JP3707439B2 - 温度制御装置および温度制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器において相互に熱交換される流体の温度を制御するための温度制御装置および温度制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の温度制御装置としては、例えば熱交換器を通過することにより相互に熱交換される一次水（一次流体）および二次水（二次流体）のうち上記一次水の流量をインバータ方式のポンプによって制御することにより、上記熱交換器から流出する二次水の温度を所定の温度に制御するものが知られている。
【０００３】
上記のように構成された温度制御装置においては、例えば一次水として高温水を用い、二次水として低温水（水道水）を用いた場合には、熱交換器から流出する二次水を所定の温度まで上昇させることができる。この場合、一次水から二次水に供給される熱量は、一次水の温度や流量等によって変化することになる。したがって、ポンプの回転数によって一次水の流量を制御することにより、熱交換器から流出する二次水の温度を所定の温度にほぼ一定に維持することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記温度制御装置においては、インバータ方式のポンプを採用しているため、当該ポンプの回転数が低くなると、制御が難しくなる等の問題がある。すなわち、ポンプを駆動する電動モータは通常５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの電源周波数で運転されるように設計されているので、回転数が低くなると、当該モータの冷却ファンの冷却効果が減少し、許容最高温度以上に加熱されたり、その加熱によってメカニカルシールが保持部に対して滑りを生じて異音を発生したり、あるいはポンプの回転が断続的となって比例制御が困難になったりする等の問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止することのできる温度制御装置および温度制御方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の温度制御装置は、熱交換器を通過することにより相互に熱交換される一次流体および二次流体のうち上記一次流体の流量を制御するインバータ方式のポンプと、上記熱交換器から流出する上記二次流体の温度を検出する温度センサと、上記温度センサで検出した温度を設定温度に近づけるべく上記ポンプの回転数を制御する電子制御手段とを備えた温度制御装置において、上記熱交換器に流入する一次流体の温度を調整する熱量調整手段を備えてなり、上記電子制御手段は、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止すべく、上記熱量調整手段を介して上記熱交換器に流入する一次流体の温度を制御するとともに、上記温度センサで検出した温度を設定温度に近づけるべく上記ポンプの回転数を制御するようになっていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の温度制御装置は、請求項１に記載の発明において、上記所定の回転数は、上記ポンプを駆動する交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚであることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の温度制御方法は、熱交換器を通過することにより相互に熱交換される一次流体および二次流体のうち上記一次流体の流量をインバータ方式のポンプによって制御することにより、上記熱交換器から流出する上記二次流体の温度を制御する温度制御方法において、熱量調整手段によって上記熱交換器に流入する一次流体の温度を制御することにより、上記ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止しながら、当該ポンプによって一次流体の流量を制御することにより、上記熱交換器から流出する二次流体の温度を制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の温度制御方法は、請求項３に記載の発明において、上記所定の回転数は、上記ポンプを駆動する交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚであることを特徴としている。
【００１８】
請求項１に記載の発明においては、熱量調整手段によって、熱交換器に流入する一次流体の温度を制御することにより、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止しているので、インバータ方式のポンプが所定の回転数未満になることによる問題を解消することができる。すなわち、ポンプが許容最高温度以上に加熱されたり、その加熱によるメカニカルシールの滑りによって異音を生じたり、あるいはポンプの回転が断続的となったりするのを防止することができる。
また、ポンプの回転数を制御することにより、熱交換器から流出する二次流体の温度をほぼ設定温度となるように制御することができる。
【００１９】
請求項２または４に記載の発明においては、上記所定の回転数がポンプを駆動する交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚに設定されているので、インバータ方式のポンプが当該所定の回転数未満になることによって生じる問題を確実に解消することができる。
【００２０】
なお、上記所定の回転数を交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚとしているのは、５Ｈｚ未満であると、ポンプを駆動する電動モータのファンがほとんど機能しないため、二次流体の使用率が低くしたがってポンプの稼働率が低い場合でも、当該ポンプが許容最高温度以上に加熱され危険があるからであり、一方、３５Ｈｚを超えると、ポンプを駆動する電動モータのファンが十分機能し、当該ポンプが許容温度以上に加熱されるおそれがないからである。
【００２２】
請求項３に記載の発明においては、熱量調整手段によって熱交換器に流入する一次流体の温度を制御することにより、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止しながら、ポンプによって一次流体の流量を制御することにより、熱交換器から流出する二次流体の温度を制御しているので、ポンプの回転数が所定の回転未満になるのを防止することができるとともに、熱交換器から流出する二次流体の温度を制御することができる。したがって、インバータ方式のポンプが所定の回転数未満になることによって生じる問題を解消することができるとともに、熱交換器から流出する二次流体の温度を制御することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１および図２を参照して説明する。この第１実施形態で示す温度制御装置１は、熱交換器２を通過することにより相互に熱交換される一次水（一次流体）Ａ１および二次水（二次流体）Ａ２のうち一次水Ａ１の流量を制御するインバータ方式のポンプ３と、熱交換器２から流出する二次水Ａ２の温度を検出する温度センサ４と、この温度センサ４で検出した温度を設定温度tsに近づけるべくポンプ３の回転数を制御する電子制御装置（電子制御手段）５とを備えている。
【００２５】
熱交換器２には、一次水Ａ１が流れる一次側流路２１と、二次水Ａ２が流れる二次側流路２２とが接続されている。一次水Ａ１は熱を与える側の高温の水であり、二次水Ａ２は熱を受ける側の低温の水（例えば水道水）である。したがって、一次水Ａ１は、熱交換器２を通過する間に二次水Ａ２に熱を与えて温度が低下し、二次水Ａ２は、熱交換器２を通過する間に一次水Ａ１から熱を受けて温度が上昇することになる。
【００２６】
一次側流路２１における熱交換器２の上流側には、ポンプ３が設けられている。このポンプ３は、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ用の交流電動モータ（図示せず）によって回転駆動されるように構成された例えばうず巻ポンプである。なお、ポンプ３は、上記モータを一体的に組み込んだもので構成されている。また、ポンプ３は、インバータ６から供給される交流電力の周波数にほぼ比例した回転数が得られるとともに、当該回転数にほぼ比例した流量の一次水Ａ１を吐出するようになっている。インバータ６は、電子制御装置５からの指令によって種々の周波数の電力をポンプ３に供給することにより、当該ポンプ３の回転数を制御するようになっている。
【００２７】
また、一次側流路２１における熱交換器２の上流側には、ポンプ３と並列に流量調整弁（流量調整手段）７が設けられている。
【００２８】
流量調整弁７は、電子制御装置５から供給される電流に比例して開口面積が変化する例えば電磁式の二方弁によって構成されており、その開口面積の開度に応じて、ポンプ３から吐出する一次水Ａ１を当該ポンプ３の吸入側に戻すことによって、熱交換器２に流入する一次水Ａ１の流量を調整するようになっている。したがって、流量調整弁７は、その開度が大きくなるほど、熱交換器２に流入する一次水Ａ１の流量を減少させるようになっている。
【００２９】
上記温度センサ４は、二次側流路２２における熱交換器２の下流側、すなわち給水口側に設けられている。この温度センサ４で検出された出口現在温度toは、電子制御装置５に入力されるようになっている。
【００３０】
電子制御装置５には、二次側流路２２における熱交換器２の下流側から流出する二次水Ａ２の設定温度tsを入力するためのキースイッチ（温度設定手段）５１が接続されている。
【００３１】
そして、電子制御装置５は、ポンプ３の回転数が所定の回転数以上の場合には、流量調整弁７の開度を零（閉状態）に保持するとともに、温度センサ４で検出した出口現在温度toを設定温度tsに近づけるべくポンプ３の回転数をインバータ６を介して制御し、熱交換器２に流入する一次水Ａ１の流量を調整するようになっている。
【００３２】
また、電子制御装置５は、ポンプ３の回転数が所定の回転数未満になる場合には、当該ポンプ３の回転数をその所定の回転数に維持すべくインバータ６を介して制御するとともに、温度センサ４で検出した出口現在温度toを設定温度tsに近づけるべく流量調整弁７の開度を制御し、熱交換器２に流入する一次水Ａ１の流量を調整するようになっている。
【００３３】
さらに、電子制御装置５は、二次水Ａ２が使われておらず、当該二次水Ａ２の流れが停止している場合には、ポンプ３の回転を停止させるとともに、流量調整弁７を閉状態にするようになっている。
【００３４】
また、上記所定の回転数としては、ポンプ３を駆動する交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚが望ましく、この実施形態においては特に５〜２０Ｈｚとすることがより望ましい。
ここで、５Ｈｚ以上としたのは、５Ｈｚ未満であると、ポンプ３を駆動するモータのファンがほとんど機能しないため、二次水Ａ２の使用率が低くしたがってポンプ３の稼働率が低い場合でも、当該ポンプ３が許容最高温度以上に加熱され危険があるからである。
【００３５】
一方、２０Ｈｚ以下としたのは、例えば３５Ｈｚを超えると、ポンプ３を駆動するモータのファンが十分機能し、当該ポンプ３が許容温度以上に加熱されるおそれがなくなるのであるが、この実施形態の場合は、流量調整弁７を併用することによってポンプ３の負荷が下がることから、２０Ｈｚを超える範囲でポンプ３を単独で使用しても、当該ポンプ３が許容最高温度以上に加熱されるおそれがないためである。
なお、上記所定の周波数は、電子制御装置５内の所定のメモリに固定的に記録されている。ただし、電子制御装置５は、メモリに記録された周波数を上記キースイッチ５１によって変更可能に構成してもよい。
【００３６】
また、一次側流路２１は、例えば図示しない温水ボイラに接続されており、この温水ボイラで高温に加熱された一次水Ａ１を、ポンプ３、熱交換器２等を介して再び温水ボイラに帰還させるようになっている。
一方、二次側流路２２は、例えば水道管に接続されており、この水道管によって供給される水道水としての二次水Ａ２を熱交換器２を介して所定の温度に暖めた後、給湯口から流出させるようになっている。
【００３７】
次に、上記温度制御装置１を用いた温度制御方法について、図２を参照して説明する。なお、この制御方法は電子制御装置５に組み込まれたプログラムにしたがって進行することになる。
まず、温度制御装置１を起動すると、所定の事項を実行した後にステップＳＰ１に移行する。このステップＳＰ１においては、設定温度tsを変更するか否かが問われ、変更する場合には、ステップＳＰ２を介してステップＳＰ３に移行し、変更しない場合にはそのままステップＳＰ３に移行する。上記ステップＳＰ２では、希望する設定温度tsをキースイッチ５１を介して入力することになる。また、設定温度tsが後述する前回検出温度txに自動的に入力されることになる。
【００３８】
ステップＳＰ３では、温度センサ４によって熱交換器２から流出する二次水Ａ２の出口現在温度toが検出されることになる。そして、ステップＳＰ４において、出口現在温度to等のデータに基づいて下記の演算がなされる。
【数１】
Δｔ＝ts−to
【数２】
ｄｔ＝tx−to
【数３】
ΔＦ＝K1×Δｔ＋K2×ｄｔ
【数４】
Ｆ＝Ｆ＋ΔＦ
ただし、Ｆは、ポンプ３に供給する交流電力の周波数（Ｈｚ）であって、当該ポンプ３の回転数に対応するものであり、ΔＦは、次に変化させるべき周波数の変動量（Ｈｚ）であって、ポンプ３の回転数の変動量に対応するものであり、K1、K2は、Δｔ、ｄｔから周波数の変動量ΔＦを導き出すための係数（Ｈｚ／℃）である。
【００３９】
ステップＳＰ４において演算が終了すると、ステップＳＰ５に移行する。このステップＳＰ５では、上記ステップＳＰ４で演算した周波数Ｆと上記所定の周波数との比較が行われる。なお、この所定の周波数は、上記５〜２０Ｈｚの中から１５Ｈｚを選択している。
【００４０】
そして、ステップＳＰ５において、周波数Ｆが１５Ｈｚを超える場合には、ステップＳＰ６に移行して、周波数Ｆと、ポンプ３等が許容する最大周波数Fmax（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）との比較がなされ、周波数Ｆが最大周波数Fmaxを超える場合には、ステップＳＰ７ａに移行して周波数Ｆに最大周波数Fmaxを入力するとともに、流量調整弁７の開度Ｇに零を入力する。これは、ポンプ３が許容する最大速度で回転駆動するとともに、流量調整弁７を完全に閉じた状態にすることを意味する。すなわち、ポンプ３の最大能力の流量が熱交換器２に供給されることになる。ステップＳＰ７ａからは、ステップＳＰ１１に移行する。
【００４１】
また、ステップＳＰ６において、周波数Ｆが最大周波数Fmax以下であれば、その周波数Ｆを保持したままステップＳＰ７ｂに移行して、当該ステップＳＰ７ｂで流量調整弁７の開度Ｇに零を入力する。これは、ポンプ３を１５Ｈｚ以上でかつ最大周波数Fmax以下の範囲で回転駆動するとともに、流量調整弁７を完全に閉じた状態にすることを意味する。ステップＳＰ７ｂからは、ステップＳＰ１１に移行する。
【００４２】
また、ステップＳＰ５で周波数Ｆが１５Ｈｚ以下であると判断された場合には、ステップＳＰ８に移行して、周波数Ｆに１５Ｈｚが入力されるとともに、例えば以下の演算がなされる。
【数５】
ΔＧ＝K3×（−Δｔ）＋K4×（−ｄｔ）
【数６】
Ｇ＝Ｇ＋ΔＧ
【００４３】
ここで、Ｇは、上述したように流量調整弁７の開度（％）であり、ΔＧは、次に変化させるべき開度の変動量（％）であり、K3、K4は、Δｔ、ｄｔから開度の変動量ΔＧを導き出すための係数（１／℃）である。
【００４４】
ステップＳＰ８において演算が終了すると、ステップＳＰ９に移行する。このステップＳＰ９では、上記ステップＳＰ８で演算した開度Ｇと、流量調整弁７の最大開度Gmaxとの比較がなされ、開度Ｇが最大開度Gmaxを超えている場合には、ステップＳＰ１０ａに移行して、最大開度Gmaxを開度Ｇに入力する。そして、ステップＳＰ１１に移行する。
また、ステップＳＰ９において、開度Ｇが最大開度Gmax以下であれば、ステップＳＰ１０ｂに移行し、このステップＳＰ１０ｂにおいて、開度Ｇが零と比較される。そして、開度Ｇが零未満であれば、ステップＳＰ１０ｃで開度Ｇに零を入力してからステップＳＰ１１に移行し、零以上でれば、ステップＳＰ８で演算された開度Ｇを保持したままステップＳＰ１１に移行する。
【００４５】
ステップＳＰ１１では、周波数Ｆおよび開度Ｇの指令が電子制御装置５からインバータ６および流量調整弁７に出力されることになる。
このため、ステップＳＰ７ａを介してステップＳＰ１１に移行した場合には、流量調整弁７が完全に閉じられ、ポンプ３が最大回転速度で駆動されることによる最大の一次水Ａ１の流量によって、二次水Ａ２の出口現在温度toを設定温度tsに近づけるべく制御がなされることになる。
【００４６】
また、ステップＳＰ７ｂを介してステップＳＰ１１に移行した場合には、流量調整弁７を完全に閉じた状態で、ポンプ３が１５Ｈｚ以上でかつ最大周波数Fmax以下の範囲で回転駆動され、二次水Ａ２の出口現在温度toを設定温度tsに近づけるべく制御がなされることになる。
【００４７】
さらに、ステップＳＰ１０ｂまたはステップＳＰ１０ｃを介してステップＳＰ１１に移行した場合には、ポンプ３の回転数が１５Ｈｚに対応する回転数に維持された状態で、流量調整弁７の開度が０〜最大開度Gmax未満の範囲で制御されることによって、熱交換器２に流入する一次水Ａ１の量が制御され、これによって二次水Ａ２の出口現在温度toを設定温度tsに近づけるべく制御がなされることになる。流量調整弁７の開度Ｇは、大きくなればなるほど、ポンプ３から吐出する一次水Ａ１を同ポンプ３の吸入側に戻す能力が大きくなって、熱交換器２に供給する一次水Ａ１の量を低減することになる。また、開度Ｇは、Δｔやｄｔが大きくなるほど小さくなる関係にある。
【００４８】
またさらに、ステップＳＰ１０ａからステップＳＰ１１に移行した場合には、ポンプ３の回転数が１５Ｈｚに対応する回転数に維持された状態で、流量調整弁７が最大開度Gmax状態になるので、熱交換器２に流入する一次水Ａ１がほぼ無くなった状態で、二次水Ａ２の温度を設定温度tsに近づけるべく制御がなされることになる。このような現象は、設定温度tsが熱交換器２に流入する二次水Ａ２の温度とほぼ等しいかそれ以下の場合に起こり得る。
【００４９】
そして、ステップＳＰ１２において、前回検出温度txに出口現在温度toが入力され、ステップＳＰ１３において、運転続行か否かの判断がなされ、運転続行であれば、ステップＳＰ１の上流側に移行する。そして、設定温度tsの変更がなければステップＳＰ３に移行して、以下、上述した制御が繰り返される。この結果、二次側流路２２の給湯口からは、ほぼ設定温度tsに達した水が連続的に供給されることになる。
【００５０】
上記のように構成された温度制御装置１によれば、ポンプ３が１５Ｈｚ未満の回転数になることが防止されるので、当該ポンプ３が低速回転となることによる問題を解消することができる。すなわち、ポンプ３が許容最高温度以上に加熱されたり、その加熱によるメカニカルシールの滑りにより異音が発生したり、あるいはポンプ３の回転が断続的となったりするのを防止することができる。また、ポンプ３の回転数が１５Ｈｚ未満となるような一次水Ａ１の流量の少ない場合であっても、当該一次水Ａ１の流量を流量調整弁７によって適正に制御することができる。
【００５１】
なお、上記実施形態においては、ポンプ３と並列に流量調整弁７を設けた例を示したが、この流量制御弁７に代えて、当該流量制御弁７と同等の流量制御弁をポンプ３と直列に設けるように構成してもよい。この場合、上記直列配置の流量制御弁（以下「直列流量制御弁」という）は、図示を省略するが、一次側流路２１における熱交換器２の出口側に設けることによって、熱交換器２を流れる一次水Ａ１の流量を制御するように構成することが好ましい。ただし、直列流量制御弁は、開度が大きくなるほど、一次水Ａ１の流量を増加させることになる。したがって、電子制御装置５による制御は、ポンプ３の回転数が上述にように所定の回転数（例えば５〜３５Ｈｚ）以上の場合には、直列流量制御弁の開度を全開状態に保持して、ポンプ３の回転数を制御することによって、一次水Ａ１の流量を制御し、ポンプ３の回転数が所定の回転数未満の場合には、当該ポンプ３をその所定の回転数に維持するとともに、直列流量制御弁の開度を制御して、一次水Ａ１の流量を制御することになる。
そして、このように直列流量制御弁を設けた場合には、例えばポンプ３が停止した後に、全閉状態となるように制御することにより、一次水Ａ１の流れを完全に止めることができるという利点がある。
【００５２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図３および図４を参照して説明する。ただし、上記第１実施形態で示した構成要素と共通する要素には同一の符号を付しその説明を簡略化する。
この第２実施形態で示す温度制御装置１１は、一次水Ａ１の温度を所定の温度に制御することにより、ポンプ３の回転数が所定の回転数未満になるのを防止するようになっている。このため、温度制御装置１１は、加熱された一次水Ａ１を供給する温水ボイラ１２に、電子制御装置（電子制御手段）５２によって制御される加熱装置（熱量調整手段）１２１を備えたものとなっている。
【００５３】
また、温水ボイラ１２の上端部には、当該温水ボイラ１２内においてほぼ最高温度に達し、一次側流路２１に供給される直前の一次水Ａ１の温度を検出する缶水温度センサ（温度センサ）１２２が設けられている。この缶水温度センサ１２２で検出した温度は電子制御装置５２に入力されることになる。なお、缶水温度センサ１２２で検出した温度は後述する熱交換器２に流入する一次水Ａ１の温度Ｔ１とほぼ等しいので、以下、温度Ｔ１を用いて説明する。
一方、二次側流路２２には、熱交換器２の上流側の位置に給水流量計（流量検出手段）１３が設けられているとともに、給水温度センサ（温度センサ）１４が設けられている。
【００５４】
給水流量計１３は、熱交換器２を通過する二次水Ａ２の流量を測定するようになっており、その測定したデータは電子制御装置５２に入力されるようになっている。また、給水温度センサ１４は、熱交換器２に流入する二次水Ａ２の流入温度tiを測定するようになっており、その測定したデータは電子制御装置５２に
入力されるようになっている。
【００５５】
また、電子制御装置５２は、キースイッチ５１から設定温度tsを入力する点、温度センサ４から出口現在温度toを入力する点、インバータ６を介してポンプ３の回転数を制御する点等について、上述した電子制御装置５と同様に構成されている。
【００５６】
そして、電子制御装置５２は、ポンプ３の回転数が所定の回転数未満になるのを防止すべく、加熱装置１２１を介して熱交換器２に供給する一次水Ａ１の温度Ｔ１を制御するとともに、温度センサ４で検出した温度を設定温度tsに近づけるべくポンプ３の回転数を制御するようになっている。
なお、電子制御装置５２について、さらに詳細に説明する。
【００５７】
すなわち、熱交換器２の交換熱量は次の数７の式で計算される。
【数７】
【００５８】
ここで、Ｑは交換熱量、Ｌ１はポンプ３の回転数で決定される一次水Ａ１の流量、Ｌ２は給水流量計１３で検出される二次水Ａ２の流量、Ｔ１は缶水温度センサ１２２で検出される一次水Ａ１の熱交換器２に流入する温度、Ｔ２は、熱交換器２から流出する一次水Ａ１の温度、toは熱交換器２から流出する二次水Ａ２の温度であって温度センサ４で検出された出口現在温度、tiは熱交換器２に流入する二次水Ａ２の温度であって、給水温度センサ１４で検出された流入温度、ａは一次側熱伝達比例係数、ｂは二次側熱伝達比例係数、ｃは熱交換器の材料・厚さ及び汚れで決まる熱伝達率、α、βは熱交換器２の種類で決まる乗数、Ｓは伝熱面積である。
【００５９】
上記数７の式は、下記数８、数９の式に変換することができる。
【数８】
ただし、
【数９】
【００６０】
なお、上記数８の式において、T1cは、数７の式のＴ１と同一であるが、計算によって求めた温度であることを明記するために、数７の式とは異なる記号を用いている。
【００６１】
上記数８の式から、ポンプ３から供給される一次水Ａ１の流量Ｌ１が所定の流量以下とならないような温度T1cを求めて、この温度T1cに近づくように、熱交換器２に流入する一次水Ａ１の温度Ｔ１を制御してやれば、ポンプ３の回転数が所定の回転数未満に下がるのを防止することが可能である。
【００６２】
すなわち、電子制御装置５２は、ポンプ３の回転数が交流電力の周波数換算で少なくとも５〜３５Ｈｚ未満になるのを防止する上記温度T1cに、缶水温度センサ１２２で検出した温度Ｔ１を近づけるべく、加熱装置１２１に対する例えば燃料や電力等の供給量を調整するようになっている。
【００６３】
なお、上述した周波数５〜３５Ｈｚについては、この実施形態においては、２５〜３５Ｈｚにすることが好ましい。
ここで、２５Ｈｚ以上としたのは、二次水Ａ２の使用率が低くポンプ３の稼働率が低い場合には５Ｈｚ以上あれば、当該ポンプ３が許容温度以上に加熱されるおそれがないのであるが、温水ボイラ１２の温度制御時における加熱装置１２１の起動に対する缶水温度（温度センサ４で検出した温水ボイラ１２内の水の温度）の上昇の時間遅れを考慮して、２５Ｈｚ以上と高めに設定することが好ましいからである。
【００６４】
一方、３５Ｈｚ以下としたのは、３５Ｈｚを超えると、ポンプ３を駆動するモータのファンが十分機能し、当該ポンプ３が許容温度以上に加熱されるおそれがなくなるからである。
【００６５】
次に、上記温度制御装置１１を用いた温度制御方法について、図４を参照して説明する。なお、この制御方法は電子制御装置５２に組み込まれたプログラムにしたがって進行することになる。
まず、温度制御装置１１を起動すると、所定の事項を実行した後にステップＳＰ１に移行する。このステップＳＰ１においては、設定温度tsを変更するか否かが問われ、変更する場合には、ステップＳＰ２を介してステップＳＰ３に移行し、変更しない場合にはそのままステップＳＰ３に移行する。
【００６６】
上記ステップＳＰ２では、ポンプ３の回転数として最低限確保したい回転数に相当する一次水Ａ１の流量をキースイッチ５１を介して電子制御装置５２に入力する。例えば、ポンプ３の回転数として、上記周波数換算で３０Ｈｚ未満になるのを防止したいのであれば、この３０Ｈｚに相当する流量Ｌ１を入力する。なお、周波数をそのまま入力して、電子制御装置５２内で流量Ｌ１に変換してもよい。また、流量Ｌ１や周波数（例えば３０Ｈｚ）を電子制御装置５２内の所定のメモリに固定的に記録しておいてもよい。この場合には、キースイッチ５１から流量Ｌ１等を入力する必要がない。
また、ステップＳＰ２において、設定温度tsを入力する点や、この設定温度tsを前回検出温度txに入力する点については、上記第１実施形態と同一である。
【００６７】
ステップＳＰ３においては、上述した熱交換器２に流入する二次水Ａ２の流入温度tiを給水温度センサ１４で検出して電子制御装置５２に読み込み、熱交換器２から流出する二次水Ａ２の出口現在温度toを温度センサ４で検出して電子制御装置５２に読み込み、さらに熱交換器２に流入する二次水Ａ２の流量Ｌ２を給水流量計１３で検出して電子制御装置５２に読み込む。
【００６８】
そして、ステップＳＰ４において、温度ti、to、流量Ｌ１、Ｌ２等に基づいて上記数８、９の式から熱交換器２に流入する一次水Ａ１の温度T1cを演算して、この温度T1cに缶水温度センサ１２２で検出した一次水Ａ１の温度Ｔ１が近づくように、加熱装置１２１による加熱量を制御する。
そして、温水ボイラ１２内の一次水Ａ１の温度を、数８の式の温度T1cとなるように制御することにより、ポンプ３の回転数は、流量Ｌ１に対応する３０Ｈｚ相当の回転数を常に得ることができるようになる。
【００６９】
次に、ステップＳＰ５において、上記数１、２、３、４の各式による演算が電子制御装置５２によってなされる。
ステップＳＰ６では、周波数Ｆと最大周波数Fmaxとの比較がなされ、周波数Ｆが最大周波数Fmaxを超える場合には、ステップＳＰ７に移行して周波数Ｆに最大周波数Fmaxを入力してからステップＳＰ８に移行する。この場合、ステップＳＰ８では、ポンプ３が最大回転速度で駆動されることになる。
【００７０】
また、ステップＳＰ６において、周波数Ｆが最大周波数Fmax以下であれば、その周波数Ｆを保持したままステップＳＰ８に移行する。この場合、ステップＳＰ８では、ポンプ３が周波数Ｆに相当する回転数で駆動されることになる。
【００７１】
以上により、ポンプ３の回転数が所定の回転数未満（この例では交流電力の周波数換算で３０Ｈｚ未満）になるのが防止されるとともに、設定温度tsの増減に伴って、ポンプ３の回転数が増減して、出口現在温度toを設定温度tsに近づけるべく制御がなされることになる。
【００７２】
そして、ステップＳＰ９において、前回検出温度txに出口現在温度toが入力され、ステップＳＰ１０において、運転続行であれば、ステップＳＰ１の上流側に移行する。そして、設定温度tsの変更がなければステップＳＰ３に移行して、以下、上述した制御が繰り返される。この結果、二次側流路２２の給湯口からは、ほぼ設定温度tsに達した水が連続的に供給されることになる。
【００７３】
上記のように構成された温度制御装置１１によれば、温水ボイラ１２内の一次水Ａ１の温度を数８の式で示すT1cとなるように制御することにより、ポンプ３の回転数が所定の回転数（３０Ｈｚ）未満になるのを防止することができる。したがって、インバータ方式のポンプ３の回転数が低くなることによって生じる問題を解消することができる。
しかも、熱交換器２から流出する二次水Ａ２の温度toがほぼ設定温度tsとなるように制御することができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、熱量調整手段によって、熱交換器に流入する一次流体の温度を制御することにより、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止しているので、インバータ方式のポンプが所定の回転数未満になることによる問題を解消することができる。
また、ポンプの回転数の制御により、熱交換器から流出する二次流体の温度をほぼ設定温度となるように制御することができる。
【００７６】
請求項２または４に記載の発明によれば、上記所定の回転数がポンプを駆動する交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚに設定されているので、インバータ方式のポンプが当該所定の回転数未満になることによって生じる問題を確実に解消することができる。
【００７８】
請求項３記載の発明によれば、熱量調整手段によって熱交換器に流入する一次流体の温度を制御することにより、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止しながら、ポンプによって一次流体の流量を制御することにより、熱交換器から流出する二次流体の温度を制御しているので、ポンプの回転数が所定の回転未満になるのを防止することができるとともに、熱交換器から流出する二次流体の温度を制御することができる。したがって、ポンプが所定の回転数未満になることによって生じる問題を解消することができるとともに、熱交換器から流出する二次流体の温度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態として示した温度制御装置のブロック図である。
【図２】同温度制御装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図３】この発明の第２実施形態として示した温度制御装置のブロック図である。
【図４】同温度制御装置の制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ 熱交換器
３ ポンプ
４ 温度センサ
５、５２ 電子制御装置（電子制御手段）
６ インバータ
７ 流量調整弁（流量調整手段）
１２１ 加熱装置（熱量調整手段）
Ａ２ 二次水（二次流体）
Ａ１ 一次水（一次流体）
to 出口現在温度（温度センサで検出した温度）
ts 設定温度
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器において相互に熱交換される流体の温度を制御するための温度制御装置および温度制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の温度制御装置としては、例えば熱交換器を通過することにより相互に熱交換される一次水（一次流体）および二次水（二次流体）のうち上記一次水の流量をインバータ方式のポンプによって制御することにより、上記熱交換器から流出する二次水の温度を所定の温度に制御するものが知られている。
【０００３】
上記のように構成された温度制御装置においては、例えば一次水として高温水を用い、二次水として低温水（水道水）を用いた場合には、熱交換器から流出する二次水を所定の温度まで上昇させることができる。この場合、一次水から二次水に供給される熱量は、一次水の温度や流量等によって変化することになる。したがって、ポンプの回転数によって一次水の流量を制御することにより、熱交換器から流出する二次水の温度を所定の温度にほぼ一定に維持することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記温度制御装置においては、インバータ方式のポンプを採用しているため、当該ポンプの回転数が低くなると、制御が難しくなる等の問題がある。すなわち、ポンプを駆動する電動モータは通常５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの電源周波数で運転されるように設計されているので、回転数が低くなると、当該モータの冷却ファンの冷却効果が減少し、許容最高温度以上に加熱されたり、その加熱によってメカニカルシールが保持部に対して滑りを生じて異音を発生したり、あるいはポンプの回転が断続的となって比例制御が困難になったりする等の問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止することのできる温度制御装置および温度制御方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の温度制御装置は、熱交換器を通過することにより相互に熱交換される一次流体および二次流体のうち上記一次流体の流量を制御するインバータ方式のポンプと、上記熱交換器から流出する上記二次流体の温度を検出する温度センサと、上記温度センサで検出した温度を設定温度に近づけるべく上記ポンプの回転数を制御する電子制御手段とを備えた温度制御装置において、上記熱交換器に流入する一次流体の温度を調整する熱量調整手段を備えてなり、上記電子制御手段は、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止すべく、上記熱量調整手段を介して上記熱交換器に流入する一次流体の温度を制御するとともに、上記温度センサで検出した温度を設定温度に近づけるべく上記ポンプの回転数を制御するようになっていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の温度制御装置は、請求項１に記載の発明において、上記所定の回転数は、上記ポンプを駆動する交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚであることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の温度制御方法は、熱交換器を通過することにより相互に熱交換される一次流体および二次流体のうち上記一次流体の流量をインバータ方式のポンプによって制御することにより、上記熱交換器から流出する上記二次流体の温度を制御する温度制御方法において、熱量調整手段によって上記熱交換器に流入する一次流体の温度を制御することにより、上記ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止しながら、当該ポンプによって一次流体の流量を制御することにより、上記熱交換器から流出する二次流体の温度を制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の温度制御方法は、請求項３に記載の発明において、上記所定の回転数は、上記ポンプを駆動する交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚであることを特徴としている。
【００１８】
請求項１に記載の発明においては、熱量調整手段によって、熱交換器に流入する一次流体の温度を制御することにより、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止しているので、インバータ方式のポンプが所定の回転数未満になることによる問題を解消することができる。すなわち、ポンプが許容最高温度以上に加熱されたり、その加熱によるメカニカルシールの滑りによって異音を生じたり、あるいはポンプの回転が断続的となったりするのを防止することができる。
また、ポンプの回転数を制御することにより、熱交換器から流出する二次流体の温度をほぼ設定温度となるように制御することができる。
【００１９】
請求項２または４に記載の発明においては、上記所定の回転数がポンプを駆動する交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚに設定されているので、インバータ方式のポンプが当該所定の回転数未満になることによって生じる問題を確実に解消することができる。
【００２０】
なお、上記所定の回転数を交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚとしているのは、５Ｈｚ未満であると、ポンプを駆動する電動モータのファンがほとんど機能しないため、二次流体の使用率が低くしたがってポンプの稼働率が低い場合でも、当該ポンプが許容最高温度以上に加熱され危険があるからであり、一方、３５Ｈｚを超えると、ポンプを駆動する電動モータのファンが十分機能し、当該ポンプが許容温度以上に加熱されるおそれがないからである。
【００２２】
請求項３に記載の発明においては、熱量調整手段によって熱交換器に流入する一次流体の温度を制御することにより、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止しながら、ポンプによって一次流体の流量を制御することにより、熱交換器から流出する二次流体の温度を制御しているので、ポンプの回転数が所定の回転未満になるのを防止することができるとともに、熱交換器から流出する二次流体の温度を制御することができる。したがって、インバータ方式のポンプが所定の回転数未満になることによって生じる問題を解消することができるとともに、熱交換器から流出する二次流体の温度を制御することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１および図２を参照して説明する。この第１実施形態で示す温度制御装置１は、熱交換器２を通過することにより相互に熱交換される一次水（一次流体）Ａ１および二次水（二次流体）Ａ２のうち一次水Ａ１の流量を制御するインバータ方式のポンプ３と、熱交換器２から流出する二次水Ａ２の温度を検出する温度センサ４と、この温度センサ４で検出した温度を設定温度tsに近づけるべくポンプ３の回転数を制御する電子制御装置（電子制御手段）５とを備えている。
【００２５】
熱交換器２には、一次水Ａ１が流れる一次側流路２１と、二次水Ａ２が流れる二次側流路２２とが接続されている。一次水Ａ１は熱を与える側の高温の水であり、二次水Ａ２は熱を受ける側の低温の水（例えば水道水）である。したがって、一次水Ａ１は、熱交換器２を通過する間に二次水Ａ２に熱を与えて温度が低下し、二次水Ａ２は、熱交換器２を通過する間に一次水Ａ１から熱を受けて温度が上昇することになる。
【００２６】
一次側流路２１における熱交換器２の上流側には、ポンプ３が設けられている。このポンプ３は、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ用の交流電動モータ（図示せず）によって回転駆動されるように構成された例えばうず巻ポンプである。なお、ポンプ３は、上記モータを一体的に組み込んだもので構成されている。また、ポンプ３は、インバータ６から供給される交流電力の周波数にほぼ比例した回転数が得られるとともに、当該回転数にほぼ比例した流量の一次水Ａ１を吐出するようになっている。インバータ６は、電子制御装置５からの指令によって種々の周波数の電力をポンプ３に供給することにより、当該ポンプ３の回転数を制御するようになっている。
【００２７】
また、一次側流路２１における熱交換器２の上流側には、ポンプ３と並列に流量調整弁（流量調整手段）７が設けられている。
【００２８】
流量調整弁７は、電子制御装置５から供給される電流に比例して開口面積が変化する例えば電磁式の二方弁によって構成されており、その開口面積の開度に応じて、ポンプ３から吐出する一次水Ａ１を当該ポンプ３の吸入側に戻すことによって、熱交換器２に流入する一次水Ａ１の流量を調整するようになっている。したがって、流量調整弁７は、その開度が大きくなるほど、熱交換器２に流入する一次水Ａ１の流量を減少させるようになっている。
【００２９】
上記温度センサ４は、二次側流路２２における熱交換器２の下流側、すなわち給水口側に設けられている。この温度センサ４で検出された出口現在温度toは、電子制御装置５に入力されるようになっている。
【００３０】
電子制御装置５には、二次側流路２２における熱交換器２の下流側から流出する二次水Ａ２の設定温度tsを入力するためのキースイッチ（温度設定手段）５１が接続されている。
【００３１】
そして、電子制御装置５は、ポンプ３の回転数が所定の回転数以上の場合には、流量調整弁７の開度を零（閉状態）に保持するとともに、温度センサ４で検出した出口現在温度toを設定温度tsに近づけるべくポンプ３の回転数をインバータ６を介して制御し、熱交換器２に流入する一次水Ａ１の流量を調整するようになっている。
【００３２】
また、電子制御装置５は、ポンプ３の回転数が所定の回転数未満になる場合には、当該ポンプ３の回転数をその所定の回転数に維持すべくインバータ６を介して制御するとともに、温度センサ４で検出した出口現在温度toを設定温度tsに近づけるべく流量調整弁７の開度を制御し、熱交換器２に流入する一次水Ａ１の流量を調整するようになっている。
【００３３】
さらに、電子制御装置５は、二次水Ａ２が使われておらず、当該二次水Ａ２の流れが停止している場合には、ポンプ３の回転を停止させるとともに、流量調整弁７を閉状態にするようになっている。
【００３４】
また、上記所定の回転数としては、ポンプ３を駆動する交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚが望ましく、この実施形態においては特に５〜２０Ｈｚとすることがより望ましい。
ここで、５Ｈｚ以上としたのは、５Ｈｚ未満であると、ポンプ３を駆動するモータのファンがほとんど機能しないため、二次水Ａ２の使用率が低くしたがってポンプ３の稼働率が低い場合でも、当該ポンプ３が許容最高温度以上に加熱され危険があるからである。
【００３５】
一方、２０Ｈｚ以下としたのは、例えば３５Ｈｚを超えると、ポンプ３を駆動するモータのファンが十分機能し、当該ポンプ３が許容温度以上に加熱されるおそれがなくなるのであるが、この実施形態の場合は、流量調整弁７を併用することによってポンプ３の負荷が下がることから、２０Ｈｚを超える範囲でポンプ３を単独で使用しても、当該ポンプ３が許容最高温度以上に加熱されるおそれがないためである。
なお、上記所定の周波数は、電子制御装置５内の所定のメモリに固定的に記録されている。ただし、電子制御装置５は、メモリに記録された周波数を上記キースイッチ５１によって変更可能に構成してもよい。
【００３６】
また、一次側流路２１は、例えば図示しない温水ボイラに接続されており、この温水ボイラで高温に加熱された一次水Ａ１を、ポンプ３、熱交換器２等を介して再び温水ボイラに帰還させるようになっている。
一方、二次側流路２２は、例えば水道管に接続されており、この水道管によって供給される水道水としての二次水Ａ２を熱交換器２を介して所定の温度に暖めた後、給湯口から流出させるようになっている。
【００３７】
次に、上記温度制御装置１を用いた温度制御方法について、図２を参照して説明する。なお、この制御方法は電子制御装置５に組み込まれたプログラムにしたがって進行することになる。
まず、温度制御装置１を起動すると、所定の事項を実行した後にステップＳＰ１に移行する。このステップＳＰ１においては、設定温度tsを変更するか否かが問われ、変更する場合には、ステップＳＰ２を介してステップＳＰ３に移行し、変更しない場合にはそのままステップＳＰ３に移行する。上記ステップＳＰ２では、希望する設定温度tsをキースイッチ５１を介して入力することになる。また、設定温度tsが後述する前回検出温度txに自動的に入力されることになる。
【００３８】
ステップＳＰ３では、温度センサ４によって熱交換器２から流出する二次水Ａ２の出口現在温度toが検出されることになる。そして、ステップＳＰ４において、出口現在温度to等のデータに基づいて下記の演算がなされる。
【数１】
Δｔ＝ts−to
【数２】
ｄｔ＝tx−to
【数３】
ΔＦ＝K1×Δｔ＋K2×ｄｔ
【数４】
Ｆ＝Ｆ＋ΔＦ
ただし、Ｆは、ポンプ３に供給する交流電力の周波数（Ｈｚ）であって、当該ポンプ３の回転数に対応するものであり、ΔＦは、次に変化させるべき周波数の変動量（Ｈｚ）であって、ポンプ３の回転数の変動量に対応するものであり、K1、K2は、Δｔ、ｄｔから周波数の変動量ΔＦを導き出すための係数（Ｈｚ／℃）である。
【００３９】
ステップＳＰ４において演算が終了すると、ステップＳＰ５に移行する。このステップＳＰ５では、上記ステップＳＰ４で演算した周波数Ｆと上記所定の周波数との比較が行われる。なお、この所定の周波数は、上記５〜２０Ｈｚの中から１５Ｈｚを選択している。
【００４０】
そして、ステップＳＰ５において、周波数Ｆが１５Ｈｚを超える場合には、ステップＳＰ６に移行して、周波数Ｆと、ポンプ３等が許容する最大周波数Fmax（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）との比較がなされ、周波数Ｆが最大周波数Fmaxを超える場合には、ステップＳＰ７ａに移行して周波数Ｆに最大周波数Fmaxを入力するとともに、流量調整弁７の開度Ｇに零を入力する。これは、ポンプ３が許容する最大速度で回転駆動するとともに、流量調整弁７を完全に閉じた状態にすることを意味する。すなわち、ポンプ３の最大能力の流量が熱交換器２に供給されることになる。ステップＳＰ７ａからは、ステップＳＰ１１に移行する。
【００４１】
また、ステップＳＰ６において、周波数Ｆが最大周波数Fmax以下であれば、その周波数Ｆを保持したままステップＳＰ７ｂに移行して、当該ステップＳＰ７ｂで流量調整弁７の開度Ｇに零を入力する。これは、ポンプ３を１５Ｈｚ以上でかつ最大周波数Fmax以下の範囲で回転駆動するとともに、流量調整弁７を完全に閉じた状態にすることを意味する。ステップＳＰ７ｂからは、ステップＳＰ１１に移行する。
【００４２】
また、ステップＳＰ５で周波数Ｆが１５Ｈｚ以下であると判断された場合には、ステップＳＰ８に移行して、周波数Ｆに１５Ｈｚが入力されるとともに、例えば以下の演算がなされる。
【数５】
ΔＧ＝K3×（−Δｔ）＋K4×（−ｄｔ）
【数６】
Ｇ＝Ｇ＋ΔＧ
【００４３】
ここで、Ｇは、上述したように流量調整弁７の開度（％）であり、ΔＧは、次に変化させるべき開度の変動量（％）であり、K3、K4は、Δｔ、ｄｔから開度の変動量ΔＧを導き出すための係数（１／℃）である。
【００４４】
ステップＳＰ８において演算が終了すると、ステップＳＰ９に移行する。このステップＳＰ９では、上記ステップＳＰ８で演算した開度Ｇと、流量調整弁７の最大開度Gmaxとの比較がなされ、開度Ｇが最大開度Gmaxを超えている場合には、ステップＳＰ１０ａに移行して、最大開度Gmaxを開度Ｇに入力する。そして、ステップＳＰ１１に移行する。
また、ステップＳＰ９において、開度Ｇが最大開度Gmax以下であれば、ステップＳＰ１０ｂに移行し、このステップＳＰ１０ｂにおいて、開度Ｇが零と比較される。そして、開度Ｇが零未満であれば、ステップＳＰ１０ｃで開度Ｇに零を入力してからステップＳＰ１１に移行し、零以上でれば、ステップＳＰ８で演算された開度Ｇを保持したままステップＳＰ１１に移行する。
【００４５】
ステップＳＰ１１では、周波数Ｆおよび開度Ｇの指令が電子制御装置５からインバータ６および流量調整弁７に出力されることになる。
このため、ステップＳＰ７ａを介してステップＳＰ１１に移行した場合には、流量調整弁７が完全に閉じられ、ポンプ３が最大回転速度で駆動されることによる最大の一次水Ａ１の流量によって、二次水Ａ２の出口現在温度toを設定温度tsに近づけるべく制御がなされることになる。
【００４６】
また、ステップＳＰ７ｂを介してステップＳＰ１１に移行した場合には、流量調整弁７を完全に閉じた状態で、ポンプ３が１５Ｈｚ以上でかつ最大周波数Fmax以下の範囲で回転駆動され、二次水Ａ２の出口現在温度toを設定温度tsに近づけるべく制御がなされることになる。
【００４７】
さらに、ステップＳＰ１０ｂまたはステップＳＰ１０ｃを介してステップＳＰ１１に移行した場合には、ポンプ３の回転数が１５Ｈｚに対応する回転数に維持された状態で、流量調整弁７の開度が０〜最大開度Gmax未満の範囲で制御されることによって、熱交換器２に流入する一次水Ａ１の量が制御され、これによって二次水Ａ２の出口現在温度toを設定温度tsに近づけるべく制御がなされることになる。流量調整弁７の開度Ｇは、大きくなればなるほど、ポンプ３から吐出する一次水Ａ１を同ポンプ３の吸入側に戻す能力が大きくなって、熱交換器２に供給する一次水Ａ１の量を低減することになる。また、開度Ｇは、Δｔやｄｔが大きくなるほど小さくなる関係にある。
【００４８】
またさらに、ステップＳＰ１０ａからステップＳＰ１１に移行した場合には、ポンプ３の回転数が１５Ｈｚに対応する回転数に維持された状態で、流量調整弁７が最大開度Gmax状態になるので、熱交換器２に流入する一次水Ａ１がほぼ無くなった状態で、二次水Ａ２の温度を設定温度tsに近づけるべく制御がなされることになる。このような現象は、設定温度tsが熱交換器２に流入する二次水Ａ２の温度とほぼ等しいかそれ以下の場合に起こり得る。
【００４９】
そして、ステップＳＰ１２において、前回検出温度txに出口現在温度toが入力され、ステップＳＰ１３において、運転続行か否かの判断がなされ、運転続行であれば、ステップＳＰ１の上流側に移行する。そして、設定温度tsの変更がなければステップＳＰ３に移行して、以下、上述した制御が繰り返される。この結果、二次側流路２２の給湯口からは、ほぼ設定温度tsに達した水が連続的に供給されることになる。
【００５０】
上記のように構成された温度制御装置１によれば、ポンプ３が１５Ｈｚ未満の回転数になることが防止されるので、当該ポンプ３が低速回転となることによる問題を解消することができる。すなわち、ポンプ３が許容最高温度以上に加熱されたり、その加熱によるメカニカルシールの滑りにより異音が発生したり、あるいはポンプ３の回転が断続的となったりするのを防止することができる。また、ポンプ３の回転数が１５Ｈｚ未満となるような一次水Ａ１の流量の少ない場合であっても、当該一次水Ａ１の流量を流量調整弁７によって適正に制御することができる。
【００５１】
なお、上記実施形態においては、ポンプ３と並列に流量調整弁７を設けた例を示したが、この流量制御弁７に代えて、当該流量制御弁７と同等の流量制御弁をポンプ３と直列に設けるように構成してもよい。この場合、上記直列配置の流量制御弁（以下「直列流量制御弁」という）は、図示を省略するが、一次側流路２１における熱交換器２の出口側に設けることによって、熱交換器２を流れる一次水Ａ１の流量を制御するように構成することが好ましい。ただし、直列流量制御弁は、開度が大きくなるほど、一次水Ａ１の流量を増加させることになる。したがって、電子制御装置５による制御は、ポンプ３の回転数が上述にように所定の回転数（例えば５〜３５Ｈｚ）以上の場合には、直列流量制御弁の開度を全開状態に保持して、ポンプ３の回転数を制御することによって、一次水Ａ１の流量を制御し、ポンプ３の回転数が所定の回転数未満の場合には、当該ポンプ３をその所定の回転数に維持するとともに、直列流量制御弁の開度を制御して、一次水Ａ１の流量を制御することになる。
そして、このように直列流量制御弁を設けた場合には、例えばポンプ３が停止した後に、全閉状態となるように制御することにより、一次水Ａ１の流れを完全に止めることができるという利点がある。
【００５２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図３および図４を参照して説明する。ただし、上記第１実施形態で示した構成要素と共通する要素には同一の符号を付しその説明を簡略化する。
この第２実施形態で示す温度制御装置１１は、一次水Ａ１の温度を所定の温度に制御することにより、ポンプ３の回転数が所定の回転数未満になるのを防止するようになっている。このため、温度制御装置１１は、加熱された一次水Ａ１を供給する温水ボイラ１２に、電子制御装置（電子制御手段）５２によって制御される加熱装置（熱量調整手段）１２１を備えたものとなっている。
【００５３】
また、温水ボイラ１２の上端部には、当該温水ボイラ１２内においてほぼ最高温度に達し、一次側流路２１に供給される直前の一次水Ａ１の温度を検出する缶水温度センサ（温度センサ）１２２が設けられている。この缶水温度センサ１２２で検出した温度は電子制御装置５２に入力されることになる。なお、缶水温度センサ１２２で検出した温度は後述する熱交換器２に流入する一次水Ａ１の温度Ｔ１とほぼ等しいので、以下、温度Ｔ１を用いて説明する。
一方、二次側流路２２には、熱交換器２の上流側の位置に給水流量計（流量検出手段）１３が設けられているとともに、給水温度センサ（温度センサ）１４が設けられている。
【００５４】
給水流量計１３は、熱交換器２を通過する二次水Ａ２の流量を測定するようになっており、その測定したデータは電子制御装置５２に入力されるようになっている。また、給水温度センサ１４は、熱交換器２に流入する二次水Ａ２の流入温度tiを測定するようになっており、その測定したデータは電子制御装置５２に
入力されるようになっている。
【００５５】
また、電子制御装置５２は、キースイッチ５１から設定温度tsを入力する点、温度センサ４から出口現在温度toを入力する点、インバータ６を介してポンプ３の回転数を制御する点等について、上述した電子制御装置５と同様に構成されている。
【００５６】
そして、電子制御装置５２は、ポンプ３の回転数が所定の回転数未満になるのを防止すべく、加熱装置１２１を介して熱交換器２に供給する一次水Ａ１の温度Ｔ１を制御するとともに、温度センサ４で検出した温度を設定温度tsに近づけるべくポンプ３の回転数を制御するようになっている。
なお、電子制御装置５２について、さらに詳細に説明する。
【００５７】
すなわち、熱交換器２の交換熱量は次の数７の式で計算される。
【数７】
ここで、Ｑは交換熱量、Ｌ１はポンプ３の回転数で決定される一次水Ａ１の流量、Ｌ２は給水流量計１３で検出される二次水Ａ２の流量、Ｔ１は缶水温度センサ１２２で検出される一次水Ａ１の熱交換器２に流入する温度、Ｔ２は、熱交換器２から流出する一次水Ａ１の温度、toは熱交換器２から流出する二次水Ａ２の温度であって温度センサ４で検出された出口現在温度、tiは熱交換器２に流入する二次水Ａ２の温度であって、給水温度センサ１４で検出された流入温度、ａは一次側熱伝達比例係数、ｂは二次側熱伝達比例係数、ｃは熱交換器の材料・厚さ及び汚れで決まる熱伝達率、α、βは熱交換器２の種類で決まる乗数、Ｓは伝熱面積である。
【００５９】
上記数７の式は、下記数８、数９の式に変換することができる。
【数８】
【数９】
なお、上記数８の式において、T1cは、数７の式のＴ１と同一であるが、計算によって求めた温度であることを明記するために、数７の式とは異なる記号を用いている。
【００６１】
上記数８の式から、ポンプ３から供給される一次水Ａ１の流量Ｌ１が所定の流量以下とならないような温度T1cを求めて、この温度T1cに近づくように、熱交換器２に流入する一次水Ａ１の温度Ｔ１を制御してやれば、ポンプ３の回転数が所定の回転数未満に下がるのを防止することが可能である。
【００６２】
すなわち、電子制御装置５２は、ポンプ３の回転数が交流電力の周波数換算で少なくとも５〜３５Ｈｚ未満になるのを防止する上記温度T1cに、缶水温度センサ１２２で検出した温度Ｔ１を近づけるべく、加熱装置１２１に対する例えば燃料や電力等の供給量を調整するようになっている。
【００６３】
なお、上述した周波数５〜３５Ｈｚについては、この実施形態においては、２５〜３５Ｈｚにすることが好ましい。
ここで、２５Ｈｚ以上としたのは、二次水Ａ２の使用率が低くポンプ３の稼働率が低い場合には５Ｈｚ以上あれば、当該ポンプ３が許容温度以上に加熱されるおそれがないのであるが、温水ボイラ１２の温度制御時における加熱装置１２１の起動に対する缶水温度（温度センサ４で検出した温水ボイラ１２内の水の温度）の上昇の時間遅れを考慮して、２５Ｈｚ以上と高めに設定することが好ましいからである。
【００６４】
一方、３５Ｈｚ以下としたのは、３５Ｈｚを超えると、ポンプ３を駆動するモータのファンが十分機能し、当該ポンプ３が許容温度以上に加熱されるおそれがなくなるからである。
【００６５】
次に、上記温度制御装置１１を用いた温度制御方法について、図４を参照して説明する。なお、この制御方法は電子制御装置５２に組み込まれたプログラムにしたがって進行することになる。
まず、温度制御装置１１を起動すると、所定の事項を実行した後にステップＳＰ１に移行する。このステップＳＰ１においては、設定温度tsを変更するか否かが問われ、変更する場合には、ステップＳＰ２を介してステップＳＰ３に移行し、変更しない場合にはそのままステップＳＰ３に移行する。
【００６６】
上記ステップＳＰ２では、ポンプ３の回転数として最低限確保したい回転数に相当する一次水Ａ１の流量をキースイッチ５１を介して電子制御装置５２に入力する。例えば、ポンプ３の回転数として、上記周波数換算で３０Ｈｚ未満になるのを防止したいのであれば、この３０Ｈｚに相当する流量Ｌ１を入力する。なお、周波数をそのまま入力して、電子制御装置５２内で流量Ｌ１に変換してもよい。また、流量Ｌ１や周波数（例えば３０Ｈｚ）を電子制御装置５２内の所定のメモリに固定的に記録しておいてもよい。この場合には、キースイッチ５１から流量Ｌ１等を入力する必要がない。
また、ステップＳＰ２において、設定温度tsを入力する点や、この設定温度tsを前回検出温度txに入力する点については、上記第１実施形態と同一である。
【００６７】
ステップＳＰ３においては、上述した熱交換器２に流入する二次水Ａ２の流入温度tiを給水温度センサ１４で検出して電子制御装置５２に読み込み、熱交換器２から流出する二次水Ａ２の出口現在温度toを温度センサ４で検出して電子制御装置５２に読み込み、さらに熱交換器２に流入する二次水Ａ２の流量Ｌ２を給水流量計１３で検出して電子制御装置５２に読み込む。
【００６８】
そして、ステップＳＰ４において、温度ti、to、流量Ｌ１、Ｌ２等に基づいて上記数８、９の式から熱交換器２に流入する一次水Ａ１の温度T1cを演算して、この温度T1cに缶水温度センサ１２２で検出した一次水Ａ１の温度Ｔ１が近づくように、加熱装置１２１による加熱量を制御する。
そして、温水ボイラ１２内の一次水Ａ１の温度を、数８の式の温度T1cとなるように制御することにより、ポンプ３の回転数は、流量Ｌ１に対応する３０Ｈｚ相当の回転数を常に得ることができるようになる。
【００６９】
次に、ステップＳＰ５において、上記数１、２、３、４の各式による演算が電子制御装置５２によってなされる。
ステップＳＰ６では、周波数Ｆと最大周波数Fmaxとの比較がなされ、周波数Ｆが最大周波数Fmaxを超える場合には、ステップＳＰ７に移行して周波数Ｆに最大周波数Fmaxを入力してからステップＳＰ８に移行する。この場合、ステップＳＰ８では、ポンプ３が最大回転速度で駆動されることになる。
【００７０】
また、ステップＳＰ６において、周波数Ｆが最大周波数Fmax以下であれば、その周波数Ｆを保持したままステップＳＰ８に移行する。この場合、ステップＳＰ８では、ポンプ３が周波数Ｆに相当する回転数で駆動されることになる。
【００７１】
以上により、ポンプ３の回転数が所定の回転数未満（この例では交流電力の周波数換算で３０Ｈｚ未満）になるのが防止されるとともに、設定温度tsの増減に伴って、ポンプ３の回転数が増減して、出口現在温度toを設定温度tsに近づけるべく制御がなされることになる。
【００７２】
そして、ステップＳＰ９において、前回検出温度txに出口現在温度toが入力され、ステップＳＰ１０において、運転続行であれば、ステップＳＰ１の上流側に移行する。そして、設定温度tsの変更がなければステップＳＰ３に移行して、以下、上述した制御が繰り返される。この結果、二次側流路２２の給湯口からは、ほぼ設定温度tsに達した水が連続的に供給されることになる。
【００７３】
上記のように構成された温度制御装置１１によれば、温水ボイラ１２内の一次水Ａ１の温度を数８の式で示すT1cとなるように制御することにより、ポンプ３の回転数が所定の回転数（３０Ｈｚ）未満になるのを防止することができる。したがって、インバータ方式のポンプ３の回転数が低くなることによって生じる問題を解消することができる。
しかも、熱交換器２から流出する二次水Ａ２の温度toがほぼ設定温度tsとなるように制御することができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、熱量調整手段によって、熱交換器に流入する一次流体の温度を制御することにより、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止しているので、インバータ方式のポンプが所定の回転数未満になることによる問題を解消することができる。
また、ポンプの回転数の制御により、熱交換器から流出する二次流体の温度をほぼ設定温度となるように制御することができる。
【００７６】
請求項２または４に記載の発明によれば、上記所定の回転数がポンプを駆動する交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚに設定されているので、インバータ方式のポンプが当該所定の回転数未満になることによって生じる問題を確実に解消することができる。
【００７８】
請求項３記載の発明によれば、熱量調整手段によって熱交換器に流入する一次流体の温度を制御することにより、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止しながら、ポンプによって一次流体の流量を制御することにより、熱交換器から流出する二次流体の温度を制御しているので、ポンプの回転数が所定の回転未満になるのを防止することができるとともに、熱交換器から流出する二次流体の温度を制御することができる。したがって、ポンプが所定の回転数未満になることによって生じる問題を解消することができるとともに、熱交換器から流出する二次流体の温度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態として示した温度制御装置のブロック図である。
【図２】同温度制御装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図３】この発明の第２実施形態として示した温度制御装置のブロック図である。
【図４】同温度制御装置の制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ 熱交換器
３ ポンプ
４ 温度センサ
５、５２ 電子制御装置（電子制御手段）
６ インバータ
７ 流量調整弁（流量調整手段）
１２１ 加熱装置（熱量調整手段）
Ａ２ 二次水（二次流体）
Ａ１ 一次水（一次流体）
to 出口現在温度（温度センサで検出した温度）
ts 設定温度
Claims (4)
- 熱交換器を通過することにより相互に熱交換される一次流体および二次流体のうち上記一次流体の流量を制御するインバータ方式のポンプと、上記熱交換器から流出する上記二次流体の温度を検出する温度センサと、上記温度センサで検出した温度を設定温度に近づけるべく上記ポンプの回転数を制御する電子制御手段とを備えた温度制御装置において、
上記熱交換器に流入する一次流体の温度を調整する熱量調整手段を備えてなり、
上記電子制御手段は、ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止すべく、上記熱量調整手段を介して上記熱交換器に流入する一次流体の温度を制御するとともに、上記温度センサで検出した温度を設定温度に近づけるべく上記ポンプの回転数を制御するようになっていることを特徴とする温度制御装置。 - 上記所定の回転数は、上記ポンプを駆動する交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚであることを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
- 熱交換器を通過することにより相互に熱交換される一次流体および二次流体のうち上記一次流体の流量をインバータ方式のポンプによって制御することにより、上記熱交換器から流出する上記二次流体の温度を制御する温度制御方法において、
熱量調整手段によって上記熱交換器に流入する一次流体の温度を制御することにより、上記ポンプの回転数が所定の回転数未満になるのを防止しながら、当該ポンプによって一次流体の流量を制御することにより、上記熱交換器から流出する二次流体の温度を制御することを特徴とする温度制御方法。 - 上記所定の回転数は、上記ポンプを駆動する交流電力の周波数換算で５〜３５Ｈｚであることを特徴とする請求項３に記載の温度制御方法。
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