JP3253104B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

冷凍サイクル装置

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徹 久保
敏明 河村
義信 藤田
光宣 前澤
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/21Refrigerant outlet evaporator temperature

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  • Air Conditioning Control Device (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電子膨張弁を備えた
冷凍サイクル装置に関する。
【0002】
【従来の技術】空気調和機等に用いる冷凍サイクルとし
ては、電子膨張弁を備え、その電子膨張弁の開度を蒸発
器の冷媒過熱度が一定値となるよう制御し、運転の安定
化を図るものがある。一例を図4に示す。
【0003】1は能力可変圧縮機である。この圧縮機1
の吐出口に四方弁2を介して室外熱交換器3を接続し、
その室外熱交換器3に電子膨張弁(パルスモータバル
ブ;PMV)4を介して室内熱交換器5を接続してい
る。そして、室内熱交換器5を上記四方弁2を介して圧
縮機1の吸込口に接続している。つまり、冷房運転時は
図示実線矢印の方向に冷媒を流して冷房サイクルを形成
し、室外熱交換器3を凝縮器、室内熱交換器5を蒸発器
として働かせる。
【0004】暖房運転時は、四方弁2の切換作動によ
り、図示破線矢印の方向に冷媒を流して暖房サイクルを
形成し、室内熱交換器5を凝縮器、室外熱交換器3を蒸
発器として働かせる。
【0005】また、室外熱交換器3と電子膨張弁4の接
続配管にキャピラリチューブ6の一端を接続し、電子膨
張弁4と室内熱交換器5の接続配管にキャピラリチュー
ブ7の一端を接続し、それらキャピラリチューブ6,7
の他端を共にバイパス8を介して圧縮機1の吸込口に接
続している。圧縮機1の吸い込み側に温度センサ11を
取付けている。バイパス8に温度センサ12を取付けて
いる。作用を説明する。
【0006】冷房あるいは暖房運転時、空調負荷に応じ
て圧縮機1の運転周波数つまり能力を制御する。同時
に、圧縮機1の吸い込み冷媒温度を温度センサ11で検
知し、飽和冷媒温度を温度センサ12で検知する。そし
て、温度センサ11の検知温度T1 と温度センサ12の
検知温度T2 との差を蒸発器の冷媒過熱度(スーパーヒ
ート)SHとして検知し、その冷媒過熱度SHが予め定
められている一定値となるよう電子膨張弁4の開度を所
定値ずつ制御する。
【0007】ところで、このような冷凍サイクルにおい
ては、過負荷運転時、圧縮機1の吐出温度が過渡に上昇
し、冷媒の分解、圧縮機1内の潤滑油の劣化、圧縮機1
の絶縁性能の劣化など、種々の不具合を生じる。
【0008】そこで、従来、圧縮機1の吐出冷媒温度T
dを検知し、その吐出冷媒温度Tdが所定値以上になる
と圧縮機1の運転周波数を低減し、吐出冷媒温度Tdの
上昇を抑えて上記の不具合を解消するものがある。
【0009】また、圧縮機1の吐出冷媒温度Tdが所定
値以上になると電子膨張弁4の開度を増大し、圧縮機1
に液バック気味に冷媒を戻して吐出冷媒温度Tdの上昇
を抑えるものがある。この吐出温度制御の一例を図5に
示す。
【0010】すなわち、吐出冷媒温度Tdが所定値たと
えば摂氏108度に満たないAゾーンでは検知温度
1 ,T2 に基づく過熱度制御を実行するが、吐出冷媒
温度Tdが108度以上のBゾーンに入るとその吐出冷
媒温度Tdが設定値Tdsたとえば摂氏103度に収ま
るよう過熱度制御に優先して電子膨張弁4の開度を所定
値ずつ増大する。そして、吐出冷媒温度Tdが108度
以下のCゾーンに入るとそのときの電子膨張弁4の開度
を保持し、その後、吐出冷媒温度Tdが103度以下の
Aゾーンに入ると元の過熱度制御に復帰する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ただし、前者のように
圧縮機1の運転周波数を低減するものでは、空調能力が
低下し、快適性を損なうという問題がある。
【0012】また、後者のように吐出温度制御を行なう
ものでは、その制御の実行中、負荷変動によって吐出冷
媒温度Tdが大きく低下し、直ちに過熱度制御に復帰す
ることがある。この場合、液バック気味状態のまま過熱
度制御に移行するため、今度は電子膨張弁4の開度が閉
方向に変化し、再び吐出冷媒温度Tdが上昇する。こう
なると、吐出温度制御と過熱度制御とが繰り返されるこ
とになり、液バックと過熱とが繰り返されて結局は圧縮
機1の寿命に悪影響を与える。
【0013】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、吐出温度制御により圧縮機の
吐出冷媒温度の上昇を抑えて冷媒の分解や潤滑油の劣化
を防ぐことができ、しかも吐出温度制御と過熱度制御の
繰り返しを防いで圧縮機の寿命向上を図ることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明の冷凍サイクル
装置は、圧縮機、凝縮器、電子膨張弁、および蒸発器を
順次接続した冷凍サイクルと、上記蒸発器の冷媒過熱度
を検知する手段と、この冷媒過熱度が一定値となるよう
上記電子膨張弁の開度を算出し、制御する過熱度制御手
段と、上記圧縮機の吐出冷媒温度を検知する手段と、こ
の検知温度が第1設定値以上になるとこの検知温度が第
2設定値になるよう前記電子膨張弁の開度を算出すると
ともに前記過熱度制御に優先して前記電子膨張弁の開度
を制御する吐出温度制御手段と、吐出温度制御手段によ
る制御に入った後は過熱度制御手段により算出された電
子膨張弁の開度の方が吐出温度制御手段により算出され
た電子膨張弁の開度よりも吐出温度を下げる方向にある
場合にのみ過熱度制御に復帰する手段とを備える。
【0015】
【作用】圧縮機の吐出冷媒温度が第1設定に満たない場
合は、蒸発器の冷媒過熱度が一定値となるよう、電子膨
張弁の開度を算出し制御する過熱度制御を実行する。圧
縮機の吐出冷媒温度が第1設定値以上になると、その吐
出冷媒温度が第2設定値になるよう、電子膨張弁の開度
を算出するとともに過熱度制御に優先して電子膨張弁の
開度を制御する吐出温度制御を実行する。この吐出温度
制御に入った後は、上記過熱度制御において算出された
電子膨張弁の開度の方が、当該吐出温度制御において算
出された電子膨張弁の開度よりも吐出温度を下げる方向
にある場合にのみ、過熱度制御に復帰する。
【0016】
【実施例】以下、この発明の第1実施例について図面を
参照して説明する。なお、図面において図4と同一部分
には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図1
に示すように、圧縮機1の吐出側配管に温度センサ10
を取付ける。
【0017】また、制御部20を設け、その制御部20
に四方弁2、電子膨張弁4、リモートコントロール式の
操作器(以下、リモコンと略称する)21、室内温度セ
ンサ22、インバータ回路23、および温度センサ1
0,11,12を接続する。
【0018】インバータ回路23は、図示しない商用交
流電源の電圧を整流し、それを制御部20の指令に応じ
たスイッチングによって所定周波数(および電圧)の交
流に変換し、出力するものである。このインバータ回路
23の出力を圧縮機1へ駆動電力として供給する。制御
部20は、冷凍サイクルの全般にわたる制御を行なうも
ので、マイクロコンピュータおよびその周辺回路からな
る。そして、制御部20は、通常の運転機能に加え、次
の機能手段を備える。 (1)蒸発器の冷媒過熱度(温度センサ11の検知温度
1 と温度センサ12の検知温度T2 との差)SHを検
知する手段。 (2)検知した冷媒過熱度SHが一定値SHsとなるよ
う電子膨張弁4の開度を所定値PLS1 ずつ制御する過
熱度制御手段。
【0019】(3)温度センサ10の検知温度(吐出冷
媒温度)Tdが第1設定値Tds1たとえば摂氏108
度以上になると、過熱度制御手段に優先して、検知温度
Tdが第2設定値Tds2 たとえば摂氏103度に収ま
るよう上記過熱度制御に優先して電子膨張弁4の開度を
所定制御量PLS2 ずつ増大し、かつ検知温度Tdが1
08度以下になるとそのときの電子膨張弁4の開度を保
持する吐出温度制御手段。 (4)過熱度制御が実行される場合の開度制御量PLS
1 および吐出温度制御が実行される場合の開度制御量P
LS2 を逐次算出する手段。
【0020】(5)吐出温度制御に入った後は、過熱度
制御による開度制御量PLS1 が吐出温度による開度制
御量PLS2 よりも大きい場合(PLS1 >PL
2 )、すなわち過熱度制御の方が吐出温度制御よりも
吐出温度を下げる方向にある場合のみ、過熱度制御に復
帰する手段。つぎに、図2を参照しながら作用を説明す
る。まず、冷房運転について説明する。リモコン21で
冷房運転モードおよび所望の室内温度を設定し、かつ運
転開始操作を行なう。すると、制御部20は、インバー
タ回路23を駆動し圧縮機1を起動する。
【0021】この場合、圧縮機1から吐出される冷媒が
図示実線矢印の方向に流れて冷房サイクルが形成され、
室外熱交換器3が凝縮器、室内熱交換器5が蒸発器とし
て働く。これにより、室内が冷房される。
【0022】この冷房運転時、制御部20は、リモコン
21での設定室内温度と室内温度センサ22の検知温度
との差を空調負荷として求め、求めた空調負荷に応じて
インバータ回路23の出力周波数を制御する。すなわ
ち、温度差が大きいときはインバータ回路23の出力周
波数を高め、温度差が小さくなるに従って出力周波数を
下げる制御を行なう。
【0023】インバータ回路23の出力周波数が高くな
ると、圧縮機1の能力が上がり、冷房能力がアップす
る。インバータ回路23の出力周波数が低くなると、圧
縮機1の能力が下がり、冷房能力がダウンする。こうし
て、室内温度が設定室内温度に向かって収束する。次
に、暖房運転について説明する。リモコン23で暖房運
転モードおよび所望の室内温度を設定し、かつ運転開始
操作を行なう。すると、制御部20は、インバータ回路
23を駆動して圧縮機1を起動するとともに、四方弁2
を切換作動する。
【0024】この場合、圧縮機1から吐出される冷媒が
図示破線矢印の方向に流れて暖房サイクルが形成され、
室内熱交換器7が凝縮器、室外熱交換器5が蒸発器とし
て働く。これにより、室内が暖房される。
【0025】この暖房運転時、制御部20は、設定室内
温度と室内温度センサ22の検知温度との差を算出し、
算出した温度差に応じてインバータ回路23の出力周波
数を制御する。
【0026】そして、冷房あるいは暖房運転時、冷媒の
一部がキャピラリチューブ6,7を通ってバイパス管8
に入り、そのバイパス管8に入った冷媒は圧縮機1の吸
込口に導かれる。このとき、バイパス管8に入った冷媒
の温度(飽和冷媒温度)が温度センサ12によって検知
される。また、四方弁2を経た冷媒が圧縮機1に吸い込
まれるとき、その冷媒の温度が温度センサ11によって
検知される。ここで、制御部20は、所定の制御インタ
ーバル(たとえば1分)で図2に示す制御を実行する。
【0027】温度センサ11,12の検知温度T1 ,T
2 を取込み(ステップS1,S2)、両検知温度の差
(=T1 −T2 )を求める。この温度差は、冷媒過熱度
SHに相当する(ステップS3)。
【0028】この冷媒過熱度SHを一定値SHsに収め
るべく、電子膨張弁4の現時点の開度に対する開度制御
量(駆動パルス数)PLSを下式により算出する(ス
テップS4)。 PLS=K(SH−SHs) なお、Kは係数である。
【0029】温度センサ10の検知温度Tdを取込むと
ともに(ステップS5)、その検知温度Tdを第2設定
値Tds2 に収めるための吐出温度制御が実行される場
合の開度増大量PLS2 を下式により算出する(ステッ
プS6)。 PLS2 =K2 (Td−Tds) なお、K2 は係数である。
【0030】検知温度Tdと第1設定値Tds1 である
摂氏108度とを比較し(ステップS7)、検知温度T
dが108度に満たなければ、それがBゾーン制御およ
びCゾーン制御の実行後かどうか判定する(ステップS
8,S9)。初めはBゾーン制御およびCゾーン制御の
いずれも実行されておらず、よってAゾーン制御である
ところの過熱度制御を実行する(ステップS10)。
【0031】すなわち、冷媒過熱度SHが一定値SHs
となるよう電子膨張弁4の開度を上記開度制御量PLS
1 だけ補正する。この補正は、制御インターバルごとに
行なわれる。過負荷運転が生じ、検知温度Tdが108
度を超えてBゾーンに入ると、Bゾーン制御であるとこ
ろの吐出温度制御を実行する(ステップS11)。
【0032】すなわち、検知温度Tdが第2設定値Td
2 である摂氏103度に収まるよう、過熱度制御に優
先して電子膨張弁4の開度を上記開度制御量PLS2
け増大する。この増大は、制御インターバルごとに行な
われる。こうして、電子膨張弁4の開度が増大すると、
圧縮機1に液バック気味に冷媒が戻り、吐出冷媒温度T
dの上昇が抑制される。
【0033】検知温度Tdが摂氏108度以下に下がり
(ステップS7の判定N)、しかもそれがBゾーン制御
の実行後であれば(ステップS8の判定Y)。Cゾーン
制御を実行する(ステップS12)。このCゾーン制御
は、吐出温度制御の一部であって、現時点の電子膨張弁
4の開度をそのまま保持する。
【0034】このCゾーン制御に入ってからは、ステッ
プS4で逐次算出される開度制御量PLS1 と、ステッ
プS6で逐次算出される開度制御量PLS2 とを比較し
(ステップS13)、過熱度制御による開度制御量PL
1 が吐出温度による開度制御量PLS2 よりも大きい
場合のみ、過熱度制御に復帰する。
【0035】つまり、過熱度制御の方が吐出温度制御よ
りも吐出温度を下げる方向にある場合にのみ過熱度制御
に復帰し、吐出温度制御の方が過熱度制御よりも吐出温
度を下げる方向にある場合には過熱度制御への復帰を禁
止する。これは、過熱度制御に復帰した途端に吐出冷媒
温度Tdが再上昇し、吐出温度制御が繰り返される不具
合を解消するためのものである。
【0036】したがって、吐出温度制御により吐出冷媒
温度Tdの上昇を抑えて冷媒の分解や潤滑油の劣化を防
止できることは勿論、加熱と液バックの繰り返しを防い
で圧縮機の寿命向上を図ることができる。なお、この発
明は上記実施例に限定されるものではなく、要旨を変え
ない範囲で種々変形実施可能である。
【0037】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば
出温度制御により圧縮機の吐出冷媒温度の上昇を抑えて
冷媒の分解や潤滑油の劣化を防ぐことができ、しかも吐
出温度制御と過熱度制御の繰り返しを防いで圧縮機の寿
命向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の全体的な構成を示す図。
【図2】同実施例の作用を説明するためのフローチャー
ト。
【図3】同実施例における吐出温度制御を説明するため
の図。
【図4】従来装置の構成を示す図。
【図5】従来装置における吐出温度制御を説明するため
の図。
【符号の説明】
1…能力可変圧縮機、3…室外熱交換器、4…電子膨張
弁、5…室内熱交換器、10,11,12…温度セン
サ、20…制御部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前澤 光宣 静岡県富士市蓼原336番地 株式会社東 芝富士工場内 (56)参考文献 特開 平3−164658(JP,A) 特開 昭58−184454(JP,A) 特開 昭61−62770(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 1/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機、凝縮器、電子膨張弁、および蒸
    発器を順次接続した冷凍サイクルと、前記蒸発器の冷媒
    過熱度を検知する手段と、この冷媒過熱度が一定値とな
    るよう前記電子膨張弁の開度を算出し、制御する過熱度
    制御手段と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知する手段
    と、この検知温度が第1設定値以上になるとこの検知温
    度が第2設定値になるよう前記電子膨張弁の開度を算出
    するとともに前記過熱度制御に優先して前記電子膨張弁
    の開度を制御する吐出温度制御手段と、吐出温度制御手
    段による制御に入った後は過熱度制御手段により算出さ
    れた電子膨張弁の開度の方が吐出温度制御手段により算
    出された電子膨張弁の開度よりも吐出温度を下げる方向
    にある場合にのみ過熱度制御に復帰する手段とを具備し
    たことを特徴とする冷凍サイクル装置。
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