CN102734983A - 热泵系统以及热泵系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供热泵系统以及热泵系统的控制方法，以不使用特殊的设备就使热泵装置连续运转为目的。控制装置(100)从压缩机(1)的开始运转起依次计算流入散热器(30)的流入温度的每隔规定时间的变化率(流入温度变化率)和从散热器(30)流出的流出温度的每隔规定时间的变化率(流出温度变化率)。另外，控制装置(100)把流入温度变化率和流出温度变化率之差成为变化率阈值以下时的流入温度作为最低温度，把最低温度以上的温度设定为目标温度，控制压缩机(1)使流入温度成为目标温度。

Description

热泵系统以及热泵系统的控制方法
技术领域
本发明涉及热泵系统所具备的压缩机的控制技术。特别是本发明涉及季节的中间期等负荷比较低时的压缩机的控制技术。
背景技术
具有通过在热泵装置中生成热水、向板式加热器等供给生成的热水进行采暖运转的热泵式采暖系统。
在热泵式采暖系统，根据运转时的负荷等设定目标温度，控制热泵装置使供给板式加热器等的热水温度(流入温度)成为目标温度。此时，目标温度设定为每台热泵装置出厂前等预先确定的最低温度和最高温度之间的温度。
在热泵式采暖系统中，有效地利用热泵装置的变换器控制特性，在不损害室内舒适性的范围内，尽可能使热泵装置连续运转，这在推进节能方面是重要的。
但是，目标温度低时，即使尽量压低热泵装置的能力进行运转，也立即形成流入温度超过目标温度的状态。在这种情况下反复进行以下动作，即，当流入温度比目标温度高时，使热泵装置的运转暂时停止，当流入温度比目标温度低时，再次使热泵装置运转。即是，热泵装置不能连续运转，在推进节能方面是不理想的。
在专利文献1中，有通过使用采暖混合阀及可变流量循环泵强制操纵流入温度和返回温度、使热泵装置连续运转的记载。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-8036号公报
但是，为了设置采暖混合阀及可变流量循环泵需花费成本。另外，在欧州等地一般在建立采暖系统时，由于当地的安装业者任意选定循环泵等，所以有可能没有设置采暖混合阀及可变流量循环泵。
发明内容
本发明的目的在于，不使用采暖混合阀、可变流量循环泵等特殊设备就使热泵装置连续运转。
本发明的热泵系统是具备具有压缩机的热泵装置、把由所述热泵装置加热了的流体向利用所述流体的流体利用装置供给的热泵系统，其具备：
流入温度测量部，其测量流入所述流体利用装置的所述流体的温度作为流入温度；
流出温度测量部，其测量从所述流体利用装置流出的所述流体的温度作为流出温度；
变化率计算部，其从所述压缩机开始运转起依次计算所述流入温度测量部测量到的流入温度每规定时间的变化率作为流入温度变化率，并且从所述压缩机开始运转起依次计算所述流出温度测量部测量到的流出温度每所述规定时间的变化率作为流出温度变化率；
最低温度设定部，其把在所述变化率计算部计算出的所述流入温度变化率和所述流出温度变化率之差成为预先设定的变化率阈值以下时的所述流入温度设定为最低温度；
目标温度设定部，其把所述最低温度设定部设定的最低温度以上的温度设定为目标温度；以及
控制部，其控制所述热泵装置具有的所述压缩机，使流入所述流体利用装置的所述流体的温度成为所述目标温度设定部设定的目标温度。
本发明的热泵系统不是利用在出厂前等预先设定的最低温度，而是根据设置环境来适当确定关于流入温度的目标温度的最低温度，以不设定不需要的低目标温度的方式进行控制。由此，可以使热泵装置连续运转，能促进节能。
附图说明
图1是实施方式1的热泵系统200的构成图。
图2是实施方式1的控制装置100的构成图。
图3是表示实施方式1的控制装置100的控制处理流程的流程图。
图4是实施方式1的控制装置100的控制处理的说明图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是实施方式1的热泵系统200的构成图。
热泵系统200具备热泵装置10、辅助热源20、设置于室内空间60的散热器30(流体利用装置的一例)和泵40，依次用流体配管50进行连接。另外，流体配管50与热泵装置10所装备的热交换器2连接。另外，水(流体的一例)在流体配管50的内部流动。
另外，在设置有散热器30的室内空间60中，设有用于输入设定温度等的遥控器70。
热泵装置10具有由制冷剂配管5依次连接有压缩机1、热交换器2、膨胀机构3和热交换器4的热泵循环。通过制冷剂在热泵循环内按压缩机1、热交换器2、膨胀机构3、热交换器4的顺序循环，制冷剂由热交换器4从空气等吸热，由热交换器2向在流体配管50中流动的水散热。即是，用热泵装置10加热在流体配管50中流动的水，成为热水。
辅助热源20进一步加热由热泵装置10加热了的热水。例如，辅助热源20是电加热器等。
散热器30向室内空间60的空气放出由热泵装置10、辅助热源20加热了的热水中的热。其结果，室内空间60内部变暖，热水被冷却成为冷水。例如，散热器30是通过由幅射热形成的自然对流的热交换使热水和空气进行热交换的地板采暖板或板式加热器、通过用内部风扇产生的强制对流的热交换使热水和空气进行热交换的风机盘管单元等。
泵40使水在流体配管50内循环。即是，通过泵40的工作，水按热泵装置10、辅助热源20、散热器30的顺序进行循环。之后，如上所述，反复进行以下动作，即：水在热泵装置10被加热，在辅助热源20被进一步加热，在散热器30冷却。由此，室内空间60变暖。
另外，热泵系统200具备温度传感器101～104。
温度传感器101(流入温度测量部)测量流入散热器30的水的温度作为流入温度。温度传感器102(流出温度测量部)测量从散热器30流出的水的温度作为流出温度。温度传感器103(室内温度测量部)测量室内空间60的空气温度作为室内温度。温度传感器104(外气温度测量部)测量外气的温度。
进而，热泵系统200具备由微型计算机等构成的控制装置100。
控制装置100获取温度传感器101～104测量的温度、由遥控器70输入的设定温度、热泵装置10(压缩机1)的运转频率等。控制装置100根据获取的信息设定目标温度，控制热泵装置10，使向散热器30供给的水的温度成为目标温度。另外，控制装置100根据获取的信息控制辅助热源20的接通(ON)/断开(OFF)、泵40的接通/断开。
图2是实施方式1的控制装置100的构成图。
控制装置100具备数据收集部110、温度设定部120、控制部130、阈值存储部140和阈值设定部150。
数据收集部110具备流入温度获取部111、流出温度获取部112、室内温度获取部113、外气温度获取部114、设定温度获取部115和频率获取部116。
流入温度获取部111获取温度传感器101测量到的流入温度。流出温度获取部112获取温度传感器102测量到的流出温度。室内温度获取部113获取温度传感器103测量到的室内温度。外气温度获取部114获取温度传感器104测量到的外气温度。设定温度获取部115获取由遥控器70输入的设定温度。频率获取部116从热泵装置10获取运转频率。
温度设定部120具备变化率计算部121、收敛值计算部122、最低温度设定部123和目标温度设定部124。
变化率计算部121根据流入温度获取部111获取的流入温度，从热泵装置10开始运转起按每一设定时间(在此作为一例设为15秒)，计算每规定时间(在此作为一例设为30秒)的流入温度的变化率。另外，变化率计算部121根据流出温度获取部112获取的流出温度，从热泵装置10开始运转起按每一设定时间(15秒)，计算每规定时间(30秒)的流出温度的变化率。
另外，流入温度的变化率可以根据某一时刻测量到的流入温度和在该时刻的规定时间(30秒)前的时刻测量到的流入温度进行计算。对流出温度的变化率也可以和流入温度的变化率同样计算。
称流入温度的变化率为流入温度变化率，称流出温度的变化率为流出温度变化率。
收敛值计算部122根据流入温度获取部111获取的流入温度，从热泵装置10开始运转起按每一设定时间(15秒)计算流入温度的收敛值。另外，收敛值计算部122根据流出温度获取部112获取的流出温度，从热泵装置10开始运转起按每一设定时间(15秒)计算流出温度的收敛值。
另外，例如，流入温度的收敛值可以通过由某三个时刻测量到的流入温度计算流入温度的变化曲线而进行计算。对流出温度的收敛值也可以和流入温度的收敛值同样计算。
把流入温度的收敛值称为流入温度收敛值，把流出温度的收敛值称为流出温度收敛值。
最低温度设定部123根据变化率计算部121计算出的流入温度变化率及流出温度变化率、收敛值计算部122计算出的流入温度收敛值及流出温度收敛值、流入温度获取部111获取的流入温度和流出温度获取部112获取的流出温度，设定最低温度。
具体的是，最低温度设定部123，把在流入温度变化率和流出温度变化率之差是存储于后述阈值存储部140中的变化率阈值以下、且流入温度收敛值和流出温度收敛值之差是存储于阈值存储部140中的收敛值阈值以下、且流入温度和流出温度之差是存储于阈值存储部140中的温度阈值以下时的流入温度，设定为最低温度。
目标温度设定部124根据室内温度获取部113获取的室内温度、外气温度获取部114获取的外气温度、设定温度获取部115获取的设定温度、频率获取部116获取的运转频率等，设定最低温度设定部123所设定的最低温度以上的温度作为目标温度。
另外，关于目标温度设定部124计算目标温度的方法，可以采用以前的各种各样的方法，什么方法都可以。在此，在计算出的目标温度比最低温度低时，目标温度设定部124把最低温度作为目标温度。
控制部130控制热泵装置10，使流入温度成为目标温度设定部124设定的目标温度。另外，在只用热泵装置10加热量不足时，通过接通辅助热源20使流入温度成为目标温度。
阈值存储部140是存储变化率阈值、收敛值阈值、温度阈值的存储装置。
阈值设定部150把变化率阈值、收敛值阈值和温度阈值贮存在阈值存储部140中。
阈值设定部150把例如在冬季等负荷高(负荷为规定值以上)时的流入温度和流出温度之差的平均值作为收敛值阈值、温度阈值贮存在阈值存储部140中。另外，阈值设定部150把从遥控器70等输入的变化率阈值贮存在阈值存储部140中。
图3是表示实施方式1的控制装置100的控制处理流程的流程图。另外，图4是实施方式1的控制装置100的控制处理的说明图。
当热泵装置10开始运转时，控制装置100就开始图3所示的控制处理。在图4，在t0的时刻表示热泵装置10开始运转的状态。另外，在图4中对每一设定时间(15秒)添加t1、t2、...这样的标记。
另外，在热泵装置10开始运转时，热泵装置10按额定频率等规定频率被控制。
(S1：温度测量处理)
流入温度获取部111在每一设定时间(15秒)获取由温度传感器101测量到的流入温度，流出温度获取部112在每一设定时间(15秒)获取由温度传感器102测量到的流出温度。
在图4中，表示如t0(开始运转起0秒后)、t1(开始运转起15秒后)、t2(开始运转起30秒后)......这样地从开始运转起每隔15秒测量流入温度和流出温度的情况。
(S2：变化率计算处理)
变化率计算部121根据在S1获取的最新的流入温度和其规定时间(30秒)前的流入温度，计算该时刻的流入温度变化率。另外，变化率计算部121根据在S1获取的最新的流出温度和规定时间(30秒)前的流出温度，计算该时刻的流出温度变化率。
例如，在图4中，从开始运转经过了30秒的t2时刻起，每隔15秒计算流入温度变化率和流出温度变化率。例如，在图4的tn时刻，根据在tn时刻测量到的流入温度和在tn-2时刻测量到的流入温度，计算流入温度变化率。同样在图4中的tn时刻，根据在tn时刻测量到的流出温度和在tn-2时刻测量到的流出温度，计算流出温度变化率。
(S3：收敛值计算处理)
收敛值计算部122根据在S1中获取的最新流入温度、设定时间(15秒)前的流入温度和再一设定时间(15秒)前(即30秒前)的流入温度，计算该时刻的流入温度收敛值。另外，收敛值计算部122根据在S1中获取的最新流出温度、设定时间(15秒)前的流出温度、再一设定时间(15秒)前的流出温度，计算该时刻的流出温度收敛值。
例如，在图4中，从开始运转经过30秒的t2时刻起，每隔15秒计算流入温度收敛值和流出温度收敛值。例如，在图4的tn时刻，根据在tn、tn-1、tn-2的各时刻测量到的流入温度，计算流入温度收敛值。同样在图4的tn时刻，根据在tn、tn-1、tn-2的各时刻测量到的流出温度，计算流出温度收敛值。
(S4：判定处理)
最低温度设定部123判定流入温度变化率和流出温度变化率之差(变化率差)是否为变化率阈值以下、且流入温度收敛值和流出温度收敛值之差(收敛值差)是否为收敛值阈值以下、且流入温度和流出温度之差(温度差)是否为温度阈值以下。
最低温度设定部123在变化率差、收敛值差、温度差全部为阈值以下时(在S4中为是)，使处理进入S5。另一方面，最低温度设定部123在变化率差、收敛值差、温度差中的任何一个比阈值高时(在S4中为否)，使处理返回S1，对设定时间(15秒)后的变化率差、收敛值差、温度差的各值进行判定。
例如，判定图4的tn时刻的变化率差是否为变化率阈值以下、且tn时刻的收敛值差是否为收敛值阈值以下、且tn时刻的温度差是否为温度阈值以下。另外，在变化率差、收敛值差、温度差全部为阈值以下时(在S4中为是)，使处理进入S5，在变化率差、收敛值差、温度差中的任何一个比阈值高时(在S4中为否)，使处理返回S1，对tn+1时刻的各值进行判定。
(S5：最低温度设定处理)
最低温度设定部123把在S4中判定出变化率差、收敛值差、温度差全部为阈值以下的时刻的流入温度设定为最低温度。
例如，在S4中判定出在图4的tn时刻的各值为阈值以下时，设定在tn时刻测量到的流入温度Min为最低温度。
(S6：目标温度设定处理)
目标温度设定部124用规定方法计算目标温度。此时，在计算出的目标温度比在S5中设定的最低温度低时，把目标温度设为在S5中设定的最低温度。由此，设定最低温度以上的温度作为目标温度。
(S7：控制处理)
控制部130控制热泵装置10，使流入温度成为在S6中设定的目标温度。
如图4所示，当热泵装置10开始运转时，流入温度立即开始上升，但流出温度经过一段时间(图4中T)后温度开始上升。该流入温度开始上升的时刻和流出温度开始上升的时刻的时间差T，是从水流经温度传感器101开始流经散热器30返回温度传感器102为止的时间。对于每个热泵系统200，散热器30的配置方式、散热器30的台数等不同，连接散热器30的流体配管50的长度不同。因此，从水流经温度传感器101开始直到返回温度传感器102为止的时间对于每个热泵系统200都不同。
另外，因设置的散热器30的能力、采暖负荷等，流入温度、流出温度的变化曲线不同。
在实施方式1的热泵系统200中，通过利用流入温度和流出温度的计算来设定最低温度。因此，可以设定考虑了对于每个热泵系统200都不同的流体配管50的长度、散热器30的能力、采暖负荷等的最低温度。
因此，可以防止由于设定过低的目标温度造成反复接通/断开热泵装置10的状况，可以实现热泵装置10的连续运转。因此，能促进节能。
特别是在实施方式1的热泵系统200中，根据冬天等采暖负荷高时的流入温度和流出温度的温度差，确定温度阈值和收敛值阈值。因此，对每个热泵系统200都能确定适当的温度阈值和收敛值阈值。因此，也能适当地设定最低温度。
另外，在图3的S5中，最低温度设定部123也可以根据频率获取部116获取的运转频率修正最低温度。热泵装置10通常以接近额定频率的频率运转时效率高。因此，最低温度设定部123也可以修正最低温度，使热泵装置10的运转频率接近额定频率。
进而，在图3的S5中，最低温度设定部123也可以根据外气温度获取部114获取的外气温度修正最低温度。表示热泵装置10的运转效率和运转频率的关系的曲线因外气温度而变化。因此，最低温度设定部123也可以考虑外气温度修正最低温度，使热泵装置10的运转频率接近额定频率。
另外，在图3的S5中，最低温度设定部123也可以根据室内温度获取部113获取的室内温度、设定温度获取部115获取的设定温度修正最低温度。例如，在以设定的最低温度运转时，在室内温度超过设定温度的情况下，最低温度设定部123也可以修正最低温度使其降低。
另外，在上述说明中根据变化率差、收敛值差和温度差三个指标设定最低温度。但是，也可以只根据变化率差、收敛值差和温度差中的任何一个或只根据任何两个指标来设定最低温度。
附图标记说明
1：压缩机，2：热交换器，3：膨胀机构，4：热交换器，5：制冷剂配管，10：热泵装置，20：辅助热源，30：散热器，40：泵，50：流体配管，60：室内空间，70：遥控器，100：控制装置，101，102，103，104：温度传感器，110：数据收集部，111：流入温度获取部，112：流出温度获取部，113：室内温度获取部，114：外气温度获取部，115：设定温度获取部，116：频率获取部，120：温度设定部，121：变化率计算部，122：收敛值计算部，123：最低温度设定部，124：目标温度设定部，130：控制部，140：阈值存储部，150：阈值设定部，200：热泵系统。

Claims (8)

1.一种热泵系统，其特征在于，该热泵系统具备具有压缩机的热泵装置，把由所述热泵装置加热了的流体向利用所述流体的流体利用装置供给，
所述热泵系统具备：
流入温度测量部，该流入温度测量部测量流入所述流体利用装置的所述流体的温度作为流入温度；
流出温度测量部，该流出温度测量部测量从所述流体利用装置流出的所述流体的温度作为流出温度；
变化率计算部，该变化率计算部从所述压缩机运转开始起依次计算所述流入温度测量部测量到的流入温度的每规定时间的变化率作为流入温度变化率，并且，从所述压缩机开始运转起依次计算所述流出温度测量部测量到的流出温度的每所述规定时间的变化率作为流出温度变化率；
最低温度设定部，该最低温度设定部把在所述变化率计算部计算出的所述流入温度变化率与所述流出温度变化率之差成为预先设定的变化率阈值以下时的所述流入温度设定为最低温度；
目标温度设定部，该目标温度设定部把所述最低温度设定部设定的最低温度以上的温度设定为目标温度；以及
控制部，该控制部控制所述热泵装置所具有的所述压缩机，使得流入所述流体利用装置的所述流体的温度成为所述目标温度设定部所设定的目标温度。
2.如权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述最低温度设定部，将在所述流入温度变化率与所述流出温度变化率之差成为所述变化率阈值以下、且所述流入温度与所述流出温度之差成为预先设定的温度阈值以下时的所述流入温度，设定为最低温度。
3.如权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统进一步具备收敛值计算部，
该收敛值计算部从所述压缩机开始运转起根据所述流入温度测量部测量到的流入温度的变化，依次计算所述流入温度的收敛值作为流入温度收敛值，并且，从所述压缩机开始运转起根据所述流出温度测量部测量到的流出温度的变化，依次计算所述流出温度的收敛值作为流出温度收敛值，
所述最低温度设定部，将在所述流入温度变化率与所述流出温度变化率之差成为所述变化率阈值以下、且所述流入温度与所述流出温度之差成为所述温度阈值以下、且所述收敛值计算部计算出的所述流入温度收敛值与所述流出温度收敛值之差成为预先设定的收敛值阈值以下时的所述流入温度，设定为最低温度。
4.如权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述最低温度设定部根据已设定了所述最低温度的时刻的所述压缩机的运转频率来修正已设定的所述最低温度。
5.如权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统进一步具备测量外气温度的外气温度测量部，
所述最低温度设定部根据所述外气温度测量部测量到的外气温度来修正所述最低温度。
6.如权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述流体利用装置是使所述流体和规定的房屋的空气进行热交换的热交换器，
所述热泵系统进一步具备获取所述房屋的设定温度的设定温度获取部，
所述最低温度设定部根据所述设定温度获取部所获取的设定温度来修正所述最低温度。
7.如权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统进一步具备阈值设定部，该阈值设定部将在采暖负荷为规定值以上时的所述流入温度与所述流出温度的温度差设定为所述温度阈值。
8.一种热泵装置的控制方法，其特征在于，该热泵装置是热泵系统中的热泵装置，该热泵系统具备具有压缩机的所述热泵装置，把由所述热泵装置加热了的流体向利用所述流体的流体利用装置供给，其特征在于，所述热泵装置的控制方法具备：
流入温度测量工序，测量流入所述流体利用装置的所述流体的温度作为流入温度；
流出温度测量工序，测量从所述流体利用装置流出的所述流体的温度作为流出温度；
变化率计算工序，从所述压缩机开始运转起依次计算由所述流入温度测量工序测量到的流入温度的每规定时间的变化率作为流入温度变化率，并且，从所述压缩机开始运转起依次计算由所述流出温度测量工序测量到的流出温度的每所述规定时间的变化率作为流出温度变化率；
最低温度设定工序，把在由所述变化率计算工序计算出的所述流入温度变化率与所述流出温度变化率之差成为预先设定的变化率阈值以下时的所述流入温度设定为最低温度；
目标温度设定工序，把由所述最低温度设定工序设定的最低温度以上的温度设定为目标温度；以及
控制工序，控制所述热泵装置所具有的所述压缩机，使得流入所述流体利用装置的所述流体的温度成为由所述目标温度设定工序设定的目标温度。
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