JP5536013B2 - 温水加熱システム並びに制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Description
《第1の実施形態》
図1は、本発明の第1の実施形態による温水加熱システムの概略構成図である。
温水加熱システムは、熱源系統10から熱を汲み取り温熱を出力するヒートポンプ20、ヒートポンプ20から出力される温熱により水を熱する温水系統30、及び温水系統30の制御を行う制御装置40を備える。
蒸発器21は、熱源系統10から出力される熱により熱媒体の温度を上昇させる。
圧縮機22は、蒸発器21により昇温された熱媒体を圧縮して液化させる。
ベーン23は、圧縮機22が液化させた熱媒体の流量を調整する。
凝縮器24は、ベーン23から流入する熱媒体の熱を温水系統30に供給する。
膨張弁25は、凝縮器24により降温された熱媒体を減圧して気化させる。
流入部31は、加熱対象から循環ポンプ32を介して加熱部33へ水を流入させる。
循環ポンプ32は、流入した水を加熱部33へ圧送する。
加熱部33は、循環ポンプ32から流入した水を凝縮器24から供給される熱により加熱し、加熱された水を三方弁34へ供給する。
三方弁34は、その開度(流量配分)に応じて加熱部33が加熱した水の一部を循環部35へ流入させ、残りを流出部36へ流入させる。
循環部35は、三方弁34から循環ポンプ32を介して加熱部33へ水を循環させる。
流出部36は、三方弁34から加熱対象へ水を流出させる。
流入部流量検出器51は、流入部31を流れる水の流量F1を検出する。
流入部温度検出器52は、流入部31を流れる水の温度T1を検出する。
加熱部流量検出器53は、加熱部33を流れる水の流量F2を検出する。
加熱部上流側温度検出器54は、加熱部33の上流側における水の温度を検出する。すなわち、加熱部上流側温度検出器54は、加熱部33において加熱される前の水の温度T2を検出する。
加熱部下流側温度検出器55は、加熱部33の下流側における水の温度を検出する。すなわち、加熱部下流側温度検出器55は、加熱部33において加熱された後の水の温度T3を検出する。
制御装置40は、センサ情報取得部401、上流側温度変化率算出部402(調整温度算出部)、上流側目標温度設定部403、ヒートポンプ情報入力部404、上流側当面目標温度設定部405、三方弁制御部406(調整量決定部)を備える。
センサ情報取得部401は、温水系統30に設けられた各検出器が検出したセンサ情報(流量・温度)を取得する。
上流側温度変化率算出部402は、センサ情報取得部401が取得したセンサ情報に基づいて、加熱部33の上流側における水温の変化率(調整温度)、すなわち水温の上昇速度を算出する。なお、水温の変化率はセンサ情報を熱収支モデルに当てはめることで算出する。
上流側目標温度設定部403は、ヒートポンプ20及び温水系統30が稼動した場合において、温水系統30が定常状態になったときにおける加熱部33の上流側における水の目標温度を設定する。
ヒートポンプ情報入力部404は、ヒートポンプ20の圧縮機22が稼動を開始したか否かを示すヒートポンプ情報の入力を受け付ける。
図3は、本発明の第1の実施形態による制御装置40の動作を示すフローチャートである。
まず、制御装置40の上流側目標温度設定部403は、温水加熱システムの稼動開始前に、管理者から加熱部33の上流側の目標温度T2dの入力を受け付ける(ステップS1)。
以降、ステップS2に戻り圧縮機22が稼動するまでステップS2〜ステップS4の動作を繰り返し実行する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態による温水加熱システムは、熱源系統10と温水系統30の特性に基づいて温水系統30の加熱部33の上流側の目標温度を設定する。
図4は、本発明の第2の実施形態による温水加熱システムの概略構成図である。
第2の実施形態による温水加熱システムは、第1の実施形態による温水加熱システムの温水系統30に、熱源上流側温度検出器56及び熱源流量検出器57を備えるものであり、制御装置40の動作が異なる。
熱源上流側温度検出器56は、熱源系統10の上流側における熱水の温度T4を検出する。
熱源流量検出器57は、熱源系統10を流れる熱水の流量F3を検出する。
第2の実施形態による制御装置40は、第1の実施形態による制御装置40の構成に加えて、下流側目標温度設定部407を備え、上流側目標温度設定部403の動作が異なる。
下流側目標温度設定部407は、ヒートポンプ20及び温水系統30が稼動した場合において、温水系統30が定常状態になったときにおける加熱部33の下流側における水の目標温度を設定する。
上流側目標温度設定部403は、下流側の目標温度と、センサ情報取得部401が取得したセンサ情報に基づいて、温水系統30が定常状態になったときにおける加熱部33の上流側における水の目標温度を設定する。
第2の実施形態による制御装置40の動作は、第1の実施形態における制御装置40の動作とステップS1の動作が異なるものであり、ステップS1以降の動作は第1の実施形態と同じものである。
まず、制御装置40の下流側目標温度設定部407は、温水加熱システムの稼動開始前に、管理者から加熱部33の下流側の目標温度T3dの入力を受け付ける。次に、上流側目標温度設定部403は、センサ情報取得部401から熱源上流側温度検出器56及び熱源流量検出器57が検出した温度T4及び流量F3を取得する。そして、上流側目標温度設定部403は、取得した温度T4及び流量F3に基づいてヒートポンプ20の最大出力時における凝縮器24の最大加熱量を算出する。次に、上流側目標温度設定部403は、算出した最大加熱量、加熱部33を流れる水の流量F2及び下流側の目標温度T3dに基づいて、加熱部33の上流側の目標温度T2dを算出する。具体的には、上流側目標温度設定部403は、ヒートポンプ20の最大出力によって加熱部33の下流側の水温を目標温度T3dとするために要する加熱部33の上流側の水温を、目標温度T2dとする。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態による温水加熱システムは、温水系統30の加熱部33の下流側の温度に基づいてヒートポンプ20のベーン23の開度(ヒートポンプ制御の調整量)を制御する。
図6は、本発明の第3の実施形態による温水加熱システムの概略構成図である。
第3の実施形態による温水加熱システムは、第1の実施形態による温水加熱システムの温水系統30に凝縮器温度検出器58を備えるものであり、制御装置40の動作が異なる。また、第3の実施形態による温水加熱システムにおいては、流入部温度検出器52及び流入部流量検出器51は備えなくても良い。
凝縮器温度検出器58は、ヒートポンプ20の凝縮器24の温度T5を検出する。
第3の実施形態による制御装置40は、センサ情報取得部401、下流側温度変化率算出部408(ヒートポンプ調整温度算出部)、下流側目標温度設定部407、下流側当面目標温度設定部409、ベーン制御部410(ヒートポンプ調整量決定部)を備える。
センサ情報取得部401は、温水系統30及び凝縮器24に設けられた各検出器が検出したセンサ情報(流量・温度)を取得する。
下流側温度変化率算出部408は、センサ情報取得部401が取得したセンサ情報に基づいて、加熱部33の下流側における水温の変化率(ヒートポンプ調整温度)、すなわち水温の上昇速度を算出する。なお、水温の変化率はセンサ情報を熱収支モデルに当てはめることで算出する。
下流側目標温度設定部407は、ヒートポンプ20が稼動した場合において、温水系統30が定常状態になったときにおける加熱部33の下流側における水の目標温度を設定する。
図8は、本発明の第3の実施形態による制御装置40の動作を示すフローチャートである。
まず、制御装置40の下流側目標温度設定部407は、温水加熱システムの稼動開始前に、管理者から加熱部33の下流側の目標温度T3dの入力を受け付ける(ステップS11)。
下流側当面目標温度設定部409は、センサ情報取得部401から、加熱部下流側温度検出器55が検出した温度T3を取得する。次に下流側当面目標温度設定部409は、当該温度T3が、下流側目標温度設定部407が設定した目標温度T3dに達したか否かを判定する(ステップS12)。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。第4の実施形態による温水加熱システムは、第2の実施形態と同様に温水系統30の状態に基づいて三方弁34の開度を制御しつつ、第3の実施形態と同様に温水系統30の加熱部33の状態に基づいてヒートポンプ20のベーン23の開度を制御する。
第4の実施形態による温水加熱システムは、第2の実施形態による温水加熱システムの構成と、第3の実施形態による温水加熱システムの構成とを併せ持つ。なお、第4の実施形態による制御装置40の構成も、第2の実施形態による制御装置40の構成と、第3の実施形態による制御装置40の構成とを併せ持ったものである。
具体的には、第3の実施形態のステップS11による下流側目標温度の設定がされたときに、当該下流側目標温度を用いて第2の実施形態のステップS1による上流側目標温度の算出を行う。
また、第2の実施形態によるステップS2〜ステップS4では、制御装置40は三方弁34の開度制御のみを行う。他方、制御装置40は、ステップS5〜ステップS8の処理を実行している間、並行して第3の実施形態によるステップS12〜ステップS15の処理を実行する。そして、制御装置40は、第2の実施形態によるステップS9及びステップS10の処理を実行するときに、第3の実施形態によるステップS16及びステップS17の処理を行う。
これにより、制御装置40は、三方弁34の開度とベーン23の開度をそれぞれ適切に制御することができる。
Claims (12)
- 熱源系統から熱を汲み取り温熱を出力する温熱出力熱交換器を有するヒートポンプと、
前記温熱出力熱交換器から得た温熱によって水を加熱する加熱部と、
前記加熱部が加熱した水を加熱対象へ流出させる流出部と、
前記加熱部が加熱した水を前記加熱部の上流側へ循環させる循環部と、
加熱対象から前記加熱部の上流側へ水を流入させる流入部と、
前記加熱部から前記流出部及び前記循環部への水の流量配分を調整する調整部と
を備えた温水加熱システムを制御する制御装置であって、
前記加熱部の上流側の水の目標温度を設定する上流側目標温度設定部と、
前記加熱部の上流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、所定の温度だけ、前記加熱部の上流側の水の温度が上昇するように、前記調整部による流量配分の調整量を決定する調整量決定部と
を備え、
前記調整量決定部は、前記加熱部の上流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、前記加熱部に流通している水、前記循環部によって循環する水、及び前記流入部から前記加熱部の上流側へ流入する水の状態に基づいて算出される所定の温度だけ、前記加熱部の上流側の水の温度が上昇するように、前記調整部による流量配分の調整量を決定する
ことを特徴とする制御装置。 - 前記加熱部に流通している水、前記循環部によって循環する水、及び前記流入部から前記加熱部の上流側へ流入する水の状態に基づいて、前記流入部から前記加熱部の上流側へ流入する水と前記循環部によって循環する水とを混和させた水の温度と、前記加熱部に流通している水の温度との差の温度を、前記調整量の決定に用いる調整温度として算出する調整温度算出部を備え、
前記調整量決定部は、前記加熱部の上流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、前記調整温度算出部が算出した調整温度だけ、前記加熱部の上流側の水の温度が上昇するように、前記調整部による流量配分の調整量を決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 - 前記調整量決定部は、前記ヒートポンプが稼動するまで、前記加熱部へ流入する水の温度が一定になるように、前記調整部による流量配分の調整量を決定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の制御装置。 - 前記上流側目標温度設定部は、前記加熱部における最大加熱量と、前記加熱部へ流入する水の流量と、前記加熱部の下流側の水の目標温度とに基づいて前記加熱部の上流側の水の目標温度を設定することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の制御装置。
- 前記加熱部の下流側の水の目標温度を設定する下流側目標温度設定部と、
前記加熱部の下流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、所定の温度だけ、前記加熱部の下流側の水の温度が上昇するように、ヒートポンプ制御の調整量を決定するヒートポンプ調整量決定部と
を備えることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記ヒートポンプ調整量決定部は、前記加熱部の下流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、前記加熱部に流通している及び前記加熱部から前記調整部へ流入する水の状態並びに前記加熱部における加熱量に基づいて算出される所定の温度だけ、前記加熱部の下流側の水の温度が上昇するように、ヒートポンプ制御の調整量を決定する
ことを特徴とする請求項5に記載の制御装置。 - 前記加熱部に流通している水及び前記加熱部から前記調整部へ流入する水の状態並びに前記加熱部における加熱量に基づいて、前記加熱部に流通している水が前記加熱部によって加熱されたときの当該水の温度と前記加熱部から前記調整部へ流入する水の温度との差の温度を、ヒートポンプ制御の調整量の決定に用いるヒートポンプ調整温度として算出するヒートポンプ調整温度算出部を備え、
前記ヒートポンプ調整量決定部は、前記加熱部の下流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、前記ヒートポンプ調整温度算出部が算出したヒートポンプ調整温度だけ、前記加熱部の下流側の水の温度が上昇するように、ヒートポンプ制御の調整量を決定する
ことを特徴とする請求項6に記載の制御装置。 - 熱源系統から熱を汲み取り温熱を出力する温熱出力熱交換器を有するヒートポンプと、
前記温熱出力熱交換器から得た温熱によって水を加熱する加熱部と、
前記加熱部が加熱した水を加熱対象へ流出させる流出部と、
前記加熱部が加熱した水を前記加熱部の上流側へ循環させる循環部と、
加熱対象から前記加熱部の上流側へ水を流入させる流入部と
を備えた温水加熱システムを制御する制御装置であって、
前記加熱部の下流側の水の目標温度を設定する下流側目標温度設定部と、
前記加熱部の下流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、所定の温度だけ、前記加熱部の下流側の水の温度が上昇するように、ヒートポンプ制御の調整量を決定するヒートポンプ調整量決定部と
を備え、
前記ヒートポンプ調整量決定部は、前記加熱部の下流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、前記加熱部に流通している水及び前記加熱部から流出する水の状態並びに前記加熱部における加熱量に基づいて算出される所定の温度だけ、前記加熱部の下流側の水の温度が上昇するように、ヒートポンプ制御の調整量を決定する
ことを特徴とする制御装置。 - 前記加熱部に流通している水及び前記加熱部から流出する水の状態並びに前記加熱部における加熱量に基づいて、前記加熱部に流通している水が前記加熱部によって加熱されたときの当該水の温度と前記加熱部から流出する水の温度との差の温度を、ヒートポンプ制御の調整量の決定に用いるヒートポンプ調整温度として算出するヒートポンプ調整温度算出部を備え、
前記ヒートポンプ調整量決定部は、前記加熱部の下流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、前記ヒートポンプ調整温度算出部が算出したヒートポンプ調整温度だけ、前記加熱部の下流側の水の温度が上昇するように、ヒートポンプ制御の調整量を決定する
ことを特徴とする請求項8に記載の制御装置。 - 熱源系統から熱を汲み取り温熱を出力する温熱出力熱交換器を有するヒートポンプと、
前記温熱出力熱交換器から得た温熱によって水を加熱する加熱部と、
前記加熱部が加熱した水を加熱対象へ流出させる流出部と、
前記加熱部が加熱した水を前記加熱部の上流側へ循環させる循環部と、
加熱対象から前記加熱部の上流側へ水を流入させる流入部と、
前記加熱部から前記循環部及び前記流出部への水の流量配分を調整する調整部と、
請求項1から請求項9の何れか1項に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする温水加熱システム。 - 熱源系統から熱を汲み取り温熱を出力する温熱出力熱交換器を有するヒートポンプと、
前記温熱出力熱交換器から得た温熱によって水を加熱する加熱部と、
前記加熱部が加熱した水を加熱対象へ流出させる流出部と、
前記加熱部が加熱した水を前記加熱部の上流側へ循環させる循環部と、
加熱対象から前記加熱部の上流側へ水を流入させる流入部と、
前記加熱部から前記循環部及び前記流出部への水の流量配分を調整する調整部と
を備えた温水加熱システムの調整部の調整量を制御する制御方法であって、
前記加熱部の上流側の水の目標温度を決定するステップと、
前記加熱部の上流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、所定の温度だけ、前記加熱部の上流側の水の温度が上昇するように、前記調整部による流量配分の調整量を決定するステップと
を有し、
前記調整量は、前記加熱部の上流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、前記加熱部に流通している水、前記循環部によって循環する水、及び前記流入部から前記加熱部の上流側へ流入する水の状態に基づいて算出される所定の温度だけ、前記加熱部の上流側の水の温度が上昇するように決定される
ことを特徴とする制御方法。 - 熱源系統から熱を汲み取り温熱を出力する温熱出力熱交換器を有するヒートポンプと、
前記温熱出力熱交換器から得た温熱によって水を加熱する加熱部と、
前記加熱部が加熱した水を加熱対象へ流出させる流出部と、
前記加熱部が加熱した水を前記加熱部の上流側へ循環させる循環部と、
加熱対象から前記加熱部の上流側へ水を流入させる流入部と
を備えた温水加熱システムのヒートポンプの調整量を制御する制御装置であって、
前記加熱部の下流側の水の目標温度を決定するステップと、
前記加熱部の下流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、所定の温度だけ、前記加熱部の下流側の水の温度が上昇するように、ヒートポンプ制御の調整量を決定するステップと
を備え、
前記調整量は、前記加熱部の下流側の水の温度が前記目標温度に達するまで、前記加熱部に流通している水及び前記加熱部から流出する水の状態並びに前記加熱部における加熱量に基づいて算出される所定の温度だけ、前記加熱部の下流側の水の温度が上昇するように決定される
ことを特徴とする制御方法。
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