JP6883186B2 - Heat pump system - Google Patents
Heat pump system Download PDFInfo
- Publication number
- JP6883186B2 JP6883186B2 JP2017027348A JP2017027348A JP6883186B2 JP 6883186 B2 JP6883186 B2 JP 6883186B2 JP 2017027348 A JP2017027348 A JP 2017027348A JP 2017027348 A JP2017027348 A JP 2017027348A JP 6883186 B2 JP6883186 B2 JP 6883186B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- heat exchanger
- flow path
- medium
- heat medium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 143
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 81
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 126
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 118
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 description 13
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 11
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 11
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 11
- 230000004044 response Effects 0.000 description 10
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 9
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 7
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 5
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000011555 saturated liquid Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
Description
本発明は、循環する熱媒体により熱の授受を行うヒートポンプサイクルを用いたシステムに関し、特に、空気熱と共に地中熱を利用可能なヒートポンプシステムに関する。 The present invention relates to a system using a heat pump cycle that transfers heat by a circulating heat medium, and more particularly to a heat pump system that can utilize geothermal heat together with air heat.
熱媒体に仕事を加えて、相変化を繰返させつつ循環させて、低温側から高温側へ熱を移動させる冷凍サイクルは、従来から冷凍機や冷房用の空気調和装置等で用いられているが、近年、加熱用のヒートポンプとしての利用も、その効率性や環境負荷の小ささの点から注目され、二酸化炭素排出量の削減が社会的要請となっている昨今では、こうしたヒートポンプが、既存加熱装置の代替設備として急速に導入が進んでいる。ヒートポンプとして用いられる冷凍サイクルとしては、蒸発器、圧縮機、凝縮器及び膨張弁(減圧弁)を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルが一般的である。 A refrigeration cycle in which work is added to a heat medium and the heat is circulated while repeating phase changes to transfer heat from the low temperature side to the high temperature side has been conventionally used in refrigerators, air conditioners for cooling, and the like. In recent years, the use as a heat pump for heating has also attracted attention from the viewpoint of its efficiency and small environmental load, and nowadays, reduction of carbon dioxide emissions has become a social demand, and such heat pumps are used for existing heating. It is rapidly being introduced as an alternative facility for equipment. As the refrigeration cycle used as a heat pump, a vapor compression refrigeration cycle having an evaporator, a compressor, a condenser and an expansion valve (pressure reducing valve) is generally used.
このようなヒートポンプを用いた暖冷房システムにおいて、一年を通じて温度変化の小さい地中熱を活用することで、暖房が必要な時期に著しく外気温が低い場合や、冷房が必要な時期に著しく外気温が高い場合でも、安定した暖房や冷房を行える装置が、種々提案されている。 In a heating / cooling system using such a heat pump, by utilizing geothermal heat with small temperature changes throughout the year, the outside temperature is extremely low when heating is required, or when cooling is required. Various devices have been proposed that can perform stable heating and cooling even when the temperature is high.
こうした従来のヒートポンプシステムのうち、空気熱源と地中熱源を複合的に利用する装置の例として、特開2016−200356号公報に開示されるものがある。 Among such conventional heat pump systems, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-200356 as an example of an apparatus that uses an air heat source and an underground heat source in a combined manner.
従来のヒートポンプ装置は、前記特許文献に示されるように、空気熱を利用するヒートポンプと、地中熱を利用するヒートポンプが併設され、必要に応じて両方のヒートポンプを駆動して温水等の熱交換対象を加熱する仕組みとなっている。このため、性能面で優れるものの、独立した二つのヒートポンプサイクル装置を備える分、一般的な空気調和機(エアコンディショナー)のような空気熱を利用するヒートポンプを一つのみ有する装置と比べて、コスト高となることが避けられず、導入しにくいという課題を有していた。 As shown in the patent document, the conventional heat pump device includes a heat pump that utilizes air heat and a heat pump that utilizes geothermal heat, and drives both heat pumps as necessary to exchange heat such as hot water. It is a mechanism to heat the object. Therefore, although it is excellent in terms of performance, it is equipped with two independent heat pump cycle devices, so it costs more than a device having only one heat pump that uses air heat, such as a general air conditioner (air conditioner). It was inevitable that it would be expensive, and there was a problem that it was difficult to introduce it.
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、空気熱を利用するヒートポンプに対し、付加的に地中熱との熱交換部分を組み込んで地中熱を利用可能として、システム全体のコストを抑えつつ地中熱利用による熱交換性能の向上が図れる、ヒートポンプシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to utilize the geothermal heat by additionally incorporating a heat exchange portion with the geothermal heat to the heat pump that utilizes the air heat, and the cost of the entire system. The purpose is to provide a heat pump system that can improve heat exchange performance by utilizing geothermal heat.
本発明に係るヒートポンプシステムは、相変化可能な熱媒体を室内空気と熱交換させる室内側熱交換器と、前記熱媒体を室外空気と熱交換させる室外側熱交換器と、気相の前記熱媒体を圧縮して熱媒体の温度及び圧力を高める圧縮機と、液相の前記熱媒体を膨張させて圧力を低下させる膨張器と、前記室外側熱交換器と圧縮機との熱媒体流路接続関係を変えて、圧縮機を出た熱媒体が室外側熱交換器に向かうようにする第一の流路接続状態と、室外側熱交換器を出た熱媒体が圧縮機に向かうようにする第二の流路接続状態とを、少なくとも切換可能とする一又は複数の流路切換用弁とを備えるヒートポンプシステムにおいて、室外に配設され、地下の地中熱を採熱した所定の熱交換用媒体と前記熱媒体とを熱交換させる地中熱熱交換器と、当該地中熱熱交換器への熱媒体の流通と非流通とを切換可能とする一又は複数の熱交換器切換用弁とを備え、前記地中熱熱交換器が、熱媒体を流通させる状態では、前記流路切換用弁が第一の流路接続状態にされると、熱媒体を凝縮させるか熱媒体の温度を低下させる熱交換を行い、前記第二の流路接続状態にされると、熱媒体を蒸発させるか熱媒体の温度を上昇させる熱交換を行うようにされるものである。 The heat pump system according to the present invention includes an indoor heat exchanger that exchanges heat with indoor air for a phase-changeable heat medium, an outdoor heat exchanger that exchanges heat with outdoor air for the heat medium, and the heat of the gas phase. A compressor that compresses the medium to increase the temperature and pressure of the heat medium, an expander that expands the heat medium in the liquid phase to reduce the pressure, and a heat medium flow path between the outdoor heat exchanger and the compressor. Change the connection relationship so that the heat medium leaving the compressor goes to the outdoor heat exchanger in the first flow path connection state, and the heat medium leaving the outdoor heat exchanger goes to the compressor. In a heat pump system including one or a plurality of flow path switching valves that can switch between the second flow path connection state and the second flow path connection state, a predetermined heat that is arranged outdoors and collects underground underground heat. Switching between one or more heat exchangers that enable switching between an underground heat exchanger that exchanges heat between the replacement medium and the heat medium and the flow and non-distribution of the heat medium to the underground heat exchanger. In a state where the underground heat exchanger is provided with a valve and the heat medium is circulated, when the flow path switching valve is in the first flow path connection state, the heat medium is condensed or the heat medium is condensed. When the second flow path is connected to the second flow path connection state, heat exchange is performed to evaporate the heat medium or raise the temperature of the heat medium.
このように本発明においては、空気熱を利用するヒートポンプサイクル及び冷凍サイクルを実現する室内側熱交換器、室外側熱交換器、圧縮機、膨張器及び流路切換用弁の各装置に加えて、地中熱との熱交換を可能とする地中熱熱交換器を設け、地中熱熱交換器に熱媒体を流通させて、室内側熱交換器が熱媒体の蒸発器として働く流路切換用弁の第一の接続状態では、室外側熱交換器の場合と同様に地中熱熱交換器を熱媒体の凝縮又は温度低下に用い、また、室内側熱交換器が熱媒体の凝縮器として働く流路切換用弁の第二の接続状態では、室外側熱交換器の場合と同様に地中熱熱交換器を熱媒体の蒸発又は温度上昇に用いるようにすることにより、室内側熱交換器が蒸発器として働く冷房時には、外気温度より一般に温度の低い地中に熱媒体の熱を放出して熱媒体の冷却能力を増やせることに加え、室内側熱交換器が凝縮器として働く暖房時には、外気温度より一般に温度の高い地中の熱で熱媒体を加熱して熱媒体に対する加温能力を増やせることとなり、室内側熱交換器での吸熱性能や放熱性能を大きく向上させられる。また、こうした性能向上を、空気熱を利用するヒートポンプに地中熱熱交換器を追加することで実現でき、且つ、このような地中熱熱交換器の追加は、熱媒体流路の接続関係調整、具体的には、例えば空気熱利用ヒートポンプ中の熱媒体を通す管路の一部変更による、地中熱熱交換器部分のヒートポンプへの連結により対応できることで、システム導入に係り、空気熱のみ利用するヒートポンプシステムの場合と比べてのコスト上昇分を必要最小限に抑えることができ、地中熱を併用可能なヒートポンプシステムの導入をより容易なものとすることができる。 As described above, in the present invention, in addition to the indoor heat exchanger, the outdoor heat exchanger, the compressor, the expander, and the flow path switching valve that realize the heat pump cycle utilizing air heat and the refrigeration cycle. , A flow path in which an underground heat exchanger that enables heat exchange with underground heat is provided, a heat medium is circulated through the underground heat exchanger, and the indoor heat exchanger acts as an evaporator of the heat medium. In the first connection state of the switching valve, the underground heat exchanger is used to condense the heat medium or lower the temperature as in the case of the outdoor heat exchanger, and the indoor heat exchanger condenses the heat medium. In the second connection state of the flow path switching valve that acts as a vessel, the underground heat exchanger is used for evaporation or temperature rise of the heat medium as in the case of the outdoor heat exchanger, so that the indoor side When the heat exchanger works as an evaporator, in addition to being able to release the heat of the heat medium to the ground, which is generally lower than the outside air temperature, to increase the cooling capacity of the heat medium, the indoor heat exchanger works as a condenser. At the time of heating, the heat medium can be heated by the heat of the ground, which is generally higher than the outside air temperature, to increase the heating capacity for the heat medium, and the heat absorption performance and heat dissipation performance of the indoor heat exchanger can be greatly improved. Further, such performance improvement can be realized by adding a geothermal heat exchanger to the heat pump that uses air heat, and the addition of such a geothermal heat exchanger is related to the connection of the heat medium flow path. Adjustment, specifically, by connecting the geothermal heat exchanger part to the heat pump by partially changing the pipeline through which the heat medium in the heat pump using air heat is passed, it is possible to deal with the air heat related to the system introduction. It is possible to minimize the cost increase as compared with the case of a heat pump system that uses only the heat pump system, and it is possible to facilitate the introduction of a heat pump system that can also use geothermal heat.
また、本発明に係るヒートポンプシステムは必要に応じて、前記熱交換器切換用弁が、前記室外側熱交換器と膨張器との間、又は、膨張器と室内側熱交換器との間の熱媒体流路に、前記地中熱熱交換器が熱媒体を流通可能に介在する状態と介在しない状態とを切換可能とするものである。 Further, in the heat pump system according to the present invention, if necessary, the heat exchanger switching valve is provided between the outdoor heat exchanger and the expander, or between the expander and the indoor heat exchanger. The geothermal heat exchanger can switch between a state in which the heat medium can flow and a state in which the heat medium does not intervene in the heat medium flow path.
このように本発明においては、地中熱熱交換器が、熱交換器切換用弁を介してヒートポンプの熱媒体流路中の所定箇所に介在可能に設けられ、熱媒体を流通させる状態では地中熱熱交換器が室外側熱交換器と直列に接続する位置関係となって、室外側熱交換器に流通する熱媒体がそのまま地中熱熱交換器にも流通することにより、室内側熱交換器が蒸発器として働く冷房時には、室外側熱交換器で主に熱媒体温度を下げ、地中熱熱交換器で主に熱媒体を凝縮させることができ、また、室内側熱交換器が凝縮器として働く暖房時には、地中熱熱交換器で主に熱媒体温度を上げ、室外側熱交換器で主に熱媒体を蒸発させることができるなど、室外側熱交換器と地中熱熱交換器とで熱交換に係る負荷を分担でき、特に暖房の際は、地中熱熱交換器が室外側熱交換器の前段で予熱用熱交換器の役割を果たすこととなり、室外側熱交換器の前で熱媒体が温度上昇する分、室外側熱交換器における熱媒体の顕熱域での熱交換を減らして、蒸発器をなす室外側熱交換器における空気から熱媒体への熱伝達の効率を向上させられるなど、損失を抑えて熱交換性能を高められ、冷房や暖房を効率よく実行できる。 As described above, in the present invention, the underground heat exchanger is provided at a predetermined position in the heat medium flow path of the heat pump via the heat exchanger switching valve, and is ground in a state where the heat medium is circulated. The medium heat heat exchanger is connected in series with the outdoor heat exchanger, and the heat medium that flows through the outdoor heat exchanger also flows directly to the underground heat exchanger, resulting in indoor heat. During cooling, when the exchanger acts as an evaporator, the outdoor heat exchanger can mainly lower the heat medium temperature, the underground heat exchanger can mainly condense the heat medium, and the indoor heat exchanger can be used. During heating, which works as a condenser, the underground heat exchanger can mainly raise the temperature of the heat medium, and the outdoor heat exchanger can mainly evaporate the heat medium. The load related to heat exchange can be shared with the exchanger, and especially during heating, the underground heat exchanger acts as a preheating heat exchanger in front of the outdoor heat exchanger, and the outdoor heat exchange. As the temperature of the heat medium rises in front of the vessel, the heat exchange in the exposed heat region of the heat medium in the outdoor heat exchanger is reduced, and the heat transfer from air to the heat medium in the outdoor heat exchanger forming the evaporator. The heat exchange performance can be improved by suppressing the loss, such as improving the efficiency of the cooling and heating, and the cooling and heating can be performed efficiently.
また、本発明に係るヒートポンプシステムは必要に応じて、前記地中熱熱交換器に一端が接続可能とされると共に、他端が圧縮機入口側に接続可能とされて、必要に応じて熱媒体を流通させるバイパス流路と、当該バイパス流路の他端を圧縮機入口に連通させない状態と、バイパス流路の他端を圧縮機入口に連通可能とする状態とを、切換可能とする一又は複数のバイパス切換用弁とを備え、前記熱交換器切換用弁が、前記地中熱熱交換器と室外側熱交換器との間での熱媒体の流通を許容する一方、地中熱熱交換器及び室外側熱交換器と室内側熱交換器との間での熱媒体の流通は許容しない流路接続状態に、さらに切換可能とされ、且つ、前記バイパス流路の一端を地中熱熱交換器に連通させて、室外側熱交換器から地中熱熱交換器を経てバイパス流路に熱媒体が流通可能となる状態と、バイパス流路の一端を地中熱熱交換器に連通させない状態とを別途切換可能とされてなるものである。 Further, the heat pump system according to the present invention has one end connectable to the underground heat exchanger and the other end connectable to the compressor inlet side as needed, and heat is required. It is possible to switch between a bypass flow path through which the medium flows, a state in which the other end of the bypass flow path is not communicated with the compressor inlet, and a state in which the other end of the bypass flow path is communicated with the compressor inlet. Alternatively, it is provided with a plurality of bypass switching valves, and the heat exchanger switching valve allows the flow of a heat medium between the underground heat exchanger and the outdoor heat exchanger, while the underground heat. It is possible to further switch to a flow path connection state that does not allow the flow of heat medium between the heat exchanger and the outdoor heat exchanger and the indoor heat exchanger, and one end of the bypass flow path is underground. A state in which the heat medium can flow from the outdoor heat exchanger to the bypass flow path via the underground heat exchanger by communicating with the heat heat exchanger, and one end of the bypass flow path becomes the underground heat exchanger. It is possible to switch between the non-communication state and the non-communication state separately.
このように本発明においては、地中熱熱交換器と圧縮機入口側を繋げるバイパス流路を設け、熱媒体が室内側熱交換器を通らずにバイパス流路を通って圧縮機、室外側熱交換器、及び地中熱熱交換器を循環する状態を生じさせるようにすることにより、暖房時に室外側熱交換器で吸熱に伴う温度低下により熱交換器周囲への着霜状態に至った場合に、地中熱熱交換器で熱媒体に取り入れた地中の熱を圧縮機を介して室外側熱交換器に導入し、室外側熱交換器で熱を外に放出することで除霜が可能となり、地中の熱を利用して室内側熱交換器への影響を与えることなく効率よく除霜を実行でき、着霜による熱交換性能低下を必要最小限に抑えられると共に、除霜のために別途熱を発生させずに済み、除霜に係るエネルギー消費を抑えられる。 As described above, in the present invention, the bypass flow path connecting the underground heat exchanger and the compressor inlet side is provided, and the heat medium passes through the bypass flow path without passing through the indoor heat exchanger, and the compressor and the outdoor side. By creating a state in which the heat exchanger and the underground heat exchanger circulate, the temperature of the outdoor heat exchanger drops due to heat absorption during heating, resulting in frost formation around the heat exchanger. In some cases, the underground heat taken into the heat medium by the underground heat exchanger is introduced into the outdoor heat exchanger via a compressor, and the heat is released to the outside by the outdoor heat exchanger to defrost. It is possible to efficiently perform defrosting without affecting the indoor heat exchanger using the heat in the ground, and the deterioration of heat exchange performance due to frost formation can be minimized and defrosting is possible. Therefore, it is not necessary to generate heat separately, and energy consumption related to defrosting can be suppressed.
また、本発明に係るヒートポンプシステムは必要に応じて、前記バイパス切換用弁が、前記バイパス流路の他端を前記室外側熱交換器の一方の熱媒体流入出口のみに連通可能とする状態に、さらに切換可能とされてなるものである。 Further, in the heat pump system according to the present invention, if necessary, the bypass switching valve allows the other end of the bypass flow path to communicate with only one heat medium inflow port of the outdoor heat exchanger. , Furthermore, it is possible to switch.
このように本発明においては、バイパス流路が地中熱熱交換器と室外側熱交換器の圧縮機に近い熱媒体流入出口とを繋げる状態として、熱媒体が室内側熱交換器や圧縮機を通らずにバイパス流路を通って室外側熱交換器、及び地中熱熱交換器を循環する状態を生じさせるようにすることにより、暖房時に室外側熱交換器で吸熱に伴う温度低下により熱交換器周囲への着霜状態に至った場合に、地中熱熱交換器で地中の熱が取り入れられた熱媒体を室外側熱交換器に到達させて、室外側熱交換器で熱媒体の熱を外に放出することで除霜が可能となり、地中の熱を利用して室内側熱交換器への影響を与えることなく効率よく除霜を実行でき、着霜による熱交換性能低下を必要最小限に抑えられると共に、除霜のために別途熱を発生させたり圧縮機を駆動する必要はなく、必要最小限のエネルギー消費で除霜を実行でき、システム全体の効率を高められる。 As described above, in the present invention, the heat medium is the indoor heat exchanger or the compressor in a state where the bypass flow path connects the underground heat exchanger and the heat medium inflow port close to the compressor of the outdoor heat exchanger. By creating a state in which the outdoor heat exchanger and the underground heat exchanger circulate through the bypass flow path without passing through, the temperature drops due to heat absorption in the outdoor heat exchanger during heating. When frost is formed around the heat exchanger, the heat medium in which the underground heat is taken in by the underground heat exchanger is brought to the outdoor heat exchanger and heated by the outdoor heat exchanger. Defrosting is possible by releasing the heat of the medium to the outside, and it is possible to efficiently perform defrosting without affecting the indoor heat exchanger using the heat in the ground, and the heat exchange performance by frost formation. Defrosting can be performed with the minimum necessary energy consumption, and the efficiency of the entire system can be improved, as the deterioration can be minimized and there is no need to generate heat or drive a compressor separately for defrosting. ..
また、本発明に係るヒートポンプシステムは必要に応じて、前記地中熱熱交換器が、膨張器と室内側熱交換器との間の熱媒体流路における室外部分に、前記熱交換器切換用弁を介して、膨張器と室内側熱交換器とにそれぞれ連通する状態と、膨張器のみに連通する状態と、膨張器と室内側熱交換器のいずれにも連通しない状態とを切換可能に接続され、前記バイパス流路が、膨張器と室内側熱交換器との間の熱媒体流路における室外部分と、室内側熱交換器と流路切換用弁との間の熱媒体流路における室外部分との間に配設され、前記熱交換器切換用弁が、バイパス流路の一端が膨張器と室内側熱交換器に連通せず地中熱熱交換器にのみ連通する状態と、バイパス流路の一端が膨張器、室内側熱交換器及び地中熱熱交換器のいずれにも連通しない状態とを切換可能とされ、前記バイパス切換用弁が、バイパス流路の他端が室内側熱交換器に連通せず切換用弁にのみ連通する状態と、バイパス流路の他端が室内側熱交換器と切換用弁のいずれにも連通しない状態とを切換可能とされるものである。 Further, in the heat pump system according to the present invention, if necessary, the underground heat exchanger is used for switching the heat exchanger to an outdoor portion in the heat medium flow path between the expander and the indoor heat exchanger. It is possible to switch between a state in which the inflator and the indoor heat exchanger are communicated with each other via a valve, a state in which only the inflator is communicated, and a state in which the inflator and the indoor heat exchanger are not communicated with each other. The bypass flow path is connected, and the bypass flow path is formed in an outdoor portion in the heat medium flow path between the expander and the indoor heat exchanger and in the heat medium flow path between the indoor heat exchanger and the flow path switching valve. A state in which one end of the bypass flow path does not communicate with the expander and the indoor heat exchanger but communicates only with the underground heat exchanger, which is arranged between the outdoor part and the heat exchanger switching valve. It is possible to switch between a state in which one end of the bypass flow path does not communicate with any of the expander, the indoor heat exchanger and the underground heat exchanger, and the bypass switching valve has a chamber at the other end of the bypass flow path. It is possible to switch between a state where it does not communicate with the inner heat exchanger and only communicates with the switching valve, and a state where the other end of the bypass flow path does not communicate with either the indoor heat exchanger or the switching valve. is there.
このように本発明においては、室内に配設される室内側熱交換器と、室外に配設される室外側熱交換器、圧縮機、膨張弁、及び流路切換用弁との間の熱媒体流路で、且つ室外にあらわれた箇所に対し、地中熱熱交換器やバイパス流路を各切換用弁を介して連通状態を切換可能として接続することにより、システムの室内機部分と室外機部分の間に地中熱熱交換器を利用するための熱媒体回路を無理なく適切に組み込んで、地中熱熱交換器に熱媒体を流通させて地中熱を熱源として利用できる状態が、既存の室内機部分と室外機部分の構成を変えることなく得られることとなり、地中熱を利用可能とする構成部分を低コストで設置可能となり、地中熱を利用するシステムをより容易に導入できる。 As described above, in the present invention, the heat between the indoor heat exchanger arranged indoors and the outdoor heat exchanger, compressor, expansion valve, and flow path switching valve arranged outdoors. By connecting a geothermal heat exchanger or bypass flow path to a location that appears outdoors in the medium flow path via each switching valve so that the communication state can be switched, the indoor unit part of the system and the outdoor unit can be connected. A heat medium circuit for using a geothermal heat exchanger is reasonably and appropriately incorporated between the machine parts, and the heat medium can be circulated through the geothermal heat exchanger so that the geothermal heat can be used as a heat source. , It can be obtained without changing the configuration of the existing indoor unit part and outdoor unit part, and the component part that can use geothermal heat can be installed at low cost, making it easier to install a system that uses geothermal heat. Can be introduced.
また、本発明に係るヒートポンプシステムは必要に応じて、前記バイパス切換用弁が、前記バイパス流路の他端が前記流路切換用弁と室外側熱交換器との間の熱媒体流路に対し、流路切換用弁側には連通する一方で室外側熱交換器側には連通しないように接続される状態に、さらに切換可能とされ、前記熱交換器切換用弁が、前記地中熱熱交換器と室内側熱交換器との間での熱媒体の流通を許容する一方、地中熱熱交換器及び室内側熱交換器と室外側熱交換器との間での熱媒体の流通は許容せず、且つ、前記バイパス流路の一端を地中熱熱交換器に連通させて、地中熱熱交換器を通じて室内側熱交換器とバイパス流路との間で熱媒体が流通可能となる流路接続状態に、さらに切換可能とされてなるものである。 Further, in the heat pump system according to the present invention, if necessary, the bypass switching valve has the other end of the bypass flow path in the heat medium flow path between the flow path switching valve and the outdoor heat exchanger. On the other hand, the heat exchanger switching valve is connected to the outdoor heat exchanger side so as to communicate with the flow path switching valve side so as not to communicate with the outdoor heat exchanger side. Allows the flow of heat medium between the heat exchanger and the indoor heat exchanger, while allowing the heat medium to flow between the underground heat exchanger and the indoor heat exchanger and the outdoor heat exchanger. Distribution is not allowed, and one end of the bypass flow path is communicated with the underground heat exchanger, and the heat medium flows between the indoor heat exchanger and the bypass flow path through the underground heat exchanger. It is possible to further switch to the possible flow path connection state.
このように本発明においては、地中熱熱交換器と流路切換用弁を繋げるバイパス流路を設け、必要に応じて、熱媒体が室外側熱交換器を通らずにバイパス流路を通って地中熱熱交換器、室内側熱交換器、及び圧縮機を循環する状態を生じさせるようにすることにより、室内側熱交換器が蒸発器として作動する冷房時には、地中熱熱交換器が凝縮器をなし、外気温度が著しく高く、空気熱を利用する室外側熱交換器では放熱させにくい状況でも、外気温度より一般に温度の低い地中に熱媒体の熱を放出するようにして、熱媒体を冷却し凝縮させられることに加え、室内側熱交換器が凝縮器として働く暖房時には、地中熱熱交換器が蒸発器をなして、外気温度が著しく低く、空気熱を利用する室外側熱交換器では吸熱させにくい状況でも、外気温度より一般に温度の高い地中熱を取り入れるようにして、熱媒体を加熱し蒸発させられることとなり、地中熱を利用して室内側熱交換器での吸熱性能や放熱性能を十分確保できる。 As described above, in the present invention, a bypass flow path connecting the geothermal heat exchanger and the flow path switching valve is provided, and if necessary, the heat medium passes through the bypass flow path without passing through the outdoor heat exchanger. By creating a state in which the geothermal heat exchanger, the indoor heat exchanger, and the compressor circulate, the geothermal heat exchanger operates as an evaporator during cooling. Is a condenser, the outside air temperature is extremely high, and even in situations where it is difficult to dissipate heat with an outdoor heat exchanger that uses air heat, the heat of the heat medium is released to the ground, which is generally lower than the outside air temperature. In addition to being able to cool and condense the heat medium, the geothermal heat exchanger acts as an evaporator during heating, where the indoor heat exchanger acts as a condenser, and the outside air temperature is extremely low, making the room use air heat. Even in situations where it is difficult for the outside heat exchanger to absorb heat, the heat medium can be heated and evaporated by taking in geothermal heat, which is generally higher than the outside air temperature, and the indoor heat exchanger uses the geothermal heat. Sufficient heat absorption performance and heat dissipation performance can be ensured.
また、本発明に係るヒートポンプシステムは必要に応じて、前記室内側熱交換器が複数配設され、前記各室内側熱交換器、室外側熱交換器、及び地中熱熱交換器における一方の熱媒体流入出口に、それぞれ膨張器が接続されると共に、各膨張器が共通の熱媒体流路に接続されて、前記各熱交換器が膨張器を介して連通する状態とされ、前記各室内側熱交換器における他方の熱媒体流入出口を、圧縮機の入口側と出口側にそれぞれ連通させる状態と連通させない状態とを切換可能とする冷暖切換用弁がそれぞれ配設され、室内側熱交換器を出た熱媒体が圧縮機に向かうようにする冷房用接続状態と、圧縮機を出た熱媒体が室内側熱交換器に向かうようにする暖房用接続状態とを、少なくとも切換可能とされ、前記流路切換用弁が、前記室外側熱交換器における他方の熱媒体流入出口を、圧縮機の入口側と出口側にそれぞれ連通させる状態と連通させない状態とを切換可能とするものとされ、前記第一の流路接続状態と、前記第二の流路接続状態と、室外側熱交換器を圧縮機に連通させず室外側熱交換器に熱媒体が流通しない第三の流路接続状態とを、切換可能とされ、前記熱交換器切換用弁が、前記地中熱熱交換器における他方の熱媒体流入出口を、圧縮機の入口側と出口側にそれぞれ連通させる状態と連通させない状態とを切換可能とするものとされ、圧縮機を出た熱媒体が地中熱熱交換器に向かう第四の流路接続状態と、地中熱熱交換器を出た熱媒体が圧縮機に向かう第五の流路接続状態と、地中熱熱交換器を圧縮機に連通させず地中熱熱交換器に熱媒体が流通しない第六の流路接続状態とを、切換可能とされるものである。 Further, in the heat pump system according to the present invention, a plurality of the indoor heat exchangers are arranged as necessary, and one of the indoor heat exchangers, the outdoor heat exchangers, and the underground heat exchangers. An inflator is connected to each of the heat medium inflow and outflow ports, and each inflator is connected to a common heat medium flow path so that each of the heat exchangers communicates with each other through the inflator. A cooling / heating switching valve is provided to enable switching between a state in which the other heat medium inflow outlet of the inner heat exchanger is communicated with and a state in which the other heat medium inflow outlet is communicated with the inlet side and the outlet side of the compressor, respectively, and heat exchange is provided on the indoor side. At least it is possible to switch between the cooling connection state in which the heat medium leaving the container faces the compressor and the heating connection state in which the heat medium leaving the compressor faces the indoor heat exchanger. The flow path switching valve makes it possible to switch between a state in which the other heat medium inflow outlet in the outdoor heat exchanger is communicated with and a state in which the other heat medium inflow outlet is communicated with the inlet side and the outlet side of the compressor, respectively. , The first flow path connection state, the second flow path connection state, and the third flow path connection in which the outdoor heat exchanger is not communicated with the compressor and the heat medium does not flow to the outdoor heat exchanger. The state can be switched, and the heat exchanger switching valve does not communicate with the state in which the other heat medium inflow outlet in the underground heat exchanger communicates with the inlet side and the outlet side of the compressor, respectively. It is assumed that the state can be switched between the fourth flow path connection state in which the heat medium leaving the compressor goes to the underground heat exchanger and the heat medium leaving the underground heat exchanger is the compressor. It is possible to switch between the fifth flow path connection state toward the ground and the sixth flow path connection state in which the underground heat exchanger is not communicated with the compressor and the heat medium does not flow to the underground heat exchanger. It is a thing.
このように本発明においては、複数配設された室内側熱交換器が冷房や暖房に係る熱交換に用いられる場合に、各切換用弁を用いて、各室内側熱交換器や圧縮機に対し、室外側熱交換器のみを連通させ、熱源として空気熱のみを用いる状態と、室外側熱交換器と地中熱熱交換器をそれぞれ連通させて、熱源として空気熱と地中熱を用いる状態と、地中熱熱交換器のみを連通させて、熱源として地中熱のみを用いる状態とを切り換えられることにより、室内側熱交換器を複数用いるいわゆるマルチエアコン構成の場合でも、無理なく室外側熱交換器と地中熱熱交換器の一方又は両方を利用して冷凍サイクルやヒートポンプサイクルを構築して、効率よく冷房や暖房を行える状態が得られる。また、各切換用弁による流路接続調整で、熱媒体が室内側熱交換器を通らずに圧縮機、室外側熱交換器、及び地中熱熱交換器を循環する状態を生じさせることができ、室外側熱交換器において熱交換器周囲への着霜状態に至った場合に、地中熱熱交換器で熱媒体に取り入れた地中の熱を室外側熱交換器のみに導入するようにして除霜を実行可能となり、地中熱を利用して効率よく除霜を行って熱交換性能低下を回避できる。 As described above, in the present invention, when a plurality of indoor heat exchangers are used for heat exchange related to cooling and heating, each switching valve is used in each indoor heat exchanger and compressor. On the other hand, only the outdoor heat exchanger is communicated and only air heat is used as the heat source, and the outdoor heat exchanger and the underground heat exchanger are communicated with each other and air heat and underground heat are used as heat sources. By switching between the state and the state where only the underground heat exchanger is communicated and only the underground heat is used as the heat source, the room can be comfortably operated even in the case of a so-called multi-air conditioner configuration in which multiple indoor heat exchangers are used. A refrigeration cycle or heat pump cycle can be constructed using one or both of the outer heat exchanger and the underground heat exchanger to obtain a state in which cooling and heating can be performed efficiently. Further, by adjusting the flow path connection by each switching valve, it is possible to create a state in which the heat medium circulates in the compressor, the outdoor heat exchanger, and the geothermal heat exchanger without passing through the indoor heat exchanger. When the outdoor heat exchanger reaches a frosted state around the heat exchanger, the geothermal heat taken into the heat medium by the geothermal heat exchanger should be introduced only to the outdoor heat exchanger. It becomes possible to carry out defrosting, and it is possible to efficiently perform defrosting using geothermal heat and avoid deterioration of heat exchange performance.
また、本発明に係るヒートポンプシステムは必要に応じて、前記地中熱熱交換器の一方の熱媒体流入出口に接続される膨張器が、前記共通の熱媒体流路における室外にあらわれた所定箇所に接続され、前記熱交換器切換用弁が、地中熱熱交換器における他方の熱媒体流入出口に接続されると共に、圧縮機の入口側と出口側に通じる各熱媒体流路における室外にあらわれた所定箇所にそれぞれ接続されるものである。 Further, in the heat pump system according to the present invention, if necessary, an expander connected to one of the heat medium inflow ports of the geothermal heat exchanger appears at a predetermined location outdoors in the common heat medium flow path. The heat exchanger switching valve is connected to the other heat medium inflow port in the geothermal heat exchanger, and is connected to the outside in each heat medium flow path leading to the inlet side and the outlet side of the compressor. It is connected to each of the predetermined locations that appear.
このように本発明においては、複数の室内側熱交換器が室内に配設されるヒートポンプシステムにおける、室外にあらわれた熱媒体流路に対し、地中熱熱交換器が熱交換機切換用弁を介して連通状態を切換可能として接続されることにより、システムの室外部分に地中熱熱交換器を利用するための熱媒体回路を無理なく適切に組み込んで、地中熱熱交換器に熱媒体を流通させて地中熱を熱源として利用できる状態が、システムを構成する既存の室内外の各機器の構成を変えることなく得られることとなり、地中熱を利用可能とする構成部分を低コストで設置可能となり、地中熱を利用するシステムをより容易に導入できる。 As described above, in the present invention, in the heat pump system in which a plurality of indoor heat exchangers are arranged indoors, the geothermal heat exchanger provides a heat exchanger switching valve to the heat medium flow path appearing outdoors. By being connected so that the communication state can be switched via the system, a heat medium circuit for using the geothermal heat exchanger can be reasonably and appropriately incorporated in the outdoor part of the system, and the heat medium can be incorporated into the geothermal heat exchanger. It is possible to obtain a state in which geothermal heat can be used as a heat source by distributing the above without changing the configuration of each of the existing indoor and outdoor devices that make up the system, and the components that enable geothermal heat can be used at low cost. It can be installed at, and a system that uses geothermal heat can be introduced more easily.
(本発明の第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態を図1ないし図8に基づいて説明する。本実施形態では、ヒートポンプを室内機と室外機のある空気調和機(エアコンディショナー)に適用した例について説明する。
(First Embodiment of the present invention)
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8. In this embodiment, an example in which a heat pump is applied to an air conditioner (air conditioner) having an indoor unit and an outdoor unit will be described.
前記各図において本実施形態に係るヒートポンプシステム1は、熱媒体を室内空気と熱交換させる室内側熱交換器11と、熱媒体を室外空気と熱交換させる室外側熱交換器12と、気相の熱媒体を圧縮して熱媒体の温度及び圧力を高める圧縮機13と、液相の熱媒体を膨張させて圧力を低下させる前記膨張器としての膨張弁14と、室内側熱交換器11及び室外側熱交換器12と圧縮機13との流路接続関係を変える流路切換用弁15と、室外に配設され、地中に対する吸放熱用の所定の熱交換用媒体と熱媒体とを熱交換させる地中熱熱交換器16と、地中熱熱交換器16への熱媒体の流通と非流通とを切換可能とする複数の熱交換器切換用弁61、62、63、64と、地中熱熱交換器16に一端が接続可能とされると共に、他端が圧縮機13に接続可能とされるバイパス流路17と、バイパス流路17の他端と圧縮機13及び室外側熱交換器12との流路接続関係を切換可能とする複数のバイパス切換用弁71、72、73、74、75とを備える構成である。
In each of the above figures, the
前記室内側熱交換器11は、例えばHFCやHFOなどの、相変化可能な熱媒体(冷媒)が内部を流れる流路を有し、この熱媒体の流路の外側に熱交換対象の空気が流通し、流路壁を介して熱媒体と空気とが熱交換を行う構造の公知の熱交換器である。この室内側熱交換器11は、具体的には、空気調和機の室内機筐体内に配設され、熱交換器の周囲に流通可能とされる室内空気と、熱交換器内部を流通する熱媒体とを熱交換させることとなる。
The
室内側熱交換器11は、一方の熱媒体流入出口を所定の熱媒体流路、例えば管路など、を介して流路切換用弁15と接続され、他方の熱媒体流入出口を所定の熱媒体流路を介して膨張弁14と接続されて配設される。
In the
室内側熱交換器11は、室内に対し冷房を行う場合には、熱媒体に対し蒸発器となり、室内に対し暖房を行う場合には、熱媒体に対し凝縮器となる仕組みである。詳細には、蒸発器として用いられる冷房の場合、室内側熱交換器11では、膨張弁14と連通する他方の熱媒体流入出口に、この膨張弁14を経て膨張した液相の熱媒体が流入する。室内側熱交換器11では、低い圧力で且つ液相の熱媒体と、この状態の熱媒体を蒸発させて飽和蒸気を生じさせられる、比較的高い所定温度の室内空気とを熱交換させ、室内空気からの熱で熱媒体を蒸発させて気相とする一方、熱媒体蒸発に用いた熱の分、室内空気の温度を低下させることとなる。そして、流路切換用弁15と連通する一方の熱媒体流入出口から、熱交換で蒸発した気相の熱媒体が流出し、熱媒体は流路切換用弁15を経て圧縮機13に流入することとなる。
The
また、凝縮器として用いられる暖房の場合、室内側熱交換器11では、一方の熱媒体流入出口が流路切換用弁15を介して圧縮機13の出口側と連通することとなるが、この圧縮機13で圧縮されて高温高圧となった気相の熱媒体を一方の熱媒体流入出口に流入させる。そして、室内側熱交換器11では、気相の熱媒体と、この熱媒体を凝縮させて飽和液を生じさせられる、比較的低い所定温度の室内空気とを熱交換させ、熱媒体から室内空気へ熱を移行させて熱媒体を凝縮させ、液相とする一方、熱媒体凝縮にあたり熱を放出した分、室内空気の温度を上昇させることとなる。そして、膨張弁14と連通する他方の熱媒体流入出口から、熱交換で凝縮した液相の熱媒体が流出し、熱媒体は膨張弁14に達することとなる。
Further, in the case of heating used as a condenser, in the
前記室外側熱交換器12は、前記室内側熱交換器11と同様、熱媒体が内部を流れる流路を有し、この熱媒体の流路の外側に熱交換対象の空気が流通し、流路壁を介して熱媒体と空気とが熱交換を行う構造の公知の熱交換器である。この室外側熱交換器12は、具体的には、空気調和機の室外機筐体内に配設され、熱交換器の周囲に流通可能とされる室外空気と、熱交換器内部を流通する熱媒体とを熱交換させることとなる。
Like the
室外側熱交換器12は、一方の熱媒体流入出口を所定の熱媒体流路、例えば管路など、を介してバイパス切換用弁74と接続され、他方の熱媒体流入出口を所定の熱媒体流路を介して熱交換器切換用弁62、63と接続されて配設される。そして、室外側熱交換器12の一方の熱媒体流入出口は、バイパス切換用弁74、73を介して流路切換用弁15と連通可能とされ、他方の熱媒体流入出口は、熱交換器切換用弁62、61を介して、膨張弁14と連通可能とされる。
In the
この室外側熱交換器12は、室内に対し暖房を行う場合には、熱媒体に対し蒸発器となり、室内に対し冷房を行う場合には、熱媒体に対し凝縮器となる仕組みである。詳細には、蒸発器として用いられる暖房の場合、室外側熱交換器12では、膨張弁14と連通する他方の熱媒体流入出口に、膨張弁14を経て膨張した液相の熱媒体が流入する。そして、室外側熱交換器12では、低い圧力で且つ液相の熱媒体と、この状態の熱媒体を蒸発させて飽和蒸気を生じさせられる比較的高い所定温度の室外空気とを熱交換させ、室外空気からの熱で熱媒体を蒸発させて気相とする一方、熱媒体蒸発に用いた熱の分、室外空気の温度を低下させることとなる。そして、流路切換用弁15と連通する一方の熱媒体流入出口から、熱交換で蒸発した気相の熱媒体が流出し、熱媒体は流路切換用弁15を経て圧縮機13に流入することとなる。
The
また、凝縮器として用いられる冷房の場合、室外側熱交換器12では、一方の熱媒体流入出口が流路切換用弁15を介して圧縮機13の出口側と連通することとなるが、この圧縮機13で圧縮されて高温高圧となった気相の熱媒体を一方の熱媒体流入出口に流入させる。そして、室内側熱交換器11では、気相の熱媒体と、この状態の熱媒体を凝縮させて飽和液を生じさせられる、比較的低い所定温度の室外空気とを熱交換させ、熱媒体から室外空気へ熱を移行させて熱媒体を凝縮させ、液相とする一方、熱媒体凝縮にあたり熱を放出した分、室外空気の温度を上昇させることとなる。そして、膨張弁14と連通する他方の熱媒体流入出口から、熱交換で凝縮した液相の熱媒体が流出し、熱媒体は膨張弁14に達することとなる。
Further, in the case of cooling used as a condenser, in the
室外側熱交換器12における内部の流路を流通する熱媒体に対し、熱交換対象となる室外空気は、極めて大量に存在するものであることから、熱交換後の空気が外部の大気中に拡散した後の、空気全体に対する熱交換後の空気の保有する熱の影響、すなわち、拡散後の空気全体の温度変化はほとんど無視でき、熱交換継続に伴い室外側熱交換器12に順次新規に導入される室外空気には温度変化は生じておらず、熱交換開始当初と同じ温度条件で継続して熱交換が行えると見なせる。
Since the outdoor air to be heat exchanged is present in an extremely large amount with respect to the heat medium flowing through the internal flow path in the
前記圧縮機13は、気相の熱媒体を圧縮してその温度及び圧力を高める、冷凍サイクルやヒートポンプサイクルに用いられる公知の装置であり、詳細な説明を省略する。この圧縮機13は、その熱媒体入口と出口の双方を流路切換用弁15と接続され、入口を室内側熱交換器11に連通させ、出口を室外側熱交換器12に連通させる状態と、入口を室外側熱交換器12に連通させ、出口を室内側熱交換器11に連通させる状態とを切換可能とされる構成である。
The
前記膨張弁14は、液相の熱媒体を膨張させてその圧力を低下させる、冷凍サイクルやヒートポンプサイクルに用いられる公知の装置であり、詳細な説明を省略する。この膨張弁14は、一方の弁開口を所定の熱媒体流路を介して室内側熱交換器11の他方の熱媒体流入出口と接続され、他方の弁開口を所定の熱媒体流路を介して熱交換器切換用弁61と接続されて配設される。
The
前記流路切換用弁15は、接続される四つの熱媒体流路a、b、c、d同士の連通する組合せを切り換えて、室内側熱交換器11を蒸発器とし、室外側熱交換器12を凝縮器として使用する冷房の状態と、室内側熱交換器11を凝縮器、室外側熱交換器12を蒸発器として使用する暖房の状態とを切換可能とする、公知の家庭用の空気調和機(エアコンディショナー)に用いられる四方弁であり、弁機構についての詳細な説明は省略する。
The flow
この流路切換用弁15では、室外側熱交換器12と圧縮機13との熱媒体流路接続関係を変えて、室外側熱交換器12の一方の熱媒体流入出口を圧縮機13出口と連通させ、圧縮機13を出た熱媒体が室外側熱交換器12に向かうようにする第一の流路接続状態と、室外側熱交換器12の一方の熱媒体流入出口を圧縮機13入口と連通させ、室外側熱交換器12を出た熱媒体が圧縮機13に向かうようにする第二の流路接続状態とを、切換可能としている。
In the flow
合わせて、流路切換用弁15は、室内側熱交換器11と圧縮機13との熱媒体流路接続関係も変えるものであり、第一の流路接続状態では、室内側熱交換器11の一方の熱媒体流入出口を圧縮機13入口と連通させ、室内側熱交換器11を出た熱媒体が圧縮機13に向かうようにし、且つ、第二の流路接続状態では、室内側熱交換器11の一方の熱媒体流入出口を圧縮機13出口と連通させ、圧縮機13を出た熱媒体が室内側熱交換器11に向かうようにする仕組みである。
なお、流路切換用弁15を一つの弁としているが、複数弁の組合せで構成することもできる。
At the same time, the flow
Although the flow
前記地中熱熱交換器16は、熱媒体と、これの熱交換対象となる地中熱の熱交換用媒体とを、伝熱面で隔てられた所定の流路内にそれぞれ流通させ、これら熱媒体と熱交換用媒体との間で伝熱面を介して熱交換を行わせる公知の熱交換器、例えば、プレート式熱交換器など、であり、熱交換器の機構についての詳細な説明は省略する。
The
この地中熱熱交換器16は、ヒートポンプサイクルにおける室外側熱交換器12と膨張弁14との間に介在可能として室外に配設され、地中に埋設された地中熱交換部50での熱交換により地中の温度に準じた所定温度とされた上で地上側に還流される所定の熱交換用媒体、例えば、水などと、熱媒体とを熱交換させる構成である。
The
そして、地中熱熱交換器16は、膨張弁14と室外側熱交換器12との間の熱媒体流路に、熱交換器切換用弁61、62、63、64を介して接続されており、これら複数の弁で、この地中熱熱交換器16の熱媒体側流路が熱媒体を流通可能とされて膨張弁14と室外側熱交換器12との間に介在する状態と、地中熱熱交換器16が全く介在しない状態とを、切換可能とされる仕組みである。
The
地中熱熱交換器16に熱媒体を流通させ、熱媒体を熱交換用媒体と熱交換させる状態では、流路切換用弁15が第一の流路接続状態にされると、地中熱熱交換器16は、室外側熱交換器12の場合と同様に凝縮器として機能し、熱媒体を凝縮させるか熱媒体の温度を低下させる熱交換を行うこととなる。また、流路切換用弁15が第二の流路接続状態とされると、地中熱熱交換器16は、室外側熱交換器12の場合と同様に蒸発器として機能し、熱媒体を蒸発させるか熱媒体の温度を上昇させる熱交換を行うようにされる。
In a state where the heat medium is circulated through the
前記熱交換器切換用弁61、62、63、64は、室外側熱交換器12と地中熱熱交換器16との間、及び、地中熱熱交換器16と膨張弁14との間の熱媒体流路にそれぞれ配設され、室外側熱交換器12と膨張弁14との間で地中熱熱交換器16が熱媒体を流通可能に介在する状態と、室外側熱交換器12と膨張弁14とを直結して中間に地中熱熱交換器16を介在させず、地中熱熱交換器16には熱媒体を流通させない状態とを切換可能とするものである。
The heat
具体的には、地中熱熱交換器16の一方の熱媒体流入出口に接続される熱媒体流路と膨張弁14との間での熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第一の熱交換器切換用弁61と、地中熱熱交換器16の一方の熱媒体流入出口に接続される熱媒体流路eと室外側熱交換器12との間での熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第二の熱交換器切換用弁62と、地中熱熱交換器16の他方の熱媒体流入出口に接続される熱媒体流路fと室外側熱交換器12との間での熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第三の熱交換器切換用弁63と、地中熱熱交換器16の一方の熱媒体流入出口に接続される熱媒体流路e、又は、地中熱熱交換器16の他方の熱媒体流入出口に接続される熱媒体流路fに配設され、地中熱熱交換器16における熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第四の熱交換器切換用弁64とを備える構成である。
Specifically, the first switching between the flow state and the flow stop state of the heat medium between the heat medium flow path connected to one heat medium inflow port of the
これら熱交換器切換用弁61、62、63、64において、第一の熱交換器切換用弁61を開とし、第二の熱交換器切換用弁62を閉とし、第三の熱交換器切換用弁63を開とし、第四の熱交換器切換用弁64を開とすることで、室外側熱交換器12から第三の熱交換器切換用弁63、第四の熱交換器切換用弁64、地中熱熱交換器16、第一の熱交換器切換用弁61を経て、膨張弁14に至る経路に熱媒体が流通可能となり、室外側熱交換器12と膨張弁14との間で地中熱熱交換器16が熱媒体を流通可能に介在する状態とすることができる(図2、図5参照)。
In these heat
また、第一の熱交換器切換用弁61を開とし、第二の熱交換器切換用弁62を開とし、第三の熱交換器切換用弁63を閉とし、第四の熱交換器切換用弁64を閉とすることで、室外側熱交換器12から第二の熱交換器切換用弁62、第一の熱交換器切換用弁61を経て、膨張弁14に至る経路に熱媒体が流通可能となり、室外側熱交換器12と膨張弁14とを直結して中間に地中熱熱交換器16を介在させず、地中熱熱交換器16には熱媒体を流通させない状態とすることができる(図1、図4参照)。
Further, the first heat
この他、第一の熱交換器切換用弁61と第三の熱交換器切換用弁63をそれぞれ閉とし、第二の熱交換器切換用弁62及び第四の熱交換器切換用弁64をそれぞれ開とすることで、膨張弁14と地中熱熱交換器16との間では熱媒体の流通を停止させつつ、室外側熱交換器12から第二の熱交換器切換用弁62を経て、地中熱熱交換器16に至る経路に熱媒体が流通可能となり、室外側熱交換器12と地中熱熱交換器16との間での熱媒体の流通を許容する一方、膨張弁14を介した地中熱熱交換器16と室内側熱交換器11との間での熱媒体の流通は許容しない流路接続状態とすることができる(図7参照)。
In addition, the first heat
逆に、第一の熱交換器切換用弁61と第四の熱交換器切換用弁64をそれぞれ開とし、第二の熱交換器切換用弁62及び第三の熱交換器切換用弁63をそれぞれ閉とすることで、室外側熱交換器12と地中熱熱交換器16との間では熱媒体の流通を停止させつつ、膨張弁14から第一の熱交換器切換用弁61を経て、地中熱熱交換器16に至る経路に熱媒体が流通可能となり、膨張弁14を介した室内側熱交換器11と地中熱熱交換器16との間での熱媒体の流通を許容する一方、地中熱熱交換器16と室外側熱交換器12との間での熱媒体の流通は許容しない流路接続状態とすることができる(図3、図6参照)。
On the contrary, the first heat
前記バイパス流路17は、地中熱熱交換器16の他方の熱媒体流入出口に接続される熱媒体流路fに一端が接続されると共に、他端がバイパス切換用弁71、72、73、74、75を介して流路切換用弁15、圧縮機13、又は室外側熱交換器12に接続可能とされて、必要に応じて熱媒体を流通させるものである。
One end of the
バイパス流路17の一端は、熱交換器切換用弁のうち、第四の熱交換器切換用弁64が設けられる熱媒体流路fに接続されることで、第四の熱交換器切換用弁64を開とすると、地中熱熱交換器16に連通する一方、第四の熱交換器切換用弁64を閉とすると、地中熱熱交換器16に連通しないなど、地中熱熱交換器16への連通状態を必要に応じて切換可能とされる仕組みである。
One end of the
また、バイパス流路17の一端に対し、第三の熱交換器切換用弁63を閉とした上で、第四の熱交換器切換用弁64と共に第二の熱交換器切換用弁62を開とすることで、バイパス流路17の一端が地中熱熱交換器16を通じて室外側熱交換器12にも連通する状態となり、バイパス流路17から地中熱熱交換器16を経て室外側熱交換器12に至る経路に熱媒体を流通可能とすることができる。そして、この場合に第一の熱交換器切換用弁61を閉としておけば、膨張弁14や室内側熱交換器11への熱媒体の流通を阻止でき、熱媒体が室内側熱交換器11を通る代わりにバイパス流路17を通る状態を設定可能となる(図7、図8参照)。
Further, after closing the third heat
この他、バイパス流路17の一端に対し、第三の熱交換器切換用弁63を閉とした上で、第四の熱交換器切換用弁64と共に第一の熱交換器切換用弁61を開とすることで、バイパス流路17の一端が地中熱熱交換器16を通じて膨張弁14や室内側熱交換器11にも連通する状態となり、バイパス流路17から地中熱熱交換器16や膨張弁14を経て室内側熱交換器11に至る経路に熱媒体を流通可能とすることができる。そして、この場合に第二の熱交換器切換用弁62を閉としておけば、室外側熱交換器12への熱媒体の流通を阻止でき、熱媒体が室外側熱交換器12を通る代わりにバイパス流路17を通る状態を設定可能となる(図3、図6参照)。
In addition, after closing the third heat
前記バイパス切換用弁71、72、73、74、75は、バイパス流路17の他端と、流路切換用弁15と圧縮機13入口とを接続する熱媒体流路a、及び、流路切換用弁15と室外側熱交換器12の一方の熱媒体流入出口とを接続する熱媒体流路b、との接続関係他を切換可能とするものである。
The
具体的には、バイパス切換用弁としては、流路切換用弁15と圧縮機13入口とを接続する熱媒体流路aと、バイパス流路17の他端との間での、熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第一のバイパス切換用弁71と、流路切換用弁15と室外側熱交換器12の一方の熱媒体流入出口とを接続する熱媒体流路bと、バイパス流路17の他端との間での、熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第二のバイパス切換用弁72と、前記熱媒体流路bにおける、前記第二のバイパス切換用弁72の接続箇所より流路切換用弁15側の流路部分に配設され、この流路部分での熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第三のバイパス切換用弁73と、同じ熱媒体流路bにおける、前記第二のバイパス切換用弁72の接続箇所より室外側熱交換器12側の流路部分に配設され、この流路部分での熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第四のバイパス切換用弁74と、バイパス流路17に配設され、バイパス流路17における熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第五のバイパス切換用弁75とを備える構成である。
Specifically, as the bypass switching valve, the heat medium between the heat medium flow path a connecting the flow
これらバイパス切換用弁71、72、73、74、75において、第一のバイパス切換用弁71及び第二のバイパス切換用弁72をいずれも閉とし、第三のバイパス切換用弁73及び第四のバイパス切換用弁74をいずれも開とし、第五のバイパス切換用弁75を閉とすることで、バイパス流路17の他端が、流路切換用弁15と圧縮機13入口とを接続する熱媒体流路aと、流路切換用弁15と室外側熱交換器12の一方の熱媒体流入出口とを接続する熱媒体流路bのいずれにも連通せず、且つ、流路切換用弁15から第三のバイパス切換用弁73、第四のバイパス切換用弁74を経て、室外側熱交換器12に至る熱媒体流路bに熱媒体が流通可能となり、バイパス流路17を用いない通常の冷房又は暖房を行う際の接続状態が得られる。すなわち、バイパス流路17の他端を圧縮機13入口に連通させない一方、室内側熱交換器11における一方の熱媒体流入出口を圧縮機13入口に連通させ、且つ室外側熱交換器12における一方の熱媒体流入出口を圧縮機13出口に連通させる冷房時の接続状態(図1、図2参照)や、室内側熱交換器11における一方の熱媒体流入出口を圧縮機13出口に連通させ、且つ室外側熱交換器12における一方の熱媒体流入出口を圧縮機13入口に連通させる暖房時の接続状態(図4、図5参照)にできる。
In these
また、第一のバイパス切換用弁71を開とし、第二のバイパス切換用弁72を閉とし、第三のバイパス切換用弁73及び第四のバイパス切換用弁74をいずれも開とし、第五のバイパス切換用弁75を開とすることで、バイパス流路17の他端が、流路切換用弁15と圧縮機13入口とを接続する熱媒体流路aに連通する一方、流路切換用弁15と室外側熱交換器12の一方の熱媒体流入出口とを接続する熱媒体流路bには連通せず、加えて、流路切換用弁15から第三のバイパス切換用弁73、第四のバイパス切換用弁74を経て、室外側熱交換器12に至る熱媒体流路bに熱媒体が流通可能となり、バイパス流路17の他端を圧縮機13入口に連通させて、バイパス流路17から圧縮機13に向けて熱媒体を流通させられる状態が得られる(図7参照)。
Further, the first
この状態で、バイパス流路17の一端側で、第一の熱交換器切換用弁61を閉とし、第二の熱交換器切換用弁62を開とし、第三の熱交換器切換用弁63を閉とし、第四の熱交換器切換用弁64を開とすることで、バイパス流路17が地中熱熱交換器16を通じて室外側熱交換器12に連通し、室外側熱交換器12から地中熱熱交換器16を経てバイパス流路17に熱媒体が流通可能となる一方、室内側熱交換器11には熱媒体が流通しない状態となり、熱媒体が室内側熱交換器11を通る代わりにバイパス流路17を通って、圧縮機13に達する状態となる。
In this state, the first heat
これにより、熱媒体が圧縮機13から第一の流路接続状態にある流路切換用弁15を経て室外側熱交換器12に流入し、室外側熱交換器12から地中熱熱交換器16に向かい、地中熱熱交換器16を出た熱媒体がバイパス流路17を通って圧縮機13に還流する循環経路を生じさせる状態、すなわち、地中熱熱交換器16で地中熱により熱媒体を昇温させ、圧縮機13で熱媒体を高圧にした上で、室外側熱交換器12で熱媒体から熱を放出させて、室外側熱交換器12で除霜を実行可能な第一の除霜用接続状態が得られることとなる。
As a result, the heat medium flows from the
さらに、第一のバイパス切換用弁71を閉とし、第二のバイパス切換用弁72を開とし、第三のバイパス切換用弁73を閉とし、第四のバイパス切換用弁74を開とし、第五のバイパス切換用弁75を開とすることで、バイパス流路17の他端が、流路切換用弁15と室外側熱交換器12の一方の熱媒体流入出口とを接続する熱媒体流路bのうち、第二のバイパス切換用弁72の接続箇所より室外側熱交換器12側の流路部分に連通する一方、流路切換用弁15と圧縮機13入口とを接続する熱媒体流路aや、熱媒体流路bのうち第二のバイパス切換用弁72の接続箇所より流路切換用弁15側の流路部分には連通せず、これによりバイパス流路17の他端を室外側熱交換器12の一方の熱媒体流入出口のみに連通させて、バイパス流路17から室外側熱交換器12に向けて熱媒体を流通させられる状態が得られる(図8参照)。
Further, the first
この状態で、バイパス流路17の一端側で、第一の熱交換器切換用弁61を閉とし、第二の熱交換器切換用弁62を開とし、第三の熱交換器切換用弁63を閉とし、第四の熱交換器切換用弁64を開とすることで、バイパス流路17の一端が地中熱熱交換器16を通じて室外側熱交換器12の他方の熱媒体流入出口に連通し、室外側熱交換器12から地中熱熱交換器16を経てバイパス流路17に熱媒体が流通可能となる一方、室内側熱交換器11には熱媒体が流通しない状態となり、熱媒体が室内側熱交換器11を通る代わりにバイパス流路17を通って、室外側熱交換器12に達する状態となる。
In this state, the first heat
これにより、熱媒体が室外側熱交換器12に流入し、室外側熱交換器12から地中熱熱交換器16に向かい、地中熱熱交換器16を出た熱媒体がバイパス流路17を通って室外側熱交換器12に還流する循環経路を生じさせる状態、すなわち、地中熱熱交換器16で地中熱により熱媒体を昇温させ、この熱媒体をバイパス流路17を通じて室外側熱交換器12に導き、室外側熱交換器12で熱媒体から熱を放出させて、室外側熱交換器12で除霜を実行可能な第二の除霜用接続状態が得られることとなる。
As a result, the heat medium flows into the
この他、第一のバイパス切換用弁71を閉とし、第二のバイパス切換用弁72及び第三のバイパス切換用弁73をいずれも開とし、第四のバイパス切換用弁74を閉とし、第五のバイパス切換用弁75を開とすることで、バイパス流路17の他端が、流路切換用弁15と室外側熱交換器12の一方の熱媒体流入出口とを接続する熱媒体流路bのうち、第二のバイパス切換用弁72の接続箇所より流路切換用弁15側の流路部分に連通する一方、流路切換用弁15と圧縮機13入口とを接続する熱媒体流路aや、熱媒体流路bのうち第二のバイパス切換用弁72の接続箇所より室外側熱交換器12側の流路部分には連通せず、これによりバイパス流路17の他端を流路切換用弁15と室外側熱交換器12の一方の熱媒体流入出口とを接続する熱媒体流路bの一部に連通させて、バイパス流路17から熱媒体流路b、流路切換用弁15、熱媒体流路aを経て圧縮機13に至る経路に熱媒体を流通させられる状態が得られる。
In addition, the first
この状態で、バイパス流路17の一端側で、第一の熱交換器切換用弁61を開とし、第二の熱交換器切換用弁62及び第三の熱交換器切換用弁63をいずれも閉とし、第四の熱交換器切換用弁64を開とすることで、バイパス流路17が地中熱熱交換器16を通じて室内側熱交換器11に連通し、室内側熱交換器11から地中熱熱交換器16を経てバイパス流路17に至る経路に熱媒体が流通可能となる一方、室外側熱交換器12には熱媒体が流通しない状態となり、熱媒体が室外側熱交換器12を通る代わりにバイパス流路17を通って、地中熱熱交換器16に流通する状態となる。
In this state, the first heat
これにより、室外側熱交換器12の代わりに地中熱熱交換器16を用いた冷房又は暖房用の接続状態が得られる。すなわち、室外側熱交換器12を冷凍サイクルやヒートポンプサイクルから外す一方、室内側熱交換器11における一方の熱媒体流入出口を圧縮機13入口に連通させ、且つ地中熱熱交換器16における他方の熱媒体流入出口をバイパス流路17を通じて圧縮機13出口に連通させる冷房時の接続状態(図3参照)や、室内側熱交換器11における一方の熱媒体流入出口を圧縮機13出口に連通させ、且つ地中熱熱交換器16における他方の熱媒体流入出口をバイパス流路17を通じて圧縮機13入口に連通させる暖房時の接続状態(図6参照)にできる。
As a result, a connection state for cooling or heating using the
さらに、本実施形態に係るヒートポンプシステムは、公知の空気調和機に用いられるものと同様、各熱交換器に空気を強制的に送り込むファンや、室内空気の温度等を検出する温度センサ、空気調和機を使用する使用者により操作される操作部、使用者の操作内容や各種センサでの検出結果に基づいて圧縮機及びファンの作動制御や流路切換用弁による冷暖切換制御を行う制御部を備える構成であり、詳細な説明は省略する。 Further, the heat pump system according to the present embodiment has a fan for forcibly sending air to each heat exchanger, a temperature sensor for detecting the temperature of indoor air, and air conditioning, similar to those used in known air conditioners. An operation unit operated by the user who uses the machine, a control unit that controls the operation of the compressor and fan based on the operation content of the user and the detection results of various sensors, and the cooling / heating switching control by the flow path switching valve. The configuration is provided, and detailed description thereof will be omitted.
ただし、本実施形態では、特に、室内空気の温度の他に、室外空気の温度、地中の温度、サイクル中の一又は複数箇所における熱媒体の温度、地中に対する吸熱又は放熱用の熱交換用媒体の温度等をそれぞれ検出する各温度センサが設けられると共に、室外側熱交換器への着霜状態を検出する霜センサが設けられ、制御部がこうした各温度センサ及び霜センサでの検出結果に基づいて、各部の作動制御に加えて、必要に応じて地中熱熱交換器と地中の熱交換部間で熱交換用媒体を循環させるポンプの制御や、各切換用弁の開閉制御を実行することとなる。 However, in the present embodiment, in particular, in addition to the temperature of the indoor air, the temperature of the outdoor air, the temperature in the ground, the temperature of the heat medium at one or more points in the cycle, the heat exchange for heat absorption or heat dissipation to the ground. Each temperature sensor for detecting the temperature of the medium is provided, and a frost sensor for detecting the frosted state on the outdoor heat exchanger is provided, and the control unit detects the detection result with each of these temperature sensors and the frost sensor. Based on the above, in addition to the operation control of each part, the control of the pump that circulates the heat exchange medium between the geothermal heat exchanger and the underground heat exchange part and the opening / closing control of each switching valve are performed as needed. Will be executed.
次に、本実施形態に係るヒートポンプシステムの作動状態について説明する。
まず、ヒートポンプシステムを作動させて、室内空間に対し冷房を行う状態について説明する。
冷房を行うにあたっては、熱源を室外の空気熱のみ、地中熱のみ、あるいは、空気熱と地中熱の両方、とする状態を、室内や室外、地中の状況等に応じて切り換えることができる。例えば、通常、冷房を行う時期は室外空気温度より地中温度が低いことから、室外空気温度が過度に高く、冷房効率が低くなる場合は、熱源として地中熱のみを用いるようにすることで、効率よく冷房を行うことができる。
Next, the operating state of the heat pump system according to the present embodiment will be described.
First, a state in which the heat pump system is operated to cool the indoor space will be described.
When cooling, it is possible to switch the state where the heat source is only outdoor air heat, only underground heat, or both air heat and underground heat, depending on the indoor, outdoor, underground conditions, etc. it can. For example, since the underground temperature is usually lower than the outdoor air temperature during the cooling period, if the outdoor air temperature is excessively high and the cooling efficiency is low, only the geothermal heat should be used as the heat source. , Efficient cooling can be performed.
また、冷房運転の開始時などは、空気調和機の室内機側の負荷が大きくなることから、熱源として室外の空気熱と地中熱の両方を用いるようにするのが好ましい。そして、室内温度が所望の温度に達して安定状態に移行し、空気調和機がオンオフ繰り返しや出力を抑えるような低負荷運転状態となった場合には、熱源として地中熱のみを用いる状態に切り換えるようにすれば、効率のよい運転状態を継続でき、好ましい。 Further, since the load on the indoor unit side of the air conditioner becomes large at the start of the cooling operation, it is preferable to use both outdoor air heat and geothermal heat as the heat source. Then, when the room temperature reaches a desired temperature and shifts to a stable state, and the air conditioner becomes a low-load operation state in which on / off repetition and output are suppressed, only geothermal heat is used as a heat source. If the switching is performed, an efficient operating state can be maintained, which is preferable.
この他、熱媒体の温度が室外空気温度より低い状況では、主に熱源として室外の空気熱と地中熱を用いる状態として冷房運転を実行する一方、熱媒体の温度が室外空気温度に近い値となり、地中の温度が過度に上がるなど地中に過大な熱負荷が加わっていることが予想される場合には、熱源を室外の空気熱のみとする運転状態に移行し、地中熱熱交換器16と熱交換用媒体を通じた地中への熱の放出を停止して、地中温度の回復を図るようにするのが好ましい。
In addition, when the temperature of the heat medium is lower than the outdoor air temperature, the cooling operation is performed with the outdoor air heat and the geothermal heat mainly used as heat sources, while the heat medium temperature is close to the outdoor air temperature. If it is expected that an excessive heat load is applied to the ground, such as when the temperature in the ground rises excessively, the system shifts to an operating state in which the heat source is only outdoor air heat, and the geothermal heat is generated. It is preferable to stop the release of heat into the ground through the
(熱源が空気熱のみの場合)
室内空間に対し冷房を行う際に、熱源として室外の空気熱のみを用いる場合、すなわち、室外側の凝縮器として室外側熱交換器12のみを用いる場合には、図1に示すように、熱交換器切換用弁の弁61、62を開として、室外側熱交換器12が各弁を通じて膨張弁14に連通する状態としておく。流路切換用弁15は第一の流路接続状態として、熱媒体流路aと熱媒体流路dを連通させ、熱媒体流路bと熱媒体流路cを連通させる状態とする。
(When the heat source is only air heat)
When cooling the indoor space, when only outdoor air heat is used as the heat source, that is, when only the
システムを作動させると、室内側熱交換器11が、蒸発器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と液相の熱媒体とを熱交換させる。この室内側熱交換器11での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室内側熱交換器11外へ出て、熱媒体流路d、流路切換用弁15、熱媒体流路aを経て圧縮機13に向う。一方、室内側熱交換器11での熱交換で室内空気は冷却され、温度を下げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで低下させる(室内空間を冷却する)。
When the system is operated, the
室内側熱交換器11を出て圧縮機13に達した高温気相の熱媒体は、外部の駆動源により作動するこの圧縮機13により加圧される。加圧された気相の熱媒体は、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機13を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路c、流路切換用弁15、熱媒体流路b及び開状態とされた弁73、74を経て室外側熱交換器12に導入される。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
室外側熱交換器12は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入された室外空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、室外側熱交換器12での熱交換で被加熱媒体である室外空気は加熱され、温度を上げた状態で外気中に排出される。
As a condenser, the
室外側熱交換器12で凝縮して得られた液相の熱媒体は、室外側熱交換器12外に排出されて膨張弁14に向かうが、地中熱熱交換器16近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁61、62が開、弁63、64が閉となることで、室外側熱交換器12を出た熱媒体は弁61、62を通過して、地中熱熱交換器16に流通することなく膨張弁14に達する。
The liquid phase heat medium obtained by condensing in the
膨張弁14で熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となった上で、室内側熱交換器11へ向け進むこととなる。
この後、熱媒体は室内側熱交換器11内に戻り、前記同様に室内側熱交換器11での熱交換以降の各過程を繰返して、冷房を継続実行することとなる。
The heat medium expands at the
After that, the heat medium returns to the inside of the indoor
(熱源が空気熱と地中熱の場合)
室内空間に対し冷房を行う際に、熱源として室外の空気熱と地中熱を用いる場合、すなわち、室外側の凝縮器として室外側熱交換器12と地中熱熱交換器16を共に用いる場合には、図2に示すように、熱交換器切換用弁の弁64、61を開として、室外側熱交換器12が地中熱熱交換器16を通じて膨張弁14に連通する状態に切り換える。
(When the heat source is air heat and geothermal heat)
When outdoor air heat and geothermal heat are used as heat sources when cooling the indoor space, that is, when both the
システムを作動させると、室内側熱交換器11が、蒸発器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と液相の熱媒体とを熱交換させる。この室内側熱交換器11での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室内側熱交換器11外へ出て、熱媒体流路d、流路切換用弁15、熱媒体流路aを経て圧縮機13に向う。一方、室内側熱交換器11での熱交換で室内空気は冷却され、温度を下げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで低下させる(室内空間を冷却する)。
When the system is operated, the
室内側熱交換器11を出て圧縮機13に達した高温気相の熱媒体は、外部の駆動源により作動するこの圧縮機13により加圧される。加圧された気相の熱媒体は、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機13を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路c、流路切換用弁15、熱媒体流路b及び開状態とされた弁73、74を経て室外側熱交換器12に導入される。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
室外側熱交換器12は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入された被加熱媒体である室外空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体はその温度を低下させ、一部は凝縮して液相に変化する。一方、室外側熱交換器12での熱交換で被加熱媒体である室外空気は加熱され、温度を上げた状態で外気中に排出される。
The
室外側熱交換器12で温度を低下させた熱媒体は、室外側熱交換器12外に排出されるが、地中熱熱交換器16近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁61、63、64が開、弁62が閉となることで、室外側熱交換器12を出た熱媒体は弁63、熱媒体流路f及び弁64を通過して地中熱熱交換器16に流通することとなる。
The heat medium whose temperature has been lowered by the
地中熱熱交換器16では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器16での熱交換で熱交換用媒体は加熱され、温度を上げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中に熱を放出して温度を下げた上で、あらためて地中熱熱交換器16に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器16と地中熱交換部50との間での循環は、地中熱熱交換器16における熱交換が継続される間、繰り返されることとなる。
In the
地中熱熱交換器16で凝縮して得られた液相の熱媒体は、地中熱熱交換器16を出た後、熱媒体流路e、弁61を通過して膨張弁14に達する。膨張弁14で熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となった上で、室内側熱交換器11へ向け進むこととなる。
この後、熱媒体は室内側熱交換器11内に戻り、前記同様に室内側熱交換器11での熱交換以降の各過程を繰返して、冷房を継続実行することとなる。
The liquid phase heat medium obtained by condensing in the
After that, the heat medium returns to the inside of the indoor
(熱源が地中熱のみの場合)
室内空間に対し冷房を行う際に、熱源として地中熱のみを用いる場合、すなわち、室外側の凝縮器として地中熱熱交換器16のみを用いる場合には、図3に示すように、あらかじめバイパス切換用弁の弁72、75を開、弁74を閉として、熱媒体流路bがバイパス流路17に連通して、圧縮機13を出た熱媒体がバイパス流路17に流通する状態に切り換えると共に、熱交換器切換用弁の弁64、61を開として、バイパス流路17が地中熱熱交換器16を通じて膨張弁14に連通する状態に切り換える。
(When the heat source is only geothermal heat)
When only geothermal heat is used as the heat source when cooling the indoor space, that is, when only the
前記同様、室内側熱交換器11が、蒸発器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と液相の熱媒体とを熱交換させる。この室内側熱交換器11での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室内側熱交換器11外へ出て、熱媒体流路d、流路切換用弁15、熱媒体流路aを経て圧縮機13に向う。一方、室内側熱交換器11での熱交換で室内空気は冷却され、温度を下げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで低下させる(室内空間を冷却する)。
Similarly to the above, the
室内側熱交換器11を出て圧縮機13に達した高温気相の熱媒体は、外部の駆動源により作動するこの圧縮機13により加圧される。加圧された気相の熱媒体は、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機13を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路c、流路切換用弁15、熱媒体流路b及び開状態とされた弁73、72、75を経てバイパス流路17に達する。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
一方、バイパス流路17の一端が接続される熱媒体流路f中の弁64が開となり、且つ地中熱熱交換器16近傍で、弁61が開、弁62、63が閉となることで、バイパス流路17を通った気相の熱媒体は熱媒体流路f及び弁64を通過して地中熱熱交換器16に流通することとなる。
On the other hand, the
地中熱熱交換器16では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器16での熱交換で熱交換用媒体は加熱され、温度を上げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中に熱を放出して温度を下げた上で、あらためて地中熱熱交換器16に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器16と地中熱交換部50との間での循環は、地中熱熱交換器16における熱交換が継続される間、繰り返されることとなる。
In the
地中熱熱交換器16で凝縮して得られた液相の熱媒体は、地中熱熱交換器16を出た後、熱媒体流路e、弁61を通過して膨張弁14に達する。膨張弁14で熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となった上で、室内側熱交換器11へ向け進むこととなる。
この後、熱媒体は室内側熱交換器11内に戻り、前記同様に室内側熱交換器11での熱交換以降の各過程を繰返して、冷房を継続実行することとなる。
The liquid phase heat medium obtained by condensing in the
After that, the heat medium returns to the inside of the indoor
なお、上記のような冷房時の熱源に地中熱を用いる場合に対応して、夜間や室内に人がいない間など、冷房運転を要しない時間帯に、地中から熱を奪うと共にその熱を室外空気に放出するサイクルとして運転を実行し、冷房運転に伴う熱放出で上昇した地中温度の回復や地中への冷熱の蓄熱を積極的に図るようにすることもできる。 In addition, in response to the case where geothermal heat is used as the heat source during cooling as described above, heat is taken from the ground and the heat is taken from the ground during times when cooling operation is not required, such as at night or when there are no people in the room. It is also possible to execute the operation as a cycle in which the air is released to the outdoor air, and to actively recover the underground temperature that has risen due to the heat release accompanying the cooling operation and store the cold heat in the ground.
この地中温度の回復等のための運転を行うためには、バイパス切換用弁の弁75、71、73、74を開、弁72を閉として、バイパス流路17が熱媒体流路aに連通し、バイパス流路17を出た熱媒体が圧縮機13に流通する状態に切り換えると共に、熱交換器切換用弁の弁62、64を開として、バイパス流路17が地中熱熱交換器16を通じて室外側熱交換器12に連通する状態に切り換える。また、流路切換用弁15は第一の流路接続状態として、熱媒体流路aと熱媒体流路dを連通させ、熱媒体流路bと熱媒体流路cを連通させる状態とする(図7参照)。
In order to perform the operation for recovering the underground temperature or the like, the
運転を実行すると、地中熱熱交換器16では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で加熱された液相の熱媒体は昇温し、蒸発して気相に変化する。一方、地中熱熱交換器16での熱交換で熱交換用媒体は冷却され、温度を下げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中から熱を吸収して温度を上げた上で、あらためて地中熱熱交換器16に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器16と地中熱交換部50との間での循環は、運転継続の間繰り返され、熱交換用媒体が地中から熱を吸収することで、地中の温度を低下させることができる。
When the operation is executed, in the
地中熱熱交換器16で蒸発して得られた気相の熱媒体は、地中熱熱交換器16を出た後、熱媒体流路f、弁64を通過してバイパス流路17に流通する。
一方、バイパス流路17の他端は、開状態とされた弁75、71により熱媒体流路aと連通していることから、バイパス流路17を通った気相の熱媒体は、弁75、71及び熱媒体流路aを経て圧縮機13に向かう。
The gas phase heat medium obtained by evaporating in the
On the other hand, since the other end of the
圧縮機13に達した高温気相の熱媒体は、圧縮機13により加圧され、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機13を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路c、流路切換用弁15、熱媒体流路b及び開状態とされた弁73、74を経て室外側熱交換器12に導入される。
The heat medium of the high temperature gas phase that has reached the
室外側熱交換器12は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入された室外空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体はその温度を低下させ、凝縮して液相に変化する。一方、室外側熱交換器12での熱交換で室外空気は加熱され、温度を上げた状態で外気中に排出される。
As a condenser, the
室外側熱交換器12で凝縮した熱媒体は、室外側熱交換器12外に排出されるが、地中熱熱交換器16近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁62、64が開、弁61、63が閉となることで、室外側熱交換器12を出た熱媒体は、弁62及び熱媒体流路eを通過して地中熱熱交換器16へ向け進むこととなる。
The heat medium condensed by the
この後、熱媒体は地中熱熱交換器16内に戻り、前記同様に地中熱熱交換器16での熱交換以降の各過程を繰返すこととなる。
地中温度が適切な温度まで低下したり、室内空間に冷房を行う時間帯に至った場合には、この地中温度の回復等に係る運転を停止し、必要に応じて冷房運転に移行する。
After that, the heat medium returns to the inside of the
When the underground temperature drops to an appropriate temperature or the time zone for cooling the indoor space is reached, the operation related to the recovery of the underground temperature is stopped and the operation is shifted to the cooling operation as necessary. ..
続いて、ヒートポンプシステムを作動させて、室内空間に対し暖房を行う状態について説明する。
暖房を行う場合も、冷房の場合と同様、熱源を室外の空気熱のみ、地中熱のみ、あるいは、空気熱と地中熱の両方、とする状態を、室内や室外、地中の状況等に応じて切り換えることができる。例えば、通常、暖房を行う時期は室外空気温度より地中温度が高いことから、室外空気温度が過度に低く、暖房効率が低くなる場合は、熱源として地中熱のみを用いるようにすることで、効率よく暖房を行うことができる。
Subsequently, a state in which the heat pump system is operated to heat the indoor space will be described.
When heating, as in the case of cooling, the heat source is only outdoor air heat, only underground heat, or both air heat and underground heat, such as indoor, outdoor, and underground conditions. It can be switched according to. For example, since the underground temperature is usually higher than the outdoor air temperature during the heating period, if the outdoor air temperature is excessively low and the heating efficiency is low, only the geothermal heat should be used as the heat source. , Efficient heating can be performed.
また、暖房運転の開始時などは、空気調和機の室内機側の負荷が大きくなることから、熱源として室外の空気熱と地中熱の両方を用いるようにするのが好ましい。そして、室内温度が所望の温度に達して安定状態に移行し、空気調和機がオンオフ繰り返しや出力を抑えるような低負荷運転状態となった場合には、熱源として地中熱のみを用いる状態に切り換えるようにすれば、効率のよい運転状態を継続でき、好ましい。 Further, since the load on the indoor unit side of the air conditioner becomes large at the start of the heating operation, it is preferable to use both outdoor air heat and geothermal heat as the heat source. Then, when the room temperature reaches a desired temperature and shifts to a stable state, and the air conditioner becomes a low-load operation state in which on / off repetition and output are suppressed, only geothermal heat is used as a heat source. If the switching is performed, an efficient operating state can be maintained, which is preferable.
この他、熱媒体の温度が室外空気温度より高い状況では、主に熱源として室外の空気熱と地中熱を用いる状態として暖房運転を実行する一方、熱媒体の温度が室外空気温度に近い値となり、地中の温度が過度に下がるなど地中に過大な熱負荷が加わっていることが予想される場合には、熱源を室外の空気熱のみとする運転状態に移行し、地中熱熱交換器16と熱交換用媒体を通じた地中からの吸熱を停止して、地中温度の回復を図るようにするのが好ましい。
In addition, when the temperature of the heat medium is higher than the outdoor air temperature, the heating operation is performed mainly using outdoor air heat and geothermal heat as heat sources, while the heat medium temperature is close to the outdoor air temperature. If it is expected that an excessive heat load is applied to the ground, such as when the temperature in the ground drops excessively, the system shifts to an operating state in which the heat source is only outdoor air heat, and the geothermal heat is generated. It is preferable to stop the heat absorption from the ground through the
(熱源が空気熱のみの場合)
室内空間に対し暖房を行う際に、熱源として室外の空気熱のみを用いる場合、すなわち、室外側の蒸発器として室外側熱交換器12のみを用いる場合には、図4に示すように、熱交換器切換用弁の弁61、62を開として、室外側熱交換器12が各弁を通じて膨張弁14に連通する状態としておく。流路切換用弁15は第二の流路接続状態として、熱媒体流路aと熱媒体流路bを連通させ、熱媒体流路cと熱媒体流路dを連通させる状態とする。
(When the heat source is only air heat)
When heating the indoor space, when only the outdoor air heat is used as the heat source, that is, when only the
システムを作動させると、室内側熱交換器11は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、室内側熱交換器11での熱交換で室内空気は加熱され、温度を上げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで上昇させる(室内空間を暖める)。
When the system is operated, the
室内側熱交換器11で凝縮して得られた液相の熱媒体は、室内側熱交換器11を出て膨張弁14に達する。膨張弁14で液相の熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となる。
The liquid phase heat medium obtained by condensing in the
この膨張弁14で圧力や温度を低下させた液相の熱媒体は、膨張弁14の外に排出されるが、地中熱熱交換器16近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁61、62が開、弁63、64が閉となることで、膨張弁14を出た熱媒体は弁61、62を通過して、地中熱熱交換器16に流通することなく、室外側熱交換器12に達する。
The liquid phase heat medium whose pressure and temperature are lowered by the
室外側熱交換器12は、蒸発器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室外空気と液相の熱媒体とを熱交換させる。この室外側熱交換器12での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室外側熱交換器12外へ出て、熱媒体流路b及び開状態とされた弁73、74を経て流路切換用弁15に達し、さらに流路切換用弁15から熱媒体流路aを経て圧縮機13に向う。一方、室外側熱交換器12での熱交換で室外空気は冷却され、温度を下げた状態で外気中に排出される。
As an evaporator, the
室外側熱交換器12を出て圧縮機13に達した高温気相の熱媒体は、外部の駆動源により作動するこの圧縮機13により加圧される。加圧された気相の熱媒体は、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機13を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路c、流路切換用弁15、熱媒体流路dを経て、室内側熱交換器11へ向け進むこととなる。
この後、熱媒体は室内側熱交換器11内に戻り、前記同様に室内側熱交換器11での熱交換以降の各過程を繰返して、暖房を継続実行することとなる。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
After that, the heat medium returns to the inside of the
(熱源が空気熱と地中熱の場合)
室内空間に対し暖房を行う際に、熱源として室外の空気熱と地中熱を用いる場合、すなわち、室外側の蒸発器として室外側熱交換器12と地中熱熱交換器16を共に用いる場合には、図5に示すように、熱交換器切換用弁の弁64、61を開として、室外側熱交換器12が地中熱熱交換器16を通じて膨張弁14に連通する状態に切り換える。
(When the heat source is air heat and geothermal heat)
When outdoor air heat and geothermal heat are used as heat sources when heating the indoor space, that is, when both the
システムを作動させると、室内側熱交換器11は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、室内側熱交換器11での熱交換で室内空気は加熱され、温度を上げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで上昇させる(室内空間を暖める)。
When the system is operated, the
室内側熱交換器11で凝縮して得られた液相の熱媒体は、室内側熱交換器11を出て、膨張弁14に達する。膨張弁14で液相の熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低下させた状態となる。
The liquid phase heat medium obtained by condensing in the
この膨張弁14で圧力や温度を低下させた液相の熱媒体は、膨張弁14の外に排出されるが、地中熱熱交換器16近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁61、63、64が開、弁62が閉となることで、膨張弁14を出た熱媒体は弁61、及び熱媒体流路eを通過して地中熱熱交換器16に流通することとなる。
The liquid phase heat medium whose pressure and temperature are lowered by the
地中熱熱交換器16では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で加熱された液相の熱媒体は昇温し、一部は蒸発して気相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器16での熱交換で熱交換用媒体は冷却され、温度を下げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中から熱を吸収して温度を上げた上で、あらためて地中熱熱交換器16に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器16と地中熱交換部50との間での循環は、地中熱熱交換器16における熱交換が継続される間、繰り返されることとなる。
In the
地中熱熱交換器16で昇温した熱媒体は、地中熱熱交換器16を出た後、熱媒体流路f、弁64、63を通過して室外側熱交換器12に達する。
室外側熱交換器12は、蒸発器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室外空気と熱媒体とを熱交換させる。この室外側熱交換器12での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室外側熱交換器12外へ出て、熱媒体流路b及び開状態とされた弁73、74を経て流路切換用弁15に達し、さらに流路切換用弁15から熱媒体流路aを経て圧縮機13に向う。一方、室外側熱交換器12での熱交換で室外空気は冷却され、温度を下げた状態で外気中に排出される。
The heat medium heated by the
As an evaporator, the
室外側熱交換器12を出て圧縮機13に達した高温気相の熱媒体は、外部の駆動源により作動するこの圧縮機13により加圧される。加圧された気相の熱媒体は、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機13を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路c、流路切換用弁15、熱媒体流路dを経て、室内側熱交換器11へ向け進むこととなる。
この後、熱媒体は室内側熱交換器11内に戻り、前記同様に室内側熱交換器11での熱交換以降の各過程を繰返して、暖房を継続実行することとなる。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
After that, the heat medium returns to the inside of the
(熱源が地中熱のみの場合)
室内空間に対し暖房を行う際に、熱源として地中熱のみを用いる場合、すなわち、室外側の蒸発器として地中熱熱交換器16のみを用いる場合には、図6に示すように、あらかじめバイパス切換用弁の弁75、72、73を開、弁74を閉として、バイパス流路17が熱媒体流路bに連通し、バイパス流路17を出た熱媒体が圧縮機13に流通する状態に切り換えると共に、熱交換器切換用弁の弁61、64を開として、バイパス流路17が地中熱熱交換器16を通じて膨張弁14に連通する状態に切り換える。流路切換用弁15は第二の流路接続状態として、熱媒体流路aと熱媒体流路bを連通させ、熱媒体流路cと熱媒体流路dを連通させる状態とする。
(When the heat source is only geothermal heat)
When only geothermal heat is used as the heat source when heating the indoor space, that is, when only the
前記同様、室内側熱交換器11は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、室内側熱交換器11での熱交換で室内空気は加熱され、温度を上げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで上昇させる(室内空間を暖める)。
Similarly to the above, the
室内側熱交換器11で凝縮して得られた液相の熱媒体は、室内側熱交換器11を出て膨張弁14に達する。膨張弁14で液相の熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となる。
The liquid phase heat medium obtained by condensing in the
この膨張弁14で圧力や温度を低下させた液相の熱媒体は、膨張弁14の外に排出されるが、地中熱熱交換器16近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁61、64が開、弁62、63が閉となることで、膨張弁14を出た熱媒体は弁61、及び熱媒体流路eを通過して地中熱熱交換器16に流通することとなる。
The liquid phase heat medium whose pressure and temperature are lowered by the
地中熱熱交換器16では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で加熱された液相の熱媒体は昇温し、蒸発して気相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器16での熱交換で熱交換用媒体は冷却され、温度を下げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中から熱を吸収して温度を上げた上で、あらためて地中熱熱交換器16に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器16と地中熱交換部50との間での循環は、地中熱熱交換器16における熱交換が継続される間、繰り返されることとなる。
In the
地中熱熱交換器16で蒸発して得られた気相の熱媒体は、地中熱熱交換器16を出た後、熱媒体流路f、弁64を通過してバイパス流路17に達する。
一方、バイパス流路17の他端は、開状態とされた弁75、72、73により熱媒体流路bと連通していることから、バイパス流路17を通った気相の熱媒体は、弁75、72、73及び熱媒体流路bを経て流路切換用弁15に達し、さらに流路切換用弁15から熱媒体流路aを経て圧縮機13に向かう。
The gas phase heat medium obtained by evaporating in the
On the other hand, since the other end of the
圧縮機13に達した高温気相の熱媒体は、圧縮機13により加圧される。加圧された気相の熱媒体は、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機13を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路c、流路切換用弁15、熱媒体流路dを経て、室内側熱交換器11へ向け進むこととなる。
この後、熱媒体は室内側熱交換器11内に戻り、前記同様に室内側熱交換器11での熱交換以降の各過程を繰返して、暖房を継続実行することとなる。
The heat medium of the high temperature gas phase that has reached the
After that, the heat medium returns to the inside of the indoor
(熱源を地中熱として除霜を行う場合)
こうした暖房運転時において、室外の温度が低い場合、室外側熱交換器12の空気と熱交換する外面部分に霜が付き、空気との熱交換が妨げられることがある。こうした着霜時に対応する除霜運転状態について説明する。
(When defrosting is performed using the heat source as geothermal heat)
During such heating operation, if the outdoor temperature is low, frost may form on the outer surface portion of the
(第一の除霜接続状態に基づく除霜運転状態)
暖房時に着霜を検出し、除霜を行う場合、いったん暖房運転を停止し、除霜運転状態に移行する。除霜を行うためには、図7に示すように、バイパス切換用弁の弁75、71、73、74を開、弁72を閉として、バイパス流路17が熱媒体流路aに連通し、バイパス流路17を出た熱媒体が圧縮機13に流通する状態に切り換えると共に、熱交換器切換用弁の弁62、64を開として、バイパス流路17が地中熱熱交換器16を通じて室外側熱交換器12に連通する状態に切り換える。流路切換用弁15は第一の流路接続状態として、熱媒体流路aと熱媒体流路dを連通させ、熱媒体流路bと熱媒体流路cを連通させる状態とする。
(Defrosting operation state based on the first defrosting connection state)
When frost formation is detected during heating and defrosting is performed, the heating operation is temporarily stopped and the state shifts to the defrosting operation state. In order to perform defrosting, as shown in FIG. 7, the
除霜運転を実行すると、地中熱熱交換器16では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で加熱された液相の熱媒体は昇温し、蒸発して気相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器16での熱交換で熱交換用媒体は冷却され、温度を下げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中から熱を吸収して温度を上げた上で、あらためて地中熱熱交換器16に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器16と地中熱交換部50との間での循環は、地中熱熱交換器16における熱交換が継続される間、繰り返される。
When the defrosting operation is executed, in the
地中熱熱交換器16で蒸発して得られた気相の熱媒体は、地中熱熱交換器16を出た後、熱媒体流路f、弁64を通過してバイパス流路17に流通する。
一方、バイパス流路17の他端は、開状態とされた弁75、71により熱媒体流路aと連通していることから、バイパス流路17を通った気相の熱媒体は、弁75、71及び熱媒体流路aを経て圧縮機13に向かう。
The gas phase heat medium obtained by evaporating in the
On the other hand, since the other end of the
圧縮機13に達した高温気相の熱媒体は、圧縮機13により加圧される。加圧された気相の熱媒体は、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機13を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路c、流路切換用弁15、熱媒体流路b及び開状態とされた弁73、74を経て室外側熱交換器12に導入される。
The heat medium of the high temperature gas phase that has reached the
室外側熱交換器12は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入された室外空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体はその温度を低下させ、凝縮して液相に変化する。一方、室外側熱交換器12での熱交換で室外空気は加熱され、温度を上げた状態で室外側熱交換器を出ようとすることから、室外側熱交換器12表面の着霜部分は、この温度を上昇させた空気と接触して温められる。こうして温められる着霜部分では、最終的に霜が溶けて除霜状態となる。着霜部分を温めた後の空気は、外気中に排出される。
As a condenser, the
室外側熱交換器12で凝縮した熱媒体は、室外側熱交換器12外に排出されるが、地中熱熱交換器16近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁62、64が開、弁61、63が閉となることで、室外側熱交換器12を出た熱媒体は、弁62及び熱媒体流路eを通過して地中熱熱交換器16へ向け進むこととなる。
The heat medium condensed by the
この後、熱媒体は地中熱熱交換器16内に戻り、前記同様に地中熱熱交換器16での熱交換以降の各過程を繰返して、除霜を継続実行することとなる。
室外側熱交換器12における全ての着霜箇所で霜が溶け、除霜が完了したら、除霜運転状態から暖房運転状態に復帰することができる。
After that, the heat medium returns to the inside of the
When the frost is melted at all the frosted points in the
(第二の除霜接続状態に基づく除霜運転状態)
なお、除霜は、圧縮機を用いずに実行することもできる。この圧縮機を用いない除霜運転状態について説明する。
(Defrosting operation state based on the second defrosting connection state)
The defrosting can also be performed without using a compressor. The defrosting operation state without using this compressor will be described.
前記同様、除霜はいったん暖房運転を停止し、除霜運転状態に移行することで行われるが、除霜を行うために、図8に示すように、バイパス切換用弁の弁75、72、74を開、弁71、73を閉として、バイパス流路17が熱媒体流路bに連通し、バイパス流路17を出た熱媒体が室外側熱交換器12に流通する状態に切り換える。熱交換器切換用弁については、前記同様、弁62、64を開として、バイパス流路17が地中熱熱交換器16を通じて室外側熱交換器12に連通する状態とする。なお、熱媒体は熱媒体流路中の所定箇所に設けられたポンプ(図示を省略)による加圧を受けて、地中熱熱交換器からバイパス流路を経て室外側熱交換器に至り、再び地中熱熱交換器に達する循環経路を、継続して循環可能とされているものとする。
Similar to the above, defrosting is performed by temporarily stopping the heating operation and shifting to the defrosting operation state. However, in order to perform defrosting, as shown in FIG. 8, the
除霜運転を実行すると、地中熱熱交換器16では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で加熱された液相の熱媒体は昇温することとなる。一方、地中熱熱交換器16での熱交換で熱交換用媒体は冷却され、温度を下げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中から熱を吸収して温度を上げた上で、あらためて地中熱熱交換器16に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器16と地中熱交換部50との間での循環は、地中熱熱交換器16における熱交換が継続される間、繰り返される。
When the defrosting operation is executed, in the
地中熱熱交換器16で昇温した熱媒体は、地中熱熱交換器16を出た後、熱媒体流路f、弁64を通過してバイパス流路17に流通する。
一方、バイパス流路17の他端は、開状態とされた弁75、72により熱媒体流路bと連通し、熱媒体流路bでは弁73が閉、弁74が開とされていることから、バイパス流路17を通った熱媒体は、弁75、72及び熱媒体流路b、弁74を経て室外側熱交換器12に導入される。
The heat medium heated by the
On the other hand, the other end of the
室外側熱交換器12では、ファン(図示を省略)で送風されて導入された室外空気と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で冷却された熱媒体はその温度を低下させる。一方、室外側熱交換器12での熱交換で室外空気は加熱され、温度を上げた状態で室外側熱交換器12を出ようとすることから、室外側熱交換器12表面の着霜部分は、この温度を上昇させた空気と接触して温められる。こうして温められる着霜部分では、霜が溶けて除霜が進行する状態となる。着霜部分を温めた後の空気は、外気中に排出される。
In the
室外側熱交換器12で温度を低下させた熱媒体は、室外側熱交換器12外に排出されるが、地中熱熱交換器16近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁62、64が開、弁61、63が閉となることで、室外側熱交換器12を出た熱媒体は、弁62及び熱媒体流路eを通過して地中熱熱交換器16へ向け進むこととなる。
The heat medium whose temperature has been lowered by the
この後、熱媒体は地中熱熱交換器16内に戻り、前記同様に地中熱熱交換器16での熱交換以降の各過程を繰返して、除霜を継続実行することとなる。
室外側熱交換器12における全ての着霜箇所で霜が溶け、除霜が完了したら、除霜運転状態から暖房運転状態に復帰することができる。
After that, the heat medium returns to the inside of the
When the frost is melted at all the frosted points in the
なお、上記のような暖房時の熱源に地中熱を用いる場合に対応して、夜間や室内に人がいない間など、暖房運転を要しない時間帯に、室外空気から熱を吸収すると共に、その熱を地中に放出するサイクルとして運転を実行し、暖房運転に伴う吸熱で低下した地中温度の回復や地中への蓄熱を積極的に図るようにすることもできる。 In addition, in response to the case where geothermal heat is used as the heat source during heating as described above, heat is absorbed from the outdoor air during times when heating operation is not required, such as at night or when there are no people in the room. It is also possible to execute the operation as a cycle of releasing the heat to the ground, and to positively recover the underground temperature lowered by the heat absorption accompanying the heating operation and store the heat in the ground.
この地中温度の回復等のための運転を行うためには、圧縮機13を出た熱媒体がバイパス流路17を通じて地中熱熱交換器16に達し、地中熱熱交換器16から熱媒体が室外側熱交換器12に至り、さらに圧縮機13に還流するように、各バイパス切換用弁71、72、73、74、75を設定すると共に、熱交換器切換用弁の弁62、64を開として、バイパス流路17が地中熱熱交換器16を通じて室外側熱交換器12に連通する状態とする。流路切換用弁15は第一の流路接続状態として、熱媒体流路aと熱媒体流路dを連通させ、熱媒体流路bと熱媒体流路cを連通させる状態とする。
In order to perform the operation for recovering the underground temperature or the like, the heat medium leaving the
運転を実行すると、地中熱熱交換器16では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で冷却された気相の熱媒体は温度を低下させ、一部は凝縮して液相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器16での熱交換で熱交換用媒体は加熱され、温度を上げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中に熱を放出して温度を下げた上で、あらためて地中熱熱交換器16に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器16と地中熱交換部50との間での循環は、運転継続の間繰り返され、熱交換用媒体が地中に熱を放出することで、地中の温度を上昇させることができる。
When the operation is executed, in the
地中熱熱交換器16で温度を低下させた熱媒体は、地中熱熱交換器16を出た後、熱媒体流路e、弁62を通過して室外側熱交換器12に達する。室外側熱交換器12は、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室外空気と熱媒体とを熱交換させる。この室外側熱交換器12での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室外側熱交換器12外へ出て、圧縮機13に向う。一方、室外側熱交換器12での熱交換で室外空気は冷却され、温度を下げた状態で外気中に排出される。
The heat medium whose temperature has been lowered by the
室外側熱交換器12を出て圧縮機13に達した高温気相の熱媒体は、この圧縮機13により加圧され、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機13を出た気相の熱媒体は、バイパス流路17を経て、弁64、熱媒体流路fを通過して地中熱熱交換器16へ向け進むこととなる。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
この後、熱媒体は地中熱熱交換器16内に戻り、前記同様に地中熱熱交換器16での熱交換以降の各過程を繰返すこととなる。
地中温度が適切な温度まで上昇したり、室内空間に暖房を行う時間帯に至った場合には、この地中温度の回復等に係る運転を停止し、必要に応じて暖房運転に移行する。
After that, the heat medium returns to the inside of the
When the underground temperature rises to an appropriate temperature or the time zone for heating the indoor space is reached, the operation related to the recovery of the underground temperature is stopped and the operation is shifted to the heating operation as necessary. ..
このように、本実施形態に係るヒートポンプシステムにおいては、地中熱熱交換器16が、熱交換器切換用弁61、62、63、64を介してヒートポンプの熱媒体流路中の所定箇所に介在可能に設けられ、熱媒体を流通させる状態では地中熱熱交換器16が室外側熱交換器12と直列に接続する位置関係となって、室外側熱交換器12に流通する熱媒体がそのまま地中熱熱交換器16にも流通することから、室内側熱交換器11が蒸発器として働く冷房時には、室外側熱交換器12で主に熱媒体温度を下げ、地中熱熱交換器16で主に熱媒体を凝縮させることができ、また、室内側熱交換器12が凝縮器として働く暖房時には、地中熱熱交換器16で主に熱媒体温度を上げ、室外側熱交換器12で主に熱媒体を蒸発させることができるなど、室外側熱交換器12と地中熱熱交換器16とで熱交換に係る負荷を分担でき、特に暖房の際は、地中熱熱交換器16が室外側熱交換器12の前段で予熱用熱交換器の役割を果たすこととなり、室外側熱交換器12の前で熱媒体が温度上昇する分、室外側熱交換器12における熱媒体の顕熱域での熱交換を減らして、蒸発器をなす室外側熱交換器12における空気から熱媒体への熱伝達の効率を向上させられるなど、損失を抑えて熱交換性能を高められ、冷房や暖房を効率よく実行できる。
As described above, in the heat pump system according to the present embodiment, the
また、地中熱熱交換器16と圧縮機13入口側を繋げるバイパス流路17を設け、熱媒体が室内側熱交換器11を通らずにバイパス流路を通って圧縮機13、室外側熱交換器12、及び地中熱熱交換器16を循環する状態を生じさせるようにすることで、暖房時に室外側熱交換器12で吸熱に伴う温度低下により熱交換器周囲への着霜状態に至った場合に、地中熱熱交換器16で熱媒体に取り入れた地中の熱を圧縮機13を介して室外側熱交換器12に導入し、室外側熱交換器12で熱を外に放出することで除霜が可能となり、地中熱を利用して室内側熱交換器11への影響を与えることなく効率よく除霜を実行でき、着霜による熱交換性能低下を必要最小限に抑えられると共に、除霜のために別途熱を発生させずに済み、除霜に係るエネルギー消費を抑えられる。
Further, a
(本発明の第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態を図9ないし図14に基づいて説明する。本実施形態においても、ヒートポンプを室内機と室外機のある空気調和機に適用した例について説明する。
(Second Embodiment of the present invention)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 14. Also in this embodiment, an example in which the heat pump is applied to an air conditioner having an indoor unit and an outdoor unit will be described.
前記各図において本実施形態に係るヒートポンプシステム2は、前記第1の実施形態同様、室内側熱交換器21と、室外側熱交換器22と、圧縮機23と、膨張弁24と、流路切換用弁25と、地中熱熱交換器26と、熱交換器切換用弁65、66、67、68と、バイパス流路27と、バイパス切換用弁76、77とを備える一方、異なる点として、室内に配設される室内側熱交換器21が、公知のヒートポンプサイクルを用いる空気調和機の室内機部分に設けられるものと同様に配設され、室外に配設される室外側熱交換器22、圧縮機23、膨張弁24、及び流路切換用弁25が、公知のヒートポンプサイクルを用いる空気調和機の室外機部分に設けられるものと同様に配設され、公知の空気調和機の場合に、室内の室内側熱交換器21と、室外に配設される前記各機器との、室内外の境界部分における熱媒体流路接続点に相当する箇所に、前記地中熱熱交換器26、熱交換器切換用弁65、66、67、68、バイパス流路27、及びバイパス切換用弁76、77を含む熱媒体回路部分を挿入追加するように配設した構成を有するものである。
In each of the drawings, the
なお、前記室内側熱交換器21、室外側熱交換器22、圧縮機23、膨張弁24、流路切換用弁25、及び地中熱熱交換器26の各構成そのものについては、前記第1の実施形態と同様のものであり、詳細な説明を省略する。
The first configuration of the
前記室内側熱交換器21は、一方の熱媒体流入出口を所定の熱媒体流路、例えば管路など、を介してバイパス切換用弁77と接続され、他方の熱媒体流入出口を所定の熱媒体流路を介して熱交換器切換用弁65と接続されるものである。そして、室内側熱交換器21の一方の熱媒体流入出口は、バイパス切換用弁77を介して流路切換用弁25と連通可能とされ、他方の熱媒体流入出口は、熱交換器切換用弁65、67を介して、膨張弁24と連通可能とされる。
In the
前記室外側熱交換器22は、一方の熱媒体流入出口を所定の熱媒体流路、例えば管路など、を介して流路切換用弁25と接続され、他方の熱媒体流入出口を所定の熱媒体流路を介して膨張弁24と接続されるものである。
In the
前記膨張弁24は、一方の弁開口を所定の熱媒体流路を介して熱交換器切換用弁67、68と接続され、他方の弁開口を所定の熱媒体流路を介して室外側熱交換器22と接続されて配設される。
In the
前記流路切換用弁25は、室外側熱交換器22の一方の熱媒体流入出口を圧縮機23出口と連通させ、室内側熱交換器21の一方の熱媒体流入出口を圧縮機23入口と連通可能とする第一の流路接続状態と、室外側熱交換器22の一方の熱媒体流入出口を圧縮機23入口と連通させ、室内側熱交換器21の一方の熱媒体流入出口を圧縮機23出口と連通可能とする第二の流路接続状態とを、切換可能とするものである。
なお、流路切換用弁25は四方弁などの単独の弁に限られるものではなく、同様の機能を得られる複数弁の組合せで構成することもできる。
The flow
The flow
前記地中熱熱交換器26は、ヒートポンプサイクルにおける室内側熱交換器21と膨張弁24との間に介在可能として室外に配設されるものである。この地中熱熱交換器26は、室内側熱交換器21と膨張弁24との間の熱媒体流路に、熱交換器切換用弁65、66、67、68を介して接続されており、これら複数の弁で、この地中熱熱交換器26の熱媒体側流路が熱媒体を流通可能とされて室内側熱交換器21と膨張弁24との間に介在する状態と、地中熱熱交換器26が全く介在しない状態とを、切換可能とされる仕組みである。
地中熱熱交換器26と熱交換器切換用弁66との間には、補助膨張弁28が設けられる。
The
An
前記熱交換器切換用弁65、66、67、68は、室内側熱交換器22と地中熱熱交換器26との間、及び、地中熱熱交換器26と膨張弁24との間の熱媒体流路にそれぞれ配設され、室内側熱交換器21と膨張弁24との間で地中熱熱交換器26が熱媒体を流通可能に介在する状態と、室内側熱交換器21と膨張弁24とを直結して中間に地中熱熱交換器26を介在させず、地中熱熱交換器26には熱媒体を流通させない状態とを切換可能とするものである。
The heat
具体的には、地中熱熱交換器26の一方の熱媒体流入出口に接続される熱媒体流路kと室内側熱交換器21との間での熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第一の熱交換器切換用弁65と、地中熱熱交換器26の一方の熱媒体流入出口に接続される熱媒体流路kに配設され、地中熱熱交換器26における熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第二の熱交換器切換用弁66と、地中熱熱交換器26の一方の熱媒体流入出口に接続される熱媒体流路kと膨張弁24との間での熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第三の熱交換器切換用弁67と、地中熱熱交換器26の他方の熱媒体流入出口に接続される熱媒体流路lと膨張弁24との間での熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第四の熱交換器切換用弁68とを備える構成である。
Specifically, the flow state and the flow stop state of the heat medium between the heat medium flow path k connected to one heat medium inflow port of the
これら熱交換器切換用弁65、66、67、68において、第一の熱交換器切換用弁65を開とし、第二の熱交換器切換用弁66を開とし、第三の熱交換器切換用弁67を閉とし、第四の熱交換器切換用弁68を開とすることで、膨張弁24から第四の熱交換器切換用弁68、地中熱熱交換器26、第二の熱交換器切換用弁66、第一の熱交換器切換用弁65を経て、室内側熱交換器21に至る経路に熱媒体が流通可能となり、室内側熱交換器21と膨張弁24との間で地中熱熱交換器26が熱媒体を流通可能に介在する状態とすることができる(図10、図12参照)。
In these heat
また、第一の熱交換器切換用弁65を開とし、第二の熱交換器切換用弁66を閉とし、第三の熱交換器切換用弁67を開とし、第四の熱交換器切換用弁68を閉とすることで、膨張弁24から第三の熱交換器切換用弁67、第一の熱交換器切換用弁65を経て、室内側熱交換器21に至る経路に熱媒体が流通可能となり、室内側熱交換器21と膨張弁24とを直結して中間に地中熱熱交換器26を介在させず、地中熱熱交換器26には熱媒体を流通させない状態とすることができる(図9、図11参照)。
Further, the first heat
この他、第一の熱交換器切換用弁65と第三の熱交換器切換用弁67をそれぞれ閉とし、第二の熱交換器切換用弁66及び第四の熱交換器切換用弁68をそれぞれ開とすることで、室内側熱交換器21と地中熱熱交換器26との間では熱媒体の流通を停止させつつ、膨張弁24から第四の熱交換器切換用弁68を経て、地中熱熱交換器26に至る経路に熱媒体が流通可能となり、膨張弁24を介した室外側熱交換器22と地中熱熱交換器26との間での熱媒体の流通を許容する一方、地中熱熱交換器26と室内側熱交換器21との間での熱媒体の流通は許容しない流路接続状態とすることができる(図13、図14参照)。
In addition, the first heat
前記バイパス流路27は、地中熱熱交換器26の一方の熱媒体流入出口に接続される熱媒体流路kに一端が接続されると共に、他端が流路切換用弁25に接続され、且つバイパス切換用弁77を介して室内側熱交換器21の一方の熱媒体流入出口に接続可能とされて、必要に応じて熱媒体を流通させるものである。
One end of the
バイパス流路27の一端は、熱交換器切換用弁のうち、第二の熱交換器切換用弁66が設けられる熱媒体流路kに接続されることで、第二の熱交換器切換用弁66を開とすると、地中熱熱交換器26に連通する一方、第二の熱交換器切換用弁66を閉とすると、地中熱熱交換器26に連通しないなど、地中熱熱交換器26への連通状態を必要に応じて切換可能とされる仕組みである。
One end of the
また、バイパス流路27の一端に対し、第三の熱交換器切換用弁67を閉とした上で、第二の熱交換器切換用弁66と共に第四の熱交換器切換用弁68を開とすることで、バイパス流路27の一端が地中熱熱交換器26を通じて膨張弁24や室外側熱交換器22にも連通する状態となり、バイパス流路27から地中熱熱交換器26や膨張弁24を経て室外側熱交換器22に至る経路に熱媒体を流通可能とすることができる。そして、この場合に第一の熱交換器切換用弁65を閉としておけば、室内側熱交換器21への熱媒体の流通を阻止でき、熱媒体が室内側熱交換器21を通る代わりにバイパス流路27を通る状態を設定可能となる(図13、図14参照)。
Further, after closing the third heat
前記バイパス切換用弁76、77は、バイパス流路27の他端と、流路切換用弁25、及び、室内側熱交換器21の一方の熱媒体流入出口との各接続関係を切換可能とするものである。
The
具体的には、バイパス切換用弁としては、バイパス流路27に配設され、バイパス流路27における熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第一のバイパス切換用弁76と、室内側熱交換器22の一方の熱媒体流入出口と、バイパス流路27の他端及び流路切換用弁25との間での、熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える第二のバイパス切換用弁77とを備える構成である。
Specifically, as the bypass switching valve, the first
これらバイパス切換用弁76、77において、第一のバイパス切換用弁76を閉とし、第二のバイパス切換用弁77を開とすることで、バイパス流路27に熱媒体が流通せず、且つ、流路切換用弁25から第二のバイパス切換用弁77を経て、室内側熱交換器21に至る熱媒体流路に熱媒体が流通可能となり、バイパス流路27を用いない通常の冷房又は暖房を行う際の接続状態が得られる。すなわち、室内側熱交換器21における一方の熱媒体流入出口を圧縮機23入口に連通させ、且つ室外側熱交換器22における一方の熱媒体流入出口を圧縮機23出口に連通させる冷房時の接続状態(図9、図10参照)や、室内側熱交換器21における一方の熱媒体流入出口を圧縮機23出口に連通させ、且つ室外側熱交換器22における一方の熱媒体流入出口を圧縮機23入口に連通させる暖房時の接続状態(図11、図12参照)にできる。
In these
また、第一のバイパス切換用弁76を開とし、第二のバイパス切換用弁77を閉とすることで、バイパス流路27が、流路切換用弁25に連通する一方、流路切換用弁25と室内側熱交換器21の一方の熱媒体流入出口とが連通せず、流路切換用弁25から第一のバイパス切換用弁76を経て、バイパス流路27全体に熱媒体が流通可能となり、バイパス流路27の他端を流路切換用弁25を通じて圧縮機23入口に連通させて、バイパス流路27から圧縮機23に向けて熱媒体を流通させられる状態が得られる(図13参照)。
Further, by opening the first
この状態で、バイパス流路27の一端側で、第一の熱交換器切換用弁65を閉とし、第二の熱交換器切換用弁66を開とし、第三の熱交換器切換用弁67を閉とし、第四の熱交換器切換用弁68を開とすることで、バイパス流路27が地中熱熱交換器26を通じて膨張弁24及び室外側熱交換器22に連通し、室外側熱交換器22から膨張弁24、地中熱熱交換器26を経てバイパス流路27に熱媒体が流通可能となる一方、室内側熱交換器21には熱媒体が流通しない状態となり、熱媒体が室内側熱交換器21を通る代わりにバイパス流路27を通って、圧縮機23に達する状態となる。
In this state, the first heat
これにより、熱媒体が圧縮機23から第一の流路接続状態にある流路切換用弁25を経て室外側熱交換器22に流入し、室外側熱交換器22から膨張弁24を経て地中熱熱交換器26に向かい、地中熱熱交換器26を出た熱媒体がバイパス流路27を通って圧縮機23に還流する循環経路を生じさせる状態、すなわち、地中熱熱交換器26で地中熱により熱媒体を昇温させ、圧縮機23で熱媒体を高圧にした上で、室外側熱交換器22で熱媒体から熱を放出させて、室外側熱交換器22で除霜を実行可能な除霜用接続状態が得られることとなる。
As a result, the heat medium flows from the
次に、本実施形態に係るヒートポンプシステムの作動状態について説明する。
まず、ヒートポンプシステムを作動させて、室内空間に対し冷房を行う状態について説明する。
冷房を行うにあたっては、熱源を室外の空気熱のみ、又は、空気熱と地中熱の両方、とする状態を、室内や室外、地中の状況等に応じて切り換えることができる。
Next, the operating state of the heat pump system according to the present embodiment will be described.
First, a state in which the heat pump system is operated to cool the indoor space will be described.
When cooling, the state in which the heat source is only outdoor air heat or both air heat and geothermal heat can be switched according to the indoor, outdoor, and underground conditions.
例えば、熱媒体の温度が室外空気温度より低い状況では、主に熱源として室外の空気熱と地中熱を用いる状態として冷房運転を実行する一方、熱媒体の温度が室外空気温度に近い値となり、地中の温度が過度に上がるなど地中に過大な熱負荷が加わっていることが予想される場合には、熱源を室外の空気熱のみとする運転状態に移行し、地中熱熱交換器26と熱交換用媒体を通じた地中への熱の放出を停止して、地中温度の回復を図るようにするのが好ましい。
For example, when the temperature of the heat medium is lower than the outdoor air temperature, the cooling operation is performed with the outdoor air heat and the underground heat mainly used as heat sources, while the heat medium temperature becomes a value close to the outdoor air temperature. If it is expected that an excessive heat load is applied to the ground, such as when the temperature in the ground rises excessively, the system shifts to an operating state in which the heat source is only outdoor air heat, and the heat is exchanged in the ground. It is preferable to stop the release of heat into the ground through the
(熱源が空気熱のみの場合)
室内空間に対し冷房を行う際に、熱源として室外の空気熱のみを用いる場合、すなわち、室外側の凝縮器として室外側熱交換器22のみを用いる場合には、図9に示すように、熱交換器切換用弁の弁67、65を開とし、弁66、68を閉として、室外側熱交換器22が膨張弁24や各弁を通じて室内側熱交換器21に連通する状態としておく。また、バイパス切換用弁の弁76を閉、弁77を開とし、流路切換用弁25は第一の流路接続状態として、室内側熱交換器21と圧縮機23入口とを連通させ、室外側熱交換器22と圧縮機23出口とを連通させる状態とする。
(When the heat source is only air heat)
When cooling the indoor space, when only outdoor air heat is used as the heat source, that is, when only the
システムを作動させると、室内側熱交換器21が、蒸発器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と液相の熱媒体とを熱交換させる。この室内側熱交換器21での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室内側熱交換器21外へ出て、バイパス切換用弁77、熱媒体流路j、流路切換用弁25、熱媒体流路gを経て圧縮機23に向う。一方、室内側熱交換器21での熱交換で室内空気は冷却され、温度を下げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで低下させる(室内空間を冷却する)。
When the system is operated, the
室内側熱交換器21を出て圧縮機23に達した高温気相の熱媒体は、この圧縮機23により加圧され、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機23を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路i、流路切換用弁25、熱媒体流路hを経て室外側熱交換器22に導入される。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
室外側熱交換器22は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入された室外空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、室外側熱交換器22での熱交換で室外空気は加熱され、温度を上げた状態で外気中に排出される。
The
室外側熱交換器22で凝縮して得られた液相の熱媒体は、室外側熱交換器22外に排出され、膨張弁24に達する。この膨張弁24で、熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となった上で、さらに室内側熱交換器21へ向かおうとするが、地中熱熱交換器26近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁67、65が開、弁66、68が閉となることで、膨張弁24を出た熱媒体は弁67、65を通過して、地中熱熱交換器26に流通することなく、室内側熱交換器21へ向け進むこととなる。
この後、熱媒体は室内側熱交換器21内に戻り、前記同様に室内側熱交換器21での熱交換以降の各過程を繰返して、冷房を継続実行することとなる。
The liquid phase heat medium obtained by condensing in the
After that, the heat medium returns to the inside of the
(熱源が空気熱と地中熱の場合)
室内空間に対し冷房を行う際に、熱源として室外の空気熱と地中熱を用いる場合、すなわち、室外側の凝縮器として室外側熱交換器22と地中熱熱交換器26を共に用いる場合には、図10に示すように、熱交換器切換用弁の弁65、66、68を開とし、弁67を閉として、室外側熱交換器22と膨張弁24が地中熱熱交換器26を通じて室内側熱交換器21に連通する状態に切り換える。
(When the heat source is air heat and geothermal heat)
When outdoor air heat and geothermal heat are used as heat sources when cooling the indoor space, that is, when both the
システムを作動させると、室内側熱交換器21が、蒸発器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と液相の熱媒体とを熱交換させる。この室内側熱交換器21での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室内側熱交換器21外へ出て、バイパス切換用弁77、熱媒体流路j、流路切換用弁25、熱媒体流路gを経て圧縮機23に向う。一方、室内側熱交換器21での熱交換で室内空気は冷却され、温度を下げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで低下させる(室内空間を冷却する)。
When the system is operated, the
室内側熱交換器21を出て圧縮機23に達した高温気相の熱媒体は、この圧縮機23により加圧される。加圧された気相の熱媒体は、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機23を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路i、流路切換用弁25、熱媒体流路hを経て室外側熱交換器22に導入される。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
室外側熱交換器22は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入された室外空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体はその温度を低下させ、一部は凝縮して液相に変化する。一方、室外側熱交換器22での熱交換で室外空気は加熱され、温度を上げた状態で外気中に排出される。
The
室外側熱交換器22で温度を低下させた熱媒体は、室外側熱交換器22外に排出され、膨張弁24に達する。この膨張弁24で、熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となった上で、膨張弁24を出るが、地中熱熱交換器26近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁65、66、68が開、弁67が閉となることで、膨張弁24を出た熱媒体は、熱媒体流路l及び弁68を通過して地中熱熱交換器26に流通することとなる。
The heat medium whose temperature has been lowered by the
地中熱熱交換器26では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器26での熱交換で熱交換用媒体は加熱され、温度を上げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中に熱を放出して温度を下げた上で、あらためて地中熱熱交換器26に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器26と地中熱交換部50との間での循環は、地中熱熱交換器26における熱交換が継続される間、繰り返されることとなる。
In the
地中熱熱交換器26で凝縮して得られた液相の熱媒体は、地中熱熱交換器26を出た後、補助膨張弁28で圧力及び温度をさらに低減させた後、熱媒体流路k、弁66、65を通過して室内側熱交換器21へ向け進むこととなる。
この後、熱媒体は室内側熱交換器21内に戻り、前記同様に室内側熱交換器21での熱交換以降の各過程を繰返して、冷房を継続実行することとなる。
The liquid phase heat medium obtained by condensing with the
After that, the heat medium returns to the inside of the
なお、上記のような冷房時の熱源に地中熱を用いる場合に対応して、夜間や室内に人がいない間など、冷房運転を要しない時間帯に、地中から熱を奪うと共にその熱を室外空気に放出するサイクルとして運転を実行し、冷房運転に伴う熱放出で上昇した地中温度の回復や地中への冷熱の蓄熱を積極的に図るようにすることもできる。 In addition, in response to the case where geothermal heat is used as the heat source during cooling as described above, heat is taken from the ground and the heat is taken from the ground during times when cooling operation is not required, such as at night or when there are no people in the room. It is also possible to execute the operation as a cycle in which the air is released to the outdoor air, and to actively recover the underground temperature that has risen due to the heat release accompanying the cooling operation and store the cold heat in the ground.
この地中温度の回復等のための運転を行うためには、バイパス切換用弁の弁76を開、弁77を閉として、バイパス流路27が熱媒体流路jに連通し、バイパス流路27を出た熱媒体が流路切換用弁25に流通する状態に切り換えると共に、熱交換器切換用弁の弁66、68を開、弁65、67を閉として、バイパス流路27が地中熱熱交換器26を通じて膨張弁24及び室外側熱交換器22に連通する状態に切り換える。流路切換用弁25は第一の流路接続状態として、熱媒体流路gと熱媒体流路jを連通させ、熱媒体流路hと熱媒体流路iを連通させることで、バイパス流路27と圧縮機23入口とを連通させると共に、室外側熱交換器22と圧縮機23出口とを連通させる状態とする(図13参照)。
In order to perform the operation for recovering the underground temperature or the like, the
運転を実行すると、地中熱熱交換器26では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で加熱された液相の熱媒体は昇温し、蒸発して気相に変化する。一方、地中熱熱交換器26での熱交換で熱交換用媒体は冷却され、温度を下げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中から熱を吸収して温度を上げた上で、あらためて地中熱熱交換器26に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器26と地中熱交換部50との間での循環は、運転継続の間繰り返され、熱交換用媒体が地中から熱を吸収することで、地中の温度を低下させることができる。
When the operation is executed, in the
地中熱熱交換器26で蒸発して得られた気相の熱媒体は、地中熱熱交換器26を出た後、熱媒体流路k、補助膨張弁28、及び弁66を通過してバイパス流路27に流通する。
一方、バイパス流路27の他端は、流路切換用弁25と連通していることから、開状態とされた弁76を経てバイパス流路27を通った気相の熱媒体は、流路切換用弁25を経て圧縮機23に向かう。
The gas phase heat medium obtained by evaporating in the
On the other hand, since the other end of the
圧縮機23に達した高温気相の熱媒体は、圧縮機23により加圧され、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機23を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路i、流路切換用弁25、熱媒体流路hを経て室外側熱交換器22に導入される。
The heat medium of the high temperature gas phase that has reached the
室外側熱交換器22では、ファン(図示を省略)で送風されて導入された室外空気と、気相の熱媒体とが熱交換し、この熱交換で冷却された気相の熱媒体はその温度を低下させ、凝縮して液相に変化する。一方、室外側熱交換器22での熱交換で室外空気は加熱され、温度を上げた状態で外気中に排出される。
In the
室外側熱交換器22で凝縮した熱媒体は、室外側熱交換器22外に排出され、膨張弁24に達する。この膨張弁24で、熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となった上で、膨張弁24を出るが、地中熱熱交換器26近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁66、68が開、弁65、67が閉となることで、膨張弁24を出た熱媒体は、熱媒体流路l及び弁68を通過して、地中熱熱交換器26へ向け進むこととなる。
The heat medium condensed by the
この後、熱媒体は地中熱熱交換器26内に戻り、前記同様に地中熱熱交換器26での熱交換以降の各過程を繰返すこととなる。
地中温度が適切な温度まで低下したり、室内空間に冷房を行う時間帯に至った場合には、この地中温度の回復等に係る運転を停止し、必要に応じて冷房運転に移行する。
After that, the heat medium returns to the inside of the
When the underground temperature drops to an appropriate temperature or the time zone for cooling the indoor space is reached, the operation related to the recovery of the underground temperature is stopped and the operation is shifted to the cooling operation as necessary. ..
続いて、ヒートポンプシステムを作動させて、室内空間に対し暖房を行う状態について説明する。
暖房を行う場合も、冷房の場合と同様、熱源を室外の空気熱のみ、又は、空気熱と地中熱の両方、とする状態を、室内や室外、地中の状況等に応じて切り換えることができる。
Subsequently, a state in which the heat pump system is operated to heat the indoor space will be described.
When heating, as in the case of cooling, the state where the heat source is only outdoor air heat or both air heat and geothermal heat is switched according to the indoor, outdoor, and underground conditions. Can be done.
例えば、熱媒体の温度が室外空気温度より高い状況では、主に熱源として室外の空気熱と地中熱を用いる状態として暖房運転を実行する一方、熱媒体の温度が室外空気温度に近い値となり、地中の温度が過度に下がるなど地中に過大な熱負荷が加わっていることが予想される場合には、熱源を室外の空気熱のみとする運転状態に移行し、地中熱熱交換器26と熱交換用媒体を通じた地中からの吸熱を停止して、地中温度の回復を図るようにするのが好ましい。
For example, in a situation where the temperature of the heat medium is higher than the outdoor air temperature, the heating operation is performed with the outdoor air heat and the geothermal heat mainly used as heat sources, while the heat medium temperature becomes a value close to the outdoor air temperature. If it is expected that an excessive heat load is applied to the ground, such as when the underground temperature drops excessively, the system shifts to an operating state in which the heat source is only outdoor air heat, and geothermal heat exchange occurs. It is preferable to stop the heat absorption from the ground through the
(熱源が空気熱のみの場合)
室内空間に対し暖房を行う際に、熱源として室外の空気熱のみを用いる場合、すなわち、室外側の蒸発器として室外側熱交換器22のみを用いる場合には、図11に示すように、熱交換器切換用弁の弁65、67を開とし、弁66、68を閉として、室外側熱交換器22及び膨張弁24が各弁を通じて室内側熱交換器21に連通する状態としておく。また、バイパス切換用弁の弁76を閉、弁77を開とし、流路切換用弁25は第二の流路接続状態として、熱媒体流路gと熱媒体流路hを連通させ、熱媒体流路iと熱媒体流路jを連通させることで、室内側熱交換器21と圧縮機23出口とを連通させると共に、室外側熱交換器22と圧縮機23入口とを連通させる状態とする。
(When the heat source is only air heat)
When heating the indoor space, when only the outdoor air heat is used as the heat source, that is, when only the
システムを作動させると、室内側熱交換器21は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、室内側熱交換器21での熱交換で室内空気は加熱され、温度を上げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで上昇させる(室内空間を暖める)。
When the system is operated, the
室内側熱交換器21で凝縮して得られた液相の熱媒体は、室内側熱交換器21の外に排出されるが、地中熱熱交換器26近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁65、67が開、弁66、68が閉となることで、室内側熱交換器21を出た熱媒体は弁65、67を通過して、地中熱熱交換器26に流通することなく、膨張弁24に達する。
The liquid phase heat medium obtained by condensing in the
膨張弁24で液相の熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となる。この膨張弁24で圧力や温度を低下させた液相の熱媒体は、膨張弁24の外に排出され、室外側熱交換器22に達する。
The heat medium of the liquid phase expands at the
室外側熱交換器22は、蒸発器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室外空気と液相の熱媒体とを熱交換させる。この室外側熱交換器22での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室外側熱交換器22外へ出て、熱媒体流路hを経て流路切換用弁25に達し、さらに流路切換用弁25から熱媒体流路gを経て圧縮機23に向う。一方、室外側熱交換器22での熱交換で室外空気は冷却され、温度を下げた状態で外気中に排出される。
The
室外側熱交換器22を出て圧縮機23に達した高温気相の熱媒体は、この圧縮機23により加圧される。加圧された気相の熱媒体は、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機23を出た気相の熱媒体は、流路切換用弁15、バイパス切換用弁77を経て、室内側熱交換器21へ向け進むこととなる。
この後、熱媒体は室内側熱交換器21内に戻り、前記同様に室内側熱交換器21での熱交換以降の各過程を繰返して、暖房を継続実行することとなる。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
After that, the heat medium returns to the inside of the
(熱源が空気熱と地中熱の場合)
室内空間に対し暖房を行う際に、熱源として室外の空気熱と地中熱を用いる場合、すなわち、室外側の蒸発器として室外側熱交換器22と地中熱熱交換器26を共に用いる場合には、図12に示すように、熱交換器切換用弁の弁65、66、68を開とし、弁67を閉として、室外側熱交換器22と膨張弁24が地中熱熱交換器26を通じて室内側熱交換器21に連通する状態に切り換える。
(When the heat source is air heat and geothermal heat)
When outdoor air heat and geothermal heat are used as heat sources when heating the indoor space, that is, when both the
システムを作動させると、室内側熱交換器21は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、室内側熱交換器21での熱交換で室内空気は加熱され、温度を上げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで上昇させる(室内空間を暖める)。
When the system is operated, the
室内側熱交換器21で凝縮して得られた液相の熱媒体は、室内側熱交換器21の外に排出されるが、地中熱熱交換器26近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁65、66、68が開、弁67が閉となることで、室内側熱交換器21を出た熱媒体は弁65、66、補助膨張弁28、及び熱媒体流路kを通過して地中熱熱交換器26に流通することとなる。
The liquid phase heat medium obtained by condensing in the
地中熱熱交換器26では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で加熱された液相の熱媒体は昇温し、一部は蒸発して気相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器26での熱交換で熱交換用媒体は冷却され、温度を下げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中から熱を吸収して温度を上げた上で、あらためて地中熱熱交換器26に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器26と地中熱交換部50との間での循環は、地中熱熱交換器26における熱交換が継続される間、繰り返されることとなる。
In the
地中熱熱交換器26で昇温した熱媒体は、地中熱熱交換器26を出た後、熱媒体流路l、弁68を通過して膨張弁24に達する。
膨張弁24で熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低下させた状態となる。そして、この膨張弁24で圧力や温度を低下させた熱媒体は、膨張弁24の外に排出され、室外側熱交換器22に達する。
The heat medium heated by the
The heat medium expands at the
室外側熱交換器22は、蒸発器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室外空気と熱媒体とを熱交換させる。この室外側熱交換器22での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室外側熱交換器22外へ出て、熱媒体流路hを経て流路切換用弁25に達し、さらに流路切換用弁25から熱媒体流路gを経て圧縮機23に向う。一方、室外側熱交換器22での熱交換で室外空気は冷却され、温度を下げた状態で外気中に排出される。
As an evaporator, the
室外側熱交換器22を出て圧縮機23に達した高温気相の熱媒体は、この圧縮機23により加圧される。加圧された気相の熱媒体は、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機23を出た気相の熱媒体は、流路切換用弁25、バイパス切換用弁77を経て、室内側熱交換器21へ向け進むこととなる。
この後、熱媒体は室内側熱交換器21内に戻り、前記同様に室内側熱交換器21での熱交換以降の各過程を繰返して、暖房を継続実行することとなる。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
After that, the heat medium returns to the inside of the
(熱源を地中熱として除霜を行う場合)
こうした暖房運転時において、室外の温度が低い場合、室外側熱交換器22の空気と熱交換する外面部分に着霜が生じることがある。こうした着霜時に対応する除霜運転状態について説明する。
(When defrosting is performed using the heat source as geothermal heat)
During such a heating operation, if the outdoor temperature is low, frost may occur on the outer surface portion that exchanges heat with the air of the
暖房時に着霜を検出し、除霜を行う場合には、いったん暖房運転を停止し、除霜運転状態に移行する。除霜を行うためには、図13に示すように、バイパス切換用弁の弁76を開、弁77を閉として、バイパス流路27が熱媒体流路gに連通し、バイパス流路27を出た熱媒体が圧縮機23に流通する状態に切り換えると共に、熱交換器切換用弁の弁66、68を開、弁65、67を閉として、バイパス流路27が地中熱熱交換器26を通じて膨張弁24及び室外側熱交換器22に連通する状態に切り換える。流路切換用弁25は第一の流路接続状態として、熱媒体流路gと熱媒体流路jを連通させ、熱媒体流路hと熱媒体流路iを連通させることで、室内側熱交換器21と圧縮機23入口とを連通させると共に、室外側熱交換器22と圧縮機23出口とを連通させる状態とする。
When frost formation is detected during heating and defrosting is performed, the heating operation is temporarily stopped and the state shifts to the defrosting operation state. In order to perform defrosting, as shown in FIG. 13, the
除霜運転を実行すると、地中熱熱交換器26では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で加熱された液相の熱媒体は昇温し、蒸発して気相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器26での熱交換で熱交換用媒体は冷却され、温度を下げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中から熱を吸収して温度を上げた上で、あらためて地中熱熱交換器26に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器26と地中熱交換部50との間での循環は、地中熱熱交換器26における熱交換が継続される間、繰り返される。
When the defrosting operation is executed, in the
地中熱熱交換器26で蒸発して得られた気相の熱媒体は、地中熱熱交換器26を出た後、熱媒体流路k、補助膨張弁28、及び弁66を通過してバイパス流路27に流通する。
一方、バイパス流路27の他端は、流路切換用弁25と連通していることから、開状態とされた弁76を経てバイパス流路27を通った気相の熱媒体は、流路切換用弁25を経て圧縮機23に向かう。
The gas phase heat medium obtained by evaporating in the
On the other hand, since the other end of the
圧縮機23に達した高温気相の熱媒体は、圧縮機23により加圧され、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機23を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路i、流路切換用弁25、熱媒体流路hを経て室外側熱交換器22に導入される。
The heat medium of the high temperature gas phase that has reached the
室外側熱交換器22は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入された室外空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体はその温度を低下させ、凝縮して液相に変化する。一方、室外側熱交換器22での熱交換で室外空気は加熱され、温度を上げた状態で室外側熱交換器を出ようとすることから、室外側熱交換器22表面の着霜部分は、この温度を上昇させた空気と接触して温められる。こうして温められる着霜部分では、最終的に霜が溶けて除霜状態となる。着霜部分を温めた後の空気は、外気中に排出される。
The
室外側熱交換器22で温度を低下させた熱媒体は、室外側熱交換器22外に排出され、膨張弁24に達する。この膨張弁24で、熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となった上で、膨張弁24を出るが、地中熱熱交換器26近傍の熱交換器切換用弁のうち、弁66、68が開、弁65、67が閉となることで、膨張弁24を出た熱媒体は、熱媒体流路l及び弁68を通過して、地中熱熱交換器26へ向け進むこととなる。
The heat medium whose temperature has been lowered by the
この後、熱媒体は地中熱熱交換器26内に戻り、前記同様に地中熱熱交換器26での熱交換以降の各過程を繰返して、除霜を継続実行することとなる。
室外側熱交換器22における全ての着霜箇所で霜が溶け、除霜が完了したら、除霜運転状態から暖房運転状態に復帰することができる。
After that, the heat medium returns to the inside of the
When the frost is melted at all the frosted points in the
なお、上記のような暖房時の熱源に地中熱を用いる場合に対応して、夜間や室内に人がいない間など、暖房運転を要しない時間帯に、室外空気から熱を吸収すると共に、その熱を地中に放出するサイクルとして運転を実行し、暖房運転に伴う吸熱で低下した地中温度の回復や地中への蓄熱を積極的に図るようにすることもできる。 In addition, in response to the case where geothermal heat is used as the heat source during heating as described above, heat is absorbed from the outdoor air during times when heating operation is not required, such as at night or when there are no people in the room. It is also possible to execute the operation as a cycle of releasing the heat to the ground, and to positively recover the underground temperature lowered by the heat absorption accompanying the heating operation and store the heat in the ground.
この地中温度の回復等のための運転を行うためには、図14に示すように、バイパス切換用弁の弁76を開、弁77を閉として、バイパス流路27が熱媒体流路jに連通し、バイパス流路27と流路切換用弁25との間で熱媒体が流通する状態に切り換えると共に、熱交換器切換用弁の弁66、68を開、弁65、67を閉として、バイパス流路27が地中熱熱交換器26を通じて膨張弁24及び室外側熱交換器22に連通する状態に切り換える。流路切換用弁25は第二の流路接続状態として、熱媒体流路gと熱媒体流路hを連通させ、熱媒体流路iと熱媒体流路jを連通させることで、バイパス流路27と圧縮機23出口とを連通させると共に、室外側熱交換器22と圧縮機23入口とを連通させる状態とする。
In order to perform the operation for recovering the underground temperature or the like, as shown in FIG. 14, the
運転を実行すると、地中熱熱交換器26では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で冷却された気相の熱媒体は温度を低下させ、一部は凝縮して液相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器26での熱交換で熱交換用媒体は加熱され、温度を上げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中に熱を放出して温度を下げた上で、あらためて地中熱熱交換器26に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器26と地中熱交換部50との間での循環は、運転継続の間繰り返され、熱交換用媒体が地中に熱を放出することで、地中の温度を上昇させることができる。
When the operation is executed, in the
地中熱熱交換器26で温度を低下させた熱媒体は、地中熱熱交換器26を出た後、熱媒体流路l、弁68を通過して膨張弁24に達する。熱媒体はこの膨張弁24で膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となった上で、膨張弁24を出て、室外側熱交換器22に達する。室外側熱交換器22は、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室外空気と熱媒体とを熱交換させる。この室外側熱交換器22での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室外側熱交換器22外へ出て、熱媒体流路h、gを経て圧縮機23に向う。一方、室外側熱交換器22での熱交換で室外空気は冷却され、温度を下げた状態で外気中に排出される。
The heat medium whose temperature has been lowered by the
室外側熱交換器22を出て圧縮機23に達した高温気相の熱媒体は、この圧縮機23により加圧され、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機23を出た気相の熱媒体は、流路切換用弁25を経てバイパス流路27に至り、さらに弁66、補助膨張弁28、及び熱媒体流路kを通過して地中熱熱交換器26へ向け進むこととなる。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
この後、熱媒体は地中熱熱交換器26内に戻り、前記同様に地中熱熱交換器26での熱交換以降の各過程を繰返すこととなる。
地中温度が適切な温度まで上昇したり、室内空間に暖房を行う時間帯に至った場合には、この地中温度の回復等に係る運転を停止し、必要に応じて暖房運転に移行する。
After that, the heat medium returns to the inside of the
When the underground temperature rises to an appropriate temperature or the time zone for heating the indoor space is reached, the operation related to the recovery of the underground temperature is stopped and the operation is shifted to the heating operation as necessary. ..
このように、本実施形態に係るヒートポンプシステムにおいては、室内に配設される室内側熱交換器21と、室外に配設される室外側熱交換器22、圧縮機23、膨張弁24、及び流路切換用弁25との間の熱媒体流路で、且つ室外にあらわれた箇所に対し、地中熱熱交換器26やバイパス流路27を各切換用弁を介して連通状態を切換可能として接続することから、システムの室内機部分と室外機部分の間に地中熱熱交換器26を利用するための熱媒体回路を無理なく適切に組み込んで、地中熱熱交換器26に熱媒体を流通させて地中熱を熱源として利用できる状態が、既存の室内機部分と室外機部分の構成を変えることなく得られることとなり、地中熱を利用可能とする構成部分を低コストで設置可能となり、地中熱を利用するシステムをより容易に導入できる。
As described above, in the heat pump system according to the present embodiment, the
また、地中熱熱交換器26に対し流路切換用弁25を通じて圧縮機23入口側を連通可能とするバイパス流路27を設け、熱媒体が室内側熱交換器21を通らずにバイパス流路27を通って圧縮機23、室外側熱交換器22、及び地中熱熱交換器26を循環する状態を生じさせるようにすることで、室外側熱交換器22の着霜時に対応して、地中熱熱交換器26で取り入れた地中熱を室外側熱交換器22に導入し、室外側熱交換器22での放熱による除霜を可能としたり、室外側熱交換器22で室外空気から熱を吸収し、その熱を地中熱熱交換器26を通じて地中に放出するようにして、低下した地中温度の回復や地中への蓄熱を図ったり、地中から吸熱して取り出した熱を地中熱熱交換器26を通じて室外側熱交換器22に伝え、その熱を室外空気に放出するようにして、上昇した地中温度の回復や地中への冷熱の蓄熱を図ることができ、地中熱を適切に利用可能として、冷暖房の効率を向上させられる。
Further, a
(本発明の第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態を図15ないし図18に基づいて説明する。本実施形態においては、複数の室内機を備えるいわゆるマルチエアコンタイプの空気調和機に適用した例について説明する。
(Third Embodiment of the present invention)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 to 18. In this embodiment, an example applied to a so-called multi air conditioner type air conditioner including a plurality of indoor units will be described.
前記各図において本実施形態に係るヒートポンプシステム3は、前記第1の実施形態同様、室内側熱交換器31、32と、室外側熱交換器33と、圧縮機34と、膨張弁35a、35b、35c、35dと、流路切換用弁36、37と、地中熱熱交換器38と、熱交換器切換用弁81、82とを備える一方、異なる点として、室内側熱交換器31、32が複数配設され、前記各室内側熱交換器31、32、室外側熱交換器33、及び地中熱熱交換器38における一方の熱媒体流入出口に、それぞれ膨張弁35a、35b、35c、35dが接続されると共に、これら膨張弁35a、35b、35c、35dが共通の熱媒体流路に接続され、各室内側熱交換器31、32における他方の熱媒体流入出口を、圧縮機34の入口側と出口側にそれぞれ連通させる状態と連通させない状態とを切換可能とする冷暖切換用弁91、92、93、94がそれぞれ配設され、前記流路切換用弁36、37が、室外側熱交換器33における他方の熱媒体流入出口を、圧縮機34の入口側と出口側にそれぞれ連通させる状態と連通させない状態とを切換可能とするものとされ、前記熱交換器切換用弁81、82が、地中熱熱交換器38における他方の熱媒体流入出口を、圧縮機34の入口側と出口側にそれぞれ連通させる状態と連通させない状態とを切換可能とするものとされる構成を有するものである。
In each of the drawings, the
なお、前記室内側熱交換器31、32、室外側熱交換器33、圧縮機34、膨張弁35a、35b、35c、35d、及び地中熱熱交換器38の各構成そのものについては、前記第1の実施形態と同様のものであり、詳細な説明を省略する。
Regarding the configurations of the
前記室内側熱交換器31は、一方の熱媒体流入出口を膨張弁35aと接続されて、膨張弁35aを介して共通熱媒体流路mに連通し、他方の熱媒体流入出口を冷暖切換用弁91、92と接続されるものである。そして、室内側熱交換器31の他方の熱媒体流入出口は、冷暖切換用弁91を介して圧縮機34出口側と連通可能とされ、冷暖切換用弁92を介して圧縮機34入口側と連通可能とされる。
In the
冷暖切換用弁91、92は、弁91を閉、弁92を開として、室内側熱交換器31を出た熱媒体が圧縮機34に向かうようにする冷房用接続状態と、弁91を開、弁92を閉として、圧縮機34を出た熱媒体が室内側熱交換器31に向かうようにする暖房用接続状態とを切換可能としている。室内側熱交換器31を冷房、暖房のいずれにも使用しない場合は、冷暖切換用弁91、92をいずれも閉とし、室内側熱交換器31に熱媒体を流入させない状態として、熱媒体の熱損失を抑えることもできる。
The cooling /
前記室内側熱交換器32は、一方の熱媒体流入出口を膨張弁35bと接続されて、膨張弁35bを介して共通熱媒体流路mに連通し、他方の熱媒体流入出口を冷暖切換用弁93、94と接続されるものである。そして、室内側熱交換器32の他方の熱媒体流入出口は、冷暖切換用弁93を介して圧縮機34出口側と連通可能とされ、冷暖切換用弁94を介して圧縮機34入口側と連通可能とされる。
In the
冷暖切換用弁93、94は、弁93を閉、弁94を開として、室内側熱交換器32を出た熱媒体が圧縮機34に向かうようにする冷房用接続状態と、弁93を開、弁94を閉として、圧縮機34を出た熱媒体が室内側熱交換器32に向かうようにする暖房用接続状態とを切換可能としている。室内側熱交換器32を冷房、暖房のいずれにも使用しない場合は、冷暖切換用弁93、94をいずれも閉とし、室内側熱交換器32に熱媒体を流入させない状態として、熱媒体の熱損失を抑えることもできる。
The cooling /
前記室外側熱交換器33は、一方の熱媒体流入出口を膨張弁35cと接続されて、膨張弁35bを介して共通熱媒体流路mに連通し、他方の熱媒体流入出口を流路切換用弁36、37と接続されるものである。そして、室外側熱交換器33の他方の熱媒体流入出口は、流路切換用弁36を介して圧縮機34出口側と連通可能とされ、流路切換用弁37を介して圧縮機34入口側と連通可能とされる。
In the
流路切換用弁36、37は、弁36を開、弁37を閉として、室外側熱交換器33の他方の熱媒体流入出口を圧縮機34出口と連通させる第一の流路接続状態と、弁36を閉、弁37を開として、室外側熱交換器33の他方の熱媒体流入出口を圧縮機34入口と連通させる第二の流路接続状態と、弁36、37をいずれも閉として、室外側熱交換器33を圧縮機34に連通させず、室外側熱交換器33に熱媒体を流通させない第三の流路接続状態とを、切換可能としている。
The flow
室外側熱交換器33は、室内側熱交換器31、32の一方を冷房運転、他方を暖房運転とする際に冷房負荷が暖房負荷より大きくなる場合や、室内側熱交換器31、32をいずれも冷房運転状態とする場合には、冷房負荷に対応して、流路切換用弁36、37を第一の流路接続状態として、凝縮器として作動する(図16参照)。また、室内側熱交換器31、32の一方を冷房運転、他方を暖房運転とする際に暖房負荷が冷房負荷より大きくなる場合や、室内側熱交換器31、32をいずれも暖房運転状態とする場合には、暖房負荷に対応して、流路切換用弁36、37を第二の流路接続状態として、蒸発器として作動することとなる(図15参照)。
In the
この他、室内側熱交換器31、32の冷房又は暖房負荷に対し、地中熱熱交換器38における熱媒体の熱交換で全て対応して、室外側熱交換器33を熱媒体の凝縮器又は蒸発器として作動させない場合には、流路切換用弁36、37を第三の流路接続状態として、室外側熱交換器33に熱媒体を流通させないようにすることもできる。
In addition, the
前記地中熱熱交換器38は、一方の熱媒体流入出口を膨張弁35dと接続されて、膨張弁35dを介して共通熱媒体流路mに連通し、他方の熱媒体流入出口を熱交換器切換用弁81、82と接続されるものである。そして、地中熱熱交換器38の他方の熱媒体流入出口は、熱交換器切換用弁81を介して圧縮機34出口側と連通可能とされ、熱交換器切換用弁82を介して圧縮機34入口側と連通可能とされる。
In the
熱交換器切換用弁81、82は、弁81を開、弁82を閉として、圧縮機34を出た熱媒体が地中熱熱交換器38に向かう第四の流路接続状態と、弁81を閉、弁82を開として、地中熱熱交換器38を出た熱媒体が圧縮機34に向かう第五の流路接続状態と、弁81、82をいずれも閉として、地中熱熱交換器38を圧縮機34に連通させず、地中熱熱交換器38に熱媒体を流通させない第六の流路接続状態とを、切換可能としている。
The heat
地中熱熱交換器38は、室外側熱交換器33に対し流路切換用弁36、37が第一の流路接続状態とされて、室外側熱交換器33が凝縮器として作動する場合には、熱交換器切換用弁81、82を第四の流路接続状態として、凝縮器として作動する(図16参照)。また、室外側熱交換器33に対し流路切換用弁36、37が第二の流路接続状態とされて、室外側熱交換器33が蒸発器として作動する場合には、熱交換器切換用弁81、82を第五の流路接続状態として、蒸発器として作動することとなる。
In the
この他、室内側熱交換器31、32の冷房又は暖房負荷に対し、室外側熱交換器33における熱媒体の熱交換で全て対応して、地中熱熱交換器38を熱媒体の凝縮器又は蒸発器として作動させない場合には、熱交換器切換用弁81、82を第六の流路接続状態として、地中熱熱交換器38に熱媒体を流通させないようにすることもできる(図15参照)。
In addition, the
さらに、冷暖切換用弁91、92、93、94をいずれも閉とし、室内側熱交換器31、32に熱媒体を流入させない状態とすると共に、室外側熱交換器33に対し、流路切換用弁36、37を第一の流路接続状態として、室外側熱交換器33が凝縮器として作動するようにし、合わせて、熱交換器切換用弁81、82を第五の流路接続状態として、地中熱熱交換器38を蒸発器として作動させるようにする流路接続状態(図17参照)も選択できる。
Further, the cooling /
この状態では、熱媒体が圧縮機34から第一の流路接続状態として開とされた流路切換用弁36を経て室外側熱交換器33に流入し、室外側熱交換器33から膨張弁35c、共通熱媒体流路m、膨張弁35dを経て地中熱熱交換器38に向かい、地中熱熱交換器38を出た熱媒体が熱交換器切換用弁82を通って圧縮機23に還流する循環経路を生じさせる状態、すなわち、地中熱熱交換器38で地中熱により熱媒体を昇温させ、圧縮機34で熱媒体を高圧にした上で、室外側熱交換器33で熱媒体から熱を放出させて、室外側熱交換器33で除霜を実行可能な除霜用接続状態が得られることとなる。
In this state, the heat medium flows from the
これら室内側熱交換器31、32、室外側熱交換器33、及び地中熱熱交換器38における一方の熱媒体流入出口には、それぞれ膨張弁35a、35b、35c、35dが接続され、各膨張弁35a、35b、35c、35dはいずれも共通熱媒体流路mに接続される。このため、室内側熱交換器31、32、室外側熱交換器33、及び地中熱熱交換器38は膨張弁を介して連通する状態となっており、各熱交換器間で熱媒体を流通可能である。
次に、本実施形態に係るヒートポンプシステムの作動状態について説明する。
まず、ヒートポンプシステムを作動させて、室内空間に対し冷房及び暖房を行う状態について説明する。
Next, the operating state of the heat pump system according to the present embodiment will be described.
First, a state in which the heat pump system is operated to cool and heat the indoor space will be described.
冷房や暖房を行うにあたっては、熱源を室外の空気熱のみ、地中熱のみ、あるいは、空気熱と地中熱の両方、とする状態を、室内や室外、地中の状況等に応じて切り換えることができる。
例えば、冷房又は暖房運転の開始時などは、空気調和機の室内機側の負荷が大きくなることから、熱源として室外の空気熱と地中熱の両方を用いるようにするのが好ましい。そして、室内温度が所望の温度に達して安定状態に移行し、空気調和機がオンオフ繰り返しや出力を抑えるような低負荷運転状態となった場合には、熱源として地中熱のみを用いる状態に切り換えるようにすれば、効率のよい運転状態を継続でき、好ましい。
When cooling or heating, the state where the heat source is only outdoor air heat, only underground heat, or both air heat and underground heat is switched according to the indoor, outdoor, and underground conditions. be able to.
For example, at the start of cooling or heating operation, the load on the indoor unit side of the air conditioner becomes large, so it is preferable to use both outdoor air heat and geothermal heat as the heat source. Then, when the room temperature reaches a desired temperature and shifts to a stable state, and the air conditioner becomes a low-load operation state in which on / off repetition and output are suppressed, only geothermal heat is used as a heat source. If the switching is performed, an efficient operating state can be maintained, which is preferable.
この他、熱媒体の温度が室外空気温度から離れた状況では、主に熱源として室外の空気熱と地中熱を用いる状態として冷房又は暖房運転を実行する一方、熱媒体の温度が室外空気温度に近い値となり、地中の温度が著しく変化するなど地中に過大な熱負荷が加わっていることが予想される場合には、熱源を室外の空気熱のみとする運転状態に移行し、地中熱熱交換器38と熱交換用媒体を通じた地中との熱交換を停止して、地中温度の回復を図るようにするのが好ましい。
In addition, when the temperature of the heat medium is different from the outdoor air temperature, the cooling or heating operation is performed mainly using the outdoor air heat and the geothermal heat as heat sources, while the heat medium temperature is the outdoor air temperature. If it is expected that an excessive heat load is applied to the ground, such as when the value is close to, and the temperature in the ground changes significantly, the system shifts to an operating state in which only outdoor air heat is used as the heat source. It is preferable to stop the heat exchange between the medium
(熱源が空気熱のみの場合)
各室内空間に対し冷房又は暖房を行う際に、熱源として室外の空気熱のみを用いる場合、すなわち、室外側の凝縮器又は蒸発器として室外側熱交換器33のみを用いる場合には、図15に示すように、熱交換器切換用弁の弁81、82をいずれも閉として、地中熱熱交換器38に熱媒体が流通しないようにする一方、室外側熱交換器33が膨張弁35cや各流路切換用弁36、37を通じて室内側熱交換器31、32に連通する状態としておく。また、流路切換用弁36、37を第一の流路接続状態又は第二の流路接続状態として、室外側熱交換器33と圧縮機34出口又は入口とを連通させる状態とする。
(When the heat source is only air heat)
When cooling or heating each indoor space, when only outdoor air heat is used as a heat source, that is, when only
例えば、一方の室内側熱交換器31を冷房に使用し、他方の室内側熱交換器32を暖房に使用し、暖房負荷が冷房負荷を上回る状態の場合、ヒートポンプシステムを作動させると、室内側熱交換器31が、蒸発器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と液相の熱媒体とを熱交換させる。この室内側熱交換器31での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室内側熱交換器31の他方の熱媒体流入出口から出て、冷暖切換用弁92を経て圧縮機34に向う。一方、室内側熱交換器31での熱交換で室内空気は冷却され、温度を下げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで低下させる(室内空間を冷却する)。
For example, when one
また、別の室内空間で、室内側熱交換器32が、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、室内側熱交換器32での熱交換で室内空気は加熱され、温度を上げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで上昇させる(室内空間を暖める)。
Further, in another indoor space, the
室内側熱交換器32で凝縮して得られた液相の熱媒体は、室内側熱交換器32の一方の熱媒体流入出口から排出され、膨張弁35bに達する。膨張弁35bで液相の熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となる。
The liquid phase heat medium obtained by condensing in the
この膨張弁35bで圧力や温度を低下させた液相の熱媒体は、膨張弁35bを出て、共通熱媒体流路mを通り、その一部が膨張弁35cを経て、室外側熱交換器33の一方の熱媒体流入出口に達し、他部が膨張弁35aを経て、室内側熱交換器31の一方の熱媒体流入出口に達する。
The liquid phase heat medium whose pressure and temperature are lowered by the
室外側熱交換器33は、蒸発器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室外空気と液相の熱媒体とを熱交換させる。この室外側熱交換器33での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室外側熱交換器33外へ出て、流路切換用弁37を経て圧縮機34に向う。一方、室外側熱交換器33での熱交換で室外空気は冷却され、温度を下げた状態で外気中に排出される。
The
室内側熱交換器31や室外側熱交換器33を出て圧縮機34に達した高温気相の熱媒体は、この圧縮機34により加圧される。加圧された気相の熱媒体は、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機34を出た気相の熱媒体は、冷暖切換用弁93を経て、室内側熱交換器32の他方の熱媒体流入出口へ向け進むこととなる。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
この後、熱媒体は室内側熱交換器32内に戻り、前記同様に室内側熱交換器32から室内側熱交換器31と室外側熱交換器33にそれぞれ至り、さらに圧縮機34に達する各過程を繰返して、室内側熱交換器32での暖房と室内側熱交換器31での冷房を継続実行することとなる。
After that, the heat medium returns to the inside of the indoor
(熱源が空気熱と地中熱の場合)
室内空間に対し冷房又は暖房を行う際に、熱源として室外の空気熱と地中熱を用いる場合、すなわち、室外側の凝縮器又は蒸発器として室外側熱交換器33と地中熱熱交換器38を共に用いる場合には、図16に示すように、室外側熱交換器33が膨張弁35cや各流路切換用弁36、37を通じて室内側熱交換器31、32に連通可能とされるのと同様に、地中熱熱交換器38も、膨張弁35dや各熱交換器切換用弁81、82を通じて、室内側熱交換器31、32に連通可能な状態に切り換える。
(When the heat source is air heat and geothermal heat)
When outdoor air heat and geothermal heat are used as heat sources when cooling or heating the indoor space, that is, the
例えば、一方の室内側熱交換器31を冷房に使用し、他方の室内側熱交換器32を暖房に使用し、冷房負荷が暖房負荷を上回る状態の場合、ヒートポンプシステムを作動させると、室内側熱交換器31が、蒸発器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と液相の熱媒体とを熱交換させる。この室内側熱交換器31での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室内側熱交換器31の他方の熱媒体流入出口から出て、冷暖切換用弁92を経て圧縮機34に向う。一方、室内側熱交換器31での熱交換で室内空気は冷却され、温度を下げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで低下させる(室内空間を冷却する)。
For example, when one
また、別の室内空間で、室内側熱交換器32が、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室内空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、室内側熱交換器32での熱交換で室内空気は加熱され、温度を上げた状態で室内空間に放出され、室内温度を所望の温度まで上昇させる(室内空間を暖める)。
Further, in another indoor space, the
室内側熱交換器32で凝縮して得られた液相の熱媒体は、室内側熱交換器32の一方の熱媒体流入出口から排出され、膨張弁35bに達する。膨張弁35bで液相の熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となる。
The liquid phase heat medium obtained by condensing in the
この膨張弁35bで圧力や温度を低下させた液相の熱媒体は、膨張弁35bを出て、共通熱媒体流路mを通り、膨張弁35aを経てさらに圧力や温度を低下させた上で、室内側熱交換器31の一方の熱媒体流入出口に達する。
The liquid phase heat medium whose pressure and temperature have been lowered by the
室内側熱交換器31を出て圧縮機34に達した高温気相の熱媒体は、この圧縮機34により加圧される。加圧された気相の熱媒体は、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機34を出た気相の熱媒体は、その一部が流路切換用弁36を経て室外側熱交換器22に導入され、別の一部が熱交換器切換用弁81を経て地中熱熱交換器38に導入される。また、熱媒体の残りが、冷暖切換用弁93を経て、室内側熱交換器32の他方の熱媒体流入出口へ向け進むこととなる。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
室外側熱交換器33は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入された室外空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体はその温度を低下させ、一部は凝縮して液相に変化する。一方、室外側熱交換器33での熱交換で室外空気は加熱され、温度を上げた状態で外気中に排出される。
The
室外側熱交換器33で温度を低下させた熱媒体は、室外側熱交換器33外に排出され、膨張弁35cに達する。この膨張弁35cで、熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となった上で、膨張弁35cを出て、共通熱媒体流路mを通り、膨張弁35aを経てさらに圧力や温度を低下させた上で、室内側熱交換器31の一方の熱媒体流入出口へ向け進むこととなる。
The heat medium whose temperature has been lowered by the
この他、地中熱熱交換器38でも、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で冷却された気相の熱媒体は凝縮して液相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器38での熱交換で熱交換用媒体は加熱され、温度を上げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中に熱を放出して温度を下げた上で、あらためて地中熱熱交換器38に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器38と地中熱交換部50との間での循環は、地中熱熱交換器38における熱交換が継続される間、繰り返される。
In addition, also in the
地中熱熱交換器38で凝縮して得られた液相の熱媒体は、地中熱熱交換器38の一方の熱媒体流入出口から排出され、膨張弁35dに達する。膨張弁35dで液相の熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となる。
The liquid phase heat medium obtained by condensing in the
この膨張弁35dで圧力や温度を低下させた液相の熱媒体は、膨張弁35dを出て、共通熱媒体流路mを通り、膨張弁35aを経てさらに圧力や温度を低下させた上で、室内側熱交換器31の一方の熱媒体流入出口へ向け進むこととなる。
The liquid phase heat medium whose pressure and temperature are lowered by the
この後、熱媒体は室内側熱交換器31内に戻り、前記同様に室内側熱交換器31から圧縮機34に至り、さらに圧縮機34から室内側熱交換器32、室外側熱交換器33、及び地中熱熱交換器38にそれぞれ達する各過程を繰返して、室内側熱交換器32での暖房と室内側熱交換器31での冷房を継続実行することとなる。
After that, the heat medium returns to the inside of the
(熱源を地中熱として除霜を行う場合)
室内側熱交換器31、32における暖房負荷が高く、室外側熱交換器33を蒸発器として作動させている場合において、室外の温度が低い場合、室外側熱交換器33の空気と熱交換する外面部分に着霜が生じることがある。こうした着霜時に対応する除霜運転状態について説明する。
(When defrosting is performed using the heat source as geothermal heat)
When the heating load in the
室外側熱交換器33において着霜を検出し、除霜を行う場合には、いったんヒートポンプを停止し、除霜運転状態に移行する。除霜を行うためには、図17に示すように、冷暖切換用弁91、92、93、94をいずれも閉とし、室内側熱交換器31、32を熱媒体が流通しない状態に切り換えると共に、流路切換用弁36、37を第一の流路接続状態、すなわち、弁36を開、弁37を閉として、室外側熱交換器33の他方の熱媒体流入出口を圧縮機34出口と連通させる状態に切り換え、室外側熱交換器33が凝縮器として作動するようにする。さらに、熱交換器切換用弁81、82を第五の流路接続状態、すなわち、弁81を閉、弁82を開として、地中熱熱交換器38の他方の熱媒体流入出口を圧縮機34入口と連通させる状態に切り換え、地中熱熱交換器38が蒸発器として作動するようにする。
When frost formation is detected in the
除霜運転を実行すると、地中熱熱交換器38では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で加熱された液相の熱媒体は昇温し、蒸発して気相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器38での熱交換で熱交換用媒体は冷却され、温度を下げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中から熱を吸収して温度を上げた上で、あらためて地中熱熱交換器38に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器38と地中熱交換部50との間での循環は、地中熱熱交換器38における熱交換が継続される間、繰り返される。
When the defrosting operation is executed, in the
地中熱熱交換器38で蒸発して得られた気相の熱媒体は、地中熱熱交換器38を出た後、熱交換器切換用弁82、及び熱媒体流路nを経て圧縮機34に向かう。
圧縮機34に達した高温気相の熱媒体は、圧縮機34により加圧され、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機34を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路o、流路切換用弁36を経て室外側熱交換器33に導入される。
The gas phase heat medium obtained by evaporating in the
The heat medium of the high temperature gas phase that has reached the
室外側熱交換器33は、凝縮器として、ファン(図示を省略)で送風されて導入された室外空気と、気相の熱媒体とを熱交換させる。この熱交換で冷却された気相の熱媒体はその温度を低下させ、凝縮して液相に変化する。一方、室外側熱交換器33での熱交換で室外空気は加熱され、温度を上げた状態で室外側熱交換器を出ようとすることから、室外側熱交換器33表面の着霜部分は、この温度を上昇させた空気と接触して温められる。こうして温められる着霜部分では、最終的に霜が溶けて除霜状態となる。着霜部分を温めた後の空気は、外気中に排出される。
The
室外側熱交換器33で凝縮した熱媒体は、室外側熱交換器33外に排出され、膨張弁35cに達する。この膨張弁35cで、熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となる。そして、膨張弁35cを出た熱媒体は、共通熱媒体流路mを通り、膨張弁35dを経てさらに圧力や温度を低下させた上で、地中熱熱交換器38の一方の熱媒体流入出口へ向け進むこととなる。
The heat medium condensed by the
この後、熱媒体は地中熱熱交換器38内に戻り、前記同様に地中熱熱交換器38での熱交換以降の各過程を繰返して、除霜を継続実行することとなる。
室外側熱交換器33における全ての着霜箇所で霜が溶け、除霜が完了したら、除霜運転状態から以前の室外側熱交換器33を蒸発器として用いる運転状態に復帰することができる。
After that, the heat medium returns to the inside of the
When the frost has melted at all the frosted points in the
なお、上記のような熱源に地中熱を用いる場合に対応して、夜間や室内に人がいない間など、冷房や暖房運転を要しない時間帯に、地中から熱を奪うと共にその熱を室外空気に放出するサイクルとして運転を実行し、地中熱熱交換器38を凝縮器として作動させる運転に伴う熱放出で上昇した地中温度の回復や地中への冷熱の蓄熱を積極的に図るようにすることもできる。
In response to the case where geothermal heat is used as the heat source as described above, heat is taken from the ground and the heat is removed during times when cooling or heating operation is not required, such as at night or when there are no people in the room. The operation is executed as a cycle of releasing to the outdoor air, and the
この地中温度の回復等のための運転は、前記除霜運転状態と同様に行えばよく、図17に示すように、冷暖切換用弁91、92、93、94をいずれも閉とし、室内側熱交換器31、32を熱媒体が流通しない状態に切り換えると共に、流路切換用弁36、37を第一の流路接続状態、すなわち、弁36を開、弁37を閉として、室外側熱交換器33の他方の熱媒体流入出口を圧縮機34出口と連通させる状態に切り換え、室外側熱交換器33が凝縮器として作動するようにする。さらに、熱交換器切換用弁81、82を第五の流路接続状態、すなわち、弁81を閉、弁82を開として、地中熱熱交換器38の他方の熱媒体流入出口を圧縮機34入口と連通させる状態に切り換え、地中熱熱交換器38が蒸発器として作動するようにする。
The operation for recovering the underground temperature or the like may be performed in the same manner as in the defrosting operation state, and as shown in FIG. 17, all of the cooling /
運転を実行すると、地中熱熱交換器38では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で加熱された液相の熱媒体は昇温し、蒸発して気相に変化する。一方、地中熱熱交換器38での熱交換で熱交換用媒体は冷却され、温度を下げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中から熱を吸収して温度を上げた上で、あらためて地中熱熱交換器38に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器38と地中熱交換部50との間での循環は、運転継続の間繰り返され、熱交換用媒体が地中から熱を吸収することで、地中の温度を低下させることができる。
When the operation is executed, in the
地中熱熱交換器38で蒸発して得られた気相の熱媒体は、地中熱熱交換器38を出た後、熱交換器切換用弁82、及び熱媒体流路nを経て圧縮機34に向かう。
圧縮機34に達した高温気相の熱媒体は、圧縮機34により加圧され、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機34を出た気相の熱媒体は、熱媒体流路o、流路切換用弁36を経て室外側熱交換器33に導入される。
The gas phase heat medium obtained by evaporating in the
The heat medium of the high temperature gas phase that has reached the
室外側熱交換器33では、ファン(図示を省略)で送風されて導入された室外空気と、気相の熱媒体とが熱交換し、この熱交換で冷却された気相の熱媒体はその温度を低下させ、凝縮して液相に変化する。一方、室外側熱交換器33での熱交換で室外空気は加熱され、温度を上げた状態で外気中に排出される。
In the
室外側熱交換器33で凝縮した熱媒体は、室外側熱交換器33外に排出され、膨張弁35cに達する。この膨張弁35cで、熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となる。そして、膨張弁35cを出た熱媒体は、共通熱媒体流路mを通り、膨張弁35dを経てさらに圧力や温度を低下させた上で、地中熱熱交換器38の一方の熱媒体流入出口へ向け進むこととなる。
The heat medium condensed by the
この後、熱媒体は地中熱熱交換器38内に戻り、前記同様に地中熱熱交換器38での熱交換以降の各過程を繰返すこととなる。
地中温度が適切な温度まで低下したり、各室内空間に冷房又は暖房を行う時間帯に至った場合には、この地中温度の回復等に係る運転を停止し、必要に応じて地中熱熱交換器38を凝縮器として用いる冷房又は暖房運転に移行する。
After that, the heat medium returns to the inside of the
When the underground temperature drops to an appropriate temperature, or when it is time to cool or heat each indoor space, the operation related to the recovery of the underground temperature is stopped, and if necessary, the underground is stopped. Shift to cooling or heating operation using the
また、同じく熱源に地中熱を用いる場合に対応して、夜間や室内に人がいない間など、冷房や暖房運転を要しない時間帯に、室外空気から熱を吸収すると共に、その熱を地中に放出するサイクルとして運転を実行し、地中熱熱交換器38を蒸発器として作動させる運転に伴う吸熱で低下した地中温度の回復や地中への蓄熱を積極的に図るようにすることもできる。
Also, in response to the case where geothermal heat is used as the heat source, heat is absorbed from the outdoor air and the heat is used as the ground during times when cooling or heating operation is not required, such as at night or when there are no people in the room. The operation is executed as a cycle of releasing into the ground, and the
この地中温度の回復等のための運転を行うためには、図18に示すように、冷暖切換用弁91、92、93、94をいずれも閉とし、室内側熱交換器31、32を熱媒体が流通しない状態に切り換えると共に、流路切換用弁36、37を第二の流路接続状態、すなわち、弁36を閉、弁37を開として、室外側熱交換器33の他方の熱媒体流入出口を圧縮機34入口と連通させる状態に切り換え、室外側熱交換器33が蒸発器として作動するようにする。さらに、熱交換器切換用弁81、82を第四の流路接続状態、すなわち、弁81を開、弁82を閉として、地中熱熱交換器38の他方の熱媒体流入出口を圧縮機34出口と連通させる状態に切り換え、地中熱熱交換器38が凝縮器として作動するようにする。
In order to perform the operation for recovering the underground temperature, etc., as shown in FIG. 18, the cooling /
運転を実行すると、地中熱熱交換器38では、ポンプ(図示を省略)で加圧されて導入された熱交換用媒体と、熱媒体とが熱交換し、この熱交換で冷却された気相の熱媒体は温度を低下させ、一部は凝縮して液相に変化することとなる。一方、地中熱熱交換器38での熱交換で熱交換用媒体は加熱され、温度を上げた状態で地中熱交換部50に向かう。そして、熱交換用媒体は、地中熱交換部50で地中に熱を放出して温度を下げた上で、あらためて地中熱熱交換器38に還流する。こうした熱交換用媒体の地中熱熱交換器38と地中熱交換部50との間での循環は、運転継続の間繰り返され、熱交換用媒体が地中に熱を放出することで、地中の温度を上昇させることができる。
When the operation is executed, in the
地中熱熱交換器38で温度を低下させた熱媒体は、地中熱熱交換器26を出た後、膨張弁35dに達する。この膨張弁35dで、熱媒体は膨張し、圧力及び温度を低減させた状態となる。そして、膨張弁35dを出た熱媒体は、共通熱媒体流路mを通り、膨張弁35cを経てさらに圧力や温度を低下させた上で、室外側熱交換器33の一方の熱媒体流入出口に達する。
The heat medium whose temperature has been lowered by the
室外側熱交換器33は、ファン(図示を省略)で送風されて導入される室外空気と熱媒体とを熱交換させる。この室外側熱交換器33での熱交換で加熱され、昇温に伴い蒸発して気相となった熱媒体は、この室外側熱交換器33外へ出て、流路切換用弁37を経て圧縮機34に向う。一方、室外側熱交換器33での熱交換で室外空気は冷却され、温度を下げた状態で外気中に排出される。
The
室外側熱交換器33を出て圧縮機34に達した高温気相の熱媒体は、この圧縮機34により加圧され、圧力及び温度を増大させた状態となる。そして、圧縮機34を出た気相の熱媒体は、熱交換器切換用弁81を経て地中熱熱交換器38へ向け進むこととなる。
The heat medium of the high temperature gas phase that has left the
この後、熱媒体は地中熱熱交換器38内に戻り、前記同様に地中熱熱交換器38での熱交換以降の各過程を繰返すこととなる。
地中温度が適切な温度まで上昇したり、各室内空間に冷房又は暖房を行う時間帯に至った場合には、この地中温度の回復等に係る運転を停止し、必要に応じて地中熱熱交換器38を蒸発器として用いる冷房又は暖房運転に移行する。
After that, the heat medium returns to the inside of the
When the underground temperature rises to an appropriate temperature, or when it is time to cool or heat each indoor space, the operation related to the recovery of the underground temperature is stopped, and if necessary, the underground is stopped. Shift to cooling or heating operation using the
このように、本実施形態に係るヒートポンプシステムにおいては、複数配設された室内側熱交換器31、32が冷房や暖房に係る熱交換に用いられる場合に、各切換用弁を用いて、各室内側熱交換器31、32や圧縮機34に対し、室外側熱交換器33のみを連通させ、熱源として空気熱のみを用いる状態と、室外側熱交換器33と地中熱熱交換器38をそれぞれ連通させて、熱源として空気熱と地中熱を用いる状態と、地中熱熱交換器38のみを連通させて、熱源として地中熱のみを用いる状態とを切り換えられることから、室内側熱交換器を複数用いるいわゆるマルチエアコン構成の場合でも、無理なく室外側熱交換器33と地中熱熱交換器38の一方又は両方を利用して冷凍サイクルやヒートポンプサイクルを構築して、効率よく冷房や暖房を行える状態が得られる。また、各切換用弁による流路接続調整で、熱媒体が室内側熱交換器31、32を通らずに圧縮機34、室外側熱交換器33、及び地中熱熱交換器38を循環する状態を生じさせることができ、室外側熱交換器33において熱交換器周囲への着霜状態に至った場合に、地中熱熱交換器38で熱媒体に取り入れた地中熱を室外側熱交換器33のみに導入するようにして除霜が実行可能となり、地中熱を利用して効率よく除霜を行って熱交換性能低下を回避できる。
As described above, in the heat pump system according to the present embodiment, when a plurality of
さらに、複数の室内側熱交換器31、32が室内に配設されるシステムにおける、室外にあらわれた熱媒体流路に対し、地中熱熱交換器38が熱交換機切換用弁81、82を介して連通状態を切換可能として接続されることから、システムの室外部分に地中熱熱交換器38を利用するための熱媒体回路を無理なく適切に組み込んで、地中熱熱交換器38に熱媒体を流通させて地中熱を熱源として利用できる状態が、システムを構成する既存の室内外の各機器の構成を変えることなく得られることとなり、地中熱を利用可能とする構成部分を低コストで設置可能となり、地中熱を利用するシステムをより容易に導入できる。
Further, in a system in which a plurality of
なお、前記第1ないし第3の各実施形態に係るヒートポンプシステムにおいて、熱交換器切換用弁やバイパス切換用弁、冷暖切換用弁、一部の流路切換用弁(36、37)としては、弁の開閉で熱媒体の流通状態と流通停止状態とを切り換える単純な弁装置を用い、こうした弁装置を複数組み合わせて配置することで、複数流路間の接続関係を切り換えられるようにしているが、これに限られるものではなく、前記各切換用弁として、三方弁や四方弁等の切換弁を用いるようにすることもでき、複数の弁が担っていた機能を一つの弁に集約して、弁設置数低減や、熱媒体流路配置の単純化が図れることとなる。 In the heat pump system according to each of the first to third embodiments, the heat exchanger switching valve, the bypass switching valve, the cooling / heating switching valve, and some of the flow path switching valves (36, 37) are used. , A simple valve device that switches between the flow state and the flow stop state of the heat medium by opening and closing the valve is used, and by arranging a plurality of such valve devices in combination, the connection relationship between the multiple flow paths can be switched. However, the present invention is not limited to this, and it is possible to use a switching valve such as a three-way valve or a four-way valve as each of the switching valves, and the functions of a plurality of valves are integrated into one valve. Therefore, the number of valves installed can be reduced and the arrangement of heat medium flow paths can be simplified.
1、2、3 ヒートポンプシステム
11、21、31、32 室内側熱交換器
12、22、33 室外側熱交換器
13、23、34 圧縮機
14、24 膨張弁
15、25、36、37 流路切換用弁
16、26、38 地中熱熱交換器
17、27 バイパス流路
28 補助膨張弁
50 地中熱交換部
61、62、63、64 熱交換器切換用弁
65、66、67、68 熱交換器切換用弁
71、72、73、74 バイパス切換用弁
75、76、77 バイパス切換用弁
81、82 熱交換器切換用弁
91、92、93、94 冷暖切換用弁
1, 2, 3
Claims (3)
前記熱媒体を室外空気と熱交換させる室外側熱交換器と、
気相の前記熱媒体を圧縮して熱媒体の温度及び圧力を高める圧縮機と、
液相の前記熱媒体を膨張させて圧力を低下させる膨張器と、
前記室外側熱交換器と圧縮機との熱媒体流路接続関係を変えて、圧縮機を出た熱媒体が室外側熱交換器に向かうようにする第一の流路接続状態と、室外側熱交換器を出た熱媒体が圧縮機に向かうようにする第二の流路接続状態とを、少なくとも切換可能とする一又は複数の流路切換用弁とを備えるヒートポンプシステムにおいて、
室外に配設され、地下の地中熱を採熱した所定の熱交換用媒体と前記熱媒体とを熱交換させる地中熱熱交換器と、
当該地中熱熱交換器への熱媒体の流通と非流通とを切換可能とする一又は複数の熱交換器切換用弁と、
前記地中熱熱交換器に一端が接続可能とされると共に、他端が圧縮機入口側に接続可能とされて、必要に応じて熱媒体を流通させるバイパス流路と、
当該バイパス流路の他端を圧縮機入口に連通させない状態と、バイパス流路の他端を圧縮機入口に連通可能とする状態とを、切換可能とする一又は複数のバイパス切換用弁とを備え、
前記地中熱熱交換器が、熱媒体を流通させる状態では、前記流路切換用弁が第一の流路接続状態にされると、熱媒体を凝縮させるか熱媒体の温度を低下させる熱交換を行い、前記第二の流路接続状態にされると、熱媒体を蒸発させるか熱媒体の温度を上昇させる熱交換を行うようにされ、
前記熱交換器切換用弁が、前記室外側熱交換器と膨張器との間の熱媒体流路に、前記地中熱熱交換器が熱媒体を流通可能に介在する状態と介在しない状態とを切換可能とするものとされ、
前記熱交換器切換用弁が、前記地中熱熱交換器と室外側熱交換器との間での熱媒体の流通を許容する一方、地中熱熱交換器及び室外側熱交換器と室内側熱交換器との間での熱媒体の流通は許容しない流路接続状態に、さらに切換可能とされ、且つ、前記バイパス流路の一端を地中熱熱交換器に連通させて、室外側熱交換器から地中熱熱交換器を経てバイパス流路に熱媒体が流通可能となる状態と、バイパス流路の一端を地中熱熱交換器に連通させない状態とを別途切換可能とされてなることを
特徴とするヒートポンプシステム。 An indoor heat exchanger that exchanges heat with indoor air for a phase-changeable heat medium,
An outdoor heat exchanger that exchanges heat with the outdoor air,
A compressor that compresses the heat medium of the gas phase to increase the temperature and pressure of the heat medium.
An expander that expands the heat medium of the liquid phase to reduce the pressure, and
The first flow path connection state in which the heat medium flow path connection relationship between the outdoor heat exchanger and the compressor is changed so that the heat medium exiting the compressor faces the outdoor heat exchanger, and the outdoor side. In a heat pump system including at least one or more flow path switching valves that can switch between a second flow path connection state that allows the heat medium exiting the heat exchanger to go toward the compressor.
An underground heat exchanger that is arranged outdoors and exchanges heat between a predetermined heat exchange medium that collects underground underground heat and the heat medium.
One or more heat exchanger switching valves that can switch between circulation and non-distribution of the heat medium to the geothermal heat exchanger ,
A bypass flow path in which one end can be connected to the geothermal heat exchanger and the other end can be connected to the compressor inlet side to circulate a heat medium as needed.
One or a plurality of bypass switching valves that can switch between a state in which the other end of the bypass flow path is not communicated with the compressor inlet and a state in which the other end of the bypass flow path can be communicated with the compressor inlet. Prepare,
In a state where the underground heat exchanger circulates a heat medium, when the flow path switching valve is connected to the first flow path, heat that condenses the heat medium or lowers the temperature of the heat medium. When the exchange is performed and the second flow path is connected, heat exchange is performed to evaporate the heat medium or raise the temperature of the heat medium .
A state in which the heat exchanger switching valve intervenes in the heat medium flow path between the outdoor heat exchanger and the expander so that the geothermal heat exchanger can flow through the heat medium, and a state in which the heat exchanger does not intervene. Is supposed to be switchable,
The heat exchanger switching valve allows the flow of heat medium between the underground heat exchanger and the outdoor heat exchanger, while the underground heat exchanger and the outdoor heat exchanger and the chamber. It is possible to further switch to a flow path connection state that does not allow the flow of heat medium to and from the inner heat exchanger, and one end of the bypass flow path is communicated with the underground heat exchanger to communicate the outdoor side. It is possible to separately switch between a state in which the heat medium can flow from the heat exchanger to the bypass flow path via the underground heat exchanger and a state in which one end of the bypass flow path is not communicated with the underground heat heat exchanger. A heat pump system characterized by becoming.
前記バイパス切換用弁が、前記バイパス流路の他端を前記室外側熱交換器の一方の熱媒体流入出口のみに連通可能とする状態に、さらに切換可能とされてなることを
特徴とするヒートポンプシステム。 In the heat pump system according to claim 1,
The heat pump is characterized in that the bypass switching valve is further switchable so that the other end of the bypass flow path can communicate with only one heat medium inflow port of the outdoor heat exchanger. system.
前記バイパス切換用弁が、前記バイパス流路の他端が前記流路切換用弁と室外側熱交換器との間の熱媒体流路に対し、流路切換用弁側には連通する一方で室外側熱交換器側には連通しないように接続される状態に、さらに切換可能とされ、
前記熱交換器切換用弁が、前記地中熱熱交換器と室内側熱交換器との間での熱媒体の流通を許容する一方、地中熱熱交換器及び室内側熱交換器と室外側熱交換器との間での熱媒体の流通は許容せず、且つ、前記バイパス流路の一端を地中熱熱交換器に連通させて、地中熱熱交換器を通じて室内側熱交換器とバイパス流路との間で熱媒体が流通可能となる流路接続状態に、さらに切換可能とされてなることを
特徴とするヒートポンプシステム。 In the heat pump system according to claim 1,
While the other end of the bypass flow path communicates with the heat medium flow path between the flow path switching valve and the outdoor heat exchanger on the flow path switching valve side of the bypass switching valve. It is possible to switch to a state where it is connected so that it does not communicate with the outdoor heat exchanger side.
The heat exchanger switching valve allows the flow of heat medium between the underground heat exchanger and the indoor heat exchanger, while the underground heat exchanger and the indoor heat exchanger and the chamber. The flow of heat medium to and from the outer heat exchanger is not allowed, and one end of the bypass flow path is communicated with the underground heat exchanger, and the indoor heat exchanger is passed through the underground heat exchanger. A heat pump system characterized in that it can be further switched to a flow path connection state in which a heat medium can flow between the bypass flow path and the bypass flow path.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017027348A JP6883186B2 (en) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | Heat pump system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017027348A JP6883186B2 (en) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | Heat pump system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018132269A JP2018132269A (en) | 2018-08-23 |
JP6883186B2 true JP6883186B2 (en) | 2021-06-09 |
Family
ID=63249547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017027348A Active JP6883186B2 (en) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | Heat pump system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6883186B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11946669B1 (en) * | 2021-09-28 | 2024-04-02 | Garen Noel Ewbank | Polymodal heat pump |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110712478B (en) | 2018-07-12 | 2022-11-04 | 住友橡胶工业株式会社 | Pneumatic tire |
KR102286805B1 (en) * | 2021-03-08 | 2021-08-05 | 서복상 | An underground heat source heat pump system using ethanol having an intermediate heat exchanger |
KR102286806B1 (en) * | 2021-03-08 | 2021-08-06 | 서복상 | Multiple heat source heat pump system using ethanol or brine having an intermediate heat exchanger |
KR102308687B1 (en) * | 2021-04-29 | 2021-10-06 | (주)대성냉열 | High efficient heat pump system using waste air heat |
KR102484462B1 (en) * | 2022-04-15 | 2023-01-05 | 주식회사 원냉동기 | Hybrid air-conditioning system |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4493193A (en) * | 1982-03-05 | 1985-01-15 | Rutherford C. Lake, Jr. | Reversible cycle heating and cooling system |
JPS6277564A (en) * | 1985-10-01 | 1987-04-09 | サンデン株式会社 | Heat pump device |
US5461876A (en) * | 1994-06-29 | 1995-10-31 | Dressler; William E. | Combined ambient-air and earth exchange heat pump system |
US6615602B2 (en) * | 2001-05-22 | 2003-09-09 | Ken Wilkinson | Heat pump with supplemental heat source |
JP2003194431A (en) * | 2001-12-27 | 2003-07-09 | Kubota Corp | Compression type heat pump |
JP2006284022A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Toa Tone Boring:Kk | Geothermal heat pump device |
CA2510701C (en) * | 2005-06-27 | 2008-12-16 | Geofurnace Development Inc. | Hybrid heating and cooling system |
US7757508B2 (en) * | 2005-08-31 | 2010-07-20 | Ut-Battelle, Llc | Super energy saver heat pump with dynamic hybrid phase change material |
JP2008275214A (en) * | 2007-04-26 | 2008-11-13 | Osaka Gas Co Ltd | Compression type heat pump device |
JP6528078B2 (en) * | 2015-03-23 | 2019-06-12 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Air conditioner |
-
2017
- 2017-02-16 JP JP2017027348A patent/JP6883186B2/en active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11946669B1 (en) * | 2021-09-28 | 2024-04-02 | Garen Noel Ewbank | Polymodal heat pump |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018132269A (en) | 2018-08-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6883186B2 (en) | Heat pump system | |
JP5183804B2 (en) | Refrigeration cycle equipment, air conditioning equipment | |
KR101190492B1 (en) | Hot water supply device associated with heat pump | |
US20090282854A1 (en) | Air conditioning system | |
JP4298990B2 (en) | Refrigeration equipment using carbon dioxide as refrigerant | |
US20140116072A1 (en) | Heat pump apparatus | |
WO2011045976A1 (en) | Air-conditioning hot-water supply system | |
KR20190105219A (en) | Heat pump system | |
JP2006292313A (en) | Geothermal unit | |
KR20110072250A (en) | Heat pump apparatus and outdoor unit thereof | |
JP2005299935A (en) | Air conditioner | |
JP4556453B2 (en) | Heat pump hot water supply air conditioner | |
EP2541170A1 (en) | Air-conditioning hot-water-supply system | |
JP5145026B2 (en) | Air conditioner | |
JP2005249319A (en) | Heat pump hot water supply air-conditioner | |
JP6433422B2 (en) | Refrigeration cycle equipment | |
EP3290827A1 (en) | Defrosting without reversing refrigerant cycle | |
JP2015124910A (en) | Hot water supply air conditioning system | |
KR101653567B1 (en) | A Duality Cold Cycle Heatpump System Recovering Heat | |
KR101658021B1 (en) | A Heatpump System Using Duality Cold Cycle | |
KR101524862B1 (en) | Heat pump system for preventing adhere and improving evaporation | |
JP4429960B2 (en) | Vending machine with cooling and heating system | |
JP2005283058A (en) | Reheating dehumidifying type air conditioner | |
KR100648300B1 (en) | Heat pump type cooling and heating apparatus | |
JP3284582B2 (en) | Heat storage type air conditioner and cool storage device for air conditioner |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191108 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200827 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200915 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201023 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210330 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210402 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6883186 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |