JPH0217358A - 冷凍装置の過熱度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷凍装置の過熱度を制御するための過熱度制
御装置に係り、特に運転効率の向上対策に関する。

（従来の技術） 従来より、冷凍装置の過熱度を制御する過熱度制御装置
の一般的な構成として、例えば冷凍回路中の蒸発器の出
入口両側に２つの温度センサを配置して、両センサで検
出される温度の差から過熱度を検出する一方、過熱度の
制御目標値を設定し、上記検出過熱度が制御目標値に収
束するように、蒸発器における減圧機構としての電動膨
張弁の開度をＰＩ副制御するようにしたものは知られて
いる。

また、別の構成例として、室内の空気温度を検出する第
３の温度センサを配置し、その設定温度からのずれにに
より室内の冷凍負荷を検出して、室内の冷凍負荷の割合
に応じて電動膨張弁の開度を制御する一方、電動膨張弁
の最大開度を過熱度の制御目標値からの差に応じて制限
することにより、過熱度を適切な範囲に維持しようとす
るものも知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記従来のものにより過熱度制御を行う場合
の制御目標値について考察するに、温度センサには一定
の誤差があり、しかも２つのセンサの測定値の差を取る
ために、検出された過熱度の誤差を考慮する必要がある
。加えて、冷媒の制御状態にも過渡的な変化等があり、
０℃付近の低い値に設定すると、制御不能状態に陥る危
険性が生ずる。したがって、現実には、例えば５℃程度
の制御目標値を設定することになる。

しかしながら、そのような過熱度の高い状態では蒸発器
において冷媒による熱交換量が減小するので、装置の冷
凍能力が十分に発揮できず、効率の悪い運転を行わざる
を得ないという問題があった。

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、過熱度制御を行うに際して、制御機能を害するこ
となく蒸発器における冷媒の状態を湿り側に制御する手
段を講することにより、運転効率の高い過熱度制御を行
うことにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の解決手段は、第１図に
示すように、圧縮機（１）、凝縮器（６又は１２）、電
動膨張弁（１３又は８）および蒸発器（１２又は６）を
備えた冷凍回路を有する冷凍装置を対象とする。

そして、該冷凍装置の過熱度制御装置として、冷媒の過
熱度を検出する過熱度検出手段（５１）と、該過熱度検
出手段（５１）で検出される冷媒の過熱度に基づき上記
電動膨張弁（１３又は８）の開度を制御する開度制御手
段（５２）とを備えるともに、上記過熱度が設定値を越
えたか否かを判別する判別手段（５３）と、該判別手段
（５３）の出力を受け、過熱度が設定値を越えた時には
上記開度制御手段（５２）の制御を停止させて強制的に
一定時間の間電動膨張弁（１３又は８）の開度を所定値
だけ大きく保持する開度強制設定手段（５４）とを設け
る構成としたものである。

（作用） 以上の構成により、本発明では、圧縮機（１）からの吐
出された冷媒が凝縮器（６又は１２）で凝縮され、電動
膨張弁（１３又は８）で減圧された後、蒸発器（１２又
は６）で蒸発するように循環して、凝縮器（６又は１２
）で得た冷熱を蒸発器（１２又は６）で放出するように
したヒートポンプ作用による冷凍が行われる。

そして、装置の運転中、通常、開度制御手段（５２）に
より、過熱度検出手段（５１）で検出される冷媒の過熱
度が一定になるように室内電動膨張弁（１３）の開度が
制御され、室内の冷凍負荷に応じた冷凍が行われる。

そのとき、過熱度が所定の設定値を越えたことが判別手
段（５３）により判別されると、開度強制設定手段（５
４）により、電動膨張弁（１３又は８）の開度がそのと
きの開度よりも所定値だけ開き側に変更されるので、過
熱度が常に設定値以下に維持される。しかも、その後一
定時間は過熱度の値如何に拘らずそのままの開度に維持
されるので、その間に過熱度が低下して冷媒状態が湿り
側に移行していくことになる。よって、冷媒状態が湿り
側に維持され、室内熱交換器（１２）における冷凍能力
が高く維持されることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、第２図以下の図面に基
づき説明する。

第２図は本発明を適用したマルチ型空気調和装置の冷媒
配管系統を示し、（Ａ）は室外ユニット、ＣＢ）〜（Ｆ
）は該室外ユニット（Ａ）に並列に接続された室内ユニ
ットである。上記室外ユニット（Ａ）の内部には、出力
周波数を３０〜７０Ｈ２の範囲で１０Ｈｚ毎に可変に切
換えられるインバータ（２ａ）により容量が調整される
第１圧縮機（１ａ）と、パイロット圧の高低で差動する
アンローダ（２ｂ）により容量がフルロード（１００％
）およびアンロード（５０％）状態の２段階に調整され
る第２圧縮機（１ｂ）とを逆止弁（１ｅ）を介して並列
に接続して構成される圧縮機（１）と、該圧縮機（１）
から吐出されるガス中の油を分離する油分離器（４）と
、暖房運転時には図中実線の如く切換わり冷房運転時に
は図中破線の如く切換わる四路切換弁（５）と、冷房運
転時に凝縮器、暖房運転時に蒸発器となる室外熱交換器
（６）およびそのファン（６ａ）と、過冷却度コイル（
７）と、冷房運転時には冷媒流量を調節し、暖房運転時
には冷媒の絞り作用を行う室外電動膨張弁（８）と、液
化した冷媒を貯蔵するレシーバ（９）と、アキュムレー
タ（１０）とが主要機器として内蔵されていて、該各機
器（１）〜（１０）は各々冷媒配管（１１）で冷媒の流
通可能に接続されている。また上記室内ユニット（Ｂ）
〜（Ｆ）は同一構成であり、各々、冷房運転時には蒸発
器、暖房運転時には凝縮器となる室内熱交換器（１２）
・・・およびそのファン（１２ａ）・・・と、暖房運転
時に冷媒流量を調節し、冷房運転時に冷媒の絞り作用を
行う室内電動膨張弁（１３）・・・とをそれぞれ備え、
手動閉鎖弁（１７）を介して上記室外ユニット（Ａ）に
接続されている。また、各室内ユニット（Ｂ）〜（Ｆ）
において、（ＴＨｌ）・・・は各室内温度を検出する室
温サーモスタット、（ＴＨ２）・・・および（ＴＨ３）
・・・は各々冷房運転時に室内熱交換器（蒸発器）（１
２）・・・の入口および出口における冷媒の温度を検出
する温度センサであって、該２つの温度センサ（ＴＨ２
）および（ＴＨ３）により、冷房運転時に室内熱交換器
（蒸発器）（１２）における冷媒の過熱度を検出する過
熱度検出手段（５１）が構成されている。一方、室外ユ
ニット（Ａ）において、（ＴＨ４）は圧縮機（１）の吐
出管（１１ａ）に配置され、吐出ガスの温度を検出する
温度センサ、（ＴＨ５）は暖房運転時に室外熱交換器（
６）入口の冷媒温度を検出する温度せンサ、（ＴＨ６）
は圧縮機（１）の吸入管（１１ｂ）に配置され、吸入ガ
スの温度を検出する温度センサ、（Ｐｌ）は冷房運転時
には低圧、暖房運転時には高圧を検出する圧力センサで
ある。

なお、第２図において上記各主要機器以外に補助用の諸
機器が設けられている。（１ｅ）は第２圧縮機（１ｂ）
の分岐吐出管部に介設された逆止弁、（１ｆ）は第２圧
縮機（１ｂ）のバイパス回路（１１ｃ　）に介設され、
第２圧縮機（１ｂ）の停止時およびアンロード状態時に
は「開」となり、フルロード状態で「閉」となるアンロ
ーダ用電磁弁、（１ｇ）はキャピラリーチューブ、（２
１）は吐出管（１１ａ）と吸入管（１ｌ　ｂ）とを接続
する均圧ホットガスバイパス回路（１１６”）に介設さ
れ、冷房運転時室内熱交換器（１２）（蒸発器）が低負
荷状態のときおよびデフロスト時等に開作動するホット
ガス用電磁弁である。

さらに、（１１ｇ　）は液管とガス管との間を接続し、
冷暖房運転時に吸入ガスの過熱度を調節するためのリキ
ッドインジェクションバイパス回路であって、該リキッ
ドインジェクションバイパス回路（１１ｇ　）には圧縮
機（１）のオン・オフと連動して開閉するインジェクシ
ョン用電磁弁（２９）と、感温筒（ＴＰＩ）により検出
される吸入ガスの過熱度に応じて開度を調節される自動
膨張弁（３０）とが介設されている。

なお、（ＰＳＩ）は圧縮機保護用の高圧圧力開閉器、（
ｓｐ）はサービスポートである。

そして、上記各電磁弁およびセンサ類は各主要機器と共
に空気調和装置の室外ユニット（Ａ）の制御用室外制御
ユニット（１５）に信号線で接続されている。

第３図は上記室内ユニット（Ｂ）〜（Ｆ）側に配置され
る室内制御ユニット（１６）の内部およびそれに接続さ
れる各機器の配線関係を示す電気回路図である。図中、
（ＭＦ）は室内ファン（１２ａ）のモータで、単相交流
電源を受けて各リレ一端子（ＲＹ＋　）〜（ＲＹ３　）
によって風量を強風と弱風とに切換え、暖房運転時室温
サーモスタット（ＴＨＩ）の信号による停止時のみ微風
にするようになされている。そして、室内制御ユニッ）
（１６）のプリント基板の端子（ＣＮ）には室内電動膨
張弁（１３）の開度を調節するパルスモータ（ＥＶ）が
接続される一方、室温サーモスタット（ＴＨＩ）および
温度センサー（ＴＨ２）。

（ＴＨ３）の信号が入力されている。また、各室内制御
ユニット（１６）には、室外制御ユニット（１５）およ
びリモートコントロール装置（ＲＣ８）が信号線を介し
て信号の授受可能に接続されているとともに、図中破線
で示す室内制御装置（１６ａ）が内蔵されていて、該室
内制御装置（１６ａ）により、各センサ類、室外制御ユ
ニット（１５）からの信号に応じて室内電動膨張弁（１
Ｂ）、室内ファン（１２ａ）等の各機器の動作を制御す
るようになされている。

第２図において、空気調和装置の冷房運転時、冷媒はガ
ス状態で圧縮機（１〕により圧縮され、四路切換弁（５
）を経て室外熱交換器（６）で凝縮され、レシーバ（９
）に貯溜された後、各室内ユニット（Ｂ）〜（Ｆ）に分
岐して送られる。各室内ユニット（Ｂ）〜（Ｆ）では、
各室内熱交換器（１２）・・・で熱交換を受けて蒸発さ
れた後合流して圧縮機（１）に戻る。

その場合、室内ユニット（Ｂ）〜（Ｆ）ではその室内の
空調負荷に応じて各室内電動膨張弁（１３）・・・の開
度が制御され、全体の冷媒流量の各室内ユニット（Ｂ）
〜（Ｆ）への分配流量が決定される。そして、後述の過
熱度一定制御により、さらに室内電動膨張弁（１３）・
・・の開度が微細に調節される。一方、室外ユニット（
Ａ）では、各室内熱交換器（蒸発器）（１２）・・・に
おける冷媒の蒸発温度の平均値Ｔｅを一定値Ｔｅｓに保
持するために圧縮機（１）の容量制御が行われる。ここ
で、第２圧縮機（１ｂ）の運転容量は、フルロード時で
６０Ｈｚ、アンロード時で３０Ｈｚとなるものであって
、第１圧縮機（１ａ）のインバータ（２ａ）の１０Ｈｚ
きざみの容量変化と組み合わせることにより、合計０〜
１３０Ｈｚの範囲でｌＯＨ２きざみに調節され得るもの
である。なお、圧縮機（１）の運転容量が定められると
、それに応じて室外電動膨張弁（８）の開度が変更され
るようになされている。

次に、上記室内制御装置（１６ａ）により行われる室内
電動膨張弁（１３）の開度制御について、第４図および
第５図に基づき説明する。

第５図は、室内電動膨張弁（１３）の制御状態の遷移を
示し、図中■の冷房運転中の通常運転時には、この運転
中の室内ユニットに属する室内電動膨張弁（１３）の開
度Ｅｖを室温（吸込空気温度）Ｔａに応じて所定開度変
化幅内で可変制御する。そして、この通常時に室温Ｔａ
が設定値Ｔｓ以下になった過空調時のサーモフラグＴＯ
Ｐ−１になった場合には、図中■の停止時に移行して、
開度Ｅｖを所定値（Ｅｖ−０）に制御する。また、この
停止時に室温が上昇して上記サーモフラグＴＯＦ−１に
なった場合には、図中■の過渡時に移行して開度Ｅｖを
所定変化幅内の設定中間開度値ＡＳに制御した後、上記
■の通常時に移行するようになされている。

そして、第５図は室内制御装置（１６ａ）による制御を
示し、同図に基づき制御のフローについて説明する。ス
タート後、ステップＳ１で、上記室内電動膨張弁（１３
）の設定中間開度値ＡＳ−に１　　・Ｔａ、最小開度値
Ａｆｆｌｉｎ　−に、２−Ａｓ　　（Ｋ１＋に２はそれ
ぞれ定数）にそれぞれ設定、つまり設定中間開度値Ａｓ
を空調負荷に応じた値に設定し、ステップＳ２で、その
ように設定した開度Ｅｖが「０」か否かを判別する。そ
して、運転開始直後でステップＳ２の判別がＥｖ　−０
であるＹＥＳの場合には、以下の始動時制御を行う。す
なわち、ステップＳ３でサーモフラグＴＯＦを「０」に
設定し、ステップＳ４で開度Ｅｖを設定中間開度Ａｓに
制御した後、ステップＳ５で、その変更された開度Ｅｖ
が所定値ＥＶＭよりも大きいか否かを判別し、ＥＶ＞Ｅ
ＶＭのＹＥＳであればステップＳ６でＥｖ−ＥＶＭとし
て、ＥＶ＞ＥＶＭでないＮｏであればそのままで、それ
ぞれステップＳ７に進んで第２タイマカウントＴＭ２の
カウントを開始し、ステップＳ８で、そのカウント値Ｔ
Ｍ２が１分になると、始動時制御を終了する。

次に、上記始動時制御が終了して、ステップＳ２におけ
る判別がＥｖ　−０でないＮＯになると、ステップＳ９
で過熱度ｓｈを　５ｈ＝Ｔ：＋　　Ｔ２（ただし、Ｔ２
．Ｔ３は上記温度センサ（ＴＨ２）（ＴＨ３）で検出さ
れる室内熱交換器（１２）の入口および出口における冷
媒温度である）に基づき演算した後、ステップＳＩＯで
、Ｓｈ＞５か否かを判別し、判別がＹＥＳであれば、過
熱度ｓｈが過大であると判断してステップＳｌ＋に進ん
でタイマカウントＴＭ、を「０」に設定する。そして、
ステップＳ１２でサーモフラグＴＯＦ−１としてから、
ステップＳ＋３で、室内電動膨張弁（１３）の開度Ｅｖ
の変化幅ΔＥｖを　ΔＥｖ　＝に４　　拳Ｅｖ　　（こ
こで、Ｋ４は例えば０．１程度の所定割合）に基づき開
度の増大幅を演算する。

一方、その状態で運転を続行して、上記ステップＳＩＯ
における判別がｓｈ＞ｏでないＮｏに変化すると、ステ
ップＳ＋４に移行して、サーモフラグＴＯＰが「１」か
否かを判別し、ＹＥＳであればステップＳＩ５に進んで
タイマカウントＴＭ、のカウント値Ｔ　Ｍ　、を入力し
た後、ステップＳ１６でタイマカウントＴＭＩが１０分
に達したか否かを判別する。そして、ＴＭＩが１０分に
達する前までは、ステップＳ１７でΔＥｖ　−０として
室内電動膨張弁（１３）の開度Ｅｖをそのままに保持す
る一方、タイマカウントＴＭ、が１０分に達するとステ
ップＳＩ８でサーモフラグＴＯＦを「０」に変更して、
ステップＳＩ９で、ΔＥｖ　−（Ｓｈ　−６）　ＩＩＫ
３（Ｋ３は定数）と設定する。また、上記ステップＳ１
４における判別でサーモフラグＴＯＰが「１」でないＮ
Ｏの時にも、ステップｓｒｓに移行する。ここで、ステ
ップ５１９における変更開度値ΔＥｖは、過熱度の目標
値を５℃よりも少し高めの６℃に設定したことを意味し
ている。

以上により、各ステップＳ　１３１　　Ｓ　＋７　、　
　Ｓ　＋ｓでそれぞれ室内電動膨張弁（１３）の開度変
更幅ΔＥＶを設定すると、ステップ３２０で、その開度
変更幅ΔＥｖに応じ、上記パルスモータ（ＥＶ）により
室内電動膨張弁（１３）を駆動して、その開度Ｅｖを　
ＥｖｍＥｖ＋ΔＥｖに変更して制御を終了する。

上記フローにおいて、ステップＳＩ９により、過熱度検
出手段（５１）で検出される冷媒の過熱度ｓｈに基づき
上記電動膨張弁（１３又は８）の開度Ｅｖを制御する開
度制御手段（５２）が構成され、ステップＳ１４により
、上記過熱度検出手段（５１）で検出された過熱度ｓｈ
が設定値を越えたか否かを判別する判別手段（５３）が
構成されている。また、ステップＳＩ３により、上記判
別手段（５３）の出力を受け、過熱度ｓｈが設定値を越
えた時には上記開度制御手段（５２）の制御を停止させ
て強制的に一定時間の間電動膨張弁（１３又は８）の開
度Ｅｖを所定値ΔＥｖだけ大きく保持する開度強制設定
手段（５４）が構成されている。

したがって、上記実施例では、装置の運転中、各室内ユ
ニット（Ｂ）〜（Ｆ）において、通常、開度制御手段（
５２）により、過熱度検出手段（５１）で検出される冷
媒の過熱度ｓｈが一定（６℃）になるように室内電動膨
張弁（１３６）の開度がＰＩ制御され、室内の冷凍負荷
に応じた冷凍が行われる。

そして、過熱度ｓｈが所定の設定値（５℃）を越えたこ
とが判別手段（５３）により判別されると、開度強制設
定手段（５４）により、室内電動膨張弁（１３）の開度
Ｅｖがそのときの開度Ｅｖよりも所定値ΔＥｖ　　（も
との開度の１０％）だけ開き側に変更され、一定時間（
１０分間）は過熱度ｓｈの値如何に拘らずそのままの開
度（Ｅｖ　＋ΔＥｖ）に維持される。

一方、一定時間経過後は、ふたたび過熱度ｓｈの値に応
じ、設定値（ＥＶＭ）以下であれば開度制御手段（５２
）により過熱度が一定になるように、過熱度ｓｈが設定
値（５℃）を越えれば開度強制設定手段（５４）により
開度Ｅｖが開き側に固定されるように制御が行われる。

したがって、過熱度ｓｈが常に設定値以下に維持され、
しかも一定時間はそのままに固定されるので、その間に
過熱度ｓｈが低下つまり冷媒状態が湿り側に移行してい
くことになる。よって、冷媒状態が湿り側に維持され、
室内熱交換器（１２）における冷凍能力が高く維持され
ることになる。

その場合、特に、室内電動膨張弁（１３）の開度Ｅｖを
設定値（上記実施例では５℃）に固定する一定時間がそ
の間に冷媒が過剰な湿り側に移行して液バツクを生ずる
ことのない程度の時間（１０分間）に定められているの
で、装置の故障等の生ずる虞れはない。また、特に、開
度Ｅｖを一定に制御するための制御目標値（６℃）が設
定値（５℃）よりも少し高めの温度に設定されているの
で、室内電動膨張弁（１３）の開度Ｅｖが一方的に開き
側に移行してしまうこともなく、過熱度ｓｈが直ぐに適
性な制御範囲に復帰することになる。よって、過熱度ｓ
ｈの過低下による装置の運転不能状態に陥ることなく、
高い運転効率で過熱度制御を行うことができるのである
。

ここで、上記設定値は実施例の値（５℃）に限定される
ものではなく、過熱度ｓｈが温度センサの測定誤差等に
より、０℃以下に制御されるような異常を生じない程度
の値であればよい。また、所定時間も上記実施例の値（
１０分間）に限定されるものではなく、上記設定値との
兼合いで、液バツクを生じないような範囲内でできるだ
け長い時間が好ましい。

以上は、冷房運転の場合について説明したが、暖房運転
についても適用することができ、その場合には、室外電
動膨張弁（８）の開度を制御することにより、室外熱交
換器（６）における熱交換能力を高く維持することがで
きる。

なお、本発明の過熱度検出手段（５１）は、上記実施例
のごとく室内熱交換器（１２）の出入口に配置された２
つの温度センサ（ＴＨ２）、　　（ＴＨ３）を利用する
ものに限定されることはなく、例えば温度センサ（ＴＨ
２）の代りに、室内熱交換器（１２）の出口圧力を検出
するものを配置して、過熱冷媒温度との差温で過熱度を
検出するようにしてもよい。

また、本発明は、上記実施例のようなマルチ形空気調和
装置だけでなく、−台の室外ユニットに一台の室内ユニ
ットを接続した装置にも適用し得ることはいうまでもな
い。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、冷凍装置の電動
膨張弁開度を調節して蒸発器における過熱度制御を行う
に際し、電動膨張弁開度が設定値を越えた時には強制的
に所定値だけ大きく変更し、一定時間の間そのままに保
持するようにしたので、過熱度制御機能を適性に維持し
ながら冷媒状態を湿り側に保持することができ、よって
、効率の高い過熱度制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。 第２図以下は本発明の実施例を示し、第２図はその全体
構成図、第３図は室内制御ユニットの内部配線図、第４
図は制御状態遷移図、第５図は制御のフローを示すフロ
ーチャート図である。 （１）・・・圧縮機、（６）・・・室外熱交換器（凝縮
器又は蒸発器）、（８）・・・室外電動膨張弁、（１２
）・・・室内熱交換器（蒸発器又は凝縮器）、（１３）
・・・室内電動膨張弁、（５１）・・・過熱度検出手段
、（５２）・・・開度制御手段、（５３）・・・判別手
段、（５４）・・・開度強制設定手段。 ほか２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機（１）、凝縮器（６又は１２）、電動膨張
   弁（１３又は８）および蒸発器（１２又は６）を備えた
   冷凍回路を有する冷凍装置において、冷媒の過熱度を検
   出する過熱度検出手段（５１）と、該過熱度検出手段（
   ５１）で検出される冷媒の過熱度に基づき上記電動膨張
   弁（１３又は８）の開度を制御する開度制御手段（５２
   ）とを備えるともに、上記過熱度が設定値を越えたか否
   かを判別する判別手段（５３）と、該判別手段（５３）
   の出力を受け、過熱度が設定値を越えた時には上記開度
   制御手段（５２）の制御を停止させて強制的に一定時間
   の間電動膨張弁（１３又は８）の開度を所定値だけ大き
   く保持する開度強制設定手段（５４）とを備えたことを
   特徴とする冷凍装置の過熱度制御装置。