JP3320631B2 - 冷温熱装置 - Google Patents

冷温熱装置

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JP3320631B2
JP3320631B2 JP12373097A JP12373097A JP3320631B2 JP 3320631 B2 JP3320631 B2 JP 3320631B2 JP 12373097 A JP12373097 A JP 12373097A JP 12373097 A JP12373097 A JP 12373097A JP 3320631 B2 JP3320631 B2 JP 3320631B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数台の熱源機、
例えば、ターボ冷凍機、空冷ヒートポンプチラー、吸収
冷凍機等を用いて負荷に熱エネルギを供給する冷温熱装
置およびその熱源機制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は、 従来における冷温熱装置の構
成の一例を示す図である。これは、(社)日本冷凍協会
発行の「上級標準テキスト冷凍空調技術」(昭和63
年、420頁)に記載のものを一部修正したものであ
り、負荷側で二方弁による変流量制御を行っているもの
である。
【0003】図7において、1a,1b,1cは熱源
機、2a,2b,2cはそれぞれ前記熱源機1a,1
b,1cに冷温水を供給するポンプ、5a,5bは送り
ヘッダ、6a,6bは戻りヘッダ、9は負荷である。前
記熱源機1a,1b,1cは、出口側をそれぞれ配管3
a,3b,3cで送りヘッダ5aに接続されており、入
口側をそれぞれ配管4a,4b,4cでポンプ2a,2
b,2cを介して戻りヘッダ6aに接続されている。
【0004】送りヘッダ5aおよび5bの間には送り温
度センサ22が設置されており、送りヘッダ5bは配管
7a,7b,7cを介して負荷9の入口側に接続されて
いる。一方、戻りヘッダ6aと6bの間には戻り温度セ
ンサ16および流量計23が設置されており、戻りヘッ
ダ6bは配管8a,8b,8cを介して負荷9の出口側
に接続されている。13は送りヘッダ5aに配管11を
介して、戻りヘッダ6aに配管12を介してそれぞれ接
続されたバイパス弁で、送りヘッダ5bおよび戻りヘッ
ダ6bの差圧を検出して差圧制御装置14によってその
開度を制御している。
【0005】上記のように構成された従来の複数台数制
御装置において、送り温度センサ22、戻り温度センサ
16および流量計23のそれぞれで検出された検出信号
が熱量演算器24に取り込まれ負荷熱量を、例えば冷水
供給の場合、(戻り温度−送り温度)×流量によって演
算する。この演算結果は群制御装置25に送られ、この
負荷熱量に応じて熱源機の運転台数を決定し、群制御装
置25が各熱源機1a,1b,1cに運転/停止指令を
出力する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の群制御装置は上
記のような構成であるので、熱量を演算するために流量
計が必要であるという問題点があった。また、この流量
計を1台で済ますために戻りヘッダ6bおよび高価な大
容量の流量計23が必要となり、群制御を行うだけのた
めに流量計の取得費用、ヘッダおよび配管などの材料
費、およびこれらの工事費が必要になるという問題点が
あった。また、戻りヘッダ6bを省略すると、負荷系統
ごとに配管8a,8b,8cに流量計が必要となり、こ
れも群制御を行うためだけに、1個あたりは前記流量計
より小容量ですむので比較的安価とはいうものの、3台
分の流量計の取得費用およびその工事費が必要になると
いう問題点があった。この発明は、このような従来の問
題点を解決し、コスト上昇を招かないで、信頼度の高い
熱源機の群制御ができる冷温熱装置を提供しようとする
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明の冷温熱装置
は、負荷に戻りヘッダを介して接続された互いに並列な
複数台の熱源機と、前記戻りヘッダにおける熱媒体の戻
り温度を検出する戻りヘッダ温度検出器と、前記戻りヘ
ッダ温度検出値と前記熱源機の運転情報とを得て前記熱
源機に対する運転/停止の制御をする熱源機群制御手段
とを備え、前記熱源機群制御手段は、前記戻りヘッダ温
度検出値が、設定された基準温度を越えない範囲で、前
記複数台の熱源機について必要な最小限の台数を運転す
るように制御することを特徴とするものである。
【0008】また、この発明の冷温熱装置は、前記設定
された基準温度が、負荷が増加して戻りヘッダ水温が当
該基準温度を超えたとき熱源機の運転台数を増加させる
ために設定された基準温度であることを特徴とするもの
である。
【0009】また、この発明の冷温熱装置は、冷熱供給
運転時においては、前記熱源機群制御手段は、前記戻り
ヘッダ温度検出値が上記基準温度まで上昇した時には熱
源機の運転を1台増加させ、前記戻りヘッダ温度検出値
が、設定された熱源機運転台数減少温度まで下降した時
には、熱源機の運転を1台減少させるように制御するこ
とを特徴とするものである。
【0010】また、この発明の冷温熱装置は、温熱供給
運転時においては、前記熱源機群制御手段は、前記戻り
ヘッダ温度検出値が上記基準温度を下限とする範囲で、
前記複数台の熱源機について必要な最小限の台数を運転
するように制御することを特徴とするものである。
【0011】また、この発明の冷温熱装置は、温熱供給
運転時においては、前記熱源機群制御手段は、前記戻り
ヘッダ温度検出値が上記基準温度まで下降したときには
熱源機の運転を1台増加させ、前記戻りヘッダ温度検出
値が、設定された熱源機運転台数減少温度まで上昇した
ときには、熱源機の運転を1台減少させるように制御す
ることを特徴とするものである。
【0012】また、この発明の冷温熱装置は、外気温度
を検出する外気温度検出器を備え、前記熱源機群制御手
段は、前記戻りヘッダ温度検出値と前記熱源機の運転情
報と前記外気温度検出値とを得て、前記複数台の熱源機
について運転/停止の制御をするようにしたことを特徴
とするものである。また、この発明の冷温熱装置は、前
記熱源機群制御手段が、前記基準温度を、前記外気温度
に対応して変化させて設定するようにしたことを特徴と
するものである。
【0013】また、この発明の冷温熱装置は、前記熱源
機群制御手段が、前記基準温度を、前記外気温度が高く
なるにつれて低くなるように変化させて設定するように
したことを特徴とするものである。また、この発明の冷
温熱装置は、前記熱源機群制御手段が、前記外気温度に
複数の領域を設定し、前記基準温度を、前記各外気温度
の領域ごとに設定することを特徴とするものである。
【0014】また、この発明の冷温熱装置は、熱源機運
転台数を増加させる前記基準温度を前記熱源機の温調サ
ーモ切り設定温度よりも一定温度を超えて設定すると共
に、熱源機運転台数を減少させる前記設定温度を前記熱
源機の温調サーモ入り設定温度よりも一定温度を超えて
設定することを特徴とするものである。
【0015】また、この発明の冷温熱装置は、冷熱供給
運転時においては、熱源機運転台数を増加させる前記基
準温度を前記熱源機の温調サーモ切り設定温度よりも一
定温度高く設定すると共に、熱源機運転台数を減少させ
る前記設定温度を前記熱源機の温調サーモ入り設定温度
よりも一定温度高く設定することを特徴とするものであ
る。
【0016】また、この発明の冷温熱装置は、温熱供給
運転時においては、熱源機運転台数を増加させる前記基
準温度を前記熱源機の温調サーモ切り設定温度よりも一
定温度低く設定すると共に、熱源機運転台数を減少させ
る前記設定温度を前記熱源機の温調サーモ入り設定温度
よりも一定温度低く設定することを特徴とするものであ
る。
【0017】また、この発明の冷温熱装置は、前記熱源
機群制御手段は、前記戻りヘッダ温度検出値として、熱
媒体の戻り温度の変化からその予測値を算出して前記熱
源機の制御に用いるようにしたことを特徴とするもので
ある。また、この発明の冷温熱装置は、前記熱源機群制
御手段は、過去の2時点とその時点とにおける前記熱媒
体の戻り温度の変化からその予測値を算出するようにし
たことを特徴とするものである。
【0018】また、この発明の冷温熱装置は、前記負荷
と前記互いに並列な複数台の熱源機とを接続する送りヘ
ッダと、前記送りヘッダにおける前記熱媒体温度を検出
する送りヘッダ温度検出器を備え、前記熱源機群制御手
段は、 前記戻りヘッダ温度検出値と前記熱源機の運転
情報と前記送りヘッダ温度検出値とを得て前記熱源機の
運転を制御するようにしたことを特徴とするものであ
る。また、この発明の冷温熱装置は、前記熱源機群制御
手段は、前記送り温度検出値が一定の条件になった場合
に、所定の時間間隔をおいて前記熱源機の運転台数を増
加または減少させるように制御することを特徴とするも
のである。
【0019】また、この発明の冷温熱装置は、前記複数
の熱源機として容量制御可能な熱源機を含み、前記熱源
機群制御手段は、前記複数の熱源機に対する運転/停止
の制御とともに運転容量の制御を行うようにしたことを
特徴とするものである。また、この発明の冷温熱装置
は、前記複数の熱源機は、互いに同一または異なる運転
容量を有したものであることを特徴とするものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.以下、本発明の実施の形態1による冷温
熱装置を図1〜図2に基づいて説明する。図1は、この
実施の形態1による冷温熱装置の構成の一例を示す図で
あり、2台の熱源機と3つの負荷系統からなる水空調シ
ステムを複数熱源機群制御手段により制御するものであ
る。図1において、1a,1bはそれぞれ同容量の熱源
機、2a,2bはそれぞれ熱源機1a,1bに冷温水を
供給するポンプ、3a,3bは熱源機1a,1bからの
送り配管、4a,4bは熱源機1a,1bへの戻り配
管、5は送りヘッダ、6は戻りヘッダ、7a,7b,7
cは負荷への送り配管、8a,8b,8cは負荷からの
戻り配管、9a,9b,9cは負荷である。
【0021】以上のように、熱源機1aおよび1bは、
出口側をそれぞれ配管3aおよび3bで送りヘッダ5に
接続されており、入口側をそれぞれ配管4aおよび4b
でポンプ2aおよび2bを介して戻りヘッダ6に接続さ
れている。送りヘッダ5は配管7a,7b,7cを介し
てそれぞれ負荷9a,9b,9cの入口側に接続されて
いる。一方、戻りヘッダ6は配管8a,8b,8cによ
り二方弁10a,10b,10cを介して負荷9a,9
b,9cの出口側に接続されている。
【0022】13はバイパス弁で、送りヘッダ5に配管
11を介して接続され、また戻りヘッダ6に配管12を
介して接続されている。14は差圧検出器であり、送り
ヘッダ5および戻りヘッダ6の差圧を検出する。15は
差圧制御器であり、差圧検出器14によって検出した送
りヘッダ5と戻りヘッダ6との差圧に応じた出力信号に
よってバイパス弁13の開度を制御している。
【0023】16は、戻りヘッダ6における熱媒体(例
えば、水)の戻り温度を検出する戻りヘッダ温度検出器
(戻りヘッダ温度センサ)である。17は、熱源機1
a,1bを制御する熱源機群制御手段であり、入力部1
8、演算部19、出力部20を有している。戻りヘッダ
温度センサ16で検出された戻りヘッダ温度検出値(戻
りヘッダ水温)は、熱源機群制御手段17の入力部18
に取り込まれ、この水温情報とそのとき運転している熱
源機の運転情報とに基づき演算部19で必要な熱源機運
転台数を決定し、この結果に応じて出力部20で複数の
熱源機1a,1bのそれぞれに対して運転/停止指令信
号を生成・出力し、熱源機の運転を制御する。ここで、
熱源機1a,1bに冷温水を供給するポンプ2a,2b
はそれぞれに対応する熱源機1a,1bとインターロッ
クされている。
【0024】 つぎに、上記のように構成されたこの実
施の形態による冷温熱装置の動作について、熱媒体が水
で、負荷が冷房の場合を例に説明する。通常、冷房の場
合、最大負荷時に熱源機1a,1bから負荷9a,9
b,9cへ供給される水温は7[℃]、負荷9a,9b,
9cからの戻り水温は12[℃]となることを前提に全体
システムが設計されている。負荷側機器(空調機)9
a,9b,9cにおいても、7[℃]の冷水が供給された
場合、出口水温が12[℃]となるように二方弁10a,
10b,10cが冷水流量を制御するようになってい
る。このようなシステムにおいて、冷房負荷が最大負荷
よりも小さくなった場合(部分負荷運転時)、負荷側で
必要となる冷水流量が最大負荷時より少なくなるため、
送りヘッダ5と戻りヘッダ6の間のバイパス流量が増加
する。その結果、戻りヘッダ6では、負荷からの戻り温
度12[℃]の水と送りヘッダ5からバイパスしてきた7
[℃]の水が混合されることになり、戻りヘッダ6の水温
は、負荷からの戻り水温より低くなる。
【0025】この様子を説明したのが図2である。図2
は、同一容量の熱源機を4台まで拡張して構成したシス
テムの動作を説明するための図で、図2(A)、
(B)、(C)において、横軸には熱源機1台が賄うこ
とができる熱量を100とした負荷熱量を示し、縦軸に
は、(A)では戻りヘッダ水温TR[℃]、(B)ではポン
プ、負荷側、及びヘッダ間バイパスの各流量[%]、
(C)では熱源機容量[%]を示している。
【0026】図2を用いて、例えば2台の熱源機が稼動
していて負荷が200%の状態から負荷が減って100
%になった場合について説明する。まず、負荷が200
%の場合は、2台の熱源機はそれぞれ容量が100%ず
つで合計容量200%になって負荷200%とバランス
している。この状態(図2(A)のa点)から負荷が減
少してくると、ポンプ流量は熱源機2台分の200%で
あるが、負荷側で必要な流量は負荷熱量に相当する分し
かないため、残りの流量はヘッダ間バイパス流量となっ
て、送りヘッダから戻りヘッダへ負荷を経由せずバイパ
スする。したがって、戻りヘッダでは負荷からの戻り水
温12[℃]と送りヘッダ水温7[℃](バイパス流)が混
合されて、その元々の温度差5[℃](12[℃]-7
[℃])を負荷側流量xとバイパス流量yの流量比率x:
yで内分した温度差がついた温度に下がってくる(図2
(A)のb点)。
【0027】このようにして負荷が100%にまで減少
すると、2台の熱源機はそれぞれ容量が50%ずつで合
計容量100%になって負荷100%とバランスし、負
荷側流量は100%分、バイパス流量も100%分、し
たがって戻りヘッダ水温は温度差5[℃](12[℃]-7
[℃])を1対1に内分した2.5[℃]の温度差がついた
9.5[℃]となる(図2(A)のc点)。この場合、負
荷は熱源機容量100%分しかないため、戻りヘッダ水
温が9.5[℃]になった時点で熱源機を2台から1台へ
と切り換えれば良いことがわかる。
【0028】同様に、図2より、熱源機が3台以上で構
成されたシステムでは、熱源機3台から2台への切り替
えは戻りヘッダ水温10.3[℃]で、熱源機4台から3
台への切り替えは10.8[℃]で行えば良いことがわか
る。2台から1台への切り替え温度は9.5[℃]で変わ
らない。
【0029】逆に、負荷が増加して熱源機の運転台数を
増加させる場合は、やはり図2より、戻りヘッダ水温が
12[℃]を超えた時点で行えば良く、この温度(設定さ
れた基準温度)は、熱源機の台数には依存しないことが
分かる。
【0030】これを式で表すと、現在の熱源機の運転台
数n台をn-1台(n>1:nは整数)に減少させる戻りヘッ
ダ温度の設定値TDn[℃] (熱源機運転台数減少の設定温
度)は、つぎの通りである。 TDn={TS×kn+TU×(qn-kn)}/qn・・・・・・・・・・・・・ (1)
【0031】上式(1)において、TSは送りヘッダ水温
[℃]、TUは熱源機運転台数を増加させる戻りヘッダ温度
の設定値[℃] (熱源機運転台数増加の設定された基準
温度であり、冷房運転の場合は上限の基準温度とな
る)、qnは基準容量に対する熱源機n台の合計容量
[%]、knは熱源機n台のうち停止させたい熱源機の基準
容量に対する容量であり、図2の例ではkn=100であ
る。また、例えば熱源機切り換え温度に熱源機容量10
%分のディファレンシャルを持たせたい場合はkn=11
0となる。
【0032】式(1)は、熱源機運転台数を増加させる
戻りヘッダ温度の設定値TU(熱源機運転台数増加の設定
された基準温度)に応じて、熱源機運転台数を減少させ
る戻りヘッダ温度の設定値TDn(熱源機運転台数減少の
設定温度)が決まることを示している。一方、繰り返し
になるが、現在の熱源機の運転台数n台をn+1台(n>1:n
は整数)に増加させる戻りヘッダ温度の設定値TU[℃]
(熱源機運転台数増加の設定された基準温度)は、TU=
12[℃]で一定に設定されている。
【0033】以上は、冷房の例を示したが、暖房などの
温水供給システムであっても、熱源機運転台数を増加さ
せる戻りヘッダ温度の設定値TU(熱源機運転台数増加の
設定された基準温度であり、暖房運転の場合は基準の下
限温度となる)を設定しておけば、式(1)から、現在
の熱源機の運転台数n台をn-1台(n>1:nは整数)に減少
させる戻りヘッダ温度の設定値TDn(熱源機運転台数減
少の設定温度)を算出することができる。
【0034】以上説明したように、この実施の形態の冷
温熱装置では、熱源機群制御手段により、戻りヘッダ温
度検出値と熱源機の運転情報とを得て複数の熱源機に対
する運転/停止の制御をするようにした。また、熱源機
群制御手段は、戻りヘッダ温度検出値が設定された基準
温度を越えない範囲で、複数台の熱源機について必要な
最小限の台数を運転するように制御している。
【0035】また、熱源機群制御手段は、冷熱供給運転
時においては、戻りヘッダ温度検出値が設定された上限
の基準温度を越えない範囲で、複数台の熱源機について
必要な最小限の台数を運転するように制御する。また、
熱源機群制御手段は、冷熱供給運転時においては、戻り
ヘッダ温度検出値が設定された基準温度まで上昇した時
には熱源機の運転を1台増加させ、戻りヘッダ温度検出
値が設定された熱源機運転台数減少温度まで下降した時
には熱源機の運転を1台減少させるように制御する。
【0036】さらに、熱源機群制御手段は、温熱供給運
転時においては、戻りヘッダ温度検出値が設定された下
限の基準温度を越えない範囲で複数台の熱源機について
必要な最小限の台数を運転するように制御する。また、
熱源機群制御手段は、温熱供給運転時においては、戻り
ヘッダ温度検出値が設定された基準温度まで下降したと
きには熱源機の運転を1台増加させ、戻りヘッダ温度検
出値が設定された熱源機運転台数減少温度まで上昇した
ときには熱源機の運転を1台減少させるように制御す
る。
【0037】以上のように、この実施の形態によれば、
複数台の熱源機の群制御を行うためにコストのかかる流
量計の取得は不要となり、またそのような流量計を用い
るためのヘッダおよび配管なども不要となるので、コス
ト上昇が抑制され、効果的な熱源機の群制御を行うこと
ができる。
【0038】実施の形態2.図3は、この発明の実施の
形態2による冷温熱装置の構成を示す図である。図にお
いて、21は外気の温度を検出する温度検出器(外気温
度センサ)であり、その出力は熱源機群制御手段17の
入力部18に入力されている。その他の構成部分は、図
1と同様であるから説明を省略する。実施の形態1(図
1)では、熱源機の冷水出口温度は7[℃]一定としてい
たが、夜間や中間期あるいは冬期でも空調負荷がある場
合に、負荷側送り温度が必ずしも7[℃]である必要はな
い。外気温度が低い場合は、例えば、10[℃]としても
十分空調でき快適性も損なわれないので、送り温度を上
昇させてシステム全体の省エネを図ることができる。
【0039】この実施の形態では、図3に示すように、
外気温度センサ24を導入して外気温度を検出し、この
外気温度検出値を熱源機群制御手段17の入力として、
熱源機群制御手段17により、この外気温度検出値に応
じて、熱源機運転台数を増加させる基準温度、すなわち
現在の熱源機の運転台数n台をn+1台(n>1:nは整数)に
増加させる戻りヘッダ温度の設定値TU[℃] (熱源機運
転台数増加の基準温度)を変更するようにする。
【0040】冷房の場合、外気温度Toが低い場合は熱源
機運転台数増加の基準温度TUを高めに、逆に外気温度To
が高い場合は熱源機運転台数増加の基準温度TUを低めに
設定する。例えば、外気温度を3つの領域に分けて、 To<20[℃] の場合、TU=15[℃] 20≦To<30[℃] の場合、TU=13[℃] 30≦To[℃] の場合、TU=12[℃] のようにすると省エネが図れる。
【0041】これに伴って、熱源機運転台数減少設定温
度、すなわち現在の熱源機の運転台数n台をn-1台(n>
1:nは整数)に減少させる戻りヘッダ温度の設定値TDn
(熱源機運転台数減少の設定温度)も外気温度によって
変化し、外気温度が高い場合には設定温度TDnは低め
に、外気温度が低い場合には設定温度TDnは高めに設定
されることになる。
【0042】同様に、暖房などで温水を供給するシステ
ムの場合でも、熱源機運転台数増加の基準温度TUを外気
温度によって変化させ、外気温度が高い場合は基準温度
TUを低めに、外気温度が低い場合は、基準温度TUを高め
に設定すれば省エネが図れる。これに伴って、熱源機運
転台数減少の設定温度TDnも外気温度によって変化し、
外気温度が高い場合には設定温度TDnは低めに、外気温
度が低い場合には設定温度TDnは高めに設定されること
になる。
【0043】図4は、以上説明したところの、外気温度
を考慮に入れた熱源機運転台数増加の基準温度TUの決定
と、熱源機運転台数減少の設定温度TDnの算出のプロセ
スをフローチャートで表したものである。そのプロセス
は、上記に説明したとおりであり、また図より明らかで
あるので、説明は繰り返さない。以上説明したように、
この実施の形態によれば、外気温度に応じて、熱源機運
転台数増加の基準温度を変更するようにしたので、シス
テムの省エネをはかることができるともに、効果的な熱
源機制御を行うことができる。
【0044】実施の形態3.この発明の実施の形態3に
よる冷温熱装置は、熱源機運転台数増加の基準温度、及
び熱源機運転台数減少の設定温度の調整に関するもので
ある。この実施の形態における冷温熱装置のハード面の
構成は、図1または図3で示したものと同様であるが、
ソフト面の動作が異なる。
【0045】実施の形態1(図1)では、熱源機は図2
に示すように連続的に容量制御できる場合で説明した
が、段階的に容量制御する場合もある。このような場合
の例で、例えば、熱源機入口温度によって、100%−
50%−0%の3段階に容量制御する熱源機2台で構成
されたシステム(設計負荷200%)の場合であって、
熱源機の温調サーモ入り設定温度が9.5[℃]、温調サ
ーモ切り設定温度が13.5[℃](ΔT=4[℃])とす
る。
【0046】この場合、前述の熱源機運転台数減少の設
定温度が9.5[℃]であると、2台とも100%容量運
転時に負荷が減少していき、戻りヘッダ水温が9.5
[℃](負荷100%相当)になると、熱源機入口温度も
9.5[℃]となり、2台の圧縮機が容量50%になると
同時に、熱源機群制御手段から1台の熱源機に対して運
転停止の指令が送られてくる。このため、熱源機の運転
台数は1台だけになってしまい、しかも容量が50%で
あるというアンバランスな状態になり、負荷100%に
対して熱源機容量が不足してしまうという事態に陥りか
ねない。
【0047】そこで、熱源機の温調サーモ入り設定温度
よりもわずかに高い温度に、熱源機運転台数減少の設定
温度を設定しておく。このようにすることで、熱源機が
2台運転で容量100%の状態から負荷が減少していっ
た場合でも、1台運転で容量100%の状態にスムーズ
に移行させることができる。
【0048】同様に、熱源機運転台数増加の基準温度も
熱源機の温調サーモ切り設定温度よりわずかに高く設定
しておけば、熱源機が1台運転で容量50%の状態から
負荷が増加していった場合でも、一度1台運転で100
%容量の状態を経て2台運転にスムーズに移行させるこ
とができる。
【0049】同様に、暖房などで温水を供給するシステ
ムの場合では、熱源機運転台数増加の基準温度を熱源機
本体の温調サーモ切り設定温度よりも所定温度低く設定
すると共に、熱源機運転台数減少の設定温度を熱源機の
温調サーモ入り設定温度よりも所定温度低く設定する。
このようにすることにより、熱源機を段階的に容量制御
する場合でも、熱源機のスムーズな運転制御をすること
ができる。
【0050】実施の形態4.この発明の実施の形態4に
よる冷温熱装置は、容量の異なった複数台の熱源機の運
転制御に関するものである。この実施の形態における冷
温熱装置のハード面の構成は、図1または図3で示した
ものと概略同様であるが、複数台の熱源機に容量の異な
ったものを用いている点が異なる。実施の形態1〜3で
は、複数台の熱源機の容量が同一の場合で説明したが、
この実施の形態の冷温熱装置においては、熱源機群制御
手段は、容量がすべて異なっている複数台の熱源機、ま
たは、容量が一部異なっている複数台の熱源機の制御を
行う。
【0051】複数熱源機の容量が異なる場合は、そのシ
ステム構成に合わせて図2を書き換え、式(1)で運転
台数切り替え温度、すなわち熱源機運転台数減少の設定
温度を算出し直す。この算出された設定温度に応じて、
戻りヘッダ水温により熱源機の運転台数を切り換えるこ
とができる。それぞれの熱源機容量に対応したポンプ流
量が選定されていれば、式(1)をそのまま適用するこ
とができる。
【0052】例えば、図1における熱源機1aが容量1
00%、熱源機1bが容量120%(合計容量q2=22
0%)の場合で、負荷0%〜100%を容量100%の
熱源機1台で、負荷100%〜220%を2台の熱源機
で賄う場合、熱源機2台から1台への切り替え設定温度
は、TS=7[℃]、TU=12[℃]であるので、式(1)よ
り、 TD2={7×120+12×(220-120)}/220=9.27 [℃] と計算される。以上説明したように、この実施の形態に
よれば、複数台の熱源機の容量がどのように異なってい
ても、熱源機の運転・停止の制御を適切に行うことがで
きる。
【0053】実施の形態5.この発明の実施の形態5に
よる冷温熱装置は、熱源機の運転台数を切り替えるため
の、戻りヘッダでの熱媒体温度の検出に関するものであ
る。この実施の形態における冷温熱装置のハード面の構
成は、図1または図3で示したものと概略同様である
が、ソフト面の動作が異なる。
【0054】実施の形態1〜4では、戻りヘッダ水温の
瞬時検出値を用いて複数台熱源機の運転台数を変更する
例を示したが、通常の冷温水利用システムの場合、必ず
応答遅れがあるので、瞬時値で熱源機の台数切り換えを
行うとハンチングする恐れがある。そこで、過去の戻り
ヘッダ水温の瞬時検出値を基に、将来の戻りヘッダ水温
を予測し、この予測温度と熱源機運転台数切り換えの基
準温度または設定温度とを比較して、熱源機の運転台数
を決定する。
【0055】熱媒体の戻り温度に予測値を用いた場合で
も、熱源機運転台数増加の基準温度TUの決定と、熱源機
運転台数減少の設定温度TDnの算出のプロセスは、基本
的に変わらない。図4で示した熱源機運転台数決定のフ
ローチャートにおいて、戻りヘッダの瞬時の検出水温TR
0を、予測水温に置き換えればよい。
【0056】このときの水温の予測には、図5に示すよ
うな等時間間隔τで検出された現在および過去2点(τ
時刻前、2・τ時刻前)の戻りヘッダ水温実測値から、τ
時刻後の戻りヘッダ水温を予測する三点予測を用いるこ
とができる。この三点予測法はよく知られており、ま
た、図5からも明らかであるから、詳しい説明は省略す
る。また、ARIMAモデル、カオス理論、ニューラルネッ
トワークなどを応用することもできる。以上説明したよ
うに、この実施の形態によれば、熱媒体の戻り温度に予
測値を用いるようにしたので、熱源機の運転切り替えに
おいてハンチングを起こす惧れがなく、熱源機のスムー
スな運転制御と行うことができる。
【0057】実施の形態6.図6は、この発明の実施の
形態2による冷温熱装置の構成を示す図である。図にお
いて、22は送りヘッダ5における熱媒体の温度を検出
する送りヘッダ温度検出器(送りヘッダ温度センサ)で
あり、その出力である送りヘッダ温度検出値は熱源機群
制御手段17の入力部18に入力されている。その他の
構成部分は、図1と同様であるから説明を省略する。
【0058】実施の形態1〜5では、戻りヘッダ水温だ
けで複数熱源機の運転台数を決定する例を示したが、何
らかの原因で戻りヘッダ温度センサ16が異常となって
しまったり、外部からの雑音により正常な戻り温度検出
が出来なくなってしまった場合などに備え、図6に示す
ように、送りヘッダ5にも温度センサ22を設置して、
この検出温度を常に監視しておくことでバックアップす
ることができる。例えば冷房の場合、前記送り温度検出
値が一定の条件になった場合、例えば前記送りヘッダ水
温センサ22の検出温度が異常に高く、例えば13[℃]
になってしまったら、熱源機の運転を1台増加するよう
に制御する。このようにすると、熱源機群制御手段17
の信頼性を高めることができる。
【0059】また、送りヘッダ温度によるバックアップ
制御は、1回きりでなく、ある一定時間間隔ごとに何回
も繰り返し実行できるようにしておくと、1台ずつ順次
熱源機運転台数を増加させることができる。この場合、
熱源機の立ち上がりの応答遅れを考慮して、十分長い時
間間隔に設定しておくことが必要である。
【0060】以上説明したように、この実施の形態によ
れば、送りヘッダ5にも温度センサ22を設置して、送
り温度検出値が一定の条件になった場合に、所定の時間
間隔をおいて前記熱源機の運転台数を増加または減少さ
せるように制御するなど、熱源機の運転制御をバックア
ップするようにしたので、熱源機の群制御の信頼性を高
めることができる。
【0061】実施の形態7.この発明の実施の形態7に
よる冷温熱装置は、複数の熱源機として外部から容量制
御可能な熱源機を用いた場合の熱源機の運転制御に関す
るものである。この実施の形態における冷温熱装置のハ
ード面の構成は、図1、図3または図6で示したものと
概略同様であるが、容量制御可能な熱源機を用いる点が
異なる。
【0062】図2では、複数台の熱源機が稼動している
ときに、それぞれの熱源機は自律的に容量制御するた
め、部分負荷時にはすべての熱源機が同一容量になる場
合を示した。ところで、通常、空冷ヒートポンプチラー
などの熱源機は部分負荷運転時の効率が定格負荷運転時
より悪くなるため、複数台熱源機をそれぞれ個別に容量
制御し、100%運転する熱源機を多くするように容量
制御した方が全体の効率が良くなることがある。
【0063】そこで、この実施の形態では、各熱源機に
外部からの容量制御信号を受け取る入力部を備え、各熱
源機の運転容量が最も効率良くなるように制御するもの
である。図2を参考に戻りヘッダ水温検出値によって熱
源機の運転台数および熱源機合計容量を算出し、各熱源
機の運転容量が最も効率良くなるような組み合わせにな
るよう、運転する熱源機とその運転容量を定める。これ
に基づいて、容量制御信号を出力して各熱源機を個別に
容量制御する。
【0064】以上は、熱源機の運転台数とその運転容量
について、図2を参考に戻りヘッダ水温検出値から内部
で計算する場合を示したが、熱源機の運転台数を熱源機
群制御手段に付属されたキーボード、操作パネルなどを
介して操作員が直接熱源機群制御手段17に入力した
り、熱源機本体のコントローラから送られる運転確認信
号または運転状態信号(運転中、停止中、除霜運転中、
サーモ停止中、冷房、暖房等)から演算しても良い。
【0065】以上説明したように、この実施の形態によ
れば、複数の熱源機として少なくとも一部に容量制御可
能な熱源機を備え、複数の熱源機に対する運転/停止の
制御とともに、各熱源機に対する運転容量の制御をも行
うようにしたので、効率のよい運転制御を行うことがで
きる。
【0066】以上、実施の形態1〜7では熱媒体に水を
用いた空調システムを例に説明したが、本発明の熱源機
群制御手段17は、熱媒体が水に限らず、不凍液を混ぜ
た水溶液(ブライン)や、いわゆるフロン等の冷媒、ま
たは空気のような気体であっても、使用圧力範囲内で潜
熱変化を伴わない熱媒体を用いてさえいればどのような
冷温熱装置にでも適用できる。
【0067】また、本発明の熱源機群制御手段17は、
2つの送りヘッダと、その間に比較的小容量のポンプを
複数台並列に備え、前記2つの送りヘッダ間の差圧等に
よって前記複数台ポンプの台数や運転容量を制御するこ
とによって負荷側送り流量を制御する冷温熱装置に対し
ても適用できる。また、従来のように、負荷側熱媒体流
量計を予め備えた冷温熱装置に対しても適用できる。
【0068】
【発明の効果】以上述べたように、本願の発明によれ
ば、負荷に戻りヘッダを介して接続された互いに並列な
複数台の熱源機と、前記戻りヘッダにおける熱媒体の戻
り温度を検出する戻りヘッダ温度検出器と、前記戻りヘ
ッダ温度検出値と前記熱源機の運転情報とを得て前記熱
源機に対する運転/停止の制御をする熱源機群制御手段
とを備えた冷温熱装置が得られ、従来のように群制御を
行うためだけに高価な流量計を取り付ける必要がなくな
るため、その取得費用、ヘッダおよび配管などの材料
費、およびこれらの工事費が不要となって、従来の群制
御より安価で信頼性の高い熱源機群制御を行うことがで
きる。
【0069】さらに、本願の他の発明によれば、前記熱
源機群制御手段は、前記戻りヘッダ温度検出値が、設定
された基準温度を越えない範囲で、前記複数台の熱源機
について必要な最小限の台数を運転するように制御する
冷温熱装置が得られ、適切な熱源機群制御を行うことが
できる。
【0070】さらに、本願の他の発明によれば、冷熱供
給運転時においては、前記熱源機群制御手段は、前記戻
りヘッダ温度検出値が上記基準温度を上限とする範囲
で、前記複数台の熱源機について必要な最小限の台数を
運転するように制御する冷温熱装置が得られ、適切な熱
源機群制御を行うことができる。
【0071】さらに、本願の他の発明によれば、冷熱供
給運転時においては、前記熱源機群制御手段は、前記戻
りヘッダ温度検出値が上記基準温度まで上昇した時には
熱源機の運転を1台増加させ、前記戻りヘッダ温度検出
値が、設定された熱源機運転台数減少温度まで下降した
時には、熱源機の運転を1台減少させるように制御する
冷温熱装置が得られ、適切な熱源機群制御を行うことが
できる。
【0072】さらに、本願の他の発明によれば、温熱供
給運転時においては、前記熱源機群制御手段は、前記戻
りヘッダ温度検出値が上記基準温度を下限とする範囲
で、前記複数台の熱源機について必要な最小限の台数を
運転するように制御する冷温熱装置が得られ、適切な熱
源機群制御を行うことができる。
【0073】また、本願の他の発明によれば、温熱供給
運転時においては、前記熱源機群制御手段は、前記戻り
ヘッダ温度検出値が上記基準温度まで下降したときには
熱源機の運転を1台増加させ、前記戻りヘッダ温度検出
値が、設定された熱源機運転台数減少温度まで上昇した
ときには、熱源機の運転を1台減少させるように制御す
る冷温熱装置が得られ、適切な熱源機群制御を行うこと
ができる。
【0074】さらに、本願の他の発明によれば、外気温
度を検出する外気温度検出器を備え、前記熱源機群制御
手段は、前記戻りヘッダ温度検出値と前記熱源機の運転
情報と前記外気温度検出値とを得て、前記複数台の熱源
機について運転/停止の制御をするようにした冷温熱装
置が得られ、省エネをはかることができるともに、効果
的な熱源機群制御を行うことができる。
【0075】さらに、本願の他の発明によれば、前記熱
源機群制御手段は、熱源機運転台数を増加させる前記基
準温度を、前記外気温度に対応して変化させて設定する
ようにした冷温熱装置が得られ、省エネをはかることが
できるともに、効果的な熱源機群制御を行うことができ
る。
【0076】さらに、本願の他の発明によれば、前記熱
源機群制御手段は、前記基準温度を、前記外気温度が高
くなるにつれて低くなるように変化させて設定するよう
にした冷温熱装置が得られ、省エネをはかることができ
るともに、効果的な熱源機群制御を行うことができる。
【0077】さらに、本願の他の発明によれば、この発
明の冷温熱装置は、前記熱源機群制御手段は、前記外気
温度に複数の領域を設定し、前記基準温度を、前記各外
気温度の領域ごとに設定する冷温熱装置が得られ、省エ
ネをはかることができるともに、効果的な熱源機群制御
を行うことができる。
【0078】さらに、本願の他の発明によれば、熱源機
運転台数を増加させる前記基準温度を前記熱源機の温調
サーモ切り設定温度よりも一定温度を超えて設定すると
共に、熱源機運転台数を減少させる前記設定温度を前記
熱源機の温調サーモ入り設定温度よりも一定温度を超え
て設定する冷温熱装置が得られ、熱源機を段階的に容量
制御する場合でも、熱源機のスムーズな運転制御をする
ことができる。
【0079】さらに、本願の他の発明によれば、冷熱供
給運転時においては、熱源機運転台数を増加させる前記
基準温度を前記熱源機の温調サーモ切り設定温度よりも
一定温度高く設定すると共に、熱源機運転台数を減少さ
せる前記設定温度を前記熱源機の温調サーモ入り設定温
度よりも一定温度高く設定する冷温熱装置が得られ、熱
源機を段階的に容量制御する場合でも、熱源機のスムー
ズな運転制御をすることができる。
【0080】さらに、本願の他の発明によれば、温熱供
給運転時においては、熱源機運転台数を増加させる前記
基準温度を前記熱源機の温調サーモ切り設定温度よりも
一定温度低く設定すると共に、熱源機運転台数を減少さ
せる前記設定温度を前記熱源機の温調サーモ入り設定温
度よりも一定温度低く設定する冷温熱装置が得られ、熱
源機を段階的に容量制御する場合でも、熱源機のスムー
ズな運転制御をすることができる。
【0081】さらに、本願の他の発明によれば、前記熱
源機群制御手段は、前記戻りヘッダ温度検出値として、
熱媒体の戻り温度の変化からその予測値を算出して前記
熱源機の制御に用いるようにした冷温熱装置が得られ、
熱源機の運転切り替えにおいてハンチングを起こす惧れ
がなく、熱源機のスムースな運転制御と行うことができ
【0082】さらに、本願の他の発明によれば、前記熱
源機群制御手段は、過去の2時点とその時点とにおける
前記熱媒体の戻り温度の変化からその予測値を算出する
ようにした冷温熱装置が得られ、熱源機の運転切り替え
においてハンチングを起こす惧れがなく、熱源機のスム
ースな運転制御と行うことができる
【0083】さらに、本願の他の発明によれば、前記負
荷と前記互いに並列な複数台の熱源機とを接続する送り
ヘッダと、前記送りヘッダにおける前記熱媒体温度を検
出する送りヘッダ温度検出器を備え、前記熱源機群制御
手段は、 前記戻りヘッダ温度検出値と前記熱源機の運
転情報と前記送りヘッダ温度検出値とを得て前記熱源機
の運転を制御するようにした冷温熱装置が得られ、熱源
機の運転制御をバックアップするようにしたので、熱源
機の群制御の信頼性を高めることができる。
【0084】さらに、本願の他の発明によれば、この発
明の冷温熱装置は、前記熱源機群制御手段は、前記送り
温度検出値が一定の条件になった場合に、所定の時間間
隔をおいて前記熱源機の運転台数を増加または減少させ
るように制御する冷温熱装置が得られ、熱源機の運転制
御をバックアップするようにしたので、熱源機の群制御
の信頼性を高めることができる。
【0085】さらに、本願の他の発明によれば、前記複
数の熱源機として容量制御可能な熱源機を含み、前記熱
源機群制御手段は、前記複数の熱源機に対する運転/停
止の制御とともに運転容量の制御を行うようにした冷温
熱装置が得られ、効率のよい運転制御を行うことができ
る。
【0086】さらに、本願の他の発明によれば、前記複
数の熱源機は、互いに同一または異なる運転容量を有し
た冷温熱装置が得られ、複数台の熱源機の容量がどのよ
うに異なっていても、熱源機の運転・停止の制御を適切
に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1による冷温熱装置のシ
ステム構成図。
【図2】 本発明の実施の形態1による冷温熱装置にお
いて熱源機運転台数制御を実施した場合のシステム状態
を表わす図。
【図3】 本発明の実施の形態2による冷温熱装置のシ
ステム構成図。
【図4】 本発明の実施の形態2による冷温熱装置の熱
源機運転台数決定ブロック図。
【図5】 本発明の実施の形態5による冷温熱装置の戻
り水温予測の説明図。
【図6】 本発明の実施の形態6による冷温熱装置のシ
ステム構成図。
【図7】 従来の冷温熱装置のシステム構成図。
【符号の説明】
1a,1b 熱源機、 2a,2b ポンプ、 5 送
りヘッダ、 6 戻りヘッダ、 9a,9b,9c 負
荷、 22 送りヘッダ温度検出器(送り温度セン
サ)、 16 戻りヘッダ温度検出器(戻り温度セン
サ)、 21 外気温度検出器(外気温度センサ)、
17 熱源機群制御手段。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−51653(JP,A) 特開 平8−166178(JP,A) 特開 昭58−2547(JP,A) 特開 平5−196277(JP,A) 特開 昭59−9442(JP,A) 特開 昭61−291860(JP,A) 特開 昭61−225533(JP,A) 特開 平7−35386(JP,A) 特開 昭61−99506(JP,A) 実開 昭61−162735(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24F 11/02 102

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷に戻りヘッダを介して接続された互
    いに並列な複数台の熱源機と、前記戻りヘッダにおける
    熱媒体の戻り温度を検出する戻りヘッダ温度検出器と、
    前記戻りヘッダ温度検出値と前記熱源機の運転情報とを
    得て前記熱源機に対する運転/停止の制御をする熱源機
    群制御手段とを備え、前記熱源機群制御手段は、前記戻
    りヘッダ温度検出値が、設定された基準温度を越えない
    範囲で、前記複数台の熱源機について必要な最小限の台
    数を運転するように制御することを特徴とする冷温熱装
    置。
  2. 【請求項2】 前記設定された基準温度は、負荷が増加
    して戻りヘッダ水温が当該温度を超えたとき熱源機の運
    転台数を増加させるために設定された温度であることを
    特徴とする請求項1に記載の冷温熱装置。
  3. 【請求項3】 冷熱供給運転時においては、前記熱源機
    群制御手段は、前記戻りヘッダ温度検出値が上記基準温
    度を上限とする範囲で、前記複数台の熱源機について必
    要な最小限の台数を運転するように制御することを特徴
    とする請求項2に記載の冷温熱装置。
  4. 【請求項4】 冷熱供給運転時においては、前記熱源機
    群制御手段は、前記戻りヘッダ温度検出値が上記基準温
    度まで上昇した時には熱源機の運転を1台増加させ、前
    記戻りヘッダ温度検出値が、設定された熱源機運転台数
    減少温度まで下降した時には、熱源機の運転を1台減少
    させるように制御することを特徴とする請求項3に記載
    の冷温熱装置。
  5. 【請求項5】 温熱供給運転時においては、前記熱源機
    群制御手段は、前記戻りヘッダ温度検出値が上記基準温
    度を下限とする範囲で、前記複数台の熱源機について必
    要な最小限の台数を運転するように制御することを特徴
    とする請求項2に記載の冷温熱装置。
  6. 【請求項6】 温熱供給運転時においては、前記熱源機
    群制御手段は、前記戻りヘッダ温度検出値が上記基準温
    度まで下降したときには熱源機の運転を1台増加させ、
    前記戻りヘッダ温度検出値が、設定された熱源機運転台
    数減少温度まで上昇したときには、熱源機の運転を1台
    減少させるように制御することを特徴とする請求項5に
    記載の冷温熱装置。
  7. 【請求項7】 外気温度を検出する外気温度検出器を備
    え、前記熱源機群制御手段は、前記戻りヘッダ温度検出
    値と前記熱源機の運転情報と前記外気温度検出値とを得
    て、前記複数台の熱源機について運転/停止の制御をす
    るようにしたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか
    に記載の冷温熱装置。
  8. 【請求項8】 前記熱源機群制御手段は、前記基準温度
    を、前記外気温度に対応して変化させて設定するように
    したことを特徴とする請求項7に記載の冷温熱装置。
  9. 【請求項9】 前記熱源機群制御手段は、前記基準温度
    を、前記外気温度が高くなるにつれて低くなるように変
    化させて設定するようにしたことを特徴とする請求項8
    に記載の冷温熱装置。
  10. 【請求項10】 前記熱源機群制御手段は、前記外気温
    度に複数の領域を設定し、前記基準温度を、前記各外気
    温度の領域ごとに設定することを特徴とする請求項7に
    記載の冷温熱装置。
  11. 【請求項11】 熱源機運転台数を増加させる前記基準
    温度を前記熱源機の温調サーモ切り設定温度よりも一定
    温度を超えて設定すると共に、熱源機運転台数を減少さ
    せる前記設定温度を前記熱源機の温調サーモ入り設定温
    度よりも一定温度を超えて設定することを特徴とする請
    求項1〜10のいずれかに記載の冷温熱装置。
  12. 【請求項12】 冷熱供給運転時においては、熱源機運
    転台数を増加させる前記基準温度を前記熱源機の温調サ
    ーモ切り設定温度よりも一定温度高く設定すると共に、
    熱源機運転台数を減少させる前記設定温度を前記熱源機
    の温調サーモ入り設定温度よりも一定温度高く設定する
    ことを特徴とする請求項11に記載の冷温熱装置。
  13. 【請求項13】 温熱供給運転時においては、熱源機運
    転台数を増加させる前記基準温度を前記熱源機の温調サ
    ーモ切り設定温度よりも一定温度低く設定すると共に、
    熱源機運転台数を減少させる前記設定温度を前記熱源機
    の温調サーモ入り設定温度よりも一定温度低く設定する
    ことを特徴とする請求項11に記載の冷温熱装置。
  14. 【請求項14】 前記熱源機群制御手段は、前記戻りヘ
    ッダ温度検出値として、熱媒体の戻り温度の変化からそ
    の予測値を算出して前記熱源機の制御に用いるようにし
    たことを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の
    冷温熱装置。
  15. 【請求項15】 前記熱源機群制御手段は、過去の2時
    点とその時点とにおける前記熱媒体の戻り温度の変化か
    らその予測値を算出するようにしたことを特徴とする請
    求項14に記載の冷温熱装置。
  16. 【請求項16】 前記負荷と前記互いに並列な複数台の
    熱源機とを接続する送りヘッダと、前記送りヘッダに
    ける前記熱媒体温度を検出する送りヘッダ温度検出器を
    備え、前記熱源機群制御手段は、 前記戻りヘッダ温度
    検出値と前記熱源機の運転情報と前記送りヘッダ温度検
    出値とを得て前記熱源機の運転を制御するようにしたこ
    とを特徴とする請求項1〜15に記載の冷温熱装置。
  17. 【請求項17】 前記熱源機群制御手段は、前記送り温
    度検出値が一定の条件になった場合に、所定の時間間隔
    をおいて前記熱源機の運転台数を増加または減少させる
    ように制御することを特徴とする請求項16に記載の
    熱装置。
  18. 【請求項18】 前記複数の熱源機として容量制御可能
    な熱源機を含み、前記熱源機群制御手段は、前記複数の
    熱源機に対する運転/停止の制御とともに運転容量の制
    御を行うようにしたことを特徴とする請求項1〜17に
    記載の冷温熱装置。
  19. 【請求項19】 前記複数の熱源機は、互いに同一また
    は異なる運転容量を有したものであることを特徴とする
    請求項1〜18に記載の冷温熱装置。
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