热泵装置 |
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| 申请号 | CN201280076240.9 | 申请日 | 2012-10-05 | 公开(公告)号 | CN104704302B | 公开(公告)日 | 2017-05-17 |
| 申请人 | 三菱电机株式会社; | 发明人 | 加藤央平; | ||||
| 摘要 | 热 泵 装置(40)从室外空气和其他热源双方采热，在该热泵装置(40)中，控制装置(30)通过对追加的热源的 温度 与当前的制冷剂温度进行比较来判断在单独运转中能 力 不够的情况下向同时运转的切换。若为制热运转，则在追加的热源的温度比当前的制冷剂温度高的情况下，切换到同时运转，在追加的热源的温度为当前的制冷剂温度以下的情况下，继续进行单独运转。作为其他的判断方法，若为制热运转，则推定追加后的制冷剂温度，在推定出的制冷剂温度比当前的制冷剂温度高的情况下，切换到同时运转，在推定出的制冷剂温度为当前的制冷剂温度以下的情况下，继续进行单独运转。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种热泵装置，其特征在于，具有： |
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| 说明书全文 | 热泵装置技术领域[0001] 本发明涉及使用多个热源的热泵装置。 背景技术[0002] 通常，制冷制热装置以及供热水机所使用的热泵装置以空气为热源。 [0003] 另外，在室外气温低的地域，也开始利用在制热时利用地下热的热泵装置。 [0004] 在将空气的热用作热源的空气热源热泵装置中，当在制热运转时室外气温低的情况下，有时会因吸入压力的降低或结霜等而导致制热功率的降低。这样，热泵装置的运转效率取决于室外气温。 [0005] 在利用地下热的地下热热泵装置中，在地下温度比室外气温高的情况下，由于能够使采热量增多，因此运转效率相比空气热源热泵装置增高。但是，在地下温度比室外气温低的情况下，地下热热泵装置相比空气热源热泵装置，运转效率反而恶化。 [0006] 另外，虽然地下温度与室外气温相比全年的温度变化小，但是温度变化幅度因地域以及深度、季节而不同，相比空气热源热泵装置，运转效率有时仍然会恶化。 [0007] 作为解决这些问题的手段，在专利文献1中公开有如下技术：对设置于地上并以室外空气为热源的空气热源热交换器、以及将由埋设于地下的地下热交换器采集的地下热作为热源的地下热源热交换器进行切换。在专利文献1中，对流路进行切换，以便在室外气温为规定值以上或制冷剂温度为规定值以上(例如空气热源交换器结霜的温度以上)的情况下，利用空气热源交换器，在制冷剂温度为规定值以下的情况下，利用地下热源热交换器。 [0008] 在先技术文献 [0009] 专利文献 [0010] 专利文献1：日本特开2010-216783号公报(图1、图4) 发明内容[0011] 发明要解决的课题 [0012] 在专利文献1中，采用分开使用地下热交换器和空气热交换器而从任一方采热的结构。但是，若进而也能够从室外空气和地下同时采热并能够对分开使用地下热交换器和空气热交换器而从任一方采热的运转(以下称为单独运转)以及从室外空气和地下同时采热的运转(以下称为同时运转)进行切换，则例如当在单独运转中能力不够时，可以切换到同时运转来补偿能力不足。 [0013] 但是，并不一定是只要切换到同时运转即可增强能力。根据室外气温以及热源温度，也有时会导致切换到同时运转反而使得作为热泵整体的采热量减少、依然不能得到所需能力。 [0014] 因此，对从单独运转向同时运转的切换可靠地进行判断是很重要的。但是，在专利文献1中，原本就不进行同时运转，针对单独运转和同时运转的切换判断未进行任何研究。 [0015] 但是，近年来，作为热泵装置中的热源，除室外空气之外，如上所述开始利用地下热，但也希望利用地下热之外的其他热源。 [0016] 本发明鉴于上述点而作出，其目的在于提供一种热泵装置，在从室外空气和其他热源双方采热的热泵装置中，能够可靠地判断从单独运转向同时运转的切换来有效利用热源。 [0017] 用于解决课题的方案 [0018] 本发明的热泵装置的特征在于，具有：制冷剂回路，所述制冷剂回路具有第一回路和第二回路，所述第一回路具有压缩机、利用侧热交换器的制冷剂流路、第一减压装置、以及将作为第一热源的室外空气用作热源的第一热源热交换器，将第二减压装置以及第二热源热交换器的制冷剂流路串联连接而构成所述第二回路，所述第二回路与第一回路的第一减压装置以及第一热源热交换器并列连接，压缩机的排出侧与第一、第二热源热交换器和利用侧热交换器中的用作冷凝器的一方连接；热交换介质回路，所述热交换介质回路具有第二热源热交换器的热交换介质流路，与不同于室外空气的别的热源进行热交换而吸收别的热源的热的第二热源即热交换介质在所述热交换介质回路中循环；利用侧热交换器出口温度检测器，所述利用侧热交换器出口温度检测器对从利用侧热交换器的利用侧介质流路流出的利用侧介质的出口温度进行检测；以及控制装置，所述控制装置具有单独运转和同时运转，所述单独运转是选择第一热源热交换器或第二热源热交换器而使制冷剂流动的运转，所述同时运转是使制冷剂在第一热源热交换器和第二热源热交换器双方流动的运转，当在当前运转中的单独运转中能力不够而不能使由利用侧热交换器出口温度检测器检测到的利用侧介质出口温度成为目标温度的情况下，所述控制装置判断是否通过追加热源而使得能力提高，在判断为能力提高时，从单独运转切换到同时运转。 [0019] 发明的效果 [0021] 图1是表示应用本发明一实施方式的热泵装置的空调系统的制冷剂回路的图。 [0022] 图2是表示图1的空调系统中的制热运转时的运转状态与热源温度即室外气温和地下温度之间的关系的图。 [0023] 图3是表示图1的空调系统中的制冷运转时的运转状态与热源温度即室外气温和地下温度之间的关系的图。 [0025] 图5是表示图1的空调系统中的压缩机转速与制冷剂流速之间的关系的图。 [0026] 图6是表示图1的空调系统中的风量与热交换器性能之间的关系的图。 [0027] 图7是表示图1的空调系统中的运转状态的变化的图。 [0028] 图8是图1的空调系统中的制热运转时的运转切换控制的流程图。 [0029] 图9是表示图1的空调系统中追加了热源时的制冷剂温度的推定方法的流程图。 [0030] 图10是表示图1的空调系统中的制冷剂回路的变形例的图。 具体实施方式[0031] 在以下说明的实施方式中，对应用热泵装置的系统是进行制热或制冷的空调系统这种情形进行说明。 [0032] 图1是表示应用本发明一实施方式的热泵装置的空调系统的制冷剂回路的图。图1的箭头表示制热运转时的制冷剂的流动。 [0033] 空调系统100具有热泵装置40和利用侧装置50，该利用侧装置50具有供利用侧介质循环的利用侧回路51并将热泵装置40作为热源进行制热或制冷。 [0034] <<热泵装置>> [0035] 热泵装置40具有制冷剂循环的制冷剂回路10、地下热源侧回路20、控制装置30、以及存储装置31，被设置于屋外。 [0036] <制冷剂回路> [0037] 制冷剂回路10具有第一回路10a以及与第一回路10a的一部分并列连接的第二回路10b，在该第一回路10a中，用制冷剂配管依次连接压缩机1、切换制冷剂的流路的主制冷剂流路切换阀即四通阀2、利用侧热交换器即水热交换器3、第一减压装置即膨胀阀4a、以及第一热源热交换器即空气热源热交换器5a。第二回路10b将第二减压装置即膨胀阀4b与第二热源热交换器即地下热源热交换器5b的制冷剂流路41串联连接而构成，并与第一回路10a的膨胀阀4a以及空气热源热交换器5a并列连接。 [0038] (压缩机) [0039] 压缩机1是例如全密闭式压缩机，具有电动机部(未图示)以及压缩部(未图示)被收纳于压缩机壳体(未图示)的结构。向压缩机1吸入的低压制冷剂被压缩成高温高压制冷剂后从压缩机1排出。压缩机1由控制装置30经由变频器(未图示)进行转速控制，从而控制热泵装置40的能力。在此，关于压力的高低，并非由与作为基准的压力(数值)之间的关系来确定，而是通过压缩机1的加压、各膨胀阀4a、4b的开闭状态(开度)的控制等，在制冷剂回路10内，基于相对的高低(包括中间)来表示。关于温度的高低也相同。 [0040] (水热交换器) [0041] 水热交换器3使利用侧装置50的利用侧回路51内的利用侧介质(在此为水)与制冷剂回路10内的制冷剂进行热交换。在利用侧回路51中，利用泵52使水循环，在进行制热的情况下，水热交换器3作为冷凝器发挥作用，利用制冷剂回路10的制冷剂的热加热水而生成热水。在进行制冷的情况下，水热交换器3作为蒸发器发挥作用，利用制冷剂回路10的制冷剂的冷能来冷却水而生成冷水。利用该热水或冷水对室内进行制热或制冷。该热交换器的形态包括将板层叠的板式、或由制冷剂流动的传热管和水流动的传热管构成的双重管式等，在本实施方式中可以使用任一方。另外，在利用侧回路51中循环的利用侧介质不限于水，也可以是载冷剂等防冻液。 [0042] (膨胀阀) [0043] 膨胀阀4a对流过空气热源热交换器5a的制冷剂流量进行调整。另外，膨胀阀4b对流过地下热源热交换器5b的制冷剂流路41的制冷剂流量进行调整。各膨胀阀4a、4b的开度基于来自控制装置30的控制信号可变地被设定。膨胀阀4a、4b除能够根据电信号改变开度的电子膨胀阀之外，也可以将多个节流孔或毛细管并列连接并通过电磁阀等的开闭阀操作来控制向热交换器流入的制冷剂流量。 [0044] (空气热源热交换器) [0046] (四通阀) [0047] 四通阀2用于切换制冷剂回路10的流动。通过切换流路，在制热运转时可以将水热交换器3用作冷凝器，在制冷运转时可以将水热交换器3用作蒸发器。 [0048] <<地下热源侧回路>> [0049] 热交换介质回路即地下热源侧回路20用配管依次连接地下热源热交换器5b的地下热源侧介质流路(热交换介质流路)42、埋设于地下的地下热交换器21、以及地热用泵22而构成。在地下热源侧回路20中，作为载冷剂等防冻液即热交换介质的地下热源侧介质循环，从而能够采集地下热。 [0050] (地下热交换器) [0051] 作为地下热源侧介质向地下热源热交换器5b流入的热源热交换器的地下热交换器21，例如由形成为大致U形且垂直或水平地埋设于地下的树脂制的采热管群构成。即便埋设相同大小的采热管群，地下热交换器21的热交换性能也因其埋设的地域以及深度而不同。 [0052] (地下热源热交换器) [0053] 地下热源热交换器5b进行在制冷剂回路10中循环的制冷剂与在地下热源侧回路20中循环的地下热源侧介质之间的热交换。由地下热交换器21采集了地下热的地下热源侧介质流入到地下热源热交换器5b的地下热源侧介质流路42，因此，由地下热交换器21从地下采集的热被传递到制冷剂流路41侧的制冷剂。由此，制冷剂回路10采集地下热。地下热源热交换器5b与水热交换器3同样地，由板式或双重管式等构成，可以使用任一方。 [0054] <控制装置> [0055] 控制装置30基于来自各传感器的检测值，进行各促动器(压缩机1、风扇8、地热用泵22、泵52)的转速控制以及膨胀阀4a、4b的开度控制，以使利用侧回路51的出口水温成为与空调系统100的设定温度相应的目标水温。另外，控制装置30进行包括四通阀2的切换控制、后述的图8以及图9的流程图的处理在内的空调系统整体的控制。 [0056] <存储装置> [0057] 在存储装置31中存储用于计算空气热源热交换器5a以及地下热源热交换器5b各自当前的热交换性能的各种信息。关于各种信息，将在后面论述。 [0058] <传感器的说明> [0059] 在热泵装置40中，根据需要设置有温度或压力传感器。各传感器的检测值被输入到控制装置30，用于热泵装置40的运转控制、例如压缩机1的容量控制、以及膨胀阀4a、4b的开度控制。在图1中，具有第一热源温度检测器即室外气温传感器34a、第二热源温度检测器即地热温度传感器34b、制冷剂温度检测器即制冷剂温度传感器32、以及利用侧热交换器出口温度检测器即出口水温检测传感器53。 [0060] 室外气温传感器34a检测作为热源的室外空气的温度。地热温度传感器34b对在地下热交换器21中与地下之间进行热交换而由地热用泵22汲取的地下热源侧介质的温度进行检测。制冷剂温度传感器32检测制冷剂回路10的吸入压力的饱和温度。另外，制冷剂温度传感器32如图1所示，也可以是检测压缩机1的吸入侧的压力的吸入压力传感器33，在该情况下由控制装置30从制冷剂压力换算制冷剂饱和温度即可。出口水温检测传感器53检测利用侧回路51的出口水温(水热交换器3的利用侧介质流路的出口水温)。 [0061] 以下，对空调系统100中的制热运转以及制冷运转进行说明。另外，热泵装置40可以进行使用空气热源和地下热源双方的同时运转、以及使用空气热源或地下热源的单独运转，分别对其进行说明。 [0062] (制热运转) [0063] 接着，针对本实施方式中的制热运转的运转动作，依次说明同时运转、单独运转。在制热运转时，四通阀2切换到图1的实线侧。 [0064] (制热运转：同时运转) [0065] 图2是表示图1的空调系统100中的制热运转时的运转状态与热源温度即室外气温和地下温度之间的关系的图。在此，地下温度比室外气温高。 [0066] 低温低压的制冷剂由压缩机1压缩成高温高压的制冷剂后被排出。从压缩机1排出的高温高压的制冷剂通过被切换到了制热用的四通阀2流入到水热交换器3，向利用侧回路51的水散热。因向水散热而成为低温高压的制冷剂分支为两部分，分别流入到膨胀阀4a、4b而被减压。 [0067] 在膨胀阀4a中被减压后的制冷剂流入到空气热源热交换器5a，从室外空气吸热而蒸发并从空气热源热交换器5a流出。另一方面，在膨胀阀4b中被减压后的制冷剂流入到地下热源热交换器5b，与地下热源侧介质进行热交换而吸热。通过在此的热交换来采集地下热。接着，采集地下热而蒸发的制冷剂与从空气热源热交换器5a流出的制冷剂汇合，再次通过四通阀2以及制冷剂容器7a被吸入到压缩机1。 [0068] (制热运转：单独运转(选择空气热源时)) [0069] 在选择空气热源的情况下，对膨胀阀4a进行开度控制、关闭膨胀阀4b、将地热用泵22停止、使风扇8运转。从压缩机1排出的制冷剂通过被切换到了制热用的四通阀2向水热交换器3流入，并向利用侧介质即水散热。成为高压低温的制冷剂，在膨胀阀4a中被减压后，向空气热源热交换器5a流入并从室外空气吸热，从而使得制冷剂蒸发。接着，从空气热源热交换器5a流出的制冷剂再次向四通阀2流入后，通过制冷剂容器7a被吸入到压缩机1。 [0070] (制热运转：单独运转(选择地下热源时)) [0071] 在选择地下热源的情况下，关闭膨胀阀4a、对膨胀阀4b进行开度控制、驱动地热用泵22、将风扇8停止。从压缩机1排出的制冷剂通过被切换到了制热用的四通阀2向水热交换器3流入，并向利用侧介质即水散热。成为高压低温的制冷剂，在膨胀阀4b中被减压后向地下热源热交换器5b流入。 [0072] 另一方面，在地下热源侧回路20中，在地下热交换器21中，地下热源侧介质与地下之间进行热交换而采集地下热，采集了地下热的地下热源侧介质流入到地下热源热交换器5b。接着，制冷剂回路10的制冷剂在地下热源热交换器5b中与地下热源侧介质进行热交换而采集地下热并蒸发。接着，从地下热源热交换器5b流出的制冷剂再次向四通阀2流入后，通过制冷剂容器7a被吸入到压缩机1。 [0073] (制冷运转) [0074] 接着，针对制冷运转的运转动作，依次说明同时运转、单独运转。在制冷运转时，四通阀2被切换到图1的虚线侧。 [0075] (制冷运转：同时运转) [0076] 图3是表示图1的空调系统中的制冷运转时的运转状态与热源温度(室外气温以及地下温度)之间的关系的图。在此，地热温度比室外气温低。 [0077] 低温低压的制冷剂由压缩机1压缩成高温高压的制冷剂后被排出。从压缩机1排出的高温高压的制冷剂通过被切换到了制冷用的四通阀2后，分支为两部分，一部分流入到空气热源热交换器5a，另一部分流入到地下热源热交换器5b。 [0078] 流入到了空气热源热交换器5a的制冷剂向大气散热而成为低温高压制冷剂，流出空气热源热交换器5a并流入到膨胀阀4a而被减压。另一方面，流入到了地下热源热交换器5b的制冷剂向地下热源侧介质散热而成为低温高压制冷剂，流出地下热源热交换器5b并流入到膨胀阀4b而被减压。接着，在膨胀阀4b中被减压后的制冷剂与在膨胀阀4a中被减压后的制冷剂汇合而流入到水热交换器3。流入到了水热交换器3的制冷剂从利用侧回路51的水吸热而蒸发，通过四通阀2以及制冷剂容器7a再次被吸入到压缩机1。 [0079] (制冷运转：单独运转(选择空气热源时)) [0080] 在选择空气热源的情况下，对膨胀阀4a进行开度控制、关闭膨胀阀4b、将地热用泵22停止、使风扇8运转。从压缩机1排出的制冷剂通过被切换到了制冷用的四通阀2后，流入到空气热源热交换器5a，向室外空气散热而流出空气热源热交换器5a。流出了空气热源热交换器5a的制冷剂流入到膨胀阀4a而被减压后，流入到水热交换器3。流入到了水热交换器 3的制冷剂从利用侧回路51的水吸热而蒸发，通过四通阀2以及制冷剂容器7a再次被吸入到压缩机1。 [0081] (制冷运转：单独运转(选择地下热源时)) [0082] 在选择地下热源的情况下，关闭膨胀阀4a、对膨胀阀4b进行开度控制、驱动地热用泵22、将风扇8停止。从压缩机1排出的制冷剂通过被切换到了制冷用的四通阀2后，流入到地下热源热交换器5b。 [0083] 另一方面，在地下热源侧回路20中，在地下热交换器21中，地下热源侧介质与地下之间进行热交换而从地下采集冷能，采集了冷能的地下热源侧介质流入到第二回路10b的地下热源热交换器5b。接着，制冷剂回路10的制冷剂在地下热源热交换器5b中与地下热源侧介质进行热交换而采集冷能并冷凝。冷凝了的制冷剂流入到膨胀阀4b而被减压后，流入到水热交换器3。流入到了水热交换器3的制冷剂从利用侧回路51的水吸热而蒸发，通过四通阀2以及制冷剂容器7a再次被吸入到压缩机1。 [0084] (本实施方式的特征性控制的概要) [0085] 在本实施方式中，在作为热源而选择室外空气或地下热进行单独运转的过程中，在即便操作当前运转中的促动器例如将压缩机1的转速提升到上限等能力仍不够的情况下、即不能使利用侧回路51的出口水温成为目标水温的情况下，由控制装置30判断是否需要追加热源。而且，控制装置30在判断为需要追加热源情况下追加另一方的热源。即，控制装置30从单独运转切换到同时运转。 [0086] 关于是否需要追加热源的判断方法将在后面论述，在进行该判断时，需要计算空气热源热交换器5a以及地下热源热交换器5b各自的热交换量。因此，首先，对计算热交换量的方法进行说明。在此，对制热运转的情况、即将热源热交换器用作吸热器的情况进行说明。另外，在以下的说明中，在不特别区分与热源进行热交换的空气热源热交换器5a和地下热源热交换器5b的情况下，有时总称为热源热交换器。另外，在以下的说明中，在追加的热源是室外空气的情况下，“追加的热源的温度”指的是流入到空气热源热交换器5a的室外空气的温度Taoi，在追加的热源是地下热的情况下，指的是流入到地下热源热交换器5b的载冷剂的流入载冷剂温度Tgoi。 [0087] (空气热源热交换器的热交换量Qa) [0088] 在制热运转时，空气热源热交换器5a作为蒸发器进行工作。在空气热源热交换器5a中，在潮湿空气中伴随冷凝的情况(润湿面)较多，在此为了简化说明，对空气侧的热交换器表面不伴随冷凝(干燥面)的情况进行说明。 [0089] 空气热源热交换器5a的热交换量Qa可以使用通过空气热源热交换器5a的风量Ga、空气的比热Cpa、空气侧温度效率εa、由室外气温传感器34a检测到的室外气温Taoi、由制冷剂温度传感器32检测到的制冷剂饱和温度Ts由式(1)表示。 [0090] [式1] [0091] Qa＝Ga·Cpa·εa·(Taoi-Ts) …(1) [0092] 在制冷剂侧是饱和温度且在管内侧的流动方向不存在温度变化的情况下，空气侧温度效率εa可以使用空气热源热交换器5a的空气侧传热面积Ao、传热系数Ka由式(2)表示。 [0093] [式2] [0094] [0095] 传热系数Ka与空气侧传热系数αo以及制冷剂侧传热系数αi如式(3)所示成比例关系。而且，空气侧传热系数αo与风量Ga成比例，制冷剂侧传热系数αi与制冷剂流速Vref成比例。 [0096] [式3] [0097] [0098] 另外，通常，风量Ga与风扇8的转速Nfan之间具有例如如图4所示那样的关系，制冷剂流速Vref与压缩机转速Ncomp之间具有例如如图5所示那样的关系。 [0099] 因此，预先把握图4所示的风扇转速Nfan与风量Ga之间的关系、图5所示的压缩机转速Ncomp与制冷剂流速Vref之间的关系、风量Ga与空气侧传热系数αo之间的关系、以及制冷剂流速Vref与制冷剂侧传热系数αi之间的关系并存储在存储装置31内。而且，可以使用这些关系、当前的风扇转速Nfan以及压缩机转速Ncomp，由控制装置30算出表示空气热源热交换器5a的热交换性能的Ga·Cpa·εa。 [0100] 另外，也可以代替存储风量Ga与空气侧传热系数αo之间的关系、以及制冷剂流速Vref与制冷剂侧传热系数αi之间的关系而如下所述构成。即，如图6所示，按照制冷剂流速Vref1、Vref2、Vref3、......存储风量Ga与Ga·Cpa·εa之间的关系。而且，也可以使用该关系、从图4求出的风量Ga、以及从图5求出的制冷剂流速Vref，求出Ga·Cpa·εa。另外，根据图6可知，在风量Ga相同的情况下，随着制冷剂流速Vref加快，热交换性能提高。 [0101] 而且，通过将由控制装置30算出的热交换器性能Ga·Cpa·εa、室外气温Taoi以及制冷剂饱和温度Ts代入式(1)，可以计算空气热源热交换器5a中的热交换量Qa。 [0102] 另外，如通常所知道的那样，制冷剂侧传热系数αi与空气侧传热系数αo相比足够大。因此，如由式(3)明了的那样，传热系数Ka由空气侧支配。因此，若把握空气侧传热系数αo，则可以大体确定传热系数Ka。在本实施方式中，在后述的是否需要追加热源的判断时，考虑到压缩机转速、制冷剂流速、制冷剂侧传热系数，但例如在想要简化该判断的情况下等，也可以忽视制冷剂侧而仅使用空气侧(即，使用风扇转速Nfan、风量Ga、空气侧传热系数αo)大致判断。 [0103] (地下热源热交换器的热交换量Qg) [0104] 接着，说明地下热源热交换器5b中的热交换量Qg的计算方法。基本想法与空气侧相同。地下热源热交换器5b的热交换量Qg可以使用在地下热源热交换器5b中流通的地下热源侧介质(在此为载冷剂)的流量Gg、载冷剂的比热Cpg、载冷剂侧温度效率εg、由地热温度传感器34b检测到的流入载冷剂温度Tgoi、由制冷剂温度传感器32检测到的制冷剂饱和温度Ts由式(4)表示。另外，在此将地下温度看作流入载冷剂温度进行以下计算。 [0105] [式4] [0106] Qg＝Gg·Cpg·εg·(Tgoi-Ts) …(4) [0107] 另外，载冷剂侧温度效率εg可以使用热交换器的传热面积Ag、传热系数Kg由式(5)表示，传热系数Kg可以使用载冷剂侧传热系数αg和制冷剂侧传热系数αig由式(6)表示。 [0108] [式5] [0109] [0110] [式6] [0111] [0112] 与空气热源热交换器5a同样地，载冷剂侧传热系数αg与泵转速Npump成比例，制冷剂侧传热系数αig与制冷剂流速Vrefg成比例。因此，预先把握泵转速Npump与载冷剂流量Gg之间的关系、压缩机转速Ncomp与制冷剂流速Vrefg之间的关系、载冷剂流量Gg与制冷剂侧传热系数αig之间的关系、制冷剂流速Vrefg与制冷剂侧传热系数αig之间的关系并存储在存储装置31中。而且，可以使用这些关系、当前的泵转速Npump以及压缩机转速Ncomp，由控制装置30算出表示地下热源热交换器5b的热交换器的性能的Gg·Cpg·εg。 [0113] 另外，也可以代替存储载冷剂流量Gg与载冷剂侧传热系数αg之间的关系、以及与制冷剂流速Vrefg与制冷剂侧传热系数αig之间的关系而如下所述构成。即，按照各种制冷剂流速Vrefg存储载冷剂流量Gg与Gg·Cpg·εg之间的关系。而且，也可以根据该关系、从泵转速Npump求出的载冷剂流量Gg、以及从压缩机转速Ncomp求出的制冷剂流速Vrefg，求出Gg·Cpg·εg。 [0114] 而且，通过将由控制装置30算出的热交换器性能Gg·Cpg·εg、流入载冷剂温度Tgoi、以及制冷剂饱和温度Ts代入式(4)，可以算出地下热源热交换器5b的热交换量Qg。 [0115] 通过以上说明，各热源热交换器各自的热交换量的计算方法变得明了，接着对是 否需要追加热源的判断方法进行说明。是否需要追加热源的判断的判断基准为是否能够通过追加热源来谋求提高能力，关于其具体的判断方法，以下说明两种判断方法。 [0116] (判断方法1) [0117] 不言而喻，在追加的热源的温度比制冷剂温度低的情况下，式(1)、式(4)都成为负的值，在制热的情况下不能吸热，在制冷的情况下不能散热。因此，在制热的情况下，是否需要追加热源的判断方法1在追加的热源的温度比制冷剂温度高的情况下判断为需要追加，在追加的热源的温度为制冷剂温度以下的情况下判断为不需要追加。在制冷的情况下，在追加的热源的温度比制冷剂温度低的情况下判断为需要追加，在追加的热源的温度为制冷剂温度以上的情况下判断为不需要追加。 [0118] (判断方法2) [0119] 在判断方法2中，在制热运转的情况下，推定追加了热源的情况下的蒸发温度，基于推定出的蒸发温度和当前的制冷剂温度的比较结果，判断是否需要追加热源。具体而言，在推定出的蒸发温度比当前的制冷剂温度高的情况下，判断为需要追加，在推定出的蒸发温度为当前的制冷剂温度以下的情况下，判断为不需要追加。关于追加了热源的情况下的蒸发温度的推定方法，将在后面论述。 [0120] 在制冷运转的情况下，推定追加了热源的情况下的冷凝温度，基于推定出的冷凝温度与当前的制冷剂温度的比较结果，判断是否需要追加热源。具体而言，在推定出的冷凝温度比当前的制冷剂温度低的情况下，判断为需要追加，在推定出的冷凝温度为当前的制冷剂温度以上的情况下，判断为不需要追加。 [0121] 如上所述，是否需要追加热源的判断的判断基准为是否能够通过追加热源来谋求提高能力，以下说明判断方法2与该判断基准吻合的情况。 [0122] (制冷剂温度与利用侧能力之间的关系) [0123] 首先，说明制冷剂温度(在此表示蒸发温度或冷凝温度)与水热交换器3的能力之间的关系。 [0124] (1.蒸发温度高时能力大) [0125] 首先，说明将热源热交换器用作蒸发器的情况。水热交换器3的热交换量Qload可以使用制冷剂流量Gr与利用侧热交换器的出入口的焓差ΔHload由式(7)表示。 [0126] [式7] [0127] Qload＝Gr×ΔHload …(7) [0129] [式8] [0130] Gr＝Vcomp×ρs …(8) [0131] 若压缩机1的转速达到上限且排量Vcomp不会多到当前以上，则制冷剂流量Gr随着制冷剂密度ρs的增加而增加。而且，通常制冷剂密度ρs随着蒸发温度的上升而增加(关系未图示)。 [0132] 即，在像制热运转那样热源热交换器的制冷剂温度成为蒸发温度的情况下，通过提高热源热交换器的性能，制冷剂温度、即蒸发温度上升。而且，若制冷剂密度ρs随着蒸发温度的上升而增加，则制冷剂流量Gr增加，伴随于此，根据式(7)，水热交换器3的热交换量Qload也增加。 [0133] (2.冷凝温度低时能力大) [0134] 接着，使用图7的莫里尔图说明将热源热交换器用作冷凝器的情况。水热交换器3的出入口的焓差ΔHload(＝Heo-Hei)由作为冷凝器的热源热交换器的出口焓Hco确定。在将热源热交换器用作冷凝器的制冷运转中，冷凝器出口过冷度(SC)被控制为在规定值变为恒定。因此，在冷凝器出口过冷度(SC)相同的情况下，冷凝温度低时，冷凝器出口焓Hco如图7的空心箭头所示降低。在该情况下，热源热交换器出口焓为Hco’，水热交换器3的入口焓为Hei’，水热交换器3的出入口的焓差为ΔHload’。即，在冷凝器出口过冷度(SC)相同的情况下，冷凝温度低时，水热交换器3的焓差ΔHload增加。 [0135] 因此，在像制冷运转那样热源热交换器的制冷剂温度成为冷凝温度的情况下，冷凝温度降低，从而使得焓差ΔHload增加，根据式(7)，水热交换器3的热交换量Qload增加。 [0136] 这样，在制热时蒸发温度上升、在制冷时冷凝温度降低，从而使得水热交换器3的热交换量增加。即，是否通过新追加热源而使得水热交换器3的热交换量增加以增强能力这种情形，可以根据热源追加后的制冷剂温度相对于追加前的制冷剂温度是上升还是下降来进行判断。 [0137] 根据上述情况，若以制热时的例子进行说明，则在通过追加热源而使得制冷剂温度(即，蒸发温度)上升的情况下，与水热交换器3的热交换量的增加相关联，因此进行热源的追加。相反，在通过追加热源而使得制冷剂温度(即，蒸发温度)下降的情况下，与水热交换器3的热交换量的减少相关联，因此不进行热源的追加。通过以上说明，判断方法2与是否能够通过追加热源来谋求提高能力的判断基准相吻合这种情形变得明了。 [0138] (运转切换控制流程的说明) [0139] 图8是图1的空调系统中的制热运转时的运转切换控制的流程图。在此，示出应用了上述判断方法2的流程图。以下，参照图8说明热泵装置的制热运转时的动作。图8的流程图是利用热源A而在制热运转中选择是否追加热源B的情况下的流程图。在此，热源A为地下热源，热源B为空气热源。 [0140] 控制装置30驱动压缩机1，关闭膨胀阀4a，对膨胀阀4b进行开度控制，并且驱动地热用泵22，将地下热源用作热源A进行运转(S01)。接着，控制装置30对由出口水温检测传感器53检测到的出口水温Two与目标水温Twom进行比较(S02)。在出口水温Two为目标水温Twom以上的情况下(在S02中为否)，保持原样不变地利用地下热源(热源A)进行运转，按照压缩机1的频率等使出口水温控制继续。 [0141] 但是，在即便使压缩机1的频率达到上限能力仍不够而出口水温Two比目标水温Twom低的情况下(在S02中为是)，进行以下的控制以使出口水温Two达到目标水温Twom。首先，判断对在当前的热源(在此为地下热源)的地下热源热交换器5b中流通的载冷剂进行输送的热源输送装置即地热用泵22的转速是否达到上限(S03)。该判断也可以不仅基于地热用泵22侧的转速，而且基于电压指令值、电流值、直接计测的水流量等进行。总之，主旨是对即便操作当前运转中的促动器能力是否仍不够进行判断。促动器的操作范围对于压缩机1而言，除基于机械方面的制约的转速范围之外，上限也有时还由运转状态(压力、温度)等确定。另外，地热用泵22以及风扇8这样的热源输送装置的转速的上限，除基于机械方面的制约的转速范围之外，也有时还受到例如需求控制中的电流值的制约。 [0142] 当控制装置30在S03中判断为地热用泵22的转速不是上限时，控制装置30使地热用泵22的转速增加来提高地下热源热交换器5b的热交换性能(S04)。反复进行该S01～S04的处理，在出口水温Two达到了目标水温Twom的情况下，使用当前的地下热源(热源A)使运转继续。 [0143] 另一方面，当在出口水温Two达到目标水温Twom之前地热用泵22的转速达到了上限的情况下(在S03中为是)，通过新追加热源来补偿能力不足。首先，控制装置30从当前的状态推定追加了空气热源(热源B)的情况下的蒸发温度Tr＊(S05)。关于该推定方法将在后面论述。 [0144] 接着，控制装置30对推定出的蒸发温度Tr＊与由制冷剂温度传感器32检测到的当前的制冷剂饱和温度(蒸发温度)Tr进行比较(S06)。而且，在推定出的蒸发温度Tr＊比当前的制冷剂饱和温度Tr高的情况下(在S06中为是)，如上所述通过追加空气热源(热源B)可以预计热交换量的增加，因此控制装置30追加利用空气热源(热源B)(S07)。即，控制装置30打开膨胀阀4a使制冷剂流到空气热源热交换器5a而切换到同时运转，并且驱动风扇8。 [0145] 另一方面，当在S05中推定出的蒸发温度Tr＊为当前的制冷剂饱和温度Tr以下时(在S06中为否)，不进行空气热源(热源B)的追加而在维持当前的地下热源(热源A)的状态下使运转继续(S08)。即，膨胀阀4b维持关闭的状态，而且地热用泵22也维持停止的状态。 [0146] 另外，虽然在图8的流程图中未记载，但控制装置30在运转中反复运算仅使用空气热源的情况下的空气热源热交换器5a的制冷剂饱和温度Tra以及仅使用地下热源的情况下的地下热源热交换器5b的制冷剂饱和温度Trg。 [0147] 而且，控制装置30在切换到同时运转后，在制热运转的情况下，对制冷剂饱和温度Tra与制冷剂饱和温度Trg进行比较，若低的一方的制冷剂饱和温度相比由制冷剂温度传感器32检测到的当前的制冷剂饱和温度变低，则停止该低的一方的制冷剂饱和温度的热源而切换到单独运转。另一方面，在制冷运转的情况下，对制冷剂饱和温度Tra与制冷剂饱和温度Trg进行比较，若高的一方的制冷剂饱和温度相比从由压力传感器35检测到的压力进行换算而得到当前的制冷剂饱和温度变高，则停止该高的一方的制冷剂饱和温度的热源而切换到单独运转。另外，也可以在空气热源热交换器5a或地下热源热交换器5b的中间部分设置对二相部的温度进行测量的传感器，代替“从由压力传感器35检测到的压力进行换算而得到的当前的制冷剂饱和温度”而使用由该传感器检测到的制冷剂饱和温度。 [0148] (热源追加后的制冷剂温度推定方法) [0149] 此前所述的热源追加后的制冷剂温度推定如下进行。在此，以在制热运转中地下热源被用作热源而追加空气热源的情况为例进行说明。另外，在具体说明热源追加后的制冷剂温度推定方法之前，首先，对来自制冷剂侧的热交换量的求法以及各热源热交换器的蒸发温度的求法进行说明。此后，使用流程图对热源追加后的制冷剂温度推定方法进行说明。 [0150] (来自制冷剂侧的热交换量的求法) [0151] 在此，对在制热运转时、即热源热交换器用作蒸发器的情况进行说明。在使用两热源的情况下，在图1所示的制冷剂回路10中，各热源热交换器5a、5b各自的出口制冷剂温度相互相同。为了将热源热交换器用作蒸发器，如上所述需要使制冷剂温度比热源温度(室外气温Taoi、流入载冷剂温度Tgoi)低。 [0152] 即，例如，当在将地下热作为热源的运转中进而将室外空气作为热源进行追加的情况下，在该热源的温度(室外气温Taoi)极低并比制冷剂温度低时，因追加了热源而导致蒸发温度降低。另外，例如，当在将室外空气作为热源的运转中进而将地下热作为热源进行追加的情况下，在地下热源热交换器5b的泵流量少而地下热源热交换器5b的热交换性能相比当前的空气热源热交换器5a变得极低时，因追加了热源而导致蒸发温度降低。 [0153] 即，根据两热源热交换器的交换热量比，确定热源追加后的制冷剂温度相对于当前的制冷剂温度的高低。 [0154] 两热源热交换器各自的热交换量与水热交换器3同样地，由通过的制冷剂流量Gr确定。而且，通过热源热交换器的制冷剂流量Gra由使用与膨胀阀开度成比例的膨胀阀的流量系数即Cv值和膨胀阀出入口压力差ΔP的式(9)表示。即，制冷剂流量Gra与串联连接到热源热交换器的膨胀阀4a、4b的开度成比例。 [0155] [式9] [0156] [0157] 在此，ρ表示膨胀阀的入口制冷剂密度、A表示比例系数。 [0158] 若设热源热交换器的出入口的焓差为ΔHs，则热源热交换器的热交换量Q可以由式(10)求出。 [0159] [式10] [0160] [0161] (各热源热交换器的制冷剂温度的计算方法) [0162] 制热运转时的空气热源热交换器5a中的制冷剂饱和温度即蒸发温度Ts可以由式(11)求出。另外，地下热源热交换器5b中的制冷剂饱和温度即蒸发温度Ts可以由式(12)求出。 [0163] [式11] [0164] [0165] [式12] [0166] [0167] 即，在相同热交换量的情况下，热交换器性能(Ga·Cpa·εa、Gg·Cpg·εg)越高，两热源的蒸发温度都上升。另外，也可以使用算出的一方的热源的热交换量来推定利用另一方的热源的情况下的蒸发温度。 [0168] (热源追加后的制冷剂温度推定方法的流程图的说明) [0169] 图9是表示图1的空调系统中追加热源后的制冷剂温度推定方法的流程的流程图。 [0170] 控制装置30由式(4)算出当前的地下热源热交换器5b的热交换量Qg并将其作为当前的热源热交换器中的全热交换量Qs(S11)。接着，控制装置30假定追加的热源、在此为空气热源热交换器5a的热交换量Qa＊(S12)。此时也可以由式(10)等算出实际的热交换量Qa＊。具体而言，例如，确定追加热源的情况下的初始膨胀阀开度(确定Cv值)，并使ΔP为测定值或根据热源温度以及利用侧水温来假定。ΔH可以使用当前的蒸发温度作为蒸发潜热、或如图7所示使用当前的冷凝器出口温度和蒸发器出口温度来确定。此外，也能够按照在S11中算出的热交换比(例如50％)提供等。 [0171] 接着，控制装置30由式(13)计算热源追加后的推定的空气热源热交换器5a的制冷剂温度Tra＊(S13)。 [0172] [式13] [0173] [0174] 接着，控制装置30计算热源追加后的地下热源热交换器5b的热交换量Qg＊。在该计算中，假定当前的热源热交换器中的全热交换量Qs即便追加空气热源(热源B)也不变化，计算全热交换量Qs与空气热源热交换器5a的热交换量Qa＊之差并将其作为热源追加后的地下热源热交换器5b的热交换量Qg＊(S14)。接着，由式(14)计算热源追加后的地下热源热交换＊器5b的制冷剂温度Trg (S15)。 [0175] [式14] [0176] [0177] 接着，控制装置30判断Tra＊与Trg＊之差的绝对值|Tra＊-Trg＊|是否已收敛(S16)。具体而言，判断|Tra＊-Trg＊|是否为规定值以下(例如0.01等)。控制装置30在判断为未收敛的情况下，返回到S12，对空气热源热交换器5a的热交换量Qa＊进行再假定。反复进行以上的＊ ＊ ＊ 处理直至|Tra -Trg |收敛，将收敛时的Tra 确定为热源追加后的制冷剂温度(蒸发温度)Tr＊(S17)。 [0178] 如上所述，在本实施方式中，当在单独运转中水热交换器3的出口水温Two未达到目标水温Twom且不能进一步操作当前运转中的促动器的情况下，判断是否需要追加热源，在通过追加热源而能够增加能力的情况下，进行热源追加并切换到同时运转。由此，可以得到来自该追加的热源的采热量来补偿能力不足，可以选择适当的热源，从而可以防止由追加热源导致的性能降低。其结果是，可以得到能够有效利用热源的热泵装置。 [0179] 另外，在判断是否需要追加热源时，通过对当前的制冷剂温度与追加的热源的温度进行比较，可以容易地进行该判断。 [0180] 另外，在判断是否需要追加热源时，作为其他判断，考虑热交换器性能，推定追加了热源的情况下的制冷剂温度，使用推定出的制冷剂温度判断是否需要追加热源，从而能够更可靠地判断是否需要追加热源。 [0181] 另外，当在同时运转中使两热源同时运转的情况下，推定仅使用一方的热源的情况下的制冷剂温度并与当前的制冷剂温度进行比较，从而能够可靠地判断是否需要停止一方的热源。 [0182] 另外，通过考虑热交换器性能来判断利用的热源，从而可以判断是否需要追加热源，可以适当地增加热泵的能力。 [0183] 另外，上述图8的热源选择流程针对具有一个制冷剂回路的2个热源的结构进行了说明，但即便具有三个以上的热源，想法也相同。 [0185] 另外，在上述实施方式中，示出具有四通阀2的结构，但四通阀2不一定是必需的，也可以省略。 [0186] 另外，在各实施方式中，作为应用热泵装置40的装置，说明了空调系统的例子，但并不限于此，也可以是供热水系统等。 [0187] 另外，制冷剂回路10不限于图示的结构，如图10所示，也可以采用设置有三通阀60的结构。三通阀60设置于在制热运转时从空气热源热交换器5a以及地下热源热交换器5b分别流出的制冷剂汇合的汇合点P与地下热源热交换器5b之间。而且，三通阀60在通常运转和进行空气热源热交换器5a的除霜的除霜运转中，将流路切换到汇合点P侧或压缩机吸入侧。另外，图10的箭头表示除霜运转时的制冷剂的流动。 [0188] 在除霜运转中，将四通阀2切换到制冷运转侧，使空气热源热交换器5a作为冷凝器起作用，另一方面，将三通阀60切换到压缩机吸入侧，使地下热源热交换器5b作为蒸发器起作用。由此，从压缩机1排出的制冷剂流入到空气热源热交换器5a进行空气热源热交换器5a的除霜。接着，除霜后的制冷剂在膨胀阀4a中被减压后分支为两部分，一部分流过水热交换器3，另一部分流过膨胀阀4b→地下热源热交换器5b→三通阀60后与流过水热交换器3的制冷剂汇合，通过制冷剂容器7a再次被吸入到压缩机1。另外，在该除霜运转时地热用泵22也被驱动来进行地下热源侧回路20中的地下热的采集，除压缩机1的做功量之外，在此采集的热量也可以用作除霜热量。 [0189] 另外，在上述实施方式中，在选择空气热源时使地热用泵22停止，在选择地下热源时使风扇8停止，但并不一定必须使其停止，也有时在需要时使其驱动。例如，为了防止地下热源侧回路20的配管冻结，定期驱动地热用泵22。另外，为了进行控制装置30的基板散热或检测适当的室外气温，也有时驱动风扇8。 [0190] 工业实用性 [0191] 作为本发明的应用例，针对具有很多热源的热泵装置是有用的。 [0192] 附图标记说明 [0193] 1 压缩机、2 四通阀、3 水热交换器、4a 膨胀阀、4b 膨胀阀、5a 空气热源热交换器、5b 地下热源热交换器、7a 制冷剂容器、8 风扇、10 制冷剂回路、10a 第一回路、10b 第二回路、20地下热源侧回路、21 地下热交换器、22 地热用泵、30 控制装置、31 存储装置、32 制冷剂温度传感器、33 吸入压力传感器、34a 室外气温传感器、34b 地热温度传感器、 40 热泵装置、41 制冷剂流路、42 地下热源侧介质流路、50 利用侧装置、51 利用侧回路、 52 泵、53 出口水温检测传感器、60 三通阀、100 空调系统。 |
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