JPH02217769A - 冷凍装置の冷媒回路異常管理システム - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は空気調和機、冷凍・冷蔵庫、冷凍・冷蔵ショー
ケース等の冷凍装置における冷媒回路異常管理システム
に関する。

（ロ）従来の技術 特公昭５８−４７６２８号公報に記載されるように、冷
凍装置の運転制御の一方法として電動弁の１種である熱
電式膨張弁を使用した冷媒流量制御装置による制御方法
がある。今、その制御方法を第８図で模式的に示しであ
るが、同図によれば、圧縮機１、凝縮器２、電動弁３、
被冷却空間に配された蒸発器５とから成る冷媒回路６に
おいて、蒸発器５の入口部乃至中間部に第１の温度セン
サー】】を。

蒸発器５の出口部に第２の温度センサー１０を設け。

各温度センサー１０．１１からの電気信号を制御器９に
入力し、その信号の差に応じて電動弁３の弁開度を制御
する電気信号を制御器９より出力して前記電気信号の差
を一定に保ち、蒸発器の過熱度制御を略一定に保つ冷媒
流量制御を行っている。

そして、この冷媒流量制御方法を用いた冷媒回路の系全
体が正常にあるかどうかのチエツクは個々に行なわれて
いた。即ち、被冷却空間の温度を監視し異常を把握した
り、液管（凝縮器出口から膨張弁の間）にフラッシュガ
スの発生を光学的に検知するフラッシュガス検知器を接
続し、その作動により冷媒不足を警報したり、或いは冷
凍機の保護対策として高圧カット装置やモータ保護サー
モ装置を設けたりする手段を講じ、更に冷媒ガスの吸入
温度を検知する検知器の設置によりそれが異常高温、低
温状態を長期間継続検知する時は、同様に冷媒ガスの不
足や、膨張弁の異常（スピンドル位置設定不良又は感温
筒外れ）、およびエバポレータの低負荷（クーリングフ
ァン停止１．除霜不良等）の現象を察知すると言う具合
である。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら５上述したような従来のチエツク手段によ
ると次のような不具合が起こり得る。例えば、フラッシ
ュガス検知器は冷媒中の気泡発生を検知して作動するも
のであるが、この気泡がフラッシュガスによるものか、
ガスもれにより発生した気泡であるか区別なく動作する
ので誤報となる。また、予じめこのガス検知器を液配管
の途中に接続せねばならない。或いは冷媒ガスの吸入温
度検知器による異常状態検知では、検知器が冷媒回路の
配管途中に設置しであるので配管からの熱侵入によるガ
ス吸入温度の上昇によっても動作し。

誤報となることが夏期に起こり易く、その反対のことが
冬期に起り、信頼性に欠ける。そして、上記各検知器の
液配管への取付を始め、冷凍機への保護装置の取付等の
煩られしい作業を強いられ、冷凍装置が増設されれば、
その分、部品点数１作業数が比例して増えシステム的に
も複雑な系になる問題等が生じてくる。更に、各検知器
の作動状態を簡単に被冷却空間側からは監視できるよう
なものとはなっていないので、異常時の対応に速溶性が
伴わない等の不便性が残る。

本発明は上記問題点に鑑み成されたもので、電動弁の開
閉をコントロールするマイクロプロセッサから成る制御
器と、蒸発温度を検出する検出部等との組込みによる制
御システｌ＼を構築し、電動弁の被制御状態が被冷却空
間側で監視できるようにして、異常判定の有効手段とし
、また上記蒸発温度の他、被冷却空間温度等の諸測定デ
ータを制御器にて演算処理しその結果より冷媒回路異常
の判定予知、並びに必要に応じて報知できるようにした
冷凍装置の冷媒回路異常管理システムを提供することを
目的とするものである。

（ニ）課題を解決するための手段 圧縮機、凝縮器、電動弁、及び被冷却空間に配置された
蒸発器とからなる冷媒回路を有し、蒸発器の温度、被冷
却空間の温度を測定し、これら測定値と予じめ設定され
た設定過熱度、設定温度との比較に基づき、電動弁の開
口度を調整し冷媒流量を制御する過熱度制御及び被冷却
空間の温度制御を行なうために電動弁を閉止する信号を
出力する温度制御を行なう制御器を備え、前記電動弁の
被制御状態を前記制御器を介して被冷却空間側で確認で
きる表示部を設けたものである。また、蒸発温度、被冷
却空間の温度、デフロスト状態の有無及び設定温度を超
える被冷却空間の異常温度継続時間等の諸測定データを
前記制御手段に人力保存し、これらの測定データを用い
て冷媒回路の異常を制御器にて予知可能とすると共に、
必要に応じて警報し得るようにしたものである。

（ホ）作　用 電動弁がどのような弁開度の状態にあるかが、被冷却空
間側、例えば冷蔵ショーケース側において表示部に表示
される。例えば、フラッシュガス発生時には弁開度が大
きくなり全開となっても蒸発温度が下がらない。よって
弁の全開状態を知ることによりフラッシュガスの発生が
あってガス冷媒の不足を判断できる。又、冷凍機が停電
やその保護装置の動作により停止すると、弁開度が小さ
くなり全閉する。よって弁の全開状態から冷凍機停止状
態を判定し得る。そして、庫内温度が冷えてない異常高
温状態にある時も弁の全開状態が続き、蒸発温度、ガス
吸入温度が高くなり、このことから異常であることを知
り得る。このように弁の被制御状態を監視し、冷媒回路
の異常を予知可能である。更に、蒸発器温度、被冷却空
間温度、デフロスト状態の有無、設定温度を超える異常
温度継続時間等の諸測定データを制御器に取り込み。

それらデータから演算処理を行い、その結果から冷媒回
路の異常を判断し、予知すると共に、警報発令にて報知
できるようにしている。よって、従来のように専用の検
知器を個々に設置することが不要となり、また検知器の
誤報による信頼性の問題も解消し、冷凍装置が複数台と
なっても、各装置の異常を独立して判定できるシステム
を確立できる。

（へ）実施例 以下１本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は冷媒流量制御式の冷凍装置に本発明の冷媒回路
異常管理システムを用いた基本構成図にして、圧縮機１
、凝縮器２、電動弁３、冷蔵庫、冷蔵ショーケースにあ
っては貯蔵室、空気調和機にあっては部屋である被冷却
空間４に配置された蒸発を５とから冷媒回路６を形成し
、冷媒を圧縮。

凝縮液化、減圧（膨張）、蒸発気化させる周知のサイク
ルを形成し、蒸発器５で熱交換された冷気７を送風機８
で矢印の如＜Ｗｉ環させる。９は前記電動弁の開閉動作
を制御するマイクロプロセッサ等の制御器にしてこの制
御器９には、蒸発器の出口に設けられる蒸発器出口温度
センサー１０と、蒸発器の入口乃至中間に設けられる蒸
発温度センサー１．１からの検知値が電気信号として信
号ラインＬ８．Ｌ２により入力し、また被冷却空間内の
冷気温度を測定する温度センサー１２からの検知値も電
気信号として信号ラインＬ、により入力している。

そして、冷凍装置を制御する制御部３２からは、デフロ
スト信号が信号ラインＬ、にて制御器９に入力する。更
にり、は電動弁３への制御信号が出力する信号ラインに
して、後述するような演算処理を制御器９が行って出力
する。ここで制御器９の内部構成を第２図のブロック図
で説明すると、目漂値となる設定過熱度とフィードバッ
ク信号とを比較する第１比較部ＩＪと、調節部となる内
部アルゴリズム部１２と、操作部となる弁駆動部１３と
、蒸発器５の温度を検出する蒸発器温度測定部１４と、
被冷却空間４の温度を検出する被冷却空間温度測定部１
５と、設定温度と被冷却空間温度とを比較する第２比較
部１６と、弁全閉信号発生部Ｉ７とからなるものである
。

そして、その具体的動作は、いま仮に設定過熱度（ＳＲ
５）を５℃とした場合、測定過熱度Ｓｌ＋は蒸発器温度
測定部１２によって、蒸発器出口温度センサー１０の検
出する蒸発器出口温度（ＳＴ）−蒸発温度センサー１１
の検出する蒸発温度（ＥＴ）から算出され、この測定過
熱度（ＳＲ）と設定過熱度（ＳＲ５）とを第１比較部１
１で比較してその偏差信号（ＯＶ）を内部アルゴリズム
部１２に入力し、この内部アルゴリズム部で偏差修正を
行ない弁駆動部１３に調節信号（Ｈ５Ｓ）を入力する。

弁駆動部１３は、調節信号（Ｉ（ＳＳ）に基づき設定過
熱度（Ｓ！Ｉｓ）の５℃との偏差に応じた弁開度調節倍
量（ＢＫＣ）を電動弁３に対して継続して与え、即ち種
々のパラメータとなる外乱（ＤＴ）を内部アルゴリズム
部１２で排除して収斂したパルス信号を電動弁３に与え
、弁開度→開口面積→冷媒流量（ＧＡ）の増減という機
械作用によって設定過熱度（ＳＲ９）の５℃に冷媒流量
（ＧＡ）を保つべく適切な弁開度を維持する。この結果
、被冷却空間４の測定温度（ＴＭ）が設定温度（ＴＳ）
に到達する。この過熱度制御による電動弁３の動作は第
６図（ａ）のτ０〜τａの時間に行なわれ、この間の弁
開度調節は不定形の階段状に行なわれる。

そして、被冷却空間温度測定部１５で得られた測定温度
（ＴＭ）と、設定温度（ＴＳ）とを第２比較部１６で比
較して（ＴＭ）≦（ＴＳ）の条件で、弁全閉信号発生部
１７から弁全開信号（ＢＰ）を弁駆動部１３に入力して
電動弁３を弁閉させ、サーモサイクルと称される温度制
御に切換え、被冷却空間４の冷え過ぎを防止する。しか
もこの温度制御を過熱度制御とは関係なく電動弁３で行
なっている。

このように、制御器９が電動弁３の開閉制御を行って冷
媒流量制御による冷凍運転を行っている。

而るに１本発明では電動弁３の弁開度を第３図に示す如
き表示形態で、被冷却空間４側の適宜箇所に設置した表
示部１．８ａに制御器９を介して表示可能としである。

即ち電動弁３の制御データは制御器９に記憶され、その
データを冷媒流量データに変換して表示部１８ａに表示
される。第３図は弁の流量特性を示しており、弁の位置
データを横軸とし、縦軸を冷媒流量とし、弁位置の上限
値、下限値を設定し、上限値→全閉、下限値→全開に相
当させ、その弁開度状態から下記の如き現象が生じてい
ること判別可能としている。即ち、（イ）庫内温度が冷
えてないと弁位置は全開状態にあり、蒸発温度、及びガ
ス吸入温度が高い。

（０）フラッシュガス発生等による冷媒ガス不足ある時
は弁位置は全開していて蒸発温度が下がっていない。

（八）冷凍機の停止がある時弁位置は全開状態にあり、
過熱度はほぼ零であって停電や冷凍機の保護装置の作動
があった。

等を知り得る。

更に、この弁開度情報を基にして、既設の警報内とを接
続して作動するように成せばより確実に系全体の異常を
把握できる。

次に、制御器９に測定データとして取り込まれる蒸発温
度（ＥＴ）　、被冷却空間４の測定温度（ＴＭ）。

被冷却空間４の設定温度（Ｔｓ）、デフロストのＯＮ〜
ＯＦＦ信号（ＤＦ）　、そしてサーモ設定値の上、下限
を超える異常温度継続時間（Ｈ２）等の諸測定データか
ら冷媒回路が正常に作動しているか否かを判断し、異常
時、その事を表示したり警報を発令するシステムに付い
て説明する。

具体的事例として、被冷却空間４の温度が冷却中に異常
高温になったことを検知する場合に付いて説明する。第
４図はその電気回路を示すブロック図であり、第５図は
そのフローチャートである。

先ず第４図に於いて、第１温度比較器１９に蒸発温度（
ＥＴ）と設定温度（Ｔｓ）が入力し比較され、ＥＴ）Ｔ
ｓならば出力信号がＡＮＤ回路２０に入力し、　ＥＴ≦
Ｔｓなら出力信号が、異常時間カウンタ２１にＲＥＳＨ
Ｔ出力を与えるＯＲ回路２２に入力する。第２温度比較
器２３に被冷却空間温度（Ｔ１１）と設定値（Ｔｓ）が
入力し比較されＴＭ＞Ｔｓならば出力信号が同様にへＮ
Ｏ回路２０に入力し、ＴＭ≦Ｔｓならば出力イｎ号が同
様に０！（回路２２に入力する。一方、ＤＦ倍信号出力
しデフロスト中であると、前記ＯＲ回路２２に入力し異
常時間カウンタ２１はＲＥＳＥＴされ、そして、このＤ
Ｆ倍信号ＲＥＳＥＴ　Ｌ、デフロス１〜終了と同時に反
転部２４によりセットするデフロスト終了後時間積算カ
ウンタ２５と、その積算時間（Ｈｌ）と予じめ設定した
デフロスト終了後高温許容時間設定値（τｉ）とを比較
する時間比較器２６とを有し、Ｈ工くて□ならば、その
出力信号でＲｅｔｕｒｎ動作に戻る。Ｈ工≧τ□ならば
出力信号がＡＮＤ回路２０に入力し、前記第１、第２の
温度比較器１．９．２３よりの出力信号とのＡＮＤが取
れて異常時間カウンタ２ＩをＳＥＴ　［、、異常時間（
Ｈ７）をカウントするようになる。そして、その異常時
間（Ｈ２）と予じめ設定した異常許容時間の設定値（Ｔ
２）とを比較する第２時間比較器２７が有り。

Ｈ２≦τ２ならば警報の発令となり、Ｈ２≦τ２ならば
Ｒｅｔｕｒｎ動作に戻る。警報は第１図に示す如く通常
、被冷却空間４の温度を表示している温度表示部１８ｂ
に、温度数字に換わって制御器９を介し異常を示すエラ
ーコードとして表示され、管理行が知ることができる。

それと同時に警報ランプ２８を点灯させるとなお確実に
報知できる。更に外部警報用端子２９を介して遠方にも
報しめることが可能である。

更に上記した異常判断を制御器（マイコン）がプログラ
ムミングに従って行う制御に関し、第５図のフローチャ
ート、及び第６図の各ｄ１す定データ図並びにタイムチ
ャートに基づき説明する。設定温度（Ｔｓ）　、デフロ
スト終了後の高温許容時間（τ、）、異常許容時間（τ
２）をセットする（処理５０１）　、各カウンタ２５．
２１の積算時間をクリア（処理５０２）　Ｌ、次に被冷
却空間の温度（Ｔμ）、蒸発温度（ＩＥＴ）を読込む（
処理５０３、処理５０４）　、被冷却空間温度（Ｔμ）
と設定温度（Ｔｓ）を比較し、被冷却空間が冷えている
かどうかの判断（判定５０５）を行い、冷えている（Ｙ
ＥＳ）とリターンし、冷えていない（Ｎｏ）と蒸発温度
（ＥＴ）と設定温度（Ｔｓ）とを比較し、蒸発温度が低
い即ち適温かどうかの判断（判定５０６）を行い、低い
即ち適温（ＹＥＳ）であるとリターンし、適温でなくて
蒸発温度が高い（Ｎｏ）と次にＯＦ　（デフロスト）信
号を読み込む処理５０７を行う。そしてＤＦ倍信号有無
を検査し、デフロスト中であるかどうかの判断（判定５
０８）をする。これと同時にＤＦ倍信号検出があれば、
そのＤＦ倍信号デフロスト終了後時間積算カウンタ２５
をこの時点で第６図（ｃ）の如＜　ＲＥＳＥＴする。一
方ＤＦ信号が消滅、即ちデフロストが終了し冷却運転に
入ればその時点からＳＥＴ　Ｌ、同図に示す如くデフロ
スト終了後時間（Ｈｏ）を積算し始める。よって判定５
０８でＹＥＳならばリターンし、ＮＯであればデフロス
ト終了時間積算の処理５０９が実行される０次いで、こ
の積算時間（Ｈｌ）をデフロスト終了後高温許容時間（
τ□）との比較判断（判定５１０）が行なわれ、Ｈ，＜
τ□ならばＹＥＳとなりリターンし、Ｈｉが許容時間τ
、を越え、且つ依然として、被冷却空間温度Ｔμが設定
温＊Ｔ９に成る温度値、例えば１０℃を加えた高温状態
が続くことを条件として異常時間カウンタ２１がＳＥＴ
される。この様な異常状況は、電動弁３が全閉状態が継
続している場合等が考えられ、その場合第６図（ａ）に
示す如く、蒸発器５の温度及び過熱度は急峻に上昇し被
冷却空間の温度Ｔｕ−ｔ＋異常高温領域（Ｙａ）を継続
する。即ち、このような異常時に、（ａ）図及び（ｄ）
図に示す如くＢ時点より異常時間（Ｈ２）の積算を実行
する（処理５１１）。次いで異常時間（Ｈ２）と異常許
容時間（τ２）とを比較する判断（判定５１２）を行い
、例えばτ２を１５分間とし、設定温度Ｔｓを０℃、異
常温度と見做す温度幅を１０℃と仮定すると、冷却中で
あるにも係わらず、被冷却空間の温度゛ｒμが１０℃の
高温状態が１５分間以上続くと、判定５１２はＮＯとな
り警報出力となり、冷媒回路に異常あることを表示器１
８ｂにエラーコードとして表示する。判定５１２がＹＥ
Ｓならばリターンする。このようにして冷媒回路異常を
早期に発見し、警、報を発し、異常に対する対応が速や
かに成せる。

第７図は一つの冷媒系路で二台の冷却器３０ａ。

３０ｂを作動させている冷凍装置に１本発明のシステム
を応用した場合の構成図を示し、冷却系統内の異常を知
り得るようになっている。なお、電動弁の代わりに感温
筒３１．３１を有する膨張弁３′３′を用いている。

（ト）発明の効果 以上の如く本発明は構成されているので、下記に列挙す
る効果を奏する。

■　冷媒回路の正常動作中であるかどうかの有力な判定
手段となる電動弁の開度状態が被冷却空間側で監視でき
るので、異常管理が容易になると共に、早急な異常発見
ができる。

■　ガスリーグ検知用の特別のセンサーや、冷媒ガス吸
入温度検知用のセンサー等、従来の異常検知に用いられ
ているセンサーを用いずどもガス不足や冷媒系異常が判
り、従来のようにコンデンシングユニットや配管の周囲
の環境等の変化によりセンサー誤報が発生すると言う信
頼性の低下は極力防げる。

■　マイクロプロセッサ等の制御器にて、蒸発温度や被
冷却空間温度等の測定データが継続して入力保存され、
それら測定データから自動的に冷媒回路系全体の異常が
確実に且つ早期に発見され１表示や警報を発することが
でき、優れた異常管理システムとなる。

■　電動弁の制御データを始め、各種の測定データをス
トック可能なので、これらデータを除使した諸々の異常
判定方法を摘築すれば、更に確実な異常予知を行えるこ
ととなる。又１通信回線を用いて運転状況を監視し、予
防千金への対策も開ける。

■　単独の冷凍装置のみならず、複数台の系統立てた冷
凍装置であっても、各個装置毎の異常を発見することも
容易に成せる。

以上の様に、多くの優れた効果を発揮する冷凍装置の冷
媒回路異常管理システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷媒流量制御式の冷凍装置に本発明の冷媒回路
異常管理システムを用いた基本構成図。 第２図は冷媒流量制御装置に係る制御器のブロック図、
第３図は電動弁の制御データを表示する表示部正面図、
第４図は異常温度発生を検知する回路部構成図、第５図
はその検知のフロー図、第６図（ａ）は冷媒流量制御動
作中の冷媒回路の各部動作特性図、（ｂ）は異常高温時
の警報出力発生のタイムチャート、（ｃ）はデフロスト
終了後積算時間のタイムチャート図、（ｄ）は異常継続
積算時間のタイムチャート図、第７図は複数の冷凍装置
に応用した本発明の冷媒回路異常管理システムの基本構
成図、第８図は冷媒流量制御装置の概念構成図である。 １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・電動弁、４
・・被冷却空間、５・・・蒸発器、６・・・冷媒回路、
９・・制御器、ＩＯ・・・蒸発器出口温度センサー、１
１・・・蒸発温度センサー、１２・・・被冷却空間温度
センサー、１８ａ。 １８ｂ・・・表示部、２８・・・警報ランプ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　圧縮機、凝縮器、電動弁、及び被冷却空間に配
   置された蒸発器とからなる冷媒回路を有し、蒸発器の温
   度、被冷却空間の温度を測定し、これら測定値と予じめ
   設定された設定過熱度、設定温度との比較に基づき、電
   動弁の開口度を調整し冷媒流量を制御する過熱度制御及
   び被冷却空間の温度制御を行なうために電動弁を閉止す
   る信号を出力する温度制御を行なう制御器を備え、前記
   電動弁の被制御状態を前記制御器を介して被冷却空間側
   で確認できる表示部を設けてなる冷凍装置の冷媒回路異
   常管理システム。
2. （２）　圧縮機、凝縮器、電動弁、及び被冷却空間に配
   置された蒸発器とからなる冷媒回路を有し、蒸発器の温
   度、被冷却空間の温度を測定し、これら測定値と予じめ
   設定された設定過熱度、設定温度との比較に基づき、電
   動弁の開口度を調整し冷媒流量を制御する過熱度制御及
   び被冷却空間の温度制御を行なうために電動弁を閉止す
   る信号を出力する温度制御を行なう制御器を備え、蒸発
   温度、被冷却空間の温度、デフロスト状態の有無及び設
   定温度を超える被冷却空間の異常温度継続時間等の諸測
   定データを前記制御器に入力保存し、これらの測定デー
   タを用いて冷媒回路の異常を制御器にて予知可能とする
   と共に、必要に応じて警報し得ることを特徴とする冷凍
   装置の冷媒回路異常管理システム。