source water is circulated in parallel with respect to the cooling / heating tower 20 and the underground heat exchanger 30 even during the heating operation.
Furthermore, in the above-described embodiment, the application to a geothermal heat pump system that performs cooling and heating has been described. However, the present invention can also be used for a system that melts snow (snow) such as railways and roads. it can. In this case, since the cooling operation mode is unnecessary, the cooling / heating tower does not need a cooling function, and it is desirable to design the structure so that the heat collection efficiency is good, thereby further improving the snow melting efficiency. Can be realized.

10 ヒートポンプ
11 圧縮機
12 凝縮器
13 蒸発器
20 冷却・加熱塔
30 地中熱交換器
40 2次側設備
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heat pump 11 Compressor 12 Condenser 13 Evaporator 20 Cooling and heating tower 30 Ground heat exchanger 40 Secondary side equipment

Claims (8)

熱媒体の圧縮および膨張を行なって低温部から高温部へ熱を移動させるヒートポンプと、大気から採熱または放熱を行う冷却・加熱塔と、地中熱を熱源とする地中熱交換器と、冷暖房対象空間において吸熱または放熱を行なう2次側設備と、システムの動作を制御する制御手段と、を備えた地中熱利用ヒートポンプシステムであって、
前記制御手段は、
前記ヒートポンプと前記地中熱交換器との間に冷却流体を循環させて冷房を行う第1冷房モードと、
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔および地中熱交換器との間に冷却流体を循環させて冷房を行う第2冷房モードと、
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔との間に冷却流体を循環させて冷房を行う第3冷房モードと、
前記ヒートポンプと前記地中熱交換器との間に熱源流体を循環させて暖房を行う第1暖房モードと、
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔および地中熱交換器との間に熱源流体を循環させて暖房を行う第2暖房モードと、
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔との間に熱源流体を循環させて暖房を行う第3暖房モードと、
に切り換え制御可能に構成され
冷房モードは、前記第1冷房モード、前記第2冷房モード、前記第3冷房モードの順序で運転され、
暖房モードは、前記第1暖房モード、前記第2暖房モード、前記第3暖房モードの順序で運転され、
冷房モードの切り替えは、
地中熱交換器に流入する冷却流体の温度および流出する冷却流体の温度、それら温度の差の条件によって行われ、
暖房モードの切り替えは、
地中熱交換器に流入する熱源流体の温度および流出する熱源流体の温度、それら温度の差の条件によって行われることを特徴とする地中熱利用ヒートポンプシステム。
A heat pump that compresses and expands the heat medium to transfer heat from the low-temperature part to the high-temperature part, a cooling / heating tower that collects or releases heat from the atmosphere, and a ground heat exchanger that uses ground heat as a heat source, A geothermal heat utilization heat pump system comprising secondary equipment that absorbs heat or dissipates heat in a space to be air-conditioned and control means that controls the operation of the system,
The control means includes
A first cooling mode in which cooling is performed by circulating a cooling fluid between the heat pump and the underground heat exchanger;
A second cooling mode for cooling by circulating a cooling fluid between the heat pump and the cooling / heating tower and the underground heat exchanger;
A third cooling mode for cooling by circulating a cooling fluid between the heat pump and the cooling / heating tower;
A first heating mode in which heating is performed by circulating a heat source fluid between the heat pump and the underground heat exchanger;
A second heating mode in which heating is performed by circulating a heat source fluid between the heat pump and the cooling / heating tower and the underground heat exchanger;
A third heating mode in which heating is performed by circulating a heat source fluid between the heat pump and the cooling / heating tower;
It is capable of controlling switched,
The cooling mode is operated in the order of the first cooling mode, the second cooling mode, the third cooling mode,
The heating mode is operated in the order of the first heating mode, the second heating mode, and the third heating mode,
To change the cooling mode,
The temperature of the cooling fluid flowing into the underground heat exchanger and the temperature of the cooling fluid flowing out are determined depending on the difference between the temperatures,
To change the heating mode,
A heat pump system using geothermal heat, which is performed according to the conditions of the temperature of the heat source fluid flowing into the ground heat exchanger, the temperature of the heat source fluid flowing out, and the difference between the temperatures .
熱媒体の圧縮および膨張を行なって低温部から高温部へ熱を移動させるヒートポンプと、大気から採熱または放熱を行う冷却・加熱塔と、地中熱を熱源とする地中熱交換器と、冷暖房対象空間において吸熱または放熱を行なう2次側設備と、システムの動作を制御する制御手段と、を備えた地中熱利用ヒートポンプシステムであって、A heat pump that compresses and expands the heat medium to transfer heat from the low-temperature part to the high-temperature part, a cooling / heating tower that collects or releases heat from the atmosphere, and a ground heat exchanger that uses ground heat as a heat source, A geothermal heat utilization heat pump system comprising secondary equipment that absorbs heat or dissipates heat in a space to be air-conditioned and control means that controls the operation of the system,
前記制御手段は、  The control means includes
前記ヒートポンプと前記地中熱交換器との間に冷却流体を循環させて冷房を行う第1冷房モードと、  A first cooling mode in which cooling is performed by circulating a cooling fluid between the heat pump and the underground heat exchanger;
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔および地中熱交換器との間に冷却流体を循環させて冷房を行う第2冷房モードと、  A second cooling mode for cooling by circulating a cooling fluid between the heat pump and the cooling / heating tower and the underground heat exchanger;
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔との間に冷却流体を循環させて冷房を行う第3冷房モードと、  A third cooling mode for cooling by circulating a cooling fluid between the heat pump and the cooling / heating tower;
前記ヒートポンプと前記地中熱交換器との間に熱源流体を循環させて暖房を行う第1暖房モードと、  A first heating mode in which heating is performed by circulating a heat source fluid between the heat pump and the underground heat exchanger;
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔および地中熱交換器との間に熱源流体を循環させて暖房を行う第2暖房モードと、  A second heating mode in which heating is performed by circulating a heat source fluid between the heat pump and the cooling / heating tower and the underground heat exchanger;
前記ヒートポンプと前記冷却・加熱塔との間に熱源流体を循環させて暖房を行う第3暖房モードと、  A third heating mode in which heating is performed by circulating a heat source fluid between the heat pump and the cooling / heating tower;
に切り換え制御可能に構成され、Is configured to be controllable to switch to
前記制御手段は、  The control means includes
前記第2冷房モードでは、前記地中熱交換器を通過した冷却流体を前記冷却・加熱塔へ送り、その後前記ヒートポンプへ送るように冷却流体を循環させ、  In the second cooling mode, the cooling fluid that has passed through the underground heat exchanger is sent to the cooling / heating tower, and then the cooling fluid is circulated so as to be sent to the heat pump.
前記第2暖房モードでは、前記冷却・加熱塔を通過した熱源流体を前記地中熱交換器へ送り、その後前記ヒートポンプへ送るように熱源流体を循環させることを特徴とする地中熱利用ヒートポンプシステム。  In the second heating mode, the heat source fluid that passes through the cooling / heating tower is sent to the underground heat exchanger, and then the heat source fluid is circulated so as to be sent to the heat pump. .
前記冷却・加熱塔は、前記第2冷房モードと第3冷房モードでは冷却流体を気化熱作用で冷却する一方、前記第2暖房モードと第3暖房モードでは熱源流体と大気との間の熱伝達で採熱するように構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の地中熱利用ヒートポンプシステム。 The cooling / heating tower cools the cooling fluid by the heat of vaporization in the second cooling mode and the third cooling mode, while transferring heat between the heat source fluid and the atmosphere in the second heating mode and the third heating mode. The ground heat utilization heat pump system according to claim 1 , wherein the heat pump system is configured to collect heat at a temperature. 前記制御手段は、
前記第2冷房モードでは、冷却流体を前記地中熱交換器および前記冷却・加熱塔に並列に循環させることを特徴とする請求項1に記載の地中熱利用ヒートポンプシステム。
The control means includes
2. The geothermal heat pump system according to claim 1, wherein in the second cooling mode, a cooling fluid is circulated in parallel to the underground heat exchanger and the cooling / heating tower.
前記制御手段は、
前記第2暖房モードまたは第3暖房モードにおいて、前記冷却・加熱塔の出口温度と入口温度との検出温度差が所定値以下であり、かつ前記冷却・加熱塔の入口温度が所定温度以下である場合に、前記ヒートポンプへ熱源流体を送らずに前記地中熱交換器と前記冷却・加熱塔との間で熱源流体を循環させる第1デフロストモードを実行可能に構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の地中熱利用ヒートポンプシステム。
The control means includes
In the second heating mode or the third heating mode, the detected temperature difference between the outlet temperature of the cooling / heating tower and the inlet temperature is not more than a predetermined value, and the inlet temperature of the cooling / heating tower is not more than a predetermined temperature. In this case, the first defrost mode in which the heat source fluid is circulated between the underground heat exchanger and the cooling / heating tower without sending the heat source fluid to the heat pump can be executed. The underground heat utilization heat pump system in any one of Claims 1-4.
前記制御手段は、
前記第1デフロストモードを所定時間実行しても前記冷却・加熱塔の出口温度が所定温度以上に回復せずかつ前記冷却・加熱塔の入口温度と出口温度との検出温度差が所定値以上である場合に、前記ヒートポンプの運転を停止して前記ヒートポンプの熱源流体を前記2次側設備へ送らずに前記冷却・加熱塔との間で熱源流体を循環させる第2デフロストモードを実行可能に構成されていることを特徴とする請求項5に記載の地中熱利用ヒートポンプシステム。
The control means includes
Even if the first defrost mode is executed for a predetermined time, the outlet temperature of the cooling / heating tower does not recover to a predetermined temperature or more, and the detected temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the cooling / heating tower is a predetermined value or more. In some cases, the second defrost mode in which the heat source fluid is circulated between the cooling / heating tower without stopping the operation of the heat pump and sending the heat source fluid of the heat pump to the secondary equipment can be executed. The heat pump system using geothermal heat according to claim 5, wherein
前記制御手段は、
前記第2暖房モードまたは第3暖房モードにおいて、前記冷却・加熱塔の出口温度と入口温度との検出温度差が所定値以下であり、かつ前記冷却・加熱塔の入口温度が所定温度以下であって冷暖房対象空間の暖房が要求されている場合に、前記ヒートポンプと前記地中熱交換器との間で熱源流体を循環させて前記ヒートポンプの運転を行い、前記ヒートポンプの熱源流体を前記2次側設備へ送って冷暖房対象空間の暖房を行いつつ、前記冷却・加熱塔との間で熱源流体を循環させる第3デフロストモードを実行可能に構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の地中熱利用ヒートポンプシステム。
The control means includes
In the second heating mode or the third heating mode, the detected temperature difference between the outlet temperature of the cooling / heating tower and the inlet temperature is not more than a predetermined value, and the inlet temperature of the cooling / heating tower is not more than a predetermined temperature. When heating of the space to be air-conditioned is required, the heat source fluid is circulated between the heat pump and the underground heat exchanger to operate the heat pump, and the heat source fluid of the heat pump is transferred to the secondary side. The third defrost mode in which the heat source fluid is circulated with the cooling / heating tower while being sent to the facility to heat the cooling / heating target space is configured to be executable. A heat pump system using geothermal heat according to any one of the above.
前記制御手段は、
前記第2デフロストモードを所定時間実行しても前記冷却・加熱塔の出口温度が所定温度以上に回復せずかつ前記冷却・加熱塔の入口温度と出口温度との検出温度差が所定値以上である場合に、前記ヒートポンプと前記地中熱交換器との間で熱源流体を循環させて前記ヒートポンプの運転を行い、前記ヒートポンプの熱源流体を前記2次側設備へ送らずに、前記冷却・加熱塔との間で熱源流体を循環させる第4デフロストモードを実行可能に構成されていることを特徴とする請求項6に記載の地中熱利用ヒートポンプシステム。
The control means includes
Even if the second defrost mode is executed for a predetermined time, the outlet temperature of the cooling / heating tower does not recover to a predetermined temperature or more, and the detected temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the cooling / heating tower is a predetermined value or more. In some cases, the heat pump is operated by circulating a heat source fluid between the heat pump and the underground heat exchanger, and the cooling / heating is performed without sending the heat source fluid of the heat pump to the secondary equipment. The ground heat utilization heat pump system according to claim 6, wherein the fourth defrost mode in which the heat source fluid is circulated with the tower is executable.
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