JP5854862B2 - 熱源機制御システム - Google Patents
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Description
タンクに蓄えられた前記水と熱交換するタンク用熱交換器と、流入する熱媒体に温熱と冷熱とのいずれかを供給して流出する熱源機とを、前記熱媒体が前記熱源機から前記タンク用熱交換器に向かう往路と、前記熱媒体が前記タンク用熱交換器から前記熱源機に向かう復路とで接続し、前記熱媒体が循環する熱媒体循環回路と、
前記タンクに蓄えられた前記水の水温Ttを検出するタンク水温センサと、
前記熱媒体循環回路の所定の箇所を流れる前記熱媒体の温度Tmを検出する熱媒体温度センサと、
前記熱媒体温度センサが検出した前記熱媒体の前記温度Tmと、前記タンク水温センサが検出した前記水温Ttとの温度差に基づいて、前記熱源機の制御を実行する制御装置と
を備えたことを特徴とする。
以下の実施の形態では、各温度センサの検出した検出温度を用いて、制御装置が圧縮機の運転周波数を制御するが、各センサの検出する検出値を定義しておく。
(1)出湯温度センサS(out):
出湯温度センサS(out)の検出する温度は、検出温度Tm(out)と記す。なお、検出温度Tm(out)は出湯温度Tm(out)と記す場合もあるが両者は同じものである。
(2)戻り温度センサS(in):
戻り温度センサS(in)の検出する温度は、検出温度Tm(in)と記す。なお、検出温度Tm(in)は、戻り水温Tm(in)と記す場合もあるが両者は同じものである。
(3)タンク水温センサS(t):
タンク水温センサS(t)の検出する温度は、検出温度Ttと記す。なお、検出温度Ttは、タンク水温Ttと記す場合もあるが両者は同じものである。
図1〜図5を参照して実施の形態1を説明する。図1は実施の形態1による給湯システム1000(熱源機制御システム)を示す水回路図である。なお、後述の実施の形態2,3も図1の構成である。給湯システム1000の基本構成はヒートポンプ熱源100(熱源機の一例)、補助ヒータ300、タンク用熱交換器201、循環ポンプ400、これらを接続するための循環水路形成手段601(例えば配管)から成る。循環水路形成手段601の内部を水(熱媒体の一例)が流れる。循環水路形成手段601は、ヒートポンプ熱源100、補助ヒータ300、タンク用熱交換器201、循環ポンプ400、そして再びヒートポンプ熱源100を順次接続し、熱媒体である水(以下、循環水という)が循環する循環回路600(熱媒体循環回路)を構成する。なお、循環回路600を熱媒体として循環するのは水に限らず、不凍液や、水、不凍液以外の冷媒でもよい。循環回路600は、循環水路形成手段601を流れる水が、ヒートポンプ熱源100からタンク用熱交換器201に向かう往路610(図1のA〜B)と、循環水がタンク用熱交換器201からヒートポンプ熱源100に向かう復路620((図1のC〜D)とを形成している。つまり循環回路600は、ヒートポンプ熱源100とタンク用熱交換器201とを、往路610と復路620とで接続する。
(1)出湯温度センサS(out):
給湯システム1000では、補助ヒータ300とタンク用熱交換器201との間(往路610の途中)には、出湯温度センサS(out)が設けられており、タンク用熱交換器201へ供給する温水温度(出湯温度Tm(out))を計測する。
(2)戻り温度センサS(in):
循環ポンプ400とヒートポンプ熱源100との間には、戻り温度センサS(in)が設けられており、ヒートポンプ熱源100へ戻る温水温度(戻り水温Tm(in))を計測する。
(3)タンク水温センサS(t):
貯湯タンク200にはタンク水温センサS(t)が設けられており、貯湯タンク200内の家庭温水温度(タンク水温Tt)を計測する。
(4)なお実施の形態1では、戻り温度センサS(in)の計測情報である検出温度(Tm(in))と、タンク水温センサS(t)の検出温度(タンク水温Tt)とを使用し、出湯温度センサS(out)の検出温度(Tm(out))は使用しない。
(2)なお、実施の形態2では、制御装置500は、出湯温度センサS(out)及びタンク水温センサS(t)の検出値を使用してヒートポンプ熱源100を制御する。
(3)実施の形態3では、制御装置500は、出湯温度センサS(out)、戻り温度センサS(in)及びタンク水温センサS(t)の3つの検出値を用いて、ヒートポンプ熱源100を制御する。
次に、この給湯システム1000での給湯運転を図3に基づいて説明する。図3は給湯運転時の制御装置500の動作を示すフローチャートである。図3の動作の主体は制御装置500である。
つまり、
Tt≧Ta
かどうかを判定する。タンク水温センサS(t)による検出温度Ttが目標値Ta以上であれば、<ステップS103>に進み、給湯運転を終了する。タンク水温センサS(t)による検出温度Ttが目標値Ta未満であれば、<ステップS104>に進む。
つまり、
Tm(in)−Tt>△Tb1
かどうかを判定する。
Tm(in)−Tt>△Tb1
が成立する場合はヒートポンプ熱源100による循環水への加熱量が、循環水から家庭温水への最大放熱量より大きいとみなせるので、制御装置500の処理は<ステップS105>に進み、制御装置500は圧縮機101の運転周波数を下げる。そうでなければ、<ステップS106>に進む。
つまり、
Tm(in)−Tt<△Tb1
かどうかを判定する。
Tm(in)−Tt<△Tb1
なら、ヒートポンプ熱源100による循環水への加熱量が、循環水から家庭温水への最大放熱量より小さいとみなせるので、<ステップS107>に進み、制御装置500は圧縮機運転周波数を上げる。
Tm(in)−Tt=△Tb1
が成立していることになる(ステップS108)。この場合は、ヒートポンプ熱源100による循環水への加熱量が、循環水から家庭温水への最大放熱量に等しいとみなせるので、制御装置500は、圧縮機101の運転周波数を維持して再度<ステップS102>へ戻る。
ここで、図4は、「図3に示した制御装置500の制御が行われない」場合の給湯運転の運転状態を示している。また図5は、「図3に示した制御装置500による制御が行われる」場合の運転状態を示す。なお、以下の図5の説明は、実施の形態2,3にもあてはまる。図4の給湯運転ではヒートポンプ熱源100による循環水への加熱量が、循環水から家庭温水(タンク水)への最大放熱量よりも大きいため、循環水の温度がタンク水温にかかわらず、ヒートポンプ上限出湯温度まで上昇している。
次に図6を参照して実施の形態2の給湯システム1000を説明する。図6は、実施の形態2の給湯運転時の制御装置500の動作を示すフローチャートである。図6は、実施の形態1の図3に対応する。
図7を参照して実施の形態3の給湯システム1000を説明する。図7は、実施の形態3の給湯運転時の制御装置500の動作を示すフローチャートである。図7は、実施の形態1の図3に対応する。
つまり、
循環水温度平均値=(検出温度Tm(out)+検出温度Tm(in))÷2
である。
図3において破線で囲んだステップS104,ステップS106,ステップS108に対して、図7において破線で囲んだステップS304,ステップS306,ステップS308が異なっている。
図8は、実施の形態4による温水暖房の給湯システム1000を示す水回路図である。実施の形態1〜3の水回路図を示す図1に対して、図8では、補助ヒータ300とタンク用熱交換器201との間の往路610に、分岐点(往路側分岐部611)を設けた。また、タンク用熱交換器201と循環ポンプ400との間の復路620に、合流点(復路側接続部621)を設けた。そして、タンク用熱交換器201に対して並列に、循環水路形成手段601で接続された温水暖房器具710(分岐経路側熱交換器)を配置した。そして往路側分岐部611と復路側接続部621とのいずれかに(図8では復路側接続部621)、タンク用熱交換器201側の回路と、温水暖房器具710の回路(分岐経路700)とを切り替える電動三方弁720(切替部)を配置した。図8の構成により、制御装置500によって電動三方弁720を切り替えることで、給湯運転と温水暖房運転との切り替えが可能となる。
以上に述べた実施の形態1〜4におけるタンク用熱交換器201は、図1に示すように、貯湯タンク200に内蔵された構成であった。本実施の形態5では、図9のように、実施の形態5のタンク用熱交換器である熱交換器820、貯湯タンク200、給湯ポンプ830、これらを接続するための循環水路形成手段810(例えば配管)から成る構成である。図9に示す構成であっても、実施の形態1〜4と同様の給湯運転および効果を実現することができる。
そして、制御装置500は、貯湯タンク200内の温水の温度が、目標値Taとなるように、
(1)戻り水温センサS(in)の検出温度Tm(in)とタンク温度センサS(t)の検出温度Ttの差が目標値△Tb1となるように、
(2)または、出湯水温センサS(out)の検出温度Tm(out)とタンク温度センサS(t)の検出温度Ttとの差が目標値△Tb2となるように、
(3)または、出湯温度センサS(out)の検出温度Tm(out)と戻り水温センサS(in)の検出温度Tm(in)の平均値と,タンク温度センサS(t)の検出温度Ttとの差が目標値△Tb3となるように、ヒートポンプ熱源100を制御する。制御装置500による上記の(1)あるいは(2)あるいは(3)の制御によって、家庭温水(タンク水)を加熱するための循環水が最適な温度となるように、ヒートポンプ熱源100を制御することができる。
以上の実施の形態1〜5では、貯湯タンク200の水を加熱する給湯運転の場合を説明した。つまり以上の実施の形態1〜5では、循環水に温熱を供給する場合を説明したが、実施の形態1〜5の内容は、循環水に冷熱を供給する場合にも適用できる。つまり、タンクに蓄えられた水を冷却して目標温度Ta以下に保持する運転に適用してもよい。その場合は、図3、図6、図7の不等号の向きを反対にすればよい。この場合、往路610及び復路620が接続するのは、ヒートポンプ熱源100の吸熱器である。例えば、図10に示すように、ヒートポンプ熱源100に四方弁105を用いた構成とし、第1の熱交換器102を吸熱器として用いる。この図10の構成により、貯湯タンク200の水を一定温度以上、あるいは一定温度以下に制御することができる。
Claims (7)
- タンクに蓄えられた水と熱交換するタンク用熱交換器と、流入する熱媒体に温熱と冷熱とのいずれかを供給して流出する熱源機とを、前記熱媒体が前記熱源機から前記タンク用熱交換器に向かう往路と、前記熱媒体が前記タンク用熱交換器から前記熱源機に向かう復路とで接続し、前記熱媒体が循環する熱媒体循環回路と、
前記タンクに蓄えられた前記水の水温Ttを検出するタンク水温センサと、
前記熱媒体循環回路の所定の箇所を流れる前記熱媒体の温度Tmを検出する熱媒体温度センサと、
前記熱媒体温度センサが検出した前記熱媒体の前記温度Tmと、前記タンク水温センサが検出した前記水温Ttとの温度差が、予め設定された設定値に近づくように前記熱源機の制御を実行する制御装置と
を備えたことを特徴とする熱源機制御システム。 - 前記熱媒体温度センサは、
前記熱媒体の前記温度Tmとして、前記熱媒体循環回路の前記復路を流れ、前記熱源機に戻る前記熱媒体の温度Tm(in)を検出し、
前記制御装置は、
前記熱媒体温度センサが検出した前記熱媒体の温度Tm(in)と、前記タンク水温センサが検出した前記水温Ttとの温度差が、予め設定された設定値に近づくように前記熱源機を制御することを特徴とする請求項1記載の熱源機制御システム。 - 前記熱源機制御システムは、さらに、
前記熱媒体の前記温度Tmとして、前記熱源機から流出し、前記熱媒体循環回路の前記往路を流れる前記熱媒体の温度Tm(out)を検出する別の熱媒体温度センサを備え、
前記制御装置は、
前記熱媒体温度センサが検出した前記熱媒体の温度Tm(in)と、前記別の熱媒体温度センサが検出した前記熱媒体の温度Tm(out)との平均値と、前記タンク水温センサが検出した前記水温Ttとの温度差が、予め設定された設定値に近づくように前記熱源機を制御することを特徴とする請求項2記載の熱源機制御システム。 - 前記熱媒体温度センサは、
前記熱媒体の前記温度Tmとして、前記熱源機から流出し、前記熱媒体循環回路の前記往路を流れる前記熱媒体の温度Tm(out)を検出し、
前記制御装置は、
前記熱媒体温度センサが検出した前記熱媒体の温度Tm(out)と、前記タンク水温センサが検出した前記水温Ttとの温度差が、予め設定された設定値に近づくように前記熱源機を制御することを特徴とする請求項1記載の熱源機制御システム。 - 前記熱源機は、
運転周波数の制御が可能な圧縮機を備えるヒートポンプ装置であり、
前記制御装置は、
前記熱源機の制御として、前記圧縮機の前記運転周波数を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の熱源機制御システム。 - 前記熱源機は、
前記熱媒体に前記温熱を供給することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の熱源機制御システム。 - 前記熱源機制御システムは、さらに、
前記往路の分岐箇所である往路側分岐部から分岐して前記復路の復路側接続部に接続する分岐経路であって途中に熱交換器である分岐経路側熱交換器が接続された分岐経路と、
前記熱媒体の流れを、前記熱源機、前記往路側分岐部、前記タンク用熱交換器、前記復路側接続部、前記熱源機の循環と、前記熱源機、前記往路側分岐部、前記分岐経路側熱交換器、前記復路側接続部、前記熱源機の循環とに切り替える切替部と
を備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の熱源機制御システム。
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