CN103162328B - 热水供暖装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热水供暖装置，其具备：主制冷剂回路，其通过主制冷剂配管依次环状地连接有压缩机（1）、制冷剂‑水热交换器（17）、过冷却热交换器（5）、主减压机构（4）和蒸发器（3）；旁通回路（29），其从制冷剂‑水热交换器与主减压机构之间的主制冷剂配管开始分支，经由过冷却热交换器，将旁通配管连接到蒸发器与压缩机之间的主制冷剂配管；旁通减压机构（6），其设置于过冷却热交换器的上游侧的旁通配管；外界大气温度检测机构（13），其检测外界大气温度；和控制机构，所述控制机构基于由外界大气温度检测机构检测出的外界大气温度，改变运转时的制冷剂‑水热交换器的出口的制冷剂的过冷却度的目标值，提高系统效率。

Description

热水供暖装置
技术领域
本发明涉及利用热泵生成热水的热水供暖装置。
背景技术
现在，作为热水供暖装置使用天热气或电加热器对水进行加热的方式的装置较多，但是从近年来的能源利用效率化的期望的观点出发，利用热泵的热水供暖装置也逐渐普及至一般家庭。
图7表示现有的热水供暖装置的构成图（例如专利文献1）。
如图7所示，热水供暖装置具有主制冷剂回路，该主制冷剂回路通过主制冷剂配管16a依次环状地连接有压缩机1、制冷剂-水热交换器17、过冷却热交换器5、主减压机构4和制冷剂-空气热交换器3。在与压缩机1的排出部1a连接的主制冷剂配管16a和与压缩机1的吸入部1b连接的主制冷剂配管16a，连接有四通阀2。在压缩机1的吸入部1b与四通阀2之间的主制冷剂配管16a连接有保持剩余制冷剂的存储器（accumulator）7。
另外，热水供暖装置具有旁通回路，该旁通回路从制冷剂-水热交换器17与主减压机构4之间的主制冷剂配管16a开始分支，经由过冷却热交换器5，将旁通配管16b连接到制冷剂-空气热交换器3与压缩机1之间的主制冷剂配管16a。在过冷却热交换器5的上游侧的旁通配管16b设置有旁通减压机构6。
热水供暖装置包括室外机15和室内机23。
压缩机1、四通阀2、制冷剂-空气热交换器3、主减压机构4、过冷却热交换器5、旁通减压机构6和存储器7设置于室外机15。
在室外机15具有高压检测机构8、排出温度检测机构9、蒸发温度检测机构10、外界大气温度检测机构13和室外机控制机构14。
高压检测机构8和排出温度检测机构9设置于从压缩机1的排出部1a至四通阀2的主制冷剂配管16a。蒸发温度检测机构10设置于制冷剂-空气热交换器3。外界大气温度检测机构13检测室外机15周围的外界大气温度。室外机控制机构14根据高压检测机构8、排出温度检测机构9、蒸发温度检测机构10和外界大气温度检测机构13的测定值，对压缩机1、主减压机构4和旁通减压机构6进行控制。
制冷剂-水热交换器17设置于室内机23。
在室内机23具有制冷剂出口温度检测机构18、循环泵20、水温检测机构21和室内机控制机构22。
制冷剂出口温度检测机构18设置于制冷剂-水热交换器17的出口。循环泵20与制冷剂-水热交换器17的水配管路径19连接，使水进行循环。水温检测机构21对流入到制冷剂-水热交换器17的水温进行检测。室内机控制机构22与室外机控制机构14连接，输入水温检测机构21的测定值，控制循环泵20。
在利用热泵的热水供暖装置中进行加热运转的情况下，在压缩机1中成为高温高压的制冷剂，从四通阀2通过主制冷剂配管16a，在制冷剂-水热交换器17中与水进行热交换。
其结果是，水被加热成为热水，同时制冷剂温度降低。被加热的热水被送至存热水箱或者地面供暖面板等（未图示），用于供给热水或者供暖。
温度下降了的制冷剂在主减压机构4中成为低温低压的气液二相制冷剂，经由主制冷剂配管16a被输送至制冷剂-空气热交换器3。
在制冷剂-空气热交换器3中，通过强制性地从大气中夺取热量，制冷剂蒸发气化。气化了的制冷剂从四通阀2通过存储器7，再次被吸入压缩机1，被压缩成为高温高压的制冷剂。
在此，为了确保压缩机1的可靠性并确保高的加热能力，热水供暖装置通过设置过冷却热交换器5和旁通减压机构6并调节旁通减压机构6的调节量，来控制过冷却热交换器5的热交换量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-68553号公报
发明内容
发明想要解决的问题
但是，连接室外机15和室内机23的主制冷剂配管16a因设置场所而长度有所不同。在主制冷剂配管16a变长的情况下，在制冷循环内流动的制冷剂循环量减少，因此难以使制冷循环有效地运转。
另外，为了更加有效地运转，需要根据与外界大气温度对应的最适的控制值进行运转。
本发明解决了现有技术的问题，目的在于提供一种热水供暖装置，其根据外界大气温度设定成为目标的过冷却度，通过利用所述设定的过冷却度进行运转，来提高系统效率。
用于解决课题的方法
为了解决上述现有的课题，本发明的热水供暖装置，其特征在于，具备：主制冷剂回路，其通过主制冷剂配管依次环状地连接有压缩机、制冷剂-水热交换器、过冷却热交换器、主减压机构和蒸发器；旁通回路，其从上述制冷剂-水热交换器与上述主减压机构之间的上述主制冷剂配管开始分支，经由上述过冷却热交换器，将旁通配管连接到上述蒸发器与上述压缩机之间的上述主制冷剂配管；旁通减压机构，其设置于上述过冷却热交换器的上游侧的上述旁通配管；外界大气温度检测机构，其检测外界大气温度；和控制机构，其中，上述控制机构基于由上述外界大气温度检测机构检测出的上述外界大气温度，改变运转时的上述制冷剂-水热交换器的出口的制冷剂的过冷却度的目标值。
由此，相应于由外界大气检测机构检测出的外界大气温度，将过冷却度控制为根据各外界大气温度设定的最适值，所以能够按外界大气温度确保必要的加热能力并且同时提高制冷系统的效率。
发明效果
根据本发明，能够提供一种热水供暖装置，其根据外界大气温度设定成为目标的过冷却度，通过利用上述设定的过冷却度进行运转，来提高系统效率。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中的热水供暖装置的构成图。
图2是该热水供暖装置的运转控制的流程图。
图3是该热水供暖装置的制冷剂回路的莫里尔图。
图4是本发明的实施方式2中的热水供暖装置的运转控制的流程图。
图5是该其它的热水供暖装置的运转控制的流程图。
图6是该热水供暖装置的制冷剂回路的莫里尔图。
图7是现有的热水供暖装置的构成图
附图标记说明
1压缩机
3制冷剂-空气热交换器（蒸发器）
4主减压机构
5过冷却热交换器
6旁通减压机构
8高压检测机构
10蒸发温度检测机构
13外界大气温度检测机构
14制冷剂回路控制机构
15制冷剂回路
16a主制冷剂配管
16b旁通配管
17制冷剂-水热交换器（散热器）
18制冷剂出口温度检测机构
19水配管路径
20循环泵
30制冷剂回路
40热水回路
21水温检测机构
22热水回路控制机构
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
第一发明是一种热水供暖装置，其特征在于，具备：主制冷剂回路，其通过主制冷剂配管依次环状地连接有压缩机、制冷剂-水热交换器、过冷却热交换器、主减压机构和蒸发器；旁通回路，其从制冷剂-水热交换器与主减压机构之间的主制冷剂配管开始分支，经由过冷却热交换器，将旁通配管连接到蒸发器与压缩机之间的主制冷剂配管；旁通减压机构，其设置于过冷却热交换器的上游侧的旁通配管；外界大气温度检测机构，其检测外界大气温度；和控制机构，其中，上述控制机构基于由外界大气温度检测机构检测出的外界大气温度，改变运转时的制冷剂-水热交换器的出口的制冷剂的过冷却度的目标值。
由此，相应于由外界大气温度检测机构检测出的外界大气温度，将过冷却度控制为根据各外界大气温度设定的最适值，因此能够按外界大气温度确保必要的加热能力并且同时提高制冷系统的效率。
第二发明，特别在第一发明中，其特征在于：具有检测制冷剂-水热交换器的入口水温的水温检测机构，控制机构基于由水温检测机构检测出的入口水温，改变运转时的制冷剂-水热交换器的出口的制冷剂的过冷却度的目标值。
由此，能够按外界大气温度和水温使加热能力最适合化，能够提高制冷循环的效率。
第三发明，特别在第一发明或第二发明中，其特征在于：控制机构改变主减压机构和旁通减压机构的开度，使得运转时的制冷剂-水热交换器的出口的制冷剂的过冷却度成为目标值。
由此，能够按外界大气温度确保加热能力，同时提高制冷循环的效率。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。其中，本发明不限定于本实施方式。
（实施方式1）
图1是本发明的实施方式1中的热水供暖装置的构成图，图2是本发明的实施方式1中的热水供暖装置控制时的流程图，图3是本发明的实施方式1中的莫里尔图。
热水供暖装置包括制冷剂回路30和热水回路40。制冷剂回路30包括主制冷剂回路和旁通回路。
主制冷剂回路构成为通过主制冷剂配管16a依次环状地连接压缩机1、四通阀2、作为散热器的制冷剂-水热交换器17、主减压机构4、作为蒸发器的制冷剂-空气热交换器3、保持剩余制冷剂的存储器7。过冷却热交换器5设置于制冷剂-水热交换器17与主减压机构4之间。四通阀2连接与压缩机1的排出部1a连接的主制冷剂配管16a和与压缩机1的吸入部1b连接的主制冷剂配管16a。
旁通回路构成为，从过冷却热交换器5与主减压机构4之间的主制冷剂配管16a开始分支，经由过冷却热交换器5，将旁通配管16b连接到制冷剂-空气热交换器3与压缩机1之间的主制冷剂配管16a。旁通减压机构6设置于过冷却热交换器5的上游侧的旁通配管16b。
在旁通配管16b中流动的制冷剂在旁通减压机构6中被减压，在过冷却热交换器5中与在主制冷剂配管16a中流动的制冷剂进行热交换。
在本实施方式中，旁通配管16b的出口侧端部连接于从四通阀2到存储器7之间的主制冷剂配管16a。而且，旁通配管16b的出口侧端部连接于从制冷剂-空气热交换器3到压缩机1的吸入部1b之间的主制冷剂配管16a即可。
在从压缩机1的排出部1a至四通阀2的主制冷剂配管16a设置有检测排出制冷剂的压力的高压检测机构8和检测排出制冷剂的温度的排出温度检测机构9。在制冷剂-空气热交换器3的制冷剂流入侧配管或者从主减压机构4至制冷剂-空气热交换器3的主制冷剂配管16a设置有对蒸发温度进行检测的蒸发温度检测机构10。在制冷剂-空气热交换器3的制冷剂流出侧配管或者从制冷剂-空气热交换器3至存储器7的主制冷剂配管16a设置有对蒸发器出口温度进行检测的蒸发器出口温度检测机构11。
在与过冷却热交换器5相比更靠下游侧的旁通配管16b设置有旁通回路出口温度检测机构12，其对在过冷却热交换器5进行了热交换之后的在旁通配管16b流动的制冷剂温度进行检测。在制冷剂-水热交换器17的出口侧制冷剂配管或者从制冷剂-水热交换器17至过冷却热交换器5的主制冷剂配管16a设置有制冷剂出口温度检测机构18，该制冷剂出口温度检测机构18对在制冷剂-水热交换器17进行了热交换之后的制冷剂温度进行检测。另外，热水供暖装置设置有对外界大气温度进行检测的外界大气温度检测机构13。
热水回路40具有与制冷剂-水热交换器17的水配管路径19连接使水循环的循环泵20、和对流入到制冷剂-水热交换器17的水温进行检测的水温检测机构21。热水回路40的水配管路径19与存热水箱（tank）或地面供暖面板等（未图示）连接。另外，热水供暖装置具备制冷剂回路控制机构14和热水回路控制机构22。
本实施方式的热水供暖装置，当规定的沸腾温度等信息通过遥控装置24被传送至热水回路控制机构22时，从热水回路控制机构22对制冷剂回路控制机构14发送信息，调整压缩机1的运转频率和主减压机构4的调节量。
由压缩机1排出的高温高压的制冷剂气体，流入制冷剂-水热交换器17，通过存热水箱或地面供暖面板等（未图示），对从循环泵20输送来的水进行加热。
在制冷剂-水热交换器17中与水进行了热交换的制冷剂，温度降低液化。液化后的制冷剂被输送至主减压机构4被减压之后，在制冷剂-空气热交换器3中与空气进行热交换，进行蒸发时从空气吸热。
蒸发气化了的制冷剂通过存储器7再次返回压缩机1。
以下，基于图2对本实施方式的热水供暖装置的控制动作进行说明。
本实施方式的热水供暖装置的运转开始时，根据由外界大气温度检测机构13检测的外界大气温度和由水温检测机构21检测的水温判定是否进行旁通控制（步骤1）。
在步骤1中，在外界大气温度检测机构13检测到低于一定的值（例如10℃）的状态、并且水温检测机构21检测出超过一定的值（例如25℃）的状态有一定时间（例如5分钟）的情况下，开始利用过冷却热交换器5进行制冷剂的热交换的旁通控制运转（步骤2）。
在步骤1中，在不满足上述条件的情况下，使旁通减压机构全闭，不进行旁通控制运转，进行仅主制冷剂回路的通常运转。
当步骤2中的旁通控制运转开始时，对主减压机构4和旁通减压机构6施加与各外界大气温度和入口水温对应的初始开度，调整制冷剂循环量。
在该状态下继续运作时，根据蒸发温度检测机构10的实测值计算的平均蒸发温度（以下为Tem）与由蒸发器出口温度检测机构11检测的蒸发温度的温度差即主制冷剂回路的过热度，接近0附近。Tem与由设置于旁通回路出口的旁通回路出口温度检测机构12检测的制冷剂温度的温度差即旁通回路的过热度，接近远超过0的温度。
为了进行高效的运转，需要将主制冷剂回路的过热度和旁通回路的过热度均控制为靠近0附近。因此，通过将主减压机构4的开度调节为闭侧使在主制冷剂回路流动的制冷剂量减少，而使在旁通回路流动的制冷剂量增加，使旁通回路的过热度靠近0。
在步骤3中，判定主制冷剂回路和旁通回路的过热度，调整主减压机构4的阀开度和旁通减压机构6的阀开度，使得主制冷剂回路过热度和旁通回路过热度一起靠近0。
在步骤3中，主制冷剂回路过热度和旁通回路过热度一起在0附近稳定时，进行用于使从压缩机1排出的制冷剂温度为适当值的控制动作（步骤4）。
目标排出制冷剂温度（以下为Tdm）作为根据Tem和由高压检测机构8检测出的实测值计算的平均冷凝温度（以下为Tcm）的函数表示。伴随外界大气温度和入口水温发生变化，Tem、Tcm变化，Tdm也变化。
在排出温度检测机构9的检测温度（以下为Td）比Tdm低的情况下，在使主减压机构4的开度固定的状态下，通过将旁通减压机构6的开度调节至闭侧，调整整体的制冷剂循环量，使Td靠近Tdm。
在Td比Tdm高的情况下，在使主减压机构4的开度固定的状态下，通过将旁通减压机构6的开度调节至开侧，调整整体的制冷剂循环量，使Td靠近Tdm。
在步骤4中，Td和Tdm在一定值（例如±1K）中稳定时，接着，将利用Tcm和由制冷剂出口温度检测机构18测定出的测定值进行计算而得的过冷却度调整为目标值。
在计算而得的过冷却度比目标值小的情况下，将主减压机构4的开度调整至开侧，并将旁通减压机构6的开度调整至闭侧，由此进行控制使得Td保持为一定值并且过冷却度变高。
在计算而得的过冷却度比目标值大的情况下，将主减压机构4的开度调整至闭侧，并将旁通减压机构6的开度调整至开侧，由此进行控制使得Td保持为一定值并且过冷却度变低。
在产生负载变动等、主制冷剂回路过热度或者旁通回路过热度已转移至超过一定值（例如2K）那样的状态的情况下，再次将两者的过热度调整至0。
接着，在步骤5中进行外界大气温度的判定。
如图3所示，当外界大气温度变低时，制冷循环从高外界大气温度时循环25向低外界大气温度时循环26变化。当即使在低外界大气温度时也想获得与高外界大气温度时同等的加热能力时，压缩比增大蒸发压力降低的量，冷凝压力上升，因此过冷却度的最适值有从a向b变大的倾向。
因此，外界大气温度设置阈值（例如0℃），当前的外界大气温度≥0℃时，作为过冷却度B判定，将过冷却度的目标值设定为4～7K（步骤6）。另外，当前的外界大气温度＜0℃时，作为过冷却度A判定，将过冷却度的目标值设定为6～9K（步骤7）。此外，以外界大气温度低时与高时相比，过冷却度变大的方式，设定目标值。
在步骤6和步骤7中，若在设定范围内，则返回至步骤3，判定主制冷剂回路和旁通回路的过热度。
在步骤6和步骤7中，若在设定范围内，则调整主减压机构4的阀开度和旁通减压机构6的阀开度。
通过进行上述那种控制，能够进行高能力且高效率的热泵运转。
此外，省略高压检测机构8，平均冷凝温度（Tcm）的算出中，也可以利用冷凝温度检测机构测定制冷剂-水热交换器17的表面温度，使用该测定温度。另外，平均蒸发温度（Tem）的算出中，也可以设置低压检测机构，根据该测定压力推定蒸发温度。
其中，本实施方式所示的各种材料和数值等，并不一定限定于这些，只要是能够起到所规定的作用，是另外的材料和数值也没任何问题。
（实施方式2）
图4和图5是本发明的实施方式2中的热水供暖装置的控制时的流程图，图6是本发明的实施方式2中的莫里尔图。本发明的实施方式2中的热水供暖装置的构成与实施方式1相同。另外，对于控制动作，从步骤1至步骤5以及步骤7与实施方式1相同，所以标注相同步骤号码，省略说明。
如图6所示，当入口水温变高时，制冷循环从低入口水温时循环27向高入口水温时循环28变化。想要在高入口水温时也获得与低入口水温时同等的加热能力时，冷凝压力大幅度上升，因此存在过冷却度的最适值从c向d变大的倾向。
因此，追加外界大气温度的阈值（例如0℃），设置入口水温的阈值（例如50℃），在当前的外界大气温度≥0℃、当前的入口水温＜50℃时，使过冷却度的目标值为4～7K，当前的外界大气温度≥0℃、当前的入口水温≥50℃时，使过冷却度的目标值为5～8K（步骤8）。另外，当前的外界大气温度＜0℃、当前的入口水温＜50℃时，将过冷却度的目标值设定为6～9K，当前的外界大气温度＜0℃、当前的入口水温≥50℃时，将过冷却度的目标值设定为7～10K（步骤9）。
此外，以入口水温高时与低时相比过冷却度变大的方式，设定目标值。
通过进行上述那种控制，能够进行高能力且高效率的热泵运转。
其中，本实施方式所示的各种材料和数值等，并不一定限定于这些，只要是能够起到所规定的作用，是另外的材料和数值也没任何问题。
工业上的可利用性
如以上方式，本发明的热水供暖装置能够使制冷循环保持为最适状态，因此能够适用于家庭用、业务用等。

Claims (2)

1.一种热水供暖装置，其特征在于，包括：
主制冷剂回路，其通过主制冷剂配管依次环状地连接有压缩机、制冷剂-水热交换器、过冷却热交换器、主减压机构和蒸发器；
旁通回路，其从所述制冷剂-水热交换器与所述主减压机构之间的所述主制冷剂配管开始分支，经由所述过冷却热交换器，将旁通配管连接到所述蒸发器与所述压缩机之间的所述主制冷剂配管；
旁通减压机构，其设置于所述过冷却热交换器的上游侧的所述旁通配管；
外界大气温度检测机构，其检测外界大气温度；和
控制机构，其进行利用所述过冷却热交换器进行制冷剂的热交换的旁通控制运转，
所述控制机构，在所述旁通控制运转中，以由所述外界大气温度检测机构检测出的所述外界大气温度低时与高时相比，所述旁通控制运转时的所述制冷剂-水热交换器的出口的制冷剂的过冷却度大的方式设定目标值，
所述控制机构，在所述旁通控制运转时的所述制冷剂-水热交换器的所述出口的制冷剂的所述过冷却度比所述目标值小的情况下，将所述主减压机构的开度调整至开侧，并且将所述旁通减压机构的开度调整至闭侧来进行控制，以使得所述过冷却度变高，
所述控制机构，在所述旁通控制运转时的所述制冷剂-水热交换器的所述出口的制冷剂的所述过冷却度比所述目标值大的情况下，将所述主减压机构的开度调整至闭侧，并且将所述旁通减压机构的开度调整至开侧来进行控制，以使得所述过冷却度变低。
2.如权利要求1所述的热水供暖装置，其特征在于：
具备检测所述制冷剂-水热交换器的入口水温的水温检测机构，
所述控制机构，基于由所述水温检测机构检测出的所述入口水温，改变运转时的所述制冷剂-水热交换器的所述出口的制冷剂的所述过冷却度的所述目标值。
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