WO2017134763A1 - 暖房装置 - Google Patents

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WO2017134763A1
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hot water
temperature
heat
storage tank
heat source
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French (fr)
Inventor
耕司 松澤
服部 太郎
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00Hot-water central heating systems

Definitions

  • the present invention relates to a heating device using natural energy.
  • a heating device using solar power generation includes a hot water heat storage tank in a heating circuit, hot water is stored in the hot water heat storage tank, and heat is temporarily stored.
  • Patent Document 1 describes a configuration in which a hot water storage hot water supply device that operates a heat pump unit with commercial power and stores hot water heated by the heat pump unit in a hot water storage tank functions as a heating heat source.
  • This device is used for the predicted hot water supply and heating that are expected to be used for hot water supply in order to prevent inconvenience due to insufficient or excessive heat storage in the hot water storage tank due to sudden temperature changes and waste of electricity charges. Then, it calculates the target heat storage amount to be stored by obtaining the predicted heating heat amount that is predicted to heat the hot water in the hot water storage tank.
  • the heat storage temperature in the hot water storage tank is about several degrees Celsius at the current target hot water temperature, or a predetermined radiator.
  • the temperature can only be increased up to the allowable upper limit temperature. If the heat storage temperature of the heat storage tank is excessive, it may cause discomfort to the user due to an increase in the room temperature, and hot water that exceeds the allowable upper limit temperature of the use side heat exchanger such as floor heating flows in. This is because the use-side heat exchanger may be damaged.
  • the heating device of Patent Document 1 there is a problem that energy obtained by solar power generation cannot be fully utilized in order to avoid these problems.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to make maximum use of power generation by natural energy without deteriorating the comfort of the user.
  • the heating device is connected to a heat source tank that heats circulating water, a hot water storage tank that is connected to the heat source apparatus and stores heat source heating hot water heated by the heat source apparatus, and a hot water heat storage tank.
  • the use side heat exchanger that exchanges heat between the input hot water and the surrounding space, and the hot water stored in the tank hot water that is provided between the hot water storage tank and the use side heat exchanger and output from the hot water storage tank
  • a heat source circuit having a hot water mixing valve that mixes the return water output from the side heat exchanger and outputs the mixed hot water to the use side heat exchanger, and is output from the hot water mixing valve and input to the use side heat exchanger Heat can be stored in the hot water storage tank based on the temperature difference between the hot water and return water of the mixing valve, the mixing ratio of the hot water and return water of the tank hot water in the hot water mixing valve, and the set target hot water temperature
  • Maximum temperature determination means for determining the maximum temperature It is intended to include a control unit and a driving control means for
  • the heating device of the present invention the temperature of the hot water output from the hot water mixing valve, the temperature difference of the heat radiation of the use side heat exchanger, the mixing ratio in the hot water mixing valve, and the set target hot water temperature, The maximum temperature at which heat can be stored is determined, and the heat source device is controlled so that the heat storage temperature of the hot water heat storage tank becomes the determined maximum temperature. Therefore, it is possible to increase the temperature at which heat can be stored in the hot water heat storage tank, while maintaining user comfort and without affecting the function of the use-side heat exchanger.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a heating device according to an embodiment of the present invention.
  • the heat source circuit 1 includes a heat source device 100, a first circulation pump 101, a second circulation pump 102, a hot water mixing valve 103, a hot water heat storage tank 104, a submerged heater 105, and a use side heat exchanger 106.
  • a refrigerant / water heat exchanger 107 and a booster heater 108 are provided.
  • the heat source device 100, the submerged heater 105, and the booster heater 108 constitute a heat source device that heats the water circulating in the heat source circuit 1.
  • the heat source unit 100 includes a refrigerant circuit including a refrigerant / water heat exchanger 107, and generates a high-temperature or low-temperature refrigerant by a refrigeration cycle of air and refrigerant.
  • a refrigerant circuit including a refrigerant / water heat exchanger 107, and generates a high-temperature or low-temperature refrigerant by a refrigeration cycle of air and refrigerant.
  • heat exchange is performed between the generated refrigerant and hot water in the case of heating, and heat exchange between the refrigerant and cold water is performed in the case of cooling.
  • the heat source circuit 1 is used for heating.
  • the refrigerant / water heat exchanger 107 is, for example, a plate heat exchanger, and performs heat exchange between the generated refrigerant and hot water.
  • the hot water heat-exchanged in the refrigerant / water heat exchanger 107 is sent to the use side heat exchanger 106 via the hot water heat storage tank 104.
  • the use-side heat exchanger 106 is a radiator, and is used for floor heating or a radiator, for example, to warm an object.
  • the hot water heat storage tank 104 is a tank that stores hot water that has become hot due to heat exchange in the refrigerant / water heat exchanger 107, and the entire heat source circuit 1 It is arranged for the purpose of securing the amount of water, for example, for connection with other heat sources such as a boiler.
  • the hot water heat storage tank 104 is intended to be used as a heat storage tank in solar power generation.
  • the hot water heat storage tank 104 is provided with a submerged heater 105.
  • the submerged heater 105 is for further heating the hot water stored in the hot water heat storage tank 104 when the heating capacity of the heat source device 100 is insufficient.
  • the first circulation pump 101 circulates between the refrigerant / water heat exchanger 107 of the heat source device 100 and the hot water heat storage tank 104, and the second circulation pump 102 uses the use side heat exchanger 106 and the hot water heat storage tank 104. Circulate between.
  • a booster heater 108 is provided between the heat source device 100 and the hot water heat storage tank 104.
  • the booster heater 108 is for supplementarily heating the hot water after being heated by the refrigerant / water heat exchanger 107.
  • the hot water mixing valve 103 is provided between the hot water heat storage tank 104 and the use side heat exchanger 106, and here, using a three-way valve, the tank hot water discharged from the hot water heat storage tank 104 and the use side heat exchanger Control mixing of return water returning from 106.
  • the opening degree of the hot water mixing valve 103 is small, the amount of hot water discharged from the hot water storage tank 104 with respect to the return water from the use side heat exchanger 106 is small.
  • the opening degree of the hot water mixing valve 103 is large, the amount of the hot water discharged from the hot water heat storage tank 104 with respect to the return water from the use side heat exchanger 106 is large.
  • the opening degree of the hot water mixing valve 103 is expressed in%. For example, when the opening degree of the hot water mixing valve 103 is 10%, the mixing ratio of the tank hot water and the return water is 1: 9.
  • the power generation controller 300 of the solar power generation system is connected to the control controller 200.
  • the controller 200 drives the heat source device 100 to store heat in the hot water heat storage tank 104.
  • the heating capability of the heat source device 100 is insufficient, the above-described submerged heater 105 or booster heater 108 is driven, and heat storage in the hot water heat storage tank 104 is performed.
  • the heat source circuit 1 is provided with a first tapping temperature sensor 201, a first return temperature sensor 202, a second tapping temperature sensor 206, a second return temperature sensor 207, and a heat storage temperature sensor 208.
  • the first hot water temperature sensor 201 is for detecting the temperature of the hot water source hot water output from the heat source device 100 and further heated by the booster heater 108 in some cases and input to the hot water heat storage tank 104.
  • the second hot water temperature sensor 206 is for detecting the temperature of the mixed valve hot water that is output from the hot water mixing valve 103 and input to the use-side heat exchanger 106.
  • the second return temperature sensor 207 is for detecting the temperature of the return water returned from the use side heat exchanger 106 by exchanging heat with the air in the surrounding space by the use side heat exchanger 106.
  • the first return temperature sensor 202 is for detecting the temperature of the water returned from the use side heat exchanger 106 to the heat source apparatus 100 via the hot water heat storage tank 104.
  • the heat storage temperature sensor 208 is for detecting the heat storage temperature of the hot water heat storage tank 104.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a control controller of the heating apparatus according to the embodiment of the present invention and components that perform input / output between the control controller.
  • the controller 200 includes temperature information acquisition means 211, maximum temperature calculation means 212, maximum temperature determination means 213, and operation control means 214.
  • Information output from the first hot water temperature sensor 201, the first return temperature sensor 202, the second hot water temperature sensor 206, and the second return temperature sensor 207 is output to the temperature information acquisition unit 211 of the controller 200. Entered. That is, the temperature information acquisition unit 211 receives the temperature information of the heat source unit hot water hot water from the first hot water temperature sensor 201, receives the temperature information of the tank hot water hot water from the second hot water temperature sensor 206, and uses the heat exchanger 106 on the use side. Is received from the second return temperature sensor 207, and temperature information of the water returned to the heat source device 100 is received from the first return temperature sensor 202.
  • the information output from the main remote controller 209 is input to the temperature information acquisition unit 211. That is, the temperature information acquisition unit 211 receives the target hot water temperature, the target hot water temperature upper limit value, and the target hot water temperature lower limit value set by the user.
  • the above-mentioned information received by the temperature information acquisition unit 211 is output to the maximum temperature calculation unit 212.
  • the maximum temperature calculation means 212 is based on the above-mentioned information input from the temperature information acquisition means 211, the maximum possible temperature of hot water stored in the hot water heat storage tank 104, that is, the maximum temperature that can be stored in the hot water heat storage tank 104 (hereinafter referred to as the maximum temperature).
  • the calculated value of the maximum temperature that can be stored) is calculated.
  • the unit of the opening degree r of the hot water mixing valve 103 is% (percent).
  • the relationship between the temperature of the return water (hereinafter referred to as warm water B) input to the warm water mixing valve 103 and the temperature of the mixed valve hot water (warm water C) output from the warm water mixing valve 103 will be considered.
  • the temperature of the hot water A is set as a tapping temperature THW1
  • the temperature of the hot water B is set as a return temperature THW7
  • the temperature of the hot water C is set as TempC.
  • the amount of heat Q (A) lost by the hot water A and the amount of heat Q (B) obtained by the hot water B by being mixed by the hot water mixing valve 103 are as follows from the above equation (1).
  • the calorie ratio Qrate (A) lost by the hot water A and the calorie ratio Qrate (B) obtained by the hot water B are as follows.
  • the amount of heat lost by the high temperature hot water A is equal to the amount of heat obtained by the low temperature hot water B
  • the ratio of the amount of heat lost by the high temperature hot water A is equal to the ratio of the amount of heat obtained by the low temperature hot water B. Therefore, the following formula (5) is obtained.
  • TempC that is, the temperature of the hot water C output from the hot water mixing valve 103 can be calculated.
  • the information output from the second hot water temperature sensor 206 and input to the controller 200 is an actual measurement value of the hot water C. That is, the actual temperature of the hot water C that is output from the hot water storage valve 104 and the hot water B that is output from the hot water storage valve 104 is obtained from the second hot water temperature sensor 206. Assuming that the measured value of the hot water C obtained from the second hot water temperature sensor 206 is THW6, a ratio ⁇ between the measured value and the calculated value of the warm water C is obtained as shown in Equation (6).
  • the maximum heat storage possible temperature in the hot water heat storage tank 104 is calculated by applying the ratio between the heat quantity of the mixed valve hot water output from the hot water mixing valve 103 and the heat quantity of the return water of the use side heat exchanger 106.
  • equation (5) is applied based on the following three conditions in the calculation of the maximum heat storage possible temperature in the hot water heat storage tank 104.
  • the minimum opening Rmin is used as the opening r of the hot water mixing valve 103 in the equation (5).
  • the minimum opening is that the ratio of the hot water discharged from the hot water heat storage tank 104 to the return water from the use-side heat exchanger 106 is the smallest in the opening range defined by the mechanical configuration of the hot water mixing valve 103. Is the opening.
  • the first condition is set for the purpose of mixing a small amount of hot water with the hot water mixing valve 103.
  • the current temperature difference is used as the temperature difference in the calculation of the ratio of the amount of heat obtained by the hot water B that is the return water from the use side heat exchanger 106 by being mixed by the hot water mixing valve 103.
  • the current temperature difference is an actual measured value of the hot water C obtained from the second hot water temperature sensor 206 when the heat source device 100 is operation-controlled by the operation control means 214 described later and the hot water is circulating in the heat source circuit 1.
  • the return temperature THW7 which is the temperature of the hot water B obtained from the second return temperature sensor 207, and the temperature difference of the heat radiation of the use side heat exchanger 106.
  • This current temperature difference is used because the temperature difference in the temperature range (for example, 30 ° C. to 60 ° C.) of the use side heat exchanger used in Europe does not change greatly.
  • the target hot water temperature lower limit value is used in place of the value of the hot water C, which is the mixed valve hot water output from the hot water mixing valve 103, in the equation (5).
  • the value of the target hot water temperature is a value that varies according to the levels of the indoor temperature and the outside air temperature. In order to realize the comfort of the user, it is necessary to cover the range of the target hot water temperature set by the user with the main remote controller 209 (the target hot water temperature lower limit value to the target hot water temperature upper limit value). Therefore, in order to cover the range of the target hot water temperature, the target hot water temperature lower limit value is used.
  • a calculated value (Max_bufferT_CAL) of the maximum heat storage temperature of the hot water storage tank 104 is obtained.
  • the calculated value (Max_bufferT_CAL) of the maximum heat storage possible temperature calculated by the maximum temperature calculation means 212 is output to the maximum temperature determination means 213.
  • an actual value (Max_bufferT) which is a value that can be realized as the maximum temperature that can be stored, is obtained by dividing the calculated value of the maximum temperature that can store heat by the ratio ⁇ .
  • the actual value of the maximum temperature that can be stored is obtained by correcting the calculated value of the maximum temperature that can be stored from Equation (7) by the ratio ⁇ .
  • the maximum temperature determining means 213 corrects the calculated value of the maximum heat storage possible temperature based on the equation (8), and determines the maximum heat storage possible temperature.
  • FIG. 3 shows the actual value (Max_bufferT) of the maximum heat storage temperature, the target hot water temperature lower limit (The_min), the opening degree (Rmin) of the hot water mixing valve 103, and the temperature difference ( ⁇ T) radiated by the use side heat exchanger 106. Shows the relationship.
  • the maximum heat storage possible temperature determined by the maximum temperature determination means 213 is output to the operation control means 214.
  • the operation control means 214 includes a refrigerant / water heat exchanger 107, a booster heater 108, and a submerged heater so that the temperature of hot water stored in the hot water heat storage tank 104 becomes the maximum heat storage possible temperature determined by the maximum temperature determination means 213. 105, the first circulation pump 101 and the second circulation pump 102 are controlled.
  • the refrigerant / water heat exchanger 107, the booster heater 108, the submerged heater 105, the first circulation pump 101, and the second circulation pump 102 are controlled by the heat storage temperature installed in the hot water storage tank 104. It is executed while monitoring the output from the sensor 208.
  • the operation control means 214 determines that the heat storage is completed when the temperature detected by the heat storage temperature sensor 208 reaches the maximum heat storage possible temperature. Note that heat storage may be determined to be complete when the temperature of the hot water returned to the heat source device 100 detected by the first return temperature sensor 202 has reached the maximum heat storage possible temperature.
  • the hot water A hot water temperature THW 1 is 50 ° C.
  • the hot water C temperature THW 6 obtained from the second hot water temperature sensor 206 is 40 ° C.
  • the hot water B return temperature THW 7 obtained from the second return temperature sensor 207 is measured. Is 35 ° C.
  • the opening degree of the hot water mixing valve 103 is set to 30%.
  • the upper limit value of the target hot water temperature is set to 60 ° C. and the lower limit value is set to 30 ° C. by the main remote controller 209 by the user.
  • the minimum opening degree of the hot water mixing valve 103 is set to 10%
  • the target hot water temperature lower limit value set by the user with the main remote controller 209 is 30 ° C.
  • the temperature THW 6 of the hot water C (40 ° C. )
  • a temperature difference of 5 ° C. between the return temperature THW7 (35 ° C.) of the hot water B is calculated as follows.
  • the hot water heat storage tank 104 is set at a temperature of 2 to 3 ° C. higher than the target hot water temperature upper limit value set by the user. It can only store heat up to high temperatures. That is, when the target hot-water temperature upper limit is set to 60 ° C. as described above, conventionally, heat can be stored in the hot water heat storage tank 104 only up to about 62, 63 ° C. On the other hand, according to the present embodiment, heat can be stored up to about 75.95 ° C. with respect to the upper limit 60 ° C. of the target hot water temperature.
  • the lower limit value of the target hot water temperature set by the user and the temperature difference of the heat radiation of the use side heat exchanger 106 are used.
  • the lower limit value of the target hot water temperature even if heat is stored in the hot water heat storage tank 104 up to the calculated maximum temperature, the user's comfort is not impaired.
  • the temperature difference of heat radiation of the use side heat exchanger 106 it is possible to prevent malfunction of the use side heat exchanger 106 due to temperature rise.
  • the current temperature difference is used as the temperature difference used for calculating the amount of heat Q (B) obtained by the hot water B, but the present invention is not limited to this.
  • the temperature difference learned based on the measured temperature THW6 of the hot water C output from the hot water mixing valve 103 measured in the past and the return temperature THW7 of the hot water B returning from the use side heat exchanger 106 may be used. .

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Abstract

太陽光発電装置と連動し、熱源器、温水蓄熱タンク、温水混合弁、利用側熱交換器を有する暖房装置において、温水蓄熱タンクに蓄熱可能な最大温度を決定する。暖房装置の制御部は、温水混合弁から出力される混合弁出湯温水の温度と、利用側熱交換器の放熱の温度差と、温水混合弁における温水蓄熱タンクから出力されるタンク出湯温水と利用側熱交換器からの戻り水との混合比と、設定される目標出湯温度とに基づいて、温水蓄熱タンクに蓄熱可能な最大温度を決定する。制御部は、温水蓄熱タンクにおける蓄熱温度が決定された最大温度となるよう熱源器の運転制御を行う。

Description

暖房装置
 本発明は、自然エネルギーを利用した暖房装置に関するものである。
 従来、戸建て住宅や集合住宅などの比較的小規模な建物において、輻射式暖房が用いられている。欧州における暖房は、温水循環による床暖房、ラジエータなど輻射暖房方式が一般的である。近年、このような一般住宅における暖房には、例えば太陽光発電等の自然エネルギーによる発電を利用した装置が広く普及している。太陽光発電を利用した暖房装置は、暖房回路内に温水蓄熱タンクを備えており、この温水蓄熱タンクに温水が貯湯され、熱が一時的に蓄熱される。
 特許文献1には、商用電力によりヒートポンプユニットを稼働させヒートポンプユニットで加熱した高温の湯を貯湯タンク内に貯える貯湯式給湯装置を、暖房熱源として機能させる構成が記載されている。この装置では、急激な気温変化に起因する貯湯タンクの蓄熱量不足若しくは蓄熱量過多による使い勝手の悪さ、電力料金の無駄を防止するため、給湯に使用すると予測される給湯予測熱量と暖房に使用されると予測される暖房予測熱量とを求めて蓄熱する目標蓄熱量として算出し、貯湯タンク内の湯の沸かし上げを行っている。
特開2005-257213号公報
 しかしながら、特許文献1に記載の暖房装置を単純に太陽光発電装置を利用して動作させても、貯湯タンクへの蓄熱温度は、現在の目標出湯温度に数℃程度、または予め定めた放熱器の許容上限温度までしか温度を上げることができない。蓄熱タンクの蓄熱温度が過剰である場合、室内温度の上昇により使用者に不快感を与えることがあり、また床暖房などの利用側熱交換器の許容上限温度を超えた温水が流入することにより利用側熱交換器の故障を招く恐れがあるからである。特許文献1の暖房装置では、これらの不具合を回避するために、太陽光発電により得られるエネルギーを十分に活用することができないという問題がある。
 本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、使用者の快適性をそこなうことなく、自然エネルギーによる発電を最大限活用することを目的とする。
 本発明に係る暖房装置は、循環する水を加熱する熱源器と、熱源器に接続され、熱源器で加熱される熱源器加熱温水が貯留される温水蓄熱タンクと、温水蓄熱タンクに接続され、入力される温水と周囲空間との間で熱交換を行う利用側熱交換器と、温水蓄熱タンクと利用側熱交換器との間に設けられ、温水蓄熱タンクから出力されるタンク出湯温水と利用側熱交換器から出力される戻り水とを混合し、混合した温水を利用側熱交換器に出力する温水混合弁とを有する熱源回路と、温水混合弁から出力され利用側熱交換器に入力される混合弁出湯温水と戻り水との温度差と、温水混合弁における、タンク出湯温水と戻り水との混合比と、設定される目標出湯温度とに基づいて、温水蓄熱タンクに蓄熱可能な最大温度を決定する最大温度決定手段と、温水蓄熱タンクの蓄熱温度が最大温度となるよう熱源器を制御する運転制御手段とを有する制御部とを含むものである。
 本発明に係る暖房装置によると、温水混合弁から出力される温水の温度、利用側熱交換器の放熱の温度差、温水混合弁における混合比、および設定される目標出湯温度から、温水蓄熱タンクに蓄熱可能な最大温度が決定され、温水蓄熱タンクの蓄熱温度が決定された最大温度となるよう、熱源器が制御される。従って、使用者の快適性を維持するとともに利用側熱交換器の機能に影響を与えることなく、温水蓄熱タンクにおける蓄熱可能な温度を高めることができる。
本発明の実施の形態に係る暖房装置を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る暖房装置の制御コントローラと、該制御コントローラとの間で入出力が行われる構成要素とを示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る暖房装置における、温水混合弁の開度、温水蓄熱タンクの蓄熱可能な最大温度、利用側熱交換器の放熱の温度差の関連を示す図である。
 以下に、本発明における暖房装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面においては各構成部材の大きさは実際の装置とは異なる場合がある。
 実施の形態.
 図1は、本発明の実施の形態に係る暖房装置を示すブロック図である。熱源回路1は、熱源機100と、第1の循環ポンプ101と、第2の循環ポンプ102と、温水混合弁103と、温水蓄熱タンク104と、浸水ヒータ105と、利用側熱交換器106と、冷媒/水熱交換器107と、ブースタヒータ108を備えている。本実施の形態では、熱源機100と、浸水ヒータ105と、ブースタヒータ108とで、熱源回路1を循環する水を加熱する熱源器を構成している。
 熱源機100は、冷媒/水熱交換器107を含む冷媒回路で構成されており、空気と冷媒との冷凍サイクルにより高温または低温の冷媒を生成する。冷媒/水熱交換器107において、暖房の場合は生成された冷媒と温水との熱交換が行われ、冷房の場合は冷媒と冷水との熱交換が行われる。
 本実施の形態において、熱源回路1は暖房に用いられる。冷媒/水熱交換器107は、例えばプレート式熱交換器であり、生成された冷媒と温水との熱交換が行われる。冷媒/水熱交換器107において熱交換された温水は、温水蓄熱タンク104を経由して利用側熱交換器106へ送られる。利用側熱交換器106は、放熱器であり、例えば床暖房若しくはラジエータなどに用いられ、対象物を暖めるものである。
このような熱源回路1を暖房として用いる場合において、温水蓄熱タンク104は、冷媒/水熱交換器107における熱交換で高温となった温水を貯留しておくタンクであり、熱源回路1全体の保有水量の確保、例えばボイラ等の他熱源との接続用などを目的として配設される。本実施の形態では、温水蓄熱タンク104は、太陽光発電における蓄熱タンクとして使用することを目的としている。温水蓄熱タンク104には、浸水ヒータ105が設けられている。浸水ヒータ105は、熱源機100の加熱能力が不足している場合等に、温水蓄熱タンク104の内部に貯留している温水をさらに加熱するためのものである。
 第1の循環ポンプ101は、熱源機100の冷媒/水熱交換器107と温水蓄熱タンク104との間を循環させ、第2の循環ポンプ102は、利用側熱交換器106と温水蓄熱タンク104との間を循環させる。
 熱源機100と温水蓄熱タンク104との間にはブースタヒータ108が設けられている。ブースタヒータ108は、冷媒/水熱交換器107で加熱された後の温水をさらに補助的に加熱するためのものである。
 温水混合弁103は、温水蓄熱タンク104と利用側熱交換器106との間に設けられており、ここでは三方弁を用いて、温水蓄熱タンク104から出るタンク出湯温水と、利用側熱交換器106から戻る戻り水の混合を制御する。温水混合弁103の開度が小さい場合、利用側熱交換器106からの戻り水に対する温水蓄熱タンク104からのタンク出湯温水の量は少ない。温水混合弁103の開度が大きい場合、利用側熱交換器106からの戻り水に対する温水蓄熱タンク104からのタンク出湯の量は多い。温水混合弁103の開度は%で表される。例えば、温水混合弁103の開度が10%の場合、タンク出湯温水と戻り水の混合比は1:9となる。
 制御コントローラ200には太陽光発電システムの発電コントローラ300が接続されている。発電コントローラ300から制御コントローラ200へ蓄熱指令が出されると、制御コントローラ200は熱源機100を駆動して温水蓄熱タンク104への蓄熱を実施する。熱源機100の加熱能力が不足している場合は、上述の浸水ヒータ105またはブースタヒータ108が駆動され、温水蓄熱タンク104への蓄熱が行われる。
 熱源回路1には、第1の出湯温度センサ201、第1の戻り温度センサ202、第2の出湯温度センサ206、第2の戻り温度センサ207、および蓄熱温度センサ208が設けられている。第1の出湯温度センサ201は、熱源機100から出力され、場合によってブースタヒータ108によりさらに加熱され、温水蓄熱タンク104へ入力される熱源機出湯温水の温度を検知するためのものである。第2の出湯温度センサ206は、温水混合弁103から出力され、利用側熱交換器106へ入力される混合弁出湯温水の温度を検知するためのものである。第2の戻り温度センサ207は、利用側熱交換器106で周囲空間の空気と熱交換して利用側熱交換器106から戻ってきた戻り水の温度を検知するためのものである。第1の戻り温度センサ202は、利用側熱交換器106から温水蓄熱タンク104を経由して熱源機100へ戻ってきた水の温度を検知するためのものである。蓄熱温度センサ208は、温水蓄熱タンク104の蓄熱温度を検知するためのものである。
 制御コントローラ200には、第1の出湯温度センサ201、第1の戻り温度センサ202、第2の出湯温度センサ206、第2の戻り温度センサ207、および蓄熱温度センサ208からそれぞれ出力される温度情報が入力される。また、制御コントローラ200には、温水混合弁103の弁開度情報が入力される。さらに、制御コントローラ200には、使用者により操作されるメインリモコン209の出力情報が入力される。使用者は、メインリモコン209を介して、目標出湯温度、目標出湯温度上限値、目標出湯温度下限値等を設定することができる。制御コントローラ200は、これらの入力情報に基づいて、熱源機100の制御、第1の循環ポンプ101および第2の循環ポンプ102のON/OFF制御、温水混合弁103の弁開度の調節、浸水ヒータ105およびブースタヒータ108の制御を行う。
 図2は、本発明の実施の形態に係る暖房装置の制御コントローラと、該制御コントローラとの間で入出力が行われる構成要素とを示すブロック図である。制御コントローラ200は、温度情報取得手段211と、最大温度計算手段212と、最大温度決定手段213と、運転制御手段214とを備えている。
 制御コントローラ200の温度情報取得手段211に、第1の出湯温度センサ201、第1の戻り温度センサ202、第2の出湯温度センサ206、および第2の戻り温度センサ207からそれぞれ出力された情報が入力される。すなわち、温度情報取得手段211は、熱源機出湯温水の温度情報を第1の出湯温度センサ201から受け取り、タンク出湯温水の温度情報を第2の出湯温度センサ206から受け取り、利用側熱交換器106からの戻り水の温度情報を第2の戻り温度センサ207から受け取り、熱源機100へ戻ってきた水の温度情報を第1の戻り温度センサ202から受け取る。
 また、温度情報取得手段211には、メインリモコン209から出力された情報が入力される。すなわち、温度情報取得手段211は、使用者により設定された目標出湯温度、目標出湯温度上限値、目標出湯温度下限値を受け取る。
 温度情報取得手段211が受け取った上述の情報は、最大温度計算手段212に出力される。最大温度計算手段212は、温度情報取得手段211から入力された上述の情報に基づいて、温水蓄熱タンク104に貯湯される温水の可能最大温度、すなわち温水蓄熱タンク104に蓄熱可能な最大温度(以下、蓄熱可能最大温度)の計算値を算出する。
 以下に、最大温度計算手段212で実行される蓄熱可能最大温度の計算値の算出の手順を説明する。蓄熱可能最大温度の算出には、以下の式(1)で示す熱量の算出式が用いられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 式(1)において、比熱Cpを「1」、温水質量を温水混合弁103の開度に置き換えることにより、式(2)に示すように熱量比率Qrateの算出式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 式(2)中、温水混合弁103の開度rの単位は%(パーセント)である。
 ここで、熱源機100から出力され、場合によって浸水ヒータ105若しくはブースタヒータ108で加熱され、温水混合弁103に入力される熱源器加熱温水(温水A)の温度、利用側熱交換器106から戻ってきて温水混合弁103に入力される戻り水(以下温水B)、および温水混合弁103から出力される混合弁出湯温水(温水C)の温度の関係について考察する。温水Aの温度を出湯温度THW1とし、温水Bの温度を戻り温度THW7、温水Cの温度をTempCとする。温水混合弁103により混合されることにより温水Aが失った熱量Q(A)および温水Bが得た熱量Q(B)は、上述の式(1)より以下の通りとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 さらに、上述の式(2)より、温水Aが失った熱量比率Qrate(A)および温水Bが得た熱量比率Qrate(B)は以下の通りとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 熱量保存の法則により、高温の温水Aが失った熱量は低温の温水Bが得た熱量と等しく、高温の温水Aが失った熱量の比率は低温の温水Bが得た熱量の比率と等しい。従って以下の式(5)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 式(5)に基づいて、TempC、すなわち温水混合弁103から出力される温水Cの温度を算出することができる。
 一方、第2の出湯温度センサ206から出力され、制御コントローラ200に入力される情報は、温水Cの実測値である。すなわち、温水蓄熱タンク104から出力されたタンク出湯温水と温水Bとが温水混合弁103で混合されて出力される温水Cの実際の温度が、第2の出湯温度センサ206から得られる。第2の出湯温度センサ206から得られる温水Cの実測値をTHW6とすると、式(6)に示すように、温水Cの実測値と計算値の比率αが得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 次に、温水蓄熱タンク104の蓄熱可能最大温度の算出について説明する。熱源機100から出力される熱源機出湯温水の熱量と利用側熱交換器106からの戻り水の熱量との間に成立する比率関係を示した上述の式(4)および式(5)を、温水混合弁103から出力される混合弁出湯温水の熱量と利用側熱交換器106の戻り水の熱量の比率について適用することにより、温水蓄熱タンク104における蓄熱可能最大温度を算出する。本実施の形態では、温水蓄熱タンク104における蓄熱可能最大温度の算出において、以下の3つの条件に基づいて式(5)を適用する。
 第1の条件として、式(5)中の温水混合弁103の開度rには最小開度Rminを用いる。最小開度とは、温水混合弁103が有する機械的構成で規定される開度範囲のうち、利用側熱交換器106からの戻り水に対する温水蓄熱タンク104からのタンク出湯温水の比率が最小となる開度である。温水混合弁103により高温の温水を少量だけ混合させるという目的で、第1の条件が設定される。
 第2の条件として、温水混合弁103により混合されることにより利用側熱交換器106からの戻り水である温水Bが得る熱量の比率の算出において、温度差には現行の温度差が使用される。現行の温度差とは、後述する運転制御手段214により熱源機100が運転制御され、熱源回路1において温水が循環しているときに、第2の出湯温度センサ206から得られる温水Cの実測値であるTHW6と、第2の戻り温度センサ207から得られる温水Bの温度である戻り温度THW7との差分であり、利用側熱交換器106の放熱の温度差である。この現行の温度差を用いるのは、欧州で使用されている利用側熱交換器の温度範囲(例えば30℃~60℃)での温度差は大きく変化しないためである。
 第3の条件として、式(5)中において、温水混合弁103から出力される混合弁出湯温水である温水Cの値に代えて目標出湯温度下限値を用いる。目標出湯温度の値は室内温度および外気温度の高低に従って可変する値である。使用者の快適性を実現するためにはメインリモコン209で使用者により設定される目標出湯温度の範囲(目標出湯温度下限値~目標出湯温度上限値)をカバーする必要がある。そこで、目標出湯温度の範囲をカバーするために、目標出湯温度下限値を用いる。
 第1~第3の条件に基づいて上述の式(5)を展開すると、以下の式(7)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 式(7)より、温水蓄熱タンク104の蓄熱可能最大温度の計算値(Max_bufferT_CAL)が求められる。最大温度計算手段212で算出された蓄熱可能最大温度の計算値(Max_bufferT_CAL)は最大温度決定手段213に出力される。
 熱量比率から算出される温水の温度値と実際に計測される温水の温度値は、上述の式(6)で示す比率αを成している。従って、以下に示す式(8)に示すように、蓄熱可能な最大温度の計算値を比率αで割ることにより、蓄熱可能な最大温度として実現できる値である実際値(Max_bufferT)が得られる。換言すると、蓄熱可能最大温度の実際値は、式(7)から求めた蓄熱可能最大温度の計算値を比率αで補正することにより得られる。最大温度決定手段213では、式(8)に基づいて蓄熱可能最大温度の計算値を補正し、蓄熱可能な最大温度を決定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 図3に、蓄熱可能最大温度の実際値(Max_bufferT)、目標出湯温度下限値(The_min)、温水混合弁103の開度(Rmin)、利用側熱交換器106で放熱される温度差(ΔT)の関連を示す。
 最大温度決定手段213で決定された蓄熱可能最大温度は、運転制御手段214に出力される。運転制御手段214は、温水蓄熱タンク104に貯湯される温水の温度が、最大温度決定手段213で決定された蓄熱可能最大温度となるよう、冷媒/水熱交換器107、ブースタヒータ108、浸水ヒータ105、第1の循環ポンプ101、および第2の循環ポンプ102の制御を行う。運転制御手段214において、冷媒/水熱交換器107、ブースタヒータ108、浸水ヒータ105、第1の循環ポンプ101、および第2の循環ポンプ102の制御は、温水蓄熱タンク104に設置された蓄熱温度センサ208からの出力をモニタしながら実行される。運転制御手段214は、蓄熱温度センサ208から検知される温度が蓄熱可能最大温度に到達した時点で、蓄熱完了と判断する。なお、第1の戻り温度センサ202により検知される熱源機100へ戻ってきた温水の温度が蓄熱可能最大温度に到達した時点で蓄熱完了と判断してもよい。
 ここで、具体的な数値を用いて本実施の形態の作用について説明する。各計測値について、温水Aの出湯温度THW1を50℃、第2の出湯温度センサ206から得られる温水Cの温度THW6を40℃、第2の戻り温度センサ207から得られる温水Bの戻り温度THW7を35℃とする。また、温水混合弁103の開度を30%とする。さらに、使用者によりメインリモコン209で、目標出湯温度の上限値が60℃、下限値が30℃に設定されたとする。これらの各値を上述の式(5)に代入すると、以下の通り温水Cの温度の計算値であるTempCが得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 TempCおよびTHW6を上述の式(6)に代入すると、以下の通り、比率αが得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 一方、上述の式(7)に、温水混合弁103の最小開度を10%とし、使用者によりメインリモコン209で設定される目標出湯温度下限値の30℃、温水Cの温度THW6(40℃)と温水Bの戻り温度THW7(35℃)の温度差5℃を代入すると、以下の通り、蓄熱可能最大温度の計算値が算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 さらに、先に求めた蓄熱可能最大温度の計算値(75℃)を比率α(0.9875)で補正することにより、蓄熱可能最大温度の実際値(Max_buffer)として約79.95℃が決定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 従来、温度上昇が利用側熱交換器106に与えるダメージおよび使用者が感じるであろう不快感を考慮し、温水蓄熱タンク104において、使用者により設定された目標出湯温度上限値より2、3℃高い温度までしか蓄熱できない。すなわち、上述のように目標出湯温度上限値が60℃に設定された場合、従来では62、63℃程度までしか、温水蓄熱タンク104において蓄熱することができない。これに対し、本実施の形態によれば、目標出湯温度の上限値60℃に対して、約75.95℃まで蓄熱することができる。
 温水蓄熱タンク104の蓄熱可能最大温度の算出において、使用者により設定される目標出湯温度の下限値と利用側熱交換器106の放熱の温度差を用いている。目標出湯温度の下限値を用いることにより、算出された最大温度まで温水蓄熱タンク104で蓄熱しても、使用者の快適性を損なうことがない。また、利用側熱交換器106の放熱の温度差を用いることにより、温度上昇に起因する利用側熱交換器106の動作不良を防止することができる。
 従って、本実施の形態のように太陽光発電システムに接続されている場合、使用者の快適性を維持しながら太陽光発電により得られるエネルギーを十分に活用することができ、省エネルギー、省コストが図られる。
 なお、本実施の形態においては、温水Bが得る熱量Q(B)の算出に用いる温度差として現行の温度差を使用しているが、これに限るものではない。過去に計測した温水混合弁103から出力される温水Cの実測値の温度THW6と、利用側熱交換器106から戻ってくる温水Bの戻り温度THW7に基づいて学習した温度差を用いてもよい。
 1 熱源回路、100 熱源機、101 第1の循環ポンプ、102 第2の循環ポンプ、103 温水混合弁、104 温水蓄熱タンク、105 浸水ヒータ、106 利用側熱交換器、107 冷媒間交換器、108 ブースタヒータ、200 制御コントローラ、201 第1の出湯温度センサ、202 第1の戻り温度センサ、206 第2の出湯温度センサ、207 第2の戻り温度センサ、208 蓄熱温度センサ、209 メインリモコン、211 温度情報取得手段、212 最大温度計算手段、213 最大温度決定手段、214 運転制御手段、300 外部コントローラ。

Claims (8)

  1.  循環する水を加熱する熱源器と、
     前記熱源器に接続され、前記熱源器で加熱される熱源器加熱温水が貯留される温水蓄熱タンクと、
     前記温水蓄熱タンクに接続され、入力される温水と周囲空間との間で熱交換を行う利用側熱交換器と、
     前記温水蓄熱タンクと前記利用側熱交換器との間に設けられ、前記温水蓄熱タンクから出力されるタンク出湯温水と前記利用側熱交換器から出力される戻り水とを混合し、混合した温水を前記利用側熱交換器に出力する温水混合弁とを有する熱源回路と、
     前記温水混合弁から出力され前記利用側熱交換器に入力される混合弁出湯温水と前記戻り水との温度差と、前記温水混合弁における、前記タンク出湯温水と前記戻り水との混合比と、設定される目標出湯温度とに基づいて、前記温水蓄熱タンクに蓄熱可能な最大温度を決定する最大温度決定手段と、前記温水蓄熱タンクの蓄熱温度が前記最大温度となるよう前記熱源器を制御する運転制御手段とを有する制御部と
     を備えた暖房装置。
  2.  前記制御部は、前記温水混合弁における前記混合比と、前記目標出湯温度と、前記温度差とに基づいて前記最大温度の計算値を算出する最大温度計算手段を有し、
     前記決定手段は、前記熱源器加熱温水の温度と前記混合比と前記戻り水の温度とから算出した前記混合弁出湯温水の温度の計算値と前記混合弁出湯温水の温度の実測値との比率に基づいて、前記最大温度計算手段で算出された前記計算値を補正し、前記最大温度を決定する
     請求項1に記載の暖房装置。
  3.  前記算出手段は、前記温水混合弁が有する機械的構成で規定される開度範囲のうち、前記戻り水に対する前記タンク出湯温水の比率が最小となる開度で前記温水混合弁が開かれている、という条件で前記混合比を設定し、前記計算値を算出する
     請求項1または2に記載の暖房装置。
  4.  前記温度差は、前記運転制御手段により前記熱源器が制御されているときの前記利用側熱交換器に入力される前記混合弁出湯温水と前記利用側熱交換器から出力される前記戻り水の温度差である請求項1~3のいずれか1項に記載の暖房装置。
  5.  前記目標出湯温度は、使用者に設定される下限値である請求項1~4のいずれか1項に記載の暖房装置。
  6.  前記熱源器は、冷媒と水との間で熱交換を行い温水を出力する熱源機と、前記熱源機から出力される温水を加熱する第1の加熱手段と、前記温水蓄熱タンクに貯留される温水を加熱する第2の加熱手段とを備える請求項1~5のいずれか1項に記載の暖房装置。
  7.  さらに、前記熱源器加熱温水を循環させる第1の循環ポンプと、前記戻り水を循環させる第2の循環ポンプとを備え、
     前記運転制御手段は、前記熱源器と前記第1の循環ポンプと前記第2の循環ポンプとを制御する請求項1~6のいずれか1項に記載の暖房装置。
  8.  前記熱源器が太陽光発電によって動作するものである請求項1~7のいずれか1項に記載の暖房装置。
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