CN104704303B - 热泵装置 - Google Patents

Abstract

热泵装置(40)从室外空气和其他热源双方采热，在热泵装置(40)中，控制装置(30)除室外气温以及地下温度之外，还使用空气热源热交换器(5a)以及地下热源热交换器(5b)各自的热交换性能计算热交换量。而且，控制装置(30)在对使制冷剂在空气热源热交换器(5a)和地下热源热交换器(5b)双方流动的同时运转、以及选择空气热源热交换器(5a)或地下热源热交换器(5b)而使制冷剂流动的单独运转进行切换时，选择算出的热交换量的大的一方作为热源。由此，可以选择与运转条件相匹配的适当的热源。

Description

热泵装置

技术领域

本发明涉及使用多个热源的热泵装置。

背景技术

通常，制冷制热装置以及供热水机所使用的热泵装置以空气为热源。

另外，在室外气温低的地域，也开始利用在制热时利用地下热的热泵装置。

在将空气的热用作热源的空气热源热泵装置中，当在制热运转时室外气温低的情况下，有时会因吸入压力的降低或结霜等而导致制热功率降低。这样，热泵装置的运转效率取决于室外气温。

在利用地下热的地下热热泵装置中，在地下温度比室外气温高的情况下，由于能够使采热量增多，因此运转效率相比空气热源热泵装置增高。但是，在地下温度比室外气温低的情况下，地下热热泵装置相比空气热源热泵装置，运转效率反而恶化。

另外，虽然地下温度与室外气温相比全年的温度变化小，但是温度变化幅度因地域以及深度、季节而不同，相比空气热源热泵装置，运转效率有时仍然会恶化。

作为解决这些问题的手段，在专利文献1中公开有如下技术：对设置于地上并以室外空气为热源的空气热源热交换器、以及将由埋设于地下的地下热交换器采集的地下热作为热源的地下热源热交换器进行切换。在专利文献1中，对流路进行切换，以便在室外气温为规定值以上或制冷剂温度为规定值以上(例如空气热源交换器结霜的温度以上)的情况下，利用空气热源交换器，在制冷剂温度为规定值以下的情况下，利用地下热源热交换器。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-216783号公报(图1、图4)

发明内容

发明要解决的课题

如专利文献1所公开的那样，在分开使用地下热源热交换器和空气热源热交换器的情况下，埋设于地下的地下热交换器和空气热源热交换器的大小被设计成具有相同的处理能力。通常，地下热交换器与空气热源热交换器相比为了得到相同的处理能力所需要的尺寸更大，而且，由于需要向地下埋设，所以挖掘作业等的施工费变得必要。因此，在设置与空气热源热交换器相同的处理能力的地下热交换器的结构中，与单独空气热源或单独地下热源的热泵装置相比，仍然导致成本大幅上升。

因此，若并非分开使用地下热源热交换器和空气热源热交换器而从某一方进行采热，而是从室外空气和地下同时进行采热，则可以由空气热源热交换器补偿地下热交换器的一部分采热量。因此，具有如下优点：可以削减所需的地下热交换器尺寸，从而可以抑制系统费用。

但是，在从室外空气和地下同时进行采热的结构中，根据例如室内的负荷小而压缩机的输入小的情况等运转条件，相比从室外空气和地下双方进行采热，从一方进行采热时系统效率有时会更高。而且，在该情况下选择空气热源和地下热源中的哪一方时系统效率会更高这种情形受到由所搭载的空气热源热交换器以及地下热源热交换器的大小、通过空气热源热交换器的风量、以及在地下热源热交换器中流通的液体流量等确定的热交换器的性能的影响。因此，例如，即便室外气温比地下温度高，使用地下热交换器进行采热时系统效率也有时会更高，并非单纯地仅由温度来确定。

但是，在专利文献1中，在选择从空气热源和地下热源的哪一方进行采热时，仅使用制冷剂温度以及热源温度(室外气温)这样的温度条件。因此，有时在系统的效率低的状态下被使用而不节能。

但是，近年来，作为热泵装置中的热源，除室外空气之外，如上所述开始利用地下热，但也希望利用地下热之外的其他热源。

本发明鉴于上述点而作出，其目的在于得到一种热泵装置，该热泵装置从室外空气和其他热源双方采热，通过选定适当的热源，可以全年实现系统效率高的运转。

用于解决课题的方案

本发明的热泵装置的特征在于，具有：制冷剂回路，所述制冷剂回路具有第一回路和第二回路，在所述第一回路中，依次连接压缩机、利用侧热交换器的制冷剂流路、第一减压装置、以及将作为第一热源的室外空气用作热源的第一热源热交换器，将第二减压装置以及第二热源热交换器的制冷剂流路串联连接而构成所述第二回路，所述第二回路与所述第一回路的所述第一减压装置以及所述第一热源热交换器并列连接；热交换介质回路，所述热交换介质回路具有所述第二热源热交换器的热交换介质流路，与不同于室外空气的别的热源进行热交换而吸收所述别的热源的热的第二热源即热交换介质在所述热交换介质回路中循环；以及控制装置，所述控制装置按照所述第一热源热交换器以及所述第二热源热交换器各自的热交换量，切换同时运转和单独运转，所述同时运转是使制冷剂在所述第一热源热交换器和所述第二热源热交换器双方流动的运转，所述单独运转是选择所述第一热源热交换器或所述第二热源热交换器而使制冷剂流动的运转。

发明的效果

根据本发明，可以得到一种热泵装置，该热泵装置除温度条件之外，还考虑反映了当前的运转条件的各热源热交换器各自的热交换性能来选定适当的热源，从而可以全年实现系统效率高的运转。

附图说明

图1是表示应用本发明一实施方式的热泵装置的空调系统的制冷剂回路的图。

图2是表示图1的空调系统中的制热运转时的运转状态与热源温度即室外气温和地下温度之间的关系的图。

图3是表示图1的空调系统中的制冷运转时的运转状态与热源温度即室外气温和地下温度之间的关系的图。

图4是表示图1的空调系统中的风扇转速与风量之间的关系的图。

图5是表示图1的空调系统中的压缩机转速与制冷剂流速之间的关系的图。

图6是表示图1的空调系统中的风量与热交换器性能之间的关系的图。

图7是表示图1的空调系统中的热源选择控制动作的流程图。

图8是表示图1的空调系统中的制冷剂回路的变形例的图。

具体实施方式

在以下说明的实施方式中，对应用热泵装置的系统是进行制热以及制冷的空调系统这种情形进行说明。

图1是表示应用本发明一实施方式的热泵装置的空调系统的制冷剂回路的图。图1的箭头表示制热运转时的制冷剂的流动。

空调系统100具有热泵装置40和利用侧装置50，该利用侧装置50具有供利用侧介质循环的利用侧回路51并将热泵装置40作为热源进行制热以及制冷。

<<热泵装置>>

热泵装置40具有制冷剂循环的制冷剂回路10、地下热源侧回路20、控制装置30、以及存储装置31，被设置于屋外。

<制冷剂回路>

制冷剂回路10具有第一回路10a以及与第一回路10a的一部分并列连接的第二回路10b，在该第一回路10a中，用制冷剂配管依次连接压缩机1、切换制冷剂的流路的四通阀2、利用侧热交换器即水热交换器3、第一减压装置即膨胀阀4a、以及第一热源热交换器即空气热源热交换器5a。第二回路10b将第二减压装置即膨胀阀4b与第二热源热交换器即地下热源热交换器5b的制冷剂流路41串联连接而构成，并与第一回路10a的膨胀阀4a以及空气热源热交换器5a并列连接。

(压缩机)

压缩机1是例如全密闭式压缩机，具有电动机部(未图示)以及压缩部(未图示)被收纳于压缩机壳体(未图示)的结构。向压缩机1吸入的低压制冷剂被压缩成高温高压制冷剂后从压缩机1排出。压缩机1由控制装置30经由变频器(未图示)进行转速控制，从而控制热泵装置40的能力。在此，关于压力的高低，并非由与作为基准的压力(数值)之间的关系来确定，而是通过压缩机1的加压、各膨胀阀4a、4b的开闭状态(开度)的控制等，在制冷剂回路10内，基于相对的高低(包括中间)来表示。关于温度的高低也相同。

(水热交换器)

水热交换器3使利用侧装置50的利用侧回路51内的利用侧介质(在此为水)与制冷剂回路10内的制冷剂进行热交换。在利用侧回路51中，利用泵52使水循环，在进行制热的情况下，水热交换器3作为冷凝器发挥作用，利用制冷剂回路10的制冷剂的热加热水而生成热水。在进行制冷的情况下，水热交换器3作为蒸发器发挥作用，利用制冷剂回路10的制冷剂的冷能来冷却水而生成冷水。利用该热水或冷水对室内进行制热或制冷。该热交换器的形态包括将板层叠的板式、或由制冷剂流动的传热管和水流动的传热管构成的双重管式等，在本实施方式中可以使用任一方。另外，在利用侧回路51中循环的利用侧介质不限于水，也可以是载冷剂等防冻液。

(膨胀阀)

膨胀阀4a调整流过空气热源热交换器5a的制冷剂流量。另外，膨胀阀4b调整流过地下热源热交换器5b的制冷剂流路41的制冷剂流量。各膨胀阀4a、4b的开度基于来自控制装置30的控制信号可变地被设定。膨胀阀4a、4b除能够根据电信号改变开度的电子膨胀阀之外，也可以将多个节流孔或毛细管并列连接并通过电磁阀等的开闭阀操作来控制向热交换器流入的制冷剂流量。

(空气热源热交换器)

空气热源热交换器5a是例如由铜或铝构成的翅片管型热交换器。空气热源热交换器5a是将空气(室外空气)作为热源的热交换器，使从风扇8供给的室外空气与制冷剂进行热交换。

(四通阀)

四通阀2用于切换制冷剂回路10的流动。通过切换流路，在制热运转时可以将水热交换器3用作冷凝器，在制冷运转时可以将水热交换器3用作蒸发器。

<<地下热源侧回路>>

热交换介质回路即地下热源侧回路20用配管依次连接地下热源热交换器5b的地下热源侧介质流路(热交换介质流路)42、埋设于地下的地下热交换器21、以及地热用泵22而构成。在地下热源侧回路20中，作为载冷剂等防冻液即热交换介质的地下热源侧介质循环，从而能够采集地下热。

(地下热交换器)

作为地下热源侧介质向地下热源热交换器5b流入的热源热交换器的地下热交换器21，例如由形成为大致U形且垂直或水平地埋设于地下的树脂制的采热管群构成。即便埋设相同大小的采热管群，地下热交换器21的热交换性能也因其埋设的地域以及深度而不同。

(地下热源热交换器)

地下热源热交换器5b进行在制冷剂回路10中循环的制冷剂与在地下热源侧回路20中循环的地下热源侧介质之间的热交换。由地下热交换器21采集了地下热的地下热源侧介质流入到地下热源热交换器5b的地下热源侧介质流路42，因此，由地下热交换器21从地下采集的热被传递到制冷剂流路41侧的制冷剂。由此，制冷剂回路10采集地下热。地下热源热交换器5b与水热交换器3同样地，由板式或双重管式等构成，可以使用任一方。

<控制装置>

控制装置30基于来自各传感器的检测值，进行压缩机1的转速控制、风扇8的转速控制、地热用泵22的转速控制、泵52的转速控制，以使室内温度成为在利用侧装置50设定的设定温度。另外，控制装置30进行包括四通阀2的切换控制、后述的图7的流程图的处理在内的空调系统整体的控制。

<存储装置>

在存储装置31中存储用于计算空气热源热交换器5a以及地下热源热交换器5b各自当前的热交换性能的各种信息。关于各种信息，将在后面论述。

<传感器的说明>

在热泵装置40中，根据需要设置有温度或压力传感器。各传感器的检测值被输入到控制装置30，用于热泵装置40的运转控制、例如压缩机1的容量控制、以及膨胀阀4a、4b的开度控制。在图1中，具有第一热源温度检测器即室外气温传感器34a、第二热源温度检测器即地热温度传感器34b、以及制冷剂温度检测器即制冷剂温度传感器32。

室外气温传感器34a对热源即室外空气的温度进行检测。地热温度传感器34b对在地下热交换器21中与地下之间进行热交换而由地热用泵22汲取的地下热源侧介质的温度进行检测。制冷剂温度传感器32检测制冷剂回路10的吸入压力的饱和温度。另外，制冷剂温度传感器32如图1所示，也可以是检测压缩机1的吸入侧的压力的吸入压力传感器33，在该情况下由控制装置30从制冷剂压力换算制冷剂饱和温度即可。

(通常运转时的制冷剂动作(制热运转))

接着，对本实施方式中的通常运转、尤其是制热运转的运转动作进行说明。在制热运转时，四通阀2被切换到图1的实线侧。

图2是表示图1的空调系统中的制热运转时的运转状态与热源温度即室外气温和地下温度之间的关系的图。在此，地下温度比室外气温高。

低温低压的制冷剂由压缩机1压缩成高温高压的制冷剂后被排出。从压缩机1排出的高温高压的制冷剂通过被切换到了制热用的四通阀2而流入到水热交换器3，并向利用侧回路51的水散热。因向水散热而成为低温高压的制冷剂被分支为两个部分，分别流入到膨胀阀4a、4b而被减压。

在膨胀阀4a中被减压后的制冷剂流入到空气热源热交换器5a，从室外空气吸热而蒸发，并从空气热源热交换器5a流出。另一方面，在膨胀阀4b中被减压后的制冷剂流入到地下热源热交换器5b，与地下热源侧介质进行热交换而吸热。通过在此的热交换来采集地下热。接着，采集地下热而蒸发的制冷剂与从空气热源热交换器5a流出的制冷剂汇合并再次通过四通阀2以及制冷剂容器7a被吸入到压缩机1。

这样，在通常运转中，进行使用空气热源和地下热源双方的同时运转，但在进行使用空气热源或地下热源的单独运转时运转效率有时会更高。同时运转和单独运转的切换并不作为本发明的特征，因此，在此关于其切换方法，不特别限定，不管怎样都按照预先确定的切换判断基准向成为高效率的运转的一方切换。而且，本发明的特征在于：在进行单独运转时，选择空气热源和地下热源中的哪一方的选择方法。关于该选择方法，将在后面论述。另外，在以下的说明中，在不特别区分与热源进行热交换的空气热源热交换器5a和地下热源热交换器5b的情况下，有时总称为热源热交换器。

(选择空气热源时的制冷剂动作(制热运转))

在选择空气热源的情况下，对膨胀阀4a进行开度控制、关闭膨胀阀4b、将地热用泵22停止、使风扇8运转。从压缩机1排出的制冷剂通过被切换到了制热用的四通阀2向水热交换器3流入，并向利用侧介质即水散热。成为高压低温的制冷剂，在膨胀阀4a中被减压后，向空气热源热交换器5a流入并从室外空气吸热，从而使得制冷剂蒸发。接着，从空气热源热交换器5a流出的制冷剂再次向四通阀2流入后，通过制冷剂容器7a被吸入到压缩机1。

(选择地热热源时的制冷剂动作(制热运转))

在选择地下热源的情况下，关闭膨胀阀4a、对膨胀阀4b进行开度控制、驱动地热用泵22、将风扇8停止。从压缩机1排出的制冷剂通过被切换到了制热用的四通阀2向水热交换器3流入，并向利用侧介质即水散热。成为高压低温的制冷剂，在膨胀阀4b中被减压后，向地下热源热交换器5b流入。

另一方面，在地下热源侧回路20中，在地下热交换器21中，地下热源侧介质与地下之间进行热交换而采集地下热，采集了地下热的地下热源侧介质流入到地下热源热交换器5b。接着，制冷剂回路10的制冷剂在地下热源热交换器5b中与地下热源侧介质进行热交换而采集地下热并蒸发。接着，从地下热源热交换器5b流出的制冷剂再次向四通阀2流入后，通过制冷剂容器7a被吸入到压缩机1。

(通常运转时的制冷剂动作(制冷运转))

接着，对本实施方式中的通常运转、尤其是制冷运转的运转动作进行说明。在制冷运转时，四通阀2被切换到图1的虚线侧。

图3是表示图1的空调系统中的制冷运转时的运转状态与热源温度(室外气温以及地下温度)之间的关系的图。在此，地热温度比空气温度低。

低温低压的制冷剂由压缩机1压缩成高温高压的制冷剂后被排出。从压缩机1排出的高温高压的制冷剂通过被切换到了制冷用的四通阀2后被分支为两部分，一部分流入到空气热源热交换器5a，另一部分流入到地下热源热交换器5b。

流入到了空气热源热交换器5a的制冷剂向室外空气散热而成为低温高压制冷剂，流出空气热源热交换器5a并流入到膨胀阀4a而被减压。另一方面，流入到了地下热源热交换器5b的制冷剂向地下热源侧介质散热而成为低温高压制冷剂，流出地下热源热交换器5b并流入到膨胀阀4b而被减压。接着，在膨胀阀4b中被减压后的制冷剂与在膨胀阀4a中被减压后的制冷剂汇合而流入到水热交换器3。流入到了水热交换器3的制冷剂从利用侧回路51的水吸热而蒸发，通过四通阀2以及制冷剂容器7a再次被吸入到压缩机1。

(热源切换控制方法)

接着，对本实施方式中的热源的选择方法进行说明。在本实施方式中，计算各热源热交换器各自的热交换量并选择热交换量多的一方。因此，需要计算各热源热交换器各自的热交换量。在此，对制热运转的情况、即将热源热交换器用作吸热器的情况进行说明。

(空气热源热交换器的热交换量Qa)

在制热运转时，空气热源热交换器5a作为蒸发器进行工作。在空气热源热交换器5a中，在潮湿空气中伴随冷凝的情况(润湿面)较多，在此为了简化说明，对空气侧的热交换器表面不伴随冷凝(干燥面)的情况进行说明。

空气热源热交换器5a的热交换量Qa可以使用在空气热源热交换器5a中通过的风量Ga、空气的比热Cpa、空气侧温度效率εa、由室外气温传感器34a检测到的室外气温Taoi、由制冷剂温度传感器32检测到的制冷剂饱和温度Ts由式(1)表示。

[式1]

Q_a＝G_a·C_pa·ε_a·(T_aoi-T_s)…(1)

在制冷剂侧是饱和温度且在管内侧的流动方向不存在温度变化的情况下，空气侧温度效率εa可以使用空气热源热交换器5a的空气侧传热面积Ao、传热系数Ka由式(2)表示。

[式2]

${\mathrm{\&epsiv;}}_a=1-\exp (-\frac{A_o\&CenterDot;K_a}{G_a\&CenterDot;C_{pa}})\mathrm{...}\left(2\right)$

传热系数Ka与空气侧传热系数αo以及制冷剂侧传热系数αi如式(3)所示成比例关系。而且，空气侧传热系数αo与风量Ga成比例，制冷剂侧传热系数αi与制冷剂流速Vref成比例。

[式3]

$K_a\&Proportional;\frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_o}+\frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}\mathrm{...}\left(3\right)$

另外，通常，风量Ga与风扇8的转速Nfan之间具有例如如图4所示那样的关系，制冷剂流速Vref与压缩机转速Ncomp之间具有例如如图5所示那样的关系。

因此，预先把握图4所示的风扇转速Nfan与风量Ga之间的关系、图5所示的压缩机转速Ncomp与制冷剂流速Vref之间的关系、风量Ga与空气侧传热系数αo之间的关系、制冷剂流速Vref与制冷剂侧传热系数αi之间的关系，并存储在存储装置31内。而且，可以使用这些关系、当前的风扇转速Nfan以及压缩机转速Ncomp，由控制装置30算出表示空气热源热交换器5a的热交换性能的Ga·Cpa·εa。

另外，也可以代替存储风量Ga与空气侧传热系数αo之间的关系、以及制冷剂流速Vref与制冷剂侧传热系数αi之间的关系而如下所述构成。即，如图6所示，按照制冷剂流速Vref1、Vref2、Vref3、......存储风量Ga与Ga·Cpa·εa之间的关系。而且，也可以使用该关系、从图4求出的风量Ga、以及从图5求出的制冷剂流速Vref求出Ga·Cpa·εa。另外，由图6可知，在风量Ga相同的情况下，随着制冷剂流速Vref加快，热交换性能提高。

而且，通过将由控制装置30算出的热交换器性能Ga·Cpa·εa、室外气温Taoi以及制冷剂饱和温度Ts代入式(1)，可以算出空气热源热交换器5a中的热交换量Qa。

另外，如通常所知道的那样，制冷剂侧传热系数αi与空气侧传热系数αo相比足够大。因此，如由式(3)明了的那样，传热系数Ka由空气侧支配。因此，若把握空气侧传热系数αo，则可以大体确定传热系数Ka。在本实施方式中，在后述的是否需要追加热源的判断时，考虑到压缩机转速、制冷剂流速、制冷剂侧传热系数，但例如在想要简化该判断的情况下等，也可以忽视制冷剂侧而仅使用空气侧(即使用风扇转速Nfan、风速Ga、空气侧传热系数αo)大致判断。

(地下热源热交换器的热交换量Qg)

接着，对地下热源热交换器5b中的热交换量Qg的计算方法进行说明。基本想法与空气侧相同。地下热源热交换器5b的热交换量Qg可以使用在地下热源热交换器5b中流通的地下热源侧介质(在此为载冷剂)的流量Gg、载冷剂的比热Cpg、载冷剂侧温度效率εg、由地热温度传感器34b检测到的流入载冷剂温度Tgoi、由制冷剂温度传感器32检测到的制冷剂饱和温度Ts由式(4)表示。另外，在此将地下温度看作流入载冷剂温度进行以下计算。

[式4]

Q_g＝G_g·C_pg·ε_g·(T_goi-T_s)…(4)

另外，载冷剂侧温度效率εg可以使用热交换器的传热面积Ag、传热系数Kg由式(5)表示，传热系数Kg可以使用载冷剂侧传热系数αg和制冷剂侧传热系数αig由式(6)表示。

[式5]

${\mathrm{\&epsiv;}}_g=1-\exp (-\frac{A_g\&CenterDot;K_g}{G_g\&CenterDot;C_{pa}})\mathrm{...}\left(5\right)$

[式6]

$K_g\&Proportional;\frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_g}+\frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_{ig}}\mathrm{...}\left(6\right)$

与空气热源热交换器5a同样地，载冷剂侧传热系数αg与泵转速Npump成比例，制冷剂侧传热系数αig与制冷剂流速Vrefg成比例。因此，预先把握泵转速Npump与载冷剂流量Gg之间的关系、压缩机转速Ncomp与制冷剂流速Vrefg之间的关系、载冷剂流量Gg与制冷剂侧传热系数αig之间的关系、制冷剂流速Vrefg与制冷剂侧传热系数αig之间的关系并存储在存储装置31中。而且，可以使用这些关系、当前的泵转速Npump以及压缩机转速Ncomp，由控制装置30算出表示地下热源热交换器5b的热交换器的性能的Gg·Cpg·εg。

另外，也可以代替存储载冷剂流量Gg与载冷剂侧传热系数αg之间的关系、以及制冷剂流速Vrefg与制冷剂侧传热系数αig之间的关系而如下所述构成。即，按照各种制冷剂流速Vrefg存储载冷剂流量Gg与Gg·Cpg·εg之间的关系。而且，也可以根据该关系、从泵转速Npump求出的载冷剂流量Gg、以及从压缩机转速Ncomp求出的制冷剂流速Vrefg，求出Gg·Cpg·εg。

而且，通过将由控制装置30算出的热交换器性能Gg·Cpg·εg、流入载冷剂温度Tgoi、以及制冷剂饱和温度Ts代入式(4)，可以算出地下热源热交换器5b的热交换量Qg。

(热交换量与制冷剂饱和温度之间的关系)

在此，当假定在式(1)和式(4)中热交换量Qa、Qg不变化时，热交换器性能(Ga·Cpa·εa、Gg·Cpg·εg)越高，热源温度(室外气温Taoi、流入载冷剂温度Tgoi)与制冷剂饱和温度Ts的温度差越变小。即，在制热的情况下，热源热交换器成为蒸发器而制冷剂饱和温度Ts比室外气温Taoi低，因此，热交换器性能越高，制冷剂饱和温度Ts越上升。另一方面，在制冷的情况下，热源热交换器成为冷凝器而制冷剂饱和温度Ts比流入载冷剂温度Tgoi高，因此，热交换器性能越高，制冷剂饱和温度Ts越下降。

因此，例如，当在制热运转中Qa>Qg时，在当前的运转条件(压缩机转速Ncomp、泵转速Npump、风扇转速Nfan)下，若增加来自地热热源的采热量以便在地下热源热交换器5b中得到与空气热源侧相同的热交换量，则需要降低制冷剂饱和温度Ts。而且，在制热的情况下，制冷剂温度越高，热泵的运转效率越增高。因此，若为了增加热交换量而降低制冷剂饱和温度Ts，则热泵的运转效率降低。另外，在制冷的情况下，制冷剂温度越低，热泵的运转效率越增高。因此，可以说利用由上述式(1)、(2)算出的热交换量大的热源时热泵的运转效率更高。

(热源切换控制流程)

图7是表示图1的空调系统中的使用热交换量的热源切换方法的流程图。以下，基于图7所示的流程说明热源的切换方法。

首先，在制热运转中(S01)中，控制装置30计算空气热源热交换量Qa和地下热源热交换量Qg(S02、S03)。该计算方法如上所述，根据风扇转速Nfan、压缩机转速Ncomp以及载冷剂泵转速计算热交换性能。接着，基于当前的室外气温Taoi、流入载冷剂温度Tgoi以及制冷剂饱和温度Ts，根据式(1)和式(4)计算空气热源热交换器5a的交换量Qa以及地下热源热交换器5b的热交换量Qg。

接着，对热交换量Qa与热交换量Qg的大小进行比较(S05)，在Qa比Qg大的情况下，仅利用空气热源(S06)。另一方面，在Qa为Qg以下的情况下，利用地下热源(S07)。

在结束选择所利用的热源时，以所选择的热源进行运转，再次考虑运转条件而开始热源的选择。

(具体例)

接着，针对热源选择流程中的具体例，表示数字的同时进行说明。

首先，对使当前正使用的热源保持原样不变地继续时更好的情况进行说明。

设室外气温为4℃、地下温度(流入载冷剂温度)为5℃、制冷剂温度为3℃，在单独运转中正利用地下热源热交换器5b。另外，设基于当前的运转条件算出的空气侧热交换性能为2、地下热源热交换器5b的性能为5。

此时，地下热源热交换器5b的热交换量Qg为Qg＝5×(5-3)＝10。

另一方面，空气热源热交换器5a的热交换量Qa为Qa＝2×(4-3)＝1。

另外，由于当前在单独运转中正利用地下热源热交换器5b，所以风扇8停止。因此，在计算热交换量Qa时，计算假设使风扇8工作的情况下的热交换量Qa，该风扇转速使用预先设定的风扇转速。该风扇转速既可以固定于某一值，也可以根据压缩机转速或室外气温而变化。压缩机转速以及室外气温可以作为当前的信息而得到，因此，若确定此时的风扇转速，则可以推定假设使风扇8工作的情况下的热交换量Qa。

关于在单独运转中正利用空气热源热交换器5a的情况下的、地下热源热交换器5b的热交换量Qg，也能够以相同的想法进行推定。即，计算假设使地热用泵22工作的情况下的热交换量Qg，该泵转速既可以设为预先设定的固定值，也可以根据地下温度而变化。

而且，在此，上述计算结果为Qa<Qg，因此，地下热源在相同制冷剂温度下能够采集的热交换量更大。因此，保持原样不变地仅使用地下热源热交换器5b时能够以更高的效率运转热泵装置40。

接着，对尽管室外气温比地下温度低但将室外空气作为热源进行运转时更好的情况进行说明。与上述同样地，设室外气温为4℃、地下温度为5℃、制冷剂温度为3℃，在单独运转中正利用地下热源热交换器5b。这一次，设基于当前的运转条件算出的空气侧热交换器性能为5、地下热源热交换器性能为2。

此时，地下热源热交换器5b的热交换量Qg为Qg＝2×(5-3)＝4。

另一方面，空气热源热交换器5a的热交换量Qa为Qa＝5×(4-3)＝5。

即，由于Qa>Qg，因此，空气热源在相同制冷剂温度下能够采集的热交换量更大。因此，相比保持原样不变地使用地下热源热交换器5b，从地下热源向空气热源切换时能够以更高的运转效率运转热泵装置40。

这样，在选择所利用的热源时，也考虑各热源热交换器各自的热交换器性能，从而可以准确判断从运转效率降低的观点来看真正有效的热源。

另外，也可以基于膨胀阀(膨胀阀4a、膨胀阀4b)的开度计算空气热源热交换器5a的热交换量Qa、地下热源热交换器5b的热交换量Qg。

例如，对由各自的膨胀阀以相同的出口制冷剂过热度控制各热源热交换器(空气热源热交换器5a、地下热源热交换器5b)的制冷剂侧出口温度的情况进行考虑。若假定膨胀阀中的压力损失是支配性的，则可以说制冷剂更多地流向膨胀阀的开度大的一方。即，可以说膨胀阀的开度大的一方处理更多的热交换量。因此，可以根据膨胀阀开度的大小来判断热交换量的大小。

各热源热交换器的出口制冷剂过热度(SH)可以基于各热源热交换器的出口制冷剂温度以及各热源热交换器的出口饱和温度而算出。具体而言，在各热源热交换器的出口测定制冷剂的饱和压力，根据该饱和压力求出出口饱和温度，在各热源热交换器的出口测定制冷剂的温度，从出口饱和温度减去该温度，从而算出出口制冷剂过热度(SH)。接着，对算出的出口制冷剂过热度的大小进行比较来判断热交换量的大小。

通常，膨胀阀由控制装置30算出的各热源热交换器的出口制冷剂过热度控制开度。于是，控制装置30对膨胀阀的开度的大小进行比较，从而可以判断各热源热交换器的热交换量的大小。这样一来，可以判断热交换量的大小，所以不需要各热源热交换器的性能等信息。因此，可以基于膨胀阀的开度信息以及制冷剂温度，容易地判断各热源热交换器的热交换量的大小。但是，若膨胀阀的出口处的制冷剂未成为过热气体，则不能准确判断热交换量的大小。

另外，为了检测各热源热交换器的出口制冷剂温度，在各热源热交换器的出口设置出口制冷剂温度检测器就行了。另外，为了检测各热源热交换器的出口饱和温度，在各热源热交换器的出口设置出口饱和温度检测器就行了。作为出口饱和温度检测器，可以使用吸入压力传感器33。

另外，也可以基于利用侧热交换器(水热交换器3)的出入口温度、以及一方的热源热交换器(空气热源侧交换器5a或地下热源热交换器5b)的热源出入口温度，算出空气热源热交换器5a的热交换量Q_s2、地下热源热交换器5b的热交换量Q_s1。

首先，控制装置30根据在利用侧热交换器(水热交换器3)的利用侧回路51中流动的利用侧热介质的出入口温度、以及在利用侧回路51中流动的利用侧热介质的流量，算出利用侧能力Q_l。接着，控制装置30算出压缩机1的输入W_comp。输入W_comp例如可以使用压缩机1的转速和高低压(排出制冷剂压力和吸入制冷剂压力)、或直接测定压缩机1的输入、或测定供给到压缩机1的电流值而算出。接着，使用Q_l以及W_comp求出热源侧的热交换量的合计Q_s。

在制热运转的情况下，通过Q_s＝Q_l-W_comp求出合计Q_s。

在制冷运转的情况下，通过Q_s＝Q_l+W_comp求出合计Q_s。

此后，控制装置30根据地下热源热交换器5b的出入口温度、以及在地下热源侧回路20中流动的地下热源侧介质的流量，计算热源侧热交换量Q_s1。热源侧热交换量的合计Q_s、空气热源热交换器5a的热交换量Q_s2、以及地下热源热交换器5b的热交换量Q_s1存在以下那样的关系。

Q_s＝Q_s1+Q_s2

因此，若知道Q_s以及Q_s1，则可以算出空气热源热交换器5a的热交换量Q_s2。因此，控制装置30可以判断空气热源热交换器5a的热交换量Q_s2、地下热源热交换器5b的热交换量Q_s1的大小。

这样一来，即便空气侧或地热侧的任一方的传感器类部件不能使用，也可以计算双方的热交换量。而且，若计算并使用空气热源热交换器5a的热交换量Q_s2，则由于地下热源侧介质的出入口温度和地热用泵22的地下热源侧介质的流量是明了的，因此，热源侧热交换量的计算精度提高。但是，由于导致所使用的传感器数增加，因此，与其相应地导致成本增加。另外，若多个传感器的各个偏差大，则误差容易增大。

如上所述，在本实施方式中，除温度条件(热源温度(室外气温以及地下温度)以及制冷剂温度)之外，还考虑反映了当前的运转条件(风扇转速Nfan、压缩机转速Ncomp、泵转速Npump)的、各热源热交换器各自的热交换性能来选择热源。因此，在进行单独运转时，可以进行与当前的运转条件相应的热源的选择，而且，通过按照预先确定的切换判断基准适当地进行同时运转，可以在全年以高效率使热泵装置40运转，可以抑制电力消耗。

这样，由于采用了考虑各热源热交换器的热交换性能来选择热源的方法，所以即便在室外气温比地下温度低的情况下，若空气热源热交换器5a的热交换量比地下热源热交换器5b大，则也利用空气热源热交换器5a。由此，与仅根据温度条件来选择热源的以往系统相比，可以选择从节能的观点来看适当的热源，从而可以抑制电力消耗。

另外，由于采用了考虑各热源热交换器的热交换性能来选择热源的方法，所以即便在地下温度比空气温度低的情况下，当地下热源热交换器5b的热交换量比空气热源热交换器5a大时也利用地下热源热交换器5b。由此，与仅根据温度条件来选择热源的以往系统相比，可以选择从节能的观点来看适当的热源，从而可以抑制电力消耗。

另外，在上述各实施方式中，说明了将地下热用作室外空气以外的热源的例子，但并不限于地下热，例如也可以将地下水、海水、河水、太阳能热水、锅炉等作为热源。

另外，在上述实施方式中，示出具有四通阀2的结构，但四通阀2不一定是必需的，也可以省略。

另外，在各实施方式中，作为应用热泵装置40的装置，说明了空调系统的例子，但并不限于此，也可以是供热水系统等。总之，可以应用于如下的系统，在该系统中进行制冷剂循环的加热运转，以使利用侧热交换器(水热交换器3)作为散热器起进行作用，空气热源热交换器5a作为蒸发器起作用。

另外，制冷剂回路10不限于图示的结构，如图8所示，也可以采用设置有三通阀60的结构。三通阀60设置于在制热运转时从空气热源热交换器5a以及地下热源热交换器5b分别流出的制冷剂汇合的汇合点P与地下热源热交换器5b之间。而且，三通阀60在通常运转和进行空气热源热交换器5a的除霜的除霜运转中，将流路切换到汇合点P侧或压缩机吸入侧。另外，图8的箭头表示除霜运转时的制冷剂的流动。

在除霜运转中，将四通阀2切换到制冷运转侧而使空气热源热交换器5a作为冷凝器起作用，另一方面，将三通阀60切换到压缩机吸入侧而使地下热源热交换器5b作为蒸发器起作用。由此，从压缩机1排出的制冷剂流入到空气热源热交换器5a进行空气热源热交换器5a的除霜。接着，除霜后的制冷剂在膨胀阀4a中被减压后分支为两部分，一部分流过水热交换器3，另一部分流过膨胀阀4b→地下热源热交换器5b→三通阀60后与流过水热交换器3的制冷剂汇合，通过制冷剂容器7a再次被吸入到压缩机1。另外，在该除霜运转时地热用泵22也被驱动来进行地下热源侧回路20中的地下热的采集，除压缩机1的做功量之外，在此采集的热量也可以用作除霜热量。

另外，在上述实施方式中，在选择空气热源时使地热用泵22停止，在选择地下热源时使风扇8停止，但并不一定必须使其停止，也有时在需要时使其驱动。例如，为了防止地下热源侧回路20的配管冻结，定期驱动地热用泵22。另外，为了进行控制装置30的基板散热或检测适当的室外气温，也有时驱动风扇8。

工业实用性

作为本发明的应用例，针对具有很多热源的热泵装置是有用的。

附图标记说明

1压缩机、2四通阀、3水热交换器、4a膨胀阀、4b膨胀阀、5a空气热源热交换器、5b地下热源热交换器、7a制冷剂容器、8风扇、10制冷剂回路、10a第一回路、10b第二回路、20地下热源侧回路、21地下热交换器、22地热用泵、30控制装置、31存储装置、32制冷剂温度传感器、33吸入压力传感器、34a室外气温传感器、34b地热温度传感器、40热泵装置、41制冷剂流路、42地下热源侧介质流路、50利用侧装置、51利用侧回路、52泵、60三通阀、100空调系统、P汇合点。

Claims (8)

1.一种热泵装置，其特征在于，具有：

制冷剂回路，所述制冷剂回路具有第一回路和第二回路，在所述第一回路中，依次连接压缩机、利用侧热交换器的制冷剂流路、第一减压装置、以及将作为第一热源的室外空气用作热源的第一热源热交换器，将第二减压装置以及第二热源热交换器的制冷剂流路串联连接而构成所述第二回路，所述第二回路与所述第一回路的所述第一减压装置以及所述第一热源热交换器并列连接；

热交换介质回路，所述热交换介质回路具有所述第二热源热交换器的热交换介质流路，与不同于室外空气的别的热源进行热交换而吸收所述别的热源的热的第二热源即热交换介质在所述热交换介质回路中循环；以及

控制装置，所述控制装置按照所述第一热源热交换器以及所述第二热源热交换器各自的热交换量，切换同时运转和单独运转，所述同时运转是使制冷剂在所述第一热源热交换器和所述第二热源热交换器双方流动的运转，所述单独运转是选择所述第一热源热交换器或所述第二热源热交换器而使制冷剂流动的运转。

2.如权利要求1所述的热泵装置，其特征在于，具有：

检测所述第一热源的温度的第一热源温度检测器；

检测所述第二热源的温度的第二热源温度检测器；以及

存储用于算出所述第一热源热交换器以及所述第二热源热交换器各自当前的热交换性能的信息的存储装置，

所述控制装置在从所述同时运转切换到所述单独运转时，

基于所述存储装置所存储的所述信息、由所述第一热源温度检测器检测到的所述第一热源的温度、以及由所述第二热源温度检测器检测到的所述第二热源的温度，算出所述第一热源热交换器以及所述第二热源热交换器各自的热交换量，并选择热交换量多的一方。

3.如权利要求2所述的热泵装置，其特征在于，

所述控制装置在切换到所述单独运转时，即便在所述第一热源的温度比所述第二热源的温度小的情况下，当所述第一热源热交换器的热交换量比所述第二热源热交换器的热交换量大时，也选择所述第一热源热交换器。

4.如权利要求2所述的热泵装置，其特征在于，

所述控制装置在切换到所述单独运转时，即便在所述第二热源的温度比所述第一热源的温度小的情况下，当所述第二热源热交换器的热交换量比所述第一热源热交换器的热交换量大时，也选择所述第二热源热交换器。

5.如权利要求2～4中任一项所述的热泵装置，其特征在于，具有：

向所述第一热源热交换器吹送所述第一热源的风扇；以及

配置于所述热交换介质回路并使所述第二热源循环的泵，

所述存储装置所存储的所述信息是为了使用包括所述压缩机的转速、所述风扇的转速以及所述泵的转速在内的当前的运转条件换算为所述第一热源热交换器以及所述第二热源热交换器各自的热交换性能而所需的信息。

6.如权利要求1所述的热泵装置，其特征在于，

所述控制装置在从所述同时运转切换到所述单独运转时，

基于所述第一减压装置的开度与所述第二减压装置的开度的比较，判断所述第一热源热交换器的热交换量与所述第二热源热交换器的热交换量的大小，并选择热交换量多的一方。

7.如权利要求1所述的热泵装置，其特征在于，具有：

检测所述第一热源的温度的第一热源温度检测器；

检测所述第二热源的温度的第二热源温度检测器；以及

存储用于算出所述第一热源热交换器以及所述第二热源热交换器各自当前的热交换性能的信息的存储装置，

所述控制装置在从所述同时运转切换到所述单独运转时，

根据在所述利用侧热交换器的利用侧回路中流动的利用侧热介质的出入口温度、在所述利用侧回路中流动的利用侧热介质的流量、以及所述压缩机的输入，算出热源侧的热交换量，

基于所述存储装置所存储的所述信息、由所述第一热源温度检测器检测到的所述第一热源的温度、以及由所述第二热源温度检测器检测到的所述第二热源的温度，算出所述第一热源热交换器或所述第二热源热交换器的热交换量，

通过所述热源侧的热交换量与第一热源热交换器或所述第二热源热交换器的热交换量的比较，选择所述第一热源热交换器以及所述第二热源热交换器中的热交换量多的一方。

8.如权利要求1～4、6、7中任一项所述的热泵装置，其特征在于，

作为所述别的热源，使用地热、地下水、海水、太阳能热水以及锅炉中的任一方。