热泵型供热水地板加热装置的制作方法

专利名称：热泵型供热水地板加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热泵型供热水地板加热装置，特别涉及同时进行热水供给 和地板加热时的运转控制。
背景技术：
近年来，随着热泵型供热水机的普及，提出了除供热水功能外还具有地板 加热功能的装置。
作为这种热泵型供热水机，例如公开了具备供热水功能和地板加热功能的
热泵型供热水地板加热装置。所述供热水功能是每天在夜间进行长时间(约 5~6小时)热泵运转，将供热水用热交换器加热的高温水(约65~85°C )贮 存在370-460L大小的贮热水箱中，每当使用时，在贮存热水中混入冷水， 供给约4(TC的适温水；所述地板加热功能是 一边通过泵使膨胀水箱中蓄存 的水循环， 一边以热泵的地板加热用水冷媒热交换器加热，通过地板加热板放 热(参照专利文献l: JP-A-2005-274021 )。
另 一方面，还公开了具有加热功能和如下功能的热泵型供热水加热机(参 照专利文献2: JP-A-2004-278876),上述功能是由于使贮存水箱小型轻量化， 与现有的贮存热水式相比，热泵的加热能力大幅度才是高，在供热水使用时进行 热泵运转，直接供给根据使用温度而加热的热水的功能。
该热泵型供热水地板加热机，在供热水和加热同时运转时，将第一系统热 泵环路(cycle)用于地板加热，将第二系统热泵环路用于供热水，当热7jc使用 量增大，以两个系统热泵环路的加热能力无法满足时，使地板加热用冷々某的一 部分转移用于供热水，或者暂时中止地板加热，作为第一系统热泵环路来用于 供热水。

发明内容
在专利文献1的贮存热水式热泵型供热水地才反加热装置中，由于需要大贮 存热水水箱，因此另行设置热泵单元和水箱单元，需要较大的设置面积和充分的着地强度。另外，原来仅具有长时间贮存热水的能力，当贮存热水运转和地 板加热运转同时进行时，可能会导致^存热水能力降低或地板加热温度降低， 在日间的热水使用量较多时，有时会将水箱中的热水用尽。
与之相对，在专利文献2的直接供热水式热泵型供热水加热机中，由于具 有两个大容量的热泵装置，因此消除了在同时进行贮存热水运转和地板加热运 转的情况下的贮存热水能力降低的可能性，另夕卜，由于在^f吏用时进4亍热泵运转， 因此消除水箱热水用尽的可能性。
然而，双环路的直接供热水式热泵中的地板加热的附加功能提出时间不 长，还没有充分发挥双环路的特征，因此要求更合适的运转控制。
本发明的课题在于，在双环路的直接供热水式的热泵型供热水地板加热装 置中，实现针对供热水和地板加热这两种用途的运转控制的最佳化，提高运转 效率。
本发明，通过应用直接供热水式、双环路、大容量热泵，可以消除现有的 具有地板加热功能的贮存热水式热泵型供热水地板加热装置中的热水用尽、或 供热水以及地板加热同时运转时的加热能力不足的问题。另夕卜，在这种热泵型 供热水地板加热装置中，针对压缩机的旋转速度和膨胀阀开度的控制进行研究 的结果，提供通过以下结构进行控制，来消除现有问题的热泵型供热水地板加 热装置。
即，本发明的特征在于， 一种热泵型供热水地板加热装置，具备第一系 统热泵冷媒回路，具有第一压缩机、第一供热水用热交换器、第一供热水用膨 胀阀、第一蒸发器、以及地板加热用热交换器、地板加热用膨胀阀，第一供热 水用热交换器以及第一供热水用膨胀阀，与地板加热用热交换器以及地板加热 用膨胀阀并列地连接；第二系统热泵冷媒回路，具有第二压缩机、第二供热水 用热交换器、第二供热水用膨胀阀、第二蒸发器；直接供热水回路，从供热水 接口直接供给通过第 一和第二供热水用热交换器加热了的温水；地板加热回 路，使通过地板加热用热交换器加热了的温水循环；运转控制单元，控制第一 和第二压缩机的旋转速度、第一和第二供热水用膨胀阀以及地板加热用膨胀阀 的开度，其中，运转控制单元，当同时运转供热水和地板加热时，4吏压缩机旋 转速度的控制量在第一、第二系统中都为供热水用热交换器的水出口温度，使压缩机旋转速度的目标值在第一系统中为供热水温度目标值和地板加热供给
温度目标值中较高的一方，在第二系统中为供热水温度目标值；使供热水用膨 胀岡的开度的控制量在第 一、第二系统中都为蒸发器过热度或压缩机排出温 度，使目标值成为预定的目标值，使地板加热用膨胀阀开度的控制量为地板加
热供给温度，使目标值为地板加热供给温度目标值。
由此，在供热水和地板加热同时运转时，根据确定了各个控制量和目标值 的控制表，在第一系统的热泵冷媒回路中控制第一压缩机的旋转速度、第一供 热水用膨胀阀以及地板加热用膨胀阀的开度；在第二系统的热泵冷媒回路中控 制第二压缩机的旋转速度、第二供热水用膨胀阀。因此，可以将供热水温度和 地板加热温度同时控制到各个目标温度。由此，可以实现供热水和地板加热的 同时运转时的双环路方式的最佳控制，可以提高运转效率。
在这种情况下，在第 一供热水用热交换器的水侧传热管和第二供热水用热 交换器的水侧传热管出口，可以分别具有温度热壽丈电阻。这样，在第一、第二 系统中可以分别检测通过供热水用热交换器加热的热交换水出口温度，因此， 通过各个压缩机旋转速度，可以将水侧传热管出口温度控制到达到目标值的适 当温度，可以实现供热水温度的稳定化。
另外，运转控制单元可以具有根据使用条件来改变地板加热温度目标值的 修正功能。由此，例如，可以根据地板加热返回温度的变化，适当地改变地板 加热供给温度目标值，从而可以实现地板加热温度的稳定化。
另外，可以使第一和第二供热水用热交换器一体化，在第一和第二供热水 用热交换器的供水侧传热管汇合的紧后面的位置设置热交换热敏电阻。这样， 通过使供热水用热交换器一体化，不仅可以简化结构，还可以减小热交换器的 表面积，可以减小放热损失。
另外，上述运转控制单元也可以应用于如下热泵型供热水地板加热装置， 该热泵型供热水地板加热装置具备第一系统热泵冷媒回路，具有第一压缩机、 第一供热水用热交换器、第一供热水用膨胀阀、第一蒸发器、以及地板加热用 热交换器、地板加热用膨胀阀，所述第一供热水用热交换器以及所述第一供热 水用膨胀阀，与所述地板加热用热交换器以及地板加热用膨胀阀并列地连接； 第二系统热泵冷媒回路，具有第二压缩机、第二供热水用热交换器、第二供热水用膨胀阀、第二蒸发器；直接供热水回路，从供热水接口直接供给通过所述
第一和第二供热水用热交换器加热了的温水；地板加热回路，使通过所述地板
加热用热交换器加热了的温水循环；贮热水回路，由所述第一和第二供热水热 交换器、供热水混合阀、贮存通过所述第一和第二供热水用热交换器加热后的 温水的j^热水箱、以及^/L内循环泵构成；水箱供热水回路，将通过所述第一和 第二供热水用热交换器加热的温水，与在所述贮热水箱中j^存的温水混合，从 所述供热水接口进行供给；以及运转控制单元，控制所述第一和第二压缩机的 旋转速度、所述第 一和第二供热水用膨胀阀以及所述地板加热用膨胀阀的开 度。
这样，若具有在贮存水箱中贮存温水的功能，则例如在热泵冷媒回路的启 动后加热功能不充分时，可以在直接供热水运转的温水中混合贮存水箱的高温 的温水来供给热水，因此可以提高供热水性能。
根据本发明，在双环路的直接供热水式的热泵供热水地板加热装置中，可 以实现针对供热水和地板加热这两种用途的运转控制的最佳化，可以提高运转 效率。


图1是表示本发明的热泵型供热水地板加热装置的概略结构的一个实施 例的示意图。
图2是表示本发明的热泵型供热水地板加热装置中的温度控制的一个实 施例的温度控制图。
图3是表示本发明的热泵型供热水地板加热装置中的热水使用时的供热 水运转的 一个实施例的流程图。
图4是表示本发明的热泵型供热水地板加热装置中的地板加热供给温度 目标值的初始值的一个实施例的温度设定表。
图5是表示本发明的热泵型供热水地板加热装置中的地板加热运转的一 个实施例的流程图。
图6是表示本发明的热泵型供热水地板加热装置中的供热水和地板加热 同时运转的 一个实施例的流程图。
具体实施方式
以下，使用图1~图6说明本发明的实施例。
在图1中，热泵型供热水地板加热装置具备由第一系统热泵冷々某回路 41和笫二系统热泵冷媒回路42这两个环路构成的热泵冷媒回路40、供热水回 路45、地板加热回路50以及运转控制单元55。
将热泵冷i某回路40、供热水回路45以及地才反加热回路50的各构成部件 一体地容纳在同一箱体内，运转控制单元55由供热水用遥控器55a和地3反加 热用遥控器55b构成。此外，与热泵型供热水地^^加热装置分离地准备作为供 热水回路45的使用终端的厨房水龙头14、具有浴盆循环适配器22的浴盆23、 以及地板加热板33、 34，在使用的现场分别与供水接口 (fitting) 6、厨房出 热水接口 13、热水出入接口 21、浴盆出热水接口 25、地板加热用出热7K4妻口 31、 32、以及地板加热用返回接口 35连接来使用。
热泵冷Jf某回路40作为地板加热以及供热水的加热源而工作。第一系统热 泵冷媒回路41由通过冷々某配管分别顺次连接压缩机la、冷媒开闭阀2a、酉己 置在供热水用热交换器3中的冷媒側传热管3a、供热水用膨胀阀4a、蒸发器 5a而形成的供热水用密闭环路；以及通过冷媒配管分别顺次连接压缩机la、 冷媒开闭阀2c、配置在地板加热用热交换器27中的地板加热用冷媒管27a、 地板加热用膨胀阀4c、蒸发器5a而形成的地板加热用密闭环路构成，在其中 封入了冷媒。
在此，压缩机la以及蒸发器5a作为供热水用密闭环路以及地板加热用密 闭环路的公共部件来使用，通过冷媒开闭阀2a、 2c的开闭以及地板加热用膨 胀阀4c的开闭，来切换供热水用密闭环路和地板加热用密闭环路。另外，将 地板加热用热交换器27以及地板加热用膨胀阀4c，与供热水用热交换器3以 及供热水用膨胀阀4a并列地设置。
第二系统热泵冷媒回路42由通过冷媒配管分别顺次连接压缩机lb、冷媒 开闭阀2b、配置在供热水用热交换器3中的冷媒侧传热管3b、供热水用膨胀 阀4b、蒸发器5b而形成的供热水用密闭环路构成，在其中封入了冷媒。
压缩机la、 lb具有大容量，以便可以适合于直接供给通过供热水用热交 换器3加热后的温水的直4矣供热水式热泵型供热水机，并且该压缩机la、 lb 是根据供热水热量来改变旋转速度的旋转速度控制型压缩机。即，通过PWM控制、电压控制(例如PAM控制)以及它们的组合控制，对压缩机la、 lb 从低速(例如700转/分钟)到高速(例如7000转/分钟)进行旋转速度控制。
供热水热交换器3具有冷^某侧传热管3a、 3b以及供水侧传热管3c、 3d, .被构成为在冷^某側传热管3a、 3b和供水侧传热管3c、 3d之间进行热交换。
膨胀阀4a、 4b、 4c将经由供热水用热交换器3、地板加热用热交换器27 传送的中温高压冷媒减压，作为易蒸发的低压冷媒而送至蒸发器5a、 5b。另 夕卜，在热泵型供热水地板加热装置的情况下，膨胀阀4a、 4b、 4c根据加热能 力改变冷媒通路的开度，来调节热泵回路内的冷媒循环量，在供热水用密闭环 路中使节流量全开，将中温冷媒大量输送至蒸发器5a、 5b,进行将霜溶化的 除霜装置的任务，因此，优选节流量可变并且响应性良好的电动膨胀阀。
另外，所述蒸发器5a、 5b由通过风扇(未图示)的旋转来吸入外部空气、 进行空气和冷媒的热交换的空气冷媒热交换器构成。
接下来，对供热水以及地板加热运转时的热泵运转进行说明。
供热水运转是，由压缩机la、 lb压缩的高温高压的冷媒，通过冷媒开闭 阀2a、 2b流入供热水用热交换器3的冷媒侧传热管3a、 3b,对流过供水侧传 热管3c、 3d的供水进行加热，在通过膨胀阀4a、 4b减压后，通过蒸发器5a、 5b成为了低温低压气体的冷媒返回压缩机la、 lb。通过重复该冷媒循环，可 以对供水进行连续加热来供给热水。
在供热水运转中，压缩机la、 lb通过进行对应于供水温度以及供热水温 度等供热水负荷的旋转速度控制来运转。
另外，在供热水热交换器3内加热了的温水与来自供水侧传热管3c、 3d 的水流汇合，经过供热水混合阀10、冷热水混合阀11、流量调节阀12、厨房 出热水接口 13，从作为使用终端的厨房水龙头14供给热水。
在此期间，供热水混合阀IO控制混合岡开度，以使出口部的混合水热敏 电阻(thermistor) 10s的检测温度达到目标值；当通过所述供热水混合阀10 混合的温水高于使用适温时，冷热水混合阀11混合来自供水接口 6的水，进 行成为适温水的任务；流量调节阀12根据终端使用状况和来自运转控制单元 55的供热水温度指令，调节流量以便维持供热水加热温度。
接着，地板加热运转，将第一系统热泵冷媒回路41运转，由压缩机la压缩的高温高压的冷J 某通过冷媒开闭阀2c流入地板加热用冷媒管27a，对流过 地板加热用传热管27b的热媒体进行加热，通过膨胀阀4c减压后，由蒸发器 5a成为低温低压气体的冷媒返回压缩机la。通过重复该冷媒循环，连续加热 地板加热用热Jf某体。
另外，在地板加热用热交换器27内加热的热士某体，^U也板加热用传热管 27b经过分支管28、地板加热用开闭阀29、 30以及地板加热用供热水-接口 31、 32，在地板加热板33、 34的放热管33a、 34a中加热地板后，经过地玲反力口热用 返回接口 35、地板加热用水箱36、地板加热用循环泵37,到达地板加热用热 交换器27,由此形成热媒体循环环路。热媒体通过地板加热用循环泵37的运 转而循环，连续地进行在地板加热用热交换器27内的加热、以及地板加热板 33、 34内的方文热。
此外，灵活使用地板加热板33、 34,通过地板加热用开闭阀29、 30的开 闭，可以选择^f吏用其中一个或同时使用两个。 接下来，说明水系统的供热水回路。
供热水回if各，根据用途可以包括厨房供热水回路、浴盆供热水回路、浴盆 再加热回路以及p!i存热水箱再加热回路。
存在以下两种供热水单元直接供热水回路，通过热泵运转，直4妄供给通 过供热水用热交换器3根据要求温度而加热的温水；水箱供热水回路，在预先 贮存有热水的贮存热水箱15内的高温水中混合来自供水的低温水，以适当温 度供给热水。
通过水管顺次连接供水接口 6、减压阀7、供水水量传感器8、水止回阀9、 供水侧传热管3c、 3d、供热水混合阀10、冷热水混合阀11、流量调节阀12、 厨房出热水接口 13来构成厨房供热水回路。此外，供水接口 6与上水道等水 源相连，厨房出热7j^妻口 13与厨房水龙头14等相连。
通过水管顺次连接供水接口 6、减压阀7、供水水量传感器8、水止回阀9、 供水侧传热管3c、 3d、供热水混合阀10、冷热水混合阀11、流量调节阀12、 浴盆热水注入阀17、流量开关18、浴盆循环泵19、水位传感器20、热水出入 接口 21来构成浴盆供热水回路。
通过水管顺次连接热水出入接口 21、水位传感器20、浴盆循环泵19、流量开关18、浴盆用热交换器24的浴盆用水管24b、浴盆出热水接口 25而构成 浴盆再加热回路。此外，热水出入接口 21通过浴盆循环适配器22与浴盆23 相连，在浴盆供热水时，从水位传感器20侧向浴盆23侧供热水，在浴盆再加 热时，水从浴盆23侧向水位传感器20侧循环。另外，在浴盆再加热时，运转浴盆循环泵19，通过浴盆再加热回路进行 浴盆水的水循环，并且通过热泵冷媒回路40进行热泵运转。通过打开浴盆热 交换开闭阀26，形成供水侧传热管3c、 3d、浴盆热交换开闭阀26、浴盆用冷 汷某管24a、机内循环泵16的温水循环环路。通过机内循环泵16的运4争，以供 热水用热交换器3加热的温水，通过浴盆用热交换器24对在浴盆用水管24b 中循环的浴盆23的剩余热水进行加热，返回浴盆23，进行浴盆再加热。通过水管顺次连接P&存热水箱15、机内循环泵16、供热水用热交换器3 的供水侧传热管3c、 3d、供热水混合阀10而构成贮存热水箱再加热回路。贮存热水箱再加热运转，贮存热水箱15的下侧低温水，通过^/L内循环泵 16的运转，向供水侧传热管3c、 3d输送，被加热而成为高温水，经过供热水 混合阀IO贮存在贮存热水箱15的上侧。通过重复该循环加热，从贮存热水箱 15的上侧顺次为高温水，不久，贮存热水箱内被预定温度的高温水充满，结 束贮存热水箱再加热运行。接着，运转控制单元55，通过供热水用遥控器55a以及地板加热用遥控 器55b的操作设定，进行第一系统以及第二系统热泵冷^f某回路41、 42的运转/ 停止以及压缩机la、 lb的旋转速度控制，并且，通过控制冷媒开闭阀2a、 2b、 2c的开闭、膨胀阀4a、 4b、 4c的开度、浴盆热交换开闭阀26的开闭、地板加 热用开闭阀29、 30的开闭、机内循环泵16、浴盆循环泵19以及地板加热用 循环泵37的运转/停止、以及供热水混合阀10、冷热水混合阀11、流量调节 阀12、浴盆热水注入阀17的开闭，而平滑地进行厨房供热水运转、浴盆热水 注入运转、浴盆再加热运转、贮存热水箱再加热运转、地板加热运转等。另外，运转控制单元55控制压缩机la、 lb的旋转速度，在运转开始后立 即以预定的高速旋转来运转，以便加快加热上升时间，在热负荷比较轻的稳定 运转时进行控制，以便以与加热温度相匹配的中低速旋转来运转。而且，在热泵型供热水地板加热装置中设有才企测压缩机la、 lb的排出温度的排出口热敏电阻ls、 lt、检测蒸发器5a、 5b的结霜或过热度的蒸发器 热敏电阻5s、 5t、检测从供7JC接口 6供给的供水温度的供水热敏电阻8s、检测 供热水用热交换器3的出口温度的热交换热敏电阻3s、 3t、检测供热水混合阀 10的出口部的水温的混合水热敏电阻10s、检测供水调节后的供热水温度的供 热水热敏电阻11s、用于检测贮存热水箱15内的贮存热水温度以及贮存热水量 的多个热敏电阻15s、检测浴盆供热水用温水的温度的浴盆热敏电阻18s、检 测通过地板加热用热交换器27加热了的热媒体的温度的供给温度热敏电阻 27s、检测由地板加热板33、 34加热后的返回热媒体的温度的返回温度热敏电 阻36s、以及^:测浴盆23内水位的水位传感器20等，将各检测信号输入运转 控制单元55。运转控制单元55根据这些信号控制各设备。另外，减压阀7将从例如作为水源的上水道供给的、具有约200 500kPa 的波动的高水压，控制到约170kPa左右的适于使用的恒定水压。水止回阀9 使水仅单方向流过，防止逆流。此外，在本实施例中，将供热水用热交换器3分为第一系统热泵冷J 某回路 和第二系统热泵冷媒回路，在供水侧传热管3c、 3d的各个上设有热交换热敏 电阻3s、 3t，但供热水用热交换器3可以将第一系统、第二系统一体化，通过 在供水侧传热管3c、 3d的出口汇合的后方设置热交热交换敏电阻来检测热交 换水出口温度，可以实现供热水用热交换器3的小型化以及成本的降低、减少 1个热交换热敏电阻。接着，参照图1的第一系统以及第二系统热泵冷媒回路41、 42,供热水 回路45、地板加热回路50以及运转控制单元55，同时根据图2的温度控制表，对本发明的热泵型供热水地板加热装置中的温度控制的一个实施例进行说明。 图2表示供热水、地板加热、供热水+地板加热的各运转时的温度控制表。此外，在图2的温度控制表中，将供热水用热交换器水出口温度简称为热交换水出口温度来表示。通过控制第一系统、第二系统压缩机la、 lb的旋转速度、以及第一系统供热水用、第二系统供热水用以及地板加热用膨胀岡4a、 4b、 4c的开度，以使控制量达到控制目标值，来进行供热水、地板加热、供热水+地板加热的各运转时的温度控制。首先，在供热水运转时控制压缩机旋转速度，以使第一系统、第二系统中 的控制量、即热交换水出口温度都达到作为目标值的供热水温度目标值。控制供热水第一系统以及第二系统的供热水用膨胀阀4a、 4b的开度，以使控制量、 即蒸发器过热度或压缩机排出温度达到作为目标值的蒸发器过热度目标值或 压缩机排出温度目标值。此外，通过将蒸发器过热度以及压缩机排出温度控制 到预定目标值，可以形成高效率的制冷环路。
接着，在地板加热运转时控制第一系统的压缩机旋转速度，以使控制量、 即地板加热供给温度达到作为目标值的地板加热供给温度目标值，控制第一系 统的地板加热用膨胀阀4c的开度，以使控制量、即蒸发器过热度或压缩机排 出温度达到作为目标值的蒸发器过热度目标值或压缩机排出温度目标值。
另外，在供热水+地板加热同时运转时控制第一系统的压缩机旋转速度， 以使控制量、即热交换水出口温度达到作为目标值的供热水温度目标值和地板 加热供给温度目标值中的较高的一方，控制第二系统的压缩机旋转速度，以使 控制量、即热交换水出口温度达到作为目标值的供热水温度目标值。控制供热 水第一系统以及第二系统的供热水用膨胀阀4a、 4b的开度，以使控制量、即 蒸发器过热度或压缩机排出温度达到作为目标值的蒸发器过热度目标值或压 缩机排出温度目标值。控制第一系统的地板力口热用膨胀阀4c的开度，以使控 制量、即地板加热供给温度达到作为目标值的修正后的地板加热供给温度目标 值。
图2的温度控制表中，在供热水+地板加热同时运转时，使第一系统的压 縮机旋转速度的目标值成为供热水温度目标值和地板加热供给温度目标值中 较高的一方，使第二系统的压缩机旋转速度的目标值成为供热水温度目标值， 使地板加热用膨胀阀开度的控制量成为地板加热供给温度、修正目标值后的地 板加热供给温度目标值，因此，在供热水+地板加热同时运转时，不可能由供 热水温度引起地板加热温度降低。另外，关于供热水温度，即使在地板加热供 给温度目标值比供热水温度目标值高，为使热交换水出口温度成为地板加热供 给温度目标值而控制第一 系统压缩机旋转速度的情况下，由于第二系统压缩机 旋转速度的目标值为供热水温度目标值，在热交换出口后方的冷热水混合阀 11中添加供水来调节到适宜温度，因此可以完全没有问题地获得对供热水、地板加热都适宜的温度，进行最佳温度控制。在此，根据供热水负荷、地板加热负荷、水箱剩余热水量等的关系对地板 加热供给温度目标值进行修正，例如为了优先供给热水而抑制地板加热，因此 设想将地板加热供给温度目标值设定得较低的情况。图3表示使用热水时的供热水运转的流程图，通过图1的供热水回路45 以及图3的流程图，说明厨房水龙头14的热水使用时的供热水运转。当打开厨房水龙头14开始使用热水时(步骤60)，供水水量传感器8检 测流量，进行供热水开始的判定，若流量在一定值以上则判定为供热水开始， 运转控制单元55使压缩机la、 lb启动来开始热泵运转，通过供水4妄口 6、减 压阀7、供水水量传感器8、水用止回岡9、供水侧传热管3c、 3d、供热水混 合阀10、冷热水混合阀11、流量调节阀12、厨房出热水接口 13、厨房水龙头 14的供热水回路，开始直接供热水运转(步骤61)。在此，运转控制单元55通过旋转速度控制单元运转压缩机la、 lb,在使 压缩后的高压冷媒循环的同时，通过打开冷媒开闭阀2a、 2b并关闭冷媒开闭 阀2c,在供热水用热交换器3中进行冷媒循环，而在地板加热用热交换器27 中不进行冷媒循环。另外，打开调节膨胀阀4a、 4b，将膨胀阀4c关闭。即，将通过压缩机la、 lb压缩的高温高压冷媒送入供热水用热交换器3 的冷媒側传热管3a、 3b中，将供水侧传热管3c、 3d中流过的供水加热，向冷 热水混合阀ll侧循环。但在刚开始运转后，送入供热水用热交换器3的冷媒 未成为足够的高温高压，温度较低，且供热水用热交换器3整体较冷，加热水 的加热能力不够。因此，与直接供热水运转(步骤61)并行地进行水箱供热 水运转，供给预先通过水箱贮存热水运转而贮存的高温水(例如60~65°C) (步骤62)。水箱供给的高温水，通过供热水混合阀IO与从供热水用热交换 器3供给的热水混合，为了达到适当温度(约40°C ),进一步通过冷热水混合 阀11适量混合来自供水水量传感器8侧的冷水，然而通过流量调节阀12、厨 房出热水接口 13，向厨房水龙头14供给热水。在直接供热水运转开始后，冷媒随时间的经过而变为高温高压，因此而产 生的来自冷^^某的放热量增加，对水的加热能力增加。通过热交换热^t电阻3s、 3t、混合水热敏电阻10s、供热水热敏电阻lls、供水水量传感器8的顺次检测，判定供热水温度以及流量(步骤63)，若在规定值以外，则为使供热水温度成 为适当值(约40°C)而进行压缩机旋转速度以及膨胀阀的控制、供热水混合 阀IO以及冷热水混合阀11的调节(步骤64)来修正。在此，压缩机旋转速度控制以及膨胀阀控制(步骤64)如图2中说明的 那样，为使供热水用热交换器3的水出口温度成为供热水温度目标值而控制压 缩机旋转速度，为使蒸发器过热度或压缩机排出温度成为蒸发器过热度目标值 或压缩机排出温度目标值而控制膨胀阀开度，由此实现供热水温度的最佳控制。另外，进行直接供热水温度的判定(步骤65),若直接供热水温度低于适 当值(约40。C),在规定值以下，则继续直接供热水运转和水箱供热水运转的 同时运转，若直接供热水温度达到适当值(约4(TC),在规定值内，则停止水 箱供热7jc运转(步骤66 ),仅进行直接供热水运转(步骤67 )，在关闭水龙头， 结束使用热水(步骤68)前，继续直接供热水运转。在直接供热水运转中，将图1的第一系统热泵冷々某回路41以及第二系统 热泵冷媒回路42同时运转，通过运转控制单元对压缩机la、 lb进行旋转速度 控制。夏季从作为水源的上水道等供给的供水温度较高，较小的加热量便足够， 因此使旋转速度減慢；冬季供水温度较低，需要较大的加热量，因此使旋转速 度加快来运转。另外，运转控制单元减小启动运转时的膨胀阀4a、 4b的开度 来进行调节，通过减小冷媒的循环量来实现冷媒的高温化，为缩短热泵的加热 上升时间而进行控制。当关闭厨房水龙头14结束使用热水时(步骤68 )，运转控制单元55停止 热泵运转，停止直接供热水运转(步骤69)，但同时，通过水箱热l文电阻15s 判定贮存热水箱15的贮存热水温度以及贮存热水量(步骤70)，若在规定值 内，则结束贮存热7jc运转(步骤73)，若未达到规定值则进行水箱贮存热水运 转(步骤71)，再次判定贮存热水温度以及贮存热水量(步骤72)。在达到规 定值内后，结束水箱贮存热水运转(步骤73)。接着，参照图1,通过图4、图5说明地板加热单独运转。本实施例中的地板加热运转的温度控制，如图2中所述，为使地板加热供 给温度成为地板加热供给温度目标值而控制压缩机旋转速度，为使蒸发器过热度或压缩机排出温度成为预定目标值而控制膨胀阀开度，由此控制地板加热温 度。图4表示在地板加热运转中的地板加热供给温度目标值的初始设定值的 一例。温度目标值的初始设定值，主要根据室温确定为3段。考虑到房间的放 热，还加上外部空气温度，当外部空气温度超过11。C时，将初始设定值下调5 °C。即，当外部空气温度比较高时，由于从房间向外部的放热较少，即使将地 板加热温度设定得略低也获得足够的舒适性，因此将初始目标温度设定得较 低。运转控制单元，根据图4的温度设定表，对地板加热供给温度目标值进行 了初始设定，地板加热运转开始后直到预定时间前(例如20分钟)，4吏地板加 热供给温度目标值成为初始设定值，在经过预定时间以后根据使用条件来改变 地板加热供给温度目标值。通过图1、图5,对地板加热单独运转时的动作以及温度控制进行说明。 使地板加热用遥控器55b的地板加热按钮为ON来开始使用地板加热(步骤 80)，同时，从两个区域33、 34中选择地板加热范围，设定地板加热返回温度 以及地板力口热使用时间时(步骤81),开始运转第一系统热泵冷媒回路以及地 板加热用循环泵37 (步骤82)。即，在图1中，在第一系统热泵冷媒回路41中，关闭冷媒开闭阀2a,打 开冷媒开闭阀2c，以压缩机la—冷媒开闭阀2c—地板加热用冷媒管27a—地 板加热用膨胀阀4c—蒸发器5a—压缩机la的热泵回路进行地板加热运转。另外，在地板加热回路50中，通过地板加热用遥控器55b的选择，打开 地板加热用开闭阀29、 30的某个或双方，通过地斧反加热用循环泵37的运转， 热媒体在地板加热用水箱36—地板加热用循环泵37—地板加热用传热管 27b—地板加热用开闭阀29、 30—地板加热用供热水接口 31、 32—放热管33a、 34a—地板加热用返回接口 35—地板加热用水箱36的封闭回路中循环，由地 板加热用热交换器27加热的热媒体通过地板加热板33、 34加热地板，进行放 热。关于在地板加热回路50中循环的热媒体，通过供给温度热敏电阻27s检 测地板加热用传热管27b的出口部的供给温度，通过返回温度热敏电阻36s检测地板加热用水箱36的入口部的返回温度，随时将各个温度信息向运转控制 单元55发送。返回图5，在地板加热运转开始后的上升运转时，使第一系统压缩机的控 制量为地板加热供给温度，使目标值为地板加热供给温度初始设定值来进行运 转，由此，缩短地才反加热到适宜温度的时间。供给温度控制运转，根据地板加热供给温度以及地板加热返回温度的检测 (步骤83 )信息，每到预定时间(例如10分钟)改变地板加热供给温度目标 值(步骤84 )，例如在地板加热返回温度低于"地板加热返回温度目标值- 1 。C"时升高地板加热供给温度目标值，在地板加热返回温度高于地板加热返回 温度目标值时降低地板加热供给温度目标值，在其他情况下维持当前地板加热 供给温度目标值。另外，对于地板加热供给温度目标值设置最低值(例如3(TC)以及最高 值(例如70°C )，在改变地板加热供给温度目标值(步骤84 )后，进行地板加 热供给温度目标值的判定(步骤85 )，当改变后的地板加热供给温度目标值在 最低值(例如30°C)以上时，为使地板加热供给温度达到地板加热供给温度 目标值而进行压缩机旋转速度控制，同时为使蒸发器过热度或压缩机排出温度 达到蒸发器过热度目标值或压缩机排出温度目标值而进行膨胀阀开度控制(步 骤86),来继续运转，当改变后的地板加热供给温度目标值未达到最低值(例 如30°C)时，停止第一系统热泵冷媒回路的运转，仅进行地板加热用循环泵 37的运转(步骤87 )。另外，通过计时器的时间测量(步骤83)，判定地板加热使用时间是否经 过了设定时间(步骤88),若在设定时间以内，则每到预定时间返回地板加热 供给温度目标值修正(步骤84)并继续运转，若超过^L定时间，则停止热泵 运转以及地板加热用泵的运转，结束地板加热运转(步骤89 )。此外，在流程图中连续地记载了各动作，但这是出于方便，而不一定规定 顺序。例如，也可以一直进行经过设定时间的判定(步骤88),有时在第一系 统热泵运转停止(步骤87)以前达到规定时间，结束地4反加热运转(步骤89 )。接下来，对于图6中同时进行由使用厨房水龙头而导致的供热水运转和地 板加热运转时的温度控制进行说明。此外，对于供热水以及地板加热的单独运转的详细情况，在图4、图5中已进行了说明，因此省略详细的说明。当打开厨房水龙头14,开始使用热水时(步骤90)，并行地进行水箱供热 水运转(步骤91 )和基于热泵运转(步骤92 )的直接供热水运转(步骤93 )。热泵冷士某回路40，为了缩短启动时间、，提高供热水加热能力而进行压缩 机旋转速度控制以及膨胀阀开度控制(步骤94),在直接供热水温度判定(步 骤95 )中，当达到适当供热水温度(约40°C )时，停止水箱供热水运转(步 骤96 ),仅以直接供热水运转来继续供给热水(步骤97 )。另一方面，与供热水运转并行地使地板加热按钮为ON，开始使用地板加 热(步骤100)时，打开冷^某开闭阀2c以及地板加热用膨胀阀4c,运转地板 加热用泵(步骤101 ),开始地板加热运转(步骤102 )。地板加热供给温度目标值，在地板加热运转开始后预定时间(例如20分 钟)内为初始设定值(步骤103)，在经过了预定时间(例如20分钟)以后， 成为修正地板加热供给温度目标值。另外，通过在图2中详细说明的温度控制表，如下来进行运转控制(步骤 104 )。为使热交换水温度成为供热水温度目标值和地板加热供给温度目标值中 较高的一方，而控制第一系统的压缩机旋转速度(步骤104a),为使热交换水 出口温度成为供热水温度目标值，而控制第二系统额压缩机旋转速度。为使蒸 发器过热度或压缩机排出温度达到作为预定目标值的蒸发器过热度目标值或 压缩机排出温度目标值，而控制第一系统的供热水用膨胀4a以及第二系统的 膨胀阀4b的开度(步骤104b)。为使地板加热供给温度达到修正后的地板加 热供给温度目标值，而控制第一系统的地板加热用膨胀阀4c的开度(步骤 104c)。根据供热水负荷、地板加热负荷、水箱剩余热水量等的关系，进行在此的 地板加热供给温度目标值的修正，例如，为了优先供给热水，抑制地板加热， 而将地板加热供给温度目标值设定得较低。具体而言，例如，当使第一系统的供热水温度目标值为60°C,使地板加 热供给温度目标值为50。C时，由于以60。C来控制第一系统的压缩机旋转速度， 因此即使直接供给被加热的温水，供热水也没有问题。与之相对，地板加热供给温度需要下降10°C，因此，通过比当前状态进一步减小第一系统的地板加 热用膨胀阀4c的开度，减小地板加热用冷媒管27a侧的冷媒循环量，可以降 低加热温度。相反地，当使第一系统的供热水温度目标值为5CTC，使地板加 热供给温度目标值为60。C时，由于以60。C来控制第一系统的压缩机和地板加 热用膨胀阀，因此对于地板加热没有问题。在此，厨房出热水接口 13或热水 出入接口 21的供热水温度需要P争低l(TC，但通过增加来自冷热水混合阀11 的供水量，可以保持50。C。
如上所述，使第一系统的压缩机旋转速度的目标值成为供热水温度目标值 和地板加热供给温度目标值中的较高的一方，使第二系统的压缩机旋转速度的 目标值成为供热水温度目标值，使地4反加热用膨胀阀4c的开度的控制量成为 对地板加热供给温度目标值修正后的地板加热供给温度目标值，因此，在供热 水和地板加热同时运转时，不必担心由供热水温度导致地板加热温度下降。另 外，当地板加热供给温度目标值高于供热水温度目标值，为使供热水温度成为 热交换水出口温度较高的一方的地板力。热供给温度目标值，而控制第一系统压 缩机旋转速度的情况下，由于第二系统压缩机旋转速度的目标值是供热水温度 目标值，在热交换出口以后的冷热水混合阀11中添加冷水，调节到适宜温度， 因此也可以完全没有问题地获得对于供热水、地板加热都适宜的温度，进行最 佳温度控制。
在供水使用中， 一边继续温度控制(步骤104), —边继续直接供热水运 转(步骤105)，当关闭水龙头，结束使用热水时(步骤106),进行贮存热水 温度以及!^存热水量的判定(步骤107)，若有必要则进行水箱贮存热水运转 (步骤108 ),在充分贮存热水后结束贮存热水运转(步骤109 )。
另夕卜， 一边继续温度控制(步骤104)， 一边继续地板加热运转(步骤IIO), 重复进行地板加热供给温度目标值的改变以及温度控制。在地板加热供给温度 判定(步骤lll)中，在改变后的地板加热供给温度目标值未达到规定值时， 停止热泵运转，仅进行地板加热用泵的运转。而且，进行地板加热使用时间经 过设定时间的判定(步骤113),若超过了设定时间，则停止热泵运转以及地 板加热用泵的运转，结束地板加热运转(步骤114 )。
如上详细说明的那样，本发明涉及在具有以双环路直接供热水的回路的热泵供热水地板加热装置中，同时使用供热水和地板加热时的运转控制。若具有 直接供热水回路，则可以与贮存热水水箱的大小或有无在夜间贮存热水无关地 进行应用，具有同样的效果。
权利要求
1.一种热泵型供热水地板加热装置，具备第一系统热泵冷媒回路，其具有第一压缩机、第一供热水用热交换器、第一供热水用膨胀阀、第一蒸发器、地板加热用热交换器、以及地板加热用膨胀阀，所述第一供热水用热交换器以及所述第一供热水用膨胀阀，与所述地板加热用热交换器以及地板加热用膨胀阀并列地连接；第二系统热泵冷媒回路，其具有第二压缩机、第二供热水用热交换器、第二供热水用膨胀阀、第二蒸发器；直接供热水回路，其从供热水接口直接供给通过所述第一和第二供热水用热交换器加热了的温水；地板加热回路，其使通过所述地板加热用热交换器加热了的温水循环；以及运转控制单元，其对所述第一和第二压缩机的旋转速度、所述第一和第二供热水用膨胀阀以及所述地板加热用膨胀阀的开度进行控制，所述热泵型供热水地板加热装置的特征在于，所述运转控制单元，当同时运转供热水和地板加热时，使压缩机旋转速度的控制量在第一、第二系统中都为供热水用热交换器的水出口温度，使压缩机旋转速度的目标值在第一系统中为供热水温度目标值和地板加热供给温度目标值中较高的一方，在第二系统中为供热水温度目标值；使供热水用膨胀阀的开度的控制量在第一、第二系统中都为蒸发器过热度或压缩机排出温度，使目标值为预定目标值，使地板加热用膨胀阀开度的控制量为地板加热供给温度，使目标值为地板加热供给温度目标值。
2. 根据权利要求1所述的热泵型供热水地板加热装置，其特征在于， 在所述第一供热水用热交换器的水侧传热管出口和所述第二供热水用热—交换器的水侧传热管出口，分别具有温度热敏电阻。
3. 根据权利要求1所述的热泵型供热水地板加热装置，其特征在于， 所述运转控制单元具有根据使用条件来改变所述地板加热供给温度目标值的修正功能。
4. 根据权利要求1所述的热泵型供热水地板加热装置，其特征在于， 使所述第一和第二供热水用热交换器一体化，在该第 一和第二供热水用热交换器的供水侧传热管汇合后的位置，设有热交换热敏电阻。
5. —种热泵型供热水地板加热装置，具备第一系统热泵冷媒回路，其具有第一压缩机、第一供热水用热交换器、第 一供热水用膨胀阀、第一蒸发器、地板加热用热交换器、以及地板加热用膨胀 阀，所述第一供热水用热交换器以及所述第一供热水用膨胀阀，与所述地板加 热用热交换器以及地板加热用膨胀阀并列地连接；第二系统热泵冷媒回路，其具有第二压缩机、第二供热水用热交换器、第 二供热水用膨胀阀、第二蒸发器；直接供热水回路，其从供热水接口直接供给通过所述第 一和第二供热水用 热交换器加热了的温水；地板加热回路，其使通过所述地板加热用热交换器加热了的温水循环；贝i存热水回路，其由所述第一和第二供热水热交换器、供热水混合阀、JSi 存通过所述第一和第二供热水用热交换器加热后的温水的贮存热水箱、以及枳j 内循环泵构成；水箱供热水回路，其将通过所述第一和第二供热水用热交换器加热的温 水，与在所述]ie:存热水箱中P&存的温水混合，从所述供热水接口进行热水供给； 以及运转控制单元，其对所述第一和第二压缩机的旋转速度、所述第一和第二 供热水用膨胀阀以及所述地板加热用膨胀阀的开度进行控制， 所述热泵型供热水地板加热装置的特征在于，所述运转控制单元，当同时运转供热水和地板加热时，使压缩机旋转速度 的控制量在第一、第二系统中都为供热水用热交换器的水出口温度，使压缩机 旋转速度的目标值在第一系统中为供热水温度目标值和地板加热供给温度目 标值中较高的一方，在第二系统中为供热水温度目标值；使供热水用膨胀阀的开度的控制量在第一、第二系统中都为蒸发器过热度 或压缩机排出温度，使目标值为预定的目标值，使地板加热用膨胀阀开度的控 制量为地板加热供给温度，使目标值为地板加热供给温度目标值。
全文摘要
本发明提供热泵型供热水地板加热装置，具备第一系统热泵冷媒回路(41)、第二系统热泵冷媒回路(42)、地板加热回路(50)、运转控制单元(55)，运转控制单元在同时运转供热水和地板加热时，使压缩机旋转速度的控制量在第一、第二系统中都为供热水用热交换器(3)的水出口温度；使压缩机旋转速度的目标值在第一系统中为供热水温度目标值和地板加热供给温度目标值中较高一方，在第二系统中为供热水温度目标值；使供热水用膨胀阀开度(4a、4b)的控制量在第一、第二系统中都为蒸发器过热度或压缩机排出温度，使目标值为预定目标值；使地板加热用膨胀阀开度的控制量为地板加热供给温度，使目标值为地板加热供给温度目标值。由此进行最佳温度控制。
文档编号F24D3/12GK101298924SQ200710140359
公开日2008年11月5日 申请日期2007年8月9日 优先权日2007年5月1日
发明者伏木隆之, 增田正, 店网太一, 权守仁彦, 水谷圭一, 福岛功一, 远藤和广, 高木纯一 申请人:日立空调·家用电器株式会社;关西电力株式会社