JP2020056571A - 熱源システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱源ユニットの台数によらず、除霜運転時であっても、供給水温の低下が抑制される熱源システムを提供する。【解決手段】熱源システムは、温度判定手段と凍結判定手段と運転制御手段とを備える。凍結判定手段は、除霜運転時に、測定された流体温度が第２設定温度より低いと判定された場合に、熱媒体側熱交換器が凍結するか否かを判定する。運転制御手段は、熱媒体側熱交換器が凍結しないと判定されているときには、除霜運転を継続する。【選択図】図７

Description

本発明は、熱源ユニットを備え、例えば空調用チリングシステム等に利用される熱源システムに関する。

一般に、冷媒回路の冷媒と水配管の水媒体とを熱媒体側熱交換器で熱交換させて水媒体を加熱及び冷却するチリングシステムが知られている。そのうち空冷式のチリングシステムでは、加熱時に、蒸発器となる空気側熱交換器に着霜が生じる場合がある。そのため、このようなチリングシステムでは、空気側熱交換器の除霜が必要になる。従来、複数台の熱源ユニットが水配管に接続された空冷式チリングシステムにおいて、除霜運転方法を提案したものがある（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、２台以上の熱源ユニットが含まれる熱源システムにおいて、熱源ユニットが同時に除霜することを極力回避し、水温の低下を防止する除霜運転方法が開示されている。

特開２０１３−１０８７３２号公報

しかしながら、特許文献１の除霜制御では、熱源ユニット１台のみを運転させる単体の除霜運転において、水温が低下してしまう。

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、熱源ユニットの台数によらず、除霜運転時であっても、供給水温の低下が抑制される熱源システムを提供することを目的とする。

本発明に係る熱源システムは、流体の加熱及び冷却を行う熱源ユニットと前記熱源ユニットを制御する制御装置とを備える熱源システムにおいて、前記熱源ユニットは、圧縮機と冷媒流路切替装置と空気側熱交換器と減圧装置と熱媒体側熱交換器とが冷媒配管を介して接続された冷媒回路と、前記熱媒体側熱交換器により前記冷媒回路の冷媒と熱交換される前記流体が流れる流体配管と、前記流体配管に設けられ、前記流体を前記熱媒体側熱交換器に供給する流体ポンプと、前記熱媒体側熱交換器に流入する前記流体の温度を測定する入口温度センサと、前記冷媒の蒸発温度を測定する蒸発温度センサと、を備え、前記制御装置は、前記空気側熱交換器が凝縮器になり前記熱媒体側熱交換器が蒸発器になる除霜運転時に、前記熱媒体側熱交換器に供給される前記流体の流量が前記入口温度センサにより測定された流体温度に応じて変化するように、前記流体ポンプを制御する運転制御手段と、前記除霜運転時に、前記供給される流体流量と前記測定された流体温度と前記測定された蒸発温度とに基づいて、前記熱媒体側熱交換器が凍結するか否かを判定する凍結判定手段と、前記除霜運転時に、前記測定された流体温度が第２設定温度より低いか否かを判定する温度判定手段と、を備え、前記凍結判定手段は、前記除霜運転時に、前記測定された流体温度が前記第２設定温度より低いと判定された場合に、前記熱媒体側熱交換器が凍結するか否かを判定し、前記運転制御手段は、前記熱媒体側熱交換器が凍結しないと判定されているときには、前記除霜運転を継続するものである。

本発明の熱源システムによれば、温度判定手段と凍結判定手段と運転制御手段とを備えているので、従来の凍結判断に基づいて除霜運転が行われる場合に比べて、高精度な凍結判定がなされ、除霜運転を長く実施できる。

本発明の実施の形態１に係る熱源システムの暖房運転時の概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る熱源システムの除霜運転時の概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る流体流量制御のフローチャートを示したものである。 入口温度と凍結する蒸発温度との関係を示すグラフである。 水流量と凍結する蒸発温度との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る凍結制御のフローチャートを示したものである。 本発明の実施の形態２に係る熱源システムの概略構成図である。 本発明の実施の形態２に係る流体流量制御のフローチャートを示したものである。 従来装置の制御のフローチャートを示したものである。

以下に、本発明の熱源システムについて、図面を参照して説明する。熱源システム１００は、空冷式のチリングシステムであって、例えば建物内部の空調のセントラル熱源として使用される。熱源システム１００は、利用者から指定された運転内容に基づいて暖房運転又は冷房運転等を行う。熱源システム１００の運転中には、冷媒回路２の冷媒配管１１を流れる冷媒と、流体配管２２を流れる流体との間で熱交換がなされ、流体は加熱又は冷却される。熱源システム１００で加熱又は冷却された流体は空調機等の負荷側機器に供給される。実施の形態では、流体が不凍液等の水熱媒である場合を例に説明する。

実施の形態１．
（熱源システム１００の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱源システムの暖房運転時の概略構成図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る熱源システムの除霜運転時の概略構成図である。図１及び図２に基づいて、以下に熱源システム１００の構成について説明する。

熱源システム１００は、熱源ユニット１と制御装置５０とを備えている。熱源ユニット１は、冷媒回路２と、水熱媒が流れる流体配管２２と、流体ポンプ２０と、ポンプ制御装置２１とを備えている。冷媒回路２には、圧縮機３、冷媒流路切替装置４、空気側熱交換器５、減圧装置７、熱媒体側熱交換器８、及びアキュムレータ９が冷媒配管１１を介して接続されている。

圧縮機３は、低温低圧の冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものであり、例えば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成される。冷媒流路切替装置４は、例えば四方弁等で構成され、冷房運転時又は除霜運転時における冷媒の流れと暖房運転時における冷媒の流れとを切り替えるものである。

減圧装置７は、例えば電子膨張弁等で構成され、冷媒を減圧して膨張させるものである。アキュムレータ９は、圧縮機３の吸入側に設けられ、凝縮した液冷媒を貯留するものである。アキュムレータ９は、液冷媒がそのまま圧縮機３に吸入されるのを防いでいる。

空気側熱交換器５は、空気と冷媒との間で熱交換させるものであって、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時又は除霜運転時には凝縮器として機能する。また、空気側熱交換器５には、例えばプロペラファン等で構成される空気側熱交換器用送風機６が付設されており、空気側熱交換器用送風機６は、空気側熱交換器５に空気を供給している。

熱媒体側熱交換器８は、冷媒と水熱媒とを熱交換させるものである。熱媒体側熱交換器８は、暖房運転時には、高温高圧の冷媒と水熱媒とを熱交換させて高温水を生成し、冷房運転時には、低温低圧の冷媒と水熱媒とを熱交換させて低温水を生成する。

流体ポンプ２０は、流体配管２２を介して水熱媒を熱媒体側熱交換器８に供給するものである。流体ポンプ２０は、例えば回転数制御される構成であって、水流量ＦＲを多い方から、最大流量、大流量、通常流量、及び小流量等、多段階で供給する。

ポンプ制御装置２１は、後述する制御装置５０から制御信号を受け、制御信号に応じて流体ポンプ２０を運転する周波数を変化させることで、制御装置５０から要求される水流量で流体ポンプ２０に水熱媒を供給させるものである。例えば、ポンプ制御装置２１は、最大周波数、大周波数、通常周波数、小周波数等、多段階の駆動周波数を有しており、駆動周波数でポンプモータを回転させる。

熱源ユニット１は更に、複数の温度センサ及び圧力センサ等のセンサ群１２〜１７を備えている。低圧圧力センサ１２は、圧縮機３の吸入管に設置され、圧縮機吸入圧力を検出する。吸入ガス温度センサ１３は、圧縮機３の吸入側に設けられ、圧縮機に吸入される冷媒の吸入ガス温度を検出する。外気温度センサ１５は、外気温度を検出する。また、蒸発温度センサ１４は、熱媒体側熱交換器８を流通する冷媒配管の中間位置に設けられ、配置場所の冷媒温度（蒸発温度Ｔｅ）を計測する。

暖房運転時に熱源システム１００から送出された高温水は、負荷側機器に送られ、例えば負荷側機器において暖房に利用されて低温水となり、再び熱源システム１００の熱媒体側熱交換器８に供給されて加熱される。水熱媒は、このように流体配管２２を介して負荷側機器と熱源システム１００との間を循環している。

入口温度センサ１６は、熱媒体側熱交換器８の入口側の流体配管２２に設けられ、設置位置の水温（入口温度Ｔｗｉ）を測定する。出口温度センサ１７は、熱媒体側熱交換器８の出口側の流体配管２２に設けられ、設置位置の水温（出口温度Ｔｗｏ）を測定する。

制御装置５０は、例えばマイコン等で構成され、熱源システム１００の制御を行う。具体的には、制御装置５０は、低圧圧力センサ１２、吸入ガス温度センサ１３、蒸発温度センサ１４、外気温度センサ１５、入口温度センサ１６、及び出口温度センサ１７等のセンサ群から、冷媒の圧力情報及び温度情報、並びに水熱媒の温度情報等を受信する。制御装置５０は、センサ群１２〜１７から取得した情報、熱源ユニット１の運転情報、及び利用者によって入力された指令内容に基づき、運転制御を行う。具体的には、制御装置５０は、圧縮機３の運転及び停止、又は回転数の制御、減圧装置７の開度調整、空気側熱交換器用送風機６の回転制御、並びにアキュムレータ９の制御を行う。また、制御装置５０は、除霜運転時に、流体ポンプ２０によって熱媒体側熱交換器８に供給される水熱媒の水流量ＦＲを変化させる。

（除霜中の熱源ユニット１動作）
水熱媒を加熱する暖房運転において、空気側熱交換器５に着霜が検知されると、制御装置５０は、冷媒回路２の冷媒の流れを切り替えて、付着した霜を冷媒の熱により融解する。空気側熱交換器５の着霜検出は、例えば、温度センサを空気側熱交換器５に設けて冷媒温度を測定し、測定された温度が、予め設定された閾値温度以下となった場合に着霜を検出する。空気側熱交換器５の除霜運転では、図２に示すように、空気側熱交換器５は凝縮器になり、熱媒体側熱交換器８は蒸発器になる。したがって、熱媒体側熱交換器８には低温の冷媒が流入するため、水熱媒は熱媒体側熱交換器８において冷却される。

（制御装置５０の機能）
図３は、本発明の実施の形態１に係る制御装置の機能ブロック図である。図３に基づき、制御装置５０について説明する。制御装置５０は、運転制御手段５１と温度判定手段５２と凍結判定手段５３と記憶手段５４とを備えている。

運転制御手段５１は、センサ群１２〜１７からの温度情報及び圧力情報等に基づき、冷媒回路２の運転制御、及び流体ポンプ２０の流量制御を実施する。具体的には、運転制御手段５１は、例えば出口温度センサ１７で測定された出口温度Ｔｗｏが、設定された目標温度に近づくよう、圧縮機３の運転周波数を調整する。また運転制御手段５１は、空気側熱交換器５の除霜運転時に、ポンプ制御装置２１を介して、流体ポンプ２０によって熱媒体側熱交換器８に供給される水熱媒の水流量ＦＲを変化させる。具体的には、運転制御手段５１は、ポンプ制御装置２１に流体ポンプ２０の駆動周波数を調整する制御信号を送信する。ポンプ制御装置２１は、制御信号に応じて駆動周波数を変え、流体ポンプ２０の回転数を変化させる。また運転制御手段５１は、温度判定手段５２及び凍結判定手段５３に、実施中の運転情報を送信する。更に運転制御手段５１は、温度判定手段５２の判断結果に基づき、供給される水流量ＦＲを変化させ、また、凍結判定手段５３の結果に基づき、除霜運転を継続又は終了させる。

温度判定手段５２は、入口温度センサ１６から温度情報を取得して、水温の高低を判断するものである。具体的には、除霜運転時に、入口温度センサ１６で測定された入口温度Ｔｗｉが第１設定温度Ｔ１より低いか否かを判定し、判定結果を運転制御手段５１に送信する。また、除霜運転時に、測定された入口温度Ｔｗｉが第２設定温度Ｔ２より低いか否かを判定し、判定結果に応じて、判定結果を運転制御手段５１又は凍結判定手段５３に送信する。温度判定手段５２は、温度判定が要求されると、記憶手段５４に記憶された第１設定温度Ｔ１及び第２設定温度Ｔ２を参照する。

凍結判定手段５３は、入口温度センサ１６から入口温度Ｔｗｉを取得して、蒸発温度センサ１４から蒸発温度Ｔｅを取得する。また、凍結判定手段５３は、運転制御手段５１から、熱源システム１００が暖房運転、冷房運転、又は除霜運転のいずれの運転モードを実施しているか、及び、流体ポンプ２０がどの水流量で稼動されているか等の運転情報を取得する。そして、凍結判定手段５３は、除霜運転時に、温度判定手段５２によって、測定された入口温度Ｔｗｉが第２設定温度Ｔ２より低いと判定された場合に、熱媒体側熱交換器８が凍結するか否かを判定する凍結判定制御を実施する。凍結判定手段５３は、凍結判定制御において、熱媒体側熱交換器８に供給される水流量ＦＲと、測定された入口温度Ｔｗｉと、測定された蒸発温度Ｔｅとに基づいて、熱媒体側熱交換器８が凍結するか否かを判定する。具体的には、記憶手段５４に記憶されている凍結閾値情報Ｔ３を参照して、供給される水流量ＦＲ及び測定された入口温度Ｔｗｉに応じた凍結蒸発温度Ｔｆを算出する。また凍結判定手段５３は、測定された蒸発温度Ｔｅと算出した凍結蒸発温度Ｔｆとを比較する。そして、凍結判定手段５３は、測定された蒸発温度Ｔｅが凍結蒸発温度Ｔｆより低い場合には、熱媒体側熱交換器８が凍結すると判定し、一方、測定された蒸発温度Ｔｅが凍結蒸発温度Ｔｆより高い場合には、熱媒体側熱交換器８は凍結しないと判定する。また凍結判定手段５３は、凍結判定結果を運転制御手段５１に送信する。つまり凍結判定手段５３は、運転制御手段５１によって実施されている除霜運転の、終了のタイミングを変更することができる。

記憶手段５４は、例えばＲＯＭ等のメモリで構成され、予め第１設定温度Ｔ１と、第２設定温度Ｔ２と、凍結閾値情報Ｔ３とが設定されて記憶されている。第１設定温度Ｔ１は、例えば熱源ユニット１が除霜運転を行うことにより、熱源システム１００から送出される水熱媒の水温の低下が顕著になる境界における、入口温度である。第１設定温度Ｔ１は、冷媒回路の冷却能力、目標の出口温度、及び通常水流量等に基づいて自動設定される構成であってもよい。また第２設定温度Ｔ２は、例えば第１設定温度より低い温度であって、熱媒体側熱交換器８の通常の凍結温度より高い温度である。また、凍結閾値情報Ｔ３は、入口温度Ｔｗｉと凍結する蒸発温度との対応情報、及び、水流量ＦＲと凍結する蒸発温度との対応情報であって、凍結判定手段５３が凍結蒸発温度Ｔｆを算出する際に参照されるものである。なお、凍結閾値情報Ｔ３は、式又はテーブル等のように、入口温度Ｔｗｉ又は水流量ＦＲに対応して凍結する蒸発温度が変化する値として関連付けられて記憶されていれば、どのような形式で記憶されていてもよい。

（除霜中のポンプ制御）
図４は、本発明の実施の形態１に係る流体流量制御のフローチャートを示したものである。除霜運転中には、冷媒は冷房運転と同じ方向に流れるため、入口温度Ｔｗｉに対して出口温度Ｔｗｏが低下する。そのため、除霜運転中には、熱源システム１００の供給水温の低下、及び熱媒体側熱交換器８の凍結等が懸念される。これに対して、図４の流体流量制御では、流体ポンプ２０の駆動周波数を変化させて水流量ＦＲを変化させている。冷媒回路２の冷却能力は、水流量ＦＲと、入口温度Ｔｗｉ及び出口温度Ｔｗｏの差との積によって規定される。したがって、冷却能力及び入口温度Ｔｗｉが一定である場合には、水流量ＦＲが多い方が、水流量ＦＲが低い方と比較して出口温度Ｔｗｏの低下は抑制される。

熱源システム１００において、例えば熱源ユニット１の暖房運転が開始されると、制御装置５０は、熱源ユニット１に対して図４の流体流量制御を開始する。そしてまず、運転制御手段５１は、熱源ユニット１が除霜運転中であるか否かを判断する（ステップＳＴ１０１）。運転制御手段５１は、除霜運転中でない場合には（ステップＳＴ１０１；ＮＯ）、流体ポンプ２０が供給する水流量ＦＲが通常水流量となるよう制御する（ステップＳＴ１０４）。具体的には、運転制御手段５１はポンプ制御装置２１に制御信号を送信し、ポンプ制御装置２１は制御信号に応じて流体ポンプ２０を通常周波数（例えば４０Ｈｚ）で回転させる。一方、運転制御手段５１は、除霜運転中である場合には（ステップＳＴ１０１；ＹＥＳ）、温度判定手段５２に通知する。温度判定手段５２は、運転制御手段５１から通知を受信すると、熱源ユニット１の入口温度センサ１６から入口温度Ｔｗｉの情報を取得し、また、記憶手段５４から第１設定温度Ｔ１を取得する。そして温度判定手段５２は、取得した入口温度Ｔｗｉが第１設定温度Ｔ１以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ１０２）。第１設定閾値は、予め設定された水温であって、ここでは例えば３０℃としている。温度判定手段５２は、判定結果を運転制御手段５１に通知する。運転制御手段５１は、温度判定手段５２から通知を受信し、入口温度Ｔｗｉが第１設定温度Ｔ１以下である場合には（ステップＳＴ１０２；ＹＥＳ）、供給される水流量ＦＲを大きくする（ステップＳＴ１０３）。具体的には、ポンプ制御装置２１を介して流体ポンプ２０の回転数を「最大」（例えば６０Ｈｚ）まで上昇させ、入口温度Ｔｗｉに対する出口温度Ｔｗｏの低下を抑制する。一方、運転制御手段５１は、入口温度Ｔｗｉが第１設定温度Ｔ１より高い場合には、供給される水流量ＦＲを通常水流量とする（ステップＳＴ１０４）。ステップＳＴ１０３又はステップＳＴ１０４を行った後、運転制御手段５１はステップＳＴ１０１に戻り、ステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０４の流体流量制御を繰り返す。運転制御手段５１は、暖房運転が終了すると、流体流量制御を終了する。

（凍結蒸発温度Ｔｆ）
ところで、水量の増加は出口温度Ｔｗｏの低下抑制に加えて、熱媒体側熱交換器８の凍結抑制にも効果がある。図５は、入口温度と凍結する蒸発温度との関係を示すグラフである。入口温度Ｔｗｉが高いと凍結する蒸発温度は低下し、一方、入口温度Ｔｗｉが低いと凍結する蒸発温度は上昇する。例えば、水流量ＦＲと、冷媒回路２の冷却能力としての蒸発温度Ｔｅとが一定の場合、水熱媒の入口温度Ｔｗｉが低いと、その分、出口温度Ｔｗｏも低くなるため凍結し易い状態となる。

図６は、水流量と凍結する蒸発温度との関係を示すグラフである。熱媒体側熱交換器８に供給される水流量ＦＲが多いと凍結する蒸発温度は低下し、一方、水流量ＦＲが少ないと凍結する蒸発温度は上昇する。例えば水流量ＦＲが多い場合、入口温度Ｔｗｉ及び蒸発温度Ｔｅが一定であっても、熱媒体側熱交換器８に流れる水熱媒の熱容量が大きくなるため、出口温度Ｔｗｏの低下が抑制され、熱媒体側熱交換器８は凍結しにくい状態となる。

また、入口温度Ｔｗｉと凍結する蒸発温度との関係、及び、水流量ＦＲと凍結する蒸発温度との関係を利用して、蒸発温度Ｔｅに基づいて熱媒体側熱交換器８の凍結抑制を行うこともできる。水流量ＦＲが変化する熱源システム１００では、水流量ＦＲの変化に応じて熱容量が変化する。そのため、空気側熱交換器５の除霜運転時における熱媒体側熱交換器８の凍結検知に、従来のように入口温度Ｔｗｉ又は出口温度Ｔｗｏの低下を検知して除霜運転を終了させるよう制御する場合は、凍結検知の閾値を安全のため高い温度に設定する必要がある。

図７は、本発明の実施の形態１に係る凍結制御のフローチャートを示したものである。制御装置５０は、入口温度Ｔｗｉが所定の温度より低下した場合には、蒸発温度Ｔｅと、入口温度Ｔｗｉ及び水流量ＦＲに対する凍結蒸発温度Ｔｆとを比較することで凍結を検知している。

熱源システム１００において、例えば熱源ユニット１の暖房運転が開始されると、制御装置５０は、熱源ユニット１に対して図７の冷凍制御を開始する。そしてまず、運転制御手段５１は、熱源ユニット１が除霜運転中であるか否かを判断する（ステップＳＴ１１１）。運転制御手段５１は、除霜運転中である場合には（ステップＳＴ１１１；ＹＥＳ）、温度判定手段５２に通知する。一方、運転制御手段５１は、除霜運転中でない場合には（ステップＳＴ１１１；ＮＯ）ステップ１１１に戻り、暖房運転中に除霜運転が開始されていないか監視する。次に温度判定手段５２は、運転制御手段５１から通知を受信すると、熱源ユニット１の入口温度センサ１６から入口温度Ｔｗｉの温度情報を取得し、また、記憶手段５４から第２設定温度Ｔ２を取得する。そして温度判定手段５２は、取得した入口温度Ｔｗｉが第２設定温度以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ１１２）。第２設定温度Ｔ２は、予め設定された水温であって、ここでは例えば１５℃としている。温度判定手段５２は、運転制御手段５１により入口温度Ｔｗｉが第２設定温度Ｔ２以下であると判定された場合には（ステップＳＴ１１２；ＹＥＳ）、凍結判定手段５３に通知する。一方、温度判定手段５２は、入口温度Ｔｗｉが第２設定温度より大きい場合には（ステップＳＴ１１２；ＮＯ）、運転制御手段５１に通知する。運転制御手段５１は、温度判定手段５２から通知を受信すると、除霜運転を継続する（ステップＳＴ１１５）一方、凍結判定手段５３は、温度判定手段５２から通知を受信すると、蒸発温度センサ１４及び入口温度センサ１６から温度情報を取得する。また凍結判定手段５３は、運転制御手段５１から、流体ポンプ２０に設定されている水流量に関する運転情報を取得する。そして凍結判定手段５３は、記憶手段５４の凍結閾値情報Ｔ３を参照して、蒸発温度Ｔｅと入口温度Ｔｗｉと水流量ＦＲとに応じた凍結蒸発温度Ｔｆを算出する。また凍結判定手段５３は、取得した蒸発温度Ｔｅが算出された凍結蒸発温度Ｔｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ１１３）。凍結判定の結果は、凍結判定手段５３から運転制御手段５１に通知される。運転制御手段５１は、蒸発温度Ｔｅが凍結蒸発温度Ｔｆ以下である場合には（ステップＳＴ１１３；ＹＥＳ）、除霜運転を終了する（ステップＳＴ１１４）。つまり、設定されている水流量ＦＲ及び入口温度Ｔｗｉの水熱媒が、蒸発温度Ｔｅの熱媒体側熱交換器８を通過した場合に、出口温度で凍結が生じる程に水温が低下するような場合は、除霜運転が終了され、凍結の発生が抑制される。一方、運転制御手段５１は、蒸発温度Ｔｅが凍結蒸発温度Ｔｆより大きい場合には（ステップＳＴ１１３；ＮＯ）、熱媒体側熱交換器８は凍結しないと判断して除霜運転を継続する（ステップＳＴ１１５）。運転制御手段は、ステップＳＴ１１４又はステップＳＴ１１５において除霜運転を終了又は継続させた後、ステップＳＴ１１１に戻って凍結制御を繰り返す。運転制御手段は、暖房運転が終了すると、凍結制御を終了する。

凍結制御は、流体ポンプ２０が熱媒体側熱交換器８に供給する水流量ＦＲが変化する熱源システム１００では、水流量ＦＲの変化を加味した凍結判定ができるため有効である。制御装置５０は、図７に示される凍結制御と、図４に示される流量制御とを併用して実施できる。

以上のように実施の形態１において熱源システム１００は、流体の加熱及び冷却を行う熱源ユニット１と熱源ユニット１を制御する制御装置５０とを備える熱源システム１００において、熱源ユニット１は、圧縮機３と冷媒流路切替装置４と空気側熱交換器５と減圧装置７と熱媒体側熱交換器８とが冷媒配管１１を介して接続された冷媒回路２と、熱媒体側熱交換器８により冷媒回路２の冷媒と熱交換される流体が流れる流体配管２２と、流体配管２２に設けられ、流体を熱媒体側熱交換器８に供給する流体ポンプ２０と、熱媒体側熱交換器８に流入する流体の温度を測定する入口温度センサ１６と、を備え、制御装置５０は、空気側熱交換器５が凝縮器になり熱媒体側熱交換器８が蒸発器になる除霜運転時に、熱媒体側熱交換器８に供給される流体の流量が入口温度センサ１６により測定された流体温度Ｔｗｉに応じて変化するように、流体ポンプ２０を制御する運転制御手段５１を備えるものである。

これより、熱源システム１００を構成する熱源ユニット１が単体又は複数台のどちらで構成される場合であっても、熱源システム１００から供給される水熱媒の、除霜時の温度低下が抑制される。

また、制御装置５０は更に、除霜運転時に、測定された流体温度Ｔｗｉが第１設定温度Ｔ１より低いか否かを判定する温度判定手段５２を備え、運転制御手段５１は、除霜運転時に、測定された流体温度Ｔｗｉが第１設定温度Ｔ１より低いと判定された場合に、供給される流体流量ＦＲを通常流量より多くする。

これより、除霜運転中に熱媒体側熱交換器８の入口における流体温度Ｔｗｏが低いときは、供給する水熱媒の水流量ＦＲを増加させるので、熱源システム１００が供給する水熱媒の温度低下が抑制される。また、熱媒体側熱交換器８の凍結が抑制される。

また、熱源ユニット１は更に、冷媒の蒸発温度を測定する蒸発温度センサ１４、を備え、制御装置５０は更に、除霜運転時に、供給される流体流量ＦＲと測定された流体温度Ｔｗｉと前記蒸発温度センサ１４で測定された蒸発温度Ｔｅとに基づいて、熱媒体側熱交換器８が凍結するか否かを判定する凍結判定手段５３を備え、運転制御手段５１は、熱媒体側熱交換器８が凍結しないと判定されているときには、除霜運転を継続する。

これより、水流量ＦＲの違いによる凍結蒸発温度Ｔｆの違いも加味した凍結制御がなされる。水温が低い場合でも、水流量ＦＲによっては熱媒体側熱交換器８を凍結させずに空気側熱交換器５の除霜運転が継続できる。また、凍結制御は、凍結抑制のために流量を増加させるよう構成すれば、更に低い温度でも除霜運転が継続される。したがって、除霜が不完全な状態であるにもかかわらず、熱媒体側熱交換器８の凍結を防ぐために除霜運転が中止されるのを回避できる。

また、制御装置５０は更に、除霜運転時に、測定された流体温度Ｔｗｉが第２設定温度Ｔ２より低いか否かを判定する温度判定手段５２を備え、凍結判定手段５３は、除霜運転時に、測定された流体温度Ｔｗｉが第２設定温度Ｔ２より低いと判定された場合に、熱媒体側熱交換器８が凍結するか否かを判定する。これより、制御装置５０は、流体の温度について閾値を設定し、凍結判定手段５３が凍結判定を開始する条件として利用することができる。

また、凍結判定手段５３は、供給される流体流量ＦＲ及び測定された流体温度Ｔｗｉに応じた凍結蒸発温度Ｔｆを算出し、測定された蒸発温度Ｔｅが算出された凍結蒸発温度Ｔｆより低い場合には凍結すると判定し、測定された蒸発温度Ｔｅが算出された凍結蒸発温度Ｔｆより高い場合には凍結しないと判定する。

これより、入口温度Ｔｗｉ及び水流量ＦＲに応じて閾値（凍結蒸発温度Ｔｆ）が算出されるので、高精度な凍結判定がなされる。したがって、熱源システム１００は、例えば入口温度Ｔｗｉが高いとき、又は水流量ＦＲが多いときに、従来の凍結判断に基づいて除霜運転が行われる場合に比べ、除霜運転を長く実施できる。

また、運転制御手段５１は、対応する流体ポンプ２０の駆動周波数を調整して供給される流体流量ＦＲを変化させるものであって、供給される流体流量ＦＲを多くするときには流体ポンプ２０の駆動周波数を大きくし、供給される流体流量ＦＲを少なくするときには流体ポンプ２０の駆動周波数を小さくする。これより、流体ポンプ２０の駆動周波数と水流量ＦＲとを同期させておけば、制御装置５０は目的の水流量に応じた制御信号を送信することで、水流量ＦＲを多段階に変化させることができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、熱源システム１００は、実施の形態１の熱源ユニット１と同一構成の熱源ユニット１ａ〜１ｃを複数台備えている。複数の熱源ユニット１ａ〜１ｃは、流体配管２２ａ〜２２ｃが熱媒体側熱交換器８ａ〜８ｃの上流側及び下流側で互いに合流するよう並列接続されている。貯湯タンクから熱源システム１００に供給された水熱媒は、上流側の合流点で各熱源ユニット１ａ〜１ｃに分岐して流れ、各熱媒体側熱交換器８ａ〜８ｃで加熱又は冷却された後に下流側の合流点で再び合流し、熱源システム１００から送出されて貯湯タンクに戻る。以下、暖房運転中の熱源システム１００において、複数の熱源ユニット１ａ〜１ｃのうち、熱源ユニット１ａは除霜運転中であり、残りの熱源ユニット１ｂ，１ｃは除霜運転を行っていない場合について説明する。

図９は、本発明の実施の形態２に係る流体流量制御のフローチャートを示したものである。図９に冷媒回路は図示されていないが、各熱源ユニット１ａ〜１ｃは、実施の形態１と同様の冷媒回路を備えている。実施の形態２において、制御装置５０は、複数の熱源ユニット１ａ〜１ｃを総括して制御するとともに、夫々を区別して管理し、個別に制御できるものとする。

（除霜中のポンプ制御）
実施の形態２では、制御装置５０は、除霜運転中の熱源ユニット１ａにおいて入口温度Ｔｗｉが所定の温度より高い場合には、熱源ユニット１ａの流体ポンプ２０ａが熱媒体側熱交換器８ａに供給する水流量ＦＲａを少なくする。これより、冷却された熱媒体の送水量が抑えられ、貯湯タンクに送出される水温の低下を抑制している。複数の熱源ユニット１ａ〜１ｃで構成される熱源システム１００では、除霜中でない熱源ユニット１ｂ，１ｃが温水を供給することができるため、単体の熱源ユニットで構成された熱源システムの場合よりも低い温度まで、除霜中の熱源ユニット１ａの水流量ＦＲａを低下させることができる。

熱源システム１００において暖房運転が開始されると、制御装置５０は、図９の流体流量制御を開始する。まず、運転制御手段５１は、複数の熱源ユニット１ａ〜１ｃのうち、除霜運転中の熱源ユニットがあるか否かを判断する（ステップＳＴ２０１）。運転制御手段５１は、除霜運転中の熱源ユニットがない場合には（ステップＳＴ２０１；ＮＯ）、流体ポンプ２０ａ〜２０ｃが供給する水流量ＦＲａ〜ＦＲｃを通常水流量にする（ステップＳＴ２０７）。具体的には、運転制御手段５１は、ポンプ制御装置２１ａ〜２１ｃに制御信号を送信して、流体ポンプ２０ａ〜２０ｃを通常周波数（例えば４０Ｈｚ）で回転させる。一方、運転制御手段５１は、除霜運転中の熱源ユニット１ａがある場合には（ステップＳＴ２０１；ＹＥＳ）、温度判定手段５２に通知する。温度判定手段５２は、運転制御手段５１から通知を受信すると、除霜中の熱源ユニット１ａの入口温度センサ１６ａから入口温度Ｔｗｉの情報を取得し、また、記憶手段５４から第１設定温度Ｔ１を取得する。そして温度判定手段５２は、取得した入口温度Ｔｗｉが第１設定温度Ｔ１以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ２０２）。第１設定温度Ｔ１は、予め設定された水温であり、例えば３０℃と設定されているものとする。温度判定手段５２は、判定結果を運転制御手段５１に通知する。運転制御手段５１は、温度判定手段５２から通知を受信し、入口温度Ｔｗｉが第１設定温度Ｔ１以下である場合には（ステップＳＴ２０２；ＹＥＳ）、除霜中の熱源ユニット１ａの水流量ＦＲａを最大水流量にする（ステップＳＴ２０３）。具体的には、流体ポンプ２０ａの駆動周波数を最大（例えば６０Ｈｚ）にする。また、運転制御手段５１は、除霜中でない熱源ユニット１ｂ，１ｃの水流量ＦＲｂ，ＦＲｃを通常水流量にする（ステップＳＴ２０４）。一方、取得した入口温度Ｔｗｉが第１設定温度Ｔ１より高い場合（ステップＳＴ２０２；ＮＯ）、運転制御手段５１は、除霜中の熱源ユニット１ａの水流量ＦＲａを小水流量にする（ステップＳＴ２０５）。具体的には、運転制御手段５１は、流体ポンプ２０ａの駆動周波数を小（例えば３０Ｈｚ）にする。また、運転制御手段５１は、除霜していない熱源ユニット１ｂ，１ｃの水流量ＦＲｂ，ＦＲｃを大流量にする（ステップＳＴ２０６）。具体的には、運転制御手段５１は、流体ポンプ２０ｂ、２０ｃの駆動周波数を大（例えば５０Ｈｚ）にする。運転制御手段５１は、ステップＳＴ２０４、ステップＳＴ２０６、又はステップＳＴ２０７において、各流体ポンプの流量を設定した後、ステップＳＴ２０１に戻って流体流量制御を繰り返す。運転制御手段５１は、暖房運転が終了すると、流体流量制御を終了する。

したがって、入口温度Ｔｗｉが第１設定温度Ｔ１より高い場合には、除霜中の熱源ユニット１ａで低下した供給水量は、除霜中でない熱源ユニット１ｂ，１ｃの水流量ＦＲｂ，ＦＲｃを多くすることで補われ、熱源システム１００から供給される水流量の低下が抑制される。

制御装置５０は、複数の熱源ユニット１ａ〜１ｃに対応する出口温度Ｔｗｏが目標水温になるよう、対応する圧縮機３の周波数制御を行う。ステップＳＴ２０６において、除霜運転中でない熱源ユニット１ｂ，１ｃでは、水量が通常より多くなるため出口温度Ｔｗｏの上昇が抑制され、目標水温よりも低くなることが懸念される。しかし、圧縮機３の周波数制御が行われる構成では、除霜中でない熱源ユニット１ｂ，１ｃの圧縮機周波数が増速して加熱能力が上昇するので、除霜中の熱源ユニット１ａで低下した分の水温低下はバックアップされる。

ステップＳＴ２０４において、運転制御手段５１が、除霜中でない熱源ユニット１ｂ，１ｃの水流量ＦＲｂ，ＦＲｃを通常水流量に設定するものとしたが、これに限定されない。例えば水流量ＦＲｂ，ＦＲｃを大水流量にすれば、熱源ユニット１ａのバックアップができる。なお、ステップＳＴ２０３では熱源ユニット１ａも最大水流量になっていることから、熱源ユニット１ｂ，１ｃを大水流量で運転させた場合、合計の水量が多くなることが懸念される。そのため、運転制御手段５１は、ステップＳＴ２０４において、熱源ユニット１ｂ，１ｃの水流量ＦＲｂ，ＦＲｃを低水流量にするよう構成してもよい。

実施の形態２では、熱源システム１００は、熱源ユニット１ａ〜１ｃを複数備え、複数の熱源ユニット１ａ〜１ｃは流体配管２２ａ〜２２ｃが互いに並列接続されており、運転制御手段５１は、複数の熱源ユニット１ａ〜１ｃのうち第１熱源ユニット１ａが除霜運転中であり第２熱源ユニット１ｂ，１ｃが除霜運転中でない場合であって、第１熱源ユニット１ａの測定された流体温度Ｔｗｉが第１設定温度Ｔ１より高いと判定された場合に、第１熱源ユニット１ａの供給される流体流量ＦＲａを通常流量より少なくし、第２熱源ユニット１ｂ，１ｃの供給される流体流量ＦＲｂ，ＦＲｃを通常流量より多くするものである。

これより、熱源システム１００は複数の熱源ユニット１ａ〜１ｃを備えているので、流体温度Ｔｗｉが第１設定温度Ｔ１より高いときには、除霜中の熱源ユニット１ａで冷却される流量を減らすとともに、他の熱源ユニット１ｂ，１ｃで全体としての供給水量及び供給温度をバックアップできる。

また、各熱源ユニット１ａ〜１ｃは更に、熱媒体側熱交換器８ａ〜８ｃから流出する流体の出口温度を測定する出口温度センサ１７ａ〜１７ｃを備え、運転制御手段５１は、第２熱源ユニット１ｂ，１ｃにおいて測定された出口温度Ｔｗｏが設定された目標温度に近づくよう、第２熱源ユニット１ｂ，１ｃの圧縮機３の周波数を調整する。

これより、他の熱源ユニット１ｂ，１ｃの水流量ＦＲｂ，ＦＲｃが多い場合でも、加熱能力が増加されるので、除霜中の熱源ユニット１ａがある場合でも、熱源システム１００から供給される水温の低下が抑制される。

なお、本発明の実施形態は上記実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。例えば、複数台の熱源ユニット１ａ〜１ｃで構成される熱源システム１００においては、１台の制御装置５０が複数の熱源ユニット１ａ〜１ｃを制御する場合について説明したが、例えば夫々の熱源ユニット１ａ〜１ｃが制御装置５０ａ〜５０ｃを備えるよう構成してもよい。この場合、例えば１台の制御装置５０ａが他の熱源ユニット１ｂ，１ｃから運転情報等を取得し、図９の流体流量制御を実施して他の制御装置５０ｂ，５０ｃに水流量の変更等を通知すればよい。

また、流体ポンプ２０は、送り出す水熱媒の水流量ＦＲを複数段階で変えられればよく、回転運動の代わりに往復運動により流体を循環させる運動エネルギーを得るポンプで構成されてもよい。

また、実施の形態２の熱源システム１００は、複数の熱源ユニット１ａ〜１ｃ夫々について、実施の形態１と同様に、凍結判定により除霜運転の終了のタイミングが制御されてもよい。

また、負荷側機器が空調機である場合について説明したが、例えば床暖房システム又は給湯システム等であってもよい。また、熱源システムと負荷側機器との間に貯塔タンクを設け、水熱媒が、熱源システムと貯塔タンクとの間、及び貯塔タンクと負荷側機器との間で循環するよう構成してもよい。

１，１ａ〜１ｃ 熱源ユニット、２ 冷媒回路、３ 圧縮機、４ 冷媒流路切替装置、５ 空気側熱交換器、６ 空気側熱交換器用送風機、７ 減圧装置、８，８ａ〜８ｃ 熱媒体側熱交換器、９ アキュムレータ、１１ 冷媒配管、１２ 低圧圧力センサ、１３ 吸入ガス温度センサ、１４ 蒸発温度センサ、１５ 外気温度センサ、１６，１６ａ〜１６ｃ 入口温度センサ、１７，１７ａ〜１７ｃ 出口温度センサ、２０，２０ａ〜２０ｃ 流体ポンプ、２１，２１ａ〜２１ｃ ポンプ制御装置、２２，２２ａ〜２２ｃ 流体配管、５０ 制御装置、５１ 運転制御手段、５２ 温度判定手段、５３ 凍結判定手段、５４ 記憶手段、１００ 熱源システム、Ｔ１ 第１設定温度、Ｔ２ 第２設定温度、Ｔ３ 凍結閾値情報、ＦＲ，ＦＲａ〜ＦＲｃ 水流量（流体流量）、Ｔｗｉ 流体温度（入口温度）、Ｔｗｏ 出口温度、Ｔｅ 蒸発温度、Ｔｆ 凍結蒸発温度。

Claims (3)

1. 流体の加熱及び冷却を行う熱源ユニットと前記熱源ユニットを制御する制御装置とを備える熱源システムにおいて、
   前記熱源ユニットは、
   圧縮機と冷媒流路切替装置と空気側熱交換器と減圧装置と熱媒体側熱交換器とが冷媒配管を介して接続された冷媒回路と、
   前記熱媒体側熱交換器により前記冷媒回路の冷媒と熱交換される前記流体が流れる流体配管と、
   前記流体配管に設けられ、前記流体を前記熱媒体側熱交換器に供給する流体ポンプと、
   前記熱媒体側熱交換器に流入する前記流体の温度を測定する入口温度センサと、
   前記冷媒の蒸発温度を測定する蒸発温度センサと、を備え、
   前記制御装置は、
   前記空気側熱交換器が凝縮器になり前記熱媒体側熱交換器が蒸発器になる除霜運転時に、前記熱媒体側熱交換器に供給される前記流体の流量が前記入口温度センサにより測定された流体温度に応じて変化するように、前記流体ポンプを制御する運転制御手段と、
   前記除霜運転時に、前記供給される流体流量と前記測定された流体温度と前記測定された蒸発温度とに基づいて、前記熱媒体側熱交換器が凍結するか否かを判定する凍結判定手段と、
   前記除霜運転時に、前記測定された流体温度が第２設定温度より低いか否かを判定する温度判定手段と、を備え、
   前記凍結判定手段は、前記除霜運転時に、前記測定された流体温度が前記第２設定温度より低いと判定された場合に、前記熱媒体側熱交換器が凍結するか否かを判定し、
   前記運転制御手段は、前記熱媒体側熱交換器が凍結しないと判定されているときには、前記除霜運転を継続する熱源システム。
2. 前記凍結判定手段は、前記供給される流体流量及び前記測定された流体温度に応じた凍結蒸発温度を算出し、前記測定された蒸発温度が前記算出された凍結蒸発温度より低い場合には凍結すると判定し、前記測定された蒸発温度が前記算出された凍結蒸発温度より高い場合には凍結しないと判定する請求項１に記載の熱源システム。
3. 前記運転制御手段は、対応する前記流体ポンプの駆動周波数を調整して前記供給される流体流量を変化させるものであって、前記供給される流体流量を多くするときには前記流体ポンプの駆動周波数を大きくし、前記供給される流体流量を少なくするときには前記流体ポンプの駆動周波数を小さくする請求項１又は２に記載の熱源システム。

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