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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2018年12月13日
【発行日】2019年12月26日
(54)【発明の名称】熱源システム
(51)【国際特許分類】
   F24F 11/70 20180101AFI20191129BHJP
   F24F 5/00 20060101ALI20191129BHJP
   F24F 11/46 20180101ALI20191129BHJP
   F24F 11/63 20180101ALI20191129BHJP
   F24F 140/12 20180101ALN20191129BHJP
【FI】
   F24F11/70
   F24F5/00 101Z
   F24F11/46
   F24F11/63
   F24F140:12
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】23
【出願番号】特願2019-523297(P2019-523297)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2017年6月8日
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001461
【氏名又は名称】特許業務法人きさ特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】彦根 昂仁
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 拓也
【テーマコード(参考)】
3L054
3L260
【Fターム(参考)】
3L054BF08
3L260AB06
3L260BA42
3L260CB32
3L260CB39
3L260CB43
3L260EA07
3L260FA16
3L260FB22
3L260FB25
3L260FB26
(57)【要約】
熱源システムは、水熱交換器を含む冷媒回路を有する複数の熱源機と、複数の水熱交換器から流入する水を合流して負荷に供給する往水ヘッダ管と、負荷から流入する水を複数の水熱交換器に分流する還水ヘッダ管と、複数の水熱交換器に水を送り出す複数のポンプと、往水ヘッダ管と還水ヘッダ管とを接続するバイパス配管と、バイパス配管に設けられたバイパス弁と、負荷に供給される水の圧力と負荷から戻る水の圧力との水圧差を測定する差圧計と、複数の熱源機および複数のポンプを制御する制御装置とを有し、制御装置は、複数の冷媒回路が生成する熱量と必要な熱量とから、複数の熱源機のうち、運転する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最低周波数であるか否かを判定し、判定の結果、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の開度のうち、いずれか一方を制御するものである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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、
前記複数の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、前記水圧差が目標範囲に入るように、該ポンプの運転周波数および前記バイパス弁の開度のうち、いずれか一方を制御する水圧制御手段と、を有する、熱源システム。
【請求項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ない場合、前記バイパス弁の開度を制御し、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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011−153809号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る熱源システムは、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、前記複数の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、前記水圧差が目標範囲に入るように、該ポンプの運転周波数および前記バイパス弁の開度のうち、いずれか一方を制御する水圧制御手段と、を有するものである。
【発明の効果】
【0008】
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。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】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2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3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4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5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。
図6】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。
図7】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。
図8】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9】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。
図10】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。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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)。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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、用いて、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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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)。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【符号の説明】
【0070】
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。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10

【手続補正書】
【提出日】2019年8月29日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0007】
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、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、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。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0050
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0050】
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。
【手続補正3】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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、
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、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。
【請求項2】
前記水圧制御手段は、
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。
【請求項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。
【請求項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。
【国際調査報告】