Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wassererhitzer mit Wärmepumpe, welcher Wasser unter Verwendung eines Wärmepumpenkreises als Wärmequelle erhitzt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Wassererhitzer mit Wärmepumpe, der eine Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft in einem Luftwärmetauscher eines Wärmepumpenkreises verhindert. Die Druckschrift DE-A-199 55 339 zeigt eine solche Wärmepumpe.

Wenn Freon (z.B. R22) in einem Wassererhitzer mit Wärmepumpe als Kältemittel verwendet wird, wird die Temperatur des erhitzten Wassers nur auf etwa 65°C erhöht. Weil es in diesem Fall unmöglich ist, die Wassertemperatur nur mittels des Wassererhitzers mit Wärmepumpe auf eine hohe Ziel-Zufuhrtemperatur (z.B. 90°C) zu erhöhen, wird das durch den Wassererhitzer mit Wärmepumpe erhitzte Wasser weiter mittels eines elektrischen Heizers erhitzt, bis man heißes Wasser mit der hohen Ziel-Zufuhrtemperatur erhält.

Um dieses Problem zu überwinden, kann, wenn Kohlendioxid als Kältemittel in einem überkritischen Wassererhitzer mit Wärmepumpe benutzt wird, weil ein Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite im Vergleich zu einem Freon als Kältemittel verwendenden üblichen Wassererhitzer mit Wärmepumpe höher wird, die zuzuführende Wassertemperatur ohne Verwendung eines elektrischen Heizers auf 90°C erhöht werden. In dem überkritischen Wassererhitzer mit Wärmepumpe wird jedoch der Kältemitteldruck eines Wärmepumpenkreises auf der Hochdruckseite durch ein Expansionsventil so geregelt, dass ein Temperaturunterschied zwischen einer Temperatur des aus einem Wasserwärmetauscher ausströmenden Kältemittels und einer Temperatur Tw des in den Wasserwärmetauscher einströmenden Wassers etwa konstant (z.B. 10°C) wird. Deshalb wird, wie durch das p-h-Diagramm in 7 gezeigt, wenn die Temperatur Tw des in den Wasserwärmetauscher einströmenden Wassers erhöht wird, der Öffnungsgrad des Expansionsventils zum Erhöhen der aus dem Wasserwärmetauscher ausgegebenen Kältemitteltemperatur allmählich vergrößert. Wenn der Öffnungsgrad des Expansionsventils größer wird, wird der Kältemitteldruck Ph des Wärmepumpenkreises auf der Hochdruckseite verringert, eine Wasserheizleistung Q des Wärmepumpenkreises wird verringert und es ist schwierig, die Zufuhrtemperatur des Wassers auf die hohe Ziel-Zufuhrtemperatur zu erhöhen. Ferner wird, wenn die in den Wasserwärmetauscher strömende Wassertemperatur Tw gleich oder höher als 60°C wird, die aus dem Wasserwärmetauscher ausgegebene Kältemitteltemperatur höher, die Wärme des Kältemittels kann an die Außenluft in einem Luftwärmetauscher abgestrahlt werden und der Kreiswirkungsgrad des Wärmepumpenkreises wird niedriger.

In Anbetracht der obigen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wassererhitzer mit Wärmepumpe zum Erhitzen von Wasser mittels eines Wärmepumpenkreises als Heizquelle vorzusehen, bei welchem eine Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft in einem Luftwärmetauscher so beschränkt wird, dass ein Kreiswirkungsgrad verbessert werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung steuert in einem Wassererhitzer mit Wärmepumpe zum Erhitzen von Wasser mittels eines Wärmepumpenkreises als Heizquelle eine Steuereinheit den Betrieb des Wärmepumpenkreises, um einen eines allgemeinen Kreisbetriebs, in dem das Kältemittel von einem Wasserwärmetauscher zu einem Luftwärmetauscher zugeführt wird, nachdem es in einem Expansionsventil dekomprimiert ist, und einem Umleitungsbetrieb, in welchem das Kältemittel von dem Wasserwärmetauscher durch den Umleitungskanal an dem Expansionsventil und dem Luftwärmetauscher vorbei strömt, um in einen Kompressor gesaugt zu werden, einzustellen. Die Steuereinheit besitzt einen Wassertemperatursensor zum Erfassen einer in den Wasserwärmetauscher strömenden Wassertemperatur und ein Wärmeabstrahlungs-Bestimmungselement, welches basierend auf der Wassertemperatur bestimmt, ob eine Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft verursacht wird. Zusätzlich führt die Steuereinheit den Umleitungsbetrieb durch, wenn die Wärmeabstrahlung durch das Wärmeabstrahlungs-Bestimmungselement bestimmt ist. Demgemäß kann in dem Luftwärmetauscher des Wassererhitzers mit Wärmepumpe eine Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft effektiv eingeschränkt werden, und ein Kreiswirkungsgrad des Wärmepumpenkreises kann verbessert werden.

Vorzugsweise besitzt das Wärmeabstrahlungs-Bestimmungselement eine erste Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung, um basierend auf der Wassertemperatur zu bestimmen, ob es eine Möglichkeit der Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft in dem Luftwärmetauscher gibt oder nicht, und eine zweite Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Wärmeabstrahlung basierend auf einem Vergleich zwischen einer in den Luftwärmetauscher einströmenden Kältemitteltemperatur und einer Temperatur der in den Luftwärmetauscher strömenden Außenluft, wenn die erste Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung die Möglichkeit der Wärmeabstrahlung bestimmt. Ferner führt die Steuereinheit den Umleitungsbetrieb durch, wenn die zweite Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass die Wärmeabstrahlung bewirkt wird. Demgemäß kann die Wärmeabstrahlung exakt bestimmt werden und die Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Luft kann in dem Luftwärmetauscher weiter beschränkt werden.

Alternativ besitzt das Wärmeabstrahlungs-Bestimmungselement eine erste Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen basierend auf der Wassertemperatur, ob es eine Möglichkeit der Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft in dem Luftwärmetauscher gibt oder nicht, und eine zweite Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Wärmeabstrahlung basierend auf einem Vergleich zwischen einer in den Luftwärmetauscher einströmenden Kältemitteltemperatur und einer aus dem Luftwärmetauscher ausströmenden Kältemitteltemperatur, wenn die erste Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung die Möglichkeit der Wärmeabstrahlung bestimmt. Ferner führt die Steuereinheit den Umleitungsbetrieb durch, wenn die zweite Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass die Wärmeabstrahlung bewirkt wird. Demgemäß kann die Wärmeabstrahlung exakt bestimmt werden und die Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Luft kann in dem Luftwärmetauscher weiter beschränkt werden.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Wassererhitzers mit Wärmepumpe gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

2 eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebs eines Expansionsventils in einem gewöhnlichen Kreisbetrieb gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

3 ein Flussdiagramm eines Steuerprozesses einer elektronischen Steuereinheit (ECU) zum Bestimmen einer Wärmeabstrahlung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

4 ein Flussdiagramm eines weiteren Steuerprozesses der ECU zum Bestimmen der Wärmeabstrahlung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

5 ein p-h-Diagramm (Mollier-Diagramm) zum Erläutern eines Effekts reduzierten Wärmeverlusts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

6 eine schematische Darstellung eines Wassererhitzers mit Wärmepumpe gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

7 ein p-h-Diagramm zur Erläuterung eines Wärmeverlusts eines Kältemittels in einem Wassererhitzer mit Wärmepumpe.

Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1–5 beschrieben. Wie in 1 dargestellt, ist ein Wassererhitzer mit Wärmepumpe 1 ein Heißwasserversorgungssystem, in welchem erhitztes heißes Wasser in einem Behälter 2 gespeichert und einem Benutzer nach Temperatureinstellung zugeführt wird. Der Wassererhitzer mit Wärmepumpe 1 enthält den Behälter 2, ein Wasserrohr 3, durch welches der Behälter 2 mit einem Wasserwärmetauscher 7 verbunden ist, eine Wasserpumpe 4, welche das Wasser in einem Wasserkreis zwangsweise zirkuliert, einen überkritischen Wärmepumpenkreis und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 5 zum Steuern des Betriebs des Wassererhitzers mit Wärmepumpe 1.

Der Behälter 2 ist aus Metall mit einer Korrosionsbeständigkeit wie beispielsweise rostfreiem Stahl gemacht und weist eine Wärme isolierende Konstruktion auf, sodass heißes Wasser hoher Temperatur für eine lange Zeit gespeichert werden kann. Das in dem Behälter 2 gespeicherte heiße Wasser kann einer Küche, einem Bad oder dergleichen nach Temperatureinstellung zugeführt werden und kann als Heizquelle für eine Fußbodenheizung oder eine Raumheizung oder dergleichen verwendet werden.

Das Wasserrohr 3 ist aus einem ersten Rohr 3a und einem zweiten Rohr 3b aufgebaut. Eine Stirnseite des ersten Rohres 3a ist mit einem an einer Unterseite in dem Behälter 2 vorgesehenen Wasserauslass 2a verbunden, und die andere Stirnseite des ersten Rohres 3a ist mit einer Einlassseite eines Wasserkanals des Wasserwärmetauschers 7 verbunden. Andererseits ist eine Stirnseite des zweiten Rohres 3b mit einem an einer Oberseite in dem Behälter 2 vorgesehenen Heißwassereinlass 2b verbunden und die andere Stirnseite des zweiten Rohres 3b ist mit einem Auslass des Wasserkanals des Wasserwärmetauschers 7 verbunden. Demgemäß strömt durch den Betrieb der Wasserpumpe 4 Wasser von dem Wasserauslass 2a des Behälters 2 durch das erste Rohr 3a, den Wasserkanal des Wasserwärmetauschers 7 und das zweite Rohr 3b und kehrt von dem Heißwassereinlass 2b in den Behälter 2 zurück. Eine in dem Wasserkreis zirkulierende Wassermenge (Strömungsrate) kann entsprechend einer Drehzahl eines in der Wasserpumpe 3 angeordneten Motors eingestellt werden.

Der überkritische Wärmepumpenkreis verwendet zum Beispiel Kohlendioxid mit einem niedrigen kritischen Druck als Kältemittel, sodass ein Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite gleich oder größer als der kritische Druck des Kohlendioxids wird. Wie in 1 dargestellt, enthält der Wärmepumpenkreis einen Kompressor 6, den Wasserwärmetauscher 7, ein Expansionsventil 8, einen Luftwärmetauscher 9, einen Speicher 10, Kältemittelrohre auf der Hochdruckseite und der Niederdruckseite 11, 12, welche diese Komponenten des Wärmepumpenkreises verbinden, ein Umleitungsrohr 13 und ein in dem Umleitungsrohr 13 angeordnetes Umleitungsventil 14. Durch das Kältemittelrohr auf der Hochdruckseite 11 strömt ein Kältemittel auf der Hochdruckseite von dem Kompressor 6 vor seiner Dekomprimierung in dem Expansionsventil 8. Durch das Kältemittelrohr auf der Niederdruckseite 12 strömt das Kältemittel auf der Niederdruckseite nach der Dekomprimierung in dem Expansionsventil 8. Der Kompressor 6 wird durch einen darin vorgesehenen Elektromotor angetrieben. Der Kompressor 6 komprimiert das angesaugte gasförmige Kältemittel durch die Drehung des Elektromotors, sodass das aus dem Kompressor 6 ausgegebene Kältemittel einen Druck gleich oder größer als dem kritischen Druck des Kältemittels besitzt. Die aus dem Kompressor 6 ausgegebene Kältemittelmenge verändert sich entsprechend einer Motordrehzahl. Der Wasserwärmetauscher 7 ist so angeordnet, dass er einen Wärmeaustausch zwischen dem aus dem Kompressor 6 ausgegebenen gasförmigen Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittel und dem von der Wasserpumpe 4 gepumpten Wasser durchführt. In dem Wasserwärmetauscher 7 ist eine Strömungsrichtung des durch den Kältemittelkanal strömenden Kältemittels entgegengesetzt zu einer Strömungsrichtung des durch den Wasserkanal strömenden Wassers.

Das Expansionsventil 8 ist so konstruiert, dass ein Ventilöffnungsgrad durch die Steuereinheit (ECU) 5 elektrisch eingestellt werden kann. Das Expansionsventil 8 ist zwischen einer stromabwärtigen Seite des Wasserwärmetauschers 7 und einer stromaufwärtigen Seite des Luftwärmetauschers 9 in einer Kältemittelströmungsrichtung angeordnet und dekomprimiert das in dem Wasserwärmetauscher 7 gekühlte Kältemittel entsprechend einem Ventilöffnungsgrad. Ein Außenlüfter 15 zum Blasen von Luft (d.h. Außenluft) zu dem Luftwärmetauscher 9 ist so angeordnet, dass das in dem Expansionsventil 8 dekomprimierte Kältemittel in dem Luftwärmetauscher 9 mit der Außenluft in Wärmeaustausch steht. Deshalb wird das Kältemittel in dem Luftwärmetauscher 9 durch Aufnehmen von Wärme aus der Luft verdampft.

Das Kältemittel aus dem Luftwärmetauscher 9 strömt in den Speicher 10 und wird in dem Speicher 10 in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel getrennt. Nur das getrennte gasförmige Kältemittel in dem Speicher 10 wird in den Kompressor 6 gesaugt, und überschüssiges Kältemittel in dem Wärmepumpenkreis wird in dem Speicher 10 gespeichert.

Ein Ende des Umleitungsrohres 13 ist mit dem Kältemittelrohr auf der Hochdruckseite 11 zwischen dem Wasserwärmetauscher 7 und dem Expansionsventil 8 verbunden, und das andere Ende des Umleitungsrohres 13 ist mit dem Kältemittelrohr auf der Niederdruckseite 12 zwischen dem Speicher 10 und dem Kompressor 6 verbunden. Im ersten Ausführungsbeispiel ist das Umleitungsventil 14 ein elektromagnetisches Ventil, welches durch die Steuereinheit 5 elektrisch gesteuert wird. Das Umleitungsventil 14 ist in dem Umleitungsrohr 13 angeordnet, sodass eine Strömungsmenge des durch das Umleitungsrohr 13 strömenden Kältemittels entsprechend einem Ventilöffnungsgrad des Umleitungsventils 14 geändert werden kann.

Zusätzlich enthält der Wassererhitzer mit Wärmepumpe 1 mehrere Sensoren, wie beispielsweise einen Wassertemperatursensor 16 zum Erfassen der Temperatur Tw des in den Wasserwärmetauscher 7 einströmenden Wassers, einen ersten Kältemitteltemperatursensor 17 zum Erfassen der Temperatur Tr des aus dem Wasserwärmetauscher 7 ausgegebenen Kältemittels, einen zweiten Kältemitteltemperatursensor 18 zum Erfassen der Temperatur Tr' des in den Luftwärmetauscher 9 einströmenden Kältemittels, einen dritten Kältemitteltemperatursensor 19 zum Erfassen der Temperatur des aus dem Luftwärmetauscher 9 ausströmenden Kältemittels, einen Drucksensor 20 zum Erfassen eines Kältemitteldrucks auf der Hochdruckseite in dem Wärmepumpenkreis sowie einen Außenlufttemperatursensor 21 zum Erfassen der Temperatur Tam der Außenluft. Messsignale von den Sensoren 16–21 werden in die Steuereinheit 5 eingegeben und die Steuereinheit 5 steuert den Betrieb der Vorrichtungen des Wärmepumpenkreises wie beispielsweise des Expansionsventils 8 und des Umleitungsventils 14.

Im ersten Ausführungsbeispiel weist die Steuereinheit 5 eine Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung (Schritt S20 in 3) zum Bestimmen, ob eine Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft in dem Luftwärmetauscher 9 erzeugt wird oder nicht, auf und führt entsprechend einem Bestimmungsergebnis der Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung wahlweise einen gewöhnlichen Kreisbetrieb oder einen Umleitungsbetrieb durch.

Im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bestimmt die Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung, wenn die in den Wasserwärmetauscher 7 einströmende Wassertemperatur Tw gleich oder höher als 60°C ist, dass eine Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft in dem Luftwärmetauscher 9 erzeugt wird. Im ersten Ausführungsbeispiel ist der Bestimmungswert der Wassertemperatur Tw basierend auf dem folgenden Grund auf 60°C eingestellt.

In dem Wassererhitzer mit Wärmepumpe 1 steuert die ECU 15 den Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite in dem Wärmepumpenkreis basierend auf einem Temperaturunterschied &Dgr;T zwischen der in den Wasserwärmetauscher 7 einströmenden Wassertemperatur Tw und der aus dem Wasserwärmetauscher 7 ausströmenden Kältemitteltemperatur Tr so, dass der Temperaturunterschied &Dgr;T etwa konstant (z.B. 10°C) wird. Wenn die in den Wärmewassertauscher 7 einströmende Wassertemperatur Tw ansteigt, wird der Öffnungsgrad des Expansionsventils 8 zum Erhöhen der aus dem Wasserwärmetauscher 7 ausströmenden Kältemitteltemperatur Tr größer. Wenn jedoch die Wassertemperatur Tw gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur (z.B. 60°C) wird, wird das Expansionsventil 8 im Wesentlichen vollständig geöffnet und die Kältemitteltemperatur nach der Dekomprimierung wird auf 60°C oder mehr gehalten. Wenn in diesem Fall das Hochtemperatur-Kältemittel mit einer Temperatur höher als die Außenlufttemperatur direkt in den Luftwärmetauscher 9 einströmt, wird eine Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft in dem Luftwärmetauscher 9 bewirkt.

Weil die Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft im Wesentlichen in dem Luftwärmetauscher 9 bewirkt wird, wenn die in den Wasserwärmetauscher 7 einströmende Wassertemperatur Tw gleich oder höher als 60°C wird, ist der Bestimmungswert der Wassertemperatur Tw auf 60°C eingestellt. Der Bestimmungswert der Wassertemperatur Tw kann jedoch auch geändert werden.

Als nächstes wird die Funktionsweise des Wassererhitzers mit Wärmepumpe 1 beschrieben. In einem gewöhnlichen Kreisbetrieb des Wassererhitzers mit der Wärmepumpe 1 ist das Umleitungsventil 14 geschlossen. In diesem Fall steht das in dem Kompressor 6 komprimierte Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittel mit dem durch den Wasserwärmetauscher 7 strömenden Wasser in Wärmeaustausch und wird dem Expansionsventil 8 zugeführt, um entsprechend dem Öffnungsgrad des Expansionsventils 8 dekomprimiert zu werden, während es an dem Umleitungsrohr 13 vorbei strömt. Das in dem Expansionsventil 8 dekomprimierte Niedertemperatur / Niederdruck-Kältemittel wird in dem Luftwärmetauscher 9 durch Aufnehmen von Wärme von der durch den Außenlüfter 15 geblasenen Außenluft verdampft. Das Kältemittel aus dem Luftwärmetauscher 9 strömt in den Speicher 10 und getrenntes gasförmiges Kältemittel wird aus dem Speicher 10 in den Kompressor 6 gesaugt. In dem gewöhnlichen Kreisbetrieb wird, wie in 2 dargestellt, wenn der Temperaturunterschied &Dgr;T kleiner als 10°C ist, der Öffnungsgrad des Expansionsventils 8 vergrößert. Wenn dagegen der Temperaturunterschied &Dgr;T größer als 10°C ist, wird der Öffnungsgrad des Expansionsventils 8 verkleinert. Demgemäß wird in dem gewöhnlichen Kreisbetrieb des Wassererhitzers mit Wärmepumpe 1 der Öffnungsgrad des Expansionsventils 8 so gesteuert, dass der Temperaturunterschied &Dgr;T etwa konstant (z.B. 10°C) wird.

Andererseits wird im Umleitungsbetrieb des Wassererhitzers mit Wärmepumpe 1 durch die Steuereinheit 5 das Umleitungsventil 14 geöffnet und das Expansionsventil geschlossen. Demgemäß steht in diesem Fall das in dem Kompressor 6 komprimierte Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittel mit dem durch den Wasserwärmetauscher 7 strömenden Wasser in Wärmeaustausch, um gekühlt zu werden, und strömt in das Umleitungsrohr 13, um entsprechend dem Öffnungsgrad des Umleitungsventils 14 dekomprimiert zu werden. Anschließend wird das in dem Umleitungsventil 14 dekomprimierte Kältemittel in den Kompressor 6 gesaugt. Im Umleitungsbetrieb des Wassererhitzers mit Wärmepumpe 1 wird der Öffnungsgrad des Umleitungsventils 14 basierend auf dem Kältemitteldruck in dem Wärmepumpenkreis auf der Hochdruckseite so gesteuert, dass eine vorgegebene Wasserheizleistung erzielt werden kann. Im Allgemeinen ist die Dekompressionsleistung des Umleitungsventils 14 so eingestellt, dass sie kleiner als jene des Expansionsventils 8 ist.

Weil das durch das Umleitungsrohr 13 strömende Kältemittel in dem Kompressor 6 auf einen Druck gleich oder größer als der kritische Druck des Kältemittels komprimiert wird, wird das durch das Umleitungsrohr 13 strömende Kältemittel nicht kondensiert, selbst wenn es in dem Wasserwärmetauscher Wärme an das Wasser abstrahlt, und das gasförmige Kältemittel wird aus dem Umleitungsrohr 13 in den Kompressor 6 gesaugt. Im Umleitungsbetrieb des Wassererhitzers mit Wärmepumpe 1 strömt das Kältemittel durch das Umleitungsrohr 13, während es an dem Expansionsventil 8 und dem Luftwärmetauscher 9 vorbei strömt, und der Betrieb des Außenlüfters 15 ist gestoppt. Demgemäß kann der elektrische Energieverbrauch in dem Wassererhitzer mit Wärmepumpe 1 reduziert werden.

Als nächstes wird nun der Steuerprozess der Steuereinheit 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Zuerst wird in Schritt S10 die in den Wasserwärmetauscher 7 einströmende Wassertemperatur Tw durch den Wassertemperatursensor 16 erfasst. Als nächstes wird in Schritt S20 bestimmt, ob die Wassertemperatur Tw gleich oder größer als eine vorgegebene Temperatur (z.B. 60°C) ist oder nicht. Wenn die Wassertemperatur Tw niedriger als 60°C ist, wird in Schritt S30 der gewöhnliche Kreisbetrieb durchgeführt. Wenn dagegen die Wassertemperatur Tw gleich oder größer als 60°C ist, wird in Schritt S40 der Umleitungsbetrieb durchgeführt. Anschließend wird in Schritt S50 bestimmt, ob eine Ziel-Wasserheizleistung erreicht wird. Wenn die Ziel-Wasserheizleistung in Schritt S50 erreicht wird, wird das Steuerprogramm in 3 beendet. Wenn dagegen die Ziel-Wasserheizleistung in Schritt S50 nicht erreicht ist, wird die Drehzahl des Kompressors 6 in Schritt S60 so erhöht, dass die Ziel-Wasserheizleistung erreicht werden kann. Anschließend kehrt das Steuerprogramm zu Schritt S10 zurück.

Gemäß dem Wassererhitzer mit Wärmepumpe 1 des ersten Ausführungsbeispiels wird die Abstrahlbedingung, bei welcher die Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft in dem Luftwärmetauscher 9 bewirkt wird, durch die in den Wasserwärmetauscher 7 einströmende Wassertemperatur Tw bestimmt, und der Umleitungsbetrieb wird durchgeführt, wenn die Abstrahlbedingung erfüllt ist. Im Umleitungsbetrieb kann, weil das aus dem Wasserwärmetauscher 7 strömende Hochtemperatur-Kältemittel durch das Umleitungsrohr 13 an dem Luftwärmetauscher 9 vorbei in den Kompressor 6 gesaugt wird, die Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft in dem Luftwärmetauscher 9 verhindert werden. Als Ergebnis kann, wie in 5 gezeigt, weil der Wärmeverlust des Kältemittels in dem Luftwärmetauscher 9 nicht bewirkt wird, die Wasserheizleistung entsprechend dem Energieverbrauch des Kompressors 6 erzielt werden. In 5 gibt Pc einen Kompressionsstartpunkt an.

Gemäß dem Wassererhitzer mit Wärmepumpe 1 der vorliegenden Erfindung wird die Abstrahlbedingung, bei welcher die Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft in dem Luftwärmetauscher 9 bewirkt wird, basierend auf der in den Wasserwärmetauscher 7 einströmenden Wassertemperatur Tw bestimmt. Wenn die in den Wasserwärmetauscher 7 einströmende Wassertemperatur Tw gleich oder größer als 60°C ist, was die Abstrahlbedingung erfüllt, wird der Umleitungsbetrieb durchgeführt. Im Umleitungsbetrieb wird das aus dem Wasserwärmetauscher 7 strömende Hochtemperatur-Kältemittel durch das Umleitungsrohr 13 an dem Luftwärmetauscher 9 vorbei in den Kompressor 6 gesaugt. D.h. im Umleitungsbetrieb strömt das Kältemittel nicht in den Luftwärmetauscher 9, die Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft in den Luftwärmetauscher 9 kann verhindert werden. Als Ergebnis kann, wie in 5 gezeigt, der Wärmeverlust in dem Luftwärmetauscher 9 verhindert werden und die Wasserheizleistung entsprechend dem Energieverbrauch des Kompressors 6 kann erzielt werden.

In dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel kann die Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft basierend auf dem in 4 dargestellten Bestimmungsverfahren bestimmt werden. Wenn sich der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite durch den Betrieb des Kompressors 6 ändert, ändert sich auch die Temperatur des Kältemittels auf der Hochdruckseite. Demgemäß wird, auch wenn eine Wärmetauschmenge (Wärmeabstrahlmenge) des Kältemittels in dem Wasserwärmetauscher 7 gleich ist, die Wärmeabstrahlung des Kältemittels entsprechend der Hochdruck-Kältemitteltemperatur bewirkt. Deshalb wird in 4 ein Wassertemperaturbereich (z.B. gleich oder höher al 50°C), in welchem es möglich ist, die Wärmeabstrahlung des Kältemittels in dem Luftwärmetauscher 9 zu bewirken, erfasst und der Umleitungsbetrieb wird durchgeführt, wenn eine aktuelle Wärmeabstrahlbedingung in dem Wassertemperaturbereich erfasst wird.

D.h. die in den Wasserwärmetauscher 7 einströmende Wassertemperatur Tw wird in Schritt S10 durch den Wassertemperatursensor 16 erfasst, wie in 4 dargestellt. Als nächstes wird in Schritt S21 (erste Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung) bestimmt, ob die in den Wasserwärmetauscher 7 einströmende Wassertemperatur Tw gleich oder höher als 50°C ist, was der mögliche Wassertemperaturbereich ist, um die Wärmeabstrahlung in dem Luftwärmetauscher 7 zu bewirken. Wenn die Wassertemperatur Tw niedriger als 50°C ist, wird der gewöhnliche Kreisbetrieb des Wassererhitzers mit Wärmepumpe 1 durchgeführt. Wenn dagegen die Wassertemperatur Tw gleich oder höher als 50°C ist, wird in Schritt S22 (zweite Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung) bestimmt, ob eine in den Luftwärmetauscher 9 einströmende Kältemitteltemperatur Tr' gleich oder höher als die Außenlufttemperatur Tam ist, oder nicht. D.h. in Schritt S22 wird die aktuelle Wärmeabstrahlungsbedingung bestimmt. Wenn die durch den zweiten Kältemitteltemperatursensor 18 erfasste Kältemitteltemperatur Tr' niedriger als die durch den Außenlufttemperatursensor 21 erfasste Außenlufttemperatur Tam ist, wird in Schritt S30 der gewöhnliche Kreisbetrieb durchgeführt. Wenn dagegen die in den Luftwärmetauscher 9 einströmende Kältemitteltemperatur Tr' gleich oder höher als die Außenlufttemperatur Tam ist, wird bestimmt, dass die Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft bewirkt wird und in Schritt S40 wird der Umleitungsbetrieb durchgeführt. In Schritt S22 kann die Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft in dem Luftwärmetauscher 9 durch einen Vergleich zwischen der Kältemitteltemperatur Tr' an dem Kältemitteleinlass des Luftwärmetauschers 9 und einer Kältemitteltemperatur an dem Kältemittelauslass des Luftwärmetauschers 9 bestimmt werden. Wenn in diesem Fall die Kältemitteltemperatur an dem Kältemittelausass des Luftwärmetauschers 9 gleich oder niedriger als die Kältemitteltemperatur Tr' an dem Kältemitteleinlass des Luftwärmetauschers 9 ist, kann bestimmt werden, dass eine Wärmeaufnahme des Kältemittels nicht bewirkt wird, und der Umleitungsbetrieb wird durchgeführt.

Ein zweites bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 6 beschrieben. 6 ist eine schematische Darstellung eines Wassererhitzers mit Wärmepumpe 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist, wie in 6 dargestellt, ein elektromagnetisches Ventil 22 in dem Kältemittelkanal der Niederdruckseite 12 zwischen dem Expansionsventil 8 und dem Luftwärmetauscher 9 vorgesehen. Ferner ist ein Ende des Umleitungsrohres 13 mit dem Kältemittelrohr auf der Niederdruckseite 12 zwischen dem Expansionsventil 8 und dem elektromagnetischen Ventil 22 verbunden, und das andere Ende des Umleitungsrohres 13 ist mit dem Kältemittelrohr auf der Niederdruckseite 12 zwischen dem Speicher 10 und dem Kompressor 6 verbunden.

Im zweiten Ausführungsbeispiel wird analog zu dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel die Abstrahlungsbedingung, bei welcher die Wärmeabstrahlung von dem Kältemittel an die Außenluft bewirkt wird, basierend auf der in den Wasserwärmetauscher 7 einströmenden Wassertemperatur Tw bestimmt und der Umleitungsbetrieb wird durchgeführt, wenn die Wassertemperatur Tw gleich oder größer als 60°C ist, was die Abstrahlungsbedingung erfüllt. Wenn dagegen die Wassertemperatur Tw niedriger als 60°C ist, wird der gewöhnliche Kreisbetrieb durchgeführt. Alternativ kann die Abstrahlungsbedingung auch durch die erste Wärmeabstrahlungs-Bestimmungseinrichtung (Schritt S21) und die zweite Abstrahlungs-Bestimmungseinrichtung (Schritt S22), die in 4 angegeben sind, bestimmt werden, und der Umleitungsbetrieb wird durchgeführt, wenn die Abstrahlungsbedingung erfüllt ist.

Im Umleitungsbetrieb des Wassererhitzers mit Wärmepumpe 1 sind sowohl das Umleitungsventil 14 als auch das elektromagnetische Ventil 22 geöffnet, und der Öffnungsgrad des Umleitungsventils 14 ist größer als der Öffnungsgrad des elektromagnetischen Ventils 22 gemacht. D.h. im Umleitungsbetrieb ist das elektromagnetische Ventil 22 etwas geöffnet.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann im Umleitungsbetrieb des Wassererhitzers mit Wärmepumpe 1, weil das in dem Expansionsventil dekomprimierte Kältemittel in das Umleitungsrohr 13 strömt, die Haltbarkeit des Umleitungsrohres 13 und des Umleitungsventils 14 verbessert werden.

Weil ferner das elektromagnetische Ventil 22 etwas geöffnet ist, kann das Kältemittel in dem Speicher 10 in dem Wärmepumpenkreis zirkuliert werden, sodass der Kältemitteldruck in dem Wärmepumpenkreis auf der Niederdruckseite erhöht werden kann, und es können eine äußerst hohe Temperatur und ein äußerst hoher Druck des aus dem Kompressor 6 ausgegebenen Kältemittels verhindert werden. Weil das elektromagnetische Ventil 22 in dem Umleitungsbetrieb etwas geöffnet ist, strömt das Kältemittel in den Luftwärmetauscher 9. Weil jedoch im Umleitungsbetrieb der Außenlüfter 15 gestoppt ist, kann der Wärmeverlust in dem Luftwärmetauscher 9 auf ein Minimum beschränkt werden.

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

Zum Beispiel ist in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das andere Ende des Umleitungsrohres 13 mit dem Kältemittelrohr auf der Niederdruckseite 12 zwischen dem Speicher 10 und dem Kompressor 6 verbunden. Jedoch kann das andere Ende des Umleitungsrohres 13 auch mit dem Kältemittelrohr auf der Niederdruckseite 12 zwischen dem Luftwärmetauscher 9 und dem Speicher 10 verbunden sein.

In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die vorliegende Erfindung typischer Weise auf den Wassererhitzer mit Wärmepumpe 1 zum Erhitzen von Wasser angewendet. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Fluiderhitzer mit Wärmepumpe zum Erhitzen eines Fluids unter Verwendung eines Wärmepumpenkreises als Heizquelle angewendet werden.

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