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Dokumentenidentifikation DE102006054828A1 31.05.2007
Titel Wärmepumpen-Warmwasserbereiter
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Kuroki, Jyouji, Kariya, Aichi, JP
Vertreter Klingseisen & Partner, 80331 München
DE-Anmeldedatum 21.11.2006
DE-Aktenzeichen 102006054828
Offenlegungstag 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse F25B 30/02(2006.01)A, F, I, 20070227, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F24H 4/04(2006.01)A, L, I, 20070227, B, H, DE   F24H 9/20(2006.01)A, L, I, 20070227, B, H, DE   
Zusammenfassung In einem Wärmepumpen-Warmwasserbereiter zum Heizen eines Fluids zur Heißwasserzufuhr durch einen überkritischen Wärmepumpenkreis, in dem ein Druck eines Kältemittels auf einer Hochdruckseite nicht niedriger als ein überkritischer Druck des Kältemittels wird, wird ein Soll-Hochdruckwert (PHO) des Kältemittels auf der Hochdruckseite oder eine Soll-Ausgabetemperatur (TdO) des von einem Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittels, basierend auf einer Heiztemperatur des aus einem Kältemittelkühler (220) ausströmenden Fluids und irgendeiner Größe einer Temperatur der Außenluft, einer Temperatur des aus einem oder in einen Verdampfapparat (240) strömenden Kältemittels und einer Temperatur des in den Kältemittelkühler (220) strömenden Fluids als ein Sollwert berechnet. Ferner wird ein Öffnungsgrad eines Druckverminderungsteils (230), eines Düsenteils einer Ejektorpumpe (235) oder eine Drehzahl eines Kompressors (210) zum Realisieren des Sollwerts gesteuert. Demgemäß kann der Wärmepumpenkreis unabhängig von einem Fluidzufuhrzustand auf einer fluidnutzungsseitigen Einheit stabil betrieben werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmepumpen-Warmwasserbereiter, der einen überkritischen Wärmepumpenkreis als Einrichtung zum Heizen eines Fluids für eine Heißwasserzufuhr benutzt.

Als Warmwasserbereiter dieser Art war herkömmlicherweise ein Wärmepumpen-Warmwasserbereiter zum Heizen eines Fluids zur Heißwasserzufuhr unter Verwendung eines überkritischen Wärmepumpenkreises, in dem der Druck eines Kältemittels auf einer Hochdruckseite auf einen überkritischen Druck oder mehr erhöht wird, bekannt, wie z.B. in dem JP-Patent Nr. 3227651 [Patentdokument 1] gezeigt.

Dieser Warmwasserbereiter ist ein Wasserheizsystem, das einen Wasser-Wärmetauscher (Kältemittelkühler) aufweist, der Wärme zwischen einem Fluid zur Heißwasserzufuhr und einem Kältemittel austauscht, und ein Hochtemperaturfluid zur Heißwasserzufuhr, das durch den Wasser-Wärmetauscher erwärmt wird, in einem Heißwasserspeicherbehälter speichert. Dann wird das Hochtemperaturfluid bei Gebrauch zur Heißwasserzufuhr aus dem Heißwasserspeicherbehälter entnommen, und die Temperatur des Fluids zur Heißwasserzufuhr wird eingestellt, um so das Fluid zur Heißwasserzufuhr einem Benutzer zuzuführen.

Dieser Wärmepumpen-Warmwasserbereiter steuert den Druck des Kältemittels auf einer Hochdruckseite in einer solchen Weise, dass eine Temperaturdifferenz &Dgr;T zwischen dem in den Wasser-Wärmetauscher strömenden Fluid zur Heißwasserzufuhr und dem aus dem Wasser-Wärmetauscher strömenden Kältemittel auf eine vorbestimmte Temperaturdifferenz &Dgr;T0 gebracht wird, um einen Wärmepumpenkreis in einem Bereich zu betreiben, wo der Wirkungsgrad des Kreises hoch ist. Insbesondere ändert der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter den Öffnungsgrad eines elektrischen Expansionsventils so, dass die Temperaturdifferenz &Dgr;T auf die vorbestimmte Temperaturdifferenz &Dgr;T0 gebracht wird, wodurch der Druck des Kältemittels auf der Hochdruckseite gesteuert wird.

In dem oben genannten Patentdokument 1 ist jedoch ein Wasserheizsystem zum Speichern des aus dem Wasser-Wärmetauscher strömenden Fluids zur Heißwasserzufuhr in dem Heißwasserspeicherbehälter vorgesehen. Daher empfängt in dem Wasserheizsystem ein Wärmepumpen-Warmwasserbereiter ein Signal einer Soll-Heiztemperatur von einem Heißwasserspeicherbehälter und steuert den Druck des Kältemittels auf einer Hochdruckseite auf der Basis der Soll-Heiztemperatur, um so die Heiztemperatur des aus dem Wasser-Wärmetauscher ausströmenden Fluids zur Heißwasserzufuhr immer auf einem konstanten Wert zu halten, während das Gleichgewicht zwischen der Strömungsrate des aus dem Wasser-Wärmetauscher ausströmenden Fluids zur Heißwasserzufuhr und einem Kältemittelkreislauf gehalten wird.

Das Wasserheizsystem ist so aufgebaut, dass ein Paar eines Heißwassernutzungsabschnitts, dem das Fluid zur Heißwasserzufuhr zugeleitet wird, und einer Wärmepumpeneinheit (d.h. Wärmequellenabschnitt) zum Heizen des Fluids zur Heißwasserzufuhr in Kombination gesteuert wird. Zum Beispiel ist der Heißwassernutzungsabschnitt der Heißwasserspeicherbehälter, eine Bodenheizeinheit oder eine Badezimmertrockeneinheit. Weil das Wasserheizsystem mit dem Paar der Wärmepumpeneinheit und des Heißwassernutzungsabschnitts benutzt wird, ist es für die Wärmepumpeneinheit notwendig, entsprechend den Arten des Heißwassernutzungsabschnitts, wie beispielsweise des Heißwasserspeicherbehälters, der Bodenheizeinheit oder der Badezimmertrockeneinheit, eine spezielle Spezifikation (z.B. eine Temperatursignal-Kommunikationsspezifikation) einzustellen.

Ferner kann die Strömungsrate des aus dem Wasser-Wärmetauscher ausströmenden Fluids zur Heißwasserzufuhr beliebig geändert werden, wenn das Fluid zur Heißwasserzufuhr einem Heißwassernutzungsabschnitt, wie beispielsweise dem Heißwasserspeicherbehälter, der Bodenheizeinheit oder der Badezimmertrockeneinheit, zugeleitet wird. In diesem Fall macht es, wenn das Gleichgewicht des Kältemittelkreislaufs durch eine Veränderung der Strömungsrate des Fluids verändert wird, eine Reaktionsverzögerung der Temperatur des aus dem Wasser-Wärmetauscher ausströmenden Kältemittels schwierig, den optimalen Wirkungsgrad des Wärmepumpenkreises zu gewährleisten. Außerdem bewirkt die Reaktionsverzögerung ein Nachlaufphänomen im Kältemittelkreislauf.

In Anbetracht der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmepumpen-Warmwasserbereiter vorzusehen, der eine zum Erzeugen von heißem Wasser notwendige Energie reduzieren kann, selbst wenn eine Strömungsrate eines aus einem Kältemittelkühler ausströmenden Fluids schwankt.

Es ist eines weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmepumpen-Warmwasserbereiter vorzusehen, der einen Wirkungsgrad eines Wärmepumpenkreises stabil steuern kann, selbst wenn eine in einem Heißwassernutzungsabschnitt erforderliche Heiztemperatur nicht empfangen wird.

Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmepumpen-Warmwasserbereiter mit einem Wärmepumpenkreis vorzusehen, der in geeigneter Weise für verschiedene Arten von fluidnutzungsseitigen Einheiten unabhängig eines Fluidzustands in irgendeiner fluidnutzungsseitigen Einheit verwendet werden kann.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Wärmepumpen-Warmwasserbereiter zum Heizen eines Fluids zur Heißwasserzufuhr durch einen überkritischen Wärmepumpenkreis einen Kompressor (210), der das Kältemittel ansaugt und komprimiert; einen Kältemittelkühler (220), der Wärme zwischen dem vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittel und dem Fluid austauscht und in einer solchen Weise aufgebaut ist, dass ein Strom des Kältemittels entgegengesetzt zu einem Strom des Fluids darin ist; ein Druckverminderungsteil (230), das einen Druck des aus dem Kältemittelkühler (230) ausströmenden Kältemittels reduziert; einen Verdampfapparat (240), der das aus dem Druckverminderungsteil (230) ausströmende Kältemittel verdampft, um das Kältemittel Wärme absorbieren zu lassen, und einen mit einer Ansaugseite des Kompressors (210) verbundenen Kältemittelauslass aufweist; eine Berechnungseinrichtung (270) zum Berechnen eines Soll-Hochdruckwerts (PHO) des Kältemittels auf der Hochdruckseite oder einer Soll-Ausgabetemperatur (TdO) des vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittels als einen Sollwert, basierend auf einer Heiztemperatur des aus dem Kältemittelkühler (220) ausströmenden Fluids und irgendeiner Größe einer Temperatur der Außenluft, einer Temperatur des aus dem oder in den Verdampfapparat (240) strömenden Kältemittels und einer Temperatur des in den Kältemittelkühler (220) einströmenden Fluids; und eine Steuereinrichtung (270), die einen Öffnungsgrad des Druckverminderungsteils (230) so steuert, dass der Sollwert realisiert wird.

Demgemäß ist die Temperatur des in den Kältemittelkühler (220) einströmenden Fluids zur Heißwasserzufuhr stabil, und daher wird die Heiztemperatur des Fluids auf der Basis einer Strömungsrate des aus dem Kältemittelkühler (220) ausströmenden Fluids bestimmt. Daher kann durch Einstellen des Soll-Hochdruckwerts (PHO) gemäß der Heiztemperatur als einen Sollwert und durch Steuern des Öffnungsgrades des Druckverminderungsteils (230), um den Sollwert zu realisieren, der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter durch einen Wärmepumpenkreis betrieben werden, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen. Hierdurch ist es möglich, den Wärmepumpen-Warmwasserbereiter kontinuierlich mit einer hohen Effizienz zu betreiben und damit die Energie zum Erzeugen von heißem Wasser zu verringern.

Selbst wenn der Wärmepumpenkreis mit einer Heißwassernutzungseinheit (Heißwassernutzungsabschnitt), wie beispielsweise einem Heißwasserspeicherbehälter zum Speichern des durch den Kältemittelkühler (220) erwärmten Fluids, kombiniert wird, ist es nur notwendig, eine aus dem Kältemittelkühler (220) ausströmende Strömungsrate separat auf der Seite des Heißwasserspeicherbehälters zu steuern, um so die Heiztemperatur auf eine Soll-Heiztemperatur zu bringen.

Ferner kann anstelle des Soll-Hochdruckwerts (PHO), der auf der Basis der Heiztemperatur des Fluids gefunden wird, die aus dem Kompressor (210) ausströmende Soll-Ausgabetemperatur (TdO) verwendet werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Ejektorpumpe mit einem Düsenteil anstelle des Druckverminderungsteils verwendet werden. In diesem Fall enthält ein Wärmepumpen-Warmwasserbereiter zum Heizen eines Fluids zur Heißwasserzufuhr einen Kompressor (210), der das Kältemittel ansaugt und komprimiert; einen Kältemittelkühler (220), der Wärme zwischen dem vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittel und dem Fluid austauscht und in einer solchen Weise aufgebaut ist, dass ein Strom des Kältemittels entgegengesetzt zu einem Strom des Fluids darin ist; einen Verdampfapparat (240), der das Kältemittel verdampft, um das Kältemittel Wärme absorbieren zu lassen; und eine Ejektorpumpe (235), die ein Düsenteil zum Reduzieren des Drucks des vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittels aufweist, um das Kältemittel zu expandieren. Hierbei saugt die Ejektorpumpe das durch den Verdampfapparat (240) verdampfte Dampfphasenkältemittel durch einen Hochgeschwindigkeitsstrom des vom Düsenteil ausgestoßenen Kältemittels an und wandelt die Expansionsenergie in Druckenergie um, um den Ansaugdruck des Kompressors (210) zu erhöhen. Auch in diesem Fall enthält der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter ferner eine Berechnungseinrichtung (270) zum Berechnen eines Soll-Hochdruckwerts (PHO) des Kältemittels auf der Hochdruckseite oder einer Soll-Ausgabetemperatur (TdO) des vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittels als einen Sollwert basierend auf einer Heiztemperatur des aus dem Kältemittelkühler (220) ausströmenden Fluids und irgendeiner Größe einer Temperatur der Außenluft, einer Temperatur des aus dem oder in den Verdampfapparat (240) strömenden Kältemittels und einer Temperatur des in den Kältemittelkühler (220) einströmenden Fluids; sowie eine Steuereinrichtung (270), die einen Öffnungsgrad des Düsenteils der Ejektorpumpe (235) steuert, um den Sollwert zu realisieren.

Demgemäß kann der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter geeigneterweise für verschiedene Arten von fluidnutzungsseitigen Einheiten unabhängig von einem Fluidzustand in irgendeiner fluidnutzungsseitigen Einheit (Heißwassernutzungsabschnitt) verwendet werden.

Zum Beispiel kann das Druckverminderungsteil (230) oder das Düsenteil der Ejektorpumpe (235) seinen Öffnungsgrad elektrisch einstellbar haben und kann seinen Öffnungsgrad verändern, um dadurch entweder den Druck des Kältemittels auf der Hochdruckseite oder die Temperatur des vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittels zu steuern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann anstelle der Steuerung des Druckverminderungsteils oder des Düsenteils der Ejektorpumpe auch die Drehzahl des Kompressors gesteuert werden, um den Sollwert zu erhalten. Auch in diesem Fall kann der Wärmepumpenkreis unabhängig von einem Fluidzustand in irgendeiner fluidnutzungsseitigen Einheit stabil betrieben werden.

Der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter kann ferner eine Kältemitteldruckerfassungseinrichtung (271), die einen Druck des Kältemittels auf der Hochdruckseite erfasst, oder eine Ausgabetemperaturerfassungseinrichtung (276), die eine Ausgabetemperatur des vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittels erfasst, enthalten. In diesem Fall berechnet die Steuereinrichtung (270) den Sollwert in Intervallen einer ersten vorbestimmten Zeit, und der Öffnungsgrad des Druckverminderungsteils (230), der Öffnungsgrad der Ejektorpumpe (235) oder die Drehzahl des Kompressors (210) wird in Intervallen einer zweiten vorbestimmten Zeit geändert, um so entweder den Druck des Kältemittels auf der Hochdruckseite oder die Ausgabetemperatur, der/die durch die Kältemitteldruckerfassungseinrichtung (271) bzw. die Ausgabetemperaturerfassungseinrichtung (276) erfasst wird, auf den Sollwert zu bringen.

Demgemäß kann der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter durch den Wärmepumpenkreis eines optimalen Wirkungsgrades kontinuierlich unmittelbar ab dem Zeitpunkt, wenn der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter gestartet wird, bis zu der Zeit, wenn der Wärmepumpenkreis stabil wird, betrieben werden.

Der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter der vorliegenden Erfindung kann mit einer fluidnutzungsseitigen Einheit (300), der das aus dem Kältemittelkühler (220) ausströmende geheizte Fluid zugeführt wird, um benutzt zu werden, und einer Fluidumlaufeinheit (330), die das zu erwärmende Fluid basierend auf einem Fluidzufuhrzustand in der fluidnutzungsseitigen Einheit zum Kältemittelkühler (220) zirkuliert, versehen sein. In diesem Fall steuert die Steuereinrichtung (270) den Öffnungsgrad des Druckverminderungsteils (230), den Öffnungsgrad des Düsenteils der Ejektorpumpe (235) oder die Drehzahl des Kompressors (210) unabhängig von dem Fluidzufuhrzustand in der fluidnutzungsseitigen Einheit. Zum Beispiel kann die fluidnutzungsseitige Einheit irgendeine einer Heißwasserbehältereinheit zum Speichern von heißem Wasser und zum Zuführen des heißen Wassers, einer Bodenheizeinheit zum Heizen eines Bodens oder einer Badezimmertrockeneinheit zum Trocknen eines Badezimmers sein.

Alternativ kann der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter mit einer Fluidsteuereinheit (370) zum Steuern des Betriebs der fluidnutzungsseitigen Einheit (300) versehen sein, und die Fluidsteuereinheit (370) kann ein Schaltteil zum Ein- oder Ausschalten des Betriebs der fluidnutzungsseitigen Einheit haben. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung (270) mit der Fluidsteuereinheit (370) kommunizieren, sodass von den Informationen der Fluidsteuereinheit (370) ein Signal nur von dem Schaltteil von der Fluidsteuereinheit (370) an die Steuereinrichtung (270) eingegeben wird. Alternativ kann die Steuereinrichtung (270) das Druckverminderungsteil (230), die Ejektorpumpe (235) und den Kompressor (210) allein unter Verwendung von Informationen von dem Wärmepumpenkreis steuern.

Obige sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:

1 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Heißwasserzufuhrsystems in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

2 ein Flussdiagramm der Steuerverarbeitung einer Wärmequellensteuereinheit im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

3 ein Kennliniendiagramm der Beziehung zwischen einem Soll-Hochdruckwert und einer Außenlufttemperatur, wenn eine Ist-Heiztemperatur im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Parameter benutzt wird;

4 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Heißwasserzufuhrsystems in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

5 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Heißwasserzufuhrsystems in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

6 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Heißwasserzufuhrsystems in einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nun unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Nachfolgend wird ein Wärmepumpen-Warmwasserbereiter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf 1 bis 3 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Erfindung auf ein Heißwasserzufuhrsystem angewendet, wenn eine Wärmepumpeneinheit 200 eines Wärmepumpen-Warmwasserbereiters gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Behältereinheit 300 kombiniert wird. 1 ist eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Heißwasserzufuhrsystems, und 2 ist ein Flussdiagramm der Steuerverarbeitung einer Wärmequellensteuereinheit 270.

Ferner ist 3 ein Kennliniendiagramm der Beziehung zwischen einem Soll-Hochdruckwert und einer Außenlufttemperatur, wenn eine Ist-Heiztemperatur als ein Parameter benutzt wird. In 1 ist die Wärmepumpeneinheit 200 ein überkritischer Wärmepumpenkreis (Kältemittelkreislauf), der ein elektrisches Expansionsventil 230 als ein Druckverminderungsteil verwendet und Wasser als Fluid zur Heißwasserzufuhr heizt, um heißes Wasser einer hohen Temperatur (etwa 85°C in diesem Ausführungsbeispiel) zu erzeugen.

Diesbezüglich bedeutet der überkritische Wärmepumpenkreis einen Wärmepumpenkreis, in dem der Druck des Kältemittels auf einer Hochdruckseite zum kritischen Druck des Kältemittels oder höher wird, und in dem zum Beispiel Kohlendioxid, Ethylen, Ethan oder Stickoxid als Kältemittel verwendet wird.

Die Wärmepumpeneinheit 200 dieses Ausführungsbeispiels ist so aufgebaut, dass sie einen Wärmepumpenkreis unter Betriebsbedingungen zum Erreichen eines optimalen Wirkungsgrades auf der Basis der Ist-Heiztemperatur des aus einem Wasser-Wärmetauscher 220, der ein Kältemittelkühler ist, ausströmenden Fluids zur Heißwasserzufuhr betreibt.

In der Wärmepumpeneinheit 200 bezeichnet, wie in 1 dargestellt, eine Bezugsziffer 210 einen Kompressor zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittels (Kohlendioxid in diesem Ausführungsbeispiel), und dieser Kompressor 210 ist ein elektrisch betriebener Kompressor, in dem ein Kompressionsmechanismus (nicht dargestellt) zum Ansaugen und Komprimieren des Kältemittels und ein Elektromotor (nicht dargestellt) zum Antreiben des Kompressionsmechanismus integriert sind.

Eine Bezugsziffer 220 bezeichnet einen Wasser-Wärmetauscher (einen Kältemittelkühler) zum Austauschen von Wärme zwischen einem vom Kompressor 210 ausgegebenen Kältemittel und Wasser, und dieser Wasser-Wärmetauscher 220 ist ein Wärmetauscher des Gegenstromtyps, der einer solchen Weise aufgebaut ist, dass der Kältemittelstrom entgegengesetzt zum Wasserstrom ist.

Eine Bezugsziffer 230 bezeichnet ein elektrisches Expansionsventil, das ein Druckverminderungsteil zum Reduzieren des Drucks des aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmenden Kältemittels ist. Eine Bezugsziffer 240 bezeichnet einen Verdampfapparat, der das aus dem elektrischen Expansionsventil 230 (nachfolgend einfach als „Expansionsventil 230'' bezeichnet) ausströmende Kältemittel verdampft, um das Kältemittel Wärme der Umgebung absorbieren zu lassen. Das aus dem Verdampfapparat 240 ausströmende Kältemittel strömt zu einem Speicher 250 (Ansaugseite des Kompressors 210), der später beschrieben wird.

Der Speicher 250 dient dem Trennen des aus dem Verdampfapparat 240 ausströmenden Kältemittels in Dampfphasenkältemittel und Flüssigphasenkältemittel und zum Ausströmen des Dampfphasenkältemittels zur Ansaugseite des Kompressors 210 und zum Speichern überschüssigen Kältemittels im Wärmepumpenkreis darin.

Eine Bezugsziffer 260 bezeichnet ein Gebläse zum Senden von Luft (Außenluft) zum Verdampfapparat 240, welches das Volumen der zu sendenden Luft einstellen kann. Dieses Gebläse 260, der Kompressor 210 und das Expansionsventil 230 werden durch die Wärmequellensteuereinheit 270 auf der Basis von Druckinformationen und Temperaturinformationen gesteuert, die durch die jeweiligen Sensoren erfasst werden, die später beschrieben werden.

Eine Bezugsziffer 271 bezeichnet einen Kältemitteltemperatursensor (Kältemitteltemperaturerfassungseinrichtung) zum Erfassen der Temperatur des aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmenden Kältemittels. Eine Bezugsziffer 272 bezeichnet einen ersten Wassertemperatursensor (erste Wassertemperaturerfassungseinrichtung) zum Erfassen der Temperatur des in den Wasser-Wärmetauscher 220 einströmenden Wassers.

Eine Bezugsziffer 273 bezeichnet einen Kältemitteldrucksensor (Kältemitteldruckerfassungseinrichtung) zum Erfassen des Drucks eines aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmenden hochdruckseitigen Kältemittels, und eine Bezugsziffer 274 bezeichnet einen zweiten Wassertemperatursensor (zweite Wassertemperaturerfassungseinrichtung) zum Erfassen der Temperatur des aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmenden Wassers. Eine Bezugsziffer 275 bezeichnet einen Außenlufttemperatursensor zum Erfassen der Temperatur der zum Verdampfapparat 240 geschickten Außenluft. Die Messsignale der jeweiligen Sensoren 271 bis 275 werden der Wärmequellensteuereinheit 270 eingegeben.

Hierbei bedeutet der Druck des Kältemittels auf einer Hochdruckseite den Druck des Kältemittels, der in einem Kältemittelkanal von der Ausgabeseite des Kompressors 210 zur Einströmseite des Expansionsventils 230 existiert, und er ist nahe dem Ausgabedruck des Kompressors 210 oder dem Innendruck des Wasser-Wärmetauschers 220. Dagegen bedeutet der Druck des Kältemittels auf einer Niederdruckseite den Druck des Kältemittels, der in einem Kältemittelkanal von der Ausströmseite des Expansionsventils 230 zur Ansaugseite des Kompressors 210 existiert, und er ist beinahe gleich dem Ansaugdruck des Kompressors 210 oder dem Innendruck des Verdampfapparats 240.

Die durch den zweiten Heißwassertemperatursensor 274 erfasste Wassertemperatur wird in diesem Ausführungsbeispiel als eine Ist-Heiztemperatur bezeichnet. Die Wärmequellensteuereinheit 270 ist hauptsächlich aus einem Mikrocomputer aufgebaut und besitzt ein im Voraus eingestelltes Steuerprogramm, das in einem eingebauten ROM (nicht dargestellt) gespeichert ist, und sie steuert die Stellantriebe des Kompressors 210, des Expansionsventils 230 und des Gebläses 260 auf der Basis der Temperaturinformationen und Druckinformationen von den jeweiligen Sensoren 271 bis 275 und den Betriebsinformationen von einer Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370, die später beschrieben wird.

Als nächstes wird nun die Behältereinheit 300 beschrieben. Die Behältereinheit 300 ist aus einem Heißwasserspeicherbehälter 310, einem Wasserkreis 320 und einer Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 aufgebaut. Der Heißwasserspeicherbehälter 310 ist aus einem Metall mit ausgezeichneter Korrosionsfestigkeit (zum Beispiel rostfreier Stahl) gemacht und ist in einer in Längsrichtung lang gestreckten Form ausgebildet und weist ein wärmeisolierendes Material (nicht dargestellt) auf seinem Außenumfang angeordnet auf und kann Wasser hoher Temperatur für eine lange Zeitdauer halten.

Ferner besitzt der Heißwasserspeicherbehälter 310 eine Einleitungsöffnung 310a, die in seiner Bodenfläche ausgebildet ist, und eine Wasserzufuhrrohrleitung 311 zum Einleiten von Leitungswasser in den Heißwasserspeicherbehälter 310 ist mit der Einleitungsöffnung 310a verbunden. Hierbei ist die stromaufwärtige Seite dieser Wasserzufuhrrohrleitung 311 so ausgebildet, dass Leitungswasser eines vorbestimmten Drucks der Einleitungsöffnung 310a über ein druckverminderndes Rückschlagventil und/oder ein Öffnungs- und Schließventil zugeführt wird.

Im Gegensatz dazu hat der Heißwasserspeicherbehälter 310 eine in seinem oberen Teil ausgebildete Ausgabeöffnung 310b, und die Ausgabeöffnung 310b ist mit einer Wasserzufuhrrohrleitung 312 zum Entnehmen von heißem Wasser im Heißwasserspeicherbehälter 310 verbunden. Ferner hat die Heißwasserzufuhrrohrleitung 312 eine mit ihrem mittleren Abschnitt verbundene Ausgaberohrleitung, in der ein Überdruckventil (nicht dargestellt) angeordnet ist. Wenn der Druck im Heißwasserspeicherbehälter 310 auf einen vorbestimmten Druck oder höher ansteigt, wird heißes Wasser im Heißwasserspeicherbehälter 310 nach außen abgegeben, um eine Beschädigung des Heißwasserspeicherbehälters 310 und dergleichen zu verhindern.

Weiter hat die Heißwasserzufuhrrohrleitung 312 einen an ihrem Ende befestigten Heißwasserzufuhrhahn 313. Diesbezüglich besitzt die Heißwasserzufuhrrohrleitung 312 eine Heißwasser/Wasser-Mischeinrichtung (nicht dargestellt), die mit ihrem mittleren Abschnitt verbunden ist. Daher ist es möglich, durch Mischen von Hochtemperatur-Heißwasser aus dem Heißwasserspeicherbehälter 310 mit Leitungswasser Wasser einer vorbestimmten Temperatur zu erzeugen.

Die Heißwasser/Wasser-Mischeinrichtung (nicht dargestellt) ist ein Temperatureinstellventil zum Einstellen der Temperatur des aus dem Heißwasserzufuhrhahn 313 ausströmenden Wassers. Die Heißwasser/Wasser-Mischeinrichtung hat ihr anderes Ende mit Leitungswasser verbunden und stellt das Verhältnis von Öffnungsflächen des durch die Heißwasserzufuhrrohrleitung 312 strömenden Wassers und des Leitungswasser ein, wodurch Wasser einer Einstelltemperatur zum Heißwasserzufuhrhahn 313 ausströmt. Weiter ist die Heißwasser/Wasser-Mischeinrichtung elektrisch mit der später beschriebenen Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 verbunden und wird auf der Basis der Messsignale eines Heißwasserspeicherthermistors 372 und der jeweiligen Thermistoren (nicht dargestellt) gesteuert.

Ferner besitzt der Heißwasserspeicherbehälter 310 eine Ansaugöffnung 310c zum Ansaugen von Wasser im Heißwasserspeicherbehälter 310, die in seinem Bodenteil ausgebildet ist, und besitzt eine Ausgabeöffnung 310d zum Ausgeben von heißem Wasser im Heißwasserspeicherbehälter 310, die in seinem oberen Teil ausgebildet ist.

Die elektrische Pumpe 330 ist im Umlaufwasserkreis 320 zum Verbinden des Heißwasserspeicherbehälters 310 und des Wasser-Wärmetauschers 220 in der Wärmepumpeneinheit 200 vorgesehen. Die elektrische Pumpe 330 kann das Wasser zwischen dem Heißwasserspeicherbehälter 310 und dem Wasser-Wärmetauscher 220 zirkulieren und kann die Umlaufströmungsrate entsprechend der Drehzahl eines eingebauten Motors einstellen.

Außerdem ist die elektrisch betriebene Pumpe 330 elektrisch mit der später beschriebenen Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 verbunden und wird auf der Basis von Temperaturinformationen von einem dritten Heißwassertemperatursensor 371, der im Umlaufwasserkreis 320 vorgesehen ist, gesteuert. Die von dem dritten Heißwassertemperatursensor 371 erfasste Temperatur ist beinahe gleich einer Ist-Heiztemperatur, die von der Wärmepumpeneinheit 200 erfasst wird.

Diesbezüglich steuert die Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 die Drehzahl der elektrisch betriebenen Pumpe 330 auf der Basis der durch den dritten Heißwassertemperatursensor 371 erfassten Temperatur. Mit anderen Worten steuert die Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 die Drehzahl der elektrisch betriebenen Pumpe 330, um die Strömungsrate des aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmenden Wassers so zu steuern, dass eine Soll-Heiztemperatur realisiert wird.

Weiter sind mehrere (fünf in diesem Ausführungsbeispiel) Heißwasserspeicherthermistoren 372 zum Erfassen der Speichermenge heißen Wassers und/oder der Temperatur des gespeicherten heißen Wassers in etwa gleichen Abständen in einer Längsrichtung (in der Richtung der Höhe des Heißwasserspeicherbehälters 310) an der Außenwandfläche des Heißwasserspeicherbehälters 310 angeordnet und geben Temperaturinformationen an jeweiligen Wasserniveaus des in den Heißwasserspeicherbehälter 310 eingefüllten Wassers aus.

So kann die Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 eine Grenzposition zwischen Hochtemperatur-Heißwasser, das im oberen Teil des Heißwasserspeicherbehälters 310 existiert und aufgeheizt ist, und Niedertemperaturwasser, das im unteren Teil des Heißwasserspeicherbehälters 310 existiert und noch nicht aufgeheizt ist, auf der Basis der Temperaturinformationen von den mehreren Heißwasserspeicherthermistoren 272 erfassen und kann die Temperatur des Wassers an den jeweiligen Wasserniveaus erfassen. Diesbezüglich hat der oberste Heißwasserspeicherthermistor 272 von den mehreren Heißwasserspeicherthermistoren 272 eine Funktion zum Erfassen der Temperatur des mit hoher Temperatur ausgegebenen Wassers.

Die Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 ist hauptsächlich aus einem Mikrocomputer aufgebaut und hat ein im Voraus eingestelltes Steuerprogramm, das in einem eingebauten ROM (nicht dargestellt) gespeichert ist, und steuert die elektrisch betriebene Pumpe 330, die Heißwasser/Wasser-Mischeinrichtung (nicht dargestellt) und dergleichen auf der Basis von Temperaturinformationen von verschiedenen Arten von Thermistoren und von Betriebssignalen von einem an der Bedientafel (nicht dargestellt) vorgesehenen Betriebsschalter.

Außerdem ist die Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 elektrisch mit der Wärmequellensteuereinheit 270 über eine Signalleitung verbunden und ist so aufgebaut, um einen Betriebsbefehl an die Wärmepumpeneinheit 200 und den Betriebszustand der elektrischen Pumpe 330 auszugeben. Mit anderen Worten ist die Wärmequellensteuereinheit 270 aufgebaut, um den Betriebsbefehl von der Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 zu empfangen und die Stellantriebe des Kompressor 210, des Expansionsventils 230 und des Gebläses 260 zusteuern, um die Wärmepumpeneinheit 200 zu betreiben.

Als nächstes wird die Funktionsweise des Heißwasserzufuhrsystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Zuerst wird, wenn Wasser hoher Temperatur und im Heißwasserspeicherbehälter 310 gespeichert zugeführt wird, das Heißwasserzufuhrsystem durch die Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 gesteuert, die auf der Seite der Behältereinheit 300 vorgesehen ist. Mit anderen Worten wird, wenn der am Ende der Heißwasserzufuhrrohrleitung 312 vorgesehene Heißwasserzufuhrhahn 313 geöffnet wird, dem Heißwasserspeicherbehälter 310 durch die Heißwasserzufuhrrohrleitung 311 zusammen damit Leitungswasser zugeführt.

Hierdurch wird Wasser hoher Temperatur, das im Heißwasserspeicherbehälter 310 gespeichert ist, durch das Leitungswasser herausgedrückt und das herausgedrückte Wasser wird von dem Heißwasserzufuhrhahn 313 zugeführt. Hierbei hat das vom Heißwasserzufuhrhahn 313 zugeführte Wasser seine Temperatur durch die Heißwasser/Wasser-Mischeinrichtung (nicht dargestellt) zum Mischen des Leitungswassers von der Heißwasserzufuhrrohrleitung 311 und des aus der Heißwasserzufuhrrohrleitung 312 herausgedrückten heißen Wassers auf eine Einstelltemperatur eingestellt.

Hierdurch wird das Leitungswasser mit der Wassermenge, die zum Einstellen der Temperatur durch die Heißwasser/Wasser-Mischeinrichtung verwendet wird, von unten im Heißwasserspeicherbehälter 310 zugeführt. Mit anderen Worten wird, wenn heißes Wasser anschließend durch Öffnen des Heißwasserzufuhrhahns 313 zugeführt wird, Leitungswasser von unten im Heißwasserspeicherbehälter 310 zugeführt, um allmählich nach oben zur Grenzposition zwischen dem Leitungswasser und dem heißen Wasser zu wandern.

Wenn aus dem Messsignal des Heißwasserspeicherthermistors 272 bestimmt wird, dass die Temperatur des im Heißwasserspeicherbehälter 310 gespeicherten Wassers zu einer vorbestimmten Temperatur oder niedriger wird, oder wenn bestimmt wird, dass die Menge Wasser mit einer Temperatur nicht höher als eine vorbestimmte Temperatur zu einer vorbestimmten Menge oder mehr wird, ist es notwendig, einen Aufheizvorgang zum Aufheizen des im Heißwasserspeicherbehälter 310 gespeicherten Wassers durchzuführen.

Insbesondere betreibt die Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 die elektrisch betriebene Pumpe 330 und die Wärmepumpeneinheit 200. Hierbei verändert die Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 die Drehzahl der elektrisch betriebenen Pumpe 330 auf der Basis der Temperaturinformationen von dem dritten Heißwassertemperatursensor 371, um eine Soll-Heiztemperatur zu realisieren.

Insbesondere verändert die Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370, wenn die Temperatur vom dritten Heißwassertemperatursensor 371 niedriger als die Soll-Heiztemperatur ist, die Drehzahl so, dass eine Strömungsrate reduziert wird. Wenn die Temperatur vom dritten Heißwassertemperatursensor 371 höher als die Soll-Heiztemperatur ist, ändert die Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 die Drehzahl, um die Strömungsrate zu erhöhen.

Die Wärmequellensteuereinheit 270 dieses Ausführungsbeispiels empfängt einen Betriebsbefehl von der Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 und betreibt die Wärmepumpeneinheit 200 auf der Basis des in 2 dargestellten Flussdiagramms. Wie in 2 dargestellt, wird zuerst in Schritt 110 bestimmt, ob von der Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 ein Betriebsbefehl ausgegeben wird oder nicht. Mit diesem Schritt wird der Betrieb der Wärmepumpeneinheit 200 gestartet (Schritt 120). Das heißt, in Schritt 120 werden die Stellantriebe von Komponenten in der Wärmepumpeneinheit oder dergleichen betrieben. Hierbei bleibt, wenn der Betriebsbefehl nicht ausgegeben wird, die Wärmepumpeneinheit 200 in Bereitschaft.

Wenn der Kompressor 210 in Schritt S220 betrieben wird, wird das Kältemittel durch den Wärmepumpenkreis zirkuliert. Hierbei wird zu diesem Zeitpunkt das vom Kompressor 210 ausgegebene Kältemittel auf einen überkritischen Druck oder mehr im Druck erhöht. Daher kondensiert das Kältemittel im Wasser-Wärmetauscher 220 (Kältemittelkompressor) nicht, sondern wird auf einem solchen Temperaturgradienten zirkuliert, dass die Temperatur des Kältemittels von einem Kältemitteleinlass zu einem Kältemittelauslass des Wasser-Wärmetauschers 220 niedriger wird.

Dagegen ist der Wasser-Wärmetauscher 220 in einer solchen Weise aufgebaut, dass ein Kältemittelstrom entgegengesetzt zu einem Wasserstrom ist, und daher wird das Wasser auf einem solchen Temperaturgradienten zirkuliert, dass die Wassertemperatur von einem Wassereinlass zu einem Wasserauslass höher wird. Ferner absorbiert das Kältemittel, dessen Druck durch das Expansionsventil 230 vermindert ist, im Verdampfapparat 240 Wärme aus der Luft, wodurch es verdampft wird, und wird dann durch den Kompressor 210 über den Speicher 250 angesaugt.

In diesem Ausführungsbeispiel wird der Öffnungsgrad des Expansionsventils 230 auf der Basis der aktuellen Heiztemperatur gesteuert, die von dem zweiten Heißwassertemperatursensor 274 erfasst wird. Dies wird nun beschrieben. In Schritt S130 werden die Temperaturinformationen und die Druckinformationen von den jeweiligen Sensoren 271 bis 275 gelesen und gespeichert. In Schritt 140 wird ein Soll-Hochdruckwert PHO aus der Ist-Heiztemperatur der Temperaturinformationen und der vom Außenlufttemperatursensor 275 erfassten Außenlufttemperatur berechnet und gespeichert.

Hierbei ist dieser Soll-Hochdruckwert PHO ein Hochdruckwert, durch den der beste Wirkungsgrad im Wärmepumpenkreis erzielt werden kann und der aus der Beziehung zwischen der Außenlufttemperatur und der Ist-Heiztemperatur berechnet werden kann.

Insbesondere kann, wie in 3 dargestellt, der Soll-Hochdruckwert PHO aus einem Kennliniendiagramm der Beziehung zwischen dem Soll-Hochdruckwert PHO und der Außenlufttemperatur, das die Ist-Heiztemperatur als Parameter verwendet, berechnet werden. Mit anderen Worten wird das in 3 dargestellte Kennliniendiagramm im Voraus im ROM (nicht dargestellt) eingestellt, und der Soll-Hochdruckwert PHO kann durch Erfassen der Ist-Heiztemperatur und der Außenlufttemperatur berechnet werden.

Diesbezüglich kann der Soll-Hochdruckwert PHO hier durch die Ist-Heiztemperatur und die Außenlufttemperatur erzielt werden. Jedoch kann der Soll-Hochdruckwert PHO auch durch Verwenden der Auslassöffnungs/Einlassöffnungs-Temperatur des in den Verdampfapparat 240 einströmenden Kältemittels oder der Einströmtemperatur des in den Wasser-Wärmetauscher 220 einströmenden Wassers anstelle der Außenlufttemperatur berechnet werden.

Wie oben beschrieben, wird in Schritt 140 der Soll-Hochdruckwert PHO berechnet und dann startet ein Timer T1 zum Messen einer vorbestimmten Zeit (d.h. zweite vorbestimmte Zeit, zum Beispiel etwa 10 Sekunden) in Schritt 150 das Zählen der Zeit. In Schritt 160 wird bestimmt, ob der Timer T1 eine vorbestimmt Zeit erreicht hat oder nicht.

Hierbei werden, wenn der Timer T1 nicht die vorbestimmte Zeit (zum Beispiel etwa 10 Sekunden) erreicht hat, das Lesen und Speichern der Daten in Schritt 130 und das Berechnen und Speichern des Soll-Hochdruckwerts PHO in Schritt 140 zum Beispiel für eine vorbestimmte Zeitdauer (d.h. erste vorbestimmte Zeit, zum Beispiel etwa 1 Sekunde) wiederholt. Da jedoch die Strömungsrate des aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmenden Wassers durch die Heißwasserzufuhrsteuereinheit 370 geändert wird, wird die Ist-Heiztemperatur des Wasser verändert und daher können die neuesten Temperaturinformationen erfasst werden.

Wenn der Timer T1 die vorbestimmte Zeit in Schritt 160 überschreitet, wird in Schritt 170 der Öffnungsgrad des Expansionsventils 230 gesteuert. Hierbei wird der Öffnungsgrad des Expansionsventils 230 in einer solchen Weise gesteuert, dass der Druck des Kältemittels auf einer Hochdruckseite, der durch den Kältemitteldrucksensor 273 erfasst wird, auf den Soll-Hochdruckwert PHO gebracht wird.

In Schritt 180 wird der Timer T1 auf einen Ausgangswert zurückgesetzt, und die Steuerroutine wird wieder zu Schritt S130 zurückgeführt. Demgemäß wird der Soll-Hochdruckwert PHO, der basierend auf dem Kältemitteldruck auf einer Hochdruckseite, der durch den Kältemitteldrucksensor 273 erfasst wird, einer Ist-Heiztemperatur des Wassers und der Außenlufttemperatur berechnet wird, in vorbestimmten Zeitdauern (zum Beispiel etwa 1 Sekunde), d.h. in Intervallen einer vorbestimmten Zeit geändert.

Weil der Öffnungsgrad des Expansionsventils 230 auf der Basis der zweiten vorbestimmten Zeit in diesen Abständen gesteuert wird, wird der Öffnungsgrad des Expansionsventils 230 selbst zu einer Übergangszeit, bevor das Innere des Kältemittelkreislaufs stabil wird, so gesteuert, dass immer ein optimaler Wirkungsgrad erzielt wird. Jedoch ist es möglich, einen Kreisbetrieb durchzuführen, während die Gesamtenergie von dem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Starten des Kältemittelkreislaufs bis zum Stabilwerden des Kältemittelkreislaufs reduziert wird.

Gemäß dem Wärmepumpen-Warmwasserbereiter des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels wird der Soll-Hochdruckwert PHO, der aus der Ist-Heiztemperatur des aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmenden Wassers und der Außenlufttemperatur berechnet wird, als ein Sollwert eingestellt und der Öffnungsgrad des Expansionsventils 230 wird so eingestellt, dass der Sollwert erreicht wird.

Weil demgemäß die Temperatur des in den Wasser-Wärmetauscher 220 einströmenden Wassers stabil ist, wird die obige Ist-Heiztemperatur auf der Basis der aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmenden Strömungsrate bestimmt. Daher kann durch Einstellen des Soll-Hochdruckwerts PHO gemäß der Ist-Heiztemperatur des Wassers als ein Sollwert und durch Steuern des Öffnungsgrades des Expansionsventils 230 zum Realisieren des Sollwerts der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter durch den mit einem optimalen Wirkungsgrad betriebenen Wärmepumpenkreis betrieben werden. Hierdurch ist es möglich, den Wärmepumpen-Warmwasserbereiter kontinuierlich mit hoher Effizienz zu betreiben und daher die zum Erzeugen des heißen Wassers erforderlich Energie zu reduzieren.

In diesem Zusammenhang empfängt die Wärmepumpeneinheit 200 bei der herkömmlichen Steuerung, wenn die Wärmepumpeneinheit 200 mit dem Heißwasserspeicherbehälter 310 zum Speichern des durch den Wasser-Wärmetauscher geheizten Wassers kombiniert wird, einen Soll-Heiztemperaturbefehl von dem Heißwasserspeicherbehälter 310 und steuert den Druck des Kältemittels auf einer Hochdruckseite durch das Gleichgewicht zwischen der Strömungsrate des Wassers und dem Kältemittelkreislauf. Im ersten Ausführungsbeispiel ist es jedoch nur erforderlich, dass der Heißwasserspeicherbehälter 310 die Strömungsrate des aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmenden Wassers separat so steuert, dass die Ist-Heiztemperatur auf die Soll-Heiztemperatur gebracht wird.

Hierdurch kann selbst eine Vorrichtung, die sich in der Wasserausgabe der Behältereinheit 300 unterscheidet, allein die Wärmepumpeneinheit 200 auf der Basis der Ist-Heiztemperatur steuern. Hierbei ist die Vorrichtung, die in der Wasserausgabe der Behältereinheit 300 anders ist, eine Einheit zum Nutzen des durch den Wasser-Wärmetauscher 220 geheizten Wassers zum Heizen eines Bodens oder zum Heizen eines Badezimmers, und in diesem Fall wird die Soll-Heiztemperatur entsprechend der Nutzung beliebig verändert. Daher kann auch im Fall dieser Kombination, wenn der Betriebsbefehl ausgegeben wird, die Wärmepumpeneinheit 200 mit dem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden.

Außerdem werden der Soll-Hochdruckwert PHO und der Druck des Kältemittels auf einer Hochdruckseite, der durch den Kältemitteldrucksensor 273 erfasst wird, in Abständen der vorbestimmten Zeitdauer (erste vorbestimmte Zeit) berechnet. Zusätzlich wird durch Verändern des Öffnungsgrades des Expansionsventils 230 zum Realisieren des Sollwerts in Abständen einer vorbestimmten Zeit (zweite vorbestimmte Zeit) das Expansionsventil 230 entsprechend der Ist-Heiztemperatur, die durch eine Änderung der Strömungsrate des aus dem Wasser-Wärmetauscher 220ausströmenden Wassers verändert wird, so gesteuert, dass der Sollwert realisiert wird. Hierdurch kann der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter durch den Wärmepumpenkreis des optimalen Wirkungsgrades kontinuierlich von der Zeit unmittelbar nach dem Starten des Wärmepumpen-Warmwasserbereiters bis zu der Zeit, wenn der Wärmepumpenkreis stabil wird, betrieben werden. Hierdurch ist es möglich, zum Erzeugen von heißem Wasser notwendige Energie zu reduzieren.

In diesem Ausführungsbeispiel kann der Soll-Hochdruckwerts PHO durch die Verwendung der Auslass/Einlasstemperatur des aus dem/in den Verdampfapparat 240 strömenden Kältemittels oder der Einströmtemperatur des in den Wasser-Wärmetauscher 220 strömenden Wassers anstelle der Außenlufttemperatur gefunden werden.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erfasst die Wärmepumpeneinheit 200 die Heiztemperatur des aus dem Heizwasserheizer 220 ausströmenden Wassers und die Außenlufttemperatur mittels Sensoren (274, 275), und der Soll-Hochdruckwert PHO wird zu einer vorbestimmten Zeit mittels der Ist-Heiztemperatur des Wassers, die schließlich mit der Wasserumlaufmenge der Behältereinheit 300 außerhalb der Wärmepumpeneinheit 200 zusammenhängt, verändert, um den Drosselöffnungsgrad des Expansionsventils 230 zu steuern. Demgemäß ist es möglich, die Wärmepumpeneinheit 200 unabhängig von der Behältereinheit 300 zu steuern, ohne direkt ein Informationssignal von der Behältereinheit 300 zu verwenden. Deshalb ist es möglich, eine einfache Signalkommunikation, wie beispielsweise eine Ein/Aus-Schaltsignalkommunikation, zwischen der Wärmepumpeneinheit 200 und der Behältereinheit 300 zu bilden. Als Ergebnis kann die Wärmepumpeneinheit 200, selbst wenn eine Bodenheizeinheit zum Heizen eines Bodens oder eine Badezimmertrockeneinheit zum Heizen und/oder Trocknen eines Badezimmers anstelle der Behältereinheit 300 verwendet und mit der Wärmepumpeneinheit 200 kombiniert wird, mit einer hohen Effizienz beim Empfangen eines Betriebssignals von außerhalb der Wärmepumpeneinheit 200 betrieben werden. Außerdem kann die Wärmepumpeneinheit unabhängig von dem fluidnutzungsseitigen Zustand und/oder der fluidnutzungsseitigen Konstruktion, wie beispielsweise der Behältereinheit, der Bodenheizeinheit oder der Badezimmertrockeneinheit, stabil betrieben werden.

In diesem Ausführungsbeispiel werden der Soll-Hochdruckwert PHO und der Druck des Kältemittels auf einer Hochdruckseite, der von dem Kältemitteldrucksensor 273 erfasst wird, in Abständen der vorbestimmten Zeitdauer (erste vorbestimmte Zeit) gefunden. Außerdem wird das Expansionsventil 230 durch Verändern seines Öffnungsgrades, um den Sollwert zu realisieren, in Abständen einer vorbestimmten Zeit (zweite vorbestimmte Zeit) entsprechend der Ist-Heiztemperatur, die durch eine Veränderung der Strömungsrate des aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmenden Wassers verändert wird, zum Realisieren des Sollwerts gesteuert. Hierbei ist die zweite vorbestimmte Zeit länger als die erste vorbestimmte Zeit.

(Zweites Ausführungsbeispiel)

Das oben beschriebene erste Ausführungsbeispiel ist in einer solchen Weise aufgebaut, dass der aus der Ist-Heiztemperatur des Wassers und der Außenlufttemperatur gefundene Soll-Hochdruckwert PHO als Sollwert eingestellt wird und dass der Öffnungsgrad des Expansionsventils 230 zum Realisieren des Sollwerts gesteuert wird. Es wird jedoch auch vorgeschlagen, einen solchen Aufbau einzusetzen, dass eine Soll-Ausgabetemperatur TdO (z.B. Soll-Ausgabetemperatur des Kältemittels aus dem Kompressor 210), die man aus der Ist-Heiztemperatur des Wassers und der Außenlufttemperatur findet, als ein Sollwert eingestellt wird und dass der Öffnungsgrad des Expansionsventils 230 zum Realisieren des Sollwerts gesteuert wird.

In diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch, wie in 4 dargestellt, ein Ausgabetemperatursensor 276 als Ausgabetemperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Ausgabetemperatur des Kältemittels auf der Ausgabeseite des Kompressors 210 vorgesehen. Dann wird die aus der Ist-Heiztemperatur und der Außenlufttemperatur gefundene Soll-Ausgabetemperatur TdO als Sollwert eingestellt und der Öffnungsgrad des Expansionsventils 230 wird in einer solchen Weise gesteuert, dass eine durch den Ausgabetemperatursensor 276 erfasste Ausgabetemperatur zur Soll-Ausgabetemperatur TdO wird.

Im zweiten Ausführungsbeispiel können die anderen Teile ähnlich jenen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels ausgeführt sein.

(Drittes Ausführungsbeispiel)

In den obigen Ausführungsbeispielen ist die Wärmepumpeneinheit 200 unter Verwendung des Expansionsventils 230 für den Wärmepumpenkreis aufgebaut, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Wie in 5 dargestellt, kann die vorliegende Erfindung insbesondere auch auf eine Wärmepumpeneinheit 200 mit einer Ejektorpumpe 235 anstelle des Expansionsventils 230 angewendet werden. Die Ejektorpumpe 235 besitzt ein Düsenteil (nicht dargestellt) zum Reduzieren des Drucks des aus dem Kompressor 210 ausgegebenen Kältemittels, um das Kältemittel auszudehnen. Ferner saugt die Ejektorpumpe 235 das durch den Verdampfapparat 240 verdampfte Dampfphasenkältemittel durch einen vom Düsenteil ausgestoßenen Kältemittelstrom mit einer hohen Geschwindigkeit an und wandelt die Expansionsenergie in Druckenergie um, um den Ansaugdruck des Kompressors 210 zu erhöhen.

Insbesondere ist die Ejektorpumpe 235 eine variable Ejektorpumpe, und ein elektrisch verstellbarer Drosselmechanismus 235a ist an der stromaufwärtigen Seite des Düsenteils (nicht dargestellt) vorgesehen, und der Druck des Kältemittels auf einer Hochdruckseite, das in das Düsenteil strömt, wird variiert. Ferner wird ein vom Düsenteil (nicht dargestellt) ausgestoßener Antriebsstrom mit einem aus dem Verdampfapparat 240 angesaugten Ansaugstrom vermischt, um so ihre Impulse an einem Mischteil zu erhalten, wodurch der Kältemitteldruck erhöht wird, und dann wird ein dynamischer Druck durch einen Diffusor, der die Fläche eines Kältemittelkanals allmählich erweitert, in einen statischen Druck umgewandelt, wodurch der Kältemitteldruck weiter erhöht wird.

In diesem Ejektorpumpenkreis wird das Kältemittel durch die Pumpwirkung (siehe JIS Z 8126 No. 2.1.2.3 und dergleichen) der variablen Ejektorpumpe 235 in dieser Reihenfolge des Speichers 250 → des Verdampfapparats 240 → der variablen Ejektorpumpe 235 → des Speichers 250 zirkuliert, während das Kältemittel durch die Pumpwirkung des Kompressors 210 in der Reihenfolge des Kompressors 210 → des Wasser-Wärmetauschers 220 → der variablen Ejektorpumpe 235 → des Speichers 250 → des Kompressors 210 zirkuliert wird.

Der Wärmepumpenkreis ist genau wie beim obigen Ausführungsbeispiel in einer solchen Weise aufgebaut, dass entweder der Soll-Hochdruckwert (PHO) oder die Soll-Ausgabetemperatur (TdO), der/die aus der Ist-Heiztemperatur und der Außenlufttemperatur gefunden wird, als ein Sollwert eingestellt wird und dass der Öffnungsgrad des Düsenteils der variablen Ejektorpumpe 235 zum Realisieren des Sollwerts gesteuert wird.

Demgemäß kann der Wärmepumpenkreis, selbst wenn die Wärmepumpeneinheit 200 anstelle des Expansionsventils 230 die variable Ejektorpumpe 235 verwendet, zum Erzielen des optimalen Wirkungsgrades betrieben werden.

(Viertes Ausführungsbeispiel)

In den obigen Ausführungsbeispielen wird entweder der Soll-Hochdruckwert (PHO) oder die Soll-Ausgabetemperatur (TdO), die aus der Ist-Heiztemperatur des Wassers bzw. der Außenlufttemperatur gefunden wird, als ein Sollwert eingestellt und der Öffnungsgrad entweder des Expansionsventils 230 oder des Düsenteils der variablen Ejektorpumpe 235 wird zum Realisieren des Sollwerts gesteuert wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, die Drehzahl des Kompressors 210 kann ebenfalls zum Realisieren des Sollwerts gesteuert werden.

(Fünftes Ausführungsbeispiel)

In den obigen Ausführungsbeispielen ist die Wärmepumpeneinheit (Wärmepumpen-Warmwasserbereiter) 200 gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Heißwasserzuführsystem zum Heizen von in der Behältereinheit 300 zu speicherndem Wasser angewendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern die vorliegende Erfindung kann auch auf ein Heißwasserzufuhrsystem angewendet werden, in dem die Wärmepumpeneinheit 200 so aufgebaut ist, dass sie eine augenblickliche Heißwasserzufuhrfunktion besitzt, und mit der Behältereinheit 300 kombiniert ist.

Wie in 6 dargestellt, ist dieses Ausführungsbeispiel insbesondere wie folgt aufgebaut: Wasser niedriger Temperatur, das im Heißwasserspeicherbehälter 310 gespeichert ist, strömt durch den Wasserwärmetauscher 220, wodurch es geheizt wird; das Wasser hoher Temperatur wird im Heißwasserspeicherbehälter 310 gespeichert; und Leitungswasser wird durch den Wasserwärmetauscher 220 geleitet, wodurch es geheizt wird, und das geheizte Wasser wird aus dem Heißwasserzufuhrhahn 313 ausgegeben.

Insbesondere ist im Umlaufwasserkreis 320 ein erstes Schaltventil 321 zwischen die Einströmseite des Wasserwärmetauschers 220 und die elektrisch betriebene Pumpe 330 gesetzt, und ein zweites Schaltventil 322 ist zwischen die Ausströmseite des Wasserwärmetauschers 220 und die Ausgabeöffnung 310d des Heißwasserspeicherbehälters 310 gesetzt.

Eine Seite des ersten Schaltventils 321 ist mit der Wasserzufuhrrohrleitung 311 verbunden, um so mit ihr in Verbindung zu stehen, und eine Seite des zweiten Schaltventils 322 ist an dem Heißwasserspeicherbehälter 310 vorbei mit der Heißwasserzufuhrrohrleitung 312a verbunden. Diesbezüglich. ist das untere Ende dieser Heißwasserzufuhrrohrleitung 312a mit der mit der Ausgabeöffnung 310b des Heißwasserspeicherbehälters 310 verbundenen Heißwasserzufuhrrohrleitung 312 verbunden. Hierbei ist eine in der Zeichnung dargestellte Bezugsziffer 314 ein Rückschlagventil, das den Rückstrom des im Heißwasserspeicherbehälter 310 gespeicherten Wassers zur Heißwasserzufuhrrohrleitung 312a verhindert.

Das erste Schaltventil 321 ist ein Dreiwegeventil zum Schalten einer Strömungsrichtung entweder zu einer Strömungsrichtung (dargestellt durch einen Pfeil „a" in der Zeichnung), in welcher das Wasser im Heißwasserspeicherbehälter 310 von der Ansaugöffnung 310c zur Einströmseite des Wasserwärmetauschers 220 geleitet wird, oder zu einer Strömungsrichtung (dargestellt durch einen Pfeil „b" in der Zeichnung), in der Leitungswasser aus der Wasserzufuhrrohrleitung 311 zur Einströmseite des Wasserwärmetauschers 220 geleitet wird.

Ferner ist das zweite Schaltventil 322 ein Dreiwegeventil zum Schalten einer Strömungsrichtung entweder zu einer Strömungsrichtung (dargestellt durch einen Pfeil „b" in der Zeichnung), in der das aus dem Wasserwärmetauscher 220 ausströmende Wasser zur Heißwasserzufuhrrohrleitung 312a ausgeleitet wird, oder zu einer Strömungsrichtung (dargestellt durch einen Pfeil „a" in der Zeichnung), in der das aus dem Wasserwärmetauscher 220 ausströmende Wasser zur Ausgabeöffnung 310d im Heißwasserspeicherbehälter 310 ausströmt.

Wenn das erste Schaltventil 321 und das zweite Schaltventil 322 in der durch den Pfeil „a" in der Zeichnung dargestellten Strömungsrichtung geschaltet sind, wird ein Betriebsmodus zum Heizen des Wassers im Heißwasserspeicherbehälter 310 durchgeführt. Daher ist der Betrieb in diesem Modus gleich dem obigen Ausführungsbeispiel, weshalb auf seine Beschreibung verzichtet wird.

Es wird nun der Betrieb der Wärmepumpeneinheit 200, wenn das erste Schaltventil 321 und das zweite Schaltventil 322 in der durch den Pfeil „b" in der Zeichnung dargestellten Strömungsrichtung geschaltet sind, beschrieben. In diesem Fall wird, wenn die Menge des im Heißwasserspeicherbehälter 310 gespeicherten Restwassers zu einer vorbestimmten Menge oder weniger wird, ein Betriebsmodus durchgeführt, in dem das erste Schaltventil 321, und das zweite Schaltventil 322 in der durch den Pfeil „b" in der Zeichnung dargestellten Strömungsrichtung geschaltet werden.

Zur Zeit dieses Betriebsmodus wird ein Betriebsmodus durchgeführt, in dem Leitungswasser von der Wasserzufuhrrohrleitung 311 zur Einströmseite des Wasser-Wärmetauschers 220 geleitet und durch den Wärmetauscher 220 geheizt wird. Das heißt, eine aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmende Strömungsrate wird durch den Öffnungsgrad des Heißwasserzufuhrhahns 313 bestimmt. Mit anderen Worten wird die aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmende Strömungsrate auf eine beliebige Strömungsrate geändert.

So wird die Ist-Temperatur des aus dem Wasser-Wärmetauscher 220 ausströmenden Wassers entsprechend der Strömungsrate variiert. Den Soll-Hochdruckwert (PHO) findet man auf der Basis der Ist-Heiztemperatur, und er wird als Sollwert eingestellt, und der Öffnungsgrad des Expansionsventils 230 wird in Abständen der vorbestimmten Zeit gesteuert, um so den Soll-Hochdruckwert (PHO) zu realisieren.

Demgemäß ist es möglich, den Betrieb des Wärmepumpenkreises zum Realisieren des Soll-Hochdruckwerts (PHO) basierend auf der Ist-Heiztemperatur so durchzuführen, dass der optimale Wirkungsgrad erzielt wird.

(Weitere Ausführungsbeispiele)

Obwohl die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit ihren oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschrieben worden ist, ist zu beachten, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sein werden.

Zum Beispiel findet man in den obigen Ausführungsbeispielen den Soll-Hochdruckwert (PHO) auf der Basis der in Abständen der ersten vorbestimmten Zeit (z.B. eine Dauer von etwa 1 Sekunde) erfassten Ist-Heiztemperatur, und er wird als Sollwert eingestellt. Wenn sich jedoch die Ist-Heiztemperatur innerhalb der durch den Timer T1 eingestellten zweiten vorbestimmten Zeit (z.B. etwa 10 Sekunden) nicht ändert, kann der Soll-Hochdruckwert (PHO) fixiert werden.

In einem Heißwasserzufuhrsystem zum Durchführen des Betriebs zum Aufheizen von Wasser im Heißwasserspeicherbehälter 310 während einer Zeitdauer einer niedrigen Stromrate wird die Ist-Heiztemperatur des aus dem Wasserwärmetauscher 220 ausströmenden Wassers zur Soll-Heiztemperatur. Daher wird auch empfohlen, dass ein Betriebsbefehl von der Behältereinheit 300 empfangen wird, bei dem die Ist-Heiztemperatur als eine Einstelltemperatur eingestellt ist, und dass der Soll-Hochdruckwert (PHO) auf der Basis der Einstelltemperatur gefunden und als der Sollwert eingestellt wird.

Demgemäß kann der Soll-Hochdruckwert (PHO) fixiert werden, und so kann der Betrieb des Wärmepumpenkreises stabilisiert werden.

Derartige Änderungen und Modifikationen liegen selbstverständlich im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.


Anspruch[de]
Wärmepumpen-Warmwasserbereiter zum Heizen eines Fluids zur Heißwasserzufuhr durch einen überkritischen Wärmepumpenkreis, in dem ein Druck des Kältemittels auf einer Hochdruckseite nicht niedriger als einer überkritischer Druck des Kältemittels wird, wobei der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter aufweist:

einen Kompressor (210), der das Kältemittel ansaugt und komprimiert;

einen Kältemittelkühler (220), der Wärme zwischen dem vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittel und dem Fluid austauscht und in einer solchen Weise aufgebaut ist, dass ein Strom des Kältemittels entgegengesetzt zu einem Strom des Fluids darin ist;

ein Druckverminderungsteil (230), das einen Druck des aus dem Kältemittelkühler (220) ausströmenden Kältemittels reduziert;

einen Verdampfapparat (240), der das aus dem Druckverminderungsteil (230) ausströmende Kältemittel verdampft, um das Kältemittel Wärme absorbieren zu lassen, und einen mit einer Ansaugseite des Kompressors (210) verbundenen Kältemittelauslass aufweist;

eine Berechnungseinrichtung (270) zum Berechnen eines Soll-Hochdruckwerts (PHO) des Kältemittels auf der Hochdruckseite oder einer Soll-Ausgabetemperatur (TdO) des vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittels als einen Sollwert basierend auf einer Heiztemperatur des aus dem Kältemittelkühler (220) ausströmenden Fluids und irgendeiner Größe einer Temperatur der Außenluft, einer Temperatur des aus dem oder in den Verdampfapparat (240) strömenden Kältemittels und einer Temperatur des in den Kältemittelkühler (220) strömenden Fluids; und

eine Steuereinrichtung (270), die einen Öffnungsgrad des Druckverminderungsteils (230) so steuert, um den Sollwert zu realisieren.
Wärmepumpen-Warmwasserbereiter zum Heizen eines Fluids zur Heißwasserzufuhr durch einen überkritischen Wärmepumpenkreis, in dem ein Druck eines Kältemittels auf einer Hochdruckseite nicht niedriger als ein überkritischer Druck des Kältemittels wird, wobei der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter aufweist:

einen Kompressor (210), der das Kältemittel ansaugt und komprimiert;

einen Kältemittelkühler (220), der Wärme zwischen dem vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittel und dem Fluid austauscht und in einer solchen Weise aufgebaut ist, dass ein Strom des Kältemittels entgegengesetzt zu einem Strom des Fluids darin ist;

einen Verdampfapparat (240), der das Kältemittel verdampft, um das Kältemittel Wärme absorbieren zu lassen;

eine Ejektorpumpe (235), die ein Düsenteil zum Reduzieren des Drucks des vom Kompressor (210) ausgegeben Kältemittels aufweist, um das Kältemittel auszudehnen, wobei die Ejektorpumpe das durch den Verdampfapparat (240) verdampfte Dampfphasenkältemittel durch einen Hochgeschwindigkeitsstrom des vom Düsenteil ausgestoßenen Kältemittels ansaugt und Expansionsenergie in Druckenergie umwandelt, um den Ansaugdruck des Kompressors (210) zu erhöhen;

eine Berechnungseinrichtung (270) zum Berechnen eines Soll-Hochdruckwerts (PHO) des Kältemittels auf der Hochdruckseite oder einer Soll-Ausgabetemperatur (TdO) des vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittels als einen Sollwert basierend auf einer Heiztemperatur des aus dem Kältemittelkühler (220) ausströmenden Fluids und irgendeiner Größe einer Temperatur der Außenluft, einer Temperatur des aus dem oder in den Verdampfapparat (240) strömenden Kältemittels und einer Temperatur des in den Kältemittelkühler (220) strömenden Fluids; und

eine Steuereinrichtung (270), die einen Öffnungsgrad des Düsenteils der Ejektorpumpe (235) so steuert, um den Sollwert zu realisieren.
Wärmepumpen-Warmwasserbereiter nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Druckverminderungsteil (230) bzw. das Düsenteil der Ejektorpumpe (235) einen elektrisch einstellbaren Öffnungsgrad aufweist und seinen Öffnungsgrad verändert, um dadurch entweder den Druck des Kältemittels auf der Hochdruckseite oder die Temperatur des vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittels zu steuern. Wärmepumpen-Warmwasserbereiter zum Heizen eines Fluids zur Heißwasserzufuhr durch einen überkritischen Wärmepumpenkreis, in dem ein Druck eines Kältemittels auf einer Hochdruckseite nicht niedriger als ein überkritischer Druck des Kältemittels wird, wobei der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter aufweist:

einen Kompressor (210), der das Kältemittel ansaugt und komprimiert;

einen Kältemittelkühler (220), der Wärme zwischen den vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittel und dem Fluid austauscht und in einer solchen Weise aufgebaut ist, dass ein Strom des Kältemittels entgegengesetzt zu einem Strom des Fluids darin ist;

ein Druckverminderungsteil (230), das den Druck des aus dem Kältemittelkühler (230) ausströmenden Kältemittels reduziert;

einen Verdampfapparat (240), der das aus dem Druckverminderungsteil (230) ausströmende Kältemittel verdampft, um das Kältemittel Wärme absorbieren zu lassen, und einen mit einer Ansaugseite des Kompressors (210) verbundenen Kältemittelauslass aufweist;

eine Berechnungseinrichtung (270) zum Berechnen eines Soll-Hochdruckwerts (PHO) des Kältemittels auf der Hochdruckseite oder einer Soll-Ausgabetemperatur (TdO) des vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittels als einen Sollwert basierend auf einer Heiztemperatur des aus dem Kältemittelkühler (220) ausströmenden Fluids und irgendeiner Größe einer Temperatur der Außenluft, einer Temperatur des aus dem oder in den Verdampfapparat (250) strömenden Kältemittels und einer Temperatur des in den Kältemittelkühler (220) strömenden Fluids; und

eine Steuereinrichtung (270), die eine Drehzahl des Kompressors (210) so steuert, um den Sollwert zu realisieren.
Wärmepumpen-Warmwasserbereiter zum Heizen eines Fluids zur Heißwasserzufuhr durch einen überkritischen Wärmepumpenkreis, in dem ein Druck eines Kältemittels auf einer Hochdruckseite nicht niedriger als ein überkritischer Druck des Kältemittels wird, wobei der Wärmepumpen-Warmwasserbereiter aufweist:

einen Kompressor (210), der das Kältemittel ansaugt und komprimiert;

einen Kältemittelkühler (220), der Wärme zwischen dem vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittel und dem Fluid austauscht und in einer solchen Weise aufgebaut ist, dass ein Strom des Kältemittels entgegengesetzt zu einem Strom des Fluids darin ist;

einen Verdampfapparat (240), der das Kältemittel verdampft, um das Kältemittel Wärme absorbieren zu lassen;

eine Ejektorpumpe (235), die ein Düsenteil zum Reduzieren des Drucks des vom Kompressor (210) ausgegeben Kältemittels aufweist, um das Kältemittel auszudehnen, wobei die Ejektorpumpe das durch den Verdampfapparat (240) verdampfte Dampfphasenkältemittel durch einen Hochgeschwindigkeitsstrom des vom Düsenteil ausgestoßenen Kältemittels ansaugt und Expansionsenergie in Druckenergie umwandelt, um den Ansaugdruck des Kompressors (210) zu erhöhen;

eine Berechnungseinrichtung (270) zum Berechnen eines Soll-Hochdruckwerts (PHO) des Kältemittels auf der Hochdruckseite oder einer Soll-Ausgabetemperatur (TdO) des vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittels als einen Sollwert basierend auf einer Heiztemperatur des aus dem Kältemittelkühler (220) ausströmenden Fluids und irgendeiner Größe einer Temperatur der Außenluft, einer Temperatur des aus dem oder in den Verdampfapparat (240) strömenden Kältemittels und einer Temperatur des in den Kältemittelkühler (220) strömenden Fluids; und

eine Steuereinrichtung (270), die eine Drehzahl des Kompressors (210) so steuert, um den Sollwert zu realisieren.
Wärmepumpen-Warmwasserbereiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit wenigstens einem Element einer Kältemitteldruckerfassungseinrichtung (271), die einen Druck des Kältemittels auf der Hochdruckseite erfasst, und einer Ausgabetemperaturerfassungseinrichtung (276), die eine Ausgabetemperatur des vom Kompressor (210) ausgegebenen Kältemittels erfasst, wobei

die Berechnungseinrichtung (270) den Sollwert in Abständen einer ersten vorbestimmten Zeit berechnet, und

die Steuereinrichtung (270) den Öffnungsgrad des Druckverminderungsteils (230), den Öffnungsgrad des Düsenteils der Ejektorpumpe (235) oder die Drehzahl des Kompressors (210) in Abständen einer zweiten vorbestimmten Zeit so steuert, um entweder den Druck des Kältemittels auf der Hochdruckseite oder die Ausgabetemperatur, der/die durch die Kältemitteldruckerfassungseinrichtung (271) bzw. die Ausgabetemperaturerfassungseinrichtung (276) erfasst wird, auf den Sollwert zu bringen.
Wärmepumpen-Warmwasserbereiter nach Anspruch 6, bei welchem die zweite vorbestimmte Zeit länger als die erste vorbestimmte Zeit ist. Wärmepumpen-Warmwasserbereiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit

einer fluidnutzungsseitigen Einheit (300), der das aus dem Kältemittelkühler (220) ausströmende geheizte Fluid zur Nutzung zugeführt wird; und

einer Fluidumlaufeinheit (330), die das zu heizende Fluid basierend auf einem Fluidzufuhrzustand in der fluidnutzungsseitigen Einheit zum Kältemittelkühler (220) zirkuliert,

wobei die Steuereinrichtung (270) den Öffnungsgrad des Druckverminderungsteils (230), den Öffnungsgrad des Düsenteils der Ejektorpumpe (235) oder die Drehzahl des Kompressors (210) unabhängig vom Fluidzufuhrzustand steuert.
Wärmepumpen-Warmwasserbereiter nach Anspruch 8, bei welchem die fluidnutzungsseitige Einheit eine einer Heißwasserbehältereinheit zum Speichern von heißem Wasser und zum Zuführen des heißen Wassers, einer Bodenheizeinheit zum Heizen eines Bodens oder einer Badezimmertrockeneinheit zum Trocknen eines Badezimmers ist. Wärmepumpen-Warmwasserbereiter nach Anspruch 8, ferner mit einer Fluidsteuereinheit (370) zum Steuern des Betriebs der fluidnutzungsseitigen Einheit (300), wobei

die Fluidsteuereinheit (370) ein Schaltteil zum Ein- oder Ausschalten des Betriebs der fluidnutzungsseitigen Einheit aufweist, und

die Steuereinheit (270) mit der Fluidsteuereinheit derart kommuniziert, dass ein Signal nur vom Schaltteil aus den Informationen der Fluidsteuereinheit (370) von der Fluidsteuereinheit (370) der Steuereinrichtung (270) eingegeben wird.






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