CN103703323B - 温水加热系统以及控制装置及控制方法 - Google Patents

温水加热系统以及控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的控制装置在热泵运转后直至加热部的上游侧的水的温度达到目标温度的期间内，控制三通阀的开度，以使加热部的上游侧的水的温度上升规定的温度。或者，控制装置在热泵运转后直至加热部的下游侧的水的温度达到目标温度的期间内，控制阀的开度，以使加热部的下游侧的水的温度上升规定的温度。

Description

温水加热系统以及控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及使用在热泵设置的热能输出热交换器而对温水进行加热的温水加热系统、以及该温水加热系统的控制装置及控制方法。
本申请基于2011年11月11日在日本申请的日本特愿2011-248030号而主张优先权，并将其内容引用于此。
背景技术
通常，供给温水的温水系统具备储热罐。温水系统通过使储藏在该储热罐内的一部分水从在温水热泵主体设置的热能输出热交换器获得热能而进行温度控制(例如，参照专利文献1)。
然而，专利文献1所述的发明在温水系统中设置储热罐，因此存在使设置成本、设置空间变大这样的问题。另外，由于使储存于储热罐的水在热能输出热交换器中循环而使储热罐中的水温升温，因此存在有升温需要耗费时间这样的问题。
因此，在专利文献2中记载有如下方法：在温水系统中设置三通阀，以使来自热能输出热交换器的温水的输出的一部分向热能输出热交换器循环、且使热能输出热交换器的入口的温度达到规定的目标温度的方式进行控制。通过使用本方法，能够增加热水系统的升温速度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-340400号公报
专利文献2：日本特开2011-185477号公报
发明概要
发明要解决的课题
然而，在使用专利文献2所述的方法的情况、热泵的起动时等温水系统处于过渡状态的情况下、即温水系统整体的水温低于目标温度的情况下，三通阀变为全开，有可能使来自热能输出热交换器的全部温水的输出进行循环。在这种情况下，当温水系统的水温急速上升且热能输出热交换器的入口的温度达到目标温度时，才开始改变三通阀的开度。然而，三通阀的开闭并非瞬时切换，因此三通阀的开闭动作无法追随温水的温度变化，有可能使热能输出热交换器的入口的水温超过目标温度。在这种情况下，存在有在热泵的热能输出热交换器中供交换的热量变少、温水加热系统的效率变低这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题而完成的，其课题在于提供一种对温水系统的过渡状态下的升温速度进行适当控制的温水加热系统以及控制装置及控制方法。
解决方案
本发明提供一种控制装置，该控制装置对温水加热系统进行控制，其中，所述温水加热系统具备：热泵，其具有从热源系统汲取热量且输出热能的热能输出热交换器；加热部，其利用从所述热能输出热交换器获得的热能来加热水；流出部，其使所述加热部加热后的水向加热对象流出；循环部，其使所述加热部加热后的水向所述加热部的上游侧循环；流入部，其使水从加热对象向所述加热部的上游侧流入；调整部，其调整水从所述加热部向所述流出部及所述循环部的流量分配，所述控制装置具备：上游侧目标温度设定部，其设定所述加热部的上游侧的水的目标温度；调整量决定部，其决定基于所述调整部的流量分配的调整量，以使所述加热部的上游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的上游侧的水的温度达到所述目标温度。
另外，在本发明中，优选的是，所述调整量决定部决定基于所述调整部的流量分配的调整量，以使所述加热部的上游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的上游侧的水的温度达到所述目标温度，所述规定的温度是基于向所述加热部流通的水、通过所述循环部来循环的水及从所述流入部向所述加热部的上游侧流入的水的状态而被计算出的。
另外，在本发明中，优选的是，所述控制装置具备调整温度计算部，该调整温度计算部基于向所述加热部流通的水、通过所述循环部来循环的水及从所述流入部向所述加热部的上游侧流入的水的状态，算出如下两种水的温度之差，并将该温度之差作为在所述调整量的决定中使用的调整温度，其中，一种水的温度是使从所述流入部向所述加热部的上游侧流入的水和通过所述循环部来循环的水混和后的水的温度，另一种水的温度是向所述加热部流通的水的温度，所述调整量决定部决定基于所述调整部的流量分配的调整量，以使所述加热部的上游侧的水的温度上升所述调整温度计算部计算出的调整温度，直至所述加热部的上游侧的水的温度达到所述目标温度。
另外，在本发明中，优选的是，所述调整量决定部决定基于所述调整部的流量分配的调整量，以使向所述加热部流入的水的温度变为恒定，直至所述热泵运转。
另外，在本发明中，优选的是，所述上游侧目标温度设定部基于所述加热部的最大加热量、向所述加热部流入的水的流量、所述加热部的下游侧的水的目标温度而设定所述加热部的上游侧的水的目标温度。
另外，在本发明中，优选的是，所述控制装置具备：下游侧目标温度设定部，其设定所述加热部的下游侧的水的目标温度；热泵调整量决定部，其决定热泵控制的调整量，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度。
另外，在本发明中，优选的是，所述热泵调整量决定部决定热泵控制的调整量，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度，所述规定的温度是基于向所述加热部流通的水及从所述加热部向所述调整部流入的水的状态以及所述加热部中的加热量而被计算出的。
另外，在本发明中，优选的是，所述控制装置具备热泵调整温度计算部，该热泵调整温度计算部基于向所述加热部流通的水及从所述加热部向所述调整部流入的水的状态以及所述加热部中的加热量，算出如下两种水的温度之差，并将该温度之差作为在热泵控制的调整量的决定中使用的热泵调整温度，其中，一种水的温度是向所述加热部流通的水被所述加热部加热后的该水的温度，另一种水的温度是从所述加热部向所述调整部流入的水的温度，所述热泵调整量决定部决定热泵控制的调整量，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升所述热泵调整温度计算部计算出的热泵调整温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度。
另外，本发明提供一种控制装置，该控制装置对温水加热系统进行控制，其中，所述温水加热系统具备：热泵，其具有从热源系统汲取热量且输出热能的热能输出热交换器；加热部，其利用从所述热能输出热交换器获得的热能来加热水；流出部，其使所述加热部加热后的水向加热对象流出；循环部，其使所述加热部加热后的水向所述加热部的上游侧循环；流入部，其使水从加热对象向所述加热部的上游侧流入，所述控制装置具备：下游侧目标温度设定部，其设定所述加热部的下游侧的水的目标温度；热泵调整量决定部，其决定热泵控制的调整量，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度。
另外，在本发明中，优选的是，所述热泵调整量决定部决定热泵控制的调整量，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度，所述规定的温度是基于向所述加热部流通的水及从所述加热部流出的水的状态以及所述加热部中的加热量而被计算出的。
另外，在本发明中，优选的是，所述控制装置具备热泵调整温度计算部，该热泵调整温度计算部基于向所述加热部流通的水及从所述加热部流出的水的状态以及所述加热部中的加热量，算出如下两种水的温度之差，并将该温度之差作为在热泵控制的调整量的决定中使用的热泵调整温度，其中，一种水的温度是向所述加热部流通的水被所述加热部加热后的该水的温度，另一种水的温度是从所述加热部流出的水的温度，所述热泵调整量决定部决定热泵控制的调整，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升所述热泵调整温度计算部计算出的热泵调整温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度。
另外，本发明提供一种温水加热系统，其中，所述温水加热系统具备：热泵，其具有从热源系统汲取热量且输出热能的热能输出热交换器；加热部，其利用从所述热能输出热交换器获得的热能来加热水；流出部，其使所述加热部加热后的水向加热对象流出；循环部，其使所述加热部加热后的水向所述加热部的上游侧循环；流入部，其使水从加热对象向所述加热部的上游侧流入；调整部，其调整水从所述加热部向所述循环部及所述流出部的流量分配；以及所述控制装置。
另外，本发明提供一种控制方法，该控制方法对温水加热系统的调整部的调整量进行控制，其中，所述温水加热系统具备：热泵，其具有从热源系统汲取热量且输出热能的热能输出热交换器；加热部，其利用从所述热能输出热交换器获得的热能来加热水；流出部，其使所述加热部加热后的水向加热对象流出；循环部，其使所述加热部加热后的水向所述加热部的上游侧循环；流入部，其使水从加热对象向所述加热部的上游侧流入；调整部，其调整水从所述加热部向所述循环部及所述流出部的流量分配，所述控制方法包括：决定所述加热部的上游侧的水的目标温度的步骤；决定基于所述调整部的流量分配的调整量的步骤，以使所述加热部的上游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的上游侧的水的温度达到所述目标温度。
另外，本发明提供一种控制方法，该控制方法对温水加热系统的热泵的调整量进行控制，其中，所述温水加热系统具备：热泵，其具有从热源系统汲取热量且输出热能的热能输出热交换器；加热部，其利用从所述热能输出热交换器获得的热能来加热水；流出部，其使所述加热部加热后的水向加热对象流出；循环部，其使所述加热部加热后的水向所述加热部的上游侧循环；流入部，其使水从加热对象向所述加热部的上游侧流入，所述控制方法包括：决定所述加热部的下游侧的水的目标温度的步骤；决定热泵控制的调整量的步骤，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度。
发明效果
根据本发明，决定基于调整部的调整量或热泵的调整量，以使加热部的上游侧或下游侧的温水的温度上升规定的温度，直至加热部的上游侧的温水的温度达到目标温度。由此，能够适当控制温水系统的过渡状态下的升温速度。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的温水加热系统的概要结构图。
图2是表示本发明的第一实施方式的控制装置的结构的概要框图。
图3是表示本发明的第一实施方式的控制装置的动作的流程图。
图4是本发明的第二实施方式的温水加热系统的概要结构图。
图5是表示本发明的第二实施方式的控制装置的结构的概要框图。
图6是本发明的第三实施方式的温水加热系统的概要结构图。
图7是表示本发明的第三实施方式的控制装置的结构的概要框图。
图8是表示本发明的第三实施方式的控制装置的动作的流程图。
图9是本发明的第四实施方式的温水加热系统的概要结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
(第一实施方式)
图1是本发明的第一实施方式的温水加热系统的概要结构图。
温水加热系统具备从热源系统10汲取热量且输出热能的热泵20、利用从热泵20输出的热能对水进行加热的温水系统30、及对温水系统30进行控制的控制装置40。
热泵20由填充有载热体的配管、与该配管连接的蒸发器21、压缩机22、冷凝器24(热能输出热交换器)及膨胀阀25构成。
蒸发器21利用从热源系统10输出的热量使载热体的温度上升。
压缩机22对利用蒸发器21升温后的载热体进行压缩而使其液化。
阀23调整由压缩机22液化后的载热体的流量。
冷凝器24将从阀23流入的载热体的热量向温水系统30供给。
膨胀阀25对利用冷凝器24降温后的载热体进行减压而使其气化。
温水系统30由流入部31、循环泵32、加热部33、三通阀34(调整部)、循环部35及流出部36构成。
流入部31使水从加热对象经由循环泵32而向加热部33流入。
循环泵32将流入的水向加热部33压送。
加热部33利用从冷凝器24供给的热量对从循环泵32流入的水进行加热，将加热后的水向三通阀34供给。
三通阀34与其开度(流量分配)相应地使加热部33加热后的水的一部分向循环部35流入，使剩余的水向流出部36流入。
循环部35使水从三通阀34经由循环泵32而向加热部33循环。
流出部36使水从三通阀34向加热对象流出。
另外，在温水系统30中设有流入部流量检测器51、流入部温度检测器52、加热部流量检测器53、加热部上游侧温度检测器54、加热部下游侧温度检测器55。
流入部流量检测器51对流入部31中流动的水的流量F1进行检测。
流入部温度检测器52对流入部31中流动的水的温度T1进行检测。
加热部流量检测器53对加热部33中流动的水的流量F2进行检测。
加热部上游侧温度检测器54对加热部33的上游侧的水的温度进行检测。即，加热部上游侧温度检测器54对在加热部33处加热前的水的温度T2进行检测。
加热部下游侧温度检测器55对加热部33的下游侧的水的温度进行检测。即，加热部下游侧温度检测器55对在加热部33处加热后的水的温度T3进行检测。
图2是表示本发明的第一实施方式的控制装置40的结构的概要框图。
控制装置40具备传感器信息获取部401、上游侧温度变化率计算部402(调整温度计算部)、上游侧目标温度设定部403、热泵信息输入部404、上游侧当前目标温度设定部405、三通阀控制部406(调整量决定部)。
传感器信息获取部401获取在温水系统30设置的各检测器检测出的传感器信息(流量·温度)。
上游侧温度变化率计算部402基于传感器信息获取部401获取的传感器信息，对加热部33的上游侧的水温的变化率(调整温度)、即水温的上升速度进行计算。需要说明的是，水温的变化率是通过将传感器信息适用于热收支模型而计算出的。
上游侧目标温度设定部403在热泵20及温水系统30运转的情况下，设定温水系统30成为稳定状态时的加热部33的上游侧的水的目标温度。
热泵信息输入部404接受表示热泵20的压缩机22是否开始运转的热泵信息的输入。
上游侧当前目标温度设定部405根据从传感器信息获取部401、上游侧温度变化率计算部402、上游侧目标温度设定部403及热泵信息输入部404获取的信息，设定现在时刻的加热部33的上游侧的水的当前目标温度。具体来说，上游侧当前目标温度设定部405在热泵20的压缩机22未运转的状态下，将加热部33的上游侧的现在水温设定为当前目标温度。即设定当前目标温度以便保存现在的水温。另外，上游侧当前目标温度设定部405在压缩机22运转后的情况下，基于上游侧温度变化率计算部402计算出的温度变化率来设定当前目标温度，直至加热部33的上游侧的现在的水温达到上游侧目标温度。然后，上游侧当前目标温度设定部405在加热部33的上游侧的现在的水温达到上游侧目标温度之后，将上游侧目标温度设定部403设定的目标温度设定为当前目标温度。
三通阀控制部406通过基于上游侧当前目标温度设定部405设定的当前目标温度与现在的加热部33的上游侧处的现在的水温的PID(Proportional/Integral/Differential)控制，进行三通阀34的开度控制。
接着，对本实施方式的温水加热系统的运转开始时的控制装置40的动作进行说明。
图3是表示本发明的第一实施方式的控制装置40的动作的流程图。
首先，控制装置40的上游侧目标温度设定部403在温水加热系统的运转开始前，从管理者接受加热部33的上游侧的目标温度T2d的输入(步骤S1)。
温水加热系统的管理者在设定目标温度之后，使温水系统30运转。当温水系统30运转时，上游侧当前目标温度设定部405判断热泵信息输入部404接受输入的热泵信息是否表示压缩机22的运转开始(步骤S2)。需要说明的是，热泵信息在温水加热系统的管理者使压缩机22运转时，表示压缩机22的运转开始。
在上游侧当前目标温度设定部405判断为热泵信息表示压缩机22尚未运转的情况(步骤S2：NO)下，从传感器信息获取部401获取加热部上游侧温度检测器54检测出的温度T2，将该温度T2作为加热部33的上游侧的水温而设定为当前目标温度T2a(步骤S3)。接着，三通阀控制部406以使加热部33的上游侧的水温在当前目标温度T2a、即现在的温度T2下成为恒定的方式来决定开度，基于该开度而控制三通阀34(步骤S4)。也就是说，三通阀控制部406以仅使对循环泵32的发热进行冷却的量的水从流入部31流入的方式来控制三通阀34的开度。
由此，在直至压缩机22运转的期间内，将三通阀34调节为相对于循环部35从全开稍微关闭的开度、即相对于流出部36稍微打开的开度。
之后，返回步骤2，重复执行步骤S2～步骤S4的动作，直至压缩机22运转。
另一方面，在上游侧当前目标温度设定部405判断为热泵信息表示压缩机22的运转开始的情况(步骤S2：YES)下，从传感器信息获取部401获取加热部上游侧温度检测器54检测出的温度T2。接着，上游侧当前目标温度设定部405判断该温度T2是否达到上游侧目标温度设定部403设定的目标温度T2d(步骤S5)。
在上游侧当前目标温度设定部405判断为温度T2低于目标温度T2d的情况(步骤S5：NO)下，使用传感器信息获取部401获取的温度T1、T2、T3及载热体流量F1、F2来计算加热部33的上游侧的温度变化率dT2/dt(步骤S6)。需要说明的是，温度T1是在流入部31中流动的水的温度。另外，温度T2是加热部33的上游侧的水的温度。另外，温度T3是加热部33的下游侧的水的温度。另外，流量F1是在流入部31中流动的水的流量。另外，流量F2是向加热部33流动的水的流量。
在此，上游侧温度变化率计算部402将各传感器信息代入到以下所示的表示热收支模型的式(1)，从而计算温度变化率dT2/dt。
dT 2 d t = 1 M · cp 2 { cp 1 · F 1 · T 1 + cp 3 ( F 2 - F 1 ) · T 3 - cp 2 · F 2 · T 2 + Q p u m p } ... ( 1 )
其中，M表示加热部33保有的水量。另外，cpn(n是自然数)表示温度Tn下的水的比热。需要说明的是，比热根据水温来确定，因此上游侧温度变化率计算部402根据温度Tn来计算比热cpn。另外，Qpump表示循环泵32向水的热量输入量。需要说明的是，从循环泵32向水输出的热量根据通过循环泵32的水的流量F2及循环泵32的转速、消耗电力及特性来确定，因此上游侧温度变化率计算部402根据这些值来计算热量输入量Qpump。需要说明的是，在各检测部检测的传感器信息中包含检测延迟，因此上游侧温度变化率计算部402也可以基于实机运转中的过渡状态的数据对水量M、比热cpn、及热量输入量Qpump进行同定，从而提高推定精度。
在此，当参照式(1)时，式(1)的右边的分母表示加热部33保有的水的热容量。另外，式(1)的右边的分子表示使从流入部31向加热部33的上游侧流入的水和借助循环部35来循环的水混和的水的热量、与在加热部33流通的水的热量之差的热量。也就是说，温度变化率dT2/dt是通过使从流入部31向加热部33的上游侧流入的水和借助循环部35来循环的水混和的水的温度、与在加热部33流通的水的温度之差而计算出的。
接着，上游侧当前目标温度设定部405将在传感器信息获取部401获取的温度T2上加上游侧温度变化率计算部402计算出的温度变化率后的值设定为当前目标温度T2a(步骤S7)。接着，三通阀控制部406以使加热部33的上游侧的水温达到当前目标温度T2a的方式确定开度，基于该开度而控制三通阀34(步骤S8)。由此，三通阀控制部406能够以与温水系统30的特性(各部分温度、流量及加热部33的保水量)相应的适当的温度变化率来控制三通阀34的开度，直至加热部33的上游侧的水温T2达到目标温度T2d。之后，重复执行步骤S5～步骤S8的动作，直至在步骤S5中温度T2达到目标温度T2d。
在步骤S5中，在上游侧当前目标温度设定部405判断为温度T2达到目标温度T2d的情况(步骤S5：YES)下，将目标温度T2d设定为当前目标温度T2a(步骤S9)。接着，三通阀控制部406以使加热部33的上游侧的水温成为当前目标温度T2a、即目标温度T2d的方式来确定开度，基于该开度而控制三通阀34(步骤S10)。之后，控制装置40结束过渡状态下的三通阀34的控制，开始基于目标温度T2d来控制三通阀34的开度的稳定状态的控制。需要说明的是，稳定状态下的三通阀34的控制与反复执行步骤S9及步骤S10的处理相同。
如此，根据本实施方式，三通阀控制部406控制三通阀34的开度，以便在热泵20运转之后直至加热部33的上游侧的水的温度达到目标温度T2d的期间内使加热部33的上游侧的水的温度上升规定的温度。由此，在温水系统30处于过渡状态的情况下，能够以三通阀34的开闭动作可追随温水的温度变化的程度来控制三通阀34的开度。尤其是在本实施方式中，规定的温度是基于向加热部33流通的水、借助循环部35来循环的水、及从流入部31向加热部33的上游侧流入的水的状态而被计算出的。由此，能够与温水加热系统的特性相应地进行三通阀34的开度的控制，能够以适当的升温速度将加热部33的上游侧的水温提升至目标温度T2a。尤其是如本实施方式所示，能够使用使从流入部31向加热部33的上游侧流入的水和借助循环部35来循环的水混和后的水的温度、与向加热部33流通的水的温度之差的温度、即温度变化率dT2/dt，从而进行适当开度的控制。
需要说明的是，在本实施方式中说明了三通阀控制部406使用上游侧温度变化率计算部402计算出的温度变化率dT2/dt而进行开度的控制的情况，但是并不局限于此，也可以控制三通阀34的开度，以使加热部33的上游侧的水温上升其他的规定的温度。其中，当将该规定的温度设定得过小时，将开度控制为相对于流出部36略微打开，加热部33的上游侧的水温的升温变慢，直到温水系统30迁移至稳定状态为止需耗费时间。另一方面，当将该规定的温度设定得过大时，将开度控制为相对于循环部35略微打开，加热部33的上游侧的水温的升温变快，三通阀34的开闭动作变得无法追随温水的温度变化。在这种情况下，存在有在热泵20的冷凝器24处交换的热量变小、温水加热系统的效率降低这样的问题。
(第二实施方式)
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。第二实施方式的温水加热系统基于热源系统10与温水系统30的特性来设定温水系统30的加热部33的上游侧的目标温度。
图4是本发明的第二实施方式的温水加热系统的概要结构图。
第二实施方式的温水加热系统在第一实施方式的温水加热系统的热源系统10中具备热源上游侧温度检测器56及热源流量检测器57，控制装置40的动作有所不同。
热源上游侧温度检测器56检测热源系统10的上游侧的温水的温度T4。
热源流量检测器57检测在热源系统10中流动的温水的流量F3。
图5是表示本发明的第二实施方式的控制装置40的结构的概要框图。
第二实施方式的控制装置40在第一实施方式的控制装置40的结构的基础上，具备下游侧目标温度设定部407，上游侧目标温度设定部403的动作有所不同。
下游侧目标温度设定部407在热泵20及温水系统30运转的情况下，设定在温水系统30处于稳定状态时的加热部33的下游侧的水的目标温度。
上游侧目标温度设定部403基于下游侧的目标温度与传感器信息获取部401获取的传感器信息，设定在温水系统30成为稳定状态时的加热部33的上游侧的水的目标温度。
接着，对本实施方式的温水加热系统的运转开始时的控制装置40的动作进行说明。
第二实施方式的控制装置40的动作与第一实施方式的控制装置40的动作相比，步骤S1的动作不同，步骤S1之后的动作与第一实施方式相同。
因而，在此，对第二实施方式的步骤S1的动作进行说明。
首先，控制装置40的下游侧目标温度设定部407在温水加热系统的运转开始前从管理者接受加热部33的下游侧的目标温度T3d的输入。接着，上游侧目标温度设定部403从传感器信息获取部401获取热源上游侧温度检测器56及热源流量检测器57检测出的温度T4及流量F3。然后，上游侧目标温度设定部403基于获取的温度T4及流量F3而计算出热泵20的最大输出时的冷凝器24的最大加热量。接着，上游侧目标温度设定部403基于计算出的最大加热量、在加热部33中流动的水的流量F2及下游侧的目标温度T3d来计算出加热部33的上游侧的目标温度T2d。具体来说，上游侧目标温度设定部403将为了利用热泵20的最大输出而将加热部33的下游侧的水温设为目标温度T3d所需的加热部33的上游侧的水温设为目标温度T2d。
之后，通过与第一实施方式同样地进行步骤S2之后的处理，能够控制温水系统30的温度，以便与热源系统10的条件相应地最大发挥热泵20的能力。
(第三实施方式)
接着，对本发明的第三实施方式进行说明。第三实施方式的温水加热系统基于温水系统30的加热部33的下游侧的温度来控制热泵20的阀23的开度(热泵控制的调整量)。
图6是本发明的第三实施方式的温水加热系统的概要结构图。
第三实施方式的温水加热系统在第一实施方式的温水加热系统的温水系统30中具备冷凝器温度检测器58，控制装置40的动作有所不同。另外，在第三实施方式的温水加热系统中，也可以不具备流入部温度检测器52及流入部流量检测器51。
冷凝器温度检测器58检测热泵20的冷凝器24的温度T5。
图7是表示本发明的第三实施方式的控制装置40的结构的概要框图。
第三实施方式的控制装置40具备传感器信息获取部401、下游侧温度变化率计算部408(热泵调整温度计算部)、下游侧目标温度设定部407、下游侧当前目标温度设定部409及阀控制部410(热泵调整量决定部)。
传感器信息获取部401获取在温水系统30及冷凝器24设置的各检测器检测出的传感器信息(流量·温度)。
下游侧温度变化率计算部408基于传感器信息获取部401获取的传感器信息，计算出加热部33的下游侧的水温的变化率(热泵调整温度)、即水温的上升速度。需要说明的是，水温的变化率是通过将传感器信息适用于热收支模型而计算出的。
下游侧目标温度设定部407在热泵20运转的情况下，设定在温水系统30成为稳定状态时的加热部33的下游侧的水的目标温度。
下游侧当前目标温度设定部409根据从传感器信息获取部401、下游侧温度变化率计算部408、及下游侧目标温度设定部407获取的信息，设定现在时刻的加热部33的下游侧的水的当前目标温度。具体来说，下游侧当前目标温度设定部409基于下游侧温度变化率计算部408计算出的温度变化率而设定当前目标温度，直至加热部33的下游侧的现在的水温达到下游侧目标温度。然后，下游侧当前目标温度设定部409在加热部33的下游侧的现在的水温达到下游侧目标温度之后，将下游侧目标温度设定部407设定的目标温度设定为当前目标温度。
阀控制部410通过基于下游侧当前目标温度设定部409设定的当前目标温度与现在的加热部33的下游侧处的现在的水温的PID控制，进行阀23的开度的控制。
接着，对本实施方式的温水加热系统的运转开始时的控制装置40的动作进行说明。
图8是表示本发明的第三实施方式的控制装置40的动作的流程图。
首先，控制装置40的下游侧目标温度设定部407在温水加热系统的运转开始前从管理者接受加热部33的下游侧的目标温度T3d的输入(步骤S11)。
温水加热系统的管理者在设定目标温度之后，使温水系统30运转，之后使压缩机22运转。
下游侧当前目标温度设定部409从传感器信息获取部401获取加热部下游侧温度检测器55检测出的温度T3。接着，下游侧当前目标温度设定部409判断该温度T3是否达到下游侧目标温度设定部407设定的目标温度T3d(步骤S12)。
在下游侧当前目标温度设定部409判断为温度T3低于目标温度T3d的情况(步骤S12：NO)下，使用传感器信息获取部401获取的温度T2、T3、T5及载热体流量F2而计算加热部33的下游侧的温度变化率dT3/dt(步骤S13)。需要说明的是，温度T2是加热部33的上游侧的水的温度。另外，温度T3是加热部33的下游侧的水的温度。另外，温度T5是冷凝器24内的载热体的温度。另外，流量F2是在加热部33中流动的水的流量。
在此，下游侧温度变化率计算部408将各传感器信息代入以下所示的表示热收支模型的式(2)，从而计算出温度变化率dT3/dt。
dT 3 d t = 1 M · cp 3 { cp 2 · F 2 · T 2 + cp 3 · F 2 · T 3 + U · A ( T 5 - T 2 + T 3 2 ) } ... ( 2 )
其中，U及A分别表示冷凝器24的总热传递率及导热面积。U及A的值作为热泵20的设计值而预先算出即可，但是并不局限于此，也可以根据实机运转中的稳定状态下的数据进行同定。需要说明的是，U·A能够通过以下所示的式(3)的计算来算出。
U · A = ( cp 3 · T 3 - cp 2 · T 2 ) · F 2 T s - T 2 + T 3 2 ... ( 3 )
在此，当参照式(2)时，式(2)的右边的分母表示加热部33保有的水的热容量。另外，式(2)的右边的分子表示从向加热部33流通的水的热量与在加热部33中加热的热量之和，减去从加热部33向三通阀34流入的水的热量而得的热量。也就是说，温度变化率dT3/dt是通过向加热部33流通的水被加热部33加热后的该水的温度与从加热部33向三通阀34流入的水的温度之差而被计算出的。
接着，下游侧当前目标温度设定部409将在传感器信息获取部401获取的温度T3上加上下游侧温度变化率计算部408计算出的温度变化率后的值设定为当前目标温度T3a(步骤S14)。接着，阀控制部410以使加热部33的下游侧的水温成为当前目标温度T3a的方式决定阀23的开度，对阀23进行控制以便成为该开度(步骤S15)。由此，阀控制部410能够以与加热部33的特性相应的适当的温度变化率来控制阀23的开度，直至加热部33的下游侧的水温T3达到目标温度T3d。之后，重复执行步骤S12～步骤S15的动作，直至在步骤S12中温度T3达到目标温度T3d。
在步骤S12中，在下游侧当前目标温度设定部409判断为温度T3达到目标温度T3d的情况(步骤S12：YES)下，将目标温度T3d设定为当前目标温度T3a(步骤S16)。接着，阀控制部410以使加热部33的下游侧的水温达到当前目标温度T3a、即目标温度T3d的方式决定开度，根据该开度来控制阀23(步骤S17)。之后，控制装置40结束过渡状态下的压缩机22的控制，开始基于目标温度T3d来控制阀23的开度的稳定状态的控制。需要说明的是，稳定状态下的阀23的控制与重复执行步骤S16及步骤S17的处理相同。
如此，根据本实施方式，阀控制部410控制阀23的开度，以便在热泵20运转之后直至加热部33的下游侧的水的温度达到目标温度T3d的期间内，使加热部33的下游侧的水的温度上升规定的温度。由此，在温水系统30处于过渡状态的情况下，能够通过阀23的开度控制可追随温水的温度变化的程度来控制阀23的开度。尤其是在本实施方式中，规定的温度是基于向加热部33流通的水及从加热部33向三通阀34流入的水的状态及加热部33中的加热量而被计算出的。由此，能够与温水加热系统的特性相应地进行阀23的开度的控制，能够以适当的升温速度将加热部33的下游侧的水温提升到目标温度T3a。尤其是如本实施方式所示，能够使用作为向加热部33流通的水被加热部33加热后的该水的温度与从加热部33向三通阀34流入的水的温度之差的温度、即温度变化率dT3/dt，从而进行适当的开度的控制。
需要说明的是，在本实施方式中，说明了阀控制部410使用下游侧温度变化率计算部408计算出的温度变化率dT3/dt来进行开度的控制的情况，但是并不局限于此，也可以通过使加热部33的下游侧的水温上升其他的规定的温度的方式控制阀23的开度。其中，当将该规定的温度设定得过小时，将开度的上升率控制为稍微抑制，加热部33的下游侧的水温的升温变慢，温水系统30迁移到稳定状态为止需要花费时间。另一方面，当该规定的温度设定得过大时，将开度的上升率控制得较高，加热部33的下游侧的水温的升温变快，有可能使阀23的开度控制无法追随温水的温度变化。在这种情况下，存在有在热泵20的冷凝器24中交换的热量变小、温水加热系统的效率变差这样的问题。
(第四实施方式)
接着，对本发明的第四实施方式进行说明。第四实施方式的温水加热系统与第二实施方式同样地基于温水系统30的状态而控制三通阀34的开度，并且与第三实施方式同样地基于温水系统30的加热部33的状态而控制热泵20的阀23的开度。
图9是本发明的第四实施方式的温水加热系统的概要结构图。
第四实施方式的温水加热系统兼具第二实施方式的温水加热系统的结构与第三实施方式的温水加热系统的结构。需要说明的是，第四实施方式的控制装置40的结构也兼具第二实施方式的控制装置40的结构与第三实施方式的控制装置40的结构。
第四实施方式的温水加热系统的动作兼有第二实施方式的动作与第三实施方式的动作。
具体来说，在进行第三实施方式的步骤S11的下游侧目标温度的设定时，使用该下游侧目标温度而进行第二实施方式的步骤S1的上游侧目标温度的计算。
另外，在第二实施方式的步骤S2～步骤S4中，控制装置40仅进行三通阀34的开度控制。另一方面，控制装置40在执行步骤S5～步骤S8的处理期间，同时执行第三实施方式的步骤S12～步骤S15的处理。然后，控制装置40在执行第二实施方式的步骤S9及步骤S10的处理时，进行第三实施方式的步骤S16及步骤S17的处理。
由此，控制装置40能够分别适当地控制三通阀34的开度与阀23的开度。
以上，参照附图对本发明的一实施方式进行了详细说明，但具体结构并不限于上述内容，能够在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种设计变更等。
需要说明的是，上述控制装置40在内部具有计算机系统。而且，上述的各处理部的动作以程序的形式存储于计算机能够读取的记录介质，通过使计算机读出该程序而执行，进行上述处理。在此，计算机能够读取的记录介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。另外，该计算机程序也可以通过通信线路向计算机传送，收到该传送信息的计算机执行该程序。
另外，上述程序也可以用于实现上述功能的一部分。
此外，也可以是通过与将上述功能全部记录在计算机系统中的程序进行组合而能够实现的、所谓的差分文件(差分程序)。
产业上的可利用性
本发明是一种控制装置，该控制装置对温水加热系统进行控制，该温水加热系统具备：热泵，其具有从热源系统汲取热量且输出热能的热能输出热交换器；加热部，其利用从所述热能输出热交换器获得的热能来加热水；流出部，其使所述加热部加热后的水向加热对象流出；循环部，其使所述加热部加热后的水向所述加热部的上游侧循环；流入部，其使水从加热对象向所述加热部的上游侧流入；调整部，其调整水从所述加热部向所述流出部及所述循环部的流量分配，该控制装置具备：上游侧目标温度设定部，其设定所述加热部的上游侧的水的目标温度；调整量决定部，其决定基于所述调整部的流量分配的调整量，以使所述加热部的上游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的上游侧的水的温度达到所述目标温度。根据本发明，决定基于调整部的调整量或热泵的调整量，以使加热部的上游侧或下游侧的温水的温度上升规定的温度，直至加热部的上游侧的温水的温度达到目标温度。由此，能够适当地控制温水系统的过渡状态下的升温速度。
附图标记说明如下：
10…热源系统
20…热泵
21…蒸发器
22…压缩机
23…冷凝器
24…膨胀阀
30…温水系统
31…流入部
32…循环泵
33…加热部
34…三通阀
35…循环部
36…流出部
40…控制装置
51…流入部流量检测器
52…流入部温度检测器
53…加热部流量检测器
54…加热部上游侧温度检测器
55…加热部下游侧温度检测器
56…热源上游侧温度检测器
57…热源流量检测器
58…冷凝器温度检测器
401…传感器信息获取部
402…上游侧温度变化率计算部
403…上游侧目标温度设定部
404…热泵信息输入部
405…上游侧当前目标温度设定部
406…三通阀控制部
407…下游侧目标温度设定部
408…下游侧温度变化率计算部
409…下游侧当前目标温度设定部
410…阀控制部

Claims (12)

1.一种控制装置，该控制装置对温水加热系统进行控制，其中，
所述温水加热系统具备：
热泵，其具有从热源系统汲取热量且输出热能的热能输出热交换器；
加热部，其利用从所述热能输出热交换器获得的热能来加热水；
流出部，其使所述加热部加热后的水向加热对象流出；
循环部，其使所述加热部加热后的水向所述加热部的上游侧循环；
流入部，其使水从加热对象向所述加热部的上游侧流入；
调整部，其调整水从所述加热部向所述流出部及所述循环部的流量分配，
所述控制装置具备：
上游侧目标温度设定部，其设定所述加热部的上游侧的水的目标温度；
调整量决定部，其决定基于所述调整部的流量分配的调整量，以使所述加热部的上游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的上游侧的水的温度达到所述目标温度，
所述调整量决定部决定基于所述调整部的流量分配的调整量，以使所述加热部的上游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的上游侧的水的温度达到所述目标温度，所述规定的温度是基于向所述加热部流通的水、通过所述循环部来循环的水及从所述流入部向所述加热部的上游侧流入的水的状态而被计算出的。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
所述控制装置具备调整温度计算部，该调整温度计算部基于向所述加热部流通的水、通过所述循环部来循环的水及从所述流入部向所述加热部的上游侧流入的水的状态，算出如下两种水的温度之差，并将该温度之差作为在所述调整量的决定中使用的调整温度，其中，一种水的温度是使从所述流入部向所述加热部的上游侧流入的水和通过所述循环部来循环的水混和后的水的温度，另一种水的温度是向所述加热部流通的水的温度，
所述调整量决定部决定基于所述调整部的流量分配的调整量，以使所述加热部的上游侧的水的温度上升所述调整温度计算部计算出的调整温度，直至所述加热部的上游侧的水的温度达到所述目标温度。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
所述调整量决定部决定基于所述调整部的流量分配的调整量，以使向所述加热部流入的水的温度变为恒定，直至所述热泵运转。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
所述上游侧目标温度设定部基于所述加热部的最大加热量、向所述加热部流入的水的流量、所述加热部的下游侧的水的目标温度而设定所述加热部的上游侧的水的目标温度。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
所述控制装置具备：
下游侧目标温度设定部，其设定所述加热部的下游侧的水的目标温度；
热泵调整量决定部，其决定热泵控制的调整量，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其中，
所述热泵调整量决定部决定热泵控制的调整量，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度，所述规定的温度是基于向所述加热部流通的水及从所述加热部向所述调整部流入的水的状态以及所述加热部中的加热量而被计算出的。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其中，
所述控制装置具备热泵调整温度计算部，该热泵调整温度计算部基于向所述加热部流通的水及从所述加热部向所述调整部流入的水的状态以及所述加热部中的加热量，算出如下两种水的温度之差，并将该温度之差作为在热泵控制的调整量的决定中使用的热泵调整温度，其中，一种水的温度是向所述加热部流通的水被所述加热部加热后的该水的温度，另一种水的温度是从所述加热部向所述调整部流入的水的温度，
所述热泵调整量决定部决定热泵控制的调整量，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升所述热泵调整温度计算部计算出的热泵调整温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度。
8.一种控制装置，该控制装置对温水加热系统进行控制，其中，
所述温水加热系统具备：
热泵，其具有从热源系统汲取热量且输出热能的热能输出热交换器；
加热部，其利用从所述热能输出热交换器获得的热能来加热水；
流出部，其使所述加热部加热后的水向加热对象流出；
循环部，其使所述加热部加热后的水向所述加热部的上游侧循环；
流入部，其使水从加热对象向所述加热部的上游侧流入，
所述控制装置具备：
下游侧目标温度设定部，其设定所述加热部的下游侧的水的目标温度；
热泵调整量决定部，其决定热泵控制的调整量，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度，
所述热泵调整量决定部决定热泵控制的调整量，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度，所述规定的温度是基于向所述加热部流通的水及从所述加热部流出的水的状态以及所述加热部中的加热量而被计算出的。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其中，
所述控制装置具备热泵调整温度计算部，该热泵调整温度计算部基于向所述加热部流通的水及从所述加热部流出的水的状态以及所述加热部中的加热量，算出如下两种水的温度之差，并将该温度之差作为在热泵控制的调整量的决定中使用的热泵调整温度，其中，一种水的温度是向所述加热部流通的水被所述加热部加热后的该水的温度，另一种水的温度是从所述加热部流出的水的温度，
所述热泵调整量决定部决定热泵控制的调整，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升所述热泵调整温度计算部计算出的热泵调整温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度。
10.一种温水加热系统，其中，
所述温水加热系统具备：
热泵，其具有从热源系统汲取热量且输出热能的热能输出热交换器；
加热部，其利用从所述热能输出热交换器获得的热能来加热水；
流出部，其使所述加热部加热后的水向加热对象流出；
循环部，其使所述加热部加热后的水向所述加热部的上游侧循环；
流入部，其使水从加热对象向所述加热部的上游侧流入；
调整部，其调整水从所述加热部向所述循环部及所述流出部的流量分配；以及
权利要求1～权利要求9中任一项所述的控制装置。
11.一种控制方法，该控制方法对温水加热系统的调整部的调整量进行控制，其中，
所述温水加热系统具备：
热泵，其具有从热源系统汲取热量且输出热能的热能输出热交换器；
加热部，其利用从所述热能输出热交换器获得的热能来加热水；
流出部，其使所述加热部加热后的水向加热对象流出；
循环部，其使所述加热部加热后的水向所述加热部的上游侧循环；
流入部，其使水从加热对象向所述加热部的上游侧流入；
调整部，其调整水从所述加热部向所述循环部及所述流出部的流量分配，
所述控制方法包括：
决定所述加热部的上游侧的水的目标温度的步骤；
决定基于所述调整部的流量分配的调整量的步骤，以使所述加热部的上游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的上游侧的水的温度达到所述目标温度，
所述调整量以如下方式决定：使所述加热部的上游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的上游侧的水的温度达到所述目标温度，所述规定的温度是基于向所述加热部流通的水、通过所述循环部来循环的水及从所述流入部向所述加热部的上游侧流入的水的状态而被计算出的。
12.一种控制方法，该控制方法对温水加热系统的热泵的调整量进行控制，其中，
所述温水加热系统具备：
热泵，其具有从热源系统汲取热量且输出热能的热能输出热交换器；
加热部，其利用从所述热能输出热交换器获得的热能来加热水；
流出部，其使所述加热部加热后的水向加热对象流出；
循环部，其使所述加热部加热后的水向所述加热部的上游侧循环；
流入部，其使水从加热对象向所述加热部的上游侧流入，
所述控制方法包括：
决定所述加热部的下游侧的水的目标温度的步骤；
决定热泵控制的调整量的步骤，以使所述加热部的下游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度，
所述调整量以如下方式决定：使所述加热部的下游侧的水的温度上升规定的温度，直至所述加热部的下游侧的水的温度达到所述目标温度，所述规定的温度是基于向所述加热部流通的水及从所述加热部流出的水的状态以及所述加热部中的加热量而被计算出的。
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