專利名稱：熱泵式暖氣裝置的制作方法
技術領域：
本發明，涉及在使由熱泵加熱的流體循環來供給暖氣的暖氣裝置中、謀求設備高效率化的熱泵式暖氣裝置。
背景技術：
一般，熱水暖氣裝置，用熱水管路連接熱源機和暖氣末端，在熱源機內，例如，使被加熱到約60°C的熱水在管路內循環，在暖氣末端供暖。例如，基于地板下暖氣設備暖氣舒適性高，所以正在普及。另外，以石油或燃氣作燃料的燃燒式熱水暖氣裝置，在耗能或安全性方面存在問題，作為它們的代用品，熱泵式熱水暖氣裝置正在被商品化。例如，提出了通過根據加熱熱水的水制冷劑熱交換器的溫度控制熱水循環量，來縮短地板下暖氣設備的上升時間的熱泵式地板下暖氣裝置(參照專利文獻1)。另外，提出了通過檢測熱水暖氣回路的回水溫度、在規定的時間之間把壓縮機轉速控制到最低轉速，穩定熱水溫度，提高效率的熱泵式地板下暖氣裝置(參照專利文獻2)。專利文獻1特開2002-12233專利文獻2特開2000-4641
發明內容
一般，在熱泵式地板下暖氣裝置上連接的地板下暖氣板，根據房間的大小，例如根據榻榻米數變化。此時，對于每一榻榻米數存在COP(供暖能力/輸入)成為最高的熱水循
環量。其理由后面敘述。圖5表示某榻榻米數的地板下暖氣板的熱水入口溫度和地板下供暖能力(圖 5(a))以及熱水出口溫度(圖5(b))的關系，并把熱水循環量作為參數(大，中，小)。另外假定室溫一定。以下把地板下暖氣板的熱水取入口處的水溫作為熱水入口溫度、把該地板下暖氣設備的熱水流出口處的水溫作為熱水出口溫度進行說明。在相同的地板下供暖能力的條件下，若降低熱水循環量，則需要升高熱水入口溫度。在這種情形下，反過來降低熱水出口溫度，熱水入口和熱水出口的溫度差就變大。此時，熱泵式地板下暖氣裝置，由地板下暖氣板的熱水出口溫度加熱到熱水入口溫度。圖6表示熱泵式地板下暖氣裝置的冷凍周期圖。在圖6中，把熱水循環量作為參數 (大，中，小)，并表示在莫里爾圖上。使用的制冷劑是二氧化碳。因為熱水循環量越小，在熱泵式地板下暖氣裝置中的熱水加熱的溫升幅度會越大，所以氣體冷卻器的制冷劑側入口和出口處的溫度差也變大。因此，每單位質量的焓差也變大。另一方面，由于熱水循環量越小流速越低，水制冷劑熱交換器(氣體冷卻器)的水側的熱傳導率會減小。因此，要獲得相同的供暖能力，水側和制冷劑側的溫差就變大，其結果壓縮機的輸出壓力上升，每單位質量的壓縮功增加。亦即，熱水循環量越小，焓差及壓縮功則越增加，但是因為它們的增加比例不同， 所以存在在某熱水循環量下COP (但是假定壓縮機效率一定，不包含循環泵輸入)成為峰值的點。另外，在用DC泵供給熱水的情形下，越減少熱水循環量，泵輸入越降低。因此，包含泵輸入的COP的峰值，比不包含泵輸入的COP的峰值，變成在熱水循環量小的一方移動了若干的分布。綜上所述，圖7概略表示對每榻榻米數(大，中，小)的熱水循環量的COP。從圖中可知，對于每一榻榻米數存在COP成為峰值的熱水循環量。但是，在熱泵式地板下暖氣裝置中，在現有技術中，不能對于每一榻榻米數調節熱水循環量。另外，同樣在熱泵式熱水暖氣裝置中，也不能對于每一暖氣末端調節熱水循環量。本發明是要解決上述問題、提供謀求設備高效率化的熱泵式暖氣裝置。為解決上述問題，本發明的熱泵式暖氣裝置，其特征在于，具有用制冷劑管路連接壓縮機、進行由該壓縮機壓縮的制冷劑和流體的熱交換的熱交換器、減壓熱交換后的制冷劑的減壓裝置、進行減壓后的制冷劑和空氣的熱交換的蒸發器的熱泵制冷劑回路；用管路連接給所述熱交換器供給所述流體的循環泵、具有用所述水制冷劑熱交換器加熱的流體流入的流體入口和該流體流出的流體出口、釋放該流體熱量的暖氣末端的暖氣回路；運行控制所述熱泵制冷劑回路和暖氣回路的設備的運行控制單元；和根據所述暖氣末端的流體入口溫度以及流體出口溫度控制所述循環泵的循環量控制單元。在本發明中，暖氣回路也可以根據暖氣末端的流體入口溫度、流體出口溫度以及設置暖氣末端的房間的室溫，控制循環泵的熱水循環量。在上述發明中，也可以在暖氣回路上裝備熱水循環量傳感器。另外，在上述發明中，也可以裝備循環泵的循環量設定單元。上述發明也可以在暖氣回路上有多個暖氣末端，可以對于這些暖氣末端的每一個變化循環泵的循環量。在上述發明中，作為熱泵冷介質回路的制冷劑，可以使用二氧化碳。根據本發明，可以提供能謀求設備高效率化的熱泵式暖氣裝置。
圖1是涉及本發明的第一實施例的熱泵式暖氣裝置的主要部分的結構圖。圖2是涉及本發明的第二實施例的熱泵式暖氣裝置的主要部分的結構圖。圖3是涉及本發明的第三實施例的熱泵式暖氣裝置的主要部分的結構圖。圖4是涉及本發明的第四實施例的熱泵式暖氣裝置的主要部分的結構圖。圖5是表示地板下暖氣板的流體入口溫度和地板下供暖能力以及流體出口溫度的關系的圖。圖6是把熱水循環量作為參數、在莫里爾圖上表示熱泵式暖氣裝置的冷凍周期圖的圖。圖7是表示把榻榻米數作為參數時的對于熱水循環量的COP的圖。
具體實施例方式
下面根據
本發明的實施形態。第一實施例圖1是使用本發明的熱泵式暖氣裝置的主要部分的結構圖。熱泵式暖氣裝置由熱泵制冷劑回路1、暖氣回路3和運行控制單元5構成。作為熱源單元10，具有熱泵制冷劑回路1和暖氣回路3的一部分和運行控制電路101。在暖氣回路3內循環的流體，可以是不加任何添加物的熱水，也可以是混合有防凍劑或防腐劑等添加劑的熱水。以下，把它們作為熱水用鹽水說明。熱泵制冷劑回路1由用制冷劑配管依次連接壓縮機11、水制冷劑熱交換器14、減壓裝置17、蒸發器20的閉合回路構成，裝入制冷劑。壓縮機11具有可進行容量控制、可從低速到高速控制轉速的結構。水制冷劑熱交換器14由制冷劑側傳熱管和熱水側傳熱管組成，在其間進行熱交換。蒸發器20是進行空氣和制冷劑的熱交換的空氣制冷劑熱交換器。暖氣回路3由用配管依次連接循環泵41、水制冷劑熱交換器14、暖氣末端48的閉合回路構成，裝入熱水用鹽水。循環泵41，在連接暖氣末端48和水制冷劑熱交換器14的熱水側傳熱管入口的配管的中間設置。通過循環泵41的運行，使熱水用鹽水在暖氣回路3中沿圖示箭頭的方向循環。該循環泵41具有通過控制單元可控制熱水循環量的結構。暖氣末端48，具有用水制冷劑熱交換器14加熱的鹽水在通過傳熱管48a時主要在地板面側放出熱量的結構。例如有地板下暖氣末端(地板下暖氣板)或浴室暖氣末端。檢測朝向地板下暖氣板的流體溫度的流體入口(去往)溫度傳感器50安裝在連接水制冷劑熱交換器14的熱水配管出口和暖氣末端48的傳熱管48a入口的配管內。檢測從地板下暖氣末端48朝向水制冷劑熱交換器14的流體溫度的流體出口(返回)溫度傳感器51安裝在在地板下暖氣末端48的傳熱管48a出口和水制冷劑熱交換器14的熱水配管入口上連接的配管中。各傳感器檢測熱水的去往和返回的水溫。室溫傳感器52檢測進行地板下供暖的房間的室溫。在圖1中，室溫傳感器52與遙控器被構成為一體，但是也可以作為分體構成。運行控制單元5，由控制電路101和遙控器105、各傳感器構成。遙控器105的操作設定以及檢測各部的溫度的溫度傳感器、檢測壓力的壓力傳感器等各傳感器的檢測信號被輸入到控制電路101中。通過遙控器105的操作設定，進行熱泵制冷劑回路1的運行·停止以及壓縮機11 的轉速控制，同時進行熱水暖氣回路3的循環泵41的熱水循環量控制等。另外，在供暖運行剛開始之后，為縮短暖氣上升時間，被控制為以規定的高轉速運轉壓縮機11的轉速。下面說明作為本發明的熱泵式熱水暖氣裝置的熱水循環量控制。地板下暖氣板的熱水側的移動單位數NTU，可用下式表示。NTU = KAp/( α MCp P )......(1)式中，K是從熱水到空氣的熱通過率(單位是W/(m2K)) ;Αρ是地板下暖氣板的表面積(單位是m2) ； α是地板下暖氣的上面放熱率；M是熱水循環量(單位是m3/S) ;Cp是水的比熱(單位是J/ (kgK)) ； P是水的密度(單位是kg/m3)。另外，熱水側的溫度效率ε，可用下式表示。
ε = (Tin Tout)/(Tin Tr)= Iexp (-NTU)......O)式中，Tin是地板下暖氣板的流體入口溫度，Tout是地板下暖氣板的流體出口溫度，Tr是室溫。式(1)的從熱水到空氣的熱通過率K，因為空氣側的熱阻是決定因素，所以即使熱水側的循環量M有某種程度的變化，其影響也小，可以認為K的值基本上恒定。另外，式(1) 的Αρ、α、Cp、P的值也為定值或者基本上為定值。因此，根據式⑴、⑵，在溫度效率ε和熱水循環量M之間有基本上是1對1的關系，通過控制循環泵41以使成為對應規定的熱水循環量M的溫度效率ε，就可以得到希望的熱水循環量。亦即通過適當控制循環泵41，以使從地板下暖氣板48的流體入口溫度傳感器50、地板下暖氣板48的流體出口溫度傳感器51以及室溫傳感器52的值計算出的溫度效率成為規定值，就可以高效率地運行熱泵式熱水暖氣裝置。在設置的地板下暖氣板中成為對應于COP成為峰值的熱水循環量的目標的溫度效率，例如，從遙控器105輸入。另外，在作為對應COP成為峰值的熱水循環量的目標的溫度效率，隨地板下暖氣板的大小沒有太大變化的情況下，也可以在控制電路101內預先存儲目標溫度效率。因此，因為可以控制到適合設置的地板下暖氣板的熱水循環量，所以能夠高效率地運行。第二實施例圖2表示涉及第二實施例的熱泵式熱水暖氣裝置的主要部分的結構圖。該實施例和第一實施例的不同在于沒有室溫傳感器52，代之以在遙控器10 上設置室溫輸入單元 110。在以熱泵式熱水暖氣裝置給房間供暖、而室溫基本上恒定時，把其時的室溫輸入到遙控器105a。控制電路101，從輸入的室溫Tr、溫度傳感器50、51的地板下暖氣板的流體入口溫度Tin和流體出口溫度Tout計算溫度效率ε，控制循環泵41的循環量，以使該值為目標值。因此，和第一實施例一樣，因為可以控制到適合設置的地板下暖氣板的熱水循環量，所以能夠高效率地運行。另外，和第一實施例相比，因為無室溫傳感器，所以可以減少相應部分的成本。另外，也可以不設置室溫輸入部件110、而在地板下暖氣運行穩定后，假定室溫例如為20°C，計算溫度效率，控制循環泵41的循環量，使該值成為目標值。第三實施例圖3表示涉及第三實施例的熱泵式熱水暖氣裝置的主要部分的結構圖。該實施例和第一以及第二實施例的不同，是在熱水暖氣回路3中設置了流量傳感器55。控制電路101，控制循環泵41以使流量傳感器55的值成為規定的熱水循環量。規定的熱水循環量，從遙控器105輸入適合設置的地板下暖氣板的值。因此，因為可以控制到適合設置的地板下暖氣板的熱水循環量，所以能夠高效率地運行。另外，和第一以及第二實施例比較，因為直接控制熱水循環量，所以可以以更高精度調節熱水循環量，容易高效率運行。第四實施例圖4表示涉及第四實施例的熱泵式熱水暖氣裝置的主要部分的結構圖。該實施例和第一到第三實施例的不同，是在遙控器105c上設置作為循環泵41的熱水循環量設定單元的指示電壓輸入部件111。施工者或者使用者，使用適合設置的地板下暖氣板48的熱水循環量(記載在施工手冊等中)，計算其時的熱水暖氣回路中的通水阻抗。接著，從泵的揚程-流量曲線(記載在施工手冊等中)求與該熱水循環量和通水阻抗相匹配的循環泵(DC泵)41的指示電壓。 接著，通過在遙控器105c上設置的指示電壓輸入單元111輸入該指示電壓。亦即，具有改變有關對應于在本熱泵式暖氣裝置中組裝的暖氣末端的循環泵41的泵轉速控制的設定的單元，例如讓遙控器105c裝備輸入該設定值的單元。在熱泵式暖氣裝置運行中，控制電路101給循環泵41提供適當的指示電壓。因此， 熱泵式熱水暖氣裝置，因為以適當的熱水循環量運行，所以能夠高效率運行。第一到第四實施例，作為暖氣末端設置了地板下暖氣板，但是對于其他的、例如浴室暖氣干燥機等末端，因為對于每一機種存在能量效率成為最高的熱水循環量，所以，本發明也可以適用于地板下暖氣板以外的末端裝置。符號說明1熱泵制冷劑回路，3熱水暖氣回路，5運行控制設備，11壓縮機，14水制冷劑熱交換器，17膨脹閥，20蒸發器，41循環泵，48地板下暖氣末端(地板下暖氣板)，48a傳熱管， 50流體入口溫度傳感器，51流體出口溫度傳感器，52室溫傳感器，55流量傳感器，101控制電路，105U05a, 105b、105c遙控器，110室溫輸入部件，111循環泵指示電壓輸入部件。
權利要求
1.一種熱泵式暖氣裝置，其特征在于，具有用制冷劑管路連接壓縮機、進行由該壓縮機壓縮的制冷劑和流體的熱交換的熱交換器、對熱交換后的制冷劑進行減壓的減壓裝置、和對減壓后的制冷劑和空氣進行熱交換的蒸發器的熱泵制冷劑回路；用管路連接給所述熱交換器供給所述流體的循環泵、和具有用所述水制冷劑熱交換器加熱的流體流入的流體入口和該流體流出的流體出口并釋放該流體熱量的暖氣末端的暖氣回路；對所述熱泵制冷劑回路和暖氣回路的設備進行運行控制的運行控制單元；和根據所述暖氣末端的流體入口溫度以及流體出口溫度，控制所述循環泵的循環量控制單元；其中，所述循環量控制單元根據所述暖氣末端的流體入口溫度、流體出口溫度以及已設置所述暖氣末端的房間的室溫來控制所述循環泵。
2.根據權利要求1所述的熱泵式暖氣裝置，其特征在于，在所述暖氣回路上裝備了循環量傳感器。
3.根據權利要求1所述的熱泵式暖氣裝置，其特征在于，所述暖氣回路有多個暖氣末端，所述循環量控制單元對于每個所述暖氣末端改變所述循環泵的循環量。
4.根據權利要求1到3中任一項所述的熱泵式暖氣裝置，其特征在于，將二氧化碳作為所述熱泵制冷劑回路的制冷劑。
全文摘要
提供謀求設備高效率化的熱泵式暖氣裝置。根據從暖氣末端的流體入口溫度、流體出口溫度以及已設置暖氣末端的房間的室溫計算出來的溫度效率，控制循環泵的循環量。
文檔編號F24D15/04GK102519081SQ20111041549
公開日2012年6月27日 申請日期2006年1月9日 優先權日2005年3月24日
發明者松林秀, 遠藤和廣 申請人:日立空調·家用電器株式會社