JP2532937B2

JP2532937B2 - 冷凍装置の冷媒回路異常管理システム

Info

Publication number: JP2532937B2
Application number: JP1033642A
Authority: JP
Inventors: 忠雄尾頭; 佳久石田; 恵大谷; 正喜石黒
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1996-09-11
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: JPH02217769A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は空気調和機、冷凍・冷蔵庫、冷凍・冷蔵ショ
ーケース等の冷凍装置における冷媒回路異常管理システ
ムに関する。

（ロ）従来の技術特公昭58-47628号公報に記載されるように、冷凍装置
の運転制御の一方法として電動弁の１種である熱電式膨
張弁を使用した冷媒流量制御装置による制御方法があ
る。今、その制御方法を第８図で模式的に示してある
が、同図によれば、圧縮機１、凝縮器２、電動弁３、被
冷却空間に配された蒸発器５とから成る冷媒回路６にお
いて、蒸発器５の入口部乃至中間部に第１の温度センサ
ー11を、蒸発器５の出口部に第２の温度センサー10を設
け、各温度センサー10,11からの電気信号を制御器９に
入力し、その信号の差に応じて電動弁３の弁開度を制御
する電気信号を制御器９より出力して前記電気信号の差
を一定に保ち、蒸発器の過熱度制御を略一定に保つ冷媒
流量制御を行っている。

そして、この冷媒流量制御方法を用いた冷媒回路の系
全体が正常にあるかどうかのチェックは個々に行なわれ
ていた。即ち、被冷却空間の温度を監視し異常を把握し
たり、液管（凝縮器出口から膨張弁の間）にフラッシュ
ガスの発生を光学的に検知するフラッシュガス検知器を
接続し、その作動により冷媒不足を警報したり、或いは
冷凍機の保護対策として高圧カット装置やモータ保護サ
ーモ装置を設けたりする手段を講じ、更に冷媒ガスの吸
入温度を検知する検知器の設置によりそれが異常高温、
低温状態を長期間継続検知する時は、同様に冷媒ガスの
不足や、膨張弁の異常（スピンドル位置設定不良又は感
温筒外れ）、およびエバポレータの低負荷（クーリング
ファン停止、、除霜不良等）の現象を察知すると言う具
合である。

（ハ）発明が解決しようとする課題しかしながら、上述したような従来のチェック手段に
よると次のような不具合が起こり得る。例えば、フラッ
シュガス検知器は冷媒中の気泡発生を検知して作動する
ものであるが、この気泡がフラッシュガスによるもの
か、ガスもれにより発生した気泡であるか区別なく動作
するので誤報となる。また、予じめこのガス検知器を液
配管の途中に接続せねばならない。或いは冷媒ガスの吸
入温度検知器による異常状態検知では、検知器が冷媒回
路の配管途中に設置してあるので配管からの熱侵入によ
るガス吸入温度の上昇によっても動作し、誤報となるこ
とが夏期に起こり易く、その反対のことが冬期に起り、
信頼性に欠ける。そして、上記各検知器の液配管への取
付を始め、冷凍機への保護装置の取付等の煩らわしい作
業を強いられ、冷凍装置が増設されれば、その分、部品
点数、作業数が比例して増えシステム的にも複雑な系に
なる問題等が生じてくる。更に、各検知器の作動状態を
簡単に被冷却空間側からは監視できるようなものとはな
っていないので、異常時の対応に速応性が伴わない等の
不便性が残る。

本発明は上記問題点に鑑み成されたもので、電動弁の
開閉をコントロールするマイクロプロセッサから成る制
御器と、蒸発温度を検出する検出部等との組込みによる
制御システムを構築し、電動弁の被制御状態が被冷却空
間側で監視できるようにして、異常判定の有効手段と
し、また上記蒸発温度の他、被冷却空間温度等の諸測定
データを制御器にて演算処理しその結果より冷媒回路異
常の判定予知、並びに必要に応じて報知できるようにし
た冷凍装置の冷媒回路異常管理システムを提供すること
を目的とするものである。

（ニ）課題を解決するための手段上記目的を達成するために、請求項１の発明は、圧縮
機、凝縮機、電動弁、及び被冷却空間に設置された蒸発
器とからなる冷媒回路と、前記蒸発器の温度および被冷
却空間の温度を測定し、これら各測定値と予じめ設定さ
れた設定加熱度、設定温度との比較に基づき、前記電動
弁の開口度を調整し冷媒流量を制御する過熱度制御及び
被冷却空間の温度制御を行うために電動弁を閉止する信
号を出力する温度制御を行う制御器と、この制御器によ
る前記電動弁に対する制御データから演算算出した弁開
度情報を全閉から全開までの位置移動量で表示させ、そ
の確認を被冷却空間側で行えるように設けている表示部
とを備えるようにしたものである。また請求項２の発明
は、圧縮機、凝縮機、電動弁、及び被冷却空間に設置さ
れた蒸発器とからなる冷媒回路と、前記蒸発器の温度お
よび被冷却空間の温度を測定し、これら各測定値と予じ
め設定された設定加熱度、設定温度との比較に基づき、
前記電動弁の開口度を調整し冷媒流量を制御する過熱度
制御及び被冷却空間の温度制御を行うために電動弁を閉
止する信号を出力する温度制御を行う制御器と、この制
御器に入力保存された蒸発温度、被冷却空間の温度、デ
フロスト状態の有無及び設定温度を超える被冷却空間の
異常温度継続時間等の諸測定データと予め記憶保存され
ている正常データとの比較により冷媒回路の異常を判定
する判定部と、この判定部で判定された異常状態が許容
時間を超えて継続する場合に作動する警報装置と備える
ようにしたものである。

（ホ）作用電動弁がどのような弁開度の状態にあるかが、被冷却
空間側、例えば冷蔵ショーケース側において表示部に表
示される。例えば、フラッシュガス発生時には弁開度が
大きくなり全開となっても蒸発温度が下がらない。よっ
て弁の全開状態を知ることによりフラッシュガスの発生
があってガス冷媒の不足を判断できる。又、冷凍機が停
電やその保護装置の動作により停止すると、弁開度が小
さくなり全閉する。よって弁の全閉状態から冷凍機停止
状態を判定し得る。そして、庫内温度が冷えてない異常
高温状態にある時も弁の全開状態が続き、蒸発温度、ガ
ス吸入温度が高くなり、このことから異常であることを
知り得る。このように弁の被制御状態を監視し、冷媒回
路の異常を予知可能である。更に、蒸発器温度、被冷却
空間温度、デフロスト状態の有無、設定温度を超える異
常温度継続時間等の諸測定データを制御器に取り込み、
それらデータから演算処理を行い、その結果から冷媒回
路の異常を判断し、予知すると共に、警報発令にて報知
できるようにしている。よって、従来のように専用の検
知器を個々に設置することが不要となり、また検知器の
誤報による信頼性の問題も解消し、冷凍装置が複数台と
なっても、各装置の異常を独立して判定できるシステム
を確立できる。

（ヘ）実施例以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は冷媒流量制御式の冷凍装置に本発明の冷媒回
路異常管理システムを用いた基本構成図にして、圧縮機
１、凝縮器２、電動弁３、冷蔵庫、冷蔵ショーケースに
あっては貯蔵室、空気調和機にあっては部屋である被冷
却空間４に配置された蒸発器５とから冷媒回路６を形成
し、冷媒を圧縮、凝縮液化、減圧（膨張）、蒸発気化さ
せる周知のサイクルを形成し、蒸発器５で熱交換された
冷気７を送風機８で矢印の如く循環させる。９は前記電
動弁の開閉動作を制御するマイクロプロセッサ等の制御
器にしてこの制御器９には、蒸発器の出口に設けられる
蒸発器出口温度センサー10と、蒸発器の入口乃至中間に
設けられる蒸発温度センサー11からの検知値が電気信号
として信号ラインＬ₁,L₂により入力し、また被冷却空間
内の冷気温度を測定する温度センサー12からの検知値も
電気信号として信号ラインＬ₃により入力している。そ
して、冷凍装置を制御する制御部32からは、デフロスト
信号が信号ラインＬ₄にて制御器９に入力する。更にＬ₅
は電動弁３への制御信号が出力する信号ラインにして、
後述するような演算処理を制御器９が行って出力する。
ここで制御器９の内部構成を第２図のブロック図で説明
すると、目標値となる設定過熱度とフィードバック信号
とを比較する第１比較部11と、調節部となる内部アルゴ
リズム部12と、操作部となる弁駆動部13と、蒸発器５の
温度を検出する蒸発器温度測定部14と、被冷却空間４の
温度を検出する被冷却空間温度測定部15と、設定温度と
被冷却空間温度とを比較する第２比較部16と、弁全閉信
号発生部17とからなるものである。

そして、その具体的動作は、いま仮に設定過熱度（SH
S）を５℃とした場合、測定過熱度SHは蒸発器温度測定
部12によって、蒸発器出口温度センサー10の検出する蒸
発器出口温度（ST）−蒸発温度センサー11の検出する蒸
発温度（ET）から算出され、この測定過熱度（SH）と設
定過熱度（SHS）とを第１比較部11で比較してその偏差
信号（DV）を内部アルゴリズム部12に入力し、この内部
アルゴリズム部で偏差修正を行ない弁駆動部13に調節信
号（HSS）を入力する。弁駆動部13は、調節信号（HSS）
に基づき設定過熱度（SHS）の５℃との偏差に応じた弁
開度調節信号（BKC）を電動弁３に対して継続して与
え、即ち種々のパラメータとなる外乱（DT）を内部アル
ゴリズム部12で排除して収斂したパルス信号を電動弁３
に与え、弁開度→開口面積→冷媒流量（GA）の増減とい
う機械作用によって設定過熱度（SHS）の５℃に冷媒流
量（GA）を保つべく適切な弁開度を維持する。この結
果、被冷却空間４の測定温度（ＴM）が設定温度（ＴS）
に到達する。この過熱度制御による電動弁３の動作は第
６図（ａ）のτ０〜τａの時間に行なわれ、この間の弁
開度調節は不定形の階段状に行なわれる。

そして、被冷却空間温度測定部15で得られた測定温度
（ＴM）と、設定温度（ＴS）とを第２比例部16で比較し
て（ＴM）≦（ＴS）の条件で、弁全閉信号発生部17から
弁全閉信号（BP）を弁駆動部13に入力して電動弁３を弁
閉させ、サーモサイクルと称される温度制御に切換え、
被冷却空間４の冷え過ぎを防止する。しかもこの温度制
御を過熱度制御とは関係なく電動弁３で行なっている。

このように、制御器９が電動弁３の開閉制御を行って
冷媒流量制御による冷凍運転を行っている。

而るに、本発明では電動弁３の弁開度を第３図に示す
如き表示形態で、被冷却空間４側の適宜箇所に設置した
表示部18aに制御器９を介して表示可能としてある。即
ち電動弁３の制御データは制御器９に記憶され、そのデ
ータを冷媒流量データに変換して表示部18aに表示され
る。第３図は弁の流量特性を示しており、弁の位置デー
タを横軸とし、縦軸を冷媒流量とし、弁位置の上限値、
下限値を設定し、上限値→全閉、下限値→全開に相当さ
せ、その弁開度状態から下記の如き現象が生じているこ
と判別可能としている。即ち、（イ）庫内温度が冷えてないと弁位置は全開状態にあ
り、蒸発温度、及びガス吸入温度が高い。

（ロ）フラッシュガス発生等による冷媒ガス不足ある
時は弁位置は全開していて蒸発温度が下がっていない。

（ハ）冷凍機の停止がある時弁位置は全閉状態にあ
り、過熱度はほぼ零であって停電や冷凍機の保護装置の
作動があった。

等を知り得る。

更に、この弁開度情報を基にして、既設の警報内とを
接続して作動するように成せばより確実に系全体の異常
を把握できる。

次に、制御器９に測定データとして取り込まれる蒸発
温度（ET）、被冷却空間４の測定温度（Ｔ_M）、被冷却
空間４の設定温度（Ｔ_S）、デフロストのON〜OFF信号
（DF）、そしてサーモ設定値の上、下限を超える異常温
度継続時間（Ｈ₂）等の諸測定データから冷媒回路が正
常に作動しているか否かを判断し、異常時、その事を表
示したり警報を発令するシステムに付いて説明する。

具体的事例として、被冷却空間４の温度が冷却中に異
常高温になったことを検知する場合に付いて説明する。
第４図はその電気回路を示すブロック図であり、第５図
はそのフローチャートである。先ず第４図に於いて、第
１温度比較器19に蒸発温度（ET）と設定温度（Ｔ_S）が
入力し比較され、ET＞Ｔ_Sならば出力信号がAND回路20に
入力し、ET≦Ｔ_Sならば出力信号が、異常時間カウンタ2
1にRESET出力を与えるOR回路22に入力する。第２温度比
較器23に被冷却空間温度（Ｔ_M）と設定値（Ｔ_S）が入力
し比較されＴ_M＞Ｔ_Sならば出力信号が同様にAND回路20
に入力し、Ｔ_M≦Ｔ_Sならば出力信号が同様にOR回路22に
入力する。一方、DF信号が出力しデフロスト中である
と、前記OR回路22に入力し異常時間カウンタ21はRESET
され、そして、このDF信号でRESETし、デフロスト終了
と同時に反転部24によりセットするデフロスト終了後時
間積算カウンタ25と、その積算時間（Ｈ₁）と予じめ設
定したデフロスト終了後高温許容時間設定値（τ₁）と
を比較する時間比較器26とを有し、Ｈ₁＜τ₁ならば、そ
の出力信号でReturn動作に戻る。Ｈ₁≧τ₁ならば出力信
号がAND回路20に入力し、前記第１、第２の温度比較器1
9,23よりの出力信号とのANDが取れて異常時間カウンタ2
1をSETし、異常時間（Ｈ₂）をカウントするようにな
る。そして、その異常時間（Ｈ₂）と予じめ設定した異
常許容時間の設定値（τ₂）とを比較する第２時間比較
器27が有り、Ｈ₂≦τ₂ならば警報の発令となり、Ｈ₂≦
τ₂ならばReturn動作に戻る。警報は第１図に示す如く
通常、被冷却空間４の温度を表示している温度表示部18
bに、温度数字に換わって制御器９を介し異常を示すエ
ラーコードとして表示され、管理者が知ることができ
る。それと同時に警報ランプ28を点灯させるとなお確実
に報知できる。更に外部警報用端子29を介して遠方にも
報しめることが可能である。

更に上記した異常判断を制御器（マイコン）がプログ
ラムミングに従って行う制御に関し、第５図のフローチ
ャート、及び第６図の各測定データ図並びにタイムチャ
ートに基づき説明する。設定温度（Ｔ_S）、デフロスト
終了後の高温許容時間設定値（τ₁）、異常許容時間
（τ₂）をセットする（処理501）、各カウンタ25,21の
積算時間をクリア（処理502）し、次に被冷却空間の温
度（Ｔ_M）、蒸発温度（ET）を読込む（処理503、処理50
4）。被冷却空間温度（Ｔ_M）と設定温度（Ｔ_S）を比較
し、被冷却空間が冷えているかどうかの判断（判定50
5）を行い、冷えている（YES）とリターンし、冷えてい
ない（NO）と蒸発温度（ET）と設定温度（Ｔ_S）とを比
較し、蒸発温度が低い即ち適温かどうかの判断（判定50
6）を行い、低い即ち適温（YES）であるとリターンし、
適温でなく蒸発温度が高い（NO）と次にDF（デフロス
ト）信号を読み込む処理507を行う。そしてDF信号の有
無を検査し、デフロスト中であるかどうかの判断（判定
508）をする。これと同時にDF信号の検出があれば、そ
のDF信号でデフロスト終了後時間積算カウンタ25をこの
時点で第６図（ｃ）の如くRESETする。一方DF信号が消
滅、即ちデフロストが終了し冷却運転に入ればその時点
からSETし、同図に示す如くデフロスト終了後時間
（Ｈ₁）を積算し始める。よって判定508でYESならばリ
ターンし、NOであればデフロスト終了時間積算の処理50
9が実行される。次いで、この積算時間（Ｈ₁）をデフロ
スト終了後高温許容時間（τ₁）との比較判断（判定51
0）が行なわれ、Ｈ₁＜τ₁ならばYESとなりリターンし、
Ｈ₁が許容時間τ₁を越え、且つ依然として、被冷却空間
温度Ｔ_Mが設定温度Ｔ_Sに或る温度値、例えば10℃を加え
た高温状態が続くことを条件として異常時間カウンタ21
がSETされる。この様な異常状況は、電動弁３が全閉状
態が継続している場合等が考えられ、その場合第６図
（ａ）に示す如く、蒸発器５の温度及び過熱度は急峻に
上昇し被冷却空間の温度Ｔ_Mも異常高温領域（Ya）を継
続する。即ち、このような異常時に、（ａ）図及び
（ｄ）図に示す如くＢ時点より異常時間（Ｈ₂）の積算
を実行する（処理511）。次いで異常時間（Ｈ₂）と異常
許容時間（τ₂）とを比較する判断（判定512）を行い、
例えばτ₂を15分間とし、設定温度Ｔ_Sを０℃、異常温度
と見做す温度幅を10℃と仮定すると、冷却中であるにも
係わらず、被冷却空間の温度Ｔ_Mが10℃の高温状態が15
分間以上続くと、判定512はNOとなり警報出力となり、
冷媒回路に異常あることを表示器18bにエラーコードと
して表示する。判定512がYESならばリターンする。この
ようにして冷媒回路異常を早期に発見し、警報を発し、
異常に対する対応が速やかに成せる。

第７図は一つの冷媒系路で二台の冷却器30a,30bを作
動させている冷凍装置に、本発明のシステムを応用した
場合の構成図を示し、冷却系統内の異常を知り得るよう
になっている。なお、電動弁の代わりに感温筒31,31を
有する膨張弁３′,3′を用いている。

（ト）発明の効果以上の如く本発明は構成されているので、下記に列挙
する効果を奏する。

冷媒回路の正常動作中であるかどうかの有力な判定
手段となる電動弁の開度状態が被冷却空間側で監視でき
るので、異常管理が容易になると共に、早急な異常発見
ができる。

ガスリーク検知用の特別のセンサーや、冷媒ガス吸
入温度検知用のセンサー等、従来の異常検知に用いられ
ているセンサーを用いずともガス不足や冷媒系異常が判
り、従来のようにコンデンシングユニットや配管の周囲
の環境等の変化によりセンサー誤報が発生すると言う信
頼性の低下は極力防げる。

マイクロプロセッサ等の制御器にて、蒸発温度や被
冷却空間温度等の測定データが継続して入力保存され、
それら設定データから自動的に冷媒回路系全体の異常が
確実に且つ早期に発見され、表示や警報を発することが
でき、優れた異常管理システムとなる。

電動弁の制御データを始め、各種の測定データをス
トック可能なので、これらデータを駆使した諸々の異常
判定方法を構築すれば、更に確実な異常予知を行えるこ
ととなる。又、通信回線を用いて運転状況を監視し、予
防予全への対策も開ける。

単独の冷凍装置のみならず、複数台の系統立てた冷
凍装置であっても、各個装置毎の異常を発見することも
容易に成せる。

以上の様に、多くの優れた効果を発揮する冷凍装置の
冷媒回路異常管理システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷媒流量制御式の冷凍装置に本発明の冷媒回路
異常管理システムを用いた基本構成図、第２図は冷媒流
量制御装置に係る制御器のブロック図、第３図は電動弁
の制御データを表示する表示部正面図、第４図は異常温
度発生を検知する回路部構成図、第５図はその検知のフ
ロー図、第６図（ａ）は冷媒流量制御動作中の冷媒回路
の各部動作特性図、（ｂ）は異常高温時の警報出力発生
のタイムチャート、（ｃ）はデフロスト終了後積算時間
のタイムチャート図、（ｄ）は異常継続積算時間のタイ
ムチャート図、第７図は複数の冷凍装置に応用した本発
明の冷媒回路異常管理システムの基本構成図、第８図は
冷媒流量制御装置の概念構成図である。１……圧縮機、２……凝縮器、３……電動弁、４……被
冷却空間、５……蒸発器、６……冷媒回路、９……制御
器、10……蒸発器出口温度センサー、11……蒸発温度セ
ンサー、12……被冷却空間温度センサー、18a,18b……
表示部、28……警報ランプ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、凝縮器、電動弁、及び被冷却空間
に設置された蒸発器とからなる冷媒回路と、前記蒸発器
の温度および被冷却空間の温度を測定し、これら各測定
値と予じめ設定された設定加熱度、設定温度との比較に
基づき、前記電動弁の開口度を調整し冷媒流量を制御す
る過熱度制御及び被冷却空間の温度制御を行うために電
動弁を閉止する信号を出力する温度制御を行う制御器
と、この制御器による前記電動弁に対する制御データか
ら演算算出した弁開度情報を全閉から全開までの位置移
動量で表示させ、その確認を被冷却空間側で行えるよう
に設けている表示部とを備えることを特徴とする冷凍装
置の冷媒回路異常管理システム。
【請求項２】圧縮機、凝縮器、電動弁、及び被冷却空間
に設置された蒸発器とからなる冷媒回路と、前記蒸発器
の温度および被冷却空間の温度を測定し、これら各測定
値と予じめ設定された設定加熱度、設定温度との比較に
基づき、前記電動弁の開口度を調整し冷媒流量を制御す
る過熱度制御及び被冷却空間の温度制御を行うために電
動弁を閉止する信号を出力する温度制御を行う制御器
と、この制御器に入力保存された蒸発温度、被冷却空間
の温度、デフロスト状態の有無及び設定温度を超える被
冷却空間の異常温度継続時間等の諸測定データと予め記
憶保存されている正常データとの比較により冷媒回路の
異常を判定する判定部と、この判定部で判定された異常
状態が許容時間を超えて継続する場合に作動する警報装
置とを備えることを冷凍装置の冷媒回路異常管理システ
ム。