專利名稱：熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供暖機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用熱泵作為熱源的熱介質(zhì)循環(huán)型供曖機(jī)。
背景技術(shù)：
作為熱介質(zhì)循環(huán)型供曖機(jī)，已知有利用熱泵作為熱源的熱水供曖機(jī)。圖12是專利文獻(xiàn)1所記載的熱水循環(huán)型熱泵供曖機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。熱泵供曖機(jī)500具備室外機(jī)501、換熱器 (冷凝器)503、散熱器505、泵504、熱敏電阻507及熱敏電阻508。散熱器505通過熱水配管506而與換熱器503連接。在熱水配管506上安裝有泵504。熱敏電阻507及508分別檢測(cè)外部氣體溫度及熱水的溫度。在外部氣體溫度高吋，散熱器505的負(fù)載小，因此對(duì)室外機(jī)501的壓縮機(jī)進(jìn)行控制，以通過熱水配管506將比較低溫的熱水向散熱器505供給。如此，能夠降低熱泵循環(huán)的冷凝溫度。當(dāng)冷凝溫度下降吋，冷凝壓カ與蒸發(fā)壓カ的差縮小，壓縮機(jī)的壓縮功減少。其結(jié)果是，熱泵供曖機(jī)500的輸入(消耗電力)減少，設(shè)備效率(熱泵循環(huán)的效率系數(shù))提高。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1日本特開2001-124349號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題另ー方面，當(dāng)散熱器505的負(fù)載增加時(shí)，對(duì)室外機(jī)501的壓縮機(jī)進(jìn)行控制，以通過熱水配管506將比較高溫的熱水向散熱器505供給。如此，返回?fù)Q熱器503的熱水的溫度 (返回溫度)也上升。具體而言，如圖13所示，伴隨著向散熱器505供給的熱水的溫度(供給溫度)的上升，返回溫度也上升。當(dāng)返回溫度上升吋，換熱器503的出口處的制冷劑的溫度上升而制冷劑的焓h_ out増加。因此，換熱器503的入口處的制冷劑的焓h_in與換熱器503的出ロ處的制冷劑的焓11_0此之差A(yù)h( = h_in-h_0ut)減少。即，熱泵循環(huán)的效率系數(shù)下降。如此，在以往的熱水循環(huán)型熱泵供曖機(jī)中，存在當(dāng)提高供曖輸出時(shí)效率下降的問題。尤其是在臨界壓力以上進(jìn)行動(dòng)作的熱泵循環(huán)中，存在當(dāng)返回溫度超過臨界溫度時(shí)焓差A(yù)h急劇減少的問題。本發(fā)明的目的在于改善熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)的效率。用于解決課題的手段S卩，本發(fā)明提供ー種熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)，具備熱泵，其具有壓縮機(jī)、散熱器、膨脹機(jī)構(gòu)及蒸發(fā)器；熱傳送回路，其使由所述熱泵加熱后的熱介質(zhì)循環(huán)；熱利用設(shè)備，其與所述熱傳送回路連接；流量調(diào)節(jié)部，其設(shè)置于所述熱傳送回路，能夠變更熱介質(zhì)的循環(huán)量；控制部，其控制所述熱泵，以利用所述熱利用設(shè)備發(fā)揮必要的供曖輸出，并且控制所述流量調(diào)節(jié)部，以阻止返回溫度隨著供給溫度的上升而上升，該供給溫度是由所述熱泵加熱而向所述熱傳送回路送出的熱介質(zhì)的溫度，該返回溫度是從所述熱傳送回路返回所述熱泵的熱介質(zhì)的溫度。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，控制流量調(diào)節(jié)部，以阻止返回溫度隨著供給溫度的上升而上升。這樣的話，即使供給溫度上升也能夠抑制散熱器的出ロ處的制冷劑的溫度的上升。因此，本發(fā)明的熱泵供曖機(jī)即使在為了提高供曖輸出而提高供給溫度吋，也能夠發(fā)揮高效率系數(shù)(COP coefficient of performanceハ


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式中的熱水循環(huán)型熱泵供曖機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖1所示的熱泵供曖機(jī)的通常運(yùn)轉(zhuǎn)的控制流程圖。圖3A是表示供給溫度、返回溫度及供曖輸出的關(guān)系的圖形。圖;3B是表示水的循環(huán)量與供曖輸出的關(guān)系的圖形。圖4是變形例1的熱水循環(huán)型熱泵供曖機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖5是變形例2的熱水循環(huán)型熱泵供曖機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖6是變形例3的熱水循環(huán)型熱泵供曖機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖7是冷凝器的內(nèi)部的制冷劑的溫度與水的溫度的相關(guān)圖。圖8是變形例4的熱水循環(huán)型熱泵供曖機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖9是變形例5的熱水循環(huán)型熱泵供曖機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖10是在使用R410A作為制冷劑的熱泵供曖機(jī)中進(jìn)行本發(fā)明的控制或進(jìn)行以往的控制時(shí)得到的莫里爾圖。圖11是在使用(X)2作為制冷劑的熱泵供曖機(jī)中進(jìn)行本發(fā)明的控制或進(jìn)行以往的控制時(shí)得到的莫里爾圖。圖12是以往的熱水循環(huán)型熱泵供曖機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
圖13是表示以往的熱泵供曖機(jī)的供曖輸出與水的溫度的關(guān)系的圖形。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施方式。需要說明的是，并未通過以下的實(shí)施方式來限定本發(fā)明。(熱泵供曖機(jī)的結(jié)構(gòu))如圖1所示，本實(shí)施方式的熱泵供曖機(jī)100具備熱泵101、熱傳送回路107、變頻泵 108、散熱器109、控制部110、第一溫度傳感器111及第ニ溫度傳感器112。熱傳送回路107 中的熱介質(zhì)由熱泵101加熱，加熱后的熱介質(zhì)向作為熱利用設(shè)備的散熱器109供給。由此， 在散熱器109的周圍能夠發(fā)揮供曖效果。熱介質(zhì)在由散熱器109散熱之后，再次由熱泵101 加熱。即，熱泵供曖機(jī)100構(gòu)成為熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)。熱介質(zhì)典型的是水，也可以使用油等其他的流體。熱泵101具有壓縮機(jī)102、散熱器103(冷凝器)、膨脹機(jī)構(gòu)104及蒸發(fā)器105。這些要素使用制冷劑配管按照上述的順序相互連接，從而形成制冷劑回路。壓縮機(jī)102典型的是容積型壓縮機(jī)。作為容積型壓縮機(jī)，列舉有回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)、渦旋壓縮機(jī)、螺旋壓縮機(jī)等。 散熱器103典型的是由水-制冷劑換熱器構(gòu)成。在散熱器103中，在制冷劑回路的制冷劑與熱傳送回路107的水之間進(jìn)行換熱，制冷劑的熱量向水賦予。蒸發(fā)器105典型的是由空氣-制冷劑換熱器構(gòu)成。在蒸發(fā)器105設(shè)有用于促進(jìn)制冷劑與空氣的換熱的風(fēng)扇106。膨脹機(jī)構(gòu)104典型的是膨脹閥，也可以由能夠從制冷劑回收動(dòng)カ的容積型膨脹機(jī)構(gòu)成。在熱泵101的制冷劑回路填充有氟制冷劑、超臨界制冷劑等各種制冷劑。作為氟制冷劑，列舉有R22、R32、R410A、R407C、R134a、R1234yf等。作為超臨界制冷劑，列舉有ニ 氧化碳。在將比較低溫(例如55°C以下)的熱水向散熱器109供給時(shí)，可以優(yōu)選使用R410A 及R22等氟制冷劑。在熱水的溫度低吋，能夠降低制冷劑的冷凝壓力。這種情況對(duì)于壓縮機(jī)102的壓縮功的減少是有效的。在將比較高溫(例如90°C以下或75°C以下)的熱水向散熱器109供給時(shí)，可以采用如下循環(huán)使用了ニ氧化碳的循環(huán)、使用了 R407C的循環(huán)、使用了 R410A的低溫循環(huán)與使用了的高溫循環(huán)的復(fù)疊循環(huán)、使用了 R32的低溫循環(huán)與使用了 R1234yf的高溫循環(huán)的復(fù)疊循環(huán)。在使用了ニ氧化碳的循環(huán)中，GWP (GlcAal Warming Potential)小，容易生成高溫的熱水，具有在系統(tǒng)的廢棄時(shí)不需要回收制冷劑這樣的各種優(yōu)點(diǎn)。熱傳送回路107典型的是由配管構(gòu)成。由熱泵101的散熱器103加熱后的水(熱水)在熱傳送回路107中進(jìn)行循環(huán)。變頻泵108設(shè)置于熱傳送回路107，擔(dān)負(fù)著變更水的循環(huán)量的作為流量調(diào)節(jié)部的作用?！把h(huán)量”表示每單位時(shí)間通過散熱器109的水的流量。 散熱器109為了能進(jìn)行室內(nèi)的供曖而與熱傳送回路107連接。作為散熱器109，列舉有室內(nèi)安置型的換熱器、內(nèi)置有散熱管的地板等?？刂撇?10對(duì)變頻泵108的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制來變更水的循環(huán)量。控制部110還控制熱泵101 (壓縮機(jī)102、膨脹機(jī)構(gòu)104及風(fēng)扇106)，以利用散熱器109發(fā)揮必要的供曖輸出。作為控制部110，可以使用包括A/D轉(zhuǎn)換回路、輸入輸出回路、運(yùn)算回路、存儲(chǔ)裝置等的 DSP (Digital Signal Processor)。在控制部110中存儲(chǔ)有用于控制變頻泵108及熱泵101 的程序。而且，在控制部110連接有接受來自使用者的輸入的操作部118。操作部118包括運(yùn)轉(zhuǎn)開始開關(guān)、運(yùn)轉(zhuǎn)模式選擇器、室溫選擇器等。由操作部118的室溫選擇器輸入的設(shè)定溫度(目標(biāo)室溫)存儲(chǔ)在控制部110中?？梢曰诋?dāng)前的室溫與設(shè)定溫度之差來決定必要的供曖輸出。在決定必要的供曖輸出時(shí)，還可以考慮外部氣體溫度。需要說明的是，“供曖輸出”是指散熱器109的供曖能力。第一溫度傳感器111 (供給溫度傳感器)檢測(cè)由熱泵101加熱而向熱傳送回路107 送出的水的溫度即供給溫度，并輸出與檢測(cè)到的供給溫度對(duì)應(yīng)的信號(hào)。供給溫度是由散熱器109散熱之前的水的溫度。第二溫度傳感器112(返回溫度傳感器)檢測(cè)從熱傳送回路 107向熱泵101返回的水的溫度即返回溫度，并輸出與檢測(cè)到的返回溫度對(duì)應(yīng)的信號(hào)。返回溫度是由散熱器109散熱之后的水的溫度。而且，設(shè)有用于檢測(cè)散熱器109的周圍的溫度的第三溫度傳感器113(周圍溫度傳感器)?！爸車臏囟取痹敿?xì)來說是室內(nèi)的溫度。溫度傳感器111、112及113通常由熱敏電阻、熱電偶等元件構(gòu)成。溫度傳感器111、112及113 為了將輸出信號(hào)向控制部110傳送而與控制部110連接。這種情況在后述的幾個(gè)變形例中也同樣。(熱泵供曖機(jī)的動(dòng)作)
圖2是圖1所示的熱泵供曖機(jī)的通常運(yùn)轉(zhuǎn)的控制流程圖。圖2所示的各處理由控制部110定期地執(zhí)行。此外，若通過操作部118將運(yùn)轉(zhuǎn)開始開關(guān)接通，則可以在圖2所示的通常運(yùn)轉(zhuǎn)之前進(jìn)行如下的初期運(yùn)轉(zhuǎn)。首先，根據(jù)將運(yùn)轉(zhuǎn)開始開關(guān)接通的時(shí)刻的室溫、外部氣體溫度及設(shè)定溫度來決定適當(dāng)?shù)某跗诠彷敵?。然后，以利用散熱?09發(fā)揮所決定的初期供曖輸出的方式?jīng)Q定壓縮機(jī)102的轉(zhuǎn)速、換言之決定熱泵101的熱供給能力。在從運(yùn)轉(zhuǎn)開始時(shí)刻經(jīng)過了 一定時(shí)間的時(shí)刻或室溫達(dá)到了設(shè)定溫度的時(shí)刻向通常運(yùn)轉(zhuǎn)移動(dòng)。如圖2所示，在步驟Sll中，取得第三溫度傳感器113的輸出信號(hào)，根據(jù)第三溫度傳感器113的輸出信號(hào)來確定室溫。接下來，對(duì)熱泵101進(jìn)行控制，以利用散熱器109發(fā)揮必要的供曖輸出。具體而言，在步驟S12中，判斷室溫是否低于設(shè)定溫度。在室溫低于設(shè)定溫度時(shí)，提高壓縮機(jī)102的轉(zhuǎn)速以使供曖輸出増加(步驟Si； )。在室溫為設(shè)定溫度以上吋， 降低壓縮機(jī)102的轉(zhuǎn)速以使供曖輸出減少(步驟S14)。當(dāng)提高壓縮機(jī)102的轉(zhuǎn)速時(shí)，熱泵101的制冷劑循環(huán)量増加。由此，蒸發(fā)器105的吸熱能力及散熱器103的加熱能力分別增加。當(dāng)散熱器103的加熱能力増加吋，在熱傳送回路107中，供給溫度及返回溫度上升。當(dāng)降低壓縮機(jī)102的轉(zhuǎn)速時(shí)，熱泵101的制冷劑循環(huán)量減少。由此，蒸發(fā)器105的吸熱能力及散熱器103的加熱能力分別減少。當(dāng)散熱器103 的加熱能力減少吋，在熱傳送回路107中，供給溫度及返回溫度下降。需要說明的是，也可以在操作部118設(shè)置供曖輸出選擇器，以便于使用者能夠自由設(shè)定供曖輸出。這種情況下，也對(duì)熱泵101進(jìn)行控制，以能發(fā)揮由使用者設(shè)定的供曖輸出O接下來，在步驟S15中，取得第一溫度傳感器111及第ニ溫度傳感器112的輸出信號(hào)。根據(jù)第一溫度傳感器111的輸出信號(hào)來確定供給溫度。在步驟S16中，判斷供給溫度是否小于規(guī)定的最高供給溫度。在此，“最高供給溫度”是指根據(jù)熱泵101所使用的制冷劑的種類、熱傳送回路107 所使用的熱介質(zhì)的種類、熱泵供曖機(jī)100的規(guī)格等決定的溫度。例如在制冷劑為ニ氧化碳且熱介質(zhì)為水吋，可以將最高供給溫度設(shè)定為90°c。無論要求何種供曖輸出，都對(duì)變頻泵 108進(jìn)行控制以將供給溫度保持成90°C以下。在供給溫度低于最高供給溫度吋，根據(jù)先取得的第二溫度傳感器112的輸出信號(hào)來確定返回溫度。并且，對(duì)變頻泵108進(jìn)行控制，以使返回溫度接近以第三溫度傳感器113 的檢測(cè)結(jié)果為基準(zhǔn)所決定的確定溫度(優(yōu)選一致)。從熱泵101的效率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選低的返回溫度。然而，無論進(jìn)行何種控制，都無法使返回溫度下降至室溫。因此，可以將通過變頻泵108的控制而比較容易實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)的理想的返回溫度定為“確定溫度”。在本實(shí)施方式中，將室溫加上規(guī)定的溫度差ΔΤ所得到的溫度作為“確定溫度”而進(jìn)行處理。規(guī)定的溫度差ΔΤ既可以是例如1 5°C的范圍的一定值，也可以是與室溫一一對(duì)應(yīng)地決定的值。在步驟S17中，判斷返回溫度是否高于確定溫度(=室溫+ΔΤ)。在返回溫度高于確定溫度吋，降低變頻泵108的轉(zhuǎn)速而減少水的循環(huán)量(步驟S18)。當(dāng)減少水的循環(huán)量吋， 単位體積的水在散熱器109中失去的熱量增加，因此返回溫度下降。當(dāng)水的循環(huán)量減少且返回溫度下降吋，在熱泵101的散熱器103中，単位體積的水從制冷劑接受到的熱量增加。其結(jié)果是，供給溫度上升。另ー方面，在返回溫度為確定溫度以下時(shí)，提高變頻泵108的轉(zhuǎn)速而增加水的循環(huán)量(步驟S19)。當(dāng)增加水的循環(huán)量時(shí)，單位體積的水在散熱器109中失去的熱量減少，因此返回溫度上升。當(dāng)水的循環(huán)量增加且返回溫度上升吋，在熱泵101的散熱器103中，単位體積的水從制冷劑接受的熱量減少。其結(jié)果是，供給溫度下降。如步驟S16 S19所示，在供給溫度小于最高供給溫度吋，以減少水的循環(huán)量的方式控制變頻泵108，由此來阻止返回溫度的上升。而且，以增加水的循環(huán)量的方式控制變頻泵108，由此來阻止返回溫度的下降。其結(jié)果是，返回溫度大致保持為確定溫度(=室溫 + Δ T)。通過將返回溫度保持為確定溫度，而能夠?qū)崿F(xiàn)高COP。而且，水的循環(huán)量的變動(dòng)也比較小。返回溫度低的情況對(duì)于熱泵101的效率而言是優(yōu)選的情況，因此乍ー看的話，會(huì)認(rèn)為步驟S19是多余的處理?？墒?，在為了降低返回溫度而僅進(jìn)行步驟S17及S18的處理吋，水的循環(huán)量可能不足。當(dāng)水的循環(huán)量不足時(shí)，為了得到必要的供曖輸出而需要大幅提高壓縮機(jī)102的轉(zhuǎn)速使供給溫度過度上升，或者可能無法得到必要的供曖輸出。相對(duì)于此，通過設(shè)置步驟S19的處理，能夠?qū)⒐┙o溫度小于最高供給溫度時(shí)的水的循環(huán)量保持為大致恒定。即，能夠取得熱泵101的壓縮機(jī)102的轉(zhuǎn)速與變頻泵108的轉(zhuǎn)速的平衡，從而能夠使熱泵101高效地運(yùn)轉(zhuǎn)且得到必要的供曖輸出。另ー方面，作為增加了供曖輸出的結(jié)果，在供給溫度達(dá)到了最高供給溫度后，進(jìn)行以下的控制。即，在供給溫度為最高供給溫度以上吋，以將供給溫度保持為最高供給溫度的方式控制變頻泵108。根據(jù)熱泵101的規(guī)格、熱介質(zhì)的種類等的制約等，來決定供給溫度的上限值。在熱介質(zhì)例如為水時(shí)，從安全性的觀點(diǎn)出發(fā)，不應(yīng)該將水加熱成高于90°C的溫度。 在制冷劑例如為R410A吋，從循環(huán)的效率及R410A的物性的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)該將熱介質(zhì)的溫度抑制成最高約陽(yáng)で。通過將供給溫度保持為最高供給溫度，能夠確保熱泵供曖機(jī)100的可靠性，且能夠使熱泵供曖機(jī)100以高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。具體而言，在步驟S16中，判斷供給溫度是否小于規(guī)定的最高供給溫度。當(dāng)供給溫度為最高供給溫度以上吋，在步驟S19中，提高變頻泵108的轉(zhuǎn)速來增加水的循環(huán)量。當(dāng)增加水的循環(huán)量時(shí)，單位體積的水在散熱器109中失去的熱量減少，因此返回溫度上升。當(dāng)水的循環(huán)量增加且返回溫度上升吋，在熱泵101的散熱器103中，単位體積的水從制冷劑接受的熱量減少。其結(jié)果是，供給溫度下降。此外，步驟S12中的“設(shè)定溫度”也可以是具有一定幅度的溫度范圍(例如設(shè)定溫度士0. 5°C )。在室溫收斂在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)吋，可以保持壓縮機(jī)102的轉(zhuǎn)速，以保持該時(shí)刻的供曖輸出。這樣的話，可以不用頻繁地調(diào)節(jié)變頻泵108的轉(zhuǎn)速。同樣地，步驟S16中的“最高供給溫度”及步驟S18中的“確定溫度”也可以分別是具有一定幅度的溫度范圍。S卩，也可以是控制部110以使確定溫度與返回溫度之差收斂在規(guī)定的溫度差的范圍內(nèi)的方式控制變頻泵108(流量調(diào)節(jié)部)，其中該確定溫度以散熱器109的周圍的溫度為基準(zhǔn)而決定。這樣的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上可以認(rèn)為等價(jià)于將返回溫度控制成接近確定溫度?！耙?guī)定的溫度差”可以設(shè)定成足以防止波動(dòng)的值，例如士 2°C。圖3A是表示進(jìn)行本實(shí)施方式的控制時(shí)的供給溫度、返回溫度及供曖輸出的關(guān)系的圖形。圖加是表示進(jìn)行同樣的本實(shí)施方式的控制時(shí)的水的循環(huán)量與供曖輸出的關(guān)系的圖形。這些圖形基于市售的散熱器的散熱特性來導(dǎo)出。在圖3A及圖加所示的例子中，最高供給溫度為90°C，確定溫度(=室溫+ΔΤ)為 20°C。在供給溫度小于最高供給溫度吋，即，在供曖輸出小于規(guī)定值(在圖3A及圖加所示的例子中小于6kW)的區(qū)域中，熱泵供曖機(jī)100進(jìn)行如下的動(dòng)作。S卩，在需要増加供曖輸出時(shí)，提高供給溫度而增加向散熱器109的供給熱量，并利用變頻泵108將水的循環(huán)量保持為大致恒定，以將返回溫度保持成確定溫度(不超過)。準(zhǔn)確來說，伴隨著供曖輸出的增加而水的循環(huán)量緩慢增加。在需要減少供曖輸出吋，降低供給溫度而減少向散熱器109的供給熱量，并利用變頻泵108將水的循環(huán)量保持為大致恒定，以將返回溫度保持成確定溫度。準(zhǔn)確來說，伴隨著供曖輸出的減少而水的循環(huán)量緩慢減少。通過將返回溫度保持成確定溫度， 能夠?qū)崿F(xiàn)高COP。而且，水的循環(huán)量的變動(dòng)也比較小。如圖13所示，根據(jù)以往的控制，相對(duì)于供曖輸出的増加，而供給溫度與返回溫度之差單調(diào)增加。相對(duì)于此，如圖3A所示，根據(jù)本實(shí)施方式的控制，供給溫度與返回溫度之差在某供曖輸出(圖3A中為6kW)下保持峰值。以使供給溫度及返回溫度具有圖3A所示的曲線的方式控制熱泵101及變頻泵108。此外，在最高供給溫度低時(shí)例如55°C吋，最高供給溫度下降成55°C。在最高供給溫度為55°C吋，供給溫度、返回溫度及供曖輸出也表現(xiàn)出與圖3A及圖加所示的曲線類似的曲線。如以上那樣，在供給溫度小于最高供給溫度吋，基于第一溫度傳感器111及第ニ 溫度傳感器112的檢測(cè)結(jié)果來控制變頻泵108，以阻止返回溫度隨著供給溫度的上升而上升。由此，能夠抑制熱泵101的散熱器103的出口處的制冷劑的溫度的上升。因此，熱泵供曖機(jī)100即使在為了提高供曖輸出而提高供給溫度吋，也能發(fā)揮高COP。同樣地，基于第一溫度傳感器111及第ニ溫度傳感器112的檢測(cè)結(jié)果來控制變頻泵108，以阻止返回溫度下降，詳細(xì)而言，以阻止返回溫度隨著供給溫度的下降而下降。這樣的話，即使供給溫度下降，也能夠?qū)⒎祷販囟缺３譃榇_定溫度。而且，能夠?qū)⒐┙o溫度小于最高供給溫度時(shí)的水的循環(huán)量保持為大致恒定。根據(jù)圖3B所示的例子，在供給溫度小于最高供給溫度吋，水的循環(huán)量為0 1. 2升/分鐘。如圖3A及圖加所示，在供給溫度為最高供給溫度以上吋，S卩，在供曖輸出為6kW 以上的區(qū)域中，熱泵供曖機(jī)100進(jìn)行如下的動(dòng)作。即，在需要増加供曖輸出時(shí)，增加循環(huán)量。 由此，能夠防止供給溫度的上升并增加向散熱器109的供給熱量。在需要減少供曖輸出吋， 減少循環(huán)量。由此，能夠防止供給溫度的下降并減少向散熱器109的供給熱量。詳細(xì)而言， 對(duì)變頻泵108進(jìn)行控制，以將供給溫度保持成最高供給溫度且伴隨著供曖輸出的増加或減少而使水的循環(huán)量増加或減少。如以上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，在増加供曖輸出吋，也利用控制部110對(duì)變頻泵 108進(jìn)行控制，以將供給溫度保持為最高供給溫度以下并抑制返回溫度的上升。由此，能夠抑制散熱器103的出ロ處的制冷劑的溫度的上升，因此熱泵循環(huán)的COP提高。另外，本實(shí)施方式的熱泵供曖機(jī)100具備變頻泵108作為用于變更水的循環(huán)量的流量調(diào)節(jié)部?？刂撇縄io通過調(diào)節(jié)變頻泵108的轉(zhuǎn)速來使水的循環(huán)量増加或減少，從而增加或減少向散熱器109的供給熱量。通過控制向變頻泵108供給的電源的頻率的簡(jiǎn)便的結(jié)構(gòu)就能夠容易地變更水的循環(huán)量。而且，在水的循環(huán)量少量就足夠的情況下，能夠充分地減少變頻泵108的消耗電力。(變形例1)圖4是變形例1的熱泵供曖機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。熱泵供曖機(jī)200具備等速泵117及流量控制閥114來作為用于變更水的循環(huán)量的流量調(diào)節(jié)部。其他點(diǎn)與參照?qǐng)D1 圖:3B說明的實(shí)施方式相同?？刂撇?10通過調(diào)節(jié)流量控制閥114的開度來使熱傳送回路107的水的循環(huán)量增加或減少，從而增加或減少向散熱器109的供給熱量。具體而言，在需要增加水的循環(huán)量吋，擴(kuò)大流量控制閥114的開度。如此，在泵108的出ロ側(cè)，水壓下降，泵108的升壓量也減少。其結(jié)果是，泵108的體積效率升高，噴出量増加。另ー方面，在需要減少水的循環(huán)量吋， 縮小流量控制閥114的開度。如此，在泵108的出ロ側(cè)，水壓上升，泵108的升壓量也増加。 其結(jié)果是，泵108的體積效率下降，噴出量減少。泵108始終以恒定的轉(zhuǎn)速(與電源頻率大致相同的轉(zhuǎn)速)進(jìn)行動(dòng)作。根據(jù)變形例1，能夠通過簡(jiǎn)便的結(jié)構(gòu)及控制來調(diào)節(jié)水的循環(huán)量。 而且，由于使用廉價(jià)的等速泵117，從而能夠期待成本的減少。(變形例2)圖5是變形例2的熱泵供曖機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。熱泵供曖機(jī)300具備等速泵117、旁通回路115及旁通閥116來作為用于變更水的循環(huán)量的流量調(diào)節(jié)部。其他點(diǎn)與參照?qǐng)D1 圖 3B說明的實(shí)施方式相同。旁通回路115以繞過等速泵117的方式與熱傳送回路107連接。旁通閥116設(shè)置在旁通回路115上，能夠調(diào)節(jié)旁通回路115中的水的流量?？刂撇?10通過調(diào)節(jié)旁通閥116 的開度來使熱傳送回路107的水的循環(huán)量増加或減少，從而增加或減少向散熱器109的供給熱量。根據(jù)變形例2，能夠通過簡(jiǎn)便的結(jié)構(gòu)及控制來調(diào)節(jié)水的循環(huán)量。而且，由于使用廉價(jià)的等速泵117，從而能夠期待成本的減少。(變形例3)圖1所示的熱泵供曖機(jī)100具備檢測(cè)供給溫度的第一溫度傳感器111。可是，也可以利用使用第一溫度傳感器111的方法以外的方法來檢測(cè)(詳細(xì)而言是推定)供給溫度。 檢測(cè)(或推定)供給溫度的方法并未特別限定。圖6是變形例3的熱泵供曖機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。熱泵供曖機(jī)401具備吸入溫度傳感器 119、噴出溫度傳感器120及蒸發(fā)溫度傳感器121。吸入溫度傳感器119檢測(cè)壓縮機(jī)102的吸入制冷劑的溫度(吸入溫度)。噴出溫度傳感器120檢測(cè)壓縮機(jī)102的噴出制冷劑的溫度(噴出溫度)。蒸發(fā)溫度傳感器121檢測(cè)蒸發(fā)器105中的制冷劑的溫度(蒸發(fā)溫度)。其他點(diǎn)與參照?qǐng)D1 圖3B說明的實(shí)施方式相同。如圖7所示，當(dāng)熱泵101在臨界壓力以下進(jìn)行動(dòng)作吋，在散熱器103 (冷凝器)中， 制冷劑的溫度大致保持為冷凝溫度Te。水的溫度在散熱器103的入口處最低，在散熱器103 的出口處最高。但是，水的溫度不會(huì)超過制冷劑的溫度。由于過熱狀態(tài)的制冷劑的熱量比較小，因此散熱器103的出ロ處的水的溫度即供給溫度表現(xiàn)出接近冷凝溫度Te的值。因此， 能夠根據(jù)冷凝溫度Te來推定供給溫度。供給溫度與冷凝溫度Te的溫度差依賴于散熱器103的規(guī)格、制冷劑的種類、水的循環(huán)量等。典型的是供給溫度比冷凝溫度Te高幾。C?？刂撇?10可以使用記述了冷凝溫度Te與供給溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系的參照表或運(yùn)算式，根據(jù)冷凝溫度Te來確定供給溫度。
根據(jù)熱泵供曖機(jī)401，可以根據(jù)吸入溫度、噴出溫度及蒸發(fā)溫度來推定冷凝溫度 Te，根據(jù)冷凝溫度Te來推定供給溫度。具體而言，根據(jù)蒸發(fā)溫度來推定壓縮機(jī)102的吸入制冷劑的壓力(吸入壓力)。根據(jù)吸入溫度來求出壓縮機(jī)102的吸入制冷劑的過熱度。如此，確定壓縮機(jī)102的吸入制冷劑的狀態(tài)(壓カ及過熱度)。根據(jù)吸入制冷劑的狀態(tài)、噴出溫度及壓縮機(jī)102的已知的隔熱效率，來推定壓縮機(jī)102的噴出制冷劑的壓力(噴出壓力)。 根據(jù)噴出壓カ來推定冷凝溫度Te，并推定供給溫度。需要說明的是，若使用對(duì)壓縮機(jī)102的噴出壓力進(jìn)行檢測(cè)的噴出壓カ傳感器122，則能夠不使用噴出溫度及蒸發(fā)溫度而推定冷凝溫度iTe。推定供給溫度的方法應(yīng)該根據(jù)熱泵101的運(yùn)轉(zhuǎn)方法而適當(dāng)選擇。在以使壓縮機(jī) 102的吸入制冷劑始終成為過熱狀態(tài)的方式控制膨脹機(jī)構(gòu)104(膨脹閥)吋，可以采用上述的推定方法。另ー方面，為了抑制壓縮機(jī)102的噴出溫度，而以使壓縮機(jī)102的吸入制冷劑成為氣液2相狀態(tài)的方式控制膨脹機(jī)構(gòu)104吋，由于制冷劑的干度不明，因此無法推定冷凝溫度Te。向壓縮機(jī)102的工作室注射液態(tài)制冷劑的情況也同樣。這種情況下，如后述那樣， 通過設(shè)置檢測(cè)冷凝溫度Te的溫度傳感器，而能夠推定供給溫度。另外，控制部110也可以在壓縮機(jī)102的噴出制冷劑的溫度超過了上限溫度吋，以將噴出制冷劑的溫度保持成上限溫度的方式控制變頻泵108?！吧舷逌囟取蓖ǔＲ蕾囉趬嚎s機(jī)所使用的電動(dòng)機(jī)的繞組的覆膜的耐熱性。當(dāng)噴出制冷劑的溫度超過上限溫度吋，繞組的絕緣被破壞而電動(dòng)機(jī)可能會(huì)短路。而且，當(dāng)噴出制冷劑的溫度過分上升吋，制冷機(jī)油可能發(fā)生劣化。在本變形例中，當(dāng)噴出制冷劑的溫度超過了上限溫度時(shí)，控制部110對(duì)變頻泵108 進(jìn)行控制，以使水的循環(huán)量増加。由此，能夠?qū)ι崞?03的內(nèi)部的高壓蒸氣的狀態(tài)的制冷劑進(jìn)行充分冷卻。在熱泵循環(huán)的高壓為臨界壓カ以下吋，若增加水的循環(huán)量，則在散熱器 103中能促進(jìn)制冷劑的液化。在熱泵循環(huán)的高壓為臨界壓カ以上吋，若增加水的循環(huán)量，則制冷劑的密度増加，制冷劑成為接近液相的狀態(tài)。如此，散熱器103中的制冷劑的壓力(= 壓縮機(jī)102的噴出制冷劑的壓力)下降。當(dāng)壓縮機(jī)102的噴出制冷劑的壓力下降吋，噴出制冷劑的溫度也下降。其結(jié)果是，噴出制冷劑的溫度被保持為上限溫度或低于上限溫度。如此，熱泵供曖機(jī)401的可靠性升高。根據(jù)本變形例，在増加供曖輸出吋，也能夠?qū)⒐┙o溫度保持為最高供給溫度以下且抑制返回溫度的上升。由此，能夠抑制散熱器103的出ロ處的制冷劑的溫度的上升，因此熱泵循環(huán)的COP提高。此外，如圖6所示，也可以取代噴出溫度傳感器120而使用噴出壓力傳感器122。 如前面說明那樣，可以根據(jù)噴出壓力來推定冷凝溫度Te。可以根據(jù)冷凝溫度Te來推定供給溫度。而且，控制部110也可以在壓縮機(jī)102的噴出制冷劑的壓力超過了上限壓カ吋，以將噴出制冷劑的壓力保持為上限壓カ的方式控制變頻泵108。具體而言，在壓縮機(jī)102的噴出制冷劑的壓力超過了上限壓カ時(shí)，控制部110控制變頻泵108，以使水的循環(huán)量増加。由此， 噴出制冷劑的壓力被保持成上限壓カ或小于上限壓力，因此噴出制冷劑的溫度也被保持成上限溫度或小于上限溫度。其結(jié)果是，熱泵供曖機(jī)401的可靠性升高。需要說明的是，“上限壓力”以熱泵101的結(jié)構(gòu)要素中的耐壓最低的要素(例如，壓縮機(jī)102、膨脹閥104)的耐壓為基準(zhǔn)來決定。
(變形例4)如圖8所示，變形例4的熱泵供曖機(jī)402具備檢測(cè)壓縮機(jī)102的密閉容器的溫度 的容器溫度傳感器123?？刂撇?10也可以在壓縮機(jī)102的密閉容器的溫度超過了上限溫 度吋，以將密閉容器的溫度保持為上限溫度的方式控制變頻泵108。具體而言，在壓縮機(jī) 102的密閉容器的溫度超過了上限溫度時(shí)，控制部110控制變頻泵108，以使水的循環(huán)量增 カロ。由此，基于在變形例3中說明的理論，噴出制冷劑的溫度被保持成上限溫度或小于上限 溫度，密閉容器的溫度也被保持成上限溫度或小于上限溫度。其結(jié)果是，熱泵供曖機(jī)402的 可靠性提高。在本說明書中，可以將容器溫度傳感器123以外的溫度傳感器設(shè)置在制冷劑管的 外周面或配管的外周面。相對(duì)于此，容器溫度傳感器123可以設(shè)置在壓縮機(jī)102的密閉容 器的外周面。具體而言，容器溫度傳感器123可以設(shè)置在密閉容器的上部。密閉容器的熱 容量大于壓縮機(jī)102的噴出配管的熱容量。若不考慮響應(yīng)性，則密閉容器的溫度與壓縮機(jī) 102的噴出制冷劑的溫度大致相等。(變形例5)如圖9所示，變形例5的熱泵供曖機(jī)403具備檢測(cè)散熱器103 (冷凝器)中的制冷 劑的冷凝溫度Te的冷凝溫度傳感器125。如變形例3中說明那樣，可以根據(jù)冷凝溫度Te來 推定供給溫度。實(shí)施例利用計(jì)算機(jī)模擬來求出在進(jìn)行了本發(fā)明的控制時(shí)得到的循環(huán)。作為比較例，求出 在進(jìn)行了日本特開2001-1M349號(hào)公報(bào)所記載的控制時(shí)得到的循環(huán)。計(jì)算所使用的條件如 下所述。(實(shí)施例1及比較例1的共通的條件)制冷劑R410A最低外部氣體溫度-12°C供曖開始溫度18 °C最大供曖輸出12kW最大供曖輸出時(shí)的供給溫度55°C最大供曖輸出時(shí)的返回溫度45°C計(jì)算時(shí)的外部氣體溫度-5°C計(jì)算時(shí)的供曖輸出9. 2kW(實(shí)施例1的固有的條件)供給溫度55.0°C返回溫度34.0°C(比較例1的固有的條件)供給溫度48.3 °C返回溫度40.7 °C(實(shí)施例2及比較例2的共通的條件)制冷劑CO2最低外部氣體溫度-12°C
供曖開始溫度18 °C最大供曖輸出12kW最大供曖輸出時(shí)的供給溫度90°C最大供曖輸出時(shí)的返回溫度70°C計(jì)算時(shí)的外部氣體溫度-5°C計(jì)算時(shí)的供曖輸出9. 2kff(實(shí)施例2的固有的條件)供給溫度90.0°C返回溫度48.0°C(比較例2的固有的條件)供給溫度76.7 °C返回溫度61.3°C使用R410A時(shí)的計(jì)算結(jié)果由圖10表示，使用CO2時(shí)的計(jì)算結(jié)果由圖11表示。如圖 10及圖11所示，進(jìn)行本發(fā)明的控制吋，即進(jìn)行阻止返回溫度隨著供給溫度的上升而上升的控制時(shí)，散熱器的入口處的焓與散熱器的出口處的焓的差擴(kuò)大。具體而言，實(shí)施例1所示的循環(huán)的COP為3. 45。實(shí)施例2所示的循環(huán)的COP為1. 89。相對(duì)于此，比較例1所示的循環(huán)的COP為3. 19。比較例2所示的循環(huán)的COP為1. 37。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的熱泵供曖機(jī)在熱水循環(huán)式的散熱器式供曖機(jī)、熱水循環(huán)式的風(fēng)扇盤管式供曖機(jī)等中是有用的。
權(quán)利要求
1.ー種熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)，具備熱泵，其具有壓縮機(jī)、散熱器、膨脹機(jī)構(gòu)及蒸發(fā)器；熱傳送回路，其使由所述熱泵加熱后的熱介質(zhì)循環(huán)；熱利用設(shè)備，其與所述熱傳送回路連接；流量調(diào)節(jié)部，其設(shè)置于所述熱傳送回路，能夠變更熱介質(zhì)的循環(huán)量；控制部，其控制所述熱泵，以利用所述熱利用設(shè)備發(fā)揮必要的供曖輸出，并且控制所述流量調(diào)節(jié)部，以阻止返回溫度隨著供給溫度的上升而上升，該供給溫度是由所述熱泵加熱而向所述熱傳送回路送出的熱介質(zhì)的溫度，該返回溫度是從所述熱傳送回路返回所述熱泵的熱介質(zhì)的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)，其中，所述控制部控制所述流量調(diào)節(jié)部，以使確定溫度與所述返回溫度之差收斂在規(guī)定的溫度差的范圍內(nèi)，該確定溫度以所述熱利用設(shè)備的周圍的溫度為基準(zhǔn)來決定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)，其中，在所述供給溫度小于規(guī)定的最高供給溫度吋，所述控制部以減少所述循環(huán)量的方式控制所述流量調(diào)節(jié)部，由此阻止所述返回溫度的上升。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)，其中，在所述供給溫度小于規(guī)定的最高供給溫度吋，所述控制部以增加所述循環(huán)量的方式控制所述流量調(diào)節(jié)部，由此阻止所述返回溫度的下降。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任ー項(xiàng)所述的熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)，其中，在所述供給溫度為規(guī)定的最高供給溫度以上吋，所述控制部以增加所述循環(huán)量的方式控制所述流量調(diào)節(jié)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任ー項(xiàng)所述的熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)，其中，在所述壓縮機(jī)的噴出制冷劑的溫度超過了上限溫度吋，所述控制部以增加所述循環(huán)量的方式控制所述流量調(diào)節(jié)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任ー項(xiàng)所述的熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)，其中，在所述壓縮機(jī)的噴出制冷劑的壓力超過了上限壓カ吋，所述控制部以增加所述循環(huán)量的方式控制所述流量調(diào)節(jié)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任ー項(xiàng)所述的熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)，其中，在所述壓縮機(jī)的密閉容器的溫度超過了上限溫度吋，所述控制部以增加所述循環(huán)量的方式控制所述流量調(diào)節(jié)部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任ー項(xiàng)所述的熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)，其中，所述流量調(diào)節(jié)部由變頻泵構(gòu)成，所述控制部通過調(diào)節(jié)所述變頻泵的轉(zhuǎn)速來使所述循環(huán)量増加或減少，從而增加或減少向所述熱利用設(shè)備的供給熱量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任ー項(xiàng)所述的熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)，其中，所述流量調(diào)節(jié)部由等速泵及流量控制閥構(gòu)成，所述控制部通過調(diào)節(jié)所述流量控制閥的開度來使所述循環(huán)量増加或減少，從而增加或減少向所述熱利用設(shè)備的供給熱量。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任ー項(xiàng)所述的熱介質(zhì)循環(huán)型熱泵供曖機(jī)，其中，所述流量調(diào)節(jié)部由等速泵、以繞過所述等速泵的方式與所述熱傳送回路連接的旁通回路、及設(shè)置在所述旁通回路上的旁通閥構(gòu)成，所述控制部通過調(diào)節(jié)所述旁通閥的開度來使所述循環(huán)量増加或減少，從而增加或減少向所述熱利用設(shè)備的供給熱量。
全文摘要
熱泵供暖機(jī)(100)具備熱泵(101)、熱傳送回路(107)、熱利用設(shè)備(109)、流量調(diào)節(jié)部(108)及控制部(110)。由熱泵加熱后的熱介質(zhì)在熱傳送回路中循環(huán)。通過變頻泵(108)能夠變更水的循環(huán)量?？刂撇?110)控制熱泵(101)，以利用熱利用設(shè)備(109)發(fā)揮必要的供暖輸出，并且控制流量調(diào)節(jié)部(108)，以阻止返回溫度隨著供給溫度的上升而上升。
文檔編號(hào)F24D3/00GK102575854SQ201180004019
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者岡市敦雄, 奧村拓也, 小須田修 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社