JP6258802B2

JP6258802B2 - 複合熱源ヒートポンプ装置

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Publication number: JP6258802B2
Application number: JP2014145205A
Authority: JP
Inventors: 眞柄　隆志; 隆志眞柄; 真典上田
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2034-07-15
Also published as: JP2016020785A

Description

本発明は、複合熱源ヒートポンプ装置に係り、特に、空気熱源を利用する第２ヒートポンプ回路が作動して暖房運転を行っている時に空気熱源熱交換器の除霜動作に入る場合、除霜前の暖房往き温度に応じて、除霜時の第２ヒートポンプ回路の圧縮機の駆動周波数を制御するようにした複合熱源ヒートポンプ装置に関するものである。

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出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とを備え、凝縮器としての第１加熱熱交換器および第２加熱熱交換器とを、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に対して直列に連結し、外気温度に応じて採熱効率の高い熱源を選択して、地中熱ヒートポンプまたは空気熱ヒートポンプのどちらか一方を作動させると共に加熱循環ポンプを駆動させる、あるいは暖房負荷の大きさに応じて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ると共に加熱循環ポンプを駆動させて、放熱端末側の熱媒（循環液）を加熱して放熱端末に供給する暖房運転を行うヒートポンプ装置が創案されている。（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−３５１０９号公報

ところで、このような従来のヒートポンプサイクル装置において、空気熱ヒートポンプが作動して暖房運転を行っている時、外気温度や暖房負荷の大きさ等、条件によって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膨張弁を全開とすると共に空気熱ヒートポンプの冷媒の流れ方向を暖房運転時の冷媒の流れ方向とは逆転させ、第２圧縮機から吐出された高温の冷媒を、空気熱源熱交換器に直接供給して空気熱源熱交換器に発生した霜を溶かし、空気熱源熱交換器から流出した冷媒を、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、第２加熱熱交換器を流通させて、再び第２圧縮機に戻している。（除霜動作）

又除霜動作を行う時に暖房を継続するために加熱循環ポンプの駆動を継続すると、空気熱源熱交換器に発生した霜を溶かすために熱交換して低温となった冷媒と循環液とが、第２加熱熱交換器において熱交換し、循環液は温度低下され、第２加熱熱交換器を流出した温度の低い循環液が放熱端末に供給されることになり、暖房能力が低下するので、除霜開始前の暖房状況が室内があまり暖まっておらずまだまだ暖房能力が必要な状況か、室内が十分暖かくそんなに暖房能力を必要としていない状況かを判断し、暖房能力がまだまだ必要な場合には、除霜動作を短時間に終了させる必要があった。

この発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、除霜開始前に暖房状況応じて、暖房能力がまだまだ必要している場合には、空気熱ヒートポンプの除霜動作を短時間に終了させて暖房運転を早く再開させる必要があった。

この発明は上記課題を解決するために、特にその構成を、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、熱媒を循環させて地中から採熱させる地中熱循環ポンプと、この地中熱循環ポンプで循環される熱媒で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冷媒を圧縮する第１圧縮機と、前記第１圧縮機から吐出された前記第１冷媒を流通させる前記第１加熱熱交換器と、前記第１加熱熱交換器から流出した前記第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冷媒を圧縮する第２圧縮機と、前記第２圧縮機から吐出された前記第２冷媒を流通させる前記第２加熱熱交換器と、前記第２加熱熱交換器から流出した前記第２冷媒を減圧する第２膨張弁と、前記第２冷媒の流れ方向を切り換える切換弁とを有し、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、前記第１加熱熱交換器は、前記加熱循環回路における前記第２加熱熱交換器の上流側に直列に配設され、前記第２ヒートポンプ回路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を行う複合熱源ヒートポンプ装置において、前記制御装置は、前記切換弁を、前記第２冷媒の流れ方向が前記暖房運転時の前記第２冷媒の流れ方向と逆になるように切り換えて、前記第２圧縮機から吐出された前記第２冷媒を前記空気熱源熱交換器に供給して前記空気熱源熱交換器に発生した霜を溶かす除霜動作を実行すると共に、前記除霜動作開始前の前記第２加熱熱交換器から前記放熱端末へ向かう前記循環液の温度を検出し、この温度が高いほど前記除霜動作時の前記第２圧縮機の回転速度を高くするように制御するものである。

この発明によれば、除霜開始前に暖房状況を確認し、暖房能力がまだまだ必要と判断した場合には、除霜時の空気熱ヒートポンプの第２圧縮機の回転速度を速くして、除霜用の冷媒温度を上昇させて除霜時間を短縮し、短時間に暖房運転が再開するようにすることで、除霜時でもそんなに暖房能力は落ちることはなく、常に良好な暖房を行うことができるものである。

この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。この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。この発明の実施形態に係る除霜動作を示す回路図。この発明の実施形態に係る除霜動作を示すフローチャート。この発明の実施形態の往き温水温度と第２圧縮機の回転速度の関係を示す特性図。

この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。
図１に示すように、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Ｌ（例えば、温水や不凍液）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、６３）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Ｌ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Ｌ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型の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Ｌの流れに対して、第１加熱熱交換器４１が第２加熱熱交換器５１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、第１冷媒Ｃ１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の第１冷媒Ｃ１を流通させ、この高温の第１冷媒Ｃ１と加熱循環回路３０を流れる循環液Ｌとの熱交換を行う第１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から流出する第１冷媒Ｃ１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からの減圧された低温の第１冷媒Ｃ１と地中熱循環回路２０を流れる熱媒Ｈ１との熱交換を行う第１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、第１冷媒Ｃ１が循環すると共に、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Ｌ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から吐出された第１冷媒Ｃ１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から地中熱源熱交換器４５までの第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、低圧側の第１冷媒Ｃ１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、第２冷媒Ｃ２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の第２冷媒Ｃ２を流通させ、この高温の第２冷媒Ｃ２と加熱循環回路３０を流れる循環液Ｌとの熱交換を行う第２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から流出する第２冷媒Ｃ２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の第２冷媒Ｃ２を流通させ、この低温の第２冷媒Ｃ２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第２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、第２冷媒Ｃ２が循環すると共に、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Ｌ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における第２冷媒Ｃ２の流れ方向を切り換える切換弁としての四方弁５８が設けられており、四方弁５８は、第２圧縮機５３から吐出された第２冷媒Ｃ２を、第２加熱熱交換器５１、第２膨張弁５４、空気熱源熱交換器５５の順に流通させ、第２圧縮機５３に戻す流路を形成する状態（暖房運転時の状態）と、第２圧縮機５３から吐出された第２冷媒Ｃ２を、空気熱源熱交換器５５、第２膨張弁５４、第２加熱熱交換器５１の順に流通させ、第２圧縮機５３に戻す流路を形成する状態（除霜動作時の状態）とに切り換え可能なものである。
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から吐出される第２冷媒Ｃ２が空気熱源熱交換器５５に向けて流れるように四方弁５８が切り換えられて、第２圧縮機５３からの高温の第２冷媒Ｃ２により空気熱源熱交換器５５に発生し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から吐出された第２冷媒Ｃ２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から空気熱源熱交換器５５までの第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、低圧側の第２冷媒Ｃ２の温度を検出する第２冷媒温度センサであり、符号５７は外気温度を検出する外気温センサである。

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、Ｒ４１０ＡやＲ３２等のＨＦＣ冷媒や二酸化炭素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。

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を流通する第１冷媒Ｃ１を加熱する熱源として地中に５０ｍ程埋設された複数のＵ字管からなる地中熱交換器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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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第１冷媒Ｃ１と地中熱源熱交換器４５の流体流路を流通する熱媒Ｈ１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第１冷媒Ｃ１側に汲み上げられて第１冷媒Ｃ１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、第１凝縮器としての第１加熱熱交換器４１と、第２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Ｌ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Ｌ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く、数量や仕様が特に限定されるものではない。

このように、加熱循環回路３０において第１凝縮器としての第１加熱熱交換器４１と第２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Ｌ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Ｌ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Ｌ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り、符号３７は、加熱配管３１に設けられ第２加熱熱交換器５１で加熱され放熱端末３６に流入する循環液Ｌの温度を検出する往き温水温度センサである。

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、除霜動作を制御する除霜動作制御手段としての除霜動作制御装置６３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Ｌの温度を検出する戻り温水温度センサ３４の検出値が、リモコン６０の設定温度に基づいて設定される目標温水温度になるように、第１ヒートポンプ回路４０の作動による暖房運転の場合は第１圧縮機４３の回転速度を制御し、第２ヒートポンプ回路５０の作動による暖房運転の場合は第２圧縮機５３の回転速度を制御し、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の双方が作動している場合は第１圧縮機４３および第２圧縮機５３の回転速度を制御する。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Ｌの温度を検出する１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または第２ヒートポンプ回路５０のどちらか一方、あるいは第１ヒートポンプ回路４０および第２ヒートポンプ回路５０の双方の作動を制御するように構成されている。

前記除霜動作制御装置６３は、第２ヒートポンプ回路５０の除霜開始前に、第２加熱熱交換器５１から放熱端末３６へ向かう循環液Ｌの温度を往き温水温度センサ３７で検出し、この温度に応じて第２ヒートポンプ回路５０の除霜時の第２圧縮機５３の回転速度を制御するものであり、ここでは、図５の特性図に示すように制御するものであり、除霜開始前に暖房状況を確認し、循環液Ｌの温度が高く暖房能力がまだまだ必要と判断した場合には、除霜時の空気熱ヒートポンプの第２圧縮機の回転速度を速くして、除霜用の冷媒温度を上昇させて除霜時間を短縮し、短時間に暖房運転が再開するようにすることで、除霜時でもそんなに暖房能力は落ちることはなく、常に良好な暖房を行うことができるようにしたものである。

除霜動作の形態は、図３に示すように、暖房運転時（図１の空気熱ヒートポンプユニット５参照）と逆方向に第２冷媒Ｃ２を循環させる形態であり、具体的には、図３に示す除霜動作は、第２膨張弁５４を除霜動作前の暖房運転時よりも所定の開度まで拡大、ここでは全開まで拡大すると共に、四方弁５８を除霜動作時の状態に切り換えて第２冷媒Ｃ２の流れ方向が暖房運転時の第２冷媒Ｃ２の流れ方向と逆になるようにし、第２圧縮機５３から吐出された高温の第２冷媒Ｃ２を、空気熱源熱交換器５５に直接供給して空気熱源熱交換器５５に発生した霜を溶かす。空気熱源熱交換器５５にて霜との熱交換で温度低下し空気熱源熱交換器５５から流出した低温の第２冷媒Ｃ２は、第２膨張弁５４で減圧されることなく第２膨張弁５４を通過し、第２加熱熱交換器５１を流通して再び第２圧縮機５３に戻るものである。

前記除霜動作の開始は、例えば、外気温センサ５７で検出した外気温度が予め設定された除霜開始温度に達したか否か、または外気温センサ５７で検出した外気温度および第２冷媒温度センサ５２ｂで検出した冷媒温度がそれぞれ予め設定された除霜開始温度に達したか否かを制御装置６が判断、すなわち所定の除霜開始条件が成立したか否かを制御装置６が判断して、除霜開始条件が成立したと判断したら第２ヒートポンプ回路５０を除霜動作開始させる前に第１ヒートポンプ回路４０を駆動開始させると共に、この第１ヒートポンプ回路４０の第１圧縮機４３からの吐出温度を第１冷媒吐出温度センサ４２ａが検出して、この吐出温度を所定温度上昇ここでは＋１５℃上昇するように第１圧縮機４３の周波数を制御するものであり、そして第２ヒートポンプ回路５０の除霜動作終了と同時にこの吐出温度の上昇制御も終了し第１圧縮機４３は通常の温度制御に戻るものであり、第２ヒートポンプ回路５０が除霜中でも加熱循環回路３０の循環液を確実に高温に加熱することができ、加熱循環回路３０での暖房継続して良好に行われるようにしたものである。
また、除霜動作の完了は、第２冷媒温度センサ５２ｂで検出する空気熱源熱交換器５５を流通してきた第２冷媒Ｃ２の温度が、予め設定された除霜終了温度に達したか否かを制御装置６が判断、すなわち所定の除霜終了条件が成立したか否かを制御装置６が判断して、除霜終了条件が成立したと判断したら除霜動作を終了し暖房運転を再開させる。

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。
リモコン６０から放熱端末３６による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、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３６に供給され被空調空間を加熱すると共に、空気熱源熱交換器５５では、送風ファン５６の駆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３０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、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３６に供給され被空調空間を加熱すると共に、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３０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、暖房運転の立上げ時や、第１ヒートポンプ回路４０または第２ヒートポンプ回路５０のどちらか一方が作動して暖房運転を行っている時に、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等に、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の両方を作動させた暖房運転を行う。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の両方を作動させた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を駆動させて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３０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でもさらに加熱されて放熱端末３６に供給され、放熱端末３６を流通するときに循環液Ｌの熱が被空調空間に放熱されることで被空調空間の暖房が行われるものである。

次に、特徴的な動作として、前記のように地中熱利用の第１ヒートポンプ回路４０と、空気熱源の利用する第２ヒートポンプ回路５０を作動させて暖房運転を行っている時に、空気熱源熱交換器５５に発生した霜を溶かす除霜動作が実行される場合の複合熱源ヒートポンプ装置１の動作について、図４のフローチャートを用いて説明する。

今外気温センサ５７で検出した外気温度が予め設定された除霜開始温度の手前に達したか否か、または外気温センサ５７で検出した外気温度および第２冷媒温度センサ５２ｂで検出した冷媒温度がそれぞれ予め設定された除霜開始温度の手前に達したか否かを制御装置６が判断、或いは常時往き温水温度センサ３７の検出温度を入力しておくことで、ステップＳ１で第２ヒートポンプ回路５０の除霜開始前を判断し、ＹＥＳでステップＳ２に進み加熱循環回路３０の往き温水温度センサ３７による循環液Ｌの温度を検出し、この温度に応じて第２圧縮機５３の回転速度を決定して記憶し、そしてステップＳ３で除霜開始条件の成立を受けて、ＹＥＳでステップＳ４の除霜運転を開始し、この時の第２圧縮機５３は前記ステップＳ２（図５の特性図の値）で決定した回転速度で制御され、ステップＳ５の除霜運転の停止条件の成立を受けて、ＹＥＳでステップＳ６に進み除霜運転を停止して暖房運転を再開するもので、除霜開始前に暖房状況を確認し、循環液Ｌの温度が高く暖房能力がまだまだ必要と判断した場合には、除霜時の空気熱ヒートポンプの第２圧縮機の回転速度を速くして、除霜用の冷媒温度を上昇させて除霜時間を短縮し、短時間に暖房運転が再開するようにすることで、除霜時でもそんなに暖房能力は落ちることはなく、常に良好な暖房を行うことができるようにしたものである。

１複合熱源ヒートポンプ装置
６制御装置
２２地中熱循環ポンプ
３０加熱循環回路
３２加熱循環ポンプ
３６放熱端末
３７往き温水温度センサ
４０第１ヒートポンプ回路
４１第１加熱熱交換器
４３第１圧縮機
４４第１膨張弁
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
５３第２圧縮機
５４第２膨張弁
５５空気熱源熱交換器
５８四方弁
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
６３除霜動作制御装置
Ｃ１第１冷媒
Ｃ２第２冷媒
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、熱媒を循環させて地中から採熱させる地中熱循環ポンプと、この地中熱循環ポンプで循環される熱媒で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冷媒を圧縮する第１圧縮機と、前記第１圧縮機から吐出された前記第１冷媒を流通させる前記第１加熱熱交換器と、前記第１加熱熱交換器から流出した前記第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冷媒を圧縮する第２圧縮機と、前記第２圧縮機から吐出された前記第２冷媒を流通させる前記第２加熱熱交換器と、前記第２加熱熱交換器から流出した前記第２冷媒を減圧する第２膨張弁と、前記第２冷媒の流れ方向を切り換える切換弁とを有し、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、前記第１加熱熱交換器は、前記加熱循環回路における前記第２加熱熱交換器の上流側に直列に配設され、前記第２ヒートポンプ回路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を行う複合熱源ヒートポンプ装置において、前記制御装置は、前記切換弁を、前記第２冷媒の流れ方向が前記暖房運転時の前記第２冷媒の流れ方向と逆になるように切り換えて、前記第２圧縮機から吐出された前記第２冷媒を前記空気熱源熱交換器に供給して前記空気熱源熱交換器に発生した霜を溶かす除霜動作を実行すると共に、前記除霜動作開始前の前記第２加熱熱交換器から前記放熱端末へ向かう前記循環液の温度を検出し、この温度が高いほど前記除霜動作時の前記第２圧縮機の回転速度を高くするように制御するようにしたことを特徴とする複合熱源ヒートポンプ装置。