JP6592858B2 - 制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、制御装置、制御方法及びプログラムに関する。
複数のヒートポンプ装置のそれぞれが水配管を循環する水を加熱するヒートポンプシステムがある。
特許文献１には、関連する技術として、複数のヒートポンプ装置のそれぞれが水配管を循環する水を加熱するヒートポンプシステムにおいて、効率のよい運転と信頼性の向上を図る技術が記載されている。
特開２０１３−１１３５５６号公報
ところで、直列に接続された複数のヒートポンプ装置のそれぞれが循環する水を加熱するヒートポンプシステムでは、ヒートポンプシステムにおけるヒートポンプ装置の位置が水の循環経路のより下流になればなる程、循環する水が高温で高圧になる。ヒートポンプ装置のそれぞれは、水が自装置内を通過する間に熱交換を行い水の温度を上昇させる必要がある。このように使用されるヒートポンプ装置の製造コストを低減する場合、一般的に、材料費を削減するために小型化が考えられる。しかしながら、ヒートポンプ装置を小型化した場合、冷媒が通過する熱交換器の容量（体積）が小さくなる。そのため、ヒートポンプ装置の位置が水の循環経路のより下流になればなる程、また、ヒートポンプ装置が小型になればなる程、熱交換器における冷媒の圧力が高くなる。
その結果、直列に接続された複数のヒートポンプ装置の最下流に位置するヒートポンプ装置の熱交換器では冷媒の高圧に耐える高価な部品が使用され、ヒートポンプシステムの製造コストを低減することが困難である。
そこで、この発明は、上記の課題を解決することのできる制御装置、制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。
本発明の第１の態様によれば、制御装置は、循環経路において順に配置され循環する水の温度を上昇させるとともに、前記循環経路における最も下流に配置された最下流ヒートポンプ装置を含む複数のヒートポンプ装置を制御する制御装置であって、設備における水温の変動量と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれが有する機器能力と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれにおける目標出口水温と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれの入口水温の実測値と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれの出口水温の実測値とに基づいて、前記水の温度を上昇させる制御を行う温度変動制御部と、前記複数のヒートポンプ装置の全体で前記水の温度を上昇させる変動量を記憶部から読み取る変動量読取部と、前記複数のヒートポンプ装置の全体で前記水の温度を上昇させ始めてから所定のタイミングまでの期間によって示される通常時には、前記変動量読取部が前記記憶部から読み取った前記変動量を前記複数のヒートポンプ装置の台数で等分し、前記最下流ヒートポンプ装置の出力における前記水の目標温度が第一設定温度を超えている場合に、前記所定のタイミングに前記最下流ヒートポンプ装置に割り当てた変動量が通常時の変動量よりも少なくなるように、前記最下流ヒートポンプ装置以外の前記複数のヒートポンプ装置に割り当てた変動量を決定する変動量割当決定部と、を備える。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様の制御装置において、前記変動量割当決定部は、前記最下流ヒートポンプ装置の出力における前記水の目標温度が第一設定温度を超えている場合に、前記最下流ヒートポンプ装置の出力における前記水の温度が第二設定温度を超えたタイミングに前記最下流ヒートポンプ装置に割り当てた変動量が前記通常時の変動量よりも少なくなるように、前記最下流ヒートポンプ装置以外の前記複数のヒートポンプ装置に割り当てた変動量を決定するものであってもよい。
本発明の第３の態様によれば、第１の態様または第２の態様の制御装置は、前記変動量割当決定部が決定した前記割り当てた変動量に基づいて、最下流ヒートポンプ装置と前記最下流ヒートポンプ装置以外の前記複数のヒートポンプ装置に割り当てる前記割り当てた変動量を設定する変動量割当設定部、を備えるものであってもよい。
本発明の第４の態様によれば、制御方法は、循環経路において順に配置され循環する水の温度を上昇させるとともに、前記循環経路における最も下流に配置された最下流ヒートポンプ装置を含む複数のヒートポンプ装置を制御する制御装置の制御方法であって、設備における水温の変動量と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれが有する機器能力と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれにおける目標出口水温と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれの入口水温の実測値と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれの出口水温の実測値とに基づいて、前記水の温度を上昇させる制御を行うことと、前記複数のヒートポンプ装置の全体で前記水の温度を上昇させる変動量を記憶部から読み取ることと、前記複数のヒートポンプ装置の全体で前記水の温度を上昇させ始めてから所定のタイミングまでの期間によって示される通常時には、前記記憶部から読み取った前記変動量を前記複数のヒートポンプ装置の台数で等分することと、前記最下流ヒートポンプ装置の出力における前記水の目標温度が第一設定温度を超えている場合に、前記所定のタイミングに前記最下流ヒートポンプ装置に割り当てた変動量が通常時の変動量よりも少なくなるように、前記最下流ヒートポンプ装置以外の前記複数のヒートポンプ装置に割り当てた変動量を決定することと、を含む。
本発明の第５の態様によれば、プログラムは、循環経路において順に配置され循環する水の温度を上昇させるとともに、前記循環経路における最も下流に配置された最下流ヒートポンプ装置を含む複数のヒートポンプ装置を制御する制御装置のコンピュータに、設備における水温の変動量と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれが有する機器能力と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれにおける目標出口水温と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれの入口水温の実測値と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれの出口水温の実測値とに基づいて、前記水の温度を上昇させる制御を行うことと、前記複数のヒートポンプ装置の全体で前記水の温度を上昇させる変動量を記憶部から読み取ることと、前記複数のヒートポンプ装置の全体で前記水の温度を変動させ始めてから所定のタイミングまでの期間によって示される通常時には、前記記憶部から読み取った前記変動量を前記複数のヒートポンプ装置の台数で等分することと、前記最下流ヒートポンプ装置の出力における前記水の目標温度が第一設定温度を超えている場合に、前記所定のタイミングに前記最下流ヒートポンプ装置に割り当てた変動量が通常時の変動量よりも少なくなるように、前記最下流ヒートポンプ装置以外の前記複数のヒートポンプ装置に割り当てた変動量を決定することと、を実行させる。
本発明の実施形態による制御装置によれば、ヒートポンプシステムにおける直列接続された複数のヒートポンプ装置の最下流に位置するヒートポンプ装置の熱交換器において安価な部品を使用することを可能にし、ヒートポンプシステムの小型化とヒートポンプシステムの製造コストの低減を行うことができる。
本発明の第一の実施形態によるヒートポンプシステムの構成を示す図である。 本実施形態によるヒートポンプ装置の構成を示す図である。 本実施形態による制御装置の構成を示す図である。 本実施形態による記憶部が記憶するデータテーブルを示す図である。 本実施形態による制御装置の処理フローを示す図である。 本発明の第二の実施形態によるヒートポンプシステムの構成を示す図である。 本発明の第三の実施形態による制御装置の構成を示す図である。
＜第一の実施形態＞
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の第一の実施形態による制御装置を備えるヒートポンプシステムの構成について説明する。
本実施形態によるヒートポンプシステム１は、図１に示すように、設備１０、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ、制御装置３０、及び、水配管４０を備える。
設備１０は、水の温度をΔＴ変化させる。例えば、設備１０は、オフィス、工場などであり、設備１０において、空気調和機、ボイラー装置、冷凍庫などを使用することにより水の温度をΔＴ変化させる。なお、水の温度をΔＴ低下させた場合は、水の冷却を意味し、水の温度をΔＴ上昇させた場合は、水の加熱を意味する。
設備１０は、例えば水の温度をΔＴ低下させた水を水配管４０を介して第１ヒートポンプ装置２０ａ１に出力する。また、設備１０に、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎから水配管４０を介して水が入力される。例えば、設備１０で要求される水温まで加熱された水が、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎから水配管４０を介して、設備１０へ供給される。
第１ヒートポンプ装置２０ａ１は、設備１０から入力した水を熱交換することにより加熱する。第１ヒートポンプ装置２０ａ１は、加熱した水を水配管４０を介して第２ヒートポンプ装置２０ａ２に出力する。
第２ヒートポンプ装置２０ａ２は、第１ヒートポンプ装置２０ａ１から入力した水を熱交換することにより加熱する。第２ヒートポンプ装置２０ａ２は、加熱した水を水配管４０を介して第３ヒートポンプ装置２０ａ３に出力する。
同様に、第３ヒートポンプ装置２０ａ３は、第２ヒートポンプ装置２０ａ２から入力した水を熱交換することにより加熱する。第３ヒートポンプ装置２０ａ３は、加熱した水を水配管４０を介して第４ヒートポンプ装置２０ａ４に出力する。
同様に、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）は、第（ｎ−２）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−２）から入力した水を熱交換することにより加熱する。第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）は、加熱した水を水配管４０を介して第ｎヒートポンプ装置２０ａｎに出力する。なお、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎは、水の循環経路における最も下流に配置された最下流ヒートポンプ装置である。
第ｎヒートポンプ装置２０ａｎは、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）から入力した水を熱交換することにより加熱する。第ｎヒートポンプ装置２０ａｎは、加熱した水を水配管４０を介して設備１０に出力する。なお、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）、及び、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎを総称してヒートポンプ装置２０と呼ぶ。
なお、図１において、水配管４０における矢印は、水の循環経路における水の流れる方向を示している。
制御装置３０は、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎのそれぞれを制御する。具体的には、制御装置３０は、設備１０における水の温度低下ΔＴ、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎのそれぞれが有する水温を変動させる能力を示す機器能力、最上流の第１ヒートポンプ装置２０ａ１の入力水温、及び、最下流の第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの目標出口水温に基づいて、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれにおける目標出口水温、すなわち、それぞれにおける変動量割当を決定する。なお、変動量割当は、設備１０における水の温度の変動量ΔＴ（この場合、設備１０における水の温度低下ΔＴ）を第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれに割り当てられた水温の変動量を示す量であり、それぞれにおける目標出口水温と入口水温との差によって示される変動量である。制御装置３０は、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれにおける目標出口水温、入口水温の実測値、及び、出口水温の実測値のそれぞれに基づいて、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれにおける変動量割当に対する制御指令を生成する。制御装置３０は、生成した制御指令をそれぞれに対応するヒートポンプ装置２０に送信する。
なお、図１において、破線は、ヒートポンプ装置２０のそれぞれと制御装置３０との間の通信経路を示している。制御装置３０は、この通信経路を介して設備１０と情報の送受信を行う。また、制御装置３０は、この通信経路を介してヒートポンプ装置２０に目標出口水温などの制御信号を送信する。なお、通信経路は、有線であってよいし無線であってもよい。
次に、本実施形態によるヒートポンプ装置２０の構成について説明する。
ヒートポンプ装置２０のそれぞれは、図２に示すように、圧縮機２０１と、四方弁２０２と、水熱交換器２０３と、膨張弁２０４と、空気熱交換器２０５と、アキュムレータ２０６と、冷媒管２０７と、第１温度センサ２０８と、第２温度センサ２０９と、を備える。圧縮機２０１と、四方弁２０２と、水熱交換器２０３と、膨張弁２０４と、空気熱交換器２０５と、アキュムレータ２０６は、冷媒管２０７によって接続され、冷媒回路を構成する。
圧縮機２０１は、四方弁２０２とアキュムレータ２０６との間に設けられる。圧縮機２０１は、インバータによってモータが駆動される。圧縮機２０１は、インバータの出力周波数によってモータの回転数、すなわち冷媒の吐出量が調整される。
水熱交換器２０３は、上流側のヒートポンプ装置２０から下流側のヒートポンプ装置２０へ水が流れる水配管４０内の水と、四方弁２０２と膨張弁２０４との間の冷媒管２０７内の冷媒とを熱交換させる。
膨張弁２０４は、水熱交換器２０３と空気熱交換器２０５との間に設けられる。膨張弁２０４は、入力したある温度Ｔである圧力Ｐの液状冷媒を温度Ｔよりも低温で圧力Ｐよりも低圧の冷媒にする。
空気熱交換器２０５は、四方弁２０２と膨張弁２０４との間に設けられる。空気熱交換器２０５は、外気と冷媒とを熱交換させる。
アキュムレータ２０６は、圧縮機２０１と四方弁２０２との間に設けられる。アキュムレータ２０６は、蒸発器（水熱交換器２０３または空気熱交換器２０５）でガス化しきれなかった冷媒が液状のまま圧縮機２０１に吸入されるのを防ぐ。
上流側のヒートポンプ装置２０から（第１ヒートポンプ装置２０ａ１の場合、設備１０から）水が流れる水熱交換器２０３における水配管４０の入口には、第１温度センサ２０８が設けられる。第１温度センサ２０８が検出した水温は、水配管４０内の入口水温の実測値として制御装置３０へ送信される。
また、下流側のヒートポンプ装置２０へ（第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの場合、設備１０へ）水が流れる水熱交換器２０３における水配管４０の出口には、第２温度センサ２０９が設けられる。第２温度センサ２０９が検出した水温は、水配管４０内の出力水温の実測値として制御装置３０へ送信される。
なお、ヒートポンプ装置２０において、加熱運転と冷却（または除霜）運転とは、四方弁２０２が切り替えられて、冷媒の流れ方向が変化することによって切り替わる。加熱運転時では、圧縮機２０１から吐出された冷媒は、水熱交換器２０３、膨張弁２０４、空気熱交換器２０５、アキュムレータ２０６の順に流れる。水熱交換器２０３が凝縮器として作用し、空気熱交換器２０５が蒸発器として作用する。そして、水熱交換器２０３で加熱された水が水配管４０を介して水の循環経路の下流側の次のヒートポンプ装置２０または設備１０へ出力される。
次に、本実施形態による制御装置３０の構成について説明する。
制御装置３０は、図３に示すように、通信部３０１と、記憶部３０２と、通信制御部３０３と、温度変動制御部３０４と、変動量割当決定部３０５と、変動量読取部３０６と、変動量割当設定部３０７と、を備える。
通信部３０１は、制御装置３０がヒートポンプ装置２０のそれぞれを制御するのに必要な情報をヒートポンプ装置２０のそれぞれと送受信する。例えば、通信部３０１は、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれにおける第１温度センサ２０８が検出した入口水温の実測値、及び、それぞれにおける第２温度センサ２０９が検出した出口水温の実測値を受信する。また、通信部３０１は、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれに制御指令を送信する。
記憶部３０２は、制御装置３０が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。例えば、記憶部３０２は、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの全体で変動させる水温の変動量を示すデータテーブルＴＢＬ１を予め記憶する。なお、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの全体で変動させる水温の変動量は、例えば、設備１０において冷却される水温の変動量ΔＴである。
通信制御部３０３は、制御装置３０が通信部３０１を介して行う通信を制御する。なお、以下の説明において、通信制御部３０３が制御装置３０の通信部３０１を介して行う通信を制御することを特に記載しない場合であっても、通信制御部３０３は、制御装置３０が通信部３０１を介して行う通信を制御するものである。
温度変動制御部３０４は、設備１０における水温の変動量ΔＴ、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが有する機器能力、最上流の第１ヒートポンプ装置２０ａ１の入力水温、及び、最下流の第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの目標出口水温に基づいて、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれにおける目標出口水温を決定する。温度変動制御部３０４は、設備１０における水温の変動量ΔＴ、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが有する機器能力、設備１０における水温の変動量ΔＴ、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれにおける目標出口水温、入口水温の実測値、及び、出口水温の実測値のそれぞれに基づいて、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれに対する制御指令を生成する。制御装置３０は、生成した制御指令をそれぞれに対応するヒートポンプ装置２０に送信し、ヒートポンプ装置２０を制御する。に基づいて水の温度を変動させる制御指令を生成し、制御を行う。具体的には、温度変動制御部３０４は、変動量割当設定部３０７がヒートポンプ装置２０のそれぞれに対して設定する変動量割当で水の温度を変動させる制御指令を生成し、ヒートポンプ装置２０のそれぞれを制御する。
変動量割当決定部３０５は、ヒートポンプ装置２０のうちの水の循環経路における最も下流に配置された第ｎヒートポンプ装置２０ａｎと第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０のそれぞれに変動量割当を、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎに割り当てた変動量が通常時に割り当てた変動量よりも少なくなるよう第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０の変動量割当を決定する。
例えば、変動量割当決定部３０５は、通常時には、変動量読取部３０６が記憶部３０２から読み取った変動量をヒートポンプ装置２０の台数ｎで等分し、所定のタイミングに、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎに割り当てた変動量が通常時に割り当てた変動量よりも少なくなるよう第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０の変動量割当を決定する。
具体的には、例えば、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの出力における水の目標温度が第一設定温度を超えており、変動量割当決定部３０５は、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが水を加熱し圧力が高まって出力した場合に、所定のタイミングに、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎに割り当てた変動量が通常時に割り当てた変動量よりも少なくなるよう第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０の変動量割当を決定する。また、例えば、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの出力における水の目標温度が第一設定温度を超えており、変動量割当決定部３０５は、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが水を加熱し圧力が高まって出力した場合に、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの出力における水の温度の実測値が第二設定温度を超えたタイミングに、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎに割り当てた変動量が通常時に割り当てた変動量よりも少なくなるよう第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０の変動量割当を決定してもよい。
変動量読取部３０６は、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの全体で水の温度を変動させる変動量を記憶部３０２から読み取る。例えば、変動量読取部３０６は、記憶部３０２からデータテーブルＴＢＬ１を読み出す。
変動量割当設定部３０７は、変動量割当決定部３０５が決定した変動量割当に基づいて、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎと第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０に割り当てる変動量割当を設定する。
次に、本実施形態による記憶部３０２が記憶するデータテーブルＴＢＬ１について説明する。
データテーブルＴＢＬ１は、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの全体で水の温度を変動させる変動量ΔＴを示す。例えば、データテーブルＴＢＬ１は、図４に示すように、それぞれの設備（設備１０、設備３００、・・・）と、それぞれの設備における水の温度の変動量ΔＴとの対応関係を示す。
次に、本実施形態によるヒートポンプシステム１の処理について説明する。
ここでは、本実施形態によるヒートポンプシステム１において、設備１０が水を冷却し、水の温度がΔＴ低下した場合に、ヒートポンプ装置２０のそれぞれを制御して水を加熱する制御装置３０の処理を示す図５の処理フローについて説明する。なお、設備１０が第ｎヒートポンプ装置２０ａｎから水配管４０を介して入力する水を冷却し、水の温度をΔＴ低下させることは予めわかっており、記憶部３０２は変動量ΔＴをデータテーブルＴＢＬ１に記憶している。ここで、設備１０が記憶部３０２のデータテーブルＴＢＬ１に記録した変動量ΔＴは、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの全体で水の温度を変動させる変動量である。
変動量読取部３０６は、記憶部３０２のデータテーブルＴＢＬ１から設備１０に対応する変動量ΔＴを読み出す（ステップＳ１）。例えば、図４で示したデータテーブルＴＢＬ１の場合、変動量読取部３０６は、データテーブルＴＢＬ１における設備の先頭から順に設備１０を検索して特定し、特定した設備１０に対応する変動量ΔＴ１を設備１０の変動量ΔＴと特定して読み出す。
変動量読取部３０６は、読み出した変動量ΔＴを変動量割当決定部３０５に出力する。
変動量割当決定部３０５は、変動量読取部３０６から変動量ΔＴを入力すると、入力した変動量ΔＴ、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎのそれぞれが有する機器能力、最上流の第１ヒートポンプ装置２０ａ１の入力水温、及び、最下流の第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの目標出口水温に基づいて、通常時におけるヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当と決定する（ステップＳ２）。例えば、変動量割当決定部３０５は、通常時には、変動量ΔＴをヒートポンプ装置２０の台数ｎで等分した変動量割当ΔＴ÷ｎをヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当と決定する。
変動量割当決定部３０５は、通常時に決定したヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当を変動量割当設定部３０７に出力する。
変動量割当設定部３０７は、変動量割当決定部３０５から通常時におけるヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当を入力すると、入力したヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当をヒートポンプ装置２０のそれぞれに設定する（ステップＳ３）。例えば、変動量割当設定部３０７は、変動量割当決定部３０５がヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当をΔＴ÷ｎと決定した場合、通常時におけるヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当をΔＴ÷ｎに設定する。
温度変動制御部３０４は、変動量割当設定部３０７が通常時におけるヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当を設定すると、設備１０における水温の変動量ΔＴ、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが有する機器能力、設備１０における水温の変動量ΔＴ、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれにおける目標出口水温、入口水温の実測値、及び、出口水温の実測値のそれぞれに基づいて、水の温度を変動させる制御指令を生成し、ヒートポンプ装置２０のそれぞれを制御する（ステップＳ４）。
通常時に温度変動制御部３０４が水の温度を変動させる制御指令を生成し、ヒートポンプ装置２０のそれぞれを制御すると、ヒートポンプ装置２０のそれぞれは、加熱し圧力が高まった水を、水の循環経路の下流側のヒートポンプ装置２０または設備１０へ出力する。
変動量割当決定部３０５は、通常時に、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが水を加熱し圧力が高まって出力しているときに、所定のタイミングになったか否かを判定している（ステップＳ５）。具体的には、例えば、変動量割当決定部３０５は、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの出力における水の目標温度が第一設定温度を超えており、かつ、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの出力における水の温度の実測値が第二設定温度を超えたタイミングになったか否かを判定する。より具体的には、例えば、変動量割当決定部３０５は、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの出力における水の目標温度が第一設定温度５５度を超えており（例えば、水の目標温度が６０度）、かつ、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの出力における水の温度の実測値が第二設定温度５０度を超えたタイミングになったか否かを判定する。
通常時に、変動量割当決定部３０５は、所定のタイミングになっていないと判定した場合（ステップＳ５、ＮＯ）、ステップＳ５の処理に戻す。
また、通常時に、変動量割当決定部３０５は、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが水を加熱し圧力が高まって出力したときに、所定のタイミングになったと判定した場合（ステップＳ５、ＹＥＳ）、この判定タイミング（所定のタイミング）に、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎに割り当てた変動量が通常時に割り当てた変動量よりも少なくなるよう第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０の変動量割当を決定する（ステップＳ６）。例えば、変動量割当決定部３０５は、通常時におけるヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当をΔＴ÷ｎに決定していた場合、所定のタイミングに、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの変動量割当をΔＴ÷ｎよりも低くなるよう決定し、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの変動量割当を低くした分、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他の１つ以上のヒートポンプ装置２０の変動量割当が高くなるよう決定する。より具体的には、変動量割当決定部３０５は、通常時における第ｎヒートポンプ装置２０ａｎの変動量割当よりも低く、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎにおける高温で高圧な状態でも単位時間当たりに容易に実現できる変動量割当に設定する。
変動量割当決定部３０５は、決定したヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当を変動量割当設定部３０７に出力する。
変動量割当設定部３０７は、変動量割当決定部３０５から所定のタイミングに決定したヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当を入力すると、入力したヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当をヒートポンプ装置２０のそれぞれに設定する（ステップＳ７）。
温度変動制御部３０４は、変動量割当設定部３０７が所定のタイミングに決定したヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当を設定すると、設備１０における水温の変動量ΔＴ、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが有する機器能力、設備１０における水温の変動量ΔＴ、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれにおける目標出口水温、入口水温の実測値、及び、出口水温の実測値のそれぞれに基づいて、水の温度を変動させる制御指令を生成し、ヒートポンプ装置２０のそれぞれを制御する（ステップＳ８）。
なお、ヒートポンプ装置２０の台数ｎは、２台以上であれば何台でもよい。
以上、本発明の第一の実施形態による制御装置３０の処理について説明した。本実施形態による制御装置３０の処理によれば、温度変動制御部３０４は、設備１０における水温の変動量ΔＴ、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが有する機器能力、設備１０における水温の変動量ΔＴ、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれにおける目標出口水温、入口水温の実測値、及び、出口水温の実測値のそれぞれに基づいて、水の温度を変動させる制御指令を生成し、ヒートポンプ装置２０のそれぞれを制御する。変動量割当決定部３０５は、ヒートポンプ装置２０のうちの水の循環経路における最も下流に配置された第ｎヒートポンプ装置２０ａｎと第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０のそれぞれに変動量割当を、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎに割り当てた変動量が通常時に割り当てた変動量よりも少なくなるよう第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０の変動量割当を決定する。
このようにすれば、ヒートポンプシステムにおける直列接続された複数のヒートポンプ装置の最下流に位置するヒートポンプ装置の熱交換器において安価な部品を使用することを可能にし、ヒートポンプシステムの小型化とヒートポンプシステムの製造コストの低減を行うことができる。
＜第二の実施形態＞
本発明の第二の実施形態による制御装置を備えるヒートポンプシステムの構成について説明する。
本実施形態によるヒートポンプシステム１は、第一の実施形態によるヒートポンプシステム１と同様、図６に示すように、設備１０、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ、制御装置３０、及び、水配管４０を備える。
ただし、本実施形態による設備１０は、第一の実施形態による設備１０に加え、温度センサ１０１、温度センサ１０２、温度差算出部１０３、及び、温度差送信部１０４を備える。
温度センサ１０１は、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎからの水配管４０の入力部に設置され、水配管４０内の水の温度を検出する。
温度センサ１０２、第１ヒートポンプ装置２０ａ１への水配管４０の出力部に設置され、水配管４０内の水の温度を検出する。
温度差算出部１０３は、温度センサ１０１が検出した温度から温度センサ１０２が検出した水の温度を減じて、設備１０における水の低下温度ΔＴを算出する。
温度差送信部１０４は、温度差算出部１０３が算出した設備１０における水の低下温度ΔＴを制御装置３０に送信する。
制御装置３０が備える通信部３０１と、通信制御部３０３と、温度変動制御部３０４と、変動量割当決定部３０５と、変動量読取部３０６と、変動量割当設定部３０７のそれぞれは、記憶部３０２が記憶するデータテーブルＴＢＬ１が示す設備１０が低下させた水の温度ΔＴの代わりに、通信部３０１を介して温度差送信部１０４によってリアルタイムに送信される設備１０における水の低下温度ΔＴを用いてリアルタイムに処理する。それ以外は、第一の実施形態による制御装置３０と同様であり、本実施形態による制御装置３０の処理フローも第一の実施形態による制御装置３０の処理フローと同様である。
以上、本発明の第二の実施形態による制御装置３０の処理について説明した。本実施形態による制御装置３０の処理によれば、温度変動制御部３０４は、設備１０における水温の変動量ΔＴ、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが有する機器能力、設備１０における水温の変動量ΔＴ、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれにおける目標出口水温、入口水温の実測値、及び、出口水温の実測値のそれぞれに基づいて、水の温度を変動させる制御指令を生成し、ヒートポンプ装置２０のそれぞれを制御する。変動量割当決定部３０５は、ヒートポンプ装置２０のうちの水の循環経路における最も下流に配置された第ｎヒートポンプ装置２０ａｎと第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０のそれぞれに変動量割当を、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎに割り当てた変動量が通常時に割り当てた変動量よりも少なくなるよう第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０の変動量割当を決定する。
このようにすれば、ヒートポンプシステムにおける直列接続された複数のヒートポンプ装置の最下流に位置するヒートポンプ装置の熱交換器において安価な部品を使用することを可能にし、ヒートポンプシステムの小型化とヒートポンプシステムの製造コストの低減を行うことができる。
また、温度センサ１０１は、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎからの水配管４０の入力部に設置され、水配管４０内の水の温度を検出する。温度センサ１０２、第１ヒートポンプ装置２０ａ１への水配管４０の出力部に設置され、水配管４０内の水の温度を検出する。
温度差算出部１０３は、温度センサ１０１が検出した温度から温度センサ１０２が検出した水の温度を減じて、設備１０における変動量ΔＴ（水の低下温度ΔＴ）を算出する。温度差送信部１０４は、温度差算出部１０３が算出した設備１０における変動量ΔＴを制御装置３０に送信する。制御装置３０が備える通信部３０１と、通信制御部３０３と、温度変動制御部３０４と、変動量割当決定部３０５と、変動量読取部３０６と、変動量割当設定部３０７のそれぞれは、記憶部３０２が記憶するデータテーブルＴＢＬ１が示す設備１０が変動量ΔＴの代わりに、通信部３０１を介して温度差送信部１０４によってリアルタイムに送信される設備１０における変動量ΔＴを用いてリアルタイムに処理する。
このようにすれば、より正確に変動量割当を決定することができる。
＜第三の実施形態＞
本発明の第三の実施形態による制御装置を備えるヒートポンプシステムの構成について説明する。
本実施形態によるヒートポンプシステム１は、第一の実施形態によるヒートポンプシステム１と同様、図１に示すように、設備１０、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ、制御装置３０、及び、水配管４０を備える。
ただし、本実施形態による制御装置３０は、図７に示すように、第一の実施形態による制御装置３０に加え、外気温検出部３０８を備える。
外気温検出部３０８は、外気温検出部３０８を備えているヒートポンプ装置２０の外気温を検出する。
制御装置３０が備える変動量割当決定部３０５は、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが備える外気温検出部３０８が検出した外気温を取得する。そして、変動量割当決定部３０５は、取得した外気温によるヒートポンプ装置２０のそれぞれにおける水の温度変化への影響を補正して、ヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当を決定する。それ以外は、第一の実施形態による制御装置３０と同様であり、本実施形態による制御装置３０の処理フローも第一の実施形態による制御装置３０の処理フローと同様である。
以上、本発明の第三の実施形態による制御装置３０の処理について説明した。本実施形態による制御装置３０の処理によれば、温度変動制御部３０４は、設備１０における水温の変動量ΔＴ、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが有する機器能力、設備１０における水温の変動量ΔＴ、第１ヒートポンプ装置２０ａ１、第２ヒートポンプ装置２０ａ２、・・・、第（ｎ−１）ヒートポンプ装置２０ａ（ｎ−１）のそれぞれにおける目標出口水温、入口水温の実測値、及び、出口水温の実測値のそれぞれに基づいて、水の温度を変動させる制御指令を生成し、ヒートポンプ装置２０のそれぞれを制御する。変動量割当決定部３０５は、ヒートポンプ装置２０のうちの水の循環経路における最も下流に配置された第ｎヒートポンプ装置２０ａｎと第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０のそれぞれに変動量割当を、第ｎヒートポンプ装置２０ａｎに割り当てた変動量が通常時に割り当てた変動量よりも少なくなるよう第ｎヒートポンプ装置２０ａｎ以外の他のヒートポンプ装置２０の変動量割当を決定する。
このようにすれば、ヒートポンプシステムにおける直列接続された複数のヒートポンプ装置の最下流に位置するヒートポンプ装置の熱交換器において安価な部品を使用することを可能にし、ヒートポンプシステムの小型化とヒートポンプシステムの製造コストの低減を行うことができる。
また、制御装置３０は、第一の実施形態による制御装置３０に加え、外気温検出部３０８を備える。外気温検出部３０８は、外気温検出部３０８を備えているヒートポンプ装置２０の外気温を検出する。制御装置３０が備える変動量割当決定部３０５は、ヒートポンプ装置２０のそれぞれが備える外気温検出部３０８が検出した外気温を取得する。そして、変動量割当決定部３０５は、取得した外気温によるヒートポンプ装置２０のそれぞれにおける水の温度変化への影響を補正して、ヒートポンプ装置２０のそれぞれの変動量割当を決定する。
このようにすれば、より正確に変動量割当を決定することができる。
なお、本発明の実施形態における記憶部３０２は、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部３０２は、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。
なお、本発明の実施形態における処理フローは、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。
なお、本発明の実施形態について説明したが、上述の制御装置３０は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができるものである。
１・・・ヒートポンプシステム
１０・・・設備
２０・・・ヒートポンプ装置
２０ａ１・・・第１ヒートポンプ装置
２０ａ２・・・第２ヒートポンプ装置
２０ａ（ｎ−１）・・・第（ｎ−１）ヒートポンプ装置
２０ａｎ・・・第ｎヒートポンプ装置
３０・・・制御装置
４０・・・水配管
１０２、２０８・・・温度センサ
１０３・・・温度差算出部
１０４・・・温度差送信部
２０１・・・圧縮機
２０２・・・四方弁
２０３・・・水熱交換器
２０４・・・膨張弁
２０５・・・空気熱交換器
２０６・・・アキュムレータ
２０７・・・冷媒管
３０１・・・通信部
３０２・・・記憶部
３０３・・・通信制御部
３０４・・・温度変動制御部
３０５・・・変動量割当決定部
３０６・・・変動量読取部
３０７・・・変動量割当設定部
３０８・・・外気温検出部

Claims (5)

  1. 循環経路において順に配置され循環する水の温度を上昇させるとともに、前記循環経路における最も下流に配置された最下流ヒートポンプ装置を含む複数のヒートポンプ装置を制御する制御装置であって、
    設備における水温の変動量と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれが有する機器能力と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれにおける目標出口水温と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれの入口水温の実測値と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれの出口水温の実測値とに基づいて、前記水の温度を上昇させる制御を行う温度変動制御部と、
    前記複数のヒートポンプ装置の全体で前記水の温度を上昇させる変動量を記憶部から読み取る変動量読取部と、
    前記複数のヒートポンプ装置の全体で前記水の温度を上昇させ始めてから所定のタイミングまでの期間によって示される通常時には、前記変動量読取部が前記記憶部から読み取った前記変動量を前記複数のヒートポンプ装置の台数で等分し、前記最下流ヒートポンプ装置の出力における前記水の目標温度が第一設定温度を超えている場合に、前記所定のタイミングに前記最下流ヒートポンプ装置に割り当てた変動量が通常時の変動量よりも少なくなるように、前記最下流ヒートポンプ装置以外の前記複数のヒートポンプ装置に割り当てた変動量を決定する変動量割当決定部と、
    を備える制御装置。
  2. 前記変動量割当決定部は、
    前記最下流ヒートポンプ装置の出力における前記水の目標温度が第一設定温度を超えている場合に、前記最下流ヒートポンプ装置の出力における前記水の温度が第二設定温度を超えたタイミングに前記最下流ヒートポンプ装置に割り当てた変動量が前記通常時の変動量よりも少なくなるように、前記最下流ヒートポンプ装置以外の前記複数のヒートポンプ装置に割り当てた変動量を決定する、
    請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記変動量割当決定部が決定した前記割り当てた変動量に基づいて、最下流ヒートポンプ装置と前記最下流ヒートポンプ装置以外の前記複数のヒートポンプ装置に割り当てる前記割り当てた変動量を設定する変動量割当設定部、
    を備える請求項１または請求項２に記載の制御装置。
  4. 循環経路において順に配置され循環する水の温度を上昇させるとともに、前記循環経路における最も下流に配置された最下流ヒートポンプ装置を含む複数のヒートポンプ装置を制御する制御装置の制御方法であって、
    設備における水温の変動量と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれが有する機器能力と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれにおける目標出口水温と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれの入口水温の実測値と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれの出口水温の実測値とに基づいて、前記水の温度を上昇させる制御を行うことと、
    前記複数のヒートポンプ装置の全体で前記水の温度を上昇させる変動量を記憶部から読み取ることと、
    前記複数のヒートポンプ装置の全体で前記水の温度を上昇させ始めてから所定のタイミングまでの期間によって示される通常時には、前記記憶部から読み取った前記変動量を前記複数のヒートポンプ装置の台数で等分することと、
    前記最下流ヒートポンプ装置の出力における前記水の目標温度が第一設定温度を超えている場合に、前記所定のタイミングに前記最下流ヒートポンプ装置に割り当てた変動量が通常時の変動量よりも少なくなるように、前記最下流ヒートポンプ装置以外の前記複数のヒートポンプ装置に割り当てた変動量を決定することと、
    を含む制御方法。
  5. 循環経路において順に配置され循環する水の温度を上昇させるとともに、前記循環経路における最も下流に配置された最下流ヒートポンプ装置を含む複数のヒートポンプ装置を制御する制御装置のコンピュータに、
    設備における水温の変動量と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれが有する機器能力と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれにおける目標出口水温と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれの入口水温の実測値と、前記ヒートポンプ装置のそれぞれの出口水温の実測値とに基づいて、前記水の温度を上昇させる制御を行うことと、
    前記複数のヒートポンプ装置の全体で前記水の温度を上昇させる変動量を記憶部から読み取ることと、
    前記複数のヒートポンプ装置の全体で前記水の温度を上昇させ始めてから所定のタイミングまでの期間によって示される通常時には、前記記憶部から読み取った前記変動量を前記複数のヒートポンプ装置の台数で等分することと、
    前記最下流ヒートポンプ装置の出力における前記水の目標温度が第一設定温度を超えている場合に、前記所定のタイミングに前記最下流ヒートポンプ装置に割り当てた変動量が通常時の変動量よりも少なくなるように、前記最下流ヒートポンプ装置以外の前記複数のヒートポンプ装置に割り当てた変動量を決定することと、
    を実行させるプログラム。
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