WO2016125647A1

WO2016125647A1 - 制御装置、制御方法及びプログラム

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Publication number: WO2016125647A1
Application number: PCT/JP2016/052273
Authority: WO
Inventors: 啓赤塚; 山口　徹; 康志不破
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2017-08-02
Also published as: JP2016142452A; ES2717312T3; CN107208942A; JP6501392B2; KR101980467B1; KR20170100019A; EP3249321A4; EP3249321B1; EP3249321A1

Abstract

　制御装置（２１６）は、制御部（２１７）を備える。制御部は、水熱交換器（２０１）を用いて水を冷却する冷却サイクルの運転をさせるときに、コンプレッサ（２０９）と空気熱交換器（１０１）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ることにより得られる差圧を、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し、前記冷却サイクルの運転を行う場合に外気温度が前記水を凝固点以下の温度とする外気温度であるとき、チリングユニット（１）に前記冷却サイクルの運転を開始させる前に、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの逆サイクルの運転をさせる。

Description

制御装置、制御方法及びプログラム

　本発明は、制御装置、制御方法及びプログラムに関する。
　本願は、２０１５年２月２日に、日本に出願された特願２０１５－０１８３８４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　水熱交換器により水を冷却する冷却サイクルの運転を行うチリングユニットがある。チリングユニットでは、冷媒を使用して水を冷却する。
　特許文献１には、関連する技術が開示されている。特許文献１に開示の装置は、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。

日本国特開昭６３－１２９２５８号公報

　チリングユニットにおいて、冬などの外気温が低い時期に水熱交換器を用いて水を冷却する冷却サイクルの運転を開始する。この場合、冷却サイクルの運転時にコンプレッサの低圧側となる水熱交換器において、冷媒の温度が低下し、冷却対象の水が凍結してしまう可能性がある。

　本発明は、上記の課題を解決することのできる制御装置、制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。

　本発明の第１の態様によれば、制御装置は、外気と熱交換した冷媒を送出する空気熱交換器と、前記空気熱交換器から送出された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、前記冷媒を圧縮し前記圧縮された冷媒を送出するコンプレッサと、前記コンプレッサから送出された冷媒を前記空気熱交換器に送出する第１冷媒管と、を備えるチリングユニットのための制御装置であって、前記水熱交換器を用いて前記水を冷却する冷却サイクルの運転をさせるときに、前記第１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第２冷媒管における冷媒の圧力を減じることにより得られる差圧を、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し、外気温度が前記水を凝固点以下の温度とする外気温度であるとき、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの運転を開始させる前に、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの逆サイクルの運転をさせる制御部、を備える。

　本発明の第２の態様によれば、第１の態様における制御装置は、前記第２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、前記第１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ることにより得られる差圧が、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前記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てもよい。

　本発明の第３の態様によれば、第２の態様における制御装置において、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てもよい。

　本発明の第４の態様によれば、制御方法は、外気と熱交換した冷媒を送出する空気熱交換器と、前記空気熱交換器から送出された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、前記冷媒を圧縮し前記圧縮された冷媒を送出するコンプレッサと、前記コンプレッサから送出された冷媒を前記空気熱交換器に送出する第１冷媒管と、を備えるチリングユニットのための制御装置の制御方法であって、前記水熱交換器を用いて前記水を冷却する冷却サイクルの運転をさせるときに、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ることにより得られる差圧を、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し、外機温度が前記水を凝固点以下の温度とする外気温度であるとき、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの運転を開始させる前に、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの逆サイクルの運転をさせること、を含む。

　本発明の第５の態様によれば、プログラムは、外気と熱交換した冷媒を送出する空気熱交換器と、前記空気熱交換器から送出された冷媒と水とを熱交換させて前記水を冷却する前記水熱交換器と、前記冷媒を圧縮し前記圧縮された冷媒を送出するコンプレッサと、前記コンプレッサから送出された冷媒を前記空気熱交換器に送出する第１冷媒管と、を備えるチリングユニットのためのコンピュータに、前記水熱交換器を用いて前記水を冷却する冷却サイクルの運転をさせるときに、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ることにより得られる差圧を、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し、外気温度が前記水を凝固点以下の温度とする外気温度であるとき、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの運転を開始させる前に、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの逆サイクルの運転をさせること、を実行させる。

　上述の制御装置、制御方法及びプログラムによれば、チリングユニットにおいて、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。

本発明の一実施形態によるチリングユニットの構成を示す図である。本発明の一実施形態においてチリングユニットが行う冷却サイクルの運転を説明する図である。本発明の一実施形態によるチリングユニットが冷却サイクルの運転を開始する前に行う加熱サイクルの運転を説明する図である。

＜実施形態＞
　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、本発明の一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。

　空気熱交換器１０１は、水熱交換器２０１により水を冷却する冷却サイクルの運転を行う時に凝縮器として機能する。空気熱交換器１０１は、冷却サイクルの逆サイクルである加熱サイクルの運転を行う時に蒸発器として機能する。
　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。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。

　四方弁２０７は、４つの弁を有する。４つの弁のうちの１つは、水熱交換器２０１に接続されている。４つの弁のうちの別の１つは、アキュムレータ２０８に接続されている。４つの弁のうちの別の１つは、空気熱交換器１０１に接続されている。４つの弁のうちの残りの１つは、コンプレッサ２０９に接続されている。

　アキュムレータ２０８は、四方弁２０７とコンプレッサモータ２１０との間に設けられる。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との間に設けられる。コンプレッサ２０９は、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。

　コンプレッサモータ２１０は、アキュムレータ２０８とコンプレッサ２０９との間に設けられる。コンプレッサモータ２１０は、コンプレッサ２０９を動作させる。

　膨張弁２１５は、空気熱交換器１０１と水熱交換器２０１との間に設けられる。膨張弁２１５は、入力したある温度Ｔである圧力Ｐの液状冷媒を温度Ｔよりも低温で圧力Ｐよりも低圧の冷媒にする。

　制御装置２１６は、制御部２１７を備える。
　制御部２１７は、チリングユニット１の各機能部を制御することにより、水熱交換器２０１が冷却する水の温度を所望の温度とする。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ることにより得られる差圧が所定の差圧よりも低い場合にチリングユニット１において加熱サイクルの運転をさせる。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ることにより得られる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チリングユニット１において冷却サイクルの運転をさせる。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ることにより得られる差圧が、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、チリングユニット１において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。

　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させる制御を行う場合、制御部２１７の制御により、コンプレッサ２０９は、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四方弁２０７を介して空気熱交換器１０１に送出する。凝縮器として機能する空気熱交換器１０１は、冷媒を外気と熱交換させる。このとき、冷媒の温度は、外気温度よりも高い。そのため、空気熱交換器１０１は、入力した冷媒を入力時よりも低温の冷媒にして膨張弁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て水熱交換器２０１に送出する。蒸発器として機能する水熱交換器２０１は、膨張弁２１５から入力した冷媒を水及び外気と熱交換させる。このとき、冷媒の温度は、水及び外気の温度よりも低い。そのため、水熱交換器２０１は、水を冷却するとともに、冷媒の温度と圧力を上昇させる。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。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する。これにより、アキュムレータ２０８は、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。

　チリングユニット１において、制御部２１７が加熱サイクルの運転をさせる制御を行う場合、コンプレッサ２０９は、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四方弁２０７を介して水熱交換器２０１に送出する。凝縮器として機能する水熱交換器２０１は、冷媒を水及び外気と熱交換させる。このとき、冷媒の温度は、水及び外気温度よりも高い。そのため、水熱交換器２０１は、入力した冷媒を入力時よりも低温の冷媒にして膨張弁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て空気熱交換器１０１に送出する。蒸発器として機能する空気熱交換器１０１は、膨張弁２１５から入力した冷媒を外気と熱交換させる。このとき、冷媒の温度は、外気温度よりも低い。そのため、空気熱交換器１０１は、冷媒の温度と圧力を上昇させる。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。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する。これにより、アキュムレータ２０８は、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。

　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は、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ず、直ちに冷却サイクルの運転をさせる制御を行う場合について説明する。

　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させる制御を行う場合、上述のように、コンプレッサ２０９は、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四方弁２０７を介して空気熱交換器１０１に送出する。凝縮器として機能する空気熱交換器１０１は、冷媒を外気と熱交換させる。このとき、冷媒の温度は外気温度よりも高い。そのため、空気熱交換器１０１は、入力した冷媒を入力時よりも低温の冷媒にして膨張弁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て水熱交換器２０１に送出する。蒸発器として機能する水熱交換器２０１は、膨張弁２１５から入力した冷媒を水及び外気と熱交換させる。このとき、冷媒の温度は水及び外気の温度よりも低い。そのため、水熱交換器２０１は、水を冷却するとともに、冷媒の温度と圧力を上昇させる。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。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する。これにより、アキュムレータ２０８は、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。その結果、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２に示すチリングユニット１が行う冷却サイクルの運転を説明する図は、冷媒が図１で示した実線の矢印の方向にチリングユニット１の内部を流れたときの時刻と冷媒の圧力との関係を示している。図２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は動作していない。時刻０では、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。

　時刻０から時刻ｔ１ａまでの間は、コンプレッサ２０９は動作していない。時刻０から時刻ｔ１ａまでの間は、チリングユニット１における冷媒は平衡状態である。時刻ｔ１ａにコンプレッサ２０９が動作を開始すると、コンプレッサ２０９は、冷媒を入力する。コンプレッサ２０９は、冷媒を入力時の冷媒よりも高温で高圧の冷媒にし、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、時刻ｔ１ａから徐々に上昇する。
　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する。空気熱交換器１０１は、入力した冷媒を外気と熱交換させ、入力時よりも低温の冷媒にする。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から冷媒を入力する。空気熱交換器１０１は、入力した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。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ることにより得られる差圧が小さい。そのため、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する。これにより、アキュムレータ２０８は、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。

　このような冷却サイクルの運転を続けると、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が増加し、コンプレッサ２０９が冷媒を圧縮し加熱する温度が上昇する。そのため、コンプレッサ２０９が四方弁２０７を介して空気熱交換器１０１に送出する冷媒の温度は上昇する。時刻ｔ２ａにおいて、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が冷媒を冷却させる温度よりも高くなる。そのため、水熱交換器２０１と四方弁２０７の間の冷媒管における冷媒の温度が上昇し、第一の圧力センサ２０２が検出する冷媒の圧力Ｐ１が上昇する。

　その後、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、過渡的に上昇する。第一の圧力センサ２０２が検出する冷媒の圧力Ｐ１は、時刻ｔ３ａに時刻０における圧力と同一の０．７ＭＰａとなり上昇を続ける。
　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。

　蒸発器として機能する水熱交換器２０１が膨張弁２１５から冷媒を入力し、冷媒を水及び外気と熱交換させて水を冷却する際、外気温が水の凝固点をわずかに上回る程度の低温である場合、水熱交換器２０１における熱交換により水が凍結する可能性がある。つまり、チリングユニット１において、制御部２１７が加熱サイクルの運転をさせる制御を行わずに、水熱交換器２０１により水を冷却する冷却サイクルの運転をさせる制御を直ちに行った場合、冷却対象である水が凍結してしまう可能性がある。

　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（Ｐ２＞Ｐ１）を減じることにより得られる差圧が所定の差圧以上の状態に制御する場合について説明する。

　チリングユニット１において、制御部２１７が加熱サイクルの運転をさせる制御を行う場合、上述のように、コンプレッサ２０９は、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四方弁２０７を介して水熱交換器２０１に送出する。凝縮器として機能する水熱交換器２０１は、冷媒を水と熱交換させる。このとき、冷媒の温度は水温よりも高い。そのため、水熱交換器２０１は、入力した冷媒を入力時よりも低温の冷媒にして膨張弁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て空気熱交換器１０１に送出する。蒸発器として機能する空気熱交換器１０１は、膨張弁２１５から入力した冷媒を外気と熱交換させる。このとき、冷媒の温度は、外気温度よりも低い。そのため、空気熱交換器１０１は、冷媒の温度を上昇させる。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。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する。これにより、アキュムレータ２０８は、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。その結果、冷媒は、図１に示す点線の矢印の方向にチリングユニット１の内部を流れる。
　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。その結果、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に示すチリングユニット１が冷却サイクルの運転を開始する前に行う加熱サイクルの運転を説明する図は、冷媒が図１に示す実線の矢印の方向にチリングユニット１の内部を流れたときの時刻と冷媒の圧力との関係を示している。
　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。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は動作していない。時刻０では、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を減じることにより得られる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を減じることにより得られる差圧は、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。本発明の一実施形態では、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。

　時刻０から時刻ｔ１ｂまでの間、コンプレッサ２０９は動作していない。時刻０から時刻ｔ１ｂまでの間、チリングユニット１における冷媒は平衡状態である。時刻ｔ１ｂにコンプレッサ２０９が動作を開始すると、コンプレッサ２０９は、冷媒を入力する。コンプレッサ２０９は、入力した冷媒を入力時の冷媒よりも高温で高圧の冷媒にし、四方弁２０７を介して水熱交換器２０１に送出する。このとき、冷媒は、四方弁２０７と水熱交換器２０１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ｔ１ｂから徐々に上昇する。
　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する。水熱交換器２０１は、入力した冷媒を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。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から冷媒を入力する。空気熱交換器１０１は、入力した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。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する。これにより、アキュムレータ２０８は、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。

　このような冷却サイクルの運転を続けると、コンプレッサ２０９が四方弁２０７を介して水熱交換器２０１に送出する冷媒の温度は上昇する。時刻ｔ２ｂになるまで、第一の圧力センサ２０２が検出する冷媒の圧力Ｐ１は上昇し、第二の圧力センサ２０３が検出する冷媒の圧力Ｐ２は低下する。時刻ｔ２ｂになると、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を減じることにより得られる差圧が最大となる。時刻ｔ２ｂに、コンプレッサ２０９が四方弁２０７を介して水熱交換器２０１に送出する冷媒の温度上昇は水熱交換器２０１や膨張弁２１５により冷却される冷媒の温度の低下よりも大きくなる。空気熱交換器１０１と四方弁２０７の間の冷媒管における冷媒の温度は上昇し、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。

　その後、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、上昇する。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となった時刻ｔ３ｂに、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。なお、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を減じることにより得られる差圧が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の差圧以上の状態であれば、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てよい。

　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と、空気熱交換器１０１と四方弁２０７の間の冷媒管がコンプレッサ２０９の出力につながり、水熱交換器２０１と四方弁２０７の間の冷媒管がアキュムレータ２０８とコンプレッサモータ２１０とを介してコンプレッサ２０９の入力につながる。
　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する。コンプレッサ２０９は、入力した冷媒を入力時の冷媒よりも高温で高圧の冷媒にし、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する。空気熱交換器１０１は、入力した冷媒を外気と熱交換させ、入力時よりも低温の冷媒にする。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から冷媒を入力する。水熱交換器２０１は、入力した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。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する。これにより、アキュムレータ２０８は、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。

　このような冷却サイクルの運転を続けると、コンプレッサ２０９が四方弁２０７を介して空気熱交換器１０１に送出する冷媒の温度が上昇する。時刻ｔ４ｂに第一の圧力センサ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とが一致する。

　その後、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、上昇する。
　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ることにより得られる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。

　以上、本発明の一実施形態による制御装置２１６の処理について説明した。本発明の一実施形態による制御装置２１６の処理によれば、制御部２１７は、冷却サイクルの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２０１を用いて水を冷却する冷却サイクルの運転を開始する前に、冷却サイクルの逆サイクルである加熱サイクルの運転をさせる。制御部２１７は、冷却サイクルの運転をさせる際に、コンプレッサ２０９と空気熱交換器１０１との間の冷媒管における冷媒の圧力Ｐ２から冷媒の圧力Ｐ２よりも低いコンプレッサ２０９と水熱交換器２０１との間の冷媒管における冷媒の圧力Ｐ１を減じることにより得られる差圧を、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。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ることにより得られる差圧が、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。
　このようにすれば、制御装置２１６は、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、制御装置２１６は、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ることにより得られる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、制御装置２１６は、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。

　本発明の実施形態について説明したが、上述の制御装置２１６は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータがそのプログラムを実行するようにしてもよい。

　また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行ってよい。

　本発明の実施形態による制御装置によれば、チリングユニットにおいて、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。

１　チリングユニット
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

　外気と熱交換した冷媒を送出する空気熱交換器と、前記空気熱交換器から送出された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、前記冷媒を圧縮し前記圧縮された冷媒を送出するコンプレッサと、前記コンプレッサから送出された冷媒を前記空気熱交換器に送出する第１冷媒管と、を備えるチリングユニットのための制御装置であって、
　前記水熱交換器を用いて前記水を冷却する冷却サイクルの運転をさせるときに、前記第１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第２冷媒管における冷媒の圧力を減じることにより得られる差圧を、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し、外気温度が前記水を凝固点以下の温度とする外気温度であるとき、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの運転を開始させる前に、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの逆サイクルの運転をさせる制御部、
　を備える制御装置。
　前記第２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、
　前記第１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ることにより得られる差圧が、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前記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、
　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、
　請求項２に記載の制御装置。
　外気と熱交換した冷媒を送出する空気熱交換器と、前記空気熱交換器から送出された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、前記冷媒を圧縮し前記圧縮された冷媒を送出するコンプレッサと、前記コンプレッサから送出された冷媒を前記空気熱交換器に送出する第１冷媒管と、を備えるチリングユニットのための制御装置の制御方法であって、
　前記水熱交換器を用いて前記水を冷却する冷却サイクルの運転をさせるときに、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ることにより得られる差圧を、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し、外機温度が前記水を凝固点以下の温度とする外気温度であるとき、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの運転を開始させる前に、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの逆サイクルの運転をさせること、
　を含む制御方法。
　外気と熱交換した冷媒を送出する空気熱交換器と、前記空気熱交換器から送出された冷媒と水とを熱交換させて前記水を冷却する前記水熱交換器と、前記冷媒を圧縮し前記圧縮された冷媒を送出するコンプレッサと、前記コンプレッサから送出された冷媒を前記空気熱交換器に送出する第１冷媒管と、を備えるチリングユニットのためのコンピュータに、
　前記水熱交換器を用いて前記水を冷却する冷却サイクルの運転をさせるときに、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ることにより得られる差圧を、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し、外気温度が前記水を凝固点以下の温度とする外気温度であるとき、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの運転を開始させる前に、前記チリングユニットに前記冷却サイクルの逆サイクルの運転をさせること、
　を実行させるプログラム。