JP6732117B2

JP6732117B2 - ヒートポンプ装置

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Publication number: JP6732117B2
Application number: JP2019516788A
Authority: JP
Inventors: 和希外川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-05-10
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2037-05-10
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Description

本発明は、地中熱を利用したヒートポンプ装置に関するものである。

従来、地中熱を利用したヒートポンプシステムにおける圧縮機の出力を制御するための制御用電子部品を冷却する方法として、地中熱を利用したものが知られている（例えば、特許文献１）。このヒートポンプシステムは、地中熱を回収する採熱回路と、採熱回路に並設されるヒートポンプ回路と、ヒートポンプ回路に並設され室内の空調を行う空調回路とで構成されている。

採熱回路は、ヒートポンプ用冷媒と熱交換を行う第１熱交換器を備えている。ヒートポンプ回路は、ヒートポンプ用冷媒を圧縮する圧縮機と、地中熱用冷媒と熱交換を行う第１熱交換器と、空調用冷媒と熱交換を行う第２熱交換器と、第２熱交換器と第１熱交換器との間に設けられた膨張弁と、圧縮機を制御する制御用電子部品とを備えている。

このようなヒートポンプシステムでは、運転時、圧縮機の出力がインバータ制御によって制御されており、その際の制御用電子部品が発熱を伴うため、制御用電子部品を冷却する必要がある。制御用電子部品は、第１熱交換器の上流側に位置する採熱回路にヒートシンクを介して接合され、ヒートシンクのフィンを貫通する採熱管を流れる地中熱用冷媒の熱によって冷却される。

特開２００５−３０７０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のヒートポンプシステムにおける採熱管は、装置内の温度と比較して低い露点温度以下となる場合がある。このような場合には、結露水が発生し、さらに、発生した結露水は、運転中に常時発生する虞がある。そのため、発生した結露水が部品上に落下したり、装置外に流出したりすることにより、装置の故障およびクレームにつながる虞があるという課題があった。

本発明は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、制御用電子部品を冷却しながら、結露水の発生を抑制することができるヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明のヒートポンプ装置は、採熱配管内を地中熱用冷媒が循環する採熱回路と、ヒートポンプ配管内をヒートポンプ用冷媒が循環するヒートポンプ回路と、前記地中熱用冷媒と前記ヒートポンプ用冷媒との間で熱交換を行う熱交換器とを含んで構成されるヒートポンプ装置であって、前記採熱回路は、前記採熱配管の一部が地中に埋設されて構成された、地中熱を採熱する地中熱交換器と、前記採熱配管の近傍に設けられ、前記採熱配管内を流れる前記地中熱用冷媒の温度を測定する第１温度センサと、前記ヒートポンプ装置内の温度を測定する第２温度センサとを有し、前記ヒートポンプ回路は、前記ヒートポンプ配管に接続され、前記ヒートポンプ用冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機を制御するための電子部品を搭載し、背面に前記採熱配管が接合されたコントロールボックスと、前記コントロールボックスの背面に対して気流を吹き付けるファンとを有し、前記地中熱用冷媒の温度と、前記ヒートポンプ装置内の温度とに基づき、前記ファンの回転数を制御する制御装置を備えるものである。

以上のように、本発明によれば、コントロールボックスの背面に採熱配管を接合するとともに、コントロールボックスの背面にファンの気流を吹き付けることにより、制御用電子部品を冷却しながら、結露水の発生を抑制することができる。

実施の形態１に係るヒートポンプ装置の構成の一例を示す概略図である。図１の制御装置の構成の一例を示すブロック図である。図１のコントロールボックスと配管との関係について説明するための概略図である。図１のコントロールボックスに対するファンの設置位置について説明するための概略図である。実施の形態１に係るヒートポンプ装置におけるファンの回転数制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。実施の形態２に係るヒートポンプ装置の構成の一例を示す概略図である。図６のコントロールボックスの背面の様子を示す概略図である。図６の制御装置の構成の一例を示すブロック図である。実施の形態２に係るヒートポンプ装置におけるファンの回転数制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置について説明する。本実施の形態１に係るヒートポンプ装置は、地中熱を採熱し、採熱した地中熱を利用して、空調および給湯を行うものである。

［ヒートポンプ装置の回路構成］
図１は、本実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００の構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、ヒートポンプ装置１００は、採熱回路１、ヒートポンプ回路２、空調回路３、給湯回路４、および制御装置７で構成されている。

（採熱回路）
採熱回路１は、第１熱交換器５、地中熱交換器１１、第１循環ポンプ１２、第１温度センサとしての第１温度サーミスタ１３、および第２温度センサとしての第２温度サーミスタ１４を備え、地中熱交換器１１を利用して地中熱を採熱する。採熱回路１において、第１熱交換器５、地中熱交換器１１、および第１循環ポンプ１２は、採熱配管１０により環状に接続され、採熱配管１０の内部を地中熱用冷媒が循環する。

地中熱交換器１１は、例えば、採熱配管１０の一部がＵ字状に形成され、地中に垂直または水平に埋設されることで構成されている。地中熱交換器１１は、内部を地中熱用冷媒が循環することにより、地中熱を採熱する。第１循環ポンプ１２は、図示しないモータによって駆動され、地中熱用冷媒を循環させる。

第１熱交換器５は、採熱回路１を流れる地中熱用冷媒と、後述するヒートポンプ回路２を流れるヒートポンプ用冷媒との間で熱交換を行う。第１熱交換器５は、地中熱用冷媒の熱によってヒートポンプ用冷媒を加熱または冷却する。

第１温度サーミスタ１３は、採熱配管１０の近傍に設置され、採熱配管１０を流れる地中熱用冷媒の温度を測定する。第２温度サーミスタ１４は、ヒートポンプ装置１００の内部に設置され、ヒートポンプ装置１００内の温度を測定する。なお、第２温度サーミスタ１４は、ヒートポンプ装置１００内の温度を測定できれば、どの位置に設置してもよいが、後述するヒートポンプ回路２のコントロールボックス２３の近傍に設置すると好ましい。

（ヒートポンプ回路）
ヒートポンプ回路２は、圧縮機２１、減圧装置２２、第１熱交換器５、第２熱交換器６、コントロールボックス２３、およびファン２４を備えている。ヒートポンプ回路２において、第１熱交換器５、圧縮機２１、第２熱交換器６、および減圧装置２２は、ヒートポンプ配管２０により環状に接続され、ヒートポンプ配管２０の内部をヒートポンプ用冷媒が循環する。

圧縮機２１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして吐出する。圧縮機２１は、例えば、駆動周波数を任意に変化させることにより、時間あたりの冷媒送出量である容量を制御するインバータ圧縮機等からなる。減圧装置２２は、冷媒を減圧して膨張させる。減圧装置２２は、例えば、電子式膨張弁などの開度の制御を行うことができる弁で構成されている。

第２熱交換器６は、ヒートポンプ回路２を流れるヒートポンプ用冷媒と、後述する空調回路３を流れる熱媒体との間で熱交換を行う。第２熱交換器６は、ヒートポンプ用冷媒の熱によって熱媒体を加熱または冷却する。

コントロールボックス２３は、圧縮機２１の制御を行うための制御用電子部品が搭載されており、後述する制御装置７に接続されている。コントロールボックス２３は、採熱回路１の採熱配管１０における第１熱交換器５の上流側に、背面が接合されている。なお、コントロールボックス２３の構造の詳細については、後述する。ファン２４は、図示しないモータによって駆動され、コントロールボックス２３の背面に気流を吹き付けるように設置されている。

（空調回路）
空調回路３は、第２熱交換器６、流路切替弁３１、放熱器３２、および第２循環ポンプ３３を備えている。空調回路３において、第２熱交換器６、流路切替弁３１、放熱器３２、および第２循環ポンプ３３は、空調配管３０により環状に接続され、空調配管３０の内部を水が循環する。

流路切替弁３１は、例えば電磁式の三方弁であり、１つの流入口と、２つの流出口とを有している。流路切替弁３１は、流入口に流入する熱媒体を、空調回路３の放熱器３２および給湯回路４のいずれか一方へ供給するために流出口が選択されることにより、流路を切り替える。

放熱器３２は、主に空調対象空間に設置され、熱媒体の熱を放熱することにより、空調対象空間の空気調和を行う。第２循環ポンプ３３は、図示しないモータによって駆動され、熱媒体を循環させる。

（給湯回路）
給湯回路４は、給湯タンク４１、第３循環ポンプ４２、および第３熱交換器４３を備えている。給湯回路４において、空調回路３における流路切替弁３１の一方の流出口と、放熱器３２から流出する熱媒体が流れる空調配管３０とが第３熱交換器４３を介して給湯配管４０ａで接続されている。また、給湯タンク４１、第３循環ポンプ４２および第３熱交換器４３が給湯配管４０ｂにより環状に接続されている。

給湯タンク４１は、後述する第３熱交換器４３で加熱された水が供給され、この水を蓄える。第３循環ポンプ４２は、図示しないモータによって駆動され、水を循環させる。

また、給湯タンク４１は、図示しない給水配管を介して外部から水道水等が供給され、供給された水道水等を流出させて第３循環ポンプ４２に供給する。給湯タンク４１に蓄えられた、加熱された水は、図示しない温水配管を介して外部に放出され、シャワー等の温水として利用される。

第３熱交換器４３は、空調回路３を介して給湯回路４を流れる熱媒体と、給湯タンク４１から流出する水との間で熱交換を行う。第２熱交換器６は、熱媒体の熱によって水を加熱する。

（制御装置）
制御装置７は、例えば、ヒートポンプ装置１００の各部から受け取る各種情報に基づき、ヒートポンプ装置１００全体の動作を制御する。例えば、制御装置７は、ヒートポンプ装置１００に設けられた図示しない各種センサからの情報に基づき、圧縮機２１の圧縮機周波数、流路切替弁３１の流路の切替などを制御する。また、本実施の形態１において、制御装置７は、第１温度サーミスタ１３および第２温度サーミスタ１４で測定した温度に基づき、ファン２４の回転数を制御する。このようなファン２４の制御の詳細については、後述する。

このような制御装置７は、例えばマイクロコンピュータ、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などの演算装置上で実行されるソフトウェア、各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。

図２は、図１の制御装置７の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置７は、ポンプ状態判断部７１、温度差算出部７２、ファン回転数決定部７３、記憶部７４、およびファン制御部７５を備えている。なお、図２では、本発明の特徴に関連する部分についての機能ブロックのみを図示し、それ以外の部分については、図示および説明を省略する。

ポンプ状態判断部７１は、第１循環ポンプ１２に関する駆動情報が入力される。駆動情報は、例えば、第１循環ポンプ１２を駆動する図示しないモータから得られる情報を用いることができる。ポンプ状態判断部７１は、入力された駆動情報に基づき、第１循環ポンプ１２が駆動しているか否かを判断し、得られた判断結果を示す情報を、ファン回転数決定部７３に供給する。

温度差算出部７２は、第１温度サーミスタ１３による地中熱用冷媒の温度を示すデータと、第２温度サーミスタ１４によるヒートポンプ装置１００内の温度を示すデータとが入力される。温度差算出部７２は、入力された２つの測定データに基づき温度差を算出し、得られた温度差を示す情報を、ファン回転数決定部７３に供給する。

ファン回転数決定部７３は、ポンプ状態判断部７１で得られた判断結果を示す情報と、温度差算出部７２で算出された温度差を示す情報とが入力される。ファン回転数決定部７３は、入力された２つの情報に基づき、後述する記憶部７４に予め記憶された回転数テーブルを参照し、ファン２４の回転数を決定する。そして、ファン回転数決定部７３は、決定したファン２４の回転数を示す情報をファン制御部７５に供給する。

記憶部７４は、制御装置７で行われる制御に必要なプログラムおよびデータ等が予め記憶されている。例えば、記憶部７４には、ファン回転数決定部７３で用いられる回転数テーブルが予め記憶されている。

回転数テーブルは、温度差算出部７２で算出された温度差とファン２４の回転数とが対応付けられているものである。具体的には、算出された温度差を複数の段階に分割し、分割された段階毎にファン２４の回転数が対応付けられている。

このとき、温度差が大きいほどファン２４の回転数が大きくなるように、温度差と回転数とを対応付ける。これは、温度差が大きいほど、第１温度サーミスタ１３で測定される温度が露点温度以下であり、結露しやすい環境である可能性が高く、採熱配管１０に対する風量を多くする必要があるためである。

ファン制御部７５は、ファン２４の回転数を示す情報が入力される。ファン制御部７５は、入力されたファン２４の回転数を示す情報に基づき、ファン２４の回転数を制御する制御信号を生成し、ファン２４に供給する。

［コントロールボックスに対する配管の接合構造およびファンの設置位置］
次に、コントロールボックス２３に対する採熱回路１の採熱配管１０の接合構造、およびファン２４の設置位置について説明する。図３は、図１のコントロールボックス２３と採熱配管１０との関係について説明するための概略図である。

上述したように、コントロールボックス２３の背面は、採熱回路１における第１熱交換器５の上流側の採熱配管１０に接合されている。図３に示すように、採熱回路１における採熱配管１０のうち、コントロールボックス２３に接合される採熱配管１０は、平行に設けられた一対のヘッダ管１０ａと、ヘッダ管１０ａ同士を連通する複数の枝管１０ｂとで形成されている。

このように、コントロールボックス２３の背面に接合される部分の採熱配管１０を、一対のヘッダ管１０ａおよび複数の枝管１０ｂで形成することにより、採熱配管１０をそのまま接合する場合と比較して、コントロールボックス２３の背面と採熱配管１０との接触面積を大きくすることができる。そのため、採熱配管１０を流れる地中熱用冷媒によるコントロールボックス２３に対する冷却効果を大きくすることができる。

また、このように採熱配管１０を形成することにより、例えば、接触面積を大きくするために１本の採熱配管１０を蛇行させるように形成し、コントロールボックス２３の背面に接合した場合と比較して、流路を短くすることができる。そのため、採熱配管１０による圧力損失を低減することができる。

このように、ヒートポンプ装置１００の運転時には、採熱配管１０を地中熱用冷媒が循環することにより、コントロールボックス２３を冷却することができる。また、これに加えて、コントロールボックス２３を冷却した際に、地中熱用冷媒が吸熱することで、地中熱用冷媒を加熱できる。そのため、コントロールボックス２３が設置された位置よりも下流側に位置する第１熱交換器５による効率を向上させることができる。

図４は、図１のコントロールボックス２３に対するファン２４の設置位置について説明するための概略図である。図４に示すように、ファン２４は、コントロールボックス２３の背面に気流を吹き付けることができるように設置されている。

ファン２４は、さらに、一対のヘッダ管１０ａおよび複数の枝管１０ｂに近接して設けられている。これにより、ヘッダ管１０ａおよび枝管１０ｂに対して気流を吹き付けることができ、ヘッダ管１０ａおよび枝管１０ｂから発生する結露水を抑制することができる。

結露水は、露点温度以下まで冷却された大気中の水分である。そのため、気流を吹き付けることで、大気中の水分が析出する前に大気を入れ替えることができ、その結果、結露水の発生を抑制することができる。

また、コントロールボックス２３の背面、一対のヘッダ管１０ａ、および複数の枝管１０ｂに気流を同時に吹き付けることで、採熱配管１０の結露を低減するとともに、強制対流によるコントロールボックス２３の背面、すなわち内部に搭載された制御用電子部品に対する冷却効果も期待できる。

なお、ファン２４は、コントロールボックス２３の背面全体に気流を吹き付けることができれば、どのような位置に設置されてもよい。また、ファン２４は、消費電力の観点から、結露を抑制できる能力を有していれば、小型である方が好ましい。さらに、コントロールボックス２３の背面に接合される採熱配管１０の形状は、この例に限られず、冷却が可能である形状であれば、どのような形状でもよい。

［ヒートポンプ装置の動作］
次に、上記構成を有するヒートポンプ装置１００の動作について、図１を参照しながら説明する。まず、採熱回路１において、第１循環ポンプ１２が運転すると、採熱配管１０内の地中熱用冷媒が循環する。そして、地中熱用冷媒は、地中熱交換器１１において地中熱を採熱する。

地中熱を採熱した地中熱用冷媒は、第１熱交換器５において、ヒートポンプ用冷媒と熱交換を行い、ヒートポンプ用冷媒を加熱して蒸発させる。地中熱用冷媒は、採熱配管１０内を再度循環し、地中熱交換器１１において地中熱を採熱する。

次に、ヒートポンプ回路２において、ヒートポンプ用冷媒は、圧縮機２１によって圧縮されて吐出される。圧縮機２１から吐出されたヒートポンプ用冷媒は、第２熱交換器６に流入する。第２熱交換器６に流入したヒートポンプ用冷媒は、空調回路３の熱媒体と熱交換して放熱しながら凝縮することにより熱媒体を加熱し、第２熱交換器６から流出する。

第２熱交換器６から流出したヒートポンプ用冷媒は、減圧装置２２によって減圧および膨張され、減圧装置２２から流出する。減圧装置２２から流出したヒートポンプ用冷媒は、第１熱交換器５に流入する。

第１熱交換器５に流入したヒートポンプ用冷媒は、地中熱用冷媒と熱交換して吸熱および蒸発し、第１熱交換器５から流出する。第１熱交換器５から流出したヒートポンプ用冷媒は、圧縮機２１へ吸入される。そして、以下、ヒートポンプ用冷媒は、上述した循環を繰り返す。

次に、空調回路３において、空調配管３０を流れ、第２熱交換器６によって加熱された熱媒体は、流路切替弁３１を介して放熱器３２に流入する。放熱器３２に流入した熱媒体は、空調対象空間内の空気に放熱し、放熱器３２から流出する。これにより、空調対象空間の空気調和が行われる。放熱器３２から流出した熱媒体は、第２循環ポンプ３３を介して第２熱交換器６に流入する。以下、空調配管３０を流れる熱媒体は、上述した循環を繰り返す。

また、空調回路３において、第２熱交換器６によって加熱された熱媒体は、流路切替弁３１を介して給湯回路４に流入する。給湯回路４に流入した熱媒体は、給湯配管４０ａを流れ、第３熱交換器４３に流入する。第３熱交換器４３に流入した熱媒体は、給湯配管４０ｂを循環する水と熱交換して放熱し、第３熱交換器４３から流出する。第３熱交換器４３から流出した熱媒体は、給湯回路４から流出して空調回路３に流入し、空調回路３の空調配管３０を流れる熱媒体と合流する。

一方、給湯タンク４１内の水は、給湯タンク４１から流出し、第３循環ポンプ４２を介して第３熱交換器４３に流入する。第３熱交換器４３に流入した水は、給湯配管４０ａを流れる熱媒体と熱交換して吸熱し、第３熱交換器４３から流出する。第３熱交換器４３から流出した水は、給湯タンク４１に流入し、以下、上述した循環を繰り返す。

［ファンの制御］
次に、本実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００におけるファン２４の回転数を制御する処理について説明する。本実施の形態１では、ヒートポンプ装置１００が動作することによって装置内の温度が上昇した場合に、採熱回路１の採熱配管１０が結露しないように、ファン２４の回転数を制御する。

図５は、本実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００におけるファン２４の回転数制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図５に示す処理は、予め設定された時間毎に巡回的に繰り返されるものとする。

まず、ステップＳ１において、制御装置７のポンプ状態判断部７１は、第１循環ポンプ１２を駆動するモータから入力される駆動情報に基づき、第１循環ポンプ１２が運転中であるか否かを判断する。

第１循環ポンプ１２が運転中でない、すなわち停止中であると判断した場合（ステップＳ１；ＮＯ）、ファン回転数決定部７３は、ファン２４を停止するためにファン２４の回転数を「０」に決定する。そして、ステップＳ６において、ファン制御部７５は、決定された回転数「０」でファン２４を駆動、すなわち停止させる。

一方、第１循環ポンプ１２が運転中であると判断した場合（ステップＳ１；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ２に移行する。ステップＳ２において、第２温度サーミスタ１４は、ヒートポンプ装置１００内の温度を測定する。また、ステップＳ３において、第１温度サーミスタ１３は、採熱回路１の採熱配管１０内を流れる地中熱用冷媒の温度を測定する。

なお、ステップＳ２およびステップＳ３の処理は、必ずしも説明した順序で行われる必要はない。例えば、ステップＳ２およびステップＳ３の処理の順序を入れ替えてもよいし、ステップＳ２およびステップＳ３の処理が並列的に行われてもよい。

次に、ステップＳ４において、温度差算出部７２は、ステップＳ２で測定された装置内温度と、ステップＳ３で測定された地中熱用冷媒温度との温度差を算出する。ファン回転数決定部７３は、算出された温度差に基づき、記憶部７４に記憶された回転数テーブルを参照し、ファン２４の回転数を決定する。そして、ステップＳ５において、ファン制御部７５は、決定された回転数でファン２４を駆動する。

以上のように、本実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００は、採熱配管１０内を地中熱用冷媒が循環する採熱回路１と、ヒートポンプ配管２０内をヒートポンプ用冷媒が循環するヒートポンプ回路２と、地中熱用冷媒とヒートポンプ用冷媒との間で熱交換を行う第１熱交換器５とを含んで構成されている。このようなヒートポンプ装置１００において、採熱回路１は、採熱配管１０の一部が地中に埋設されて構成された、地中熱を採熱する地中熱交換器１１を有している。また、ヒートポンプ回路２は、ヒートポンプ配管２０に接続され、ヒートポンプ用冷媒を圧縮する圧縮機２１と、圧縮機２１を制御するための電子部品を搭載し、背面に採熱配管１０が接合されたコントロールボックス２３と、コントロールボックス２３の背面に対して気流を吹き付けるファン２４とを有している。

このように、採熱配管１０が接合されたコントロールボックス２３の背面に対して、ファン２４によって気流を吹き付けることにより、コントロールボックス２３の制御用電子部品を冷却しながら、採熱配管１０における結露水の発生を抑制することができる。

また、本実施の形態１では、第１温度サーミスタ１３によって測定された地中熱用冷媒の温度と、第２温度サーミスタ１４によって測定されたヒートポンプ装置１００内の温度との温度差に基づき、ファン２４の回転数を制御する。これにより、ヒートポンプ装置１００の温度状態に応じて、より適切に結露水の発生を抑制することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置について説明する。本実施の形態２に係るヒートポンプ装置は、ヒートポンプ装置１００内に設置された湿度センサと、コントロールボックス２３の背面近傍に設置された第３温度サーミスタを備える点で、上述した実施の形態１と相違する。

［ヒートポンプ装置の回路構成］
図６は、本実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００の構成の一例を示す概略図である。図７は、図６のコントロールボックス２３の背面の様子を示す概略図である。図６に示すように、本実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００の構成に加えて、湿度センサ１５が設けられている。また、図７に示すように、コントロールボックス２３の背面近傍には、第３温度センサとしての第３温度サーミスタ１６が設けられている。なお、以下の説明において、実施の形態１と共通する部分には、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

湿度センサ１５は、ヒートポンプ装置１００の内部に設置され、ヒートポンプ装置１００内の相対湿度を測定する。なお、湿度センサ１５は、ヒートポンプ装置１００内の相対湿度を測定できれば、どの位置に設置してもよいが、コントロールボックス２３の近傍に設置すると好ましい。

第３温度サーミスタ１６は、コントロールボックス２３の背面近傍に設置され、大気温度を測定する。なお、第３温度サーミスタ１６は、コントロールボックス２３の背面近傍に設置されるものの、コントロールボックス２３に搭載された基板等による発熱の影響を受けないように設置することが好ましい。

（制御装置）
図８は、図６の制御装置７の構成の一例を示すブロック図である。図８に示すように、制御装置７は、ポンプ状態判断部７１、露点温度算出部７６、ファン回転数決定部７３、およびファン制御部７５を備えている。なお、図８では、本発明の特徴に関連する部分についての機能ブロックのみを図示し、それ以外の部分については、図示および説明を省略する。

露点温度算出部７６は、第１温度サーミスタ１３による地中熱用冷媒の温度を示すデータと、第２温度サーミスタ１４によるヒートポンプ装置１００内の温度を示すデータと、湿度センサ１５によるヒートポンプ装置１００内の相対湿度を示すデータとが入力される。露点温度算出部７６は、入力された３つの測定データに基づき露点温度を算出し、得られた露点温度を示す情報を、ファン回転数決定部７３に供給する。

ファン回転数決定部７３は、ポンプ状態判断部７１で得られた判断結果を示す情報と、露点温度算出部７６で算出された露点温度を示す情報と、第３温度サーミスタ１６で測定された大気温度を示すデータとが入力される。
ファン回転数決定部７３は、入力されたこれらの情報に基づき、ファン２４の回転数の変化量を決定する。そして、ファン回転数決定部７３は、決定したファン２４の回転数の変化量を示す情報を、ファン制御部７５に供給する。

［ファンの制御］
次に、本実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００におけるファン２４の回転数を制御する処理について説明する。
図９は、本実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００におけるファン２４の回転数制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図９に示す処理は、予め設定された時間毎に巡回的に繰り返されるものとする。

まず、ステップＳ１１において、制御装置７のポンプ状態判断部７１は、第１循環ポンプ１２を駆動するモータから入力される駆動情報に基づき、第１循環ポンプ１２が運転中であるか否かを判断する。

第１循環ポンプ１２が停止中であると判断した場合（ステップＳ１１；ＮＯ）、ファン回転数決定部７３は、ファン２４を停止するためにファン２４の回転数を「０」に決定する。そして、ステップＳ２２において、ファン制御部７５は、ファン２４を停止させる。

一方、第１循環ポンプ１２が運転中であると判断した場合（ステップＳ１１；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２において、第２温度サーミスタ１４は、ヒートポンプ装置１００内の温度を測定する。また、ステップＳ１３において、第１温度サーミスタ１３は、採熱回路１の採熱配管１０内を流れる地中熱用冷媒の温度を測定する。さらに、ステップＳ１４において、湿度センサ１５は、ヒートポンプ装置１００内の相対湿度を測定する。

なお、ステップＳ１２〜ステップＳ１４の処理は、必ずしも説明した順序で行われる必要はない。例えば、ステップＳ２およびステップＳ３の処理の順序を入れ替えてもよいし、ステップＳ２およびステップＳ３の処理が並列的に行われてもよい。

次に、ステップＳ１５において、露点温度算出部７６は、ステップＳ１２〜ステップＳ１４で測定された温度および湿度のデータに基づき、露点温度Ｔｂを算出する。露点温度Ｔｂは、式（１）〜式（３）に基づき算出することができる。式（１）における値「Ｘ」は、湿度センサ１５によって測定されたヒートポンプ装置１００内の相対湿度［％］である。また、値「Ｔ_１」は、第２温度サーミスタ１４によって測定されたヒートポンプ装置１００内の温度［℃］である。
Ｔｂ＝Ａ×ｌｎ（Ｘ／１０）＋Ｂ・・・（１）
Ａ＝０．１３×Ｔ_１＋１１．１・・・（２）
Ｂ＝０．７×Ｔ_１−２５・・・（３）

なお、上述した式（１）〜式（３）を用いた露点温度Ｔｂの算出は、相対湿度Ｘ［％］が「１０≦Ｘ≦９０」である場合に適用される。相対湿度Ｘ［％］が「Ｘ＜１０」である場合、露点温度Ｔｂは、相対湿度Ｘが値「１０」であるものとして、式（１）〜式（３）に基づき算出される。また、相対湿度Ｘ［％］が「９０＜Ｘ」である場合、露点温度Ｔｂは、ヒートポンプ装置１００内の温度Ｔ_１とする。

ステップＳ１６において、第３温度サーミスタ１６は、大気温度Ｔａを測定する。ステップＳ１７において、ファン回転数決定部７３は、ステップＳ１５で算出された露点温度Ｔｂと、ステップＳ１６で測定された大気温度Ｔａとに基づき、ファン２４の回転数の変化量を決定する。

大気温度Ｔａと露点温度Ｔｂとの関係が「大気温度Ｔａ＝露点温度Ｔｂ」である場合、ファン回転数決定部７３は、ステップＳ１８において、ファン２４の回転数を現在の回転数で維持することを決定する。また、大気温度Ｔａと露点温度Ｔｂとの関係が「大気温度Ｔａ＞露点温度Ｔｂ」である場合、ファン回転数決定部７３は、ステップＳ１９において、ファン２４の回転数を上昇させることを決定する。さらに、大気温度Ｔａと露点温度Ｔｂとの関係が「大気温度Ｔａ＜露点温度Ｔｂ」である場合、ファン回転数決定部７３は、ステップＳ２０において、ファン２４の回転数を低下させることを決定する。そして、ステップＳ２１において、ファン制御部７５は、決定された回転数の変化量を示す制御信号をファン２４に供給し、ファン２４を駆動する。

なお、ファン２４の回転数は、例えば、段階的に変化させてもよいし、周囲の環境および算出した露点温度に基づいて目標回転数を決定し、即座に決定した回転数となるようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００は、上述した実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００の構成に加えて、湿度センサ１５および第３温度サーミスタ１６を設けている。これにより、大気温度と結露温度との関係に基づいてファン２４の回転数を制御するため、より適切に結露水の発生を抑制することができる。

１採熱回路、２ヒートポンプ回路、３空調回路、４給湯回路、５第１熱交換器、６第２熱交換器、７制御装置、１０採熱配管、１０ａヘッダ管、１０ｂ枝管、１１地中熱交換器、１２第１循環ポンプ、１３第１温度サーミスタ、１４第２温度サーミスタ、１５湿度センサ、１６第３温度サーミスタ、２０ヒートポンプ配管、２１圧縮機、２２減圧装置、２３コントロールボックス、２４ファン、３０空調配管、３１流路切替弁、３２放熱器、３３第２循環ポンプ、４０ａ、４０ｂ給湯配管、４１給湯タンク、４２第３循環ポンプ、４３第３熱交換器、７１ポンプ状態判断部、７２温度差算出部、７３ファン回転数決定部、７４記憶部、７５ファン制御部、７６露点温度算出部、１００ヒートポンプ装置。

Claims

採熱配管内を地中熱用冷媒が循環する採熱回路と、ヒートポンプ配管内をヒートポンプ用冷媒が循環するヒートポンプ回路と、前記地中熱用冷媒と前記ヒートポンプ用冷媒との間で熱交換を行う熱交換器とを含んで構成されるヒートポンプ装置であって、
前記採熱回路は、
前記採熱配管の一部が地中に埋設されて構成された、地中熱を採熱する地中熱交換器と、
前記採熱配管の近傍に設けられ、前記採熱配管内を流れる前記地中熱用冷媒の温度を測定する第１温度センサと、
前記ヒートポンプ装置内の温度を測定する第２温度センサと
を有し、
前記ヒートポンプ回路は、
前記ヒートポンプ配管に接続され、前記ヒートポンプ用冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機を制御するための電子部品を搭載し、背面に前記採熱配管が接合されたコントロールボックスと、
前記コントロールボックスの背面に対して気流を吹き付けるファンと
を有し、
前記地中熱用冷媒の温度と、前記ヒートポンプ装置内の温度とに基づき、前記ファンの回転数を制御する制御装置を備える
ヒートポンプ装置。
前記制御装置は、前記地中熱用冷媒の温度と、前記ヒートポンプ装置内の温度との温度差に基づき、温度差が大きいほど前記回転数を大きくするように、前記ファンの回転数を制御する
請求項１に記載のヒートポンプ装置。
前記採熱回路は、前記ヒートポンプ装置内の相対湿度を測定する湿度センサをさらに有し、
前記ヒートポンプ回路は、大気温度を測定する第３温度センサをさらに有し、
前記制御装置は、
前記地中熱用冷媒の温度、前記ヒートポンプ装置内の温度、および前記相対湿度から得られる露点温度と、前記大気温度との関係に基づき、前記ファンの回転数を制御する
請求項１に記載のヒートポンプ装置。
前記制御装置は、
前記大気温度と前記露点温度とが等しい場合に、前記ファンの回転数を維持し、
前記大気温度が前記露点温度よりも大きい場合に、前記ファンの回転数を上昇させ、
前記大気温度が前記露点温度よりも小さい場合に、前記ファンの回転数を低下させる
請求項３に記載のヒートポンプ装置。
前記コントロールボックスは、前記熱交換器の上流側の前記採熱配管が背面に接合されている
請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
前記コントロールボックスに接合される前記採熱配管は、一対の平行なヘッダ管と、一対の前記ヘッダ管を連通する複数の枝管とで形成されている
請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。