热泵装置

文档序号:1785916 发布日期:2019-12-06 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 热泵装置 (Heat pump device ) 是由 野村泰光 一法师茂俊 于 2017-11-22 设计创作,主要内容包括:热泵装置(100)具备:利用侧热交换器(14),其在从蓄热用热交换器(12)排出的热介质(19)与热利用介质(39)之间进行热交换;以及流路切换器(13),其将热介质(19)的流路切换为不经由利用侧热交换器(14)而在吸热侧热交换器(16)、蓄热用热交换器(12)中循环的第一流路或者经由利用侧热交换器(14)并在吸热侧热交换器(16)、蓄热用热交换器(12)中循环的第二流路。即使蓄热介质(12)的温度变高,也能够抑制热泵的效率下降,并且利用热泵在蓄热介质(12)中蓄积从热源吸收的热。(A heat pump device (100) is provided with: a use-side heat exchanger (14) that exchanges heat between the heat medium (19) discharged from the heat storage heat exchanger (12) and the heat use medium (39); and a flow path switching device (13) that switches the flow path of the heat medium (19) to a first flow path that circulates through the heat-absorption-side heat exchanger (16) and the heat-storage heat exchanger (12) without passing through the use-side heat exchanger (14), or to a second flow path that circulates through the heat-absorption-side heat exchanger (16) and the heat-storage heat exchanger (12) with passing through the use-side heat exchanger (14). Even if the temperature of the heat storage medium (12) increases, the heat absorbed from the heat source can be stored in the heat storage medium (12) by the heat pump while suppressing a decrease in the efficiency of the heat pump.)

热泵装置

技术领域

本发明涉及利用热泵在蓄热介质中蓄热的热泵装置。

背景技术

以往,已知通过利用制冷循环的热泵将从外部空气吸收的热利用于蓄热容器内的热水的加热和澡盆内的热水的再加热的热泵装置(例如,参照专利文献1)。

以往的热泵装置具备:在作为热源的外部空气与在热泵回路中流动的热介质之间进行热交换并由从外部空气吸收的热对热介质加热的吸热侧热交换器、在热介质与蓄热容器内的作为蓄热介质的水之间进行热交换的蓄热用热交换器、在热介质与澡盆内的水之间进行热交换的利用侧热交换器、将热介质压缩为高温高压的压缩机、由使高压的热介质节流膨胀而成为低压的毛细管构成的减压器以及由切换在热泵回路中流动的热介质的流路的三通阀构成的多个流路切换器。

在热泵装置加热蓄热容器内的水并蓄热时,以将热泵回路的热介质的流路按压缩机、蓄热用热交换器、减压器、吸热侧热交换器的顺序串联连接的方式切换多个流路切换器,利用侧热交换器从热介质的流路分离。另外,在热泵装置对澡盆内的热水再加热时,以将热泵回路的热介质的流路按压缩机、利用侧热交换器、减压器、蓄热用热交换器的顺序串联连接的方式切换多个流路切换器,吸热侧热交换器从热介质的流路分离。或者,以将热泵回路的热介质的流路按压缩机、利用侧热交换器、减压器、吸热侧热交换器的顺序串联连接的方式切换多个流路切换器,蓄热用热交换器从热介质的流路分离。这样,在以往的热泵装置中,通过使用多个流路切换器切换热介质的流路,从而利用将蓄热容器内的热水或外部空气作为热源的热泵对澡盆内的热水再加热。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开昭61-225539号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而,在专利文献1所记载的以往的热泵装置中,存在如下问题点:在利用热泵加热作为蓄热介质的蓄热容器内的水并蓄热时,由于随着蓄热介质的温度上升,从在热泵回路中循环的热介质向蓄热介质的散热量减少,所以与热介质充分地散热的情况相比,返回压缩机的热介质的温度变高,热泵的效率下降。

本发明为解决上述问题而做出,其目的在于提供一种热泵装置,该热泵装置即使在蓄热介质的温度变高的情况下,也能够抑制热泵的效率下降,并且能够利用热泵将从热源吸收的热蓄积于蓄热介质。

用于解决课题的手段

本发明的热泵装置具备:减压器,所述减压器使流入的热介质膨胀而成为比流入前低的压力并排出;吸热侧热交换器,所述吸热侧热交换器供从减压器排出的热介质流入,并在热介质与热源之间进行热交换;压缩机,所述压缩机吸入从吸热侧热交换器排出的热介质,压缩为比吸入前高的压力并排出;蓄热用热交换器,所述蓄热用热交换器供从压缩机排出的热介质流入,并在热介质与蓄热介质之间进行热交换;利用侧热交换器,所述利用侧热交换器供从蓄热用热交换器排出的热介质流入,在热介质与热利用介质之间进行热交换,并将热介质排出到减压器;以及流路切换器,所述流路切换器将从蓄热用热交换器排出的热介质的流路切换为第一流路或第二流路,所述第一流路是不经由利用侧热交换器而在减压器、吸热侧热交换器、压缩机及蓄热用热交换器中循环的流路,所述第二流路是经由利用侧热交换器而在减压器、吸热侧热交换器、压缩机及蓄热用热交换器中循环的流路。

发明的效果

根据本发明的热泵装置,由于流路切换器将热介质的流路切换为第一流路或第二流路,所以即使在蓄热介质的温度变高的情况下,也能够抑制热泵的效率下降,并且利用热泵将从热源吸收的热蓄积于蓄热介质。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1中的热泵装置的结构的示意图。

图2是示出本发明的实施方式1中的热泵装置的控制器的结构的框图。

图3是示出本发明的实施方式1中的热泵装置的控制动作的流程图。

图4是示出本发明的实施方式2中的热泵装置的结构的示意图。

图5是示出本发明的实施方式2中的热泵装置的控制器的结构的框图。

图6是示出本发明的实施方式2中的热泵装置的控制动作的流程图。

图7是示出本发明的实施方式3中的热泵装置的结构的示意图。

图8是示出本发明的实施方式3中的热泵装置的控制器的结构的框图。

图9是示出本发明的实施方式3中的热泵装置的控制动作的流程图。

具体实施方式

实施方式1.

首先,说明本发明的实施方式1中的热泵装置的结构。图1是示出本发明的实施方式1中的热泵装置的结构的示意图。

在图1中,热泵装置100具备热泵回路10、蓄热回路20及热利用回路30。热泵回路10具备压缩机11、蓄热用热交换器12、利用侧热交换器14、减压器15以及吸热侧热交换器16。热泵回路10通过利用被封入内部的热介质19的制冷循环,使由吸热侧热交换器16吸收的热向蓄热用热交换器12及利用侧热交换器14移动。利用侧热交换器14相对于热介质19流动的方向设置在蓄热用热交换器12的下游侧。

蓄热回路20具有与热泵回路10的蓄热用热交换器12连接的蓄热容器21以及使蓄热介质29在蓄热回路20中循环的循环泵22。通过在蓄热用热交换器12中使热泵回路10的热介质19与蓄热介质29进行热交换,从而将在热泵回路10的吸热侧热交换器16中吸收的热蓄积在蓄热容器21内的蓄热介质29中。热利用回路30具有与热泵回路10的利用侧热交换器14连接的热利用终端31以及使在热利用终端31中使用的热利用介质39在热利用回路30中循环的循环泵32。通过在侧热交换器14中使热泵回路10的热介质19与热利用介质39进行热交换,从而利用在热泵回路10的吸热侧热交换器16中吸收的热对热利用介质39加热。蓄热介质29的最高温度比热利用介质39的最高温度高,蓄积于蓄热介质29的热利用于需要比热利用介质39高的温度的用途。

在本实施方式1中,说明蓄积于蓄热容器21的热用于供给热水,而热利用终端31为浴缸的情况。即,蓄积于蓄热容器21的蓄热介质29是水,蓄积在热利用终端31即浴缸的澡盆中的热利用介质39也是水。被加热并蓄积于蓄热容器21的热水不仅用于厨房、盥洗室、淋浴等处的供给热水,也用于在热利用终端31即浴缸的澡盆中放热水。即,通过在热利用终端31即浴缸的澡盆中蓄积热水,从而蓄积于澡盆的热水成为热利用介质39。蓄积于澡盆的热利用介质39不限于热水,也可以是热水冷却后的水或从自来水管供给的水。热利用回路30用于对热利用介质39再次加热的再加热或保温,所述热利用介质39是蓄积在热利用终端31即浴缸的澡盆中的热水。

首先,说明本发明的实施方式1的热泵装置100的结构。

如图1所示,热泵装置100的热泵回路10具备减压器15、吸热侧热交换器16、压缩机11、蓄热用热交换器12、利用侧热交换器14及流路切换器13,并用配管h1a~h1g将它们连接。在热泵回路10的内部封入有热介质19,热介质19通过配管h1a~h1g在减压器15、吸热侧热交换器16、压缩机11、蓄热用热交换器12、利用侧热交换器14及流路切换器13中循环。热介质19例如可以是二氧化碳、丙烷等自然制冷剂、R410、R32等氢氟烃类制冷剂等在制冷循环中使用的制冷剂。因此,热泵回路10可以称为制冷循环回路,热介质19可以称为制冷剂。另外,热泵装置100具备控制热泵回路10的压缩机11、减压器15、送风风扇17及流路切换器13的控制器41。此外,热泵回路10也可以根据需要具备用于防止向压缩机11的回液的储液器等上述以外的装置。

减压器15使流入到减压器15的热介质19节流膨胀而使其成为比流入减压器15前低的压力,并向吸热侧热交换器16排出。减压器15例如可以是电子膨胀阀或毛细管。由于当使用电子膨胀阀作为减压器15时,通过控制电子膨胀阀的开度,能够更精细地控制热介质19的状态,所以减压器15优选电子膨胀阀。利用控制器41控制减压器15。在减压器15为电子膨胀阀的情况下,控制器41控制电子膨胀阀的开度。

吸热侧热交换器16是用配管h1c与减压器15连接,供从减压器15排出的热介质19流入,并在热介质19与外部的热源之间进行热交换的热交换器。外部的热源可以是空气或地下水等,在本发明中,说明热源为空气的情况。吸热侧热交换器16例如可以是翅片管热交换器,该翅片管热交换器由供热介质19流通的金属管和以供作为热源的空气流通的方式相互分离地层叠的多个金属翅片构成。与吸热侧热交换器16相向地设置有由直流电机等电动机驱动的送风风扇17。通过利用送风风扇17向吸热侧热交换器16送入作为热源的空气,从而在通过吸热侧热交换器16的空气与通过吸热侧热交换器16的热介质19之间进行热交换。由于将吸热侧热交换器16内的热介质19的温度控制成比空气的温度低,所以热介质19从作为热源的空气吸热。

压缩机11用配管h1d与吸热侧热交换器16连接。此外,在为了防止压缩机11的回液而使用储液器的情况下,在压缩机11与吸热侧热交换器16之间的配管h1d***储液器即可。即,在使用储液器的情况下,可以将储液器看作配管h1d的一部分。在将其他装置***热泵回路10的配管h1a~h1g的情况下也同样如此,可以将其他装置看作配管的一部分。压缩机11吸入从吸热侧热交换器16排出的低压的热介质19,将热介质19压缩为比吸入前高的压力并在高温高压的状态下排出。压缩机11具有能够控制转速的电动机和用于驱动电动机的变换器(inverter),能够控制容量。压缩机11基于从控制器41向变换器输入的控制信号控制转速。

蓄热用热交换器12是如下热交换器,其用配管h1a与压缩机11的排出侧连接,供从压缩机排出的热介质19流入,并在热介质19与蓄热回路20的作为蓄热介质29的水之间进行热交换。蓄热用热交换器12具有供热泵回路10的热介质19流动的热介质用流路12a和供蓄热回路20的蓄热介质29流动的蓄热介质用流路12b,蓄热用热交换器12通过将热介质用流路12a和蓄热介质用流路12b经由金属等热传导率较大的构件相互分离地设置而构成。从压缩机11排出并流入到蓄热用热交换器12的热介质用流路12a中的高温高压的气相的热介质19的温度比流入蓄热用热交换器12的蓄热介质用流路12b中的蓄热介质29的温度高。利用从流入到蓄热用热交换器12的热介质19释放的热加热蓄热介质29。

蓄热用热交换器12优选即使在热泵回路10中流动的热介质19与在蓄热回路20中流动的作为蓄热介质29的水的温度差较小,热交换性能仍优异的热交换器。例如,可以将构成供热介质19流动的热介质用流路12a的热介质配管卷绕在构成供作为蓄热介质29的水流动的蓄热介质用流路12b的水配管上并钎焊而构成蓄热用热交换器12,或者,也可以将多根热介质配管平行地卷绕在将水配管扭转而成的槽上而构成蓄热用热交换器12。或者,蓄热用热交换器12也可以是板式热交换器。蓄热用热交换器12的热介质用流路12a和蓄热介质用流路12b优选以热介质19流动的方向与蓄热介质29流动的方向成为相向的相向流的方式配置。

利用侧热交换器14是如下热交换器,其经由流路切换器13并用配管h1e和配管h1f与蓄热用热交换器12连接,供从蓄热用热交换器12排出的热介质19流入,在热介质19与热利用回路30的作为热利用介质39的水之间进行热交换。利用侧热交换器14具有供热泵回路10的热介质19流动的热介质用流路14a和供热利用回路30的热利用介质39流动的热利用介质用流路14b,利用侧热交换器14通过将热介质用流路14a和热利用介质用流路14b经由金属等热传导率较大的构件相互分离地设置而构成。利用侧热交换器14可以是结构与蓄热用热交换器12相同的热交换器。流入到利用侧热交换器14的热介质19在蓄热用热交换器12中散热,但温度比流入热利用介质用流路14b的热利用介质39高。流入到利用侧热交换器14的热介质19散热,利用此时释放的热对热利用介质39加热。利用侧热交换器14用配管h1g及配管h1b与减压器15连接,从利用侧热交换器14排出的热介质19再次流入减压器15。

流路切换器13设置于蓄热用热交换器12与利用侧热交换器14之间,用配管h1e与蓄热用热交换器12连接,用配管h1f与利用侧热交换器14连接。另外,流路切换器13用配管h1b与减压器15连接。在配管1b,在流路切换器13与减压器15之间,连接有与利用侧热交换器14的下游侧连接的配管h1g。流路切换器13例如可以是电动三通阀等电动切换阀,也可以利用设置于配管h1f和配管h1b的两台电动开闭阀构成。流路切换器13将热介质19的流路切换为第一流路或第二流路,所述第一流路为热介质19不经由利用侧热交换器而在减压器15、吸热侧热交换器16、压缩机11及蓄热用热交换器12中循环的流路,所述第二流路为热介质19在减压器15、吸热侧热交换器16、压缩机11、蓄热用热交换器12及利用侧热交换器14中循环的流路。也就是说,流路切换器13由来自控制器41的控制信号控制,将从蓄热用热交换器12排出的热介质19的流路切换为不经由利用侧热交换器14而仅通过配管h1b到达减压器15的第一流路或经由利用侧热交换器14并通过配管h1f、配管h1g、配管h1b到达减压器15的第二流路。流路切换器13不仅可以将从蓄热用热交换器12排出的热介质19的流路切换为第一流路或第二流路的任意一方,也可以以热介质19在第一流路和第二流路双方中以规定的比率的流量流动的方式切换流路。

通过由控制器41使流路切换器13切换至不经由利用侧热交换器14的第一流路侧,从而热介质19的流路切换为第一流路,热介质19在压缩机11、蓄热用热交换器12、减压器15及吸热侧热交换器16中循环,使在吸热侧热交换器16中吸收的热向蓄热用热交换器12移动。另一方面,通过由控制器41使流路切换器13切换至经由利用侧热交换器14的第二流路侧,从而热介质19的流路切换为第二流路,热介质19在压缩机11、蓄热用热交换器12、利用侧热交换器14、减压器15及吸热侧热交换器16中循环,使在吸热侧热交换器16中吸收的热向蓄热用热交换器12和利用侧热交换器14移动。

热泵装置100的蓄热回路20具有用配管h2c与蓄热用热交换器12的蓄热介质用流路12b连接的蓄热容器21和用配管h2a与蓄热容器21连接的循环泵22。循环泵22用配管h2b也与蓄热用热交换器12的蓄热介质用流路12b连接。循环泵22具有利用来自控制器41的控制信号控制转速的电动机,由控制器41调整用循环泵22使蓄热介质29在蓄热回路20中循环的蓄热介质29的流量。配管h2a与蓄热容器21的下部连接,配管h2c与蓄热容器21的上部连接。由于当蓄积在蓄热容器21内的作为蓄热介质29的水被加热而成为高温时,密度变小,所以会聚集在蓄热容器21的上部。因此,在蓄热容器21内,上部的水的温度比下部的水的温度高。蓄热容器21内的作为蓄热介质29的水从与蓄热容器21的下部连接的配管h2a流出,并利用循环泵22送出。从蓄热容器21送出的水通过在蓄热用热交换器12中与热介质19的热交换而被加热并成为热水,通过与蓄热容器21的上部连接的配管h2c流入蓄热容器21内。结果,在蓄热容器21内,从吸热侧热交换器16吸收的热作为热水蓄积。

另外,在蓄热容器21,连接有用于从自来水管供给成为蓄热介质29的水的配管h2d、以及用于从蓄热容器21取出高温的作为蓄热介质29的热水并供给热水的配管h2e。配管h2d与蓄热容器21的下部连接,配管h2e与蓄热容器21的上部连接。另外,配管h2e经由电动混合阀23与配管h2f连接。在电动混合阀23也连接有用于供给自来水的从配管h2d分支的配管h2g。电动混合阀23由控制器41控制开度,将从蓄热容器21取出的热水与温度比该热水低的自来水混合而将供给的热水的温度调整至使用者期望的温度。配管h2d与自来水管等供水用的配管24a连接,通过配管24a供给成为蓄热介质29的自来水。另外,配管h2f与用于向厨房、盥洗室、浴室等供给热水的配管24b连接,通过配管24b供给蓄积于蓄热容器21的作为蓄热介质29的热水。通过配管24b供给的热水蓄积在热利用终端31即浴缸的澡盆中,成为热利用介质39。

热泵装置100的热利用回路30具有用配管h3c及配管33b与利用侧热交换器14的热利用介质用流路14b连接的热利用终端31、以及用配管33a及配管h3a与热利用终端31连接的循环泵32。循环泵32用配管h3b也与利用侧热交换器14的热利用介质用流路14b连接。此外,配管33a、配管33b及热利用终端31构成热利用回路30的一部分,但设置于热泵装置100的外部。循环泵32与蓄热回路20的循环泵22同样地由控制器41控制,由控制器41调整用循环泵32使热利用介质39在热利用回路30中循环的热利用介质39的流量。配管33a和配管33b与热利用终端31即浴缸的澡盆连接。蓄积在澡盆内的作为热利用介质39的水通过配管33a从澡盆流出,并由循环泵32送出。从澡盆送出的水在利用侧热交换器14中通过与热介质19的热交换而被加热,并通过配管33b流入澡盆内。由此,进行蓄积在热利用终端31即浴缸的澡盆中的作为热利用介质39的水或热水的再加热或保温。

热泵装置100具备设置于热泵回路10的第一温度检测器T1、第二温度检测器T2及第三温度检测器T3、设置于蓄热容器21内的第四温度检测器T4、设置于供给热水用的电动混合阀23的下游侧的第六温度检测器T6以及设置于热利用回路30的第五温度检测器T5。另外,在热利用回路30的配管h3a设置有水位检测器L1,所述水位检测器L1检测蓄积在热利用终端31即浴缸的澡盆中的水的水位。各温度检测器T1~T6及水位检测器L1利用信号线与控制器41连接。

第一温度检测器T1设置于与蓄热用热交换器12的下游侧连接的配管h1e,并检测通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度。设置第一温度检测器T1的位置不限于配管h1e,也可以设置在蓄热用热交换器12的热介质用流路12a的下游端附近。也就是说,只要是能够推测通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度的位置即可。

另外,第一温度检测器T1也可以设置在蓄热用热交换器12的蓄热介质用流路12b的上游侧,例如也可以设置于配管h2b或配管h2a。由于在配管h2b或配管h2a中通过与热介质19热交换的蓄热介质29,所以如果蓄热介质29的温度较高,则蓄热用热交换器12中的热交换量减少,通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度也变高,所以能够推测通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度。也就是说,由于流入蓄热用热交换器12的蓄热介质29的温度与通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度具有相关性,所以检测出的流入蓄热用热交换器12的蓄热介质29的温度可以基于通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度来处理。

第二温度检测器T2设置于与压缩机11的排出侧连接的配管h1a,并检测从压缩机11排出的热介质19的温度。第三温度检测器T3设置于与利用侧热交换器14的热介质用流路14a的下游侧连接的配管h1g,并检测通过了利用侧热交换器14的热介质19的温度。第四温度检测器T4设置于蓄热容器21的内壁或外壁,并检测蓄积于蓄热容器21的作为蓄热介质29的水的温度。第五温度检测器T5设置于与利用侧热交换器14的热利用介质用流路14b的上游侧连接的配管h3b,检测流入利用侧热交换器14的作为热利用介质39的水的温度。第五温度检测器T5设置在利用侧热交换器14的上游侧且热利用终端31的下游侧即可,也可以设置于配管h3a。

第六温度检测器T6设置于电磁混合阀23的下游侧的配管h2f,检测通过配管24b供给的热水的温度。控制器41控制电磁混合阀23的开度,调整从配管h2e流入电磁混合阀23的作为蓄热介质29的热水的流量和从配管h2g流入电磁混合阀23的自来水的流量,以使由第六温度检测器T6检测出的热水的温度成为使用者设定的期望的供给热水温度。

水位检测器L1设置于将热利用终端31即浴缸的澡盆与循环泵32连接的配管h3a。水位检测器L1例如是能够根据压力检测出澡盆内的水位的压力传感器。当在澡盆中蓄积规定量以上的作为热利用介质39的水时,澡盆内的水位上升,水从澡盆通过配管33a流入配管h3a。结果,由于水位检测器L1浸在作为热利用介质39的水中,所以与水位检测器L1浸在水中之前相比,用水位检测器L1检测出的压力发生变化,检测出澡盆内的水位到达水位检测器L1的高度。

接着,说明热泵装置100的控制器41。图2是示出本发明的实施方式1中的热泵装置的控制器的结构的框图。

控制器41例如由微处理器构成。控制器41用信号线与第一~第六的各温度检测器T1~T6及水位检测器L1连接,并被输入用各温度检测器T1~T6及水位检测器L1检测出的温度信息及水位信息。另外,控制器41用信号线与压缩机11、流路切换器13、减压器15、送风风扇17、循环泵22、电磁混合阀23及循环泵32连接,并输出用于控制这些设备的控制信号。

另外,控制器41经由有线或无线的信号线与输入装置42连接,所述输入装置42用于使用者向控制器41输入各个条件。在此,无线的信号线例如是将红外线或电波等电磁波作为介质传送信号的假想信号线。输入装置42例如是遥控器或HEMS(Home EnergyManagement System:家庭能源管理系统)控制器。

热泵装置100的使用者向输入装置42输入期望的利用温度,通过保温或再加热来加热作为热利用介质39的水,从而设定为澡盆内的水成为期望的利用温度。在此,利用温度是指使用者想利用蓄积在澡盆内的热利用介质39的温度。另外,热泵装置100的使用者向输入装置42输入期望的供给热水温度,并得到调整为期望的供给热水温度的热水。在此,供给热水温度是指在供给热水用的配管24b中流通的热水的温度。因此,控制器41存储有经由输入装置42输入的利用温度及供给热水温度。控制器41在微处理器的内部或外部具有存储器等存储部,将各个条件存储在存储部中。

控制器41具有计量时刻和日期的计时部,控制器41识别时刻和日期。计时部例如为微处理器的定时器功能。由于控制器41利用计时部识别时刻,所以例如识别当前是白天还是夜间。另外,由于控制器41利用计时部识别日期,所以例如识别当前是夏季还是冬季。

另外,控制器41存储有蓄热需要量。蓄热需要量是使用者根据时间段所需的蓄积在蓄热容器21内的蓄热介质29的热量。蓄热需要量例如通过使用者向输入装置42输入家里有多少人这样的家人构成,从而由控制器41算出。而且,控制器41也可以根据时刻或季节将蓄热需要量设定为最佳的值。或者,也可以直接从输入装置42向控制器41输入蓄热需要量。

控制器41在存储部中存储有目标蓄热温度、目标排出温度、目标利用侧热交换器通过温度、目标热利用介质温度及流路切换温度,所述目标蓄热温度是基于蓄热需要量决定的蓄热容器21内的蓄热介质29的温度的目标值,所述目标排出温度是从压缩机11的排出侧排出的热介质19的温度的目标值,所述目标利用侧热交换器通过温度是通过了利用侧热交换器14的热介质19的温度的目标值,所述目标热利用介质温度是由热利用终端31利用的热利用介质39的温度的目标值,所述流路切换温度是利用流路切换器13切换不经由利用侧热交换器14的第一流路和经由利用侧热交换器14的第二流路时的阈值温度。

按以上方式构成热泵装置100。

接着,说明本发明的实施方式1中的热泵装置100的动作。图3是示出本发明的实施方式1中的热泵装置的控制动作的流程图。图3的控制动作是在热利用终端31即浴缸的澡盆中蓄积有热水或低温的水作为热利用介质39的情况下加热作为蓄热介质29的水并蓄积在蓄热容器21内的情况下的控制动作。这种状况例如是在向热利用终端31即浴缸的澡盆注入蓄热容器21内的热水的情况、由于洗澡时的淋浴而利用蓄热容器21内的热水的情况等从供水用的配管24a向蓄热容器21内供给温度低的水的情况下进行的动作。

首先,如图3所示,在步骤S1中,控制器41基于蓄热需要量决定目标蓄热温度。蓄热需要量是控制器41根据从输入装置42输入的使用者的家人构成等信息、时刻或季节算出的使用者需要的蓄热量。在蓄热需要量多的情况下,在蓄热容器21中蓄积的蓄热介质29的温度变高,但在蓄热介质29的温度高的情况下,与蓄热介质29的温度低的情况相比,热泵的效率下降。相反,在蓄热需要量少的情况下,在蓄热容器21中蓄积的蓄热介质29的温度变低,但在蓄热介质29的温度低的情况下,与蓄热介质29的温度高的情况相比,热泵的效率提高。因此,控制器41以蓄积于蓄热容器21的蓄热介质29的温度在能够供应蓄热需要量的范围内成为尽可能低的温度的方式决定目标蓄热温度。

接着,在步骤S2中,控制器41决定目标排出温度。基于目标蓄热温度,以目标排出温度比目标蓄热温度高的方式决定目标排出温度。例如,可以设为目标排出温度=目标蓄热温度×α+β。在此,例如,可以是α=1.02,β=10℃。

接着,在步骤S3中,控制器41决定目标热利用介质温度。基于使用者从输入装置42输入的、热利用终端31中的热利用介质39的利用温度,来决定目标热利用介质温度。例如,控制器41可以设为目标热利用介质温度=利用温度来决定目标热利用介质温度。

接着,在步骤S4中,控制器41决定目标利用侧热交换器通过温度。基于使用者从输入装置42输入的、热利用终端31中的热利用介质39的利用温度,或基于目标热利用介质温度,以目标利用侧热交换器通过温度比目标热利用介质温度高的方式决定目标利用侧热交换器通过温度。例如,控制器41可以设为目标利用侧热交换器通过温度=目标热利用介质温度+γ。在此,例如,可以是γ=2℃。

接着,在步骤S5中,控制器41决定流路切换温度。流路切换温度是流路切换器13切换第一流路和第二流路时的阈值温度,在用第一温度检测器T1检测出的温度为流路切换温度以上的情况下切换流路。以下,将第一温度检测器T1检测的温度称为第一温度。同样地,将第二~第六温度检测器T2~6检测的温度分别称为第二~第六温度。第一温度是第一温度检测器T1检测出的表示通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度的温度。第二温度是第二温度检测器T2检测出的表示从压缩机11排出的热介质19的温度的温度。第三温度是第三温度检测器T3检测出的表示从利用侧热交换器14排出的热介质19的温度的温度。控制器41将流路切换温度决定为比热利用介质39的利用温度高的温度。这是因为:在利用流路切换器13将热介质19的流路切换为经由利用侧热交换器14的第二流路的情况下,通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度比流入利用侧热交换器14的热利用介质39的温度高,所以能够在利用侧热交换器14中从热介质19向热利用介质39散热。

如图1所示,在将第一温度检测器T1设置于蓄热用热交换器12的下游侧的配管h1e的情况下,第一温度表示通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度。如上所述,第一温度检测器T1设置在能够推定通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度的位置即可,既可以设置于蓄热回路20的配管h2a或配管h2b,也可以设置于蓄热容器21。但是,在此,作为能够最高精度地测定通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度的例子,说明将第一温度检测器T1设置于蓄热用热交换器12的下游侧的配管h1e的情况。

控制器41将流路切换温度决定为比目标蓄热温度低的温度。更优选的是,控制器41将流路切换温度决定为比目标蓄热温度低且比目标利用侧热交换器通过温度高的温度。例如若使用者设定的热利用介质39的利用温度为38℃,则目标热利用介质温度为38℃,在γ=2℃的情况下,目标利用侧热交换器通过温度为40℃。而且,例如若目标蓄热温度为70℃,则控制器41可以将流路切换温度决定为例如50℃。控制器41决定的这些目标温度、流路切换温度存储于控制器41的存储部。

接着,在步骤S6中,控制器41使压缩机11和蓄热回路20的循环泵22旋转。由此,热介质19在热泵回路10中循环,蓄热介质29在蓄热回路20中循环。然后,在步骤S7中,控制器41将流路切换器13切换为第一流路,并将配管h1e与配管h1b连通。结果,热泵回路10的热介质19在压缩机11、蓄热用热交换器12、流路切换器13、减压器15及吸热侧热交换器16中循环。

接着,在步骤S8中,控制器41以用设置于压缩机11的排出侧的第二温度检测器T2检测出的第二温度接近目标排出温度的方式控制压缩机11的转速。另外,在步骤S9中,控制器41以用设置于压缩机11的排出侧的第二温度检测器T2检测出的第二温度接近目标排出温度的方式控制减压器15的开度。用设置于压缩机11的排出侧的第二温度检测器T2检测出的第二温度是从压缩机11排出的高温高压的热介质19的温度。此外,控制器41可以不具备步骤S8和步骤S9双方,可以仅在步骤S8中仅控制压缩机11的转速而控制成减压器15的开度保持恒定值且第二温度接近目标排出温度,或者,可以仅在步骤S9中仅控制减压器15的开度而控制成压缩机11的转速保持恒定值且第二温度接近目标排出温度。

由于目标排出温度设定为比目标蓄热温度高,所以从压缩机11排出的热介质19的温度比在蓄热回路20中循环的蓄热介质29的温度高。因此,通过使热介质19在热泵回路10中循环,使蓄热介质29在蓄热回路20中循环,从而利用从热介质19释放的热加热蓄热介质29,蓄热介质29的温度上升。热介质19的循环量、蓄热介质29的循环量及蓄热用热交换器12的容量可以构成为:一次通过蓄热用热交换器12的蓄热介质29成为目标蓄热温度并返回到蓄热容器21。或者,也可以构成为:蓄热介质29在蓄热回路20中循环几次期间逐渐被加热而逐渐到达目标蓄热温度。当设为逐渐到达目标蓄热温度的结构时,由于能够降低蓄热用热交换器12的容量,所以能够实现热泵装置100的低成本化。

在步骤S10中,控制器41判断蓄热介质29的温度是否为目标蓄热温度以上。蓄热介质29的温度可以用设置在蓄热容器21内的第四温度检测器T4检测。第四温度检测器T4不限于设置在蓄热容器21内,只要是能够检测蓄热介质29的温度的位置即可,例如可以设置于配管h2a、配管h2b。

在步骤S10中,在控制器41判断为蓄热介质29的温度为目标蓄热温度以上的情况下,由控制器41进行的控制进入步骤S11。在步骤S11中,控制器41使压缩机11及蓄热回路20的循环泵22停止。由此,在蓄热容器21内蓄积能够供应蓄热需要量的热量。

此外,由于在控制器41根据时刻或季节使蓄热需要量变化的情况下目标蓄热温度也根据时刻或季节变化,所以进入步骤S11时的蓄热介质29的温度也根据时刻或季节变化。这样,通过由控制器根据用计时部计量的时刻使进入步骤S11并停止蓄热动作时的蓄热介质29的温度变化,从而能够适当管理电力消耗量并实现节能化。

另一方面,在步骤S10中,在判断为蓄热介质29的温度不是目标蓄热温度以上的情况下,由控制器41进行的控制进入步骤S12。在步骤S12中,控制器41判断热利用终端31即浴缸的澡盆内的水位水平是否为阈值以上。利用设置于配管h3a的水位检测器L1检测澡盆内的水位水平。在澡盆内有浸泡水位检测器L1的量的水的情况下,控制器41判断为澡盆内的水位水平为阈值以上。在澡盆内的水位水平小于阈值的情况下,由于作为热利用介质39的水不能在热利用回路30中循环,所以由控制器41进行的控制返回步骤S8。因此,在澡盆内没有蓄积水的情况下,流路切换器13不将热泵回路10切换为第二流路,热介质19仅在不经由利用侧热交换器14的第一流路中流动,从吸热侧热交换器16吸收的热仅向蓄热用热交换器12移动。

在步骤S12中,在控制器41判断为澡盆内的水位水平为阈值以上的情况下,由控制器41进行的控制进入步骤S13。在步骤S13中,控制器41判断用第一温度检测器T1检测出的第一温度是否为流路切换温度以上。第一温度表示通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度,在热在蓄热用热交换器12中充分地从热介质19向蓄热介质29移动的情况下,第一温度变得充分低。另一方面,在蓄热介质29的温度上升而热不充分地从热介质19向蓄热介质29移动的情况下,表示通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度的第一温度变高。在步骤S13中,在控制器41判断为用第一温度检测器T1检测出的第一温度小于流路切换温度的情况下,由于是热能够充分地从热介质19向蓄热介质29移动的状态,所以由控制器41进行的控制返回步骤S8。

另一方面,在步骤S13中,在控制器41判断为用第一温度检测器T1检测出的第一温度为流路切换温度以上的情况下,由控制器41进行的控制进入步骤S14。在步骤S14中,控制器41控制流路切换器13,流路切换器13将从蓄热用热交换器12排出的热介质19的流路切换为经由利用侧热交换器14并到达减压器15的第二流路。结果,配管h1e与配管h1f经由流路切换器13连通。

接着,在步骤S15中,控制器41使热利用回路30的循环泵32旋转。由此,作为热利用介质39的水在热利用回路30中循环,在利用侧热交换器14中,在热介质19与热利用介质39之间进行热交换。虽然流入利用侧热交换器14的热介质19在蓄热用热交换器12中暂时散热,但表示通过蓄热用热交换器12的热介质19的温度的第一温度为流路切换温度以上,热介质19的温度与热利用介质39的温度相比充分高。因此,在利用侧热交换器14中,热从热介质19向热利用介质39移动,作为热利用介质39的水的温度上升。然后,温度充分地下降的热介质19从利用侧热交换器14排出。

接着,在步骤S16中,控制器41以用设置于压缩机11的排出侧的第二温度检测器T2检测出的第二温度接近目标排出温度的方式控制压缩机11的转速。第二温度表示从压缩机11排出的高温高压的热介质19的温度。另外,在步骤S17中,控制器41以设置在热泵回路10的利用侧热交换器14的下游侧的第三温度检测器T3检测出的第三温度接近目标利用侧热交换器通过温度的方式控制减压器15的开度。第三温度表示流入减压器15的热介质19的温度。

接着,在步骤S18中,控制器41判断蓄热介质29的温度是否为目标蓄热温度以上。蓄热介质29的温度可以用设置在蓄热容器21内的第四温度检测器T4检测。在步骤S18中,在控制器41判断为蓄热介质29的温度为目标蓄热温度以上的情况下,由控制器41进行的控制进入步骤S19。在步骤S19中,控制器41使热利用回路30的循环泵32停止。由此,澡盆内的作为热利用介质39的水的加热停止。另一方面,在步骤S18中,在判断为蓄热介质29的温度不是目标蓄热温度以上的情况下,由控制器41进行的控制返回步骤S16,反复进行上述步骤直到蓄热介质29的温度成为目标蓄热温度以上。

控制器41在步骤S19中使热利用回路30的循环泵32停止后,由控制器41进行的控制进入步骤S11。控制器41使压缩机11及蓄热回路20的循环泵22停止。并且,在蓄热容器21内蓄积能够供应蓄热需要量的热量。

此外,存在如下情况:在蓄热容器21内的蓄热介质29的温度到达目标蓄热温度以上的时刻,热利用终端31即浴缸的澡盆内的热水的温度比目标热利用介质温度低。在使用者不立刻使用热利用终端31即浴缸的澡盆的情况下,可以保持原样放置。但是,在使用者想立刻使用成为利用温度的澡盆的情况下,能够在步骤S11之后,在使蓄热回路20的循环泵22停止的状态下,使压缩机11和热利用回路30的循环泵32旋转并加热澡盆内的作为热利用介质39的热水。在该情况下,由于流路切换器13将流路切换至第二流路侧,所以热介质19在吸热侧热交换器16、蓄热用热交换器12及利用侧热交换器14中循环。由于蓄热回路20的循环泵22停止,所以在蓄热用热交换器12中的从热介质19向蓄热介质29的散热变得非常小。因此,能够使在吸热侧热交换器16中从热源吸收的热的大部分向利用侧热交换器14移动,并加热在热利用回路30中循环的热利用介质39。而且,如果表示用第五温度检测器T5检测出的热利用介质39的温度的第五温度到达目标热利用介质温度,则使压缩机11和热利用回路30的循环泵32停止即可。

同样地,在为了对热利用终端31即浴缸的澡盆内的热水进行保温而想仅再加热作为热利用介质39的热水的情况下,也可以将流路切换器13切换至第二流路侧,在使蓄热回路20的循环泵22停止的状态下,使压缩机11和热利用回路30的循环泵32旋转,加热澡盆内的作为热利用介质39的热水并保温。

另外,也可以不使蓄热回路20的循环泵22停止而使转速减少,使在蓄热回路20中流动的蓄热介质29的流量减少。也就是说,控制器41可以控制蓄热回路20的循环泵22和热利用回路30的循环泵32,使蓄热介质29的流量与热利用介质39的流量的比率发生变化。由此,能够使在吸热侧热交换器16中吸收的热以期望的比率向蓄热介质29及热利用介质39移动。

并且,例如,控制器41也可以基于由控制器41的计时部得到的时刻测量结果,控制蓄热回路20的循环泵22和热利用回路30的循环泵32。即,使用者预先从输入装置42输入想利用热利用终端31即浴缸的澡盆的时刻。例如,在输入了想在下午7时~下午10时之间利用澡盆的情况下,热泵装置100的控制器41在下午11时~次日的上午6时期间,即使澡盆内的热水的温度没有达到目标热利用介质温度,当蓄热介质29的温度达到目标蓄热温度时,也控制流路切换器13,而切换至不经由利用侧热交换器14的第一流路侧,使压缩机11及蓄热回路20的循环泵22停止。另一方面,在用控制器41的计时部测量的时刻为下午6时且澡盆内的热水的温度未达到目标热利用介质温度的情况下,即使蓄热介质29的温度达到目标蓄热温度,也控制流路切换器13,而切换至经由利用侧热交换器14的第二流路侧,使蓄热回路20的循环泵22停止,并使热利用回路30的循环泵32旋转,加热澡盆内的作为热利用介质39的热水。这样,通过由控制器41基于用计时部测量的时刻控制流路切换器31,并控制蓄热及热利用,从而能够将家庭内或区域内的电力消耗量最佳化并实现节能化。

热泵装置100按以上方式动作。

接着,说明本发明的热泵装置100的作用效果。

在利用热泵加热蓄热介质并蓄热的以往的热泵装置中,在蓄热动作期间,当向蓄热容器内的蓄热进展时,蓄热介质的温度上升。由于伴随着蓄热介质的温度上升,蓄热用热交换器中的从热泵回路的热介质向蓄热介质的散热量减少,所以返回压缩机的热介质的温度上升。因此,从压缩机排出的热介质的压力(排出压力)随着蓄热介质的温度上升而上升。由于一般来说在热泵装置中排出压力低时效率高,所以在以往的热泵装置中,伴随着蓄热介质的温度上升,热泵的效率下降。

另一方面,在本发明的实施方式1的热泵装置100中,在热泵回路10的蓄热用热交换器12的下游侧,经由流路切换器13设置有利用侧热交换器14,流路切换器13将通过了蓄热用热交换器12的热介质19的流路切换为不经由利用侧热交换器14而到达减压器15的第一流路或经由利用侧热交换器14而到达减压器15的第二流路。而且,由于热泵装置100具有第一温度检测器T1,所述第一温度检测器T1检测表示通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度的第一温度,所以能够检测出蓄热介质29的温度上升而从热介质19向蓄热介质29的散热量减少的情况。

在本发明的热泵装置100中,由于在第一温度成为预先设定的流路切换温度以上的情况下,利用控制器41使流路切换器13将热介质19的流路切换为第二流路,所以能够在利用侧热交换器14中从热介质19向热利用介质39散热,并使返回压缩机11的热介质19的温度下降。也就是说,在热泵装置100中,即使蓄热介质29的温度上升,热介质19也在蓄热用热交换器12中散热后,在利用侧热交换器14中进一步散热,所以与热介质19仅在蓄热用热交换器12中散热的情况相比,能够增加散热量。结果,能够降低从压缩机11排出的热介质19的排出压力,能够使热泵的效率提高。

而且,由于在利用侧热交换器14中从热介质19向热利用介质39释放的热能够利用于热利用终端31即浴缸的再加热、澡盆内的热水的保温,所以能够提高热泵的效率,并且实现热的有效利用。

实施方式2.

图4是示出本发明的实施方式2中的热泵装置的结构的示意图。另外,图5是示出本发明的实施方式2中的热泵装置的控制器的结构的框图。在图4及图5中,标注了与图1及图2相同的附图标记的结构示出相同或对应的结构,并省略其说明。与本发明的实施方式1的不同之处在于如下结构:控制器141根据来自使用者或控制装置等的指示,进行流路切换器13的控制。

如图4所示,本实施方式2的热泵装置200在热泵回路10的蓄热用热交换器12的下游侧的配管h1e不具备第一温度检测器T1。因此,控制器141不根据通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度控制流路切换器13,不基于通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度,切换不经由利用侧热交换器14的第一流路和经由利用侧热交换器14的第二流路。热泵装置200的控制器141基于向输入装置142输入的开始指示及结束指示控制流路切换器13,所述输入装置142用有线或无线的信号线与控制器141连接。因此,如图5所示,控制器141不在存储器等存储部中存储流路切换温度。

此外,热泵装置200也可以如在实施方式1中说明的那样具备检测通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度的第一温度检测器T1,还具备基于表示第一温度检测器T1检测出的热介质19的温度的第一温度切换流路切换器13的功能。即,在实施方式1中说明的热泵装置100也可以进一步具备在本实施方式2中说明的热泵装置200的功能。

本实施方式2也与实施方式1同样地,蓄热介质29是水,热利用介质39也是水。与实施方式1同样地,被加热并蓄积于蓄热容器21的热水不仅用于厨房、盥洗室、淋浴等处的供给热水,也用于在热利用终端31即浴缸的澡盆中放热水。另外,热利用终端31是浴缸,作为热利用介质39的水蓄积在浴缸的澡盆中并利用。

如图5所示,输入装置142具备指示部件(未图示),所述指示部件向控制器141发送指示利用侧热交换器14的利用开始的开始指示及指示利用侧热交换器14的利用结束的结束指示。指示部件例如可以是设置在作为输入装置142的遥控器上的再加热开始按钮、再加热结束按钮或保温开始按钮、保温结束按钮。在澡盆的再加热的情况下,指示再加热开始的开始指示是指示利用侧热交换器14的利用开始的开始指示,指示再加热结束的结束指示是指示利用侧热交换器14的利用结束的结束指示。另外,在澡盆的保温的情况下,指示保温开始的开始指示是指示利用侧热交换器14的利用开始的开始指示,指示保温结束的结束指示是指示利用侧热交换器14的利用结束的结束指示。另外,在输入装置142为HEMS控制器的情况下,指示部件也可以是设置在HEMS控制器内的微处理器。在此,说明输入装置142为遥控器且指示部件为设置于遥控器的按钮的情况。

图6是示出本发明的实施方式2中的热泵装置的控制动作的流程图。图6的控制动作是在热利用终端31即浴缸的澡盆中蓄积有热水或低温的水作为热利用介质39的状态下,在加热作为蓄热介质29的水并蓄积在蓄热容器21内的情况下,向输入装置142输入再加热澡盆内的热利用介质39的指示的情况下的控制动作。控制器141基于来自输入装置142的指示利用侧热交换器14的利用开始的开始指示,将流路切换器13从不经由利用侧热交换器14的第一流路侧切换至经由利用侧热交换器14的第二流路侧。这种状况例如是在加热蓄热容器21内的蓄热介质29并蓄积热时,使用者感觉到澡盆内的热水的温度低而再加热等情况下进行的动作。

首先,与实施方式1的步骤S1至步骤S4同样地,热泵装置200的控制器141在步骤S21至步骤S24中进行目标蓄热温度的决定、目标排出温度的决定、目标热利用介质温度的决定及目标利用侧热交换器通过温度的决定。

接着,与实施方式1的步骤S6至步骤S9同样地,热泵装置200的控制器141在步骤S25至步骤S28中使压缩机11和蓄热回路20的循环泵22旋转,将流路切换器13切换为第一流路,并使配管h1e与配管h1b连通,以用设置于压缩机11的排出侧的第二温度检测器T2检测出的第二温度接近目标排出温度的方式控制压缩机11的转速或减压器15的开度的任一方或双方。由此,进行利用从吸热侧热交换器16吸收的热对蓄热用热交换器12的蓄热介质29加热的蓄热动作。

接着,在步骤S29中,控制器141基于用设置在蓄热容器21内的第四温度检测器T4检测出的第四温度,判断蓄热介质29的温度是否为目标蓄热温度以上。在控制器141判断为蓄热介质29的温度为目标蓄热温度以上的情况下,进入步骤S30,使压缩机11及蓄热回路20的循环泵22停止。由此,如在实施方式1中说明的那样,在蓄热容器21内蓄积能够供应蓄热需要量的热量。

另一方面,在步骤S29中判断为蓄热介质29的温度不是目标蓄热温度以上的情况下,进入步骤S31。在步骤S31中,判断是否有来自输入装置142的开始指示。来自输入装置142的开始指示例如在使用者按下作为输入装置142的遥控器的再加热按钮的情况下从输入装置142发送给控制器141。在控制器141判断为没有来自输入装置142的开始指示的情况下,由控制器141进行的控制返回步骤S27。另一方面,在控制器141判断为有来自输入装置142的开始指示的情况下,进入步骤S32。在步骤S33中,控制器141判断热利用终端31即浴缸的澡盆内的水位水平是否为阈值以上。在澡盆内的水位水平小于阈值的情况下,由控制器141进行的控制返回步骤S27。在澡盆内的水位水平为阈值以上的情况下,进入步骤S32。

在步骤S33中,控制器141控制流路切换器13,流路切换器13将从蓄热用热交换器12排出的热介质19的流路切换为经由利用侧热交换器14并到达减压器15的第二流路。

接着,与实施方式1的步骤S15至步骤S17同样地,在步骤S34至步骤S36中,控制器141使热利用回路30的循环泵32旋转,以用设置在压缩机11的排出侧的第二温度检测器T2检测出的第二温度接近目标排出温度的方式控制压缩机11的转速,以设置在热泵回路10的利用侧热交换器14的下游侧的第三温度检测器T3检测出的第三温度接近目标利用侧热交换器通过温度的方式控制减压器15的开度。由此,作为热利用介质39的水在热利用回路30中循环,在利用侧热交换器14中进行热介质19与热利用介质39之间的热交换。

结果,由于在高温高压的状态下从压缩机11排出的热介质19在蓄热用热交换器12中散热后,在利用侧热交换器14中进一步散热,所以热介质19的散热量与仅在蓄热用热交换器12中散热的情况相比变多,如在实施方式1中说明的那样,热泵的效率下降得到抑制。

此外,控制器141控制蓄热回路20的循环泵22的转速及热利用回路30的循环泵32的转速,并控制在蓄热回路20中流动的蓄热介质29的流量及在热利用回路30中流动的热利用介质39的流量。在使用者为了再加热澡盆内的热水而经由输入装置142输入的期望的利用温度与热利用终端31即浴缸的澡盆内的作为热利用介质39的热水的温度之间的温度差大等情况下,可以根据需要使蓄热回路20的循环泵22的转速下降。也就是说,控制器141可以控制蓄热回路20的循环泵22及热利用回路30的循环泵32,使蓄热介质29的流量与热利用介质39的流量的比率发生变化。在该情况下,由于在蓄热回路20中循环的蓄热介质29的每单位时间的循环量减少,所以每单位时间蓄积于蓄热容器21的热量减少,但能够使加热热利用介质39的热量增加。由此,能够再加热澡盆内的热水,并且也继续进行向蓄热容器21的蓄热,而不损害使用者的便利性。

接着,在步骤S37中,控制器141判断是否有来自输入装置142的结束指示。来自输入装置142的结束指示在使用者按下遥控器的再加热停止按钮或保温停止按钮的情况下,从输入装置142发送给控制器141。在控制器141判断为没有来自输入装置142的结束指示的情况下,返回步骤S35。另一方面,在控制器141判断为有来自输入装置142的结束指示的情况下,进入步骤S38。

在步骤S38中,控制器141使热利用回路30的循环泵32停止。然后,由控制器141进行的控制返回步骤S26,控制器141控制流路切换器13,流路切换器13将通过了蓄热用热交换器12的热介质19的流路切换为不经由利用侧热交换器14而到达减压器15的第一流路,继续进行蓄热运转。

然后,当在步骤S29中,在控制器141判断为蓄热介质29的温度为目标蓄热温度以上时,在步骤S30中,控制器141使压缩机11及蓄热回路20的循环泵22停止。通过以上动作,在蓄热容器21内蓄积能够供应蓄热需要量的热量。

如以上那样,在热泵装置200中,即使在蓄热介质29的温度没有成为目标蓄热温度以上,加热蓄热介质29并将热蓄积在蓄热容器21内的情况下,当使用者从输入装置142指示热利用介质39的加热的开始时,控制器141判断有来自输入装置142的开始指示,也能够控制流路切换器13。结果,由于使用者能够在想将在吸热侧热交换器16中吸收的热利用于作为热利用终端31的浴缸的再加热或保温时开始利用,能够在想结束在吸热侧热交换器16中吸收的热的利用时结束,所以热泵装置200不会损害使用者的便利性。此外,由于在使用者利用在吸热侧热交换器16中吸收的热的情况下,能够经由利用侧热交换器14利用热,所以利用开始是指利用侧热交换器14的利用开始。

另外,由于控制器141控制蓄热回路20的循环泵22的转速和热利用回路30的循环泵32的转速,所以能够对在吸热侧热交换器16中热介质19吸收的热,调整在蓄热用热交换器12中向蓄热介质29散热的量与在利用侧热交换器14中向热利用介质39散热的量之比,所以能够进一步提高使用者的便利性。

并且,在本实施方式2的热泵装置200中,当使用者输入加热热利用介质的开始指示时,能够利用热泵将在吸热侧热交换器16中吸收的热蓄积于蓄热容器21,并且能够使用于热利用终端31即浴缸的再加热等,同时能够抑制热泵的效率下降。

实施方式3.

图7是示出本发明的实施方式3中的热泵装置的结构的示意图。在图7中,标注了与图1及图4相同的附图标记的结构示出相同或对应的结构,并省略其说明。与本发明的实施方式1或实施方式2的不同点在于:收容在蓄热容器21内的蓄热介质29是包含潜热蓄热材料在内的蓄热介质。

此外,在本实施方式3中,说明将蓄积于蓄热介质29的热利用于板式加热器26而不是供给热水,且热利用终端31不是浴缸而是地板采暖机的情况,但如在实施方式1及实施方式2中说明的那样,也可以将在蓄热介质29中蓄积的热利用于供给热水,且热利用终端31是浴缸。在该情况下,可以构成为:水在热交换器中流动,该热交换器具备与包含潜热蓄热材料在内的蓄热介质29进行热交换的流路,该水由蓄热介质29的热加热并供给热水。同样地,在实施方式1及实施方式2中说明的热泵装置中,可以在板式加热器或地板采暖机等制热设备中利用在蓄热介质29中蓄积的热,热利用终端31也可以是板式加热器或地板采暖等制热设备。本发明的实施方式1~3的热泵装置可以将蓄积的热使用于供给热水或板式加热器以外的其他用途,热利用终端31不限于浴缸或地板采暖,可以是在其他用途中利用热的终端。其他用途可以是如板式加热器或地板采暖那样利用辐射热的设备,另外,例如也可以是如空调机或暖风机那样吹出热风的设备。

如图7所示,热泵装置300在蓄热容器21内设置有热泵回路10的蓄热用热交换器12,在蓄热容器21内设置有包含潜热蓄热材料在内的蓄热介质29。另外,在蓄热容器21内设置有热交换器27,所述热交换器27具有供在蓄热容器21与板式加热器26之间循环的热介质29a流动的流路。此外,热介质29a与在热泵回路10中流动的热介质19不同,例如可以是水或防冻液。

设置在蓄热容器21内的蓄热用热交换器12可以是在如下金属管的外侧设置有蓄热介质29的结构的热交换器,该金属管在内侧设置有供热介质19流动的流路。同样地,蓄热容器21内的热交换器27可以是在如下金属管的外侧设置有蓄热介质29的结构的热交换器,该金属管在内侧设置有供热介质29a流动的流路。蓄热用热交换器12及热交换器27例如分别可以是将金属管卷绕成盘管状而形成的盘管式热交换器。

板式加热器26是经由具有供热介质29a流动的流路的散热板,将热介质29a的热释放到室内而得到制热的构件。在板式加热器26与蓄热容器21内的热交换器27之间设置有循环泵25。由于循环泵25的转速由控制器241控制,所以在蓄热容器21内的热交换器27与板式加热器26之间循环的热介质29a的循环量由控制器241控制。由于当增大循环泵25的每单位时间的转速时,热介质29a的循环量变多,所以能够使向设置有板式加热器26的室内的散热量增加。板式加热器26经由配管24a和配管24b,连接到与循环泵25连接的配管h2h和与热交换器27连接的配管h2e之间。此外,在本发明中,设为板式加热器26、配管24a及配管24b不包括于热泵装置300。在蓄热容器21内的热交换器27与板式加热器26之间的配管h2e设置有第六温度检测器T6。控制器241可以基于第六温度检测器T6检测出的第六温度,控制循环泵25的转速。另外,第六温度检测器T6也可以设置于配管h2h。在将第六温度检测器T6设置于配管h2e的情况下,可以基于向板式加热器26供给的热介质29a的温度控制循环泵25的转速。在将第六温度检测器T6设置于配管h2h的情况下,可以基于从板式加热器26排出的热介质29a的温度控制循环泵25的转速。

收容在蓄热容器21内的蓄热介质29仅是潜热蓄热材料,或者是将潜热蓄热材料与显热蓄热材料混合而成的蓄热介质。构成蓄热介质29的潜热蓄热材料可以是一种潜热蓄热材料,也可以是将多种潜热蓄热材料混合而成的材料。在此,潜热蓄热材料是指利用伴随着由熔化产生的从固体向液体的相变的潜热进行蓄热的蓄热材料,显热蓄热材料是指不伴随相变地利用温度变化进行蓄热的蓄热材料。由于蓄热材料的每单位体积的潜热比显热大,所以通过使用潜热蓄热材料,从而能够用更小的容积蓄积更大的热量。因此,通过使用潜热蓄热材料,从而能够使蓄热容器21小型化。在蓄热容器21的内侧设置有第四温度检测器T4,第四温度检测器T4检测表示蓄热介质29的温度的第四温度。

潜热蓄热材料例如可以是三水合醋酸钠或五水合硫代硫酸钠等水合物介质、石蜡等有机类介质。三水合醋酸钠的熔点的一例为58℃,五水合硫代硫酸钠的熔点的一例为48℃,石蜡的熔点的一例为56℃。为了从蓄热介质29取出更高的温度的热量,优选潜热蓄热材料的熔点高,三水合醋酸钠或石蜡适合于供给热水或板式加热器等利用更高的温度的用途的潜热蓄热材料。另外,作为蓄热密度的一例,三水合醋酸钠为0.54MJ/L,与此相对,石蜡为0.28MJ/L,由于与石蜡相比三水合醋酸钠更能够使蓄热容器21小型化,所以优选三水合醋酸钠。

显热蓄热材料例如是水或防冻液等液体、与从压缩机11排出的热介质19的温度相比熔点高的固体或沸点高的液体。由于显热蓄热材料的每单位体积的蓄热量比潜热蓄热材料的每单位体积的蓄热量小,所以蓄热介质29不含显热蓄热材料而仅由潜热蓄热材料构成时使蓄热容器21更小型化,所以更优选。在三水合醋酸钠的情况下,每1kg的潜热的一例为245kJ,每1K温度的每1kg的显热的一例为2.617kJ,为了蓄积与潜热同等的热量,必须使三水合醋酸钠的温度上升约93K。通过热泵的加热得到这样高的温度上升是困难的,为了用显热蓄积与潜热同等的热量,必须增大蓄热材料的体积。因此,由于显热蓄热材料需要比潜热蓄热材料大的体积,所以通过使用潜热蓄热材料,从而能够使蓄热容器21小型化。

图8是示出本发明的实施方式3中的热泵装置的控制器的结构的框图。在图8中,标注了与图2及图5相同的附图标记的结构示出相同或对应的结构,并省略其说明。

与实施方式2的热泵装置200同样地,输入装置242具有开始指示按钮和结束指示按钮,所述开始指示按钮指示作为热利用终端31的地板采暖机的利用开始,所述结束指示按钮指示利用结束。并且,输入装置242可以具有设定地板采暖机的地板采暖温度的温度设定部。此外,地板采暖机的利用开始是指利用侧热交换器14的利用开始,地板采暖机的利用结束是指利用侧热交换器14的利用结束。

控制器241在存储部中存储有地板采暖温度、室内制热温度及蓄热需要量。地板采暖温度是从输入装置242输入的地板采暖机的设定温度。室内制热温度是从板式加热器26的操作部等输入的由板式加热器26加热的房间的设定室温。蓄热需要量是为了在板式加热器26中利用而蓄积的热的需要量,控制器241根据用板式加热器26加热的房间的大小的信息算出。或者,控制器241根据用计时部测量的时刻,变更蓄热需要量。例如,可以在用计时部测量的时刻为夜间的情况下将蓄热需要量设定为较高,在用计时部测量的时刻为白天的情况下将蓄热需要量设定为较低,抑制家庭内或区域中的白天的电力消耗量。在夜间将蓄热需要量设定为较高而蓄积的热能够在白天通过板式加热器26的制热而利用。由此,能够降低电力使用量容易变多的白天的电力使用量。另外,能够将使用夜间的比较便宜的电力费用而蓄积的热在白天使用,并削减电力费用比较高的白天的电力使用量,也能够有助于电力费用的抑制。

接着,说明热泵装置300的动作。图9是示出本发明的实施方式3中的热泵装置的控制动作的流程图。图9的控制动作除了没有判断热利用介质39的水位水平的步骤这一点、以及没有进行蓄热回路的循环泵的旋转动作开始和停止的步骤这一点外,与实施方式2的图6相同。在热利用终端31为地板采暖机的情况下,由于在设置于地板下的供热利用介质39流动的流路中始终封入有热利用介质39,所以无需判断热利用介质39的水位水平。地板采暖机的热利用介质39可以是水或防冻液。但是,在热利用终端31为浴缸的澡盆的情况下,也可以如在实施方式2中说明的那样设置判断水位水平的步骤。

首先,控制器241决定目标蓄热温度。目标蓄热温度决定为比蓄热介质29中包含的潜热蓄热材料的熔点高。也就是说,设定为潜热蓄热材料由于经由蓄热用热交换器流入的热而熔化。在蓄热介质29中包含的潜热蓄热材料由多个种类构成的情况下,优选目标蓄热温度决定为比熔点最高的潜热蓄热材料的熔点高。例如,可以设为目标蓄热温度=蓄热介质29中包含的潜热蓄热材料的熔点+δ,例如可以是δ=10℃。通过将目标蓄热温度决定为比蓄热介质29中包含的潜热蓄热材料的熔点高,从而在蓄热介质29中蓄热时,蓄热介质29中包含的潜热蓄热材料熔化,从固体相变为液体,成为利用了相变的潜热的蓄热,所以与目标蓄热温度比潜热蓄热材料的熔点低的情况相比,能够使蓄热量大幅增加。另外,在蓄热介质29中包括多种潜热蓄热材料的情况下,若以比熔点最高的潜热蓄热材料的熔点高的方式决定目标蓄热温度,则由于能够利用蓄热介质29中包括的全部潜热蓄热材料的从固体相变为液体时的潜热,所以优选。

接着,控制器241在步骤S22中决定目标排出温度,在步骤S23中决定目标热利用介质温度,在步骤S24中决定目标利用侧热交换器通过温度。这些目标温度的决定方法如在实施方式1或实施方式2中说明的那样。然后,控制器241在步骤S25中使压缩机11旋转,在步骤S26中控制流路切换器13,将热介质19的流路切换为不经由利用侧热交换器14的第一流路。接着,在步骤S27及步骤S28中控制压缩机11的转速或减压器15的开度,以从压缩机11排出的热介质19的温度接近目标排出温度的方式控制。

接着,在步骤S29中,控制器241基于用设置在蓄热容器21内的第四温度检测器T4检测出的第四温度,判断蓄热介质29的温度是否为目标蓄热温度以上。在控制器141判断为蓄热介质29的温度为目标蓄热温度以上的情况下,进入步骤S30,使压缩机11停止。由此,如在实施方式1及实施方式2中说明的那样,在蓄热容器21内蓄积能够供应蓄热需要量的热量。

另一方面,在步骤S29中判断为蓄热介质29的温度不是目标蓄热温度以上的情况下,进入步骤S32。在步骤S32中,控制器241判断为有来自输入装置242的开始指示的情况下,进入步骤S33。在步骤S33中,控制器141控制流路切换器13,流路切换器13将热介质19的流路切换为经由利用侧热交换器14而到达减压器15的第二流路。

接着,在步骤S34至步骤S36中,控制器241使热利用回路30的循环泵32旋转,以用设置于压缩机11的排出侧的第二温度检测器T2检测出的第二温度接近目标排出温度的方式控制压缩机11的转速,以设置在热泵回路10的利用侧热交换器14的下游侧的第三温度检测器T3检测出的第三温度接近目标利用侧热交换器通过温度的方式控制减压器15的开度。由此,热利用介质39在热利用回路30中循环,在利用侧热交换器14中进行热介质19与热利用介质39之间的热交换。并且,由于通过与热介质19的热交换而被加热的热利用介质39在设置于地板下的流路中流动,并加热地板,所以进行地板采暖。

本实施方式3的热泵装置300也与在实施方式1中说明的热泵装置200、在实施方式2中说明的热泵装置200同样地,由于在高温高压的状态下从压缩机11排出的热介质19在蓄热用热交换器12中散热后,在利用侧热交换器14中进一步散热,所以热介质19的散热量与仅在蓄热用热交换器12中散热的情况相比变多,热泵的效率下降得到抑制。

接着,在步骤S37中,控制器241判断是否有来自输入装置242的结束指示。在控制器241判断为没有来自输入装置242的结束指示的情况下,返回步骤S35。另一方面,在控制器241判断为有来自输入装置242的结束指示的情况下,进入步骤S38。

在步骤S38中,控制器241使热利用回路30的循环泵32停止。然后,由控制器141进行的控制返回步骤S26,控制器141控制流路切换器13,流路切换器13将热介质19的流路切换为不经由利用侧热交换器14而到达减压器15的第一流路,继续进行蓄热运转。

然后,当在步骤S29中控制器241判断为蓄热介质29的温度为目标蓄热温度以上时,在步骤S30中,控制器241使压缩机11停止。通过以上动作,在蓄热容器21内蓄积能够供应蓄热需要量的热量。

然后,通过由控制器241使循环泵25旋转,从而蓄热容器21内的包含潜热蓄热材料在内的蓄热介质29中蓄积的热利用于板式加热器26。当循环泵25旋转时,热介质29a在蓄热容器21内的热交换器27中流动,蓄热介质29的热向热介质29a散热。蓄热介质29中包含的潜热蓄热材料由于在散热时凝固,所以从液体相变为固体。热介质29a由潜热蓄热材料从液体相变为固体时的潜热加热。通过被加热的热介质29a在板式加热器26散热,从而能够对设置有板式加热器26的房间制热。

此外,在本实施方式3中,说明了控制器241根据来自输入装置242的开始指示或结束指示控制流路切换器13的情况,但也可以如在实施方式1中说明的那样,设定由流路切换器13切换流路的流路切换温度,控制器241对通过了蓄热用热交换器12的热介质19的温度和流路切换温度进行比较,并控制流路切换器13。

在本实施方式3中,说明了热利用终端31为地板采暖机且热利用介质39为水的情况,但热利用介质39也可以与蓄热介质29同样地包含潜热蓄热材料。在该情况下,热利用介质39是维持流动性并且利用伴随着由熔化产生的从固体向液体的相变的潜热进行蓄热的流动性蓄热材料。

在使用流动性蓄热材料作为热利用介质39的情况下,选定在地板采暖机中一般优选的30~35℃附近具有熔点的流动性蓄热材料即可。如上所述,潜热蓄热材料29的熔点优选56~58℃左右。因此,由于流动性蓄热材料的熔点比潜热蓄热材料29的熔点低,所以与在实施方式1中说明的热泵装置100、在实施方式2中说明的热泵装置200同样地,由于在高温高压的状态下从压缩机11排出的热介质19在蓄热用热交换器12中散热后,在利用侧热交换器14中进一步散热,所以热介质19的散热量与仅在蓄热用热交换器12中散热的情况相比变多,能够抑制热泵的效率下降。

附图标记的说明

10 热泵回路;

11 压缩机;

12 蓄热用热交换器;

13 流路切换器;

14 利用侧热交换器;;

15 减压器;

16 吸热侧热交换器;

19 热介质;

20 蓄热回路;

21 蓄热容器;

22 循环泵;

29 蓄热介质;

30 热利用回路;

31 热利用终端;

32 循环泵;

39 热利用介质;

41 控制器;

42 输入装置;

100、200、300 热泵装置;

T1、T2、T3、T4、T5、T6 温度检测器。

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