JP4071250B2 - Heat pump control device - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換媒体を空気で熱交換する空冷式熱交換機と水熱源で熱交換する水冷式熱交換機の双方を有する空水冷ハイブリッドタイプのヒートポンプの制御に関する。 The present invention relates to control of an air-water cooling hybrid type heat pump having both an air-cooled heat exchanger that exchanges heat with a heat exchange medium using air and a water-cooled heat exchanger that exchanges heat using a water heat source.
空冷式の熱交換機となるヒートポンプを有する空調装置では、一般に直接膨張方式(以下、直膨方式)を用いて冷却及び加熱を行っている。以下、冷却サイクルを用いて冷却システムについて説明すると、直膨方式は室内に設置された蒸発器に熱交換媒体を送り、コイルの中で膨張気化させてコイルを冷却し、通過する空気と熱交換をし、その空気より吸熱を行っている。本空調装置は、室外に設置された凝縮器で空気と直接熱交換を行う構造であるため、構造が簡単である反面、放熱する空気温度(外気温度)によってその性能が大きく変化する特性となっている。
一方、空冷式に比べて熱交換率が良いことで、水冷式の熱交換機としてのヒートポンプが種々提案されている。ここで空冷式と水冷式のヒートポンプの差を説明する。この水冷式のヒートポンプは、熱交換媒体を水熱源とする地下水、クーリングタワー内の水等の冷却水に放熱するので、空冷式に比べて熱交換性能が安定する特性がある。しかしながら、冷却水への放熱方式を行おうとしても、この冷却水として水道水を利用するとコストが高く、地下水を利用すると、汲み上げ規制のある地域では十分に利用できるものとは限らない。また、冷却水として水または不凍液を循環させる流路を地中に埋設して熱交換させる場合、ヒートポンプの原理的な問題から冷却水の温度がある一定温度を越えると、冷却水と熱交換媒体との間での熱交換の効率が低減してしまう。In an air conditioner having a heat pump serving as an air-cooled heat exchanger, cooling and heating are generally performed using a direct expansion method (hereinafter referred to as a direct expansion method). Hereinafter, the cooling system will be described using a cooling cycle. In the direct expansion method, a heat exchange medium is sent to an evaporator installed in a room, and the coil is expanded and vaporized in the coil to cool the coil and exchange heat with the passing air. It absorbs heat from the air. Since this air conditioner has a structure in which heat is exchanged directly with air using a condenser installed outside the room, the structure is simple, but the performance varies greatly depending on the air temperature (outside air temperature) that radiates heat. ing.
On the other hand, various heat pumps as water-cooled heat exchangers have been proposed because of their better heat exchange rate than air-cooled. Here, the difference between the air-cooled and water-cooled heat pumps will be described. This water-cooled heat pump dissipates heat to cooling water such as ground water using a heat exchange medium as a water heat source, water in a cooling tower, etc., and thus has a characteristic that heat exchange performance is more stable than air-cooled heat pumps. However, even if a heat dissipation method for cooling water is used, the cost is high if tap water is used as the cooling water, and the use of groundwater may not be sufficient in areas where pumping is restricted. In addition, when heat is exchanged by embedding a flow path for circulating water or antifreeze as cooling water, if the temperature of the cooling water exceeds a certain temperature due to a heat pump principle problem, the cooling water and the heat exchange medium The efficiency of heat exchange between the two is reduced.
ここで、冷却水を熱源とするヒートポンプの原理について説明する。ヒートポンプは、図15に示すように、エンタルピー(h)と圧力(p)に対して用いる熱交換媒体の飽和線上に変化を示した図で説明される。ヒートポンプは、暖房時と冷房時で室内機と室内機の凝縮器と蒸発器の機能が逆になるが、以下に示すように、暖房時及び冷房時においても、水冷式の方の熱交換効率が向上する。図15の左側の図を用いて暖房時サイクルを説明する。ヒートポンプにおいては、蒸発器(室外機)が熱源との熱交換機分となり、ここが空冷冷却機と水冷冷却機で異なる部分となる。水の熱伝達率は、空気のそれと比べて数百倍と大変大きく、また、熱容量も大きくなることから、効率的に吸熱反応が行われ、ヒートポンプの動力費(電気消費量)が空気の場合と比べて小さく、効率が向上しており加熱能力がよくなる。図15の右側の図を用いて冷房時のサイクルを説明すると、室内機と室外機がそれぞれ蒸発器と凝縮器となり、凝縮器での放熱が冷却機の仕事となる。この効率も加熱時と同様に熱伝達率が、圧倒的に空気と比べて高いことから、水による放熱が少ない動力費で行われ、効率が向上して冷却能力もよくなる。このような特性を鑑み、近年、空冷式と水冷式の熱交換機を備えたハイブリッドタイプの空調装置が、例えば特許文献1、2で提案されている。 Here, the principle of a heat pump using cooling water as a heat source will be described. As shown in FIG. 15, the heat pump is described with a diagram showing a change on a saturation line of a heat exchange medium used for enthalpy (h) and pressure (p). In the heat pump, the functions of the indoor unit and the condenser and evaporator of the indoor unit are reversed during heating and cooling, but the heat exchange efficiency of the water-cooled type is also used during heating and cooling, as shown below. Will improve. The heating cycle will be described with reference to the left side of FIG. In the heat pump, an evaporator (outdoor unit) serves as a heat exchanger with a heat source, and this is a different part between the air-cooled cooler and the water-cooled cooler. The heat transfer coefficient of water is very large, several hundred times that of air, and the heat capacity is also large, so the endothermic reaction is carried out efficiently, and the heat pump power cost (electricity consumption) is air. Compared to the above, the efficiency is improved and the heating capacity is improved. The cycle at the time of cooling will be described using the diagram on the right side of FIG. 15. The indoor unit and the outdoor unit become an evaporator and a condenser, respectively, and heat radiation in the condenser becomes the work of the cooler. Since this heat efficiency is overwhelmingly higher than that of air as in the case of heating, it is performed at a power cost with less heat dissipation by water, and the efficiency is improved and the cooling capacity is improved. In view of such characteristics, in recent years, for example,
特許文献1,2には、空冷式と水冷式の熱交換機を有する空調装置が提案されているが、冷却、加熱および除湿の運転(サイクル)時において、空冷式と水冷式の熱交換機の最適なタイミングで切換える事は記載されていない。これら空冷式と水冷式の熱交換機の切換えは、所謂冷凍サイクルを備えたヒートポンプ、とりわけ空調装置にヒートポンプにおいては効率的に運転するのに非常に重要な課題となる。
本発明は、空冷式と水冷式の熱交換機を有するヒートポンプを効率良く運転させることが可能な制御装置を提供することを、その目的とする。
An object of the present invention is to provide a control device capable of efficiently operating a heat pump having air-cooled and water-cooled heat exchangers.
上記目的を達成するため、本発明に係る、空調機器と接続された流路内を循環する熱交換媒体に対して地中に埋設した地中内熱交換機を通って供給される冷却水を用いて熱交換する水冷式熱交換機が設けられた第1の流路と、前記流路内を循環する熱交換媒体に対して気体を用いて熱交換する空冷式熱交換機が設けられた第2の流路と、前記熱交換媒体が流れる流路を第1の流路または第2の流路に切換える切換手段とを有し、冷却サイクル及び加熱サイクルを行えるヒートポンプの制御装置では、前記地中内温度またはそれと相関する温度を検出する第1の温度検出手段と、地上の温度を検出する第2の温度検出手段と、第1の温度検出手段からの温度情報が第1の設定温度に達すると前記熱交換媒体が流れる流路を第1の流路とし、第1の温度検出手段からの温度情報が第2の設定温度に達すると前記熱交換媒体が流れる流路を第2の流路とするように前記切換手段を制御する制御手段と、第1の温度検出手段で検出される温度に対応した運転効率を推定する第1の推定手段と、第2の温度検出手段で検出される温度に対応した運転効率を推定する第2の推定手段とを有し、前記制御手段は、第1及び第2の温度検出手段で検出された温度情報から、当該温度に対応する運転効率を第1及び第2の推定手段から推定し、第1の推定手段側の推定値が第2の推定手段側の推定値よりも高い場合には前記熱交換媒体が流れる流路を第1の流路とし、第2の推定手段側の推定値が第1の推定値側の推定値よりも高い場合には前記熱交換媒体が流れる流路を第2の流路となるように前記切換手段を制御することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the cooling water supplied through the underground heat exchanger embedded in the ground with respect to the heat exchange medium circulating in the flow path connected to the air conditioner according to the present invention is used. A first flow path provided with a water-cooled heat exchanger for exchanging heat and a second flow path provided with an air-cooled heat exchanger for exchanging heat using a gas with respect to a heat exchange medium circulating in the flow path. In a heat pump control device having a flow path and switching means for switching the flow path through which the heat exchange medium flows to the first flow path or the second flow path, and capable of performing a cooling cycle and a heating cycle, When temperature information from the first temperature detecting means for detecting the temperature or the temperature correlated therewith, the second temperature detecting means for detecting the temperature on the ground, and the first temperature detecting means reaches the first set temperature. The flow path through which the heat exchange medium flows is a first flow path, and the first And control means for controlling the switching means so that the temperature information is to a flow path through which the heat exchange medium to reach the second set temperature second flow path from the temperature detecting means, a first temperature sensing means First estimating means for estimating the operating efficiency corresponding to the temperature detected in step (2), and second estimating means for estimating the operating efficiency corresponding to the temperature detected by the second temperature detecting means, The control means estimates the operating efficiency corresponding to the temperature from the temperature information detected by the first and second temperature detection means from the first and second estimation means, and the estimated value on the first estimation means side Is higher than the estimated value on the second estimating means side, the flow path through which the heat exchange medium flows is defined as the first flow path, and the estimated value on the second estimating means side is the estimated value on the first estimated value side. When the value is higher than the value, the flow path through which the heat exchange medium flows becomes the second flow path. It is characterized by controlling the switch means.
本発明によれば、地中内温度またはそれと相関する温度を検知する第1の温度検知手段からの温度情報が第1の設定温度に達すると熱交換媒体が流れる流路を水冷式熱交換機が設けられた第1の流路と、第1の温度検知手段からの温度情報が第2の設定温度に達すると熱交換媒体が流れる流路を空冷式熱交換機が設けられた第2の流路とするように切換手段が制御されるので、地中内温度またはそれと相関する温度変動に応じて、空冷式熱交換機と水冷式熱交換機の何れかに熱交換媒体が案内されて熱交換されるので、空冷式と水冷式の熱交換機を有するヒートポンプを地中の温度状態に応じて効率良く運転させることができる。 According to the present invention, when the temperature information from the first temperature detecting means for detecting the underground temperature or the temperature correlated therewith reaches the first set temperature, the water-cooled heat exchanger passes through the flow path through which the heat exchange medium flows. The first flow path provided and the second flow path provided with an air-cooled heat exchanger through which the heat exchange medium flows when the temperature information from the first temperature detection means reaches the second set temperature. Since the switching means is controlled so that the heat exchange medium is guided to either the air-cooled heat exchanger or the water-cooled heat exchanger according to the underground temperature or the temperature fluctuation correlated therewith, the heat exchange is performed. Therefore, a heat pump having an air-cooled type and a water-cooled type heat exchanger can be efficiently operated according to the temperature state in the ground.
本発明によれば、第1及び第2の温度検知手段で検知された温度情報から、当該温度な対応する運転効率を第1及び第2の推定手段から推定し、第1の推定手段側の推定値が第2の推定手段側の推定値よりも高い場合には熱交換媒体が流れる流路を水冷式熱交換機が設けられた第1の流路とし、第2の推定手段側の推定値が第1の推定手段側の推定値よりも高い場合には熱交換媒体が流れる流路を空冷式交換機が設けられた第2の流路となるように切換手段が制御されるので、水冷式あるいは空冷式の何れか効率の高い熱交換機を使った熱交換を行え、ヒートポンプを効率良く運転させることができる。 According to the present invention, from the temperature information detected by the first and second temperature detection means, the corresponding operating efficiency of the temperature is estimated from the first and second estimation means, and the first estimation means side When the estimated value is higher than the estimated value on the second estimating means side, the flow path through which the heat exchange medium flows is the first flow path provided with the water-cooled heat exchanger, and the estimated value on the second estimating means side Is higher than the estimated value on the first estimating means side, the switching means is controlled so that the flow path through which the heat exchange medium flows becomes the second flow path provided with the air-cooled exchanger. Alternatively, heat exchange can be performed using any one of the air-cooled heat exchangers with high efficiency, and the heat pump can be operated efficiently.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。最初にヒートポンプ1を備えた空調システムの全体構成を説明し、その後に制御の形態毎に分類して説明する。図1はハイブリッド方式の空調システムを示す概略図である。図1において、符号1は室内に装着される空調機器としてのファンコイルユニット11と接続するヒートポンプを示す。このヒートポンプ1は、そのケーシング100の内部に、電磁式の四方弁2、膨張弁3、四方弁2と膨張弁3とを結ぶ流路4上に配置された空冷式熱交換機5、四方弁2と圧縮機6とを結ぶ低圧の流路7上にアキュムレータ8と低圧開閉弁9、四方弁2と膨張弁3の流路4を閉鎖してヒートポンプ1とファンコイルユニット11を切り離し可能とする停止弁10A,10B、水冷式熱交換機20、水冷式熱交換機20に冷却水を循環させる冷却水流路30がそれぞれ設けられている。空冷式熱交換機5と対向する部位には、駆動モータ19によって回転駆動される冷却用のファン18が設けられている。圧縮機6と四方弁2とを結ぶ高圧の流路12には、周知の消音器13と圧力開閉弁14が設けられている。これら各構成により、ファンコイルユニット11と流路4内を循環する熱交換媒体の熱交換を行い、冷却と加熱を行う冷凍サイクルが行なわれる。熱交換媒体は、最適な性能を得られる量が流路4内に充填されている。熱交換媒体としては、CFC系のR−12、HCFC系のR−22,R−123、HFC系のR−134a,R−407(HFC−32、125d、134a混合),R410A(HFC−32、125混合)等の科学冷媒が用いられている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the overall configuration of the air conditioning system including the
水冷式熱交換機20は、空冷式熱交換機5を迂回するように流路4に接続された流路4Aに配設されている。流路4Aは、流路4内を流れる熱交換媒体を水冷式熱交換機20へ案内する第1の流路を構成する。水冷式熱交換機20に対して迂回流路となる流路4Bには空冷式熱交換機5が配設されていて、第2の流路を構成している。水冷式熱交換機20の上流側と下流側に位置する流路4Aには電磁弁22,23が、水冷式熱交換機5の上流側と下流側に位置する流路4Bには電磁弁24,25がそれぞれ配設されている。これら電磁弁は、オフ状態では各流路を閉じて水冷式熱交換機20と空冷式熱交換機5への熱交換媒体の流入をそれぞれ停止し、オン状態となると各流路を開いて各熱交換機に対して熱交換媒体をそれぞれ流入するように構成されている。 The water-cooled
水冷式熱交換機20は、冷却水を、その内部に導入する流入口20A、内部の通過して熱交換された冷却水を排出する排出口20Bとを備えている。流入口20Aには冷却水流路30を構成する給水流路34の一端34Aが接続され、排出口20Bには冷却水流路30を構成する排水流路37の一端37Aが連結されている。給水流路34には、その他端34B側に接続される図示しない給水用ポンプから冷却水が供給される。この冷却水は水冷式熱交換機20内に導入されて排水流路37から排出される。すなわち、冷却水流路30は、水冷式熱交換機20に冷却水を流通する流路であり、水冷式熱交換機20は流通する冷却水によって、ファンコイルユニット11との間で循環する熱交換媒体を冷却あるいは加熱するように構成されている。給水流路34には、給水流路34を開閉する開閉手段としての電磁弁31と、地下の温度と相関する冷却水の温度を検知する第1の温度検知手段としての水温センサ32が設けられている。第1の温度検知手段としては、冷却水の温度ではなく、地下33の温度を直接検知するものであってもよい。 The water-cooled
給水流路34の他端34Bと、排水経路37の他端37Bには、地下33に設けた熱交換井35に挿入された地中内熱交換機を構成するU字状の熱交換パイプ36が接続されていて、図示しないポンプ額どうして電磁弁31が開くことで、冷却水が水冷式熱交換機20と熱交換パイプ36の間を循環するように構成されている。本形態において、冷却水を送る給水用ポンプの制御は別な系統で適宜オン/オフ制御される。 At the
アキュムレータ8の一次側に位置する流路7と水冷式熱交換機20とは、第3の流路26で接続されて連通している。この第3の流路26は、電磁弁22,23がオフ、かつ電磁弁24,25がオンの時に、水冷式熱交換機20内にある熱交換媒体をアキュムレータ8に導入するための媒体回収通路を構成する。アキュムレータ8の一次側に位置する流路7と空冷式熱交換機5とは、第4の流路27で接続されて連通している。この第4の流路27は、電磁弁22,23がオン、かつ電磁弁24,25がオフの時に、空冷式熱交換機5内にある熱交換媒体をアキュムレータ8に導入するための媒体回収通路を構成する。これら第3及び第4の流路26,27には、同流路をそれぞれ開閉可能とする開閉手段としての電磁式の開閉弁28,29が設けられている。すなわち、電磁弁22,33及び電磁弁24,25は、そのオン/オン状態に応じて流路4Aと流路4Bとを切換える切換手段を構成している。 The
ケーシング100には、ヒートポンプ1の周囲の温度としての外気温を検知する第2の温度センチ手段としての外気温検知センサ38が装着されている。この外気温検知センサ38は、ファン18の回転により発生する気流の影響を受けない部位に配置するのが、空冷式熱交換機5で熱交換された熱気流の影響を受けにくくなるので好ましい。 The
駆動モータ19、電磁弁22,23,24,25、開閉弁28,29及び電磁弁31のオン/オフ制御は、図2に示す制御手段40で制御されるように構成されている。制御手段40は、図示を省略したが、CPU(中央処理装置)、I/O(入出力)ポート、ROM(読み出し専用記憶装置)、RAM(読み書き可能な記憶装置)およびタイマー等をそれぞれ備え、これらが信号バスによって接続された構成を有する周知のコンピュータで構成されている。制御手段40の入力側には、水温センサ32,外気温検知センサ38、空調システムの操作部50が接続されている。本形態において、各温度センサには周知のサーミスタを用いるが、これ以外の構成であっても構わない。操作部50には、図3に示すように、冷却サイクルとなる冷房モードを選択する際に操作する冷房スイッチ51、加熱サイクルとなる暖房モードを選択する際に操作する暖房スイッチ52、除湿サイクルとしての除湿モードを選択する際に操作する除湿スイッチ53、電源をオン/オフする電源スイッチ54が設けられている。 The on / off control of the
制御手段40の出力側には、四方弁2、圧縮機6、駆動モータ19、電磁弁22〜25、開閉弁28,29、電磁弁31及び圧縮機6が接続されている。制御手段40のROMには、電磁弁22,23と開閉弁29と電磁弁31及び電磁弁24,25と開閉弁28、駆動モータ19をオン/オフするためのパラメーターとなる各種温度情報、冷房運転モードと暖房運転モードが予め記憶設定されている。各種温度情報としては、第1の設定温度WT1と第2の設定温度WT2がそれぞれ設定されている。第1の設定温度WT1と第2の設定温度WT2とは、冷房運転モード時と暖房運転モード時で異なる値が設定されている。第1の設定温度WT1と第2の設定温度WT2は、冷房運転モード時にはWT1<WT2、暖房運転モード時にはWT1>WT2の関係とされている。 On the output side of the control means 40, the four-
制御手段40は、図4に示す基本動作処理と、予め設定された複数の運転モードの内、任意のものを実行するルーチンが設定される。例えば冷房スイッチ51が操作されたときに始動する冷房運転処理ルーチンと、暖房スイッチ52が操作されたときに始動する暖房運転処理ルーチンを備えている。なお、本形態において、四方弁2は、通常オフとされていて、この状態の時には図1において実線で示す矢印方向に熱交換媒体を移動させるように流路4を連通し、オン状態となると図1において破線で示す矢印方向に熱交換媒体を移動させるように流路4を連通するように切り替わる。四方弁2は、冷却モード及び除湿モードの時にはオフ状態とされ、暖房モードの時にはオンされるように制御される。 The control means 40 is set with a routine for executing any of the basic operation process shown in FIG. 4 and a plurality of preset operation modes. For example, a cooling operation processing routine that starts when the
以下、制御装置40による制御動作の形態について順次説明する。
基本動作処理は、図4のステップH1で電源スイッチ54が操作されて電源がオンとなると、ステップH2おいて運転モードが判断される。本形態では、ステップH2において運転モードが冷房の場合にはステップH3に進んで冷房運転処理が行われ、ステップH2において運転モードが冷房でない場合にはステップH4に進む。ステップH4において運転モードが暖房の場合にはステップH5に進んで暖房運転処理が行われ、ステップH4において運転モードが冷房でない場合にはステップH6に進む。ステップH6において運転モードが除湿の場合にはステップH7に進んで除湿運転処理が行われる。そして、各運転処理が実行されていても、電源スイッチ54が操作されて電源オフとなると装置を停止させる。除湿運転は、冷房の一形態となるので、除湿運転処理は冷房運転処理と同一な処理内とし、除湿時の処理動作の説明は省力するものとする。Hereinafter, modes of control operations performed by the
In the basic operation process, when the
(冷房運転処理)
図4のステップH2において冷房運転が選択されると、図5の冷房運転処理が開始される。この処理では、ステップA1において運転モードの変更がないかが判断される。ここでは、操作部50で設定した冷房モードが他の運転モードに変更されたか否かが判断され、冷房モードの場合にはステップA2に進む。ステップA1において運転モードが冷房以外に変更されている場合には、この冷房運手処理を継続しないで、図4のステップH2にリターンして再度運転モードの確認が実行される。(Cooling operation processing)
When the cooling operation is selected in step H2 of FIG. 4, the cooling operation process of FIG. 5 is started. In this process, it is determined in step A1 whether or not the operation mode has been changed. Here, it is determined whether or not the cooling mode set by the
ステップA2では、電磁弁31をオンして冷却水流路30及び水冷式熱交換機20内に対して冷却水を流通させてステップA3に進む。ステップA3では水温センサ32で検知した水温情報WTの読込みが行なわれ、ステップA4に進む。ステップA4では水温センサ32からの水温情報WTと第1の設定温度WT1とが比較され、水温情報WTが第1の設定温度WT1に達すると、ステップA5において熱交換媒体が流れる流路を水冷式熱交換機20が設けられた流路4Aとする水冷モードを作動する。 In step A2, the
ステップA5において水冷モードが作動すると、電磁弁22,23、開閉弁29、圧縮機6がオン状態とされるとともに、電磁弁24,25、開閉弁28及び駆動モータ19がオフ状態とされる。このため、熱交換媒体は、ファンコイルユニット11から四方弁2を介して図1において実線示す矢印方向に移動する。この時、電磁弁22,23はオンされて流路4Aが開放されているので、熱交換媒体は水冷式熱交換機20へ導入される。また、開閉弁28はオフ状態、開閉弁29はオン状態とされるので、第4の流路27が開放されて使用しない空冷式熱交換機5内の存在する熱交換媒体が、アキュムレータ8の負圧によりアキュムレータ8に回収される。このため、流路4内を循環する熱交換媒体の量が、充填時の量とほぼ同一の量とされて水冷式熱交換機20へ導入される。導入された熱交換媒体は、水冷式熱交換機20内の冷却水と間で熱交換されて冷却され、膨張弁3を介してファンコイルユニット11へと戻される。水冷式熱交換機20での熱交換時には、駆動モータ19が停止状態となるので、省エネと、ファン18の回転に伴い発生する風切り音などの騒音を低減することができる。 When the water cooling mode is activated in step A5, the
ステップA5で水冷モードが作動するとステップA6に進み、水温センサ32からの水温情報WTと第2の設定温度WT2とが比較され、水温情報WTが第2の設定温度WT2に達すると、ステップA7で電磁弁31をオフして冷却水の流れを止め、ステップA8において熱交換媒体が流れる流路を空冷式熱交換機5が設けられた流路4Bとする空冷モードが作動する。 When the water cooling mode is activated in step A5, the process proceeds to step A6, where the water temperature information WT from the
ステップA8の空冷モードが作動すると、圧縮機6、電磁弁24,25、開閉弁28、駆動モータ19がオン状態とされるとともに、電磁弁22,23と開閉弁29がオフ状態となる。このため、第1の流路4Aは閉じ、第2の流路4Bが開放されて流路切換えが行われるとともに、第3の流路26が開放されて使用しない水冷式熱交換機20内の存在する熱交換媒体がアキュムレータ8の負圧によりアキュムレータ8に回収されるとともにファン18が回転する。このため、圧縮機6、四方弁2を通過した熱交換媒体は、全て空冷式熱交換機5へ案内され、ファン18の回転に発生する気流により空気と間で熱交換されて冷却され、膨張弁3を介してファンコイルユニット11へと戻される。 When the air cooling mode in step A8 is activated, the
(暖房運転処理)
図4のステップH4において、暖房運転が選択されると、図6に示す暖房運転処理が開始される。この処理では、ステップA11において運転モードの変換がないかが判断される。ここでは、操作部50のスイッチが操作されて他の運転モードに変更されたか否かが判断され、暖房モードの場合にはステップA12に進む。ステップA1において運転モードが暖房以外に変更されている場合には、この暖房運手処理を継続しないで、図4のステップH2にリターンして再度運転モードの確認が実行される。(Heating operation processing)
When heating operation is selected in step H4 in FIG. 4, the heating operation process shown in FIG. 6 is started. In this process, it is determined in step A11 whether or not there is an operation mode conversion. Here, it is determined whether or not the switch of the
ステップA12では、四方弁2をオンして流路4を冷房用流路から暖房用流路へと切換え、ステップA13に進む。ステップA13では、電磁弁31をオンして冷却水流路30及び水冷式熱交換機20に対して冷却水を流通させてステップA14に進む。ステップA14では、水温センサ32で検知した水温情報WTの読込みが行なわれステップA15に進む。ステップA15では、水温センサ32からの水温情報WTと第1の設定温度WT1とが比較され、水温情報WTが第1の設定温度WT1に達すると、ステップA16において熱交換媒体が流れる流路を水冷式熱交換機20が設けられた流路4Aとする水冷モードを作動する。 In Step A12, the four-
ステップA15において水冷モードが作動すると、電磁弁22,23、開閉弁29、圧縮機5がオン状態とされ、電磁弁24,25、開閉弁28及び駆動モータ19がオフ状態とされる。但し、四方弁2はオンされているので、暖房運転する場合、熱交換媒体はファンコイルユニット11から停止弁10Bを介して流路7に流入し、図1において破線で示す矢印方向にして、四方弁2から停止弁10Aを介してファンコイルユニット11に戻される。この時、電磁弁22,23はオンされて第1の流路4Aが開放されているので、熱交換媒体は水冷式熱交換機20へ導入される。また、開閉弁28はオフ状態、開閉弁29はオン状態とされるので、第4の流路27が開放されて使用しない空冷式熱交換機5内の存在する熱交換媒体が、アキュムレータ8の負圧によりアキュムレータ8に回収される。このため、流路4内を循環する熱交換媒体の量が、充填時の量とほぼ同一の量とされて水冷式熱交換機20へ導入される。導入された熱交換媒体は、水冷式熱交換機20内の冷却水と間で熱交換されて冷却され、四方弁2を介してファンコイルユニット11へと戻される。水冷式熱交換機20での熱交換を時には、駆動モータ19が停止状態となるので、省エネと、ファン18の回転に伴い発生する風切り音などの騒音を低減することができる。 When the water cooling mode is activated in step A15, the
ステップA15で水冷モードが作動すると、ステップA16に進み、水温センサ32からの水温情報WTと第2の設定温度WT2とが比較され、水温情報WTが第2の設定温度WT2に達すると、ステップA18で電磁弁31をオフして冷却水の流れを止め、ステップA19において熱交換媒体が流れる流路を空冷式熱交換機5が設けられた流路4Bとする空冷モードが作動する。 When the water cooling mode is activated in step A15, the process proceeds to step A16, where the water temperature information WT from the
ステップA19の空冷モードが作動すると、圧縮機6、電磁弁24,25、開閉弁28、駆動モータ19がオン状態とされるとともに、電磁弁22,23と開閉弁29がオフ状態となる。無論暖房モードであるので、四方弁2はオン状態とされている。このため、流路4Aは閉じ、第1の流路4Bが開放されて流路切換えが行われるとともに第3の流路26が開放されて使用しない水冷式熱交換機20内の存在する熱交換媒体がアキュムレータ8の負圧によりアキュムレータ8に回収されるとともにファン18が回転する。このため、圧縮機6、四方弁2を通過した熱交換媒体は、全て空冷式熱交換機5へ案内され、ファン18の回転に発生する気流により空気と間で熱交換されて冷却され、膨張弁3を介してファンコイルユニット11へと戻される。 When the air cooling mode of step A19 is activated, the
つまり、本形態においては、水温センサ32からの温度情報(水温情報)WTが第1の設定温度WT1を超えて第2の設定温度WT2に到達するまでは冷却水による熱交換効率が良いものとして、熱交換媒体が流れる流路を、水冷式熱交換機20を有する第1の流路4Aとし、水温センサ32からの温度情報(水温情報)WTが第2の設定温度WT2に到達すると、地中が暖まり冷却水による熱交換よりも空気による熱交換効率が良いものとして、空冷式熱交換機5を有する第2の流路4Bへ熱交換媒体が流れる流路が切換えられる。
このため、流路4内を循環している熱交換媒体は、水冷式熱交換機20の熱交換効率が低減すると、空冷式熱交換機5に案内されて熱交換されるので、空冷式と水冷式の熱交換機を有するヒートポンプ1を効率良く運転させることができる。That is, in this embodiment, it is assumed that the heat exchange efficiency by the cooling water is good until the temperature information (water temperature information) WT from the
For this reason, when the heat exchange efficiency of the water-cooled
本発明に関連した参考制御形態について説明する。この形態は、図7に示すように、制御手段40を用いてヒートポンプ1の始動時から予め設定した所定時間T1を経過するまでは熱交換媒体が流れる流路を水冷式熱交換機20が設けられた第1の流路4Aとし、所定時間T1経過後は熱交換媒体を流れる流路を空冷式熱交換機5が設けられた第2の流路4Bとなるように切換え制御するものである。
A reference control mode related to the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 7, the water-cooled
本形態に係るヒートポンプ1の構成は図1と同一構成であり、制御手段40の構成が図7に示すようになる。すなわち、本形態に係る制御手段40は、図2に示す制御手段に対してタイマー60を追加した構成とされている。この制御手段40では、冷房スイッチ51、暖房スイッチ52あるいは除湿スイッチ53が操作された時点からタイマー60による計測を開始するとともに、ROM内に所定時間T1が設定されている。 The configuration of the
このような構成による制御フローを図8に示す。図8においてステップB1で電源スイッチ54がオンされ、ステップB2において冷房スイッチ51、暖房スイッチ52あるいは除湿スイッチ53の何れかのスイッチが操作されると、ステップB3においてタイマー60による計測を開始してステップB4に進む。ステップB4では水冷モードを作動し、ステップB5においてタイマー60による計測時間Tと所定時間T1とを比較する。ここで、計測時間Tが所定時間T1を経過するまでは水冷モードを作動させ、計測時間Tが所定時間T1を超えると、ステップB6に道んで空冷モードを作動させる。 A control flow with such a configuration is shown in FIG. In FIG. 8, when the
つまり、本形態においては、始動時から予め設定された所定時間T1を経過するまでは熱交換媒体が流れる流路を水冷式熱交換機20が設けられた第1の流路4Aとし、所定時間T1経過後は熱交換媒体が流れる流路を空冷式熱交換機5が設けられた第2の流路4Bとなるように切換手段となる電磁弁22,33及び電磁弁24,25を制御する。このため、ヒートポンプ1の運転開始時のような負荷が大きい場合には、地中33に埋設された熱交換パイプ36で熱交換された冷却水を熱源とするので、空冷式熱交換機5を用いる場合よりも立ち上がり時の消費電力を抑えられ、立上がり時においてヒートポンプ1を効率良く運転させることができる。
図8に示す制御は、例えば図5,図6に示す冷暖房運転処理に対して所定時間毎に割り込み処理する形態としても良いし、図5,図6の処理内に予め組み込む形態としても良い。In other words, in this embodiment, the flow path through which the heat exchange medium flows from the start until a predetermined time T1 has elapsed is the
For example, the control shown in FIG. 8 may be configured to interrupt the cooling / heating operation processing shown in FIGS. 5 and 6 every predetermined time, or may be incorporated in advance in the processing of FIGS. 5 and 6.
熱交換パイプ36による地中33への吸収/放熱量は、地中33の特性によって異なるので、所定温度T1は、これら地中33の特性やヒートポンプ1の使用形態を考慮して適宜増減するようにすることで、地中33の特性やヒートポンプ1の使用形態により対応させることができ、ヒートポンプ1の運転の更なる効率化を図ることができる。 Since the amount of heat absorption / dissipation to the underground 33 by the heat exchange pipe 36 varies depending on the characteristics of the underground 33, the predetermined temperature T1 is appropriately increased or decreased in consideration of the characteristics of the underground 33 and the usage form of the
図9から図11を使って以下に説明される制御形態は、図5,図6の制御に所定時間毎に割り込みルーチンとする形態、又は、予め組み込んだ形態である。この形態は、水温センサ32で検知される温度に対応した運転効率を推定する第1の推定手段61と、外気温度検知センサ38で検知される温度に対応する運転効率を推定する第2の推定手段62とを有し、制御手段40を用いて、水温センサ32と外気温度検知センサ38で検知された温度情報から、当該温度に対応する運転効率を第1及び第2の推定手段61,62から推定し、第1の推定手段側の推定値L1が第2の推定手段の推定値L2よりも高い場合には熱交換媒体が流れる流路を水冷式熱交換機20が設けられた第1の流路4Aとし、第2の推定手段側の推定値L2が第1の推定手段側の推定値L1よりも高い場合には熱交換媒体が流れる流路を空冷式熱交換機5が設けられた第2の流路4Bとなるように制御することを特徴としている。
The control mode described below with reference to FIGS. 9 to 11 is a mode in which an interrupt routine is performed at predetermined time intervals in the control in FIGS. In this embodiment, the first estimating means 61 for estimating the operating efficiency corresponding to the temperature detected by the
第1の推定手段61及び第2の推定手段62は、図9に示すように縦軸をエネルギー消費効率(COP)、横軸を温度(℃)とした運転効率特性マップである。このマップは予めヒートポンプ1の出力特性と温度の関係を変化させながら測定したデータであって、それぞれ温度に対応する特性線図とされている。 As shown in FIG. 9, the
本形態に係る制御手段40は、図10に示すように、図示しないROMにこれら第1の推定手段61及び第2の推定手段62が記憶されていて、各温度センサによって検知される温度情報に対応するCOPの推定値L1,L2を選択し、これら推定値L1,L2に応じて熱交換媒体が流れる流路を切換るように構成されている。 As shown in FIG. 10, the control means 40 according to the present embodiment stores the first estimation means 61 and the second estimation means 62 in a ROM (not shown), and displays temperature information detected by each temperature sensor. Corresponding COP estimated values L1 and L2 are selected, and the flow path through which the heat exchange medium flows is switched according to these estimated values L1 and L2.
図11に示す制御フローを用いて本形態に係る制御手段40による制御内容を説明する。図11において、ステップC1では、水温センサ32及び外気温度検知センサ38から温度情報を読込み、ステップC2において読込んだ温度情報に対応する推定値L1,L2を第1及び第2の推定手段61,62からそれぞれ選択する。ステップC3では選択した推定値L1,L2を比較する。そして推定値L1が推定値L2よりも高い場合にはステップC4に進んで水冷モードを作動し、推定値L1が推定値L2よりも高くない場合、すなわち推定値L2が推定値L1よりも高い場合にはステップC5に進んで空冷モードを作動する。 The contents of control by the control means 40 according to the present embodiment will be described using the control flow shown in FIG. 11, in step C1, temperature information is read from the
各温度センサ32,38で検知された温度情報WT,Tから、当該温度に対応する運転効率を第1及び第2の推定手段61,62から選択し、推定値L1が推定値L2よりも高い場合には熱交換媒体が流れる流路を水冷式熱交換機20が設けられた第1の流路4Aとし、推定値L2が推定値L1よりも高い場合には熱交換媒体が流れる流路を空冷式交換機5が設けられた第2の流路4Bとなるように各電磁弁を制御するので、水冷式あるいは空冷式の何れか効率の高い熱交換機を使った熱交換を行え、ヒートポンプ1を効率良く運転させることができる。 From the temperature information WT, T detected by the
本形態では、推定値L1,L2を選択する第1及び第2の推定手段61,62を個別に設けたが、二つのものが1つとなった推定手段であってもよい。また、第1及び第2の推定手段61,62は制御手段40のROMではなく、これとは個別に設けた記憶手段に記憶しておいてもよい。 In this embodiment, the first and second estimating means 61 and 62 for selecting the estimated values L1 and L2 are individually provided. However, two estimating means may be used as one estimating means. Further , the first and second estimating means 61 and 62 may be stored not in the ROM of the control means 40 but in a storage means provided separately.
本発明に関連した参考制御形態について図12〜図14を用いて説明する。この形態は、図12に示すように、通年の平均気温情報が記憶された記憶手段65と、日時を計測する手段としてのタイマー等のカレンダー機能66とを有し、制御手段40を用いてカレンダー機能66で計測された日時に対応する平均気温情報を記憶手段65から選択すると共に、選択された平均気温情報に基づき、ヒートポンプ1の負荷P1を算出し、その負荷P1に応じて少なくとも第1の設定温度WT1や第2の設定温度WT2を設定/変更することを特徴としている。平均気温情報は、図13に示すように記憶手段65にデータとしてマップ化されて記憶されている。ヒートポンプ1の負荷P1は周知の負荷計算式によって算出される。記憶手段65には、平均気温情報に基づくヒートポンプ1の負荷が予め記憶されている。
A reference control mode related to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 12, this form has a storage means 65 in which average year-round temperature information is stored, and a
図14に示す制御フローを用いて、本形態に係る制御手段40による制御内容を説明する。図14において、ステップD1では、カレンダー機能66から、ある日時を特定するとともにそれに対応する負荷Pを読み出す。例えば、翌日の年平均気気温から翌日の負荷Pを選択しておく。ステップD2では、水温センサ32及び外気温度検知センサ38から温度情報を読込む。ステップD3では、読込んだ温度情報WT,Tのうち外気温度検知センサ38からの温度情報Tから図示しない負荷計算式を用いて実際(当日)の負荷P1を算出する。ステップD4では、推定負荷Pと実際の温度から算出した負荷P1とを比較し、両者の差が所定の範囲であれば、ステップD5において第1及び第2の設定温度WT1、WT2は初期設定のままとする。これに対し、負荷Pと負荷P1との差が所定の範囲を超えている場合には、翌日の負荷が大きくなるものとして、ステップD6に進んで第1及び第2の設定温度WT1,WT2を変更する。図14に示す制御は、例えば図5,図6に示す冷暖房運転処理に対して所定時間毎に割り込み処理する形態としても良いし、図5,図6の処理内に予め組み込む形態としても良い。 The contents of control by the control means 40 according to this embodiment will be described using the control flow shown in FIG. In FIG. 14, in step D <b> 1, a certain date and time is specified from the
このように、本形態では負荷Pと負荷P1の差に応じて第1及び第2の設定温度WT1,WT2の設定を変更するので、ヒートポンプ1の負荷に応じた最適な切換え温度を設定することができ、ヒートポンプ1を効率良く運転させることができる。 Thus, in this embodiment, since the setting of the first and second set temperatures WT1 and WT2 is changed according to the difference between the load P and the load P1, an optimum switching temperature according to the load of the
1 ヒートポンプ
4 流路内
4A 第1の流路
4B 第2の流路
5 空冷式熱交換機
11 空調機器
20 水冷式熱交換機
22〜25 切換手段
30 冷却水流路
32 第1の温度検知手段
38 第2の温度検知手段
40 制御装置
61 第1の推定手段
62 第2の推定手段
65 記憶手段
66 計測する手段
T1 所定時間
WT、T 温度情報
WT1 第1の設定温度
WT2 第2の設定温度DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記地中内温度またはそれと相関する温度を検出する第1の温度検出手段と、
地上の温度を検出する第2の温度検出手段と、
第1の温度検出手段からの温度情報が第1の設定温度に達すると前記熱交換媒体が流れる流路を第1の流路とし、第1の温度検出手段からの温度情報が第2の設定温度に達すると前記熱交換媒体が流れる流路を第2の流路とするように前記切換手段を制御する制御手段と、
第1の温度検出手段で検出される温度に対応した運転効率を推定する第1の推定手段と、
第2の温度検出手段で検出される温度に対応した運転効率を推定する第2の推定手段とを有し、
前記制御手段は、第1及び第2の温度検出手段で検出された温度情報から、当該温度に対応する運転効率を第1及び第2の推定手段から推定し、第1の推定手段側の推定値が第2の推定手段側の推定値よりも高い場合には前記熱交換媒体が流れる流路を第1の流路とし、第2の推定手段側の推定値が第1の推定値側の推定値よりも高い場合には前記熱交換媒体が流れる流路を第2の流路となるように前記切換手段を制御することを特徴とするヒートポンプの制御装置。 A water-cooled heat exchanger is provided for heat exchange using cooling water supplied through an underground heat exchanger embedded in the ground with respect to a heat exchange medium circulating in a flow path connected to an air conditioner. A first flow path, a second flow path provided with an air-cooled heat exchanger for exchanging heat using a gas with respect to the heat exchange medium circulating in the flow path, and a flow path through which the heat exchange medium flows And a switching means for switching to the first flow path or the second flow path, and a heat pump control device capable of performing a cooling cycle and a heating cycle,
First temperature detecting means for detecting the underground temperature or a temperature correlated therewith;
A second temperature detecting means for detecting a temperature on the ground;
When the temperature information from the first temperature detection means reaches the first set temperature, the flow path through which the heat exchange medium flows is defined as the first flow path, and the temperature information from the first temperature detection means is the second setting. Control means for controlling the switching means so that the flow path through which the heat exchange medium flows when the temperature is reached is the second flow path;
First estimating means for estimating operating efficiency corresponding to the temperature detected by the first temperature detecting means;
Second estimation means for estimating operation efficiency corresponding to the temperature detected by the second temperature detection means,
The control means estimates the operating efficiency corresponding to the temperature from the first and second estimation means from the temperature information detected by the first and second temperature detection means, and estimates on the first estimation means side. When the value is higher than the estimated value on the second estimating means side, the flow path through which the heat exchange medium flows is defined as the first flow path, and the estimated value on the second estimating means side is on the first estimated value side. When the temperature is higher than the estimated value, the switching device is controlled so that the flow path through which the heat exchange medium flows becomes the second flow path .
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