CN104075443A - 热泵供热水装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热泵供热水装置，包括，储热水箱（1）的下部经由循环泵（14）用进水配管（9）与水制冷剂热交换器（7）的进水侧连接，水制冷剂热交换器（7）的出热水侧用出热水配管（10）仅与储热水箱（1）的上部连接，控制装置（50）具有防冻结运转模式，至少使循环泵（14）驱动，将储热水箱（1）的下部的水通过水制冷剂热交换器（7），输送至储热水箱（1）的所述上部，将循环泵（14）内置于热泵单元（30）内，以此来提高装置内的配管内的水的防冻结性。

Description

热泵供热水装置

技术领域

本发明涉及一种热泵供热水装置。

背景技术

目前，这种热泵供热水装置具有：内置有热泵循环的热泵单元、与内置储热水箱的储热水单元。当外部空气温度下降时，在防止将它们连接的配管内的水发生冻结的情况下，使储热水箱内的热水在配管内循环，另外还用运转热泵循环所生成的热量来加热循环水，以进行热量补给（例如，参照专利文献1）。

图3表示专利文献1中所记载的现有的热泵供热水装置。

热泵单元130内置热泵循环102，储热水单元120内置储存在热泵循环102中加热的热水的储热水箱101。

另外，热泵循环102通过用制冷剂配管103将压缩机106、水制冷剂热交换器107、减压机构104、空气热交换器（蒸发器）105连接成环状而形成。

被封入热泵循环102内的制冷剂在低压的气体状态下被吸入压缩机106中，被压缩成高温高压的状态。然后，制冷剂被输送至水制冷剂热交换器107中，与从储热水箱101输送来的水进行热交换，成为低温高压状态。

然后，制冷剂用膨胀阀等减压机构104成为在低温低压状态膨胀的气液两相制冷剂。接着，制冷剂在空气热交换器105中，从送风机构108送出的外部空气中吸热成为低压的气体制冷剂，并被吸入压缩机106。

另外，储热水箱101的底部、循环泵114、水制冷剂热交换器107用进水配管109依次连接，与水制冷剂热交换器107的出口连接的出热水配管110与三通阀113连接，三通阀113和与储热水箱101上部连接的储热水配管111、以及与储热水箱101下部连接的旁通配管112连接。

此时的出热水温度、循环泵114的转速以及热泵循环102的各部件的运转控制由控制装置150来进行。

在外部空气温度检测机构115检测出规定温度（设定温度1）以下的情况下，启动第一防冻结运转模式。

启动第一防冻结运转模式后，控制机构150在旁通配管112侧驱动三通阀113，将储热水箱101下部的水与进水配管109、水制冷剂热交换器107、出热水配管110、旁通配管112、储热水箱101的下部循环，来进行防止各配管内的水冻结的运转。

在外部空气温度检测机构115检测出比设定温度1低的规定温度（设定温度2）的情况下，仅依靠在第一防冻结运转模式中所使用的储热水箱101下部的水所具有的热量不足以防止各配管内的水的冻结。因此，控制机构150使循环泵114运转，并且也使热泵循环102运转，在水制冷剂热交换器107进行循环水的加热，启动进行热量补给的第二防冻结运转模式。

专利文献1：日本特开2004-257583号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在前述现有的防冻结运转中，在使循环泵114运转，将储热水箱101下部的水经由进水配管109输送至水制冷剂热交换器107的期间，由于循环泵114内置于储热水单元120，因此，在进水配管109中，循环泵114驱动所产生的热量散热。其结果是，存在热量未被有效地用于防冻结运转而是发生散热损失这样的问题。

本发明就是解决前述现有的课题，其目的在于，提供一种热泵供热水装置，通过将循环泵内置于热泵单元内，从而提高装置内的配管内的水的防冻结性能。

用于解决课题的方法

为了解决前述现有的课题，本发明的热泵供热水装置，其特征在于，包括：热泵单元，其内置有热泵循环和循环泵，所述热泵循环是用制冷剂配管将压缩机、水制冷剂热交换器、减压机构和蒸发器连接成环状所形成的；储热水单元，其内置有储存用所述水制冷剂热交换器加热过的热水的储热水箱；和控制装置，所述储热水箱的下部经由所述循环泵用进水配管与所述水制冷剂热交换器的进水侧连接，所述水制冷剂热交换器的出热水侧用出热水配管仅与所述储热水箱的上部连接，所述控制装置具有防冻结运转模式，该防冻结运转模式至少使所述循环泵驱动，将所述储热水箱的所述下部的水经由所述水制冷剂热交换器输送至所述储热水箱的所述上部。

由此，在防冻结运转模式下，使循环泵驱动，将储热水单元内的储热水箱下部的水输送至热泵单元内的水制冷剂热交换器。此处，将循环泵内置于热泵单元，从而能够有效地将循环泵驱动所产生的热量，用作从储热水箱的下部向水制冷剂热交换器输送的水的热量。因此，能够提供一种提高装置内的配管内的水的防冻结性能的热泵供热水装置。

发明效果

根据本发明，能够提供一种通过将循环泵内置于热泵单元内，从而提高装置内的配管内的水的防冻结性能的热泵供热水装置。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式中的热泵供热水装置的结构图。

图2是该热泵供热水装置的防冻结运转的控制流程图。

图3是现有的热泵供热水装置的结构图。

具体实施方式

第一发明是一种热泵供热水装置，其特征在于，包括：热泵单元，其内置有热泵循环和循环泵，所述热泵循环是用制冷剂配管将压缩机、水制冷剂热交换器、减压机构和蒸发器连接成环状所形成的；储热水单元，其内置有储存用所述水制冷剂热交换器加热的热水的储热水箱；和控制装置，所述储热水箱的下部用进水配管经由所述循环泵与所述水制冷剂热交换器的进水侧连接，所述水制冷剂热交换器的出热水侧用出热水配管仅与所述储热水箱的上部连接，所述控制装置至少具有防冻结运转模式，该防冻结运转模式使所述循环泵驱动，将所述储热水箱的所述下部的水经由所述水制冷剂热交换器输送至所述储热水箱的所述上部。

由此，在防冻结运转模式下，使循环泵驱动，将储热水单元内的储热水箱下部的水输送至热泵单元内的水制冷剂热交换器。此处，将循环泵内置于热泵单元，从而能够有效地将循环泵驱动所产生的热量，用作从储热水箱的下部向水制冷剂热交换器输送的水的热量。因此，能够提供一种提高装置内的配管内的水的防冻结性能的热泵供热水装置。

第二发明的特征在于，特别是在第一发明中，所述控制装置执行所述热泵循环的运行，在所述水制冷剂热交换器加热所述循环泵的循环水。

由此，使热泵循环运转，在水制冷剂热交换器中补给热泵循环的运转所产生的热量，从而能够提供一种提高装置内的配管内的水的防冻结性能的热泵供热水装置。

第三发明的特征在于，特别是在第一或第二发明中，在所述进水配管设置进水温度检测机构，在所述进水温度检测机构的检测温度比规定值低的情况下，所述控制装置执行所述防冻结运转模式。

由此，在判断进水温度检测机构的检测温度有可能导致装置内的配管内的水冻结的情况下，使循环泵驱动，将储热水单元内的储热水箱下部的水输送至热泵单元内的水制冷剂热交换器。此处，将循环泵内置于热泵单元，从而能够有效地进行热传导，将循环泵驱动所产生的热量，用作从储热水箱的下部向水制冷剂热交换器输送的水的热量。因此，能够提供一种提高装置内的配管内的水的防冻结性能的热泵供热水装置。

第四发明的特征在于，特别是在第三发明中，具有外部空气温度检测机构，在所述外部空气温度检测机构的检测温度比规定值低的情况下，所述控制装置执行所述热泵循环的运转。

由此，在判断仅依靠储热水箱下部的水所具有的热量与使循环泵驱动时所产生的热量，无法防止经由水制冷剂热交换器与储热水箱的上部和下部连通的配管内的水的冻结的情况下，使热泵循环运转，能够在水制冷剂热交换器中补给热泵循环运转所产生的热量。因此，能够提供一种提高装置内的配管内的水的防冻结性能的热泵供热水装置。

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，本发明并不限于该实施方式。

图1表示本发明的一个实施方式中的热泵供热水装置的结构。

在图1中，热泵单元30内置有热泵循环2与循环泵14，储热水单元20内置有储存在热泵循环2中加热的热水的储热水箱1。

另外，热泵循环2通过用制冷剂配管3将压缩机6、水制冷剂热交换器7、膨胀阀等减压机构4以及空气热交换器（蒸发器）5依次连接成环状而形成。

储热水箱1的下部（底部）、循环泵14、以及水制冷剂热交换器7的进水侧依次与进水配管9连接。另外，与水制冷剂热交换器7的出口侧连接的出热水配管10仅与储热水箱1的上部（顶面）连接，未被分支。

此外，由控制装置50来进行热泵单元30和储热水单元20的各部件的运转控制。

另外，在热泵单元30中设置检测外部空气温度的外部空气温度检测机构15。在作为水制冷剂热交换器7的出热水侧的出热水配管10，设置检测出来自水制冷剂热交换器7的出热水温度的出热水温度检测机构17。在进水配管9设置有检测向水制冷剂热交换器7的进水温度的进水温度检测机构16。进水温度检测机构16优选设置于比循环泵14更位于下游。

此处，对在上述结构的热泵供热水装置中，通常在储热水箱1中储存热水的储热水运转的操作进行说明。

在热泵循环2中，压缩机6开始驱动，例如作为制冷剂的二氧化碳被压缩，在水制冷剂热交换器7散热，在膨胀阀等减压机构4被减压，流入空气热交换器5（蒸发器）。

接着，根据风扇等送风机构8的旋转所产生的风，制冷剂在空气热交换器5（蒸发器）吸热，返回压缩机6。此时，压缩机6的排出温度阶梯式地升高。

另一方面，将储热水箱1下部的水向水制冷剂热交换器7输送的循环泵14停止或进行低速驱动，直至制冷剂温度升高。

然后，制冷剂温度阶梯式地升高，并且循环泵14的驱动速度也随之加快。为了使出热水温度检测机构17检测的水制冷剂热交换器7的出热水温度成为规定温度，控制装置50控制循环泵14的转速。在水制冷剂热交换器7中，热泵循环2的制冷剂、与被循环泵14输送的循环水进行热交换，循环水被加热至规定温度生成热水。

所生成的热水流过出热水配管10，流入储热水箱1的上部，热水被储存。

在储热水箱1内，高温水与低温水不混合，在储热水箱1内上部储存高温水，在储热水箱1内下部储存低温水，即，在储热水箱1内形成温差层，提高储热水运转时的效率，对高温度下的供热水等发挥效果。

此处，本实施方式的结构在于，储热水箱1的下部用进水配管9与水制冷剂热交换器7的进水侧连接，水制冷剂热交换器7的出热水侧用出热水配管10与储热水箱1的上部连接。即，储热水箱1的下部与水制冷剂热交换器7以及储热水箱1的上部通常直接连通。

因此，仅与储热水箱1的上部连接的出热水配管10内的温度较高的水因散热而温度下降，密度就会增大。因出热水配管10与进水配管9的水头差，温度下降密度增大的水向水制冷剂热交换器7侧移动，并且储热水箱1上部的热水也从储热水箱1流出。其结果，产生自然对流，储存在储热水箱1上部的高温水经由水制冷剂热交换器7，流向储存低温水的储热水箱1的下部。

即，成为在储热水箱1的上部储存高温水，在下部储存低温水的状态，因此，高温水通过出热水配管10与空气热交换器7以及进水配管9流至储热水箱1的下部。

另外，在外部空气温度低的情况下，如果出热水配管10的壁面被外部空气冷却，则该自然对流进一步加大，即使不驱动循环泵14，也能防止装置内的水的冻结。因此，能够缩短循环泵14的驱动时间，实现低耗电。

此外，在热泵循环2中，在水制冷剂热交换器7中加热水生成热水的运转时，作为制冷剂使用二氧化碳的情况下，作为流入水制冷剂热交换器7的制冷剂的二氧化碳被压缩至临界压力以上。因此，在水制冷剂热交换器7中不会发生相变而被冷却，因此，作为制冷剂的二氧化碳的温度与被加热的水的温度的温差直接影响水制冷剂热交换器7中的热交换量。因此，在作为制冷剂使用二氧化碳的情况下，能够提高热交换效率，这样，在比临界点低的压力下运转的氟利昂类制冷剂等相比，能够在储热水箱1中储存温度高的热水。

因此，在作为制冷剂使用二氧化碳的情况下，储存在储热水箱1上部的高温水经由水制冷剂热交换器7，流入储存低温水的储热水箱1的下部的自然对流的效率高。

因变成热水，特别是在作为制冷剂使用二氧化碳的情况下，根据该自然对流的效果、从储存在储热水箱1上部的高温水向出热水配管10、水制冷剂热交换器7、进水配管9的传热效果，即使不驱动循环泵14，也能防止装置内的水的冻结。因此，能够缩短循环泵14的驱动时间，降低耗电。

下面，根据图2所示的控制流程图，说明本实施方式中的热泵热水装置的防冻结运转操作。

在步骤1中，判断进水温度检测机构16的检测温度是否低于仅根据自然对流而判断装置内的配管内的水有可能冻结的规定温度T1（例如5℃）。在步骤2中，判断外部空气温度检测机构15的检测温度是否低于规定温度T2（例如2℃）。

在步骤1中，在进水温度检测机构16的检测温度是规定温度T1（例如5℃）以上的情况下，返回初始状态，按照每个规定时间进行步骤1的判断。

在步骤1中，在进水温度检测机构16中的检测温度低于规定温度T1（例如5℃）的情况下，进入步骤2。在步骤2中，如果外部空气温度检测机构15的检测温度是规定温度T2（例如2℃）以上，则驱动循环泵14，将储热水箱1下部的水经由水制冷剂热交换器7，仅输送至储热水箱1的上部，进行防冻结运转1（步骤3）。

在防冻结运转1中，热泵循环2不运转，驱动循环泵14，将储热水单元20内的储热水箱1下部的水输送至热泵单元30内的水制冷剂热交换器7。此处，将循环泵14内置于热泵单元30内，能够有效地将循环泵14驱动所产生的热量，作为从储热水箱1的下部向水制冷剂热交换器7和出热水配管10输送的水的热量。因此，能够提供装置内的配管内的水的防冻结性能提高的热泵热水装置。

另外，储热水箱1下部的水所具有的热量被输送至进水配管9，因此，能够同时向储热水单元20与热泵单元30之间的进水配管9和出热水配管10传热，迅速获得防冻结效果。

根据步骤3中的防冻结运转1，进水温度逐渐升高。在步骤4中，判断进水温度检测机构16的检测温度是否是规定温度T3（例如10℃）以上。在步骤4中，是规定温度T3（例如10℃）以上的情况下，停止防冻结运转1（步骤7）。

在步骤2中，在外部空气温度检测机构15的检测温度低于规定温度T2（例如2℃）的情况下，在步骤5进行防冻结运转2。

在防冻结运转2，在防冻结运转1的防冻结运转模式下，使热泵循环2运转，在水制冷剂热交换器7中，添加通过循环泵14而循环的循环水与制冷剂热交换的功能。即，该运转在于，使热泵循环2运转，向水制冷剂热交换器7中补充热泵循环2的运转所产生的热量。

此时，为了不降低热泵循环2的运转效率，检测出水制冷剂热交换器7的出热水温度的出热水温度检测机构17采用比较低温的例如65℃。

在步骤6中，判断进水温度检测机构16的检测温度是否是规定温度T3（例如10℃）以上。在步骤6的检测温度是规定温度T3（例如10℃）以上的情况下，停止防冻结运转2（步骤7）。

此时，使热泵循环2运转时水制冷剂热交换器7的目标出热水温度为65℃，但有时该目标出热水温度是设置于运转时的储热水箱1的上部的储热水温度检测机构18的检测温度以上。

储热水箱1内的水形成温差层，所以，比储热水箱1内的热水温度高的热水从储热水箱1的上部流入并被储存，由此，不破坏温差层。因此，能够使用高效的热泵供热水装置。

另外，在热泵单元30中，使用热泵循环2，因此，发生噪音和振动，在驱动循环泵14的情况下，更会产生噪音。

将循环泵14内置于热泵单元30中，将噪音和振动的发生源集中在一处，能够减轻噪音给使用者带来的不适感。

另外，由于来自储热水箱20的噪音消失，因此，将储热水箱20配置在室内从而能够抑制向外部空气散热。因此，能够提高热泵供热水装置的使用时的效率。

产业上的利用可能性

如以上那样，本发明所涉及的热泵供热水装置在于，将循环泵内置于热泵单元内，从而能够提供装置内的配管内的水的防冻结性能提高的热泵供热水装置。因此，不仅能应用于家庭，也能应用在企业等大规模热泵供热水装置中。

符号说明

1  储热水箱

2  热泵循环

3  制冷剂配管

4  减压机构

5  空气热交换器（蒸发器）

6  压缩机

7  水制冷剂热交换器

8  送风机构

9  进水配管

10 出热水配管

14 循环泵

15 外部空气温度检测机构

16 进水温度检测机构

18 储热水温度检测机构

20 储热水单元

30 热泵单元

50 控制装置

Claims (4)

1.一种热泵供热水装置，其特征在于，包括：

热泵单元，其内置有热泵循环和循环泵，所述热泵循环是用制冷剂配管将压缩机、水制冷剂热交换器、减压机构和蒸发器连接成环状所形成的；

储热水单元，其内置有储存用所述水制冷剂热交换器加热过的热水的储热水箱；和

控制装置，

所述储热水箱的下部经由所述循环泵用进水配管与所述水制冷剂热交换器的进水侧连接，

所述水制冷剂热交换器的出热水侧用出热水配管仅与所述储热水箱的上部连接，

所述控制装置具有防冻结运转模式，该防冻结运转模式至少使所述循环泵驱动，将所述储热水箱的所述下部的水经由所述水制冷剂热交换器输送至所述储热水箱的所述上部。

2.如权利要求1所述的热泵供热水装置，其特征在于：

所述控制装置执行所述热泵循环的运行，在所述水制冷剂热交换器加热所述循环泵的循环水。

3.如权利要求1或2所述的热泵供热水装置，其特征在于：

在所述进水配管设置进水温度检测机构，在所述进水温度检测机构的检测温度比规定值低的情况下，所述控制装置执行所述防冻结运转模式。

4.如权利要求3所述的热泵供热水装置，其特征在于：

具有外部空气温度检测机构，在所述外部空气温度检测机构的检测温度比规定值低的情况下，所述控制装置执行所述热泵循环的运转。