JP4905271B2

JP4905271B2 - 冷凍装置

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Publication number: JP4905271B2
Application number: JP2007173438A
Authority: JP
Inventors: 伸一笠原; 哲也岡本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2012-03-28
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Description

本発明は、冷凍装置に設けられた膨張弁の制御技術に関するものである。

従来より、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置が知られている。そして、この冷凍装置の運転を制御する方法のひとつとして、例えば特許文献１に開示されているような電動膨張弁を利用した過熱度制御がある。

この過熱度制御は、冷媒回路において実測した冷媒の蒸発器出口温度から求められる過熱度（以下、検出過熱度という。）が目標過熱度となるように上記電動膨張弁の開度調整を行うものである。一般に、上記冷媒回路に複数の蒸発器が設置されている場合、各蒸発器の能力制御を行うために上記過熱度制御が用いられている。

具体的に、各蒸発器の能力制御を行うコントローラが、各蒸発器に必要な能力に応じて目標過熱度を設定する。すると、上記過熱度制御は、各蒸発器の検出過熱度がこの目標過熱度となるように、各電動膨張弁の開度の調整を行う。つまり、蒸発器の能力を減少させたい場合には、目標過熱度を現在よりも高く設定する。一方、蒸発器の能力を増加させたい場合には、目標過熱度を現在よりも低く設定する。このように目標過熱度を設定することにより、各蒸発器の能力制御が行われる。
特開２００７−０４０５６７号公報

しかしながら、上記コントローラが、目標過熱度を現在よりも低く設定した場合、蒸発器出口温度が目標過熱度に対応する冷媒の出口温度（以下、目標出口温度という。）対してオーバーシュートしてしまうことがある。そして、このオーバーシュートが大きいと、蒸発器出口温度が下がり過ぎて、蒸発器出口の冷媒が過熱状態から湿り状態に変化する可能性が大きくなる。仮に、蒸発器出口温度が下がり過ぎて、蒸発器出口の冷媒が湿り状態になると、冷媒液滴の影響で蒸発器出口温度は不安定となり、その湿り状態が継続する間は上記過熱度制御が良好に行われなくなる。そこで、上述したオーバーシュートを抑えるように上記電動膨張弁の開度を調整すると、上記コントローラが、目標過熱度を現在よりも高く設定した場合に、良好な過熱度制御が行われない可能性がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、膨張弁による過熱度制御を行う冷凍装置において、上記過熱度制御の制御性を向上させることにある。

第１の発明は、少なくとも１つ以上の蒸発器（27）と該蒸発器（27）に対応する膨張弁（26）とが接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）と、該冷媒回路（20）を循環する冷媒の蒸発器出口温度に基づいて冷媒の過熱度を算出する算出手段（40）と、算出した過熱度が目標過熱度となるように上記膨張弁（26）の開度調整を行う過熱度制御手段（44）とを備えた冷凍装置を前提としている。

そして、上記冷凍装置の目標過熱度の変更を行う変更手段（39）が設けられ、上記過熱度制御手段（44）は、上記膨張弁（26）の開度操作量を決定するための制御ゲインと、上記変更手段（39）が目標過熱度を現在値より上げるときには上記制御ゲインを現在よりも高く設定し、目標過熱度を現在値より下げるときには上記制御ゲインを現在よりも低く設定することが可能な制御ゲイン設定手段（41）とを備えていることを特徴としている。ここで、例えば、複数の蒸発器（27）が設置された場合には、上述したように各蒸発器（27）ごとに能力制御を行う必要がある。そこで、上記変更手段（39）は、各蒸発器（27）に対して要求された能力が得られるように、各蒸発器（27）ごとに目標過熱度を変更することができる。これにより、冷凍負荷が大きい蒸発器（27）に対しては目標過熱度を現在値よりも下げ、冷凍負荷が小さい蒸発器（27）に対しては目標過熱度を現在値よりも上げる制御を行う。

第１の発明では、目標過熱度の変化に応じて、膨張弁（26）における開度操作の応答性を変更することができる。つまり、上記変更手段（39）が目標過熱度を現在値よりも下げようとする場合には、上記制御ゲイン設定手段（41）が制御ゲインを現在よりも低く設定する。これにより、膨張弁（26）の開度操作量が現在よりも小さくなり、目標過熱度に対する検出過熱度の応答性が緩やかになる。一方、上記変更手段（39）が上記目標過熱度を現在値よりも上げようとする場合には、上記制御ゲイン設定手段（41）が制御ゲインを現在よりも高く設定する。これにより、膨張弁（26）の開度操作量が現在よりも大きくなり、目標過熱度に対する検出過熱度の応答性が速やかになる。

第２の発明は、第１の発明において、上記制御ゲイン設定手段（41）は、上記目標過熱度と制御ゲインとの関係が予め定められた第１制御ゲイン関数に基いて、上記制御ゲインの設定値を演算する演算手段を備えていることを特徴としている。

第２の発明では、上記第１制御ゲイン関数に基いて、上記目標過熱度から最適な制御ゲイン設定量を演算することができる。ここで、上記第１制御ゲイン関数とは、例えば図３に示すような関数である。この第１制御ゲイン関数には、目標過熱度が変化すると制御ゲインも変化する第１領域（Ａ）と、目標過熱度が変化しても制御ゲインが変化しない第２領域（Ｂ）とがある。第１領域（Ａ）では、目標過熱度が低くなるほど制御ゲインが低くなるので、膨張弁（26）の開度操作量が現在よりも小さくなり、目標過熱度に対する検出過熱度の応答性が緩やかになる。一方、目標過熱度が高くなるほど制御ゲインが高くなるので、膨張弁（26）の開度操作量が現在よりも大きくなり、目標過熱度に対する検出過熱度の応答性が速やかになる。

第３の発明は、第１の発明において、上記制御ゲイン設定手段（41）は、上記目標過熱度及び実測した冷媒の状態値に基いて上記算出手段（40）で算出した過熱度の平均値と制御ゲインとの関係が予め定められた第２制御ゲイン関数に基いて、上記制御ゲインの設定値を演算する演算手段を備えていることを特徴としている。

第３の発明では、上記第２制御ゲイン関数に基いて、上記平均値から最適な制御ゲイン設定量を演算することができる。ここで、上記第２制御ゲイン関数とは、例えば図４に示すような関数である。この第２制御ゲイン関数には、上記平均値が変化すると制御ゲインも変化する第１領域（Ａ）と、上記平均値が変化しても制御ゲインは変化しない第２領域（Ｂ）がある。第１領域（Ａ）では、上記平均値が低くなるほど制御ゲインが低くなるので、膨張弁（26）の開度操作量が現在よりも小さくなり、目標過熱度に対する検出過熱度の応答性が緩やかになる。一方、上記平均値が高くなるほど制御ゲインは高くなるので、膨張弁（26）の開度操作量が現在よりも大きくなり、目標過熱度に対する検出過熱度の応答性が速やかになる。

第４の発明は、第２又は第３の発明において、上記演算手段で演算した制御ゲインの設定値を補正する制御ゲイン補正手段を備えていることを特徴としている。

第４の発明では、上記制御ゲイン補正手段を備えることにより、上記第１制御ゲイン関数における目標過熱度又は上記第２制御ゲイン関数における平均値とは別の変数で、制御ゲインの設定値を補正することができる。

第５の発明は、第４の発明において、上記制御ゲイン補正手段は、上記変更手段（39）で変更した目標過熱度及び変更直前の目標過熱度から得られる偏差（以下、第１偏差という。）と制御ゲイン補正率との関係が予め定められた第１制御ゲイン補正関数に基いて、上記制御ゲインの設定値の補正率（以下、制御ゲイン補正率という。）を演算する補正演算手段を備えていることを特徴としている。ここで、上記制御ゲイン補正率と上記制御ゲインの設定値とを積算することにより、補正された制御ゲインの設定値が得られる。

第５の発明では、上記第１制御ゲイン補正関数に基いて、上記第１偏差から最適な制御ゲイン補正率を演算することができる。ここで、上記第１制御ゲイン補正関数とは、例えば図５に示すような関数である。上記第１制御ゲイン補正関数には、上記第１偏差が変化すると上記制御ゲイン補正率も変化する第１領域（Ｃ）と、上記第１偏差が変化しても上記制御ゲイン補正率が変化しない第２領域（Ｄ）とがある。上記第１領域（Ｃ）では、上記第１偏差が小さくなるほど制御ゲイン補正率が小さくなる。一方、上記第１偏差が大きくなるほど制御ゲイン補正率は大きくなる。

尚、上記第１偏差がゼロ、つまり目標過熱度が変化しない場合には、制御ゲイン補正率が１となり、制御ゲインの設定値は変化しない。上記第１偏差が正値の場合（目標過熱度が下がる場合）には、制御ゲイン補正率が１より大きくなり、制御ゲインの設定値は補正により増加する。上記第１偏差が負値の場合（目標過熱度が上がる場合）には、制御ゲイン補正率が１より小さくなり、制御ゲインの設定値は補正により減少する。

第６の発明は、第４の発明において、上記制御ゲイン補正手段は、上記変更手段（39）で変更した目標過熱度から変更直前の目標過熱度を減じて得られる第１の値と、変更直前において実測した冷媒の状態値に基いて上記算出手段（40）から算出される過熱度から変更直前の目標過熱度を減じて得られる第２の値とを求め、第１の値から第２の値を減じて得られる偏差（以下、第２偏差という。）と制御ゲイン補正率との関係が予め定められた第２制御ゲイン補正関数に基いて、上記制御ゲインの設定値の補正率を演算する補正演算手段を備えていることを特徴としている。

第６の発明では、上記第２制御ゲイン補正関数に基いて、上記第２偏差から最適な制御ゲイン補正率を演算することができる。ここで、上記第２制御ゲイン補正関数とは、例えば図６に示すような関数である。上記第２制御ゲイン補正関数には、上記第２偏差が変化すると上記制御ゲイン補正率も変化する第１領域（Ｃ）と、上記第２偏差が変化しても上記制御ゲイン補正率が変化しない第２領域（Ｄ）とがある。上記第１領域（Ｃ）では、上記第２偏差が小さくなるほど制御ゲイン補正率が小さくなる。一方、上記第２偏差が大きくなるほど制御ゲイン補正率は大きくなる。

尚、上記第２偏差がゼロ、つまり目標過熱度と検出過熱度との偏差が変化しない場合には、制御ゲイン補正率が１となり、制御ゲインの設定値は変化しない。上記第２偏差が正値の場合（目標過熱度と検出過熱度との偏差が大きくなる場合）には、制御ゲイン補正率が１より大きくなり、制御ゲインの設定値は補正により増加する。上記第２偏差が負値（目標過熱度と検出過熱度との偏差が小さくなる場合）の場合には、制御ゲイン補正率が１より小さくなり、制御ゲインの設定値は補正により減少する。

第７の発明は、第４の発明において、上記制御ゲイン補正手段は、上記変更手段（39）で変更した目標過熱度から該目標過熱度の変更時において実測した冷媒の状態値に基いて上記算出手段（40）から算出される過熱度を減じて得られる第１の値と、変更直前の目標過熱度から変更直前において実測した冷媒の状態値に基いて上記算出手段（40）から算出される過熱度を減じて得られる第２の値とを求め、第１の値から第２の値を減じて得られる偏差（以下、第３偏差という。）と制御ゲイン補正率との関係が予め定められた第３制御ゲイン補正関数に基いて、上記制御ゲインの設定値の補正率を演算する補正演算手段を備えていることを特徴としている。

第７の発明では、上記第３制御ゲイン補正関数に基いて、上記第３偏差から最適な制御ゲイン補正率を演算することができる。ここで、上記第３制御ゲイン補正関数とは、例えば図７に示すような関数である。上記第３制御ゲイン補正関数には、上記第３偏差が変化すると上記制御ゲイン補正率も変化する第１領域（Ｃ）と、上記第３偏差が変化しても上記制御ゲイン補正率が変化しない第２領域（Ｄ）とがある。上記第１領域（Ｃ）では、上記第３偏差が小さくなるほど制御ゲイン補正率が小さくなる。一方、上記第３偏差が大きくなるほど制御ゲイン補正率は大きくなる。

尚、上記第３偏差がゼロ、つまり目標過熱度と検出過熱度との偏差が変化しない場合には、制御ゲイン補正率が１となり、制御ゲインの設定値は変化しない。上記第３偏差が正値の場合（目標過熱度と検出過熱度との偏差が大きくなる場合）には、制御ゲイン補正率が１より大きくなり、制御ゲインの設定値は補正により増加する。上記第３偏差が負値（目標過熱度と検出過熱度との偏差が小さくなる場合）の場合には、制御ゲイン補正率が１より小さくなり、制御ゲインの設定値は補正により減少する。

第８の発明は、第１から第６の何れか１つの発明において、上記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴としている。

第８の発明では、上記冷媒に二酸化炭素を用いた冷凍装置に対して、上記過熱度制御手段（44）による制御を行うことができる。

本発明によれば、目標過熱度の変化に応じて、膨張弁（26）における開度操作の応答性を変更することにより、過熱度制御の制御性能を向上させることができる。つまり、目標過熱度を現在値よりも下げようとする場合には、膨張弁（26）の開度操作量が現在よりも小さくなり、目標過熱度に対する検出過熱度の応答性が緩やかになるので、蒸発器出口温度も緩やかに目標出口温度に近づく。これにより、該蒸発器出口温度が目標出口温度に対してオーバーシュートしにくくなる。一方、目標過熱度を現在値よりも上げようとする場合には、膨張弁（26）の開度操作量が現在よりも大きくなり、目標過熱度に対する検出過熱度の応答性が速やかになるので、蒸発器出口温度も速やかに目標出口温度に近づく。これにより、蒸発器出口温度を早く目標出口温度に収束させることができる。

また、上記第２の発明によれば、上記目標過熱度から得られる最適な制御ゲイン設定量に基いて、膨張弁（26）における開度操作の応答性を変化させるので、上記過熱度制御の制御性能を確実に向上させることができる。つまり、目標過熱度が低くなるほど、開度操作の応答性が緩やかになるので、蒸発器出口温度も緩やかに目標出口温度に近づく。これにより、該蒸発器出口温度が目標出口温度に対してオーバーシュートしにくくなる。一方、目標過熱度が高くなるほど、膨張弁（26）における開度操作の応答性が速やかになるので、蒸発器出口温度も速やかに目標出口温度に近づく。これにより、蒸発器出口温度を早く目標出口温度に収束させることができる。

また、上記第３の発明によれば、第２の発明とは違い、上記目標過熱度及び検出過熱度の平均値から得られる最適な制御ゲイン設定量に基いて、膨張弁（26）における開度操作の応答性を変更している。例えば、上記目標過熱度に対して検出過熱度が大きい場合、第２の発明では、目標過熱度のみから制御ゲインの設定量を演算するので、急激に制御ゲインの設定量が減少するのに対し、第３の発明では、上記平均値により制御ゲインの設定量を演算するので、場合によっては、第２の発明よりも、制御ゲインの設定量が減少量が小さくなる。したがって、第２の発明に比べて、制御ゲインの設定量の急激な変化を抑えることができる。

また、上記第４の発明によれば、上記第１制御ゲイン関数における目標過熱度又は上記第２制御ゲイン関数における平均値とは別の変数で、制御ゲインの設定値を補正している。したがって、その別の変数による影響を排除した制御ゲインの設定値に基いて、膨張弁（26）における開度操作の応答性を変化させるので、上記過熱度制御の制御性能をより一層向上させることができる。

また、上記第５の発明によれば、上記第１偏差から得られる最適な制御ゲイン補正率に基いて、制御ゲインの設定値を補正するので、補正しない場合に比べて、目標過熱度の急激な変化による制御ゲインの設定量の急激な変化を抑えることができる。したがって、上記過熱度制御の制御性能をより一層向上させることができる。

また、上記第６の発明によれば、上記第２偏差から得られる最適な制御ゲイン補正率に基いて、制御ゲインの設定値を補正するので、補正しない場合に比べて、目標過熱度の急激な変化による制御ゲインの設定量の急激な変化を抑えることができる。したがって、上記過熱度制御の制御性能をより一層向上させることができる。

また、上記第７の発明によれば、上記第３偏差から得られる最適な制御ゲイン補正率に基いて、制御ゲインの設定値を補正するので、補正しない場合に比べて、目標過熱度の急激な変化による制御ゲインの設定量の急激な変化を抑えることができる。したがって、上記過熱度制御の制御性能をより一層向上させることができる。

また、上記第８の発明によれば、上記冷媒に二酸化炭素を用いた冷凍装置に対して、上記過熱度制御手段（44）による制御を行うことにより、目標過熱度を現在値よりも下げようとする場合には、該蒸発器出口温度が目標出口温度に対してオーバーシュートしにくくなる。一方、目標過熱度を現在値よりも上げようとする場合には、膨張弁（26）における開度操作の応答性が速やかになるので、蒸発器出口温度を早く目標出口温度に収束させることができる。一方、上記二酸化炭素は、図８に示すように、過熱度変化に対するＣＯＰの変化がフロン冷媒に比べて大きい。このため、ＣＯＰが低くならないように、フロン冷媒に比べて目標過熱度を小さく設定しなければならない。したがって、上記過熱度制御を行うことにより、目標過熱度を小さく設定した場合であっても、安定して蒸発器出口温度を制御することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の空気調和装置（10）は、冷媒回路（20）とコントローラ（38）を備えている。

上記冷媒回路（20）は、冷媒として二酸化炭素が充填された閉回路である。冷媒回路（20）では、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うように構成されている。また、この冷媒回路（20）は、高圧が二酸化炭素の臨界圧力以上の値に設定される超臨界冷凍サイクル（即ち、二酸化炭素の臨界温度以上の蒸気圧領域を含む冷凍サイクル）を行うように構成されている。

上記冷媒回路（20）には、圧縮機（21）と、四路切換弁（22）と、室外熱交換器（23）と、室外膨張弁（24）と、レシーバ（25）と、室内膨張弁（膨張弁）（26）及び室内熱交換器（蒸発器）（27）とが接続されている。この冷媒回路（20）では、複数（本実施形態では、２つ）の室内熱交換器（27）が互いに並列に接続され、各室内熱交換器（27）毎に室内膨張弁（26）が接続されている。尚、上記圧縮機（21）と四路切換弁（22）と室外熱交換器（23）と室外膨張弁（24）とレシーバ（25）とは室外機に設置され、上記室内膨張弁（26）及び室内熱交換器（27）は室内機に設置されている。

具体的に、上記冷媒回路（20）において、圧縮機（21）は、吐出側が四路切換弁（22）の第１ポートに、吸入側が四路切換弁（22）の第２ポートにそれぞれ接続されている。また、冷媒回路（20）では、四路切換弁（22）の第３ポートから第４ポートへ向かって順に、室外熱交換器（23）、室外膨張弁（24）、レシーバ（25）および２組の室内膨張弁（26）および室内熱交換器（27）が順に配置されている。

上記圧縮機（21）は、可変容量型のいわゆる全密閉型に構成されている。この圧縮機（21）は、吸入した冷媒（二酸化炭素）をその臨界圧力以上にまで圧縮して吐出する。室外熱交換器（23）は、室外ファン（28）によって取り込まれた室外空気と冷媒が熱交換する空気熱交換器を構成している。室内熱交換器（27）は、室内ファン（29）によって取り込まれた室内空気と冷媒が熱交換する空気熱交換器を構成している。室外膨張弁（24）および室内膨張弁（26）は、いずれも開度可変の電子膨張弁によって構成されている。なお、この室内膨張弁（26）の開度制御については後述する。また、室内膨張弁（26）が本発明に係る膨張弁を構成している。

上記四路切換弁（22）は、第１ポートと第３ポートが連通し且つ第２ポートと第４ポートが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第４ポートが連通し且つ第２ポートと第３ポートが連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換え可能となっている。つまり、冷媒回路（20）において、四路切換弁（22）が第１状態の場合、冷媒が冷房サイクルで循環し、室内熱交換器（27）が蒸発器として、室外熱交換器（23）が放熱器（ガスクーラ）としてそれぞれ機能する。また、冷媒回路（20）において、四路切換弁（22）が第２状態の場合、冷媒が暖房サイクルで循環し、室内熱交換器（27）が放熱器（ガスクーラ）として、室外熱交換器（23）が蒸発器としてそれぞれ機能する。

上記冷媒回路（20）には、室内温度センサ（31）と、第１冷媒温度センサ（32）と、第２冷媒温度センサ（33）とが設けられている。室内温度センサ（31）は、室内熱交換器（27）に取り込まれる室内空気の温度を検出する温度検出手段である。第１冷媒温度センサ（32）は、冷媒回路（20）において冷媒が冷房サイクルで循環するときに、室内熱交換器（27）の出口冷媒温度を検出する温度検出手段である。第２冷媒温度センサ（33）は、冷媒回路（20）において冷媒が暖房サイクルで循環するときに、室内熱交換器（27）の出口冷媒温度を検出する温度検出手段である。又、上記冷媒回路（20）の低圧圧力を検出する低圧圧力センサ（35）が設けられている。

上記コントローラ（38）は、目標過熱度決定部（変更手段）（39）と、検出過熱度算出部（算出手段）（40）と制御ゲイン決定部（制御ゲイン決定手段）（41）と弁制御部（42）とを有する過熱度制御部（過熱度制御手段）（44）と備え、冷房運転時における室内膨張弁（26）の開度制御を行うように構成されている。

−運転動作−
次に、上記空気調和装置（10）の運転動作について説明する。この空気調和装置（10）では、冷房運転と暖房運転とが切り換え可能になっている。

先ず、冷房運転時には、四路切換弁（22）が第１状態に設定される。この状態で圧縮機（21）を運転すると、室外熱交換器（23）が放熱器となり、各室内熱交換器（27）が蒸発器となって冷凍サイクルが行われる。具体的に、圧縮機（21）から吐出された超臨界状態の冷媒は、室外熱交換器（23）に流れて室外空気へ放熱する。放熱した冷媒は、室外膨張弁（24）およびレシーバ（25）を通過した後、各室内膨張弁（26）を通過する際に膨張して（減圧されて）室内熱交換器（27）へ流れる。室内熱交換器（27）では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、冷却された室内空気が室内へ供給される。蒸発した冷媒は、圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。

暖房運転時には、四路切換弁（22）が第１状態に設定される。この状態で圧縮機（21）を運転すると、室内熱交換器（27）が放熱器となり、室外熱交換器（23）が蒸発器となって冷凍サイクルが行われる。具体的に、圧縮機（21）から吐出された超臨界状態の冷媒は、各室内熱交換器（27）に流れて室内空気へ放熱する。これにより、加熱された室内空気が室内へ供給される。放熱した冷媒は、室内膨張弁（26）を通過する際に膨張する（減圧される）。膨張した冷媒は、レシーバ（25）を通過した後、室外膨張弁（24）を通過する際にさらに膨張する（減圧される）。つまり、レシーバ（25）を含む室外膨張弁（24）と室内膨張弁（26）の間の冷媒が中間圧状態になる。室外膨張弁（24）で膨張した冷媒は、室外熱交換器（23）に流れて室外空気から吸熱して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。

〈室内膨張弁の制御〉
次に、冷房運転における各室内膨張弁（26）の開度制御動作について、図２の制御ブロック図により説明する。

まず、室内リモコン（図示せず）から出力された室内設定温度Ｔｓと、室内機の室内温度センサ（31）からフィードバックされた室内温度Ｔａとの偏差ｅ１が演算され、上記目標過熱度決定部（39）に入力される。該目標過熱度決定部（39）は、入力された偏差ｅ１を目標過熱度ＳＨｓに変換して出力する。

上記目標過熱度決定部（39）出力された目標過熱度ＳＨｓのうち、一方は、室内機から上記検出過熱度算出部（40）を介してフィードバックされた検出過熱度ＳＨとの偏差ｅ２が演算され、上記弁制御部（42）に設けられたＰＩＤ制御部（45）に入力される。他方は、上記制御ゲイン決定部（41）に入力される。

上記制御ゲイン決定部（41）は、予め記憶された制御ゲイン関数に基づいて、上記目標過熱度ＳＨｓを制御ゲインｇに変換して出力する。ここで、上記制御ゲイン関数とは、上述した図３に示す第１制御ゲイン関数であってもよいし、図４に示す第２制御ゲイン関数であってもよい。尚、第２制御ゲイン関数を用いる場合には、目標過熱度ＳＨｓだけでなく検出過熱度ＳＨを入力する必要がある。

例えば、上記制御ゲイン関数を第１制御ゲイン関数で構成したとすれば、図３に示すように、上記目標過熱度決定部（39）が目標過熱度ＳＨｓを現在値よりも下げた場合には、上記制御ゲイン決定部（41）は現在よりも低い制御ゲインｇを出力する。一方、上記目標過熱度決定部（39）が目標過熱度ＳＨｓを現在値よりも上げた場合には、上記制御ゲイン決定部（41）は現在よりも高い制御ゲインｇを出力する。

上記ＰＩＤ制御部（45）は、上記偏差ｅ２を上記室内機の室内膨張弁（26）の開度量ＥＶに変換し出力する。尚、上記開度量ＥＶは、上記制御ゲイン決定部（41）から入力される制御ゲインｇに基づいて調整されている。ここで、現在よりも低い制御ゲインｇが入力されると、上記偏差ｅ２と開度量ＥＶとの比が小さくなり、目標過熱度ＳＨｓに対する検出過熱度ＳＨの応答性は緩やかになる。一方、上記偏差ｅ２と開度量ＥＶとの比が大きくなり、目標過熱度ＳＨｓに対する検出過熱度ＳＨの応答性は速やかになる。

上記ＰＩＤ制御部（45）から出力された開度量ＥＶは、室内機に入力され、室内膨張弁（26）の開度が変更される。すると、第１冷媒温度センサ（32）で検知された出口冷媒温度Ｔｅ、上記低圧圧力センサ（35）で検知された低圧圧力Ｐ、及び室内温度センサ（31）で検知された上記室内温度Ｔａが変化する。そして、上記出口冷媒温度Ｔｅ及び低圧圧力Ｐは上記検出過熱度算出部（40）で検出過熱度ＳＨに変換されて、上記偏差ｅ２を演算するためにフィードバックされる。一方、上記室内温度Ｔａは、上記偏差ｅ１を演算するためにフィードバックされる。

このような制御動作が繰り返されて、室内膨張弁（26）の開度が調整されることにより、検出過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｓに近づく。

−実施形態の効果−
本実施形態によれば、上記過熱度制御部（44）は、目標過熱度ＳＨｓの変化に応じて、室内膨張弁（26）における開度操作の応答性を変更することができる。したがって、上記目標過熱度決定部（39）が目標過熱度ＳＨｓを現在値よりも下げた場合には、室内膨張弁（26）における開度操作の応答性が緩やかになるので、蒸発器出口温度も緩やかに目標出口温度に近づく。これにより、該蒸発器出口温度が目標出口温度に対してオーバーシュートしにくくなる。一方、目標過熱度ＳＨｓを現在値よりも上げた場合には、室内膨張弁（26）における開度操作の応答性が速やかになるので、蒸発器出口温度も速やかに目標出口温度に近づく。これにより、蒸発器出口温度を早く目標出口温度に収束させることができる。

−実施形態の変形例−
本実施形態の変形例は、図９に示すように、上記制御ゲイン決定部（41）と上記ＰＩＤ制御部（45）との間に、上記制御ゲイン補正部（制御ゲイン補正手段）（46）が設けられている。

上記制御ゲイン補正部（46）は、予め記憶された制御ゲイン補正関数に基づいて、上記制御ゲインｇを補正された制御ゲインｇ’に変換して出力する。尚、上記制御ゲインｇ’は、上記目標過熱度決定部（39）から入力される目標過熱度偏差（第１偏差）ΔＳＨｓに基づいて調整されている。。尚、上記制御ゲイン補正関数は、上述した図５に示す第１制御ゲイン補正関数であってもよいし、図６に示す第２制御ゲイン補正関数であってもよいし、図７に示す第３制御ゲイン補正関数であってもよい。第２、３制御ゲイン補正関数を用いる場合には、目標過熱度ＳＨｓだけでなく検出過熱度ＳＨを入力する必要がある。

例えば、上記制御ゲイン補正関数を第１制御ゲイン補正関数で構成したとすれば、図５に示すように、上記目標過熱度偏差ΔＳＨｓが小さいほど制御ゲイン補正率は小さくなる。一方、上記目標過熱度偏差ΔＳＨｓが大きいほど制御ゲイン補正率は大きくなる。つまり、上記目標過熱度決定部（39）が目標過熱度ＳＨｓを大きく変更した場合、補正していなければ、制御ゲインｇも急激に変化するが、上記制御ゲイン補正部（46）で補正を行うことにより、その急激な変化を抑えることができる。したがって、上記過熱度制御部（44）の制御性能をより一層向上させることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態では、上記制御ゲイン関数として、第１制御ゲイン関数及び第２制御ゲイン関数を示したが、これに限定される必要はなく、目標過熱度が小さくなると制御ゲインも小さくなるような他の関数であってもよい。

上記実施形態の変形例では、上記制御ゲイン補正関数として、第１制御ゲイン補正関数、第２制御ゲイン補正関数、及び第３制御ゲイン補正関数を示したが、これに限定される必要はなく、目標過熱度に検出過熱度が近づくほど、制御ゲイン補正率が小さくなるような他の関数であってもよい。

又、上記実施形態では、室内熱交換器（27）が複数設けられた冷媒回路（20）について説明したが、これに限定される必要はなく、例えば、該室内熱交換器（27）が１台のみ設置された冷媒回路であっても、過熱度制御の制御性能を向上させることができる。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、膨張弁による過熱度制御を行う冷凍装置について有用である。

本発明の実施形態における空気調和装置の冷媒回路図である。本発明の実施形態における過熱度制御部の制御ブロック図である。本発明の実施形態における第１制御ゲイン関数のグラフである。本発明の実施形態における第２制御ゲイン関数のグラフである。本発明の実施形態における第１制御ゲイン補正関数のグラフである。本発明の実施形態における第２制御ゲイン補正関数のグラフである。本発明の実施形態における第３制御ゲイン補正関数のグラフである。過熱度とＣＯＰとの関係を示すグラフである。実施形態の変形例における過熱度制御部の制御ブロック図である。

符号の説明

10 空気調和装置
20 冷媒回路
26 室内膨張弁（膨張弁）
27 室内熱交換器（蒸発器）
31 室内温度センサ
32 第１冷媒温度センサ
33 第２冷媒温度センサ
35 低圧圧力センサ
38 コントローラ
39 目標過熱度決定部（変更手段）
40 検出過熱度算出部（算出手段）
41 制御ゲイン決定部（制御ゲイン決定手段）
42 弁制御部
44 過熱度制御部（過熱度制御手段）
45 ＰＩＤ制御部
46 制御ゲイン補正部（制御ゲイン補正手段）

Claims

少なくとも１つ以上の蒸発器（27）と該蒸発器（27）に対応する膨張弁（26）とが接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）と、該冷媒回路（20）を循環する冷媒の蒸発器出口温度に基づいて冷媒の過熱度を算出する算出手段（40）と、算出した過熱度が目標過熱度となるように上記膨張弁（26）の開度調整を行う過熱度制御手段（44）とを備えた冷凍装置であって、
上記目標過熱度の変更を行う変更手段（39）が設けられ、
上記過熱度制御手段（44）は、上記膨張弁（26）の開度操作量を決定するための制御ゲインと、上記変更手段（39）が目標過熱度を現在値より上げるときには上記制御ゲインを現在よりも高く設定し、目標過熱度を現在値より下げるときには上記制御ゲインを現在よりも低く設定することが可能な制御ゲイン設定手段（41）とを備えていることを特徴とする冷凍装置。
請求項１において、
上記制御ゲイン設定手段（41）は、上記目標過熱度と制御ゲインとの関係が予め定められた第１制御ゲイン関数に基いて、上記制御ゲインの設定値を演算する演算手段を備えていることを特徴とする冷凍装置。
請求項１において、
上記制御ゲイン設定手段（41）は、上記目標過熱度及び実測した冷媒の状態値に基いて上記算出手段（40）で算出した過熱度の平均値と制御ゲインとの関係が予め定められた第２制御ゲイン関数に基いて、上記制御ゲインの設定値を演算する演算手段を備えていることを特徴とする冷凍装置。
請求項２又は３において、
上記演算手段で演算した制御ゲインの設定値を補正する制御ゲイン補正手段を備えていることを特徴とする冷凍装置。
請求項４において、
上記制御ゲイン補正手段は、上記変更手段（39）による変更した目標過熱度及び変更直前の目標過熱度から得られる偏差と制御ゲイン補正率との関係が予め定められた第１制御ゲイン補正関数に基いて、上記制御ゲインの設定値の補正率を演算する補正演算手段を備えていることを特徴とする冷凍装置。
請求項４において、
上記制御ゲイン補正手段は、上記変更手段（39）で変更した目標過熱度から変更直前の目標過熱度を減じて得られる第１の値と、変更直前において実測した冷媒の状態値に基いて上記算出手段（40）から算出される過熱度から変更直前の目標過熱度を減じて得られる第２の値とを求め、第１の値から第２の値を減じて得られる偏差と制御ゲイン補正率との関係が予め定められた第２制御ゲイン補正関数に基いて、上記制御ゲインの設定値の補正率を演算する補正演算手段を備えていることを特徴とする冷凍装置。
請求項４において、
上記制御ゲイン補正手段は、上記変更手段（39）で変更した目標過熱度から該目標過熱度の変更時において実測した冷媒の状態値に基いて上記算出手段（40）から算出される過熱度を減じて得られる第１の値と、変更直前の目標過熱度から変更直前において実測した冷媒の状態値に基いて上記算出手段（40）から算出される過熱度を減じて得られる第２の値とを求め、第１の値から第２の値を減じて得られる偏差と制御ゲイン補正率との関係が予め定められた第３制御ゲイン補正関数に基いて、上記制御ゲインの設定値の補正率を演算する補正演算手段を備えていることを特徴とする冷凍装置。
請求項１から７の何れか１つにおいて、
上記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする冷凍装置。