(57)【要約】【課題】暖房運転中、蒸発器として機能する熱源側熱交換器の不凍液流路の不凍液中の水分の凍結を防止するヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】熱源側熱交換器７を蒸発器として機能させると共に負荷側熱交換器５を凝縮器として機能させて負荷側を加熱する暖房運転中に、制御手段２６が、負荷側熱交換器５の循環液流路５ｂに流入する循環液の温度を検出する負荷温度検出手段２５で検出される温度が設定された目標暖房温度になるように圧縮機４の周波数を制御するヒートポンプ装置において、制御手段２６は、熱源側熱交換器７側の冷媒の温度を検出する蒸発温度検出手段１１で検出される冷媒の温度に応じて、圧縮機４の周波数または回転数の上限値を設定するようにした。【選択図】  図２
2014196893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、負荷側熱交換器の冷媒流路と、膨張弁と、熱源側熱交換器の冷媒流路とを冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路と、前記熱源側熱交換器側の冷媒の温度を検出する蒸発温度検出手段と、前記熱源側熱交換器の冷媒を加熱する熱媒循環式の熱源部と、該熱源部の熱源と前記熱源側熱交換器の不凍液流路との間を不凍液配管で環状に接続した熱源側循環回路と、該熱源側循環回路に不凍液を循環させる熱源側循環ポンプと、負荷端末と前記負荷側熱交換器の循環液流路との間を循環液配管で環状に接続した負荷側循環回路と、該負荷側循環回路に循環液を循環させる負荷側循環ポンプと、前記負荷側熱交換器の循環液流路に流入する循環液の温度を検出する負荷温度検出手段と、これらの作動を制御する制御手段とを備え、前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させると共に前記負荷側熱交換器を凝縮器として機能させて負荷側を加熱する暖房運転中に、前記制御手段が、前記負荷温度検出手段で検出される温度が設定された目標暖房温度になるように前記圧縮機の周波数を制御するヒートポンプ装置において、前記制御手段は、前記蒸発温度検出手段で検出される冷媒の温度に応じて、前記圧縮機の周波数または回転数の上限値を設定するようにしたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記蒸発温度検出手段で検出される冷媒の温度が低下するにつれて、前記圧縮機の周波数または回転数の上限値を下げるようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸発器として機能する熱源側熱交換器の不凍液流路での不凍液の凍結を防止するヒートポンプ装置に関するものである。
【０００２】
従来この種のヒートポンプ装置においては、図６に示すように、室外機としてのヒートポンプユニット１０１、圧縮機１０２、負荷側熱交換器１０３の冷媒流路１０３ａ、膨張弁１０４、熱源側熱交換器１０５の冷媒流路１０５ａを冷媒配管１０６で環状に接続したヒートポンプ回路１０７と、熱源側熱交換器１０５側の冷媒の温度を検出する蒸発温度センサ１０８と、熱源側熱交換器１０５の不凍液流路１０５ｂと地中に設置された地中熱交換器１０９とを不凍液配管１１０で環状に接続した地中熱循環回路１１１と、地中熱循環回路１１１に不凍液を循環させる地中熱循環ポンプ１１２と、負荷側熱交換器１０３の循環液流路１０３ｂと床暖房パネル等の負荷端末１１３とを循環液配管１１４で環状に接続した負荷側循環回路１１５と、負荷側循環回路１１５に循環液を循環させる負荷側循環ポンプ１１６と、負荷側熱交換器１０３の循環液流路１０３ｂに流入する循環液の温度を検出する負荷温度センサ１１７と、制御手段１１８とを備え、制御手段１１８は、圧縮機１０２、地中熱循環ポンプ１１２、負荷側循環ポンプ１１６を駆動させ、熱源側熱交換器１０５を蒸発器として機能させると共に、負荷側熱交換器１０３を凝縮器として機能させて、負荷端末１１３が設置された被空調空間を加熱する暖房運転を行うものがあり、制御手段１１８は、暖房運転中、負荷温度センサ１１７で検出する循環液の温度が設定された目標温度になるように圧縮機１０２の周波数を制御するものであった。（例えば、特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６７９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この従来のヒートポンプ装置を、図７に示すように、熱源側熱交換器１０５を地中熱交換器１０９に対して２台並列に接続し、図中上段のヒートポンプユニット１０１側で前記暖房運転を行い、且つ図中下段のヒートポンプユニット１０１（ここでは、説明を簡単にするために下段側のその他の構成部品の符号については省略する）側で暖房運転を行っていない場合、図中上段のヒートポンプユニット１０１では先に説明したように、制御手段１１８が、負荷温度センサ１１７で検出する循環液の温度が設定された目標温度になるように圧縮機１０２の周波数を制御し、ヒートポンプ回路１０７を循環する冷媒の循環流量を制御している。
【０００５】
ここで、図７において、図中上段のヒートポンプユニット１０１側で暖房運転を行っている最中に、図中下段のヒートポンプユニット１０１側で暖房運転が開始されると、図中上段のヒートポンプユニット１０１側の地中熱循環回路１１１の循環流量が、図中下段のヒートポンプユニット１０１側に奪われるため、図中上段のヒートポンプユニット１０１側の地中熱循環回路１１１の循環流量が不足する。そうすると、熱源側熱交換器１０５での熱交換量が減り、蒸発温度センサ１０８で検出される熱源側熱交換器１０５側の冷媒の温度が急激に低下していく。
【０００６】
この時、熱源側熱交換器１０５での熱交換量低下により、圧縮機１０２に吸入される冷媒の温度も低下するので、圧縮機１０２から吐出される冷媒温度も低下し、負荷側熱交換器１０３側における熱交換量も低下していき、結果として、負荷端末１１３に供給される循環液の温度も低下し、負荷温度センサ１１７の検出する負荷側熱交換器１０３の循環液流路１０３ｂに流入する循環液の温度も低下していく。
【０００７】
そして、制御手段１１８は、前記負荷温度センサ１１７の検出する温度の低下を検知すると、圧縮機１０２の周波数を増加させてヒートポンプ回路１０７を循環する冷媒の循環流量を増やし、負荷側熱交換器１０３での熱交換量を増やして負荷温度センサ１１７で検出される循環液の温度を上昇させようとするが、圧縮機１０２の周波数を増加させてヒートポンプ回路１０７を循環する冷媒の循環流量を増やすと、熱源側熱交換器１０５において、熱源側熱交換器１０５の不凍液流路１０５ｂを流通する不凍液の循環流量に比べて、熱源側熱交換器１０５の冷媒流路１０５ａを流通する冷媒流量が増加することになり、熱源側熱交換器１０５での熱交換量はさらに低下し、熱源側熱交換器１０５側の冷媒の温度がさらに低下していく。そして、熱源側熱交換器１０５側の冷媒の温度が、例えば−１５℃を下回ると、熱交換器の種類によっては、熱源側熱交換器１０５の不凍液流路１０５ｂ側で流通する不凍液中の水分が凍結し始め、不凍液流路１０５ｂ内壁に徐々に氷が張るにつれて、不凍液流路１０５ｂが閉塞されていき、地中熱循環回路１１１を循環する不凍液の循環流量が低下すると共に、熱源側熱交換器１０５での熱交換量が不足していくため、熱源側熱交換器１０５側の冷媒の温度がさらに低下する。そうすると、圧縮機１０２に吸入される冷媒の温度の低下、圧縮機１０２から吐出される冷媒温度の低下、負荷端末１１３に供給される循環液の温度の低下、負荷温度センサ１１７の検出する負荷側熱交換器１０３の循環液流路１０３ｂに流入する循環液の温度の低下が生じ、圧縮機１０２の周波数をさらに増加させる制御が行われ、熱源側熱交換器１０５の冷媒の温度がよりいっそう低下するという悪循環となり、その結果、不凍液流路１０５ｂ内で氷が成長していき、熱源側熱交換器１０５が破損するおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は上記課題を解決するために、特に請求項１ではその構成を、圧縮機と、負荷側熱交換器の冷媒流路と、膨張弁と、熱源側熱交換器の冷媒流路とを冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路と、前記熱源側熱交換器側の冷媒の温度を検出する蒸発温度検出手段と、前記熱源側熱交換器の冷媒を加熱する熱媒循環式の熱源部と、該熱源部の熱源と前記熱源側熱交換器の不凍液流路との間を不凍液配管で環状に接続した熱源側循環回路と、該熱源側循環回路に不凍液を循環させる熱源側循環ポンプと、負荷端末と前記負荷側熱交換器の循環液流路との間を循環液配管で環状に接続した負荷側循環回路と、該負荷側循環回路に循環液を循環させる負荷側循環ポンプと、前記負荷側熱交換器の循環液流路に流入する循環液の温度を検出する負荷温度検出手段と、これらの作動を制御する制御手段とを備え、前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させると共に前記負荷側熱交換器を凝縮器として機能させて負荷側を加熱する暖房運転中に、前記制御手段が、前記負荷温度検出手段で検出される温度が設定された目標暖房温度になるように前記圧縮機の周波数を制御するヒートポンプ装置において、前記制御手段は、前記蒸発温度検出手段で検出される冷媒の温度に応じて、前記圧縮機の周波数または回転数の上限値を設定するものとした。
【０００９】
また、請求項２では、前記制御手段は、前記蒸発温度検出手段で検出される冷媒の温度が低下するにつれて、前記圧縮機の周波数または回転数の上限値を下げるものとした。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の請求項１によれば、暖房運転中に、制御手段が、負荷温度検出手段で検出される温度が設定された目標暖房温度になるように圧縮機の周波数を制御するヒートポンプ装置において、制御手段は、蒸発温度検出手段で検出される冷媒の温度に応じて、圧縮機の周波数または回転数の上限値を設定するようにしたことで、暖房運転中、特に、蒸発温度検出手段で検出される冷媒温度が、熱源側熱交換器の不凍液流路を流通する不凍液中の水分を凍結させるおそれのある温度に低下した際に、圧縮機の周波数または回転数の上限値を設定することにより、ヒートポンプ回路を循環する冷媒の循環流量が調節され熱源側熱交換器における冷媒から不凍液への熱交換量を調節することができるので、熱源側熱交換器の不凍液流路を流通する不凍液中の水分の凍結を防ぎ、熱源側熱交換器の破損を未然に防止することができるものである。
【００１１】
また、請求項２によれば、制御手段は、蒸発温度検出手段で検出される冷媒の温度が低下するにつれて、圧縮機の周波数または回転数の上限値を下げるようにしたことで、ヒートポンプ回路を循環する冷媒の循環流量の上限を抑えて冷媒循環流量を低下させ、熱源側熱交換器における冷媒から不凍液への熱交換量を抑制し、熱源側熱交換器の不凍液流路を流通する不凍液中の水分の凍結を防ぎ、熱源側熱交換器の破損を未然に防止することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施形態のヒートポンプ装置の概略構成図。
【図２】同一実施形態の暖房運転時の動作を示すフローチャート。
【図３】同一実施形態の熱源側熱交換器側の気液混合状態の冷媒温度と圧縮機の周波数の上限値との関係を示す図。
【図４】同一実施形態の暖房運転時の動作を示すタイムチャート。
【図５】従来のヒートポンプ装置の暖房運転時の動作を示すタイムチャート。
【図６】従来のヒートポンプ装置の概略構成図。
【図７】従来のヒートポンプ装置の熱源側熱交換器を地中熱交換器に対して２台並列接続した場合の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、この発明の一実施形態のヒートポンプ装置を図１に基づき説明する。
図示のように、本実施形態のヒートポンプ装置は、大きく分けて室外機としてのヒートポンプユニット１Ａ・１Ｂと、熱源部としての熱媒循環式の熱源熱交換部２と、負荷熱交換部３Ａ・３Ｂとから構成されるものである。
【００１４】
前記ヒートポンプユニット１Ａは、冷媒を圧縮する作動周波数または作動回転数可変の第１圧縮機４と、第１圧縮機４から吐出された高温高圧冷媒を流通させ、この高温高圧冷媒と負荷熱交換部３Ａの負荷側の熱媒との熱交換を行う第１凝縮器としての第１負荷側熱交換器５と、第１負荷側熱交換器５から流出する冷媒を減圧する第１減圧手段としての第１膨張弁６と、第１膨張弁６によって減圧された低温低圧冷媒と熱源熱交換部２の熱源側の熱媒との熱交換を行う第１蒸発器としての第１熱源側熱交換器７とを備え、第１圧縮機４と第１負荷側熱交換器５の冷媒流路５ａと第１膨張弁６と第１熱源側熱交換器７の冷媒流路７ａとを第１冷媒配管８で環状に接続して第１ヒートポンプ回路９を形成しているものである。なお、第１ヒートポンプ回路９を循環する冷媒としては、二酸化炭素冷媒やＨＦＣ冷媒等の任意の冷媒を用いることができるものである。また、１０は第１圧縮機４から吐出された冷媒の温度を検出する第１吐出温度検出手段としての第１吐出温度センサ、１１は第１熱源側熱交換器７側の冷媒の温度、つまり第１膨張弁６の出口から第１熱源側熱交換器７の出口までの気液混合状態の冷媒の温度を検出する第１蒸発温度検出手段としての第１蒸発温度センサである。
【００１５】
前記第１熱源側熱交換器７はプレート式熱交換器で構成され、プレート式熱交換器は複数の伝熱プレートが積層され、冷媒を流通させる冷媒流路７ａと不凍液を流通させる不凍液流路７ｂ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。
【００１６】
前記熱源熱交換部２は、第１熱源側熱交換器７のうち不凍液を流通させる不凍液流路７ｂと、第１熱源側熱交換器７の冷媒流路７ａを流通する冷媒を加熱する熱源としての地中に設置された地中熱交換器１２とを、第１不凍液配管としての第１熱交往き管１３、往きヘッダ−１４、地中往き管１５、地中戻り管１６、戻りヘッダー１７、第１熱交戻り管１８で環状に接続する第１熱源側循環回路としての第１地中熱循環回路１９と、第１地中熱循環回路１９に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を循環させる回転数可変の第１熱源側循環ポンプとしての第１地中熱循環ポンプ２０とを備えているものである。
【００１７】
ここで、前記熱源熱交換部２では、後述する暖房運転をヒートポンプユニット１Ａ側で行う際に、地中熱交換器１２によって地中から地中熱を採熱し、その熱を帯びた不凍液が第１地中熱循環ポンプ２０により第１熱源側熱交換器７の不凍液流路７ｂに供給される。そして、第１熱源側熱交換器７にて、冷媒流路７ａを流通する冷媒と不凍液流路７ｂを流通する不凍液とが対向して流れて熱交換が行われ、地中熱交換器１２にて採熱された地中熱がヒートポンプユニット１Ａの冷媒側に汲み上げられて冷媒が加熱され、第１熱源側熱交換器７は蒸発器として機能するものとなる。
【００１８】
前記負荷熱交換部３Ａは、第１負荷側熱交換器５のうち循環液を流通させる循環液流路５ｂと、被空調空間を加熱する床暖房パネル等の第１負荷端末２１とを第１循環液配管２２で環状に接続する第１負荷側循環回路２３と、第１負荷側循環回路２３に水や不凍液等の循環液を循環させる第１負荷側循環ポンプ２４と、第１負荷側循環回路２３に設けられ第１負荷端末２１から流出し第１負荷側熱交換器５の循環液流路５ｂに流入する循環液の温度を検出する第１負荷温度検出手段としての第１戻り温度センサ２５とを備えているものである。
【００１９】
前記第１負荷端末２１によって加熱される被空調空間には、第１リモコン（図示せず）が設置されており、この第１リモコンにより第１負荷端末２１が設けられた被空調空間の暖房の指示がなされると、第１圧縮機４および第１地中熱循環ポンプ２０および第１負荷側循環ポンプ２４の駆動が開始され、第１熱源側熱交換器７を蒸発器として機能させると共に、第１負荷側熱交換器５を凝縮器として機能させて負荷側を加熱する暖房運転が行われる。この暖房運転の際、第１負荷側熱交換器５では、冷媒流路５ａを流通する冷媒と循環液流路５ｂを流通する循環液とが対向して流れて熱交換が行われ、第１負荷側熱交換器５にて加熱された循環液は、第１負荷端末２１に送られ、第１リモコンにより指示を受けた被空調空間を加熱するものである。
【００２０】
２６は第１吐出温度センサ１０、第１蒸発温度センサ１１、第１戻り温度センサ２５の入力や前記第１リモコンからの信号を受けて、第１圧縮機４、第１膨張弁６、第１地中熱循環ポンプ２０、第１負荷側循環ポンプ２４の各アクチュエータの作動を制御するマイコンを有する第１制御手段である。
【００２１】
この第１制御手段２６は、前記暖房運転中、第１リモコンで設定される第１負荷端末２１の設定温度に基づき目標暖房温度を設定し、第１戻り温度センサ２５の検出する循環液の温度が、設定された目標暖房温度になるように第１圧縮機４の周波数を制御し、例えば、第１戻り温度センサ２５の検出する循環液の温度が、設定された目標暖房温度よりも低下すると、第１圧縮機４の周波数を増加させるよう制御するものである。
【００２２】
さらに、前記第１制御手段２６は、前記暖房運転時、第１リモコンで設定される第１負荷端末２１の設定温度に基づき第１圧縮機４から吐出される冷媒の目標吐出温度を設定し、第１吐出温度センサ１０の検出する冷媒の温度が設定された目標吐出温度になるように第１膨張弁６の開度を開閉制御し、例えば、第１吐出温度センサ１０の検出する冷媒の温度が目標吐出温度よりも低下すると開度を閉じる方向に制御するものである。
【００２３】
その上、前記第１制御手段２６は、暖房運転中、第１蒸発温度センサ１１の検出する第１膨張弁６の出口から第１熱源側熱交換器７の出口までの気液混合状態の冷媒の温度が、設定された目標蒸発温度になるように第１地中熱循環ポンプ２０の回転数を制御し、例えば、第１蒸発温度センサ１１の検出する冷媒温度が、設定された目標蒸発温度よりも低下すると、第１地中熱循環ポンプ２０の回転数を増加させるよう制御するものである。
【００２４】
また、前記ヒートポンプユニット１Ｂは、冷媒を圧縮する作動周波数または作動回転数可変の第２圧縮機２７と、第２圧縮機２７から吐出された高温高圧冷媒を流通させ、この高温高圧冷媒と負荷熱交換部３Ｂの負荷側の熱媒との熱交換を行う第２凝縮器としての第２負荷側熱交換器２８と、第２負荷側熱交換器２８から流出する冷媒を減圧する第２減圧手段としての第２膨張弁２９と、第２膨張弁２９によって減圧された低温低圧冷媒と熱源熱交換部２の熱源側の熱媒との熱交換を行う第２蒸発器としての第２熱源側熱交換器３０とを備え、第２圧縮機２７と第２負荷側熱交換器２８の冷媒流路２８ａと第２膨張弁２９と第２熱源側熱交換器３０の冷媒流路３０ａとを第２冷媒配管３１で環状に接続して第２ヒートポンプ回路３２を形成しているものである。なお、第２ヒートポンプ回路３２を循環する冷媒としては、二酸化炭素冷媒やＨＦＣ冷媒等の任意の冷媒を用いることができるものである。また、３３は第２圧縮機２７から吐出された冷媒の温度を検出する第２吐出温度検出手段としての第２吐出温度センサ、３４は、第２熱源側熱交換器３０側の冷媒の温度、つまり第２膨張弁２９の出口から第２熱源側熱交換器３０の出口までの気液混合状態の冷媒の温度を検出する第２蒸発温度検出手段としての第２蒸発温度センサである。
【００２５】
前記第２熱源側熱交換器３０はプレート式熱交換器で構成され、プレート式熱交換器は複数の伝熱プレートが積層され、冷媒を流通させる冷媒流路３０ａと不凍液を流通させる不凍液流路３０ｂ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。
【００２６】
また、前記熱源熱交換部２は、第２熱源側熱交換器３０のうち不凍液を流通させる不凍液流路３０ｂと、第２熱源側熱交換器３０の冷媒流路３０ａを流通する冷媒を加熱する熱源としての地中に設置された地中熱交換器１２とを第２不凍液配管としての第２熱交往き管３５、往きヘッダー１４、地中往き管１５、地中戻り管１６、戻りヘッダー１７、第２熱交戻り管３６で環状に接続する第２熱源側循環回路としての第２地中熱循環回路３７と、第２地中熱循環回路３７に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を循環させる回転数可変の第２熱源側循環ポンプとしての第２地中熱循環ポンプ３８とを備えているものであり、熱源熱交換部２では、ヒートポンプユニット１Ａの第１熱源側熱交換器７とヒートポンプユニット１Ｂの第２熱源側熱交換器３０とが地中熱交換器１２に対して並列に接続されているものである。
【００２７】
ここで、前記熱源熱交換部２では、後述する暖房運転をヒートポンプユニット１Ｂ側で行う際に、地中熱交換器１２によって地中から地中熱を採熱し、その熱を帯びた不凍液が第２地中熱循環ポンプ３８により第２熱源側熱交換器３０の不凍液流路３０ｂに供給される。そして、第２熱源側熱交換器３０にて、冷媒流路３０ａを流通する冷媒と不凍液流路３０ｂを流通する不凍液とが対向して流れて熱交換が行われ、地中熱交換器１２にて採熱された地中熱がヒートポンプユニット１Ｂ側の冷媒に汲み上げられて冷媒が加熱され、第２熱源側熱交換器３０は蒸発器として機能するものとなる。
【００２８】
前記負荷熱交換部３Ｂは、第２負荷側熱交換器２８のうち循環液を流通させる循環液流路２８ｂと、被空調空間を加熱する床暖房パネル等の第２負荷端末３９とを第２循環液配管４０で環状に接続する第２負荷側循環回路４１と、第２負荷側循環回路４１に水や不凍液等の循環液を循環させる第２負荷側循環ポンプ４２と、第２負荷側循環回路４１に設けられ第２負荷端末３９から流出し第２負荷側熱交換器２８の循環液流路２８ｂに流入する循環液の温度を検出する第２負荷温度検出手段としての第２戻り温度センサ４３とを備えているものである。
【００２９】
前記第２負荷端末３９によって加熱される被空調空間には、第２リモコン（図示せず）が設置されており、この第２リモコンにより第２負荷端末３９が設けられた被空調空間の暖房の指示がなされると、第２圧縮機２７および第２地中熱循環ポンプ３８および第２負荷側循環ポンプ４２の駆動が開始され、第２熱源側熱交換器３０を蒸発器として機能させると共に、第２負荷側熱交換器２８を凝縮器として機能させて負荷側を加熱する暖房運転が行われる。この暖房運転の際、第２負荷側熱交換器２８では、冷媒流路２８ａを流通する冷媒と循環液流路２８ｂを流通する循環液とが対向して流れて熱交換が行われ、第２負荷側熱交換器２８にて加熱された循環液は、第２負荷端末３９に送られ、第２リモコンにより指示を受けた被空調空間を加熱するものである。
【００３０】
４４は第２吐出温度センサ３３、第２蒸発温度センサ３４、第２戻り温度センサ４３の入力や第２リモコンからの信号を受けて、第２圧縮機２７、第２膨張弁２９、第２地中熱循環ポンプ３８、第２負荷側循環ポンプ４２の各アクチュエータの作動を制御するマイコンを有する第２制御手段である。
【００３１】
前記第２制御手段４４は、前記暖房運転中、第２リモコンで設定される第２負荷端末３９の設定温度に基づき目標暖房温度を設定し、第２戻り温度センサ４３の検出する循環液の温度が、設定された目標暖房温度になるように第２圧縮機２７の周波数を制御し、例えば、第２戻り温度センサ４３の検出する循環液の温度が、設定された目標暖房温度よりも低下すると、第２圧縮機２７の周波数を増加させるよう制御するものである。
【００３２】
さらに、前記第２制御手段４４は、前記暖房運転時、第２リモコンで設定される第２負荷端末３９の設定温度に基づき第２圧縮機２７から吐出される冷媒の目標吐出温度を設定し、第２吐出温度センサ３３の検出する冷媒の温度が設定された目標吐出温度になるように第２膨張弁２９の開度を開閉制御し、例えば、第２吐出温度センサ３３の検出する冷媒の温度が目標吐出温度よりも低下すると開度を閉じる方向に制御するものである。
【００３３】
その上、前記第２制御手段４４は、暖房運転中、第２蒸発温度センサ３４の検出する第２膨張弁２９の出口から第２熱源側熱交換器３０の出口までの気液混合状態の冷媒の温度が、設定された目標蒸発温度になるように第２地中熱循環ポンプ３８の回転数を制御し、例えば、第２蒸発温度センサ３４の検出する冷媒温度が、設定された目標蒸発温度よりも低下すると、第２地中熱循環ポンプ３８の回転数を増加させるよう制御するものである。
【００３４】
次に、図１に示す一実施形態のヒートポンプ装置の暖房運転時の特徴的な動作について図２に示すフローチャートに基づき説明するが、ここでは、ヒートポンプユニット１Ａが暖房運転を行っている場合を例に挙げて説明を行う。
【００３５】
前記第１リモコン（図示せず）により、第１負荷端末２１による被空調空間の暖房の指示がなされると、前記第１制御手段２６は第１圧縮機４、第１地中熱循環ポンプ２０、第１負荷側循環ポンプ２４の駆動を開始させ、暖房運転が開始される。暖房運転が開始されると、第１負荷側熱交換器５では第１負荷側循環ポンプ２４により循環される暖房循環液と第１圧縮機４から吐出された高温高圧の冷媒とが熱交換され、加熱された暖房循環液が第１負荷端末２１に供給され被空調空間を加熱すると共に、第１熱源側熱交換器７では、第１地中熱循環ポンプ２０により循環され地中熱交換器１２を介して地中熱を採熱した不凍液と第１膨張弁６から吐出された低温低圧の冷媒とが熱交換され、地中熱により冷媒を加熱し蒸発させるものである。
【００３６】
前記暖房運転中、第１制御手段２６は、第１蒸発温度センサ１１の検出する冷媒温度を監視し（ステップＳ１）、その温度に応じて、後述する設定方法に基づき、第１圧縮機４の周波数の上限値を設定するものであり（ステップＳ２）、その設定に基づいて、第１制御手段２６は、第１圧縮機４の周波数を制御するものである。
【００３７】
ここで、前記ステップＳ２における第１圧縮機４の周波数の上限値を設定する設定方法について説明すると、図３に示すように、第１蒸発温度センサ１１で検出される第１膨張弁６の出口から第１熱源側熱交換器７の出口までの気液混合状態の冷媒温度に応じた複数のゾーンｚ１〜ｚ３を設け、各々のゾーンｚ１〜ｚ３に第１圧縮機４の周波数の上限値が設定されており、例えば、太線αより上の領域であるゾーンｚ１では第１圧縮機４の周波数の上限値を９０Ｈｚ、太線αと太線βとで挟まれた領域であるゾーンｚ２では第１圧縮機４の周波数の上限値を６０Ｈｚ、太線βより下の領域であるゾーンｚ３では第１圧縮機４の周波数の上限値を３５Ｈｚとした場合、前記暖房運転中に、第１蒸発温度センサ１１で検出される温度が−５℃のときは、第１圧縮機４の周波数の上限値を９０Ｈｚに設定し、第１蒸発温度センサ１１で検出される温度が−１０．５℃のときは、第１圧縮機４の周波数の上限値を６０Ｈｚに設定し、第１蒸発温度センサ１１で検出される温度が−１４℃のときは、第１圧縮機４の周波数の上限値を３５Ｈｚに設定するものである。
【００３８】
また、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度が、図３に示した下向き矢印ｄ１のように、ゾーンｚ１に含まれる冷媒温度からゾーンｚ１とゾーンｚ５の境界線である太線αを越えてゾーンｚ２に含まれる冷媒温度へと下がる場合、すなわち、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度が−５℃からゾーンｚ１とゾーンｚ２の境界である−１０℃を越えて−１０．５℃に下がった場合、第１圧縮機４の周波数の上限値は、９０Ｈｚから６０Ｈｚに設定変更されるものであり、さらに、図３に示した下向き矢印ｄ２のように、ゾーンｚ２に含まれる冷媒温度からゾーンｚ２とゾーンｚ３の境界線である太線βを越えてゾーンｚ３に含まれる冷媒温度へと下がる場合、すなわち、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度が−１０．５℃からゾーンｚ２とゾーンｚ３の境界である−１３℃を越えて−１４℃に下がった場合、第１圧縮機４の周波数の上限値は、６０Ｈｚから３５Ｈｚに設定変更されるものである。
【００３９】
逆に、図３に示した上向き矢印ｕ１のように、ゾーンｚ３に含まれる冷媒温度からゾーンｚ３とゾーンｚ２の境界線である太線βを越えてゾーンｚ２に含まれる冷媒温度へと上がる場合、すなわち、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度が−１４℃からゾーンｚ３とゾーンｚ２の境界である−１１℃を越えて−１０．５℃に上がった場合、第１圧縮機４の周波数の上限値は、３５Ｈｚから６０Ｈｚに設定変更されるものであり、さらに、図３に示した上向き矢印ｕ２のように、ゾーンｚ２に含まれる冷媒温度からゾーンｚ２とゾーンｚ１の境界線である太線αを越えてゾーンｚ１に含まれる冷媒温度へと上がる場合、すなわち、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度が−１０．５℃からゾーンｚ２とゾーンｚ１の境界である−８℃を越えて−５℃に上がった場合、第１圧縮機４の周波数の上限値は、６０Ｈｚから９０Ｈｚに設定変更されるものである。
【００４０】
なお、前記第１制御手段２６には、この図３に示した第１膨張弁６の出口から第１熱源側熱交換器７の出口までの気液混合状態の冷媒温度と第１圧縮機４の周波数の上限値との関係が予め記憶されており、第１制御手段２６は暖房運転中はその情報を基に、第１蒸発温度センサ１１で検出される第１熱源側熱交換器７側の冷媒の温度に応じて第１圧縮機４の周波数の上限値を設定しているものである。また、暖房運転中、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度がゾーンｚ３に含まれる冷媒温度の場合は、第１熱源側熱交換器７の不凍液流路７ｂを流通する不凍液中の水分が凍結するおそれがあるため、第１圧縮機４の周波数の上限値を３５Ｈｚとして、第１制御手段２６は第１膨張弁６の開度を全開にして、第１膨張弁６に流入する冷媒を減圧させることなく通過させ第１熱源側熱交換器７の冷媒流路７ａに流し、冷媒と不凍液との熱交換によって、第１熱源側熱交換器７の不凍液流路７ｂを流通する不凍液中の水分の凍結を防止する、または第１熱源側熱交換器７の不凍液流路７ｂを流通する不凍液中の水分が凍結したものを解かすものである。
【００４１】
次に、本実施形態における暖房運転の動作を、先に説明した図２の制御を交えて図４のタイムチャートを用いて説明するが、ここでは、ヒートポンプユニット１Ａが暖房運転を行っている最中に、ヒートポンプユニット１Ｂにて暖房運転が開始される場合について説明を行うものであり、図４のタイムチャートにおける暖房出力や検出冷媒温度等の各種パラメータは、ヒートポンプユニット１Ａ側のパラメータである。また、図５は図７に示した従来のヒートポンプ装置で、従来のヒートポンプ装置における図中上段のヒートポンプユニット１０１が暖房運転を行っている最中に、従来のヒートポンプ装置における図中下段のヒートポンプユニット１０１にて暖房運転が開始される場合のタイムチャートで、図４のタイムチャートとの比較に用いるものである。なお、図４のタイムチャートにおいて、時間ｔ０は暖房運転を開始した時間ではなく、暖房運転がある程度行われ安定した後の任意の時間とし、時間ｔ０〜時間ｔ４は図５のタイムチャートの時間ｔ０〜時間ｔ４と同タイミングを表しているものである。さらに、図５のタイムチャート中において、圧縮機の周波数の上限値は固定の上限値（９０Ｈｚ）に設定してあるものとする。
【００４２】
まず、図４中のヒートポンプユニット１Ａにて前記暖房運転がある程度行われ安定した後の時間ｔ０において、第１蒸発温度センサ１１で第１膨張弁６の出口から第１熱源側熱交換器７の出口までの気液混合状態の冷媒の温度を検出し（ステップＳ１）、第１制御手段２６は、第１蒸発温度センサ１１で検出された冷媒温度が２℃であるので、図３に示した第１膨張弁６の出口から第１熱源側熱交換器７の出口までの気液混合状態の冷媒の温度と第１圧縮機４の周波数の上限値との関係から、第１圧縮機４の周波数の上限値を９０Ｈｚに設定するものである（ステップＳ２）。時間ｔ０から時間ｔ１までは、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度は２℃なので、この期間は、第１圧縮機４の周波数の上限値を９０Ｈｚに設定しているものである。
【００４３】
ここで、時間ｔ１において、ヒートポンプユニット１Ｂにて暖房運転が開始されると、第２地中熱循環ポンプ３８が駆動し、第２地中熱循環回路３７にも不凍液が循環されることになり、時間ｔ１から第１地中熱循環回路１９を循環している不凍液の循環流量が減少していき、それに伴い、第１熱源側熱交換器７での熱交換量が減少するため、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度も低下していく。時間ｔ１から時間ｔ２の期間、第１制御手段２６は、第１蒸発温度センサ１１の検出する冷媒温度が設定された目標蒸発温度、ここでは２℃から低下していると判断し、目標蒸発温度の２℃になるように第１地中熱循環ポンプ２０の回転数を増加させる制御を行うものである。また、時間ｔ１から時間ｔ２の期間、第１熱源側熱交換器７側の冷媒温度の低下に起因した、第１負荷側熱交換器５の循環液流路５ｂに流入する循環液の温度の低下が始まると、第１制御手段２６は、第１戻り温度センサ２５の検出する循環液の温度が設定された目標暖房温度、ここでは４０℃から低下していると判断し、目標暖房温度の４０℃になるように第１圧縮機４の周波数を増加させる制御を行うものである。
【００４４】
続いて、時間ｔ２において、第１制御手段２６は、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度が図３に示すゾーンｚ１とゾーンｚ２の境界である−１０℃を越えて下がったことを検知すると、第１圧縮機４の周波数の上限値を９０Ｈｚから６０Ｈｚに設定変更するものである。この第１圧縮機４の周波数の上限値の設定変更に伴い、第１制御手段２６は、時間ｔ２から第１圧縮機４の周波数を減少させる制御を行い、それにより、第１ヒートポンプ回路９を循環する冷媒の循環流量を抑えていく。そうすると、第１蒸発温度センサ１１の検出する冷媒温度の低下の度合いが小さくなり、冷媒温度の低下が収束していく。そして、時間ｔ２から時間ｔ３の期間、第１制御手段２６は、第１蒸発温度センサ１１の検出する温度が目標蒸発温度（２℃）になるように第１地中熱循環ポンプ２０の回転数を増加させる制御を行うものであるが、第１地中熱循環ポンプ２０の回転数増加に伴い、第１地中熱循環回路１９を循環する不凍液の循環流量が減少から増加へと反転し、第１熱源側熱交換器７での熱交換量が増加するため第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度が上昇し始める。また、この期間、第１蒸発温度センサ１１の検出する冷媒温度は、図３に示すゾーンｚ２に含まれる冷媒温度なので、第１圧縮機４の周波数の上限値の設定は６０Ｈｚのままである。
【００４５】
そして、時間ｔ３において、第１制御手段２６は、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度が図３に示すゾーンｚ２とゾーンｚ１の境界である−８℃を越えて上がったことを検知すると、第１圧縮機４の周波数の上限値を６０Ｈｚから９０Ｈｚに設定変更するものである。この第１圧縮機４の周波数の上限値の設定変更に伴い、時間ｔ３から、第１制御手段２６は、第１戻り温度センサ２５の検出する循環液の温度が設定された目標暖房温度（４０℃）になるように第１圧縮機４の周波数を増加させる制御を行い、第１戻り温度センサ２５の検出する循環液の温度が設定された目標暖房温度に到達すると、目標暖房温度に到達したときの第１圧縮機４の周波数（７５Ｈｚ）を維持するものである。また、時間ｔ３から時間ｔ４の期間、第１蒸発温度センサ１１の検出する温度が徐々に上昇していき目標蒸発温度である２℃に到達するので、第１制御手段２６は、第１蒸発温度センサ１１の検出する温度が目標蒸発温度（２℃）を維持するように、目標蒸発温度に到達したときの第１地中熱循環ポンプ２０の回転数（４５００ｒｐｍ）を維持するものであり、前記第１リモコンから暖房運転の停止指示がなされるまで暖房運転を行うものである。
【００４６】
なお、図４のタイムチャート中には表れていないが、前記暖房運転中に第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度が、図３に示すゾーンｚ２とゾーンｚ３の境界としてマイナス域の所定温度である−１３℃を越えて下がったことを検知したとき、または、−１３℃を越えて下がったことを検知して予め設定された所定時間を経過したときは、第１制御手段２６は、第１圧縮機４の周波数の上限値の設定を３５Ｈｚとし、第１膨張弁６の開度を全開にして、第１負荷側熱交換器５の冷媒流路５ａを流出した冷媒が第１膨張弁６で減圧されることなく通過させてそのまま第１熱源側熱交換器７の冷媒流路７ａに流し、暖かい冷媒と不凍液との熱交換によって、第１熱源側熱交換器７の不凍液流路７ｂを流通する不凍液中の水分の凍結を防止する、または第１熱源側熱交換器７の不凍液流路７ｂを流通する不凍液中の水分が凍結したものを解かすことができるものである。
【００４７】
また、図５のタイムチャートの時間ｔ１〜時間ｔ４にかけて、第１地中熱循環ポンプ２０の回転数が増加していくのに対して、第１地中熱循環回路１９を循環する不凍液の循環流量が減少していくが、この第１地中熱循環回路１９を循環する不凍液の循環流量の減少の要因は、時間ｔ１〜時間ｔ４の期間の前半では、ヒートポンプユニット１Ｂの第２地中熱循環ポンプ３８の駆動により第２地中熱循環回路３７にも不凍液が循環されることによるもの、後半では、第１熱源側熱交換器７の不凍液流路７ｂ内の凍結により不凍液が循環できない状態になることによるものである。そして、第１地中熱循環ポンプ２０の回転数の増加については、第１地中熱循環ポンプ２０付近の不凍液は凍結しておらず回転することはできるため、第１地中熱循環ポンプ２０の回転数を増加させて、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度を目標温度にしようと制御するが、目標温度に達しないので回転数だけがどんどん増加していき、図５のタイムチャートでこのようなグラフとなるものである。
【００４８】
以上説明した暖房運転において、暖房運転中、第１戻り温度センサ２５で検出する循環液の温度が設定された目標暖房温度になるように第１圧縮機４の周波数を制御するものにおいて、第１蒸発温度センサ１１で検出される第１膨張弁６の出口から第１熱源側熱交換器７の出口までの気液混合状態の冷媒の温度に応じて、第１圧縮機４の周波数の上限値を設定するようにしたことで、暖房運転中、特に、第１地中熱循環回路１９の不凍液の循環流量不足により、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度が、第１熱源側熱交換器７の不凍液流路７ｂを流通する不凍液中の水分を凍結させるおそれのあるマイナス域の温度に低下した際に、第１圧縮機４の周波数の上限値を設定することにより、第１ヒートポンプ回路９を循環する冷媒の循環流量が調整され第１熱源側熱交換器７における冷媒から不凍液への熱交換量を抑制する方向に調整することができるので、第１熱源側熱交換器７の不凍液流路７ｂを流通する不凍液中の水分の凍結を防ぎ、第１熱源側熱交換器７の破損を未然に防止することができ、第１熱源側熱交換器７の不凍液流路７ｂを流通する不凍液中の水分の凍結を防ぐことで、暖房運転が継続されるため無暖房状態となることがないものである。
【００４９】
また、図４のタイムチャートと図５のタイムチャートとの比較から分かるように、図４のタイムチャートの時間ｔ１〜時間ｔ３のように、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度がマイナス域に達し低下するにつれて、第１圧縮機４の周波数の上限値を下げるようにしたことで、第１ヒートポンプ回路９を循環する冷媒の循環流量の上限を抑えて冷媒循環流量を低下させ、第１熱源側熱交換器７における冷媒から不凍液への熱交換量を抑制し、結果として、第１熱源側熱交換器７の不凍液流路７ｂを流通する不凍液中の水分の凍結を防ぎ、第１熱源側熱交換器７の破損を未然に防止することができるものである。
【００５０】
なお、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、本実施形態では、第１蒸発温度センサ１１の検出する冷媒温度に応じて、第１圧縮機４の周波数の上限値を設定するようにしたが、第１圧縮機４の周波数の代わりに第１圧縮機４の回転数を用いて、第１蒸発温度センサ１１の検出する冷媒温度に応じて、第１圧縮機４の回転数の上限値を設定するようにしてもよいものである。
【００５１】
また、本実施形態では、第１蒸発温度センサ１１の検出する冷媒温度に応じて、３つの第１圧縮機４の周波数の上限値を設定できるようにしたが、３つに限定する必要はなく、第１蒸発温度センサ１１の検出する冷媒温度に応じて、第１圧縮機４の周波数の上限値を必要分用意すればよいものである。
【００５２】
また、本実施形態では、ヒートポンプユニット１Ａの第１制御手段２６において本発明の制御を適用したが、ヒートポンプユニット１Ｂの第２制御手段４４において本発明の制御を適用してもよいものであり、ヒートポンプユニット１Ａの第１制御手段２６とヒートポンプユニット１Ｂの第２制御手段４４の両方において本発明の制御を適用してもよいものである。
【００５３】
また、本実施形態では、ヒートポンプユニット１Ａの第１熱源側熱交換器７とヒートポンプユニット１Ｂの第２熱源側熱交換器３０とが地中熱交換器１２に対して並列に接続されているものにおいて、ヒートポンプユニット１Ａが暖房運転を行っている最中に、ヒートポンプユニット１Ｂにて暖房運転が開始されるものを例に挙げ、第１地中熱循環回路１９の循環流量が低下したことで、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度が低下する場合について本発明の制御を適用したが、それに限定されず、ヒートポンプユニット１Ｂ側が無く、１台のヒートポンプユニット１Ａの第１熱源側熱交換器７に対して１つの地中熱交換器１２が対応しているものにおいても、第１地中熱循環回路１９の循環流量が低下する場合があり、例えば、ヒートポンプ装置を施工したときの第１地中熱循環回路１９のエア抜きが完全でなく、前記暖房運転時にそのエアが移動して第１地中熱循環ポンプ２０でエア噛みが発生し、それにより第１地中熱循環回路１９の循環流量が低下してしまう場合や、ヒートポンプ装置を施工したときに不凍液配管内に混入した石、砂利、不凍液配管の接続部に使用されたシール材等が、前記暖房運転中に第１地中熱循環ポンプ２０の駆動により第１地中熱循環回路１９内を移動し、第１地中熱循環回路１９の適所に設けられたストレーナ（図示せず）を閉塞し、それにより第１地中熱循環回路１９の循環流量が低下してしまう場合があり、その場合は、第１蒸発温度センサ１１で検出される冷媒温度が低下するものであり、その時に、本発明の制御を適用しても、ヒートポンプユニット１Ａの第１熱源側熱交換器７とヒートポンプユニット１Ｂの第２熱源側熱交換器３０とが地中熱交換器１２に対して並列に接続されたものと同様、第１熱源側熱交換器７の不凍液流路７ｂを流通する不凍液中の水分の凍結を防ぎ、第１熱源側熱交換器７の破損を未然に防止することができるという効果を発揮するものである。
【００５４】
また、本実施形態では、第１熱源側熱交換器７の冷媒流路７ａまたは第２熱源側熱交換器３０の冷媒流路３０ａを流通する冷媒を加熱する熱媒循環式の熱源部として、地中熱交換器１２を介して地中から熱を採熱する熱源熱交換部２を採用したが、熱源部としては、川・湖・海の水を循環させて第１熱源側熱交換器７の冷媒流路７ａまたは第２熱源側熱交換器３０のの冷媒流路３０ａを流通する冷媒を加熱するような熱媒循環式のものでもよく、さらに、貯湯タンクに貯湯された湯水を直接的または間接的に利用、または井戸水を直接的または間接的に利用して第１熱源側熱交換器７の冷媒流路７ａまたは第２熱源側熱交換器３０の冷媒流路３０ａを流通する冷媒を加熱するような熱媒循環式のものでもよいものである。
【００５５】
また、先に説明した本発明の一実施形態では、前記暖房運転のみが行えるヒートポンプ装置を示したが、ヒートポンプユニット１Ａにおける第１ヒートポンプ回路９、またはヒートポンプユニット１Ｂにおける第２ヒートポンプ回路３２に四方弁を備え、四方弁の切り換えにより、暖房運転と冷房運転の両方を行えるようなヒートポンプ装置において、暖房運転時に第１制御手段２６または第２制御手段４４が本発明の制御を適用してもよいものである。
【００５６】
また、本実施形態では、第１蒸発温度センサ１１は、第１膨張弁６の出口から第１熱源側熱交換器７の出口までの気液混合状態の冷媒の温度を検出するものであるが、第１熱源側熱交換器７がプレート式や二重管式等の水冷媒熱交換器であると、第１熱源側熱交換器７の冷媒流路７ａにおける気液混合状態の冷媒の温度を検出するのは難しいので、図１に示したように、第１蒸発温度センサ１１は第１膨張弁６の出口から第１熱源側熱交換器７の入口までの第１冷媒配管８に設けるのが取り付けも容易で好ましい。同様に、第２蒸発温度センサ３４についても、第２膨張弁２９の出口から第２熱源側熱交換器３０の入口までの第２冷媒配管３１に設けるのが取り付けも容易で好ましい。
【符号の説明】
【００５７】
２  熱源熱交換部
４  第１圧縮機
５  第１負荷側熱交換器
５ａ  第１負荷側熱交換器の冷媒流路
５ｂ  第１負荷側熱交換器の循環液流路
６  第１膨張弁
７  第１熱源側熱交換器
７ａ  第１熱源側熱交換器の冷媒流路
７ｂ  第１熱源側熱交換器の不凍液流路
８  第１冷媒配管
９  第１ヒートポンプ回路
１１  第１蒸発温度センサ
１２  地中熱交換器
１３  第１熱交往き管
１５  地中往き管
１６  地中戻り管
１８  第１熱交戻り管
１９  第１地中熱循環回路
２０  第１地中熱循環ポンプ
２１  第１負荷端末
２２  第１循環液配管
２３  第１負荷側循環回路
２４  第１負荷側循環ポンプ
２５  第１戻り温度センサ
２６  第１制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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