DE102012208139A1 - Wärmepumpenvorrichtung - Google Patents

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DE102012208139A1
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Yoshitaka Kume
Masahiro Takatsu
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Abstract

Eine Wärmepumpenvorrichtung umfasst einen Kompressor (2), welcher Kältemittel auslässt, einen Wärmestrahlungswärmetauscher (3), welcher ein Heizfluid unter Verwenden von Wärmestrahlung des Kältemittels aufheizt, eine erste Dekomprimierungseinrichtung (4), welche einen Druck des Kältemittels, welches dort hindurch strömt, einstellt, einen Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5), in welchem Kältemittel Wärme mit Luft austauscht, eine zweite Dekomprimierungseinrichtung (7), welche einen Druck des Kältemittels, welches dort hindurch strömt, einstellt, einen Wärmeabsorptionswärmetauscher (8), welcher ein Kühlfluid unter Verwenden der Wärmeabsorption des Kältemittels kühlt, und einen Schaltsteuerabschitt (120), welcher wahlweise zwischen einem Heizbetriebsmodus, in welchem das Heizfluid aufgeheizt wird, einem Kühlbetriebsmodus, in welchem das Kühlfluid gekühlt wird, und einem Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens, in welchem gleichzeitig das Heizfluid aufgeheizt und das Kühlfluid gekühlt wird, schaltet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpenvorrichtung, welche einen Heizbetrieb, eine Heißwasserversorgung, einen Kühlbetrieb und ähnliches unter Verwenden einer Wärmestrahlung und Wärmeabsorption in einem Kältekreislauf der Wärmepumpenvorrichtung ausführt.
  • Eine Klimaanlage vom Typ Wärmepumpe, welche im Patentdokument 1 ( JP 2010-255994 A ) beschrieben ist, ist als eine Vorrichtung bekannt, welche einen Kühlbetrieb und einen Heizbetrieb unter Verwenden von Wärmestrahlung und Wärmeabsorption in einem herkömmlichen Kältekreislauf ausführt. Die Klimaanlage vom Typ Wärmepumpe des Patentdokuments 1 umfasst einen Kompressor, einen ersten Heißwasserwärmetauscher, ein Vier-Wege-Ventil, einen luftseitigen Wärmetauscher, in welchem Kältemittel Wärme mit Außenluft austauscht, ein Expansionsventil und einen zweiten Heißwasserwärmetauscher. Diese Komponenten der Klimaanlage sind in Reihe verbunden, und die Klimaanlage umfasst des Weiteren einen Klimatisierungswärmetauscher, welcher mit dem zweiten Heißwasserwärmetauscher parallel gekoppelt ist. Die Klimaanlage umfasst des Weiteren ein erstes Steuerventil, welches eine Strömung von Kältemittel in dem zweiten Heißwasserwärmetauscher steuert, und ein zweites Steuerventil, welches eine Strömung von Kältemittel in dem Klimatisierungswärmetauscher steuert. Die Klimaanlage vom Typ Wärmepumpe kann eine Wärmestrahlungswirkung und eine Wärmeabsorptionswirkung durch eine Schaltungssteuerung des Vier-Wege-Ventils und durch eine Öffnungs-Schließ-Steuerung der ersten und zweiten Steuerventile bereitstellen, wobei sie dadurch fähig ist, zwischen dem Heizbetrieb und dem Kühlbetrieb zu schalten.
  • Eine Wärmepumpenvorrichtung zum Trocknen von Kleidung, welche im Patentdokument 2 ( JP 2004-239549 A ) beschrieben ist, umfasst einen Kompressor, eine Wärmestrahleinrichtung, eine Drosseleinrichtung, einen Wärmetauscher einer Wärmegleichgewichtseinrichtung (engl.: heat balance device) und eine Wärmeabsorptionseinrichtung. Diese Komponenten der Wärmepumpenvorrichtung sind in der oben beschriebenen Reihenfolge in einer Kreislaufform verbunden. Trocknungsluft, welche in der Wärmestrahleinrichtung aufgeheizt wird, wird an einen Trocknungsbehälter geliefert, welcher darin die Kleidung aufnimmt. Nachdem die Luft die Kleidung getrocknet hat, wird Wärme von der Luft in der Wärmeabsorptionseinrichtung absorbiert, und die Luft wird in der Wärmestrahleinrichtung wiederum aufgeheizt. Die Wärmegleichgewichtseinrichtung umfasst den Wärmetauscher, in welchem das Kältemittel Wärme mit der Außenluft austauscht, und ein Kühlgebläse, welches Außenluft zu dem Wärmetauscher liefert. Nachdem der Trocknungsluft in der Wärmestrahleinrichtung Wärme bereitgestellt wurde, ist das Kältemittel somit fähig zum Abstrahlen eines Teils der Wärme nach außen in dem Wärmetauscher der Wärmegleichgewichtseinrichtung. Demgemäß kann eine Zunahme der Temperatur des Kältemittels reduziert werden.
  • Die Klimaanlage vom Typ Wärmepumpe des Patentdokuments 1 führt den Kühlbetrieb und den Heizbetrieb unter Verwenden des Klimatisierungswärmetauschers aus. Wenn zwischen dem Heizbetrieb und dem Kühlbetrieb geschaltet wird, muss eine Strömungsrichtung des Kältemittels durch einen Betrieb des Vier-Wege-Ventils umgekehrt werden. Es ist somit erforderlich, den Kältekreislauf der Klimaanlage temporär im Zeitpunkt des Umschaltens anzuhalten. Wenn von dem Heizmodus auf den Kühlmodus geschaltet wird, ist es des Weiteren erforderlich, heißes Wasser zu kühlen. Andernfalls kann die Kühlleistung nicht umgehend bereitgestellt werden.
  • Anders als die Vorrichtung des Patentdokuments 1 umfasst die Wärmepumpenvorrichtung des Patentdokuments 2 separat die Wärmestrahleinrichtung als einen Heizwärmetauscher und die Wärmeabsorptionseinrichtung als einen Kühlwärmetauscher. Die Wärmepumpenvorrichtung des Patentdokuments 2 weist jedoch nicht eine Ausgestaltung lediglich für einen Heizbetrieb oder lediglich für einen Kühlbetrieb auf. Daher kann die Wärmepumpenvorrichtung nicht als eine Vorrichtung verwendet werden, welche wahlweise den Heizbetrieb und den Kühlbetrieb ausführt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpenvorrichtung bereitzustellen, welche fähig ist zum Schalten eines Heizbetriebsmodus, eines Kühlbetriebsmodus und eines Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens. Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpenvorrichtung mit einer neuen Kältekreislaufkonfiguration bereitzustellen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Wärmepumpenvorrichtung einen Kompressor, einen Wärmestrahlungswärmetauscher, eine erste Dekomprimierungseinrichtung, einen Kältemittel-Luft-Wärmetauscher, eine zweite Dekomprimierungseinrichtung, einen Wärmeabsorptionswärmetauscher und einen Schaltsteuerabschnitt. Der Kompressor ist ausgebildet zum Ansaugen des Kältemittels und zum Auslassen des angesaugten Kältemittels, und der Wärmestrahlungswärmetauscher ist ausgebildet zum Aufheizen eines Heizfluids unter Verwenden einer Wärmestrahlung des von dem Kompressor ausgelassenen Kältemittels. Die erste Dekomprimierungseinrichtung ist stromabwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher in einer Strömung des Kältemittels angeordnet, und die erste Dekomprimierungseinrichtung ist fähig zum Einstellen eines Drucks des Kältemittels, welches dort hindurch strömt. Der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher ist stromabwärts von der ersten Dekomprimierungseinrichtung in der Strömung des Kältemittels angeordnet und ist ausgebildet, um es dem Kältemittel, welches aus der ersten Dekomprimierungseinrichtung herausströmt, zu erlauben, Wärme mit Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher auszutauschen. Die zweite Dekomprimierungseinrichtung ist stromabwärts von dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher in der Strömung des Kältemittels angeordnet, und die zweite Dekomprimierungseinrichtung ist fähig zum Einstellen eines Drucks des Kältemittels, welches dort hindurch strömt. Der Wärmeabsorptionswärmetauscher ist stromabwärts von der zweiten Dekomprimierungseinrichtung in der Strömung des Kältemittels angeordnet und ist ausgebildet zum Kühlen eines Kühlfluids unter Verwenden einer Wärmeabsorption des Kältemittels, welches aus der zweiten Dekomprimierungseinrichtung herausströmt. Der Schaltsteuerabschnitt ist ausgebildet zum wahlweisen Schalten unter einem Heizbetriebsmodus, in welchem das Heizfluid, welches zu einer ersten externen Einrichtung geliefert wird, geheizt wird, einem Kühlbetriebsmodus, in welchem das Kühlfluid, welches zu einer zweiten externen Einrichtung geliefert wird, gekühlt wird, und einem Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens, in welchem gleichzeitig das Heizfluid aufgeheizt wird und das Kühlfluid gekühlt wird. Im Heizbetriebsmodus heizt der Wärmestrahlungswärmetauscher das Heizfluid auf, die erste Dekomprimierungseinrichtung dekomprimiert Kältemittel, welches aus dem Wärmestrahlungswärmetauscher herausströmt, der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher ermöglicht es dem Kältemittel, welches aus der ersten Dekomprimierungseinrichtung herausströmt, Wärme von der Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher zu absorbieren, und der Kompressor saugt dort hinein das Kältemittel ein, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher herausströmt. Im Kühlbetriebsmodus ermöglicht es die erste Dekomprimierungseinrichtung dem Kältemittel, welches aus dem Kompressor herausströmt, durch die erste Dekomprimierungseinrichtung ohne eine Dekomprimierung hindurchzugehen, der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher ermöglicht es dem Kältemittel, welches von der ersten Dekomprimierungseinrichtung herausströmt, Wärme an die Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher abzustrahlen, die zweite Dekomprimierungseinrichtung dekomprimiert das Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher herausströmt, der Wärmeabsorptionswärmetauscher kühlt das Kühlfluid, und der Kompressor saugt dort hinein das Kältemittel ein, welches aus dem Wärmeabsorptionswärmetauscher herausströmt. Im Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens heizt der Wärmestrahlungswärmetauscher das Heizfluid auf, die erste Dekomprimierungseinrichtung ermöglicht es dem Kältemittel, welches aus dem Wärmestrahlungswärmetauscher herausströmt, durch die erste Dekomprimierungseinrichtung ohne eine Dekomprimierung hindurchzugehen, der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher ermöglicht es dem Kältemittel, welches von der ersten Dekomprimierungseinrichtung herausströmt, Wärme mit der Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher auszutauschen, die zweite Dekomprimierungseinrichtung dekomprimiert Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher herausströmt, der Wärmeabsorptionswärmetauscher kühlt das Kühlfluid, und der Kompressor saugt dort hinein das Kältemittel ein, welches von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher herausströmt.
  • Die oben beschriebene Wärmepumpenvorrichtung weist eine Kreislaufkonfiguration auf, in welcher der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher, welcher fähig ist, sowohl als eine Wärmestrahleinrichtung als auch als eine Wärmeabsorptionseinrichtung verwendet zu werden, zwischen dem Wärmestrahlungswärmetauscher und dem Wärmeabsorptionswärmetauscher angeordnet ist. Des Weiteren kann der Kältekreislauf geschaltet werden, und der Druck des Kältemittels kann in jedem Betriebsmodus, wie zum Beispiel dem Heizbetriebsmodus, dem Kühlbetriebsmodus und dem Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens, eingestellt werden. Diese Wärmetauscher können somit für ein richtiges Funktionieren gesteuert werden. Eine gewünschte Betriebsleistung kann daher in jedem Betriebsmodus bereitgestellt werden. Die Wärmepumpenvorrichtung kann zusätzlich den Betriebsmodus weich ohne ein Anhalten von ihr schalten. Die Wärmepumpenvorrichtung kann als ein Ergebnis in wirksamer Weise den Kühlbetrieb, den Heizbetrieb, die Heißwasserversorgung und ähnliches unter Verwenden der Wärmestrahlung und der Wärmeabsorption des Kältemittels ausführen.
  • Die Wärmepumpenvorrichtung kann des Weiteren einen ersten Bypassdurchlass und einen zweiten Bypassdurchlass umfassen. Der erste Bypassdurchlass verbindet einen ersten Abschnitt eines Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher und einen zweiten Abschnitt des Kältekreislaufs stromabwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher. Der zweite Bypassdurchlass verbindet einen dritten Abschnitt des Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher und einen vierten Abschnitt des Kältekreislaufs stromabwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher. Der erste Bypassdurchlass bringt das Kältemittel, welches von dem Kompressor ausgelassen wird, dazu, den Wärmestrahlungswärmetauscher durch den ersten Bypassdurchlass in dem Kühlbetriebsmodus zu umgehen. Der zweite Bypassdurchlass bringt das Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher herausströmt, dazu, den Wärmeabsorptionswärmetauscher durch den zweiten Bypassdurchlass in dem Heizbetriebsmodus zu umgehen.
  • Da das Kältemittel in dem Kühlbetriebsmodus durch den ersten Bypassdurchlass ohne ein Hindurchgehen durch den Wärmestrahlungswärmetauscher strömt, kann die Wärmestrahlung des Kältemittels in dem Wärmestrahlungswärmetauscher sicher begrenzt werden. Da das Kältemittel in dem Heizbetriebsmodus durch den zweiten Bypassdurchlass ohne ein Hindurchgehen durch den Wärmeabsorptionswärmetauscher strömt, kann die Wärmeabsorption des Kältemittels in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher sicher begrenzt werden. Eine verschwenderische Wärmestrahlung und eine verschwenderische Wärmeabsorption in den Wärmetauschern können somit verhindert werden, und die Effizienz des Kältekreislaufs kann dadurch verbessert werden.
  • Die Wärmepumpenvorrichtung kann des Weiteren eine Luftzuführeinrichtung und einen Luftzuführsteuerabschnitt umfassen. Die Luftzuführeinrichtung ist ausgestaltet zum Zuführen von Luft zu dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher für den Wärmeaustausch in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher. Der Luftzuführsteuerabschnitt ist ausgestaltet zum Steuern der Luftzuführeinrichtung zum Einstellen einer Luftmenge, welche zu dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher geliefert wird.
  • Durch ein Ändern der Luftmenge, welche durch die Luftzuführeinrichtung geliefert wird, kann ein Wärmeaustauschbetrag im Kältemittel-Luft-Wärmetauscher eingestellt werden.
  • Die erste Dekomprimierungseinrichtung oder die zweite Dekomprimierungseinrichtung kann eine Ejektoreinrichtung sein. Die Ejektoreinrichtung umfasst einen Düsenteil, einen Saugteil, einen Mischteil und einen Diffusorteil. Der Düsenteil ist ausgestaltet zum Einstellen eines Drucks von Kältemittel, welches dort hinein strömt, durch eine Dekomprimierung und eine Expansion des Kältemittels. Der Saugteil ist ausgestaltet zum Ansaugen von gasförmigem Kältemittel, welches aus dem Wärmestrahlungswärmetauscher oder aus dem Wärmeabsorptionswärmetauscher herausströmt, durch eine Saugkraft des Kältemittels, das von dem Düsenteil ausgestoßen wird. Der Mischteil ist stromabwärts von dem Düsenteil in einer Kältemittelströmungsrichtung angeordnet, und der Mischteil weist darin einen Raum auf, in welchem das gasförmige Kältemittel von dem Saugteil und das Kältemittel, welches von dem Düsenteil ausgestoßen wird, miteinander gemischt werden. Der Diffusorteil ist stromabwärts von dem Mischteil angeordnet, und der Diffusorteil weist einen Kältemitteldurchlass auf, der nach und nach in seinem Querschnitt in der Kältemittelströmungsrichtung derart vergrößert ist, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, welches aus dem Mischteil herausströmt, verringert wird. Der Diffusorteil weist des Weiteren einen Kältemittelauslass auf, welcher mit dem Wärmestrahlungswärmetauscher oder mit dem Wärmeabsorptionswärmetauscher verbunden ist.
  • Durch ein Bereitstellen der Ejektoreinrichtung als die erste Dekomprimierungseinrichtung oder als die zweite Dekomprimierungseinrichtung kann die Wärmestrahlung oder die Wärmeabsorption des Kältemittels in wirksamerer Weise ausgeführt werden. Die Effizienz des Kältekreislaufs der Wärmepumpenvorrichtung kann daher verbessert werden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Wärmepumpenvorrichtung einen Kompressor, einen Wärmestrahlungswärmetauscher, einen ersten Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitt, eine erste Dekomprimierungseinrichtung, einen Kältemittel-Luft-Wärmetauscher, eine Luftzuführeinrichtung, einen Wärmeabsorptionswärmetauscher, einen zweiten Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitt, eine zweite Dekomprimierungseinrichtung und eine Steuereinheit. Der Kompressor ist ausgebildet, um Kältemittel anzusaugen und um das angesaugte Kältemittel auszulassen, und der Wärmestrahlungswärmetauscher ist ausgebildet, um ein Heizfluid aufzuheizen, welches an eine erste externe Einrichtung geliefert wird, durch einen Wärmeaustausch mit dem von dem Kompressor ausgelassenen Kältemittel. Der erste Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitt ist ausgebildet, um eine Kapazität des Wärmeaustauschs zwischen dem Heizfluid und dem Kältemittel in dem Wärmestrahlungswärmetauscher einzustellen. Die erste Dekomprimierungseinrichtung ist stromabwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher in einer Strömung des Kältemittels angeordnet, und die erste Dekomprimierungseinrichtung ist fähig zum Einstellen eines Drucks des Kältemittels, welches dort hindurch strömt. Der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher ist stromabwärts von der ersten Dekomprimierungseinrichtung in der Strömung des Kältemittels angeordnet und ist ausgestaltet, um es dem Kältemittel, welches aus der ersten Dekomprimierungseinrichtung herausströmt, zu ermöglichen, Wärme mit Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher auszutauschen. Die Luftzuführeinrichtung ist ausgebildet zum Liefern von Luft an den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher für den Wärmeaustausch in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher. Der Wärmeabsorptionswärmetauscher ist stromabwärts von dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher in der Strömung des Kältemittels angeordnet und ist ausgestaltet zum Kühlen eines Kühlfluids, welches an eine zweite externe Einrichtung geliefert wird. Der zweite Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitt ist ausgebildet zum Einstellen einer Kapazität des Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlfluid und dem Kältemittel in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher. Die zweite Dekomprimierungseinrichtung ist stromaufwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher in der Strömung des Kältemittels angeordnet, und die zweite Dekomprimierungseinrichtung ist fähig zum Einstellen eines Drucks des Kältemittels, welches von dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher herausströmt. Die Steuereinheit ist ausgebildet zum Steuern des ersten Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitts, des zweiten Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitts, der ersten Dekomprimierungseinrichtung und der zweiten Dekomprimierungseinrichtung.
  • Bei der oben beschriebenen Wärmepumpenvorrichtung können die Wärmeaustauschkapazitäten des Wärmestrahlungswärmetauschers und des Wärmeabsorptionswärmetauschers eingestellt werden, und die Betriebsweisen der ersten und zweiten Dekomprimierungseinrichtungen können gesteuert werden. Die Wärmepumpenvorrichtung kann demgemäß in jedem Betriebsmodus betrieben werden: dem Heizbetriebsmodus, in welchem das Heizfluid in dem Wärmestrahlungswärmetauscher aufgeheizt wird, dem Kühlbetriebsmodus, in welchem das Kühlfluid in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher gekühlt wird, und dem Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens, in welchem sowohl der Heizbetrieb als auch der Kühlbetrieb gleichzeitig ausgeführt werden. Zusätzlich muss die Wärmepumpenvorrichtung nicht in einem Zeitpunkt eines Schaltens des Betriebsmodus angehalten werden, und der Betriebsmodus kann dadurch nahtlos bzw. problemlos geschaltet werden.
  • Die Erfindung, zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen, wird am besten aus der nachfolgenden Beschreibung, den angehängten Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
  • 1A eine schematische Darstellung ist, welche eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 1B eine schematische Darstellung ist, welche eine Steuereinheit für die Wärmepumpenvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 2 ein Mollier-Diagramm ist, welches die Wärmepumpenvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform betrifft;
  • 3A eine schematische Darstellung ist, welche eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3B eine schematische Darstellung ist, welche eine Steuereinheit für die Wärmepumpenvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
  • 4A eine schematische Darstellung ist, welche eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4B eine schematische Darstellung ist, welche eine Steuereinheit für die Wärmepumpenvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
  • 5A eine schematische Darstellung ist, welche eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5B eine schematische Darstellung ist, welche eine Steuereinheit für die Wärmepumpenvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform zeigt;
  • 6A eine schematische Darstellung ist, welche eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 6B eine schematische Darstellung ist, welche eine Steuereinheit für die Wärmepumpenvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.
  • Im Folgenden werden hier unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Bei den Ausführungsformen kann ein Teil, welcher einem Gegenstand entspricht, der in einer vorherigen Ausführungsform beschrieben wurde, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, und eine überflüssige Erläuterung für den Teil kann weggelassen werden. Wenn lediglich ein Teil von einer Ausgestaltung in einer Ausführungsform beschrieben ist, kann eine vorherige Ausführungsform für die anderen Teile der Ausgestaltung angewendet werden. Die Teile können kombiniert werden, selbst wenn es nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können auch teilweise kombiniert werden, selbst wenn es nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt, dass es keinen Nachteil bzw. Konflikt in der Kombination gibt.
  • Erste Ausführungsform
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die 1A bis 2 beschrieben werden. Eine Wärmepumpenvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform ist fähig zum Abstrahlen von Wärme zu und zum Absorbieren von Wärme von externen Einrichtungen unter Verwenden eines Wärmestrahlungseffekts und eines Wärmeabsorptionseffekts des Kältemittels, welches in einem Kältekreislauf der Wärmepumpenvorrichtung 1 strömt. Die externen Einrichtungen, welche eine Zufuhr von thermischer Energie über die Wärmestrahlung von der Wärmepumpenvorrichtung 1 empfangen, umfassen eine Vielzahl von Einrichtungen, welche zum Beispiel eine Heißwasserversorgung, eine Bodenheizung, eine Badezimmerheizung und eine Klimatisierungsheizung ausführen. Die externen Einrichtungen, welche die Zufuhr thermischer Energie über die Wärmeabsorption von der Wärmepumpenvorrichtung 1 empfangen, umfassen eine Vielzahl von Einrichtungen, welche zum Beispiel eine Kühlluftklimatisierung, eine Innenraumkühlung und eine Tankwasserkühlung ausführen.
  • Wie es in der 1 gezeigt ist, umfasst eine Wärmepumpenvorrichtung 1 einen Kompressor 2, einen Wärmestrahlungswärmetauscher 3, ein erstes Expansionsventil 4, einen Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5, ein zweites Expansionsventil 7, einen Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 und einen Speicher 9. Bei der Wärmepumpenvorrichtung 1 zirkuliert Kältemittel durch die oben beschriebenen Komponenten 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 in dieser Reihenfolge, und die Wärmepumpenvorrichtung 1 stellt dadurch den Kältekreis bereit, in welchem Kältemittel zirkuliert. Ein Kältemittel ist zum Beispiel ein Heizmedium, welches Kohlendioxid als eine Hauptkomponente enthält. In diesem Fall ist der Kältekreis der Wärmepumpenvorrichtung 1 ein überkritischer Dampf-Kompressions-Kältekreislauf, in welchem ein Kältemitteldruck der Hochdruckseite höher ist als ein kritischer Druck des Kältemittels.
  • Die Wärmepumpenvorrichtung 1 umfasst des Weiteren einen ersten Bypassdurchlass 12 und einen zweiten Bypassdurchlass 13. Der erste Bypassdurchlass 12 verbindet einen Abschnitt des Kältekreislaufs, der stromaufwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 in einer Kältemittelströmungsrichtung angeordnet ist, und einen Abschnitt des Kältekreislaufs stromabwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 in einer Kältemittelströmungsrichtung. Der zweite Bypassdurchlass 13 verbindet einen Abschnitt des Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 in einer Kältemittelströmungsrichtung und einen Abschnitt des Kältekreislaufs stromabwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 in einer Kältemittelströmungsrichtung. Ein erstes Drei-Wege-Ventil 10 ist an einem Verbindungsteil zwischen dem Abschnitt des Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 und dem ersten Bypassdurchlass 12 vorgesehen. Ein zweites Drei-Wege-Ventil 11 ist an einem Verbindungsteil zwischen dem Abschnitt des Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 und dem zweiten Bypassdurchlass 13 vorgesehen.
  • Das erste Drei-Wege-Ventil 10 ist fähig zum Schalten des Kältekreislaufs zwischen einem Kältemittelpfad, in welchem das Kältemittel, das von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, in den Wärmestrahlungswärmetauscher 3 strömt, und einem Kältemittelpfad, in welchem das Kältemittel, das von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, in das erste Expansionsventil 4 strömt, ohne durch den Wärmestrahlungswärmetauscher 3 hindurchzugehen. Ein Betrieb des ersten Drei-Wege-Ventils 10 wird durch eine Steuereinheit 100 gesteuert. Durch den Betrieb des ersten Drei-Wege-Ventils 10 können eine Menge eines Kältemittelstroms, der in den ersten Bypassdurchlass 12 strömt, und eine Menge eines Kältemittelstroms, der in den Wärmestrahlungswärmetauscher 3 strömt, eingestellt werden, und eine Wärmeaustauschkapazität in dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 kann dadurch eingestellt werden. Das erste Drei-Wege-Ventil 10 wird somit als ein Beispiel eines ersten Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitts verwendet, welcher eine Wärmeaustauschkapazität in dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 einstellt. Das erste Drei-Wege-Ventil 10 wird des Weiteren auch als ein Beispiel eines ersten Schaltabschnitts verwendet, welcher den Kältekreislauf zwischen einem Kältemittelpfad, in welchem Kältemittel nicht durch den Wärmestrahlungswärmetauscher 3 strömt, und einem Kältemittelpfad, in welchem Kältemittel nicht durch den ersten Bypassdurchlass 12 strömt, schaltet.
  • Das zweite Drei-Wege-Ventil 11 ist fähig zum Schalten des Kältekreislaufs zwischen einem Kältemittelpfad, bei welchem das Kältemittel, welches von dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 herausströmt, in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 strömt, und einem Kältemittelpfad, bei welchem das Kältemittel, welches von dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 herausströmt, in den Kompressor 2 angesaugt wird, ohne durch den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 hindurchzugehen. Ein Betrieb des zweiten Drei-Wege-Ventils 11 wird durch die Steuereinheit 100 gesteuert. Durch den Betrieb des zweiten Drei-Wege-Ventils 11 können eine Kältemittelmenge, welche in den zweiten Bypassdurchlass 13 strömt, und eine Kältemittelmenge, welche in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 strömt, eingestellt werden, und eine Wärmeaustauschkapazität in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 kann dadurch eingestellt werden. Das zweite Drei-Wege-Ventil 11 wird daher als ein Beispiel eines zweiten Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschmitts verwendet, welcher eine Wärmeaustauschkapazität in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 einstellt. Das zweite Drei-Wege-Ventil 11 wird des Weiteren auch als ein Beispiel eines zweiten Schaltabschnitts verwendet, welcher den Kältekreislauf zwischen einem Kältemittelpfad, in welchem das Kältemittel nicht durch den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 strömt, und einem Kältemittelpfad, in welchem das Kältemittel nicht durch den zweiten Bypassdurchlass 13 strömt, schaltet. Ein Schaltabschnitt 120 der Steuereinheit 100, welcher das erste und zweite Drei-Wege-Ventil 10, 11 steuert, wird als ein Beispiel eines Schaltsteuerabschmitts verwendet, welcher den ersten und zweiten Schaltabschmitt 10, 11 zum Steuern des Schaltens des Kältekreislaufs steuert.
  • Der Kompressor 2 saugt an und komprimiert Kältemittel und lässt das komprimierte Kältemittel in den Kältekreislauf aus. Die Steuereinheit 100 steuert eine Drehrate bzw. Drehzahl des Kompressors 2, und eine Kältemittelauslasskapazität des Kompressors 2 kann durch die Steuerung der Drehzahl des Kompressors 2 eingestellt werden. Zum Beispiel wird durch ein Anlegen einer Wechselspannung, welche in der Frequenz auf einen Motor des Kompressors 2 von einem Inverter eingestellt worden ist, die Drehzahl des Kompressors 2 gesteuert. In diesem Fall erhält der Inverter eine Versorgung einer Gleichspannung von einer Batterie oder von einer elektrischen Quelle, und der Inverter wird durch die Steuereinheit 100 gesteuert. Ein Druckdetektor 20 ist an einer Auslassseite des Kompressors 2 vorgesehen, um einen Druck (Kältemitteldruck der Hochdruckseite) von dem Hochdruckkältemittel zu erfassen, das von dem Kompressor 2 ausgelassen wird.
  • Der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 wird als ein Beispiel eines Heizwärmetauschers in einem Heizbetriebsmodus verwendet. Der Heizwärmetauscher 3 heizt ein Heizfluid, wie zum Beispiel Wasser, unter Verwenden eines Wärmestrahlungseffekts des Kältemittels auf, das von dem Kompressor 2 ausgelassen wird. Im Heizbetriebsmodus wird, das Heizfluid aufgeheizt und wird an eine erste externe Einrichtung geliefert. Wie es in der 1A gezeigt ist, werden ein Wasserheiztank 43 und eine Heizeinrichtung 52 als Beispiele für die erste externe Einrichtung verwendet. Das aufzuheizende und zu liefernde Wasser ist in dem Wasserheiztank 43 gespeichert, und die Heizeinrichtung 52 führt eine Bodenheizung aus. Der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 umfasst einen Kältemitteldurchlass 3a, durch welchen Kältemittel von hohem Druck hindurchgeht, und einen Heizfluiddurchlass 3b, durch welchen das Heizfluid hindurchgeht. Ein Heizbetrieb der Wärmepumpenvorrichtung 1 wird durch den Wärmeaustausch zwischen den Durchlässen 3a und 3b des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 ausgeführt. Der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 kann zum Beispiel eine doppelschichtige Rohrstruktur aufweisen. In diesem Fall kann einer von dem Kältemitteldurchlass 3a und dem Heizfluiddurchlass 3b in einem inneren Rohr des doppelschichtigen Rohrs von dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 definiert sein, und der andere der zwei Durchlässe 3a und 3b ist in einem äußeren Rohr des doppelschichtigen Rohrs definiert, welches einen äußeren Umfang des inneren Rohrs von dem doppelschichtigen Rohr bedeckt. Bei dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 kann eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem Kältemitteldurchlass 3a entgegengesetzt zu einer Strömungsrichtung des Heizfluids in dem Heizfluiddurchlass 3b sein.
  • Der Heizfluiddurchlass 3b stellt einen Teil eines ersten Heizzirkulationskreises 40 dar, der für die Heißwasserversorgung verwendet wird, und stellt weiterhin einen Teil eines zweiten Heizzirkulationskreises 50 dar, der für die Bodenheizung verwendet wird. Der erste Heizzirkulationskreis 40 ist mit dem Heizfluid befüllt. In dem ersten Heizzirkulationskreis 40 sind der Heizfluiddurchlass 3b, eine Pumpe 41 und ein Durchlassteil 42 im Tankinneren über ein Rohr in einer Kreislaufform verbunden. Eine Drehzahl der Pumpe 41 wird durch die Steuereinheit 100 gesteuert, und eine Strömungsrate des Heizfluids in dem ersten Heizzirkulationskreis 40 kann durch die Steuerung der Drehzahl der Pumpe 41 eingestellt werden.
  • Ein Temperaturdetektor 21 ist an einer Auslassseite von dem Heizfluiddurchlass 3b in den ersten und zweiten Heizzirkulationskreisen 40, 50 zum Erfassen einer Temperatur des Heizfluids angeordnet. Ein durch den Temperaturdetektor 21 erfasstes Temperatursignal wird in die Steuereinheit 100 eingegeben. Der Durchlassteil 42 im Tankinneren ist im Inneren des Wasserheiztanks 43 angeordnet, und der Durchlassteil 42 im Tankinneren erstreckt sich durch den Wasserheiztank 43 hindurch, um einen oberen Teil und einen unteren Teil von dem Wasserheiztank 43 zu verbinden. Wasser, welches in dem Wasserheiztank 43 gespeichert ist, wird über einen Wärmeaustausch mit dem Heizfluid aufgeheizt, welches in dem Durchlassteil 42 im Tankinneren strömt, um Heißwasser zu werden. Die Steuereinheit 100 erfasst die Temperatur des Heizfluids unter Verwenden des Temperaturdetektors 21. Wenn es erforderlich ist, eine Wärmemenge, welche von dem Heizfluid in dem Durchlassteil 42 im Tankinneren zu dem Wasser in dem Wasserheiztank 43 abgestrahlt wird, durch ein Erhöhen der Temperatur zu erhöhen, die durch den Temperaturdetektor 21 erfasst wird, wird die Drehzahl der Pumpe 41 gesteuert, um durch die Steuereinheit 100 erhöht zu werden.
  • Der Wasserheiztank 43 ist aus Metall hergestellt, welches eine hohe Korrosionswiderstandsfähigkeit aufweist, und ist durch ein thermisches Isolationsmaterial umgeben, um eine Temperatur des Wassers in dem Wasserheiztank 43 für eine lange Zeit zu halten. In dem Wasserheiztank 43 ist das Wasser desto höher gespeichert, je höher eine Temperatur des Wassers ist. Je niedriger eine Temperatur des Wassers ist, desto tiefer ist das Wasser in dem Wasserheiztank 43 gespeichert. An einer inneren Wandoberfläche des Wasserheiztanks 43 sind mehrere Wasserstandsthermistoren (nicht gezeigt) in annähernd gleichen Abständen in einer Höhenrichtung des Wasserheiztanks 43 angeordnet. Jeder der Wasserstandsthermistoren erfasst eine Temperatur von Wasser an einem Wasserniveau im Inneren des Wasserheiztanks 43.
  • Der Wasserheiztank 43 ist fähig, um heißes Wasser darin zu speichern, welches eine höhere Temperatur aufweist, wenn der Kältekreislauf der Wärmepumpenvorrichtung 1 der überkritische Kältekreislauf ist, als wenn der Kältekreislauf der Wärmepumpenvorrichtung 1 ein allgemeiner, nicht-überkritischer Kältekreislauf ist. Der Wasserheiztank 43 ist zum Beispiel fähig, um heißes Wasser von 85°C bis 90°C darin zu speichern, wenn der Kältekreislauf der Wärmepumpenvorrichtung 1 der überkritische Kältekreislauf ist. Der Kältekreislauf der Wärmepumpenvorrichtung 1 führt des Weiteren einen Wassersiedebetrieb (Wasserheizbetrieb) aus, bei welchem Wasser in dem Wasserheiztank 43 aufgeheizt wird, um heißes Wasser zu sein, unter Verwenden von elektrischem Strom, der in späten Nachtstunden erzeugt wird, wenn die Elektrizitätsrate relativ niedrig ist. Der Wassersiedebetrieb wird derart ausgeführt, dass der Wasserheiztank 43 darin Wasser speichern kann, welches eine Wärmemenge aufweist, die basierend auf einer historischen Aufzeichnung einer verwendeten Wärmemenge bestimmt wird.
  • Der zweite Heizzirkulationskreis 50 ist mit dem Heizfluid befüllt, welches für die Bodenheizung verwendet wird. In dem zweiten Heizzirkulationskreis 50 sind der Heizfluiddurchlass 3b, eine Pumpe 51 und ein Fluiddurchlass in der Heizeinrichtung 52 über ein Rohr in einer Kreislaufform verbunden. Eine Drehzahl der Pumpe 51 wird durch die Steuereinheit 100 gesteuert, und eine Strömungsrate des Heizfluids in dem zweiten Heizzirkulationskreis 50 ist fähig, durch die Steuerung der Drehzahl der Pumpe 51 eingestellt zu werden. Wenn die Heizeinrichtung 52 als eine Klimatisierungsvorrichtung verwendet wird, heizt die Heizeinrichtung 52 Luft durch einen Wärmeaustausch mit dem Heizfluid auf, welches in dem Durchlass der Heizeinrichtung 52 strömt. Wenn es erforderlich ist, eine Wärmemenge, welche von dem Heizfluid in dem Fluiddurchlass der Heizeinrichtung 52 an die Luft abgestrahlt wird, zu erhöhen durch ein Erhöhen der Temperatur, welche durch den Temperaturdetektor 21 erfasst wird, wird die Drehzahl der Pumpe 51 gesteuert, um durch die Steuereinheit 100 erhöht zu werden. In einem Zustand, der in den 1A und 1B gezeigt ist, werden die Pumpe 41 und die Pumpe 51 derart gesteuert, dass eine der Pumpen 41, 51 angehalten wird, wenn die andere der Pumpen 41, 51 betrieben wird. Durch die Steuerungen der Drehzahlen der Pumpen 41, 51 kann eine Strömungsmenge des Heizfluids, welches in den Heizfluiddurchlass 3b strömt, eingestellt werden, und die Wärmeaustauschkapazität in dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 kann dadurch eingestellt werden. Die Pumpe 41 und die Pumpe 51 werden daher als Beispiele des ersten Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitts verwendet, welcher die Wärmeaustauschkapazität in dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 zusammen mit dem Drei-Wege-Ventil 10 einstellt.
  • Das erste Expansionsventil 4 ist in dem Kältekreislauf stromabwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 vorgesehen, und das erste Expansionsventil 4 wird als ein Beispiel einer elektrischen Dekomprimierungseinrichtung verwendet, die fähig ist zum Einstellen eines Drucks des Kältemittels, welches dort hindurch strömt. Ein Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 4 ist einstellbar, zum Beispiel von vollständig offen (100%) zu vollständig geschlossen (0%), basierend auf einem Steuersignal, welches von der Steuereinheit 100 ausgegeben wird. Das erste Expansionsventil 4 umfasst zum Beispiel einen Schrittmotor, welcher sich durch eine Versorgung mit einem Impulsstrom nach vorne oder rückwärts dreht, und einen Ventilkörper, welcher durch den Schrittmotor betätigt wird. In diesem Fall wird der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 4 basierend auf einer Polarität und auf einer Impulszahl des Impulsstroms gesteuert, welcher an den Schrittmotor geliefert wird.
  • Der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 ist in dem Kältekreislauf stromabwärts von dem ersten Expansionsventil 4 vorgesehen. In dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 tauscht das Kältemittel, welches im Druck in dem ersten Expansionsventil 4 eingestellt worden ist, Wärme mit Luft aus, welche durch ein Gebläse 6 geliefert wird. Das Gebläse 6 ist benachbart zu dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 angeordnet und wird als ein Beispiel einer Luftzuführeinrichtung verwendet, welche Luft zu dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 liefert. Das Gebläse 6 umfasst einen Lüftermotor 6a, bei welchem seine Drehzahl durch die Steuereinheit 100 gesteuert wird. Die Steuereinheit 100 ist somit fähig zum Steuern einer Luftmenge, welche an den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 geliefert wird. Der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 ist zwischen dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 und dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 in dem Kältekreislauf der Wärmepumpenvorrichtung 1 angeordnet, und der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 ist zum Beispiel in einer Außeneinheit aufgenommen. Ein Steuerabschnitt 130 der Steuereinheit 100, welcher die Luftmenge steuert, die an den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 geliefert wird, wird als ein Beispiel eines Luftzuführsteuerabschnitts verwendet, welcher die Luftzuführeinrichtung 6 steuert, um die Luftmenge, welche an den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 geliefert wird, einzustellen.
  • Das zweite Expansionsventil 7 ist in dem Kältekreislauf stromabwärts von dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 vorgesehen, und das zweite Expansionsventil 7 wird als ein Beispiel einer elektrischen zweiten Dekomprimierungseinrichtung verwendet, die fähig ist zum Einstellen eines Drucks des Kältemittels, welches dort hindurch strömt. Ein Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7 ist einstellbar, zum Beispiel von vollständig offen (100%) bis vollständig geschlossen (0%), basierend auf einem Steuersignal, das von der Steuereinheit 100 ausgegeben wird. Das zweite Expansionsventil 7 umfasst zum Beispiel einen Schrittmotor, welcher sich vorwärts oder rückwärts dreht durch eine Versorgung mit einem Impulsstrom, und einen Ventilkörper, der durch den Schrittmotor betätigt wird. In diesem Fall wird der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7 basierend auf einer Polarität und einer Impulszahl des an den Schrittmotor gelieferten Impulsstroms gesteuert.
  • Der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 wird als ein Beispiel eines Kühlwärmetauschers in einem Kühlbetriebsmodus verwendet. Der Kühlwärmetauscher 8 kühlt ein Kühlfluid, wie zum Beispiel Wasser, unter Verwenden eines Wärmeabsorptionseffekts des Kältemittels, welches im Druck durch das zweite Expansionsventil 7 eingestellt worden ist. Im Kühlbetriebsmodus wird das Kühlfluid gekühlt und wird an eine zweite externe Einrichtung geliefert. Wie es in der 1A gezeigt ist, wird eine Kühleinrichtung 32 als ein Beispiel der zweiten externen Einrichtung verwendet. Der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 umfasst einen Kältemitteldurchlass 8a, durch welchen Kältemittel von niedrigem Druck hindurchgeht, und einen Kühlfluiddurchlass 8b, durch welchen das Kühlfluid hindurchgeht. Ein Kühlbetrieb der Wärmepumpenvorrichtung 1 wird durch einen Wärmeaustausch zwischen den Durchlässen 8a und 8b des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8 ausgeführt. Der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 kann zum Beispiel eine doppelschichtige Rohrstruktur aufweisen. In diesem Fall ist einer von dem Kältemitteldurchlass 8a und dem Kühlfluiddurchlass 8b in einem inneren Rohr des doppelschichtigen Rohrs des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8 vorgesehen, und der andere von den zwei Durchlässen 8a und 8b ist in einem äußeren Rohr des doppelschichtigen Rohrs vorgesehen, welches einen äußeren Umfang des inneren Rohrs des doppelschichtigen Rohrs bedeckt. Bei dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 kann eine Strömungsrichtung des Kältemittels in dem Kältemitteldurchlass 8a entgegengesetzt zu einer Strömungsrichtung des Kühlfluids in dem Kühlfluiddurchlass 8b sein.
  • Die Auslasskapazität des Kompressors 2 wird derart eingestellt, dass sich eine Temperatur des Kühlfluids, welches aus einem Auslass von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 herausströmt, einer Zieltemperatur annähert. Die Zieltemperatur wird basierend auf einer Temperatur, welche durch einen Temperaturdetektor 22 erfasst wird, und auf einer Zieltemperatur des Heizfluids bestimmt. Wenn jedoch der Druck des Kältemittels der Hochdruckseite über einen Zielsteuerdruck ansteigt, in anderen Worten, wenn die Wärmepumpenvorrichtung 1 in einem unnormalen Hochdruckzustand ist, wird die Auslasskapazität des Kompressors 2 gesteuert, um verringert zu werden, um den Zustand eines abnormal hohen Drucks zu verhindern in Priorität zu dem Sicherstellen der Kühlleistung des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8. Das heißt, wenn der Druck des Kältemittels der Hochdruckseite einen zulässigen Druck überschreitet, wird die Auslasskapazität des Kompressors 2 gesteuert, um verringert zu werden. Des Weiteren berechnet die Steuereinheit 100 einen Zieldruck (Zielhochdruck) des Kältemitteldrucks der Hochdruckseite, bei welchem eine Leistungskennziffer (COP, engl.: coefficient of performance) des Kältekreislaufs am größten ist, und die Steuereinheit 100 stellt den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7 derart ein, dass sich ein Erfassungswert von dem Druckdetektor 20 dem Zielhochdruck annähert.
  • Der Kühlfluiddurchlass 8b ist ein Teil eines Kühlungszirkulationskreises 30. Der Kühlungszirkulationskreis 30 ist mit dem Kühlfluid befüllt, und im Kühlungszirkulationskreis 30 sind der Kühlfluiddurchlass 8b, eine Pumpe 31 und ein Fluiddurchlass in der Kühleinrichtung 32 über ein Rohr in einer Kreislaufform verbunden. Eine Drehzahl der Pumpe 31 wird durch die Steuereinheit 100 gesteuert, und eine Strömungsmenge des Kühlfluids in dem Kühlungszirkulationskreis 30 kann durch die Steuerung der Drehzahl der Pumpe 31 eingestellt werden. Durch die Steuerung der Drehzahlen der Pumpe 31 kann die Wärmeaustauschkapazität in dem Kühlfluiddurchlass 8b, durch welchen das Kühlfluid strömt, eingestellt werden. Die Pumpe 31 wird daher als ein Beispiel des zweiten Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitts verwendet, welcher eine Wärmeaustauschkapazität in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 einstellt.
  • Die Kühleinrichtung 32 kühlt Luft, welche durch ein Gebläse 33 geliefert wird, durch einen Wärmeaustausch mit dem Kühlfluid, welches durch den Fluiddurchlass in der Kühleinrichtung 32 strömt, um hierdurch ein Kühlen der Luft bereitzustellen. Die Steuereinheit 100 steuert eine Drehzahl eines Lüftermotors 33a des Gebläses 33, und eine Blasemenge von Luft, die zu einem Wärmeaustauschteil der Kühleinrichtung 32 von dem Gebläse 33 geliefert wird, kann dadurch eingestellt werden.
  • Der Temperaturdetektor 22 ist an einer Auslassseite des Kühlfluiddurchlasses 8b in dem Kühlungszirkulationskreis 30 angeordnet, und der Temperaturdetektor 22 erfasst die Temperatur des Kühlfluids. Ein durch den Temperaturdetektor 22 erfasstes Temperatursignal wird an die Steuereinheit 100 ausgegeben. Die Steuereinheit 100 erfasst die Temperatur des Kühlfluids unter Verwenden des Temperaturdetektors 21. Wenn es erforderlich ist, eine Wärmemenge, welche von Luft absorbiert ist, die durch das Gebläse 33 zu dem Kühlfluid geliefert wird, zu erhöhen durch ein Verringern der Temperatur, die durch den Temperaturdetektor 22 erfasst wird, wird die Drehzahl der Pumpe 31 durch die Steuereinheit 100 gesteuert, um erhöht zu werden.
  • Der Speicher 9 ist an einer Saugseite des Kompressors 2 in dem Kältekreislauf angeordnet, um Kältemittel, welches aus dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 herausgeströmt ist, in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel zu trennen. Das flüssige Kältemittel wird in dem Speicher 9 gespeichert, und das gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 2 angesaugt.
  • Die Steuereinheit 100 steuert hauptsächlich einen Betrieb der Wärmepumpenvorrichtung 1 und umfasst einen Eingangsschaltkreis, einen Mikrocomputer und einen Ausgangsschaltkreis. Signale von verschiedenen Schaltern einer entfernten Steuerung 110 und Kommunikationssignale von verschiedenen Detektoren, wie zum Beispiel den Detektoren 20, 21, 22, werden in den Eingangsschaltkreis eingegeben, und der Mikrocomputer führt eine Vielzahl von Berechnungen unter Verwenden der Signale von dem Eingangsschaltkreis aus. Der Ausgangsschaltkreis gibt Kommunikationssignale zum Beispiel an den Kompressor 2, das erste Expansionsventil 4, die Lüftermotoren 6a, 33a, das zweite Expansionsventil 7, das erste und zweite Drei-Wege-Ventil 10, 11 und die Pumpen 31, 41, 51 aus, um ihre Betriebsweisen in Übereinstimmung mit den durch den Mikrocomputer ausgeführten Berechnungen zu steuern. Der Mikrocomputer umfasst darin einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Arbeitsspeicher (RAM) als Beispiele für einen Speicherabschnitt, und der Mikrocomputer weist ein vorherbestimmtes Steuerungsprogramm und ein aktualisierbares Steuerungsprogramm auf.
  • Die entfernte Steuerung 110 weist zum Beispiel einen Automatikbetriebsschalter, einen Betriebsabschnitt betreffend eine Heißwasserversorgung, wie zum Beispiel einen Heißwassertemperatureinstellschalter, verschiedene Schalter zum Betreiben der Heizeinrichtung 52 und verschiedene Schalter zum Betreiben der Kühleinrichtung 32 auf.
  • Wenn ein Befehl eines Betreibens der Heizeinrichtung 52, der Kühleinrichtung 32, der Heißwasserversorgung und von ähnlichem in die entfernte Steuerung 110 durch einen Benutzer eingegeben wird, gibt die entfernte Steuerung 110 betriebsbezogene Informationen, wie zum Beispiel ein Kommunikationssignal, an die Steuereinheit 100 aus.
  • Die Steuereinheit 100 kann eine Funktion zum Kommunizieren mit mehreren anderen Steuereinrichtungen und zum Integrieren der mehreren anderen Steuereinrichtungen aufweisen. In diesem Fall können die Steuereinheit 100 und die mehreren anderen Steuereinrichtungen Informationen von Einrichtungen gemeinsam benutzen, welche durch die Steuereinheit 100 und durch die mehreren anderen Steuereinrichtungen gesteuert werden.
  • Als nächstes wird ein Betrieb von jedem Betriebsmodus (Heizbetriebsmodus, Kühlbetriebsmodus, Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens) bei der oben beschriebenen Ausgestaltung der Wärmepumpenvorrichtung 1 beschrieben werden.
  • i) Heizbetriebsmodus
  • Wenn die Steuereinheit 100 lediglich eine Anforderung eines Ausführens der Heißwasserversorgung (Wärmespeicherung in dem Wasserheiztank 43) oder eine Anforderung eines Betriebs der Heizeinrichtung 52 von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen erhält, steuert die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) das erste Drei-Wege-Ventil 10 zum Öffnen des Kältemitteldurchlasses 31 des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 und zum Schließen des ersten Bypassdurchlasses 12, und die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) steuert das zweite Drei-Wege-Ventil 11 zum Öffnen des zweiten Bypassdurchlasses 13 und zum Schließen des Kältemitteldurchlasses 8a des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8, um den Heizbetrieb auszuführen. Zusätzlich steuert die Steuereinheit 100 den Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 4 zum Dekomprimieren von Kältemittel, welches durch das erste Expansionsventil 4 strömt, und betreibt das Gebläse 6 und eine der Pumpen 41, 51 entsprechend der obigen Anforderung. Dementsprechend strömt in einem Kältekreislauf des Heizbetriebsmodus das Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 → das erste Expansionsventil 4 → der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 → der zweite Bypassdurchlass 13 → der Speicher 9 → der Kompressor 2.
  • Gasförmiges Kältemittel von hohem Druck, welches von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, strahlt Wärme an das Heizfluid ab, welches in dem ersten Heizzirkulationskreis 40 oder in dem zweiten Heizzirkulationskreis 50 zirkuliert, wenn das gasförmige Kältemittel von hohem Druck durch den Kältemitteldurchlass 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 hindurchgeht. Das gasförmige Kältemittel von hohem Druck wird demgemäß in dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 gekühlt. Anschließend wird das Kältemittel in dem ersten Expansionsventil 4 dekomprimiert, in welchem der Öffnungsgrad derart gesteuert wird, dass der Kältemitteldruck der Hochdruckseite eingestellt wird. Nach der Dekomprimierung des Kältemittels durch das erste Expansionsventil 4 strömt das Kältemittel in den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 und verdampft durch eine Wärmeabsorption von Luft, welche von dem Gebläse 6 geblasen wird, wenn das Kältemittel durch den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 strömt. Das Kältemittel, welches von dem Kältemittel, Luft-Wärmetauscher 5 herausströmt, strömt durch den zweiten Bypassdurchlass 13 ohne ein Hindurchgehen durch den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8, und das Kältemittel, welches von dem zweiten Bypassdurchlass 13 herausströmt, wird in dem Speicher 9 in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel getrennt. Das gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 2 angesaugt.
  • Wenn der Heizbetriebsmodus mit der Anforderung eines Durchführens einer Heißwasserversorgung zusammengebracht wird, strömt das Heizfluid, welches in dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 aufgeheizt ist, in den ersten Heizzirkulationskreis 40, und das Heizfluid, welches in den Durchlassteil 42 im Inneren des Tanks strömt, heizt Wasser in dem Wasserheiztank 43 auf. Das aufgeheizte Wasser wird von dem Versorgungsrohr, welches mit einem oberen Teil des Wasserheiztanks 43 verbunden ist, an einen Anschluss einer Heißwassereinrichtung ausgelassen. Wenn der Heizbetriebsmodus mit der Anforderung eines Betriebs der Heizeinrichtung zusammengebracht wird, strömt Heizfluid, welches in dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 aufgeheizt ist, in den zweiten Heizzirkulationskreis 50, und das Heizfluid wird in die Heizeinrichtung 52 geliefert, um als eine Wärmequelle einer Bodenheizung oder von ähnlichem verwendet zu werden. Im Heizbetriebsmodus ist der Kältekreislauf ausgestaltet, um es dem Kältemittel nicht zu erlauben, in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 zu strömen, und der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 wird als eine Wärmeabsorptionseinrichtung (Verdampfer) einer Niedrigdruckseite betrieben.
  • ii) Kühlbetriebsmodus
  • Wenn die Steuereinheit 100 lediglich eine Anforderung eines Betriebs der Kühleinrichtung 32 von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen erhält, steuert die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) das erste Drei-Wege-Ventil 10 zum Öffnen des ersten Bypassdurchlasses 12 und zum Schließen des Kältemitteldurchlasses 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3, und die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) steuert das zweite Drei-Wege-Ventil 11 zum Öffnen des Kältemitteldurchlasses 8a des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8 und zum Schließen des zweiten Bypassdurchlasses 13, um den Kühlbetrieb auszuführen. Zusätzlich steuert die Steuereinheit 100 das erste Expansionsventil 4, um das erste Expansionsventil 4 dazu zu bringen, vollständig geöffnet zu sein, und steuert den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7 zum Dekomprimieren und Expandieren von Kältemittel, welches dort hindurch strömt. Die Steuereinheit 100 betreibt des Weiteren das Gebläse 6, die Pumpe 31 und das Gebläse 33. Dementsprechend strömt in einem Kältekreislauf des Kühlbetriebsmodus Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → der erste Bypassdurchlass 12 → das erste Expansionsventil 4 → der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 → das zweite Expansionsventil 7 → der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 → der Speicher 9 → der Kompressor 2.
  • Gasförmiges Kältemittel von hohem Druck, welches von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, strömt durch das erste Expansionsventil 4, welches gesteuert wird, das Kältemittel, welches durch das erste Expansionsventil 4 strömt, nicht zu dekomprimieren, ohne durch den Wärmestrahlungswärmetauscher 3 hindurchzugehen. Anschließend strömt das Kältemittel in den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 und strahlt Wärme an Umgebungsluft ab, wenn das Kältemittel durch den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 strömt. Das Kältemittel wird dementsprechend in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 gekühlt. Das Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 herausströmt, wird in dem zweiten Expansionsventil 7 dekomprimiert, in welchem der Öffnungsgrad gesteuert wird, um den Kältemitteldruck der Hochdruckseite einzustellen, und dann strömt das Kältemittel in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8. Das Kältemittel absorbiert Wärme von dem Kühlfluid, welches in dem Kühlungszirkulationskreis 30 zirkuliert, und verdampft dadurch in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8. Das Kältemittel, welches aus dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 herausströmt, wird in dem Speicher 9 in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel getrennt, und dann wird das gasförmige Kältemittel in den Kompressor 2 angesaugt. Das Kühlfluid, welches in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 gekühlt wird, kühlt Luft, welche durch das Gebläse 33 geblasen wird, und die gekühlte Luft kühlt ein Inneres eines Raums oder ähnliches, welches ein Zielraum der Kühlung ist. Im Kühlbetriebsmodus wird das erste Expansionsventil 4 derart betrieben, um nicht einen Druck des Kältemittels zu reduzieren, durch ein Reduzieren eines Druckverlusts in dem ersten Expansionsventil 4 so weit als möglich, und der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 wird als eine Wärmestrahleinrichtung (Kältemittelkühler) einer Hochdruckseite betrieben. Das Gebläse 6 kann in einem Stoppzustand sein, wenn eine Menge von spontaner Wärmestrahlung in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 ausreichend ist.
  • iii) Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens
  • Wenn die Steuereinheit 100 die Anforderungen von sowohl der oben beschriebenen Heizbetriebsart als auch der oben beschriebenen Kühlbetriebsart von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen erhält, steuert die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) das erste Drei-Wege-Ventil 10 zum Öffnen des Kältemitteldurchlasses 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 und zum Schließen des ersten Bypassdurchlasses 12, und die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) steuert das zweite Drei-Wege-Ventil 11 zum Öffnen des Kältemitteldurchlasses 8a des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8 und zum Schließen des zweiten Bypassdurchlasses 13, um die beiden Betriebsweisen, Heizbetrieb und Kühlbetrieb, auszuführen. Die Steuereinheit 100 steuert zusätzlich das erste Expansionsventil 4, um das erste Expansionsventil 4 völlig offen zu machen, und steuert den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7 zum Dekomprimieren von Kältemittel in dem zweiten Expansionsventil 7. Des Weiteren betreibt die Steuereinheit 100 die Pumpe 31, das Gebläse 33 und eine der Pumpen 41, 51 entsprechend der Anforderung des Heizbetriebs. In einem Kältekreislauf des Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens strömt dementsprechend das Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 → das erste Expansionsventil 4 → der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 → das zweite Expansionsventil 7 → der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 → der Speicher 9 → der Kompressor 2.
  • Gasförmiges Kältemittel von hohem Druck, welches von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, strahlt Wärme an das Heizfluid ab, welches in dem ersten Heizzirkulationskreis 40 oder in dem zweiten Heizzirkulationskreis 50 zirkuliert, wenn das gasförmige Kältemittel von hohem Druck durch den Kältemitteldurchlass 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 hindurchgeht. Anschließend strömt das Kältemittel durch das erste Expansionsventil 4 und durch den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5, und dann wird das Kältemittel in dem zweiten Expansionsventil 7 dekomprimiert, in welchem der Öffnungsgrad gesteuert wird, um den Kältemitteldruck der Hochdruckseite einzustellen. Das Kältemittel, welches aus dem zweiten Expansionsventil 7 herausströmt, strömt in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 und absorbiert Wärme von dem Kühlfluid, welches in dem Kühlungszirkulationskreis 30 zirkuliert, und verdampft dabei in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8. Das Kältemittel, welches von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 herausströmt, wird in dem Speicher 9 in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel getrennt, und das gasförmige Kältemittel wird dann in den Kompressor 2 angesaugt. Im Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens wird das erste Expansionsventil 4, in welchem der Druckverlust so weit als möglich reduziert wird, derart betrieben, um nicht einen Druck des Kältemittels, das durch das erste Expansionsventil 4 strömt, zu reduzieren. Die Steuereinheit 100 steuert somit die Wärmepumpenvorrichtung 1 derart, dass der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 und der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 den Wärmestrahlungseffekt und den Wärmeabsorptionseffekt jeweils ausführen. Das Gebläse 6 kann entweder in dem Stoppzustand oder in einem Betriebszustand sein.
  • Im Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens kann eine Wärmestrahlungsmenge in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 durch ein Steuern der Luftmenge, welche von dem Gebläse 6 an den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 geliefert wird, eingestellt werden. Wie es durch eine gestrichelte Linie in der 2 gezeigt ist, kann somit ein Unterkühlungsgrad des Kältemittels in dem Kältekreislauf gesteuert werden. Bei der Wärmepumpenvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung kann somit eine Kühlleistung des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8 gesteuert werden ohne ein Verändern einer Heizleistung des Wärmestrahlungswärmetauschers 3. Wenn die Menge an Luft, welche zu dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 geliefert wird, erhöht wird, wird der Unterkühlungsgrad des Kältemittels von einem Kreislauf, der durch eine durchgezogene Linie in der 2 gezeigt ist, zu einem Kreislauf, der teilweise durch die gestrichelte Linie in der 2 gezeigt ist, erhöht. Da eine Änderung der Enthalpiemenge in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 vergrößert werden kann, kann die Kühlleistung des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8 verbessert werden.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Betrieb der Wärmepumpenvorrichtung 1 entsprechend zu jedem Betriebsmodus kann der entsprechende Betriebsmodus richtig ausgeführt werden ohne eine Anhalten der Wärmepumpenvorrichtung 1, zum Beispiel durch die Steuerung der Schaltung des ersten und zweiten Drei-Wege-Ventils 10, 11 und die Steuerung des Öffnungsgrads des ersten Expansionsventils 4.
  • Die Wirkungen im Betrieb der Wärmepumpenvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform werden unten beschrieben werden. Bei der Wärmepumpenvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform wird im Heizbetriebsmodus Kältemittel, welches Wärme an das Heizfluid in dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 abstrahlt, in dem ersten Expansionsventil 4 dekomprimiert und absorbiert dann Wärme von der Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5. Anschließend wird das Kältemittel in den Kompressor 2 angesaugt, ohne in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 zu strömen. Im Kühlbetriebsmodus wird das Kältemittel, welches von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, in dem ersten Expansionsventil 4 nicht dekomprimiert und strahlt Wärme an die Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 ab. Das Kältemittel wird sodann in dem zweiten Expansionsventil 7 dekomprimiert, um das Kühlfluid in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 zu kühlen, und wird dann in den Kompressor 2 angesaugt. Im Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens wird das Kältemittel, welches Wärme an das Heizfluid in dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 abstrahlt, in dem ersten Expansionsventil 4 nicht dekomprimiert und strömt durch den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5. Das Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 herausströmt, wird in dem zweiten Expansionsventil 7 dekomprimiert, um das Kühlfluid in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 zu kühlen, und wird dann in den Kompressor 2 angesaugt. Durch den Betrieb von jedem Teil, wie oben beschrieben, führt die Wärmepumpenvorrichtung 1 wahlweise den Heizbetriebsmodus, den Kühlbetriebsmodus und den Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens aus.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform weist die Wärmepumpenvorrichtung 1 eine Kreislaufkonfiguration auf, bei welcher der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5, welcher fähig ist, sowohl als die Wärmestrahleinrichtung als auch als die Wärmeabsorptionseinrichtung verwendet zu werden, zwischen dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 und dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 angeordnet ist. Der Kältekreislauf kann des Weiteren geschaltet werden, und ein Druck des Kältemittels kann in dem Betriebsmodus, wie zum Beispiel dem Heizbetriebsmodus, dem Kühlbetriebsmodus und dem Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens, eingestellt werden. Somit können die Wärmetauscher 3, 5, 8 gesteuert werden, um richtig zu funktionieren. Daher können die oben beschriebenen verschiedenen Betriebsmodi durch die einzige Wärmepumpenvorrichtung 1 ausgeführt werden, und eine gewünschte Betriebsleistung kann in jedem Betriebsmodus bereitgestellt werden. Die Wärmepumpenvorrichtung 1 kann zusätzlich den Betriebsmodus nahtlos schalten, ohne selbst angehalten zu werden. Die Wärmepumpenvorrichtung 1 kann als ein Ergebnis in wirksamer Weise den Kühlbetrieb, den Heizbetrieb, die Heißwasserversorgung und ähnliches unter Verwenden des Wärmestrahlungseffekts und des Wärmeabsorptionseffekts des Kältemittels ausführen.
  • Die Wärmepumpenvorrichtung 1 umfasst den ersten Bypassdurchlass 12, welcher den Abschnitt des Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 und den Abschnitt des Kältekreislaufs stromabwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 verbindet, und den zweiten Bypassdurchlass 13, welcher den Abschnitt des Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 und den Abschnitt des Kältekreislaufs stromabwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 verbindet. Im Kühlbetriebsmodus strömt das Kältemittel, welches von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, durch den ersten Bypassdurchlass 12 ohne ein Hindurchgehen durch den Wärmestrahlungswärmetauscher 3. Im Heizbetriebsmodus strömt das Kältemittel, welches Wärme von der Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 absorbiert hat, durch den zweiten Bypassdurchlass 13 ohne ein Hindurchgehen durch den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8.
  • Da im Kühlbetriebsmodus Kältemittel durch den ersten Bypassdurchlass 12 strömt, ohne durch den Wärmestrahlungswärmetauscher 3 hindurchzugehen, kann die Wärmestrahlung des Kältemittels in dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 sicher beschränkt werden. Da in dem Heizbetriebsmodus Kältemittel durch den zweiten Bypassdurchlass 13 strömt, ohne durch den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 hindurchzugehen, kann die Wärmeabsorption des Kältemittels in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 sicher beschränkt werden. Somit können eine verschwenderische Wärmestrahlung und eine verschwenderische Wärmeabsorption in den Wärmetauschern 3, 8 verhindert werden, und die Effizienz des Kältekreislaufs kann dadurch verbessert werden.
  • Die Luftzuführeinrichtung (Gebläse 6) liefert Luft an den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 für einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel und ist derart ausgestaltet, dass die Luftmenge, welche an den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 geliefert wird, veränderbar ist. Die Wärmepumpenvorrichtung 1 (Zuführsteuerabschnitt 130) steuert die Menge an Luft, welche von der Luftzuführeinrichtung 6 in dem Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens geliefert wird.
  • Durch ein Steuern der Luftmenge, welche von der Luftzuführeinrichtung 6 in dem Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens geliefert wird, kann die Wärmestrahlungsmenge in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 eingestellt werden. Der Unterkühlungsgrad des Kältemittels in dem Kältekreislauf kann somit in Übereinstimmung mit der erforderlichen Kühlkapazität gesteuert werden, und eine gewünschte Kühlkapazität kann dadurch in dem Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens sichergestellt werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Bei einer zweiten Ausführungsform ist eine Wärmepumpenvorrichtung 1A mit elektromagnetischen Öffnungs-/Schließventilen 14, 15, 16 anstatt den Drei-Wege-Ventilen 10, 11, welche bei der obigen ersten Ausführungsform beschrieben sind, versehen. Die anderen Abschnitte, welche bei der zweiten Ausführungsform nicht beschrieben werden, sind ähnlich zu denjenigen der ersten Ausführungsform. Die anderen Abschnitte umfassen eine Ausgestaltung, einen Betrieb von jeder Komponente, eine Betriebsweise und Wirkung von jedem Betriebsmodus und die betrieblichen Wirkungen.
  • Wie es in den 3A und 3B gezeigt ist, umfasst die Wärmepumpenvorrichtung 1A ein erstes elektromagnetisches Öffnungs-/Schließventil 14, welches den ersten Bypassdurchlass 12 öffnet oder schließt, ein zweites elektromagnetisches Öffnungs-/Schließventil 15, welches einen Kältemitteldurchlass zwischen dem Abschnitt des Kältekreislaufs, welcher mit dem ersten Bypassdurchlass 12 stromaufwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 verbunden ist, und einer Einlassseite des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 öffnet oder schließt, und ein drittes elektromagnetisches Öffnungs-/Schließventil 16, welches den zweiten Bypassdurchlass 13 öffnet oder schließt. Die ersten und zweiten Öffnungs-/Schließventile 14, 15 werden zusammen somit als ein Beispiel des ersten Schaltabschnitts verwendet, der in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Des Weiteren kann der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7 auf 0% (geschlossen) eingestellt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden somit das zweite Expansionsventil 7 und das dritte Öffnungs-/Schließventil 16 zusammen als ein Beispiel des zweiten Schaltabschnitts verwendet, der in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Selbst in diesem Fall steuert der Schaltsteuerabschnitt 120 der Steuereinheit 100 den ersten und zweiten Schaltabschnitt (14, 15, 7, 16) zum Steuern des Schaltens des Kältekreislaufs.
  • Als nächstes wird ein Betrieb von jedem Betriebsmodus (Heizbetriebsmodus, Kühlbetriebsmodus, Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens) bei der Wärmepumpenvorrichtung 1A beschrieben werden.
  • i) Heizbetriebsmodus
  • Wenn die Steuereinheit 100 lediglich eine Anforderung eines Ausführens der Heißwasserversorgung (Wärmespeicherung in dem Wasserheiztank 43) oder eine Anforderung eines Betreibens der Heizeinrichtung 52 von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen erhält, schließt die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) das Öffnungs-/Schließventil 14 und öffnet die Öffnungs-/Schließventile 15, 16, um den Heizbetrieb auszuführen. Die Steuereinheit 100 stellt zusätzlich den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7 auf 0% (geschlossen) und reduziert den Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 4, um Kältemittel zu dekomprimieren, welches durch das erste Expansionsventil 4 strömt. Die Steuereinheit 100 betreibt des Weiteren das Gebläse 6 und eine der Pumpen 41, 51 entsprechend der obigen Anforderung. Bei einem Kältekreislauf des Heizbetriebsmodus strömt demgemäß Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → das Öffnungs-/Schließventil 15 → der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 → das erste Expansionsventil 4 → der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 → der zweite Bypassdurchlass 13 (Öffnungs-/Schließventil 16) → der Speicher 9 → der Kompressor 2. Im Heizbetriebsmodus zirkuliert das Kältemittel durch ein Öffnen des Öffnungs-/Schließventils 16 und durch ein vollständiges Schließen des zweiten Expansionsventils 7 in dem Kältekreislauf ohne ein Hindurchgehen durch den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8. Der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 wird als die Wärmeabsorptionseinrichtung der Niedrigdruckseite in dem Heizbetriebsmodus betrieben.
  • ii) Kühlbetriebsmodus
  • Wenn die Steuereinheit 100 lediglich eine Anforderung eines Betreibens der Kühleinrichtung 32 von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen erhält, öffnet die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) das Öffnungs-/Schließventil 14 und schließt die Öffnungs-/Schließventile 15, 16, um den Kühlbetrieb auszuführen. Die Steuereinheit 100 öffnet des Weiteren vollständig das erste Expansionsventil 4 und reduziert den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7, um Kältemittel in dem zweiten Expansionsventil 7 zu dekomprimieren. Die Steuereinheit 100 betreibt weiterhin das Gebläse 6, die Pumpe 31 und das Gebläse 33. Dementsprechend strömt in einem Kältekreislauf des Kühlbetriebsmodus Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → der erste Bypassdurchlass 12 (Öffnungs-/Schließventil 14) → das erste Expansionsventil 4 → der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 → das zweite Expansionsventil 7 → der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 → der Speicher 9 → der Kompressor 2.
  • iii) Betriebsmodus eines Heizens und Kühlens
  • Wenn die Steuereinheit 100 die Anforderungen von sowohl dem oben beschriebenen Heizbetrieb als auch dem oben beschriebenen Kühlbetrieb von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen empfängt, schließt die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) die Öffnungs-/Schließventile 14, 16 und öffnet das Öffnungs-/Schließventil 15, um die beiden Betriebsweisen, den Heizbetrieb und den Kühlbetrieb, auszuführen. Zusätzlich öffnet die Steuereinheit 100 vollständig das Expansionsventil 4 und reduziert den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7, um Kältemittel, welches durch das zweite Expansionsventil 7 strömt, zu dekomprimieren. Die Steuereinheit 100 betreibt des Weiteren die Pumpe 31 und das Gebläse 33 und eine der Pumpen 41, 51 entsprechend der Anforderung des Heizbetriebs. Bei einem Kältekreislauf des Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens strömt demgemäß Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → das Öffnungs-/Schließventil 15 → der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 → das erste Expansionsventil 4 → der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 → das zweite Expansionsventil 7 → der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 → der Speicher 9 → der Kompressor 2.
  • Dritte Ausführungsform
  • Bei einer Wärmepumpenvorrichtung 1B einer dritten Ausführungsform, wie sie in den 4A und 4B gezeigt ist, werden der erste und der zweite Bypassdurchlass 12, 13, die bei der obigen ersten Ausführungsform beschrieben sind, nicht beschrieben. Andere Abschnitte, welche nicht bei der dritten Ausführungsform beschrieben werden, sind ähnlich zu der ersten Ausführungsform. Die anderen Abschnitte umfassen eine Ausgestaltung, einen Betrieb von jeder Komponente, eine Betriebsweise und eine Wirkung jedes Betriebsmodus und betriebliche Wirkungen.
  • Ein Betrieb von jedem Betriebsmodus (Heizbetriebsmodus, Kühlbetriebsmodus, Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens) bei der Wärmepumpenvorrichtung 1B wird beschrieben werden.
  • i) Heizbetriebsmodus
  • Wenn die Steuereinheit 100 lediglich eine Anforderung eines Ausführens der Heißwasserversorgung (Wärmespeicherung in dem Wasserheiztank 43) oder eine Anforderung eines Betreibens der Heizeinrichtung 52 von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen erhält, stellt die Steuereinheit 100 den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7 auf 100% (vollständig offen) und reduziert den Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 4, um Kältemittel, welches durch das erste Expansionsventil 4 strömt, zu dekomprimieren, um den Heizbetrieb auszuführen. Die Steuereinheit 100 betreibt des Weiteren das Gebläse 6 und eine der Pumpen 41, 51 entsprechend der obigen Anforderung. Bei einem Kältekreislauf des Heizbetriebsmodus strömt dementsprechend das Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 → das erste Expansionsventil 4 → der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 – das zweite Expansionsventil 7 → der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 → der Speicher 9 → der Kompressor 2.
  • Gasförmiges Kältemittel von hohem Druck, welches von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, strahlt Wärme an das Heizfluid ab, welches in dem ersten Heizzirkulationskreis 40 oder in dem zweiten Heizzirkulationskreis 50 zirkuliert, wenn das gasförmige Kältemittel von hohem Druck durch den Kältemitteldurchlass 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 hindurchgeht. Das gasförmige Kältemittel von hohem Druck wird dementsprechend in dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 gekühlt. Das Kältemittel wird anschließend in dem ersten Expansionsventil 4 dekomprimiert, in welchem der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 4 derart gesteuert wird, dass der Kältemitteldruck der Hochdruckseite eingestellt wird. Nach der Dekomprimierung in dem ersten Expansionsventil 4 strömt das Kältemittel in den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 und verdampft durch eine Wärmeabsorption von Luft, welche durch das Gebläse 6 geblasen wird, in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5. Das Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 herausströmt, strömt durch das zweite Expansionsventil 7 ohne eine Dekomprimierung. Das Kältemittel, welches aus dem zweiten Expansionsventil 7 herausströmt, strömt durch den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 und wird in dem Speicher 9 in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel getrennt. Das gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 2 angesaugt. Im Heizbetriebsmodus tauscht das Kältemittel keine Wärme mit dem Kühlfluid aus, wenn das Kältemittel durch den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 strömt. Der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 wird somit nicht als die Wärmeabsorptionseinrichtung der Niedrigdruckseite betrieben, und der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 wird als die Wärmeabsorptionseinrichtung der Niedrigdruckseite betrieben.
  • ii) Kühlbetriebsmodus
  • Wenn die Steuereinheit 100 lediglich eine Anforderung eines Betreibens der Kühleinrichtung 32 von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen erhält, öffnet die Steuereinheit 100 vollständig das erste Expansionsventil 4 und reduziert den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7, um Kältemittel, welches durch das zweite Expansionsventil 7 strömt, zu dekomprimieren, um den Kühlbetrieb auszuführen. Die Steuereinheit 100 betreibt des Weiteren das Gebläse 6, die Pumpe 31 und das Gebläse 33 und hält die Pumpen 41 und 51 an. In einem Kältekreislauf des Kühlbetriebsmodus strömt dementsprechend das Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 → das erste Expansionsventil 4 → der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 → das zweite Expansionsventil 7 → der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 → der Speicher 9 → der Kompressor 2. Der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 wird in dem Kühlbetriebsmodus als die Wärmestrahleinrichtung der Hochdruckseite betrieben, und der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 wird als die Wärmestrahleinrichtung der Niedrigdruckseite betrieben.
  • iii) Betriebsmodus eines Heizens und Kühlens
  • Wenn die Steuereinheit 100 die Anforderungen von sowohl dem oben beschriebenen Heizbetrieb als auch dem oben beschriebenen Kühlbetrieb von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen erhält, öffnet die Steuereinheit 100 vollständig das erste Expansionsventil 4 und reduziert den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7, um Kältemittel, welches dort hindurch strömt, zu dekomprimieren, um die beiden Betriebsweisen, den Heizbetrieb und den Kühlbetrieb, auszuführen. Die Steuereinheit 100 betreibt des Weiteren die Pumpe 31, das Gebläse 33 und eine der Pumpen 41, 51 entsprechend der Anforderung des Heizbetriebs. In einem Kältekreislauf des Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens strömt dementsprechend Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 → das erste Expansionsventil 4 → der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 → das zweite Expansionsventil 7 → der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 → der Speicher 9 → der Kompressor 2.
  • Vierte Ausführungsform
  • Bei einer vierten Ausführungsform ist eine Wärmepumpenvorrichtung 1C mit einer elektrischen Ejektoreinrichtung 17 anstatt des zweiten Expansionsventils 7, welches bei der obigen ersten Ausführungsform beschrieben ist, versehen. Andere Abschnitte, welche nicht bei der vierten Ausführungsform beschrieben sind, sind ähnlich zu der ersten Ausführungsform. Die anderen Abschnitte umfassen eine Ausgestaltung, einen Betrieb von jeder Komponente, eine Betriebsweise und Wirkung von jedem Betriebsmodus und betriebliche Effekte.
  • Wie es in den 5A und 5B gezeigt ist, umfasst die Wärmepumpenvorrichtung 1C die elektrische Ejektoreinrichtung 17 als ein Beispiel der zweiten Dekomprimierungseinrichtung, welche Kältemittel, das in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 strömt, dekomprimiert. Ein Öffnungsgrad der Ejektoreinrichtung 17 kann durch die Steuereinheit 100 eingestellt werden. Die Ejektoreinrichtung 17 umfasst einen Düsenteil, welcher einen geringen Querschnitt zum Drosseln von Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 herausströmt, aufweist, und einen Saugteil 17a, welcher gasförmiges Kältemittel, das in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 verdampft wird, ansaugt.
  • Im Inneren des Düsenteils ist ein Nadelventil koaxial mit einem Auslassanschluss des Düsenteils angeordnet, und das Nadelventil kann in seiner axialen Richtung durch einen Betrieb eines Aktuators bewegt werden, um einen Öffnungsgrad des Auslassanschlusses zu steuern. Die Ejektoreinrichtung 17 umfasst ferner einen Mischteil, der stromabwärts von dem Düsenteil in der Strömungsrichtung des Kältemittels angeordnet ist, und einen Diffusorteil (Kompressionsteil), in welchem ein Durchlassquerschnitt allmählich in der Strömungsrichtung des Kältemittels derart vergrößert ist, um einen Druck des Kältemittels, welches aus dem Mischteil herausströmt, zu erhöhen.
  • Kältemittel, welches aus dem Düsenteil der Ejektoreinrichtung 17 herausströmt, strömt in den Speicher 9, und das Kältemittel wird in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel getrennt. Das gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 2 angesaugt, und das flüssige Kältemittel wird an den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 geliefert.
  • Als nächstes wird ein Betrieb von jedem Betriebsmodus (Heizbetriebsmodus, Kühlbetriebsmodus, Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens) bei der Wärmepumpenvorrichtung 1C beschrieben werden.
  • i) Heizbetriebsmodus
  • Ein Betrieb des Heizbetriebsmodus der Wärmepumpenvorrichtung 1C ist ähnlich zu demjenigen der oben beschriebenen Wärmepumpenvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform.
  • ii) Kühlbetriebsmodus
  • Wenn die Steuereinheit 100 lediglich eine Anforderung eines Betreibens der Kühleinrichtung 32 von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen erhält, steuert die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) das erste Drei-Wege-Ventil 10 zum Öffnen des ersten Bypassdurchlasses 12 und zum Schließen des Kältemitteldurchlasses 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3, und die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) steuert das zweite Drei-Wege-Ventil 11 zum Öffnen des Kältemitteldurchlasses 8a des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8 und zum Schließen des zweiten Bypassdurchlasses 13, um den Kühlbetrieb auszuführen. Die Steuereinheit 100 öffnet zusätzlich vollständig das erste Expansionsventil 4 und stellt einen Öffnungsgrad der Ejektoreinrichtung 17 auf einen geeigneten Grad ein. Die Steuereinheit 100 betreibt des Weiteren das Gebläse 6, die Pumpe 31 und das Gebläse 33. In einem Kältekreislauf des Kühlbetriebsmodus strömt dementsprechend das Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → der erste Bypassdurchlass 12 → das erste Expansionsventil 4 → der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 → die Ejektoreinrichtung 17 → der Speicher 9. Kältemittel, welches in den Speicher 9 von der Ejektoreinrichtung 17 strömt, wird in flüssiges Kältemittel und in gasförmiges Kältemittel getrennt. Das flüssige Kältemittel strömt in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8, und das gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 2 angesaugt.
  • Gasförmiges Kältemittel von hohem Druck, welches von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, strömt in das erste Expansionsventil 4, welches gesteuert wird, das Kältemittel nicht zu dekomprimieren, ohne durch den Wärmestrahlungswärmetauscher 3 hindurchzugehen. Anschließend strömt das Kältemittel in den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5. Das Kältemittel strahlt Wärme an die Umgebungsluft ab und wird in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 gekühlt. Das Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 herausströmt, wird in der Ejektoreinrichtung 17 dekomprimiert, in welcher der Öffnungsgrad derart gesteuert wird, dass der Kältemitteldruck der Hochdruckseite eingestellt wird, und das Kältemittel strömt in den Speicher 9. Gasförmiges Kältemittel, welches in dem Speicher 9 abgetrennt wird, wird in den Kompressor 2 angesaugt, und flüssiges Kältemittel, welches in dem Speicher 9 abgetrennt wird, strömt in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8. Das flüssige Kältemittel absorbiert Wärme von dem Kühlfluid, das in dem Kühlungszirkulationskreis 30 zirkuliert, und verdampft in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8. Das Kältemittel, welches aus dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 herausströmt, wird in die Ejektoreinrichtung 17 von dem Saugteil 17a angesaugt und wird mit dem Kältemittel, welches von dem Düsenteil ausgelassen wird, in dem Mischteil der Ejektoreinrichtung 17 gemischt. Ein Druck des gemischten Kältemittels wird durch die Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit des gemischten Kältemittels in dem Düsenteil der Ejektoreinrichtung 17 erhöht. Das in dem Düsenteil unter Druck gesetzte Kältemittel strömt in den Speicher 9 und wird dann wieder in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel getrennt. Das gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 2 angesaugt, und das flüssige Kältemittel strömt in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8.
  • iii) Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens
  • Wenn die Steuereinheit 100 die Anforderungen der beiden oben beschriebenen Heiz- und Kühlbetriebsweisen von der entfernten Steuerung 110 oder anderen Steuereinrichtungen empfängt, steuert die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) das erste Drei-Wege-Ventil 10 zum Öffnen des Kältemitteldurchlasses 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 und zum Schließen des ersten Bypassdurchlasses 12, und die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) steuert das zweite Drei-Wege-Ventil 11 zum Öffnen des Kältemitteldurchlasses 8a des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8 und zum Schließen des zweiten Bypassdurchlasses 13, um die beiden Betriebsarten, den Heizbetrieb und den Kühlbetrieb, auszuführen. Zusätzlich öffnet die Steuereinheit 100 vollständig das erste Expansionsventil 4 und stellt den Öffnungsgrad der Ejektoreinrichtung 17 auf den geeigneten Grad ein. Die Steuereinheit 100 betreibt des Weiteren die Pumpe 31, das Gebläse 33 und eine der Pumpen 41, 51 entsprechend der Anforderung des Heizbetriebs. Dementsprechend strömt in einem Kältekreislauf des Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens das Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 → das erste Expansionsventil 4 → der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 → die Ejektoreinrichtung 17 → der Speicher 9. Kältemittel, welches in den Speicher 9 von der Ejektoreinrichtung 17 strömt, wird in flüssiges Kältemittel und in gasförmiges Kältemittel getrennt. Das abgetrennte flüssige Kältemittel strömt in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8, und das abgetrennte gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 2 angesaugt.
  • Gasförmiges Kältemittel von hohem Druck, welches von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, strahlt Wärme an ein Heizfluid ab, welches in dem ersten Heizzirkulationskreis 40 oder in dem zweiten Heizzirkulationskreis 50 zirkuliert, wenn das gasförmige Kältemittel von hohem Druck durch den Kältemitteldurchlass 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 hindurchgeht. Das Kältemittel strömt anschließend durch das erste Expansionsventil 4 und durch den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5, und dann wird das Kältemittel in dem zweiten Expansionsventil 7 dekomprimiert, in welchem der Öffnungsgrad derart gesteuert wird, dass der Kältemitteldruck der Hochdruckseite eingestellt wird. Das Kältemittel, welches aus dem zweiten Expansionsventil 7 herausströmt, strömt in den Speicher 9 und wird in flüssiges Kältemittel und in gasförmiges Kältemittel getrennt. Das gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 2 angesaugt, und das flüssige Kältemittel strömt in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8. Das flüssige Kältemittel absorbiert Wärme von einem Kühlfluid, das in dem Kühlungszirkulationskreis 30 zirkuliert, und verdampft in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8. Das Kältemittel, welches aus dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 herausströmt, wird in die Ejektoreinrichtung 17 von dem Saugteil 17a angesaugt und wird mit Kältemittel, welches von dem Düsenteil ausgelassen wird, in dem Mischteil der Ejektoreinrichtung 17 gemischt. Ein Druck des gemischten Kältemittels wird durch eine Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit des gemischten Kältemittels in dem Diffusorteil der Ejektoreinrichtung 17 erhöht. Das in dem Diffusorteil unter Druck gesetzte Kältemittel strömt in den Speicher 9 und wird dann wiederum in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel getrennt. Das abgetrennte gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 2 angesaugt, und das abgetrennte flüssige Kältemittel strömt in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Bei einer fünften Ausführungsform ist eine Wärmepumpenvorrichtung 1D mit einer elektrischen Ejektoreinrichtung 18 anstatt des ersten Expansionsventils 4, das bei der obigen ersten Ausführungsform beschrieben ist, versehen. Andere Abschnitte, welche in der fünften Ausführungsform nicht beschrieben werden, sind ähnlich zu der ersten Ausführungsform. Die anderen Abschnitte umfassen eine Ausgestaltung, einen Betrieb von jeder Komponente, eine Betriebsweise und Wirkung von jedem Betriebsmodus und betriebliche Effekte.
  • Wie es in den 6A und 6B gezeigt ist, umfasst die Wärmepumpenvorrichtung 1D die Ejektoreinrichtung 18 als ein Beispiel der ersten Dekomprimierungseinrichtung, welche Kältemittel dekomprimiert, das in den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 strömt. Ein Öffnungsgrad der Ejektoreinrichtung 18 kann durch die Steuereinheit 100 eingestellt werden. Die Ejektoreinrichtung 18 umfasst einen Düsenteil, welcher einen kleinen Querschnitt aufweist, um das Kältemittel, welches von dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 strömt, zu drosseln, und einen Saugteil 18a, welcher gasförmiges Kältemittel ansaugt, das in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 verdampft.
  • Im Inneren des Düsenteils ist ein Nadelventil koaxial zu einem Auslassanschluss des Düsenteils angeordnet, und das Nadelventil kann in seiner axialen Richtung durch einen Betrieb eines Aktuators bewegt werden, um einen Öffnungsgrad des Auslassanschlusses zu steuern. Die Ejektoreinrichtung 18 umfasst weiterhin einen Mischteil, der stromabwärts von dem Düsenteil in der Strömungsrichtung des Kältemittels angeordnet ist, und einen Diffusorteil (Kompressionsteil), in welchem ein Durchlassquerschnitt allmählich in der Strömungsrichtung des Kältemittels vergrößert wird, um einen Druck des Kältemittels zu erhöhen.
  • Kältemittel, welches aus dem Diffusorteil der Ejektoreinrichtung 18 herausströmt, strömt in einen Speicher 19, und das Kältemittel wird in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel getrennt. Das gasförmige Kältemittel strömt in Richtung zu dem Kompressor 2, und das flüssige Kältemittel wird zu dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 geliefert. Der Speicher 19 ist an einer Einlassseite des Drei-Wege-Ventils 11 in dem Kältekreislauf angeordnet, um Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 herausströmt, in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel zu trennen. Das abgetrennte flüssige Kältemittel strömt in den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5, und das abgetrennte gasförmige Kältemittel strömt in Richtung zu dem Kompressor 2.
  • Weiterhin ist, wie es in der 6A gezeigt ist, ein Abzweigungsabschnitt Z an einer stromaufwärtigen Seite von dem Ejektor 18 in einer Kältemittelströmung vorgesehen, und das Drei-Wege-Ventil ist zum Beispiel in dem Abzweigungsabschnitt Z vorgesehen. Wenn der Heizbetriebsmodus eingestellt ist, bringt das Drei-Wege-Ventil das gesamte Kältemittel dazu, durch den Ejektor 18 zu strömen. Wenn der Kühlbetriebsmodus eingestellt ist, bringt das Drei-Wege-Ventil das gesamte Kältemittel dazu, den Ejektor 18 zu umgehen und durch den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 hindurchzuströmen. Wenn der Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens eingestellt ist, bringt das Drei-Wege-Ventil das gesamte Kältemittel dazu, durch den Ejektor 18 zu strömen.
  • Als nächstes wird ein Betrieb von jedem Betriebsmodus (Heizbetriebsmodus, Kühlbetriebsmodus, Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens) in der Wärmepumpenvorrichtung 1D beschrieben werden.
  • i) Heizbetriebsmodus
  • Wenn die Steuereinheit 100 lediglich eine Anforderung eines Ausführens der Heißwasserversorgung (Wärmespeicherung in dem Wasserheiztank 43) oder eine Anforderung eines Betreibens der Heizeinrichtung 52 von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen erhält, steuert die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) das erste Drei-Wege-Ventil 10 zum Öffnen eines Kältemitteldurchlasses 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 und zum Schließen des ersten Bypassdurchlasses 12, und die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) steuert das zweite Drei-Wege-Ventil 11 zum Öffnen des zweiten Bypassdurchlasses 13 und zum Schließen des Kältemitteldurchlasses 8a des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8, um den Heizbetrieb auszuführen. Zusätzlich stellt die Steuereinheit 100 einen Öffnungsgrad der Ejektoreinrichtung 18 auf einen geeigneten Grad ein und betreibt das Gebläse 6 und eine der Pumpen 41, 51 entsprechend der obigen Anforderung. In einem Kältekreislauf des Heizbetriebsmodus strömt dementsprechend das Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 → die Ejektoreinrichtung 18 → der Speicher 19. Das abgetrennte flüssige Kältemittel in dem Speicher 19 wird in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 verdampft und wird in den Saugteil 18a der Ejektoreinrichtung 18 angesaugt. Das abgetrennte gasförmige Kältemittel in dem Speicher 19 wird in den Kompressor 2 über den zweiten Bypassdurchlass 13 angesaugt.
  • Gasförmiges Kältemittel von hohem Druck, welches von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, strahlt Wärme an ein Heizfluid ab, welches in dem ersten Heizzirkulationskreis 40 oder in dem zweiten Heizzirkulationskreis 50 zirkuliert, wenn das gasförmige Kältemittel von hohem Druck durch den Kältemitteldurchlass 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 hindurchgeht. Das gasförmige Kältemittel von hohem Druck wird dementsprechend in dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 gekühlt. Anschließend wird das Kältemittel in dem Düsenteil der Ejektoreinrichtung 18 dekomprimiert, in welchem der Öffnungsgrad derart gesteuert wird, dass der Kältemitteldruck der Hochdruckseite eingestellt wird, und dann strömt das Kältemittel in den Speicher 19. Das Kältemittel wird in dem Speicher 19 in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel getrennt, und das gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 2 durch den zweiten Bypassdurchlass 13 angesaugt. Das flüssige Kältemittel strömt in den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 und verdampft durch eine Wärmeabsorption von der Luft, welche durch das Gebläse 6 geblasen wird, in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5. Das Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 herausströmt, wird in die Ejektoreinrichtung 18 von dem Saugteil 18a angesaugt und wird mit Kältemittel, welches von dem Düsenteil ausgelassen wird, in dem Mischteil der Ejektoreinrichtung 18 gemischt. Ein Druck des gemischten Kältemittels wird durch eine Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit des gemischten Kältemittels in dem Diffusorteil der Ejektoreinrichtung 18 erhöht. Das in dem Diffusorteil unter Druck gesetzte Kältemittel strömt in den Speicher 19, und dann wird das Kältemittel in gasförmiges Kältemittel und in flüssiges Kältemittel getrennt. Das gasförmige Kältemittel wird in den Kompressor 2 angesaugt, und das flüssige Kältemittel strömt in den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5.
  • ii) Kühlbetriebsmodus
  • Wenn die Steuereinheit 100 lediglich eine Anforderung eines Betriebs der Kühleinrichtung 32 von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen empfängt, steuert die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) das erste Drei-Wege-Ventil 10 zum Öffnen des ersten Bypassdurchlasses 12 und zum Schließen des Kältemitteldurchlasses 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3, und die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) steuert das zweite Drei-Wege-Ventil 11 zum Öffnen des Kältemitteldurchlasses 8a des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8 und zum Schließen des zweiten Bypassdurchlasses 13, um den Kühlbetrieb auszuführen. Die Steuereinheit 100 steuert zusätzlich die Ejektoreinrichtung 18, um die Ejektoreinrichtung 18 vollständig offen zu machen, und reduziert den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7 zum Dekomprimieren von Kältemittel, welches durch das zweite Expansionsventil 7 strömt. Die Steuereinheit 100 betreibt des Weiteren das Gebläse 6, die Pumpe 31 und das Gebläse 33. In einem Kältekreislauf des Kühlbetriebsmodus strömt dementsprechend Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → der erste Bypassdurchlass 12 → der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 → der Speicher 19 → das zweite Expansionsventil 7 → der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 → der Kompressor 2.
  • Gasförmiges Kältemittel von hohem Druck, welches von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, strömt durch den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher 5 ohne ein Hindurchgehen durch den Wärmestrahlungswärmetauscher 3 und die Ejektoreinrichtung 18. Anschließend strömt das Kältemittel durch den Speicher 19 und wird in dem zweiten Expansionsventil 7 dekomprimiert, in welchem der Öffnungsgrad derart gesteuert ist, dass der Kältemitteldruck der Hochdruckseite eingestellt ist. Das Kältemittel, welches aus dem zweiten Expansionsventil 7 herausströmt, strömt in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8. Das Kältemittel absorbiert Wärme von einem Kühlfluid, das in dem Kühlungszirkulationskreis 30 zirkuliert, und verdampft dabei in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8.
  • iii) Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens
  • Wenn die Steuereinheit 100 die Anforderungen von sowohl dem oben beschriebenen Heizbetrieb als auch dem oben beschriebenen Kühlbetrieb von der entfernten Steuerung 110 oder von anderen Steuereinrichtungen empfängt, steuert die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) das erste Drei-Wege-Ventil 10 zum Öffnen des Kältemitteldurchlasses 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 und zum Schließen des ersten Bypassdurchlasses 12, und die Steuereinheit 100 (Schaltsteuerabschnitt 120) steuert das zweite Drei-Wege-Ventil 11 zum Öffnen des Kältemitteldurchlasses 8a des Wärmeabsorptionswärmetauschers 8 und zum Schließen des zweiten Bypassdurchlasses 13, um die beiden Betriebsmodi, den Heizbetrieb und den Kühlbetrieb, auszuführen. Die Steuereinheit 100 öffnet zusätzlich vollständig die Ejektoreinrichtung 18 und steuert den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 7 zum Dekomprimieren von Kältemittel, welches durch das zweite Expansionsventil 7 strömt. Die Steuereinheit 100. betreibt des Weiteren die Pumpe 31, das Gebläse 33 und eine der Pumpen 41, 51 entsprechend der Anforderung des Heizbetriebs. In einem Kältekreislauf des Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens strömt dementsprechend das Kältemittel in einer Reihenfolge: der Kompressor 2 → der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 → die Ejektoreinrichtung 18 → der Speicher 19 → das zweite Expansionsventil 7 → der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 – der Kompressor 2.
  • Gasförmiges Kältemittel von hohem Druck, welches von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, strahlt Wärme an ein Heizfluid ab, welches in dem ersten Heizzirkulationskreis 40 oder in dem zweiten Heizzirkulationskreis 50 zirkuliert, wenn das gasförmige Kältemittel von hohem Druck durch den Kältemitteldurchlass 3a des Wärmestrahlungswärmetauschers 3 hindurchgeht. Anschließend strömt das Kältemittel durch die Ejektoreinrichtung 18 und durch den Speicher 19, und dann wird das Kältemittel in dem zweiten Expansionsventil 7 dekomprimiert, in welchem der Öffnungsgrad derart gesteuert wird, dass der Kältemitteldruck der Hochdruckseite eingestellt ist. Das Kältemittel, welches von dem zweiten Expansionsventil 7 herausströmt, strömt in den Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 und absorbiert Wärme von dem Kühlfluid, das in dem Kühlungszirkulationskreis 30 zirkuliert, und verdampft dabei in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8. Bei dem Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens wird die Ejektoreinrichtung 18, in welcher der Druckverlust so weit als möglich reduziert ist, derart betrieben, um einen Druck des Kältemittels nicht zu reduzieren. Die Steuereinheit 100 steuert die Wärmepumpenvorrichtung 1 derart, dass der Wärmestrahlungswärmetauscher 3 und der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 den Wärmestrahleffekt und den Wärmeabsorptionseffekt jeweils ausführen können. Das Gebläse 6 kann entweder im angehaltenen Zustand oder im Betriebszustand sein.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig beschrieben worden ist, sei es angemerkt, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen dem Fachmann des Gebiets offensichtlich sein werden.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen umfasst die Wärmepumpenvorrichtung 1, 1A, 1B, 1C, 1D den Wasserheiztank 43 und die Heizeinrichtung 52 als Beispiele für die erste externe Einrichtung, jedoch kann die Wärmepumpenvorrichtung 1, 1A, 1B, 1C, 1D entweder den Wasserheiztank 43 oder die Heizeinrichtung 52 umfassen. Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen heizt des Weiteren der Wasserheiztank 43 Wasser auf, das darin gespeichert ist, unter Verwendung des Heizfluids als ein Heizmedium. Das Wasser, das in dem Wasserheiztank 43 gespeichert ist, kann alternativ direkt unter Verwenden von Wärme von dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 aufgeheizt werden. In anderen Worten kann das Wasser, welches für die Heißwasserversorgung verwendet wird, als das Heizfluid verwendet werden. Das Wasser in dem Wasserheiztank 43 kann des Weiteren als das Heizfluid verwendet werden, welches an die Heizeinrichtung 52 geliefert wird.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen umfasst die Wärmepumpenvorrichtung 1, 1A, 1B, 1C, 1D die Pumpe 41, welche in dem ersten Heizzirkulationskreis 40 vorgesehen ist, und die Pumpe 51, welche in dem zweiten Heizzirkulationskreis 50 vorgesehen ist. Eine einzige Pumpe kann alternativ anstatt der zwei Pumpen 41, 51 vorgesehen sein, und ein Pfad des Heizfluids kann zwischen dem ersten und dem zweiten Heizzirkulationskreis 40, 50 unter Verwenden eines Schaltventils oder ähnlichem umgeschaltet werden.
  • Bei den oben beschriebenen ersten, zweiten und vierten Ausführungsformen ist das erste Expansionsventil 4 stromabwärts von dem ersten Bypassdurchlass 12 in dem Kältekreislauf angeordnet. Das erste Expansionsventil 4 kann alternativ zwischen einem stromabwärtigen Endteil des ersten Bypassdurchlasses 12 und dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 angeordnet sein. Der stromabwärtige Endteil des ersten Bypassdurchlasses 12 bedeutet hier der Verbindungsteil zwischen dem Abschnitt des Kältekreislaufs stromabwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher 3 und dem ersten Bypassdurchlass 12.
  • Bei den oben beschriebenen ersten, zweiten und fünften Ausführungsformen ist das zweite Expansionsventil 7 stromabwärts von dem zweiten Bypassdurchlass 13 in der Strömungsrichtung des Kältemittels angeordnet. Das zweite Expansionsventil 7 kann alternativ stromaufwärts von einem stromaufwärtigen Endteil von dem zweiten Bypassdurchlass 13 in der ersten und fünften Ausführungsform angeordnet sein. Der stromaufwärtige Endteil des zweiten Bypassdurchlasses 13 bedeutet hier der Verbindungsteil zwischen dem Abschnitt des Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 und dem zweiten Bypassdurchlass 13.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen kühlt der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 das Kühlfluid, welches in einem Rohr strömt, durch einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel. Alternativ kann Luft (Kühlluft) als das Kühlfluid verwendet werden, und der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 kann ausgebildet sein, um die Kühlluft zu einem Kühlzielraum über eine Leitung oder ähnliches zu leiten. Der Wärmeabsorptionswärmetauscher 8 kann des Weiteren Kältemittel in den Kühlzielraum strömen lassen, und das Kältemittel kann Wärme direkt mit Luft in einer inneren Einrichtung oder ähnlichem austauschen, um kalte Luft an den Kühlzielraum bereitzustellen.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen umfasst die Wärmepumpenvorrichtung 1, 1A, 1B, 1C, 1D den Speicher 9, 19, um einer Variierung der Kältemittelmenge in dem Heizbetriebsmodus, in dem Kühlbetriebsmodus und in dem Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens zu begegnen. Wenn die Variierung der Kältemittelmenge jedoch nicht eine Leistung der Wärmepumpenvorrichtung 1, 1A, 1B, 1C, 1D beeinträchtigt, kann der Speicher 9, 19 auch nicht vorgesehen sein.
  • Die Ejektoreinrichtung 17 der oben beschriebenen vierten Ausführungsform und die Ejektoreinrichtung 18 der oben beschriebenen fünften Ausführungsform können im gleichen Kältekreislauf verwendet werden. In anderen Worten kann die Ejektoreinrichtung 18 anstatt des ersten Expansionsventils 4 der ersten Ausführungsform verwendet werden, und die Ejektoreinrichtung 17 kann anstatt des zweiten Expansionsventils 7 der ersten Ausführungsform verwendet werden.
  • Das Betriebsfluid, welches in dem Kältekreislauf der Wärmepumpenvorrichtung 1 strömt, ist nicht auf Kohlendioxid beschränkt. Zum Beispiel kann ein anderes Kältemittel, wie zum Beispiel Ozon, als das Betriebsfluid verwendet werden.
  • Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden dem Fachmann des Gebiets unmittelbar deutlich werden. Die Erfindung in ihren breiteren Begriffen ist daher nicht auf die spezifischen Details, die darstellende Vorrichtung und die darstellenden Beispiele, welche gezeigt und beschrieben sind, beschränkt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2010-255994 A [0002]
    • JP 2004-239549 A [0003]

Claims (8)

  1. Wärmepumpenvorrichtung, aufweisend: einen Kompressor (2), welcher zum Ansaugen von Kältemittel und zum Auslassen des angesaugten Kältemittels ausgebildet ist; einen Wärmestrahlungswärmetauscher (3), welcher zum Aufheizen eines Heizfluids unter Verwenden einer Wärmestrahlung des Kältemittels, welches von dem Kompressor (2) ausgelassen wird, ausgebildet ist; eine erste Dekomprimierungseinrichtung (4), welche stromabwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher (3) in einem Strom des Kältemittels angeordnet ist, wobei die erste Dekomprimierungseinrichtung (4) fähig ist zu einem Einstellen eines Drucks des Kältemittels, welches dort hindurch strömt; einen Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5), welcher stromabwärts von der ersten Dekomprimierungseinrichtung (4) in dem Strom des Kältemittels angeordnet ist und welcher ausgestaltet ist, um es dem Kältemittel, welches von der ersten Dekomprimierungseinrichtung (4) herausströmt, zu erlauben, Wärme mit Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) auszutauschen; eine zweite Dekomprimierungseinrichtung (7), welche stromabwärts von dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) in dem Strom des Kältemittels angeordnet ist, wobei die zweite Dekomprimierungseinrichtung (7) fähig ist zu einem Einstellen eines Drucks des Kältemittels, welches dort hindurch strömt; einen Wärmeabsorptionswärmetauscher (8), welcher stromabwärts von der zweiten Dekomprimierungseinrichtung (7) in dem Strom des Kältemittels angeordnet ist und welcher zum Kühlen eines Kühlfluids unter Verwenden einer Wärmeabsorption des Kältemittels, welches aus der zweiten Dekomprimierungseinrichtung (7) herausströmt, ausgebildet ist; und einen Schaltsteuerabschnitt (120), welcher ausgestaltet ist zu einem wahlweisen Schalten unter einem Heizbetriebsmodus, in welchem das Heizfluid, welches zu einer ersten externen Einrichtung geliefert wird, geheizt wird, einem Kühlbetriebsmodus, in welchem das Kühlfluid, welches zu einer zweiten externen Einrichtung geliefert wird, gekühlt wird, und einem Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens, in welchem gleichzeitig das Heizfluid geheizt wird und das Kühlfluid gekühlt wird, wobei in dem Heizbetriebsmodus der Wärmestrahlungswärmetauscher (3) das Heizfluid aufheizt, die erste Dekomprimierungseinrichtung (4) Kältemittel dekomprimiert, welches aus dem Wärmestrahlungswärmetauscher (3) herausströmt, der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) es dem Kältemittel, das aus der ersten Dekomprimierungseinrichtung (4) herausströmt, ermöglicht, Warme von Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) zu absorbieren, und der Kompressor (2) Kältemittel, das aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) herausströmt, darin ansaugt; in dem Kühlbetriebsmodus es die erste Dekomprimierungseinrichtung (4) dem Kältemittel, welches aus dem Kompressor (2) herausströmt, ermöglicht, durch die erste Dekomprimierungseinrichtung (4) ohne eine Dekomprimierung hindurchzugehen, der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) es dem Kältemittel, welches aus der ersten Dekomprimierungseinrichtung (4) herausströmt, ermöglicht, Wärme an Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) abzustrahlen, die zweite Dekomprimierungseinrichtung (7) Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) herausströmt, dekomprimiert, der Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) das Kühlfluid kühlt und der Kompressor (2) Kältemittel, welches aus dem Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) herausströmt, darin ansaugt; und in dem Betriebsmodus eines gleichzeitigen Heizens und Kühlens der Wärmestrahlungswärmetauscher (3) das Heizfluid aufheizt, die erste Dekomprimierungseinrichtung (4) es dem Kältemittel, welches aus dem Wärmestrahlungswärmetauscher (3) herausströmt, ermöglicht, durch die erste Dekomprimierungseinrichtung (4) ohne eine Dekomprimierung hindurchzugehen, der Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) es dem Kältemittel, welches aus der ersten Dekomprimierungseinrichtung (4) herausströmt, ermöglicht, Wärme mit Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) auszutauschen, die zweite Dekomprimierungseinrichtung (7) Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) herausströmt, dekomprimiert, der Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) das Kühlfluid kühlt und der Kompressor (2) Kältemittel, welches aus dem Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) herausströmt, darin ansaugt.
  2. Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend einen ersten Bypassdurchlass (12), welcher einen ersten Abschnitt eines Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher (3) und einen zweiten Abschnitt des Kältekreislaufs stromabwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher (3) verbindet, und einen zweiten Bypassdurchlass (13), welcher einen dritten Abschnitt des Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) und einen vierten Abschnitt des Kältekreislauf stromabwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) verbindet, wobei der erste Bypassdurchlass (12) das Kältemittel, welches von dem Kompressor (2) ausgelassen wird, dazu bringt, den Wärmestrahlungswärmetauscher (3) durch den ersten Bypassdurchlass (12) in dem Kühlbetriebsmodus zu umgehen, und der zweite Bypassdurchlass (13) das Kältemittel, welches aus dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) herausströmt, dazu bringt, den Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) durch den zweiten Bypassdurchlass (13) in dem Heizbetriebsmodus zu umgehen.
  3. Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 2, weiterhin aufweisend einen ersten Schaltabschnitt (10, 14, 15), welcher ausgebildet ist zum Schalten des Kältekreislaufs zwischen einem Kältemittelpfad, in welchem Kältemittel den Wärmestrahlungswärmetauscher (3) umgeht, und einem Kältemittelpfad, in welchem Kältemittel den ersten Bypassdurchlass (12) umgeht, und einen zweiten Schaltabschnitt (11, 7, 16), welcher ausgebildet ist zum Schalten des Kältekreislaufs zwischen einem Kältemittelpfad, in welchem Kältemittel den Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) umgeht, und einem Kältemittelpfad, in welchem Kältemittel den zweiten Bypassdurchlass (13) umgeht, wobei der Schaltsteuerabschnitt (120) den ersten und zweiten Schaltabschnitt (10, 14, 15, 11, 7, 16) derart steuert, dass Kältemittel in dem Kältekreislauf ohne ein Hindurchgehen durch den ersten Bypassdurchlass (12) und ohne ein Hindurchgehen durch den Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) in dem Heizbetriebsmodus zirkuliert, der Schaltsteuerabschnitt (120) den ersten und zweiten Schaltabschnitt (10, 14, 15, 11, 7, 16) derart steuert, dass Kältemittel in dem Kältekreislauf ohne ein Hindurchgehen durch den Wärmestrahlungswärmetauscher (3) und ohne ein Hindurchgehen durch den zweiten Bypassdurchlass (13) in dem Kühlbetriebsmodus zirkuliert, und der Schaltsteuerabschnitt (120) den ersten und zweiten Schaltabschnitt (10, 14, 15, 11, 7, 16) derart steuert, dass Kältemittel in dem Kältekreislauf ohne ein Hindurchgehen durch den ersten Bypassdurchlass (12) und ohne ein Hindurchgehen durch den zweiten Bypassdurchlass (13) in dem Betriebmodus eines gleichzeitigen Heizen und Kühlens zirkuliert.
  4. Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Schaltabschnitt (10) an einem Verbindungsteil zwischen dem ersten Abschnitt des Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher (3) und dem ersten Bypassdurchlass (12) angeordnet ist, der erste Schaltabschnitt (10) ein Drei-Wege-Ventil (10) ist, welches ausgebildet ist zum Verbinden von zweien der drei Durchlässe, welche mit dem Drei-Wege-Ventil (10) verbunden sind, der zweite Schaltabschnitt (11) an einem Verbindungsteil zwischen dem dritten Abschnitt des Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) und dem zweiten Bypassdurchlass (13) angeordnet ist und der zweite Schaltabschnitt (11) ein Drei-Wege-Ventil (11) ist, welches ausgebildet ist zum Verbinden von zweien der drei Durchlässe, welche mit dem Drei-Wege-Ventil (11) verbunden sind.
  5. Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Dekomprimierungseinrichtung (4) oder die zweite Dekomprimierungseinrichtung (7) eine Ejektoreinrichtung (17, 18) ist und die Ejektoreinrichtung (17, 18) umfasst: einen Düsenteil, welcher ausgebildet ist zum Einstellen eines Drucks des Kältemittels, welches dort hinein strömt, durch Dekomprimierung und Expansion des Kältemittels, einen Saugteil (17a), welcher ausgebildet ist zum Ansaugen von gasförmigem Kältemittel, welches aus dem Wärmestrahlungswärmetauscher (3) oder aus dem Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) herausströmt, durch eine Saugkraft des Kältemittels, welches von dem Düsenteil ausgestoßen wird, einen Mischteil, welcher stromabwärts von dem Düsenteil in einer Kältemittelströmungsrichtung angeordnet ist, wobei der Mischteil darin einen Raum aufweist, in welchem das gasförmige Kältemittel von dem Saugteil (17a) und das Kältemittel, welches von dem Düsenteil ausgestoßen wird, miteinander gemischt werden, und einen Diffusorteil, welcher stromabwärts von dem Mischteil angeordnet ist, wobei der Diffusorteil einen Kältemitteldurchlass aufweist, der nach und nach in seinem Querschnitt in der Kältemittelströmungsrichtung derart vergrößert wird, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, welches aus dem Mischteil herausströmt, verringert wird, wobei der Düsenteil weiterhin einen Kältemittelauslass aufweist, der mit dem Wärmestrahlungswärmetauscher (3) oder dem Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) verbunden ist.
  6. Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die ersten Schaltabschnitte (14, 15) ein erstes Öffnungs-/Schließventil (14), welches zum Öffnen oder Schließen des ersten Bypassdurchlasses (12) ausgebildet ist, und ein zweites Öffnungs-/Schließventil (15), welches zum Öffnen oder Schließen eines Kältemitteldurchlasses ausgebildet ist, sind, welche den ersten Abschnitt des Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher (3) und den Wärmestrahlungswärmetauscher (3) verbinden, und die zweiten Schaltabschnitte (16, 7) ein drittes Öffnungs-/Schließventil (16), welches zum Öffnen oder Schließen des zweiten Bypassdurchlasses (13) ausgebildet ist, und die zweite Dekomprimierungseinrichtung (7), welche zum Öffnen oder Schließen eines Kältemitteldurchlasses ausgebildet ist, sind, welche den dritten Abschnitt des Kältekreislaufs stromaufwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) und dem Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) verbinden.
  7. Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin aufweisend eine Luftzuführeinrichtung (6), welche ausgebildet ist zum Zuführen von Luft zu dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) für den Wärmeaustausch in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5), und einen Luftzuführsteuerabschnitt (130), welcher ausgebildet ist zum Steuern der Luftzuführeinrichtung (6) zum Einstellen einer Luftmenge, die an den Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) geliefert wird.
  8. Wärmepumpenvorrichtung, aufweisend: einen Kompressor (2), welcher ausgebildet ist zum Ansaugen von Kältemittel und zum Auslassen des angesaugten Kältemittels; einen Wärmestrahlungswärmetauscher (3), welcher ausgebildet ist zum Aufheizen eines Heizfluids, welches an eine erste externe Einrichtung (43, 52) geliefert wird, durch einen Wärmeaustausch mit dem von dem Kompressor (2) ausgelassenen Kältemittel; einen ersten Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitt, welcher ausgebildet ist zum Einstellen einer Kapazität des Wärmeaustauschs zwischen dem Heizfluid und dem Kältemittel in dem Wärmestrahlungswärmetauscher (3); eine erste Dekomprimierungseinrichtung (4), welche stromabwärts von dem Wärmestrahlungswärmetauscher (3) in einer Strömung des Kältemittels angeordnet ist, wobei die erste Dekomprimierungseinrichtung (4) fähig ist zum Einstellen eines Drucks des Kältemittels, welches dort hindurch strömt; einen Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5), welcher stromabwärts von der ersten Dekomprimierungseinrichtung (4) in der Strömung des Kältemittels angeordnet ist und welcher ausgebildet ist, um es dem Kältemittel, welches aus der ersten Dekomprimierungseinrichtung (4) herausströmt, zu ermöglichen, Wärme mit Luft in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) auszutauschen; eine Luftzuführeinrichtung (6), welche ausgebildet ist zum Zuführen von Luft zu dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) für den Wärmeaustausch in dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5); einen Wärmeabsorptionswärmetauscher (8), welcher stromabwärts von dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) in der Strömung des Kältemittels angeordnet ist und welcher ausgebildet ist zum Kühlen eines Kühlfluids, welches an eine zweite externe Einrichtung (32) geliefert wird; einen zweiten Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitt, welcher ausgebildet ist zum Einstellen einer Kapazität des Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlfluid und dem Kältemittel in dem Wärmeabsorptionswärmetauscher (8); eine zweite Dekomprimierungseinrichtung (7), welche stromaufwärts von dem Wärmeabsorptionswärmetauscher (8) in der Strömung des Kältemittels angeordnet ist, wobei die zweite Dekomprimierungseinrichtung (7) fähig ist zum Einstellen eines Drucks des Kältemittels, welches von dem Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (5) herausströmt; und eine Steuereinheit (100), welche ausgebildet ist zum Steuern des ersten Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitts, des zweiten Wärmeaustauschkapazitätseinstellabschnitts, der ersten Dekomprimierungseinrichtung (4) und der zweiten Dekomprimierungseinrichtung (7).
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