KR20140026635A - 온수 가열 시스템 및 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

온수 가열 시스템 및 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 제어 장치는, 히트 펌프가 가동되고 나서 가열부의 상류측의 물의 온도가 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 가열부의 상류측의 물의 온도가 상승하도록, 3방향 밸브의 개방도를 제어한다. 또는, 제어 장치는, 히트 펌프가 가동되고 나서 가열부의 하류측의 물의 온도가 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 베인의 개방도를 제어한다.

Description

온수 가열 시스템 및 제어 장치 및 제어 방법{WARM WATER HEATING SYSTEM, CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD}
본 발명은, 히트 펌프에 설치된 온열 출력 열교환기를 사용하여 온수를 가열하는 온수 가열 시스템 및 당해 온수 가열 시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
본원은, 2011년 11월 11일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-248030호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
일반적으로, 온수를 공급하는 온수 계통은, 저열 탱크를 구비하고 있다. 온수 계통은, 이 저열 탱크 내에 저장되어 있는 일부의 물이, 온수 히트 펌프 본체에 설치되어 있는 온열 출력 열교환기로부터 온열을 얻음으로써 온도 제어가 행해지고 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조).
그러나, 특허문헌 1에 기재된 발명은, 온수 계통에 저열 탱크를 설치하므로, 설치 비용이나 설치 스페이스가 커져 버린다고 하는 문제가 있었다. 또한, 저열 탱크에 모은 물을 온열 출력 열교환기에 순환시켜 저열 탱크 중의 수온을 승온시키므로, 승온에 시간이 걸린다고 하는 문제가 있었다.
따라서 특허문헌 2에는, 온수 계통에 3방향 밸브를 설치하고, 온열 출력 열교환기로부터의 온수의 출력의 일부를 온열 출력 열교환기로 순환시키고, 온열 출력 열교환기의 입구의 온도가 소정의 목표 온도로 되도록 제어하는 방법이 기재되어 있다. 본 방법을 이용함으로써, 온수 계통의 승온 속도를 증가시킬 수 있다.
일본 특허 출원 공개 제2002-340400호 공보 일본 특허 출원 공개 제2011-185477호 공보
그런데, 특허문헌 2에 기재된 방법을 이용하는 경우, 히트 펌프의 기동 시 등 온수 계통이 과도 상태에 있는 경우, 즉 온수 계통 전체의 수온이 목표 온도보다 낮은 경우에, 3방향 밸브가 완전 개방으로 되고, 온열 출력 열교환기로부터의 모든 온수의 출력이 순환할 가능성이 있다. 이 경우, 온수 계통의 수온은 급속하게 상승하고, 온열 출력 열교환기의 입구의 온도가 목표 온도에 도달하였을 때에, 처음으로 3방향 밸브의 개방도가 변화한다. 그러나, 3방향 밸브의 개폐는 순시에 전환되는 것은 아니므로, 3방향 밸브의 개폐 동작이 온수의 온도 변화에 추종할 수 없어, 온열 출력 열교환기의 입구의 수온이 목표 온도를 초과해 버릴 가능성이 있다. 이 경우, 히트 펌프의 온열 출력 열교환기에 있어서 교환되는 열량이 작아져, 온수 가열 시스템의 효율이 나빠져 버린다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 상기한 문제에 비추어 이루어진 것이며, 온수 계통의 과도 상태에 있어서의 승온 속도를 적절하게 제어하는 온수 가열 시스템 및 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 열원 계통으로부터 열을 퍼내어 온열을 출력하는 온열 출력 열교환기를 갖는 히트 펌프와, 상기 온열 출력 열교환기로부터 얻은 온열에 의해 물을 가열하는 가열부와, 상기 가열부가 가열한 물을 가열 대상으로 유출시키는 유출부와, 상기 가열부가 가열한 물을 상기 가열부의 상류측으로 순환시키는 순환부와, 가열 대상으로부터 상기 가열부의 상류측으로 물을 유입시키는 유입부와, 상기 가열부로부터 상기 유출부 및 상기 순환부로의 물의 유량 배분을 조정하는 조정부를 구비한 온수 가열 시스템을 제어하는 제어 장치이며, 상기 가열부의 상류측의 물의 목표 온도를 설정하는 상류측 목표 온도 설정부와, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상승하도록, 상기 조정부에 의한 유량 배분의 조정량을 결정하는 조정량 결정부를 구비한다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 조정량 결정부는, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 상기 가열부에 유통되고 있는 물, 상기 순환부에 의해 순환하는 물, 및 상기 유입부로부터 상기 가열부의 상류측으로 유입되는 물의 상태에 기초하여 산출되는 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상승하도록, 상기 조정부에 의한 유량 배분의 조정량을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 가열부에 유통되고 있는 물, 상기 순환부에 의해 순환하는 물, 및 상기 유입부로부터 상기 가열부의 상류측으로 유입되는 물의 상태에 기초하여, 상기 유입부로부터 상기 가열부의 상류측으로 유입되는 물과 상기 순환부에 의해 순환하는 물을 혼화시킨 물의 온도와, 상기 가열부에 유통되고 있는 물의 온도의 차의 온도를, 상기 조정량의 결정에 사용하는 조정 온도로서 산출하는 조정 온도 산출부를 구비하고, 상기 조정량 결정부는, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 상기 조정 온도 산출부가 산출한 조정 온도만큼, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상승하도록, 상기 조정부에 의한 유량 배분의 조정량을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 조정량 결정부는, 상기 히트 펌프가 가동될 때까지, 상기 가열부로 유입되는 물의 온도가 일정해지도록, 상기 조정부에 의한 유량 배분의 조정량을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 상류측 목표 온도 설정부는, 상기 가열부에 있어서의 최대 가열량과, 상기 가열부로 유입되는 물의 유량과, 상기 가열부의 하류측의 물의 목표 온도에 기초하여 상기 가열부의 상류측의 물의 목표 온도를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 가열부의 하류측의 물의 목표 온도를 설정하는 하류측 목표 온도 설정부와, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는 히트 펌프 조정량 결정부를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 히트 펌프 조정량 결정부는, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 상기 가열부에 유통되고 있는, 및 상기 가열부로부터 상기 조정부로 유입되는 물의 상태 및 상기 가열부에 있어서의 가열량에 기초하여 산출되는 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 가열부에 유통되고 있는 물 및 상기 가열부로부터 상기 조정부로 유입되는 물의 상태 및 상기 가열부에 있어서의 가열량에 기초하여, 상기 가열부에 유통되고 있는 물이 상기 가열부에 의해 가열되었을 때의 당해 물의 온도와 상기 가열부로부터 상기 조정부로 유입되는 물의 온도의 차의 온도를, 히트 펌프 제어의 조정량의 결정에 사용하는 히트 펌프 조정 온도로서 산출하는 히트 펌프 조정 온도 산출부를 구비하고, 상기 히트 펌프 조정량 결정부는, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 상기 히트 펌프 조정 온도 산출부가 산출한 히트 펌프 조정 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 열원 계통으로부터 열을 퍼내어 온열을 출력하는 온열 출력 열교환기를 갖는 히트 펌프와, 상기 온열 출력 열교환기로부터 얻은 온열에 의해 물을 가열하는 가열부와, 상기 가열부가 가열한 물을 가열 대상으로 유출시키는 유출부와, 상기 가열부가 가열한 물을 상기 가열부의 상류측으로 순환시키는 순환부와, 가열 대상으로부터 상기 가열부의 상류측으로 물을 유입시키는 유입부를 구비한 온수 가열 시스템을 제어하는 제어 장치이며, 상기 가열부의 하류측의 물의 목표 온도를 설정하는 하류측 목표 온도 설정부와, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는 히트 펌프 조정량 결정부를 구비한다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 히트 펌프 조정량 결정부는, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 상기 가열부에 유통되고 있는 물 및 상기 가열부로부터 유출되는 물의 상태 및 상기 가열부에 있어서의 가열량에 기초하여 산출되는 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 가열부에 유통되고 있는 물 및 상기 가열부로부터 유출되는 물의 상태 및 상기 가열부에 있어서의 가열량에 기초하여, 상기 가열부에 유통되고 있는 물이 상기 가열부에 의해 가열되었을 때의 당해 물의 온도와 상기 가열부로부터 유출되는 물의 온도의 차의 온도를, 히트 펌프 제어의 조정량의 결정에 사용하는 히트 펌프 조정 온도로서 산출하는 히트 펌프 조정 온도 산출부를 구비하고, 상기 히트 펌프 조정량 결정부는, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 상기 히트 펌프 조정 온도 산출부가 산출한 히트 펌프 조정 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 열원 계통으로부터 열을 퍼내어 온열을 출력하는 온열 출력 열교환기를 갖는 히트 펌프와, 상기 온열 출력 열교환기로부터 얻은 온열에 의해 물을 가열하는 가열부와, 상기 가열부가 가열한 물을 가열 대상으로 유출시키는 유출부와, 상기 가열부가 가열한 물을 상기 가열부의 상류측으로 순환시키는 순환부와, 가열 대상으로부터 상기 가열부의 상류측으로 물을 유입시키는 유입부와, 상기 가열부로부터 상기 순환부 및 상기 유출부로의 물의 유량 배분을 조정하는 조정부와, 상기 제어 장치를 구비한다.
또한, 본 발명은, 열원 계통으로부터 열을 퍼내어 온열을 출력하는 온열 출력 열교환기를 갖는 히트 펌프와, 상기 온열 출력 열교환기로부터 얻은 온열에 의해 물을 가열하는 가열부와, 상기 가열부가 가열한 물을 가열 대상으로 유출시키는 유출부와, 상기 가열부가 가열한 물을 상기 가열부의 상류측으로 순환시키는 순환부와, 가열 대상으로부터 상기 가열부의 상류측으로 물을 유입시키는 유입부와, 상기 가열부로부터 상기 순환부 및 상기 유출부로의 물의 유량 배분을 조정하는 조정부를 구비한 온수 가열 시스템의 조정부의 조정량을 제어하는 제어 방법이며, 상기 가열부의 상류측의 물의 목표 온도를 결정하는 스텝과, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상승하도록, 상기 조정부에 의한 유량 배분의 조정량을 결정하는 스텝을 갖는다.
또한, 본 발명은, 열원 계통으로부터 열을 퍼내어 온열을 출력하는 온열 출력 열교환기를 갖는 히트 펌프와, 상기 온열 출력 열교환기로부터 얻은 온열에 의해 물을 가열하는 가열부와, 상기 가열부가 가열한 물을 가열 대상으로 유출시키는 유출부와, 상기 가열부가 가열한 물을 상기 가열부의 상류측으로 순환시키는 순환부와, 가열 대상으로부터 상기 가열부의 상류측으로 물을 유입시키는 유입부를 구비한 온수 가열 시스템의 히트 펌프의 조정량을 제어하는 제어 장치이며, 상기 가열부의 하류측의 물의 목표 온도를 결정하는 스텝과, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는 스텝을 구비한다.
본 발명에 따르면, 가열부의 상류측의 온수의 온도가 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 가열부의 상류측 또는 하류측의 온수의 온도가 상승하도록, 조정부에 의한 조정량 또는 히트 펌프의 조정량을 결정한다. 이에 의해, 온수 계통의 과도 상태에 있어서의 승온 속도를 적절하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 제어 장치의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 제어 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 제어 장치의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 개략 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 제어 장치의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 제어 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 개략 구성도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 개략 구성도이다.
온수 가열 시스템은, 열원 계통(10)으로부터 열을 퍼내어 온열을 출력하는 히트 펌프(20), 히트 펌프(20)로부터 출력되는 온열에 의해 물을 가열하는 온수 계통(30) 및 온수 계통(30)의 제어를 행하는 제어 장치(40)를 구비한다.
히트 펌프(20)는, 열매체를 충전한 배관과, 당해 배관에 접속되는 증발기(21), 압축기(22), 응축기(24)(온열 출력 열교환기) 및 팽창 밸브(25)로 구성된다.
증발기(21)는, 열원 계통(10)으로부터 출력되는 열에 의해 열매체의 온도를 상승시킨다.
압축기(22)는, 증발기(21)에 의해 승온된 열매체를 압축하여 액화시킨다.
베인(23)은, 압축기(22)가 액화시킨 열매체의 유량을 조정한다.
응축기(24)는, 베인(23)으로부터 유입되는 열매체의 열을 온수 계통(30)에 공급한다.
팽창 밸브(25)는, 응축기(24)에 의해 강온된 열매체를 감압하여 기화시킨다.
온수 계통(30)은, 유입부(31), 순환 펌프(32), 가열부(33), 3방향 밸브(34)(조정부), 순환부(35), 유출부(36)로 구성된다.
유입부(31)는, 가열 대상으로부터 순환 펌프(32)를 통해 가열부(33)로 물을 유입시킨다.
순환 펌프(32)는, 유입된 물을 가열부(33)로 압송한다.
가열부(33)는, 순환 펌프(32)로부터 유입된 물을 응축기(24)로부터 공급되는 열에 의해 가열하고, 가열된 물을 3방향 밸브(34)로 공급한다.
3방향 밸브(34)는, 그 개방도(유량 배분)에 따라 가열부(33)가 가열한 물의 일부를 순환부(35)로 유입시키고, 나머지를 유출부(36)로 유입시킨다.
순환부(35)는, 3방향 밸브(34)로부터 순환 펌프(32)를 통해 가열부(33)로 물을 순환시킨다.
유출부(36)는, 3방향 밸브(34)로부터 가열 대상으로 물을 유출시킨다.
또한 온수 계통(30)에는, 유입부 유량 검출기(51), 유입부 온도 검출기(52), 가열부 유량 검출기(53), 가열부 상류측 온도 검출기(54), 가열부 하류측 온도 검출기(55)가 설치된다.
유입부 유량 검출기(51)는, 유입부(31)를 흐르는 물의 유량 F1을 검출한다.
유입부 온도 검출기(52)는, 유입부(31)를 흐르는 물의 온도 T1을 검출한다.
가열부 유량 검출기(53)는, 가열부(33)를 흐르는 물의 유량 F2를 검출한다.
가열부 상류측 온도 검출기(54)는, 가열부(33)의 상류측에 있어서의 물의 온도를 검출한다. 즉, 가열부 상류측 온도 검출기(54)는, 가열부(33)에 있어서 가열되기 전의 물의 온도 T2를 검출한다.
가열부 하류측 온도 검출기(55)는, 가열부(33)의 하류측에 있어서의 물의 온도를 검출한다. 즉, 가열부 하류측 온도 검출기(55)는, 가열부(33)에 있어서 가열된 후의 물의 온도 T3을 검출한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 제어 장치(40)의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
제어 장치(40)는, 센서 정보 취득부(401), 상류측 온도 변화율 산출부(402)(조정 온도 산출부), 상류측 목표 온도 설정부(403), 히트 펌프 정보 입력부(404), 상류측 당면 목표 온도 설정부(405), 3방향 밸브 제어부(406)(조정량 결정부)를 구비한다.
센서 정보 취득부(401)는, 온수 계통(30)에 설치된 각 검출기가 검출한 센서 정보(유량·온도)를 취득한다.
상류측 온도 변화율 산출부(402)는, 센서 정보 취득부(401)가 취득한 센서 정보에 기초하여, 가열부(33)의 상류측에 있어서의 수온의 변화율(조정 온도), 즉 수온의 상승 속도를 산출한다. 또한, 수온의 변화율은 센서 정보를 열수지 모델에 적용시킴으로써 산출한다.
상류측 목표 온도 설정부(403)는, 히트 펌프(20) 및 온수 계통(30)이 가동된 경우에 있어서, 온수 계통(30)이 정상 상태로 되었을 때에 있어서의 가열부(33)의 상류측에 있어서의 물의 목표 온도를 설정한다.
히트 펌프 정보 입력부(404)는, 히트 펌프(20)의 압축기(22)가 가동을 개시하였는지 여부를 나타내는 히트 펌프 정보의 입력을 접수한다.
상류측 당면 목표 온도 설정부(405)는, 센서 정보 취득부(401), 상류측 온도 변화율 산출부(402), 상류측 목표 온도 설정부(403) 및 히트 펌프 정보 입력부(404)로부터 취득하는 정보에 따라, 현재 시각에 있어서의 가열부(33)의 상류측에 있어서의 물의 당면의 목표 온도를 설정한다. 구체적으로는, 상류측 당면 목표 온도 설정부(405)는, 히트 펌프(20)의 압축기(22)가 가동되어 있지 않은 상태에 있어서는, 가열부(33)의 상류측에 있어서의 현재의 수온을, 당면의 목표 온도로 설정한다. 즉 현재의 수온을 보존하도록 당면 목표 온도를 설정한다. 또한, 상류측 당면 목표 온도 설정부(405)는, 압축기(22)가 가동된 후에 있어서, 가열부(33)의 상류측에 있어서의 현재의 수온이 상류측 목표 온도에 도달할 때까지는, 상류측 온도 변화율 산출부(402)가 산출한 온도 변화율에 기초하여 당면의 목표 온도를 설정한다. 그리고, 상류측 당면 목표 온도 설정부(405)는, 가열부(33)의 상류측에 있어서의 현재의 수온이 상류측 목표 온도에 도달한 후에는, 상류측 목표 온도 설정부(403)가 설정한 목표 온도를 당면의 목표 온도로 설정한다.
3방향 밸브 제어부(406)는, 상류측 당면 목표 온도 설정부(405)가 설정한 당면의 목표 온도와 현재의 가열부(33)의 상류측에 있어서의 현재의 수온에 기초하는 PID(Proportional/Integral/Differential) 제어에 의해, 3방향 밸브(34)의 개방도 제어를 행한다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 가동 개시 시에 있어서의 제어 장치(40)의 동작에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 제어 장치(40)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
우선, 제어 장치(40)의 상류측 목표 온도 설정부(403)는, 온수 가열 시스템의 가동 개시 전에, 관리자로부터 가열부(33)의 상류측의 목표 온도 T2d의 입력을 접수한다(스텝 S1).
온수 가열 시스템의 관리자는 목표 온도의 설정 후, 온수 계통(30)을 가동시킨다. 온수 계통(30)이 가동되면, 상류측 당면 목표 온도 설정부(405)는, 히트 펌프 정보 입력부(404)가 입력을 접수한 히트 펌프 정보가, 압축기(22)의 가동 개시를 나타내고 있는지 여부를 판정한다(스텝 S2). 또한, 히트 펌프 정보는, 온수 가열 시스템의 관리자가 압축기(22)를 가동시켰을 때에, 압축기(22)의 가동 개시를 나타낸다.
상류측 당면 목표 온도 설정부(405)는, 히트 펌프 정보가, 압축기(22)가 아직 가동되어 있지 않은 것을 나타내고 있다고 판정한 경우(스텝 S2:아니오), 센서 정보 취득부(401)로부터, 가열부 상류측 온도 검출기(54)가 검출한 온도 T2를 취득하고, 당해 온도 T2를 가열부(33)의 상류측에 있어서의 수온을 당면 목표 온도 T2a로 설정한다(스텝 S3). 다음으로, 3방향 밸브 제어부(406)는, 가열부(33)의 상류측의 수온이 당면 목표 온도 T2a, 즉 현재의 온도 T2에서 일정해지도록 개방도를 결정하고, 당해 개방도에 기초하여 3방향 밸브(34)를 제어한다(스텝 S4). 즉, 3방향 밸브 제어부(406)는, 순환 펌프(32)에 의한 발열을 냉각하는 분만큼의 물이 유입부(31)로부터 유입되도록 3방향 밸브(34)의 개방도를 제어하게 된다.
이에 의해, 압축기(22)가 가동될 때까지의 동안에, 3방향 밸브(34)는, 순환부(35)에 대해 완전 개방으로부터 조금 폐쇄된 개방도, 즉 유출부(36)에 대해 조금 개방된 개방도로 조절하게 된다.
이후, 스텝 S2로 되돌아가 압축기(22)가 가동될 때까지 스텝 S2∼스텝 S4의 동작을 반복하여 실행한다.
한편, 상류측 당면 목표 온도 설정부(405)는, 히트 펌프 정보가, 압축기(22)의 가동 개시를 나타내고 있다고 판정한 경우(스텝 S2:예), 센서 정보 취득부(401)로부터, 가열부 상류측 온도 검출기(54)가 검출한 온도 T2를 취득한다. 다음으로 상류측 당면 목표 온도 설정부(405)는, 당해 온도 T2가, 상류측 목표 온도 설정부(403)가 설정한 목표 온도 T2d에 도달하였는지 여부를 판정한다(스텝 S5).
상류측 당면 목표 온도 설정부(405)는, 온도 T2가 목표 온도 T2d 미만이라고 판정한 경우(스텝 S5:아니오), 센서 정보 취득부(401)가 취득한 온도 T1, T2, T3 및 열매체 유량 F1, F2를 사용하여 가열부(33)의 상류측에 있어서의 온도 변화율 dT2/dt를 산출한다(스텝 S6). 또한 온도 T1은, 유입부(31)를 흐르는 물의 온도이다. 또한 온도 T2는, 가열부(33)의 상류측에 있어서의 물의 온도이다. 또한 온도 T3은, 가열부(33)의 하류측에 있어서의 물의 온도이다. 또한 유량 F1은, 유입부(31)를 흐르는 물의 유량이다. 또한 유량 F2는, 가열부(33)를 흐르는 물의 유량이다.
여기서, 상류측 온도 변화율 산출부(402)는, 이하에 개시하는 열수지 모델을 나타내는 수학식 1에 각 센서 정보를 대입함으로써, 온도 변화율 dT2/dt를 산출한다.
Figure pct00001
단, M은, 가열부(33)가 보유하는 수량을 나타낸다. 또한, cpn(n은 자연수)은, 온도 Tn에 있어서의 물의 비열을 나타낸다. 또한, 비열은 수온에 의해 정해지므로, 상류측 온도 변화율 산출부(402)는, 온도 Tn에 따라 비열 cpn을 산출한다. 또한, Qpump는, 순환 펌프(32)에 있어서의 물로의 입열량을 나타낸다. 또한, 순환 펌프(32)로부터 물로의 열량은 순환 펌프(32)를 통과하는 물의 유량 F2 및 순환 펌프(32)의 회전수, 소비 전력 및 특성에 의해 정해지므로, 상류측 온도 변화율 산출부(402)는, 이들의 값에 따라 입열량 Qpump를 산출한다. 또한, 각 검출부가 검출하는 센서 정보에는 검출 지연이 포함되므로, 상류측 온도 변화율 산출부(402)는, 수량 M, 비열 cpn 및 입열량 Qpump를 실기(實機) 운전 중의 과도 상태의 데이터에 기초하여 동정(同定)함으로써, 추정 정밀도를 향상시키도록 해도 된다.
여기서, 수학식 1을 참조하면, 수학식 1의 우변의 분모는, 가열부(33)가 보유하는 물의 열용량을 나타낸다. 또한, 수학식 2의 우변의 분자는, 유입부(31)로부터 가열부(33)의 상류측으로 유입되는 물과 순환부(35)에 의해 순환하는 물을 혼화시킨 물의 열량과, 가열부(33)에 유통되고 있는 물의 열량의 차의 열량을 나타낸다. 즉, 온도 변화율 dT2/dt는, 유입부(31)로부터 가열부(33)의 상류측으로 유입되는 물과 순환부(35)에 의해 순환하는 물을 혼화시킨 물의 온도와, 가열부(33)에 유통되고 있는 물의 온도의 차에 의해 산출된다.
다음으로, 상류측 당면 목표 온도 설정부(405)는, 센서 정보 취득부(401)가 취득한 온도 T2에 상류측 온도 변화율 산출부(402)가 산출한 온도 변화율을 가산한 값을, 당면 목표 온도 T2a로 설정한다(스텝 S7). 다음으로, 3방향 밸브 제어부(406)는, 가열부(33)의 상류측의 수온이 당면 목표 온도 T2a로 되도록 개방도를 결정하고, 당해 개방도에 기초하여 3방향 밸브(34)를 제어한다(스텝 S8). 이에 의해, 3방향 밸브 제어부(406)는, 가열부(33)의 상류측의 수온 T2가 목표 온도 T2d에 도달할 때까지, 온수 계통(30)의 특성[각 부 온도, 유량 및 가열부(33)의 보수량]에 따른 적절한 온도 변화율로, 3방향 밸브(34)의 개방도를 제어할 수 있다. 이후, 스텝 S5에 있어서 온도 T2가 목표 온도 T2d에 도달할 때까지, 스텝 S5∼스텝 S8의 동작을 반복하여 실행한다.
스텝 S5에 있어서, 상류측 당면 목표 온도 설정부(405)는, 온도 T2가 목표 온도 T2d에 도달하였다고 판정한 경우(스텝 S5:예), 목표 온도 T2d를 당면 목표 온도 T2a로 설정한다(스텝 S9). 다음으로, 3방향 밸브 제어부(406)는, 가열부(33)의 상류측의 수온이 당면 목표 온도 T2a, 즉 목표 온도 T2d로 되도록 개방도를 결정하고, 당해 개방도에 기초하여 3방향 밸브(34)를 제어한다(스텝 S10). 이후, 제어 장치(40)는, 과도 상태에 있어서의 3방향 밸브(34)의 제어를 종료하고, 목표 온도 T2d에 기초하여 3방향 밸브(34)의 개방도를 제어하는 정상 상태의 제어를 개시한다. 또한, 정상 상태에 있어서의 3방향 밸브(34)의 제어는, 스텝 S9 및 스텝 S10을 반복하여 실행하는 처리와 동일하다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 3방향 밸브 제어부(406)는, 히트 펌프(20)가 가동되고 나서 가열부(33)의 상류측의 물의 온도가 목표 온도 T2d에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 가열부(33)의 상류측의 물의 온도가 상승하도록, 3방향 밸브(34)의 개방도를 제어한다. 이에 의해, 온수 계통(30)이 과도 상태에 있는 경우에, 3방향 밸브(34)의 개폐 동작이 온수의 온도 변화에 추종할 수 있는 정도로 3방향 밸브(34)의 개방도를 제어할 수 있다. 특히, 본 실시 형태에 있어서 소정의 온도는, 가열부(33)에 유통되고 있는 물, 순환부(35)에 의해 순환하는 물, 및 유입부(31)로부터 가열부(33)의 상류측으로 유입되는 물의 상태에 기초하여 산출된다. 이에 의해, 온수 가열 시스템의 특성에 따라 3방향 밸브(34)의 개방도의 제어를 할 수 있고, 적절한 승온 속도로, 가열부(33)의 상류측의 수온을 목표 온도 T2a까지 인상할 수 있다. 특히, 본 실시 형태에 나타내는 바와 같이, 유입부(31)로부터 가열부(33)의 상류측으로 유입되는 물과 순환부(35)에 의해 순환하는 물을 혼화시킨 물의 온도와, 가열부(33)에 유통되고 있는 물의 온도의 차의 온도인 온도 변화율 dT2/dt를 사용함으로써, 적절한 개방도의 제어를 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 3방향 밸브 제어부(406)는, 상류측 온도 변화율 산출부(402)가 산출한 온도 변화율 dT2/dt를 사용하여 개방도의 제어를 행하는 경우를 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 소정의 온도만큼, 가열부(33)의 상류측의 수온이 상승하도록 3방향 밸브(34)의 개방도를 제어하도록 해도 된다. 단, 당해 소정의 온도가 과소하게 설정되어 있으면, 개방도가 유출부(36)에 대해 개방 경향으로 제어되고, 가열부(33)의 상류측의 수온의 승온이 늦어져, 온수 계통(30)이 정상 상태로 천이할 때까지 시간이 걸리게 된다. 한편, 당해 소정의 온도가 과대하게 설정되어 있으면, 개방도가 순환부(35)에 대해 개방 경향으로 제어되고, 가열부(33)의 상류측의 수온의 승온이 빨라져, 3방향 밸브(34)의 개폐 동작이 온수의 온도 변화에 추종할 수 없게 되는 경우가 있다. 이 경우, 히트 펌프(20)의 응축기(24)에 있어서 교환되는 열량이 작아져, 온수 가열 시스템의 효율이 나빠져 버린다고 하는 문제가 있다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템은, 열원 계통(10)과 온수 계통(30)의 특성에 기초하여 온수 계통(30)의 가열부(33)의 상류측의 목표 온도를 설정한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 개략 구성도이다.
제2 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템은, 제1 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 온수 계통(30)에, 열원 상류측 온도 검출기(56) 및 열원 유량 검출기(57)를 구비하는 것이며, 제어 장치(40)의 동작이 다르다.
열원 상류측 온도 검출기(56)는, 열원 계통(10)의 상류측에 있어서의 열수의 온도 T4를 검출한다.
열원 유량 검출기(57)는, 열원 계통(10)을 흐르는 열수의 유량 F3을 검출한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 제어 장치(40)의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
제2 실시 형태에 따른 제어 장치(40)는, 제1 실시 형태에 따른 제어 장치(40)의 구성에 더하여, 하류측 목표 온도 설정부(407)를 구비하고, 상류측 목표 온도 설정부(403)의 동작이 다르다.
하류측 목표 온도 설정부(407)는, 히트 펌프(20) 및 온수 계통(30)이 가동된 경우에 있어서, 온수 계통(30)이 정상 상태로 되었을 때에 있어서의 가열부(33)의 하류측에 있어서의 물의 목표 온도를 설정한다.
상류측 목표 온도 설정부(403)는, 하류측의 목표 온도와, 센서 정보 취득부(401)가 취득한 센서 정보에 기초하여, 온수 계통(30)이 정상 상태로 되었을 때에 있어서의 가열부(33)의 상류측에 있어서의 물의 목표 온도를 설정한다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 가동 개시 시에 있어서의 제어 장치(40)의 동작에 대해 설명한다.
제2 실시 형태에 따른 제어 장치(40)의 동작은, 제1 실시 형태에 있어서의 제어 장치(40)의 동작과 스텝 S1의 동작이 다른 것이며, 스텝 S1 이후의 동작은 제1 실시 형태와 동일한 것이다.
따라서, 여기에서는 제2 실시 형태에 있어서의 스텝 S1의 동작에 대해 설명한다.
우선, 제어 장치(40)의 하류측 목표 온도 설정부(407)는, 온수 가열 시스템의 가동 개시 전에, 관리자로부터 가열부(33)의 하류측의 목표 온도 T3d의 입력을 접수한다. 다음으로, 상류측 목표 온도 설정부(403)는, 센서 정보 취득부(401)로부터 열원 상류측 온도 검출기(56) 및 열원 유량 검출기(57)가 검출한 온도 T4 및 유량 F3을 취득한다. 그리고, 상류측 목표 온도 설정부(403)는, 취득한 온도 T4 및 유량 F3에 기초하여 히트 펌프(20)의 최대 출력 시에 있어서의 응축기(24)의 최대 가열량을 산출한다. 다음으로, 상류측 목표 온도 설정부(403)는, 산출한 최대 가열량, 가열부(33)를 흐르는 물의 유량 F2 및 하류측의 목표 온도 T3d에 기초하여, 가열부(33)의 상류측의 목표 온도 T2d를 산출한다. 구체적으로는, 상류측 목표 온도 설정부(403)는, 히트 펌프(20)의 최대 출력에 의해 가열부(33)의 하류측의 수온을 목표 온도 T3d로 하기 위해 필요로 하는 가열부(33)의 상류측의 수온을, 목표 온도 T2d로 한다.
이후, 제1 실시 형태와 마찬가지로 스텝 S2 이후의 처리를 실행함으로써, 열원 계통(10)의 조건에 따라 히트 펌프(20)의 능력을 최대로 살리도록 온수 계통(30)의 온도를 제어할 수 있다.
(제3 실시 형태)
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 제3 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템은, 온수 계통(30)의 가열부(33)의 하류측의 온도에 기초하여 히트 펌프(20)의 베인(23)의 개방도(히트 펌프 제어의 조정량)를 제어한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 개략 구성도이다.
제3 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템은, 제1 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 온수 계통(30)에 응축기 온도 검출기(58)를 구비하는 것이며, 제어 장치(40)의 동작이 다르다. 또한, 제3 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템에 있어서는, 유입부 온도 검출기(52) 및 유입부 유량 검출기(51)는 구비하지 않아도 된다.
응축기 온도 검출기(58)는, 히트 펌프(20)의 응축기(24)의 온도 T5를 검출한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 제어 장치(40)의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
제3 실시 형태에 따른 제어 장치(40)는, 센서 정보 취득부(401), 하류측 온도 변화율 산출부(408)(히트 펌프 조정 온도 산출부), 하류측 목표 온도 설정부(407), 하류측 당면 목표 온도 설정부(409), 베인 제어부(410)(히트 펌프 조정량 결정부)를 구비한다.
센서 정보 취득부(401)는, 온수 계통(30) 및 응축기(24)에 설치된 각 검출기가 검출한 센서 정보(유량·온도)를 취득한다.
하류측 온도 변화율 산출부(408)는, 센서 정보 취득부(401)가 취득한 센서 정보에 기초하여, 가열부(33)의 하류측에 있어서의 수온의 변화율(히트 펌프 조정 온도), 즉 수온의 상승 속도를 산출한다. 또한, 수온의 변화율은 센서 정보를 열수지 모델에 적용시킴으로써 산출한다.
하류측 목표 온도 설정부(407)는, 히트 펌프(20)가 가동된 경우에 있어서, 온수 계통(30)이 정상 상태로 되었을 때에 있어서의 가열부(33)의 하류측에 있어서의 물의 목표 온도를 설정한다.
하류측 당면 목표 온도 설정부(409)는, 센서 정보 취득부(401), 하류측 온도 변화율 산출부(408) 및 하류측 목표 온도 설정부(407)로부터 취득하는 정보에 따라, 현재 시각에 있어서의 가열부(33)의 하류측에 있어서의 물의 당면의 목표 온도를 설정한다. 구체적으로는, 하류측 당면 목표 온도 설정부(409)는, 가열부(33)의 하류측에 있어서의 현재의 수온이 하류측 목표 온도에 도달할 때까지는, 하류측 온도 변화율 산출부(408)가 산출한 온도 변화율에 기초하여 당면의 목표 온도를 설정한다. 그리고, 하류측 당면 목표 온도 설정부(409)는, 가열부(33)의 하류측에 있어서의 현재의 수온이 하류측 목표 온도에 도달한 후에는, 하류측 목표 온도 설정부(407)가 설정한 목표 온도를 당면의 목표 온도로 설정한다.
베인 제어부(410)는, 하류측 당면 목표 온도 설정부(409)가 설정한 당면의 목표 온도와 현재의 가열부(33)의 하류측에 있어서의 현재의 수온에 기초하는 PID 제어에 의해, 베인(23)의 개방도의 제어를 행한다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 가동 개시 시에 있어서의 제어 장치(40)의 동작에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 제어 장치(40)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
우선, 제어 장치(40)의 하류측 목표 온도 설정부(407)는, 온수 가열 시스템의 가동 개시 전에, 관리자로부터 가열부(33)의 하류측의 목표 온도 T3d의 입력을 접수한다(스텝 S11).
온수 가열 시스템의 관리자는 목표 온도의 설정 후, 온수 계통(30)을 가동시키고, 그 후 압축기(22)를 가동시킨다.
하류측 당면 목표 온도 설정부(409)는, 센서 정보 취득부(401)로부터, 가열부 하류측 온도 검출기(55)가 검출한 온도 T3을 취득한다. 다음으로 하류측 당면 목표 온도 설정부(409)는, 당해 온도 T3이, 하류측 목표 온도 설정부(407)가 설정한 목표 온도 T3d에 도달하였는지 여부를 판정한다(스텝 S12).
하류측 당면 목표 온도 설정부(409)는, 온도 T3이 목표 온도 T3d 미만이라고 판정한 경우(스텝 S12:아니오), 센서 정보 취득부(401)가 취득한 온도 T2, T3, T5 및 열매체 유량 F2를 사용하여 가열부(33)의 하류측에 있어서의 온도 변화율 dT3/dt를 산출한다(스텝 S13). 또한 온도 T2는, 가열부(33)의 상류측에 있어서의 물의 온도이다. 또한 온도 T3은, 가열부(33)의 하류측에 있어서의 물의 온도이다. 또한, 온도 T5는, 응축기(24) 내의 열매체의 온도이다. 또한 유량 F2는, 가열부(33)를 흐르는 물의 유량이다.
여기서, 하류측 온도 변화율 산출부(408)는, 이하에 개시하는 열수지 모델을 나타내는 수학식 2에 각 센서 정보를 대입함으로써, 온도 변화율 dT3/dt를 산출한다.
Figure pct00002
단, U 및 A는, 각각 응축기(24)의 총괄 열전달률 및 전열 면적을 나타낸다. U 및 A의 값은, 히트 펌프(20)의 설계값으로서 미리 산출해 두어도 되지만, 이것에 한정되지 않고 실기 운전 중의 정상 상태에 있어서의 데이터로부터 동정해도 된다. 또한, U·A는, 이하에 개시하는 수학식 3의 계산에 의해 산출할 수 있다.
Figure pct00003
여기서, 수학식 2를 참조하면, 수학식 2의 우변의 분모는, 가열부(33)가 보유하는 물의 열용량을 나타낸다. 또한, 수학식 2의 우변의 분자는, 가열부(33)에 유통되고 있는 물의 열량과 가열부(33)에 있어서 가열되는 열량의 합으로부터, 가열부(33)로부터 3방향 밸브(34)로 유입되는 물의 열량의 차의 열량을 나타낸다. 즉, 온도 변화율 dT3/dt는, 가열부(33)에 유통되고 있는 물이 가열부(33)에 의해 가열되었을 때의 당해 물의 온도와 가열부(33)로부터 3방향 밸브(34)로 유입되는 물의 온도의 차에 의해 산출된다.
다음으로, 하류측 당면 목표 온도 설정부(409)는, 센서 정보 취득부(401)가 취득한 온도 T3에 하류측 온도 변화율 산출부(408)가 산출한 온도 변화율을 가산한 값을, 당면 목표 온도 T3a로 설정한다(스텝 S14). 다음으로, 베인 제어부(410)는, 가열부(33)의 하류측의 수온이 당면 목표 온도 T3a로 되도록 베인(23)의 개방도를 결정하고, 당해 개방도로 되도록 베인(23)을 제어한다(스텝 S15). 이에 의해, 베인 제어부(410)는, 가열부(33)의 하류측의 수온 T3이 목표 온도 T3d에 도달할 때까지, 가열부(33)의 특성에 따른 적절한 온도 변화율로, 베인(23)의 개방도를 제어할 수 있다. 이후, 스텝 S12에 있어서 온도 T3이 목표 온도 T3d에 도달할 때까지, 스텝 S12∼스텝 S15의 동작을 반복하여 실행한다.
스텝 S12에 있어서, 하류측 당면 목표 온도 설정부(409)는, 온도 T3이 목표 온도 T3d에 도달하였다고 판정한 경우(스텝 S12:예), 목표 온도 T3d를 당면 목표 온도 T3a로 설정한다(스텝 S16). 다음으로, 베인 제어부(410)는, 가열부(33)의 하류측의 수온이 당면 목표 온도 T3a, 즉 목표 온도 T3d로 되도록 개방도를 결정하고, 당해 개방도로 베인(23)을 제어한다(스텝 S17). 이후, 제어 장치(40)는, 과도 상태에 있어서의 압축기(22)의 제어를 종료하고, 목표 온도 T3d에 기초하여 베인(23)의 개방도를 제어하는 정상 상태의 제어를 개시한다. 또한, 정상 상태에 있어서의 베인(23)의 제어는, 스텝 S16 및 스텝 S17을 반복하여 실행하는 처리와 동일하다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 베인 제어부(410)는, 히트 펌프(20)가 가동되고 나서 가열부(33)의 하류측의 물의 온도가 목표 온도 T3d에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 가열부(33)의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 베인(23)의 개방도를 제어한다. 이에 의해, 온수 계통(30)이 과도 상태에 있는 경우에, 베인(23)의 개방도 제어가 온수의 온도 변화에 추종할 수 있는 정도로 베인(23)의 개방도를 제어할 수 있다. 특히, 본 실시 형태에 있어서 소정의 온도는, 가열부(33)에 유통되고 있는 물 및 가열부(33)로부터 3방향 밸브(34)로 유입되는 물의 상태 및 가열부(33)에 있어서의 가열량에 기초하여 산출된다. 이에 의해, 온수 가열 시스템의 특성에 따라 베인(23)의 개방도의 제어를 할 수 있어, 적절한 승온 속도로, 가열부(33)의 하류측의 수온을 목표 온도 T3a까지 인상할 수 있다. 특히, 본 실시 형태에 나타내는 바와 같이, 가열부(33)에 유통되고 있는 물이 가열부(33)에 의해 가열되었을 때의 당해 물의 온도와 가열부(33)로부터 3방향 밸브(34)로 유입되는 물의 온도의 차의 온도인 온도 변화율 dT3/dt를 사용함으로써, 적절한 개방도의 제어를 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 베인 제어부(410)는, 하류측 온도 변화율 산출부(408)가 산출한 온도 변화율 dT3/dt를 사용하여 개방도의 제어를 행하는 경우를 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 소정의 온도만큼, 가열부(33)의 하류측의 수온이 상승하도록 베인(23)의 개방도를 제어하도록 해도 된다. 단, 당해 소정의 온도가 과소하게 설정되어 있으면, 개방도의 상승률이 억제 경향으로 제어되고, 가열부(33)의 하류측의 수온의 승온이 늦어져, 온수 계통(30)이 정상 상태로 천이할 때까지 시간이 걸리게 된다. 한편, 당해 소정의 온도가 과대하게 설정되어 있으면, 개방도의 상승률이 약간 높게 제어되고, 가열부(33)의 하류측의 수온의 승온이 빨라져, 베인(23)의 개방도 제어가 온수의 온도 변화에 추종할 수 없게 되는 경우가 있다. 이 경우, 히트 펌프(20)의 응축기(24)에 있어서 교환되는 열량이 작아져, 온수 가열 시스템의 효율이 나빠져 버린다고 하는 문제가 있다.
(제4 실시 형태)
다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해 설명한다. 제4 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템은, 제2 실시 형태와 마찬가지로 온수 계통(30)의 상태에 기초하여 3방향 밸브(34)의 개방도를 제어하면서, 제3 실시 형태와 마찬가지로 온수 계통(30)의 가열부(33)의 상태에 기초하여 히트 펌프(20)의 베인(23)의 개방도를 제어한다.
도 9는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 개략 구성도이다.
제4 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템은, 제2 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 구성과, 제3 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 구성을 겸비한다. 또한, 제4 실시 형태에 따른 제어 장치(40)의 구성도, 제2 실시 형태에 따른 제어 장치(40)의 구성과, 제3 실시 형태에 따른 제어 장치(40)의 구성을 겸비한 것이다.
제4 실시 형태에 따른 온수 가열 시스템의 동작은, 제2 실시 형태의 동작과 제3 실시 형태의 동작을 합친 것이다.
구체적으로는, 제3 실시 형태의 스텝 S11에 의한 하류측 목표 온도의 설정이 되었을 때에, 당해 하류측 목표 온도를 사용하여 제2 실시 형태의 스텝 S1에 의한 상류측 목표 온도의 산출을 행한다.
또한, 제2 실시 형태에 따른 스텝 S2∼스텝 S4에서는, 제어 장치(40)는 3방향 밸브(34)의 개방도 제어만을 행한다. 한편, 제어 장치(40)는, 스텝 S5∼스텝 S8의 처리를 실행하고 있는 동안에, 병행하여 제3 실시 형태에 따른 스텝 S12∼스텝 S15의 처리를 실행한다. 그리고, 제어 장치(40)는, 제2 실시 형태에 따른 스텝 S9 및 스텝 S10의 처리를 실행할 때에, 제3 실시 형태에 따른 스텝 S16 및 스텝 S17의 처리를 행한다.
이에 의해, 제어 장치(40)는, 3방향 밸브(34)의 개방도와 베인(23)의 개방도를 각각 적절하게 제어할 수 있다.
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 대해 상세하게 설명해 왔지만, 구체적인 구성은 상술한 것에 한정되는 일은 없고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지 설계 변경 등을 하는 것이 가능하다.
또한, 상술한 제어 장치(40)는, 내부에 컴퓨터 시스템을 갖고 있다. 그리고, 상술한 각 처리부의 동작은, 프로그램의 형식으로 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기억되어 있고, 이 프로그램을 컴퓨터가 판독하여 실행함으로써, 상기 처리가 행해진다. 여기서 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체라 함은, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등을 말한다. 또한, 이 컴퓨터 프로그램을 통신 회선에 의해 컴퓨터에 배신(配信)하고, 이 배신을 받은 컴퓨터가 당해 프로그램을 실행하도록 해도 된다.
또한, 상기 프로그램은, 상술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 된다.
또한, 상술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기록되어 있는 프로그램과의 조합으로 실현할 수 있는 것, 소위 차분 파일(차분 프로그램)이어도 된다.
본 발명은, 열원 계통으로부터 열을 퍼내어 온열을 출력하는 온열 출력 열교환기를 갖는 히트 펌프와, 상기 온열 출력 열교환기로부터 얻은 온열에 의해 물을 가열하는 가열부와, 상기 가열부가 가열한 물을 가열 대상으로 유출시키는 유출부와, 상기 가열부가 가열한 물을 상기 가열부의 상류측으로 순환시키는 순환부와, 가열 대상으로부터 상기 가열부의 상류측으로 물을 유입시키는 유입부와, 상기 가열부로부터 상기 유출부 및 상기 순환부로의 물의 유량 배분을 조정하는 조정부를 구비한 온수 가열 시스템을 제어하는 제어 장치이며, 상기 가열부의 상류측의 물의 목표 온도를 설정하는 상류측 목표 온도 설정부와, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상승하도록, 상기 조정부에 의한 유량 배분의 조정량을 결정하는 조정량 결정부를 구비한다. 본 발명에 따르면, 가열부의 상류측의 온수의 온도가 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 가열부의 상류측 또는 하류측의 온수의 온도가 상승하도록, 조정부에 의한 조정량 또는 히트 펌프의 조정량을 결정한다. 이에 의해, 온수 계통의 과도 상태에 있어서의 승온 속도를 적절하게 제어할 수 있다.
10 : 열원 계통
20 : 히트 펌프
21 : 증발기
22 : 압축기
23 : 응축기
24 : 팽창 밸브
30 : 온수 계통
31 : 유입부
32 : 순환 펌프
33 : 가열부
34 : 3방향 밸브
35 : 순환부
36 : 유출부
40 : 제어 장치
51 : 유입부 유량 검출기
52 : 유입부 온도 검출기
53 : 가열부 유량 검출기
54 : 가열부 상류측 온도 검출기
55 : 가열부 하류측 온도 검출기
56 : 열원 상류측 온도 검출기
57 : 열원 유량 검출기
58 : 응축기 온도 검출기
401 : 센서 정보 취득부
402 : 상류측 온도 변화율 산출부
403 : 상류측 목표 온도 설정부
404 : 히트 펌프 정보 입력부
405 : 상류측 당면 목표 온도 설정부
406 : 3방향 밸브 제어부
407 : 하류측 목표 온도 설정부
408 : 하류측 온도 변화율 산출부
409 : 하류측 당면 목표 온도 설정부
410 : 베인 제어부

Claims (14)

  1. 열원 계통으로부터 열을 퍼내어 온열을 출력하는 온열 출력 열교환기를 갖는 히트 펌프와,
    상기 온열 출력 열교환기로부터 얻은 온열에 의해 물을 가열하는 가열부와,
    상기 가열부가 가열한 물을 가열 대상으로 유출시키는 유출부와,
    상기 가열부가 가열한 물을 상기 가열부의 상류측으로 순환시키는 순환부와,
    가열 대상으로부터 상기 가열부의 상류측으로 물을 유입시키는 유입부와,
    상기 가열부로부터 상기 유출부 및 상기 순환부로의 물의 유량 배분을 조정하는 조정부를 구비한 온수 가열 시스템을 제어하는 제어 장치이며,
    상기 가열부의 상류측의 물의 목표 온도를 설정하는 상류측 목표 온도 설정부와,
    상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상승하도록, 상기 조정부에 의한 유량 배분의 조정량을 결정하는 조정량 결정부를 구비하는, 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조정량 결정부는, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 상기 가열부에 유통되고 있는 물, 상기 순환부에 의해 순환하는 물, 및 상기 유입부로부터 상기 가열부의 상류측으로 유입되는 물의 상태에 기초하여 산출되는 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상승하도록, 상기 조정부에 의한 유량 배분의 조정량을 결정하는, 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가열부에 유통되고 있는 물, 상기 순환부에 의해 순환하는 물, 및 상기 유입부로부터 상기 가열부의 상류측으로 유입되는 물의 상태에 기초하여, 상기 유입부로부터 상기 가열부의 상류측으로 유입되는 물과 상기 순환부에 의해 순환하는 물을 혼화시킨 물의 온도와, 상기 가열부에 유통되고 있는 물의 온도의 차의 온도를, 상기 조정량의 결정에 사용하는 조정 온도로서 산출하는 조정 온도 산출부를 구비하고,
    상기 조정량 결정부는, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 상기 조정 온도 산출부가 산출한 조정 온도만큼, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상승하도록, 상기 조정부에 의한 유량 배분의 조정량을 결정하는, 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정량 결정부는, 상기 히트 펌프가 가동될 때까지, 상기 가열부로 유입되는 물의 온도가 일정해지도록, 상기 조정부에 의한 유량 배분의 조정량을 결정하는, 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상류측 목표 온도 설정부는, 상기 가열부에 있어서의 최대 가열량과, 상기 가열부로 유입되는 물의 유량과, 상기 가열부의 하류측의 물의 목표 온도에 기초하여 상기 가열부의 상류측의 물의 목표 온도를 설정하는, 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열부의 하류측의 물의 목표 온도를 설정하는 하류측 목표 온도 설정부와,
    상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는 히트 펌프 조정량 결정부를 구비하는, 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 히트 펌프 조정량 결정부는, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 상기 가열부에 유통되고 있는, 및 상기 가열부로부터 상기 조정부로 유입되는 물의 상태 및 상기 가열부에 있어서의 가열량에 기초하여 산출되는 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는, 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가열부에 유통되고 있는 물 및 상기 가열부로부터 상기 조정부로 유입되는 물의 상태 및 상기 가열부에 있어서의 가열량에 기초하여, 상기 가열부에 유통되고 있는 물이 상기 가열부에 의해 가열되었을 때의 당해 물의 온도와 상기 가열부로부터 상기 조정부로 유입되는 물의 온도의 차의 온도를, 히트 펌프 제어의 조정량의 결정에 사용하는 히트 펌프 조정 온도로서 산출하는 히트 펌프 조정 온도 산출부를 구비하고,
    상기 히트 펌프 조정량 결정부는, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 상기 히트 펌프 조정 온도 산출부가 산출한 히트 펌프 조정 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는, 제어 장치.
  9. 열원 계통으로부터 열을 퍼내어 온열을 출력하는 온열 출력 열교환기를 갖는 히트 펌프와,
    상기 온열 출력 열교환기로부터 얻은 온열에 의해 물을 가열하는 가열부와,
    상기 가열부가 가열한 물을 가열 대상으로 유출시키는 유출부와,
    상기 가열부가 가열한 물을 상기 가열부의 상류측으로 순환시키는 순환부와,
    가열 대상으로부터 상기 가열부의 상류측으로 물을 유입시키는 유입부를 구비한 온수 가열 시스템을 제어하는 제어 장치이며,
    상기 가열부의 하류측의 물의 목표 온도를 설정하는 하류측 목표 온도 설정부와,
    상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는 히트 펌프 조정량 결정부를 구비하는, 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 히트 펌프 조정량 결정부는, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 상기 가열부에 유통되고 있는 물 및 상기 가열부로부터 유출되는 물의 상태 및 상기 가열부에 있어서의 가열량에 기초하여 산출되는 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는, 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가열부에 유통되고 있는 물, 상기 가열부로부터 유출되는 물의 상태 및 상기 가열부에 있어서의 가열량에 기초하여, 상기 가열부에 유통되고 있는 물이 상기 가열부에 의해 가열되었을 때의 당해 물의 온도와 상기 가열부로부터 유출되는 물의 온도의 차의 온도를, 히트 펌프 제어의 조정량의 결정에 사용하는 히트 펌프 조정 온도로서 산출하는 히트 펌프 조정 온도 산출부를 구비하고,
    상기 히트 펌프 조정량 결정부는, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 상기 히트 펌프 조정 온도 산출부가 산출한 히트 펌프 조정 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는, 제어 장치.
  12. 열원 계통으로부터 열을 퍼내어 온열을 출력하는 온열 출력 열교환기를 갖는 히트 펌프와,
    상기 온열 출력 열교환기로부터 얻은 온열에 의해 물을 가열하는 가열부와,
    상기 가열부가 가열한 물을 가열 대상으로 유출시키는 유출부와,
    상기 가열부가 가열한 물을 상기 가열부의 상류측으로 순환시키는 순환부와,
    가열 대상으로부터 상기 가열부의 상류측으로 물을 유입시키는 유입부와,
    상기 가열부로부터 상기 순환부 및 상기 유출부로의 물의 유량 배분을 조정하는 조정부와,
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 제어 장치를 구비하는, 온수 가열 시스템.
  13. 열원 계통으로부터 열을 퍼내어 온열을 출력하는 온열 출력 열교환기를 갖는 히트 펌프와,
    상기 온열 출력 열교환기로부터 얻은 온열에 의해 물을 가열하는 가열부와,
    상기 가열부가 가열한 물을 가열 대상으로 유출시키는 유출부와,
    상기 가열부가 가열한 물을 상기 가열부의 상류측으로 순환시키는 순환부와,
    가열 대상으로부터 상기 가열부의 상류측으로 물을 유입시키는 유입부와,
    상기 가열부로부터 상기 순환부 및 상기 유출부로의 물의 유량 배분을 조정하는 조정부를 구비한 온수 가열 시스템의 조정부의 조정량을 제어하는 제어 방법이며,
    상기 가열부의 상류측의 물의 목표 온도를 결정하는 스텝과,
    상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 상류측의 물의 온도가 상승하도록, 상기 조정부에 의한 유량 배분의 조정량을 결정하는 스텝을 갖는, 제어 방법.
  14. 열원 계통으로부터 열을 퍼내어 온열을 출력하는 온열 출력 열교환기를 갖는 히트 펌프와,
    상기 온열 출력 열교환기로부터 얻은 온열에 의해 물을 가열하는 가열부와,
    상기 가열부가 가열한 물을 가열 대상으로 유출시키는 유출부와,
    상기 가열부가 가열한 물을 상기 가열부의 상류측으로 순환시키는 순환부와,
    가열 대상으로부터 상기 가열부의 상류측으로 물을 유입시키는 유입부를 구비한 온수 가열 시스템의 히트 펌프의 조정량을 제어하는 제어 장치이며,
    상기 가열부의 하류측의 물의 목표 온도를 결정하는 스텝과,
    상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지, 소정의 온도만큼, 상기 가열부의 하류측의 물의 온도가 상승하도록, 히트 펌프 제어의 조정량을 결정하는 스텝을 구비하는, 제어 방법.
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