JP2015129616A

JP2015129616A - 複合熱源ヒートポンプ装置

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Publication number: JP2015129616A
Application number: JP2014001764A
Authority: JP
Inventors: 真典上田; Masanori Ueda; 眞柄　隆志; Takashi Magara; 隆志眞柄
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2034-01-08
Also published as: JP6143682B2

Abstract

【課題】暖房出力を高めることが可能な複合熱源ヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】複合熱源ヒートポンプ装置１は、第１加熱熱交換器４１、第２加熱熱交換器５１、および放熱端末３６を上流側から順に加熱配管３１で環状に接続して形成され、循環液が循環する加熱循環回路３０と、第１圧縮機４３を備え第１加熱熱交換器４１を介して前記循環液を加熱する第１ヒートポンプ回路４０と、第２圧縮機５３を備え第２加熱熱交換器５１を介して前記循環液を加熱する第２ヒートポンプ回路５０と、第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０の両方が作動する場合に（ステップＳ３でＹｅｓ）、第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度をＴ１、第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２となるように設定する（ステップＳ５）制御装置６とを有している。【選択図】図２

Description

本発明は、複合熱源ヒートポンプ装置に関し、特に、空気熱および地中熱を熱源とする複合熱源ヒートポンプ装置に関する。

近時、太陽の熱を受けて大地に蓄えられた「地中熱」は、年間を通して温度変化が少ないためこの地中熱エネルギーを有効活用できる地中熱ヒートポンプが注目されている。特に、地中熱ヒートポンプは、冬の寒さが厳しい寒冷地でも安定した暖房ができるという特質を有する。

従来、地中熱源と空気熱源を並列に連結したヒートポンプサイクル装置が知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載されたヒートポンプサイクル装置は、例えば、暖房運転を行う場合には、外気温度に応じて、空気熱源か地中熱源のいずれか一方を選択して採熱効率の高い熱源を利用して放熱端末側の熱媒（循環液）を加熱する。

特開２００６−１２５７６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたヒートポンプサイクル装置では、空気熱源か地中熱源のいずれか一方を熱源とするため、特に、冬季の寒冷地等において外気温が低く暖房負荷が過大になるような場合には暖房出力が不足しがちになることが想定される。

これに対し、放熱端末で放熱する熱媒（循環液）を循環させる加熱循環回路と、地中熱源を利用して加熱循環回路を循環する熱媒（循環液）を加熱する第１ヒートポンプ回路の第１加熱熱交換器と、空気熱源を利用して加熱循環回路を循環する熱媒（循環液）を加熱する第２ヒートポンプ回路の第２加熱熱交換器とを備え、加熱循環回路を循環する循環液の流れに対して、加熱循環回路に第１加熱熱交換器、第２加熱熱交換器の順に直列に接続したヒートポンプ装置（未公開である特願２０１２−１７５６２０）が提案されている。このヒートポンプ装置によれば、地中熱源と空気熱源の両方を利用して放熱端末側の循環液を加熱できるため、暖房出力を増すことが可能である。

かかるヒートポンプ装置において、仮に、空気熱源を利用して加熱する第２ヒートポンプ回路における第２加熱熱交換器の直上流側の加熱循環回路に、加熱循環回路を循環する循環液の温度を検出する温水温度センサを設置した場合、該温水温度センサは第１ヒートポンプ回路における第１加熱熱交換器にて加熱された後の循環液の温度を検出することになるため、放熱端末における暖房負荷が過小に評価されてしまって、総合的な暖房負荷に沿わない動作を招く。したがって、第１加熱熱交換器の直上流側の加熱循環回路に設置され、放熱端末から流出した循環液の温度を検出する一つの戻り温水温度センサの検出値から全体の暖房負荷を把握して、これに応じて第１ヒートポンプ回路および第２ヒートポンプ回路を作動させる必要がある。

圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度は、本来的には放熱端末側から加熱熱交換器に戻る循環液の温度に応じて最適な温度に決定されるものである。しかし、前記したような第１ヒートポンプ回路の第１加熱熱交換器と第２ヒートポンプ回路の第２加熱熱交換器とを加熱循環回路に対して直列に接続したヒートポンプ装置の場合、第２ヒートポンプ回路を循環する冷媒を圧縮する第２圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度は、第１加熱熱交換器の直上流側の加熱循環回路に設置した戻り温水温度センサの検出値に応じて決定されることになる。この場合、第２加熱熱交換器に戻る循環液はその前に第１加熱熱交換器により加熱されるため、その温度は戻り温水温度センサの検出値よりも高くなる。このため、戻り温水温度センサの検出値に応じて第２圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度が決定されてしまうと、第２加熱熱交換器に戻る循環液の既に高くなった温度をさらに上昇させるのに十分な加熱が行われず、暖房出力が低下してしまうという問題がある。

本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、暖房出力を高めることが可能な複合熱源ヒートポンプ装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、凝縮器としての第１加熱熱交換器、凝縮器としての第２加熱熱交換器、および放熱端末を上流側から順に加熱配管で環状に接続して形成され、循環液が循環する加熱循環回路と、第１圧縮機、前記第１加熱熱交換器、第１減圧手段、および地中熱を利用する蒸発器としての地中熱源熱交換器を第１冷媒配管で環状に接続して形成され、冷媒が循環するとともに前記第１加熱熱交換器を介して前記循環液を加熱する第１ヒートポンプ回路と、第２圧縮機、前記第２加熱熱交換器、第２減圧手段、および空気熱を利用する蒸発器としての空気熱源熱交換器を第２冷媒配管で環状に接続して形成され、冷媒が循環するとともに前記第２加熱熱交換器を介して前記循環液を加熱する第２ヒートポンプ回路と、前記第１ヒートポンプ回路および前記第２ヒートポンプ回路の両方が作動する場合に、前記第１圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度をＴ１、前記第２圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２となるように設定する制御手段と、を有することを特徴とする複合熱源ヒートポンプ装置である。

このような構成によれば、第１ヒートポンプ回路および第２ヒートポンプ回路の両方が作動する場合には、第２ヒートポンプ回路の第２圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度Ｔ２が、第１ヒートポンプ回路の第１圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度Ｔ１よりも高く設定される。これにより、第２加熱熱交換器を流通する冷媒の温度が高くなり、第２加熱熱交換器に戻る循環液の既に高くなった温度をさらに上昇させるのに十分な加熱が第２加熱熱交換器を介して行われ、暖房出力が高まる。
すなわち、暖房出力を高めることが可能な複合熱源ヒートポンプ装置を提供することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の複合熱源ヒートポンプ装置であって、前記制御手段は、前記第１ヒートポンプ回路および前記第２ヒートポンプ回路のうちの一方のみが作動する場合に、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機のうちの駆動される方から吐出される冷媒の目標吐出温度をＴ３としたとき、Ｔ３＝Ｔ１となるように設定することを特徴とする。

このような構成によれば、第１ヒートポンプ回路および第２ヒートポンプ回路のうちの一方のみが作動する場合には、第１圧縮機および第２圧縮機のうちの駆動される方から吐出される冷媒の目標吐出温度を、第１加熱熱交換器および第２加熱熱交換器のうちの加熱に使用される方に戻る直前の循環液の温度に応じて、最適な温度に決定することができ、暖房出力を効率良く得ることが可能となる。

請求項３に係る発明は、凝縮器としての第１加熱熱交換器、凝縮器としての第２加熱熱交換器、および放熱端末を上流側から順に加熱配管で環状に接続して形成され、循環液が循環する加熱循環回路と、第１圧縮機、前記第１加熱熱交換器、第１減圧手段、および地中熱を利用する蒸発器としての地中熱源熱交換器を第１冷媒配管で環状に接続して形成され、冷媒が循環するとともに前記第１加熱熱交換器を介して前記循環液を加熱する第１ヒートポンプ回路と、第２圧縮機、前記第２加熱熱交換器、第２減圧手段、および空気熱を利用する蒸発器としての空気熱源熱交換器を第２冷媒配管で環状に接続して形成され、冷媒が循環するとともに前記第２加熱熱交換器を介して前記循環液を加熱する第２ヒートポンプ回路と、前記加熱循環回路を循環する循環液の目標温水温度に応じて決定される、冷媒の圧縮後の目標吐出温度を示す第１テーブルデータおよび第２テーブルデータの２つのテーブルデータを記憶する記憶部と、前記第１ヒートポンプ回路および前記第２ヒートポンプ回路のうちの一方のみが作動する場合には、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機のうちの駆動される方から吐出される冷媒の目標吐出温度を、前記第１テーブルデータを参照して設定し、前記第１ヒートポンプ回路および前記第２ヒートポンプ回路の両方が作動する場合には、前記第１圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度を、前記第１テーブルデータを参照して設定し、前記第２圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度を、前記第２テーブルデータを参照して設定する制御部と、を有し、前記第２データテーブルの目標吐出温度は、前記第１データテーブルの目標吐出温度よりも高くされていることを特徴とする複合熱源ヒートポンプ装置である。

このような構成によれば、第１ヒートポンプ回路および第２ヒートポンプ回路の両方が作動する場合には、第２ヒートポンプ回路の第２圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度が、第１ヒートポンプ回路の第１圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度よりも高く設定される。これにより、第２加熱熱交換器を流通する冷媒の温度が高くなり、第２加熱熱交換器に戻る循環液の既に高くなった温度をさらに上昇させるのに十分な加熱が第２加熱熱交換器を介して行われ、暖房出力が高まる。
すなわち、暖房出力を高めることが可能な複合熱源ヒートポンプ装置を提供することができる。
また、第１ヒートポンプ回路および第２ヒートポンプ回路のうちの一方のみが作動する場合には、第１圧縮機および第２圧縮機のうちの駆動される方から吐出される冷媒の目標吐出温度を、第１加熱熱交換器および第２加熱熱交換器のうちの加熱に使用される方に戻る直前の循環液の温度に応じて、最適な温度に決定することができ、暖房出力を効率良く得ることが可能となる。

本発明によれば、暖房出力を高めることが可能な複合熱源ヒートポンプ装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置の主要なユニットを示す外観構成図である。図１に示される複合熱源ヒートポンプ装置の全体構成を示す図である。暖房運転時における第１圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度、および第２圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度の設定処理の内容を示すフローチャートである。第１テーブルデータの一例を示す図である。第２テーブルデータの一例を示す図である。本実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置による暖房出力を説明するための一例を示す模式図である。比較例に係る複合熱源ヒートポンプ装置による暖房出力を説明するための一例を示す模式図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１の主要なユニットを示す外観構成図である。図２は、図１に示される複合熱源ヒートポンプ装置１の全体構成を示す図である。

図１に示すように、本実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１は、第１ヒートポンプ回路４０（図２参照）を備える地中熱ヒートポンプユニット４と、第２ヒートポンプ回路５０（図２参照）を備える空気熱ヒートポンプユニット５とを有している。また、複合熱源ヒートポンプ装置１は、放熱端末３６に熱媒としての循環液（例えば、温水）を循環させる負荷側循環回路としての加熱循環回路３０と、熱源側循環回路としての地中熱循環回路２０と、複合熱源ヒートポンプ装置１の動作を制御する制御手段としての制御装置６（６１，６２）と、制御装置６に信号を送るリモコン６０とを有している。

図２に示すように、本実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１は、地中熱源を利用して放熱端末３６側の循環液を加熱する第１ヒートポンプ回路４０の第１加熱熱交換器４１と、空気熱源を利用して放熱端末３６側の循環液を加熱する第２ヒートポンプ回路５０の第２加熱熱交換器５１とを加熱循環回路３０に対して直列に接続した複合熱源ヒートポンプ装置であり、加熱循環回路３０を循環する循環液の流れに対して、第１加熱熱交換器が第２加熱熱交換器よりも上流側に配設されている。この複合熱源ヒートポンプ装置１は、暖房装置および冷房装置として機能させることができるが、以下の実施形態においては主として暖房装置として使用している場合の構成要素および動作について説明する。

第１ヒートポンプ回路４０は、冷媒を圧縮する能力可変の第１圧縮機４３と、第１圧縮機４３から吐出された高温冷媒を流通させ、この高温冷媒と加熱循環回路３０を流れる循環液との熱交換を行う凝縮器としての第１加熱熱交換器４１と、第１加熱熱交換器４１から流出する冷媒を減圧する第１減圧手段としての第１膨張弁４４と、第１膨張弁４４からの減圧した低温冷媒を流通させこの低温冷媒と地中熱循環回路２０を流れる熱媒との熱交換を行う蒸発器としての地中熱源熱交換器４５と、これらを環状に接続する第１冷媒配管４２とを備えて構成されている。この第１ヒートポンプ回路４０は、冷媒が循環するとともに、第１加熱熱交換器４１を介して加熱循環回路３０を流れる循環液を加熱する。

また、図２に示す地中熱ヒートポンプユニット４において、符号４２ａは、第１圧縮機４３から吐出された冷媒の温度を検出する第１冷媒吐出温度センサであり、符号４２ｂは、第１膨張弁４４から第１圧縮機４３に至るまでの地中熱源熱交換器４５側の第１冷媒配管４２、つまり低圧側の第１冷媒配管４２に設けられ、低圧側の冷媒の温度を検出する第１冷媒温度センサである。

第２ヒートポンプ回路５０は、冷媒を圧縮する能力可変の第２圧縮機５３と、第２圧縮機５３から吐出された高温冷媒を流通させ、この高温冷媒と加熱循環回路３０を流れる循環液との熱交換を行う凝縮器としての第２加熱熱交換器５１と、第２加熱熱交換器５１から流出する冷媒を減圧する第２減圧手段としての第２膨張弁５４と、第２膨張弁５４からの減圧した低温冷媒を流通させこの低温冷媒と送風ファン５６の作動により送られる空気との熱交換を行う蒸発器としての空気熱源熱交換器５５と、これらを環状に接続する第２冷媒配管５２とを備えて構成されている。この第２ヒートポンプ回路５０は、冷媒が循環するとともに、第２加熱熱交換器５１を介して加熱循環回路３０を流れる循環液を加熱する。

第２冷媒配管５２には、第２ヒートポンプ回路５０における冷媒の流れ方向を切り替える４方弁５８が設けられている。本実施形態では、空気熱源熱交換器５５が低温となり着霜した場合に、第２圧縮機５３から吐出される冷媒が空気熱源熱交換器５５に向けて流れるように４方弁５８が切り替えられて、第２圧縮機５３からの高温冷媒により空気熱源熱交換器５５に着いた霜が溶かされるようになっている。

また、図２に示す空気熱ヒートポンプユニット５において、符号５２ａは、第２圧縮機５３から吐出された冷媒の温度を検出する第２冷媒吐出温度センサであり、符号５２ｂは、第２膨張弁５４から第２圧縮機５３に至るまでの空気熱源熱交換器５５側の第２冷媒配管５２、つまり低圧側の第２冷媒配管５２に設けられ、低圧側の冷媒の温度を検出する第２冷媒温度センサである。

なお、第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０の冷媒としては、二酸化炭素冷媒やＨＦＣ冷媒等の任意の冷媒を用いることができる。

第１加熱熱交換器４１、地中熱源熱交換器４５、および第２加熱熱交換器５１は、例えばプレート式熱交換器で構成されている。このプレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートが積層され、冷媒を流通させる冷媒流路と熱媒である流体を流通させる流体流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されているものである。

地中熱循環回路２０は、地中熱源熱交換器４５と、地中熱源熱交換器４５を流通する冷媒を加熱する熱源として地中に設置された地中熱交換器２３と、これらを環状に接続する地中熱配管２１とを備えて構成されている。また、地中熱配管２１には、地中熱循環回路２０に熱媒としてエチレングリコールやプロピレングリコール等を添加した不凍液を循環させる回転速度（単位時間当たりの回転数）可変の地中熱循環ポンプ２２が設けられている。なお、図２における符号２４は、熱媒を貯留し地中熱循環回路２０の圧力を調整する地中用シスターンである。

ここで、地中熱循環回路２０では、暖房運転を行う際に、地中熱交換器２３によって地中から地中熱を採熱し、その熱を帯びた熱媒が地中熱循環ポンプ２２により地中熱源熱交換器４５に供給される。そして、地中熱源熱交換器４５にて、地中熱源熱交換器４５の冷媒流路を流通する冷媒と地中熱源熱交換器４５の流体流路を流通する熱媒とが対向して流れて熱交換が行われ、地中熱交換器２３にて採熱された地中熱が地中熱ヒートポンプユニット４の冷媒側に汲み上げられて冷媒が加熱され、地中熱源熱交換器４５は蒸発器として機能するものとなる。

加熱循環回路３０は、凝縮器としての第１加熱熱交換器４１と、凝縮器としての第２加熱熱交換器５１と、被空調空間を加熱する床暖房パネルやパネルコンベクタ等の負荷端末としての放熱端末３６と、これらを上流側から順に環状に接続する加熱配管３１とを備えて構成されている。また、加熱配管３１には、加熱循環回路３０に循環液を循環させる加熱循環ポンプ３２が設けられており、放熱端末３６毎に分岐した加熱配管３１の各々には、その開閉により放熱端末３６への循環液の供給を制御する熱動弁３３がそれぞれ設けられている。なお、放熱端末３６は、図２では２つ設けられているが、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。

このように、加熱循環回路３０において凝縮器としての第１加熱熱交換器４１と凝縮器としての第２加熱熱交換器５１とが直列に接続されており、加熱循環回路３０を循環する循環液は、第１加熱熱交換器４１を流通した後で、第２加熱熱交換器５１を流通して、放熱端末３６に供給されるように構成されている。

なお、図２に示す加熱循環回路３０において、符号３４は、加熱配管３１に設けられ放熱端末３６から第１加熱熱交換器４１に流入する循環液の温度を検出する戻り温水温度センサであり、符号３５は、循環液を貯留し加熱循環回路３０の圧力を調整する暖房用シスターンである。

制御装置６は、地中熱循環回路２０、第１ヒートポンプ回路４０、および加熱循環回路３０の動作を制御する地中熱ヒートポンプ制御装置６１と、第２ヒートポンプ回路５０の動作を制御する空気熱ヒートポンプ制御装置６２とを備えている。制御装置６は、各種のデータやプログラムを記憶する記憶部と、演算・制御処理を行う制御部とを備えており、外気温センサ５７や温度センサ４２ａ，４２ｂ等の各温度センサ、およびリモコン６０からの信号を受けて、複合熱源ヒートポンプ装置１の動作を制御できるようになっている。

制御装置６は、暖房運転中、第１加熱熱交換器４１の直上流側の循環液の温度を検出する戻り温水温度センサ３４の検出値が、設定された目標温水温度になるように、第１ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３の回転速度と、第２ヒートポンプ回路５０の第２圧縮機５３の回転速度とをそれぞれ制御する。すなわち、制御装置６は、第１加熱熱交換器４１の直上流側の加熱循環回路３０に設置され放熱端末３６から流出した循環液の温度を検出する一つの戻り温水温度センサ３４の検出値から全体の暖房負荷を把握して、これに応じて第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０の作動を制御するように構成されている。

また、制御装置６は、第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度を、戻り温水温度センサ３４の検出値に基づいて制御される第１圧縮機４３の回転速度と、リモコン６０の設定値に基づいて設定される目標温水温度とに基づいて決定し設定する。そして、制御装置６は、暖房運転中、冷媒吐出温度センサ４２ａの検出する第１圧縮機４３から吐出された冷媒の温度が、設定された目標吐出温度になるように、第１膨張弁４４の開度を開閉制御する。さらに、制御装置６は、第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度を、戻り温水温度センサ３４の検出値に基づいて制御される第２圧縮機５３の回転速度と、リモコン６０の設定値に基づいて設定される目標温水温度とに基づいて決定し設定する。そして、制御装置６は、暖房運転中、冷媒吐出温度センサ５２ａの検出する第２圧縮機５３から吐出された冷媒の温度が、設定された目標吐出温度になるように、第２膨張弁５４の開度を開閉制御する。

次に、図１および図２に示す複合熱源ヒートポンプ装置１の動作について説明する。
放熱端末３６によって加熱される被空調空間にはリモコン６０が各々設置されており、リモコン６０から被空調空間の加熱の指示がなされると、制御装置６は、外気温センサ５７の検出する外気温度に基づき、地中熱源を利用する第１ヒートポンプ回路４０および空気熱源を利用する第２ヒートポンプ回路５０のうち、熱源として採熱効率のよい方を選択して作動させる。

例えば春季や秋季のように外気温度がそれほど低くない場合（例えば５℃以上）で、暖房負荷が小さい場合には、制御装置６は、空気熱源を利用する第２ヒートポンプ回路５０のみを作動させる。この場合、制御装置６は、第２圧縮機５３、第２膨張弁５４、送風ファン５６、および加熱循環ポンプ３２の駆動を開始させ、負荷運転としての暖房運転が開始される。暖房運転が開始されると、第２加熱熱交換器５１では加熱循環ポンプ３２により循環される循環液と第２圧縮機５３から吐出された高温高圧の冷媒とが熱交換され、加熱された循環液が放熱端末３６に供給され被空調空間を加熱するとともに、空気熱源熱交換器５５では、送風ファン５６の作動により送られる空気と第２膨張弁５４から吐出された低温低圧の冷媒とが熱交換され、空気熱により冷媒を加熱し蒸発させる。なお、この場合、加熱循環回路３０を循環する循環液は、第１加熱熱交換器４１も通過することになるが、このときには第１ヒートポンプ回路４０は作動していないため、第１加熱熱交換器４１では加熱されることなく通過する。

一方、冬季のように外気温度が低い場合（例えば５℃以下）には、制御装置６は、地中熱源を利用する第１ヒートポンプ回路４０のみを作動させる。この場合、制御装置６は、第１圧縮機４３、第１膨張弁４４、地中熱循環ポンプ２２、および加熱循環ポンプ３２の駆動を開始させ、負荷運転としての暖房運転が開始される。暖房運転が開始されると、第１加熱熱交換器４１では加熱循環ポンプ３２により循環される循環液と第１圧縮機４３から吐出された高温高圧の冷媒とが熱交換され、加熱された循環液が放熱端末３６に供給され被空調空間を加熱するとともに、地中熱源熱交換器４５では、地中熱循環ポンプ２２により循環され地中熱交換器２３を介して地中熱を採熱した熱媒と第１膨張弁４４から吐出された低温低圧の冷媒とが熱交換され、地中熱により冷媒を加熱し蒸発させる。なお、この場合、加熱循環回路３０を循環する循環液は、第２加熱熱交換器５１も通過することになるが、このときには第２ヒートポンプ回路５０は作動していないため、第２加熱熱交換器５１では加熱されることなく通過する。

また、暖房運転の立ち上げ時や、外気温度がさらに低下する等して暖房負荷が大きくなり第１ヒートポンプ回路４０の作動のみでは所望の暖房出力が得られないときなどに、制御装置６は、地中熱源を利用する第１ヒートポンプ回路４０、および空気熱源を利用する第２ヒートポンプ回路５０の両方を作動させる。暖房運転の立ち上げ時を例とした場合、制御装置６は、第１圧縮機４３、第１膨張弁４４、地中熱循環ポンプ２２、第２圧縮機５３、第２膨張弁５４、送風ファン５６、および加熱循環ポンプ３２の駆動を開始させ、負荷運転としての暖房運転が開始される。暖房運転が開始されると、第１加熱熱交換器４１では、加熱循環ポンプ３２により循環される循環液と第１圧縮機４３から吐出された高温高圧の冷媒とが対向して流れて熱交換が行われて循環液が加熱され、また、第２加熱熱交換器５１では、加熱循環ポンプ３２により循環される循環液と第２圧縮機５３から吐出された高温高圧の冷媒とが対向して流れて熱交換が行われて循環液が加熱される。このように、加熱循環回路３０を循環する循環液は、第１加熱熱交換器４１で加熱された後、第２加熱熱交換器５１でも加熱されて、熱動弁３３を介して放熱端末３６に送られ、リモコン６０により指示された被空調空間を加熱する。

次に、図３のフローチャートを参照して、暖房運転時における第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度、および第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度の設定処理について説明する。

図３に示すように暖房運転が開始されると、制御装置６は、まず、地中熱源を利用する第１ヒートポンプ回路４０、および空気熱源を利用する第２ヒートポンプ回路５０のうちの、第１ヒートポンプ回路４０のみが作動しているか否かを判断する（ステップＳ１）。

ステップＳ１において第１ヒートポンプ回路４０のみが作動していると判断された場合（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御装置６は、図４に示す第１テーブルデータＴＡを参照して、第１ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度Ｔ３を決定して設定する（ステップＳ４）。なお、この目標吐出温度Ｔ３は、後記する第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０の両方が作動する場合の第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度Ｔ１と、同一の設定条件（圧縮機の回転速度および目標温水温度が同じ）の下で同じ値とされる。

図４は、第１テーブルデータＴＡの一例を示す図である。第１テーブルデータＴＡは、圧縮機４３，５３の回転速度と、リモコン６０の設定値に基づいて設定される目標温水温度とに基づいて決まる、圧縮機４３，５３から吐出される冷媒の目標吐出温度を示している。この第１テーブルデータＴＡは、第１ヒートポンプ回路４０が単独で作動する場合に第１ヒートポンプ回路４０について参照され、あるいは後記するように第２ヒートポンプ回路５０が単独で作動する場合に第２ヒートポンプ回路５０について参照され、あるいは後記するように第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０の両方が作動する場合に第１ヒートポンプ回路４０について参照される。なお、第１テーブルデータＴＡは、制御装置６に内蔵される記憶部に保存されている。
そして、ステップＳ４の後、制御装置６は、ステップＳ１に処理を戻す。

一方、ステップＳ１において第１ヒートポンプ回路４０のみが作動している状態ではないと判断された場合（ステップＳ１でＮｏ）、制御装置６は、ステップＳ２に処理を移行させる。

ステップＳ２では、制御装置６は、地中熱源を利用する第１ヒートポンプ回路４０、および空気熱源を利用する第２ヒートポンプ回路５０のうちの、第２ヒートポンプ回路５０のみが作動しているか否かを判断する（ステップＳ２）。

ステップＳ２において第２ヒートポンプ回路５０のみが作動していると判断された場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、制御装置６は、図４に示す第１テーブルデータＴＡを参照して、第２ヒートポンプ回路５０の第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度Ｔ３を決定して設定する。（ステップＳ４）。
そして、ステップＳ４の後、制御装置６は、ステップＳ１に処理を戻す。

一方、ステップＳ２において第２ヒートポンプ回路５０のみが作動している状態ではないと判断された場合（ステップＳ２でＮｏ）、制御装置６は、ステップＳ３に処理を移行させる。

ステップＳ３では、制御装置６は、地中熱源を利用する第１ヒートポンプ回路４０、および空気熱源を利用する第２ヒートポンプ回路５０の両方が作動しているか否かを判断する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０の両方が作動していると判断された場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、制御装置６は、図４に示す第１テーブルデータＴＡを参照して、第１ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度Ｔ１を決定して設定するとともに、図５に示す第２テーブルデータＴＢを参照して、第２ヒートポンプ回路５０の第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度Ｔ２を決定して設定する（ステップＳ５）。

図５は、第２テーブルデータＴＢの一例を示す図である。第２テーブルデータＴＢは、第２圧縮機５３の回転速度と、リモコン６０の設定値に基づいて設定される目標温水温度とに基づいて決まる、第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度を示している。この第２テーブルデータＴＢは、第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０の両方が作動する場合に第２ヒートポンプ回路５０について参照される。なお、第２テーブルデータＴＢは、制御装置６に内蔵される記憶部に保存されている。

図４と図５とを比較すればわかるように、図５に示す目標吐出温度の値は、図４に示す目標吐出温度の値よりも高くされている。したがって、地中熱源を利用する第１ヒートポンプ回路４０、および空気熱源を利用する第２ヒートポンプ回路５０の両方が作動して暖房運転が行われている場合には、第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度Ｔ２は、第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度Ｔ１よりも大きくなるように設定される。
そして、ステップＳ５の後、またはステップＳ３でＮｏと判断された場合、制御装置６は、ステップＳ１に処理を戻す。

図６は、本実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１による暖房出力を説明するための一例を示す模式図である。図７は、比較例に係る複合熱源ヒートポンプ装置による暖房出力を説明するための一例を示す模式図である。図７に示す比較例に係る複合熱源ヒートポンプ装置では、第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度と、第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度との両方が、図４に示す第１テーブルデータＴＡを参照して決定されて設定される。なお、図６および図７は、例えば、圧縮機４３，５３の回転速度が９０ｒｐｓであり、目標温水温度が３０℃である場合について示す。また、図６および図７において、加熱循環回路３０に沿って付した値は、加熱循環回路３０を循環する循環液のその値が付された位置における温度を示す。

図７に示すように、比較例に係る複合熱源ヒートポンプ装置では、第１ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度は、図４に示す第１テーブルデータＴＡから、６０℃と決定されて設定される。また、第２ヒートポンプ回路５０の第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度も、図４に示す第１テーブルデータＴＡから、６０℃と決定されて設定される。この場合、暖房出力（最大出力）は、例えば６ＫＷ＋５ＫＷ＝１１ＫＷとなる。

一方、図６に示すように、本実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１では、制御装置６は、図４に示す第１テーブルデータＴＡを参照して、第１ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度を、６０℃と決定して設定する。また、制御装置６は、図５に示す第２テーブルデータＴＢを参照して、第２ヒートポンプ回路５０の第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度を、７０℃と決定して設定する。この場合、暖房出力（最大出力）は、例えば６ＫＷ＋６ＫＷ＝１２ＫＷに向上する。
このようにして安定した高い暖房出力を得ることができる。

前記したように、本実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１は、第１加熱熱交換器４１、第２加熱熱交換器５１、および放熱端末３６を上流側から順に加熱配管３１で環状に接続して形成され、循環液が循環する加熱循環回路３０と、第１圧縮機４３を備え第１加熱熱交換器４１を介して前記循環液を加熱する第１ヒートポンプ回路４０と、第２圧縮機５３を備え第２加熱熱交換器５１を介して前記循環液を加熱する第２ヒートポンプ回路５０と、第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０の両方が作動する場合に、第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度をＴ１、第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２となるように設定する制御装置６とを有している。

したがって、このような本実施形態によれば、第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０の両方が作動する場合には、第２ヒートポンプ回路５０の第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度Ｔ２が、第１ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度Ｔ１よりも高く設定される。これにより、第２加熱熱交換器５１を流通する冷媒の温度が高くなり、第２加熱熱交換器５１に戻る循環液の既に高くなった温度をさらに上昇させるのに十分な加熱が第２加熱熱交換器５１を介して行われ、暖房出力が高まる。
すなわち、暖房出力を高めることが可能な複合熱源ヒートポンプ装置１を提供することができる。
また、第２圧縮機５３から吐出される冷媒の目標吐出温度を上げることにより、空気熱源熱交換器５５での冷媒の温度と第２圧縮機５３に吸入される冷媒の温度との差が大きくなるため、第２ヒートポンプ回路５０における冷凍サイクルの効率が向上する。
さらに、図６に示すように、空気熱源を利用して加熱する第２ヒートポンプ回路５０の第２加熱熱交換器５１を経て放熱端末３６に戻る加熱循環回路３０の循環液の温度が高まり、速暖性を確保することができる。

また、本実施形態では、制御装置６は、第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０のうちの一方のみが作動する場合に、第１圧縮機４３および第２圧縮機５３のうちの駆動される方から吐出される冷媒の目標吐出温度をＴ３としたとき、Ｔ３＝Ｔ１となるように設定する。ここで、Ｔ１は、前記したように、第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０の両方が作動する場合の第１圧縮機４３から吐出される冷媒の目標吐出温度である。

このような構成によれば、第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０のうちの一方のみが作動する場合には、第１圧縮機４３および第２圧縮機５３のうちの駆動される方から吐出される冷媒の目標吐出温度Ｔ３を、第１加熱熱交換器４１および第２加熱熱交換器５１のうちの加熱に使用される方に戻る直前の循環液の温度に応じて、最適な温度に決定することができ、暖房出力を効率良く得ることが可能となる。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、前記実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。また、前記実施形態の構成の一部について、追加、削除、置換をすることができる。

例えば、前記実施形態では、制御装置６は、図４に示す第１テーブルデータＴＡ、または図５に示す第２テーブルデータＴＢを参照して、圧縮機４３，５３から吐出される冷媒の目標吐出温度を決定し設定しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、制御装置６は、目標吐出温度の設定の際に参照対象となる一つのテーブルデータを用意しておき、該テーブルデータの値を必要に応じて書き換えた上で参照するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、地中熱交換器２３を１本だけ地中に設置しているが、地中熱交換器２３は地中に複数設置されていてもよく、その複数の地中熱交換器２３は互いに並列に接続されていてもよく、直列に接続されていてもよい。

また、前記実施形態では、地中熱交換器２３を地中に設置するものとし、地中熱交換器２３は地中に直接埋設され地中熱を採熱しているが、地中熱交換器２３を井戸の中に設置し、例えば暖房運転の場合には地中熱によって温められた井戸水から採熱するものも地中熱交換器２３を地中に設置するものに含まれるものである。

１複合熱源ヒートポンプ装置
６制御装置（制御手段、記憶部、制御部）
３０加熱循環回路
３１加熱配管
３６放熱端末
４０第１ヒートポンプ回路
４１第１加熱熱交換器
４２第１冷媒配管
４３第１圧縮機
４４第１膨張弁（第１減圧手段）
４５地中熱源熱交換器
５０第２ヒートポンプ回路
５１第２加熱熱交換器
５２第２冷媒配管
５３第２圧縮機
５４第２膨張弁（第２減圧手段）
５５空気熱源熱交換器
６１地中熱ヒートポンプ制御装置
６２空気熱ヒートポンプ制御装置
ＴＡ第１テーブルデータ
ＴＢ第２テーブルデータ

Claims

凝縮器としての第１加熱熱交換器、凝縮器としての第２加熱熱交換器、および放熱端末を上流側から順に加熱配管で環状に接続して形成され、循環液が循環する加熱循環回路と、
第１圧縮機、前記第１加熱熱交換器、第１減圧手段、および地中熱を利用する蒸発器としての地中熱源熱交換器を第１冷媒配管で環状に接続して形成され、冷媒が循環するとともに前記第１加熱熱交換器を介して前記循環液を加熱する第１ヒートポンプ回路と、
第２圧縮機、前記第２加熱熱交換器、第２減圧手段、および空気熱を利用する蒸発器としての空気熱源熱交換器を第２冷媒配管で環状に接続して形成され、冷媒が循環するとともに前記第２加熱熱交換器を介して前記循環液を加熱する第２ヒートポンプ回路と、
前記第１ヒートポンプ回路および前記第２ヒートポンプ回路の両方が作動する場合に、前記第１圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度をＴ１、前記第２圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２となるように設定する制御手段と、
を有することを特徴とする複合熱源ヒートポンプ装置。
前記制御手段は、前記第１ヒートポンプ回路および前記第２ヒートポンプ回路のうちの一方のみが作動する場合に、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機のうちの駆動される方から吐出される冷媒の目標吐出温度をＴ３としたとき、Ｔ３＝Ｔ１となるように設定することを特徴とする請求項１に記載の複合熱源ヒートポンプ装置。
凝縮器としての第１加熱熱交換器、凝縮器としての第２加熱熱交換器、および放熱端末を上流側から順に加熱配管で環状に接続して形成され、循環液が循環する加熱循環回路と、
第１圧縮機、前記第１加熱熱交換器、第１減圧手段、および地中熱を利用する蒸発器としての地中熱源熱交換器を第１冷媒配管で環状に接続して形成され、冷媒が循環するとともに前記第１加熱熱交換器を介して前記循環液を加熱する第１ヒートポンプ回路と、
第２圧縮機、前記第２加熱熱交換器、第２減圧手段、および空気熱を利用する蒸発器としての空気熱源熱交換器を第２冷媒配管で環状に接続して形成され、冷媒が循環するとともに前記第２加熱熱交換器を介して前記循環液を加熱する第２ヒートポンプ回路と、
前記加熱循環回路を循環する循環液の目標温水温度に応じて決定される、冷媒の圧縮後の目標吐出温度を示す第１テーブルデータおよび第２テーブルデータの２つのテーブルデータを記憶する記憶部と、
前記第１ヒートポンプ回路および前記第２ヒートポンプ回路のうちの一方のみが作動する場合には、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機のうちの駆動される方から吐出される冷媒の目標吐出温度を、前記第１テーブルデータを参照して設定し、前記第１ヒートポンプ回路および前記第２ヒートポンプ回路の両方が作動する場合には、前記第１圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度を、前記第１テーブルデータを参照して設定し、前記第２圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度を、前記第２テーブルデータを参照して設定する制御部と、を有し、
前記第２データテーブルの目標吐出温度は、前記第１データテーブルの目標吐出温度よりも高くされていることを特徴とする複合熱源ヒートポンプ装置。