JP6258804B2 - Combined heat source heat pump device - Google Patents
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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、暖房負荷が大きくて地中熱源を利用する第1ヒートポンプ回路が駆動している時と、暖房負荷が小さくて地中熱源を利用する第1ヒートポンプ回路が駆動していない時とでは、除霜方法を変えることで、暖房負荷が大きい時には確実に暖房が行われ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。 The present invention relates to a composite heat source heat pump device, and in particular, when a defrosting operation of an air heat source heat exchanger is started when a second heat pump circuit that uses an air heat source is activated to perform a heating operation, the heating load is large. By changing the defrosting method between when the first heat pump circuit that uses the underground heat source is driven and when the first heat pump circuit that uses the underground heat source is not driven because the heating load is small The present invention relates to a composite heat source heat pump device that reliably performs heating when the heating load is large.
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。 Recently, “geothermal heat” stored in the earth under the heat of the sun has little change in temperature throughout the year, so geothermal heat pumps that can effectively use this geothermal energy are attracting attention. In particular, geothermal heat pumps have the property that they can be stably heated even in cold regions where the winter is cold.
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)。 Conventionally, a ground having a first compressor, a first heating heat exchanger, a first expansion valve, and a ground heat source heat exchanger in order to support the ground heat heat pump and further improve the heating output by the air heat heat pump. A heat heat pump, a second compressor, a second heating heat exchanger, a second expansion valve, and an air heat heat pump having an air heat source heat exchanger, the first heating heat exchanger and the second heating heat as a condenser An exchanger is connected in series to a heating circulation circuit having a heating circulation pump that circulates the circulating fluid to the heat radiating terminal, and a heat source with high heat collection efficiency is selected according to the outside air temperature, and a geothermal heat pump or air Either one of the heat heat pumps is operated and the heating circulation pump is driven, or both the underground heat pump and the air heat heat pump are operated and applied depending on the size of the heating load. The circulating pump is driven, the heat radiation terminal side of the heating medium heat pump apparatus which performs by heating (circulating fluid) heating operation is supplied to the heat radiating terminal is devised. (For example, patent document 1).
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。 By the way, in such a conventional heat pump cycle device, when the air heat heat pump is activated and heating operation is performed, depending on conditions such as the outside air temperature and the size of the heating load, air heat source heat exchange constituting the air heat heat pump The air heat source heat exchanger may be defrosted, and if the air heat source heat exchanger is frosted, the heat exchange efficiency is lowered, so the air heat source heat exchanger needs to be defrosted.
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) As the defrosting operation, the second expansion valve constituting the air heat heat pump is fully opened, and the refrigerant flow direction of the air heat heat pump is reversed from the refrigerant flow direction during the heating operation. The discharged high-temperature refrigerant is directly supplied to the air heat source heat exchanger to melt the frost generated in the air heat source heat exchanger, and the refrigerant flowing out of the air heat source heat exchanger is decompressed by the second expansion valve. Instead, the second expansion valve is passed, the second heating heat exchanger is circulated, and returned to the second compressor again. (Defrosting operation)
この除霜動作を行う時に加熱循環ポンプの駆動を停止すると、循環液が放熱端末側に供給されないため無暖房状態になると共に、第2加熱熱交換器において、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第2加熱熱交換器内に滞留している循環液との間で最初は熱交換するものの、循環液の温度は低下の一途をたどり、循環液側から冷媒側に吸熱される熱も少なくなり、空気熱源熱交換器の除霜に利用する熱が採れず、除霜動作時間が長引いてしまい、たとえ除霜動作が終了して暖房運転を再開したとしても、再開当初は温度の低い循環液が放熱端末に供給されてしまうので、暖房感を大幅に損ねてしまうという問題を有するものであった。 If driving of the heating circulation pump is stopped when performing this defrosting operation, the circulating fluid is not supplied to the heat radiating terminal side, so that no heating is performed and frost generated in the air heat source heat exchanger in the second heating heat exchanger Although the heat exchange is initially performed between the refrigerant whose temperature has been lowered to melt the refrigerant and the circulating fluid staying in the second heating heat exchanger, the temperature of the circulating fluid continues to decrease, Less heat is absorbed from the circulating fluid side to the refrigerant side, and heat used for defrosting the air heat source heat exchanger cannot be taken, resulting in prolonged defrosting operation time. Even when the operation is resumed, since the circulating fluid having a low temperature is supplied to the heat radiation terminal at the beginning of the operation, there is a problem that the feeling of heating is greatly impaired.
一方、除霜動作を行う時に加熱循環ポンプの駆動を継続しても、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、循環液は冷却され、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、今まで暖房していた被空調空間を逆に冷却してしまうという問題を有するものであり、さらに、放熱端末を流出した循環液は加熱されることがないので、再び第2加熱熱交換器に流入する循環液は温度が低いままであることから、第2加熱熱交換器において循環液側から冷媒側に吸熱される熱も少なく、空気熱源熱交換器の除霜に利用する熱が採れず、除霜動作時間が長引くという問題を有するものであった。 On the other hand, even if the heating circulation pump is continuously driven when the defrosting operation is performed, the refrigerant and the circulating liquid, which have undergone heat exchange to melt the frost generated in the air heat source heat exchanger, become the second heating. Heat is exchanged in the heat exchanger, the circulating fluid is cooled, and the circulating fluid having a low temperature that flows out of the second heating heat exchanger is supplied to the heat radiating terminal. In addition, since the circulating fluid that has flowed out of the heat radiating terminal is not heated, the circulating fluid that flows into the second heating heat exchanger again remains at a low temperature. Therefore, in the second heating heat exchanger, there is also little heat absorbed from the circulating fluid side to the refrigerant side, and heat used for defrosting of the air heat source heat exchanger cannot be taken, and the defrosting operation time is prolonged. It was a thing.
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、除霜動作中も被空調空間の暖房が能力を大きく低下させることなく良好に継続され、除霜動作時間も長引くことのない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。 The present invention has been made in view of such a background, and during the defrosting operation, the heating of the air-conditioned space is favorably continued without greatly reducing the capacity, and the defrosting operation time is not prolonged. It is an object to provide a heat source heat pump device.
本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、前記第2ヒートポンプ回路の前記空気熱源熱交換器に付着した霜を溶かす除霜運転を、前記第1ヒートポンプ回路を駆動しているときには、前記切換弁で流路を切換える第1除霜運転で行い、前記第1ヒートポンプ回路を駆動していないときには、前記切換弁による流路は切換えずに前記第2圧縮機の吐出温度を上げる第2除霜運転で行うようにしたものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention has a configuration in which, in particular, a heating circulation circuit having a heating circulation pump that circulates a circulating liquid in a heat radiating terminal, and a first heating as a condenser disposed in the heating circulation circuit. A heat exchanger, a second heating heat exchanger as a condenser disposed in the heating circulation circuit, a ground heat circulation pump for circulating heat medium and collecting heat from the ground, and this ground heat circulation A ground heat source heat exchanger that heats the first refrigerant circulating in the circuit with a heat medium circulated by a pump, a first compressor that compresses the first refrigerant, and the first compressor that is discharged from the first compressor The first heating heat exchanger for circulating the first refrigerant, and a first expansion valve for depressurizing the first refrigerant flowing out of the first heating heat exchanger, and through the first heating heat exchanger A first heat pump circuit for heating the circulating fluid, and collecting heat from outside air An air heat source heat exchanger for heating the circulating second refrigerant, a second compressor for compressing the second refrigerant, and the second heating heat exchange for circulating the second refrigerant discharged from the second compressor. A second expansion valve that depressurizes the second refrigerant that has flowed out of the second heating heat exchanger, and a switching valve that switches a flow direction of the second refrigerant, and the second heating heat exchanger A second heat pump circuit that heats the circulating fluid via a control device and a control device that controls the operation, wherein the first heating heat exchanger is connected in series to the upstream side of the second heating heat exchanger in the heating circulation circuit. disposed in the in the composite source heat pump apparatus which performs heating operation for heating the circulating liquid by driving the heating circulation pump actuates the second heat pump circuit, said control device, said second heat pump circuit air The defrosting operation to melt the frost on the Minamotonetsu exchanger, wherein when driving the first heat pump circuit, the flow path in the switching valve performs in the first defrosting operation Ru changeover example, the first heat pump circuit when not driving the the flow path by the switching valve is obtained to perform the second defrosting operation to raise the discharge temperature of the second compressor not a switching example.
又請求項2では、前記第1除霜運転中は、前記加熱循環ポンプの回転数を低下させると共に、前記第2除霜運転中では、前記加熱循環ポンプを駆動停止させようにしたものである。 Further in claim 2, wherein the first defrosting operation, so as to reduce the rotational speed of the heating circulation pump, the second defrost operation is obtained by the heating circulation pump to be driven stops .
この発明によれば、第2ヒートポンプ回路の除霜開始前に地中熱の第1ヒートポンプ回路が駆動しているかどうかを確認し、第1ヒートポンプ回路が駆動中では、第2加熱熱交換器での加熱を停止する切換弁が第2冷媒の流路を切換る第1除霜運転を行い、第1ヒートポンプ回路が駆動停止中では、第2加熱熱交換器での加熱を停止させない第2圧縮機の吐出温度を上げる第2除霜運転を行うようにしたことで、加熱循環回路での暖房感を損なうことなく、しかも第2ヒートポンプ回路の除霜を確実或いは短時間に終了させることができるものである。 According to this invention, before the defrosting of the second heat pump circuit is started, it is confirmed whether or not the first heat pump circuit for geothermal heat is being driven, and when the first heat pump circuit is being driven, the second heating heat exchanger The second compression that does not stop the heating in the second heating heat exchanger while the switching valve for stopping the heating performs the first defrosting operation for switching the flow path of the second refrigerant and the first heat pump circuit is stopped. By performing the second defrosting operation for raising the discharge temperature of the machine, the defrosting of the second heat pump circuit can be completed reliably or in a short time without impairing the feeling of heating in the heating circuit. Is.
又請求項2では、前記第1除霜運転中は、加熱循環ポンプの回転数を低下させると共に、第2除霜運転中では、加熱循環ポンプを駆動停止させようにしたので、暖房負荷が大きくて2つのヒートポンプ回路が駆動している時には、暖房を停止することなく暖房を優先して、暖房負荷が小さく第2ヒートポンプ回路の1つのみが駆動している時には、除霜の確実性と暖房への素早い立ち上がりを考慮した除霜を選択することで、加熱循環回路での暖房感を損なうことなく、しかも第2ヒートポンプ回路の除霜を確実或いは短時間に終了させることができるものである。 In the second aspect of the present invention, the rotation speed of the heating circulation pump is reduced during the first defrosting operation, and the heating circulation pump is stopped during the second defrosting operation. When two heat pump circuits are driven, heating is prioritized without stopping heating, and when only one of the second heat pump circuits is driven with a small heating load, the reliability of defrosting and heating By selecting the defrost considering the quick start-up, the defrost of the second heat pump circuit can be completed reliably or in a short time without impairing the feeling of heating in the heating circuit.
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。
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。
The configuration of the composite heat source
As shown in FIG. 1, the composite heat source
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。
As shown in FIG. 2, the composite heat source
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。
The first
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。
In the underground heat pump unit 4 shown in FIG. 2,
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。
The second
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、図3に示すように第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おり、この第2冷媒C2の流路を切換る除霜を第1除霜運転と言う。
The
In the present embodiment, when the air heat
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。
In the air heat
また、上記の第1除霜運転とは別に、四方弁58により流路を切換る換わりに、第2圧縮機53から吐出される第2冷媒C2の温度を上昇させるように、第2冷媒吐出温度センサ52aが検出する温度が予め設定されて目標温度になるように第2圧縮機53の回転速度を制御するものであり、これにより通常時より高温の第2冷媒C2が第2加熱熱交換器51及び全開状態の第2膨張弁54を通り、そして温かい状態の第2冷媒C2が空気熱源熱交換器55に入り付着した霜を溶かし、順次この循環を繰り返す第2除霜運転とを有するものである。
In addition to the first defrosting operation, the second refrigerant discharge is performed so as to increase the temperature of the second refrigerant C2 discharged from the
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。
In addition, as a refrigerant | coolant of the 1st
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。
The 1st
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。
The underground
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。
Here, in the underground
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。
The
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。
Thus, in the
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る。
In the
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。
The
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。
During the heating operation, the
前記除霜動作制御装置63は、第2ヒートポンプ回路50の外気温センサ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判断、すなわち所定の除霜開始条件が成立したか否かを判断して、除霜開始条件が成立したと判断したら、次に第1ヒートポンプ回路40が駆動しているか否かを確認し、第1ヒートポンプ回路40が駆動している時は、前記した冷媒流路を切換る第1除霜運転を行うと共に、加熱循環ポンプ32の回転数を暖房運転時の3500rpmから、この第1除霜運転時は2500rpmに低下させて、除霜を確実に行うことと、第1、第2ヒートポンプ回路40、50と2つも駆動していて暖房負荷が大きい状態で、第2加熱熱交換器51が冷却状態となっても強力に冷却されないようにと、第1加熱熱交換器41からの熱を得るためとで、加熱循環ポンプ32の回転数に制限を掛けたものである。
The defrosting
また、前記の第1ヒートポンプ回路40が駆動しているか否かを確認し、第1ヒートポンプ回路40が駆動していない時は、前記した冷媒流路の切換は行わず第2圧縮機53の吐出温度を上昇させる第2除霜運転を行うと共に、加熱循環ポンプ32の駆動を停止させて、第2ヒートポンプ回路50のみの駆動で暖房負荷が小さいので、放熱端末36での暖房を短時間止めても問題ないと判断し、その間に確実に除霜して空気熱源熱交換器55に付着した霜を溶かし、しかも流路切換していないので除霜運転からの暖房運転の立ち上がりの早さを利用して、即暖房運転へ戻ることで暖房感を損なわないようにしているものである。
Further, it is confirmed whether or not the first
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。
Next, the operation of the composite heat source
When the
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。
For example, when the outside air temperature is not so low (for example, 5 ° C. or more) as in spring or autumn, and the heating load is small, the
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。
On the other hand, when the outside air temperature is low as in winter (for example, 5 ° C. or less), the
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。
Further, when the heating operation is started up or when either the first
次に、特徴的な動作として、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とき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。
Next, as a characteristic operation, a defrosting operation is performed to melt the frost generated in the air heat
前記第2ヒートポンプ回路50を作動させると共に加熱循環ポンプ32を駆動させ、第2加熱熱交換器51にて循環液Lを加熱して、加熱された循環液Lを放熱端末36に供給する暖房運転を行っている最中に、除霜動作制御装置63が、外気温センサ57で検出した外気温度等から除霜開始条件が成立したと判断した場合(ステップS1)、YESでステップS2に進み第1ヒートポンプ回路40が駆動しているか否かを確認し、第1ヒートポンプ回路40が駆動している時は、YESでステップS3で四方弁58で冷媒流路を切換る第1除霜運転を行うと共に、加熱循環ポンプ32の回転数を暖房運転時の3500rpmから、この第1除霜運転時は2500rpmに低下させて、除霜を確実に行うことと、第1、第2ヒートポンプ回路40、50と2つも駆動していて暖房負荷が大きい状態で、第2加熱熱交換器51が冷却状態となっても強力に冷却されないようにと、第1加熱熱交換器41からの熱を得るためとで、加熱循環ポンプ32の回転数に制限を掛けたものである。
The heating operation of operating the second
次にステップS2で第1ヒートポンプ回路40が駆動していない時は、NOでステップS4に進み四方弁58による冷媒流路の切換は行わず第2圧縮機53の吐出温度を上昇させる第2除霜運転を行うと共に、加熱循環ポンプ32の駆動を停止させて、第2ヒートポンプ回路50のみの駆動で暖房負荷が小さいので、放熱端末36での暖房を短時間止めても問題ないと判断し、その間に確実に除霜して空気熱源熱交換器55に付着した霜を溶かし、しかも流路切換していないので除霜運転からの暖房運転の立ち上がりの早さを利用して、即暖房運転へ戻ることで暖房感を損なわないようにしているものである。
Next, when the first
そして、除霜動作を行っている時に、除霜動作制御装置63が、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の温度から所定の除霜終了条件が成立したと判断し(ステップS5)、YESでステップ6に進み除霜運転を終了すると共に、除霜前の状態に戻すものであり、第2ヒートポンプ回路50は前記したように、暖房の立ち上がり速く暖房運転に素早く戻るものである。
Then, when performing the defrosting operation, the defrosting
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
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(切換弁)
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
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61 Geothermal heat
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