特開 2024-165455 熱源システムおよび熱源システムの室内機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024165455

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】熱源システムおよび熱源システムの室内機

(51)【国際特許分類】

   F24F 5/00 20060101AFI20241121BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

F24F5/00 101

F24F5/00 101A

F25B1/00 399Y

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023081672

(22)【出願日】2023-05-17

(71)【出願人】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】日本キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山崎 吉照

(72)【発明者】

【氏名】半田 誠

【テーマコード（参考）】

3L054

【Ｆターム（参考）】

3L054BF02

3L054BF05

3L054BG08

(57)【要約】

【課題】室内機の構成を簡素化し、室内機の設置に要する工数の削減を可能とする。
【解決手段】
熱源システムＳは、利用流体を循環させるポンプ１１および膨張タンク１２を備える室内機１と、水熱交換器２１を含み、水熱交換器２１を介して冷媒が循環する冷凍サイクル装置を備える室外機２と、を備える。室内機１は、中継配管Ｐｉを介して室外機２と接続されるとともに、往き配管Ｐｆを介して利用機器４と接続されて、水熱交換器２１を通過した利用流体を、中継配管Ｐｉ、室内機１および往き配管Ｐｆを介して利用機器４に供給可能に構成され、利用機器における利用後の利用流体を室外機２に導入する戻り配管Ｐｒが、室外機２に対し、室内機１を介さずに直接接続される。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

利用流体を循環させるポンプおよび膨張タンクを備える室内機と、
冷媒と前記利用流体との間で熱交換を行う第１熱交換器を含み、前記第１熱交換器を介して前記冷媒が循環する冷凍サイクル装置を備える室外機と、を備え、
前記室内機は、中継配管を介して前記室外機と接続されるとともに、往き配管を介して利用機器と接続されて、前記第１熱交換器を通過した前記利用流体を、前記中継配管、前記室内機および前記往き配管を介して前記利用機器に供給可能に構成され、
前記利用機器における利用後の前記利用流体を前記室外機に導入する戻り配管が、前記室外機に対し、前記室内機を介さずに直接接続可能に構成された、熱源システム。

【請求項2】

前記戻り配管を介して前記室外機に導入された前記利用流体の温度を検出する水温センサと、
前記水温センサにより検出された前記利用流体の温度をもとに、当該熱源システムの運転を制御する制御器と、をさらに備える、請求項１に記載の熱源システム。

【請求項3】

前記水温センサは、前記室外機に配置され、
前記制御器は、前記室内機に配置され、
前記室外機は、前記水温センサにより検出された前記利用流体の温度を前記制御器に対して通信により伝達可能に構成され、
前記制御器は、前記室外機により伝達された前記利用流体の温度をもとに、当該熱源システムの運転を制御する、請求項２に記載の熱源システム。

【請求項4】

前記室外機は、前記第１熱交換器による熱交換前の前記利用流体を流入させる流入口と、前記第１熱交換器による熱交換後の前記利用流体を流出させる流出口と、前記戻り配管を前記流入口に接続する入口接続継手と、を有し、
前記入口接続継手は、前記室外機の筐体の内部に設けられて前記水温センサが固定されたセンサ固定部を有する、請求項２または３に記載の熱源システム。

【請求項5】

前記室内機は、
前記中継配管が接続され、前記中継配管から前記第１熱交換器を通過した前記利用流体を流入させる入口接続口と、前記往き配管が接続され、前記往き配管へ前記利用流体を流出させる出口接続口と、を有する筐体と、
前記筐体に収容され、前記利用流体を流通可能に前記入口接続口と前記出口接続口とを繋ぐ内配管と、
前記筐体に収容されたバックアップヒータと、をさらに備え、
前記ポンプは、前記筐体に収容され、前記利用流体を循環可能に前記内配管に接続され、
前記膨張タンクは、前記筐体に収容され、前記内配管に接続され、
前記バックアップヒータは、前記内配管を流れる前記利用流体を加熱可能に設置されている、請求項１に記載の熱源システム。

【請求項6】

前記バックアップヒータは、前記ポンプよりも上流側で前記内配管に接続されている、請求項５に記載の熱源システム。

【請求項7】

前記バックアップヒータは、前記膨張タンクよりも上流側で前記内配管に接続されている、請求項５に記載の熱源システム。

【請求項8】

利用流体を冷凍サイクルにより温調可能な室外機と協働して熱源システムを構成する室内機であって、
前記室外機による温調後の前記利用流体を流入させる入口接続口と、利用機器に向けて前記利用流体を流出させる出口接続口と、を有する筐体と、
前記筐体に収容され、前記利用流体を流通可能に前記入口接続口と前記出口接続口とを繋ぐ内配管と、
前記筐体に収容され、前記利用流体を循環可能に前記内配管に接続されたポンプと、
前記筐体に収容され、前記内配管に接続された膨張タンクと、を備え、
前記筐体は、前記利用機器における利用後の前記利用流体が流れる流通路との接続口を有しない、熱源システムの室内機。

【請求項9】

前記筐体に収容され、前記内配管を流れる前記利用流体を加熱可能に設置されたバックアップヒータをさらに備える、請求項８に記載の熱源システムの室内機。

【請求項10】

前記バックアップヒータは、前記ポンプよりも上流側で前記内配管に接続されている、請求項９に記載の熱源システムの室内機。

【請求項11】

前記バックアップヒータは、前記膨張タンクよりも上流側で前記内配管に接続されている、請求項９に記載の熱源システムの室内機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒートポンプを利用した熱源システムおよびその室内機に関する。

【背景技術】

【0002】

屋内の機器において使用する冷水または温水を生成するシステムとして、屋内に設置される室内機（「ハイドロユニット」とも呼ばれる）と、屋外に設置される室外機と、を備える熱源システムが存在する。公知の熱源システムにおいて、室外機には、圧縮機、四方弁および室外熱交換器が搭載される一方、室内機には、ポンプおよび膨張タンクのほか、室内熱交換器が搭載される。圧縮機、四方弁、室外熱交換器および室内熱交換器は、冷媒が循環する冷凍サイクル装置を構成し、室外熱交換器は、冷媒と外気との間で熱交換を行い、室内熱交換器は、冷媒と利用流体（例えば、水）との間で熱交換を行う。

【0003】

このような熱源システムにおいて、室内機には、貯湯タンクやファンコイルユニット等の屋内の利用機器に水などの利用流体を供給する往き配管と、利用機器における利用後の利用流体を室内機に導入する戻り配管と、が接続される。室内機の内部において、往き配管は、往き側の室内機内配管を介して熱交換器である室内熱交換器の熱媒体の流出口（出口）に接続され、戻り配管は、戻り側の室内機内配管を介して室内熱交換器の流入口（入口）に接続される。そして、往き側の室内機内配管には、膨張タンクが介装され、往き側または戻り側の室内機内配管には、ポンプが接続される。室内機と室外機との間は、往き側および戻り側の２本の冷媒配管で接続される。そして、室内熱交換器は、室外機から高温または低温の冷媒が供給され、この冷媒と利用流体との間で熱交換を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７‐１８０９１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、公知の熱源システムでは、室内機に往き配管および戻り配管の双方が接続されるため、室内機における配管接続の工数が嵩み、室内機の設置に手間がかかるという問題があった。また、往き配管および戻り配管の両方を室内機に接続する必要から、室内機と利用機器との設置場所の位置関係によっては配管が全体として長くなり、その分、ポンプに高い性能が求められ、製造コストが嵩むという場合があった。

【0006】

さらに、室内熱交換器以外にも膨張タンクおよびポンプ等、多数の部品が室内機に搭載されるため、室内機の内部における部品の配置が複雑化し、部品が収容される筐体が大型化するといった問題もあった。

【0007】

このような実情に鑑み、本発明は、室内機の構成を簡素化し、室内機の小型化とともに室内機の設置に要する工数の削減を可能とし、さらに、配管長の短縮により製造コストの削減に寄与する熱源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】

前記の課題を解決するため、本発明の一形態に係る熱源システムは、利用流体を循環させるポンプおよび膨張タンクを備える室内機と、冷媒と前記利用流体との間で熱交換を行う第１熱交換器を含み、前記第１熱交換器を介して前記冷媒が循環する冷凍サイクル装置を備える室外機と、を備える。前記室内機は、中継配管を介して前記室外機と接続されるとともに、往き配管を介して利用機器と接続されて、前記第１熱交換器を通過した前記利用流体を、前記中継配管、前記室内機および前記往き配管を介して前記利用機器に供給可能に構成され、前記利用機器における利用後の前記利用流体を前記室外機に導入する戻り配管が、前記室外機に対し、前記室内機を介さずに直接接続可能に構成される。

【0009】

本発明の他の形態に係る熱源システムの室内機は、利用流体を冷凍サイクルにより温調可能な室外機と協働して熱源システムを構成する室内機であって、前記室外機による温調後の前記利用流体を流入させる入口接続口と、利用機器に向けて前記利用流体を流出させる出口接続口と、を有する筐体と、前記筐体に収容され、前記利用流体を流通可能に前記入口接続口と前記出口接続口とを繋ぐ内配管と、前記筐体に収容され、前記利用流体を循環可能に前記内配管に接続されたポンプと、前記筐体に収容され、前記内配管に接続された膨張タンクと、を備える。本形態に係る室内機は、前記筐体に、前記利用機器における利用後の前記利用流体が流れる流通路との接続口を有しない。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一形態によれば、第１熱交換器を室外機に搭載し、室内機には、利用流体循環用のポンプおよび膨張タンクを配置することで、室内機の構成を簡素化することが可能となる。さらに、戻り配管を室外機に対して室内機を介さずに直接接続可能に構成することで、室内機の小型化とともに室内機の配管接続および設置に要する工数を削減することが可能となる。そして、利用機器から室外機に至る戻り側の配管の配管長を短縮することが可能となり、ポンプに求められる性能の適正化により製造コストの削減を図ることが可能となる。

【0011】

また、他の形態によれば、室内機の構成を簡素化するとともに、利用機器における利用後の利用流体が流れる流通路とは独立した室内機の配置により、室内機の配管接続および設置に要する工数を削減し、併せて、熱源ユニットの設置に関わる配管全体での配管長の短縮により、製造コストの削減を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る熱源システムの構成を示す概略図である。

【図2】熱源システムの運転制御の全体的な流れを示すフローチャートである。

【図3】室外機の内部構成を示す概略図である。

【図4】室外機における配管構成を示す概略図である。

【図5】第１熱交換器の流体導入部における継手構造を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

【0014】

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る熱源システムＳは、室内機１と、室外機２と、操作装置３と、を備える。熱源システムＳは、冷却・暖房装置となる室内のファンコイルユニット、床暖房装置または貯湯装置等として構成される利用機器４との間で循環させる利用流体を冷却しまたは加熱する。利用機器４は、単数であっても良いし、同種または異種を問わず、複数であっても良い。異なる複数の利用機器４として、ファンコイルユニットと貯湯装置等との組み合わせを例示可能である。熱源システムＳは、利用機器４に対して往き配管Ｐｆと戻り配管Ｐｒとを介して接続され、熱源システムＳによる温調後の利用流体を、室内機１に接続された往き配管Ｐｆを介して利用機器４に供給し、利用機器４における利用後の利用流体を、利用機器４に接続された戻り配管Ｐｒを介して室外機２に直接戻す。

【0015】

利用流体には水を用いるのが一般的であるが、凍結防止などの目的でブラインが用いられることもある。本実施形態では、利用流体に水を採用している。冷媒には、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２冷媒またはＣＯ_２冷媒等、冷凍サイクルを構成可能な任意の媒体を採用可能である。

【0016】

熱源システムＳは、室内機１と室外機２とに分割して構成されている。室内機１は、直方体の縦長形状の筐体を備え、屋内（例えば、居住空間とは隔離された地下室または機械室）の壁面等に設置され、室外機２は、箱型の筐体を備え、屋外に設置される。操作装置３は、いわゆるリモートコントローラであり、使用者により操作可能な屋内、具体的には、居住空間において壁面に設置される。図１は、室内機１および室外機２夫々の筐体を、二点鎖線により模式的に示す。

【0017】

室内機１は、室外機２と利用機器４との間で利用流体を循環させるポンプ１１と膨張タンク１２とを備えるとともに、室内機コントローラ１０１を備える。ポンプ１１、膨張タンク１２および室内機コントローラ１０１は、室内機１の筐体に収容されている。

【0018】

室内機１はその内部において、一端に入口側開口部１５ａが、他端に出口側開口部１５ｂが夫々形成され、利用流体である水が流通可能な内配管１５を備える。ポンプ１１および膨張タンク１２は、内配管１５に接続されている。室内機１は、バックアップヒータ１３と過圧防止弁１４とをさらに備える。バックアップヒータ１３は、利用流体の入口が上流側の内配管１５を介して入口側開口部１５ａに連通するとともに、利用流体の出口が中間部の内配管１５を介してポンプ１１の吸入口に連通する。ポンプ１１は、吐出口が下流側の内配管１５を介して出口側開口部１５ｂに連通する。つまり、室内機１の内部において、入口側開口部１５ａ、バックアップヒータ１３、ポンプ１１および出口側開口部１５ｂが内配管１５を介して利用流体の流れに関して直列に接続されている。膨張タンク１２は、バックアップヒータ１３とポンプ１１との間の内配管１５、つまり、中間部の内配管１５から分岐する分岐管１６を介して内配管１５に接続され、分岐管１６には、過圧防止弁１４が介装されている。本実施形態において、分岐管１６は、膨張タンク１２を終点とし、膨張タンク１２の先に繋がる配管は、存在しない。

【0019】

ポンプ１１は、利用機器４との間で循環させる利用流体に揚程を付与する。本実施形態では、室内機１が室外機２の出口側に配置されており、室内機１と室外機２との位置関係から、室外機２に対するポンプ１１の配置は、引張側または吸込側となる。

【0020】

膨張タンク１２は、利用流体の加熱による過剰膨張に起因する利用流体が流れる配管の損傷を抑制するためのものであり、利用流体の圧力上昇を抑制する。膨張タンク１２の配置は、その機能から内配管１５における利用流体の流れに対し、ポンプ１１の上流側が望ましいが、下流側であってもよい。内配管１５において膨張タンク１２をポンプ１１よりも上流側に配置することで、利用流体の過剰膨張の影響がポンプ１１に波及する事態を抑制し、ポンプ１１の保護を図り、その安定的な動作を促すことが可能となる。

【0021】

バックアップヒータ１３は、室外機２に設けられ、利用流体と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器２１（本実施形態では、利用流体として水を用いていることから、以下「水熱交換器」という）による利用流体の加熱が不充分である場合、例えば、低外気温時等に作動して、利用流体を補助的に加熱する。バックアップヒータ１３は、空気抜き部１３ａを備える。空気抜き弁１３ａは、バックアップヒータ１３における加熱により生じた利用流体の気体を外部に放出する。本実施形態では、バックアップヒータ１３は、内配管１５においてポンプ１１よりも上流側に配置されるとともに、膨張タンク１２よりも上流側に配置されている。このような配置により、バックアップヒータ１３での加熱による過剰膨張の影響を確実に緩和しながら、設定温度に対する温調後の利用流体を適切な流量で利用機器４に供給することが可能となる。

【0022】

過圧防止弁１４は、内配管１５の利用流体に異常な圧力上昇が発生した場合に開口して、圧力を管外に放出させ、内配管１５を保護する。

【0023】

室外機２は、水熱交換器２１を備えるほか、圧縮機２２、空気冷媒熱交換器２３、四方弁２４、膨張弁２５および冷媒配管２６を備える。室外機２は、さらに、室外機コントローラ２０１を備える。

【0024】

水熱交換器２１、圧縮機２２、空気冷媒熱交換器２３、四方弁２４および膨張弁２５は、冷媒配管２６を介して冷媒が相変化を伴いながら循環するヒートポンプ式の冷凍サイクル装置を構成する。水熱交換器２１、圧縮機２２、空気冷媒熱交換器２３、四方弁２４、膨張弁２５および冷媒配管２６は、室外機２の筐体に収容されている。水熱交換器２１は、本実施形態に係る「第１熱交換器」を構成する。

【0025】

水熱交換器２１は、例えば、プレート式熱交換器により構成され、内部に整列した複数のプレートを備え、これら複数のプレートの間に形成される隙間を冷媒と利用流体とが交互に流通する。換言すれば、仕切板であるプレートが熱伝達部材となり、冷媒と利用流体とをプレートの表裏面に沿って夫々流通させることで、冷媒と利用流体との間で熱交換を行う。水熱交換器２１は、プレート式熱交換器に限らず、コイル式熱交換器やその他の形式の熱交換器であってもよい。コイル式熱交換器は、冷媒を流す管と利用流体を流す管（以下「流通管」という）とを備え、これらの管を夫々コイル状に形成し、熱交換可能なように互いに接合または溶接させた構造を有する。コイル式熱交換器では、それぞれの流通管が熱伝達部材として機能する。

【0026】

水熱交換器２１は、利用流体を流すための入口側管に連通する導入口２１ａおよび出口側管に流通する排出口２１ｂを備える。

【0027】

圧縮機２２は、冷媒を圧縮し、昇圧させて吐出する。圧縮機２２は、例えば、内部高圧の密閉型ロータリー圧縮機である。圧縮機２２は、公知のインバータ制御により運転周波数Ｆを変更可能であり、運転周波数Ｆの変更により冷媒の吐出量を調整することが可能である。ただし、運転周波数Ｆは、変更可能である必要はなく、圧縮機２２は、商用周波数により一定速で運転するものであってもよい。圧縮機２２は、アキュムレータ２２ａを付帯する。冷媒に液冷媒が混入している場合に、圧縮機２２は、アキュムレータ２２ａによる気液分離後の、気体の冷媒のみを吸入する。

【0028】

空気冷媒熱交換器（以下「空気熱交換器」という）２３は、冷媒と外気との間で熱交換を行う。空気熱交換器２３は、例えば、フィンアンドチューブ式の熱交換器により構成される。空気熱交換器２３は、ファン２３ａおよびその駆動源であるモータを備え、ファン２３ａによりフィンの表面に沿って強制的に外気の流れを形成することで、チューブを流れる冷媒と外気との間における熱の授受を促進する。空気熱交換器２３は、本実施形態に係る「第２熱交換器」を構成する。

【0029】

四方弁２４は、冷媒の流路を、冷水生成時と温水生成時とで切り替える。利用流体を冷却する冷水生成時において、四方弁２４は、圧縮機２２により吐出された冷媒の流路を、四方弁２４から空気熱交換器２３へ向かう方向に設定する。これにより、四方弁２４を出た冷媒は、空気熱交換器２３を通過した後、水熱交換器２１に流入する。これに対し、利用流体を加熱する温水生成時において、四方弁２４は、圧縮機２２の吐出冷媒の流路を、四方弁２４から水熱交換器２１へ向かう方向に設定する。これにより、四方弁２４を出た冷媒は、水熱交換器２１を通過した後、空気熱交換器２３に流入する。

【0030】

膨張弁２５は、凝縮器（例えば、冷水生成時に凝縮器として動作する空気熱交換器２３）を出た冷媒の圧力を、オリフィスの作用により調整するものであり、流れの抵抗により圧力降下を生じさせることで、蒸発器（例えば、冷水生成時に蒸発器として動作する水熱交換器２１）に向かう冷媒の圧力を調整する。膨張弁２５に適用可能なものとして、ステッピングモータ駆動式の電子膨張弁を例示することができる。

【0031】

冷媒配管２６は、例えば、銅管により形成され、水熱交換器２１、圧縮機２２、空気熱交換器２３、四方弁２４および膨張弁２５の間を冷媒が流通可能に接続する。

【0032】

ここに、熱源システムＳと利用機器４とは、熱源システムＳによる温調後の利用流体が流通する往き配管Ｐｆと、利用機器４における利用後の利用流体が流通する戻り配管Ｐｒと、を介して接続されている。具体的には、室外機２を基準として利用流体の出口側、換言すれば、利用機器４に対する供給側において、室外機２と室内機１との間に中継配管Ｐｉが設けられ、水熱交換器２１の排出口２１ｂと室内機１の内配管１５の入口側開口部１５ａとが、中継配管Ｐｉを介して接続されている。室内機１には、筐体１７を内外に貫通する入口接続口１７ｉおよび出口接続口１７ｏが形成されている。中継配管Ｐｉは、管端部が入口接続口１７ｉを介して筐体１７の内部に挿入され、内配管１５の入口側開口部１５ａに接続されている。そして、内配管１５には、その出口側開口部１５ｂに、利用機器４に繋がる往き配管Ｐｆが接続されている。往き配管Ｐｆは、管端部が出口接続口１７ｏを介して筐体１７の内部に挿入され、内配管１５の出口側開口部１５ｂに接続されている。

【0033】

これに対し、室外機２の利用流体の入口側、換言すれば、利用機器４の排出側では、戻り配管Ｐｒが、室内機１を介さず、室外機２に対して直接接続されている。つまり、室内機１には、戻り配管Ｐｒの接続部ないし接続口が設けられておらず、室内機１の内部に戻り配管Ｐｒに繋がる配管も、室外機２に向けて利用流体を排出するための流出口も存在しない。換言すれば、室内機１は、利用機器４における利用後の利用流体が流れる経路上になく、利用流体の戻り側の流通路とは独立に設置された状態にある。このように、室内機１は、戻り配管Ｐｒの接続部、戻り配管Ｐｒに繋がる内部の配管および室外機２への流出口の全てが設けられていないため、大幅な小型化が可能であり、室内機１の筐体に収められる機器の簡素化も可能である。なお、戻り配管Ｐｒと室外機２との接続構造については後により詳細に説明する。

【0034】

操作装置３は、操作部３１と、表示部３２、音声出力部３３と、を備える。

【0035】

操作部３１は、使用者により操作可能に配置された、熱源システムＳの運転および停止を切り替える始動スイッチ、熱源システムＳの運転モードを切り替えるモード切替スイッチ、冷暖房や給湯の設定温度を上昇させまたは下降させる温度調節スイッチ、その他各種の手動スイッチを備える。熱源システムＳは、例えば、冷房モードと暖房モードとで運転モードを切替可能であってもよいし、これらの運転モードに加え、接続される利用機器４の種別に応じて給湯モードおよびこれらの複合モードに切替可能であってもよい。

【0036】

表示部３２は、使用者により視認可能な位置に設けられ、熱源システムＳの運転状態および設定温度等を表示する。表示部３２により表示される状態として、熱源システムＳが運転中であること、冷房または暖房等の熱源システムＳの運転モード等を例示することができる。表示部３２は、液晶パネルにより具現可能である。

【0037】

音声出力部３３は、使用者に向けた案内を聴覚的な情報として出力する。

【0038】

本実施形態に係る熱源システムＳの制御装置は、室内機１に備わる室内機コントローラ１０１と、室外機２に備わる室外機コントローラ２０１と、操作装置３と、により構成される。室外機コントローラ２０１には、室外機２の内部において水熱交換器２１の入口側に設けられた入口水温センサ２１１が接続され、入口水温センサ２１１により、水熱交換器２１による熱交換前の利用流体の温度（以下「入口水温Ｔｗｉ」という）を検出する。室内機コントローラ１０１には、室内機１のバックアップヒータ１３よりも上流側で入口側開口部１５ａの近傍の内配管１５に取り付けられた出口水温センサ１１１が接続され、出口水温センサ１１１により、水熱交換器２１の出口側における利用流体、つまり、水熱交換器２１による熱交換後の利用流体の温度（以下「出口水温Ｔｗｏ」という）を検出する。出口水温センサ１１１は、室外機２の内部において水熱交換器２１の出口側配管部分に設けられてもよく、これにより、水熱交換器２１により近い位置で出口水温Ｔｗｏを検出することが可能となる。室内機１の内配管１５のうちポンプ１１の設置部分近傍には、往き配管Ｐｆへ供給される利用流体の温度（以下「供給水温Ｔｈｏ」という）を検出する供給水温センサ１１２が設置されている。供給水温センサ１１２により検出された供給水温Ｔｈｏは、室内機コントローラ１０１により読み取られる。供給水温Ｔｈｏは、バックアップヒータ１３が動作していないときは、概ね出口水温Ｔｗｏと一致するが、バックアップヒータ１３が動作すれば、バックアップヒータ１３による利用流体への加温により、出口水温Ｔｗｏよりも高温となる（Ｔｈｏ＞Ｔｗｏ）。

【0039】

室内機コントローラ１０１、室外機コントローラ２０１および操作装置３は、信号線Ｃ１、Ｃ２により相互に通信可能に接続されている。本実施形態では、室内機コントローラ１０１と室外機コントローラ２０１とが信号線Ｃ１を介して双方向に通信し、室内機コントローラ１０１と操作装置３とが信号線Ｃ２を介して双方向に通信する。室外機２において取得された情報は、必要に応じて室内機コントローラ１０１を介して操作装置３に送信される。また、操作装置３において取得された情報は、必要に応じて室内機コントローラ１０１を介して室外機コントローラ２０１に送信される。これにより、熱源システムＳの運転に必要な範囲で、室内機コントローラ１０１、室外機コントローラ２０１および操作装置３の間で情報が共有される。室内機コントローラ１０１、室外機コントローラ２０１および操作装置３は、その各々がマイクロコンピュータとその周辺回路で構成され、予めメモリに保存された制御プログラムにより動作する。

【0040】

室内機コントローラ１０１から室外機コントローラ２０１へ送信される情報には、室外機２に対する運転指示、つまり、室外機２の作動および停止、圧縮機２２の運転周波数Ｆ等が含まれる。

【0041】

室外機コントローラ２０１から室内機コントローラ１０１へ送信される情報には、室外機２に搭載されている各種機器の運転状態、具体的には、圧縮機２２の作動および停止、圧縮機２２の運転周波数、入口水温センサ２１１により検出された入口水温Ｔｗｉ、除霜運転中である旨の通知等が含まれる。

【0042】

室内機コントローラ１０１から操作装置３へ送信される情報には、表示部３２の表示に関する情報（例えば、室外機２の運転状態）、供給水温Ｔｈｏ等が含まれる。

【0043】

操作装置３から室内機コントローラ１０１へ送信される情報には、運転者の操作に基づく情報（例えば、熱源システムＳの運転および停止指示）、設定温度（水温）Ｔｓ等が含まれる。

【0044】

室内機コントローラ１０１は、各種センサを介して取得した情報を始め、室外機コントローラ２０１および操作装置３から入手した情報をもとに、熱源システムＳの運転を制御する主制御器として機能する。室内機コントローラ１０１は、本実施形態に係る「制御器」を構成する。また、本実施形態において室内機コントローラ１０１が実行する制御の一部を他のコントローラ（例えば、室外機コントローラ２０１）に実行させ、室内機コントローラ１０１と他のコントローラとを組み合わせて機能させることも可能である。その場合は、室内機コントローラ１０１と他のコントローラとが互いに協働して「制御器」を構成する。

【0045】

従来の熱源システムのように室内機１と室外機２との間を冷媒配管で接続した場合は、冷媒は凍結しないため、利用流体の凍結防止を目的とした制御は不要である。しかし、本実施形態のように利用流体である水を室内機１と室外機２との間で循環させる場合は、利用流体の凍結を防止するための措置が必要となる。そこで、本実施形態では、熱源システムＳの制御に、利用流体の凍結防止のための処理を組み込む。この熱源システムＳの運転制御を、図２に示すフローチャートを参照して説明する。

【0046】

Ｓ１０１では、入口温度（水温）Ｔｗｉ、出口温度（水温）Ｔｗｏおよび設定温度Ｔｓ等、各種制御情報を読み込む。

【0047】

Ｓ１０２では、設定温度Ｔｓと出口水温Ｔｗｏとの差分ΔＴ（＝Ｔｓ－Ｔｗｏ）をもとに、圧縮機２２の運転または停止を設定するとともに、運転中は圧縮機２２の能力（出力）を設定する。能力の設定は、圧縮機２２に備わる電動モータの運転周波数（つまり、インバータ出力周波数）Ｆを設定することによる。運転周波数Ｆの設定は、差分ΔＴに基づく比例積分制御演算または積分制御演算等による。これに限らず、差分ΔＴの所定時間当たりの変化量をパラメータとして周波数変更量Δｆ（Ｆ＝Ｆ＋Δｆ）を算出するファジー制御またはＧＡ制御によることも可能である。

【0048】

上記処理において、差分ΔＴには、設定温度Ｔｓと出口水温Ｔｗｏとの差分に代えて、設定温度Ｔｓと入口水温Ｔｗｉとの差分（＝Ｔｓ－Ｔｗｉ）を用いてもよい。

【0049】

Ｓ１０３では、圧縮機２２を停止させるか否か、換言すれば、インバータ駆動の圧縮機２２の場合は、その運転周波数Ｆが０［Ｈｚ］であるか否かを判定する。圧縮機２２を停止させる場合は、Ｓ１０４へ進み、それ以外の場合、つまり、圧縮機２２を運転させる場合は、Ｓ１０５へ進む。

【0050】

Ｓ１０４では、圧縮機２２を停止させる指示信号を出力して、圧縮機２２を停止させる。この際、圧縮機２２の停止と同時または若干の時間遅れをもってポンプ１１も停止させる。

【0051】

Ｓ１０５では、圧縮機２２を運転させる指示信号を出力する。これにより、停止からの始動時にあっては圧縮機２２を始動させ、運転中にあっては圧縮機２２の運転を継続させる。なお、圧縮機２２の運転中は、基本的にポンプ１１も同時に作動し、利用流体である水を循環させる。

【0052】

Ｓ１０６では、タイマＴｍが動作中であるか否かを判定する。タイマＴｍは、後に詳細を説明するが、圧縮機２２の停止中であること（Ｓ１０４）を第１条件として、入口水温Ｔｗｉをもとに、水熱交換器２１、中継配管Ｐｉもしくは戻り配管Ｐｒ内の水に凍結のおそれがあることを判定した場合に動作を開始し、設定時間（例えば、５分）経過後に動作を終了する。タイマＴｍが動作中である場合は、Ｓ１０７へ進み、動作中でない場合は、Ｓ１０８へ進む。

【0053】

Ｓ１０７では、中継配管Ｐｉおよび戻り配管Ｐｒ内の水の凍結を防止するためにポンプ１１を作動させる。なお、既にポンプ１１が作動中の場合は、ポンプ１１の作動を継続させる。

【0054】

Ｓ１０８では、入口温度センサ２１１により検出された入口水温Ｔｗｉが利用流体に凍結のおそれがあることを示す所定の温度Ｌｔ、例えば、４℃よりも低いか否かを判定する。所定の温度Ｌｔよりも低い場合は、Ｓ１０９へ進み、所定の温度Ｌｔ以上である場合は、Ｓ１１０へ進む。

【0055】

Ｓ１０９では、タイマＴｍを起動または再起動する。タイマＴｍは、起動後、設定時間に亘って作動する。タイマＴｍは、この設定時間の経過をもって停止し、再起動の指示があるたびに繰り返し作動する。

【0056】

Ｓ１１０では、ポンプ１１を停止させまたはポンプ１１の停止を継続させる。

【0057】

このように、Ｓ１０６～Ｓ１１０では、圧縮機２２の停止後、入口水温Ｔｗｉと所定の温度Ｌｔとの比較により、利用流体に凍結のおそれがあるか否かを判定し（Ｓ１０８）、入口水温Ｔｗｉが所定の温度Ｌｔよりも低く、利用流体に凍結のおそれがあると判定した場合に、タイマＴｍを起動し（Ｓ１０９）、これに付随してポンプ１１を作動させる（Ｓ１０７）。そして、タイマＴｍが動作を継続する間、ポンプ１１の作動を継続させ（Ｓ１０７）、設定時間の経過によりタイマＴｍが停止した場合は、入口水温Ｔｗｉが所定の温度Ｌｔ以上であることを条件にポンプ１１を停止させる（Ｓ１１０）。その後、入口水温Ｔｗｉが所定の温度Ｌｔよりも低下するたびにタイマＴｍを起動させ（Ｓ１０９）、ポンプ１１を作動させる（Ｓ１０７）。これにより、圧縮機２２の停止後、ポンプ１１の間欠的な運転により、水熱交換器２１および配管を流れる水の凍結を防止する。なお、利用流体にブラインを用いる場合は、このような凍結防止のための制御は、不要となる。

【0058】

以下に、図３から図５を参照して、室外機２における配管構成、特に水熱交換器２１の入口側および出口側における継手構造について説明する。

【0059】

図３は、室外機２の内部構成を水平方向の横断面により模式的に示し、紙面に対して下方を室外機２の前方とし、上方を後方とする。つまり、図示の矢印のように、本実施形態では、外気が室外機２の内部を後方から前方へ通過する。室外機２は、水熱交換器２１等の各種室外機要素を収容する筐体２７を備え、筐体２７の内部は、上下方向に延びる仕切板２７ａにより送風機室Ａと機械室Ｂとが左右に区画されている。送風機室Ａには、空気熱交換器２３とファン２３ａとが収納され、空気熱交換器２３と対向する筐体２７の前面２７ｆおよび後面２７ｒには、通風のための開口が設けられている。機械室Ｂには、空気熱交換器２３およびファン２３ａ以外の冷凍サイクル機器、具体的には、水熱交換器２１、圧縮機２２および四方弁２４等が収納されている。仕切板２７ａは、板金等により形成され、開口等を通じて送風機室Ａに入り込んだ雨水等が機械室Ｂに侵入しないように筐体２７に取り付けられている。さらに、仕切板２７ａと筐体２７の天板とを含む外郭により、機械室Ｂに対する雨水等の外部からの直接的な侵入が防止される。水熱交換器２１と圧縮機２２とは、機械室Ｂの内部で前後に近接して配置されている。水熱交換器２１に対し、通水管の開口端に入口接続継手４１および出口接続継手４２が接続され、入口接続継手４１および出口接続継手４２は、筐体２７の後面２７ｒを貫通し、その端縁部４１ａ、４２ａが筐体２７外にまで延在する。

【0060】

図４は、室外機２の機械室Ｂの内部構成を鉛直方向の縦断面により示している。

【0061】

室外機２の水熱交換器２１は、利用流体が流れる通水管の開口端として、室外機２の設置面Ｄに近い下側の開口端と、設置面Ｄから遠い上側の開口端と、を備える。下側の開口端が利用流体の導入口２１ａとなり、上側の開口端が利用流体の排出口２１ｂとなる。つまり、利用流体は、導入口２１ａを介して水熱交換器２１に導入され、排出口２１ｂを介して水熱交換器２１から排出される。水熱交換器２１の導入口２１ａおよび排出口２１ｂは、いずれも筐体２７の内部に位置する。筐体２７は、流入口２７ｉおよび流出口２７ｏを有し、水熱交換器２１による熱交換前の利用流体は、流入口２７ｉを介して室外機２に流入し、水熱交換器２１による熱交換後の利用流体は、流出口２７ｏを介して室外機２から流出する。そして、戻り配管Ｐｒ、中継配管Ｐｉは、水熱交換器２１の導入口２１ａ、排出口２１ｂに対し、それぞれの管端部に取り付けられた入口接続継手４１、出口接続継手４２を介して接続されている。

【0062】

入口接続継手４１と出口接続継手４２とは、入口接続継手４１がセンサ固定部２１１ａを有する部分を除いて同様に構成されている。入口接続継手４１および出口接続継手４２は、室外機２の筐体２７を内外に貫通し、それらの端縁部４１ａ、４２ａは、室外機２の外側に位置する。入口接続継手４１および出口接続継手４２は、管路中心軸に対して垂直な面内を上下に展伸する鍔部となるフランジ部４１ｂ、４２ｂを有し、フランジ部４１ｂ、４２ｂが室外機２の筐体２７外面に当接、固定されることで、流入口２７ｉおよび流出口２７ｏを塞ぐとともに、入口接続継手４１および出口接続継手４２の筐体２７に対する位置決めが達成される。

【0063】

入口接続継手４１および出口接続継手４２の基端部４１ｃ、４２ｃは、室外機２の筐体２７の内側、換言すれば、室外機２の筐体２７と水熱交換器２１との隙間に位置する。

【0064】

図５は、水熱交換器２１の入口側における継手構造を斜め上方から見た斜視図であり、入口接続継手４１およびその周辺部分を拡大して示す。図示の便宜上、図５では、室外機２の筐体２７を取り外した状態としている。入口接続継手４１の基端部４１ｃに、入口水温センサ２１１を取り付けるためのセンサ固定部２１１ａが形成され、このセンサ固定部２１１ａにサーミスタからなる入口水温センサ２１１が取り付けられている。センサ固定部２１１ａは、入口水温センサ２１１を着脱可能に取り付けるセンサホルダとしてもよいし、着脱不能に埋設するものであってもよい。入口接続継手４１および出口接続継手４２の基端部４１ｃ、４２ｃは、水熱交換器２１の流入口２ａ、流出口２ｂに対し、締結具５１により締め付けられ、両者は水密に固定されている。

【0065】

（作用および効果の説明）
本実施形態に係る熱源システムＳは、室内機１と室外機２とを備え、室外機２を通過した利用流体を、室内機１から往き配管Ｐｆを介して利用機器４に供給し、利用機器４における利用後の利用流体を、戻り配管Ｐｒを介して室外機２に戻すように構成される。ここで、室内機１にはポンプ１１および膨張タンク１２を搭載する一方、室外機２には水熱交換器２１を含む冷凍サイクル装置を搭載し、室外機２と室内機１とを中継配管Ｐｉを介して接続し、室内機１と利用機器４とを往き配管Ｐｆを介して接続したことで、室内機１の構成を簡素化し、室内機１の小型化が可能となる。

【0066】

そして、利用機器４から敷設され、利用後の利用流体の流通路となる戻り配管Ｐｒを、室内機１を経由することなく室外機２に直接接続するようにしたため、換言すれば、室内機１に対し、利用機器４に向けて利用流体を流す往き側の流通路（往き配管Ｐｆ）と、利用機器４における利用後の利用流体を流す戻り側の流通路（戻り配管Ｐｒ）と、のうち、往き側の流通路のみを接続するようにしたため、室内機１に、利用機器４からの戻り配管Ｐｒの接続部（ないし接続口）、戻り配管Ｐｒに繋がる室内機１内部の配管および室外機２から延びる戻り側の中継配管の接続部（ないし接続口）が不要となり、室内機１の小型化とともに室内機１の配管接続および戻り配管Ｐｒの設置に要する工数を削減することが可能となる。さらに、室内機１または利用機器４の配置によっては戻り配管Ｐｒの配管長を大幅に短縮することも可能となり、往き配管Ｐｆおよび戻り配管Ｐｒを含む配管全体での総配管長を短縮することができる、これにより、配管の圧損が低下し、ポンプ１１に必要な揚程を低下させ、ポンプ１１に求められる性能の適正化により製造コストの削減を図ることも可能となる。

【0067】

ここで、戻り配管Ｐｒを、室内機１を経由することなく室外機２に直接接続したことから、熱源システムＳの各種制御において検知が必要な水熱交換器２１の入口水温Ｔｗｉ、換言すれば、利用機器４における利用後の利用流体の温度が室内機１において検出することができなくなる。しかし、本実施形態では、水熱交換器２１の入口水温Ｔｗｉを、戻り配管Ｐｒを介して室外機２に導入された利用流体の温度として室外機コントローラ２０１により検出し、この情報を室内機コントローラ１０１と共有することで、熱源システムＳの運転を支障なく、適切に制御することが可能となる。そして、入口水温Ｔｗｉを検出する入口水温センサ２１１を室外機２に設置することで、室内機１に搭載される部品の点数を削減し、室内機１の構成の一層の簡素化を図ることが可能となる。

【0068】

さらに、入口水温センサ２１１を固定するセンサ固定部２１１ａを入口接続継手４１に一体的に形成することで、室外機２内部の狭い空間にあっても入口水温センサ２１１を設置可能とし、入口水温センサ２１１の設置に関してより高い自由度を実現するとともに、水熱交換器２１としてより大型のものを室外機２に収め、使用することが可能となる。

【符号の説明】

【0069】

Ｓ…熱源システム、１…室内機、１１…ポンプ、１２…膨張タンク、１３…バックアップヒータ、１５…内配管、２…室外機、２１…水冷媒熱交換器（第１熱交換器）、２２…圧縮機、２３…空気冷媒熱交換器（第２熱交換器）、３…操作装置、４…利用機器、Ｐｆ…往き配管、Ｐｒ…戻り配管、１０１…室内機コントローラ、２０１…室外機コントローラ、１１１…出口温度センサ、２１１…入口温度センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】