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

ヒートポンプチリングシステム及びその制御方法 Download PDF

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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。
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