JPWO2015125863A1 - 熱源装置 - Google Patents

Abstract

コントローラは、負荷側の要求能力に応じて、複数の熱源機の運転台数および負荷側への熱媒体の流量を制御する。コントローラは、負荷側に流れる熱媒体の量を検知し、負荷側へ流れる熱媒体のバイパス量をその検知流量に応じて制御する。コントローラは、上記検知流量を運転中の各熱源機に配分して割当て、これら割当て流量に応じて運転中の各熱源機におけるポンプの能力を制御する。

Description

本発明は、複数の熱源機を備えた熱源装置に関する。

複数の熱源機を備え、これら熱源機の運転により得られる温熱または冷熱を負荷側（利用側）に供給する熱源装置が知られている。

熱源機は、ポンプの運転により熱媒体（水やブライン等）を取込み、取込んだ熱媒体をヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により加熱または冷却する。

各熱源機は熱媒体配管を介して互いに並列接続され、これら熱源機の運転台数が負荷に応じて制御される。

特開２００８−２２４１８２号公報

複数の熱源機を運転する場合、その各熱源機のポンプの能力が負荷側の要求能力に応じて制御される。

ただし、運転する複数の熱源機の配管抵抗が互いに異なる場合、各熱源機に流れる熱媒体の流量に差異が生じ、流量が少ない側の熱源機のポンプが失速して異常停止する可能性がある。

本実施形態の目的は、熱源機におけるポンプの異常停止を生じることなく、適正な量の温熱または冷熱を負荷側に供給できる信頼性にすぐれた熱源装置を提供することである。

請求項１の熱源装置は、熱媒体を負荷側に供給する複数の熱源機と、前記負荷側に流れる前記熱媒体の量を調整する第１流量調整弁と、前記負荷側に流れる前記熱媒体の量を検知する流量検知部と、前記負荷側へと流れる前記熱媒体をバイパスするバイパス配管と、前記バイパス配管に流れる前記熱媒体の量を調整する第２流量調整弁と、コントローラとを備える。コントローラは、前記負荷側の要求能力に応じて前記各熱源機の運転台数および前記第１流量調整弁の調整量を制御し、前記流量検知部の検知流量に応じて前記第２流量調整弁の調整量を制御し、前記流量検知部の検知流量を運転中の前記各熱源機に配分して割当てこの割当て量に応じて運転中の前記各熱源機における前記熱媒体の供給能力を制御する。

一実施形態の全体的な構成を示す図。 一実施形態における各熱源機の冷凍サイクルの構成を示す図。 一実施形態におけるコントローラの制御を示すフローチャート。 一実施形態における負荷側配管抵抗特性を示す図。 一実施形態の各熱源機における水の流量とポンプ能力との関係を示す図。

以下、本発明の熱源装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、複数の熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎに、熱媒体配管（以下、水配管という）２ａおよび熱媒体配管（以下、水配管という）２ｂを介して、負荷側の機器である例えば複数の空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎが接続される。熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎは、水配管２ａ，２ｂを介して互いに並列接続された状態にある。空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎも、水配管２ａ，２ｂを介して互いに並列接続された状態にある。

水配管２ａは、空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎの水流入口につながる複数の枝管２ａａ，２ａｂ，…２ａｎを含む。水配管２ｂは、空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎの水流出口につながる複数の枝管２ｂａ，２ｂｂ，…２ｂｎを含む。

熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎは、熱媒体熱交換器（後述の水熱交換器６０，３０）、ヒートポンプ式冷凍サイクル、およびポンプ（後述のポンプ８０）を備え、負荷側を経た水配管２ｂ内の水（熱媒体）を上記ポンプの吸入圧により熱媒体熱交換器に導入し、その熱媒体熱交換器内の水を上記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により加熱または冷却し、その加熱または冷却した水を上記ポンプの吐出圧により水配管２ａに供給する。

空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎは、水配管２ａから流入する水の熱と室内ファンから送られる室内空気の熱とを交換し、この熱交換後の水を水配管２ｂへ流出する。

水配管２ｂの枝管２ｂａ，２ｂｂ，…２ｂｎに、開度可変の流量調整弁（第１流量調整弁）４ａ，４ｂ，…４ｎがそれぞれ配設される。流量調整弁４ａ，４ｂ，…４ｎは、空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎの個々に流れる水の量を開度変化により調整する。

水配管２ｂにおいて、枝管２ｂａ，２ｂｂ，…２ｂｎより下流側の位置に、流量センサ（流量検知部）５が配置される。流量センサ５は、空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎから流出する水の量（総量）を、空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎに流れる水の量（総量）Ｑｔとして、検知する。

水配管２ａにおける熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎの接続位置と、空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎの接続位置との間に、バイパス配管６の一端が接続される。バイパス配管６の他端は、水配管２ｂにおける流量センサ５より下流側の位置に接続される。バイパス配管６は、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎから空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎへと向かって流れる水をバイパスして熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎ側に戻す。このバイパス配管６の中途部に、開度可変の流量調整弁（第２流量調整弁）７が配設される。流量調整弁７は、バイパス弁とも称し、バイパス配管６に流れる水の量を開度変化により調整する。

流量調整弁７が全閉した場合、配管２ａ内の水はバイパス配管６に流入することなく負荷側へ流れる。流量調整弁７が開いた場合、配管２ａ内の水のうち、流量調整弁７の開度に比例する量の水が、バイパス配管６を通って配管２ｂに流れる。配管２ａ内の水のうち、バイパス配管６に流入しなかった水が、負荷側へ流れる。

バイパス配管６の両端間に、第１差圧検知部である差圧センサ８が接続される。差圧センサ８は、バイパス配管６の一端側の水の圧力と他端側の水の圧力との差（バイパス配管６の両端間の水の圧力差）Ｐを検知する。

熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎは、上記したように、熱媒体熱交換器（後述の水熱交換器６０，３０）、およびその熱媒体熱交換器と負荷側との間で水を循環させるポンプ（後述のポンプ８０）を備え、熱媒体熱交換器を通る水をヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により加熱または冷却する。

熱源機１ａに搭載されているヒートポンプ式冷凍サイクルの構成を図２に示す。なお、熱源機１ｂ，…１ｎに搭載されている各ヒートポンプ式冷凍サイクルも同様の構成である。

圧縮機２１の吐出冷媒が四方弁２２を介して空気熱交換器２３ａ，２３ｂに流れ、その空気熱交換器２３ａ，２３ｂを経た冷媒が電子膨張弁２４ａ，２４ｂを介して水熱交換器（熱媒体熱交換器）３０の第１冷媒流路３０ａに流れる。この第１冷媒流路３０ａを経た冷媒は、四方弁２２およびアキュームレータ２５を通って圧縮機２１に吸込まれる。この冷媒流れ方向は冷却運転（冷水生成運転）時のもので、空気熱交換器２３ａ，２３ｂが凝縮器、水熱交換器３０の第１冷媒流路３０ａが蒸発器として機能する。加熱運転（温水生成運転）時は、四方弁２２の流路が切替わって冷媒の流れ方向が逆となり、水熱交換器３０の第１冷媒流路３０ａが凝縮器、空気熱交換器２３ａ，２３ｂが蒸発器として機能する。

これら圧縮機２１、四方弁２２、空気熱交換器２３ａ，２３ｂ、電子膨張弁２４ａ，２４ｂ、水熱交換器３０の第１冷媒流路３０ａ、およびアキュームレータ２５により、第１ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。

圧縮機４１の吐出冷媒が四方弁４２を介して空気熱交換器４３ａ，４３ｂに流れ、その空気熱交換器４３ａ，４３ｂを経た冷媒が電子膨張弁４４ａ，４４ｂを介して上記水熱交換器３０の第２冷媒流路３０ｂに流れる。この第２冷媒流路３０ｂを経た冷媒は、四方弁４２およびアキュームレータ４５を通って圧縮機４１に吸込まれる。この冷媒流れ方向は冷却運転（冷水生成運転）時のもので、空気熱交換器４３ａ，４３ｂが凝縮器、水熱交換器３０の第２冷媒流路３０ｂが蒸発器として機能する。加熱運転（温水生成運転）時は、四方弁４２の流路が切替わって冷媒の流れ方向が逆となり、水熱交換器３０の第２冷媒流路３０ｂが凝縮器、空気熱交換器４３ａ，４３ｂが蒸発器として機能する。

これら圧縮機４１、四方弁４２、空気熱交換器４３ａ，４３ｂ、電子膨張弁４４ａ，４４ｂ、水熱交換器３０の第２冷媒流路３０ｂ、およびアキュームレータ４５により、第２ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。

圧縮機５１の吐出冷媒が四方弁５２を介して空気熱交換器５３ａ，５３ｂに流れ、その空気熱交換器５３ａ，５３ｂを経た冷媒が電子膨張弁５４ａ，５４ｂを介して水熱交換器（熱媒体熱交換器）６０の第１冷媒流路６０ａに流れる。この第１冷媒流路６０ａを経た冷媒は、四方弁５２およびアキュームレータ５５を通って圧縮機５１に吸込まれる。この冷媒流れ方向は冷却運転（冷水生成運転）時のもので、空気熱交換器５３ａ，５３ｂが凝縮器、水熱交換器６０の第１冷媒流路６０ａが蒸発器として機能する。加熱運転（温水生成運転）時は、四方弁５２の流路が切替わって冷媒の流れ方向が逆となり、水熱交換器６０の第１冷媒流路６０ａが凝縮器、空気熱交換器５３ａ，５３ｂが蒸発器として機能する。

これら圧縮機５１、四方弁５２、空気熱交換器５３ａ，５３ｂ、電子膨張弁５４ａ，５４ｂ、水熱交換器６０の第１冷媒流路６０ａ、およびアキュームレータ５５により、第３ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。

圧縮機７１の吐出冷媒が四方弁７２を介して空気熱交換器７３ａ，７３ｂに流れ、その空気熱交換器７３ａ，７３ｂを経た冷媒が電子膨張弁７４ａ，７４ｂを介して上記水熱交換器６０の第２冷媒流路６０ｂに流れる。この第２冷媒流路６０ｂを経た冷媒は、四方弁７２およびアキュームレータ７５を通って圧縮機７１に吸込まれる。この冷媒流れ方向は冷却運転（冷水生成運転）時のもので、空気熱交換器７３ａ，７３ｂが凝縮器、水熱交換器６０の第２冷媒流路６０ｂが蒸発器として機能する。加熱運転（温水生成運転）時は、四方弁７２の流路が切替わって冷媒の流れ方向が逆となり、水熱交換器６０の第２冷媒流路６０ｂが凝縮器、空気熱交換器７３ａ，７３ｂが蒸発器として機能する。

これら圧縮機７１、四方弁７２、空気熱交換器７３ａ，７３ｂ、電子膨張弁７４ａ，７４ｂ、水熱交換器６０の第２冷媒流路６０ｂ、およびアキュームレータ７５により、第４ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。

水配管２ｂの水は、水配管１０１を通って水熱交換器６０の水流路６０ｃに流れる。水流路６０ｃから流出する水は、水配管１０２を通って水熱交換器３０の水流路３０ｃに流れる。水流路３０ｃから流出する水は、水配管２ａに流れる。水熱交換器６０の水流路６０ｃおよび水熱交換器３０の水流路３０ｃは、水配管１０２を介して直列接続された状態にある。

水配管１０１に、ポンプ８０が配設される。ポンプ８０は、水配管２ｂ内の水を水配管１０１に吸込み、吸込んだ水を水熱交換器６０、水配管１０２、水熱交換器３０、水配管１０３に通して水配管２ｂに送出する。ポンプ８０は、インバータ８１から供給される交流電圧により動作するモータを有し、そのモータの回転数に応じて能力（揚程）が変化する。インバータ８１は、商用交流電源８２の電圧を整流し、整流後の直流電圧をスイッチングにより所定周波数の交流電圧に変換し、変換した交流電圧をポンプ８０のモータに対する駆動電力として供給する。このインバータ８１の出力電圧の周波数（出力周波数）Ｆを変化させることにより、ポンプ８０のモータの回転数が変化する。

水配管１０１と水配管１０３との相互間（水熱交換器６０，３０の両端間）に、第２差圧検知部である差圧センサ９０が接続される。差圧センサ９０は、水熱交換器６０に流入する水の圧力と水熱交換器３０から流出する水の圧力との差Ｐｗを検知する。この差圧センサ９０の検知圧力差Ｐｗに基づき、水熱交換器６０，３０に流れる水の量つまり熱源機１ａに流れる水の量Ｗａを検出することができる。

一方、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎ、流量調整弁４ａ，４ｂ，…４ｎ、流量センサ５、流量調整弁７、および差圧センサ８に、コントローラ１０が接続される。これら熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎ、水配管２ａ，２ｂ、流量調整弁４ａ，４ｂ，…４ｎ、流量センサ５、バイパス配管６、流量調整弁７、差圧センサ８、コントローラ１０により、熱源装置が構成される。

コントローラ１０は、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎの運転、流量調整弁４ａ，４ｂ，…４ｎの開度、および流量調整弁７の開度を制御するもので、主要な機能として第１検出部１１、第２検出部１２、第１制御部１３、第２制御部１４、第３制御部１５、メモリ１６を含む。

第１検出部１１は、当該熱源装置が設置された後（据付け後）の試運転時、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎの各ポンプ８０をそれぞれ定格能力（所定の運転周波数Ｆ）で運転しながら、負荷側に流れる水の量Ｑとバイパス配管６の両端間における水の圧力差Ｐとの関係を表わす負荷側配管抵抗特性（２次側配管抵抗特性ともいう）を検出する。

第２検出部１２は、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎにおける各差圧センサ９０の検知圧力差Ｐｗと熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎの個々における熱交換器抵抗特性とに基づく演算により、運転中の各熱源機の個々に流れる水の量Ｗを検出する。熱交換器抵抗特性は、水熱交換器６０，３０に固有のもので、予め実測されてコントローラ１０のメモリ１６に記憶されている。

第１制御部１３は、負荷側の空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎの要求能力（室内空気温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの差）の総和に応じて、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎの運転台数および流量調整弁４ａ，４ｂ，…４ｎの開度を制御する。

第２制御部１４は、空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎの要求能力の総和に見合う最適な量の水が空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎに流れるよう、流量センサ５の検知流量Ｑｔおよび第１検出部１１で検出した負荷側配管抵抗特性に応じて、流量調整弁（バイパス弁）７の開度を制御する。

第３制御部１５は、流量センサ５の検知流量Ｑｔを熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎのうち運転中の各熱源機に配分（例えば均等分）してそれぞれ必要流量Ｗｔとして割当て、これら割当て流量Ｗｔに第２検出部１２の各検出流量Ｗが一致するように、運転中の各熱源機におけるポンプ８０の能力（熱媒体の供給能力）を制御する。

つぎに、コントローラ１０が実行する制御を図３のフローチャートを参照しながら説明する。
当該熱源装置が設置された後の試運転時（ステップＳ１のＹＥＳ）、コントローラ１０は、次の処理により負荷側配管抵抗特性を検出する（ステップＳ２）。

まず、コントローラ１０は、バイパス配管６の流量調整弁７を全閉し、かつ流量調整弁４ａ，４ｂ，…４ｎのうち配管抵抗が最も大きい空気熱交換器に対応する流量調整弁のみ全開して残りの流量調整弁を全閉する。この状態で、コントローラ１０は、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎの各ポンプ８０をそれぞれ定格能力（所定の運転周波数Ｆ）で運転し、このときの流量センサ５の検知流量Ｑｔの値（最小流量）Ｑｎと差圧センサ８の検知圧力差Ｐの値Ｐｎとの対応点（交点）を図４に示す第１特性点Ｓｎとしてメモリ１６に保持する。この場合、流量調整弁７が全閉しているので、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎから流出する水の総てがバイパスされることなく負荷側に流れる。

配管抵抗が最も大きい空気熱交換器として、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎからの配管長が最も長い末端位置に存する例えば空気熱交換器３ｎが、予め選定される。あるいは、末端位置の空気熱交換器３ｎよりも熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎに近い側の例えば空気熱交換器３ｂが、水配管２ａ，２ｂにつながる枝管２ａｂ，２ｂｂが他の空気熱交換器側の枝管より細いこと等の要因により、配管抵抗が最も大きい空気熱交換器として予め選定されることもある。配管抵抗が最も大きい空気熱交換器の選定は、当該熱源装置の設置に際しての作業員の経験則や実測に基づいて行われる。この選定結果がコントローラ１０のメモリ１６に記憶される。

続いて、コントローラ１０は、バイパス配管６の流量調整弁７を全閉したまま、流量調整弁４ａ，４ｂ，…４ｎのすべてを全開する。この状態で、コントローラ１０は、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎの各ポンプ８０をそれぞれ定格能力で運転し、このときの流量センサ５の検知流量Ｑｔの値（最大流量）Ｑｍと差圧センサ８の検知圧力差Ｐの値Ｐｍとの対応点（交点）を図４に示す第２特性点Ｓｍとしてメモリ１６に保持する。

そして、コントローラ１０は、保持した第１特性点Ｓｎと第２特性点Ｓｍとを結んで“負荷側に流れる水の量Ｑ”と“バイパス配管６の両端間の水の圧力差Ｐ”との関係を近似的に表わす２次近似曲線を、負荷側配管抵抗特性として検出する。コントローラ１０は、検出した負荷側配管抵抗特性としてメモリ１６に記憶する。

一方、試運転が終了した後の通常運転時（ステップＳ１のＮＯ）、コントローラ１０は、負荷側の空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎの要求能力（室内空気温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの差）の総和に応じて、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎの運転台数および流量調整弁４ａ，４ｂ，…４ｎの開度を制御する（ステップＳ３）。

すなわち、コントローラ１０は、空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎの要求能力の総和が大きいほど熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎの運転台数を増やし、空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎの要求能力の総和が小さくなるのに伴い熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎの運転台数を減らしていく。さらに、コントローラ１０は、空気熱交換器３ａの要求能力が大きいほど流量調整弁４ａの開度を増大（流量増加）し、空気熱交換器３ａの要求能力が小さくなるのに伴い流量調整弁４ａの開度を縮小（流量減少）していく。空気熱交換器３ｂ，…３ｎに対応する流量調整弁４ｂ，…４ｎの開度についても、同様に制御する。

この運転台数制御および開度制御の実行に伴い、空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎに実際に流れる水の量（総量）Ｑｔが流量センサ５により検知される。

コントローラ１０は、流量センサ５の検知流量Ｑｔに対応する“バイパス配管６の両端間の水の目標圧力差Ｐｔ”を、試運転時に検出して記憶した図４の負荷側配管抵抗特性から求める（ステップＳ４）。そして、コントローラ１０は、差圧センサ８の検知圧力差（バイパス配管６の両端間の水の圧力差）Ｐが上記求めた目標圧力差Ｐｔとなるように、流量調整弁７の開度（水のバイパス量）を制御する（ステップＳ５）。

差圧センサ８の検知圧力差Ｐを目標圧力差Ｐｔに設定することにより、空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎの要求能力の総和に見合う最適な量の水が空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎに流れる。空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎにとって余分となる水は、バイパス配管６を通って運転中の１台または複数台の熱源機に戻る。

コントローラ１０は、流量センサ５の検知流量Ｑｔを運転中の１台または複数台の熱源機に均等分してそれぞれ必要流量Ｗｔとして割当てる（ステップＳ６）。例えば、流量センサ５の検知流量Ｑｔが1000リットル／ｈで、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎの運転台数が５台の場合、200（=1000/5）リットル／ｈを熱源機１台当りの必要流量Ｗｔとして割当てる。流量センサ５の検知流量Ｑｔが1200リットル／ｈで、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎの運転台数が４台の場合は、300（=1200/4）リットル／ｈを熱源機１台当りの必要流量Ｗｔとして割当てる。

コントローラ１０は、運転中の１台または複数台の熱源機における差圧センサ９０の検知圧力差Ｐｗと、運転中の１台または複数台の熱源機における水熱交換器（水熱交換器６０，３０）の熱交換器抵抗特性と、に基づく演算により、運転中の１台または複数台の熱源機の個々に流れる水の量Ｗを検出する（ステップＳ７）。

例えば２台の熱源機１ａ，１ｂが運転中である場合、コントローラ１０は、熱源機１ａにおける差圧センサ９０の検知圧力差Ｐｗａおよび熱源機１ｂにおける差圧センサ９０の検知圧力差Ｐｗｂを読込むとともに、熱源機１ａにおける熱交換器抵抗特性および熱源機１ｂにおける熱交換器抵抗特性をメモリ１６から読出し、これら検知圧力差Ｐｗａ，Ｐｗｂおよび各熱交換器抵抗特性に基づく演算により、熱源機１ａに流れる水の量Ｗａおよび熱源機１ｂに流れる水の量Ｗｂを検出する。

コントローラ１０は、各検出流量Ｗａ，Ｗｂが熱源機１ａ，１ｂに割当てた各必要流量Ｗｔにそれぞれ一致するように、熱源機１ａ，１ｂにおける各インバータ８１の出力周波数Ｆを制御する（ステップＳ８）。

具体的には、コントローラ１０は、検出流量Ｗａが、熱源機１ａに割当てた必要流量Ｗｔより少ない場合、熱源機１ａにおけるインバータ８１の出力周波数Ｆを上げる。これにより、熱源機１ａにおけるポンプ８０の能力が増えて、熱源機１ａに流れる水の量Ｗａが増加方向に変化する。コントローラ１０は、検出流量Ｗａが、熱源機１ａに割当てた必要流量Ｗｔより多い場合、熱源機１ａにおけるインバータ８１の出力周波数Ｆを下げる。これにより、熱源機１ａにおけるポンプ８０の能力が減って、熱源機１ａに流れる水の流量Ｗａが減少方向に変化する。コントローラ１０は、検出流量Ｗａが、熱源機１ａに割当てた必要流量Ｗｔに一致したとき、そのときの熱源機１ａにおけるインバータ８１の出力周波数Ｆを保持する。

同様に、コントローラ１０は、検出流量Ｗｂが、熱源機１ｂに割当てた必要流量Ｗｔより少ない場合、熱源機１ｂにおけるインバータ８１の出力周波数Ｆを上げる。コントローラ１０は、検出流量Ｗｂが、熱源機１ｂに割当てた必要流量Ｗｔより多い場合、熱源機１ｂにおけるインバータ８１の出力周波数Ｆを下げる。コントローラ１０は、検出流量Ｗｂが、熱源機１ｂに割当てた必要流量Ｗｔに一致したとき、そのときの熱源機１ｂにおけるインバータ８１の出力周波数Ｆを保持する。

なお、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎに流れる水の量Ｗａ，Ｗｂ，…Ｗｎは、熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎと負荷側との間の配管抵抗によって異なる。すなわち、負荷側から最も遠い末端位置に存する熱源機１ｎの配管抵抗は大きく、よって熱源機１ｎに流れる水の量Ｗｎは少なめとなる。負荷側に近い側の熱源機１ａの配管抵抗は小さく、よって熱源機１ａに流れる水の量Ｗａは多めとなる。

例えば２台の熱源機１ａ，１ｎが運転している場合に、熱源機１ａ，１ｎに流れる水の量Ｗａ，Ｗｎとその熱源機１ａ，１ｎにおける各ポンプ８０の能力（ポンプ能力）との関係を、その熱源機１ａ，１ｎにおける熱交換器抵抗Ｒａ，Ｒｎをパラメータとして示したのが図５である。熱源機１ａに流れる水の量Ｗａをその熱源機１ａに割当てた必要流量Ｗｔに一致させるためには、熱源機１ａにおけるポンプ８０の運転周波数Ｆを所定値Ｆａに設定すればよい。末端位置の熱源機１ｎに流れる水の量Ｗｎをその熱源機１ｎに割当てた必要流量Ｗｔに一致させるためには、熱源機１ｎにおけるポンプ８０の運転周波数Ｆを所定値Ｆｎ（＞Ｆａ）に設定すればよい。

したがって、上記のように、負荷側の空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎに流れる水の量（総量）Ｑｔを検知し、その検知流量Ｑｔを運転中の例えば熱源機１ａ，１ｎに配分してそれぞれ必要流量Ｗｔとして割当て、これら必要流量Ｗｔに熱源機１ａ，１ｎに流れる水の量Ｗａ，Ｗｎが一致するように、熱源機１ａ，１ｎにおける各ポンプ８０の運転周波数Ｆを制御することにより、熱源機１ａの配管抵抗と熱源機１ｎの配管抵抗とが互いに異なる場合でも、熱源機１ａ，１ｎに流れる水の量Ｗａ，Ｗｎを均一にすることができる。

運転中の熱源機１ａ，１ｎに流れる水の量Ｗａ，Ｗｎが均一となるので、熱源機１ａ，１ｎにおける各ポンプ８０の失速および異常停止を防ぐことができる。これにより、空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎの要求能力の総和に見合う常に適正な量の温水または冷水を空気熱交換器３ａ，３ｂ，…３ｎに供給できる。

必要流量Ｗｔが得られるように各ポンプ８０の運転周波数Ｆを増減するだけなので、いわゆる熱源機側配管抵抗特性（１次側配管抵抗特性）や各ポンプ８０の特性を予め検出しておく必要がない。熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎが複雑に配置される据付け環境であっても、配管抵抗をそろえるためのヘッダー施工や、リバースターン配管など、対処療法的な処置が不要となる。

［変形例］
上記実施形態では、４つのヒートポンプ式冷凍サイクルおよび２つの水熱交換器３０，６０を備える熱源機１ａ，１ｂ，…１ｎを例に説明したが、各熱源機におけるヒートポンプ式冷凍サイクルの個数および水熱交換器の個数については適宜に選定可能である。

上記実施形態では、負荷側の機器が空気熱交換器である場合を例に説明したが、負荷側の機器が例えば貯湯タンクである場合も同様に実施できる。

上記実施形態では、負荷側に流れる水の量を検知し、その検知流量を運転中の各熱源機に均等分して割当てるようにしたが、均等分でなくても、各ポンプ８０が失速なく動作を続け得る配分であればよい。

上記実施形態では、負荷側配管抵抗特性を当該熱源装置の設置後の試運転によって検出したが、それに限らず、負荷側の空気熱交換器の増設や減設の後の試運転時に負荷側配管抵抗特性を検出してもよい。

その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

本発明の熱源装置は、空気調和機や給湯機等への利用が可能である。

１ａ，１ｂ，…１ｎ……熱源機、２ａ，２ｂ…水配管（熱媒体配管）、３ａ，３ｂ，…３ｎ……空気熱交換器（負荷側の機器）、４ａ，４ｂ，…４ｎ……流量調整弁（第１流量調整弁）、５…流量センサ（流量検知部）、６…バイパス配管、７…流量調整弁（第２流量調整弁）、８…差圧センサ（第１差圧検知部）、１０…コントローラ、１１…第１検出部、１２…第２検出部、１３…第１制御部、１４…第２制御部、１５…第３制御部、２１，４１，５１，７１…圧縮機、３０，６０…水熱交換器（熱媒体熱交換器）、８０…ポンプ、８１…インバータ、８２…商用交流電源、９０…差圧センサ（第２差圧検知部）

請求項１の熱源装置は、熱媒体が流れる熱媒体熱交換器、この熱媒体熱交換器内の前記熱媒体を加熱または冷却するヒートポンプ式冷凍サイクル、負荷側を経た熱媒体を吸込み前記熱媒体熱交換器に通して前記負荷側へ送出するポンプを含み、互いに並列に配管接続された複数の熱源機と、前記負荷側に流れる前記熱媒体の量を調整する第１流量調整弁と、前記負荷側に流れる前記熱媒体の量を検知する流量検知部と、前記負荷側へと流れる前記熱媒体をバイパスするバイパス配管と、前記バイパス配管に流れる前記熱媒体の量を調整する第２流量調整弁と、前記バイパス配管の両端間における前記熱媒体の圧力差Ｐを検知する第１差圧検知部と、前記各熱媒体熱交換器の両端間における前記熱媒体の圧力差Ｐｗを検知する第２差圧検知部と、コントローラとを備える。コントローラは、前記負荷側に流れる前記熱媒体の量Ｑと前記バイパス配管の両端間における前記熱媒体の圧力差Ｐとの関係を表わす負荷側配管抵抗特性を検出する第１検出部と；前記負荷側の要求能力に応じて前記各熱源機の運転台数および前記第１流量調整弁の開度を制御する第１制御部と；運転中の前記各熱源機の個々に流れる前記熱媒体の量Ｗを、前記第２圧力差検知部の検知圧力差Ｐｗに基づき検出する第２検出部と；前記流量検知部の検知流量Ｑｔおよび前記第１検出部で検出した負荷側配管抵抗特性に応じて、前記第２流量調整弁の開度を制御する第２制御部と；前記流量検知部の検知流量Ｑｔを運転中の前記各熱源機に配分してそれぞれ必要流量Ｗｔとして割当て、これら必要流量Ｗｔに前記第２検出部の各検出流量Ｗが一致するように、運転中の前記各熱源機における前記ポンプの能力を制御する第３制御部と；を含む。

Claims (10)

1. 熱媒体を負荷側に供給する複数の熱源機と、
   前記負荷側に流れる前記熱媒体の量を調整する第１流量調整弁と、
   前記負荷側に流れる前記熱媒体の量を検知する流量検知部と、
   前記負荷側へと流れる前記熱媒体をバイパスするバイパス配管と、
   前記バイパス配管に流れる前記熱媒体の量を調整する第２流量調整弁と、
   前記負荷側の要求能力に応じて前記各熱源機の運転台数および前記第１流量調整弁の調整量を制御し、前記流量検知部の検知流量に応じて前記第２流量調整弁の調整量を制御し、前記流量検知部の検知流量を運転中の前記各熱源機に配分して割当てこの割当て量に応じて運転中の前記各熱源機における前記熱媒体の供給能力を制御するコントローラと、
   を備えることを特徴とする熱源装置。
2. 前記各熱源機は、
   前記熱媒体が流れる熱媒体熱交換器と、
   前記熱媒体熱交換器内の前記熱媒体を加熱または冷却するヒートポンプ式冷凍サイクルと、
   前記負荷側を経た前記熱媒体を吸込み前記熱媒体熱交換器に通して前記負荷側へ送出するポンプと、
   を含む
   ことを特徴とする請求項１記載の熱源装置。
3. 前記第１流量調整弁は、前記負荷側に流れる前記熱媒体の量を開度変化により調整する、
   前記バイパス配管は、前記各熱源機から前記負荷側に向かって流れる前記熱媒体をバイパスして前記各熱源機側に戻す、
   前記第２流量調整弁は、前記バイパス配管に流れる前記熱媒体の量を開度変化により調整する、
   ことを特徴とする請求項２記載の熱源装置。
4. 前記コントローラは、
   前記負荷側の要求能力に応じて前記各熱源機の運転台数および前記第１流量調整弁の開度を制御する第１制御部と、
   前記流量検知部の検知流量に応じて前記第２流量調整弁の開度を制御する第２制御部と、
   前記流量検知部の検知流量を運転中の前記各熱源機に配分して割当て、この割当て量に応じて運転中の前記各熱源機における前記ポンプの能力を制御する第３制御部と、
   を含む
   ことを特徴とする請求項３記載の熱源装置。
5. 前記各熱源機は、互いに並列に配管接続されている
   ことを特徴とする請求項２記載の熱源装置。
6. 前記バイパス配管の両端間における前記熱媒体の圧力差Ｐを検知する第１差圧検知部と、
   前記各熱媒体熱交換器の両端間における前記熱媒体の圧力差Ｐｗを検知する第２差圧検知部と、
   をさらに備え、
   前記コントローラは、
   前記負荷側に流れる前記熱媒体の量Ｑと前記バイパス配管の両端間における前記熱媒体の圧力差Ｐとの関係を表わす負荷側配管抵抗特性を検出する第１検出部と、
   前記負荷側の要求能力に応じて前記各熱源機の運転台数および前記第１流量調整弁の開度を制御する第１制御部と、
   運転中の前記各熱源機の個々に流れる前記熱媒体の量Ｗを、前記第２圧力差検知部の検知圧力差Ｐｗに基づき検出する第２検出部と、
   前記流量検知部の検知流量Ｑｔおよび前記第１検出部で検出した負荷側配管抵抗特性に応じて、前記第２流量調整弁の開度を制御する第２制御部と、
   前記流量検知部の検知流量Ｑｔを運転中の前記各熱源機に配分してそれぞれ必要流量Ｗｔとして割当て、これら必要流量Ｗｔに前記第２検出部の各検出流量Ｗが一致するように、運転中の前記各熱源機における前記ポンプの能力を制御する第３制御部と、
   を含む、
   ことを特徴とする請求項５記載の熱源装置。
7. 前記第１検出部は、前記負荷側配管抵抗特性を試運転時に検出する
   ことを特徴とする請求項６記載の熱源装置。
8. 前記第２検出部は、運転中の前記各熱源機の個々に流れる前記熱媒体の量Ｗを、前記第２差圧検知部の検知圧力差Ｐｗと前記各熱源機における熱交換器抵抗特性とに基づき、検出する
   ことを特徴とする請求項６記載の熱源装置。
9. 前記流量検知部は、前記負荷側において互いに並列に配管接続された複数の機器に流れる前記熱媒体の総量を検知する、
   前記第１流量調整弁は、複数の第１流量調整弁であって、前記各機器の個々に流れる前記熱媒体の量を開度変化により調整する
   ことを特徴とする請求項６記載の熱源装置。
10. 前記第１検出部は、
    前記熱源装置の試運転時、前記第２流量調整弁を全閉し、かつ前記各機器のうち配管抵抗が最も大きい機器に対応する１つの前記第１流量調整弁のみ全開して残りの１つまたは複数の前記第１流量調整弁を全閉し、この状態で前記各熱源機における前記各ポンプを定格能力で運転し、このときの前記流量検知部の検知流量Ｑｔの値Ｑｎと前記第１差圧検知部の検知圧力差Ｐの値Ｐｎとの対応点を第１特性点Ｓｎとして保持し、
    続いて、前記第２流量調整弁を全閉したまま、前記各第１流量調整弁のすべてを全開し、この状態で前記各熱源機における前記各ポンプを定格能力で運転し、このときの前記流量検知部の検知流量Ｑｔの値Ｑｍと前記第１差圧検知部の検知圧力差Ｐの値Ｐｍとの対応点を第２特性点Ｓｍとして保持し、
    前記保持した第１特性点Ｓｎと第２特性点Ｓｍとを結んで“負荷側に流れる水の量Ｑ”と“バイパス配管６の両端間の水の圧力差Ｐ”との関係を近似的に表わす２次近似曲線を、前記負荷側配管抵抗特性として検出する、
    ことを特徴とする請求項９記載の熱源装置。

Images