CN203478673U - 热泵装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及热泵装置（40），从外气和其他的热源双方进行采热，控制装置（30）除了使用外气温度及地下温度以外，还使用空气热源换热器（5a）及地热源换热器（5b）的各自的热交换性能来算出热交换量。而且，控制装置（30）每当切换使制冷剂向空气热源换热器（5a）和地热源换热器（5b）双方流动的同时运转、和选择空气热源换热器（5a）或地热源换热器（5b）而使制冷剂流动的单独运转时，将算出的热交换量大的一方作为热源进行选择。由此，能够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

本实用新型涉及使用多个热源的热泵装置。

背景技术

制冷制热装置及热水供给器所使用的热泵装置一般将空气作为热源。

另外，在外气温度低的地域中，也开始使用在制热时利用地热的热泵装置。

在将空气的热量作为热源使用的空气热源热泵装置中，在制热运转时，在外气温度低的情况下，有时因吸入压力的降低或结霜等导致制热能力的降低。像这样，热泵装置的运转效率被外气温度影响。

在利用地热的地热热泵装置中，在地下温度比外气温度高的情况下，由于能够增多采热量，所以运转效率变得比空气热源热泵装置高。但是，在地下温度比外气温度低的情况下，相反地，地热热泵装置的运转效率变得比空气热源热泵装置差。

另外，虽然地下温度与外气温度相比，经过全年而温度变化小，但根据地域、深度和季节，温度变化幅度不同，仍然存在运转效率比空气热源热泵装置差的情况。

作为解决这些问题的手段，专利文献1公开了如下技术，即，对设置在地上的将外气作为热源的空气热源换热器、和将由埋设在地下的地热换热器采集的地热作为热源的地热换热器进行切换。在专利文献1中，切换流路，使得在外气温度为规定值以上、或制冷剂温度为规定值以上（例如向空气热源交换器结霜的温度以上）的情况下，利用空气热源换热器，在制冷剂温度为规定值以下的情况下，利用地热源换热器。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2010-216783号公报（图1、图4）

实用新型内容

实用新型要解决的课题

如专利文献1公开的那样，在分开使用地热源换热器和空气热源换热器的情况下，埋设在地下的地热换热器和空气热源换热器成为相同的处理能力地被设计了大小。一般来说，地热换热器与空气热源换热器相比，为了得到相同的处理能力所需的大小增大，另外，需要向地下埋设，从而需要挖掘作业等的施工费。由此，在设置了与空气热源换热器相同的处理能力的地热换热器的结构中，与空气热源或地热源单独的热泵装置相比，仍然导致大幅的成本上升。

因此，若不分开使用地热源换热器和空气热源换热器地从任意一方采热，而同时从外气和地下采热，则能够通过空气热源换热器补偿地热换热器的采热量的一部分。由此，具有能够削减必要的地热换热器尺寸、且抑制系统费用的优点。

但是，在从外气和地下同时采热的结构中，根据例如室内的负载小且压缩机的输入小的情况等运转条件，与从外气和地下双方采热相比，有时从一方采热的方式的系统效率更高。而且，在该情况下，选择空气热源和地热源的任意一个的方式的系统效率变高是受到了以下影响，即，由所搭载的空气热源换热器及地热源换热器的大小、通过空气热源换热器的风量、以及在地热源换热器中流通的液流量等决定的换热器的性能。因此，例如，即使外气温度比地下温度高，有时使用地热换热器采热的方式的系统效率变高，不是简单地仅通过温度来决定。

但是，在专利文献1中，每当选择从空气热源和地热源的哪一个进行采热时，仅使用制冷剂温度及热源温度（外气温度）这样的温度条件。由此，有时在保持系统效率低的状态下被使用，不能达到节能。

然而，近年来，作为热泵装置中的热源，除了外气以外，开始如上所述地利用地热，但还谋求地热以外的其他热源的利用。

本实用新型是鉴于上述方面而做出的，其目的是得到一种热泵装置，从外气和其他热源双方采热，通过选定适当的热源，能够经过全年地实现系统效率高的运转。

用于解决课题的技术方案

本实用新型的技术方案1的热泵装置具有：制冷剂回路，其具有第一回路和第二回路，所述第一回路是依次连接压缩机、利用侧换热器的制冷剂流路、第一减压装置、将第一热源即外气作为热源使用的第一热源换热器而成的，所述第二回路是串联连接第二减压装置及第二热源换热器的制冷剂流路而构成的，并与所述第一回路的所述第一减压装置及所述第一热源换热器并联连接；热交换介质回路，具有所述第二热源换热器的热交换介质流路和对第二热源即热交换介质进行输送的热源输送装置，所述第二热源与所述外气以外的热源进行热交换并对所述以外的热源的热量进行吸热，通过所述热源输送装置使所述热交换介质循环；控制装置，根据所述第一热源换热器及所述第二热源换热器中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向所述第一热源换热器和所述第二热源换热器双方流动，所述单独运转是选择所述第一热源换热器或所述第二热源换热器使制冷剂流动。

技术方案2记载的热泵装置是在技术方案1记载的热泵装置中，具有：

第一热源温度检测器，其检测所述第一热源的温度；

第二热源温度检测器，其检测所述第二热源的温度；

存储装置，其存储用于算出所述第一热源换热器及所述第二热源换热器各自的当前的热交换性能的信息，

所述控制装置被设定成每当从所述同时运转切换到所述单独运转时，

基于存储在所述存储装置中的所述信息、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、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，算出所述第一热源换热器及所述第二热源换热器的各自中的热交换量，并选择热交换量多的一方。

技术方案3记载的热泵装置是在技术方案2记载的热泵装置中，所述控制装置被设定成每当切换到所述单独运转时，即使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，在所述第一热源换热器的热交换量比所述第二热源换热器的热交换量大的情况下，也选择所述第一热源换热器。

技术方案4记载的热泵装置是在技术方案2记载的热泵装置中，所述控制装置被设定成每当切换到所述单独运转时，即使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，在所述第二热源换热器的热交换量比所述第二热源换热器的热交换量大的情况下，也选择所述第二热源换热器。

技术方案5记载的热泵装置是在技术方案2～4中任一个记载的热泵装置中，所述热源输送装置是使所述第二热源循环的泵，

具有向所述第一热源换热器吹送所述第一热源的风扇，

存储在所述存储装置中的所述信息是为了使用包含所述压缩机的转速、所述风扇的转速及所述泵的转速在内的当前的运转条件，换算成所述第一热源换热器及所述第二热源换热器各自的热交换性能所必需的信息。

技术方案6记载的热泵装置是在技术方案1记载的热泵装置中，所述控制装置被设定成每当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和所述第二减压装置的开度的比较，判断所述第一热源换热器的热交换量和所述第二热源换热器的热交换量的大小，并选择热交换量多的一方。

技术方案7记载的热泵装置是在技术方案1记载的热泵装置中，第一热源温度检测器，其检测所述第一热源的温度；

第二热源温度检测器，其检测所述第二热源的温度；

存储装置，其存储用于算出所述第一热源换热器及所述第二热源换热器各自的当前的热交换性能的信息，

所述控制装置被设定成每当从所述同时运转切换到所述单独运转时，

根据在所述利用侧换热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、所述压缩机的输入算出热源侧的热交换量，

基于存储在所述存储装置中的所述信息、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、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，算出所述第一热源换热器或所述第二热源换热器的热交换量，

根据所述热源侧的热交换量与第一热源换热器或所述第二热源换热器的热交换量的比较，选择所述第一热源换热器及所述第二热源换热器的热交换量多的一方。

技术方案8记载的热泵装置是在技术方案1～4、6、7任一个记载的热泵装置中，作为所述其他热源，使用地热、地下水、海水、太阳能热水及锅炉的任意一方。

技术方案9记载的热泵装置是在技术方案5记载的热泵装置中，作为所述其他热源，使用地热、地下水、海水、太阳能热水及锅炉的任意一方。

实用新型的效果

根据本实用新型，除了温度条件以外，还考虑了反映当前的运转条件的各热源换热器各自的热交换性能来选定适当的热源，由此，能够获得能够经过全年地实现系统效率高的运转的热泵装置。

附图说明

图1是表示本实用新型的一实施方式的热泵装置所适用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外气温度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外气温度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和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和制冷剂流速的关系的图。

图6是表示图1的空调系统中的风量和换热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型例的图。

具体实施方式

在以下说明的实施方式中，热泵装置所适用的系统采用进行制热及制冷的空调系统来进行说明。

图1是表示本实用新型的一实施方式的热泵装置所适用的空调系统的制冷剂回路的图。图1的箭头示出了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作为热源来进行制热及制冷。

＜＜热泵装置＞＞

热泵装置40具有供制冷剂循环的制冷剂回路10、地热源侧回路20、控制装置30和存储装置31，并被设置在室外。

＜制冷剂回路＞

制冷剂回路10具有第一回路10a和第二回路10b，所述第一回路10a是通过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、利用侧换热器即水换热器3、第一减压装置即膨胀阀4a、第一热源换热器即空气热源换热器5a而形成的，所述第二回路10b是与第一回路10a的一部分并联地连接而形成的。第二回路10b是串联连接第二减压装置即膨胀阀4b和第二热源换热器即地热源换热器5b的制冷剂流路41而构成的，并与第一回路10a的膨胀阀4a及空气热源换热器5a并联连接。

（压缩机）

压缩机1是例如全密闭式压缩机，并具有电动机部（未图示）和压缩部（未图示）被收纳在压缩机壳体（未图示）的结构。被压缩机1吸引的低压制冷剂被压缩成为高温高压制冷剂，并从压缩机1被排出。压缩机1通过控制装置30借助变频器（未图示）被控制转速，由此，控制热泵装置40的能力。这里，关于压力的高低，不用根据与成为基准的压力（数值）之间的关系来确定，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（包含中间）来表示。关于温度的高低也是同样的。

（水换热器）

水换热器3对利用侧装置50的利用侧回路51内的利用侧介质（这里是水）和制冷剂回路10内的制冷剂进行热交换。通过泵52使水在利用侧回路51中循环，在进行制热的情况下，水换热器3作为冷凝器发挥功能，利用制冷剂回路10的制冷剂的热量将水加热而生成热水。在进行制冷的情况下，水换热器3作为蒸发器发挥功能，利用制冷剂回路10的制冷剂的冷能冷却水而生成冷水。利用该热水或冷水对室内进行制热或制冷。该换热器的形态是将板层叠而成的板式、或由供制冷剂流动的传热管和供水流动的传热管构成的双层管式等，但在本实施方式中，可以采用任意一方。此外，在利用侧回路51中循环的利用侧介质不限于水，也可以采用载冷剂等防冻液。

（膨胀阀）

膨胀阀4a调整在空气热源换热器5a中流动的制冷剂流量。另外，膨胀阀4b调整在地热源换热器5b的制冷剂流路41中流动的制冷剂流量。各膨胀阀4a、4b的开度基于来自控制装置30的控制信号被可变地设定。膨胀阀4a、4b除了采用通过电气信号使开度可变的电子膨胀阀以外，还可以并联地连接多个孔板或毛细管，通过电磁阀等的开闭阀操作来控制向换热器流入的制冷剂流量。

（空气热源换热器）

空气热源换热器5a是由例如铜或铝构成的翅片管型换热器。空气热源换热器5a是将空气（外气）作为热源的换热器，对从风扇8供给的外气和制冷剂进行热交换。

（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，在制热运转时将水换热器3作为冷凝器利用，在制冷运转时将水换热器3作为蒸发器利用。

＜＜地热源侧回路＞＞

热交换介质回路即地热源侧回路20是通过配管依次连接地热源换热器5b的地热源侧介质流路（热交换介质流路）42、埋设在地下的地热换热器21、和热源输送装置即地热用泵22而构成的。载冷剂等防冻液即作为热交换介质的地热源侧介质在地热源侧回路20中循环，能够对地热进行采集。

（地热换热器）

向地热源换热器5b的成为热源换热器的地热换热器21例如由形成为大致U字形且竖直或水平地埋设在地下的树脂制的采热管组构成。即使埋设相同大小的采热管组，地热换热器21的热交换性能也因其埋设的地域及深度的不同而不同。

（地热源换热器）

地热源换热器5b对在制冷剂回路10中循环的制冷剂和在地热源侧回路20中循环的地热源侧介质进行热交换。由于通过地热换热器21对地热进行了采集的地热源侧介质流入地热源换热器5b的地热源侧介质流路42，所以从地下通过地热换热器21采集的热量被传递到制冷剂流路41侧的制冷剂。由此，制冷剂回路10对地热进行采集。地热源换热器5b与水换热器3同样地由板式或双层管式等构成，也可以使用任意一方。

＜控制装置＞

控制装置30基于来自各传感器的检测值，来进行压缩机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，使得室内温度成为由利用侧装置50设定的设定温度。另外，控制装置30进行包含四通阀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中存储用于算出空气热源换热器5a及地热源换热器5b的各自的当前的热交换性能的各种信息。关于各种信息在后面说明。

＜传感器的说明＞

在热泵装置40中根据需要设置温度或压力传感器。各传感器的检测值被输入控制装置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外气温度传感器34a、第二热源温度检测器即地热温度传感器34b、和制冷剂温度检测器即制冷剂温度传感器32。

外气温度传感器34a检测热源即外气的温度。地热温度传感器34b通过地热换热器21与地下之间进行热交换并检测由地热用泵22抽出的地热源侧介质的温度。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。此外，如图1所示，制冷剂温度传感器32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，通过控制装置30根据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））

以下，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外气温度和地下温度之间的关系的图。这里，地下温度比外气温度高。

低温低压的制冷剂被压缩机1压缩，成为高温高压的制冷剂而被排出。从压缩机1排出的高温高压的制冷剂通过被切换成制热用的四通阀2流入水换热器3，并向利用侧回路51的水散热。通过向水散热而成为低温高压的制冷剂分支成两部分，分别流入膨胀阀4a、4b而被减压。

被膨胀阀4a减压的制冷剂流入空气热源换热器5a，从外气吸收热量而蒸发，并从空气热源换热器5a流出。另一方面，被膨胀阀4b减压的制冷剂流入地热源换热器5b，与地热源侧介质进行热交换而吸热。通过这里的热交换，对地热进行采集。而且，对地热进行采集而蒸发了的制冷剂与从空气热源换热器5a流出的制冷剂合流，再通过四通阀2及制冷剂容器7a被吸引到压缩机1。

像这样，在通常运转下，进行使用了空气热源和地热源双方的同时运转，但进行使用了空气热源或地热源的单独运转的方式有时运转效率变高。同时运转和单独运转的切换不是本实用新型的特征，从而这里关于该切换方法并没有特别限定，但无论如何，根据预先决定的切换判断基准切换成高效率的运转。而且，本实用新型的特征在于，每当进行单独运转时，选择空气热源和地热源中的哪一个的选择方法。关于该选择方法在后面说明。此外，在以下的说明中，在没有特别区别与热源进行热交换的空气热源换热器5a和地热源换热器5b的情况下，有时总称为热源换热器。

（空气热源选择时的制冷剂动作（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，使膨胀阀4b关闭，使地热用泵22停止，并使风扇8运转。从压缩机1排出的制冷剂通过被切换到制热用的四通阀2而流入水换热器3，并向利用侧介质即水散热。在成为高压低温的制冷剂通过膨胀阀4a被减压之后，流入空气热源换热器5a，从外气吸收热量，由此，制冷剂蒸发。而且，从空气热源换热器5a流出的制冷剂再流入四通阀2之后，通过制冷剂容器7a并被吸引到压缩机1。

（地热热源选择时的制冷剂动作（制热运转））

在选择地热源的情况下，使膨胀阀4a关闭，对膨胀阀4b进行开度控制，驱动地热用泵22，并使风扇8停止。从压缩机1排出的制冷剂通过被切换成制热用的四通阀2而流入水换热器3，并向利用侧介质即水散热。在成为高压低温的制冷剂被膨胀阀4b减压之后，流入地热源换热器5b。

另一方面，在地热源侧回路20中，在地热换热器21中，地热源侧介质与地下之间进行热交换而对地热进行采集，对地热进行采集了的地热源侧介质流入地热源换热器5b。而且，制冷剂回路10的制冷剂在地热源换热器5b中与地热源侧介质进行热交换而对地热进行采集，并蒸发。而且，从地热源换热器5b流出的制冷剂再流入四通阀2之后，通过制冷剂容器7a并被吸引到压缩机1。

（通常运转时的制冷剂动作（制冷运转））

以下，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和热源温度（外气温度及地下温度）之间的关系的图。这里，地热温度比空气温度低。

低温低压的制冷剂被压缩机1压缩，成为高温高压的制冷剂被排出。从压缩机1排出的高温高压的制冷剂通过被切换成制冷用的四通阀2之后，分成两部分，一部分流入空气热源换热器5a，另一部分流入地热源换热器5b。

流入空气热源换热器5a的制冷剂向外气散热成为低温高压制冷剂并从空气热源换热器5a流出，流入膨胀阀4a被减压。另一方面，流入地热源换热器5b的制冷剂向地热源侧介质散热而成为低温高压制冷剂并从地热源换热器5b流出，流入膨胀阀4b而被减压。而且，被膨胀阀4b减压的制冷剂与被膨胀阀4a减压的制冷剂合流并流入水换热器3。流入水换热器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及制冷剂容器7a再被吸引到压缩机1。

（热源切换控制方法）

以下，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，算出各热源换热器各自中的热交换量，并选择热交换量多的一方。因此，需要算出各热源换热器各自中的热交换量。这里，对制热运转的情况、即将热源换热器作为吸热器利用的情况进行说明。

（空气热源换热器的热交换量Qa）

在制热运转时，空气热源换热器5a作为蒸发器发挥功能。在空气热源换热器5a中，在潮湿的空气中伴随着冷凝的情况（湿润面）多，但在这里，为了简化说明，对空气侧的换热器表面不伴随着冷凝（干燥面）的情况进行说明。

空气热源换热器5a的热交换量Qa能够使用通过空气热源换热器5a的风量Ga、空气的比热Cpa、空气侧温度效率εa、由外气温度传感器34a检测的外气温度Taoi、和由制冷剂温度传感器32检测的制冷剂饱和温度Ts，用式（1）表示。

【式1】

Q_a=G_a·C_pa·ε_a·(T_aoi-T_s)    ...(1)

制冷剂侧是饱和温度，在管内侧的流动方向上没有温度变化的情况下，空气侧温度效率εa能够使用空气热源换热器5a的空气侧传热面积Ao、热通过率Ka，用式（2）表示。

【式2】

${\mathrm{\ϵ}}_a=1-\exp (-\frac{A_o\·K_a}{G_a\·C_{\mathrm{pa}}})\·\·\·\left(2\right)$

热通过率Ka与空气侧传热率αo及制冷剂侧传热率αi如式（3）所示地成比例关系。而且，空气侧传热率αo与风量Ga成比例，制冷剂侧传热率αi与制冷剂流速Vref成比例。

【式3】

$K_a\∝\frac{1}{{\mathrm{\α}}_o}+\frac{1}{{\mathrm{\α}}_i}\·\·\·\left(3\right)$

另外，一般来说，风量Ga与风扇8的转速Nfan之间具有例如图4所示的关系，制冷剂流速Vref与压缩机转速Ncomp之间具有例如图5所示的关系。

因此，预先把握图4所示的风扇转速Nfan和风量Ga的关系、图5所示的压缩机转速Ncomp和制冷剂流速Vref的关系、风量Ga和空气侧传热率αo的关系、制冷剂流速Vref和制冷剂侧传热率αi的关系并预先存储在存储装置31内。而且，可使用这些关系以及当前的风扇转速Nfan和压缩机转速Ncomp，通过控制装置30算出表示空气热源换热器5a的热交换性能的Ga·Cpa·εa。

此外，也可以代替存储有风量Ga和空气侧传热率αo的关系、以及制冷剂流速Vref和制冷剂侧传热率αi的关系，如下地存储。即，如图6所示，按照每个制冷剂流速Vref1、Vref2、Vref3......预先存储风量Ga和Ga·Cpa·εa的关系。而且，也可以使用该关系、从图4求出的风量Ga、从图5求出的制冷剂流速Vref来求出Ga·Cpa·εa。此外，从图6可知，在风量Ga相同的情况下，随着制冷剂流速Vref变快，热交换性能提高。

而且，将由控制装置30算出的换热器性能Ga·Cpa·εa、外气温度Taoi、制冷剂饱和温度Ts代入式（1），能够算出空气热源换热器5a中的热交换量Qa。

此外，一般公知地，制冷剂侧传热率αi与空气侧传热率αo相比足够大。由此，从式（3）可知，热通过率Ka受空气侧支配。因此，只要预先把握空气侧传热率αo，就能够估计热通过率Ka。在本实施方式中，每当进行后述的是否需要追加热源的判断，考虑到压缩机转速、制冷剂流速、制冷剂侧传热率，但例如要简化该判断的情况等，忽视制冷剂侧，仅使用空气侧（也就是说，使用风扇转速Nfan、风速Ga、空气侧传热率αo），也能够进行大致地判断。

（地热源换热器的热交换量Qg）

以下，对地热源换热器5b中的热交换量Qg的算出方法进行说明。基本的考虑方式与空气侧相同。地热源换热器5b的热交换量Qg能够使用在地热源换热器5b中流通的地热源侧介质（这里是载冷剂）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检测出的流入载冷剂温度Tgoi、由制冷剂温度传感器32检测出的制冷剂饱和温度Ts用式（4）表示。此外，这里，将地下温度视为流入载冷剂温度来进行以下的计算。

【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能够使用换热器的传热面积Ag、热通过率Kg通过式（5）表示，热通过率Kg能够使用载冷剂侧传热率αg和制冷剂侧传热率αig通过式（6）表示。

【式5】

${\mathrm{\ϵ}}_g=1-\exp (-\frac{A_g\·K_g}{G_g\·C_{\mathrm{pa}}})\·\·\·\left(5\right)$

【式6】

$K_g\∝\frac{1}{{\mathrm{\α}}_g}+\frac{1}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ig}}}\·\·\·\left(6\right)$

与空气热源换热器5a同样地，载冷剂侧传热率αg与泵转速Npump成比例，制冷剂侧传热率αig与制冷剂流速Vrefg成比例。因此，预先把握泵转速Npump和载冷剂流量Gg的关系、压缩机转速Ncomp和制冷剂流速Vrefg的关系、载冷剂流量Gg和制冷剂侧传热率αig的关系、制冷剂流速Vrefg和制冷剂侧传热率αig的关系并预先存储在存储装置31中。而且，能够使用这些关系、以及当前的泵转速Npump和压缩机转速Ncomp，通过控制装置30算出表示地热源换热器5b的换热器的性能的Gg·Cpg·εg。

此外，也可以代替存储载冷剂流量Gg和载冷剂侧传热率αg的关系、以及制冷剂流速Vrefg和制冷剂侧传热率αig的关系，如下地存储。即，按照每个制冷剂流速Vrefg预先存储载冷剂流量Gg和Gg·Cpg·εg的关系。而且，也可以根据该关系、由泵转速Npump求出的载冷剂流量Gg、由压缩机转速Ncomp求出的制冷剂流速Vrefg来求出Gg·Cpg·εg。

而且，将由控制装置30算出的换热器性能Gg·Cpg·εg、流入载冷剂温度Tgoi、制冷剂饱和温度Ts代入式（4），由此能够算出地热源换热器5b的热交换量Qg。

（热交换量和制冷剂饱和温度的关系）

这里，在式（1）和式（4）中，若假设热交换量Qa、Qg不变，则换热器性能（Ga·Cpa·εa，Gg·Cpg·εg）越高，热源温度（外气温度Taoi、流入载冷剂温度Tgoi）和制冷剂饱和温度Ts的温度差越小。也就是说，在制热的情况下，热源换热器成为蒸发器，制冷剂饱和温度Ts比外气温度Taoi低，从而换热器性能越高，制冷剂饱和温度Ts越上升。另一方面，在制冷的情况下，热源换热器成为冷凝器，制冷剂饱和温度Ts比流入载冷剂温度Tgoi高，从而换热器性能越高，制冷剂饱和温度Ts越降低。

因此，例如，在制热运转下Qa＞Qg的情况下，以当前的运转条件（压缩机转速Ncomp、泵转速Npump、风扇转速Nfan），假设在要增大来自地热热源的采热量并由地热源换热器5b获得与空气热源侧同等的热交换量时，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，热泵的运转效率越高。由此，在为了提高热交换量，降低制冷剂饱和温度Ts时，热泵的运转效率降低。此外，在制冷的情况下，制冷剂温度越低，热泵的运转效率越高。由此，利用从上述式（1）、（2）算出的热交换量大的热源的方式可以说热泵的运转效率高。

（热源切换控制流程）

图7是表示图1的空调系统中的使用了热交换量的热源的切换方法的流程图。以下，以图7所示的流程为基础，对热源的切换方法进行说明。

首先，在制热运转中（S01）中，控制装置30算出空气热源热交换量Qa和地热源热交换量Qg（S02、S03）。该算出方法如上所述，根据风扇转速Nfan、压缩机转速Ncomp及载冷剂泵转速算出热交换性能。而且，基于当前的外气温度Taoi、流入载冷剂温度Tgoi及制冷剂饱和温度Ts，根据式（1）和式（4）算出空气热源换热器5a的交换量Qa及地热源换热器5b的热交换量Qg。

而且，对热交换量Qa和热交换量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，利用地热源（S07）。

在所利用的热源的选择结束时，用所选择的热源进行运转，再考虑运转条件开始热源的选择。

（具体例）

以下，关于热源选择流程中的具体例列举数字的同时进行说明。

首先，对保持继续采用当前所使用的热源的方式良好的情况进行说明。

外气温度为4℃、地下温度（流入载冷剂温度）为5℃、制冷剂温度为3℃，在单独运转中利用地热源换热器5b。另外，基于当前的运转条件算出的空气侧热交换性能为2，地热源换热器5b的性能为5。

此时，地热源换热器5b的热交换量Qg成为

Qg=5×（5-3）=10。

另一方面，空气热源换热器5a的热交换量Qa成为

Qa=2×（4-3）=2。

此外，由于当前是在单独运转中利用地热源换热器5b，所以风扇8停止。由此，每当算出热交换量Qa，算出假设使风扇8转动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。该风扇转速也可以固定为某值，也可以根据压缩机转速或外气温度变化。压缩机转速及外气温度能够作为当前的信息获得，从而若决定此时的风扇转速，就能够推定假设使风扇8转动的情况下的热交换量Qa。

对在单独运转下利用空气热源换热器5a的情况下的、地热源换热器5b的热交换量Qg，也能够通过同样的方式进行推定。也就是说，算出假设使地热用泵22转动的情况下的热交换量Qg，该泵转速可以采用预先设定的固定值，也可以根据地下温度变化。

而且，这里，上述算出结果成为Qa＜Qg，从而地热源这一方的能够以同一制冷剂温度采热的热交换量大。由此，直接仅使用地热源换热器5b的方式能够以高效率使热泵装置40运转。

以下，对无论外气温度是否比地下温度低、都将外气作为热源运转的方式良好的情况进行说明。与之前同样地外气温度为4℃、地下温度为5℃、制冷剂温度为3℃，在单独运转下利用地热源换热器5b。这次，基于当前的运转条件算出的空气侧换热器性能为5，地热源换热器性能为2。

此时，地热源换热器5b的热交换量Qg成为

Qg=2×（5-3）=4。

另一方面，空气热源换热器5a的热交换量Qa成为

Qa=5×（4-3）=5。

也就是说，由于成为Qa＞Qg，所以空气热源这一方的能够以同一制冷剂温度采热的热交换量大。由此，与直接使用地热源换热器5b相比，从地热源向空气热源切换的方式能够以更高的运转效率运转热泵装置40。

像这样，每当选择所利用的热源，还考虑各热源换热器各自的换热器性能，由此，从运转效率降低的观点出发，能够正确地判断真正有效的热源。

此外，也可以基于膨胀阀（膨胀阀4a、膨胀阀4b）的开度算出空气热源换热器5a的热交换量Qa、地热源换热器5b的热交换量Qg。

例如，考虑通过各自的膨胀阀以同一的出口制冷剂过热度控制各热源换热器（空气热源换热器5a、地热源换热器5b）的制冷剂侧出口温度的情况。若假设膨胀阀中的压力损失是可支配的，则可以说制冷剂大量地向膨胀阀的开度大的一方流动。也就是说，可以说膨胀阀的开度大的一方处理更多的热交换量。由此，能够以膨胀阀开度的大小判断热交换量的大小。

各热源换热器的出口制冷剂过热度（SH）能够基于各热源换热器的出口制冷剂温度和各热源换热器的出口饱和温度算出。具体来说，在各热源换热器的出口测定制冷剂的饱和压力，从该饱和压力求出出口饱和温度，在各热源换热器的出口测定制冷剂的温度，从出口饱和温度减去该温度，由此算出出口制冷剂过热度（SH）。而且，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，膨胀阀通过控制装置30所算出的各热源换热器的出口制冷剂过热度，被控制开度。因此，控制装置30对膨胀阀的开度的大小进行比较，能够判断各热源换热器的热交换量的大小。由此，能够判断热交换量的大小，从而不需要各热源换热器的性能等信息。由此，基于膨胀阀的开度信息和制冷剂温度，能够容易地判断各热源换热器的热交换量的大小。但是，在膨胀阀的出口处的制冷剂不成为过热气体时，不能正确地判断热交换量的大小。

此外，为了检测各热源换热器的出口制冷剂温度，预先在各热源换热器的出口设置出口制冷剂温度检测器即可。另外，为了检测各热源换热器的出口饱和温度，预先在各热源换热器的出口设置出口饱和温度检测器即可。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，也可以基于利用侧换热器（水换热器3）的出入口温度、一方的热源换热器（空气热源交换器5a或地热源换热器5b）的热源出入口温度算出空气热源换热器5a的热交换量Q_s2、地热源换热器5b的热交换量Q_s1。

首先，控制装置30根据在利用侧换热器（水换热器3）的利用侧回路51中流动的利用侧热介质的出入口温度、和在利用侧回路51中流动的利用侧热介质的流量算出利用侧能力Q₁。其次，控制装置30算出压缩机1的输入W_comp。输入W_comp例如能够通过使用压缩机1的转速和高低压（排出制冷剂压力和吸入制冷剂压力），或者直接测定压缩机1的输入，或者测定向压缩机1供给的电流值来算出。而且，使用Q₁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=Q₁-W_comp求出合计Q_s。

在制冷运转的情况下，通过Q_s=Q₁+W_comp求出合计Q_s。

由此，控制装置30根据地热源换热器5b的出入口温度、和在地热源侧回路20中流动的地热源侧介质的流量算出热源侧热交换量Q_s1。热源侧热交换量的合计Q_s、空气热源换热器5a的热交换量Q_s2和地热源换热器5b的热交换量Q_s1具有以下关系。

Q_s=Q_s1+Q_s2

因此，若得知Q_s及Q_s1，就能够算出空气热源换热器5a的热交换量Q_s2。由此，控制装置30能够判断空气热源换热器5a的热交换量Q_s2、地热源换热器5b的热交换量Q_s1的大小。

由此，即使不能使用空气侧或地热侧的任意的传感器类的部件，也能够算出双方的热交换量。另外，若算出并使用空气热源换热器5a的热交换量Q_s2，就能够明确地热源侧介质的出入口温度、和地热用泵22的地热源侧介质的流量，从而热源侧热交换量的算出精度提高。但是，由于所使用的传感器数量增加，所以相应地导致成本增加。另外，在多个传感器各个的偏差大时，误差容易变大。

以上，在本实施方式中，除了温度条件（热源温度（外气温度及地下温度）及制冷剂温度）以外，还考虑反映当前的运转条件（风扇转速Nfan、压缩机转速Ncomp、泵转速Npump）的、各热源换热器的热交换性能来选择热源。由此，每当进行单独运转时，能够进行处于当前的运转条件的热源的选择，另外，根据预先决定的切换判断基准适当地进行同时运转，由此，能够经过全年地以高效率运转热泵装置40，能够抑制消耗电力。

像这样，通过采用了考虑各热源换热器的热交换性能来选择热源的方法，即使在外气温度比地下温度低的情况下，若空气热源换热器5a的热交换量比地热源换热器5b大，就能够利用空气热源换热器5a。由此，与仅以温度条件选择热源的以往系统相比，从节能的观点出发，能够选择适当的热源，并能够抑制消耗电力。

另外，通过采用了考虑各热源换热器的热交换性能来选择热源的方法，即使在地下温度比空气温度低的情况下，在地热源换热器5b的热交换量比空气热源换热器5a大的情况下，也能够利用地热源换热器5b。由此，与仅以温度条件选择热源的以往系统相比，从节能的观点出发能够选择适当的热源，并能够抑制消耗电力。

此外，在上述各实施方式中，说明了作为外气以外的热源使用地热的例子，但不限于地热，也可以例如将地下水、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，示出了具有四通阀2的结构，但四通阀2不一定是必需的，能够省略。

另外，在各实施方式中，作为热泵装置40所适用的装置说明了空调系统的例子，但不限于此，也可以采用热水供给系统等。重要的是，利用侧换热器（水换热器3）作为散热器发挥作用，空气热源换热器5a作为蒸发器发挥作用，以此方式能够适用于供制冷剂循环的进行加热运转的系统。

另外，制冷剂回路10不限于图示的结构，如图8所示，也可以采用设置了三通阀60的结构。三通阀60被设置在制热运转时分别从空气热源换热器5a及地热源换热器5b流出的制冷剂合流的合流点P和地热源换热器5b之间。而且，三通阀60是在通常运转和进行将空气热源换热器5a除霜的除霜运转中，将流路切换到合流点P侧或压缩机吸入侧。此外，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切换到制冷运转侧并将空气热源换热器5a作为冷凝器发挥作用，而将三通阀60切换到压缩机吸入侧，并将地热源换热器5b作为蒸发器发挥作用。由此，从压缩机1排出的制冷剂流入空气热源换热器5a来进行空气热源换热器5a的除霜。而且，除霜后的制冷剂被膨胀阀4a减压之后，分支成两部分，一部分在水换热器3中流动，另一部分在以膨胀阀4b→地热源换热器5b→三通阀60的顺序流动之后，与在水换热器3中流动的制冷剂合流，通过制冷剂容器7a再被吸引到压缩机1。此外，在该除霜运转时，地热用泵22也被驱动，进行在地热源侧回路20中的地热的采集，除了压缩机1的作功量以外，这里采集的热量也能够作为除霜热量而利用。

此外，在上述实施方式中，在空气热源选择时，使地热用泵22停止，在地热源选择时，使风扇8停止，但不一定必须停止，必要时也被驱动。例如，地热用泵22为了防止地热源侧回路20的配管冻结而定期地被驱动。另外，有时为了控制装置30的基板散热或检测正确的外气温度，风扇8也被驱动。

工业实用性

作为本实用新型的活用例，对具有多个热源的热泵装置是有用的。

附图标记的说明

1压缩机，2四通阀，3水换热器，4a膨胀阀，4b膨胀阀，5a空气热源换热器，5b地热源换热器，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地热源侧回路，21地热换热器，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外气温度传感器，34b地热温度传感器，40热泵装置，41制冷剂流路，42地热源侧介质流路，50利用侧装置，51利用侧回路，52泵，60三通阀，100空调装置，P合流分支点。

Claims (9)

1.一种热泵装置，其特征在于，具有：

制冷剂回路，其具有第一回路和第二回路，所述第一回路是依次连接压缩机、利用侧换热器的制冷剂流路、第一减压装置、将第一热源即外气作为热源使用的第一热源换热器而成的，所述第二回路是串联连接第二减压装置及第二热源换热器的制冷剂流路而构成的，并与所述第一回路的所述第一减压装置及所述第一热源换热器并联连接；

热交换介质回路，其具有所述第二热源换热器的热交换介质流路、和与不同于所述外气的其他热源进行热交换并对所述其他热源吸热的第二热源即热交换介质进行输送的热源输送装置，通过所述热源输送装置供所述热交换介质循环；

控制装置，其被设定成根据所述第一热源换热器及所述第二热源换热器的各自中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向所述第一热源换热器和所述第二热源换热器双方流动，所述单独运转是选择所述第一热源换热器或所述第二热源换热器而使制冷剂流动。

2.如权利要求1所述的热泵装置，其特征在于，具有：

第一热源温度检测器，其检测所述第一热源的温度；

第二热源温度检测器，其检测所述第二热源的温度；

存储装置，其存储用于算出所述第一热源换热器及所述第二热源换热器各自的当前的热交换性能的信息，

所述控制装置被设定成每当从所述同时运转切换到所述单独运转时，

基于存储在所述存储装置中的所述信息、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、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，算出所述第一热源换热器及所述第二热源换热器的各自中的热交换量，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，所述控制装置被设定成每当切换到所述单独运转时，即使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，在所述第一热源换热器的热交换量比所述第二热源换热器的热交换量大的情况下，也选择所述第一热源换热器。

4.如权利要求2所述的热泵装置，其特征在于，所述控制装置被设定成每当切换到所述单独运转时，即使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，在所述第二热源换热器的热交换量比所述第二热源换热器的热交换量大的情况下，也选择所述第二热源换热器。

5.如权利要求2～4中任一项所述的热泵装置，其特征在于，

所述热源输送装置是使所述第二热源循环的泵，

具有向所述第一热源换热器吹送所述第一热源的风扇，

存储在所述存储装置中的所述信息是为了使用包含所述压缩机的转速、所述风扇的转速及所述泵的转速在内的当前的运转条件，换算成所述第一热源换热器及所述第二热源换热器各自的热交换性能所必需的信息。

6.如权利要求1所述的热泵装置，其特征在于，

所述控制装置被设定成每当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和所述第二减压装置的开度的比较，判断所述第一热源换热器的热交换量和所述第二热源换热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：

第一热源温度检测器，其检测所述第一热源的温度；

第二热源温度检测器，其检测所述第二热源的温度；

存储装置，其存储用于算出所述第一热源换热器及所述第二热源换热器各自的当前的热交换性能的信息，

所述控制装置被设定成每当从所述同时运转切换到所述单独运转时，

根据在所述利用侧换热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、所述压缩机的输入算出热源侧的热交换量，

基于存储在所述存储装置中的所述信息、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、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，算出所述第一热源换热器或所述第二热源换热器的热交换量，

根据所述热源侧的热交换量与第一热源换热器或所述第二热源换热器的热交换量的比较，选择所述第一热源换热器及所述第二热源换热器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，作为所述其他热源，使用地热、地下水、海水、太阳能热水及锅炉的任意一方。

9.如权利要求5所述的热泵装置，其特征在于，作为所述其他热源，使用地热、地下水、海水、太阳能热水及锅炉的任意一方。

Images