JP6183562B2 - 流体循環システム - Google Patents

Description

本発明は、流体循環システムに関する。

流体を加熱する流体ヒーターと、暖房器具または蓄熱槽との間で流体を循環させる流体循環システムが知られている。下記特許文献１に開示されたシステムは、給湯タンク内の温水を暖房ユニットで利用するための利用側熱交換器と、給湯タンクと暖房ユニットとを接続する熱源側配管と、熱源側配管に設置された流量制御弁及び流量センサとを備える。このシステムでは、流量センサで検知した流体の流量に基づいて流量調整手段を制御することで、熱源の加熱能力を調整できる。

特許文献２には、浴槽の湯が循環する循環回路の水流を検知する水流スイッチとして、カルマン渦を圧電素子で検知する構成のものを使用することが開示されている。

日本特開２００４−２１８９０８号公報 日本特開平１１−３７５４６号公報

特許文献２の実施の形態では、水流を受ける水流板が傾斜してリードスイッチに近づきまたは離れることで水流を検知する構成のものを水流スイッチとして使用している。リードスイッチを使用した水流スイッチは、構成が簡易である。しかしながら、例えば、磁気を帯びた異物が循環回路に侵入したような場合、リードスイッチが当該異物により誤検知をする可能性がある。カルマン渦を利用するカルマン渦流量センサは、そのような異物による誤検知をしない。このため、カルマン渦流量センサを利用した場合には、異物による誤検知を抑制できる。

カルマン渦流量センサは、流体の動粘度によって、センサ出力が変化する場合がある。動粘度は、温度によって大きく変化することが知られている。例えば、純水の動粘度は、５℃では１．５２ｃＳｔ（ｍｍ^２／ｓ）、６０℃では０．４７５ｃＳｔ（ｍｍ^２／ｓ）であり、３倍以上変化する。このため、流体の温度によって、カルマン渦流量センサで検知される流量に誤差が生じる可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で、カルマン渦流量センサの誤差の影響を抑制できる流体循環システムを提供することを目的とする。

本発明の流体循環システムは、流体を加熱する流体ヒーターと、流体を送出する循環ポンプを含み、流体ヒーターと、暖房設備または蓄熱槽との間を流体が循環する循環回路と、流体ヒーターの下流の液体の流量を検知するカルマン渦流量センサと、カルマン渦流量センサで検知される流量に応じて循環ポンプの出力を調整する流量フィードバック制御を行う制御装置と、を備え、制御装置は、流体ヒーターが起動され、流体ヒーターの下流の流体の温度が閾値に達した後、流量フィードバック制御を開始するものである。

本発明の流体循環システムによれば、簡単な構成で、カルマン渦流量センサの誤差の影響を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態１の流体循環システムを示す構成図である。 本発明の実施の形態１の流体循環システムの蓄熱運転時の水の循環回路を示す図である。 本発明の実施の形態１の流体循環システムの暖房運転時の水の循環回路を示す図である。 水の温度と動粘度との関係を示すグラフである。 水の温度とカルマン渦流量センサの出力偏差との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１の流体循環システムにおける制御装置が蓄熱運転または暖房運転を開始するときの制御動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２の流体循環システムを示す構成図である。 本発明の実施の形態２の流体循環システムにおける制御装置が蓄熱運転または暖房運転を開始するときの制御動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。本明細書で「水」とは、低温の冷水から高温の湯まで、あらゆる温度の水を含む概念である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の流体循環システムを示す構成図である。図１に示す本実施の形態１の流体循環システム１は、貯湯式給湯暖房システムである。流体循環システム１は、流体ヒーター１００と、タンクユニット２００と、制御装置１０とを備える。流体ヒーター１００とタンクユニット２００との間は、第一共通管９、第二共通管３、及び電気配線（図示省略）を介して接続される。本実施の形態１の流体循環システム１は、流体ヒーター１００とタンクユニット２００とが分かれた構成であるが、本発明では、流体ヒーター１００とタンクユニット２００とが一体化していても良い。

本実施の形態１の流体ヒーター１００は、ヒートポンプ式の流体ヒーターである。流体ヒーター１００は、冷媒を圧縮する圧縮機１３と、水−冷媒熱交換器１５と、冷媒を減圧させる減圧装置１６と、低温熱源（例えば外気）の熱を冷媒に吸収させる低温側熱交換器１７（蒸発器）と、これらの機器を環状に接続することで冷媒回路を形成する冷媒配管１４とを備える。流体ヒーター１００は、この冷媒回路でヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）の運転を行うことで、水を加熱する。流体ヒーター１００は、圧縮機１３で圧縮された高温高圧の冷媒と、水とを、水−冷媒熱交換器１５にて熱交換させることで、水を加熱する。

本発明における流体ヒーターは、上述したようなヒートポンプ式の流体ヒーターに限定されるものではなく、いかなる方式のものでも良い。例えば、本発明における流体ヒーターは、太陽熱で加熱するソーラー流体ヒーター、または、燃料（例えばガス、灯油、重油、石炭など）の燃焼熱で加熱する燃焼式流体ヒーターでも良い。また、本実施の形態１における流体は水であるが、本発明における流体は、不凍液、ブラインなどの、水以外の液体でも良い。

タンクユニット２００は、蓄熱槽２、切替弁６、及び循環ポンプ１１を内蔵する。蓄熱槽２内には、水が貯留される。蓄熱槽２内では、温度の違いによる水の密度の差により、上側が高温で下側が低温になる温度成層を形成できる。蓄熱槽２の下部には、給水管１８が接続される。水道等の水源から供給される水が給水管１８を通って蓄熱槽２内に供給される。蓄熱槽２の上部には、給湯管１９が接続される。外部へ給湯する際には、蓄熱槽２に貯えられた湯が給湯管１９へ送り出される。

蓄熱槽２は、第一水出口２５及び第一水入口２６を有する。蓄熱槽２の内部の水が第一水出口２５から出る。流体ヒーター１００で加熱された湯が第一水入口２６から蓄熱槽２の内部へ入る。第一水出口２５は、蓄熱槽２の下部にある。第一水入口２６は、蓄熱槽２の上部にある。切替弁６は、第一ポート６ａ、第二ポート６ｂ、及び第三ポート６ｃを有する。切替弁６は、第三ポート６ｃを第一ポート６ａに連通させて第二ポート６ｂを遮断する状態と、第三ポート６ｃを第二ポート６ｂに連通させて第一ポート６ａを遮断する状態とに切り替え可能である。

下部管８は、蓄熱槽２の第一水出口２５と、第一共通管９の上流端との間を接続する。第一共通管９の下流端は、流体ヒーター１００の水−冷媒熱交換器１５の水入口に接続される。第一共通管９の途中に、循環ポンプ１１が接続される。循環ポンプ１１は、その出力が可変のものである。循環ポンプ１１として、例えば、制御装置１０からの速度指令電圧により出力を変えられるパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）型の直流モータを備えたものを好ましく用いることができる。本実施の形態１では、循環ポンプ１１をタンクユニット２００に設置しているが、本発明では、循環ポンプ１１を流体ヒーター１００に設置しても良い。第二共通管３は、流体ヒーター１００の水−冷媒熱交換器１５の水出口と、切替弁６の第三ポート６ｃとの間を接続する。上部管４は、切替弁６の第一ポート６ａと、蓄熱槽２の第一水入口２６との間を接続する。

暖房設備１２は、流体ヒーター１００及びタンクユニット２００の外部に設けられる。暖房設備１２は、１または複数の暖房器具２４を備える。流体ヒーター１００で加熱された水を暖房器具２４に流すことで、室内の空気の温度を上昇させる。暖房器具２４としては、例えば、床下に設置される床暖房パネル、室内壁面に設置されるラジエータまたはパネルヒーター、及び、ファンコンベクターのうち、少なくとも一種を用いることができる。ファンコンベクターは、室内空気循環用の送風機と、室内空気と加熱された水などの液体の熱を交換する熱交換器とを備え、強制対流により暖房を行う。暖房設備１２が複数の暖房器具２４を備える場合、それらの種類は同じでも良いし異なっていても良い。暖房設備１２が複数の暖房器具２４を有する場合、複数の暖房器具２４の接続方法は、直列、並列、直列及び並列の組み合わせ、のいずれもでも良い。

タンクユニット２００と暖房設備１２との間は、第一外部管２２及び第二外部管２３を介して接続される。タンクユニット２００は、第二水出口２７及び第二水入口２８を有する。タンクユニット２００から暖房設備１２へ供給される水は、第二水出口２７からタンクユニット２００外へ出る。第一内部管５は、タンクユニット２００の内部で、切替弁６の第二ポート６ｂと、第二水出口２７との間を接続する。第一外部管２２の上流端は、タンクユニット２００の外側から第二水出口２７に接続される。第一外部管２２の下流端は、暖房設備１２の入口に接続される。第二外部管２３の上流端は、暖房設備１２の出口に接続される。第二外部管２３の下流端は、タンクユニット２００の外側から第二水入口２８に接続される。第二内部管７は、タンクユニット２００の内部で、第二水入口２８と、第一共通管９の上流端との間を接続する。暖房設備１２からタンクユニット２００へ戻る水は、第二水入口２８からタンクユニット２００内へ入る。

タンクユニット２００は、制御装置１０を内蔵する。制御装置１０とリモートコントローラ２１とは、相互通信可能に接続されている。使用者は、リモートコントローラ２１から、流体循環システム１の運転に関する指令及び設定値の変更などを入力できる。図示を省略するが、制御装置１０は、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及び不揮発性メモリ等を含む記憶部と、記憶部に記憶されたプログラムに基いて演算処理を実行するＣＰＵ（セントラルプロセッシングユニット）と、ＣＰＵに対して外部の信号を入出力する入出力ポートとを有する。流体循環システム１が備えるアクチュエータ類及びセンサ類は、制御装置１０に電気的に接続される。制御装置１０は、センサ類の検知値及びリモートコントローラ２１からの信号などに基づいて、流体循環システム１の動作を制御する。図示を省略するが、リモートコントローラ２１は、流体循環システム１の状態等の情報を表示する表示部、使用者が操作するスイッチ等の操作部、スピーカ、マイク等が搭載されている。

蓄熱槽２の表面には、複数の温度センサ（図示省略）が、鉛直方向に間隔をあけて、取り付けられている。制御装置１０は、これらの温度センサにより、蓄熱槽２内の鉛直方向の温度分布を検知することで、蓄熱槽２内の貯湯量、蓄熱量、残湯量等を算出できる。制御装置１０は、蓄熱槽２内の貯湯量、蓄熱量、または残湯量に基づいて、後述する蓄熱運転の開始及び停止のタイミングなどを制御する。

次に、図２を参照して、流体循環システム１の蓄熱運転について説明する。図２は、本実施の形態１の流体循環システム１の蓄熱運転時の水の循環回路を示す図である。図２中の矢印は、水が流れる方向を示す。蓄熱運転では、切替弁６が、第三ポート６ｃを第一ポート６ａに連通させて第二ポート６ｂを遮断する状態に制御され、流体ヒーター１００及び循環ポンプ１１が駆動される。蓄熱運転では、蓄熱槽２の下部の低温水が、第一水出口２５、下部管８、及び第一共通管９を通り、流体ヒーター１００の水−冷媒熱交換器１５に送られる。そして、水−冷媒熱交換器１５で加熱されることで高温になった水が、第二共通管３、切替弁６の第三ポート６ｃ、第一ポート６ａ、上部管４、及び、第一水入口２６を通り、蓄熱槽２の上部に流入する。蓄熱運転では、上記のように水が循環することで、蓄熱槽２の内部に上から下に向かって高温水が貯えられていき、蓄熱槽２の蓄熱量が増加する。上述した蓄熱運転時の水の循環回路を「蓄熱循環回路」と称する。

次に、図３を参照して、流体循環システム１の暖房運転について説明する。図３は、本実施の形態１の流体循環システム１の暖房運転時の水の循環回路を示す図である。図３中の矢印は、水が流れる方向を示す。暖房運転では、切替弁６が、第三ポート６ｃを第二ポート６ｂに連通させて第一ポート６ａを遮断する状態に制御され、流体ヒーター１００及び循環ポンプ１１が駆動される。暖房運転では、流体ヒーター１００の水−冷媒熱交換器１５で加熱された水が、第二共通管３、切替弁６の第三ポート６ｃ、第二ポート６ｂ、第一内部管５、第二水出口２７、及び、第一外部管２２を通り、暖房設備１２に送られる。この水は、暖房設備１２の暖房器具２４を通過する間に、室内空気または床などに熱を奪われることで、温度低下する。この温度低下した水は、第二外部管２３、第二水入口２８、第二内部管７、及び、第一共通管９を通り、流体ヒーター１００の水−冷媒熱交換器１５に戻る。水−冷媒熱交換器１５に戻った水は、再加熱され、再循環する。上述した暖房運転時の水の循環回路を「暖房循環回路」と称する。本実施の形態１では、切替弁６により、蓄熱循環回路と暖房循環回路とを切り替え可能である。

流体ヒーター１００の下流の流路である第二共通管３には、カルマン渦流量センサ３０が設けられている。カルマン渦流量センサ３０は、流体ヒーター１００の下流の水の流量を検知する。カルマン渦流量センサ３０は、流体ヒーター１００の出口と、切替弁６の第三ポート６ｃとの間の水の流量を検知する。本実施の形態１では、カルマン渦流量センサ３０をタンクユニット２００に設置しているが、本発明では、カルマン渦流量センサ３０を流体ヒーター１００に設置しても良い。

カルマン渦流量センサ３０の構成は、公知であるので、図示を省略する。カルマン渦流量センサ３０は、管内にカルマン渦を発生させる渦発生体と、渦を検知する渦検知器とを有する。渦検知器としては、例えば、圧電素子、半導体歪ゲージ、静電容量センサ、サーミスタ、超音波センサなどを用いることができる。

カルマン渦が発生する周波数をｆ、ストローハル数をＳｔ、管内の水の流速をＶ、渦発生体の幅をｄとすると、次式が成り立つ。
ｆ＝Ｓｔ・Ｖ／ｄ
ストローハル数Ｓｔは、レイノルズ数により変化するが、広いレイノルズ数の範囲でほぼ一定になる。ストローハル数Ｓｔが一定の範囲では、渦周波数ｆは、流速Ｖに正比例する。そのため、渦周波数ｆを検知することで、流速Ｖを検知できる。流速Ｖに管の流路断面積を乗じることで、水の流量（体積流量）を算出できる。よって、所定の換算係数を渦周波数ｆに乗じることで、水の流量を算出できる。

本実施の形態１におけるカルマン渦流量センサ３０は、渦検知器が出力するパルス信号をアナログ信号に変換するパルスアナログ変換器を有する。カルマン渦流量センサ３０が出力するアナログ信号は、渦周波数ｆを表す。制御装置１０は、予め記憶された換算係数をカルマン渦流量センサ３０の出力に乗じることで、水の流量を算出できる。

暖房器具２４などから、鉄錆などの、磁気を帯びた異物が流れてきて、カルマン渦流量センサ３０を通過する場合がある。リードスイッチを用いた流量センサでは、磁気を帯びた異物により、誤検知が生じる。これに対し、カルマン渦流量センサ３０は、磁気を帯びた異物の影響を受けない。このため、カルマン渦流量センサ３０を用いることで、磁気を帯びた異物による誤検知を確実に抑制できる。

蓄熱運転または暖房運転のとき、制御装置１０は、カルマン渦流量センサ３０で検知される流量が目標流量に一致するように循環ポンプ１１の出力を調整するフィードバック制御を行う。このフィードバック制御を以下「流量フィードバック制御」と称する。流量フィードバック制御のとき、制御装置１０は、目標流量と、カルマン渦流量センサ３０で検知される流量との偏差に基づく制御動作を行うことで、循環ポンプ１１への操作信号を算出する。この制御動作としては、特に限定されないが、例えばＰＩＤ制御動作（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が好ましい。

図４は、水の温度と動粘度との関係を示すグラフである。図４に示すように、水の温度が低いほど、水の動粘度は高くなる。流体の動粘度が高いほど、カルマン渦ができにくくなる。そのため、水の温度が低いと、カルマン渦流量センサ３０の精度が低下する場合がある。流量が低いと、カルマン渦ができにくくなる。水の温度が低く、水の動粘度が高く、流量が低いと、カルマン渦ができにくい。このため、水の温度が低いと、カルマン渦流量センサ３０で検知できる下限流量が高くなる。

図５は、水の温度とカルマン渦流量センサ３０の出力偏差との関係を示すグラフである。出力偏差とは、実流量と、カルマン渦流量センサ３０で検知される流量出力値との差のばらつきを示す。例えば、ある温度での実流量をＱとし、カルマン渦流量センサ３０の流量出力値をｑ１，ｑ２，・・・，ｑｎ（１回の流量検出にｎ回の出力を行う）とすると、出力偏差は、√［｛（Ｑ−ｑ１）^２＋（Ｑ−ｑ２）^２＋・・・＋（Ｑ−ｑｎ）^２｝／ｎ］となる。図５は、実流量が毎分３リットルのときの関係を示す。図５に示すように、水の温度が低いほど、カルマン渦流量センサ３０の出力偏差が大きくなる。出力偏差が大きいほど、カルマン渦流量センサ３０の精度が低いことを意味する。水の温度が低いほど、カルマン渦流量センサ３０の出力偏差が大きくなり、カルマン渦流量センサ３０の精度が低くなる。

蓄熱運転のとき、蓄熱槽２の下部から流体ヒーター１００に流入する水の温度は、低温（例えば１５℃）である。流体ヒーター１００から流出する水の温度、すなわち流体ヒーター１００の下流の水の温度を以下「ヒーター下流温度」と称する。流体ヒーター１００の起動後、しばらくの間は、ヒーター下流温度は、低く、かつ、不安定になる。そのため、流体ヒーター１００の起動後、しばらくの間は、カルマン渦流量センサ３０を通過する水の動粘度は、高く、かつ、不安定になる。その結果、カルマン渦流量センサ３０で検知される流量の誤差が大きくなり易い。図５によると、流体ヒーター１００の起動後のヒーター下流温度が上がり切っていない状態（例えばヒーター下流温度が３０℃のとき）のカルマン渦流量センサ３０の出力偏差は、ヒーター下流温度が上昇したとき（例えば５０℃のとき）のカルマン渦流量センサ３０の出力偏差の約３倍になる。

暖房運転のとき、暖房設備１２から流体ヒーター１００に流入する水の温度は、暖房負荷の大小によって変動する。暖房運転のときも、流体ヒーター１００の起動後、しばらくの間は、ヒーター下流温度は、低く、かつ、不安定になる。

本実施の形態１では、蓄熱運転または暖房運転を開始するとき、制御装置１０は、流体ヒーター１００の起動後、しばらくの間は、流量フィードバック制御を行わない。制御装置１０は、流体ヒーター１００の起動後、ヒーター下流温度が閾値に達した後、流量フィードバック制御を開始する。この閾値は、カルマン渦流量センサ３０の精度が十分に高くなるような水の温度であり、例えば５０℃である。このようにすることで、カルマン渦流量センサ３０の精度が十分に高くなってから流量フィードバック制御を開始するので、水の循環流量を高精度に制御できる。制御装置１０は、流量フィードバック制御を開始する前は、循環ポンプ１１を一定の出力で運転する。これにより、流体ヒーター１００の起動直後の、カルマン渦流量センサ３０の精度が低い時期にも、水の循環流量が不安定になることを抑制できる。

図６は、本実施の形態１の流体循環システム１における制御装置１０が蓄熱運転または暖房運転を開始するときの制御動作を示すフローチャートである。図６に示すように、蓄熱運転または暖房運転を開始するとき、制御装置１０は、ステップＳ１で、流体ヒーター１００を起動する。このとき、制御装置１０は、循環ポンプ１１を同時に起動しても良いし、流体ヒーター１００の起動前に循環ポンプ１１を起動しても良いし、流体ヒーター１００の起動後に循環ポンプ１１を起動しても良い。

制御装置１０は、ステップＳ１からステップＳ２へ移行する。ステップＳ２で、制御装置１０は、流体ヒータ−１００の起動からの経過時間Ｔ１と、予め記憶された参照値Ｒ１とを比較する。参照値Ｒ１は、ヒーター下流温度が閾値（例えば５０℃）に達することを保証できる時間として、予め設定される。参照値Ｒ１は、例えば６０秒である。ステップＳ２で、経過時間Ｔ１が参照値Ｒ１に達しない場合には、制御装置１０は、流量フィードバック制御を開始せず、待機する。ステップＳ２で、経過時間Ｔ１が参照値Ｒ１に達した場合には、制御装置１０は、ステップＳ３へ移行し、流量フィードバック制御を開始する。

蓄熱運転または暖房運転を終了するとき、制御装置１０は、ステップＳ４へ移行し、流体ヒーター１００を停止する。制御装置１０は、流体ヒーター１００の停止後も、循環ポンプ１１の運転を継続する。制御装置１０は、ステップＳ４からステップＳ５へ移行する。ステップＳ５で、制御装置１０は、流体ヒータ−１００の停止からの経過時間Ｔ２と、予め記憶された参照値Ｒ２とを比較する。参照値Ｒ２は、ヒーター下流温度が閾値（例えば５０℃）より低くなることを判定する時間として、予め設定される。ステップＳ５で、経過時間Ｔ２が参照値Ｒ２に達しない場合には、制御装置１０は、流量フィードバック制御を継続する。ステップＳ５で、経過時間Ｔ２が参照値Ｒ２に達した場合には、制御装置１０は、ステップＳ６へ移行し、流量フィードバック制御を終了する。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、流体ヒーター１００の起動直後には流量フィードバック制御を行わず、カルマン渦流量センサ３０を通過する水の温度であるヒーター下流温度が十分に高くなり、水の動粘度が十分に低くなってから、流量フィードバック制御を開始する。本実施の形態１では、カルマン渦流量センサ３０を通過する水の動粘度が高いとき及び不安定なときには流量フィードバック制御を行わないことで、カルマン渦流量センサ３０の誤差の影響を受けることを確実に抑制できる。水温の変化に応じたカルマン渦流量センサ３０の煩雑な補正を行わなくても、上記の効果が得られるので、制御装置１０の構成を簡素化できる。

また、本実施の形態１では、流体ヒータ−１００の停止からの経過時間Ｔ２が参照値Ｒ２に達した場合には、流量フィードバック制御を終了する。これにより、ヒーター下流温度が閾値（例えば５０℃）に比べて低くなった場合には、流量フィードバック制御を行わないようにできる。よって、カルマン渦流量センサ３０の誤差の影響を受けることをより確実に抑制できる。

前述したように、制御装置１０は、換算係数をカルマン渦流量センサ３０の出力に乗じることで、水の流量を算出できる。換算係数の正確な値は、流体（水）の動粘度に応じて、変化し得る。本実施の形態１では、水温が目標加熱温度に等しいときの水の動粘度に応じた換算係数の値を制御装置１０に予め記憶しておく。目標加熱温度は、蓄熱運転または暖房運転のときのヒーター下流温度の目標値である。制御装置１０は、目標加熱温度を予め記憶している。目標加熱温度は、例えば、５０℃〜８０℃である。本実施の形態１では、流量フィードバック制御の実行中にカルマン渦流量センサ３０を通過する水の温度は、おおむね一定であり、目標加熱温度におおむね等しい。そのため、水温が目標加熱温度に等しいときの水の動粘度に応じた換算係数の値を制御装置１０に予め記憶しておくことで、換算係数の補正を行うことなく、流量フィードバック制御を高精度に行うことが可能となる。

実施の形態２．
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図７は、本発明の実施の形態２の流体循環システムを示す構成図である。図７に示す本実施の形態２の流体循環システム１のハードウェア構成は、ヒーター下流温度を検知する温度センサ３１を備えること以外は実施の形態１と同様である。温度センサ３１は、第二共通管３に設けられている。本実施の形態２では、温度センサ３１を流体ヒーター１００に設置しているが、本発明では、温度センサ３１をタンクユニット２００に設置しても良い。

図８は、本実施の形態２の流体循環システム１における制御装置１０が蓄熱運転または暖房運転を開始するときの制御動作を示すフローチャートである。図８に示すように、蓄熱運転または暖房運転を開始するとき、制御装置１０は、ステップＳ１１で、流体ヒーター１００を起動する。このとき、制御装置１０は、循環ポンプ１１を同時に起動しても良いし、流体ヒーター１００の起動前に循環ポンプ１１を起動しても良いし、流体ヒーター１００の起動後に循環ポンプ１１を起動しても良い。

制御装置１０は、ステップＳ１１からステップＳ１２へ移行する。ステップＳ１２で、制御装置１０は、温度センサ３１で検知されたヒーター下流温度Ｔｅと、予め記憶された参照値Ｒ３（例えば５０℃）とを比較する。ステップＳ１２で、ヒーター下流温度Ｔｅが参照値Ｒ３に達しない場合には、制御装置１０は、流量フィードバック制御を開始せず、待機する。ステップＳ１２で、ヒーター下流温度Ｔｅが参照値Ｒ３に達した場合には、制御装置１０は、ステップＳ１３へ移行し、流量フィードバック制御を開始する。

蓄熱運転または暖房運転を終了するとき、制御装置１０は、ステップＳ１４へ移行し、流体ヒーター１００を停止する。制御装置１０は、流体ヒーター１００の停止後も、循環ポンプ１１の運転を継続する。制御装置１０は、ステップＳ１４からステップＳ１５へ移行する。ステップＳ１５で、制御装置１０は、温度センサ３１で検知されたヒーター下流温度Ｔｅと、予め記憶された参照値Ｒ４（例えば５０℃）とを比較する。ステップＳ１５で、ヒーター下流温度Ｔｅが参照値Ｒ４以上である場合には、制御装置１０は、流量フィードバック制御を継続する。ステップＳ１５で、ヒーター下流温度Ｔｅが参照値Ｒ４より低くなった場合には、制御装置１０は、ステップＳ１６へ移行し、流量フィードバック制御を終了する。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、流体ヒーター１００の起動直後には流量フィードバック制御を行わず、カルマン渦流量センサ３０を通過する水の温度であるヒーター下流温度が十分に高くなり、水の動粘度が十分に低くなってから、流量フィードバック制御を開始する。本実施の形態２では、カルマン渦流量センサ３０を通過する水の動粘度が高いとき及び不安定なときには流量フィードバック制御を行わないことで、カルマン渦流量センサ３０の誤差の影響を受けることを確実に抑制できる。水温の変化に応じたカルマン渦流量センサ３０の煩雑な補正を行わなくても、上記の効果が得られるので、制御装置１０の構成を簡素化できる。

また、本実施の形態２では、流体ヒータ−１００の停止からのヒーター下流温度Ｔｅが参照値Ｒ４より低くなった場合には、流量フィードバック制御を終了する。これにより、ヒーター下流温度が低く、水の動粘度が高い場合には、流量フィードバック制御を行わないようにできる。よって、カルマン渦流量センサ３０の誤差の影響を受けることをより確実に抑制できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば、以下のようにしても良い。流体ヒーター１００の起動後、ヒーター下流温度が低温の状態では、特に低流量時のカルマン渦流量センサ３０の検知精度が悪くなる。カルマン渦流量センサ３０の信号が出ないとき、または、カルマン渦流量センサ３０の検知流量が極めて小さいときに、流量不足または配管詰まり等の異常が発生したと制御装置１０が判定しても良い。そのような異常判定を行う場合、制御装置１０は、流体ヒーター１００の起動後の経過時間が参照値に達した後、または、温度センサ３１で検知されたヒーター下流温度Ｔｅが参照値に達した後に、異常判定を行うようにしても良い。これにより、カルマン渦流量センサ３０を通過する水が高温で安定し、動粘度の低い状態で異常判定ができるため、誤判定を抑制できる。

また、上述した実施の形態では、暖房設備及び蓄熱槽を備え、暖房運転及び蓄熱運転を切り替え可能な流体循環システムを例に説明したが、本発明の流体循環システムは、暖房設備及び蓄熱槽の一方を備え、暖房運転及び蓄熱運転の一方を行うものでも良い。

１ 流体循環システム、２ 蓄熱槽、３ 第二共通管、４ 上部管、５ 第一内部管、６ 切替弁、６ａ 第一ポート、６ｂ 第二ポート、６ｃ 第三ポート、７ 第二内部管、８ 下部管、９ 第一共通管、１０ 制御装置、１１ 循環ポンプ、１２ 暖房設備、１３ 圧縮機、１４ 冷媒配管、１５ 水−冷媒熱交換器、１６ 減圧装置、１７ 低温側熱交換器、１８ 給水管、１９ 給湯管、２１ リモートコントローラ、２２ 第一外部管、２３ 第二外部管、２４ 暖房器具、２５ 第一水出口、２６ 第一水入口、２７ 第二水出口、２８ 第二水入口、３０ カルマン渦流量センサ、３１ 温度センサ、１００ 流体ヒーター、２００ タンクユニット

Claims (6)

1. 流体を加熱する流体ヒーターと、
   前記流体を送出する循環ポンプを含み、前記流体ヒーターと、暖房設備または蓄熱槽との間を前記流体が循環する循環回路と、
   前記流体ヒーターの下流の前記流体の流量を検知するカルマン渦流量センサと、
   前記カルマン渦流量センサで検知される流量に応じて前記循環ポンプの出力を調整する流量フィードバック制御を行う制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記流体ヒーターが起動され、前記流体ヒーターの下流の前記流体の温度が閾値に達した後、前記流量フィードバック制御を開始する流体循環システム。
2. 前記制御装置は、前記流体ヒーターの起動からの経過時間が参照値に達した後、前記流量フィードバック制御を開始する請求項１に記載の流体循環システム。
3. 前記流体ヒーターの下流の前記流体の温度を検知する温度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記温度センサで検知された温度が参照値に達した後、前記流量フィードバック制御を開始する請求項１に記載の流体循環システム。
4. 前記制御装置は、前記流量フィードバック制御の開始前、前記循環ポンプを一定の出力で運転する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流体循環システム。
5. 前記制御装置は、前記流体ヒーターが停止され、前記流体ヒーターの下流の前記流体の温度が前記閾値に比べて低くなった後、前記流量フィードバック制御を行わない請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の流体循環システム。
6. 前記制御装置は、前記流体の目標加熱温度と、前記カルマン渦流量センサの出力に乗じる換算係数とを記憶し、前記換算係数を前記カルマン渦流量センサの出力に乗じることで前記流量を算出し、
   前記換算係数は、前記流体の温度が前記目標加熱温度に等しいときの前記流体の動粘度に応じた値である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の流体循環システム。

Images