JP6857883B2 - 地中熱利用システム及び地中熱利用方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中熱利用システム及び地中熱利用方法に関する。

近年、帯水層の地下水を井戸からくみ上げて、温熱源又は冷熱源として利用する地中熱利用システムが提案されている。

これに関連する技術として、特許文献１には、井戸からくみ上げた地下水を熱源として、熱交換器を介して設備の冷暖房に利用する地中熱利用システムが開示されている。特許文献１に開示されたシステムでは、地下に蓄積される熱量のバランスに留意するため、くみ上げられた地下水は、熱交換された後、別の井戸に注水されて再び地下に戻される。

特開２０１５−１６１４６３号公報

しかし、特許文献１に開示された地中熱利用システムでは、冬期において地下水を加熱利用するための熱源機（ヒートポンプ）と、夏期において地下水を冷却利用するための熱交換器とが、別々に設けられている。そのため、年間の地下水の熱量の収支を算出するには、ヒートポンプにおける熱量の収支、熱交換器における熱量の収支をそれぞれ合算する必要があり、年間を通じた地下水の熱量のバランスの管理が複雑であった。

本発明は、年間を通じた地下水の熱量のバランスを簡単に管理できる地中熱利用システム及び地中熱利用方法を提供することを目的とする。

第１の態様の地中熱利用システムは、温水井戸、冷水井戸、これらを接続する井戸側配管、及び前記井戸側配管に設けられたポンプを有する熱源井戸設備と、圧縮部、凝縮器、膨張部及び蒸発器からなる冷凍サイクルを有する熱源機と、前記熱源機の前記凝縮器及び前記蒸発器の一方に接続され、該一方と前記井戸側配管との間でそれぞれ熱交換可能な１次側冷媒回路と、前記熱源機の前記凝縮器及び前記蒸発器の他方に接続され、該他方と負荷との間でそれぞれ熱交換可能な２次側冷媒回路と、前記１次側冷媒回路が前記蒸発器に接続されると共に前記２次側冷媒回路が前記凝縮器に接続された蓄冷熱運転モードと、前記１次側冷媒回路が前記凝縮器と接続されると共に前記２次側冷媒回路が前記蒸発器に接続された放冷熱運転モードとで切り替えるモード切替部と、を備える。

本態様によれば、地中熱利用システムは、蓄冷熱運転モード及び放冷熱運転モードに関連して、１次側冷媒回路及び２次側冷媒回路と熱源機との接続を切り替えている。そのため、地中熱利用システムは、同じ熱源機を用いていながら、蓄冷熱運転モード及び放冷熱運転モードに対応できる。したがって、地中熱利用システムは、熱源機における熱量の収支で年間を通じた地下水の熱量のバランスの管理が可能であるから、年間を通じた地下水の熱量のバランスを簡単に管理することができる。

第２の態様の地中熱利用システムは、冷却塔と、前記冷却塔に接続される冷却塔側冷媒回路と、をさらに備える。

本態様によれば、地中熱利用システムは、冷却塔を用いた蓄冷熱が可能である。したがって、地中熱利用システムは、蓄冷熱運転モードにおいては、負荷から地中への蓄冷熱運転に加えて、冷却塔から地中への蓄冷熱運転が可能となる。また、地中熱利用システムは、放冷熱運転モードにおいては、地中熱利用による放冷熱運転に加えて、冷却塔を用いた追掛運転が可能となる。

第３の態様の地中熱利用システムは、前記モード切替部が、前記蓄冷熱運転モードにおいて、前記２次側冷媒回路を、前記冷却塔側冷媒回路と前記凝縮器との間でそれぞれ熱交換可能な第１補助冷媒回路に切り替える。

本態様によれば、第１補助冷媒回路に切り替えることによって、地中熱利用システムは、井戸側配管と熱交換可能な１次側冷媒回路の排熱を、冷却塔に放熱することができる。したがって、地中熱利用システムは、冷却塔から地中への蓄冷熱運転を行うことができる。

第４の態様の地中熱利用システムは、前記モード切替部が、前記蓄冷熱運転モードにおいて、前記１次側冷媒回路及び前記２次側冷媒回路を、前記冷却塔側冷媒回路と前記井戸側配管との間でそれぞれ熱交換可能な第２補助冷媒回路に切り替える。

本態様によれば、第２補助冷媒回路に切り替えることによって、地中熱利用システムは、冷却塔から得た冷熱を、井戸側配管に供給することができる。したがって、地中熱利用システムは、冷却塔から地中への蓄冷熱運転を行うことができる。

第５の態様の地中熱利用システムは、前記井戸側配管に設けられ、前記冷水井戸への注水温度を検出する注水温度計と、外気温度を検出する外気温度計と、前記外気温度と前記注水温度とを比較するモード決定部と、をさらに備え、前記モード決定部が、前記外気温度が前記注水温度より低いと判定したときに、前記モード切替部が、前記第２補助冷媒回路に切り替える。

本態様によれば、外気温度が注水温度より低い場合に、地中熱利用システムは、第２補助冷媒回路に切り替える。したがって、地中熱利用システムは、効率よく外気から地中への蓄冷熱を行うことができる。

第６の態様の地中熱利用システムは、前記モード切替部が、前記放冷熱運転モードにおいて、前記２次側冷媒回路を、前記蒸発器に接続すると共に、前記蒸発器と、前記負荷と、前記１次側冷媒回路との熱交換箇所より上流側の前記井戸側配管と、の間でそれぞれ熱交換可能な第１拡張冷媒回路に切り替える。

本態様によれば、地中熱利用システムは、第１拡張冷媒回路に切り替えることによって、冷水井戸の揚水と負荷からの還り冷媒との間で熱交換を行う。そのため、地中熱利用システムは、負荷からの還り冷媒を、熱源機で冷却する前に冷水井戸の揚水によって冷却することができる。したがって、地中熱利用システムは、冷水井戸の揚水の冷熱を直接利用することができる。

第７の態様の地中熱利用システムは、前記井戸側配管に設けられ、前記冷水井戸からの揚水温度を検出する揚水温度計と、前記負荷の下流に設けられ、前記負荷からの還り冷媒温度を検出する負荷下流温度計と、前記還り冷媒温度と前記揚水温度とを比較するモード決定部と、をさらに備え、前記モード決定部が、前記還り冷媒温度が前記揚水温度より高いと判定したときに、前記モード切替部が、前記第１拡張冷媒回路に切り替える。

本態様によれば、負荷からの還り冷媒温度が揚水温度より高い場合に、地中熱利用システムは、第１拡張冷媒回路に切り替える。したがって、地中熱利用システムは、冷水井戸の揚水の冷熱を直接利用できるときに、第１拡張冷媒回路に切り替えるため、効率よく冷水井戸の揚水の冷熱を利用することができる。

第８の態様の地中熱利用システムは、前記モード切替部が、前記放冷熱運転モードにおいて、前記２次側冷媒回路を、前記蒸発器に接続すると共に、前記蒸発器と、前記負荷と、前記井戸側配管と、の間でそれぞれ熱交換可能な第２拡張冷媒回路に切り替え、前記１次側冷媒回路を、前記冷却塔側冷媒回路と前記凝縮器との間でそれぞれ熱交換可能な第１補助冷媒回路に切り替える。

本態様によれば、地中熱利用システムは、第２拡張冷媒回路及び第１補助冷媒回路に切り替えることによって、冷水井戸の揚水と負荷からの還り冷媒との間で熱交換を行う。そのため、地中熱利用システムは、負荷からの還り冷媒を、熱源機で冷却する前に冷水井戸の揚水によって冷却することができる。さらに、地中熱利用システムは、熱源機を用いた冷却追掛運転によって、負荷からの還り冷媒を冷却することができる。したがって、地中熱利用システムは、冷水井戸の揚水による直接冷却と、熱源機を用いた追掛冷却とを直列利用できるため、負荷からの還り冷媒を、負荷に必要な温度まで冷却することができる。

第９の態様の地中熱利用システムは、前記井戸側配管に設けられ、前記温水井戸への注水温度を検出する注水温度計と、前記負荷の下流に設けられ、前記負荷からの還り冷媒の還り冷媒温度を検出する負荷下流温度計と、前記還り冷媒温度と前記注水温度とを比較するモード決定部と、をさらに備え、前記モード決定部が、前記還り冷媒温度が前記注水温度より高いと判定したときに、前記モード切替部が、前記第２拡張冷媒回路に切り替えると共に、前記第１補助冷媒回路に切り替える。

本態様によれば、負荷からの還り冷媒温度が注水温度より高い場合に、地中熱利用システムは、第２拡張冷媒回路及び第１補助冷媒回路に切り替える。したがって、地中熱利用システムは、熱源機を用いた冷却追掛運転が必要となるときに、第２拡張冷媒回路及び第１補助冷媒回路に切り替えるため、効率よく熱源機を用いた冷却追掛運転を利用することができる。

第１０の態様の地中熱利用方法は、温水井戸、冷水井戸、これらを接続する井戸側配管、及び前記井戸側配管に設けられたポンプを有する熱源井戸設備と、圧縮部、凝縮器、膨張部及び蒸発器からなる冷凍サイクルを有する熱源機と、前記熱源機の前記凝縮器及び前記蒸発器の一方に接続され、該一方と前記井戸側配管との間でそれぞれ熱交換可能な１次側冷媒回路と、前記熱源機の前記凝縮器及び前記蒸発器の他方に接続され、該他方と負荷との間でそれぞれ熱交換可能な２次側冷媒回路と、を備える地中熱利用システムの運転モードを、蓄冷熱運転モードとするか、放冷熱運転モードとするか選択する運転モード選択ステップと、前記蓄冷熱運転モードを選択した場合、前記１次側冷媒回路を前記蒸発器に接続すると共に、前記２次側冷媒回路を凝縮器に接続する蓄冷熱運転モード切替ステップと、前記放冷熱運転モードを選択した場合、前記１次側冷媒回路を前記凝縮器と接続すると共に前記２次側冷媒回路を前記蒸発器に接続する放冷熱運転モード切替ステップと、を実施する。

本態様によれば、地中熱利用方法は、蓄冷熱運転モード又は放冷熱運転モードの選択に関連して、１次側冷媒回路及び２次側冷媒回路と熱源機との接続を切り替えている。そのため、地中熱利用方法は、同じ熱源機を用いていながら、蓄冷熱運転モード及び放冷熱運転モードに対応できる。したがって、地中熱利用方法は、熱源機における熱量の収支で年間を通じた地下水の熱量のバランスの管理が可能であるから、年間を通じた地下水の熱量のバランスを簡単に管理することができる。

本発明の地中熱利用システム及び地中熱利用方法は、年間を通じた地下水の熱量のバランスを簡単に管理できる。

本発明に係る実施形態における地中熱利用システムの全体系統図である。 本発明に係る実施形態における地中熱利用方法のフローチャートである。 冬期暖房＋冷水蓄熱モード（Ｎｏ．１）の回路を説明する図。 冷水蓄熱モード（Ｎｏ．２）の回路を説明する図。 冷却塔蓄熱モード（Ｎｏ．３）の回路を説明する図。 夏期熱源水利用モード（Ｎｏ．４）の回路を説明する図。 夏期熱源水＋冷水予冷モード（Ｎｏ．５）の回路を説明する図。 夏期直接利用+直列追掛モード（Ｎｏ．６）の回路を説明する図。 本発明に係る実施形態における地中熱利用システムの変形例の回路を示す図である。 本発明に係る実施形態における地中熱利用システムの変形例の回路を示す図である。

以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を用いて説明する。

＜実施形態＞
本発明に係る地中熱利用システムの実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。

（地中熱利用システムの構成）
図１に示すように、地中熱利用システム１０は、熱源井戸設備８０と、熱源機１３と、補助熱交換器２３と、冷却塔２４と、ポンプ３３〜３５と、開閉弁５１〜７０と、モード切替部１７及びモード決定部１８を含む中央制御部１００と、を備える。
本実施形態では、後述するプログラムを実行することにより、中央制御部１００のコンピュータを、モード切替部１７及びモード決定部１８として機能させている。

地中熱利用システム１０は、負荷１６に接続される。負荷１６は、暖房負荷又は冷房負荷である。例えば負荷１６は、冬期においては主に暖房負荷となり、夏期においては主に冷房負荷となる。
地中熱利用システム１０は、主に冬期において蓄冷熱運転モードで運転され、熱源井戸設備８０に冷熱を備蓄する。
また、地中熱利用システム１０は、主に夏期において放冷熱運転モードで運転され、熱源井戸設備８０の冷熱を放出する。

さらに、地中熱利用システム１０は、各開閉弁及び各ポンプで形成される１次側冷媒回路１４（又は１４’）、２次側冷媒回路１５（又は１５’）、第１補助冷媒回路９１、第２補助冷媒回路９２、第１拡張冷媒回路９３及び第２拡張冷媒回路９４を備える。

（モード切替部及び中央制御部の構成）
モード切替部１７は、制御信号を送信可能なように、各開閉弁に接続されている。モード切替部１７は、運転モードに関連して、１次側冷媒回路１４（又は１４’）、２次側冷媒回路１５（又は１５’）、第１補助冷媒回路９１、第２補助冷媒回路９２、第１拡張冷媒回路９３及び第２拡張冷媒回路９４のうち、少なくとも１つの回路が作動するように、各開閉弁の開閉を制御する。
中央制御部１００は、後述する各温度計が検出した温度（情報）をそれぞれ受信する。中央制御部１００は、熱源機１３、冷却塔２４、各ポンプ３３〜３５、冷却塔２４、後述する井戸設備制御部２７をそれぞれ制御する。

（熱源機の構成）
熱源機１３は、圧縮部、凝縮器Ｃ、膨張部及び蒸発器Ｅを有する冷凍サイクルを備える。熱源機１３は、熱源機１３の外部から、熱源機１３の凝縮器Ｃに接続される一方の冷媒回路の冷媒を凝縮器Ｃによって加熱すると共に、熱源機１３の外部から、熱源機１３の蒸発器Ｅに接続される他方の冷媒回路の冷媒を冷却する。

（熱源井戸設備の構成）
熱源井戸設備８０は、温水井戸１１、冷水井戸１２、これらを接続する井戸側配管２０を備える。熱源井戸設備８０は、温水井戸１１内のポンプ３１と、ポンプ３１の出力を制御するポンプ制御部２９と、冷水井戸１２内のポンプ３２と、ポンプ３２の出力を制御するポンプ制御部２８と、をさらに備える。
井戸側配管２０の両端のうち、一端にポンプ３１が設けられ、他端にポンプ３２が設けられる。熱源井戸設備８０は、ポンプ３１によって温水井戸１１内の貯水を井戸側配管２０にくみ上げると共に、くみ上げた水を冷水井戸１２に注水する。同様に熱源井戸設備８０は、ポンプ３２によって冷水井戸１２内の貯水を井戸側配管２０にくみ上げると共に、くみ上げた水を温水井戸１１に注水する。

熱源井戸設備８０は、逆止弁ＣＶ１〜ＣＶ４と、上流側熱交換器２１と、下流側熱交換器２２と、揚水温度計４３と、注水温度計４２と、井戸設備制御部２７と、各開閉弁１０１〜１０４と、をさらに備える。

上流側熱交換器２１の一方及び下流側熱交換器２２の一方は、井戸側配管２０の途中において、井戸側配管２０に直列に接続される。
上流側熱交換器２１の他方は、後述する各種冷媒回路に接続される。したがって、上流側熱交換器２１は、井戸側配管２０内の水と各種冷媒回路内を流れる冷媒との間で熱交換を行う。
同様に下流側熱交換器２２の他方は、後述する各種冷媒回路に接続され、井戸側配管２０内の水と各種冷媒回路内を流れる冷媒との間で熱交換を行う。

開閉弁１０１は、上流側熱交換器２１の一方と並列に接続される。開閉弁１０１を閉鎖すると、井戸側配管２０にくみ上げられた水は、上流側熱交換器２１の一方を通過し、各種冷媒回路内を流れる冷媒と熱交換する。開閉弁１０１を開放すると、井戸側配管２０にくみ上げられた水は、開閉弁１０１を通過し上流側熱交換器２１の一方を通過せず、各種冷媒回路内を流れる冷媒と熱交換しない。

開閉弁１０２は、下流側熱交換器２２の一方に並列に接続される。開閉弁１０３、開閉弁１０４は、下流側熱交換器２２の一方の上流、下流にそれぞれ直列に接続される。開閉弁１０２を閉鎖し、開閉弁１０３及び開閉弁１０４を開放すると、井戸側配管２０にくみ上げられた水は、下流側熱交換器２２の一方を通過し、各種冷媒回路内を流れる冷媒と熱交換する。開閉弁１０２を開放し、開閉弁１０３及び開閉弁１０４を閉鎖すると、井戸側配管２０にくみ上げられた水は、開閉弁１０２を通過し下流側熱交換器２２の一方を通過せず、各種冷媒回路内を流れる冷媒と熱交換しない。
なお、上流側熱交換器２１に関して、下流側熱交換器２２と同様に、上流側熱交換器２１の一方の上流、下流にそれぞれ直列に、開閉弁が設けられてもよい。逆に、下流側熱交換器２２に関して、上流側熱交換器２１と同様に、開閉弁１０３及び開閉弁１０４が設けられなくてもよい。

逆止弁ＣＶ１〜ＣＶ４は、図１に示すような接続回路で、井戸側配管２０の途中において井戸側配管２０と接続される。逆止弁ＣＶ１〜ＣＶ４は、井戸側配管２０内の水が、上流側熱交換器２１（又は開閉弁１０１）から下流側熱交換器２２（又は開閉弁１０２）に向かって流れるように、水の流れを整流している。そのため、温水井戸１１、冷水井戸１２のどちらからくみ上げられても、井戸側配管２０内の水は、上流側熱交換器２１（又は開閉弁１０１）から下流側熱交換器２２（又は開閉弁１０２）に向かって流れる。ここで図１に示す各逆止弁ＣＶ１〜ＣＶ４は、矢印方向に水を流し、矢印の逆方向に水を流さない。

例えば、温水井戸１１から水をくみ上げる場合、井戸側配管２０内の水は、温水井戸１１から、逆止弁ＣＶ１、上流側熱交換器２１（又は開閉弁１０１）、下流側熱交換器２２（又は開閉弁１０２）、逆止弁ＣＶ３を順に経由し、冷水井戸１２に注水される。このとき、熱交換器より上流側（温水井戸１１側）は下流側に比べて井戸側配管２０内の圧力が大きいため、逆止弁ＣＶ２や逆止弁ＣＶ４に水は流れない。

同様に、冷水井戸１２から水をくみ上げる場合、井戸側配管２０内の水は、冷水井戸１２から、逆止弁ＣＶ４、上流側熱交換器２１（又は開閉弁１０１）、下流側熱交換器２２（又は開閉弁１０２）、逆止弁ＣＶ２を順に経由し、温水井戸１１に注水される。このとき、熱交換器より上流側（温水井戸１１側）は下流側に比べて井戸側配管２０内の圧力が大きいため、逆止弁ＣＶ１や逆止弁ＣＶ３に水は流れない。

井戸設備制御部２７は、ポンプ制御部２８、ポンプ制御部２９、注水温度計４２それぞれと通信可能に接続されている。
井戸設備制御部２７は、ポンプ３１、ポンプ３２の各出力を制御するように、ポンプ制御部２９、ポンプ制御部２８それぞれに指令を送信する。

ポンプ制御部２８は、ポンプ３２のインバータ周波数を制御することによって、ポンプ３２の出力を制御する。同様に、ポンプ制御部２９は、ポンプ３１のインバータ周波数を制御することによって、ポンプ３１の出力を制御する。

注水温度計４２は、下流側熱交換器２２の下流の井戸側配管２０に設けられ、温水井戸１１又は冷水井戸１２に注水される水の温度を検出する。本実施形態では、図１に示すように、注水温度計４２は、下流側熱交換器２２と、逆止弁ＣＶ２及び逆止弁ＣＶ３との間の井戸側配管２０に設けられる。
揚水温度計４３は、上流側熱交換器２１の上流の井戸側配管２０に設けられ、温水井戸１１又は冷水井戸１２からくみ上げた水（揚水）の水の温度を検出する。本実施形態では、図１に示すように、揚水温度計４３は、上流側熱交換器２１と、逆止弁ＣＶ１及び逆止弁ＣＶ４との間の井戸側配管２０に設けられる。
注水温度計４２、揚水温度計４３は、注水温度ＴＥ−００２、揚水温度ＴＥ−００３をそれぞれ検出する。

（冷却塔及びその周辺の構成）
地中熱利用システム１０は、冷却塔２４に加え、補助熱交換器２３と、冷却塔側冷媒回路２５と、をさらに備える。冷却塔側冷媒回路２５は、補助熱交換器２３及び冷却塔２４に接続される。冷却塔側冷媒回路２５は、ポンプ３４から、補助熱交換器２３、冷却塔２４、ポンプ３４を順に経由する回路である。したがって、冷却塔側冷媒回路２５は、回路内を循環させた冷媒によって、冷却塔２４と補助熱交換器２３との間でそれぞれ熱交換可能となっている。冷却塔２４は、外気と熱交換を行っている。

（１次側冷媒回路及びその周辺の構成）
１次側冷媒回路は、熱源機１３の凝縮器Ｃ及び蒸発器Ｅのいずれか一方に接続される回路である。
蓄冷熱運転モードで形成される１次側冷媒回路１４は、ポンプ３５から、熱源機１３の蒸発器Ｅ、開閉弁５６、開閉弁５７、開閉弁７０、上流側熱交換器２１、開閉弁５３、ポンプ３５を順に経由する回路である。したがって、当該１次側冷媒回路１４は、回路内に循環させた冷媒によって、熱源機１３の蒸発器Ｅと、上流側熱交換器２１との間でそれぞれ熱交換可能となっている。
放冷熱運転モード形成される１次側冷媒回路１４’は、ポンプ３３から、開閉弁５９、熱源機１３の凝縮器Ｃ、開閉弁６０、開閉弁６７、下流側熱交換器２２、開閉弁６３、ポンプ３３を順に経由する回路である。したがって、当該１次側冷媒回路１４’は、回路内に循環させた冷媒によって、熱源機１３の凝縮器Ｃと、下流側熱交換器２２との間でそれぞれ熱交換可能となっている。

（２次側冷媒回路及びその周辺の構成）
２次側冷媒回路は、熱源機１３の凝縮器Ｃ及び蒸発器Ｅのいずれか一方に接続される回路である。
蓄冷熱運転モードで形成される２次側冷媒回路１５は、ポンプ３３から、開閉弁５９、熱源機１３の凝縮器Ｃ、開閉弁６０、開閉弁６２、負荷１６、開閉弁５１、開閉弁５８、ポンプ３３を順に経由する回路である。したがって、当該２次側冷媒回路１５は、回路内に循環させた冷媒によって、熱源機１３の凝縮器Ｃと、負荷１６との間でそれぞれ熱交換可能となっている。
放冷熱運転モードで形成される２次側冷媒回路１５’は、ポンプ３５から、熱源機１３の蒸発器Ｅ、開閉弁５６、開閉弁５４、負荷１６、開閉弁５２、ポンプ３５を順に経由する回路である。したがって、当該２次側冷媒回路１５’は、回路内に循環させた冷媒によって、熱源機１３の蒸発器Ｅと、負荷１６との間でそれぞれ熱交換可能となっている。

本実施形態では、１次側冷媒回路１４、１次側冷媒回路１４’、２次側冷媒回路１５及び２次側冷媒回路１５’が、互いにポンプ３３、ポンプ３５、開閉弁５６、開閉弁５９及び開閉弁６０のいずれかを共有している。変形例として、１次側冷媒回路１４、１次側冷媒回路１４’、２次側冷媒回路１５及び２次側冷媒回路１５’がそれぞれ、ポンプ３３、ポンプ３５、開閉弁５６、開閉弁５９及び開閉弁６０を個別に有するものであってもよい。

（第１補助冷媒回路及びその周辺の構成）
第１補助冷媒回路９１は、ポンプ３３から、開閉弁５９、熱源機１３の凝縮器Ｃ、開閉弁６０、開閉弁６６、補助熱交換器２３、開閉弁６４、ポンプ３３を順に経由する回路である。したがって、第１補助冷媒回路９１は、回路内に循環させた冷媒によって、熱源機１３の凝縮器Ｃと、補助熱交換器２３との間でそれぞれ熱交換可能となっている。

（第２補助冷媒回路及びその周辺の構成）
第２補助冷媒回路９２は、ポンプ３３から、開閉弁６１、開閉弁６６、補助熱交換器２３、開閉弁６５、開閉弁７０、上流側熱交換器２１、開閉弁６８、開閉弁５８、ポンプ３３を順に経由する回路である。したがって、第２補助冷媒回路９２は、循環させた冷媒によって、補助熱交換器２３と、上流側熱交換器２１との間でそれぞれ熱交換可能となっている。

（第１拡張冷媒回路及びその周辺の構成）
第１拡張冷媒回路９３は、熱源機１３の蒸発器Ｅに接続され、ポンプ３５から、熱源機１３の蒸発器Ｅ、開閉弁５６、開閉弁５４、負荷１６、開閉弁５１、開閉弁６９、上流側熱交換器２１、開閉弁５３、ポンプ３５を順に経由する回路である。したがって、第１拡張冷媒回路９３は、循環させた冷媒によって、熱源機１３の蒸発器Ｅと、負荷１６と、上流側熱交換器２１と、の間でそれぞれ熱交換可能となっている。

（第２拡張冷媒回路及びその周辺の構成）
第２拡張冷媒回路９４は、第１拡張冷媒回路９３と同様である。加えて、第２拡張冷媒回路９４は、熱源機１３の蒸発器Ｅと並列に接続される開閉弁５５によって、開閉弁５５を経由する回路とすることもできる。

前述した１次側冷媒回路及び２次側冷媒回路の関係と同様に、１次側冷媒回路、２次側冷媒回路、第１補助冷媒回路９１、第２補助冷媒回路９２、第１拡張冷媒回路９３及び第２拡張冷媒回路９４は、互いに各ポンプや各開閉弁を含む各回路構成のいずれかを共有している。変形例として、１次側冷媒回路、２次側冷媒回路、第１補助冷媒回路９１、第２補助冷媒回路９２、第１拡張冷媒回路９３及び第２拡張冷媒回路９４が、各回路構成を個別に有するものであってもよい。

（他の温度計の構成）
地中熱利用システム１０は、負荷１６の下流に設けられ、負荷１６からの還り冷媒温度ＴＥ−００１を検出する負荷下流温度計４１と、負荷１６の上流に設けられ、負荷１６へ入る入り冷媒温度ＴＥ−００５を検出する負荷上流温度計４５と、外気温度ＴＥ−００４を検出する外気温度計４４と、をさらに備える。
本実施形態では、図１に示すように、負荷下流温度計４１は、負荷１６と開閉弁５１及び５２との間の冷媒回路に設けられ、負荷上流温度計４５は、負荷１６と開閉弁５４及び６２との間の冷媒回路に設けられる。
負荷下流温度計４１、負荷上流温度計４５、外気温度計４４は、それぞれ中央制御部１００と通信可能に接続され、温度情報として、検出した還り冷媒温度ＴＥ−００１、入り冷媒温度ＴＥ−００５、外気温度ＴＥ−００４をそれぞれ中央制御部１００に送信する。

（地中熱利用システムの機能及び制御）
図２に示すように、地中熱利用システム１０は、選択された運転モードを実施する。当該運転モードの選択は、季節、時間帯、検出された各温度等から、中央制御部１００が自動的に選択するものであってもよいし、利用者が選択するものであってもよい。
利用者が選択する場合、利用者が選択した各運転モードを中央制御部１００が受け付けることによって、地中熱利用システム１０は、利用者が選択した各運転モードを実施する。
地中熱利用システム１０が実施する運転モードとしては、蓄冷熱運転モードの各運転モード（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）及び放冷熱運転モードの各運転モード（Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６）のうち、いずれか一つの運転モードが実施される。
蓄冷熱運転モードとしては、「冬期暖房＋冷水蓄熱モード（Ｎｏ．１）」、「冷水蓄熱モード（Ｎｏ．２）」及び「冷却塔蓄熱モード（Ｎｏ．３）」が準備されている。
放冷熱運転モードとしては、「夏期熱源水利用モード（Ｎｏ．４）」、「夏期熱源水＋冷水予冷モード（Ｎｏ．５）」、「夏期直接利用＋直列追掛（Ｎｏ．６）」が準備されている。

蓄冷熱運転モードは、熱源井戸設備８０に冷熱を備蓄する運転パターンとして前述のＮｏ．１〜Ｎｏ．３の３種類の運転モードを設定する。３種類の運転モードの選択は、「利用温度差」、「積算熱量」及び「地下水流量」の３者のバランスを取り、長期運転においても環境影響を最低限に抑えることを前提としている。
蓄冷熱運転の各運転モードの機能及び制御について次に説明する。

（Ｎｏ．１：冬期暖房＋冷水蓄熱モード）
冬期暖房＋冷水蓄熱モードは、主に冬期における負荷１６の暖房時の基本的な運転モードである。

本運転モードは、１次側冷媒回路１４の排熱を、負荷１６の暖房用温熱として暖房を行いつつ、１次側冷媒回路１４が負荷１６から受け取る冷熱を、冷水井戸１２に備蓄する運転モードである。運用時期は冬期を想定している。
本運転モードでは、図３に示すように、１次側冷媒回路１４及び２次側冷媒回路１５が形成される。具体的には、次のとおりである。

冬期暖房＋冷水蓄熱モード（Ｎｏ．１）が選択されると、中央制御部１００は、各開閉弁及び各ポンプを制御し、本運転モードの１次側冷媒回路１４及び２次側冷媒回路１５を形成する。中央制御部１００は、熱源機１３を作動させる。

１次側冷媒回路１４に関して、中央制御部１００は、ポンプ３５を作動させ、開閉弁５６、５７、７０及び５３を開放し、冷媒が循環する１次側冷媒回路１４を形成する。これにより、本運転モードの１次側冷媒回路１４内の冷媒は、ポンプ３５、熱源機１３の蒸発器Ｅ、開閉弁５６、開閉弁５７、開閉弁７０、上流側熱交換器２１、開閉弁５３、ポンプ３５の順に循環する。
熱源井戸設備８０に関しては、中央制御部１００は、開閉弁１０１、１０３及び１０４を閉鎖し、開閉弁１０２を開放し、温水井戸１１の揚水が、上流側熱交換器２１、開閉弁１０２を順に経由し、冷水井戸１２に注水されるように制御する。
２次側冷媒回路１５に関して、中央制御部１００は、ポンプ３３を作動させ、開閉弁５９、６０、６２、５１及び５８を開放し、冷媒が循環する２次側冷媒回路１５を形成する。これにより、本運転モードの２次側冷媒回路１５内の冷媒は、ポンプ３３、開閉弁５９、熱源機１３の凝縮器Ｃ、開閉弁６０、開閉弁６２、負荷１６、開閉弁５１、開閉弁５８、ポンプ３３の順に循環する。

したがって、本運転モードの１次側冷媒回路１４は、熱源機１３の蒸発器Ｅと、井戸側配管２０との間でそれぞれ熱交換可能となっている。
また、本運転モードの２次側冷媒回路１５は、熱源機１３の凝縮器Ｃと、負荷１６との間でそれぞれ熱交換可能となっている。

なお、本運転モードにおいて、中央制御部１００は、開閉弁５２、５４、５５、６１及び６３〜６９を閉鎖する。

（Ｎｏ．２：冷水蓄熱モード）
冷水蓄熱モードは、１次側冷媒回路１４が、排熱を冷却塔２４に放熱する他方で、冷熱を冷却塔２４から受け取り、冷水井戸１２に備蓄する運転モードである。

年間を通じて冷熱負荷に比較し温熱負荷が小さい場合、冬期暖房＋冷水蓄熱モード（Ｎｏ．１）のみでは、例えば夏期において冷水井戸１２への冷熱の備蓄量が不足する。このため、冬期に本運転モードを実施することによって、年間を通じた地下水への蓄熱量のバランスを維持する。運用時期は夏期夜間又は夏期と冬期との中間期を想定しているが、必要であれば冬期に運用してもよい。
本運転モードでは、図４に示すように、１次側冷媒回路１４及び第１補助冷媒回路９１が形成される。具体的には、次のとおりである。

冷水蓄熱モード（Ｎｏ．２）が選択されると、中央制御部１００は、各開閉弁及び各ポンプを制御し、本運転モードの１次側冷媒回路１４及び第１補助冷媒回路９１を形成する。中央制御部１００は、熱源機１３を作動させる。

第１補助冷媒回路９１に関して、中央制御部１００は、ポンプ３３を作動させ、開閉弁５９、６０、６６及び６４を開放し、冷媒が循環する第１補助冷媒回路９１を形成する。これにより、本運転モードの第１補助冷媒回路９１内の冷媒は、ポンプ３３、開閉弁５９、熱源機１３の凝縮器Ｃ、開閉弁６０、開閉弁６６、補助熱交換器２３、開閉弁６４、ポンプ３３の順に循環する。
冷却塔２４に関して、中央制御部１００は、冷却塔２４及びポンプ３４を作動させる。
１次側冷媒回路１４及び熱源井戸設備８０に関して、中央制御部１００は、上記冬期暖房＋冷水蓄熱モード（Ｎｏ．１）と同様の制御を行う。

したがって、本運転モードの第１補助冷媒回路９１は、熱源機１３の凝縮器Ｃと、冷却塔２４との間でそれぞれ熱交換可能となっている。また、本運転モードの１次側冷媒回路１４は、熱源機１３の蒸発器Ｅと、井戸側配管２０との間でそれぞれ熱交換可能となっている。

なお、本運転モードにおいて、中央制御部１００は、開閉弁５１、５２、５４、５５、５８、６１、６２、６３、６５及び６７〜６９を閉鎖する。

（Ｎｏ．３：冷却塔蓄熱モード）
冷却塔蓄熱モードは、冷却塔２４から、熱源機１３を介さず第２補助冷媒回路９２が受け取る冷熱を、冷水井戸１２に備蓄する運転モードである。外気温度が充分に低く、冷却塔２４により、システムの低温側要求温度以下の冷水が得られる場合、冷却塔冷水を利用し、蓄熱運転を実施する。運用時期は冬期夜間又は夏期と冬期との中間期を想定している。
本運転モードでは、図５に示すように、第２補助冷媒回路９２が形成される。具体的には、次のとおりである。

冷却塔蓄熱モード（Ｎｏ．３）が選択されると、中央制御部１００は、各開閉弁及び各ポンプを制御し、本運転モードの第２補助冷媒回路９２を形成する。

第２補助冷媒回路９２に関して、中央制御部１００は、ポンプ３３を作動させ、開閉弁６１、６６、６５、７０、６８及び５８を開放し、冷媒が循環する第２補助冷媒回路９２を形成する。これにより、本運転モードの第２補助冷媒回路９２内の冷媒は、ポンプ３３、開閉弁６１、開閉弁６６、補助熱交換器２３、開閉弁６５、開閉弁７０、上流側熱交換器２１、開閉弁６８、開閉弁５８、ポンプ３３の順に循環する。
冷却塔２４に関して、中央制御部１００は、冷却塔２４及びポンプ３４を作動させる。
熱源井戸設備８０に関して、中央制御部１００は、上記冬期暖房＋冷水蓄熱モード（Ｎｏ．１）と同様の制御を行う。

したがって、本運転モードの第２補助冷媒回路９２は、冷却塔２４と井戸側配管２０との間でそれぞれ熱交換可能となっている。

なお、本運転モードにおいて、中央制御部１００は、開閉弁５１〜５７、５９、６０、６２〜６４、６７及び６９を閉鎖する。

放冷熱運転モードは、熱源井戸設備８０の冷熱を放出する運転パターンとして前述のＮｏ．４〜Ｎｏ．６の３種類の運転モードを設定する。３種類の運転モードの選択は、「利用温度差」、「積算熱量」及び「地下水流量」の３者のバランスを取り、長期運転においても環境影響を最低限に抑えることを前提としている。
放冷熱運転の各運転モードの機能及び制御について次に説明する。

（Ｎｏ．４：夏期熱源水利用モード）
夏期熱源水利用モードは、主に夏期における負荷１６の冷房時の基本的な運転モードである。

本運転モードは、負荷１６で必要となる冷熱を、熱源機１３及び１次側冷媒回路１４’を介して、冷水井戸１２から得る。本運転モードでは、冷水井戸１２からの揚水を１次側冷媒回路１４’の冷却に活用し、１次側冷媒回路１４’及び熱源機１３を介して得られる冷熱を負荷１６に供給する。
本運転モードは、冷水井戸１２からの揚水が、後述する夏期熱源水＋冷水予冷モード（Ｎｏ．５）や夏期直接利用＋直列追掛モード（Ｎｏ．６）に適さない高い温度である場合に利用される運転モードである。
本運転モードでは、図６に示すように、１次側冷媒回路１４’及び２次側冷媒回路１５’が形成される。具体的には、次のとおりである。

夏期熱源水利用モード（Ｎｏ．４）が選択されると、中央制御部１００は、各開閉弁及び各ポンプを制御し、本運転モードの１次側冷媒回路１４’及び２次側冷媒回路１５’を形成する。中央制御部１００は、熱源機１３を作動させる。

１次側冷媒回路１４’に関して、中央制御部１００は、ポンプ３３を作動させ、開閉弁５９、６０、６７及び６３を開放し、冷媒が循環する１次側冷媒回路１４’を形成する。これにより、本運転モードの１次側冷媒回路１４’内の冷媒は、ポンプ３３、開閉弁５９、熱源機１３の凝縮器Ｃ、開閉弁６０、開閉弁６７、下流側熱交換器２２、開閉弁６３、ポンプ３３を順に循環する。

熱源井戸設備８０に関しては、中央制御部１００は、開閉弁１０１、１０３及び１０４を開放し、開閉弁１０２を閉鎖し、冷水井戸１２の揚水が、開閉弁１０１、下流側熱交換器２２を順に経由し、温水井戸１１に注水されるように制御する。

２次側冷媒回路１５’に関して、中央制御部１００は、ポンプ３５を作動させ、開閉弁５６、５４及び５２を開放し、冷媒が循環する２次側冷媒回路１５’を形成する。これにより、本運転モードの２次側冷媒回路１５’内の冷媒は、ポンプ３５、熱源機１３の蒸発器Ｅ、開閉弁５６、開閉弁５４、負荷１６、開閉弁５２、ポンプ３５を順に循環する。

したがって、本運転モードの１次側冷媒回路１４’は、熱源機１３の凝縮器Ｃと、井戸側配管２０との間でそれぞれ熱交換可能となっている。また、本運転モードの２次側冷媒回路１５’は、熱源機１３の蒸発器Ｅと、負荷１６との間でそれぞれ熱交換可能となっている。

なお、本運転モードにおいて、中央制御部１００は、開閉弁５１、５３、５５、５７、５８、６１、６２、６４〜６６及び６８〜７０を閉鎖する。

（Ｎｏ．５：夏期熱源水＋冷水予冷モード）
夏期熱源水＋冷水予冷モードは、負荷１６を冷却する２次側冷媒を、冷水井戸１２の揚水で直接冷却した後、さらに熱源機１３の冷凍サイクルでの冷却を加える運転モードである。

本運転モードでは、冷水井戸１２の揚水と負荷１６からの還る２次側冷媒（還り冷媒）とを熱交換し、熱交換後の２次側冷媒の冷熱を直接、負荷１６に供給する（直接利用）。熱交換後の２次側冷媒で負荷１６を充分冷却できない場合は、熱交換後の冷水井戸１２の揚水で１次側冷媒回路１４’を冷却して得られる冷熱を、熱交換後の２次側冷媒にさらに供給する（熱源水利用）。
はじめの熱交換（直接利用）で２次側冷媒を充分冷却できる場合は、１次側冷媒回路１４’の運転（熱源水利用）を停止する。この運転状態を『直接利用』と称する。
はじめの熱交換（直接利用）で２次側冷媒を充分冷却できない場合は、１次側冷媒回路１４’の運転（熱源水利用）が実施される。この運転状態を、直接利用と熱源水利用の『併用利用』と称する。
本運転モードでは、図７に示すように、１次側冷媒回路１４’及び第１拡張冷媒回路９３が形成される。具体的には、次のとおりである。

『併用利用』の場合について説明する。
夏期熱源水＋冷水予冷モード（Ｎｏ．５、『併用利用』）が選択されると、中央制御部１００は、各開閉弁及び各ポンプを制御し、本運転モードの１次側冷媒回路１４’及び第１拡張冷媒回路９３を形成する。中央制御部１００は、熱源機１３を作動させる。

第１拡張冷媒回路９３に関して、中央制御部１００は、ポンプ３５を作動させ、開閉弁５６、５４、５１、６９及び５３を開放し、冷媒が循環する第１拡張冷媒回路９３を形成する。これにより、本運転モードの第１拡張冷媒回路９３内の冷媒は、ポンプ３５、熱源機１３の蒸発器Ｅ、開閉弁５６、開閉弁５４、負荷１６、開閉弁５１、開閉弁６９、上流側熱交換器２１、開閉弁５３、ポンプ３５の順に循環する。
１次側冷媒回路１４’に関して、中央制御部１００は、前述の夏期熱源水利用モード（Ｎｏ．４）と同様の制御を行い、１次側冷媒回路１４’を形成する。
熱源井戸設備８０に関して、中央制御部１００は、開閉弁１０１及び１０２を閉鎖し、開閉弁１０３及び１０４を開放し、冷水井戸１２の揚水が、上流側熱交換器２１、下流側熱交換器２２を順に経由し、温水井戸１１に注水されるように制御する。

したがって、『併用利用』の場合、本運転モードの１次側冷媒回路１４’は、熱源機１３の凝縮器Ｃと、井戸側配管２０との間でそれぞれ熱交換可能となっている。また、本運転モードの第１拡張冷媒回路９３は、熱源機１３の蒸発器Ｅと、負荷１６と、井戸側配管２０（１次側冷媒回路１４’との熱交換箇所より上流側の井戸側配管２０）と、の間でそれぞれ熱交換可能となっている。

なお、『併用利用』において、中央制御部１００は、開閉弁５２、５５、５７、５８、６１、６２、６４〜６６、６８及び７０を閉鎖する。

『直接利用』の場合について説明する。
夏期熱源水＋冷水予冷モード（Ｎｏ．５、『直接利用』）が選択されると、中央制御部１００は、各開閉弁及び各ポンプを制御し、本運転モードの第１拡張冷媒回路９３を形成する。

第１拡張冷媒回路９３に関して、中央制御部１００は、『併用利用』と同様の制御を行い、第１拡張冷媒回路９３を形成し、ポンプ３５を作動させる。
中央制御部１００は、１次側冷媒回路１４’を形成せず、ポンプ３３及び熱源機１３を作動させない。この場合、１次側冷媒回路１４’の冷媒は、作動を停止させている熱源機１３内を流れて循環する。

熱源井戸設備８０に関して、『併用利用』のまま（図７のまま）でもよいが、中央制御部１００は、開閉弁１０１、１０３及び１０４を閉鎖し、開閉弁１０２を開放し、冷水井戸１２の揚水が、上流側熱交換器２１、開閉弁１０２を順に経由し、温水井戸１１に注水されるように制御してもよい。

したがって、『直接利用』の場合、第１拡張冷媒回路９３は、負荷１６と、井戸側配管２０と、の間でそれぞれ熱交換可能となっている。

なお、『直接利用』において、中央制御部１００は、開閉弁５２、５５、５７、５８、６１、６２、６４〜６６、６８及び７０を閉鎖する。加えて、中央制御部１００は、開閉弁５９、６０、６７及び６３を閉鎖する。
変形例として、『直接利用』において、中央制御部１００は、熱源機１３の蒸発器Ｅと並列に接続される開閉弁５５を開放してもよい。この場合、１次側冷媒回路１４’の冷媒は、開閉弁５５を経由して循環する。

（Ｎｏ．６：夏期直接利用+直列追掛モード）
夏期直接利用+直列追掛モードは、冷水井戸１２で負荷１６を充分冷却できない場合（２次側要求温度に満たない場合）に、熱源機１３の冷凍サイクルを用いた追掛運転を実施する。

本運転モードでは、冷水井戸１２の揚水と負荷１６から還る２次側冷媒（還り冷媒）とを熱交換し、熱交換後の２次側冷媒を熱源機１３に接続する。
本運転モードでは、直列運転にて２次側冷媒を負荷１６で必要とされる温度（２次側要求温度）以下まで冷却する。２次側冷媒を２次側要求温度以下とする制御は、熱源機１３の出口で検出される２次側冷媒の温度を用いて行われるため、比較的簡易な自動制御で運用可能な運転モードである。熱源機１３の出口で検出される２次側冷媒の温度には、負荷上流温度計４５で検出される入り冷媒温度ＴＥ−００５が用いられてもよい。
また、冷水井戸１２と熱交換した後の２次側冷媒を、熱源機１３で冷却せず、負荷１６に直接供給する運転モードとしても良い。冷水井戸１２と熱交換した後の２次側冷媒が、２次側要求温度以下の場合に運用可能となり、この場合、主熱源である熱源機１３は停止運用となるため、大幅な電力量削減が期待できる。
本運転モードでは、図８に示すように、第１補助冷媒回路９１及び第２拡張冷媒回路９４が形成される。具体的には、次のとおりである。

夏期直接利用+直列追掛モード（Ｎｏ．６）が選択されると、中央制御部１００は、各開閉弁及び各ポンプを制御し、本運転モードの第１補助冷媒回路９１及び第２拡張冷媒回路９４を形成する。中央制御部１００は、熱源機１３を作動させる。

第１補助冷媒回路９１に関して、中央制御部１００は、前述の冷水蓄熱モード（Ｎｏ．２）と同様の制御を行い、第１補助冷媒回路９１を形成し、ポンプ３３を作動させる。
冷却塔２４に関して、中央制御部１００は、前述の冷水蓄熱モード（Ｎｏ．２）と同様の制御を行い、冷却塔２４及びポンプ３４を作動させる。
熱源井戸設備８０に関して、中央制御部１００は、開閉弁１０１、１０３及び１０４を閉鎖し、開閉弁１０２を開放し、冷水井戸１２の揚水が、上流側熱交換器２１、開閉弁１０２を順に経由し、温水井戸１１に注水されるように制御する。

第２拡張冷媒回路９４に関して、中央制御部１００は、夏期熱源水＋冷水予冷モード（Ｎｏ．５）の第１拡張冷媒回路９３を形成する制御と同様な制御を行い、第２拡張冷媒回路９４を形成する。中央制御部１００は、ポンプ３５を作動させる。

したがって、本運転モードの第１補助冷媒回路９１は、熱源機１３の凝縮器Ｃと、冷却塔２４との間でそれぞれ熱交換可能となっている。また、本運転モードの第２拡張冷媒回路９４は、熱源機１３の蒸発器Ｅと、負荷１６と、井戸側配管２０と、の間でそれぞれ熱交換可能となっている。

なお、中央制御部１００は、開閉弁５２、５３、５５、５７、５８、６１〜６３、６５、６７、６８及び７０を閉鎖する。
ただし、前述したように、熱源機１３を停止運用する場合、中央制御部１００は、開閉弁５５を開放し、図８に示す太い点線の経路含む第２拡張冷媒回路９４を形成してもよい。

（地中熱利用方法）
地中熱利用方法を、地中熱利用システム１０を用いて説明する。
中央制御部１００は、各温度計の検出した温度情報を受け付けて、各運転モードをモード決定部１８で決定し、モード切替部１７で各開閉弁、各ポンプ等を制御する。ただし、以下地中熱利用方法を実施できるなら、利用者が各開閉弁や各装置の動作等を切り替えることとしてもよい。
以下、図２に戻って説明する。

まず、地中熱利用システム１０の運転が開始されると、運転モードを蓄冷熱運転モードとするか、放冷熱運転モードとするか選択する（Ｓ１：運転モード選択ステップ）。運転モード選択ステップＳ１の選択は、季節、時間帯、検出された外気温度ＴＥ−００４等から、中央制御部１００が自動的に選択するものであってもよいし、利用者が選択するものであってもよい。利用者が選択する場合、利用者は、選択した運転モード（蓄冷熱運転モード又は放冷熱運転モード）を中央制御部１００に入力する。

運転モード選択ステップＳ１において、蓄冷熱運転モードを選択した場合、地中熱利用システム１０が、負荷１６の暖房を行い、負荷１６から得られた冷熱を地中に備蓄するか（蓄熱モードか）どうか選択する（Ｓ２：蓄熱モード選択ステップ）。蓄熱モード選択ステップＳ２の選択も、季節、時間帯、検出された外気温度ＴＥ−００４等から、中央制御部１００が自動的に選択するものであってもよいし、利用者が選択して中央制御部１００に入力するものであってもよい。

蓄熱モード選択ステップＳ２において、蓄熱モードを選択する（Ｓ２：ＹＥＳ）場合、中央制御部１００の選択又は利用者の入力によって、モード決定部１８は、実施する運転モードを、冬期暖房＋冷水蓄熱モード（Ｎｏ．１）と決定する。地中熱利用システム１０は、モード決定部１８で決定された冬期暖房＋冷水蓄熱モード（Ｎｏ．１）を実施する（Ｓ３：冬期暖房＋冷水蓄熱モード実施ステップ）。このとき、中央制御部１００は、本モードを実施するために、前述のとおり、図３のように、１次側冷媒回路１４を熱源機１３の蒸発器Ｅに接続すると共に、２次側冷媒回路１５を熱源機１３の凝縮器Ｃに接続する（Ｓ４：蓄冷熱運転モード切替ステップ）。冬期暖房＋冷水蓄熱モード実施ステップＳ３は、蓄冷熱運転モード切替ステップＳ４を含む。

蓄熱モード選択ステップＳ２において、蓄熱モードを選択しない（Ｓ２：ＮＯ）場合、モード決定部１８は、注水温度ＴＥ−００２と外気温度ＴＥ−００４とを比較し、外気温度ＴＥ−００４＜注水温度ＴＥ−００２かどうかを判定する（Ｓ５：注水外気比較ステップ）。

注水外気比較ステップＳ５において、モード決定部１８が、外気温度ＴＥ−００４＜注水温度ＴＥ−００２ではないと判定（Ｓ５：ＮＯ）した場合、モード決定部１８は、実施する運転モードを冷水蓄熱モード（Ｎｏ．２）と決定する。地中熱利用システム１０は、モード決定部１８で決定された冷水蓄熱モード（Ｎｏ．２）を実施する（Ｓ６：冷却塔蓄熱モード実施ステップ）。

注水外気比較ステップＳ５において、モード決定部１８が、外気温度ＴＥ−００４＜注水温度ＴＥ−００２であると判定（Ｓ５：ＹＥＳ）した場合、モード決定部１８は、実施する運転モードを冷却塔蓄熱モード（Ｎｏ．３）と決定する。地中熱利用システム１０は、モード決定部１８で決定された冷却塔蓄熱モード（Ｎｏ．３）を実施する（Ｓ７：冷却塔蓄熱モード実施ステップ）。

運転モード選択ステップＳ１において、放冷熱運転モードを選択した場合、モード決定部１８は、還り冷媒温度ＴＥ−００１と注水温度ＴＥ−００２とを比較し、還り冷媒温度ＴＥ−００１＞注水温度ＴＥ−００２かどうかを判定する（Ｓ８：冷媒外気比較ステップ）。

冷媒外気比較ステップＳ８において、モード決定部１８が、還り冷媒温度ＴＥ−００１＞注水温度ＴＥ−００２であると判定（Ｓ８：ＹＥＳ）した場合、モード決定部１８は、実施する運転モードを夏期直接利用＋直列追掛（Ｎｏ．６）と決定する。地中熱利用システム１０は、モード決定部１８で決定された夏期直接利用＋直列追掛（Ｎｏ．６）を実施する（Ｓ９：夏期直接利用＋直列追掛モード実施ステップ）。

冷媒外気比較ステップＳ８において、モード決定部１８が、還り冷媒温度ＴＥ−００１＞注水温度ＴＥ−００２ではないと判定（Ｓ８：ＮＯ）した場合、モード決定部１８は、還り冷媒温度ＴＥ−００１と揚水温度ＴＥ−００３とを比較し、還り冷媒温度ＴＥ−００１＞揚水温度ＴＥ−００３かどうかを判定する（Ｓ１０：冷媒揚水比較ステップ）。

冷媒揚水比較ステップＳ１０において、モード決定部１８が、還り冷媒温度ＴＥ−００１＞揚水温度ＴＥ−００３であると判定（Ｓ１０：ＹＥＳ）した場合、モード決定部１８は、実施する運転モードを夏期熱源水＋冷水予冷モード（Ｎｏ．５）と決定する。地中熱利用システム１０は、モード決定部１８で決定された夏期熱源水＋冷水予冷モード（Ｎｏ．５）を実施する（Ｓ１１：夏期熱源水＋冷水予冷モード実施ステップ）。

冷媒揚水比較ステップＳ１０において、モード決定部１８が、還り冷媒温度ＴＥ−００１＞揚水温度ＴＥ−００３ではないと判定（Ｓ１０：ＮＯ）した場合、モード決定部１８は、実施する運転モードを夏期熱源水利用モード（Ｎｏ．４）と決定する。地中熱利用システム１０は、モード決定部１８で決定された夏期熱源水利用モード（Ｎｏ．４）を実施する（Ｓ１２：夏期熱源水利用モード実施ステップ）。このとき、中央制御部１００は、本モードを実施するために、前述のとおり、図６のように、１次側冷媒回路１４’を熱源機１３の凝縮器Ｃに接続すると共に、２次側冷媒回路１５’を熱源機１３の蒸発器Ｅに接続する（Ｓ１３：放冷熱運転モード切替ステップ）。夏期熱源水利用モード実施ステップＳ１２は、放冷熱運転モード切替ステップＳ１３を含む。

各ステップＳ３、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１１、Ｓ１２が実施されると、井戸設備制御部２７は、後述するように注水温度ＴＥ−００２を制御する（Ｓ１４：注水温度制御ステップ）。

そして、図２に示すように、再び運転モード選択ステップＳ１に戻って、同様にＳ１〜Ｓ１４の処理を繰り返す。
利用者によって、地中熱利用システム１０に終了指示が入力されると、Ｓ１〜Ｓ１４の繰り返し処理は終了し、運転は終了する。

（注水温度制御）
井戸設備制御部２７は、注水温度制御を行う。具体的には、注水温度計４２で検出した注水温度を注水設定温度と比較し、注水温度が注水設定温度となるように、ポンプのインバータ周波数を制御する温度指示調整制御（ＴＩＣ制御）を行う。
注水温度制御について以下に詳しく説明する。

蓄冷熱運転モードの場合、井戸設備制御部２７は、注水温度が注水設定温度となるように、ポンプ制御部２８に指令を送信する。例えば、検出された注水温度が注水設定温度より高い場合、井戸設備制御部２７は、ポンプ制御部２８にポンプ３２の出力を小さくするように指令を送信する。指令を受けたポンプ制御部２８は、ポンプ３２の出力を小さくするために、ポンプ３２のインバータ周波数を小さくする。
ポンプ３２のインバータ周波数を小さくすれば、井戸側配管２０内の水の流量を小さくすることができる。そのため、水の流量を小さくする前に比べて、熱交換により冷熱を得た後の井戸側配管２０内の水の温度を低くすることができる。
したがって、井戸設備制御部２７は、冷水井戸１２に注水される水の注水温度を低く制御することができる。
逆に、ポンプ３２のインバータ周波数を大きくすれば、井戸設備制御部２７は、温水井戸１１に注水される水の注水温度を高く制御することができる。

放冷熱運転モードの場合、井戸設備制御部２７は、注水温度が注水設定温度となるように、ポンプ制御部２９に指令を送信する。例えば、検出された注水温度が注水設定温度より高い場合、井戸設備制御部２７は、ポンプ制御部２９にポンプ３１の出力を大きくするように指令を送信する。指令を受けたポンプ制御部２９は、ポンプ３１の出力を大きくするために、ポンプ３１のインバータ周波数を大きくする。
ポンプ３１のインバータ周波数を大きくすれば、井戸側配管２０内の水の流量を大きくすることができる。そのため、水の流量を大きくする前に比べて、熱交換により冷熱を放出した後の井戸側配管２０内の水の温度を低くすることができる。
したがって、井戸設備制御部２７は、温水井戸１１に注水される水の注水温度を低く制御することができる。
逆に、ポンプ３１のインバータ周波数を小さくすれば、井戸設備制御部２７は、温水井戸１１に注水される水の注水温度を高く制御することができる。

このように、井戸設備制御部２７は、ポンプ制御部２８又はポンプ制御部２９に指令を送信することによって、注水温度が注水設定温度となるように、ポンプ３１又はポンプ３２を制御することができる。

（本実施形態の作用及び効果）
地中熱利用システム１０は、蓄冷熱運転モード及び放冷熱運転モードに関連して、１次側冷媒回路及び２次側冷媒回路と熱源機との接続を切り替えている。そのため、地中熱利用システム１０は、同じ熱源機１３を用いていながら、蓄冷熱運転モード及び放冷熱運転モードに対応できる。したがって、地中熱利用システム１０は、熱源機１３における熱量の収支で年間を通じた地下水の熱量のバランスの管理が可能であるから、年間を通じた地下水の熱量のバランスを簡単に管理することができる。

地中熱利用システム１０は、冷却塔２４を用いた蓄冷熱が可能である。したがって、地中熱利用システム１０は、蓄冷熱運転モードにおいては、負荷１６から地中への蓄冷熱運転に加えて、冷却塔２４から地中への蓄冷熱運転が可能となる。また、地中熱利用システム１０は、放冷熱運転モードにおいては、地中熱利用による放冷熱運転に加えて、冷却塔２４を用いた追掛運転が可能となる。

地中熱利用システム１０は、第１補助冷媒回路９１に切り替えることによって、井戸側配管２０と熱交換可能な１次側冷媒回路１４の排熱を、冷却塔２４に放熱することができる。したがって、地中熱利用システム１０は、冷却塔２４から地中への蓄冷熱運転を行うことができる。

地中熱利用システム１０は、第２補助冷媒回路９２に切り替えることによって、冷却塔２４から得た冷熱を、井戸側配管２０に供給することができる。したがって、地中熱利用システム１０は、冷却塔２４から地中への蓄冷熱運転を行うことができる。さらに、外気温度ＴＥ−００４が注水温度ＴＥ−００２より低い場合に、第２補助冷媒回路９２に切り替えれば、地中熱利用システム１０は、効率よく外気から地中への蓄冷熱を行うことができる。

地中熱利用システム１０は、第１拡張冷媒回路９３に切り替えることによって、冷水井戸１２の揚水と負荷１６からの還り冷媒との間で熱交換を行う。そのため、地中熱利用システム１０は、負荷１６からの還り冷媒を、熱源機１３で冷却する前に冷水井戸１２の揚水によって冷却することができる。したがって、地中熱利用システム１０は、冷水井戸１２の揚水の冷熱を直接利用することができる。また、熱源機１３を利用しない場合においても、冷水井戸１２の揚水の冷熱を直接利用することができる。さらに、負荷１６からの還り冷媒温度ＴＥ−００１が揚水温度ＴＥ−００３より高い場合に、第１拡張冷媒回路９３に切り替えれば、地中熱利用システム１０は、冷水井戸１２の揚水の冷熱を直接利用できるときに切り替えるから、効率よく冷水井戸１２の揚水の冷熱を利用することができる。

地中熱利用システム１０は、第２拡張冷媒回路９４及び第１補助冷媒回路９１に切り替えることによって、冷水井戸１２の揚水と負荷１６からの還り冷媒との間で熱交換を行う。そのため、地中熱利用システム１０は、負荷１６からの還り冷媒を、熱源機１３で冷却する前に冷水井戸１２の揚水によって冷却することができる。さらに、地中熱利用システム１０は、熱源機１３を用いた冷却追掛運転によって、負荷１６からの還り冷媒を冷却することができる。したがって、地中熱利用システム１０は、冷水井戸１２の揚水による直接冷却と、熱源機１３を用いた追掛冷却とを直列利用できるため、負荷１６からの還り冷媒を、負荷１６に必要な温度まで冷却することができる。さらに、負荷１６からの還り冷媒温度ＴＥ−００１が注水温度ＴＥ−００２より高い場合に、第２拡張冷媒回路９４及び第１補助冷媒回路９１に切り替えれば、地中熱利用システム１０は、熱源機を用いた冷却追掛運転が必要となるときに、第２拡張冷媒回路９４及び第１補助冷媒回路９１に切り替える。そのため、効率よく熱源機１３を用いた冷却追掛運転を利用することができる。

（変形例）
変形例として、地中熱利用システム１０は、既存のヒートポンプ２００を備えた地中熱利用システム１０’とされてもよい。地中熱利用システム１０’は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６のモードに加えて、図９に示すように、ポンプ２０１、ヒートポンプ２００、ポンプ２０２、負荷１６、ポンプ２０１を順に経由する回路２０３を負荷１６に接続するモードを実施する。地中熱利用システム１０’は、さらに、図１０に示すように、負荷１６を含む回路２０４及び第１補助冷媒回路９１を、熱源機１３の蒸発器Ｅ、熱源機１３の凝縮器Ｃに接続するモードを加えて実施してもよい。

（冷温の熱収支管理）
本実施形態では、地中熱利用システムは、井戸からの揚水、井戸への注水、各回路、外気の各温度を検出しているが、さらに、地中熱利用システムは、井戸からの揚水、井戸への注水、各回路の各流量を検出してもよい。また、井戸からの揚水温度や井戸への注水温度に代えて、地中熱利用システムは、帯水層の温度を検出してもよい。各温度及び各流量が把握できれば、地中熱利用システムは、各熱量の収支を算出できる。

冷房負荷と暖房負荷の熱利用量がいずれかに偏っている場合、地中熱利用システムが地中熱を利用しすぎると、地中が暖まり過ぎ又は冷え過ぎてしまい地中熱が枯渇し利用できなくなる場合がある。

そこで、地中熱が枯渇しないように、地中熱利用システムは、地中の年間の冷温の熱収支を算出する。例えば、井戸から揚水温度及び揚水流量から算出される熱量と、井戸への注水温度及び注水流から算出される熱量との収支によって、地中熱利用システムは、地中の年間の冷温の熱収支を算出することができる。

算出された地中の年間の冷温の熱収支をモニタリングして、年間の冷温の熱収支が一定となるように（理想的には年間の冷温の熱収支がゼロとなるように）、前述の各種モード選択の組み合わせを利用者が計画し、地中熱利用システムに実施させれば、地中熱利用システムは、地中熱の枯渇を抑制することができる。したがって、地中熱利用システムは、長期間の運転、運用が可能となるとと共に、環境への影響を最小化することができる。
さらに、地中熱利用システムは、前述した注水設定温度を、運転開始時の注水温度に設定し、井戸からの揚水流量又は注水流量を制御してもよい。注水設定温度を、運転開始時の注水温度に設定すれば、地中熱利用システムは、注水温度を運転開始時の注水温度に維持することができ、地中の暖まり過ぎや冷え過ぎを抑制することができる。

地中熱の枯渇が問題とならないときには、利用者の計画に基づき、地中熱利用システムは、地中熱利用量を最大化し、省エネ性の高い運転モードを選択するようにしてもよい。地中熱利用量を最大化し、省エネ性の高い運転モードを選択すれば、長期間にわたって省エネ性のあるシステムが運用される。

前述の各種モード選択を組み合わることによって、地中熱利用システムは、昼夜間の蓄熱利用が可能であるため、電力需給ひっ迫に対応できる。
さらに、利用者の計画に基づき、地中熱利用システムは、温水井戸の温度を高く設定することもできる。温水井戸の設定温度を高く設定すれば、地中熱利用システムは、暖房用ヒートポンプのＣＯＰを高くすることができる。

なお、前述の各実施形態においては、モード切替部１７及びモード決定部１８を含む中央制御部１００の各種機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各種処理を行うものとしている。ここで、前述した各ＣＰＵの各種処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって前述の各種処理が行われる。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１０：地中熱利用システム
１０’：地中熱利用システム
１１：温水井戸
１２：冷水井戸
１３：熱源機
１４：１次側冷媒回路
１４’：１次側冷媒回路
１５：２次側冷媒回路
１５’：２次側冷媒回路
１６：負荷
１７：モード切替部
１８：モード決定部
２０：井戸側配管
２１：上流側熱交換器
２２：下流側熱交換器
２３：補助熱交換器
２４：冷却塔
２５：冷却塔側冷媒回路
２７：井戸設備制御部
２８：ポンプ制御部
２９：ポンプ制御部
３１〜３５：ポンプ
４１：負荷下流温度計
４２：注水温度計
４３：揚水温度計
４４：外気温度計
４５：負荷上流温度計
５１〜７０：開閉弁
８０：熱源井戸設備
９１：第１補助冷媒回路
９２：第２補助冷媒回路
９３：第１拡張冷媒回路
９４：第２拡張冷媒回路
１００：中央制御部
１０１〜１０４：開閉弁
２００：ヒートポンプ
２０１：ポンプ
２０２：ポンプ
２０３：回路
２０４：回路
Ｃ：凝縮器
ＣＶ１：逆止弁
ＣＶ２：逆止弁
ＣＶ３：逆止弁
ＣＶ４：逆止弁
Ｅ：蒸発器
ＴＥ−００１：還り冷媒温度
ＴＥ−００２：注水温度
ＴＥ−００３：揚水温度
ＴＥ−００４：外気温度
ＴＥ−００５：入り冷媒温度

Claims (10)

1. 温水井戸、冷水井戸、これらを接続する井戸側配管、及び前記井戸側配管に設けられたポンプを有する熱源井戸設備と、
   圧縮部、凝縮器、膨張部及び蒸発器からなる冷凍サイクルを有する熱源機と、
   前記熱源機の前記凝縮器及び前記蒸発器の一方に接続され、該一方と前記井戸側配管との間でそれぞれ熱交換可能な１次側冷媒回路と、
   前記熱源機の前記凝縮器及び前記蒸発器の他方に接続され、該他方と負荷との間でそれぞれ熱交換可能な２次側冷媒回路と、
   前記１次側冷媒回路が前記蒸発器に接続されると共に前記２次側冷媒回路が前記凝縮器に接続された蓄冷熱運転モードと、前記１次側冷媒回路が前記凝縮器と接続されると共に前記２次側冷媒回路が前記蒸発器に接続された放冷熱運転モードとで切り替えるモード切替部と、
   を備える地中熱利用システム。
2. 冷却塔と、前記冷却塔に接続される冷却塔側冷媒回路と、をさらに備える請求項１に記載の地中熱利用システム。
3. 前記モード切替部が、前記蓄冷熱運転モードにおいて、前記２次側冷媒回路を、前記冷却塔側冷媒回路と前記凝縮器との間でそれぞれ熱交換可能な第１補助冷媒回路に切り替える請求項２に記載の地中熱利用システム。
4. 前記モード切替部が、前記蓄冷熱運転モードにおいて、前記１次側冷媒回路及び前記２次側冷媒回路を、前記冷却塔側冷媒回路と前記井戸側配管との間でそれぞれ熱交換可能な第２補助冷媒回路に切り替える請求項２又は３に記載の地中熱利用システム。
5. 前記井戸側配管に設けられ、前記冷水井戸への注水温度を検出する注水温度計と、
   外気温度を検出する外気温度計と、
   前記外気温度と前記注水温度とを比較するモード決定部と、をさらに備え、
   前記モード決定部が、前記外気温度が前記注水温度より低いと判定したときに、前記モード切替部が、前記第２補助冷媒回路に切り替える請求項４に記載の地中熱利用システム。
6. 前記モード切替部が、前記放冷熱運転モードにおいて、前記２次側冷媒回路を、前記蒸発器に接続すると共に、
   前記蒸発器と、前記負荷と、前記１次側冷媒回路との熱交換箇所より上流側の前記井戸側配管と、の間でそれぞれ熱交換可能な第１拡張冷媒回路に切り替える請求項１に記載の地中熱利用システム。
7. 前記井戸側配管に設けられ、前記冷水井戸からの揚水温度を検出する揚水温度計と、
   前記負荷の下流に設けられ、前記負荷からの還り冷媒温度を検出する負荷下流温度計と、
   前記還り冷媒温度と前記揚水温度とを比較するモード決定部と、をさらに備え、
   前記モード決定部が、前記還り冷媒温度が前記揚水温度より高いと判定したときに、前記モード切替部が、前記第１拡張冷媒回路に切り替える請求項６に記載の地中熱利用システム。
8. 前記モード切替部が、前記放冷熱運転モードにおいて、前記２次側冷媒回路を、前記蒸発器に接続すると共に、前記蒸発器と、前記負荷と、前記井戸側配管と、の間でそれぞれ熱交換可能な第２拡張冷媒回路に切り替え、
   前記１次側冷媒回路を、前記冷却塔側冷媒回路と前記凝縮器との間でそれぞれ熱交換可能な第１補助冷媒回路に切り替える請求項２に記載の地中熱利用システム。
9. 前記井戸側配管に設けられ、前記温水井戸への注水温度を検出する注水温度計と、
   前記負荷の下流に設けられ、前記負荷からの還り冷媒の還り冷媒温度を検出する負荷下流温度計と、
   前記還り冷媒温度と前記注水温度とを比較するモード決定部と、をさらに備え、
   前記モード決定部が、前記還り冷媒温度が前記注水温度より高いと判定したときに、前記モード切替部が、前記第２拡張冷媒回路に切り替えると共に、前記第１補助冷媒回路に切り替える請求項８に記載の地中熱利用システム。
10. 温水井戸、冷水井戸、これらを接続する井戸側配管、及び前記井戸側配管に設けられたポンプを有する熱源井戸設備と、
    圧縮部、凝縮器、膨張部及び蒸発器からなる冷凍サイクルを有する熱源機と、
    前記熱源機の前記凝縮器及び前記蒸発器の一方に接続され、該一方と前記井戸側配管との間でそれぞれ熱交換可能な１次側冷媒回路と、
    前記熱源機の前記凝縮器及び前記蒸発器の他方に接続され、該他方と負荷との間でそれぞれ熱交換可能な２次側冷媒回路と、
    を備える地中熱利用システムの運転モードを、蓄冷熱運転モードとするか、放冷熱運転モードとするか選択する運転モード選択ステップと、
    前記蓄冷熱運転モードを選択した場合、前記１次側冷媒回路を前記蒸発器に接続すると共に、前記２次側冷媒回路を凝縮器に接続する蓄冷熱運転モード切替ステップと、
    前記放冷熱運転モードを選択した場合、前記１次側冷媒回路を前記凝縮器と接続すると共に前記２次側冷媒回路を前記蒸発器に接続する放冷熱運転モード切替ステップと、
    を実施する地中熱利用方法。

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