DE102006003827A1

DE102006003827A1 - Wärmepumpen-Warmwasserbereiter

Info

Publication number: DE102006003827A1
Application number: DE200610003827
Authority: DE
Inventors: Jun Kariya Iwase; Hisayoshi Kariya Sakakibara; Susumu Kariya Kawamura; Teruhiko Kariya Taira
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2006-08-24
Also published as: JP4539553B2; JP2006234375A

Abstract

Warmwasserbereiter des Wärmepumpentyps, in dem während des Entfrostungsbetriebs eines Verdampfapparats (17) eine Wasserpumpe (13) zum Zirkulieren des erwärmten Wassers in einem Heißwasserbehälter (10) durch einen Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) abgeschaltet wird und der Pfadöffnungsgrad einer Druckverminderungsvorrichtung (16) über einen vorbestimmten Öffnungsgrad vergrößert wird, sodass der Verdampfapparat (17) entfrostet wird, während das Kältemittel durch den Kompressor (14), den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15), die Druckverminderungsvorrichtung (16) und den Verdampfapparat (17) in dieser Reihenfolge strömt. Während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats (17) wird wenigstens einer des Steuerbetriebs zum Vergrößern des Pfadöffnungsgrades der Druckverminderungsvorrichtung (16) und des Steuerbetriebs zum Verringern der Drehzahl des Kompressors (14) in einer solchen Weise durchgeführt, dass die Kältemitteltemperatur am Auslass des Kompressors (14) nicht höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, um das Sieden des erwärmten Wassers im Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher zu verhindern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft einen Entfrostungssteuerbetrieb eines Verdampfapparats in einem Warmwasserbereiter eines Wärmepumpentyps.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 329765 beschreibt einen Warmwasserbereiter eines Wärmepumpentyps, in dem durch einen auf der Niederdruckseite eines Wärmepumpenkreises angeordneten Verdampfapparat Wärme aus der Umgebung absorbiert wird und durch einen auf der Hochdruckseite des Wärmepumpenkreises angeordneten Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher Wasser erwärmt wird. Das erwärmte Wasser wird durch eine elektrische Wasserpumpe zu einem Wasserbehälter zirkuliert, und während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats wird die elektrische Wasserpumpe abgeschaltet, um die Wärmeabstrahlung eines Hochdruck-Kältemittels in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher zu unterdrücken, während der Ventilöffnungsgrad einer Druckverminderungsvorrichtung mehr als für einen Normalbetrieb vergrößert wird, wodurch die Temperatur des in den Verdampfapparat strömenden Kältemittels erhöht wird, um den Verdampfapparat zu entfrosten.

Als Ergebnis kann der Verdampfapparat entfrostet werden, während das Kältemittel durch den Kompressor, den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher, die Druckverminderungsvorrichtung und den Verdampfapparat in dieser Reihenfolge während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats strömt, und deshalb muss kein Heißgas-Bypasskanal speziell für den Entfrostungsbetrieb eingestellt werden.

Um die Entfrostungsleistung in dem in dieser Druckschrift beschriebenen Wärmepumpenkreis zu verbessern, muss die Kompressoreingangsleistung (eingegebene elektrische Energie) während des Entfrostungsbetriebs erhöht werden. Die Kompressoreingangsleistung wird als Produkt der Enthalpiedifferenz zwischen dem in den Kompressor eingeleiteten Kältemittel und dem aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittel und der Strömungsrate des Kältemittels ausgedrückt.

Die Querschnittsfläche (Durchmesser) des Pfades der Druckverminderungsvorrichtung ist im Wesentlichen beschränkt. Die Erhöhung der Kompressoreingangsleistung führt deshalb hauptsächlich zur Vergrößerung der Kältemittelenthalpiedifferenz anstatt zur Vergrößerung der Kältemittelströmungsrate. Falls die Kompressoreingangsleistung während des Entfrostungsbetriebs erhöht wird, wird deshalb das Kompressionsverhältnis erhöht, was in einer deutlichen Erhöhung der Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels resultiert. Als Ergebnis siedet während des Entfrostungsbetriebs das erwärmte Wasser ungünstigerweise in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher.

Der in der oben genannten Druckschrift offenbarte Wärmepumpenkreis stellt einen Fall ohne Innenwärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Hochdruck-Kältemittel auf der Auslassseite des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers und dem Niederdruck-Kältemittel auf der Ansaugseite des Kompressors dar. Falls der Innenwärmetauscher enthalten ist, um den Wirkungsgrad (COP) des Kreises zu verbessern, wird der Betrieb der elektrischen Wasserpumpe analog gestoppt, um die Wärmeabstrahlung des Hochdruck-Kältemittels in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher während des Entfrostungsbetriebs zu unterdrücken.

Aus diesem Grund strömt das Hochdruck-Kältemittel (das aus dem Kompressor ausgegebene Kältemittel) mit hoher Temperatur in den Innenwärmetauscher, und deshalb wird das in den Kompressor eingeleitete Kältemittel durch das Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittel übermäßig erwärmt. Als Ergebnis wird das aus dem Kompressor ausgegebene Kältemittel auf eine noch höhere Temperatur erhöht, und das erwärmte Wasser in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher wird wahrscheinlicher in ungünstiger Weise sieden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht dieses Punktes ist es die Aufgabe dieser Erfindung, ein Sieden des erwärmten Wassers in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher während des Ent frostungsbetriebs des Verdampfapparats des Warmwasserbereiters eines Wärmepumpentyps zu verhindern.

Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Warmwasserbereiter eines Wärmepumpentyps vorgesehen, zum Steuern einer Wasserpumpe (13) während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats (17), um die Wärmestrahlmenge des Kältemittels in einem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) zu reduzieren und gleichzeitig den Pfadöffnungsgrad einer Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) auf wenigstens einen vorbestimmten Öffnungsgrad zu vergrößern, um dadurch das Kältemittel weiter durch den Kompressor (14), den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15), die Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) und den Verdampfapparat (17) strömen zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats (17) wenigstens ein ausgewählter des Steuerbetriebs zum Vergrößern des Pfadöffnungsgrades der Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) und des Steuerbetriebs zum Verringern der Drehzahl des Kompressors (14) in einer solchen Weise durchgeführt wird, dass die Temperatur des aus dem Kompressor (14) ausgegebenen Kältemittels nicht höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, um das Sieden des erwärmten Wassers in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) zu verhindern.

In diesem Aspekt der Erfindung wird während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats (17) die Temperatur des aus dem Kompressor (14) ausgegebenen Kältemittels dauernd überwacht und kann auf eine Temperatur nicht höher als eine vorbestimmte Temperatur gesteuert werden, und deshalb kann ein Sieden des erwärmten Wassers in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) positiv verhindert werden.

Das erwärmte Wasser kann, wie oben beschrieben, positiv an einem Sieden gehindert werden, und deshalb kann der Kompressor (14) betrieben werden, während die Temperatur des ausgegebenen Kältemittels auf eine maximale Temperatur eingestellt ist, bei welcher ein Sieden verhindert werden kann. Als Ergebnis kann die Entfrostungszeit durch Maximieren der Eingangsleistung des Kompressors (14) ab dem Start des Entfrostungsbetriebs verkürzt werden. Dies deshalb, weil die Ent frostungsleistung gleich der Eingangsleistung des Kompressors (14) ist (getane Kompressionsarbeit).

In dieser Erfindung können während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats (17) sowohl der Steuerbetrieb zum Vergrößern des Pfadöffnungsgrades des Dekompressors (16, 160) als auch der Steuerbetrieb zum Verringern der Drehzahl des Kompressors (14) durchgeführt werden.

In dieser Erfindung kann während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats (17) der Steuerbetrieb zum Verringern der Drehzahl des Kompressors (14) nach einem Erhöhen des Pfadöffnungsgrades der Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) auf das Maximum durchgeführt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Warmwasserbereiter eines Wärmepumpentyps vorgesehen, mit einem Kompressor (14), einem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) zum Heizen des in einem Heißwasserbehälter (10) gespeicherten erwärmten Wassers durch das aus dem Kompressor (14) ausgegebene Kältemittel, einer Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) zum Verringern des Drucks des durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) geströmten Hochdruck-Kältemittels, die den Pfadöffnungsgrad elektrisch einstellen kann, einem Verdampfapparat (17) zum Verdampfen des durch die Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) geströmten Niederdruck-Kältemittels und einer Wasserpumpe (13) zum Zirkulieren des erwärmten Wassers im Heißwasserbehälter (10) durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15),
wobei während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats (17) die Wasserpumpe (13) gesteuert wird, um die Wärmestrahlmenge des Kältemittels in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) zu reduzieren, während der Pfadöffnungsgrad der Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) auf wenigstens einen vorbestimmten Öffnungsgrad vergrößert wird, um dadurch das Kältemittel weiter durch den Kompressor (14), den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15), die Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) und den Verdampfapparat (17) in dieser Reihenfolge strömen zu lassen,
dadurch gekennzeichnet, dass der Pfadöffnungsgrad der Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) und die Drehzahl des Kompressors (14) zur Zeit des Startens des Entfrostungsbetriebs jeweils auf einen vorbestimmten Wert gesetzt sind, sodass die Temperatur des aus dem Kompressor (14) ausgegebenen Kältemittels nicht höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, um während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats (17) ein Sieden des erwärmten Wassers in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) zu verhindern.

Als Ergebnis kann der Entfrostungsbetrieb des Verdampfapparats (17) positiv ausgeführt werden, während das erwärmte Wasser an einem Sieden gehindert wird.

Gemäß dieser Erfindung ist die Druckverminderungsvorrichtung aus einer Ejektorpumpe (160) aufgebaut, die eine Düseneinheit (161) zum Verringern des Drucks des durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) geströmten Hochdruck-Kältemittels, einen Kältemitteleinlass (162) zum Ansaugen des Kältemittels durch einen von der Düseneinheit (161) ausgestoßenen Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom, und einen Druckerhöhungsabschnitt (164) zum Umwandeln der Geschwindigkeitsenergie eines Mischkältemittelstroms des Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstroms und des von dem Kältemitteleinlass (162) angesaugten Kältemittels in Druckenergie enthält,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ejektorpumpe (160) einen Mechanismus (165, 166) hat, der den Pfadöffnungsgrad der Düseneinheit (161) elektrisch einstellen kann, und dass der Verdampfapparat (17) in dem Pfad (30) angeordnet ist, in welchem das Kältemittel zum Kältemitteleinlass (162) strömt.

Wie oben beschrieben, ist diese Erfindung in geeigneter Weise auch auf etwas anwendbar, das Ejektorpumpenkreis mit einer aus der Ejektorpumpe (160) gebildeten Druckverminderungsvorrichtung genannt wird.

Gemäß dieser Erfindung kann der Innenwärmetauscher (19) vorgesehen sein, um Wärme zwischen dem durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) geströmten Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel auf der Einlassseite des Kompressors (14) auszutauschen.

Ebenso kann mit dem Vorsehen des Innenwärmetauschers (19) wie oben beschrieben das erwärmte Wasser in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) während des Entfrostungsbetriebs positiv an einem Sieden gehindert werden.

Übrigens bezeichnen die den jeweiligen Einrichtungen in der obigen Beschreibung hinzugefügten Bezugsziffern in Klammern die Entsprechung zu speziellen Einrichtungen, die in den später beschriebenen Ausführungsbeispielen enthalten sind.

Diese Erfindung wird aus den beiliegenden Zeichnungen und der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung besser verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Warmwasserbereiters eines Wärmepumpentyps gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist ein Blockschaltbild des elektrischen Steuerbetriebs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
3 ist ein Flussdiagramm des Betriebs des ersten Ausführungsbeispiels.
4 ist ein Flussdiagramm der Gestaltung des Steuerbetriebs während des in 3 dargestellten Normalbetriebs.
5 ist ein Mollier-Diagramm einer Gestaltung des Wärmepumpenkreises gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
6A ist ein Kennliniendiagramm zum Steuern des Öffnungsgrades des in 3 dargestellten Expansionsventils, und 6B ist ein Kennliniendiagramm zum Steuern der Drehzahl des in 3 dargestellten Kompressors.
7 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Warmwasserbereiters eines Wärmepumpentyps gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 ist eine Schnittansicht einer Gestaltung der Ejektorpumpe in 7.
9 ist ein Flussdiagramm des Betriebs des dritten Ausführungsbeispiels.
BESTER AUSFÜHRUNGSMODUS DER ERFINDUNG
(Erstes Ausführungsbeispiel)
1 ist eine Darstellung eines allgemeinen Aufbaus eines Warmwasserbereiters eines Wärmepumpentyps (nachfolgend einfach als „Warmwasserbereiter" bezeichnet) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Warmwasserbereiter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthält einen Heißwasserbehälter 10 zum Speichern des erwärmten Wassers, einen Wärmepumpenkreis 11 zum Erwärmen des Wassers und einen Wasserumlaufpfad 12, der das erwärmte Wasser in dem Heißwasserbehälter 10 zirkulieren kann. Der Wasserumlaufpfad 12 enthält eine elektrische Pumpe 13 zum Zirkulieren des erwärmten Wassers.
Der Wärmepumpenkreis 11 ist aus einem geschlossenen Kreis mit einem Kompressor 14, einem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 15, einem Expansionsventil 16, einem Verdampfapparat 17, einem Speicher 18 und einem Innenwärmetauscher 19 aufgebaut, die nacheinander durch Rohre verbunden sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird als Kältemittel CO₂ verwendet, dessen auf ein hohes Niveau erhöhter Druck nicht niedriger als der kritische Druck ist (überkritischer Zustand).
Der Kompressor 14 ist ein elektrischer Kompressor, der durch einen eingebauten Elektromotor 14a angetrieben wird, und gibt durch Kompression das angesaugte Kältemittel nicht unterhalb des kritischen Drucks aus. Der Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 15 erwärmt das Wasser durch einen Wärmeaustausch zwischen dem aus dem Kompressor 14 ausgegebenen Kältemittel (Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittel) und dem in dem Wasserumlaufpfad 12 erwärmten Wasser.
Der Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 15 enthält einen Wasserpfad 15a, in dem das erwärmte Wasser strömt, und einen Kältemittelpfad 15b, in dem das aus dem Kompressor ausgegebene Kältemittel strömt, und ist so ausgebildet, dass das erwärmte Wasser in dem Wasserpfad 15a und das Kältemittel in dem Kältemittelpfad 15b in entgegengesetzte Richtungen strömen.
Wie durch Pfeile in 1 angedeutet, strömt das erwärmte Wasser aus dem Auslass 10a im unteren Teil des Heißwasserbehälters 10 durch die elektrische Pumpe 13, den Wasserpfad 15a des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 15 und den Einlass 10b im oberen Teil des Heißwasserbehälters 10 in dieser Reihenfolge.
Das in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 15 strömende Kältemittel in einem überkritischen Zustand (CO₂) strahlt Wärme an das erwärmte Wasser ab, indem es im Kompressor 14 auf nicht geringer als den überkritischen Druck komprimiert wird, und wird deshalb nicht kondensiert.
Der Auslass des Kältemittelpfades 15b des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 15 ist mit dem Einlass des Expansionsventils 16 durch den Hochdruckpfad 19a des Innenwärmetauschers 19 verbunden. Dieses Expansionsventil 16 ist eine Druckverminderungsvorrichtung zum Verringern des Drucks des Hochdruck-Kältemittels am Auslass des Innenwärmetauschers 19 und bildet gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein elektrisches Expansionsventil, bei dem der Ventilplattenöffnungsgrad (Ventilöffnungsgrad) des Kältemittelpfades so ausgebildet ist, dass er elektrisch gesteuert werden kann. Insbesondere enthält das Expansionsventil 16 einen Ventilkörper 16a zum Einstellen des Ventilplattenöffnungsgrades und einen elektrischen Stellantrieb 16b wie beispielsweise einen Servomotor zum variablen Steuern der Position des Ventilkörpers 16a.
Der Verdampfapparat 17 ist ein Außenwärmetauscher, durch den das durch das Expansionsventil 16 im Druck verringerte Niederdruck-Kältemittel (Gas/Flüssigkeit-Doppelphasen-Kältemittel) durch Absorbieren von Wärme aus der Umgebungsluft (Außenluft) verdampft wird. Die Umgebungsluft wird durch einen elektrischen Außenlüfter 17a zum Verdampfapparat 17 geblasen.
Der Speicher 18 ist eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung zum Trennen des aus dem Verdampfapparat 17 strömenden Kältemittels in ein Gas und eine Flüssigkeit. Nur das Gasphasen-Kältemittel wird durch den Niederdruckpfad 19b des Innenwärmetauschers 19 in den Kompressor 14 eingeleitet, während das überschüssige Kältemittel im Kreis als Flüssigphasen-Kältemittel gespeichert wird.
Der Innenwärmetauscher 19 tauscht Wärme zwischen dem in dem Hochdruckpfad 19a strömenden Hochdruck-Kältemittel und dem in dem Niederdruckpfad 19b strömenden Niederdruck-Kältemittel aus, um dadurch die Temperatur des in den Kompressor 14 eingeleiteten Kältemittels zu erhöhen. Als Ergebnis wird die Temperatur des aus dem Kompressor 14 ausgegebenen Kältemittels so erhöht, dass die Kältemittelenthalpiedifferenz (Wärmestrahlungsmenge) zwischen dem Einlass und dem Auslass des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 15 für einen verbesserten Wirkungsgrad (COP) des Kreises vergrößert wird.
2 ist ein Blockschaltbild des elektrischen Steuerbetriebs gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Eine Steuereinheit 20 ist aus einem Mikrocomputer und dessen Peripherieschaltungen aufgebaut, um den Betrieb der elektrischen Ausrüstung des Warmwasserbereiters, wie beispielsweise der elektrischen Wasserpumpe 13, des Elektromotors 14a des Kompressors 14, des Stellantriebs 16b des elektrischen Expansionsventils 16 und des elektrischen Außenlüfters 17a zu steuern.
Der Eingangsseite der Steuereinheit 20 werden die Erfassungssignale von einer Gruppe von Sensoren zugeführt, einschließlich eines Temperatursensors 21 zum Erfassen der Temperatur des aus dem Kompressor 14 ausgegebenen Kältemittels, eines Drucksensors 22 zum Erfassen des Drucks (Hochdruck) des Kältemittels am Auslass des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 15, eines Temperatursensors 23 zum Erfassen der Temperatur des Kältemittels am Auslass des Verdampfapparats 17, eines Temperatursensors 24 zum Erfassen der Temperatur des erwärmten Wassers am Einlass des Wasserpfades 15a des in dem Wasserumlaufpfad 12 enthaltenen Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 15 und eines Temperatursensors 25 zum Erfassen der Umgebungslufttemperatur.
Ebenso werden an die Steuereinheit 20 von dem Bedienpult 26 des Warmwasserbereiters Signale wie beispielsweise das Ein/Aus-Betriebssignal für den Warmwasserbereiter und das Signal zum Einstellen der Temperatur des erwärmten Wassers im Warmwasserbereiter angelegt.
Als nächstes wird die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels erläutert. 3 zeigt eine durch den Mikrocomputer der Steuereinheit 20 ausgeführte Steuerroutine, welche Routine mit dem von dem Bedienpult 26 eingegebenen Warmwasserbereiter-Betriebssignal gestartet wird. Zuerst wird die Notwendigkeit oder das Fehlen der Notwendigkeit eines Entfrostungsbetriebs bestimmt. Insbesondere wird bestimmt, ob die durch den Temperatursensor 23 erfasste Temperatur des Kältemittels am Auslass des Verdampfapparats 17 niedriger als eine vorbestimmte Temperatur T1 ist oder nicht (S10). Die vorbestimmte Temperatur T1 beträgt zum Beispiel –14°C, und falls die Kältemitteltemperatur am Auslass des Verdampfapparats 17 höher als die vorbestimmte Temperatur T1 ist, kann bestimmt werden, dass der Entfrostungsbetrieb nicht erforderlich ist, und deshalb wird der Normalbetrieb benutzt (S20).
4 ist ein Flussdiagramm einer Gestaltung der Normalbetriebssteuerung. Zuerst wird die elektrische Wasserpumpe 13 im Wasserumlaufpfad 12 aktiviert, während gleichzeitig der Kompressor 14 mit einer vorbestimmten Drehzahl in Abhängigkeit von der Steuerkennlinie für den Normalbetrieb aktiviert wird (S210). Als nächstes wird der Soll-Hochdruck des Wärmepumpenkreises 11 basierend auf der durch den Temperatursensor 25 erfassten Umgebungslufttemperatur, der durch den Temperatursensor 24 erfassten Temperatur des erwärmten Wassers am Einlass des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 15 und der Soll-Siedetemperatur berechnet (S220). Die Soll-Siedetemperatur wird basierend auf der durch den Benutzer eingestellten Heißwassertemperatur oder der Temperatur des erwärmten Wassers im Heißwasserbehälter 10 berechnet.
Als nächstes wird bestimmt, ob der durch den Drucksensor 22 erfasste aktuelle Hochdruck höher als der berechnete Soll-Hochdruck ist (S230). Falls der aktuelle Hochdruck höher ist, wird der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 um ein vorbestimmtes Maß vergrößert (S240). Als Ergebnis sinkt der Hochdruck.
Falls der aktuelle Hochdruck niedriger als der berechnete Soll-Hochdruck ist, wird dagegen der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 um ein vorbestimmtes Maß verkleinert (S250). Als Ergebnis steigt der Hochdruck. Durch Steuern des Öffnungsgrades des elektrischen Expansionsventils 16 entsprechend der aktuellen Veränderung des Hochdrucks nach oben oder nach unten wie oben beschrieben kann der aktuelle Hochdruck auf etwa dem Soll-Hochdruck gehalten werden.
Obwohl in 4 die spezielle Funktionsweise der Steuerung der Drehzahl des Kompressors 14 nicht gezeigt ist, wird die Drehzahl des Kompressors 14 automatisch gesteuert, um einen anormalen Betrieb des Wärmepumpenkreises 11 (zum Beispiel ein anormaler Druckanstieg oder eine anormale Erhöhung der Ausgabetemperatur) zu vermeiden.
Während des Normalbetriebs arbeitet die elektrische Wasserpumpe 13 in einer solchen Weise, dass das erwärmte Wasser in dem Wasserumlaufpfad 12 zirkuliert wird und das Niedertemperatur-Wasser im unteren Teil des Heißwasserbehälters 10 strömt und in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 15 erwärmt wird. Während des Normalbetriebs wird der aktuelle Hochdruck durch Vergrößern oder Verkleinern des Öffnungsgrades des elektrischen Expansionsventils 16 auf etwa dem Soll-Hochdruck gehalten, sodass die Temperatur des Hochdruck-Kältemittels auf einer zum Erzeugen eines erwärmten Wassers einer vorbestimmten Temperatur erforderliche Temperatur geregelt werden kann.
In 5 zeigt die durchgezogene Linie ein Mollier-Diagramm für den aktuellen Normalbetrieb, Punkt A den Auslass des Kompressors 14, Punkt B den Auslass des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 15, Punkt C den Auslass des Hochdruckpfades des Innenwärmetauschers 19 (den Einlass des elektrischen Expansionsventils 16), Punkt D den Auslass des elektrischen Expansionsventils 16 und Punkt E eine Position auf der im Speicher 18 gebildeten Sättigungsgaslinie. Punkt F zeigt den Auslass des Niederdruckpfades des Innenwärmetauschers 19 (den Einlass des Kompressors 14).
Falls die Temperatur des Kältemittels am Auslass des Verdampfapparats 17 niedriger als eine vorbestimmte Temperatur T1 (–14°C) ist, d.h. falls der Entfrostungsbetrieb erforderlich ist, ist dagegen die Bestimmung in Schritt S20 „Y", sodass der Entfrostungsbetrieb in Schritt S30 gestartet wird. Insbesondere wird der Betrieb der elektrischen Wasserpumpe 13 gestoppt, der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 wird auf einen vorbestimmten Wert für den Entfrostungsbetrieb gesetzt, und der Kompressor 14 wird mit einer vorbestimmten Drehzahl für den Entfrostungsbetrieb aktiviert.
Der vorbestimmte Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 für den Entfrostungsbetrieb ist größer als jener für den Normalbetrieb unter den gleichen Bedingungen (dem gleichen Hochdruckwert). Ebenso ist die vorbestimmte Drehzahl für den Entfrostungsbetrieb des Kompressors 14 größer als die vorbestimmte Drehzahl für den Normalbetrieb in Schritt S210 von 4.
Durch Aktivieren des Wärmepumpenkreises 11 bei ausgeschalteter elektrischer Wasserpumpe 13 in dieser Weise kann das aus dem Kompressor 14 ausgegebene Hochtemperatur-Kältemittel im Wesentlichen an einem Abstrahlen der Wärme an das erwärmte Wasser gehindert werden, wodurch es möglich gemacht wird, einen Abfall der Kältemitteltemperatur in dem Prozess der Druckverminderung im elektrischen Expansionsventil 16 durch Vergrößern des Öffnungsgrades des elektrischen Expansionsventils 16 zu unterdrücken.
Als Ergebnis kann der Temperaturabfall des aus dem Kompressor 14 ausgegebenen Kältemittels unterdrückt werden und das Hochtemperatur-Kältemittel kann in den Verdampfapparat 17 geleitet werden, wodurch es möglich gemacht wird, den Verdampfapparat 17 zu entfrosten. In 5 zeigt die gestrichelte Linie ein Mollier-Diagramm für den Entfrostungsbetrieb, Punkt A' den Zustand des Kältemittels vom Auslass des Kompressors 14 zum Einlass des elektrischen Expansionsventils 16, Punkt D' die Position auf der am Auslass des elektrischen Expansionsventils 16 gebildeten Sättigungsgaslinie, und Punkt E eine ähnliche Position, die zum Innern des Speichers 18 gehört.
Durch Erhöhen der vorbestimmten Drehzahl für den Entfrostungsbetrieb des Kompressors 14 über jene des Normalbetriebs kann die durch den Kompressor 14 bewirkte Kompressionsarbeit erhöht werden, um eine verbesserte Entfrostungsleistung zu ergeben.
Eine erhöhte Drehzahl des Kompressors 14, d.h. eine erhöhte Eingangsleistung des Kompressors, führt zu einem erhöhten Kompressionsverhältnis, das seinerseits einen deutlichen Anstieg der Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels bewirkt. Als Ergebnis würde das in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher stehende erwärmte Wasser ungünstigerweise während des Entfrostungsbetriebs sieden.
Ebenso strömt im Wärmepumpenkreis 11 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem Innenwärmetauscher 19 das auf hoher Temperatur gehaltene Hochdruck-Kältemittel (das aus dem Kompressor ausgegebene Kältemittel) in den Innenwärmetauscher 19 und erwärmt das in den Kompressor eingeleitete Kältemittel übermäßig. Somit wird die Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels weiter erhöht, mit dem Ergebnis, dass das erwärmte Wasser in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher wahrscheinlicher zum Sieden kommt.
In Anbetracht dessen wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Kreissteuerbetrieb eingesetzt, bei dem die Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels während des Entfrostungsbetriebs positiv innerhalb eines Temperaturbereichs, der das Sieden des erwärmten Wassers verhindern kann, gedrückt wird.
Insbesondere bestimmt nach dem Starten des Entfrostungsbetriebs in Schritt S30 in 3 Schritt S40, ob die Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels (die Erfassungstemperatur des Temperatursensors 21) niedriger als eine vorbestimmte Temperatur T2 (speziell 90°C) zum Verhindern des Siedens des erwärmten Wassers ist. Falls die Bestimmung „N" ist, wird der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 in Schritt S50 nach oben gesteuert.
Der Vorgang des Steuerns des Öffnungsgrades des elektrischen Expansionsventils 16 nach oben wird unter Bezugnahme auf das in 6A dargestellte Entfrostungs betriebs-Steuerkennliniendiagramm erläutert. In 6A stellt die Ordinate den Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 dar, wobei der Pfeil die Richtung angibt, in welcher der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 größer wird. Der Begriff „ganz offen" zeigt die ganz geöffnete Stellung des elektrischen Expansionsventils 16 an, und der Begriff „minimaler Öffnungsgrad" die Stellung mit einem sehr kleinen Öffnungsgrad nahe der geschlossenen Stellung des elektrischen Expansionsventils 16. In 6A bezeichnet das Zeichen ΔT auf der Abszisse die Differenz zwischen der aktuellen Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels (die Erfassungstemperatur des Temperatursensors 21) und der vorbestimmten Temperatur T2.
In 6A ist der Teil entlang der Abszisse auf der rechten Seite der Y-Achse ein Bereich, in welchem die aktuelle Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels höher als die vorbestimmte Temperatur T2 ist und wo der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 mit dem Wert ΔT größer wird. Der Teil entlang der Abszisse auf der linken Seite der Y-Achse in 6A bezeichnet dagegen einen Bereich (Bereich mit negativem ΔT), wo die aktuelle Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels niedriger als die vorbestimmte Temperatur T2 ist und wo der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 mit dem Anstieg des negativen Maßes von ΔT kleiner wird.
In Schritt S30 ist der vorbestimmte Öffnungsgrad zur Zeit des Startens des Entfrostungsbetriebs des elektrischen Expansionsventils 16 der in 6A dargestellte Zwischenöffnungsgrad θ1. In Schritt S50 wird deshalb der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 entsprechend der Rate, mit welcher die Temperaturdifferenz ΔT größer wird, jedes Mal um ein vorbestimmtes Maß von dem Zwischenöffnungsgrad θ1 vergrößert.
Bei diesem Prozess wird der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 für eine vorbestimmte Zeit von etwa mehreren Sekunden konstant gehalten, und während des Bestimmens der Temperaturdifferenz ΔT in vorbestimmten Zeitabständen wird der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 auf einen Wert entsprechend der Temperaturdifferenz ΔT geregelt.
Schritt S60 bestimmt, ob der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 maximal ist oder nicht. Vor dem Erreichen des maximalen Öffnungsgrades des elektrischen Expansionsventils 16 bleibt die Bestimmung in Schritt S60 „N", und deshalb wird der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 weiter geregelt.
Wenn der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 einmal einen Maximalwert erreicht, geht der Prozess weiter zu Schritt S70, um die Drehzahl des Kompressors 14 nach unten zu regeln. Insbesondere zeigt 6B die Steuerkennlinie der Drehzahl des Kompressors 14 während des Entfrostungsbetriebs. In 6B stellt die Ordinate die Drehzahl des Kompressors 14 dar, und der Pfeil auf der Ordinate die Richtung, in welcher die Drehzahl des Kompressors 14 größer wird.
In 6B stellt der Teil entlang der Abszisse auf der rechten Seite der Y-Achse einen Bereich dar, wo die aktuelle Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels höher als die vorbestimmte Temperatur T2 ist und wo die Drehzahl des Kompressors 14 mit dem Anstieg von ΔT kleiner wird. Der Teil entlang der Abszisse auf der linken Seite der Y-Achse in 6B stellt dagegen einen Bereich dar, wo die aktuelle Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels niedriger als die vorbestimmte Temperatur T2 ist (Bereich mit negativem ΔT) und wo die Drehzahl des Kompressors 14 mit dem Anstieg des negativen Maßes von ΔT größer wird.
Die vorbestimmte Drehzahl zur Zeit des Startens des Entfrostungsbetriebs des Kompressors 14 in Schritt S30 ist die Zwischendrehzahl N1 in 6B. In Schritt S70 wird deshalb die Drehzahl des Kompressors 14 mit dem Anstieg in ΔT jedes Mal von der Zwischendrehzahl N1 um ein vorbestimmtes Maß verringert.
Ebenso wird in Schritt S70 die Drehzahl des Kompressors 14 für eine vorbestimmte Zeitlänge von etwa mehreren Sekunden konstant gehalten, und durch Bestimmen der Temperaturdifferenz ΔT in vorbestimmten Zeitabständen wird die Drehzahl des Kompressors 14 auf einen Öffnungsgrad entsprechend der speziellen Temperaturdifferenz ΔT geregelt.
Mit dem Anstieg des Öffnungsgrades des elektrischen Expansionsventils 16 wird der Unterschied zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck des Wärmepumpenkreises 11 für ein kleineres Kompressionsverhältnis geringer, wodurch es möglich wird, die Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels zu reduzieren. Selbst wenn das elektrische Expansionsventil 16 vollständig geöffnet ist, kann die Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels durch Reduzieren der Drehzahl des Kompressors für ein niedrigeres Kompressionsverhältnis verringert werden, solange die Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels höher als die vorbestimmte Temperatur T2 ist.
Durch Steuern des Öffnungsgrades des elektrischen Expansionsventils 16 und der Drehzahl des Kompressors 14 wie oben beschrieben kann die Obergrenze der Temperatur des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels positiv auf etwa die vorbestimmte Temperatur T2 (90°C) gedrückt werden. Als Ergebnis kann das erwärmte Wasser in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 15 während des Entfrostungsbetriebs positiv an einem Sieden gehindert werden.
Falls dagegen die Bestimmung in Schritt S40 „Y" ist, siedet das erwärmte Wasser wahrscheinlich nicht und der Prozess geht weiter zu Schritt S80, um zu bestimmen, ob die Temperatur des Kältemittels am Auslass des Verdampfapparats 17 höher als die Endtemperatur des Entfrostungsbetriebs T3 ist. Die Endtemperatur des Entfrostungsbetriebs T3 ist eine Temperatur, die als (T1 + α) gegeben ist, was eine vorbestimmte Temperatur α, zum Beispiel 5°C, höher als die Starttemperatur des Entfrostungsbetriebs T1 ist.
Solange die Bestimmung in Schritt S80 „N" bleibt, wird der Entfrostungsbetrieb in Schritt S30 fortgesetzt. Wenn die Temperatur des Kältemittels am Auslass des Verdampfapparats 17 einmal über die Endtemperatur des Entfrostungsbetriebs T3 steigt, geht der Prozess weiter zu Schritt S90, wo der Entfrostungsbetrieb beendet wird und zur Steuerung des Normalbetriebs übergeht. Diese Normalbetriebssteuerung ist gleich jener von Schritt S20.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Entfrostungsbetrieb basierend auf der Temperatur des Kältemittels am Auslass des Verdampfapparats 17 gestartet und beendet. Nichtsdestotrotz kann der Beginn und das Ende des Entfrostungsbetriebs in verschiedenen Modifikationen gesteuert werden. Zum Beispiel wird die Differenz zwischen der Umgebungslufttemperatur und der Kältemitteltemperatur am Auslass des Verdampfapparats 17 berechnet, und falls die Temperaturdifferenz über einen ersten vorbestimmten Wert (beispielsweise 10°C) steigt, wird der Entfrostungsbetrieb gestartet, während der Entfrostungsbetrieb beendet wird, wenn die Temperaturdifferenz auf oder unter einen zweiten vorbestimmten Wert kleiner als der erste vorbestimmte Wert sinkt.
Anstelle der Kältemitteltemperatur am Auslass des Verdampfapparats kann auch die Kältemitteltemperatur am Einlass des Verdampfapparats verwendet werden, um den Entfrostungsbetrieb basierend auf der Differenz zwischen der Umgebungslufttemperatur und der Kältemitteltemperatur am Einlass des Verdampfapparats zu beginnen und zu beenden.
In jedem Beispiel der oben beschriebenen Steuervorgänge kann ein Timersignal anstelle verschiedener Temperatursignale benutzt werden, um das Ende des Entfrostungsbetriebs zu bestimmen. Insbesondere wird der Entfrostungsbetrieb bei Ablauf einer vorbestimmten Zeit des Entfrostungsbetriebs beendet.
Als weitere Alternative kann der Entfrostungsbetrieb bei Ablauf einer vorbestimmten Zeit (beispielsweise zwei Stunden) des Normalbetriebs bei der Umgebungslufttemperatur von nicht höher als 0°C gestartet werden und kann bei Ablauf einer vorbestimmten Zeit des Entfrostungsbetriebs beendet werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Druckverminderungsvorrichtung des Wärmepumpenkreises aus dem elektrischen Expansionsventil 16 aufgebaut. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist dagegen, wie in 7 dargestellt, die Druckverminderungsvorrichtung des Wärmepumpenkreises aus einer Ejektorpumpe 160 aufgebaut, um den Wärmepumpenkreis durch den Ejektorpumpenkreis zu ersetzen. Der Ejektorpumpenkreis, der wohlbekannt ist, wie er in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 3322263 beschrieben ist, wird nachfolgend kurz beschrieben.
Die Ejektorpumpe 160, die eine Druckverminderungsvorrichtung zum Reduzieren des Drucks des Kältemittels ist, besitzt auch die Funktion einer Pumpeinrichtung zum Ansaugen des Kältemittels durch die Mitreißwirkung des mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßenen Kältemittelstroms. Wie in 8 dargestellt, enthält die Ejektorpumpe 160 eine Düseneinheit 161 zum isentropischen Dekomprimieren und Expandieren des durch den Hochdruckpfad 19a des Innenwärmetauschers 19 geströmten Hochdruck-Kältemittels. Das Kältemittel am Kältemitteleinlass 162 wird durch den von der Düseneinheit 161 ausgestoßenen Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom in die Ejektorpumpe 160 gesaugt.
Ein Mischabschnitt 163 zum Mischen des ausgestoßenen Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstroms mit dem vom Kältemitteleinlass 162 angesaugten Kältemittel ist stromab der Düseneinheit 161 ausgebildet, und ein einen Druckerhöhungsabschnitt bildender Diffusor 164 ist stromab des Mischabschnitts 163 ausgebildet. Der Diffusor 164 ist in einer Form mit einer nach und nach größer werdenden Kältemittelpfadfläche und hat die Funktion, den Kältemitteldruck durch Vermindern der Geschwindigkeit des Kältemittelstroms zu erhöhen, d.h. die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in die Druckenergie umzuwandeln.
Weiter enthält die Düseneinheit 161 eine variable Nadel 166, die durch einen elektrischen Stellantrieb 165 positionsgesteuert ist, und der Öffnungsgrad der Düseneinheit 161 kann durch Steuern der Position der variablen Nadel 166 elektrisch gesteuert werden.
Das aus dem Diffusor 164 der Ejektorpumpe 160 ausströmende Kältemittel strömt in den Speicher 18, in welchem es in ein Gas und eine Flüssigkeit getrennt wird. Das Gasphasen-Kältemittel im oberen Innenteil des Speichers 18 gelangt durch den Niederdruckpfad 19b des Innenwärmetauschers 19 und wird in den Kompressor 14 gesaugt.
Andererseits wird das Flüssigphasen-Kältemittel im unteren Innenteil des Speichers 18 zu einem Zweigpfad 30 geleitet. Der Zweigpfad 30 enthält eine Hilfsdruckverminderungsvorrichtung 31 mit einer festen Federplatte. Der Verdampfapparat 17 ist mit der stromabwärtigen Seite der Hilfsdruckverminderungsvorrichtung 31 ver bunden, und die Auslassseite des Verdampfapparats 17 ist mit dem Kältemitteleinlass 162 verbunden.
In dem Ejektorpumpenkreis gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann der niedrigste Druck unmittelbar nach der Dekompression in der Düseneinheit 161 vom Kältemitteleinlass 162 auf den Verdampfapparat 17 ausgeübt werden, während der Druck nach dem Druckanstieg durch den Diffusor 164 auf die Einlassseite des Kompressors 14 ausgeübt werden kann. Mit anderen Worten kann der Ansaugdruck des Kompressors 14 über den Verdampfungsdruck des Verdampfapparats 17 erhöht werden, wodurch es möglich wird, die Antriebsleistung des Kompressors 14 entsprechend zu reduzieren.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden, wie in den Schritten S40 bis S70 in 3 gezeigt, der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 und die Drehzahl des Kompressors 14 während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats 17 durch eine Rückkopplung entsprechend der Kältemitteltemperatur am Auslass des Kompressors gesteuert. Im dritten Ausführungsbeispiel werden dagegen der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 und die Drehzahl des Kompressors 14 zur Zeit des Startens des Entfrostungsbetriebs ohne irgendeine Rückkopplungssteuerung auf einen vorbestimmten Wert voreingestellt.
Das dritte Ausführungsbeispiel wird speziell unter Bezug auf 9 erläutert. 9 zeigt eine durch den Mikrocomputer der Steuereinheit 20 ausgeführte Steuerroutine in einer ähnlichen Weise wie die oben beschriebene 3. Die Komponenten äquivalent zu jenen in 3 sind jeweils durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und werden im Detail nicht wieder erläutert.
Zuerst bestimmt Schritt S10, ob die durch den Temperatursensor 23 erfasste Kältemitteltemperatur am Auslass des Verdampfapparats 17 niedriger als eine vorbestimmte Temperatur T1 (beispielsweise –14°C) ist oder nicht, und bei einer Bestimmung, dass die Kältemitteltemperatur am Auslass des Verdampfapparats 17 niedriger als die vorbestimmte Temperatur T1 ist und deshalb der Entfrostungsbetrieb erforderlich ist, wird der Entfrostungsbetrieb im nächsten Schritt S30 ge startet. Insbesondere wird der Betrieb der elektrischen Wasserpumpe 13 gestoppt, das elektrische Expansionsventil 16 wird auf einen vorbestimmten Öffnungsgrad für den Entfrostungsbetrieb gesetzt, und der Kompressor 14 wird mit einer vorbestimmten Drehzahl für den Entfrostungsbetrieb betätigt.
Der vorbestimmte Öffnungsgrad für den Entfrostungsbetrieb des elektrischen Expansionsventils 16 nimmt einen größeren Wert als der Öffnungsgrad für den Normalbetrieb unter den gleichen Bedingungen (dem gleichen Hochdruckwert) an.
Der vorbestimmte Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 16 und die vorbestimmte Drehzahl des Kompressors 14 werden jedoch auf solche Wert eingestellt, dass die Temperatur des aus dem Kompressor 14 ausgegebenen Kältemittels nicht höher als eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 90°C) ist, um das Sieden des erwärmten Wassers im Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 15 während des Entfrostungsbetriebs zu verhindern. Insbesondere werden der vorbestimmte Wert des Öffnungsgrades des elektrischen Expansionsventils und der vorbestimmte Wert der Drehzahl des Kompressors basierend auf den Betriebsbedingungen des Warmwasserbereiters (zum Beispiel der durch den Temperatursensor 24 erfassten Temperatur des erwärmten Wassers und der durch den Temperatursensor 25 erfassten Umgebungslufttemperatur) zur Zeit des Startens des Entfrostungsbetriebs bestimmt.
Der Prozess geht von Schritt S30 zu Schritt S80 weiter, um zu bestimmen, ob die Kältemitteltemperatur am Auslass des Verdampfapparats 17 höher als die Endtemperatur des Entfrostungsbetriebs T3 ist oder nicht. Die Endtemperatur des Entfrostungsbetriebs T3 ist, wie oben beschrieben, als (T1 + α) gegeben, was eine vorbestimmte Temperatur α, zum Beispiel 5°C, höher als die Starttemperatur des Entfrostungsbetriebs T1 ist.
Solange die Bestimmung in Schritt S80 „N" bleibt, wird der Entfrostungsbetrieb in Schritt S30 fortgesetzt. Wenn die Kältemitteltemperatur am Auslass des Verdampfapparats 17 einmal über die Endtemperatur des Entfrostungsbetriebs T3 steigt, geht der Prozess weiter zu Schritt S90, wo der Entfrostungsbetrieb beendet wird und in die Steuerung des Normalbetriebs übergeht. Diese Steuerung des Normalbetriebs ist identisch zu der Steuerung des Normalbetriebs in Schritt S20.
Der Beginn und das Ende des Entfrostungsbetriebs können, wie oben beschrieben, in verschiedenen Modifikationen mittels anderer Maßnahmen als durch die Kältemitteltemperatur am Auslass des Verdampfapparats 17 bestimmt werden.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden sowohl der Öffnungsgrad der Druckverminderungsvorrichtung (Expansionsventil 16) und die Drehzahl des Kompressors 14 gesteuert, um die Kältemitteltemperatur am Auslass des Kompressors während des Entfrostungsbetriebs zu steuern. Nichtsdestotrotz kann die Kältemitteltemperatur am Auslass des Kompressors auch durch Steuern nur einer Größe des Öffnungsgrades der Druckverminderungsvorrichtung (Expansionsventil 16) und der Drehzahl des Kompressors 14 während des Entfrostungsbetriebs mit gleicher Wirkung gesteuert werden.
Gemäß dem ersten und dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Kältemittelwärmestrahlungsmenge im Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher durch Abschalten der Wasserpumpe 13 während des Entfrostungsbetriebs reduziert. Alternativ wird die Wasserpumpe 12 mit einer geringen Drehzahl betrieben, ohne vollständig abgeschaltet zu werden, um die Kältemittelwärmestrahlungsmenge im Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 15 zu verringern.
Gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel enthält der Wärmepumpenkreis den Innenwärmetauscher 19. Diese Erfindung ist jedoch alternativ auch auf einen Wärmepumpenkreis ohne den Innenwärmetauscher 19 anwendbar. Der Steuerbetrieb im dritten Ausführungsbeispiel ist natürlich auch auf den Wärmepumpenkreis ohne Innenwärmetauscher 19 anwendbar.
Diese Erfindung ist oben unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele davon im Detail beschrieben und kann durch den Fachmann verschieden modifiziert oder abgeändert werden, ohne den Schutzumfang der anhängenden Ansprüche der Erfindung zu verlassen.

Claims

Warmwasserbereiter eines Wärmepumpentyps, mit einem Kompressor (14), einem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) zum Erwärmen des in einem Heißwasserbehälter (10) gespeicherten erwärmten Wassers durch das aus dem Kompressor (14) ausgegebene Kältemittel, einer Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) zum Verringern des Drucks des durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) geströmten Hochdruck-Kältemittels, die den Pfadöffnungsgrad elektrisch einstellen kann, einem Verdampfapparat (17) zum Verdampfen des durch die Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) geströmten Niederdruck-Kältemittels und einer Wasserpumpe (13) zum Zirkulieren des erwärmten Wassers im Heißwasserbehälter (10) durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15), wobei während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats (17) die Wasserpumpe (13) gesteuert wird, um die Wärmestrahlungsmenge des Kältemittels im Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) zu reduzieren und gleichzeitig den Pfadöffnungsgrad der Druckverminderungsvorrichtung (16, 1601 auf wenigstens einen vorbestimmten Öffnungsgrad zu vergrößern, um den Verdampfapparat (17) mit dem durch den Kompressor (14), den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15), die Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) und den Verdampfapparat (17) in dieser Reihenfolge strömenden Kältemittel zu entfrosten, dadurch gekennzeichnet, dass während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats (17) wenigstens einer des Steuerbetriebs zum Vergrößern des Pfadöffnungsgrades der Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) und des Steuerbetriebs zum Verringern der Drehzahl des Kompressors (14) in einer solchen Weise ausgeführt wird, dass die Kältemitteltemperatur am Auslass des Kompressors (14) nicht höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, um das Sieden des erwärmten Wassers im Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) zu verhindern.
Warmwasserbereiter des Wärmepumpentyps nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats (17) sowohl der Steuerbetrieb zum Vergrößern des Pfadöffnungsgrades der Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) als auch der Steuerbetrieb zum Verringern der Drehzahl des Kompressors (14) ausgeführt werden.
Warmwasserbereiter des Wärmepumpentyps nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Entfrostungsbetriebs des Kompressors (17) der Steuerbetrieb zum Verringern der Drehzahl des Kompressors (14) nach dem Vergrößern des Pfadöffnungsgrades der Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) auf ein Maximum durchgeführt wird.
Warmwasserbereiter eines Wärmepumpentyps, mit einem Kompressor (14), einem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) zum Erwärmen des in einem Heißwasserbehälter (10) gespeicherten erwärmten Wassers durch das aus dem Kompressor (14) ausgegebene Kältemittel, einer Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) zum Verringern des Drucks des durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) geströmten Hochdruck-Kältemittels, die den Pfadöffnungsgrad elektrisch einstellen kann, einem Verdampfapparat (17) zum Verdampfen des durch die Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) geströmten Niederdruck-Kältemittels und einer Wasserpumpe (13) zum Zirkulieren des erwärmten Wassers im Heißwasserbehälter (10) durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15), wobei während des Entfrostungsbetriebs eines Verdampfapparats (17) die Wasserpumpe (13) gesteuert wird, um die Wärmestrahlungsmenge des Kältemittels im Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) zu reduzieren und gleichzeitig den Pfadöffnungsgrad der Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) auf wenigstens einen vorbestimmten Öffnungsgrad zu vergrößern, sodass der Verdampfapparat (17) mit dem durch den Kompressor (14), den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15), die Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) und den Verdampfapparat (17) in dieser Reihenfolge strömenden Kältemittel entfrostet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfadöffnungsgrad der Druckverminderungsvorrichtung (16, 160) und die Drehzahl des Kompressors (14) zur Zeit des Startens des Entfrostungsbetriebs jeweils auf einen vorbestimmten Wert gesetzt werden, sodass die Kältemitteltemperatur am Auslass des Kompressors (14) nicht höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, um das Sieden des erwärmten Wassers im Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) während des Entfrostungsbetriebs des Verdampfapparats (17) zu verhindern.
Warmwasserbereiter des Wärmepumpentyps nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckverminderungsvorrichtung aus einer Ejektorpumpe (160) aufgebaut ist, die eine Düseneinheit (161) zum Verringern des Drucks des durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) geströmten Hochdruck-Kältemittels, einen Kältemitteleinlass (162) zum Ansaugen des Kältemittels durch einen vom Düsenabschnitt (161) ausgestoßenen Hochgeschwindigkeitskältemittelstrom sowie eine Druckenergieerhöhungseinheit (164) zum Unwandeln der Geschwindigkeitsenergie eines Mischkältemittelstroms des Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstroms und des vom Kältemitteleinlass (162) angesaugten Kältemittels in die Druckenergie enthält, dass die Ejektorpumpe (160) einen Mechanismus (165, 166) besitzt, der den Pfadöffnungsgrad der Düseneinheit (161) elektrisch einstellen kann, und der Verdampfapparat (17) in dem Pfad (30) angeordnet ist, in dem das Kältemittel zum Kältemitteleinlass (162) strömt.
Warmwasserbereiter des Wärmepumpentyps nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Innenwärmetauscher (19) zum Wärmeaustausch zwischen dem durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (15) geströmten Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel am Einlass des Kompressors (14).