JP2016142452A - 制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷媒と水を熱交換させて水を冷却する水熱交換器と、外気と熱交換させた冷媒を膨張弁を介して水熱交換器に送出する空気熱交換器と、入力した冷媒を圧縮させて入力時よりも高温で高圧の冷媒を空気熱交換器に送出するコンプレッサとを備えるチリングユニットの制御装置は、制御部を備える。制御部は、冷却サイクル運転を開始し水を冷却すると水が凝固点以下の温度となる外気温度である場合、水熱交換器を用いて冷却サイクル運転を開始する前に、逆サイクル運転をさせ、冷却サイクル運転をさせる際に、コンプレッサと空気熱交換器との間の冷媒管における冷媒の圧力からコンプレッサと水熱交換器との間の冷媒管における冷媒の圧力を減じた差圧を、冷媒が循環しかつ水が凍結しない差圧以上の状態に制御する。
【選択図】図1
Description
特許文献1には、関連する技術として、室内外ユニットのうち温度の低い方に寝込んだ液冷媒を、コンプレッサが吸い込まないよう、逆サイクル運転とし、コンプレッサが液冷媒を取り込んだときに発生する液圧縮やオイルフォーミングを防止する技術が記載されている。
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の一実施形態による制御装置を備えるチリングユニットの構成について説明する。
図1で示すように、本実施形態によるチリングユニット1は、空気熱交換器101と、水熱交換器201と、第一の圧力センサ202と、第二の圧力センサ203と、四方弁207と、アキュムレータ208と、コンプレッサ209と、コンプレッサモータ210と、膨張弁215と、制御装置216と、を備える。
水熱交換器201は、冷却サイクルの運転を行う時に蒸発器として機能する。また、水熱交換器201は、加熱サイクルの運転を行う時に凝縮器として機能する。
第一の圧力センサ202は、四方弁207に接続されている水熱交換器201における冷媒の圧力を検出する。第一の圧力センサ202は、冷却サイクルの運転を開始する前に、四方弁207に接続されている水熱交換器201における冷媒の圧力を検出する。
第二の圧力センサ203は、四方弁207に接続されている空気熱交換器101における冷媒の圧力を検出する。第二の圧力センサ203は、冷却サイクルの運転を開始する前に、四方弁207に接続されている空気熱交換器101における冷媒の圧力を検出する。
コンプレッサ209は、コンプレッサモータ210とアキュムレータ208との間に設けられ、コンプレッサモータ210を動力源として、入力したガス冷媒を入力時よりも高温で高圧のガス冷媒にして送出する。
制御部217は、水熱交換器201が冷却する水の温度が所望の温度となるようにチリングユニット1の各機能部を制御する。例えば、制御部217は、膨張弁215の弁開度を制御し、減圧調整と流量調整を行う。また、制御部217は、チリングユニット1において、冷却サイクルの運転を開始する前に、四方弁207に接続されている水熱交換器201における冷媒の圧力と、四方弁207に接続されている空気熱交換器101における冷媒の圧力との差圧を所定の差圧以上の状態に制御する。具体的には、制御部217は、第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力から第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力を減じた差圧が所定の差圧よりも低い場合に加熱サイクルの運転をさせる制御を行う。また、制御部217は、第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力から第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力を減じた差圧が冷媒が循環しかつ水が凍結しない所定の差圧以上となった後に冷却サイクルの運転をさせる制御を行う。例えば、制御部217は、第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力から第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力を減じた差圧が、チリングユニット1が平衡状態に至った場合の冷媒の循環流量と同程度の循環流量の冷媒を流すことができる所定範囲の差圧となるタイミングに、冷却サイクルの逆サイクルの運転から冷却サイクルの運転に切り替える制御を行う。
圧力P1は、第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力である。また、圧力P2は、第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力である。
時刻0は、基準となる時刻である。時刻0では、コンプレッサ209は動作しておらず、チリングユニット1における冷媒は、平衡状態となっている。なお、図2の場合、時刻0における圧力P1と圧力P2のそれぞれは、0.7MPaである。時刻t1aは、コンプレッサ209が動作を開始する時刻である。時刻t2aは、圧力P1が最小となる時刻である。時刻t3aは、圧力P1が時刻0における圧力である0.7MPaに戻る時刻である。時刻t4aは、コンプレッサ209の動作時に、チリングユニット1における冷媒が平衡状態となる時刻である。以下で、各時刻におけるチリングユニット1の動作を説明する。
凝縮器として機能する空気熱交換器101は、第二の圧力センサ203を通過した冷媒を入力し外気と熱交換させ、入力時よりも低温の冷媒にする。そして、空気熱交換器101は、冷媒を膨張弁215に送出する。
膨張弁215は、入力した冷媒を減圧調整と流量調整を行ってさらに低温で低圧の冷媒にし、水熱交換器201に送出する。このときの冷媒の温度は、水熱交換器201における水及び外気の温度よりも低温である。
蒸発器として機能する水熱交換器201は、膨張弁215から冷媒を入力し、冷媒を水及び外気と熱交換させる。水熱交換器201が入力した冷媒の温度は、水熱交換器201における水及び外気の温度よりも低温である。そのため、冷媒は温度と圧力が上昇し、水は冷却される。そして、水熱交換器201は、冷媒を四方弁207を介してアキュムレータ208に送出する。このとき、冷媒は、水熱交換器201と四方弁207の間の冷媒管に設けられた第一の圧力センサ202を通過する。時刻t1aにコンプレッサ209が運転を開始した直後は、チリングユニット1において第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力から第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力を減じた差圧が小さいため、チリングユニット1内を循環する冷媒の単位時間当たりの流量は少量である。循環する冷媒の単位時間当たりの流量が少量である場合、コンプレッサ209が圧縮する冷媒の量も少量となり、コンプレッサ209が冷媒を圧縮する圧縮率は低い。そのため、コンプレッサ209が冷媒を加熱させる温度は、空気熱交換器101と膨張弁215が減圧調整と流量調整を行って冷媒を冷却させる温度よりも低く、第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力P1は、時刻t1aから徐々に低下する。
アキュムレータ208は、蒸発器でガス化しきれなかった冷媒が液状のままコンプレッサ209に吸入されるのを防止し、ガス冷媒のみをコンプレッサモータ210を介してコンプレッサ209に送出する。
そして、第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力P1と、第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力P2のそれぞれは、時刻t4aに冷却サイクルの運転に対して設計された定常状態となる。
そして、その後、制御部217は、加熱サイクルの運転をさせる制御から冷却サイクルの運転をさせる制御に切り替える。したがって、冷媒は、図1に示す実線の矢印の方向にチリングユニット1の内部を流れる。
図3において、横軸は時刻である。また、縦軸は冷媒の圧力である。
圧力P1は、第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力である。また、圧力P2は、第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力である。
時刻0は、基準となる時刻である。時刻0では、コンプレッサ209は動作しておらず、チリングユニット1における冷媒は、平衡状態となっている。なお、図3の場合、時刻0における圧力P1と圧力P2のそれぞれは、0.7MPaである。時刻t1bは、コンプレッサ209が動作を開始する時刻である。時刻t2bは、第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力P2から第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力P1を減じた差圧が最大となる時刻である。時刻t3bにおける第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力P2から第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力P1を減じた差圧は、時刻t2bにおいて圧力P2と圧力P1の差圧が最大となった以降、冷媒がチリングユニット1内を循環しかつ冷却対象である水が凍結しない所定範囲の差圧(例えば、0.3〜0.6MPa)となったことを示す差圧の一例である。本実施形態では、時刻t3bが、制御部217が加熱サイクルの運転をさせる制御から冷却サイクルの運転をさせる制御に切り替える時刻である。時刻t4bは、圧力P1と圧力P2が一致する時刻である。時刻t5bは、コンプレッサ209の動作時に、チリングユニット1における冷媒が平衡状態となる時刻である。以下で、各時刻におけるチリングユニット1の動作を説明する。
凝縮器として機能する水熱交換器201は、第一の圧力センサ202を通過した冷媒を入力し水及び外気と熱交換させ、入力時よりも低温の冷媒にする。このとき、水の温度は上昇する。そして、水熱交換器201は、冷媒を膨張弁215に送出する。
膨張弁215は、入力した冷媒を減圧調整と流量調整を行ってさらに低温で低圧の冷媒にし、空気熱交換器101に送出する。このときの冷媒の温度は、空気熱交換器101における外気の温度よりも低温である。
蒸発器として機能する空気熱交換器101は、膨張弁215から冷媒を入力し、冷媒を外気と熱交換させる。空気熱交換器101が入力した冷媒の温度は、空気熱交換器101における外気の温度よりも低温である。そのため、冷媒は温度と圧力が上昇する。そして、空気熱交換器101は、冷媒を四方弁207を介してアキュムレータ208に送出する。このとき、冷媒は、空気熱交換器101と四方弁207の間の冷媒管に設けられた第二の圧力センサ203を通過する。そのため、第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力P2は、時刻t1bから徐々に低下する。
アキュムレータ208は、蒸発器でガス化しきれなかった冷媒が液状のままコンプレッサ209に吸入されるのを防止し、ガス冷媒のみをコンプレッサモータ210を介してコンプレッサ209に送出する。
コンプレッサ209は、アキュムレータ208とコンプレッサモータ210とを介して水熱交換器201と四方弁207の間の冷媒管から冷媒を入力し、入力時の冷媒よりも高温で高圧の冷媒を四方弁207を介して空気熱交換器101に送出する。このとき、冷媒は、四方弁207と空気熱交換器101の間の冷媒管に設けられた第二の圧力センサ203を通過する。そのため、第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力P2は上昇する。
凝縮器として機能する空気熱交換器101は、第二の圧力センサ203を通過した冷媒を入力し外気と熱交換させ、入力時よりも低温の冷媒にする。そして、空気熱交換器101は、冷媒を膨張弁215に送出する。
膨張弁215は、入力した冷媒を減圧調整と流量調整を行ってさらに低温で低圧の冷媒にし、水熱交換器201に送出する。このときの冷媒の温度は、水熱交換器201における水及び外気の温度よりも低温である。
蒸発器として機能する水熱交換器201は、膨張弁215から冷媒を入力し、冷媒を水及び外気と熱交換させる。水熱交換器201が入力した冷媒の温度は、水熱交換器201における水及び外気の温度よりも低温である。そのため、冷媒は温度と圧力が上昇し、水は冷却される。そして、水熱交換器201は、冷媒を四方弁207を介してアキュムレータ208に送出する。このとき、冷媒は、水熱交換器201と四方弁207の間の冷媒管に設けられた第一の圧力センサ202を通過する。そのため、第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力P1は、時刻t3bから低下する。
アキュムレータ208は、蒸発器でガス化しきれなかった冷媒が液状のままコンプレッサ209に吸入されるのを防止し、ガス冷媒のみをコンプレッサモータ210を介してコンプレッサ209に送出する。
そして、第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力P1と、第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力P2のそれぞれは、時刻t5bにほぼ平衡状態となる。
したがって、冬などの外気温が低い時期にチリングユニット1において、制御部217が冷却サイクルの運転を開始する前に、加熱サイクルの運転をさせ、第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力から第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力を減じた差圧が所定の差圧以上の状態に制御する場合には、冷却対象の水が凍結するのを防止することができる。
このようにすれば、チリングユニット1において、特別な機能を追加することなく、冷却サイクルの運転を開始する時に冷却する水が凍結するのを防止することができる。
なお、チリングユニット1が空気熱交換器101、水熱交換器201及びコンプレッサ209を複数組備える場合、制御部217は、複数組のそれぞれに対して異なるタイミングで、加熱サイクルの運転から冷却サイクルの運転に切り替える制御を行う。
このようにすれば、チリングユニット1において、加熱サイクルの運転を2組以降の空気熱交換器101、水熱交換器201及びコンプレッサ209に対して行う場合に冷却対象である水の温度上昇を緩和できるため、加熱サイクルの運転を複数組の空気熱交換器101、水熱交換器201及びコンプレッサ209に対して同時に行う場合に比べ、最終的な水の温度上昇を抑えることができる。
なお、制御部217は、第二の圧力センサ203が検出する冷媒の圧力から第一の圧力センサ202が検出する冷媒の圧力を減じた差圧が所定の差圧よりも低い場合に、デフロスト制御を行うものであってもよい。
このようにすれば、チリングユニット1において、特別な機能を追加することなく、冷却サイクルの運転を開始する時に冷却する水が凍結するのを防止することができる。
101・・・空気熱交換器
201・・・水熱交換器
202・・・第一の圧力センサ
203・・・第二の圧力センサ
207・・・四方弁
208・・・アキュムレータ
209・・・コンプレッサ
210・・・コンプレッサモータ
215・・・膨張弁
216・・・制御装置
217・・・制御部
Claims (5)
- 冷媒と水とを熱交換させて前記水を冷却する水熱交換器と、入力した冷媒を外気と熱交換させた冷媒を膨張弁を介して前記水熱交換器に送出する空気熱交換器と、入力した冷媒を圧縮させて当該入力した冷媒よりも高温で高圧の冷媒を前記空気熱交換器に送出するコンプレッサと、を備えるチリングユニットの制御装置であって、
冷却サイクルの運転を開始し前記水を冷却すると水が凝固点以下の温度となる外気温度である場合、前記水熱交換器を用いて前記水を冷却する前記冷却サイクルの運転を開始する前に、前記冷却サイクルの逆サイクルの運転をさせ、前記冷却サイクルの運転をさせる際に、前記コンプレッサと前記空気熱交換器との間の冷媒管における冷媒の圧力から前記コンプレッサと前記水熱交換器との間の冷媒管における冷媒の圧力を減じた差圧を、前記冷媒が循環しかつ前記水が凍結しない所定の差圧以上の状態に制御する制御部、
を備える制御装置。 - 前記コンプレッサと前記水熱交換器との間の冷媒管における冷媒の圧力を検出する第一の圧力センサと、
前記コンプレッサと前記空気熱交換器との間の冷媒管における冷媒の圧力を検出する第二の圧力センサと、
を備え、
前記制御部は、
前記第二の圧力センサが検出する冷媒の圧力から前記第一の圧力センサが検出する冷媒の圧力を減じた差圧が、前記チリングユニットが平衡状態に至った場合の前記冷媒の循環流量と同程度の循環流量の前記冷媒を流すことができる所定範囲の差圧となるタイミングに、前記冷却サイクルの逆サイクルの運転から前記冷却サイクルの運転に切り替える制御を行う、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記チリングユニットが空気熱交換器、水熱交換器及びコンプレッサを複数組備える場合、
前記制御部は、前記複数組のそれぞれに対して異なるタイミングで前記冷却サイクルの逆サイクルの運転から前記冷却サイクルの運転に切り替える制御を行う、
請求項2に記載の制御装置。 - 冷媒と水とを熱交換させて前記水を冷却する水熱交換器と、入力した冷媒を外気と熱交換させた冷媒を膨張弁を介して前記水熱交換器に送出する空気熱交換器と、入力した冷媒を圧縮させて当該入力した冷媒よりも高温で高圧の冷媒を前記空気熱交換器に送出するコンプレッサと、を備えるチリングユニットの制御装置の制御方法であって、
制御部は、冷却サイクルの運転を開始し前記水を冷却すると水が凝固点以下の温度となる外気温度である場合、前記水熱交換器を用いて前記水を冷却する前記冷却サイクルの運転を開始する前に、前記冷却サイクルの逆サイクルの運転をさせ、前記冷却サイクルの運転をさせる際に、前記コンプレッサと前記空気熱交換器との間の冷媒管における冷媒の圧力から前記コンプレッサと前記水熱交換器との間の冷媒管における冷媒の圧力を減じた差圧を、前記冷媒が循環しかつ前記水が凍結しない所定の差圧以上の状態に制御する、制御方法。 - 冷媒と水とを熱交換させて前記水を冷却する水熱交換器と、入力した冷媒を外気と熱交換させた冷媒を膨張弁を介して前記水熱交換器に送出する空気熱交換器と、入力した冷媒を圧縮させて当該入力した冷媒よりも高温で高圧の冷媒を前記空気熱交換器に送出するコンプレッサと、を備えるチリングユニットのコンピュータを、
冷却サイクルの運転を開始し前記水を冷却すると水が凝固点以下の温度となる外気温度である場合、前記水熱交換器を用いて前記水を冷却する前記冷却サイクルの運転を開始する前に、前記冷却サイクルの逆サイクルの運転をさせ、前記冷却サイクルの運転をさせる際に、前記コンプレッサと前記空気熱交換器との間の冷媒管における冷媒の圧力から前記コンプレッサと前記水熱交換器との間の冷媒管における冷媒の圧力を減じた差圧を、前記冷媒が循環しかつ前記水が凍結しない所定の差圧以上の状態に制御する制御手段、
として機能させるプログラム。
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