以下、本発明の一実施形態を図1〜図15に基づいて説明する。
本発明を適用した、本実施形態の複合熱源型のヒートポンプ装置1の主要なユニットの外観構成を図1に示す。図1において、本実施形態のヒートポンプ装置1は、外郭としての筐体4A(第2筐体に相当)を備えた地中熱ヒートポンプユニット4と、外郭としての筐体5A(第1筐体)を備えた空気熱ヒートポンプユニット5と、熱交換端末36に循環液L(例えば、水や不凍液)を循環させる、負荷側回路としての端末循環回路30と、地中熱循環回路20とを有している。
本実施形態のヒートポンプ装置1全体の回路構成を図2に示す。図2に示すように、上記ヒートポンプ装置1は、上記地中熱ヒートポンプユニット4に備えられ、地中熱源を利用して上記熱交換端末36側の循環液Lを加熱または冷却可能な第2ヒートポンプ回路としての地中熱ヒートポンプ回路40と、上記空気熱ヒートポンプユニット5に備えられ、空気熱源を利用して上記熱交換端末36側の循環液Lを加熱または冷却可能な第1ヒートポンプ回路としての空気熱ヒートポンプ回路50と、上記端末循環回路30と、第2ヒートポンプ回路としての上記地中熱循環回路20とを有している。
図2において、地中熱ヒートポンプ回路40は、能力可変の第2圧縮機43と、第2負荷側熱交換器としての第2熱交換器41と、第2膨張弁44と、第2熱源側熱交換器としての地中熱源熱交換器45とが、第2冷媒配管42によって環状に接続されている。この第2冷媒配管42には、上記地中熱ヒートポンプ回路40における第2冷媒C1(後述の図3及び図4参照)の流れ方向を切り換える四方弁46が設けられている。なお、第2圧縮機43、第2熱交換器41、及び地中熱源熱交換器45は、上記筐体4A内に内包されている。
上記第2熱交換器41及び上記地中熱源熱交換器45は、例えばプレート式熱交換器で構成されている。このプレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートが積層され、第2冷媒C1を流通させる冷媒流路と熱媒である上記循環液L(または熱媒H1。後述の図3等参照)を流通させる流体流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されているものである。
また、第2圧縮機43から吐出された第2冷媒C1の温度は、第2冷媒吐出温度センサ42aによって検出される。同様に、第2熱交換器41から第2膨張弁44を介して地中熱源熱交換器45に至るまでの第2冷媒配管42に設けられた冷媒温度センサ42c,42bのうち、第2膨張弁44から地中熱源熱交換器45までの第2冷媒配管42に設けられた第2冷媒温度センサ42bによって、低圧側(暖房運転時)または高圧側(冷房運転時)の第2冷媒C1の温度が検出される。上記第2冷媒吐出温度センサ42a及び上記第2冷媒温度センサ42bの検出結果は、地中熱制御装置61へ入力される。
空気熱ヒートポンプ回路50は、能力可変の第1圧縮機53と、第1負荷側熱交換器としての第1熱交換器51と、第1膨張弁54と、第1熱源側熱交換器としての空気熱源熱交換器55とが、第1冷媒配管52によって環状に接続されている。空気熱源熱交換器55には、当該空気熱源熱交換器55に外気を通風するための送風ファン56が設けられている。また、前記第1冷媒配管52には、上記空気熱ヒートポンプ回路50における第1冷媒C2(後述の図3及び図4参照)の流れ方向を切り換える四方弁58が設けられている。なお、第1圧縮機53、第1熱交換器51、空気熱源熱交換器55、及び送風ファン56は、上記筐体5A内に内包されており、筐体5Aには、前記送風ファン56による通風用の開口部5Bが備えられている(図1参照)。
上記第1熱交換器51は、前述と同様、例えばプレート式熱交換器で構成されており、上記第1冷媒C2を流通させる冷媒流路と上記循環液Lを流通させる流体流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されているものである。
また、第1圧縮機53から吐出された第1冷媒C2の温度は、第1冷媒吐出温度センサ52aによって検出される。また、外気の温度が、外気温度検出手段としての外気温度センサ57によって検出される。上記第1冷媒吐出温度センサ52a及び上記外気温度センサ57の検出結果は、空気熱制御装置62へ入力される。また、上記外気温度センサ57の検出結果は、上記地中熱制御装置61にも入力される。
なお、上記地中熱ヒートポンプ回路40の上記第2冷媒C1、および、上記空気熱ヒートポンプ回路50の上記第1冷媒C2としては、例えばR410AやR32等のHFC冷媒や二酸化炭素冷媒等の任意の冷媒を用いることができる。
地中熱循環回路20は、回転速度(単位時間当たりの回転数)可変の地中熱循環ポンプ22と、地中熱源熱交換器45と、上記地中熱源熱交換器45を流通する上記第2冷媒C1と熱交換する熱源として(この例では地中に)設置された地中熱交換器23とが、熱媒配管としての地中熱配管21によって環状に接続されている。この地中熱配管21には、上記地中熱循環ポンプ22によって、エチレングリコールやプロピレングリコール等を添加した不凍液が熱媒H1(後述の図3及び図4参照)として循環されるとともに、上記熱媒H1を貯留し地中熱循環回路20の圧力を調整する地中用シスターン24が設けられている。なお、地中熱交換器23は、地中に設けられるのには限られず、例えば湖沼、貯水池、河川、海、温泉、井戸等の、比較的大容量の水源中に設けられ、それらから採放熱するようにしてもよい。
端末循環回路30は、上記第2熱交換器41と、上記第1熱交換器51と、ファンコイルや床暖房パネルやパネルコンベクタ等の負荷端末としての(この例では2台の)熱交換端末36とが、循環液配管としての負荷配管31によって上流側から順に環状に接続されている。なお、この例では、2つ熱交換端末36が、適宜のヘッダ(図示せず)を介して互いに並列に上記端末循環回路30において接続されている。上記負荷配管31には、端末循環回路30に上記循環液Lを循環させる循環液循環ポンプ32と、循環液Lを貯留し
端末循環回路30の圧力を調整する冷暖房用シスターン35とが設けられている。上記循環液循環ポンプ32は、この例では、定速(一定回転数)にて回転するように構成されている。また、上記熱交換端末36は、特に図示しない端末用リモコンによって運転と停止の切り替え操作が可能であり、運転中には当該熱交換端末36の内部に循環液Lが流通する一方、運転停止中には当該熱交換端末36の内部に循環液Lが流通しない。なお、熱交換端末36は、図2では2つが並列に設けられているが、1つまたは3つ以上設けられてもよく、数量や仕様が特に限定されるものではない。
このとき、端末循環回路30においては、上記第2熱交換器41と上記第1熱交換器51とが直列に接続されており、かつ、上記したように、端末循環回路30を循環する循環液Lの流れに対して、上記第2熱交換器41が上記第1熱交換器51よりも上流側に配設されている。すなわち、上記ヒートポンプ装置1は、地中熱源を利用して熱交換端末36側の循環液Lを加熱または冷却する地中熱ヒートポンプ回路40の第2熱交換器41と、空気熱源を利用して熱交換端末36側の循環液Lを加熱または冷却する空気熱ヒートポンプ回路50の第1熱交換器51とが、端末循環回路30に対して直列に接続された、複合熱源ヒートポンプ装置となっているものである。
なお、負荷配管31には、熱交換端末36から第2熱交換器41に流入する循環液Lの温度を検出する、循環液温度検出手段としての戻り液温度センサ34が設けられており、その検出結果は、上記地中熱制御装置61及び上記空気熱制御装置62へ入力される。なお、空気熱制御装置62は、戻り液温度センサ34に直接接続されず、上記地中熱制御装置61を介して戻り液温度センサ34の検出結果を取得する構成でもよい。
ここで、上記ヒートポンプ装置1は、上記の四方弁46,58の切替によって暖房運転を行う暖房装置、若しくは、冷房運転を行う冷房装置、として選択的に機能させることができる。次に、図3及び図4を用いてこの暖房運転及び冷房運転について説明する。
図3に、暖房運転時の状態を示す。なお、図示の煩雑を防止するために、図2に示していた各種の信号線は省略している。この図3に示す暖房運転時においては、上記地中熱ヒートポンプ回路40では、図示のように上記四方弁46が切り替えられることで、第2圧縮機43から吐出された第2冷媒C1を、第2熱交換器41、第2膨張弁44、地中熱源熱交換器45の順に流通させた後、第2圧縮機43に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の第2冷媒C1が上記第2圧縮機43で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する上記第2熱交換器41において、上記端末循環回路30を流れる循環液Lと熱交換を行って上記循環液Lに熱を放出し加熱しながら高圧の液体に変化する。こうして液体となった第2冷媒C1は上記第2膨張弁44において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する上記地中熱源熱交換器45において、上記地中熱循環回路20を流れる熱媒H1と熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱し、低温・低圧のガスとして再び上記第2圧縮機43へと戻る。
一方、上記空気熱ヒートポンプ回路50では、図示のように上記四方弁58が切り替えられることで、第1圧縮機53から吐出された第1冷媒C2を、第1熱交換器51、第1膨張弁54、空気熱源熱交換器55の順に流通させた後、第1圧縮機53に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の第1冷媒C2が上記第1圧縮機53で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する上記第1熱交換器51において、上記端末循環回路30を流れる循環液Lとの熱交換を行って上記循環液Lに熱を放出し加熱しながら高圧の液体に変化する。こうして液体となった第1冷媒C2は第1膨張弁54において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する上記空気熱源熱交換器55において、送風ファン56の作動により送られ
る空気と熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱し、低温・低圧のガスとして再び上記第1圧縮機53へと戻る。
また、地中熱循環回路20では、地中熱交換器23によって地中から地中熱が採熱され、その熱を帯びた上記熱媒H1が地中熱循環ポンプ22により地中熱源熱交換器45に供給される。そして、蒸発器として機能する上記地中熱源熱交換器45において、地中熱源熱交換器45の冷媒流路を流通する上記第2冷媒C1と、地中熱源熱交換器45の流体流路を流通する上記熱媒H1とで熱交換が行われ、地中熱交換器23にて採熱された地中熱が第2冷媒C1側に汲み上げられ上記のように第2冷媒C1が加熱される。
また、端末循環回路30では、循環液循環ポンプ32により上記第2熱交換器41に流入した循環液Lは、凝縮器として機能する上記第2熱交換器41において、地中熱循環回路20の熱媒H1と熱交換し上記のように加熱された上記第2冷媒C1との熱交換を行って加熱された後、凝縮器として機能する上記第1熱交換器51において、上記空気熱源熱交換器55で外気と熱交換し上記のように加熱された上記第1冷媒C2との熱交換を行ってさらに加熱される。こうして加熱された上記循環液Lは、その後、上記熱交換端末36に供給されて被空調空間を加熱する。
なお、上記においては、地中熱ヒートポンプユニット4および空気熱ヒートポンプユニット5の両方を動作させた暖房運転時の状態を図3に示して説明したが、これに限られない。すなわち、地中熱ヒートポンプユニット4単体のみを動作させての暖房運転や、空気熱ヒートポンプユニット5単体のみを動作させての暖房運転も可能なものである。
図4に、冷房運転時の状態を示す。なお、図示の煩雑を防止するために、図2に示していた各種の信号線は省略している。この図4に示す冷房運転時においては、上記地中熱ヒートポンプ回路40では、図示のように上記四方弁46が切り替えられることで、第2圧縮機43から吐出された第2冷媒C1を、地中熱源熱交換器45、第2膨張弁44、第2熱交換器41の順に流通させた後、第2圧縮機43に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の第2冷媒C1が上記第2圧縮機43で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する上記地中熱源交換機45において、上記地中熱循環回路20を流れる熱媒H1と熱交換を行って上記熱媒H1に熱を放出しながら高圧の液体に変化する。こうして液体となった第2冷媒C1は上記第2膨張弁44において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する上記第2熱交換器41において、上記端末循環回路30を流れる循環液Lと熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱し上記循環液Lを冷却した後、低温・低圧のガスとして再び上記第2圧縮機43へと戻る。
一方、上記空気熱ヒートポンプ回路50では、図示のように上記四方弁58が切り替えられることで、第1圧縮機53から吐出された第1冷媒C2を、空気熱源熱交換器55、第1膨張弁54、第1熱交換器51の順に流通させた後、第1圧縮機53に戻す流路を形成する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の第1冷媒C2が上記第1圧縮機53で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、凝縮器として機能する上記空気熱源熱交換器55において、送風ファン56の作動により送られる空気との熱交換を行って外気へ熱を放出しながら高圧の液体に変化する。こうして液体となった第1冷媒C2は上記第1膨張弁54において減圧されて低圧の液体となって蒸発しやすい状態となり、蒸発器として機能する上記第1熱交換器51において、上記端末循環回路30を流れる循環液Lと熱交換を行って蒸発してガスに変化することで吸熱し上記循環液Lを冷却した後、低温・低圧のガスとして再び上記第1圧縮機53へと戻る。
また、地中熱循環回路20では、上記熱媒H1が地中熱循環ポンプ22により地中熱源
熱交換器45に供給される。そして、凝縮器として機能する上記地中熱源熱交換器45において、地中熱源熱交換器45の冷媒流路を流通する上記第2冷媒C1と、地中熱源熱交換器45の流体流路を流通する上記熱媒H1とが対向して流れて熱交換が行われ、高温となっている第2冷媒C1の熱が熱媒H1側に放熱されて第2冷媒C1が冷却された後、熱媒H1の熱は地中熱交換器23によって地中へと放熱される。
また、端末循環回路30では、循環液循環ポンプ32により第2熱交換器41に流入した循環液Lは、蒸発器として機能する上記第2熱交換器41において、地中熱循環回路20の熱媒H1と熱交換し上記のように冷却された上記第2冷媒C1との熱交換を行って冷却された後、蒸発器として機能する上記第1熱交換器51において、上記空気熱源熱交換器55で外気と熱交換し上記のように冷却された上記第1冷媒C2との熱交換を行ってさらに冷却される。こうして冷却された循環液Lは、その後、上記熱交換端末36に供給されて被空調空間を冷却する。
なお、上記においては、地中熱ヒートポンプユニット4および空気熱ヒートポンプユニット5の両方を動作させた冷房運転時の状態を図4に示して説明したが、これに限られない。すなわち、地中熱ヒートポンプユニット4単体のみを動作させての冷房運転や、空気熱ヒートポンプユニット5単体のみを動作させての冷房運転も可能なものである。
次に、地中熱制御装置61及び空気熱制御装置62について説明する。上記地中熱制御装置61及び上記空気熱制御装置62は、詳細な図示を省略するが、各種のデータやプログラムを記憶する記憶部と、演算・制御処理を行う制御部とを備えている。まず、暖房運転時における、上記地中熱制御装置61及び上記空気熱制御装置62の機能的構成を図5により説明する。
図5に示すように、上記地中熱制御装置61は、圧縮機制御部61Aと、膨張弁制御部61Bと、ポンプ制御部61Cとを機能的に備えている。また、地中熱制御装置61は、熱交換端末36それぞれに備えられた端末制御装置36a及びメインリモコン60a(操作手段に相当)に対し、通信可能に接続されている(図2参照)。
圧縮機制御部61Aは、切替制御部61p(詳細は後述)を備えており、上記戻り液温度センサ34により検出された循環液L(温水)の温度(以下適宜、「戻り温水温度」という。図3参照)に応じて、上記第2圧縮機43の回転数を制御する。特にこの例では、圧縮機制御部61Aは、上記戻り液温度センサ34により検出される循環液Lの上記戻り温水温度が、例えば上記メインリモコン60aの操作に対応した所望の目標戻り温水温度となるように、上記第2圧縮機43の回転数を制御する。
膨張弁制御部61Bは、第2冷媒吐出温度センサ42aにより検出される第2冷媒C1の冷媒吐出温度に応じて、上記第2膨張弁44の弁開度を制御する。特にこの例では、膨張弁制御部61Bは、第2冷媒吐出温度センサ42aにより検出される第2冷媒C1の冷媒吐出温度が、例えば上記メインリモコン60aの操作に対応した制御上の目標温度となるように、上記第2膨張弁44の弁開度を制御する。
ポンプ制御部61Cは、上記第2冷媒温度センサ42bにより検出された第2冷媒C1の温度(このとき地中熱源熱交換器45は蒸発器として機能することから、以下適宜、「蒸発器入口冷媒温度」という)に応じて、上記地中熱循環ポンプ22の上記回転数を制御する(図2も参照)。特にこの例では、上記ポンプ制御部61Cは、上記第2冷媒温度センサ42bにより検出される上記第2冷媒C1の蒸発器入口冷媒温度が略一定値となるように、上記地中熱循環ポンプ22の上記回転数を制御する。
また、上記空気熱制御装置62は、圧縮機制御部62Aと、膨張弁制御部62Bと、ファン制御部62Cとを機能的に備えている。また空気熱制御装置62は、上記地中熱制御装置61に対し、通信可能に接続されている(図2参照)。
圧縮機制御部62Aは、切替制御部62p(詳細は後述)を備えており、上記戻り液温度センサ34により検出された上記戻り温水温度(図3参照)に応じて、上記第1圧縮機53の回転数を制御する。特にこの例では、圧縮機制御部62Aは、上記戻り液温度センサ34により検出される戻り温水温度が、例えば上記メインリモコン60aの操作に対応した所望の目標戻り温水温度となるように、上記第1圧縮機53の回転数を制御する。なお、この空気熱制御装置62の圧縮機制御部62Aと上記地中空気熱制御装置61の上記圧縮機制御部61Aとは、必要に応じて互いに連携しつつ、対象となる第2圧縮機43または第1圧縮機53の制御を行う。
膨張弁制御部62Bは、第1冷媒吐出温度センサ52aにより検出される第1冷媒C2の冷媒吐出温度に応じて、上記第1膨張弁54の弁開度を制御する。特にこの例では、膨張弁制御部62Bは、第1冷媒吐出温度センサ52aにより検出される第1冷媒C2の冷媒吐出温度が、例えば上記メインリモコン60aの操作に対応した制御上の目標温度となるように、上記第1膨張弁54の弁開度を制御する。なお、この空気熱制御装置62の膨張弁制御部62Bと上記地中空気熱制御装置61の上記膨張弁制御部61Bとは、必要に応じて互いに連携しつつ、対象となる第2膨張弁44または第1膨張弁54の制御を行う。
ファン制御部62Cは、上記外気温度センサ57により検出された外気の温度に応じて、上記送風ファン56の回転数を制御する(図2も参照)。
なお、図5を参照した以上の説明においては、暖房運転時における情報の入出力に基づいて説明したが、冷房運転時には図6に示すように地中熱制御装置61及び空気熱制御装置62の構成はそのままで入出力する情報の内容が異なる。すなわち、戻り液温度センサ34が検出する循環液Lの温度はいわゆる冷水の温度(以下適宜、「戻り冷水温度」という。図4参照)であり、この戻り冷水温度が各圧縮機制御部61A,62Aに入力される。また、圧縮機制御部61A,62Aは、上記戻り液温度センサ34により検出される戻り冷水温度が、例えば上記メインリモコン60aの操作に対応した所望の目標戻り冷水温度となるように、上記第2圧縮機43及び上記第1圧縮機53の回転数を制御する。さらに、第2冷媒温度センサ42bが検出する冷媒C1の温度、すなわち凝縮器出口冷媒温度(このとき地中熱源熱交換器45は凝縮器として機能している)が、ポンプ制御部61Cに入力される。
以上において、本実施形態のヒートポンプ装置1においては、地中熱制御装置61及び空気熱制御装置62側それぞれの圧縮機制御部61A,62Aに設けた切替制御部61p,62pにより、第2及び第1圧縮機43,53への主動力源/補助動力源の切替制御が行われる。
すなわち、本実施形態のヒートポンプ装置1は、上述したように地中熱源と空気熱源の2つの熱源を複合的に利用しているが、これら異なる熱源をいかに効率的に組み合わせて利用するか(言い替えれば、地中熱源と空気熱源との動力源割当ての切り替えや組み合わせをどのように決定するか)が重要である。しかし、流体(気相)である室外空気と、固体(固相)である地中の土とでは、それらの間で熱源としての特性や取り扱い方が大きく相違する。例えば、室外空気は夏期と冬期の温度変化が大きい一方、地中では通年を通して温度の変化が小さい。また、いずれの熱源も全体の熱容量は大きいものの、室外空気の場合は熱伝達速度が高くまたファンで送風することにより循環可能である一方、地中の土
の場合は熱伝達速度が低くまた固定化されて循環できない。このため、室外空気は外気全体での温度検出が容易であるが、地中の土は局部的に温度分布が偏りやすいため地中全体での温度検出が困難である。
以上のことから、本実施形態では、外気温度を基準として空気熱源と地中熱源の動力源割当ての切り替えや組み合わせを決定する。つまり、外気温度センサ57により検出される外気温度に基づき(図5及び図6参照)、各圧縮機制御部61,62がそれぞれ備える切替制御部61p,62p(切替制御手段に相当)が連携して、第2熱交換器41での熱交換と第1熱交換器51での熱交換との両方が実行可能な端末循環回路30において、いずれの熱交換を主としいずれの熱交換を補助とするかを切り替える。
例えば冷房運転時には、図7(a)に示すように、春期や秋期などでなどで上記外気温度があまり高くない場合(この例では30℃未満または35℃未満の場合。後述)には、外気への大きな放熱を期待できることから空気熱源を利用する上記第1圧縮機53が主動力源として優先的に駆動され、地中熱源を利用する上記第2圧縮機43は補助動力源として駆動される。
逆に夏期などで上記外気温度が比較的高い場合(この例では30℃以上または35℃以上の場合。後述)には、外気への放熱をあまり期待できないことから地中熱源を利用する上記第2圧縮機43が主動力源として優先的に駆動され、空気熱源を利用する上記第1圧縮機53は補助動力源として駆動される。
すなわち、本実施形態では、冷房運転を開始する際に、まず、外気温度が基準温度としての30℃未満であれば、空気熱ヒートポンプ回路50の第1圧縮機53を主動力源とすると共に、地中熱ヒートポンプ回路40の第2圧縮機43を補助動力源として、冷房運転を開始させる。また、外気温度が基準温度としての30℃以上であれば、地中熱ヒートポンプ回路40の第2圧縮機43を主動力源とすると共に、空気熱ヒートポンプ回路50の第1圧縮機53を補助動力源として、冷房運転を開始させる。
そして、本実施形態では、上記のようにして冷房運転を開始した後、外気温度が変化した場合には、その変化の度合いに応じて、適宜、上記主動力源と補助動力源とを入れ替える。すなわち、第2圧縮機43と第1圧縮機53の何れの動力源を主とするか、従(補助)とするかを入れ替える。
本実施形態では、上記切替制御部61p,62pは、上記外気温度センサ57により検出された外気温が所定のしきい値以上であるか否か、を切替条件とする。すなわち、外気温としきい値との大小に基づき上記動力源の割り当てを切り替えることで、上記第2熱交換器41での熱交換と上記第1熱交換器51での熱交換とのうちいずれの熱交換を主としいずれの熱交換を補助とするか、を切り替える。
すなわち、(冷房運転開始時の外気温度が30℃未満で)上記第1圧縮機53が主動力源、上記第2圧縮機43が補助動力源として運転開始した後、図8に示すように、外気温度が上昇して基準温度である35[℃]以上となるまで(35[℃]未満の場合)はそのまま上記第1圧縮機53を主動力源とし上記第2圧縮機43を補助動力源とする。その後、外気温度が35[℃]以上に上昇したら、地中熱源を利用する上記地中熱ヒートポンプ回路40の上記第2圧縮機43を主動力源とし、空気熱源を利用する上記空気熱ヒートポンプ回路50の上記第1圧縮機53を補助動力源とする。
逆に、(冷房運転開始時の外気温度が30℃以上で)上記第2圧縮機43が主動力源、上記第1圧縮機53が補助動力源として運転開始した後、図8に示すように、外気温度が
低下して30[℃]未満とならないうち(30[℃]以上の場合)はそのまま上記第2圧縮機43を主動力源とし上記第1圧縮機53を補助動力源とする。その後、外気温度が30[℃]未満に低下したら、空気熱源を利用する上記空気熱ヒートポンプ回路50の上記第1圧縮機53を主動力源とし、地中熱源を利用する上記地中熱ヒートポンプ回路40の上記第2圧縮機43を補助動力源とする。
すなわち、図8に矢印で示すように、前述のような外気温度の上昇方向では、主動力源と補助動力源を切り替える区切りとなる上記基準温度を35[℃]とする一方、外気温度の低下方向では、上記基準温度を変えて30[℃]とする(=主動力源/補助動力源の切り替え挙動にヒステリシスを持たせている)。
また例えば暖房運転時には、図7(b)に示すように、冬期などで上記外気温度が比較的低い場合(この例では2℃未満または5℃未満の場合。後述)には、外気から吸熱することにより空気熱源熱交換器55が着霜する問題があることから上記第2圧縮機43が主動力源として優先的に駆動され、上記第1圧縮機53は補助動力源として駆動される。
逆に秋期や春期などで上記外気温度があまり低くない場合(この例では2℃以上または5℃以上の場合。後述)には、外気から吸熱しても空気熱源熱交換器55が着霜しにくいことから上記第1圧縮機53が主動力源として優先的に駆動され、上記第2圧縮機43は補助動力源として駆動される。
すなわち、本実施形態では、暖房運転を開始する際に、まず、外気温度が基準温度としての5℃未満であれば、地中熱ヒートポンプ回路40の第2圧縮機43を主動力源とすると共に、空気熱ヒートポンプ回路50の第1圧縮機53を補助動力源として、暖房運転を開始させる。また、外気温度が基準温度としての5℃以上であれば、空気熱ヒートポンプ回路50の第1圧縮機53を主動力源とすると共に、地中熱ヒートポンプ回路40の第2圧縮機43を補助動力源として、暖房運転を開始させる。
そして、本実施形態では、上記のようにして暖房運転を開始した後、外気温度が変化した場合には、その変化の度合いに応じて、適宜、上記主動力源と補助動力源とを入れ替える。すなわち、第2圧縮機43と第1圧縮機53の何れの動力源を主とするか、従(補助)とするかを入れ替える。
すなわち、(暖房運転開始時の外気温度が5℃未満で)上記第2圧縮機43が主動力源、上記第1圧縮機53が補助動力源として運転開始した後、図9に示すように、外気温度が上昇して基準温度である5[℃]以上となるまで(5[℃]未満の場合)はそのまま上記第2圧縮機43を主動力源とし上記第1圧縮機53を補助動力源とする。その後、外気温度が5[℃]以上に上昇したら、空気熱源を利用する上記空気熱ヒートポンプ回路50の上記第1圧縮機53を主動力源とし、地中熱源を利用する上記地中熱ヒートポンプ回路40の上記第2圧縮機43を補助動力源とする。
逆に、(暖房運転開始時の外気温度が5℃以上で)上記第1圧縮機53が主動力源、上記第2圧縮機43が補助動力源として運転開始した後、図9に示すように、外気温度が低下して2[℃]未満とならないうち(2[℃]以上の場合)はそのまま上記第1圧縮機53を主動力源とし上記第2圧縮機43を補助動力源とする。その後、外気温度が2[℃]未満に低下したら、地中熱源を利用する上記地中熱ヒートポンプ回路40の上記第2圧縮機43を主動力源とし、空気熱源を利用する上記空気熱ヒートポンプ回路50の上記第1圧縮機53を補助動力源とする。
すなわち、図9に矢印で示すように、上記のような外気温度の上昇方向では、主動力源
と補助動力源を切り替える区切りとなる上記基準温度を5[℃]とする一方、外気温度の低下方向では、上記基準温度を変えて2[℃]とする(=主動力源/補助動力源の切り替え挙動にヒステリシスを持たせている)。
以上のように、外気温度が変化し、それまでの上記の主動力源・補助動力源の割り当てを入れ替えたほうが効率がよいとみなされた場合には、各切替制御部61p,62pによって第2圧縮機43及び第1圧縮機53に対する上記割り当てが入れ替えられ、それまで主動力源だった圧縮機が補助動力源として駆動され、補助動力源だった圧縮機が主動力源として駆動される。そして、上記戻り液温度センサ34により検出される循環液Lの上記戻り温水温度または上記戻り冷水温度が、例えば上記メインリモコン60aの操作に対応した所望の目標温度となるように、各圧縮機43,53の回転数(この例では、主動力源として駆動される圧縮機のみ)が制御される。
以上の基本構成及び作動であるヒートポンプ装置1において、本実施形態の特徴は、前記第2圧縮機43及び前記第1圧縮機53の制御において、低騒音モード、通常モード、の2つの動作モードを設けたことにある。以下、その詳細を順を追って説明する。
上述したように、本実施形態のヒートポンプ装置1においては、地中熱ヒートポンプ回路40の第2熱交換器41と空気熱ヒートポンプ回路50の第1熱交換器51とがともに負荷配管31に接続され、この例では上流側の第2熱交換器41で地中熱ヒートポンプ回路30側と熱交換した後に、下流側の第1熱交換器51で空気熱ヒートポンプ回路50側と熱交換した循環液Lが、2つ熱交換端末36に供給される。
このとき、空気熱ヒートポンプ回路50に設けられる空気熱源熱交換器55には、外気と熱交換するための前記送風ファン56が設けられており、筐体5Aのうち前記送風ファン56の周囲に前記開口部5B(図1参照)が設けられている。このため、特に空気熱ヒートポンプ回路50における熱交換量が多く第1圧縮機53の回転数が大きくなる場合には、その高回転数による大きな音が開口部5Bから空気熱ヒートポンプユニット5の外部へ漏れて、周囲環境への騒音が大きくなるおそれがある。
そこで本実施形態では、前記第1圧縮機53を制御する圧縮機制御部62A、及び、前記第2圧縮機43を制御する圧縮機制御部61Aが、通常モード及び低騒音モードの2つのモードを切替可能に備えている。そして、低騒音モードに切り替えられたときには、圧縮機制御部62Aは、第1圧縮機53の回転数の上限値を、通常モード時の回転数の上限値よりも小さい値とする。そしてこのとき、前述の圧縮機制御部62Aでの切替と連携し、圧縮機制御部61Aは、前記低騒音モードへの切替時において、第2圧縮機43の回転数の上限値を、通常モード時の回転数の上限値よりも大きい値とする。
上記低騒音モード及び通常モードからなる2つのモードにおける、第2圧縮機43及び第1圧縮機53の回転数の切替挙動の一例を、図10(a)及び図10(b)により説明する。この例では、空気熱ヒートポンプ回路50の第1圧縮機53が主動力源として駆動され、地中熱ヒートポンプ回路40の第2圧縮機43が補助動力源として駆動される場合を例にとって示している。また、以下では、理解の容易と説明の便宜のために、地中熱ヒートポンプユニット4と空気熱ヒートポンプユニット5とがほぼ同等の性能・仕様であり、圧縮機43,53の回転数が同等であれば互いに同じ出力となる場合を例にとって説明する。
前記通常モードの場合の挙動を図10(a)に示す。図10(a)において、この例では、例えば前記2つの熱交換端末36,36のうち1つの熱交換端末36が運転開始されることで、まず主動力源である第1圧縮機53(図中「空気熱利用(主)」の実線で示す
)が起動されて回転数が上昇を開始する。その後、時間t1で第1圧縮機53の回転数はRaまで上昇して一定となる。そのとき、その時間t1において補助動力源である第2圧縮機43(図中「地中熱利用(補助)」の一点鎖線で示す)が起動され、第2圧縮機43の回転数もその後時間t2でRl(<Ra)まで上昇して一定となる。
その後、例えば時間t3で残りの1つの熱交換端末36が運転開始されることによる負荷の増大に対応して、まず主動力源である第1圧縮機53の回転数が前記Raから上昇を開始し、時間t4で上限値Ramax(通常時第1上限値に相当)まで上昇してその後は一定となる。なお、このRamaxの値は、例えば第1圧縮機53の性能上の最高回転数である。その時間t4において、補助動力源である第2圧縮機43の回転数が前記Rlから上昇を開始し、時間t5で上限値Rlmax(<Ramax;通常時第2上限値に相当)まで上昇してその後は一定となる。
なお、上記のように、本願明細書においては、冷暖房負荷の増大に伴って先に回転数が増大する圧縮機が「主動力源」であり、それに後続して回転数が増大する圧縮機が「補助動力源」である。また、冷暖房負荷の減少に伴って先に回転数が減少する圧縮機が「補助動力源」であり、それに後続して回転数が減少する圧縮機が「主動力源」である。またこのとき、回転数の値そのものの大小関係は関係なく、「主動力源」である圧縮機の回転数が「補助動力源」である圧縮機の回転数よりも大きい場合もあるし、「主動力源」である圧縮機の回転数が「補助動力源」である圧縮機の回転数よりも小さい場合もあり得るものである。
前記低騒音モードの場合の挙動を図10(b)に示す。図10(b)において、前述と同様、例えば1つの熱交換端末36が運転開始されることで主動力源である第1圧縮機53が起動し、回転数が時間t1でRaまで上昇して一定となる。時間t1にて補助動力源である第2圧縮機43が起動し、回転数が時間t2でRl(<Ra)まで上昇して一定となる。
その後、例えば時間t3で残りの1つの熱交換端末36が運転開始されることによる負荷の増大に対応して、前述と同様、まず主動力源である第1圧縮機53の回転数が前記Raから上昇を開始する。但しこの低騒音モードの場合は、前述したように、第1圧縮機53の回転数の上限値は、図10(a)に示したRamaxよりも小さなRamax′に制限される。このため、上昇開始した第1圧縮機53の回転数は、前述の時間t4よりも早いタイミングの時間t4′で前記上限値Ramax′(低騒音時第1上限値に相当)に達して、その後はこの値で一定となる。これにより、前述の高回転数による騒音増大を軽減し、周囲環境への騒音を抑制することができる。
そしてこれに対応して、その時間t4′において、補助動力源である第2圧縮機43の回転数が前記Rlから上昇を開始し、時間t5′で前述の上限値Rlmaxよりも大きな上限値Rlmax′(低騒音時第2上限値に相当)にまで到達し、その後一定となる。このときの第2圧縮機43の回転数上限値Rlmax′は、第1圧縮機53の回転数上限値Ramax′よりも大きい(このRlmax′の値は、例えば第2圧縮機43の性能上の最高回転数であり、すなわち第2圧縮機43の回転数と第1圧縮機53の回転数の大小が、前述の通常モードの場合と逆転する態様となる)。これにより、前記第1圧縮機53の回転数上限値の低下による空気熱ヒートポンプ回路50側の出力低下分を、前記第2圧縮機43による回転数上限値の上昇による地中熱循環回路20側の出力向上によって補うことができる。
なお、上記通常モードと低騒音モードとの相互間での切替は、例えば上記メインリモコン60aを介した操作者(ユーザ)の手動切替指示によって行えば足りる。あるいは、予
め通常モードとなる時間帯、低騒音モードとなる時間帯が設定されており、通常モードの時間帯から低騒音モードの時間帯になるとき、低騒音モードの時間帯から通常モードの時間帯になるとき、にその設定された切替時間の到来時に対応して自動切替指示が発せられ、その指示に基づいて切替を行ってもよい。
そして、本実施形態においては、図8、図9で示すような外気温度変動による主動力源/補助動力源の切り替えがない限り、前記のようにして動作モードが切り替えられるときであっても、前述した第2圧縮機43及び第1圧縮機53に対する主動力源及び動力源の割り当ては、そのモード切替前後で(変化することなく)維持される。このことを図11及び図12を用いて説明する。
図11は、外気温5[℃]にて暖房運転が行われる場合の例である。前述のようにこの場合、上記第1圧縮機53が主動力源として優先的に駆動され、上記第2圧縮機43は補助動力源として駆動される。図示の例では、まず、例えば前述の2つの熱交換端末36,36が暖房運転されている。そして、前述の低騒音モードの結果、主動力源である空気熱利用の第1圧縮機53の回転数が70[rps]であり、補助動力源である地中熱利用の第2圧縮機43の回転数が第1圧縮機53よりも高い90[rps]となっており、前記負荷配管31内の循環液Lの温度(以下適宜、単に「温水温度」という。図示も同様)は目標温度の40[℃]で安定している状態である。
この状態から、例えば時間t11において、2つのうち1つの熱交換端末36が運転停止されると、暖房負荷が減少するためそのままでは出力過多となり、前記温水温度が上昇する。この上昇に対応し、時間t12になると、補助動力源である第2圧縮機43の回転数が90[rps]から低下を開始し、時間t13で30[rps]まで低下する(なお、この時間t13までの間、主動力源である第1圧縮機53の回転数は前記70[rps]に維持されたままである)。これにより、温水温度の上昇は止まり、その後、時間t14になると、主動力源である第1圧縮機53の回転数が後続して70[rps]から低下を開始し、これに伴って温水温度も低下しはじめる。
その後、第1圧縮機53の回転数は、時間t15で30[rps]まで低下する。その際、前記時間t13以降30[rps]に維持されていた第2圧縮機43の回転数は、この時間t15で0[rps]となり、すなわち第2圧縮機43が駆動停止される。そして時間t15以降は、第1圧縮機53のみが回転数30[rps]で駆動される。この結果、前記のようにして低下し続けていた温水温度は、下げ止まってほぼ安定する。
すなわち、図11に示した例では、低騒音モードによって、当初、主動力源である第1圧縮機53の回転数が補助動力源である第2圧縮機43の回転数よりも低いが、前述の暖房負荷の低下に伴って、(低回転数側である第1圧縮機53ではなく)高回転数側である第2圧縮機43の回転数が先行して低下するものである。
図12は、外気温−5[℃]にて暖房運転が行われる場合の例である。前述のようにこの場合、上記第2圧縮機43が主動力源として優先的に駆動され、上記第1圧縮機53は補助動力源として駆動される。図示の例では、前述と同様、まず2つの熱交換端末36,36が暖房運転されている。そして、前述の低騒音モードの結果、補助動力源である空気熱利用の第1圧縮機53の回転数が70[rps]であり、主動力源である地中熱利用の第2圧縮機43の回転数が第1圧縮機53よりも高い90[rps]となっており、前記温水温度が目標温度の40[℃]で安定している状態である。
この状態から、前述と同様、例えば時間t21において1つの熱交換端末36が運転停止され前記温水温度が上昇すると、この上昇に対応し、時間t22において補助動力源で
ある第1圧縮機53の回転数が70[rps]から低下を開始し、時間t23で30[rps]まで低下する(なお、この時間t23までの間、主動力源である第1圧縮機53の回転数は前記70[rps]に維持されたままである)。これにより、温水温度の上昇は止まり、その後、時間t24になると、主動力源である第2圧縮機43の回転数が後続して90[rps]から低下を開始し、これに伴って温水温度も低下しはじめる。
その後、第2圧縮機43の回転数は、時間t25で30[rps]まで低下する。その際、前記時間t23以降30[rps]に維持されていた第1圧縮機53の回転数は、この時間t25で0[rps]となり、すなわち第1圧縮機53が駆動停止される。そして時間t25以降は、第2圧縮機43のみが回転数30[rps]で駆動される。この結果、前記のようにして低下し続けていた温水温度は、下げ止まってほぼ安定する。
すなわち、図12に示した例では、低騒音モードによって、補助動力源である第1圧縮機53の回転数が主動力源である第2圧縮機43の回転数よりも低い状態にあり、前述の暖房負荷の低下に伴って、低回転数側である第1圧縮機53の回転数が(補助動力源であることから)そのまま第2圧縮機43に先行して低下するものである。
以上図11及び図12に示したように、低騒音モードにおいても、前述の外気温の高・低に応じて決められる第2圧縮機43及び第1圧縮機53に対する主動力源・補助動力源の割り当ては、変更されることなく維持される。
次に、以上の手法を実現するために、前記圧縮機制御部61A,62Aが協働して実行する制御手順を図13及び図14のフローチャートにより説明する。
まず、暖房運転時の制御手順を図13に示す。図13において、まずステップS5で、圧縮機制御部61A,62Aは、前述のような手動又は自動による低騒音モードへの切替指示があったか否かを判定する。低騒音モードの指示がない場合はステップS5の判定が満たされず(S5:No)、ステップS8に移行し、低騒音モードの指示がある場合はステップS5の判定が満たされ(S5:Yes)、ステップS7に移る。
ステップS7では、圧縮機制御部61A,62Aは、低騒音モードに対応する切り替えフラグFを「1」にする。その後、ステップS10に移行する。一方、ステップS8では、圧縮機制御部61A,62Aは、前記切り替えフラグFを「0」にする。その後、ステップS10に移行する。
ステップS10では、圧縮機制御部61A,62Aは、ヒートポンプ装置1が運転開始状態となったか否かを判定する。具体的には、運転開始状態とは、例えば、操作者による適宜のヒートポンプ装置1の運転開始操作がなされることで停止状態から起動される場合、若しくは、運転停止後から再起動してヒートポンプ装置1の運転が再び開始される場合(詳細は後述)、である。運転開始状態となるまではステップS10の判定が満たされず(S10:No)ループ待機し、運転開始状態となるとステップS10の判定が満たされ(S10:Yes)、ステップS11に移る。
ステップS11では、圧縮機制御部61A,62Aは、暖房運転を開始する際の、地中熱ヒートポンプ回路40の第2圧縮機43、及び、空気熱ヒートポンプ回路50の第1圧縮機53のいずれを主動力源とし、いずれを補助動力源とするかの設定を行う。すなわち、上記外気温度センサ57によって検出された外気温度が上記基準温度(前述の例では5℃)未満であれば、上記第2圧縮機43を主動力源とすると共に上記第1圧縮機53を補助動力源として、暖房運転を開始する。外気温度が上記基準温度(5℃)以上であれば、上記第1圧縮機53を主動力源とすると共に上記第2圧縮機43を補助動力源として、暖
房運転を開始する。その後、ステップS12に移る。
ステップS12では、圧縮機制御部61A,62Aは、前記切り替えフラグFが「1」であるか否かを判定する。切り替えフラグFが「0」であればステップS12の判定が満たされず(S12:No)、ステップS13に移行する。
ステップS13では、圧縮機制御部61A,62Aは、第2圧縮機43の回転数の上限値を前述の通常時第2上限値(図10(a)の例ではRlmax)とし、ステップS14に移行する。
ステップS14では、圧縮機制御部61A,62Aは、第1圧縮機53の回転数の上限値を前述の通常時第1上限値(図10(a)の例ではRamax)とする。その後、後述のステップS15に移行する。
一方、前記ステップS12で、切り替えフラグFが「1」であればステップS12の判定が満たされ(S12:Yes)、ステップS13′に移る。
ステップS13′では、圧縮機制御部61A,62Aは、第2圧縮機43の回転数の上限値を前述の通常時第2上限値よりも大きい低騒音時第2上限値(図10(b)の例ではRlmax′)とし、ステップS14′に移行する。
ステップS14′では、圧縮機制御部61A,62Aは、第1圧縮機53の回転数の上限値を前述の通常時第1上限値よりも小さい低騒音時第1上限値(図10(b)の例ではRamax′)とする。その後、ステップS15に移行する。
ステップS15では、圧縮機制御部61A,62Aは、ヒートポンプ装置1が運転終了状態となったか否かを判定する。すなわち、後述のような回転数の制御の下で暖房運転を行って暖房負荷が小さくなると、ヒートポンプ装置1を動作させずとも、上記端末循環回路30の上記戻り液温度センサ34で検出される循環液Lの上記戻り温水温度が上記目標戻り温水温度以上に達する場合がある。この場合は、上記地中熱制御装置61及び上記空気熱制御装置62による公知の制御によりヒートポンプ装置1が停止され、待機状態となる(すなわち、いったんヒートポンプ装置1の運転が終了される)。ステップS15では、圧縮機制御部61A,62Aは、ヒートポンプ装置1がこの待機状態となったか否かを判定するものである。運転終了状態(すなわち待機状態)となっていた場合はステップS15の判定が満たされ(S15:YES)、このフローを終了する。一方、運転終了状態(すなわち待機状態)となっていない間はステップS15の判定は満たされず(S15:NO)、ステップS20に移る。
ステップS20では、圧縮機制御部61A,62Aは、この時点で戻り液温度センサ34から検出された上記戻り温水温度が上記目標戻り温水温度(上記の例では40[℃])を下回っているか否かを判定する。戻り温水温度が目標戻り温水温度を下回っている場合、判定が満たされ(S20:YES)、ステップS25に移り、戻り温水温度が目標戻り温水温度を下回っていない場合、判定が満たされず(S20:NO)、ステップS30に移る。
ステップS25では、圧縮機制御部61A,62Aは、この時点の主動力源となっている圧縮機の回転数を増大する。なお、主動力源の圧縮機の回転数の増大だけに限らず、適宜、補助動力源の圧縮機の回転数も(主動力源の圧縮機の回転数の増大に後続するタイミングにて)増大させてもよい。この増大の際において、圧縮機回転数は、前記ステップS13、ステップS14、ステップS13′、ステップS14′で決定された上限値以下に
制限される。すなわち、ステップS25においては、圧縮機の回転数は、前記ステップS13、ステップS14、ステップS13′、ステップS14′で決定された上限値の範囲内で、戻り温水温度が目標戻り温水温度に等しくなるように、増大制御される。その後、上記ステップS15に戻り、以後は同じ手順を繰り返す。
ステップS30では、圧縮機制御部61A,62Aは、この時点の主動力源となっている圧縮機の回転数を低減する。なお、主動力源の圧縮機の回転数の低減だけに限らず、適宜、補助動力源の圧縮機の回転数も(主動力源の圧縮機の回転数の低減に先行するタイミングにて)低減させてもよい。その後、上記ステップS15に戻り、以後は同じ手順を繰り返す。
なお、図13に示したフローは、暖房運転開始時において通常モードから低騒音モードへの切替指示がなされた場合を例にとって説明したが、暖房運転開始後、その運転中に、通常モードから低騒音モードへの切替指示が出される場合もあり得る。この場合は、図13に示した制御内容からステップS10及びステップS11が省略(ステップS5よりも前にステップS10,S11に対応する内容の処理がすでに行われている)されたものが実行されることとなる。
なお、図13のフローにおける、ステップS5、ステップS7、ステップS8、ステップS12、ステップS13、ステップS14、ステップS13′、ステップS14′を実行する圧縮機制御部61A,62Aが、第1制御手段及び第2制御手段に相当している。
次に、冷房運転時の制御手順を図14に示す。図14において、まずステップS105で、前記ステップS5と同様、圧縮機制御部61A,62Aは、前記低騒音モードの指示があったか否かを判定する。低騒音モードの指示がなければステップS105の判定が満たされず(S105:No)、ステップS108に移行してステップS8と同様に前記切り替えフラグF=0とし、低騒音モードの指示があればステップS105の判定が満たされ(S105:Yes)、ステップS107に移行してステップS7と同様に前記切り替えフラグF=1とする。ステップS107、ステップS108の後はステップS110に移る。
ステップS110では、圧縮機制御部61A,62Aは、前記ステップS10と同様、ヒートポンプ装置1が運転開始状態となったか否かを判定し、運転開始状態となるまではステップS110の判定が満たされず(S110:No)ループ待機し、運転開始状態となるとステップS110の判定が満たされ(S110:Yes)、ステップS111に移る。
ステップS111では、圧縮機制御部61A,62Aは、前記ステップS11と同様、冷房運転を開始する際の、前記第2圧縮機43及び前記第1圧縮機53のいずれを主動力源とし、いずれを補助動力源とするかの設定を行う。すなわち、上記外気温度センサ57によって検出された外気温度が上記基準温度(前述の例では30℃)以上であれば、上記第2圧縮機43を主動力源とすると共に上記第1圧縮機53を補助動力源として、冷房運転を開始する。外気温度が上記基準温度(30℃)未満であれば、上記第1圧縮機53を主動力源とすると共に上記第2圧縮機43を補助動力源として、冷房運転を開始する。その後、ステップS112に移る。
ステップS112では、圧縮機制御部61A,62Aは、前記ステップS12と同様、F=1であるか否かを判定し、F=0であればステップS112の判定が満たされず(S112:No)ステップS113に移行し、F=1であればステップS112の判定が満たされ(S112:Yes)、ステップS113′に移る。
ステップS113では、前記ステップS13と同様、圧縮機制御部61A,62Aは、第2圧縮機43の回転数の上限値を通常時第2上限値とし、その後、ステップS114で、前記ステップS14と同様、第1圧縮機53の回転数の上限値を通常時第1上限値とし、ステップS115に移行する。
一方、ステップS113′では、前記ステップS13′と同様、圧縮機制御部61A,62Aは、第2圧縮機43の回転数の上限値を低騒音時第2上限値とし、その後、ステップS114′で、前記ステップS14′と同様、第2圧縮機43の回転数の上限値を低騒音時第1上限値とし、ステップS115に移行する。
ステップS115では、圧縮機制御部61A,62Aは、前記ステップS15と同様、ヒートポンプ装置1が運転終了状態となったか否かを判定する。すなわち、後述のような回転数の制御の下で冷房運転を行って冷房負荷が小さくなると、ヒートポンプ装置1を動作させずとも、上記端末循環回路30の上記戻り液温度センサ34で検出される循環液Lの上記戻り冷水温度が上記目標戻り冷水温度以下となる場合がある。この場合は、上記地中熱制御装置61及び上記空気熱制御装置62による公知の制御によりヒートポンプ装置1が停止され、待機状態となる(すなわち、いったんヒートポンプ装置1の運転が終了される)。ステップS115では、切替制御部61p,62pは、ヒートポンプ装置1がこの待機状態となったか否かを判定するものである。運転終了状態となっていた場合はステップS115の判定が満たされ(S115:YES)、このフローを終了する。一方、運転終了状態となっていない間はステップS115の判定は満たされず(S115:NO)、ステップS120に移る。
ステップS120では、圧縮機制御部61A,62Aは、この時点で戻り液温度センサ34から検出された上記戻り冷水温度が上記目標戻り冷水温度(上記の例では15[℃])を超えているか否かを判定する。戻り冷水温度が目標戻り冷水温度を超えている場合、判定が満たされ(S120:YES)、ステップS125に移り、上記戻り冷水温度が上記目標戻り冷水温度以下である場合、判定は満たされず(S120:NO)、ステップS130に移る。
ステップS125では、圧縮機制御部61A,62Aは、前記ステップS25と同様、この時点の主動力源となっている圧縮機の回転数を増大する(補助動力源についても同様)。この増大の際において、圧縮機回転数は、前記ステップS113、ステップS114、ステップS113′、ステップS114′で決定された上限値以下に制限される。すなわち、ステップS125においては、圧縮機の回転数は、前記ステップS113、ステップS114、ステップS113′、ステップS114′で決定された上限値の範囲内で、戻り冷水温度が目標戻り冷水温度に等しくなるように、増大制御される。その後、上記ステップS115に戻り、以後は同じ手順を繰り返す。
ステップS130では、圧縮機制御部61A,62Aは、前記ステップS30と同様、この時点の主動力源となっている圧縮機の回転数を低減する(補助動力源についても同様)。その後、上記ステップS115に戻り、以後は同じ手順を繰り返す。
なお、図14に示したフローは、冷房運転開始時において通常モードから低騒音モードへの切替指示がなされた場合を例にとって説明したが、冷房運転開始後、その運転中に、通常モードから低騒音モードへの切替指示が出される場合もあり得る。この場合は、図14に示した制御内容からステップS110及びステップS111が省略(ステップS105よりも前にステップS110,S111に対応する内容の処理がすでに行われている)されたものが実行されることとなる。
なお、図14のフローにおける、ステップS105、ステップS107、ステップS108、ステップS112、ステップS113、ステップS114、ステップS113′、ステップS114′を実行する圧縮機制御部61A,62Aが、第1制御手段及び第2制御手段に相当している。
以上説明したように、本実施形態のヒートポンプ装置1においては、前記低騒音モードに切り替えられたとき、圧縮機制御部62Aが第1圧縮機53の回転数の上限値を、通常モード時の回転数の上限値よりも小さい値とし、また圧縮機制御部61Aが、第2圧縮機43の回転数の上限値を、通常モード時の回転数の上限値よりも大きい値とする。これにより、前述の高回転数による騒音増大を軽減し、騒音を抑制することができる。また、上記回転数上限値の低下による空気熱ヒートポンプ回路50側の出力低下分を、上記回転数上限値の上昇による地中熱ヒートポンプ回路40側の出力向上によって補い、ヒートポンプ装置1全体としての出力を維持することができる。以上の結果、装置全体としての出力を維持しつつ、騒音の抑制を図ることができる。
また、本実施形態では特に、低騒音モードへの切替時に、開口部5Bを備えた空気熱ヒートポンプユニット5の筐体5A内に配置された第1圧縮機53の回転数上限値を低下させることで、確実に騒音抑制を図ることができる。
また、本実施形態では特に、メインリモコン60aの手動操作により(若しくは、予め定められた切替時間の到来により)、通常モードから低騒音モードへの切替を実行し、騒音抑制を図ることができる。
また、本実施形態では特に、図11及び図12を用いて前述したように、第2圧縮機43及び第1圧縮機53に対する主動力源及び補助動力源の割り当てがなされている状態で前記低騒音モードへの切替が実行されても、モード切替前後において動力源の割り当てが切り替えられることはなく、そのまま維持される。これにより、仮に、主動力源として駆動されている第1圧縮機53の回転数が、(低騒音モードへの切替によって)補助動力源として駆動されている第2圧縮機43の回転数よりも小さくなったとしても、その後の暖房又は冷房負荷の減少等によっていずれかの回転数を低下させるときには、効率の低い補助動力源である第2圧縮機43の回転数が先に低下し、効率の高い主動力源である第1圧縮機53の回転数は低下することなく維持される(例えば前述の図11の時間t12〜t14参照)。これにより、効率の高い第1圧縮機53の回転数を先に低下させる場合に比べて、装置全体の効率を向上することができる。
また、本実施形態では特に、図7〜図9等を用いて前述したように、切替制御部61p,62pにより、外気温としきい値との大小に基づき動力源の割り当てが切り替えられる。これにより、第2熱交換器41での熱交換と第1熱交換器51での熱交換とのうちいずれの熱交換を主としいずれの熱交換を補助とするか、を切り替えることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。
(1)地中熱利用の圧縮機の最大回転数を両モードで同等とする場合
すなわち、上記実施形態においては、図10(a)及び図10(b)を用いて前述したように、第2圧縮機43の回転数の上限値は、前記通常モードにおいては、第1圧縮機53の性能上の最高回転数であるRamaxよりも小さいRlmax(時間t5以降参照)であり、前記低騒音モードにおいては、Rlmaxよりも、最高回転数である大きな上限値Rlmax′となっていた。
しかしながらこれに限られるものではなく、図10(a)及び図10(b)に対応する図15(a)及び図15(b)に示すように、前記通常モードにおける、第2圧縮機43の回転数の上限値Rlmaxを、第1圧縮機53の性能上の最高回転数であるRamaxと同じ値(言い替えれば第2圧縮機43の性能上の最高回転数)としてもよい。
この場合、第2圧縮機43の回転数において、通常モードでの上限値Rlmaxと低騒音モードでの上限値Rlmax′とが同じ値となる。すなわち、いずれのモードにおいても、第2圧縮機43の回転数の上限値は前記の性能上の最高回転数となるものの、その範囲内で、特に低騒音モード時においては、空気熱ヒートポンプ回路50の前記第1圧縮機53の回転数上限値の低下による出力低下分を、前記第2圧縮機43による回転数の上昇による地中熱循環回路20側の出力向上によって補って、前記同様の効果を得ることができる。
(2)送風ファンの回転数への拡大適用
また例えば、以上においては、前記低騒音モードに切り替えられたとき、圧縮機制御部62Aが第1圧縮機53の回転数の上限値を、通常モード時の回転数の上限値よりも小さい値としたが、これに代えて、前記ファン制御部62Cにより、送風ファン56の回転数の上限値を、通常モード時の回転数の上限値(この場合の通常時第1上限値に相当)よりも小さい値(この場合の低騒音時第1上限値に相当)としてもよい。この場合も、前記同様、送風ファン56の高回転数による騒音増大を軽減し、周囲環境への騒音を抑制することができる。あるいは、前記第1圧縮機53の回転数上限値の制限と前記送風ファン56の回転数上限値の制限との両方を併せて行ってもよい。
(3)地中熱ヒートポンプ回路及び空気熱ヒートポンプ回路の熱交換器接続順序のバリエーション
また例えば、上記実施形態では、端末循環回路30において、循環する循環液Lの流れに対して、地中熱ヒートポンプ回路40の前記第2熱交換器41が空気熱ヒートポンプ回路50の前記第1熱交換器51よりも上流側に配設されている場合を例にとって説明したが、これに限られず、反対に前記第1熱交換器51が前記第2熱交換器41よりも上流側に配設されてもよい。さらには、端末循環回路30において前記第2熱交換器41と前記第1熱交換器51とが並列に接続されてもよい。
(4)地中熱源・回路構成等のバリエーション
また例えば、上記実施形態では、上記地中または上記比較的大容量の水源中に地中熱交換器23を設け、この地中熱熱交換器23で上記地中または上記水源と熱交換した熱媒H1を、地中熱循環回路20において循環させたが、これに限られない。すなわち、このような循環回路を構成するのではなく、開放型の管路を地中熱循環ポンプ22に接続するようにしても良い。この場合、地中熱循環ポンプ22の上流側(ポンプ流入側)及び下流側(ポンプ流出側)がそれぞれ前述の湖沼、貯水池、河川、海、温泉、井戸等の水源(あるいは一定温度の水を供給する冷水器でもよい)に接続され、その水源等の水を上記地中熱循環ポンプ22で直接汲み上げて使用する。すなわち、上記水源等の水は、ポンプ上流側に接続された管路(上流側管路)を通じて上記地中熱循環ポンプ22に供給され、ポンプ下流側に接続された管路(下流側管路)へ吐出された後、その下流側管路に設けられた上記地中熱源熱交換器45に導かれて上記第2冷媒C1と熱交換を行った後、さらに上記下流側管路を通じて上記水源等に戻される。この場合、上記上流側管路に接続される水源等と上記下流側管路に接続される水源等は同一のものでもよいし、別々のものでもよい。
また例えば、上記実施形態では、地中熱交換器23を1本だけ地中に設けた場合を例にとって説明しているが、これに限られず、地中熱交換器23は地中に複数設けられていて
もよい。その場合、それら複数の地中熱交換器23は互いに並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよい。
また、上記実施形態では、地中熱を用いた地中熱ヒートポンプ回路40と空気熱を用いた空気熱ヒートポンプ回路50とを1つずつ備えた複合熱源型のヒートポンプ装置に本発明を適用した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、地中熱ヒートポンプ回路40と空気熱ヒートポンプ回路50を含み3つ以上のヒートポンプ回路を備えた複合熱源型のヒートポンプ装置に適用してもよい。この場合には、1つのヒートポンプ回路の圧縮機だけを主動力源とし、それ以外の他のヒートポンプ回路の圧縮機を補助動力源としてもよい。
(5)その他
さらに、上記実施形態では、室内端末機として、1台または2台の熱交換端末36A、36Bが接続される場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち3台以上の室内端末機が接続される構成でも良い。