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WO2013061399A1 - ヒートポンプシステム、制御装置、温調方法及びプログラム - Google Patents

ヒートポンプシステム、制御装置、温調方法及びプログラム Download PDF

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WO2013061399A1
WO2013061399A1 PCT/JP2011/074466 JP2011074466W WO2013061399A1 WO 2013061399 A1 WO2013061399 A1 WO 2013061399A1 JP 2011074466 W JP2011074466 W JP 2011074466W WO 2013061399 A1 WO2013061399 A1 WO 2013061399A1
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WO
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refrigerant
unit
indoor unit
indoor
amount
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2011/074466
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English (en)
French (fr)
Inventor
航祐 田中
博文 高下
智一 川越
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP11874826.8A priority patent/EP2772703B1/en
Priority to JP2013540525A priority patent/JP5774116B2/ja
Priority to PCT/JP2011/074466 priority patent/WO2013061399A1/ja
Priority to US14/353,558 priority patent/US9644872B2/en
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    • F25B2700/2116Temperatures of a condenser
    • F25B2700/21161Temperatures of a condenser of the fluid heated by the condenser
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the present invention relates to a heat pump system, a control device, a temperature control method, and a program.
  • a plurality of indoor units arranged for each floor or for each section of the floor are connected to outdoor units installed on the rooftop or the like through refrigerant piping. Is done.
  • a heat pump that performs heat exchange between the indoor air and the outside air is configured.
  • the capacity (capacity) of the outdoor unit is determined based on the total capacity (total capacity) of the indoor units connected to the outdoor unit.
  • the refrigerant is preferentially supplied to the indoor unit that requires the most refrigerant. For this reason, the quantity of the refrigerant
  • the present invention has been made under the circumstances described above, and an object of the present invention is to efficiently control the temperature adjustment target according to the priority specified by the user.
  • a heat pump system includes: A plurality of indoor units that exchange heat between the temperature control target and the refrigerant; An outdoor unit that exchanges heat between the outside air and the refrigerant; A first circulation system for circulating a refrigerant between the plurality of indoor units and the outdoor unit; Adjusting means for adjusting the amount of refrigerant that is provided for each indoor unit and flows into the indoor unit from the first circulation system; Input means for inputting a priority set in the indoor unit; The sum of the refrigerant flow rates required for each of the plurality of indoor units, obtained based on the temperature control target temperature of each of the plurality of indoor units and the current temperature of the temperature control target, is the outdoor unit.
  • Control means for controlling the adjusting means to distribute the refrigerant Is provided.
  • the refrigerant is distributed to the indoor unit according to the priority.
  • the temperature adjustment target can be efficiently controlled without impairing the comfort of the user.
  • FIG. 1 is a block diagram of a heat pump system 10 installed in an office building 100 as an example.
  • the office building 100 has three work spaces A1, A2, A3 and a hot water supply room B1.
  • the heat pump system 10 includes indoor units 30A to 30C arranged in the work spaces A1 to A3 of the office building 100, an indoor unit 40 arranged in the hot water supply room B1, and an outdoor unit arranged on the roof of the office building 100. 20.
  • Each of the indoor units 30A to 30C, 40 is connected to the outdoor unit 20 by a circulation system 50 for circulating the refrigerant.
  • FIG. 2 is a diagram showing a piping system of the heat pump system 10.
  • the outdoor unit 20 includes a heat exchanger 23, a compressor 21, and a four-way valve 22. Each of the above parts is connected via a refrigerant pipe 26.
  • the heat exchanger 23 is, for example, a fin-and-tube heat exchanger of a cross fin type having a heat transfer tube and a heat radiating fin and an electric fan for cooling the heat radiating fin.
  • the heat exchanger 23 functions as a condenser when the heat pump system 10 performs a cooling operation, and functions as an evaporator when the heat pump system 10 performs a heating operation.
  • the compressor 21 is a positive displacement compressor including an inverter motor, for example.
  • the compressor 21 compresses the refrigerant and discharges it to the four-way valve 22.
  • the four-way valve 22 is a valve for switching the direction of the refrigerant flowing through the heat exchanger 23.
  • the four-way valve 22 circulates in the direction indicated by the arrow Aa when the heat pump system 10 is performing the cooling operation, and when the heat pump system 10 performs the heating operation, the direction of the refrigerant is indicated by the arrow Ab. Is switched to circulate.
  • Freon gas R410A is used as the refrigerant.
  • the outdoor unit 20 configured as described above is installed on the roof of an office building 100 and is provided between a refrigerant supplied through a circulation system 50 as a first circulation system and the outside air. Perform heat exchange at.
  • the indoor unit 30A is a device for cooling or heating indoor air as a temperature control target. As shown in FIG. 2, the indoor unit 30 ⁇ / b> A includes a heat exchanger 31 and an expansion valve 32. The heat exchanger 31 and the expansion valve 32 are connected in series by a refrigerant pipe 35.
  • the heat exchanger 31 has the same configuration as the heat exchanger 23 described above.
  • the heat exchanger 23 performs heat exchange between the refrigerant flowing through the heat exchanger 23 and indoor air.
  • the expansion valve 32 is an electric expansion valve that functions as an adjusting means for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the heat exchanger 31.
  • the expansion valve 42 includes, for example, a valve and a stepping motor that adjusts the opening degree of the valve.
  • the indoor unit 30A configured as described above is installed on the ceiling of the work space A1 of the office building 100, for example, as shown in FIG. And indoor unit 30A performs heat exchange between the refrigerant
  • the indoor units 30B and 30C have the same configuration as the indoor unit 30A described above. These indoor units 30B and 30C are installed on the ceilings of the work spaces A2 and A3 of the office building 100, respectively. Each of the indoor units 30B and 30C performs heat exchange between the refrigerant supplied via the circulation system 50 and the internal air of the work spaces A2 and A3.
  • the indoor unit 40 is a device for cooling or heating tap water as a temperature control target. As shown in FIG. 2, the indoor unit 40 includes a heat exchanger 41 and an expansion valve 42. The heat exchanger 41 and the expansion valve 42 are connected in series by a refrigerant pipe 35.
  • the heat exchanger 41 is a plate type heat exchanger.
  • the heat exchanger 41 exchanges heat between the tap water flowing through the heat exchanger 41 and the refrigerant by the water supply pump 60.
  • the expansion valve 42 is an electronic expansion valve for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the heat exchanger 41.
  • the expansion valve 42 includes, for example, a valve and a stepping motor that adjusts the opening degree of the valve.
  • the indoor unit 40 configured as described above is installed in the hot water supply room B1 of the office building 100 as shown in FIG.
  • the indoor unit 40 exchanges heat between the refrigerant supplied via the circulation system 50 and the tap water flowing through the water pipe 61. Thereby, for example, tap water flowing from the water pipe 61 to the water heater is preheated.
  • the refrigerant pipes 50 a and 50 b constituting the circulation system 50 and the refrigerant pipe 26 constituting the outdoor unit 20 are connected by joints 24 and 25.
  • the refrigerant pipes 50a and 50b and the refrigerant pipe 35 constituting the indoor units 30A to 30B are connected by joints 33 and 34, respectively.
  • the refrigerant pipes 50 a and 50 b constituting the circulation system 50 and the refrigerant pipe 47 constituting the indoor unit 40 are connected by joints 43 and 44.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the heat pump system 10. As shown in FIG. 3, the outdoor unit 20 of the heat pump system 10 includes an outdoor control unit 120.
  • the outdoor control unit 120 communicates with the indoor units 30A to 30C and 40, and acquires information (request amount information) indicating a priority P (n) and a request amount Q, which will be described later, from the indoor units 30A to 30C and 40. Then, the outdoor control unit 120 drives the compressor 21 according to the acquired request amount information.
  • the outdoor control unit 120 includes a control device 201 and a drive device 202.
  • FIG. 4 is a block diagram of the control device 201.
  • the control device 201 is a microcomputer having a CPU (Central Processing Unit) 201a, a main storage unit 201b, an auxiliary storage unit 201c, an interface 201d, and a bus 201e that interconnects the above units. .
  • CPU Central Processing Unit
  • main storage unit 201b main storage unit
  • auxiliary storage unit 201c main storage unit
  • interface 201d main storage unit
  • bus 201e that interconnects the above units.
  • the main storage unit 201b has a volatile memory such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) or SRAM (Static Random Access Memory).
  • the main storage unit 201b is used as a work area for the CPU 201a.
  • the auxiliary storage unit 201c has a nonvolatile memory such as a magnetic disk or a flash memory.
  • the auxiliary storage unit 201c stores information on programs executed by the CPU 201a and various parameters.
  • the interface 201d includes a serial interface, for example.
  • the CPU 201a communicates with each of the indoor units 30A to 30C, 40 via the interface 201d.
  • the driving device 202 has an inverter circuit for driving the inverter motor included in the compressor 21 and a driving circuit for driving the four-way valve 22.
  • the drive device 202 applies a drive voltage having a frequency f that is frequency-modulated based on an instruction from the control device 201 to an inverter motor that constitutes the compressor 21.
  • the inverter motor which comprises the compressor 21 rotates with the rotation speed according to the frequency f.
  • the driving device 202 drives the four-way valve 22 based on an instruction from the control device 201 to switch the direction of the refrigerant flowing through the heat exchanger 23 to the direction indicated by the arrow Aa or the direction indicated by the arrow Ab. .
  • the indoor unit 30A has an indoor control unit 130A.
  • the indoor control unit 130A is a device that adjusts the flow rate of the refrigerant flowing through the heat exchanger 31 by controlling the expansion valve 32 of the indoor unit 30A.
  • This indoor control unit 130A includes a control device 301, an input unit 302, a temperature sensor 303, and a valve drive circuit 304.
  • the input unit 302 is a remote control device arranged on the wall surface of the workspace A1, for example.
  • the input unit 302 has a GUI (Graphical User Interface) composed of a liquid crystal display and a touch panel, or an interface composed of input keys and the like.
  • the user can input various information to the control device 301 via the input unit 302.
  • the information input to the control device 301 is, for example, set temperature for the work space A1, information indicating the air volume from the indoor unit 30A, information indicating the priority P (n) of the indoor unit 30A described later, and the like.
  • Priority P (n) can be entered numerically. For example, when the priority is three levels, the indoor unit assigned “3” as the priority has the highest priority, and the indoor unit assigned “2” as the priority has the next highest priority. An indoor unit that is high and assigned “1” as a priority indicates that the priority is the lowest. In the present embodiment, as an example, the priority of each indoor unit is set as shown in the following table.
  • the temperature sensor 303 is a sensor for detecting the temperature of the air flowing into the heat exchanger 31 by the electric fan.
  • a thermistor whose resistance value changes according to temperature can be used.
  • the control device 301 can measure the temperature of the air flowing into the electric fan, that is, the room temperature of the work space A1, by measuring the resistance value of the temperature sensor 303.
  • the valve drive circuit 304 drives the stepping motor of the expansion valve 32 to adjust the opening degree of the expansion valve 32 and adjust the flow rate of the refrigerant flowing through the heat exchanger 31. .
  • the control device 301 has a CPU, a main storage unit, an auxiliary storage unit, and an interface, like the control device 201 of the outdoor control unit 120.
  • the control device 301 obtains the refrigerant flow rate required in the indoor unit 30A from the information input by the user via the input unit 302 and the room temperature of the work space A1 measured by the temperature sensor 303. This flow rate is a flow rate of the refrigerant necessary for the indoor unit 30A to exhibit its intended performance.
  • the required flow rate of the refrigerant is obtained by, for example, multiplying the difference (T i ⁇ T r ) between the set temperature T i set by the user and the measured room temperature T r by a specific coefficient a1 determined for each indoor unit. It can ask for.
  • the control device 201 obtains the refrigerant flow rate a1 (T i -T r ) necessary for the indoor unit 30A, it outputs information indicating the obtained flow rate to the outdoor unit 20.
  • control device 301 obtains the opening degree of the expansion valve 32 based on information from the control device 201 of the outdoor unit 20.
  • the opening degree of the expansion valve 32 is obtained by multiplying the supply amount V by a specific coefficient a2 determined for each indoor unit. Can do.
  • the control device 201 adjusts the opening degree of the expansion valve 32 to a2 ⁇ V via the valve drive circuit 304.
  • the indoor units 30B and 30C have indoor control units 130B and 130C.
  • Each of the indoor control units 130B and 130C is a device that adjusts the flow rate of the refrigerant flowing through the heat exchanger 31 by controlling the expansion valve 32 of the indoor units 30B and 30C.
  • These indoor control units 130B and 130C include a control device 301, an input unit 302, a temperature sensor 303, and a valve drive circuit 304, similarly to the indoor control unit 130A described above. And it functions similarly to the indoor control unit 130A.
  • the indoor unit 40 has an indoor control unit 140.
  • the indoor control unit 140 is a device that adjusts the flow rate of the refrigerant flowing through the heat exchanger 41 by controlling the expansion valve 42.
  • the indoor control unit 140 includes a control device 401, an input unit 402, and a temperature sensor 403.
  • the input unit 402 has an interface made up of, for example, a dial or a push button disposed in the housing of the indoor unit 40.
  • the user can input, for example, information indicating a hot water supply temperature and a priority P (n) of an indoor unit 30 ⁇ / b> A (described later) to the control device 401 via the input unit 402.
  • the temperature sensor 403 is a sensor for detecting the temperature of tap water after heat exchange with the refrigerant.
  • This temperature sensor 303 is provided in the water pipe 61 connected to the secondary side (discharge side) of the heat exchanger 41.
  • a thermistor whose resistance value changes according to temperature can be used.
  • the control device 401 can measure the temperature (water temperature) of tap water that has passed through the heat exchanger 41 by measuring the resistance value of the temperature sensor 403.
  • valve drive circuit 404 When the valve drive circuit 404 receives an instruction from the control device 401, it drives the stepping motor of the expansion valve to adjust the opening of the expansion valve 42 and adjust the flow rate of the refrigerant flowing through the heat exchanger 31.
  • the control device 401 includes a CPU, a main storage unit, an auxiliary storage unit, and an interface, like the control units of the outdoor control unit 120 and the indoor control units 130A to 130C.
  • the control device 401 obtains the refrigerant flow rate required in the indoor unit 40 from the information input by the user via the input unit 402 and the water temperature measured by the temperature sensor 403. Then, information indicating the obtained flow rate is output to the outdoor unit 20.
  • the control device 401 obtains the opening degree of the expansion valve 42 based on an instruction from the control device 201 of the outdoor unit 20. Then, the opening degree of the expansion valve 42 is adjusted via the valve drive circuit 404.
  • FIG. 5 is a flowchart showing processing executed by the control device 201 after the outdoor unit 20 is turned on.
  • the user can set the set temperature Ti (n) of each indoor unit 30A to 30C, 40 by operating the input units 302, 402 of the indoor units 30A to 30C, 40. .
  • an initial value is set as the set temperature Ti (n).
  • the user can set the priority P (n) for each of the indoor units 30A to 30C and 40 by operating the input units 302 and 402 of the indoor units 30A to 30C and 40.
  • the set temperature Ti (n) and the priority P (n) input by the user are captured and stored by the control devices 301 and 401.
  • the control device 201 receives priority information PD (n) indicating the priority P (n) from the control devices 301 and 401 of the indoor units 30A to 30C and 40. ) To get.
  • n is determined by the number of indoor units 30A to 30C and 40, and is an integer from 1 to 4 here.
  • the priority information PD (1) to PD (4) indicates the priority information of the indoor units 30A to 30C and 40, respectively.
  • the priority P (n) indicates the priority order of the indoor units, and is indicated by three numbers 1 to 3 in this embodiment.
  • the priority P (n) the higher the priority, the higher the priority.
  • an indoor unit with a priority P (n) of “3” is an indoor unit with a priority P (n) of “2” or “1”. This means that the refrigerant is supplied in preference to the unit.
  • the user can input the value of the priority P (n) to the control devices 301 and 401 via the input units 302 and 402 of the indoor units 30A to 30C and 40, for example.
  • the control device 201 acquires request amount information QD (n) indicating the request amount Q (n) from the control devices 301 and 401 of the indoor units 30A to 30C and 40.
  • the requested amount information QD (1) to QD (4) indicates requested amount information of the indoor units 30A to 30C and 40, respectively.
  • the required amount Q (n) is the refrigerant flow rate required in the indoor unit, which is obtained by the control devices 301 and 401 of the indoor units 30A to 30C and 40 as described above. For example, this is equivalent to the amount of refrigerant (L / min) passing through each indoor unit in one minute.
  • the total required amount QT (k) is the sum of the required amounts Q K (n) from the indoor units whose priority P (n) is k as shown in the following equation (1).
  • the value k of the priority P (1) of the indoor unit 30A is “3”
  • the value k of the priority P (2) of the indoor unit 30B is “2”
  • the value of the priority P (3) of the indoor unit 30C is “1”
  • the control device 201 causes the total required amount QT (3) for the priority value “3”.
  • Q 3 (1) is obtained as follows.
  • Q 2 (2) + Q 2 (3) is obtained as the total required amount QT (2) for the priority value “2”.
  • Q 1 (4) is obtained as the total required amount QT (1) for the priority value “1”.
  • the value k of the priority P (1) of the indoor unit 30A is “3”
  • the value k of the priority P (2) of the indoor unit 30B is “2”
  • the priority P (3 of the indoor unit 30C is The description will be continued on the assumption that the value k of “)” is “2” and the value k of the priority P (4) of the indoor unit 40 is “1”.
  • the control device 201 determines the total required amount QT (k1) for the highest priority value k1, and the maximum amount (maximum flow rate) QM of refrigerant discharged from the compressor 21 per minute. Compare Specifically, the total required amount QT (3) for the highest priority value “3” is compared with the maximum amount QM. When the control device 201 determines that the total required amount QT (3) is larger than the maximum amount QM (step S204: Yes), the control device 201 proceeds to the next step S205.
  • step S205 the control device 201 apportions the maximum amount QM according to the ratio of the requested amount Q k1 (n) by the indoor unit whose priority value is k1.
  • the distribution amount QS k1 (n) is calculated for each indoor unit whose priority P (n) is k1. Further, the control device 201 sets the distribution amount QS k (n) for the remaining indoor units to zero.
  • step S205 the priority value k1 is “3”. Therefore, by substituting the required amount Q 3 (1) of the indoor unit 30A and the total required amount QT (3) when the priority value k is “3” into the above equation (2), the indoor unit The distribution amount QS 3 (1) of the refrigerant distributed to 30A can be obtained. In step S205, only one indoor unit has a priority value k of “3”. For this reason, the maximum amount QM of refrigerant discharged from the compressor 21 is equal to the distribution amount QS 3 (1) for the indoor unit 30A.
  • step S204 when the total required amount QT (k1) is equal to or less than the maximum amount QM in step S204 (step S204: No), the control device 201 proceeds to next step S206.
  • step S206 the control device 201 determines an amount equal to the requested amount Q k1 (n) from the indoor unit whose priority value is k1 as the distribution amount QS k1 (n) to the indoor unit.
  • an amount equal to the requested amount Q 3 (1) from the indoor unit 30A having the priority value “3” is the distribution amount QS 3 (1) to the indoor unit 30A.
  • the surplus amount QM (k1) obtained by subtracting QT (k1) is compared.
  • the control device 201 determines that the total required amount QT (k2) is larger than the surplus amount QM (k1) (step S207: Yes)
  • the control device 201 proceeds to the next step S208.
  • step S208 as shown in the following equation (3), the control device 201 sets the surplus amount QM (k1) according to the ratio of the requested amount Qk2 (n) by the indoor unit having the priority value k2. By apportioning, the distribution amount QS k2 (n) is calculated for each indoor unit. Further, the control device 201 sets the distribution amount QS k (n) for the remaining indoor units to zero.
  • step S208 the priority value k2 is “2”. Therefore, the surplus amount QM (k1), the required amount Q 2 (2) of the indoor unit 30B, and the total required amount QT (2) when the priority value k is “2” are expressed by the above equation (3).
  • the refrigerant distribution amount QS 2 (2) distributed to the indoor unit 30B can be obtained.
  • the surplus amount QM (2), the required amount Q 2 (3) of the indoor unit 30C, and the total required amount QT (2) when the priority value k is “2” are converted into the above equation (3).
  • the distribution amount QS 2 (3) of the refrigerant distributed to the indoor unit 30C can be obtained.
  • the maximum amount QM is “10”
  • the required amount Q 3 (1) of the indoor unit 30A is “6”
  • the required amount Q 2 (2) of the indoor unit 30B is “3”
  • the distribution amount QS 3 (1) of the indoor unit 30A, the distribution amount QS 2 (2) of the indoor unit 30B, and the distribution amount QS 2 (3) of the indoor unit 30C are obtained as shown in the following table.
  • step S207 No
  • the control device 201 proceeds to the next step S209.
  • step S209 the control device 201 determines an amount equal to the requested amount Q k2 (n) from the indoor unit whose priority value is k2 as the distribution amount QS k2 (n) to the indoor unit.
  • the amount equal to the requested amount Q 2 (2) from the indoor unit 30B with the priority value “2” is the distribution amount QS 2 (2) to the indoor unit 30B.
  • An amount equal to the required amount Q 2 (3) from the indoor unit 30C is the distribution amount QS 2 (3) to the indoor unit 30C.
  • step S211 the control device 201 changes the surplus amount QM (k2) according to the ratio of the requested amount Qk3 (n) by the indoor unit with the priority value k3 as shown in the following equation (4).
  • the distribution amount QS k3 (n) is calculated for each indoor unit. Further, the control device 201 sets the distribution amount QS k (n) for the remaining indoor units to zero.
  • step S211 the priority value k3 is “1”. Therefore, the surplus amount QM (k2), the required amount Q2 K3 (3) of the indoor unit 40, and the total required amount QT (1) when the priority value k is “1” are expressed by the above equation (4). By substituting into, the distribution amount QS 3 (4) of the refrigerant distributed to the indoor unit 40 can be obtained.
  • the maximum amount QM is “10”
  • the required amount Q 3 (1) of the indoor unit 30A is “3”
  • the required amount Q 2 (2) of the indoor unit 30B is “2”
  • the distribution of the indoor units 30A QS 3 (1), volume of distribution of the indoor unit 30B QS 2 (2), volume of distribution of the indoor units 30C QS 2 (3), and volume of distribution QS 1 (4 of the indoor unit 40 ) Is obtained as shown in the following table.
  • step S210 when the total required amount QT (k3) is equal to or less than the surplus amount QM (k2) in step S210 (step S210: No), the control device 201 proceeds to the next step S212.
  • step S212 the control device 201 determines an amount equal to the requested amount Q k3 (n) from the indoor unit whose priority value is k3 as the distribution amount QS k3 (n) to the indoor unit.
  • an amount equal to the requested amount Q 1 (4) from the indoor unit 40 with the priority value “1” is the distribution amount QS 1 (4) to the indoor unit 30B.
  • step S213 When the processes in steps S205, S208, S211, and S212 are completed, the control device 201 proceeds to step S213.
  • step S213 the control device 201 sets the frequency f of the drive voltage for driving the compressor 21.
  • the control device 201 sets the frequency f of the drive voltage to a frequency equal to the rated frequency of the compressor 21 when the determinations in steps S204, S207, and S210 are affirmed. Thereby, the compressor 21 is operated at the rated maximum output.
  • the control device 201 sets the frequency f of the drive voltage so that the refrigerant having a flow rate equal to the sum of the requested amount Q (n) from the indoor units 30A to 30C, 40 is discharged from the compressor 21. Set.
  • the control device 201 sets the frequency f of the drive voltage
  • the control device 201 outputs information indicating the frequency f to the drive device 202.
  • the driving device 202 applies a driving voltage having a frequency f to the compressor 21.
  • the compressor 21 the inverter motor constituting the compressor 21 rotates at a rotational speed proportional to the frequency f, and an amount of refrigerant corresponding to the request from each indoor unit is discharged from the compressor 21.
  • the control device 201 sets the opening degrees R1 to R4 of the expansion valves 32 and 42 constituting the indoor units 30A to 30C and 40, respectively.
  • the openings R1 to R4 of the expansion valves 32 and 42 are set by the distribution amount QS k (n) to each indoor unit obtained by the processing of steps S201 to S213.
  • step S204 determines whether the sum of the distribution amounts QS k1 (n) for the indoor units having the priority value k1 exceeds the maximum amount QM of the compressor 21.
  • the control device 201 sets the opening degree of the expansion valve included in the indoor unit having the priority value k1 to an opening degree corresponding to the required amount required for the indoor unit.
  • the control apparatus 201 sets the opening degree of the expansion valve of the remaining indoor units to zero.
  • control device 201 sets the opening degree R1 of the expansion valve 32 of the indoor unit 30A according to the required amount Q (1), and the expansion valves 32 of the remaining indoor units 30B, 30C, and 40.
  • the opening degrees R2 to R4 of 42 are set to zero.
  • the control device 201 When the opening degree of each of the expansion valves 32 and 42 is set, the control device 201 notifies this setting result to the control devices 301 and 401 of the indoor units 30A to 30C and 40. Thereby, the opening degree of the expansion valve 32 of the indoor unit 30A becomes a desired opening degree, and the expansion valves 32, 42 of the indoor units 30B, 30C, 40 are completely closed. Thereby, the refrigerant
  • step S207 If the determination in step S207 is affirmative, the total of the distribution amount QS k1 (n) of the indoor unit with the priority value k1 and the distribution amount QS k2 (n) for the indoor unit with the priority value k2. However, the maximum amount QM of the compressor 21 is exceeded. In this case, the control device 201 sets the opening degree of the expansion valve included in the indoor units having the priority values k1 and k2 to an opening degree corresponding to the required amount required for the indoor unit. And the control apparatus 201 sets the opening degree of the expansion valve of the remaining indoor units to zero.
  • control device 201 sets the opening degrees R1 to R3 of the expansion valves 32 of the indoor units 30A, 30B, and 30C according to the required amounts Q (1), Q (2), and Q (3). At the same time, the opening R4 of the expansion valve 42 of the remaining indoor units 40 is set to zero.
  • the control device 201 When the opening degree of each of the expansion valves 32 and 42 is set, the control device 201 notifies this setting result to the control devices 301 and 401 of the indoor units 30A to 30C and 40. Thereby, the refrigerant corresponding to the required amount is supplied to the indoor units 30A to 30C.
  • step S210 If the determination in step S210 is affirmative, the distribution amount QS k1 (n) of the indoor unit with the priority value k1 and the distribution amount QS k2 (n) for the indoor unit with the priority value k2; The sum of the distribution amount QS k3 (n) for the indoor units with the priority value k3 exceeds the maximum amount QM of the compressor 21.
  • the control device 201 sets the opening degree of the expansion valve included in the indoor units having the priority values k1, k2, and k3 to an opening degree corresponding to the required amount required for the indoor unit. . And the control apparatus 201 sets the opening degree of the expansion valve of the remaining indoor units to zero.
  • the control device 201 sets the opening amounts R1 to R4 of the expansion valves 32 and 42 of the indoor units 30A, 30B, 30C, and 40 to the requested amounts Q (1), Q (2), and Q (3). , Q (4).
  • the opening degree of the expansion valve of the remaining indoor unit is set to zero. To do.
  • the control device 201 When the opening degree of each of the expansion valves 32 and 42 is set, the control device 201 notifies this setting result to the control devices 301 and 401 of the indoor units 30A to 30C and 40. As a result, the refrigerant corresponding to the required amount is supplied to the indoor units 30A to 30C, 40.
  • step S210 If the determination in step S210 is negative, the distribution amount QS k1 (n) of the indoor unit with the priority value k1 and the distribution amount QS k2 (n for the indoor unit with the priority value k2 ) And the distribution amount QS k3 (n) for the indoor unit with the priority value k3 is equal to or less than the maximum amount QM of the compressor 21.
  • the control device 201 sets the opening degree of the expansion valve included in the indoor units having the priority values k1, k2, and k3 to an opening degree corresponding to the required amount required for the indoor unit. .
  • control device 201 sets the opening amounts R1 to R4 of the expansion valves 32 and 42 of the indoor units 30A, 30B, 30C, and 40 to the requested amounts Q (1), Q (2), and Q (3). , Q (4).
  • the control device 201 When the opening degree of each of the expansion valves 32 and 42 is set, the control device 201 notifies this setting result to the control devices 301 and 401 of the indoor units 30A to 30C and 40. As a result, the refrigerant corresponding to the required amount is supplied to the indoor units 30A to 30C, 40.
  • the refrigerant discharged from the compressor 21 is distributed based on the priority preset by the user, and the surplus is further distributed based on the priority. Therefore, the user sets the priority of the indoor units 30A to 30B and 40 according to the use of the work spaces A1 to A3 and the hot water supply room B1 of the office building 100, for example, so that the heat pump system can be used according to the purpose of use. 10 can be efficiently operated.
  • the user sets the priority for the workspace according to the frequency of use and importance, so that the total maximum cooling capacity of the indoor units exceeds the maximum cooling capacity of the outdoor units.
  • the indoor unit of the work space where the necessity for air conditioning is high can be operated at the rated capacity. Thereby, the comfort of the said work space is securable.
  • each indoor unit can be efficiently operated within the range of the cooling capacity of the outdoor units.
  • the heat pump system 10 includes three indoor units 30A to 30C that exchange heat between the refrigerant and room air, and one indoor unit 40 that exchanges heat between the refrigerant and tap water.
  • the heat pump system 10 may include four or more indoor units that exchange heat between the refrigerant and the indoor air.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a heat pump system 11 according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, the heat pump system 11 is different from the heat pump system 10 according to the first embodiment in that the indoor unit 40 has a secondary refrigeration cycle.
  • the indoor unit 40 includes heat exchangers 41 and 51, a compressor 52, and expansion valves 42 and 53.
  • the heat exchangers 41 and 51, the expansion valve 53, and the compressor 52 are connected in series by a refrigerant pipe 57.
  • a secondary refrigeration cycle is configured, and the heat pump system 11 as a whole configures a two-stage cascade refrigeration cycle.
  • the refrigerant in the secondary refrigeration cycle for example, Freon gas R134a having a high critical temperature is used.
  • the heat exchanger 41 functions as an evaporation heat source for the secondary refrigeration cycle.
  • the refrigerant circulating in the refrigerant pipe 57 passes through the heat exchanger 41, it is heated to the condensation temperature.
  • the heat exchanger 51 heat exchange is performed between the refrigerant heated to the condensation temperature and the tap water circulating through the water pipe 61. Thereby, tap water is heated and warm water is made.
  • FIG. 7 is a block diagram of the indoor unit 40 constituting the heat pump system 11. As shown in FIG. 7, the indoor unit 40 detects a drive device 405 that drives the compressor 52, a pressure sensor 406 that detects the pressure of the refrigerant flowing into the compressor 52, and the pressure of the refrigerant that flows out of the compressor 52. Pressure sensor 407 is provided.
  • the drive device 405 has the same configuration as the drive device 202 described in the first embodiment.
  • the driving device 405 drives the compressor 52 based on an instruction from the control device 401.
  • control device 401 uses the temperature sensor 403 to monitor the temperature of tap water after heat exchange with the refrigerant in the heat exchanger 51 is completed. And the control apparatus 401 controls the opening degree of the expansion valve 53 while controlling the output of the compressor 52 so that the temperature of tap water may turn into desired temperature. Control of the compressor 52 is performed by changing the frequency f of the drive voltage applied to the compressor 52, for example.
  • the amount of heat HQ1 required by the heat exchanger 41 can be obtained by subtracting the input W of the compressor 52 from the amount of heat HQ2 used by the indoor unit 40 for hot water supply, as shown in the following equation (5).
  • HQ1 HQ2-WD ... (5)
  • HQ1 HQ2 (1-1 / COP) (6)
  • the coefficient of performance COP generally includes the temperature of the refrigerant flowing into the compressor 52 (primary side temperature) as ET (° C.), the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 52 (secondary side temperature) as CT (° C.), and compression.
  • the amount of heat HQ1 required by the heat exchanger 41 is the amount of heat used by the indoor unit 40 for hot water supply as shown in the following equation (8). It can be determined from HQ2, the primary side temperature ET and the secondary side temperature CT of the compressor 52.
  • HQ1 HQ2 [1-1 / ⁇ (CT + 273.15) / (CT-ET) ⁇ ⁇ ] (8)
  • the control device 401 obtains the primary side temperature ET based on the output from the pressure sensor 406 and obtains the secondary side temperature CT based on the output from the pressure sensor 407. Next, the control device 401 substitutes the calculated temperatures ET, CT and the amount of heat HQ2 used by the indoor unit 40 for hot water supply into the above equation (8), thereby obtaining the amount of heat HQ1 required by the heat exchanger 41. Ask. And the control apparatus 401 notifies the said control apparatus 201 of the request
  • control device 201 supplies the refrigerant of the desired required amount Q (n) to the indoor unit 40.
  • the amount of heat HQ1 required by the heat exchanger 41 is obtained in real time, and this amount of heat is obtained.
  • the required amount Q (n) of the refrigerant in the primary refrigeration cycle defined from HQ1 can be obtained.
  • Equation (5) if the input to the compressor 52 is known, the required heat quantity for the first refrigeration cycle can be obtained. Therefore, the input to the compressor 52 may be calculated, and the required heat amount for the first refrigeration cycle may be obtained using the measurement result. Also in this case, the refrigerant distributed by the outdoor unit 20 can be adjusted according to the operating state.
  • this invention is not limited by the said embodiment.
  • the capacity of the heat exchanger 23 of the outdoor unit 20 is constant.
  • the present invention is not limited to this, and when the sum of the requested amounts Q from the indoor units exceeds the maximum amount QM of the refrigerant discharged from the compressor 21, a measure for improving the cooling efficiency of the refrigerant may be performed.
  • this measure it is conceivable to increase the thermal conductance indicated as the product of the heat transfer area and the heat passage rate in the outdoor unit or each indoor unit. Specifically, it is conceivable to increase the fan output of the heat exchanger provided in each unit.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of processing executed by the control device 201 of the outdoor unit 20.
  • the outdoor unit 20 compares the total amount ⁇ Q of the requested refrigerant amount Q from the indoor units 30A to 30C, 40 with the maximum amount QM of the compressor 21 (step S301).
  • the control device 201 operates the fan of the heat exchanger 23 at the rotation speed N1.
  • step S302 determines that the total amount ⁇ Q is larger than the maximum amount QM of the compressor 21 (step S302: No)
  • the fan of the heat exchanger 23 has a rotational speed N2 higher than the rotational speed N1. Drive on.
  • Freon gas R410A is used as the refrigerant circulating in the primary refrigeration cycle and Freon gas R134a is used as the refrigerant circulating in the secondary refrigeration cycle.
  • natural refrigerants such as carbon dioxide (CO 2 ), hydrocarbons, helium, etc.
  • refrigerants that do not contain chlorine such as R407C, R404A, HFO1234yf, HFO1234ze, or existing products are used.
  • a CFC-based refrigerant such as R22 may be used.
  • the refrigerant used in the primary refrigeration cycle and the refrigerant used in the secondary refrigeration cycle may be the same type or different types.
  • heat exchange heat exchange is performed between the primary refrigeration cycle and the secondary refrigeration cycle without the refrigerants mixing with each other.
  • the hot water supply temperature be 60 ° C or higher in order to suppress the growth of Legionella bacteria in tap water. Therefore, it is desirable that the target temperature for hot water supply is at least 60 ° C. or higher. Based on the above, it is desirable to use a refrigerant having a critical temperature of 60 ° C. or higher as the refrigerant in the secondary refrigeration cycle. It is considered that a high COP can be stably obtained at low cost by using such a refrigerant as a refrigerant for the secondary refrigeration cycle.
  • the functions of the outdoor control unit 120 and the indoor control units 130A to 130C, 140 according to the above embodiment can be realized by dedicated hardware or by a normal computer system.
  • the programs stored in the auxiliary storage unit 201c of the control device 201 are a flexible disk, a CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory), a DVD (Digital Versatile Disk), and an MO (Magneto-Optical Disk).
  • a device that executes the above-described processing may be configured by storing and distributing the program in a computer-readable recording medium such as the computer and installing the program. Further, the program may be stored in a disk device or the like of a predetermined server device on a communication network such as the Internet, and may be downloaded, for example, superimposed on a carrier wave.
  • control device 201 of the outdoor unit 20 executes the series of processes shown in FIG.
  • an independent control device common to the outdoor unit and the indoor unit controls the compressor 21, the four-way valve 22 and the like of the outdoor unit 20, and the expansion valves 32, 42, and 40 of the indoor units 30A to 30C, 40. 53 or the like may be controlled.
  • the processing executed by the control device 201 of the outdoor unit 20 may be executed by the control devices 301 and 401 of the indoor units 30A to 30C and 40.
  • the heat pump system, the control device, the temperature adjustment method, and the program of the present invention are suitable for temperature adjustment of a temperature adjustment target.

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Abstract

 ユーザによって予め設定された優先度に基づいて、圧縮機(21)から吐出される冷媒が分配され、その余剰分が更に優先度に基づいて分配される。したがって、ユーザは、例えばオフィスビルのワークスペース等の用途に応じて、室内ユニット(30A~30C,40)の優先度を設定することで、使用目的に応じて、ヒートポンプシステム(10)を効率的に運用することが可能となる。また、残りの室内ユニットについては、室外ユニットの余剰容量を優先度に応じて分配することで、室外ユニットの冷却容量の範囲内で、各室内ユニットを効率的に運用することができる。

Description

ヒートポンプシステム、制御装置、温調方法及びプログラム
 本発明は、ヒートポンプシステム、制御装置、温調方法及びプログラムに関する。
 オフィスビル等の大規模建造物に導入される空調システムでは、フロアごとに、或いはフロアの区画ごとに配置された複数の室内ユニットが、屋上などに設置された室外ユニットと冷媒配管を介して接続される。これによって、室内の空気と外気との間で熱交換を行うヒートポンプが構成される。
 この種の多室型の空調システムでは、室外ユニットに対して複数の室内ユニットが並列に接続される。このため、室外ユニットの容量(能力)は、当該室外ユニットに接続される室内ユニットの容量の合計(合計容量)に基づいて決定される。
 しかしながら、室外ユニットの容量が、室内ユニットの合計容量よりも小さい場合には、室内ユニットの要求通りの流量で、各室内ユニットに冷媒を供給することが困難になることがある。この場合は、例えば、最も多くの冷媒を要求する室内ユニットに、優先的に冷媒を供給し、残りの室内ユニットには、冷媒の余剰分を分配して供給するなどの処置が必要となる(例えば特許文献1参照)。
特許第3242246号公報
 特許文献1に開示された装置では、最も多くの冷媒を要求する室内ユニットに優先的に冷媒が供給される。このため、他の室内ユニットに供給される冷媒の量が少なくなり、一部の室内では快適性が損なわれることがある。
 また、室外ユニットと温調対象との間に、複数の冷凍サイクルからなるカスケード冷凍サイクルが構成されている場合には、温調対象が要求する熱量が変化したときに、当該温調対象に供給する熱量を補正するのが困難であった。
 本発明は、上述の事情の下になされたもので、ユーザによって指定される優先度合いに応じて、温調対象を効率的に温調することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明に係るヒートポンプシステムは、
 温調対象と冷媒との間で熱交換を行う複数の室内ユニットと、
 外気と冷媒との間で熱交換を行う室外ユニットと、
 複数の前記室内ユニットと前記室外ユニットとの間で、冷媒を循環させる第1循環系と、
 前記室内ユニットごとに設けられ、前記第1循環系から前記室内ユニットへ流入する冷媒の量を調整するための調整手段と、
 前記室内ユニットに設定される優先度を入力するための入力手段と、
 複数の前記室内ユニットそれぞれの前記温調対象の温調目標温度と前記温調対象の現在の温度とに基づいて求められる、複数の前記室内ユニットそれぞれで必要な冷媒の流量の合計が、前記室外ユニットから、前記第1循環系へ吐出されうる冷媒の流量を超える場合に、前記優先度が高い前記室内ユニットから順に、前記室内ユニットが必要とする流量の冷媒が前記室内ユニットに供給されるように、前記調整手段を制御して、冷媒を分配する制御手段と、
 を備える。
 本発明によれば、例えばユーザによって室内ユニットに割り当てられる優先度が入力されると、当該優先度合いに応じて室内ユニットに冷媒が分配される。これにより、ユーザの快適性を損なうことなく、効率的に温調対象を温調することができる。
第1の実施形態に係るヒートポンプシステムのブロック図である。 ヒートポンプシステムの配管系統を示すブロック図である。 ヒートポンプシステムの制御系を示すブロック図である。 制御装置のブロック図である。 制御装置によって実行される一連の処理を示すフローチャートである。 第2の実施形態に係るヒートポンプシステムのブロック図である。 室内ユニットの制御系を示すブロック図である。 制御装置によって実行される一連の処理を示すフローチャートである。
 《第1の実施形態》
 以下、本発明の第1の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1は、一例としてオフィスビル100に設置されたヒートポンプシステム10のブロック図である。オフィスビル100は、3つのワークスペースA1,A2,A3と、給湯室B1を有している。そして、ヒートポンプシステム10は、オフィスビル100のワークスペースA1~A3に配置される室内ユニット30A~30Cと、給湯室B1に配置される室内ユニット40と、オフィスビル100の屋上に配置される室外ユニット20を有している。各室内ユニット30A~30C,40は、冷媒を循環させるための循環系50によって、室外ユニット20と接続されている。
 図2は、ヒートポンプシステム10の配管系統を示す図である。図2に示されるように、室外ユニット20は、熱交換器23、圧縮機21、四方弁22を有している。上記各部は、冷媒配管26を介して接続されている。
 熱交換器23は、例えば伝熱管及び放熱フィンと、放熱フィンを冷却するための電動ファンを有するクロスフィン方式のフィン・アンド・チューブ形熱交換器である。この熱交換器23は、ヒートポンプシステム10が冷房運転を行っている場合に、凝縮器として機能し、ヒートポンプシステム10が暖房運転を行っている場合に、蒸発器として機能する。
 圧縮機21は、例えばインバータモータを備える容積式圧縮機である。この圧縮機21は、冷媒を圧縮して、四方弁22へ吐出する。
 四方弁22は、熱交換器23を流れる冷媒の方向を切り替えるための弁である。この四方弁22は、ヒートポンプシステム10が冷房運転を行っているときには、冷媒が矢印Aaに示される方向に循環し、ヒートポンプシステム10が暖房運転を行っていえるときには、冷媒が矢印Abに示される方向へ循環するように切り替えられる。なお、冷媒としては、フロンガスR410Aが用いられる。
 上述のように構成された室外ユニット20は、図1に示されるように、オフィスビル100の屋上に設置され、第1循環系としての循環系50を介して供給される冷媒と外気との間で熱交換を行う。
 室内ユニット30Aは、温調対象としての室内空気を冷却或いは加熱するための装置である。図2に示されるように、室内ユニット30Aは、熱交換器31、及び膨張弁32を有している。熱交換器31及び膨張弁32は、冷媒配管35によって直列に接続されている。
 熱交換器31は、上述した熱交換器23と同等の構成を有している。この熱交換器23は、当該熱交換器23を流れる冷媒と室内の空気との間で熱交換を行う。
 膨張弁32は、熱交換器31を流れる冷媒の流量を調整するための調整手段として機能する電動膨張弁である。この膨張弁42は、例えば弁と、当該弁の開度を調整するステッピングモータを備えている。
 上述のように構成される室内ユニット30Aは、図1に示されるように、例えばオフィスビル100のワークスペースA1の天井に設置されている。そして、室内ユニット30Aは、循環系50を介して供給される冷媒と、ワークスペースA1の内部空気との間で熱交換を行う。
 室内ユニット30B,30Cは、上述した室内ユニット30Aと同等の構成を有している。これらの室内ユニット30B,30Cは、それぞれオフィスビル100のワークスペースA2,A3の天井に設置されている。室内ユニット30B,30Cそれぞれは、循環系50を介して供給される冷媒と、ワークスペースA2,A3の内部空気との間で熱交換を行う。
 室内ユニット40は、温調対象としての水道水を冷却或いは加熱するための装置である。図2に示されるように、室内ユニット40は、熱交換器41、膨張弁42を有している。熱交換器41及び膨張弁42は、冷媒配管35によって直列に接続されている。
 熱交換器41は、プレート式の熱交換器である。この熱交換器41は、給水ポンプ60によって当該熱交換器41を流れる水道水と、冷媒との間で熱交換を行う。
 膨張弁42は、熱交換器41を流れる冷媒の流量を調整するための電子式膨張弁である。この膨張弁42は、例えば弁と、当該弁の開度を調整するステッピングモータを備えている。
 上述のように構成される室内ユニット40は、図1に示されるように、オフィスビル100の給湯室B1に設置されている。そして、室内ユニット40は、循環系50を介して供給される冷媒と、水道管61を流れる水道水との間で熱交換を行う。これにより、例えば水道管61から給湯器へ流れる水道水が予熱される。
 図2に示されるように、循環系50を構成する冷媒配管50a,50bと、室外ユニット20を構成する冷媒配管26は、継手24,25によって接続されている。そして、冷媒配管50a,50bと、室内ユニット30A~30Bを構成する冷媒配管35は、継手33,34によって接続されている。また、循環系50を構成する冷媒配管50a,50bと、室内ユニット40を構成する冷媒配管47は、継手43,44によって接続されている。これにより、室内ユニット30A~30C、及び室内ユニット40が、室外ユニット20に対して並列に接続されるヒートポンプ式の冷凍サイクルが構成されている。
 図3は、ヒートポンプシステム10の制御系を示すブロック図である。図3に示されるように、ヒートポンプシステム10の室外ユニット20は室外制御ユニット120を有している。
 室外制御ユニット120は、室内ユニット30A~30C,40と通信を行い、室内ユニット30A~30C,40から後述する優先度P(n)と要求量Qを示す情報(要求量情報)を取得する。そして、室外制御ユニット120は、取得した要求量情報に応じて、圧縮機21を駆動する。この室外制御ユニット120は、制御装置201及び駆動装置202を有している。
 図4は、制御装置201のブロック図である。図4に示されるように、制御装置201は、CPU(Central Processing Unit)201a、主記憶部201b、補助記憶部201c、インタフェース201d、及び上記各部を相互に接続するバス201eを有するマイクロコンピュータである。
 主記憶部201bは、DRAM(Dynamic Random Access Memory)或いはSRAM(Static Random Access Memory)等の揮発性メモリを有している。この主記憶部201bは、CPU201aの作業領域として用いられる。
 補助記憶部201cは、磁気ディスク、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを有している。この補助記憶部201cには、CPU201aによって実行されるプログラム及び各種パラメータに関する情報が記憶されている。
 インタフェース201dは、例えばシリアルインタフェースを含んで構成されている。CPU201aは、このインタフェース201dを介して、室内ユニット30A~30C,40それぞれと通信を行う。
 図3に戻り、駆動装置202は、圧縮機21が備えるインバータモータを駆動するためのインバータ回路や、四方弁22を駆動するための駆動回路を有している。この駆動装置202は、制御装置201の指示に基づいて周波数変調した周波数fの駆動電圧を、圧縮機21を構成するインバータモータへ印加する。これにより、圧縮機21を構成するインバータモータが周波数fに応じた回転数で回転する。また、駆動装置202は、制御装置201の指示に基づいて、四方弁22を駆動して、熱交換器23を流れる冷媒の方向を、矢印Aaに示される方向或いは矢印Abに示される方向へ切り替える。
 図3に示されるように、室内ユニット30Aは室内制御ユニット130Aを有している。室内制御ユニット130Aは、室内ユニット30Aの膨張弁32を制御することによって、熱交換器31を流れる冷媒の流量を調整する装置である。この室内制御ユニット130Aは、制御装置301、入力部302、温度センサ303、弁駆動回路304を有している。
 入力部302は、例えばワークスペースA1の壁面等に配置されるリモートコントロール装置である。この入力部302は、液晶ディスプレイとタッチパネルからなるGUI(Graphical User Interface)、或いは入力キー等から構成されるインタフェースを有している。ユーザは、入力部302を介して、制御装置301へ種々の情報を入力することができる。制御装置301へ入力される情報は、例えばワークスペースA1についての設定温度、室内ユニット30Aからの風量を示す情報、及び後述する室内ユニット30Aの優先度P(n)を示す情報等である。
 優先度P(n)は、数字で入力することができる。例えば、優先度が3段階である場合には、優先度として「3」が割り当てられた室内ユニットが最も優先度が高く、優先度として「2」が割り当てられた室内ユニットが次に優先度が高く、優先度として「1」が割り当てられた室内ユニットが最も優先度が低いことを表す。本実施形態では、一例として、次表に示されるように、各室内ユニットの優先度が設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 温度センサ303は、電動ファンによって熱交換器31に流入する空気の温度を検出するためのセンサである。この温度センサ303としては、例えば温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタを用いることができる。制御装置301は、温度センサ303の抵抗値を計測することで、電動ファンに流入する空気の温度、すなわちワークスペースA1の室温を計測することができる。
 弁駆動回路304は、制御装置301の指示を受けると、膨張弁32のステッピングモータを駆動することにより、当該膨張弁32の開度を調整し、熱交換器31を流れる冷媒の流量を調整する。
 制御装置301は、室外制御ユニット120の制御装置201と同様に、CPU,主記憶部、補助記憶部、及びインタフェースを有している。この制御装置301は、ユーザによって、入力部302を介して入力された情報、及び温度センサ303により計測したワークスペースA1の室温から、室内ユニット30Aで必要な冷媒の流量を求める。この流量は、室内ユニット30Aが所期の能力を発揮するために必要な冷媒の流量である。
 冷媒の必要な流量は、例えば、ユーザによって設定された設定温度Tと、計測された室温Tとの差(T-T)に、室内ユニットごとに決まる固有の係数a1を乗じることにより求めることができる。制御装置201は、室内ユニット30Aで必要な冷媒の流量a1(T-T)を求めると、求めた流量を示す情報を、室外ユニット20へ出力する。
 また、制御装置301は、室外ユニット20の制御装置201からの情報に基づいて、膨張弁32の開度を求める。
 膨張弁32の開度は、例えば制御装置201から室内ユニット30Aへ供給される冷媒の供給量がVであるときには、供給量Vに、室内ユニットごとに決まる固有の係数a2を乗じることにより求めることができる。制御装置201は、弁駆動回路304を介して、膨張弁32の開度をa2・Vに調整する。
 室内ユニット30B,30Cは、室内制御ユニット130B,130Cを有している。室内制御ユニット130B,130Cそれぞれは、室内ユニット30B,30Cの膨張弁32を制御することによって、熱交換器31を流れる冷媒の流量を調整する装置である。これらの室内制御ユニット130B,130Cは、上述した室内制御ユニット130Aと同様に、制御装置301、入力部302、温度センサ303、弁駆動回路304を有している。そして、室内制御ユニット130Aと同様に機能する。
 室内ユニット40は、室内制御ユニット140を有している。室内制御ユニット140は、膨張弁42を制御することによって、熱交換器41を流れる冷媒の流量を調整する装置である。この室内制御ユニット140は、制御装置401,入力部402、温度センサ403を有している。
 入力部402は、例えば室内ユニット40の筐体などに配置されたダイヤルや、押ボタンなどからなるインタフェースを有している。ユーザは、入力部402を介して、制御装置401に給湯温度、及び後述する室内ユニット30Aの優先度P(n)を示す情報等を入力することができる。
 温度センサ403は、冷媒と熱交換をした後の水道水の温度を検出するためのセンサである。この温度センサ303は、熱交換器41の2次側(吐出側)に接続される水道管61に設けられている。温度センサ403として、例えば温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタを用いることができる。制御装置401は、温度センサ403の抵抗値を計測することで、熱交換器41を通過した水道水の温度(水温)を計測することができる。
 弁駆動回路404は、制御装置401の指示を受けると、膨張弁のステッピングモータを駆動することにより、当該膨張弁42の開度を調整し、熱交換器31を流れる冷媒の流量を調整する。
 制御装置401は、室外制御ユニット120,及び室内制御ユニット130A~130Cの制御装置と同様に、CPU,主記憶部、補助記憶部、及びインタフェースを有している。この制御装置401は、ユーザによって、入力部402を介して入力された情報、及び温度センサ403により計測された水温から、室内ユニット40で必要な冷媒の流量を求める。そして、求めた流量を示す情報を、室外ユニット20へ出力する。また、制御装置401は、室外ユニット20の制御装置201の指示に基づいて、膨張弁42の開度を求める。そして、弁駆動回路404を介して、膨張弁42の開度を調整する。
 次に上述のように構成されたヒートポンプシステム10の動作について説明する。ヒートポンプシステム10は、室外ユニット20の制御装置201の指示に基づいて、室内ユニット30A~30C,40それぞれの制御装置301,401が協働することによって、動作する。図5は、室外ユニット20の電源投入後、制御装置201によって実行される処理を示すフローチャートである。
 ヒートポンプシステム10を使用する場合、ユーザは、室内ユニット30A~30C,40の入力部302、402を操作して、各室内ユニット30A~30C,40の設定温度Ti(n)を設定することができる。ユーザによる設定温度の入力がない場合には、設定温度Ti(n)として初期値が設定される。また、ユーザは、室内ユニット30A~30C,40の入力部302、402を操作して、各室内ユニット30A~30C,40に、優先度P(n)を設定することができる。ユーザによって入力された設定温度Ti(n)と、優先度P(n)は、制御装置301,401によって取り込まれ、記憶される。
 ヒートポンプシステム10が動作を開始すると、最初のステップS201で、制御装置201は、各室内ユニット30A~30C,40の制御装置301,401から、優先度P(n)を示す優先度情報PD(n)を取得する。なお、nは、室内ユニット30A~30C,40の台数によって定まり、ここでは1~4までの整数である。そして、優先度情報PD(1)~PD(4)は、それぞれ室内ユニット30A~30C,40の優先度情報を示す。
 優先度P(n)は、室内ユニットの優先順位を示すものであり、本実施形態では3つの数字1~3で示される。優先度P(n)については、大きい数字ほど優先順位が高く、例えば、優先度P(n)が「3」の室内ユニットは、優先度P(n)が「2」或いは「1」の室内ユニットに優先して、冷媒が供給されることを意味している。ユーザは、例えば各室内ユニット30A~30C,40の入力部302,402を介して、制御装置301,401に優先度P(n)の値を入力することができる。
 次のステップS202では、制御装置201は、各室内ユニット30A~30C,40の制御装置301,401から、要求量Q(n)を示す要求量情報QD(n)を取得する。本実施形態では、要求量情報QD(1)~QD(4)は、それぞれ室内ユニット30A~30C,40の要求量情報を示す。
 要求量Q(n)は、上述したように室内ユニット30A~30C,40の制御装置301,401によって求められる、室内ユニットで必要な冷媒の流量である。例えば、1分間に各室内ユニットを通過する冷媒の量(L/min)と等価である。
 次のステップS203では、制御装置201は、優先度P(n)の値k(k=1~3)ごとに、合計要求量QT(k)を算出する。この合計要求量QT(k)は、次式(1)で示されるように、優先度P(n)の値がkの室内ユニットからの要求量Q(n)の和である。
 QT(k)=ΣQ(n) …(1)
 例えば、室内ユニット30Aの優先度P(1)の値kが「3」、室内ユニット30Bの優先度P(2)の値kが「2」、室内ユニット30Cの優先度P(3)の値kが「2」、室内ユニット40の優先度P(4)の値kが「1」である場合には、制御装置201によって、優先度の値「3」についての合計要求量QT(3)として、Q(1)が求められる。また、優先度の値「2」についての合計要求量QT(2)として、Q(2)+Q(3)が求められる。そして、優先度の値「1」についての合計要求量QT(1)として、Q(4)が求められる。
 以下、一例として、室内ユニット30Aの優先度P(1)の値kが「3」、室内ユニット30Bの優先度P(2)の値kが「2」、室内ユニット30Cの優先度P(3)の値kが「2」、室内ユニット40の優先度P(4)の値kが「1」であるものとして説明を続ける。
 次のステップS204では、制御装置201は、最も大きい優先度の値k1についての合計要求量QT(k1)と、圧縮機21から吐出される冷媒の1分間当たりの最大量(最大流量)QMとを比較する。具体的には、最も大きい優先度の値「3」についての合計要求量QT(3)と、最大量QMとを比較する。そして、制御装置201は、最大量QMより合計要求量QT(3)の方が大きいと判断した場合には(ステップS204:Yes)、次のステップS205へ移行する。
 ステップS205では、制御装置201は、次式(2)に示されるように、最大量QMを、優先度の値がk1の室内ユニットによる要求量Qk1(n)の比に応じて按分することで、優先度P(n)の値がk1の室内ユニットごとに分配量QSk1(n)をそれぞれ算出する。また、制御装置201は、残りの室内ユニットについての分配量QS(n)を零に設定する。
 QSk1(n)=QM×(Qk1(n)/QT(k1)) …(2)
 ステップS205では、優先度の値k1が「3」である。このため、室内ユニット30Aの要求量Q(1)と、優先度の値kが「3」についての合計要求量QT(3)とを、上記式(2)へ代入することにより、室内ユニット30Aに分配される冷媒の分配量QS(1)を求めることができる。なお、ステップS205では、優先度の値kが「3」である室内ユニットは、1台だけである。このため、圧縮機21から吐出される冷媒の最大量QMと、室内ユニット30Aについての分配量QS(1)とが等しくなる。
 一方、ステップS204で、合計要求量QT(k1)が最大量QM以下の場合には(ステップS204:No)、制御装置201は、次のステップS206へ移行する。
 ステップS206では、制御装置201は、優先度の値がk1である室内ユニットからの要求量Qk1(n)と等しい量を、当該室内ユニットへの分配量QSk1(n)として決定する。ステップS206では、優先度の値が「3」である室内ユニット30Aからの要求量Q(1)と等しい量が、室内ユニット30Aへの分配量QS(1)となる。
 次のステップS207では、制御装置201は、2番目に大きい優先度の値k2(=k1-1)についての合計要求量QT(k2)と、最大量QMから先に分配した冷媒の合計要求量QT(k1)を減じた余剰量QM(k1)とを比較する。そして、制御装置201は、余剰量QM(k1)より合計要求量QT(k2)の方が大きいと判断した場合には(ステップS207:Yes)、次のステップS208へ移行する。
 ステップS208では、制御装置201は、次式(3)に示されるように、余剰量QM(k1)を、優先度の値がk2の室内ユニットによる要求量Qk2(n)の比に応じて按分することで、室内ユニット毎に分配量QSk2(n)をそれぞれ算出する。また、制御装置201は、残りの室内ユニットについての分配量QS(n)を零に設定する。
 QSk2(n)=QM(k1)×(Qk2(n)/QT(k2)) …(3)
 ステップS208では、優先度の値k2が「2」である。このため、余剰量QM(k1)と、室内ユニット30Bの要求量Q(2)と、優先度の値kが「2」についての合計要求量QT(2)とを、上記式(3)へ代入することにより、室内ユニット30Bに分配される冷媒の分配量QS(2)を求めることができる。そして、余剰量QM(2)と、室内ユニット30Cの要求量Q(3)と、優先度の値kが「2」についての合計要求量QT(2)とを、上記式(3)へ代入することにより、室内ユニット30Cに分配される冷媒の分配量QS(3)を求めることができる。
 例えば、最大量QMが「10」であり、室内ユニット30Aの要求量Q(1)が「6」であり、室内ユニット30Bの要求量Q(2)が「3」であり、室内ユニット30Bの要求量Q(3)が「4」である場合には、合計要求量QT(3)が「6」となるため、余剰量QM(2)は「4(=QM-QT(3))」となる。そして、合計要求量QT(2)(=Q(2)+Q(3))が「7」となる。
 したがって、上記(3)式において、余剰量QM(k1)に「4」を代入し、合計要求量QT(k2)に「7」を代入し、Qk2(n)に「3」を代入することで、室内ユニット30Bについての分配量QS(2)が「12/7」と求められる。同様に、各値を代入することで、室内ユニット30Cについての分配量QS(3)が「16/7」と求められる。
 以上より、室内ユニット30Aの分配量QS(1)、室内ユニット30Bの分配量QS(2)、及び室内ユニット30Cの分配量QS(3)は、次表のように求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 一方、ステップS207で、合計要求量QT(k2)が余剰量QM(k1)以下の場合には(ステップS207:No)、制御装置201は次のステップS209へ移行する。
 ステップS209では、制御装置201は、優先度の値がk2である室内ユニットからの要求量Qk2(n)と等しい量を、当該室内ユニットへの分配量QSk2(n)として決定する。ステップS209では、優先度の値が「2」である室内ユニット30Bからの要求量Q(2)と等しい量が、室内ユニット30Bへの分配量QS(2)となる。そして、室内ユニット30Cからの要求量Q(3)と等しい量が、室内ユニット30Cへの分配量QS(3)となる。
 次のステップS210では、制御装置201は、最も小さい優先度の値k3(=k2-1)についての合計要求量QT(k3)と、最大量QMから先に分配した冷媒の合計要求量QT(k1),QT(k2)を減じた余剰量QM(k2)とを比較する。そして、制御装置201は、余剰量QM(k2)より合計要求量QT(k3)の方が大きいと判断した場合には(ステップS210:Yes)、次のステップS211へ移行する。
 ステップS211では、制御装置201は、次式(4)に示されるように、余剰量QM(k2)を、優先度の値がk3の室内ユニットによる要求量Qk3(n)の比に応じて按分することで、室内ユニット毎に分配量QSk3(n)をそれぞれ算出する。また、制御装置201は、残りの室内ユニットについての分配量QS(n)を零に設定する。
 QSk3(n)=QM(k2)×(Qk3(n)/QT(k3)) …(4)
 ステップS211では、優先度の値k3が「1」である。このため、余剰量QM(k2)と、室内ユニット40の要求量Q2K3(3)と、優先度の値kが「1」についての合計要求量QT(1)とを、上記式(4)へ代入することにより、室内ユニット40に分配される冷媒の分配量QS(4)を求めることができる。
 例えば、最大量QMが「10」であり、室内ユニット30Aの要求量Q(1)が「3」であり、室内ユニット30Bの要求量Q(2)が「2」であり、室内ユニット30Bの要求量Q(3)が「4」であり、室内ユニット40の要求量Q(4)が「7」である場合には、合計要求量QT(3)が「3」となり、合計要求量QT(2)が「6」となるため、余剰量QM(1)は「1(=QM-QT(3)-QT(2)」となる。そして、合計要求量QT(1)(=Q(4))が「7」となる。
 したがって、上記(4)式において、余剰量QM(k2)に「1」を代入し、合計要求量QT(k3)に「7」を代入し、Qk2(n)に「7」を代入することで、室内ユニット40についての分配量QS(4)が「1」と求められる。ここでは、余剰量QM(k2)が、すべて室内ユニット40に分配されるため、余剰量QM(k2)と分配量QS(4)とが等しくなる。
 以上より、室内ユニット30Aの分配量QS(1)、室内ユニット30Bの分配量QS(2)、室内ユニット30Cの分配量QS(3)、及び室内ユニット40の分配量QS(4)は、次表のように求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 一方、ステップS210で、合計要求量QT(k3)が余剰量QM(k2)以下の場合には(ステップS210:No)、制御装置201は次のステップS212へ移行する。
 ステップS212では、制御装置201は、優先度の値がk3である室内ユニットからの要求量Qk3(n)と等しい量を、当該室内ユニットへの分配量QSk3(n)として決定する。ステップS212では、優先度の値が「1」である室内ユニット40からの要求量Q(4)と等しい量が、室内ユニット30Bへの分配量QS(4)となる。
 ステップS205,S208,S211,S212での処理が終了すると、制御装置201は、ステップS213へ移行する。
 ステップS213では、制御装置201は、圧縮機21を駆動するための駆動電圧の周波数fを設定する。ステップS204,S207,S210での判断が肯定されるときは、圧縮機21から吐出される冷媒の最大量QMよりも、室内ユニット30A~30C,40からの要求量Q(n)の合計の方が大きいときである。したがって、制御装置201は、ステップS204,S207,S210での判断が肯定された場合には、駆動電圧の周波数fを、圧縮機21の定格周波数と等しい周波数に設定する。これにより、圧縮機21は、定格最大出力で運転される。
 一方、ステップS204,S207,S210での判断が、すべて否定されるときは、圧縮機21の最大量QMの方が、室内ユニット30A~30C,40からの要求量Q(n)の合計よりも大きいときである。この場合には、制御装置201は、室内ユニット30A~30C,40からの要求量Q(n)の和と等しい流量の冷媒が、圧縮機21から吐出されるように、駆動電圧の周波数fを設定する。
 制御装置201は、駆動電圧の周波数fを設定すると、周波数fを示す情報を、駆動装置202へ出力する。これにより、駆動装置202によって、周波数fの駆動電圧が、圧縮機21へ印加される。圧縮機21では、当該圧縮機21を構成するインバータモータが周波数fに比例した回転数で回転し、圧縮機21から、各室内ユニットからの要求に応じた量の冷媒が吐出される。
 次のステップS214では、制御装置201は、室内ユニット30A~30C,40を構成する膨張弁32,42の開度R1~R4をそれぞれ設定する。各膨張弁32,42の開度R1~R4は、ステップS201~S213の処理によって求められた各室内ユニットへの分配量QS(n)によって設定される。
 例えば、ステップS204での判断が肯定される場合は、優先度の値がk1の室内ユニットに対する分配量QSk1(n)の合計が、圧縮機21の最大量QMを上回る。この場合には、制御装置201は、優先度の値がk1の室内ユニットが備える膨張弁の開度を、当該室内ユニットに要求される要求量に応じた開度に設定する。そして、制御装置201は、残りの室内ユニットの膨張弁の開度を零に設定する。
 具体的には、制御装置201は、室内ユニット30Aの膨張弁32の開度R1を、要求量Q(1)に応じて設定するとともに、残りの室内ユニット30B,30C,40の膨張弁32,42の開度R2~R4を零に設定する。
 制御装置201は、それぞれの膨張弁32,42の開度を設定すると、この設定結果を、各室内ユニット30A~30C,40の制御装置301,401へ通知する。これにより、室内ユニット30Aの膨張弁32の開度が所望の開度となり、室内ユニット30B,30C,40の膨張弁32,42それぞれが完全に閉じた状態になる。これにより、優先度が最も高い室内ユニット30Aに、要求量に応じた冷媒が供給される。
 ステップS207での判断が肯定される場合は、優先度の値がk1の室内ユニットの分配量QSk1(n)と、優先度の値がk2の室内ユニットに対する分配量QSk2(n)の合計が、圧縮機21の最大量QMを上回る。この場合には、制御装置201は、優先度の値がk1及びk2の室内ユニットが備える膨張弁の開度を、当該室内ユニットに要求される要求量に応じた開度に設定する。そして、制御装置201は、残りの室内ユニットの膨張弁の開度を零に設定する。
 具体的には、制御装置201は、室内ユニット30A,30B,30Cの膨張弁32の開度R1~R3それぞれを、要求量Q(1),Q(2),Q(3)に応じて設定するとともに、残りの室内ユニット40の膨張弁42の開度R4を零に設定する。
 制御装置201は、それぞれの膨張弁32,42の開度を設定すると、この設定結果を、各室内ユニット30A~30C,40の制御装置301,401へ通知する。これにより、室内ユニット30A~30Cに、要求量に応じた冷媒が供給される。
 ステップS210での判断が肯定される場合は、優先度の値がk1の室内ユニットの分配量QSk1(n)と、優先度の値がk2の室内ユニットに対する分配量QSk2(n)と、優先度の値がk3の室内ユニットに対する分配量QSk3(n)との合計が、圧縮機21の最大量QMを上回る。この場合には、制御装置201は、優先度の値がk1,k2,及びk3の室内ユニットが備える膨張弁の開度を、当該室内ユニットに要求される要求量に応じた開度に設定する。そして、制御装置201は、残りの室内ユニットの膨張弁の開度を零に設定する。
 具体的には、制御装置201は、室内ユニット30A,30B,30C,40の膨張弁32,42の開度R1~R4それぞれを、要求量Q(1),Q(2),Q(3),Q(4)に応じて設定する。なお、上述した例では、残りの室内ユニットは存在しないが、もし室内ユニット30A~30C,40以外の室内ユニットが存在する場合には、この残りの室内ユニットの膨張弁の開度を零に設定する。
 制御装置201は、それぞれの膨張弁32,42の開度を設定すると、この設定結果を、各室内ユニット30A~30C,40の制御装置301,401へ通知する。これにより、室内ユニット30A~30C,40に、要求量に応じた冷媒が供給される。
 また、ステップS210での判断が否定された場合には、優先度の値がk1の室内ユニットの分配量QSk1(n)と、優先度の値がk2の室内ユニットに対する分配量QSk2(n)と、優先度の値がk3の室内ユニットに対する分配量QSk3(n)の合計が、圧縮機21の最大量QM以下になる。この場合には、制御装置201は、優先度の値がk1,k2,及びk3の室内ユニットが備える膨張弁の開度を、当該室内ユニットに要求される要求量に応じた開度に設定する。
 具体的には、制御装置201は、室内ユニット30A,30B,30C,40の膨張弁32,42の開度R1~R4それぞれを、要求量Q(1),Q(2),Q(3),Q(4)に応じて設定する。
 制御装置201は、それぞれの膨張弁32,42の開度を設定すると、この設定結果を、各室内ユニット30A~30C,40の制御装置301,401へ通知する。これにより、室内ユニット30A~30C,40に、要求量に応じた冷媒が供給される。
 以上説明したように、本実施形態では、ユーザによって予め設定された優先度に基づいて、圧縮機21から吐出される冷媒が分配され、その余剰分が更に優先度に基づいて分配される。したがって、ユーザは、例えばオフィスビル100のワークスペースA1~A3、及び給湯室B1の用途に応じて、室内ユニット30A~30B,40の優先度を設定することで、使用目的に応じて、ヒートポンプシステム10を効率的に運用することが可能となる。
 具体的には、ユーザは、使用頻度や重要度に応じてワークスペースに優先度を設定することで、室内ユニットの最大冷却容量の合計が、室外ユニットの最大冷却容量を超えている場合であっても、空調負荷の大きいワークスペースの室内ユニットを定格容量で運転することができる。また、空調の必要性が高いワークスペースの室内ユニットを定格容量で運転することができる。これにより、当該ワークスペースの快適性を確保することができる。
 また、残りの室内ユニットについては、室外ユニットの余剰容量を優先度に応じて分配することで、室外ユニットの冷却容量の範囲内で、各室内ユニットを効率的に運用することができる。
 上記実施形態では、ヒートポンプシステム10が、冷媒と室内空気との間で熱交換を行う3台の室内ユニット30A~30Cと、冷媒と水道水との間で熱交換を行う1台の室内ユニット40を備えている場合について説明した。これに限らず、ヒートポンプシステム10は、冷媒と室内空気との間で熱交換を行う4台以上の室内ユニットを備えていてもよい。また、冷媒と水道水との間で熱交換を行う複数台の室内ユニットを備えていてもよい。
 上記実施形態では、室内ユニットに3段階の優先度が設定されている場合について説明した。これに限らず、室内ユニットに2段階の優先度が設定されていてもよい。この場合には、図5におけるステップS209~S211の処理が省略される。
 また、室内ユニットに4段階以上の優先度が設定されている場合には、ステップS212の処理の前に、ステップS206~S208、或いはステップS209~211に相当する一連の処理を実行することで、各優先度に応じて分配量を算出することができる。
 《第2の実施形態》
 次に、本発明の第2の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、第1の実施形態と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いる。図6は、第2の実施形態に係るヒートポンプシステム11を示す図である。図6に示されるように、ヒートポンプシステム11は、室内ユニット40が、2次冷凍サイクルを有している点で、第1の実施形態に係るヒートポンプシステム10と相違している。
 図6に示されるように、室内ユニット40は、熱交換器41,51、圧縮機52、膨張弁42,53を備えている。これらの熱交換器41,51、膨張弁53、圧縮機52は、冷媒配管57によって直列に接続されている。これにより、2次冷凍サイクルが構成され、ヒートポンプシステム11全体では、2段のカスケード冷凍サイクルが構成される。なお、2次冷凍サイクルの冷媒としては、例えば臨界温度の高いフロンガスR134aが用いられる。
 上述のように構成された2次冷凍サイクルでは、室外ユニット20、循環系50、及び室内ユニット40の熱交換器41によって構成される1次冷凍サイクルが、暖房運転に用いられている場合に、熱交換器41が、2次冷凍サイクルの蒸発熱源として機能する。冷媒配管57を循環する冷媒は、熱交換器41を通過すると、凝縮温度まで加熱された状態になる。熱交換器51では、凝縮温度まで加熱された冷媒と、水道管61を循環する水道水との間で熱交換が行われる。これによって、水道水が加熱され温水ができる。
 図7は、ヒートポンプシステム11を構成する室内ユニット40のブロック図である。図7に示されるように、室内ユニット40は、圧縮機52を駆動する駆動装置405、圧縮機52に流入する冷媒の圧力を検出する圧力センサ406、圧縮機52から流出する冷媒の圧力を検出する圧力センサ407を備えている。
 駆動装置405は、第1の実施形態で説明した駆動装置202と同等の構成を有している。駆動装置405は、制御装置401の指示に基づいて、圧縮機52を駆動する。
 本実施形態では、制御装置401は、温度センサ403を用いて、熱交換器51の冷媒と熱交換を終えた後の水道水の温度を監視する。そして、制御装置401は、水道水の温度が所望の温度となるように、圧縮機52の出力を制御するとともに、膨張弁53の開度を制御する。圧縮機52の制御は、例えば、当該圧縮機52へ印加する駆動電圧の周波数fを変更することにより行う。
 水道水を所望の温度に加熱する場合には、室外ユニット20から、室内ユニット40の熱交換器41に、熱量に見合った量の冷媒が供給される必要がある。熱交換器41が必要とする熱量HQ1は、次式(5)に示されるように、室内ユニット40が給湯に用いる熱量HQ2から、圧縮機52の入力Wを減じることにより求めることができる。
 HQ1=HQ2-WD …(5)
 上記式(5)は、2次冷凍サイクルの成績係数COPを用いると、次式(6)に変形することができる。
 HQ1=HQ2(1-1/COP) …(6)
 成績係数COPは、一般に、圧縮機52へ流入する冷媒の温度(1次側温度)をET(℃)、圧縮機52から吐出する冷媒の温度(2次側温度)をCT(℃)、圧縮機52の効率をηとすると、次式(7)で示される。
 COP=(CT+273.15)/(CT-ET)×η …(7)
 圧縮機52の効率ηは、約0.6程度と一定であるから、熱交換器41が必要とする熱量HQ1は、次式(8)に示されるように、室内ユニット40が給湯に用いる熱量HQ2と、圧縮機52の1次側温度ET及び2次側温度CTから、求めることができる。
HQ1=HQ2[1-1/{(CT+273.15)/(CT-ET)×η}]…(8)
 そこで、制御装置401は、圧力センサ406からの出力に基づいて、1次側温度ETを求めるとともに、圧力センサ407からの出力に基づいて、2次側温度CTを求める。次に、制御装置401は、算出した温度ET,CTと、室内ユニット40が給湯に用いる熱量HQ2とを、上記式(8)へ代入することにより、熱交換器41が必要とする熱量HQ1を求める。そして、制御装置401は、求めた熱量HQ1から規定される1次冷凍サイクルの冷媒の要求量Q(n)を、室外ユニット20の制御装置201からの要求に応じて、当該制御装置201へ通知する。
 これにより、制御装置201によって、室内ユニット40へ所望の要求量Q(n)の冷媒が供給される。
 以上説明したように、本実施形態では、圧縮機52の1次側温度ET及び2次側温度CTを監視することで、リアルタイムに、熱交換器41が必要とする熱量HQ1を求め、この熱量HQ1から規定される1次冷凍サイクルの冷媒の要求量Q(n)を求めることができる。これにより、室内ユニット40の2次冷凍サイクルの運転状況が変化したとしても、圧縮機52への入力を計算することなく、第1冷凍サイクルへの要求熱量を求めることができる。したがって、室外ユニット20によって分配される冷媒を、運転状態に応じて調整することが可能になる。
 その結果、室外ユニット20から室内ユニット40への冷媒の供給が過剰になり、例えば圧縮機が起動と停止を繰り返すことによるロスを抑制することができる。したがって、システムで消費されるエネルギーを削減し、当該システムを効率的に運用することが可能となる。
 上記実施形態では、圧力センサ406,407からの出力に基づいて、第1冷凍サイクルへの要求熱量を求める場合について説明した。しかしながら、式(5)に示されるように、圧縮機52への入力がわかれば、第1冷凍サイクルへの要求熱量を求めることができる。そこで、圧縮機52への入力を計算し、この計測結果を用いて、第1冷凍サイクルへの要求熱量を求めることとしてもよい。この場合にも、室外ユニット20によって分配される冷媒を、運転状態に応じて調整することが可能になる。
 その結果、室外ユニット20から室内ユニット40への冷媒の供給が過剰になり、例えば圧縮機が起動と停止を繰り返すことによるロスを抑制することができる。したがって、システムで消費されるエネルギーを削減し、当該システムを効率的に運用することが可能となる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、室外ユニット20の熱交換器23の能力が一定であるものとして説明した。これに限らず、各室内ユニットからの要求量Qの合計が、圧縮機21から吐出される冷媒の最大量QMを超える場合には、冷媒の冷却効率を向上させる処置を実施してもよい。この処置としては、室外ユニットや各室内ユニットにおける伝熱面積と熱通過率の積として示される熱コンダクタンスを増加させることが考えられる。具体的には、各ユニットが備える熱交換器のファンの出力を増加させることが考えられる。
 例えば図8は、室外ユニット20の制御装置201が実行する一例の処理を示す図である。室外ユニット20は、ヒートポンプシステム10が起動されると、室内ユニット30A~30C,40からの冷媒の要求量Qの合計量ΣQと、圧縮機21の最大量QMとを比較する(ステップS301)。そして、制御装置201は、合計量ΣQが、圧縮機21の最大量QM以下であると判断した場合には(ステップS302:Yes)、熱交換器23のファンを回転数N1で運転する。一方、制御装置201は、合計量ΣQが、圧縮機21の最大量QMより大きいと判断した場合には(ステップS302:No)、熱交換器23のファンを回転数N1よりも高い回転数N2で運転する。
 これにより、冷媒の要求量Qの合計量ΣQが、圧縮機21の最大量QMを超えた場合には、それ以前に比べて室外ユニット20の出力が増加する。
 上記実施形態では、1次冷凍サイクルを循環する冷媒にフロンガスR410Aを用い、2次冷凍サイクルを循環する冷媒にフロンガスR134aを用いた場合について説明した。これに限らず、例えば、二酸化炭素(CO)や炭化水素、ヘリウム等のような自然冷媒や、R407C、R404A、HFO1234yf、HFO1234ze等の塩素を含まない冷媒、若しくは既存の製品に使用されているR22等のフロン系冷媒等を用いてもよい。
 また、1次冷凍サイクルに用いられる冷媒と2次冷凍サイクルに用いられる冷媒は、同じ種類でもよいし、別の種類でもよい。1次冷凍サイクルと2次冷凍サイクルとの間では、熱交換の際に、冷媒同士が混ざり合うことなく、熱交換が行われる。
 2次冷凍サイクルの冷媒として、臨界温度の低い冷媒を用いた場合、熱交換器51での熱交換の際には、2次冷凍サイクルの冷媒が超臨界状態となることが想定される。しかしながら、一般に放熱過程の冷媒が超臨界状態にある場合、熱交換器圧力や熱交換器出口温度の変化によるCOPの変動が大きくなる。このため、COPが高くなるような運転を行うためには、より高度な制御が要求される。また、一般に、臨界温度の低い冷媒は、飽和圧力が高い。そのため、配管や圧縮機の強度を増す必要があるので、装置のコストが増加する要因となる。
 また、水道水中のレジオネラ菌等の繁殖を抑えるためには、給湯温度が60℃以上であることが推奨される。そのため、給湯の目標温度が最低でも60℃以上であることが望ましい。以上のことを踏まえ、2次冷凍サイクルの冷媒としては、臨界温度が60℃以上の冷媒を用いることが望ましい。このような冷媒を2次冷凍サイクルの冷媒として用いることで、低コストで、安定的に高いCOPを得ることができると考えられる。
 上記実施形態に係る室外制御ユニット120、及び室内制御ユニット130A~130C,140の機能は、専用のハードウエアによっても、通常のコンピュータシステムによっても実現することができる。
 上記各実施形態において制御装置201の補助記憶部201cに記憶されているプログラムを、フレキシブルディスク、CD-ROM(Compact Disk Read-Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disk)、MO(Magneto-Optical Disk)等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する装置を構成することとしてもよい。また、プログラムをインターネット等の通信ネットワーク上の所定のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、ダウンロード等するようにしても良い。
 上記実施形態では、室外ユニット20の制御装置201が、図5に示される一連の処理を実行した。これに限らず、室外ユニット及び室内ユニットに共通する独立した制御装置が、室外ユニット20の圧縮機21、四方弁22等を制御するとともに、室内ユニット30A~30C,40の膨張弁32,42,53等を制御することとしてもよい。また、室外ユニット20の制御装置201が実行した処理を、室内ユニット30A~30C,40の制御装置301,401が実行することとしてもよい。
 本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
 本発明のヒートポンプシステム、制御装置、温調方法及びプログラムは、温調対象の温調に適している。
 10,11 ヒートポンプシステム
 20 室外ユニット
 21 圧縮機
 22 四方弁
 23 熱交換器
 24,25 継手
 26 冷媒配管
 30A~30C 室内ユニット
 31 熱交換器
 32 膨張弁
 33 継手
 34 継手
 35 冷媒配管
 40 室内ユニット
 41,51 熱交換器
 42,53 膨張弁
 43,44 継手
 47 冷媒配管
 50 循環系
 50a,50b 冷媒配管
 52 圧縮機
 57 冷媒配管
 60 給水ポンプ
 61 水道管
 100 オフィスビル
 120 室外制御ユニット
 130A~130C,140 室内制御ユニット
 201 制御装置
 201a CPU
 201b 主記憶部
 201c 補助記憶部
 201d インタフェース
 201e バス
 202 駆動装置
 301 制御装置
 302 入力部
 303 温度センサ
 304 弁駆動回路
 401 制御装置
 402 入力部
 403 温度センサ
 404 弁駆動回路
 405 駆動装置
 406,407 圧力センサ
 A1~A3 ワークスペース
 B1 給湯室
 R1~R4 開度

Claims (13)

  1.  温調対象と冷媒との間で熱交換を行う複数の室内ユニットと、
     外気と冷媒との間で熱交換を行う室外ユニットと、
     複数の前記室内ユニットと前記室外ユニットとの間で、冷媒を循環させる第1循環系と、
     前記室内ユニットごとに設けられ、前記第1循環系から前記室内ユニットへ流入する冷媒の量を調整するための調整手段と、
     前記室内ユニットに設定される優先度を入力するための入力手段と、
     複数の前記室内ユニットそれぞれの前記温調対象の温調目標温度と前記温調対象の現在の温度とに基づいて求められる、複数の前記室内ユニットそれぞれで必要な冷媒の流量の合計が、前記室外ユニットから、前記第1循環系へ吐出されうる冷媒の流量を超える場合に、前記優先度が高い前記室内ユニットから順に、前記室内ユニットが必要とする流量の冷媒が前記室内ユニットに供給されるように、前記調整手段を制御して、冷媒を分配する制御手段と、
     を備えるヒートポンプシステム。
  2.  前記制御手段は、前記室内ユニットに要求される冷媒の流量の比に応じて、前記冷媒を分配する請求項1に記載のヒートポンプシステム。
  3.  前記制御手段は、優先度が最も高い前記室内ユニットについては、当該室内ユニットから要求される流量の冷媒が供給されるように、前記調整手段を制御する請求項1又は2に記載のヒートポンプシステム。
  4.  前記制御手段は、優先度が最も高い前記室内ユニットに、当該室内ユニットから要求される流量の冷媒を供給した後の余剰冷媒を、他の前記室内ユニットに分配する請求項3に記載のヒートポンプシステム。
  5.  前記余剰冷媒を、他の前記室内ユニットから要求される比に応じて分配する請求項4に記載のヒートポンプシステム。
  6.  前記第1循環系は、複数の前記室内ユニットに要求される冷媒の流量の合計が、前記室外ユニットから吐出される冷媒の最大流量を超える場合に、前記室外ユニットから吐出される冷媒の熱量を、複数の前記室内ユニットに要求される冷媒の流量の合計が、前記室外ユニットから吐出される冷媒の最大流量以下のときよりも増加させる請求項1乃至5のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
  7.  前記室内ユニットは、前記第1循環系を循環する冷媒との間で熱交換が行われる冷媒を循環させるための第2循環系と、
     前記第2循環系の冷媒を循環させる圧縮機と、
     前記第1循環系の冷媒と、前記第2循環系の冷媒との間で熱交換を行うことで、前記第2循環系の蒸発熱源として機能する第1熱交換手段と、
     前記熱交換手段で必要な熱量と、前記圧縮機の運転状態に基づいて、前記室外ユニットへ要求する要求熱量を求める算出手段と、
     を備える請求項1乃至6のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
  8.  前記算出手段は、前記熱交換手段で必要な熱量と、前記圧縮機への入力とを用いて、前記要求熱量を算出する請求項7に記載のヒートポンプシステム。
  9.  前記算出手段は、前記熱交換手段で必要な熱量と、前記圧縮機の成績係数を用いて、前記要求熱量を算出する請求項7に記載のヒートポンプシステム。
  10.  前記室内ユニットは、
     前記第2循環系を循環する冷媒と、給湯系統を流れる前記温調対象としての水との間で熱交換を行う第2熱交換手段を備え、
     前記第2循環系を循環する冷媒の臨界温度は60℃以上である請求項7乃至9のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
  11.  複数の室内ユニットそれぞれの温調対象の温調目標温度と、前記温調対象の現在の温度とによって求められる、複数の前記室内ユニットそれぞれで必要な冷媒の流量を求める手段と、
     前記室内ユニットそれぞれで必要な冷媒の流量の合計量を算出する手段と、
     前記合計量が、室外ユニットから前記室内ユニットへ供給される冷媒の量を超える場合に、前記室内ユニットに割り当てられた優先度が高い順に、前記室内ユニットが必要とする流量の冷媒が前記室内ユニットに供給されるように、前記室内ユニットの分配手段を制御する手段と、
     を備える制御装置。
  12.  複数の室内ユニットそれぞれの温調対象の温調目標温度と、前記温調対象の現在の温度とによって求められる、複数の前記室内ユニットそれぞれで必要な冷媒の流量を求める工程と、
     前記室内ユニットそれぞれで必要な冷媒の流量の合計量を算出する工程と、
     前記合計量が、室外ユニットから前記室内ユニットへ供給される冷媒の量を超える場合に、前記室内ユニットに割り当てられた優先度が高い順に、前記室内ユニットが必要とする流量の冷媒が前記室内ユニットに供給されるように、前記冷媒を前記室内ユニットに分配する工程と、
     を含む温調方法。
  13.  コンピュータに、
     複数の室内ユニットそれぞれの温調対象の温調目標温度と、前記温調対象の現在の温度とによって求められる、複数の前記室内ユニットそれぞれで必要な冷媒の流量を求める手順と、
     前記室内ユニットそれぞれで必要な冷媒の流量の合計量を算出する手順と、
     前記合計量が、室外ユニットから前記室内ユニットへ供給される冷媒の量を超える場合に、前記室内ユニットに割り当てられた優先度が高い順に、前記室内ユニットが必要とする流量の冷媒が前記室内ユニットに供給されるように、前記室内ユニットの分配手段を制御する手順と、
     を実行させるためのプログラム。
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