JPH05272819A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 状態が変化した場合でも追随が速く、しかも
安価で精度良好な冷媒の過熱度制御を可能にする。 【構成】 温度センサ１２で外気温度Ｔを検出すると共
に、圧縮能力把握手段２０で圧縮機１の圧縮能力Ｈｚを
検出する。運転条件記憶手段２１は、外気温度Ｔ及び圧
縮能力Ｈｚに基づいて適正な過熱度を与える目標吐出温
度Ｔｍになるような電動膨張弁４の基準開度を記憶す
る。一方吐出温度センサ１３は、吐出冷媒温度Ｔｏを検
出し、偏差把握手段２２は、この吐出冷媒温度Ｔｏが目
標吐出温度Ｔｍになるときの弁開度と上記基準開度との
差を把握する。そして開度制御手段２３がこの差に基づ
いて上記基準開度を補正し、この補正された基準開度で
電動膨張弁４の弁開度を制御することになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は過熱度を制御するため
の電動膨張弁を有する冷凍装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧縮能力可変形の圧縮機に、凝縮器、電
動膨張弁、蒸発器を接続して成る冷凍装置においては、
冷凍装置の能力確保及び液冷媒の還流による圧縮機信頼
性の低下防止のために、電動膨張弁の開度を調整して冷
媒の過熱度を制御することが従来から行われている。

【０００３】この過熱度制御の第１従来例では、圧縮機
の吸込温度を検出すると共に、圧力センサやバイパスキ
ャピラリを用いて蒸発飽和温度を検出し、この吸込温度
と蒸発温度とから上記過熱度を算出して、過熱度を所定
範囲内に制御するように電動膨張弁の開度を制御してい
た。

【０００４】また第２従来例として、例えば特開平３−
２６７６５６号公報を挙げることができる。この従来例
においては、暖房運転時には圧縮機の運転周波数Ｈｚ、
凝縮温度Ｔｃ、蒸発温度Ｔｅ（又は外気温度）を、また
冷房運転時には圧縮機の運転周波数Ｈｚ、蒸発温度Ｔ
ｅ、凝縮温度Ｔｃ（又は外気温度）をそれぞれ検出し、
これらのパラメータに基づいて圧縮機からの吐出冷媒の
目標吐出温度を導出し、圧縮機からの吐出冷媒温度が上
記目標吐出温度に近づくように電動膨張弁の開度制御を
行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記第１
従来例の冷凍装置においては、圧力センサが高価であ
り、またバイパスキャピラリによる能力損失の発生があ
る等の問題がある。

【０００６】また第２従来例では、吐出温度の追随が遅
いため圧縮機の運転周波数の変更が頻繁に発生する場合
には、かなりの遅れ時間が発生し、また運転開始時、特
に暖房運転での立上げ時は、吐出温度がある温度以上に
ないと、過熱度との線形関係がない等の問題がある。

【０００７】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、電動膨張弁を開
度調整して過熱度を制御する冷凍装置において、安価に
精度よく過熱度を制御することのできる冷凍装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこでこの発明の冷凍装
置は、図１に示すように、圧縮能力可変形の圧縮機１
に、凝縮器３、電動膨張弁４、蒸発器５を接続して成る
冷凍装置であって、上記圧縮機１の圧縮能力Ｈｚを把握
する圧縮能力把握手段２０と、上記凝縮器３での凝縮温
度Ｔｃ、蒸発器での蒸発温度Ｔｅ、外気温Ｔの少なくと
もいずれかの温度を検出する温度センサ１０、１１、１
２と、上記圧縮能力Ｈｚと検出温度Ｔｃとに関連して圧
縮機１からの吐出冷媒の目標吐出温度とそのときに必要
とされる電動膨張弁４の基準開度とを記憶する運転条件
記憶手段２１と、上記圧縮機１からの冷媒吐出温度を検
出する吐出温度センサ１３と、特定運転条件において装
置運転を行うと共に、当該運転条件において目標吐出温
度の得られるときの電動膨張弁４の開度と上記基準開度
との差を把握する偏差把握手段２２と、上記運転条件記
憶手段２１での基準開度を上記偏差でもって補正して上
記電動膨張弁４の開度を制御する開度制御手段２３を設
けたことを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記冷凍装置では、圧縮機１から吐出された冷
媒は、まず凝縮器３で凝縮した後に、電動膨張弁４で減
圧されて蒸発器５において蒸発して圧縮機１へと返流す
る。このような冷凍装置の運転状態において、例えば温
度センサ１０で凝縮器３の凝縮温度Ｔｃを検出すると共
に、圧縮能力把握手段２０で圧縮機１の圧縮能力Ｈｆを
把握する。そして運転条件記憶手段２１は、検出温度Ｔ
ｃと圧縮能力Ｈｚとに基づいて適正過熱度を与える目標
吐出温度Ｔｍ、及びそのときの電動膨張弁４の基準開度
を記憶する。一方吐出温度センサ１３は、圧縮機１から
の吐出冷媒温度Ｔｏを検出する。偏差把握手段２２は、
この吐出冷媒温度Ｔｏが目標吐出温度Ｔｍになったとき
の電動膨張弁４の弁開度と、上記基準開度との差を把握
する。そして開度制御手段２３においては、上記基準開
度をこの偏差で補正し、この補正された基準開度で電動
膨張弁４の開度を調整して、過熱度を制御するのであ
る。

【００１０】

【実施例】次にこの発明の冷凍装置の具体的な実施例に
ついて、図面を参照しつつ詳細に説明する。この発明を
空気調和機に適用した場合を図２に示す。同図におい
て、この空気調和機は室外ユニットＸと室内ユニットＹ
とから成り、圧縮機１の吐出配管１ａと吸込配管１ｂと
は四路切換弁２を介して冷媒配管９に接続している。こ
の冷媒配管９には室外熱交換器３、電動膨張弁４、閉鎖
弁６、室内熱交換器５、閉鎖弁７が順次に介設されてい
る。また上記吸込配管１ｂにはアキュームレータ１５が
介設されている。さらに室外ユニットＸには室外ファン
１６が設けられ、また室内ユニットＹには室内ファン１
７が設けられている。

【００１１】そして室外熱交換器３、室内熱交換器５に
は、それぞれ温度センサ１１、１０が設けられており、
これら温度センサ１０、１１の検出信号及び外気温度セ
ンサ１２の検出信号は、運転条件記憶手段２１に入力さ
れている。また圧縮機１には運転周波数Ｈｚを検出する
ことによって、圧縮機１の圧縮能力を把握する圧縮能力
把握手段２０が接続されており、この圧縮能力把握手段
２０は、上記運転周波数Ｈｚを運転条件記憶手段２１へ
出力している。そして運転条件記憶手段２１は、図４及
び図５に示すように、運転周波数Ｈｚ毎に外気温度セン
サ１２が測定する外気温度Ｔに対応した吐出冷媒の目標
吐出温度Ｔｍと、そのとき必要とされる電動膨張弁４の
基準開度に比例する基準パルス数とを読出できるように
なっている。

【００１２】一方吐出配管１ａには、吐出温度センサ１
３が付設されており、吐出冷媒温度Ｔｏを検出してい
る。偏差把握手段２２は、この吐出冷媒温度Ｔｏが目標
吐出温度Ｔｍになったときの電動膨張弁４の実際の弁開
度に比例するパルス数と、上記基準開度に比例する基準
パルス数との差を把握する。そして開度制御手段２３は
上記基準パルス数をこの偏差で補正し、この補正された
パルス数で以後の電動膨張弁４の開度を調整し、過熱度
を制御するようになっている。

【００１３】次に上記空気調和機の暖房運転時の作動状
態を説明する。まず四路切換弁２を図２の図示の状態と
は逆に切換えて冷媒を反時計回り方向に流す。高温の吐
出冷媒は、凝縮器として機能する室内熱交換器５で凝縮
すると共に、熱を室内に放出して暖房し、蒸発器として
機能する室外熱交換器３で外部より熱を吸収して蒸発
し、圧縮機１に返流される。

【００１４】この際、偏差把握手段２２が、偏差（補正
量）を決定するための手順を、図３のフローチャート図
を参照しながら説明する。ステップＳ１では、圧縮能力
把握手段２０が把握する圧縮機１の運転周波数Ｈｚと、
外気温度センサ１２が検出する外気温度Ｔとに基づい
て、運転条件記憶手段２１が記憶する図４のデータを読
出することにより、基準開度に比例する基準パルス数を
決定する。この基準パルス数でもって電動膨張弁４の開
度を決定する。例えば外気温度Ｔが１０℃、運転周波数
Ｈｚが６０Ｈｚでは、基準パルス数は９５パルスと決定
される。ちなみにこのときの目標吐出温度Ｔｍは図５よ
り７５℃と読出できる。

【００１５】ステップＳ２では、圧縮機１の運転周波数
Ｈｚが一定であるか否かを判定し、運転周波数Ｈｚが一
定（ＹＥＳ）となったらステップＳ３に進む。例えば上
記の値６０Ｈｚで一定となったらステップＳ３に進むこ
とになる。

【００１６】ステップＳ３では、圧縮機１の吐出温度Ｔ
ｏが安定しているか否かを判定する。例えば現在の吐出
温度と前回の吐出温度との差が一定の温度範囲内かどう
かを判断することにより、吐出温度が安定しているか否
かを判定する。吐出温度Ｔｏが安定している場合（ＹＥ
Ｓ）は、ステップＳ４に進む。安定していない場合（Ｎ
Ｏ）は、ステップＳ２から再度繰り返すことになる。こ
のとき後述するカウント数はクリアされることになる。

【００１７】ステップＳ４、Ｓ５では、ステップＳ２、
Ｓ３で一定であると判定された運転周波数Ｈｚと吐出温
度Ｔｏが一定時間継続しているか否かを判定する。つま
りステップＳ４で安定の状態をカウントし、ステップＳ
５でそのカウント数ｎが一定回数ｎ_１以上になり、安定
したと判定した場合（ＹＥＳ）のみ次のステップＳ６に
進むことになる。ｎが_１より小である場合（ＮＯ）は、
一定回数ｎ_１以上になるまでステップＳ２より繰り返す
ことになる。例えば運転周波数Ｈｚが６０Ｈｚ、吐出温
度Ｔｏが７９℃で一定時間安定していると、ステップＳ
６に進むことになる。

【００１８】ステップＳ６では、安定した吐出温度Ｔｏ
と図５より読出できる目標吐出温度Ｔｍとの差を算出す
る。上記の場合、Ｔｏは７９℃、Ｔｍは７５℃であるか
らその温度差は＋４℃である。

【００１９】ステップＳ７では、上記温度差に基づき、
パルス数を変更して目標吐出温度Ｔｍになるように電動
膨張弁４の弁開度を調整する。上記の場合はＴｏが７９
℃、Ｔｍが７５℃であるから、Ｔｏが７５℃になるよう
にパルス数が調整されることになる。

【００２０】ステップＳ８では、ステップＳ７での制御
によって吐出温度Ｔｏが目標吐出温度Ｔｍに等しくなっ
たときの弁開度に対応するパルス数と目標吐出温度Ｔｍ
に対応する基準パルス数との差を把握し、これを補正量
として決定する。上記の場合、パルス数が調整されて吐
出温度Ｔｏが７９℃から目標吐出温度Ｔｍに等しい７５
℃となり、そのパルス数が９８パルスであった場合、基
準パルス数は９５パルスであるから補正量は＋３パルス
と決定される。

【００２１】以後は開度制御手段２３が、この補正量に
基づいて運転条件記憶手段２１が記憶している基準パル
ス数を補正して、電動膨張弁４の開度を調整して過熱度
を制御することになる。なお上記補正量の把握は、電源
投入時に、代表的な周波数Ｈｚに対して行うようにして
もよいし、一定期間毎にあるいは外気温等の大幅な変化
が生じる毎に行うようにしてもよい。

【００２２】上記したようにこの空気調和機において
は、電動膨張弁４の流量に大きな影響を及ぼすパラメー
タ（例えば運転周波数Ｈｚ、外気温度Ｔ）についての基
準開度を表す表（図４）を作成し、これに基づいてフィ
ードフォアード制御を行う。一方同様に、上記パラメー
タについての目標吐出温度Ｔｍの表（図５）も作成して
おく。そして吐出温度Ｔｏが目標とする吐出温度Ｔｍに
等しくなったときの電動膨張弁４の開度と上記基準開度
との差を把握し、この差を補正量と決定する。以後はこ
の補正量に基づいて基準開度の各値を補正し、電動膨張
弁４の開度を調整して過熱度を制御していくので、フィ
ードバック制御の場合と異なり、遅れの生じないより簡
単で精度のよい制御が可能となる。

【００２３】以上にこの発明の冷凍装置の具体的な実施
例について説明したが、この発明は上記実施例に限定さ
れるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実
施することが可能である。例えば上記実施例において
は、空気調和機に適用した場合を例示しているが、他の
冷凍装置にも応用可能である。また温度センサは凝縮温
度、蒸発温度及び外気温度のいずれか、又はそのうちの
一部あるいは全部を測定するものであればよい。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにこの発明の冷凍装置では、
過熱度を圧力センサやバイパスキャピラリを用いて直接
検出する方式に比べてコストを低く抑えることができる
と共に、外乱により状態が変化した場合でも、フィード
バック制御に比べて速く追随させることができるので、
精度よく過熱度を制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の冷凍装置の全休構成を示す機能ブロ
ック図である。

【図２】上記実施例の配管系統図である。

【図３】補正量決定の手順を示すフローチャート図であ
る。

【図４】電動膨張弁の基準開度に比例する基準パルス数
のテーブル略図である。

【図５】目標吐出温度テーブル略図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ３ 凝縮器 ４ 電動膨張弁 ５ 蒸発器 １０ 温度センサ １１ 温度センサ １２ 温度センサ １３ 吐出温度センサ ２０ 圧縮能力把握手段 ２１ 運転条件記憶手段 ２２ 偏差把握手段 ２３ 開度制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮能力可変形の圧縮機（１）に、凝縮
   器（３）、電動膨張弁（４）、蒸発器（５）を接続して
   成る冷凍装置であって、上記圧縮機（１）の圧縮能力
   （Ｈｚ）を把握する圧縮能力把握手段（２０）と、上記
   凝縮器（３）での凝縮温度（Ｔｃ）、蒸発器での蒸発温
   度（Ｔｅ）、外気温（Ｔ）の少なくともいずれかの温度
   を検出する温度センサ（１０）（１１）（１２）と、上
   記圧縮能力（Ｈｚ）と検出温度（Ｔｃ）とに関連して圧
   縮機（１）からの吐出冷媒の目標吐出温度とそのときに
   必要とされる電動膨張弁（４）の基準開度とを記憶する
   運転条件記憶手段（２１）と、上記圧縮機（１）からの
   冷媒吐出温度を検出する吐出温度センサ（１３）と、特
   定運転条件において装置運転を行うと共に、当該運転条
   件において目標吐出温度の得られるときの電動膨張弁
   （４）の開度と上記基準開度との差を把握する偏差把握
   手段（２２）と、上記運転条件記憶手段（２１）での基
   準開度を上記偏差でもって補正して上記電動膨張弁
   （４）の開度を制御する開度制御手段（２３）を設けた
   ことを特徴とする冷凍装置。