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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung, bei welcher eine Heizkapazität zum Heizen eines aufzuheizenden Fluids eingestellt werden kann.
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Die
JP 2008-111657 A schlägt eine WärmepumpenkreislaufVorrichtung vor, welche fähig ist, den Betriebsmodus zwischen einem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus zum Heizen von Wasser, welches zu liefern ist, und einem Heizbetriebsmodus zum Heizen eines Raums eines Hauses oder ähnlichem zu schalten. Bei der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung wird eine Drehzahl eines Kompressors oder ein Öffnungsgrad eines Expansionsventils derart gesteuert, um die Betriebskapazität eines Wärmepumpenkreislaufs (Kältemittelkreislaufs) in der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung zu steuern, so dass die Temperatur von einem Fluid, welches aufzuheizen ist, in jedem Betriebsmodus auf eine Zielheiztemperatur gesteuert wird.
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Bei einer Wärmepumpenkreislaufvorrichtung, welche angepasst ist, den Betriebsmodus umzuschalten, wird in einem Fall, in welchem es erforderlich ist, dass das Fluid auf eine hohe Temperatur geheizt wird, wie zum Beispiel bei einem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus, eine Heizkapazität von der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung auf einen bestimmten Wert eingestellt, um die Temperatur des Fluids auf eine Zielheiztemperatur zu erhöhen, selbst wenn der Leistungskoeffizient (engl.: coefficient of performance COP) des Wärmepumpenkreislaufs niedrig wird.
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Im Gegensatz dazu ist es in einem Fall, in welchem das Fluid auf eine mittlere Temperatur niedriger als die hohe Temperatur in einem Heizbetriebsmodus geheizt werden muss, wünschenswert, dass die Heizkapazität der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung in geeigneter Art und Weise gesteuert wird, während der Wärmepumpenkreislauf mit einem hohen Leistungskoeffizienten (COP) betrieben wird.
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Bei der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung, welche in
JP 2008-111657 A vorgeschlagen wird, wird die Drehzahl des Kompressors oder der Öffnungsgrad des Expansionsventils derart gesteuert, dass eine vorherbestimmte Kapazität auf effektive Art und Weise erhalten oder aufrechterhalten werden kann. Bei der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung, welche in
JP 2008-111657 A vorgeschlagen wird, wird jedoch die Steuerung ohne ein Berücksichtigen des Unterschieds in den notwendigen Heizkapazitäten während der verschiedenen Betriebsmodi ausgeführt. Es ist somit schwierig, auf geeignete Art und Weise den Leistungskoeffizienten bzw. die Leistungsziffer (COP) in einem Betriebsmodus zu verbessern, in welchem es für den Wärmepumpenkreislauf wünschenswert ist, bei einem hohen Leistungskoeffizienten (COP) betrieben zu werden.
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Die
US 5 052 186 A beschreibt ein Steuerverfahren zur Wassererwärmung durch ein Wärmepumpensystem mit variabler Geschwindigkeit unter Verwendung von Außenluft als Wärmequelle. Dabei soll der Kompressor und die Wärmepumpe nur verwendet werden, wenn die Wärmepumpe das effizienteste Mittel ist, Wasser zu erwärmen und nur dann, wenn die Wärmepumpe innerhalb sicherer Drehmomentgrenzen betrieben werden kann.
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Die
DE 43 39 880 A1 beschreibt Verfahren zum Betreiben einer KompressionsWärmepumpe für Heizzwecke, die einen Kompressor, einen Kondensator, eine Drossel und einen unter der Einwirkung der Außentemperatur arbeitenden Verdampf er umfasst. Diese Druckschrift stellt insbesondere die Möglichkeit heraus, dass der Kompressor überdimensioniert ist.
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Im Hinblick auf die vorangegangenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung bereitzustellen, welche betrieben werden kann, um zwischen ersten und zweiten Betriebsmodi mit verschiedenen Heizkapazitäten geschaltet zu werden.
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Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung bereitzustellen, bei welcher der Leistungskoeffizient (COP) eines Wärmepumpenkreislaufs auf geeignete Art und Weise verbessert werden kann, wenn es wünschenswert ist, den Wärmepumpenkreislauf mit einem hohen Leistungskoeffizienten (COP) in einem Betriebsmodus zu betreiben.
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Diese Aufgaben werden durch eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung nach dem Patentanspruch 1 gelöst.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung einen Kompressor (11), welcher ausgestaltet ist, um Kältemittel einzuziehen und das eingezogene Kältemittel zu komprimieren, einen Heizwärmetauscher (12) zum Heizen eines Fluids, welches aufzuheizen ist, durch ein Kältemittel von hohem Druck, welches durch den Kompressor (11) ausgelassen wird, eine Dekomprimierungsvorrichtung (13) zum Dekomprimieren des Kältemittels von hohem Druck, welches durch den Heizwärmetauscher (12) hindurchgegangen ist, einen Verdampfer (14), welcher angeordnet ist, um Kältemittel von niedrigem Druck zu verdampfen, welches von der Dekomprimierungsvorrichtung (13) dekomprimiert wurde, einen Heizkapazitätseinstellabschnitt, welcher angepasst ist, eine Heizkapazität zum Heizen des aufzuheizenden Fluids einzustellen, und eine Betriebssteuerungseinheit (40, 50). Die Betriebssteuerungseinheit (40, 50) ist fähig zum Schalten zwischen einem ersten Betriebsmodus, in welchem die Heizkapazität erhöht wird in Übereinstimmung mit einer Abnahme von einer äußeren Lufttemperatur, und einem zweiten Betriebsmodus, in welchem ein Zunahmeverhältnis von der Heizkapazität in Übereinstimmung mit der Abnahme der äußeren Lufttemperatur verschieden ist von demjenigen in dem ersten Betriebsmodus.
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Da der Betrieb der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus geschaltet werden kann und die Heizkapazität in Übereinstimmung mit der Abnahme der äußeren Lufttemperatur in dem ersten Betriebsmodus erhöht werden kann, kann eine unnötige Heizkapazität verhindert werden, selbst wenn der Wärmeabsorptionsbetrag des Verdampfers (14) bei einer hohen Außenlufttemperatur in dem ersten Betriebsmodus erhöht wird. Wenn es erwünscht wird, die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung mit einem hohen Leistungskoeffizienten (COP) zu betreiben, kann somit der erste Betriebsmodus bevorzugt ausgewählt werden, um den Leistungskoeffizienten (COP) zu verbessern.
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Die Betriebssteuerungseinheit (40, 50) kann zum Beispiel angepasst werden, um die Heizkapazität in dem zweiten Betriebsmodus auf einen konstanten Wert einzustellen, unabhängig von bzw. ohne Berücksichtigung einer Variation der äußeren Lufttemperatur. Der konstante Wert umfasst hier einen in etwa konstanten Wert, ohne auf einen exakt konstanten Wert beschränkt zu sein.
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Die Betriebssteuerungseinheit (40, 50) kann angepasst sein, das Zunahmeverhältnis der Heizkapazität in Übereinstimmung mit der Abnahme der äußeren Lufttemperatur in dem ersten Betriebsmodus zu ändern. Alternativ kann die Betriebssteuerungseinheit (40, 50) angepasst sein, das Zunahmeverhältnis der Heizkapazität in Übereinstimmung mit der Abnahme der äußeren Lufttemperatur auf einen vorherbestimmten Wert in dem ersten Betriebsmodus zu setzen.
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Der Kompressor (11), ein Kältemitteldurchlass (12a) des Heizwärmetauschers (12), die Dekomprimierungsvorrichtung (13) und der Verdampfer (14) können gekoppelt sein, um einen Wärmepumpenkreislauf (10) auszubilden, in welchem das Kältemittel zirkulieren gelassen wird. In diesem Fall ist der Heizwärmetauscher (12) mit einem Fluiddurchlass (12b) versehen, in welchem das aufzuheizende Fluid strömt und einem Wärmeaustausch mit dem Kältemittel unterzogen wird, welches durch den Kältemitteldurchlass (12a) strömt. Der Fluiddurchlass (12b) des Heizwärmetauschers (12) kann des Weiteren angepasst sein, um selektiv mit einem ersten Heizer (23) und einem zweiten Heizer (24), welcher eine notwendigerweise höhere Heizkapazität als diejenige des ersten Heizers (23) aufweist, gekoppelt zu werden.
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Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher offenbar werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen genommen werden. In welchen:
- 1 eine schematische Darstellung ist, welche eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung mit einem Wasserheizer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
- 2 ein Ablaufdiagramm ist, welches einen Steuerungsprozess einer Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
- 3 ein Ablaufdiagramm ist, welches eine Detailsteuerung in dem Steuerungsprozess der Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
- 4(a) und 4(b) Steuerungscharakteristikdiagramme sind, bei welchen die 4(a) die Beziehung zwischen einer äußeren Lufttemperatur und einer Heizkapazität in einem Heizbetriebsmodus gemäß der ersten Ausführungsform zeigt und die 4(b) die Beziehung zwischen einer äußeren Lufttemperatur und einer Heizkapazität in einem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus gemäß der ersten Ausführungsform zeigt; und
- 5 ein Diagramm ist, welches die Beziehung zwischen einer äußeren Lufttemperatur und einer Heizkapazität bei einer hohen Heizlast und einer niedrigen Heizlast gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und Modifikationen von diesen werden unten mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die 1 bis 4(b) beschrieben werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung normalerweise für einen Wärmepumpenwasserheizer verwendet, welcher mit einer Heizfunktion zum Heizen eines Raums eines Hauses zum Beispiel versehen ist. Die 1 zeigt die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 von einem Typ mit Heißwasserspeicherung, die fähig ist zu einem Schalten zwischen einem Heizbetriebsmodus und einem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus, gemäß einem Beispiel der ersten Ausführungsform.
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Wie es in der 1 gezeigt ist, umfasst die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 einen Wärmepumpenkreislauf 10, in welchem ein Kältemittel zirkulieren gelassen wird, einen Lösungskreislauf 20, in welchem eine Lösung bzw. ein Frostschutzmittel, das ein Beispiel eines aufzuheizenden Fluids ist, zirkulieren gelassen wird, und einen Wasserkreislauf 30, in welchem Wasser über einen Heißwasserspeichertank 31 zirkulieren gelassen wird. Als Lösung wird eine Frostschutzmittelflüssigkeit verwendet. Die Frostschutzmittelflüssigkeit wird zum Beispiel erhalten unter einem Hinzufügen eines Antioxidationszusatzes, eines Frostschutzmaterials oder von ähnlichem in Wasser, um so die Gefriertemperatur zu verringern.
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Der Wärmepumpenkreislauf 10 ist ein Dampf-Kompressions-Kältemittelkreislauf, welcher einen Kompressor 11, einen Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12, ein elektrisches Expansionsventil 13 und einen Verdampfer 14 und ähnliches umfasst. Bei dem Beispiel der 1 sind der Kompressor 11, der Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12, das elektrische Expansionsventil 13 und der Verdampfer 14 in dieser Reihenfolge miteinander verbunden, um den geschlossenen Kältemittelkreislauf zu bilden. Als Kältemittel kann Kohlendioxid in dem Kältemittelkreislauf verwendet werden. In diesem Fall wird der Druck eines Kältemittels der Hochdruckseite, das von dem Kompressor 11 ausgelassen wird, höher als der kritische Druck des Kältemittels, wobei dadurch ein überkritischer Kältemittelkreislauf gebildet wird.
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Der Kompressor 11 zieht das Kältemittel ein, komprimiert das eingezogene Kältemittel, um einen höheren Druck als den kritischen Druck aufzuweisen, und lässt das komprimierte Kältemittel in den superkritischen Kältemittelkreislauf aus. Der Kompressor 11 kann ein elektrischer Kompressor 11 sein, bei welchem ein Fest-Verstellkompressionsmechanismus 11a, welcher eine feste Auslasskapazität aufweist, durch einen elektrischen Motor 11b angetrieben wird. Als Fest-Verstellkompressionsabschnitt 11a kann ein Kompressionsmechanismus wie zum Beispiel ein Kompressionsmechanismus vom Rolltyp oder ein Kompressionsmechanismus vom Schiebertyp verwendet werden.
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Der Betrieb (z. B. die Drehzahl) des elektrischen Motors 11 b wird basierend auf einem Steuersignal gesteuert, das von einer Wärmepumpensteuerungseinheit 40 (Wärmepumpen-ECU, dt.: elektrische Steuerungseinheit) ausgegeben wird. Durch ein Steuern der Drehzahl des elektrischen Motors 11b kann eine Auslasskapazität von Kältemittel, welches von dem Kompressor 11 ausgelassen wird, geändert werden.
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Eine Kältemitteleinlassseite eines Kältemitteldurchlasses 12a des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12 ist mit einer Kältemittelauslassseite des Kompressors 11 verbunden. Der Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 ist mit einem Lösungsdurchlass 12b versehen, in welchem die Lösung hindurchgeht, und dem Kältemitteldurchlass 12a, in welchem Kältemittel von hohem Druck und hoher Temperatur, welches von dem Kompressor 11 ausgelassen wird, hindurchgeht, so dass die Lösung, welche das aufzuheizende Fluid ist, einem Wärmeaustausch mit dem Auslasskältemittel von dem Kompressor 11 unterzogen werden kann. Der Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 ist somit angepasst als ein Heizwärmetauscher zum Aufheizen des Fluids (z. B. der Lösung) unter Verwenden der Wärmemenge des von dem Kompressor 11 ausgelassenen Kältemittels.
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In der 1 ist die Strömungsrichtung des Kältemittels, welches in dem Kältemitteldurchlass 12a des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt, in der gleichen Richtung wie die Strömungsrichtung von der Lösung vorgesehen, welche in dem Lösungsdurchlass 12b von dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt. Es ist tatsächlich wünschenswert, dass die Strömungsrichtung von dem Kältemittel, welches in dem Kältemitteldurchlass 12a von dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt, entgegengesetzt gemacht wird zu der Strömungsrichtung von der Lösung, welche in dem Lösungsdurchlass 12b von dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt. In diesem Fall kann ein Temperaturunterschied zwischen dem Kältemittel, welches in dem Kältemitteldurchlass 12a strömt, und der Lösung, welche in dem Lösungsdurchlass 12b strömt, in wirksamer Weise erhalten werden, wobei dadurch die Wärmeaustauscheffizienz in dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 verbessert wird.
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Wenn der Wärmepumpenkreislauf 10 als der superkritische Kältemittelkreislauf verwendet wird, weil der Druck des Kältemittels, das von dem Kompressor 11 ausgelassen wird, höher wird als der kritische Druck des Kältemittels, strahlt dadurch das Kältemittel, welches durch den Kältemitteldurchlass 12a von dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 hindurchgeht, Wärme in dem superkritischen bzw. überkritischen Zustand ab, ohne zu kondensieren.
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Eine Kältemittelauslassseite von dem Kältemitteldurchlass 12a des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12 wird mit einer Kältemitteleinlassseite des elektrischen Expansionsventils 13 verbunden. Das elektrische Expansionsventil 13 ist angepasst, das Kältemittel von hohem Druck, welches aus dem Kältemitteldurchlass 12a von dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 herausströmt, zu dekomprimieren und zu entspannen und den Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite von dem Kältemittelauslassanschluss des Kompressors 11 zu der Kältemitteleinlassseite von dem elektrischen Expansionsventil 13 zu steuern.
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Das elektrische Expansionsventil 13 ist zum Beispiel ausgestaltet, um einen Ventilkörperabschnitt 13a zu umfassen, der fähig ist, seinen Drosselöffnungsgrad einzustellen, und einen elektrischen Aktuator 13b, der fähig ist, den Drosselöffnungsgrad des Ventilkörperabschnitts 13a zu steuern. Der elektrische Aktuator 13b bzw. das Betätigungselement kann zum Beispiel aus einem Servomotor hergestellt sein.
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Der Verdampfer 14 ist mit einer Kältemittelauslassseite von dem elektrischen Expansionsventil 13 verbunden. Der Verdampfer 14 ist angepasst, um einen Wärmeaustausch zwischen Kältemittel von niedrigem Druck, welches von dem elektrischen Expansionsventil 13 dekomprimiert wird, und Außenluft (d. h. Luft außerhalb des Raums), die durch einen elektrischen Außenlüfter 14a geblasen wird, auszuführen, wobei dadurch ein Verdampfen des Kältemittels von niedrigem Druck durch ein Absorbieren von Wärme von der Außenluft erfolgt.
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Eine Kältemittelauslassseite des Verdampfers 14 ist mit einem Kältemittelsauganschluss des Kompressors 11 gekoppelt. Dementsprechend wird, wenn die Wärmepumpensteuerungseinheit 40 den Kompressor 11 dazu bringt betrieben zu werden, das Kältemittel in dem Wärmepumpenkreislauf 10 in dieser Reihenfolge zirkulieren gelassen von dem Kompressor 11 → dem Kältemitteldurchlass 12a des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12 → dem elektrischen Expansionsventil 13 → dem Verdampfer 14 → dem Kompressor 11.
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Als nächstes wird der Lösungskreislauf 20 als ein geschlossener Lösungskreislauf beschrieben werden. Bei dem Lösungskreislauf 20 ist eine Lösungspumpe 21 an einer Lösungsauslassseite von dem Lösungsdurchlass 12b des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers angeordnet. Das heißt, ein Sauganschluss der Lösungspumpe 21 ist mit der Auslassseite der Lösung von dem Lösungsdurchlass 12b des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12 verbunden.
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Die Lösungspumpe 21 ist angepasst, um die in dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 aufgeheizte Lösung einzuziehen und die eingezogene Lösung unter Druck weiterzuleiten, wobei dadurch die Lösung in dem Lösungskreislauf 20 zirkulieren gelassen wird. Die Lösungspumpe 21 ist zum Beispiel eine elektrische Pumpe. In diesem Fall wird eine Drehzahl der Lösungspumpe 21 durch ein Steuersignal gesteuert, welches von einer Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuerungseinheit 50 (elektronisches Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuergerät (ECU)) ausgegeben wird, wobei dadurch eine Strömungsmenge der von der Lösungspumpe 21 ausgelassenen Lösung gesteuert wird.
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Ein Abzweigungsabschnitt 22 ist an einer Auslassseite von der Lösungspumpe 21 angeordnet, um eine unter Druck von der Lösungspumpe 21 gelieferte Lösungsströmung abzuzweigen. Ein Durchlassschaltventil 22a, welches ausgestaltet ist, um einen Lösungszirkulationspfad zu schalten, ist an dem Abzweigungsabschnitt 22 angeordnet. Das Durchlassschaltventil 22a ist durch ein elektrisches Drei-Wege-Ventil ausgebildet, welches einen Lösungspfad schalten kann, um zirkulieren gelassen zu werden zwischen einem Heizseitenpfad 20a und einem Heißwasserversorgungsseitenpfad 20b, basierend auf dem Steuersignal, das von der Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuerungseinheit 50 ausgegeben wird.
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Ein Heizer 23 bzw. eine Heizeinrichtung ist in dem Heizseitenpfad 20a angeordnet, um einen Raum eines Hauses zu heizen unter Verwenden der Wärme, welche von der Lösung von dem Heizseitenpfad 20a abgestrahlt wird. Der Heizer 23 kann zum Beispiel in einem Bodenabschnitt angeordnet sein, um den Bodenabschnitt zu heizen, um so den Raum zu heizen, oder kann in einem Wandabschnitt angeordnet sein, um den Raum zu heizen.
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Ein Verbindungsabschnitt 25 ist an einer Lösungsauslassseite von dem Heizer 23 angeordnet, um die Strömung der Lösung, welche aus dem Heizseitenpfad 20a herausströmt, und die Strömung der Lösung, welche aus dem Heißwasserversorgungsseitenpfad 20b herausströmt, zu verbinden. Eine stromabwärtige Seite des Verbindungsabschnitts 25 ist mit dem Lösungsdurchlass 12b des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12 verbunden.
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Wenn der Lösungszirkulationspfad auf den Heizseitenpfad 20a geschaltet ist, wird die bei dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 geheizte Lösung zirkulieren gelassen durch die Lösungspumpe 21 in dieser Reihenfolge von der Lösungspumpe 21 → dem Abzweigungsabschnitt 22 (Durchlassschaltventil 21) → dem Heizer 23 → dem Verbindungsabschnitt 25 → dem Lösungsdurchlass 12b des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12 → der Lösungspumpe 21.
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Ein Lösungsdurchlass 24a des Lösung-Wasser-Wärmetauschers 24 ist in dem Heißwasserversorgungsseitenpfad 20b vorgesehen, welcher von dem Heizseitenpfad 20a an dem Abzweigungsabschnitt 22 abzweigt, so dass die Lösung von dem Abzweigungsabschnitt 22 in eine Einlassseite von dem Lösungsdurchlass 24a von dem Lösung-Wasser-Wärmetauscher 24 strömt. Der Lösung-Wasser-Wärmetauscher 24 ist mit dem Lösungsdurchlass 24a versehen, in welchem die Lösung strömt, und mit einem Wasserdurchlass 24b, in welchem Wasser von dem Wasserkreislauf 30 strömt, so dass Lösung und Wasser in dem Lösung-Wasser-Wärmetauscher 24 einem Wärmeaustausch unterzogen werden. Das Wasser wird daher in dem Lösung-Wasser-Wärmetauscher 24 aufgeheizt unter Verwenden von Wärme aus der Lösung, die bei dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 aufgeheizt wird.
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Bei dem Lösung-Wasser-Wärmetauscher 24 ist eine Strömungsrichtung der Lösung, die durch den Lösungsdurchlass 24a strömt, entgegengesetzt zu einer Strömungsrichtung von dem Wasser, das durch den Wasserdurchlass 24b strömt. Da die Strömungsrichtung der Lösung, die durch den Lösungsdurchlass 24a strömt, entgegengesetzt gemacht ist zu der Strömungsrichtung des Wassers, das durch den Wasserdurchlass 24b strömt, kann eine Temperaturdifferenz zwischen der Lösung, die durch den Lösungsdurchlass 24a hindurchgeht, und dem Wasser, das durch den Wasserdurchlass 24b hindurchgeht, sichergestellt werden, wobei dadurch die Wärmeaustauscheffizienz verbessert wird.
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Eine Auslassseite des Lösungsdurchlasses 24a des Lösung-Wasser-Wärmetauschers 24 ist mit dem Verbindungsabschnitt 25 in dem Lösungskreislauf 20 verbunden.
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Wenn der Lösungszirkulationspfad zu dem Heißwasserversorgungsseitenpfad 20b geschaltet wird, wird die Lösung, welche bei dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 erwärmt wird, zirkulieren gelassen durch die Lösungspumpe 21 in dieser Reihenfolge von der Lösungspumpe 21 → dem Abzweigungsabschnitt 22 (Durchlassschaltventil 21) → dem Lösungsdurchlass 24a des Lösung-Wasser-Wärmetauschers 24 → dem Verbindungsabschnitt 25 → dem Lösungsdurchlass 12b von dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 → der Lösungspumpe 21.
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Als nächstes wird der Wasserkreislauf 30 beschrieben werden. Der Wasserkreislauf 30 ist mit einem Wassertank 31 versehen, in welchem heißes Wasser gespeichert ist. Der Wassertank 31 ist ausgestaltet, um eine Wärmeisolationsstruktur aufzuweisen, so dass heißes Wasser von hoher Temperatur über eine lange Zeit gespeichert werden kann, und ist aus einem Metall hergestellt, welches eine Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion aufweist (z. B. Edelstahl).
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Heißes Wasser, welches in dem Wassertank 31 gespeichert wird, strömt aus dem Wassertank 31 von einem Heißwasserauslass heraus, der an einem oberen Abschnitt von dem Wassertank 31 vorgesehen ist, und wird mit Leitungswasser gemischt, um in der Temperatur durch ein Temperatureinstellventil eingestellt zu werden. Das in der Temperatur eingestellte Wasser wird sodann an einen Verbrauchsabschnitt geliefert, wie zum Beispiel eine Küche, ein Badezimmer oder ähnliches. Ein Wasserversorgungsanschluss zum Liefern von Wasser, wie zum Beispiel Leitungswasser, in den Wassertank 31 ist an einem unteren Abschnitt von dem Wassertank 31 vorgesehen.
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Eine Wasserpumpe 32 ist in dem Wasserkreislauf 30 angeordnet, um Wasser in den Wassertank 31 einzuziehen und das eingezogene Wasser unter Druck weiterzuleiten, wobei dadurch das Wasser von einem unteren Abschnitt des Wassertanks 31 in den Wasserkreislauf 30 zirkuliert. Die Wasserpumpe 32 kann zum Beispiel eine elektrische Pumpe sein. Der Betrieb der Wasserpumpe 32 wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuerungseinheit 50 ausgegeben wird.
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Eine Wasserauslassseite der Wasserpumpe 32 ist mit einer Einlassseite des Wasserdurchlasses 24b des Lösung-Wasser-Wärmetauschers 24 verbunden, und eine Auslassseite des Wasserdurchlasses 24b des Lösung-Wasser-Wärmetauschers 24 ist mit dem Wassertank 31 verbunden, so dass an dem Lösung-Wasser-Wärmetauscher 24 aufgeheiztes Wasser zu dem Wassertank 31 zurückkehrt.
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Wenn die Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuerungseinheit 50 die Wasserpumpe 32 dazu bringt betrieben zu werden, strömt Wasser in den Wassertank 31 in dieser Reihenfolge von der Wasserpumpe 32 → dem Wasserdurchlass 24b des Lösung-Wasser-Wärmetauschers 24 → dem Wassertank 31 → der Wasserpumpe 32.
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Als nächstes wird eine Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform einschließlich der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 (Wärmepumpen-ECU) und der Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuerungseinheit 50 (Heiz-/Heißwasserversorgungs-ECU) beschrieben werden. Jede von der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 (Wärmepumpen-ECU) und der Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuerungseinheit 50 (Heiz-/Heißwasserversorgungs-ECU) ist ausgebildet durch einen im Allgemeinen bekannten Mikrocomputer und periphere Schaltkreise und ähnliches. Der Mikrocomputer bzw. die Mikrocomputer umfassen eine CPU, ein ROM und ein RAM, welche im Allgemeinen bekannt sind.
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Der elektrische Motor 11b des Kompressors 11, der elektrische äußere Lüfter 14a, der elektrische Aktuator 13b des elektrischen Expansionsventils 13 und ähnliches sind mit der Signalausgabeseite von der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 verbunden, wobei sie dadurch von der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 gesteuert werden. Im Gegensatz dazu sind die Lösungspumpe 21 des Lösungskreislaufs 20, das Durchlassschaltventil 22a, die Wasserpumpe 32 des Wasserkreislaufs 30 und ähnliches mit der Signalausgabeseite von der Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuerungseinheit 50 verbunden, wobei sie dadurch von der Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuerungseinheit 50 gesteuert werden.
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Die Wärmepumpensteuerungseinheit 40 ist integral mit Steuerungsabschnitten zum Steuern verschiedener Betätigungselemente vorgesehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Wärmepumpensteuerungseinheit 40 mit einer ersten Ausgestaltung (Hardware und Software) zum Steuern des Betriebs (z. B. Drehzahl) des elektrischen Motors 11b des Kompressors 11 unter Verwenden einer Wechselrichtersteuerung und mit einer zweiten Ausgestaltung (Hardware und Software) zum Steuern des Betriebs (z. B. Drosselöffnungsgrad) des elektrischen Expansionsventils 13 versehen. Die erste und zweite Ausgestaltung der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 werden als ein Heizkapazitätseinstellabschnitt verwendet, der angepasst ist zum Einstellen der Heizkapazität in dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12. Die Heizkapazität kann durch die Strömungsmenge und die Temperatur (oder den Druck) des Kältemittels eingestellt werden, welches durch den Kältemitteldurchlass 12a des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12 hindurchgeht.
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Verschiedene Sensoren einer Sensorgruppe sind mit der Eingangsseite von der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 verbunden, so dass Erfassungssignale der verschiedenen Sensoren in die Eingangsseite der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 eingegeben werden. Die verschiedenen Sensoren umfassen einen Außenlufttemperatursensor 41 zum Erfassen einer äußeren Lufttemperatur außerhalb von dem Raum eines Hauses, einen ersten Lösungstemperatursensor 42 zum Erfassen einer Lösungstemperatur an einer Einlassseite des Lösungsdurchlasses 12b des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12, einen zweiten Lösungstemperatursensor 43 zum Erfassen einer Lösungstemperatur an einer Auslassseite des Lösungsdurchlasses 12b des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12, einen Wassertemperatursensor 44 zum Erfassen einer Wassertemperatur an einer Auslassseite des Wasserdurchlasses 24b des Lösung-Wasser-Wärmetauschers 24 und ähnliches.
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Als Außenlufttemperatursensor 41 wird zum Beispiel ein Thermistor zum Erfassen der Außenlufttemperatur an einer stromaufwärtigen Luftseite des Verdampfers 14 angepasst. Alternativ kann der andere thermische Detektor (z. B. ein thermoelektrisches Element bzw. Zelle) als Außenlufttemperatursensor 41 verwendet werden.
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Ein Betriebsbedienfeld 45 ist mit der Eingangsseite der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 verbunden, so dass Betriebssignale von dem Betriebsbedienfeld 45 zu der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 eingegeben werden. Die Betriebssignale umfassen ein Signal zum Betreiben oder Anhalten der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1, ein Betriebsmodusauswahlsignal zum Auswählen eines Betriebsmodus, ein Einstellsignal zum Einstellen einer Zielheiztemperatur des Heizers 23, ein Einstellsignal zum Einstellen einer Zielheißwasserversorgungstemperatur und ähnliches. Das Betriebsbedienfeld 45 ist somit angepasst als ein Modusschaltabschnitt zum Schalten des Betriebs der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 zwischen dem Heizbetriebsmodus und dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus.
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Die Wärmepumpensteuerungseinheit 40 und die Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuerungseinheit 50 sind elektrisch miteinander verbunden, so dass Signale miteinander kommuniziert werden können zwischen der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 und der Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuerungseinheit 50. Dementsprechend kann, basierend auf Erfassungssignalen und Betriebssignalen, welche zu einer von den Steuerungseinheiten 40, 50 eingegeben werden, der Betrieb von verschiedenen Betätigungselementen bzw. Aktuatoren durch die andere der Steuerungseinheiten 40, 50 gesteuert werden. Die Wärmepumpensteuerungseinheit 40 und die Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuerungseinheit 50 können alternativ integral als eine einzige Steuerungsvorrichtung einer integral ausgebildeten Einheit ausgebildet sein.
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Als nächstes wird der Steuerungsbetrieb der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben werden. Die 2 ist ein Ablaufdiagramm, welches einen Steuerungsprozess zeigt, der durch die Wärmepumpensteuerungseinheit 40 und die Heiz-/Heißwasserversorgungs-Steuerungseinheit 50 der Steuerungsvorrichtung ausgeführt wird. Wenn elektrischer Strom zu der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung von einer Außenseite geliefert wird, werden Betriebssignale von dem Betriebsbedienfeld 45 zu der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 eingegeben, wobei dadurch der Steuerungsprozess der 2 startet.
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Bei Schritt S1 wird eine Initialisierung eines Bitschalters, eines Taktgebers oder von ähnlichem ausgeführt. Bei Schritt S2 werden Betriebssignale des Betriebsbedienfelds 45 und Erfassungssignale der Sensorgruppe (41- 44) und ähnliches gelesen.
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Als nächstes schaltet die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 einen Betriebsmodus zwischen dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus und dem Heizbetriebsmodus basierend auf einem Schaltsignal des Betriebsmodus des Betriebsbedienfelds 45. Speziell wenn der Heizbetriebsmodus durch das Betriebsbedienfeld 45 ausgewählt wird, veranlasst die Heiz-/Heißwasser-Steuerungseinheit 50 das Durchlassschaltventil 22a, den Lösungskreislaufpfad zu dem Heizseitenpfad 20a zu schalten. Im Gegensatz dazu, wenn der Heißwasserversorgungsbetriebsmodus durch das Betriebsbedienfeld 45 ausgewählt wird, bringt die Heiz-/Heißwasser-Steuerungseinheit 50 das Durchlassschaltventil 22a dazu, den Lösungskreislaufpfad zu dem Heißwasserversorgungsseitenpfad 20b zu schalten.
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Als nächstes werden bei Schritt S3 Steuerungszustände der verschiedenen Betätigungselemente festgestellt basierend auf den Betriebssignalen und den Erfassungssignalen, welche bei Schritt S2 gelesen werden.
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Bei Schritt S3 werden zum Beispiel Steuersignale, welche an den elektrischen Motor 11b des Kompressors 11, die Lösungspumpe 21 des Lösungskreislaufs 20, die Wasserpumpe 32 des Wasserkreislaufs 30 und ähnliches auszugeben sind, festgestellt.
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Wenn der Betrieb der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 auf den Heizbetriebsmodus geschaltet wird, wird der Steuerungswert, welcher an die Lösungspumpe 21 des Lösungskreislaufs 20 auszugeben ist, festgestellt, so dass die Lösungstemperatur, welche durch den zweiten Lösungstemperatursensor 43 erfasst wird, an die Zielheiztemperatur des Heizers 23 angenähert wird. Das heißt, der Betrieb der Lösungspumpe 21 kann so gesteuert werden, dass die Temperatur der Lösung, welche aus dem Lösungsdurchlass 12b des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12 herausströmt, an die Zielheiztemperatur des Heizers 23 angenähert wird.
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Im Gegensatz dazu, wenn der Betrieb der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 auf den Heißwasserversorgungsbetriebsmodus geschaltet wird, wird der Steuerungswert, welcher an die Wasserpumpe 32 des Wasserkreislaufs 30 auszugeben ist, derart festgelegt, dass die Wassertemperatur, welche durch den Wassertemperatursensor 44 erfasst wird, an eine Zielwassertemperatur angenähert wird, die im Allgemeinen höher ist als die obige Zielheiztemperatur beim Heizbetriebsmodus. Das bedeutet, der Betrieb der Wasserpumpe 32 wird so gesteuert, dass die Temperatur des Wassers, welches aus dem Wasserdurchlass 24b des Lösung-Wasser-Wärmetauschers 24 herausströmt, an die Zielwassertemperatur angenähert wird, die höher ist als die obige Zielheiztemperatur.
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Wie es oben beschrieben ist, kann, wenn die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 mit den verschiedenen Betriebsmodi betrieben wird, wie zum Beispiel mit dem Heizbetriebsmodus und dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus, die notwendige Heizkapazität für den Wärmepumpenkreislauf 10 in dem Heizbetriebsmodus verschieden sein von der notwendigen Heizkapazität für den Wärmepumpenkreislauf 10 in dem Heißwasserversorgungs betriebsmodus.
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In dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus ist es zum Beispiel, da es erforderlich ist, die Wassertemperatur auf die Zielwassertemperatur anzuheben, notwendig, die Heizkapazität des Wärmepumpenkreislaufs 10 auf annähernd einem bestimmten Wert zu halten, selbst wenn der Leistungskoeffizient (COP) des Wärmepumpenkreislaufs 10 niedriger wird.
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Im Gegensatz dazu wird in dem Heizbetriebsmodus, der verschieden ist von dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus, die Temperatur der Lösung, welche an den Heizer 23 zu liefern ist, auf die Zielheiztemperatur erhöht, welche eine mittlere Temperatur niedriger als die Zieltemperatur des heißen Wassers ist, welches in den Wassertank 31 in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus strömt, und dadurch ist es wünschenswert für die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1, in geeigneter Art und Weise die Heizkapazität mit einem hohen Leistungskoeffizienten (COP) in dem Heizbetriebsmodus zu steuern.
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In dem Heizbetriebsmodus der vorliegenden Ausführungsform werden Steuerungswerte, welche an die elektrischen Motoren 11b, 13b (Betätigungselemente) des Kompressors 11 und des Expansionsventils 13 des Wärmepumpenkreislaufs 10 angelegt werden, so festgelegt, dass die Heizkapazität in Übereinstimmung mit einer Abnahme der Außenlufttemperatur erhöht wird, um in geeigneter Art und Weise die Heizkapazität mit einem hohen Leistungskoeffizienten (COP) in der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 zu steuern.
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Im Gegensatz dazu werden in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus, da die Temperatur des heißen Wassers, welches in den Wassertank 31 zu strömen hat, auf die Zielwassertemperatur erhöht wird, die auf einen hohen Wert eingestellt wird, die Steuerungswerte, welche an die elektrischen Motoren 11b, 13b angelegt werden, derart festgelegt, dass die Heizkapazität im Wesentlichen konstant ist, unabhängig von der Variierung der Außenlufttemperatur.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 ausgebildet, um betrieben zu werden, während sie fähig ist zu einem Schalten zwischen dem Heizbetriebsmodus (erster Betriebsmodus), in welchem die Heizkapazität in Übereinstimmung mit einer Abnahme der Außenlufttemperatur erhöht wird, und dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus (zweiter Betriebsmodus), in welchem die Heizkapazität in etwa auf einem konstanten Wert gehalten wird, unabhängig von der Variierung der Außenlufttemperatur.
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Als nächstes wird die Feststellung zum Feststellen der Steuerungszustände der verschiedenen Betätigungselemente einschließlich der elektrischen Motoren 11b und 13b des Kompressors 11 und des Expansionsventils 13 im Detail mit Bezugnahme auf die 3 beschrieben werden.
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Wie es in der 3 gezeigt ist, wird bei Schritt S31 festgestellt, ob der Betriebsmodus der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 der Heizbetriebsmodus ist. Die Feststellung bei Schritt S31 wird ausgeführt basierend auf dem Ausgang von dem Betriebsbedienfeld 45. In dem Beispiel der 3 kann der Heißwasserversorgungsbetriebsmodus auch basierend auf dem Ausgang von dem Betriebsbedienfeld 45 festgestellt werden.
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Wenn der Heizbetriebsmodus bei Schritt S31 festgestellt wird, wird eine Heizkapazität, welche in dem Heizbetriebsmodus erforderlich ist, bei Schritt S32 festgelegt. Zum Beispiel wird die Heizkapazität in dem Heizbetriebsmodus eingestellt, um erhöht zu sein, wenn die Außenlufttemperatur, welche von dem Außenlufttemperatursensor 41 erfasst wird, abnimmt, wie es in der 4(a) gezeigt ist.
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Die 4(a) ist ein Steuerungscharakteristikdiagramm, welches die Beziehung zwischen der Außenlufttemperatur und der Heizkapazität in dem Heizbetriebsmodus zeigt. Bei dem Beispiel der 4(a) wird die Heizkapazität im Heizbetriebsmodus erhöht im Verhältnis zu der Abnahme von der Außenlufttemperatur. Das heißt, ein Zunahmeverhältnis (d. h. der Gradient der Steuerungslinie in der 4(a)) der Heizkapazität im Verhältnis zu einer Abnahme von der Außenlufttemperatur wird konstant gemacht. Das heißt, die 4(a) ist ein Steuerungskennfeld, welches die Beziehung zwischen der Außenlufttemperatur und der Heizkapazität in dem Heizbetriebsmodus zeigt, das in der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 gespeichert ist.
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Sodann werden bei Schritt S33 Steuerungswerte, welche an die elektrischen Motoren 11b, 13b als die Betätigungselemente des Wärmepumpenkreislaufs 10 in dem Heizbetriebsmodus auszugeben sind, festgelegt. Zum Beispiel können die Steuerungswerte, welche an den elektrischen Motor 11b des Kompressors 11 und den elektrischen Motor 13b des Expansionsventils 13 auszugeben sind, festgelegt werden basierend auf der Heizkapazität, welche bei Schritt S32 festgestellt wurde, unter Verwenden des Steuerungskennfelds, das in der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 gespeichert ist.
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Im Gegensatz dazu wird, wenn der Heißwasserversorgungsbetriebsmodus bei Schritt S31 festgestellt wird, die in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus erforderliche Heizkapazität bei Schritt S34 festgelegt. Die Heizkapazität in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus wird zum Beispiel unabhängig von der Außenlufttemperatur auf einen konstanten Wert festgelegt, wie es in der 4(b) gezeigt ist. Die 4(b) ist ein Steuerungskennfeld, welches die Beziehung zwischen der Außenlufttemperatur und der Heizkapazität in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus zeigt, das in der Wärmepumpensteuerungsvorrichtung 40 gespeichert ist.
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Dann werden bei Schritt S33 Steuerungswerte, welche an die elektrischen Motoren 11b, 13b als die Betätigungselemente des Wärmepumpenkreislaufs 10 in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus auszugeben sind, festgelegt. Die Steuerungswerte, welche an den elektrischen Motor 11b des Kompressors 11 und an den elektrischen Motor 13b des Expansionsventils 13 in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus auszugeben sind, können zum Beispiel festgelegt werden basierend auf der Heizkapazität, welche bei Schritt S34 festgestellt wurde, unter Verwenden des Steuerungskennfelds, welches in der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 gespeichert ist.
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Dann werden unter einer nochmaligen Bezugnahme auf die 2 Steuersignale von der Wärmepumpensteuerungseinheit 40 und der Heiz-/Heißwasser-Steuerungseinheit 50 an verschiedene Betätigungselemente (11b, 13b, 21, 22, 32) bei Schritt S4 ausgegeben, so dass die Steuerungszustände der verschiedenen Betätigungselemente, welche bei Schritt S3 festgestellt werden, erhalten werden können.
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Bei der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 strömt somit Kältemittel von hohem Druck und hoher Temperatur, welches von dem Kompressor 11 ausgelassen wird, in den Kältemitteldurchlass 12a des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12 basierend auf der festgestellten Heizkapazität, wobei dadurch die Lösung aufgeheizt wird, welche durch den Lösungsdurchlass 12b des Lösung-Kältemittel-Wärmetauschers 12 hindurchgeht.
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In dem Heizbetriebsmodus strömt die Lösung, welche in dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 aufgeheizt wurde, in den Heizer 23 des Heizseitenpfads 20a, wobei dadurch der aufzuheizende Gegenstand in dem Haus aufgeheizt wird. Im Gegensatz dazu strömt in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus die Lösung, welche in dem Lösung-Kältemittel-Wärmetauscher 12 aufgeheizt wurde, in den Lösungsdurchlass 24a des Lösung-Wasser-Wärmetauschers 24 über den Heißwasserversorgungsseitenpfad 20b, wobei dadurch Wasser aufgeheizt wird, welches durch den Wasserdurchlass 24b des Lösung-Wasser-Wärmetauschers 24 hindurchgeht. Das heiße Wasser, welches von dem Wasserdurchlass 24b des Lösung-Wasser-Wärmetauschers 24 geliefert wird, wird in dem Abschnitt der oberen Seite des Wassertanks 31 gespeichert.
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Als nächstes wird bei Schritt S5 der 2 festgestellt, ob ein Stoppsignal zum Anhalten der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 an die Steuerungseinheit 40 von dem Betriebsbedienfeld 45 eingegeben wird. Wenn das Stoppsignal der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 bei Schritt S5 festgestellt wird, wird der Betrieb der verschiedenen Betätigungselemente eingestellt, wobei dadurch die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 gestoppt wird. Im Gegensatz dazu, wenn das Stoppsignal von der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 nicht von dem Betriebsbedienfeld 45 zu der Steuerungseinheit 40 eingegeben wird, kehrt der Steuerungsprozess zu Schritt S2 zurück, nachdem eine vorherbestimmte Zeitperiode abgelaufen ist.
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Gemäß der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform wird die Heizkapazität in dem Heizbetriebsmodus erhöht bei der Abnahme der äußeren Lufttemperatur. In dem Heizbetriebsmodus kann somit eine unnötige Heizkapazität verhindert werden, wenn der Betrag von absorbierter Wärme von dem Verdampfer 14 erhöht wird auf eine hohe Außenlufttemperatur. Eine erwünschte Heizkapazität kann somit erhalten werden, während ein hoher Leistungskoeffizient (COP) in dem Heizbetriebsmodus der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 bereitgestellt wird. Des Weiteren kann in dem Heizbetriebsmodus, selbst wenn die Außenlufttemperatur niedrig ist, die in dem Wärmepumpenkreislauf 10 erforderliche Heizkapazität in geeigneter Art und Weise eingestellt werden.
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Im Gegensatz dazu wird in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus die Heizkapazität in etwa konstant gemacht, unabhängig von der Außenlufttemperatur. Das Heizen von Wasser wird somit vorzugsweise ausgeführt mit der Verbesserung des Leistungskoeffizienten (COP), wobei dadurch die Heizkapazität in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus ausreichend verbessert wird.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben werden. Die 5 ist ein charakteristisches Kennfeld, welches die Beziehung zwischen der Außenlufttemperatur und der Heizkapazität des Wärmepumpenkreislaufs 10 in dem Heizbetriebsmodus gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Das heißt, das Zunahmeverhältnis (d. h. der Gradient der Steuerungslinie) der Heizkapazität in Übereinstimmung mit einer Abnahme der Außenlufttemperatur wird größer gemacht bei einer hohen Heizlast im Vergleich zu einer niedrigen Heizlast. Bei der zweiten Ausführungsform sind die anderen Teile ähnlich zu denjenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
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Bei der zweiten Ausführungsform kann, selbst wenn sich die Zielheiztemperatur des Heizers 23 ändert, so dass die Heizlast des Wärmepumpenkreislaufs 10 in dem Heizbetriebsmodus geändert wird, die notwendige Heizkapazität, welche in dem Wärmepumpenkreislauf 10 erforderlich ist, effizienter erhalten werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Zunahmeverhältnis der Heizkapazität in Übereinstimmung mit einer Abnahme der Außenlufttemperatur eingestellt, um voneinander unterschiedlich zu sein in einem Fall von einer hohen Heizlast, in welcher die Zielheiztemperatur des Heizers 23 auf eine hohe Temperatur eingestellt wird, und in einem Fall von einer niedrigen Heizlast, in welcher die Zielheiztemperatur des Heizers 23 auf eine niedrige Temperatur eingestellt wird.
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Das heißt, in dem Fall, in welchem die Heizlast des Wärmepumpenkreislaufs 10 eine hohe Heizlast ist, und in dem Fall, in welchem die Heizlast des Wärmepumpenkreislaufs 10 eine niedrige Heizlast ist, wird das Variationsverhältnis in Übereinstimmung mit der Variation der Außenlufttemperatur geändert.
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Wenn die Heizlast des Wärmepumpenkreislaufs 10 zu der hohen Last geht, wird die notwendige Heizkapazität erhöht, wobei dadurch das Zunahmeverhältnis der Heizkapazität in Übereinstimmung mit der Abnahme der Außenlufttemperatur erhöht wird, wie es in der 5 gezeigt ist. Im Gegensatz dazu, wenn die Heizlast des Wärmepumpenkreislaufs 10 zu der niedrigen Last geht, wird die notwendige Heizkapazität verringert, wobei dadurch das Zunahmeverhältnis der Heizkapazität in Übereinstimmung mit der Abnahme der Außenlufttemperatur verringert wird, wie es in der 5 gezeigt ist.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann, da der Heizkapazitätsvariationsgrad (Variationsverhältnis) in dem Heizbetriebsmodus der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 geändert werden kann, eine notwendige Heizkapazität in passender Art und Weise erhalten werden, selbst wenn die notwendige Heizkapazität, welche in der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 gefordert wird, geändert wird.
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(Andere Ausführungsformen)
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Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig im Zusammenhang mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist, sei es angemerkt, dass einem Fachmann des Gebiets verschiedene Änderungen und Modifikationen deutlich werden.
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Zum Beispiel wird bei der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 gemäß irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen die Heizkapazität erhöht in Übereinstimmung mit einer Abnahme der Außenlufttemperatur in dem Heizbetriebsmodus, und die Heizkapazität wird in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus konstant gemacht, unabhängig von der Variation der Außenlufttemperatur. Jedoch kann der Heißwasserversorgungsbetriebsmodus eingestellt werden, um einen ersten Heißwasserversorgungsbetriebsmodus aufzuweisen, in welchem das Wasser auf eine hohe Temperatur geheizt wird, und einen zweiten Heißwasserversorgungsbetriebsmodus, in welchem das Wasser auf eine mittlere Temperatur niedriger als die hohe Temperatur in dem ersten Heißwasserversorgungsbetriebsmodus geheizt wird. In diesem Fall kann in dem zweiten Heißwasserversorgungsbetriebsmodus die Heizkapazität in Übereinstimmung mit einer Abnahme der Außenlufttemperatur erhöht werden. Des Weiteren kann in dem ersten Heißwasserversorgungsbetriebsmodus die Heizkapazität unabhängig von der Außenlufttemperatur auf einen konstanten Wert eingestellt werden.
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Bei der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform wird die Heizkapazität erhöht (verringert) in Übereinstimmung mit einer Abnahme (Zunahme) der Außenlufttemperatur in dem Heizbetriebsmodus, und die Heizkapazität wird in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus konstant gemacht, unabhängig von der Variation bzw. Änderung der Außenlufttemperatur. Selbst in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus kann jedoch die Abnahme (Zunahme) der Heizkapazität in Übereinstimmung mit der Zunahme (Abnahme) der Außenlufttemperatur problemlos geändert werden im Vergleich zu derjenigen in dem Heizbetriebsmodus. Das heißt, in dem Heißwasserversorgungsbetriebsmodus kann das Zunahmeverhältnis der Heizkapazität in Übereinstimmung mit der Abnahme der Außenlufttemperatur eingestellt werden, um geringer zu sein als das in dem Heizbetriebsmodus.
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Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung üblicherweise für einen Wärmepumpenwasserheizer verwendet, welcher fähig ist zu einem Schalten des Heizbetriebsmodus und des Heißwasserversorgungsbetriebsmodus. Die vorliegende Erfindung kann jedoch entsprechend für verschiedene Wärmepumpenkreislaufvorrichtungen benutzt werden, von denen jede mit verschiedenen Betriebsmodi versehen ist, die für verschiedene Objekte verwendet werden, und mit verschiedenen Heizkapazitäten versehen ist, die in dem Wärmepumpenkreislauf 10 in den jeweiligen Betriebsmodi erforderlich sind.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Heizer 23 üblicherweise für den Bodenabschnitt oder den Wandabschnitt des Raums in dem Haus verwendet. Der Heizer 23 kann jedoch entsprechend für irgendeine Heizeinrichtung für eine Klimaanlage oder einen Radiator zum Beispiel verwendet werden.
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Bei dem Wärmepumpenkreislauf 10 gemäß den Beispielen der oben beschriebenen Ausführungsformen wird Kohlendioxid als Kältemittel verwendet, um einen überkritischen Kältemittelkreislauf auszubilden, in welchem der Druck von Kältemittel von hohem Druck, das von dem Kompressor 11 ausgelassen wird und bevor es durch das Expansionsventil 13 dekomprimiert wird, höher ist als der kritische Druck des Kältemittels. Der Wärmepumpenkreislauf 10 kann jedoch durch einen unterkritischen Kältemittelkreislauf ausgebildet werden, in welchem der Druck des Kältemittels von hohem Druck niedriger ist als der kritische Druck. Als Kältemittel kann zum Beispiel ein Freon-basiertes Kältemittel oder ein HC-basiertes Kältemittel verwendet werden.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird ein elektrischer Kompressor als Kompressor 11 verwendet. Ein Kompressor mit variabler Verstellung, der allgemein bekannt ist, kann jedoch verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Kompressor mit variabler Verstellung, der durch einen Motor angetrieben wird, als Kompressor 11 verwendet werden.
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Bei dem Wärmepumpenkreislauf 10 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen kann ein Akkumulator bzw. Speicher, welcher als Gasförmig-flüssig-Separator verwendet wird, zwischen der Kältemittelauslassseite des Verdampfers 14 und dem Kältemittelsauganschluss des Kompressors 11 angeordnet werden. In diesem Fall wird das Kältemittel, welches aus dem Verdampfer 14 herausströmt, in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel in dem Speicher getrennt, und das abgetrennte gasförmige Kältemittel wird zu dem Kältemittelsauganschluss des Kompressors 11 eingezogen, und das abgetrennte flüssige Kältemittel wird in dem Speicher als überschüssiges Kältemittel in dem Wärmepumpenkreislauf 10 gespeichert.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird als die Lösung, welche in dem Lösungskreislauf 20 zirkuliert, eine Wasserlösung verwendet, welche erhalten wird unter einem Hinzufügen einer Frostschutzflüssigkeit in das Wasser. Als die Lösung, die das Fluid ist, welches in dem Wärmetauscher 12 aufzuheizen ist, können jedoch andere Fluide verwendet werden, ohne auf die Frostschutzflüssigkeit, die in Wasser gemischt ist, beschränkt zu sein. Zum Beispiel kann echtes Wasser als die Lösung verwendet werden.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist das Durchlassschaltventil 22a in dem Abzweigungsabschnitt 22 angeordnet. Das Durchlassschaltventil 22a kann jedoch an dem Verbindungsabschnitt 25 angeordnet sein.
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Das bedeutet, bei der vorliegenden Anmeldung können die anderen Teile entsprechend geändert werden, wenn die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung mit einem Kompressor (11), einem Heizwärmetauscher (12) zum Heizen eines Fluids, das aufzuheizen ist, durch ein Kältemittel von hohem Druck, welches von dem Kompressor (11) ausgelassen wird, einer Dekomprimierungsvorrichtung (13) zum Dekomprimieren des Kältemittels von hohem Druck, welches durch den Heizwärmetauscher (12) hindurchgegangen ist, einem Verdampfer (14), der angeordnet ist, um Kältemittel von niedrigem Druck zu verdampfen, das durch die Dekomprimierungsvorrichtung (13) dekomprimiert wurde, einem Heizkapazitätseinstellabschnitt, der angepasst ist, eine Heizkapazität zum Heizen des aufzuheizenden Fluids einzustellen, und einer Betriebssteuerungseinheit (40, 50) versehen ist. Die Betriebssteuerungseinheit (40, 50) ist hier fähig zu einem Schalten zwischen einem ersten Betriebsmodus, in welchem die Heizkapazität erhöht wird in Übereinstimmung mit einer Abnahme einer Außenlufttemperatur, und einem zweiten Betriebsmodus, in welchem ein Zunahmeverhältnis von der Heizkapazität in Übereinstimmung mit der Abnahme der Außenlufttemperatur verschieden ist von demjenigen in dem ersten Betriebsmodus.
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Solche Änderungen und Modifikationen sollen als innerhalb der Reichweite der vorliegenden Erfindung liegend verstanden werden, wie sie durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
