JP2016044952A - 熱源システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ式冷凍機および吸収式冷凍機の複合熱源システムにおいて、大規模な設備改修を必要とすることなくヒートポンプ式冷凍機を最大限有効活用することができ、システム全体のＣＯＰを更に向上させることが可能な熱源システムを提供する。【解決手段】本発明にかかる熱源システムの構成は、ヒートポンプ式冷凍機１１０と、吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂと、負荷に応じてヒートポンプ式冷凍機および吸収式冷凍機を台数制御する中央監視装置１３０と、を含み、中央監視装置は、ヒートポンプ式冷凍機を最初に起動し、ベース熱源として稼働させ、負荷が増大したら、吸収式冷凍機に増段信号を送信し、吸収式冷凍機を起動させるとともに該ヒートポンプ式冷凍機にも増段信号を送信し、ヒートポンプ式冷凍機は、中央監視装置から増段信号を受信した場合には冷水出口温度設定値を下げることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式冷凍機および吸収式冷凍機を含む熱源システムに関する。

セントラル空調システム（全館空調システムや中央式空調システムとも称される）では、各所に設置された空気調和機によって空気の温度や湿度（以下、温湿度と称する）を調整し、調整された空気（以下、供給空気と称する）を、ダクトを通じて送風し、室内に設けられた吹出口を介して室内に供給する。これにより、複数の室内や広い空間の温湿度を均一に保つことができ、快適な環境を維持することができる。

上記のセントラル空調システム等の空調システムに用いられる熱源システムとしては、例えば特許文献１のように吸収式冷凍機やヒートポンプ式冷凍機を含むエネルギーシステムが知られている。特許文献１では、水冷式ヒートポンプから生成される温水を吸収式冷凍機の加熱源の温水として利用しかつ吸収式冷凍機より生成される冷水と電動式ヒートポンプ冷凍機より生成される冷水を合わせて利用側に供給することにより、エネルギーコスト削減、省エネルギーおよび二酸化炭素排出量削減を実現することが可能であるとしている。

特開２００９−２５７６８５号公報

吸収式冷凍機よりもヒートポンプ式冷凍機の方がＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）が高いことはよく知られている。そこで、比較的古く、老朽化が進んでいる吸収式冷凍機をヒートポンプ式冷凍機に置き換える需要があるが、システム全体を一新することはコスト面で難しい。そのため、複数台の吸収式冷凍機のうちの一部をヒートポンプ式冷凍機に置き換えることが検討されている。

ヒートポンプ式冷凍機および吸収式冷凍機の一方または両方が複数台設置された場合、設備側の負荷（要求熱量）に応じてそれらの台数制御を行う必要がある。このとき、吸収式冷凍機は定流量で動作するのに対し、ヒートポンプ式冷凍機は変流量で動作するため、多くの場合においてヒートポンプ式冷凍機が負荷分担を抑えることになってしまう。ヒートポンプ式冷凍機を効率的に動作させるためには、吸収式冷凍機側にバイパス制御を設けることが考えられるものの、さらに大規模な設備改修が必要となるため、コスト面において課題が生じる。

本発明は、このような課題に鑑み、ヒートポンプ式冷凍機および吸収式冷凍機の複合熱源システムにおいて、大規模な設備改修を必要とすることなくヒートポンプ式冷凍機を最大限有効活用することができ、システム全体のＣＯＰを更に向上させることが可能な熱源システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる熱源システムの代表的な構成は、１台または複数のヒートポンプ式冷凍機と、１台または複数の吸収式冷凍機と、負荷に応じてヒートポンプ式冷凍機および吸収式冷凍機を台数制御する中央監視装置と、を含み、中央監視装置は、ヒートポンプ式冷凍機を最初に起動し、ベース熱源として稼働させ、負荷が増大したら、吸収式冷凍機に増段信号を送信し、吸収式冷凍機を起動させるとともにヒートポンプ式冷凍機にも増段信号を送信し、ヒートポンプ式冷凍機は、中央監視装置から増段信号を受信した場合には冷水出口温度設定値を下げることを特徴とする。

上記構成によれば、中央監視装置からの増段信号によって吸収式冷凍機が稼働し始めると、ヒートポンプ式冷凍機は冷水出口温度設定値を下げるように変更する。これにより、ヒートポンプ式冷凍機の出入口温度差が拡大することで製造熱量が増加するため、システム全体においてヒートポンプ式冷凍機における熱量分担の比率が増大する。したがって、熱源システムにおいてヒートポンプ式冷凍機を最大限有効活用することができ、システム全体のＣＯＰを更に向上させることが可能となる。

上記中央監視装置は、負荷が減少したら、ヒートポンプ式冷凍機および吸収式冷凍機に減段信号を送信し、ヒートポンプ式冷凍機は、減段信号を受信した場合であっても、吸収式冷凍機が稼働している間は、下げた冷水出口温度設定値を維持するとよい。かかる構成によれば、負荷が減少した場合であっても、増段信号を受信した際に冷水出口温度設定値を下げることにより増加させたヒートポンプ式冷凍機の製造熱量を維持することができる。したがって、減段信号受信時においてもヒートポンプ式冷凍機を高効率で動作させることができ、システム全体のＣＯＰを好適に確保することが可能となる。

上記ヒートポンプ式冷凍機は、減段信号を受信した場合であっても、冷水入口温度が、ヒートポンプ式冷凍機だけで冷水出口温度設定値まで冷却可能な温度に下がるまでは、下げた冷水出口温度設定値を維持するとよい。減段信号を受信した際、冷水入口温度が、ヒートポンプ式冷凍機だけで冷水出口温度設定値まで冷却可能な温度まで低下していなかった場合、減段信号の受信により動作を停止した吸収式冷凍機が再度稼働してしまうことが考えられる。そこで上記構成のように、減段信号を受信した場合であっても、下げた冷水出口温度設定値を維持することにより、冷水出口温度設定値を下げたことにより増加させたヒートポンプ式冷凍機の製造熱量を維持することができる。これにより、冷水入口温度が、ヒートポンプ式冷凍機だけで冷水出口温度設定値まで下がるまでの間、吸収式冷凍機の再稼働を抑制することができ、上述した効果を更に高めることが可能である。

上記ヒートポンプ式冷凍機は、ヒートポンプ式冷凍機のみが動作している状態において冷水入口温度が所定の値を下回っている場合は、冷水出口温度設定値を上昇させるとよい。これにより、ベース熱源であるヒートポンプ式冷凍機、ひいては熱源システム全体のＣＯＰを更に向上させることが可能である。

本発明によれば、ヒートポンプ式冷凍機および吸収式冷凍機の複合熱源システムにおいて、大規模な設備改修を必要とすることなくヒートポンプ式冷凍機を最大限有効活用することができ、システム全体のＣＯＰを更に向上させることが可能な熱源システムを提供することができる。

本実施形態にかかる熱源システムを例示する図である。 本実施形態における熱源システムにおけるヒートポンプ式冷凍機の動作を説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかる熱源システム１００を例示する図である。図１に示すように、本実施形態の熱源システム１００は、１つのヒートポンプ式冷凍機１１０、２つ（複数）の吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂおよび中央監視装置１３０を含んで構成される。なお、本実施形態におけるヒートポンプ式冷凍機１１０および吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂの数は例示にすぎず、適宜変更することが可能である。また本実施形態の熱源システム１００は、３台の吸収式冷凍機のうちの１台をヒートポンプ式冷凍機に置き換えた例として考えてもよい。

ヒートポンプ式冷凍機１１０および吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂは、負荷（不図示）に供給する冷水を冷却する。中央監視装置は、ヒートポンプ式冷凍機１１０および吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂに接続されていて、負荷における要求熱量に応じてヒートポンプ式冷凍機１１０および吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂを台数制御する。

中央監視装置１３０は、負荷へ冷水を供給する冷水往経路１０２ａに設けられた第１センサ１０４ａ、および負荷からの冷水が戻ってくる冷水還経路１０２ｂに設けられた第２センサ１０４ｂと接続されていて、負荷に送られる冷水の温度（以下、冷水往温度と称する）、負荷から戻ってくる冷水の温度（以下、冷水還温度と称する）、およびそれらの流量を監視している。そして、中央監視装置１３０は、冷水往温度と冷水還温度の差分（温度差）、および流量から、負荷における要求熱量を算出する。

本実施形態の熱源システム１００では、吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂよりもＣＯＰが高いヒートポンプ式冷凍機１１０をベース熱源とする。すなわち、ヒートポンプ式冷凍機１１０のみで負荷（要求熱量）が賄える軽負荷時には、吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂを動作させず、ヒートポンプ式冷凍機１１０のみを動作させる。

負荷が所定の閾値よりも増大したら、すなわち負荷がヒートポンプ式冷凍機１１０のみで賄えなくなったら、中央監視装置１３０は、ヒートポンプ式冷凍機１１０および吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂに増段信号を送信する。これにより、ヒートポンプ式冷凍機１１０に加えて、吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂの一方または両方が動作し始める。

図２は、本実施形態における熱源システム１００におけるヒートポンプ式冷凍機１１０の動作を説明するフローチャートである。特に、図２（ａ）は、増段信号を受信した際のヒートポンプ式冷凍機１１０の動作を示していて、図２（ｂ）は、減段信号を受信した際のヒートポンプ式冷凍機１１０の動作を示している。

本実施形態の熱源システム１００の特徴として、図２（ａ）に示すように、ヒートポンプ式冷凍機１１０は、中央監視装置１３０からの増段信号を受信したら（ステップＳ２０２）、冷水出口温度設定値を低下させる（ステップＳ２０４）。これにより、ヒートポンプ式冷凍機１１０における製造熱量が増加する。したがって、増段信号により吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂが動作し始めた場合であっても、熱源システム１００全体におけるヒートポンプ式冷凍機１１０の熱量分担の比率低下を抑制することができる。その結果、熱源システム１００においてヒートポンプ式冷凍機１１０を最大限有効活用することができ、熱源システム１００全体のＣＯＰを更に向上可能となる。

増段信号を送信後、中央監視装置１３０は、冷水往温度と冷水還温度の差分（温度差）、および流量、ひいては負荷における要求熱量を監視する。さらに負荷が増大した場合には３台目の吸収式冷凍機１２０ｂを稼働させるために、ふたたび増段信号を送信する。この場合もヒートポンプ式冷凍機１１０は増段信号を受信するが、すでに冷水出口温度設定値を低下させているため、それ以上低下させることはしない。

そして、中央監視装置１３０は、負荷が所定の閾値よりも減少したら、ヒートポンプ式冷凍機１１０および吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂに減段信号を送信する。図２（ｂ）に示すように、ヒートポンプ式冷凍機１１０は、中央監視装置１３０からの減段信号を受信したら（ステップＳ２１２）、吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂが動作中であるか否かを判断する（ステップＳ２１４）。この判断では、例えば、中央監視装置１３０が吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂの稼働状態や段数を減段信号に付加してヒートポンプ式冷凍機１１０に送信してもよいし、減段信号を受信したヒートポンプ式冷凍機１１０と中央監視装置１３０との間で、吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂの稼働状態についての情報を送受信し、ヒートポンプ式冷凍機１１０がそれを参照することにより吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂの稼働状態を判断することとしてもよい。

吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂのうち一方または両方が動作中であった場合（ステップＳ２１４のＹＥＳ）、ヒートポンプ式冷凍機１１０は、ステップＳ２０４（図２（ａ）参照）において低下させた冷水出口温度設定値を維持して動作する（ステップＳ２１６）。すなわち、ヒートポンプ式冷凍機１１０は、減段信号を受信した場合であっても、吸収式冷凍機が稼働している間（増段した状態である間）は、下げた冷水出口温度設定値を維持する。これにより、ステップＳ２０４において冷水出口温度設定値を下げることにより増加させたヒートポンプ式冷凍機１１０の製造熱量が維持される。したがって、減段信号受信時、すなわち負荷が減少した場合であっても、ヒートポンプ式冷凍機１１０を高効率で動作させることができ、システム全体のＣＯＰを好適に確保することができる。その後、１１０は、ステップＳ２１４以降の動作を繰り返す。

一方、吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂが動作中ではない場合、すなわち減段信号によって吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂが停止し、ヒートポンプ式冷凍機１１０のみが動作中である場合（ステップＳ２１４のＮＯ）、ヒートポンプ式冷凍機１１０は、冷水入口温度が、かかるヒートポンプ式冷凍機１１０だけで冷水出口温度設定値まで冷却可能な温度（以下、冷却可能温度と称する）に達しているか否か（冷却可能温度以下であるか否か）を判断する（ステップＳ２１８）。そして、冷水入口温度が冷却可能温度に達していたら、ヒートポンプ式冷凍機１１０は、ステップＳ２０４において低下させた冷水出口温度設定値を、低下させる前の温度すなわち初期値に戻す（ステップＳ２２０）。

冷水入口温度が冷却可能温度に達していない場合（ステップＳ２１８のＮＯ）、ヒートポンプ式冷凍機１１０は、ステップＳ２０４（図２（ａ）参照）において低下させた冷水出口温度設定値を維持して動作する（ステップＳ２１６）。すなわちヒートポンプ式冷凍機１１０は、減段信号を受信した場合であっても、冷水入口温度が、ヒートポンプ式冷凍機１１０だけで冷水出口温度設定値まで冷却可能な温度に下がるまでは、ステップＳ２０４において下げた冷水出口温度設定値を維持する。

具体例を挙げて説明する。各冷凍機の冷凍能力を１００ＲＴであるとし、通常の冷水往温度が７℃であるとし、冷水還温度は５℃差の１２℃までを許容するものとする。負荷が１００ＲＴを超えると中央監視装置１３０から増段信号が送信される。するとヒートポンプ式冷凍機１１０は冷水出口温度設定値を５℃まで低下させ、自身の熱量分担を高くする。増段させた状態で負荷が１００ＲＴ以下に下がったら、中央監視装置１３０から減段信号が送信される。ヒートポンプ式冷凍機１１０は、すべての吸収式冷凍機１２０ａ、１２０ｂが動作を停止していなければ、冷水出口温度設定値を５℃に維持する。また、すべての吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂが動作を停止していれば、ヒートポンプ式冷凍機１１０のみで負荷を賄えることになるので、冷水出口温度設定値を初期値の７℃に戻す。

上記構成によれば、減段信号を受信した場合であっても、ステップＳ２０４において冷水出口温度設定値を低下させたことにより増加させたヒートポンプ式冷凍機１１０の製造熱量が維持される。したがって、減段信号を受信した際において、冷水入口温度が冷却可能温度まで低下していなかった場合、低下させた出口設定温度を維持することで、吸収式冷凍機１２０ａ・１２０ｂの再稼働を抑制することができ、ヒートポンプ式冷凍機１１０の有効活用、ひいては更なるシステム全体のＣＯＰの向上を図ることができる。

また本実施形態では、ヒートポンプ式冷凍機１１０の出口設置温度を低下させる場合を例示したが、冷水出口温度設定値は上昇させることも可能である。例えば、ヒートポンプ式冷凍機１１０のみが動作している状態において冷水還温度が所定の値を下回っている場合に、かかるヒートポンプ式冷凍機１１０の出口設置温度を上昇させてもよい。これにより、ベース熱源であるヒートポンプ式冷凍機１１０、ひいては熱源システム１００全体のＣＯＰを更に向上させることが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ヒートポンプ式冷凍機および吸収式冷凍機を含む熱源システムに利用可能である。

１００…熱源システム、１０２ａ…冷水往経路、１０２ｂ…冷水還経路、１０４ａ…第１センサ、１０４ｂ…第２センサ、１１０…ヒートポンプ式冷凍機、１２０ａ…吸収式冷凍機、１２０ｂ…吸収式冷凍機、１３０…中央監視装置

Claims (4)

1. １台または複数のヒートポンプ式冷凍機と、
   １台または複数の吸収式冷凍機と、
   負荷に応じて前記ヒートポンプ式冷凍機および前記吸収式冷凍機を台数制御する中央監視装置と、
   を含み、
   前記中央監視装置は、前記ヒートポンプ式冷凍機を最初に起動し、ベース熱源として稼働させ、前記負荷が増大したら、前記吸収式冷凍機に増段信号を送信し、該吸収式冷凍機を起動させるとともに該ヒートポンプ式冷凍機にも増段信号を送信し、
   前記ヒートポンプ式冷凍機は、前記中央監視装置から増段信号を受信した場合には冷水出口温度設定値を下げることを特徴とする熱源システム。
2. 前記中央監視装置は、前記負荷が減少したら、前記ヒートポンプ式冷凍機および吸収式冷凍機に減段信号を送信し、
   前記ヒートポンプ式冷凍機は、前記減段信号を受信した場合であっても、前記吸収式冷凍機が稼働している間は、前記下げた冷水出口温度設定値を維持することを特徴とする請求項１に記載の熱源システム。
3. 前記ヒートポンプ式冷凍機は、前記減段信号を受信した場合であっても、冷水入口温度が、該ヒートポンプ式冷凍機だけで冷水出口温度設定値まで冷却可能な温度に下がるまでは、前記下げた冷水出口温度設定値を維持することを特徴とする請求項１または２に記載の熱源システム。
4. 前記ヒートポンプ式冷凍機は、該ヒートポンプ式冷凍機のみが動作している状態において冷水入口温度が所定の値を下回っている場合は、冷水出口温度設定値を上昇させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱源システム。

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