JPH0340298B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷凍サイクルを最適化し、冷凍・空
調機の効率の向上をはかる冷凍サイクルの冷媒流
量制御装置に関するものである。

（従来例の構成とその問題点） 従来より、電気式膨張弁を用いて、圧縮機の吸
入温度と蒸発器の入口温度との差により得られる
冷凍サイクルの過熱度を制御する方法がある。こ
の種の制御装置において、特に圧縮機始動後の制
御動作として、以下に述べる理由により圧縮機始
動時より電気式膨張弁に一定の信号を与え、充分
に時間が経過した後（例えば８分後）、過熱度を
所定値に維持するように電気式膨張弁への信号を
制御する。

その理由は、圧縮機始動後しばらくの間は冷凍
サイクルが極めて不安定であり、過熱度の特性も
不安定となる。このような不安定な期間は冷凍サ
イクルの負荷状態や前回圧縮機の停止からの経過
時間等で変化し、例えば２〜10分程度となる。特
に圧縮機始動直後の１〜３分程度は、過熱度は電
気式膨張弁の動作とほとんど無関係に複雑な動作
を呈する。

こうした不安定な期間に通常の過熱度を行なう
と、しばしば電気式膨張弁の絞り量が異常となり
絞り過ぎとなつたり、過熱度を所定値に維持する
までに長時間を要することになつたり、あるいは
その後の過熱度特性が大きく発振し安定しない場
合があつた。このうち特に絞り過ぎや発振を防止
し、安定した過熱度制御を得るため、通常の過熱
度制御の開始時間（例えば８分）を選定してい
た。

しかしこの従来の制御装置は前述の通り、通常
の過熱度制御の開始を時間のみで与えているた
め、それまで膨張弁への一定信号が負荷状態によ
つて極めて不適当な場合があつても、開始時間は
遅く、かつ一定であり、このため過熱度を設定値
に近づけるのに長時間を要することがあつた。こ
の結果圧縮機への長時間の液バツクが発生しやす
くなつたり、冷凍サイクルの効率運転の面で問題
があつた。

（発明の目的） 本発明は上記従来の問題点を解消し、圧縮機の
始動後早期に冷凍サイクルを最適化し、機器の安
全性および効率を向上させることを目的とするも
のである。

（発明の構成） この目的を達成するために本発明は特に圧縮機
始動後、過熱度の値を検知し、この過熱度と経過
時間とにより冷凍サイクルの負荷状態等を判断
し、それに対応して過熱度制御を早期に開始する
ものである。

（実施例の説明） 以下、本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。

第１図はこの実施例の冷凍サイクル制御装置の
構成図であり、特に冷房装置に適用した場合を示
している。

同図において、１は圧縮機、２は凝縮器、５は
蒸発器であり、これらを循環経路に設置して冷凍
サイクルが構成されている。３は凝縮器２用の送
風機、４は電気信号により弁開度を調節しうる膨
張弁（ここでは熱電膨張弁とする）、６は蒸発器
５用の送風機、７は蒸発器５の入口部に設けた第
１の温度センサ、８は圧縮機１の吸入部に設けた
第２温度センサ、９は温度センサ７，８からの温
度信号を入力して膨張弁４に電気信号（直流電
圧）を出力する制御回路である。図中V_Cは圧縮
機の運転・停止を表わす運転信号であり、外部よ
り制御回路９へ与えられる。また膨張弁４はバイ
メタル、ヒータ、スピンドル、ばねなどにより構
成され、ヒータに印加される直流電圧の大きさに
対応して冷媒通路の開度が変化し、冷媒流量を調
節する周知のものである。

第１図で用いる膨張弁の構造は通電閉形であつ
て、膨張弁４に供給する直流の印加電圧（これを
V_Tとする）を高くすれば冷媒流量（これをＱと
する）を減少させ、低くすると冷媒流量Ｑを増大
させる。この印加電圧V_Tに対する冷媒流量Ｑの
特性例を第２図に示す。図中、Q_LおよびQ_Hは、
圧縮機１を運転している場合の冷媒流量Ｑの範囲
の最小および最大を示しており、また曲線が２通
りあるのは、ヒステリシス特性があるためであ
る。

第１図における構成において、圧縮機１による
冷媒の圧縮作用により冷媒が凝縮器２、膨張弁
４、蒸発器５、圧縮機１の吸入部の経路で循環
し、蒸発器５において冷房能力を出力する。この
冷凍サイクルの動作において、理想的には蒸発器
５内で蒸発した冷媒が、その出口で乾燥飽和蒸気
となる時が最も効率的な運転状態となる。しかし
実際の構成上は、蒸発器５の内部および蒸発器５
より圧縮機１の吸入部までの冷媒配管の通路抵抗
により温度降下があり、また圧縮機１が冷媒のガ
ス液混合域で吸入して液圧縮するのを防止する
（アキユムレータを設けている場合は必ずしもそ
うではないが）ため、冷媒ガスをわずかに過熱し
た領域で動作させることが適切である。そこでこ
のような動作状態を達成するために、温度センサ
７，８の検出するそれぞれの温度の差（これを過
熱度SHとする）が常に設定値SHd（冷媒配管に
よつても異なるが、例えば数deg）となるように
膨張弁４への印加電圧V_Tを変化し、冷媒流量を
制御するものである。

次に制御回路９の構成を第３図に示す。第３図
において、V_CCは直流電源、１０は圧縮機１の運
転停止の状態を示す外部信号V_Cを入力する運転
信号入力回路、１１は制御回路９の主体を構成す
るマイクロコンピユータ（以下マイコンと称す）
であり、１２，１３は抵抗、１４は過熱度検知回
路である。過熱度検知回路１４は温度センサ７，
８からの温度信号（図中の記号V_EおよびV_S）に
より、温度センサ７の検知する温度T_Eと、温度
センサ８の検知する温度T_Sとの差、すなわち過
熱度SH＝T_S−T_Eを検知し、この過熱度SHをマ
イコン１１に出力する。１５はＤ／Ａコンバータ
であり、マイコン１１からの膨張弁４へ印加すべ
き電圧V_Tに対応するデイジタル信号を入力し、
それをアナログ信号に変換する。１６はオペアン
プ、１７は抵抗、１８はトランジスタであり、こ
れらはＤ／Ａコンバータ１５の出力のインピーダ
ンスを変換し、膨張弁４に印加電圧V_Tを出力す
る駆動回路を構成する。

このような回路構成において、過熱度検知回路
１４により検知された過熱度SHはマイコン１１
に入力され、マイコン１１はこの過熱度SHの値
に対応して印加電圧V_Tの出力すべき値を演算し
出力する。ここで過熱度SHが設定値SHdよりも
低ければ、過熱度SHを上昇させるように印加電
圧V_Tを上昇し、膨張弁４の絞り量を増大させる。
過熱度SHが設定値SHdよりも高くなれば、前述
とは逆に印加電圧V_Tを減少させる。このような
動作を繰り返して過熱度SHを設定値SHdにほぼ
一定に維持するものである。

しかしながら、以上のような通常の制御動作を
開始するタイミングは、少なくとも圧縮機１が停
止から運転状態となつた以後であり、過熱度制御
特性が暴走、発振を起こさず、かつ設定値に安定
するまでの時間が短かくなるタイミングで行なわ
れる。第４図は、圧縮機１の始動後、膨張弁４の
印加電圧V_Tを所定値に維持した場合の過熱度特
性を示す。図中の特性ｈ，ｍ，ｌは冷凍サイクル
の負荷状態等が異なる３例を示しており、特性ｍ
は標準的な場合で他の２つは実使用状態で起る極
端な場合を示している。また過熱度SHの設定値
SHdは5degとし、時刻ｔ＝０分で圧縮機１を始
動し、ｔ＝０分以前の過熱度SHは意味がないが
図中ではSHdと等しく示した。図のように印加
電圧V_Tが一定であつても、過熱度特性は圧縮機
１の始動後、特に１〜３分間は極めて不安定で複
雑な変化をし、始動後10分間程度不安定な状態が
続く。しかしながら始動後３〜５分程度経過した
以後は、過熱度特性は冷凍サイクルの特性から、
特性ｈやｍのように過熱度は下降する傾向を示
し、上昇してもごくわずかである。また特性ｌの
ように液バツク状態であるものはほとんど回復す
ることがない。

そこでこのような圧縮機１の始動後の過熱度特
性に鑑み、制御回路９は、以下のように構成され
る。これを第５図を用いて説明する。

同図において、圧縮機１の始動時、運転信号
V_Cにより運転信号入力回路１０が圧縮機１の始
動を検知し、その後所定時間t_A（＝３分間）は一
定の印加電圧V_Tを出力する。始動後、t_A経過後、
過熱度SHを判断し、設定値SHd以下なら（第４
図特性ｌのとき）、特性Ｌに示すようにただちに
過熱度SHを設定値SHdに近づけるよう印加電圧
V_Tを増大する。また始動後所定時間t_B（＝５分間）
経過しても過熱度SHが設定値SHdよりも高い時
（第４図特性ｈのとき）は、始動後t_B経過時点よ
り、特性Ｈのように印加電圧V_Tを減少させる動
作に入る。また第４図特性ｍのように時刻t₁即ち
所定時間t_Aとt_Bの間で過熱度SHが設定値SHdよ
り低くなれば、特性Ｍで示すようにその時点から
印加電圧V_Tを調整するように働く。なお特性Ｌ，
Ｍ，Ｈにおいて印加電圧V_Tの増減幅は、過熱度
SHと設定値SHdとの差、即ち偏差に対応した値
（段階的に与えても良い）とし、一定時間（第５
図では２分毎）に増減動作を行ない、過熱度SH
を設定値SHdに維持させる。

もし第４図における特性ｈ及びｍのとき、特性
ｌと同様に始動後所定時間t_A（＝３分間）経過時
点で印加電圧V_Tを変更すると、V_Tが一定であつ
てもその後過熱度SHが下降する傾向がある上に
一層下降させる働きをなすことになり、過熱度
SHが特性ｌのように液バツク状態に陥いる危険
性が大きい。この状態の回復に長時間（例えば15
分）要することになり、過熱度SHの早期安定化
を逆行する。

第３図における制御回路９は、圧縮機１の始動
後の経過時間並びに過熱度SHより、冷凍サイク
ル負荷状態等を判断し、出来る限り早期に通常の
過熱度制御動作へ移行し、過熱度SHを設定値に
維持するように働く。

なお第３図の制御回路９の構成として、所定時
間t_A経過後、通常の過熱度制御に移行する過熱度
SHの値は、設定値SHdとする他、設定値SHdよ
り低い適当な値（例えばSH＝2.5deg）としても、
ほぼ同様な結果が得られると考えられるが対象の
冷凍サイクルの特性から選定することが望まし
い。また所定時間t_A及びt_Bについても同様の選定
が望まれる。

（発明の効果） 以上のように、本発明に基づく冷凍サイクルの
冷媒流量制御装置は、電気信号によりその絞り量
が調節可能な膨張弁を用いて冷凍サイクルを過熱
度制御により最適化をはかるものであり、特に圧
縮機始動後の冷凍サイクルの不安定な状態から早
期に最適状態に移行させることができる。これに
より機器の安全性・効率の向上をはかり、種々の
冷凍空調機器への適応性を拡大することが可能と
なるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷凍サイクル
の冷媒流量制御装置の構成図、第２図は同制御装
置における膨張弁の特性図、第３図は同制御装置
における制御回路の構成図、第４図および第５図
はそれぞれ同制御装置の動作説明を行う特性図で
ある。 １……圧縮機、２……凝縮機、４……膨張弁
（熱電膨張弁）、５……蒸発器、７……第１の温度
センサ、８……第２の温度センサ、９……制御回
路、１０……運転信号入力回路、１１……マイク
ロコンピユータ、１４……過熱度検知回路、V_T
……印加電圧、V_C……運転信号、SH……過熱
度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気信号により絞り量が調節可能な膨張弁
   と、蒸発器の入口ないし中間部に設けた第１の温
   度センサと、前記蒸発器の出口ないし圧縮機の吸
   入部に設けた第２の温度センサと、前記第１およ
   び第２の温度センサからそれぞれの検出温度T_E
   およびT_Sの温度差（T_S−T_E）を設定値に維持す
   るように前記膨張弁への電気信号を制御するとと
   もに、前記圧縮機始動時より時間を計測し、所定
   時間t_A経過時に出力を発する第１のタイマ手段お
   よび所定時間t_B（＞t_A）経過時に出力を発する第
   ２のタイマ手段を有し、前記圧縮機始動後、前記
   第１のタイマ手段が出力を発するまでの間、およ
   び前記第１のタイマ手段が出力を発した後、前記
   第２のタイマ手段が出力を発するまでかつ前記温
   度差（T_S−T_E）が所定温度差より小さくなるま
   での間は、共に前記電気信号を所定値に維持する
   制御回路を具備したことを特徴とする冷凍サイク
   ルの冷媒流量制御装置。