(57)【要約】  負荷側装置の現在の熱量を精度良く把握して、冷凍システムの効率向上を図る。  冷媒と熱媒体とが熱交換を行う水冷媒熱交換器１２及び圧縮機１１を有するヒートポンプチラー１と、負荷側装置２と、水冷媒熱交換器と負荷側装置とが配管で接続されてポンプ３により水を循環させ、ヒートポンプチラーが供給する熱量を負荷側装置に搬送する水回路４と、水の温度を検知する温度センサ２３ａ、２３ｂと、水の圧力を検知する圧力センサ２４ａ、２４ｂと、負荷側装置における負荷を判断するための負荷指標を検知する吸込温度センサ２５と、温度センサ、圧力センサ及び吸込温度センサのそれぞれから得た値に基づいて圧縮機及びポンプのそれぞれの運転を制御する制御装置３０とを備えた。
2017009955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒と熱媒体とが熱交換を行う熱源側熱交換器及び圧縮機を有する熱源機と、  負荷側装置と、  前記熱源側熱交換器と前記負荷側装置とが配管で接続されてポンプにより前記熱媒体を循環させ、前記熱源機が供給する熱量を前記負荷側装置に搬送する熱媒体回路と、  前記熱媒体の温度を検知する熱媒体温度センサと、  前記熱媒体の圧力を検知する熱媒体圧力センサと、  前記負荷側装置における負荷を判断するための負荷指標を検知する負荷指標センサと、  前記熱媒体温度センサ、前記熱媒体圧力センサ及び前記負荷指標センサのそれぞれから得た値に基づいて前記圧縮機及び前記ポンプのそれぞれの運転を制御する制御装置とを備えた冷凍システム。
【請求項２】
前記負荷側装置は、負荷側熱交換器とファンとを有するファンコイルを備え、前記負荷側熱交換器に前記配管が接続されて前記熱媒体回路の前記熱媒体が循環するように構成されており、  前記熱媒体温度センサは、前記負荷側熱交換器の出入口の熱媒体の温度をそれぞれ検知する温度センサであり、  前記熱媒体圧力センサは、前記ファンコイルの前記熱媒体の出入口の圧力をそれぞれ検知する圧力センサであり、  前記負荷指標センサは、前記ファンコイルへの吸込空気の温度を検知する吸込温度センサである請求項１記載の冷凍システム。
【請求項３】
前記ファンコイルへの吸込空気の湿度を検知する湿度センサを更に備え、  前記制御装置は、前記湿度センサで検知した湿度を更に用いて前記圧縮機及び前記ポンプの運転を制御する請求項２記載の冷凍システム。
【請求項４】
前記制御装置は前記湿度センサで検知した湿度を用いた前記圧縮機及び前記ポンプの運転制御を、前記ファンコイルで前記熱媒体と空気とを熱交換して前記空気を冷却して室内に供給する冷房時に行う請求項３記載の冷凍システム。
【請求項５】
前記ファンコイルの前記負荷側熱交換器に流入する前記熱媒体の流量を調整する電動弁を更に備え、  前記制御装置は前記吸込温度センサで検知された吸込温度を目標温度にするために必要な熱量と、前記負荷側装置から空調負荷へ供給可能な熱量との差が、予め設定された設定熱量よりも小さい場合には、前記必要な熱量が得られるように前記電動弁を制御し、前記差が前記設定熱量より大きい場合、前記必要な熱量が得られるように前記圧縮機及び前記ポンプの運転を制御する請求項２〜請求項４の何れか一項に記載の冷凍システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記熱媒体圧力センサで検知された圧力に基づいて、前記熱媒体回路において運転上、最低必要な循環量を維持しつつ、前記負荷側熱交換器の出口水温が設定水温に維持されるように前記ポンプの運転を制御する請求項２〜請求項５の何れか一項に記載の冷凍システム。
【請求項７】
前記熱媒体は水、前記負荷側装置は貯湯タンクであり、  前記熱媒体回路は、前記熱源側熱交換器で加熱された前記水を前記貯湯タンクに貯留する一方、給湯端末に供給する給湯回路であり、  前記熱媒体温度センサは、前記貯湯タンクの出入口の水温をそれぞれ検知する温度センサであり、前記貯湯タンクの出口水温を検知する前記熱媒体温度センサが前記負荷指標センサを兼ねており、  前記熱媒体圧力センサは、前記貯湯タンクの出入口の圧力をそれぞれ検知する圧力センサである請求項１記載の冷凍システム。
【請求項８】
前記給湯回路において、前記貯湯タンクと前記給湯端末との間で水を循環させる給湯端末側ポンプを備え、  前記制御装置は、前記給湯端末の使用時の前記給湯回路の水圧の低下を前記熱媒体圧力センサで検知すると、前記給湯回路の水圧を設定水圧に維持するように前記給湯端末側ポンプを制御する請求項７記載の冷凍システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記貯湯タンクの出入口の水の温度差を一定に保つように前記給湯端末側ポンプを必要最小限で運転させる請求項８記載の冷凍システム。
【請求項１０】
前記熱源機を複数備え、  前記制御装置は、前記圧縮機の負荷率と圧縮機効率との関係を示す情報を用いて、前記圧縮機効率が最大となる負荷率を含む設定負荷率範囲内で複数の前記熱源機の前記圧縮機が運転されるように、前記圧縮機の運転台数及び前記圧縮機の運転容量を決定する請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は熱源にヒートポンプチラーを使用した冷凍システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  熱源機としてヒートポンプチラーを用いた冷凍システムとして、ビル又は大規模商業施設などの建物内に熱媒体として水を循環させる水回路を備えた空調システムがある。この種の空調システムでは、水回路の水を負荷側装置であるファンコイルユニット又はエアハンドリングユニットに通過させ、その水の熱で冷暖房を行うようにしている。【０００３】  ヒートポンプチラー及び負荷側装置は一つの水回路に対してそれぞれ複数台使用することが一般的であり、各負荷側装置からの水をヘッダで合流した後、各ヒートポンプチラーに分配して水を循環させるようにしている。【０００４】  省電力化のためにはインバータに対応したヒートポンプチラー圧縮機及び水循環ポンプを使用することが有効であり、それらのインバータ制御のため、ヘッダ内の水温を測定し、負荷に対して最適な制御を構築している。【０００５】  また、複数台のヒートポンプチラーを有する空調システムにおいては、インバータ制御だけでなくヒートポンプチラーの運転台数を制御して省電力化を実現している。【０００６】  そして、省電力化のため、ヘッダ内の水温を測定してヒートポンプチラーの運転台数を制御する先行例としては、特許文献１がある。本特許文献１には、ヘッダ内の水温を測定し、必要最小限の台数のみを運転させるように制御する空調システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３２０６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  特許文献１に記載された従来の空調システムは、ヘッダ内の水温のみに基づいてヒートポンプチラーの運転台数を制御しており、ヘッダ内の水温のみでは負荷側装置の循環水情報として不十分である。このため、負荷側装置の現在の熱量、すなわち負荷側装置から空調負荷へ供給可能な現在の熱量を精度良く把握できない。よって、余分な熱量を負荷側装置に供給するようにヒートポンプチラーを運転する可能性があり、空調システム全体の効率低下の原因となっていた。【０００９】  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、負荷側装置の現在の熱量を精度良く把握して、冷凍システムの効率向上を図ることが可能な冷凍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】
【００１０】  本発明に係る冷凍システムは、冷媒と熱媒体とが熱交換を行う熱源側熱交換器及び圧縮機を有する熱源機と、負荷側装置と、熱源側熱交換器と負荷側装置とが配管で接続されてポンプにより熱媒体を循環させ、熱源機が供給する熱量を負荷側装置に搬送する熱媒体回路と、熱媒体の温度を検知する温度センサと、熱媒体の圧力を検知する圧力センサと、負荷側装置における負荷を判断するための負荷指標を検知する負荷指標センサと、温度センサ、圧力センサ及び負荷指標センサのそれぞれから得た値に基づいて圧縮機及びポンプのそれぞれの運転を制御する制御装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】  本発明によれば、負荷側装置の現在の熱量を精度良く把握して、冷凍システムの効率向上を図ることが可能な冷凍システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る空調システムの動作を示すフローチャートである。
【図３】圧縮機の負荷率と圧縮機効率との関係を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る給湯システムの概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る給湯システムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】実施の形態１．  冷凍システムの一例として、ここでは空調システムを挙げて実施の形態１を説明する。
【００１４】  図１は、本発明の実施の形態１に係る空調システムの構成を示すブロック図である。空調システムは、室外に設置される熱源機であるヒートポンプチラー１と、室内に設置される室内機である負荷側装置２と、ポンプ３とを有し、熱媒体としての水が循環する熱媒体回路である水回路４とを備えている。水回路４は、ヒートポンプチラー１と負荷側装置２とを配管で接続してポンプ３により水が循環することで、ヒートポンプチラー１が供給する熱量を負荷側装置２に搬送する回路である。なお、図１ではヒートポンプチラー１及び負荷側装置２がそれぞれ２台ずつ設置されている場合を例示したが、設置台数を限定するものではない。
【００１５】  ヒートポンプチラー１は、インバータにより運転容量が可変な圧縮機１１と、フロン等の冷媒の熱で循環水を目的の温度に加熱又は冷却するための熱源側熱交換器としての水冷媒熱交換器１２とを備えている。そして、ヒートポンプチラー１は、圧縮機１１、減圧装置及び熱交換器を備えた冷媒回路（図示せず）を有し、冷媒が循環する冷媒回路の冷媒と水回路４の循環水とが水冷媒熱交換器１２で熱交換することで、冷媒の熱を負荷側装置２に供給する熱源機として機能するようになっている。水回路４は、ヒートポンプチラー１の水冷媒熱交換器１２と、負荷側装置２の後述のファンコイル２１の負荷側熱交換器２１ａとの間で水が循環するようになっている。
【００１６】  負荷側装置２は、ファンコイル２１と電動弁２２とを備えている。ファンコイル２１は、負荷側熱交換器２１ａと、負荷側熱交換器２１ａに空気を通過させるファン２１ｂとを備えている。ファンコイル２１は、負荷側空気を、水回路４の循環水と負荷側熱交換器２１ａで熱交換して冷却し、冷却後の負荷側空気を室内に供給する冷房運転と、負荷側空気を水回路４の循環水と負荷側熱交換器２１ａで熱交換して加熱し、加熱後の負荷側空気を室内に供給する暖房運転とを行う。電動弁２２は、水回路４において負荷側熱交換器２１ａへの循環水の流入量を調整するものである。
【００１７】  負荷側装置２は更に、熱媒体温度センサである温度センサ２３（２３ａ、２３ｂ）と、熱媒体圧力センサである圧力センサ２４（２４ａ、２４ｂ）と、負荷指標センサである吸込温度センサ２５と、湿度センサ２６とを備えている。
【００１８】  温度センサ２３ａは、負荷側熱交換器２１ａの水入口配管に配置され、負荷側熱交換器２１ａの入口の循環水の温度を検知する。温度センサ２３ｂは、負荷側熱交換器２１ａの水出口配管に配置され、負荷側熱交換器２１ａの出口の循環水の温度を検知する。
【００１９】  圧力センサ２４ａは、負荷側熱交換器２１ａの水入口配管に配置され、負荷側熱交換器２１ａの入口の循環水の圧力を検知する。圧力センサ２４ｂは、負荷側熱交換器２１ａの水出口配管に配置され、負荷側熱交換器２１ａの出口の循環水の圧力を検知する。
【００２０】  吸込温度センサ２５は、ファンコイル２１のファン２１ｂの風上に配置され、負荷側空気である吸込空気の温度を検知する。湿度センサ２６も温度センサと同様にファンコイル２１のファン２１ｂの風上に配置され、吸込空気の湿度を検知する。
【００２１】  これらの各センサ２３〜２６の検知信号は後述の負荷側制御装置２７に出力される。
【００２２】  負荷側装置２は更に、各センサ２３〜２６の検知信号を受け取る負荷側制御装置２７と、空気調和システム全体を制御する中央制御装置５０とを備えている。
【００２３】  負荷側制御装置２７は、負荷側装置２内の各センサ２３〜２６の信号を制御信号線３１を介して後述の中央制御装置３０に送信したり、負荷側装置２で必要な熱量の演算をしたりする。負荷側制御装置２７は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。
【００２４】  中央制御装置３０は、制御信号線３１で接続されたヒートポンプチラー１とポンプ３と負荷側装置２とのそれぞれから得た情報に基づいて最適な運転条件を演算し、ヒートポンプチラー１とポンプ３とに運転指示を出力して制御する。中央制御装置３０は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。
【００２５】  なお、ここでは、空調システム全体の運転制御を、負荷側制御装置２７と中央制御装置３０との間でデータ通信を行って連携処理する構成を示したが、中央制御装置３０に負荷側制御装置２７の機能も持たせ、中央制御装置３０で空調システム全体の運転制御を行う構成としてもよい。負荷側制御装置２７及び中央制御装置３０は本発明に係る制御装置を構成している。
【００２６】  図２は、本発明の実施の形態１に係る空調システムの動作を示すフローチャートである。  このように構成された空調システムでは、吸込温度センサ２５及び湿度センサ２６を用いて吸込空気の温湿度を検知する（Ｓ１）。そして、負荷側制御装置２７は、吸込温度センサ２５で検知された吸込空気温度が目標温度に一致するかを判断する（Ｓ２）。吸込温度センサ２５で検知された吸込空気温度は、負荷側の現在の負荷を判断するための負荷指標に相当する。そして、負荷側制御装置２７は、吸込空気温度が目標温度に一致しなければ、吸込空気温度を目標温度にするために必要な熱量を、吸込温度センサ２５及び湿度センサ２６で得た吸込空気の温湿度に基づいて演算する（Ｓ３）。
【００２７】  この「必要熱量」の演算に際しては、吸込空気温度に加えて吸込空気湿度も用いることで、より正確な熱量を演算できる。すなわち、例えば温湿度が高い場所を冷房する場合、空気中の水蒸気を水に相変化させながら空気を冷やすため、潜熱分を含めて熱を奪う必要がある。このため、湿度が高いときは、湿度が低いときに比べてより多くの冷却能力が必要となる。このように潜熱も考慮することで、より正確な「必要熱量」を演算できる。なお、上記の観点から、「必要熱量」を演算するにあたっては吸込空気湿度を用いることが好ましいが、少なくとも吸込空気温度を用いればよい。
【００２８】  次に、負荷側制御装置２７は、温度センサ２３及び圧力センサ２４を用いて、循環水の水温及び水圧を検知し、「負荷側熱交換器２１ａから空調負荷へ供給可能な現在の熱量」を演算する（Ｓ４）。以下、循環水の水温及び水圧の情報を負荷側制御情報ということがある。
【００２９】  そして、負荷側制御装置２７は、電動弁２２の開度調整を行って負荷側熱交換器２１ａに流れる循環水の流量を変更することで、「必要熱量」を得ることができるかどうかを判断する（Ｓ５）。この判断は、具体的には「必要熱量」と「負荷側熱交換器２１ａから空調負荷へ供給可能な現在の熱量」との差と予め設定された設定熱量との比較により行う。すなわち、「必要熱量」と「負荷側熱交換器２１ａから空調負荷へ供給可能な現在の熱量」との差が設定熱量がよりも小さい場合、電動弁２２の開度調整を行って負荷側熱交換器２１ａに流れる流量を変更することで、「必要熱量」を得ることができると判断する。一方、「必要熱量」と「負荷側熱交換器２１ａから空調負荷へ供給可能な現在の熱量」との差が設定熱量より大きい場合には、負荷側制御装置２７は、電動弁２２の開度調整では「必要熱量」を得ることはできないと判断する。
【００３０】  負荷側制御装置２７は、電動弁２２の開度調整で「必要熱量」を得ることができると判断した場合は、「必要熱量」に応じて電動弁２２の開度調整を行い（Ｓ６）、ステップＳ４に戻る。
【００３１】  一方、負荷側制御装置２７は、電動弁２２の開度調整では「必要熱量」を得ることはできないと判断した場合、その旨の情報、すなわち運転条件の変更が必要である旨の情報を制御信号線３１を介して中央制御装置３０に伝送する。ここで、負荷側制御装置２７から中央制御装置３０に、運転条件の変更が必要である旨の情報を伝送する際には、この情報に、負荷側装置２で得た、現在の負荷側制御情報（循環水の水温及び水圧）も含めて伝送する。
【００３２】  以上のステップＳ１〜ステップＳ６の処理は各負荷側制御装置２７のそれぞれで行われている。よって、各負荷側制御装置２７のそれぞれにおける熱量状況に応じて、各負荷側制御装置２７の一部又は全部から運転条件の変更が必要である旨の情報（負荷側制御情報を含む）が中央制御装置３０に集められることになる。
【００３３】  そして、中央制御装置３０は、ヒートポンプチラー１及びポンプ３から得た運転情報と、負荷側装置２の各負荷側制御装置２７から得た負荷側制御情報（循環水の水温及び水圧）とに基づいて各ヒートポンプチラー１及びポンプ３のそれぞれの運転を制御する。すなわち、前記運転情報と前記負荷側制御情報とに基づいて最適な運転条件を演算し、各ヒートポンプチラー１とポンプ３とのそれぞれに運転指示を出力する（Ｓ７）。なお、ヒートポンプチラー１及びポンプ３から得た運転情報とは、具体的には例えば現在の運転容量が該当する。
【００３４】  ここで、圧縮機１１の効率は、空調システムの省電力化の実現に最も影響するため、中央制御装置３０は、複数の圧縮機１１を効率の良い負荷率で運転させるように運転指示を決定する。圧縮機１１の負荷率について示したのが次の図３である。
【００３５】  図３は、圧縮機の負荷率と圧縮機効率との関係を示した図である。図３に示す関係を有する圧縮機１１の場合、定格運転での負荷率を１００％とした場合に５０％付近の効率がよい。このため、ヒートポンプチラー１が例えば１０台設置されており、１０台全てを負荷率１００％で運転させる場合を運転要求１００％としたとき、運転要求５０％を実現するには、５台を負荷率１００％で運転することで対応できる。しかし、この圧縮機１１は負荷率１００％で運転するよりも負荷率５０％で運転した方が圧縮効率が良いため、負荷率５０％で１０台の圧縮機１１を運転させるようにする。また、運転要求４０％の場合には、圧縮機８台を負荷率５０％で運転させるようにすればよい。
【００３６】  上記運転要求率は、ヒートポンプチラー１及びポンプ３から得た運転情報と、負荷側装置２とから得た負荷側制御情報（循環水の水温及び水圧）を中央制御装置３０で演算することで得られる必要熱量で決まり、運転要求率から圧縮機１１の負荷率が最適になるように圧縮機１１を制御する。
【００３７】  以上の考え方に基づき最適化した運転台数及び運転容量でヒートポンプチラー１の圧縮機１１を運転させる。つまり、中央制御装置３０は、圧縮機効率が最大となる負荷率（ここでは５０％）を含む設定負荷率範囲内で圧縮機１１が運転されるように最適な運転条件（圧縮機１１の運転台数及び圧縮機１１の運転容量）を決定する。
【００３８】  また、中央制御装置３０は負荷側装置２の圧力センサ１０から得られる水圧に基づいて、水回路４において運転上、最低必要な水循環量を維持しつつ、ヒートポンプチラー１の出口水温が設定水温に維持されるように最適化した水循環量が得られるようにポンプ３の運転容量を制御する。
【００３９】  以上のように実施の形態１によれば、負荷側の熱量、すなわち「負荷側熱交換器２１ａから空調負荷へ供給可能な現在の熱量」を循環水の水温と水圧とを用いて把握できるため、循環水の水温のみを用いていた従来に比べて精度良く把握することができる。
【００４０】  そして、「必要熱量」と、ヒートポンプチラー１及びポンプ３の運転情報と、負荷側制御情報（循環水の水温及び水圧）とに基づいて、圧縮機１１の運転容量と循環水の水量とを最適に調整することができるため、空調システム全体の高効率化という効果を得ることができる。
【００４１】  また、「必要熱量」を演算するにあたり、吸込温度センサ２５で検知した吸込空気温度に加えて、更に湿度センサ２６で検知した吸込空気湿度を用いることで、より正確に熱量を演算できる。このように湿度を用いた「必要熱量」の演算を冷房時に行うことで、湿度を考慮した快適な空調を高効率に行うことが可能となる。
【００４２】  また、「必要熱量」と「負荷側熱交換器２１ａから空調負荷へ供給可能な現在の熱量」との差が設定熱量よりも小さい場合には、圧縮機１１及びポンプ３の運転条件を変更せずとも、電動弁２２の制御を行うことで、「必要熱量」を得ることができる。
【００４３】  また、圧力センサ２４で検知された水圧に基づいて、水回路４において運転上、最低必要な循環量を維持しつつ、負荷側熱交換器２１ａの出口水温が設定水温に維持されるようにポンプ３を制御することができる。
【００４４】  また、中央制御装置３０に、ユーザインターフェースを追加して監視環境を整えることで、空調システム全体の高効率化を確実に行うためのエネルギー管理及びシステム監視を行うことができるという効果がある。
【００４５】  なお、本実施の形態１では、水回路４を循環する熱媒体を水としたが、水に凝固点を降下させる添加物を混ぜたブライン等に置き換えることができる。
【００４６】実施の形態２．  上記実施の形態１は、冷凍システムの一例として空調システムを挙げたが、実施の形態２は給湯システムの例を説明するものである。
【００４７】  図４は、本発明の実施の形態２に係る給湯システムの概略構成図である。  給湯システムは、給湯機として機能する熱源機であるヒートポンプチラー４１と、ヒートポンプチラー４１で加熱された水を貯えておくための貯湯タンクである密閉型タンク４２と、ヒートポンプチラー４１で加熱された水を密閉型タンク４２に貯留する一方、給湯端末４３に供給する給湯回路である水回路４４とを備えている。密閉型タンク４２は本発明の負荷側装置に相当する。
【００４８】  水回路４４は、水回路４４ａと水回路４４ｂとを備えている。水回路４４ａは、ヒートポンプチラー４１と密閉型タンク４２とを配管で接続してポンプ４９により水が循環することで、ヒートポンプチラー１が供給する熱量を密閉型タンク４２に搬送する回路である。水回路４４ｂは、密閉型タンク４２と給湯端末４３とを配管で接続して、給湯端末側ポンプであるポンプ４５により水を循環させる回路である。
【００４９】  給湯端末４３は、例えばシャワー又はカランである。なお、図４ではヒートポンプチラー１が３台設置され、密閉型タンク４２が１台設置されている場合を示したが、設置台数を限定するものではない。
【００５０】  ヒートポンプチラー４１の構成は図１に示した実施の形態１のヒートポンプチラー１と同様であり、インバータにより運転容量が可変な圧縮機１１と、フロン等の冷媒の熱で水を目的の温度に加熱するための水冷媒熱交換器１２とを備えている。そして、ヒートポンプチラー４１は、圧縮機１１、減圧装置及び熱交換器を備えた冷媒回路（図示せず）を有し、冷媒が循環する冷媒回路の冷媒と水回路４４ａの水とが水冷媒熱交換器１２で熱交換することで、冷媒の熱を密閉型タンク４２に供給する熱源機として機能するようになっている。
【００５１】  水回路４４ｂには、熱媒体温度センサである温度センサ４６（４６ａ、４６ｂ）と、熱媒体圧力センサである圧力センサ４７（４７ａ、４７ｂ）とが設けられている。
【００５２】  温度センサ４６ａは、密閉型タンク４２の水入口配管に配置され、密閉型タンク４２の入口の循環水の温度を検知する。温度センサ４６ｂは、密閉型タンク４２の水出口配管に配置され、密閉型タンク４２の出口の循環水の温度を検知する。温度センサ４６ｂは、本発明の負荷指標センサを構成している。
【００５３】  圧力センサ４７ａは、密閉型タンク４２の水入口配管に配置され、密閉型タンク４２の入口の循環水の圧力を検知する。圧力センサ４７ｂは、密閉型タンク４２の水出口配管に配置され、密閉型タンク４２の出口の循環水の圧力を検知する。
【００５４】  これらの各センサ４６、４７の検知信号は後述の負荷側制御装置４８に出力される。
【００５５】  給湯システムは更に、各センサ４６、４７の検知信号を受け取る負荷側制御装置４８と、給湯システム全体を制御する中央制御装置５０とを備えている。
【００５６】  負荷側制御装置４８は、各センサ４６、４７の信号を制御信号線５１を介して中央制御装置５０に送信したり、密閉型タンク４２内の温度を目標水温に維持するのに必要な熱量を演算したりする。また、負荷側制御装置４８にはポンプ４５が接続されている。負荷側制御装置４８は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。
【００５７】  中央制御装置５０は、制御信号線５１でヒートポンプチラー４１及び負荷側制御装置４８に接続されており、ヒートポンプチラー４１とポンプ４５と負荷側制御装置４８とのそれぞれから得た情報に基づいて最適な運転条件を演算し、ヒートポンプチラー４１とポンプ４５とに運転指示を出力する。中央制御装置５０は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。
【００５８】  なお、ここでは、給湯システム全体の運転制御を、負荷側制御装置４８と中央制御装置５０との間でデータ通信を行って連携処理する構成を示したが、中央制御装置５０に負荷側制御装置４８の機能も持たせ、中央制御装置５０で給湯システム全体の運転制御を行う構成としてもよい。負荷側制御装置４８及び中央制御装置５０が本発明に係る制御装置を構成している。
【００５９】  図５は、本発明の実施の形態２に係る給湯システムの動作を示すフローチャートである。  このように構成された給湯システムでは、温度センサ４６及び圧力センサ４７を用いて循環水の水温及び水圧を検知する（Ｓ１１）。そして、負荷側制御装置４８は温度センサ４６ｂで検知された密閉型タンク４２の出口水温が目標水温に一致するかを判断する（Ｓ１２）。温度センサ４６ｂで検知された出口水温は、負荷側の現在の負荷を判断するための負荷指標に相当する。そして、負荷側制御装置４８は、出口水温が目標水温に一致しなければ、出口水温を目標温度に維持するために必要な「必要熱量」を温度センサ４６及び圧力センサ４７の検知結果に基づいて演算する（Ｓ１３）。「必要熱量」は、「密閉型タンク４２から給湯負荷へ供給可能な現在の熱量」も踏まえて演算する。具体的には、負荷側制御装置４８は、出口水温と目標水温との温度差と、温度センサ４６及び圧力センサ４７の検知結果に基づいて演算する。
【００６０】  密閉型タンク４２内の水温を目標水温に維持するのに必要な熱量には、給湯端末４３から流出した熱量も影響するが、その影響は温度センサ４６と圧力センサ４７の値に現れる。このため、温度センサ４６と圧力センサ４７の値を用いることで、給湯端末４３から流出した熱量も考慮した上での、密閉型タンク４２内の水温を目標水温に維持するのに必要な熱量を演算できる。
【００６１】  そして、負荷側制御装置４８は、演算した「必要熱量」の情報を制御信号線５１を介して中央制御装置５０に伝送する。
【００６２】  中央制御装置５０は、負荷側制御装置４８から伝送されてきた「必要熱量」とヒートポンプチラー４１の運転情報とに基づいて最適な運転条件を演算し、各ヒートポンプチラー４１の圧縮機１１及びポンプ４９に運転指示を出力して（Ｓ１４）、それぞれの運転容量を制御する。なお、各ヒートポンプチラー４１の圧縮機１１の運転台数、圧縮機１１及びポンプ４９の運転容量を決定するにあたっての考え方は実施の形態１と同様である。
【００６３】  また、負荷側制御装置４８は、給湯端末４３の使用による水回路４４ｂの圧力低下を水回路４４ｂ内に配置された圧力センサ４７で検知する。そして、負荷側制御装置４８は、検知された水圧に基づき、給湯端末４３の水圧を設定水圧に維持するように最適化した水循環量が得られるようにポンプ４５の運転容量を制御する。
【００６４】  また、給湯端末４３が使用されていない場合にも、使用時すぐに温水を出せるように給湯端末４３近傍まで水を循環させる必要がある。そのときは、負荷側制御装置４８は、密閉型タンク４２出入口の温度センサ４６の温度差を一定に保つように、ポンプ４５を必要最小限で運転させる。
【００６５】  以上のように、実施の形態２によれば、循環水の水温及び圧力と負荷指標とを用いて密閉型タンク４２から給湯負荷へ供給可能な現在の熱量及び必要熱量を演算するため、循環水の水温のみを用いていた従来に比べてこれらの熱量を精度良く把握することができる。その結果、運転容量と循環水の水量とを最適に調整することができるため、空調システム全体の高効率化という効果が得られる。
【００６６】  また、密閉型タンク４２の水入口配管及び水出口配管に圧力センサ４７を配置し、ポンプ４５に運転指示を出すことで、給湯端末４３の水圧を維持できる給湯システムが実現できる。給湯端末４３が使用されていない場合、密閉型タンク４２の水入口配管及び水出口配管に温度センサ４６を配置し、ポンプ４５を必要最小限で運転させることで、水回路４４ｂの保温運転時の省電力が実現できる。
【００６７】  ところで上記実施の形態１及び実施の形態２で説明したシステムは、フロン等の冷媒の熱で水を目的の温度に加熱又は冷却するための熱交換器を有するヒートポンプチラーを熱源機として使用したシステムであるが、本発明の冷凍システムは、熱源機として上記のヒートポンプチラーを使用したものに限られたものではない。他に例えば、その他のチラー、ボイラー及び電気給湯器を熱源としたシステムにも利用できることは、言うまでもない。
【符号の説明】
【００６８】  １  ヒートポンプチラー、２  負荷側装置、３  ポンプ、４  水回路、５  制御信号線、６  制御装置、７  中継基板、１０  圧力センサ、１１  圧縮機、１２  水冷媒熱交換器、２１  ファンコイル、２１ａ  負荷側熱交換器、２１ｂ  ファン、２２  電動弁、２３（２３ａ、２３ｂ）  温度センサ（熱媒体温度センサ）、２４（２４ａ、２４ｂ）  圧力センサ（熱媒体圧力センサ）、２５  吸込温度センサ、２６  湿度センサ、２７  負荷側制御装置、３０  中央制御装置、３１  制御信号線、４１  ヒートポンプチラー、４２  密閉型タンク、４３  給湯端末、４４（４４ａ、４４ｂ）  水回路、４５  ポンプ、４６（４６ａ、４６ｂ）  温度センサ（熱媒体温度センサ）、４７（４７ａ、４７ｂ）  圧力センサ（熱媒体圧力センサ）、４８  負荷側制御装置、４９  ポンプ、５０  中央制御装置、５１  制御信号線。
【図１】
2017009955.tif 000003
【図２】
2017009955.tif 000004
【図３】
2017009955.tif 000005
【図４】
2017009955.tif 000006
【図５】
2017009955.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月29日(2017.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係る冷凍システムは、冷媒と熱媒体とが熱交換を行う熱源側熱交換器及び圧縮機を有する熱源機と、負荷側熱交換器とファンとを有するファンコイルを備えた負荷側装置と、熱源側熱交換器と負荷側装置の負荷側熱交換器とが配管で接続されてポンプにより熱媒体を循環させ、熱源機が供給する熱量を負荷側装置に搬送する熱媒体回路と、熱媒体の温度を検知する熱媒体温度センサと、熱媒体の圧力を検知する熱媒体圧力センサと、負荷側装置における負荷を判断するための負荷指標を検知する負荷指標センサと、ファンコイルの負荷側熱交換器に流入する熱媒体の流量を調整する電動弁と、熱媒体温度センサ、熱媒体圧力センサ及び負荷指標センサのそれぞれから得た値に基づいて圧縮機及びポンプのそれぞれの運転を制御する制御装置とを備え、制御装置は負荷指標センサで検知された負荷指標を目標指標にするために必要な熱量と、負荷側装置から空調負荷へ供給可能な熱量との差が、予め設定された設定熱量よりも小さい場合には、必要な熱量が得られるように、圧縮機及びポンプの運転条件は変更せずに電動弁を制御し、差が設定熱量より大きい場合、必要な熱量が得られるように圧縮機及びポンプの運転を制御するものである。
【手続補正２】
【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】
冷媒と熱媒体とが熱交換を行う熱源側熱交換器及び圧縮機を有する熱源機と、
負荷側熱交換器とファンとを有するファンコイルを備えた負荷側装置と、
前記熱源側熱交換器と前記負荷側装置の前記負荷側熱交換器とが配管で接続されてポンプにより前記熱媒体を循環させ、前記熱源機が供給する熱量を前記負荷側装置に搬送する熱媒体回路と、
前記熱媒体の温度を検知する熱媒体温度センサと、
前記熱媒体の圧力を検知する熱媒体圧力センサと、
前記負荷側装置における負荷を判断するための負荷指標を検知する負荷指標センサと、
前記ファンコイルの前記負荷側熱交換器に流入する前記熱媒体の流量を調整する電動弁と、
前記熱媒体温度センサ、前記熱媒体圧力センサ及び前記負荷指標センサのそれぞれから得た値に基づいて前記圧縮機及び前記ポンプのそれぞれの運転を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は前記負荷指標センサで検知された負荷指標を目標指標にするために必要な熱量と、前記負荷側装置から空調負荷へ供給可能な熱量との差が、予め設定された設定熱量よりも小さい場合には、前記必要な熱量が得られるように、前記圧縮機及び前記ポンプの運転条件は変更せずに前記電動弁を制御し、前記差が前記設定熱量より大きい場合、前記必要な熱量が得られるように前記圧縮機及び前記ポンプの運転を制御する冷凍システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記負荷側装置に備えられた第１装置と、冷凍システム全体の制御を行う第２装置とを備え、
前記第１装置は、前記差が前記設定熱量より大きい場合、前記熱媒体温度センサで検知した温度と前記熱媒体圧力センサで検出した圧力とからなる負荷側制御情報を、前記第２装置に伝送して前記運転条件の変更を要請し、
前記第２装置は、前記要請を受けて前記圧縮機及び前記ポンプの運転を制御する請求項１記載の冷凍システム。
【請求項３】
前記熱媒体温度センサは、前記負荷側熱交換器の出入口の熱媒体の温度をそれぞれ検知する温度センサであり、
前記熱媒体圧力センサは、前記ファンコイルの前記熱媒体の出入口の圧力をそれぞれ検知する圧力センサであり、
前記負荷指標センサは、前記ファンコイルへの吸込空気の温度を検知する吸込温度センサである請求項１又は請求項２記載の冷凍システム。
【請求項４】
前記ファンコイルへの吸込空気の湿度を検知する湿度センサを更に備え、
前記制御装置は、前記湿度センサで検知した湿度を更に用いて前記圧縮機及び前記ポンプの運転を制御する請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の冷凍システム。
【請求項５】
前記制御装置は前記湿度センサで検知した湿度を用いた前記圧縮機及び前記ポンプの運転制御を、前記ファンコイルで前記熱媒体と空気とを熱交換して前記空気を冷却して室内に供給する冷房時に行う請求項４記載の冷凍システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記熱媒体圧力センサで検知された圧力に基づいて、前記熱媒体回路において運転上、最低必要な循環量を維持しつつ、前記負荷側熱交換器の出口水温が設定水温に維持されるように前記ポンプの運転を制御する請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の冷凍システム。
【請求項７】
前記熱媒体は水、前記負荷側装置は貯湯タンクであり、
前記熱媒体回路は、前記熱源側熱交換器で加熱された前記水を前記貯湯タンクに貯留する一方、給湯端末に供給する給湯回路であり、
前記熱媒体温度センサは、前記貯湯タンクの出入口の水温をそれぞれ検知する温度センサであり、前記貯湯タンクの出口水温を検知する前記熱媒体温度センサが前記負荷指標センサを兼ねており、
前記熱媒体圧力センサは、前記貯湯タンクの出入口の圧力をそれぞれ検知する圧力センサである請求項１記載の冷凍システム。
【請求項８】
前記給湯回路において、前記貯湯タンクと前記給湯端末との間で水を循環させる給湯端末側ポンプを備え、
前記制御装置は、前記給湯端末の使用時の前記給湯回路の水圧の低下を前記熱媒体圧力センサで検知すると、前記給湯回路の水圧を設定水圧に維持するように前記給湯端末側ポンプを制御する請求項７記載の冷凍システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記貯湯タンクの出入口の水の温度差を一定に保つように前記給湯端末側ポンプを必要最小限で運転させる請求項８記載の冷凍システム。
【請求項１０】
前記熱源機を複数備え、
前記制御装置は、前記圧縮機の負荷率と圧縮機効率との関係を示す情報を用いて、前記圧縮機効率が最大となる負荷率を含む設定負荷率範囲内で複数の前記熱源機の前記圧縮機が運転されるように、前記圧縮機の運転台数及び前記圧縮機の運転容量を決定する請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の冷凍システム。
【国際調査報告】
2017009955.tif 000008
2017009955.tif 000009
2017009955.tif 000010
2017009955.tif 000011