[發(fā)明專利]熱泵裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010294588.8
• 申請日: 2010-09-26
• 公開（公告）號: CN102032704A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 板垣敦;杉山隆;藤利行;安孫子博
• 申請（專利權）人: 富士通將軍股份有限公司
• 主分類號: F25B13/00
• 分類號: F25B13/00;F25B41/04;F25B49/02
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 宋丹氫;張?zhí)焓?/td>

技術領域

本發(fā)明涉及一種熱泵裝置，諸如熱泵式地板加熱器、熱水器等，以及，更具體地，涉及適用于產生熱水的制冷劑回路操作中的有效控制，這種制冷劑回路用于通過熱交換將水轉變成熱水。

背景技術

作為熱泵裝置，空調器是一種典型裝置。為了有效執(zhí)行空調器的制熱運轉，日本專利申請公報No.JP-A-H03-217767披露了一種在制冷循環(huán)中控制過冷度(過冷值)的方法。下文說明中，過冷值稱為SC值。

JP-A-H03-217767披露了現(xiàn)有技術的熱泵式制冷劑回路，其中，通過管路順序連接壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、以及蒸發(fā)器。在現(xiàn)有技術的制冷劑回路中，冷凝器設有冷凝溫度檢測器和排出溫度檢測器，冷凝溫度檢測器用于檢測冷凝器中的制冷劑溫度，而排出溫度檢測器則用于檢測冷凝器出口處的制冷劑溫度。控制此制冷劑回路所用的控制部，根據由冷凝溫度檢測器和排出溫度檢測器所檢測出的制冷劑溫度來計算過冷度，并控制電子膨脹閥的開度，使得計算的結果可以達到目標值。

此外，控制部還控制電子膨脹閥的開度，使得在每次由冷凝溫度檢測器檢測出的溫度、或壓縮機中制冷劑的排出溫度超過確定的限定值時，都可以按確定量降低目標過冷度。以這種方式，可以遏制運行效率的劣化，并且可以實現(xiàn)穩(wěn)定運轉。

另一方面，在作為熱泵裝置示例的熱泵式地板加熱器中，利用在地板加熱板中循環(huán)的水來實現(xiàn)熱交換，這與空調器有很大差別，空調器中室內機的熱交換器使用空氣作為熱交換的對象。然而，因為在這兩種情形下制冷劑回路大致具有相同的結構，而空調器的室外機有時也常用作熱泵式地板加熱器的室外機。所以，有些情形下，采用相同的方法來控制SC值。

然而，關于過冷度與性能系數(COP)之間的關系，當SC值改變時，與空調器相比，熱泵式地板加熱器中COP以更大的比率變化。所以，除非嚴格控制SC值，否則會劣化COP，并且，在某些情形下，可能導致無效運轉。

參照圖2中的過冷-性能系數特性的曲線圖，下文通過比較空調器與常規(guī)熱泵式地板加熱器，說明過冷度與COP之間的關系。圖2至圖10中的曲線圖和數據值，是通過實驗獲得的值，或以這些值為基礎確定的值。

圖2示出SC值(過冷度)與COP之間關系的曲線圖，其中在室外溫度為7℃的情況下，將熱泵式地板加熱器與空調器進行比較。如圖2所示，可以看到，與空調器相比，在現(xiàn)有技術的熱泵式地板加熱器中，SC值的變化對COP施加更大的影響。

圖2中，曲線圖的X軸表示熱交換器出口處的SC值(單位：℃)，而曲線圖的Y軸則表示分別在熱泵式地板加熱器情況下和在空調器情況下那個時刻對最高COP的比值。圖2中，COP越高，可以實現(xiàn)越有效的運轉，因此，可以維持對最高COP高比值的SC值是運轉的目標。“對最高COP的比值”指對各裝置中測得的COP最高值的比值。

例如，在熱泵式地板加熱器中，當COP最高(對最高COP的比值為：1.0)時，SC值是5.0℃，另一方面，當COP最低(對最高COP的比值為：0.87)時，SC值為10.9℃，比COP最高時的情形降低13％。

這意味著存在發(fā)生效率劣化到這一程度的可能性，即在這樣的情形下，其中按照控制壓縮機1和電子膨脹閥4開度的方法控制熱泵式地板加熱器，以獲得根據由排出熱水溫度傳感器12檢測出的水溫所確定的目標排出溫度，以及對SC值未加干預(the?SC?value?is?left?as?it?goes)。在特定操作狀態(tài)下COP最高時的SC值，稱為相關操作的最優(yōu)SC。

另一方面，在空調器中，當COP最高(與最高COP的比值為：1.0)時，SC值是8.4℃，反之，當COP最低(與最高COP的比值為：0.977)時，SC值是16.2℃，這比COP最高時的情形降低2.3％。

這意味著在空調器的情形下，即使沒有實施特別的過冷控制，效率最多也只劣化2.3％。所以，與空調器相比，在熱泵式地板加熱器中，除非實施精細過冷控制，否則，可能劣化性能系數。

因為與制冷劑熱交換的對象彼此不同，所以，在熱泵式裝置與空調器之間出現(xiàn)這種特性上的差異。特別地，水是熱泵裝置中熱交換的對象，而空氣則是空調器中熱交換的對象。因為水的導熱率比空氣的導熱率高，所以，用于水的熱交換器可以設計得更為緊湊。這是因為在用于水的熱交換器中，較短的通路足夠水與制冷劑之間進行熱交換。

為此，與具有相同能力的用于空氣的熱交換器相比，用于水的熱交換器在熱交換器內部用于制冷劑的管路具有較小容量，并且使具有高COP的過冷范圍較小。據此，在熱泵裝置中，需要精細地控制制冷劑。

發(fā)明內容