(57)【要約】  ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等の複数の加熱器を利用する際に、要求された能力に応じて適切な能力配分を行うことで、給湯システム１０の高効率運転を可能とする。そのため、制御装置１９は、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃの合計加熱能力が給湯システム１０全体で要求される加熱能力となり、かつ、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃの合計ＣＯＰ（成績係数）が所定の条件を満たすように、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃそれぞれの加熱能力を決定する。制御装置１９は、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃそれぞれの加熱能力が上記決定した加熱能力となるように調節弁１３ａ，１３ｂ，１３ｃそれぞれを制御する。
2010116454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を加熱する複数の加熱器であって、前記流体の流量によって加熱能力が変化し、加熱能力によってＣＯＰ（成績係数）が変化する特性を有する複数の加熱器と、
前記流体を貯めるタンクと前記流体を熱源として利用する器具との少なくともいずれかを含む設備と、
前記複数の加熱器と前記設備との間で前記流体を循環させる流体回路と、
前記複数の加熱器それぞれに対する前記流体の流量を調節する複数の調節弁と、
前記複数の加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが所定の条件を満たすように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定し、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力が前記決定した加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御する制御装置とを備えることを特徴とする流体加熱システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記複数の加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが最大となるように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定することを特徴とする請求項１に記載の流体加熱システム。
【請求項３】
前記複数の加熱器には、異なる特性を有する２つ以上の加熱器が含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体加熱システム。
【請求項４】
前記複数の加熱器には、異なる最低加熱能力をもつ２つ以上の加熱器が含まれることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の流体加熱システム。
【請求項５】
前記複数の加熱器には、異なる種類の冷媒を用いる２つ以上のヒートポンプユニットが含まれることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の流体加熱システム。
【請求項６】
前記複数の加熱器には、ヒートポンプユニットとヒートポンプユニット以外の加熱器が含まれることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の流体加熱システム。
【請求項７】
前記流体加熱システムは、さらに、
前記複数の加熱器それぞれの消費電力を測定する電力計と、
外気温度を測定する外気温度センサとを備え、
前記制御装置は、前記決定した加熱能力と前記電力計により測定された消費電力と前記外気温度センサにより測定された外気温度とに基づいて、外気温度に応じた前記複数の加熱器それぞれのＣＯＰと加熱能力との関係を求め、求めた関係を参照して前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定することを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の流体加熱システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記複数の加熱器それぞれのＣＯＰが最大となる加熱能力を最適能力として予め定義し、前記複数の加熱器のうち少なくとも１つの加熱器で構成される加熱器群であって、前記少なくとも１つの加熱器の合計最適能力が前記設備により要求される加熱能力に対応する加熱器群を選択し、選択した加熱器群を構成する加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御することを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の流体加熱システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記複数の加熱器それぞれのＣＯＰが最大となる加熱能力を最適能力として予め定義し、前記複数の加熱器のうち、前記最適能力が前記設備により要求される加熱能力以下で、かつ、前記最適能力が前記設備により要求される加熱能力に最も近い加熱器から順番に加熱器を選択し、選択した加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御することを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の流体加熱システム。
【請求項１０】
流体を加熱する複数の加熱器であって、前記流体の流量によって加熱能力が変化し、加熱能力によってＣＯＰ（成績係数）が変化する特性を有する複数の加熱器と、前記流体を貯めるタンクと前記流体を熱源として利用する器具との少なくともいずれかを含む設備との間で前記流体を循環させる工程と、
前記複数の加熱器それぞれに対する前記流体の流量を調節する工程と、
前記複数の加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが所定の条件を満たすように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定し、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力が前記決定した加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御する工程とを備えることを特徴とする流体加熱方法。
【請求項１１】
流体を加熱する複数の加熱器であって、前記流体の流量によって加熱能力が変化し、加熱能力によってＣＯＰ（成績係数）が変化する特性を有する複数の加熱器と、前記流体を貯めるタンクと前記流体を熱源として利用する器具との少なくともいずれかを含む設備との間で前記流体を循環させる流体回路と、
前記複数の加熱器それぞれに対する前記流体の流量を調節する複数の調節弁と、
前記複数の加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが所定の条件を満たすように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定し、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力が前記決定した加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御する制御装置とを備えることを特徴とする流体加熱制御システム。
【請求項１２】
流体を加熱する複数の加熱器であって、前記流体の流量によって加熱能力が変化し、加熱能力によってＣＯＰ（成績係数）が変化する特性を有する複数の加熱器と、前記流体を貯めるタンクと前記流体を熱源として利用する器具との少なくともいずれかを含む設備との間で前記流体を循環させる流体回路に取り付けられる複数の調節弁と接続する制御装置であって、
前記複数の加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが所定の条件を満たすように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定する決定部と、
前記複数の加熱器それぞれの加熱能力が前記決定した加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御する制御部とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項１３】
流体を加熱する複数の加熱器であって、前記流体の流量によって加熱能力が変化し、加熱能力によってＣＯＰ（成績係数）が変化する特性を有する複数の加熱器と、前記流体を貯めるタンクと前記流体を熱源として利用する器具との少なくともいずれかを含む設備との間で前記流体を循環させる流体回路に取り付けられる複数の調節弁と接続する制御装置により、前記複数の加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが所定の条件を満たすように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定する工程と、
前記複数の加熱器それぞれの加熱能力が前記決定した加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御する工程とを備えることを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体加熱システム及び流体加熱方法及び流体加熱制御システム及び制御装置及び制御方法に関するものである。本発明は、特に、ヒートポンプユニットの高効率運転制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヒートポンプユニットによって水を加熱し、タンクに貯湯する給湯システムが使用されている。【０００３】
複数のヒートポンプユニットを利用した給湯システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。従来の給湯システムでは、給湯負荷に応じて、運転するヒートポンプユニットの台数が決定される。各ヒートポンプユニットに対しては、運転を開始する優先順位が定められている。この優先順位は、所定時間ごとに変更される。
【特許文献１】特開２００５−１３４０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
個々のヒートポンプユニットにおいて、そのヒートポンプサイクルの機能部品である圧縮機や熱交換器には、最も効率よく運転する能力帯が存在する。その能力帯から逸脱した状態でヒートポンプユニットを運転した場合には、ＣＯＰ（成績係数）の大幅な低下を招くおそれがある。従来の給湯システムでは、個々のヒートポンプユニットが効率よく運転できる能力帯に関係なく優先順位が定められていたので、十分なＣＯＰが得られなかった。【０００５】
個々のヒートポンプユニットには、最低動作能力が定められている。最低動作能力を下回る能力でヒートポンプユニットを運転することは原理的に不可能である。そのため、ある一定以下の能力が要求されたときは、ヒートポンプユニットを停止し、最低動作能力を超える能力が要求されたときに、その再起動を行わざるを得ない。従来の給湯システムでは、個々のヒートポンプユニットの最低動作能力に関係なく優先順位が定められていたので、最低動作能力が低いヒートポンプユニットは使用できなかった。【０００６】
本発明は、例えば、ヒートポンプユニット等の複数の加熱器を利用する際に、要求された能力に応じて適切な能力配分を行うことで、給湯システム等の流体加熱システムの高効率運転を可能とする。また、本発明は、例えば、ヒートポンプユニット等の複数の加熱器を利用する際に、要求された能力に応じて最低動作能力が低いヒートポンプユニットも利用することで、給湯システム等の流体加熱システムの柔軟な構成を可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の態様に係る流体加熱システムは、
流体を加熱する複数の加熱器であって、前記流体の流量によって加熱能力が変化し、加熱能力によってＣＯＰ（成績係数）が変化する特性を有する複数の加熱器と、
前記流体を貯めるタンクと前記流体を熱源として利用する器具との少なくともいずれかを含む設備と、
前記複数の加熱器と前記設備との間で前記流体を循環させる流体回路と、
前記複数の加熱器それぞれに対する前記流体の流量を調節する複数の調節弁と、
前記複数の加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが所定の条件を満たすように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定し、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力が前記決定した加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御する制御装置とを備えることを特徴とする。【０００８】
前記制御装置は、前記複数の加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが最大となるように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定することを特徴とする。【０００９】
前記複数の加熱器には、異なる特性を有する２つ以上の加熱器が含まれることを特徴とする。【００１０】
前記複数の加熱器には、異なる最低加熱能力をもつ２つ以上の加熱器が含まれることを特徴とする。【００１１】
前記複数の加熱器には、異なる種類の冷媒を用いる２つ以上のヒートポンプユニットが含まれることを特徴とする。【００１２】
前記複数の加熱器には、ヒートポンプユニットとヒートポンプユニット以外の加熱器が含まれることを特徴とする。【００１３】
前記流体加熱システムは、さらに、
前記複数の加熱器それぞれの消費電力を測定する電力計と、
外気温度を測定する外気温度センサとを備え、
前記制御装置は、前記決定した加熱能力と前記電力計により測定された消費電力と前記外気温度センサにより測定された外気温度とに基づいて、外気温度に応じた前記複数の加熱器それぞれのＣＯＰと加熱能力との関係を求め、求めた関係を参照して前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定することを特徴とする。【００１４】
前記制御装置は、前記複数の加熱器それぞれのＣＯＰが最大となる加熱能力を最適能力として予め定義し、前記複数の加熱器のうち少なくとも１つの加熱器で構成される加熱器群であって、前記少なくとも１つの加熱器の合計最適能力が前記設備により要求される加熱能力に対応する加熱器群を選択し、選択した加熱器群を構成する加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御することを特徴とする。【００１５】
前記制御装置は、前記複数の加熱器それぞれのＣＯＰが最大となる加熱能力を最適能力として予め定義し、前記複数の加熱器のうち、前記最適能力が前記設備により要求される加熱能力以下で、かつ、前記最適能力が前記設備により要求される加熱能力に最も近い加熱器から順番に加熱器を選択し、選択した加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御することを特徴とする。【００１６】
本発明の一の態様に係る流体加熱方法は、
流体を加熱する複数の加熱器であって、前記流体の流量によって加熱能力が変化し、加熱能力によってＣＯＰ（成績係数）が変化する特性を有する複数の加熱器と、前記流体を貯めるタンクと前記流体を熱源として利用する器具との少なくともいずれかを含む設備との間で前記流体を循環させる工程と、
前記複数の加熱器それぞれに対する前記流体の流量を調節する工程と、
前記複数の加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが所定の条件を満たすように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定し、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力が前記決定した加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御する工程とを備えることを特徴とする。【００１７】
本発明の一の態様に係る流体加熱制御システムは、
流体を加熱する複数の加熱器であって、前記流体の流量によって加熱能力が変化し、加熱能力によってＣＯＰ（成績係数）が変化する特性を有する複数の加熱器と、前記流体を貯めるタンクと前記流体を熱源として利用する器具との少なくともいずれかを含む設備との間で前記流体を循環させる流体回路と、
前記複数の加熱器それぞれに対する前記流体の流量を調節する複数の調節弁と、
前記複数の加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが所定の条件を満たすように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定し、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力が前記決定した加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御する制御装置とを備えることを特徴とする。【００１８】
本発明の一の態様に係る制御装置は、
流体を加熱する複数の加熱器であって、前記流体の流量によって加熱能力が変化し、加熱能力によってＣＯＰ（成績係数）が変化する特性を有する複数の加熱器と、前記流体を貯めるタンクと前記流体を熱源として利用する器具との少なくともいずれかを含む設備との間で前記流体を循環させる流体回路に取り付けられる複数の調節弁と接続する制御措置であって、
前記複数の加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが所定の条件を満たすように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定する決定部と、
前記複数の加熱器それぞれの加熱能力が前記決定した加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御する制御部とを備えることを特徴とする。【００１９】
本発明の一の態様に係る制御方法は、
流体を加熱する複数の加熱器であって、前記流体の流量によって加熱能力が変化し、加熱能力によってＣＯＰ（成績係数）が変化する特性を有する複数の加熱器と、前記流体を貯めるタンクと前記流体を熱源として利用する器具との少なくともいずれかを含む設備との間で前記流体を循環させる流体回路に取り付けられる複数の調節弁と接続する制御装置により、前記複数の加熱器の合計加熱能力が前記設備により要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが所定の条件を満たすように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定する工程と、
前記複数の加熱器それぞれの加熱能力が前記決定した加熱能力となるように前記複数の調節弁それぞれを制御する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一の態様によれば、制御装置が、複数の加熱器の合計加熱能力が要求される加熱能力となり、かつ、前記複数の加熱器の合計ＣＯＰが所定の条件を満たすように、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力を決定し、前記複数の加熱器それぞれの加熱能力が前記決定した加熱能力となるように複数の調節弁それぞれを制御する。そのため、給湯システム等の流体加熱システムの高効率運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。【００２２】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る給湯システム１０の構成図である。【００２３】
図１において、給湯システム１０は、水が循環する流体回路１０ａと、冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ）が循環する３つのヒートポンプサイクル１０ｂとを備えている。給湯システム１０は、流体加熱システムの例である。水は、流体の例である。【００２４】
水の循環回路側（即ち、流体回路１０ａ）は、主に、貯湯タンク（即ち、タンク１１）と水循環ポンプ（即ち、ポンプ１２）と３つの水量調節弁（即ち、調節弁１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）とによって構成されている。流体回路１０ａには、３つのユニット（即ち、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）が並列接続されている。ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、流体を加熱する複数の加熱器の例である。タンク１１は、上部に、サニタリ設備（例えば、シャワー）へ供給する加熱水を貯め、下部に、サニタリ設備から戻ってくる未加熱水を貯める。ポンプ１２は、その未加熱水をヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃに供給する。調節弁１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃそれぞれに対する水の流量を調節する。ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃそれぞれの加熱能力は、それぞれに対する水の流量によって変化する。ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、それぞれ加熱能力によってＣＯＰ（成績係数、あるいは、能力消費電力係数）が変化する特性を有する。この特性は、ユニットごとに異なる。ポンプ１２によってヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃに供給された水は、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃにより加熱され、その後合流してタンク１１へと返流する。【００２５】
加熱回路側（即ち、ヒートポンプサイクル１０ｂ）は、各ユニットの内部に設けられている。ヒートポンプサイクル１０ｂは、主に、膨張弁１５と圧縮機１６と空気熱交換器１７と水熱交換器１８とによって構成されている。圧縮機１６は、冷媒を圧縮して加熱する。水熱交換器１８は、圧縮機１６によって加熱された冷媒を利用して、流体回路１０ａを流れる水を加熱する。膨張弁１５は、膨張冷却により冷媒を冷却する。空気熱交換器１７は、膨張弁１５によって冷媒が冷却された後、外気から冷媒に熱を回収する。【００２６】
タンク１１とポンプ１２と各水量調節弁と各ユニットとには、それらの動作を制御したり、それらの状態を検知したりするシステム制御部（即ち、制御装置１９）が接続されている。制御装置１９は、検知部１９ａと決定部１９ｂと制御部１９ｃとを備えている。検知部１９ａは、検温器２０によってタンク１１の上部及び下部に貯められている水の温度を測定する。決定部１９ｂは、検知部１９ａにより測定された水の温度と、ユーザから操作パネル等（不図示）により要求された温度とを比較して、給湯システム１０全体で必要な加熱能力（即ち、タンク１１により要求される加熱能力）を算出する。決定部１９ｂは、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃの合計加熱能力が必要な加熱能力となり、かつ、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃの合計ＣＯＰが所定の条件を満たすように、各ユニットの加熱能力を決定する。制御部１９ｃは、各ユニットの加熱能力が決定部１９ｂにより決定された加熱能力となるように各水量調節弁を制御する。【００２７】
本実施の形態では、上記条件は、全ユニットの合計ＣＯＰが最大となることと定義する。したがって、各ユニットの加熱能力の設定パターンとして、全ユニットの合計加熱能力が必要な加熱能力となるものが何通りかある場合、決定部１９ｂは、それらのうち、全ユニットの合計ＣＯＰが最大となる設定パターンを選択する。本実施の形態の変形例として、上記条件に別の定義を与えてもよい。例えば、上記条件は、全ユニットの合計ＣＯＰが予め定められた範囲内となることと定義してもよい。例えば、上記条件は、全ユニットの合計ＣＯＰが予め定められた閾値より大きくなることと定義してもよい。いずれの場合にも、上記条件は、全ユニットの合計ＣＯＰが少なくとも全ユニットの合計ＣＯＰの最小値より大きくなるように定義される。従来の給湯システムでは、個々のユニットが効率よく運転できる能力帯に関係なく優先順位が定められていたので、全ユニットの合計ＣＯＰが最小値となる可能性があった。これに対し、本実施の形態では、上記条件が設けられたことにより、そのような可能性がなくなるため、給湯システム１０の高効率運転が保証される。【００２８】
本実施の形態では、ヒートポンプサイクル１０ｂが流体回路１０ａと並列に３つ接続されている。つまり、ヒートポンプサイクル１０ｂを有する３つのユニットが並列に接続されている。本実施の形態の変形例として、２つ、又は、３つより多くのユニットが並列に接続されていてもよい。別の変形例として、複数のユニットのうち、いくつかは直列に接続されていてもよい。別の変形例として、複数のユニットのうち、いくつかはヒートポンプサイクル１０ｂ以外の手段で水を加熱する加熱器（例えば、ボイラ）であってもよい。別の変形例として、全ユニットが、ヒートポンプサイクル１０ｂ以外の手段で水を加熱する加熱器であってもよい。【００２９】
本実施の形態では、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、互いに異なる特性を有している。本実施の形態の変形例として、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうち、２つが同じ特性を有していてもよい。別の変形例として、全ユニットが同じ特性を有していてもよい。【００３０】
本実施の形態では、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、同じ種類の冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ）を用いたヒートポンプサイクル１０ｂを有している。本実施の形態の変形例として、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうち、少なくとも２つが互いに異なる種類の冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ及びＣＯ２）を用いたヒートポンプサイクル１０ｂを有していてもよい。【００３１】
本実施の形態では、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、同じ種類の冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ）を用いたヒートポンプサイクル１０ｂを有している。本実施の形態の変形例として、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうち、少なくとも２つが互いに異なる種類の冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ及びＣＯ２）を用いたヒートポンプサイクル１０ｂを有していてもよい。【００３２】
給湯システム１０は、タンク１１の代わりに、あるいは、タンク１１とともに、床暖房やラジエータ等を備えていてもよい。床暖房やラジエータは、流体を熱源として利用する器具の例である。タンク１１、及び、床暖房やラジエータといった器具は、設備の例である。本実施の形態では、流体回路１０ａは、各ユニットと設備との間で水を循環させているが、設備が床暖房やラジエータ等である場合、流体回路１０ａは、各ユニットと設備との間で水以外の流体を循環させてもよい。【００３３】
次に、給湯システム１０の動作について説明する。【００３４】
制御装置１９にて、検知部１９ａは、検温器２０で測定されたタンク１１内の水温を得る。【００３５】
制御装置１９にて、決定部１９ｂは、検知部１９ａによって得られた水温とユーザからの要求に基づき、給湯システム１０全体として、達成すべき能力を決定する。タンク１１内の水温とユーザ側で設定した温度との差が小さい場合は、必要な能力が小さくなる。しかし、逆に、温度差が大きく短時間で加熱する必要がある場合は、大能力が必要となる。温度差が小さい場合でも、使用湯量が過渡的に増加した際には、タンク１１の水温が急激に低下するため、大能力で温度低下を防止しなければならない。決定部１９ｂは、これらの事項を総合的に判断して、タンク１１内の温度の理想上昇スピードを計算し、時間当たりの必要な能力を決定する。例えば、決定部１９ｂは、ユーザにより設定された温度と時間（例えば、ユーザが「急速」モードを設定できる場合）と、タンク１１の入口温度と出口温度とから、時間当たりの必要な能力を算出する。タンク１１以外の設備（例えば、床暖房やラジエータといった器具）がある場合、決定部１９ｂは、そのような設備における放熱量も考慮して、時間当たりの必要な能力を算出する。決定部１９ｂは、決定した能力に対し、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうち、使用するユニットを選定し、それらのユニットが個々に担う能力を決定する。【００３６】
図２は、本実施の形態におけるユニットの能力とＣＯＰとの関係の例を示すグラフである。【００３７】
図２の例では、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃをそれぞれ「ユニットＡ」、「ユニットＢ」、「ユニットＣ」と表す。グラフの横軸は、能力の大きさを表す。グラフの縦軸は、ＣＯＰの大きさを表す。図２の例では、ヒートポンプユニット１４ａが任意の能力値であるＱの能力を発揮したときに、ヒートポンプユニット１４ａのＣＯＰが最大となる。ヒートポンプユニット１４ｂがＱの２倍である２Ｑの能力を発揮したときに、ヒートポンプユニット１４ｂのＣＯＰが最大となる。ヒートポンプユニット１４ｃがＱの４倍である４Ｑの能力を発揮したときに、ヒートポンプユニット１４ｃのＣＯＰが最大となる。【００３８】
決定部１９ｂは、各ユニットの能力を決定する際に、図２に示すような予め記憶媒体に保存された能力値に対してのＣＯＰの値を使用する。つまり、決定部１９ｂは、各ユニットが出す能力を加算すると達成すべき能力が得られ、かつ、給湯システム１０が全体として最も効率よく運転できるように、使用するユニットの組み合わせとそれぞれのユニットの個別能力を決定する。【００３９】
図３は、本実施の形態における稼動ユニットの選定例を示す表である。【００４０】
図３の例では、図２の例のように、能力が２の累乗でＣＯＰがピークとなる複数のユニットが存在した場合を考える。具体的には、給湯システム１０において、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃのほかに、ユニットがもう１つ存在し、各ユニットのＣＯＰがピークとなる能力が、それぞれ１Ｑ、２Ｑ、４Ｑ、８Ｑであると仮定する。図３において、決定部１９ｂは、ＣＯＰがピークとなる能力が要求能力（即ち、タンク１１、及び／又は、床暖房やラジエータといった器具を含む設備により要求される加熱能力）以下で最も近いユニットに、ＣＯＰがピークとなる能力が残りの要求能力以下で最も近いユニットを、順番に組み合わせていくことで、それぞれのユニットが最適な能力を発揮できる組み合わせを決定する。能力が２の累乗でＣＯＰがピークとなるユニットの代わりに、様々な特性を有するユニットを組み合わせる場合でも、各ユニットについて、ＣＯＰがピークとなる能力を把握しておけば、決定部１９ｂは、各ユニットの能力を瞬時に計算することができる。決定部１９ｂは、要求能力と、対応するユニットの組み合わせとを示すデータを予め記憶媒体に記憶しておき、各ユニットの能力を決定する際に、このデータを参照してもよい。【００４１】
制御装置１９にて、制御部１９ｃは、決定部１９ｂによって決定された能力で各ユニットが動作するように、各ユニットに動作指示を行うとともに、各水量調節弁にて、動作するユニットにのみ未加熱水を流す。各ユニットで加熱された水は、ポンプ１２の前で合流し、タンク１１へと返流する。【００４２】
各ユニットのＣＯＰが最大となる加熱能力は最適能力として予め定義できる。上記のように、決定部１９ｂは、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうち、最適能力が要求能力以下で、かつ、最適能力が要求能力に最も近いユニットから順番にユニットを選択する。決定部１９ｂによって選択されるユニットは、１つの加熱器群を構成する。ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうち少なくとも１つのユニットで構成される加熱器群は、７種類あるが、これらのうち、加熱器群を構成するユニットの合計最適能力が要求能力に対応するものが決定部１９ｂによって選択される。つまり、決定部１９ｂによって選択されるユニットの合計最適能力は要求能力に対応する。具体的には、決定部１９ｂによって選択されるユニットの合計最適能力は要求能力に一致するか、又は、近い値となる。制御部１９ｃは、決定部１９ｂによって選択された加熱器群を構成するユニットの合計加熱能力が要求能力となるように各水量調節弁を制御する。選択された加熱器群を構成するユニットの合計最適能力が要求能力に一致する場合、制御部１９ｃは、当該ユニットの加熱能力が最適能力となるように各水量調節弁を制御する。一方、決定部１９ｂによって選択された加熱器群を構成するユニットの合計最適能力がタンク１１により要求される加熱能力に一致しない場合、制御部１９ｃは、決定部１９ｂによって選択された加熱器群を構成するユニットの合計加熱能力がタンク１１により要求される加熱能力となるように、例えば、１つのユニットの加熱能力を調整する。このように、本実施の形態では、要求能力に応じて適切な能力配分を行っている。そのため、給湯システム１０の高効率運転が可能となる。【００４３】
本実施の形態では、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうち、少なくとも２つは、互いに異なる最低加熱能力をもっており、要求能力に応じて最低動作能力が低いユニットも利用することができる。そのため、給湯システム１０の柔軟な構成が可能となる。【００４４】
以上説明したように、本実施の形態では、それぞれのユニットを最適能力で動作させることによって、給湯システム１０の全体的な効率を向上させることができる。また、ユニットが単独で接続されている場合と比較した場合、小能力ユニットを組み込むことによって、要求能力が小さい場合においても運転可能となる。したがって、高効率運転が可能となる。【００４５】
上記のように、本実施の形態によれば、ヒートポンプサイクルを有した複数のユニットを備える給湯システム１０を利用する際に、使用ユニットの選定と、その能力配分によって、給湯システム１０の高効率運転を可能とする。本実施の形態によれば、要求される能力に対して、幅広く対応可能である。具体的には、それぞれの能力帯によって適切に使用するユニットを決定することによって、幅広い要求能力に対して、常に高効率運転を持続することが可能となる。また、本実施の形態によれば、１台の大能力ユニットで動作し難い低能力時においても、効率よく運転可能となる。【００４６】
本実施の形態に係る水循環型給湯システム（即ち、給湯システム１０）は、複数のヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、貯湯タンク（即ち、タンク１１）と、水回路（即ち、流体回路１０ａ）と、ポンプ１２と、制御装置１９とを有する。流体回路１０ａは、タンク１１に対し、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃを並列につなぎ、それぞれに流量調整可能な弁（即ち、調節弁１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）をもつ。ポンプ１２は、水を循環させる。制御装置１９は、ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃとポンプ１２に接続され、個々の出力を管理できる。【００４７】
給湯システム１０は、流体回路１０ａに並列に接続された個々のヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃの能力消費電力係数を事前に把握する手段（即ち、制御装置１９）を有する。制御装置１９は、系全体の要求能力に対して能力消費電力係数が最大となるように個々のヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃを制御する。【００４８】
給湯システム１０は、最低動作能力、能力消費電力係数最大時の能力が異なったヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃを接続し、幅広い能力帯で効率よく動作するように個々のヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃを制御する。【００４９】
給湯システム１０は、貯湯タンク（即ち、タンク１１）と、水回路（即ち、流体回路１０ａ）と、複数のヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、これらのユニットの動作をコントロールする機構（即ち、制御装置１９）とを有する。流体回路１０ａは、タンク１１内の湯の減少、温度低下等が起きた場合にタンク１１から未加熱水を取り出し、加熱してタンク１１に戻す。ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、未加熱水の加熱に用いられる。制御装置１９は、最も効率よく運転できる能力帯が異なるヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃの動作をコントロールする。制御装置１９は、要求能力に見合った適切なユニットを動作させることで、システム全体のＣＯＰ向上を図ることができる。【００５０】
実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。【００５１】
実施の形態１では、制御装置１９は、それぞれのユニットの能力とＣＯＰとの関係を事前に把握しており、要求能力に応じてユニットの最適な組み合わせを決定する。これに対し、本実施の形態では、制御装置１９は、それぞれのユニットの能力とＣＯＰとを計測し、それぞれのユニットの能力とＣＯＰとの関係を求め、要求能力に応じてユニットの最適な組み合わせを動的に決定する。そのため、本実施の形態によれば、障害発生時の性能低下の防止や、ユニットを増強した際の性能向上を図ることができる。【００５２】
図４は、本実施の形態に係る給湯システム１０の構成図である。【００５３】
図４において、給湯システム１０には、検温器２１、流量センサ２２、電力計２３、外気温度センサ２４が取り付けられている。検温器２１は、各ユニットの流体回路１０ａへの出口に取り付けられ、水温を測定する。流量センサ２２は、各水量調節弁に取り付けられ、各ユニットに流入する水の流量を測定する。電力計２３は、各ユニットに取り付けられ、各ユニットの消費電力を測定する。外気温度センサ２４は、外気温度を測定する。【００５４】
制御装置１９にて、決定部１９ｂは、検知部１９ａが検温器２１、流量センサ２２、電力計２３から収集したデータより、それぞれのユニットの能力とＣＯＰとを算出する。また、決定部１９ｂは、それぞれのユニットの能力とＣＯＰとを算出したときの外気温度を記録するため、検知部１９ａが得た外気温度センサ２４の測定値を記憶媒体に保持する。【００５５】
ヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃのＣＯＰは、原理的に外気温度、出湯温度、能力によって左右され、そのほかの因子で変動することは少ない。そのため、決定部１９ｂは、検知部１９ａが一度収集したデータは、そのときの外気温度、出湯温度、能力を鍵に、記憶媒体にてデータベース化して保存する。決定部１９ｂは、このデータベースを参照して、実施の形態１と同様に稼動ユニットを選択する。【００５６】
図５は、本実施の形態におけるユニットのＣＯＰの算出例を示す表である。【００５７】
図５の例では、外気温度が２℃のときの「ユニットＡ」の能力と出湯温度とに対するＣＯＰを示している。決定部１９ｂは、各ユニットのＣＯＰの算出を繰り返すことにより、データベースを充実化していき、より精度の高い制御を可能とする。ある外気温度のときのあるユニットのある能力とある出湯温度との組み合わせが、まだ測定されていない条件のときは、決定部１９ｂは、条件が近いデータを基に予想ＣＯＰを算出する。【００５８】
上記のように、決定部１９ｂは、各ユニットの加熱能力を決定すると、決定した加熱能力と電力計２３により測定された消費電力と外気温度センサ２４により測定された外気温度とに基づいて、外気温度に応じた各ユニットのＣＯＰと加熱能力との関係を求める。決定部１９ｂは、次に各ユニットの加熱能力を決定する際には、前回求めた関係を参照して各ユニットの加熱能力を決定する。【００５９】
以上説明したように、本実施の形態では、それぞれのユニットのＣＯＰを算出して保持しておき、次に稼動させたときのＣＯＰを予測して稼動ユニットを決定しているため、ＣＯＰが未知のユニットも制御の対象とすることができる。このような制御を行うことで、異種冷媒を使用したヒートポンプ、電気ヒータ式ボイラ、太陽熱温水器等、電気を動力とする加熱器であれば、それぞれの加熱器ごとにＣＯＰを算出して、最も効率よく運転できる加熱器の組み合わせを決定することができる。また、各ユニットの能力とＣＯＰとを監視しているため、ユニットの故障を検出することができる。【００６０】
本実施の形態に係る水循環型給湯システム（即ち、給湯システム１０）は、個々のヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃの出口の水温を把握する手段（即ち、検温器２１）と、個々のヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃの消費電力を把握する手段（即ち、電力計２３）を備える。給湯システム１０は、個々のヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃの稼動状態を動的に判断して、系全体の要求能力に対して能力消費電力係数が最大となるように個々のヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃを制御する。【００６１】
以上説明したように、本実施の形態では、複数のヒートポンプユニット１４ａ，１４ｂ，１４ｃを並列に接続する。それぞれのユニットは、個別に容量制御可能である。制御装置１９は、システム全体での達成能力を考慮し、各ユニットを効率よく運転する。そのために、制御装置１９は、要求されている能力を判断し、現在の周囲の環境を測定し、それらの情報から各ユニットが動作する際のＣＯＰを事前に把握、もしくは、予測する。制御装置１９は、その要求能力に対し最も消費電力が少なくなるようユニットを選定し、それぞれの容量制御を行うことでシステム全体の消費電力を抑える。【００６２】
上記のように、本実施の形態によれば、機器が故障したり、容量増加のためにユニットを増加したりするとき（即ち、ユニットの数が増減した場合）も、給湯システム１０を効率よく運転することができる。つまり、複数のユニットで構成されたシステムにおいて、ユニット数の増加や、故障による一時的なユニットの減少等のシステム変更に対して、既存システムの変更を少なくし、柔軟に対応することによって、メンテナンスを容易にすることができる。【００６３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらのうち、２つ以上の実施の形態を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらのうち、１つの実施の形態を部分的に実施しても構わない。あるいは、これらのうち、２つ以上の実施の形態を部分的に組み合わせて実施しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施の形態１に係る給湯システムの構成図である。
【図２】実施の形態１におけるユニットの能力とＣＯＰとの関係の例を示すグラフである。
【図３】実施の形態１における稼動ユニットの選定例を示す表である。
【図４】実施の形態２に係る給湯システムの構成図である。
【図５】実施の形態２におけるユニットのＣＯＰの算出例を示す表である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  給湯システム、１０ａ  流体回路、１０ｂ  ヒートポンプサイクル、１１  タンク、１２  ポンプ、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  調節弁、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  ヒートポンプユニット、１５  膨張弁、１６  圧縮機、１７  空気熱交換器、１８  水熱交換器、１９  制御装置、１９ａ  検知部、１９ｂ  決定部、１９ｃ  制御部、２０  検温器、２１  検温器、２２  流量センサ、２３  電力計、２４  外気温度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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