JP6507598B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、空調システム、より具体的には、ポンプが循環させる循環流体から空調装置の熱源機に冷熱および／又は温熱が供与される空調システムに関する。

従来、特許文献１（特開平８−２１０６６７号公報）のように、冷却塔／ボイラで冷却／加熱された循環流体がポンプにより循環され、循環流体から空調装置の熱源機に冷熱および／又は温熱が供与される空調システムが知られている。

本願発明者は、このような空調システムでは、従来、冷却塔／ボイラで冷却／加熱した循環流体の流量が制御されておらず、空調負荷によっては、エネルギーが浪費されている場合があることを見出した。

本発明の課題は、ポンプが循環させる循環流体から空調装置の熱源機に冷熱および／又は温熱が供与される空調システムであって、省エネ性に優れた空調システムを提供することにある。

本発明の第１観点に係る空調システムは、容量可変のポンプと、冷却塔およびボイラの少なくとも一方と、複数の空調装置と、複数の流量可変機構と、ポンプ調整部と、を備える。ポンプは、循環流体を循環させる。冷却塔は、循環流体を冷却する。ボイラは、循環流体を加熱する。複数の空調装置は、循環流体から冷熱および／又は温熱の供与を受ける熱源機と、利用側熱交換器と、を含む冷媒回路をそれぞれ有する。流量可変機構は、各熱源機に対応して設けられ、対応する熱源機に流れる循環流体の量を可変とする。ポンプ調整部は、流量可変機構の状態に基づいてポンプの容量を調整する。各流量可変機構は、弁体を有し、対応する熱源機を含む冷媒回路における高圧および／又は低圧の値に基づいて、弁体の開度を変更することで熱源機に流れる循環流体の量を可変とする。停止していた各熱源機の起動時には、該熱源機に対応する流量可変機構の弁体の開度は１００％とされ、かつ、ポンプ調整部は、ポンプの容量を所定量だけ増加させ、増加後のポンプの容量を所定期間維持する。

本発明の第１観点に係る空調システムでは、熱源機に流れる循環流体の量を可変とする流量可変機構が設けられるため、熱源機に流れる循環流体の量を、空調負荷に応じて制御可能である。また、ここでは、循環流体を循環させるポンプの容量が、流量可変機構の状態に応じて調整される。つまり、ここでは、空調負荷に応じて、ポンプの容量、すなわちポンプの動力を適切に制御できる。そのため、空調負荷に応じて循環流体の量が調整されない従来の空調システムに比べ、省エネ性に優れた空調システムを実現できる。

また、本発明の第１観点に係る空調システムでは、空調装置の冷媒回路における高圧および／又は低圧の値に基づいて循環流体の量が変更されるため、熱源機を流れる循環流体の量を空調負荷に応じて適切に変更することが容易である。

また、本発明の第１観点に係る空調システムでは、熱源機の起動時に、その熱源機に対応する流量可変機構の弁体の開度が１００％とされ、ポンプの容量が熱源機の起動に対応して増加させられた後所定期間維持されるので、熱源機の起動時に空調システムの運転を安定させることが容易である。

本発明の第２観点に係る空調システムは、第１観点に係る空調システムであって、各空調装置は、該空調装置が有する熱源機に対応する、流量可変機構に、熱源機に流れる循環流体の量の変更を指示する流量可変機構調整部を更に有する。

本発明の第２観点に係る空調システムでは、各空調装置が、その空調装置が有する熱源機に対応する、流量可変機構に、熱源機に流れる循環流体の量の変更を直接指示するため、熱源機に流れる循環流体の量を応答性よく調整できる。

本発明の第３観点に係る空調システムは、第１観点又は第２観点に係る空調システムであって、ポンプ調整部は、運転中の熱源機に対応する流量可変機構であって、弁体の開度が第１所定値より小さい流量可変機構が存在する場合に、ポンプの容量を低下させるよう調整する。

本発明の第３観点に係る空調システムでは、運転中の熱源機に対応する流量可変機構の弁体の開度が所定値を下回る場合にポンプの容量が低下させられるため、ポンプの動力が不要に大きな値で維持されることがなく、省エネ性に優れた空調システムを実現できる。

本発明の第４観点に係る空調システムは、第１観点から第３観点のいずれかに係る空調システムであって、稼働していた各熱源機の停止時には、該熱源機に対応する流量可変機構の弁体の開度は０％とされ、かつ、ポンプ調整部は、ポンプの容量を所定量だけ低下させる。

本発明の第４観点に係る空調システムでは、熱源機の停止時に、その熱源機に対応する流量可変機構の弁体の開度が０％とされ、ポンプの容量が熱源機の停止に対応して低下させられるので、空調システムの省エネ性を改善することができる。

本発明の第５観点に係る空調システムは、第１観点から第４観点のいずれかに係る空調システムであって、利用側熱交換器は、熱源機により冷却又は加熱された冷媒と空気とを熱交換させる。

本発明の第５観点に係る空調システムでは、冷媒と空調対象空間の空気とを直接熱交換させるタイプの空調装置が使用される場合であっても、空調装置の熱源機に流れる循環流体の量を適切に調整しつつ、省エネ性に優れた空調システムを実現できる。

第１観点に係る空調システムでは、熱源機に流れる循環流体の量を可変とする流量可変機構が設けられるため、熱源機に流れる循環流体の量を、空調負荷に応じて制御可能である。また、ここでは、循環流体を循環させるポンプの容量が、流量可変機構の状態に応じて調整される。つまり、ここでは、空調負荷に応じて、ポンプの容量、すなわちポンプの動力を適切に制御できる。そのため、空調負荷に応じて循環流体の量が調整されない従来の空調システムに比べ、省エネ性に優れた空調システムを実現できる。

また、第１観点に係る空調システムでは、空調装置の熱源機を流れる循環流体の量を空調負荷に応じて適切に変更することが容易である。

また、第１観点に係る空調システムでは、熱源機の起動時に空調システムの運転を安定させることが容易である。

第２観点に係る空調システムでは、空調装置の熱源機に流れる循環流体の量を応答性よく調整できる。

第３観点に係る空調システムでは、省エネ性に優れた空調システムを実現できる。

第４観点に係る空調システムでは、空調システムの省エネ性を改善することができる。

第５観点に係る空調システムでは、冷媒と空調対象空間の空気とを直接熱交換させるタイプの空調装置が使用される場合であっても、空調装置の熱源機に流れる循環流体の量を適切に調整可能で、省エネ性に優れた空調システムを実現できる。

本実施形態に係る空調システムの概略構成図である。 図１の空調システムが有する空調装置の概略構成図である。 図１の空調システムが有する空調装置における、通常運転時の流量調整弁の弁体の開度の制御（冷房運転時）を説明するフローチャートである。 図１の空調システムが有する空調装置における、通常運転時の流量調整弁の弁体の開度の制御（暖房運転時）を説明するフローチャートである。 図１の空調システムにおける、いずれかの熱源機の起動時のポンプの容量調整制御を説明するフローチャートである。 図１の空調システムにおける、通常運転時のポンプの容量調整制御を説明するフローチャートである。

本発明の一実施形態に係る空調システム１００を、図面を参照して説明する。

なお、下記の実施形態は、実施例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

（１）全体構成
本実施形態に係る空調システム１００は、ビル等に設置される空調システムである。空調システム１００は、空調システム１００の設置されたビル等の冷房および暖房に使用される。ただし、これに限定されるものではなく、空調システム１００は、空調システム１００の設置されたビル等の冷房又は暖房のいずれかにのみ使用されてもよい。

空調システム１００は、配管２１、冷却塔８０、ボイラ９０、ポンプ２０、複数の空調装置３０、およびコントローラ７０を主に有する（図１参照）。なお、図１では、空調装置３０の台数を３台としているが、空調装置３０の台数は、これに限定されるものではなく、２台又は４台以上であってもよい。

冷却塔８０は、例えば空調システム１００の設置されたビル等の屋上に設置される。ボイラ９０は、例えば空調システム１００の設置されたビル等の機械室に設置される。配管２１は、冷却塔８０により所定の温度まで冷却された循環流体、又は、ボイラ９０により所定の温度まで加熱された循環流体を、後述する空調装置３０の熱源機４０まで運ぶための配管である。配管２１には、ポンプ２０が設けられる。ポンプ２０は、冷却塔８０又はボイラ９０と、配管２１と、空調装置３０の熱源機４０と、により構成される流体回路２２内で、循環流体を循環させる。ここでは、循環流体として水が用いられるが、これに限定されるものではない。例えば、水に変えて、ブライン等が循環流体として用いられてもよい。

各空調装置３０は、熱源機４０と、複数の室内機５０と、流量調整弁３５と、を有する（図１参照）。熱源機４０は、例えば空調システム１００の設置されたビル等の各階の機械室に設置される。室内機５０は、空調の対象となる空調対象空間に設置される。熱源機４０と室内機５０とは、後述するように冷媒配管により接続されて冷媒回路３１を構成する（図２参照）。空調装置３０では、冷媒回路３１内を冷媒が流れ、蒸気圧縮冷凍サイクルが行われることで、空調対象空間の冷房又は暖房が行われる。熱源機４０は、配管２１と接続されている。熱源機４０において、冷媒回路３１を流れる冷媒と、配管２１を経て熱源機４０に流れる循環流体との間で熱交換が行われ、冷媒が循環流体により冷却又は加熱される。流量調整弁３５は、配管２１に設けられる。流量調整弁３５は、熱源機４０に対応して設けられ、熱源機４０に流れる循環流体の量を調整する。

コントローラ７０は、主に、冷却塔８０、ボイラ９０、および、ポンプ２０の制御を行う。

（２）詳細構成
配管２１、ポンプ２０、空調装置３０、およびコントローラ７０について詳細に説明する。

（２−１）配管
配管２１は、冷却塔８０およびボイラ９０と接続されている（図１参照）。また、配管２１は、複数の空調装置３０がそれぞれ有する熱源機４０と接続されている（図１参照）。より具体的には、配管２１は、各熱源機４０が有する熱源側熱交換器４３を循環流体が通過するよう、各熱源機４０の熱源側熱交換器４３と接続されている（図２参照）。

配管２１には、冷却塔８０により冷却された循環流体、又は、ボイラ９０により加熱された循環流体、を熱源機４０まで運ぶために、ポンプ２０が設けられている（図１参照）。また、配管２１には、各熱源機４０の循環流体入口の上流側に、各空調装置３０が有する流量調整弁３５が設けられている（図１参照）。

（２−２）ポンプ
ポンプ２０は、配管２１に設けられ、冷却塔８０又はボイラ９０と、配管２１と、空調装置３０の熱源機４０と、により構成される流体回路２２内で、循環流体を循環させる。ポンプ２０は、冷却塔８０で冷却された循環流体を熱源機４０まで運んで再び冷却塔８０に戻すように、又は、ボイラ９０で加熱された循環流体を熱源機４０まで運んで再びボイラ９０に戻すように、機能する。

ポンプ２０は、容量可変のインバータポンプである。ポンプ２０は、モータ（図示せず）の回転数を変更することで、容量（送液量）を変化させるよう構成されている。ポンプ２０の容量、言い換えれば、モータの回転数は、コントローラ７０により制御される。

（２−３）空調装置
空調装置３０は、空調対象空間の冷房又は暖房を行う装置である。

空調装置３０は、熱源機４０と、複数の室内機５０と、流量調整弁３５と、空調コントローラ４９と、を主に有する（図２参照）。なお、図２では、室内機５０の台数を２台としているが、室内機５０の台数は、これに限定されるものではなく、３台以上であってもよい。また、室内機５０の台数は、複数でなくてもよい。

空調装置３０では、熱源機４０および室内機５０が、液冷媒連絡配管３３およびガス冷媒連絡配管３２により接続され、冷媒回路３１を構成する（図２参照）。より具体的には、空調装置３０では、液冷媒連絡配管３３およびガス冷媒連絡配管３２により、後述する熱源機４０の圧縮機４１、熱源側熱交換器４３、および、熱源側膨張弁４４と、後述する室内機５０の利用側熱交換器５１および室内側膨張弁５３と、が接続され、冷媒回路３１を構成する。

（２−３−１）室内機
各室内機５０は、その室内機５０が空調の対象とする空間（例えば、空調システム１００が設置されるビル等の各部屋）に設置される。

室内機５０は、利用側熱交換器５１と、ファン５２と、室内側膨張弁５３と、を主に有する。

利用側熱交換器５１は、熱源機４０により冷却又は加熱された冷媒と室内空気とを熱交換させる。利用側熱交換器５１は、空調装置３０の冷房運転時には冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、室内空気を冷却する。利用側熱交換器５１は、空調装置３０の暖房運転時には冷媒を凝縮させる凝縮器として機能し、室内空気を加熱する。利用側熱交換器５１の液側は液冷媒連絡配管３３に接続され、利用側熱交換器５１のガス側はガス冷媒連絡配管３２に接続される。

ファン５２は、ファンモータ（図示せず）により回転させられることで、室内空気を取り込んで利用側熱交換器５１に対して送風する。ファン５２は、利用側熱交換器５１を流れる冷媒と、室内空気との熱交換を促進する。

室内側膨張弁５３は、利用側熱交換器５１の液側と液冷媒連絡配管３３とを結ぶ冷媒配管に設けられている。室内側膨張弁５３は、膨張機構の一例であり、利用側熱交換器５１を流れる冷媒の流量等の調節を行うために設けられた開度可変の電動膨張弁である。

（２−３−２）熱源機
熱源機４０は、図２のように、圧縮機４１，四路切換弁４２、熱源側熱交換器４３、および、熱源側膨張弁４４を、主に有する。

圧縮機４１、四路切換弁４２、熱源側熱交換器４３、および、熱源側膨張弁４４は、冷媒配管により接続される。具体的には、圧縮機４１の吸入口と四路切換弁４２とは、吸入管４５ａによって接続される（図２参照）。圧縮機４１の吐出口と四路切換弁４２とは、吐出管４５ｂによって接続される（図２参照）。四路切換弁４２と熱源側熱交換器４３のガス側とは、第１ガス冷媒管４５ｃによって接続される（図２参照）。熱源側熱交換器４３と液冷媒連絡配管３３とは、液冷媒管４５ｄによって接続される（図２参照）。液冷媒管４５ｄには、熱源側膨張弁４４が設けられる（図２参照）。四路切換弁４２とガス冷媒連絡配管３２とは、第２ガス冷媒管４５ｅによって接続される（図２参照）。

圧縮機４１は、モータ（図示せず）で圧縮機構を駆動することで、吸入管４５ａから低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮機構で圧縮した高圧のガス冷媒を吐出管４５ｂに吐出する。圧縮機４１は、容量可変のインバータ式の圧縮機である。圧縮機４１は、ロータリ圧縮機であるが、これに限定されるものではなく、例えばスクロール圧縮機であってもよい。

四路切換弁４２は、空調装置３０の冷房運転と暖房運転との切換時に、冷媒の流れ方向を切り換える。冷房運転時には吐出管４５ｂと第１ガス冷媒管４５ｃとを接続するとともに吸入管４５ａと第２ガス冷媒管４５ｅとを接続する（図２の実線参照）。一方、暖房運転時には吐出管４５ｂと第２ガス冷媒管４５ｅとを接続するとともに吸入管４５ａと第１ガス冷媒管４５ｃとを接続する（図２の破線参照）。

熱源側熱交換器４３は、冷媒回路３１内を流れる冷媒と、流体回路２２内を流れる循環流体との熱交換を行う。熱源側熱交換器４３では、冷媒が流れる流路の液側に液冷媒管４５ｄが接続され、冷媒が流れる流路のガス側に第１ガス冷媒管４５ｃが接続されている（図２参照）。また、熱源側熱交換器４３には、配管２１が接続されている（図２参照）。配管２１の、循環流体の流れ方向における熱源側熱交換器４３の上流側には、流量調整弁３５が設けられている。熱源側熱交換器４３は、冷房運転時には、循環流体から冷熱の供与を受けて冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。熱源側熱交換器４３は、暖房運転時には、循環流体から温熱の供与を受けて冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。

熱源側膨張弁４４は、冷媒を減圧するための膨張機構である。熱源側膨張弁４４は、開度可変の電動膨張弁である。

（２−３−３）流量調整弁
流量調整弁３５は、流量可変機構の一例である。流量調整弁３５は、熱源機４０に対応して設けられる（図１参照）。具体的には、流量調整弁３５は、各熱源機４０の循環流体の入口の上流側、言い換えれば、循環流体の流れ方向における熱源側熱交換器４３の上流側に設けられている（図２参照）。流量調整弁３５は、熱源機４０に流れる循環流体の量、具体的には熱源側熱交換器４３に流れる循環流体の量を可変とする開度可変の電動弁である。流量調整弁３５は、弁体３５ａ（図２参照）の開度Ｏｐを変更することで、熱源側熱交換器４３に流れる循環流体の量を可変とする。弁体３５ａの開度Ｏｐは、後述する空調コントローラ４９により制御される。

（２−３−４）空調コントローラ
空調コントローラ４９は、ＣＰＵや、ＲＡＭおよびＲＯＭ等のメモリ等から構成される。空調コントローラ４９は、空調装置３０の各構成、例えばファン５２、室内側膨張弁５３、圧縮機４１、四路切換弁４２、熱源側膨張弁４４、および流量調整弁３５と電気的に接続されている。また、空調コントローラ４９は、コントローラ７０と通信可能に構成されている（図１参照）。

空調コントローラ４９は、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが読み出して実行することで、空調装置３０の制御を行う。空調コントローラ４９は、室内機５０を操作するための図示しないリモコンとの間で制御信号のやり取りを行う。空調コントローラ４９は、リモコンに入力された指令（例えば、室内機５０の運転／停止、運転モード（冷房／暖房）、設定温度等）や、図示しない空調装置３０の各種センサの計測値等に基づいて、空調装置３０の各種構成、例えばファン５２、室内側膨張弁５３、圧縮機４１、四路切換弁４２、熱源側膨張弁４４、および流量調整弁３５を制御する。

空調コントローラ４９は、空調装置３０の空調負荷（空調対象空間の冷房／暖房を行うために必要とする能力の合計）に応じて、空調装置３０の各種構成を制御する。

例えば、空調コントローラ４９は、空調装置３０の冷房運転時には、空調負荷に応じて、冷媒回路３１における冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）が最も高くなる最適高圧Ｐ１を決定する。なお、空調コントローラ４９は、実際には、最適高圧Ｐ１に相当する最適凝縮温度Ｔｃ１を決定する。空調コントローラ４９は、流量調整弁３５の開度Ｏｐを調整し、熱源側熱交換器４３に流れる循環流体の量を制御することで、凝縮温度Ｔｃ（熱源側熱交換器４３における冷媒温度）が最適凝縮温度Ｔｃ１になるよう制御する。また、空調コントローラ４９は、空調装置３０の暖房運転時には、空調負荷に応じて、冷媒回路３１における冷凍サイクルのＣＯＰが最も高くなる最適低圧Ｐ２を決定する。なお、空調コントローラ４９は、実際には、最適低圧Ｐ２に相当する最適蒸発温度Ｔｅ１を決定する。空調コントローラ４９は、流量調整弁３５の開度Ｏｐを調整し、熱源側熱交換器４３に流れる循環流体の量を制御することで、蒸発温度Ｔｅ（熱源側熱交換器４３における冷媒温度）が最適蒸発温度Ｔｅ１になるよう制御する。空調コントローラ４９による流量調整弁３５の制御については、後ほど詳述する。

（２−４）コントローラ
コントローラ７０は、ＣＰＵや、ＲＡＭおよびＲＯＭ等のメモリ等から構成される。コントローラ７０は、冷却塔８０、ボイラ９０、およびポンプ２０と電気的に接続されている。また、コントローラ７０は、各空調コントローラ４９と通信可能に構成されている。コントローラ７０は、各空調コントローラ４９から、各空調装置３０の運転状況に関する情報を受信する。空調装置３０の運転状況に関する情報には、例えば、熱源機４０の運転／停止に関する情報、空調装置３０の空調負荷に関する情報、空調装置３０の運転モード（暖房／冷房モード）に関する情報、流量調整弁３５の状態に関する情報（流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐに関する情報）等を含む。

コントローラ７０は、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが読み出して実行することで、冷却塔８０、ボイラ９０、およびポンプ２０の制御を行う。コントローラ７０は、空調コントローラ４９から受信した空調装置３０の運転状況に関する情報に基づいて、冷却塔８０、ボイラ９０、およびポンプ２０の制御を行う。

例えば、コントローラ７０は、空調装置３０の運転モードに関する情報や、空調装置３０の空調負荷に関する情報等に基づいて、熱源機４０に冷熱を供与する必要がある場合には冷却塔８０に運転を指示し、熱源機４０に温熱を供与する必要がある場合にはボイラ９０に運転を指示する。また、コントローラ７０は、熱源機４０の起動／停止に関する情報や、流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐに関する情報等に基づいて、ポンプ２０の容量（ポンプ２０のモータの回転数）を調整する制御を実行する。コントローラ７０によるポンプ２０の容量調整制御については、後ほど詳述する。

（３）流量調整弁およびポンプの制御
以下に、空調コントローラ４９の実行する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐの制御と、コントローラ７０の実行するポンプ２０の容量調整制御とについて説明する。

（３−１）流量調整弁の弁体の開度の制御
空調コントローラ４９の実行する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐの制御について説明する。言い換えれば、流量調整弁３５に熱源機４０に流れる循環流体の量の変更を指示する、空調コントローラ４９の流量可変機構調整部としての機能について説明する。

空調コントローラ４９の実行する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐの制御について、（ａ）熱源機４０の起動時、（ｂ）熱源機４０の停止時、および、（ｃ）熱源機４０の通常運転時（熱源機４０の起動時／停止時以外）、に場合分けして説明する。

（ａ）熱源機の起動時
空調コントローラ４９は、熱源機４０の起動時、より具体的には熱源機４０の圧縮機４１の起動時には、その熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐを１００％に制御する。言い換えれば、空調コントローラ４９は、熱源機４０の起動時には、その熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａを全開とする。

（ｂ）熱源機の停止時
空調コントローラ４９は、熱源機４０の停止時、より具体的には熱源機４０の圧縮機４１が停止時には、その熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐを０％に制御する。言い換えれば、空調コントローラ４９は、熱源機４０の停止時には、その熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａを全閉とする。

（ｃ）熱源機の通常運転時
空調コントローラ４９の通常運転時（上記（ａ）の制御の終了後、熱源機４０が停止されて上記（ｂ）の制御が実行されるまでの間）の流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐの制御について、図３Ａおよび図３Ｂに基づいて説明する。

まず、空調装置３０の冷房運転時における、通常運転時の流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐの制御について、図３Ａに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１では、空調コントローラ４９は、各室内機５０の設定温度や、図示しない温度センサにより検知される各室内機５０の空調対象空間の温度等に基づいて、空調装置３０の空調負荷（室内機５０において必要とされる能力）を算出する。また、空調コントローラ４９は、熱源機４０へ流入する循環流体の温度を取得する。その上で、空調コントローラ４９は、冷媒回路３１における冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）が最も高くなる最適高圧Ｐ１（冷凍サイクルにおける高圧）を決定する。なお、空調コントローラ４９は、実際には、最適高圧Ｐ１に相当する最適凝縮温度Ｔｃ１を決定する。

次にステップＳ２では、空調コントローラ４９は、現在の冷凍サイクルにおける高圧が、最適高圧Ｐ１よりも大きいか否かを判定する。空調コントローラ４９は、実際には、図示しない温度センサにより検知される熱源側熱交換器４３における冷媒の温度（実際の凝縮温度Ｔｃ）が、最適高圧Ｐ１に相当する最適凝縮温度Ｔｃ１より高いか否かを判定する。空調コントローラ４９は、凝縮温度Ｔｃ＞最適凝縮温度Ｔｃ１と判定した場合にはステップＳ３に進み、実際の凝縮温度Ｔｃ≦最適凝縮温度Ｔｃ１と判定した場合にはステップＳ４に進む。

ステップＳ３では、空調コントローラ４９は、流量調整弁３５に対し、熱源機４０に流れる循環流体の量を増やすよう指示する。具体的には、空調コントローラ４９は、流量調整弁３５に対し、弁体３５ａの開度Ｏｐを大きくするよう指示する。空調コントローラ４９は、例えば、弁体３５ａの開度Ｏｐを、予め定められた所定量（例えば１０％）だけ増加させるよう流量調整弁３５に指示する。ただし、これに限定されるものではなく、空調コントローラ４９は、弁体３５ａの開度Ｏｐを、室内機５０の空調負荷に基づいて算出される適切な開度まで大きくするよう流量調整弁３５に指示してもよい。ステップＳ３終了後、ステップＳ６に進む。

ステップＳ４では、空調コントローラ４９は、現在の冷凍サイクルにおける高圧が、最適高圧Ｐ１よりも小さいか否かを判定する。空調コントローラ４９は、実際には、熱源側熱交換器４３における冷媒の温度（凝縮温度Ｔｃ）が、最適高圧Ｐ１に相当する最適凝縮温度Ｔｃ１より小さいか否かを判定する。空調コントローラ４９は、凝縮温度Ｔｃ＜最適凝縮温度Ｔｃ１と判定した場合にはステップＳ５に進む。一方、凝縮温度Ｔｃ＝最適凝縮温度Ｔｃ１と判定した場合にはステップＳ６に進む。

ステップＳ５では、空調コントローラ４９は、流量調整弁３５に対し、熱源機４０に流れる循環流体の量を減らすよう指示する。具体的には、空調コントローラ４９は、流量調整弁３５に対し、弁体３５ａの開度Ｏｐを小さくするよう指示する。空調コントローラ４９は、ステップＳ３と同様に、例えば、弁体３５ａの開度Ｏｐを予め定められた所定量だけ低下させることを流量調整弁３５に指示してもよい。また、空調コントローラ４９は、弁体３５ａの開度Ｏｐを、室内機５０の空調負荷に基づいて算出される適切な開度まで小さくするよう流量調整弁３５に指示してもよい。ステップＳ５終了後、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、空調コントローラ４９は、流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐを、コントローラ７０に対して送信する。なお、ここでコントローラ７０に対して送信される開度Ｏｐは、ステップＳ３又はステップＳ５で弁体３５ａの開度Ｏｐが変更されている場合には、変更後の弁体３５ａの開度Ｏｐである。

ステップＳ６の終了後、ステップＳ１へと戻る。この一連の行程は、熱源機４０が停止されるまで繰り返される。

次に、空調装置３０の暖房運転時における、通常運転時の流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐの制御について、図３Ｂに基づいて説明する。

ステップＳ１１では、ステップＳ１と同様に、空調コントローラ４９は、空調装置３０の空調負荷を算出する。また、空調コントローラ４９は、熱源機４０へ流入する循環流体の温度を取得する。その上で、空調コントローラ４９は、冷媒回路３１における冷凍サイクルのＣＯＰが最も高くなる最適低圧Ｐ２（冷凍サイクルにおける低圧）を決定する。なお、空調コントローラ４９は、実際には、最適低圧Ｐ２に相当する最適蒸発温度Ｔｅ１を決定する。

次にステップＳ１２では、空調コントローラ４９は、現在の冷凍サイクルにおける低圧が、最適低圧Ｐ２よりも大きいか否かを判定する。空調コントローラ４９は、実際には、図示しない温度センサにより検知される熱源側熱交換器４３における冷媒の温度（実際の蒸発温度Ｔｅ）が、最適低圧Ｐ２に相当する最適蒸発温度Ｔｅ１より高いか否かを判定する。空調コントローラ４９は、蒸発温度Ｔｅ＞最適蒸発温度Ｔｅ１と判定した場合にはステップＳ１３に進み、実際の蒸発温度Ｔｅ≦最適蒸発温度Ｔｅ１と判定した場合にはステップＳ１４に進む。

ステップＳ１３では、空調コントローラ４９は、流量調整弁３５に対し、熱源機４０に流れる循環流体の量を減らすよう指示する。具体的には、空調コントローラ４９は、流量調整弁３５に対し、弁体３５ａの開度Ｏｐを小さくするよう指示する。指示の内容については冷房運転時のステップＳ５と同様であるので説明は省略する。ステップＳ１３終了後、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１４では、空調コントローラ４９は、現在の冷凍サイクルにおける低圧が、最適低圧Ｐ２よりも小さいか否かを判定する。空調コントローラ４９は、実際には、熱源側熱交換器４３における冷媒の温度（蒸発温度Ｔｅ）が、最適低圧Ｐ２に相当する最適蒸発温度Ｔｅ１より小さいかを判定する。空調コントローラ４９は、蒸発温度Ｔｅ＜最適蒸発温度Ｔｅ１と判定した場合にはステップＳ１５に進む。一方、蒸発温度Ｔｅ＝最適蒸発温度Ｔｅ１と判定した場合にはステップＳ１６に進む。

ステップＳ１５では、空調コントローラ４９は、流量調整弁３５に対し、熱源機４０に流れる循環流体の量を増やすよう指示する。具体的には、空調コントローラ４９は、流量調整弁３５に対し、弁体３５ａの開度Ｏｐを大きくするよう指示する。指示の内容については冷房運転時のステップＳ３と同様であるので説明は省略する。ステップＳ１５終了後、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、空調コントローラ４９は、流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐ（ステップＳ１３又はステップＳ１５で弁体３５ａの開度Ｏｐが変更されている場合には、変更後の弁体３５ａの開度Ｏｐ）を、コントローラ７０に対して送信する。

ステップＳ１６終了後、ステップＳ１１へと戻る。この一連の行程は、熱源機４０が停止されるまで繰り返される。

（３−２）ポンプの容量調整制御
コントローラ７０の実行するポンプ２０の容量調整制御について説明する。言い換えれば、流量調整弁３５の状態に基づいてポンプ２０の容量を調整する、コントローラ７０のポンプ調整部としての機能について説明する。

コントローラ７０の実行するポンプ２０の容量調整制御について、（ａ）いずれかの熱源機４０の起動時、（ｂ）いずれかの熱源機４０の停止時、および、（ｃ）熱源機４０の通常運転時、に場合分けして説明する。

（ａ）いずれかの熱源機４０の起動時
コントローラ７０が、いずれかの空調コントローラ４９から、停止していた熱源機４０が起動した旨の信号（より具体的には、停止していた熱源機４０の圧縮機４１が起動した旨の信号）を受信した場合のポンプ２０の容量調整制御について、図４Ａを参照して説明する。

コントローラ７０は、いずれかの空調コントローラ４９から停止していた熱源機４０が起動した旨の信号を受信すると、ポンプ２０に対し、ポンプ２０の容量を所定量だけ増加させるよう指示する（ステップＳ２１）。具体的には、コントローラ７０は、ポンプ２０に対し、ポンプ２０のモータ（図示せず）の回転数を所定回転数だけ増加させるよう指示する。所定回転数は、例えば、空調システム１００内に含まれる熱源機４０の台数に基づいて决定される値である。

次に、ステップＳ２２において、コントローラ７０は、ポンプ２０に容量の増加を指示してから所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ２２は、所定時間が経過したと判定されるまで繰り返される。所定時間が経過したと判定されると、コントローラ７０は、通常運転時の制御（後述する（ｃ）の制御）を開始する。

ここでは、ステップＳ２２の制御により、熱源機４０の起動時から一定期間、ポンプ２０の回転数が変更されずに維持されるため、熱源機４０の起動時に空調システム１００の運転を安定させることが容易である。

（ｂ）いずれかの熱源機４０の起動時
コントローラ７０が、いずれかの空調コントローラ４９から、稼働していた熱源機４０が停止した旨の信号（より具体的には、稼働していた熱源機４０の圧縮機４１が停止した旨の信号）を受信した場合、ポンプ２０に対し、ポンプ２０の容量を所定量だけ減少させるよう指示する。具体的には、コントローラ７０は、ポンプ２０に対し、ポンプ２０のモータ（図示せず）の回転数を所定回転数だけ増加させるよう指示する。所定回転数は、例えば、空調システム１００内に含まれる熱源機４０の台数に基づいて决定される値である。

（ｃ）通常運転時
コントローラ７０の通常運転時（熱源機４０が起動／停止した旨の信号を受信しておらず、上記の（ａ）のステップＳ２２の処理が行われていない場合）のポンプ２０の容量調整制御について、図４Ｂに基づいて説明する。

コントローラ７０は、熱源機４０を運転中の空調装置３０の空調コントローラ４９から送信されてくる流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐに基づいてポンプ２０の容量調整制御を行う。

まず、コントローラ７０は、受信した、運転中の熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐに基づいて、最大の開度（最大開度Ｏｐｍａｘ）を把握する（ステップＳ３１）。なお、最大開度Ｏｐｍａｘの流量調整弁３５の弁体３５ａは、複数存在する場合もある。

次にステップＳ３２では、コントローラ７０は、最大開度Ｏｐｍａｘが、所定値、ここでは８０％より小さいか否かを判定する。最大開度Ｏｐｍａｘ＜８０％と判定されれば、ステップＳ３３に進む。一方、最大開度Ｏｐｍａｘ≧８０％以上と判定されれば、ステップＳ３４に進む。

最大開度Ｏｐｍａｘが８０％より小さい場合（最大開度Ｏｐｍａｘ＜８０％の場合）には、運転中の熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐは全て８０％より小さく調整されていることを意味する。つまり、最大開度Ｏｐｍａｘ＜８０％の場合は、ポンプ２０の容量が過剰な状態である。そこで、コントローラ７０は、ステップＳ３３においてポンプ２０の容量を低下させる制御を行う。具体的には、コントローラ７０は、ポンプ２０に対し、モータの回転数を低下させるよう指示する。より具体的には、コントローラ７０は、ポンプ２０に対し、所定回転数（一定値）だけモータの回転数を低下させるよう指示する。ただし、コントローラ７０のポンプ２０に対する指示は、これに限定されるものではない。例えば、コントローラ７０は、最大開度Ｏｐｍａｘと比較対象の所定値（８０％）との乖離度を把握し、乖離度が大きいほどモータの回転数の低下の度合いを大きくするよう指示してもよい。

なお、ここでのポンプ２０の容量の低減は、ポンプ２０の容量を落とすことで、流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐを大きくしても熱源機４０に流れる循環流体の量が適正となる状態を作り出し、弁体３５ａにおいて圧力損失によりエネルギーが浪費されることを抑制するために行われる。このような観点からは、最大開度Ｏｐｍａｘが比較の対象とする所定値は１００％であってもよい。ただし、最大開度Ｏｐｍａｘの比較対象の所定値を１００％とすると、流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐを変更しても、熱源機４０に流れる循環流体の量を増やすことができない状態が生じ、熱源機４０に流れる循環流体の流量制御の応答性が悪化する可能性がある。そのため、最大開度Ｏｐｍａｘの比較対象となる所定値は、１００％より小さい数字（ここでは８０％）であることが好ましい。

ステップＳ３３終了後、ステップＳ３１に戻る。

ステップＳ３４では、コントローラ７０は、最大開度Ｏｐｍａｘが、所定値（８０％）より大きいか否かが判定される。最大開度Ｏｐｍａｘ＞８０％と判定されれば、ステップＳ３５に進む。一方、最大開度Ｏｐｍａｘ＝８０％と判定されれば、ステップＳ３１に戻る。

最大開度Ｏｐｍａｘ＞８０％である場合には、弁体３５ａの開度Ｏｐが大きすぎる流量調整弁３５が存在することを意味するため、コントローラ７０は、ステップＳ３５において、ポンプ２０の容量を増加させる制御を行う。具体的には、コントローラ７０は、ポンプ２０に対し、モータの回転数を増加させるよう指示する。コントローラ７０は、ステップＳ３３と同様に、ポンプ２０に対し、所定回転数（一定値）だけモータの回転数を増加させるよう指示してもよいし、最大開度Ｏｐｍａｘと比較対象の所定値（８０％）との乖離度を把握し、乖離度が大きいほどモータの回転数の増加の度合いを大きくするよう指示してもよい。

ステップＳ３５終了後、ステップＳ３１に戻る。

（４）特徴
本実施形態の空調システム１００は、以下のような特徴を有する。

（４−１）
本実施形態の空調システム１００は、容量可変のポンプ２０と、冷却塔８０およびボイラ９０と、複数の空調装置３０と、複数の流量調整弁３５と、コントローラ７０と、を備える。流量調整弁３５は、流量可変機構の一例である。コントローラ７０は、ポンプ調整部の一例である。ポンプ２０は、循環流体（本実施形態では水）を循環させる。冷却塔８０は、循環流体を冷却する。ボイラ９０は、循環流体を加熱する。複数の空調装置３０は、循環流体から冷熱および温熱の供与を受ける熱源機４０を含む冷媒回路３１をそれぞれ有する。流量調整弁３５は、各熱源機４０に対応して設けられ、対応する熱源機４０に流れる循環流体の量を可変とする。コントローラ７０は、流量調整弁３５の状態に基づいてポンプ２０の容量を調整する。

ここでは、熱源機４０に流れる循環流体の量を可変とする流量調整弁３５が設けられるため、熱源機４０に流れる循環流体の量を、空調負荷に応じて制御可能である。また、ここでは、循環流体を循環させるポンプ２０の容量が、流量調整弁３５の状態に応じて調整される。つまり、ここでは、空調負荷に応じて、ポンプ２０の容量、すなわちポンプ２０の動力を適切に制御できる。そのため、空調負荷に応じて循環流体の量が調整されない従来の空調システムに比べ、省エネ性に優れた空調システム１００を実現できる。

（４−２）
本実施形態の空調システム１００では、各空調装置３０は、その空調装置３０が有する熱源機４０に対応する、流量調整弁３５に、熱源機４０に流れる循環流体の量の変更を指示する空調コントローラ４９を有する。空調コントローラ４９は、流量可変機構調整部の一例である。

ここでは、各空調装置３０が、その空調装置３０が有する熱源機４０に対応する、流量調整弁３５に、熱源機４０に流れる循環流体の量の変更を直接指示するため、熱源機４０に流れる循環流体の量を応答性よく調整できる。

（４−３）
本実施形態の空調システム１００では、空調コントローラ４９は、その空調コントローラ４９を有する空調装置３０の冷房運転時には、空調装置３０の冷媒回路３１における高圧の値に基づいて、流量調整弁３５に熱源機４０に流れる循環流体の量の変更を指示する。また、空調コントローラ４９は、その空調コントローラ４９を有する空調装置３０の暖房運転時には、空調装置３０の冷媒回路３１における低圧の値に基づいて、流量調整弁３５に熱源機４０に流れる循環流体の量の変更を指示する。

ここでは、空調装置３０の冷媒回路３１における高圧および低圧の値に基づいて、流量調整弁３５に対する指示が行われるため、熱源機４０を流れる循環流体の量を空調負荷に応じて適切に変更することが容易である。

（４−４）
本実施形態の空調システム１００では、流量調整弁３５は、弁体３５ａを有し、弁体３５ａの開度Ｏｐを変更することで熱源機４０に流れる循環流体の量を可変とする。コントローラ７０は、運転中の熱源機４０に対応する流量調整弁３５であって、弁体３５ａの開度Ｏｐが所定値（本実施形態では８０％）より小さい流量調整弁３５が存在する場合に、ポンプ２０の容量を低下させるよう調整する。

より具体的には、コントローラ７０は、運転中の熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐの最大値（最大開度Ｏｐｍａｘ）が所定値（本実施形態では８０％）より小さい場合に、ポンプ２０の容量を低下させるよう調整する。言い換えれば、コントローラ７０は、運転中の熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐが全て所定値（本実施形態では８０％）より小さい場合に、ポンプ２０の容量を低下させるよう調整する。

ここでは、運転中の熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐが所定値を下回る場合にポンプ２０の容量が低下させられるため、ポンプ２０の動力が不要に大きな値で維持されることがなく、省エネ性に優れた空調システム１００を実現できる。

（４−５）
本実施形態の空調システム１００では、停止していた各熱源機４０の起動時には、その熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐは１００％とされる。また、停止していた各熱源機４０の起動時には、コントローラ７０は、ポンプ２０の容量（モータの回転数）を所定量だけ増加させ、増加後のポンプ２０の容量を所定期間維持する。

ここでは、熱源機４０の起動時に、その熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐが１００％とされ、ポンプ２０の容量が熱源機４０の起動に対応して増加させられた後所定期間維持されるので、熱源機４０の起動時の空調システム１００の運転を安定させることが容易である。

（４−６）
本実施形態の空調システム１００では、稼働していた各熱源機４０の停止時には、その熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐは０％とされる。また、稼働していた各熱源機４０の停止時には、コントローラ７０は、ポンプ２０の容量を所定量だけ低下させる。

ここでは、熱源機４０の停止時に、その熱源機４０に対応する流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐが０％とされ、ポンプ２０の容量が熱源機４０の停止に対応して低下させられるので、空調システム１００の省エネ性を改善することができる。

（４−７）
本実施形態の空調システム１００では、空調装置３０の冷媒回路３１は、熱源機４０により冷却又は加熱された冷媒と空気とを熱交換させる利用側熱交換器５１を更に含む。

この空調システム１００では、空調システム１００の安定性が特に求められる冷媒と空調対象空間の空気とを直接熱交換させるタイプの空調装置３０が使用される場合であっても、空調装置３０の熱源機４０に流れる循環流体の量を適切に調整しつつ、省エネ性に優れた空調システム１００を実現できる。

（５）変形例
以下に上記実施形態の変形例を示す。なお、変形例は、互いに矛盾しない範囲で適宜組み合わされてもよい。

（５−１）変形例Ａ
上記実施形態の空調システム１００は、冷却塔８０およびボイラ９０を有するが、これに限定されるものではなく、どちらか一方のみ有するものであってもよい。例えば、空調装置３０が冷房運転のみを行う場合には、空調システム１００は、冷却塔８０のみを有するものであってもよい。

（５−２）変形例Ｂ
上記実施形態の空調システム１００では、利用側熱交換器５１において冷媒と空調対象空間の空気とを直接熱交換させるが、これに限定されるものではない。例えば、空調システム１００は、利用側熱交換器５１において冷媒と第２循環流体（例えば水）とが熱交換され、この第２循環流体が空調対象空間まで移送され、第２循環流体と空調対象空間の空気とが熱交換されるよう構成されてもよい。

（５−３）変形例Ｃ
上記実施形態の空調システム１００では、空調装置３０が流量調整弁３５を有しているが、これに限定されるものではなく、配管２１が流量調整弁３５を有するよう構成されてもよい。

また、上記実施形態の空調システム１００では、流量調整弁３５に対する指示は、空調コントローラ４９により行われるが、これに限定されるものではない。例えば、コントローラ７０が、空調コントローラ４９から送信される空調装置３０の空調負荷に関する情報に基づいて、流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐを調整するよう構成されてもよい。ただし、応答性よく流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐを調整するためには、空調コントローラ４９が流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐを調整することが好ましい。

また、上記実施形態の空調システム１００では、流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐは、空調コントローラ４９からコントローラ７０に送信されるが、これに限定されるものではない。例えば、流量調整弁３５とコントローラ７０とが通信可能に構成され、流量調整弁３５からコントローラ７０に弁体３５ａの開度Ｏｐが送信されるよう構成されてもよい。

（５−４）変形例Ｄ
上記実施形態の空調システム１００では、最大開度Ｏｐｍａｘが所定値となるようにポンプ２０の容量調整制御が行われているが、これに限定されるものではない。例えば、空調システム１００では、最大開度Ｏｐｍａｘがある所定範囲の値（例えば、８０％から９０％まで等）になるようにポンプ２０の容量調整制御が行われてもよい。

（５−５）変形例Ｅ
上記実施形態では、実際の凝縮温度と最適凝縮温度、又は、実際の蒸発温度と最適蒸発温度との比較結果に基づいて流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐの制御が行われているが、これに限定されるものではない。例えば、冷媒回路３１に高圧および低圧を測定する圧力センサが設けられる場合には、実際の高圧と最適高圧、又は、実際の低圧と最適低圧との比較結果に基づいて流量調整弁３５の弁体３５ａの開度Ｏｐの制御が行われてもよい。

本発明を利用すれば、ポンプが循環させる循環流体から空調装置の熱源機に冷熱および／又は温熱が供与される空調システムであって、省エネ性に優れた空調システムを提供することが可能で有用である。

２０ ポンプ
３０ 空調装置
３１ 冷媒回路
３５ 流量調整弁（流量可変機構）
３５ａ 弁体
４０ 熱源機
４９ 空調コントローラ（流量可変機構調整部）
５１ 利用側熱交換器
７０ コントローラ（ポンプ調整部）
８０ 冷却塔
９０ ボイラ
１００ 空調システム
Ｏｐ 開度

特開平８−２１０６６７号公報

Claims (5)

1. 循環流体を循環させる容量可変のポンプ（２０）と、
   前記循環流体を冷却する冷却塔（８０）、および、前記循環流体を加熱するボイラ（９０）、の少なくとも一方と、
   前記循環流体から冷熱および／又は温熱の供与を受ける熱源機（４０）と、利用側熱交換器と、を含む冷媒回路（３１）をそれぞれ有する、複数の空調装置（３０）と、
   各前記熱源機に対応して設けられ、対応する前記熱源機に流れる前記循環流体の量を可変とする、複数の流量可変機構（３５）と、
   前記流量可変機構の状態に基づいて前記ポンプの容量を調整するポンプ調整部（７０）と、
   を備え、
   各前記流量可変機構は、弁体（３５ａ）を有し、対応する前記熱源機を含む前記冷媒回路における高圧および／又は低圧の値に基づいて、前記弁体の開度（Ｏｐ）を変更することで前記熱源機に流れる前記循環流体の量を可変とし、
   停止していた各前記熱源機の起動時には、
   該熱源機に対応する前記流量可変機構の前記弁体の開度は１００％とされ、
   かつ、
   前記ポンプ調整部は、前記ポンプの容量を所定量だけ増加させ、増加後の前記ポンプの容量を所定期間維持する、
   空調システム（１００）。
2. 各前記空調装置は、該空調装置が有する前記熱源機に対応する、前記流量可変機構に、前記熱源機に流れる前記循環流体の量の変更を指示する流量可変機構調整部（４９）を更に有する、
   請求項１に記載の空調システム。
3. 前記ポンプ調整部は、運転中の前記熱源機に対応する前記流量可変機構であって、前記弁体の開度が第１所定値より小さい前記流量可変機構が存在する場合に、前記ポンプの容量を低下させるよう調整する、
   請求項１又は２に記載の空調システム。
4. 稼働していた各前記熱源機の停止時には、
   該熱源機に対応する前記流量可変機構の前記弁体の開度は０％とされ、
   かつ、
   前記ポンプ調整部は、前記ポンプの容量を所定量だけ低下させる、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の空調システム。
5. 前記利用側熱交換器は、前記熱源機により冷却又は加熱された冷媒と空気とを熱交換させる、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の空調システム。
   

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