JP2012159255A - ヒートポンプ式熱源機および加温システム - Google Patents

Abstract

【課題】
加温する負荷の大きさに応じて最適な加熱能力を備えたヒートポンプ式熱源機を準備しなければならず、機種数が多くなってしまい、製造や流通が非効率的になるという問題が生じる。
【解決手段】
ヒートポンプ式熱源機は、水―冷媒熱交換器と、この水―冷媒熱交換器の入口水温を検出する入口温度センサと、水―冷媒熱交換器の出口水温を検出する出口温度センサと、入口温度センサによって検出した温度と停止温度とを比較して冷凍サイクルの運転／停止を制御する運転制御手段と、出口温度センサによって検出した温度と目標温度とを比較して冷凍サイクルによる加熱量を制御する加熱量制御手段と、停止温度と目標温度のそれぞれを独立して設定可能な操作手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施の形態は、ヒートポンプ式冷凍サイクルを用いて温水を発生させるヒートポンプ式熱源機およびこの熱源機を用いた加温システムに関する。

床暖房、ファンコイルユニット等の負荷に対して温水を供給して暖房等の加熱を行なう加温システムにおいて、水を加熱する手段として外気等の空気を熱源としたヒートポンプ式熱源機を用いることが考えられている。 このようなヒートポンプ式熱源機では、水を加熱するための熱量が負荷の要求する熱量以上である必要がある。したがって、負荷に応じて最適能力（加熱熱量）のヒートポンプ式熱源機を選定する必要がある。 加熱熱量は設置先や負荷の種類等によって異なるため、それぞれの負荷に合わせた加熱能力を備えたヒートポンプ式熱源機の種類を準備しなければならない。
また、加熱能力を大きくするために複数の冷凍サイクルを備え、各冷凍サイクルの加熱出力となる水熱交換器を直列に接続して大能力化を図ったヒートポンプ式熱源機も考えられている。（特許文献１参照）

特開２００８−１７５４７６号公報

しかしながら、負荷に応じて最適な加熱能力を備えたヒートポンプ式熱源機を準備した場合、機種数が多くなってしまい、製造や流通が非効率的になるという問題が生じる。

本発明の実施形態によれば、ヒートポンプ式熱源機は、水を加熱するために、水と冷媒とを熱交換するための水―冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ冷凍サイクルを有する。このヒートポンプ式熱源機は、水―冷媒熱交換器の入口側の水温を検出する入口温度センサと、水―冷媒熱交換器の出口側の水温を検出する出口温度センサと、入口温度センサによって検出した入口水温と停止温度とを比較してヒートポンプ冷凍サイクルの運転／停止を制御する運転制御手段と、出口温度センサによって検出した出口水温と目標温度とを比較してヒートポンプ冷凍サイクルによる加熱量を制御する加熱量制御手段と、停止温度と目標温度のそれぞれを独立して設定可能な操作手段とを備える。
また、本発明の実施形態によれば、加温システムは、水配管によって負荷とポンプと複数台の上記ヒートポンプ式熱源機の各水―冷媒熱交換器を直列に接続し、上流側のヒートポンプ式熱源機の目標温度を、下流側のヒートポンプ式熱源機の停止温度よりも低く設定する。

本発明の実施形態に係る加温システムの構成図。 同加温システムに使用されるヒートポンプ式熱源機の冷凍サイクルと制御ブロック図。 同ヒートポンプ式熱源機の制御フローチャート。 同ヒートポンプ式熱源機の各部の温度変化と冷凍サイクルの運転状態を示すグラフ。

本発明の実施形態について、図１乃至図４を用いて説明する。

本発明の実施形態に係るヒートポンプ式熱源機およびこのヒートポンプ式熱源機を用いた加温システム１の構成を図１に示す。

加温システム１は、床暖房、ファンコイルユニット等の負荷４に水配管５から供給される温水が流通する。負荷４では、この温水の熱が放熱され所定の暖房や加熱が行われる。水配管５は途中にポンプ３が設けられ、このポンプ３が動作することで水配管５内の水が流通するようになっている。水配管５途中には複数のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）が直列に設けられている。水配管５は負荷４とポンプ３、複数のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）の各水―冷媒熱交換器(図２中の２６)を直列に接続した閉回路を構成している。ポンプ３を運転することで、水配管５内の水が負荷４、直列接続された複数のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）間を循環する。このように熱を搬送する水は閉回路になっている。
なお、図１では最終段のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｎ）と負荷４との間にポンプ３を配置しているが、ポンプ３の設置位置は水配管５途中のどこに設けても良い。

以下、水配管５に対して直列接続されたヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）において任意のヒートポンプ式熱源機をヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）とし、このヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）に隣接し、水配管５に流れる水の方向を基準として下流側のヒートポンプ式熱源機をヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）で表す。
ポンプ３の運転によって、負荷４から流出した低温水は、複数のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）を直列に流れる。ここで、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）が運転されれば、水配管５内の水が所望の温度になるまで各ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）で順次加熱され、この加熱された水（湯）が、再び負荷４に戻る。この結果、負荷４には温水が供給され、その熱を放熱して、暖房または加熱が実行される。

図２に示す各ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）は、いずれも同一構成となっており、１つのヒートポンプ式冷凍サイクルとその冷凍サイクルを制御する制御装置とから構成される。ヒートポンプ式冷凍サイクルは、インバータ装置２３で可変速駆動される圧縮機２４、冷媒の流通方向を変更する四方弁２５、水―冷媒熱交換器２６、膨張弁２７、熱源側熱交換器２８、再び四方弁２を通過して圧縮機２４へと戻るように順次冷媒配管を接続することで構成された一般的な冷凍サイクルとなっている。

熱源側熱交換器２８は、例えば、フィンドチューブタイプの空気熱交換器であり、この熱交換器に通風するためのプロペラファン２９が設けられている。
なお、四方弁２５は熱源側熱交換器２８の表面に空気中の水分が凝縮してできる着霜を溶かす除霜運転のために設けられるが、着霜しない高温の雰囲気条件下で熱源側熱交換器２８が使用されるのであれば、四方弁２５は不要となる。

冷凍サイクルが運転されると圧縮機２４で冷媒が圧縮され、吐出された高温高圧冷媒が四方弁２５を経由して水―冷媒熱交換器２６に流れる。水―冷媒熱交換器２６では水配管５を流れる水と冷凍サイクル中の高温高圧冷媒が熱交換し、水が加熱される。

各ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）の冷凍サイクルの冷媒として、本実施の形態ではＨＦＣ冷媒であるＲ４１０Ａを用いているが、適切な他の冷媒を用いてもよい。 また、各ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）は全く同一でなくとも、各ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）の加熱能力を異ならせても良い。例えば、加熱能力が５Ｋｗの各ヒートポンプ式熱源機と２．５Ｋｗのヒートポンプ式熱源機を組み合わせることも可能である。 例えば、負荷４が必要とする最大加熱能力が１０Ｋｗの場合には、５Ｋｗのヒートポンプ式熱源機を水配管５に対して２台直列に設置しても良いし、水配管５に対して５Ｋｗのヒートポンプ式熱源機を１台と２．５Ｋｗのヒートポンプ式熱源機２台を直列に設置してもよい。

次に、図２に従ってヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の制御装置について、説明する。 圧縮機２４を駆動するインバータ装置２３とプロペラファン２９を駆動するファンモータ３０は、制御手段である制御器２１によって制御される。 制御器２１は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路から構成される。制御器２１には、その入力側に水―冷媒熱交換器２６の入口側の水配管５の温度（以下、入口水温Ｔｉｎ（ｉ）という。）を検出する入口温度センサ３２と水―冷媒熱交換器２６の出口側の水配管５の温度（以下、出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）という。）を検出する出口温度センサ３１が入力される。さらに、制御器２１には、使用者が設定操作可能な操作手段である操作器２２が接続されている。 制御器２１は、これらのセンサ３１、３２の検出温度および操作器２２の設定内容が入力され、これらのデータに基づき圧縮機２４やファンモータ３０の回転数を決定し、制御する。

さらに、熱源側熱交換器２８の加熱運転時の冷媒出口配管近傍には熱交温度センサ３３が設けられ、冷媒温度（Ｔｅ）を検出する。また熱源側熱交換器２８の熱交換用空気流入側には熱交換用の空気温度（Ｔｏ）を検出する温度センサ３４が設けられている。これらのセンサ３３，３４も制御器２１に接続され、制御器２１は、検出した各温度Ｔｅ、Ｔｏを読み取るよう。 これらのセンサの検出温度は、熱源側熱交換器２８の着霜状態の検出に用いられる。制御器２１は、各温度Ｔｅ、Ｔｏの差（Ｔｏ−Ｔｅ）及びその差の時間変化に基づき着霜状態を検出し、その着霜量が除霜に必要な量に到達したか否かを判断し、除霜が必要と判断した場合、除霜運転を行なう。

操作手段として機能する操作器２２は、図２にその外観を示すように、表面に２種類のアップ／ダウン操作ボタン２２ａ、２２ｂ及びヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）の運転／停止を指示する運転／停止釦２２ｃが設けられている。第１アップ／ダウン操作ボタン２２ａは、ヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）の停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）を設定するための操作釦で、入口温度センサ３２の検出する入口水温Ｔｉｎ（ｉ）が停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）を超えると圧縮機２４及びファンモータ３０を停止する。 この第１アップ／ダウン操作ボタン２２ａの上部には表示手段である第１液晶表示部２２ｄが設けられており、第１アップ／ダウン操作ボタン２２ａによって設定された停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）がデジタル値で表示される。

一方、第２アップ／ダウン操作ボタン２２ｂは、ヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）の出湯温度を設定するための釦で、ヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）から出力される温水の目標温度Ｔｓ（ｉ）を設定するためのものである。 第２アップ／ダウン操作ボタン２２ｂの上部にも表示手段である第２液晶表示部２２ｅが設けられており、第２アップ／ダウン操作ボタン２２ｂによって設定された目標温度Ｔｓ（ｉ）がデジタル値で表示される。このように、操作器２２は、ヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）の停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）と温水の目標温度Ｔｓ（ｉ）を使用者が独立して設定可能になっている。

制御器２１は、操作器２２により設定された停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）と目標温度Ｔｓ（ｉ）を読み込むとともに入口温度センサ３２の検出する入口水温Ｔｉｎ（ｉ）と出口温度センサ３１が検出する出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）、冷媒温度Ｔｅ、空気温度Ｔｏを読み込む。 制御器２１は、これらのデータ等を用いてヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）を制御するための以下の手段を有している。
（１） 入口水温Ｔｉｎ（ｉ）と停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）を比較し、その結果に応じてヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）の冷凍サイクルの運転／停止を制御する運転制御手段。
（２） ヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）の運転中、目標温度Ｔｓ（ｉ）と出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）との差ΔＴ（ｉ）に応じてインバータ装置２３の出力周波数ｆ（ｉ）を変化させ、圧縮機２４の回転数を制御してヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）の加熱量を制御する加熱量制御手段。
（３）熱源側熱交換器２８の冷媒温度Ｔｅと熱交換用の空気温度Ｔｏの差（Ｔｏ−Ｔｅ）及びその差の時間変化に基づき着霜状態を検出し、その着霜量が除霜に必要な量に到達したか否かを判断し、除霜が必要と判断した場合、除霜運転を行う除霜運転手段。

操作器２２での設定内容に基づくヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）の運転動作を、図３の制御器２１の制御フローチャートに基づき説明する。
制御器２１は、運転／停止釦２２ｃにおいて運転が設定されている間は、ヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）を運転するために操作器２２に設定された停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）、目標温度Ｔｓ（ｉ）を読み込むと共に各種温度センサの検出値である入口水温Ｔｉｎ（ｉ）、出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）、冷媒温度Ｔｅと熱交換用の空気温度Ｔｏを読み込む（ステップＳＴ０）。なお、運転／停止釦２２ｃにおいて停止が設定されていれば、ヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）のすべての機器の運転を停止する。

ステップＳＴ０に続いて、入口水温Ｔｉｎ（ｉ）と停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）を比較し（ステップＳＴ１）、Ｔｉｎ（ｉ）＞Ｔｏｆｆ（ｉ）となった場合（ステップＳＴ１のＹｅｓ）は、負荷４での放熱が少なく、加熱の必要がないと判断されるため、冷凍サイクルの運転を停止、すなわち、圧縮機２４、ファンモータ３０を停止させる（ステップＳＴ２）。ステップＳＴ２で冷凍サイクルを停止させた後は、再び最初のステップＳＴ１に戻り、入口水温Ｔｉｎ（ｉ）が停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）未満に低下するまでは停止状態を継続する。

一方、ステップＳＴ１において、入口水温Ｔｉｎ（ｉ）が停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）未満に低下している場合（ステップＳＴ１のＮｏ）には、負荷４に供給する水の温度が低下しているため、加熱が必要と判断されるため、冷凍サイクルを運転する。すなわち、圧縮機２４、ファンモータ３０を運転させる（ステップＳＴ３〜５）。

具体的には、圧縮機２４を運転するインバータ装置２３の出力周波数ｆ（ｉ）をステップＳＴ３、４で決定して、この周波数出力ｆ（ｉ）をインバータ装置２３から圧縮機２４に対して出力させるとともにファンモータ３０が所定の回転数となるように運転する。 まず、ステップＳＴ３では、温度差ΔＴ（ｉ）を操作器２２により設定された目標温度Ｔｓ（ｉ）から出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）を減算して算出する。続いてステップＳＴ４にてこの温度差ΔＴ（ｉ）とその時間変化割合に基づきインバータ装置２３の出力周波数ｆ（ｉ）を算出する。この出力周波数ｆ（ｉ）の算出は、例えばＰＩ制御等により、温度差ΔＴ（ｉ）に比例して出力周波数ｆ（ｉ）を制御することで、加熱量を制御ために行なわれる。そして、算出された出力周波数ｆ（ｉ）となるように次のステップＳＴ５でインバータ装置２３を制御する。

この結果、目標温度Ｔｓ（ｉ）と出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）との差ΔＴ（ｉ）が大きければ出力周波数ｆ（ｉ）が大きくなって圧縮機２４の回転数が増加し、ヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）の加熱能力を増大させ、差ΔＴ（ｉ）が小さければ出力周波数ｆ（ｉ）が小さくなって圧縮機２４の回転数が低下し、ヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ）の加熱能力を減少させる。

ステップＳＴ５に続き、除霜運転の要否の判定が行われる。まず、冷媒温度Ｔｅと空気温度Ｔｏとの差（Ｔｏ−Ｔｅ）及びその時間変化が算出される（ステップＳＴ６）。算出されたデータが、予め定められた除霜必要条件に合致するか否かが判定される(ステップＳＴ７)。ここで、除霜が必要と判断されると冷凍サイクルの除霜運転が実行される（ステップＳＴ８）。除霜運転中は除霜運転が完了したか否かが判断され(ステップＳＴ９)、完了するまで（ステップＳＴ９のＮＯ）除霜運転が継続され、完了すれば（ステップＳＴ９のＹＥＳ）、再びステップＳＴ１に戻り、加熱運転に復帰する。なお、除霜完了の判断は、例えば、除霜運転の時間（７分間）や冷媒温度Ｔｅの上昇等が用いられる。
一方、ステップＳＴ７において除霜が不要と判断された場合（ステップＳＴ７のＮｏ）は、ステップＳＴ０に戻り、再び各ステップを繰り返す。

ここで、図２に戻り、冷凍サイクルの動作を説明する。 加熱運転中は、図２に示す冷凍サイクルの配管の横に記載された実線矢印の方向に冷媒が流れる。 まず圧縮機２４が運転されると、圧縮され高温・高圧となった冷媒は、四方弁２５を通過して水―冷媒熱交換器２６へと流入する。水―冷媒熱交換器２６は、凝縮器として機能し、冷媒の熱を水配管５中を流れる水に供給し、水を加熱し、冷媒自身は凝縮して液冷媒となる。この液冷媒は、膨張弁２７を通過する際に膨張して低圧・低温となり、蒸発器として機能する熱源側熱交換器２８へと流入する。熱源側熱交換器２８内で、冷媒は、プロペラファン２９によって送風される空気と熱交換し、空気中の熱を奪い、ガス冷媒へと蒸発し、四方弁２５を通って圧縮機２４へと戻り、これを繰り返す。

熱源側熱交換器２８を室外に設置している場合、冬季には、吸熱する熱源側熱交換器２８の表面に結露した水が凍結し、霜に成長することがある。この着霜を放置すると熱源側熱交換器２８が空気と熱交換できなくなるため、適宜、除霜運転が必要となる。冷媒温度Ｔｅと熱交換用の空気温度Ｔｏの差（Ｔｏ−Ｔｅ）及びその差の時間変化に基づき除霜運転が必要と判断された場合、制御器２１は、四方弁２５を反転させ、冷媒の流れを逆方向へ移行させるとともにインバータ装置２３の出力周波数ｆ（ｉ）を制御して圧縮機２４を除霜用の回転数に固定し、ファンモータ３０の運転を停止させる。

この結果、除霜運転中は、圧縮機２４から吐出された冷媒は、図２中破線矢印の方向に流れ、四方弁２５を通過し、熱源側熱交換器２８へと流れ、ここで放熱する。熱源側熱交換器２８の表面に付着した霜は、内部を流れる高温の冷媒によって溶かされる。その後、冷媒は膨張弁２７、水―冷媒熱交換器２６を経て四方弁を経由して圧縮機２４へと戻る。この際、水―冷媒熱交換器２６では、加熱運転ができず、逆に吸熱が行なわれるため、水配管５を流れる水の温度を低下させてしまうことになる。このため、除霜運転は極力短時間で完了することが望ましい。除霜運転が完了すると制御器２１は、四方弁２５を元の位置に戻し、再び上述した加熱運転が再開される。

本実施の形態は、使用者がヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の操作器２２を操作して停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）及び温水の目標温度Ｔｓ（ｉ）のそれぞれを独立して設定することができるようにしている。
従来、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）は、複数台を直列に接続することを想定していないため、予め定められた温水の目標温度及び停止温度が固定され、操作不可能となっているか、温水の目標温度のみが設定可能で、温水の目標温度が設定されると自動的にそれよりも若干低い停止温度を制御器側で決定するようになっている。このため、水配管に対して複数台のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）を直列接続しても適切な運転ができない。

これに対し、本実施の形態のように、各ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）において操作器２２を用いて停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）及び温水の目標温度Ｔｓ（ｉ）のそれぞれを使用者が独立して操作し、設定可能となっているため、きわめて容易にヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の複数台の直列接続設置が可能となる。

図１に示すように加温システム１では、複数台の独立した、すなわち、統合的に制御する制御装置を備えない、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の水―冷媒熱交換器２６が水配管５を通じて負荷４に対して直列接続される。ここで、複数台のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）は、その合計最大加熱能力が、負荷４の予想される最大放熱量と同じか、それをわずかに超えるものが選定される。すなわち、複数台のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）は、各ヒートポンプ式熱源機の最大加熱能力を合計した合計最大加熱能力が、負荷４の最大放熱量以上である。

使用者は、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）及び水配管５内の水の流れ方向の下流に設置されたヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の各々の操作器２２を操作して、水配管５内を流れる水の方向に対し上流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の温水の目標温度Ｔｓ（ｉ）をその下流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ＋１）よりも低く設定する。すなわち、Ｔｏｆｆ（ｉ＋１）＞Ｔｓ（ｉ）とする。このような温度設定を行なうことで両方のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）を効率よく運転させることが可能となる。例えば、各温度の設定値をＴｓ（ｉ）＝４３℃＞Ｔｏｆｆ（ｉ）＝４１℃、Ｔｓ（ｉ＋１）＝４７℃＞Ｔｏｆｆ（ｉ＋１）＝４５℃とする。なお目標温度は、当然、Ｔｓ（ｉ）＜Ｔｓ（ｉ＋１）に設定される。

ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）及びヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）に対して、上記設定を行なった場合の加温システム１の動作を図４に基づき説明する。 なお、図４の各部の温度変化を示す上段のグラフにおいて、一点鎖線が、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ＋１）の変化を示し、実線がヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）（＝Ｔｉｎ（ｉ＋１））及びヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の入口水温Ｔｉｎ（ｉ）を表している。 図４中、ｔ０〜ｔ１の区間のようにヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜（ｎ）の合計加熱能力と負荷４での放熱量がほぼバランスしている状態では、上流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の入口水温Ｔｉｎ（ｉ）がＴｏｆｆ（ｉ）＝４１℃よりも低いため、上流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）は、出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）ができるだけ目標温度Ｔｓ（ｉ）＝４３℃となるように加熱運転を行なう。そして、上流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）によって、出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）が目標温度Ｔｓ（ｉ）＝４３℃となっても、下流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）は、入口水温Ｔｉｎ（ｉ＋１）＝４３℃＜Ｔｏｆｆ（ｉ＋１）＝４５℃であるため、運転を停止することなく加熱運転を行なう。

すなわち、この状態においては、上流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）及び下流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の両方の加熱運転が行われる。結果的に、複数のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）、ＨＳ（ｉ＋１）が分散して加熱運転を行うことになる。なお、図４に示すようにヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の出口配管とヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の入口配管は直接接続されているため、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）とヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の入口水温Ｔｉｎ（ｉ＋１）はほぼ同じとなる。

一方、図４中、ｔ１〜ｔ２区間のように負荷４の放熱量が減少すると、上流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の入口水温Ｔｉｎ（ｉ）が上昇し、停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ）＝４１℃を超え、Ｔｏｆｆ（ｉ＋１）＝４５℃未満の範囲になる。この状態になると、上流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）が加熱運転を停止（ＯＦＦ）し、下流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）は加熱運転を継続する。この際、上流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）が加熱運転を停止することで加熱量が減少し、上流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）が入口水温Ｔｉｎ（ｉ）まで低下する。このため、図４中Ａに示す部分のように下流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ＋１）も低下してくる。このため、下流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）では、温度差ΔＴ（ｉ＋１）が大きくなることでインバータ装置２３の出力周波数ｆ（ｉ＋１）を増加させ、加熱能力を増加させ、出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ＋１）をＴｓ（ｉ＋１）＝４７℃に近づくように上昇させる。

このように負荷４の放熱量が小さい場合に、複数台のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜（ｎ）によって分散して加熱すると個々のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜（ｎ）における加熱量が小さくなりすぎて個々の熱源機の効率が低下する。そこで、負荷４の放熱量が減少した場合は、一部のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）を停止させ、少ない台数のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）のみで加熱運転することで１台当たりの加熱量を大きくすることができ、加温システム１の総合効率を向上させることができる。

さらに負荷４の放熱量が減少すると、下流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の入水温度Ｔｉｎ（ｉ＋１）が、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の停止温度であるＴｏｆｆ（ｉ＋１）＝４５℃を超え（図４中のｔ２点）、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の冷凍サイクル運転も不要となり、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の冷凍サイクルも停止する。この状態ではいずれのヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）、ＨＳ（ｉ＋１）も加熱運転を行なっていないため、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の入口水温Ｔｉｎ（ｉ）、出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）及びヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の入口水温Ｔｉｎ（ｉ＋１）、出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ＋１）がすべてほぼ同じ温度になる（図４中、ｔ２〜ｔ３区間）。

その後、負荷４の放熱量が増加してくると、下流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の入水温度Ｔｉｎ（ｉ＋１）が、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ＋１）＝４５℃よりも低下し（図４中のｔ３点）、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の加熱運転が開始される。

さらに、負荷４の放熱量が増加してくると、上流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の入水温度Ｔｉｎ（ｉ）が、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ＋１）＝４１℃よりも低下し（図４中のｔ４点）、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の加熱運転が開始される。 このため、図４中ｔ０〜ｔ１の区間と同様に複数のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）、ＨＳ（ｉ＋１）が分散して加熱運転を行ない、下流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ＋１）は、ほぼ４５℃以上に維持することができる。

また、本実施の形態の加温システム１では、複数台のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜（ｎ）いずれかが除霜運転に入った場合でも残りのヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜（ｎ）が加熱運転を継続することができるため、除霜運転に伴う加熱量の低下を補うことができる。例えば、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）が除霜運転に入った場合、そのヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の水―冷媒熱交換器２６は、循環中の水配管５中の水を冷却することになる。しかしながら、そのような状況下では、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ）が低下する。したがって、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の水―冷媒熱交換器２６の出口配管と接続されている下流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の水―冷媒熱交換器２６の入口水温Ｔｉｎ（ｉ）が低下する。入口水温Ｔｉｎ（ｉ）が低下した結果、下流側のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）では、目標温度Ｔｓ（ｉ＋１）と出口水温Ｔｏｕｔ（ｉ＋１）との差ΔＴ（ｉ＋１）が大きくなり、出力周波数ｆ（ｉ＋１）を大きくしてヒートポンプ熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の加熱能力を増大させ、自動的に上流側の除霜運転による水温低下を補うような運転が実行されることになる。

以上の通り、本実施の形態によれば、温水を供給する負荷４の放熱量が大きい時には、複数台のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）が同時に加熱運転を行なう分散加熱運転が実行され、負荷４の放熱量が小さい時には複数台のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の一部が停止し、残りのヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）のみで加熱運転が行なわれることになり、負荷の状況に合致した総合効率の高い運転が可能な加温システム１を得ることができる。 また、このような加温システム１を構築するにあたり、各ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）で検出される情報のすべてを統合して制御する集中管理装置を設けることなく、独立した個々のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）の操作器２２を用いて設置位置（水の流れに対する設置順序）に基づき各温度設定を行なうだけでよい。このため、標準的となるヒートポンプ式熱源機ＨＳを準備し、異なる負荷４に対しては、標準のヒートポンプ式熱源機ＨＳを、負荷４の要求する加熱能力に合わせた台数だけ直列接続し、各温度設定を行なえば良好な加熱制御が可能となる。

なお、本実施の形態の加温システム１では、複数台のヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜（ｎ）において、ヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ）の出口温水の目標温度Ｔｓ（ｉ）をその下流に設置されたヒートポンプ式熱源機ＨＳ（ｉ＋１）の停止温度Ｔｏｆｆ（ｉ＋１）よりも低く設定するようにしたが、個々のヒートポンプ式熱源機ＨＳの加熱能力よりも負荷４の放熱量が大きく、水配管５に直列接続されるヒートポンプ式熱源機ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）の台数が多数に上る場合には、これを水配管５を流れる水の方向を基準にして上流と下流で複数の群(グループ)に分け、上流群内のヒートポンプ式熱源機の温水の目標温度Ｔｓを同じ値とし、下流群内のヒートポンプ式熱源機の停止温度Ｔｏｆｆを上流群のヒートポンプ式熱源機の温水の目標温度Ｔｓよりも高く設定するようにしてもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されない。さらに、本発明の実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、本発明の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…加温システム、ＨＳ（１）〜ＨＳ（ｎ）…ヒートポンプ熱源機、３…ポンプ、４…負荷、５…水配管、２２…操作器、２１…制御器、２３…インバータ装置、２４…圧縮機、２６…水―冷媒熱交換器、２８…熱源側熱交換器、２９…プロペラファン、３０…ファンモータ、３１…出口温度センサ、３２…入口温度センサ

Claims (3)

1. 水と冷媒とを熱交換するための水―冷媒熱交換器を有するヒートポンプ冷凍サイクルを備えたヒートポンプ式熱源機において、
   前記水―冷媒熱交換器の入口側の水温を検出する入口温度センサと、
   前記水―冷媒熱交換器の出口側の水温を検出する出口温度センサと、
   前記入口温度センサによって検出した入口水温と停止温度とを比較してヒートポンプ冷凍サイクルの運転／停止を制御する運転制御手段と、
   前記出口温度センサによって検出した出口水温と目標温度とを比較してヒートポンプ冷凍サイクルによる加熱量を制御する加熱量制御手段と、
   前記停止温度と前記目標温度のそれぞれを独立して設定可能な操作手段とを備えたヒートポンプ式熱源機。
2. 水配管によって負荷とポンプと複数台の請求項１記載のヒートポンプ式熱源機の各水―冷媒熱交換器を直列に接続し、上流側の前記ヒートポンプ式熱源機の前記目標温度を、下流側の前記ヒートポンプ式熱源機の前記停止温度よりも低く設定したことを特徴とする加温システム。
3. 前記複数台のヒートポンプ式熱源機は、その合計最大加熱能力が、負荷の最大放熱量以上であることを特徴とする請求項２記載の加温システム。

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