JP6261724B2 - ヒートポンプチリングシステム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のヒートポンプチリング装置を備えたヒートポンプチリングシステム及びその制御方法に関するものである。

従来から、例えば温水もしくは冷水を供給するための給湯システム等の複数の熱源機を備えるヒートポンプチリングシステムが知られている。そして、複数の熱源機から所定の要求能力が得られるように複数の熱源機の動作が全体として制御されている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１には、複数の熱源機（給湯機）から供給される湯水を使用して浴槽の湯張り量を正確に行うため、最初に複数の熱源機を同時に起動して注湯を行い、湯張り制御の途中段階の目標湯張り量になる直前で１台の熱源機のみ動作させ、一部の熱源機の運転を停止させる連結給湯システムが開示されている。特許文献２には、予め沸き上げまでに必要な時間及び必要湯量に応じた運転台数がデータテーブルとして記憶されており、データテーブルに応じた台数の熱源機を所定時間ずらしながら順次起動していく給湯システムが開示されている。

特許第４２５７５９６号公報（段落００４４） 特開２０１２−１２７６３３号公報（段落００３８、００３９）

しかしながら、特許文献１において、起動時にはすべての熱源機が起動するため、複数の熱源機全体の運転能力が過剰になる場合がある。一方、特許文献２のように、複数の熱源機を所定時間だけずらしながら起動していく場合、熱源機の台数が多い給湯システムでは起動し終えるまでに時間を要してしまう。そのため、停電から復帰する場合も同様に、元の加熱あるいは冷却の能力に戻るまでに相当の時間を費やしてしまう。

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、ヒートポンプチリング装置の台数に関わらず、複数のヒートポンプチリング装置を要求能力に応じて過不足なく短時間で起動させることができるヒートポンプチリング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ものである。

本発明のヒートポンプチリングシステムは、冷媒が流れる冷凍サイクルを備えた複数のヒートポンプチリング装置が負荷に並列的に接続され、複数のヒートポンプチリング装置において冷媒と熱交換された熱媒体が負荷へ循環するヒートポンプチリングシステムであって、負荷から複数のヒートポンプチリング装置へ流入する熱媒体の温度を入口温度として検知する入口温度センサと、複数のヒートポンプチリング装置から負荷へ流入する熱媒体の温度を出口温度として検知する出口温度センサと、入口温度センサにおいて検知された入口温度と、出口温度センサにおいて検知された出口温度とに基づいて、複数のヒートポンプチリング装置の動作を制御するシステム制御装置とを有し、システム制御装置は、複数のヒートポンプチリング装置毎の運転能力を記憶した記憶部と、入口温度又は出口温度と設定された目標温度とに基づいて、要求能力を算出する要求能力算出手段と、記憶部に記憶された複数のヒートポンプチリング装置毎の運転能力に基づいて、要求能力算出手段により算出された要求能力を満たすヒートポンプチリング装置の起動台数を算出する台数算出手段と、運転開始時に１台のヒートポンプチリング装置を単独で起動させ、１台のヒートポンプチリング装置を単独で起動させた後に起動しているヒートポンプチリング装置が台数算出手段において算出された起動台数を満たすようにヒートポンプチリング装置を起動させる起動制御手段と、１台のヒートポンプチリング装置が起動した後の入口温度及び出口温度に基づいて、起動している１台のヒートポンプチリング装置の運転能力を算出し、算出した運転能力を複数のヒートポンプチリング装置の運転能力として記憶部に記憶する運転能力算出手段とを備えたものである。

本発明のヒートポンプチリングシステム及びその制御方法によれば、記憶部に記憶された複数のヒートポンプチリング装置の運転能力に基づいて、要求能力が得られる台数を算出してヒートポンプチリング装置を同時に起動させることにより、短時間で過不足のない台数のヒートポンプチリング装置を起動させることができる。

本発明の実施形態１に係るヒートポンプチリングシステムを示す模式図である。 図１のヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置の一例を示すブロック図である。 図１のヒートポンプチリングシステムの動作例を示すフローチャートである。 図１及び図２のヒートポンプチリングシステムにおける起動時間の一例を示す図である。 従来のヒートポンプチリングシステムにおける起動時間の一例を示す図である。 本発明の実施形態２に係るヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置の一例を示すブロック図である。 図６のヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態３に係るヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置の一例を示すブロック図である。 図８のヒートポンプチリングシステムの動作例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態４に係るヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置の一例を示すブロック図である。 図１０のヒートポンプチリングシステムの動作例を示すフローチャートである。

実施形態１．
以下、図面を参照しながら本発明のヒートポンプチリングシステムについて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態１に係るヒートポンプチリングシステムを示す模式図である。図１のヒートポンプチリングシステム１は、複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅが負荷３に入口配管４及び出口配管５を用いて並列に接続されており、熱エネルギーを交換するのに媒介させる水や不凍液などの熱媒体が複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅと負荷３との間に循環するものである。負荷３は例えば負荷側熱交換器からなっており、負荷側熱交換器を用いて空調もしくは給湯等が行われるようになっている。なお、負荷３が負荷側熱交換器からなる場合について例示しているが、例えば貯湯タンクもしくは冷水タンクからなっていてもよいし、蓄熱タンクからなっていてもよい。

入口配管４は、負荷３から複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅへ分岐して熱冷媒を流通させるものであり、入口配管４における各ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅへ分岐した部位には、それぞれポンプ６Ａ〜６Ｅが取り付けられている。一方、出口配管５は、複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅにおいて熱交換された熱媒体を合流させて負荷３側へ流通させるものである。そして、ポンプ６Ａ〜６Ｅが駆動することにより、熱媒体が各ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅと負荷３との間を入口配管４及び出口配管５を介して循環する。

複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅは、例えばヒートポンプ式の熱源機からなり、例えばそれぞれ同一の構成を有するものであって同一の運転能力を備えている。各ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅは、それぞれ圧縮機１１、熱源側熱交換器１２、冷媒配管１３を備えた冷凍サイクルを備えている。圧縮機１１は、冷媒を高温・高圧に圧縮するものである。熱源側熱交換器１２は、例えばプレート式熱交換器からなっており、冷凍サイクルを流れる冷媒と入口配管４から流入する熱媒体との間で熱交換を行うものである。

複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅには、各ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの動作を制御する制御装置１４がそれぞれ設けられている。各制御装置１４は通信網１５により相互に制御情報等をデータ伝送可能に接続されている。さらに、複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅのうち、１台の代表機（例えば図１のヒートポンプチリング装置２Ａ）にはヒートポンプチリングシステム１全体を制御するシステム制御装置２０が設けられている。そして、システム制御装置２０は、通信網１５を介して各ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの動作を制御するようになっている。なお、システム制御装置２０がヒートポンプチリング装置２Ａに設けられている場合について例示しているが、ヒートポンプチリング装置２Ａとは別個独立の装置として設置されたものであってもよい。

さらに、ヒートポンプチリングシステム１は、入口配管４における複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅへ分配する直前の水温を入口温度Ｔｉとして検知する入口温度センサ７と、出口配管５における複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅから合流した直後の水温を出口温度Ｔｏとして検知する出口温度センサ８とを備えている。言い換えれば、入口温度センサ７は負荷３に流入される熱媒体の温度を入口温度Ｔｉとして検知するものであり、出口温度センサ８は負荷３から流出した熱媒体の温度を出口温度Ｔｏとして検知するものである。

システム制御装置２０は、入口温度Ｔｉと出口温度Ｔｏとに基づいて複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの起動を制御する機能を有している。特に、システム制御装置２０は、複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅのうち、運転開始時に１台のヒートポンプチリング装置２Ａを起動し、その後に要求能力に不足が生じていた場合、不足分の要求能力を補うように、所定の台数のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅを同時に起動するように制御を行う。なお、以下に、代表機であるヒートポンプチリング装置２Ａが運転開始時に起動する１台になっている場合について例示するが、他のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅを運転開始時に起動する１台として選定してもよい。

図２は図１のヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置の一例を示すブロック図であり、図１及び図２を参照してシステム制御装置２０について説明する。システム制御装置２０は、複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの動作を制御するものであって、特に複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの起動を制御する機能を有している。具体的には、システム制御装置２０は、要求能力算出手段２１、目標温度設定手段２２、運転能力算出手段２３、記憶部２４、台数算出手段２５、起動制御手段２６を有している。

要求能力算出手段２１は、目標温度Ｔｒｅｆと入口温度Ｔｉとに基づいて、要求能力Ｔｄｇを算出するものである。具体的には、要求能力算出手段２１は、目標温度Ｔｒｅｆと入口温度Ｔｉとの差分の絶対値を要求能力Ｔｄｇとして算出する。なお、目標温度Ｔｒｅｆは目標温度設定手段２２において設定されるものである。目標温度設定手段２２は、例えばキーボード又はタッチパネル等の情報入力手段から目標温度Ｔｒｅｆを取得するものであってもよいし、予め目標温度Ｔｒｅｆが記憶されたものであってもよい。

運転能力算出手段２３は、複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅについて、入口温度Ｔｉ及び出口温度Ｔｏに基づいて、熱媒体を加熱もしくは冷却する能力を示す運転能力を算出して記憶部２４に記憶するものである。上述したように、複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅは、同一の運転能力Ｔｄを有しており、運転開始時に単独で起動したヒートポンプチリング装置２Ａが起動している。そこで、運転能力算出手段２３は、運転開始時に単独で起動したヒートポンプチリング装置２Ａの運転能力Ｔｄを算出するとともに、算出したヒートポンプチリング装置２Ａの運転能力Ｔｄを他のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅの運転能力Ｔｄとして記憶部２４に記憶する。具体的には、運転能力算出手段２３は、入口温度Ｔｉと出口温度Ｔｏとの温度差の絶対値｜Ｔｉ−Ｔｏ｜をヒートポンプチリング装置２Ａの運転能力Ｔｄとして算出して記憶部２４に記憶する。さらに、運転能力算出手段２３は、ヒートポンプチリング装置２Ａの運転能力Ｔｄを他のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅの運転能力であるとして記憶部２４に記憶する。

台数算出手段２５は、記憶部２４に記憶された複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅ毎の運転能力Ｔｄに基づいて、要求能力算出手段２１により算出された要求能力Ｔｄｇが得るために起動する起動台数ｎを算出するものである。具体的には、台数算出手段２５は、要求能力（目標温度差）Ｔｄｇを運転能力（温度差）Ｔｄで除算した天井関数ｃｅｉｌｉｎｇ（Ｔｄｇ／Ｔｄ）を用いて起動台数ｎを算出する。したがって、運転能力Ｔｄが要求能力Ｔｄｇを満たしている場合（Ｔｄｇ≦Ｔｄ）、天井関数の出力値である起動台数ｎ＝１になる。一方、運転能力Ｔｄが要求能力Ｔｄｇに対し不足している場合（Ｔｄｇ＞Ｔｄ）、天井関数の出力値である起動台数ｎ≧２になる。なお、起動台数ｎが複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの総設置台数Ｎを超えた場合、台数算出手段２５は総台数を起動台数ｎとして設定する。

起動制御手段２６は、上述したように、運転開始もしくは復電時の運転再開とともに、１台のヒートポンプチリング装置２Ａを単独で起動させるように制御する。さらに、起動制御手段２６は、台数算出手段２５において算出された起動台数ｎのヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅを起動させる。この際、起動制御手段２６は、既に起動している１台を除く（ｎ−１）台のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅを同時に起動する。例えば台数算出手段２５において起動台数ｎ＝１が算出された場合、１台の起動により既に要求能力が満たされていることを意味し、起動制御手段２６は、他のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅを起動しない。一方、台数算出手段２５において起動台数ｎ≧２が算出された場合、起動制御手段２６は（ｎ−１）台のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅを同時に起動させるように制御する。この際、起動制御手段２６において、起動させるヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅの優先順位が予め設定されていてもよいし、ランダムに決定するものであってもよい。

このように、運転能力Ｔｄが要求能力Ｔｄｇに足りていなければシステム全体の運転能力Ｔｄを上げ、運転能力Ｔｄが要求能力Ｔｄｇを超えていれば運転能力Ｔｄを下げるように制御することができる。そして、運転能力Ｔｄが要求能力Ｔｄｇに足りていない場合、台数算出手段２５は次に他の複数のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅをどの程度の運転能力で起動するかを計画し、計画が定まったところで起動制御手段２６は通信網１５を通して各制御装置１４に起動を指示する。

図３はヒートポンプチリングシステム１における起動時の動作例を示すフローチャート図であり、図１〜図３を参照してヒートポンプチリングシステム１の動作例について説明する。まず、ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅのうちいずれか１台（例えばヒートポンプチリング装置２Ａ）が起動制御手段２６の制御により最大能力で起動される（ステップＳＴ１）。そして、１台のヒートポンプチリング装置２Ａの起動が完了した後に、入口温度センサ７において検知された入口温度Ｔｉと、出口温度センサ８において検知された出口温度Ｔｏとが取得され記憶部２４に記憶される（ステップＳＴ２）。

その後、運転能力算出手段２３において、入口温度Ｔｉ及び出口温度Ｔｏに基づき、１台のヒートポンプチリング装置２Ａで与えた温度差の絶対値が運転能力Ｔｄとして算出される。そして、この運転能力Ｔｄが複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの運転能力Ｔｄとして記憶部２４に記憶される（ステップＳＴ３）。

次に、要求能力算出手段２１において、目標温度Ｔｒｅｆと入口温度Ｔｉとの温度差が要求能力Ｔｄｇとして算出され記憶部２４に記憶される（ステップＳＴ４）。なお、運転能力Ｔｄの算出（ステップＳＴ３）と要求能力Ｔｄｇの算出（ステップＳＴ４）との順番は問わず、同時に行うものであってもよい。その後、台数算出手段２５において、運転能力Ｔｄと要求能力Ｔｄｇとが記憶部２４から読み出され、起動するヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅの起動台数ｎが算出される（ステップＳＴ５）。起動制御手段２６において、算出された起動台数ｎのヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅの起動が同時に行われる（ステップＳＴ６）。

上記実施形態１によれば、要求能力に必要なヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅの起動台数ｎを算出して同時に起動するようにしているため、ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの台数が多い構成のシステムでも一定期間内に短時間で起動することができるとともに、要求能力Ｔｄｇに対して過不足がない起動台数ｎのヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅを起動することができる。

具体的には、図４は図１及び図２のヒートポンプチリングシステムにおける起動時間の一例を示す図である。図４において、例えば運転開始時もしくは停電からの復電時等の圧縮機１１が停止状態にある場合、圧縮機１１の保護のために、各ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅは圧縮機１１の待機の状態である起動保護時間ｔｗ（例えば５分程度）の後に起動が開始する。その後、各ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅは、起動に要する時間ｔｓ（例えば３分程度）を経て運転を開始する。よって、各ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅは、起動開始から運転開始までに（ｔｗ＋ｔｓ）の時間を要することになる。

上述したように、ヒートポンプチリングシステム１において、運転開始時に１台のヒートポンプチリング装置２Ａが単独で起動し、その後に他のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅが同時に起動する。なお、起動保護時間ｔｗはすべてのヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅについて同時に進行する。したがって、要求能力Ｔｄｇが得られる複数台のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅが運転を開始するまでの時間は、１台のヒートポンプチリング装置２Ａが起動から運転を開始するまでの時間（ｔｗ＋ｔｓ）と、２台目以降の起動開始までの時間ｔｗとを加算した一定時間（ｔｗ＋２ｔｓ）になる。

一方、図５は従来のヒートポンプチリングシステムにおける起動時間の一例を示す図である。図５において、各ヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅにおいて起動を待つ起動待機時間ｔｄ（例えば２分から３分程度）に設定される。従来においても、１台目の起動にかかる時間は（ｔｓ＋ｔｗ）になる。しかし、２台目以降は順番に起動が行われるためにｔｓ＋ｔｗ＋（ｎ−１）×ｔｄの時間が必要であり、ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの台数が多いほど要求能力を満たすシステムの起動に必要な時間が長くかかる。このように、ヒートポンプチリングシステム１において、要求能力Ｔｄｇを満たす複数台のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの起動を短時間に行うことができる。

特に、運転開始時に単独で起動した１台のヒートポンプチリング装置２Ａの運転能力Ｔｄから複数のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅの運転能力Ｔｄを算出する場合、実際に運転した際の運転能力Ｔｄに基づいて起動台数ｎを算出することができるため、精度良く要求能力Ｔｄｇを満たす起動台数ｎを算出することができる。すなわち、複数台のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅが設置される場所及び接続される負荷３は様々である。このため、出荷時においてヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの運転能力Ｔｄが固定値として記憶部２４に記憶されている場合、実際の運転能力Ｔｄと記憶部２４に記憶されている運転能力Ｔｄとがずれる場合がある。一方、ヒートポンプチリングシステム１において、ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの設置場所が決まり、ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅに接続される負荷３が特定された後の運転能力Ｔｄを記憶部２４が記憶するようになっている。これにより、精度良く負荷３に対応した運転能力Ｔｄを算出することができる。

実施形態２．
図６は本発明のヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置の実施形態２を示すブロック図であり、図６を参照してヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置１２０について説明する。なお、実施形態２のシステム制御装置１２０において、実施形態１のシステム制御装置２０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施形態２のシステム制御装置１２０が実施形態１のシステム制御装置２０と異なる点は、運転開始時から複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅを同時に起動する点である。

図６のシステム制御装置１２０において、記憶部２４には複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅ毎にそれぞれ運転能力Ｔｄが記憶されている。記憶部２４に記憶された運転能力Ｔｄは、実施形態１と同様、例えばヒートポンプチリング装置２Ａを単独で起動させた際に記憶されたものである。なお、出荷時に記憶部２４に運転能力Ｔｄが記憶されたものであってもよい。

台数算出手段１２５は、記憶部２４に記憶された複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅ毎の運転能力に基づいて、要求能力算出手段２１により算出された要求能力Ｔｄｇを得るために同時に起動する起動台数ｎを天井関数ｃｅｉｌｉｎｇ（Ｔｄｇ／Ｔｄ）を用いて算出する。この際、複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅは１台も起動していないため、算出した起動台数ｎをそのまま同時に起動する台数になる。そして、起動制御手段１２６は、台数算出手段１２５において算出された起動台数ｎのヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅを同時に起動するように制御する。

図７は、図６のヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置の動作例を示すフローチャートであり、図６及び図７を参照してシステム制御装置１２０の動作例について説明する。まず、台数算出手段２５において、記憶部２４に記憶されている複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの運転能力（温度差）Ｔｄが読み出される（ステップＳＴ１１）。同時に、入口温度センサ７から入口温度Ｔｉが取得され記憶部２４に記憶される（ステップＳＴ１２）。

次に、目標温度設定手段２２において設定された目標温度Ｔｒｅｆと取得した入口温度Ｔｉとから要求能力Ｔｄｇが算出され記憶部２４に記憶される（ステップＳＴ１３）。そして、台数算出手段１２５において、複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの運転能力Ｔｄと要求能力Ｔｄｇとに基づいて、同時に起動する起動台数ｎが算出される（ステップＳＴ１４）。その後、起動制御手段１２６によりｎ台のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅが同時に起動される（ステップＳＴ１５）。

上記実施形態２によれば、記憶部２４に記憶された複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅ毎の運転能力Ｔｄに基づいて要求能力Ｔｄｇに必要なヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの起動台数ｎを算出し、起動台数ｎを同時に起動することができる。このため、ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの台数が多い構成のヒートポンプチリングシステムであってもさらに短い期間で起動することができるとともに、実施形態１と同様に、要求能力Ｔｄｇに対して過不足なく起動することができる。

実施形態３．
図８は本発明のヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置の実施形態３を示すブロック図であり、図８を参照してヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置２２０について説明する。なお、実施形態３のシステム制御装置２２０において、実施形態１のシステム制御装置２０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施形態３のシステム制御装置２２０が実施形態１のシステム制御装置２０と異なる点は、運転能力算出手段２２３がヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの運転能力を学習して記憶部２２４に記憶する点である。

図８の運転能力算出手段２２３は、運転開始時に単独で起動したヒートポンプチリング装置２Ａの運転能力Ｔｄを算出するとともに、学習回数分だけ算出した結果を最適化した値を最適化された運転能力Ｔｄｓとして記憶部２２４に記憶する。具体的には、運転能力算出手段２２３には、予め学習回数の規定値が設定されている。一方、記憶部２４には、各ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅ毎にそれぞれ既に行った学習回数が記憶されている。そして、運転能力算出手段２２３は、例えば運転開始時に起動されたヒートポンプチリング装置２Ａの学習回数が規定値に達している場合、台数算出手段２５は記憶部２２４に記憶された最適化済みの運転能力Ｔｄｓに基づいて起動台数ｎを算出する。

一方、運転能力算出手段２２３は、学習回数が規定値に達していない場合、記憶部２２４に記憶された運転能力Ｔｄｓの最適化を行う。運転能力算出手段２２３は、運転開始時に単独で起動するヒートポンプチリング装置２Ａの運転能力Ｔｄが算出され記憶部２４に記憶される。記憶部２２４には、学習回数分の運転能力Ｔｄの平均値が記憶されており、新たに算出した運転能力Ｔｄを加味した平均値を算出して最適化を行い、記憶部２２４に記憶されている最適化された運転能力Ｔｄｓを更新する。

さらに、起動制御手段２２６は、学習回数が規定値に達している場合、実施形態２のように、起動開始時に要求能力Ｔｄｇを満たす起動台数ｎを同時に起動するように制御する。一方、起動制御手段２２６は、学習回数が規定値以下である場合、運転能力Ｔｄの学習が行われるように、運転開始時に１台のヒートポンプチリング装置２Ａを単独で起動し、その後に要求能力Ｔｄｇを満たす台数（ｎ−１）のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅを同時に起動するように制御する。

図９は、図８のヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置の動作例を示すフローチャートであり、図８及び図９を参照してシステム制御装置２２０の動作例について説明する。まず、運転能力算出手段２２３において記憶部２２４から学習回数が読み出され（ステップＳＴ２１）、読み出した学習回数が設定された規定値を満たすか否かが判定される（ステップＳＴ２２）。学習回数が規定値以上である場合、既に学習が完了していると判断し、ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの運転能力Ｔｄとして記憶部２２４に記憶された最適化された運転能力Ｔｄｓが用いられる（ステップＳＴ２３）。その後、入口温度センサ７による入口温度Ｔｉの検知が行われる（ステップＳＴ２４）。

一方、学習回数が規定された値未満である場合、学習回数に１が加算された新たな学習回数が記憶部２４に改めて記憶される（ステップＳＴ２５）。そして、起動制御手段２２６により１台のヒートポンプチリング装置２Ａが運転の最大能力で起動される（ステップＳＴ２６）。１台のヒートポンプチリング装置２Ａの起動が終えたとき、入口温度センサ７において入口温度Ｔｉが検知される（ステップＳＴ２７）。その後、入口温度Ｔｉと出口温度Ｔｏとの温度差の絶対値が運転能力Ｔｄとして算出され、学習回数分の運転能力Ｔｄの平均値が最適化の運転能力Ｔｄｓとして記憶部２２４に記憶される（ステップＳＴ２８）。

その後、要求能力算出手段２１において要求能力Ｔｄｇが算出され（ステップＳＴ２９）、台数算出手段２２５において最適化された運転能力Ｔｄｓを用いた起動台数ｎの算出が行われる（ステップＳＴ３０）。そして、起動制御手段２２６において既に１台のヒートポンプチリング装置２Ａが単独で起動しているか否かが判断される（ステップＳＴ３１）。言い換えれば、運転能力Ｔｄｓの学習が行われたか否かが判断される。

既に１台のヒートポンプチリング装置２Ａが単独で起動している場合（運転能力Ｔｄｓの学習が行われた場合）、（ｎ−１）台のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅが起動される（ステップＳＴ３２）。一方、１台のヒートポンプチリング装置２Ａが単独で起動していない場合（学習回数が規定値以上である場合）、ｎ台のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅが同時に起動される（ステップＳＴ３３）。

実施形態３によれば、１台のヒートポンプチリング装置２Ａの運転の最大能力での運転能力（温度差）Ｔｄを学習して記憶部２４へ記憶するようにしているので、学習を終えた後は最短の起動時間で起動することができる。また、記憶部２４には最適化された運転能力Ｔｄｓが記憶されているため、実際の運転能力Ｔｄとの差異が少なく、精度良く起動台数ｎの算出を行うことができる。さらに、実施形態１と同様、要求能力Ｔｄｇに対して過不足がない起動台数ｎのヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅを起動することができる。

実施形態４．
図１０は本発明のヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置の実施形態４を示すブロック図であり、図１０を参照してヒートポンプチリングシステムにおけるシステム制御装置３２０について説明する。なお、実施形態４のシステム制御装置３２０において、実施形態１のシステム制御装置２０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施形態４のシステム制御装置３２０が実施形態１のシステム制御装置２０と異なる点は、各ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅのエネルギー効率を考慮して起動台数ｎｓ、ｎｆを算出する点である。

図１０の記憶部２４には、予めエネルギー効率が最も良くなる能力割合Ａが記憶されており、台数算出手段３２５は能力割合Ａを考慮して起動台数ｎｓの算出を行う。具体的には、台数算出手段３２５は、天井関数ｃｅｉｌｉｎｇ（Ｔｄｇ／（Ｔｄ×Ａ））を用いて、起動するすべてのヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅを能力割合Ａで起動させた場合の起動台数ｎｓを算出する。なお、一般的に、ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅのエネルギー効率が最も良くなる能力割合Ａは６０％から９０％の間にあることが多い。

ここで、ヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅは能力を抑制した状態で運転が行われるため、算出される起動台数ｎｓは多くなる傾向にある。そこで、台数算出手段３２５は、算出した起動台数ｎｓが総設置台数Ｎよりも多くなった場合、要求能力Ｔｄｇを満たすように、最大運転能力（能力割合１００％）で運転するヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの起動台数ｎｆと、予め設定された能力割合Ａで運転するヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの起動台数ｎｓとの組み合わせを算出する。

具体的には、台数算出手段３２５は、天井関数ｃｅｉｌｉｎｇ（（Ｔｄｇ−（Ｎ×Ｔｄ×Ａ））／（（１−Ａ）×Ｔｄ））を能力割合１００％で起動する起動台数ｎｆとして算出する。その後、台数算出手段３２５は、能力割合Ａで起動する起動台数ｎｓ＝Ｎ−ｎｆを算出する。そして、起動制御手段２６は、総設置台数Ｎのうち、ｎｓ台を能力割合１００％で起動し、ｎｆ台を能力割合Ａで起動するように、複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅを制御する。

図１１は、図１０のヒートポンプチリングシステムの動作例を示すフローチャートである。まず、ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅのうち、例えば１台のヒートポンプチリング装置２Ａが最大能力１００％で起動する（ステップＳＴ４１）。次に、１台のヒートポンプチリング装置２Ａの起動を終えた直後の入口温度Ｔｉ及び出口温度Ｔｏが検知され、記憶部２４に記憶される（ステップＳＴ４２）。その後、入口温度Ｔｉと出口温度Ｔｏに基づいて１台のヒートポンプチリング装置２Ａの運転能力Ｔｄが記憶部２４記憶されるとともに、他のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅも運転能力Ｔｄであるとして記憶部２４に記憶される（ステップＳＴ４３）。

次に、目標温度設定手段２２において設定された目標温度Ｔｒｅｆと入口温度Ｔｉとに基づいて要求能力（目標温度差）Ｔｄｇが要求能力算出手段２１により算出され記憶部２４に記憶される（ステップＳＴ４４）。台数算出手段３２５において、必要能力が得られるようにすべてのヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅが能力割合Ａで起動した場合の起動台数ｎｓが算出される（ステップＳＴ４５）。その後、台数算出手段３２５において、算出した能力割合Ａでの起動台数ｎが総設置台数Ｎよりも大きいか否かが判断される（ステップＳＴ４６）。

起動台数ｎｓが総設置台数Ｎ以下である場合、既に起動している１台を差し引いた（ｎ−１）台のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅが能力割合Ａで起動する（ステップＳＴ４７）。一方、能力割合Ａでの起動台数ｎｓが総設置台数Ｎを超える場合（ｎｓ＞Ｎ）、能力割合Ａで総設置台数Ｎを起動しても足りない分に対して、最大能力で起動する必要がある起動台数ｎｆが算出されるとともに（ステップＳＴ４８）、能力割合Ａで起動する起動台数ｎｓが再計算される（ステップＳＴ４９）次に、起動制御手段２６の制御により、既に起動し終えている１台を除く（ｎｆ−１）台のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅが最大能力で起動され、ｎｓ台のヒートポンプチリング装置２Ｂ〜２Ｅが能力割合Ａで起動される（ステップＳＴ４９）。

上記実施形態４によれば、エネルギー効率を考慮して複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの起動を制御することにより、ヒートポンプチリングシステム全体としてエネルギー効率の良い運転状態で起動することができる。さらに、実施形態１と同様、要求能力Ｔｄｇに対して過不足がない起動台数ｎのヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅを短時間で起動することができる。

なお、図１１において、運転開始時に１台のヒートポンプチリング装置２Ａを単独で起動した場合について例示しているが、実施形態２のように、要求能力Ｔｄｇ分のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅを同時に起動する場合であっても、上述した能力割合Ａを加味して起動台数ｎを算出してもよい。さらに、記憶部２４に記憶される要求能力は、実施形態３のように最適化されたものであってもよい。

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されない。たとえば、要求能力算出手段２１は、要求能力として目標温度Ｔｒｅｆと入口温度Ｔｉとの差分の絶対値を要求能力Ｔｄｇとして算出する場合について例示しているが、目標温度Ｔｒｅｆと出口温度Ｔｏとの差分の絶対値｜Ｔｒｅｆ−Ｔｏ｜を要求能力Ｔｄｇとして算出するものであってもよい。この場合、運転開始時に単独で１台のヒートポンプチリング装置２Ａが起動している場合には、要求能力Ｔｄｇが正の値であれば不足していることを意味し、負の値であれば要求能力Ｔｄｇを満たしていることを意味する。したがって、台数算出手段２５は、不足分の要求能力Ｔｄｇを満たす台数を算出すればよいことになる。また、運転開始時に１台のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅが起動していない場合、入口温度Ｔｉと出口温度Ｔｏとは同じ値になるため、上述した実施形態２と同様の動作を行う。

また、図６及び図７において、複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅについて同一の運転能力Ｔｄを記憶部２４に記憶されている場合について例示しているが、異なる運転能力Ｔｄを有するものであってもよい。この場合、台数算出手段２５は、要求能力を満たすようなヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅの組み合わせになるように、起動台数ｎを決定するようにしてもよい。

さらに、実施形態３において、起動制御手段２６は、ヒートポンプチリング装置２Ａを起動させ学習させる場合について例示しているが、複数のヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅのうち、ランダムで運転開始時に単独で起動するヒートポンプチリング装置を設定するようにしてもよい。さらには、各ヒートポンプチリング装置２Ａ〜２Ｅ毎にそれぞれ単独で起動させ、それぞれの運転能力Ｔｄを算出して記憶部２４に記憶させるようにしてもよい。

１ ヒートポンプチリングシステム、２Ａ−２Ｅ ヒートポンプチリング装置、３ 負荷、４ 入口配管、５ 出口配管、６Ａ-６Ｅ ポンプ、７ 入口温度センサ、８ 出口温度センサ、１１ 圧縮機、１２ 熱源側熱交換器、１３ 冷媒配管、１４ 制御装置、１５ 通信網、２０、１２０、２２０、３２０ システム制御装置、２１ 要求能力算出手段、２２ 目標温度設定手段、２３、２２３ 運転能力算出手段、２４、２２４ 記憶部、２５、１２５、２２５、３２５ 台数算出手段、２６、１２６、２２６ 起動制御手段、Ａ 能力割合、ｎ、ｎｆ、ｎｓ 起動台数、Ｎ 総設置台数、Ｔｄ 運転能力、Ｔｄｇ 要求能力、Ｔｄｓ 最適化された運転能力、Ｔｉ 入口温度、Ｔｏ 出口温度、Ｔｒｅｆ 目標温度。

Claims (12)

1. 冷媒が流れる冷凍サイクルを備えた複数のヒートポンプチリング装置が負荷に並列的に接続され、前記複数のヒートポンプチリング装置において前記冷媒と熱交換された熱媒体が前記負荷へ循環するヒートポンプチリングシステムであって、
   前記負荷から前記複数のヒートポンプチリング装置へ流入する熱媒体の温度を入口温度として検知する入口温度センサと、
   前記複数のヒートポンプチリング装置から前記負荷へ流入する熱媒体の温度を出口温度として検知する出口温度センサと、
   前記入口温度センサにおいて検知された前記入口温度と、前記出口温度センサにおいて検知された出口温度とに基づいて、前記複数のヒートポンプチリング装置の動作を制御するシステム制御装置と
   を有し、
   前記システム制御装置は、
   前記複数のヒートポンプチリング装置毎の運転能力を記憶した記憶部と、
   前記入口温度又は前記出口温度と設定された目標温度とに基づいて、要求能力を算出する要求能力算出手段と、
   前記記憶部に記憶された前記複数のヒートポンプチリング装置毎の運転能力に基づいて、前記要求能力算出手段により算出された要求能力を満たす前記ヒートポンプチリング装置の起動台数を算出する台数算出手段と、
   運転開始時に１台の前記ヒートポンプチリング装置を単独で起動させ、１台の前記ヒートポンプチリング装置を単独で起動させた後に起動している前記ヒートポンプチリング装置が前記台数算出手段において算出された起動台数を満たすように前記ヒートポンプチリング装置を起動させる起動制御手段と、
   １台の前記ヒートポンプチリング装置が起動した後の前記入口温度及び前記出口温度に基づいて、起動している１台の前記ヒートポンプチリング装置の運転能力を算出し、算出した運転能力を前記複数のヒートポンプチリング装置の運転能力として前記記憶部に記憶する運転能力算出手段と
   を備えたヒートポンプチリングシステム。
2. 前記起動制御手段は、運転開始時に前記台数算出手段において算出された台数の前記ヒートポンプチリング装置を同時に起動させる請求項１に記載のヒートポンプチリングシステム。
3. 前記複数のヒートポンプチリング装置は、同一の運転能力を有している請求項１又は２に記載のヒートポンプチリングシステム。
4. 前記起動制御手段は、１台の前記ヒートポンプチリング装置の起動後に、前記要求能力算出手段により算出された要求能力に応じた台数の前記ヒートポンプチリング装置を同時に起動させるものである請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプチリングシステム。
5. 前記起動制御手段は、１台の前記ヒートポンプチリング装置を最大運転能力で起動させるものである請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプチリングシステム。
6. 前記運転能力算出手段は、前記入口温度と前記出口温度との差分を前記ヒートポンプチリング装置の運転能力として算出するものである請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプチリングシステム。
7. 前記運転能力算出手段は、１台の前記ヒートポンプチリング装置の起動が複数回行われた毎に算出された複数の前記運転能力に基づいて、前記記憶部に記憶された前記運転能力の最適化を行うものである請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプチリングシステム。
8. 前記記憶部には、前記記憶部に記憶された前記運転能力の最適化が行われた回数を学習回数として記憶するものであり、
   前記運転能力算出手段は、前記学習回数が予め設定された規定回数以下である場合、前記運転能力の最適化を行うものである請求項７に記載のヒートポンプチリングシステム。
9. 前記起動制御手段は、前記学習回数が予め設定された規定回数以下である場合、運転開始時に１台の前記ヒートポンプチリング装置を単独で起動させた後、前記台数算出手段において最適化された前記運転能力に基づいて算出された起動台数の前記ヒートポンプチリング装置を起動させるものであり、
   前記学習回数が予め設定された規定回数よりも大きい場合、運転開始時に前記台数算出手段において最適化された前記運転能力に基づいて算出された起動台数の前記ヒートポンプチリング装置を起動させるものである請求項８に記載のヒートポンプチリングシステム。
10. 前記台数算出手段は、前記複数のヒートポンプチリング装置が最大運転能力よりも低い予め設定された能力割合で運転した場合の起動台数を算出するものである請求項１〜９のいずれか１項に記載のヒートポンプチリングシステム。
11. 前記台数算出手段は、能力割合で運転した場合の起動台数が前記複数のヒートポンプチリング装置の総設置台数よりも大きくなった場合、前記要求能力を満たすように、最大運転能力で運転する前記ヒートポンプチリング装置の台数と予め設定された能力割合で運転する前記ヒートポンプチリング装置の起動台数との組み合わせを算出するものである請求項１０に記載のヒートポンプチリングシステム。
12. 冷媒が流れる冷凍サイクルを備えた複数のヒートポンプチリング装置と負荷とが熱媒体が循環するように並列的に接続され、前記複数のヒートポンプチリング装置が冷媒と熱媒体との間で熱交換を行うヒートポンプチリングシステムの制御方法であって、
    前記負荷から前記複数のヒートポンプチリング装置へ流入する入口温度と、前記複数のヒートポンプチリング装置から前記負荷へ流入する出口温度と設定された目標温度とに基づいて、要求能力を算出し、
    算出した要求能力が得られる前記ヒートポンプチリング装置の起動台数を記憶部に記憶された前記複数のヒートポンプチリング装置毎の運転能力に基づいて算出し、
    運転開始時に１台の前記ヒートポンプチリング装置を単独で起動させ、１台の前記ヒートポンプチリング装置を単独で起動させた後に起動している前記ヒートポンプチリング装置の台数が、算出した起動台数を満たすように前記ヒートポンプチリング装置を起動させ、
    １台の前記ヒートポンプチリング装置が起動した後の前記入口温度及び前記出口温度に基づいて、起動している１台の前記ヒートポンプチリング装置の運転能力を算出し、算出した運転能力を前記複数のヒートポンプチリング装置の運転能力として前記記憶部に記憶する
    ヒートポンプチリングシステムの制御方法。

Images