JP6193142B2

JP6193142B2 - 複合熱源ヒートポンプ装置

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Publication number: JP6193142B2
Application number: JP2014019932A
Authority: JP
Inventors: 近藤　建; 建近藤; 菅　崇; 菅　　崇
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2034-02-05
Also published as: JP2015148354A

Description

本発明は、複合熱源ヒートポンプ装置に係り、特に、加熱循環ポンプを駆動させ暖房運転を継続した状態で除霜動作を実行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（段落０００８、図１参照）

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。

このため、地中熱ヒートポンプに加勢して空気熱ヒートポンプによってさらに暖房能力を向上させるために、第１圧縮機、第１加熱熱交換器、第１膨張弁、地中熱源熱交換器を有する地中熱ヒートポンプと第２圧縮機、第２加熱熱交換器、第２膨張弁、空気熱源熱交換器を有する空気熱ヒートポンプの第１加熱熱交換器と第２加熱熱交換器とを直列に連結し、地中熱ヒートポンプおよび空気熱ヒートポンプの双方を作動させ、放熱端末側の熱媒（循環液）を加熱して放熱端末による暖房運転を行うヒートポンプサイクル装置が創案されている（例えば、未公開である特願２０１２−１７５６２０）。

このような地中熱ヒートポンプと空気熱ヒートポンプとを直列に連結したヒートポンプサイクル装置において、外気温度が低い場合に暖房運転を行っている時は、空気熱ヒートポンプを構成する空気熱源熱交換器が着霜することがあり、空気熱源熱交換器は着霜すると熱交換効率が低下するため、空気熱源熱交換器の除霜をする必要がある。

上記除霜の動作としては、空気熱ヒートポンプを構成する第２膨張弁を全開とし、第２圧縮機で圧縮した高温の冷媒を、第２加熱熱交換器を流通させ、第２膨張弁で減圧されることなく第２膨張弁を通過させて空気熱源熱交換器５５に供給して、空気熱源熱交換器５５に発生した霜を溶かしている（除霜動作）。

この除霜動作を行う時に、放熱端末により暖房される被空調空間を無暖房状態としないように、加熱循環ポンプの駆動を継続させることが考えられるが、暖房運転時と同様の回転速度で加熱循環ポンプを駆動したまま除霜動作を行うと、空気熱源熱交換器の除霜用に第２圧縮機で圧縮した冷媒の熱が、第２加熱熱交換器を介して放熱端末側の循環液に奪われるため、除霜動作時間が長引いてしまうという問題が生じる。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、好適に暖房出力を確保しながら、かつ除霜動作を速やかに完了させることができる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、請求項１に係る発明は、放熱端末に循環液を循環させる加熱循環ポンプを有する加熱循環回路と、この加熱循環回路に配設された凝縮器としての第１加熱熱交換器と、前記加熱循環回路に配設された凝縮器としての第２加熱熱交換器と、地中から採熱して回路内を循環する第１冷媒を加熱する地中熱源熱交換器と、前記第１冷媒を圧縮して前記第１加熱熱交換器に供給する第１圧縮機と、前記第１加熱熱交換器から流出された前記第１冷媒を減圧する第１膨張弁と、を有し、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、外気から採熱して回路内を循環する第２冷媒を加熱する空気熱源熱交換器と、前記第２冷媒を圧縮して前記第２加熱熱交換器に供給する第２圧縮機と、前記第２加熱熱交換器から流出された前記第２冷媒を減圧する第２膨張弁と、を有し、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、動作を制御する制御装置と、を備えた複合熱源ヒートポンプ装置であって、前記第１加熱熱交換器は、前記加熱循環回路における第２加熱熱交換器の上流側に直列に配設され、前記制御装置は、前記加熱循環ポンプを所定の除霜回転速度で駆動させた状態で、前記第２圧縮機によって加熱された第２冷媒を前記空気熱源熱交換器に供給して当該空気熱源熱交換器の除霜動作を実行する除霜動作実行手段を有し、前記第１ヒートポンプ回路と前記第２ヒートポンプ回路とを作動させると共に前記加熱循環ポンプを駆動させて前記循環液を加熱する暖房運転時において、前記暖房運転時から前記除霜動作実行手段が除霜動作を実行する場合には、前記第２膨張弁の開度は、前記暖房運転時よりも所定の開度まで拡大し、前記加熱循環ポンプの所定の除霜回転速度は、前記暖房運転時よりも低く設定した第１の除霜回転速度とし、前記制御装置は、除霜動作の開始から完了までの除霜動作時間の基準値である基準除霜動作時間を算出する基準除霜時間算出手段と、この基準除霜時間算出手段が求めた基準除霜動作時間が所定の閾値内であるかどうかを判定する基準除霜時間判定手段と、を有し、前記基準除霜動作時間が前記所定の閾値を超えている場合には、次回の除霜動作時において、前記第１の除霜回転速度よりも回転速度を低く設定した停止を含まない第２の除霜回転速度で前記加熱循環ポンプを駆動させながら除霜動作を実行することを特徴とする。

本発明に係る複合熱源ヒートポンプ装置は、地中熱熱源で加熱する前記第１加熱熱交換器を前記加熱循環回路における空気熱熱源で加熱する第２加熱熱交換器の上流側に直列に配設したことで、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環境では、第１加熱熱交換器が加熱した循環液をさらに第２加熱熱交換器で加熱することができるため、暖房出力を増大させて放熱端末を加熱する循環液を迅速に目標温度まで到達させることができる。

また、本発明に係る複合熱源ヒートポンプ装置は、例えば、前記外気温度が所定の基準温度よりも高い場合には、前記第２圧縮機を選択して駆動し、前記外気温度が所定の基準温度よりも低い場合には、前記第１圧縮機を選択して駆動することができるため、採熱効率の高い熱源を選択して駆動することで、効率よく暖房出力を確保することができる。

また、本発明に係る複合熱源ヒートポンプ装置は、除霜動作実行手段により、前記第２膨張弁の開度は、前記暖房運転時よりも所定の開度まで拡大し、前記加熱循環ポンプの所定の除霜回転速度は、前記暖房運転時よりも低く設定することで、暖房運転を継続し所定の暖房能力を保持したままで円滑かつ迅速に除霜動作を完了することができる。

つまり、前記第２膨張弁の開度は、前記暖房運転時よりも所定の開度まで拡大することで、第２冷媒は第２膨張弁で減圧されることなく温度を高く保ったまま空気熱源熱交換器に供給され、効果的に空気熱源熱交換器を加熱して除霜動作を実行することができる。また、前記加熱循環ポンプの所定の除霜回転速度は、前記暖房運転時よりも低く設定することで、空気熱源熱交換器の除霜用に第２圧縮機で圧縮した第２冷媒の熱が、第２加熱熱交換器を介して放熱端末側の循環液に奪われすぎないように適切に調整することができるため、速やかに除霜動作を完了することができる。

このようにして、本発明に係る複合熱源ヒートポンプ装置は、好適に暖房出力を確保しながら、かつ除霜を速やかに完了させることができる。

本発明に係る複合熱源ヒートポンプ装置は、基準除霜時間判定手段により、基準除霜時間算出手段が求めた基準除霜動作時間が所定の閾値を超えている場合には、予め設定した所定の除霜回転速度よりも回転速度をより低くして除霜動作を実行することで、除霜が完了するまでに時間がかかりすぎるような場合には、空気熱源熱交換器の除霜用に第２圧縮機で圧縮した第２冷媒の熱が、第２加熱熱交換器を介して放熱端末側の循環液に奪われすぎないように適切に加熱循環ポンプの回転速度を調整することができるため、速やかに除霜動作を完了することができる。

請求項２に係る発明は、放熱端末に循環液を循環させる加熱循環ポンプを有する加熱循環回路と、この加熱循環回路に配設された凝縮器としての第１加熱熱交換器と、前記加熱循環回路に配設された凝縮器としての第２加熱熱交換器と、地中から採熱して回路内を循環する第１冷媒を加熱する地中熱源熱交換器と、前記第１冷媒を圧縮して前記第１加熱熱交換器に供給する第１圧縮機と、前記第１加熱熱交換器から流出された前記第１冷媒を減圧する第１膨張弁と、を有し、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、外気から採熱して回路内を循環する第２冷媒を加熱する空気熱源熱交換器と、前記第２冷媒を圧縮して前記第２加熱熱交換器に供給する第２圧縮機と、前記第２加熱熱交換器から流出された前記第２冷媒を減圧する第２膨張弁と、を有し、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、動作を制御する制御装置と、を備えた複合熱源ヒートポンプ装置であって、前記第１加熱熱交換器は、前記加熱循環回路における第２加熱熱交換器の上流側に直列に配設され、前記制御装置は、
前記加熱循環ポンプを所定の除霜回転速度で駆動させた状態で、前記第２圧縮機によって加熱された第２冷媒を前記空気熱源熱交換器に供給して当該空気熱源熱交換器の除霜動作を実行する除霜動作実行手段を有し、前記第１ヒートポンプ回路と前記第２ヒートポンプ回路とを作動させると共に前記加熱循環ポンプを駆動させて前記循環液を加熱する暖房運転時において、前記暖房運転時から前記除霜動作実行手段が除霜動作を実行する場合には、前記第２膨張弁の開度は、前記暖房運転時よりも所定の開度まで拡大し、前記加熱循環ポンプの所定の除霜回転速度は、前記暖房運転時よりも低く設定した第１の除霜回転速度とし、前記制御装置は、除霜動作の開始から完了までの除霜動作時間の基準値である基準除霜動作時間を算出する基準除霜時間算出手段と、この基準除霜時間算出手段が求めた基準除霜動作時間が所定の閾値内であるかどうかを判定する基準除霜時間判定手段と、を有し、前記基準除霜動作時間が前記所定の閾値を超えている場合には、次回の除霜動作時において、前記第１の除霜回転速度よりも回転速度を低く設定した停止を含まない第２の除霜回転速度で前記加熱循環ポンプを駆動させながら除霜動作を実行し、前記基準除霜動作時間が前記所定の閾値を超えていない場合には、次回の除霜動作時において、前記第１の除霜回転速度と同じ回転速度で前記加熱循環ポンプを駆動させながら除霜動作を実行すること、を特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の複合熱源ヒートポンプ装置であって、前記基準除霜時間算出手段は、所定の期間内における複数回実行した除霜動作から平均除霜動作時間を算出して当該平均除霜動作時間を前記基準除霜動作時間として採択すること、を特徴とする。

請求項３に記載された発明に係る複合熱源ヒートポンプ装置は、所定の期間内における複数回実行した除霜動作から平均除霜動作時間を算出することで、設置環境においてばらつきのない基準除霜動作時間を算出することができるため、設置環境に適応してより安定した適切な暖房運転および除霜動作を実行することができる。

本発明に係る複合熱源ヒートポンプ装置は、好適に暖房出力を確保しながら、かつ除霜を速やかに完了させることができる。
また、本発明に係る複合熱源ヒートポンプ装置は、施工状況の違いに関係なく、設置環境に応じて除霜動作時の加熱循環ポンプの回転速度を適切に設定するので、除霜動作時間が長引くことなく、且つ暖房も適切に行うことができる。

本発明の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。本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置の全体構成を示す構成図である。本発明の実施形態に係る除霜動作を示す回路図。本発明の実施形態に係る平均除霜動作時間の算出方法を説明するための表である。本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置の動作を示す流れ図である。本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置の動作の具体例を示す図であり、（ａ）は補正前の初期設定の状態、（ｂ）は加熱循環ポンプの回転速度を（ａ）の状態から所定の回転速度だけ低く補正した状態、（ｃ）は（ｂ）の状態からさらに所定の回転速度だけ低く補正して除霜動作時間が規定時間以内になった状態である。

本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１の構成について適宜図１と図２を参照しながら詳細に説明する。
複合熱源ヒートポンプ装置１は、図１に示すように、放熱端末２に熱媒としての循環液Ｌ（例えば、温水）を循環させる加熱熱交換部３と、地中熱を熱源とする地中熱ヒートポンプ装置４と、空気熱を熱源とする空気熱ヒートポンプ装置５と、動作を制御する制御装置６（６１，６２，６３）と、制御装置６に信号を送るリモコン６０と、を備えている。

複合熱源ヒートポンプ装置１は、図２に示すように、第１ヒートポンプ回路である地中熱ヒートポンプ装置４と、第２ヒートポンプ回路である空気熱ヒートポンプ装置５とを直列に連結したハイブリッド型のヒートポンプ装置であり、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。

放熱端末２（２１，２２）は、図２に示すように、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であり、複数を配設することができるが、数量や仕様が特に限定されるものではないため、詳細な説明は省略する。

加熱熱交換部３は、放熱端末２に循環液Ｌを循環させる加熱循環回路３１と、加熱循環回路３１に配設され循環液Ｌを圧送する加熱循環ポンプ３２と、放熱端末２に供給する循環液Ｌの供給をそれぞれ制御する熱動弁３３（３３ａ，３３ｂ）と、放熱端末２から流出して戻ってくる循環液Ｌの温度を計測する端末温度センサ３４と、流路の圧力を調整するシスターン３５と、を備えている。

加熱循環回路３１は、地中熱ヒートポンプ装置４の凝縮器としての第１加熱熱交換器４１と、空気熱ヒートポンプ装置５の凝縮器としての第２加熱熱交換器５１と、を備えている。
第１加熱熱交換器４１は、加熱循環回路３１における第２加熱熱交換器５１の上流側に直列に配設されている。

かかる構成により、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環境では、第１加熱熱交換器４１が加熱した循環液Ｌをさらに第２加熱熱交換器５１で加熱することができるため、放熱端末２を加熱する循環液Ｌを迅速に目標温度まで到達させることができる。

端末温度センサ３４は、加熱循環回路３１における第１加熱熱交換器４１の上流側に配設され、放熱端末２から流出した循環液Ｌの温度を検出して快適な暖房が得られるように制御装置６で制御する。

地中熱ヒートポンプ装置４は、第１加熱熱交換器４１に高温の第１冷媒Ｃ１（例えば、Ｒ４１０ＡやＲ３２等のＨＦＣ冷媒や、二酸化炭素冷媒）を供給する冷媒循環路４２と、第１加熱熱交換器４１に第１冷媒Ｃ１を圧縮して送出する第１圧縮機４３と、第１圧縮機４３から第１加熱熱交換器４１までの冷媒循環路４２に設けられ第１圧縮機４３で圧縮された第１冷媒Ｃ１の温度を検出する温度センサ４２ａと、第１加熱熱交換器４１から流出された第１冷媒Ｃ１を減圧する第１膨張弁４４と、第１膨張弁４４から後記の地中熱源熱交換器４５までの冷媒循環路４２に設けられ第１膨張弁４４によって減圧された低温の第１冷媒Ｃ１の温度を検出する温度センサ４２ｂと、第１膨張弁４４によって減圧された低温の第１冷媒Ｃ１を加熱する地中熱源熱交換器４５と、地中熱源熱交換器４５に熱媒Ｈ１（例えば、不凍液）を供給する熱媒循環路４６と、熱媒循環路４６の熱媒Ｈ１を圧送する地中熱循環ポンプ４７と、熱媒循環路４６に配設された地中熱交換器４８と、熱媒循環路４６の圧力を調整するシスターン４９と、を備えている。

かかる構成により、地中熱ヒートポンプ装置４は、地中熱源熱交換器４５では、熱媒循環路４６を循環する熱媒Ｈ１と冷媒循環路４２を循環する第１冷媒Ｃ１とが対向して流れて熱交換が行われるため、地中熱交換器４８が採熱した地中熱を第１冷媒Ｃ１に伝達する。そして、この第１冷媒Ｃ１を第１圧縮機４３により圧縮して第１加熱熱交換器４１に供給する。
第１加熱熱交換器４１では、第１圧縮機４３により圧縮された高温の第１冷媒Ｃ１と加熱循環回路３１を通って放熱端末２から戻ってきた低温の循環液Ｌとが対向して流れて熱交換が行われ、循環液Ｌを加熱するようになっている。

空気熱ヒートポンプ装置５は、第２加熱熱交換器５１に高温の第２冷媒Ｃ２（例えば、Ｒ４１０ＡやＲ３２等のＨＦＣ冷媒や、二酸化炭素冷媒）を供給する冷媒循環路５２と、第２加熱熱交換器５１に第２冷媒Ｃ２を圧縮して送出する第２圧縮機５３と、第２圧縮機５３から第２加熱熱交換器５１までの冷媒循環路５２に設けられ第２圧縮機５３で圧縮された第２冷媒Ｃ２の温度を検出する温度センサ５２ａと、第２加熱熱交換器５１から流出された第２冷媒Ｃ２を減圧する第２膨張弁５４と、第２膨張弁５４から後記の空気熱源熱交換器５５までの冷媒循環路５２に設けられ第２膨張弁５４によって減圧された低温の第２冷媒Ｃ２の温度を検出する温度センサ５２ｂと、第２膨張弁５４によって減圧された低温の第２冷媒Ｃ２を加熱する空気熱源熱交換器５５と、空気熱源熱交換器５５から流出する第２冷媒Ｃ２の温度を検出する温度センサ５２ｃと、外気温を検出する外気温センサ５７と、冷媒循環路５２における第２冷媒Ｃ２の流れ方向を変えて暖房と冷房を切り替える４方弁５８と、を備えている。
空気熱源熱交換器５５は、送風ファン５６から送風される空気と第２冷媒Ｃ２との熱交換を行って第２冷媒Ｃ２を加熱する。

かかる構成により、空気熱ヒートポンプ装置５は、第２加熱熱交換器５１では、第２圧縮機５３により圧縮された高温の第２冷媒Ｃ２と加熱循環回路３１の上流側に配設された第１加熱熱交換器４１から流出してくる循環液Ｌとが対向して流れて熱交換が行われ、第１加熱熱交換器４１で加熱された循環液Ｌをさらに加熱できるようになっている。

制御装置６は、加熱熱交換部３および地中熱ヒートポンプ装置４の動作を制御する地中熱ヒートポンプ制御装置６１と、空気熱ヒートポンプ装置５の動作を制御する空気熱ヒートポンプ制御装置６２と、除霜動作を制御する除霜動作制御装置６３と、を備えている。制御装置６は、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。

除霜動作制御装置６３は、図２に示すように、除霜動作を実行する除霜動作実行手段６３ａと、除霜動作時間の基準値である基準除霜動作時間を算出する基準除霜時間算出手段６３ｂと、この基準除霜動作時間が所定の閾値（予め設定した規定時間）内であるかどうかを判定する基準除霜時間判定手段６３ｃと、を有し、基準除霜動作時間が所定の閾値を超えている場合には、所定の除霜回転速度よりも回転速度を低く設定した状態で加熱循環ポンプ３２を駆動させながら除霜動作を実行する。

＜除霜動作実行手段＞
除霜動作実行手段６３ａは、加熱循環ポンプ３２を所定の除霜回転速度で駆動させ放熱端末２による暖房運転を継続した状態で、第２圧縮機５３によって加熱された第２冷媒Ｃ２を空気熱源熱交換器５１に供給して空気熱源熱交換器５１の除霜動作を実行する。

［暖房運転］
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、地中熱ヒートポンプ装置４および空気熱ヒートポンプ装置５のうち、熱源として採熱効率のよい方を選択して暖房運転を実行する。
また、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一方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は、制御装置６は、地中熱ヒートポンプ装置４および空気熱ヒートポンプ装置５の両方を作動させる。

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、空気熱ヒートポンプ装置５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Ｌと第２圧縮機５３から吐出された高温高圧の第２冷媒Ｃ２とが熱交換され、加熱された循環液Ｌが放熱端末２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第２冷媒Ｃ２とが熱交換され、空気熱により第２冷媒Ｃ２を加熱し蒸発させる。なお、この場合、加熱循環回路３１を循環する循環液Ｌは、第１加熱熱交換器４１も通過することになるが、このときには地中熱ヒートポンプ装置４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地中熱ヒートポンプ装置４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４７、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Ｌと第１圧縮機４３から吐出された高温高圧の第１冷媒Ｃ１とが熱交換され、加熱された循環液Ｌが放熱端末２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４７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Ｈ１と第１膨張弁４４から吐出された低温低圧の第１冷媒Ｃ１とが熱交換され、地中熱により第１冷媒Ｃ１を加熱し蒸発させる。なお、この場合、加熱循環回路３１を循環する循環液Ｌは、第２加熱熱交換器５１も通過することになるが、このときには空気熱ヒートポンプ装置５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、地中熱ヒートポンプ装置４または空気熱ヒートポンプ装置５のどちらか一方が作動している時に、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一方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、地中熱ヒートポンプ装置４および空気熱ヒートポンプ装置５の両方を作動させる。

地中熱ヒートポンプ装置４および空気熱ヒートポンプ装置５の両方が作動している暖房運転を例とした場合、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４７、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を駆動させ暖房運転が行われる。暖房運転中は、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Ｌと第１圧縮機４３から吐出された高温高圧の第１冷媒Ｃ１とが対向して流れて熱交換が行われて循環液Ｌ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Ｌと第２圧縮機５３から吐出された高温高圧の第２冷媒Ｃ２とが対向して流れて熱交換が行われて循環液Ｌが加熱される。このように、加熱循環回路３１を循環する循環液Ｌ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２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。

［除霜動作］
このように、地中熱ヒートポンプ装置４と空気熱ヒートポンプ装置５とを作動させると共に加熱循環ポンプ３２を駆動させて循環液Ｌを加熱する暖房運転時において、除霜動作実行手段６３ａは、除霜動作を実行する場合には、第２膨張弁５４の開度は、暖房運転時よりも所定の開度である全開まで拡大し、加熱循環ポンプ３２の所定の除霜回転速度は、暖房運転時よりも低く設定した第１の除霜回転速度とする。

［除霜回転速度］
加熱循環ポンプ３２の第１の除霜回転速度は、通常の暖房運転における回転速度よりも低く設定されている。例えば、通常の暖房運転における回転速度が３５００ｒｐｍとすると、加熱循環ポンプ３２の第１の除霜回転速度は、３５００ｒｐｍよりも低い２５００ｒｐｍとすることができる。

なお、本実施形態においては、通常の暖房運転における加熱循環ポンプ３２の回転速度を３５００ｒｐｍとし、除霜動作を行っている時の加熱循環ポンプ３２の除霜回転速度を２５００ｒｐｍとしたが、これに限定されるものではなく、通常の暖房運転における加熱循環ポンプ３２の回転速度、および除霜回転速度は、ヒートポンプ装置の仕様や圧縮機の性能、設置環境、熱負荷等を勘案しながら、必要な暖房出力と除霜動作時間とのバランスを考慮して適宜設定される。

かかる構成により、複合熱源ヒートポンプ装置１は、加熱循環ポンプ３２の回転速度を通常の暖房運転における回転速度よりも適宜低く設定することで、通常の暖房運転の時よりも除霜運転の時の方が、第２加熱熱交換器５１を介して冷媒循環回路５２から加熱循環回路３１に伝達される熱量を少なくすることができる。
このようにして、複合熱源ヒートポンプ装置１は、空気熱源熱交換器５５の除霜用に第２圧縮機５３で圧縮した第２冷媒Ｃ２の熱が、第２加熱熱交換器５１を介して放熱端末２側の循環液Ｌに奪われすぎないようにより適切に加熱循環ポンプ３２の回転速度を調整することができるため、より速やかに除霜動作を完了することができる。

除霜動作は、第２圧縮機５３で圧縮した高温の第２冷媒Ｃ２を空気熱源熱交換器５５に供給して空気熱源熱交換器５５の除霜を行う動作である。
除霜動作の形態は、図３に示すように、暖房動作（図１参照）と同様に同じ方向に第２冷媒Ｃ２を循環させて除霜する。

具体的には、除霜動作は、第２圧縮機５３で圧縮した高温の第２冷媒Ｃ２を第２加熱熱交換器５１に供給して循環液Ｌとの熱交換を行ない第２膨張弁５４を通過させて空気熱源熱交換器５５に供給し空気熱源熱交換器５５の除霜を行うものであり、この除霜動作時は、第２膨張弁５４の開度を所定の開度である全開まで拡大することで、第２膨張弁５４では第２冷媒Ｃ２は減圧されることなく通過して、第２冷媒Ｃ２は暖かいまま空気熱源熱交換器５５に供給され、空気熱源熱交換器５５に発生した霜を溶かすものである。

除霜動作時間は、除霜動作の開始から完了までの時間であり、パイロットランプ（不図示）等の表示手段で外部からも確認することができる。
除霜動作の開始は、例えば、外気温センサ５７（図２参照）で検出した外気温、または外気温と温度センサ５２ｃ（図２参照）で検出した空気熱源熱交換器５５の温度との温度差から制御装置６が判断して除霜動作を開始することができる。また、除霜動作の完了は、例えば、温度センサ５２ｃ（図２参照）で検出した空気熱源熱交換器５５の温度上昇から制御装置６が判断して除霜動作を終了することができる。

＜基準除霜時間算出手段＞
基準除霜時間算出手段６３ｂは、図４に示すように、所定の期間内（例えば、１週間）における複数回実行した除霜動作から平均除霜動作時間を算出してこの平均除霜動作時間を基準除霜動作時間として採択する。

具体的には、基準除霜時間算出手段６３ｂは、図４に示すように、所定の期間内として、例えば、１週間（第１日から第７日まで）とし、第１日目には複数回（Ｎ回、例えば２回）の除霜動作を実行し、第１日から第７日までに実行した合計の複数回（例えば１４回）実行した除霜動作から平均除霜動作時間（２００秒）を算出してこの平均除霜動作時間（２００秒）を基準除霜動作時間として採択する。また、所定の期間内である１週間（第１日から第７日まで）の次の１週間（第８日から第１４日まで）も同様に算出して、１週間ごとに上書きして更新した基準除霜動作時間を採択する。

なお、本実施形態においては、所定の期間内（１週間）における平均除霜動作時間を基準除霜動作時間として採択したが、これに限定されるものではなく、所定の期間内における最大除霜動作時間を基準除霜動作時間として採択してもよい。また、本実施形態においては、不用意な変動やバラツキを回避するために所定の期間内として１週間を採用したが、１日の平均除霜動作時間（例えば、第１日では１８０秒、第２日では２００秒）を採択して毎日更新してもよい。

＜基準除霜時間判定手段＞
基準除霜時間判定手段６３ｃは、基準除霜時間算出手段６３ｂが求めた基準除霜動作時間である平均除霜動作時間（２００秒）が所定の閾値（予め設定した規定時間、例えば、１７０秒）以内であるかどうかを判定する。
そして、除霜動作制御装置６３は、基準除霜動作時間である平均除霜動作時間（２００秒）が所定の閾値（１７０秒）を超えている場合には、所定の期間内である第１週目の１週間（第１日から第７日まで）の翌週の第２週目の１週間（第８日から第１４日まで）に対しては、第１の除霜回転速度（例えば、２５００ｒｐｍ）よりも所定の回転速度ΔＲｒｐｍ（例えば、１００ｒｐｍ）だけ低く補正した第２の除霜回転速度（２５００−ΔＲ＝２４００ｒｐｍ）で加熱循環ポンプ３２を駆動させながら除霜動作を実行する。

続いて、本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１における動作について、主として図５と図６を参照しながら説明する。
参照する図５は複合熱源ヒートポンプ装置１の動作を示す流れ図である。図６は、動作の具体例を示す図であり、（ａ）は第１週目の状態、（ｂ）は加熱循環ポンプの回転速度を（ａ）の状態から所定の回転速度だけ低く補正した第２週目の状態、（ｃ）は（ｂ）の状態からさらに所定の回転速度だけ低く補正して除霜動作時間が規定時間以内になった第３週目の状態である。

図５に示すように、基準除霜時間算出手段６３ｂ（図２参照）は、所定の期間内（例えば、１週間）における複数回実行した除霜動作から平均除霜動作時間（２００秒）を算出して、この平均除霜動作時間（２００秒）を基準除霜動作時間として採択する（Ｓ１）。
基準除霜時間判定手段６３ｃ（図２参照）は、基準除霜動作時間である平均除霜動作時間（２００秒）が所定の閾値（予め設定した規定時間、例えば、１７０秒）以内であるかどうかを判定する（Ｓ２）。

ステップＳ２において、平均除霜動作時間（２００秒）が規定時間（１７０秒）以内に終了しなかったと基準除霜時間判定手段６３ｃが判断した場合（図５のＳ２のＮｏ）には（図６（ａ）参照）、除霜動作制御装置６３は、除霜動作を実行する際に、第１の除霜回転速度（例えば、２５００ｒｐｍ）よりも所定の回転速度ΔＲｒｐｍ（例えば、１００ｒｐｍ）だけ低く補正した第２の除霜回転速度（２５００−ΔＲ＝２４００ｒｐｍ）で加熱循環ポンプ３２を駆動させる（図５のＳ４）。

加熱循環ポンプ３２を第１週目の回転速度よりもΔＲｒｐｍ（例えば、１００ｒｐｍ）だけ低く設定して駆動することで、第２週目（第８日から第１４日まで）の平均除霜動作時間は第１週目の２００秒よりも短縮されて、（２００−ΔＴ１）秒となる。
つまり、加熱循環ポンプ３２の回転速度を第１週目よりもΔＲｒｐｍ（例えば、１００ｒｐｍ）だけ低く設定することで、第２加熱熱交換器５１を介して冷媒循環回路５２を流れる第２冷媒Ｃ２から加熱循環回路３１を流れる循環液Ｌに伝達される熱量を少なくすることができるため、第２週目では、平均除霜動作時間を短縮してより速やかに除霜動作を完了することができる（図６（ｂ）参照）。

このようにして、図６（ｂ）に示すように、第２週目における平均除霜動作時間は、第１週目の２００秒よりも短縮されて、（２００−ΔＴ１）秒となるが、規定時間（１７０秒）を超えているため、除霜動作制御装置６３は、除霜動作を実行する際に、第３週目ではさらに加熱循環ポンプ３２の回転速度をΔＲｒｐｍ（例えば、１００ｒｐｍ）だけ低く設定した状態（２４００−ΔＲ＝２３００ｒｐｍ）で加熱循環ポンプ３２を駆動させる（図５のＳ１，Ｓ２，Ｓ４）。
これによって、図６（ｃ）に示すように、第３週目における平均除霜動作時間は、第２週目の（２００−ΔＴ１）秒よりもさらに短縮されて、（２００−ΔＴ１−ΔＴ２）秒となる。

このため、図５のＳ２のＹｅｓに示すように、ステップＳ２において、平均除霜動作時間（２００−ΔＴ１−ΔＴ２）秒が規定時間（１７０秒）以内に終了したと基準除霜時間判定手段６３ｃが判断した場合（図６（ｃ）参照）には、除霜動作制御装置６３は、除霜動作を実行する際に、第４週目では加熱循環ポンプ３２の回転速度を、第３週目での加熱循環ポンプ３２の回転速度と同じ２３００ｒｐｍに維持する（図５のＳ３）。

以上のように構成した本発明の実施形態に係る複合熱源ヒートポンプ装置１は、以下のような作用効果を奏する。
すなわち、所定の期間内（１週間）における複数回実行した除霜動作から平均除霜動作時間を算出することで、設置環境においてばらつきのない基準除霜動作時間を算出することができ、さらに、算出された基準除霜動作時間が予め設定された規定時間以内になるように、加熱循環ポンプ３２の回転速度が設定されるので、放熱端末２の種類や放熱端末２までの加熱循環回路３１の配管長の違いといった施工状況の違いに関係なく、設置環境に応じて自動で除霜動作時の加熱循環ポンプの回転速度を適切に設定するので、除霜動作時間が長引くことなく、且つ暖房も適切に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されず、適宜変形して実施することが可能である。例えば、本実施形態においては、地中熱ヒートポンプ装置４と空気熱ヒートポンプ装置５の２台のヒートポンプを直列に連結したが、これに限定されるものではなく、３台以上を連結してもよい。

１複合熱源ヒートポンプ装置
２放熱端末
３加熱熱交換部
４地中熱ヒートポンプ装置（第１ヒートポンプ回路）
５空気熱ヒートポンプ装置（第２ヒートポンプ回路）
６制御装置
３１加熱循環回路
３２加熱循環ポンプ
３４端末温度センサ
４１第１加熱熱交換器
４２ａ，４２ｂ温度センサ
４３第１圧縮機
４４第１膨張弁
４５地中熱源熱交換器
４６熱媒循環路
４７地中熱循環ポンプ
４８地中熱交換器
５１第２加熱熱交換器
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ温度センサ
５３第２圧縮機
５４第２膨張弁
５５空気熱源熱交換器
５７外気温センサ
６１地中熱ヒートポンプ制御装置
６２空気熱ヒ−トポンプ制御装置
６３除霜動作制御装置
Ｃ１第１冷媒
Ｃ２第２冷媒
Ｈ１熱媒
Ｌ循環液

Claims

放熱端末に循環液を循環させる加熱循環ポンプを有する加熱循環回路と、
この加熱循環回路に配設された凝縮器としての第１加熱熱交換器と、
前記加熱循環回路に配設された凝縮器としての第２加熱熱交換器と、
地中から採熱して回路内を循環する第１冷媒を加熱する地中熱源熱交換器と、前記第１冷媒を圧縮して前記第１加熱熱交換器に供給する第１圧縮機と、前記第１加熱熱交換器から流出された前記第１冷媒を減圧する第１膨張弁と、を有し、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、
外気から採熱して回路内を循環する第２冷媒を加熱する空気熱源熱交換器と、前記第２冷媒を圧縮して前記第２加熱熱交換器に供給する第２圧縮機と、前記第２加熱熱交換器から流出された前記第２冷媒を減圧する第２膨張弁と、を有し、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、
動作を制御する制御装置と、を備えた複合熱源ヒートポンプ装置であって、
前記第１加熱熱交換器は、前記加熱循環回路における第２加熱熱交換器の上流側に直列に配設され、
前記制御装置は、
前記加熱循環ポンプを所定の除霜回転速度で駆動させた状態で、前記第２圧縮機によって加熱された第２冷媒を前記空気熱源熱交換器に供給して当該空気熱源熱交換器の除霜動作を実行する除霜動作実行手段を有し、
前記第１ヒートポンプ回路と前記第２ヒートポンプ回路とを作動させると共に前記加熱循環ポンプを駆動させて前記循環液を加熱する暖房運転時において、
前記暖房運転時から前記除霜動作実行手段が除霜動作を実行する場合には、
前記第２膨張弁の開度は、前記暖房運転時よりも所定の開度まで拡大し、
前記加熱循環ポンプの所定の除霜回転速度は、前記暖房運転時よりも低く設定した第１の除霜回転速度とし、
前記制御装置は、
除霜動作の開始から完了までの除霜動作時間の基準値である基準除霜動作時間を算出する基準除霜時間算出手段と、
この基準除霜時間算出手段が求めた基準除霜動作時間が所定の閾値内であるかどうかを判定する基準除霜時間判定手段と、を有し、
前記基準除霜動作時間が前記所定の閾値を超えている場合には、次回の除霜動作時において、前記第１の除霜回転速度よりも回転速度を低く設定した停止を含まない第２の除霜回転速度で前記加熱循環ポンプを駆動させながら除霜動作を実行すること、
を特徴とする複合熱源ヒートポンプ装置。
放熱端末に循環液を循環させる加熱循環ポンプを有する加熱循環回路と、
この加熱循環回路に配設された凝縮器としての第１加熱熱交換器と、
前記加熱循環回路に配設された凝縮器としての第２加熱熱交換器と、
地中から採熱して回路内を循環する第１冷媒を加熱する地中熱源熱交換器と、前記第１冷媒を圧縮して前記第１加熱熱交換器に供給する第１圧縮機と、前記第１加熱熱交換器から流出された前記第１冷媒を減圧する第１膨張弁と、を有し、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、
外気から採熱して回路内を循環する第２冷媒を加熱する空気熱源熱交換器と、前記第２冷媒を圧縮して前記第２加熱熱交換器に供給する第２圧縮機と、前記第２加熱熱交換器から流出された前記第２冷媒を減圧する第２膨張弁と、を有し、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、
動作を制御する制御装置と、を備えた複合熱源ヒートポンプ装置であって、
前記第１加熱熱交換器は、前記加熱循環回路における第２加熱熱交換器の上流側に直列に配設され、
前記制御装置は、
前記加熱循環ポンプを所定の除霜回転速度で駆動させた状態で、前記第２圧縮機によって加熱された第２冷媒を前記空気熱源熱交換器に供給して当該空気熱源熱交換器の除霜動作を実行する除霜動作実行手段を有し、
前記第１ヒートポンプ回路と前記第２ヒートポンプ回路とを作動させると共に前記加熱循環ポンプを駆動させて前記循環液を加熱する暖房運転時において、
前記暖房運転時から前記除霜動作実行手段が除霜動作を実行する場合には、
前記第２膨張弁の開度は、前記暖房運転時よりも所定の開度まで拡大し、
前記加熱循環ポンプの所定の除霜回転速度は、前記暖房運転時よりも低く設定した第１の除霜回転速度とし、
前記制御装置は、
除霜動作の開始から完了までの除霜動作時間の基準値である基準除霜動作時間を算出する基準除霜時間算出手段と、
この基準除霜時間算出手段が求めた基準除霜動作時間が所定の閾値内であるかどうかを判定する基準除霜時間判定手段と、を有し、
前記基準除霜動作時間が前記所定の閾値を超えている場合には、次回の除霜動作時において、前記第１の除霜回転速度よりも回転速度を低く設定した停止を含まない第２の除霜回転速度で前記加熱循環ポンプを駆動させながら除霜動作を実行し、
前記基準除霜動作時間が前記所定の閾値を超えていない場合には、次回の除霜動作時において、前記第１の除霜回転速度と同じ回転速度で前記加熱循環ポンプを駆動させながら除霜動作を実行すること、
を特徴とする複合熱源ヒートポンプ装置。
前記基準除霜時間算出手段は、所定の期間内における複数回実行した除霜動作から平均除霜動作時間を算出して当該平均除霜動作時間を前記基準除霜動作時間として採択すること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合熱源ヒートポンプ装置。