热泵式制热和热水供给系统的制作方法

热泵式制热和热水供给系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种热泵式制热和热水供给系统，能够以高运转效率实施储热水运转。热泵式制热和热水供给系统(100)具备：加热热交换器(8)，其利用由热泵单元(301)加热的热介质和水的热交换来加热水；制热单元(305a、305b)，其利用热介质对室内制热；加热循环回路(52)，其利用热介质泵(6)将热介质选择性地输送至加热热交换器(8)和制热单元(305a、305b)的任意一方；以及储热水回路(53)，其利用水泵(9)将储热水槽(10)的水输送至加热热交换器(8)并且使通过加热热交换器(8)的水回到储热水槽(10)，热介质泵(6)向加热热交换器(8)输送的热介质的量为水泵(9)向加热热交换器(8)输送的水的体积流量以上。
【专利说明】热泵式制热和热水供给系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用热泵实施热水供给和制热的热泵式制热和热水供给系统。
【背景技术】
[0002]在专利文献I中，公开了热泵式制热和热水供给系统，其具备:储热水箱，其储存由热泵单元的加热而生成的热水；散热器，其使用由热泵单元的加热而生成的热水进行制热；以及热水供给用热交换器，其由设置在储热水箱的内部的盘管状管构成。在该系统中，在进行热水供给的时候，通过储热水箱内的热水供给用热交换器，将供给的水加热来生成热水。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2010-38445号公报
【发明内容】

[0006]发明要解决的课题
[0007]在上述现有的系统中，并不是将在储热水箱中储存的热水直接放出，而是将利用储热水箱内的热水供给用热交换器加热水而生成的热水放出。因此，难以不浪费地利用在储热水箱中积蓄的热量。而且，不得不在储热水箱中储存高温的热水。而且，由盘管状管构成的热水供给用热交换器的导热性能差。由此，上述现有的系统的热水供给效率差。而且，由于在储热水箱内设置热水供给用热交换器，因此在发生不良情况或故障的情况下更换作业繁杂，从而还存在着维护性差的问题。
[0008]本发明正是为了解决上述的课题而完成的，其目的在于提供一种热泵式制热和热水供给系统，能够以高运转效率实施储热水运转。
[0009]用于解决课题的方案
[0010]本发明涉及的热泵式制热和热水供给系统具备:热泵，其加热热介质；一个或多个热介质泵，其输送热介质；加热热交换器，其利用热介质与水的热交换来加热水；制热热交换器，其利用热介质对室内制热；流路切换构件，其切换流路以将热介质选择性地输送至加热热交换器和制热热交换器的任意一方；热介质配管，其连接热介质泵、加热热交换器、制热热交换器以及流路切换构件；储热水槽；一个或多个水泵，其输送水；水配管，其连接储热水槽、水泵以及加热热交换器，以将从储热水槽取出的水输送至加热热交换器，并使通过加热热交换器的水回到储热水槽；热泵控制装置，其控制热泵；以及泵控制装置，其控制热介质泵和水泵，热介质泵向加热热交换器输送的热介质的体积流量为水泵向加热热交换器输送的水的体积流量以上。
[0011]而且，本发明涉及的热泵式制热和热水供给系统具备:热泵，其加热热介质；一个或多个热介质泵，其输送热介质；加热热交换器，其利用热介质与水的热交换来加热水；制热热交换器，其利用热介质对室内制热；流路切换构件，其切换流路以将热介质选择性地输送至加热热交换器和制热热交换器的任意一方；热介质配管，其连接热介质泵、加热热交换器、制热热交换器以及流路切换构件；储热水槽；一个或多个水泵，其输送水；水配管，其连接储热水槽、水泵以及加热热交换器，以将从储热水槽取出的水输送至加热热交换器，并使通过加热热交换器的水回到储热水槽；热泵控制装置，其控制热泵；以及泵控制装置，其控制热介质泵和水泵，泵控制装置使热介质泵和水泵运转，使得当在加热热交换器利用热介质与水的热交换来加热水时，流入加热热交换器的热介质的温度与从加热热交换器流出的热介质的温度之差为从加热热交换器流出的水的温度与流入加热热交换器的水的温度之差以下。
[0012]发明效果
[0013]根据本发明涉及的热泵式制热和热水供给系统，能够以高运转效率实施储热水运转。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是示出本发明的实施方式I的热泵式制热和热水供给系统的制热运转模式时的制冷剂、热介质以及水的流向的系统回路图。
[0015]图2是示出本发明的实施方式I的热泵式制热和热水供给系统的热泵控制装置的结构的框图。
[0016]图3是示出本发明的实施方式I的热泵式制热和热水供给系统的泵控制装置的结构的框图。
[0017]图4是示出本发明的实施方式I的热泵式制热和热水供给系统的储热水运转模式时的制冷剂、热介质以及水的流向的系统回路图。
[0018]图5是示出本发明的实施方式I的热泵式制热和热水供给系统的储热水运转模式时的加热热交换器中的热介质的入口出口间温度差与流入加热热交换器的热介质的温度和从加热热交换器流出的热介质的温度的关系的图。
[0019]图6是示出本发明的实施方式I的热泵式制热和热水供给系统的储热水运转模式时的加热热交换器内的热介质和水的温度分布的概要图。
[0020]图7是示出本发明的实施方式I的热泵式制热和热水供给系统的储热水运转模式时对膨胀阀进行节流而产生的焓差扩大效果的概要图。
[0021]图8是示出本发明的实施方式I的热泵式制热和热水供给系统的储热水运转模式时的水泵的泵特性曲线的图。
[0022]图9是示出本发明的实施方式I的热泵式制热和热水供给系统的储热水运转模式时的热介质泵的泵特性曲线的图。
[0023]图10是示出本发明的实施方式2的热泵式制热和热水供给系统的制热运转模式时的制冷剂、热介质以及水的流向的系统回路图。
[0024]图11是示出本发明的实施方式3的热泵式制热和热水供给系统的储热水运转模式时的制冷剂、热介质以及水的流动的系统回路图。
【具体实施方式】
[0025]下面，参照【专利附图】

【附图说明】本发明的实施方式。另外，在各图中，对共通的要素标以相同标号，并省略重复的说明。
[0026]实施方式I
[0027]<设备结构>
[0028]图1是示出本发明的实施方式I的热泵式制热和热水供给系统100的系统回路图。如图1所示，热泵式制热和热水供给系统100具备:热泵单元301，其搭载蒸气压缩式冷冻循环(热泵循环)的制冷剂回路51和加热循环回路52的一部分；储热水槽单元302，其搭载加热循环回路52的一部分和储热水回路53 ;以及制热单元305a、305b，其由加热循环回路52的一部分构成，对室内制热。热泵单元301和储热水槽单元302经由热介质配管303和热介质配管304连接。储热水槽单元302和制热单元305a、305b经由热介质配管306和热介质配管307连接。而且，储热水槽单元302与跟热水供给终端(例如，厨房和洗手间等的水龙头)相连的热水供给管308、以及用于从自来水等水源供水的供水管309连接。
[0029]热泵单元301的制冷剂回路51中使用的制冷剂并不特别限定，例如，可以使用R410A、R32、HF0-1234yf、烃或二氧化碳之类的自然制冷剂等。而且，加热循环回路52中使用的热介质并不特别限定，例如可以使用水、乙二醇、丙二醇、NAIBURAIN(NAIBURAIN是商标)或者它们的混合物等液体。而且，可以使用任意浓度的乙二醇、丙二醇、NAIBURAIN等。
[0030]该热泵式制热和热水供给系统100例如设置于一般住宅和办公楼等中。热泵式制热和热水供给系统100能够处理由储热水槽单元302选择的热水供给指令(热水供给接通/断开)或者制热指令(制热接通/断开)。
[0031]〈热泵单元301〉
[0032]热泵单元301搭载有制冷剂回路51，所述制冷剂回路51是利用制冷剂配管将压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3和蒸发器4连接成环状而成的。压缩机I吸入制冷剂并压缩使其成为高温高压的状态。压缩机I优选是通过例如变频控制来控制转速的类型。冷凝器2通过使热介质和制冷剂进行热交换来加热热介质、冷却制冷剂。冷凝器2由例如板式热交换器构成。膨胀阀3对制冷剂减压而使其成为低温低压的状态。膨胀阀3的开度可变。蒸发器4通过使外部气体与制冷剂热交换，从而从外部气体吸收热来加热制冷剂。蒸发器4例如是以由导热管和大量的散热片构成的交叉翅片式的翅片管型空气热交换器构成。在蒸发器4设有送风机5。通过送风机5吸入外部气体，由蒸发器4热交换后，将所述空气排出到外部。送风机5具备螺旋桨风扇等风扇和驱动该风扇的例如由直流风扇马达构成的马达。送风机5构成为使供给的空气的流量可变。
[0033]热泵单元301还具备:压力传感器201，其检测从压缩机I排出的制冷剂的压力；温度传感器202，其检测从压缩机I排出的制冷剂的温度；温度传感器203，其检测从冷凝器2流出的制冷剂的温度；温度传感器204，其检测流入蒸发器4的制冷剂的温度；温度传感器205，其检测外部气体温度(流入蒸发器4的空气的温度)；温度传感器206，其检测流入冷凝器2的热介质的温度；以及温度传感器207，其检测从冷凝器2流出的热介质的温度。
[0034]<储热水槽单元302〉
[0035]在储热水槽单元302搭载有热介质泵6、三通阀7、加热热交换器8、水泵9、储热水槽10以及混合阀11等。热介质泵6具有使热介质在加热循环回路52循环的功能。热介质泵6可以是可变速式的泵(例如，利用变频控制的泵)，或者也可以是定速式的泵。三通阀7作为切换热介质的流动方向的流路切换构件发挥作用。在储热水运转时，切换三通阀7以使热介质流向加热热交换器8。在制热运转时,切换三通阀7以使热介质流向制热单元305a、305b。加热热交换器8通过使热介质和水进行热交换,从而加热水而冷却热介质。加热热交换器8由例如板式热交换器构成。在本实施方式中，构成为在加热热交换器8内热介质和水向相反方向流动。水泵9具有使水在储热水回路53循环的功能。水泵9可以是可变速式的泵(例如，利用变频控制的泵)，或者也可以是定速式的泵。储热水槽10(储热水箱)具有储存烧好了的热水和烧热前的水的功能。储热水槽10为满水式，形成温度叠层的同时进行热水储存，在上部储存高温水，在下部储存低温水。在储热水槽10的上部的连接点13连接储热水回路53的水配管310，在储热水槽10的下部的连接点14连接储热水回路53的水配管311。通过驱动水泵9，储热水槽10内的水从连接点14流出，通过水配管311被输送至加热热交换器8并被加热，然后，流过水配管310而回到储热水槽10，从连接点13流入储热水槽10内。
[0036]出热水管15连接储热水槽10的上部和混合阀11。供水管309与储热水槽10的下部和混合阀11分别连接。在混合阀11还连接有热水供给管308。根据使用者的热水供给要求，热水从储热水槽10的上部向出热水管15流出，并供给至混合阀11。此时，从供水管309向储热水槽10的下部流入与向出热水管15流出的热水同量的低温水。混合阀11将来自出热水管15的热水和来自供水管309的低温水混合，并向热水供给管308送水。混合阀11形成为能够控制热水与低温水的混合比，生成预先设定好的温度的热水。
[0037]储热水槽单元302还具备:温度传感器208，其检测流入加热热交换器8的热介质的温度；温度传感器209，其检测从加热热交换器8流出的热介质的温度；温度传感器210，其检测流入加热热交换器8的水的温度；温度传感器211，其检测从加热热交换器8流出的水的温度；温度传感器212、213、214、215，其检测储热水槽10内的水温；以及温度传感器216，其检测热水供给管308内的水温。
[0038]〈制热单元305a、305b>
[0039]制热单元305a、305b具备作为制热热交换器的散热器12a、12b (板加热器)。通过使热介质在散热器12a、12b流动，从而利用辐射对室内的空气制热。
[0040]在本实施方式中，设有2台制热单元，不过制热单元也可以是I台或者3台以上。而且，在本实施方式中，使制热热交换器为散热器，不过例如也可以使用风机盘管单元、地板制热加热器等其他种类的制热热交换器，也可以是多种制热热交换器混用的形态。
[0041]<热泵控制装置101和泵控制装置121〉
[0042]在热泵单元301设有由例如微型计算机构成的热泵控制装置101。在储热水槽单元302设有由例如微型计算机构成的泵控制装置121。图2是示出热泵控制装置101的结构的框线图。热泵控制装置101具有:测量构件102，其基于压力传感器201、温度传感器202、203、204、205、206、207等的输出来取得压力和温度的信息；通信构件103，其用于向泵控制装置121发送热泵单元301的运转状态(温度、压力等)和异常信号等，或者相反地从泵控制装置121接收储热水槽单元302的运转状态(温度、设备动作等)和异常信号等；运算构件104，其基于利用测量构件102取得的测量信息来运算冷凝温度和过冷却度等；以及控制构件105，其基于上述测量信息和运算构件104的运算结果等来控制热泵单元301的运转状态(压缩机I的运转方法和膨胀阀3的开度等)。另外，通信构件103构成为例如通过电话线路、LAN线路、无线通信等来与后述的通信构件125彼此进行通信。[0043]图3是示出泵控制装置121的结构的框线图。泵控制装置121具有:测量构件122，其基于温度传感器208、209、210、211、212、213、214、215、216的输出来取得温度的信息；存储构件123，其存储在加热循环回路52流动的热介质的种类等；输入构件124，其识别来自使用者的运转模式的接通/断开指令、来自安装人员的输入信息等的输入；通信构件125，其用于向热泵控制装置101发送储热水槽单元302的运转状态(温度和设备动作等)和异常信号等，或者相反地从热泵控制装置101接收热泵单元301的运转状态(温度、压力等)和异常信号等；运算构件126，其基于利用测量构件122取得的测量信息来运算在加热热交换器8进出的水的温度差和在加热热交换器进出的热介质的温度差等；以及控制构件127，其基于上述测量信息和运算构件126的计算结果等来控制储热水槽单元302的运转状态(热介质泵6和水泵9的运转状态和四通阀7的切换等)。
[0044]另外，在实施方式I中构成为，热泵控制装置101设置于热泵单元301，泵控制装置121设置于储热水槽单元302 ;不过并不限定于这样的结构，也可以构成为，在储热水槽单元302设置热泵控制装置101，在热泵单元301设置泵控制装置121。而且，也可以使热泵控制装置101与泵控制装置121 —体化。而且，也可以构成为，在热泵单元301和储热水槽单元302以外的部位设置控制装置(未图示)，该控制装置承担热泵控制装置101和泵控制装置121的一部分或全部的功能。
[0045]<运转模式>
[0046]热泵式制热和热水供给系统100根据制热单元305a、305b要求的制热负载和储热水槽单元302要求的热水供给要求，进行在热泵单元301、储热水槽单元302和制热单元305a、305b搭载的各设备的控制，执行制热运转模式或者储热水运转模式。制热运转模式或储热水运转模式的接通/断开的信息由使用者或者基于时刻等自动地向泵控制装置121的输入构件124输入。所述输入信息由通信构件125发送至热泵控制装置101。以下，对各运转模式下的运转动作进行说明。
[0047][制热运转模式]
[0048]首先，使用图1说明“制热运转模式”。另外，图1中的箭头示出制冷剂和热介质的流动方向。在制热运转模式中，三通阀7切换成冷凝器2的出口和制热单元305a、305b连接。在该状态下，实施热泵单元301和储热水槽单元302的运转。这样的话，在制冷剂回路51中，从压缩机I排出的高温高压的气体制冷剂流入冷凝器2，由热介质冷却而成为高压液体制冷剂。此后，制冷剂从冷凝器2流出，在膨胀阀3减压而成为低压的二相制冷剂。此后，制冷剂流入蒸发器4，从外部气体吸收热而成为低压气体制冷剂。此后，制冷剂再次被吸入压缩机I。压缩机1、膨胀阀3和送风机5，根据利用测量构件102测量的温度、压力，由热泵控制装置101的控制构件105控制运转状态。
[0049]另一方面，在加热循环回路52，由热介质泵6泵送的热介质从储热水槽单元302流出，经由热介质配管304流入热泵单元301。热介质在流入热泵单元301后，在冷凝器2由制冷剂加热，成为高温状态。该高温的热介质从热泵单元301流出，经由热介质配管303再次流入储热水槽单元302。此后，热介质经由三通阀7从储热水槽单元302流出，经由热介质配管306流入制热单元305a、305b。通过利用散热器12a、12b使热介质与室内空气进行热交换，从而对室内制热，热介质成为低温。成为低温的热介质从制热单元305a、305b流出，经由热介质配管307流入储热水槽单元302，并再次流入热介质泵6。热介质泵6根据测量的温度、压力，由泵控制装置121的控制构件127控制运转状态。另外，在制热运转模式下，不加热储热水槽10的水，因此水泵9停止，储热水回路53的水不流动。
[0050][储热水运转模式]
[0051]接着，使用图4说明“储热水运转模式”。另外，图4中的箭头示出制冷剂、热介质和水的流动方向。在储热水运转模式中，三通阀7切换成冷凝器2的出口和加热热交换器8的入口连接。在该状态下，实施热泵单元301和储热水槽单元302的运转。这样的话，在制冷剂回路51中，从压缩机I排出的高温高压的气体制冷剂流入冷凝器2，由热介质冷却而成为高压液体制冷剂。此后，制冷剂从冷凝器2流出，在膨胀阀3减压而成为低压的二相制冷剂。此后，制冷剂流入蒸发器4，从外部气体吸收热而成为低压气体制冷剂。此后，制冷剂再次被吸入压缩机I。压缩机1、膨胀阀3和送风机5，根据利用测量构件102测量的温度、压力，由热泵控制装置101的控制构件105控制运转状态。
[0052]另一方面，在加热循环回路52，由热介质泵6泵送的热介质从储热水槽单元302流出，经由热介质配管304流入热泵单元301。热介质在流入热泵单元301后，在冷凝器2由制冷剂加热，成为高温状态。该高温的热介质从热泵单元301流出，经由热介质配管303并再次流入储热水槽单元302。此后，热介质经由三通阀7流入加热热交换器8，通过与水进行热交换来加热水，热介质成为低温。此后，该温度降低了的热介质再次流入热介质泵6。
[0053]另一方面，在储热水回路53中，从储热水槽10的连接点14流出的水借助水泵9通过水配管311被泵送至加热热交换器8。所述水在加热热交换器8由热介质加热而成为热水。从加热热交换器8流出的热水通过水配管310，从连接点13流入储热水槽10并被储存。水从储热水槽10的连接点14连续地流出，热水向连接点13连续地流入，从而储热水槽10内的热水量增加。另外，在储热水运转模式下，不实施室内的制热，热介质不流向制热单兀 305a、305b。
[0054]<实现高效率的储热水运转方法>
[0055]在本实施方式中，连接点13处于储热水槽10的上部。水达到高温后密度减小，因此越是高温的热水则越上升并滞留在储热水槽10的上部。由加热热交换器8加热并回到储热水槽10的热水不向储热水槽10的下部的水散热，而是保持高温地滞留在储热水槽10的上部。即，即使不使储热水槽10整体升温，也能够储存高温的热水。在进行追加烧热的时候，将回到储热水槽10的热水的温度加热至预定的设定温度以防止储热水槽10的上部的热水的温度降低。设定温度通过使用者的输入或者泵控制装置121等自动地设定。gp，在本实施方式中，进行由一次加热使水升温的加热动作以使由温度传感器211检测出的从加热热交换器8流出的热水的温度达到设定温度。将这样的加热方式称为一过加温。在一过加温中，需要利用水泵9控制流向加热热交换器8的水的流量以使从加热热交换器8流出的热水的温度达到设定温度。另外，此处所说的流量指的是体积流量。
[0056]在一过加温中，由于使水通过一次热交换而成为高温的热水，因此从加热热交换器8流出的热水的温度始终与设定温度大致相等。因此，流入加热热交换器8的热介质的温度也始终是高温的，因此热泵单元301始终进行使热介质升温到高温的动作。从冷凝器2流出的热介质的温度越高则热泵单元301的运转效率越低。因此，在实施方式I的热泵式制热和热水供给系统100中，通过实现以下所述的运转状态，能够抑制运转效率的降低，以高运转效率使热泵单元301动作。具体来说，通过降低流入冷凝器2的热介质的温度且对膨胀阀3进行节流以降低高压液体制冷剂的温度，从而扩大冷凝器2中制冷剂的比焓差，提高运转效率。以下，对该运转状态的实施方法进行说明。
[0057]首先，对使流入冷凝器2的热介质的温度降低的运转进行说明。当流入冷凝器2的热介质的温度低时，从加热热交换器8流出的热介质的温度也低。图5是以流入加热热交换器8的热介质的温度与从加热热交换器8流出的热介质的温度的差(以下称为“热介质的入口出口间温度差”。)为横轴、以流入加热热交换器8的热介质的温度和从加热热交换器8流出的热介质的温度为纵轴的图。当降低热介质泵6的转速而减少热介质的流量时，力口热热交换器8的热介质的入口出口间温度差增大。如图5所示，加热热交换器8的热介质的入口出口间温度差越大，则流入加热热交换器8的热介质的温度越高，从加热热交换器8流出的热介质的温度越低。而且，加热热交换器8的热介质的入口出口间温度差越大，则流入加热热交换器8的热介质的温度的上升量越大，加热热交换器8的热介质温度的差越大，则从加热热交换器8流出的热介质的温度的降低量越小。在此，具体地对图5中的各运转状态(A)、(B)和(C)中的热介质的温度变化进行说明。在运转状态(A)的情况下，为热介质的入口出口间温度差小、从加热热交换器8流出的热介质的温度高的状态。当从运转状态(A)减少热介质泵6的流量而成为运转状态(B)时，从加热热交换器8流出的热介质的温度降低。另外，当进一步减少热介质泵6的流量而成为运转状态(C)时，从加热热交换器8流出的热介质的温度进一步降低，不过流入加热热交换器8的热介质的温度过度上升。当流入加热热交换器8的热介质的温度升高时，从冷凝器2流出的热介质的温度也升高，因此热泵单元301的运转效率降低。而且，当从冷凝器2流出的热介质的温度升高时，在压缩机I的排出部可能出现制冷剂压力、制冷剂温度过度上升，这会成为在热泵单元301发生异常停止、热介质的加热能力不足的原因。因此，从冷凝器2流出的热介质的温度高的状态并不是期望的运转状态。由于这些原因，热介质泵6的热介质的流量在运转状态(B)的情况下是最佳的。因此，为了防止像运转状态(C)那样从冷凝器2流出的热介质的温度升高，期望使得加热热交换器8的热介质的入口出口间温度差在运转状态(B)的温度差以下。
[0058]使用图6详细说明图5的运转状态⑶是何种状态。图6是示出加热热交换器8内的热介质和水的温度分布的概要的图。图6中的(A)、⑶和(C)与图5中的运转状态(A)、⑶和(C)对应。如图6所示，在热介质的流量多的运转状态㈧下，热介质的入口出口间温度差小。在该运转状态(A)下，与从加热热交换器8流出的水(热水)的温度跟流入加热热交换器8的水的温度之差(以下，称为“水的入口出口间温度差”)相比，热介质的入口出口间温度差还要更小。在此，当将热介质的流量相对于运转状态(A)减少而成为运转状态(B)时，加热热交换器8的热介质的入口出口间温度差与水的入口出口间温度差达到相等，并且在加热热交换器8内的任何位置，热介质与水的温度差都相等。在加热热交换器8内的任意位置、热介质与水的温度差均一定的状态可以说在热介质中不存在过度高温状态的热交换部分，从而可知达到了不可逆损失最少的运转。因此，运转状态⑶时能够使热栗单兀301的运转效率达到最闻。
[0059]因此，优选实现利用热介质泵6的热介质的流量以达到运转状态(B)，从而降低从加热热交换器8流出的热介质的温度，降低流入冷凝器2的热介质的温度。若能够降低流入冷凝器2的热介质的温度的话，通过对膨胀阀3进行节流，还能够降低在制冷剂回路51流动的制冷剂在冷凝器2的出口处的温度即高压液体制冷剂温度。接下来，对降低高压液体制冷剂温度的运转进行说明。
[0060]作为降低高压液体制冷剂温度的方法，对于热泵单元301，根据流入冷凝器2的热介质的温度来设定高压液体制冷剂温度的目标值，控制膨胀阀3以使高压液体制冷剂温度达到该目标值。另外，高压液体制冷剂温度由温度传感器203检测出来，流入冷凝器2的热介质的温度由温度传感器206检测出来。通过对膨胀阀3进行节流来降低高压液体制冷剂温度。高压液体制冷剂温度降低产生的效果在图7中示出。使高压液体制冷剂温度的目标值例如为比流入冷凝器2的热介质的温度高:TC的值。由此，在流入冷凝器2的热介质的温度低的情况下，高压液体制冷剂温度的目标值也变低，因此进行膨胀阀3的节流动作，冷凝器2的制冷剂的比焓差扩大。另外，当使高压液体制冷剂温度的目标值过于接近流入冷凝器2的热介质的温度时，高压上升，运转效率降低。因此，优选将高压液体制冷剂温度的目标值设定为比流入冷凝器2的热介质的温度高预定值(例如3°C左右)。
[0061]通过以上，能够降低高压液体制冷剂温度，能够以使运转效率达到最大的方式使热泵单元301运转。在此，为了以一过加温实现这样的动作，需要调整热介质的流量和水的流量以达到图6的运转状态(B)。而且，出于提高热泵单元301的可靠性、避免流入加热热交换器8的热介质的温度的过度的上升的观点，可以采用运转状态(A)或者运转状态(B)。因此，需要适当地选定水泵9和热介质泵6来构成热泵式制热和热水供给系统100。接着，对水泵9和热介质泵6的选择进行说明。
[0062]〈水泵的选定〉
[0063]首先，对水泵9的选定进行说明。在储热水运转模式中流过储热水回路53的水在加热热交换器8中以一次热交换加热至设定温度。选定能够控制成实现该状态的流量的水泵9。作为例子，当热泵单元301的加热能力为9kW时，冷凝器2的制冷剂与热介质的交换热量为9kW，加热热交换器8的热介质与水的交换热量也为9kW。作为例子，当设流入加热热交换器8的水的温度为15°C、设定温度为55°C时，水的比热为4.18kJ/kgK，水的密度为1000kg/m3,因此所需的水的流量为3.23升/分。即，在本例的情况下，在储热水回路53中选定能够使流过加热热交换器8的水的流量达到3.23升/分左右的水泵9。
[0064]而且，在选定水泵9时，也考虑储热水回路53的配管阻力进行选定。图8是示出水泵9的泵特性曲线的图。示出储热水回路53的配管的所有阻力的是管路阻力曲线。管路阻力曲线与扬程曲线的交点为水泵9的能力与配管的所有阻力平衡的点，该点作为水泵9的运转状态。在此,水泵9能够利用变频控制而使转速可变。例如，当使水泵9的运转频率变化为60Hz、50Hz、40Hz而使转速变化时，扬程曲线变化，管路阻力曲线与扬程曲线的交点向低流量侧移位。因此，流过储热水回路53的水的流量减少。扬程曲线由水泵9的各参数决定。即，能够根据泵种类和泵容量决定。管路阻力曲线由储热水回路53的各配管参数(例如，外径、壁厚、长度、接口的种类和数量、急剧扩大部和急剧缩小部的数量)决定。由于储热水回路53是储热水槽单元302的一部分，因此储热水回路53的各配管参数是能够在设计时预先求得的信息。如上所述，基于泵特性曲线和管路阻力曲线，能够选定能够使流过加热热交换器8的水的流量达到预期的值(在所述的例子中为3.23升/分)的水泵9。
[0065]接着，对热介质泵6的选定进行说明。在图6的运转状态(B)下，是加热热交换器8的热介质的入口出口间温度差与水的入口出口间温度差相等的状态。在该情况下，对于加热热交换器8的热介质的散热量Qh和水的加热量(受热量)Qw，以下的关系分别成立。[0066][算式I]
[0067]Qh = CPhX P hXVhX (Th1-Tho)
[0068][算式2]
[0069]Qw = CpwX P wX VwX (Two-Twi)
[0070]在此，Cph为热介质的比热[kJ/kgK]，P h为热介质的密度[kg/m3]，Vh为热介质的流量[m3/秒]，Thi为流入加热热交换器8的热介质的温度[°C ]，Tho为从加热热交换器8流出的热介质的温度[°C ]，Cpw为水的比热[kJ/kgK]，P w为水的密度[kg/m3]，Vw为水的流量[m3/秒]，Twi为流入加热热交换器8的水的温度[°C ]，Two为从加热热交换器8流出的水的温度[°C ]。由于加热热交换器8中的水的加热量Qw与热介质的散热量Qh相等，因此如果热介质的入口出口间温度差(Th1- Tho)与水的入口出口间温度差(Two - Twi)相等的话，则热介质的热容量流量CphX PhXVh与水的热容量流量CpwX PwX Vw也相等。而且，在如图6的运转状态㈧那样热介质的入口出口间温度差比水的入口出口间温度差小的情况下，热介质的热容量流量也比水的热容量流量大。根据以上，为了实现图5的运转状态(A)或(B)，选定热介质泵6以使热介质的热容量流量达到水的热容量流量以上为宜。在上述的例子的情况下，水泵9的水的流量为3.23升/分，使用水的比热4.18kJ/kgK、水的密度1000kg/m3，则水的热容量流量为0.23kW/K。因此，选定能够使热介质的热容量流量达到0.23kff/K以上的热介质泵6。
[0071]在上述的例子中,在使用水作为热介质的情况下,实现Cph = Cpw、P h = P w,因此选定能够使热介质的流量达到3.23升/分以上的热介质泵6。另一方面，为了预防冻结，有时也将NAIBURAIN、乙二醇、丙二醇等载冷剂(防冻液)作为热介质使用。在该情况下如下选定。作为例子，对使用浓度40%的NAIBURAIN的情况进行说明。在设计时通过试验和解析等而确认流入加热热交换器8的热介质的温度为65°C、从加热热交换器8流出的热介质的温度为25°C的情况下，热介质的平均温度为45°C，该热介质在45°C下的比热为3.78kJ/kgK、密度为1031kg/m3。使用该比热和密度的值计算的话，为了使热介质的热容量流量为水的热容量流量0.23kff/K以上，使热介质的流量达到3.54升/分以上即可。因此，选定能够使热介质的流量达到3.54升/分以上的热介质泵6。一般来说，载冷剂的比热比水小，在相同体积流量的情况下，载冷剂的热容量流量也比水小。因此，无论在使用何种载冷剂作为热介质的情况下，都选定热介质泵6和水泵9,以使热介质泵6能够向加热热交换器8输送的热介质的体积流量达到水泵9能够向加热热交换器8输送的水的体积流量以上。通过选定热介质泵6和水泵9以使热介质泵6能够向加热热交换器8输送的热介质的体积流量达到水泵9能够向加热热交换器8输送的水的体积流量以上，能够实现图6的运转状态(B)或接近该运转状态(B)的运转状态、或者运转状态(B)与运转状态(A)之间的任一位置的运转状态，能够使热泵单元301高效地运转。
[0072]在此,为了使热介质的热容量流量为水的热容量流量以上，需要选定热介质泵6以使热介质的流量(体积流量)达到水的流量(体积流量)以上，不过即使是参数相同的泵，由于配管结构和配管阻力的不同，流量也会变化。因此，也考虑所述配管结构和配管阻力来选定能够使热介质的流量达到水的流量以上的热介质泵6。
[0073]图9是示出热介质泵6的泵特性曲线的图。在将相同参数的泵选作热介质泵6和水泵9的情况下，在加热循环回路52中，特别是热介质配管303、304变长，其配管阻力增大，因此加热循环回路52的热介质的流量大多比储热水回路53的水的流量小。因此，需要考虑加热循环回路52的配管阻力来选定热介质泵6。当决定热泵单元301和储热水槽单元302的设置场所后，热介质配管303、304的长度确定。当加热循环回路52所需的热介质的流量确定后，加热循环回路52的配管的直径确定。这样，配管长度和配管直径确定，因此能够求得流过所需的热介质的流量时的配管阻力。这些完全能够在设计阶段掌握，因此能够确定能输出全扬程的泵，该全扬程与按所需的热介质的流量流动时的配管阻力对应。这样，能够选定热介质泵6,以使热介质泵6能够向加热热交换器8输送的热介质的体积流量达到水泵9能够向加热热交换器8输送的水的体积流量以上。
[0074]如上所述,能够选定热介质泵6和水泵9。另外,在实施方式I中，形成为热介质泵6和水泵9各配置I台的结构，不过泵的台数和它们的连接方法并不限定于此。例如，也可以是将2台以上的热介质泵6并联连接、将2台以上的水泵9串联连接的结构，在储热水运转模式下，使热介质的热容量流量比水的热容量流量大。
[0075]而且，为了提高配管的可靠性，优选使流过配管的流体的流速为预定的范围内的值。具体来说，在流体的流速缓慢的情况下，例如在0.5m/秒以下的情况下，会成为点腐蚀的原因。而且，在流体的流速快的情况下，例如在1.2m/秒以下的情况下，会成为冲蚀的原因。在实施方式I中，使加热循环回路52的热介质的流量为储热水回路53的水的流量以上，因此，为了使加热循环回路52的配管中的热介质的流速合适，优选使构成加热循环回路52的配管的内径、例如热介质配管303、304的内径为构成储热水回路53的水配管310、311的内径以上。由此，能够使加热循环回路52的配管的热介质的流速与储热水回路53的配管的水的流速双方为合适的范围内的值，会提高配管的可靠性。
[0076]<热介质泵6的运转控制方法>
[0077]在热介质泵6为定速式的情况下，根据流入加热热交换器8的水的温度和从加热热交换器8流出的水的温度，运转状态成为图6的运转状态(B)、或者运转状态(B)与运转状态(A)之间的任一位置的状态。与此相对地，在热介质泵6为可变速式的情况下，通过控制转速，在所有状况下，都能够实现图6的运转状态(B)，能够使热泵单元301以更高效率运转。而且，通过如运转状态(A)的状态那样控制成使热介质的入口出口间温度差比水的入口出口间温度差小，能够可靠地防止热泵单元301的制冷剂产生高压的过度上升和排出温度的过度上升而成为异常运转的问题。下面对该运转方法进行说明。
[0078]在运转状态(B)中，在加热热交换器8中成为热介质的入口出口间温度差与水的入口出口间温度差相等的运转状态。若能够取得流入加热热交换器8的热介质的温度、从加热热交换器8流出的热介质的温度、流入加热热交换器8的水的温度以及从加热热交换器8流出的水的温度的话，通过利用泵控制装置121的控制构件127控制热介质泵6的转速以使加热热交换器8中的热介质的入口出口间温度差与水的入口出口间温度差相等或者使热介质的入口出口间温度差为水的入口出口间温度差以下，在所有状况下都能够实现运转状态(B)或者运转状态(A)。在实施方式I中，能够通过温度传感器208取得流入加热热交换器8的热介质的温度，能够通过温度传感器209取得从加热热交换器8流出的热介质的温度，能够通过温度传感器210取得流入加热热交换器8的水的温度，能够通过温度传感器211取得从加热热交换器8流出的水的温度。
[0079]另外，在没有温度传感器210的情况下，可以使用由设置于储热水槽10中的温度传感器中设置于最下部的温度传感器(在图示的结构中为温度传感器215)所检测出的温度作为流入加热热交换器8的水的温度。而且，在没有温度传感器208和温度传感器209的情况下，可以将由温度传感器207检测出的温度作为流入加热热交换器8的热介质的温度使用，可以将由温度传感器206检测出的温度作为从加热热交换器8流出的热介质的温度使用。在该情况下，温度传感器206、207的检测值由热泵控制装置101的通信构件103发送，并由泵控制装置121的通信构件125接收。
[0080]而且，通过控制成使得加热热交换器8中的热介质的体积流量与水的体积流量相等或者为水的流量以上，也能够实现图6的运转状态(B)或者运转状态(A)。下面对水和热介质的体积流量的取得方法进行说明。
[0081]求得水的流量的方法如下所述。首先，将图8所示的水泵9的泵特性曲线存储在泵控制装置121的存储构件123中。具体来说，对于扬程曲线，按各转速存储水的流量和全扬程的数据表格，对于管路阻力曲线，存储水的流量和全扬程的数据表格。管路阻力曲线由储热水回路53的配管结构确定，扬程曲线由水泵9确定，因此能够预先在设计阶段就掌握。根据水泵9的泵特性曲线和水泵9的转速来运算水的流量。
[0082]而且，求得热介质的流量的方法如下所述。首先，将图9所示的热介质泵6的泵特性曲线存储在泵控制装置121的存储构件123中。具体来说，对于扬程曲线，按各转速存储热介质的流量和全扬程的数据表格，对于管路阻力曲线，存储热介质的流量和全扬程的数据表格。扬程曲线由热介质泵6确定，因此能够预先在设计阶段就掌握。管路阻力曲线由加热循环回路52的配管结构确定。在加热循环回路52中还包括将热泵单元301、储热水槽单元302和制热单元305a、305b之间相连的热介质配管303、304、306、307，这些是在现场的设置时决定的规格。因此，加上在设计时预先知道的热泵单元301和储热水槽单元302的内部的配管参数，将现场的设置时安装人员设置的热介质配管303、304、306、307的长度、夕卜径、壁厚、管接头的种类和数量、急剧扩大部和急剧缩小部的数量等输入到泵控制装置121的输入构件124中。通过这样，能够根据这些值求得管路阻力曲线的数据表格。根据以上，能够取得扬程曲线和管路阻力曲线的信息。根据热介质泵6的泵特性曲线和热介质泵6的转速来运算热介质的流量。
[0083]根据以上，能够求得水的流量和热介质的流量。通过使热介质的流量为水的流量以上，能够使运转状态达到运转状态(B)或者接近运转状态(B)的状态，能够使热泵单元301的运转效率达到最大地运转。而且，能够使运转状态成为运转状态(A)，能够切实地防止热泵单元301异常运转。在此，在运转状态(B)下，如上所述那样是成为热介质的热容量流量与水的热容量流量相等的状态，为了以更高精度实现运转状态(B)，需要取得水和热介质的热容量流量的信息并进行控制。热容量流量为密度X比热X体积流量，因此除了体积流量的信息之外还需要比热和密度的信息。以下，对取得水和热介质的比热和密度的方法进行说明。
[0084]容易求得在储热水回路53流动的流体即水的比热为4.18kJ/kgK，水的密度为1000kg/m3左右。而且，在加热循环回路52流动的热介质使用水的情况下，容易求得比热为
4.18kJ/kgK，密度为1000kg/m3左右。相对于此，在采用载冷剂作为热介质的情况下，根据载冷剂的种类、浓度和温度，其比热和密度变化。因此，在现场的设置时向泵控制装置121的输入构件124输入热介质的种类及其浓度，并存储在存储构件123中。基于输入的信息和温度能够求得热介质的比热和密度。热介质的温度通过在系统设计阶段预测加热热交换器8中的热介质的平均温度而求得。根据该预测平均温度求得热介质的密度和比热即可。在设计阶段，预测热泵单元301的加热能力、加热热交换器8的各参数、流入加热热交换器8的水的温度以及从加热热交换器8流出的水的温度。因此，也能够预测出流入加热热交换器8的热介质的温度以及从加热热交换器8流出的热介质的温度。因此，能够求得加热热交换器8中的热介质的预测平均温度。预测平均温度由泵控制装置121的存储构件123存储。
[0085]而且，也可以如下所述，使用温度传感器的信息预测加热热交换器8中的热介质的平均温度，使用该预测平均温度求得载冷剂(热介质)的密度和比热。即，对于加热热交换器8，在存在热介质的出口温度和水的出口温度的情况下也可以为两个温度的平均值。而且，如果没有温度传感器209且无法从热泵单元301取得温度传感器206的温度，热介质的出口温度不明确的话，也可以将水的出口温度作为热介质的预测平均温度。如果设置了温度传感器208或温度传感器207以及温度传感器209双方的话，流入加热热交换器8的热介质的温度和从加热热交换器8流出的热介质的温度已知，从而能够高精度地预测平均温度。即，利用泵控制装置121的检测构件检测出热介质或水的温度，基于该信息、由运算构件126运算热介质的预测平均温度，将运算出的热介质的预测平均温度存储在存储构件123中。另外，载冷剂的比热和密度的数据，按载冷剂的各种类，作为浓度和温度的数据表格被存储在泵控制装置121的存储构件123中。通过这样，能够求得载冷剂(热介质)的比热和密度。例如，在热介质为浓度40%的NAIBURAIN、预测平均温度为45°C的情况下，比热为 3.78kJ/kgK,密度为 1031kg/m3。
[0086]通过以上，能够取得水和热介质的比热和密度，通过将这些与体积流量相乘，能够求得热容量流量。通过由控制构件127控制热介质泵6的转速以使热介质的热容量流量与水的热容量流量相等，能够高精度地实现运转状态(B)，能够使热泵单元301的运转效率最大。
[0087]并且，在以上的说明中，在求得热介质的流量的计算时使用热介质泵6的泵特性曲线。配管阻力随现场设置的热介质配管303、304的长度的不同而变化，因此使用泵特性曲线需要现场的安装人员进行信息输入。然而，也考虑到要使现场的安装作业容易的情况。在该情况下，知道加热热交换器8的热介质的入口出口间温度差和热泵单元301的加热能力的话，不使用热介质泵6的泵特性曲线就可以求得热介质的体积流量，能够控制热介质泵6的运转。该方法为在没有温度传感器210或211而无法求得加热热交换器8的水的入口出口间温度差的情况下使用为宜的方法。
[0088]热泵单元301的储热水运转模式被预先设计成，使热泵单元301的加热能力即冷凝器2对热介质的加热能力始终与预定的加热能力目标同等，并且根据该设计，使热泵单元301的压缩机1、膨胀阀3、送风机5等运转。例如，若为3HP的热泵单元301，则以加热能力达到9kW的方式运转。而且，也存在在运转前预先以开关等设定以达到预定的加热能力的热泵单元301。在该情况下，在3HP的热泵单元301的情况下，也存在加热能力为8kW或7kW的情况。在任意的情况下，热泵单元301均在运转前预先确定加热能力目标。通过使用加热能力目标和加热热交换器8的热介质的入口出口间温度差，即使是热介质泵6的运转特性和加热循环回路52的配管阻力特性未知，也能够求得热介质的流量。[0089]具体来说，热泵控制装置101通过通信构件103向泵控制装置121发送热泵单元301的加热能力目标。泵控制装置121通过通信构件125接收加热能力目标。或者，也可以将预定的加热能力目标预先存储在泵控制装置121的存储构件123。在额定状态下热介质在冷凝器2的加热量和在加热热交换器8的散热量相等，因此加热热交换器8的交换热量与热泵单元301的加热能力即加热能力目标大致相同。而且,交换热量[kW]=热容量流量[kff/K] X入口出口间温度差[K]，加热热交换器8的热介质的入口出口间温度差根据由温度传感器208检测出的入口温度和温度传感器209检测出的出口温度求得。通过以上，求得热介质的热容量流量。在此，存在热介质为载冷剂的可能性，不过使用与水相同的比热和密度，根据热容量流量=比热X密度X体积流量的关系，求得热介质的体积流量。此处求得的体积流量在热介质为载冷剂的情况下比实际要小。例如，在交换热量为9kW、入口出口间温度差为40°C的情况下，热容量流量为0.23kW/K。在该情况下，在热介质为浓度40%的NAIBURAIN、其温度为45°C的情况下，比热为3.78kJ/kgK，密度为1031kg/m3，因此热介质的实际的流量为3.54升/分。相对于此，实际的热介质为浓度40%的NAIBURAIN，在使用水的比热和密度来计算热介质的流量的情况下，比热为4.18kJ/kgK，密度为1000kg/m3，因此算出热介质的流量为3.23升/分。水的流量能够与上述同样地利用泵特性曲线求得。如上所述，求得热介质的流量和水的流量，可以由控制构件127控制热介质泵6的转速以使热介质的流量为水的流量以上。如上所述，在热介质为载冷剂的情况下使用水的比热和密度计算时，计算出热介质的流量比实际小。因此，进行控制以使采用水的比热和密度计算的热介质的流量达到水的流量以上的话，实际的热介质的流量为水的流量以上。而且，由上述计算例可知，流量的运算结果的差例如是3.54升/分一 3.23升/分=0.31升/分左右的比较小的值，因此使用水的比热和密度计算热介质的流量的情况下的误差小，没有问题。通过以上，运转状态能够达到运转状态(B)或者接近运转状态(B)的状态，能够使热泵单元301的运转效率达到最大地运转。而且，还能够使运转状态成为运转状态(A)，能够切实地防止热泵单元301异常运转。
[0090]在此，若要更高精度地实现运转状态(B)的话，取得热介质和水的热容量流量为宜。热介质的热容量流量与上述相同地求得。即，使用交换热量[kW]=热容量流量[kW/K] X入口出口间温度差[K]的关系，根据热泵单元301的加热能力即加热能力目标和加热热交换器8的热介质的入口出口间温度差，求得热介质的热容量流量。而且，水的热容量流量如下所述地求得。即，水的流量能够与上述同样地利用泵特性曲线求得，而且，水的比热和密度是已知的。通过以上，能够取得热介质和水的热容量流量。由控制构件127控制热介质泵6的转速以使热介质的热容量流量为水的热容量流量以上。通过这样，能够更高精度地实现运转状态(B)，能够使热泵单元301的运转效率最大。
[0091]在此，热介质泵6的转速和水泵9的转速双方都频繁地变动的话，存在着系统的稳定性恶化而产生波动等不稳定的状态的可能性。为了抑制该状态，通过将热介质泵6的控制间隔延长到水泵9的控制间隔以上，例如延长至2倍或3倍以上，能够以运转状态比较稳定的状态使热介质泵6动作。通过这样，能够使系统更稳定地动作。根据这样的观点，优选由泵控制装置121的控制构件127控制成，使得预定时间内热介质泵6的转速的变动次数为水泵9的转速的变动次数以下。例如，可以使水泵9的控制间隔为15秒，使热介质泵6的控制间隔为120秒。[0092]而且，热介质泵6的转速和压缩机I的运转频率双方都频繁地变动的话，存在着系统的稳定性恶化而产生波动等不稳定的状态的可能性。为了抑制该状态，通过将热介质泵6的控制间隔延长到压缩机I的控制间隔以上，例如延长至2倍或3倍以上，能够以运转状态比较稳定的状态使热介质泵6动作。通过这样，能够使系统更稳定地动作。根据这样的观点，优选由泵控制装置121的控制构件127控制成，使得预定时间内热介质泵6的转速的变动次数为压缩机I的运转频率的变动次数以下。例如，可以使压缩机I的控制间隔为60秒，使热介质泵6的控制间隔为120秒。
[0093]而且，作为提高系统的稳定性的方法，也可以对热介质泵6不仅延长控制间隔，而且限制一次的转速的变动量，例如可以是，对于热介质泵6的转速的变更量，禁止相对于变更前变更5%以上。通过这样，热介质泵6的转速一点一点地变化，因此能够抑制波动等不稳定的运转，提高系统的稳定性。
[0094]通过如上说明的实施方式I的系统结构，能够实施制热运转和储热水运转，且能够高效地实施储热水运转。具体来说，通过使用在储热水槽10的外部设置的加热热交换器8，传热性能提高。而且，以使热介质的流量为水的流量以上的方式，使热介质在加热循环回路52流动、使水在储热水回路53流动，从而能够降低流入热泵单元301的热介质的温度。由此，能够以使运转效率达到最大的方式使热泵单元301运转，能够以高运转效率实施储热水运转。而且，在储热水槽10的外部设置有加热热交换器8，因此在加热热交换器8发生问题的情况下能够容易地更换，也提高了维护性。而且，不仅能够使储热水槽10内所有的水达到高温，而且能够使储热水槽10内的一部分水达到高温，因此能够仅生成必要量的高温的热水，且能够减少储热水槽10的散热损失。
[0095]实施方式2
[0096]接下来，参照图10，对本发明的实施方式2进行说明，以与上述的实施方式I的不同点为中心进行说明，对相同部分或相当部分标以相同标号并省略说明。
[0097]图10是示出本发明的实施方式2的热泵式制热和热水供给系统200的系统回路图，特别示出了制热运转模式时的系统回路图。另外，图10中的箭头示出制冷剂的流动方向。基于图10，对热泵式制热和热水供给系统200的制冷剂回路结构进行说明。
[0098]如图10所示，在实施方式2涉及的热泵式制热和热水供给系统200中，在加热循环回路52中，与热介质泵6并联地设有第二热介质泵16。第二热介质泵16具有使热介质在加热循环回路52中循环的功能，其可以是可变速式的泵(例如，利用变频控制的泵)，或者也可以是定速式的泵。第二热介质泵16在制热运转模式下运转，在储热水运转模式下停止。
[0099]选定热介质泵6以在储热水运转模式下能够实现与实施方式I相同的运转。如实施方式I中所说明地，在储热水运转模式下，在加热热交换器8中，以一次热交换将水加热至设定温度，因此水泵9的流量为大致小的状态。因此，热介质泵6也选定流量比较小的泵。因此，若仅靠热介质泵6使热介质循环来实施制热运转模式的话，热介质的流量小，因此存在着流入冷凝器2的热介质的温度变高，热泵单元301的运转效率变差的情况。
[0100]在实施方式2中，在制热运转模式时除了热介质泵6之外还使第二热介质泵16运转。由此，在制热运转模式下，也能够确保使热泵单元301高效地动作所需的充分的热介质的流量。在制热运转模式下，使从热泵单元301流出的热介质的温度尽量低则能够提高热泵单元301的运转效率。因此，优选增加热介质的流量以将冷凝器2的热介质的入口出口间温度差抑制在例如5°C左右。若冷凝器2的加热能力为9kW，热介质为浓度40%的NAIBURAIN，热介质的入口出口间温度为35°C的话，则热介质的比热为3.74kJ/kgK，热介质的密度为1036kg/m3，冷凝器2的热介质的入口出口间温度差达到5°C的热介质的流量为
27.87升/分。当选定能够确保6.93升/分的流量的热介质泵6时，作为第二热介质泵16选定能够确保20.94升/分的流量的泵即可。
[0101]实施方式2是相对于实施方式I仅追加了第二热介质泵16的结构，因此能够实现与实施方式I相同的储热水运转模式的运转状态。因此，在实施方式2中，在制热运转模式和储热水运转模式的任意一方，都能够实施高效率的运转。
[0102]实施方式3
[0103]接下来，参照图11，对本发明的实施方式3进行说明，以与上述的实施方式I的不同点为中心进行说明，对相同部分或相当部分标以相同标号并省略说明。
[0104]图11是示出本发明的实施方式3的热泵式制热和热水供给系统300的系统回路图，特别示出了制热运转模式时的系统回路图。另外，图11中的箭头示出制冷剂的流动方向。基于图11，对热泵式制热和热水供给系统300的制冷剂回路结构进行说明。
[0105]如图11所示，在实施方式3的热泵式制热和热水供给系统300中，在储热水槽10的下部设有作为由 加热热交换器8加热的水流入储热水槽10的流入口的连接点17。而且，水泵9可以采用定速式的泵。由于是这样的结构，因此实施方式3的热泵式制热和热水供给系统300与实施方式I的热泵式制热和热水供给系统100相比，水的加热方法不同。
[0106]具体来说，由加热热交换器8加热的水从储热水槽10的下部的连接点17流入储热水槽10内。在储热水槽10的下部存在低温的水。通过使由加热热交换器8加热的水流入储热水槽10内，储热水槽10整体的水温上升。在实施方式3中，即使以加热热交换器8将水加热至高温，若储热水槽10的水温低的话，则储热水槽10也无法储存高温的水。实施方式3的储热水运转为使储热水槽10整体逐步升温的运转动作，通过由加热热交换器8进行多次热交换而在储热水槽10储存热水。将该加热方式称为循环加温。在循环加温中，由加热热交换器8使水升温例如5°C，使储热水槽10的水温上升。因此，流入加热热交换器8的水的温度例如上升至25°C、30°C，…，随之从加热热交换器8流出的水的温度也上升至30°C、35°C。在循环加温中，在加热开始初期，储热水槽10的水温低，流入加热热交换器8的热介质的温度和从加热热交换器8流出的水的温度也低，因此从冷凝器2流出的热介质的温度和流入冷凝器2的热介质的温度低。因此，成为热泵单元301的运转效率高的状态。如上所述，由于水的加热方式不同于实施方式1，因此水泵9的运转方法也不同。
[0107]〈储热水运转模式〉
[0108]在实施方式3的储热水运转模式中的制冷剂、热介质和水的流动方向与实施方式I相同。水泵9的控制方法如下所述。为了将流入加热热交换器8的热介质的温度抑制得低，增加水的流量来降低从加热热交换器8流出的水的温度。即，水泵9例如以使加热热交换器8的水的入口出口间温度差达到5°C左右的流量进行恒定运转。在加热热交换器8的加热量为9kW的情况下，若水的比热为4.18kJ/kgK、水的密度为1000kg/m3的话，所需的水的流量为25.84升/分。因此，作为水泵9，选定能够确保25.84升/分的流量的泵。
[0109]对于热介质泵6，与实施方式I同样地，为了使加热热交换器8的热介质的入口出口间温度差为水的入口出口间温度差以下，必须确保水的流量以上的热介质的流量。即，在水泵6输送的水的流量为25.84升/分的情况下，作为热介质泵6，需要选定能够确保25.84升/分以上的流量的泵。
[0110]而且，在热泵单元301的膨胀阀3的控制中，也与实施方式I同样地根据流入冷凝器2的热介质的温度或从冷凝器2流出的热介质的温度的任意一方来设定高压液体制冷剂温度的目标值，利用膨胀阀3控制以使高压液体制冷剂温度达到目标值。高压液体制冷剂温度的目标值例如可以是比流入冷凝器2的热介质的温度高:TC的值。而且，在实施方式3中，利用热介质泵6进行控制以使加热热交换器8的热介质的入口出口间温度差达到5°C左右，因此冷凝器2的热介质的入口出口间温度差也为5°C左右。因此，流入冷凝器2的热介质的温度不会太低，因此也可以控制膨胀阀3以使冷凝器2的过冷却度达到目标值(例如2V )。在此，冷凝器2的过冷却度为从由压力传感器201检测出的压力的饱和温度减去由温度传感器203检测出的温度得到的值。
[0111]通过以上，在实施方式3的热泵式制热和热水供给系统300中，也能够实施制热运转和储热水运转，且能够实施高效的储热水运转。具体来说，通过使用在储热水槽10的外部设置的加热热交换器8，传热性能提高。由于能够降低流入热泵单元301的热介质的温度，因此能够以高运转效率使热泵单元301运转。而且，在储热水槽10的外部设置有加热热交换器8，因此在加热热交换器8发生问题的情况下能够容易地更换，也提高了维护性。
[0112]标号说明
[0113]1:压缩机；
[0114]2:冷凝器；
[0115]3:膨胀阀；
[0116]4:蒸发器；
[0117]5:送风机；
[0118]6:热介质泵；
[0119]7:三通阀；
[0120]8:加热热交换器；
[0121]9:水泵；
[0122]10:储热水槽；
[0123]11:混合阀；
[0124]12a、12b:散热器；
[0125]13、14、17:连接点;
[0126]15:出热水管；
[0127]16:第二热介质泵；
[0128]51:制冷剂回路；
[0129]52:加热循环回路；
[0130]53:储热水回路；
[0131]100,200,300:热泵式制热和热水供给系统；
[0132]101:热泵控制装置；
[0133]102:测量构件；[0134]103:通信构件；
[0135]104:运算构件；
[0136]105:控制构件；
[0137]121:泵控制装置；
[0138]122:测量构件；
[0139]123:存储构件；
[0140]124:输入构件；
[0141]125:通信构件；
[0142]126:运算构件；
[0143]127:控制构件；
[0144]201:压力传感器；
[0145]202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、216:温度传感器；
[0146]301:热泵单元；
[0147]302:储热水槽单元；
[0148]303、304、306、307:热介质配管；
[0149]305a,305b:制热单元；
[0150]308:热水供给管；
[0151]309:供水管；
[0152]310、311:水配管。
【权利要求】
1.一种热泵式制热和热水供给系统，其特征在于， 具备: 热泵，其加热热介质； 一个或多个热介质泵，其输送所述热介质； 加热热交换器，其利用所述热介质与水的热交换来加热所述水； 制热热交换器，其利用所述热介质对室内制热； 流路切换构件，其切换流路以将所述热介质选择性地输送至所述加热热交换器和所述制热热交换器的任意一方； 热介质配管，其连接所述热介质泵、所述加热热交换器、所述制热热交换器以及所述流路切换构件； 储热水槽； 一个或多个水泵，其输送所述水； 水配管，其连接所述储热水槽、所述水泵以及所述加热热交换器，以将从所述储热水槽取出的所述水输送至所述加热热交换器，并使通过了所述加热热交换器的所述水回到所述储热水槽； 热泵控制装置，其控制所述热泵；以及 泵控制装置，其控制所述热介质泵和所述水泵， 所述热介质泵向所述加热热交换器输送的所述热介质的体积流量为所述水泵向所述加热热交换器输送的所述水的体积流量以上。
2.一种热泵式制热和热水供给系统，其特征在于， 具备: 热泵，其加热热介质； 一个或多个热介质泵，其输送所述热介质； 加热热交换器，其利用所述热介质与水的热交换来加热所述水； 制热热交换器，其利用所述热介质对室内制热； 流路切换构件，其切换流路以将所述热介质选择性地输送至所述加热热交换器和所述制热热交换器的任意一方； 热介质配管，其连接所述热介质泵、所述加热热交换器、所述制热热交换器以及所述流路切换构件； 储热水槽； 一个或多个水泵，其输送所述水； 水配管，其连接所述储热水槽、所述水泵以及所述加热热交换器，以将从所述储热水槽取出的所述水输送至所述加热热交换器，并使通过了所述加热热交换器的所述水回到所述储热水槽； 热泵控制装置，其控制所述热泵；以及 泵控制装置，其控制所述热介质泵和所述水泵， 所述泵控制装置使所述热介质泵和所述水泵运转，使得当在所述加热热交换器利用所述热介质与所述水的热交换来加热所述水时，流入所述加热热交换器的所述热介质的温度与从所述加热热交换器流出的所述热介质的温度之差为从所述加热热交换器流出的所述水的温度与流入所述加热热交换器的所述水的温度之差以下。
3.根据权利要求1或2所述的热泵式制热和热水供给系统，其特征在于， 所述热介质配管的内径为所述水配管的内径以上。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的热泵式制热和热水供给系统，其特征在于， 所述热泵具有利用制冷剂配管连接压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器而成的制冷剂回路， 所述热泵式制热和热水供给系统还具备检测从所述冷凝器流出的制冷剂的温度即高压液体制冷剂温度的构件和检测流入所述冷凝器的所述热介质的温度的构件， 所述热泵控制装置具有基于流入所述冷凝器的所述热介质的温度来确定所述高压液体制冷剂温度的目标值的构件、以及控制所述膨胀阀以使所述高压液体制冷剂温度达到所述目标值的构件。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的热泵式制热和热水供给系统，其特征在于， 还具备检测从所述加热热交换器流出的所述水的温度的构件， 所述泵控制装置具有控制所述水泵以使从所述加热热交换器流出的所述水的温度达到预先设定的温度的构件。
6.根据权利要求1至5的任意一项所述的热泵式制热和热水供给系统，其特征在于， 还具备检测流入所述加热热交换器的所述热介质的温度的构件、检测从所述加热热交换器流出的所述热介质的温度的构件、检测流入所述加热热交换器的所述水的温度的构件、以及检测从所述加热热交换器流出的所述水的温度的构件， 所述泵控制装置具有如下控制所述热介质泵的转速的构件，使得流入所述加热热交换器的所述热介质的温度与从所述加热热交换器流出的所述热介质的温度之差为从所述加热热交换器流出的所述水的温度与流入所述加热热交换器的所述水的温度之差以下。
7.根据权利要求1至5的任意一项所述的热泵式制热和热水供给系统，其特征在于， 所述泵控制装置具有存储所述水泵的泵特性曲线和所述热介质泵的泵特性曲线的构件、基于所述水泵的转速和所述水泵的泵特性曲线来运算所述水的体积流量的构件、基于所述热介质泵的转速和所述热介质泵的泵特性曲线来运算所述热介质的体积流量的构件、以及控制所述热介质泵的转速以使所述热介质的体积流量为所述水的体积流量以上的构件。
8.根据权利要求1至5的任意一项所述的热泵式制热和热水供给系统，其特征在于， 还具备检测流入所述加热热交换器的所述热介质的温度的构件、以及检测从所述加热热交换器流出的所述热介质的温度的构件， 所述泵控制装置具有: 存储所述水泵的泵特性曲线的存储构件， 基于流入所述加热热交换器的所述热介质的温度、从所述加热热交换器流出的所述热介质的温度以及所述热泵的加热能力来运算所述热介质的体积流量的构件， 基于所述水泵的泵特性曲线和所述水泵的转速来运算所述水的体积流量的构件，以及控制所述热介质泵的转速以使所述热介质的体积流量为所述水的体积流量以上的构件。
9.根据权利要求1至8的任意一项所述的热泵式制热和热水供给系统，其特征在于，所述泵控制装置使预定时间内的所述热介质泵的转速的变动次数为所述水泵的转速的变动次数以下。
10.根据权利要求1至9的任意一项所述的热泵式制热和热水供给系统，其特征在于， 所述热泵控制装置和所述泵控制装置使预定时间内的所述热介质泵的转速的变动次数为所述热泵的压缩机的运转频率的变动次数以下。
11.根据权利要求1至10的任意一项所述的热泵式制热和热水供给系统，其特征在于， 还具备与所述热介质泵并联设置的第二热介质泵， 所述第二热介质泵在向所述制热热交换器输送所述热介质时工作，在向所述加热热交换器输送所述热 介质时停止。
【文档编号】F25B1/00GK103975204SQ201180075322
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2011年12月6日 优先权日:2011年12月6日
【发明者】玉木章吾, 齐藤信, 亩崎史武, 上原伸哲 申请人:三菱电机株式会社