(57)【要約】【課題】流体回路システムを省エネルギー化することが可能な流量制御を実現することを目的とする。【解決手段】流体を加熱又は冷却する室外機１０と、室外機１０で加熱又は冷却された流体を利用する貯湯タンク４０や冷暖房装置５０ａ〜５０ｃとを備える流体利用システム１００において、制御装置３５は、流体利用システム１００が必要な熱量である負荷を検出し、検出した負荷に応じて、ポンプ２３を制御して、水回路２４を循環する水の流量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を加熱又は冷却する加冷却装置と、前記加冷却装置で加熱又は冷却された流体を利用する流体利用装置とを備える流体回路システムにおける流体の流量を制御する流量制御装置であり、
前記流体利用装置が必要な熱量である負荷を検出する負荷検出部と、
前記負荷検出部が検出した負荷に応じて、前記流量を制御する流量制御部と
を備えることを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
前記負荷検出部は、
前記加冷却装置で加熱又は冷却された後の流体の温度である後温度を検出する後温度検出部と、
前記加冷却装置で加熱又は冷却される前の流体の温度である前温度を検出する前温度検出部と、
前記後温度検出部が検出した後温度と、前記前温度検出部が検出した前温度との温度差を前記負荷として計算する温度差計算部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項３】
前記流量制御部は、前記温度差が大きいほど前記流量を増やし、前記温度差が小さいほど前記流量を減らす
ことを特徴とする請求項２に記載の流量制御装置。
【請求項４】
前記流量制御装置は、さらに、
前記流量と、前記温度差と、前記加冷却装置の消費電力とからＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を計算するＣＯＰ計算部と、
前記流量と、前記ＣＯＰ計算部が計算したＣＯＰとをリモートコントローラ又は他の表示装置に表示する表示部と
を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の流量制御装置。
【請求項５】
前記流量制御部は、ポンプの回転数を制御することによって前記流量を制御し、
前記ＣＯＰ計算部は、前記ポンプから得られる情報から前記流量を計算する
ことを特徴とする請求項４に記載の流量制御装置。
【請求項６】
前記流量制御部は、予め定められた流量の上限及び下限の範囲内において、前記流量を制御する
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の流量制御装置。
【請求項７】
流体を加熱又は冷却する加冷却装置と、
前記加冷却装置と配管によって接続され、前記加冷却装置で加熱又は冷却された流体を利用する流体利用装置と、
前記流体利用装置が必要な熱量である負荷に応じて、前記流体の流量を制御する流量制御装置と
を備えることを特徴とする流体回路システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水等の流体を熱媒体として用いた冷暖房や給湯を行う流体回路システムにおける流体の流量制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、流体回路システムにおいて、試運転で得られた圧力損失の特性に従い流量制御することが記載されている。特許文献２，３には、流体回路システムにおいて、流量が定格流量になるように流量制御することが記載されている。
特許文献１から３には、ポンプのフィードバック信号から流量を検出して流量を制御することについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３１７７４８号公報
【特許文献２】特開２００１−３４２９８９号公報
【特許文献３】特開２００１−３４２９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３に記載された流量制御では、運転中の冷暖房負荷の影響が考慮されておらず、不要な電気エネルギーを消費してしまう恐れがある。
この発明は、流体回路システムを省エネルギー化することが可能な流量制御を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る流量制御装置は、
流体を加熱又は冷却する加冷却装置と、前記加冷却装置で加熱又は冷却された流体を利用する流体利用装置とを備える流体利用システムにおける流体の流量を制御する流量制御装置であり、
前記流体利用装置が必要な熱量である負荷を検出する負荷検出部と、
前記負荷検出部が検出した負荷に応じて、前記流量を制御する流量制御部と
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係る流量制御装置は、流体利用装置の負荷に応じて流量制御する。これにより、流体回路システムを省エネルギー化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１に係る流体回路システム１００の構成図。
【図２】実施の形態１に係る流体回路システム１００の給湯暖房運転時の冷媒及び水の流れを示す図。
【図３】実施の形態１に係る流体回路システム１００の冷房運転時の冷媒及び水の流れを示す図。
【図４】実施の形態１に係る制御装置３５の構成図。
【図５】実施の形態１に係る制御装置３５の動作を示すフローチャート。
【図６】実施の形態２に係る制御装置３５の構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る流体回路システム１００の構成図である。
流体回路システム１００は、室外機１０（加冷却装置の一例）、室内機２０、貯湯タンク４０（流体利用装置の一例）、冷暖房装置５０ａ〜５０ｃ（流体利用装置の一例）を備える。
【０００９】
室外機１０は、圧縮機１１、膨張弁１２、熱交換器１３、四方弁１４を備える。
室内機２０は、熱交換器２１、補助ヒータ２２、ポンプ２３等を備える。
【００１０】
圧縮機１１と、熱交換器２１と、膨張弁１２と、熱交換器１３とは配管により順次接続され、冷媒が循環する冷媒回路１５が構成される。冷媒回路１５には四方弁１４が設けられ、冷媒の循環方向が切替可能となっている。
【００１１】
熱交換器２１と、補助ヒータ２２と、ポンプ２３と、貯湯タンク４０とが配管により順次接続され、水（流体の一例）が循環する水回路２４が構成される。水回路２４には、ポンプと貯湯タンク４０との間に設けられた三方弁２５から、冷暖房装置５０ａ〜５０ｃを経由して、貯湯タンク４０と熱交換器２１との間の合流点２６までが配管により接続されている。冷暖房装置５０ａ〜５０ｃには、それぞれ、その冷暖房装置５０ａ〜５０ｃへ流れる水の流量を調整するためのバルブ５１ａ〜５１ｃが設けられている。また、水回路２４には、合流点２６と熱交換器２１との間に、ストレーナ２７、排水栓２８が接続されている。
さらに、水回路２４には、熱交換器２１から流出し、貯湯タンク４０や冷暖房装置５０ａ〜５０ｃへ供給される水の温度（後温度）を検出する温度センサ２９と、貯湯タンク４０や冷暖房装置５０ａ〜５０ｃから戻り、熱交換器２１へ流入する水の温度（前温度）を検出する温度センサ３０とが設けられている。
【００１２】
なお、室内機２０には、水回路２４内の圧力を逃すための圧力逃し弁３１、水回路２４内の圧力を検出するための圧力計３２、水回路２４内の空気を逃すための空気逃し弁３３、膨張した水を蓄えるための膨張タンク３４も設けられている。
さらに、室内機２０には、温度センサ２９によって検出された後温度と、温度センサ３０によって検出された前温度とに基づき、ポンプ２３を制御する制御装置３５（流量制御装置）も設けられている。
【００１３】
貯湯タンク４０の下部には、水が供給される供給配管４１が接続されており、貯湯タンク４０の上部には、外部のサニタリー設備へ温水を供給する出湯配管４２が接続されている。
また、貯湯タンク４０には、内部に蓄えられた水と、水回路２４を循環する水とを熱交換させるコイル４３と、内部に蓄えられた水を加熱する電気ヒータ４４と、内部に蓄えられた水の温度を検出する温度センサ４５とが設けられている。
さらに、貯湯タンク４０には、内部に蓄えられた水を抜くための排水栓４６が設けられている。
【００１４】
図２は、実施の形態１に係る流体回路システム１００の給湯暖房運転時の冷媒及び水の流れを示す図である。図２において、実線矢印は冷媒の流れを示し、破線矢印は水の流れを示す。
給湯暖房運転の場合、四方弁１４は、図１の実線の流路に設定される。また、三方弁２５は、全ての口が開けられる。
【００１５】
冷媒回路１５では、圧縮機１１により高温高圧となったガス冷媒は、熱交換器２１へ流入する。熱交換器２１へ流入したガス冷媒は、水回路２４を循環する水と熱交換され凝縮して液冷媒となる。この際、水回路２４を循環する水は加熱される。液冷媒は、膨張弁１２を通り、膨張して低温低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、熱交換器１３へ流入して、外気と熱交換され蒸発してガス冷媒となる。ガス冷媒は、圧縮機１１へ流入して圧縮され、再び高温高圧となる。
【００１６】
一方、水回路２４では、熱交換器２１で加熱された水は、補助ヒータ２２とポンプ２３とを通り、三方弁２５へ流入する。なお、補助ヒータ２２は、必要に応じて、熱交換器２１で加熱された水をさらに加熱する。三方弁２５へ流入した水の一部は貯湯タンク４０へ流入し、残りは冷暖房装置５０ａ〜５０ｃへ流入する。
貯湯タンク４０へ流入した水は、コイル４３において、貯湯タンク４０内に蓄えられた水と熱交換され冷却される。この際、貯湯タンク４０内に蓄えられた水は加熱される。
冷暖房装置５０ａ〜５０ｃへ流入した水は、冷暖房装置５０ａ〜５０ｃが設置された部屋の空気と熱交換され、冷却される。この際、部屋の空気が加熱される。なお、冷暖房装置５０ａ〜５０ｃへ流入する水の流量は、バルブ５１ａ〜５１ｃによって調整される。
貯湯タンク４０で冷却された水と冷暖房装置５０ａ〜５０ｃで冷却された水とは、合流点２６で合流して、熱交換器２１へ流入し、再び加熱される。
【００１７】
なお、図２では、給湯運転と暖房運転との両方を行う給湯暖房運転の場合を説明した。しかし、三方弁２５を制御することにより、給湯運転だけを行うこともできるし、暖房運転だけを行うこともできる。
【００１８】
図３は、実施の形態１に係る流体回路システム１００の冷房運転時の冷媒及び水の流れを示す図である。図３において、実線矢印は冷媒の流れを示し、破線矢印は水の流れを示す。
冷房運転の場合、四方弁１４は、図１の破線の流路に設定される。また、三方弁２５は、貯湯タンク４０側の口が閉じられ、残りの口が開けられる。
【００１９】
冷媒回路１５では、圧縮機１１により高温高圧となったガス冷媒は、熱交換器１３へ流入する。熱交換器１３へ流入したガス冷媒は、外気と熱交換され凝縮して液冷媒となる。液冷媒は、膨張弁１２を通り、膨張して低温低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、熱交換器２１へ流入して、水回路２４を循環する水と熱交換され蒸発してガス冷媒となる。この際、水回路２４を循環する水は冷却される。ガス冷媒は、圧縮機１１へ流入して圧縮され、再び高温高圧となる。
【００２０】
一方、水回路２４では、熱交換器２１で冷却された水は、補助ヒータ２２とポンプ２３とを通り、三方弁２５へ流入する。三方弁２５へ流入した水は冷暖房装置５０ａ〜５０ｃへ流入する。
冷暖房装置５０ａ〜５０ｃへ流入した水は、冷暖房装置５０ａ〜５０ｃが設置された部屋の空気と熱交換され、加熱される。この際、部屋の空気が冷却される。なお、冷暖房装置５０ａ〜５０ｃへ流入する水の流量は、バルブ５１ａ〜５１ｃによって調節される。
冷暖房装置５０ａ〜５０ｃで冷却された水は、熱交換器２１へ流入し、再び加熱される。
【００２１】
給湯運転の場合、貯湯タンク４０に蓄えられた水が使用され、冷水が貯湯タンク４０に供給された場合には、貯湯タンク４０の負荷（貯湯タンク４０に蓄えられた水を設定温度にするのに必要な熱量）が増加する。一方、貯湯タンク４０に蓄えられた水が設定温度まで温められている場合には、貯湯タンク４０に蓄えられた水が冷めないようにするだけでよいので、貯湯タンク４０の負荷が減少する。つまり、貯湯タンク４０に蓄えられた水の温度によって、貯湯タンク４０の負荷が変化する。
暖房運転及び冷房運転の場合、バルブ５１ａ〜５１ｃが利用者に操作された場合には、冷暖房装置５０ａ〜５０ｃの負荷（冷暖房装置５０ａ〜５０ｃが必要とする熱量）が変化する。
また、給湯運転だけ行うのか、暖房運転だけ行うのか、給湯運転と暖房運転との両方を行うのかによって、流体回路システム１００の負荷（貯湯タンク４０の負荷と冷暖房装置５０ａ〜５０ｃの負荷との合計）が変化する。
その他、外気温度等の影響によっても、流体回路システム１００の負荷は変化する。
【００２２】
流体回路システム１００の負荷が変化した場合、温度センサ２９が検出する後温度と、温度センサ３０が検出する前温度との温度差が変化する。具体的には、流体回路システム１００の負荷が大きくなった場合には、温度差が大きくなり、流体回路システム１００の負荷が小さくなった場合には、温度差が小さくなる。
【００２３】
流体回路システム１００の負荷が変化しているにも関わらず、水回路２４を循環する水の流量を一定にしてしまうと、負荷が大きい場合には、貯湯タンク４０や冷暖房装置５０ａ〜５０ｃへ送られる熱量の絶対値が不足してしまう。一方、負荷が小さい場合には、貯湯タンク４０や冷暖房装置５０ａ〜５０ｃへ送られる熱量の絶対値が超過してしまう。その結果、不要な電力が消費されてしまう。
そこで、制御装置３５は、流体回路システム１００の負荷に応じて、ポンプ２３の回転数を制御することにより、水回路２４を循環する水の流量を制御する。
【００２４】
図４は、実施の形態１に係る制御装置３５の構成図である。
制御装置３５は、負荷検出部３５１、流量制御部３５２を備える。
【００２５】
負荷検出部３５１は、流体回路システム１００の負荷を検出する。負荷検出部３５１は、後温度検出部３５３、前温度検出部３５４、温度差計算部３５５を備える。
後温度検出部３５３は、温度センサ２９により、後温度を検出する。
前温度検出部３５４は、温度センサ３０により、前温度を検出する。
温度差計算部３５５は、後温度と前温度との温度差を、流体回路システム１００の負荷として検出する。
【００２６】
流量制御部３５２は、負荷検出部３５１が検出した負荷に応じて、ポンプ２３の回転数を制御することにより、水回路２４を循環する水の流量を制御する。
具体的には、流量制御部３５２は、負荷が大きいほど、水回路２４を循環する水の流量を増やし、負荷が小さいほど、水回路２４を循環する水の流量を減らす。
【００２７】
図５は、実施の形態１に係る制御装置３５の動作を示すフローチャートである。
まず、後温度検出部３５３が後温度を検出し、前温度検出部３５４が前温度を検出する（Ｓ１）。すると、温度差計算部３５５がＳ１で検出された後温度と前温度との温度差を計算する（Ｓ２）。
【００２８】
流量制御部３５２は、Ｓ２で計算された温度差が、目標とする範囲内であるか、目標とする範囲よりも小さいか、目標とする範囲よりも大きいかを判定する（Ｓ３）。
温度差が目標とする範囲内である場合、ポンプ２３の回転数を維持し、水の流量を維持する（Ｓ４）。流量制御部３５２は、目標とする範囲よりも小さい場合、ポンプ２３の回転数を１段階減らし、水の流量を減らす（Ｓ５）。流量制御部３５２は、目標とする範囲よりも大きい場合、ポンプ２３の回転数を１段階増やし、水の流量を増やす（Ｓ６）。
【００２９】
そして、所定の時間が経過した後、再び制御装置３５はＳ１から処理を実行する。
【００３０】
実施の形態１に係る流体回路システム１００では、流体回路システム１００の負荷が大きい場合には、流体の流量を増やすことにより、貯湯タンク４０や冷暖房装置５０ａ〜５０ｃへ送る熱量の絶対値を大きくできる。その結果、貯湯タンク４０内に蓄えられた水を短時間に温めることや、冷暖房装置５０ａ〜５０ｃが設置された部屋を短時間に暖めること又は冷やすことができる。また、水を短時間に温めることや、部屋を短時間に暖めること又は冷やすことができるため、消費電力を少なくすることができる。
また、実施の形態１に係る流体回路システム１００では、流体回路システム１００の負荷が小さい場合には、流体の流量を減らすことにより、貯湯タンク４０や冷暖房装置５０ａ〜５０ｃへ送る熱量の絶対値を小さくできる。その結果、不要な電力の消費を防ぐことができ、消費電力を少なくすることができる。
【００３１】
なお、流量制御部３５２は、室外機１０等の性能による流量の制約（上限値、及び、下限値）や、流体回路システム１００に使用される配管による流量の制約（上限値）の範囲内で流量を制御する。
性能による流量の制約とは、一定の性能を発揮し得る流量の範囲を定めたものである。配管による流量の制約とは、配管へ悪影響を与えることのない流量の範囲を定めたものである。
特に、配管内にゴミ等が詰まった場合にも、流量制御部３５２は、流量の制約の範囲内で流量を制御する。
【００３２】
また、流体回路システム１００が水の流量を検出する流量センサを備えておき、流量制御部３５２は、流量センサが検出した流量により、その時点の流量を把握するようにしてもよい。
しかし、流体回路システム１００が水の流量を検出する流量センサを備えず、流量制御部３５２は、ポンプ２３から得られるＰＷＭフィードバック信号等の情報から、その時点の流量を把握するようにしてもよい。この場合、流量センサを設けない分のコストを抑えることができる。
【００３３】
実施の形態２．
実施の形態２では、流量やＣＯＰを利用者や工事業者等へ通知することについて説明する。
実施の形態２では、実施の形態１と異なる部分を説明する。
【００３４】
図６は、実施の形態２に係る制御装置３５の構成図である。
図６に示す制御装置３５は、図４に示す制御装置３５が備える機能に加え、ＣＯＰ計算部３５６、表示部３５７を備える。
【００３５】
ＣＯＰ計算部３５６は、所定のタイミングにおけるＣＯＰを計算する。
所定のタイミングとは、例えば、利用者や工事業者から指示を受けたタイミングや、水の流量を変更したタイミングや、定期的なタイミング等である。
ここで、ＣＯＰは、水の流量Ｑと、後温度と前温度との温度差ΔＴと、流体回路システム１００の消費電力Ｗとから、“ＣＯＰ＝ＱΔＴ／Ｗ”により計算できる。
【００３６】
表示部３５７は、水の流量や、ＣＯＰ計算部３５６が計算したＣＯＰや、消費電力を、流体回路システム１００を制御するためのリモートコントローラや、他の表示装置へ出力して表示させる。
他の表示装置とは、例えば、利用者や工事業者のＰＣや携帯端末である。表示部３５７は、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）等によって構築された無線ネットワークを介して、水の流量やＣＯＰを他の表示装置へ出力する。
【００３７】
実施の形態２に係る流体回路システム１００では、水の流量やＣＯＰや消費電力を利用者や工事業者が知ることができる。そのため、流体回路システム１００の異常状態に利用者や工事業者が気づくことができる。また、利用者が省エネルギーを考慮して、設定を変更することにより、省エネルギー化を進めることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  室外機、１１  圧縮機、１２  膨張弁、１３  熱交換器、２０  室内機、２１  熱交換器、２２  補助ヒータ、２３  ポンプ、２４  水回路、２５  三方弁、２６  合流点、２７  ストレーナ、２８  排水栓、２９  温度センサ、３０  温度センサ、３１  圧力逃し弁、３２  圧力計、３３  空気逃し弁、３４  膨張タンク、３５  制御装置、３５１  負荷検出部、３５２  流量制御部、３５３  後温度検出部、３５４  前温度検出部、３５５  温度差計算部、３５６  ＣＯＰ計算部、３５７  表示部、４０  貯湯タンク、４１  供給配管、４２  出湯配管、４３  コイル、４４  電気ヒータ、４５  温度センサ、４６  排水栓、５０  冷暖房装置、５１  バルブ、１００  流体回路システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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