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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Diese Anmeldung basiert auf einer
japanischen Patentanmeldung 2013-89541 , eingereicht am 22. April 2013, deren Offenbarung hier per Referenz eingebunden ist.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Wärmepumpensystem unter Verwendung eines Kältekreislaufs.
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Hintergrundtechnik
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In einer in der Patentliteratur 1 beschriebenen Heißwasserversorgungsvorrichtung strömt von einem Kompressor abgegebenes Hochtemperatur-Hochdruckkältemittel durch einen Wärmetauscher (Strahler) und strömt über ein elektronisches Expansionsventil durch einen Wärmetauscher (Verdampfer) mit einer Außenluft als eine Wärmequelle, wobei es dann zu dem Kompressor zurückkehrt. Auf der Strahlerseite wird Wasser in einem Behälter von einer Speisewasserpumpe geliefert, und zwischen Wasser und Kältemittel wird Wärme ausgetauscht.
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Wenn ein Entfrostungsbetrieb eines Verdampfers ausgeführt wird, wird die Speisewasserpumpe gestoppt und das Entfrosten wird ausgeführt, wobei der Öffnungsgrad des elektronischen Expansionsventils erhöht wird. Auch beschreibt die Patentliteratur 1 einen Umleitungskreis, durch den das Hochdruckkältemittel von einem Kältemittelauslass des Kompressors zu dem Verdampfer strömt, ohne den Strahler zu durchlaufen. In dem Umleitungskreis ist ein Durchsatzregelungsventil, wie etwa ein elektromagnetisches Ventil, angeordnet. Die Patentliteratur 1 schlägt ein Entfrostungsverfahren vor, in dem das Durchsatzregelungsventil geöffnet wird, wenn ein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, und das Hochtemperaturkältemittel in den Verdampfer eingeleitet wird.
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Literatur des bisherigen Stands der Technik
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP 2001-108256 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der Patentliteratur 1 ist es notwendig, den Abgabedruck zu erhöhen, wenn ein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, um die Temperatur des Kältemittels, das den Einlass des Kompressors erreicht, zu erhöhen. Daher steigt der Leistungsverbauch oder Energieverbrauch des Kompressors, wenn ein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird. Folglich besteht eine Nachfrage nach einem Wärmepumpensystem, in dem der Leistungsverbrauch oder Energieverbrauch des Kompressors niedrig gehalten werden kann, wenn ein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, und der Entfrostungsbetrieb endet unverzüglich.
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Eine Aufgabe der Offenbarung ist es, ein Wärmepumpensystem bereitzustellen, welches das Entfrosten äußerst effizient durchführen kann, indem ein Entfrostungsbetrieb in einer kurzen Zeit ausgeführt wird, während der Leistungsverbrauch oder Energieverbrauch niedrig gehalten wird.
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Die Beschreibung der Patentliteratur kann per Referenz als Erklärung des in dieser Spezifikation beschriebenen technischen Faktors aufgenommen werden.
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Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst das Wärmepumpensystem: einen Kompressor, der Kältemittel komprimiert; einen Wärmetauscher, in dem Wärme zwischen dem von dem Kompressor komprimierten Kältemittel und einem Fluid ausgetauscht wird; eine Heizvorrichtung, durch die ein Heizfluid, das aus dem von dem Wärmetauscher geheizten Fluid aufgebaut ist, strömt; eine Fluidzirkulationsvorrichtung, die bewirkt, dass das Heizfluid durch die Heizvorrichtung und den Wärmetauscher zirkuliert; ein Steuerventil, das eine Strömung des Kältemittels steuert, das den Wärmetauscher durchläuft; einen Verdampfer, durch den das Kältemittel, welches das Steuerventil durchläuft, strömt, um Wärme aus der Außenluft aufzunehmen; und eine Steuervorrichtung, die die Fluidzirkulationsvorrichtung und das Steuerventil steuert. Wenn ein Entfrostungsbetrieb des Verdampfers begonnen wird, vergrößert die Steuervorrichtung einen Öffnungsgrad des Steuerventils im Vergleich dazu, wenn kein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, und bewirkt durch Betreiben der Fluidzirkulationsvorrichtung, dass das Fluid in den Wärmetauscher strömt.
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Wenn folglich ein Entfrostungsbetrieb des Verdampfers ausgeführt wird, vergrößert die Steuervorrichtung den Öffnungsgrad des Steuerventils und bewirkt durch Betreiben der Fluidzirkulationsvorrichtung, dass Fluid in den Wärmetauscher strömt. Daher wird an dem Wärmetauscher Wärme der Heizvorrichtung an das Kältemittel geliefert, wodurch ein Entfrostungsbetrieb des Verdampfers ausgeführt werden kann. Aufgrund dessen wird ein Wärmepumpensystem bereitgestellt, in dem durch einen Entfrostungsbetrieb, der in einer kurzen Zeit ausgeführt wird, ein äußerst effizientes Entfrosten erreicht wird, während der Leistungsverbrauch oder Energieverbrauch des Entfrostungsbetriebs niedrig gehalten wird.
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Zum Beispiel kann das Wärmepumpensystem ferner einen Innenwärmetauscher umfassen. Der Innenwärmetauscher umfasst eine hochdruckseitige Wärmeaustauscheinheit, die zwischen dem Wärmetauscher und einem Expansionsventil bereitgestellt ist, und eine niederdruckseitige Wärmeaustauscheinheit, die zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor bereitgestellt ist. Zwischen der hochdruckseitigen Wärmeaustauscheinheit und der niederdruckseitigen Wärmeaustauscheinheit wird Wärme ausgetauscht. Das Steuerventil zum Entfrosten ist zwischen der Kältemittelausströmungsseite des Wärmetauschers und einer Kältemittelzuströmungsseite des Verdampfers bereitgestellt.
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Folglich wird der Wirkungsgrad des Kältekreislaufs durch den Innenwärmetauscher verbessert, so dass die Temperatur von Fluid, das von dem Wärmetauscher geheizt wird, effizient erhöht werden kann. Ferner kann das Entfrosten unter Nutzung der erhöhten Wärme in einer kurzen Zeit ausgeführt werden. Auch strömt beim Entfrosten Kältemittel unter Umgehung des Innenwärmetauschers durch das Steuerventil, so dass die an den Innenwärmetauscher gelieferte Wärmemenge verringert wird. Folglich kann das Entfrosten in einer kurzen Zeit ausgeführt werden.
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Zum Beispiel kann das Wärmepumpensystem ferner eine Fluidtemperaturerfassungseinheit, die die Temperatur des Heizfluids erfasst; und eine Kältemitteltemperaturerfassungseinheit, die die Temperatur des von dem Kompressor komprimierten Kältemittels erfasst, umfassen. Die Steuervorrichtung bestimmt, ob ein Wert, der durch Subtrahieren einer vorgegebenen Temperatur von der Temperatur des Kältemittels, die von der Kältemitteltemperaturerfassungseinheit erfasst wird, berechnet wird, höher als die Temperatur des Heizfluids ist, die von der Fluidtemperaturerfassungseinheit erfasst wird. Wenn der Wert höher als die Temperatur des Heizfluids ist, verringert die Steuervorrichtung eine Drehzahl des Kompressors im Vergleich dazu, wenn der Entfrostungsbetrieb beginnt, um eine vorgegebene Größe.
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Wenn folglich der Wert, der durch Subtrahieren einer vorgegebenen Temperatur von der Kältemitteltemperatur erhalten wird, höher als die von der Fluidtemperaturerfassungseinheit erfasste Temperatur ist, wird die Drehzahl des Kompressors um eine vorgegebene Größe verringert. Daher kann die Leistung oder Energie des Kompressors verringert werden. Wenn ferner die Abgabetemperatur zunimmt, kann das Kältemittel ausreichend Wärme aus dem Fluid aufnehmen.
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Zum Beispiel kann das Wärmepumpensystem ferner eine Fluidtemperaturerfassungseinheit, die die Temperatur des Heizfluids erfasst; und eine Kältemitteltemperaturerfassungseinheit, die die Temperatur des von dem Kompressor komprimierten Kältemittels erfasst, umfassen. Die Steuervorrichtung bestimmt, ob ein Wert, der durch Subtrahieren einer vorgegebenen Temperatur von der Kältemitteltemperatur, die von der Kältemitteltemperaturerfassungseinheit erfasst wird, definiert ist, höher als die Temperatur des Heizfluids ist, die von der Fluidtemperaturerfassungseinheit erfasst wird. Wenn der Wert höher als die Temperatur des Heizfluids ist, vergrößert die Steuervorrichtung den Öffnungsgrad des Steuerventils im Vergleich dazu, wenn der Entfrostungsbetrieb beginnt, um eine vorgegebene Größe.
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Wenn folglich der Wert, der berechnet wird, indem eine vorgegebene Temperatur von der Kältemitteltemperatur subtrahiert wird, höher als die von der Fluidtemperaturerfassungseinheit erfasste Fluidtemperatur ist, wird der Öffnungsgrad des Steuerventils um eine vorgegebene Große vergrößert. Daher nimmt der Druck auf der Hochdruckseite des Kompressors ab, wodurch die Leistung oder Energie des Kompressors verringert werden kann. Auch wird die Abgabekältemitteltemperatur, die eine Kältemitteltemperatur auf der Abgabeseite des Kompressors ist, verringert. Folglich kann das Kältemittel über den Wärmetauscher ausreichend Wärme aus Speisewasser aufnehmen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Wärmepumpensystem gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
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2 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerung des Wärmepumpensystems der ersten Ausführungsform zeigt.
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3 ist ein Diagramm, das die erste Ausführungsform mit einem Vergleichsbeispiel vergleicht, um Vorteile der Verkürzung eines Entfrostungsbetriebs zu zeigen.
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4 ist ein Mollier-Diagramm für einen Entfrostungsbetrieb, der in der ersten Ausführungsform ausgeführt wird.
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5 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Wärmepumpensystem gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
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6 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerung des Wärmepumpensystems einer dritten Ausführungsform darstellt.
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7 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Wärmepumpensystem gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
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8 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Wärmepumpensystem gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt.
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9 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerung des Wärmepumpensystems einer Modifikation zeigt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier nachstehend unter Bezug auf Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen kann einem Teil, der einem in einer vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Gegenstand entspricht, die gleiche Bezugsnummer zugewiesen werden, und die redundante Erklärung für den Teil kann weggelassen werden. Wenn in einer Ausführungsform nur ein Teil eines Aufbaus beschrieben wird, kann eine andere vorhergehende Ausführungsform auf die anderen Teile des Aufbaus angewendet werden.
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Die Teile können selbst dann kombiniert werden, wenn nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, selbst wenn nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können, vorausgesetzt es liegt kein Schaden in der Kombination.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine detaillierte Beschreibung eines Wärmepumpensystems 100 einer ersten Ausführungsform wird unter Bezug auf 1 bis 4 gegeben. Ein Kompressor 1 in 1 ist aus einem elektrischen Kompressor aufgebaut, in dem eine Kompressionseinheit von einem Motor angetrieben wird, wodurch Kältemittel komprimiert wird. In dieser Ausführungsform ist das Kältemittel Kohlendioxid, aber ein anderes Kältemittel kann verwendet werden.
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Ein Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 führt einen Wärmeaustausch zwischen Kältemittel, das von dem Kompressor 1 komprimiert wird, und einem Frostschutzmittel (auf das hier nachstehend auch einfach als Wasser, Warmwasser oder Speisewasser Bezug genommen wird), das ein Fluid bildet, das durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 strömt, aus. Eine Fußbodenheizvorrichtung 6 umfasst eine Warmwasserleitung 3, eine Bodenheizplatte 4 und eine Zirkulationspumpe 5. Wasser, das von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird, strömt durch die Warmwasserleitung 3. Die Zirkulationspumpe 5 bewirkt, dass Wasser durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 zirkuliert und diesen durchläuft.
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Kältemittel, das den Kompressor 1 und den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 durchlaufen hat, strömt durch den Kältekreislauf in Richtung eines Verdampfers 7, der einen Außenwärmetauscher aufbaut, der Wärme aus Außenluft aufnimmt. Ein Steuerventil 9 ist zwischen dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 und dem Verdampfer 7 bereitgestellt. Der Öffnungsgrad des Steuerventils 9 wird durch ein Steuersignal von einer Steuervorrichtung 10 gesteuert. Der Kompressor 1, der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2, das Steuerventil 9 und der Verdampfer 7 bauen eine Kältekreislaufvorrichtung 50 auf, die Wärme aus Außenluft aufnimmt. Die Kältekreislaufvorrichtung 50 ist mit der Fußbodenheizvorrichtung 6 integriert.
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Die Steuervorrichtung 10 steuert wenigstens die Zirkulationspumpe 5 und das Steuerventil 9. Gemäß dem Beginn eines Entfrostungsbetriebs des Verdampfers 7 vergrößert die Steuervorrichtung 10 den Öffnungsgrad des Steuerventils 9 im Vergleich zu einer Zeit des Normalbetriebs und betätigt die Zirkulationspumpe 5, so dass sie rotiert.
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Wenn die Fußbodenheizvorrichtung 6 in dem Zustand, in dem kein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, betrieben wird, heizt Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das in dem Kompressor 1 komprimiert wird, über den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 Wasser im Inneren der Fußbodenheizvorrichtung 6 (zum Beispiel auf 35°C). Folglich wird ein Fußboden im inneren eines Hauses durch Wärme geheizt, die von der Bodenheizplatte 4 abgegeben wird, die unter dem Fußboden verlegt ist. Während dieser Zeit wird durch die Zirkulationspumpe 5 Wasser zwischen dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 und der Bodenheizplatte 4 zirkuliert.
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Der Öffnungsgrad des Steuerventils 9 wird gesteuert und das Steuerventil 9 wirkt als ein Expansionsventil, das auf der Kältemittelzuströmungsseite des Verdampfers 7 angeordnet ist. Kältemittel verdampft in dem Verdampfer 7, und der Verdampfer 7 nimmt Wärme aus der Außenluft auf. Kältemittel, das Wärme aufgenommen hat, wird in den Kompressor 1 gesaugt und sein Druck erhöht. Während auf diese Weise in der Fußbodenheizvorrichtung 6 Wasser geheizt wird, haftet Frost an dem Verdampfer 7, und es entsteht die Notwendigkeit zum Entfrosten. Um die Zeit herum, zu der die Notwendigkeit zum Entfrosten entsteht, wurde das Wasser in der Fußbodenheizvorrichtung 6 ausreichend geheizt.
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Ein Entfrostungsbetrieb wird zu einer allgemein bekannten Zeit, wie etwa, wenn an dem Verdampfer 7 haftender Frost erfasst wird, begonnen. Zum Beispiel wird der Entfrostungsbetrieb begonnen, wenn die Differenz zwischen der Außenlufttemperatur und der Temperatur von Kältemittel strömungsabwärtig von dem Verdampfer 7 größer oder gleich einer vorgegebenen Temperatur TA ist. Der Entfrostungsbetrieb wird beendet, wenn die Temperatur von Kältemittel strömungsabwärtig von dem Verdampfer 7 größer oder gleich einer vorgegebenen Temperatur TB ist. Wenn der Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, wird die Zirkulationspumpe 5 gesteuert, um das Rotieren fortzusetzen. Auch wenn der Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, wird der Kompressor 1 gesteuert, um seinen Betrieb fortzusetzen. Aufgrund dessen zirkuliert das Wasser (Warmwasser) in der Fußbodenheizvorrichtung 6 zwischen der Bodenheizungsplatte 4 und dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2.
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Wenn der Entfrostungsbetrieb begonnen wird, wird der Öffnungsgrad des Steuerventils 9 um eine vorgegebene Größe größer festgelegt als zu der Zeit des Normalbetriebs ohne Entfrosten, zum Beispiel wird das Steuerventil 9 vollständig geöffnet. Kältemittel, das in dem Kompressor 1 geheizt wurde und von Warmwasser in der Fußbodenheizung 6 geheizt wurde, durchläuft das Steuerventil 9 mit dem vergrößerten Öffnungsgrad und strömt in den Verdampfer 7. Folglich wird der Verdampfer 7 geheizt, wodurch der Entfrostungsbetrieb erreicht wird.
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Das Fluid, das durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 strömt, ist nicht auf Wasser oder Frostschutzmittel beschränkt. Der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 wird auch als ein Flüssigkeits-Kältemittel-Wärmetauscher bezeichnet. Ein Wassertemperaturerfassungssensor 11 ist bereitgestellt, um die Temperatur von Wasser zu erfassen, das in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird. Während des Entfrostungsbetriebs überwacht die Steuervorrichtung 10 ein Signal von dem Wassertemperaturerfassungssensor 11, der die Temperatur von Wasser (Speisewasser) zwischen dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 und der Zirkulationspumpe 5 erfasst.
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Ein Kältemittelabgabetemperatursensor 12, der die Temperatur von Kältemittel erfasst, das von dem Kompressor 1 komprimiert wurde, ist auf der Abgabeseite des Kompressors 1 bereitgestellt. Die Steuervorrichtung 10 überwacht die Kältemittelabgabetemperatur von dem Kältemittelabgabetemperatursensor 12.
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Wenn eine Temperatur, die durch Subtrahieren einer vorgegebenen Temperatur von der Kältemitteltemperatur, die von dem Kältemittelabgabetemperatursensor 12 erfasst wird, berechnet wird, höher als die Warmwassertemperatur ist, die von dem Wassertemperaturerfassungssensor 11 erfasst wird, verringert die Steuervorrichtung 10 die Drehzahl des Kompressors 1 um eine vorgegebene Größe.
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2 zeigt eine Steuerung des Wärmepumpensystems 100 der ersten Ausführungsform. Die Steuerung von 2 wird von der Steuervorrichtung 10 während des Entfrostungsbetriebs wiederholt mit einem vorgegebenen Intervall ausgeführt. Bei der Steuerung, die in S21 von 2 beginnt, wird in S22 die Beziehung zwischen der von dem Wassertemperaturerfassungssensor 11 erfassten Wassertemperatur und der Kältemittelabgabetemperatur bestimmt.
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Wenn eine Temperatur, die durch Subtrahieren einer vorgegebenen Temperatur α von der Kältemittelabgabetemperatur erhalten wird, nicht niedriger als die Wassertemperatur ist, geht die Steuerung weiter zu S23. In S23 wird die Drehzahl des Kompressors 1 um eine vorgegebene Größe verringert, um die Abgabetemperatur zu verringern, so dass das Kältemittel über den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 Wärme aus dem Warmwasser aufnehmen kann. Als ein Ergebnis davon kann die Leistung oder die Energie, die in dem Kompressor 1 verbraucht wird, niedrig gehalten werden.
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Wenn in S22 die Temperatur, die durch Subtrahieren einer vorgegebenen Temperatur α von der Kältemittelabgabetemperatur erhalten wird, niedriger als die Speisewassertemperatur ist, die von dem Speisewassertemperaturerfassungssensor 11 erfasst wird, ist die Steuerung in S24 beendet. Die Steuerung von 2 wird während der Entfrostungszeitspanne in einem vorgegebenen Zeitintervall wiederholt. α ist eine Temperaturdifferenz, die notwendig ist, um ausreichend Wärme von dem Wasser auf das Kältemittel zu übertragen, und wird im Voraus durch Experimente und ähnliches bestimmt.
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Unter Bezug auf 3 werden das Entfrosten in der ersten Ausführungsform und ein herkömmliches Entfrosten (Vergleichsbeispiel) verglichen, und Vorteile der Verringerung der Entfrostungsbetriebszeit werden beschrieben. In 3 ist das Verhältnis der Entfrostungszeit auf der vertikalen Achse gezeigt, und das Verhältnis der Entrostungszeit in der herkömmlichen Entfrostungssteuerung ist als 1 festgelegt. In der ersten Ausführungsform ist das Verhältnis der Entfrostungszeit etwa 0,3, was bedeutet, dass eine Zeitverringerung von ungefähr 70% erreicht werden kann.
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In dem herkömmlichen Entfrostungsbetrieb wird das Entfrosten im Allgemeinen nur unter Verwendung der Energie des Kompressors 1 ausgeführt. Im Gegensatz dazu kann in dieser Ausführungsform der Entfrostungsbetrieb in einer kurzen Zeit und mit hohem Wirkungsgrad ausgeführt werden, indem das Kältemittel mit Warmwasser geheizt wird, das unter Nutzung von Wärme von Außenluft während des Normalbetriebs geheizt wird.
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4 ist ein Mollier-Diagramm für einen Entfrostungsbetrieb, in dem der Druck (p) auf der vertikalen Achse gezeigt ist und die spezifische Enthalpie (h) auf der horizontalen Achse gezeigt ist. In 4 zeigen a bis b einen Anstieg des Kältemitteldrucks, der durch einen Kompressor bewirkt wird. b bis c zeigen Dank dessen, dass das Kältemittel durch einen Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird (wobei das Kältemittel Wärme aus Warmwasser aufnimmt), eine Zunahme der spezifischen Enthalpie von Kältemittel an. c bis d zeigen eine Verringerung des Kältemitteldrucks durch das Steuerventil 9 an. d bis a zeigen Dank dessen, dass ein Verdampfer geheizt und entfrostet wird, eine Verringerung der spezifischen Enthalpie an.
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In dem Vergleichsbeispiel wird ein Entfrostungsbetrieb nur unter Verwendung der Energie des Kompressors 1 ausgeführt. Die gestrichelte Linie in 4 stellt ein Mollier-Diagramm dar, wenn der Entfrostungsbetrieb des Vergleichsbeispiels ausgeführt wird. Wenn in dem Mollier-Diagramm der Entfrostungsbetrieb des Vergleichsbeispiels ausgeführt wird, zeigen a bis bb einen von dem Kompressor 1 bewirkten Anstieg des Kältemitteldrucks an. bb bis db zeigen eine Verringerung des Kältemitteldrucks an, wenn Kältemittel auf der Hochdruckseite des Kompressors 1 über ein elektromagnetisches Ventil und ein Kapillarrohr zu dem Verdampfer 7 geleitet wird. db bis a zeigen eine Verringerung der spezifischen Enthalpie Dank des Heizens und Entfrostens eines Verdampfers an. Die Entfrostungskapazität des Vergleichsbeispiels entspricht der Länge von a bis db, und die Entfrostungskapazität der Ausführungsform entspricht der Länge von a bis d. Die Entfrostungskapazität wird in der Ausführungsform relativ zu dem Vergleichsbeispiel erhöht. Wenn der Leistungskoeffizient des Entfrostungsbetriebs des Vergleichsbeispiels als COP = 1 genommen wird, ist der Leistungskoeffizient des Entfrostungsbetriebs der Ausführungsform COP = 1 + α. α entspricht der Wärmemenge, die von dem Kältemittel aus dem Warmwasser aufgenommen wird.
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In einer normalen Heißwasserversorgung ist es üblich, dass der Wasserfluss gestoppt wird, wenn ein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, um Wärme von Wasser in Bezug auf den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 zu halten. Wenn sie jedoch als die Fußbodenheizvorrichtung 6 verwendet wird, besteht keine Notwendigkeit, das Wasser während des Entfrostungsbetriebs zu stoppen, da die Wärmekapazität des Warmwassers hoch ist. Wenn folglich von einer Heizbetriebsart auf einen Entfrostungsbetrieb umgeschaltet wird, wird durch den fortgesetzten Wasserfluss beständig Wärme (zum Beispiel die Wärme von Wasser, das mit der Temperatur von 30°C zurück geleitet wird) an den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geliefert.
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Nicht nur eine Fußbodenheizvorrichtung, sondern auch vielfältige andere Arten von Heizvorrichtungen, die Warmwasser verwenden, können verwendet werden. In jedem Fall kann neben der Heizkapazität der Heizvorrichtung selbst (der Endgerätvorrichtung selbst) die Heizkapazität von Warmwasser in einem Schlauch oder einer Warmwasserleitung, die zu der Heizvorrichtung selbst führt, ebenfalls verwendet werden.
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Wenn Wärme in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 von dem Wasser auf das Kältemittel übertragen wird, kann die Kompressionslast des Kompressors 1 verringert werden (der Leistungsverbrauch kann verringert werden), indem der Abgabedruck bewusst verringert wird. Außerdem nimmt Dank des sich verringernden Abgabedrucks die Dichte des Kältemittels in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 ab, und die Kältemittelmenge, die in den Verdampfer 7 strömt, nimmt zu. Folglich tritt der Vorteil der weiteren Verringerung der Entfrostungsbetriebszeit auf.
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In der ersten Ausführungsform wird ein Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 von 1 aufgebaut. Eine Heizvorrichtung wird aus der Fußbodenheizvorrichtung 6 aufgebaut, und eine Fluidzirkulationsvorrichtung wird aus der Zirkulationspumpe 5 aufgebaut. Der Öffnungsgrad des Steuerventils 9 kann von der Steuervorrichtung 10 zwischen vollständig geschlossen und vollständig geöffnet eingestellt werden.
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Der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 entspricht einem Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher und wird hier nachstehend auch als der Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 bezeichnet. Die Fußbodenheizvorrichtung 6 entspricht der Heizvorrichtung 6 und wird hier nachstehend auch als die Heizvorrichtung 6 bezeichnet. Die Zirkulationspumpe 5 entspricht einer Fluidzirkulationsvorrichtung und wird hier nachstehend auch als die Fluidzirkulationsvorrichtung 5 bezeichnet.
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Das Wärmepumpensystem 100 umfasst die Kältekreislaufvorrichtung 50 und die Fußbodenheizvorrichtung 6 und hat den Kompressor 1, der Kältemittel komprimiert und den Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2, in dem Wärme zwischen dem von dem Kompressor 1 komprimierten Kältemittel und dem Fluid ausgetauscht wird.
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Die Fluidzirkulationsvorrichtung 5 ist bereitgestellt, um zu bewirken, dass des Fluid durch den Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 und die Heizvorrichtung 6 zirkuliert und dass das in dem Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizte Fluid in die Heizvorrichtung 6 strömt. Das Steuerventil 9 steuert die Strömung von Kältemittel, das den Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 durchlaufen hat. Das Kältemittel, das das Steuerventil 9 durchlaufen hat, strömt in den Verdampfer 7 und nimmt Wärme aus der Außenluft auf. Die Steuervorrichtung 10 steuert wenigstens die Fluidzirkulationsvorrichtung 5 und des Steuerventil 9. Wenn ein Entfrostungsbetrieb des Verdampfers 7 ausgeführt wird, vergrößert die Steuervorrichtung 10 den Öffnungsgrad des Steuerventils 9 im Vergleich dazu, wenn kein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, und bewirkt durch Betreiben der Fluidzirkulationsvorrichtung 5, dass Fluid in den Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 strömt.
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Wenn folglich ein Entfrostungsbetrieb des Verdampfers 7 ausgeführt wird, vergrößert die Steuervorrichtung 10 den Öffnungsgrad des Steuerventils 9 und bewirkt durch Betreiben der Fluidzirkulationsvorrichtung 5, dass Fluid in den Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 strömt. Daher wird Wärme der Heizvorrichtung 6, die mit dem in dem Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizten Fluid gefüllt ist, an das Kältemittel geliefert, wodurch ein Entfrostungsbetrieb des Verdampfers 7 ausgeführt werden kann. Aufgrund dessen kann ein Wärmepumpensystem mit dem äußerst effizienten Kältekreislauf bereitgestellt werden, indem ein Entfrostungsbetrieb in einer kurzen Zeit ausgeführt wird, während der Leistungsverbrauch oder Energieverbrauch niedrig gehalten wird.
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Der Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 ist aus dem Flüssigkeit-Kältemittel-Wärmetauscher 2 aufgebaut, in dem Wärme zwischen dem in dem Kompressor 1 komprimierten Kältemittel und der Flüssigkeit ausgetauscht wird. Die Heizvorrichtung 6 ist aus einer Fußbodenheizvorrichtung aufgebaut, die dem Warmwasserinstrument 6 entspricht, das Wärme von Flüssigkeit abgibt, die in dem Flüssigkeit-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird. Die Fluidzirkulationsvorrichtung 5 wird durch die Pumpe 5 aufgebaut, die bewirkt, das Flüssigkeit durch das Warmwasserinstrument 6 und den Flüssigkeit-Kältemittel-Wärmetauscher 2 zirkuliert.
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Wenn dementsprechend ein Entfrosten des Verdampfers 7 ausgeführt wird, vergrößert die Steuervorrichtung 10 den Öffnungsgrad des Steuerventils 9 und bewirkt, dass die Pumpe 5 rotiert. Daher kann Wärme der Flüssigkeit, die durch das Warmwasserinstrument 6 strömt, als eine Wärmeabgabe von Flüssigkeit, die von dem Flüssigkeit-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird, an das Kältemittel geliefert werden. Folglich kann der Entfrostungsbetrieb des Verdampfers 7 schnell beendet werden. Aufgrund dessen kann das Wärmepumpensystem äußerst effizientes Entfrosten durchführen, indem ein Entfrostungsbetrieb in einer kurzen Zeit ausgeführt wird, während der Leistungsverbrauch oder Energieverbrauch niedrig gehalten wird.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, ist eine Fluidtemperaturerfassungseinheit aus dem Wassertemperaturerfassungssensor 11 aufgebaut und eine Kältemitteltemperaturerfassungseinheit ist aus dem Kältemittelabgabetemperatursensor 12 aufgebaut. Das Wärmepumpensystem 100 hat den Fluidtemperaturerfassungssensor 11, der die Temperatur von Fluid erfasst, das von dem Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird, und die Kältemitteltemperaturerfassungseinheit 12, die die Temperatur von Kältemittel erfasst, das von dem Kompressor 1 komprimiert wird.
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Die Steuervorrichtung 10 bestimmt, ob ein Wert, der durch Subtrahieren einer vorgegebenen Temperatur von der Temperatur von Kältemittel, die von der Kältemitteltemperaturerfassungseinheit 12 erfasst wird, berechnet wird, höher als die Fluidtemperatur ist, die von der Fluidtemperaturerfassungssensor 11 erfasst wird. Wenn der berechnete Wert höher als die Fluidtemperatur ist, verringert die Steuervorrichtung 10 die Drehzahl des Kompressors 1 um eine vorgegebene Größe im Vergleich dazu, wenn der Entfrostungsbetrieb begonnen wird.
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Wenn folglich der Wert, der durch Subtrahieren einer vorgegebenen Temperatur von der Temperatur des Kältemittels berechnet wird, höher als die Fluidtemperatur ist, die von der Fluidtemperaturerfassungseinrichtung erfasst wird, wird die Drehzahl des Kompressors 1 um eine vorgegebene Größe verringert, und das Kältemittel kann ausreichend Wärme aus dem Fluid aufnehmen.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine zweite Ausführungsform wird erklärt. In den folgenden Ausführungsformen kann einem Teil, der einem in einer vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Gegenstand entspricht, die gleiche Bezugsnummer zugewiesen werden, und eine redundante Erklärung für den Teil kann weggelassen werden. Wenn in einer Ausführungsform nur ein Teil eines Aufbaus beschrieben wird, kann eine andere vorhergehende Ausführungsform auf die anderen Teile des Aufbaus angewendet werden.
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Unter Bezug auf 5 wird ein Wärmepumpensystem einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Bezüglich der Steuerung wird die Steuerung von 2 auch in der zweiten Ausführungsform ausgeführt. In 5 komprimiert ein Kompressor 1 Kältemittel. Ein Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 führt einen Austausch von Wärme zwischen Kältemittel, das von dem Kompressor 1 komprimiert wird, und einem Frostschutzmittel (auf das hier nachstehend einfach als Wasser, Warmwasser oder Speisewasser Bezug genommen wird) aus, das ein Fluid aufbaut, das durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 strömt. Eine Zirkulationspumpe 5 ist bereitgestellt, um Speisewasser durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2, eine Bodenheizplatte 4 und eine Warmwasserleitung 3, durch die Wasser strömt, zu zirkulieren.
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Eine hochdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15a und ein elektronisches Expansionsventil 16 sind zwischen dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 und einem Verdampfer 7 angeordnet. Der Öffnungs-/Schließzustand des elektronischen Expansionsventils 16 wird durch ein Steuersignal von einer Steuervorrichtung 10 gesteuert. Auf das elektronische Expansionsventil 16 wird auch einfach als ein Expansionsventil Bezug genommen. Ein elektromagnetisches Ventil 9 für das Entfrosten entspricht dem Steuerventil 9. Das Steuerventil 9 ist normalerweise geschlossen (wenn kein Entfrosten ausgeführt wird) und wird beim Entfrosten geöffnet. Folglich durchläuft Kältemittel zu einer Normalzeit die hochdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15a und das Expansionsventil 16 und strömt in den Verdampfer 7.
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Kältemittel, das in dem Verdampfer 7 Verdampfungswärme aus Außenluft aufnimmt, durchläuft eine andere niederdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15b und wird zu der Ansaugseite des Kompressors 1 geleitet. Aufgrund dessen heizt das Kältemittel über den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 unter Verwendung der aus Außenluft aufgenommenen Wärme Speisewasser, das in der Bodenheizplatte 4 strömt. Die hochdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15a und die niederdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15b sind in einer derartigen Weise verbunden, dass sie fähig sind, Wärme dazwischen zu übertragen, und als ein Ganzes einen Innenwärmetauscher 15 bilden.
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Das elektromagnetische Ventil 9 zum Entfrosten wird gesteuert, um gemäß einem Steuersignal von der Steuervorrichtung auf den offenen oder geschlossenen Zustand zu schalten. Die Steuervorrichtung 10 steuert wenigstens die Zirkulationspumpe 5 und das Steuerventil 9. Die Steuervorrichtung 10 öffnet das Steuerventil 9 und schließt das Expansionsventil 16 gemäß dem Beginn eines Entfrostungsbetriebs des Verdampfers 7 und bewirkt außerdem, dass die Zirkulationspumpe 5 rotiert, wenn die Zirkulationspumpe 5 gestoppt ist.
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Wenn die Fußbodenheizung 6 in dem Zustand, in dem der Normalbetrieb ausgeführt wird, betrieben wird, heizt Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das in dem Kompressor 1 komprimiert wird, über den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 Wasser im Inneren der Fußbodenheizvorrichtung 6. Aufgrund dessen wird ein Fußboden im Inneren eines Hauses durch Wärme geheizt, die von der Bodenheizplatte 4 abgegeben wird, die unter dem Fußboden verlegt ist. Während dieser Zeit wird durch die Zirkulationspumpe 5 Wasser zwischen dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 und der Bodenheizplatte 4 zirkuliert.
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Frost haftet an dem Verdampfer 7, während Speisewasser in der Fußbodenheizung 6 geheizt wird, so entsteht die Notwendigkeit des Entfrostens. Um die Zeit herum, zu der die Notwendigkeit des Entfrostens entsteht, wurde das Wasser in der Fußbodenheizung 6 ausreichend geheizt. Ein Entfrostungsbetrieb wird zu einer allgemein bekannten Zeit begonnen, wie etwa, wenn an dem Verdampfer 7 haftender Frost erfasst wird.
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Wenn der Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, rotiert die Zirkulationspumpe 5 weiterhin, und das Wasser (Warmwasser) in der Fußbodenheizvorrichtung 6 zirkuliert zwischen der Bodenheizplatte 4 und dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2. Wenn der Entfrostungsbetrieb begonnen wird, wird das elektromagnetische Ventil 9 zum Entfrosten geöffnet. Aufgrund dessen strömt Kältemittel, das in dem Kompressor 1 geheizt wurde und weiter von Wasser in der Fußbodenheizvorrichtung 6 geheizt wurde, durch eine Leitung 8 und strömt zum Entfrosten in einem Umleitungsdurchgang durch das geöffnete elektromagnetische Ventil 9 in den Verdampfer 7. Somit wird das Entfrosten des Verdampfers 7 erreicht. Indem man diesen Umleitungsdurchgang 80 hat, kann eine Verringerung in der Kältemitteltemperatur in dem Innenwärmetauscher 15 verhindert werden und der Entfrostungswirkungsgrad verbessert sich.
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Wenn ein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, schaltet das elektromagnetische Ventil 9 zum Entfrosten von geschlossen auf geöffnet, während das Expansionsventil 16 von geöffnet auf geschlossen schaltet. Daher strömt Kältemittel entlang des Umleitungsdurchgangs 80. Wenn der Öffnungsdurchmesser des elektromagnetischen Ventils 9 zum Entfrosten groß ist, kann der Abgabedruck verringert werden, wodurch sich die Dichte von Kältemittel in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 verringert. Daher verringert sich die Menge an Kältemittel, das in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 gehalten wird, und die Menge an Kältemittel, die in den Verdampfer 7 strömt, nimmt zu.
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In der zweiten Ausführungsform sind die Kältemittelausströmungsseite des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 2 und die Kältemittelzuströmungsseite des Verdampfers 7 durch die hochdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15a und das Expansionsventil 16 miteinander verbunden. Die Kältemittelausströmungsseite des Verdampfers 7 und des Kompressors 1 sind durch die niederdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15b miteinander verbunden. Der Innenwärmetauscher 15 ist durch die hochdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15a und die niederdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15b aufgebaut, die auf eine derartige Weise verbunden sind, dass sie Wärme aneinander übertragen. Der Innenwärmetauscher 15 verbessert den Wirkungsgrad des Kältekreislaufs, wenn der Normalbetrieb ausgeführt wird. Hinsichtlich der Steuerung kann in der zweiten Ausführungsform die Steuerung von 2 verwendet werden.
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In der zweiten Ausführungsform sind, wie in 5 gezeigt, die Kältemittelausströmungsseite des Fluid-Kältemittel-Wärmetauschers 2 und die Kältemittelzuströmungsseite des Verdampfers 7 durch die hochdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15a und das Expansionsventil 16 verbunden, und die Kältemittelausströmungsseite des Verdampfers 7 und der Kompressor 1 sind durch die niederdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15b verbunden. Ferner ist der Innenwärmetauscher 15 durch die hochdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15a und die niederdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15b aufgebaut, die in einer derartigen Weise verbunden sind, dass sie Wärme aneinander übertragen.
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Dementsprechend wird der Wirkungsgrad des Kältekreislaufs durch den Innenwärmetauscher 15 verbessert. Die Temperatur von Fluid, das von dem Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird, kann effizient erhöht werden, und das Entfrosten kann in einer kurzen Zeit unter Nutzung der erhöhten Wärme effizient durchgeführt werden. Auch strömt beim Entfrosten Kältemittel unter Umgehung des Innenwärmetauschers 15 durch das Steuerventil 9, wodurch das Entfrosten durch Wärme, die davon abgehalten wird, in den Innenwärmetauscher 15 zu fließen, in einer kurzen Zeit ausgeführt werden kann.
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(Dritte Ausführungsform)
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Eine dritte Ausführungsform wird beschrieben. Ein Abschnitt, der sich von den hier bisher beschriebenen Ausführungsformen unterscheidet, wird beschrieben. Unter Bezug auf 6 wird eine Steuerung eines Wärmepumpensystems der dritten Ausführungsform beschrieben. Wenngleich auf 1 oder 5 als ein Gesamtaufbaudiagramm Bezug genommen werden kann, wird in der dritten Ausführungsform auf 1 Bezug genommen.
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Ein Steuerventil 9 von 1 ist geschlossen, wenn ein Normalbetrieb ausgeführt wird, wird aber bis zu einem Entfrostungsöffnungsgrad geöffnet, sofern ein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird. Die Steuerung von 6 wird während eines Entrostungsbetriebs, in dem das Steuerventil 9 geöffnet ist, in einem vorgegebenen Intervall wiederholt ausgeführt. Bei der Steuerung, die in S61 beginnt, wird in S62 die Beziehung zwischen der Speisewassertemperatur, die von einem Wassertemperaturerfassungssensor 11 (1) erfasst wird, und der Kältemittelabgabetemperatur, die von einem Kältemittelabgabetemperatursensor 12 erfasst wird, bestimmt. Wenn eine Temperatur, die berechnet wird, indem eine vorgegebene Temperatur α von der Kältemittelabgabetemperatur subtrahiert wird, nicht niedriger als die Speisewassertemperatur ist, geht die Steuerung weiter zu S63.
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In S63 wird der Öffnungsgrad des Steuerventils 9 von 1 um eine vorgegebene Größe weiter vergrößert. Als ein Ergebnis davon wird die Abgabetemperatur (der Abgabedruck), die die Temperatur auf der Abgabeseite eines Kompressors 1 ist, verringert, so dass das Kältemittel über den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 Wärme aus Speisewasser aufnehmen kann.
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Wenn die Speisewassertemperatur in S62 höher als die Temperatur ist, die berechnet wird, indem die vorgegebene Temperatur α von der Kältemittelabgabetemperatur subtrahiert wird, wird die Steuerung in S64 beendet. Die Steuerung von 6 wird während der Entfrostungszeitspanne mit einem vorgegebenen Zeitintervall wiederholt.
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Gemäß der dritten Ausführungsform werden die Fluidtemperaturerfassungseinheit 11, die die Temperatur von Fluid, das von dem Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird, erfasst, und die Kältemittelabgabetemperaturerfassungseinheit 12, die die Temperatur von Kältemittel, das von dem Kompressor 1 komprimiert wird, erfasst, bereitgestellt. Ferner wird bestimmt, ob eine Temperatur, die durch Subtrahieren einer vorgegebenen Temperatur von der Kältemittelabgabetemperatur, die von der Kältemittelabgabetemperaturerfassungseinheit 12 erfasst wird, berechnet wird, höher als die von der Fluidtemperaturerfassungseinheit 11 erfasste Fluidtemperatur ist. Wenn die berechnete Temperatur höher als die Fluidtemperatur ist, führt eine Steuervorrichtung 10 eine Steuerung aus, um den Öffnungsgrad des Steuerventils 9 im Vergleich dazu, wenn der Entfrostungsbetrieb begonnen wird, um eine vorgegebene Größe zu vergrößern.
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Wenn die durch Subtrahieren einer vorgegebenen Temperatur von der Kältemitteltemperatur berechnete Temperatur dementsprechend höher als die von der Fluidtemperaturerfassungseinheit 11 erfasste Fluidtemperatur ist, wird der Öffnungsgrad des Steuerventils 9 um eine vorgegebene Größe vergrößert. Aufgrund dessen verringert sich der Druck auf der Hochdruckseite des Kompressors 1, wodurch die Leistung oder Energie des Kompressors 1 verringert werden kann. Auch die Abgabetemperatur, die die Temperatur auf der Abgabeseite des Kompressors 1 ist, wird verringert, so dass das Kältemittel über den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 ausreichend Wärme aus Speisewasser aufnehmen kann.
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(Vierte Ausführungsform)
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Ein Abschnitt einer vierten Ausführungsform, der sich von den hier bisher beschriebenen Ausführungsformen unterscheidet, wird beschrieben. Die vierte Ausführungsform wird durch Kombinieren des Gesamtaufbaus von 5 und der Steuerung von 6 erzeugt. Ein Ventil, dessen Öffnungsgrad auf mehrere Pegel gesteuert werden kann, wird als ein Steuerventil 9 zum Entfrosten von 5 verwendet. Die vierte Ausführungsform wird unter Bezug auf 5 und 6 beschrieben. Das Steuerventil 9 von 5 wird zu einer normalen Zeit geschlossen und beim Entfrosten geöffnet.
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Die Steuerung von 6 wird während eines Entfrostungsbetriebs in dem vorgegebenen Intervall wiederholt ausgeführt. Bei dem Steuerbeginn in S61 wird in S62 die Beziehung zwischen der Speisewassertemperatur, die von einem Speisewassertemperaturerfassungssensor 11 erfasst wird, und der Kältemittelabgabetemperatur, die von einem Kältemittelabgabetemperatursensor 12 erfasst wird, bestimmt. Wenn eine Temperatur, die berechnet wird, indem eine vorgegebene Temperatur α von der Kältemittelabgabetemperatur subtrahiert wird, nicht niedriger als die Speisewassertemperatur ist, geht die Steuerung weiter zu S63.
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In S63 wird der Öffnungsgrad des elektromagnetischen Ventils 5 zum Entfrosten von 5 um eine vorgegebene Größe, die im Voraus festgelegt wird, weiter vergrößert. Als ein Ergebnis davon verringert sich der Druck auf der Hochdruckseite eines Kompressors 1, wodurch die in dem Kompressor 1 verbrauchte Leistung oder Energie niedrig gehalten werden kann. Wenn die Speisewassertemperatur in S62 höher als die Temperatur ist, die berechnet wird, indem die vorgegebene Temperatur α von der Kältemittelabgabetemperatur subtrahiert wird, wird die Steuerung in S64 beendet. Die Steuerung von 6 wird während der Entfrostungszeitspanne mit dem vorgegebenen Zeitintervall wiederholt.
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Wie hier bereits beschrieben, werden der Gesamtaufbau von 5 und die Steuerung von 6 in der vierten Ausführungsform kombiniert. Das heißt, in einem Wärmepumpensystem 100 mit einer Fußbodenheizung 6 und einer Kältekreislaufvorrichtung 50 mit einem Innenwärmetauscher 15 wird der Öffnungsgrad des Steuerventils 9 wie in 6 gesteuert, wenn ein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird.
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Somit wird die Temperatur von Warmwasser in der Fußbodenheizvorrichtung 6 durch den Innenwärmetauscher 15 effizient erhöht, und der Öffnungsgrad des Steuerventils 9 wird, wenn ein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, in einer derartigen Weise gesteuert, dass Kältemittel effizient Wärme aus dem Warmwasser aufnimmt, wodurch der hohe Druck auf der Abgabeseite des Kompressors 1 verringert wird. Aufgrund dessen kann die Leistung oder Energie zum Antreiben des Kompressors 1 verringert werden, und außerdem wird das Entfrosten in einer kürzeren Zeit effizient beendet.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Ein Abschnitt einer fünften Ausführungsform, der sich von den hier bisher beschriebenen Ausführungsformen unterscheidet, wird beschrieben. Ein Wärmepumpensystem der fünften Ausführungsform wird unter Bezug auf 7 beschrieben. In 7 entspricht eine Heizvorrichtung 6 einer Innenheizvorrichtung, die die Temperatur von Luft, die in ein Inneres eines Raums (einschließlich einer Kammer) strömt, erhöht. Die Innenheizvorrichtung der Offenbarung umfasst eine Kammerheizvorrichtung.
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Ein Kompressor 1 komprimiert Kältemittel. In dieser Ausführungsform ist das Kältemittel aus Kohlendioxid aufgebaut, es kann aber ein anderes Kältemittel verwendet werden. Ein Kondensator 2, der einen Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 aufbaut, führt einen Wärmeaustausch zwischen Kältemittel, das von dem Kompressor 1 komprimiert wird, und Luft, die durch den Kondensator 2 strömt, aus.
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Luft, die von dem Kondensator 2 geheizt wird, erhöht die Temperatur als Warmluft in einem Raum mit einer vorgegebenen Größe, wie etwa einem Zimmer. Die Temperatur der Warmluft wird von einem Ausblastemperatursensor 11 erfasst, der eine Fluidtemperaturerfassungseinheit 11 aufbaut. Ein Luftgebläse 5, das bewirkt, dass Luft, in dem Raum auf eine derartige Weise zirkuliert, dass sie den Kondensator 2 durchläuft wird bereitgestellt. Kältemittel, das von dem Kompressor 1 den Kondensator 2 durchlaufen hat, strömt in Richtung eines Verdampfers 7, der einen Außenwärmetauscher aufbaut, der Wärme aus Außenluft aufnimmt.
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Eine hochdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15a und ein erstes elektronisches Expansionsventil 16 (auf das einfach als das erste Expansionsventil 16) Bezug genommen wird, werden zwischen den Kondensator 2 und den Verdampfer 7 geschaltet. Ein zweites elektronisches Expansionsventil 9 (auf das auch einfach als das zweite Expansionsventil 9 Bezug genommen wird), das ein Steuerventil zum Entfrosten aufbaut, ist außer beim Entfrosten vollständig geschlossen. Folglich durchläuft Kältemittel zu einer Normalzeit die hochdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15a und das erste Expansionsventil 16 und strömt in den Verdampfer 7.
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Kältemittel, das durch Expansion in dem Verdampfer 7 Verdampfungswärme aus Außenluft aufgenommen hat, durchläuft eine niederdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15b und wird zu der Ansaugseite des Kompressors 1 geleitet. Über den Kondensator 2, heizt das Kältemittel Luft, die den Kondensator 2 durchläuft, durch die Wärme, die aus der Außenluft aufgenommen wird. Die Luft zirkuliert im Inneren des Zimmers, wodurch das Zimmer geheizt wird.
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Die Steuerung kann unter Verwendung des Verfahrens von 2 oder des Verfahrens von 6 ausgeführt werden. Auch als eine Modifikation können das Verfahren von 2 und das Verfahren von 6, wie in 9 gezeigt, gleichzeitig verwendet werden. In der fünften Ausführungsform wird das Verfahren von 6 verwendet. Der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 9, welches das Steuerventil zum Entfrosten aufbaut, wird durch ein Steuersignal von einer Steuervorrichtung 10 gesteuert. Die Steuervorrichtung 10 steuert wenigstens die Rotation des Luftgebläses 5 und den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 9, das das Steuerventil zum Entfrosten aufbaut. Die Steuervorrichtung 10 schaltet das zweite Expansionsventil 9 gemäß dem Beginn eines Entfrostungsbetriebs des Verdampfers 7 von geschlossen auf geöffnet. Wenn das Luftgebläse 5 gestoppt ist, bewirkt die Steuervorrichtung 10, dass das Luftgebläse 5 rotiert.
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Wenn der Heizbetrieb des Inneren in dem Zustand durchgeführt wird, in dem kein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, erhöht Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das in dem Kompressor 1 komprimiert wird, die Temperatur der Luft über den Kompressor 2 auf die hohe Temperatur. Aufgrund dessen steigt die Temperatur in einem vorgegebenen Raum, wie etwa einem Zimmer. Während dieser Zeit wird durch das Luftgebläse 5 bewirkt, dass Luft den Kondensator 2 durchläuft und im Inneren des Zimmers zirkuliert.
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Frost haftet an dem Verdampfer 7, während die Luft in dem Zimmer geheizt wird, und die Notwendigkeit zum Entfrosten entsteht. Um die Zeit herum, zu der die Notwendigkeit zum Entfrosten entsteht, wurde die Temperatur der Luft in dem Zimmer ausreichend erhöht. Ein Entfrostungsbetrieb wird zu einer allgemein bekannten Zeit begonnen, wie etwa, wenn der an dem Verdampfer 7 haftende Forst erfasst wird. Wenn der Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, setzt das Luftgebläse 5 die Rotation fort, und die Luft in dem Zimmer zirkuliert durch den Kondensator 2.
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Wenn der Entfrostungsbetrieb begonnen wird, wird der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 9, das das Steuerventil zum Entfrosten aufbaut, von dem vollständig geschlossenen Zustand zu einer Zeit des Normalbetriebs, wenn es kein Entfrosten gibt, auf einen Entfrostungsöffnungsgrad geschaltet. Indessen ist das erste Expansionsventil 16 vollständig geschlossen. Aufgrund dessen strömt Kältemittel, das in dem Kompressor 1 geheizt wurde und von Hochtemperaturzirkulationsluft über den Kondensator 2 geheizt wird, durch das zweite Expansionsventil 9 mit dem Entfrostungsöffnungsgrad entlang eines Umleitungsdurchgangs 80, um in den Verdampfer 7 zu strömen, wodurch das Entfrosten des Verdampfers 7 erreicht wird.
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In der fünften Ausführungsform sind die Kältemittelausströmungsseite des Kondensators 2 und die Kältemittelzuströmungsseite des Verdampfers 7 durch die hochdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15a und das erste Expansionsventil 16 verbunden. Die Kältemittelausströmungsseite des Verdampfers 7 und des Kompressors 1 sind durch die niederdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15b verbinden. Ein Innenwärmetauscher 15 wird durch die hochdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15a und die niederdruckseitige Wärmeaustauscheinheit 15b aufgebaut, die auf eine derartige Weise verbunden sind, dass sie keine Wärme aneinander übertragen.
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Die Steuerung von 6 wird während des Entfrostens in einem vorgegebenen Intervall wiederholt ausgeführt. Wenn eine Fluidtemperatur, die von dem Ausblastemperatursensor 11 efasst wird, in S62 in 6 nicht höher als eine Temperatur ist, die berechnet wird, indem eine vorgegebene Temperatur α von der Kältemittelabgabetemperatur subtrahiert wird, wird der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 9 von 7 derart gesteuert, dass er um eine vorgegebene Größe vergrößert wird.
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In der fünften Ausführungsform ist, wie in 7 gezeigt, ein Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher aus dem Kondensator 2 aufgebaut, durch den Luft strömt. Das heißt, der Kondensator 2 ist aus einem Luft-Kältemittel-Wärmetauscher aufgebaut, der einen Austausch von Wärme zwischen Kältemittel, des von dem Kompressor 1 komprimiert wird, und der Luft ausführt. Ein Wärmepumpensystem 100 ist aus einer Kältekreislaufvorrichtung 50 und der Innenheizvorrichtung 6 mit dem Luftgebläse 5, dem Kondensator 2 und dem nicht dargestellten Raum (Zimmer oder Kammer) mit einem begrenzten Raumbereich, durch den warme Luft von dem Kondensator 2 zirkuliert, aufgebaut.
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Die Heizvorrichtung 6 ist aus der Innenheizvorrichtung 6 aufgebaut, die mit Luft heizt, die von dem Luft-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird. Eine Fluidzirkulationsvorrichtung 5 ist aus dem Luftgebläse 5 aufgebaut, das bewirkt, dass Luft, die von dem Luft-Kältemittel-Wärmetauscher geheizt wird, durch den Luft-Kältemittel-Wärmetauscher 2 zirkuliert und diesen durchläuft.
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Wenn dementsprechend ein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, wird der Öffnungsgrad des Steuerventils vergrößert, und das Luftgebläse 5 wird dazu gebracht zu rotieren. Aufgrund dessen wird Wärme, die von der Innenheizvorrichtung 6, die Luft unter Verwendung des Luft-Kältemittel-Wärmetauschers 2 heizt, gehalten wird, an das Kältemittel geliefert, wodurch ein Entfrostungsbetrieb des Verdampfers 7 ausgeführt werden kann. Folglich kann das Wärmepumpensystem 100 mit einem äußerst effizienten Kältekreislauf bereitgestellt werden, in dem ein Entfrostungsbetrieb in einer kurzen Zeit ausgeführt wird, während der Leistungsverbrauch oder Energieverbrauch niedrig gehalten wird.
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Die Steuerung des Wärmepumpensystems 100 der fünften Ausführungsform kann unter Verwendung des Verfahrens von 2 oder des Verfahrens von 6 ausgeführt werden. Wenn das Verfahren von 2 verwendet wird, wird die Fluidtemperaturerfassungseinheit 11 (Ausblastemperatursensor 11), die die Temperatur von Luft erfasst, die das Fluid aufbaut, das von dem Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird, verwendet. Auch wird eine Kältemitteltemperaturerfassungseinheit 12 (ein Kältemittelabgabetemperatursensor 12) verwendet, die die Temperatur von Kältemittel erfasst, das von dem Kompressor 1 komprimiert wird.
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Wenn eine Temperatur, die eine von der Kältemitteltemperaturerfassungseinheit 12 erfasste Kältemitteltemperatur, von der eine vorgegebene Temperatur subtrahiert wird, ist, höher als die Temperatur ist, die von der Fluidtemperaturerfassungseinheit 11 erfasst wird, verringert die Steuervorrichtung 10 die Drehzahl des Kompressors 1 um eine vorgegebene Größe.
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Dementsprechend wird die Drehzahl des Kompressors 1 um eine vorgegebene Größe verringert, wenn eine Temperatur, die eine Kältemitteltemperatur, von der eine vorgegebene Temperatur subtrahiert wird, ist, höher als die Fluid-(Luft-)Temperatur, die von der Fluidtemperaturerfassungseinheit 11 erfasst wird, ist, wodurch die Leistung oder Energie des Kompressors 1 verringert werden kann. Auch, da die Kältemitteltemperatur Dank der Verringerung der Drehzahl des Kompressors 1 verringert wird, wird das Kältemittel durch die Luft über den Kondensator 2 ausreichend geheizt.
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Wenn die Steuerung des Wärmepumensystems 100 der fünften Ausführungsform unter Verwendung des Verfahrens von 6 ausgeführt wird, wird die Fluidtemperaturerfassungseinheit 11, die die Temperatur von Fluid erfasst, das aus Luft gebildet wird, die von dem Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird, der aus dem Kondensator 2 aufgebaut ist, verwendet. Auch wird die Kältemitteltemperaturerfassungseinheit 12, die die Temperatur von Kältemittel, das von dem Kompressor 1 komprimiert wird, erfasst, verwendet.
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Wenn eine Temperatur, die eine von der Kältemitteltemperaturerfassungseinheit 12 erfasste Kältemitteltemperatur, von der eine vorgegebene Temperatur subtrahiert wird, ist, höher als die Fluidtemperatur ist, die von der Fluidtemperaturerfassungseinheit 11 erfasst wird, vergrößert die Steuervorrichtung 10 ferner den Öffnungsgrad des Steuerventils 9 um eine vorgegebene Größe gegenüber dem vorher festgelegten Entfrostungsöffnungsgrad.
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Dementsprechend wird der Öffnungsgrad des Steuerventils 9 um eine vorgegebene Größe vergrößert, wenn die Temperatur, die eine Kältemitteltemperatur, von der eine vorgegebene Temperatur subtrahiert wird, ist, höher als die Temperatur von Fluid ist, das aus geheizter Luft gebildet ist, die von der Fluidtemperaturerfassungseinheit 11 erfasst wird. Aufgrund dessen nimmt der Druck auf der Hochdruckseite des Kompressors 1 ab, und die Leistung oder Energie des Kompressors 1 kann verringert werden. Außerdem nimmt die Temperatur von Kältemittel, das den Kondensator 2 durchläuft, Dank der Verringerung des Drucks auf der Hochdruckseite des Kompressors 1 ab, und das Kältemittel kann ausreichend Wärme aufnehmen.
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Da das Luftgebläse 5 indessen während der Entfrostungszeitspanne weiterhin rotiert, zirkuliert Hochtemperaturluft in einem nicht dargestellten Zimmer (Innenoder Kammer) mit begrenztem räumlichem Bereich der Innenheizvorrichtung 6, durch die Warmluft von dem Kondensator 2 zirkuliert. Daher kann das Kältemittel dazu gebracht werden, über den Kondensator 2 unter Nutzung der Wärmekapazität der Luft und des Zimmers (Innen oder Kammer), dessen Temperatur erhöht wurde, Wärme aufzunehmen (das Kältemittel kann geheizt werden).
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(Sechste Ausführungsform)
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Ein Abschnitt einer sechsten Ausführungsform, der sich von den hier bereits beschriebenen Ausführungsformen unterscheidet, wird beschrieben. Ein Wärmepumpensystem der sechsten Ausführungsform wird unter Verwendung von 8 beschrieben. In der sechsten Ausführungsform wird Warmwasser, das von einem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird, in einer Fußbodenheizvorrichtung 6 verwendet und wird auch in einer Heißwasserversorgungsvorrichtung 60 verwendet. Die Heißwasserversorgungsvorrichtung 60 heizt Speisewasser (das als Heißwasserversorgung zugeführt werden soll) in einem Heißwasserspeicherbehälter 21 über einen Heißwasserversorgungswärmetauscher 22, der Hochtemperaturwasser an den Heißwasserspeicherbehälter 21 liefert.
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Warmwasser von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 kann umgeschaltet werden, so dass es abhängig davon, ob eine Zirkulationspumpe 5 betrieben wird oder eine erste Heißwasserversorgungspumpe 23 betrieben wird, zu einer Bodenheizplatte 4 geht oder zu dem Heißwasserversorgungswärmetauscher 22 geht. Eine zweite Heißwasserversorgungspumpe 24 ist zwischen dem Heißwasserversorgungswärmetauscher 22 und dem Heißwasserspeicherbehälter 21 bereitgestellt.
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In der sechsten Ausführungsform kann während einer Entfrostungszeitspanne die Heizkapazität von Warmwasser, das durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 strömt, durch die Schaltsteuerung zum Auswählen der Zirkulationspumpe 5 oder der ersten Heißwasserversorgungspumpe 23 erhöht werden. Mit anderen Worten kann für die höhere Heizkapazität die Pumpe 5 oder 23 betrieben werden.
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Der Heißwasserversorgungswärmetauscher 22 kann innerhalb des Heißwasserspeicherbehälters 21 bereitgestellt werden. Der Heißwasserversorgungswärmetauscher 22 ist bereitgestellt, um das Speisewasser in dem Heißwasserspeicherbehälter 21 und das Warmwasser in der Fußbodenheizvorrichtung 6 vom Mischen abzuhalten. Diese Art von Wärmetauscher kann auf der Bodenheizvorrichtung 6 bereitgestellt werden.
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In der sechsten Ausführungsform ist, wie in 8 gezeigt, ein Wärmepumpensystem 100 aus einer Kältekreislaufvorrichtung 50, der Fußbodenheizvorrichtung 6 und der Heißwasserversorgungsvorrichtung 60 aufgebaut. Ein Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 ist aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 2 von 8 aufgebaut, und die Heizvorrichtung 6, 60 ist aus der Fußbodenheizvorrichtung 6 und der Heißwasserversorgungsvorrichtung 60 aufgebaut. Die Fluidzirkulationsvorrichtung 5, 23 ist aus der Zirkulationspumpe 5 und der ersten Heißwasserversorgungspumpe 23 aufgebaut. Der Öffnungsgrad eines Steuerventils 9 kann von einer Steuervorrichtung 10 zwischen vollständig geschlossen und vollständig geöffnet eingestellt werden.
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Das Wärmepumpensystem 100 hat den Kompressor 1, der Kältemittel komprimiert, und den Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2, der einen Wärmeaustausch zwischen dem in dem Kompressor 1 komprimierten Kältemittel und dem Fluid ausführt. Ferner wird die Heizvorrichtung 6, 60 bereitgestellt, durch die Warmwasser, das Fluid bildet, das von dem Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheizt wird, strömt. Außerdem werden die Zirkulationspumpe 5 und die erste Heißwasserversorgungspumpe 23, die die Fluidzirkulationsvorrichtung 5, 23 aufbauen, bereitgestellt, um das Fluid zu zirkulieren, so dass es den Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 durchläuft.
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Das Steuerventil 9 steuert die Strömung von Kältemittel, das den Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 durchlaufen hat. Kältemittel, das das Steuerventil 9 durchlaufen hat, strömt in einen Verdampfer 7, um Wärme aus der Außenluft aufzunehmen. Die Steuervorrichtung 10 steuert wenigstes die Fluidzirkulationsvorrichtung 5, 23 und das Steuerventil 9. Wenn ein Entfrostungsbetrieb des Verdampfers 7 ausgeführt wird, vergrößert die Steuervorrichtung 10 den Öffnungsgrad des Steuerventils 9 im Vergleich dazu, wenn kein Entfrostungsbetrieb ausgeführt wird, und bewirkt durch Betreiben der Zirkulationspumpe 5 und/oder der ersten Heißwasserversorgungspumpe 23 als die Fluidzirkulationsvorrichtung 5 weiterhin, dass Warmwasser, das Fluid bildet, in den Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 strömt.
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Dementsprechend wird Wärme, die von der Heizvorrichtung 6, 60 gehalten wird, die mit von dem Fluid-Kältemittel-Wärmetauscher 2 geheiztem Fluid gefüllt ist, an das Kältemittel geliefert, wodurch ein Entfrostungsbetrieb des Verdampfers 7 ausgeführt werden kann. Aufgrund dessen kann ein Wärmepumpensystem mit einem äußerst effizienten Kältekreislauf bereitgestellt werden, indem ein Entfrostungsbetrieb in einer kurzen Zeit durchgeführt wird, während der Leistungsverbrauch oder Energieverbrauch niedrig gehalten wird.
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Auf diese Weise umfasst die Heizvorrichtung 6, 60 die Fußbodenheizvorrichtung 6, die einen Fußboden heizt, oder eine Warmwasserversorgungsvorrichtung 60, die aus der Heißwasserversorgungsvorrichtung 60 aufgebaut ist, die Warmwasser an den Behälter liefert. Folglich kann das Entfrosten des Verdampfers schnell abgeschlossen werden, indem die Wärme genutzt wird, die von der Fußbodenheizvorrichtung 6 oder der Warmwasserversorgungsvorrichtung 60 gehalten wird.
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(Andere Ausführungsform)
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Während die wünschenswerte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben wird, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die erwähnte Ausführungsform beschränkt und kann in dem Bereich, der nicht von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abweicht, mit vielfältigen Modifikationen implementiert werden. Der Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf den Bereich beschränkt, der mit der Struktur der Ausführungsform beispielhaft dargestellt ist. Der Bereich der vorliegenden Offenbarung ist durch die beigefügten Patentansprüche gezeigt und umfasst auch alle äquivalenten Änderungen.
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Zum Beispiel braucht ein Inneres, das durch Luft geheizt wird, die einen Kondensator durchläuft, nicht notwendigerweise das Innere eines Hauses sein, sondern kann das Innere eines Fahrzeug oder ähnliches sein, das einen geschlossenen Raum aufbaut. Wenn der Durchsatz unter Verwendung eines Steuerventils gesteuert wird, ist das Ventil nicht auf eines beschränkt, dessen Öffnungsgrad fein eingestellt wird, sondern kann ein Ventil sein, das die Strömung durch die relative Einschaltdauer eines Ein-/Ausventils einstellt. Das Ventil ist nicht auf ein elektromagnetisches Ventil beschränkt. Ein Steuerventil, dessen Bewegung durch ein Steuersignal gesteuert wird, wie etwa ein elektrisches Ventil, in dem ein Schrittmotor verwendet wird, kann verwendet werden.
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Der Kompressor ist nicht auf einen elektrischen Kompressor beschränkt und kann ein Kompressor sein, der von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Heizvorrichtung kann aus verschiedenen Arten von Vorrichtungen aufgebaut sein, durch die Warmwasser strömt. Zum Beispiel kann die Heizvorrichtung eine Vorrichtung sein, die Warmwasser an ein Warmwasserbecken oder einen Warmwasserbehälter, der einen Behälter aufbaut, liefert. Außerdem ist Fluid, das im Inneren einer Pumpe zirkuliert, nicht auf Wasser beschränkt und kann ein anderes Fluid, wie etwa Öl, sein.
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Wenn der Druck auf der Hochdruckseite durch Vergrößern des Öffnungsgrads des Steuerventils um eine vorgegebene Größe verringert wird, wodurch die Leistung oder Energie des Kompressors verringert wird, wird, wie in 6 gezeigt, das Entfrosten in einem Zustand begonnen, in dem der Öffnungsgrad weiter vergrößert werden kann, da der Entfrostungsöffnungsgrad nicht vollständig geöffnet ist. Wenn die Drehzahl des Kompressors jedoch gesteuert wird, wie in 2 gezeigt, wird das Steuerventil 9 beim Entfrosten vollständig geöffnet. In diesem Fall kann ein elektromagnetisches Ventil mit einer einfachen Struktur, das zwischen vollständig geöffnet und vollständig geschlossen umschaltet, verwendet werden.
