JP2021081169A - 加熱システム、及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より一層効率が向上した加熱システムを提供する。【解決手段】加熱システムは、被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、熱交換部の入口と出口とに接続されているとともに、被加熱液体との熱交換によって被加熱液体を冷却する暖房負荷に接続されている循環流路と、暖房負荷の入口側と出口側との間で循環流路を接続する戻り流路と、循環流路における暖房負荷の出口側であって戻り流路と暖房負荷との間に設けられ、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプと、熱交換部に流入する被加熱液体の流量を調整する流量調整部と、制御装置と、を備え、制御装置は、暖房負荷の入口側と出口側の温度の差分に基づいて、循環ポンプの吐出流量を調整するとともに、吐出流量の変化によらず、熱交換部に流入する流量が下限値以上となるように流量調整部を動作させる第一制御部を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、加熱システム、及びその制御方法に関する。

例えば床暖房のような暖房装置を動作させるための技術として、下記特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載された加熱装置は、暖房負荷としての床暖房パネルに湯を供給する給湯器を有している。給湯器は、タンクと、ヒートポンプとを有している。給湯器は、常に一定の温度の湯を供給するように構成されている。具体的には、タンクの上部の温度を検出し、ヒートポンプの圧縮機及びポンプを制御することでタンク内の温度を所定の値に維持する。さらに、三方弁を制御することで、戻り流路を通じてヒートポンプに戻る比較的冷たい湯と、タンクから流れ出る比較的暖かい湯との混合比を変化させる。これにより、目標温度となる湯が暖房負荷に供給される。

特開２０１８−１６９１０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された加熱装置では、タンクに湯を貯留し続ける必要があることから、当該タンクを通じて外部に湯の熱が逃げやすい。さらに、タンクからは常に一定の温度の湯が供給される。言い換えれば、暖房負荷が小さい場合であっても（即ち、湯の温度が高くなくてよい場合であっても）、一定の温度の湯を供給する。このため、効率の良い運転点でヒートポンプの圧縮機を運転することができない。したがって、加熱装置としての効率が限定的となる虞がある。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、より一層効率が向上した加熱システム、及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る加熱システムは、冷媒であるＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、前記被加熱液体が循環し、前記熱交換部の入口と出口とに接続されているとともに、該被加熱液体との熱交換によって該被加熱液体を冷却する暖房負荷に接続されている循環流路と、前記暖房負荷の入口側と出口側との間で前記循環流路を接続する戻り流路と、前記循環流路における前記暖房負荷の出口側であって、前記戻り流路と前記暖房負荷との間に設けられ、前記被加熱液体を圧送するとともに、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプと、前記循環流路に設けられ、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量を調整する流量調整部と、前記循環ポンプ、及び前記流量調整部を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記暖房負荷の入口側における前記被加熱液体の温度と出口側の温度との差分に基づいて、前記循環ポンプの吐出流量を調整するとともに、該吐出流量の変化によらず、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように前記流量調整部を動作させる第一制御部を有する。

本開示に係る加熱システムの制御方法は、冷媒であるＣＯ２が顕熱変化または凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、前記被加熱液体が循環し、前記熱交換部の入口と出口とに接続されているとともに、該被加熱液体との熱交換によって該被加熱液体を冷却する暖房負荷に接続されている循環流路と、前記暖房負荷の入口側と出口側との間で前記循環流路を接続する戻り流路と、前記循環流路における前記暖房負荷の出口側であって、前記戻り流路と前記暖房負荷との間に設けられ、前記被加熱液体を圧送するとともに、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプと、前記循環流路に設けられ、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量を調整する流量調整部と、を備える加熱システムの制御方法であって、前記暖房負荷の入口側における前記被加熱液体の温度と出口側の温度との差分を算出する差分算出ステップと、前記差分に基づいて、前記循環ポンプの吐出流量を調整するポンプ調整ステップと、前記吐出流量の変化によらず、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように前記流量調整部を動作させる流量調整ステップと、を含む。

本開示によれば、より一層効率が向上した加熱システム、及びその制御方法を提供することができる。

本開示の実施形態に係る加熱システムの構成を示す系統図である。 本開示の実施形態に係る制御装置のハードウェア構成図である。 本開示の実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。 本開示の実施形態に係る第一制御部の動作を示すフローチャートである。 本開示の実施形態に係る第二制御部の動作を示すフローチャートである。 本開示の変形例に係る加熱システムの構成を示す系統図である。

（加熱システムの構成）
以下、本開示の実施形態に係る加熱システム１００について、図１から図５を参照して説明する。本実施形態に係る加熱システム１００は、例えば暖房負荷２としての床暖房パネルに湯を供給する装置である。図１に示すように、加熱システム１００は、熱交換部１と、循環流路３と、戻り流路４と、循環ポンプ５と、流量調整部６と、第一温度検出部７１と、第二温度検出部７２と、第三温度検出部７３と、制御装置９０と、を備えている。

（熱交換部の構成）
熱交換部１は、被加熱液体としての水等を加熱する。より具体的には、熱交換部１は、冷媒であるＣＯ２を、顕熱変化又は凝縮と蒸発とを繰り返しながら循環させ、被加熱液体とＣＯ２との間で熱交換をさせる。これにより、熱交換部１の出口１ｂからは加熱された被加熱液体が吐出する。なお、詳しくは図示しないが、熱交換部１は、内部に圧縮機、膨張弁、凝縮器、及び蒸発器等を有するヒートポンプである。

（循環流路の構成）
熱交換部１の出口１ｂ、及び入口１ａには、循環流路３が接続されている。循環流路３は、熱交換部１の出口１ｂから当該熱交換部１の外部を通って入口１ａに至る管路である。循環流路３には上述の被加熱液体が流通する。循環流路３の中途には、暖房負荷２が接続されている。循環流路３を通じて暖房負荷２の入口２ａに供給された高温の被加熱液体は、暖房負荷２で室内空気と熱交換することで冷却され、出口２ｂから循環流路３に排出される。

（戻り流路の構成）
循環流路３における暖房負荷２の入口２ａと出口２ｂとの間には、戻り流路４が設けられている。つまり、この戻り流路４は、循環流路３を流通する被加熱液体の一部を取り出して、熱交換部１を迂回させるように構成されている。

（循環ポンプの構成）
循環流路３における暖房負荷２の出口２ｂ側であって、戻り流路４と暖房負荷２との間には、循環ポンプ５が設けられている。循環ポンプ５は、循環流路３中の被加熱液体を、暖房負荷２の出口２ｂ側から熱交換部１の入口１ａ側に向かって圧送する。また、この循環ポンプ５は、外部からの指令に基づいて吐出流量を連続的に変化させることが可能とされており、具体的には入力される電圧に基づいて回転数を変化させることが可能なインバータポンプが循環ポンプ５として好適に用いられる。詳しくは後述するが、循環ポンプ５の吐出流量は、制御装置９０からの指令によって制御される。

（弁装置の構成）
さらに、循環流路３上であって、戻り流路４の入口４ａと熱交換部１の入口１ａとの間には、流量調整部６としての弁装置Ｖ１が設けられている。この弁装置Ｖ１は、外部からの指令に基づいて開度を連続的に変化させることで、当該弁装置Ｖ１を通過する流体（被加熱液体）の流量を調整することが可能とされている。

（第一温度検出部の構成）
弁装置Ｖ１と熱交換部１の入口１ａとの間には、第一温度検出部７１が設けられている。第一温度検出部７１は、循環流路３中を流通する被加熱液体の温度を検出して、電気信号として制御装置９０に送出する。第一温度検出部７１としては、公知の温度センサ等が好適に用いられる。

（第二温度検出部の構成）
戻り流路４の出口４ｂと暖房負荷２の入口２ａとの間には、第二温度検出部７２が設けられている。第二温度検出部７２は、第一温度検出部７１と同様に、循環流路３中を流通する被加熱液体の温度を検出して、電気信号として制御装置９０に送出する。第二温度検出部７２としては、公知の温度センサ等が好適に用いられる。

（第三温度検出部の構成）
循環ポンプ５と暖房負荷２の出口２ｂとの間には、第三温度検出部７３が設けられている。第三温度検出部７３は、第一温度検出部７１及び第二温度検出部７２と同様に、循環流路３中を流通する被加熱液体の温度を検出して、電気信号として制御装置９０に送出する。第三温度検出部７３としては、公知の温度センサ等が好適に用いられる。

（制御装置の構成）
次いで、図２と図３を参照して制御装置９０の構成について説明する。図２に示すように、制御装置９０は、ＣＰＵ９１（Central Processing Unit）、ＲＯＭ９２（Read Only Memory）、ＲＡＭ９３（Random Access Memory）、ＨＤＤ９４（Hard Disk Drive）、信号送受信モジュール９５（I/O：Input/Output）を備えるコンピュータである。信号送受信モジュール９５は、上述の第一温度検出部７１、第二温度検出部７２、及び第三温度検出部７３が検出した温度の値を電気信号として受信する。また、信号送受信モジュール９５は、上述の熱交換部１、循環ポンプ５、及び弁装置Ｖ１に、これら装置を制御する電信号を送信する。なお、信号送受信モジュール９５は、例えばチャージアンプ等を介して増幅された信号を送受信してもよい。

図４に示すように、制御装置９０のＣＰＵ９１は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、第一制御部８１、第二制御部８２、記憶部８３、判定部８４、を有する。第一制御部８１は、暖房負荷２の入口２ａ側と出口２ｂ側における被加熱液体の温度の差分に基づいて、循環ポンプ５の吐出流量を調整する。さらに、第一制御部８１は、この吐出流量の変化によらず、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上、かつ上限値以下の一定値となるように弁装置Ｖ１の開度を調整する。記憶部８３は、これら下限値、及び上限値を予め記憶している。

第二制御部８２は、熱交換部１の出力を制御する。詳しくは図示しないが、熱交換部１は被加熱液体を圧縮する圧縮機を有している。熱交換部１から吐出される被加熱液体の温度は、この圧縮機の回転数に比例している。つまり、第二制御部８２によって圧縮機の回転数を変化させることで、熱交換部１から吐出される被加熱液体の温度（より具体的には暖房負荷２の入口２ａ側で第二温度検出部７２によって検出される温度）が予め定められた目標温度（入口目標温度Ｔｐ）を目指して調整される。記憶部８３は、この入口目標温度Ｔｐを予め記憶するか、外部からの入力に基づいて保持している。

（制御装置の動作）
次いで、制御装置９０による制御の一例（加熱システム１００の制御方法）について、図４と図５を参照して説明する。

（第一制御部の動作）
図４に示すように、第一制御部８１による循環ポンプ５及び弁装置Ｖ１の制御方法は、運転状態判定ステップＳ１１と、差分算出ステップＳ１２と、判定ステップＳ１３と、ポンプ調整ステップＳ１４Ａ，Ｓ１４Ｂと、流量調整ステップＳ１５Ａ，Ｓ１５Ｂと、を含む。

運転状態判定ステップＳ１１では、判定部８４によって、当該第一制御部８１による制御のもとで加熱システム１００が運転されているか否かが判定される。運転状態判定ステップＳ１１でＹｅｓと判定された場合、後続の差分算出ステップＳ１２を実行する。差分算出ステップＳ１２では、上述の暖房負荷２の入口２ａ側と出口２ｂ側との間における被加熱液体の温度の差分（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）が算出される。具体的には、第二温度検出部７２と第三温度検出部７３による検出値同士の差分ΔＴが算出される。

判定ステップＳ１３では、判定部８４によって、上記の差分ΔＴが、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。差分ΔＴが閾値以上である状態（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）とは、暖房負荷２における熱落差が大きくなる方向に変化していることを意味する。したがって、この状態では、暖房負荷２に供給される被加熱液体の熱量を上げる必要がある。そこで、後続のポンプ調整ステップ１４Ａを実行することで、循環ポンプ５の吐出流量を増加させる。さらに、流量調整ステップＳ１５Ａを実行することで、弁装置Ｖ１の開度を小さくする。これにより、まず暖房負荷２の入口２ａ側に供給される被加熱液体の流量が増大し、暖房負荷２の出力が上昇する。

ここで、上記の流量調整ステップＳ１５Ａを実行しない場合（つまり、弁装置Ｖ１の開度を変化させない場合）について考える。このような制御を行った場合、循環ポンプ５の吐出流量の増加に伴って、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量も増加する。熱交換部１を構成する各種の装置や配管には、予め定められた耐圧能力や耐腐食性能が存在する。したがって、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量を際限なく上昇させた場合、これら装置や配管に潰食や損壊を生じる虞がある。そこで、上述の流量調整ステップＳ１５Ａを実行することで弁装置Ｖ１の開度を小さくする。これにより、戻り流路４側に向かう流量が相対的に大きくなる一方で、熱交換部１に向かう流量を一定の値（上限値）未満に維持することができる。なお、この「上限値」は、熱交換部１の性能や仕様に応じて適宜決定される。

反対に、差分ΔＴが閾値未満である状態（ステップＳ１３：Ｎｏ）とは、暖房負荷２における熱落差が小さくなる方向に変化していることを意味する。したがって、この状態では、暖房負荷２に供給される被加熱液体の熱量を下げる必要がある。そこで、後続のポンプ調整ステップＳ１４Ｂを実行することで、循環ポンプ５の吐出流量を減少させる。さらに、流量調整ステップＳ１５Ｂを実行することで、弁装置Ｖ１の開度を大きくする。これにより、まず暖房負荷２の入口２ａ側に供給される被加熱液体の流量が減少し、暖房負荷２の出力が低下する。

ここで、上記の流量調整ステップＳ１５Ｂを実行しない場合（つまり、弁装置Ｖ１の開度を変化させない場合）について考える。このような制御を行った場合、循環ポンプ５の吐出流量の減少に伴って、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量も減少する。小さな流量の被加熱液体をさらなる高温状態まで加熱し続ける必要が生じる。これにより、熱交換部１の効率的な運転が妨げられてしまう（最適な運転点を逸脱してしまう）可能性がある。そこで、上述の流量調整ステップＳ１５Ｂを実行することで弁装置Ｖ１の開度を大きくする。これにより、戻り流路４側に向かう流量が相対的に小さくなる一方で、熱交換部１に向かう流量を一定の値（下限値）以上に維持することができる。なお、この「下限値」は、熱交換部１の性能や仕様に応じて適宜決定される。

（第二制御部の動作）
次に、図５を参照して、第二制御部８２の動作について説明する。第二制御部８２による熱交換部１の制御方法は、運転状態判定ステップＳ２１と、入口温度取得ステップＳ２２と、温度判定ステップＳ２３と、出力調整ステップＳ２４Ａ，Ｓ２４Ｂと、を含む。

運転状態判定ステップＳ２１では、判定部８４によって、当該第二制御部８２による制御のもとで加熱システム１００が運転されているか否かが判定される。運転状態判定ステップＳ２１でＹｅｓと判定された場合、後続の入口温度取得ステップＳ２２を実行する。入口温度取得ステップＳ２２では、上述の第一温度検出部７１の検出結果に基づいて、まず熱交換部１の入口１ａ側における被加熱液体の温度Ｔ０を取得する。次いで、この温度Ｔ０に、上述の温度の差分ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２：暖房負荷２の入口２ａ側と出口２ｂ側の温度の差分）を加算する。これにより、温度予測値Ｔｓ＝Ｔ０＋ΔＴが得られる。

次いで、温度判定ステップＳ２３では、判定部８４によって、この温度予測値Ｔｓと、予め定められている入口目標温度Ｔｐとの大小が判定される。温度判定ステップＳ２３で、Ｔｓ≦Ｔｐと判定された場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、後続の出力調整ステップＳ２４Ａを実行することにより、熱交換部１の出力を増加させる。具体的には、熱交換部１の圧縮機の回転数を上昇させる。一方で、温度判定ステップＳ２３で、Ｔｓ＞Ｔｐと判定された場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、後続の出力調整ステップＳ２４Ｂを実行することにより、熱交換部１の出力を低下させる。具体的には、熱交換部１の圧縮機の回転数を低下させる。このような制御を行うことにより、暖房負荷２の入口２ａにおける被加熱液体の温度を、入口目標温度Ｔｐに近づくように調整される。

（作用効果）
以上、説明したように、上記構成によれば、制御装置９０の第一制御部８１は、暖房負荷２の入口２ａ側における被加熱液体の温度と出口２ｂ側の温度との差分に基づいて、循環ポンプ５の吐出流量を調整する。例えば、温度の差分が小さくなる方向に変化した場合（つまり、暖房負荷２で必要とされる熱量が小さくなる方向に変化した場合）には、第一制御部８１は循環ポンプ５の吐出流量を低下する方向に変化させる。さらに、この時、流量調整部としての弁装置Ｖ１は、循環ポンプ５の吐出流量の変化によらず、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるようにその開度が調整される。これにより、暖房負荷２の入口２ａ側と出口２ｂ側との温度の差分が大きくなり、これを一定の値に維持することができる。さらに、このように暖房負荷２で必要とされる熱量が小さくなった場合であっても、熱交換部１には下限値以上の流量が供給される。その結果、熱交換部１を最適な運転点で動作させることができる。一方で、暖房負荷２で必要とされる熱量が小さくなったことに伴って熱交換部１に流入する流量も際限なく低下させた場合には、小さな流量の被加熱液体をさらなる高温状態まで加熱し続ける必要が生じる。これにより、熱交換部１の効率的な運転が妨げられてしまう可能性がある。しかしながら、上記構成によれば、このような可能性を低減し、熱交換部１を無理なく安定的に運転することができる。

上記構成によれば、第一制御部８１は、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量が予め定められた上限値以下となるように流量調整部６としての弁装置Ｖ１を動作させる。ここで、熱交換部１の各種配管や機器では、一定程度の流量を超えると潰食を生じる可能性がある。しかしながら、上記構成によれば、流量に上限値が設けられていることから、このような可能性を低減することができる。

上記構成によれば、流量調整部６として弁装置Ｖ１を用いるとともに、その開度を第一制御部８１によって変化させることのみによって、容易かつ安価に、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上とすることができる。

上記構成によれば、第二制御部８２によって、暖房負荷２の入口２ａにおける被加熱液体の温度が入口目標温度になるように熱交換部１の出力が変化する。これにより、入口目標温度が変化した場合であっても、即時に高い応答性のもとで被加熱液体の温度を追従させることができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、図６に示すように、上記実施形態で説明した弁装置Ｖ１に代えて、流量調整部６として三方弁Ｖ２を用いることも可能である。具体的には、この三方弁Ｖ２は、戻り流路４の出口４ｂに設けられる。また、この構成では、戻り流路４の入口４ａと熱交換部１の入口１ａとの間には、被加熱液体の流量を計測する流量計測部８０が設けられる。制御装置９０（第一制御部８１）は、流量計測部８０の計測した流量の値に基づいて、三方弁Ｖ２の開度を変化させることで、戻り流路４に流入する流量と熱交換部１に流入する流量との比率を調整する。これにより、上記実施形態で説明したものと同様の作用効果を得ることができる。

＜付記＞
各実施形態に記載の加熱システム、及びその制御方法は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る加熱システム１００は、冷媒であるＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口１ａから導入された被加熱液体を加熱して出口１ｂから吐出する熱交換部１と、前記被加熱液体が循環し、前記熱交換部１の入口１ａと出口１ｂとに接続されているとともに、該被加熱液体との熱交換によって該被加熱液体を冷却する暖房負荷２に接続されている循環流路３と、前記暖房負荷２の入口２ａ側と出口２ｂ側との間で前記循環流路３を接続する戻り流路４と、前記循環流路３における前記暖房負荷２の出口２ｂ側であって、前記戻り流路４と前記暖房負荷２との間に設けられ、前記被加熱液体を圧送するとともに、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプ５と、前記循環流路３に設けられ、前記熱交換部１に流入する前記被加熱液体の流量を調整する流量調整部６と、前記循環ポンプ５、及び前記流量調整部６を制御する制御装置９０と、を備え、前記制御装置９０は、前記暖房負荷２の入口２ａ側における前記被加熱液体の温度と出口２ｂ側の温度との差分に基づいて、前記循環ポンプ５の吐出流量を調整するとともに、該吐出流量の変化によらず、前記熱交換部１に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように前記流量調整部６を動作させる第一制御部８１を有する。

上記構成によれば、制御装置９０の第一制御部８１は、暖房負荷２の入口２ａ側における被加熱液体の温度と出口２ｂ側の温度との差分に基づいて、循環ポンプ５の吐出流量を調整する。例えば、温度の差分が小さくなる方向に変化した場合（つまり、暖房負荷２で必要とされる熱量が小さくなる方向に変化した場合）には、第一制御部８１は循環ポンプ５の吐出流量を低下する方向に変化させる。さらに、この時、流量調整部６は、循環ポンプ５の吐出流量の変化によらず、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように動作する。これにより、暖房負荷２の入口２ａ側と出口２ｂ側との温度の差分が大きくなり、これを一定の値に維持することができる。さらに、このように暖房負荷２で必要とされる熱量が小さくなった場合であっても、熱交換部１には下限値以上の流量が供給される。その結果、熱交換部１を最適な運転点で動作させることができる。一方で、暖房負荷２で必要とされる熱量が小さくなったことに伴って熱交換部１に流入する流量も際限なく低下させた場合には、小さな流量の被加熱液体をさらなる高温状態まで加熱し続ける必要が生じる。これにより、熱交換部１の効率的な運転が妨げられてしまう可能性がある。しかしながら、上記構成によれば、このような可能性を低減し、熱交換部１を無理なく安定的に運転することができる。

（２）第２の態様に係る加熱システム１００では、前記第一制御部８１は、前記循環ポンプ５の吐出流量の変化によらず、前記熱交換部１に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた上限値以下となるように前記流量調整部６を動作させる。

上記構成によれば、第一制御部８１は、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量が予め定められた上限値以下となるように流量調整部６を動作させる。ここで、熱交換部１の各種配管や機器では、一定程度の流量を超えると潰食を生じる可能性がある。しかしながら、上記構成によれば、流量に上限値が設けられていることから、このような可能性を低減することができる。

（３）第３の態様に係る加熱システム１００では、前記流量調整部６は、前記循環流路３における前記戻り流路４よりも前記熱交換部１の入口１ａ側に設けられ、開度を連続的に変化させることが可能な弁装置Ｖ１であり、前記第一制御部８１は、該弁装置Ｖ１の開度を変化させる。

上記構成によれば、流量調整部６として弁装置Ｖ１を用いるとともに、その開度を第一制御部８１によって変化させることのみによって、容易かつ安価に、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上とすることができる。

（４）第４の態様に係る加熱システム１００は、前記循環流路３における前記戻り流路４よりも前記熱交換部１の入口１ａ側に設けられ、前記被加熱液体の流量を計測する流量計測部８０をさらに有し、前記流量調整部６は、前記熱交換部１の出口１ｂ側における前記戻り流路４と前記循環流路３との接続部に設けられた三方弁Ｖ２であり、前記第一制御部８１は、前記流量計測部の計測結果に基づいて該三方弁Ｖ２の開通状態を変化させる。

上記構成によれば、流量調整部６として三方弁Ｖ２を用いるとともに、流量計測部８０の計測結果に基づいてその開通状態を第一制御部８１によって変化させることのみによって、容易かつ安価に、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上とすることができる。

（５）第５の態様に係る加熱システム１００では、前記制御装置９０は、前記暖房負荷２の入口２ａ側における前記被加熱液体の温度が、予め定められた入口目標温度になるように、前記熱交換部１の出力を変化させる第二制御部８２をさらに有する。

上記構成によれば、第二制御部８２によって、暖房負荷２の入口２ａにおける被加熱液体の温度が入口目標温度になるように熱交換部１の出力が変化する。これにより、入口目標温度が変化した場合であっても、即時に高い応答性のもとで被加熱液体の温度を追従させることができる。

（６）第６の態様に係る加熱システムの制御方法は、冷媒であるＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口１ａから導入された被加熱液体を加熱して出口１ｂから吐出する熱交換部１と、前記被加熱液体が循環し、前記熱交換部１の入口１ａと出口１ｂとに接続されているとともに、該被加熱液体との熱交換によって該被加熱液体を冷却する暖房負荷２に接続されている循環流路３と、前記暖房負荷２の入口２ａ側と出口２ｂ側との間で前記循環流路３を接続する戻り流路４と、前記循環流路３における前記暖房負荷２の出口２ｂ側であって、前記戻り流路４と前記暖房負荷２との間に設けられ、前記被加熱液体を圧送するとともに、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプ５と、前記循環流路３に設けられ、前記熱交換部１に流入する前記被加熱液体の流量を調整する流量調整部６と、を備える加熱システム１００の制御方法であって、前記暖房負荷２の入口２ａ側における前記被加熱液体の温度と出口２ｂ側の温度との差分を算出する差分算出ステップＳ１２と、前記差分に基づいて、前記循環ポンプ５の吐出流量を調整するポンプ調整ステップＳ１４Ａ，Ｓ１４Ｂと、前記吐出流量の変化によらず、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように前記流量調整部６を動作させる流量調整ステップＳ１５Ａ，Ｓ１５Ｂと、を含む。

上記方法によれば、まず差分算出ステップＳ１２によって、暖房負荷２の入口２ａ側における被加熱液体の温度と出口２ｂ側の温度との差分が求められる。ポンプ調整ステップＳ１４Ａ，Ｓ１４Ｂでは、この差分に基づいて、循環ポンプ５の吐出流量を調整する。例えば、温度の差分が小さくなる方向に変化した場合（つまり、暖房負荷２で必要とされる熱量が小さくなる方向に変化した場合）には、循環ポンプ５の吐出流量を低下する方向に変化させる。さらに、流量調整ステップＳ１５Ａ，Ｓ１５Ｂでは、流量調整部６は、循環ポンプ５の吐出流量の変化によらず、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように動作する。これにより、暖房負荷２の入口２ａ側と出口２ｂ側との温度の差分が大きくなり、これを一定の値に維持することができる。さらに、このように暖房負荷２で必要とされる熱量が小さくなった場合であっても、熱交換部１には下限値以上の流量が供給される。その結果、熱交換部１を最適な運転点で動作させることができる。一方で、暖房負荷２で必要とされる熱量が小さくなったことに伴って熱交換部１に流入する流量も際限なく低下させた場合には、小さな流量の被加熱液体をさらなる高温状態まで加熱し続ける必要が生じる。これにより、熱交換部１の効率的な運転が妨げられてしまう可能性がある。しかしながら、上記方法によれば、このような可能性を低減し、熱交換部１を無理なく安定的に運転することができる。

（７）第７の態様に係る加熱システム１００の制御方法において、前記流量調整ステップＳ１５Ａ，Ｓ１５Ｂでは、前記吐出流量の変化によらず、前記熱交換部１に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた上限値以下となるように前記流量調整部６を動作させる。

上記方法によれば、流量調整ステップＳ１５Ａ，Ｓ１５Ｂでは、熱交換部１に流入する被加熱液体の流量が予め定められた上限値以下となるように流量調整部６を動作させる。ここで、熱交換部１の各種配管や機器では、一定程度の流量を超えると潰食を生じる可能性がある。しかしながら、上記方法によれば、流量に上限値が設けられていることから、このような可能性を低減することができる。

１００ 加熱システム
１ 熱交換部
１ａ 入口
１ｂ 出口
２ 暖房負荷
２ａ 入口
２ｂ 出口
３ 循環流路
４ 戻り流路
４ａ 入口
４ｂ 出口
５ 循環ポンプ
６ 流量調整部
７１ 第一温度検出部
７２ 第二温度検出部
７３ 第三温度検出部
８０ 流量計測部
８１ 第一制御部
８２ 第二制御部
８３ 記憶部
８４ 判定部
９０ 制御装置
９１ ＣＰＵ
９２ ＲＯＭ
９３ ＲＡＭ
９４ ＨＤＤ
９５ 信号送受信モジュール
Ｖ１ 弁装置
Ｖ２ 三方弁

Claims (7)

1. 冷媒であるＣＯ２が顕熱変化又は凝縮と蒸発とを繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、
   前記被加熱液体が循環し、前記熱交換部の入口と出口とに接続されているとともに、該被加熱液体との熱交換によって該被加熱液体を冷却する暖房負荷に接続されている循環流路と、
   前記暖房負荷の入口側と出口側との間で前記循環流路を接続する戻り流路と、
   前記循環流路における前記暖房負荷の出口側であって、前記戻り流路と前記暖房負荷との間に設けられ、前記被加熱液体を圧送するとともに、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプと、
   前記循環流路に設けられ、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量を調整する流量調整部と、
   前記循環ポンプ、及び前記流量調整部を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記暖房負荷の入口側における前記被加熱液体の温度と出口側の温度との差分に基づいて、前記循環ポンプの吐出流量を調整するとともに、該吐出流量の変化によらず、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように前記流量調整部を動作させる第一制御部を有する加熱システム。
2. 前記第一制御部は、前記循環ポンプの吐出流量の変化によらず、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた上限値以下となるように前記流量調整部を動作させる請求項１に記載の加熱システム。
3. 前記流量調整部は、前記循環流路における前記戻り流路よりも前記熱交換部の入口側に設けられ、開度を連続的に変化させることが可能な弁装置であり、
   前記第一制御部は、該弁装置の開度を変化させる請求項１又は２に記載の加熱システム。
4. 前記循環流路における前記戻り流路よりも前記熱交換部の入口側に設けられ、前記被加熱液体の流量を計測する流量計測部をさらに有し、
   前記流量調整部は、前記熱交換部の出口側における前記戻り流路と前記循環流路との接続部に設けられた三方弁であり、
   前記第一制御部は、前記流量計測部の計測結果に基づいて該三方弁の開通状態を変化させる請求項１又は２に記載の加熱システム。
5. 前記制御装置は、
   前記暖房負荷の入口側における前記被加熱液体の温度が、予め定められた入口目標温度になるように、前記熱交換部の出力を変化させる第二制御部をさらに有する請求項１から４のいずれか一項に記載の加熱システム。
6. 冷媒であるＣＯ２が顕熱変化または凝縮と蒸発とを繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、
   前記被加熱液体が循環し、前記熱交換部の入口と出口とに接続されているとともに、該被加熱液体との熱交換によって該被加熱液体を冷却する暖房負荷に接続されている循環流路と、
   前記暖房負荷の入口側と出口側との間で前記循環流路を接続する戻り流路と、
   前記循環流路における前記暖房負荷の出口側であって、前記戻り流路と前記暖房負荷との間に設けられ、前記被加熱液体を圧送するとともに、吐出流量を変化させることが可能な循環ポンプと、
   前記循環流路に設けられ、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量を調整する流量調整部と、
   を備える加熱システムの制御方法であって、
   前記暖房負荷の入口側における前記被加熱液体の温度と出口側の温度との差分を算出する差分算出ステップと、
   前記差分に基づいて、前記循環ポンプの吐出流量を調整するポンプ調整ステップと、
   前記吐出流量の変化によらず、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた下限値以上となるように前記流量調整部を動作させる流量調整ステップと、
   を含む加熱システムの制御方法。
7. 前記流量調整ステップでは、前記吐出流量の変化によらず、前記熱交換部に流入する前記被加熱液体の流量が予め定められた上限値以下となるように前記流量調整部を動作させる請求項６に記載の加熱システムの制御方法。

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