JP2002318014A - Method and apparatus for controlling expansion valve in freezer - Google Patents

Method and apparatus for controlling expansion valve in freezer

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JP2002318014A
JP2002318014A JP2001117690A JP2001117690A JP2002318014A JP 2002318014 A JP2002318014 A JP 2002318014A JP 2001117690 A JP2001117690 A JP 2001117690A JP 2001117690 A JP2001117690 A JP 2001117690A JP 2002318014 A JP2002318014 A JP 2002318014A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for controlling an expansion valve in a freezer capable of preventing the circulation of a refrigerant gas, which is not condensed by a condenser, and consequently, reduction in freezing efficiency. SOLUTION: A valve travel indicator 19 selects the larger one of a first valve travel command for an expansion valve 4, obtained by a first valve travel command generator 17 by way of calculation, based on a difference between inflow temperature Ti and outflow temperature To of an evaporator 1 through the amount of a refrigerant circulating in the freezer as the medium and a second valve travel command obtained by a second valve travel command generator 18 by way of calculation, based on the difference between the inflow temperature Ti and set temperature Ts of the freezer through the amount of the refrigerant circulating in the freezer and controls the expansion valve 4 in valve travel through the selected valve travel command.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は冷凍機における膨張
弁の制御方法及び制御装置に関し、特に各種の物理量に
基づき循環冷媒量を演算し、この循環冷媒量に対応する
最適な開度指令を生成して膨張弁を制御する場合に適用
して有用なものである。 【0002】 【従来の技術】図3はターボ冷凍機を示すブロック図で
ある。同図に示すように、当該ターボ冷凍機では、蒸発
器1において負荷に供給する冷水により吸熱されて気化
した冷媒を、ターボ圧縮機2で圧縮して高温・高圧の冷
媒ガスとする。この高温・高圧の冷媒ガスは、凝縮器3
で冷却水により冷却されて凝縮し、液化して冷媒液とな
る。その後、この冷媒液は、膨張弁4に至り、この膨張
弁4で膨張されて低圧となり蒸発器1に至る。蒸発器1
では、冷媒液が冷水と熱交換することにより蒸発して上
述の如き冷凍サイクルが繰り返される。 【0003】ここで、当該ターボ冷凍機においては、負
荷に供給する冷水の温度、すなわち冷水出口温度が設定
値になるようにその温度制御を行う必要がある。かかる
冷水の温度制御は、一般に、ターボ圧縮機2のベーン2
aの開度を電動機2bで調整し、吸入冷媒量を制御する
ことにより行っている。 【0004】一方、膨張弁4の開度も冷媒の循環量に応
じて適切に制御する必要がある。そこで、ターボ冷凍機
等の大型冷凍機では、膨張弁4の上流側(凝縮器、中間
冷却器、受液器)の冷媒液の液面を一定に保つ液面制御
により膨張弁4の弁開度制御を実施している。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】上述の如き冷媒液の液
面制御による膨張弁4の弁開度制御において、制御対象
となる膨張弁4は、電動機4aの回転で弁開度を制御す
る電動機駆動の電磁制御弁が通常用いられている。この
ため、冷水温度を設定値に保持すべく行うターボ圧縮機
2の吸入冷媒量の制御に対して膨張弁4の弁開度制御の
遅れを生起する。冷媒液の液面の変動に対して電動機駆
動による膨張弁4の開閉を追従させることができないか
らである。かかる制御遅れは、膨張弁4の上流側の冷媒
液の液面の上昇及び蒸発器1内の圧力の異常低下の原因
等となって冷凍機の運転を不安定なものとする。 【0006】そこで、かかる不安定要素を除去すべく、
従来の冷凍機においては、膨張弁4の弁開度制御の精度
を落としていた。すなわち、当該弁開度制御のパラメー
タを厳密なものとせず、膨張弁4の弁開度がその最適値
よりも若干開き気味になるような制御を行っている。と
ころが、これは負荷が変動した場合(ターボ圧縮機2で
吸入冷媒量の制御を行う場合)に膨張弁4を介して蒸発
器1内に冷媒ガスが流入するのを許容することともな
る。ところが、蒸発器1内に混入した冷媒ガスは冷水の
冷却には寄与しない。したがって、蒸発器1内に冷媒ガ
スが混入した場合には、混入した分、当該ターボ冷凍機
の運転効率が低下する。すなわち、冷媒ガスが1%混入
すれば、当該冷凍機の運転効率も1%低下する。 【0007】一方、冷水温度制御に伴うターボ圧縮機2
の吸入冷媒量の制御に対する膨張弁4の弁開度制御の遅
れの低減は、この膨張弁4を動作速度が速い空気圧駆動
又は油圧駆動のシリンダー駆動弁で形成することにより
ある程度緩和し得る。ところが、このシリンダー駆動弁
は大嵩であるばかりでなく高価であり、コストの高騰を
招来するという問題がある。 【0008】なお、上述の如き問題は、ターボ冷凍機に
固有のものではなく、圧縮機が異なる他の種類の冷凍機
でも、一般に発生する。 【0009】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
通常の電動制御弁を膨張弁とする場合でも、上流側に冷
媒液の液面を常に作り、凝縮器で凝縮しない冷媒ガスが
循環することを防止し、冷凍機効率の低下を防止し得る
冷凍機における膨張弁の制御方法及び制御装置を提供す
ることを目的とする。 【0010】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は次の点を特徴とする。 【0011】1) 凝縮器から蒸発器に至る管路の途中
に配設されて冷媒を膨張させるための膨張弁の制御方法
において、蒸発器における流入冷水又は流入ブラインの
温度と、流出冷水又は流出ブラインの温度との差に基づ
いて演算により得る当該冷凍機の第1の冷凍能力を媒介
として、当該冷凍機における冷媒の第1の循環量を演算
し、さらにこの第1の循環量と、膨張弁の上流側の圧力
及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を
制御するための第1の開度指令を形成する一方、前記蒸
発器における流入冷水又は流入ブラインの温度と、流出
冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定し
た設定温度との差に基づいて演算により得る当該冷凍機
の第2の冷凍能力を媒介として、当該冷凍機における冷
媒の第2の循環量を演算し、さらにこの第2の循環量
と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく
演算により膨張弁の開度を制御するための第2の開度指
令を形成し、前記第1の開度指令及び第2の開度指令の
うち、大きい開度指令を選択し、このようにして選択し
た第1の開度指令又は第2の開度指令で膨張弁の開度を
制御するようにしたこと。 【0012】2) 上記1)に記載する冷凍機における
膨張弁の制御方法において、流出冷水又は流出ブライン
の設定温度に基づいて予め設定する設定温度は、圧縮機
の吸入冷媒量又は吐出冷媒量を調整して制御する当該冷
凍機の前記流出冷水又は流出ブラインの設定温度とした
こと。 【0013】3) 凝縮器から蒸発器に至る管路の途中
に配設されて冷媒を膨張させるための膨張弁の制御装置
において、流入温度検出手段が検出する、蒸発器におけ
る流入冷水又は流入ブラインの流入温度と、出口温度検
出手段が検出する、前記流出冷水又は流出ブラインの流
出温度とに基づき両者の温度差を演算するとともに、こ
の温度差に基づき当該冷凍機の第1の冷凍能力を演算
し、さらにこの第1の冷凍能力を媒介として当該冷凍機
における冷媒の第1の循環量を演算するとともに、前記
第1の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧
力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための
第1の開度指令を形成する第1の開度指令生成手段と、
前記入口温度検出手段が検出する前記入口温度と、前記
流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設
定した設定温度との温度差を演算するとともに、この温
度差に基づき当該冷凍機の第2の冷凍能力を演算し、さ
らにこの第2の冷凍能力を媒介として当該冷凍機におけ
る冷媒の第2の循環量を演算するとともに、前記第2の
循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに
基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第2の
開度指令を形成する第2の開度指令生成手段と、前記第
1の開度指令及び第2の開度指令のうち、大きい開度指
令を選択し、このようにして選択した第1の開度指令又
は第2の開度指令で膨張弁の開度を制御する開度指令手
段とを有すること。 【0014】4) 上記3)に記載する冷凍機における
膨張弁の制御装置において、流出冷水又は流出ブライン
の設定温度に基づいて予め設定する設定温度は、圧縮機
の吸入冷媒量又は吐出冷媒量を調整して制御する当該冷
凍機の前記流出冷水又は流出ブラインの設定温度とした
こと。 【0015】5) 上記3)又は4)に記載する冷凍機
における膨張弁の制御装置において、膨張弁は、ターボ
圧縮機のベーンの開度を調整して吸入冷媒量を調整する
ことにより流出冷水又は流出ブラインの温度が設定温度
になるように制御するターボ冷凍機の膨張弁であるこ
と。 【0016】6) 上記3)乃至5)の何れか一つに記
載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、膨張
弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、且
つ凝縮器から中間冷却器に至る管路の途中に配設されて
おり、中間冷却器に流入する冷媒を膨張させる多段圧縮
冷凍機の膨張弁であること。 【0017】7) 上記3)乃至5)の何れか一つに記
載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、膨張
弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、凝
縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラと中間冷
却器との間に配設されており、サブクーラで過冷却さ
れ、且つ中間冷却器に流入する冷媒を膨張させる多段圧
縮冷凍機の膨張弁であること。 【0018】8) 上記3)乃至5)の何れか一つに記
載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、膨張
弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、凝
縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラの下流側
に配設されており、サブクーラで過冷却され、蒸発器に
流入する冷媒を膨張させる冷凍機の膨張弁であること。 【0019】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【0020】近年、冷凍機、特に大型のターボ冷凍機の
中には、マイクロ・コンピュータ制御盤(以下、マイコ
ン制御盤と称す。)を具備し、各種の物理量を取り込ん
で所定の演算を行う演算機能を有するものが開発され、
実用に供されている。本形態も、かかるマイコン制御盤
を具備する冷凍機に適用するものである。すなわち、本
形態に係る膨張弁の制御装置は、上述の如きマイコン制
御盤を利用することにより好適に構成することができ
る。だだ、これに限るものではない。また、本形態に係
る制御装置は、図3に示すターボ冷凍機に適用するもの
として説明する。そこで、図3と同一部分には同一番号
を付し、重複する説明は省略する。 【0021】図1は本実施の形態に係る制御装置を、こ
れを適用するターボ冷凍機とともに示すブロック線図で
ある。同図において、一点鎖線で囲んだ部分が本形態に
係る制御装置であり、上述の如く、これはマイコン制御
盤で実現している。同図に示すように、流入温度検出器
11は、蒸発器1内に流入して冷媒と熱交換を行うこと
により冷却される流入冷水(又は流入ブライン;以下同
じ。)の流入温度Tiを検出してこれを表す入口温度信
号S1を送出する。流出温度検出器12は、蒸発器1内
で冷却されてこの蒸発器1から流出する流出冷水(又は
流出ブライン;以下同じ。)の流出温度To を検出して
これを表す出口温度信号S2を送出する。この流出冷水
が負荷に供給される。したがって、当該ターボ冷凍機の
運転の際の設定温度Ts とは、流出冷水の設定温度をい
う。また、当該ターボ冷凍機は、そのターボ圧縮機2の
ベーン2aの開度を電動機2bで調整することにより吸
入冷媒量を調整し、前記流出冷水が設定温度Ts になる
ように制御するものとする。さらに詳言すると、電動機
2bはベーン開度制御部13の出力信号である開度指令
信号S3で駆動制御され、さらにこのベーン開度制御部
13は、出口温度信号S2と、流出冷水の設定温度Ts
を表す設定温度信号S4とに基づき両者の偏差を演算
し、この偏差に応じてベーン2aの最適開度を指示す
る。設定温度Tsは負荷側の要求に応じた温度で、温度
設定部14に予め設定してある。 【0022】上流側圧力検出器15は膨張弁4の上流側
の圧力、例えば凝縮器3内の圧力を検出してこれを表す
上流側圧力信号S5を送出する。下流側圧力検出器16
は膨張弁4の下流側の圧力、例えば蒸発器1内の圧力を
検出してこれを表す下流側圧力信号S4を送出する。 【0023】第1の開度指令生成部17は、先ず上記流
入温度信号S1及び出口温度信号S2に基づき流入冷水
と流出冷水との温度差を演算するとともに、この温度差
に基づき当該ターボ冷凍機の第1の冷凍能力Q1 を演算
する。ここで、第1の冷凍能力Q1 は、次式(1)で与
えられる。 Q1 =(Ti −To )・g・γ・K ・・・・・(1) ここで、Ti は流入温度、To は流出温度、gは冷水流
量、γは冷水の比重、Kは冷水の比熱である。 【0024】次に、第1の開度指令生成部17は、第1
の冷凍能力Q1 を媒介として当該ターボ冷凍機における
冷媒の第1の循環量GR1 を演算する。具体的には、冷
媒の循環量が当該ターボ冷凍機の冷凍能力と比例関係に
ある点を利用して求める。すなわち、第1の冷凍能力Q
1 と第1の循環量GR1 とは比例関係にあるので、第1
の冷凍能力Q1 に所定のパラメータを乗じて第1の循環
量GR1 を演算する。このときの第1の循環量GR
1 は、現時点の流入冷水の温度Ti と現時点の流出冷水
の温度To との温度差を反映したものとなっている。換
言すれば、流入冷水と流出冷水の現時点の温度差を維持
するための冷媒量を表している。 【0025】最後に、第1の開度指令生成部17は、上
流側圧力検出器15が検出する膨張弁4の上流側圧力P
1 及び下流側圧力検出部16が検出する膨張弁4の下流
側圧力P2 と、上記第1の循環量GR1 に基づき膨張弁
4の開度を演算し、その演算結果を第1の開度指令とす
る。この第1の開度指令の演算は、第1の循環量G
1 、上流側圧力P1 及び下流側圧力P2 に、冷水流量
g、冷水の比重γ、冷水の比熱K及び膨張弁4の口径等
のパラメータを乗じて演算する。この場合の演算は、厳
密なパラメータを用いて行う。すなわち、負荷に応じた
最適の冷媒循環量とするための膨張弁4の最適開度を開
度指令とする。このように、パラメータを厳密に設定す
ることにより、負荷の変動があっても膨張弁4における
冷媒ガスの漏れを可及的に低減し得る。この結果、第1
の指令信号S7を得る。 【0026】第2の開度指令部18は、流出温度To
代わりに設定温度Ts を用いる点が異なるだけで第1の
開度指令部17と全く同様の演算を行う。すなわち、次
式(2)に基づき第2の冷凍能力Q2 を演算する。 Q2 =(Ti −Ts )・g・γ・K ・・・・・(2) ここで、Ti は流入温度、Ts は設定温度、gは冷水流
量、γは冷水の比重、Kは冷水の比熱である。 【0027】次に、第2の冷凍能力Q2 を媒介として当
該ターボ冷凍機における冷媒の第2の循環量GR2 を演
算する。このときの第2の循環量GR2 は、現時点の流
入冷水の温度Ti と設定温度Ts との温度差を反映した
ものとなっている。換言すれば、流入冷水を冷却して設
定温度Ts の流出冷水とするのに必要な冷媒量を表して
いる。 【0028】最後に、第2の開度指令部18は、第1の
循環量GR1 と上流側圧力P1 及び下流側圧力P2 と、
に基づき膨張弁4の開度を演算し、その演算結果を第2
の開度指令とする。この第2の開度指令の演算は、第1
の開度指令生成部17における第1の循環量GR1 の代
わりに第2の循環量GR2 を用いるだけで、第1の開度
指令生成部17における演算と同様の手法により行う。
したがって、この演算も、第1の開度指令生成部17に
おけるのと同様の厳密なパラメータを用いて行う。すな
わち、負荷に応じた最適の冷媒循環量とすべるための膨
張弁4の最適開度を確保するための開度指令とする。か
くして、第2の指令信号S8を得る。 【0029】なお、上記第2の開度指令生成部18にお
ける演算に用いる設定温度は、負荷に供給する流出流水
の設定温度Ts としたが、この設定温度Ts に基づく温
度であれば、これに限るものではない。すなわち、設定
温度Ts よりも高い温度を設定温度とすることも、また
低い温度を設定温度とすることも可能である。 【0030】開度指令部19は、第1の開度指令信号S
7及び第2の開度指令信号S8のうち、大きい開度指令
を選択し、このようにして選択した第1の開度指令信号
S7又は第2の開度指令信号S8で膨張弁4の開度を制
御するようその電動機4aを駆動制御する。かくして、
膨張弁4は、何れも厳密な制御パラメータを用いて演算
した2種類の開度指令のうち、大きい開度指令に応じて
その開度が決定される。この点の制御的な意味を図2に
基づき詳細に説明する。 【0031】図2は上述の如き制御装置による膨張弁4
の制御の態様を説明するための温度特性図で、(a)は
流入冷水の流入温度Ti が高温側に急変した場合、
(b)は低温側に急変した場合である。 【0032】先ず、高温側に急変した場合について説明
する。図2(a)に示すように、流出温度To が設定温
度Ts となっており、且つ流入温度Ti (例えば11°
C)と流出温度To (例えば7°C)との温度差(Ti
−To )が一定で安定している定常状態(このときター
ボ圧縮機2のベーン2aの開度及び膨張弁4の開度は一
定)で、ある時刻t1 において流入温度Ti が急変した
場合(例えば12°Cに変化した場合)、温度差(Ti
−To )に基づく第1の開度指令よりも温度差(Ti
s )に基づく第2の開度指令の方が大きい。したがっ
て、この場合は、第2の指令信号S8で膨張弁4の開度
が制御される。すなわち、膨張弁4の開度は、冷水温度
の急変により増加させるべき冷媒の循環量を先取りして
制御される。 【0033】ちなみに、本形態と同様の厳密な制御パラ
メータ及び温度差(Ti −To )を用いて一種類の開度
指令(第1の開度指令)のみで、当該開度制御を行う場
合には、冷水温度が急変しても温度差(Ti −To )は
変化しないので、膨張弁4の開度も変化しない。膨張弁
4は現時点の循環量の冷媒を流すべく制御されるからで
ある。一方、ターボ圧縮機2は、上昇した流出温度To
を設定温度Ts に戻すべく、そのベーン2aの開度が制
御される。この場合には開く方向に制御される。したが
って、膨張弁4の下流側で冷媒が不足し、蒸発器1内の
液面が低下するが、この異常低下が検出されて始めて膨
張弁4の開度を開く制御が行なわれる。すなわち、この
場合には、流入温度Ti の急変時刻t1 から点線で示す
ような温度変化を経て設定温度Ts に落ちつくが、その
間当該ターボ冷凍機の運転が不安定になる。したがっ
て、温度差(Ti −To )を用いて一種類の開度指令
(第1の開度指令)のみで膨張弁4の開度制御を行う場
合には、制御パラメータを厳密に設定することができ
ず、循環冷媒量に対する最適開度よりも若干開き気味の
制御を行う必要がある。このため、定常状態における冷
媒ガスの蒸発器1側への若干の漏れは許容せざるを得な
いような制御となっている。 【0034】これに対して、本形態では、流入温度Ti
の急変によりこれから必要になる冷媒の循環量を予測し
て膨張弁4の開度を制御しているので、厳密な制御パラ
メータを設定した場合でも、十分良好な追従制御を行う
ことができる。 【0035】次に、流入温度Ti が低温側に急変した場
合について説明する。図2(b)に示すように、図2
(a)に示す場合と同様の定常状態で、ある時刻t1
おいて流入温度Ti が急変した場合(例えば11°Cか
ら10°Cに変化した場合)、温度差(Ti −Ts )に
基づく第1の開度指令の方が温度差(Ti −Ts )に基
づく第2の開度指令よりも大きい。したがって、この場
合は、第1の指令信号S7で膨張弁4の開度が制御され
る。すなわち、膨張弁4の開度は、冷水温度の急変によ
っても変化せず、現時点の開度が保持されるように制御
される。 【0036】ちなみに、本形態と同様の厳密な制御パラ
メータ及び温度差(Ti −Ts )を用いて一種類の開度
指令(第2の開度指令)のみで、当該開度制御を行う場
合には、冷水温度が急変して温度差(Ti −Ts )が縮
小した場合、膨張弁4の開度は閉じる方向に制御され
る。すなわち、図中に点線で示す設定温度Ts との差に
応じた循環冷媒量とするべく膨張弁4を閉じる。一方、
ターボ圧縮機2は、低下する流出温度To を設定温度T
s に戻すべく、そのベーン2aの開度が制御され、この
場合には閉じる方向に制御される。ただ、このベーン2
aの開度制御により当該ターボ冷凍機の系統が落ちつく
迄には一定の時間を要する。したがって、このように膨
張弁4の開度を先行して閉じた場合には、膨張弁4の下
流側で冷媒が不足する等、当該ターボ冷凍機の不安定な
運転の原因となる。 【0037】これに対して、本形態では、温度差(Ti
−To )に応じて膨張弁4の開度をそのまま維持してい
るので、厳密な制御パラメータを設定した場合でも、流
出温度To は、一旦、設定温度Ts に対して低温側にオ
ーバシュートしても当該ターボ冷凍機の運転を不安定に
することはなく、ターボ圧縮機2のベーン2aの開度制
御により設定温度Ts に戻すことができる。 【0038】なお、上記実施の形態における膨張弁4
は、ターボ冷凍機における膨張弁4について説明した
が、この場合の冷凍機の種類には特別な限定はない。た
だ、負荷に応じて変化する冷水の温度制御を圧縮機の吸
入冷媒量又は吐出冷媒量を調整することにより制御する
冷凍機に適用して好適なものとなる。 【0039】また、膨張弁4は単段の冷凍機に適用する
ものとして説明したが、当然これに限るものでもない。
冷凍機の中には、凝縮器と蒸発器との間に中間冷却器を
有し、この中間冷却器から一部の冷媒を圧縮機の2段目
以降に戻してやる多段圧縮機を有する多段冷凍機がある
が、これにも適用し得る。この場合、膨張弁4は、凝縮
器から蒸発器に至る管路の途中であって、且つ凝縮器か
ら中間冷却器に至る管路の途中に配設されて中間冷却器
に流入する冷媒を膨張させるように構成される。また、
さらに凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラ
を有する冷凍機もあるが、これにも適用し得る。この場
合、膨張弁4は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中で
あって、凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクー
ラと中間冷却器との間に配設され、サブクーラで過冷却
され、且つ中間冷却器に流入する冷媒を膨張させるよう
に構成される。さらに、サブクーラのみを有する単段の
冷凍機にも適用し得る。この場合、膨張弁4は、凝縮器
から蒸発器に至る管路の途中であって、凝縮器から流出
する冷媒を過冷却するサブクーラの下流側に配設され、
サブクーラで過冷却され、蒸発器に流入する冷媒を膨張
させるように構成される。 【0040】 【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
た通り、〔請求項1〕に記載する発明は、凝縮器から蒸
発器に至る管路の途中に配設されて冷媒を膨張させるた
めの膨張弁の制御方法において、蒸発器における流入冷
水又は流入ブラインの温度と、流出冷水又は流出ブライ
ンの温度との差に基づいて演算により得る当該冷凍機の
第1の冷凍能力を媒介として、当該冷凍機における冷媒
の第1の循環量を演算し、さらにこの第1の循環量と、
膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算
により膨張弁の開度を制御するための第1の開度指令を
形成する一方、前記蒸発器における流入冷水又は流入ブ
ラインの温度と、流出冷水又は流出ブラインの設定温度
に基づいて予め設定した設定温度との差に基づいて演算
により得る当該冷凍機の第2の冷凍能力を媒介として、
当該冷凍機における冷媒の第2の循環量を演算し、さら
にこの第2の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流
側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御する
ための第2の開度指令を形成し、前記第1の開度指令及
び第2の開度指令のうち、大きい開度指令を選択し、こ
のようにして選択した第1の開度指令又は第2の開度指
令で膨張弁の開度を制御するようにしたので、流入冷水
の流入温度が高温側に急変した場合には、第2の循環量
に基づく第2の開度指令により、この急変により必要に
なる冷媒量を予測して膨張弁の開度を制御することがで
きる。また、流入冷水の流入温度が低温側に急変した場
合には、第1の循環量に基づく第1の開度指令により、
現時点の冷媒循環量を維持すべく膨張弁の開度を制御す
ることができる。すなわち、第2の開度指令で、当該冷
凍系統の冷水温度制御に先行して膨張弁を閉じることは
ない。この結果、厳密な制御パラメータを設定して膨張
弁の最適開度制御を行っても当該冷凍機の運転を不安定
にすることはない。したがって、蒸発器側への冷媒ガス
の漏れを可及的に低減して高効率で当該冷凍機の運転を
行うことができる。さらに、当該冷凍機の起動時に冷媒
液の液面が上昇する方向にオーバシュートすることな
く、最適な液面に落ちつくため、起動から冷水温度制御
が安定する迄の時間が最短となる。また、制御の追従性
に起因する低圧トリップを最小限に抑えることもでき
る。 【0041】〔請求項2〕に記載する発明は、〔請求項
1〕に記載する冷凍機における膨張弁の制御方法におい
て、流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予
め設定する設定温度は、圧縮機の吸入冷媒量又は吐出冷
媒量を調整して制御する当該冷凍機の前記流出冷水又は
流出ブラインの設定温度としたので、負荷に供給する流
出冷水の設定温度を基準として〔請求項1〕に記載する
発明と同様の制御を行うことができ、同様の作用・効果
を得る。 【0042】〔請求項3〕に記載する発明は、凝縮器か
ら蒸発器に至る管路の途中に配設されて冷媒を膨張させ
るための膨張弁の制御装置において、流入温度検出手段
が検出する、蒸発器における流入冷水又は流入ブライン
の流入温度と、出口温度検出手段が検出する、前記流出
冷水又は流出ブラインの流出温度とに基づき両者の温度
差を演算するとともに、この温度差に基づき当該冷凍機
の第1の冷凍能力を演算し、さらにこの第1の冷凍能力
を媒介として当該冷凍機における冷媒の第1の循環量を
演算するとともに、前記第1の循環量と、膨張弁の上流
側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁
の開度を制御するための第1の開度指令を形成する第1
の開度指令生成手段と、前記入口温度検出手段が検出す
る前記入口温度と、前記流出冷水又は流出ブラインの設
定温度に基づいて予め設定した設定温度との温度差を演
算するとともに、この温度差に基づき当該冷凍機の第2
の冷凍能力を演算し、さらにこの第2の冷凍能力を媒介
として当該冷凍機における冷媒の第2の循環量を演算す
るとともに、前記第2の循環量と、膨張弁の上流側の圧
力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度
を制御するための第2の開度指令を形成する第2の開度
指令生成手段と、前記第1の開度指令及び第2の開度指
令のうち、大きい開度指令を選択し、このようにして選
択した第1の開度指令又は第2の開度指令で膨張弁の開
度を制御する開度指令手段とを有するので、流入冷水の
流入温度が高温側に急変した場合には、第2の循環量に
基づく第2の開度指令により、この急変により必要にな
る冷媒量を予測して膨張弁の開度を制御することができ
る。また、流入冷水の流入温度が低温側に急変した場合
には、第1の循環量に基づく第1の開度指令により、現
時点の冷媒循環量を維持すべく膨張弁の開度を制御する
ことができる。すなわち、第2の開度指令で、当該冷凍
系統の冷水温度制御に先行して膨張弁を閉じることはな
い。この結果、厳密な制御パラメータを設定して膨張弁
の最適開度制御を行っても当該冷凍機の運転を不安定に
することはない。したがって、蒸発器側への冷媒ガスの
漏れを可及的に低減して高効率で当該冷凍機の運転を行
うことができる。さらに、当該冷凍機の起動時に冷媒液
の液面が上昇する方向にオーバシュートすることなく、
最適な液面に落ちつくため、起動から冷水温度制御が安
定する迄の時間が最短となる。また、制御の追従性に起
因する低圧トリップを最小限に抑えることもできる。 【0043】〔請求項4〕に記載する発明は、〔請求項
3〕に記載する冷凍機における膨張弁の制御装置におい
て、流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予
め設定する設定温度は、圧縮機の吸入冷媒量又は吐出冷
媒量を調整して制御する当該冷凍機の前記流出冷水又は
流出ブラインの設定温度としたので、負荷に供給する流
出冷水の設定温度を基準として〔請求項3〕に記載する
発明と同様の制御を行うことができ、同様の作用・効果
を得る。 【0044】〔請求項5〕に記載する発明は、〔請求項
3〕又は〔請求項4〕に記載する冷凍機における膨張弁
の制御装置において、膨張弁は、ターボ圧縮機のベーン
の開度を調整して吸入冷媒量を調整することにより流出
冷水又は流出ブラインの温度が設定温度になるように制
御するターボ冷凍機の膨張弁であるので、〔請求項3〕
及び〔請求項4〕に記載する発明と同様の作用・効果を
ターボ冷凍機で得ることができる。 【0045】〔請求項6〕に記載する発明は、〔請求項
3〕乃至〔請求項5〕の何れか一つに記載する冷凍機に
おける膨張弁の制御装置において、膨張弁は、凝縮器か
ら蒸発器に至る管路の途中であって、且つ凝縮器から中
間冷却器に至る管路の途中に配設されており、中間冷却
器に流入する冷媒を膨張させる多段圧縮冷凍機の膨張弁
であるので、〔請求項3〕乃至〔請求項5〕に記載する
発明と同様の作用・効果を多段冷凍機で得ることができ
る。 【0046】〔請求項7〕に記載する発明は、〔請求項
3〕乃至〔請求項5〕の何れか一つに記載する冷凍機に
おける膨張弁の制御装置において、膨張弁は、凝縮器か
ら蒸発器に至る管路の途中であって、凝縮器から流出す
る冷媒を過冷却するサブクーラと中間冷却器との間に配
設されており、サブクーラで過冷却され、且つ中間冷却
器に流入する冷媒を膨張させる多段圧縮冷凍機の膨張弁
であるので、〔請求項3〕乃至〔請求項5〕に記載する
発明と同様の作用・効果をサブクーラを有する多段冷凍
機で得ることができる。 【0047】〔請求項8〕に記載する発明は、〔請求項
3〕乃至〔請求項5〕の何れか一つに記載する冷凍機に
おける膨張弁の制御装置において、膨張弁は、凝縮器か
ら蒸発器に至る管路の途中であって、凝縮器から流出す
る冷媒を過冷却するサブクーラの下流側に配設されてお
り、サブクーラで過冷却され、蒸発器に流入する冷媒を
膨張させる冷凍機の膨張弁であるので、〔請求項3〕乃
至〔請求項5〕に記載する発明と同様の作用・効果をサ
ブクーラを有する冷凍機で得ることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] TECHNICAL FIELD The present invention relates to expansion in a refrigerator.
Valve control method and control device, especially for various physical quantities
Calculates the amount of circulating refrigerant based on the amount of circulating refrigerant.
Applied when controlling the expansion valve by generating the optimal opening command
It is useful. [0002] 2. Description of the Related Art FIG. 3 is a block diagram showing a centrifugal chiller.
is there. As shown in FIG.
Is absorbed by cold water supplied to the load in vessel 1 and vaporized
The compressed refrigerant is compressed by the turbo compressor 2 and
Medium gas. The high-temperature and high-pressure refrigerant gas is supplied to the condenser 3
Is cooled by the cooling water and condensed, liquefied and becomes a refrigerant liquid.
You. Thereafter, the refrigerant liquid reaches the expansion valve 4 and the expansion valve 4
The pressure is expanded by the valve 4 to a low pressure and reaches the evaporator 1. Evaporator 1
Then, the refrigerant liquid evaporates by exchanging heat with cold water and
The refrigeration cycle as described above is repeated. Here, in the centrifugal chiller, a negative
Set the temperature of chilled water supplied to the load, that is, the chilled water outlet temperature
It is necessary to control the temperature so that it becomes a value. Take
The temperature control of the chilled water is generally performed by controlling the vanes 2 of the turbo compressor 2.
The opening degree of a is adjusted by the electric motor 2b to control the amount of refrigerant sucked.
By doing that. On the other hand, the degree of opening of the expansion valve 4 also depends on the amount of circulating refrigerant.
Need to be properly controlled. So, centrifugal chiller
And the like, the upstream side of the expansion valve 4 (condenser, intermediate
Liquid level control to keep the liquid level of the refrigerant liquid in the cooler and receiver) constant
Thus, the valve opening control of the expansion valve 4 is performed. [0005] SUMMARY OF THE INVENTION The refrigerant liquid as described above
In the control of the opening degree of the expansion valve 4 by the surface control,
The expansion valve 4 controls the valve opening by rotation of the electric motor 4a.
An electromagnetic control valve driven by an electric motor is generally used. this
Turbo compressor to maintain the chilled water temperature at the set value
The control of the opening degree of the expansion valve 4 with respect to the control of the intake refrigerant amount
Cause delay. Electric motor drive for fluctuations in refrigerant liquid level
It possible to follow the opening and closing of the expansion valve 4 due to movement?
It is. Such a control delay is caused by the refrigerant upstream of the expansion valve 4.
Cause of rise of liquid level and abnormal decrease of pressure in evaporator 1
As a result, the operation of the refrigerator becomes unstable. Therefore, in order to remove such unstable elements,
In the conventional refrigerator, the accuracy of the valve opening control of the expansion valve 4 is controlled.
Was dropped. That is, the parameters of the valve opening control
The opening degree of the expansion valve 4 is not the exact value
The control is performed so that it is slightly open. When
This is when the load fluctuates (in the turbo compressor 2
Evaporating via the expansion valve 4 when controlling the amount of refrigerant taken in)
It does not allow the refrigerant gas to flow into the vessel 1.
You. However, the refrigerant gas mixed into the evaporator 1 is cold water.
Does not contribute to cooling. Therefore, the refrigerant gas is provided in the evaporator 1.
In the case of contamination, the centrifugal chiller
Operating efficiency of the vehicle is reduced. That is, 1% of refrigerant gas is mixed
Then, the operation efficiency of the refrigerator is reduced by 1%. On the other hand, the turbo compressor 2 associated with the cold water temperature control
Of control of the opening degree of the expansion valve 4 with respect to the control of the amount of refrigerant sucked in
This reduction is achieved by pneumatically driving the expansion valve 4 at a high operating speed.
Or by forming with a hydraulically driven cylinder drive valve
Can relax to some extent. However, this cylinder drive valve
Is not only bulky but also expensive,
There is a problem of inviting. [0008] The above-mentioned problem is caused by the centrifugal chiller.
Other types of refrigerators that are not unique and have different compressors
But it generally happens. The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art,
Even when a normal electric control valve is used as an expansion valve,
The liquid level of the liquid medium is always created and the refrigerant gas that does not condense in the condenser
Prevents circulation and prevents reduction in refrigerator efficiency
Provided is a control method and a control device for an expansion valve in a refrigerator.
The porpose is to do. [0010] [MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS]
The configuration of Ming is characterized by the following points. 1) In the middle of the pipeline from the condenser to the evaporator
Control method for an expansion valve for expanding a refrigerant provided in a vehicle
At the inlet cold water or inlet brine in the evaporator
Based on the difference between the temperature and the temperature of the chilled water or brine.
Mediating the first refrigeration capacity of the refrigerator obtained by calculation
Calculates the first circulation amount of the refrigerant in the refrigerator.
And the first circulation amount and the pressure on the upstream side of the expansion valve.
And the pressure on the downstream side to calculate the opening of the expansion valve.
While forming a first opening command for controlling,
Temperature of incoming chilled water or incoming brine at the generator and outflow
Set in advance based on the set temperature of cold water or outflow brine
The refrigerator obtained by calculation based on the difference from the set temperature
Through the second refrigeration capacity of
Calculating a second circulation amount of the medium, and further calculating the second circulation amount;
And the pressure upstream and downstream of the expansion valve
A second opening finger for controlling the opening of the expansion valve by calculation
And forming the first opening command and the second opening command.
Of these, select the large opening command and select in this way.
The opening degree of the expansion valve is determined by the first opening degree command or the second opening degree command.
That I controlled it. 2) In the refrigerator described in 1) above.
In the control method of the expansion valve, the outflow cold water or the outflow brine is used.
The preset temperature set based on the set temperature of the compressor
Control by adjusting the amount of intake refrigerant or discharge refrigerant
Set the temperature of the outflow cold water or outflow brine of the freezer
thing. 3) In the middle of the pipeline from the condenser to the evaporator
Control device for expanding a refrigerant arranged in a refrigerant
In the evaporator, the inflow temperature detection means detects
Inflow temperature of inflow cold water or inflow brine and outlet temperature
The flow of the outflow cold water or the outflow brine detected by the outflow means.
Calculate the temperature difference between the two based on the output temperature and
Of the first refrigeration capacity of the refrigerator based on the temperature difference of
And using the first refrigeration capacity as a medium
Calculating the first circulation amount of the refrigerant in
The first circulation amount, the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the expansion valve
To control the opening of the expansion valve by calculation based on the force
First opening command generation means for forming a first opening command,
The inlet temperature detected by the inlet temperature detecting means,
Set in advance based on the set temperature of the outflow cold water or outflow brine.
Calculate the temperature difference from the set temperature and set this temperature.
The second refrigerating capacity of the refrigerator is calculated based on the difference in temperature, and
Furthermore, the second refrigeration capacity is used as a medium in the refrigerator.
Calculating the second circulation amount of the refrigerant,
The amount of circulation, the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the expansion valve
Second control for controlling the opening degree of the expansion valve by calculation based on
A second opening command generating means for forming an opening command;
Of the first opening command and the second opening command, the larger opening finger
Command and the first opening command or
Is an opening command which controls the opening of the expansion valve by the second opening command.
Having steps. 4) In the refrigerator described in 3) above.
In the control device for the expansion valve, the outflow cold water or outflow brine
The set temperature preset based on the set temperature of the compressor
Control by adjusting the amount of intake refrigerant or discharge refrigerant
Set the temperature of the outflow cold water or outflow brine of the freezer
thing. 5) The refrigerator described in 3) or 4) above.
The expansion valve control device according to
Adjust the amount of refrigerant to be sucked by adjusting the opening of the compressor vanes
The temperature of the outflow cold water or outflow brine can be
The expansion valve of the centrifugal chiller
When. 6) Any one of the above 3) to 5)
In the control device of the expansion valve in the mounted refrigerator,
The valve is in the middle of the line from the condenser to the evaporator, and
Installed in the middle of the pipeline from the condenser to the intercooler
Multistage compression to expand the refrigerant flowing into the intercooler
The expansion valve of the refrigerator. 7) Any one of the above 3) to 5)
In the control device of the expansion valve in the mounted refrigerator,
The valve is located in the line from the condenser to the evaporator,
Subcooler and intermediate cooling for supercooling the refrigerant flowing out of the compressor
Between the subcooler and the subcooler.
Pressure to expand the refrigerant flowing into the intercooler
It must be an expansion valve for a reduction refrigerator. 8) Any one of the above 3) to 5)
In the control device of the expansion valve in the mounted refrigerator,
The valve is located in the line from the condenser to the evaporator,
Downstream of the subcooler that supercools the refrigerant flowing out of the compressor
The subcooler supercools the evaporator.
An expansion valve for a refrigerator that expands the flowing refrigerant. [0019] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
It will be described in detail based on FIG. In recent years, refrigerators, especially large centrifugal chillers
There is a microcomputer control panel (hereafter, Myco
Control panel. ) To capture various physical quantities
A device having a calculation function of performing a predetermined calculation has been developed,
It has been put to practical use. This embodiment also uses such a microcomputer control panel.
The present invention is applied to a refrigerator having: That is, the book
The control device for the expansion valve according to the embodiment has a microcomputer control as described above.
It can be suitably constructed by using a board
You. However, it is not limited to this. In addition, the present embodiment
Control device applied to the centrifugal chiller shown in FIG.
It will be described as. Therefore, the same parts as those in FIG.
, And duplicate description will be omitted. FIG. 1 shows a control device according to this embodiment.
In the block diagram shown together with the centrifugal chiller to apply
is there. In the same figure, the part surrounded by the dashed line is
Such a control device, as described above, is controlled by a microcomputer.
It is realized on the board. As shown in the figure, the inflow temperature detector
11 is to flow into the evaporator 1 and exchange heat with the refrigerant
Cold water (or inflow brine; hereinafter the same)
Same. ) Inflow temperature TiAnd the inlet temperature signal representing this
The signal S1 is transmitted. The outflow temperature detector 12 is located inside the evaporator 1.
Chilled water flowing out of the evaporator 1
Outflow brine; hereinafter the same. ) Outflow temperature ToTo detect
An outlet temperature signal S2 indicating this is transmitted. This outflow cold water
Is supplied to the load. Therefore, the turbo chiller
Set temperature T during operationsIs the set temperature of the cold water
U. In addition, the turbo chiller is used for the turbo compressor 2.
By adjusting the opening of the vane 2a with the electric motor 2b, the suction
The incoming refrigerant amount is adjusted so that the outflow chilled water is at the set temperature T.sbecome
Control is performed as follows. More specifically, the electric motor
2b is an opening command which is an output signal of the vane opening controller 13.
The driving is controlled by a signal S3, and the vane opening control unit is further controlled.
13 is an outlet temperature signal S2 and a set temperature T of the outflow cold water.s
Is calculated based on the set temperature signal S4 representing
The optimum opening of the vane 2a is indicated according to the deviation.
You. Set temperature TsIs the temperature according to the load side requirement.
It is set in the setting unit 14 in advance. The upstream pressure detector 15 is located upstream of the expansion valve 4.
, For example, the pressure in the condenser 3 is detected and represented.
An upstream pressure signal S5 is transmitted. Downstream pressure detector 16
Is the pressure on the downstream side of the expansion valve 4, for example, the pressure in the evaporator 1.
The detected downstream pressure signal S4 is transmitted. The first opening command generation unit 17 firstly outputs the flow
Inflow chilled water based on the input temperature signal S1 and the output temperature signal S2
Calculate the temperature difference between
Based on the first refrigeration capacity Q of the centrifugal chiller1Calculate
I do. Here, the first refrigeration capacity Q1Is given by the following equation (1)
available.       Q1= (Ti-To) ・ G ・ γ ・ K ・ ・ ・ ・ ・ (1) Where TiIs the inflow temperature, ToIs the outflow temperature, g is the cold water flow
The quantity, γ, is the specific gravity of cold water, and K is the specific heat of cold water. Next, the first opening command generation unit 17 outputs the first opening command.
Refrigeration capacity Q1Through the centrifugal chiller
First circulation amount GR of refrigerant1Is calculated. Specifically, cold
The circulation amount of the medium is proportional to the refrigeration capacity of the centrifugal chiller.
Use a certain point to determine. That is, the first refrigeration capacity Q
1And the first circulation amount GR1Is proportional to
Refrigeration capacity Q1Multiplied by a predetermined parameter
Quantity GR1Is calculated. The first circulation amount GR at this time
1Is the current temperature T of the incoming cold wateriAnd the present runoff cold water
Temperature ToIt reflects the temperature difference between the two. Exchange
In other words, maintain the current temperature difference between incoming and outgoing chilled water
Represents the amount of refrigerant to perform. Finally, the first opening command generation unit 17
The upstream pressure P of the expansion valve 4 detected by the upstream pressure detector 15
1 And the downstream of the expansion valve 4 detected by the downstream pressure detector 16.
Side pressure PTwoAnd the first circulation amount GR1Based on expansion valve
4 is calculated, and the calculation result is used as a first opening command.
You. The calculation of the first opening command is based on the first circulation amount G.
R 1, Upstream pressure P1 And downstream pressure PTwoAnd cold water flow rate
g, specific gravity γ of cold water, specific heat K of cold water, diameter of expansion valve 4, etc.
Is calculated by multiplying by The operation in this case is strict
Perform using dense parameters. That is, according to the load
Open the optimal opening of the expansion valve 4 to obtain the optimal refrigerant circulation amount
Degree command. In this way, set the parameters strictly.
This allows the expansion valve 4 to operate even when the load fluctuates.
Leakage of the refrigerant gas can be reduced as much as possible. As a result, the first
Is obtained. The second opening degree command section 18 determines the outflow temperature Toof
Instead, set temperature TsThe only difference is that
The same operation as that performed by the opening command unit 17 is performed. That is,
Second refrigeration capacity Q based on equation (2)TwoIs calculated.       QTwo= (Ti-Ts) ・ G ・ γ ・ K ・ ・ ・ ・ ・ (2) Where TiIs the inflow temperature, TsIs the set temperature, g is the cold water flow
The quantity, γ, is the specific gravity of cold water, and K is the specific heat of cold water. Next, the second refrigeration capacity QTwoThrough this
Second circulation amount GR of the refrigerant in the centrifugal chillerTwoAct
Calculate. The second circulation amount GR at this timeTwoIs the current style
Cooled water temperature TiAnd set temperature TsAnd temperature difference
It has become something. In other words, cooling the incoming chilled water
Constant temperature TsRepresents the amount of refrigerant required to make cold water
I have. Lastly, the second opening degree command section 18 outputs the first
Circulation amount GR1And upstream pressure P1 And downstream pressure PTwoWhen,
The opening degree of the expansion valve 4 is calculated based on
Of the opening degree command. The calculation of the second opening degree command is based on the first opening degree command.
First circulation amount GR in the opening degree command generation unit 171Of
Instead, the second circulation amount GRTwoSimply by using
This is performed by the same method as the calculation in the command generation unit 17.
Therefore, this calculation is also sent to the first opening command generation unit 17.
This is done using the same exact parameters as in sand
In other words, the expansion for slipping to the optimum refrigerant circulation amount according to the load is performed.
An opening command for ensuring the optimal opening of the expansion valve 4 is set. Or
Thus, a second command signal S8 is obtained. Note that the second opening command generation unit 18
The set temperature used for the calculation in
Set temperature TsThe set temperature TsBased on temperature
The degree is not limited to this. That is, setting
Temperature TsHigher than the set temperature, or
It is also possible to set a lower temperature as the set temperature. The opening command section 19 is provided with a first opening command signal S
7 and the second opening command signal S8, the larger opening command
And the first opening command signal selected in this manner.
The opening of the expansion valve 4 is controlled by S7 or the second opening command signal S8.
The drive of the electric motor 4a is controlled so as to be controlled. Thus,
The expansion valves 4 are all calculated using strict control parameters.
Of the two types of opening commands
The opening is determined. Figure 2 shows the control implications of this point.
It will be described in detail based on FIG. FIG. 2 shows an expansion valve 4 controlled by the control device as described above.
FIG. 7A is a temperature characteristic diagram for explaining a control mode of FIG.
Inflow temperature T of incoming cold wateriSuddenly changes to the high temperature side,
(B) is a case where the temperature suddenly changes to the low temperature side. First, the case where the temperature suddenly changes to the high temperature side will be described.
I do. As shown in FIG. 2A, the outflow temperature ToIs set temperature
Degree TsAnd the inflow temperature Ti(Eg 11 °
C) and outflow temperature To(For example, 7 ° C.) (Ti
-To) Is constant and stable,
The opening degree of the vane 2a and the opening degree of the expansion valve 4 of the compressor 2 are one.
At a certain time t1At the inflow temperature TiSuddenly changed
In this case (for example, when the temperature changes to 12 ° C.), the temperature difference (Ti
-To), The temperature difference (Ti
Ts) Is larger. Accordingly
In this case, the opening degree of the expansion valve 4 is determined by the second command signal S8.
Is controlled. That is, the opening degree of the expansion valve 4 is determined by the cold water temperature.
The amount of refrigerant circulation to be increased due to sudden changes in
Controlled. Incidentally, the same strict control parameters as in the present embodiment are used.
Meter and temperature difference (Ti-To) Using one kind of opening
When the opening control is performed only by the command (first opening command)
In this case, the temperature difference (Ti-To) Is
Since it does not change, the opening of the expansion valve 4 also does not change. Expansion valve
4 is controlled to flow the current amount of refrigerant.
is there. On the other hand, the turbo compressor 2 uses the increased outflow temperature To
Set temperature TsThe opening of vane 2a is controlled to return to
Is controlled. In this case, the opening direction is controlled. But
Therefore, the refrigerant is insufficient on the downstream side of the expansion valve 4 and
The liquid level drops, but swelling occurs only after this abnormal drop is detected.
Control for opening the degree of opening of the expansion valve 4 is performed. That is, this
In the case, the inflow temperature TiSudden change time t1From the dotted line
After such a temperature change, the set temperature TsCalm down, but that
During this time, the operation of the turbo refrigerator becomes unstable. Accordingly
And the temperature difference (Ti-To) With one kind of opening command
When controlling the opening of the expansion valve 4 only with the (first opening command)
Control parameters can be set strictly
Slightly open than the optimal opening for the amount of circulating refrigerant.
You need to take control. For this reason, cooling in a steady state
Some leakage of medium gas to the evaporator 1 side must be allowed.
Control. On the other hand, in the present embodiment, the inflow temperature Ti
Forecasts the amount of refrigerant circulation needed
Strict control parameters because the opening of the expansion valve 4 is controlled.
Performs sufficiently good tracking control even when the meter is set
be able to. Next, the inflow temperature TiSuddenly changes to the low temperature side
The case will be described. As shown in FIG.
In a steady state similar to the case shown in FIG.1To
Inflow temperature TiChanges suddenly (for example, at 11 ° C
To 10 ° C), the temperature difference (Ti-Ts)
The first opening command based on the temperature difference (Ti-TsBased on
Is larger than the second opening command. Therefore, this place
In this case, the opening of the expansion valve 4 is controlled by the first command signal S7.
You. That is, the opening degree of the expansion valve 4 depends on the sudden change of the cold water temperature.
Control so that the current opening is maintained
Is done. Incidentally, the same strict control parameters as in the present embodiment are used.
Meter and temperature difference (Ti-Ts) Using one kind of opening
When the opening control is performed only by the command (second opening command)
In this case, the cold water temperature changes suddenly and the temperature difference (Ti-Ts) Shrinks
If it is small, the opening of the expansion valve 4 is controlled to close.
You. That is, the set temperature T indicated by a dotted line in FIG.sTo the difference
The expansion valve 4 is closed so as to obtain the circulating refrigerant amount. on the other hand,
The turbo compressor 2 has a lower outlet temperature ToSet temperature T
s, The opening of the vane 2a is controlled.
In this case, the closing direction is controlled. Just this vane 2
The system of the centrifugal chiller calms down due to the opening control of a.
It takes a certain amount of time to complete. Therefore, this expansion
When the opening of the expansion valve 4 is closed in advance,
Instability of the turbo chiller, such as lack of refrigerant on the upstream side
It may cause driving. On the other hand, in the present embodiment, the temperature difference (Ti
-To), The opening of the expansion valve 4 is maintained as it is.
Therefore, even when strict control parameters are set,
Outgoing temperature ToIs the set temperature TsTo the low temperature side
Operation of the turbo chiller becomes unstable even if
Without opening the vane 2a of the turbo compressor 2.
Set temperature T by controlsCan be returned to. Note that the expansion valve 4 in the above embodiment is
Described the expansion valve 4 in the turbo refrigerator.
However, the type of the refrigerator in this case is not particularly limited. Was
However, the temperature control of the chilled water that changes according to the load
Control by adjusting the amount of incoming or outgoing refrigerant
It is suitable for a refrigerator. The expansion valve 4 is applied to a single-stage refrigerator.
Although described as a matter of course, the present invention is not limited to this.
Some refrigerators have an intercooler between the condenser and the evaporator.
A part of the refrigerant from the intercooler,
There is a multi-stage refrigerator with a multi-stage compressor that will be returned
However, it can be applied to this. In this case, the expansion valve 4
In the pipeline from the vessel to the evaporator, and
Is installed in the middle of the pipeline from
It is configured to expand the refrigerant flowing into the air. Also,
A subcooler that supercools the refrigerant flowing out of the condenser
There is also a refrigerator having the following, but this can also be applied to this. This place
In this case, the expansion valve 4 is provided in the middle of the pipe from the condenser to the evaporator.
And a subcooler that supercools the refrigerant flowing out of the condenser.
Is installed between the air cooler and the intercooler, and is subcooled by the subcooler.
To expand the refrigerant flowing into the intercooler.
It is composed of In addition, a single stage with only a subcooler
It can also be applied to refrigerators. In this case, the expansion valve 4 is a condenser
In the pipeline from to the evaporator and out of the condenser
Disposed downstream of the subcooler that supercools the refrigerant to be cooled,
Subcooler supercools and expands refrigerant flowing into evaporator
It is configured to be. [0040] The present invention will be described specifically with the above embodiments.
As described above, the invention described in [Claim 1] uses the steam from the condenser.
It is arranged in the middle of the pipeline leading to the generator and expands the refrigerant.
Control method for the expansion valve
Water or inflow brine temperature and outflow cold or outflow brine
Of the refrigerator obtained by calculation based on the difference from the
The refrigerant in the refrigerator is mediated by the first refrigeration capacity.
Of the first circulation amount, and further calculates the first circulation amount
Calculation based on the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the expansion valve
The first opening command for controlling the opening of the expansion valve
On the other hand, the inflow cooling water or the inflow block in the evaporator is formed.
Line temperature and set temperature of outflow chilled water or outflow brine
Calculated based on the difference from the preset temperature based on
With the second refrigeration capacity of the refrigerator obtained by
The second circulation amount of the refrigerant in the refrigerator is calculated, and further calculated.
The second circulation amount, the pressure on the upstream side of the expansion valve and the downstream
Controls the opening of the expansion valve by calculation based on the pressure on the side
A second opening command for the first opening command and the first opening command.
Select the larger opening command from among the second opening command and
The first opening command or the second opening finger selected as
Control the degree of opening of the expansion valve.
If the inflow temperature of the water suddenly changes to the high temperature side,
Required by this sudden change by the second opening command based on
Control the expansion valve opening by predicting the amount of refrigerant
Wear. Also, if the inflow temperature of the inflow cold water suddenly changes to the low temperature side,
In this case, by the first opening degree command based on the first circulation amount,
Control the opening of the expansion valve to maintain the current amount of refrigerant circulation
Can be That is, by the second opening command, the cooling
Closing the expansion valve prior to chilled water temperature control in the frost system
Absent. As a result, strict control parameters are set and expansion
The operation of the refrigerator is unstable even when the optimal opening control of the valve is performed
I do not want to. Therefore, the refrigerant gas to the evaporator side
Operation of the refrigerator with high efficiency by minimizing
It can be carried out. In addition, when the refrigerator is started,
Do not overshoot in the direction in which the liquid level rises.
Cold water temperature control from start-up to settle to the optimal liquid level
Is the shortest time to stabilize. In addition, control followability
Can minimize the low pressure trip caused by
You. The invention described in [Claim 2] is based on [Claim 2]
In the method for controlling an expansion valve in a refrigerator described in 1),
Based on the set temperature of the outflow cold water or outflow brine.
The set temperature to be set depends on the amount of the refrigerant
The outflow chilled water of the refrigerator to adjust and control the medium amount or
Since the set temperature of the outflow brine was set, the
[Claim 1] based on the set temperature of the cold water
The same control as the invention can be performed, and the same operation and effect can be obtained.
Get. According to a third aspect of the present invention, a condenser
Is installed in the middle of the pipeline from the evaporator to expand the refrigerant.
Control means for an expansion valve for detecting inflow temperature detection means
Detects incoming cold water or brine in the evaporator
Detecting the inflow temperature of the outflow and the outflow temperature detection means,
Based on the temperature of the cold water or the outlet temperature of the outlet brine
Calculating the difference, and based on the temperature difference,
Is calculated, and the first refrigeration capacity is calculated.
Through the first circulation amount of the refrigerant in the refrigerator.
Calculating the first circulation amount and the upstream of the expansion valve.
The expansion valve is calculated based on the pressure on the downstream side and the pressure on the downstream side.
Forming a first opening command for controlling the opening of the first valve
The opening degree command generating means and the inlet temperature detecting means
The outlet temperature and the outlet cold water or outlet brine
Performs a temperature difference from a preset temperature based on a constant temperature.
And based on this temperature difference, the second
Of the second refrigeration capacity
To calculate the second circulation amount of the refrigerant in the refrigerator.
And the second circulation amount and the pressure upstream of the expansion valve.
Opening of expansion valve by calculation based on force and downstream pressure
Opening forming a second opening command for controlling the opening degree
Command generation means, the first opening command and the second opening finger
Command, a large opening command is selected.
The expansion valve is opened by the selected first opening command or second opening command.
And the opening degree command means for controlling the degree of inflow chilled water.
If the inflow temperature suddenly changes to the high temperature side,
With the second opening command based on this sudden change,
Control the expansion valve opening by predicting the amount of refrigerant
You. Also, when the inflow temperature of the inflow chilled water suddenly changes to the low temperature side
The first opening command based on the first circulation amount.
Control the expansion valve opening to maintain the current refrigerant circulation
be able to. That is, the refrigeration is performed by the second opening command.
Do not close the expansion valve prior to controlling the chilled water temperature in the system.
No. As a result, strict control parameters are set and the expansion valve
Operation of the refrigerator becomes unstable even if the optimal opening control of
I will not do it. Therefore, the refrigerant gas flows to the evaporator side.
Operate the refrigerator with high efficiency by reducing leakage as much as possible.
I can. Further, when the refrigerator is started,
Without overshooting in the direction in which the liquid level of
Cold water temperature control is low from start-up to settle to the optimal liquid level
The time to set is the shortest. In addition, control follow-up
The low-pressure trip caused by this can be minimized. The invention described in [Claim 4] is based on [Claim 4
The control device for the expansion valve in the refrigerator described in [3]
Based on the set temperature of the outflow cold water or outflow brine.
The set temperature to be set depends on the amount of the refrigerant
The outflow chilled water of the refrigerator to adjust and control the medium amount or
Since the set temperature of the outflow brine was set, the
[Claim 3] based on the set temperature of the cold water
The same control as the invention can be performed, and the same operation and effect can be obtained.
Get. The invention described in [Claim 5] is based on [Claim 5]
[3] An expansion valve in a refrigerator according to [4].
In the control device, the expansion valve is a vane of the turbo compressor.
Outflow by adjusting the opening of
Control the temperature of cold water or outflow brine to the set temperature.
Since it is an expansion valve of a turbo refrigerator controlled, [Claim 3]
And the same functions and effects as the invention described in [Claim 4].
It can be obtained with a centrifugal chiller. The invention described in [Claim 6] is based on [Claim 6
[3] The refrigerator according to any one of [5] to [5].
In the expansion valve control device, the expansion valve
On the way from the condenser to the evaporator,
Installed in the middle of the pipeline leading to the intercooler,
Expansion valve of a multi-stage compression refrigerator that expands the refrigerant flowing into the compressor
Therefore, it is described in [Claim 3] to [Claim 5].
The same operation and effect as the invention can be obtained with a multi-stage refrigerator.
You. The invention described in [Claim 7] is based on [Claim
[3] The refrigerator according to any one of [5] to [5].
In the expansion valve control device, the expansion valve
From the condenser on the way to the evaporator
Between the subcooler that supercools the cooling refrigerant and the intercooler.
Installed, subcooled by subcooler and intermediate cooling
Expansion valve of a multi-stage compression refrigerator that expands the refrigerant flowing into the compressor
Therefore, it is described in [Claim 3] to [Claim 5].
Multi-stage refrigeration with a subcooler with the same operation and effect as the invention
Can be obtained by machine. The invention described in [Claim 8] is based on [Claim 8]
[3] The refrigerator according to any one of [5] to [5].
In the expansion valve control device, the expansion valve
From the condenser on the way to the evaporator
Installed downstream of the subcooler that supercools
The subcooler supercools the refrigerant flowing into the evaporator.
Since it is an expansion valve of a refrigerator to be expanded, [Claim 3]
The same operation and effect as the invention described in [Claim 5] are supported.
It can be obtained with a refrigerator having a bucooler.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の形態に係る制御装置を、これを
適用するターボ冷凍機とともに示すブロック線図であ
る。 【図2】図1に示す制御装置による膨張弁の制御の態様
を説明するための温度特性図である。 【図3】従来技術に係る一般的なターボ冷凍機を示すブ
ロック線図である。 【符号の説明】 1 蒸発器 2 ターボ圧縮機 2a ベーン 3 凝縮器 4 膨張弁 11 流入温度検出器 12 流出温度検出器 14 温度設定部 15 上流側圧力検出器 16 下流側圧力検出器 17 第1の指令生成部 18 第2の指令生成部 19 開度指令部 Ti 流入温度 To 流出温度
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a control device according to an embodiment of the present invention, together with a centrifugal chiller to which the control device is applied. FIG. 2 is a temperature characteristic diagram for explaining an aspect of control of an expansion valve by a control device shown in FIG. 1; FIG. 3 is a block diagram showing a general turbo refrigerator according to the related art. [Description of Signs] 1 Evaporator 2 Turbo compressor 2a Vane 3 Condenser 4 Expansion valve 11 Inflow temperature detector 12 Outflow temperature detector 14 Temperature setting unit 15 Upstream pressure detector 16 Downstream pressure detector 17 First command generating unit 18 second command generating section 19 opening command section T i inlet temperature T o outflow temperature

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 凝縮器から蒸発器に至る管路の途中に配
設されて冷媒を膨張させるための膨張弁の制御方法にお
いて、 蒸発器における流入冷水又は流入ブラインの温度と、流
出冷水又は流出ブラインの温度との差に基づいて演算に
より得る当該冷凍機の第1の冷凍能力を媒介として、当
該冷凍機における冷媒の第1の循環量を演算し、さらに
この第1の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側
の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するた
めの第1の開度指令を形成する一方、 前記蒸発器における流入冷水又は流入ブラインの温度
と、流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予
め設定した設定温度との差に基づいて演算により得る当
該冷凍機の第2の冷凍能力を媒介として、当該冷凍機に
おける冷媒の第2の循環量を演算し、さらにこの第2の
循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに
基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第2の
開度指令を形成し、 前記第1の開度指令及び第2の開度指令のうち、大きい
開度指令を選択し、このようにして選択した第1の開度
指令又は第2の開度指令で膨張弁の開度を制御するよう
にしたことを特徴とする冷凍機における膨張弁の制御方
法。 【請求項2】 〔請求項1〕に記載する冷凍機における
膨張弁の制御方法において、 流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設
定する設定温度は、圧縮機の吸入冷媒量又は吐出冷媒量
を調整して制御する当該冷凍機の前記流出冷水又は流出
ブラインの設定温度としたことを特徴とする冷凍機にお
ける膨張弁の制御方法。 【請求項3】 凝縮器から蒸発器に至る管路の途中に配
設されて冷媒を膨張させるための膨張弁の制御装置にお
いて、 流入温度検出手段が検出する、蒸発器における流入冷水
又は流入ブラインの流入温度と、出口温度検出手段が検
出する、前記流出冷水又は流出ブラインの流出温度とに
基づき両者の温度差を演算するとともに、この温度差に
基づき当該冷凍機の第1の冷凍能力を演算し、さらにこ
の第1の冷凍能力を媒介として当該冷凍機における冷媒
の第1の循環量を演算するとともに、前記第1の循環量
と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく
演算により膨張弁の開度を制御するための第1の開度指
令を形成する第1の開度指令生成手段と、 前記入口温度検出手段が検出する前記入口温度と、前記
流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設
定した設定温度との温度差を演算するとともに、この温
度差に基づき当該冷凍機の第2の冷凍能力を演算し、さ
らにこの第2の冷凍能力を媒介として当該冷凍機におけ
る冷媒の第2の循環量を演算するとともに、前記第2の
循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに
基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第2の
開度指令を形成する第2の開度指令生成手段と、 前記第1の開度指令及び第2の開度指令のうち、大きい
開度指令を選択し、このようにして選択した第1の開度
指令又は第2の開度指令で膨張弁の開度を制御する開度
指令手段とを有することを特徴とする冷凍機における膨
張弁の制御装置。 【請求項4】 〔請求項3〕に記載する冷凍機における
膨張弁の制御装置において、 流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設
定する設定温度は、圧縮機の吸入冷媒量又は吐出冷媒量
を調整して制御する当該冷凍機の前記流出冷水又は流出
ブラインの設定温度としたことを特徴とする冷凍機にお
ける膨張弁の制御装置。 【請求項5】 〔請求項3〕又は〔請求項4〕に記載す
る冷凍機における膨張弁の制御装置において、 膨張弁は、ターボ圧縮機のベーンの開度を調整して吸入
冷媒量を調整することにより流出冷水又は流出ブライン
の温度が設定温度になるように制御するターボ冷凍機の
膨張弁であることを特徴とする冷凍機における膨張弁の
制御装置。 【請求項6】 〔請求項3〕乃至〔請求項5〕の何れか
一つに記載する冷凍機における膨張弁の制御装置におい
て、 膨張弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であっ
て、且つ凝縮器から中間冷却器に至る管路の途中に配設
されており、中間冷却器に流入する冷媒を膨張させる多
段圧縮冷凍機の膨張弁であることを特徴とする冷凍機に
おける膨張弁の制御装置。 【請求項7】 〔請求項3〕乃至〔請求項5〕の何れか
一つに記載する冷凍機における膨張弁の制御装置におい
て、 膨張弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であっ
て、凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラと
中間冷却器との間に配設されており、サブクーラで過冷
却され、且つ中間冷却器に流入する冷媒を膨張させる多
段圧縮冷凍機の膨張弁であることを特徴とする冷凍機に
おける膨張弁の制御装置。 【請求項8】 〔請求項3〕乃至〔請求項5〕の何れか
一つに記載する冷凍機における膨張弁の制御装置におい
て、 膨張弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であっ
て、凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラの
下流側に配設されており、サブクーラで過冷却され、蒸
発器に流入する冷媒を膨張させる冷凍機の膨張弁である
ことを特徴とする冷凍機における膨張弁の制御装置。
Claims: 1. A method for controlling an expansion valve disposed in a pipe from a condenser to an evaporator for expanding a refrigerant, the method comprising: controlling the temperature of inflow chilled water or inflow brine in the evaporator; And a first refrigeration capacity of the chiller obtained by calculation based on a difference between the temperature of the outflow chilled water and the outflow brine, and a first circulation amount of the refrigerant in the chiller is calculated. While forming a first opening command for controlling the opening of the expansion valve by an operation based on the amount of circulation of the expansion valve and the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the expansion valve. With the medium of the second refrigeration capacity of the refrigerator obtained by calculation based on the difference between the temperature of the inflow brine and the preset temperature based on the set temperature of the outflow chilled water or the outflow brine, the refrigerant in the refrigerator is used as a medium. And a second opening amount for controlling the opening degree of the expansion valve by an operation based on the second circulation amount, the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the expansion valve. A large opening command is selected from the first opening command and the second opening command, and the first opening command or the second opening command selected in this manner is selected. A method for controlling an expansion valve in a refrigerator, wherein the opening degree of the expansion valve is controlled by the method. 2. The method for controlling an expansion valve in a refrigerator according to claim 1, wherein the set temperature preset based on the set temperature of the outflow chilled water or the outflow brine is the amount of refrigerant suctioned into the compressor or the amount of discharged refrigerant. A method for controlling an expansion valve in a refrigerator, wherein a set temperature of the outflow chilled water or the outflow brine of the refrigerator to be adjusted and controlled is set. 3. A control device for an expansion valve, which is provided in the middle of a conduit from a condenser to an evaporator and expands a refrigerant, wherein the inflow chilled water or the inflow brine in the evaporator is detected by the inflow temperature detecting means. And the first refrigeration capacity of the refrigerator is calculated based on the difference between the inflow temperature and the outflow temperature of the outflow cold water or the outflow brine detected by the outflow temperature detection means. Further, a first circulation amount of the refrigerant in the refrigerator is calculated using the first refrigeration capacity as a medium, and the first circulation amount, the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the expansion valve are calculated. First opening command generation means for forming a first opening command for controlling the opening of the expansion valve by a calculation based on the opening temperature, the inlet temperature detected by the inlet temperature detecting means, and the outflow chilled water or outflow. Bly , And calculates a second refrigeration capacity of the refrigerator based on the temperature difference, and further uses the second refrigeration capacity as a medium to calculate the second refrigeration capacity. Calculating the second circulation amount of the refrigerant in the compressor, and controlling the opening degree of the expansion valve by calculation based on the second circulation amount, the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the expansion valve. A second opening command generating means for forming a second opening command; and a large opening command selected from the first opening command and the second opening command. An opening command means for controlling the opening of the expansion valve in accordance with the first opening command or the second opening command. 4. A control device for an expansion valve in a refrigerator according to claim 3, wherein the set temperature preset based on the set temperature of the outflow chilled water or the outflow brine is the amount of refrigerant suctioned into the compressor or the amount of discharged refrigerant. A control device for an expansion valve in a refrigerator, wherein a set temperature of the outflow chilled water or the outflow brine of the refrigerator to be adjusted and controlled is set. 5. The expansion valve control device for a refrigerator according to claim 3 or 4, wherein the expansion valve adjusts an opening degree of a vane of the turbo compressor to adjust an amount of refrigerant to be drawn. A control device for an expansion valve in a refrigerator, wherein the expansion valve control device controls the temperature of the outflow chilled water or the outflow brine to a set temperature. 6. A control device for an expansion valve in a refrigerator according to any one of [3] to [5], wherein the expansion valve is provided in the middle of a pipe from the condenser to the evaporator. And the expansion valve of a multi-stage compression refrigerator, which is disposed in the middle of the pipeline from the condenser to the intercooler, and expands the refrigerant flowing into the intercooler. Control device for expansion valve. 7. The control device for an expansion valve in a refrigerator according to any one of claims 3 to 5, wherein the expansion valve is provided in the middle of a pipe from the condenser to the evaporator. The multi-stage compression refrigerator is disposed between the subcooler and the intercooler for supercooling the refrigerant flowing out of the condenser, and is supercooled by the subcooler and expands the refrigerant flowing into the intercooler. A control device for an expansion valve in a refrigerator, which is an expansion valve. 8. The control device for an expansion valve in a refrigerator according to any one of claims 3 to 5, wherein the expansion valve is provided in the middle of a pipe from the condenser to the evaporator. The cooling valve is disposed downstream of the subcooler that supercools the refrigerant flowing out of the condenser, is supercooled by the subcooler, and is an expansion valve of a refrigerator that expands the refrigerant flowing into the evaporator. Control device for expansion valve in refrigerating machine.
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