JP7258230B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。

従来、ヒートポンプなどの熱源機により冷水または温水を生成し、送水ポンプおよび配管で室内機へ搬送して室内の冷暖房を行なう間接式の空気調和装置が知られている。

このような間接式の空気調和装置は、利用側の熱媒体として水またはブラインを使用するので、近年、使用冷媒量を削減するために注目されている。

特開平０６－３０７７２６号公報には、蒸発器により冷却された冷水を供給する複数台の冷水供給モジュールと、冷水供給モジュールから供給された冷水の温度を検出する温度センサと、該温度センサの出力を受けて冷水供給モジュールの台数制御および各冷水供給モジュールの冷凍サイクルの容量制御を行なうとともに予め装置起動時の冷水供給モジュールの運転台数を設定する手動設定手段を含んでなるコントローラとを含む冷水供給装置が開示されている。

特開平０６－３０７７２６号公報

特開平０６－３０７７２６号公報においては、冷水供給モジュールの運転台数が調整されているが、冷水供給モジュールの始動台数が設定済みで無い場合には、全数の冷水供給モジュールを始動させた後で、運転台数を減少させていくため、過剰な運転台数となる期間があり、改善の余地がある。また、運転台数を１台ずつ変更していくため、最適台数となるために時間がかかる場合がある。

本開示の装置は、上記課題を解決するためになされたものであって、水又はブラインなどの熱媒体の温度を制御する複数台の冷凍サイクルユニットを有する冷凍サイクル装置において、過剰な運転台数となることを避けつつ目標時間に精度良く熱媒体の温度を目標温度に設定することができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本開示の冷凍サイクル装置は、それぞれが冷媒を使用する互いに独立した冷媒回路を有し、共通する熱媒体の循環路に配置され、熱媒体の温度を制御する複数の冷凍サイクルユニットと、熱媒体の循環路における熱媒体の温度を検出する温度センサと、複数の冷凍サイクルユニットの運転台数を制御する制御装置とを備える。

制御装置は、冷凍サイクル装置が冷房運転または暖房運転を開始した第１時刻において運転台数を初期運転台数に設定する。

制御装置は、第１時刻において温度センサによって検出される熱媒体の温度と目標温度との差に基づいて、第１時刻よりも後の第２時刻における熱媒体の温度の中間目標変化量を決定する。

制御装置は、第２時刻よりも後の第３時刻において温度センサで検出される熱媒体の温度が目標温度に近づくように、温度センサで検出された第１時刻から第２時刻までに生じる熱媒体の温度変化量と中間目標変化量との差に応じて運転台数を調整する。

本開示の冷凍サイクル装置によれば、冷凍サイクルユニットの運転台数が過剰な運転台数となることを避けつつ目標時間に精度良く熱媒体の温度を目標温度に設定することができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 空気調和装置の制御を行なう制御装置と制御装置を遠隔制御するリモコンの構成を示す図である。 冷凍サイクル装置の起動時のサーモオフの発生について説明するための図である。 実施の形態１において制御装置１００が実行する運転台数決定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１において冷房運転が実行される場合におけるユニット台数の調整例を示す図である。 実施の形態１において暖房運転が実行される場合におけるユニット台数の調整例を示す図である。 実施の形態２において制御装置１００が実行する運転台数決定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２において冷房運転が実行される場合におけるユニット台数の調整例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図１を参照して、冷凍サイクル装置１は、熱源機２と、負荷装置３と、配管４，５と、ポンプ６と、温度センサ８とを備える。熱源機２は、制御装置１００と、ｎ台（ｎは２以上の整数）の冷凍サイクルユニット２００－１～２００－ｎとを備える。ｎ＝２の場合には、熱源機２は、第１冷凍サイクルユニット２００－１と第２冷凍サイクルユニット２００－２とを備える。

第１冷凍サイクルユニット２００－１と第２冷凍サイクルユニット２００－２の各々においては、冷媒の循環経路が形成されている。また、配管４，５およびポンプ６によって熱源機２と負荷装置３との間において熱媒体が循環する。温度センサ８は、配管４を通過する熱媒体の温度を検出する。以下の説明において、熱媒体として水を例示する。なお、熱媒体はブラインなどであっても良い。また、説明の簡単のため、熱媒体の温度を水温と記載することもある。

第１冷凍サイクルユニット２００－１、第２冷凍サイクルユニット２００－２、…第ｎ冷凍サイクルユニット２００－ｎは、水の循環経路に直列に接続され、ともに水に対する熱源または冷熱源として作動するように構成される。

第１冷凍サイクルユニット２００－１は、圧縮機１１と、四方弁１２と、熱交換器１３と、ファン１４と電子膨張弁１５と、熱交換器１６とを含む。第２冷凍サイクルユニット２００－２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、熱交換器２３と、ファン２４と電子膨張弁２５と、熱交換器２６とを含む。

圧縮機１１，２１は、冷媒を圧縮する。圧縮機１１，２１は、各制御部によってインバータ制御されており、運転周波数が可変である。熱交換器１３，２３は、冷媒とファン１４，２４で送風される外気との間で熱交換を行なう。熱交換器１６，２６は、冷媒と水との間で熱交換を行なう。熱交換器１６，２６として、たとえば、プレート熱交換器を用いることができる。

図１には、四方弁１２，２２が暖房を行なうように設定されている場合が示される。この場合、第１冷凍サイクルユニット２００－１および第２冷凍サイクルユニット２００－２は、熱源として作用する。四方弁１２，２２を切替えて冷媒の循環方向を逆向きにすれば、冷房または除霜を行なう場合となり、第１冷凍サイクルユニット２００－１および第２冷凍サイクルユニット２００－２は冷熱源として作用する。

なお、冷凍サイクルユニット２００－ｎも冷凍サイクルユニット２００－１，２００－２と同様な構成であるので、説明は繰返さない。

熱源機２と負荷装置３とは、水を流通させる配管４，５によって接続されている。負荷装置３は、室内機３０と、室内機４０と、室内機５０とを含む。室内機３０，４０，５０は、互いに並列的に配管４と配管５との間に接続されている。

室内機３０は、熱交換器３１と、室内空気を熱交換器３１に送るためのファン３２と、水の流量を調整する流量調整弁３３とを含む。熱交換器３１は、水と室内空気との熱交換を行なう。

室内機４０は、熱交換器４１と、室内空気を熱交換器４１に送るためのファン４２と、水の流量を調整する流量調整弁４３とを含む。熱交換器４１は、水と室内空気との熱交換を行なう。

室内機５０は、熱交換器５１と、室内空気を熱交換器５１に送るためのファン５２と、水の流量を調整する流量調整弁５３とを含む。熱交換器５１は、水と室内空気との熱交換を行なう。

なお、ポンプ６と、直列接続された熱交換器１６，２６などを含むｎ台の熱交換器と、互いに並列接続された熱交換器３１、熱交換器４１、熱交換器５１と、によって水を利用した水回路が形成されている。また、本実施の形態においては２台の冷凍サイクルユニットと３台の室内機を有する空気調和装置を例に挙げている。ただし、室内機の数は３台以上であっても良く、１台であってもよい。

冷凍サイクルユニット２００－１～２００－ｎに分散配置された制御部７－１～７－ｎは、制御装置１００と連携して動作する。制御装置１００は、図示しないリモコン等からの設定と、圧力センサおよび温度センサの出力とに応じて制御部７－１～７－ｎを通じて圧縮機１１，２１、四方弁１２，２２、ファン１４，２４、電子膨張弁１５，２５を制御する。

また、負荷装置３は、室内機３０，４０，５０にそれぞれ対応する制御部３４，４４，５４を備える。制御部３４，４４，５４は、流量調整弁３３，４３，５３およびファン３２，４２，５２をそれぞれ制御する。

なお、制御部７－１，７－２，３４，４４，５４のいずれか１つが制御装置１００として制御を行なっても良い。その場合制御装置１００は、他の制御部が検出したデータに基づいて圧縮機１１，２１、四方弁１２，２２、ファン１４，２４、電子膨張弁１５，２５，ポンプ６、流量調整弁３３，４３，５３およびファン３２，４２，５２を制御してもよい。

図２は、空気調和装置の制御を行なう制御装置と制御装置を遠隔制御するリモコンの構成を示す図である。図２を参照して、リモコン３００は、入力装置３０１と、プロセッサ３０２と、送信装置３０３とを含む。入力装置３０１は、ユーザーが室内機のＯＮ／ＯＦＦを切り替える押しボタン、設定温度を入力するボタン等を含む。送信装置３０３は、制御装置１００と通信を行なうためのものである。プロセッサ３０２は、入力装置３０１から与えられた入力信号に従って、送信装置３０３を制御する。

制御装置１００は、リモコンからの信号を受信する受信装置１０１と、プロセッサ１０２と、メモリ１０３とを含む。

メモリ１０３は、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、フラッシュメモリとを含んで構成される。なお、フラッシュメモリには、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、各種のデータが記憶される。

プロセッサ１０２は、冷凍サイクル装置１の全体の動作を制御する。なお、図１に示した制御装置１００は、プロセッサ１０２がメモリ１０３に記憶されたオペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムを実行することにより実現される。なお、アプリケーションプログラムの実行の際には、メモリ１０３に記憶されている各種のデータが参照される。受信装置１０１は、リモコン３００との通信を行なうためのものである。複数の室内機がある場合には、受信装置１０１は複数の室内機の各々に設けられる。

なお、図１に示すように制御装置が複数の制御部に分割されている場合には、複数の制御部の各々にプロセッサが含まれる。このような場合には、複数のプロセッサが連携して冷凍サイクル装置１の全体制御を行なう。

図３は、冷凍サイクル装置の起動時のサーモオフの発生について説明するための図である。図３において、横軸には時間が示され、上から順に水温、圧縮機の合計周波数、ユニットの運転台数が示されている。

冷凍サイクルユニットを図１に示すように複数台直列接続した連結設置条件において、冷房を行なうように冷凍サイクル装置１を起動すると、時刻ｔ５１において全体の冷凍サイクルユニットのうち予め定められた台数が運転を開始し、水温が低下し始める。予め定められた台数が１台である例が図３に示される。

時刻ｔ５１～ｔ５２においては、１台の冷凍サイクルユニットが運転し、他の冷凍サイクルユニットは停止している。運転開始する冷凍サイクルユニットは、運転周波数を０から徐々に増加させる。いきなり１台あたりの上限周波数ｆmaxで圧縮機を回すと、運転開始時に圧縮機内に溜まっている冷媒が排出される際に、冷凍機油も圧縮機から排出されてしまい、圧縮機がその後潤滑不足に陥るおそれあるからである。そこで、圧縮機の運転開始時には、徐々に周波数を上げていく必要がある。運転周波数を増加させると、冷凍サイクルユニットの熱媒体を冷却する能力は増加する。

時刻ｔ５２において、運転中の冷凍サイクルユニットの圧縮機周波数が最大となっても目標水温に到達しない場合、冷凍サイクルユニットを追加で起動することによって、水温を目標水温に到達させる。図３の例では、時刻ｔ５２において水温Ｔ５２は目標水温よりもまだ高いので、さらに２台運転が追加され時刻ｔ５２～ｔ５３では運転中の冷凍サイクルユニットの運転台数は３台となっている。

運転中となった３台のうち２台は、運転開始時である時刻ｔ５２以降、圧縮機の運転周波数が０から次第に増加する。３台の冷凍サイクル装置の熱媒体を冷却する能力の合計は、３台の圧縮機の運転周波数の合計で決まる。

時刻ｔ５３では、水温が目標水温まで低下し、サーモオフ状態となり、時刻ｔ５３以降は、運転台数がゼロになり、圧縮機の運転周波数の合計もゼロになっている。

このような起動方式では、最初に運転開始した冷凍サイクルユニットの圧縮機周波数が最大となるまでは、冷凍サイクルユニットの運転台数を増加しないので、目標水温に到達するまでの時間がかかる。また、追加で起動させるユニット台数は、それまでの水温変化を考慮せずに予め２台に決定されている。その結果、時刻ｔ５２以降は３台運転に固定されている。このため、ユニット運転台数が過剰となり、時刻ｔ５３において冷却しすぎによるサーモオフが発生してしまう。サーモオフにより圧縮機が停止されると水温が急激に上昇する。このような水温の変動は、冷房時のユーザーの快適性を損なう。

そこで、本実施の形態では、制御装置１００は、時刻ｔ５２において温度センサ８が検出する水温と目標水温との差を見て、追加起動する冷凍サイクルユニットの運転台数を決める。

図４は、実施の形態１において制御装置１００が実行する運転台数決定処理を説明するためのフローチャートである。制御装置１００は、リモコン等から起動指令を受けた場合、タイマーで設定されている起動時刻になった場合などの冷凍サイクル装置１の起動時である場合（Ｓ１でＹＥＳ）、ステップＳ２において冷凍サイクルユニットの運転台数を初期運転台数に設定する。初期運転台数は、ｎ台の冷凍サイクルユニットの一部であれば何台でも良いが、図５以降の例では、１台である場合が示されている。

起動時でない場合（Ｓ１でＮＯ）、制御装置は、起動時からの経過時間がΔＴＰ１であるか否かを判断する。経過時間がΔＴＰ１である場合（Ｓ３でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ４において、必要ユニット台数Ｎを算出する。そして、制御装置１００は、ステップＳ５において、運転台数がＮ台となるように冷凍サイクルユニットの運転台数を調整する。

経過時間がΔＴＰ１ではない場合（Ｓ３でＮＯ）、すなわち、起動時から経過時間がΔＴＰ１に至る前と、経過時間がΔＴＰ１よりも長い場合には、制御装置１００は、現在運転中の冷凍サイクルユニットの運転台数を維持する。

図５は、実施の形態１において冷房運転が実行される場合におけるユニット台数の調整例を示す図である。図５には、上から圧縮機の運転周波数の合計の周波数Σｆ、水温Ｔｗ（ｔ）、冷凍サイクルユニットの運転台数が示されている。

また中段の水温には、目標水温ＴｗＯと、その目標水温に至るまでの過程の各時刻における目標水温である中間目標水温ＴｗｍＯ（ｔ）とが水温Ｔｗ（ｔ）以外に示されている。なお、表記の簡単のために、各時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３における水温Ｔｗ（ｔ１），Ｔｗ（ｔ２），Ｔｗ（ｔ３）をそれぞれＴｗ１，Ｔｗ２，Ｔｗ３と記載している。

図１、図５を参照して、冷凍サイクル装置１は、それぞれが冷媒を使用する互いに独立した冷媒回路を有し、共通する熱媒体の循環路に配置され、熱媒体の温度を制御する複数の冷凍サイクルユニット２００－１～２００－ｎを備える。冷凍サイクル装置１は、さらに、熱媒体の循環路における熱媒体の温度を検出する温度センサ８と、複数の冷凍サイクルユニット２００－１～２００－ｎの運転台数を制御する制御装置１００とを備える。

制御装置１００は、冷凍サイクル装置１が冷房運転を開始した第１時刻ｔ１において、運転台数を初期運転台数に設定する。図５の例では、初期運転台数は１台である。

制御装置１００は、第１時刻ｔ１において温度センサ８によって検出される熱媒体の温度Ｔｗ１と目標温度ＴｗＯとの差に基づいて、第１時刻ｔ１よりも後の第２時刻ｔ２における熱媒体の温度Ｔｗの中間目標変化量ΔＴｍＯ（＝Ｔｗ２－ＴｗｍＯ）を決定する。

制御装置１００は、第２時刻ｔ２よりも後の第３時刻ｔ３において温度センサ８で検出される熱媒体の温度Ｔｗ３が目標温度ＴｗＯに近づくように、温度センサ８で検出された第１時刻ｔ１から第２時刻ｔ２までに生じる熱媒体の温度変化量ΔＴ（＝Ｔｗ１－Ｔｗ２）と中間目標変化量ΔＴｍＯとの差に応じて運転台数を調整する。

制御装置１００は、温度変化量ΔＴと中間目標変化量ΔＴｍＯとの差に基づいて、第２時刻ｔ２における冷凍サイクルユニットの運転台数の変更台数を決定する。

制御装置１００は、冷凍サイクルユニットの追加起動の可否判定を下式（１）に基づいて実施する。目標時間ｔ３における目標水温ＴｗＯと起動前水温Ｔｗ１との差から求めた、経過時間に対応する目標温度ＴｗｍＯ（ｔ）に対して、現在水温Ｔｗ２の方が高い場合は、制御装置１００は、冷凍サイクルユニットの追加起動が可能と判断する。目標温度ＴｗｍＯ（ｔ）は、図５では破線の直線で示されている。
Ｔｗ２＞（ＴｗＯ－Ｔｗ１）／（ｔ３－ｔ１）×（ｔ２－ｔ１）＋Ｔｗ１ …（１）
言い換えると、以下のような関係が言える。温度センサ８は、第１時刻ｔ１において第１温度Ｔｗ１を検出し、第１時刻ｔ１から第１時間ΔＴＰ１が経過した第２時刻ｔ２において第２温度Ｔｗ２を検出する。

制御装置１００は、第２時刻ｔ２において、第１時刻ｔ１から第２時刻ｔ２までに生じる熱媒体の温度変化量ΔＴの大きさ｜Ｔｗ２－Ｔｗ１｜を算出する。制御装置１００は、温度変化量ΔＴの大きさ｜Ｔｗ２－Ｔｗ１｜が、中間目標変化量ΔＴｍＯよりも小さい場合（矢印Ａ１で示される）には、運転台数を初期運転台数よりも増加させる。

なお、図５においては｜Ｔｗ２－Ｔｗ１｜＜ΔＴｍＯの場合が示され、水温Ｔｗ２は直線で示されるＴｗｍＯ（ｔ２）よりも上に位置している。

より好ましくは、温度変化量ΔＴの大きさ｜Ｔｗ２－Ｔｗ１｜が、中間目標変化量ΔＴｍＯよりも大きい場合（矢印Ｂ１で示される）には、可能な場合には、運転台数を初期運転台数よりも減少させる。なお、図５に示した例では、運転台数を増加させる例を示しているが、｜Ｔｗ２－Ｔｗ１｜＞ΔＴｍＯの場合は、水温Ｔｗ２は直線で示されるＴｗｍＯ（ｔ２）よりも下に位置する。また、図５の例では初期運転台数が１台であるので、運転台数を減少させることはできないが、初期運転台数が複数台に設定されている場合には、運転台数を減少させることができる。

より好ましくは、中間目標変化量ΔＴｍＯは、第１時刻ｔ１から第３時刻ｔ３に至る間、第１温度Ｔｗ１から目標温度ＴｗＯまで一定の温度勾配で熱媒体の温度が変化するとした場合の第２時刻ｔ２における熱媒体の温度ＴｗＯ（ｔ２）まで、熱媒体の温度が第１温度Ｔｗ１から変化した変化量である。

上記の関係を図５から導出する。時刻ｔ１～ｔ２における熱媒体（水）の温度変化量は、（Ｔｗ２－Ｔｗ１）で示される。この変化が時刻ｔ１～ｔ２において圧縮機で使用されたエネルギーによるものであると考える。時刻ｔ１～ｔ２において圧縮機で使用されたエネルギーは、圧縮機の運転周波数の積分値に比例すると考える。

また、時刻ｔ２～ｔ３における熱媒体（水）の温度変化量は、（Ｔｗ３－Ｔｗ２）で示される。この変化が時刻ｔ２～ｔ３において圧縮機で使用されたエネルギーによるものであると考える。時刻ｔ２～ｔ３において圧縮機で使用されたエネルギーは、圧縮機の運転周波数の積分値に比例すると考える。すると、以下の関係が成立する。
（Ｔｗ２－Ｔｗ１）：∫ｆ（ｔ１～ｔ２）＝（Ｔｗ３－Ｔｗ２）：∫ｆ（ｔ２～ｔ３） …（２）
式（２）において、∫ｆ（ｔ１～ｔ２）は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの周波数ｆの積分値を示す。∫ｆ（ｔ２～ｔ３）は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの周波数ｆの積分値を示す。

式（２）を変形すると、以下の式（３）が得られる。
∫ｆ（ｔ２～ｔ３）＝∫ｆ（ｔ１～ｔ２）×（Ｔｗ３－Ｔｗ２）／（Ｔｗ２－Ｔｗ１） …（３）
また、時刻ｔ２～ｔ３における圧縮機周波数の平均値をｆaveとすると、以下の式（４）の関係がある。
ｆave＝∫ｆ（ｔ２～ｔ３）／（ｔ３－ｔ２） …（４）
ここで、時刻ｔ２以降において運転すべき冷凍サイクルユニットの台数は下式（５）（６）に基づき算出できる。
Ｎ＝ｆave／ｆm …（５）
式（３）（４）（５）から下式（６）が導かれる。
Ｎ＝∫ｆ（ｔ１～ｔ２）×（Ｔｗ３－Ｔｗ２）／（Ｔｗ２－Ｔｗ１）／（ｔ３－ｔ２）／ｆm …（６）
ただし、Ｎは整数であるので、小数点以下は切り上げとする。

すなわち、目標水温差（＝Ｔｗ３－Ｔｗ２）だけ水温を変化させるのに必要な起動ユニットの圧縮機周波数の合計値の積分値∫ｆ（ｔ２～ｔ３）を時間で平均する。この平均した値を１ユニットの最大周波数ｆmで割ることで、目標時刻ｔ３において目標水温ＴｗＯに到達させるために必要なユニット台数Ｎが求まる。

図６は、実施の形態１において暖房運転が実行される場合におけるユニット台数の調整例を示す図である。図６には、上から圧縮機の運転周波数の合計の周波数Σｆ、水温Ｔｗ（ｔ）、冷凍サイクルユニットの運転台数が示されている。

また中段の水温には、目標水温ＴｗＯと、その目標水温に至るまでの過程の各時刻における目標水温である中間目標水温ＴｗｍＯ（ｔ）とが水温Ｔｗ（ｔ）以外に示されている。なお、表記の簡単のために、各時刻ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３における水温Ｔｗ（ｔ１１），Ｔｗ（ｔ１２），Ｔｗ（ｔ１３）をそれぞれＴｗ１１，Ｔｗ１２，Ｔｗ１３と記載している。

図１、図６を参照して、制御装置１００は、冷凍サイクル装置１が暖房運転を開始した第１時刻ｔ１１において運転台数を初期運転台数に設定する。図６の例では、初期運転台数は１台である。

制御装置１００は、第１時刻ｔ１１において温度センサ８によって検出される熱媒体の温度Ｔｗ１１と目標温度ＴｗＯとの差に基づいて、第１時刻ｔ１１よりも後の第２時刻ｔ１２における熱媒体の温度の中間目標変化量ΔＴｍＯを決定する。

制御装置１００は、第２時刻ｔ１２よりも後の第３時刻ｔ１３において温度センサ８で検出される熱媒体の温度Ｔｗが目標温度ＴｗＯに近づくように、温度センサ８で検出された第１時刻ｔ１１から第２時刻ｔ１２までに生じる熱媒体の温度変化量ΔＴ（＝Ｔｗ１１－Ｔｗ１２）と中間目標変化量ΔＴｍＯとの差に応じて運転台数を調整する。

制御装置１００は、温度変化量ΔＴ（＝Ｔｗ１１－Ｔｗ１２）と図６に示す中間目標変化量ΔＴｍＯとの差に基づいて、第２時刻ｔ１２における冷凍サイクルユニットの運転台数の変更台数を決定する。

制御装置１００は、冷凍サイクルユニットの追加起動の可否判定を下式（７）に基づいて実施する。目標時間ｔ１３における目標水温ＴｗＯと起動前水温Ｔｗ１１との差から求めた、経過時間に対応する目標温度ＴｗｍＯ（ｔ）に対して、現在水温Ｔｗ１２の方が低い場合は、制御装置１００は、冷凍サイクルユニットの追加起動が可能と判断する。目標温度ＴｗｍＯ（ｔ）は、図６では破線の直線で示されている。
Ｔｗ１２＜（ＴｗＯ－Ｔｗ１１）／（ｔ１３－ｔ１１）×（ｔ１２－ｔ１１）＋Ｔｗ１１ …（７）
温度センサ８は、第１時刻ｔ１１において第１温度Ｔｗ１１を検出し、第１時刻ｔ１１から第１時間ΔＴＰ１が経過した第２時刻ｔ１２において第２温度Ｔｗ１２を検出する。

制御装置１００は、温度変化量ΔＴの大きさ｜Ｔｗ１２－Ｔｗ１１｜が、中間目標変化量ΔＴｍＯよりも小さい場合（矢印Ａ２で示される）には、運転台数を初期運転台数よりも増加させる。

なお、図６においては｜Ｔｗ１２－Ｔｗ１１｜＜ΔＴｍＯの場合が示され、水温Ｔｗ１２は直線で示されるＴｗｍＯ（ｔ２）よりも下に位置している。

より好ましくは、制御装置１００は、温度変化量ΔＴの大きさ｜Ｔｗ１２－Ｔｗ１１｜が、中間目標変化量ΔＴｍＯよりも大きい場合（矢印Ｂ２で示される）には、可能な場合には、運転台数を初期運転台数よりも減少させる。なお、図６に示した例では、運転台数を増加させる例を示しているが、｜Ｔｗ２－Ｔｗ１｜＞ΔＴｍＯの場合は、水温Ｔｗ１２は直線で示されるＴｗｍＯ（ｔ２）よりも上に位置する。また、図６の例では初期運転台数が１台であるので、運転台数を減少させることはできないが、初期運転台数が複数台に設定されている場合には、運転台数を減少させることができる。

より好ましくは、中間目標変化量ΔＴｍＯは、第１時刻ｔ１１から第３時刻ｔ１３に至る間、第１温度Ｔｗ１１から目標温度ＴｗＯまで一定の温度勾配で熱媒体の温度が変化するとした場合の第２時刻ｔ１２における熱媒体の温度ＴｗＯ（ｔ１２）まで、熱媒体の温度が第１温度Ｔｗ１１から変化した変化量である。

上記の関係を図６から導出する。時刻ｔ１１～ｔ１２における熱媒体（水）の温度変化量は、（Ｔｗ１２－Ｔｗ１１）で示される。この変化が時刻ｔ１１～ｔ１２において圧縮機で使用されたエネルギーによるものであると考える。時刻ｔ１１～ｔ１２において圧縮機で使用されたエネルギーは、圧縮機の運転周波数の積分値に比例すると考える。

また、時刻ｔ１２～ｔ１３における熱媒体（水）の温度変化量は、（Ｔｗ１３－Ｔｗ１２）で示される。この変化が時刻ｔ２～ｔ３において圧縮機で使用されたエネルギーによるものであると考える。時刻ｔ１２～ｔ１３において圧縮機で使用されたエネルギーは、圧縮機の運転周波数の積分値に比例すると考える。すると、以下の関係が成立する。
（Ｔｗ１２－Ｔｗ１１）：∫ｆ（ｔ１１～ｔ１２）＝（Ｔｗ１３－Ｔｗ１２）：∫ｆ（ｔ１２～ｔ１３） …（８）
式（８）において、∫ｆ（ｔ１１～ｔ１２）は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの周波数ｆの積分値を示す。∫ｆ（ｔ１２～ｔ１３）は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの周波数ｆの積分値を示す。

式（８）を変形すると、以下の式（９）が得られる。
∫ｆ（ｔ１２～ｔ１３）＝∫ｆ（ｔ１１～ｔ１２）×（Ｔｗ１３－Ｔｗ１２）／（Ｔｗ１２－Ｔｗ１１） …（９）
また、時刻ｔ１２～ｔ１３における圧縮機周波数の平均値をｆaveとすると、以下の式（１０）の関係がある。
ｆave＝∫ｆ（ｔ１２～ｔ１３）／（ｔ１３－ｔ１２） …（１０）
ここで、時刻ｔ１２以降において運転すべき冷凍サイクルユニットの台数は下式（１１）（１２）に基づき算出できる。
Ｎ＝ｆave／ｆm …（１１）
式（９）（１０）（１１）から下式（１２）が導かれる。
Ｎ＝∫ｆ（ｔ１１～ｔ１２）×（Ｔｗ１３－Ｔｗ１２）／（Ｔｗ１２－Ｔｗ１１）／（ｔ１３－ｔ１２）／ｆm …（１２）
ただし、Ｎは整数であるので、小数点以下は切り上げとする。

すなわち、目標水温差（＝Ｔｗ１３－Ｔｗ１２）だけ水温を変化させるのに必要な起動ユニットの圧縮機周波数の合計値の積分値∫ｆ（ｔ１２～ｔ１３）を時間で平均する。この平均した値を１ユニットの最大周波数ｆmで割ることで、目標時刻ｔ１３において目標水温ＴｗＯに到達させるために必要なユニット台数Ｎが求まる。

以上説明したように、実施の形態１では、目標時刻に熱媒体の温度をちょうど目標温度にするために、中間時刻において１度、冷凍サイクル装置に運転台数の適否を判断し、運転台数に過不足がある場合には、運転台数を調整する。このために、能力不足による目標温度の未達を避けつつ、過剰能力によって途中でサーモオフが発生することによる熱媒体の温度変動も避けることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、目標時間までに１度、運転台数の見直しを行なう例を説明した。これにより、負荷装置の状態を反映させて運転台数を調整し、サーモオフの発生を抑えることができる。実施の形態２では、初回の調整は同様に実行するが、その後も運転台数の調整を実行する例を説明する。なお、実施の形態２の冷凍サイクル装置の構成については、図１に示す構成と同様であるため、説明は繰返さない。

図７は、実施の形態２において制御装置１００が実行する運転台数決定処理を説明するためのフローチャートである。図７のフローチャートは、実施の形態１の処理を示す図４のフローチャートに、ステップＳ６～Ｓ８の処理が追加されている。ステップＳ１～Ｓ５の処理については、図４で説明しているので、ここでは説明は繰り返さない。

ステップＳ３において、経過時間がΔＴＰ１と一致しない場合（Ｓ３でＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ６において、経過時間がΔＴＰ１よりも長いか否かを判断する。経過時間＞ΔＴＰ１である場合（Ｓ６でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ７において水温が目標温度ＴｗＯに一度でも到達したことがあるか否かを判断する。

水温が目標温度ＴｗＯに一度でも到達したことがある場合（Ｓ７でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ８に処理を進め、冷凍サイクル装置の運転台数の調整を完了する。この場合、このタイミング以降は、調整完了した台数固定で、目標時刻までの運転が実行される。

一方、水温が目標温度ＴｗＯに一度も到達したことがない場合（Ｓ７でＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ４に処理を進め、必要ユニット台数Ｎの算出を再び実行し、ステップＳ５において、Ｎ台の冷凍サイクルユニットが運転中となるように、運転台数を調整する。

なお、ステップＳ６において、経過時間がまだΔＴＰ２に至る前であれば（Ｓ６でＮＯ）、運転台数の調整は行なわれずに、初期運転台数のまま、冷凍サイクル装置の運転状態が維持される。

図８は、実施の形態２において冷房運転が実行される場合におけるユニット台数の調整例を示す図である。図８には、上から圧縮機の運転周波数の合計の周波数Σｆ、水温Ｔｗ（ｔ）、冷凍サイクルユニットの運転台数が示されている。

また中段の水温には、目標水温ＴｗＯと、その目標水温に至るまでの過程の各時刻における目標水温である中間目標水温ＴｗｍＯ（ｔ）とが水温Ｔｗ（ｔ）以外に示されている。なお、表記の簡単のために、各時刻ｔ２１～ｔ２５における水温Ｔｗ（ｔ２１）～Ｔｗ（ｔ２５）をそれぞれＴｗ２１～Ｔｗ２５と記載している。

制御装置１００は、冷凍サイクル装置１が冷房運転を開始した第１時刻ｔ２１において、運転台数を初期運転台数に設定する。図８の例では、初期運転台数は１台である。

制御装置１００は、第１時刻ｔ２１において温度センサ８によって検出される熱媒体の温度Ｔｗ２１と目標温度ＴｗＯとの差に基づいて、第１時刻よりも後の第２時刻ｔ２２における熱媒体の温度の中間目標変化量ΔＴｍＯを決定する。

制御装置１００は、第２時刻ｔ２２よりも後の第３時刻ｔ２５において温度センサ８で検出される熱媒体の温度Ｔｗが目標温度ＴｗＯに近づくように、温度センサ８で検出された第１時刻ｔ２１から第２時刻ｔ２２までに生じる熱媒体の温度変化量ΔＴ（＝Ｔｗ２１－Ｔｗ２２）と中間目標変化量ΔＴｍＯとの差に応じて運転台数を調整する。

制御装置１００は、温度変化量ΔＴ（＝Ｔｗ２１－Ｔｗ２２）と中間目標変化量ΔＴｍＯとの差に基づいて、第２時刻ｔ２２における冷凍サイクルユニットの運転台数の変更台数を決定する。この場合も、変更台数は、図５の場合と同様な方法で決定される。

言い換えると、以下のような関係が言える。温度センサ８は、第１時刻ｔ２１において第１温度Ｔｗ２１を検出し、第１時刻ｔ２１から第１時間ΔＴＰ１が経過した第２時刻ｔ２２において第２温度Ｔｗ２２を検出する。制御装置１００は、温度変化量ΔＴの大きさ｜Ｔｗ２２－Ｔｗ２１｜が、中間目標変化量ΔＴｍＯよりも小さい場合には、運転台数を初期運転台数よりも増加させる。

なお、図８においてはΔＴ＝｜Ｔｗ２２－Ｔｗ２１｜＜ΔＴｍＯの場合が示され、水温Ｔｗ２２は直線で示されるＴｗｍＯ（ｔ２２）よりも上に位置している。

さらに好ましくは、図８に示すように、制御装置１００は、第２時刻ｔ２２と第３時刻ｔ２５との間の中間時刻ｔ２３において、中間時刻ｔ２３に対応する中間目標変化量ＴｗＯ（ｔ２３）を算出し、算出した中間目標変化量ΔＴｍＯ（ｔ２３）と中間時刻ｔ２３における熱媒体の温度Ｔｗ２３とに基づいて運転台数を調整する。このとき、破線の直線で示された中間目標水温ＴｗｍＯは更新され、グラフ上において点を（時刻，水温）で示すとき、（ｔ２２，Ｔｗ２２）と（ｔ２５，ＴｗＯ）を結ぶ破線の直線に変更される。

なお、図８においてはΔＴ＝｜Ｔｗ２３－Ｔｗ２２｜＜ΔＴｍＯ（ｔ２３）の場合が示され、水温Ｔｗ２３は直線で示されるＴｗｍＯ（ｔ２３）よりも上に位置している。その結果、制御装置１００は、時刻ｔ２３において冷凍サイクルユニットの運転台数を２台から３台に増加させる。

また、次の更新時刻である時刻ｔ２４でも、破線の直線で示された中間目標水温ＴｗｍＯは更新され、グラフ上において点を（時刻，水温）で示すとき、（ｔ２３，Ｔｗ２３）と（ｔ２５，ＴｗＯ）を結ぶ破線の直線に変更される。図８においては、ΔＴ＝｜Ｔｗ２４－Ｔｗ２３｜＝ΔＴｍＯ（ｔ２４）となっているため、ユニット台数は以降は３台に固定される。

なお、図５、図６、図８においては、運転台数が１台ずつ変更される例を示したが、本実施の形態によれば、冷房負荷または暖房負荷が大きく、時刻ｔ２，ｔ１２，ｔ２２において、温度変化量ΔＴと中間目標変化量ΔＴｍＯとの差が開いた場合には、差に応じて増加台数がさらに増加され、運転台数の増加量は２台以上に変化する。

水温変化は、熱源機における冷却能力または暖房能力と水側負荷との差分が水に与えられることで生じる。目標時間で目標水温に到達するか否かは、本来これらの複雑な熱量バランスを解かないと分からない。しかし、実施の形態１および２では、水温変化量と圧縮機周波数合計値の積算値を用いることで、間接的に熱量バランスを考慮したうえで、必要なユニット台数を算出可能となる。

実施の形態１および２では、目標時間で目標水温に到達するのに必要な冷凍サイクルユニットの起動台数が分かるため、目標時間において水温をより目標水温に近づけることが可能となる。また、追加のユニット起動台数を適正台数とすることができ、水の過剰な冷却を防止し、快適性を確保できる。

なお、図１に示した構成では、熱源機２と負荷装置３とポンプ６と温度センサ８とに分かれている構成であるが、熱源機２のうち、熱交換器１６，２６を分離させ、ポンプ６および温度センサ８と合わせて中継機としてもよい。また、制御装置１００は、熱源機２、負荷装置３のいずれにその主要部が配置されても良い。また、熱媒体が水である例を説明したが、熱媒体は熱を運ぶ媒体であれば他の物であっても良い。たとえば、水に変えてブラインなどを使用しても良い。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 冷凍サイクル装置、２ 熱源機、３ 負荷装置、４，５ 配管、６ ポンプ、７，３４，４４，５４ 制御部、８ 温度センサ、１１，２１ 圧縮機、１２，２２ 四方弁、１３，１６，２３，２６，３１，４１，５１ 熱交換器、１４，２４，３２，４２，５２ ファン、１５，２５ 電子膨張弁、３０，４０，５０ 室内機、３３，４３，５３ 流量調整弁、１００ 制御装置、１０１ 受信装置、１０２，３０２ プロセッサ、１０３ メモリ、２００－１～２００－ｎ 冷凍サイクルユニット、３００ リモコン、３０１ 入力装置、３０３ 送信装置。

Claims (6)

1. 冷凍サイクル装置であって、
   それぞれが冷媒を使用する互いに独立した冷媒回路を有し、共通する熱媒体の循環路に配置され、前記熱媒体の温度を制御する複数の冷凍サイクルユニットと、
   前記熱媒体の循環路における前記熱媒体の温度を検出する温度センサと、
   前記複数の冷凍サイクルユニットの運転台数を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記冷凍サイクル装置が冷房運転または暖房運転を開始した第１時刻において前記運転台数を初期運転台数に設定し、
   前記制御装置は、前記第１時刻において前記温度センサによって検出される前記熱媒体の温度と目標温度との差に基づいて、前記第１時刻よりも後の第２時刻における前記熱媒体の温度の中間目標変化量を決定し、
   前記制御装置は、前記第２時刻よりも後の第３時刻において前記温度センサで検出される前記熱媒体の温度が前記目標温度に近づくように、前記温度センサで検出された前記第１時刻から前記第２時刻までに生じる前記熱媒体の温度変化量と前記中間目標変化量との差に応じて前記運転台数を調整する、冷凍サイクル装置。
2. 前記制御装置は、前記温度変化量と前記中間目標変化量との差に基づいて、前記第２時刻における前記運転台数の変更台数を決定する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御装置は、前記温度変化量の大きさが、前記中間目標変化量よりも小さい場合には、前記運転台数を前記初期運転台数よりも増加させる、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御装置は、前記温度変化量の大きさが、前記中間目標変化量よりも大きい場合には、前記運転台数を前記初期運転台数よりも減少させる、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記温度センサは、前記第１時刻において第１温度を検出し、
   前記中間目標変化量は、前記第１時刻から前記第３時刻に至る間、前記第１温度から前記目標温度まで一定の温度勾配で前記熱媒体の温度が変化するとした場合の前記第２時刻における前記熱媒体の温度まで、前記熱媒体の温度が前記第１温度から変化した変化量である、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記制御装置は、前記第２時刻と前記第３時刻との間の中間時刻において、前記中間時刻に対応する中間目標変化量を算出し、算出した中間目標変化量と前記中間時刻における前記熱媒体の温度とに基づいて前記運転台数を調整する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

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