JP6723450B2 - 熱源システム - Google Patents

Description

本発明は、冷媒回路を循環する冷媒が水を冷却および加熱することで冷水および温水を生成する熱源システムに関する。

水を冷却および加熱して冷水および温水を製造する空冷式ヒートポンプチラーには、熱源機側にポンプが設けられた単式ポンプシステムと、熱源機側だけでなく、往水ヘッダ管にもポンプが設けられた複式ポンプシステムがある。

複式ポンプシステムの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１には、運転する熱源機の台数を決定する方法の一例として、往水ヘッダから負荷に供給する水の流量と負荷から還水ヘッダに戻る水の流量とを計測し、これらの流量の差に応じて増減する方法が記載されている。また、特許文献１には、往水１次ヘッダに圧力センサを設け、圧力センサの測定値を用いて、熱源機の台数制御を行うことが開示されている。さらに、特許文献１には、往水側と還水側との水圧差の調節するために、往水１次ヘッダに設けられた圧力センサの測定値を用いて、バイパス弁の開度を制御することが開示されている。

特開２０１１−１５３８０９号公報

特許文献１に開示された熱源制御システムでは、システムを設置する際に、往水１次ヘッダに圧力センサを現地で取り付ける工事が必要になる。その結果、作業者が圧力センサを往水１次ヘッダに取り付けるための作業スペースが必要になるだけでなく、圧力センサの取り付け作業の分だけシステムの設置費用が高くなってしまう。この問題は、圧力センサの代わりに、負荷に供給する水の流量計と負荷から還水ヘッダに戻る水の流量計とを取り付ける場合にも、起こり得る。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、システムの設置費用を抑制し、往水側と還水側との水圧差を微調節できる熱源システムを提供するものである。

本発明に係る熱源システムは、それぞれが水熱交換器を含む冷媒回路を有する複数の熱源機と、負荷および複数の前記水熱交換器と水配管で接続され、該複数の水熱交換器から流入する水を合流して該負荷に供給する往水ヘッダ管と、前記負荷および前記複数の水熱交換器と水配管で接続され、該負荷から流入する水を該複数の水熱交換器に分流する還水ヘッダ管と、前記複数の水熱交換器と前記還水ヘッダ管とを接続する水配管に設けられ、前記複数の水熱交換器に水を送り出す複数のポンプと、前記往水ヘッダ管と前記還水ヘッダ管とを接続するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられたバイパス弁と、前記往水ヘッダ管から前記負荷に供給される水の圧力と該負荷から前記還水ヘッダ管に戻る水の圧力との水圧差を測定する差圧計と、前記複数の熱源機および前記複数のポンプを制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、複数の前記冷媒回路が生成する熱量と必要な熱量とから、前記複数の熱源機のうち、運転する熱源機の台数を決定する台数制御手段と、前記台数制御手段が決定した熱源機に接続される前記ポンプの運転周波数が定格周波数の最低周波数であるか否かを判定し、判定の結果、前記ポンプの運転周波数が前記最低周波数でない場合、前記ポンプの運転周波数を維持し、前記水圧差が目標範囲に入るように、前記バイパス弁の開度を制御する水圧制御手段と、を有するものである。

本発明によれば、往水側と還水側との水圧差の調節手段として、ポンプの運転周波数およびバイパス弁の開度のうち、いずれかを選択できるだけでなく、運転する熱源機の台数が必要な熱量から決定されるため、余分なセンサを設ける必要がない。その結果、システムの設置費用を抑制し、往水側と還水側との水圧差を微調節できる。

本発明の実施の形態１にかかる熱源システムの一構成例を示す模式図である。 図１に示した熱源システムの一構成例を示す回路図である。 図２に示した複数の熱源機に設けられた各制御装置の一構成例を示す図である。 図２に示した複数の熱源機のうちの１つの熱源機に設けられた制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 図４に示した制御装置が設けられた熱源機とは別の熱源機に設けられた制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１における熱源システムの動作手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２にかかる熱源システムの一構成例を示す回路図である。 本発明の実施の形態２における熱源システムの動作手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３にかかる熱源システムの一構成例を示す回路図である。 本発明の実施の形態４にかかる熱源システムの一構成例を示す回路図である。

実施の形態１．
本実施の形態１の熱源システムの構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる熱源システムの一構成例を示す模式図である。本実施の形態１では、熱源機側にポンプが設けられた単式ポンプシステムの場合で説明する。

図１に示す熱源システム１００は、冷凍サイクル装置１と、往水ヘッダ管２２と、還水ヘッダ管２０と、タンク３３とを有する。冷凍サイクル装置１は、空冷式ヒートポンプチラーの一例である。冷凍サイクル装置１は、複数の熱源機１０ａ〜１０ｃを有する。熱源機１０ａ〜１０ｃのそれぞれは往水ヘッダ管２２および還水ヘッダ管２０を介して負荷と接続されている。

熱源機１０ａ〜１０ｃのそれぞれは、水配管５５ａ〜５５ｃのそれぞれを介して、往水ヘッダ管２２と接続されている。また、熱源機１０ａ〜１０ｃのそれぞれは、水配管５４ａ〜５４ｃを介しで、還水ヘッダ管２０と接続されている。水配管５４ａには、水を還水ヘッダ管２３から熱源機１０ａに送り出すポンプ２１ａが設けられている。水配管５４ｂには、水を還水ヘッダ管２３から熱源機１０ｂに送り出すポンプ２１ｂが設けられている。水配管５４ｃには、水を還水ヘッダ管２３から熱源機１０ｃに送り出すポンプ２１ｃが設けられている。

還水ヘッダ管２０は、熱源機１０ａ〜１０ｃと接続される還水ヘッダ管２３と、負荷と接続される還水ヘッダ管２５とを有する。還水ヘッダ管２３および還水ヘッダ管２５は水配管５１で接続されている。還水ヘッダ管２３には、水を溜めるタンク３３が水配管５３を介して接続されている。タンク３３は開放型タンクである。往水ヘッダ管２２は、水配管５５ａ〜５５ｃから流入する水を合流して負荷に供給する。還水ヘッダ管２３は、負荷から流入する水を水配管５４ａ〜５４ｃに分流する。

負荷は、図１に示す構成例では、２台のファンコイルユニット６０である。ファンコイルユニット６０は、往水ヘッダ管２２と還水ヘッダ管２５とを接続する水配管５２に設けられている。ファンコイルユニット６０は、熱交換器６１、ファン６２および開閉弁６３を有する。開閉弁６３は２方弁である。往水ヘッダ管２２から水配管５２を介してファンコイルユニット６０に流入した水は、熱交換器６１において空気との間で熱交換を行った後、水配管５２を介して還水ヘッダ管２５に戻る。

還水ヘッダ管２３と往水ヘッダ管２２とはバイパス配管３１で接続されている。バイパス配管３１には、還水ヘッダ管２３の水圧と往水ヘッダ管２２の水圧との差圧を調整するバイパス弁３２が設けられている。バイパス弁３２は、開状態と閉状態とを有する。開状態の場合、バイパス弁３２は、最大開度と最小開度の範囲で、開度の大きさを変えることができる。還水ヘッダ管２３および往水ヘッダ管２２の間には、バイパス配管３１と並列に差圧計３４が設けられている。差圧計３４は、往水ヘッダ管２２から負荷に供給される水と負荷から還水ヘッダ管２０に戻る水との水圧差を測定する。

なお、本実施の形態１では、冷凍サイクル装置１が３台の熱源機１０ａ〜１０ｃを有する場合で説明するが、熱源機の台数は２台以上であればよく、３台に限らない。また、本実施の形態１では、負荷がファンコイルユニット６０の場合で説明するが、負荷はファンコイルユニット６０に限らない。負荷はエアハンドリングユニットであってもよい。負荷の数は２つの場合に限らない。ポンプ２１ａ〜２１ｃは、水配管を循環する水が流れる方向を基準として、熱源機１０ａ〜１０ｃの下流側に設けられていればよく、ポンプ２１ａ〜２１ｃの位置は図１に示す場合に限らない。ポンプ２１ａ〜２１ｃのそれぞれは熱源機１０ａ〜１０ｃのそれぞれに設けられていてもよい。

さらに、図１では、差圧計３４は、還水ヘッダ管２３と往水ヘッダ管２２との間に設けられているが、差圧計３４の位置は図１に示す場合に限らない。差圧計３４が往水ヘッダ管２２から負荷に供給される水と負荷から還水ヘッダ管２０に戻る水との水圧差を計測できる位置であれば、差圧計３４の位置は、図１に示した位置でなくてもよい。図１は、還水ヘッダ管２０が還水ヘッダ管２３および２５を有する場合の構成を示しているが、還水ヘッダ管２５が設けられていなくてもよい。

次に、図１に示した熱源機１０ａ〜１０ｃの構成を詳しく説明する。図２は、図１に示した熱源システムの一構成例を示す回路図である。図２は、図１に示したポンプ２１ａ〜２１ｃのそれぞれが熱源機１０ａ〜１０ｃのそれぞれに設けられている場合を示す。熱源機１０ａ〜１０ｃは同様な構成のため、ここでは、主に熱源機１０ａの構成を詳細に説明し、熱源機１０ｂおよび１０ｃの説明を省略する。

熱源機１０ａは、圧縮機１１と、四方弁１６と、空気熱交換器１２と、ファン１３と、膨張弁１４と、水熱交換器１５と、制御装置１７ａとを有する。冷媒回路１８は、圧縮機１１、四方弁１６、空気熱交換器１２、および膨張弁１４を有する。水熱交換器１５は冷媒回路１８と接続されている。四方弁１６に設けられた４つの接続口のうち、２つの接続口の一方が圧縮機１１の吸入口に接続され、他方が圧縮機１１の吐出口に接続されている。残りの２つの接続口のうち、一方の接続口が空気熱交換器１２、膨張弁１４および水熱交換器１５を介して、他方の接続口に接続されている。

圧縮機１１は、吸入する冷媒を圧縮して吐出する。空気熱交換器１２は、空気と冷媒との間で熱交換を行う。四方弁１６は、冷媒の流路を切り替える。ファン１３は、外気を空気熱交換器１２に供給する。膨張弁１４は、冷媒の圧力を調節し、冷媒を膨張させる。水熱交換器１５は、還水ヘッダ管２３から供給される水を冷媒との間で熱交換した後に往水ヘッダ管２２に送出する。

水熱交換器１５には、水配管５５ａおよび５４ａが接続されている。水熱交換器１５は、水配管５４ａを介してポンプ２１ａと接続されている。ポンプ２１ａには、運転周波数を制御するインバータ回路２４ａが設けられている。ポンプ２１ａは、運転周波数が定格周波数の範囲で運転する。以下では、定格周波数の範囲において、最大値を最大周波数と称し、最小値を最低周波数と称する。水熱交換器１５の水の出口側の水配管５５ａに、水圧を測定する出口圧力センサ４１ａと、水の温度を測定する温度センサ４３ａとが設けられている。水熱交換器１５の水の入口側の水配管５４ａに、水圧を測定する入口圧力センサ４２ａが設けられている。

図３は、図２に示した複数の熱源機に設けられた各制御装置の一構成例を示す図である。図３に示すように、制御装置１７ａ〜１７ｃは、プログラムを記憶するメモリ７１と、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）７２とを有する。

図４は、図２に示した複数の熱源機のうちの１つの熱源機に設けられた制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図４は、熱源機１０ａに設けられた制御装置１７ａの構成例を示す機能ブロック図である。

制御装置１７ａは、圧縮機１１、四方弁１６、膨張弁１４およびファン１３と信号線で接続されている。また、制御装置１７ａは、出口圧力センサ４１ａ、入口圧力センサ４２ａ、温度センサ４３ａ、バイパス弁３２、差圧計３４およびインバータ回路２４ａと、信号線を介して接続されている。制御装置１７ａは、熱源機１０ｂに設けられた制御装置１７ｂおよび熱源機１０ｃに設けられた制御装置１７ｃと信号線で接続されている。

制御装置１７ａは、冷凍サイクル手段７３ａと、水圧制御手段７４ａと、台数制御手段７５とを有する。ＣＰＵ７２がプログラムにしたがって処理を実行することで、冷凍サイクル手段７３ａ、水圧制御手段７４ａおよび台数制御手段７５が制御装置１７ａに構成される。制御装置１７ａのメモリ７１は、還水ヘッダ管２３と往水ヘッダ管２２との水圧差の目標範囲の情報を記憶している。目標範囲は、水圧差に関して、決められた目標値を基準として、許容される範囲である。メモリ７１は、水熱交換器１５の前後の水圧差と、ポンプ２１ａの流量および運転周波数との関係を示す情報を記憶している。

制御装置１７ａは、冷房運転および暖房運転のうち、いずれかの運転状態の指示が入力されると、運転状態の情報を制御装置１７ｂおよび１７ｃに送信する。制御装置１７ａは、圧縮機１１の運転周波数の情報を制御装置１７ｂおよび１７ｃから受信する。制御装置１７ａは、温度センサ４３ｂおよび４３ｃの測定値を制御装置１７ｂおよび１７ｃから、一定の周期で受信する。制御装置１７ａは、出口圧力センサ４１ｂおよび４１ｃの測定値と、入口圧力センサ４２ｂおよび４２ｃの測定値とを制御装置１７ｂおよび１７ｃから、一定間毎に受信する。

台数制御手段７５は、熱源機１０ａ〜１０ｃの各圧縮機１１の運転周波数から、熱源機１０ａ〜１０ｃの各冷媒回路１８が生成する熱量を推算する。台数制御手段７５は、推算した熱量と負荷に必要な熱量とから、熱源機１０ａ〜１０ｃのうち、運転対象の熱源機の台数を決定する。また、台数制御手段７５は、温度センサ４３ａ〜４３ｃ、出口圧力センサ４１ａ〜４１ｃおよび入口圧力センサ４２ａ〜４２ｃの各センサの測定値から、運転対象の熱源機に接続されたポンプに必要な流量を算出する。そして、台数制御手段７５は、運転対象の熱源機に設けられた制御装置に対して、熱源機の運転指示と、ポンプの運転指示およびポンプの目標流量の情報とを含む運転指示情報を送信する。

冷凍サイクル手段７３ａは、冷媒回路１８における冷凍サイクルを制御する。冷凍サイクル手段７３ａは、台数制御手段７５から運転の指示を受け付けると、冷房運転および暖房運転を含む運転状態に対応して、四方弁１６の流路を切り替える。冷凍サイクル手段７３ａは、温度センサ４３ａが測定する水温が目標温度に一致するように、圧縮機１１およびファン１３の運転周波数と、膨張弁１４の開度とを制御する。

水圧制御手段７４ａは、台数制御手段７５からポンプ２１ａの運転の指示を受け付けると、出口圧力センサ４１ａおよび入口圧力センサ４２ａの測定値から水圧差を求める。水圧制御手段７４ａは、求めた水圧差から流量を算出し、算出した流量が目標流量になるように、インバータ回路２４ａを介してポンプ２１ａの運転周波数を制御する。

また、水圧制御手段７４ａは、差圧計３４から取得する水圧差が目標範囲に入るように、運転対象の熱源機に接続されるポンプの運転周波数とバイパス弁３２の開度とを制御する。水圧制御手段７４ａは、バイパス配管３１の水圧制御を行う際、運転中のポンプの運転周波数が最低周波数であるか否かを判定する。判定の結果、ポンプの運転周波数が最低周波数でない場合、水圧制御手段７４ａは、バイパス弁３２の開度を制御して、バイパス配管３１の水圧差を微調節する。判定の結果、ポンプの運転周波数が最低周波数である場合、水圧制御手段７４ａは、バイパス弁３２の開度が最小開度であるか否かを判定する。

ポンプの運転周波数が最低周波数であり、かつバイパス弁３２の開度が最小開度である場合、水圧制御手段７４ａは、ポンプの運転周波数を制御して、バイパス配管３１の水圧差を微調節する。一方、ポンプの運転周波数が最低周波数であるが、バイパス弁３２の開度が最小開度でない場合、水圧制御手段７４ａは、バイパス弁３２の開度を制御して、バイパス配管３１の水圧差を微調節する。

続いて、制御装置１７ｂおよび制御装置１７ｃの構成を説明する。図５は、図４に示した制御装置が設けられた熱源機とは別の熱源機に設けられた制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。制御装置１７ｂおよび１７ｃは同様な構成であるため、ここでは、制御装置１７ｂの構成を説明する。

制御装置１７ｂは、圧縮機１１、四方弁１６、膨張弁１４およびファン１３と信号線で接続されている。また、制御装置１７ａは、出口圧力センサ４１ｂ、入口圧力センサ４２ｂ、温度センサ４３ｂおよびインバータ回路２４ｂと、信号線を介して接続されている。制御装置１７ｂは、制御装置１７ａおよび１７ｃと信号線で接続されている。

制御装置１７ｂは、冷凍サイクル手段７３ｂと、水圧制御手段７４ｂとを有する。ＣＰＵ７２がプログラムにしたがって処理を実行することで、冷凍サイクル手段７３ｂおよび水圧制御手段７４ｂが制御装置１７ｂに構成される。制御装置１７ｂのメモリ７１は、水熱交換器１５の前後の水圧差と、ポンプ２１ｂの流量および運転周波数との関係を示す情報を記憶している。制御装置１７ｂは、温度センサ４３ｂの測定値を制御装置１７ａに、一定の周期で送信する。制御装置１７ｂは、出口圧力センサ４１ｂおよび入口圧力センサ４２ｂの測定値を制御装置１７ａに、一定の周期で送信する。制御装置１７ｂは、圧縮機１１の運転周波数の情報を制御装置１７ａに送信する。

冷凍サイクル手段７３ｂは、熱源機１０ｂの運転指示を制御装置１７ａから受け付けると、冷凍サイクル手段７３ａと同様に、冷媒回路１８の冷凍サイクルを制御する。水圧制御手段７４ｂは、制御装置１７ａからポンプ２１ｂの運転の指示を受け付けると、出口圧力センサ４１ｂおよび入口圧力センサ４２ｂの測定値から水圧差を求める。水圧制御手段７４ｂは、求めた水圧差から流量を算出し、算出した流量が目標流量になるように、インバータ回路２４ｂを介してポンプ２１ｂの運転周波数を制御する。

なお、本実施の形態１では、熱源機１０ａ〜１０ｃのそれぞれに制御装置１７ａ〜１７ｃのそれぞれが設けられている場合で説明したが、制御装置が１台であってもよい。この場合、制御装置１７ａは、制御装置１７ｂおよび１７ｃの機能を備えていてもよい。

次に、本実施の形態１の熱源システム１００の動作を説明する。図６は、本発明の実施の形態１における熱源システムの動作手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、制御装置１７ａは、熱源機１０ａ〜１０ｃのうち、運転する熱源機の台数を、負荷に必要な熱量を基に決定する。具体的には、制御装置１７ａは、熱源機１０ａ〜１０ｃの各冷媒回路１８が生成できる熱量を各圧縮機１１の運転周波数から推算する。そして、制御装置１７ａは、推算した熱量と負荷に必要な熱量とから、熱源機１０ａ〜１０ｃのうち、運転する熱源機の台数を決定する。そして、制御装置１７ａは、ポンプ２１ａ〜２１ｃのうち、運転する熱源機に接続されたポンプを運転させる。

以下では、運転対象の熱源機が熱源機１０ａである場合で説明する。制御装置１７ａは、温度センサ４３ａの測定値が目標温度になるように、圧縮機１１の運転周波数を制御する。制御装置１７ａは、熱源機の運転台数を決定した後、温度センサ４３ａから取得する測定値を基に、推算した熱量が負荷に必要な熱量に満たないと判断した場合、熱源機の運転台数を増やしてもよい。

次に、制御装置１７ａは、次のようにして、ポンプ２１ａの運転周波数が最低周波数か否かを判定する（ステップＳ１０２）。制御装置１７ａは、出口圧力センサ４１ａおよび入口圧力センサ４２ａの測定値から水圧差を算出し、算出した水圧差から熱源機１０ａ単体の水流量を算出する。続いて、制御装置１７ａは、算出した水流量が熱源機１０ａの流量範囲の下限値であるか否かを判定する。水流量が熱源機１０ａの流量範囲の下限値である場合、制御装置１７ａは、ポンプ２１ａの運転周波数が最低周波数であると判定する。

また、制御装置１７ａは、ポンプ２１ａの特性を基に、水流量が熱源機１０ａの流量範囲の下限値であるか否かを判定してもよい。判定の結果、水流量が熱源機１０ａの流量範囲の下限値である場合、制御装置１７ａは、ポンプ２１ａの周波数が最低周波数であると判定する。この場合、制御装置１７ａのメモリ７１は、熱源機１０ａ〜１０ｃの各水熱交換器１５に流れる水の流量範囲と、ポンプ２１ａ〜２１ｃの特性とを記憶している。

ここで、ステップＳ１０２において、制御装置１７ａが、ポンプ２１ａの運転周波数が最低周波数か否かを判定する理由を説明する。ポンプ２１ａの運転周波数が最低周波数である場合、負荷に供給される水の流量が少ない状態と考えられる。この場合、バイパス配管３１の水圧差を微調節する際、往水側の水圧と還水側の水圧とのバランスが大きく乱れないようにする必要がある。ステップＳ１０２において、制御装置１７ａは、判定の結果、往水側と還水側との水圧差を微調節する手段として、ポンプ２１ａの運転周波数およびバイパス弁３２の開度のうち、いずれかを選択する。

ステップＳ１０２の判定の結果、ポンプ２１ａの運転周波数が最低周波数である場合、制御装置１７ａは、バイパス弁３２の開度が最小開度であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３の判定の結果、バイパス弁３２の開度が最小開度である場合、制御装置１７ａは、バイパス弁３２の開度を最小開度に維持し、差圧計３４の値が目標範囲に入るようにポンプ２１ａの周波数を制御する（ステップＳ１０４）。

バイパス弁３２の開度が最小開度であり、かつポンプ２１ａの運転周波数が最低周波数である場合に、制御装置１７ａがポンプ２１ａの運転周波数を用いて、バイパス配管３１の水圧差を微調節する理由を説明する。往水側と還水側との水圧差に対して、バイパス弁３２の開度は、ポンプの運転周波数と比べて、感度が大きい。バイパス弁３２の開度が最小開度であり、かつポンプ２１ａの運転周波数が最低周波数である場合、往水側の水圧と還水側の水圧とのバランスがほとんど保たれた状態になっていると考えられる。この状態では、できるだけバランスを乱さないようにするために、水圧差の調節手段として、バイパス弁３２の開度よりも感度の小さい、ポンプ２１ａの運転周波数が選択される。

一方、ステップＳ１０２の判定の結果、ポンプ２１ａの運転周波数が最低周波数でない場合、制御装置１７ａは、ポンプ２１ａの運転周波数を維持し、差圧計３４の値が目標範囲に入るようにバイパス弁３２を制御する（ステップＳ１０６）。ポンプ２１ａの運転周波数が最低周波数でない場合、負荷に供給される水の流量が少ない状態ではないと考えられる。ある程度の流量が確保された状態では、制御装置１７ａが、往水側と還水側との水圧差に対して感度の大きいバイパス弁３２の開度を制御することで、水圧差をよりスムーズに調節できる。ステップＳ１０６で、制御装置１７ａが往水側と還水側との水圧差をポンプの運転周波数で調節すると、ポンプの運転周波数が増加してしまう場合がある。この場合、負荷に流れる水の流量が増えてしまうことになる。ステップＳ１０６において、水圧差の調節手段として、バイパス弁３２の開度が選択されることで、ポンプの運転周波数の増加が抑制され、消費電力が増えてしまうことを抑制できる。

また、ステップＳ１０３の判定の結果、バイパス弁３２の開度が最小開度でない場合、制御装置１７ａは、ポンプ２１ａの運転周波数を最低周波数に維持し、差圧計３４の値が目標範囲に入るようにバイパス弁３２の開度を制御する（ステップＳ１０５）。ポンプの運転周波数が最低周波数の場合、負荷に供給される水の流量が少ない状態であり、制御装置１７ａがバイパス弁３２の開度を調節すると、往水側と還水側との水圧差が大きく変化してしまうことが考えられる。しかし、制御装置１７ａがポンプの運転周波数を制御しようとしても、水の流量を下げることはできない。これに対して、バイパス弁３２の開度が最小開度に至っていないので、バイパス弁３２の開度を微調節できる余地がある。そのため、ステップＳ１０５では、往水側と還水側との水圧差の調節手段として、水圧差を下げる方に微調節する余地があるバイパス弁３２が選択される。

本実施の形態１の熱源システム１００は、熱源機１０ａ〜１０ｃが生成する熱量と必要な熱量とから必要な熱源機の台数を決定し、運転する熱源機に接続されるポンプの運転周波数が定格周波数の最低周波数であるか否かを判定する。そして、熱源システム１００は、判定の結果、往水側と還水側との水圧差が目標範囲に入るように、ポンプの運転周波数およびバイパス弁３２の開度のうち、いずれか一方を制御する。

本実施の形態１によれば、運転する熱源機の台数が必要な熱量から決定されるため、余分なセンサを設ける必要がない。そのため、熱源システム１００の設置時に、作業者が圧力センサまたは流量計を取り付ける工事が不要となり、その作業のための作業スペースも不要となる。また、圧力センサまたは流量計の取り付け作業の分だけ設置費用を削減できるだけでなく、設置工事を短縮化できる。その結果、システムの設置費用を抑制できる。また、本実施の形態１によれば、ポンプの運転周波数が最低周波数であるか否かの判定の結果にしたがって、往水側と還水側との水圧差の調節手段として、ポンプの運転周波数およびバイパス弁３２の開度のうち、いずれかが選択される。その結果、往水側と還水側との水圧差の微調節を行うことができる。

バイパス配管３１の水圧差の調節を、ポンプの運転周波数を一定にして、バイパス弁３２の開度の制御だけで行うことも考えられる。この場合、バイパス弁３２の開度を調節しただけで、往水側と還水側の水圧のバランスが大きく乱れてしまう場合がある。

これに対して、本実施の形態１の熱源システム１００は、ポンプの運転周波数が最低周波数でない場合、ポンプの運転周波数を維持し、往水側と還水側との水圧差が目標範囲に入るように、バイパス弁３２の開度を制御する。ある程度の流量が確保された状態では、熱源システム１００が、往水側と還水側との水圧差に対して感度の大きいバイパス弁３２の開度を制御することで、水圧差をよりスムーズに調節できる。また、水圧差の調節手段として、バイパス弁３２の開度が選択されることで、ポンプの運転周波数の増加が抑制され、消費電力が増えてしまうことを抑制できる。

また、ポンプの運転周波数が最低周波数であり、かつバイパス弁３２の開度が最小開度である場合、熱源システム１００は、往水側と還水側との水圧差が目標範囲に入るように、ポンプの運転周波数を制御する。この場合、往水側の水圧と還水側の水圧とのバランスがほとんど保たれた状態が維持され、できるだけバランスを乱さないようにすることができる。

さらに、ポンプの運転周波数が最低周波数であるが、バイパス弁３２の開度が最小開度でない場合、熱源システム１００は、ポンプの運転周波数を最低周波数に維持し、往水側と還水側との水圧差が目標範囲に入るようにバイパス弁３２の開度を制御する。この場合、バイパス弁３２の開度が最小開度に至っていないので、バイパス弁３２の開度を微調節できる余地がある。そのため、往水側と還水側との水圧差の調節手段として、水圧差を下げる方に微調節する余地のあるバイパス弁３２を選択することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２は、負荷に接続された水配管にフロースイッチが設けられたものである。

本実施の形態２の熱源システムの構成を説明する。図７は、本発明の実施の形態２にかかる熱源システムの一構成例を示す回路図である。本実施の形態２では、実施の形態１と同様な構成についての詳細な説明を省略する。

図７に示すように、本実施の形態２の熱源システム１００ａには、図２に示した構成と比べると、還水ヘッダ管２３に接続された水配管５２にフロースイッチ３５が設けられている。フロースイッチ３５は、制御装置１７ａと信号線で接続されている。フロースイッチ３５は、水配管５２に水が流れているか否かを示す検知信号を出力する。水配管５２に水が流れている場合、フロースイッチ３５は、オフ信号の検知信号を制御装置１７ａに出力する。水配管５２に水が流れていない場合、フロースイッチ３５は、オン信号の検知信号を制御装置１７ａに出力する。

制御装置１７ａがフロースイッチ３５からオン信号を受信した場合、台数制御手段７５は、熱源機１０ａ〜１０ｃの圧縮機１１の運転を停止する。そして、台数制御手段７５は、ポンプ２１ａ〜２１ｃのうち、１台のポンプを運転して他のポンプを停止させる。その際、台数制御手段７５は、運転対象のポンプの運転周波数を最低周波数に設定してもよい。また、制御装置１７ａがフロースイッチ３５からオン信号を受信した場合、水圧制御手段７４ａは、差圧計３４が測定する水圧差が目標範囲に入るようにバイパス弁３２の開度を制御する。

次に、本実施の形態２の熱源システム１００ａの動作を説明する。図８は、本発明の実施の形態２における熱源システムの動作手順を示すフローチャートである。図８に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０６は図６を参照して説明した処理と同様なため、その詳細な説明を省略する。

制御装置１７ａは、フロースイッチ３５から取得する検知信号がオン状態かオフ状態かを一定の周期で判定する（ステップＳ２０１）。判定の結果、検知信号がオフ状態である場合、制御装置１７ａはステップＳ１０１に進む。一方、ステップＳ２０１の判定の結果、検知信号がオン状態である場合、制御装置１７ａは、熱源機１０ａ〜１０ｃの圧縮機１１の運転を停止し、ポンプ２１ａ〜２１ｃのうち、１台のポンプを運転して他のポンプを停止させる（ステップＳ２０２）。続いて、制御装置１７ａは、運転している１台のポンプの運転周波数を最低周波数に設定する。また、制御装置１７ａは、差圧計３４が測定する水圧差が目標範囲に入るようにバイパス弁３２の開度を制御する（ステップＳ２０３）。

本実施の形態２の熱源システム１００ａは、実施の形態１で説明した構成において、負荷に水が流れていない場合、熱源機１０ａ〜１０ｃを停止し、１台にポンプを運転して、水配管を介して負荷と熱源機１０ａ〜１０ｃとの間に水を循環させるものである。本実施の形態２によれば、負荷側に水が流れなくなると、熱源機１０ａ〜１０ｃの各圧縮機１１が停止するため、消費電力が抑制される。

実施の形態３．
本実施の形態３は、差圧計３４が設けられる位置が実施の形態１の場合と異なるものである。

本実施の形態３の熱源システムの構成を説明する。図９は、本発明の実施の形態３にかかる熱源システムの一構成例を示す回路図である。本実施の形態３では、実施の形態１と同様な構成についての詳細な説明を省略する。

図９に示すように、本実施の形態３の熱源システム１００ｂでは、図１に示した構成と比べると、複数のファンコイルユニット６０ａおよび６０ｂのうち、熱源機１０ａ〜１０ｃから最も距離が離れたファンコイルユニット６０ｂに差圧計３４が設けられている。図９に示す構成例では、ファンコイルユニット６０ｂおよびファンコイルユニット６０ａと熱源機１０ａ〜１０ｃとの間の距離を比較すると、ファンコイルユニット６０ｂの距離の方がファンコイルユニット６０ａの距離よりも大きい。

差圧計３４は、ファンコイルユニット６０ｂに並列に接続されている。差圧計３４は、熱交換器６１の往水ヘッダ管２２側と開閉弁６３の還水ヘッダ管２３側との水圧差を測定する。

なお、本実施の形態３の熱源システム１００ｂの動作は、実施の形態１において図６を参照して説明した動作と同様になるため、その詳細な説明を省略する。

複数の負荷のうち、熱源機１０ａ〜１０ｃから最も距離が遠い負荷では、他の負荷に比べて、供給される水の流れが遅くなる。そのため、熱源機１０ａ〜１０ｃから最も距離が遠い負荷において、往水ヘッダ側と還水ヘッダ側との水圧差が最も小さくなる。本実施の形態３の熱源システム１００ｂは、複数の負荷のうち、熱源機１０ａ〜１０ｃから最も距離が遠い負荷に差圧計３４が設けられている。そして、熱源システム１００ｂは、差圧計３４の測定値が目標範囲に入るように、往水側と還水側との水圧差を調節する。そのため、熱源機１０ａ〜１０ｃから最も距離が遠い負荷において、往水側と還水側との水圧差が目標範囲に入り、十分な流量の水が供給される。さらに、熱源機１０ａ〜１０ｃからの距離が最も遠い負荷よりも近い負荷にも、十分な流量の水が供給されることになる。

実施の形態４．
本実施の形態４は、実施の形態２と実施の形態３とを組み合わせたものである。

本実施の形態４の熱源システムの構成を説明する。図１０は、本発明の実施の形態４にかかる熱源システムの一構成例を示す回路図である。本実施の形態４では、実施の形態１〜３と同様な構成についての詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、本実施の形態４の熱源システム１００ｃでは、図２に示した構成と比べると、還水ヘッダ管２３に接続された水配管５２にフロースイッチ３５が設けられている。また、本実施の形態４の熱源システム１００ｃでは、図１に示した構成と比べると、複数のファンコイルユニット６０ａおよび６０ｂのうち、熱源機１０ａ〜１０ｃから最も距離が離れたファンコイルユニット６０ｂに差圧計３４が設けられている。

なお、本実施の形態４の熱源システム１００ｃの動作は、実施の形態２において図８を参照して説明した動作と同様になるため、その詳細な説明を省略する。

本実施の形態４の熱源システム１００ｃは、熱源機１０ａ〜１０ｃから最も距離が遠い負荷に差圧計３４が設けられ、負荷側に水が流れない場合、熱源機１０ａ〜１０ｃを停止し、１台にポンプを運転して水を循環させるものである。本実施の形態４によれば、実施の形態１と同様な効果だけでなく、実施の形態２および３のそれぞれの効果を得ることができる。

１ 冷凍サイクル装置、１０ａ〜１０ｃ 熱源機、１１ 圧縮機、１２ 空気熱交換器、１３ ファン、１４ 膨張弁、１５ 水熱交換器、１６ 四方弁、１７ａ〜１７ｃ 制御装置、１８ 冷媒回路、２０ 還水ヘッダ管、２１ａ〜２１ｃ ポンプ、２２ 往水ヘッダ管、２３ 還水ヘッダ管、２４ａ〜２４ｃ インバータ回路、２５ 還水ヘッダ管、３１ バイパス配管、３２ バイパス弁、３３ タンク、３４ 差圧計、３５ フロースイッチ、４１ａ〜４１ｃ 出口圧力センサ、４２ａ〜４２ｃ 入口圧力センサ、４３ａ〜４３ｃ 温度センサ、５１〜５３、５４ａ〜５４ｃ、５５ａ〜５５ｃ 水配管、６０、６０ａ、６０ｂ ファンコイルユニット、６１ 熱交換器、６２ ファン、６３ 開閉弁、７１ メモリ、７２ ＣＰＵ、７３ａ、７３ｂ 冷凍サイクル手段、７４ａ、７４ｂ 水圧制御手段、７５ 台数制御手段、１００、１００ａ〜１００ｃ 熱源システム。

Claims (4)

1. それぞれが水熱交換器を含む冷媒回路を有する複数の熱源機と、
   負荷および複数の前記水熱交換器と水配管で接続され、該複数の水熱交換器から流入する水を合流して該負荷に供給する往水ヘッダ管と、
   前記負荷および前記複数の水熱交換器と水配管で接続され、該負荷から流入する水を該複数の水熱交換器に分流する還水ヘッダ管と、
   前記複数の水熱交換器と前記還水ヘッダ管とを接続する水配管に設けられ、前記複数の水熱交換器に水を送り出す複数のポンプと、
   前記往水ヘッダ管と前記還水ヘッダ管とを接続するバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設けられたバイパス弁と、
   前記往水ヘッダ管から前記負荷に供給される水の圧力と該負荷から前記還水ヘッダ管に戻る水の圧力との水圧差を測定する差圧計と、
   前記複数の熱源機および前記複数のポンプを制御する制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、
   複数の前記冷媒回路が生成する熱量と必要な熱量とから、前記複数の熱源機のうち、運転する熱源機の台数を決定する台数制御手段と、
   前記台数制御手段が決定した熱源機に接続される前記ポンプの運転周波数が定格周波数の最低周波数であるか否かを判定し、判定の結果、前記ポンプの運転周波数が前記最低周波数でない場合、前記ポンプの運転周波数を維持し、前記水圧差が目標範囲に入るように、前記バイパス弁の開度を制御する水圧制御手段と、を有する、熱源システム。
2. 前記水圧制御手段は、
   前記判定の結果、前記ポンプの運転周波数が前記最低周波数である場合、前記バイパス弁の開度が最小開度であるか否かを判定し、該バイパス弁の開度が最小開度である場合、前記ポンプの運転周波数を制御し、該バイパス弁の開度が最小開度でない場合、該バイパス弁の開度を制御する、請求項１に記載の熱源システム。
3. 前記制御装置は、前記負荷に水が流れているか否かを示す検知信号を出力するフロースイッチと接続され、
   前記検知信号が前記負荷に水が流れていないことを示している場合、
   前記台数制御手段は、前記複数の熱源機の運転を停止し、前記複数のポンプのうち、１台のポンプを運転して他のポンプを停止し、
   前記水圧制御手段は、前記水圧差が前記目標範囲に入るように前記バイパス弁の開度を制御する、請求項１または２に記載の熱源システム。
4. 前記往水ヘッダ管および前記還水ヘッダ管に複数の前記負荷が並列に接続され、
   前記差圧計は、
   前記複数の負荷のうち、前記複数の熱源機から最も遠い距離にある負荷と並列に接続されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱源システム。

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