CN205957470U - 热泵式设备装置 - Google Patents

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铃木一隆
松泽耕司
南迫博和
竹山庆
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Abstract

本实用新型提供热泵式设备装置，在供热水制热同时请求时实施不损害室内的舒适性且能够实现节能的供热水运转。该热泵式设备装置具备运转能力可变型的热泵装置(100)、一次水回路(25)、热水罐(22)、制热装置(300)以及控制部(400)，控制部(400)基于环境温度与室内温度之间的温度差，设定供热水制热运转同时请求时的供热水运转结束目标时间(t4)，并决定所设定出的供热水运转结束目标时间(t4)内的压缩机(11)的转速。

Description

热泵式设备装置
技术领域
本实用新型涉及热源使用热泵装置的热泵式设备装置，特别是涉及执行在使用制热时等实施供热水的情况下的控制处理的热泵式设备装置。
背景技术
现有的热泵式设备装置(以下，称为热泵式供热水制热装置)以热泵装置作为热源，并具备：进行制冷剂与在内部流动的以水为代表的热介质之间的热交换的热交换器；将被热介质加热了的水储存于热水储存罐的供热水回路；以及使热介质散热的制热装置(例如参照专利文献1)。
在专利文献1所记载的技术中，在需要执行对热水储存罐内的水进行加热的供热水运转、和使房间变暖的制热运转双方的运转的情况下，将由热泵装置产生的热量朝两方分配而实施运转。
专利文献1：日本特开2004－317093号公报
现有的热泵式供热水制热装置在同时需要供热水与制热双方的情况下，需要将由热泵装置产生的热量分配给两方。由于热量也被分配给供热水侧，因此供热水制热同时请求时的制热能力与制热单独请求时的制热能力同等或变低，存在损害舒适性的顾虑。
因此，在供热水制热同时请求时，为了不损害室内的舒适性，以在比较短的时间内结束供热水运转为目标，使热泵装置以最大能力运转。
但是，热泵装置的最大运转时的制热性能系数(以下称为COP)比该热泵装置所具有的最高COP低，因此存在效率变差的课题。
实用新型内容
本实用新型是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种在供热水制热同时请求时实施不损害室内的舒适性且能够实现节能的供热水运转的热泵式设备装置。
本实用新型的技术方案1所涉及的热泵式设备装置具备：将压缩机、热交换器、膨胀阀、蒸发器依次连接的运转能力可变型的热泵装置；热介质回路，上述热介质回路经由上述热交换器与上述热泵装置连接；罐，上述罐储存与上述热介质回路进行了热交换后的水；以及制热装置，上述制热装置与上述热介质回路连接而进行散热，上述热泵式设备装置的特征在于，还具备控制上述压缩机的转速，且基于环境温度与室内温度之间的温度差，设定对上述罐的水进行加热并且使用上述制热装置的供热水制热运转同时请求时的供热水时间，并决定所设定出的上述供热水时间内的上述压缩机的转速的控制部。
本实用新型的技术方案2所涉及的热泵式设备装置的特征在于，在技术方案1所记载的热泵式设备装置中，上述控制部将上述供热水时间内的上述压缩机的转速决定为由最大转速与高效转速的组合构成的转速。
本实用新型的技术方案3所涉及的热泵式设备装置的特征在于，在技术方案1所记载的热泵式设备装置中，上述控制部将上述供热水时间内的上述压缩机的转速决定为由开始阶段为最大转速、最终阶段为高效转速的组合构成的转速。
本实用新型的技术方案4所涉及的热泵式设备装置的特征在于，在技术方案2或3所记载的热泵式设备装置中，上述温度差越大，则上述控制部将上述供热水时间设定得越短、并且以使得成为最大转速的比例越高的方式决定上述供热水时间内的上述压缩机的转速。
本实用新型的技术方案5所涉及的热泵式设备装置的特征在于，在技术方案2或3所记载的热泵式设备装置中，上述控制部在通过上述制热装置而使得上述室内温度在设定温度以上时，实施将上述供热水时间内的上述压缩机的转速决定为由最大转速与最高效转速的组合构成的转速的处理。
本实用新型的技术方案6所涉及的热泵式设备装置的特征在于，在技术方案1所记载的热泵式设备装置中，上述控制部构成为：在不使用上述制热装置的情况下，将上述供热水时间内的上述压缩机的转速决定为最高效转速，在使用上述制热装置、上述室内温度比设定温度低或者上述温度差不比阈值小的情况下，将上述供热水时间内的上述压缩机的转速决定为最大转速，在使用上述制热装置、上述室内温度在设定温度以上且上述温度差比阈值小的情况下，将上述供热水时间内的上述压缩机的转速决定为由开始阶段为最大转速、最终阶段为高效转速的组合构成的转速。
本实用新型的技术方案7所涉及的热泵式设备装置的特征在于，在技术方案1～3中任一项所记载的热泵式设备装置中，将使上述热介质回路与储存于上述罐的水进行热交换的热交换器设置于上述罐的外部。
根据本实用新型所涉及的热泵式设备装置，基于使用制热时的环境温度与室内温度之间的温度差来计算供热水时间，并以使得在该供热水时间罐内的水最高效地达到设定温度的方式决定压缩机的转速，由此，能够在供热水制热同时请求时实施不损害室内的舒适性且能够实现节能的供热水运转。
附图说明
图1是示出本实用新型的实施方式1所涉及的热泵式供热水制热装置的简要结构的图。
图2是示出本实用新型的实施方式1所涉及的热泵式供热水制热装置的供热水控制的流程图。
图3是示出本实用新型的实施方式1所涉及的在未使用制热时存在供热水运转的请求的情况下的、供热水运转时间与压缩机的转速之间的关系的图。
图4是示出本实用新型的实施方式1所涉及的在使用制热时存在供热水运转的请求的情况下的、一般的供热水运转时间与压缩机的转速之间的关系的图。
图5是示出本实用新型的实施方式1所涉及的在使用制热时存在供热水运转的请求的情况下、环境温度与室内温度之差比某一阈值小时的供热水运转时间与压缩机的转速之间的关系的图。
图6是示出本实用新型的实施方式1所涉及的在使用制热时存在供热水运转的请求的情况下、对环境温度与室内温度之差比阈值小时的使压缩机为最大转速的时间进行设定的映射表的图。
图7是示出本实用新型的实施方式1所涉及的在使用制热时存在供热水运转的请求的情况下、对环境温度与室内温度之差比阈值小时的供热水运转时间进行设定的映射表的图。
图8是示出本实用新型的实施方式2所涉及的热泵式供热水制热装置的简要结构的图。
附图标记说明
1：热泵式供热水制热装置；11：压缩机；12：热交换器；13膨胀阀；14：蒸发器；15：制冷剂回路；16：环境温度传感器；21三通阀；22：热水罐；23：罐内热交换器；24：泵；25一次水回路；26：入水口；27：供水口；28：室内温度传感器；31制热回路；41：罐外热交换器；42：泵；43：二次水回路；100：热泵装置；200：供热水装置；201：供热水装置；300：制热装置；400：控制部。
具体实施方式
以下，基于附图对本实用新型的实施方式进行说明。
此外，在各图中，标注了相同的附图标记的部分是相同或相当的部分，这在说明书的全文中是通用的。
并且，说明书全文所表达的构成要素的方式终究是例示，并不限定于这些记载。
实施方式1.
图1是示出本实用新型的实施方式1所涉及的热泵式供热水制热装置1的简要结构的图。
热泵式供热水制热装置1具备：运转能力可变型的热泵装置100、供热水装置200、制热装置300以及控制部400。
热泵装置100为运转能力可变型，是具有压缩机11、使制冷剂与作为热介质的水进行热交换的热交换器12、膨胀阀13、蒸发器14、对它们进行连接的制冷剂回路15以及环境温度传感器16的热泵式热源。
压缩机11由能够进行容量控制的变频压缩机等构成，吸引低温低压气态制冷剂，进行压缩而使其成为高温高压气态制冷剂的状态并排出。
热交换器12例如由板式热交换器构成。
膨胀阀13使高压制冷剂减压而使其变为低压二相制冷剂。
蒸发器14例如由板翅式热交换器等构成，使制冷剂与外部空气进行热交换而使制冷剂蒸发。
供热水装置200具有：对在热交换器12中进行了热交换后的水的流通方向进行切换的三通阀21；储存利用在热交换器12中进行了热交换后的水进行热水供应的水的热水罐22；使在热交换器12中进行了热交换后的水与储存于热水罐22的水进行热交换的罐内热交换器23；泵24；供在热交换器12中进行了热交换后的水循环的一次水回路25；向热水罐22供给水的入水口26；从热水罐22供给被加温后的水的供水口27；以及室内温度传感器28。
三通阀21将所流入的水朝一方或另一方或双方分流。
罐内热交换器23例如由板式热交换器构成。
泵24输送水。
制热装置300具有使一次水回路25的水向制热装置300流通的制热回路31。制热装置300利用一次水回路25中的被加热了的水向室内散热。
控制部400由微型计算机或者DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)等构成，进行热泵装置100以及供热水装置200的控制。
控制部400从环境温度传感器16取得环境温度，从室内温度传感器28取得室内温度，并基于上述的取得温度对压缩机11的转速进行控制。因此，在控制部400存储有与图2的流程图对应的程序，并存储有图6、图7的映射表。
接下来，对热泵式供热水制热装置1的动作进行说明。
若存在供热水或者制热的请求，则通过压缩机11的旋转而变得高温高压的制冷剂在热交换器12中与一次水回路25的水进行热交换。一次水回路25中的被加热了的水由泵24输送，通过三通阀21而被向罐内热交换器23输送，对热水罐22内的水进行加热，由此来进行供热水运转。另外，一次水回路25的被加热了的水从三通阀21流经制热回路31而被朝制热装置300输送，并向室内散热，由此来进行制热运转。供热水装置200利用三通阀21选择并进行供热水运转或制热运转中的某一方或者同时进行两方(供热水制热同时运转)。
供热水制热同时运转是指同时进行如下运转：利用一次水回路25的被加热了的水对热水罐22内的水进行加热的供热水运转；以及利用一次水回路25的被加热了的水使制热装置300向室内散热的制热运转。
图2是示出本实用新型的实施方式1所涉及的热泵式供热水制热装置1的供热水控制的流程图。
图3是示出本实用新型的实施方式1所涉及的在未使用制热时存在供热水运转的请求的情况下的、供热水运转时间与压缩机11的转速之间的关系的图。图3的横轴表示供热水运转时间，图3的纵轴表示压缩机11的转速。
图4是示出本实用新型的实施方式1所涉及的在使用制热时存在供热水运转的请求的情况下的、一般的供热水运转时间与压缩机11的转速之间的关系的图。图4的横轴表示供热水运转时间，图4的纵轴表示压缩机11的转速。
图5是示出本实用新型的实施方式1所涉及的在使用制热时存在供热水运转的请求的情况下、环境温度与室内温度之差比某一阈值T1小时的供热水运转时间与压缩机11的转速之间的关系的图。图5的横轴表示供热水运转时间，图5的纵轴表示压缩机11的转速。
基于图2～图5对热泵式供热水制热装置1的供热水控制进行说明。
控制部400在步骤S1中存在供热水运转指示的情况下，移至步骤S2并判断是否存在供热水制热同时请求。
控制部400在步骤S2中不存在供热水制热同时请求的情况下，移至步骤S3并进行供热水时的高效运转。
在供热水单独请求时，制热未使用，因此，即便耗费时间也不会对室内的舒适性产生影响。在该情况下，将压缩机11的转速决定为比最大转速低的效率最高的转速的高效转速，并以高效运转对热水罐22内的水进行加热。即，控制部400将压缩机11的转速决定为高效转速。图3的t1是高效运转时的供热水运转结束时间。
控制部400在步骤S2中存在供热水制热同时请求的情况下，移至步骤S4。控制部400在步骤S4中判断室内温度传感器28所检测出的室内温度是否为预先确定的设定温度以上。控制部400在步骤S4中室内温度并非预先确定的设定温度以上的情况下，移至步骤S5并进行供热水时的最大运转。
在供热水运转时，若将从热泵装置100产生的热量分配给供热水运转侧的时间过长，则室内温度降低而损害室内的舒适性，因此，以在比较短的时间内结束供热水运转作为目标，将压缩机11的转速决定为最大转速而进行供热水运转。即，控制部400将压缩机11的转速决定为最大转速。图4的t2是最大运转时的供热水运转结束时间，存在t2＜t1的关系。
控制部400在步骤S4中室内温度为预先确定的设定温度以上的情况下，移至步骤S6。控制部400在步骤S6判断由环境温度传感器16检测出的环境温度与由室内温度传感器28检测出的室内温度之间的温度差是否比阈值T1小。控制部400在步骤S6中环境温度与室内温度之间的温度差不比阈值T1小的情况下，移至步骤S5并进行供热水时的最大运转。
环境温度与室内温度之间的温度差使用从环境温度减去室内温度所得的值的绝对值。温度差的阈值T1是通过实验或验证等预先设定的值。
控制部400在步骤S6中环境温度与室内温度之间的温度差比阈值T1小的情况下，移至步骤S7并进行供热水时的组合运转。
例如，在使用热泵式供热水制热装置1的欧洲等，多数为在冬天期间不停止制热运转的使用方式，因此存在环境温度与室内温度之间的温度差小的条件。在该温度差小的条件下，制热运转停止时的室温降低慢，因此尽早结束供热水运转而优先进行制热的必要性小。
在为上述的条件时，考虑室内的舒适性与煮沸的节能这双方，设定同环境温度与室内温度之间的温度差对应的预先设定的最大转速时间t3、以及组合运转时的供热水运转结束目标时间t4。而且，在该组合供热水运转的开始阶段进行最大能力运转(压缩机11的最大转速运转)，在最终阶段进行高效运转。即，控制部400在组合供热水运转中决定为由如下组合构成的转速：在开始阶段使压缩机11的转速为最大转速、在最终阶段使压缩机11的转速为高效转速。图5的t3是持续进行最大能力运转的最大转速时间，t4是该组合运转时的供热水运转结束目标时间，存在t3＜t2＜t4＜t1的关系。
图6是示出本实用新型的实施方式1所涉及的在使用制热时存在供热水运转的请求的情况下、对环境温度与室内温度之差比阈值T1小时的使压缩机11为最大转速的时间进行设定的映射表的图。图6的横轴表示环境温度与室内温度之间的温度差的大小，纵轴表示最大转速时间t3的长度。
如图6所示，当环境温度与室内温度之间的温度差比阈值T1小且比较大时，最大转速时间t3比较长而接近供热水时间t2。即，根据环境温度与室内温度之间的温度差而预先设定的最大转速时间t3具有正相关性。该图6的映射表被预先存储于控制部400。
图7是示出本实用新型的实施方式1所涉及的在使用制热时存在供热水运转的请求的情况下、对环境温度与室内温度之差比阈值T1小时的供热水运转时间进行设定的映射表的图。图7的横轴表示环境温度与室内温度之间的温度差的大小，纵轴表示组合运转时的供热水运转结束目标时间t4的长度。
如图7所示，当环境温度与室内温度之间的温度差比阈值T1小且比较大时，组合运转时的供热水运转结束目标时间t4比较短。另一方面，当温度差比阈值T1小且比较小时，供热水运转结束目标时间t4比较长，接近供热水时间t1，优先进行高效的供热水运转。即，根据环境温度与室内温度之间的温度差而预先设定的组合运转时的供热水运转结束目标时间t4具有逆相关性。该图7的映射表被预先存储于控制部400。
根据图6、图7的映射表的不同，温度差在比阈值T1小的情况下越大，则控制部400将供热水运转结束目标时间t4设定得越短、并且以使得成为最大转速的比例越高的方式决定供热水运转结束目标时间t4内的压缩机11的转速。
如上，控制部400在组合运转时，使用图6、图7的映射表来设定最大转速时间t3与组合运转时的供热水运转结束目标时间t4，不损害室内的舒适性且能够实现煮沸的节能。
此外，即便在步骤S2存在供热水制热同时请求，当在步骤S4室内温度未达到设定温度的情况下，也通过制热而优先确保室内的舒适性，进行图4所示的压缩机11的转速始终最大的供热水运转。
另外，即便在步骤S2存在供热水制热同时请求，当在步骤S6由环境温度传感器16检测出的环境温度与由室内温度传感器28检测出的室内温度之间的温度差不比阈值T1小时，制热运转停止时的室温降低快，因此也进行图4所示的压缩机11的转速始终最大的供热水运转。
实施方式2.
在上述实施方式1中，在热水罐22内具有罐内热交换器23，而接下来对在热水罐22的外部具有罐外热交换器41的实施方式2进行说明。对于与实施方式1相同的结构、动作，标注相同的附图标记并省略说明。
图8是示出本实用新型的实施方式2所涉及的热泵式供热水制热装置1的简要结构的图。
热泵式供热水制热装置1具备：运转能力可变型的热泵装置100、供热水装置201、制热装置300以及控制部400。
供热水装置201具有一次水回路25与二次水回路43。一次水回路25利用配管将三通阀21、罐外热交换器41以及泵24依次连接。二次水回路43将热水罐22、入水口26、供水口27以及泵42连接。另外，供热水装置201具有室内温度传感器28。在供热水装置201的一次水回路25，具有供在制热装置300中进行了热交换后的水流通的制热回路31。这样，罐外热交换器41设置于热水罐22的外部。
接下来对热泵式供热水制热装置1的动作进行说明。
若存在供热水或者制热的请求，则一次水回路25中的借助热泵装置100被加热了的水通过三通阀21，并被向罐外热交换器41输送，由此来进行供热水运转。另外，一次水回路25中的被加热了的水从三通阀21流经制热回路31而被向制热装置300输送，由此来进行制热运转。在罐外热交换器41中进行了热交换后的水由泵42输送而被储存在热水罐22内。
在实施方式2中，通过与实施方式1同样进行图2的供热水控制，能够不损害室内的舒适性并能够实现煮沸的节能。
根据以上的实施方式1、2，控制部400基于环境温度传感器16所检测出的环境温度与室内温度传感器28所检测出的室内温度之间的温度差，设定对热水罐22的水进行加热并且使用制热装置300的供热水制热运转同时请求时的供热水运转结束目标时间t4。而且，决定所设定的供热水运转结束目标时间t4内的压缩机11的转速。根据该结构，基于使用制热时的环境温度与室内温度之间的温度差来计算供热水运转结束目标时间t4，并以使得在该供热水运转结束目标时间t4热水罐22内的水最高效地达到设定温度的方式决定压缩机11的转速，由此能够在供热水制热同时请求时实施不损害室内的舒适性且能够实现节能的供热水运转。
控制部400将供热水运转结束目标时间t4内的压缩机11的转速决定为由最大转速与高效转速的组合构成的转速。根据该结构，能够以使得在供热水运转结束目标时间t4热水罐22内的水最高效地达到设定温度的方式控制压缩机11的转速。
控制部400将供热水运转结束目标时间t4内的压缩机11的转速决定为由开始阶段为最大转速、最终阶段为高效转速的组合构成的转速。根据该结构，能够以使得在供热水运转结束目标时间t4热水罐22内的水最高效地达到设定温度的方式控制压缩机11的转速。而且，能够在供热水制热同时请求时实施不损害室内的舒适性且能够实现节能的供热水运转。
使用制热时的环境温度与室内温度之间的温度差越大，则控制部400将供热水运转结束目标时间t4设定得越短、并且以使得成为最大转速的比例越高的方式决定供热水运转结束目标时间t4内的压缩机11的转速。根据该结构，能够在供热水制热同时请求时实施不损害室内的舒适性且能够实现节能的供热水运转。
控制部400在通过制热装置300而使得室内温度在设定温度以上时，实施将供热水运转结束目标时间t4内的压缩机11的转速决定为由最大转速与最高效转速的组合构成的转速的处理。这是因为，在供热水运转时，若将从热泵装置100产生的热量分配给供热水运转侧的时间过长，则室内温度降低而损害室内的舒适性。
控制部400构成为：在不使用制热装置300的情况下，将供热水时间t1内的压缩机11的转速决定为最高效转速，在使用制热装置300、室内温度比设定温度低或者环境温度与室内温度之间的温度差不比阈值T1小的情况下，将供热水时间t2内的压缩机11的转速决定为最大转速，在使用制热装置300、室内温度在设定温度以上且环境温度与室内温度之间的温度差比阈值T1小的情况下，将供热水运转结束目标时间t4内的压缩机11的转速决定为由开始阶段为最大转速、最终阶段为高效转速的组合构成的转速。根据该结构，能够在供热水时实施不损害室内的舒适性且能够实现节能的供热水运转。
将使一次水回路25与储存于热水罐22的水进行热交换的罐外热交换器41设置于热水罐22的外部。根据该结构，能够将储存于热水罐22的水逐渐向罐外热交换器41输送而高效地进行加热。

Claims (2)

1.一种热泵式设备装置，具备：
将压缩机、热交换器、膨胀阀、蒸发器依次连接的运转能力可变型的热泵装置；
热介质回路，所述热介质回路经由所述热交换器与所述热泵装置连接；
罐，所述罐储存与所述热介质回路进行了热交换后的水；以及
制热装置，所述制热装置与所述热介质回路连接而进行散热，
所述热泵式设备装置的特征在于，
还具备控制所述压缩机的转速，且基于环境温度与室内温度之间的温度差，设定对所述罐的水进行加热并且使用所述制热装置的供热水制热运转同时请求时的供热水时间，并决定所设定出的所述供热水时间内的所述压缩机的转速的控制部。
2.根据权利要求1所述的热泵式设备装置，其特征在于，
将使所述热介质回路与储存于所述罐的水进行热交换的热交换器设置于所述罐的外部。
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