CN104969014A - 冷冻循环装置和冷冻循环装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

基于冷凝器吸入空气温度(Tac)、蒸发器吸入空气温度(Tae)和压缩机运转容量(VP)，求出起动了压缩机(1)后或变更了压缩机(1)的运转容量之后的、制冷剂的冷凝温度的预测值(Tc＊)和蒸发温度的预测值(Te＊)，并基于预测值(Tc＊)、预测值(Te＊)和压缩机运转容量(VP)，决定膨胀阀3的设定开度(LP)。

Description

冷冻循环装置和冷冻循环装置的控制方法

技术领域

本发明涉及用配管将压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器连接成环状并使制冷剂循环的冷冻循环装置及其控制方法。

背景技术

在以往的冷冻循环装置中，例如提出有如下的技术方案，即，在制热运转起动时将膨胀阀的开度设定为预先设定的起动开度，且在低压制冷剂压力是规定压力以上时，使膨胀阀的开度小于起动开度，在低压制冷剂压力低于规定压力时，将膨胀阀的开度设定得较大(例如，参照专利文献1)。

此外，提出有如下的技术方案，即，在运转起动时，在被判别为流入蒸发器的制冷剂是过热气体状态的情况下，使膨胀阀的开度增加(例如，参照专利文献2)。

此外，提出有如下的技术方案，即，通过监视压缩机的排出管温度的变化，并使下次起动时的膨胀阀开度与该排出管温度的变化相对应产生变化，设定下次起动时的膨胀阀的开度(例如，参照专利文献3)。

此外，提出有如下的技术方案，即，进行按照室外温度条件阶段性地调整膨胀阀的开度，并使其到达适合于压缩机的设定频率的设定开度的控制(例如，参照专利文献4)。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3208923号公报([0016]、[0017]段)

专利文献2：日本专利第5022920号公报([0005]段)

专利文献3：日本特开平11－153366号公报([0008]段)

专利文献4：日本特开2000－337717号公报([0010]段)

发明内容

发明要解决的课题

在室外空气温度低的环境条件下起动冷冻循环装置的运转的情况下，由于停止时制冷剂成为液相状态积存在室外机的设备内(蒸发器、储液器等)，所以起动时流入膨胀阀的制冷剂成为气液二相状态，制冷剂密度变小。因此，在刚刚起动之后的运转中，低压侧的制冷剂压力降低，产生冷冻机油的循环不良。

此外，在室外空气温度高的环境条件下起动冷冻循环装置的运转的情况下，由于成为高压缩比运转，所以起动时压缩机的排出温度容易过剩地上升。若排出温度过剩地上升，则冷冻机油劣化，压缩机的线圈的耐热能力降低。

在以往的技术中，将膨胀阀的起动开度设定得较大，从经过了确保膨胀阀的入口侧的过冷(SC)的规定的时间起，开始正常控制(排出温度控制、室内机的SC控制)。

可是，根据室外空气温度与设想不同的情况等环境条件的变化或压缩机的运转容量的变更等，存在产生向压缩机回液这样的问题点。因此，存在运转效率的降低和设备可靠性降低这样的问题点。

此外，在相反地起动开度过小的情况下，存在低压侧的制冷剂压力降低，压缩机的排出温度(Td)过剩地上升，运转效率降低和设备可靠性降低这样的问题点。特别是作为GWP(Global Warmingpotential)低的制冷剂的R32制冷剂，与现在使用的R410A制冷剂相比，存在排出的温度(Td)上升15～30K程度的倾向，该问题点较为显著。

在专利文献1～4记载的技术中，未考虑随着膨胀阀的开度控制而带来的对高压侧的制冷剂压力和排出温度的影响。因此，根据环境条件的不同，存在压缩机的排出温度过剩地上升，运转效率降低和设备可靠性降低这样的问题点。

另外，在专利文献2记载的技术中，由于在判别为流入蒸发器的制冷剂是过热气体状态之后进行膨胀阀的开度控制，所以存在产生响应延迟而控制的适应性低这样的问题点。此外，在专利文献3记载的技术中，需要使下次起动时的膨胀阀开度进行变化，存在控制的适应性低这样的问题点。

本发明是为了解决如上述那样的课题而提出的，其目的在于，获得一种能够设定与环境条件和压缩机的运转容量相应且适当的膨胀阀的开度的冷冻循环装置和冷冻循环装置的控制方法。

此外，其目的在于，获得一种能够抑制室外空气温度低的环境条件下的低压侧的制冷剂压力的降低，并提高运转效率的冷冻循环装置和冷冻循环装置的控制方法。

此外，其目的在于，获得一种能够抑制压缩机的排出温度的过剩上升，提高设备可靠性的冷冻循环装置和冷冻循环装置的控制方法。

此外，其目的在于，获得一种能够提高膨胀阀的开度控制的适应性的冷冻循环装置和冷冻循环装置的控制方法。

用于解决课题的手段

本发明的冷冻循环装置，其用配管将运转容量可变的压缩机、冷凝器、开度可变的膨胀阀和蒸发器连接成环状，并使制冷剂循环，其特征在于，该冷冻循环装置具备：第1温度传感器，检测与上述冷凝器内的上述制冷剂进行热交换的热介质的温度；第2温度传感器，检测与上述蒸发器内的上述制冷剂进行热交换的热介质的温度；以及控制装置，控制上述压缩机的运转容量和上述膨胀阀的开度，在起动上述压缩机时或变更上述压缩机的运转容量时，上述控制装置基于上述第1温度传感器的检测值、上述第2温度传感器的检测值和上述压缩机所设定的运转容量的设定值(VP)，求出起动了上述压缩机之后或变更了上述压缩机的运转容量之后的、上述制冷剂的冷凝温度的预测值(Tc＊)和上述制冷剂的蒸发温度的预测值(Te＊)，并基于上述冷凝温度的预测值(Tc＊)、上述蒸发温度的预测值(Te＊)和上述压缩机所设定的运转容量的设定值(VP)，决定上述膨胀阀所设定的开度。

发明的效果

本发明能够设定与环境条件和压缩机的运转容量相应且适当的膨胀阀的开度。此外，能够抑制室外空气温度低的环境条件下的低压侧的制冷剂压力的降低，并提高运转效率。此外，能够抑制压缩机的排出温度的过剩上升，提高设备可靠性。此外，能够提高膨胀阀的开度控制的适应性。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的冷冻循环装置的结构图。

图2是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的整体控制流程的图。

图3是本发明的实施方式1的冷冻循环装置的Ph线图。

图4是表示膨胀阀的开度和Cv值的关系的图。

图5是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的基准开度运算流程的图。

图6是说明本发明的实施方式1的冷冻循环装置的低压修正控制的Ph线图。

图7是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的低压修正控制流程的图。

图8是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的Td修正控制流程的图。

图9是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的动作结果的一个例子的图。

具体实施方式

实施方式1

＜冷冻循环装置的结构＞

图1是本发明的实施方式1的冷冻循环装置的结构图。

如图1所示，冷冻循环装置100具备室外机61和室内机62。室外机61和室内机62由液管5和气管7连接，构成后述的制冷剂回路20。室外机61进行向热源例如大气等的散热或吸热。室内机62进行例如向室内空气的散热或吸热。另外，在图1中表示了仅具备一台室内机62的结构，但是也可以为多台。

＜室外机的结构＞

室外机61具备压缩机1、作为流路切换装置的四通阀8、与大气、水等热介质进行热交换的室外热交换器2、和作为减压装置的膨胀阀3，它们由制冷剂配管连接。室外机61还具备作为将大气、水等热介质向室外热交换器2输送的装置的室外风扇31。以下，对构成室外机61的各设备依次进行说明。

(压缩机)

压缩机1例如是全密闭式压缩机，是利用变频器根据来自控制装置50的指令能够使转速可变的压缩机。控制装置50根据空调负荷等控制压缩机1的转速，调整在制冷剂回路20中循环的制冷剂流量。由此，能够调整室内机62的散热或吸热量，例如在负荷侧是室内空气的情况下适当地保持室内空气温度。

(四通阀)

四通阀8用于切换流路，以使从压缩机1被排出的气体制冷剂流入室外热交换器2或室内热交换器6。通过由四通阀8切换流路，例如能够使室外热交换器2作为冷凝器(散热器)而发挥作用或作为蒸发器而发挥作用。

(室外热交换器)

室外热交换器2例如是翅片管型热交换器，进行作为从室外风扇31供给的热介质的室外空气与制冷剂的热交换。另外，在室外热交换器2中与制冷剂进行热交换的热介质，不限于室外空气(空气)，例如也能够将水、防冻液等利用为热源。在该情况下，室外热交换器2使用板式热交换器，热源侧输送装置使用泵而不是室外风扇31。此外，室外热交换器2也可以通过将热交换配管埋入地下而利用地热，能够遍及全年地供给稳定的温度的热源。

(膨胀阀)

膨胀阀3是根据来自控制装置50的指令能够使开度可变的阀。膨胀阀3例如使用电子控制式膨胀阀(Linear Expansion Valve：LEV)。膨胀阀3通过使开度变化而使流路阻力变化。设定膨胀阀3的开度的动作后述。

＜室内机的结构＞

室内机62具备与室内空气等热介质进行热交换的室内热交换器6和作为输送室内空气等热介质的装置的室内风扇32。以下，对构成室内机62的各设备依次进行说明。

(室内热交换器)

室内热交换器6例如由翅片管型热交换器构成，进行作为从室内风扇32供给的热介质的室内空气和制冷剂的热交换。另外，在室内热交换器6中与制冷剂进行热交换的热介质，不限于室内空气，例如也能够将水、防冻液等利用为热源。在该情况下，室内热交换器6使用板式热交换器，负荷侧输送装置使用泵而不是室内风扇32。

(连接配管)

液管5和气管7是连接室外机61和室内机62的连接配管，具有连接所必要的规定的长度。此外，一般来说，气管7的配管直径比液管5大。液管5连接于室外机61的膨胀阀3与室内机62的室内热交换器6之间。此外，气管7连接于室外机61的四通阀8与室内机62的室内热交换器6之间。通过这样地由液管5和气管7连接室外机61和室内机62，构成供制冷剂依次在压缩机1、四通阀8、室内热交换器6、膨胀阀3、室外热交换器2、四通阀8中进行循环的制冷剂回路20。

＜传感器类和控制装置＞

接着，对冷冻循环装置100所具备的传感器类和控制装置50进行说明。

在压缩机1的排出侧，设有检测从压缩机1被排出的制冷剂的温度(以下称为排出温度Td)的排出温度传感器41。在压缩机1的排出侧，设有检测从压缩机1被排出的制冷剂的压力(以下称为排出压力Pd)的排出压力传感器42。在压缩机1的吸入侧，设有检测从压缩机1被排出的制冷剂的压力(以下称为吸入压力Ps)的吸入压力传感器43。

在室外机61中设有检测与室外热交换器2内的制冷剂进行热交换的空气(室外空气)的温度的室外温度传感器44。在室内机62中设有检测与室内热交换器6内的制冷剂进行热交换的空气(室内空气)的温度的室内温度传感器45。

即，在制热运转时，室外温度传感器44检测被蒸发器吸入的空气的温度(蒸发器吸入空气温度Tae)，室内温度传感器45检测被冷凝器吸入的空气的温度(冷凝器吸入空气温度Tac)。此外，在制冷运转时，室外温度传感器44检测被冷凝器吸入的空气的温度(冷凝器吸入空气温度Tac)，室内温度传感器45检测被蒸发器吸入的空气的温度(蒸发器吸入空气温度Tae)。

另外，室外温度传感器44或室内温度传感器45当中的、检测冷凝器吸入空气温度Tac的传感器，相当于本发明的“第1温度传感器”。

此外，室外温度传感器44或室内温度传感器45当中的、检测蒸发器吸入空气温度Tae的传感器，相当于本发明的“第2温度传感器”。

此外，排出温度传感器41相当于本发明的“第3温度传感器”。

控制装置50由微型计算机构成，具备CPU、RAM和ROM等，在ROM中存储有控制程序和与后述的流程图相对应的程序等。控制装置50基于来自各传感器的检测值，控制压缩机1、膨胀阀3、室外风扇31和室内风扇32。此外，控制装置50通过四通阀8的切换而进行制冷运转或制热运转。另外，控制装置50既可以设于室外机61，也可以设于室内机62，此外，还可以分为室内控制装置和室外控制装置地构成，并形成为彼此进行合作处理的结构。

接着，对制冷剂回路20中的制热运转和制冷运转进行说明。

＜制热运转时的制冷剂的动作＞

制热运转时，四通阀8被切换成图1的实线所示的状态。并且，从压缩机1排出的高温高压的制冷剂，通过四通阀8流入气管7。之后，制冷剂流入室内机62的室内热交换器6。由于室内热交换器6在制热运转时作为冷凝器而工作，所以流入到室内热交换器6的制冷剂与来自室内风扇32的室内空气进行热交换而散热，温度降低成为过冷却状态的液态制冷剂，从室内热交换器6流出。

从室内热交换器6流出的制冷剂流入液管5。之后，制冷剂流入室外机61。并且，流入了室外机61的制冷剂被膨胀阀3减压，成为气液二相制冷剂，流入室外热交换器2。由于室外热交换器2在制热运转时作为蒸发器而工作，所以流入了室外热交换器2的制冷剂与来自室外风扇31的室外空气进行热交换而吸热、蒸发，成为气体状态的制冷剂，从室外热交换器2流出。从室外热交换器2流出了的制冷剂，通过四通阀8，被吸入压缩机1。

＜制冷运转时的制冷剂的动作＞

在制冷运转时，四通阀8被切换成图1的虚线所示的状态。从压缩机1排出的高温高压的制冷剂，通过四通阀8，流入室外热交换器2。流入室外热交换器2的制冷剂，是与从压缩机1排出的高温高压制冷剂大致相同的制冷剂状态。由于室外热交换器2在制冷运转时作为冷凝器而工作，所以流入了室外热交换器2的制冷剂与来自室外风扇31的室外空气(大气)进行热交换而散热，温度降低成为过冷却状态的液态制冷剂，从室外热交换器2流出。

从室外热交换器2流出了的制冷剂被膨胀阀3减压，成为气液二相制冷剂，流入液管5。之后，制冷剂流入室内机62的室内热交换器6。由于室内热交换器6在制冷运转时作为蒸发器而工作，所以流入了室内热交换器6的制冷剂与来自室内风扇32的室内空气进行热交换而吸热、蒸发，成为气体状态的制冷剂，从室内热交换器6流出。从室内热交换器6流出了的制冷剂流入气管7。流入到气管7的制冷剂流入室外机61。并且，流入了室外机61的制冷剂，通过四通阀8，被压缩机1吸入。

另外，本实施方式1的冷冻循环装置100构成为能够切换制热运转和制冷运转，但是本发明不限定于此。也可以形成为仅实施制热运转或仅实施制冷运转的结构。在该情况下也可以不设置四通阀8。

＜控制动作＞

接着，说明设定膨胀阀3的开度的控制动作。

设定膨胀阀3的开度的控制动作被大致分为基准开度运算、低压修正控制和Td修正控制。控制装置50在起动压缩机1时或变更压缩机1的运转容量时，通过依次进行这些运算和控制动作，设定膨胀阀3的开度。

以下，在说明了整体控制流程之后，对运算和控制动作的详情进行说明。

(整体控制流程)

图2是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的整体控制流程的图。以下，基于图2的各步骤进行说明。

(S101)

控制装置50实施基准开度运算(LPbase)。

在基准开度运算中，控制装置50运算起动了压缩机1后或变更了压缩机1的运转容量后的、冷凝温度的预测值Tc＊和蒸发温度的预测值Te＊。并且，基于冷凝温度的预测值Tc＊、蒸发温度的预测值Te＊和压缩机1所设定的运转容量的设定值(以下称为压缩机容量VP)，运算膨胀阀3所设定的基准开度LPbase。详情后述。

(S102)

控制装置50判断当前的蒸发温度的实测值Te是否低于蒸发温度的预测值Te＊减去规定温度(例如5℃)而得到的值。

在这里，蒸发温度的实测值Te能够通过将吸入压力传感器43检测到的吸入压力Ps换算为制冷剂饱和气体温度而求出。另外，也可以另外设置检测蒸发温度的温度传感器。

另外，在这里，蒸发温度的预测值Te＊减去了规定温度，但是本发明不限定于此。也可以判断蒸发温度的实测值Te是否低于预测值Te＊。

(S103)

在当前的蒸发温度的实测值Te低于蒸发温度的预测值Te＊减去了规定温度而得到的值的情况下，控制装置50实施低压修正控制。

在低压修正控制中，控制装置50基于冷凝温度的预测值Tc＊和蒸发温度的预测值Te＊，运算冷凝器的冷凝压力与蒸发器的蒸发压力的压差的预测值ΔP＊。并且，基于冷凝器的冷凝压力与蒸发器的蒸发压力的压差的实测值ΔP和压差预测值ΔP＊，运算修正膨胀阀3的开度的低压修正开度ΔLPte。详情后述。

(S104)

在当前的蒸发温度的实测值Te不低于蒸发温度的预测值Te＊减去了规定温度而得到的值的情况下，控制装置50将低压修正开度ΔLPte设定为零，进入步骤S106。

(S105)

控制装置50判断蒸发温度的实测值Te是否大于蒸发温度的预测值Te＊减去了规定温度(例如3℃)而得到的值。或控制装置50判断膨胀阀3的设定开度LP与基准开度LPbase的差值的绝对值是否小于基准开度LPbase的规定比率(例如30％)。在满足条件的情况下进入步骤S106，控制装置50实施Td修正控制。另一方面，在不满足条件的情况下进入步骤S107。

即，蒸发温度的实测值Te与预测值Te＊的偏差小的情况下，或当前的设定开度LP与基准开度LPbase的偏差小的情况下，控制装置50实施Td修正控制。

(S106)

控制装置50实施Td修正控制。

在Td修正控制中，控制装置50基于冷凝温度的预测值Tc＊、蒸发温度的预测值Te＊和压缩机容量VP，运算从压缩机1被排出的制冷剂的排出温度的目标值Tdm。并且，基于排出温度传感器41检测到的排出温度Td的实测值与排出温度的目标值Tdm的差值，运算修正膨胀阀3的开度的Td修正开度ΔLPtd。详情后述。

(S107)

控制装置50在当前的修正开度ΔLPho的基础上加上低压修正开度ΔLPte和Td修正开度ΔLPtd，更新修正开度ΔLPho。另外，修正开度ΔLPho的初始值是零。

(S108)

控制装置50在基准开度LPbase的基础上加上修正开度ΔLPho，求出设定开度LP。并且，将膨胀阀3的开度控制为设定开度LP。之后，返回步骤S101，重复实施上述动作。

接着，说明基准开度运算、低压修正控制和Td修正控制的详情。

(基准开度运算)

图3是本发明的实施方式1的冷冻循环装置的Ph线图。

图4是表示膨胀阀的开度和Cv值的关系的图。

图5是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的基准开度运算流程的图。以下，一边参照图3和图4一边基于图5的各步骤进行说明。

(S201)

控制装置50判断当前的运转状态是制热还是制冷。在制冷的情况下，进入步骤S202。在制热的情况下，进入步骤S203。

(S202)

控制装置50取得室外温度传感器44所检测到的室外空气温度AT作为冷凝器吸入空气温度Tac。此外，取得室内温度传感器45所检测到的室内温度Tr作为蒸发器吸入空气温度Tae。

(S203)

控制装置50取得室外温度传感器44所检测到的室外空气温度AT作为蒸发器吸入空气温度Tae。此外，取得室内温度传感器45所检测到的室内温度Tr作为冷凝器吸入空气温度Tac。

(S204)

控制装置50在起动压缩机1时或变更压缩机1的运转容量时，读入压缩机1所设定的频率f的控制指示值。

(S205)

控制装置50通过压缩机1的排除量Vst[cc]乘以频率f[Hz]，算出在起动压缩机1时或变更压缩机1的运转容量时压缩机1所设定的运转容量的设定值(压缩机容量VP[cc×Hz])。另外，排除量Vst是压缩机1所固有的值，预先被存储于ROM等。

(S206)

控制装置50运算ΔTe和ΔTc。

如图3所示，在稳定运转时蒸发温度Te成为比蒸发器吸入空气温度Tae低ΔTe的温度。此外，在稳定运转时冷凝温度Tc成为比冷凝器吸入空气温度Tac高ΔTc的温度。即，ΔTe是起动了压缩机1之后或变更了压缩机1的运转容量之后的稳定运转时的蒸发温度Te与蒸发器吸入空气温度Tae之差的预测值。此外，ΔTc是起动了压缩机1之后或变更了压缩机1的运转容量之后的稳定运转时的冷凝温度Tc与冷凝器吸入空气温度Tac之差的预测值。

以下，说明ΔTe和ΔTc的运算例。

(ΔTe)

根据蒸发器中的制冷剂与空气(热介质)的能量平衡，以下的式(1)、式(2)成立。

[数学式1]

VP×ρs×η_v×Δhe＝AK×ΔTe   (1)

VP：压缩机容量[cc×Hz]

ρs：压缩机吸入制冷剂密度[kg/m³]

η_v：体积效率[－]

Δhe：冷冻效果[kJ/kg]

AK：蒸发器AK值[kW/K]

ΔTe：蒸发器温度差预测值[K]

[数学式2]

VP_std×ρs_std×η_v×Δhe＝AK_std×ΔTe_std   (2)

VP_std：额定条件下的压缩机容量[cc×Hz]

ρ_sstd：额定条件下的压缩机吸入制冷剂密度[kg/m³]

AK_std：额定条件下的蒸发器AK值[kW/K]

Δhe：冷冻效果[kJ/kg]

AK：蒸发器AK值[kW/K]

ΔTe_std：额定条件下的蒸发器温度差预测值[K]

若假定η_v＝恒定、AK＝恒定而整理式(1)、式(2)，则成为以下的式(3)。

[数学式3]

$\frac{\mathrm{\ρ}s}{{\mathrm{\ρs}}_{std}}=\frac{{\mathrm{VP}}_{std}}{VP}\×\frac{\mathrm{\Δ}Te}{{\mathrm{\ΔTe}}_{std}}---\left(3\right)$

由于式(3)的左边能够根据额定条件下的试验值等以ΔTe的一次函数近似，所以使式(3)变形并将系数汇总为α时，ΔTe成为以下的式(4)。

[数学式4]

ΔTe＝α×VP   (4)

控制装置50将压缩机容量VP代入式(4)中，运算ΔTe。

(ΔTc)

接着，说明ΔTc的运算例。

根据冷凝器中的制冷剂和空气(热介质)的能量平衡，以下的式(5)、式(6)成立。

[数学式5]

VP×ρs×η_v×Δhc＝AK×ΔTc   (5)

VP：压缩机容量[cc×Hz]

ρs：压缩机吸入制冷剂密度[kg/m³]

η_v：体积效率[－]

Δhe：冷冻效果[kJ/kg]

AK：蒸发器AK值[kW/K]

ΔTc：冷凝器温度差预测值[K]

[数学式6]

VP_std×ρs_std×η_v×Δhc＝AK_std×ΔTc_std   (6)

VP_std：额定条件下的压缩机容量[cc×Hz]

ρs_std：额定条件下的压缩机吸入制冷剂密度[kg/m³]

AK_std：额定条件下的蒸发器AK值[kW/K]

Δhe：冷冻效果[kJ/kg]

AK：蒸发器AK值[kW/K]

ΔTc_std：额定条件下的冷凝器温度差预测值[K]

若假定η_v＝恒定、AK＝恒定而整理式(5)、式(6)，将系数汇总为β时，ΔTc成为以下的式(7)。

[数学式7]

ΔTc＝β×VP   (7)

控制装置50将压缩机容量VP代入式(7)中，运算ΔTc。

(S207)

控制装置50将当前的蒸发器吸入空气温度Tae和运算出的ΔTe代入下述式(8)中，运算蒸发温度的预测值Te＊。

[数学式8]

Te*＝Tae-ΔTe   (8)

控制装置50将当前的冷凝器吸入空气温度Tac和运算出的ΔTc代入下述式(9)中，运算冷凝温度的预测值Tc＊。

[数学式9]

Tc*＝Tac+ΔTc   (9)

(S208)

控制装置50基于冷凝温度的预测值Tc＊、蒸发温度的预测值Te＊和压缩机容量VP，求出膨胀阀3的基准Cv值(Cv＿b)。

以下，说明基准Cv值(Cv＿b)的运算例。

膨胀阀3的Cv值的以下的式(10)的关系成立。

[数学式10]

$Cv\∝\frac{Gr}{\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_l\×\mathrm{\Δ}P}}---\left(10\right)$

Cv：流量系数[－]

Gr：制冷剂循环量[kg/s]

ρl：膨胀阀入口制冷剂密度[kg/m³]

ΔP：高低压压差[MPa]

制冷剂循环量Gr用以下的式(11)表示。

[数学式11]

Gr＝ρ_s×η_v×VP   (11)

ρs：压缩机吸入制冷剂密度[kg/m³]

η_v：体积效率[－]

起动了压缩机1之后或变更了压缩机1的运转容量之后的、膨胀阀3的基准Cv值(Cv＿b)，根据式(10)和式(11)，成为以下的式(12)。

[数学式12]

$Cv\_b\∝\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*\×{\mathrm{\η}}_v\×VP}{\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_l\×\mathrm{\Δ}P*}}---\left(12\right)$

ρs＊：预测值Te＊时的压缩机吸入制冷剂密度[kg/m³]

ΔP＊：预测值Tc＊和预测值Te＊时的高低压压差预测值[MPa]

控制装置50用饱和温度将冷凝温度的预测值Tc＊和蒸发温度的预测值Te＊换算成冷凝压力Pd和蒸发压力Ps，算出ΔP＊。

此外，根据上述式(3)的关系，用预测值Te＊算出ρs＊。

此外，假定膨胀阀3的入口的制冷剂是液相状态，ρl＝液密度(恒定)。另外，η_v＝恒定(固有值)。

控制装置50将这些值代入式(12)中，运算膨胀阀3的基准Cv值(Cv＿b)。

(S209)

控制装置50基于冷凝温度的预测值Tc＊、蒸发温度的预测值Te＊和压缩机容量VP，求出从压缩机1被排出的制冷剂的排出温度的目标值Tdm。

例如，将压缩机1的吸入过热度是零的情况下的、冷凝温度Tc、蒸发温度Te和排出温度Td相对于压缩机容量VP的特性的、理论值或实验数据等作为表格而预先存储在ROM等中。并且，参照该表格，将预测值Tc、预测值Te＊和与压缩机容量VP相对应的排出温度Td作为排出温度的目标值Tdm。即，如图3所示，排出温度的目标值Tdm是压缩机1的吸入过热度为零的情况下的排出温度Td。

(S210)

控制装置50判断在步骤S209中求出了的排出温度的目标值Tdm是否超过排出温度上限容许值Tdmax。

在这里，排出温度上限容许值Tdmax是压缩机1所固有的值，预先被存储于ROM等。

(S211)

在排出温度的目标值Tdm超过排出温度上限容许值Tdmax的情况下，控制装置50运算与排出温度的目标值Tdm和排出温度上限容许值Tdmax的差值相应的、Cv修正值ΔCvtd。

该Cv修正值ΔCvtd是比零大的值，设定成排出温度的目标值Tdm和排出温度上限容许值Tdmax的差值越大值越大的值。即，在排出温度的目标值Tdm比排出温度上限容许值Tdmax大的情况下，通过修正Cv值以使膨胀阀3的开度增加，防止起动后的排出温度Td成为排出温度上限容许值Tdmax以上。

(S212)

在排出温度的目标值Tdm不超过排出温度上限容许值Tdmax的情况下，控制装置50将Cv修正值ΔCvtd设定为零，进入步骤S213。

(S213)

控制装置50用将Cv值变换为设定开度LP的变换函数fLEV，将在膨胀阀3的基准Cv值(Cv＿b)的基础上加上了Cv修正值ΔCvtd而成的值换算成开度设定值，求出基准开度LPbase。

如图4所示，Cv值[－]和设定开度LP[pulse]具有膨胀阀3所固有的对应关系。将这样的对应关系作为变换函数fLEV而进行近似，并预先存储于ROM等。另外，也可以将设定开度LP和Cv值的对应关系作为表格信息而存储。

控制装置50结束基准开度运算，进入步骤S102(图2)。

(低压修正控制)

图6是说明本发明的实施方式1的冷冻循环装置的低压修正控制的Ph线图。

图7是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的低压修正控制流程的图。

上述的基准开度LPbase是假定膨胀阀3的入口的制冷剂是液相状态而求出的开度。膨胀阀3的入口的制冷剂是气液二相状态的情况下，与液相状态相比制冷剂密度降低，因此，有时产生压损增加，低压侧的制冷剂压力降低(低压的引入)。

在图6中，实线表示低压侧的压力稳定时(预测值Tc＊、预测值Te＊)的制冷剂循环(膨胀阀3的入口的制冷剂为液相状态)。虚线表示低压侧的压力降低时的制冷剂循环(膨胀阀3的入口的制冷剂为气液二相状态)。

由此，在当前的蒸发温度Te比预测值Te＊低的情况下，控制装置50判定膨胀阀3的入口的制冷剂是气液二相状态(密度小)(S102)，实施低压修正控制。并且，通过修正膨胀阀3的开度以使冷凝温度成为预测值Tc＊、蒸发温度成为预测值Te＊，来抑制低压侧的压力的降低。

以下，说明低压修正开度ΔLPte的运算例。

根据上述式(10)和式(11)的关系，在低压侧的压力稳定时(预测值Tc＊、预测值Te＊)的制冷剂循环中，下述式(13)成立。此外，在低压侧的压力降低时(冷凝温度的实测值Tc、蒸发温度的实测值Te)的制冷剂循环中，下述式(14)成立。

[数学式13]

$Cvte\∝\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*\×{\mathrm{\η}}_v\×VP}{\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_l\×\mathrm{\Δ}P*}}---\left(13\right)$

Cvte：修正后Cv值[－]

ρs＊：预测值Te＊时的压缩机吸入制冷剂密度[kg/m³]

η_v：体积效率[－]

VP：压缩机容量[cc×Hz]

ρl：膨胀阀入口制冷剂密度[kg/m³]

ΔP＊：预测值Tc＊和预测值Te＊时的高低压压差预测值[MPa]

[数学式14]

$Cv\∝\frac{{\mathrm{\ρ}}_s\×{\mathrm{\η}}_v\×VP}{\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_l\×\mathrm{\Δ}P}}---\left(14\right)$

Cv：修正前Cv值[－]

ρs：实测值Te时的压缩机吸入制冷剂密度[kg/m³]

η_v：体积效率[－]

VP：压缩机容量[cc×Hz]

ρl：膨胀阀入口制冷剂密度[kg/m³]

ΔP：冷凝器的冷凝压力Pd和蒸发器的蒸发压力Ps的压差的实测值[MPa]

整理上述式(13)和式(14)，成为以下的式(15)。

[数学式15]

$Cvte=Cv\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*/{\mathrm{\ρ}}_s}{\sqrt{\mathrm{\Δ}P*/\mathrm{\Δ}P}}---\left(15\right)$

由此，为了实现预测值Tc＊、预测值Te＊所必要的低压修正开度ΔLPte成为以下的式(16)。

[数学式16]

ΔLPte＝fLEV(Cvte)-fLEV(Cv)   (16)

fLEV：变换函数

接着，基于图7的各步骤说明低压修正控制的动作。

(S301)

控制装置50基于冷凝温度的预测值Tc＊和蒸发温度的预测值Te＊，运算高低压压差预测值ΔP＊。例如，分别用饱和温度将冷凝温度的预测值Tc＊和蒸发温度的预测值Te＊换算成冷凝压力Pd和蒸发压力Ps。并且，根据冷凝压力Pd和蒸发压力Ps的差值，算出高低压压差预测值ΔP＊。

(S302)

控制装置50根据排出压力传感器42检测到的排出压力Pd和吸入压力传感器43检测到的吸入压力Ps的差值，算出高低压压差的实测值ΔP。另外，也可以另外设置检测冷凝温度的温度传感器和检测蒸发温度的温度传感器并进行压力换算而算出高低压压差的实测值ΔP。

(S303)

控制装置50根据上述式(3)的关系，用预测值Te＊算出ρs＊。

(S304)

控制装置50根据上述式(3)的关系，用当前的蒸发温度的实测值Te算出ρs。

在这里，蒸发温度的实测值Te通过将吸入压力传感器43所检测到的吸入压力Ps换算成制冷剂饱和气体温度而求出。另外，也可以另外设置检测蒸发温度的温度传感器。

(S305)

控制装置50用将设定开度LP变换为Cv值的变换函数fLEVCv，将当前的设定开度LP变换成Cv值。

在这里，变换函数fLEVCv既可以如图4所示根据Cv值[－]和设定开度LP[pulse]的对应关系求出，也可以作为表格信息而存储。

(S306)

控制装置50将在步骤S301～S305中求出了的各值代入上述式(15)中，运算作为修正后Cv值的Cvte。

(S307)

控制装置50求出将Cvte换算成开度设定值而成的值与将当前的Cv值换算成开度设定值而成的值的差值，作为低压修正开度ΔLPte。

控制装置50结束低压修正控制，进入步骤S105(图2)。

(Td修正控制)

图8是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的Td修正控制流程的图。以下，基于图8的各步骤进行说明。

(S401)

控制装置50基于冷凝温度的预测值Tc＊、蒸发温度的预测值Te＊和压缩机容量VP，求出从压缩机1被排出的制冷剂的排出温度的目标值Tdm。

例如，将压缩机1的吸入过热度是零的情况下的、冷凝温度Tc、蒸发温度Te和排出温度Td相对于压缩机容量VP的特性的理论值或实验数据等，作为表格预先存储于ROM等。并且，参照该表格，将预测值Tc、预测值Te＊和与压缩机容量VP相对应的排出温度Td作为排出温度的目标值Tdm。即，如图3所示，排出温度的目标值Tdm是压缩机1的吸入过热度为零的情况下的排出温度Td。

(S402)

控制装置50运算与排出温度传感器41检测到的当前的排出温度Td和排出温度的目标值Tdm的差值相应的、Cv修正值ΔCvtd。

该Cv修正值ΔCvtd是比零大的值，设定成当前排出温度Td和排出温度的目标值Tdm的差值越大值越大的值。

此外，Cv修正值ΔCvtd在排出温度Td比目标值Tdm大的情况下设定为正的值，在排出温度Td比目标值Tdm小的情况下设定为负的值。即，在排出温度Td的实测值比目标值Tdm大的情况下，使膨胀阀3的开度增加，在排出温度Td的实测值比目标值Tdm小的情况下，使膨胀阀3的开度减少，由此排出温度Td成为目标值Tdm。

(S403)

控制装置50求出将在当前的Cv值的基础上加上了ΔCvtd而得到的值换算成开度设定值而成的值与将当前的Cv值换算成开度设定值而成的值的差值，作为Td修正开度ΔLPtd。

控制装置50结束Td修正控制，进入步骤S107(图2)。

＜动作结果＞

图9是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的动作结果的一个例子的图。

如图9所示，起动时和变更了压缩机容量VP时的膨胀阀3的基准开度，成为与压缩机容量VP成正比的值。

在当前的蒸发温度Te的实测值比预测值Te＊低规定温度以上的情况下，判定膨胀阀3的入口的制冷剂是气液二相状态(密度小)，实施低压修正控制。由此，膨胀阀3的开度增加低压修正开度ΔLPte，抑制低压侧的压力的降低。

在蒸发温度的实测值Te与预测值Te＊的偏差小的情况下，或在膨胀阀3的当前的设定开度LP与基准开度LPbase的偏差小的情况下，实施Td修正控制。由此膨胀阀3的开度增加或减少Td修正开度ΔLPtd，排出温度Td被控制成为目标值Tdm。

＜效果＞

如上所述，在本实施方式1中，控制装置50在起动压缩机1时或变更压缩机1的运转容量时，基于冷凝器吸入空气温度Tac、蒸发器吸入空气温度Tae和压缩机容量VP，求出起动了压缩机1之后或变更了压缩机1的运转容量之后的、制冷剂的冷凝温度的预测值Tc＊和制冷剂的蒸发温度的预测值Te＊。并且，基于冷凝温度的预测值Tc＊、蒸发温度的预测值Te＊和压缩机容量VP，决定膨胀阀3所设定的开度。

因此，能够设定与环境条件和压缩机容量VP相应且适当的膨胀阀3的开度。由此，能够防止对压缩机1的回液，能够提高设备可靠性。此外，通过求出起动了压缩机1之后或变更了压缩机1的运转容量之后的、预测值Tc＊和预测值Te＊，能够提高膨胀阀3的开度控制的适应性。

此外，在本实施方式1中，基于预测值Tc＊和预测值Te＊，求出冷凝压力和蒸发压力的压差预测值ΔP＊，并基于冷凝器吸入空气温度Tac和蒸发器吸入空气温度Tae，求出冷凝压力和蒸发压力的压差的实测值ΔP。并且，基于压差的预测值ΔP＊和实测值ΔP，求出低压修正开度ΔLPte，修正膨胀阀3所设定的开度。

因此，能够抑制室外温度低的环境条件下的低压侧的制冷剂压力的降低(低压引入)。此外，通过抑制低压侧的制冷剂压力的降低，能够增加制冷剂循环量，能够提高制热能力。此外，通过抑制低室外空气起动时的低压引入，能够抑制运转效率的降低，能够提高节能性。

此外，在本实施方式1中，基于预测值Tc＊、预测值Te＊和压缩机容量VP，求出变更了压缩机1的运转容量之后的、从压缩机1被排出的制冷剂的排出温度的目标值Tdm。并且，基于排出温度Td的实测值和目标值Tdm的差值，求出Td修正开度ΔLPtd，修正膨胀阀3所设定的开度。

因此，能够抑制压缩机1的排出温度的过剩上升，在压缩机1的运转保障范围内实现高效率的运转。由此，能够提高设备可靠性。

此外，在本实施方式1中，排出温度的目标值Tdm超过排出温度上限容许值Tdmax的情况下，基于排出温度上限容许值Tdmax和目标值Tdm的差值，修正膨胀阀3所设定的开度。

因此，在用预测值Te＊、预测值Tc＊算出了的排出温度的目标值Tdm成为压缩机1的运转保障范围外的高温的情况下，通过预先进行修正以使膨胀阀3的开度增加，能够通过压缩机1的吸湿运转在运转保障范围内实现起动动作。

＜变形例＞

另外，在设定膨胀阀3的开度的控制动作中，对进行基准开度运算(S101)、低压修正控制(S103)和Td修正控制(S106)的实施方式进行了说明，但是本发明不限定于此。也可以是执行基准开度运算、低压修正控制和Td修正控制当中的、任意的1个或2个的控制。

例如，在图2中，也可以省略步骤S102～S104，根据基准开度运算和Td修正控制来设定膨胀阀3的开度。此外例如也可以在图2中省略步骤S105、S106，根据基准开度运算和低压修正控制来设定膨胀阀3的开度。此外例如也可以在图2中省略步骤S102～S107，仅根据基准开度运算来设定膨胀阀3的开度。此外例如也可以在图2中省略步骤S101，将基准开度设定为任意的开度之后，根据低压修正控制和低压修正控制来修正膨胀阀3的开度。

附图标记的说明

1压缩机、2室外热交换器、3膨胀阀、5液管、6室内热交换器、7气管、8四通阀、20制冷剂回路、31室外风扇、32室内风扇、41排出温度传感器、42排出压力传感器、43吸入压力传感器、44室外温度传感器、45室内温度传感器、50控制装置、61室外机、62室内机、100冷冻循环装置。

Claims (6)

1.一种冷冻循环装置，其用配管将运转容量可变的压缩机、冷凝器、开度可变的膨胀阀和蒸发器连接成环状，并使制冷剂循环，其特征在于，

该冷冻循环装置具备：

第1温度传感器，检测与上述冷凝器内的上述制冷剂进行热交换的热介质的温度；

第2温度传感器，检测与上述蒸发器内的上述制冷剂进行热交换的热介质的温度；以及

控制装置，控制上述压缩机的运转容量和上述膨胀阀的开度，

在起动上述压缩机时或变更上述压缩机的运转容量时，上述控制装置基于上述第1温度传感器的检测值、上述第2温度传感器的检测值和上述压缩机所设定的运转容量的设定值（VP），求出起动了上述压缩机之后或变更了上述压缩机的运转容量之后的、上述制冷剂的冷凝温度的预测值（Tc＊）和上述制冷剂的蒸发温度的预测值（Te＊），

并基于上述冷凝温度的预测值（Tc＊）、上述蒸发温度的预测值（Te＊）和上述压缩机所设定的运转容量的设定值（VP），决定上述膨胀阀所设定的开度。

2.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，

上述控制装置基于上述冷凝温度的预测值（Tc＊）和上述蒸发温度的预测值（Te＊），求出上述冷凝器的冷凝压力和上述蒸发器的蒸发压力的压差的预测值（ΔP＊），

并基于上述冷凝器的冷凝压力与上述蒸发器的蒸发压力的压差的实测值（ΔP）和上述压差预测值（ΔP＊），修正上述膨胀阀所设定的开度。

3.根据权利要求1或2所述的冷冻循环装置，其特征在于，

该冷冻循环装置具备检测从上述压缩机被排出的上述制冷剂的排出温度的第3温度传感器，

上述控制装置基于上述冷凝温度的预测值（Tc＊）、上述蒸发温度的预测值（Te＊）和上述压缩机所设定的运转容量的设定值（VP），求出从上述压缩机被排出的上述制冷剂的排出温度的目标值（Tdm），

并基于上述第3温度传感器的检测值和上述排出温度的目标值（Tdm）的差值，修正上述膨胀阀所设定的开度。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的冷冻循环装置，其特征在于，

上述控制装置基于上述冷凝温度的预测值（Tc＊）、上述蒸发温度的预测值（Te＊）和上述压缩机所设定的运转容量的设定值（VP），求出从上述压缩机被排出的上述制冷剂的排出温度的目标值（Tdm），

在上述排出温度的目标值（Tdm）超过预先被设定的上限值的情况下，基于上述上限值与上述排出温度的目标值（Tdm）的差值，修正上述膨胀阀所设定的开度。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的冷冻循环装置，其特征在于，

上述制冷剂与R410A相比，比热比高。

6.一种冷冻循环装置的控制方法，该冷冻循环装置用配管将运转容量可变的压缩机、冷凝器、开度可变的膨胀阀和蒸发器连接成环状，并使制冷剂循环，其特征在于，

在起动上述压缩机时或变更上述压缩机的运转容量时，具有以下的步骤：

取得上述压缩机所设定的运转容量的设定值（VP）的步骤；

检测与上述冷凝器内的上述制冷剂进行热交换的热介质的温度的第1温度检测步骤；

检测与上述蒸发器内的上述制冷剂进行热交换的热介质的温度的第2温度检测步骤；

基于上述第1温度检测步骤的检测值、上述第2温度检测步骤的检测值和上述压缩机所设定的运转容量的设定值（VP），求出起动了上述压缩机之后或变更了上述压缩机的运转容量之后的、上述制冷剂的冷凝温度的预测值（Tc＊）和上述制冷剂的蒸发温度的预测值（Te＊）的步骤；以及

基于上述冷凝温度的预测值（Tc＊）、上述蒸发温度的预测值（Te＊）和上述压缩机所设定的运转容量的设定值（VP），决定上述膨胀阀所设定的开度的步骤。