(57)【要約】  システム制御装置４は、室温と設定室温とに基づいて熱量指令を生成する室温制御部１８と、熱量指令に基づいて周波数指令を生成する周波数指令生成部１９と、熱量指令に基づいて循環温度指令を生成する循環温度指令生成部２１と、循環温度及び循環温度指令に基づいて、少なくとも比例係数を用いたフィードバック制御により回転数指令を生成する循環温度制御部２１と、第２熱媒体の循環流量と予め設定された循環流量基準値とに基づいて補正係数を生成する補正係数生成部２２と、を備え、循環温度制御部２１は、予め設定された比例係数基準値と補正係数とを乗じて比例係数を算出するものであり、補正係数生成部２２は、循環流量が循環流量基準値よりも増加した場合には比例係数が比例係数基準値よりも増加し、循環流量が循環流量基準値よりも減少した場合には比例係数が比例係数基準値よりも減少するように補正係数を生成するものである。
2016194190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１熱媒体を循環させる熱源側循環回路と、第２熱媒体を循環させる利用側循環回路と、を備え、
前記熱源側循環回路には、周波数可変の圧縮機と、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との熱交換を行う熱媒体間熱交換器と、が少なくとも接続されており、
前記利用側循環回路には、回転数可変の循環ポンプと、前記熱媒体間熱交換器と、前記第２熱媒体と室内空気との熱交換を行う室内熱交換器と、が少なくとも接続されているヒートポンプ利用システムを制御する制御装置であって、
室温と室温の目標値である設定室温とに基づいて熱量指令を生成する室温制御部と、
前記熱量指令に基づいて、前記圧縮機への周波数指令を生成する周波数指令生成部と、
前記熱量指令に基づいて、前記第２熱媒体の循環温度の指令である循環温度指令を生成する循環温度指令生成部と、
前記循環温度及び前記循環温度指令に基づいて、少なくとも比例係数を用いたフィードバック制御により前記循環ポンプへの回転数指令を生成する循環温度制御部と、
前記第２熱媒体の循環流量と予め設定された循環流量基準値とに基づいて補正係数を生成する補正係数生成部と、
を備え、
前記循環温度は、前記熱媒体間熱交換器に流入する前記第２熱媒体の流入温度、前記熱媒体間熱交換器から流出する前記第２熱媒体の流出温度、又は前記流出温度と前記流入温度との温度差のいずれかであり、
前記循環温度制御部は、予め設定された比例係数基準値と前記補正係数とを乗じて前記比例係数を算出するものであり、
前記補正係数生成部は、前記循環流量が前記循環流量基準値よりも増加した場合には前記比例係数が前記比例係数基準値よりも増加し、前記循環流量が前記循環流量基準値よりも減少した場合には前記比例係数が前記比例係数基準値よりも減少するように前記補正係数を生成するものであるヒートポンプ利用システムの制御装置。
【請求項２】
前記循環温度制御部は、さらに積分係数を用いたフィードバック制御により前記回転数指令を生成するものであり、
前記循環温度制御部は、予め設定された積分係数基準値と前記補正係数とを乗じて前記積分係数を算出するものであり、
前記補正係数生成部は、前記循環流量が前記循環流量基準値よりも増加した場合には前記積分係数が前記積分係数基準値よりも増加し、前記循環流量が前記循環流量基準値よりも減少した場合には前記積分係数が前記積分係数基準値よりも減少するように前記補正係数を生成するものである請求項１に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置。
【請求項３】
前記循環流量を入力とし、前記循環温度を出力として、前記循環温度の伝達特性を算出するシステム同定部と、
前記伝達特性に基づき前記比例係数基準値を設計する制御係数設計部と、をさらに備える請求項１に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置。
【請求項４】
前記循環流量を入力とし、前記循環温度を出力として、前記循環温度の伝達特性を算出するシステム同定部と、
前記伝達特性に基づき前記比例係数基準値及び前記積分係数基準値を設計する制御係数設計部と、をさらに備える請求項２に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置。
【請求項５】
前記循環温度は、前記流出温度と前記流入温度との温度差である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置。
【請求項６】
前記補正係数は、前記循環流量と前記循環流量基準値との比に基づいて生成されるものであり、
前記循環流量と前記循環流量基準値との比は、前記循環ポンプの回転数又は回転数指令を用いて推定されるものである請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置。
【請求項７】
前記周波数指令生成部は、遅れ要素を持つフィルタを備えている請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のヒートポンプ利用システムの制御装置を備えるヒートポンプ利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ利用システムの制御装置及びそれを備えたヒートポンプ利用システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、空調システムが記載されている。この空調システムは、熱源機の動力、ファンの動力、ポンプの動力を含む空調所要動力が最小になるように空調コイルのコイル温度目標値と熱源機の冷温水温度目標値を求める最適化制御器と、コイル温度及び冷温水温度が最適化制御器で求められたコイル温度目標値及び冷温水温度目標値になるようにファン及びポンプを制御するローカル制御器と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６９１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の空調システムのようにポンプの回転数を可変に制御すると、流量の変化に伴ってむだ時間が変化する。特に、各種温度の目標値が変更された場合には、各種温度やポンプ及びファンの回転数が振動的に変化する。これにより、室温の変動が大きくなってしまうため、快適性が損なわれてしまう場合があるという課題があった。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、快適性を向上できるヒートポンプ利用システムの制御装置及びそれを備えたヒートポンプ利用システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るヒートポンプ利用システムの制御装置は、第１熱媒体を循環させる熱源側循環回路と、第２熱媒体を循環させる利用側循環回路と、を備え、前記熱源側循環回路には、周波数可変の圧縮機と、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との熱交換を行う熱媒体間熱交換器と、が少なくとも接続されており、前記利用側循環回路には、回転数可変の循環ポンプと、前記熱媒体間熱交換器と、前記第２熱媒体と室内空気との熱交換を行う室内熱交換器と、が少なくとも接続されているヒートポンプ利用システムを制御する制御装置であって、室温と室温の目標値である設定室温とに基づいて熱量指令を生成する室温制御部と、前記熱量指令に基づいて、前記圧縮機への周波数指令を生成する周波数指令生成部と、前記熱量指令に基づいて、前記第２熱媒体の循環温度の指令である循環温度指令を生成する循環温度指令生成部と、前記循環温度及び前記循環温度指令に基づいて、少なくとも比例係数を用いたフィードバック制御により前記循環ポンプへの回転数指令を生成する循環温度制御部と、前記第２熱媒体の循環流量と予め設定された循環流量基準値とに基づいて補正係数を生成する補正係数生成部と、を備え、前記循環温度は、前記熱媒体間熱交換器に流入する前記第２熱媒体の流入温度、前記熱媒体間熱交換器から流出する前記第２熱媒体の流出温度、又は前記流出温度と前記流入温度との温度差のいずれかであり、前記循環温度制御部は、予め設定された比例係数基準値と前記補正係数とを乗じて前記比例係数を算出するものであり、前記補正係数生成部は、前記循環流量が前記循環流量基準値よりも増加した場合には前記比例係数が前記比例係数基準値よりも増加し、前記循環流量が前記循環流量基準値よりも減少した場合には前記比例係数が前記比例係数基準値よりも減少するように前記補正係数を生成するものである。【０００７】
本発明に係るヒートポンプ利用システムは、上記のヒートポンプ利用システムの制御装置を備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、循環流量を用いて生成した補正係数により比例係数を補正できるため、循環流量の変化に伴うむだ時間変化の影響を抑えることができる。したがって、室温の変動を減少させることができるため、快適性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムの設置例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムの熱媒体回路の構成を示す回路構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムの制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムの制御装置の制御ブロックの一例を示すブロック線図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムの制御装置における室温制御部１８の制御ブロックの一例を示すブロック線図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムにおける静特性の例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムの制御装置における循環温度制御部２１の制御ブロックの一例を示すブロック線図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムの制御装置における循環温度制御部２１の制御ブロックの他の例を示すブロック線図である。
【図９】目標値追従を目的とし、オーバーシュートなしとした場合のＣＨＲ法により設計された制御係数を示す図である。
【図１０】目標値追従を目的とし、オーバーシュートを２０％とした場合のＣＨＲ法により設計された制御係数を示す図である。
【図１１】ジーグラ・ニコルスのステップ応答法により設計された制御係数を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムの制御装置の制御ブロックの他の例を示すブロック線図である。
【図１３】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムの制御装置の制御ブロックのさらに他の例を示すブロック線図である。
【図１４】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムの制御装置における循環温度制御のシミュレーション例を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムの制御装置における循環温度制御のシミュレーション例を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ利用システムの制御装置におけるシステム同定例を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ利用システムの制御装置の制御ブロックの一例を示すブロック線図である。
【図１８】本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ利用システムの制御装置における周波数指令生成部１９の制御ブロックの一例を示すブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ利用システムの制御装置及びそれを備えたヒートポンプ利用システムについて説明する。図１は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの設置例を示す図である。本実施の形態では、ヒートポンプ利用システムとして住宅用ヒートポンプ利用システムを例示している。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。
【００１１】
図１に示すように、ヒートポンプ利用システムは、冷暖房制御対象となる室内空間を備えた建物２に設置されている。ヒートポンプ利用システムは、建物２の室内の冷暖房に使われる熱量を生成するヒートポンプ熱源機１と、ヒートポンプ熱源機１から供給された冷熱又は温熱を建物２の室内に放出して冷房又は暖房を行う室内機２５と、建物２内の室温を測定する室温センサ部５と、室温センサ部５から取得した室温が設定室温に近づくようにヒートポンプ熱源機１に指令を与える制御装置（以下、「システム制御装置」という）４と、を備えている。システム制御装置４とヒートポンプ熱源機１、室内機２５及び室温センサ部５との間は、有線又は無線により通信可能に接続されている。システム制御装置４とヒートポンプ熱源機１、室内機２５及び室温センサ部５との間では、制御や保護に必要な温度情報、設定情報、運転情報等がやり取りされる。室内機２５の種類の例としては、床暖房装置、ラジエータ、ファンコイルユニット等がある。
【００１２】
図２は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの熱媒体回路の構成を示す回路構成図である。図２に示すように、ヒートポンプ利用システムは、熱源側循環回路１５及び利用側循環回路１６を備えている。
【００１３】
熱源側循環回路１５は、第１熱媒体を循環させるヒートポンプ回路である。本実施の形態では、第１熱媒体として、ＣＯ２やＲ４１０ａ等の冷媒が用いられる。以下、第１熱媒体のことを冷媒という場合がある。熱源側循環回路１５には、圧縮機１０、熱媒体間熱交換器１１の第１熱媒体流路１１ａ、減圧装置９及び室外熱交換器８等が順次環状に接続されている。
【００１４】
圧縮機１０は、低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、高圧冷媒として吐出する流体機械である。本例の圧縮機１０は、周波数可変のインバータ圧縮機である。圧縮機１０の周波数は、例えば連続的に変更できるようになっている。熱源側循環回路１５の冷媒循環量は、圧縮機１０の周波数を調整することにより調整される。熱媒体間熱交換器１１は、第１熱媒体流路１１ａ及び第２熱媒体流路１１ｂを備えている。熱媒体間熱交換器１１では、第１熱媒体流路１１ａを流通する冷媒と、第２熱媒体流路１１ｂを流通する第２熱媒体との熱交換が行われる。熱源側循環回路１５において、本例の熱媒体間熱交換器１１は、冷媒から第２熱媒体に放熱させる放熱器（例えば、凝縮器）として機能する。すなわち、本例の熱媒体間熱交換器１１では、冷媒からの温熱の放出により第２熱媒体が加熱される。
【００１５】
減圧装置９は、高圧冷媒を減圧して低圧冷媒とするものである。減圧装置９としては、開度を調整可能な膨張弁（例えば、電子膨張弁）などが用いられる。室外熱交換器８は、内部を流通する冷媒と外部流体（本例では、室外空気）との間の熱交換を行う熱交換器である。本例の室外熱交換器８は、冷媒を蒸発させて室外空気から蒸発熱を吸熱する蒸発器として機能する。室外熱交換器８には、例えば回転数可変の室外ファン７によって室外空気が送風される。冷媒の吸熱量は、室外ファン７の回転数を調整することにより調整される。
【００１６】
圧縮機１０、熱媒体間熱交換器１１、減圧装置９、室外熱交換器８及び室外ファン７は、ヒートポンプ熱源機１内に収容されている。ヒートポンプ熱源機１は、例えば建物２の外部に配置されている。
【００１７】
ここで、本例の熱源側循環回路１５は、熱媒体間熱交換器１１を放熱器として機能させる暖房運転のみが可能であるが、熱源側循環回路１５は、熱媒体間熱交換器１１を蒸発器として機能させる冷房運転が可能であってもよいし、四方弁等により暖房運転及び冷房運転の切換えが可能であってもよい。
【００１８】
利用側循環回路１６は、第２熱媒体を循環させる回路である。第２熱媒体としては、例えば、水や不凍液等の液状熱媒体が用いられる。利用側循環回路１６には、回転数可変の循環ポンプ１４、熱媒体間熱交換器１１の第２熱媒体流路１１ｂ、及び室内熱交換器３等が順次環状に接続されている。
【００１９】
循環ポンプ１４は、第２熱媒体を利用側循環回路１６で循環させる流体機械である。循環ポンプ１４の回転数は、例えば連続的に変更できるようになっている。利用側循環回路１６を循環する第２熱媒体の流量は、循環ポンプ１４の回転数を調整することにより調整される。室内熱交換器３は、第２熱媒体と室内空気との熱交換を行う熱交換器である。本例の室内熱交換器３では、第２熱媒体からの温熱の放出により室内空気が加熱される。
【００２０】
循環ポンプ１４及び熱媒体間熱交換器１１は、ヒートポンプ熱源機１内に収容されている。室内熱交換器３は、室内機２５内に収容されている。
【００２１】
利用側循環回路１６には、検出計として、流入温度センサ部１３、流出温度センサ部１２及び流量センサ部１７が設けられている。流入温度センサ部１３は、熱媒体間熱交換器１１の第２熱媒体流路１１ｂに流入する第２熱媒体の温度を検出するものである。流出温度センサ部１２は、熱媒体間熱交換器１１の第２熱媒体流路１１ｂから流出した第２熱媒体の温度を検出するものである。流量センサ部１７は、利用側循環回路１６を循環する第２熱媒体の流量を検出するものである。流入温度センサ部１３、流出温度センサ部１２及び流量センサ部１７の検出信号は、システム制御装置４にアナログ情報又はディジタル情報で送信される。システム制御装置４は、流入温度センサ部１３、流出温度センサ部１２及び流量センサ部１７からの検出信号に基づき、流入温度情報、流出温度情報及び流量情報をそれぞれ取得する。システム制御装置４では、これらの情報が室温制御、循環温度制御及び保護等に利用される。
【００２２】
ここで、循環温度とは、熱媒体間熱交換器１１に流入する第２熱媒体の流入温度、熱媒体間熱交換器１１から流出する第２熱媒体の流出温度、又は上記流出温度と上記流入温度との温度差のいずれかのことである。
【００２３】
熱源側循環回路１５及び利用側循環回路１６のそれぞれの流路は互いに独立しているが、熱源側循環回路１５及び利用側循環回路１６は熱的に接続されている。すなわち、熱源側循環回路１５を循環する第１熱媒体（本例では、冷媒）は、室外熱交換器８で室外空気から吸熱し、熱媒体間熱交換器１１で第２熱媒体に放熱する。利用側循環回路１６を循環する第２熱媒体は、熱媒体間熱交換器１１で第１熱媒体から吸熱し、室内熱交換器３で室内空気に放熱する。これにより、室外の熱は、熱源側循環回路１５及び利用側循環回路１６を介して室内に移動する。
【００２４】
ヒートポンプ熱源機１には、熱源機制御装置６が設けられている。室内機２５には、室内機制御装置３７が設けられている。熱源機制御装置６及び室内機制御装置３７は、熱源側循環回路１５及び利用側循環回路１６に設けられた各アクチュエータ及び各センサと、有線又は無線により通信可能に接続されている。また、熱源機制御装置６及び室内機制御装置３７は、システム制御装置４と有線又は無線により通信可能に接続されている。システム制御装置４、熱源機制御装置６及び室内機制御装置３７の間では、各種センサ情報、運転情報、運転命令情報等の通信が行われる。これにより、熱源機制御装置６では、システム制御装置４により要求される熱量を生成するために、圧縮機１０、減圧装置９、室外ファン７等の駆動制御が行われる。また、室内機制御装置３７では、室内熱交換器３での放熱量を調整する室内ファン（図示せず）や、室内熱交換器３に流入する第２熱媒体の流量を調整するバルブ（図示せず）等のアクチュエータの制御が行われる。
【００２５】
図３は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置（システム制御装置４）の構成の一例を示す機能ブロック図である。図３に示すように、システム制御装置４は、室内機２５及びヒートポンプ熱源機１との間でセンサ情報や運転情報等の各種情報をやり取りする入出力部２６と、各種情報を記憶する記憶部２７と、室温制御や循環温度制御などの必要な演算処理を行うプロセッサ２８と、を有している。
【００２６】
プロセッサ２８は、機能ブロックとして、モード判定部２３、システム同定部２９、制御係数設計部３０、補正係数生成部２２、室温制御部１８、周波数指令生成部１９、循環温度指令生成部２０、循環温度制御部２１及び出力データ処理部２４を備えている。プロセッサ２８は、記憶部２７に記憶されている情報を用いて各種演算を実行する。例えば、モード判定部２３では、入出力部２６からの入力データに従い、冷暖房や給湯などのモードの判定を行う。
【００２７】
記憶部２７には、室内機２５及びヒートポンプ熱源機１等から入出力部２６を介して入力される情報や、予め設定された情報が記憶されている。記憶部２７に記憶される情報には、入力データ、各制御係数初期値、室温情報、流出温度情報、流入温度情報、ポンプ回転指令、流量情報、循環温度特性、各制御係数、各種特性及び設定データなどがある。例えば、各制御係数初期値は、室温制御部１８及び循環温度制御部２１で用いられる各制御係数の初期設定値である。室温情報、流出温度情報、流入温度情報及び流量情報は、それぞれ室温センサ部５、流入温度センサ部１３、流出温度センサ部１２及び流量センサ部１７から入出力部２６を介して入力される情報である。なお、循環ポンプ１４の回転指令や回転数などの循環流量に相関する情報が記憶されていれば、流量情報は必ずしも必要ではない。循環温度特性は、循環温度に対する熱量等の特性である。各制御係数は、システム同定部２９及び制御係数設計部３０で算出された係数であり、後述する比例係数及び積分係数を含んでいる。設定データは、ユーザにより設定されるデータである。プロセッサ２８で算出されたヒートポンプ熱源機１への熱量指令（圧縮機１０の周波数指令）、循環ポンプ１４への回転数指令は、設定データとして記憶部２７に一旦記憶され、入出力部２６を介して送信される。
【００２８】
入出力部２６は、ディジタル入力部４０、ＡＤ変換部４１、シリアル通信部４２及び表示部４３を備えている。ディジタル入力部４０は、室内機２５及びヒートポンプ熱源機１の運転情報、システム制御装置４のスイッチ情報、又は利用側循環回路１６に設けられたフロースイッチの出力情報などをディジタル信号で入力する機能ブロックである。ＡＤ変換部４１は、室温センサ部５、流出温度センサ部１２及び流入温度センサ部１３などから出力されるアナログ情報をディジタル情報に変換する機能ブロックである。シリアル通信部４２は、室内機２５及びヒートポンプ熱源機１等との間で、各種設定情報やセンサ情報をシリアル通信でやり取りするためのインターフェースである。リモコンなどから無線で室温情報を受け取ってもよい。表示部４３は、例えば、設定室温、現在の室温、出湯温度などの情報を画面に表示する液晶表示装置である。
【００２９】
図４は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置の制御ブロックの一例を示すブロック線図である。図４に示すように、システム制御装置４の制御ブロックは、圧縮機１０の周波数を制御の最終的な操作量とし、熱源側循環回路１５の熱量を制御する熱源側制御系と、循環ポンプ１４の回転数を制御の最終的な操作量とし、利用側循環回路１６の熱量を制御する利用側制御系と、を有している。熱源側制御系は、例えば、室温情報と室温の目標値である設定室温とに基づき熱量指令を生成する室温制御部１８と、熱量指令に基づき圧縮機１０への周波数指令を生成する周波数指令生成部１９と、を含んでいる。周波数指令を受けた圧縮機１０は、指令された周波数に近づくように動作する。利用側制御系は、室温制御部１８からの熱量指令に基づき利用側循環回路１６の循環温度指令を生成する循環温度指令生成部２０と、循環温度指令、循環温度情報及び補正係数に基づき循環ポンプ１４への回転数指令を生成する循環温度制御部２１と、回転数指令から補正係数を生成する補正係数生成部２２と、を含んでいる。回転数指令を受けた循環ポンプ１４は、指令された回転数に近づくように動作する。
【００３０】
図５は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置における室温制御部１８の制御ブロックの一例を示すブロック線図である。図５は、ディジタルＰＩ（比例積分）制御器を用いた例である。制御器の比例係数はＫｐ＿ｒｔであり、制御器の積分係数はＫｉ＿ｒｔであり、制御周期はＴｃ＿ｒｔであり、進み要素はｚである。設定室温と室温情報との差である室温偏差をＴｒｔ＿ｅｒｒとし、比例制御による熱量指令をＱｒｅｆ＿ｐとし、積分制御による熱量指令をＱｒｅｆ＿ｉとすると、熱量指令Ｑｒｅｆは式（１）で表される。
【数１】
2016194190.tif 000003
ここで、ｋはサンプル数であり、ｋ−１は１サンプル前を意味する。
【００３１】
制御器の比例係数Ｋｐ＿ｒｔと制御器の積分係数Ｋｉ＿ｒｔは、以下のように設計できる。フィードバック制御器の制御係数の設計に使用する建物の熱特性を一次遅れ系の伝達関数と仮定すると、熱量から室温までの伝達関数は式（２）で表現できる。
【数２】
2016194190.tif 000004
ここで、Ｋｒは建物の熱特性の比例係数であり、τｒは建物の熱特性の時定数であり、ｓはラプラス演算子である。連続系のＰＩ制御器を式（３）に示す。
【００３２】
【数３】
2016194190.tif 000005
ここで、ＫＰは比例係数、ＫＩは積分係数である。式（２）の制御対象に対して式（３）のＰＩ制御器を極零相殺で設計すると、各係数は設計時定数τｃを用いて式（４）で表される。
【００３３】
【数４】
2016194190.tif 000006
上記のＫＰがＫｐ＿ｒｔ、ＫＩがＫｉ＿ｒｔとなる。なお、本例ではゼロ次ホールド（ＺＯＨ）離散化としたが、連続系で設計した各制御係数を双一次（Ｔｕｓｔｉｎ）変換して離散化してもよい。
【００３４】
図６は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムにおける静特性の例を示す図である。図６（ａ）は、熱媒体間熱交換器１１から流出する第２熱媒体の流出温度の熱量に対する特性（熱量−流出温度特性）の例を示している。図６（ｂ）は、熱媒体間熱交換器１１に流入する第２熱媒体の流入温度の熱量に対する特性（熱量−流入温度特性）の例を示している。図６（ｃ）は、流出温度と流入温度との差である流出入温度差の熱量に対する特性（熱量−流出入温度差特性）の例を示している。図６（ｄ）は、熱量に対する圧縮機周波数の特性（熱量−圧縮機周波数特性）の例を示している。図６（ｅ）は、ポンプ回転数に対する第２熱媒体の流量の特性（ポンプ回転数−流量特性）の例を示している。図６（ｆ）は、第２熱媒体の流量に対する循環温度変化の絶対値の特性の例を示している。
【００３５】
熱量に対する流出温度及び流入温度の特性は、それぞれ図６（ａ）、（ｂ）に示すように一次関数で表現できる。流出温度と流入温度との差である流出入温度差は、図６（ｃ）に示すように熱量に比例する。熱量に対する圧縮機周波数の特性、及びポンプ回転数に対する流量の特性は、それぞれ図６（ｄ）、（ｅ）に示すように一次関数で表現できる。これらの特性は理想的なものであるが、熱量、流出温度、流入温度、流出入温度差及び圧縮機周波数は、熱量が増加すれば流出温度、流入温度及び流出入温度差が一次関数的に増加し、圧縮機周波数が増加すれば熱量が一次関数的に増加する、という関係にある。また、ポンプ回転数及び第２熱媒体の流量は、ポンプ回転数が増加すれば流量が一次関数的に増加する、という関係にある。実際のシステムで一次関数での近似の精度が良くない場合には、二次関数など多項式で近似してもよい。また、図６（ｆ）に示すように、各循環温度変化の絶対値は、流量に反比例する。
【００３６】
これらの各種特性の情報は、事前に把握して記憶部２７に保存しておいてもよい。本実施の形態では、室温制御部１８及び循環温度制御部２１がフィードバック制御器を備えているため、ヒートポンプ利用システムを設置する際に、各種特性の情報として大まかな値を入力するようにしてもよい。
【００３７】
図４に示した周波数指令生成部１９は、室温制御部１８からの熱量指令と、図６（ｄ）に示す熱量に対する圧縮機周波数の特性と、に基づいて圧縮機周波数指令を生成する。あるいは、周波数指令生成部１９は、一次関数ｙｃ＝ａｃｘ＋ｂｃのａｃとｂｃを設定し、ｙｃを圧縮機周波数とし、ｘを熱量指令として連続的な圧縮機周波数指令を生成する。循環温度指令生成部２０も同様に、室温制御部１８からの熱量指令と、図６（ａ）〜（ｃ）のいずれか１つに示す特性と、に基づいて循環温度指令を生成する。あるいは、循環温度指令生成部２０は、一次関数ｙｔ＝ａｔｘ＋ｂｔのａｔとｂｔを設定し、ｙｔを循環温度指令とし、ｘを熱量指令として循環温度指令を生成する。なお、図６（ａ）〜（ｆ）に示す獲得性はあくまで理想的なものである。また、熱量は熱量指令でもよいし、ポンプ回転数はポンプ回転数指令でもよいし、流量は流量指令でもよい。
【００３８】
図７は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置における循環温度制御部２１（ＰＩ）の制御ブロックの一例を示すブロック線図である。第２熱媒体の温度である循環温度の制御器は、Ｐ（比例）制御又はＰＩ（比例積分）制御とする。循環温度制御器の比例係数をＫｐ＿ｃｔとし、循環温度制御器の積分係数をＫｉ＿ｃｔとし、比例係数の補正係数をαｐとし、積分係数の補正係数をαｉとし、制御周期をＴｃ＿ｃｔとし、進み要素をｚとし、制御系設計時の回転速度をＳｐｅｅｄｂａｓｅとすると、比例制御器による回転数指令Ｓｐｅｅｄｒｅｆ＿ｐ、積分制御器による回転数指令Ｓｐｅｅｄｒｅｆ＿ｉ、ＰＩ制御器による回転数指令Ｓｐｅｅｄｒｅｆ＿ｐｉ、及び回転数指令Ｓｐｅｅｄｒｅｆは、それぞれ式（５）で表される。
【数５】
2016194190.tif 000007
ここで、ｋはサンプル数であり、ｋ−１は１サンプル前の値を意味する。なお、循環温度制御部２１は室温制御のマイナーループであるため、循環温度制御部２１ではＰＩ制御器の積分項は必須ではなく、Ｐ制御器のみとすることも可能である。ただし、循環温度の保護系を構成する上ではＰＩ制御器とした方がよい。これは、循環温度が循環温度指令と一致しやすくなるため、保護条件を容易に設定できるためである。
【００３９】
図８は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置における循環温度制御部２１の制御ブロックの他の例を示すブロック線図である。図７に示す例では、循環温度偏差から回転数指令を直接算出するようにしたが、図８に示すように、循環温度偏差から循環ポンプ１４の流量指令を算出し、図６（ｅ）に示した特性の逆関数に相当する流量−ポンプ回転数特性を用いて回転数指令を算出することもできる。例えば、式（５）における制御系設計時の回転速度Ｓｐｅｅｄｂａｓｅ、比例制御器による回転数指令Ｓｐｅｅｄｒｅｆ＿ｐ、積分制御器による回転数指令Ｓｐｅｅｄｒｅｆ＿ｉ、及びＰＩ制御器による回転数指令Ｓｐｅｅｄｒｅｆ＿ｐｉをそれぞれ、制御系設計時の流量ＦＲｂａｓｅ、比例制御器による流量指令ＦＲｒｅｆ＿ｐ、積分制御器による流量指令ＦＲｒｅｆ＿ｉ、及びＰＩ制御器による流量指令ＦＲｒｅｆ＿ｐｉに置き換え、ＰＩ制御器による流量指令ＦＲｒｅｆ＿ｐｉに制御系設計時の流量ＦＲｂａｓｅを加算すれば、流量指令ＦＲｒｅｆを算出することができる。
【００４０】
循環温度制御部２１のフィードバック制御器の各制御係数の設計について説明する。フィードバック制御器の設計に使用する循環ポンプ１４の回転数から循環温度までの動特性の伝達関数を、式（６）で表されるように１次遅れ系＋むだ時間とする。
【数６】
2016194190.tif 000008
ここで、ｓはラプラス演算子、Ｋは循環温度の比例係数、Ｌはむだ時間、τは時定数である。循環温度の比例係数Ｋは、流量が増加すると減少し、流量が減少すると増加する。また、比例係数Ｋは、熱量が増加すると増加し、減少すると減少する。むだ時間Ｌは、流量が増加すると減少し、流量が減少すると増加する。時定数τは、流量や熱量の影響を受けないものとする。循環温度の比例係数Ｋ、むだ時間Ｌ及び時定数τの３つのパラメータを用いた制御器設計方法としては、例えば図９〜図１１に示す制御係数の設計方法がある。
【００４１】
図９は、目標値追従を目的とし、オーバーシュートなしとした場合のＣＨＲ法により設計された制御係数を示す図である。図１０は、目標値追従を目的とし、オーバーシュートを２０％とした場合のＣＨＲ法により設計された制御係数を示す図である。図１１は、ジーグラ・ニコルス（Ｚｉｅｇｌｅｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓ）のステップ応答法により設計された制御係数を示す図である。Ｐ制御の比例係数ＫＰ、ＰＩ制御の比例係数ＫＰ及び積分係数ＫＩは、図９〜図１１に示すように設計できる。比例係数ＫＰ、ＫＰは、式（４）のτｒをτに置き換え、ＫｒをＫに置き換えることにより設計することも可能であるが、室温が設定室温に対してオーバーシュート又はアンダーシュートしないように設計する場合には、例えば設計時定数τｃは、むだ時間Ｌの約２．６倍以上とする必要がある。
【００４２】
補正係数生成部２２について説明する。補正係数生成部２２は、循環温度制御部２１の制御器がＰ制御器の場合には比例係数基準値の補正係数αｐを算出し、循環温度制御部２１の制御器がＰＩ制御器の場合には比例係数基準値の補正係数αｐと積分係数基準値の補正係数αｉとを算出する。制御係数設計時の比例係数基準値をＫｐ＿ｃｔ、積分係数基準値をＫｉ＿ｃｔとし、循環温度制御時の比例係数をＫＰＣ、積分係数をＫＩＣとすると、各制御係数基準値と各補正係数の関係は式（７）で表される。
【数７】
2016194190.tif 000009
【００４３】
まず、ＣＨＲ法（オーバーシュート２０％）で制御係数の設計を行う場合について説明する。Ｐ制御の場合、制御係数設計時の循環流量をＦＲｃｔ、比例係数をＫｐ＿ｃｔ、むだ時間をＬｃｔとし、循環温度制御時の循環流量をＦＲＣ、比例係数をＫＰＣ、むだ時間をＬＣとする。式（８）で表されるように、むだ時間Ｌと循環流量ＦＲは反比例の関係にあり、循環温度の比例係数Ｋと循環流量ＦＲは反比例の関係にある。このため、比例係数の補正係数αｐは式（９）で表される。
【数８】
2016194190.tif 000010
【００４４】
【数９】
2016194190.tif 000011
式（９）に示すように、比例係数の補正係数αｐは、制御係数設計時の循環流量ＦＲｃｔに対する循環温度制御時の循環流量ＦＲＣの比（循環流量比）ＦＲＣ／ＦＲｃｔの２乗に比例する。
【００４５】
ＰＩ制御の場合、Ｐ制御の場合と同様の変数の設定に加えて、制御係数設計時の積分係数基準値をＫｉ＿ｃｔ、循環温度制御時の積分係数をＫＩＣとすると、比例係数の補正係数αｐ及び積分係数の補正係数αｉは式（１０）で表される。
【数１０】
2016194190.tif 000012
式（１０）に示すように、各制御係数の補正係数αｐ、αｉは、循環流量比ＦＲＣ／ＦＲｃｔの２乗に比例する。
【００４６】
ＣＨＲ法（オーバーシュートなし）の場合、上記と同様の計算をすると、最終的には式（９）及び式（１０）と同様に、比例係数の補正係数αｐ及び積分係数の補正係数αｉは、循環流量比ＦＲＣ／ＦＲｃｔで求まる。
【００４７】
次に、ジーグラ・ニコルスのステップ応答法（ＺＮ法）を用いて制御係数を設計した場合の補正係数の算出方法について説明する。ＣＨＲ法のときと同様に変数を設定すると、Ｐ制御の場合における比例係数の補正係数αｐは式（１１）で表され、ＰＩ制御の場合における比例係数の補正係数αｐ及び積分係数の補正係数αｉは式（１２）で表される。
【数１１】
2016194190.tif 000013
【００４８】
【数１２】
2016194190.tif 000014
式（１１）及び式（１２）に示すように、Ｐ制御及びＰＩ制御の場合における比例係数の補正係数αｐはいずれも循環流量比ＦＲＣ／ＦＲｃｔの２乗に比例し、ＰＩ制御の場合における積分係数の補正係数αｉは循環流量比ＦＲＣ／ＦＲｃｔの３乗に比例する。
【００４９】
ＰＩ制御器を極零相殺で設計する場合、循環温度制御部２１では、式（４）の設計時定数τｃがむだ時間の２．６倍以上として設計される。このため、循環流量変化に影響する変数は設計時定数τｃとなる。設計時定数τｃをむだ時間ＬＣの２．６倍とすると、各補正係数αｐ、αｉは式（１３）で表される。
【数１３】
2016194190.tif 000015
式（１３）に示すように、比例係数の補正係数αｐ及び積分係数の補正係数αｉは、いずれも循環流量比ＦＲＣ／ＦＲｃｔで決まる。なお、式（１３）では、設計時定数τｃをむだ時間ＬＣの２．６倍としたが、設計時定数τｃをむだ時間ＬＣの２．６倍以外に設定した場合も、比例係数の補正係数αｐ及び積分係数の補正係数αｉは、循環流量比ＦＲＣ／ＦＲｃｔで決まる。
【００５０】
式（９）〜式（１３）は、循環温度の比例係数Ｋが流量に反比例し、むだ時間Ｌが流量に反比例し、時定数τが流量や熱量の影響を受けないという仮定に対して成立するものである。実際のシステムがこれらの仮定と一致しない場合には、実際のシステムに合わせて各補正係数を算出し、各制御係数基準値に乗じることで各制御係数を変更する。
【００５１】
本実施の形態では、モデルベース型の制御係数設計方法を例に挙げたが、試行錯誤して制御係数を決定した場合にも本実施の形態を適用することができる。すなわち、制御係数を決定した際の循環流量と制御係数を基準値とし、循環流量又は循環流量に相関する値を用い、循環流量又は循環流量に相関する値が基準値よりも増えた場合には制御係数を増加させ、かつ循環流量又は循環流量に相関する値が基準値よりも減少した場合には制御係数を減少させる補正係数を制御係数基準値に乗じることも可能である。また、本実施の形態では、補正係数が循環流量比の２乗又は３乗に比例しているが、実際のシステムでは図６（ａ）〜（ｆ）に示したような理想的な状態とは異なることもある。その場合には、補正係数算出方法を実際のシステムに合わせて調整してもよい。例えば、補正係数は、循環流量比の２乗又は３乗ではなく循環流量比の１．５乗又は２．５乗にしてもよいし、循環流量比の２乗又は３乗の０．８倍にしてもよい。
【００５２】
以上のように、補正係数生成部２２では、循環温度制御時の循環流量が制御係数設計時の基準流量よりも増加した場合には制御係数を増加させ、循環温度制御時の循環流量が制御係数設計時の基準流量よりも減少した場合には制御係数を減少させる補正係数が算出される。循環温度制御部２１のフィードバック制御器では、制御係数基準値に補正係数を乗算した値が制御係数として使用される。また、いずれの設計方法の場合も、循環流量比に基づいて補正係数を算出できる。循環流量比は、循環流量そのものではなく、循環流量に相関する循環ポンプ１４の回転数指令や回転数等（例えば、制御係数設計時の回転数及び循環温度制御時の回転数）を用いて推定することができる。このため、本実施の形態は、循環流量の値を検出する流量センサ部１７が設けられていなくても実施可能である。
【００５３】
図１２は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置の制御ブロックの他の例を示すブロック線図である。図１２に示す例では、制御対象として流出温度が用いられている。流出温度は、流出温度センサ部１２で検出される第２熱媒体の温度である。流出温度指令生成部３１及び流出温度制御部３２は、プロセッサ２８に備えられた機能ブロックである。流出温度指令生成部３１は、室温制御部１８からの熱量指令と、図６（ａ）に示す熱量−流出温度特性と、に基づいて流出温度指令を生成する。流出温度制御部３２は、流出温度指令、流出温度情報及び補正係数に基づいて、循環ポンプ１４への回転数指令を生成する。回転数指令を受けた循環ポンプ１４は、指令された回転数に近づくように動作する。すなわち、循環ポンプ１４は、流出温度制御部３２により、流出温度が流出温度指令に近づくように制御される。
【００５４】
フィードバック制御器の制御係数基準値は、予め測定したむだ時間Ｌ、時定数τ及び循環温度の比例係数Ｋを用いて、図９〜図１１に示したＣＨＲ法又はＺＮ法や極零相殺によって設計され、記憶部２７に記憶される。制御係数を連続的に変化させる補正係数は、補正係数生成部２２により、各々の設計方法に合わせて、式（９）〜式（１３）に示すように第２熱媒体の循環流量又は循環流量に相関する値を用いて生成される。本例の構成によれば、流出温度を制御対象とすることによって、室内機２５によって制限される上限温度と下限温度の範囲内に流出温度をとどめることができるため、ヒートポンプ利用システムの保護系を簡素化することができる。
【００５５】
図１３は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置の制御ブロックのさらに他の例を示すブロック線図である。図１３に示す例では、制御対象として流入温度が用いられている。流入温度は、流入温度センサ部１３で検出される第２熱媒体の温度である。流入温度指令生成部３３及び流入温度制御部３４は、プロセッサ２８に備えられた機能ブロックである。流入温度指令生成部３３は、室温制御部１８からの熱量指令と、図６（ｂ）に示す熱量−流入温度特性と、に基づいて流入温度指令を生成する。流入温度制御部３４は、流入温度指令、流入温度情報及び補正係数に基づいて、循環ポンプ１４への回転数指令を生成する。回転数指令を受けた循環ポンプ１４は、指令された回転数に近づくように動作する。すなわち、循環ポンプ１４は、流入温度制御部３４により、流入温度が流入温度指令に近づくように制御される。
【００５６】
フィードバック制御器の制御係数基準値は、予め測定したむだ時間Ｌ、時定数τ及び循環温度の比例係数Ｋを用いて、図９〜図１１に示したＣＨＲ法又はＺＮ法や極零相殺によって設計され、記憶部２７に記憶される。制御係数を連続的に変化させる補正係数は、補正係数生成部２２により、各々の設計方法に合わせて、式（９）〜式（１３）に示すように第２熱媒体の循環流量又は循環流量に相関する値を用いて生成される。本例の構成によれば、流入温度を適切に制御することによって、熱媒体間熱交換器１１による熱交換効率が高い範囲で室温を制御することができるため、ヒートポンプ利用システムの省エネルギー性を向上させることができる。
【００５７】
図１４及び図１５は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置における循環温度制御のシミュレーション例を示すグラフである。図１４及び図１５に示すグラフの横軸は共通の時間経過（ｓｅｃ）を表しており、図１４に示すグラフの縦軸は温度（℃）を表しており、図１５に示すグラフの縦軸は流量（Ｌ／ｍｉｎ）を表している。この例では、循環温度の制御にＰＩ制御を用い、補正係数の設計にＣＨＲ法（オーバーシュート２０％）を用いた。また、循環流量の下限値を１．５Ｌ／ｍｉｎとし、上限値を１５Ｌ／ｍｉｎとし、制御係数設計時の循環流量基準値ＦＲｂａｓｅを１０Ｌ／ｍｉｎとした。また、循環流量が循環流量基準値であるときの循環温度の比例係数Ｋを０．６２５とし、むだ時間Ｌを１．５ｓｅｃとし、時定数τを１５ｓｅｃとした。
【００５８】
図１４及び図１５に示すように、循環温度指令を１℃上昇させると、循環流量は減少する方向となる。本実施の形態の補正係数を用いず、制御係数を設計時の値で一定とした場合には、循環流量の減少に伴いむだ時間が長くなることにより、循環温度の振動が長く続くことが分かる（図１４中の「循環温度（補正なし）」）。これに対し、本実施の形態の補正係数を用いて制御係数を可変とした場合には、循環温度のオーバーシュート量が抑制され、循環温度の振動も低減されていることが確認できる（図１４中の「循環温度（本実施形態）」）。
【００５９】
また、図１５に示すように、ポンプ回転数に一次関数的に相関する循環流量の応答を見ると、本実施の形態の補正係数を用いず、制御係数を設計時の値で一定とした場合には、循環流量指令が振動的となり、省エネルギー性が低下してしまう（図１５中の「循環流量指令（補正なし）」）。これに対し、本実施の形態の補正係数を用いて制御係数を可変とした場合には、循環流量指令の時間変化が滑らかとなり、循環流量指令が振動しないことが確認できる（図１５中の「循環流量指令（本実施形態）」）。
【００６０】
このように、本実施の形態は、制御中の循環流量が循環流量基準値を下回り、制御係数設計時よりもむだ時間が長くなる場合に特に有効となる。ここで、循環流量基準値を小さく設定すれば、循環流量減少時に応答のむだ時間が長くなることによる循環温度の振動を低減できる。しかしながら、循環流量基準値を小さく設定した場合、循環温度制御系の応答が遅くなるため、上位の室温制御系の応答にも影響してしまう。また、循環流量が少なくなると熱交換効率が低下してしまう。したがって、循環流量基準値は、循環流量上限値の６０〜８０％程度の値に設定することが望ましい。
【００６１】
本実施の形態によれば、予め設定したフィードバック制御器の制御パラメータを基準として、循環流量変化に伴うむだ時間変化の影響を循環流量又は循環流量相当値を用いて補正することができる。これにより、広い運転範囲で循環ポンプ１４を操作可能となる。広い運転範囲で循環ポンプ１４を操作可能となることで、圧縮機１０よりも消費電力が小さい循環ポンプ１４を加減速させることができるため、省エネルギー性を向上することができる。また、圧縮機１０よりも応答が速い循環ポンプ１４を操作することにより、日射や換気量の変化に伴う室温変動を抑制しやすくなるため、快適性を向上できる。さらに、圧縮機１０よりも循環ポンプ１４の回転数を操作した方が熱量変化の分解能を細かくできるため、室温追従性を改善でき、快適性を向上できる。
【００６２】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ利用システムの制御装置について説明する。図１６は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置におけるシステム同定例を示すグラフである。グラフの横軸は時間を表しており、縦軸は温度及び流量を表している。図１６に示すシステム同定例は、第２熱媒体の循環温度を制御する循環温度制御部２１のフィードバック制御器の制御係数を設計する際に使用されるものである。システム同定例の演算は、システム同定部２９で行われる。図１６では、制御対象を式（６）で示した１次遅れ系＋むだ時間と想定し、ヒートポンプ熱源機１から供給される熱量を一定に保った状態で循環ポンプ１４の回転数を変化させ、利用側循環回路１６の第２熱媒体の循環流量をステップ状に変化させた場合の循環温度応答例を例示している。ここで、流量を変化させる前の利用側循環回路１６の循環温度はｙ１、流量を変化させた後の利用側循環回路１６の循環温度の整定値はｙ２、流量を変化させる前の利用側循環回路１６の流量はｕ１、流量を変化させた後の利用側循環回路１６の流量はｕ２、循環温度のむだ時間はＬ、循環温度の時定数はτである。
【００６３】
循環温度制御部２１のフィードバック制御器の制御係数の設計に必要な、むだ時間Ｌ、時定数τ、循環温度の比例係数Ｋの求め方について説明する。むだ時間Ｌは、循環ポンプ１４の回転数を変化させてから、循環温度が変化し始めるまでの時間を測定することで得られる。時定数τは、循環温度が変化し始めた時刻から変化量の整定値の約６３％に達する時刻までの時間である。また、循環温度が変化し始めてから、変化量の整定値の約８６％に達するまでの時間が２τ、変化量の整定値の約９５％に達するまでの時間が３τ、変化量の整定値の約９８％に達するまでの時間が４τとなるため、これらの時間を測定してから割り算しても時定数τを得られる。循環温度の比例係数Ｋは、式（１４）から算出できる。
【数１４】
2016194190.tif 000016
【００６４】
このように、実システムでのステップ応答で得たむだ時間Ｌ、時定数τ、循環温度の比例係数Ｋを用いて、図９〜図１１に示したＣＨＲ法又はＺＮ法や極零相殺により、フィードバック制御器の制御係数を設計できる。なお、本例ではｕ１、ｕ２を利用側循環回路１６の流量としたが、ｕ１、ｕ２は流量に相関する値であれば流量に限らず、例えば循環ポンプ１４の回転数指令や回転数等でもよい。また、システム同定の精度向上のため、ステップ応答を複数回（例えば３回）繰り返すとよい。なお、図１６において、流量変化の前後で流量がｕ１からｕ２に減少しているにも関わらず、循環温度がｙ１からｙ２に増加するのは、図６（ｆ）に示した特性のためである。
【００６５】
図１２に示したように制御対象を流出温度とした場合には、図１６の循環温度ｙ１、ｙ２を流出温度とすれば本実施の形態のシステム同定を利用できる。また、図１３に示したように制御対象を流入温度とした場合には、図１６の循環温度ｙ１、ｙ２を流入温度とすれば本実施の形態のシステム同定を利用できる。
【００６６】
第２熱媒体の配管長や第２熱媒体の総量は、ヒートポンプ利用システムに接続される室内機２５の種類や設置される建物２によって異なる。本実施の形態によれば、第２熱媒体の配管長や第２熱媒体の総量に対応して循環温度制御部２１の制御係数を設計できるため、循環温度制御系の応答性をより向上できるとともに、上位の室温制御系の応答性もより向上できる。
【００６７】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ利用システムの制御装置について説明する。図１７は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置の制御ブロックの一例を示すブロック線図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１７に示す例では、制御対象として温度差（流出入温度差）が用いられている。流出入温度差は、流出温度センサ部１２で検出される第２熱媒体の流出温度と、流入温度センサ部１３で検出される第２熱媒体の流入温度と、の差である。温度差指令生成部３５及び温度差制御部３６は、プロセッサ２８に備えられた機能ブロックである。温度差指令生成部３５は、室温制御部１８からの熱量指令と、図６（ｃ）に示す熱量−流出入温度差特性と、に基づいて温度差指令を生成する。温度差制御部３６は、温度差指令、流出温度情報、流入温度情報及び補正係数に基づいて、循環ポンプ１４への回転数指令を生成する。回転数指令を受けた循環ポンプ１４は、指令された回転数に近づくように動作する。すなわち、循環ポンプ１４は、温度差制御部３６により、流出入温度差が温度差指令に近づくように制御される。
【００６８】
制御対象を流出入温度差とした場合にも、図１６の循環温度ｙ１、ｙ２を流出入温度差とすれば、上記実施の形態２のシステム同定を利用できる。フィードバック制御器の制御係数基準値は、システム同定で求めたむだ時間Ｌ、時定数τ及び循環温度の比例係数Ｋを用いて、図９〜図１１に示したＣＨＲ法又はＺＮ法や極零相殺によって設計される。補正係数は、補正係数生成部２２により、式（９）〜式（１３）に示すように生成される。また、流量センサ部１７からの流量情報を用いて、現在供給している熱量が算出される。図２に示した利用側循環回路１６に第２熱媒体を加熱する補助ヒータ（図示せず）が設けられている場合には、ヒートポンプ熱源機１だけでは熱量が足りないとき（例えば、設定温度が変更されたことにより室温が過渡状態にあるとき等）、補助ヒータへの指令を適切な熱量指令で与えることができる。これによって、ヒートポンプ熱源機１よりも効率の低い補助ヒータの使用を必要最低限に抑えることが容易となる。
【００６９】
本実施の形態によれば、熱量に相関する値を直接制御できるようになるため、補助ヒータへの熱量指令を必要最低限に抑えることが容易となる。
【００７０】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ利用システムの制御装置について説明する。図１８は、本実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置における周波数指令生成部１９の制御ブロックの一例を示すブロック線図である。図１８に示す例では、周波数指令生成部１９に１次ローパスフィルタ（ＬＰＦ）が用いられている。ここで、τＬＰＦは、１次ＬＰＦの時定数である。周波数指令生成部１９において、１次ＬＰＦは、熱量−圧縮機周波数特性の出力である周波数指令に処理を施す。１次ＬＰＦの時定数τＬＰＦの値を循環温度制御系の閉ループ応答の時定数以上とすることで、循環ポンプ１４で調整しきれなかった熱量を生成するようになる。これによって、圧縮機１０よりも消費電力の小さい循環ポンプ１４を優先して駆動することになるため、省エネルギー性を向上できる。なお、この１次ＬＰＦ処理は、圧縮機１０で使用する熱量指令に施してもよい。また、ＬＰＦの次数は１次以上であればよい。さらに、ＬＰＦの時定数は、循環流量や循環ポンプ１４の回転数に比例して連続的に変化させるとよい。
【００７１】
本実施の形態によれば、循環温度制御系の閉ループ応答に相当する時定数のＬＰＦをさらに備えることにより、圧縮機１０よりも消費電力の小さい循環ポンプ１４を優先して駆動させることができる。したがって、省エネルギー性を向上できる。
【００７２】
以上説明したように、上記実施の形態１〜４に係るヒートポンプ利用システムの制御装置は、第１熱媒体を循環させる熱源側循環回路１５と、第２熱媒体を循環させる利用側循環回路１６と、を備え、熱源側循環回路１５には、周波数可変の圧縮機１０と、第１熱媒体と第２熱媒体との熱交換を行う熱媒体間熱交換器１１と、が少なくとも接続されており、利用側循環回路１６には、回転数可変の循環ポンプ１４と、熱媒体間熱交換器１１と、第２熱媒体と室内空気との熱交換を行う室内熱交換器３と、が少なくとも接続されているヒートポンプ利用システムを制御する制御装置であって、室温と室温の目標値である設定室温とに基づいて熱量指令を生成する室温制御部１８と、熱量指令に基づいて、圧縮機１０への周波数指令を生成する周波数指令生成部１９と、熱量指令に基づいて、第２熱媒体の循環温度の指令である循環温度指令を生成する循環温度指令生成部２０と、循環温度及び循環温度指令に基づいて、少なくとも比例係数を用いたフィードバック制御により循環ポンプ１４への回転数指令を生成する循環温度制御部２１と、第２熱媒体の循環流量と予め設定された循環流量基準値とに基づいて補正係数を生成する補正係数生成部２２と、を備え、循環温度は、熱媒体間熱交換器１１に流入する第２熱媒体の流入温度、熱媒体間熱交換器１１から流出する第２熱媒体の流出温度、又は流出温度と流入温度との温度差のいずれかであり、循環温度制御部２１は、予め設定された比例係数基準値と補正係数とを乗じて比例係数を算出するものであり、補正係数生成部２２は、循環流量が循環流量基準値よりも増加した場合には比例係数が比例係数基準値よりも増加し、循環流量が循環流量基準値よりも減少した場合には比例係数が比例係数基準値よりも減少するように補正係数を生成するものである。
【００７３】
また、上記実施の形態１〜４に係るヒートポンプ利用システムは、上記のヒートポンプ利用システムの制御装置を備えるものである。
【００７４】
この構成によれば、予め設定されたフィードバック制御器の制御パラメータを基準として、循環流量変化に伴うむだ時間変化の影響を循環流量又は循環流量相当値を用いて補正することができる。これにより、広い運転範囲で循環ポンプ１４を操作可能となる。また、圧縮機１０よりも応答が速い循環ポンプ１４を操作することにより、日射や換気量の変化に伴う室温変動を抑制しやすくなるため、快適性を向上できる。また、圧縮機１０よりも消費電力が小さい循環ポンプ１４を加減速させることにより、省エネルギー性を向上することができる。さらに、圧縮機１０よりも循環ポンプ１４の回転数を操作した方が熱量変化の分解能を細かくできるため、室温追従性を改善でき、快適性を向上できる。
【００７５】
上記実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置において、循環温度制御部２１は、さらに積分係数を用いたフィードバック制御により回転数指令を生成するものであり、循環温度制御部２１は、予め設定された積分係数基準値と補正係数とを乗じて積分係数を算出するものであり、補正係数生成部２２は、循環流量が循環流量基準値よりも増加した場合には積分係数が積分係数基準値よりも増加し、循環流量が循環流量基準値よりも減少した場合には積分係数が積分係数基準値よりも減少するように補正係数を生成するようにしてもよい。
【００７６】
この構成によれば、循環温度の追従性を向上できる。
【００７７】
上記実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置において、循環流量を入力とし、循環温度を出力として、循環温度の伝達特性を算出するシステム同定部２９と、伝達特性に基づき比例係数基準値を設計する制御係数設計部３０と、をさらに備えていてもよい。
【００７８】
この構成によれば、様々な建物２や、様々な室内機２５の組合せにも対応できる。
【００７９】
上記実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置において、循環流量を入力とし、循環温度を出力として、循環温度の伝達特性を算出するシステム同定部２９と、伝達特性に基づき比例係数基準値及び積分係数基準値を設計する制御係数設計部３０と、をさらに備えていてもよい。
【００８０】
この構成によれば、様々な建物２や、様々な室内機２５の組合せにも対応できる。また、この構成によれば、循環温度の追従性を向上できる。
【００８１】
上記実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置において、循環温度は、流出温度と流入温度との温度差であってもよい。
【００８２】
この構成によれば、室内への放熱量を直接制御可能となる。また、熱量又は熱量に相関する値を直接制御できるようになるため、補助ヒータへの熱量指令を必要最低限に抑えることが容易となる。
【００８３】
上記実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置において、補正係数は、循環流量と循環流量基準値との比に基づいて生成されるものであり、循環流量と循環流量基準値との比は、循環ポンプの回転数又は回転数指令を用いて推定されるものであってもよい。
【００８４】
この構成によれば、流量センサ部１７を使用せずに補正係数を算出できる。
【００８５】
上記実施の形態に係るヒートポンプ利用システムの制御装置において、周波数指令生成部１９は、遅れ要素を持つフィルタ（例えば、１次ＬＰＦ）を備えていてもよい。
【００８６】
この構成によれば、圧縮機１０よりも消費電力の小さい循環ポンプ１４の回転数を優先して変化させることができるため、省エネルギー性を向上できる。
【００８７】
上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１  ヒートポンプ熱源機、２  建物、３  室内熱交換器、４  システム制御装置、５  室温センサ部、６  熱源機制御装置、７  室外ファン、８  室外熱交換器、９  減圧装置、１０  圧縮機、１１  熱媒体間熱交換器、１１ａ  第１熱媒体流路、１１ｂ  第２熱媒体流路、１２  流出温度センサ部、１３  流入温度センサ部、１４  循環ポンプ、１５  熱源側循環回路、１６  利用側循環回路、１７  流量センサ部、１８  室温制御部、１９  周波数指令生成部、２０  循環温度指令生成部、２１  循環温度制御部、２２  補正係数生成部、２３  モード判定部、２４  出力データ処理部、２５  室内機、２６  入出力部、２７  記憶部、２８  プロセッサ、２９  システム同定部、３０  制御係数設計部、３１  流出温度指令生成部、３２  流出温度制御部、３３  流入温度指令生成部、３４  流入温度制御部、３５  温度差指令生成部、３６  温度差制御部、３７  室内機制御装置、４０  ディジタル入力部、４１  ＡＤ変換部、４２  シリアル通信部、４３  表示部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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