專利名稱：熱泵式暖氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明，涉及在使由熱泵加熱的流體循環(huán)來供給暖氣的暖氣裝置中、謀求設(shè)備高效率化的熱泵式暖氣裝置。
背景技術(shù)：
一般，熱水暖氣裝置，用熱水管路連接熱源機(jī)和暖氣末端，在熱源機(jī)內(nèi)，例如，使被加熱到約60℃的熱水在管路內(nèi)循環(huán)，在暖氣末端供暖。例如，基于地板下暖氣設(shè)備暖氣舒適性高，所以正在普及。另外，以石油或燃?xì)庾魅剂系娜紵綗崴瘹庋b置，在耗能或安全性方面存在問題，作為它們的代用品，熱泵式熱水暖氣裝置正在被商品化。
例如，提出了通過根據(jù)加熱熱水的水制冷劑熱交換器的溫度控制熱水循環(huán)量，來縮短地板下暖氣設(shè)備的上升時(shí)間的熱泵式地板下暖氣裝置(參照專利文獻(xiàn)1)。
另外，提出了通過檢測熱水暖氣回路的回水溫度、在規(guī)定的時(shí)間之間把壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制到最低轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定熱水溫度，提高效率的熱泵式地板下暖氣裝置(參照專利文獻(xiàn)2)。
專利文獻(xiàn)1特開2002-12233專利文獻(xiàn)2特開2000-46417發(fā)明內(nèi)容一般，在熱泵式地板下暖氣裝置上連接的地板下暖氣板，根據(jù)房間的大小，例如根據(jù)榻榻米數(shù)變化。此時(shí)，對于每一榻榻米數(shù)存在COP(供暖能力/輸入)成為最高的熱水循環(huán)量。其理由后面敘述。
圖5表示某榻榻米數(shù)的地板下暖氣板的熱水入口溫度和地板下供暖能力(圖5(a))以及熱水出口溫度(圖5(b))的關(guān)系，并把熱水循環(huán)量作為參數(shù)(大，中，小)。另外假定室溫一定。以下把地板下暖氣板的熱水取入口處的水溫作為熱水入口溫度、把該地板下暖氣設(shè)備的熱水流出口處的水溫作為熱水出口溫度進(jìn)行說明。
在相同的地板下供暖能力的條件下，若降低熱水循環(huán)量，則需要升高熱水入口溫度。在這種情形下，反過來降低熱水出口溫度，熱水入口和熱水出口的溫度差就變大。
此時(shí)，熱泵式地板下暖氣裝置，由地板下暖氣板的熱水出口溫度加熱到熱水入口溫度。圖6表示熱泵式地板下暖氣裝置的冷凍周期圖。在圖6中，把熱水循環(huán)量作為參數(shù)(大，中，小)，并表示在莫里爾圖上。使用的制冷劑是二氧化碳。
因?yàn)闊崴h(huán)量越小，在熱泵式地板下暖氣裝置中的熱水加熱的溫升幅度會越大，所以氣體冷卻器的制冷劑側(cè)入口和出口處的溫度差也變大。因此，每單位質(zhì)量的焓差也變大。
另一方面，由于熱水循環(huán)量越小流速越低，水制冷劑熱交換器(氣體冷卻器)的水側(cè)的熱傳導(dǎo)率會減小。因此，要獲得相同的供暖能力，水側(cè)和制冷劑側(cè)的溫差就變大，其結(jié)果壓縮機(jī)的輸出壓力上升，每單位質(zhì)量的壓縮功增加。
亦即，熱水循環(huán)量越小，焓差及壓縮功則越增加，但是因?yàn)樗鼈兊脑黾颖壤煌源嬖谠谀碂崴h(huán)量下COP(但是假定壓縮機(jī)效率一定，不包含循環(huán)泵輸入)成為峰值的點(diǎn)。
另外，在用DC泵供給熱水的情形下，越減少熱水循環(huán)量，泵輸入越降低。因此，包含泵輸入的COP的峰值，比不包含泵輸入的COP的峰值，變成在熱水循環(huán)量小的一方移動了若干的分布。
綜上所述，圖7概略表示對每榻榻米數(shù)(大，中，小)的熱水循環(huán)量的COP。從圖中可知，對于每一榻榻米數(shù)存在COP成為峰值的熱水循環(huán)量。但是，在熱泵式地板下暖氣裝置中，在現(xiàn)有技術(shù)中，不能對于每一榻榻米數(shù)調(diào)節(jié)熱水循環(huán)量。另外，同樣在熱泵式熱水暖氣裝置中，也不能對于每一暖氣末端調(diào)節(jié)熱水循環(huán)量。
本發(fā)明是要解決上述問題、提供謀求設(shè)備高效率化的熱泵式暖氣裝置。
為解決上述問題，本發(fā)明的熱泵式暖氣裝置，其特征在于，具有用制冷劑管路連接壓縮機(jī)、進(jìn)行由該壓縮機(jī)壓縮的制冷劑和流體的熱交換的熱交換器、減壓熱交換后的制冷劑的減壓裝置、進(jìn)行減壓后的制冷劑和空氣的熱交換的蒸發(fā)器的熱泵制冷劑回路；用管路連接給所述熱交換器供給所述流體的循環(huán)泵、具有用所述水制冷劑熱交換器加熱的流體流入的流體入口和該流體流出的流體出口、釋放該流體熱量的暖氣末端的暖氣回路；運(yùn)行控制所述熱泵制冷劑回路和暖氣回路的設(shè)備的運(yùn)行控制單元；和根據(jù)所述暖氣末端的流體入口溫度以及流體出口溫度控制所述循環(huán)泵的循環(huán)量控制單元。
在本發(fā)明中，暖氣回路也可以根據(jù)暖氣末端的流體入口溫度、流體出口溫度以及設(shè)置暖氣末端的房間的室溫，控制循環(huán)泵的熱水循環(huán)量。
在上述發(fā)明中，也可以在暖氣回路上裝備熱水循環(huán)量傳感器。另外，在上述發(fā)明中，也可以裝備循環(huán)泵的循環(huán)量設(shè)定單元。
上述發(fā)明也可以在暖氣回路上有多個(gè)暖氣末端，可以對于這些暖氣末端的每一個(gè)變化循環(huán)泵的循環(huán)量。
在上述發(fā)明中，作為熱泵冷介質(zhì)回路的制冷劑，可以使用二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供能謀求設(shè)備高效率化的熱泵式暖氣裝置。


圖1是涉及本發(fā)明的第一實(shí)施例的熱泵式暖氣裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是涉及本發(fā)明的第二實(shí)施例的熱泵式暖氣裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是涉及本發(fā)明的第三實(shí)施例的熱泵式暖氣裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是涉及本發(fā)明的第四實(shí)施例的熱泵式暖氣裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是表示地板下暖氣板的流體入口溫度和地板下供暖能力以及流體出口溫度的關(guān)系的圖。
圖6是把熱水循環(huán)量作為參數(shù)、在莫里爾圖上表示熱泵式暖氣裝置的冷凍周期圖的圖。
圖7是表示把榻榻米數(shù)作為參數(shù)時(shí)的對于熱水循環(huán)量的COP的圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
第一實(shí)施例圖1是使用本發(fā)明的熱泵式暖氣裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。熱泵式暖氣裝置由熱泵制冷劑回路1、暖氣回路3和運(yùn)行控制單元5構(gòu)成。作為熱源單元10，具有熱泵制冷劑回路1和暖氣回路3的一部分和運(yùn)行控制電路101。在暖氣回路3內(nèi)循環(huán)的流體，可以是不加任何添加物的熱水，也可以是混合有防凍劑或防腐劑等添加劑的熱水。以下，把它們作為熱水用鹽水說明。
熱泵制冷劑回路1由用制冷劑配管依次連接壓縮機(jī)11、水制冷劑熱交換器14、減壓裝置17、蒸發(fā)器20的閉合回路構(gòu)成，裝入制冷劑。壓縮機(jī)11具有可進(jìn)行容量控制、可從低速到高速控制轉(zhuǎn)速的結(jié)構(gòu)。水制冷劑熱交換器14由制冷劑側(cè)傳熱管和熱水側(cè)傳熱管組成，在其間進(jìn)行熱交換。蒸發(fā)器20是進(jìn)行空氣和制冷劑的熱交換的空氣制冷劑熱交換器。
暖氣回路3由用配管依次連接循環(huán)泵41、水制冷劑熱交換器14、暖氣末端48的閉合回路構(gòu)成，裝入熱水用鹽水。循環(huán)泵41，在連接暖氣末端48和水制冷劑熱交換器14的熱水側(cè)傳熱管入口的配管的中間設(shè)置。通過循環(huán)泵41的運(yùn)行，使熱水用鹽水在暖氣回路3中沿圖示箭頭的方向循環(huán)。該循環(huán)泵41具有通過控制單元可控制熱水循環(huán)量的結(jié)構(gòu)。
暖氣末端48，具有用水制冷劑熱交換器14加熱的鹽水在通過傳熱管48a時(shí)主要在地板面?zhèn)确懦鰺崃康慕Y(jié)構(gòu)。例如有地板下暖氣末端(地板下暖氣板)或浴室暖氣末端。
檢測朝向地板下暖氣板的流體溫度的流體入口(去往)溫度傳感器50安裝在連接水制冷劑熱交換器14的熱水配管出口和暖氣末端48的傳熱管48a入口的配管內(nèi)。檢測從地板下暖氣末端48朝向水制冷劑熱交換器14的流體溫度的流體出口(返回)溫度傳感器51安裝在在地板下暖氣末端48的傳熱管48a出口和水制冷劑熱交換器14的熱水配管入口上連接的配管中。各傳感器檢測熱水的去往和返回的水溫。室溫傳感器52檢測進(jìn)行地板下供暖的房間的室溫。在圖1中，室溫傳感器52與遙控器被構(gòu)成為一體，但是也可以作為分體構(gòu)成。
運(yùn)行控制單元5，由控制電路101和遙控器105、各傳感器構(gòu)成。遙控器105的操作設(shè)定以及檢測各部的溫度的溫度傳感器、檢測壓力的壓力傳感器等各傳感器的檢測信號被輸入到控制電路101中。
通過遙控器105的操作設(shè)定，進(jìn)行熱泵制冷劑回路1的運(yùn)行·停止以及壓縮機(jī)11的轉(zhuǎn)速控制，同時(shí)進(jìn)行熱水暖氣回路3的循環(huán)泵41的熱水循環(huán)量控制等。另外，在供暖運(yùn)行剛開始之后，為縮短暖氣上升時(shí)間，被控制為以規(guī)定的高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)壓縮機(jī)11的轉(zhuǎn)速。
下面說明作為本發(fā)明的熱泵式熱水暖氣裝置的熱水循環(huán)量控制。
地板下暖氣板的熱水側(cè)的移動單位數(shù)NTU，可用下式表示。
NTU＝KAp/(αMCpρ)……(1)式中，K是從熱水到空氣的熱通過率，Ap是地板下暖氣板的表面積，α是地板下暖氣的上面放熱率，M是熱水循環(huán)量，Cp是水的比熱，ρ是水的密度。
另外，熱水側(cè)的溫度效率ε，可用下式表示。
ε＝(Tin Tout)/(Tin Tr)＝1 exp(-NTU) ……(2)式中，Tin是地板下暖氣板的流體入口溫度，Tout是地板下暖氣板的流體出口溫度，Tr是室溫。
式(1)的從熱水到空氣的熱通過率K，因?yàn)榭諝鈧?cè)的熱阻是決定因素，所以即使熱水側(cè)的循環(huán)量M有某種程度的變化，其影響也小，可以認(rèn)為K的值基本上恒定。另外，式(1)的Ap、α、Cp、ρ的值也為定值或者基本上為定值。
因此，根據(jù)式(1)、(2)，在溫度效率ε和熱水循環(huán)量M之間有基本上是1對1的關(guān)系，通過控制循環(huán)泵41以使成為對應(yīng)規(guī)定的熱水循環(huán)量M的溫度效率ε，就可以得到希望的熱水循環(huán)量。亦即通過適當(dāng)控制循環(huán)泵41，以使從地板下暖氣板48的流體入口溫度傳感器50、地板下暖氣板48的流體出口溫度傳感器5 1以及室溫傳感器52的值計(jì)算出的溫度效率成為規(guī)定值，就可以高效率地運(yùn)行熱泵式熱水暖氣裝置。
在設(shè)置的地板下暖氣板中成為對應(yīng)于COP成為峰值的熱水循環(huán)量的目標(biāo)的溫度效率，例如，從遙控器105輸入。
另外，在作為對應(yīng)COP成為峰值的熱水循環(huán)量的目標(biāo)的溫度效率，隨地板下暖氣板的大小沒有太大變化的情況下，也可以在控制電路101內(nèi)預(yù)先存儲目標(biāo)溫度效率。
因此，因?yàn)榭梢钥刂频竭m合設(shè)置的地板下暖氣板的熱水循環(huán)量，所以能夠高效率地運(yùn)行。
第二實(shí)施例圖2表示涉及第二實(shí)施例的熱泵式熱水暖氣裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。該實(shí)施例和第一實(shí)施例的不同在于沒有室溫傳感器52，代之以在遙控器105a上設(shè)置室溫輸入單元110。
在以熱泵式熱水暖氣裝置給房間供暖、而室溫基本上恒定時(shí)，把其時(shí)的室溫輸入到遙控器105a。控制電路101，從輸入的室溫Tr、溫度傳感器50、51的地板下暖氣板的流體入口溫度Tin和流體出口溫度Tout計(jì)算溫度效率ε，控制循環(huán)泵41的循環(huán)量，以使該值為目標(biāo)值。
因此，和第一實(shí)施例一樣，因?yàn)榭梢钥刂频竭m合設(shè)置的地板下暖氣板的熱水循環(huán)量，所以能夠高效率地運(yùn)行。
另外，和第一實(shí)施例相比，因?yàn)闊o室溫傳感器，所以可以減少相應(yīng)部分的成本。
另外，也可以不設(shè)置室溫輸入部件110、而在地板下暖氣運(yùn)行穩(wěn)定后，假定室溫例如為20℃，計(jì)算溫度效率，控制循環(huán)泵41的循環(huán)量，使該值成為目標(biāo)值。
第三實(shí)施例圖3表示涉及第三實(shí)施例的熱泵式熱水暖氣裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。該實(shí)施例和第一以及第二實(shí)施例的不同，是在熱水暖氣回路3中設(shè)置了流量傳感器55。
控制電路101，控制循環(huán)泵41以使流量傳感器55的值成為規(guī)定的熱水循環(huán)量。規(guī)定的熱水循環(huán)量，從遙控器105輸入適合設(shè)置的地板下暖氣板的值。
因此，因?yàn)榭梢钥刂频竭m合設(shè)置的地板下暖氣板的熱水循環(huán)量，所以能夠高效率地運(yùn)行。
另外，和第一以及第二實(shí)施例比較，因?yàn)橹苯涌刂茻崴h(huán)量，所以可以以更高精度調(diào)節(jié)熱水循環(huán)量，容易高效率運(yùn)行。
第四實(shí)施例圖4表示涉及第四實(shí)施例的熱泵式熱水暖氣裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。該實(shí)施例和第一到第三實(shí)施例的不同，是在遙控器105c上設(shè)置作為循環(huán)泵41的熱水循環(huán)量設(shè)定單元的指示電壓輸入部件111。
施工者或者使用者，使用適合設(shè)置的地板下暖氣板48的熱水循環(huán)量(記載在施工手冊等中)，計(jì)算其時(shí)的熱水暖氣回路中的通水阻抗。接著，從泵的揚(yáng)程-流量曲線(記載在施工手冊等中)求與該熱水循環(huán)量和通水阻抗相匹配的循環(huán)泵(DC泵)41的指示電壓。接著，通過在遙控器105c上設(shè)置的指示電壓輸入單元111輸入該指示電壓。亦即，具有改變有關(guān)對應(yīng)于在本熱泵式暖氣裝置中組裝的暖氣末端的循環(huán)泵41的泵轉(zhuǎn)速控制的設(shè)定的單元，例如讓遙控器105c裝備輸入該設(shè)定值的單元。
在熱泵式暖氣裝置運(yùn)行中，控制電路101給循環(huán)泵41提供適當(dāng)?shù)闹甘倦妷?。因此，熱泵式熱水暖氣裝置，因?yàn)橐赃m當(dāng)?shù)臒崴h(huán)量運(yùn)行，所以能夠高效率運(yùn)行。
第一到第四實(shí)施例，作為暖氣末端設(shè)置了地板下暖氣板，但是對于其他的、例如浴室暖氣干燥機(jī)等末端，因?yàn)閷τ诿恳粰C(jī)種存在能量效率成為最高的熱水循環(huán)量，所以，本發(fā)明也可以適用于地板下暖氣板以外的末端裝置。
符號說明1熱泵制冷劑回路，3熱水暖氣回路，5運(yùn)行控制設(shè)備，11壓縮機(jī)，14水制冷劑熱交換器，17膨脹閥，20蒸發(fā)器，41循環(huán)泵，48地板下暖氣末端(地板下暖氣板)，48a傳熱管，50流體入口溫度傳感器，5 1流體出口溫度傳感器，52室溫傳感器，55流量傳感器，101控制電路，105、105a、105b、105c遙控器，110室溫輸入部件，111循環(huán)泵指示電壓輸入部件。
權(quán)利要求
1.一種熱泵式暖氣裝置，其特征在于，具有用制冷劑管路連接壓縮機(jī)、進(jìn)行由該壓縮機(jī)壓縮的制冷劑和流體的熱交換的熱交換器、減壓熱交換后的制冷劑的減壓裝置和進(jìn)行減壓后的制冷劑和空氣的熱交換的蒸發(fā)器的熱泵制冷劑回路；用管路連接給所述熱交換器供給所述流體的循環(huán)泵、具有用所述水制冷劑熱交換器加熱的流體流入的流體入口和該流體流出的流體出口并釋放該流體熱量的暖氣末端的暖氣回路；運(yùn)行控制所述熱泵制冷劑回路和暖氣回路的設(shè)備的運(yùn)行控制單元；和根據(jù)所述暖氣末端的流體入口溫度以及流體出口溫度，控制所述循環(huán)泵的循環(huán)量控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵式暖氣裝置，其特征在于，所述循環(huán)量控制單元，根據(jù)所述暖氣末端的流體入口溫度和流體出口溫度的差，控制所述循環(huán)泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵式暖氣裝置，其特征在于，所述循環(huán)量控制單元，由所述暖氣末端的流體入口溫度、流體出口溫度以及已設(shè)置所述暖氣末端的房間的室溫，來控制所述循環(huán)泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵式暖氣裝置，其特征在于，在所述暖氣回路上裝備了循環(huán)量傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵式暖氣裝置，其特征在于，所述暖氣回路有多個(gè)暖氣末端，所述循環(huán)量控制單元對于每個(gè)所述暖氣末端變化所述循環(huán)泵的循環(huán)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的熱泵式暖氣裝置，其特征在于，將所述熱泵制冷劑回路的制冷劑，取為二氧化碳。
全文摘要
提供謀求設(shè)備高效率化的熱泵式暖氣裝置。根據(jù)從暖氣末端的流體入口溫度、流體出口溫度以及已設(shè)置暖氣末端的房間的室溫計(jì)算出來的溫度效率，控制循環(huán)泵的循環(huán)量。
文檔編號F24D15/00GK1837686SQ20061000055
公開日2006年9月27日 申請日期2006年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者遠(yuǎn)藤和廣, 松林秀 申請人:日立家用電器公司