CN108139107A - 空调装置及其运转方法 - Google Patents

Abstract

提供空调装置，使用以可变运转频率进行运转的压缩机，能够使装置小型化、简洁化及节能化，而且能够高精度地将空气控制为期望的温度。空调装置(1)具有：冷却单元(10)，其具有以可变运转频率进行运转并能够调节转速的压缩机(11)、冷凝器(12)、膨胀阀(13)及冷却线圈(14)；以及加热单元(20)，其使从压缩机(11)向冷凝器(12)流出的热介质的一部分分支，并使该一部分热介质经由加热线圈(21)及其下游侧的加热量调节阀(22)而返回流入冷凝器(12)，利用冷却线圈(14)及加热线圈(21)来控制空气的温度。当加热量调节阀(22)的开度操作量在规定时间内大于第1阈值的情况下，使压缩机(11)的运转频率下降，当加热量调节阀(22)的开度操作量在规定时间内小于比第1阈值小的第2阈值的情况下，使压缩机11的运转频率提高。

Description

空调装置及其运转方法

技术领域

本发明涉及空调装置及其运转方法。

背景技术

利用空调装置严格地管理半导体制造设备中的洁净室的室内温度。例如，在设置有进行光致抗蚀剂的涂敷及显影的装置(涂敷机等)的洁净室中，有些情况下要求将室内温度控制在目标温度的+0.05℃～-0.05℃的误差范围内。作为能够应对这种洁净室的空调装置，以往提出了各种装置(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－108652号公报

发明内容

发明要解决的问题

这种空调装置通常具有冷却单元和加热用加热器，该冷却单元是通过配管将压缩机、冷凝器、膨胀阀及冷却线圈按照该顺序进行连接而成的，以使热介质进行循环，作为冷却单元的压缩机，通常使用以固定的转速进行驱动的压缩机。这是因为，若是以固定的转速进行驱动的压缩机，则冷却单元内的热介质基本上会以固定的流量进行循环，因而容易高精度地进行空气的温度控制。

但是，在以固定的转速进行驱动的压缩机中，即使在温度控制对象的空气的温度低于目标温度、该空气的冷却不需要冷却能力的情况下，也始终以固定的转速进行驱动。因此，有时会无效地发生电耗，在节能化方面还有改善的余地。另外，冷却能力虽然可以通过膨胀阀等的开度调节而改变，但其可变范围比较小，也存在使用条件受制约的问题。

与此相对，在家庭用的空调装置中，通过对以可变运转频率进行运转并能够调节转速的压缩机进行变频控制来实现节能化的情况较多。在这种装置中，通过变更运转频率就能够在比较大的范围内调节冷却能力，因而可以说能够适用于各种使用条件。然而，冷却能力根据运转频率的变更而变动，因而不适合高精度的温度控制。因此，这种压缩机虽然具有节能等各种优点，但是在用于洁净室等的空调装置中极少采用。

本发明就是考虑到这种实际情况而完成的，其目的在于，提供空调装置及其运转方法，在空调装置中使用以可变运转频率进行运转并能够调节转速的压缩机，由此能够使装置小型化、简洁化及节能化，并实现使用条件的扩大，而且能够将温度控制对象的空气高精度地控制为期望的温度。

用于解决问题的手段

本发明的空调装置的特征在于，该空调装置具有：冷却单元，其通过配管将压缩机、冷凝器、膨胀阀及冷却线圈按照该顺序进行连接而成，以使热介质进行循环，该压缩机以可变运转频率进行运转并能够调节转速；加热单元，其使从所述压缩机向所述冷凝器流出的所述热介质的一部分分支，并使该一部分热介质经由加热线圈及在其下游侧设置的加热量调节阀而在所述压缩机的下游侧返回流入所述冷凝器；空气流通路径，其收纳所述冷却线圈和所述加热线圈，并设有取入温度控制对象的空气的取入口、和喷出所述温度控制对象的空气的喷出口；送风机，其使空气从所述取入口向所述喷出口流通；第1温度传感器，其设于所述喷出口；第2温度传感器，其设于被供给从所述喷出口喷出的空气的使用区域内；压力传感器，其检测所述冷却线圈的下游侧的所述配管内的压力；以及控制单元，其控制所述压缩机的运转频率、所述膨胀阀的开度、及所述加热量调节阀的开度，所述控制单元具有：热介质压力控制部，其通过基于所述压力传感器检测出的压力与预先设定的目标压力的差分进行的PID运算，运算用于使所述压力传感器检测出的压力与所述目标压力一致的所述膨胀阀的开度操作量，并按照该开度操作量控制所述膨胀阀的开度；加热量控制部，其根据所述第2温度传感器检测出的温度与对所述使用区域预先设定的目标使用温度的差分，设定在所述喷出口中通过的所述温度控制对象的空气的目标源温度，通过基于所述第1温度传感器检测出的温度与所述目标源温度的差分进行的PID运算，运算用于使所述第1温度传感器检测出的温度与所述目标源温度一致的所述加热量调节阀的开度操作量，并按照该开度操作量控制所述加热量调节阀的开度；以及压缩机控制部，其在由所述加热量控制部运算出的所述加热量调节阀的开度操作量在被设定为10秒～30秒之间的规定时间内大于第1阈值的情况下，使所述压缩机的运转频率下降规定频率，在由所述加热量控制部运算出的所述加热量调节阀的开度操作量在所述规定时间内小于比第1阈值低的第2阈值的情况下，使所述压缩机的运转频率提高所述规定频率，由此调节所述压缩机的转速，所述加热量控制部运算通过基于所述第1温度传感器检测出的温度与所述目标源温度的差分进行的PID运算而直接运算出的所述加热量调节阀的操作量运算值的移动平均值作为所述加热量调节阀的开度操作量，将运算所述移动平均值的间隔设定为所述规定时间的1/10～6/10之间。

根据本发明能够得到以下的作用效果。

(1)通过采用以可变运转频率进行运转并能够调节转速的压缩机，能够变更压缩机的转速。由此，即使在被设定为较大范围的使用环境温度及目标温度(目标使用温度、目标源温度)的条件下，也能够通过单一的压缩机得到用于将温度控制对象的空气的温度控制成目标温度的足够大的范围的冷却能力。并且，在不那么需要冷却能力的情况下，通过降低运转频率，能够实现节能。因此，能够使装置小型化、简洁化及节能化，并且实现使用条件的扩大。

(2)加热单元采用这样的结构，使从压缩机向冷凝器流出的所述热介质的一部分分支，并使该一部分热介质经由加热线圈及在其下游侧设置的加热量调节阀而在压缩机的下游侧返回流入冷凝器。因此，能够提高向目标温度的控制精度，并且通过加热量调节阀的简化能够使装置整体简化。

即，在与本发明不同，在加热线圈的上游侧设有调节流量用的阀的情况下，该阀对来自压缩机的高温且高压的气体状态的热介质进行控制。与液体状态的热介质的流量的控制相比，难以高精度地进行气体状态的热介质的流量控制。而且，也需要能够承受高温且高压的状态的热介质的厚重的构造。与此相对，在本发明中，通过将加热量调节阀设于加热线圈的下游侧，加热量调节阀能够控制在加热线圈中通过后的液化状态的热介质的流量。而且，该热介质的温度下降，因而即使加热量调节阀是比较简易的构造也能够承受热介质的温度。因此，能够提高向目标温度的控制精度，并且通过加热量调节阀的简化能够使装置整体简化。

(3)另外，根据使在加热线圈中通过的热介质的一部分返回到压缩机的下游侧(冷凝器的上游侧)的结构，在加热线圈中通过后的液化状态的热介质返回到冷凝器。由此，可防止在加热线圈中通过并被液化的状态的热介质流入压缩机，能够使装置顺畅运转，其结果是，能够提高向目标温度的控制精度。

即，在与本发明不同，在加热线圈中通过并被液化的状态的热介质流入压缩机的情况下，会产生所谓液反流现象。在这样的液反流现象中，供给到压缩机内的可动部分的润滑油可能会流出而产生烧结。并且，压缩机对液体进行压缩，有可能损坏压缩机的运转的稳定性。与此相对，在本发明中，通过使热介质返回到压缩机的下游侧，能够防止压缩机内的部件的烧结或压缩机的运转不稳定，因而能够使装置顺畅运转，其结果是，能够提高向目标温度的控制精度。

(4)另外，热介质压力控制部通过基于压力传感器检测出的压力与预先设定的目标压力的差分进行的PID运算，运算用于使压力传感器检测出的压力与目标压力一致的膨胀阀的开度操作量，并按照该开度操作量控制所述膨胀阀的开度。由此，能够使从冷却线圈流出的热介质的温度稳定，因而冷却能力稳定。因此，能够提高向目标温度的控制精度。

(5)另外，加热量调整部根据第2温度传感器检测出的温度与对使用区域预先设定的目标使用温度的差分，设定在喷出口中通过的温度控制对象的空气的目标源温度，通过基于第1温度传感器检测出的温度与目标源温度的差分进行的PID运算，运算用于使第1温度传感器检测出的温度与目标源温度一致的加热量调节阀的开度操作量，并按照该开度操作量控制所述加热量调节阀的开度。因此，通过考虑到在喷出口中通过的温度控制对象的空气到达使用区域时的外部干扰及响应性的影响，能够得到用于利用温度控制对象的空气将使用区域的温度控制成目标使用温度的准确的加热量调节阀的开度操作量。因此，能够提高向目标温度(目标使用温度)的控制精度。

(6)另外，压缩机控制部在加热量调节阀的开度操作量在规定时间内大于第1阈值的情况下，使压缩机的运转频率下降规定频率，在加热量调节阀的开度操作量在规定时间内小于比第1阈值低的第2阈值的情况下，使压缩机的运转频率提高规定频率，由此调节压缩机的转速。因此，在加热量调节阀的开度操作量在规定时间内大于第1阈值的情况下，判定为冷却能力过剩，并通过使压缩机的运转频率下降来使转速下降，由此能够使冷却能力下降。并且，在加热量调节阀的开度操作量在规定时间内小于比第1阈值低的第2阈值的情况下，判定为冷却能力不足，并通过使压缩机的运转频率提高来使转速提高，由此能够使冷却能力提高。由此，能够针对温度控制对象的空气进行适当的温度控制。

特别是，关于使压缩机的运转频率提高还是下降，根据加热量调节阀的开度操作量在规定时间内的举动，并等待经过规定时间后进行判定，因而压缩机的运转频率呈阶段性地提高或下降，能够防止运转频率急剧变更。由此，可抑制与运转频率的变更对应的冷却能力及加热能力的变动所引起的外部干扰的影响，因而能够提高向目标温度的控制精度。

如以上所述，根据本发明，通过使用以可变运转频率进行运转并能够调节转速的压缩机，能够使装置小型化、简洁化及节能化，并实现使用条件的扩大，而且能够高精度地将温度控制对象的空气控制为期望的温度。

本发明的空调装置可以构成为，还具有：加湿装置，其设于所述空气流通路径中的所述加热线圈的下游侧，对所述温度控制对象的空气的湿度进行调节；以及湿度传感器，其设于所述喷出口，所述控制单元还具有加湿控制部，该加湿控制部通过基于所述湿度传感器检测出的湿度与预先设定的目标湿度的差分进行的PID运算，运算用于使所述湿度传感器检测出的湿度与所述目标湿度一致的所述加湿装置的加湿操作量，并按照该加湿操作量控制所述加湿装置。

另外，本发明的空调装置的运转方法中，该空调装置具有：冷却单元，其通过配管将压缩机、冷凝器、膨胀阀及冷却线圈按照该顺序进行连接而成，以使热介质进行循环，该压缩机以可变运转频率进行运转并能够调节转速；加热单元，其使从所述压缩机向所述冷凝器流出的所述热介质的一部分分支，并使该一部分热介质经由加热线圈及在其下游侧设置的加热量调节阀而在所述压缩机的下游侧返回流入所述冷凝器；空气流通路径，其收纳所述冷却线圈和所述加热线圈，并设有取入温度控制对象的空气的取入口、和喷出所述温度控制对象的空气的喷出口；送风机，其使空气从所述取入口向所述喷出口流通；第1温度传感器，其设于所述喷出口；以及第2温度传感器，其设于被供给从所述喷出口喷出的空气的使用区域内，该空调装置的运转方法的特征在于，所述运转方法包括以下步骤：

热介质压力控制步骤，通过基于压力传感器检测出的压力与预先设定的目标压力的差分进行的PID运算，运算用于使所述压力传感器检测出的压力与所述目标压力一致的所述膨胀阀的开度操作量，并按照该开度操作量控制所述膨胀阀的开度，所述压力传感器检测所述空气流通路径中的所述冷却线圈的下游侧的所述配管内的压力；

加热量控制步骤，根据所述第2温度传感器检测出的温度与对所述使用区域预先设定的目标使用温度的差分，设定在所述喷出口中通过的所述温度控制对象的空气的目标源温度，通过基于所述第1温度传感器检测出的温度与所述目标源温度的差分进行的PID运算，运算用于使所述第1温度传感器检测出的温度与所述目标源温度一致的所述加热量调节阀的开度操作量，并按照该开度操作量控制所述加热量调节阀的开度；以及

压缩机控制步骤，在所述加热量控制步骤中运算出的所述加热量调节阀的开度操作量在被设定为10秒～30秒之间的规定时间内大于第1阈值的情况下，使所述压缩机的运转频率下降规定频率，在所述加热量控制步骤中运算出的所述加热量调节阀的开度操作量在所述规定时间内小于比第1阈值低的第2阈值的情况下，使所述压缩机的运转频率提高所述规定频率，由此调节所述压缩机的转速，

在所述加热量控制步骤中，运算通过基于所述第1温度传感器检测出的温度与所述目标源温度的差分进行的PID运算而直接运算出的所述加热量调节阀的操作量运算值的移动平均值作为所述加热量调节阀的开度操作量，将运算所述移动平均值的间隔设定为所述规定时间的1/10～6/10之间。

本发明的空调装置的运转方法可以构成为，在所述空调装置中，在所述空气流通路径中的所述加热线圈的下游侧设有对所述温度控制对象的空气的湿度进行调节的加湿装置，该方法还包括加湿控制步骤，通过根据设于所述喷出口的湿度传感器检测出的湿度与预先设定的目标湿度的差分进行的PID运算，运算用于使所述湿度传感器检测出的湿度与所述目标湿度一致的所述加湿装置的加湿操作量，并按照该加湿操作量控制所述加湿装置。

发明效果

根据本发明，通过使用以可变运转频率进行运转并能够调节转速的压缩机，能够使装置小型化、简洁化及节能化，并实现使用条件的扩大，而且能够高精度地将温度控制对象的空气控制为期望的温度。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的空调装置的概略图。

图2是图1的空调装置的控制单元的框图。

图3是示出对加热量调节阀的开度操作量的状况及根据该开度操作量而进行控制的压缩机的运转频率的状况进行说明的曲线的图。

具体实施方式

下面，参照附图详细地说明本发明的一个实施方式。图1是本发明的一个实施方式的空调装置1的概略图。本实施方式的空调装置1例如用于对进行光致抗蚀剂的涂敷及显影的装置供给被实施了温度控制的空气，使装置内温度维持固定。

首先，说明本实施方式的空调装置1的概略结构。

如图1所示，该空调装置1具有：冷却单元10，其通过配管15将压缩机11、冷凝器12、膨胀阀13及冷却线圈14按照该顺序进行连接而成，以使热介质进行循环，该压缩机11以可变运转频率进行运转并能够调节转速；加热单元20，其使从压缩机11向冷凝器12流出的所述热介质的一部分分支，并使该一部分热介质经由加热线圈21及在其下游侧设置的加热量调节阀22而在压缩机11的下游侧返回流入冷凝器12；空气流通路径30，其收纳冷却线圈14和加热线圈21，并设有用于取入温度控制对象的空气的取入口31、和喷出温度控制对象的空气的喷出口32；送风机60，其使空气从取入口31向喷出口32流通；第1温度传感器41，其设于喷出口32；第2温度传感器43，其设于被供给从喷出口32喷出的空气的使用区域U；压力传感器44，其检测冷却线圈14的下游侧的配管内的压力；以及控制单元50，其控制压缩机11的运转频率、膨胀阀13的开度、及加热量调节阀22的开度等。

另外，本实施方式的空调装置1还具有：湿度传感器42，其设于喷出口32；加湿装置70，其设于空气流通路径30中的加热线圈21和送风机60之间即加热线圈21的下游侧，调节温度控制对象的空气的湿度。由湿度传感器42检测出的湿度被输入控制单元50。控制单元50根据由湿度传感器42检测出的湿度调节加湿装置70，将温度控制对象的空气的湿度控制成期望的湿度。

另外，在附图中为了方便，在图1中，将第1温度传感器41及湿度传感器42远离喷出口32而示出，但第1温度传感器41及湿度传感器42以能够检测在喷出口32中通过的空气的温度或湿度的任意方式而配置。

在图1中，所示出的多个箭头A表示空气的流动。如箭头A所示，在该空调装置1中，从空气流通路径30的取入口31取入的温度控制对象的空气在冷却线圈14及加热线圈21中通过后从喷出口32被喷出。并且，将从喷出口32被喷出的空气供给到使用区域U中。在本实施方式中，送风机60设于空气流通路径30中的加热线圈21和喷出口32之间(在图1的例子中是喷出口32的附近)，在加热线圈21中通过的空气被送风机60从喷出口32喷出到使用区域U中。使用区域U例如是进行光致抗蚀剂的涂敷及显影的装置(涂敷机等)的内部空间等。

在该空调装置1中，温度控制对象的空气被冷却线圈14冷却，然后被加热线圈21加热，从而使用区域U的温度被控制成趋向预先设定的目标使用温度。冷却线圈14的冷却能力能够根据压缩机11的运转频率及/或膨胀阀13的开度进行调节，加热线圈21的加热能力能够根据压缩机11的运转频率及/或加热量调节阀22的开度进行调节。上述的控制单元50调节压缩机11的运转频率、膨胀阀13的开度、及加热量调节阀22的开度，由此进行这些冷却能力及加热能力的调节。

下面，详细说明空调装置1的各结构。

在冷却单元10中，压缩机11将从冷却线圈14流出的低温且低压的气体状态的热介质压缩成高温(例如80℃)且高压的气体状态，并供给到冷凝器12。压缩机11是以可变运转频率进行运转并能够按照运转频率调节转速的变频压缩机。压缩机11在运转频率越高时，向冷凝器12供给越多的热介质。作为压缩机11，优选采用一体地具有变频器和马达的涡旋式压缩机。但是，如果能够通过变频器对运转频率的调节来调节转速从而调节热介质的供给量(流量)，则压缩机11的形式没有特别限定。

冷凝器12利用冷却水对被压缩机11压缩后的热介质进行冷却并使其冷凝，将其以规定的冷却温度(例如40℃)的高压的液体状态提供给膨胀阀13。作为冷凝器12的冷却水可以使用水，也可以使用其它制冷剂。另外，膨胀阀13使由冷凝器12供给的热介质膨胀而使其减压，从而将其以低温(例如2℃)且低压的气液混合状态提供给冷却线圈14。冷却线圈14使所供给的热介质与温度控制对象的空气进行热交换来冷却空气。与空气进行热交换后的热介质成为低温且低压的气体状态而从冷却线圈14流出，再次被压缩机11压缩。

在这样的冷却单元10中，通过使压缩机11的运转频率变化来调节转速，能够调节提供给冷凝器12的热介质的供给量，并且能够调节膨胀阀13的开度，由此能够调节提供给冷却线圈14的热介质的供给量。通过这样的调节，能够改变冷却能力。

另一方面，在加热单元20中，加热线圈21具有热介质入口和热介质出口。热介质入口和位于压缩机11与冷凝器12之间的配管15A的上游侧通过供给管25相连接。另一方面，热介质出口和配管15A的下游侧通过返回管26相连接。并且，在返回管26设有加热量调节阀22。由此，加热单元20能够使从压缩机11向冷凝器12流出的热介质的一部分分支，并使该一部分热介质经由加热线圈21及加热量调节阀22返回流入冷凝器12。

在该加热单元20中，将被压缩机11压缩后的高温(例如80℃)且高压的气体状态的热介质提供给冷凝器12。加热线圈21使所供给的热介质与温度控制对象的空气进行热交换，从而对空气加热。并且，与空气进行了热交换的热介质从加热线圈21经由返回管26返回到配管15A。这里，加热量调节阀22对从加热线圈21返回到配管15A的热介质的返回量进行调节，由此能够变更加热线圈21的加热能力。热介质的返回量越多，则加热能力越增加。

图2示出控制单元50的框图。如图2所示，本实施方式的控制单元50具有：加热量控制部51，其控制加热量调节阀22的开度；压缩机控制部52，其控制压缩机1的运转频率；热介质压力控制部53，其控制膨胀阀13的开度；加湿控制部54，其控制加湿装置70；第1脉冲转换器55，其与加热量控制部51连接；第2脉冲转换器56，其与热介质压力控制部53连接。该控制单元50被输入作为使用区域U的目标温度的目标使用温度、冷却单元10中的热介质的目标压力、和温度控制对象的空气的目标湿度。

加热量控制部51根据第2温度传感器43检测出的温度与对使用区域U预先设定的目标使用温度的差分，设定在喷出口32中通过的温度控制对象的空气的目标源温度，通过基于第1温度传感器41检测出的温度与所述目标源温度的差分进行的PID运算，运算用于使第1温度传感器41检测出的温度与所述目标源温度一致的加热量调节阀22的开度操作量，按照该开度操作量控制(PID控制)加热量调节阀22的开度。开度操作量指的是加热量调节阀22的开度，是指在全闭时为0％、在全开时为100％的值。

具体地讲，本实施方式的加热量控制部51将运算出的开度操作量输出给第1脉冲转换器55，第1脉冲转换器55运算与开度操作量对应的脉冲信号，并发送给加热量调节阀22。由此，加热量调节阀22的开度被调整成为运算出的开度操作量。另外，这里省略了图示，由按照来自第1脉冲转换器55的脉冲信号进行驱动的步进马达调节加热量调节阀22的开度。另外，上述的目标源温度是在向使用区域U供给温度控制对象的空气时，用于使得使用区域U的温度成为目标源温度的温度。目标源温度和目标使用温度的关系可以根据空调装置1和使用区域U的位置关系等通过运算或者实验来确定。

另外，本实施方式的加热量控制部51通过基于第1温度传感器41检测出的温度与目标源温度的差分进行的PID运算，直接运算加热量调节阀22的操作量运算值，然后运算该操作量运算值的移动平均值作为加热量调节阀22的上述的开度操作量。

关于通过PID运算而直接运算出的操作量运算值，在按照时间序列进行观察的情况下，有时被运算为包含较多的高次谐波。若将这种被观察为高次谐波的操作量运算值作为实际的操作量进行处理，则有时控制***会发生紊乱。因此，在本实施方式中，为了抑制作为高次谐波而观察到的操作量运算值的影响，而操运算作量运算值的移动平均值作为加热量调节阀22的上述的开度操作量。由此，实现控制的稳定。

然后，压缩机控制部52在加热量调节阀22的上述的开度操作量在规定时间内大于第1阈值的情况下，使压缩机11的运转频率下降规定频率，在加热量调节阀22的上述的开度操作量在所述规定时间内小于比第1阈值低的第2阈值的情况下，使压缩机11的运转频率提高所述规定频率，由此调节压缩机11的转速。

根据这样的压缩机控制部52，在加热量调节阀22的开度操作量在规定时间内大于第1阈值的情况下，判定为冷却能力过剩，通过使压缩机11的运转频率下降来降低转速，由此能够降低冷却能力。并且，在加热量调节阀22的开度操作量在规定时间内小于比第1阈值低的第2阈值的情况下，判定为冷却能力不足，通过使压缩机11的运转频率提高来提高转速，由此能够使冷却能力提高。由此，能够针对温度控制对象的空气进行适当的温度控制。

在此，本实施方式的压缩机控制部52根据加热量调节阀22的开度操作量在规定时间内的举动，在等待经过规定时间后进行是否使压缩机11的运转频率提高或下降的判定。这样的处理是为了如下目的而进行的，通过不使压缩机11的运转频率频繁变化，由此抑制由于冷却能力及加热能力的变化而在控制***中产生的外部干扰的影响，来提高控制精度。上述的“规定时间”是根据空调装置1的特性而能够发生变化的值，由于压缩机11的运转频率不会频繁变化，而且若考虑达到目标使用温度的实际时间，例如优选设定为10秒～30秒，更优选为15秒～25秒，特别优选为20秒等。

另外，如上所述，加热量控制部51将开度操作量设为直接运算出的操作量运算值的移动平均值来运算，但运算该移动平均值时的间隔是比上述的“规定时间”短的时间。例如，也可以将运算移动平均值的间隔设定为上述的“规定时间”的1/10～6/10等的范围。具体地讲，本实施方式的加热量控制部51运算通过基于第1温度传感器41检测出的温度与目标源温度的差分进行的PID运算而直接运算出的加热量调节阀22的操作量运算值的移动平均值作为加热量调节阀22的开度操作量，将运算所述移动平均值的间隔设定在所述“规定时间”的1/10～6/10之间。

另外，根据压缩机控制部52的控制，随着趋向目标使用温度的控制变得稳定，加热量调节阀22的开度处于被收敛在上述的“第1阈值”和“第2阈值”之间的趋势。在这样收敛的情况下，若加热量调节阀22的开度是比较大的值，则从节能的观点来看并不理想。因此，虽然“第1阈值”和“第2阈值”是根据空调装置1的特性而能够发生变化的值，但在将加热量调节阀22的开度为全开的状态设为100％的情况下，优选将这些阈值设定在5～30％之间。

另外，基于抑制由于冷却能力及加热能力的变化而在控制***中产生的外部干扰的影响的观点，加热量控制部51按照开度操作量使压缩机11的运转频率提高或下降的“规定频率”优选为较小的值。该“规定频率”是能够根据空调装置1的特性及压缩机11的马达的型号而变化的值，由于压缩机11的运转频率不会频繁变化，而且考虑到达到目标使用温度的实际时间，优选例如为1Hz～4Hz左右。

在此，图3示出用于说明压缩机控制部52对压缩机11的运转频率进行的控制的一例的曲线。在图3中，图中上侧的曲线表示加热量控制部51的开度操作量的时间变化，图中下侧的曲线表示与开度操作量对应的压缩机11的运转频率的时间变化。

在图3中，在加热量调节阀22的开度操作量在规定时间L内大于第1阈值Th1的点P1，压缩机11的运转频率下降了规定频率。另外，在加热量调节阀22的开度操作量在规定时间L内小于第2阈值Th2的点P2，压缩机11的运转频率提高了规定频率。如图3所示，在本实施方式中，压缩机11的运转频率在较长的时间内呈阶段性地发生变化。

然后，热介质压力控制部53通过基于压力传感器44检测出的压力与预先设定的目标压力的差分进行的PID运算，运算用于使压力传感器44检测出的压力与所述目标压力一致的膨胀阀13的开度操作量，并按照该开度操作量控制(PID控制)膨胀阀13的开度。

具体地讲，本实施方式的热介质压力控制部53将运算出的开度操作量输出给第2脉冲转换器56，第2脉冲转换器56运算与开度操作量对应的脉冲信号并发送给膨胀阀13。由此，膨胀阀13的开度被调整为运算出的开度操作量。另外，这里省略了图示，膨胀阀13的开度被按照来自第2脉冲转换器56的脉冲信号进行驱动的步进马达进行调节。

另外，加湿控制部54通过基于湿度传感器42检测出的湿度与预先设定的目标湿度的差分进行的PID运算，运算用于使湿度传感器42检测出的湿度与所述目标湿度一致的加湿装置70的加湿操作量，并按照该加湿操作量控制(PID控制)所述加湿装置70。加湿装置70例如具有加热用加热器、和贮存被加热用加热器加热的水的槽。在这种情况下，根据加湿操作量对加热用加热器进行控制。

下面，对本实施方式的空调装置1的动作进行说明。

在本实施方式的空调装置1中，首先控制单元50中被输入作为使用区域U的目标温度的目标使用温度、冷却单元10中的热介质的目标压力、和温度控制对象的空气的目标湿度。并且，对送风机60进行驱动，使得空气流通路径30内的空气流动到喷出口32侧，由此从空气流通路径30的取入口31取入温度控制对象的空气。此外，对冷却单元10的压缩机11也进行驱动。

从空气流通路径30的取入口31取入的空气首先通过冷却线圈14，然后通过加热线圈21。然后，该空气被加湿装置70加湿，然后从喷出口32被喷出而到达使用区域U。此时，从喷出口32喷出的空气被第1温度传感器41检测出温度，并被湿度传感器42检测出湿度。并且，由第2温度传感器43检测出使用区域U的温度，由压力传感器44检测出冷却线圈14的下游侧的热介质的压力。并且，第1温度传感器41将检测出的温度输出给控制单元50，湿度传感器42将检测出的湿度输出给控制单元50。第2温度传感器43将检测出的温度输出给控制单元50，压力传感器44将检测出的压力输出给控制单元50。

并且，在控制单元50中，加热量控制部51根据第2温度传感器43检测出的温度与对使用区域U预先设定的目标使用温度的差分，设定在喷出口32中通过的温度控制对象的空气的目标源温度，通过基于第1温度传感器41检测出的温度与所述目标源温度的差分进行的PID运算，运算用于使第1温度传感器41检测出的温度与所述目标源温度一致的加热量调节阀22的开度操作量，并按照该开度操作量控制加热量调节阀22的开度。

然后，压缩机控制部52在加热量调节阀22的上述的开度操作量在规定时间内大于第1阈值的情况下，使压缩机11的运转频率下降规定频率，在加热量调节阀22的上述的开度操作量在所述规定时间内小于比第1阈值低的第2阈值的情况下，使压缩机11的运转频率提高所述规定频率，由此调节压缩机11的转速。

然后，热介质压力控制部53通过基于压力传感器44检测出的压力与预先设定的目标压力的差分进行的PID运算，运算用于使压力传感器44检测出的压力与所述目标压力一致的膨胀阀13的开度操作量，并按照该开度操作量控制膨胀阀13的开度。

然后，加湿控制部54通过基于湿度传感器42检测出的湿度与预先设定的目标湿度的差分进行的PID运算，运算用于使湿度传感器42检测出的湿度与所述目标湿度一致的加湿装置70的加湿操作量，并按照该加湿操作量控制所述加湿装置70。

通过上述的加热量控制部51、压缩机控制部52、热介质压力控制部53及加湿控制部54的控制，使用区域U的温度被控制为趋向目标使用温度，并且空气的湿度被控制为趋向目标湿度。

根据以上说明的本实施方式的空调装置1，采用以可变运转频率进行运转并能够调节转速的压缩机11，从而能够变更压缩机11的转速。由此，即使在被设定为较大范围的使用环境温度及目标温度(目标使用温度、目标源温度)的条件下，也能够通过单一的压缩机11得到用于将温度控制对象的空气的温度控制成目标温度的足够大的范围的冷却能力。并且，在不那么需要冷却能力的情况下，通过降低运转频率，能够实现节能。因此，能够使装置小型化、简洁化及节能化，并且可实现使用条件的扩大。

另外，加热单元20采用这样的结构，使从压缩机11向冷凝器12流出的热介质的一部分分支，并使该一部分热介质经由加热线圈21及在其下游侧设置的加热量调节阀22而在压缩机11的下游侧返回流入冷凝器12。因此，能够提高向目标温度的控制精度，并且通过加热量调节阀22的简化能够使装置整体简化。

即，与本实施方式不同，在加热线圈21的上游侧设有调节流量用的阀的情况下，该阀控制来自压缩机11的高温且高压的气体状态的热介质。与液体状态的热介质的流量控制相比，难以高精度地进行气体状态的热介质的流量控制。而且，也需要能够承受高温且高压的状态的热介质的厚重的构造。与此相对，在本实施方式中，加热量调节阀22设于加热线圈21的下游侧，从而加热量调节阀22能够控制在加热线圈21中通过后的液化状态的热介质的流量。而且，该热介质的温度下降，因而即使加热量调节阀22是比较简易的构造也能够承受热介质的温度。因此，能够提高向目标温度的控制精度，并且通过加热量调节阀22的简化能够使装置整体简化。

另外，根据使在加热线圈21中通过的热介质的一部分返回到压缩机11的下游侧(冷凝器12的上游侧)的结构，在加热线圈21中通过后的液化状态的热介质返回到冷凝器12。由此，防止在加热线圈21中通过并被液化的状态的热介质流入压缩机11，能够使装置顺畅运转，其结果是，能够提高向目标温度的控制精度。

即，在与本实施方式不同，在加热线圈21中通过并被液化的状态的热介质流入压缩机11的情况下，会产生所谓液反流现象。在这样的液反流现象中，供给到压缩机11内的可动部分的润滑油可能会流出而产生烧结。并且，压缩机11对液体进行压缩，因而有可能损坏压缩机11的运转的稳定性。与此相对，在本实施方式中，通过使热介质返回到压缩机11的下游侧，能够防止压缩机11内的部件的烧结或压缩机11的运转不稳定，因而能够使装置顺畅运转，其结果是，能够提高向目标温度的控制精度。

另外，加热量控制部51根据第2温度传感器43检测出的温度与对使用区域U预先设定的目标使用温度的差分，设定在喷出口32中通过的温度控制对象的空气的目标源温度，通过基于第1温度传感器41检测出的温度与目标源温度的差分进行的PID运算，运算用于使第1温度传感器41检测出的温度与目标源温度一致的加热量调节阀22的开度操作量，并按照该开度操作量控制加热量调节阀22的开度。因此，考虑到在喷出口32中通过的温度控制对象的空气到达使用区域U时的外部干扰及响应性的影响，能够得到用于利用温度控制对象的空气将使用区域U的温度控制成目标使用温度的准确的加热量调节阀22的开度操作量。因此，能够提高向目标温度(目标使用温度)的控制精度。

另外，压缩机控制部52在加热量调节阀22的开度操作量在规定时间L内大于第1阈值Th1的情况下，使压缩机11的运转频率下降规定频率，在加热量调节阀22的开度操作量在规定时间L内小于比第1阈值Th1低的第2阈值Th2的情况下，使压缩机11的运转频率提高规定频率，由此调节压缩机11的转速。因此，在加热量调节阀22的开度操作量在规定时间L内大于第1阈值Th1的情况下，判定为冷却能力过剩，并通过使压缩机11的运转频率下降来使转速下降，由此能够使冷却能力下降。并且，在加热量调节阀22的开度操作量在规定时间L内小于比第1阈值Th1低的第2阈值Th2的情况下，判定为冷却能力不足，并通过使压缩机11的运转频率提高来使转速提高，由此能够使冷却能力提高。由此，能够针对温度控制对象的空气进行适当的温度控制。

特别是，关于使压缩机11的运转频率提高还是下降，根据加热量调节阀22的开度操作量在规定时间L内的举动，并等待经过规定时间后进行判定，因而压缩机11的运转频率呈阶段性地提高或下降，能够防止运转频率急剧变更。由此，可抑制与运转频率的变更对应的冷却能力及加热能力的变动所引起的外部干扰的影响，因而能够提高向目标温度的控制精度。

另外，热介质压力控制部53通过基于压力传感器44检测出的压力与预先设定的目标压力的差分进行的PID运算，运算用于使压力传感器44检测出的压力与目标压力一致的膨胀阀13的开度操作量，并按照该开度操作量控制膨胀阀13的开度。由此，能够使从冷却线圈14流出的热介质的温度稳定，因而冷却能力稳定。因此，能够提高向目标温度的控制精度。

以上的结果是，根据本实施方式，通过使用以可变运转频率进行运转并能够调节转速的压缩机11，能够使装置小型化、简洁化及节能化，并实现使用条件的扩大，而且能够高精度地将温度控制对象的空气控制为期望的温度。本申请发明人确认到，在某一条件下使本实施方式的空调装置1运转时，能够将使用区域U的温度控制在目标使用温度的+0.03℃～-0.03℃的误差范围内。

以上对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限于上述的实施方式。

标号说明

1空调装置；10冷却单元；11压缩机；12冷凝器；13膨胀阀；14冷却线圈；15配管；15A配管；20加热单元；21加热线圈；22加热量调节阀；25供给管；26返回管；30空气流通路径；31取入口；32喷出口；41第1温度传感器；42湿度传感器；43第2温度传感器；44压力传感器；50控制单元；51加热量控制部；52压缩机控制部；53热介质压力控制部；54加湿控制部；55第1脉冲转换器；56第2脉冲转换器；60送风机；70加湿装置；U使用区域。

Claims (4)

1.一种空调装置，其特征在于，该空调装置具有：

冷却单元，其通过配管将压缩机、冷凝器、膨胀阀及冷却线圈按照该顺序进行连接而成，以使热介质进行循环，该压缩机以可变运转频率进行运转并能够调节转速；

加热单元，其使从所述压缩机向所述冷凝器流出的所述热介质的一部分分支，并使该一部分热介质经由加热线圈及在其下游侧设置的加热量调节阀而在所述压缩机的下游侧返回流入所述冷凝器；

空气流通路径，其收纳所述冷却线圈和所述加热线圈，并设有取入温度控制对象的空气的取入口、和喷出所述温度控制对象的空气的喷出口；

送风机，其使空气从所述取入口向所述喷出口流通；

第1温度传感器，其设于所述喷出口；

第2温度传感器，其设于被供给从所述喷出口喷出的空气的使用区域；

压力传感器，其检测所述冷却线圈的下游侧的所述配管内的压力；以及

控制单元，其控制所述压缩机的运转频率、所述膨胀阀的开度、及所述加热量调节阀的开度，

所述控制单元具有：

热介质压力控制部，其通过基于所述压力传感器检测出的压力与预先设定的目标压力的差分进行的PID运算，运算用于使所述压力传感器检测出的压力与所述目标压力一致的所述膨胀阀的开度操作量，并按照该开度操作量控制所述膨胀阀的开度；

加热量控制部，其根据所述第2温度传感器检测出的温度与对所述使用区域预先设定的目标使用温度的差分，设定在所述喷出口中通过的所述温度控制对象的空气的目标源温度，通过基于所述第1温度传感器检测出的温度与所述目标源温度的差分进行的PID运算，运算用于使所述第1温度传感器检测出的温度与所述目标源温度一致的所述加热量调节阀的开度操作量，并按照该开度操作量控制所述加热量调节阀的开度；以及

压缩机控制部，其在由所述加热量控制部运算出的所述加热量调节阀的开度操作量在被设定为10秒～30秒之间的规定时间内大于第1阈值的情况下，使所述压缩机的运转频率下降规定频率，在由所述加热量控制部运算出的所述加热量调节阀的开度操作量在所述规定时间内小于比第1阈值小的第2阈值的情况下，使所述压缩机的运转频率提高所述规定频率，由此调节所述压缩机的转速，

所述加热量控制部运算通过基于所述第1温度传感器检测出的温度与所述目标源温度的差分进行的PID运算而直接运算出的所述加热量调节阀的操作量运算值的移动平均值作为所述加热量调节阀的开度操作量，将运算所述移动平均值的间隔设定为所述规定时间的1/10～6/10之间。

2.根据权利要求1所述的空调装置，其特征在于，

所述空调装置还具有：

加湿装置，其设于所述空气流通路径中的所述加热线圈的下游侧，对所述温度控制对象的空气的湿度进行调节；以及

湿度传感器，其设于所述喷出口，

所述控制单元还具有加湿控制部，该加湿控制部通过基于所述湿度传感器检测出的湿度与预先设定的目标湿度的差分进行的PID运算，运算用于使所述湿度传感器检测出的湿度与所述目标湿度一致的所述加湿装置的加湿操作量，并按照该加湿操作量控制所述加湿装置。

3.一种空调装置的运转方法，该空调装置具有：冷却单元，其通过配管将压缩机、冷凝器、膨胀阀及冷却线圈按照该顺序进行连接而成，以使热介质进行循环，该压缩机以可变运转频率进行运转并能够调节转速；加热单元，其使从所述压缩机向所述冷凝器流出的所述热介质的一部分分支，并使该一部分热介质经由加热线圈及在其下游侧设置的加热量调节阀而在所述压缩机的下游侧返回流入所述冷凝器；空气流通路径，其收纳所述冷却线圈和所述加热线圈，并设有取入温度控制对象的空气的取入口、和喷出所述温度控制对象的空气的喷出口；送风机，其使空气从所述取入口向所述喷出口流通；第1温度传感器，其设于所述喷出口；以及第2温度传感器，其设于被供给从所述喷出口喷出的空气的使用区域，该空调装置的运转方法的特征在于，所述运转方法包括以下步骤：

热介质压力控制步骤，通过基于压力传感器检测出的压力与预先设定的目标压力的差分进行的PID运算，运算用于使所述压力传感器检测出的压力与所述目标压力一致的所述膨胀阀的开度操作量，并按照该开度操作量控制所述膨胀阀的开度，所述压力传感器检测所述空气流通路径中的所述冷却线圈的下游侧的所述配管内的压力；

加热量控制步骤，根据所述第2温度传感器检测出的温度与对所述使用区域预先设定的目标使用温度的差分，设定在所述喷出口中通过的所述温度控制对象的空气的目标源温度，通过基于所述第1温度传感器检测出的温度与所述目标源温度的差分进行的PID运算，运算用于使所述第1温度传感器检测出的温度与所述目标源温度一致的所述加热量调节阀的开度操作量，并按照该开度操作量控制所述加热量调节阀的开度；以及

压缩机控制步骤，在所述加热量控制步骤中运算出的所述加热量调节阀的开度操作量在被设定为10秒～30秒之间的规定时间内大于第1阈值的情况下，使所述压缩机的运转频率下降规定频率，在所述加热量控制步骤中运算出的所述加热量调节阀的开度操作量在所述规定时间内小于比第1阈值小的第2阈值的情况下，使所述压缩机的运转频率提高所述规定频率，由此调节所述压缩机的转速，

在所述加热量控制步骤中，运算通过基于所述第1温度传感器检测出的温度与所述目标源温度的差分进行的PID运算而直接运算出的所述加热量调节阀的操作量运算值的移动平均值作为所述加热量调节阀的开度操作量，将运算所述移动平均值的间隔设定为所述规定时间的1/10～6/10之间。

4.根据权利要求3所述的空调装置的运转方法，其特征在于，

在所述空调装置中，在所述空气流通路径中的所述加热线圈的下游侧设有调节所述温度控制对象的空气的湿度的加湿装置，

所述运转方法还包括加湿控制步骤，通过根据设于所述喷出口的湿度传感器检测出的湿度与预先设定的目标湿度的差分进行的PID运算，运算用于使所述湿度传感器检测出的湿度与所述目标湿度一致的所述加湿装置的加湿操作量，并按照该加湿操作量控制所述加湿装置。