特許 6117078 熱源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6117078

(24)【登録日】2017年3月31日

(45)【発行日】2017年4月19日

(54)【発明の名称】熱源システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 7/00 20060101AFI20170410BHJP

   F24F 11/02 20060101ALI20170410BHJP

   F24F 3/00 20060101ALI20170410BHJP

   F25B 27/00 20060101ALI20170410BHJP

   F25B 27/02 20060101ALI20170410BHJP

   F25B 30/06 20060101ALI20170410BHJP

【ＦＩ】

   F25B7/00 D

   F24F11/02 H

   F24F3/00 B

   F25B27/00 P

   F25B27/00 H

   F25B27/02 R

   F25B30/06 T

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-219554(P2013-219554)

(22)【出願日】2013年10月22日

(65)【公開番号】特開2015-81719(P2015-81719A)

(43)【公開日】2015年4月27日

【審査請求日】2015年3月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】390037154

【氏名又は名称】大和ハウス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001586

【氏名又は名称】特許業務法人アイミー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】園田 峯三

【審査官】 鈴木 充

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２５０５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１１６２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３６６３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８８０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１８１３９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２９２３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２５７２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２９６０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３１７１０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ ７／００

Ｆ２５Ｂ ２７／００、２７／０２

Ｆ２５Ｂ ３０／０６

Ｆ２４Ｆ ３／００

Ｆ２４Ｆ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主熱源機器と、
前記主熱源機器の熱媒体と熱交換する副熱源機器と、
前記副熱源機器のオフ動作中において、前記副熱源機器をオン動作させる時のＣＯＰが前記副熱源機器のオフ動作中のＣＯＰよりも高い場合に、前記副熱源機器をオン動作させるように制御する制御部とを備え、
前記副熱源機器の熱源として、地下水熱、地中熱、太陽熱、及び排熱の少なくとも１つを用い、
外部環境及び負荷が変動した時のデータを有する記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記記憶部から前記データを読み出して、前記副熱源機器のオン動作中において、ＣＯＰが最大になるように前記主熱源機器及び前記副熱源機器の少なくとも一方の動作条件を制御する、熱源システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記副熱源機器のオン動作中において、前記副熱源機器をオフ動作させる時のＣＯＰが前記副熱源機器のオン動作中のＣＯＰよりも高い場合に、前記副熱源機器をオフ動作させるように制御する、請求項１に記載の熱源システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記副熱源機器のオン動作中において、ＣＯＰが最大になるように前記主熱源機器及び前記副熱源機器の少なくとも一方の動作条件を制御する、請求項１または２に記載の熱源システム。

【請求項4】

前記主熱源機器及び前記副熱源機器は、ヒートポンプ式である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

熱源機器は、空調、給湯などに用いられており、空調、給湯などの効率や性能の向上が求められている。このような技術として、特開２００９−２８７８８０号公報（特許文献１）、特開２０１１−２３７１６２号公報（特許文献２）、特開２０１２−２０７８９４号公報（特許文献３）などが挙げられる。

【0003】

特許文献１には、室外熱交換器に水を散布するノズルと、このノズルに水を供給する水配管とを有する散水装置を備えた空調機用散水装置が開示されている。また、特許文献１には、夏期の冷房運転時に外気温が高く冷房負荷の大きい場合などには、散水装置から供給された水を室外熱交換器に散布することが開示されている。

【0004】

特開２０１１−２３７１６２号公報（特許文献２）には、室外機側の四方切換弁と室外空気熱交換器とを接続する冷媒配管に、この冷媒配管側を流れる冷媒と、水、ブライン等の熱媒体とを熱交換させる冷媒／熱媒体熱交換器が設けられた空気熱源ヒートポンプエアコンが開示されている。また、特許文献２には、外気温を監視し、その検出温度に応じて、冷媒／熱媒体熱交換器に対する熱媒体の供給、停止あるいは流通量の制御を行うこと、及び、熱媒体の温度を監視しながら、その検出温度に応じて、冷媒／熱媒体熱交換器に流通させる熱媒体の流量を増減することが開示されている。

【0005】

特開２０１２−２０７８９４号公報（特許文献３）には、タンク内に蓄えられた給湯用水と、浴槽内の浴槽水とを熱交換する風呂熱回収用熱交換器と、風呂熱をタンク内に回収する運転を制御する制御装置とを備え、運転を実施する場合の使用電力量よりも運転を実施しない場合の使用電力量が小さい場合には運転を実施しない、給湯システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００９−２８７８８０号公報

【特許文献2】特開２０１１−２３７１６２号公報

【特許文献3】特開２０１２−２０７８９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記特許文献１では、外気温度が高く冷房負荷の大きい時に、空調機用散水装置を用いて室外熱交換器に水を散布することは開示されているものの、水の散布は外気温度、負荷の変化などの種々の外的要因に追従してない。このため、上記特許文献１の空調機用散水装置を用いたシステムの効率は、十分ではない。

【0008】

上記特許文献２の空気熱源ヒートポンプエアコンにおいて、外気温及び熱媒体の温度に応じた制御をすることは開示されているものの、他の外的要因に追従した制御をしていない。このため、上記特許文献２の空気熱源ヒートポンプエアコンの効率は、十分ではない。

【0009】

上記特許文献３の給湯システムにおいて、使用電力量に応じた制御をすることは開示されているものの、他の外的要因に追従した制御をしていない。このため、上記特許文献３の給湯システムの効率は、十分ではない。

【0010】

本発明は、上記問題点に鑑み、外的要因による効率の低下を抑制する熱源システムを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の熱源システムは、主熱源機器と、この主熱源機器の熱媒体と熱交換する副熱源機器と、制御部とを備えている。制御部は、副熱源機器のオフ動作中において、副熱源機器をオン動作させる時のＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）が副熱源機器のオフ動作中のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器をオン動作させるように制御する。

【0012】

本発明の熱源システムにおいて好ましくは、制御部は、副熱源機器のオン動作中において、副熱源機器をオフ動作させる時のＣＯＰが副熱源機器のオン動作中のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器をオフ動作させるように制御する。

【0013】

本発明の熱源システムにおいて好ましくは、副熱源機器の熱源として、未利用エネルギーを用いる。

【0014】

本発明の熱源システムにおいて好ましくは、未利用エネルギーとして、地下水熱、地中熱、太陽熱、及び排熱の少なくとも１つを用いる。

【0015】

本発明の熱源システムにおいて好ましくは、制御部は、副熱源機器のオン動作中において、ＣＯＰが最大になるように主熱源機器及び副熱源機器の少なくとも一方の動作条件を制御する。

【0016】

本発明の熱源システムにおいて好ましくは、主熱源機器及び副熱源機器は、ヒートポンプ式である。

【発明の効果】

【0017】

本発明の熱源システムによれば、外的要因による効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施の形態１における熱源システムの模式図である。

【図2】本発明の実施の形態１における熱源システムの機能構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施の形態１における熱源システムの制御方法を示すフローチャートであり、（Ａ）は、副熱源機器のオン動作及びオフ動作の制御方法を示すフローチャートであり、（Ｂ）は、ＣＯＰを最大にする制御方法を示すフローチャートである。

【図4】本発明の実施の形態１における熱源システムを構成する制御部で読み出されるデータである。

【図5】本発明の実施の形態２における熱源システムの模式図である。

【図6】本発明の実施の形態３における熱源システムの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。

【0020】

（実施の形態１）
図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態の熱源システムについて説明する。本発明の実施の形態１における熱源システム１は、図１及び図２に示すように、館内２に冷温水１７を供給する主熱源機器１０と、この主熱源機器１０の冷媒１６と熱交換する副熱源機器２０と、制御部３１を含む制御装置３０とを備えている。主熱源機器１０及び副熱源機器２０は、ヒートポンプ式である。

【0021】

図１に示すように、主熱源機器１０は、例えば空冷式チラーであり、吸気部１１と、第１熱交換器１２と、第２熱交換器１３と、第３熱交換器１４と、温度センサ１０１〜１０４と、流量センサ１０５、１１１と、消費電力センサ１１２とを含んでいる。

【0022】

吸気部１１は、外部から空気を吸引する。第１熱交換器１２は、吸気部１１から吸引した空気と、副熱源機器２０から供給される冷温水２７とを熱交換する。なお、冷温水２７が供給されない状態では、第１熱交換器１２は、吸気部１１から吸引した空気を第２熱交換器１３へ供給するための流路となる。第２熱交換器１３は、空気１５と冷媒１６とを熱交換する。冷媒１６は特に限定されず、例えば代替フロンなどである。第３熱交換器１４は、冷媒１６と、館内に供給される冷温水１７とを熱交換する。

【0023】

温度センサ１０１は、吸気部１１の外部側に設けられ、外部の空気（外気）の温度、つまり、第１熱交換器１２に供給される空気の温度を測定する。温度センサ１０２は、第３熱交換器１４における冷温水１７の出口と、館内２における冷温水１７の入口とを接続する配管に設けられ、館内２に供給される冷温水１７の温度を測定する。温度センサ１０３は、館内２における冷温水１７の出口と、第３熱交換器１４における冷温水１７の入口とを接続する配管に設けられ、館内２で熱伝達をした冷温水の温度を測定する。温度センサ１０４は、第１熱交換器１２における空気の出口と、第２熱交換器１３とを接続する配管に設けられ、第１熱交換器１２から排出される空気１５の温度を測定する。

【0024】

流量センサ１０５は、第３熱交換器１４における冷温水１７の出口と、館内２における冷温水１７の入口とを接続する配管に設けられ、館内２に供給される冷温水１７の流量を測定する。流量センサ１１１は、吸気部１１と、第２熱交換器１３における空気の入口とを接続する配管に設けられ、吸引される空気の流量を測定する。消費電力センサ１１２は、主熱源機器１０のブレーカーに設けられ、主熱源機器１０で消費される電力量を測定する。

【0025】

副熱源機器２０は、例えば水冷式チラーであり、熱源供給部２１と、第４熱交換器２３と、第５熱交換器２４と、温度センサ１０６〜１０８と、流量センサ１０９、１１０と、消費電力センサ１１３とを含んでいる。

【0026】

熱源供給部２１は、第４熱交換器２３に熱源２５を供給する。熱源２５は、特に限定されず、例えば化石燃料などを用いてもよいが、未利用エネルギーを用いることが好ましい。未利用エネルギーとは、利用することを目的とされずに生成されるエネルギーであり、エネルギーを作った段階での余ったエネルギーを含み、例えば、地下水熱、地中熱、太陽熱、生活排水の熱、中・下水の熱、河川水・海水の熱、雪氷熱、工場の排熱、高圧地中送電線の排熱、変電所の排熱、地下鉄、地下街などの冷暖房排熱、コージェネレーションで発生する余剰熱、エネファームで発電と一緒に作った熱の余剰熱、エネファームの余剰電力で作られた熱、発電システムで発生する高圧の余剰蒸気圧などが挙げられ、地下水熱、地中熱、太陽熱、及び排熱であることが好ましい。本実施の形態では、熱源２５として地下水熱を用い、熱源供給部２１は、地下水を第４熱交換器２３に供給する供給部である。

【0027】

第４熱交換器２３は、熱源２５と、冷媒２６とを熱交換する。冷媒２６は特に限定されず、例えば代替フロンなどである。第５熱交換器２４は、冷媒２６と、第１熱交換器１２に供給される冷温水２７とを熱交換する。

【0028】

温度センサ１０６は、熱源供給部２１と、第４熱交換器２３における熱源２５の入口とを接続する配管に設けられ、第４熱交換器２３に供給される熱源２５の温度を測定する。温度センサ１０７は、第１熱交換器１２における冷温水２７の出口と第５熱交換器２４における冷温水２７の入口とを接続する配管に設けられ、第１熱交換器１２で熱伝達をした冷温水２７の温度を測定する。温度センサ１０８は、第５熱交換器２４における冷温水２７の出口と、第１熱交換器１２における冷温水２７の入口とを接続する配管に設けられ、第１熱交換器１２に供給される冷温水２７の温度を測定する。

【0029】

流量センサ１０９は、第５熱交換器２４における冷温水２７の出口と、第１熱交換器１２における冷温水２７の入口とを接続する配管に設けられ、第１熱交換器１２に供給される冷温水２７の流量を測定する。流量センサ１１０は、熱源供給部２１と、第４熱交換器２３における熱源２５の入口とを接続する配管に設けられ、熱源２５の流量を測定する。消費電力センサ１１３は、副熱源機器２０のブレーカーに設けられ、副熱源機器２０で消費される電力量を測定する。

【0030】

図２に示すように、制御装置３０は、各種演算及び処理を行う制御部３１と、各種データ及びプログラムを記憶する記憶部３２とを含んでいる。

【0031】

制御部３１は、副熱源機器２０のオフ動作中において、副熱源機器２０をオン動作させる時のＣＯＰが副熱源機器２０のオフ動作中のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器２０をオン動作させるように制御する。つまり、制御部３１は、副熱源機器２０がオフ動作中であって、副熱源機器２０をオン動作させる時のＣＯＰと、副熱源機器２０がオフ状態のＣＯＰとをそれぞれ算出し、副熱源機器２０をオン動作させる時のＣＯＰが、副熱源機器２０のオフ状態のＣＯＰよりも高いと判断した場合には、副熱源機器２０をオン動作させるように制御する。制御部３１は、副熱源機器２０のオン動作中及びオフ動作中のいずれにおいても、副熱源機器２０のオン状態のＣＯＰが副熱源機器２０のオフ状態のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器２０がオン状態になるように制御することが好ましい。つまり、制御部３１は、副熱源機器２０のオフ動作中に、副熱源機器２０をオン動作させる時のＣＯＰが副熱源機器２０のオフ動作中のＣＯＰよりも高いと判断された場合には、副熱源機器２０をオン動作させ、かつ、副熱源機器２０のオン動作中に、副熱源機器２０のオン動作中のＣＯＰが副熱源機器２０をオフ動作させる時のＣＯＰよりも高いと判断された場合には、副熱源機器２０のオン状態を維持することが好ましい。

【0032】

また、制御部３１は、副熱源機器２０のオン動作中において、副熱源機器２０をオフ動作させる時のＣＯＰが副熱源機器２０のオン動作中のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器２０をオフ動作するように制御する。つまり、制御部３１は、副熱源機器２０がオン動作中であって、副熱源機器２０のオン動作中のＣＯＰと、副熱源機器２０をオフ動作させる時のＣＯＰとをそれぞれ算出し、副熱源機器２０をオフ動作させる時のＣＯＰが、副熱源機器２０のオン動作中のＣＯＰよりも高いと判断した場合には、副熱源機器２０をオフ動作させるように制御する。制御部３１は、副熱源機器２０のオン動作中及びオフ動作中のいずれにおいても、副熱源機器２０のオフ状態のＣＯＰが副熱源機器２０のオン状態のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器２０がオフ状態になるように制御することが好ましい。つまり、制御部３１は、副熱源機器２０のオン動作中に、副熱源機器２０をオフ動作させる時のＣＯＰが副熱源機器２０のオン状態のＣＯＰよりも高いと判断された場合には、副熱源機器２０をオフ動作させ、かつ、副熱源機器２０のオフ動作中に、副熱源機器２０のオフ動作中のＣＯＰが副熱源機器２０をオン動作させる時のＣＯＰよりも高いと判断された場合には、副熱源機器２０のオフ状態を維持することが好ましい。

【0033】

また、制御部３１は、副熱源機器２０の動作中において、熱源システム１のＣＯＰが最大になるように主熱源機器１０及び副熱源機器２０の動作条件を制御することが好ましく、熱源システム１のＣＯＰが最大になるように副熱源機器２０の動作条件を制御することがより好ましい。主熱源機器１０の動作条件とは、例えば、吸気部１１から吸引する空気の流量などである。副熱源システムの動作条件とは、例えば、第４熱交換器２３に供給する熱源２５の流量などである。

【0034】

このような制御部３１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置により実現される。

【0035】

ここで、「オン動作中」とは、動作している状態、つまりオン状態であることを意味する。「オフ動作中」とは、動作していない状態、つまり、オフ状態であることを意味する。「オン動作」とは、オフ状態からオン状態に動作させることを意味する。「オフ動作」とは、オン状態からオフ状態に動作させることを意味する。

【0036】

記憶部３２は、後述の副熱源機器２０のオン動作及びオフ動作の制御を実現するためのプログラム、及び、副熱源機器２０の動作中にＣＯＰが最大になる条件に制御するためのプログラムが予め記憶されている。記憶部３２は、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性記憶装置により実現される。

【0037】

続いて、制御装置３０の制御部３１において実行される熱源システム１の制御方法について説明する。図３に示される制御は、予めプログラムとして記憶部３２に格納されており、制御部３１が当該プログラムを読み出して実行することにより実現される。なお、開始時には、主熱源機器１０はオン動作中で、副熱源機器２０はオフ動作中とする。

【0038】

また、主熱源機器１０は、冷房運転中とし、例えば、温度センサ１０１で測定される外気の温度を４５℃とし、温度センサ１０６で測定される熱源２５としての地下水の温度を２５℃とし、温度センサ１０２で測定される館内２に供給する冷水の温度（冷水出口温度、設定温度）を７℃とする。温度センサ１０１で測定される外気の温度が４５℃で、負荷（温度センサ１０３で測定される冷温水１７の温度）が一定で、流量センサ１１１で測定される空気の流量が一定で、流量センサ１１０で測定される熱源２５の流量（地下水の供給量）が一定である場合、例えば、図４に示すデータが記憶部３２に記憶されている。

【0039】

始めに、図３（Ａ）を主に参照して、副熱源機器２０のオン動作及びオフ動作の制御について説明する。

【0040】

まず、図３に示すように、主熱源機器１０の実測ＣＯＰを求める（ステップＳ１）。このステップＳ１では、制御部３１によって、主熱源機器１０の温度センサ１０２、１０３及び流量センサ１０５で検知された値から冷却能力を演算し、この冷却能力を、消費電力センサで検知された消費電力量で割ることで、主熱源機器１０のＣＯＰを演算する。冷水出口温度が７℃で、外気の温度が４５℃である本実施の形態の場合、図４を参照して、主熱源機器１０のＣＯＰは２．８６（＝冷却能力６９．５ｋＷ／消費電力２４．３ｋＷ）とする。

【0041】

次に、副熱源機器２０をオン動作させる時の想定総合ＣＯＰを求める（ステップＳ２）。このステップＳ２では、制御部３１によって、以下の演算をする。図４に示すように、主熱源機器１０の４５℃からの空気の低下温度を−１５℃（温度センサ１０４で測定される第１熱交換器１２出口の空気温度が３０℃）とする場合、副熱源機器２０の温度センサ１０８で測定される冷水出口温度は７℃であり、地下水温度が２５℃であれば、副熱源機器２０の冷却能力は２１．７ｋＷで、消費電力は１１．３ｋＷである。主熱源機器１０の４５℃からの空気の低下温度が−１５℃、すなわち温度センサ１０４で測定される吸込み空気温度を３０℃にする場合、図４から主熱源機器１０の冷却能力は８３．５ｋＷで、消費電力は１７．９ｋＷになる。したがって、想定される総合ＣＯＰは、３．６１（＝（８３．５＋２１．７）／（１７．９＋１１．３））となる。

【0042】

次に、制御部３１によって、総合ＣＯＰが、主熱源機器１０のＣＯＰ（副熱源機器２０のオフ動作中のＣＯＰ）よりも高いかを判断する（ステップＳ３）。このステップＳ３では、総合ＣＯＰに安全率を乗じた値が主熱源機器１０のＣＯＰよりも高いかを判断することが好ましい。安全率は、例えば０．８〜１である。

【0043】

ステップＳ３においてＮｏ（総合ＣＯＰ≦主熱源機器１０のＣＯＰ、好ましくは総合ＣＯＰ×安全率≦主熱源機器１０のＣＯＰ）と判断された場合には、副熱源機器２０をオフ状態のままにして、ステップＳ１に戻す。ステップＳ１に戻した後は、上記と同様に、主熱源機器１０のＣＯＰを求める（ステップＳ１）。主熱源機器１０のＣＯＰを求める頻度は特に限定されないが、例えば、１分毎に演算される。

【0044】

一方、ステップＳ３においてＹｅｓ（総合ＣＯＰ＞主熱源機器１０のＣＯＰ、好ましくは総合ＣＯＰ×安全率＞主熱源機器１０のＣＯＰ）と判断された場合には、副熱源機器２０をオン動作する（ステップＳ４）。

【0045】

本実施の形態では、主熱源機器１０のＣＯＰは２．８６で、下記の表１における条件１で副熱源機器２０をオン動作させた時の総合ＣＯＰは３．６１であるので、安全率を０．８以上とした場合であっても、副熱源機器２０をオン動作させた時のＣＯＰは副熱源機器２０がオフ状態の時のＣＯＰよりも高くなる。このため、本実施の形態では、制御部３１によって、副熱源機器２０をオン動作すると判定する。副熱源機器２０のオン動作は、例えば、制御部３１がオン動作させる信号をメインコントローラに送り、メインコントローラによって、熱源２５を流動させるポンプ、冷媒２６を流動させるポンプ、及び冷温水２７を流動させるポンプなどの各機器を駆動させる（副熱源機器２０の駆動部を駆動する）ことで実現される。

【0046】

なお、上述したステップＳ１〜Ｓ４の具体例について、下記の表１に記載する。

【0047】

【表1】

【0048】

次に、副熱源機器２０の動作中において、主熱源機器１０及び副熱源機器２０に設けられたセンサにより検知された値から、実測総合ＣＯＰを求める（ステップＳ５）。このステップＳ５では、主熱源機器１０の実測ＣＯＰをさらに求める。具体的には、このステップＳ５では、制御部３１によって、以下の演算をする。主熱源機器１０の温度センサ１０２、１０３及び流量センサ１０５で検知された値から冷却能力を演算し、この冷却能力を、消費電力センサ１１２で検知された消費電力量で割ることで、主熱源機器１０のＣＯＰを演算する。副熱源機器２０の温度センサ１０７、１０８及び流量センサ１０９で検知された値から冷却能力を演算し、この冷却能力を、消費電力センサ１１３で検知された消費電力量で割ることで、副熱源機器２０のＣＯＰを演算する。そして、（主熱源機器１０の冷却能力＋副熱源機器２０の冷却能力）／（主熱源機器１０の消費電力＋副熱源機器２０の消費電力）の式から、実測総合ＣＯＰを演算する。

【0049】

次に、制御部３１によって、ステップＳ５で求めた実測総合ＣＯＰが、主熱源機器１０のＣＯＰよりも高いかを判断する（ステップＳ６）。このステップＳ６では、ステップＳ５で求めた実測総合ＣＯＰと、ステップＳ５で求めた主熱源機器１０の実測ＣＯＰとを比較して、副熱源機器２０によって総合ＣＯＰが向上しているかを判断する。

【0050】

ステップＳ６においてＮｏ（実測総合ＣＯＰ≦主熱源機器１０のＣＯＰ）と判断された場合には、制御部３１により副熱源機器２０をオフ動作させる指示を出して、ステップＳ１に戻す。副熱源機器２０のオフ動作は、例えば、制御部３１がオフ動作させる信号をメインコントローラに送り、メインコントローラによって、熱源２５を流動させるポンプ、冷媒２６を流動させるポンプ、及び冷温水２７を流動させるポンプなどの各機器を停止させる（副熱源機器２０の停止部を停止する）ことで実現される。ステップＳ１に戻した後は、同様に、主熱源機器１０のＣＯＰを求める（ステップＳ１）。主熱源機器１０のＣＯＰを求める頻度は特に限定されないが、例えば、１分毎に演算される。

【0051】

一方、ステップＳ６においてＹｅｓ（実測総合ＣＯＰ＞主熱源機器１０のＣＯＰ）と判断された場合には、副熱源機器２０のオン状態を維持する（ステップＳ７）。

【0052】

次に、制御部３１によって、主熱源機器１０及び副熱源機器２０に設けられた各種センサにより検知された値から、主熱源機器１０及び副熱源機器２０のＣＯＰを求める（ステップＳ８）。このステップＳ８は、上述したステップＳ５と同様の演算が制御部３１で行われる。主熱源機器１０及び副熱源機器２０のＣＯＰを求める頻度は特に限定されないが、例えば、１分毎に演算される。

【0053】

次に、ステップＳ５に戻って、制御部３１によって、ステップＳ８で測定した値に基づいて実測総合ＣＯＰを求め、この実測総合ＣＯＰが、主熱源機器１０のＣＯＰよりも高いかを判断する（ステップＳ６）。

【0054】

以上の制御方法により、制御部３１によって、外気温などの外的要因に応じて、副熱源機器２０をオン動作及びオフ動作させるタイミングを制御して、熱源システム１の効率の低下を抑制する。

【0055】

続いて、主に図３（Ｂ）を参照して、副熱源機器２０のオン動作中においてＣＯＰを最大にする制御方法について説明する。

【0056】

ステップＳ７において副熱源機器２０がオン状態を継続すると判断されると、制御部３１によって、総合ＣＯＰが最大になる副熱源機器２０の動作条件を求める（ステップＳ１１）。図４から、地下水温度が２５℃の場合に、総合ＣＯＰが最大になる条件は、主熱源機器１０の空気を−２０℃低下させる、すなわち第１熱交換器１２に供給する空気の温度を２５℃（＝４５℃−２０℃）にし、冷水出口温度を５℃にする動作条件であることがわかる。なお、この動作条件は、上記表１における条件２に記載している。

【0057】

次に、制御部３１によって、主熱源機器１０及び副熱源機器２０の少なくとも一方の動作条件を変更する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１で制御部３１が判断した条件に、主熱源機器１０及び副熱源機器２０の少なくとも一方の動作条件を変更する。本実施の形態では、冷水出口温度を５℃に低下させるために、例えば、副熱源機器２０において第４熱交換器２３に供給する地下水の流量を増加させることなどが挙げられる。地下水の流量は、例えば、第４熱交換器２３に熱源２５を供給する熱源供給部２１のバルブの開度で調整する。

【0058】

次に、主熱源機器１０及び副熱源機器２０に設けられた各種センサにより検知された値から、実測総合ＣＯＰを求める（ステップＳ１３）。このステップＳ１３では、上述したステップＳ５と同様の演算を制御部３１で行う。

【0059】

次に、制御部３１によって、ステップＳ１３で求めた実測総合ＣＯＰが、ステップＳ１２で動作条件を変更する前の総合ＣＯＰよりも高い、または同じであるかを判断する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４においてＹｅｓ（実測総合ＣＯＰ≧変更前の総合ＣＯＰ）と判断された場合には、変更後の動作条件を維持し、かつ副熱源機器２０はオン状態を維持する（ステップＳ１５）。一方、ステップＳ１４においてＮｏ（実測総合ＣＯＰ＜変更前の総合ＣＯＰ）と判断された場合には、副熱源機器２０の動作条件を変更前（ステップＳ１２）に戻す。

【0060】

以上の制御方法により、制御部３１によって、外的要因に応じて、ＣＯＰが最大になるように主熱源機器１０及び副熱源機器２０の少なくとも一方の動作条件を制御して、熱源システム１の効率の低下をより抑制する。

【0061】

なお、本実施の形態の制御方法は、主熱源機器１０の冷房運転を例に挙げて説明したが、暖房運転にも適用できる。

【0062】

ここで、本実施の形態では、副熱源機器２０のオン状態のＣＯＰが、副熱源機器２０のオフ状態のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器２０をオン動作させるように制御するステップＳ３において、副熱源機器２０をオン動作させる（ステップＳＳ４）とき、ＣＯＰが最大になる条件（ステップＳ１１で決定される条件）で副熱源機器２０をオン動作させてもよい。つまり、本実施の形態で説明した例においては、制御部３１によって、ステップＳ４において、表１における条件２の動作条件で副熱源機器２０をオン動作させてもよい。

【0063】

また、図４では、温度センサ１０１で測定される外気の温度が４５℃で、かつ温度センサ１０２で測定される冷水の温度が７℃である場合を基準とした総合ＣＯＰのデータを示したが、記憶部３２は、種々の外気の温度及び冷水の温度に応じて、図４に対応するデータが記憶されている。このため、制御部３１によって、種々の外気の温度及び冷水の温度に応じて、副熱源機器２０のオン及びオフ動作を制御できると共に、及び副熱源機器２０のオン動作中にＣＯＰが最大になる条件に制御することができる。

【0064】

また、記憶部３２は、負荷（温度センサ１０３で測定される冷温水１７の温度）が変動した時のデータ、流量センサ１１１で測定される空気の流量が変動した時のデータ、流量センサ１１０で測定される熱源２５の流量（地下水の供給量）が変動した時などのデータをさらに有している。このため、外的要因に応じて、適するデータを記憶部３２から読み出して、制御部３１により、副熱源機器２０のオン及びオフ動作を制御できると共に、副熱源機器２０のオン動作中にＣＯＰが最大になる条件に制御することができる。

【0065】

以上説明したように、本実施の形態の熱源システム１は、主熱源機器１０と、この主熱源機器１０の熱媒体（図１における冷媒１６）と熱交換する副熱源機器２０と、副熱源機器２０のオフ動作中であって、副熱源機器をオン動作させる時のＣＯＰが副熱源機器のオフ動作中のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器をオン動作させるように制御する制御部３１とを備えている。

【0066】

本発明者は、主熱源機器１０の熱媒体と熱交換する副熱源機器２０を備えた熱源システムにおいて、外的要因による効率の低下を抑制するために、副熱源機器２０のオン動作及びオフ動作の制御をＣＯＰで判断することに着目して、本発明を完成させた。すなわち、本実施の形態の熱源システム１によれば、制御部３１において、副熱源機器２０をオン動作させる時のＣＯＰが副熱源機器２０のオフ動作中のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器２０をオン動作させるように制御できる。ＣＯＰは、外部環境、負荷などの外的要因に影響される。例えば、副熱源機器２０における熱源２５の温度（温度センサ１０６で検出される温度）及び主熱源機器１０における吸気部１１から吸引される空気（温度センサ１０１で検出される温度）は環境に影響され、主熱源機器１０において館内２に供給される前後の冷温水１７の温度差（温度センサ１０２で検出される温度と温度センサ１０３で検出される温度との差）は負荷に影響され、これらの因子はＣＯＰに影響を及ぼす。本実施の形態では、外部環境、負荷などの外的要因に影響されるＣＯＰで制御しているので、外的要因による成り行きで副熱源機器２０が動作されるのではなく、外的要因に追従して、副熱源機器２０をオン動作させることができる。このため、熱源システム１全体として、ＣＯＰが低下しないように副熱源機器２０を動作させることができる。したがって、熱源システム１は、外的要因による効率の低下を抑制することができる。

【0067】

本実施の形態の熱源システム１において好ましくは、制御部３１は、副熱源機器２０がオン動作中であって、副熱源機器２０をオフ動作させる時のＣＯＰが副熱源機器２０のオン動作中のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器２０をオフ動作させるように制御する。

【0068】

制御部３１において、副熱源機器２０をオフ動作させる時のＣＯＰが副熱源機器２０のオン動作中のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器２０をオフ動作させるように制御することにより、外的要因に応じて、副熱源機器２０をオフ動作させることができる。したがって、外的要因による効率の低下を抑制することができる。

【0069】

本実施の形態の熱源システム１において好ましくは、副熱源機器２０の熱源として、未利用エネルギーを用いる。未利用エネルギーを空調、給湯などへ利用することは難しいが、本実施の形態では、制御部３１において熱源システム１全体のＣＯＰを監視して、副熱源機器２０のオフ動作及びオン動作が制御されるので、副熱源機器２０において効率の低下を抑制できる場合にのみ未利用エネルギーを用いることができる。したがって、本実施の形態の熱源システムは、副熱源機器２０の熱源として未利用エネルギー利用することができるので、環境にも配慮することができる。

【0070】

本実施の形態の熱源システム１において好ましくは、未利用エネルギーとして、地下水熱、地中熱、太陽熱、及び排熱の少なくとも１つを用いる。このような未利用エネルギーは、入手が比較的容易であるので、実現が容易である。

【0071】

本実施の形態の熱源システム１において好ましくは、制御部３１は、副熱源機器２０のオン動作中において、ＣＯＰが最大になるように主熱源機器１０及び副熱源機器２０の少なくとも一方の動作条件を制御する。本実施の形態の熱源システム１においてより好ましくは、制御部３１は、副熱源機器２０のオン動作中において、ＣＯＰが最大になるように副熱源機器２０の動作条件を制御する。これにより、ＣＯＰが最大になるように動作条件を変更することができるので、外的要因による効率の低下をより抑制することができる。

【0072】

本実施の形態の熱源システム１において好ましくは、主熱源機器１０及び副熱源機器２０は、ヒートポンプ式である。具体的には、主熱源機器１０は、冷媒１６とこの冷媒１６を冷却または加熱する空気１５とを熱交換する第２熱交換器１３を含み、副熱源機器２０は、熱源２５と熱交換した冷媒２６と、冷温水２７とを熱交換する第５熱交換器２４を含み、熱源システム１は、第２熱交換器１３に供給される空気１５と、第５熱交換器２４から供給される冷温水２７とを熱交換する第１熱交換器１２をさらに備えている。これにより、外的要因による効率の低下を抑制した、ヒートポンプ式の熱源システムを実現することができる。

【0073】

（実施の形態２）
図５を参照して、本発明の実施の形態２における熱源システム３について説明する。図５に示す実施の形態２における熱源システム３は、基本的には図１に示す熱源システム１と同様であるが、吸気部１１、第１熱交換器１２、温度センサ１０１、１０４及び流量センサ１１１が省略されている点において異なる。主熱源機器１０は、例えば水冷式チラーであり、第２熱交換器１３は、副熱源機器２０の冷温水２７と、冷媒１６とを熱交換する。温度センサ１０８は、第２熱交換器１３に供給する冷温水２７の温度を測定する。流量センサ１０９は、第２熱交換器１３に供給する冷温水２７の流量を測定する。温度センサ１０７は、第２熱交換器１３において熱伝達した冷温水２５の温度を測定する。

【0074】

また、実施の形態２の熱源システム３の制御方法は、基本的には実施の形態１の熱源システム１と同様であるが、第１熱交換器１２が省略されているので、外気の温度等を監視していない点において異なる。

【0075】

以上説明したように、実施の形態２の熱源システム３において、副熱源機器２０は、熱源２５と熱交換した冷媒２６と、冷温水２７とを熱交換する第５熱交換器２４を含み、主熱源機器１０は、冷媒１６と、この冷媒１６を冷却または加熱する冷温水２７とを熱交換する第２熱交換器１３を含み、制御部３１は、副熱源機器２０のオフ動作中において、副熱源機器２０をオン動作させる時のＣＯＰが副熱源機器２０のオフ動作中のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器２０をオン動作させるように制御する。このような実施の形態２のヒートポンプ式の主熱源機器１０及び副熱源機器２０についても、本発明の熱源システムを適用することができる。

【0076】

（実施の形態３）
図６を参照して、本発明の実施の形態３における熱源システム４について説明する。図６に示す実施の形態３における熱源システム４は、基本的には図５に示す熱源システム３と同様であるが、第４及び第５熱交換器２３、２４、温度センサ１０８及び流量センサ１０９が省略されている点において異なる。副熱源機器２０は、水冷式であり、第２熱交換器１３は、副熱源機器２０の熱源２５と、冷媒１６とを熱交換する。温度センサ１０６は、第２熱交換器１３に供給する熱源２５の温度を測定する。流量センサ１１０は、第２熱交換器１３に供給する熱源２５の流量を測定する。温度センサ１０７は、第２熱交換器１３において熱伝達した熱源２５の温度を測定する。

【0077】

また、実施の形態３の熱源システム４の制御方法は、基本的には実施の形態２の熱源システム３と同様であるが、第４及び第５熱交換器２３、２４が省略されているので、冷温水の流量等を監視していない点において異なる。

【0078】

以上説明したように、実施の形態３の熱源システム４において、主熱源機器１０は、副熱源機器２０からの熱源２５と冷媒１６とを熱交換する第２熱交換器１３を含み、制御部３１は、副熱源機器２０のオフ動作中において、副熱源機器２０をオン動作させる時のＣＯＰが副熱源機器２０のオフ動作中のＣＯＰよりも高い場合に、副熱源機器２０をオン動作させるように制御する。このような実施の形態３のヒートポンプ式の主熱源機器１０及び副熱源機器２０についても、本発明の熱源システムを適用することができる。

【0079】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0080】

１，３，４ 熱源システム、２ 館内、１０ 主熱源機器、１１ 吸気部、１２ 第１熱交換器、１３ 第２熱交換器、１４ 第３熱交換器、１５ 空気、１６，２６ 冷媒、１７，２７ 冷温水、２０ 副熱源機器、２１ 熱源供給部、２３ 第４熱交換器、２４ 第５熱交換器、２５ 熱源、３０ 制御装置、３１ 制御部、３２ 記憶部、１０１〜１０４，１０６〜１０８ 温度センサ、１０５，１０９，１１０，１１１ 流量センサ、１１２，１１３ 消費電力センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】