CN116529539A - 流体加热系统 - Google Patents

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Abstract

制热系统(203)具备：热泵单元(220)，其借助电力进行运转；流动回路(203a)；锅炉单元(210)，其具有燃烧器(211)，对水进行加热；以及制热控制部。热泵单元(220)具有供制冷剂循环的热泵回路(221)。流动回路(203a)供由制冷剂加热的水流动。制热控制部具有运转控制部和取得热泵单元(220)的消耗电力的上限值的上限值取得部。运转控制部在需要遵守上限值的第一时间段，以使消耗电力不超过上限值的方式控制热泵单元(220)的运转。运转控制部在第一时间段仅通过热泵单元(220)进行水的加热时加热量不足的情况下，使锅炉单元(210)进行运转。

Description

流体加热系统
技术领域
本发明涉及流体加热系统，尤其涉及具备热泵装置及燃烧装置的流体加热系统。
背景技术
在专利文献1(日本特许5597767号)中示出了具备电驱动式的热泵和燃料燃烧式的锅炉的、成本效益高的制热装置。在该制热装置中，着眼于电费以及燃料费用，使用盈亏平衡性能系数(BECOP)进行运行成本降低的控制。
发明内容
发明要解决的课题
从用户的角度来看，在制热装置等对流体进行加热的流体加热系统中降低运行成本是重要的。
但是，从其它角度来看，在流体加热系统中，仅以运行成本为指标的控制有时不能说是适合的控制。
用于解决课题的手段
第一观点的流体加热系统具备热泵装置、流路、燃烧装置以及控制部。热泵装置具有供制冷剂进行循环的制冷剂回路。热泵装置借助电力进行运转。流路供由制冷剂加热的流体流动。燃烧装置具有燃烧部。燃烧装置与热泵装置独立地进行对流体进行加热的运转。控制部具有上限值取得部和运转控制部。上限值取得部取得消耗电力的上限值。运转控制部在需要遵守上限值的第一时间段，以使热泵装置的消耗电力不超过上限值的方式控制热泵装置的运转。在第一时间段中仅通过热泵装置进行流体的加热时流体的加热量不足的情况下，运转控制部使燃烧装置进行运转。
这里，在需要遵守消耗电力的上限值的第一时间段，以不超过该上限值的方式控制热泵装置的运转。由此，例如，在设置流体加热系统的地域的供给电力的峰值时，能够抑制热泵装置的消耗电力，取得地域的电力供给与电力需求的平衡。
另外，这里，在第一时间段中仅通过热泵装置进行流体的加热时流体的加热量不足的情况下，辅助地进行燃烧装置的运转。由此，流体加热系统的利用者能够在不大幅降低舒适性的情况下享受制热、热水供给等。
第二观点的流体加热系统在第一观点的流体加热系统的基础上，上限值取得部从外部的装置接收与根据外部的发电设备的状况决定的上限值相关的信息。
这里，例如，上限值取得部取得与上限值相关的信息，该上限值由向热泵装置进行电力供给的电力供给公司、或者为了取得电力供给与电力需求的平衡而进行能量管理服务的集成商提供。由此，流体加热系统的使用者或者管理者能够直接地或者间接地对电力供给者进行协作。
第三观点的流体加热系统在第一观点的流体加热系统的基础上，还具备第一计算部和第二计算部。第一计算部基于每单位供给电力的电力生成时的二氧化碳排出量的信息，计算总二氧化碳排出量。总二氧化碳排出量是热泵装置的运转产生的二氧化碳排出量与燃烧装置的运转产生的二氧化碳排出量的合计值。第二计算部以使总二氧化碳排出量变小的方式计算消耗电力的上限值。上限值取得部从第二计算部取得消耗电力的上限值。
不仅通常认为二氧化碳排出量多的燃烧装置，热泵装置也会在消耗的电力的发电时刻(电力生成时)排出二氧化碳。在火力发电中石油燃烧，使用自然能源的发电装置也在该装置的制造过程中排出二氧化碳。鉴于这些情况，这里，上限值取得部进行消耗电力的上限值的计算，以减少总二氧化碳排出量。由此，流体加热系统能够有效地有助于削减全球范围内的二氧化碳排出量。
第四观点的流体加热系统在第一观点至第三观点中的任一观点的流体加热系统的基础上，运转控制部在第一时间段，仅通过热泵装置对流体进行加热时流体的加热量不足的情况下，按照因将热泵装置的消耗电力抑制在上限值以下而不足的加热量，使燃烧装置进行运转而对流体进行加热。
通常，热泵装置的运转产生的二氧化碳排出量比燃烧装置的运转产生的二氧化碳排出量少。鉴于此，这里，优先使热泵装置运转，在需要遵守消耗电力的上限值的第一时间段，按照因将热泵装置的消耗电力抑制在上限值以下而不足的加热量，使燃烧装置进行运转。由此，流体加热系统能够有效地有助于削减全球范围内的二氧化碳排出量。
第五观点的流体加热系统在第二观点的流体加热系统的基础上，还具备第一计算部。第一计算部计算热泵装置及燃烧装置的运转产生的二氧化碳排出量即总二氧化碳排出量。运转控制部在不需要遵守消耗电力的上限值的第二时间段，以使总二氧化碳排出量变小的方式决定热泵装置对流体的加热与燃烧装置对流体的加热的比例，来控制热泵装置和燃烧装置的运转。
这里，在不需要遵守消耗电力的上限值的第二时间段，进行与第一时间段不同的控制。通过使该第二时间段中的总二氧化碳排出量变小这样的热泵装置及燃烧装置的运转的控制，流体加热系统能够有效地有助于削减全球范围内的二氧化碳排出量。
第六观点的流体加热系统在第二观点或第五观点的流体加热系统的基础上，还具备第三计算部。第三计算部计算热泵装置的运转所需的第一运行成本和燃烧装置的运行所需的第二运行成本。运转控制部在不需要遵守上限值的第三时间段，以使第一运行成本和第二运行成本的合计变小的方式，决定热泵装置对流体的加热与燃烧装置对流体的加热的比例，来控制热泵装置和燃烧装置的运转。
这里，在不需要遵守消耗电力的上限值的第三时间段，进行与第一时间段不同的控制。通过使该第三时间段中的第一运行成本和第二运行成本的合计变小这样的热泵装置和燃烧装置的运转的控制，用户能够享受成本降低的优点。另一方面，在第一时间段中，如上所述，例如能够取得地域的电力供给与电力需求的平衡，用户能够在不大幅降低舒适性的情况下接受制热、热水供给等。
第七观点的流体加热系统在第一观点至第六观点中的任一观点的流体加热系统的基础上，由制冷剂加热的流体为水。在流路中被加热的水用于制热和/或热水供给。
第八观点的流体加热系统在第一观点至第六观点中的任一观点的流体加热系统的基础上，由制冷剂加热的流体是空气。在流路中被加热的空气用于制热。
附图说明
图1是用于说明电力消耗管理系统的示意图。
图2是表示电力公司的电力管理装置10的结构的示意图。
图3是表示电力管理装置10的存储部14的结构的示意图。
图4是表示设置于各建筑物的控制装置30的结构的示意图。
图5是表示设置于各建筑物的制热系统203的结构的示意图。
图6是表示制热控制部280的结构的示意图。
图7是对第二时间段的控制和第三时间段的控制进行比较的图。
图8是在图7中追加了消耗电力的轴的图。
图9是表示第一时间段和第二时间段中的外部气体温度、HP运转比例、消耗电力的关系的图。
图10是表示第一时间段、第二时间段以及第三时间段中的外部气体温度与HP运转比例的关系的图。
图11是表示各控制与CO2排出量的关系的图。
图12是表示变形例A的空调系统的结构的示意图。
图13是表示变形例A的空调系统设置于住宅的例子的示意图。
具体实施方式
图1、图5所示的作为流体加热系统的制热系统203是如下这样的系统：通过以电力进行动作的热泵单元和使燃料燃烧的锅炉单元中的一方或双方对水(流体)进行加热，并使加热后的水向热放出器流动，由此进行制热。该制热系统203是在图1所示的电力消耗管理系统中由作为电力需求者的用户拥有的设备机器20的1个。以下，首先对电力消耗管理系统进行说明，之后对制热系统203进行详细叙述。
(1)电力消耗管理系统的整体结构
图1是用于说明电力消耗管理系统的示意图。电力消耗管理系统是在规定的期间(以下，称为调整期间)根据来自电力公司1a的控制请求进行了设备机器20的电力消耗量的调整的情况下对设备机器20的用户赋予奖励的机制。该电力消耗管理系统对多个设备机器20的用户单独地赋予奖励。电力公司1a和用户预先签订决定了与电力使用有关的约定的合同，奖励的方式也基于合同而被预先决定。这样的电力消耗管理系统通过电力供给者的电力公司1a和设置于需求者的各建筑物A、B的各装置来实现。
电力公司1a具有电力管理装置10。电力管理装置10向各设备机器20送出催促电力的调整的“控制请求”。另外，电力管理装置10根据设备机器20响应于控制请求的记录等，进行对用户赋予的奖励的量的计算等。
建筑物A、B的设施3a、3b例如是办公楼、租户楼、工厂以及普通家庭等建筑物。在各建筑物A、B中设置有：设备机器20；电源6，其向设备机器20供给电力；电表7，其对从电源6向设备机器20供给的电力量进行计测；以及控制装置30，其对设备机器20进行控制。从电力公司1a通过电源线102a向建筑物A、B的设施3a、3b供给电力。从电源6经由室内的电源线102b对同一建筑物内的设备机器20供给电力。另外，电力管理装置10和控制装置30例如通过互联网101a连接。同一建筑物内的控制装置30和设备机器20通过专用的控制线101b等连接。
另外，在图1中，各建筑物A、B、各装置的数量被限定地记载，但并不限定于这些数量。
作为上述的电力消耗管理系统的一个方式，存在“需求响应”，将用于实现需求响应的电力调整控制称为“需求响应控制”。后述的制热系统203的第一时间段中的控制是“需求响应控制”的1个。
(2)用于电力消耗管理系统的装置
(2-1)电力管理装置10
图2是表示电力管理装置10的结构的示意图。电力管理装置10具备通信部11、输入部12、输出部13、存储部14以及运算部15。
通信部11与控制装置30进行通信，由能够与互联网101a连接的网络接口等构成。
输入部12向电力管理装置10输入信息，由操作按钮、键盘以及鼠标等构成。
输出部13输出电力管理装置10中存储的信息等，由显示器等构成。
存储部14存储输入到电力管理装置10的信息等，由硬盘等构成。如图3所示，存储部14存储各建筑物A、B中的可调整的电力量和可调整的时间段的组合等。另外，存储部14存储由运算部15执行的程序等。
运算部15基于存储在电力管理装置10中的信息等来执行各种运算，由计算机实现。运算部15具备控制运算装置和存储装置。控制运算装置可以使用CPU或GPU等处理器。控制运算装置读出存储于存储部14的程序，并按照该程序进行规定的图像处理、运算处理。进而，控制运算装置能够按照程序将运算结果写入存储装置、或读出存储装置中存储的信息。图2所示的运算部15内的各部表示由控制运算装置实现的各种功能块。具体而言，通过读出并执行程序，运算部15作为图2所示的电力消耗量预测部15a、电力调整决定部15b、设备机器选择部15c、控制请求送出部15d、以及奖励信息决定部15e而发挥功能。
电力消耗量预测部15a进行电力的供给量以及需求量的预测，并预测规定时间后的电力的消耗量。另外，电力消耗量预测部15a判定是否存在规定时间后的电力的需求量超过规定的供给量的可能性。电力的供给量根据电力公司1a正在运行的发电设备的状况来决定。发电设备例如是进行火力发电、风力发电、太阳能发电等的设备。
电力调整决定部15b在由电力消耗量预测部15a判定为存在规定时间后的电力的需求量超过规定的供给量的可能性的情况下，决定电力的消耗抑制所需的调整量、调整时刻以及调整期间。
设备机器选择部15c基于存储于存储部14中的设备机器20的信息和由电力调整决定部15b决定的电力的消耗抑制所需的信息，选择实施需求响应控制的设备机器20。
控制请求送出部15d向由设备机器选择部15c选择出的控制装置30送出催促电力使用量的调整的“控制请求”。在控制请求中包括要调整的电力量以及时间段等信息。另外，也有时根据电力供给者与电力需求者之间的合同内容预先约定要调整的电力量，在该情况下，省略与要调整的电力量有关的信息的送出。
奖励信息决定部15e决定与赋予给用户的奖励的量相关的信息。奖励的量例如通过电力调整量与奖励单价之积来赋予。奖励信息决定部15e根据状况来变更奖励单价等。
(2-2)设备机器20
设备机器20是在由控制装置30设定的控制条件下动作的机器。通过使设备机器20在满足来自电力管理装置10的控制请求的控制条件下进行动作，从而在电力消耗管理系统中调整电力消耗量。
作为设备机器20的种类，有换气扇201、照明机器202、制热系统203等。换气扇201仅操作ON(接通)/OFF(断开)，在运转状态下消耗一定电力。在照明机器202中，既有仅操作ON/OFF而在运转状态下消耗一定电力的照明设备，也有以多级切换照度而消耗电力按照操作不同的照明设备。如上所述，作为流体加热系统的制热系统203是具备几乎不消耗电力的锅炉单元210和消耗大量电力的热泵单元220的系统，详细内容后述。
(2-3)控制装置30
图4是表示控制装置30的结构的示意图。控制装置30在电力消耗管理系统中使用，控制设备机器20。控制装置30具备通信部31、输入部32、输出部33、存储部34、设定部35、运算部36以及控制部37。
通信部31与电力管理装置10进行通信，由能够与互联网101a连接的网络接口等构成。
输入部32向控制装置30输入信息，由覆盖操作按钮以及输出部33的显示器的触摸屏等构成。用户能够经由该输入部32输入针对设备机器20的设定的变更以及运转模式的变更等各种命令。
输出部33输出存储在控制装置30中的信息等，由显示器等构成。例如，输出部33将表示设备机器20的运转形态的画面输出到显示器，并将设备机器20的ON/OFF、运转模式、设定温度、照度、换气量、运转时间、运转率、与其他运转时的运转能力相关的信息、以及当前的消耗电力等提示给用户。
存储部34存储输入到控制装置30等的信息，由硬盘等构成。另外，存储部34存储后述的运算部36能够读出并执行的程序。进而，存储部34根据设备机器20的种类，存储控制条件以及消耗电力的信息。
设定部35基于从输入部32输入的信息等来设定设备机器20的控制条件。
运算部36基于存储于控制装置30中的信息等来执行各种运算，例如由CPU、ROM以及RAM构成。运算部36的功能通过读出并执行存储于上述存储部34中的程序来实现。运算部36具有基于由设定部35设定的控制条件来计算奖励的获得量的功能。
控制部37基于由设定部35设定的控制条件等来控制设备机器20。
(3)制热系统203
如图5以及图6所示，作为流体加热系统的制热系统203具备锅炉单元210、热泵单元220、热放出部230以及制热控制部280。
(3-1)锅炉单元210、热泵单元220以及热放出部230
例如，如果制热系统203用于住宅的制热，则热放出部230包括配置于作为被制热(加热)的空间的多个房间的热放出器。多个热放出器是如散热器、地暖、对流加热器那样的热交换器。在图5中，利用附图标记231概略地示出了热放出器。并且，在被加热的空间内设置有1个以上的具有室温传感器233的恒温器232。室温传感器233对配置有室温传感器233的房间的温度进行计测。在热放出部230对构成被加热的空间的多个房间进行加热的情况下，在各房间或多个房间配置恒温器232。各恒温器232具有室温传感器233。制热系统203的利用者经由恒温器232设定要求室温。要求室温也可以在各房间中不同。被加热的空间的要求室温也可以集中设定。室温传感器233测定对应的房间的当前的室温。
热泵单元220是借助电力进行运转的热泵装置。在本申请中，在附图中，将热泵单元220记载为“HP”。热泵单元220具有公知的热泵回路221。热泵回路221是通过制冷剂配管将压缩机、冷凝器、膨胀机构、蒸发器连接而成的环状的制冷剂回路。在制热模式下，冷凝器由第一热交换器222形成。虽然未图示，但蒸发器配置在室外单元223内。压缩机和膨胀机构也未图示，但配置在室外单元223内。这里，作为热泵回路221，使用空气热泵。配置在室外单元223内的蒸发器从室外空气夺取热，由此，在热泵回路221内流动的制冷剂蒸发，流向用于冷凝的热交换器222。在冷凝过程中，制冷剂的热向工作流体(后述)传递。热泵回路221的压缩机优选以频率可变的方式运转，以便能够以局部负载运转。室外温度传感器既可以设置于室外单元223，也可以配置于能够可靠地计测室外温度那样的不同的场所。
作为燃烧装置的锅炉单元210是公知的气体燃烧式的冷凝锅炉，具有用于对工作流体(后述)进行加热的燃烧器211。作为燃烧部的燃烧器211与热泵单元220独立地对工作流体进行加热。此外，燃烧器211为了生成家庭用热水240而工作。家庭用热水240在使用时，经由配管251被燃烧器211直接加热。锅炉单元210具有与由燃烧器211加热的第二热交换器211a的入口连接的流入配管214。此外，锅炉单元210具有与第二热交换器211a的出口连接的流出配管215。
热泵单元220具有第一流入配管225和第一流出配管228。第一流入配管225经由三通阀227而与第一热交换器222的入口和绕过第一热交换器222的旁通配管226连接。第一流出配管228与第一热交换器222的出口和旁通配管226连接。热泵单元220还具有第二流入配管229。第二流入配管229经由泵235及流量传感器236而与第二流出配管234连接。
在锅炉单元210与热泵单元220之间配置有三通阀216以及旁通配管256。旁通配管256是用于绕过锅炉单元210的配管。通过绕过锅炉单元210，能够仅通过热泵单元220对工作流体(后述)进行加热。
热泵单元220的第二流出配管234与热放出部230的流入配管238连接。热放出部230的流出配管239与热泵单元220的第一流入配管225连接。
第一温度传感器241配置于热放出部230的流入配管238或其上游的热泵单元220的第二流出配管234。第二温度传感器242配置于热放出部230的流出配管239或其下游的热泵单元220的第一流入配管225。第三温度传感器243配置于热泵单元220的第一流出配管228。
配管239、225、228、214、215、229、234及238形成流动回路203a，使水这样的工作流体向热放出部230流动。这里，采用水作为工作流体。第一温度传感器241对经由配管238流入到热放出部230的工作流体的温度进行计测。第二温度传感器242对从热放出部230流出的工作流体的温度进行计测。第三温度传感器243在热泵单元220的第一热交换器222的下游处计测工作流体的温度。泵235使工作流体在流动回路203a内循环。流量传感器236计测工作流体的流量。
(3-2)制热控制部280
制热控制部280按照来自上述恒温器232的指示、要求，对热泵单元220的压缩机、膨胀机构、泵235、三通阀227、锅炉单元210的燃烧器211、三通阀216等进行控制。制热控制部280由计算机实现。制热控制部280具备控制运算装置和存储部294。控制运算装置可以使用CPU或GPU等处理器。控制运算装置读出存储于存储部294中的程序，并按照该程序进行规定的图像处理、运算处理。进而，控制运算装置能够按照程序将运算结果写入存储装置，或读出存储于存储部294中的信息。图6的制热控制部280的各部281、282、291、293表示由控制运算装置实现的各种功能块。存储部294能够作为数据库使用。
如图6所示，制热控制部280具有上限值取得部281、运转控制部282、第一计算部291、第三计算部293和存储部294。
(3-2-1)上限值取得部281
上限值取得部281取得由电力管理装置10决定的、对制热系统203施加的按时间段的消耗电力的上限值。具体而言，从电力管理装置10的控制请求送出部15d向控制装置30发送“控制请求”，使得例如在13点至14点的期间，各建筑物的制热系统203的消耗电力小于规定的上限值。于是，控制装置30将对制热系统203设定的消耗电力的上限值发送到上限值取得部281。上限值取得部281取得该上限值。
另外，如上所述，电力管理装置10基于根据正在运转的发电设备的状况决定的电力的供给量、预测的电力的需求量，按时间段决定针对包括制热系统203在内的各设备机器20的消耗电力的上限值。具体而言，电力调整决定部15b决定电力的消耗抑制所需的调整量、调整时刻以及调整期间，从控制请求送出部15d向控制装置30送出催促电力使用量的调整的“控制请求”。
(3-2-2)第一计算部291
第一计算部291基于每单位供给电力的电力生成时的二氧化碳排出量的信息，计算总二氧化碳排出量。在本申请中，在附图中，将二氧化碳记载为“CO2”，将二氧化碳排出量记载为“CO2排出量”。总二氧化碳排出量是与热泵单元220的运转产生的电力消耗相关联的二氧化碳排出量和因锅炉单元210的运转中的燃料的燃烧而产生的二氧化碳排出量的合计值。对于每单位供给电力的电力生成时的二氧化碳排出量的信息，制热控制部280经由控制装置30定期地从电力管理装置10获得。
另外，每单位供给电力的电力生成时的二氧化碳排出量根据电力公司1a的发电设备中的哪个发电设备正在运转、或各自的发电设备的运转率等而变化。例如，在太阳能发电或风力发电的比例高且火力发电的比例低的情况下，每单位供给电力的二氧化碳排出量变小。相反，在主要进行火力发电的情况下，每单位供给电力的二氧化碳排出量变大。另外，热泵单元220的运转引起的电力消耗所产生的二氧化碳排出量在COP(Coefficient OfPerformance：性能系数)良好的周围条件下能够使热泵单元220运转时变小，但在外部气体温度较低等热泵单元220的COP变差时增大。
(3-2-3)第三计算部293
第三计算部293计算热泵单元220的运转所需的第一运行成本和锅炉单元210的运行所需的第二运行成本。具体而言，第一运行成本是热泵单元220的运转所需的电力的费用。第二运行成本是锅炉单元210的运转所需的燃料(气体等)的费用。第三计算部293例如如国际公开号WO2012/077333(公开日：2012年6月14日)所示，计算第一运行成本和第二运行成本。
(3-2-4)运转控制部282
在制热系统203需要遵守消耗电力的上限值的第一时间段，运转控制部282以使热泵单元220的消耗电力不超过上限值的方式控制热泵单元220的运转。例如，运转控制部282通过降低热泵单元220的压缩机的容量来抑制热泵单元220的消耗电力。
另外，第一时间段是根据上述的“控制请求”的调整时刻或调整期间决定的时间段。消耗电力的上限值是基于上述的“控制请求”的电力的消耗抑制所需的调整量决定的值。
运转控制部282在第一时间段，仅通过热泵单元220进行工作流体的加热时工作流体的加热量不足的情况下，按照因将热泵装置220的消耗电力抑制为不超过上限值而不足的加热量，使锅炉单元210进行运转，使燃烧器211工作。
运转控制部282在不需要遵守消耗电力的上限值的第二时间段，以使总二氧化碳排出量变小的方式决定热泵单元220对工作流体的加热与锅炉单元210对工作流体的加热的比例，来对热泵单元220以及锅炉单元210的运转进行控制。
运转控制部282在不需要遵守上限值的第三时间段，以使第一运行成本和第二运行成本的合计变小的方式，决定热泵单元220对工作流体的加热与锅炉单元210对工作流体的加热的比例，来对热泵单元220以及锅炉单元210的运转进行控制。运转控制部282例如进行国际公开号WO2012/077333(公开日：2012年6月14日)所示的运行成本(运转费用)变小的运转。
此外，第一时间段以外的时间段默认为第二时间段。用户能够使用恒温器232或者其他的设定装置，将第二时间段的一部分或者全部设定变更为第三时间段。在与二氧化碳排放量的削减相比运行成本的削减优先的情况下，用户能够将第二时间段的一部分或全部改变为第三时间段。
(3-2-4-1)第二时间段的控制与第三时间段的控制的比较
在图7中，通过HP运转比例相对于外部空气温度的形式，示出在第二时间段由运转控制部282进行的控制与在第三时间段由运转控制部282进行的控制的比较。HP运转比例是热泵单元220的加热量相对于热泵单元220的加热量和锅炉单元210的加热量的合计所占的比例。如图7所示，在外部气体温度低时，热泵单元220的COP小，因此，HP运转比例为0％，仅通过锅炉单元210进行工作流体的加热。相反，在外部气体温度高时，热泵单元220的COP大，因此，将HP运转比例设为100％，仅通过热泵单元220进行工作流体的加热。
在第二时间段由运转控制部282进行的控制是优先抑制二氧化碳排出量的控制。在第三时间段由运转控制部282进行的控制是优先抑制运行成本的控制。如图7所示，即使是相同的外部气体温度，在优先抑制二氧化碳排出量的控制中，存在HP运转比例高的倾向，在优先抑制运行成本的控制中，存在HP运转比例低的倾向。但是，图7所示的图表不是始终恒定，而是随着电力、燃料的价格、热泵单元220的COP、每单位供给电力的电力生成时的二氧化碳排出量等的变化而变化。
(3-2-4-2)第一时间段的控制
图8是在图7的下方追加了外部气体温度与消耗电力的关系的一例的图。在某个外部气体温度之前，如果HP运转比例变大，则消耗电力也变大。但是，当外部气体温度比某个温度时，制热所需的加热量变小，因此消耗电力向右下降。
在图8的图表中，还示出了上限值取得部281取得的消耗电力上限(对制热系统203设定的消耗电力的上限值)。在从控制请求送出部15d向控制装置30送出的“控制请求”的调整期间即第一时间段，运转控制部282以使热泵单元220的消耗电力不超过图8的消耗电力上限的方式控制热泵单元220的运转。进而，如上所述，运转控制部282在第一时间段，仅通过热泵单元220进行工作流体的加热时工作流体的加热量不足的情况下，按照因将热泵单元220的消耗电力抑制为不超过上限值而不足的加热量，使锅炉单元210进行运转，利用燃烧器211对工作流体进行加热。
这样，在第二时间段，以抑制制热系统203的二氧化碳排出量的方式决定HP运转比例，在第三时间段，以抑制制热系统203的运行成本的方式决定HP运转比例，以该控制为基础，在第一时间段，以使热泵单元220的消耗电力不超过消耗电力上限的方式控制热泵单元220的运转。进而，在第一时间段，热泵单元220的能力下降而无法确保制热所需的加热量时，运转控制部282启动锅炉单元210或加强锅炉单元210的运转，补充不足的加热量。
图9表示对进行优先抑制二氧化碳排出量的第二时间段中的“CO2排出量优先”的控制时的HP运转比例与存在“控制要求”而进行第一时间段中的“电力限制”的控制时的HP运转比例进行比较的图(图表)。虚线所示的“电力限制”中的HP运转比例小于“CO2排出量优先”的控制中的HP运转比例。由于电力限制而由热泵单元220施加的加热量减少，相应地，运转控制部282进行通过锅炉单元210的运转来补充的控制，因此，“电力限制”中的HP运转比例变小。
图10与图9同样，表示进行第二时间段中的“CO2排出量优先”的控制时的HP运转比例与进行第一时间段中的“电力限制”的控制时的HP运转比例的比较。另外，图10进一步示出进行第三时间段中的“运行成本优先”的控制时的HP运转比例与进行第一时间段中的“电力限制”的控制时的HP运转比例的比较。都是在“电力限制”中，热泵单元220施加的加热量减少，相应地，运转控制部282进行通过锅炉单元210的运转来补充的控制，因此，HP运转比例变小。
(3-2-4-3)由运转控制部282进行的各控制与CO2排出量的关系
图11是表示运转控制部282的各控制与CO2排出量的关系的图。图11示出了仅通过锅炉单元210进行制热的加热的控制、仅通过热泵单元220进行制热的加热的控制、第三时间段的“运行成本优先”的控制、以第三时间段的“运行成本优先”的控制为基础的第一时间段的“电力限制”的控制、第二时间段的“CO2排出量优先”的控制、以及以第二时间段的“CO2排出量优先”的控制为基础的第一时间段的“电力限制”的控制这6个控制中的CO2排出量。如图11所示，在设仅通过锅炉单元210进行制热的加热的控制时的CO2排出量为100时，剩余的5个控制时的CO2排出量分别为95、89、89.5、85、86。另外，图11的图表示出将几个典型的外部气体温度时的数值平均化而得到的值。
(4)制热系统203的特征
(4-1)
在制热系统203中，在需要遵守消耗电力的上限值(图8所示的消耗电力上限等)的第一时间段，以不超过该上限值的方式控制热泵单元220的运转。由此，在设置制热系统203的地域的电力公司1a的供给电力的峰值时，抑制热泵单元220的消耗电力，保持地域的电力供给与电力需求的平衡。
另外，这里，在从电力公司1a的电力管理装置10发出“控制请求”的第一时间段(电力的调整期间)，仅通过热泵单元220进行工作流体的加热而工作流体的加热量不足的情况下，辅助地进行锅炉单元210的运转。由此，制热系统203的用户能够在不大幅降低舒适性的情况下接受制热、热水供给等。
(4-2)
在制热系统203中，上限值取得部281取得与消耗电力的上限值相关的信息，该消耗电力的上限值由对热泵单元220进行电力供给的电力公司1a的电力管理装置10提供。由此，制热系统203的用户或者管理者能够对作为电力供给者的电力公司1a进行与取得地域的电力供给和电力需求的平衡相关的协作。
(4-3)
通常，热泵单元220的运转产生的二氧化碳排出量比锅炉单元210的运转产生的二氧化碳排出量少。鉴于此，在制热系统203中，在第二时间段的“CO2排出量优先”的控制中，优先使热泵单元220运转，并且在遵守消耗电力的上限值的第一时间段，按照因将热泵单元220的消耗电力抑制在上限值以下而不足的加热量，使锅炉单元210进行运转。由此，制热系统203能够有效地有助于削减全球范围内的二氧化碳排出量。
(4-4)
在制热系统203中，在不需要遵守消耗电力的上限值的第二时间段，进行使上述的总二氧化碳排出量变小这样的热泵单元220以及锅炉单元210的运转的控制。由此，在第二时间段中，制热系统203也有效地有助于削减全球范围内的二氧化碳排出量。
(4-5)
在制热系统203中，基本上将第一时间段以外的时间段设为第二时间段。但是，用户能够将第二时间段的一部分或者全部改变为第三时间段。在该第三时间段，以使热泵单元220的电费即第一运行成本和锅炉单元210的燃料费用即第二运行成本的合计变小的方式，进行热泵单元220及锅炉单元210的运转。这样，在制热系统203中，在用户希望的情况下，能够将进行“CO2排出量优先”的控制的第二时间带的一部分或全部改变为第三时间带，进行“运行成本优先”的运转。由此，用户能够享受成本降低的优点。此外，在第一时间段中，如上所述，能够取得地域的电力供给与电力需求的平衡。
(5)制热系统的变形例
(5-1)变形例A
在上述实施方式中，采用在流动回路203a中流过水这样的工作流体、经由循环的工作流体进行房间的制热的制热系统203。取而代之，如图12所示，也可以采用通过利用热泵302及燃烧装置303对空气进行加热来进行制热的空调系统301。
图12以及图13所示的空调系统301主要具有：热泵302，其包括封入有制冷剂的制冷剂回路；燃烧装置303，其通过火焰产生热；以及送风机304，其将由热泵302、燃烧装置303加热后的空气送至房间R1。
空调系统301具有：收纳热泵302的利用侧的机器、燃烧装置303、以及送风机304的第一单元1A；以及收纳热泵302的热源侧的机器的第二单元1B。第一单元1A例如包括热泵302的利用侧热交换器342、燃烧装置303的炉热交换器356以及送风机304等。在第一单元1A形成有用于送出空气的开口(空气出口H1)。空气出口H1与管道D1的一端侧连通。在第一单元1A形成有用于取入被吸入送风机304的空气的开口(空气入口H2)。第二单元1B包括热泵302的热源侧热交换器323。在第一单元1A以及第二单元1B中的一方或者双方配置有用于控制空调系统301的各部的动作的微型计算机、各种电气部件。
在空调系统301中，第一单元1A、第二单元1B以及制冷剂联络管306、307构成热泵302的制冷剂回路。热泵302在运转时，在制冷剂回路中进行蒸汽压缩冷冻循环，对输送至管道D1的空气进行加热或冷却。燃烧装置303通过与热泵302不同的热源(具体而言为燃料的燃烧所产生的热)，对输送至管道D1的空气进行加热。
空调系统301能够以管道式分离型、车顶型等各种方式设置于住宅等建筑物。例如，在以图13所示的方式将空调系统301设置于住宅400的情况下，第一单元1A和第二单元1B分开配置。在图13中，第一单元1A设置于地下室B1，第二单元1B设置于屋外，第一单元1A和第二单元1B通过制冷剂联络管306、307连接。图13的虚线的箭头表示从空调系统301经由管道D1向房间R1输送的空气的流动方向。
在上述图12以及图13所示的空调系统301中，也与上述的制热系统203同样地，在供给电力的峰值时，抑制热泵302的消耗电力，保持地域的电力供给与电力需求的平衡。另外，在仅通过热泵302进行工作流体的加热时工作流体的加热量不足的情况下，辅助地进行燃烧装置303的运转，因此，用户能够在不会大幅降低舒适性的情况下享受制热。
(5-2)变形例B
在上述实施方式中，在各建筑物A、B设置电表7，控制装置30根据从电力管理装置10的控制请求送出部15d发送来的“控制请求”，控制设备机器20。由此，保持地域的电力供给与电力需求的平衡。而且，制热系统203本身不保持电力计测机器，在进行使制热系统203的消耗电力比规定的上限值小的控制时，根据压缩机的容量等推定热泵单元220的消耗电力。
也可以取而代之，在制热系统203中设置独自的电表7，以使该电表7的测定值不超过热泵单元220的消耗电力的上限值的方式使热泵单元220运转。
(5-3)变形例C
在上述实施方式中，电力公司1a的电力管理装置10向各建筑物A、B的控制装置30发送催促电力使用量的调整的“控制请求”。但是，用于取得电力供给与电力需求的平衡的服务的主体并不仅限于电力公司1a。例如，所谓集成商也可以成为能源管理的服务的主体。集成商是从电力公司接受节电、输出控制等指令，向各建筑物A、B等电力需求者发送催促电力使用量的调整的“控制请求”的服务商。在该情况下，制热系统203的上限值取得部281从集成商间接地取得催促电力使用量的调整的“控制请求”。
另外，在上述实施方式中，各建筑物A、B的控制装置30以及制热系统203经由互联网101a而与电力公司1a的电力管理装置10连接，但也可以不连接。在未连接的情况下，例如，在控制装置30、制热系统203中通过手动输入催促第二天的电力使用量的调整的“控制请求”。
(5-4)变形例D
在上述实施方式中，上限值取得部281从电力公司1a的电力管理装置10间接地取得制热系统203的消耗电力的上限值。
取而代之，也可以在制热控制部280设置以使总二氧化碳排出量变小的方式计算制热系统203的消耗电力的上限值的第二计算部292(参照图6的虚线)。第二计算部292能够设置为通过制热控制部280的控制运算装置实现的功能块。制热系统203的消耗电力的上限值的计算所需的信息优选预先存储于存储部294，但也可以由用户手动输入。
不仅是通常认为二氧化碳排出量多的锅炉单元210，热泵单元220也在消耗的电力的发电时刻(电力生成时)排出二氧化碳。在火力发电中石油燃烧，使用自然能源的发电装置也在该装置的制造过程中排出二氧化碳。鉴于这些情况，在变形例D中，第二计算部292以降低上述总二氧化碳排出量的方式进行消耗电力的上限值的计算。具有第二计算部292的变形例D的制热系统即使在未与电力公司1a的电力管理装置10等连接的情况下，也能够有效地有助于削减全球范围内的二氧化碳排放量。
(5-5)变形例E
在上述实施方式中，采用水作为要加热的流体，但也可以采用不冻液来代替水。
(5-6)
以上，对流体加热系统的实施方式进行了说明，但应当理解，能够在不脱离权利要求书所记载的流体加热系统的主旨及范围的情况下进行形态或细节的多种变更。
标号说明
10电力管理装置(外部装置)
203制热系统(流体加热系统)
203a流动回路(流路)
210锅炉单元(燃烧装置)
211燃烧器(燃烧部)
220热泵单元(热泵装置)
221热泵回路(制冷剂回路)
280制热控制部(控制部)
281上限值取得部
282运转控制部
291第一计算部
292第二计算部
293第三计算部
301空调系统
302热泵
303燃烧装置
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许5597767号

Claims (8)

1.一种流体加热系统(203)，其具备：
热泵装置(220)，其具有供制冷剂进行循环的制冷剂回路(221)，借助电力进行运转；
流路(203a)，其供由所述制冷剂加热的流体流动；
燃烧装置(210)，其具有燃烧部(211)，与所述热泵装置独立地进行对所述流体进行加热的运转；以及
控制部(280)，
其中，
所述控制部具有：
上限值取得部(281)，其取得消耗电力的上限值；以及
运转控制部(282)，其在需要遵守所述上限值的第一时间段，以使所述热泵装置的消耗电力不超过所述上限值的方式控制所述热泵装置的运转，在仅通过所述热泵装置进行所述流体的加热时所述流体的加热量不足的情况下，使所述燃烧装置进行运转。
2.根据权利要求1所述的流体加热系统，其中，
所述上限值取得部(281)从外部的装置(10)接收与根据外部的发电设备的状况决定的所述上限值相关的信息。
3.根据权利要求1所述的流体加热系统，其中，
所述流体加热系统还具备：
第一计算部，其基于每单位供给电力的电力生成时的二氧化碳排出量的信息，计算所述热泵装置以及所述燃烧装置的运转产生的二氧化碳排出量即总二氧化碳排出量；以及
第二计算部，其以使所述总二氧化碳排出量变小的方式计算所述上限值，
所述上限值取得部从所述第二计算部取得所述上限值。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的流体加热系统，其中，
所述运转控制部(282)在所述第一时间段，仅通过所述热泵装置对所述流体进行加热时所述流体的加热量不足的情况下，按照因将所述热泵装置的消耗电力抑制在所述上限值以下而不足的加热量，使所述燃烧装置进行运转而对所述流体进行加热。
5.根据权利要求2所述的流体加热系统，其中，
所述流体加热系统还具备第一计算部(291)，该第一计算部(291)计算所述热泵装置以及所述燃烧装置的运转产生的二氧化碳排出量即总二氧化碳排出量，
所述运转控制部(282)在不需要遵守所述上限值的第二时间段，以使所述总二氧化碳排出量变小的方式，决定所述热泵装置对所述流体的加热与所述燃烧装置对所述流体的加热的比例，来控制所述热泵装置和所述燃烧装置的运转。
6.根据权利要求2或5所述的流体加热系统，其中，
所述流体加热系统还具备第三计算部(293)，该第三计算部(293)计算所述热泵装置的运转所需的第一运行成本和所述燃烧装置的运转所需的第二运行成本，
所述运转控制部(282)在不需要遵守所述上限值的第三时间段，以使所述第一运行成本和所述第二运行成本的合计变小的方式，决定所述热泵装置对所述流体的加热与所述燃烧装置对所述流体的加热的比例，来控制所述热泵装置和所述燃烧装置的运转。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的流体加热系统，其中，
所述流体是水，
将在所述流路中被加热后的所述水用于制热和/或热水供给。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的流体加热系统，其中，
所述流体是空气，
将在所述流路中被加热后的所述空气用于制热。
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