CN102455056A - 供热水系统 - Google Patents

Abstract

一种供热水系统，能准确地检测出储热水元件的储热水量，且可靠性优异。该供热水系统包括：对流过供水流路的水的流量进行检测的第一流量检测元件；以及对在沸腾运转时从储热水元件导出的水的流量进行检测的第二流量检测元件，通过将沸腾运转时第二流量检测元件的检测流量作为温水增加量进行累积运算，并将供热水时第一流量检测元件的检测流量作为温水减少量进行累积运算，从而检测出储热水容器的储热水量。

Description

供热水系统

技术领域

本发明涉及一种供热水系统，在该供热水系统中，将具有水热交换器的热泵式制冷循环作为热源，并通过使供热水容器内的水在水热交换器中循环，从而将温水储存在储热水容器中。

背景技术

有一种供热水系统，其利用热泵式的制冷循环作为热源，并将供热水用的温水(热水)储存在储热水元件即储热水容器中(例如，专利文献1)。在该供热水系统中，为了掌握储存在储热水容器中的温水的量即储热水量，需通过检测温度来估计向储热水容器的温水增加量，同时对作为从储热水容器流出的温水减少量的从供热水口流出的温水流出量进行检测，并将上述温水增加量及温水减少量相加。

专利文献1：日本专利特开2008-122018号公报

从供热水口流出的温水是将来自储热水容器的温水与从供水源供给来的水混合后的水。因此，仅通过检测从供热水口流出的温水流出量，是不能准确地检测出储热水容器的储热水量的。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种供热水系统，其能准确地检测出储热水元件即储热水容器的储热水量，且可靠性优异。

本发明实施方式的供热水系统包括：热泵式制冷循环，该热泵式制冷循环使压缩机的排出制冷剂经由水热交换器、减压元件及空气热交换器而返回至压缩机中；储热水元件；供水流路，该供水流路从供水源朝上述供热水元件供给水；出热水流路，该出热水流路从上述供热水元件送出温水；储热水回路，在该储热水回路中形成有沸腾运转(日文：沸上げ運転)用循环路，在该沸腾运转用循环路中，将水从上述储热水元件导出，在上述水热交换器中对该水进行加热并将其引导至上述储热水元件；第一流量检测元件，该第一流路检测元件对流过上述供水流路的水的流量进行检测；第二流量检测元件，该第二流量检测元件对在上述沸腾运转时从上述储热水元件导出的水的流量进行检测；以及储热水量检测元件，该储热水量检测元件通过将上述沸腾运转时上述第二流量检测元件的检测流量作为温水增加量进行累积运算，并将在经由上述出热水流路进行供热水时上述第一流量检测元件的检测流量作为温水减少量进行累积运算，从而检测出上述储热水元件的储热水量。

藉此，能提供一种可准确地检测出储热水元件即储热水容器的储热水量、且可靠性优异的供热水系统。

附图说明

图1是表示第一实施方式的结构及温水及水在沸腾运转时的流动的图。

图2是表示第一实施方式的温水在除霜运转时的流动的图。

图3是表示第一实施方式的温水及水在供热水/供水时的流动的图。

图4是表示各实施方式的远程控制器的图。

图5是用于说明各实施方式的动作的流程图。

图6是表示第二及第三实施方式的结构及温水和水在沸腾运转时的流动的图。

图7是表示第四实施方式的结构及温水和水在沸腾运转时的流动的图。

图8是表示第四实施方式的温水在除霜运转时的流动的图。

(符号说明)

1热泵单元

2压缩机

3四通阀

4水热交换器

5膨胀阀

6空气热交换器

7室外风扇

13循环泵

21容器单元

22储热水容器(储热水元件)

T3、T2、T1温度传感器(第一温度检测元件)

24供水管(供水流路)

26流量传感器(第一流量检测元件)

27水管

27a旁通管

31单向阀

32流量传感器(第二流量检测元件)

33温度传感器(第二温度检测元件)

34单向阀

35流量传感器(第三流量检测元件)

44出热水管(出热水流路)

45混合阀

50控制部

60遥控器

61液晶显示部

61a储热水量显示区域

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，参照附图对第一实施方式进行说明。

如图1所示，热泵单元1具有热泵式制冷循环作为热源，容器单元21通过配管与该热泵单元1连接，从而构成供热水系统。

首先，对热泵单元1进行说明。

压缩机2的制冷剂排出口经由四通阀3并通过配管与水热交换器4的制冷剂流路4a的入口侧连接，在该制冷剂流路4a的出口侧经由减压元件即膨胀阀5、空气热交换器6及四通阀3并通过配管与压缩机2的吸入口连接。

在空气热交换器6的附近配设有室外风扇7。此外，在水侧连接口11处经由三通阀12的一条流路并通过配管与循环泵13的吸入口连接，该循环泵13的排出口经由水热交换器4的水流路4b及三通阀14的一条流路并通过配管与热水侧连接口15连接。

另外，循环泵13的吸入口经由三通阀12的另一条流路并通过配管与热水侧连接口15连接，且水热交换器4的水流路4b的出口侧经由三通阀14的另一条流路并通过配管与水侧连接口11连接。

在储热水元件即储热水容器22中存储温水的沸腾运转时，如箭头所示形成制冷剂流路，在该制冷剂流路中，压缩机2的排出制冷剂流经四通阀3、水热交换器4的制冷剂流路4a、膨胀阀5、空气热交换器6、四通阀3后返回至压缩机2，其中，水热交换器4起到冷凝器的作用，空气热交换器6起到蒸发器的作用。

此时，打开三通阀12、14各自的一条流路，并使进入水侧连接口11的温水或水经由三通阀12及循环泵13流至至水热交换器4的水流路4b，由此，使加热后的温水流经三通阀14而从热水侧连接口15流出。

在去除附着于空气热交换器6的霜的除霜运转时，如图2中箭头所示形成制冷剂流路，在该制冷剂流路中，压缩机2的排出制冷剂经由四通阀3、空气热交换器6、膨胀阀5、水热交换器4的制冷剂流路4a及四通阀3后返回至压缩机2，其中，空气热交换器6起到冷凝器的作用，水热交换器4起到蒸发器的作用。

此时，打开三通阀12、14各自的另一条流路，并使进入热水侧连接口15的温水经由三通阀12及循环泵13流至水热交换器4的水流路4b，由此，使被夺去热量后的水流经三通阀14而从水侧连接口11流出。

接着，对容器单元21进行说明。

容器单元21包括储热水元件即储热水容器22，在与自来水管道等供水源连接的供水连接口23处，经由供水流路即供水管24与储热水容器22的底部连接。

在供水管24中配设有两个减压阀25、25及第一流量检测元件即流量传感器26。流量传感器26对流过供水管24的供水流量(＝向储热水容器22供水的供水流量)即检测流量f1进行检测。

在储热水容器22上安装有多个温度传感器(第一温度检测元件)T3、T2、T1，其中，这些温度传感器T3、T2、T1在沿着该储热水容器22的深度方向的多个部位处对温水的温度进行检测。根据这些温度传感器T3、T2、T1的检测温度，便能获取温水在储热水容器1的深度方向上的温度分布。

在供水管24中的流量传感器26的配设位置的下游侧与往路连接口28之间连接有水管27，在该水管27中配设有单向阀31、流量传感器(第二流量检测元件)32及温度传感器(第二温度检测元件)33。

单向阀31允许水从储热水容器22的底部导出并流向往路连接口28的水的流动，同时阻止与之外相反方向上的水的流动。

流量传感器32对经由单向阀31并流向往路连接口28的水的流量f2进行检测。温度传感器33对经由单向阀31并流向往路连接口28的水的温度Tx进行检测。

为使该水管27的单向阀31、流量传感器32、温度传感器33旁通而连接有旁通管27a，在该旁通管27a中配设有单向阀34及流量传感器(第三流量检测元件)35。

单向阀34允许水从往路连接口28流向储热水容器22的底部的水的流动，同时阻止与之相反方向上的水的流动。流量传感器35对经由单向阀34并流向储热水容器22的底部的水的流量f3进行检测。

此外，往路连接口28通过水管29与热泵单元1的水侧连接口11连接，另外，热泵单元1的热水侧连接口15通过温水管41与容器单元21的归路连接口42连接。在该归路连接口42与供热水容器22的上部之间连接有温水管43。

这样，由供水管24的一部分、水管27、旁通管27a、水管29、温水管41、43形成储热水回路，该储热水回路通过热泵单元1的水热交换器4使储热水容器22的底部与该储热水容器22的上部连通。

在该储热水回路中，有选择地形成有沸腾运转用循环路和除霜运转用循环路，其中，上述沸腾运转用循环路流经水管27的单向阀31、流量传感器32、温度传感器33，上述除霜运转用循环路流经旁通管27a的单向阀34及流量传感器35。

另外，在储热水容器22的上部与出热水连接口46之间连接有出热水流路即出热水管44，在该出热水管44中配设有混合阀45。

混合阀45通过使从分岔自供水管24的旁通管24a引导出的水与在出热水管44中流动的温水混合，由此产生具有供热水设定温度的温水。所产生的温水经由出热水连接口46而引导至使用场所即厨房、盥洗室、浴室等。

在图3中，用箭头表示一边将储热水容器22的温水供给至使用场所一边朝储热水容器22补给水的供热水/供水时的温水及水的流动。

另一方面，热泵单元1及容器单元21与控制部50连接，该控制器50与远程控制式操作器(简称遥控器)60连接。

如图4所示，遥控器60具有以能自由打开关闭的方式覆盖操作部的盖65等，其中，上述操作部包括液晶显示部61、满负荷运转按钮62、温度调节按钮63、64、运转模式旋转按钮等。液晶显示部61具有：用百分比显示储热水量的储热水量显示区域61a；以及用数值显示供热水设定温度的温度显示区域61b等。

控制部50具有以下的(1)～(3)的元件来起主要功能。

(1)储热水检测元件

在沸腾运转时，将流量传感器32的检测流量f2作为温水增加量进行累积运算，在该累积运算值达到预定的设定值并检测到为装满温水时，将此时的累积运算值设定为储热水量是100％，之后，通过将经由出热水管44进行供热水时流量传感器26的检测流量(＝向储热水容器22供水的供水流量)f1作为温水减少量进行累积运算，并将除霜运转时流量传感器35的检测流量f3作为温水减少量进行累积运算，从而检测出储热水容器22的储热水量(相对于100％的比例)。

(2)显示控制元件

如图4所示，在遥控器60的液晶显示部61的储热水量显示区域61a中用百分比显示由储热水量检测元件检测出的储热水量。

(3)异常判定元件

在用遥控器60设定成异常判定模式时，在热泵单元1及容器单元21彼此间的储热水回路中形成沸腾运转用循环路，在该沸腾运转用循环路中，若流量传感器32检测到流动，则判定在储热水回路中水管29及温水管41的连接为正常。

在沸腾运转用循环路中流量传感器32没有检测到流动，但流量传感器35检测到流动的情况下，在储热水回路中形成除霜运转用循环路。

若在该除霜运转用循环路中流量传感器32检测到流动，则判定为储热水回路中的水管29及温水管41为反接异常。

在沸腾运转用循环路中流量传感器32、35都没有检测到流动且在除霜运转用循环路中流量传感器32没有检测到流动的情况下，判定为储热水回路为堵塞异常。

接着，参照图5的流程图对动作进行说明。

当用遥控器60设定成沸腾运转模式时(步骤101为是)，形成图1所示的沸腾流路，储热水容器22的底部的水在水热交换器4中被加热，流过该水热交换器4的温水被引导至储热水容器22的上部。

在该沸腾运转时，将在水管27中流量传感器32的检测流量f2作为温水增加量进行累积运算(步骤102)，在将该累积运算值达到预先设定的设定值并检测到为装满温水时，将此时的累积运算值初始设定为储热水量是100％。

之后，当形成图2所示的除霜流路来执行对空气热交换器6的除霜运转时(步骤103为是)，将旁通管27a中流量传感器35的检测流量f3作为温水减少量进行累积运算(步骤104)。

另外，当形成图3所示的供热水/供水流路来执行朝使用场所供热水的供热水运转时(步骤105为是)，将在供水管24中流量传感器26的检测流量(＝朝储热水容器22供水的供水流量)f1作为温水减少量进行累积运算(步骤106)。

由流量传感器26检测出的检测流量f1与朝使用场所供热水的供热水量(从储热水容器22出热水的出热水量)相同。

将上述累积运算值依次相加，从而检测出储热水容器22的储热水量(相对于100％的比例)。然后，将所检测出的储热水量用百分比显示在遥控器60的液晶显示部61的储热水量显示区域61a(步骤108)。

通过观察该遥控器60的显示，能一目了然地掌握还残留有多少可用于供热水的温水。这样，第一实施方式的供热水系统能准确地检测出储热水元件即储热水容器22的储热水量，并能减少温度检测元件的数量。

然而，当完成供热水系统的安装时，若操作员用遥控器60设定成异常判定模式(步骤110为是)，则循环泵13仅运转大约时间t1后就形成图1的沸腾运转用循环路(步骤111)。

此时，对水管27中流量传感器32是否检测到流动(流量f2)进行判定(步骤112)。若检测到流动(步骤112为是)，则判定水管29及温水管41的连接为正常(步骤113)。然后，便允许各种运转。

但是，在流量传感器32没有检测到流动(流量f2)的情况下(步骤112为否)，对旁通管27a中流量传感器35是否检测到流动(流量f3)进行判定(步骤114)。

若检测到流动(步骤114为是)，则切换至图2的除霜运转用循环路并使循环泵13仅运转大约时间t1(步骤115)。此时，对水管27中流量传感器32是否检测到流动(流动f2)进行判定(步骤16)。

若检测到流动(步骤116为是)，则判定水管29及温水管41为反接异常(步骤117)。根据该判定，禁止之后的运转并在遥控器60的液晶显示部61处显示为反接异常。

另外，在沸腾运转用循环路中流量传感器32、35都没有检测到流动的情况下(步骤112为否、步骤114为否)，判定包括水管29及温水管41的储热水回路为堵塞异常(步骤118)。

根据该判定，禁止之后的运转并在遥控器60的液晶显示部61处显示为反接异常(堵塞异常)的情况。

在除霜运转用循环路中流量传感器32没有检测到流动的情况下(步骤116为否)，判定包括水管29及温水管41的储热水回路为堵塞异常(步骤118)。

根据该判定，禁止之后的运转并在遥控器60的液晶显示部61处显示为反接异常(堵塞异常)的情况。

由于具有这种异常判定功能，因而能事先防止在产生异常的状态下进行运转的不良情况，从而能提高可靠性。

(第二实施方式)

接着，对第二实施方式进行说明。

如图6所示，除容器单元21之外，还配设有辅助容器单元71、81。从而构成通过水管47将这些容器单元21及辅助容器单元71、81的储热水容器22、72、82的上部及底部依次串联连接的储热水元件。

此外，在这些被串联连接的储热水容器22、72、82中，供水管24与位于一端侧的储热水容器82(供水侧储热水容器)的底部连接，出热水管44及温水管43与位于另一端侧的储热水容器22(出热水储热水容器)的上部连接。

即，形成通过热泵单元1的水热交换器4使供水侧储热水容器即储热水容器82的底部与出热水储热水容器即储热水容器22的上部连通的储热水回路。

在该储热水回路中，有选择地形成有沸腾运转用循环路和除霜运转用循环路，在该沸腾运转用循环路中，将水从供水侧储热水容器即储热水容器82的底部导出，并将该水经由水管27的单向阀31、流量传感器32、温度传感器33、水热交换器4而引导至出热水储热水容器即储热水容器22的上部，在该除霜运转用循环路中，将温水从出热水储热水容器即储热水容器22的上部导出，并将该温水经由水热交换器4、旁通管27a的单向阀34及流量传感器35而返回至供热水储热水容器即储热水容器82的底部。

流量传感器32对沸腾运转时从供水侧储热水容器即储热水容器82的底部导出的水的流量进行检测。流量传感器35对除霜运转时返回至供水侧储热水容器即储热水容器82的底部的水的流量进行检测。

温度传感器T3、T2、T1仅安装于储热水容器22。由于储热水容器22、72、82连通，因此，无论储热水容器72、82有多少容量，都可以仅用上述温度传感器T3、T2、T1就能检测到储热水容器22、72、82的装满温水的情况。

由于仅在装满温水的检测上不同，而其它结构及动作与第一实施方式相同，因此，省略其说明。

(第三实施方式)

对第三实施方式进行说明。

该第三实施方式与第二实施方式的图6相同，对象是具有多个储热水容器22、72、82作为储热水元件的结构。控制部50具有下述储热水量检测元件(1A)来起主要功能，该储热水量检测元件(1A)代替第一实施方式的(1)的功能。

(1A)储热水量检测元件

在沸腾运转时，将流量传感器32的检测流量f2作为温水增加量进行累积运算，并将水管24中温度传感器33的检测温度达到设定值Tz时的累积运算值初始设定为储热水量是100％，之后，将经由出热水管44进行供热水时流量传感器26的检测流量(＝向储热水容器22供水的供水流量)f1作为温水减少量进行累积运算，并将除霜运转时的流量传感器35的检测流量f3作为温水减少量进行累积运算，从而检测出储热水容器22、72、82的储热水量(相对于100％的比例)，并且在温度传感器T3、T2、T1中的任一个传感器对温水温度进行检测的过程中，根据进行该温度检测的温度传感器在深度方向上的位置来检测储热水量(相对于100％的比例)，并将该储热水量更新为最终的检测结果。

即，当储热水容器22、72、82装满温水时，该温水流入水管27而使温度传感器33的检测温度上升至设定值Tz，因此，获取该情况作为装满的状态。

另外，由于预先知道温度传感器T3、T2、T1的安装位置，因此，能从该安装位置检测出实际的储热水量相对于储热水量100％处于多少比例。

当进行基于流量检测的储热水量的检测时，可能会因储热水容器22、72、82彼此间的水管47的长度、容量等而产生误差，但在温度传感器T3、T2、T1中的任一个温度传感器对温水温度进行检测的过程中，通过根据进行该温度检测的温度传感器在深度方向上的位置来检测储热水量，并将该储热水量更新为最终的检测结果，从而能在不受储热水容器22、72、82彼此间的水管47的长度、容量等的影响的情况下，检测出正确的储热水量。

由于其它结构及动作与第一实施方式相同，因此，省略其说明。

(第四实施方式)

对实施方式4进行说明。

在该第四实施方式中，在热泵单元1的制冷循环采用CO₂作为制冷剂这点上与第一实施方式不同。

即，如图7所示，压缩机2的制冷剂排出口通过配管与水热交换器4的制冷剂流路4a的入口侧连接，在该制冷剂流路4a的出口侧经由膨胀阀5及空气热交换器6并通过配管与压缩机2的吸入口连接。

在沸腾运转时，如图示箭头所示，形成有如下流路，在该流路中，压缩机2的排出制冷剂流经水热交换器4的制冷剂流路4a、膨胀阀5、空气热交换器6后返回至压缩机2，并且使循环泵13及室外风扇7动作。

在除霜运转时，如图8所示，只要停止循环泵13及室外风扇7停止，便能形成与沸腾运转时相同的流路。

此时，能省略容器单元21中的单向阀34及流量传感器35。此外，通过将流量传感器32的检测流量f2作为温水增加量进行累积运算，并将经由出热水管44进行供热水时流量传感器26的检测流量(＝向储热水容器22的供水流量)f1作为温水减少量进行累积运算，从而检测出储热水元件即储热水容器22的储热水量。

由于其它结构及动作与第一实施方式相同，因此，省略其说明。

如上所述，各实施方式的供热水系统能准确地检测出储热水元件的储热水量，并能减少温度检测元件的数量。

上述各实施方式仅是例示，其并不试图限定发明的范围。能以其它各种方式来实施上述新颖的实施方式，并能在不脱离发明主旨的范围内进行各种省略、改变及变更。发明的范围包含在主旨中，且上述实施方式和变形包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围中。

Claims (5)

1.一种供热水系统，其特征在于，包括：

热泵式制冷循环，该热泵式制冷循环使压缩机的排出制冷剂经由水热交换器、减压元件及空气热交换器而返回至压缩机中；

储热水元件；

供水流路，该供水流路从供水源朝所述供热水元件供给水；

出热水流路，该出热水流路从所述供热水元件送出温水；

储热水回路，在该储热水回路中形成有沸腾运转用循环路，在该沸腾运转用循环路中，将水从所述储热水元件导出，在所述水热交换器中对该水进行加热并将其引导至所述储热水元件；

第一流量检测元件，该第一流量检测元件对流过所述供水流路的水的流量进行检测；

第二流量检测元件，该第二流量检测元件对所述沸腾运转时从所述储热水元件导出的水的流量进行检测；以及

储热水量检测元件，该储热水量检测元件通过将所述沸腾运转时所述第二流量检测元件的检测流量作为温水增加量进行累积运算，并将在经由所述出热水流路进行供热水时所述第一流量检测元件的检测流量作为温水减少量进行累积运算，从而检测出所述储热水元件的储热水量。

2.如权利要求1所述的供热水系统，其特征在于，

所述储热水回路有选择地形成所述沸腾运转用循环路和除霜运转用循环路，在该除霜运转用循环路中，将温水从所述储热水元件导出，并使该温水经由所述水热交换器而返回至所述储热水元件，

还包括第三流量检测元件，该第三流量检测元件对所述除霜运转时返回至所述储热水元件的温水的流量进行检测，

所述储热水量检测元件通过将所述沸腾运转时所述第二流量检测元件的检测流量作为温水增加量进行累积运算、将所述供热水时所述第一流量检测元件的检测流量作为温水减少量进行累积运算、并将所述除霜运转时所述第三流量检测元件的检测流量作为温水减少量进行累积运算，从而检测出所述储热水元件的储热水量。

3.如权利要求1所述的供热水系统，其特征在于，

所述储热水元件是上部及底部通过水管依次串联连接的多个储热水容器，

所述储热水回路通过所述水热交换器而将被串联连接的所述多个储热水容器中的供水侧储热水容器的底部与出热水侧储热水容器的上部连通，并形成所述沸腾运转用循环路，其中，所述供水侧储热水容器位于一端侧且在底部与所述供水流路连接，所述出热水侧储热水容器位于另一端侧且在上部与出热水流路连接，在所述沸腾运转用循环路中，将水从所述供水侧储热水容器的底部导出，在所述水热交换器中对该水进行加热并将其引导至出热水侧储热水容器的上部，

所述第二流量检测元件对所述沸腾运转时从所述供水侧储热水容器的底部导出的水的流量进行检测。

4.如权利要求3所述的供热水系统，其特征在于，还包括：

多个第一温度检测元件，这些第一温度检测元件在沿着所述多个储热水容器中的所述出热水侧储热水容器的深度方向的多个部位处对该出热水侧储热水容器内的温水的温度进行检测；以及

第二温度检测元件，该第二温度检测元件设于所述沸腾运转用循环路中，

在所述沸腾运转时所述第二温度检测元件的检测温度达到设定值的情况下，所述储热水量检测元件将此时所述第二流量检测元件的检测流量的累积运算值初始设定为储热水量是100％，之后，将所述沸腾运转时所述第二流量检测元件的检测流量作为温水增加量进行累积运算，且将所述供热水时所述第一流量检测元件的检测流量作为温水减少量进行累积运算，从而检测出所述多个储热水容器的储热水量，并且在各所述第一温度检测元件中的任一个温度检测元件对温水温度进行检测的过程中，根据进行该温度检测的所述第一温度检测元件在深度方向上的位置来检测所述储热水容器的储热水量，并将该储热水量更新为最终的检测结果。

5.如权利要求2所述的供热水系统，其特征在于，

还包括异常判定元件，该异常判定元件进行如下判定：

在所述储热水回路的沸腾运转用循环路中，在所述第二流量检测元件检测到流动时，判定所述储热水回路的连接为正常，

在所述沸腾运转用循环路中的所述第二流量检测元件没有检测到流动，而所述第三流量检测元件检测到流动的情况下，在所述储热水回路中形成所述除霜运转用循环路，

若在该除霜运转用循环路中所述第二流量检测元件检测到流动，则判定所述储热水回路为反接异常，

在所述沸腾运转用循环路中所述第二流量检测元件及所述第三流量检测元件都没有检测到流动的情况下，或是在所述除霜运转用循环路中所述第二流量检测元件没有检测到流动的情况下，判定所述储热水回路为堵塞异常。

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