專利名稱：熱泵式熱水供給采暖機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用熱泵循環(huán)進行熱水供給與采暖的熱水供給采暖機。
背景技術：
作為現(xiàn)有技術的熱泵貯存熱水式熱水供給采暖機，日本專利特開2002-349964號公報(以下稱為專利文獻1)中展示了這樣的系統(tǒng)設有水循環(huán)式熱交換器，該熱交換器設于高溫貯存熱水的水箱內(nèi)的上部，借著貯存(熱水)于水箱內(nèi)的高溫水與在采暖機散熱返回的低溫水在熱交換器內(nèi)循環(huán)，從高溫貯存熱水側(cè)吸熱再升溫，通過循環(huán)泵使熱水循環(huán)至采暖機，來進行采暖。
本現(xiàn)有技術的水箱內(nèi)高溫熱水存貯運轉(zhuǎn)為由循環(huán)泵從水箱底部吸入的循環(huán)水、和熱泵循環(huán)的高壓高溫的冷媒回路進行熱交換，使水回路內(nèi)的水溫升溫后，再回到水箱上部，進行熱水存貯。
從而，一旦從熱泵循環(huán)、通過進行水回路與冷媒回路的熱交換的水冷媒熱交換器將高溫水存貯于水箱內(nèi)，由于該高溫水與循環(huán)于采暖機內(nèi)的水回路的熱交換需用另外設置的水熱交換器吸熱、進行采暖運轉(zhuǎn)，因此，必須進行用于從熱泵循環(huán)將高溫水存貯到熱水水箱中的水冷媒熱交換，和用于向采暖機循環(huán)高溫水的水箱內(nèi)高溫水與采暖水回路間的水水熱交換的合計二次熱交換。因此，恐怕有熱交換效率降低、系統(tǒng)能量效率降低的問題。
另外，作為其他熱水供給采暖系統(tǒng)，日本專利特開2002-286231號公報(以下稱為專利文獻2)展示了例如使甘醇水溶液等的熱媒循環(huán)、加熱存貯熱水水箱內(nèi)的水，進行地面采暖運轉(zhuǎn)。
在專利文獻2的系統(tǒng)中，熱水供給用的水箱內(nèi)高溫水的熱水貯存運轉(zhuǎn)是，由設置于水箱內(nèi)的電加熱器進行，招致熱水存貯的能量效率(加熱能力/使用電力)在1以下的低效率化。另外，采暖穩(wěn)定后所使用的熱泵循環(huán)的采暖回路，由于要單另設置熱源機，有系統(tǒng)大型化的問題；同時，由于熱泵循環(huán)在熱水供給中不使用作為暖氣專用的熱源機構成，在夏季等不需采暖運轉(zhuǎn)時不工作，從全年利用率看，也顯得過剩。還有，在冬季，需要暖氣升溫、使用熱量增大，因此，水箱內(nèi)的貯存熱水的熱量減少，相應地，有必須加大水箱容量、或進行電價較高的白天貯存熱水運轉(zhuǎn)的問題。
特開2002-349964號公報(摘要)[專利文獻2]特開2002-286231號公報(摘要)本發(fā)明針對上述不良情況，即在采暖運轉(zhuǎn)的情況下，在使高溫水存貯于水箱內(nèi)的熱泵運轉(zhuǎn)中，由于從熱泵循環(huán)吸熱，使用冷媒回路與水箱水回路接觸或接合的水冷媒熱交換器，另外，必須在水箱內(nèi)設置用于從該高溫存貯的高溫水可取得使采暖機所用的循環(huán)水的溫度上升的水熱交換器。從而，為循環(huán)采暖用熱水，一旦將熱泵循環(huán)中吸熱的熱源由水冷媒熱交換器吸熱貯存于水箱水回路，必須從該水箱內(nèi)高溫水通過水熱交換器、使采暖機用循環(huán)水吸熱、形成采暖用熱水。在進行熱交換的情況下，產(chǎn)生了熱交換效率，由于要進行該系統(tǒng)這樣從高溫冷媒回路向水箱貯存熱水的熱交換、和再從水箱貯存的高溫水向采暖用循環(huán)水的熱交換的兩重熱交換，就增加了熱損失，招致采暖系統(tǒng)效率降低。另外，采暖的升溫，是從貯存水箱內(nèi)的高溫水吸熱形成采暖用熱水，升溫后，在從熱泵循環(huán)的冷媒回路向采暖用熱源吸熱的系統(tǒng)中，熱泵循環(huán)熱源機在水箱貯存熱水中不使用，成了暖氣專用的熱源機，因此，貯存熱水與升溫采暖用高溫水，由裝用了電加熱器的水箱部件運轉(zhuǎn)。穩(wěn)定時的采暖運轉(zhuǎn)，成了必須有專用的熱泵循環(huán)熱源機，可預想得到，將招致系統(tǒng)的大型化、與夏季不需采暖運轉(zhuǎn)時熱泵循環(huán)熱源機運轉(zhuǎn)率降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，使用由熱泵循環(huán)熱源機直接供給熱水和進行采暖的熱水供給采暖系統(tǒng)，為了同樣也提高采暖時的熱交換效率，在熱水供給用水冷媒熱交換器之外，另行并列設置使冷媒管與采暖用溫水專用于采暖地直接進行熱交換的水冷媒熱交換器。另外，壓縮機出口的高溫冷媒，由設置于熱水供給用與采暖用的水冷媒熱交換器近前的切換閥變更冷媒回路，在減壓裝置近前，熱水供給用熱交換器與采暖用熱交換器的各出口管合流。而且，從采暖用的水冷媒熱交換器出口和熱水供給用水冷媒熱交換器出口的合流部近前，設置向著減壓裝置側(cè)的流動方向的逆止閥，以防止采暖停止時的循環(huán)管內(nèi)的冷媒冷凝。
由于構成這樣的采暖用回路，可從熱泵循環(huán)的高溫冷媒回路直接有效地向采暖用熱源吸熱，可使得水冷媒熱交換器小型化，可進行高效率的采暖運轉(zhuǎn)。另外，本發(fā)明的熱泵循環(huán)熱源機為高輸出，不使用存貯熱水用的大容量水箱部件，在熱水供給時，由熱泵循環(huán)冷媒回路與熱水供給回路的熱水供給用水冷媒熱交換器直接進行熱水供給。采暖時也一樣，由于由冷媒回路與采暖水回路的水冷媒熱交換器來進行，所以熱交換器、切換閥、逆止閥等可收納于熱泵循環(huán)熱源機內(nèi)，對得到熱水供給采暖系統(tǒng)的集中緊湊構造和降低制造成本有利。
由于由冷凍循環(huán)、熱水供給用水冷媒熱交換器、采暖用水冷媒熱交換器、采暖機器、切換閥等構成上述這樣的熱泵熱水供給采暖機的熱水供給回路與采暖回路，可得到采暖熱源的高效率熱交換與采暖回路的低造價構成。


圖1是本發(fā)明一實施例的熱水供給采暖機的構成圖。
圖2是本發(fā)明的可用于熱水供給和續(xù)燒浴池的水冷媒熱交換器的構造圖。
圖3是可使用于本發(fā)明的采暖機的水冷媒熱交換器的構造圖。
圖4是用于進行本發(fā)明的地板采暖運轉(zhuǎn)控制的構成圖。
圖5是本發(fā)明的熱水供給、采暖同時運轉(zhuǎn)的冷媒回路中使用三向閥的構成圖。
具體實施例方式
下邊借圖1說明本發(fā)明的一實施例。圖1示出了本實施例的采用熱泵循環(huán)熱源機的熱水供給與地板采暖回路，1是轉(zhuǎn)速可控制的壓縮機，2是由與外氣熱交換進行吸熱的蒸發(fā)器，3是向蒸發(fā)器2送風、促進熱交換的送風機，4是對冷凝了的高溫高壓冷媒進行減壓的減壓裝置，5是低溫時外氣在蒸發(fā)器上結(jié)霜、結(jié)霜量與運轉(zhuǎn)時間同時增大時，使高溫冷媒氣體流入蒸發(fā)器進行除霜的兩向閥。在本實施例中，熱泵循環(huán)獨立構成二個系統(tǒng)，壓縮機、蒸發(fā)器、減壓裝置、風扇各用二臺，注腳a與b用來區(qū)別用于循環(huán)的機器的系統(tǒng)。a表示第一系統(tǒng)的熱泵循環(huán)，b表示第二系統(tǒng)的熱泵循環(huán)。熱水供給用的水冷媒熱交換器6，是冷媒回路與熱水供給·水箱沸騰·續(xù)燒浴池水回路接觸進行熱交換。地板采暖用水冷媒熱交換器8將由循環(huán)泵7向鋪設于采暖板9的管送去的水加溫成熱水。21是用于切換熱水供給與地板采暖運轉(zhuǎn)的冷媒回路的三向切換閥。10是逆止閥，設置于采暖用水冷媒熱交換器8的冷媒回路出口與減壓裝置4a間。熱水供給用水冷媒熱交換器的冷媒回路成螺旋狀設置于輔助熱水貯存水箱13的周圍，由于以絕熱材料覆蓋于其周圍，冷媒回路可隔絕水箱的熱傳導而保持高溫，停止工作時冷媒不會冷凝。11是進行熱水供給、浴池蓄熱水時的給水口，12是用于向盥洗室、廚房等供給熱水的熱水出口。旁通比例閥19是用于使供給的水混合于排出熱水的水而使其通過的閥。水比例閥20，根據(jù)需要將在混合閥18混合的從熱水供給用水冷媒熱交換器6來的水與從熱水存貯水箱13來的水所形成的高溫水、與從給水口11來的低溫水混合，進行其溫度變得合適的熱水排出量的調(diào)節(jié)。熱水出口12的17是表示在向浴池15自動蓄熱水的情況下的注入熱水的電磁閥。另外，16是表示在續(xù)燒浴池15情況下的循環(huán)泵。14是在輔助存貯熱水水箱13中存貯熱水的情況下、通過水冷媒熱交換器6使其在水箱內(nèi)循環(huán)的水箱沸騰用泵。
這里，熱水存貯水箱是小容量的，處于熱水供給開始時的熱泵循環(huán)升溫的過渡狀態(tài)時，通過混合閥18向熱水供給回路輔助供給水箱內(nèi)的熱水。
圖2是本實施例示出的熱水供給、續(xù)燒用水冷媒熱交換器的一例，25是第一系統(tǒng)的熱泵循環(huán)的冷媒管，26是熱水供給、水箱沸騰用水管，27是第二系統(tǒng)的熱泵循環(huán)的冷媒管，28是續(xù)燒浴池用的水管并增加分別成形為扁平狀的管的接觸面積。各第一系統(tǒng)熱泵循環(huán)冷媒管、熱水供給用水管、第二系統(tǒng)熱泵循環(huán)冷媒管、續(xù)燒浴池用水管四根一組成形為螺旋狀，設置于輔助熱水貯存水箱的周圍。
圖3是地板采暖用的水冷媒熱交換器，29是第一熱泵循環(huán)的冷媒管，30是地板采暖用的熱水管，第一熱泵循環(huán)冷媒管、地板采暖用水管二根為1組成形為螺旋狀，和熱水供給用水冷媒熱交換器一樣，設置于輔助熱水貯存水箱周圍。
而且，作為熱水供給用與采暖用水冷媒熱交換器，也可使用從水管周圍壓入多根冷媒用細管成形的熱交換器等、以螺旋管或直管成形的各種熱交換器。
在這樣構成的熱泵式熱水供給采暖機中，熱水供給與浴池蓄水、續(xù)燒浴池、水箱沸騰運行同時驅(qū)動一系統(tǒng)與二系統(tǒng)的熱泵循環(huán)，因而可減少從水箱來的輔助熱水，可從熱泵循環(huán)的吸熱直接進行大部分的熱水供給，成為高效率的熱水供給運行。
另一方面，在由本發(fā)明的構成進行地板采暖的情況下，如圖4所示，僅運轉(zhuǎn)第一系統(tǒng)的熱泵循環(huán)，冷媒流路切換閥將冷媒流路切換于地板采暖一側(cè)，運轉(zhuǎn)循環(huán)泵以使熱水循環(huán)向地板采暖板。一般，由于地板采暖的初始負荷為3KW、穩(wěn)定時負荷少1-2KW左右，僅以第一系統(tǒng)運轉(zhuǎn)即可對付。另外，地板采暖用的熱水，由于與熱泵循環(huán)的高溫側(cè)冷媒熱交換，熱交換效率較高，可進行能量效率優(yōu)良的地板采暖運轉(zhuǎn)，地板采暖的溫度調(diào)節(jié)是，檢測板(パネル)溫度與來自遙控器23的設定溫度的溫度差，由控制器22調(diào)整熱泵循環(huán)的壓縮機轉(zhuǎn)速，從而增減從水冷媒熱交換器來的吸熱量、控制板溫度。但是，在地板采暖運轉(zhuǎn)中有熱水供給要求的情況下，首先，起動在地板采暖回路中未連接的第二系統(tǒng)的熱泵循環(huán)，進行熱水供給運轉(zhuǎn)。進而在產(chǎn)生超過第二系統(tǒng)熱泵循環(huán)的熱水供給能力的熱水供給負荷的情況下，由切換閥將第一系統(tǒng)的熱泵循環(huán)的冷媒流路切換到熱水供給回路側(cè)，暫時停止地板采暖運轉(zhuǎn)。
在進行地板采暖運轉(zhuǎn)了一段時間的情況下，由于地板采暖板內(nèi)的熱水變得足夠熱，進行如下的運轉(zhuǎn)控制是有效的。即，在第一系統(tǒng)的熱泵循環(huán)進行地板采暖運轉(zhuǎn)時有熱水供給要求的情況下，在第二系統(tǒng)的熱泵循環(huán)開始運轉(zhuǎn)的同時，切換已經(jīng)處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)的第一系統(tǒng)的熱泵循環(huán)的三向切換閥21，使整個高溫高壓的冷媒流量流向熱水供給用水冷媒熱交換器6。
如第二系統(tǒng)的熱泵循環(huán)的冷媒溫度變得足夠高可單獨供給熱水時，熱水供給僅由第二系統(tǒng)的熱泵循環(huán)進行熱水供給運轉(zhuǎn)。第一系統(tǒng)的熱泵循環(huán)、由三向切換閥21切換流路，回到原來的地板采暖運轉(zhuǎn)。
在本實施例中，由于將三向切換閥21用于冷媒流路切換，在地板采暖運轉(zhuǎn)中，第一系統(tǒng)的熱泵循環(huán)的熱水供給側(cè)的運轉(zhuǎn)被停止，但如圖5所示，如使用了可同時向三向中的二向流出的閥，第二系統(tǒng)的熱泵循環(huán)與第一系統(tǒng)的熱泵循環(huán)能力中，由于解除采暖負荷的能力可追加于熱水供給側(cè)，可同時進行地板采暖與高負荷的熱水供給的運轉(zhuǎn)。
另外，即使在熱水供給用水冷媒熱交換器與采暖用水冷媒熱交換器各自的出口側(cè)設置開度可變的電動式膨脹閥，也可進行同樣的控制。
而且，在本實施例中，作為采暖機，連接了地板采暖板，但也可連接浴室干燥、浴室采暖、與室內(nèi)采暖機等，另外，也可連接多個采暖機機器。
另外，在使用于熱泵循環(huán)的冷媒為天然系冷媒的情況下，特別是如使用二氧化碳將高溫水(90℃)貯存于現(xiàn)有的熱水貯存式水箱中，由于與周圍溫度的溫差變大，增加從水箱的散熱量。在本發(fā)明中，當產(chǎn)生熱水供給或采暖運轉(zhuǎn)要求時，使熱泵循環(huán)運轉(zhuǎn)，在冷媒回路與熱水回路進行高效率的熱交換，由于保溫而沒有熱量泄漏，熱水供給采暖系統(tǒng)呈現(xiàn)出顯著的省電。
如上所說明，如依本發(fā)明，使用了二臺可控制轉(zhuǎn)速的壓縮機，構成了各自獨立的熱泵循環(huán)系統(tǒng)，在第一系統(tǒng)的熱泵循環(huán)的冷媒回路中設置采暖用水冷媒熱交換器，從該熱交換器的吸熱，將升溫了的熱水由循環(huán)泵循環(huán)于采暖機器內(nèi)，借此可進行有效的采暖運轉(zhuǎn)。另外，由于熱泵循環(huán)構成了各自獨立的二個系統(tǒng)，在采暖運轉(zhuǎn)中，第二系統(tǒng)的熱泵循環(huán)可進行熱水供給運轉(zhuǎn)，也可同時進行以第二系統(tǒng)熱泵循環(huán)能力提供的熱水供給負荷與采暖運轉(zhuǎn)。
在同時產(chǎn)生第二系統(tǒng)熱泵循環(huán)的熱水供給能力以上的熱水供給負荷與采暖要求的情況下，由于在第一系統(tǒng)熱泵循環(huán)的三向切換閥構造中使用二個方向可同時流出的切換閥，故使高負荷的熱水供給與采暖可同時進行。
如上所述，如依本發(fā)明，可提供在熱泵熱水供給采暖機中以較少的零件構成有效完成熱水供給與采暖運轉(zhuǎn)的熱水供給采暖機。
如上說明，如依本發(fā)明，可進行有效的采暖運轉(zhuǎn)。
權利要求
1.一種熱泵式熱水供給采暖機，其特征在于，它具有熱泵循環(huán)、熱水供給回路、采暖用水冷媒熱交換器和熱水采暖回路；所述熱泵循環(huán)依次連接著用以供給從壓縮冷媒的壓縮機排出的高溫冷媒的熱水供給用水冷媒熱交換器、對在此進行了熱交換的冷媒進行減壓的減壓裝置，和使被減壓的冷媒氣化的蒸發(fā)器；所述熱水供給回路具有對被供給的水進行減壓的減壓閥，和對在前述水冷媒熱交換器升溫的水的熱水出水量進行調(diào)節(jié)的水比例閥；所述采暖用水冷媒熱交換器借助從前述熱泵循環(huán)分支出來的冷媒進行熱交換；所述熱水采暖回路使由前述采暖用熱交換器升溫了的水循環(huán)于采暖機器。
2.按權利要求1所述的熱泵式熱水供給采暖機，其特征在于，對前述熱水供給用水冷媒熱交換器具有二個熱泵循環(huán)，根據(jù)采暖機器的運轉(zhuǎn)要求運行熱泵循環(huán)的壓縮機，用以供給與該采暖機器對應的溫水采暖回路進行熱交換用的冷媒。
3.按權利要求1所述的熱泵式熱水供給采暖機，其特征在于，在前述采暖用水冷媒熱交換器中，借助設于前述熱泵循環(huán)內(nèi)并設于前述熱水供給用水冷媒熱交換器的冷媒流路上游側(cè)的切換閥供給冷媒。
4.按權利要求3所述的熱泵式熱水供給采暖機，其特征在于，前述切換閥不僅切換冷媒流路，且可向多個流路供給冷媒。
5.按權利要求2所述的熱泵式熱水供給采暖機，其特征在于，在使一個熱泵循環(huán)工作進行采暖運轉(zhuǎn)的時候接受熱水供給要求的情況下，起動另外的熱泵循環(huán)進行熱水供給運轉(zhuǎn)，在其熱水排出量較多的高負荷熱水供給的情況下，對進行采暖運轉(zhuǎn)的熱泵循環(huán)的冷媒分配或供給到前述熱水供給用水冷媒熱交換器進行切換。
6.按權利要求1所述的熱泵式熱水供給采暖機，其特征在于，熱泵循環(huán)中使用的冷媒為天然系冷媒。
全文摘要
切換向熱水供給用水冷媒熱交換器供給的熱泵循環(huán)的高溫冷媒的流路，送至采暖用水冷媒熱交換器，通過使用在此直接熱交換的熱水可高效率地進行采暖運行。從而解決在現(xiàn)有技術中，貯存從熱泵循環(huán)的冷媒回路吸熱而成的高溫水、從該貯存熱水為采暖用再度吸熱用于形成采暖用熱水的系統(tǒng)效率降低的問題。
文檔編號F25B13/00GK1530590SQ200410001908
公開日2004年9月22日 申請日期2004年1月15日 優(yōu)先權日2003年3月14日
發(fā)明者店網(wǎng)太一, 中村英幸, 北村哲也, 權守仁彥, 遠藤和廣, 岡村哲信, , 也, 信, 幸, 廣 申請人:日立家用電器公司