JP6324628B2 - ヒートポンプ利用システムの制御装置及びそれを備えたヒートポンプ利用システム - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態1に係るヒートポンプ利用システムの制御装置及びそれを備えたヒートポンプ利用システムについて説明する。図1は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの設置例を示す図である。本実施の形態では、ヒートポンプ利用システムとして住宅用ヒートポンプ利用システムを例示している。なお、図1を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。
本発明の実施の形態2に係るヒートポンプ利用システムの制御装置について説明する。図16は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置におけるシステム同定例を示すグラフである。グラフの横軸は時間を表しており、縦軸は温度及び流量を表している。図16に示すシステム同定例は、第2熱媒体の循環温度を制御する循環温度制御部21のフィードバック制御器の制御係数を設計する際に使用されるものである。システム同定例の演算は、システム同定部29で行われる。図16では、制御対象を式(6)で示した1次遅れ系+むだ時間と想定し、ヒートポンプ熱源機1から供給される熱量を一定に保った状態で循環ポンプ14の回転数を変化させ、利用側循環回路16の第2熱媒体の循環流量をステップ状に変化させた場合の循環温度応答例を例示している。ここで、流量を変化させる前の利用側循環回路16の循環温度はy1、流量を変化させた後の利用側循環回路16の循環温度の整定値はy2、流量を変化させる前の利用側循環回路16の流量はu1、流量を変化させた後の利用側循環回路16の流量はu2、循環温度のむだ時間はL、循環温度の時定数はτである。
本発明の実施の形態3に係るヒートポンプ利用システムの制御装置について説明する。図17は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置の制御ブロックの一例を示すブロック線図である。なお、実施の形態1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図17に示す例では、制御対象として温度差(流出入温度差)が用いられている。流出入温度差は、流出温度センサ部12で検出される第2熱媒体の流出温度と、流入温度センサ部13で検出される第2熱媒体の流入温度と、の差である。温度差指令生成部35及び温度差制御部36は、プロセッサ28に備えられた機能ブロックである。温度差指令生成部35は、室温制御部18からの熱量指令と、図6(c)に示す熱量−流出入温度差特性と、に基づいて温度差指令を生成する。温度差制御部36は、温度差指令、流出温度情報、流入温度情報及び補正係数に基づいて、循環ポンプ14への回転数指令を生成する。回転数指令を受けた循環ポンプ14は、指令された回転数に近づくように動作する。すなわち、循環ポンプ14は、温度差制御部36により、流出入温度差が温度差指令に近づくように制御される。
本発明の実施の形態4に係るヒートポンプ利用システムの制御装置について説明する。図18は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置における周波数指令生成部19の制御ブロックの一例を示すブロック線図である。図18に示す例では、周波数指令生成部19に1次ローパスフィルタ(LPF)が用いられている。ここで、τLPFは、1次LPFの時定数である。周波数指令生成部19において、1次LPFは、熱量−圧縮機周波数特性の出力である周波数指令に処理を施す。1次LPFの時定数τLPFの値を循環温度制御系の閉ループ応答の時定数以上とすることで、循環ポンプ14で調整しきれなかった熱量を生成するようになる。これによって、圧縮機10よりも消費電力の小さい循環ポンプ14を優先して駆動することになるため、省エネルギー性を向上できる。なお、この1次LPF処理は、圧縮機10で使用する熱量指令に施してもよい。また、LPFの次数は1次以上であればよい。さらに、LPFの時定数は、循環流量や循環ポンプ14の回転数に比例して連続的に変化させるとよい。
Claims (8)
- 第1熱媒体を循環させる熱源側循環回路と、第2熱媒体を循環させる利用側循環回路と、を備え、
前記熱源側循環回路には、周波数可変の圧縮機と、前記第1熱媒体と前記第2熱媒体との熱交換を行う熱媒体間熱交換器と、が少なくとも接続されており、
前記利用側循環回路には、回転数可変の循環ポンプと、前記熱媒体間熱交換器と、前記第2熱媒体と室内空気との熱交換を行う室内熱交換器と、が少なくとも接続されているヒートポンプ利用システムを制御する制御装置であって、
室温と室温の目標値である設定室温とに基づいて熱量指令を生成する室温制御部と、
前記熱量指令に基づいて、前記圧縮機への周波数指令を生成する周波数指令生成部と、
前記熱量指令に基づいて、前記第2熱媒体の循環温度の指令である循環温度指令を生成する循環温度指令生成部と、
前記循環温度及び前記循環温度指令に基づいて、少なくとも比例係数を用いたフィードバック制御により前記循環ポンプへの回転数指令を生成する循環温度制御部と、
前記第2熱媒体の循環流量と予め設定された循環流量基準値とに基づいて補正係数を生成する補正係数生成部と、
を備え、
前記循環温度は、前記熱媒体間熱交換器に流入する前記第2熱媒体の流入温度、前記熱媒体間熱交換器から流出する前記第2熱媒体の流出温度、又は前記流出温度と前記流入温度との温度差のいずれかであり、
前記循環温度制御部は、予め設定された比例係数基準値と前記補正係数とを乗じて前記比例係数を算出するものであり、
前記補正係数生成部は、前記循環流量が前記循環流量基準値よりも増加した場合には前記比例係数が前記比例係数基準値よりも増加し、前記循環流量が前記循環流量基準値よりも減少した場合には前記比例係数が前記比例係数基準値よりも減少するように前記補正係数を生成するものであるヒートポンプ利用システムの制御装置。 - 前記循環温度制御部は、さらに積分係数を用いたフィードバック制御により前記回転数指令を生成するものであり、
前記循環温度制御部は、予め設定された積分係数基準値と前記補正係数とを乗じて前記積分係数を算出するものであり、
前記補正係数生成部は、前記循環流量が前記循環流量基準値よりも増加した場合には前記積分係数が前記積分係数基準値よりも増加し、前記循環流量が前記循環流量基準値よりも減少した場合には前記積分係数が前記積分係数基準値よりも減少するように前記補正係数を生成するものである請求項1に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置。 - 前記循環流量を入力とし、前記循環温度を出力として、前記循環温度の伝達特性を算出するシステム同定部と、
前記伝達特性に基づき前記比例係数基準値を設計する制御係数設計部と、をさらに備える請求項1に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置。 - 前記循環流量を入力とし、前記循環温度を出力として、前記循環温度の伝達特性を算出するシステム同定部と、
前記伝達特性に基づき前記比例係数基準値及び前記積分係数基準値を設計する制御係数設計部と、をさらに備える請求項2に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置。 - 前記循環温度は、前記流出温度と前記流入温度との温度差である請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置。
- 前記補正係数は、前記循環流量と前記循環流量基準値との比に基づいて生成されるものであり、
前記循環流量と前記循環流量基準値との比は、前記循環ポンプの回転数又は回転数指令を用いて推定されるものである請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置。 - 前記周波数指令生成部は、遅れ要素を持つフィルタを備えている請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置。
- 請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置を備えるヒートポンプ利用システム。
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