JP4131509B2 - 冷凍サイクル制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置や冷凍機に関し、特に、電子膨張弁により冷凍サイクルの温度や圧力等の運転状態を安定に制御するものに好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、温度特性値が安定した時点で電子膨張弁の弁開度補正を行い、冷凍サイクルの温度特性の安定を早めることが知られ、具体的には、基準時間毎に冷凍サイクルに関する温度特性値を測定し、前回測定した温度特性値である前回値と現在値との変化値に応じて現在の基準時間を延長させることが、例えば、特開２０００−２９２０１２号公報に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、電子膨張弁の弁開度補正量を計算するために必要な冷凍サイクルの温度特性値を求める時間間隔も一緒に延長するため、冷凍サイクルの変動が少なく安定していれば、室内ファンの風量や圧縮機駆動周波数等が変化した場合でも、冷凍サイクルの温度特性値を求める時間になるまで検出を行わない。よって、この場合、目標値からかなりずれた状態で電子膨張弁の弁開度制御が始まることになる。また、過渡的な冷凍サイクルの変動要因に対して電子膨張弁の弁開度補正が遅れるため、冷凍サイクルがハンチングを起こす恐れがある。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来の技術的課題を解決し、冷凍サイクルの過渡的な変動要因に対しても素早く冷凍サイクルの運転状態を安定させることのできる冷凍サイクル制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、圧縮機、熱交換器、及び電子膨張弁が配管接続された冷凍サイクルに関する温度を検出する検出部と、前記検出部で検出した温度の現在値と目標値との偏差により前記電子膨張弁の弁開度補正量を計算する弁開度補正量計算部とを備え、前記電子膨張弁の弁開度を制御する冷凍サイクル制御装置において、蒸発器として作用する前記熱交換器の蒸発温度を所定の検出時間間隔で検出する蒸発温度検出部と、前記蒸発温度検出部で前記検出時間間隔で検出する毎に、その検出した蒸発温度を予め段階的に設定された複数の閾値と比較して判定し、この判定した蒸発温度が低くなるに従って弁開度補正時間間隔が前記検出時間間隔の倍数で段階的に長くなるように前記電子膨張弁の弁開度補正時間間隔を計算する弁開度補正時間計算部と、前記弁開度補正時間計算部で計算した弁開度補正時間間隔が経過したとき、前記弁開度補正量計算部で計算した弁開度補正量で、前記電子膨張弁の弁開度を制御する弁駆動回路とを備えたものである。
【０００６】
上記課題を解決するため、また本発明は、インバータ圧縮機、熱交換器、及び電子膨張弁が配管接続された冷凍サイクルに関する温度を検出する検出部と、前記検出部で検出した温度の現在値と目標値との偏差により前記電子膨張弁の弁開度補正量を計算する弁開度補正量計算部とを備え、前記電子膨張弁の弁開度を制御する冷凍サイクル制御装置において、蒸発器として作用する前記熱交換器の蒸発温度を所定の検出時間間隔で検出する蒸発温度検出部と、前記圧縮機の駆動周波数を前記検出時間間隔で検出する駆動周波数検出部と、前記蒸発温度検出部で前記検出時間間隔で検出する毎に、その検出した蒸発温度を予め段階的に設定された複数の閾値と比較して判定し、この判定した蒸発温度が低くなるに従って第１の弁開度補正時間間隔が前記検出時間間隔の倍数で段階的に長くなるように第１の弁開度補正時間間隔を計算し、また前記駆動周波数検出部で前記検出時間間隔で検出する毎に、その検出した駆動周波数を予め段階的に設定された複数の閾値と比較して判定し、この判定した駆動周波数が小さくなるに従って第２の弁開度補正時間間隔が前記検出時間間隔の倍数で段階的に長くなるように第２の弁開度補正時間間隔を計算し、それら第１及び第２の弁開度補正時間間隔の合計を前記電子膨張弁の弁開度補正時間間隔として計算する弁開度補正時間計算部と、前記弁開度補正時間計算部で計算した弁開度補正時間間隔が経過したとき、前記弁開度補正量計算部で計算した弁開度補正量で、前記電子膨張弁の弁開度を制御する弁駆動回路とを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の冷凍サイクル制御装置に係わる一実施の形態を図１ないし図４を参照して説明する。図１は、冷凍サイクルの構成図を示し、少なくとも圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、電子膨張弁４、室外熱交換器５が配管にて接続されている。図の破線矢印は暖房運転時における冷媒の流れを示し、実線矢印は冷房運転時における冷媒の流れを示している。暖房運転時は、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒が四方弁２を通過し室内熱交換器３に流入し、室内熱交換器３を通過する空気と熱交換して凝縮液化して電子膨張弁４に流入する。電子膨張弁４に流入した液冷媒は、減圧され気液二相状態もしくは液状態で流出し、室外熱交換器５に流入し、室外熱交換器５を通過する空気と熱交換して蒸発ガス化して室外熱交換器５から流出し四方弁２を通過して圧縮機１に戻り、再び圧縮機１で圧縮されることで冷凍サイクルが形成される。
【００１１】
冷房運転時は、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒が四方弁２を通過し室外熱交換器５に流入、室外熱交換器５を通過する空気と熱交換して凝縮液化して電子膨張弁４に流入する。電子膨張弁４に流入した液冷媒は、減圧され気液二相状態もしくは液状態で流出し、室内熱交換器３に流入し、室内熱交換器３を通過する空気と熱交換して蒸発ガス化して室内熱交換器３から四方弁２を通過して圧縮機１に戻り、再び圧縮機１で圧縮される。
【００１２】
圧縮機吐出ガス過熱度ＴｄＳＨを検出するためには、圧縮機１の吐出側の配管に吐出ガス過熱度検出器６（例えば、サーミスタ）が設置されている。また、室内熱交換器３及び室外熱交換器５には、暖房運転時及び冷房運転時に蒸発器として作用する熱交換器の蒸発温度Ｔｅを検出するための蒸発温度検出器７ａ，７ｂ（例えば、サーミスタ）が設置されている。
【００１３】
吐出ガス過熱度検出器６の出力信号は、吐出ガス過熱度検出部９に入力され、吐出ガス過熱度として検出され、膨張弁弁開度補正量計算部１２に送られ、膨張弁弁開度補正量計算部１２で予め設定されている吐出ガス過熱度ＴｄＳＨの目標値ＴｄＳＨ０に近づくように電子膨張弁４の弁開度補正量ΔＥＶが計算される。計算された弁開度補正量ΔＥＶは膨張弁駆動回路８へと送られ、電子膨張弁４の弁開度が制御される。
【００１４】
また、蒸発温度検出器７ａ，７ｂの出力信号は、蒸発温度検出部１０に入力され、蒸発温度Ｔｅとして検出され、弁開度補正時間計算部１１に送られる。弁開度補正時間計算部１１では予め設定されている弁開度補正時間間隔と蒸発温度の関係から、弁開度の補正時間間隔の値を膨張弁駆動回路８に送り電子膨張弁４の弁開度が制御される。
【００１５】
次に、本発明の冷凍サイクル制御装置の動作内容について図２により説明する。
図２の冷凍サイクル制御装置には、電子膨張弁４の弁開度補正時間間隔のための開度出力用タイマと弁開度補正量及び吐出ガス過熱度ＴｄＳＨ及び蒸発温度Ｔｅを検出する時間間隔を制御するための開度計算用タイマが組み込まれている。開度出力用タイマをリセットし、その後開度出力用タイマを起動し、次に開度計算用タイマのリセット及び起動を行う。開度計算用タイマが予め設定されている時間間隔ΔＴ１（例えば、６０秒）経過した場合は、圧縮機吐出ガス過熱度ＴｄＳＨ及び蒸発温度Ｔｅをそれぞれの検出器及び検出部を用いて検知し、圧縮機吐出ガス過熱度ＴｄＳＨの値と予め設定されている吐出ガス過熱度の目標値ＴｄＳＨ０により、電子膨張弁４の弁開度補正量ΔＥＶを計算する。
【００１６】
次に、蒸発温度Ｔｅと予め設定されている蒸発温度Ｔｅと弁開度補正時間間隔ΔＴ２との関係を用いて電子膨張弁の弁開度補正時間間隔ΔＴ２を計算する。そして、開度出力用タイマが弁開度補正時間間隔ΔＴ２を経過している場合は、計算した弁開度補正量ΔＥＶを電子膨張弁駆動回路８に送信し、電子膨張弁４の弁開度を制御する。一方、開度出力用タイマが弁開度補正時間間隔ΔＴ２を経過していない場合は、開度計算用タイマをリセット及び起動して、開度計算用タイマがΔＴ１経過した後に圧縮機吐出ガス過熱度ＴｄＳＨ及び蒸発温度Ｔｅをそれぞれの検出器及び検出部を用いて検知し、電子膨張弁４の弁開度補正量ΔＥＶを計算し、開度出力用タイマが弁開度補正時間間隔ΔＴ２を経過するまでその動作を繰り返す。
【００１７】
図３は冷凍サイクル制御装置のタイムチャート線図を示し、図４は電子膨張弁４の弁開度補正時間間隔と蒸発温度の関係を示している。電子膨張弁４の弁開度補正時間間隔を計算するために必要な蒸発温度Ｔｅは、予め設定されている所定の時間間隔Ｔ１（例えば、６０秒）秒毎に蒸発温度検出部により検出され、弁開度補正時間計算部１１に検出値が送られる。蒸発温度ＴｅがＴｅ≧ｔｅ１の場合は、冷凍サイクル内を流れる冷媒循環量が十分多いことを意味しており、電子膨張弁４の弁開度補正時間間隔も同じＴ１秒となる。
【００１８】
また、Ｔ１秒毎に検出される蒸発温度Ｔｅがｔｅ２≦Ｔｅ＜ｔｅ１（但し、ｔｅ２＜ｔｅ１）の場合は、冷凍サイクル内を流れる冷媒循環量が少なくなっていることから冷凍サイクルの反応速度も遅くなるため、電子膨張弁の弁開度補正時間間隔は、蒸発温度を検出する所定の時間間隔Ｔ１秒よりも長いＴ２（例えば、１２０秒）秒となる。更に、Ｔ１秒毎に検出される蒸発温度ＴｅがＴｅ＜ｔｅ２の場合は、冷凍サイクル内を流れる冷媒循環量がかなり少なくなっていることから冷凍サイクルの反応速度も更に遅くなるため、電子膨張弁の弁開度補正時間間隔は、蒸発温度を検出する所定の時間間隔Ｔ１秒や前記蒸発温度Ｔｅがｔｅ２≦Ｔｅ＜ｔｅ１の場合の弁開度補正時間Ｔ２秒よりも長いＴ３（例えば、１８０秒）秒とする。
【００１９】
また、電子膨張弁４の弁開度補正量ΔＥＶを計算するための吐出ガス過熱度ＴｄＳＨの検出時間間隔は、蒸発温度の検出時間間隔Ｔ１秒と同じである。
【００２０】
電子膨張弁の弁開度を補正した場合に冷凍サイクルの温度や圧力の変動になって現われる時間は、冷凍サイクル内を流れる冷媒循環量に比例し、冷媒循環量が多い場合は早くなり、冷媒循環量が少ない場合は遅くなる。これは、冷凍サイクル内の冷媒が移動することにより温度や圧力が変動するためである。
【００２１】
以上によれば、電子膨張弁４の弁開度を補正する時間、補正時間間隔をその時点での蒸発温度Ｔｅにより変更している。よって、蒸発温度Ｔｅは冷凍サイクル内を流れる冷媒循環量の変化に起因するので、冷凍サイクルがどのような変動を起こした場合でも、電子膨張弁４の弁開度補正時間間隔と弁開度補正により変動する冷凍サイクルの変動時間が適正となり、冷凍サイクルを素早く安定に制御することができる。また、蒸発温度Ｔｅによる弁開度補正時間間隔を室内熱交換器３や室外熱交換器５を通過する空気の温度により更に補正することで、冷媒循環量の推定精度をあげることができ、冷凍サイクルを更に安定して制御することが可能となる。
【００２２】
図５は、参考形態の冷凍サイクル制御装置を示す。冷凍サイクル制御装置は、第１の実施形態で説明した蒸発温度Ｔｅの代わりに圧縮機１吸入側に吸入圧力検出器（例えば、圧力センサ）１３を配設し、吸入圧力検出器の出力信号から吸入圧力を検出する吸入圧力検出部１４を設けた構成としている。本例では、圧縮機１の理論吐出量及び冷凍サイクル内を流れる冷媒の物性値をデータベースとして予め設定しておけば、吸入圧力検出値Ｐｓにより圧縮機吸入部の冷媒の密度を計算できるため冷凍サイクル内を流れる冷媒循環量を推定することが可能となる。よって、第１の実施形態と同様に、冷媒循環量に応じた電子膨張弁の弁開度補正時間間隔を変更できる。
【００２３】
図６は、第２の実施形態の冷凍サイクル制御装置を示す。本実施形態の冷凍サイクル制御装置は、圧縮機１の駆動周波数を検出するための圧縮機駆動周波数検出部１５を設け、第１の実施形態で説明した弁開度補正時間間隔の計算として、蒸発温度と、圧縮機駆動周波数検出部の出力値の両方を用いた構成としている。図７は、電子膨張弁の弁開度補正時間間隔と蒸発温度Ｔｅ及び圧縮機駆動周波数Ｈｚの関係を示している。インバータ圧縮機を搭載した冷凍サイクルでは、圧縮機１の駆動周波数が変化するため第１の実施形態や参考形態では、正確な冷媒循環量を推定することが困難である。そこで、蒸発温度Ｔｅによる弁開度補正時間間隔と圧縮機駆動周波数Ｈｚによる弁開度補正時間間隔の合計値を電子膨張弁４の弁開度補正時間間隔とする。これにより、インバータ圧縮機を搭載した冷凍サイクルでも正確な冷媒循環量を推定することが可能となり、冷媒循環量に応じた電子膨張弁の弁開度補正時間間隔を変更できる。上記において、蒸発温度Ｔｅと圧縮機駆動周波数Ｈｚにより弁開度補正時間間隔を計算したが、他の参考形態として、吸入圧力Ｐｓと圧縮機駆動周波数Ｈｚを用いた場合も同様の効果となる。また、蒸発温度Ｔｅによる弁開度補正時間間隔を室内熱交換器３や室外熱交換器５を通過する空気の温度により更に補正することで、冷凍サイクルを更に安定して制御することが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷凍サイクルの過渡的な変動要因に対しても素早く冷凍サイクルの運転状態を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による冷凍サイクルの構成図。
【図２】図１の冷凍サイクルにおける弁開度補正制御のフローチャート。
【図３】図１の冷凍サイクルにおける弁開度補正制御のタイムチャート。
【図４】図１の冷凍サイクルにおける弁開度補正時間間隔と蒸発温度の関係を示す図。
【図５】本発明の参考形態による冷凍サイクルの構成図。
【図６】本発明の第２の実施形態による冷凍サイクルの構成図。
【図７】第２の実施形態の冷凍サイクルにおける弁開度補正時間間隔と蒸発温度及び圧縮機駆動周波数の関係を示す図。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…四方弁、３…室内熱交換器、４…電子膨張弁、５…室外熱交換器、６…吐出ガス過熱度検出器、７ａ，７ｂ…蒸発温度検出器、８…膨張弁駆動回路、９…吐出ガス過熱度検出部、１０…蒸発温度検出部、１１…弁開度補正時間計算部、１２…弁開度補正量計算部、１３…吸入圧力検出器、１４…吸入圧力検出部、１５…圧縮機駆動周波数検出部。
Claims (2)
- 圧縮機、熱交換器、及び電子膨張弁が配管接続された冷凍サイクルに関する温度を検出する検出部と、前記検出部で検出した温度の現在値と目標値との偏差により前記電子膨張弁の弁開度補正量を計算する弁開度補正量計算部とを備え、前記電子膨張弁の弁開度を制御する冷凍サイクル制御装置において、
蒸発器として作用する前記熱交換器の蒸発温度を所定の検出時間間隔で検出する蒸発温度検出部と、
前記蒸発温度検出部で前記検出時間間隔で検出する毎に、その検出した蒸発温度を予め段階的に設定された複数の閾値と比較して判定し、この判定した蒸発温度が低くなるに従って弁開度補正時間間隔が前記検出時間間隔の倍数で段階的に長くなるように前記電子膨張弁の弁開度補正時間間隔を計算する弁開度補正時間計算部と、
前記弁開度補正時間計算部で計算した弁開度補正時間間隔が経過したとき、前記弁開度補正量計算部で計算した弁開度補正量で、前記電子膨張弁の弁開度を制御する弁駆動回路とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル制御装置。 - インバータ圧縮機、熱交換器、及び電子膨張弁が配管接続された冷凍サイクルに関する温度を検出する検出部と、前記検出部で検出した温度の現在値と目標値との偏差により前記電子膨張弁の弁開度補正量を計算する弁開度補正量計算部とを備え、前記電子膨張弁の弁開度を制御する冷凍サイクル制御装置において、
蒸発器として作用する前記熱交換器の蒸発温度を所定の検出時間間隔で検出する蒸発温度検出部と、
前記圧縮機の駆動周波数を前記検出時間間隔で検出する駆動周波数検出部と、
前記蒸発温度検出部で前記検出時間間隔で検出する毎に、その検出した蒸発温度を予め段階的に設定された複数の閾値と比較して判定し、この判定した蒸発温度が低くなるに従って第１の弁開度補正時間間隔が前記検出時間間隔の倍数で段階的に長くなるように第１の弁開度補正時間間隔を計算し、また前記駆動周波数検出部で前記検出時間間隔で検出する毎に、その検出した駆動周波数を予め段階的に設定された複数の閾値と比較して判定し、この判定した駆動周波数が小さくなるに従って第２の弁開度補正時間間隔が前記検出時間間隔の倍数で段階的に長くなるように第２の弁開度補正時間間隔を計算し、それら第１及び第２の弁開度補正時間間隔の合計を前記電子膨張弁の弁開度補正時間間隔として計算する弁開度補正時間計算部と、
前記弁開度補正時間計算部で計算した弁開度補正時間間隔が経過したとき、前記弁開度補正量計算部で計算した弁開度補正量で、前記電子膨張弁の弁開度を制御する弁駆動回路とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル制御装置。
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