(57)【要約】【課題】高いＣＯＰを維持してシステム全体の効率向上をはかる冷温水供給システム等を得る。【解決手段】水が流れる温水配管８３と、冷媒を圧縮する圧縮機２２、冷媒と空気との熱交換を行う空冷側蒸発器２５、温水配管８３を流れる水と冷媒とを熱交換する水熱交換器である空冷側凝縮器２３及び冷媒の圧力を調整する絞り装置２４を有する複数の空冷式熱源機２１〜４１とを有し、複数の空冷式熱源機２１〜４１を水の流れに沿って温水配管８３に接続する冷温水供給システムであって、水の温度を検出する温度センサー９１〜９４と、温度センサー９１〜９４の検出に係る温度と、１又は複数の空冷式熱源機２１〜４１における圧縮機２２の駆動周波数とに基づいて、ＣＯＰが高い方に空冷式熱源機２１〜４１の運転台数を切り替える処理を行う制御部１００とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が流れる水配管と、
冷媒を圧縮する圧縮機、前記冷媒と空気との熱交換を行う空気熱交換器、前記水配管を流れる水と前記冷媒とを熱交換する水熱交換器及び該水熱交換器に流入する冷媒の圧力を調整する圧力調整手段を有してヒートポンプ回路を構成する複数の空冷式熱源機とを備えて前記複数の空冷式熱源機を前記水の流れに沿って前記水配管に接続して前記水を加熱又は冷却して供給する冷温水供給システムであって、
前記水配管を流れる水の温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段の検出に係る温度に基づいて前記空冷式熱源機の運転を制御し、１又は複数の前記空冷式熱源機における前記圧縮機の駆動周波数に基づいて、ＣＯＰが高い方の前記空冷式熱源機の運転台数に切り替える処理を行う制御部と
をさらに備えることを特徴とする冷温水供給システム。
【請求項２】
前記圧縮機、２つの前記水熱交換器及び前記圧力調整手段を有してヒートポンプ回路を構成する水冷式熱源機をさらに備え、
前記複数の空冷式熱源機を運転させる前に前記水冷式熱源機を運転させることを特徴とする請求項１に記載の冷温水供給システム。
【請求項３】
前記温度検出手段を複数有し、各熱源機から流出する前記水の温度を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷温水供給システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷温水供給システムにより加熱又は冷却された水により、空調対象空間の暖房又は冷房を行うことを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷温水供給システム等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、オフィスビル等の建物において、各部屋に熱負荷源として空気調和装置が設けられ、これらの空気調和装置に、冷温熱源機から冷温水を供給して、対象空間の暖房又は冷房を行うことがある。ここで、例えば、冷温熱源機（以下、熱源機という）とは、例えばヒートポンプ式冷凍サイクルを利用し、熱交換器において冷水又は温水を生成するものである。冷温水とは熱源機によって生成される冷水又は温水をいう。
【０００３】
このような冷温水供給システムにおいて、空冷式熱源機と水冷式熱源機とが混在するシステムがある。そして、空冷式熱源機と水冷式熱源機とをそれぞれ運転させており、現地水配管における冷温水の流れを制御しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、複数台の熱源機を有するシステムにおいて、入口水温を検知して運転する熱源機台数の制御を行うものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６３−０２７６２６号公報
【特許文献２】特許第３４７９８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に示されたシステムでは、例えば冷房負荷と暖房負荷とが混在し、これらの負荷に対して冷房運転と暖房運転とが同時に可能である。ここで、複数の熱源機が設置されているが、負荷が変化したときには、熱源機は圧縮機の最大周波数にて熱源機の運転台数の切り替える単純な制御を行っている。このため、消費電力を考慮した制御が行われず、ＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）が悪くなってしまっていた。
【０００７】
また、上記の特許文献２に示されるシステムでも、入口水温が変化したときには、圧縮機の最大周波数において熱源機の台数を切り替える単純な制御を行っているため、消費電力が多くなり、ＣＯＰが悪くなっていた。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高いＣＯＰを維持し、システム全体の効率向上をはかる冷温水供給システム等を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る冷温水供給システムは、水が流れる水配管と、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒と空気との熱交換を行う空気熱交換器、水配管を流れる水と冷媒とを熱交換する水熱交換器及び水熱交換器に流入する冷媒の圧力を調整する圧力調整手段を有してヒートポンプ回路を構成する複数の空冷式熱源機とを備えて複数の空冷式熱源機を水の流れに沿って水配管に接続して水を加熱又は冷却して供給する冷温水供給システムであって、水配管を流れる水の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の検出に係る温度に基づいて空冷式熱源機の運転を制御し、１又は複数の空冷式熱源機における圧縮機の駆動周波数に基づいて、ＣＯＰが高い方の空冷式熱源機の運転台数に切り替える処理を行う制御部とをさらに備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、水配管の水の流れに沿って接続されて、水の加熱又は冷却を行う空冷式熱源機について、制御部が運転台数を切り替えた方がＣＯＰが高くなると判断すると、運転台数を切り替える処理を行うようにしたので、高いＣＯＰを維持しつつ、１台又は複数台の熱源機を運転して所望する温度の水を負荷側に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における冷温水供給システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る水冷式熱源機１１の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る空冷式熱源機２１及び５１の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における制御部１００の処理動作のフローチャートを示す図である。
【図５】複数台の空冷式熱源機とＣＯＰとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における冷温水供給システムの概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態１における冷温水供給システムは、水冷式熱源機１１、６台の空冷式熱源機２１、３１、４１、５１、６１及び７１、温水ポンプ８１、冷水ポンプ８２、温水配管８３、冷水配管８４、温度センサー９１〜９８並びに制御部１００を有している。
【００１３】
温水ポンプ８１は、水配管となる温水配管８３内の水を加圧して配管内を循環させる。このとき、温水配管８３内の水は、水冷式熱源機１１等によって加熱されることで、例えば暖房対象の空間（負荷）に熱を搬送する。そして、放熱器（図示せず）により、熱交換して暖房対象空間の空気を加熱する。また、冷水ポンプ８２は、水配管となる冷水配管８４内の水を加圧して配管内を循環させる。このとき、冷水配管８４内の水は、水冷式熱源機１１等によって冷却されることで、例えば冷房対象の空間（負荷）に冷熱を搬送する。そして、冷却器（図示せず）により、熱交換して冷房対象空間の空気を冷却する。ここで、本実施の形態では、温水配管８３、冷水配管８４における水の流れに対して、ＣＯＰがよい水冷式熱源機１１を、空冷式熱源機２１〜７１よりも上流側に位置するように配置（接続）している。また、温水配管８３の水の流れに沿って、空冷式熱源機２１、３１、４１の順に配置し、冷水配管８４の水の流れに沿って、空冷式熱源機５１、６１、７１の順に配置しているものとする。また、温水配管８３及び冷水配管８４内を、水が流れるものとして説明するが、配管内を流れる液体を水に限定するものではない。例えば不凍液等であってもよいし、他の液体が流れるようにしてもよい。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態１に係る水冷式熱源機１１の構成を示す図である。図２において、水冷式熱源機１１は、圧縮機１２、水冷側凝縮器（放熱器）１３、絞り装置１４及び水冷側蒸発器（冷却器）１５を配管接続してヒートポンプ回路（冷媒回路）を構成している。圧縮機１２は冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。本実施の形態の圧縮機１２は、例えばインバータ回路等により回転数（駆動周波数）を制御し、冷媒の吐出量を調整できるタイプのインバータ圧縮機で構成する。水熱交換器を有する水冷側凝縮器１３は、温水配管８３を流れる水と冷媒との間で熱交換を行う。このとき、冷媒は放熱し、例えば凝縮して液状の冷媒となる（凝縮液化する）。一方、水は加熱される。また、絞り装置１４は、冷媒を減圧して膨張させる。例えば電子式膨張弁等の流量制御手段、例えば、感温筒を有する膨張弁、毛細管（キャピラリ）等の冷媒流量調節手段等で構成する。水熱交換器を有する水冷側蒸発器１５は、冷水配管８４を流れる水と冷媒との間で熱交換を行う。このとき、冷媒は吸熱し、例えば蒸発してガス状の冷媒となる（蒸発気化する）。一方、水は冷却される。
【００１５】
図３は、本発明の実施の形態１に係る空冷式熱源機２１及び５１の構成を示す図である。図３（ａ）は空冷式熱源機２１を示している。また、図３（ｂ）は空冷式熱源機５１を示している。ここでは、空冷式熱源機２１〜７１を代表して、空冷式熱源機２１及び５１について説明する。
【００１６】
図３（ａ）に示すように、空冷式熱源機２１は圧縮機２２、空冷側凝縮器（放熱器）２３、絞り装置２４及び空冷側蒸発器（冷却器）２５を配管接続してヒートポンプ回路を構成している。また、送風機２６を有している。圧縮機２２は、圧縮機１２と同様にインバータ圧縮機で構成し、冷媒を圧縮して吐出する。また、絞り装置２４は、冷媒を減圧して膨張させる。空冷側凝縮器（放熱器）２３は、水冷側凝縮器１３と同様に、温水配管８３を流れる水と冷媒との間で熱交換を行う水熱交換器である。そして、空冷側蒸発器２５は、送風機２６から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行う空気熱交換器である。送風機２６は、空冷側蒸発器２５を通過する冷媒と空気との熱交換を促すために空気の流れを形成する。
【００１７】
また、図３（ｂ）に示すように、空冷式熱源機５１は圧縮機５２、空冷側凝縮器５３、絞り装置５４及び空冷側蒸発器５５を配管接続してヒートポンプ回路を構成している。また、送風機５６を有している。圧縮機５２は、圧縮機１２と同様にインバータ圧縮機で構成し、冷媒を圧縮して吐出する。また、絞り装置５４は、冷媒を減圧して膨張させる。空冷側蒸発器５５は、水冷側蒸発器１５と同様に、冷水配管８４を流れる水と冷媒との間で熱交換を行う水熱交換器である。そして、空冷側凝縮器２３は、送風機５６から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行う空気熱交換器である。送風機５６は、空冷側凝縮器５３を通過する冷媒と空気との熱交換を促すために空気の流れを形成する。
【００１８】
温度センサー９１〜９８は、それぞれ設置された位置における温水配管８３又は冷水配管８４の温度（温水又は冷水の温度）を検出する温度検出手段である。温度センサー９１は、水冷式熱源機１１と空冷式熱源機２１との間の温水配管８３の温度（水冷式熱源機１１から流出する温水の温度）を検出する。また、温度センサー９２は、空冷式熱源機２１と空冷式熱源機３１との間の温水配管８３の温度（空冷式熱源機２１から流出する温水の温度）を検出する。さらに、温度センサー９３は、空冷式熱源機３１と空冷式熱源機４１との間の温水配管８３の温度（空冷式熱源機３１から流出する温水の温度）を検出する。そして、温度センサー９４は、空冷式熱源機４１より下流側の温水配管８３の温度（空冷式熱源機４１から流出する温水の温度）を検出する。
【００１９】
一方、温度センサー９５は、水冷式熱源機１１と空冷式熱源機５１との間の冷水配管８４の温度（水冷式熱源機１１から流出する冷水の温度）を検出する。また、温度センサー９６は、空冷式熱源機５１と空冷式熱源機６１との間の冷水配管８４の温度（空冷式熱源機５１から流出する冷水の温度）を検出する。さらに、温度センサー９７は、空冷式熱源機６１と空冷式熱源機７１との間の冷水配管８４の温度（空冷式熱源機６１から流出する冷水の温度）を検出する。そして、温度センサー９８は、空冷式熱源機７１より下流側の冷水配管８４の温度（空冷式熱源機７１から流出する冷水の温度）を検出する。
【００２０】
制御部１００は、冷温水供給システムの制御を行う。本実施の形態においては、特に温度センサー９１〜９８の検出に係る温度、各熱源機の圧縮機の駆動周波数等に基づいて、空冷式熱源機２１〜７１の運転開始（起動）の判断等を行う。ここで、本実施の形態では、制御部１００は熱源機側から送られた信号に含まれる圧縮機の駆動周波数に基づいて処理等を行うが、例えば制御部１００が各熱源機に圧縮機の駆動周波数を指示等する場合には、指示に係る駆動周波数を用いるようにしてもよい。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態１における制御部１００の処理動作のフローチャートを示す図である。次に実施の形態１における制御部１００の処理について説明する。ここでは、温水側に係る処理について説明するが、冷水側においても同様の処理を行って、目標水温の冷水を負荷側に供給できるようにする。
【００２２】
冷温水供給システムが運転を開始すると、温水の流れに対して最上流に位置する水冷式熱源機１１が運転を開始する。そして、第１所定時間が経過したかどうかを判断する（Ｓ１）。第１所定時間が経過したものと判断すると、温度センサー９１の検出に基づいて、温水の温度が目標水温に達しているかどうかを判断する（Ｓ２）。目標水温に達していると判断すると、目標水温の温水を供給できる駆動周波数で圧縮機１２を駆動させるようにして（Ｓ１０）、処理を終了する。
【００２３】
目標水温に達していないと判断すると、圧縮機１２を最高駆動周波数で駆動しているかどうかを判断する（Ｓ３）。最高駆動周波数で駆動していないと判断すると、駆動周波数を上げて（Ｓ４）、Ｓ１に戻って処理を続ける。例えば、水冷式熱源機１１では、圧縮機１２を最高駆動周波数まで駆動させてもＣＯＰが悪くならない。そこで、可能な限り水冷式熱源機１１の運転によって水温を確保するために、圧縮機１２を最高駆動周波数まで駆動させるようにする。
【００２４】
一方、圧縮機１２を最高駆動周波数で駆動していると判断すると、温水の流れに対して下流側に位置する空冷式熱源機２１〜４１の運転開始及び制御を行って（Ｓ５）、水温を確保して供給できるようにする。ここでは、まず空冷式熱源機の中で最上流側に位置する空冷式熱源機２１の運転を開始する。そして、第２所定時間が経過したかどうかを判断する（Ｓ６）。ここで第２所定時間は，前述した第１所定時間と同じ時間であってもよい。第２所定時間が経過したものと判断すると、例えば空冷式熱源機２１の下流側にある温度センサー９２の検出に基づいて、温水の温度が目標水温に達しているかどうかを判断する（Ｓ７）。目標水温に達していると判断すると、目標水温の温水を供給できる駆動周波数で圧縮機１２、圧縮機２２を駆動させるようにして（Ｓ１０）、処理を終了する。一方、目標水温に達していないと判断すると、圧縮機２２の駆動周波数を上げる（Ｓ８）。
【００２５】
図５は、複数台の空冷式熱源機とＣＯＰとの関係を示す図である。図３では冷房能力比（熱源機８台の合計圧縮機周波数の定格周波数に対する周波数比）とシステムＣＯＰとの関係例を示している。ここで、圧縮機の消費電力を１００％とした時の定格圧縮機消費電力に対する圧縮機消費電力比１０％の消費電力をポンプの消費電力として、ＣＯＰを算出している。
【００２６】
空冷式熱源機の場合には、圧縮機における最高駆動周波数よりも低い駆動周波数において、ＣＯＰが最大となる駆動周波数が存在する。例えば、図３において、運転する空冷式熱源機（駆動する圧縮機）の各運転台数におけるＣＯＰは、最大が約３．２であり、上に凸の曲線となっている、そして、各運転台数において、少なくとも１台多い運転台数又は１台少ない運転台数との間に交点が存在する。このため、例えばある台数の空冷式熱源機の運転に係る合計圧縮機周波数とある台数に１台増えた台数の空冷式熱源機の運転に係る合計圧縮機周波数とが同じ場合に、１台増えた方がＣＯＰが高くなる場合がある（１台減った場合も同じである）。ここで、空冷式熱源機の運転台数（圧縮機の駆動台数）を切り替える境界となる圧縮機の駆動周波数（図３における交点に対応する駆動周波数）を境界周波数とする（境界周波数はそれ以前の運転台数により、各空冷式熱源機において異なる場合がある）。
【００２７】
そして、Ｓ８において駆動周波数を上げた後、境界周波数超の駆動周波数であるかどうかを判断する（Ｓ９）。境界周波数を超えていないと判断すると、Ｓ６に戻って処理を続ける。一方、境界周波数を超えていると判断すると、Ｓ５に戻って、さらに下流側に位置する空冷式熱源機の運転開始及び制御の処理を行う。これにより、空冷式熱源機はＣＯＰが最も良い駆動周波数で運転台数を切り替えることができる。以上のようにして、温水配管８３の流れる温水が目標水温になるまで処理を行う。
【００２８】
以上のように、本実施の形態のシステムによれば、ＣＯＰの最大点が圧縮機の最大駆動周波数よりも低い駆動周波数にある空冷式熱源機２１〜７１の運転において、境界周波数を超えたものと判断すると運転台数を切り替えるようにしてＣＯＰが高くなる方の運転を選択することで、ＣＯＰを高く維持することができる。また、本実施の形態のような水冷式熱源機１１と空冷式熱源機２１〜７１とが混在しているシステムにおいては、ＣＯＰが優れている水冷式熱源機１１を水の流れの最上流側に位置するようにして優先して運転させるようにすることで、さらに高いＣＯＰの維持をはかることができる。このように１台又は複数台の熱源機の運転を制御して、高いＣＯＰを維持しつつ、所望する温度の水を供給することができる。
【００２９】
実施の形態２．
上述した実施の形態１の冷温水供給システムは、図１に示すように、１台の水冷式熱源機１１と６台の空冷式熱源機２１〜７１との、７台の熱源機を有しているが、構成する熱源機の台数を限定するものではない。水冷式熱源機と複数台の空冷式熱源機とを温水配管（冷水配管）に対して直列に接続するようにしていれば適用可能である。
【００３０】
また、実施の形態１においては、各熱源機からの水の流出側に温度センサー９１〜９８を設置しているが、これに限定するものではない。例えば温度センサー９４及び９８の検出に係る温度を用いて、目標水温に達したかどうかを判断するようにしてもよい。
【００３１】
そして、実施の形態１では、空冷式熱源機の運転台数を増やす場合の処理について適用したが、これに限定するものではなく、例えば空冷式熱源機の運転台数を減らす処理（運転停止に係る処理）についても適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１１  水冷式熱源機、１２  圧縮機、１３  水冷側凝縮器、１４  絞り装置、１５  水冷側蒸発器、２１  空冷式熱源機、２２  圧縮機、２３  空冷側凝縮器、２４  絞り装置、２５  空冷側蒸発器、２６  送風機、３１  空冷式熱源機、４１  空冷式熱源機、５１  空冷式熱源機、５２  圧縮機、５３  空冷側凝縮器、５４  絞り装置、５５  空冷側蒸発器、５６  送風機、６１  空冷式熱源機、７１  空冷式熱源機、８１  温水ポンプ、８２  冷水ポンプ、８３  温水配管、８４  冷水配管、９１，９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８  温度センサー、１００  制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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