WO2023190233A1 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

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WO2023190233A1
WO2023190233A1 PCT/JP2023/011979 JP2023011979W WO2023190233A1 WO 2023190233 A1 WO2023190233 A1 WO 2023190233A1 JP 2023011979 W JP2023011979 W JP 2023011979W WO 2023190233 A1 WO2023190233 A1 WO 2023190233A1
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WO
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refrigerant
heat exchanger
flow rate
hot water
user
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Application number
PCT/JP2023/011979
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English (en)
French (fr)
Inventor
将弘 近藤
太貴 島野
和樹 須田
Original Assignee
株式会社富士通ゼネラル
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit

Definitions

  • the present invention relates to a heat pump device.
  • a refrigerant circuit that circulates refrigerant using a compressor, a water circuit that circulates water and generates hot water by exchanging heat with the refrigerant, and multiple A heat pump device that supplies hot water to an indoor unit.
  • a heat pump device generates hot water through heat exchange between water and a refrigerant, and uses a circulation pump to circulate the hot water to multiple indoor units, thereby regulating the temperature of the indoor space where the indoor units are installed.
  • the refrigerant circuit includes a low-source side circuit in which the first refrigerant circulates, and a high-source side circuit connected to the low-source circuit and in which a second refrigerant that exchanges heat with the first refrigerant circulates.
  • a two-way cycle may be used.
  • the water circuit is connected to the high source circuit and generates hot water by exchanging heat between the second refrigerant and the water.
  • defrosting operation may be performed using only the low source circuit, or defrosting operation may be performed using both the low source circuit and the high source circuit. Switch between performing defrosting operation on the low source side circuit and the high source side circuit. As a result, the temperature of the heat exchanger in the low source circuit is low and efficient defrosting operation can be achieved.
  • the present invention aims to provide a heat pump device that can ensure user comfort even during defrosting operation.
  • a heat pump device includes a low source side circuit, a high source side circuit, a water circuit, a user side terminal, and a control device.
  • the low source side circuit includes a first compressor, a first four-way valve, a refrigerant heat exchanger, a first pressure reduction means, and a heat source side heat exchanger, and the first refrigerant circulates therein.
  • the high source side circuit includes a second compressor, a second four-way valve, a water-refrigerant heat exchanger, a second pressure reduction means, and the refrigerant heat exchanger, and in the refrigerant heat exchanger, the first A second refrigerant is circulated that exchanges heat with the refrigerant.
  • the water circuit includes a circulation pump and the water-refrigerant heat exchanger, and generates hot water by exchanging heat with the second refrigerant in the water-refrigerant heat exchanger.
  • the user terminal is connected to the water circuit and includes a user heat exchanger and a flow rate regulating valve.
  • the control device includes a control unit that controls the first compressor, the first four-way valve, the first pressure reducing means, the second compressor, the second four-way valve, and the second pressure reducing means. have When the control unit determines that the heat source side heat exchanger is frosted, the control unit switches the first four-way valve to start a first defrosting operation, and performs the first defrosting operation.
  • the refrigerant circuit is further controlled to switch the second four-way valve and start a second defrosting operation.
  • the control unit operates the circulation pump with the flow rate adjustment valve open so that hot water flows into the usage-side heat exchanger. and controlling the flow rate regulating valve.
  • One aspect is that user comfort can be ensured even during defrosting operation.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the heat pump device of this embodiment.
  • FIG. 2 is a timing chart showing the operating states of the first compressor, second compressor, circulation pump, and flow rate adjustment valve during the first defrosting operation and the second defrosting operation.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the processing operation of the control device related to the defrosting operation processing.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a heat pump device 1 of this embodiment.
  • the heat pump device 1 shown in FIG. 1 includes a refrigerant circuit 2, a water circuit 3, a user terminal group 4, and a control device 5.
  • the refrigerant circuit 2 is a circuit in which a refrigerant circulates and heat is exchanged between the outside air and the refrigerant.
  • the water circuit 3 is a circuit in which water circulates and the water exchanges heat with the refrigerant from the refrigerant circuit 2.
  • the user terminal group 4 is arranged in an indoor space, and includes a plurality of user terminals 41 such as a floor heating device, a water heater, a fan convector, and the like.
  • the control device 5 controls the entire heat pump device 1 .
  • the refrigerant circuit 2 includes a low source circuit 10 in which a first refrigerant circulates, a high source circuit 20 connected to the low source circuit 10 and in which a second refrigerant that exchanges heat with the first refrigerant circulates; has.
  • the low source side circuit 10 includes a first compressor 11, a first four-way valve 12, a refrigerant heat exchanger 13, a first pressure reducing valve 14 which is a first pressure reducing means, and a heat source side heat exchanger. 15, which are connected to each other by respective refrigerant pipes 16.
  • the first compressor 11 is, for example, a high-pressure container type variable capacity compressor whose operating capacity can be varied in accordance with the drive of a motor (not shown) whose rotation speed is controlled by an inverter.
  • the refrigerant discharge side of the first compressor 11 and the first port 12A of the first four-way valve 12 are connected through a discharge pipe 16A. Further, the refrigerant suction side of the first compressor 11 and the fourth port 12D of the first four-way valve 12 are connected through a suction pipe 16D.
  • the first four-way valve 12 is a valve for switching the flow direction of the first refrigerant in the low source circuit 10, and includes first to fourth ports 12A to 12D.
  • the first port 12A is connected to the refrigerant discharge side of the first compressor 11 through a discharge pipe 16A.
  • the second port 12B is connected to one refrigerant inlet/outlet of the interrefrigerant heat exchanger 13 through a refrigerant pipe 16B.
  • the third port 12C is connected to one refrigerant inlet/outlet of the heat source side heat exchanger 15 through a refrigerant pipe 16C.
  • the fourth port 12D is connected to the refrigerant suction side of the first compressor 11 through a suction pipe 16D.
  • the interrefrigerant heat exchanger 13 is a cascade heat exchanger that exchanges heat between the first refrigerant circulating in the low source circuit 10 and the second refrigerant circulating in the high source circuit 20.
  • the refrigerant heat exchanger 13 functions as a condenser that condenses the first refrigerant passing therethrough during a hot water heating operation that generates hot water.
  • one refrigerant inlet/outlet and the second port 12B of the first four-way valve 12 are connected by a refrigerant pipe 16B.
  • the other refrigerant inlet/outlet and the first pressure reducing valve 14 are connected by a refrigerant pipe 16E.
  • the first pressure reducing valve 14 is an electronic expansion valve that is provided in the refrigerant pipe 16E and is driven by a pulse motor (not shown).
  • the opening degree of the first pressure reducing valve 14 is adjusted according to the number of pulses given to the pulse motor, thereby adjusting the amount of the first refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 15 during hot water heating operation. It is something.
  • the heat source side heat exchanger 15 is an air heat exchanger that exchanges heat between the outside air taken inside by the rotation of the fan 15A and the first refrigerant passing through the inside.
  • the heat source side heat exchanger 15 functions as an evaporator that evaporates the first refrigerant passing therethrough during hot water heating operation.
  • one refrigerant inlet/outlet and the third port 12C of the first four-way valve 12 are connected by a refrigerant pipe 16C.
  • the other refrigerant inlet/outlet and the first pressure reducing valve 14 are connected by a refrigerant 16F.
  • the low source side circuit 10 includes a condenser temperature sensor 17 that is provided between the refrigerant heat exchanger 13 and the first pressure reducing valve 14 and detects the refrigerant temperature of the first refrigerant in the condenser;
  • the evaporator temperature sensor 18 is provided between the heat source side heat exchanger 15 and the first pressure reducing valve 14 and detects the refrigerant temperature of the first refrigerant in the evaporator.
  • the high source side circuit 20 includes a second compressor 21, a second four-way valve 22, a water/refrigerant heat exchanger 23, a second pressure reducing valve 24 which is a second pressure reducing means, and a refrigerant heat exchanger. 13, which are connected to each other by respective refrigerant pipes 26.
  • the second compressor 21 is, for example, a high-pressure vessel type variable capacity compressor whose operating capacity can be varied in accordance with the drive of a motor (not shown) whose rotation speed is controlled by an inverter.
  • the refrigerant discharge side of the second compressor 21 and the first port 22A of the second four-way valve 22 are connected through a discharge pipe 26A. Further, the refrigerant suction side of the second compressor 21 and the fourth port 22D of the second four-way valve 22 are connected through a suction pipe 26D.
  • the second four-way valve 22 is a valve for switching the flow direction of the second refrigerant in the high side circuit 20, and includes first to fourth ports 22A to 22D.
  • the first port 22A is connected to the refrigerant discharge side of the second compressor 21 through a discharge pipe 26A.
  • the second port 22B is connected to one refrigerant inlet/outlet of the water-refrigerant heat exchanger 23 through a refrigerant pipe 26B.
  • the third port 22C is connected to one refrigerant inlet/outlet of the refrigerant heat exchanger 13 through a refrigerant pipe 26C.
  • the fourth port 22D is connected to the refrigerant suction side of the second compressor 21 through a suction pipe 26D.
  • the inter-refrigerant heat exchanger 13 functions as an evaporator that evaporates the second refrigerant passing therethrough during hot water heating operation.
  • one refrigerant inlet/outlet and the second port 22B of the second four-way valve 22 are connected by a refrigerant pipe 26B.
  • the other refrigerant inlet/outlet and the second pressure reducing valve 24 are connected by a refrigerant pipe 26F.
  • the second pressure reducing valve 24 is an electronic expansion valve that is provided in the refrigerant pipe 26F and is driven by a pulse motor (not shown).
  • the opening degree of the second pressure reducing valve 24 is adjusted according to the number of pulses given to the pulse motor, thereby adjusting the amount of the second refrigerant flowing into the refrigerant heat exchanger 13 during hot water heating operation. It is something.
  • the water-refrigerant heat exchanger 23 is a heat exchanger that exchanges heat between the second refrigerant passing through the interior and the water circulating in the water circuit 3.
  • the water-refrigerant heat exchanger 23 functions as a condenser that condenses the second refrigerant passing therethrough during hot water heating operation.
  • one refrigerant inlet/outlet and the third port 22C of the second four-way valve 22 are connected by a refrigerant pipe 26C.
  • the other refrigerant inlet/outlet and the second pressure reducing valve 24 are connected by a refrigerant pipe 26E.
  • the water circuit 3 generates hot water by exchanging heat between the second refrigerant circulating in the high source circuit 20 and the water circulating in the water circuit 3 .
  • the water circuit 3 includes a water refrigerant heat exchanger 23, a circulation pump 31, a tank 32, and a bypass pipe 33, which are connected to each other by pipes 34.
  • the water circuit 3 includes an outflow pipe 34A through which hot water flows out from the water-refrigerant heat exchanger 23 to the user-side terminal group 4, and an inflow pipe 34B through which hot water flows into the water-refrigerant heat exchanger 23 from the user-side terminal group 4. .
  • the circulation pump 31 is a pump whose operating capacity can be varied according to the drive of a motor (not shown) whose rotation speed is controlled by an inverter, for example, and which circulates water within the water circuit 3.
  • the tank 32 is a tank that stores water that is circulated within the water circuit 3.
  • the bypass pipe 33 is a pipe for bypassing the user terminal group 4 when blocking the outflow of hot water from the water circuit 3 to the user terminal group 4.
  • the user terminal group 4 includes a plurality of user terminals 41 , a branch pipe 42 , and a merging pipe 43 .
  • the branch pipe 42 is a pipe that branches hot water from the water circuit 3 to each user terminal 41.
  • the merging pipe 43 is a pipe that joins together the hot water that has passed through each user terminal 41 and returns the joined hot water to the water circuit 3.
  • the user-side terminal 41 has a user-side heat exchanger 46 and a flow rate adjustment valve 45.
  • the user-side heat exchanger 46 is a heat exchanger that exchanges heat between the hot water from the water circuit 3 branched from the branch pipe 42 and the air in the indoor space.
  • the flow rate adjustment valve 45 is a valve that adjusts the flow rate of hot water flowing from the branch pipe 42 into the user-side heat exchanger 46 .
  • Each user terminal 41 has a direct contact type terminal 41A and a forced convection type terminal 41B.
  • the direct contact type terminal 41A for example, a terminal that directly contacts the user adjusts the temperature of the indoor space using radiant heat obtained by flowing hot water from the water circuit 3 into a radiant panel that is a heat exchanger. This is a floor heating system.
  • the forced convection type terminal 41B is, for example, a fan convector, etc., which adjusts the temperature of the indoor space by blowing out air from a heat exchanger that exchanges heat with hot water from the water circuit 3 using forced convection such as a blower fan. .
  • the control device 5 includes a storage section 51 that stores various information, and a control section 52 that controls the entire heat pump device 1.
  • the storage unit 51 stores the terminal type and the operating state in association with each other for each piece of identification information that identifies the user terminal 41 in the user terminal group 4.
  • the terminal type is information that identifies the type of terminal, such as a direct contact type, forced convection type, or natural convection type, for example.
  • the operating state is information that identifies whether the user terminal 41 is operating or stopped.
  • the control unit 52 refers to the terminal type and operating state corresponding to the identification information of the user terminal 41 stored in the storage unit 51, and determines whether there is a direct contact type terminal 41A in operation.
  • the control unit 52 sets the first four-way valve 12 in a state where the first port 12A and the second port 12B communicate with each other, the third port 12C and the fourth port 12D communicate with each other, and The second four-way valve 22 is controlled so that the first port 22A and the second port 22B communicate with each other, and the third port 22C and the fourth port 22D communicate with each other.
  • the first refrigerant circulating in the low-temperature side circuit 10 and the second refrigerant circulating in the high-temperature side circuit 20 exchange heat in the refrigerant heat exchanger 13, and the second refrigerant becomes the first refrigerant. Absorbs heat from the refrigerant.
  • the control unit 52 controls the circulation pump 31 in the water circuit 3 and the user terminal 41 in order to operate the circulation pump 31 with the flow rate adjustment valve 45 open so that hot water flows into the user heat exchanger 46. Flow rate adjustment valve 45 is controlled.
  • control unit 52 determines that the heat source side heat exchanger 15 is frosted, it switches the first four-way valve 12 and starts the first defrosting operation. Thereafter, if the defrosting cannot be resolved by performing the first defrosting operation, the second four-way valve 22 is switched to start the second defrosting operation.
  • first port 12A and the third port 12C communicate with each other
  • second port 12B and the fourth port 12D communicate with each other. Switch as follows. Further, in the second four-way valve 22 at the start of the second defrosting operation, the first port 22A and the third port 22C communicate with each other, and the second port 22B and the fourth port 22D communicate with each other.
  • the control unit 52 causes hot water to flow into the user-side heat exchanger 46 in order to continue the hot water heating operation using the heat stored in the water circuit 3.
  • the circulation pump 31 and the flow rate adjustment valve 45 of the user terminal 41 are controlled so that the circulation pump 31 is operated with the flow rate adjustment valve 45 open as shown in FIG.
  • the control unit 52 controls the usage side heat exchanger of the direct contact type terminal 41A.
  • the circulation pump 31 and the flow rate adjustment valve 45 of the user terminal 41 are controlled to operate the circulation pump 31 with the flow rate adjustment valve 45A open so that hot water flows into the flow rate adjustment valve 46A.
  • the direct contact type terminal 41A the user tends to feel cold because hot water is not supplied during the defrosting operation. Therefore, even during the first defrosting operation, the hot water heating operation is continued using the heat stored in the water circuit 3, thereby suppressing a decrease in comfort.
  • control unit 52 is configured such that there is no direct contact type terminal 41A among the user terminals 41 during operation (there is no direct contact type terminal 41A among the user side terminals 41 during operation (there is no forced convection type terminal 41A in which the user is relatively less likely to feel cold even if hot water is temporarily not supplied).
  • the circulation pump 31 and the use side Controls the flow rate adjustment valve 45 of the terminal 41.
  • the control unit 52 refers to the terminal type and operating state corresponding to the identification information of the user terminal 41 stored in the storage unit 51, and determines whether there is a direct contact type terminal 41A in operation. Then, the control unit 52 determines whether or not there is a direct contact type terminal 41A in operation, and when starting the first defrosting operation, the control unit 52 determines whether or not there is a direct contact type terminal 41A in the user terminal 41 which is in operation. 41A exists, the circulation pump 31 and flow rate adjustment are performed in order to operate the circulation pump 31 with the flow rate adjustment valve 45A open so that hot water flows into the user-side heat exchanger 46A of the direct contact type terminal 41A. Control valve 45.
  • FIG. 2 is a timing chart showing the operating states of the first compressor 11, second compressor 21, circulation pump 31, and flow rate adjustment valve 45 during the first defrosting operation and the second defrosting operation.
  • the width of the shaded area perpendicular to the time axis in the figure indicates the magnitude of the output to each controlled object.
  • the rotation speed of the first compressor 11, second compressor 21, and circulation pump 31 increases as the width perpendicular to the time axis in the shaded area increases, and the flow rate adjustment valves 45A and 45B rotate along the time axis in the shaded area.
  • the larger the vertical width the larger the control amount, that is, the larger the opening degree.
  • the first compressor 11 is in the ON state
  • the second compressor 21 is in the ON state
  • the circulation pump 31 is in the ON state
  • the flow rate of the direct contact terminal 41A is adjusted.
  • the valve 45A is in an open state
  • the flow rate regulating valves 45B of the user terminals 41 other than the direct contact type terminal 41A are in an open state.
  • the operating state of the first compressor 11 is OFF, the operating state of the second compressor 21 is OFF, and the circulation pump 31 is in the OFF state.
  • the operating state is ON, the flow rate regulating valve 45A of the direct contact type terminal 41A is in the open state, and the flow rate regulating valve 45B of the user side terminal 41 other than the direct contact type terminal 41A is in the closed state. That is, when the four-way valve is switched, the direct contact type terminal 41A can maintain comfort by continuing the hot water heating operation using the warm water stored in the water circuit 3.
  • the operating state of the first compressor 11 is ON, the operating state of the second compressor 21 is OFF, and the operating state of the circulation pump 31 is ON (from the normal ON state).
  • the flow rate adjustment valve 45A of the direct contact type terminal 41A is in the open state, and the flow rate adjustment valve 45B of the user side terminal 41 other than the direct contact type terminal 41A is in the closed state. That is, in the first defrosting operation, only the low-temperature side circuit 10 is operated, and the circulation pump 31 is controlled so as to reduce the water flow rate compared to the hot water heating operation.
  • the direct contact type terminal 41A can maintain comfort by continuing the hot water heating operation using the heat stored in the water circuit 3.
  • the heat stored in the water circuit 3 is Hot water heating operation can be maintained for a long time.
  • the first compressor 11 is in the ON state
  • the second compressor 21 is in the ON state
  • the circulation pump 31 is in the ON state
  • the direct contact type terminal 41A is in the ON state.
  • the flow rate adjustment valve 45A of the terminal 41A is closed
  • the flow rate adjustment valve 45B of the user terminal 41 other than the direct contact type terminal 41A is closed. That is, in the second defrosting operation, the low source side circuit 10 and the high source side circuit 20 are operated, and the circulation pump 31 is returned to the normal water flow rate with the flow rate adjustment valves 45 of all the user side terminals 41 closed. .
  • the heat generated from the second compressor 21 of the high-end circuit 20 and the heat stored in the water circuit 3 can be used for defrosting, so the heat source Efficient defrosting of the side heat exchanger 15 can be realized.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the processing operation of the control device 5 related to the defrosting operation processing.
  • the control device 5 determines whether a defrosting start signal indicating the start of defrosting has been detected (step S11).
  • the defrosting start signal is generated when, for example, the temperature of the heat source side heat exchanger 15 detected by a sensor (not shown) is determined to be frosted when the temperature of the heat source side heat exchanger 15 is lower than a predetermined temperature (for example, -2° C.).
  • step S11 This is the signal output when When the control device 5 detects the defrosting start signal (step S11: Yes), the control device 5 refers to the type and operating state of the user terminal 41 in the storage unit 51 and determines whether the direct contact type terminal 41A is in operation. It is determined whether or not (step S12).
  • step S12 When the direct contact type terminal 41A is in operation (step S12: Yes), the control device 5 reduces the flow rate of the circulation pump 31 and opens the water circuit in order to open the flow rate adjustment valve 45 in the direct contact type terminal 41A. 3 and the flow rate adjustment valve 45 in the direct contact type terminal 41A (step S13).
  • the control device 5 starts a first defrosting operation using the low-side circuit 10 (step S14).
  • the control device 5 determines whether a defrosting completion signal indicating the completion of defrosting has been detected (step S15).
  • the defrosting completion signal is, for example, a signal that is output when the temperature of the heat source side heat exchanger 15 exceeds a predetermined temperature (for example, 5° C.).
  • control device 5 When the control device 5 detects the defrosting completion signal (step S15: Yes), it shifts to hot water heating operation (step S16), and ends the processing operation shown in FIG. 3. When the control device 5 has not detected the defrosting start signal (step S11: No), the control device 5 ends the processing operation shown in FIG. 3.
  • step S12 the control device 5 controls the water circuit 3 in order to close the flow rate adjustment valves 45 of all the user terminals 41 while stopping the circulation pump 31.
  • the circulation pump 31 and the flow rate adjustment valve 45 in the user terminal 41 are controlled (step S17). Note that when the circulation pump 31 is stopped, the operating state of the circulation pump 31 is OFF.
  • step S17 the control device 5 returns to the process in step S14 to start the first defrosting operation using the low-power side circuit 10.
  • step S15 determines whether a predetermined period of time has passed since the start of the first defrosting operation, or if the water-refrigerant has flowed out from the water-refrigerant heat exchanger 23. It is determined whether the temperature of the hot water is equal to or lower than a predetermined hot water temperature or not (step S18).
  • the predetermined time is set in advance through a test or the like, and is long enough to be determined as empty defrosting while the first defrosting operation is continued.
  • Air defrosting is when the temperature of the heat source side heat exchanger 15 falls below a predetermined temperature that is the defrosting start condition due to transient fluctuations, even though the heat source side heat exchanger 15 is not frosted. Otherwise, the defrosting operation will be executed. During air defrosting, the temperature of the heat source side heat exchanger 15 rises faster than when frost is actually formed, so by continuing the first defrosting operation for at least a predetermined time, air defrosting This prevents shifting to the second defrosting operation in the event of frost. Further, the predetermined hot water temperature is the minimum necessary hot water temperature (for example, 40° C.) to maintain comfort.
  • step S18: Yes the control device 5 operates the circulation pump in the water circuit 3 in order to close the flow rate adjustment valves 45 in all the user terminals 41 while operating the circulation pump 31. 31 and the flow rate adjustment valve 45 in the user terminal 41 (step S19). Note that the operation of the circulation pump 31 is when the operation state of the circulation pump 31 is ON.
  • step S19 After executing the process of step S19, the control device 5 starts a second defrosting operation using both the low-power side circuit 10 and the high-power side circuit 20 (step S20), as shown in FIG. It is determined whether a completion signal has been detected (step S21). When the control device 5 detects the defrosting completion signal (step S21: Yes), the control device 5 returns to the process of step S16, which shifts to hot water heating operation.
  • step S21: No when the control device 5 does not detect the defrosting completion signal (step S21: No), the control device 5 returns to the process of step S21 to determine whether the defrosting completion signal is detected. Further, if the predetermined time has not passed since the start of the first defrosting operation and the temperature of the hot water flowing out from the water-refrigerant heat exchanger 23 exceeds the predetermined temperature (step S18: No ), the process returns to step S15 to determine whether a defrosting completion signal has been detected.
  • the control device 5 of this embodiment when it is determined that the heat source side heat exchanger 15 is frosted during the hot water heating operation, the first four-way valve 12 is switched to start the first defrosting operation, If defrosting cannot be resolved by performing the first defrosting operation, the second four-way valve 22 is further switched to start the second defrosting operation.
  • the control device 5 operates the circulation pump 31 with the flow rate adjustment valve 45 open so that hot water flows into the user-side heat exchanger 46. As a result, by supplying hot water to the user terminal 41 even during the first defrosting operation, it is possible to suppress a decrease in comfort.
  • the control device 5 refers to the identification information and the operating state stored in the storage unit 51, determines whether or not there is a direct contact type terminal 41A among the operating user terminals 41, and starts the first defrosting operation. If there is a direct contact type terminal 41A among the user terminals 41 in operation at the time of starting, the flow rate adjustment valve 45A is set so that hot water flows into the user side heat exchanger 46A of the direct contact type terminal 41. The circulation pump 31 is operated in the open state. The control device 5 stops the circulation pump 31 when there is no direct contact type terminal 41A among the operating user terminals 41. As a result, a decrease in comfort can be suppressed by supplying hot water to the direct contact type terminal 41A, where the user tends to feel cold, even during the defrosting operation.
  • the control device 5 controls the flow rate of hot water to be circulated to the direct contact type terminal 41A when the direct contact type terminal 41A is present among the operating user terminals 41 when starting the first defrosting operation. is lower than the flow rate of hot water during hot water heating operation. As a result, comfort can be maintained while continuing the hot water heating operation of the direct contact type terminal 41.
  • the control device 5 supplies hot water to the user terminal 41 with the flow rate adjustment valve 45 of the user terminal 41 closed.
  • the second defrosting operation is started under controlled circulation.
  • the control device 5 is used with the flow rate adjustment valve 45 of the user terminal 41 closed when the temperature of the hot water flowing out of the water-refrigerant heat exchanger becomes lower than a predetermined temperature after the start of the first defrosting operation.
  • the second defrosting operation is started in a controlled state to circulate hot water to the side terminal 41.
  • the control device 5 controls the flow rate of hot water to be circulated to the direct contact type terminal 41A during the hot water heating operation.
  • the case where the flow rate adjustment valve 45A is controlled to be lower than the flow rate of hot water is illustrated.
  • the circulation pump 31 may be controlled so that the flow rate of hot water circulated to the direct contact type terminal 41A is smaller than the flow rate of hot water during hot water heating operation, and this can be changed as appropriate.
  • each component of each part shown in the drawings does not necessarily have to be physically configured as shown in the drawings.
  • the specific form of dispersion/integration of each part is not limited to what is shown in the diagram, but all or part of it may be functionally or physically distributed/integrated in arbitrary units depending on various loads, usage conditions, etc. can be configured.
  • processing functions performed in each device can be performed in whole or in part on a CPU (Central Processing Unit) (or a microcomputer such as an MPU (Micro Processing Unit) or an MCU (Micro Controller Unit)). You may also choose to execute it. Further, various processing functions may be executed in whole or in part on a program that is analyzed and executed by a CPU (or a microcomputer such as an MPU or MCU) or on hardware using wired logic. Needless to say.
  • a CPU Central Processing Unit
  • MPU Micro Processing Unit
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Abstract

ヒートポンプ装置は、低元側回路と、高元側回路と、水回路と、利用側端末と、制御装置とを有する。低元側回路は、第１の冷媒が循環する。高元側回路は、冷媒間熱交換器で第１の冷媒と熱交換する第２の冷媒が循環する。水回路は、水冷媒熱交換器で第２の冷媒と熱交換して温水を生成する。利用側端末は、水回路に接続され、利用側熱交換器、流量調整弁を有する。制御装置は、熱源側熱交換器が着霜していると判断した場合、第１の四方弁を切り替えて第１の除霜運転を開始して除霜が解消できない場合に、第２の四方弁を切り替えて第２の除霜運転を開始すべく、冷媒回路を制御する。制御部は、第１の除霜運転を開始する場合に、利用側熱交換器に温水が流入するように流量調整弁を開いた状態で循環ポンプを動作させるべく、循環ポンプ及び流量調整弁を制御する。除霜運転中でも利用者の快適性を確保できるヒートポンプ装置を提供する。

Description

ヒートポンプ装置
　本発明は、ヒートポンプ装置に関する。
　例えば、圧縮機を用いて冷媒が循環する冷媒回路と、水が循環し、冷媒と熱交換することで温水を生成する水回路とを備え、水回路に設けられた、循環ポンプを用いて複数の室内機に温水を供給するヒートポンプ装置が知られている。ヒートポンプ装置は、水と冷媒との熱交換で温水を生成し、循環ポンプを用いて温水を複数の室内機へ循環させることによって、室内機が設置された室内空間の温度を調節するようにしている。
　また、冷媒回路は、第１の冷媒が循環する低元側回路と、低元側回路と接続されて、第１の冷媒と熱交換する第２の冷媒が循環する高元側回路とを有する２元サイクルを採用する場合がある。そして、水回路は、高元側回路と接続されて第２の冷媒と水が熱交換することで温水を生成する。
　２元サイクルを採用した冷媒回路では、除霜運転としてリバース除霜を行う方法が提案されている。本方法では、暖房運転時の低元側回路の熱交換器の温度に応じて、低元側回路だけで除霜運転を行う場合と、低元側回路と高元側回路を併用して、低元側回路と高元側回路で除霜運転を行う場合とを切り替える。その結果、低元側回路の熱交換器の温度が低く効率的な除霜運転を実現できる。
特開２０１１－１２７８７８号公報
　しかしながら、除霜運転中は室内機側の熱交換器に供給する温水を生成しないため室内空間の温度は低下し、利用者の快適性は低下していく。また、従来のヒートポンプ装置では、霜を融かすために必要な熱量を確保するために、低元側回路をリバース除霜運転する際に高元側回路も使用して高元側回路の熱も除霜に利用する場合、高元側回路の第２の冷媒と水回路の水とが熱交換を行う水冷媒熱交換器の温度が氷点下になることがある。その結果、水冷媒熱交換器内の伝熱管内に滞留した水が氷結して伝熱管が破損するおそれがある。そこで、伝熱管内の氷結防止のため、除霜運転中に水ポンプの動作を継続させることが考えられる。ところが、水ポンプの動作を継続させた場合には、室内機側の熱交換器に低温の温水が流入することになるため、室内空間の温度が低下して利用者の快適性が損なわれてしまう。
　本発明ではこのような問題に鑑み、除霜運転中でも利用者の快適性を確保できるヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
　一つの態様のヒートポンプ装置は、低元側回路と、高元側回路と、水回路と、利用側端末と、制御装置とを有する。低元側回路は、第１の圧縮機、第１の四方弁、冷媒間熱交換器、第１の減圧手段、熱源側熱交換器を有し、第１の冷媒が循環する。高元側回路は、第２の圧縮機、第２の四方弁、水冷媒熱交換器、第２の減圧手段、前記冷媒間熱交換器を有し、前記冷媒間熱交換器において第１の冷媒と熱交換する第２の冷媒が循環する。水回路は、循環ポンプ、前記水冷媒熱交換器を有し、前記水冷媒熱交換器において前記第２の冷媒と熱交換することで温水を生成する。利用側端末は、前記水回路に接続され、利用側熱交換器、流量調整弁を有する。制御装置は、前記第１の圧縮機、前記第１の四方弁、前記第１の減圧手段、前記第２の圧縮機、第２の四方弁、前記第２の減圧手段を制御する制御部を有する。制御部は、前記熱源側熱交換器が着霜していると判断した場合、前記第１の四方弁を切り替えて第１の除霜運転を開始し、前記第１の除霜運転を行って除霜が解消できない場合に、更に前記第２の四方弁を切り替えて第２の除霜運転を開始するように前記冷媒回路を制御する。制御部は、前記第１の除霜運転を開始する場合に、前記利用側熱交換器に温水が流入するように前記流量調整弁を開いた状態で前記循環ポンプを動作させるべく、前記循環ポンプ及び前記流量調整弁を制御する。
　一つの側面として、除霜運転中でも利用者の快適性を確保できる。
図１は、本実施例のヒートポンプ装置の一例を示す説明図である。 図２は、第１の除霜運転及び第２の除霜運転時の第１の圧縮機、第２の圧縮機、循環ポンプ及び流量調整弁の動作状態を示すタイミングチャートである。 図３は、除霜運転処理に関わる制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。
　以下、図面に基づいて、本願の開示するヒートポンプ装置の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。また、以下に示す各実施例は、矛盾を起こさない範囲で適宜変形しても良い。
＜ヒートポンプ装置の構成＞
　図１は、本実施例のヒートポンプ装置１の一例を示す説明図である。図１に示すヒートポンプ装置１は、冷媒回路２と、水回路３と、利用側端末群４と、制御装置５とを有する。冷媒回路２は、その内部で冷媒が循環すると共に、外気と冷媒とが熱交換する回路である。水回路３は、その内部で水が循環すると共に、冷媒回路２からの冷媒と水とが熱交換する回路である。利用側端末群４は、室内空間に配置され、例えば、床暖房装置、湯沸かし器、ファンコンベクタ等の複数の利用側端末４１である。制御装置５は、ヒートポンプ装置１全体を制御する。
＜冷媒回路の構成＞
　冷媒回路２は、第１の冷媒が循環する低元側回路１０と、低元側回路１０と接続され、第１の冷媒と熱交換する第２の冷媒が循環する高元側回路２０と、を有する。低元側回路１０は、第１の圧縮機１１と、第１の四方弁１２と、冷媒間熱交換器１３と、第１の減圧手段である第１の減圧弁１４と、熱源側熱交換器１５と、を有し、これらが各冷媒配管１６で相互に接続されて構成される。
　第１の圧縮機１１は、例えば、インバータにより回転数が制御される図示しないモータの駆動に応じて、運転容量を可変できる高圧容器型の能力可変型圧縮機である。第１の圧縮機１１は、その冷媒吐出側と第１の四方弁１２の第１のポート１２Ａとが吐出管１６Ａで接続されている。また、第１の圧縮機１１は、その冷媒吸入側と第１の四方弁１２の第４のポート１２Ｄとが吸入管１６Ｄで接続されている。
　第１の四方弁１２は、低元側回路１０における第１の冷媒の流れる方向を切替えるための弁であって、第１～第４のポート１２Ａ～１２Ｄを備えている。第１のポート１２Ａは、第１の圧縮機１１の冷媒吐出側と吐出管１６Ａで接続されている。第２のポート１２Ｂは、冷媒間熱交換器１３の一方の冷媒出入口と冷媒管１６Ｂで接続されている。第３のポート１２Ｃは、熱源側熱交換器１５の一方の冷媒出入口と冷媒管１６Ｃで接続されている。そして、第４のポート１２Ｄは、第１の圧縮機１１の冷媒吸入側と吸入管１６Ｄで接続されている。
　冷媒間熱交換器１３は、低元側回路１０内を循環する第１の冷媒と高元側回路２０内を循環する第２の冷媒とを熱交換するカスケード熱交換器である。冷媒間熱交換器１３は、温水を生成する温水加熱運転時に内部を通過する第１の冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。冷媒間熱交換器１３は、その一方の冷媒出入口と第１の四方弁１２の第２のポート１２Ｂが冷媒管１６Ｂで接続されている。冷媒間熱交換器１３は、その他方の冷媒出入口と第１の減圧弁１４が冷媒管１６Ｅで接続されている。
　第１の減圧弁１４は、冷媒管１６Ｅに設けられており、図示しないパルスモータで駆動する電子膨張弁である。第１の減圧弁１４は、パルスモータに与えられるパルス数に応じて開度が調整されることで、温水加熱運転時に熱源側熱交換器１５に流入する第１の冷媒の冷媒量を調整するものである。
　熱源側熱交換器１５は、ファン１５Ａの回転により内部に取り込まれた外気と、内部を通過する第１の冷媒とを熱交換させる空気熱交換器である。熱源側熱交換器１５は、温水加熱運転時に内部を通過する第１の冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。熱源側熱交換器１５は、その一方の冷媒出入口と第１の四方弁１２の第３のポート１２Ｃが冷媒管１６Ｃで接続されている。熱源側熱交換器１５は、その他方の冷媒出入口と第１の減圧弁１４が冷媒１６Ｆで接続されている。
　更に、低元側回路１０は、冷媒間熱交換器１３と第１の減圧弁１４との間に設けられ、凝縮器での第１の冷媒の冷媒温度を検出する凝縮器温度センサ１７と、熱源側熱交換器１５と第１の減圧弁１４との間に設けられ、蒸発器での第１の冷媒の冷媒温度を検出する蒸発器温度センサ１８とを有する。
　高元側回路２０は、第２の圧縮機２１と、第２の四方弁２２と、水冷媒熱交換器２３と、第２の減圧手段である第２の減圧弁２４と、冷媒間熱交換器１３とを有し、これらが各冷媒配管２６で相互に接続されて構成される。
　第２の圧縮機２１は、例えば、インバータにより回転数が制御される図示しないモータの駆動に応じて、運転容量を可変できる高圧容器型の能力可変型圧縮機である。第２の圧縮機２１は、その冷媒吐出側と第２の四方弁２２の第１のポート２２Ａが吐出管２６Ａで接続されている。また、第２の圧縮機２１は、その冷媒吸入側と第２の四方弁２２の第４のポート２２Ｄが吸入管２６Ｄで接続されている。
　第２の四方弁２２は、高元側回路２０における第２の冷媒の流れる方向を切替えるための弁であって、第１～第４のポート２２Ａ～２２Ｄを備えている。第１のポート２２Ａは、第２の圧縮機２１の冷媒吐出側と吐出管２６Ａで接続されている。第２のポート２２Ｂは、水冷媒熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒管２６Ｂで接続されている。第３のポート２２Ｃは、冷媒間熱交換器１３の一方の冷媒出入口と冷媒管２６Ｃで接続されている。そして、第４のポート２２Ｄは、第２の圧縮機２１の冷媒吸入側と吸入管２６Ｄで接続されている。
　冷媒間熱交換器１３は、温水加熱運転時に内部を通過する第２の冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。冷媒間熱交換器１３は、その一方の冷媒出入口と第２の四方弁２２の第２のポート２２Ｂが冷媒管２６Ｂで接続されている。冷媒間熱交換器１３は、その他方の冷媒出入口と第２の減圧弁２４が冷媒管２６Ｆで接続されている。
　第２の減圧弁２４は、冷媒管２６Ｆに設けられており、図示しないパルスモータで駆動する電子膨張弁である。第２の減圧弁２４は、パルスモータに与えられるパルス数に応じて開度が調整されることで、温水加熱運転時に冷媒間熱交換器１３に流入する第２の冷媒の冷媒量を調整するものである。
　水冷媒熱交換器２３は、内部を通過する第２の冷媒と、水回路３を循環する水とを熱交換する熱交換器である。水冷媒熱交換器２３は、温水加熱運転時に内部を通過する第２の冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。水冷媒熱交換器２３は、その一方の冷媒出入口と第２の四方弁２２の第３のポート２２Ｃが冷媒管２６Ｃで接続されている。水冷媒熱交換器２３は、その他方の冷媒出入口と第２の減圧弁２４が冷媒管２６Ｅで接続されている。
＜水回路の構成＞
　水回路３は、高元側回路２０内を循環する第２の冷媒と水回路３内を循環する水とを熱交換することで温水を生成する。水回路３は、水冷媒熱交換器２３と、循環ポンプ３１と、タンク３２と、バイパス管３３と、を有し、これらが各配管３４で相互に接続されて構成される。水回路３は、水冷媒熱交換器２３から利用側端末群４に温水が流出する流出管３４Ａと、利用側端末群４から水冷媒熱交換器２３に温水が流入する流入管３４Ｂとを有する。
　循環ポンプ３１は、例えば、インバータにより回転数が制御される図示しないモータの駆動に応じて運転容量を可変でき、水回路３内に水を循環させるポンプである。タンク３２は、水回路３内を循環させる水を貯留するタンクである。バイパス管３３は、水回路３から利用側端末群４への温水の流出を遮断する場合に、利用側端末群４をバイパスするための配管である。
＜利用側端末群の構成＞
　利用側端末群４は、複数の利用側端末４１と、分岐管４２と、合流管４３とを有する。分岐管４２は、水回路３からの温水を各利用側端末４１に分岐する配管である。合流管４３は、各利用側端末４１を通過した温水を合流し、合流後の温水を水回路３に帰還する配管である。
　利用側端末４１は、利用側熱交換器４６と、流量調整弁４５とを有する。利用側熱交換器４６は、分岐管４２から分岐した水回路３からの温水と、室内空間の空気等とを熱交換する熱交換器である。流量調整弁４５は、分岐管４２から利用側熱交換器４６に流入する温水の流量を調整する弁である。
　各利用側端末４１は、直接接触方式の端末４１Ａ、強制対流方式の端末４１Ｂを有する。直接接触方式の端末４１Ａとしては、水回路３からの温水を熱交換する熱交換器である輻射パネルに流入させることで得た輻射熱で室内空間の温度を調整する、例えば、利用者に直接接触する床暖房装置である。強制対流方式の端末４１Ｂとしては、水回路３からの温水を熱交換する熱交換器の空気を送風ファン等の強制対流で吹き出すことで室内空間の温度を調整する、例えば、ファンコンベクタ等である。
＜制御装置の構成＞
　制御装置５は、各種情報を記憶する記憶部５１と、ヒートポンプ装置１全体を制御する制御部５２とを有する。記憶部５１は、利用側端末群４内の利用側端末４１を識別する識別情報毎に、端末種別及び運転状態を対応付けて記憶する。端末種別は、例えば、直接接触方式、強制対流方式や自然対流方式等の端末の種別を識別する情報である。運転状態は、利用側端末４１が運転中又は停止中であるかを識別する情報である。制御部５２は、記憶部５１に記憶中の利用側端末４１の識別情報に対応する端末種別及び運転状態を参照し、運転中の直接接触方式の端末４１Ａの有無を判別する。
　制御部５２は、温水加熱運転時に第１の四方弁１２を第１のポート１２Ａと第２のポート１２Ｂとが連通し、第３のポート１２Ｃと第４のポート１２Ｄが連通する状態とし、第２の四方弁２２を第１のポート２２Ａと第２のポート２２Ｂとが連通し、第３のポート２２Ｃと第４のポート２２Ｄが連通する状態とするように制御する。これにより、低元側回路１０を循環する第１の冷媒と高元側回路２０を循環する第２の冷媒とが冷媒間熱交換器１３において熱交換して、第２の冷媒が第１の冷媒から吸熱する。更に、制御部５２は、利用側熱交換器４６に温水が流入するように流量調整弁４５を開いた状態で循環ポンプ３１を動作させるべく、水回路３内の循環ポンプ３１及び利用側端末４１の流量調整弁４５を制御する。
　制御部５２は、熱源側熱交換器１５が着霜していると判断した場合、第１の四方弁１２を切り替えて第１の除霜運転を開始する。その後、第１の除霜運転を行って除霜が解消できない場合に、第２の四方弁２２を切り替えて第２の除霜運転を開始する。尚、第１の除霜運転開始時の第１の四方弁１２は、第１のポート１２Ａと第３のポート１２Ｃとが連通し、第２のポート１２Ｂと第４のポート１２Ｄとが連通するように切替える。また、第２の除霜運転開始時の第２の四方弁２２は、第１のポート２２Ａと第３のポート２２Ｃとが連通し、第２のポート２２Ｂと第４のポート２２Ｄとが連通するように切替える。更に、制御部５２は、第１の除霜運転を開始する場合に、水回路３に蓄熱された熱を利用して温水加熱運転を継続させるため、利用側熱交換器４６に温水が流入するように流量調整弁４５を開いた状態で循環ポンプ３１を動作させるべく、循環ポンプ３１及び利用側端末４１の流量調整弁４５を制御する。
　制御部５２は、第１の除霜運転を開始する際に運転中の利用側端末４１の中に直接接触方式の端末４１Ａが存在する場合に、直接接触方式の端末４１Ａの利用側熱交換器４６Ａに温水が流入するように流量調整弁４５Ａを開いた状態で循環ポンプ３１を動作させるべく、循環ポンプ３１及び利用側端末４１の流量調整弁４５を制御する。直接接触方式の端末４１Ａは、除霜運転中に温水が供給されないことで使用者が寒さを感じやすい。そのため、第１の除霜運転中においても水回路３に蓄熱された熱を利用して温水加熱運転を継続させることで快適性の低下を抑制する。尚、制御部５２は、運転中の利用側端末４１の中に直接接触方式の端末４１Ａが存在しない（一時的に温水が供給されなくなっても使用者が比較的寒さを感じにくい強制対流方式の端末４１Ｂのみが運転している）場合に、利用側熱交換器４６に温水が流入しないように流量調整弁４５を閉じた状態で循環ポンプ３１の動作を停止させるべく、循環ポンプ３１及び利用側端末４１の流量調整弁４５を制御する。
　制御部５２は、記憶部５１に記憶中の利用側端末４１の識別情報に対応する端末種別及び運転状態を参照し、運転中の直接接触方式の端末４１Ａの有無を判断する。そして、制御部５２は、運転中の直接接触方式の端末４１Ａの有無を判断結果に基づき、第１の除霜運転を開始する際に運転中の利用側端末４１の中に直接接触方式の端末４１Ａが存在する場合に、直接接触方式の端末４１Ａの利用側熱交換器４６Ａに温水が流入するように流量調整弁４５Ａを開いた状態で循環ポンプ３１を動作させるべく、循環ポンプ３１及び流量調整弁４５を制御する。
＜ヒートポンプ装置の動作＞
　図２は、第１の除霜運転及び第２の除霜運転時の第１の圧縮機１１、第２の圧縮機２１、循環ポンプ３１及び流量調整弁４５の動作状態を示すタイミングチャートである。図中の斜線部の時間軸に垂直な幅が各制御対象への出力の大きさを示している。つまり、第１の圧縮機１１、第２の圧縮機２１、循環ポンプ３１は斜線部の時間軸に垂直な幅が大きいほど回転数が大きく、流量調整弁４５Ａ、４５Ｂは斜線部の時間軸に垂直な幅が大きいほど制御量が大きい、つまり、開度が大きいことを示している。温水加熱運転では、第１の圧縮機１１の動作状態はＯＮ状態、第２の圧縮機２１の動作状態はＯＮ状態、循環ポンプ３１の動作状態はＯＮ状態、直接接触方式の端末４１Ａの流量調整弁４５Ａは開状態、直接接触方式の端末４１Ａ以外の他の利用側端末４１の流量調整弁４５Ｂは開状態とする。
　温水加熱運転から第１の除霜運転に移行する際の四方弁切替時では、第１の圧縮機１１の動作状態はＯＦＦ状態、第２の圧縮機２１の動作状態はＯＦＦ状態、循環ポンプ３１の動作状態はＯＮ状態、直接接触方式の端末４１Ａの流量調整弁４５Ａは開状態、直接接触方式の端末４１Ａ以外の他の利用側端末４１の流量調整弁４５Ｂは閉状態とする。つまり、四方弁切替時では、直接接触方式の端末４１Ａは、水回路３内の蓄熱された温水で温水加熱運転を継続することで快適性を維持できる。
　第１の除霜運転では、第１の圧縮機１１の動作状態はＯＮ状態、第２の圧縮機２１の動作状態はＯＦＦ状態、循環ポンプ３１の動作状態はＯＮ状態（通常のＯＮ状態時よりも水流量を少なくする）、直接接触方式の端末４１Ａの流量調整弁４５Ａは開状態、直接接触方式の端末４１Ａ以外の他の利用側端末４１の流量調整弁４５Ｂは閉状態とする。つまり、第１の除霜運転では、低元側回路１０のみを動作し、温水加熱運転に比較して水流量を少なくするように循環ポンプ３１を制御する。直接接触方式の端末４１Ａ以外の他の利用側端末４１への放熱量を抑制するため利用側熱交換器４６Ｂへの温水の供給を停止する。その結果、直接接触方式の端末４１Ａは、水回路３内に蓄熱された熱で温水加熱運転を継続することで快適性を維持できる。第１の除霜運転時に循環ポンプ３１の水流量を少なくし、直接接触方式の端末４１Ａ以外の他の利用側端末４１への放熱量を抑制することで、水回路３内に蓄熱された熱を利用した温水加熱運転を長く維持できる。
　第２の除霜運転では、第１の圧縮機１１の動作状態はＯＮ状態、第２の圧縮機２１の動作状態はＯＮ状態、循環ポンプ３１の動作状態はＯＮ状態、直接接触方式の端末４１Ａの流量調整弁４５Ａは閉状態、直接接触方式の端末４１Ａ以外の他の利用側端末４１の流量調整弁４５Ｂは閉状態とする。つまり、第２の除霜運転では、低元側回路１０及び高元側回路２０を動作し、全利用側端末４１の流量調整弁４５を閉じた状態で循環ポンプ３１を通常の水流量に戻す。その結果、高元側回路２０の第２の圧縮機２１から発生する熱や水回路３に蓄熱された熱を除霜に利用できるため、水冷媒熱交換器２３の氷結を抑制しながら、熱源側熱交換器１５の効率的な除霜を実現できる。
　図３は、除霜運転処理に関わる制御装置５の処理動作の一例を示すフローチャートである。図３において制御装置５は、除霜の開始を示す除霜開始信号を検出したか否かを判定する（ステップＳ１１）。尚、除霜開始信号は、例えば、図示しないセンサにより検出された熱源側熱交換器１５の温度が所定温度（例えば、－２℃）以下となる熱源側熱交換器１５が着霜と判断される場合に出力される信号である。制御装置５は、除霜開始信号を検出した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、記憶部５１内の利用側端末４１の種別及び運転状態を参照し、直接接触方式の端末４１Ａが運転中であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。
　制御装置５は、直接接触方式の端末４１Ａが運転中の場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、循環ポンプ３１の流量を小さくし、直接接触方式の端末４１Ａ内の流量調整弁４５を開くべく、水回路３内の循環ポンプ３１及び直接接触方式の端末４１Ａ内の流量調整弁４５を制御する（ステップＳ１３）。
　制御装置５は、図２に示すように、低元側回路１０を使用した第１の除霜運転を開始する（ステップＳ１４）。制御装置５は、除霜の完了を示す除霜完了信号を検出したか否かを判定する（ステップＳ１５）。尚、除霜完了信号は、例えば、熱源側熱交換器１５の温度が所定温度（例えば、５℃）を超えた場合に出力される信号である。
　制御装置５は、除霜完了信号を検出した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、温水加熱運転に移行し（ステップＳ１６）、図３に示す処理動作を終了する。制御装置５は、除霜開始信号を検出していない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、図３に示す処理動作を終了する。
　制御装置５は、直接接触方式の端末４１Ａが運転中でない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、循環ポンプ３１を停止しながら、全利用側端末４１の流量調整弁４５を閉じるべく、水回路３内の循環ポンプ３１及び利用側端末４１内の流量調整弁４５を制御する（ステップＳ１７）。尚、循環ポンプ３１の停止は、循環ポンプ３１の動作状態がＯＦＦである。そして、制御装置５は、ステップＳ１７の処理を実行した後、低元側回路１０を使用した第１の除霜運転を開始すべく、ステップＳ１４の処理に戻る。
　制御装置５は、ステップＳ１５にて除霜完了信号を検出していない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、第１の除霜運転の開始から所定時間が経過したか、水冷媒熱交換器２３から流出する温水の温度が温水所定温度以下であるか、のいずれかの条件を満たしているか否かを判定する（ステップＳ１８）。所定時間は、第１の除霜運転を継続させた状態で空除霜と判断できる程度の時間が試験等により予め設定される。空除霜とは、熱源側熱交換器１５の温度が過渡的な変動によって除霜開始条件となる所定温度以下となってしまい、熱源側熱交換器１５に着霜していないのにも関わらず除霜運転を実行してしまうことである。空除霜の時は、実際に着霜している場合と比較して熱源側熱交換器１５の温度上昇が早いので、少なくとも所定時間は第１の除霜運転を継続させることで、空除霜の際に第２の除霜運転に移行してしまうことを防いでいる。また、温水所定温度は、快適性を維持するために最低限必要な温水の温度（例えば４０℃）である。制御装置５は、上記の条件を満たした場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、循環ポンプ３１を動作させながら、全ての利用側端末４１内の流量調整弁４５を閉じるべく、水回路３内の循環ポンプ３１及び利用側端末４１内の流量調整弁４５を制御する（ステップＳ１９）。尚、循環ポンプ３１の動作は、循環ポンプ３１の動作状態がＯＮである。
　制御装置５は、ステップＳ１９の処理を実行した後、図２に示すように低元側回路１０と高元側回路２０を併用した第２の除霜運転を開始し（ステップＳ２０）、除霜完了信号を検出したか否かを判定する（ステップＳ２１）。制御装置５は、除霜完了信号を検出した場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、温水加熱運転に移行するステップＳ１６の処理に戻る。
　また、制御装置５は、除霜完了信号を検出しなかった場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、除霜完了信号を検出したか否かを判定すべく、ステップＳ２１の処理に戻る。また、制御装置５は、第１の除霜運転開始から所定時間を経過していない、且つ、水冷媒熱交換器２３から流出する温水の温度が所定温度を超えている場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、除霜完了信号を検出したか否かを判定すべく、ステップＳ１５の処理に戻る。
＜実施例の効果＞
　本実施例の制御装置５では、温水加熱運転中に熱源側熱交換器１５が着霜していると判断した場合、第１の四方弁１２を切り替えて第１の除霜運転を開始し、第１の除霜運転を行って除霜が解消できない場合に、更に第２の四方弁２２を切り替えて第２の除霜運転を開始する。制御装置５は、第１の除霜運転を開始する場合に、利用側熱交換器４６に温水が流入するように流量調整弁４５を開いた状態で循環ポンプ３１を動作させる。その結果、第１の除霜運転中でも利用側端末４１に温水を供給することで快適性の低下を抑制できる。
　制御装置５は、記憶部５１に記憶中の識別情報及び運転状態を参照し、運転中の利用側端末４１の中に直接接触方式の端末４１Ａの有無を判断し、第１の除霜運転を開始する際に運転中の利用側端末４１の中に直接接触方式の端末４１Ａが存在する場合に、直接接触方式の端末４１の利用側熱交換器４６Ａに温水が流入するように流量調整弁４５Ａを開いた状態で循環ポンプ３１を動作させる。制御装置５は、運転中の利用側端末４１の中に直接接触方式の端末４１Ａが存在しない場合に、循環ポンプ３１を停止させる。その結果、利用者が寒さを感じやすい直接接触方式の端末４１Ａには除霜運転中も温水を供給することで快適性の低下を抑制できる。
　制御装置５は、第１の除霜運転を開始する際に運転中の利用側端末４１の中に直接接触方式の端末４１Ａが存在する場合に、直接接触方式の端末４１Ａに循環させる温水の流量を温水加熱運転時の温水の流量より少なくする。その結果、直接接触方式の端末４１の温水加熱運転を継続しながら快適性を維持できる。
　制御装置５は、第１の除霜運転の開始から所定時間が経過しても除霜が完了しない場合に、利用側端末４１の流量調整弁４５を閉めた状態で利用側端末４１に温水を循環させるように制御した状態で第２の除霜運転を開始する。その結果、低元側回路１０のみの第１の除霜運転と比較して、高元側回路２０と水回路３の熱を除霜に利用できるため、除霜運転の時間を短縮できる。そして、霜を融かすのに十分な熱量を確保して短い時間で除霜を完了できるので、効率的な除霜運転を実現できる。
　制御装置５は、第１の除霜運転の開始後に水冷媒熱交換器を流出した温水の温度が所定温度以下になった場合に、利用側端末４１の流量調整弁４５を閉めた状態で利用側端末４１に温水を循環させるように制御した状態で第２の除霜運転を開始する。その結果、低元側回路１０のみの第１の除霜運転と比較して、高元側回路２０と水回路３の熱を除霜に利用できるため、除霜運転の時間を短縮できる。そして、霜を融かすのに十分な熱量を確保して短い時間で除霜を完了できるので、効率的な除霜運転を実現できる。
　尚、制御装置５は、第１の除霜運転を開始する際に運転中の直接接触方式の端末４１Ａが存在する場合に、直接接触方式の端末４１Ａに循環させる温水の流量を温水加熱運転時の温水の流量より少なくするように流量調整弁４５Ａを制御する場合を例示した。しかしながら、直接接触方式の端末４１Ａに循環させる温水の流量を温水加熱運転時の温水の流量より少なくするように循環ポンプ３１を制御しても良く、適宜変更可能である。
　また、図示した各部の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。
　更に、各装置で行われる各種処理機能は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）（又はＭＰＵ（Micro　Processing　Unit）、ＭＣＵ（Micro　Controller　Unit）等のマイクロ・コンピュータ）上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良い。また、各種処理機能は、ＣＰＵ（又はＭＰＵ、ＭＣＵ等のマイクロ・コンピュータ）で解析実行するプログラム上、又はワイヤードロジックによるハードウェア上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良いことは言うまでもない。
　１　ヒートポンプ装置
　２　冷媒回路
　３　水回路
　４　利用側端末群
　５　制御装置
　１０　低元側回路
　１１　第１の圧縮機
　１２　第１の四方弁
　１３　冷媒間熱交換器
　１５　熱源側熱交換器
　２０　高元側回路
　２１　第２の圧縮機
　２２　第２の四方弁
　２３　水冷媒熱交換器
　３１　循環ポンプ
　４１　利用側端末
　４５　流量調整弁
　４６　利用側熱交換器
　４１Ａ　直接接触方式の端末
　５１　記憶部
　５２　制御部

Claims (8)

  1. 　第１の圧縮機、第１の四方弁、冷媒間熱交換器、第１の減圧手段、熱源側熱交換器を有し、第１の冷媒が循環する低元側回路と、
    　第２の圧縮機、第２の四方弁、水冷媒熱交換器、第２の減圧手段、前記冷媒間熱交換器を有し、前記冷媒間熱交換器において第１の冷媒と熱交換する第２の冷媒が循環する高元側回路と、
    　循環ポンプ、前記水冷媒熱交換器を有し、前記水冷媒熱交換器において前記第２の冷媒と熱交換することで温水を生成する水回路と、
    　前記水回路に接続され、利用側熱交換器、流量調整弁を有する利用側端末と、
    　前記第１の圧縮機、前記第１の四方弁、前記第１の減圧手段、前記第２の圧縮機、第２の四方弁、前記第２の減圧手段を制御する制御装置とを備え、
    　前記制御装置は、
    　前記熱源側熱交換器が着霜していると判断した場合、前記第１の四方弁を切り替えて第１の除霜運転を開始し、前記第１の除霜運転を行って除霜が解消できない場合に、更に前記第２の四方弁を切り替えて第２の除霜運転を開始するように前記冷媒回路を制御し、
    　前記第１の除霜運転を開始する場合に、前記利用側熱交換器に温水が流入するように前記流量調整弁を開いた状態で前記循環ポンプを動作させるべく、前記循環ポンプ及び前記流量調整弁を制御する制御部を有することを特徴とするヒートポンプ装置。
  2. 　前記利用側端末を複数台備え、
    　前記制御部は、
    　前記第１の除霜運転を開始する際に運転中の前記利用側端末の中に直接接触方式の端末が存在する場合に、前記直接接触方式の端末の前記利用側熱交換器に温水が流入するように前記流量調整弁を開いた状態で前記循環ポンプを動作させると共に、
    　前記運転中の前記利用側端末の中に前記直接接触方式の端末が存在しない場合に、前記循環ポンプの動作を停止させるべく、前記循環ポンプ及び前記流量調整弁を制御することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
  3. 　前記制御装置は、
    　前記利用側端末毎に、前記利用側端末の種別を識別する識別情報及び、前記利用側端末の運転状態を記憶する記憶部を有し、
    　前記制御部は、
    　前記記憶部に記憶中の前記識別情報及び前記運転状態を参照し、運転中の利用側端末の中に前記直接接触方式の端末の有無を判断し、前記第１の除霜運転を開始する際に運転中の前記利用側端末の中に直接接触方式の端末が存在する場合に、前記直接接触方式の端末の前記利用側熱交換器に温水が流入するように前記流量調整弁を開いた状態で前記循環ポンプを動作させるべく、前記循環ポンプ及び前記流量調整弁を制御することを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ装置。
  4. 　前記制御部は、
    　前記第１の除霜運転を開始する際に運転中の前記利用側端末の中に前記直接接触方式の端末が存在する場合に、前記直接接触方式の端末に循環させる前記温水の流量を温水加熱運転時の前記温水の流量より少なくするように、前記ポンプ及び前記流量調整弁を制御することを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ装置。
  5. 　前記制御部は、
    　前記第１の除霜運転の開始から所定時間が経過しても除霜が完了しない場合に、前記利用側端末の前記流量調整弁を閉めた状態で前記利用側端末に前記温水を循環させるように、前記循環ポンプ及び前記流量調整弁を制御した状態で前記第２の除霜運転を開始することを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ装置。
  6. 　前記制御部は、
    　前記第１の除霜運転の開始から前記所定時間が経過するまで前記水冷媒熱交換器から流出する前記温水の温度が温水所定温度を超えない場合に前記第１の除霜運転による除霜が完了できないものと判断することを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ装置。
  7. 　前記直接接触方式の端末は、
    　床暖房装置であることを特徴とする請求項２～６の何れか一つに記載のヒートポンプ装置。
  8. 　前記利用側端末は、
    　強制対流方式の端末又は自然対流方式の端末を含むことを特徴とする請求項１～６の何れか一つに記載のヒートポンプ装置。
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