JP2014009900A - Heat pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象流体を高温に加熱するヒートポンプに関し、特に利便性の向上策に係るものである。 The present invention relates to a heat pump that heats a target fluid to a high temperature, and particularly relates to a measure for improving convenience.
従来より、冷凍サイクルを行って対象流体を加熱するヒートポンプが知られている。例えば、特許文献1に開示のヒートポンプは、放熱器が接続された冷媒回路と、その放熱器に接続されて熱媒体が循環し、熱媒体によって対象流体(この場合、空気)を加熱する加熱熱交換器が設けられた熱媒体回路とを備えている。このヒートポンプでは、冷凍サイクルを行うと、放熱器では、冷媒が凝縮することによって熱媒体が加熱され、加熱熱交換器では、放熱器で加熱された熱媒体によって対象流体が所定温度まで加熱される。
Conventionally, a heat pump that heats a target fluid by performing a refrigeration cycle is known. For example, the heat pump disclosed in
従来のヒートポンプでは、熱媒体を高温(例えば、100℃以上)に加熱して、対象流体を高温に加熱しようとすると、熱負荷が大きいため、対象流体が所定温度に達するまでに多大な時間を要してしまう。そのため、所定温度の対象流体を利用する時期が大幅に遅れる虞があり、利便性が悪いという問題があった。 In the conventional heat pump, when the heat medium is heated to a high temperature (for example, 100 ° C. or higher) and the target fluid is heated to a high temperature, since the heat load is large, it takes a long time for the target fluid to reach a predetermined temperature. I need it. Therefore, there is a possibility that the time to use the target fluid at a predetermined temperature may be greatly delayed, and there is a problem that convenience is poor.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、対象流体を高温に加熱するヒートポンプにおいて、対象流体を速やかに所定温度に達するようにして、利便性を向上させることにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to improve convenience in a heat pump that heats a target fluid to a high temperature so that the target fluid quickly reaches a predetermined temperature. .
第1の発明は、圧縮機構(11,12,16)、放熱器(13)、膨張機構(14)、及び蒸発器(15)が順に接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路(10)と、上記放熱器(13)に接続されて熱媒体が循環し、上記放熱器(13)で100℃以上に加熱された熱媒体によって対象流体を加熱する加熱熱交換器(102)が設けられた熱媒体回路(100)とを備えたヒートポンプを対象としている。そして、本発明は、上記加熱熱交換器(102)で対象流体を目標温度T2に加熱する通常運転と、該通常運転の所定の開始時刻t1に上記対象流体が予熱温度T1になるように、上記加熱熱交換器(102)で対象流体を予め加熱する予熱運転とを実行させる実行部(51)を備えているものである。 The first invention includes a refrigerant circuit (10) in which a compression mechanism (11, 12, 16), a radiator (13), an expansion mechanism (14), and an evaporator (15) are connected in order to perform a refrigeration cycle; Heat provided with a heating heat exchanger (102) connected to the radiator (13) to circulate the heat medium and heat the target fluid with the heat medium heated to 100 ° C. or higher by the radiator (13) It is intended for a heat pump with a medium circuit (100). The present invention provides a normal operation in which the target fluid is heated to the target temperature T2 by the heating heat exchanger (102), and the target fluid reaches the preheating temperature T1 at a predetermined start time t1 of the normal operation. The heating heat exchanger (102) includes an execution unit (51) that performs a preheating operation for preheating the target fluid.
上記第1の発明では、ユーザの指定時刻(通常運転の所定の開始時刻t1)より前に予熱運転を行うことで、対象流体が予め加熱される。予熱運転を行うと、対象流体はユーザの指定時刻(通常運転の所定の開始時刻t1)に所定の予熱温度T1に達する。そのため、その指定時刻が経過した後に、継続して通常運転を行うと、対象流体は目標温度T2と予熱温度T1の温度差分だけ上昇して、速やかに目標温度T2に達する。 In the first invention, the target fluid is preheated by performing the preheating operation before the user's designated time (predetermined start time t1 of normal operation). When the preheating operation is performed, the target fluid reaches a predetermined preheating temperature T1 at a time designated by the user (a predetermined start time t1 of normal operation). Therefore, if the normal operation is continued after the designated time has elapsed, the target fluid rises by the temperature difference between the target temperature T2 and the preheating temperature T1, and quickly reaches the target temperature T2.
第2の発明は、上記第1の発明において、上記実行部(51)は、冷凍サイクルのCOPが最大となるように上記予熱運転を行う高効率モードが実行可能である。 In a second aspect based on the first aspect, the execution unit (51) can execute a high efficiency mode in which the preheating operation is performed so that the COP of the refrigeration cycle is maximized.
上記第2の発明では、予熱運転として高効率モードを実行させると、冷凍サイクルのCOP(成績係数)が最も高い状態となる。そのため、対象流体の加熱速度は比較的遅いが、対象流体は低消費電力で予熱温度T1まで加熱される。 In the second aspect, when the high efficiency mode is executed as the preheating operation, the COP (coefficient of performance) of the refrigeration cycle is the highest. Therefore, although the heating speed of the target fluid is relatively slow, the target fluid is heated to the preheating temperature T1 with low power consumption.
上記第3の発明は、上記第2の発明において、上記実行部(51)は、上記高効率モードよりも上記放熱器(13)の加熱能力が高くなるように上記予熱運転を行う高加熱モードと上記高効率モードの何れか一方を実行させるものである。 In the third aspect of the invention, in the second aspect of the invention, the execution unit (51) performs the preheating operation so that the heating capacity of the radiator (13) is higher than that in the high efficiency mode. And any one of the high-efficiency modes.
上記第3の発明では、予熱運転として高加熱モードを実行させると、高効率熱モードを実行させた時よりも、放熱器(13)の加熱能力が高くなる。そのため、高効率熱モードよりも消費電力が高くなるが、対象流体は短時間で予熱温度T1まで加熱される。 In the said 3rd invention, when high heating mode is performed as preheating operation, the heating capability of a radiator (13) will become higher than the time of performing high efficiency heat mode. Therefore, although the power consumption is higher than that in the high efficiency heat mode, the target fluid is heated to the preheating temperature T1 in a short time.
上記第4の発明は、上記第2または第3の発明において、上記実行部(51)は、予熱運転毎に予熱運転中の対象流体の温度変化を示す指標値を計算して更新する更新部(53b)と、該更新部(53b)で更新された上記指標値と次の予熱運転で予定する上昇温度分ΔTとから、次の予熱運転で予定する運転時間Δtを求める算出部(53c)とを有している。 In the fourth invention, in the second or third invention, the execution unit (51) calculates and updates an index value indicating a temperature change of the target fluid during the preheating operation for each preheating operation. (53b) and a calculation unit (53c) for obtaining an operation time Δt scheduled for the next preheating operation from the index value updated by the updating unit (53b) and the temperature increase ΔT scheduled for the next preheating operation And have.
上記第4の発明では、対象流体の温度変化の傾向(加熱時間と対象流体の温度との関係)が日々刻々と変化するような場合でも、予熱運転時に必ず更新された上記指標値に基づいて、次の予熱運転の運転時間Δtを求めるため、予熱運転の温度誤差が小さくなる。 In the fourth aspect of the invention, even if the tendency of the temperature change of the target fluid (the relationship between the heating time and the temperature of the target fluid) changes every day, it is based on the index value that is always updated during the preheating operation. Since the operation time Δt of the next preheating operation is obtained, the temperature error of the preheating operation becomes small.
上記第5の発明は、上記第1の発明において、上記実行部(51)は、上記予熱運転の運転時間Δtがユーザによって指定され、上記予熱運転の開始から上記運転時間Δtが経過した時刻に上記対象流体が上記予熱温度T1になるように、COPが最大となる高効率動作と該高効率動作よりも上記放熱器(13)の加熱能力が高い高加熱動作とを切り換えて運転する時間指定モードが実行可能である。 In the fifth aspect based on the first aspect, the execution unit (51) is configured such that the operation time Δt of the preheating operation is designated by a user and the operation time Δt has elapsed since the start of the preheating operation. Time specification for switching the high-efficiency operation where the COP is maximum and the high-heat operation where the heating capacity of the radiator (13) is higher than the high-efficiency operation so that the target fluid reaches the preheating temperature T1 The mode is executable.
上記第5の発明では、予熱運転として時間指定モードを実行させると、高効率動作と高加熱動作とが適正な時間配分で切り換わり実行される。そして、ユーザが指定する時間Δtが経過すると、対象流体は予熱温度T1に達する。 In the fifth aspect, when the time designation mode is executed as the preheating operation, the high efficiency operation and the high heating operation are switched and executed with an appropriate time distribution. When the time Δt specified by the user has elapsed, the target fluid reaches the preheating temperature T1.
上記第6の発明は、上記第5の発明において、上記実行部(51)は、予熱運転毎に上記高効率動作中の対象流体の温度変化を示す指標値と上記高加熱動作中の対象流体の温度変化を示す指標値とを計算して更新する更新部(53b)と、該更新部(53b)で更新された上記2つの指標値と、次の予熱運転で予定する上記運転時間Δtと、次の予熱運転で予定する上昇温度分ΔTとから、次の予熱運転で予定する上記高効率動作の動作時間Δtaと上記高加熱動作の動作時間Δtbとを求める算出部(53c)とを有している。 In the sixth aspect of the invention, in the fifth aspect of the invention, the execution unit (51) includes an index value indicating a temperature change of the target fluid during the high efficiency operation and a target fluid during the high heating operation for each preheating operation. An update unit (53b) that calculates and updates an index value indicating a temperature change of the above, the two index values updated by the update unit (53b), and the operation time Δt that is scheduled for the next preheating operation, And a calculation unit (53c) for obtaining the operation time Δta of the high-efficiency operation and the operation time Δtb of the high heating operation scheduled in the next preheating operation from the temperature increase ΔT scheduled in the next preheating operation. doing.
上記第6の発明では、対象流体の温度変化の傾向(加熱時間と対象流体の温度との関係)が日々刻々と変化するような場合でも、予熱運転時に必ず更新された上記2つの指標値に基づいて、次の予熱運転の2つの動作の動作時間Δta、Δtbを求めるため、予熱運転の温度誤差が小さくなる。 In the sixth aspect of the invention, even if the tendency of the temperature change of the target fluid (the relationship between the heating time and the temperature of the target fluid) changes every day, the two index values always updated during the preheating operation are used. Based on this, since the operation times Δta and Δtb of the two operations of the next preheating operation are obtained, the temperature error of the preheating operation becomes small.
上記第7の発明は、上記第3の発明において、上記熱媒体回路(100)には、熱媒体を加熱する補助加熱部(107)が接続され、上記実行部(51)は、上記高加熱モードで上記予熱運転を行う時に、上記補助加熱部(107)を加熱動作させることを特徴とする。 In the seventh aspect of the invention, in the third aspect of the invention, the auxiliary heating unit (107) for heating the heating medium is connected to the heating medium circuit (100), and the execution unit (51) is connected to the high heating unit. The auxiliary heating unit (107) is heated when performing the preheating operation in the mode.
上記第7の発明では、高加熱モードの予熱運転が開始されると、補助加熱部(107)によって熱媒体の加熱が開始されるため、補助加熱部(107)がない場合よりも、対象流体を加熱する能力が高くなる。 In the seventh aspect, since the heating of the heat medium is started by the auxiliary heating unit (107) when the preheating operation in the high heating mode is started, the target fluid is more than in the case where there is no auxiliary heating unit (107). The ability to heat is increased.
上記第8の発明は、上記第3の発明において、対象流体を加熱する補助加熱部(108)を備え、上記実行部(51)は、上記高加熱モードで上記予熱運転を行う時に、上記補助加熱部(108)を加熱動作させることを特徴とする。 The eighth invention includes the auxiliary heating unit (108) for heating the target fluid in the third invention, and the execution unit (51) performs the auxiliary heating when performing the preheating operation in the high heating mode. The heating unit (108) is heated.
上記第8の発明では、高加熱モードの予熱運転が開始されると、補助加熱部(108)によって対象流体の加熱が開始されるため、補助加熱部(108)がない場合よりも、対象流体を加熱する能力が高くなる。 In the eighth invention, since the heating of the target fluid is started by the auxiliary heating unit (108) when the preheating operation in the high heating mode is started, the target fluid is more than in the case where there is no auxiliary heating unit (108). The ability to heat is increased.
本発明によれば、ユーザの指定時刻(通常運転の所定の開始時刻t1)より前に、予熱運転を行って、対象流体を予め加熱するようにした。こうすることで、ユーザの指定時刻が経過した後、対象流体を速やかに目標温度T2にすることができる。その結果、所定温度の対象流体を利用する時期が大幅に遅れる事態を回避することができ、ヒートポンプ(1)の利便性を向上させることができる。 According to the present invention, the target fluid is preheated by performing the preheating operation before the user's designated time (the predetermined start time t1 of the normal operation). By doing so, the target fluid can be quickly brought to the target temperature T2 after the user-specified time has elapsed. As a result, it is possible to avoid a situation in which the timing of using the target fluid at the predetermined temperature is greatly delayed, and the convenience of the heat pump (1) can be improved.
第2の発明によれば、予熱運転として、高効率モードを実行可能にした。こうすることで、予熱運転時の消費電力を極力低く抑えることができる。 According to the second invention, the high efficiency mode can be executed as the preheating operation. By doing so, the power consumption during the preheating operation can be suppressed as low as possible.
第3の発明によれば、予熱運転として、さらに、高加熱モードを実行可能にした。こうすることで、時間に余裕がない時に短時間で確実に予熱を完了させることができる。 According to the third invention, the high heating mode can be further executed as the preheating operation. By so doing, preheating can be completed in a short time reliably when there is not enough time.
第4の発明によれば、高効率モードと高加熱モードの何れかを実行する場合、予熱運転毎に予熱運転中の対象流体の温度変化を示す指標値を計算して更新し、その更新された上記指標値に基づいて、次の予熱運転の運転時間Δtを求めるようにした。こうすることで、対象流体の温度変化の傾向(加熱時間と対象流体の温度との関係)が日々刻々と変化するような場合でも、温度誤差を小さくして精度良く予熱運転することができる。 According to the fourth invention, when either the high efficiency mode or the high heating mode is executed, the index value indicating the temperature change of the target fluid during the preheating operation is calculated and updated every time the preheating operation is performed. Based on the above index value, the operation time Δt of the next preheating operation is obtained. By doing so, even when the tendency of the temperature change of the target fluid (the relationship between the heating time and the temperature of the target fluid) changes every day, the temperature error can be reduced and the preheating operation can be performed with high accuracy.
第5の発明によれば、予熱運転として、時間指定モードを実行可能にした。こうすることで、消費電力を低く抑えつつユーザの指定時間に確実に予熱を完了させることができる。 According to the fifth aspect, the time designation mode can be executed as the preheating operation. By so doing, preheating can be reliably completed at a user-specified time while keeping power consumption low.
第6の発明によれば、時間指定モードを実行する場合に、予熱運転毎に、高効率動作中の対象流体の温度変化を示す指標値と高加熱動作中の対象流体の温度変化を示す指標値を計算して更新し、その更新された2つの指標値に基づいて、次の予熱運転の2つの動作の動作時間Δta、Δtbを求めるようにした。こうすることで、対象流体の温度変化の傾向(加熱時間と対象流体の温度との関係)が日々刻々と変化するような場合でも、温度誤差を小さくして精度良く予熱運転することができる。 According to the sixth invention, when the time designation mode is executed, the index value indicating the temperature change of the target fluid during the high-efficiency operation and the index indicating the temperature change of the target fluid during the high-heating operation for each preheating operation. The values were calculated and updated, and the operation times Δta and Δtb of the two operations of the next preheating operation were obtained based on the two updated index values. By doing so, even when the tendency of the temperature change of the target fluid (the relationship between the heating time and the temperature of the target fluid) changes every day, the temperature error can be reduced and the preheating operation can be performed with high accuracy.
第7の発明によれば、高加熱モードの予熱運転時に、熱媒体を加熱する補助加熱部(107)を加熱動作させるようにした。これにより、対象流体を加熱する能力を高くすることができ、対象流体の予熱を一層短時間で終わらすことができる。 According to the seventh aspect, during the preheating operation in the high heating mode, the auxiliary heating unit (107) that heats the heat medium is heated. Thereby, the capability of heating the target fluid can be increased, and the preheating of the target fluid can be completed in a shorter time.
第8の発明によれば、高加熱モードの予熱運転時に、対象流体を加熱する補助加熱部(108)を加熱動作させるようにした。これにより、対象流体を加熱する能力を高くすることができ、対象流体の予熱を一層短時間で終わらすことができる。 According to the eighth aspect of the invention, during the preheating operation in the high heating mode, the auxiliary heating unit (108) for heating the target fluid is heated. Thereby, the capability of heating the target fluid can be increased, and the preheating of the target fluid can be completed in a shorter time.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
《実施形態1》
本実施形態のヒートポンプ(1)は、産業用として用いられるものであり、対象流体を高温に加熱するものである。図1に示すように、ヒートポンプ(1)は、冷媒回路(10)と熱媒体回路(100)とコントローラ(50)とを備えている。
The heat pump (1) of this embodiment is used for industrial purposes, and heats the target fluid to a high temperature. As shown in FIG. 1, the heat pump (1) includes a refrigerant circuit (10), a heat medium circuit (100), and a controller (50).
冷媒回路(10)は、冷媒が循環して二段圧縮式の冷凍サイクルを行うものである。冷媒回路(10)は、低段側圧縮機(11)および高段側圧縮機(12)と、放熱器(13)と、膨張弁(膨張機構)(14)と、蒸発器(15)とが順に冷媒配管によって接続されている。本実施形態では、冷媒として、R245faが用いられている。 The refrigerant circuit (10) performs a two-stage compression refrigeration cycle by circulating the refrigerant. The refrigerant circuit (10) includes a low-stage compressor (11) and a high-stage compressor (12), a radiator (13), an expansion valve (expansion mechanism) (14), and an evaporator (15). Are sequentially connected by refrigerant piping. In the present embodiment, R245fa is used as the refrigerant.
低段側圧縮機(11)および高段側圧縮機(12)は、図示しないが、全密閉型で構成され、圧縮部とその圧縮部を回転駆動するモータとを収容したケーシング内が吸入圧力の雰囲気になる、いわゆる低圧ドーム型に構成されている。つまり、各圧縮機(11,12)では吸入冷媒がケーシング内に流入し、圧縮部で圧縮された冷媒がケーシング内に流出することなくケーシング外へ直接吐出される。各圧縮機(11,12)は、運転回転数が可変に構成されている。両圧縮機(11,12)は、互いに直列に接続されて冷媒を二段圧縮するものであり、冷媒の圧縮機構を構成している。 Although not shown, the low-stage compressor (11) and the high-stage compressor (12) are configured in a completely sealed manner, and the inside of the casing that houses the compression section and the motor that rotationally drives the compression section is the suction pressure. It has a so-called low-pressure dome shape. That is, in each compressor (11, 12), the suction refrigerant flows into the casing, and the refrigerant compressed by the compression unit is directly discharged out of the casing without flowing into the casing. Each of the compressors (11, 12) is configured to have a variable operating rotational speed. Both compressors (11, 12) are connected in series to compress the refrigerant in two stages, and constitute a refrigerant compression mechanism.
放熱器(13)は、低温流路(13a)と高温流路(13b)とを有している。高温流路(13b)は、流入端が高段側圧縮機(12)の吐出側に接続され、流出端が後述する過冷却熱交換器(21)に接続されている。一方、放熱器(13)の低温流路(13a)は熱媒体回路(100)に接続されている。放熱器(13)では、高温流路(13b)を流れる高圧冷媒と低温流路(13a)を流れる熱媒体回路(100)の熱媒体(例えば、水や油)とが熱交換し、熱媒体が100℃以上(例えば、120℃)に加熱される。 The radiator (13) has a low temperature channel (13a) and a high temperature channel (13b). The high temperature flow path (13b) has an inflow end connected to the discharge side of the high stage compressor (12) and an outflow end connected to a supercooling heat exchanger (21) described later. On the other hand, the low-temperature flow path (13a) of the radiator (13) is connected to the heat medium circuit (100). In the radiator (13), the high-pressure refrigerant flowing through the high-temperature channel (13b) and the heat medium (for example, water or oil) of the heat medium circuit (100) flowing through the low-temperature channel (13a) exchange heat, Is heated to 100 ° C. or higher (for example, 120 ° C.).
膨張弁(14)は、開度が調節可能な電子膨張弁で構成されている。 The expansion valve (14) is an electronic expansion valve whose opening degree can be adjusted.
蒸発器(15)は、低温流路(15a)と高温流路(15b)とを有している。低温流路(15a)は、流入端が膨張弁(14)に接続され、流出端が低段側圧縮機(11)の吸入側に接続されている。一方、蒸発器(15)の高温流路(15b)は冷水回路(110)に接続されている。蒸発器(15)では、低温流路(15a)を流れる低圧冷媒と高温流路(15b)を流れる冷水回路(110)の水とが熱交換し、水が冷却される。 The evaporator (15) has a low temperature channel (15a) and a high temperature channel (15b). The low temperature flow path (15a) has an inflow end connected to the expansion valve (14) and an outflow end connected to the suction side of the low-stage compressor (11). On the other hand, the high temperature flow path (15b) of the evaporator (15) is connected to the cold water circuit (110). In the evaporator (15), the low-pressure refrigerant flowing through the low-temperature channel (15a) and the water in the cold water circuit (110) flowing through the high-temperature channel (15b) exchange heat to cool the water.
また、冷媒回路(10)には、過冷却熱交換器(21)とインジェクション通路(22)が設けられている。過冷却熱交換器(21)は、放熱器(13)と膨張弁(14)との間に接続されており、高温流路(21a)および低温流路(21b)を有している。インジェクション通路(22)は、流入端が放熱器(13)と過冷却熱交換器(21)との間に接続され、流出端が低段側圧縮機(11)と高段側圧縮機(12)との間に接続されている。インジェクション通路(22)には流量調整弁(23)が設けられている。流量調整弁(23)は、通過する冷媒を減圧する作用も有している。 The refrigerant circuit (10) is provided with a supercooling heat exchanger (21) and an injection passage (22). The supercooling heat exchanger (21) is connected between the radiator (13) and the expansion valve (14), and has a high temperature channel (21a) and a low temperature channel (21b). The injection passage (22) has an inflow end connected between the radiator (13) and the supercooling heat exchanger (21), and an outflow end at the low-stage compressor (11) and the high-stage compressor (12 ) Is connected between. A flow rate adjusting valve (23) is provided in the injection passage (22). The flow rate adjustment valve (23) also has an action of depressurizing the refrigerant that passes therethrough.
過冷却熱交換器(21)の高温流路(21a)は、流入端が放熱器(13)と接続され、流出端が膨張弁(14)と接続されている。過冷却熱交換器(21)の低温流路(21b)は、インジェクション通路(22)における流量調整弁(23)の下流側に接続されている。過冷却熱交換器(21)では、高温流路(21a)を流れる放熱器(13)の出口冷媒と低温流路(21b)を流れる前記出口冷媒の分岐冷媒とが熱交換し、高温流路(21a)の出口冷媒が過冷却される一方、低温流路(21b)の分岐冷媒が蒸発する。インジェクション通路(22)は、過冷却熱交換器(21)で蒸発した分岐冷媒を、低段側圧縮機(11)と高段側圧縮機(12)の間の中間圧の冷媒、即ち圧縮機構における圧縮途中の冷媒と合流させるものである。 The high-temperature channel (21a) of the supercooling heat exchanger (21) has an inflow end connected to the radiator (13) and an outflow end connected to the expansion valve (14). The low temperature flow path (21b) of the supercooling heat exchanger (21) is connected to the downstream side of the flow rate adjustment valve (23) in the injection path (22). In the supercooling heat exchanger (21), heat is exchanged between the outlet refrigerant of the radiator (13) flowing through the high-temperature channel (21a) and the branch refrigerant of the outlet refrigerant flowing through the low-temperature channel (21b). While the outlet refrigerant of (21a) is supercooled, the branch refrigerant of the low temperature channel (21b) evaporates. The injection passage (22) converts the branched refrigerant evaporated in the supercooling heat exchanger (21) into an intermediate pressure refrigerant between the low-stage compressor (11) and the high-stage compressor (12), that is, a compression mechanism. The refrigerant is joined with the refrigerant in the middle of compression.
熱媒体回路(100)は、熱媒体が循環し、放熱器(13)で加熱された熱媒体によって対象流体である水を加熱するものである。この熱媒体回路(100)には、ポンプ(101)と加熱熱交換器(102)とが接続されている。 The heat medium circuit (100) circulates the heat medium and heats water as the target fluid by the heat medium heated by the radiator (13). A pump (101) and a heating heat exchanger (102) are connected to the heat medium circuit (100).
ポンプ(101)は、熱媒体を循環させるものである。 The pump (101) circulates the heat medium.
加熱熱交換器(102)は、水(対象流体)を貯留する恒温槽(103)内に設けられている。加熱熱交換器(102)では、熱媒体回路(100)を流れる熱媒体と恒温槽(103)内の水とが熱交換し、その水が一定温度(例えば、80℃)に加熱される。また、恒温槽(103)内には、水の温度を検出する水温度センサ(105)が設けられている。 The heating heat exchanger (102) is provided in a thermostat (103) that stores water (target fluid). In the heating heat exchanger (102), the heat medium flowing through the heat medium circuit (100) and the water in the thermostat (103) exchange heat, and the water is heated to a constant temperature (for example, 80 ° C.). Further, a water temperature sensor (105) for detecting the temperature of water is provided in the constant temperature bath (103).
コントローラ(50)は、ヒートポンプ(1)の運転を制御するものである。このコントローラ(50)は、タイマー起動部(51)を備えている。 The controller (50) controls the operation of the heat pump (1). The controller (50) includes a timer starting unit (51).
タイマー起動部(51)では、ユーザの指定時刻に起動を完了させるタイマー起動運転が制御される。タイマー起動運転は、起動が完了するまでの運転と、起動完了後の運転とに区分される。起動が完了するまでの運転では、恒温槽(103)内の水が予め加熱される。一方、起動完了後の運転では、恒温槽(103)内の水が目標温度T2(例えば、80℃)まで加熱される。つまり、タイマー起動部(51)は、恒温槽(103)内の水を予め加熱する予熱運転と予熱運転後に恒温槽(103)内の水を目標温度T2まで加熱する通常運転とを実行させるものであり、本発明の実行部を構成している。タイマー起動部(51)は、通常運転制御部(52)と予熱運転制御部(53)とを有している。 In the timer starting part (51), the timer starting operation for completing the starting at the time designated by the user is controlled. The timer start operation is classified into an operation until the start is completed and an operation after the start is completed. In the operation until the start-up is completed, the water in the thermostatic chamber (103) is heated in advance. On the other hand, in the operation after the start is completed, the water in the thermostatic bath (103) is heated to the target temperature T2 (for example, 80 ° C.). That is, the timer starter (51) performs a preheating operation for preheating water in the thermostat (103) and a normal operation for heating water in the thermostat (103) to the target temperature T2 after the preheating operation. And constitutes the execution unit of the present invention. The timer starting part (51) has a normal operation control part (52) and a preheating operation control part (53).
通常運転制御部(52)は、通常運転を制御する。通常運転制御部(52)には、通常運転の開始時刻(起動完了時刻)t1と目標温度T2がユーザ設定される。 The normal operation control unit (52) controls normal operation. In the normal operation control unit (52), the normal operation start time (start-up completion time) t1 and the target temperature T2 are set by the user.
予熱運転制御部(53)は、予熱運転を制御する。予熱運転制御部(53)は、設定部(53a)と更新部(53b)と算出部(53c)とを有している。 The preheating operation control unit (53) controls the preheating operation. The preheating operation control unit (53) includes a setting unit (53a), an update unit (53b), and a calculation unit (53c).
設定部(53a)には、予熱の目標温度(予熱温度T1)と予熱運転の運転モードがユーザ設定される。設定部(53a)は、省エネモード(高効率モード)、急速加熱モード(高加熱モード)、及び時間指定モードの3つの運転モードの内、1つを選択するようになっている。 In the setting unit (53a), the target temperature for preheating (preheating temperature T1) and the operation mode for preheating operation are set by the user. The setting unit (53a) selects one of the three operation modes of the energy saving mode (high efficiency mode), the rapid heating mode (high heating mode), and the time designation mode.
更新部(53b)は、予熱運転が行われる毎に、予熱運転中の恒温槽(103)内の水の温度変化を示す指標値(本実施形態では温度係数α)を計算して更新するものである。 The update unit (53b) calculates and updates an index value (temperature coefficient α in this embodiment) indicating the temperature change of the water in the thermostat (103) during the preheating operation every time the preheating operation is performed. It is.
算出部(53c)は、更新部(53b)で更新された指標値(温度係数α)を用いて、省エネモードの運転時間Δt、急速加熱モードの運転時間Δt、時間指定モードの省エネ動作(高効率動作)の動作時間Δta、及び急速加熱動作(高加熱動作)の動作時間Δtbを算出するものである。 The calculation unit (53c) uses the index value (temperature coefficient α) updated by the updating unit (53b) to operate the energy saving mode operation time Δt, the rapid heating mode operation time Δt, and the time designation mode energy saving operation (high The operation time Δta of the efficiency operation) and the operation time Δtb of the rapid heating operation (high heating operation) are calculated.
〈ヒートポンプの運転動作〉
ヒートポンプ(1)の運転を開始すると、両圧縮機(11,12)が駆動され、低段側圧縮機(11)で圧縮された冷媒は高段側圧縮機(12)で更に圧縮されて高圧冷媒となる。高段側圧縮機(12)から吐出された高圧冷媒は、放熱器(13)で熱媒体回路(100)の熱媒体と熱交換して凝縮し、熱媒体が100℃以上(例えば、120℃)に加熱される。放熱器(13)で凝縮した高圧冷媒は、一部がインジェクション通路(22)に流れ、残りが過冷却熱交換器(21)の高温流路(21a)に流れる。インジェクション通路(22)に流れた高圧冷媒は、流量調整弁(23)で減圧された後、過冷却熱交換器(21)の低温流路(21b)に流れて高温流路(21a)の高圧冷媒と熱交換する。これによって、高温流路(21a)の高圧冷媒は過冷却される一方、低温流路(21b)の冷媒は蒸発して中間圧の過熱ガス冷媒となる。高温流路(21a)の高圧冷媒は、過冷却されたことによって冷媒のエンタルピーが減少する。
<Operation of heat pump>
When the operation of the heat pump (1) is started, both compressors (11, 12) are driven, and the refrigerant compressed by the low-stage compressor (11) is further compressed by the high-stage compressor (12) Becomes a refrigerant. The high-pressure refrigerant discharged from the high-stage compressor (12) is condensed by exchanging heat with the heat medium of the heat medium circuit (100) in the radiator (13), and the heat medium is 100 ° C. or higher (for example, 120 ° C. ). A part of the high-pressure refrigerant condensed in the radiator (13) flows into the injection passage (22), and the rest flows into the high-temperature channel (21a) of the supercooling heat exchanger (21). The high-pressure refrigerant that has flowed into the injection passage (22) is depressurized by the flow rate adjustment valve (23), and then flows into the low-temperature flow path (21b) of the supercooling heat exchanger (21) to the high-pressure flow path (21a). Exchange heat with refrigerant. As a result, the high-pressure refrigerant in the high-temperature channel (21a) is supercooled, while the refrigerant in the low-temperature channel (21b) evaporates to become an intermediate-pressure superheated gas refrigerant. The high-pressure refrigerant in the high-temperature flow path (21a) is reduced in enthalpy of the refrigerant by being supercooled.
過冷却熱交換器(21)で過冷却された高圧冷媒は、膨張弁(14)で減圧されて低圧冷媒となる。低圧冷媒は、蒸発器(15)に流れて、冷水回路(110)の熱源水と熱交換して蒸発し、熱源水が冷却されて冷水となる。蒸発器(15)に流れる低圧冷媒は上述したように過冷却された分だけエンタルピーが減少しているので、蒸発器(15)の蒸発能力(冷却能力)が増大する。蒸発器(15)から流出した冷媒は、低段側圧縮機(11)に吸入されて再び圧縮される。低段側圧縮機(11)から吐出された冷媒は、インジェクション通路(22)からの中間圧の過熱ガス冷媒と合流して高段側圧縮機(12)に吸入される。 The high-pressure refrigerant supercooled by the supercooling heat exchanger (21) is decompressed by the expansion valve (14) to become a low-pressure refrigerant. The low-pressure refrigerant flows into the evaporator (15), exchanges heat with the heat source water of the cold water circuit (110) and evaporates, and the heat source water is cooled to become cold water. Since the enthalpy of the low-pressure refrigerant flowing through the evaporator (15) is reduced by the amount of supercooling as described above, the evaporation capacity (cooling capacity) of the evaporator (15) increases. The refrigerant flowing out of the evaporator (15) is sucked into the low stage compressor (11) and compressed again. The refrigerant discharged from the low-stage compressor (11) joins the intermediate-pressure superheated gas refrigerant from the injection passage (22) and is sucked into the high-stage compressor (12).
熱媒体回路(100)では、放熱器(13)で加熱された熱媒体が加熱熱交換器(102)に流れて恒温槽(103)内の水と熱交換し、恒温槽(103)内の水が加熱されて目標温度T2となる。 In the heat medium circuit (100), the heat medium heated by the radiator (13) flows to the heating heat exchanger (102) and exchanges heat with water in the thermostat (103), and in the thermostat (103). Water is heated to the target temperature T2.
しかし、ヒートポンプ(1)では、熱媒体を100℃以上に加熱して、恒温槽(103)内の水を高温に加熱しようとすると、熱負荷が大きいため、恒温槽(103)内の水が目標温度T2に達するまでに多大な時間を要してしまう。そのため、目標温度T2の温水を利用する時期が大幅に遅れる虞があり、利便性が悪いという問題があった。 However, in the heat pump (1), if the heating medium is heated to 100 ° C. or higher and the water in the thermostatic chamber (103) is heated to a high temperature, the heat load is large. It takes a lot of time to reach the target temperature T2. For this reason, there is a possibility that the time to use the hot water of the target temperature T2 may be greatly delayed, and there is a problem that convenience is poor.
そこで、本実施形態のヒートポンプ(1)では、恒温槽(103)内の水を速やかに目標温度T2に達するようにするため、タイマー起動運転が行われる。 Therefore, in the heat pump (1) of the present embodiment, a timer start operation is performed so that the water in the thermostatic bath (103) quickly reaches the target temperature T2.
〈タイマー起動運転の動作〉
コントローラ(50)のタイマー起動部(51)では、図2に示す制御フローで、タイマー起動運転が行われる。
<Timer start operation>
In the timer starting part (51) of the controller (50), the timer starting operation is performed in the control flow shown in FIG.
まず、ステップST1では、タイマー起動運転前(予熱運転開始前)にユーザ設定が行われる。具体的には、予熱運転の運転モードと、予熱運転における恒温槽(103)内の水の目標温度(予熱温度T1)と、通常運転の開始時刻t1(起動完了時刻)と、通常運転における恒温槽(103)内の水の目標温度T2とが設定される。予熱運転の運転モードは、省エネモードと、急速加熱モードと、時間指定モードとの中から1つが選択される。さらに、時間指定モードが選択された場合は、予熱運転の運転時間Δtが設定される。 First, in step ST1, the user setting is performed before the timer start operation (before the preheating operation is started). Specifically, the operation mode of the preheating operation, the target temperature (preheating temperature T1) of the water in the constant temperature bath (103) in the preheating operation, the start time t1 (start-up completion time) of the normal operation, and the constant temperature in the normal operation A target temperature T2 of water in the tank (103) is set. As the operation mode of the preheating operation, one of the energy saving mode, the rapid heating mode, and the time designation mode is selected. Further, when the time designation mode is selected, the operation time Δt of the preheating operation is set.
次に、ステップST2では、ステップST1において省エネモードまたは急速加熱モードが選択された場合に、算出部(53c)において、予熱運転の運転時間Δtが算出される。 Next, in step ST2, when the energy saving mode or the rapid heating mode is selected in step ST1, the calculation unit (53c) calculates the operation time Δt of the preheating operation.
具体的に、予熱運転の運転時間Δtは、タイマー起動運転開始前(予熱運転開始前)の恒温槽(103)内の水の温度T0(測定値)と、ステップST1で設定された予熱温度T1と、温度係数α(恒温槽(103)内の水を1℃上昇させるのに必要な加熱時間)との関係式(1)から求められる。(ここで、T1−T0は、予熱運転で予定する上昇温度分ΔTに相当する。) Specifically, the operation time Δt of the preheating operation includes the temperature T0 (measured value) of the water in the thermostat (103) before the start of the timer start operation (before the start of the preheating operation) and the preheating temperature T1 set in step ST1. And the temperature coefficient α (the heating time required to raise the water in the thermostatic chamber (103) by 1 ° C.) (1). (Here, T1-T0 corresponds to the temperature increase ΔT scheduled in the preheating operation.)
この時、温度係数αは、1回目の予熱運転時には、試運転時に算出部(53c)で求められた温度係数の初期値α0が用いられ、2回目以降の予熱運転には、前回の予熱運転時に算出部(53c)で求められた温度係数の更新値αnewが用いられる。そして、予熱運転の運転時間Δtが求められると、ステップST4へと進む。 At this time, in the first preheating operation, the initial value α0 of the temperature coefficient obtained by the calculation unit (53c) during the trial operation is used, and the second and subsequent preheating operations are performed during the previous preheating operation. The update value αnew of the temperature coefficient obtained by the calculation unit (53c) is used. Then, when the operation time Δt of the preheating operation is obtained, the process proceeds to step ST4.
ステップST3では、ステップST1において時間指定モードが選択された場合に、算出部(53c)において、省エネ動作の動作時間Δtaと急速加熱動作の動作時間Δtbとが算出される。 In Step ST3, when the time designation mode is selected in Step ST1, the calculation unit (53c) calculates the energy saving operation time Δta and the rapid heating operation time Δtb.
具体的に、各動作の動作時間Δta、Δtbは、タイマー起動運転開始前(予熱運転開始前)の恒温槽(103)内の水の温度T0(測定値)と、ステップST1で設定された予熱温度T1と、ステップST1で設定された運転時間Δtと、省エネ動作時の温度係数αaと、急速加熱動作時の温度係数αbとの関係式(2)及び(3)から算出される。(ここで、T1−T0は、予熱運転で予定する上昇温度分ΔTに相当する。) Specifically, the operation times Δta and Δtb of each operation are the temperature T0 (measured value) of the water in the thermostatic chamber (103) before the start of the timer start operation (before the start of the preheat operation) and the preheat set in step ST1. It is calculated from the relational expressions (2) and (3) of the temperature T1, the operating time Δt set in step ST1, the temperature coefficient αa during the energy saving operation, and the temperature coefficient αb during the rapid heating operation. (Here, T1-T0 corresponds to the temperature increase ΔT scheduled in the preheating operation.)
この時、各動作時の温度係数αa、αbは、1回目の予熱運転時には、試運転時に算出部(53c)で求められた温度係数の初期値αa0、αb0が用いられ、2回目以降の予熱運転には、前回の予熱運転時に算出部(53c)で求められた温度係数の更新値αanew、αbnewが用いられる。そして、各動作の動作時間Δta、Δtbが求められると、ステップST4へと進む。 At this time, the initial temperature coefficients αa0 and αb0 obtained by the calculation unit (53c) during the trial operation are used during the first preheating operation, and the temperature coefficients αa and αb during each operation are used for the second and subsequent preheating operations. The temperature coefficient update values αanew and αbnew obtained by the calculation unit (53c) during the previous preheating operation are used. When the operation times Δta and Δtb of each operation are obtained, the process proceeds to step ST4.
ステップST4では、タイマー起動運転(予熱運転)が開始される。予熱運転は、ユーザ設定された通常運転の開始時刻t1(予熱運転の終了時刻)から、予熱運転の運転時間Δt分だけ遡った時刻(予熱運転の開始時刻t0)に開始される。 In step ST4, timer start operation (preheating operation) is started. The preheating operation is started at a time (preheating operation start time t0) that is back by the operation time Δt of the preheating operation from the user-set normal operation start time t1 (preheating operation end time).
省エネモードの場合、予熱運転が開始されると、冷凍サイクルのCOPが最大となるように冷凍サイクルが制御され、図3に示すように、恒温槽(103)内の水の加熱速度が比較的遅く、消費電力が低い状態となる。 In the energy saving mode, when the preheating operation is started, the refrigeration cycle is controlled so that the COP of the refrigeration cycle is maximized. As shown in FIG. 3, the heating rate of the water in the thermostat (103) is relatively high. Slow and low power consumption.
急速加熱モードの場合、予熱運転が開始されると、省エネモードよりも放熱器(13)の加熱能力が高くなるように冷凍サイクルが制御され、図4に示すように、恒温槽(103)内の水の加熱速度が比較的速く、消費電力が高い状態となる。 In the case of the rapid heating mode, when the preheating operation is started, the refrigeration cycle is controlled so that the heating capacity of the radiator (13) is higher than that in the energy saving mode, and as shown in FIG. The water is heated at a relatively high rate and power consumption is high.
時間指定モードの場合、予熱運転が開始されると、図5に示すように、まず、冷凍サイクルのCOPが最大となる省エネ動作がΔta行われ、続いて、省エネ動作よりも放熱器(13)の加熱能力が高い急速加熱動作がΔtb行われる。 In the time designation mode, when the preheating operation is started, as shown in FIG. 5, first, the energy saving operation that maximizes the COP of the refrigeration cycle is performed by Δta, and then the radiator (13) rather than the energy saving operation. A rapid heating operation having a high heating capacity is performed by Δtb.
次に、ステップST5では、予熱運転制御部(53)において、予熱運転の終了判定が行われる。予熱運転の終了判定は、恒温槽(103)内の水の温度を基準に行われる。具体的に、恒温槽(103)内の水の温度が予熱温度T1よりも低い場合は、予熱運転中と判定され、予熱運転が継続される。そして、恒温槽(103)内の水の温度が予熱温度T1に達すると、予熱運転終了と判定される。この時、予熱運転の実運転時間Δt'(予熱運転の開始時刻t0から恒温槽(103)内の水の温度が予熱温度T1になるまでの時間)が算出部(53c)に記憶される。その後、ステップST6へと進む。 Next, in step ST5, the preheating operation control unit (53) determines whether or not to end the preheating operation. The end of the preheating operation is determined based on the temperature of the water in the thermostat (103). Specifically, when the temperature of the water in the thermostat (103) is lower than the preheating temperature T1, it is determined that the preheating operation is being performed, and the preheating operation is continued. Then, when the temperature of the water in the thermostat (103) reaches the preheating temperature T1, it is determined that the preheating operation is finished. At this time, the actual operation time Δt ′ of the preheating operation (the time from the start time t0 of the preheating operation to the temperature of the water in the constant temperature bath (103) reaches the preheating temperature T1) is stored in the calculation unit (53c). Then, it progresses to step ST6.
次に、ステップST6では、起動が完了し、予熱運転から通常運転へ運転が移行される。通常運転では、恒温槽(103)内の水の温度が目標温度T2に達した後、該目標温度T2を維持するように、冷凍サイクルが制御される。 Next, in step ST6, the start-up is completed, and the operation is shifted from the preheating operation to the normal operation. In normal operation, the refrigeration cycle is controlled so as to maintain the target temperature T2 after the temperature of the water in the thermostat (103) reaches the target temperature T2.
次に、ステップST7では、更新部(53b)において、温度係数αが更新される。 Next, in step ST7, the update unit (53b) updates the temperature coefficient α.
省エネモードまたは急速加熱モードの場合、温度係数の更新値αnewは、ステップST5に記憶された予熱運転の実運転時間Δt'と、予熱運転開始前の恒温槽(103)内の水の温度T0(測定値)と、ステップST1で設定された予熱温度T1との関係式(4)から算出されるα’と更新前の温度係数αoldとの平均値として求められる。(関係式(5)参照)この更新値αnewは、次回の予熱運転時のステップST2において、予熱運転の運転時間Δtを算出する際に用いられる。 In the case of the energy saving mode or the rapid heating mode, the updated value αnew of the temperature coefficient is determined by the actual operation time Δt ′ of the preheating operation stored in step ST5 and the temperature T0 of the water in the constant temperature bath (103) before the start of the preheating operation. Measured value) and the average value of α ′ calculated from the relational expression (4) between the preheating temperature T1 set in step ST1 and the temperature coefficient αold before the update. (See relational expression (5)) This updated value αnew is used when calculating the operation time Δt of the preheating operation in step ST2 during the next preheating operation.
時間指定モードの場合、各動作時の温度係数の更新値αanew、αbnewは、省エネ動作の動作時間Δta(算出値)と、ステップST5に記憶された予熱運転の実運転時間Δt'と、予熱運転開始前の恒温槽(103)内の水の温度T0(測定値)と、省エネ動作から急速加熱動作への切り換え時における恒温槽(103)内の水の温度Tab(測定値)と、ステップST1で設定された予熱温度T1との関係式(6)及び(7)から、まずαa'とαb'が算出される。そして、更新値αanew、αbnewは、算出されたαa'、αb'と更新前の温度係数αaold、αboldとの平均値として求められる。(関係式(8)参照)この更新値αanew、αbnewは、次回の予熱運転時のステップST3において、各動作の動作時間Δta、Δtbを算出する際に用いられる。 In the time designation mode, the updated values αanew and αbnew of the temperature coefficient at each operation are the operation time Δta (calculated value) of the energy saving operation, the actual operation time Δt ′ of the preheating operation stored in step ST5, and the preheating operation The temperature T0 (measured value) of the water in the thermostat (103) before the start, the temperature Tab (measured value) of the water in the thermostat (103) when switching from the energy saving operation to the rapid heating operation, and step ST1 First, αa ′ and αb ′ are calculated from the relational expressions (6) and (7) with the preheating temperature T1 set in (1). The updated values αanew and αbnew are obtained as average values of the calculated αa ′ and αb ′ and the temperature coefficients αaold and αbold before the update. (Refer to relational expression (8)) The updated values αanew and αbnew are used when calculating the operation time Δta and Δtb of each operation in step ST3 during the next preheating operation.
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、タイマー起動運転を実行可能にした。具体的には、ユーザの指定時刻(通常運転の所定の開始時刻t1)より前に運転を起動(予熱運転)し、恒温槽(103)内の水を予熱温度T1まで予め加熱するようにした。こうすることで、ユーザの指定時刻が経過した後、恒温槽(103)内の水を速やかに目標温度T2にすることができる。その結果、目標温度T2の温水を利用する時期が大幅に遅れる事態を回避することができ、ヒートポンプ(1)の利便性を向上させることができる。
-Effect of the embodiment-
According to this embodiment, the timer start operation can be executed. Specifically, the operation is started (preheating operation) before the user's designated time (predetermined start time t1 of normal operation), and the water in the thermostat (103) is preheated to the preheating temperature T1. . By doing so, the water in the thermostatic chamber (103) can be quickly brought to the target temperature T2 after the time specified by the user has elapsed. As a result, it is possible to avoid a situation in which the time for using the hot water at the target temperature T2 is greatly delayed, and the convenience of the heat pump (1) can be improved.
また、本実施形態によれば、予熱運転の3つの運転モード(省エネモード、急速加熱モード、時間指定モード)の内、1つを選択して実行するようにした。こうすることで、ユーザは要望に応じて予熱運転の内容を変更することができる。省エネモードを実行すると、消費電力を極力低く抑えることができる。また、急速加熱モードを実行すると、時間に余裕がない時でも短い時間で確実に予熱を完了させることができる。また、時間指定モードを実行すると、消費電力を低く抑えつつユーザの指定時間に確実に予熱を完了させることができる。 Further, according to the present embodiment, one of the three operation modes of the preheating operation (energy saving mode, rapid heating mode, and time designation mode) is selected and executed. By doing so, the user can change the content of the preheating operation according to the request. When the energy saving mode is executed, the power consumption can be minimized. In addition, when the rapid heating mode is executed, preheating can be reliably completed in a short time even when there is not enough time. In addition, when the time designation mode is executed, preheating can be reliably completed at a user designated time while keeping power consumption low.
また、本実施形態によれば、省エネモードと急速加熱モードの何れかを実行する場合、予熱運転が行われる毎に温度係数αを計算して更新し、その更新された温度係数αnewに基づいて、次の予熱運転の運転時間Δtを求めるようにした。これにより、恒温槽(103)内の水の温度変化の傾向(加熱時間と水の温度との関係)が日々刻々と変化するような場合でも、温度誤差を小さくして精度良く予熱運転することができる。 Further, according to the present embodiment, when executing either the energy saving mode or the rapid heating mode, the temperature coefficient α is calculated and updated every time the preheating operation is performed, and based on the updated temperature coefficient αnew. The operation time Δt of the next preheating operation is obtained. As a result, even if the tendency of the temperature change of the water in the thermostatic chamber (103) (the relationship between the heating time and the temperature of the water) changes every day, the temperature error is reduced and the preheating operation is performed with high accuracy. Can do.
また、本実施形態によれば、時間指定モードを実行する場合に、予熱運転が行われる毎に温度係数αa、αbを計算して更新し、その更新された温度係数αanew、αbnewに基づいて、次の予熱運転の動作時間Δta、Δtbを求めるようにした。これにより、恒温槽(103)内の水の温度変化の傾向(加熱時間と水の温度との関係)が日々刻々と変化するような場合でも、温度誤差を小さくして精度良く予熱運転することができる。 Further, according to the present embodiment, when the time designation mode is executed, the temperature coefficients αa and αb are calculated and updated every time the preheating operation is performed, and based on the updated temperature coefficients αanew and αbnew, The operation times Δta and Δtb of the next preheating operation are obtained. As a result, even if the tendency of the temperature change of the water in the thermostatic chamber (103) (the relationship between the heating time and the temperature of the water) changes every day, the temperature error is reduced and the preheating operation is performed with high accuracy. Can do.
〈実施形態1の変形例〉
上記実施形態1では、冷媒回路(10)に、過冷却熱交換器(21)、流量調整弁(23)、及びインジェクション通路(22)が設けられている。しかし、冷媒回路(10)の構成はこれに限らず、例えば、図6に示すように、冷媒回路(10)に、圧縮機(16)、放熱器(13)、膨張弁(14)、及び蒸発器(15)が順に接続されただけの構成であっても構わない。
<Modification of
In the first embodiment, the refrigerant circuit (10) is provided with the supercooling heat exchanger (21), the flow rate adjusting valve (23), and the injection passage (22). However, the configuration of the refrigerant circuit (10) is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 6, the refrigerant circuit (10) includes a compressor (16), a radiator (13), an expansion valve (14), and The configuration may be such that the evaporators (15) are simply connected in order.
《実施形態2》
実施形態2のヒートポンプ(1)は、上記実施形態1の変形例のヒートポンプ(1)に、熱媒体を加熱する手段を追加したものである。つまり、上記実施形態1の変形例の熱媒体回路(100)には、熱媒体を加熱するために放熱器(13)だけが設けられているが、実施形態2の熱媒体回路(100)には、図7に示すように、放熱器(13)以外に加熱ヒータ(107)(補助加熱部)が設けられている。
<<
The heat pump (1) of the second embodiment is obtained by adding a means for heating a heat medium to the heat pump (1) of the modification of the first embodiment. That is, in the heat medium circuit (100) of the modified example of the first embodiment, only the radiator (13) is provided to heat the heat medium, but the heat medium circuit (100) of the second embodiment is provided. As shown in FIG. 7, a heater (107) (auxiliary heating unit) is provided in addition to the radiator (13).
加熱ヒータ(107)は、タイマー起動部(51)の予熱運転制御部(53)でオン/オフ制御され、急速加熱モードの予熱運転時にオン状態となって加熱動作を行うように構成されている。 The heater (107) is controlled to be turned on / off by the preheating operation control unit (53) of the timer starting unit (51), and is configured to be turned on during the preheating operation in the rapid heating mode to perform the heating operation. .
実施形態2では、急速加熱モードの予熱運転が開始されると、加熱ヒータ(107)による熱媒体の加熱が開始される。そのため、恒温槽(103)内の水を加熱する能力を高くすることができ、その水の予熱を一層短時間で終わらすことができる。 In the second embodiment, when the preheating operation in the rapid heating mode is started, heating of the heat medium by the heater (107) is started. Therefore, the ability to heat the water in the thermostat (103) can be increased, and the preheating of the water can be completed in a shorter time.
尚、加熱ヒータ(107)は、熱媒体を加熱するものであれば良く、電気ヒータ、IHヒータ、蒸気熱源、ガス炊き等、その熱源は如何なるものでも構わない。 The heater (107) may be any one that heats the heat medium, and any heat source may be used, such as an electric heater, an IH heater, a steam heat source, or a gas cooker.
《実施形態3》
実施形態3のヒートポンプ(1)は、上記実施形態1のヒートポンプ(1)に恒温槽(103)内の水を加熱する手段を追加したものである。つまり、上記実施形態1の恒温槽(103)には、水を加熱するために加熱熱交換器(102)だけが設けられているが、実施形態3の恒温槽(103)には、図8に示すように、加熱熱交換器(102)以外に加熱ヒータ(108)(補助加熱部)が設けられている。
<< Embodiment 3 >>
The heat pump (1) of the third embodiment is obtained by adding means for heating water in the thermostatic chamber (103) to the heat pump (1) of the first embodiment. That is, only the heating heat exchanger (102) is provided in the thermostat (103) of the first embodiment to heat water, but the thermostat (103) of the third embodiment has FIG. As shown in FIG. 4, a heater (108) (auxiliary heating unit) is provided in addition to the heat exchanger (102).
加熱ヒータ(108)は、例えばシーズヒータで構成されている。この加熱ヒータ(108)は、タイマー起動部(51)の予熱運転制御部(53)でオン/オフ制御され、急速加熱モードの予熱運転時にオン状態となって加熱動作を行うように構成されている。 The heater (108) is composed of, for example, a sheathed heater. The heater (108) is controlled to be turned on / off by the preheating operation control unit (53) of the timer starting unit (51) and is turned on during the preheating operation in the rapid heating mode to perform the heating operation. Yes.
実施形態3では、急速加熱モードの予熱運転が開始されると、加熱ヒータ(108)による恒温槽(103)内の水の加熱が開始される。そのため、恒温槽(103)内の水を加熱する能力を高くすることができ、その水の予熱を一層短時間で終わらすことができる。 In the third embodiment, when the preheating operation in the rapid heating mode is started, heating of the water in the thermostatic chamber (103) by the heater (108) is started. Therefore, the ability to heat the water in the thermostat (103) can be increased, and the preheating of the water can be completed in a shorter time.
尚、加熱ヒータ(108)は、恒温槽(103)内の水を加熱するものであれば良く、電気ヒータ、IHヒータ、蒸気熱源、ガス炊き等、その熱源は如何なるものでも構わない。 The heater (108) may be any one that heats the water in the thermostatic chamber (103), and any heat source may be used such as an electric heater, an IH heater, a steam heat source, and a gas cooker.
《その他の実施形態》
上記実施形態では、予熱運転中の恒温槽(103)内の水の温度変化を示す指標値として、温度係数αが用いられている。しかし、この指標値は温度係数αに限らず、例えば、温度勾配(単位時間あたりの水の温度の上昇量)でも構わない。
<< Other Embodiments >>
In the above embodiment, the temperature coefficient α is used as an index value indicating the temperature change of the water in the constant temperature bath (103) during the preheating operation. However, the index value is not limited to the temperature coefficient α, and may be, for example, a temperature gradient (a rise in water temperature per unit time).
また、上記実施形態において、対象流体は水に限らず、空気、油等の他の流体を用いてもよい。 In the above embodiment, the target fluid is not limited to water, and other fluids such as air and oil may be used.
また、上記実施形態において、冷媒はR245faに限らず、臨界温度が100℃を超える他の冷媒を用いてもよい。 In the above embodiment, the refrigerant is not limited to R245fa, and other refrigerants having a critical temperature exceeding 100 ° C. may be used.
また、上記実施形態において、各圧縮機(11,12,16)はいわゆる高圧ドーム型のものを用いても良い。 Moreover, in the said embodiment, you may use what is called a high-pressure dome type for each compressor (11,12,16).
本発明は、対象流体を高温に加熱するヒートポンプについて有用である。 The present invention is useful for a heat pump that heats a target fluid to a high temperature.
1 ヒートポンプ
10 冷媒回路
11 低段側圧縮機(圧縮機構)
12 高段側圧縮機(圧縮機構)
13 放熱器
14 膨張弁(膨張機構)
15 蒸発器
16 圧縮機(圧縮機構)
51 タイマー起動部(実行部)
53b 更新部
53c 算出部
100 熱媒体回路
102 加熱熱交換器
107 加熱ヒータ(補助加熱部)
108 加熱ヒータ(補助加熱部)
1
12 High stage compressor (compression mechanism)
13
15
51 Timer start part (execution part)
108 Heater (auxiliary heating part)
Claims (8)
上記放熱器(13)に接続されて熱媒体が循環し、上記放熱器(13)で100℃以上に加熱された熱媒体によって対象流体を加熱する加熱熱交換器(102)が設けられた熱媒体回路(100)とを備えたヒートポンプであって、
上記加熱熱交換器(102)で対象流体を目標温度T2に加熱する通常運転と、該通常運転の所定の開始時刻t1に上記対象流体が予熱温度T1になるように、上記加熱熱交換器(102)で対象流体を予め加熱する予熱運転とを実行させる実行部(51)を備えている
ことを特徴とするヒートポンプ。 A refrigerant circuit (10) that performs a refrigeration cycle by sequentially connecting a compression mechanism (11, 12, 16), a radiator (13), an expansion mechanism (14), and an evaporator (15);
Heat provided with a heating heat exchanger (102) connected to the radiator (13) to circulate the heat medium and heat the target fluid with the heat medium heated to 100 ° C. or higher by the radiator (13) A heat pump comprising a medium circuit (100),
A normal operation in which the target fluid is heated to the target temperature T2 by the heating heat exchanger (102), and the heating heat exchanger (102) so that the target fluid reaches the preheating temperature T1 at a predetermined start time t1 of the normal operation. 102) A heat pump comprising an execution unit (51) for executing a preheating operation for preheating the target fluid in step 102).
上記実行部(51)は、冷凍サイクルのCOPが最大となるように上記予熱運転を行う高効率モードが実行可能である
ことを特徴とするヒートポンプ。 In claim 1,
The said execution part (51) can perform the high efficiency mode which performs the said preheating operation so that COP of a refrigerating cycle may become the maximum, The heat pump characterized by the above-mentioned.
上記実行部(51)は、上記高効率モードよりも上記放熱器(13)の加熱能力が高くなるように上記予熱運転を行う高加熱モードと上記高効率モードの何れか一方を実行させる
ことを特徴とするヒートポンプ。 In claim 2,
The execution unit (51) is configured to execute either the high heating mode in which the preheating operation is performed or the high efficiency mode so that the heating capacity of the radiator (13) is higher than that in the high efficiency mode. Features heat pump.
上記実行部(51)は、予熱運転毎に予熱運転中の対象流体の温度変化を示す指標値を計算して更新する更新部(53b)と、該更新部(53b)で更新された上記指標値と次の予熱運転で予定する上昇温度分ΔTとから、次の予熱運転で予定する運転時間Δtを求める算出部(53c)とを有している
ことを特徴とするヒートポンプ。 In claim 2 or 3,
The execution unit (51) calculates and updates an index value indicating a temperature change of the target fluid during the preheating operation for each preheating operation, and the index updated by the updating unit (53b) A heat pump characterized by having a calculation unit (53c) for obtaining an operation time Δt scheduled for the next preheating operation from the value and the temperature rise ΔT scheduled for the next preheating operation.
上記実行部(51)は、上記予熱運転の運転時間Δtがユーザによって指定され、上記予熱運転の開始から上記運転時間Δtが経過した時刻に上記対象流体が上記予熱温度T1になるように、COPが最大となる高効率動作と該高効率動作よりも上記放熱器(13)の加熱能力が高い高加熱動作とを切り換えて運転する時間指定モードが実行可能である
ことを特徴とするヒートポンプ。 In claim 1,
The execution unit (51) performs COP so that the operation time Δt of the preheating operation is designated by the user and the target fluid reaches the preheating temperature T1 at the time when the operation time Δt has elapsed from the start of the preheating operation. A heat pump characterized by being capable of executing a time designation mode for switching between a high-efficiency operation in which the heat is maximized and a high-heating operation in which the heating capacity of the radiator (13) is higher than that of the high-efficiency operation.
上記実行部(51)は、予熱運転毎に上記高効率動作中の対象流体の温度変化を示す指標値と上記高加熱動作中の対象流体の温度変化を示す指標値とを計算して更新する更新部(53b)と、該更新部(53b)で更新された上記2つの指標値と、次の予熱運転で予定する上記運転時間Δtと、次の予熱運転で予定する上昇温度分ΔTとから、次の予熱運転で予定する上記高効率動作の動作時間Δtaと上記高加熱動作の動作時間Δtbとを求める算出部(53c)とを有している
ことを特徴とするヒートポンプ。 In claim 5,
The execution unit (51) calculates and updates an index value indicating a temperature change of the target fluid during the high efficiency operation and an index value indicating a temperature change of the target fluid during the high heating operation for each preheating operation. From the update unit (53b), the two index values updated by the update unit (53b), the operation time Δt scheduled for the next preheating operation, and the temperature increase ΔT scheduled for the next preheating operation A heat pump comprising: a calculation unit (53c) for obtaining an operation time Δta of the high-efficiency operation scheduled in the next preheating operation and an operation time Δtb of the high-heating operation.
上記熱媒体回路(100)には、熱媒体を加熱する補助加熱部(107)が接続され、
上記実行部(51)は、上記高加熱モードで上記予熱運転を行う時に、上記補助加熱部(107)を加熱動作させる
ことを特徴とするヒートポンプ。 In claim 3,
An auxiliary heating unit (107) for heating the heat medium is connected to the heat medium circuit (100),
The execution unit (51) heats the auxiliary heating unit (107) when performing the preheating operation in the high heating mode.
対象流体を加熱する補助加熱部(108)を備え、
上記実行部(51)は、上記高加熱モードで上記予熱運転を行う時に、上記補助加熱部(108)を加熱動作させる
ことを特徴とするヒートポンプ。 In claim 3,
An auxiliary heating unit (108) for heating the target fluid;
The execution unit (51) heats the auxiliary heating unit (108) when performing the preheating operation in the high heating mode.
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