JP2903860B2 - 冷凍装置の運転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒回路に満液式蒸発
器を配設した冷凍装置の運転制御装置に係り、特に、圧
縮機の容量増大に伴う液面の急上昇防止対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開昭５０−９４５４
３号公報に開示されるごとく、圧縮機、凝縮器、温度自
動膨張弁及び満液式蒸発器を順次接続した冷媒回路を備
え、自動膨張弁の感温筒を蒸発器出口に取り付けて、蒸
発器出口における冷媒の過熱度をほぼ一定に保持するよ
うに、自動膨張弁の開度を制御することにより、満液式
蒸発器の液面を適正に維持しようとするものは公知の技
術である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アンロ
ーダやインバータにより容量が可変に調節される圧縮機
を備えたものの場合には、下記のような問題があった。

【０００４】すなわち、圧縮機の容量増大時には、冷媒
の循環量が急激に増大し、吸入圧力が急激に低下するの
で、満液式蒸発器内が一種のフォーミング状態となり、
液面は上昇する。その時、吸入冷媒の過熱度が低減する
ので、自動膨張弁は閉じる方向に制御され、液面を一定
に保持しようとするが、圧縮機の容量が増大する過渡期
にはその制御が十分追随することができず、液面が急上
昇することがある。このため、液バックや圧縮機の湿り
運転による油上がりを生じ、圧縮機の故障，破損に至る
虞れがあった。

【０００５】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、圧縮機の容量が増大する前の一定時
間の間、蒸発器への冷媒の供給を停止させることによ
り、液面を予め低下させて液面の急上昇を防止し、もっ
て、圧縮機の故障や破損を有効に防止することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の講じた手段は、図１に示すよう
に、容量可変形圧縮機（１）、凝縮器（２）、温度自動
膨張弁（４）及び満液式蒸発器（５）を順次接続してな
る冷媒回路（１０）を備えた冷凍装置を前提とする。

【０００７】そして、上記冷媒回路（１０）の凝縮器
（２）−蒸発器（５）間の液管を開閉する常開の開閉機
構（６）を設けるものとする。

【０００８】さらに、冷凍装置の運転制御装置として、
上記圧縮機（１）の起動時、一定のスケジュールで圧縮
機（１）の容量を増大するよう制御する容量増大手段
（５１Ａ）と、該容量増大手段（５１Ａ）により圧縮機
（１）の容量が増大される前の一定時間の間、上記開閉
機構（６）を閉じるよう制御する開閉制御手段（５２
Ａ）とを設ける構成としたものである。

【０００９】請求項２の発明の講じた手段は、上記請求
項１の発明と同様の冷凍装置を前提とし、同様の開閉機
構（６）を設けるものとする。

【００１０】さらに、冷凍装置の運転制御装置として、
容量増大指令を受けたとき、一定時間待機後に圧縮機
（１）の容量を増大するよう制御する容量増大手段（５
１Ｂ）と、上記一定時間の間、上記開閉機構（６）を閉
じるよう制御する開閉制御手段（５２Ｂ）とを設ける構
成としたものである。

【００１１】請求項３の発明の講じた手段は、上記請求
項１又は２の発明において、開閉制御手段（５２）を、
容量増大手段（５１）により圧縮機（１）の容量が増大
された後の所定時間の間、開閉機構（６）の閉状態を継
続させるように構成したものである。

【００１２】

【作用】以上の構成により、請求項１の発明では、圧縮
機（１）起動時、容量増大手段（５１Ａ）により圧縮機
（１）の容量が一定のスケジュールで増大されるが、容
量ステップが増大側に切換えられる際、満液式蒸発器
（５）の液面が一種のフォーミング状態になり、液面が
上昇しようとする。そのとき、開閉制御手段（５２Ａ）
により、圧縮機（１）の容量が増大される前の一定時間
の間開閉機構（６）が閉じられので、冷媒供給量の低減
により蒸発器（５）内の冷媒量が低減し、蒸発器（５）
の液面が下降する。そして、この状態で圧縮機（１）の
容量が増大されるので、容量増大後の液面の過上昇が抑
制されることになる。

【００１３】請求項２の発明では、通常制御中に、容量
増大指令を受けたとき、容量増大手段（５１Ｂ）によ
り、一定時間の間待機した後圧縮機（１）の容量が増大
されるが、その待機中に開閉制御手段（５２Ｂ）により
開閉機構（６）を閉じるよう制御されるので、容量増大
前に蒸発器（５）の液面が下降し、容量増大に伴う蒸発
器（５）の液面の過上昇が防止されることになる。

【００１４】請求項３の発明では、上記請求項１又は２
の発明において、開閉制御手段（５２）により、圧縮機
（１）の容量増大後も所定時間の間開閉機構（６）が閉
じられるので、蒸発器（５）への冷媒流入量が抑制さ
れ、液面の過上昇がより確実に回避される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
き説明する。

【００１６】図２は本発明の実施例に係るチラーの冷媒
配管系統を示し、アンローダ機構（１ａ）により運転容
量が第１〜第４ステップＵ１〜Ｕ４の４段に制御される
容量可変形圧縮機（１）と、該圧縮機（１）から吐出さ
れる冷媒を凝縮するための凝縮器（２）と、該凝縮器
（２）で凝縮された液冷媒を貯溜するための受液器
（３）と、吸入管に取付けられた感温筒（４ａ）を付設
した内部均圧形温度自動膨張弁（４）と、該自動膨張弁
（４）で膨張作用を受けた冷媒を蒸発させるための満液
式蒸発器（５）とを冷媒配管（６）で順次接続してなる
冷媒回路（１０）が構成されている。

【００１７】ここで、上記蒸発器（５）の内部には冷却
水が流通する伝熱管（１１）が配設されており、この伝
熱管（１１）は外部機器（図示せず）とは入口配管（１
１ａ）と出口配管（１１ｂ）とを介して接続されてい
る。つまり、蒸発器（５）内の伝熱管（１１）外部を流
通する冷媒との熱交換により冷却水を冷却して、この冷
却水を外部機器で利用するようになされている。その
際、自動膨張弁（４）の開度は、感温筒（４ａ）で検知
される吸入冷媒温度と本体部で検知される蒸発圧力相当
飽和温度との温度差つまり過熱度を一定にするよう自動
的に調節され、この作用により、満液式蒸発器（５）内
の液面をほぼ一定に保持するようになされている。ま
た、冷却水の出口配管（１１ｂ）には、冷却水の出口水
温Ｔwoを検出して一定制御するための出口水温サーモス
タット（Ｔhw）が配設されており、後述のように、この
出口水温サーモスタット（Ｔhw）の信号に応じて、圧縮
機（１）の容量を切換制御するようになされている。

【００１８】また、上記冷媒回路（１０）の受液器
（３）−自動膨張弁（４）間の液管には、通路を開閉す
る開閉機構としての開閉弁（６）が介設されていて、チ
ラーのコントローラ（２０）により、この開閉弁（６）
を常時は開くとともに、後述の圧縮機（１）の容量増大
の過程等においてのみ一時的に閉じるようになされてい
る。このコントローラ（２０）には、圧縮機（１）の起
動等に作動して所定時刻からの経過時間を計測するタイ
マ（２１）や、圧縮機（１）の起動時における立ち上げ
容量の増大スケジュール等を記憶する記憶装置（２２）
などが内蔵されている。図４はそのスケジュールを示
し、最低容量である第１ステップＵ１で起動後（基準時
刻Ｔｏ）、時間Ｔ１（例えば２分程度）が経過すると、
次の第２ステップＵ２まで容量アップし、基準時刻Ｔｏ
からＴ２時間（例えば時間Ｔ１から３分程度）が経過し
たときに第３ステップＵ３に、さらに基準時刻Ｔｏから
時間Ｔ３（例えば時間Ｔ２から３分程度）が経過したと
きにフルロードに相当する第４ステップＵ４に維持する
ようタイムスケジュールが設定されている。

【００１９】次に、上記コントローラ（２０）による圧
縮機（１）起動時の制御の内容について、図３のフロ―
チャ―ト及び図４のタイムチャートに基づき説明する。

【００２０】まず、ステップＳＴ１で、起動指令を受け
ると（時刻Ｔｏ）、ステップＳＴ２で、時刻Ｔｏを基準
として上記タイマ（２１）のカウントを開始すると同時
に、ステップＳＴ３で、圧縮機（１）の容量を上記最低
第３ステップＵ１にして運転を開始し、ステップＳＴ４
で、タイマ（２１）のカウント時間が時刻Ｔｏから（Ｔ
１−ｔ1 ）時間（ただし、ｔ1 は１０秒程度の一定時
間）だけ経過したか否かを判別し、（Ｔ１−ｔ1 ）時間
が経過すると、ステップＳＴ５に進んで、開閉弁（６）
を閉じる。そして、ステップＳＴ６で、上記基準時刻Ｔ
ｏからＴ１時間が経過するまで待って、Ｔ１時間が経過
すると、ステップＳＴ７に進んで、圧縮機（１）の容量
を上記第２ステップＵ２にまで増大し、さらにステップ
ＳＴ８で、基準時刻Ｔｏから（Ｔ１＋ｔ2 ）時間（ただ
し、ｔ2 は５秒程度の所定時間）が経過すると、ステッ
プＳＴ９で、開閉弁（６）を開く。

【００２１】以下、フローは省略するが、図４に示すよ
うに、時刻Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４において、容量を増大する
際、容量を増大する前後のわずかな時間Δｔ（＝ｔ1 ＋
ｔ2）（例えば１５秒程度）だけ開閉弁（６）を閉じ、
液冷媒の自動膨張弁（４）への流通を阻止するようにし
ている。

【００２２】なお、この容量増大制御の途中に、蒸発器
（５）の出口水温Ｔwoが設定温度Ｔwsに達すると、後述
の出口水温サーモスタット（Ｔhw）による出口水温一定
制御に移行するようになされている。

【００２３】上記ステップＳＴ３，ＳＴ７の制御によ
り、請求項１の発明にいう容量増大手段（５１Ａ）が構
成され、ステップＳＴ４及びＳＴ５の制御により、請求
項１の発明にいう開閉制御手段（５２Ａ）が構成されて
いる。ただし、この実施例では、請求項３の発明に対応
して、圧縮機（１）の容量増大後も所定時間ｔ2 の間だ
け開閉弁（６）を閉じるようにしているが、圧縮機
（１）の容量増大と同時に閉じるようにしてもよい。

【００２４】したがって、上記圧縮機（１）起動時の制
御において、圧縮機（１）の起動指令が出力されると、
容量増大手段（５１Ａ）により圧縮機（１）の容量が第
１ステップＵ１から第４ステップＵ４まで増大される
が、その容量増大により、冷媒状態が急激に変化する。
すなわち、圧縮機（１）の容量増大によって、低圧側圧
力が急激に低下するので、満液式蒸発器（５）の液面が
一種のフォーミング状態になり、液面が上昇する。一
方、圧縮機（１）の容量増大と共に凝縮器（２）からの
液冷媒流入量も増大するので、液面の上昇がさらに促進
される。一方、自動膨張弁（４）の開度調節では、この
液面の急激な上昇を抑制できないことがあり、その場
合、圧縮機（１）の液圧縮や油上がり等を生じる虞れが
ある。

【００２５】ここで、開閉制御手段（５２Ａ）により、
圧縮機（１）の容量増大前の一定時間ｔ1 の間、開閉弁
（６）が閉じられので、冷媒供給量の低減により蒸発器
（５）内の冷媒量が低減し、蒸発器（５）の液面が下降
する。そして、この状態で圧縮機（１）の容量が増大さ
れるので、容量増大後の液面の過上昇が抑制され、よっ
て、液面の過上昇に伴う圧縮機（１）の液圧縮や油上が
りが有効に防止されることになる。

【００２６】特に、容量増大後の所定時間ｔ2 の間も開
閉弁（６）を閉じることにより、蒸発器（５）への冷媒
流入量が抑制されるので、液面の過上昇がより確実に防
止されことになる。

【００２７】次に、通常運転中における出口水温一定制
御の内容について、図５のフロ―チャ―ト及び図６の温
度変化図に基づき説明する。

【００２８】図６は、出口水温サーモスタット（Ｔhw）
の容量切換制御による出口水温Ｔwoの変化を示し、出口
水温Ｔwoが高温側から下降して、出口水温の設定温度Ｔ
soよりも一定温度（例えば１．５℃程度）高い上限温度
Ｔs1に達すると、キープゾーンに突入し（図中の時刻Ｔ
10）、さらに、出口水温Ｔwoが低下して、設定温度Ｔws
以下になると（図中の時刻Ｔ11）、ダウンゾーンに突入
する。一方、ダウンゾーンに突入後容量の低減により出
口水温Ｔwoが上昇するが、上昇する際には、設定温度Ｔ
soよりも所定のディファレンシャルΔＴだけ高い温度
（Ｔso＋ΔＴ）を越えると（図中の時刻Ｔ12）、キープ
ゾーンとなり、さらに上限温度Ｔs1よりも所定のディフ
ァレンシャルΔＴだけ高い温度（Ｔs1＋ΔＴ）を越える
と（図中の時刻Ｔ13）、アップゾーンとなり、容量の増
大により再び出口水温Ｔwoが上限温度Ｔs1以下になると
（図中の時刻Ｔ14）、キープゾーンに突入する。そのと
き、キープゾーンにあるときには、圧縮機（１）の容量
はそのままに維持され、アップゾーンに所定時間の間滞
在すればロードアップ信号が出力され、ダウンゾーンに
所定時間滞在すればロードダウン信号が出力される。

【００２９】図５は出口水温一定制御の一部を示し、ま
ず、ステップＳＳ１で、ロードアップ条件が成立するか
否かを判別し、ロードアップ条件が成立すると、ステッ
プＳＳ２に進んで、タイマ（２１）のカウントを開始す
ると共に開閉弁（６）を開き、ステップＳＳ３で、一定
時間ｔ1 （上記起動制御時と同じ１０秒程度）の間待機
して、一定時間ｔ1 が経過すると、ステップＳＳ４に進
んで、開閉弁（６）を開き、同時にステップＳＳ５で圧
縮機（１）の容量を増大する。そして、ステップＳＳ６
で、ロードダウン条件が成立するか否かを判別し、ロー
ドダウン条件が成立すると、ステップＳＳ７ですぐに圧
縮機（１）の容量を低減する。

【００３０】一方、上記ステップＳＳ１の判別でロード
アップ条件が成立しないときは上記ステップＳＳ２〜Ｓ
Ｓ５の制御を行うことなくステップＳＳ６に進み、ステ
ップＳＳ６で、ロードダウン条件が成立しないときには
ステップＳＳ７の制御を行うことなく次の制御に進む。

【００３１】上記フローにおいて、ステップＳＳ５の制
御により、請求項２の発明にいう容量増大手段（５１
Ｂ）が構成され、ステップＳＳ２〜ＳＳ４の制御によ
り、請求項２の発明にいう開閉制御手段（５２Ｂ）が構
成されている。

【００３２】したがって、出口水温一定制御では、ロー
ドアップ指令を受けたとき、容量増大手段（５１Ｂ）に
より一定時間ｔ1 の間圧縮機（１）の容量増大が待機さ
れ、この待機中に開閉制御手段（５２Ｂ）により開閉弁
（６）を閉じるよう制御されるので、蒸発器（５）の液
面が下降し、容量増大に伴う蒸発器（５）の液面の過上
昇を招くことがなく、圧縮機（１）の液圧縮等の虞れが
有効に防止されることになる。

【００３３】なお、上記実施例では、圧縮機（１）の容
量増大前のみ開閉弁（６）を閉じるようにしたが、上記
起動時の制御と同様に、請求項３の発明に対応して、圧
縮機（１）の容量増大後所定時間の間も開閉弁（６）を
閉じるようにしてもよい。

【００３４】また、開閉弁（６）を閉じる一定時間は上
記起動制御と同じ時間である必要はない。

【００３５】さらに、上記実施例では、圧縮機（１）を
アンローダにより容量変更するものとしたが、本発明は
かかる実施例に限定されるものではなく、インバータに
より周波数を可変に調節されるものであってもよい。

【００３６】次に、上記実施例の変形例について説明す
る。

【００３７】図７は、変形例に係るチラーの冷媒配管系
統を示し、基本的な回路構成は上記実施例と同じである
が、開閉機構として、上記実施例における開閉弁（６）
の代わりに、下記の構造が設けられている。すなわち、
外部均圧形自動膨張弁（４）の外部均圧管（４ｂ）の端
部は、三方切換弁（１３）の１ポートに接続され、この
三方切換弁（１３）の他の２ポートは凝縮器（２）と吸
入管とに連通されていて、三方切換弁（１３）の切換え
により、外部均圧管（４ｂ）が吸入管に連通したときに
は、感温筒（４ａ）で検知される過熱度を補正する一
方、外部均圧管（５ｂ）が凝縮器（２）に連通したとき
には、高圧により自動膨張弁（４）を全閉にするように
なされている。

【００３８】このような変形例においても、上記実施例
と同様に、圧縮機（１）の起動時や出口水温の一定制御
時に開閉機構を閉じる制御を行うことができ、液圧縮等
の防止効果を得ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、容量可変形圧縮機、凝縮器、温度自動膨張弁及
び満液式蒸発器を順次接続してなる冷媒回路を備えた冷
凍装置の運転制御装置として、冷媒回路の凝縮器−蒸発
器間の液管を開閉する開閉機構を設け、圧縮機の起動
時、圧縮機の容量を所定のスケジュールで増大させると
ともに、容量が増大される前の一定時間の間、開閉機構
を閉じるようにしたので、容量増大前における蒸発器液
面の下降により、圧縮機の容量増大に伴う蒸発器液面の
急激な過上昇を回避し、圧縮機の液圧縮や油上がりを有
効に防止することができる。

【００４０】請求項２の発明によれば、通常制御時に、
容量増大指令を受けたとき、一定時間の間待機してから
圧縮機の容量を増大させるとともに、その待機中に開閉
機構を閉じるようにしたので、上記請求項２の発明と同
様の効果を得ることができる。

【００４１】請求項３の発明によれば、上記請求項１又
は２の発明において、圧縮機の容量増大後所定時間の
間、開閉機構を閉じるようにしたので、圧縮機の液圧縮
等の防止効果をより確実に発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の構成を示すブロック図である。

【図２】実施例に係るチラーの冷媒配管系統図である。

【図３】起動時における制御の一部を示すフロ―チャ―
ト図である。

【図４】起動制御のスケジュールを示す図である。

【図５】出口水温一定制御の一部を示すフロ―チャ―ト
図である。

【図６】出口水温一定制御における水温の変化状態を示
す図である。

【図７】変形例に係るチラーの冷媒配管系統図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ４ 自動膨張弁 ５ 蒸発器 ６ 開閉弁（開閉機構） １０ 冷媒回路 ５１ 容量増大手段 ５２ 開閉制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25B 1/00 - 7/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量可変形圧縮機（１）、凝縮器
   （２）、温度自動膨張弁（４）及び満液式蒸発器（５）
   を順次接続してなる冷媒回路（１０）を備えた冷凍装置
   において、 上記冷媒回路（１０）の凝縮器（２）−蒸発器（５）間
   の液管を開閉する常開の開閉機構（６）を備えるととも
   に、 上記圧縮機（１）の起動時、一定のスケジュールで圧縮
   機（１）の容量を増大するよう制御する容量増大手段
   （５１Ａ）と、 該容量増大手段（５１Ａ）により圧縮機（１）の容量が
   増大される前の一定時間の間、上記開閉機構（６）を閉
   じるよう制御する開閉制御手段（５２Ａ）とを備えたこ
   とを特徴とする冷凍装置の運転制御装置。
2. 【請求項２】 容量可変形圧縮機（１）、凝縮器
   （２）、温度自動膨張弁（４）及び満液式蒸発器（５）
   を順次接続してなる冷媒回路（１０）を備えた冷凍装置
   において、 上記冷媒回路（１０）の凝縮器（２）−蒸発器（５）間
   の液管を開閉する常開の開閉機構（６）を備えるととも
   に、 容量増大指令を受けたとき、一定時間待機後に圧縮機
   （１）の容量を増大するよう制御する容量増大手段（５
   １Ｂ）と、 上記一定時間の間、上記開閉機構（６）を閉じるよう制
   御する開閉制御手段（５２Ｂ）とを備えたことを特徴と
   する冷凍装置の運転制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の冷凍装置の運転制
   御装置において、 開閉制御手段（５２）は、容量増大手段（５１）により
   圧縮機（１）の容量が増大された後の所定時間の間、開
   閉機構（６）の閉状態を継続させることを特徴とする冷
   凍装置の運転制御装置。