JP2021081169A - Heating system and control method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、加熱システム、及びその制御方法に関する。 The present disclosure relates to a heating system and a method for controlling the heating system.
例えば床暖房のような暖房装置を動作させるための技術として、下記特許文献1に記載された装置が知られている。特許文献1に記載された加熱装置は、暖房負荷としての床暖房パネルに湯を供給する給湯器を有している。給湯器は、タンクと、ヒートポンプとを有している。給湯器は、常に一定の温度の湯を供給するように構成されている。具体的には、タンクの上部の温度を検出し、ヒートポンプの圧縮機及びポンプを制御することでタンク内の温度を所定の値に維持する。さらに、三方弁を制御することで、戻り流路を通じてヒートポンプに戻る比較的冷たい湯と、タンクから流れ出る比較的暖かい湯との混合比を変化させる。これにより、目標温度となる湯が暖房負荷に供給される。 For example, as a technique for operating a heating device such as floor heating, the device described in Patent Document 1 below is known. The heating device described in Patent Document 1 has a water heater that supplies hot water to a floor heating panel as a heating load. The water heater has a tank and a heat pump. The water heater is configured to always supply hot water at a constant temperature. Specifically, the temperature inside the tank is maintained at a predetermined value by detecting the temperature of the upper part of the tank and controlling the compressor and the pump of the heat pump. Furthermore, by controlling the three-way valve, the mixing ratio of the relatively cold water returning to the heat pump through the return flow path and the relatively warm water flowing out of the tank is changed. As a result, hot water at the target temperature is supplied to the heating load.
しかしながら、上記特許文献1に記載された加熱装置では、タンクに湯を貯留し続ける必要があることから、当該タンクを通じて外部に湯の熱が逃げやすい。さらに、タンクからは常に一定の温度の湯が供給される。言い換えれば、暖房負荷が小さい場合であっても(即ち、湯の温度が高くなくてよい場合であっても)、一定の温度の湯を供給する。このため、効率の良い運転点でヒートポンプの圧縮機を運転することができない。したがって、加熱装置としての効率が限定的となる虞がある。 However, in the heating device described in Patent Document 1, since it is necessary to continue to store hot water in the tank, the heat of hot water easily escapes to the outside through the tank. Furthermore, hot water at a constant temperature is always supplied from the tank. In other words, even when the heating load is small (that is, even when the temperature of the hot water does not have to be high), hot water at a constant temperature is supplied. Therefore, the compressor of the heat pump cannot be operated at an efficient operation point. Therefore, the efficiency of the heating device may be limited.
本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、より一層効率が向上した加熱システム、及びその制御方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a heating system having further improved efficiency and a control method thereof.
上記課題を解決するために、本開示に係る加熱システムは、冷媒であるCO2が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、前記被加熱液体が循環し、前記熱交換部の入口と出口とに接続されているとともに、該被加熱液体との熱交換によって該被加熱液体を冷却する暖房負荷に接続されている循環流路と、前記暖房負荷の入口側と出口側との間で前記循環流路を接続する戻り流路と、前記循環流路における前記暖房負荷の出口側であって、前記戻り流路と前記暖房負荷との間に設けられ、前記被加熱液体を圧送するとともに、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプと、前記循環流路に設けられ、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量を調整する流量調整部と、前記循環ポンプ、及び前記流量調整部を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記暖房負荷の入口側における前記被加熱液体の温度と出口側の温度との差分に基づいて、前記循環ポンプの吐出流量を調整するとともに、該吐出流量の変化によらず、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように前記流量調整部を動作させる第一制御部を有する。 In order to solve the above problems, the heating system according to the present disclosure has a refrigerant circuit in which CO2 as a refrigerant repeatedly condenses and evaporates and circulates, and heats the liquid to be heated introduced from the inlet and discharges it from the outlet. The heat exchange unit and the liquid to be heated circulate and are connected to the inlet and outlet of the heat exchange unit, and are connected to a heating load that cools the liquid to be heated by heat exchange with the liquid to be heated. A return flow path that connects the circulation flow path between the inlet side and the outlet side of the heating load, and the outlet side of the heating load in the circulation flow path, and the return. A circulation pump provided between the flow path and the heating load and capable of pumping the liquid to be heated and changing the discharge flow rate, and a circulation pump provided in the circulation flow path and flowing into the heat exchange unit. A flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of the liquid to be heated, a circulation pump, and a control device for controlling the flow rate adjusting unit are provided, and the control device is a control device for the liquid to be heated on the inlet side of the heating load. The discharge flow rate of the circulation pump is adjusted based on the difference between the temperature and the temperature on the outlet side, and the flow rate of the liquid to be heated flowing into the heat exchange unit is predetermined regardless of the change in the discharge flow rate. It has a first control unit that operates the flow rate adjusting unit so as to be equal to or higher than the lower limit value.
本開示に係る加熱システムの制御方法は、冷媒であるCO2が顕熱変化または凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、前記被加熱液体が循環し、前記熱交換部の入口と出口とに接続されているとともに、該被加熱液体との熱交換によって該被加熱液体を冷却する暖房負荷に接続されている循環流路と、前記暖房負荷の入口側と出口側との間で前記循環流路を接続する戻り流路と、前記循環流路における前記暖房負荷の出口側であって、前記戻り流路と前記暖房負荷との間に設けられ、前記被加熱液体を圧送するとともに、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプと、前記循環流路に設けられ、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量を調整する流量調整部と、を備える加熱システムの制御方法であって、前記暖房負荷の入口側における前記被加熱液体の温度と出口側の温度との差分を算出する差分算出ステップと、前記差分に基づいて、前記循環ポンプの吐出流量を調整するポンプ調整ステップと、前記吐出流量の変化によらず、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように前記流量調整部を動作させる流量調整ステップと、を含む。 The control method of the heating system according to the present disclosure has a refrigerant circuit in which CO2, which is a refrigerant, circulates by repeating a thermal change or condensation and evaporation, and heats a liquid to be heated introduced from an inlet and discharges it from an outlet. The heat exchange unit and the liquid to be heated circulate and are connected to the inlet and outlet of the heat exchange unit, and are connected to a heating load that cools the liquid to be heated by heat exchange with the liquid to be heated. The return flow path connecting the circulation flow path between the inlet side and the outlet side of the heating load, and the outlet side of the heating load in the circulation flow path, and the return flow. A circulation pump provided between the path and the heating load and capable of pumping the liquid to be heated and changing the discharge flow rate, and a circulation pump provided in the circulation flow path and flowing into the heat exchange unit. A control method for a heating system including a flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of the liquid to be heated, which calculates a difference between the temperature of the liquid to be heated on the inlet side of the heating load and the temperature on the outlet side. The steps, the pump adjusting step for adjusting the discharge flow rate of the circulation pump based on the difference, and the flow rate of the liquid to be heated flowing into the heat exchange unit are predetermined regardless of the change in the discharge flow rate. It includes a flow rate adjusting step of operating the flow rate adjusting unit so as to be equal to or higher than the lower limit value.
本開示によれば、より一層効率が向上した加熱システム、及びその制御方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a heating system having further improved efficiency and a control method thereof.
(加熱システムの構成)
以下、本開示の実施形態に係る加熱システム100について、図1から図5を参照して説明する。本実施形態に係る加熱システム100は、例えば暖房負荷2としての床暖房パネルに湯を供給する装置である。図1に示すように、加熱システム100は、熱交換部1と、循環流路3と、戻り流路4と、循環ポンプ5と、流量調整部6と、第一温度検出部71と、第二温度検出部72と、第三温度検出部73と、制御装置90と、を備えている。
(Structure of heating system)
Hereinafter, the
(熱交換部の構成)
熱交換部1は、被加熱液体としての水等を加熱する。より具体的には、熱交換部1は、冷媒であるCO2を、顕熱変化又は凝縮と蒸発とを繰り返しながら循環させ、被加熱液体とCO2との間で熱交換をさせる。これにより、熱交換部1の出口1bからは加熱された被加熱液体が吐出する。なお、詳しくは図示しないが、熱交換部1は、内部に圧縮機、膨張弁、凝縮器、及び蒸発器等を有するヒートポンプである。
(Structure of heat exchange unit)
The heat exchange unit 1 heats water or the like as a liquid to be heated. More specifically, the heat exchange unit 1 circulates CO2, which is a refrigerant, while repeating sensible heat change or condensation and evaporation, and causes heat exchange between the liquid to be heated and CO2. As a result, the heated liquid to be heated is discharged from the
(循環流路の構成)
熱交換部1の出口1b、及び入口1aには、循環流路3が接続されている。循環流路3は、熱交換部1の出口1bから当該熱交換部1の外部を通って入口1aに至る管路である。循環流路3には上述の被加熱液体が流通する。循環流路3の中途には、暖房負荷2が接続されている。循環流路3を通じて暖房負荷2の入口2aに供給された高温の被加熱液体は、暖房負荷2で室内空気と熱交換することで冷却され、出口2bから循環流路3に排出される。
(Composition of circulation flow path)
A circulation flow path 3 is connected to the
(戻り流路の構成)
循環流路3における暖房負荷2の入口2aと出口2bとの間には、戻り流路4が設けられている。つまり、この戻り流路4は、循環流路3を流通する被加熱液体の一部を取り出して、熱交換部1を迂回させるように構成されている。
(Structure of return flow path)
A return flow path 4 is provided between the
(循環ポンプの構成)
循環流路3における暖房負荷2の出口2b側であって、戻り流路4と暖房負荷2との間には、循環ポンプ5が設けられている。循環ポンプ5は、循環流路3中の被加熱液体を、暖房負荷2の出口2b側から熱交換部1の入口1a側に向かって圧送する。また、この循環ポンプ5は、外部からの指令に基づいて吐出流量を連続的に変化させることが可能とされており、具体的には入力される電圧に基づいて回転数を変化させることが可能なインバータポンプが循環ポンプ5として好適に用いられる。詳しくは後述するが、循環ポンプ5の吐出流量は、制御装置90からの指令によって制御される。
(Circulation pump configuration)
A circulation pump 5 is provided between the return flow path 4 and the
(弁装置の構成)
さらに、循環流路3上であって、戻り流路4の入口4aと熱交換部1の入口1aとの間には、流量調整部6としての弁装置V1が設けられている。この弁装置V1は、外部からの指令に基づいて開度を連続的に変化させることで、当該弁装置V1を通過する流体(被加熱液体)の流量を調整することが可能とされている。
(Valve gear configuration)
Further, a valve device V1 as a flow
(第一温度検出部の構成)
弁装置V1と熱交換部1の入口1aとの間には、第一温度検出部71が設けられている。第一温度検出部71は、循環流路3中を流通する被加熱液体の温度を検出して、電気信号として制御装置90に送出する。第一温度検出部71としては、公知の温度センサ等が好適に用いられる。
(Structure of the first temperature detector)
A first
(第二温度検出部の構成)
戻り流路4の出口4bと暖房負荷2の入口2aとの間には、第二温度検出部72が設けられている。第二温度検出部72は、第一温度検出部71と同様に、循環流路3中を流通する被加熱液体の温度を検出して、電気信号として制御装置90に送出する。第二温度検出部72としては、公知の温度センサ等が好適に用いられる。
(Structure of the second temperature detector)
A second
(第三温度検出部の構成)
循環ポンプ5と暖房負荷2の出口2bとの間には、第三温度検出部73が設けられている。第三温度検出部73は、第一温度検出部71及び第二温度検出部72と同様に、循環流路3中を流通する被加熱液体の温度を検出して、電気信号として制御装置90に送出する。第三温度検出部73としては、公知の温度センサ等が好適に用いられる。
(Structure of third temperature detector)
A third
(制御装置の構成)
次いで、図2と図3を参照して制御装置90の構成について説明する。図2に示すように、制御装置90は、CPU91(Central Processing Unit)、ROM92(Read Only Memory)、RAM93(Random Access Memory)、HDD94(Hard Disk Drive)、信号送受信モジュール95(I/O:Input/Output)を備えるコンピュータである。信号送受信モジュール95は、上述の第一温度検出部71、第二温度検出部72、及び第三温度検出部73が検出した温度の値を電気信号として受信する。また、信号送受信モジュール95は、上述の熱交換部1、循環ポンプ5、及び弁装置V1に、これら装置を制御する電信号を送信する。なお、信号送受信モジュール95は、例えばチャージアンプ等を介して増幅された信号を送受信してもよい。
(Control device configuration)
Next, the configuration of the
図4に示すように、制御装置90のCPU91は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、第一制御部81、第二制御部82、記憶部83、判定部84、を有する。第一制御部81は、暖房負荷2の入口2a側と出口2b側における被加熱液体の温度の差分に基づいて、循環ポンプ5の吐出流量を調整する。さらに、第一制御部81は、この吐出流量の変化によらず、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上、かつ上限値以下の一定値となるように弁装置V1の開度を調整する。記憶部83は、これら下限値、及び上限値を予め記憶している。
As shown in FIG. 4, the
第二制御部82は、熱交換部1の出力を制御する。詳しくは図示しないが、熱交換部1は被加熱液体を圧縮する圧縮機を有している。熱交換部1から吐出される被加熱液体の温度は、この圧縮機の回転数に比例している。つまり、第二制御部82によって圧縮機の回転数を変化させることで、熱交換部1から吐出される被加熱液体の温度(より具体的には暖房負荷2の入口2a側で第二温度検出部72によって検出される温度)が予め定められた目標温度(入口目標温度Tp)を目指して調整される。記憶部83は、この入口目標温度Tpを予め記憶するか、外部からの入力に基づいて保持している。
The
(制御装置の動作)
次いで、制御装置90による制御の一例(加熱システム100の制御方法)について、図4と図5を参照して説明する。
(Operation of control device)
Next, an example of control by the control device 90 (control method of the heating system 100) will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
(第一制御部の動作)
図4に示すように、第一制御部81による循環ポンプ5及び弁装置V1の制御方法は、運転状態判定ステップS11と、差分算出ステップS12と、判定ステップS13と、ポンプ調整ステップS14A,S14Bと、流量調整ステップS15A,S15Bと、を含む。
(Operation of the first control unit)
As shown in FIG. 4, the control method of the circulation pump 5 and the valve device V1 by the
運転状態判定ステップS11では、判定部84によって、当該第一制御部81による制御のもとで加熱システム100が運転されているか否かが判定される。運転状態判定ステップS11でYesと判定された場合、後続の差分算出ステップS12を実行する。差分算出ステップS12では、上述の暖房負荷2の入口2a側と出口2b側との間における被加熱液体の温度の差分(ΔT=T1−T2)が算出される。具体的には、第二温度検出部72と第三温度検出部73による検出値同士の差分ΔTが算出される。
In the operation state determination step S11, the
判定ステップS13では、判定部84によって、上記の差分ΔTが、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。差分ΔTが閾値以上である状態(ステップS13:Yes)とは、暖房負荷2における熱落差が大きくなる方向に変化していることを意味する。したがって、この状態では、暖房負荷2に供給される被加熱液体の熱量を上げる必要がある。そこで、後続のポンプ調整ステップ14Aを実行することで、循環ポンプ5の吐出流量を増加させる。さらに、流量調整ステップS15Aを実行することで、弁装置V1の開度を小さくする。これにより、まず暖房負荷2の入口2a側に供給される被加熱液体の流量が増大し、暖房負荷2の出力が上昇する。
In the determination step S13, the
ここで、上記の流量調整ステップS15Aを実行しない場合(つまり、弁装置V1の開度を変化させない場合)について考える。このような制御を行った場合、循環ポンプ5の吐出流量の増加に伴って、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量も増加する。熱交換部1を構成する各種の装置や配管には、予め定められた耐圧能力や耐腐食性能が存在する。したがって、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量を際限なく上昇させた場合、これら装置や配管に潰食や損壊を生じる虞がある。そこで、上述の流量調整ステップS15Aを実行することで弁装置V1の開度を小さくする。これにより、戻り流路4側に向かう流量が相対的に大きくなる一方で、熱交換部1に向かう流量を一定の値(上限値)未満に維持することができる。なお、この「上限値」は、熱交換部1の性能や仕様に応じて適宜決定される。 Here, consider a case where the flow rate adjusting step S15A is not executed (that is, a case where the opening degree of the valve device V1 is not changed). When such control is performed, the flow rate of the liquid to be heated flowing into the heat exchange unit 1 also increases as the discharge flow rate of the circulation pump 5 increases. Various devices and pipes constituting the heat exchange unit 1 have predetermined pressure resistance and corrosion resistance. Therefore, if the flow rate of the liquid to be heated flowing into the heat exchange unit 1 is increased endlessly, there is a risk of erosion or damage to these devices and pipes. Therefore, the opening degree of the valve device V1 is reduced by executing the above-mentioned flow rate adjusting step S15A. As a result, the flow rate toward the return flow path 4 side becomes relatively large, while the flow rate toward the heat exchange unit 1 can be maintained below a certain value (upper limit value). The "upper limit value" is appropriately determined according to the performance and specifications of the heat exchange unit 1.
反対に、差分ΔTが閾値未満である状態(ステップS13:No)とは、暖房負荷2における熱落差が小さくなる方向に変化していることを意味する。したがって、この状態では、暖房負荷2に供給される被加熱液体の熱量を下げる必要がある。そこで、後続のポンプ調整ステップS14Bを実行することで、循環ポンプ5の吐出流量を減少させる。さらに、流量調整ステップS15Bを実行することで、弁装置V1の開度を大きくする。これにより、まず暖房負荷2の入口2a側に供給される被加熱液体の流量が減少し、暖房負荷2の出力が低下する。
On the contrary, the state where the difference ΔT is less than the threshold value (step S13: No) means that the heat drop in the
ここで、上記の流量調整ステップS15Bを実行しない場合(つまり、弁装置V1の開度を変化させない場合)について考える。このような制御を行った場合、循環ポンプ5の吐出流量の減少に伴って、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量も減少する。小さな流量の被加熱液体をさらなる高温状態まで加熱し続ける必要が生じる。これにより、熱交換部1の効率的な運転が妨げられてしまう(最適な運転点を逸脱してしまう)可能性がある。そこで、上述の流量調整ステップS15Bを実行することで弁装置V1の開度を大きくする。これにより、戻り流路4側に向かう流量が相対的に小さくなる一方で、熱交換部1に向かう流量を一定の値(下限値)以上に維持することができる。なお、この「下限値」は、熱交換部1の性能や仕様に応じて適宜決定される。 Here, consider a case where the flow rate adjusting step S15B is not executed (that is, a case where the opening degree of the valve device V1 is not changed). When such control is performed, the flow rate of the liquid to be heated flowing into the heat exchange unit 1 also decreases as the discharge flow rate of the circulation pump 5 decreases. It becomes necessary to continue heating the liquid to be heated with a small flow rate to a higher temperature state. As a result, the efficient operation of the heat exchange unit 1 may be hindered (the optimum operating point may be deviated). Therefore, the opening degree of the valve device V1 is increased by executing the above-mentioned flow rate adjusting step S15B. As a result, the flow rate toward the return flow path 4 side becomes relatively small, while the flow rate toward the heat exchange unit 1 can be maintained at a certain value (lower limit value) or more. The "lower limit value" is appropriately determined according to the performance and specifications of the heat exchange unit 1.
(第二制御部の動作)
次に、図5を参照して、第二制御部82の動作について説明する。第二制御部82による熱交換部1の制御方法は、運転状態判定ステップS21と、入口温度取得ステップS22と、温度判定ステップS23と、出力調整ステップS24A,S24Bと、を含む。
(Operation of the second control unit)
Next, the operation of the
運転状態判定ステップS21では、判定部84によって、当該第二制御部82による制御のもとで加熱システム100が運転されているか否かが判定される。運転状態判定ステップS21でYesと判定された場合、後続の入口温度取得ステップS22を実行する。入口温度取得ステップS22では、上述の第一温度検出部71の検出結果に基づいて、まず熱交換部1の入口1a側における被加熱液体の温度T0を取得する。次いで、この温度T0に、上述の温度の差分ΔT(=T1−T2:暖房負荷2の入口2a側と出口2b側の温度の差分)を加算する。これにより、温度予測値Ts=T0+ΔTが得られる。
In the operation state determination step S21, the
次いで、温度判定ステップS23では、判定部84によって、この温度予測値Tsと、予め定められている入口目標温度Tpとの大小が判定される。温度判定ステップS23で、Ts≦Tpと判定された場合(ステップS23:Yes)、後続の出力調整ステップS24Aを実行することにより、熱交換部1の出力を増加させる。具体的には、熱交換部1の圧縮機の回転数を上昇させる。一方で、温度判定ステップS23で、Ts>Tpと判定された場合(ステップS23:No)、後続の出力調整ステップS24Bを実行することにより、熱交換部1の出力を低下させる。具体的には、熱交換部1の圧縮機の回転数を低下させる。このような制御を行うことにより、暖房負荷2の入口2aにおける被加熱液体の温度を、入口目標温度Tpに近づくように調整される。
Next, in the temperature determination step S23, the
(作用効果)
以上、説明したように、上記構成によれば、制御装置90の第一制御部81は、暖房負荷2の入口2a側における被加熱液体の温度と出口2b側の温度との差分に基づいて、循環ポンプ5の吐出流量を調整する。例えば、温度の差分が小さくなる方向に変化した場合(つまり、暖房負荷2で必要とされる熱量が小さくなる方向に変化した場合)には、第一制御部81は循環ポンプ5の吐出流量を低下する方向に変化させる。さらに、この時、流量調整部としての弁装置V1は、循環ポンプ5の吐出流量の変化によらず、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるようにその開度が調整される。これにより、暖房負荷2の入口2a側と出口2b側との温度の差分が大きくなり、これを一定の値に維持することができる。さらに、このように暖房負荷2で必要とされる熱量が小さくなった場合であっても、熱交換部1には下限値以上の流量が供給される。その結果、熱交換部1を最適な運転点で動作させることができる。一方で、暖房負荷2で必要とされる熱量が小さくなったことに伴って熱交換部1に流入する流量も際限なく低下させた場合には、小さな流量の被加熱液体をさらなる高温状態まで加熱し続ける必要が生じる。これにより、熱交換部1の効率的な運転が妨げられてしまう可能性がある。しかしながら、上記構成によれば、このような可能性を低減し、熱交換部1を無理なく安定的に運転することができる。
(Action effect)
As described above, according to the above configuration, the
上記構成によれば、第一制御部81は、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量が予め定められた上限値以下となるように流量調整部6としての弁装置V1を動作させる。ここで、熱交換部1の各種配管や機器では、一定程度の流量を超えると潰食を生じる可能性がある。しかしながら、上記構成によれば、流量に上限値が設けられていることから、このような可能性を低減することができる。
According to the above configuration, the
上記構成によれば、流量調整部6として弁装置V1を用いるとともに、その開度を第一制御部81によって変化させることのみによって、容易かつ安価に、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上とすることができる。
According to the above configuration, the valve device V1 is used as the flow
上記構成によれば、第二制御部82によって、暖房負荷2の入口2aにおける被加熱液体の温度が入口目標温度になるように熱交換部1の出力が変化する。これにより、入口目標温度が変化した場合であっても、即時に高い応答性のもとで被加熱液体の温度を追従させることができる。
According to the above configuration, the
(その他の実施形態)
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、図6に示すように、上記実施形態で説明した弁装置V1に代えて、流量調整部6として三方弁V2を用いることも可能である。具体的には、この三方弁V2は、戻り流路4の出口4bに設けられる。また、この構成では、戻り流路4の入口4aと熱交換部1の入口1aとの間には、被加熱液体の流量を計測する流量計測部80が設けられる。制御装置90(第一制御部81)は、流量計測部80の計測した流量の値に基づいて、三方弁V2の開度を変化させることで、戻り流路4に流入する流量と熱交換部1に流入する流量との比率を調整する。これにより、上記実施形態で説明したものと同様の作用効果を得ることができる。
(Other embodiments)
Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes and the like within a range not deviating from the gist of the present disclosure are also included.
For example, as shown in FIG. 6, a three-way valve V2 can be used as the flow
<付記>
各実施形態に記載の加熱システム、及びその制御方法は、例えば以下のように把握される。
<Additional notes>
The heating system described in each embodiment and the control method thereof are grasped as follows, for example.
(1)第1の態様に係る加熱システム100は、冷媒であるCO2が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口1aから導入された被加熱液体を加熱して出口1bから吐出する熱交換部1と、前記被加熱液体が循環し、前記熱交換部1の入口1aと出口1bとに接続されているとともに、該被加熱液体との熱交換によって該被加熱液体を冷却する暖房負荷2に接続されている循環流路3と、前記暖房負荷2の入口2a側と出口2b側との間で前記循環流路3を接続する戻り流路4と、前記循環流路3における前記暖房負荷2の出口2b側であって、前記戻り流路4と前記暖房負荷2との間に設けられ、前記被加熱液体を圧送するとともに、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプ5と、前記循環流路3に設けられ、前記熱交換部1に流入する前記被加熱液体の流量を調整する流量調整部6と、前記循環ポンプ5、及び前記流量調整部6を制御する制御装置90と、を備え、前記制御装置90は、前記暖房負荷2の入口2a側における前記被加熱液体の温度と出口2b側の温度との差分に基づいて、前記循環ポンプ5の吐出流量を調整するとともに、該吐出流量の変化によらず、前記熱交換部1に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように前記流量調整部6を動作させる第一制御部81を有する。
(1) The
上記構成によれば、制御装置90の第一制御部81は、暖房負荷2の入口2a側における被加熱液体の温度と出口2b側の温度との差分に基づいて、循環ポンプ5の吐出流量を調整する。例えば、温度の差分が小さくなる方向に変化した場合(つまり、暖房負荷2で必要とされる熱量が小さくなる方向に変化した場合)には、第一制御部81は循環ポンプ5の吐出流量を低下する方向に変化させる。さらに、この時、流量調整部6は、循環ポンプ5の吐出流量の変化によらず、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように動作する。これにより、暖房負荷2の入口2a側と出口2b側との温度の差分が大きくなり、これを一定の値に維持することができる。さらに、このように暖房負荷2で必要とされる熱量が小さくなった場合であっても、熱交換部1には下限値以上の流量が供給される。その結果、熱交換部1を最適な運転点で動作させることができる。一方で、暖房負荷2で必要とされる熱量が小さくなったことに伴って熱交換部1に流入する流量も際限なく低下させた場合には、小さな流量の被加熱液体をさらなる高温状態まで加熱し続ける必要が生じる。これにより、熱交換部1の効率的な運転が妨げられてしまう可能性がある。しかしながら、上記構成によれば、このような可能性を低減し、熱交換部1を無理なく安定的に運転することができる。
According to the above configuration, the
(2)第2の態様に係る加熱システム100では、前記第一制御部81は、前記循環ポンプ5の吐出流量の変化によらず、前記熱交換部1に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた上限値以下となるように前記流量調整部6を動作させる。
(2) In the
上記構成によれば、第一制御部81は、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量が予め定められた上限値以下となるように流量調整部6を動作させる。ここで、熱交換部1の各種配管や機器では、一定程度の流量を超えると潰食を生じる可能性がある。しかしながら、上記構成によれば、流量に上限値が設けられていることから、このような可能性を低減することができる。
According to the above configuration, the
(3)第3の態様に係る加熱システム100では、前記流量調整部6は、前記循環流路3における前記戻り流路4よりも前記熱交換部1の入口1a側に設けられ、開度を連続的に変化させることが可能な弁装置V1であり、前記第一制御部81は、該弁装置V1の開度を変化させる。
(3) In the
上記構成によれば、流量調整部6として弁装置V1を用いるとともに、その開度を第一制御部81によって変化させることのみによって、容易かつ安価に、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上とすることができる。
According to the above configuration, the valve device V1 is used as the flow
(4)第4の態様に係る加熱システム100は、前記循環流路3における前記戻り流路4よりも前記熱交換部1の入口1a側に設けられ、前記被加熱液体の流量を計測する流量計測部80をさらに有し、前記流量調整部6は、前記熱交換部1の出口1b側における前記戻り流路4と前記循環流路3との接続部に設けられた三方弁V2であり、前記第一制御部81は、前記流量計測部の計測結果に基づいて該三方弁V2の開通状態を変化させる。
(4) The
上記構成によれば、流量調整部6として三方弁V2を用いるとともに、流量計測部80の計測結果に基づいてその開通状態を第一制御部81によって変化させることのみによって、容易かつ安価に、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上とすることができる。
According to the above configuration, heat is easily and inexpensively generated by using the three-way valve V2 as the flow
(5)第5の態様に係る加熱システム100では、前記制御装置90は、前記暖房負荷2の入口2a側における前記被加熱液体の温度が、予め定められた入口目標温度になるように、前記熱交換部1の出力を変化させる第二制御部82をさらに有する。
(5) In the
上記構成によれば、第二制御部82によって、暖房負荷2の入口2aにおける被加熱液体の温度が入口目標温度になるように熱交換部1の出力が変化する。これにより、入口目標温度が変化した場合であっても、即時に高い応答性のもとで被加熱液体の温度を追従させることができる。
According to the above configuration, the
(6)第6の態様に係る加熱システムの制御方法は、冷媒であるCO2が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口1aから導入された被加熱液体を加熱して出口1bから吐出する熱交換部1と、前記被加熱液体が循環し、前記熱交換部1の入口1aと出口1bとに接続されているとともに、該被加熱液体との熱交換によって該被加熱液体を冷却する暖房負荷2に接続されている循環流路3と、前記暖房負荷2の入口2a側と出口2b側との間で前記循環流路3を接続する戻り流路4と、前記循環流路3における前記暖房負荷2の出口2b側であって、前記戻り流路4と前記暖房負荷2との間に設けられ、前記被加熱液体を圧送するとともに、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプ5と、前記循環流路3に設けられ、前記熱交換部1に流入する前記被加熱液体の流量を調整する流量調整部6と、を備える加熱システム100の制御方法であって、前記暖房負荷2の入口2a側における前記被加熱液体の温度と出口2b側の温度との差分を算出する差分算出ステップS12と、前記差分に基づいて、前記循環ポンプ5の吐出流量を調整するポンプ調整ステップS14A,S14Bと、前記吐出流量の変化によらず、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように前記流量調整部6を動作させる流量調整ステップS15A,S15Bと、を含む。
(6) The method for controlling the heating system according to the sixth aspect has a refrigerant circuit in which CO2 as a refrigerant repeatedly condenses and evaporates and circulates, and heats the liquid to be heated introduced from the
上記方法によれば、まず差分算出ステップS12によって、暖房負荷2の入口2a側における被加熱液体の温度と出口2b側の温度との差分が求められる。ポンプ調整ステップS14A,S14Bでは、この差分に基づいて、循環ポンプ5の吐出流量を調整する。例えば、温度の差分が小さくなる方向に変化した場合(つまり、暖房負荷2で必要とされる熱量が小さくなる方向に変化した場合)には、循環ポンプ5の吐出流量を低下する方向に変化させる。さらに、流量調整ステップS15A,S15Bでは、流量調整部6は、循環ポンプ5の吐出流量の変化によらず、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように動作する。これにより、暖房負荷2の入口2a側と出口2b側との温度の差分が大きくなり、これを一定の値に維持することができる。さらに、このように暖房負荷2で必要とされる熱量が小さくなった場合であっても、熱交換部1には下限値以上の流量が供給される。その結果、熱交換部1を最適な運転点で動作させることができる。一方で、暖房負荷2で必要とされる熱量が小さくなったことに伴って熱交換部1に流入する流量も際限なく低下させた場合には、小さな流量の被加熱液体をさらなる高温状態まで加熱し続ける必要が生じる。これにより、熱交換部1の効率的な運転が妨げられてしまう可能性がある。しかしながら、上記方法によれば、このような可能性を低減し、熱交換部1を無理なく安定的に運転することができる。
According to the above method, first, the difference between the temperature of the liquid to be heated on the
(7)第7の態様に係る加熱システム100の制御方法において、前記流量調整ステップS15A,S15Bでは、前記吐出流量の変化によらず、前記熱交換部1に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた上限値以下となるように前記流量調整部6を動作させる。
(7) In the control method of the
上記方法によれば、流量調整ステップS15A,S15Bでは、熱交換部1に流入する被加熱液体の流量が予め定められた上限値以下となるように流量調整部6を動作させる。ここで、熱交換部1の各種配管や機器では、一定程度の流量を超えると潰食を生じる可能性がある。しかしながら、上記方法によれば、流量に上限値が設けられていることから、このような可能性を低減することができる。
According to the above method, in the flow rate adjusting steps S15A and S15B, the flow
100 加熱システム
1 熱交換部
1a 入口
1b 出口
2 暖房負荷
2a 入口
2b 出口
3 循環流路
4 戻り流路
4a 入口
4b 出口
5 循環ポンプ
6 流量調整部
71 第一温度検出部
72 第二温度検出部
73 第三温度検出部
80 流量計測部
81 第一制御部
82 第二制御部
83 記憶部
84 判定部
90 制御装置
91 CPU
92 ROM
93 RAM
94 HDD
95 信号送受信モジュール
V1 弁装置
V2 三方弁
100 Heating system 1
92 ROM
93 RAM
94 HDD
95 Signal transmission / reception module V1 Valve device V2 Three-way valve
Claims (7)
前記被加熱液体が循環し、前記熱交換部の入口と出口とに接続されているとともに、該被加熱液体との熱交換によって該被加熱液体を冷却する暖房負荷に接続されている循環流路と、
前記暖房負荷の入口側と出口側との間で前記循環流路を接続する戻り流路と、
前記循環流路における前記暖房負荷の出口側であって、前記戻り流路と前記暖房負荷との間に設けられ、前記被加熱液体を圧送するとともに、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプと、
前記循環流路に設けられ、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量を調整する流量調整部と、
前記循環ポンプ、及び前記流量調整部を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記暖房負荷の入口側における前記被加熱液体の温度と出口側の温度との差分に基づいて、前記循環ポンプの吐出流量を調整するとともに、該吐出流量の変化によらず、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように前記流量調整部を動作させる第一制御部を有する加熱システム。 It has a refrigerant circuit in which CO2, which is a refrigerant, circulates by repeating sensible heat change or condensation and evaporation, and also has a heat exchange unit that heats the liquid to be heated introduced from the inlet and discharges it from the outlet.
A circulation flow path in which the liquid to be heated circulates and is connected to an inlet and an outlet of the heat exchange unit and is connected to a heating load that cools the liquid to be heated by heat exchange with the liquid to be heated. When,
A return flow path connecting the circulation flow path between the inlet side and the outlet side of the heating load,
A circulation pump provided on the outlet side of the heating load in the circulation flow path and between the return flow path and the heating load, capable of pumping the liquid to be heated and changing the discharge flow rate. When,
A flow rate adjusting unit provided in the circulation flow path and adjusting the flow rate of the liquid to be heated flowing into the heat exchange unit, and a flow rate adjusting unit.
A control device that controls the circulation pump and the flow rate adjusting unit,
With
The control device is
The discharge flow rate of the circulation pump is adjusted based on the difference between the temperature of the liquid to be heated on the inlet side of the heating load and the temperature on the outlet side, and the heat exchange unit is subjected to regardless of the change in the discharge flow rate. A heating system having a first control unit that operates the flow rate adjusting unit so that the flow rate of the flowing liquid to be heated becomes equal to or higher than a predetermined lower limit value.
前記第一制御部は、該弁装置の開度を変化させる請求項1又は2に記載の加熱システム。 The flow rate adjusting unit is a valve device provided on the inlet side of the heat exchange unit with respect to the return flow path in the circulation flow path and capable of continuously changing the opening degree.
The heating system according to claim 1 or 2, wherein the first control unit changes the opening degree of the valve device.
前記流量調整部は、前記熱交換部の出口側における前記戻り流路と前記循環流路との接続部に設けられた三方弁であり、
前記第一制御部は、前記流量計測部の計測結果に基づいて該三方弁の開通状態を変化させる請求項1又は2に記載の加熱システム。 Further, a flow rate measuring unit provided on the inlet side of the heat exchange unit with respect to the return flow path in the circulation flow path and measuring the flow rate of the liquid to be heated is provided.
The flow rate adjusting unit is a three-way valve provided at a connection portion between the return flow path and the circulation flow path on the outlet side of the heat exchange unit.
The heating system according to claim 1 or 2, wherein the first control unit changes the open state of the three-way valve based on the measurement result of the flow rate measurement unit.
前記暖房負荷の入口側における前記被加熱液体の温度が、予め定められた入口目標温度になるように、前記熱交換部の出力を変化させる第二制御部をさらに有する請求項1から4のいずれか一項に記載の加熱システム。 The control device is
Any of claims 1 to 4, further comprising a second control unit that changes the output of the heat exchange unit so that the temperature of the liquid to be heated on the inlet side of the heating load becomes a predetermined inlet target temperature. The heating system according to item 1.
前記被加熱液体が循環し、前記熱交換部の入口と出口とに接続されているとともに、該被加熱液体との熱交換によって該被加熱液体を冷却する暖房負荷に接続されている循環流路と、
前記暖房負荷の入口側と出口側との間で前記循環流路を接続する戻り流路と、
前記循環流路における前記暖房負荷の出口側であって、前記戻り流路と前記暖房負荷との間に設けられ、前記被加熱液体を圧送するとともに、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプと、
前記循環流路に設けられ、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量を調整する流量調整部と、
を備える加熱システムの制御方法であって、
前記暖房負荷の入口側における前記被加熱液体の温度と出口側の温度との差分を算出する差分算出ステップと、
前記差分に基づいて、前記循環ポンプの吐出流量を調整するポンプ調整ステップと、
前記吐出流量の変化によらず、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように前記流量調整部を動作させる流量調整ステップと、
を含む加熱システムの制御方法。 It has a refrigerant circuit in which CO2, which is a refrigerant, circulates by repeating sensible heat change or condensation and evaporation, and also has a heat exchange unit that heats the liquid to be heated introduced from the inlet and discharges it from the outlet.
A circulation flow path in which the liquid to be heated circulates and is connected to an inlet and an outlet of the heat exchange unit and is connected to a heating load that cools the liquid to be heated by heat exchange with the liquid to be heated. When,
A return flow path connecting the circulation flow path between the inlet side and the outlet side of the heating load,
A circulation pump provided on the outlet side of the heating load in the circulation flow path and between the return flow path and the heating load, capable of pumping the liquid to be heated and changing the discharge flow rate. When,
A flow rate adjusting unit provided in the circulation flow path and adjusting the flow rate of the liquid to be heated flowing into the heat exchange unit, and a flow rate adjusting unit.
It is a control method of a heating system including
A difference calculation step for calculating the difference between the temperature of the liquid to be heated on the inlet side of the heating load and the temperature on the outlet side, and
A pump adjustment step that adjusts the discharge flow rate of the circulation pump based on the difference, and
A flow rate adjustment step of operating the flow rate adjusting unit so that the flow rate of the liquid to be heated flowing into the heat exchange unit becomes equal to or higher than a predetermined lower limit regardless of the change in the discharge flow rate.
How to control the heating system, including.
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