JP5886463B1 - 空気調和装置及びその運転方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】可変運転周波数で運転される圧縮機を利用し、装置を小型化、簡素化及び省電力化しつつ空気を高精度に所望の温度に制御できる空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置１は、可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３、及び冷却コイル１４を有する冷却ユニット１０と、圧縮器１１から凝縮器１２に向けて流出する熱媒体の一部を分岐させ、加熱コイル２１及びその下流側の加熱量調節弁２２を介して凝縮器１２に流入するように戻す加熱ユニット２０とを備え、冷却コイル１４及び加熱コイル２１により空気の温度を制御する。加熱量調節弁２２の開度操作量が所定時間にわたって第１閾値よりも大きくなる場合、圧縮機１１の運転周波数を下げ、加熱量調節弁２２の開度操作量が所定時間にわたって第１閾値よりも小さい第２閾値よりも小さくなる場合、圧縮機１１の運転周波数を上げる。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置及びその運転方法に関する。
半導体製造設備におけるクリーンルームの室内温度は、空気調和装置によって厳密に管理されている。例えば、フォトレジストの塗布及び現像を行う装置（コータ等）が設置されたクリーンルームでは、室内温度が目標温度の＋０．０５℃乃至−０．０５℃の誤差範囲内に制御されることが要求される場合がある。このようなクリーンルームに対応可能な空気調和装置として、従来から種々の装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１３−１０８６５２号公報
この種の空気調和装置は、一般的に、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び冷却コイルが熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された冷却ユニットと、加熱ヒータと、を有し、冷却ユニットの圧縮機としては、通常、一定の回転数で駆動する圧縮機が用いられている。これは、一定の回転数で駆動する圧縮機によれば冷却ユニット内の熱媒体が基本的に一定の流量で循環するため、空気の温度制御を高精度に行い易いからである。
しかしながら、一定の回転数で駆動する圧縮機では、温度制御対象の空気の温度が目標温度よりも低く、当該空気の冷却に冷却能力を必要としない場合であっても、常時、一定の回転数で駆動する。そのため、非効率的に電力消費がなされる場合あり、省電力化に改善の余地があった。また、冷却能力は膨張弁等の開度調節によって可変されるが、その可変範囲は比較的狭く、使用条件が制約されるという問題もあった。
これに対して、家庭用等の空気調和装置では、可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機をインバータ制御することにより、省電力化を図るものが多くある。このような装置では、運転周波数を変更することで冷却能力を比較的広い範囲に調節することも可能であるため、種々の使用条件に適用可能であるともいえる。ところが、運転周波数の変更に応じて冷却能力が変動するため、高精度の温度制御には不向きである。そのため、このような圧縮機は、省電力化等の種々の利点を有するもののクリーンルーム用等の空気調和装置において採用されることは稀である。
本発明は、このような実情を考慮してなされたものであり、高精度に空気を温度制御するための空気調和装置であって、可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機を利用することにより、装置を小型化、簡素化及び省電力化しつつ使用条件の拡大を図ることができ、しかも温度制御対象の空気を高精度に所望の温度に制御することができる空気調和装置及びその運転方法を提供することを目的とする。
本発明は、可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び冷却コイルが熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された冷却ユニットと、前記圧縮器から前記凝縮器に向けて流出する前記熱媒体の一部を分岐させ、加熱コイル及びその下流側に設けられた加熱量調節弁を介して前記圧縮機の下流側において前記凝縮器に流入するように戻す加熱ユニットと、前記冷却コイルと前記加熱コイルとを収容し、温度制御対象の空気を取り込む取込口と、前記温度制御対象の空気を吐出する吐出口と、が設けられた空気通流路と、前記取込口から前記吐出口へ空気を通流させる送風機と、前記吐出口に設けられる第１温度センサと、前記吐出口から吐出される空気が供給されるユース領域に設けられる第２温度センサと、前記冷却コイルの下流側の前記配管内の圧力を検出する圧力センサと、前記圧縮機の運転周波数、前記膨張弁の開度、及び前記加熱量調節弁の開度を制御する制御ユニットと、を備え、前記制御ユニットは、前記圧力センサが検出する圧力と予め設定される目標圧力との差分に基づくＰＩＤ演算により、前記圧力センサが検出する圧力を前記目標圧力に一致させるための前記膨張弁の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて前記膨張弁の開度を制御する熱媒体圧力制御部と、前記第２温度センサが検出する温度と前記ユース領域に予め設定される目標ユース温度との差分に基づき、前記吐出口を通過する前記温度制御対象の空気の目標ソース温度を設定し、前記第１温度センサが検出する温度と前記目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により、前記第１温度センサが検出する温度を前記目標ソース温度に一致させるための前記加熱量調節弁の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて前記加熱量調節弁の開度を制御する加熱量制御部と、前記加熱量制御部によって演算された前記加熱量調節弁の開度操作量が１０秒〜３０秒の間に設定される所定時間にわたって第１閾値よりも大きくなる場合に、前記圧縮機の運転周波数を所定周波数だけ下げ、前記加熱量制御部によって演算された前記加熱量調節弁の開度操作量が前記所定時間にわたって第１閾値よりも小さい第２閾値よりも小さくなる場合に、前記圧縮機の運転周波数を前記所定周波数だけ上げることで、前記圧縮機の回転数を調節する圧縮機制御部と、を有し、前記加熱量制御部は、前記第１温度センサが検出する温度と前記目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により直接的に演算された前記加熱量調節弁の操作量演算値の移動平均値を前記加熱量調節弁の開度操作量として演算し、前記移動平均値を演算する間隔は、前記所定時間の１／１０〜６／１０の間に設定されている、ことを特徴とする、空気調和装置、である。
本発明によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機が採用されることにより、圧縮機の回転数を変更することができる。これにより、広い範囲に設定された使用環境温度及び目標温度（目標ユース温度、目標ソース温度）の条件下であっても、単一の圧縮機により温度制御対象の空気の温度を目標温度へ制御するための十分に広い範囲の冷却能力を得ることができる。また、冷却能力がそれほど必要とされない場合には、運転周波数を下げることで、省電力化を図ることができる。よって、装置を小型化、簡素化及び省電力化しつつ使用条件の拡大を図ることができる。
（２）加熱ユニットは、圧縮器から凝縮器に向けて流出する熱媒体の一部を分岐させ、加熱コイル及びその下流側に設けられた加熱量調節弁を介して圧縮機の下流側において凝縮器に流入するように戻す構成を採用している。これにより、目標温度への制御精度を向上できる共に加熱量調節弁の簡素化によって装置全体を簡素化することができる。
すなわち、本発明とは異なり、加熱コイルの上流側に流量を調節するための弁が設けられる場合には、当該弁は、圧縮機からの高温かつ高圧の気体の状態の熱媒体を制御することになる。気体の状態の熱媒体の流量の制御は、液体の状態の熱媒体の流量の制御に比較して、高精度に行うことが難しい。しかも、高温かつ高圧の状態の熱媒体に耐え得る重厚な構造も必要となる。これに対して、本発明では、加熱量調節弁が加熱コイルの下流側に設けられることによって、加熱量調節弁が加熱コイルを通過後の液化された状態の熱媒体の流量を制御することができる。しかも、この熱媒体は、温度が低下しているため、加熱量調節弁は比較的簡易な構造でも熱媒体の温度に耐え得る。よって、目標温度への制御精度を向上できると共に加熱量調節弁の簡素化によって装置全体を簡素化することができる。
（３）また、加熱コイルを通過した熱媒体の一部を圧縮機の下流側（凝縮器の上流側）に戻すという構成によれば、加熱コイルを通過後の液化された状態の熱媒体が凝縮器に戻ることになる。これにより、加熱コイルを通過し液化した状態の熱媒体が圧縮機に流入することを防止し、装置をスムーズに運転させることができ、その結果、目標温度への制御精度を向上できる。
すなわち、本発明とは異なり、加熱コイルを通過し液化した状態の熱媒体が圧縮機に流入する場合には、いわゆる液バック現象が生じる。このような液バック現象では、圧縮機内の可動部分に供給される潤滑油が流出して、焼付が生じる可能性がある。また、圧縮機が液体を圧縮することで、圧縮機の運転の安定性が損なわれる可能性がある。これに対して、本発明では、圧縮機の下流側に熱媒体を戻すことで、圧縮機内の部材の焼付や圧縮機の運転が安定しなくなることを防止できるので、装置をスムーズに運転させることができ、その結果、目標温度への制御精度を向上できる。
（４）また、熱媒体圧力制御部は、圧力センサが検出する圧力と予め設定される目標圧力との差分に基づくＰＩＤ演算により、圧力センサが検出する圧力を目標圧力に一致させるための膨張弁の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて前記膨張弁の開度を制御する。これにより、冷却コイルから流出する熱媒体の温度を安定させることができるため、冷却能力が安定する。よって、目標温度への制御精度を向上できる。
（５）また、加熱量調整部は、第２温度センサが検出する温度とユース領域に予め設定される目標ユース温度との差分に基づき、吐出口を通過する温度制御対象の空気の目標ソース温度を設定し、第１温度センサが検出する温度と目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により、第１温度センサが検出する温度を目標ソース温度に一致させるための加熱量調節弁の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて前記加熱量調節弁の開度を制御する。これにより、吐出口を通過した温度制御対象の空気がユース領域に至る際の外乱及び応答性の影響を考慮することにより、温度制御対象の空気によってユース領域の温度を目標ユース温度に制御するための的確な加熱量調節弁の開度操作量を得ることができる。よって、目標温度（目標ユース温度）への制御精度を向上できる。
（６）また、圧縮機制御部は、加熱量調節弁の開度操作量が所定時間にわたって第１閾値よりも大きくなる場合に、圧縮機の運転周波数を所定周波数だけ下げ、加熱量調節弁の開度操作量が所定時間にわたって第１閾値よりも小さい第２閾値よりも小さくなる場合に、圧縮機の運転周波数を所定周波数だけ上げることで、圧縮機の回転数を調節する。これにより、加熱量調節弁の開度操作量が所定時間にわたって第１閾値よりも大きい場合には、冷却能力が過剰であると判定して、圧縮機の運転周波数を下げて回転数を下げることで冷却能力を下げることができる。また、加熱量調節弁の開度操作量が所定時間にわたって第１閾値よりも小さい第２閾値よりも小さくなる場合には、冷却能力が不足していると判定して、圧縮機の運転周波数を上げて回転数を上げることで冷却能力を上げることができる。このことにより、温度制御対象の空気に対する適正な温度制御を行うことができる。
とりわけ、圧縮機の運転周波数を上下させるか否かは、加熱量調節弁の開度操作量の所定時間における挙動に基づき所定時間の経過を待って判定されるため、圧縮機の運転周波数は段階的に上下し、急激に運転周波数が変更されることを防止できる。これにより、運転周波数の変更に応じた冷却能力及び加熱能力の変動による外乱の影響を抑制できるので、目標温度への制御精度を向上できる。
以上のことにより、本発明によれば、可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機を利用することにより、装置を小型化、簡素化及び省電力化しつつ使用条件の拡大を図ることができ、しかも温度制御対象の空気を高精度に所望の温度に制御することができる。
本発明による空気調和装置は、前記空気通流路における前記加熱コイルの下流側に設けられ、前記温度制御対象の空気の湿度を調節する加湿装置と、前記吐出口に設けられる湿度センサと、をさらに備え、前記制御ユニットは、前記湿度センサが検出する湿度と予め設定される目標湿度との差分に基づくＰＩＤ演算により、前記湿度センサが検出する湿度を前記目標湿度に一致させるための前記加湿装置の加湿操作量を演算して、当該加湿操作量に応じて前記加湿装置を制御する加湿制御部をさらに有していてもよい。
また、本発明は、可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び冷却コイルが熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された冷却ユニットと、前記圧縮器から前記凝縮器に向けて流出する前記熱媒体の一部を分岐させ、加熱コイル及びその下流側に設けられた加熱量調節弁を介して前記圧縮機の下流側において前記凝縮器に流入するように戻す加熱ユニットと、前記冷却コイルと前記加熱コイルとを収容し、温度制御対象の空気を取り込む取込口と、前記温度制御対象の空気を吐出する吐出口と、が設けられた空気通流路と、前記取込口から前記吐出口へ空気を通流させる送風機と、前記吐出口に設けられる第１温度センサと、前記吐出口から吐出される空気が供給されるユース領域に設けられる第２温度センサと、を備える空気調和装置の運転方法であって、
前記空気通流路における前記冷却コイルの下流側の前記配管内の圧力を検出する圧力センサが検出する圧力と予め設定される目標圧力との差分に基づくＰＩＤ演算により、前記圧力センサが検出する圧力を前記目標圧力に一致させるための前記膨張弁の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて前記膨張弁の開度を制御する熱媒体圧力制御工程と、
前記第２温度センサが検出する温度と前記ユース領域に予め設定される目標ユース温度との差分に基づき、前記吐出口を通過する前記温度制御対象の空気の目標ソース温度を設定し、前記第１温度センサが検出する温度と前記目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により、前記第１温度センサが検出する温度を前記目標ソース温度に一致させるための前記加熱量調節弁の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて前記加熱量調節弁の開度を制御する加熱量制御工程と、
前記加熱量制御部によって演算された前記加熱量調節弁の開度操作量が１０秒〜３０秒の間に設定される所定時間にわたって第１閾値よりも大きくなる場合に、前記圧縮機の運転周波数を所定周波数だけ下げ、前記加熱量制御部によって演算された前記加熱量調節弁の開度操作量が前記所定時間にわたって第１閾値よりも小さい第２閾値よりも小さくなる場合に、前記圧縮機の運転周波数を前記所定周波数だけ上げることで、前記圧縮機の回転数を調節する圧縮機制御工程と、
を備え、
前記加熱量制御工程では、前記第１温度センサが検出する温度と前記目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により直接的に演算された前記加熱量調節弁の操作量演算値の移動平均値を前記加熱量調節弁の開度操作量として演算し、前記移動平均値を演算する間隔は、前記所定時間の１／１０〜６／１０の間に設定されている、
ことを特徴とする、空気調和装置の運転方法、である。
本発明による空気調和装置の運転方法において、前記空気調和装置には、前記空気通流路における前記加熱コイルの下流側に、前記温度制御対象の空気の湿度を調節する加湿装置が設けられており、当該方法は、前記吐出口に設けられる湿度センサが検出する湿度と予め設定される目標湿度との差分に基づくＰＩＤ演算により、前記湿度センサが検出する湿度を前記目標湿度に一致させるための前記加湿装置の加湿操作量を演算して、当該加湿操作量に応じて前記加湿装置を制御する加湿制御工程を、さらに備えていてもよい。
本発明によれば、可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機を利用することにより、装置を小型化、簡素化及び省電力化しつつ使用条件の拡大を図ることができ、しかも温度制御対象の空気を高精度に所望の温度に制御することができる。
本発明の一実施の形態にかかる空気調和装置の概略図である。 図１の空気調和装置の制御ユニットのブロック図である。 加熱量調節弁の開度操作量の様子及び当該開度操作量に応じて制御される圧縮機の運転周波数の様子を説明するグラフを示す図である。
以下に、添付の図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態の空気調和装置１の概略図である。本実施の形態の空気調和装置１は、例えば、フォトレジストの塗布及び現像を行う装置に対し、温度制御された空気を供給して、装置内温度を一定に維持するために用いられる。
まず、本実施の形態の空気調和装置１の概略構成を説明する。
図１に示すように、この空気調和装置１は、可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３、及び冷却コイル１４が熱媒体を循環させるように当該順序で配管１５により接続された冷却ユニット１０と、圧縮器１１から凝縮器１２に向けて流出する前記熱媒体の一部を分岐させ、加熱コイル２１及びその下流側に設けられた加熱量調節弁２２を介して圧縮機１１の下流側において凝縮器１２に流入するように戻す加熱ユニット２０と、冷却コイル１４と加熱コイル２１とを収容し、温度制御対象の空気を取り込む取込口３１と温度制御対象の空気を吐出する吐出口３２とが設けられた空気通流路３０と、取込口３１から吐出口３２へ空気を通流させる送風機６０と、吐出口３２に設けられる第１温度センサ４１と、吐出口３２から吐出される空気が供給されるユース領域Ｕに設けられる第２温度センサ４３と、冷却コイル１４の下流側の配管内の圧力を検出する圧力センサ４４と、圧縮機１１の運転周波数、膨張弁１３の開度、及び加熱量調節弁２２の開度等を制御する制御ユニット５０と、を備えている。
また、本実施の形態にかかる空気調和装置１は、吐出口３２に設けられる湿度センサ４２と、空気通流路３０における加熱コイル２１と送風機６０との間すなわち加熱コイル２１の下流側に設けられ、温度制御対象の空気の湿度を調節する加湿装置７０と、をさらに備えている。湿度センサ４２で検出された湿度は、制御ユニット５０に入力される。制御ユニット５０は、湿度センサ４２で検出された湿度に基づき加湿装置７０を調節して、温度制御対象の空気の湿度を所望の湿度に制御するようにもなっている。
なお、図示の都合上、図１において、第１温度センサ４１及び加湿センサ４２は、吐出口３２から離れて示されているが、第１温度センサ４１及び加湿センサ４２は吐出口３２を通過する空気の温度又は湿度を検出可能な任意の態様で配置されている。
図１において、複数示された矢印Ａは、空気の流れを示している。矢印Ａに示すように、この空気調和装置１では、空気通流路３０の取込口３１から取り込まれた温度制御対象の空気が、冷却コイル１４及び加熱コイル２１を通過した後、吐出口３２から吐出されるようになっている。そして、吐出口３２から吐出される空気は、ユース領域Ｕに供給される。本実施の形態では、送風機６０が、空気通流路３０における加熱コイル２１と吐出口３２との間（図１の例では吐出口３２の近傍）に設けられ、加熱コイル２１を通過した空気が、送風機６０によって吐出口３２からユース領域Ｕに吐出されるようになっている。ユース領域Ｕは、例えばフォトレジストの塗布及び現像を行う装置（コータ等）の内部空間等である。
この空気調和装置１では、温度制御対象の空気が、冷却コイル１４によって冷却され、加熱コイル２１によって加熱され、ユース領域Ｕの温度が予め設定された目標ユース温度に向けて制御される。冷却コイル１４の冷却能力は、圧縮器１１の運転周波数及び／又は膨張弁１３の開度に応じて調節可能であり、加熱コイル２１の加熱能力は、圧縮器１１の運転周波数及び／又は加熱量調節弁２２の開度に応じて調節可能である。これら冷却能力及び加熱能力の調節は、上述した制御ユニット５０が、圧縮機１１の運転周波数、膨張弁１３の開度、及び加熱量調節弁２１の開度を調節することにより行われる。
以下、空気調和装置１の各構成について詳述する。
冷却ユニット１０において、圧縮機１１は、冷却コイル１４から流出した低温かつ低圧の気体の状態の熱媒体を圧縮し、高温（例えば８０℃）かつ高圧の気体の状態として、凝縮器１２に供給するようになっている。圧縮機１１は、可変運転周波数で運転され運転周波数に応じて回転数を調節可能なインバータ圧縮機である。圧縮機１１では、運転周波数が高いほど、より多くの熱媒体が凝縮器１２に供給されるようになっている。圧縮機１１としては、インバータとモータとを一体に有するスクロール型圧縮機が採用されることが好ましい。しかしながら、インバータによる運転周波数の調節により回転数を調節して熱媒体の供給量（流量）を調節可能であれば、圧縮機１１の形式は特に限定されるものではない。
凝縮器１２は、圧縮器１１で圧縮された熱媒体を冷却水によって冷却すると共に凝縮し、所定の冷却温度（例えば、４０℃）の高圧の液体の状態として、膨張弁１３に供給するようになっている。凝縮器１２の冷却水には、水が用いられてよいし、その他の冷媒が用いられてもよい。また、膨張弁１３は、凝縮器１２から供給された熱媒体を膨張させることにより減圧させて、低温（例えば、２℃）かつ低圧の気液混合状態として、冷却コイル１４に供給するようになっている。冷却コイル１４は、供給された熱媒体を温度制御対象の空気と熱交換させて空気を冷却するようになっている。空気と熱交換した熱媒体は、低温かつ低圧の気体の状態となって冷却コイル１４から流出して再び圧縮器１１で圧縮されるようになっている。
このような冷却ユニット１０では、圧縮器１１の運転周波数を変化させ回転数を調節することにより、凝縮器１２に供給される熱媒体の供給量を調節可能であると共に、膨張弁１３の開度を調節可能であることで、冷却コイル１４に供給される熱媒体の供給量を調節可能となっている。このような調節により冷却能力が可変となっている。
一方、加熱ユニット２０においては、加熱コイル２１が、熱媒体入口と熱媒体出口とを有している。熱媒体入口と、圧縮器１１と凝縮器１２との間の配管１５Ａの上流側と、が、供給管２５によって接続されている。一方、熱媒体出口と、配管１５Ａの下流側と、が、戻し管２６によって接続されている。また、戻し管２６には、加熱量調節弁２２が設けられている。これにより、加熱ユニット２０は、圧縮器１１から凝縮器１２に向けて流出する熱媒体の一部を分岐させ、加熱コイル２１及び加熱量調節弁２２を介して凝縮器１２に流入するように戻すことが可能となっている。
この加熱ユニット２０では、圧縮器１１によって圧縮された高温（例えば８０℃）かつ高圧の気体の状態の熱媒体が加熱コイル２１に供給される。加熱コイル２１は、供給された熱媒体を温度制御対象の空気と熱交換させて空気を加熱するようになっている。そして、空気と熱交換した熱媒体は、加熱コイル２１から戻し管２６を介して配管１５Ａに戻るようになっている。ここで、加熱量調節弁２２が、加熱コイル２１から配管１５Ａへの熱媒体の戻り量を調節することにより、加熱コイル２１における加熱能力を変更することが可能である。熱媒体の戻し量が多いほど、加熱能力が増加するようになっている。
図２は制御ユニット５０のブロック図を示す。図２に示すように、本実施の形態における制御ユニット５０は、加熱量調節弁２２の開度を制御する加熱量制御部５１と、圧縮機１１の運転周波数を制御する圧縮機制御部５２と、膨張弁１３の開度を制御する熱媒体圧力制御部５３と、加湿装置７０を制御する加湿制御部５４と、加熱量制御部５１に接続される第１パルスコンバータ５５と、熱媒体圧力制御部５３に接続される第２パルスコンバータ５６と、を有している。この制御ユニット５０には、ユース領域Ｕの目標温度である目標ユース温度と、冷却ユニット１０における熱媒体の目標圧力と、温度制御対象の空気の目標湿度とが入力される。
加熱量制御部５１は、第２温度センサ４３が検出する温度とユース領域Ｕに予め設定される目標ユース温度との差分に基づき、吐出口３２を通過する温度制御対象の空気の目標ソース温度を設定し、第１温度センサ４１が検出する温度と前記目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により、第１温度センサ４１が検出する温度を前記目標ソース温度に一致させるための加熱量調節弁２２の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて加熱量調節弁２２の開度を制御（ＰＩＤ制御）するようになっている。開度操作量とは、加熱量調節弁２２の開度を意味し、全閉のときは０％となり、全開のときは１００％となる値を意味する。
詳しくは、本実施の形態における加熱量制御部５１は、第１パルスコンバータ５５に演算した開度操作量を出力し、第１パルスコンバータ５５が開度操作量に対応するパルス信号を演算して、加熱量調節弁２２に送出する。これにより、加熱量調節弁２２の開度が演算された開度操作量となるように調節される。なお、図示省略するが、加熱量調節弁２２は、第１パルスコンバータ５５からのパルス信号に応じて駆動するステッピングモータによって、その開度を調節されるようになっている。また、上述の目標ソース温度とは、温度制御対象の空気がユース領域Ｕに供給された際に、ユース領域Ｕの温度を目標ユース温度にするための温度である。目標ソース温度と目標ユース温度との関係は、空気調和装置１とユース領域Ｕとの位置関係等に基づき、演算により又は実験的に特定されてもよい。
また、本実施の形態における加熱量制御部５１は、第１温度センサ４１が検出する温度と目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により直接的に加熱量調節弁２２の操作量演算値を演算した後、当該操作量演算値の移動平均値を加熱量調節弁２２の上述の開度操作量として演算するようになっている。
ＰＩＤ演算により直接的に演算される操作量演算値は、時系列で観察した場合に、多くの高調波を含むように演算される場合がある。このような高調波として観察される操作量演算値を実際の操作量として扱うと、制御系が乱れる場合がある。したがって、本実施の形態においては、高調波として観察される操作量演算値の影響を抑制するために、操作量演算値の移動平均値を加熱量調節弁２２の上述の開度操作量として演算する。これにより、制御の安定化が図られている。
続いて、圧縮機制御部５２は、加熱量調節弁２２の上述の開度操作量が所定時間にわたって第１閾値よりも大きくなる場合に、圧縮機１１の運転周波数を所定周波数だけ下げ、加熱量調節弁２２の上述の開度操作量が前記所定時間にわたって第１閾値よりも小さい第２閾値よりも小さくなる場合に、圧縮機１１の運転周波数を前記所定周波数だけ上げることで、圧縮機１１の回転数を調節するようになっている。
このような圧縮機制御部５２によれば、加熱量調節弁２２の開度操作量が所定時間にわたって第１閾値よりも大きい場合には、冷却能力が過剰であると判定して、圧縮機１１の運転周波数を下げて回転数を下げることで冷却能力を下げることができる。また、加熱量調節弁２２の開度操作量が所定時間にわたって第１閾値よりも小さい第２閾値よりも小さくなる場合には、冷却能力が不足していると判定して、圧縮機１１の運転周波数を上昇させて回転数を上げて冷却能力を上げることができる。このことにより、温度制御対象の空気に対する適正な温度制御を行うことができる。
ここで、本実施の形態における圧縮機制御部５２は、圧縮機１１の運転周波数を上下させるか否かの判定を、加熱量調節弁２２の開度操作量の所定時間における挙動に基づき所定時間の経過を待って行うことになる。このような処理は、圧縮機１１の運転周波数を頻繁に変化させないことで、冷却能力及び加熱能力の変化によって制御系に生じる外乱の影響を抑制して、制御精度を向上させるために行われる。上述の「所定時間」は、空気調和装置１の特性によって変化し得る値であるが、圧縮機１１の運転周波数が頻繁に変化せず、且つ目標ユース温度への実用的な到達時間を考慮すると、例えば、１０秒〜３０秒、好ましくは１５秒〜２５秒、さらに好ましくは２０秒等に設定されることが好ましい。
また、上述したように、加熱量制御部５１は、開度操作量を直接的に演算した操作量演算値の移動平均値として演算するが、この移動平均値を演算する際の間隔は、上述の「所定時間」よりも小さい時間となっている。例えば、移動平均値を演算する間隔は、上述の「所定時間」の１／１０〜６／１０等の範囲に設定してもよい。
また、圧縮機制御部５２の制御によれば、目標ユース温度への制御が安定するに従い、加熱量調節弁２２の開度が、上述した「第１閾値」と「第２閾値」との間に収束される傾向となる。このように収束した場合において、加熱量調節弁２２の開度が比較的大きい値であると、省電力化の観点において好ましくない。したがって、「第１閾値」と「第２閾値」は、空気調和装置１の特性によって変化し得る値であるが、加熱量調節弁２２の開度が全開である状態を１００％とした場合に、５〜３０％の間で設定されることが好ましい。
さらに、加熱量制御部５１が開度操作量に応じて、圧縮機１１の運転周波数を上下させる「所定周波数」は、冷却能力及び加熱能力の変化によって制御系に生じる外乱の影響を抑制する観点から、比較的小さい値であることが好ましい。この「所定周波数」は、空気調和装置１の特性及び圧縮機１１のモータの型式によって変化し得る値であるが、圧縮機１１の運転周波数が頻繁に変化せず、且つ目標ユース温度への実用的な到達時間を考慮すると、例えば、１Ｈｚ〜４Ｈｚ程度が好ましい。
ここで、図３は、圧縮機制御部５２による圧縮機１１の運転周波数の制御の一例を説明するグラフを示している。図３において、図中上側のグラフは、加熱量制御部５１の開度操作量の時間変化を示し、図中下側のグラフは、開度操作量に応じた圧縮機１１の運転周波数の時間変化を示している。
図３においては、加熱量調節弁２２の開度操作量が所定時間Ｌにわたって第１閾値Ｔｈ１よりも大きくなったポイントＰ１で、圧縮機１１の運転周波数が所定周波数だけ下げられている。また、加熱量調節弁２２の開度操作量が所定時間Ｌにわたって第２閾値Ｔｈ２よりも小さくなったポイントＰ２で、圧縮機１１の運転周波数が所定周波数だけ上げられている。図３に示すように、本実施の形態では、圧縮機１１の運転周波数が、比較的長い時間をかけて段階的に変化することになる。
続いて、熱媒体圧力制御部５３は、圧力センサ４４が検出する圧力と予め設定される目標圧力との差分に基づくＰＩＤ演算により、圧力センサ４４が検出する圧力を前記目標圧力に一致させるための膨張弁１３の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて膨張弁１３の開度を制御（ＰＩＤ制御）するようになっている。
詳しくは、本実施の形態における熱媒体圧力制御部５３は、第２パルスコンバータ５６に演算した開度操作量を出力し、第２パルスコンバータ５６が開度操作量に対応するパルス信号を演算して、膨張弁１３に送出する。これにより、膨張弁１３の開度が演算された開度操作量となるように調節される。なお、図示省略するが、膨張弁１３は、第２パルスコンバータ５６からのパルス信号に応じて駆動するステッピングモータによって、その開度を調節されるようになっている。
また、加湿制御部５４は、湿度センサ４２が検出する湿度と予め設定される目標湿度との差分に基づくＰＩＤ演算により、湿度センサ４２が検出する湿度を前記目標湿度に一致させるための加湿装置７０の加湿操作量を演算して、当該加湿操作量に応じて前記加湿装置７０を制御（ＰＩＤ制御）するようになっている。加湿装置７０は、例えば加熱ヒータと、加熱ヒータによって加熱される水を貯留する槽とを有する。この場合には、加熱ヒータが加湿操作量に応じて制御されることになる。
次に、本実施の形態の空気調和装置１の動作について説明する。
本実施の形態の空気調和装置１では、まず、制御ユニット５０において、ユース領域Ｕの目標温度である目標ユース温度と、冷却ユニット１０における熱媒体の目標圧力と、温度制御対象の空気の目標湿度とが入力される。また、送風機６０が駆動されることにより、空気通流路３０内の空気が吐出口３２側に流動することにより、空気通流路３０の取込口３１から温度制御対象の空気が取り込まれる。さらに、冷却ユニット１０の圧縮機１１も駆動される。
空気通流路３０の取込口３１から取り込まれた空気は、まず、冷却コイル１４を通過し、その後、加熱コイル２１を通過する。その後、この空気は、加湿装置７０によって加湿された後、吐出口３２から吐出され、ユース領域Ｕに至る。この際、吐出口３２から吐出される空気は、第１温度センサ４１によって温度が検出され、湿度センサ４２によって湿度が検出される。また、ユース領域Ｕの温度が第２温度センサ４３によって検出され、冷却コイル１４の下流側の熱媒体の圧力も圧力センサ４４によって検出される。そして、第１温度センサ４１は、検出した温度を制御ユニット５０に出力し、湿度センサ４２は、検出した湿度を制御ユニット５０に出力する。第２温度センサ４３は、検出した温度を制御ユニット５０に出力し、圧力センサ４４は、検出した圧力を制御ユニット５０に出力する。
そして、制御ユニット５０において、加熱量制御部５１は、第２温度センサ４３が検出する温度とユース領域Ｕに予め設定される目標ユース温度との差分に基づき、吐出口３２を通過する温度制御対象の空気の目標ソース温度を設定し、第１温度センサ４１が検出する温度と前記目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により、第１温度センサ４１が検出する温度を前記目標ソース温度に一致させるための加熱量調節弁２２の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて加熱量調節弁２２の開度を制御する。
また、圧縮機制御部５２は、加熱量調節弁２２の上述の開度操作量が所定時間にわたって第１閾値よりも大きくなる場合に、圧縮機１１の運転周波数を所定周波数だけ下げ、加熱量調節弁２２の上述の開度操作量が前記所定時間にわたって第１閾値よりも小さい第２閾値よりも小さくなる場合に、圧縮機１１の運転周波数を前記所定周波数だけ上げることで、圧縮機１１の回転数を調節する。
また、熱媒体圧力制御部５３は、圧力センサ４４が検出する圧力と予め設定される目標圧力との差分に基づくＰＩＤ演算により、圧力センサ４４が検出する圧力を前記目標圧力に一致させるための膨張弁１３の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて膨張弁１３の開度を制御する。
さらに、加湿制御部５４は、湿度センサ４２が検出する湿度と予め設定される目標湿度との差分に基づくＰＩＤ演算により、湿度センサ４２が検出する湿度を前記目標湿度に一致させるための加湿装置７０の加湿操作量を演算して、当該加湿操作量に応じて前記加湿装置７０を制御する。
上述の加熱量制御部５１、圧縮機制御部５２、熱媒体圧力制御部５３及び加湿制御部５４の制御によって、ユース領域Ｕの温度が目標ユース温度に向けて制御されるとともに、空気の湿度が目標湿度に向けて制御される。
以上に説明した本実施の形態の空気調和装置１によれば、可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機１１が採用されることにより、圧縮機１１の回転数を変更することができる。これにより、広い範囲に設定された使用環境温度及び目標温度（目標ユース温度、目標ソース温度）の条件下であっても、単一の圧縮機１１により温度制御対象の空気の温度を目標温度へ制御するための十分に広い範囲の冷却能力を得ることができる。また、冷却能力がそれほど必要とされない場合には、運転周波数を下げることで、省電力化を図ることができる。よって、装置を小型化、簡素化及び省電力化しつつ使用条件の拡大を図ることができる。
また、加熱ユニット２０は、圧縮器１１から凝縮器１２に向けて流出する熱媒体の一部を分岐させ、加熱コイル２１及びその下流側に設けられた加熱量調節弁２２を介して圧縮機１１の下流側において凝縮器１２に流入するように戻す構成を採用している。これにより、目標温度への制御精度を向上できる共に加熱量調節弁２２の簡素化によって装置全体を簡素化することができる。
すなわち、本実施の形態とは異なり、加熱コイル２１の上流側に流量を調節するための弁が設けられる場合には、当該弁は、圧縮機１１からの高温かつ高圧の気体の状態の熱媒体を制御することになる。気体の状態の熱媒体の流量の制御は、液体の状態の熱媒体の流量の制御に比較して、高精度に行うことが難しい。しかも、高温かつ高圧の状態の熱媒体に耐え得る重厚な構造も必要となる。これに対して、本実施の形態では、加熱量調節弁２２が加熱コイル２１の下流側に設けられることによって、加熱量調節弁２２が加熱コイル２１を通過後の液化された状態の熱媒体の流量を制御することができる。しかも、この熱媒体は、温度が低下しているため、加熱量調節弁２２は比較的簡易な構造でも熱媒体の温度に耐え得る。よって、目標温度への制御精度を向上できると共に加熱量調節弁２２の簡素化によって装置全体を簡素化することができる。
また、加熱コイル２１を通過した熱媒体の一部を圧縮機１１の下流側（凝縮器１２の上流側）に戻すという構成によれば、加熱コイル２１を通過後の液化された状態の熱媒体が凝縮器１２に戻ることになる。これにより、加熱コイル２１を通過し液化した状態の熱媒体が圧縮機１１に流入することを防止し、装置をスムーズに運転させることができ、その結果、目標温度への制御精度を向上できる。
すなわち、本実施の形態とは異なり、加熱コイル２１を通過し液化した状態の熱媒体が圧縮機１１に流入する場合には、いわゆる液バック現象が生じる。このような液バック現象では、圧縮機１１内の可動部分に供給される潤滑油が流出して、焼付が生じる可能性がある。また、圧縮機１１が液体を圧縮することで、圧縮機１１の運転の安定性が損なわれる可能性がある。これに対して、本実施の形態では、圧縮機１１の下流側に熱媒体を戻すことで、圧縮機１１内の部材の焼付や圧縮機１１の運転が安定しなくなることを防止できるので、装置をスムーズに運転させることができ、その結果、目標温度への制御精度を向上できる。
また、加熱量調整部５１は、第２温度センサ４３が検出する温度とユース領域Ｕに予め設定される目標ユース温度との差分に基づき、吐出口３２を通過する温度制御対象の空気の目標ソース温度を設定し、第１温度センサ４１が検出する温度と目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により、第１温度センサ４１が検出する温度を目標ソース温度に一致させるための加熱量調節弁２２の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて加熱量調節弁２２の開度を制御する。これにより、吐出口３２を通過した温度制御対象の空気がユース領域Ｕに至る際の外乱及び応答性の影響を考慮することにより、温度制御対象の空気によってユース領域Ｕの温度を目標ユース温度に制御するための的確な加熱量調節弁２２の開度操作量を得ることができる。よって、目標温度（目標ユース温度）への制御精度を向上できる。
また、圧縮機制御部５２は、加熱量調節弁２２の開度操作量が所定時間Ｌにわたって第１閾値Ｔｈ１よりも大きくなる場合に、圧縮機１１の運転周波数を所定周波数だけ下げ、加熱量調節弁２２の開度操作量が所定時間Ｌにわたって第１閾値Ｔｈ１よりも小さい第２閾値Ｔｈ２よりも小さくなる場合に、圧縮機１１の運転周波数を所定周波数だけ上げることで、圧縮機１１の回転数を調節する。これにより、加熱量調節弁２２の開度操作量が所定時間Ｌにわたって第１閾値Ｔｈ１よりも大きい場合には、冷却能力が過剰であると判定して、圧縮機１１の運転周波数を下げて回転数を下げることで冷却能力を下げることができる。また、加熱量調節弁２２の開度操作量が所定時間Ｌにわたって第１閾値Ｔｈ１よりも小さい第２閾値Ｔｈ２よりも小さくなる場合には、冷却能力が不足していると判定して、圧縮機１１の運転周波数を上げて回転数を上げることで冷却能力を上げることができる。このことにより、温度制御対象の空気に対する適正な温度制御を行うことができる。
とりわけ、圧縮機１１の運転周波数を上下させるか否かは、加熱量調節弁２２の開度操作量の所定時間Ｌにおける挙動に基づき所定時間Ｌの経過を待って判定されるため、圧縮機１１の運転周波数は段階的に上下し、急激に運転周波数が変更されることを防止できる。これにより、運転周波数の変更に応じた冷却能力及び加熱能力の変動による外乱の影響を抑制できる。よって、目標温度への制御精度を向上できる。
また、熱媒体圧力制御部５３は、圧力センサ４４が検出する圧力と予め設定される目標圧力との差分に基づくＰＩＤ演算により、圧力センサ４４が検出する圧力を目標圧力に一致させるための膨張弁１３の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて膨張弁１３の開度を制御する。これにより、冷却コイル１４から流出する熱媒体の温度を安定させることができるため、冷却能力が安定する。よって、目標温度への制御精度を向上できる。
以上の結果、本実施の形態によれば、可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機１１を利用することにより、装置を小型化、簡素化及び省電力化しつつ使用条件の拡大を図ることができ、しかも温度制御対象の空気を高精度に所望の温度に制御することができる。本件発明者は、ある条件で、本実施の形態にかかる空気調和装置１を運転させた際に、ユース領域Ｕの温度を目標ユース温度の＋０．０３℃乃至−０．０３℃の誤差範囲内に制御できたことを確認している。
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではない。
１ 空気調和装置
１０ 冷却ユニット
１１ 圧縮機
１２ 凝縮器
１３ 膨張弁
１４ 冷却コイル
１５ 配管
１５Ａ 配管
２０ 加熱ユニット
２１ 加熱コイル
２２ 加熱量調節弁
２５ 供給管
２６ 戻し配管
３０ 空気通流路
３１ 取込口
３２ 吐出口
４１ 第１温度センサ
４２ 湿度センサ
４３ 第２温度センサ
４４ 圧力センサ
５０ 制御ユニット
５１ 加熱量制御部
５２ 圧縮機制御部
５３ 熱媒体圧力制御部
５４ 加湿制御部
５５ 第１パルスコンバータ
５６ 第２パルスコンバータ
６０ 送風機
７０ 加湿装置
Ｕ ユース領域

Claims (4)

  1. 可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び冷却コイルが熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された冷却ユニットと、
    前記圧縮器から前記凝縮器に向けて流出する前記熱媒体の一部を分岐させ、加熱コイル及びその下流側に設けられた加熱量調節弁を介して前記圧縮機の下流側において前記凝縮器に流入するように戻す加熱ユニットと、
    前記冷却コイルと前記加熱コイルとを収容し、温度制御対象の空気を取り込む取込口と、前記温度制御対象の空気を吐出する吐出口と、が設けられた空気通流路と、
    前記取込口から前記吐出口へ空気を通流させる送風機と、
    前記吐出口に設けられる第１温度センサと、
    前記吐出口から吐出される空気が供給されるユース領域に設けられる第２温度センサと、
    前記冷却コイルの下流側の前記配管内の圧力を検出する圧力センサと、
    前記圧縮機の運転周波数、前記膨張弁の開度、及び前記加熱量調節弁の開度を制御する制御ユニットと、
    を備え、
    前記制御ユニットは、
    前記圧力センサが検出する圧力と予め設定される目標圧力との差分に基づくＰＩＤ演算により、前記圧力センサが検出する圧力を前記目標圧力に一致させるための前記膨張弁の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて前記膨張弁の開度を制御する熱媒体圧力制御部と、
    前記第２温度センサが検出する温度と前記ユース領域に予め設定される目標ユース温度との差分に基づき、前記吐出口を通過する前記温度制御対象の空気の目標ソース温度を設定し、前記第１温度センサが検出する温度と前記目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により、前記第１温度センサが検出する温度を前記目標ソース温度に一致させるための前記加熱量調節弁の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて前記加熱量調節弁の開度を制御する加熱量制御部と、
    前記加熱量制御部によって演算された前記加熱量調節弁の開度操作量が１０秒〜３０秒の間に設定される所定時間にわたって第１閾値よりも大きくなる場合に、前記圧縮機の運転周波数を所定周波数だけ下げ、前記加熱量制御部によって演算された前記加熱量調節弁の開度操作量が前記所定時間にわたって第１閾値よりも小さい第２閾値よりも小さくなる場合に、前記圧縮機の運転周波数を前記所定周波数だけ上げることで、前記圧縮機の回転数を調節する圧縮機制御部と、
    を有し、
    前記加熱量制御部は、前記第１温度センサが検出する温度と前記目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により直接的に演算された前記加熱量調節弁の操作量演算値の移動平均値を前記加熱量調節弁の開度操作量として演算し、前記移動平均値を演算する間隔は、前記所定時間の１／１０〜６／１０の間に設定されている、
    ことを特徴とする、空気調和装置。
  2. 前記空気通流路における前記加熱コイルの下流側に設けられ、前記温度制御対象の空気の湿度を調節する加湿装置と、
    前記吐出口に設けられる湿度センサと、をさらに備え、
    前記制御ユニットは、前記湿度センサが検出する湿度と予め設定される目標湿度との差分に基づくＰＩＤ演算により、前記湿度センサが検出する湿度を前記目標湿度に一致させるための前記加湿装置の加湿操作量を演算して、当該加湿操作量に応じて前記加湿装置を制御する加湿制御部をさらに有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
  3. 可変運転周波数で運転され回転数を調節可能な圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び冷却コイルが熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された冷却ユニットと、前記圧縮器から前記凝縮器に向けて流出する前記熱媒体の一部を分岐させ、加熱コイル及びその下流側に設けられた加熱量調節弁を介して前記圧縮機の下流側において前記凝縮器に流入するように戻す加熱ユニットと、前記冷却コイルと前記加熱コイルとを収容し、温度制御対象の空気を取り込む取込口と、前記温度制御対象の空気を吐出する吐出口と、が設けられた空気通流路と、前記取込口から前記吐出口へ空気を通流させる送風機と、前記吐出口に設けられる第１温度センサと、前記吐出口から吐出される空気が供給されるユース領域に設けられる第２温度センサと、を備える空気調和装置の運転方法であって、
    前記空気通流路における前記冷却コイルの下流側の前記配管内の圧力を検出する圧力センサが検出する圧力と予め設定される目標圧力との差分に基づくＰＩＤ演算により、前記圧力センサが検出する圧力を前記目標圧力に一致させるための前記膨張弁の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて前記膨張弁の開度を制御する熱媒体圧力制御工程と、
    前記第２温度センサが検出する温度と前記ユース領域に予め設定される目標ユース温度との差分に基づき、前記吐出口を通過する前記温度制御対象の空気の目標ソース温度を設定し、前記第１温度センサが検出する温度と前記目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により、前記第１温度センサが検出する温度を前記目標ソース温度に一致させるための前記加熱量調節弁の開度操作量を演算して、当該開度操作量に応じて前記加熱量調節弁の開度を制御する加熱量制御工程と、
    前記加熱量制御部によって演算された前記加熱量調節弁の開度操作量が１０秒〜３０秒の間に設定される所定時間にわたって第１閾値よりも大きくなる場合に、前記圧縮機の運転周波数を所定周波数だけ下げ、前記加熱量制御部によって演算された前記加熱量調節弁の開度操作量が前記所定時間にわたって第１閾値よりも小さい第２閾値よりも小さくなる場合に、前記圧縮機の運転周波数を前記所定周波数だけ上げることで、前記圧縮機の回転数を調節する圧縮機制御工程と、
    を備え、
    前記加熱量制御工程では、前記第１温度センサが検出する温度と前記目標ソース温度との差分に基づくＰＩＤ演算により直接的に演算された前記加熱量調節弁の操作量演算値の移動平均値を前記加熱量調節弁の開度操作量として演算し、前記移動平均値を演算する間隔は、前記所定時間の１／１０〜６／１０の間に設定されている、
    ことを特徴とする、空気調和装置の運転方法。
  4. 前記空気調和装置には、前記空気通流路における前記加熱コイルの下流側に、前記温度制御対象の空気の湿度を調節する加湿装置が設けられており、
    前記吐出口に設けられる湿度センサが検出する湿度と予め設定される目標湿度との差分に基づくＰＩＤ演算により、前記湿度センサが検出する湿度を前記目標湿度に一致させるための前記加湿装置の加湿操作量を演算して、当該加湿操作量に応じて前記加湿装置を制御する加湿制御工程を、さらに備える、
    ことを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置の運転方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018154909A1 (ja) 2017-02-23 2018-08-30 伸和コントロールズ株式会社 空気調和装置
WO2018207531A1 (ja) 2017-05-09 2018-11-15 伸和コントロールズ株式会社 空気調和装置
CN109477646A (zh) * 2016-08-03 2019-03-15 伸和控制工业股份有限公司 空气调节装置
TWI659184B (zh) * 2016-09-02 2019-05-11 伸和控制工業股份有限公司 Air conditioning system

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6049936B1 (ja) 2016-06-30 2016-12-21 伸和コントロールズ株式会社 空気調和装置
CN107036237B (zh) * 2017-03-30 2020-04-10 青岛海尔空调器有限总公司 空调器制热控制方法和控制装置
JP6831568B2 (ja) * 2017-04-25 2021-02-17 伸和コントロールズ株式会社 空気調和装置
CN107750984B (zh) * 2017-10-16 2023-07-28 小佩网络科技（上海）有限公司 一种宠物窝以及宠物窝的控制方法
EP3825616B1 (en) * 2018-07-18 2024-02-07 Mitsubishi Electric Corporation Air conditioning device and air conditioning method
CN108956183A (zh) * 2018-09-13 2018-12-07 上海齐耀膨胀机有限公司 膨胀机试验装置及其试验方法
JP7171360B2 (ja) * 2018-10-19 2022-11-15 伸和コントロールズ株式会社 空気調和装置、空気調和装置を具備する基板の浮上式搬送ユニット、並びに基板の浮上式搬送用空気の供給方法
CN109757920A (zh) * 2019-01-09 2019-05-17 青岛海尔空调器有限总公司 能源系统、能源系统的控制方法及装置、存储介质
DK4030122T3 (da) * 2019-09-09 2023-07-24 Mitsubishi Electric Corp Udendørsenhed og kølekredsløbsapparat
CN111520882B (zh) * 2020-04-02 2021-09-24 广东汇电云联智能科技有限公司 用于空调系统水力平衡的自动测量方法、装置及存储介质
CN111692736B (zh) * 2020-06-04 2021-11-19 广东美的制冷设备有限公司 电子膨胀阀的控制方法及空调系统
CN115451621A (zh) * 2021-06-09 2022-12-09 青岛海特生物医疗有限公司 用于压缩机频率调节的方法及装置、压缩机
CN113719987B (zh) * 2021-07-27 2023-05-16 宁波奥克斯电气股份有限公司 电子膨胀阀的控制方法、装置及空调器
CN113710078B (zh) * 2021-10-29 2022-02-08 天津飞旋科技股份有限公司 一种变频器的散热方法和散热系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01160275U (ja) * 1987-12-24 1989-11-07
JP2001012808A (ja) * 1999-06-29 2001-01-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空気調和機の膨張弁制御方法及びその装置
JP2002286301A (ja) * 2001-03-27 2002-10-03 Hitachi Ltd 冷凍サイクル
JP2010230184A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Orion Mach Co Ltd 温湿度調整装置
JP2011133170A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Daikin Industries Ltd 空気調和装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4236531B2 (ja) * 2002-09-25 2009-03-11 三洋電機株式会社 空気調和装置
CN200975808Y (zh) * 2006-09-29 2007-11-14 邱致琏 变频节能热泵冷冻空调机组
US9347676B2 (en) * 2006-10-26 2016-05-24 Lennox Industries Inc. Enhanced dehumidification control with variable condenser reheat
EP2131041B1 (en) * 2007-03-27 2018-08-22 Mitsubishi Electric Corporation Sirocco fan and air conditioner
CN102317699B (zh) * 2009-02-20 2014-11-12 三菱电机株式会社 使用侧单元及空气调节装置
JP5647396B2 (ja) * 2009-03-19 2014-12-24 ダイキン工業株式会社 空気調和装置
JP5097852B1 (ja) 2011-11-18 2012-12-12 伸和コントロールズ株式会社 空気調和方法および空気調和装置
CN204128064U (zh) * 2014-09-12 2015-01-28 意阁环境系统（上海）有限公司 一种节能型精密空调

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01160275U (ja) * 1987-12-24 1989-11-07
JP2001012808A (ja) * 1999-06-29 2001-01-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空気調和機の膨張弁制御方法及びその装置
JP2002286301A (ja) * 2001-03-27 2002-10-03 Hitachi Ltd 冷凍サイクル
JP2010230184A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Orion Mach Co Ltd 温湿度調整装置
JP2011133170A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Daikin Industries Ltd 空気調和装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109477646A (zh) * 2016-08-03 2019-03-15 伸和控制工业股份有限公司 空气调节装置
CN109477646B (zh) * 2016-08-03 2022-02-22 伸和控制工业股份有限公司 空气调节装置
TWI659184B (zh) * 2016-09-02 2019-05-11 伸和控制工業股份有限公司 Air conditioning system
WO2018154909A1 (ja) 2017-02-23 2018-08-30 伸和コントロールズ株式会社 空気調和装置
US11333375B2 (en) 2017-02-23 2022-05-17 Shinwa Controls Co., Ltd Air conditioner
US10866009B2 (en) 2017-04-10 2020-12-15 Shinwa Controls Co., Ltd Air conditioning system regulating temperature and humidity of air
WO2018207531A1 (ja) 2017-05-09 2018-11-15 伸和コントロールズ株式会社 空気調和装置

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