ヒートポンプシステムの除霜運転方法及びヒートポンプシステム
【課題】２台以上のヒートポンプが同時期に除霜運転することを極力回避し、水配管内の水温の低下を防止することが可能なヒートポンプシステムの除霜運転方法及びヒートポンプシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】ヒートポンプシステムの除霜運転方法であって、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転をしている場合、判断対象とする対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップ（Ｓ２）と、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在するとき、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と、第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップ（Ｓ６）とを備える。
【解決手段】ヒートポンプシステムの除霜運転方法であって、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転をしている場合、判断対象とする対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップ（Ｓ２）と、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在するとき、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と、第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップ（Ｓ６）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台のヒートポンプを有するヒートポンプシステムの除霜運転方法及びヒートポンプシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数台のヒートポンプ（例えば空冷式ヒートポンプチラー）を用いるヒートポンプシステムでは、複数台のヒートポンプが水配管に接続され、ヒートポンプの水熱交換器が水配管を流れる水と熱交換する。これにより、水配管内の水が加熱されたり、冷却されたりする。
【０００３】
特許文献１には、複数台のチリングユニットが液系統に接続される構成を有し、チリングユニットと制御ユニットとのデータ伝送を容易に行いつつ、チリングユニットの運転台数を効率良く制御する技術が開示されている。また、特許文献２には、複数台のヒートポンプ式チラーユニットが水配管に接続される構成を有し、チラーユニットの除霜時の暖房能力の低下を小さく抑えつつ、チラーユニットそれぞれの運転時間の均一化を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７３１０９５号公報
【特許文献２】特開平６−７４５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒートポンプが加熱運転すると、空気熱交換器の表面に着霜が生じる。そのため、空気熱交換器を凝縮器として作用させ、霜を溶かす除霜運転（デフロスト運転）を行う必要がある。しかし、除霜運転時には、水熱交換器が蒸発器として作用し、水配管内の水が冷却されるため、水温が低下するという問題があった。
【０００６】
複数台のヒートポンプが水配管に接続されるヒートポンプシステムの場合、１台のヒートポンプが除霜運転をしていても、他のヒートポンプによってヒートポンプシステム全体の加熱能力を補うことができる場合もある。しかし、２台以上のヒートポンプが同時期に除霜運転をすると、ヒートポンプシステム全体の加熱能力の低下の抑制を防止することが困難である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、２台以上のヒートポンプが同時期に除霜運転することを極力回避し、水配管内の水温の低下を防止することが可能なヒートポンプシステムの除霜運転方法及びヒートポンプ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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のヒートポンプシステムの除霜運転方法及びヒートポンプシステムは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るヒートポンプシステムの除霜運転方法は、複数台のヒートポンプが水配管に接続され、ヒートポンプの水熱交換器が水配管を流れる水と熱交換するヒートポンプシステムの除霜運転方法であって、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転をしているか否かを判断するステップと、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転をしている場合、判断対象とする対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップと、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在するか否かを判断するステップと、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在するとき、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と、第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップとを備える。
【０００９】
この発明によれば、水配管を流れる水が複数台のヒートポンプの水熱交換器を通過することによって、熱交換が行われ温度変化する。そして、対象ヒートポンプの除霜運転の開始タイミングについて、すでに他のヒートポンプが除霜運転をしている場合、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度を比較して、対象ヒートポンプの除霜運転を開始するか否かが判断される。また、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在する場合、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度を比較して、対象ヒートポンプの除霜運転を開始するか否かが判断される。
【００１０】
その結果、すでに他のヒートポンプが除霜運転をしている場合は、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合に比べて、対象ヒートポンプが除霜運転を開始するタイミングを遅らせることができる。また、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在する場合は、すでに他のヒートポンプが除霜運転をしている場合に比べて、対象ヒートポンプが除霜運転を開始するタイミングを早めることができる。
【００１１】
上記発明において、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しないとき、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と、第２の閾値温度よりも高い第３の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップを更に備えてもよい。
【００１２】
この発明によれば、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しない場合、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第２の閾値温度よりも高い第３の閾値温度を比較して、対象ヒートポンプの除霜運転を開始するか否かが判断される。
【００１３】
その結果、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しない場合は、すでに他のヒートポンプが除霜運転をしている場合や、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在する場合に比べて、対象ヒートポンプが除霜運転を開始するタイミングを早めることができる。開始タイミングを早めることによって、例えば除霜運転にかける時間を長期化させることも可能になる。
【００１４】
上記発明において、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転中であり、対象ヒートポンプが除霜運転を行う場合、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプの圧縮機の回転数を低下させて、対象ヒートポンプが除霜運転をするステップを更に備えてもよい。
【００１５】
この発明によれば、すでに除霜運転を行っているヒートポンプが存在するため、流体配管を流れる流体の温度が低下するおそれがあるが、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプの圧縮機の回転数を低下させることによって、対象ヒートポンプの水熱交換器を流れる冷媒速度を遅くし、更なる流体の温度の低下を抑制できる。
【００１６】
上記発明において、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転中であり、対象ヒートポンプが除霜運転を行う場合、すでに除霜運転中のヒートポンプが除霜運転を終了するまで、対象ヒートポンプの除霜運転を停止させるステップを更に備えてもよい。
【００１７】
この発明によれば、すでに除霜運転を行っているヒートポンプが存在するため、流体配管を流れる流体の温度が低下するおそれがあるが、すでに除霜運転中のヒートポンプが除霜運転を終了するまで、対象ヒートポンプの除霜運転が停止しているため、更なる流体の温度の低下を抑制できる。
【００１８】
上記発明において、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在する場合、対象ヒートポンプの圧縮機の回転数は、通常の除霜運転を行うときの回転数にして、対象ヒートポンプが除霜運転をするステップを更に備えてもよい。
【００１９】
この発明によれば、対象ヒートポンプが通常の除霜運転を行うことによって、除霜運転にかかる時間をできるだけ短くすることができ、次に除霜運転を開始するヒートポンプが除霜運転を開始する前に、又は除霜運転が重複する期間が短くなるように、対象ヒートポンプの除霜運転を終了させることができる。
【００２０】
上記発明において、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しない場合、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプの圧縮機の回転数を低下させて、対象ヒートポンプが除霜運転をするステップを更に備えてもよい。
【００２１】
この発明によれば、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しないことから、除霜運転にかける時間を長期化させることも可能であり、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプの圧縮機の回転数を低下させることによって、対象ヒートポンプの水熱交換器を流れる冷媒流量を少なくし、更なる流体の温度の低下を抑制できる。
【００２２】
上記発明において、対象ヒートポンプ以外の通常運転しているヒートポンプの圧縮機の回転数は、通常モードよりも回転数を高くして、対象ヒートポンプ以外のヒートポンプが通常運転するステップを更に備えてもよい。
【００２３】
この発明によれば、対象ヒートポンプ以外の除霜運転ではなく通常運転しているヒートポンプは、圧縮機の回転数が高くなることから、水熱交換器を流れる冷媒流量が大きくなり、対象ヒートポンプで除霜運転をしていても、流体の温度の低下を抑制できる。なお、着霜が進行しない範囲で圧縮機の回転数を高めることが望ましい。
【００２４】
上記発明において、対象ヒートポンプが除霜運転を開始する前に、除霜運転開始直前の対象ヒートポンプの負荷又は圧縮機回転数を取得して、除霜運転に移行することによる能力低下分を算出するステップと、能力低下分を他のヒートポンプが補えるように、除霜時の対象ヒートポンプの圧縮機の上限回転数を決定するステップとを更に備えてもよい。
【００２５】
この発明によれば、除霜時の対象ヒートポンプの圧縮機の上限回転数が、除霜運転に移行することによる能力低下分を他のヒートポンプが補えるように決定されるため、対象ヒートポンプで除霜運転をしていても、流体の温度の低下を抑制できる。
【００２６】
また、本発明に係るヒートポンプシステムは、複数台のヒートポンプが水配管に接続され、ヒートポンプの水熱交換器が水配管を流れる水と熱交換するヒートポンプシステムであって、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転をしているか否かを判断する運転状況判断部と、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転をしている場合、判断対象とする対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断する除霜運転開始判断部とを備え、運転状況判断部は、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在するか否かを判断し、除霜運転開始判断部は、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在するとき、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と、第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、２台以上のヒートポンプが同時期に除霜運転することを極力回避し、水配管内の水温の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートポンプシステムを示す構成図である。
【図２】同実施形態に係るヒートポンプシステムを示すブロック図である。
【図３】同実施形態に係るヒートポンプシステムの除霜運転動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の一実施形態に係るヒートポンプシステム１について、図面を参照して説明する。
まず、図１を参照して、ヒートポンプシステム１の構成を説明する。
本実施形態に係るヒートポンプシステム１は、複数台のヒートポンプ２と、ヒートポンプ２に接続される水配管１１などからなる。ヒートポンプ２は、例えば空冷ヒートポンプチラーであり、水配管１１を流れる水と熱交換することによって、冷水又は温水を生成できる。
【００３０】
ヒートポンプ２は、圧縮機５と、四方弁６と、水熱交換器７と、膨張弁８と、空気熱交換器９と、アキュムレータ１０などからなる。圧縮機５と、四方弁６と、水熱交換器７と、膨張弁８と、空気熱交換器９と、アキュムレータ１０は、冷媒配管３によって結ばれ、冷媒回路を構成する。
【００３１】
圧縮機５は、インバータによってモータが駆動される。圧縮機５は、インバータの出力周波数によってモータの回転数、すなわち冷媒の吐出量が調整される。
【００３２】
空気熱交換器９は、外気と冷媒とを熱交換させ、水熱交換器７は、水と冷媒とを熱交換させる。アキュムレータ１０は、蒸発器（水熱交換器７又は空気熱交換器９）でガス化しきれなかった冷媒が液状のまま圧縮機５に吸入されるのを防ぐ。
【００３３】
ヒートポンプ２において、加熱運転と冷却（又は除霜）運転とは、四方弁６が切り替えられて、冷媒の流れ方向が変化することによって切り替わる。加熱運転時では、圧縮機５から吐出された冷媒は、水熱交換器７、膨張弁８、空気熱交換器９、アキュムレータ１０の順に流れる。水熱交換器７が凝縮器として作用し、空気熱交換器９が蒸発器として作用する。そして、水熱交換器７で加熱された温水が水配管１１を介して次のヒートポンプ２又は外部へ供給される。
【００３４】
冷却（除霜）運転時では、圧縮機５から吐出された冷媒は、空気熱交換器９、膨張弁８、水熱交換器７、アキュムレータ１０の順に流れる。空気熱交換器９が凝縮器として作用し、水熱交換器７が蒸発器として作用する。そして、水熱交換器７で冷却された冷水が水配管１１を介して次のヒートポンプ２又は外部へ供給される。
【００３５】
ヒートポンプシステム１全体として加熱運転している際、ヒートポンプ２が加熱運転すると、空気熱交換器９の表面に着霜が生じる。そのため、空気熱交換器９を凝縮器として作用させ、霜を溶かす除霜運転（デフロスト運転）を行う。しかし、水配管１１を流れる温水は、除霜運転をしているヒートポンプ２の水熱交換器７によって冷却されるため、水配管１１を流れる水の温度が低下するおそれがある。
【００３６】
本実施形態では、複数のヒートポンプ２の運転状況を確認し、運転状況に応じて、ヒートポンプ２が除霜運転を開始するタイミングや、除霜運転時の冷媒流量を調整する。
【００３７】
本実施形態のヒートポンプシステム１は、複数のヒートポンプ２の運転状況を確認したり、ヒートポンプ２の運転を切り替えたりする制御部１２を有する。制御部１２と各ヒートポンプ２は、図２に示すように例えば制御ケーブル１３によって接続され、制御信号が送受信される。
【００３８】
制御部１２は、例えば運転状況判断部１４と、除霜運転開始判断部１５と、除霜運転制御部１６と、通常運転制御部１７と、運転能力算出部１８などを有する。制御部１２は、各ヒートポンプ２とは別に設けられてもよいし、いずれか１台のヒートポンプ２に設けられてもよい。
【００３９】
運転状況判断部１４は、複数台のヒートポンプ２のうち少なくとも１台のヒートポンプ２がすでに除霜運転をしているか否かを判断する。また、運転状況判断部１４は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていない場合、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在するか否かを判断する。ここで、対象ヒートポンプ２Ａとは、除霜運転開始の候補となっているヒートポンプ２である。ヒートポンプ２は、加熱運転を継続すると、空気熱交換器９に着霜が生じるため、空気熱交換器９の温度が低下する。したがって、ヒートポンプ２が運転開始直前の状態であるかどうかや、除霜運転開始予定の順番は、各ヒートポンプ２の空気熱交換器９の温度に基づいて判断される。
【００４０】
除霜運転開始判断部１５は、少なくとも１台のヒートポンプ２がすでに除霜運転をしている場合、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度と第１の閾値温度（例えばＡ℃）に基づいて、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させるか否かを判断する。第１の閾値温度（例えばＡ℃）とは、この温度以上に低下すると、空気熱交換器９の着霜負荷が許容できないほど増大する値であり、この温度以下に下げることが好ましくない値である。
【００４１】
また、除霜運転開始判断部１５は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていない場合であって、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在するとき、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度と第２の閾値温度（例えばＡ＋0.5℃）に基づいて、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させるか否かを判断する。第２の閾値温度は、第１の閾値温度よりも高い。なお、第２の閾値温度のＡ＋0.5℃は、一例であり、他の値でもよい。また、第２の閾値温度は、固定値に限られず、空気熱交換器９の温度の低下速度などに応じて、第２の閾値温度を変化させてもよい。
【００４２】
更に、除霜運転開始判断部１５は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていない場合であって、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在しないとき、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度と第３の閾値温度（例えばＡ＋1.0℃）に基づいて、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させるか否かを判断する。第３の閾値温度は、第２の閾値温度よりも高い。なお、第３の閾値温度のＡ＋1.0℃は、一例であり、他の値でもよい。また、第３の閾値温度は、固定値に限られず、空気熱交換器９の温度の低下速度などに応じて、第３の閾値温度を変化させてもよい。
【００４３】
除霜運転制御部１６は、少なくとも１台のヒートポンプ２がすでに除霜運転中であり、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を行う場合、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の回転数を低下させて、対象ヒートポンプ２Ａを除霜運転させる。なお、除霜運転制御部１６は、圧縮機５の回転数を低下させるのではなく、すでに除霜運転中のヒートポンプ２が除霜運転を終了するまで、対象ヒートポンプ２Ａの除霜運転を停止させてもよい。
【００４４】
除霜運転制御部１６は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在する場合、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機の回転数を、通常の除霜運転を行うときの回転数にして、対象ヒートポンプ２Ａを除霜運転させる。
【００４５】
除霜運転制御部１６は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在しない場合、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の回転数を低下させて、対象ヒートポンプ２Ａを除霜運転させる。
【００４６】
通常運転制御部１７は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在しない場合、対象ヒートポンプ２Ａ以外の通常運転しているヒートポンプ２の圧縮機５の回転数を、通常モードよりも回転数を高くして、対象ヒートポンプ２Ａ以外のヒートポンプ２を通常運転させる。
【００４７】
運転能力算出部１８は、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を開始する前に、除霜運転開始直前の対象ヒートポンプ２Ａの負荷又は圧縮機５の回転数を取得して、除霜運転に移行することによる能力低下分を算出する。このとき、除霜運転制御部１６は、運転能力算出部１８で算出された能力低下分を他のヒートポンプ２が補えるように、除霜時の対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の上限回転数を決定する。これにより、除霜時の対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の上限回転数が、除霜運転に移行することによる能力低下分を他のヒートポンプ２が補えるように決定されるため、対象ヒートポンプ２Ａで除霜運転をしていても、水配管１１を流れる水の温度の低下を抑制できる。
【００４８】
次に、図３を参照して、本実施形態に係るヒートポンプシステム１の除霜運転動作について説明する。初めにヒートポンプ２の除霜運転の開始タイミングについて説明する。
【００４９】
まず、複数台のヒートポンプ２のうち少なくとも１台のヒートポンプ２がすでに除霜運転をしているか否かが判断される（ステップＳ１）。少なくとも１台のヒートポンプ２がすでに除霜運転をしている場合、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第１の閾値温度（例えばＡ℃）以下になったかどうかで、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させるか否かが判断される（ステップＳ２）。
【００５０】
そして、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第１の閾値温度（例えばＡ℃）以下になったとき、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させる（ステップＳ３）。
【００５１】
一方、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていない場合、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在するか否かが判断される（ステップＳ５）。対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在するときは、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第２の閾値温度（例えばＡ＋0.5℃）以下になったかどうかで、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させるか否かが判断される（ステップＳ６）。
【００５２】
そして、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第２の閾値温度（例えばＡ＋0.5℃）以下になったとき、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させる（ステップＳ７）。
【００５３】
すなわち、すでに他のヒートポンプ２が除霜運転をしている場合は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていない場合に比べて、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を開始するタイミングを遅らせることができる。その結果、複数台のヒートポンプ２が重複して除霜運転することを回避できる。
【００５４】
また、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在する場合は、すでに他のヒートポンプ２が除霜運転をしている場合に比べて、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を開始するタイミングを早めることができる。その結果、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を開始してから、次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が除霜運転を開始するまでの時間を長くすることができ、複数台のヒートポンプ２が重複して除霜運転することを回避できる。
【００５５】
複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていない場合であって、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在しないとき、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第３の閾値温度（例えばＡ＋1.0℃）以下になったかどうかで、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させるか否かが判断される（ステップＳ９）。
【００５６】
そして、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第３の閾値温度（例えばＡ＋1.0℃）以下になったとき、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させる（ステップＳ１０）。
【００５７】
その結果、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しない場合は、すでに他のヒートポンプ２が除霜運転をしている場合や、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在する場合に比べて、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を開始するタイミングを早めることができる。すなわち、対象ヒートポンプ２Ａの除霜運転開始タイミングを早めることによって、例えば対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転にかける時間を長期化させることも可能になる。
【００５８】
上記の本実施形態の動作によれば、複数台のヒートポンプ２が同時期に重複して除霜運転をすることをできるだけ、回避することができる。
【００５９】
次に、除霜運転中に水配管１１の水温が低下するのを防止するため、除霜運転を制御する動作について説明する。
【００６０】
上記ステップＳ３のとおり、少なくとも１台のヒートポンプ２がすでに除霜運転をしている場合、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第１の閾値温度（例えばＡ℃）以下になったとき、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させる。
【００６１】
この場合は、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の回転数を低下させて、対象ヒートポンプ２Ａを除霜運転させる（ステップＳ４）。すなわち、すでに除霜運転を行っているヒートポンプ２が存在するため、新たに対象ヒートポンプ２Ａの除霜運転を追加すると、水配管１１を流れる水温が低下するおそれがある。しかし、本実施形態のとおり、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の回転数を低下させることによって、対象ヒートポンプ２Ａの水熱交換器７を流れる冷媒流量を少なくし、更なる水温の低下を抑制できる。
【００６２】
また、これにより、通常運転をしている他のヒートポンプ２が圧縮機５の回転数を増加させるなどして、除霜運転をしている２台のヒートポンプ２による能力低下分を補わなくてもよい。
【００６３】
なお、ステップＳ４では、圧縮機５の回転数を低下させるのではなく、すでに除霜運転中のヒートポンプ２が除霜運転を終了するまで、対象ヒートポンプ２Ａの除霜運転を停止させてもよい。これにより、対象ヒートポンプ２Ａの除霜運転が停止しているため、更なる水温の低下を抑制できる。
【００６４】
上記ステップＳ７のとおり、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在する場合は、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第２の閾値温度（例えばＡ＋0.5℃）以下になったとき、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させる。
【００６５】
この場合は、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機の回転数を、通常の除霜運転を行うときの回転数にして、対象ヒートポンプ２Ａを除霜運転させる（ステップＳ８）。これにより、除霜運転にかかる時間をできるだけ短くすることができ、次に除霜運転を開始するヒートポンプ２が除霜運転を開始する前に、又は除霜運転が重複する期間が短くなるように、対象ヒートポンプ２Ａの除霜運転を終了させることができる。
【００６６】
上記ステップＳ１０のとおり、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在しない場合は、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第３の閾値温度（例えばＡ＋1.0℃）以下になったとき、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させる。
【００６７】
この場合は、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の回転数を低下させて、対象ヒートポンプ２Ａを除霜運転させる（ステップＳ１１）。すなわち、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しないことから、除霜運転にかける時間を長期化させることも可能であり、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機の回転数を低下させることによって、対象ヒートポンプ２Ａの水熱交換器７を流れる冷媒流量を少なくし、更なる水温の低下を抑制できる。
【００６８】
また、ステップＳ１１では、対象ヒートポンプ２Ａ以外の通常運転しているヒートポンプ２の圧縮機５の回転数を、通常モードよりも回転数を高くして、対象ヒートポンプ２Ａ以外のヒートポンプ２を通常運転させる。
【００６９】
これにより、対象ヒートポンプ２Ａ以外の除霜運転ではなく通常運転しているヒートポンプ２は、圧縮機５の回転数が高くなることから、水熱交換器を流れる冷媒流量が大きくなり、対象ヒートポンプ２Ａで除霜運転をしていても、水温の低下を抑制できる。なお、着霜が進行しない範囲で圧縮機５の回転数を高めることが望ましい。
【００７０】
上記の動作において、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を開始する前に、除霜運転開始直前の対象ヒートポンプ２Ａの負荷又は圧縮機５の回転数を取得して、除霜運転に移行することによる能力低下分を算出するとよい。
【００７１】
このとき、除霜運転制御部１６は、運転能力算出部１８で算出された能力低下分を他のヒートポンプ２が補えるように、除霜時の対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の上限回転数を決定する。これにより、除霜時の対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の上限回転数が、除霜運転に移行することによる能力低下分を他のヒートポンプ２が補えるように決定されるため、対象ヒートポンプ２Ａで除霜運転をしていても、水配管１１を流れる水の温度の低下を抑制できる。
【符号の説明】
【００７２】
１ ヒートポンプシステム。
２ ヒートポンプ
３ 冷媒配管
５ 圧縮機
６ 四方弁
７ 水熱交換器
８ 膨張弁
９ 空気熱交換器
１０ アキュムレータ
１１ 水配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台のヒートポンプを有するヒートポンプシステムの除霜運転方法及びヒートポンプシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数台のヒートポンプ（例えば空冷式ヒートポンプチラー）を用いるヒートポンプシステムでは、複数台のヒートポンプが水配管に接続され、ヒートポンプの水熱交換器が水配管を流れる水と熱交換する。これにより、水配管内の水が加熱されたり、冷却されたりする。
【０００３】
特許文献１には、複数台のチリングユニットが液系統に接続される構成を有し、チリングユニットと制御ユニットとのデータ伝送を容易に行いつつ、チリングユニットの運転台数を効率良く制御する技術が開示されている。また、特許文献２には、複数台のヒートポンプ式チラーユニットが水配管に接続される構成を有し、チラーユニットの除霜時の暖房能力の低下を小さく抑えつつ、チラーユニットそれぞれの運転時間の均一化を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７３１０９５号公報
【特許文献２】特開平６−７４５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒートポンプが加熱運転すると、空気熱交換器の表面に着霜が生じる。そのため、空気熱交換器を凝縮器として作用させ、霜を溶かす除霜運転（デフロスト運転）を行う必要がある。しかし、除霜運転時には、水熱交換器が蒸発器として作用し、水配管内の水が冷却されるため、水温が低下するという問題があった。
【０００６】
複数台のヒートポンプが水配管に接続されるヒートポンプシステムの場合、１台のヒートポンプが除霜運転をしていても、他のヒートポンプによってヒートポンプシステム全体の加熱能力を補うことができる場合もある。しかし、２台以上のヒートポンプが同時期に除霜運転をすると、ヒートポンプシステム全体の加熱能力の低下の抑制を防止することが困難である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、２台以上のヒートポンプが同時期に除霜運転することを極力回避し、水配管内の水温の低下を防止することが可能なヒートポンプシステムの除霜運転方法及びヒートポンプ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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のヒートポンプシステムの除霜運転方法及びヒートポンプシステムは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るヒートポンプシステムの除霜運転方法は、複数台のヒートポンプが水配管に接続され、ヒートポンプの水熱交換器が水配管を流れる水と熱交換するヒートポンプシステムの除霜運転方法であって、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転をしているか否かを判断するステップと、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転をしている場合、判断対象とする対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップと、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在するか否かを判断するステップと、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在するとき、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と、第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップとを備える。
【０００９】
この発明によれば、水配管を流れる水が複数台のヒートポンプの水熱交換器を通過することによって、熱交換が行われ温度変化する。そして、対象ヒートポンプの除霜運転の開始タイミングについて、すでに他のヒートポンプが除霜運転をしている場合、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度を比較して、対象ヒートポンプの除霜運転を開始するか否かが判断される。また、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在する場合、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度を比較して、対象ヒートポンプの除霜運転を開始するか否かが判断される。
【００１０】
その結果、すでに他のヒートポンプが除霜運転をしている場合は、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合に比べて、対象ヒートポンプが除霜運転を開始するタイミングを遅らせることができる。また、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在する場合は、すでに他のヒートポンプが除霜運転をしている場合に比べて、対象ヒートポンプが除霜運転を開始するタイミングを早めることができる。
【００１１】
上記発明において、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しないとき、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と、第２の閾値温度よりも高い第３の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップを更に備えてもよい。
【００１２】
この発明によれば、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しない場合、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第２の閾値温度よりも高い第３の閾値温度を比較して、対象ヒートポンプの除霜運転を開始するか否かが判断される。
【００１３】
その結果、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しない場合は、すでに他のヒートポンプが除霜運転をしている場合や、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在する場合に比べて、対象ヒートポンプが除霜運転を開始するタイミングを早めることができる。開始タイミングを早めることによって、例えば除霜運転にかける時間を長期化させることも可能になる。
【００１４】
上記発明において、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転中であり、対象ヒートポンプが除霜運転を行う場合、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプの圧縮機の回転数を低下させて、対象ヒートポンプが除霜運転をするステップを更に備えてもよい。
【００１５】
この発明によれば、すでに除霜運転を行っているヒートポンプが存在するため、流体配管を流れる流体の温度が低下するおそれがあるが、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプの圧縮機の回転数を低下させることによって、対象ヒートポンプの水熱交換器を流れる冷媒速度を遅くし、更なる流体の温度の低下を抑制できる。
【００１６】
上記発明において、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転中であり、対象ヒートポンプが除霜運転を行う場合、すでに除霜運転中のヒートポンプが除霜運転を終了するまで、対象ヒートポンプの除霜運転を停止させるステップを更に備えてもよい。
【００１７】
この発明によれば、すでに除霜運転を行っているヒートポンプが存在するため、流体配管を流れる流体の温度が低下するおそれがあるが、すでに除霜運転中のヒートポンプが除霜運転を終了するまで、対象ヒートポンプの除霜運転が停止しているため、更なる流体の温度の低下を抑制できる。
【００１８】
上記発明において、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在する場合、対象ヒートポンプの圧縮機の回転数は、通常の除霜運転を行うときの回転数にして、対象ヒートポンプが除霜運転をするステップを更に備えてもよい。
【００１９】
この発明によれば、対象ヒートポンプが通常の除霜運転を行うことによって、除霜運転にかかる時間をできるだけ短くすることができ、次に除霜運転を開始するヒートポンプが除霜運転を開始する前に、又は除霜運転が重複する期間が短くなるように、対象ヒートポンプの除霜運転を終了させることができる。
【００２０】
上記発明において、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しない場合、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプの圧縮機の回転数を低下させて、対象ヒートポンプが除霜運転をするステップを更に備えてもよい。
【００２１】
この発明によれば、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しないことから、除霜運転にかける時間を長期化させることも可能であり、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプの圧縮機の回転数を低下させることによって、対象ヒートポンプの水熱交換器を流れる冷媒流量を少なくし、更なる流体の温度の低下を抑制できる。
【００２２】
上記発明において、対象ヒートポンプ以外の通常運転しているヒートポンプの圧縮機の回転数は、通常モードよりも回転数を高くして、対象ヒートポンプ以外のヒートポンプが通常運転するステップを更に備えてもよい。
【００２３】
この発明によれば、対象ヒートポンプ以外の除霜運転ではなく通常運転しているヒートポンプは、圧縮機の回転数が高くなることから、水熱交換器を流れる冷媒流量が大きくなり、対象ヒートポンプで除霜運転をしていても、流体の温度の低下を抑制できる。なお、着霜が進行しない範囲で圧縮機の回転数を高めることが望ましい。
【００２４】
上記発明において、対象ヒートポンプが除霜運転を開始する前に、除霜運転開始直前の対象ヒートポンプの負荷又は圧縮機回転数を取得して、除霜運転に移行することによる能力低下分を算出するステップと、能力低下分を他のヒートポンプが補えるように、除霜時の対象ヒートポンプの圧縮機の上限回転数を決定するステップとを更に備えてもよい。
【００２５】
この発明によれば、除霜時の対象ヒートポンプの圧縮機の上限回転数が、除霜運転に移行することによる能力低下分を他のヒートポンプが補えるように決定されるため、対象ヒートポンプで除霜運転をしていても、流体の温度の低下を抑制できる。
【００２６】
また、本発明に係るヒートポンプシステムは、複数台のヒートポンプが水配管に接続され、ヒートポンプの水熱交換器が水配管を流れる水と熱交換するヒートポンプシステムであって、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転をしているか否かを判断する運転状況判断部と、少なくとも１台のヒートポンプがすでに除霜運転をしている場合、判断対象とする対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断する除霜運転開始判断部とを備え、運転状況判断部は、複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在するか否かを判断し、除霜運転開始判断部は、対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在するとき、対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と、第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度に基づいて、対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、２台以上のヒートポンプが同時期に除霜運転することを極力回避し、水配管内の水温の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートポンプシステムを示す構成図である。
【図２】同実施形態に係るヒートポンプシステムを示すブロック図である。
【図３】同実施形態に係るヒートポンプシステムの除霜運転動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の一実施形態に係るヒートポンプシステム１について、図面を参照して説明する。
まず、図１を参照して、ヒートポンプシステム１の構成を説明する。
本実施形態に係るヒートポンプシステム１は、複数台のヒートポンプ２と、ヒートポンプ２に接続される水配管１１などからなる。ヒートポンプ２は、例えば空冷ヒートポンプチラーであり、水配管１１を流れる水と熱交換することによって、冷水又は温水を生成できる。
【００３０】
ヒートポンプ２は、圧縮機５と、四方弁６と、水熱交換器７と、膨張弁８と、空気熱交換器９と、アキュムレータ１０などからなる。圧縮機５と、四方弁６と、水熱交換器７と、膨張弁８と、空気熱交換器９と、アキュムレータ１０は、冷媒配管３によって結ばれ、冷媒回路を構成する。
【００３１】
圧縮機５は、インバータによってモータが駆動される。圧縮機５は、インバータの出力周波数によってモータの回転数、すなわち冷媒の吐出量が調整される。
【００３２】
空気熱交換器９は、外気と冷媒とを熱交換させ、水熱交換器７は、水と冷媒とを熱交換させる。アキュムレータ１０は、蒸発器（水熱交換器７又は空気熱交換器９）でガス化しきれなかった冷媒が液状のまま圧縮機５に吸入されるのを防ぐ。
【００３３】
ヒートポンプ２において、加熱運転と冷却（又は除霜）運転とは、四方弁６が切り替えられて、冷媒の流れ方向が変化することによって切り替わる。加熱運転時では、圧縮機５から吐出された冷媒は、水熱交換器７、膨張弁８、空気熱交換器９、アキュムレータ１０の順に流れる。水熱交換器７が凝縮器として作用し、空気熱交換器９が蒸発器として作用する。そして、水熱交換器７で加熱された温水が水配管１１を介して次のヒートポンプ２又は外部へ供給される。
【００３４】
冷却（除霜）運転時では、圧縮機５から吐出された冷媒は、空気熱交換器９、膨張弁８、水熱交換器７、アキュムレータ１０の順に流れる。空気熱交換器９が凝縮器として作用し、水熱交換器７が蒸発器として作用する。そして、水熱交換器７で冷却された冷水が水配管１１を介して次のヒートポンプ２又は外部へ供給される。
【００３５】
ヒートポンプシステム１全体として加熱運転している際、ヒートポンプ２が加熱運転すると、空気熱交換器９の表面に着霜が生じる。そのため、空気熱交換器９を凝縮器として作用させ、霜を溶かす除霜運転（デフロスト運転）を行う。しかし、水配管１１を流れる温水は、除霜運転をしているヒートポンプ２の水熱交換器７によって冷却されるため、水配管１１を流れる水の温度が低下するおそれがある。
【００３６】
本実施形態では、複数のヒートポンプ２の運転状況を確認し、運転状況に応じて、ヒートポンプ２が除霜運転を開始するタイミングや、除霜運転時の冷媒流量を調整する。
【００３７】
本実施形態のヒートポンプシステム１は、複数のヒートポンプ２の運転状況を確認したり、ヒートポンプ２の運転を切り替えたりする制御部１２を有する。制御部１２と各ヒートポンプ２は、図２に示すように例えば制御ケーブル１３によって接続され、制御信号が送受信される。
【００３８】
制御部１２は、例えば運転状況判断部１４と、除霜運転開始判断部１５と、除霜運転制御部１６と、通常運転制御部１７と、運転能力算出部１８などを有する。制御部１２は、各ヒートポンプ２とは別に設けられてもよいし、いずれか１台のヒートポンプ２に設けられてもよい。
【００３９】
運転状況判断部１４は、複数台のヒートポンプ２のうち少なくとも１台のヒートポンプ２がすでに除霜運転をしているか否かを判断する。また、運転状況判断部１４は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていない場合、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在するか否かを判断する。ここで、対象ヒートポンプ２Ａとは、除霜運転開始の候補となっているヒートポンプ２である。ヒートポンプ２は、加熱運転を継続すると、空気熱交換器９に着霜が生じるため、空気熱交換器９の温度が低下する。したがって、ヒートポンプ２が運転開始直前の状態であるかどうかや、除霜運転開始予定の順番は、各ヒートポンプ２の空気熱交換器９の温度に基づいて判断される。
【００４０】
除霜運転開始判断部１５は、少なくとも１台のヒートポンプ２がすでに除霜運転をしている場合、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度と第１の閾値温度（例えばＡ℃）に基づいて、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させるか否かを判断する。第１の閾値温度（例えばＡ℃）とは、この温度以上に低下すると、空気熱交換器９の着霜負荷が許容できないほど増大する値であり、この温度以下に下げることが好ましくない値である。
【００４１】
また、除霜運転開始判断部１５は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていない場合であって、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在するとき、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度と第２の閾値温度（例えばＡ＋0.5℃）に基づいて、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させるか否かを判断する。第２の閾値温度は、第１の閾値温度よりも高い。なお、第２の閾値温度のＡ＋0.5℃は、一例であり、他の値でもよい。また、第２の閾値温度は、固定値に限られず、空気熱交換器９の温度の低下速度などに応じて、第２の閾値温度を変化させてもよい。
【００４２】
更に、除霜運転開始判断部１５は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていない場合であって、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在しないとき、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度と第３の閾値温度（例えばＡ＋1.0℃）に基づいて、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させるか否かを判断する。第３の閾値温度は、第２の閾値温度よりも高い。なお、第３の閾値温度のＡ＋1.0℃は、一例であり、他の値でもよい。また、第３の閾値温度は、固定値に限られず、空気熱交換器９の温度の低下速度などに応じて、第３の閾値温度を変化させてもよい。
【００４３】
除霜運転制御部１６は、少なくとも１台のヒートポンプ２がすでに除霜運転中であり、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を行う場合、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の回転数を低下させて、対象ヒートポンプ２Ａを除霜運転させる。なお、除霜運転制御部１６は、圧縮機５の回転数を低下させるのではなく、すでに除霜運転中のヒートポンプ２が除霜運転を終了するまで、対象ヒートポンプ２Ａの除霜運転を停止させてもよい。
【００４４】
除霜運転制御部１６は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在する場合、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機の回転数を、通常の除霜運転を行うときの回転数にして、対象ヒートポンプ２Ａを除霜運転させる。
【００４５】
除霜運転制御部１６は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在しない場合、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の回転数を低下させて、対象ヒートポンプ２Ａを除霜運転させる。
【００４６】
通常運転制御部１７は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在しない場合、対象ヒートポンプ２Ａ以外の通常運転しているヒートポンプ２の圧縮機５の回転数を、通常モードよりも回転数を高くして、対象ヒートポンプ２Ａ以外のヒートポンプ２を通常運転させる。
【００４７】
運転能力算出部１８は、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を開始する前に、除霜運転開始直前の対象ヒートポンプ２Ａの負荷又は圧縮機５の回転数を取得して、除霜運転に移行することによる能力低下分を算出する。このとき、除霜運転制御部１６は、運転能力算出部１８で算出された能力低下分を他のヒートポンプ２が補えるように、除霜時の対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の上限回転数を決定する。これにより、除霜時の対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の上限回転数が、除霜運転に移行することによる能力低下分を他のヒートポンプ２が補えるように決定されるため、対象ヒートポンプ２Ａで除霜運転をしていても、水配管１１を流れる水の温度の低下を抑制できる。
【００４８】
次に、図３を参照して、本実施形態に係るヒートポンプシステム１の除霜運転動作について説明する。初めにヒートポンプ２の除霜運転の開始タイミングについて説明する。
【００４９】
まず、複数台のヒートポンプ２のうち少なくとも１台のヒートポンプ２がすでに除霜運転をしているか否かが判断される（ステップＳ１）。少なくとも１台のヒートポンプ２がすでに除霜運転をしている場合、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第１の閾値温度（例えばＡ℃）以下になったかどうかで、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させるか否かが判断される（ステップＳ２）。
【００５０】
そして、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第１の閾値温度（例えばＡ℃）以下になったとき、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させる（ステップＳ３）。
【００５１】
一方、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていない場合、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在するか否かが判断される（ステップＳ５）。対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在するときは、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第２の閾値温度（例えばＡ＋0.5℃）以下になったかどうかで、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させるか否かが判断される（ステップＳ６）。
【００５２】
そして、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第２の閾値温度（例えばＡ＋0.5℃）以下になったとき、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させる（ステップＳ７）。
【００５３】
すなわち、すでに他のヒートポンプ２が除霜運転をしている場合は、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていない場合に比べて、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を開始するタイミングを遅らせることができる。その結果、複数台のヒートポンプ２が重複して除霜運転することを回避できる。
【００５４】
また、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在する場合は、すでに他のヒートポンプ２が除霜運転をしている場合に比べて、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を開始するタイミングを早めることができる。その結果、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を開始してから、次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が除霜運転を開始するまでの時間を長くすることができ、複数台のヒートポンプ２が重複して除霜運転することを回避できる。
【００５５】
複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていない場合であって、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在しないとき、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第３の閾値温度（例えばＡ＋1.0℃）以下になったかどうかで、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させるか否かが判断される（ステップＳ９）。
【００５６】
そして、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第３の閾値温度（例えばＡ＋1.0℃）以下になったとき、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させる（ステップＳ１０）。
【００５７】
その結果、複数台のヒートポンプ２のうち１台も除霜運転をしていなく、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しない場合は、すでに他のヒートポンプ２が除霜運転をしている場合や、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在する場合に比べて、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を開始するタイミングを早めることができる。すなわち、対象ヒートポンプ２Ａの除霜運転開始タイミングを早めることによって、例えば対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転にかける時間を長期化させることも可能になる。
【００５８】
上記の本実施形態の動作によれば、複数台のヒートポンプ２が同時期に重複して除霜運転をすることをできるだけ、回避することができる。
【００５９】
次に、除霜運転中に水配管１１の水温が低下するのを防止するため、除霜運転を制御する動作について説明する。
【００６０】
上記ステップＳ３のとおり、少なくとも１台のヒートポンプ２がすでに除霜運転をしている場合、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第１の閾値温度（例えばＡ℃）以下になったとき、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させる。
【００６１】
この場合は、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の回転数を低下させて、対象ヒートポンプ２Ａを除霜運転させる（ステップＳ４）。すなわち、すでに除霜運転を行っているヒートポンプ２が存在するため、新たに対象ヒートポンプ２Ａの除霜運転を追加すると、水配管１１を流れる水温が低下するおそれがある。しかし、本実施形態のとおり、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の回転数を低下させることによって、対象ヒートポンプ２Ａの水熱交換器７を流れる冷媒流量を少なくし、更なる水温の低下を抑制できる。
【００６２】
また、これにより、通常運転をしている他のヒートポンプ２が圧縮機５の回転数を増加させるなどして、除霜運転をしている２台のヒートポンプ２による能力低下分を補わなくてもよい。
【００６３】
なお、ステップＳ４では、圧縮機５の回転数を低下させるのではなく、すでに除霜運転中のヒートポンプ２が除霜運転を終了するまで、対象ヒートポンプ２Ａの除霜運転を停止させてもよい。これにより、対象ヒートポンプ２Ａの除霜運転が停止しているため、更なる水温の低下を抑制できる。
【００６４】
上記ステップＳ７のとおり、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在する場合は、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第２の閾値温度（例えばＡ＋0.5℃）以下になったとき、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させる。
【００６５】
この場合は、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機の回転数を、通常の除霜運転を行うときの回転数にして、対象ヒートポンプ２Ａを除霜運転させる（ステップＳ８）。これにより、除霜運転にかかる時間をできるだけ短くすることができ、次に除霜運転を開始するヒートポンプ２が除霜運転を開始する前に、又は除霜運転が重複する期間が短くなるように、対象ヒートポンプ２Ａの除霜運転を終了させることができる。
【００６６】
上記ステップＳ１０のとおり、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプ２が存在しない場合は、対象ヒートポンプ２Ａの空気熱交換器９の温度が第３の閾値温度（例えばＡ＋1.0℃）以下になったとき、対象ヒートポンプ２Ａに除霜運転を開始させる。
【００６７】
この場合は、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の回転数を低下させて、対象ヒートポンプ２Ａを除霜運転させる（ステップＳ１１）。すなわち、対象ヒートポンプ２Ａの次に除霜運転を開始する可能性があるヒートポンプが存在しないことから、除霜運転にかける時間を長期化させることも可能であり、通常の除霜運転を行うときに比べて、対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機の回転数を低下させることによって、対象ヒートポンプ２Ａの水熱交換器７を流れる冷媒流量を少なくし、更なる水温の低下を抑制できる。
【００６８】
また、ステップＳ１１では、対象ヒートポンプ２Ａ以外の通常運転しているヒートポンプ２の圧縮機５の回転数を、通常モードよりも回転数を高くして、対象ヒートポンプ２Ａ以外のヒートポンプ２を通常運転させる。
【００６９】
これにより、対象ヒートポンプ２Ａ以外の除霜運転ではなく通常運転しているヒートポンプ２は、圧縮機５の回転数が高くなることから、水熱交換器を流れる冷媒流量が大きくなり、対象ヒートポンプ２Ａで除霜運転をしていても、水温の低下を抑制できる。なお、着霜が進行しない範囲で圧縮機５の回転数を高めることが望ましい。
【００７０】
上記の動作において、対象ヒートポンプ２Ａが除霜運転を開始する前に、除霜運転開始直前の対象ヒートポンプ２Ａの負荷又は圧縮機５の回転数を取得して、除霜運転に移行することによる能力低下分を算出するとよい。
【００７１】
このとき、除霜運転制御部１６は、運転能力算出部１８で算出された能力低下分を他のヒートポンプ２が補えるように、除霜時の対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の上限回転数を決定する。これにより、除霜時の対象ヒートポンプ２Ａの圧縮機５の上限回転数が、除霜運転に移行することによる能力低下分を他のヒートポンプ２が補えるように決定されるため、対象ヒートポンプ２Ａで除霜運転をしていても、水配管１１を流れる水の温度の低下を抑制できる。
【符号の説明】
【００７２】
１ ヒートポンプシステム。
２ ヒートポンプ
３ 冷媒配管
５ 圧縮機
６ 四方弁
７ 水熱交換器
８ 膨張弁
９ 空気熱交換器
１０ アキュムレータ
１１ 水配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台のヒートポンプが水配管に接続され、前記ヒートポンプの水熱交換器が前記水配管を流れる水と熱交換するヒートポンプシステムの除霜運転方法であって、
少なくとも１台の前記ヒートポンプがすでに除霜運転をしているか否かを判断するステップと、
少なくとも１台の前記ヒートポンプがすでに除霜運転をしている場合、判断対象とする対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度に基づいて、前記対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップと、
前記複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在するか否かを判断するステップと、
前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在するとき、前記対象ヒートポンプの前記空気熱交換器の温度と、前記第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度に基づいて、前記対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップと、
を備えるヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項２】
前記複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在しないとき、前記対象ヒートポンプの前記空気熱交換器の温度と、前記第２の閾値温度よりも高い第３の閾値温度に基づいて、前記対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップを更に備える請求項１に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項３】
少なくとも１台の前記ヒートポンプがすでに除霜運転中であり、前記対象ヒートポンプが除霜運転を行う場合、通常の除霜運転を行うときに比べて、前記対象ヒートポンプの圧縮機の回転数を低下させて、前記対象ヒートポンプが除霜運転をするステップを更に備える請求項１又は２に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項４】
少なくとも１台の前記ヒートポンプがすでに除霜運転中であり、前記対象ヒートポンプが除霜運転を行う場合、すでに除霜運転中の前記ヒートポンプが除霜運転を終了するまで、前記対象ヒートポンプの除霜運転を停止させるステップを更に備える請求項１又は２に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項５】
前記複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在する場合、前記対象ヒートポンプの圧縮機の回転数は、通常の除霜運転を行うときの回転数にして、前記対象ヒートポンプが除霜運転をするステップを更に備える請求項１又は２に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項６】
前記複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在しない場合、通常の除霜運転を行うときに比べて、前記対象ヒートポンプの圧縮機の回転数を低下させて、前記対象ヒートポンプが除霜運転をするステップを更に備える請求項１又は２に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項７】
前記対象ヒートポンプ以外の通常運転している前記ヒートポンプの圧縮機の回転数は、通常モードよりも回転数を高くして、前記対象ヒートポンプ以外の前記ヒートポンプが通常運転するステップを更に備える請求項６に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項８】
前記対象ヒートポンプが除霜運転を開始する前に、除霜運転開始直前の前記対象ヒートポンプの負荷又は圧縮機回転数を取得して、除霜運転に移行することによる能力低下分を算出するステップと、
前記能力低下分を他の前記ヒートポンプが補えるように、除霜時の前記対象ヒートポンプの圧縮機の上限回転数を決定するステップと、
を更に備える請求項１から６のいずれか１項に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項９】
複数台のヒートポンプが水配管に接続され、前記ヒートポンプの水熱交換器が前記水配管を流れる水と熱交換するヒートポンプシステムであって、
少なくとも１台の前記ヒートポンプがすでに除霜運転をしているか否かを判断する運転状況判断部と、
少なくとも１台の前記ヒートポンプがすでに除霜運転をしている場合、判断対象とする対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度に基づいて、前記対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断する除霜運転開始判断部と、
を備え、
前記運転状況判断部は、前記複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在するか否かを判断し、
前記除霜運転開始判断部は、前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在するとき、前記対象ヒートポンプの前記空気熱交換器の温度と、前記第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度に基づいて、前記対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するヒートポンプシステム。
【請求項１】
複数台のヒートポンプが水配管に接続され、前記ヒートポンプの水熱交換器が前記水配管を流れる水と熱交換するヒートポンプシステムの除霜運転方法であって、
少なくとも１台の前記ヒートポンプがすでに除霜運転をしているか否かを判断するステップと、
少なくとも１台の前記ヒートポンプがすでに除霜運転をしている場合、判断対象とする対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度に基づいて、前記対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップと、
前記複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在するか否かを判断するステップと、
前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在するとき、前記対象ヒートポンプの前記空気熱交換器の温度と、前記第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度に基づいて、前記対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップと、
を備えるヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項２】
前記複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在しないとき、前記対象ヒートポンプの前記空気熱交換器の温度と、前記第２の閾値温度よりも高い第３の閾値温度に基づいて、前記対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するステップを更に備える請求項１に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項３】
少なくとも１台の前記ヒートポンプがすでに除霜運転中であり、前記対象ヒートポンプが除霜運転を行う場合、通常の除霜運転を行うときに比べて、前記対象ヒートポンプの圧縮機の回転数を低下させて、前記対象ヒートポンプが除霜運転をするステップを更に備える請求項１又は２に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項４】
少なくとも１台の前記ヒートポンプがすでに除霜運転中であり、前記対象ヒートポンプが除霜運転を行う場合、すでに除霜運転中の前記ヒートポンプが除霜運転を終了するまで、前記対象ヒートポンプの除霜運転を停止させるステップを更に備える請求項１又は２に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項５】
前記複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在する場合、前記対象ヒートポンプの圧縮機の回転数は、通常の除霜運転を行うときの回転数にして、前記対象ヒートポンプが除霜運転をするステップを更に備える請求項１又は２に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項６】
前記複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていなく、前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在しない場合、通常の除霜運転を行うときに比べて、前記対象ヒートポンプの圧縮機の回転数を低下させて、前記対象ヒートポンプが除霜運転をするステップを更に備える請求項１又は２に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項７】
前記対象ヒートポンプ以外の通常運転している前記ヒートポンプの圧縮機の回転数は、通常モードよりも回転数を高くして、前記対象ヒートポンプ以外の前記ヒートポンプが通常運転するステップを更に備える請求項６に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項８】
前記対象ヒートポンプが除霜運転を開始する前に、除霜運転開始直前の前記対象ヒートポンプの負荷又は圧縮機回転数を取得して、除霜運転に移行することによる能力低下分を算出するステップと、
前記能力低下分を他の前記ヒートポンプが補えるように、除霜時の前記対象ヒートポンプの圧縮機の上限回転数を決定するステップと、
を更に備える請求項１から６のいずれか１項に記載のヒートポンプシステムの除霜運転方法。
【請求項９】
複数台のヒートポンプが水配管に接続され、前記ヒートポンプの水熱交換器が前記水配管を流れる水と熱交換するヒートポンプシステムであって、
少なくとも１台の前記ヒートポンプがすでに除霜運転をしているか否かを判断する運転状況判断部と、
少なくとも１台の前記ヒートポンプがすでに除霜運転をしている場合、判断対象とする対象ヒートポンプの空気熱交換器の温度と第１の閾値温度に基づいて、前記対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断する除霜運転開始判断部と、
を備え、
前記運転状況判断部は、前記複数台のヒートポンプのうち１台も除霜運転をしていない場合、前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在するか否かを判断し、
前記除霜運転開始判断部は、前記対象ヒートポンプの次に除霜運転を開始する可能性がある前記ヒートポンプが存在するとき、前記対象ヒートポンプの前記空気熱交換器の温度と、前記第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度に基づいて、前記対象ヒートポンプに除霜運転を開始させるか否かを判断するヒートポンプシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１０８７３２（Ｐ２０１３−１０８７３２Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５６５００（Ｐ２０１１−２５６５００）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
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