JP6085213B2 - Heat pump equipment - Google Patents
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Description
この発明は、蒸発器として機能する熱源側熱交換器の不凍液流路での不凍液の凍結を防止するヒートポンプ装置に関するものである。 The present invention relates to a heat pump device that prevents freezing of antifreeze liquid in an antifreeze liquid flow path of a heat source side heat exchanger that functions as an evaporator.
従来この種のヒートポンプ装置においては、図6に示すように、室外機としてのヒートポンプユニット101、圧縮機102、負荷側熱交換器103の冷媒流路103a、膨張弁104、熱源側熱交換器105の冷媒流路105aを冷媒配管106で環状に接続したヒートポンプ回路107と、熱源側熱交換器105側の冷媒の温度を検出する蒸発温度センサ108と、熱源側熱交換器105の不凍液流路105bと地中に設置された地中熱交換器109とを不凍液配管110で環状に接続した地中熱循環回路111と、地中熱循環回路111に不凍液を循環させる地中熱循環ポンプ112と、負荷側熱交換器103の循環液流路103bと床暖房パネル等の負荷端末113とを循環液配管114で環状に接続した負荷側循環回路115と、負荷側循環回路115に循環液を循環させる負荷側循環ポンプ116と、負荷側熱交換器103の循環液流路103bに流入する循環液の温度を検出する負荷温度センサ117と、制御手段118とを備え、制御手段118は、圧縮機102、地中熱循環ポンプ112、負荷側循環ポンプ116を駆動させ、熱源側熱交換器105を蒸発器として機能させると共に、負荷側熱交換器103を凝縮器として機能させて、負荷端末113が設置された被空調空間を加熱する暖房運転を行うものがあり、制御手段118は、暖房運転中、負荷温度センサ117で検出する循環液の温度が設定された目標温度になるように圧縮機102の周波数を制御するものであった。(例えば、特許文献1参照。)
Conventionally, in this type of heat pump apparatus, as shown in FIG. 6, a
ところで、この従来のヒートポンプ装置を、図7に示すように、熱源側熱交換器105を地中熱交換器109に対して2台並列に接続し、図中上段のヒートポンプユニット101側で前記暖房運転を行い、且つ図中下段のヒートポンプユニット101(ここでは、説明を簡単にするために下段側のその他の構成部品の符号については省略する)側で暖房運転を行っていない場合、図中上段のヒートポンプユニット101では先に説明したように、制御手段118が、負荷温度センサ117で検出する循環液の温度が設定された目標温度になるように圧縮機102の周波数を制御し、ヒートポンプ回路107を循環する冷媒の循環流量を制御している。
By the way, in this conventional heat pump device, as shown in FIG. 7, two heat source
ここで、図7において、図中上段のヒートポンプユニット101側で暖房運転を行っている最中に、図中下段のヒートポンプユニット101側で暖房運転が開始されると、図中上段のヒートポンプユニット101側の地中熱循環回路111の循環流量が、図中下段のヒートポンプユニット101側に奪われるため、図中上段のヒートポンプユニット101側の地中熱循環回路111の循環流量が不足する。そうすると、熱源側熱交換器105での熱交換量が減り、蒸発温度センサ108で検出される熱源側熱交換器105側の冷媒の温度が急激に低下していく。
Here, in FIG. 7, when the heating operation is started on the lower
この時、熱源側熱交換器105での熱交換量低下により、圧縮機102に吸入される冷媒の温度も低下するので、圧縮機102から吐出される冷媒温度も低下し、負荷側熱交換器103側における熱交換量も低下していき、結果として、負荷端末113に供給される循環液の温度も低下し、負荷温度センサ117の検出する負荷側熱交換器103の循環液流路103bに流入する循環液の温度も低下していく。
At this time, the temperature of the refrigerant sucked into the
そして、制御手段118は、前記負荷温度センサ117の検出する温度の低下を検知すると、圧縮機102の周波数を増加させてヒートポンプ回路107を循環する冷媒の循環流量を増やし、負荷側熱交換器103での熱交換量を増やして負荷温度センサ117で検出される循環液の温度を上昇させようとするが、圧縮機102の周波数を増加させてヒートポンプ回路107を循環する冷媒の循環流量を増やすと、熱源側熱交換器105において、熱源側熱交換器105の不凍液流路105bを流通する不凍液の循環流量に比べて、熱源側熱交換器105の冷媒流路105aを流通する冷媒流量が増加することになり、熱源側熱交換器105での熱交換量はさらに低下し、熱源側熱交換器105側の冷媒の温度がさらに低下していく。そして、熱源側熱交換器105側の冷媒の温度が、例えば−15℃を下回ると、熱交換器の種類によっては、熱源側熱交換器105の不凍液流路105b側で流通する不凍液中の水分が凍結し始め、不凍液流路105b内壁に徐々に氷が張るにつれて、不凍液流路105bが閉塞されていき、地中熱循環回路111を循環する不凍液の循環流量が低下すると共に、熱源側熱交換器105での熱交換量が不足していくため、熱源側熱交換器105側の冷媒の温度がさらに低下する。そうすると、圧縮機102に吸入される冷媒の温度の低下、圧縮機102から吐出される冷媒温度の低下、負荷端末113に供給される循環液の温度の低下、負荷温度センサ117の検出する負荷側熱交換器103の循環液流路103bに流入する循環液の温度の低下が生じ、圧縮機102の周波数をさらに増加させる制御が行われ、熱源側熱交換器105の冷媒の温度がよりいっそう低下するという悪循環となり、その結果、不凍液流路105b内で氷が成長していき、熱源側熱交換器105が破損するおそれがあった。
When the control means 118 detects a decrease in temperature detected by the
この発明は上記課題を解決するために、特に請求項1ではその構成を、第1圧縮機と、第1負荷側熱交換器の冷媒流路と、第1膨張弁と、第1熱源側熱交換器の冷媒流路とを第1冷媒配管で環状に接続した第1ヒートポンプ回路と、前記第1熱源側熱交換器側の冷媒の温度を検出する蒸発温度検出手段と、第2圧縮機と、第2負荷側熱交換器の冷媒流路と、第2膨張弁と、第2熱源側熱交換器の冷媒流路とを第2冷媒配管で環状に接続した第2ヒートポンプ回路と、前記第1熱源側熱交換器または前記第2熱源側熱交換器の冷媒を加熱する熱媒循環式の熱源部と、該熱源部の熱源に対して前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とを並列に接続し、前記熱源部の熱源と前記第1熱源側熱交換器の不凍液流路との間を第1不凍液配管で環状に接続して形成した第1熱源側循環回路、および前記熱源部の熱源と前記第2熱源側熱交換器の不凍液流路との間を第2不凍液配管で環状に接続して形成した第2熱源側循環回路と、前記第1熱源側循環回路に不凍液を循環させる第1熱源側循環ポンプと、前記第2熱源側循環回路に不凍液を循環させる第2熱源側循環ポンプと、負荷端末と前記第1負荷側熱交換器の循環液流路との間を循環液配管で環状に接続した負荷側循環回路と、該負荷側循環回路に循環液を循環させる負荷側循環ポンプと、前記第1負荷側熱交換器の循環液流路に流入する循環液の温度を検出する負荷温度検出手段と、これらの作動を制御する制御手段とを備え、前記第1熱源側循環ポンプを駆動させて前記不凍液を循環させ前記第1熱源側熱交換器を蒸発器として機能させ、前記負荷側循環ポンプを駆動させて前記循環液を循環させ前記第1負荷側熱交換器を凝縮器として機能させて負荷側を加熱する暖房運転中に、前記制御手段が、前記負荷温度検出手段で検出される温度が設定された目標暖房温度になるように前記第1圧縮機の周波数または回転数を制御するヒートポンプ装置において、前記暖房運転中に、前記第2熱源側循環ポンプを駆動させて前記不凍液を循環させて前記第2熱源側熱交換器を蒸発器として機能させ、前記第2負荷側熱交換器を凝縮器として機能させる暖房運転が開始され、前記第1熱源側循環回路を循環している不凍液の循環流量が減少して前記蒸発温度検出手段で検出される冷媒の温度が低下した際に、前記制御手段は、前記蒸発温度検出手段で検出される冷媒の温度に応じて、前記第1圧縮機の周波数または回転数の上限値を設定するものとした。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is particularly configured in the first aspect , which includes a first compressor, a refrigerant flow path of a first load side heat exchanger, a first expansion valve, and a first heat source side heat. A first heat pump circuit in which a refrigerant flow path of the exchanger is annularly connected by a first refrigerant pipe, an evaporating temperature detecting means for detecting a temperature of the refrigerant on the first heat source side heat exchanger side, a second compressor, a refrigerant flow path of the second load-side heat exchanger, a second expansion valve, a second heat pump circuit connected to the annular between the refrigerant flow path of the second heat source side heat exchanger in the second refrigerant pipe, wherein the 1 heat source side heat exchanger or heat medium circulation type heat source part for heating the refrigerant of the second heat source side heat exchanger, and the first heat source side heat exchanger and the second heat source with respect to the heat source of the heat source part connecting the side heat exchangers in parallel, between the antifreeze flow path with the heat source of the heat source unit the first heat source side heat exchanger first antifreeze pipe The formed by annularly connecting a first heat source-side circulation circuit is formed by connecting in a ring, and between the antifreeze flow path of the heat source and the second heat source-side heat exchanger of the heat source unit in the
また、請求項2では、前記制御手段は、前記蒸発温度検出手段で検出される冷媒の温度が低下するにつれて、前記第1圧縮機の周波数または回転数の上限値を下げるものとした。 According to a second aspect of the present invention, the control means lowers the upper limit value of the frequency or the rotational speed of the first compressor as the temperature of the refrigerant detected by the evaporation temperature detecting means decreases.
この発明の請求項1によれば、前記暖房運転中に、制御手段が、負荷温度検出手段で検出される温度が設定された目標暖房温度になるように第1圧縮機の周波数または回転数を制御するヒートポンプ装置において、前記暖房運転中に、前記第2熱源側循環ポンプを駆動させて前記不凍液を循環させて前記第2熱源側熱交換器を蒸発器として機能させ、前記第2負荷側熱交換器を凝縮器として機能させる暖房運転が開始され、前記第1熱源側循環回路を循環している不凍液の循環流量が減少して前記蒸発温度検出手段で検出される冷媒の温度が低下した際に、制御手段は、蒸発温度検出手段で検出される冷媒の温度に応じて、圧縮機の周波数または回転数の上限値を設定するようにしたことで、前記暖房運転中、特に、第2ヒートポンプ回路側でも暖房運転が開始されて、第2熱源側循環ポンプが駆動し第2熱源側循環回路にも不凍液が循環され、第1熱源側循環回路を循環している不凍液の循環流量が減少していくのに伴い、第1熱源側熱交換器での熱交換量が減少して、蒸発温度検出手段で検出される冷媒温度が、第1熱源側熱交換器の不凍液流路を流通する不凍液中の水分を凍結させるおそれのある温度に低下した際に、第1圧縮機の周波数または回転数の上限値を設定することにより、第1ヒートポンプ回路を循環する冷媒の循環流量が調節され第1熱源側熱交換器における冷媒から不凍液への熱交換量を調節することができるので、第1熱源側熱交換器の不凍液流路を流通する不凍液中の水分の凍結を防ぎ、熱源側熱交換器の破損を未然に防止することができるものである。
According to
また、請求項2によれば、制御手段は、蒸発温度検出手段で検出される冷媒の温度が低下するにつれて、第1圧縮機の周波数または回転数の上限値を下げるようにしたことで、第1ヒートポンプ回路を循環する冷媒の循環流量の上限を抑えて冷媒循環流量を低下させ、第1熱源側熱交換器における冷媒から不凍液への熱交換量を抑制し、第1熱源側熱交換器の不凍液流路を流通する不凍液中の水分の凍結を防ぎ、第1熱源側熱交換器の破損を未然に防止することができるものである。
According to
次に、この発明の一実施形態のヒートポンプ装置を図1に基づき説明する。
図示のように、本実施形態のヒートポンプ装置は、大きく分けて室外機としてのヒートポンプユニット1A・1Bと、熱源部としての熱媒循環式の熱源熱交換部2と、負荷熱交換部3A・3Bとから構成されるものである。
Next, a heat pump device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in the figure, the heat pump device of this embodiment is roughly divided into
前記ヒートポンプユニット1Aは、冷媒を圧縮する作動周波数または作動回転数可変の第1圧縮機4と、第1圧縮機4から吐出された高温高圧冷媒を流通させ、この高温高圧冷媒と負荷熱交換部3Aの負荷側の熱媒との熱交換を行う第1凝縮器としての第1負荷側熱交換器5と、第1負荷側熱交換器5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6と、第1膨張弁6によって減圧された低温低圧冷媒と熱源熱交換部2の熱源側の熱媒との熱交換を行う第1蒸発器としての第1熱源側熱交換器7とを備え、第1圧縮機4と第1負荷側熱交換器5の冷媒流路5aと第1膨張弁6と第1熱源側熱交換器7の冷媒流路7aとを第1冷媒配管8で環状に接続して第1ヒートポンプ回路9を形成しているものである。なお、第1ヒートポンプ回路9を循環する冷媒としては、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ものである。また、10は第1圧縮機4から吐出された冷媒の温度を検出する第1吐出温度検出手段としての第1吐出温度センサ、11は第1熱源側熱交換器7側の冷媒の温度、つまり第1膨張弁6の出口から第1熱源側熱交換器7の出口までの気液混合状態の冷媒の温度を検出する第1蒸発温度検出手段としての第1蒸発温度センサである。
The
前記第1熱源側熱交換器7はプレート式熱交換器で構成され、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7aと不凍液を流通させる不凍液流路7b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。
The first heat source
前記熱源熱交換部2は、第1熱源側熱交換器7のうち不凍液を流通させる不凍液流路7bと、第1熱源側熱交換器7の冷媒流路7aを流通する冷媒を加熱する熱源としての地中に設置された地中熱交換器12とを、第1不凍液配管としての第1熱交往き管13、往きヘッダ−14、地中往き管15、地中戻り管16、戻りヘッダー17、第1熱交戻り管18で環状に接続する第1熱源側循環回路としての第1地中熱循環回路19と、第1地中熱循環回路19に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数可変の第1熱源側循環ポンプとしての第1地中熱循環ポンプ20とを備えているものである。
The heat source
ここで、前記熱源熱交換部2では、後述する暖房運転をヒートポンプユニット1A側で行う際に、地中熱交換器12によって地中から地中熱を採熱し、その熱を帯びた不凍液が第1地中熱循環ポンプ20により第1熱源側熱交換器7の不凍液流路7bに供給される。そして、第1熱源側熱交換器7にて、冷媒流路7aを流通する冷媒と不凍液流路7bを流通する不凍液とが対向して流れて熱交換が行われ、地中熱交換器12にて採熱された地中熱がヒートポンプユニット1Aの冷媒側に汲み上げられて冷媒が加熱され、第1熱源側熱交換器7は蒸発器として機能するものとなる。
Here, in the heat source
前記負荷熱交換部3Aは、第1負荷側熱交換器5のうち循環液を流通させる循環液流路5bと、被空調空間を加熱する床暖房パネル等の第1負荷端末21とを第1循環液配管22で環状に接続する第1負荷側循環回路23と、第1負荷側循環回路23に水や不凍液等の循環液を循環させる第1負荷側循環ポンプ24と、第1負荷側循環回路23に設けられ第1負荷端末21から流出し第1負荷側熱交換器5の循環液流路5bに流入する循環液の温度を検出する第1負荷温度検出手段としての第1戻り温度センサ25とを備えているものである。
The load
前記第1負荷端末21によって加熱される被空調空間には、第1リモコン(図示せず)が設置されており、この第1リモコンにより第1負荷端末21が設けられた被空調空間の暖房の指示がなされると、第1圧縮機4および第1地中熱循環ポンプ20および第1負荷側循環ポンプ24の駆動が開始され、第1熱源側熱交換器7を蒸発器として機能させると共に、第1負荷側熱交換器5を凝縮器として機能させて負荷側を加熱する暖房運転が行われる。この暖房運転の際、第1負荷側熱交換器5では、冷媒流路5aを流通する冷媒と循環液流路5bを流通する循環液とが対向して流れて熱交換が行われ、第1負荷側熱交換器5にて加熱された循環液は、第1負荷端末21に送られ、第1リモコンにより指示を受けた被空調空間を加熱するものである。
A first remote controller (not shown) is installed in the air-conditioned space heated by the
26は第1吐出温度センサ10、第1蒸発温度センサ11、第1戻り温度センサ25の入力や前記第1リモコンからの信号を受けて、第1圧縮機4、第1膨張弁6、第1地中熱循環ポンプ20、第1負荷側循環ポンプ24の各アクチュエータの作動を制御するマイコンを有する第1制御手段である。
26 receives the input from the first
この第1制御手段26は、前記暖房運転中、第1リモコンで設定される第1負荷端末21の設定温度に基づき目標暖房温度を設定し、第1戻り温度センサ25の検出する循環液の温度が、設定された目標暖房温度になるように第1圧縮機4の周波数を制御し、例えば、第1戻り温度センサ25の検出する循環液の温度が、設定された目標暖房温度よりも低下すると、第1圧縮機4の周波数を増加させるよう制御するものである。
The first control means 26 sets the target heating temperature based on the set temperature of the
さらに、前記第1制御手段26は、前記暖房運転時、第1リモコンで設定される第1負荷端末21の設定温度に基づき第1圧縮機4から吐出される冷媒の目標吐出温度を設定し、第1吐出温度センサ10の検出する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6の開度を開閉制御し、例えば、第1吐出温度センサ10の検出する冷媒の温度が目標吐出温度よりも低下すると開度を閉じる方向に制御するものである。
Further, the first control means 26 sets a target discharge temperature of the refrigerant discharged from the
その上、前記第1制御手段26は、暖房運転中、第1蒸発温度センサ11の検出する第1膨張弁6の出口から第1熱源側熱交換器7の出口までの気液混合状態の冷媒の温度が、設定された目標蒸発温度になるように第1地中熱循環ポンプ20の回転数を制御し、例えば、第1蒸発温度センサ11の検出する冷媒温度が、設定された目標蒸発温度よりも低下すると、第1地中熱循環ポンプ20の回転数を増加させるよう制御するものである。
In addition, during the heating operation, the first control means 26 is a refrigerant in a gas-liquid mixed state from the outlet of the
また、前記ヒートポンプユニット1Bは、冷媒を圧縮する作動周波数または作動回転数可変の第2圧縮機27と、第2圧縮機27から吐出された高温高圧冷媒を流通させ、この高温高圧冷媒と負荷熱交換部3Bの負荷側の熱媒との熱交換を行う第2凝縮器としての第2負荷側熱交換器28と、第2負荷側熱交換器28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29と、第2膨張弁29によって減圧された低温低圧冷媒と熱源熱交換部2の熱源側の熱媒との熱交換を行う第2蒸発器としての第2熱源側熱交換器30とを備え、第2圧縮機27と第2負荷側熱交換器28の冷媒流路28aと第2膨張弁29と第2熱源側熱交換器30の冷媒流路30aとを第2冷媒配管31で環状に接続して第2ヒートポンプ回路32を形成しているものである。なお、第2ヒートポンプ回路32を循環する冷媒としては、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ものである。また、33は第2圧縮機27から吐出された冷媒の温度を検出する第2吐出温度検出手段としての第2吐出温度センサ、34は、第2熱源側熱交換器30側の冷媒の温度、つまり第2膨張弁29の出口から第2熱源側熱交換器30の出口までの気液混合状態の冷媒の温度を検出する第2蒸発温度検出手段としての第2蒸発温度センサである。
Further, the heat pump unit 1B circulates the
前記第2熱源側熱交換器30はプレート式熱交換器で構成され、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30aと不凍液を流通させる不凍液流路30b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。
The second heat source
また、前記熱源熱交換部2は、第2熱源側熱交換器30のうち不凍液を流通させる不凍液流路30bと、第2熱源側熱交換器30の冷媒流路30aを流通する冷媒を加熱する熱源としての地中に設置された地中熱交換器12とを第2不凍液配管としての第2熱交往き管35、往きヘッダー14、地中往き管15、地中戻り管16、戻りヘッダー17、第2熱交戻り管36で環状に接続する第2熱源側循環回路としての第2地中熱循環回路37と、第2地中熱循環回路37に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数可変の第2熱源側循環ポンプとしての第2地中熱循環ポンプ38とを備えているものであり、熱源熱交換部2では、ヒートポンプユニット1Aの第1熱源側熱交換器7とヒートポンプユニット1Bの第2熱源側熱交換器30とが地中熱交換器12に対して並列に接続されているものである。
The heat source
ここで、前記熱源熱交換部2では、後述する暖房運転をヒートポンプユニット1B側で行う際に、地中熱交換器12によって地中から地中熱を採熱し、その熱を帯びた不凍液が第2地中熱循環ポンプ38により第2熱源側熱交換器30の不凍液流路30bに供給される。そして、第2熱源側熱交換器30にて、冷媒流路30aを流通する冷媒と不凍液流路30bを流通する不凍液とが対向して流れて熱交換が行われ、地中熱交換器12にて採熱された地中熱がヒートポンプユニット1B側の冷媒に汲み上げられて冷媒が加熱され、第2熱源側熱交換器30は蒸発器として機能するものとなる。
Here, in the heat source
前記負荷熱交換部3Bは、第2負荷側熱交換器28のうち循環液を流通させる循環液流路28bと、被空調空間を加熱する床暖房パネル等の第2負荷端末39とを第2循環液配管40で環状に接続する第2負荷側循環回路41と、第2負荷側循環回路41に水や不凍液等の循環液を循環させる第2負荷側循環ポンプ42と、第2負荷側循環回路41に設けられ第2負荷端末39から流出し第2負荷側熱交換器28の循環液流路28bに流入する循環液の温度を検出する第2負荷温度検出手段としての第2戻り温度センサ43とを備えているものである。
The load
前記第2負荷端末39によって加熱される被空調空間には、第2リモコン(図示せず)が設置されており、この第2リモコンにより第2負荷端末39が設けられた被空調空間の暖房の指示がなされると、第2圧縮機27および第2地中熱循環ポンプ38および第2負荷側循環ポンプ42の駆動が開始され、第2熱源側熱交換器30を蒸発器として機能させると共に、第2負荷側熱交換器28を凝縮器として機能させて負荷側を加熱する暖房運転が行われる。この暖房運転の際、第2負荷側熱交換器28では、冷媒流路28aを流通する冷媒と循環液流路28bを流通する循環液とが対向して流れて熱交換が行われ、第2負荷側熱交換器28にて加熱された循環液は、第2負荷端末39に送られ、第2リモコンにより指示を受けた被空調空間を加熱するものである。
A second remote controller (not shown) is installed in the air-conditioned space heated by the
44は第2吐出温度センサ33、第2蒸発温度センサ34、第2戻り温度センサ43の入力や第2リモコンからの信号を受けて、第2圧縮機27、第2膨張弁29、第2地中熱循環ポンプ38、第2負荷側循環ポンプ42の各アクチュエータの作動を制御するマイコンを有する第2制御手段である。
44 receives the input of the 2nd
前記第2制御手段44は、前記暖房運転中、第2リモコンで設定される第2負荷端末39の設定温度に基づき目標暖房温度を設定し、第2戻り温度センサ43の検出する循環液の温度が、設定された目標暖房温度になるように第2圧縮機27の周波数を制御し、例えば、第2戻り温度センサ43の検出する循環液の温度が、設定された目標暖房温度よりも低下すると、第2圧縮機27の周波数を増加させるよう制御するものである。
The second control means 44 sets the target heating temperature based on the set temperature of the
さらに、前記第2制御手段44は、前記暖房運転時、第2リモコンで設定される第2負荷端末39の設定温度に基づき第2圧縮機27から吐出される冷媒の目標吐出温度を設定し、第2吐出温度センサ33の検出する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29の開度を開閉制御し、例えば、第2吐出温度センサ33の検出する冷媒の温度が目標吐出温度よりも低下すると開度を閉じる方向に制御するものである。
Further, the second control means 44 sets a target discharge temperature of the refrigerant discharged from the
その上、前記第2制御手段44は、暖房運転中、第2蒸発温度センサ34の検出する第2膨張弁29の出口から第2熱源側熱交換器30の出口までの気液混合状態の冷媒の温度が、設定された目標蒸発温度になるように第2地中熱循環ポンプ38の回転数を制御し、例えば、第2蒸発温度センサ34の検出する冷媒温度が、設定された目標蒸発温度よりも低下すると、第2地中熱循環ポンプ38の回転数を増加させるよう制御するものである。
In addition, during the heating operation, the second control means 44 is a refrigerant in a gas-liquid mixed state from the outlet of the
次に、図1に示す一実施形態のヒートポンプ装置の暖房運転時の特徴的な動作について図2に示すフローチャートに基づき説明するが、ここでは、ヒートポンプユニット1Aが暖房運転を行っている場合を例に挙げて説明を行う。
Next, characteristic operations during the heating operation of the heat pump apparatus according to the embodiment shown in FIG. 1 will be described based on the flowchart shown in FIG. 2. Here, the case where the
前記第1リモコン(図示せず)により、第1負荷端末21による被空調空間の暖房の指示がなされると、前記第1制御手段26は第1圧縮機4、第1地中熱循環ポンプ20、第1負荷側循環ポンプ24の駆動を開始させ、暖房運転が開始される。暖房運転が開始されると、第1負荷側熱交換器5では第1負荷側循環ポンプ24により循環される暖房循環液と第1圧縮機4から吐出された高温高圧の冷媒とが熱交換され、加熱された暖房循環液が第1負荷端末21に供給され被空調空間を加熱すると共に、第1熱源側熱交換器7では、第1地中熱循環ポンプ20により循環され地中熱交換器12を介して地中熱を採熱した不凍液と第1膨張弁6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ものである。
When an instruction to heat the air-conditioned space is given by the
前記暖房運転中、第1制御手段26は、第1蒸発温度センサ11の検出する冷媒温度を監視し(ステップS1)、その温度に応じて、後述する設定方法に基づき、第1圧縮機4の周波数の上限値を設定するものであり(ステップS2)、その設定に基づいて、第1制御手段26は、第1圧縮機4の周波数を制御するものである。
During the heating operation, the first control means 26 monitors the refrigerant temperature detected by the first evaporation temperature sensor 11 (step S1), and according to the temperature, the
ここで、前記ステップS2における第1圧縮機4の周波数の上限値を設定する設定方法について説明すると、図3に示すように、第1蒸発温度センサ11で検出される第1膨張弁6の出口から第1熱源側熱交換器7の出口までの気液混合状態の冷媒温度に応じた複数のゾーンz1〜z3を設け、各々のゾーンz1〜z3に第1圧縮機4の周波数の上限値が設定されており、例えば、太線αより上の領域であるゾーンz1では第1圧縮機4の周波数の上限値を90Hz、太線αと太線βとで挟まれた領域であるゾーンz2では第1圧縮機4の周波数の上限値を60Hz、太線βより下の領域であるゾーンz3では第1圧縮機4の周波数の上限値を35Hzとした場合、前記暖房運転中に、第1蒸発温度センサ11で検出される温度が−5℃のときは、第1圧縮機4の周波数の上限値を90Hzに設定し、第1蒸発温度センサ11で検出される温度が−10.5℃のときは、第1圧縮機4の周波数の上限値を60Hzに設定し、第1蒸発温度センサ11で検出される温度が−14℃のときは、第1圧縮機4の周波数の上限値を35Hzに設定するものである。
Here, the setting method for setting the upper limit value of the frequency of the
また、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度が、図3に示した下向き矢印d1のように、ゾーンz1に含まれる冷媒温度からゾーンz1とゾーンz5の境界線である太線αを越えてゾーンz2に含まれる冷媒温度へと下がる場合、すなわち、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度が−5℃からゾーンz1とゾーンz2の境界である−10℃を越えて−10.5℃に下がった場合、第1圧縮機4の周波数の上限値は、90Hzから60Hzに設定変更されるものであり、さらに、図3に示した下向き矢印d2のように、ゾーンz2に含まれる冷媒温度からゾーンz2とゾーンz3の境界線である太線βを越えてゾーンz3に含まれる冷媒温度へと下がる場合、すなわち、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度が−10.5℃からゾーンz2とゾーンz3の境界である−13℃を越えて−14℃に下がった場合、第1圧縮機4の周波数の上限値は、60Hzから35Hzに設定変更されるものである。
Further, the refrigerant temperature detected by the first
逆に、図3に示した上向き矢印u1のように、ゾーンz3に含まれる冷媒温度からゾーンz3とゾーンz2の境界線である太線βを越えてゾーンz2に含まれる冷媒温度へと上がる場合、すなわち、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度が−14℃からゾーンz3とゾーンz2の境界である−11℃を越えて−10.5℃に上がった場合、第1圧縮機4の周波数の上限値は、35Hzから60Hzに設定変更されるものであり、さらに、図3に示した上向き矢印u2のように、ゾーンz2に含まれる冷媒温度からゾーンz2とゾーンz1の境界線である太線αを越えてゾーンz1に含まれる冷媒温度へと上がる場合、すなわち、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度が−10.5℃からゾーンz2とゾーンz1の境界である−8℃を越えて−5℃に上がった場合、第1圧縮機4の周波数の上限値は、60Hzから90Hzに設定変更されるものである。
On the contrary, as shown by the upward arrow u1 shown in FIG. 3, when the refrigerant temperature rises from the refrigerant temperature contained in the zone z3 to the refrigerant temperature contained in the zone z2 beyond the thick line β that is the boundary line between the zone z3 and the zone z2. That is, when the refrigerant temperature detected by the first evaporating
なお、前記第1制御手段26には、この図3に示した第1膨張弁6の出口から第1熱源側熱交換器7の出口までの気液混合状態の冷媒温度と第1圧縮機4の周波数の上限値との関係が予め記憶されており、第1制御手段26は暖房運転中はその情報を基に、第1蒸発温度センサ11で検出される第1熱源側熱交換器7側の冷媒の温度に応じて第1圧縮機4の周波数の上限値を設定しているものである。また、暖房運転中、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度がゾーンz3に含まれる冷媒温度の場合は、第1熱源側熱交換器7の不凍液流路7bを流通する不凍液中の水分が凍結するおそれがあるため、第1圧縮機4の周波数の上限値を35Hzとして、第1制御手段26は第1膨張弁6の開度を全開にして、第1膨張弁6に流入する冷媒を減圧させることなく通過させ第1熱源側熱交換器7の冷媒流路7aに流し、冷媒と不凍液との熱交換によって、第1熱源側熱交換器7の不凍液流路7bを流通する不凍液中の水分の凍結を防止する、または第1熱源側熱交換器7の不凍液流路7bを流通する不凍液中の水分が凍結したものを解かすものである。
The first control means 26 includes the refrigerant temperature in the gas-liquid mixed state from the outlet of the
次に、本実施形態における暖房運転の動作を、先に説明した図2の制御を交えて図4のタイムチャートを用いて説明するが、ここでは、ヒートポンプユニット1Aが暖房運転を行っている最中に、ヒートポンプユニット1Bにて暖房運転が開始される場合について説明を行うものであり、図4のタイムチャートにおける暖房出力や検出冷媒温度等の各種パラメータは、ヒートポンプユニット1A側のパラメータである。また、図5は図7に示した従来のヒートポンプ装置で、従来のヒートポンプ装置における図中上段のヒートポンプユニット101が暖房運転を行っている最中に、従来のヒートポンプ装置における図中下段のヒートポンプユニット101にて暖房運転が開始される場合のタイムチャートで、図4のタイムチャートとの比較に用いるものである。なお、図4のタイムチャートにおいて、時間t0は暖房運転を開始した時間ではなく、暖房運転がある程度行われ安定した後の任意の時間とし、時間t0〜時間t4は図5のタイムチャートの時間t0〜時間t4と同タイミングを表しているものである。さらに、図5のタイムチャート中において、圧縮機の周波数の上限値は固定の上限値(90Hz)に設定してあるものとする。
Next, the operation of the heating operation in the present embodiment will be described using the time chart of FIG. 4 with the control of FIG. 2 described above. Here, the
まず、図4中のヒートポンプユニット1Aにて前記暖房運転がある程度行われ安定した後の時間t0において、第1蒸発温度センサ11で第1膨張弁6の出口から第1熱源側熱交換器7の出口までの気液混合状態の冷媒の温度を検出し(ステップS1)、第1制御手段26は、第1蒸発温度センサ11で検出された冷媒温度が2℃であるので、図3に示した第1膨張弁6の出口から第1熱源側熱交換器7の出口までの気液混合状態の冷媒の温度と第1圧縮機4の周波数の上限値との関係から、第1圧縮機4の周波数の上限値を90Hzに設定するものである(ステップS2)。時間t0から時間t1までは、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度は2℃なので、この期間は、第1圧縮機4の周波数の上限値を90Hzに設定しているものである。
First, at the time t0 after the heating operation is performed to some extent in the
ここで、時間t1において、ヒートポンプユニット1Bにて暖房運転が開始されると、第2地中熱循環ポンプ38が駆動し、第2地中熱循環回路37にも不凍液が循環されることになり、時間t1から第1地中熱循環回路19を循環している不凍液の循環流量が減少していき、それに伴い、第1熱源側熱交換器7での熱交換量が減少するため、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度も低下していく。時間t1から時間t2の期間、第1制御手段26は、第1蒸発温度センサ11の検出する冷媒温度が設定された目標蒸発温度、ここでは2℃から低下していると判断し、目標蒸発温度の2℃になるように第1地中熱循環ポンプ20の回転数を増加させる制御を行うものである。また、時間t1から時間t2の期間、第1熱源側熱交換器7側の冷媒温度の低下に起因した、第1負荷側熱交換器5の循環液流路5bに流入する循環液の温度の低下が始まると、第1制御手段26は、第1戻り温度センサ25の検出する循環液の温度が設定された目標暖房温度、ここでは40℃から低下していると判断し、目標暖房温度の40℃になるように第1圧縮機4の周波数を増加させる制御を行うものである。
Here, at the time t1, when the heating operation is started in the heat pump unit 1B, the second underground
続いて、時間t2において、第1制御手段26は、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度が図3に示すゾーンz1とゾーンz2の境界である−10℃を越えて下がったことを検知すると、第1圧縮機4の周波数の上限値を90Hzから60Hzに設定変更するものである。この第1圧縮機4の周波数の上限値の設定変更に伴い、第1制御手段26は、時間t2から第1圧縮機4の周波数を減少させる制御を行い、それにより、第1ヒートポンプ回路9を循環する冷媒の循環流量を抑えていく。そうすると、第1蒸発温度センサ11の検出する冷媒温度の低下の度合いが小さくなり、冷媒温度の低下が収束していく。そして、時間t2から時間t3の期間、第1制御手段26は、第1蒸発温度センサ11の検出する温度が目標蒸発温度(2℃)になるように第1地中熱循環ポンプ20の回転数を増加させる制御を行うものであるが、第1地中熱循環ポンプ20の回転数増加に伴い、第1地中熱循環回路19を循環する不凍液の循環流量が減少から増加へと反転し、第1熱源側熱交換器7での熱交換量が増加するため第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度が上昇し始める。また、この期間、第1蒸発温度センサ11の検出する冷媒温度は、図3に示すゾーンz2に含まれる冷媒温度なので、第1圧縮機4の周波数の上限値の設定は60Hzのままである。
Subsequently, at time t2, the first control means 26 confirms that the refrigerant temperature detected by the first
そして、時間t3において、第1制御手段26は、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度が図3に示すゾーンz2とゾーンz1の境界である−8℃を越えて上がったことを検知すると、第1圧縮機4の周波数の上限値を60Hzから90Hzに設定変更するものである。この第1圧縮機4の周波数の上限値の設定変更に伴い、時間t3から、第1制御手段26は、第1戻り温度センサ25の検出する循環液の温度が設定された目標暖房温度(40℃)になるように第1圧縮機4の周波数を増加させる制御を行い、第1戻り温度センサ25の検出する循環液の温度が設定された目標暖房温度に到達すると、目標暖房温度に到達したときの第1圧縮機4の周波数(75Hz)を維持するものである。また、時間t3から時間t4の期間、第1蒸発温度センサ11の検出する温度が徐々に上昇していき目標蒸発温度である2℃に到達するので、第1制御手段26は、第1蒸発温度センサ11の検出する温度が目標蒸発温度(2℃)を維持するように、目標蒸発温度に到達したときの第1地中熱循環ポンプ20の回転数(4500rpm)を維持するものであり、前記第1リモコンから暖房運転の停止指示がなされるまで暖房運転を行うものである。
At time t3, the first control means 26 detects that the refrigerant temperature detected by the first
なお、図4のタイムチャート中には表れていないが、前記暖房運転中に第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度が、図3に示すゾーンz2とゾーンz3の境界としてマイナス域の所定温度である−13℃を越えて下がったことを検知したとき、または、−13℃を越えて下がったことを検知して予め設定された所定時間を経過したときは、第1制御手段26は、第1圧縮機4の周波数の上限値の設定を35Hzとし、第1膨張弁6の開度を全開にして、第1負荷側熱交換器5の冷媒流路5aを流出した冷媒が第1膨張弁6で減圧されることなく通過させてそのまま第1熱源側熱交換器7の冷媒流路7aに流し、暖かい冷媒と不凍液との熱交換によって、第1熱源側熱交換器7の不凍液流路7bを流通する不凍液中の水分の凍結を防止する、または第1熱源側熱交換器7の不凍液流路7bを流通する不凍液中の水分が凍結したものを解かすことができるものである。
Although not shown in the time chart of FIG. 4, the refrigerant temperature detected by the first
また、図5のタイムチャートの時間t1〜時間t4にかけて、第1地中熱循環ポンプ20の回転数が増加していくのに対して、第1地中熱循環回路19を循環する不凍液の循環流量が減少していくが、この第1地中熱循環回路19を循環する不凍液の循環流量の減少の要因は、時間t1〜時間t4の期間の前半では、ヒートポンプユニット1Bの第2地中熱循環ポンプ38の駆動により第2地中熱循環回路37にも不凍液が循環されることによるもの、後半では、第1熱源側熱交換器7の不凍液流路7b内の凍結により不凍液が循環できない状態になることによるものである。そして、第1地中熱循環ポンプ20の回転数の増加については、第1地中熱循環ポンプ20付近の不凍液は凍結しておらず回転することはできるため、第1地中熱循環ポンプ20の回転数を増加させて、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度を目標温度にしようと制御するが、目標温度に達しないので回転数だけがどんどん増加していき、図5のタイムチャートでこのようなグラフとなるものである。
Further, while the rotation speed of the first underground
以上説明した暖房運転において、暖房運転中、第1戻り温度センサ25で検出する循環液の温度が設定された目標暖房温度になるように第1圧縮機4の周波数を制御するものにおいて、第1蒸発温度センサ11で検出される第1膨張弁6の出口から第1熱源側熱交換器7の出口までの気液混合状態の冷媒の温度に応じて、第1圧縮機4の周波数の上限値を設定するようにしたことで、暖房運転中、特に、第1地中熱循環回路19の不凍液の循環流量不足により、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度が、第1熱源側熱交換器7の不凍液流路7bを流通する不凍液中の水分を凍結させるおそれのあるマイナス域の温度に低下した際に、第1圧縮機4の周波数の上限値を設定することにより、第1ヒートポンプ回路9を循環する冷媒の循環流量が調整され第1熱源側熱交換器7における冷媒から不凍液への熱交換量を抑制する方向に調整することができるので、第1熱源側熱交換器7の不凍液流路7bを流通する不凍液中の水分の凍結を防ぎ、第1熱源側熱交換器7の破損を未然に防止することができ、第1熱源側熱交換器7の不凍液流路7bを流通する不凍液中の水分の凍結を防ぐことで、暖房運転が継続されるため無暖房状態となることがないものである。
In the heating operation described above, the frequency of the
また、図4のタイムチャートと図5のタイムチャートとの比較から分かるように、図4のタイムチャートの時間t1〜時間t3のように、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度がマイナス域に達し低下するにつれて、第1圧縮機4の周波数の上限値を下げるようにしたことで、第1ヒートポンプ回路9を循環する冷媒の循環流量の上限を抑えて冷媒循環流量を低下させ、第1熱源側熱交換器7における冷媒から不凍液への熱交換量を抑制し、結果として、第1熱源側熱交換器7の不凍液流路7bを流通する不凍液中の水分の凍結を防ぎ、第1熱源側熱交換器7の破損を未然に防止することができるものである。
Further, as can be seen from the comparison between the time chart of FIG. 4 and the time chart of FIG. 5, the refrigerant temperature detected by the first
なお、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、本実施形態では、第1蒸発温度センサ11の検出する冷媒温度に応じて、第1圧縮機4の周波数の上限値を設定するようにしたが、第1圧縮機4の周波数の代わりに第1圧縮機4の回転数を用いて、第1蒸発温度センサ11の検出する冷媒温度に応じて、第1圧縮機4の回転数の上限値を設定するようにしてもよいものである。
In addition, this invention is not limited to said one Embodiment, In this embodiment, the upper limit of the frequency of the
また、本実施形態では、第1蒸発温度センサ11の検出する冷媒温度に応じて、3つの第1圧縮機4の周波数の上限値を設定できるようにしたが、3つに限定する必要はなく、第1蒸発温度センサ11の検出する冷媒温度に応じて、第1圧縮機4の周波数の上限値を必要分用意すればよいものである。
Further, in the present embodiment, the upper limit values of the frequencies of the three
また、本実施形態では、ヒートポンプユニット1Aの第1制御手段26において本発明の制御を適用したが、ヒートポンプユニット1Bの第2制御手段44において本発明の制御を適用してもよいものであり、ヒートポンプユニット1Aの第1制御手段26とヒートポンプユニット1Bの第2制御手段44の両方において本発明の制御を適用してもよいものである。
In the present embodiment, the control of the present invention is applied to the first control means 26 of the
また、本実施形態では、ヒートポンプユニット1Aの第1熱源側熱交換器7とヒートポンプユニット1Bの第2熱源側熱交換器30とが地中熱交換器12に対して並列に接続されているものにおいて、ヒートポンプユニット1Aが暖房運転を行っている最中に、ヒートポンプユニット1Bにて暖房運転が開始されるものを例に挙げ、第1地中熱循環回路19の循環流量が低下したことで、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度が低下する場合について本発明の制御を適用したが、それに限定されず、ヒートポンプユニット1B側が無く、1台のヒートポンプユニット1Aの第1熱源側熱交換器7に対して1つの地中熱交換器12が対応しているものにおいても、第1地中熱循環回路19の循環流量が低下する場合があり、例えば、ヒートポンプ装置を施工したときの第1地中熱循環回路19のエア抜きが完全でなく、前記暖房運転時にそのエアが移動して第1地中熱循環ポンプ20でエア噛みが発生し、それにより第1地中熱循環回路19の循環流量が低下してしまう場合や、ヒートポンプ装置を施工したときに不凍液配管内に混入した石、砂利、不凍液配管の接続部に使用されたシール材等が、前記暖房運転中に第1地中熱循環ポンプ20の駆動により第1地中熱循環回路19内を移動し、第1地中熱循環回路19の適所に設けられたストレーナ(図示せず)を閉塞し、それにより第1地中熱循環回路19の循環流量が低下してしまう場合があり、その場合は、第1蒸発温度センサ11で検出される冷媒温度が低下するものであり、その時に、本発明の制御を適用しても、ヒートポンプユニット1Aの第1熱源側熱交換器7とヒートポンプユニット1Bの第2熱源側熱交換器30とが地中熱交換器12に対して並列に接続されたものと同様、第1熱源側熱交換器7の不凍液流路7bを流通する不凍液中の水分の凍結を防ぎ、第1熱源側熱交換器7の破損を未然に防止することができるという効果を発揮するものである。
In the present embodiment, the first heat source
また、本実施形態では、第1熱源側熱交換器7の冷媒流路7aまたは第2熱源側熱交換器30の冷媒流路30aを流通する冷媒を加熱する熱媒循環式の熱源部として、地中熱交換器12を介して地中から熱を採熱する熱源熱交換部2を採用したが、熱源部としては、川・湖・海の水を循環させて第1熱源側熱交換器7の冷媒流路7aまたは第2熱源側熱交換器30のの冷媒流路30aを流通する冷媒を加熱するような熱媒循環式のものでもよく、さらに、貯湯タンクに貯湯された湯水を直接的または間接的に利用、または井戸水を直接的または間接的に利用して第1熱源側熱交換器7の冷媒流路7aまたは第2熱源側熱交換器30の冷媒流路30aを流通する冷媒を加熱するような熱媒循環式のものでもよいものである。
Further, in the present embodiment, as a heat medium circulation type heat source section for heating the refrigerant flowing through the
また、先に説明した本発明の一実施形態では、前記暖房運転のみが行えるヒートポンプ装置を示したが、ヒートポンプユニット1Aにおける第1ヒートポンプ回路9、またはヒートポンプユニット1Bにおける第2ヒートポンプ回路32に四方弁を備え、四方弁の切り換えにより、暖房運転と冷房運転の両方を行えるようなヒートポンプ装置において、暖房運転時に第1制御手段26または第2制御手段44が本発明の制御を適用してもよいものである。
Moreover, in one Embodiment of this invention demonstrated previously, although the heat pump apparatus which can perform only the said heating operation was shown, it is a four-way valve in the 1st
また、本実施形態では、第1蒸発温度センサ11は、第1膨張弁6の出口から第1熱源側熱交換器7の出口までの気液混合状態の冷媒の温度を検出するものであるが、第1熱源側熱交換器7がプレート式や二重管式等の水冷媒熱交換器であると、第1熱源側熱交換器7の冷媒流路7aにおける気液混合状態の冷媒の温度を検出するのは難しいので、図1に示したように、第1蒸発温度センサ11は第1膨張弁6の出口から第1熱源側熱交換器7の入口までの第1冷媒配管8に設けるのが取り付けも容易で好ましい。同様に、第2蒸発温度センサ34についても、第2膨張弁29の出口から第2熱源側熱交換器30の入口までの第2冷媒配管31に設けるのが取り付けも容易で好ましい。
In the present embodiment, the first
2 熱源熱交換部
4 第1圧縮機
5 第1負荷側熱交換器
5a 第1負荷側熱交換器の冷媒流路
5b 第1負荷側熱交換器の循環液流路
6 第1膨張弁
7 第1熱源側熱交換器
7a 第1熱源側熱交換器の冷媒流路
7b 第1熱源側熱交換器の不凍液流路
8 第1冷媒配管
9 第1ヒートポンプ回路
11 第1蒸発温度センサ
12 地中熱交換器
13 第1熱交往き管
15 地中往き管
16 地中戻り管
18 第1熱交戻り管
19 第1地中熱循環回路
20 第1地中熱循環ポンプ
21 第1負荷端末
22 第1循環液配管
23 第1負荷側循環回路
24 第1負荷側循環ポンプ
25 第1戻り温度センサ
26 第1制御手段
2 Heat
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