DE112014000527T5

DE112014000527T5 - Heizsystem

Info

Publication number: DE112014000527T5
Application number: DE112014000527.4T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Kume
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-10-15
Also published as: WO2014115497A1; JP2014142101A; JP5831467B2

Abstract

Ein Heizsystem umfasst einen Lüftungswärmetauscher 34, der Wärme zwischen einer Abluft, die aus einem Inneren eines Raums als einem Zielheizraum nach außerhalb des Raums abgegeben werden soll, und einer zugeführten Luft, die von außerhalb des Raums in das Innere des Raums gesaugt wird, Wärme austauscht; einen hochtemperaturseitigen Heizungskern 35, der die zugeführte Luft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, unter Verwendung eines von der Heizung geheizten Wärmemediums als eine Wärmequelle heizt; einen niedertemperaturseitigen Heizungskern 36, der die zugeführte Luft, die in den Lüftungswärmetauscher 34 strömt, unter Verwendung eines Wärmemediums, das aus dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 strömt, als eine Wärmequelle heizt; und ein Durchsatzeinstellventil 39, das ein Durchsatzverhältnis des in den hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 strömenden Wärmemediums einstellt. Das Durchsatzeinstellventil 39 stellt den Durchsatz des Wärmemediums, das in den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, derart ein, dass die Temperatur der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, höher als die Taupunkttemperatur ist. Folglich kann die Taukondensation an der Abluftauslassseite des Lüftungswärmetauschers unterdrückt werden.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die Anmeldung basiert auf einer japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-009907 , eingereicht am 23. Januar 2013, deren Inhalte hier in ihrer Gesamtheit per Referenz eingebunden sind.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Heizsystem, das einen Lüftungswärmetauscher umfasst.
In der verwandten Technik offenbart das Patentdokument 1 ein Heizsystem mit einem Lüftungswärmetauscher. Der Lüftungswärmetauscher dient dazu, Wärme zwischen Abluft (Innenluft), die aus dem Inneren nach außerhalb des Raums abgegeben wird, und zugeführter Luft (Außenluft), die beim Lüften des Inneren von außerhalb in sein Inneres gesaugt wird, auszutauschen, wodurch die zugeführte Luft geheizt wird. Das heißt, der Lüftungswärmetauscher des Patentdokuments 1 dient dazu, eine Verringerung der Temperatur des Inneren des Raums aufgrund der Lüftung zu unterdrücken, indem während der Lüftung das Abführen der Wärmeenergie zusammen mit der Innenluft nach außerhalb des Raums unterdrückt wird.
Dokument der verwandten Technik
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 4419475

Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben durch ihre Untersuchungen herausgefunden, dass in dieser Art von Lüftungswärmetauscher zum Beispiel die Abluft, die gekühlt wird, indem sie in dem Lüftungswärmetauscher Wärme mit zugeführter Luft austauscht, bei einer niedrigen Außenlufttemperatur nicht höher als die Taupunkttemperatur sein kann, was die Taukondensation auf der Abluftauslassseite des Lüftungswärmetauschers bewirkt. Eine derartige Taukondensation könnte einen Abluftdurchgang in dem Lüftungswärmetauscher einfrieren, um den Durchgang zu schließen, oder aus einer Wandoberfläche eines Wohnhauses strömen, um Schimmel oder ähnliches verursachen.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die Taukondensation auf der Abluftauslassseite eines Lüftungswärmetauschers in einem Heizsystem mit dem Lüftungswärmetauscher zu verhindern.
Um die vorstehende und andere Aufgaben zu lösen, umfasst ein Heizsystem der vorliegenden Erfindung: eine Heizung, die ein Wärmemedium heizt; einen Lüftungswärmetauscher, der Wärme zwischen einer Abluft, die aus einem Zielheizraum nach außerhalb eines Raums abgegeben werden soll, und einer zugeführten Luft, die von außerhalb des Raums in den Zielheizraum gesaugt wird, austauscht; einen hochtemperaturseitigen Heizungskern, der die zugeführte Luft, die von dem Lüftungswärmetauscher geheizt wird, unter Verwendung eines hochtemperaturseitigen Wärmemediums, das von der Heizung geheizt wird, als eine Wärmequelle heizt; einen niedertemperaturseitigen Heizungskern, der die zugeführte Luft, die in den Lüftungswärmetauscher strömt, unter Verwendung eines niedertemperaturseitigen Wärmemediums mit einer niedrigeren Temperatur als der des Wärmemediums, das aus dem hochtemperaturseitigen Heizungskern strömt, als eine Wärmequelle heizt; und einen Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitt, der ein Wärmemediumdurchsatzverhältnis des Durchsatzes des in den hochtemperaturseitigen Heizungskern strömenden hochtemperaturseitigen Wärmemediums zu dem des in den niedertemperaturseitigen Heizungskern strömenden niedertemperaturseitigen Wärmemediums einstellt.
Das Heizsystem umfasst den Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitt und kann somit die Temperatur der zugeführten Luft, die in den Lüftungswärmetauscher strömt, einstellen, das heißt, kann die Temperatur der zugeführten Luft, die in dem Lüftungswärmetauscher Wärme mit der Abluft austauscht, durch Einstellen der Heizkapazität des niedertemperaturseitigen Kerns einstellen. Daher kann die Temperatur der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher strömt, eingestellt werden, um dadurch die Taukondensation an der Abluftauslassseite des Lüftungswärmetauschers zu unterdrücken.
Alternativ kann das Heizsystem der vorliegenden Offenbarung ferner den Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt umfassen, der einen Betrieb des Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitts steuert, in dem der Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt den Betrieb des Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitts derart steuert kann, dass eine Temperatur der aus dem Lüftungswärmetauscher strömenden Abluft höher als die Taupunkttemperatur der aus dem Lüftungswärmetauscher strömenden Abluft ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein beispielhaftes Gesamtaufbaudiagramm eines Heizsystems gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Diagramm, das die Temperaturänderung von Abluft, die aus einem Lüftungswärmetauscher oder ähnlichem strömt, in Bezug auf die Änderung des Durchsatzes von Warmwasser, das in einen niedertemperaturseitigen Heizungskern strömt, zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Hauptteil einer Steuerverarbeitung zeigt, die von dem Heizsystem in einer Ausführungsform durchgeführt wird.
Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend unter Bezug auf 1 beschrieben. Ein Heizsystem 1 wird auf Wohnhäuser angewendet und angepasst, um das Innere jedes Raums (Zielheizraum, der geheizt werden soll), wie etwa ein Wohnzimmer, eine Küche und ein Schlafzimmer, zu heizen Ferner ist das Wohnhaus ein zugfreies Haus, welches das sogenannte luftdichte Haus ist, und benötigt regelmäßige Lüftung.
Wie in dem beispielhaften Aufbaudiagramm von 1 umfasst das Heizungssystem 1 einen Wärmepumpenkreislauf 10, der zugeführtes Heißwasser heizt, einen Heißwasserlagerbehälter 20, der das von dem Wärmepumpenkreislauf 10 geheizte zugeführte Heißwasser darin lagert, und eine Zuführungsluftheizeinheit 30, die die zugeführte Luft (Außenluft), die von außerhalb in das Innere des Raums gesaugt wird, während der Lüftung des inneren heizt.
Der Wärmepumpenkreislauf 10 ist ein Dampfkompressionskältekreislauf, der aufgebaut ist, indem ein Kompressor 11, ein Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12, ein elektrisches Expansionsventil 13 und ein Verdampfer 14 durch Kältemittelrohrleitungen verbunden sind. Der Wärmepumpenkreislauf 10 dient als eine Heizung, die das Wärmemedium, wie etwa ein zugeführtes Heißwasser oder ein Warmwasser, direkt oder indirekt heizt, die später beschrieben werden soll.
Der Wärmepumpenkreislauf 10 verwendet Kohlendioxid als ein Kältemittel und bildet einen überkritischen Kältekreislauf, in dem ein hochdruckseitiger Kältemitteldruck in einem Kreislauf, der von einer Ausstoßöffnungsseite des Kompressors 11 zu einer Einlassseite des elektrischen Expansionsventils 13 führt, größer oder gleich dem kritischen Druck des Kältemittels wird Kältemaschinenöl zum Schmieren des Kompressors 11 wird in das Kältemittel gemischt, und ein Teil des Kältemaschinenöls zirkuliert zusammen mit dem Kältemittel durch den Kreislauf.
Der Kompressor 11 saugt ein Kältemittel an, komprimiert das Kältemittel auf den kritischen Druck oder höher und stößt das komprimierte Kältemittel dann in dem Wärmepumpenkreislauf 10 daraus aus. In dieser Ausführungsform wird ein elektrischer Kompressor, der einen Kompressionsmechanismus mit fester Verdrängung mit einer festen Ausstoßkapazität unter Verwendung eines Elektromotors antreibt, als der Kompressor 11 verwendet. Der Betrieb des Elektromotors des Kompressors 11 (die Drehzahl) wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von einer Steuerung ausgegeben wird, die später beschrieben werden soll.
Der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 tauscht Wärme zwischen dem von dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittel und dem zugeführtem Heißwasser aus, wodurch das zugeführte Heißwasser direkt geheizt wird. Das zugeführte Heißwasser ist ein Fluid, das von dem Wärmepumpenkreislauf 10 geheizt werden soll. Das zugeführte Heißwasser wird in dem Heißwasserlagerbehälter 20, der später beschrieben werden soll, gelagert und dann an eine Küche, ein Bad, etc. zugeführt. Ferner dient das zugeführte Heißwasser auch als ein Wärmemedium, das in dem Wärmepumpenkreislauf 10 erzeugte Wärme auf ein anderes zugeführtes Heißwasser überträgt, das in dem Heißwasserlagerbehälter 20 gelagert ist.
Ein derartiger Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 kann einen Wärmetauscher oder ähnliches verwenden, in dem mehrerer Rohre bereitgestellt sind, um die Zirkulation von Kältemittel zuzulassen, während Kältemitteldurchgänge 12a, Wasserdurchgänge 12b zwischen den benachbarten Rohren ausgebildet sind und Innenrippen in den Wasserdurchgängen 12b angeordnet sind, um den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel zu fördern.
Ferner verwendet der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 in dieser Ausführungsform einen Gegenströmungswärmetauscher, in dem eine Strömungsrichtung des Kältemittels, das durch den Kältemitteldurchgang 12a strömt, entgegengesetzt zu der des zugeführten Heißwassers ist, das durch den Wasserdurchgang 12b strömt.
Der Gegenströmungswärmetauscher kann zwischen dem Kältemittel auf der Einlassseite des Kältemitteldurchgangs 12a und dem zugeführten Heißwasser auf der Auslassseite des Wasserdurchgangs 12b und auch zwischen dem Kältemittel auf der Auslassseite des Kältemitteldurchgangs 12a und dem zugeführten Heißwasser auf der Einlassseite des Wasserdurchgangs 12b Wärme austauschen, so dass eine Temperaturdifferenz zwischen dem zugeführten Heißwasser und dem Kältemittel über einen gesamten Wärmeaustauschbereich sichergestellt werden kann, wodurch ein Wärmeaustauschwirkungsgrad verbessert wird.
Der Wärmepumpenkreislauf 10 bildet, wie vorstehend beschrieben, den überkritischen Kältekreislauf. Folglich führt das Kältemittel in dem Kältemitteldurchgang 12a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 Wärme ab, während es in einem überkritischen Zustand bleibt, ohne kondensiert zu werden, wodurch seine Enthalpie verringert wird.
Das elektrische Expansionsventil 13 ist ein Dekompressor, der das aus den Kältemitteldurchgängen 12a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömende Kältemittel dekomprimiert. Insbesondere ist das elektrische Expansionsventil 13 ein variabler Drosselmechanismus, der einen Ventilkörper mit variablem Drosselöffnungsgrad und einen elektrischen Aktuator, der geeignet ist, den Drosselöffnungsgrad des Ventilkörpers zu ändern, umfasst. Ferner wird der Betrieb des elektrischen Aktuators durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Steuerung ausgegeben wird.
Ein Verdampfer 14 dient dazu, das von dem elektrischen Expansionsventil 13 dekomprimierte Kältemittel durch Austauschen von Wärme mit Außenluft oder Abluft, die aus einem Lüftungswärmetauscher 34 einer Zuführungsluftheizeinheit 30, die später beschrieben werden soll, strömt, zu verdampfen. Als ein derartiger Verdampfer 14 kann ein Rippen- und Rohr-Wärmetauscher oder ähnliches verwendet werden. Die Kältemittelauslassseite des Verdampfers 14 ist mit der Ansaugöffnungsseite des Kompressors 11 verbunden.
Beachten Sie, dass jeweilige Komponenten 11 bis 14 des Wärmepumpenkreislaufs 10 (Komponenten, die in einem Bereich angeordnet sind, der von einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie in 1 umschlossen ist) in einem Gehäuse oder in einer Rahmenstruktur, die integral als eine Wärmepumpeneinheit strukturiert ist, aufgenommen sind.
Als nächstes wird der Heißwasserlagerbehälter 20 nachstehend beschrieben. Der Heißwasserlagerbehälter 20 ist ein Warmwasserbehälter, der aus Metall (zum Beispiel rostfrei) mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit ausgebildet ist. Der Heißwasserlagerbehälter 20 hat eine wärmeisolierte Struktur, deren Außenumfang mit einem Wärmeisolator bedeckt ist, oder eine Vakuumisolationsstruktur, die einen Doppelbehälter, etc umfasst. Der Heißwasserlagerbehälter 20 kann das zugeführte Heißwasser lange Zeit auf hoher Temperatur halten kann Der Heißwasserlagerbehälter 20 ist auch außerhalb des Raums angeordnet.
Das zugeführte Heißwasser, das in dem Heißwasserlagerbehälter 20 gelagert ist, wird von einem Zapfloch, das an einem oberen Teil des Heißwasserlagerbehälters 20 bereitgestellt ist, abgegeben und mit Kaltwasser vermischt, das von einer Zapfstelle zugeführt wird, um dadurch seine Temperatur von einem (nicht gezeigten) Temperatureinstellventil eingestellt zu bekommen. Dann wird das vermischte heiße Wasser an das Innere (insbesondere die Küche, das Bad und ähnliche) zugeführt Leitungswasser wird von einem Speisewassereinlass zugeführt, der an einem unteren Teil des Heißwasserlagerbehälters 20 bereitgestellt ist, um den Lagerbehälter wieder mit dem zugeführten Heißwasser in einer Menge des gelieferten Heißwassers aufzufüllen.
Ferner ist der Heißwasserlagerbehälter 20 durch einen ersten Wasserzirkulationskreis 21 mit den Wasserdurchgängen 12b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 in dem Wärmepumpenkreislauf 10 verbunden Der erste Wasserzirkulationskreis 21 ist ein Wasserzirkulationskreis, der zulässt, dass das zugeführte Heißwasser zwischen dem Heißwasserlagerbehälter 20 und dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 zirkuliert. Der erste Wasserzirkulationskreis 21 ist mit einer ersten Wasserzirkulationspumpe 22, die als eine Wasserdruckspeisung für die Zirkulation des zugeführten Heißwassers dient, versehen.
Die erste Wasserzirkulationspumpe 22 ist eine elektrische Wasserpumpe, die das zugeführte Heißwasser, das aus einem Warmwasserauslass, der auf der Unterseite des Heißwasserlagerbehälters 20 strömt, ansaugt und das zugeführte Heißwasser an die Wasserdurchgänge 12b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 druckspeist. Ferner wird der Betrieb der ersten Wasserzirkulationspumpe 22 (ihre Drehzahl) von einem Steuersignal gesteuert, das von der Steuerung ausgegeben wird.
Wenn somit die erste Wasserzirkulationspumpe 22 einmal betätigt wird, zirkuliert das zugeführte Heißwasser von dem Heißwasserauslass, der auf der Unterseite des Heißwasserlagerbehälters 20 bereitgestellt ist, in dieser Reihenfolge durch die erste Wasserzirkulationspumpe 22, die Wasserdurchgänge 12b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 und einen auf der Oberseite des Heißwasserlagerbehälters 20 bereitgestellten Heißwassereinlass Auf diese Weise tritt eine Temperaturverteilung auf, in der das von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 geheizte zugeführte Heißwasser zu der Oberseite des Heißwasserlagerbehälters 20 strömt, und innerhalb des Heißwasserlagerbehälters 20 wird die Temperatur des zugeführten Heißwassers von der Oberseite zu seiner Unterseite verringert.
Ferner wird in dieser Ausführungsform der Gegenströmungswärmetauscher als der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 verwendet. Folglich tauscht das zugeführte Heißwasser, das aus dem auf der Unterseite des Heißwasserlagerbehälters 20 bereitgestellten Warmwasserauslass strömt, Wärme mit dem Kältemittel aus, das eine relativ niedrige Enthalpie hat und durch eine strömungsabwärtige Seite der Kältemittelströmung in dem Kältemitteldurchgang 12a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 zirkuliert, Das heißt, das zugeführte Heißwasser mit einer niedrigen Temperatur auf der Unterseite des Heißwasserlagerbehälters 20 dient als ein Wärmemedium, das direkt Wärme mit dem Kältemittel austauscht, das in das elektrische Expansionsventil 13 auf der strömungsabwärtigen Seite des Kältemitteldurchgangs 12a in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt.
Andererseits wird das zugeführte Heißwasser, das aus dem Wasserdurchgang 12b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt, durch Austauschen von Wärme mit dem Kältemittel, das eine relativ hohe Enthalpie hat und durch die strömungsaufwärtige Seite der Kältemittelströmung des Kältemitteldurchgangs 12a in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt, geheizt. Das heißt, das zugeführte Heißwasser mit einer hohen Temperatur auf der Oberseite des Heißwasserlagerbehälters 20 dient als ein Wärmemedium, das in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 direkt mit dem von dem Kompressor 11 des Wärmepumpenkreislaufs 10 ausgestoßenen Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel geheizt wird.
Die Zuführungsluftheizeinheit 30 umfasst einen Abluftlüftungsdurchgang 32, der Abluft zirkuliert, die bei der Lüftung des Inneren des Raums aus dem Inneren nach außerhalb des Raums abgegeben wird, und ein Gehäuse 31, das mit einem Zuführungsluftlüftungsdurchgang 33 versehen ist, der die zugeführte Luft, die von außerhalb ins Innere des Raums eingesaugt wird, zirkuliert. Das Gehäuse 31 nimmt einen Abluftgebläseventilator 32a, einen Zuführungsluftgebläseventilator 33a, einen Lüftungswärmetauscher 34 und einen hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 und einen niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 darin auf, die die zugeführte Luft zu heizen.
Der Abluftgebläseventilator 32a ist ein elektrisches Gebläse, das Abluft aus dem Inneren nach außerhalb des Raums bläst, und ist auf der strömungsaufwärtigsten Seite der Abluftströmung in dem Abluftlüftungsdurchgang 32 angeordnet. Der Zuführungsluftgebläseventilator 33a ist ein elektrisches Gebläse, das die zugeführte Luft von außen ins Innere des Raums bläst, und ist auf der strömungsaufwärtigsten Seite der Zuführungsluftströmung in dem Zuführungsluftlüftungsdurchgang 33 angeordnet. Die Betriebsrate des Abluftgebläseventilators 32a und des Zuführungsluftgebläseventilators 33a, das heißt, die Drehzahl (Volumen der geblasenen Luft) werden jeweils durch eine Steuerspannung gesteuert, die von der Steuerung ausgegeben wird.
Der Lüftungswärmetauscher 34 tauscht während der Lüftung des Inneren Wärme zwischen der Abluft und der zugeführten Luft aus. Folglich kann der Lüftungswärmetauscher 34 die zugeführte Luft zum Beispiel durch Austauschen von Wärme zwischen der Hochtemperaturabluft und der Niedertemperaturzuführungsluft beim Heizen des Inneren des Raums heizen. Das heißt, der Lüftungswärmetauscher 34 dient dazu, die Verringerung in der Temperatur des Inneren des Raums aufgrund der Lüftung durch Rückgewinnen von Wärmeenergie, die zusammen mit der Abluft nach außerhalb des Raums abgeführt wird, zur Zeit des Heizens zu unterdrücken, wodurch die zugeführte Luft geheizt wird.
Ein derartiger Lüftungswärmetauscher 34 kann einen Wärmetauscher oder ähnliches verwenden, in dem Metallplatten (z. B. Aluminiumplatte oder Kupferplatte) mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit parallel zueinander laminiert sind, Abluftdurchgänge und Ansaugdurchgänge abwechselnd zwischen den benachbarten Metallplatten ausgebildet sind, und Innenrippen angeordnet sind, um den Wärmeaustausch zwischen der Abluft und der zugeführten Luft innerhalb der Abluftdurchgänge und der Ansaugdurchgänge zu fördern. Folglich kann der Lüftungswärmetauscher 34 die zugeführte Luft kühlen, indem er zum Beispiel beim Kühlen des Inneren des Raums Wärme zwischen der Hochtemperaturzuführungsluft und der Niedertemperaturabluft austauscht.
Der hochtemperaturseitige Heizungskern 35 ist ein hochtemperaturseitiger Heizwärmetauscher, der die zugeführte Luft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt (zugeführte Luft auf der strömungsabwärtigen Seite des Lüftungswärmetausches 34), unter Verwendung von Warmwasser, das durch das Innere des Heizungskerns strömt, als eine Wärmequelle heizt Der niedertemperaturseitige Heizungskern 36 ist ein niedertemperaturseitiger Heizwärmetauscher, der die zugeführte Luft heizt, die in den Lüftungswärmetauscher 34 (zugeführte Luft auf der strömungsaufwärtigen Seite des Lüftungswärmetauschers 34) strömt, indem er zulässt, dass Warmwasser, das aus dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 strömt und dessen Temperatur verringert wird, durch das innere des Heizungskerns zirkuliert, und das Warmwasser als eine Wärmequelle verwendet.
Der hochtemperaturseitige Heizungskern 35 und der niedertemperaturseitige Heizungskern 36 sind in einem zweiten Wasserzirkulationskreis 37 für die Zirkulation des Warmwassers angeordnet und mit einem Warmwasserdurchgang 38 verbunden, der in dem Heißwasserlagerbehälter 20 angeordnet ist. Der zweite Wasserzirkulationskreis 37 ist ein Wasserzirkulationskreis, der Warmwasser zwischen dem Warmwasserdurchgang 38, dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 und dem niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 zirkuliert.
Der zweite Wasserzirkulationskreis 37 ist mit einem Dreiwegdurchsatzeinstellventil 39 versehen, welches das Verhältnis des Durchsatzes des hochtemperaturseitigen Warmwassers, das aus dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 strömt, zu dem des niederdruckseitigen Warmwassers, das in den niederdruckseitigen Heizungskern 36 strömt, einstellt, ebenso wie einer zweiten Wasserzirkulationspumpe 40 oder ähnlichem, die als eine Wasserdruckspeisung dient, die das Warmwasser zirkuliert. Der zweite Wasserzirkulationskreis 37 ist ferner mit einem Umleitungsdurchgang 41 versehen, der zulässt, dass das aus dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 strömende Warmwasser, dessen Temperatur verringert ist, in die Einlassseite der zweiten Wasserzirkulationspumpe 40 strömt, während es den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 umgeht.
Das Warmwasser, das durch den zweiten Wasserzirkulationskreis 37 zirkuliert, ist ein Wärmemedium, das Wärme, die in dem in dem Heißwasserlagerbehälter 20 gelagerten zugeführten Heißwasser enthalten ist, auf die zugeführte Luft überträgt. Leitungswasser, das von der gleichen Art wie das zugeführte Heißwasser ist, oder eine wässrige Ethylenglykollösung können als das Warmwasser verwendet werden. Das heißt, das Heizsystem 1 überträgt in dem Wärmepumpenkreislauf 10 erzeugte Wärme über zwei Arten von Wärmemedien einschließlich des zugeführten Heißwassers und des Warmwassers an die zugeführte Luft.
Der Warmwasserdurchgang 38 ist derart angeordnet, dass er sich vertikal erstreckt, während er sich innerhalb des Heißwasserlagerbehälters 20 schlängelt. Folglich kann die Zirkulation des Warmwassers durch den Warmwasserdurchgang 38 das Warmwasser unter Verwendung des in dem Heißwasserlagerbehälter 20 gelagerten zugeführten Heißwassers als eine Wärmequelle heizen.
Ein Warmwassereinlass des Warmwasserdurchgangs 38 ist auf der Unterseite des Heißwasserlagerbehälters 20 bereitgestellt, und ein Warmwasserauslass des Warmwasserdurchgangs 38 ist auf der Oberseite des Heißwasserlagerbehälters 20 bereitgestellt. Wie vorstehend erwähnt, tritt die Temperaturverteilung auf, in der die Temperatur des Zuführungswarmwassers von der Unterseite zu der Oberseite in dem Heißwasserlagerbehälter 20 erhöht wird. Folglich wird die Temperatur des Warmwassers, das durch den Warmwasserdurchgang 38 zirkuliert, auch von der Unterseite (Warmwassereinlassseite) zu der Oberseite (Warmwasserauslassseite) erhöht.
Das Durchsatzeinstellventil 39 ist auf der strömungsaufwärtigen Seite der Warmwasserströmung durch den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 angeordnet. Das Durchsatzeinstellventil 39 ist ein elektrisches Durchsatzeinstellventil, welches das Umleitungsdurchsatzverhältnis des Durchsatzes des Warmwassers, das in den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, zu dem des Warmwassers, das in den Umleitungsdurchgang 41 strömt, in dem niedertemperaturseitigen Warmwasser, das aus dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 strömt und seine Temperatur verringert hat, einstellt. Ferner wird der Betrieb des Durchsatzeinstellventils 39 durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Steuerung ausgegeben wird.
Das heißt, das Durchsatzeinstellventil 39 stellt den Durchsatz von Warmwasser auf der Niedertemperaturseite, das in den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, durch Ändern des Umleitungsdurchsatzverhältnisses ein Folglich dient das Durchsatzeinstellventil 39 als ein Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitt, der das Durchsatzverhältnis (Wärmemediumdurchsatzverhältnis) des Durchsatzes des hochtemperaturseitigen Warmwassers (hochtemperaturseitiges Wärmemedium), das in den hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 strömt, zu dem des niedertemperaturseitigen Warmwassers (niedertemperaturseitiges Wärmemedium), das in den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, einstellt.
Die zweite Wasserzirkulationspumpe 40 ist eine elektrische Wasserpumpe, die das aus dem niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömende Warmwasser ansaugt und das angesaugte Warmwasser an die Warmwassereinlassseite des Warmwasserdurchgangs 38 druckspeist. Ferner wird der Betrieb der zweiten Wasserzirkulationspumpe 40 (ihre Drehzahl) durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Steuerung ausgegeben wird.
Wenn die zweite Wasserzirkulationspumpe 40 einmal betätigt wird, zirkuliert das Warmwasser in dieser Reihenfolge von der zweiten Wasserzirkulationspumpe 40 durch den Warmwassereinlass des Warmwasserdurchgangs 38, der auf der Unterseite des Heißwasserbehälters angeordnet ist, den Warmwasserdurchgang 38, den Warmwasserauslass des Warmwasserdurchgangs 38, der auf der Oberseite des Heißwasserlagerbehälters 20 angeordnet ist, den hochtemperaturseitigen Heizungskern 35, das Durchsatzeinstellventil 39, den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 und die zweite Wasserzirkulationspumpe 40, während es von dem Durchsatzeinstellventil 39 in dieser Reihenfolge durch den Umleitungsdurchgang 41 und die zweite Wasserzirkulationspumpe 40 zirkuliert.
In der Zuführungsluftheizeinheit 30 ist ein (nicht gezeigter) Kanal mit der strömungsabwärtigen Seite des Abluftlüftungsdurchgangs 32 verbunden. Der Kanal leitet die Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, wie in dicken gestrichelten Pfeilen von 1 gezeigt, zu der Seite des Verdampfers 14 des Wärmepumpenkreislaufs 10. Folglich kann der Verdampfer 14 Wärme zwischen dem Niederdruckkältemittel, das von dem elektrischen Expansionsventil 13 dekomprimiert wird, und Abluft austauschen, um zu bewirken, dass das Kältemittel verdampft.
Als nächstes wird nachstehend eine Kurzfassung des elektrischen Steuerabschnitts beschrieben. Die (nicht gezeigte) Steuerung umfasst einen wohlbekannten Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und ähnlichem und seine periphere Schaltung, Die Steuerung führt basierend auf in dem ROM gespeicherten Steuerprogrammen verschiedene Berechnungen und Verarbeitungen durch und steuert die Betriebe der verschiedenen elektrischen Aktuatoren 11, 13, 22, 32a, 33a, 40.
Die Eingangsseite der Steuerung ist mit einer Gruppe verschiedener Arten von Steuersensoren verbunden, die einen hochdruckseitigen Drucksensor, einen Erhitzungstemperatursensor, einen Verdampfertemperatursensor, einen Außenlufttemperatursensor, einen Temperatursensor im Behälter, einen Warmwassertemperatursensor, einen einlassseitigen Ablufttemperatursensor 51, einen einlassseitigen Abluftfeuchtigkeitssensor 52 und einen auslassseitigen Ablufttemperatursensor 53 umfassen Erfassungssignale von der Sensorgruppe werden in die Steuerung eingespeist. Der hochdruckseitige Drucksensor ist eine hochdruckseitige Druckerfassungseinrichtung, die einen hochdruckseitigen Kältemitteldruck Pd eines von dem Kompressor 11 ausgestoßenen hochdruckseitigen Kältemittels erfasst. Der Erhitzungstemperatursensor ist ein Erhitzungstemperatursensor, der eine Erhitzungstemperatur Two des Zuführungsheißwassers, das aus dem Wasserdurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt, erfasst. Der Verdampfertemperatursensor ist eine Verdampfertemperaturerfassungseinrichtung, die eine Kältemittelverdampfungstemperatur (Temperatur des Verdampfers 14) Ts in dem Verdampfer 14 erfasst. Der Außenlufttemperatursensor ist eine Außenlufttemperaturerfassungseinrichtung, die eine Außenlufttemperatur Tam erfasst Der Temperatursensor im Behälter ist eine Temperaturerfassungseinrichtung im Behälter, die eine Temperatur Tt des zugeführten heißen Wassers erfasst, das in dem Heißwasserlagerbehälter 20 gelagert ist. Der Warmwassertemperatursensor ist eine Warmwassertemperaturerfassungseinrichtung, die eine Auslasstemperatur Tout des Warmwassers erfasst, das aus dem Warmwasserdurchgang 38 strömt. Der einlassseitige Ablufttemperatursensor 51 ist eine einlassseitige Ablufttemperaturerfassungseinrichtung, die eine einlassseitige Ablufttemperatur Texi von Abluft, die in den Lüftungswärmetauscher 34 strömt, erfasst. Der einlassseitige Abluftfeuchtigkeitssensor 52 ist eine einlassseitige Abluftfeuchtigkeitserfassungseinrichtung, die eine einlassseitige Abluftfeuchtigkeit Hexi von Abluft, die in den Lüftungswärmetauscher 34 strömt, erfasst. Der auslassseitige Ablufttemperatursensor 53 ist eine auslassseitige Ablufttemperaturerfassungseinrichtung die eine auslassseitige Ablufttemperatur Texo von Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, erfasst.
Ferner ist die Eingangsseite der Steuerung mit einem (nicht gezeigten) Bedienfeld verbunden Das Bedienfeld ist mit einem Bedienschalter, der ein Bediensignal ausgibt, das den Betrieb des Heizsystems 1 anfordert, einem Temperaturfestlegungsschalter, der die Erhitzungstemperatur (Zielheiztemperatur) des zugeführten Heißwasser festlegt, versehen. Die Bediensignale von diesen Schaltern werden in die Steuerung eingespeist.
Die Steuerung hat eine Steuereinheit zum Steuern verschiedener Arten von Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen, die mit ihrer Ausgangsseite verbunden sind, darin eingebaut. Die Struktur (Hardware und Software) zur Steuerung des Betriebs jeder der Vorrichtungen, die in der Steuerung gesteuert werden sollen, bildet die Steuereinheit, die den Betrieb der entsprechenden Vorrichtung, die gesteuert werden soll, steuert.
Zum Beispiel dient die Struktur (Hardware und Software) zur Steuerung des Betriebs des Kompressors 11 (Kältemittelausstoßkapazität) in der Steuerung als eine Kompressorsteuereinheit, und die Struktur (Hardware und Software) zur Steuerung des Betriebs des Durchsatzeinstellventils 39 dient als ein Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt. Die Kompressorsteuereinheit und der Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt können aus einer anderen Vorrichtung als der Steuerung aufgebaut sein.
Der Betrieb des Heizsystems 1 wird nachstehend beschrieben. Wenn von dem Bedienschalter des Bedienfelds mit elektrischer Leistung, die von einer externen Leistungsquelle an das Heizsystem 1 geliefert wird, ein Betriebsanforderungssignal ausgegeben wird, führt die Steuerung die in dem ROM (Speicherschaltung) gespeicherte Steuerverarbeitung (Steuerprogramm) aus.
Die Steuerverarbeitung bedingt das Lesen eines Bediensignals von dem Bedienfeld und eines Erfassungssignals, das durch die vorstehend beschriebene Sensorgruppe erfasst wird, und die Bestimmung eines Steuerzustands (insbesondere eines Steuersignals oder einer Steuerspannung, die an jede der verschiedenen Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen, ausgegeben wird) jeder der verschiedenen Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen, und die mit der Ausgangsseite der Steuerung verbunden sind, basierend auf dem Bediensignal und Erfassungssignal, die gelesen werden.
Zum Beispiel wird das Steuersignal, das an den Kompressor 11 ausgegeben werden soll, unter Bezug auf ein in dem ROM der Steuerung gespeichertes Steuerkennfeld basierend auf einem Heißwasserzuführungstemperatur-Festlegungssignal ebenso wie der Außenlufttemperatur Tam, die von dem Außenlufttemperatursensor erfasst wird, bestimmt. Insbesondere wird die Drehzahl (Kältemittelausstoßkapazität) des Kompressors 11 derart bestimmt, dass sie aufgrund des Heißwasserzuführungstemperatur-Festlegungssignals mit zunehmender Festlegungstemperatur und abnehmender Außenlufttemperatur Tam zunimmt.
Das Steuersignal, das an das elektrische Aktuatorexpansionsventil 13 ausgegeben werden soll, wird derart bestimmt, dass der hochtemperaturseitige Kältemitteldruck Pd des Wärmepumpenkreislaufs 10 einen Zielhochdruck erreicht. Der Zielhochdruck wird derart bestimmt, dass der Leistungskoeffizient (COP) des Wärmepumpenkreislaufs 10 unter Bezug auf das in dem ROM der Steuerung gespeicherte Steuerkennfeld basierend auf der Außenlufttemperatur Tam und der Drehzahl des Kompressors 11 maximiert wird.
Die Steuerspannung, die an die erste Wasserzirkulationspumpe 22 des ersten Wasserzirkulationskreises 21 ausgegeben werden soll, wird unter Verwendung eines Rückkopplungssteuerverfahrens oder ähnlichem derart gesteuert, dass die Erhitzungstemperatur Two des zugeführten Heißwassers, das aus dem Wasserdurchgang 12b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt, sich einer Zielheiztemperatur (zum Beispiel 80°C bis 90°C) nähert, die von dem Temperaturfestlegungsschalter festgelegt wird. Die Steuerspannungen, die an den Abluftgebläseventilator 32a und den Zuführungsluftgebläseventilator 33a ausgegeben werden sollen, werden derart bestimmt, dass der Abluftgebläseventilator 32a und der Zuführungsluftgebläseventilator 33a jeweils eine vorgegebene Blaskapazität zeigen.
Die Steuerspannung, die an die zweite Wasserzirkulationspumpe 40 des zweiten Wasserzirkulationskreises 37 ausgegeben werden soll, wird unter Verwendung des Rückkopplungssteuerverfahrens oder ähnlichem derart bestimmt, dass die Auslasstemperatur Tout des Warmwassers, das aus dem Warmwasserdurchgang 38 strömt (Temperatur von Warmwasser, das in den hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 strömt), eine vorgegebene Referenztemperatur (in der ersten Ausführungsform 40°C bis 50°C) wird Die Referenztemperatur ist ein Wert, der derart bestimmt wird, dass die zugeführte Luft, die mit dem Warmwasser Wärme ausgetauscht hat, das aus dem Warmwasserdurchgang 38 in dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 strömt, eine Temperatur (zum Beispiel 30°C bis 40°C) erreicht, die die Heizung des inneren des Raums geeignet erreichen kann.
Das Steuersignal, das an das Durchsatzeinstellventil 39 ausgegeben werden soll, wird derart bestimmt, dass die Temperatur der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, höher als die Taupunkttemperatur Tdp der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, ist.
Hier tauscht der Lüftungswärmetauscher 34 beim Heizen Wärme zwischen der zugeführten Luft und der Abluft aus, wodurch die Wärmeenergie, die zusammen mit der Abluft nach außerhalb des Raums abgegeben wird, zurück gewonnen wird. Wenn die Innentemperatur (das heißt, die einlassseitige Ablufttemperatur Texi) und die Außenlufttemperatur Tam somit wie in 2 konstant sind, wird die Rückgewinnungsmenge der Wärmeenergie mit abnehmender Temperatur der aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömenden Abluft vergrößert.
Wenn die Temperatur der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, hinunter auf die Taupunkttemperatur Tdp oder weniger verringert wird, um die Rückgewinnungsmenge der Wärmeenergie zu vergrößern, könnte die Taukondensation auf der Auslassseite des Abluftdurchgangs in dem Lüftungswärmetauscher 34 bewirkt werden. Eine derartige Taukondensation könnte den Abluftdurchgang in dem Lüftungswärmetauscher 34 einfrieren, um den Durchgang zu verschließen, oder zu einer Wandoberfläche oder ähnlichem eines Wohnhauses ausströmen und Schimmel verursachen.
Andererseits tauscht der Lüftungswärmetauscher 34 Wärme zwischen der zugeführten Luft und der Abluft aus, wodurch wie in 2 die Temperatur der aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömenden Abluft durch Einstellen der Temperatur der zugeführten Luft, die in den Lüftungswärmetauscher 34 strömt, eingestellt werden kann.
In dieser Ausführungsform steuert die Steuerung den Betrieb des Durchsatzeinstellventils 39, um den Durchsatz von Warmwasser, das in den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, einzustellen, so dass die Temperatur der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, sich einer Temperatur nähert, die um einen vorgegebenen Referenzwert α (in dieser Ausführungsform 1°C) höher als die Taupunkttemperatur Tdp ist.
Der Referenzwert α ist ein Wert, der bestimmt wird, um die Erzeugung der Taukondensation auf der Auslassseite des Abluftdurchgangs des Lüftungswärmetauschers 34 aufgrund eines Erfassungsfehlers jeder Erfassungseinrichtung oder einer Betriebsverzögerung des Durchsatzeinstellventils 39 zu verhindern.
Insbesondere wird das Steuersignal, das an das Durchsatzeinstellventil 39 ausgegeben werden soll, gemäß dem Flussdiagramm von 3 bestimmt. Das Flussdiagramm von 3 ist ein Steuerfluss, der als eine Subroutine oder eine Hauptroutine ausgeführt wird.
In Schritt S1 wird die Taupunkttemperatur Tdp der aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömenden Abluft basierend auf der Außenlufttemperatur Tam, der einlassseitgen Ablufttemperatur Texi und der einlassseitgen Ablufttemperatur Hexi, die in der Hauptroutine gelesen werden, berechnet.
Die Taupunkttemperatur Tdp kann unter Verwendung von wenigstens zwei Erfassungswerten aus der Außenlufttemperatur Tam, der einlassseitigen Ablufttemperatur Texi und der einlassseitigen Abluftfeuchtigkeit Hexi berechnet oder geschätzt werden. In dieser Ausführungsform werden drei Erfassungswerte verwendet, um die Genauigkeit der Berechnung der Taupunkttemperatur Tdp zu verbessern.
Anschließend wird in Schritt S2 ein Wert (Tdp + α), der durch Addieren des vorgegebenen Referenzwerts α (z. B. 1°C) zu der in Schritt S1 berechneten Taupunkttemperatur Tdp erhalten wird, mit einer auslassseitigen Ablufttemperatur Texo, die von der Hauptroutine gelesen wird, verglichen.
Wenn die Beziehung von Tdp + α < Texo in Schritt 82 als erfüllt bestimmt wird, da die auslassseitige Ablufttemperatur Texo höher als der Wert ist, der durch Addieren des Referenzwerts α zu der Taupunkttemperatur Tdp erhalten wird, könnte die Taupunktkondensation an der Auslassseite des Abluftdurchgangs in dem Lüftungswärmetauscher 34 nicht bewirkt werden.
Dann geht der Betrieb weiter zu Schritt S3, in dem das Steuersignal, das an das Durchsatzeinstellventil 39 ausgegeben werden soll, derart bestimmt wird, dass der Durchsatz des Warmwassers, das in den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, um eine vorgegebene Menge verringert wird, woraufhin die Rückkehr zu der Hauptroutine folgt. Auf diese Weise kann die Temperatur der zugeführten Luft, die in den Lüftungswärmetauscher 34 strömt, verringert werden, um die Temperatur der aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömenden Abluft zu verringern, wodurch die Rückgewinnungsmenge der Wärmeenergie in dem Lüftungswärmetauscher 34 vergrößert wird.
Wenn die folgende Beziehung von Tdp + α = Texo in Schritt 82 als erfüllt bestimmt wird, ist die auslassseitige Ablufttemperatur Texo nur um den Referenzwert α höher als die Taupunkttemperatur Tdp, worauf die Rückkehr zu der Hauptroutine folgt, ohne das Steuersignal zu ändern, das an das Durchsatzeinstellventil 39 ausgegeben wird.
Wenn die Beziehung von Tdp + α > Texo in Schritt S2 als erfüllt bestimmt wird, da die auslassseitige Ablufttemperatur Texo niedriger als der Wert ist, der durch Addieren des Referenzwerts α zu der Taupunkttemperatur Tdp erhalten wird, könnte die Taukondensation an der Auslassseite des Abluftdurchgangs in dem Lüftungswärmetauscher 34 bewirkt werden.
Dann geht der Betrieb zu Schritt 84, in dem das Steuersignal, das an das Durchsatzeinstellventil 39 ausgegeben werden soll, derart bestimmt wird, dass der Durchsatz des Warmwassers, das in den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, um einen vorgegebenen Betrag erhöht wird, woraufhin die Rückkehr zu der Hauptroutine folgt. Auf diese Weise kann die Temperatur der zugeführten Luft, die in den Lüftungswärmetauscher 34 strömt, vergrößert werden, um die Temperatur der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, zu erhöhen, wodurch die Temperatur der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, höher als die Taupunkttemperatur Tdp gemacht wird.
In der von der Steuerung ausgeführten Steuerverarbeitung werden das Steuersignal und die Steuerspannung, die wie vorstehend beschrieben bestimmt werden, an die jeweiligen verschiedenen Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen, ausgegeben. Dann wird der Wärmepumpenkreislauf 10 betrieben, so dass die Temperatur Tt des in dem Heißwasserlagerbehälter 20 gelagerten zugeführten Heißwassers sich der Zielheiztemperatur nähert, die von dem Temperaturfestlegungsschalter festgelegt wird.
Danach wiederholt die Steuerung jeden vorgegebenen Steuerzyklus eine Steuerroutine, bis der Bedienschalter des Bedienfelds AUS-geschaltet wird und angefordert wird, dass der Betrieb des Heizsystems 1 gestoppt wird. Die Steuerroutine bedingt das Lesen des vorstehend erwähnten Erfassungssignals und Bediensignals, das Bestimmen des Steuerzustands jeder der verschiedenen Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen, und das Ausgeben einer Steuerspannung und des Steuersignals an jede der verschiedenen Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen.
Wenn das Heizsystem 1 folglich einmal betätigt wird, strömt in dem Wärmepumpenkreislauf 10 das von dem Kompressor 11 ausgestoßene Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel in die Kältemitteldurchgänge 12a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 und führt dann Wärme in das zugeführte Heißwasser, das durch die Wasserdurchgänge 12b zirkuliert, ab. Auf diese Weise wird das durch die Wasserdurchgänge 12b zirkulierende zugeführte Heißwasser geheizt.
Das aus dem Kältemitteldurchgang 12a strömende Hochdruckkältemittel strömt in das elektrische Expansionsventil 13, um zu einem Niederdruckkältemittel dekomprimiert zu werden. Das von dem elektrischen Expansionsventil 13 dekomprimierte Niederdruckkältemittel strömt in den Verdampfer 14 und nimmt dann Wärme aus Abluft auf, die aus dem Abluftlüftungsdurchgang 32 der Zuführungsluftheizeinheit 30 strömt, um sich selbst zu verdampfen. Das aus dem Verdampfer 14 strömende Kältemittel wird in den Kompressor 11 gesaugt und erneut komprimiert.
In dem ersten Wasserzirkulationskreis 21 wird das zugeführte Heißwasser mit einer relativ niedrigen Temperatur auf der Unterseite des Heißwasserlagerbehälters 20, das von der ersten Wasserzirkulationspumpe 22 druckgespeist wird, geheizt, wenn es durch die Wasserdurchgänge 12b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt. Das zugeführte Heißwasser, das von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 auf eine hohe Temperatur geheizt wird, wird in der Oberseite des Heißwasserlagerbehälters 20 gelagert.
Da die zweite Wasserzirkulationspumpe 40 in dem zweiten Wasserzirkulationskreis 37 betrieben wird, strömt das warme Wasser aus dem Warmwasserauslass auf der Oberseite des Wasserdurchgangs 38. Zu dieser Zeit wird das Warmwasser, das aus dem Warmwasserauslass des Warmwasserdurchgangs 38 strömt, durch das zugeführte Heißwasser auf eine relativ hohe Temperatur auf der Oberseite des Heißwasserlagerbehälters 20 geheizt, so dass die Temperatur des Warmwassers auf die Referenztemperatur erhöht wird.
Das Warmwasser (Wärmemedium auf der Hochtemperaturseite), dessen Temperatur bis auf die Referenztemperatur erhöht wird, strömt in den hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 und tauscht Wärme mit der zugeführten Luft aus, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, um Wärme davon abzuführen. Folglich wird die zugeführte Luft, die von dem Lüftungsheizwärmtauscher 34 strömt, auf eine Temperatur geheizt, die das Heizen des inneren des Raums geeignet erreichen kann.
Das heißt, in dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 wird das Warmwasser (Wärmemedium auf der Hochtemperaturseite) durch das von dem Kompressor 11 des Wärmepumpenkreislaufs 10 ausgestoßene Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel indirekt über das zugeführte Heißwasser geheizt. Unter Verwendung des Warmwassers als eine Wärmequelle wird die zugeführte Luft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, geheizt.
Ferner strömt das Warmwasser (Wärmemedium auf der Hochtemperaturseite), dessen Temperatur durch Abführen von Wärme in die zugeführte Luft an dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 verringert wird, in das Durchsatzeinstellventil 39, um in den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 und den Umleitungsdurchgang 41 verteilt zu werden Zu dieser Zeit wird die Menge an Warmwasser, das in den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, derart eingestellt, dass die Temperatur der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, sich einem Wert (Tdp + α) nähert, der durch Addieren des Referenzwerts α zu Taupunkttemperatur Tdp erhalten wird.
Das Warmwasser, das von dem Durchsatzeinstellventil 39 in den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, tauscht Wärme mit der zugeführten Luft aus, die von dem Zuführungsluftgebläseventilator 33a in den Lüftungswärmetauscher 34 strömt, wodurch sie Wärme in die zugeführte Luft abführt. Auf diese Weise wird die zugeführte Luft, die in den Lüftungswärmetauscher 34 strömt, geheizt. Das Warmwasser, das aus dem niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, vereinigt sich mit dem Warmwasser, das aus dem Umleitungsdurchgang 41 strömt, um in die zweite Wasserzirkulationspumpe 40 gesaugt zu werden, und wird dann an den Warmwassereinlass des Warmwasserdurchgangs 38, der auf der Unterseite in dem Heißwasserlagerbehälter 20 angeordnet ist, druckgespeist.
Hier tauscht das zugeführte Heißwasser auf der Unterseite des Heißwasserlagerbehälters 20 Wärme mit dem Warmwasser auf der strömungsaufwärtigen Seite der Warmwasserströmung (auf der Warmwassereinlassseite) in dem Warmwasser, das durch den Warmwasserdurchgang 38 zirkuliert, aus. Ferner wird das vorstehende zugeführte Heißwasser von der ersten Wasserzirkulationspumpe 22 in Richtung des Wasserdurchgangs 12b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 druckgespeist und tauscht Wärme mit dem Kältemittel aus, das in das elektrische Expansionsventil 13 auf der Auslassseite des Kältemitteldurchgangs 12a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt.
Daher wird in dem Wärmepumpenkreislauf 10 die Temperatur des Kältemittels, das in das elektrische Expansionsventil 13 strömt, durch das Warmwasser (niedertemperaturseitiges Wärmemedium), das aus dem niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, über das zugeführte Heißwasser verringert.
In der Zuführungsluftheizeinheit 30 wird die zugeführte Luft (Außenluft), die von dem Zuführungsluftgebläseventilator 33a geblasen wird, von dem niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 geheizt, um in einen Ansaugdurchgang des Lüftungswärmetauschers 34 zu strömen. Die zugeführte Luft, die in den Ansaugdurchgang des Lüftungswärmetauschers 34 strömt, tauscht Wärme mit Abluft (Innenluft) aus, die von dem Abluftgebläseventilator 32a geblasen wurde und durch den Abluftdurchgang des Lüftungswärmetauschers 34 zirkuliert. Folglich wird die Temperatur der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, eingestellt, so dass sie sich dem Wert (Tdp + α) nähert, der durch Addieren des Referenzwerts α zu der Taupunkttemperatur Tdp erhalten wird.
Die zugeführte Luft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, wird von dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 weiter geheizt und über den (nicht gezeigten) Kanal zu jedem Raum als dem Zielheizraum geblasen. Andererseits wird die Abluft, die von dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, über den Abluftlüftungsdurchgang 32 und den (nicht gezeigten) Kanal zu der Seite des Verdampfers 14 des Wärmepumpenkreislaufs 10 geblasen.
In dem Heizsystem 1 kann das zugeführte Heißwasser, das von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 des Wärmepumpenkreislaufs 10 geheizt wird, in dem Heißwasserlagerbehälter 20 gelagert werden Ferner kann die von dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 geheizte zugeführte Luft in jeden Raum als den Zielheizraum geblasen werden, um dadurch das Heizen jedes Raums zu erreichen.
Zu dieser Zeit heizt der hochtemperaturseitige Heizungskern 35 die zugeführte Luft, die in den Zielheizraum gesaugt wird, unter Verwendung des Wärmemediums, das indirekt mit Wärme geheizt wird, die in dem Wärmepumpenkreislauf 10 über das zugeführte Heißwasser als eine Wärmequelle erzeugt wird, so dass die Temperatur der zugeführten Luft ausreichend und einfach auf den Pegel erhöht wird, der für das Heizen des Zielheizraums erforderlich ist.
Ferner tauscht der niedertemperaturseitige Heizungskern 36 Wärme zwischen dem Warmwasser und der zugeführten Luft aus, die in den Lüftungswärmetauscher 34 strömt, wodurch die Temperatur des zugeführten Heißwassers, das mit dem Kältemittel, das in das elektrische Expansionsventil 13 strömt, Wärme austauscht, verringert wird, was die Enthalpie des Kältemittels, das in das elektrische Expansionsventil 13 strömt, verringern kann, wodurch die der Leistungskoeffizient (COP) des Wärmepumpenkreislaufs verbessert wird.
Das heißt, das Heizsystem 1 umfasst zwei Heizwärmetauscher, nämlich den hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 und den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36, welche die zugeführte Luft, die von außerhalb des Raums in den Zielheizraum eingesaugt wird, ausreichend heizen können, ohne den COP des Wärmepumpenkreislaufs 10 zu verringern.
Das Heizsystem 1 umfasst das Durchsatzeinstellventil 39 als den Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitt und kann folglich die Temperatur der zugeführten Luft, die in den Lüftungswärmetauscher 34 strömt, das heißt, die Temperatur der zugeführten Luft, die in dem Lüftungswärmetauscher 34 Wärme mit der Abluft austauscht, durch Einstellen der Heizkapazität des niedertemperaturseitigen Heizungskerns 36 einstellen Folglich kann die Temperatur der Abluft die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, eingestellt werden, um dadurch die Taukondensation auf der Auslassseite der Abluft in dem Lüftungswärmetauscher 34 einzustellen.
Ferner wird in dieser Ausführungsform spezifisch der Betrieb des Durchsatzeinstellventils 39 derart gesteuert, dass die Temperatur der aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömenden Abluft ein Wert wird, der erhalten wird, indem der Referenzwert α zu der Taupunkttemperatur Tdp der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, addiert wird, wodurch die Taukondensation an der Auslassseite der Abluft in dem Lüftungswärmetauscher 34 sicher unterdrückt werden kann, wodurch die Verringerung der Rückgewinnungsmenge der Wärmeenergie aus der Abluft verhindert wird.
Diese Ausführungsform umfasst den Umleitungsdurchgang 41, der in dem zweiten Wasserzirkulationskreis 37 bereitgestellt ist, und verwendet als den Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitt das Durchsatzeinstellventil 39, das auf den strömungsabwärtigen Seiten der Warmwasserströmungen des niedertemperaturseitigen Heizungskerns 36 und des Umleitungsdurchgangs 41 strömt. Folglich kann der Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitt die Änderung der Temperatur der zugeführten Luft, die in den Zielheizraum geblasen werden soll, wenn das Verhältnis des Wärmemediumdurchsatzes geändert wird, unterdrücken.
Der Grund dafür ist, dass, selbst wenn das Durchsatzeinstellventil 39 den Durchsatz des Warmwassers (niedertemperaturseitiges Wärmemedium), das in den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, einstellt, der Durchsatz des Warmwassers (hochtemperaturseitiges Wärmemedium), das in den hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 strömt, nicht geändert wird.
Der hochtemperaturseitige Heizungskern 35 des Heizsystems 1 heizt die zugeführte Luft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, unter Verwendung des Warmwassers, das von dem zugeführten Heißwasser als eine Wärmequelle geheizt wird. Mit dieser Struktur kann die Maximaltemperatur des zugeführten Heißwassers in dem Heißwasserlagerbehälter 20 verschieden zu der Maximaltemperatur des Warmwassers sein, das in den hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 strömt.
Somit wird die Temperatur der zugeführten Luft, die von dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 geheizt wird, nicht unnötigerweise erhöht und kann leicht auf die Temperatur eingestellt werden, die das Heizen des Inneren des Raums erreicht. Ferner kann das in dem Heißwasserlagerbehälter 20 gelagerte zugeführte Heißwasser als eine Wärmequelle für eine Luftheizvorrichtung (oder eine Heizeinrichtung) verwendet werden, die einen anderen Temperaturbereich als den des hochtemperaturseitigen Heizungskerns 35 oder des niedertemperaturseitigen Heizungskerns 36 benötigt.
Das Heizsystem 1 bewirkt, dass der Verdampfer 14 Wärme zwischen dem Kältemittel und der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, austauscht, und kann folglich effektiv auslösen, dass die in der Abluft enthaltene Wärme das zugeführte Heißwasser heizt. Ferner kann unterbunden werden, dass die in der Abwärme enthaltene Wärmeenergie nach außerhalb des Raums abgegeben wird, so dass die in der Abluft enthaltene Wärmeenergie effektiv verwendet werden kann, um das Heizen des Inneren des Raums durchzuführen.
Wenngleich der Betrieb des Heizungssystems 1 beim Heizen des Inneren des Raums vorstehend beschrieben wurde, kann das Heizsystem 1 arbeiten, um das zugeführte Heißwasser zu heizen, ohne das Innere des Raums zu heizen. In diesem Fall können die Betriebe des Abluftgebläseventilators 32a, des Zuführungsluftgebläseventilators 33b und der zweiten Wasserzirkulationspumpe 40 gestoppt werden, und der Verdampfer 14 kann arbeiten, um zuzulassen, dass das Kältemittel Wärme aus der Außenluft aufnimmt und sich selbst verdampft.
Wenn das zugeführte Heißwasser in dem Heißwasserlagerbehälter 20 ausreichend geheizt wird, so dass seine Temperatur erhöht wird, kann das Innere des Raums geheizt werden, ohne das zugeführte Heißwasser zu heizen. In diesem Fall können die Betriebe des Kompressors 11, des elektrischen Expansionsventils 13 und der ersten Wasserzirkulationspumpe 22 gestoppt werden.
Andere Ausführungsformen
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, und vielfältige Modifikationen und Änderungen können an diesen Ausführungsformen auf die folgende Weise vorgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen.

(1) Wenngleich in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen das Durchsatzeinstellventil 39 beispielhaft als der Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitt verwendet wird, ist der Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitt nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können normale Zweiwegdurchsatzeinstellventile verwendet werden, um den Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitt zu bilden. In diesem Fall ist anstelle des Durchsatzeinstellventils 39 ein Warmwasserverzweigungsabschnitt zum Verzweigen der Warmwasserströmung angeordnet. Die Zweiwegdurchsatzeinstellventile können jeweils in einem Warmwasserdurchgang angeordnet sein, der von dem Warmwasserverzweigungsabschnitt zu dem niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 und dem Umleitungsdurchang 41 führt.
(2) In der vorstehend erwähnten Ausführungsform ist das Durchsatzeinstellventil 39 beispielhaft mit der Warmwasserauslassseite des hochtemperaturseitigen Heizungskerns 35 verbunden. Alternativ kann zum Beispiel eine Heizung zwischen der Warmwasserauslassseite des hochtemperaturseitigen Heizungskerns 35 und der Einlassseite des Durchsatzeinstellventils 39 angeordnet sein. Die Heizung ist geeignet, ein Objekt, das geheizt werden soll, unter Verwendung des Warmwassers, das aus dem hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 strömt, als eine Wärmequelle zu heizen.

Eine derartige Heizung für die Verwendung ist wünschenswerterweise eine, die eine Wärmequelle in einem niedrigeren Temperaturbereich als dem des hochtemperaturseitigen Heizungskerns 35 und höher als dem des niedertemperaturseitigen Heizungskerns 36 benötigt. Insbesondere können eine Flächenheizung, ein Handtuchwärmer der ähnliches, die eine Wärmequelle mit einem Temperaturbereich von etwa 20°C bis 40°C als die Heizung verwendet werden.

(3) Allerdings wird in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen das zugeführte Heißwasser von dem Wärmepumpenkreislauf 10 geheizt und ferner wird das Warmwasser, das in den hochtemperaturseitigen Heizungskern 35 und den niedertemperaturseitigen Heizungskern 36 strömt, beispielhaft unter Verwendung des geheizten zugeführten Heißwassers als eine Wärmequelle geheizt. Alternativ kann eine Struktur, in der das Warmwasser direkt von dem Wärmepumpenkreislauf 10 geheizt wird, verwendet werden. Ferner ist die Heizung nicht auf den Wärmepumpenkreislauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein Gasheizkessel oder eine Kraftstoffverbrennungsheizung als die Heizung verwendet werden.
(4) Die vorstehend erwähnten Ausführungsformen verwenden die Struktur, in der der Verdampfer 14 Wärme zwischen dem Kältemittel und der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher 34 strömt, austauscht. Jedoch kann eine Struktur, in der der Verdampfer 14 Wärme zwischen dem Kältemittel und der Außenluft austauscht, verwendet werden. Diese Struktur kann einen Kanal abschaffen, der die Abluft von der strömungsabwärtigen Seite des Abluftlüftungsdurchgangs 32 der Zuführungsluftheizeinheit 30 zu der Seite des Verdampfers des Wärmepumpenkreislaufs 10 leitet.
(5) In den vorstehend erwähnten Ausführungsformen ist der Abluftgebläseventilator 32a auf der strömungsaufwärtigsten Seite der Abluftströmung in dem Abluftlüftungsdurchgang 32 angeordnet, und der Zuführungsluftgebläseventilator 33a ist beispielhaft auf der strömungsaufwärtigsten Seite der Zuführungsluftströmung in dem Zuführungsluftlüftungsdurchgang 33 angeordnet Jedoch ist die Anordnung des Abluftgebläseventilators 32a und des Zuführungsluftgebläseventilators 33a nicht auf dieses beschränkt.

Zum Beispiel kann der Abluftgebläseventilator 32a auf der strömungsaufwärtigsten Seite der Abluftströmung in dem Abluftlüftungsdurchgang 32 angeordnet sein, und der Zuführungsluftgebläseventilator 33a kann auf der strömungsabwärtigsten Seite der Zuführungsluftströmung in dem Zuführungsluftlüftungsdurchgang 33 angeordnet sein. Somit sind die zwei Gebläseventilatoren auf der Außenseite des Raums angeordnet, was verhindern kann, dass der Benutzer in dem Inneren des Raums Arbeitsgeräusche hört, die von dem Abluftgebläseventilator 32 und dem Zuführungsluftgebläseventilator 33a erzeugt werden.

(6) In den vorstehend erwähnten Ausführungsformen wird der Lüftungswärmetauscher 34 als ein sinnvoller Wärmetauscher verwendet, der Wärme zwischen Abluft und zugeführter Luft austauscht, indem mehrere Metallplatten mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit laminiert werden. Jedoch kann der Lüftungswärmetauscher 34 der sogenannte Totalwärmetauscher sein, der aufgebaut ist, indem mehrere Plattenelemente laminiert werden, die aus einem wärmeleitenden und feuchtigkeitspermeablen Material ausgebildet sind.

Ein derartiger Totalwärmetauscher kann nicht nur die Temperatur, sondern auch die Feuchtigkeit zwischen der Abluft und der zugeführten Luft austauschen In den vorstehend erwähnten Ausführungsformen kann die Verwendung des Totalwärmetauschers als der Lüftungswärmetauscher 34 die Taukondensation an der Abluftauslassseite des Lüftungswärmetauschers 34 sicherer unterdrücken.

Claims

Heizsystem, das umfasst: eine Heizung (10), die ein Wärmemedium heizt; einen Lüftungswärmetauscher (34), der Wärme zwischen einer Abluft, die aus einem Zielheizraum nach außerhalb eines Raums abgegeben werden soll, und einer zugeführten Luft, die von außerhalb des Raums in den Zielheizraum gesaugt wird, austauscht; einen hochtemperaturseitigen Heizungskern (35), der die zugeführte Luft, die von dem Lüftungswärmetauscher (34) geheizt wird, unter Verwendung eines hochtemperaturseitigen Wärmemediums, das von der Heizung (10) geheizt wird, als eine Wärmequelle heizt; einen niedertemperaturseitigen Heizungskern (36), der die zugeführte Luft, die in den Lüftungswärmetauscher (34) strömt, unter Verwendung eines niedertemperaturseitigen Wärmemediums mit einer niedrigeren Temperatur als der des Wärmemediums, das aus dem hochtemperaturseitigen Heizungskern (35) strömt, als eine Wärmequelle heizt; und einen Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitt (39), der ein Wärmemediumdurchsatzverhältnis eines Durchsatzes des in den hochtemperaturseitigen Heizungskern (35) strömenden hochtemperaturseitigen Wärmemediums zu dem des in den niedertemperaturseitigen Heizungskern (36) strömenden niedertemperaturseitigen Wärmemediums einstellt.
Heizsystem gemäß Anspruch 1, wobei der Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitt (39) das Wärmemediumdurchsatzverhältnis durch Einstellen des Durchsatzes des niedertemperaturseitigen Wärmemediums, das in den niedertemperaturseitigen Heizungskern (36) strömt, einstellt.
Heizsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Durchsatz des Wärmemediums, das in den niedertemperaturseitigen Heizungskern (36) strömt, derart eingestellt wird, dass eine Temperatur von Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher (34) strömt, sich einem Wert (Tdp + α) nähert, die durch Addieren eines Referenzwerts (α) zu einer Taupunkttemperatur (Tdp) erhalten wird.
Heizsystem gemäß Anspruch 2, das ferner umfasst: einen Umleitungsdurchgang (41), der zulässt, dass das niedertemperaturseitige Wärmemedium unter Umgehung des niedertemperaturseitigen Heizungskerns (36) strömt, wobei der Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitt (39) ein Durchsatzeinstellventil (39) umfasst, das ein Umleitungsdurchsatzverhältnis des niedertemperaturseitigen Wärmemediums, das in den niedertemperaturseitigen Heizungskern (36) strömt, zu dem des niedertemperaturseitigen Wärmemediums, das in den Umleitungsdurchgang (41) strömt, ändert.
Heizsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner umfasst: einen Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt, der einen Betrieb des Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitts (39) steuert, wobei der Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt den Betrieb des Wärmemediumdurchsatzeinstellabschnitts (39) derart steuert, so dass eine Temperatur der Abluft, die aus dem Lüftungswärmetauscher (34) strömt, höher als die Taupunkttemperatur (Tdp) der Abluft ist, die aus dem Lüftungswärmetauscher (34) strömt.
Heizsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Heizung ein Wärmepumpenkreislauf (10) mit einem Dekompressor (13) ist, der ein Hochdruckkältemittel dekomprimiert, und eine Temperatur des Kältemittels, das in den Dekompressor (13) strömt, durch das niedertemperaturseitige Wärmemedium, das aus dem niedertemperaturseitigen Heizungskern (36) strömt, verringert wird.