热泵式暖气装置 |
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| 申请号 | CN201110415495.0 | 申请日 | 2006-01-09 | 公开(公告)号 | CN102519081A | 公开(公告)日 | 2012-06-27 |
| 申请人 | 日立空调·家用电器株式会社; | 发明人 | 远藤和广; 松林秀; | ||||
| 摘要 | 提供谋求设备高效率化的 热 泵 式暖气装置。根据从暖气末端的 流体 入口 温度 、流体出口温度以及已设置暖气末端的房间的室温计算出来的温度效率，控制 循环泵 的循环量。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种热泵式暖气装置，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 热泵式暖气装置技术领域[0002] 本发明，涉及在使由热泵加热的流体循环来供给暖气的暖气装置中、谋求设备高效率化的热泵式暖气装置。 背景技术[0003] 一般，热水暖气装置，用热水管路连接热源机和暖气末端，在热源机内，例如，使被加热到约60℃的热水在管路内循环，在暖气末端供暖。例如，基于地板下暖气设备暖气舒适性高，所以正在普及。另外，以石油或燃气作燃料的燃烧式热水暖气装置，在耗能或安全性方面存在问题，作为它们的代用品，热泵式热水暖气装置正在被商品化。 [0005] 另外，提出了通过检测热水暖气回路的回水温度、在规定的时间之间把压缩机转速控制到最低转速，稳定热水温度，提高效率的热泵式地板下暖气装置(参照专利文献2)。 [0006] 【专利文献1】特开2002-122334 [0007] 【专利文献2】特开2000-46417 发明内容[0008] 一般，在热泵式地板下暖气装置上连接的地板下暖气板，根据房间的大小，例如根据榻榻米数变化。此时，对于每一榻榻米数存在COP(供暖能力/输入)成为最高的热水循环量。其理由后面叙述。 [0009] 图5表示某榻榻米数的地板下暖气板的热水入口温度和地板下供暖能力(图5(a))以及热水出口温度(图5(b))的关系，并把热水循环量作为参数(大，中，小)。另外假定室温一定。以下把地板下暖气板的热水取入口处的水温作为热水入口温度、把该地板下暖气设备的热水流出口处的水温作为热水出口温度进行说明。 [0010] 在相同的地板下供暖能力的条件下，若降低热水循环量，则需要升高热水入口温度。在这种情形下，反过来降低热水出口温度，热水入口和热水出口的温度差就变大。 [0011] 此时，热泵式地板下暖气装置，由地板下暖气板的热水出口温度加热到热水入口温度。图6表示热泵式地板下暖气装置的冷冻周期图。在图6中，把热水循环量作为参数(大，中，小)，并表示在莫里尔图上。使用的制冷剂是二氧化碳。 [0013] 另一方面，由于热水循环量越小流速越低，水制冷剂热交换器(气体冷却器)的水侧的热传导率会减小。因此，要获得相同的供暖能力，水侧和制冷剂侧的温差就变大，其结果压缩机的输出压力上升，每单位质量的压缩功增加。 [0014] 亦即，热水循环量越小，焓差及压缩功则越增加，但是因为它们的增加比例不同，所以存在在某热水循环量下COP(但是假定压缩机效率一定，不包含循环泵输入)成为峰值的点。 [0015] 另外，在用DC泵供给热水的情形下，越减少热水循环量，泵输入越降低。因此，包含泵输入的COP的峰值，比不包含泵输入的COP的峰值，变成在热水循环量小的一方移动了若干的分布。 [0016] 综上所述，图7概略表示对每榻榻米数(大，中，小)的热水循环量的COP。从图中可知，对于每一榻榻米数存在COP成为峰值的热水循环量。但是，在热泵式地板下暖气装置中，在现有技术中，不能对于每一榻榻米数调节热水循环量。另外，同样在热泵式热水暖气装置中，也不能对于每一暖气末端调节热水循环量。 [0017] 本发明是要解决上述问题、提供谋求设备高效率化的热泵式暖气装置。 [0018] 为解决上述问题，本发明的热泵式暖气装置，其特征在于，具有：用制冷剂管路连接压缩机、进行由该压缩机压缩的制冷剂和流体的热交换的热交换器、减压热交换后的制冷剂的减压装置、进行减压后的制冷剂和空气的热交换的蒸发器的热泵制冷剂回路；用管路连接给所述热交换器供给所述流体的循环泵、具有用所述水制冷剂热交换器加热的流体流入的流体入口和该流体流出的流体出口、释放该流体热量的暖气末端的暖气回路；运行控制所述热泵制冷剂回路和暖气回路的设备的运行控制单元；和根据所述暖气末端的流体入口温度以及流体出口温度控制所述循环泵的循环量控制单元。 [0019] 在本发明中，暖气回路也可以根据暖气末端的流体入口温度、流体出口温度以及设置暖气末端的房间的室温，控制循环泵的热水循环量。 [0021] 上述发明也可以在暖气回路上有多个暖气末端，可以对于这些暖气末端的每一个变化循环泵的循环量。 [0022] 在上述发明中，作为热泵冷介质回路的制冷剂，可以使用二氧化碳。 [0024] 图1是涉及本发明的第一实施例的热泵式暖气装置的主要部分的结构图。 [0025] 图2是涉及本发明的第二实施例的热泵式暖气装置的主要部分的结构图。 [0026] 图3是涉及本发明的第三实施例的热泵式暖气装置的主要部分的结构图。 [0027] 图4是涉及本发明的第四实施例的热泵式暖气装置的主要部分的结构图。 [0028] 图5是表示地板下暖气板的流体入口温度和地板下供暖能力以及流体出口温度的关系的图。 [0029] 图6是把热水循环量作为参数、在莫里尔图上表示热泵式暖气装置的冷冻周期图的图。 [0030] 图7是表示把榻榻米数作为参数时的对于热水循环量的COP的图。 具体实施方式[0031] 下面根据附图说明本发明的实施形态。 [0032] 【第一实施例】 [0033] 图1是使用本发明的热泵式暖气装置的主要部分的结构图。热泵式暖气装置由热泵制冷剂回路1、暖气回路3和运行控制单元5构成。作为热源单元10，具有热泵制冷剂回路1和暖气回路3的一部分和运行控制电路101。在暖气回路3内循环的流体，可以是不加任何添加物的热水，也可以是混合有防冻剂或防腐剂等添加剂的热水。以下，把它们作为热水用盐水说明。 [0034] 热泵制冷剂回路1由用制冷剂配管依次连接压缩机11、水制冷剂热交换器14、减压装置17、蒸发器20的闭合回路构成，装入制冷剂。压缩机11具有可进行容量控制、可从低速到高速控制转速的结构。水制冷剂热交换器14由制冷剂侧传热管和热水侧传热管组成，在其间进行热交换。蒸发器20是进行空气和制冷剂的热交换的空气制冷剂热交换器。 [0035] 暖气回路3由用配管依次连接循环泵41、水制冷剂热交换器14、暖气末端48的闭合回路构成，装入热水用盐水。循环泵41，在连接暖气末端48和水制冷剂热交换器14的热水侧传热管入口的配管的中间设置。通过循环泵41的运行，使热水用盐水在暖气回路3中沿图示箭头的方向循环。该循环泵41具有通过控制单元可控制热水循环量的结构。 [0036] 暖气末端48，具有用水制冷剂热交换器14加热的盐水在通过传热管48a时主要在地板面侧放出热量的结构。例如有地板下暖气末端(地板下暖气板)或浴室暖气末端。 [0037] 检测朝向地板下暖气板的流体温度的流体入口(去往)温度传感器50安装在连接水制冷剂热交换器14的热水配管出口和暖气末端48的传热管48a入口的配管内。检测从地板下暖气末端48朝向水制冷剂热交换器14的流体温度的流体出口(返回)温度传感器51安装在在地板下暖气末端48的传热管48a出口和水制冷剂热交换器14的热水配管入口上连接的配管中。各传感器检测热水的去往和返回的水温。室温传感器52检测进行地板下供暖的房间的室温。在图1中，室温传感器52与遥控器被构成为一体，但是也可以作为分体构成。 [0039] 通过遥控器105的操作设定，进行热泵制冷剂回路1的运行·停止以及压缩机11的转速控制，同时进行热水暖气回路3的循环泵41的热水循环量控制等。另外，在供暖运行刚开始之后，为缩短暖气上升时间，被控制为以规定的高转速运转压缩机11的转速。 [0040] 下面说明作为本发明的热泵式热水暖气装置的热水循环量控制。 [0041] 地板下暖气板的热水侧的移动单位数NTU，可用下式表示。 [0042] NTU＝KAp/(αMCpρ)……(1) [0043] 式中，K是从热水到空气的热通过率(单位是W/(m2K))；Ap是地板下暖气板的表面2 3 积(单位是m)；α是地板下暖气的上面放热率；M是热水循环量(单位是m/s)；Cp是水的 3 比热(单位是J/(kgK))；ρ是水的密度(单位是kg/m)。 [0044] 另外，热水侧的温度效率ε，可用下式表示。 [0045] ε＝(Tin Tout)/(Tin Tr) [0046] ＝1exp(-NTU)……(2) [0047] 式中，Tin是地板下暖气板的流体入口温度，Tout是地板下暖气板的流体出口温度，Tr是室温。 [0048] 式(1)的从热水到空气的热通过率K，因为空气侧的热阻是决定因素，所以即使热水侧的循环量M有某种程度的变化，其影响也小，可以认为K的值基本上恒定。另外，式(1)的Ap、α、Cp、ρ的值也为定值或者基本上为定值。 [0049] 因此，根据式(1)、(2)，在温度效率ε和热水循环量M之间有基本上是1对1的关系，通过控制循环泵41以使成为对应规定的热水循环量M的温度效率ε，就可以得到希望的热水循环量。亦即通过适当控制循环泵41，以使从地板下暖气板48的流体入口温度传感器50、地板下暖气板48的流体出口温度传感器51以及室温传感器52的值计算出的温度效率成为规定值，就可以高效率地运行热泵式热水暖气装置。 [0050] 在设置的地板下暖气板中成为对应于COP成为峰值的热水循环量的目标的温度效率，例如，从遥控器105输入。 [0051] 另外，在作为对应COP成为峰值的热水循环量的目标的温度效率，随地板下暖气板的大小没有太大变化的情况下，也可以在控制电路101内预先存储目标温度效率。 [0052] 因此，因为可以控制到适合设置的地板下暖气板的热水循环量，所以能够高效率地运行。 [0053] 【第二实施例】 [0054] 图2表示涉及第二实施例的热泵式热水暖气装置的主要部分的结构图。该实施例和第一实施例的不同在于：没有室温传感器52，代之以在遥控器105a上设置室温输入单元110。 [0055] 在以热泵式热水暖气装置给房间供暖、而室温基本上恒定时，把其时的室温输入到遥控器105a。控制电路101，从输入的室温Tr、温度传感器50、51的地板下暖气板的流体入口温度Tin和流体出口温度Tout计算温度效率ε，控制循环泵41的循环量，以使该值为目标值。 [0056] 因此，和第一实施例一样，因为可以控制到适合设置的地板下暖气板的热水循环量，所以能够高效率地运行。 [0057] 另外，和第一实施例相比，因为无室温传感器，所以可以减少相应部分的成本。 [0058] 另外，也可以不设置室温输入部件110、而在地板下暖气运行稳定后，假定室温例如为20℃，计算温度效率，控制循环泵41的循环量，使该值成为目标值。 [0059] 【第三实施例】 [0060] 图3表示涉及第三实施例的热泵式热水暖气装置的主要部分的结构图。该实施例和第一以及第二实施例的不同，是在热水暖气回路3中设置了流量传感器55。 [0061] 控制电路101，控制循环泵41以使流量传感器55的值成为规定的热水循环量。规定的热水循环量，从遥控器105输入适合设置的地板下暖气板的值。 [0062] 因此，因为可以控制到适合设置的地板下暖气板的热水循环量，所以能够高效率地运行。 [0063] 另外，和第一以及第二实施例比较，因为直接控制热水循环量，所以可以以更高精度调节热水循环量，容易高效率运行。 [0064] 【第四实施例】 [0066] 施工者或者使用者，使用适合设置的地板下暖气板48的热水循环量(记载在施工手册等中)，计算其时的热水暖气回路中的通水阻抗。接着，从泵的扬程-流量曲线(记载在施工手册等中)求与该热水循环量和通水阻抗相匹配的循环泵(DC泵)41的指示电压。接着，通过在遥控器105c上设置的指示电压输入单元111输入该指示电压。亦即，具有改变有关对应于在本热泵式暖气装置中组装的暖气末端的循环泵41的泵转速控制的设定的单元，例如让遥控器105c装备输入该设定值的单元。 [0067] 在热泵式暖气装置运行中，控制电路101给循环泵41提供适当的指示电压。因此，热泵式热水暖气装置，因为以适当的热水循环量运行，所以能够高效率运行。 [0068] 第一到第四实施例，作为暖气末端设置了地板下暖气板，但是对于其他的、例如浴室暖气干燥机等末端，因为对于每一机种存在能量效率成为最高的热水循环量，所以，本发明也可以适用于地板下暖气板以外的末端装置。 [0069] 符号说明 [0070] 1热泵制冷剂回路，3热水暖气回路，5运行控制设备，11压缩机，14水制冷剂热交换器，17膨胀阀，20蒸发器，41循环泵，48地板下暖气末端(地板下暖气板)，48a传热管，50流体入口温度传感器，51流体出口温度传感器，52室温传感器，55流量传感器，101控制电路，105、105a、105b、105c遥控器，110室温输入部件，111循环泵指示电压输入部件。 |
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