JPH0544581B2

JPH0544581B2 -

Info

Publication number: JPH0544581B2
Application number: JP60045120A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Iwata; Toshihiro Kizawa
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1985-03-06
Filing date: 1985-03-06
Publication date: 1993-07-06
Also published as: JPS61202052A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は電動式の膨張弁を備えた冷凍機、詳し
くは、蒸発器の入口側に設ける開度調整可能な電
動式の膨張弁と、該蒸発器の出口側冷媒の過熱度
を検出する過熱度検出手段と、該検出手段の出力
を基に前記膨張弁の弁開度を前記出口側冷媒の過
熱度が設定過熱度に成るように制御する制御手段
とを備える冷凍機に関する。

（従来の技術）一般に冷凍機は、蒸発機の入口側の液管にキヤ
ピラリーチユーブや感温式膨張弁などの膨張機構
を介装して、前記蒸発器の出口側の吸入ガス冷媒
の過熱度を調節するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題）しかし、過熱度制御用の前記膨張機構として前
記キヤピラリーチユーブや感温膨張弁を用いた従
来の冷凍機を暖房装置に適用した場合に、暖房運
転開始時に良好な立ち上がり特性が得られない欠
点があつた。以下、この点を、前記膨張機構に感
温膨張弁を用いた分離形の冷凍機について、第７
図を用いて説明する。

冬季は外気温度の方が室内温度より低いため
に、運転停止中は、冷媒が蒸発器５１、アキユム
レータ５２など室外ユニツトＡ側に偏つて滞留し
ている。

この状態で運転を開始すると、この運転開始時
は前記したごとく前記蒸発器５１及びアキユムレ
ータ５２に液冷媒が滞留しているので、吸入ガス
冷媒の過熱度は零（即ち飽和）となり、従つて、
前記膨張弁５０の弁開度は極端な小開度に調節さ
れる。このため冷媒循環量が抑制されてなかなか
冷媒回路内に適正な冷媒分布が得られず、この結
果、運転開始後に良好な立ち上がり特性が得られ
ない問題があつたのである。

尚、第７図において、５３は前記膨張弁５０の
感温部、５４は圧縮機、５５は凝縮器、５６は受
液器である。

また、キヤピラリーチユーブを利用した冷凍機
においても、該チユーブは、運転開始時に抵抗を
積極的に減少させるように調節することができな
いので、同様に立ち上がり特性が悪い問題があつ
たのである。

本発明の目的は、前記膨張機構に電動式の膨張
弁を用いている冷凍機において、冷媒分布を確実
且つ迅速に適正化できるようにして、良好な立ち
上がり特性が得られるようにする点にある。

（課題を解決するための手段）そこで、上記目的を達成するため、蒸発器２の
入口側に設ける開度調整可能な電動式の膨張弁
EVと、該蒸発器２の出口冷媒の過熱度を検出す
る過熱度検出手段と、該検出手段の出力を基に前
記膨張弁EVの弁開度を前記出口側冷媒の過熱度
が設定過熱度に成るように制御する制御手段とを
備える冷凍機において、運転開始信号の入力により前記膨張弁EVの弁
開度を、標準運転時の開度よりも大きい開度に強
制的に設定する初期開度設定手段と、この初期開度設定手段による前記膨張弁EVの
弁開度設定を、前記過熱検出手段による検出過熱
度が前記設定過熱度を一旦上回り、再びこの設定
過熱度以下に減少し、その後、前記検出過熱度の
変化が小さくなつて安定化した時点で解除する解
除手段と、この解除手段による初期弁開度設定の解除後、
前記検出過熱度が設定過熱度を越えて通常の過熱
度制御に移行させるまでの間、前記膨張弁EVの
弁開度を段階的に絞るステツプ制御手段とを設けた。

（作用）暖房運転の開始当初、膨張弁EVの弁開度を大
きくして低温の室外に溜る冷媒を多量に室内に送
り込み、一旦検出過熱度が設定過熱度を上回り、
室外から室内に供給する冷媒量が少なくなつた後
に、室内から室外に冷媒が戻つてきて検出過熱度
が再び設定過熱度以下に減少して湿り気味とな
り、更に、ここで初期弁開度を直ちに解除するの
ではなく、検出過熱度が一層減少して零近くの飽
和状態で安定となつた時点で、初めて大開度とし
た初期弁開度を解除するから、運転開始から早期
に室外に溜る冷媒の多くを室内に一巡させて戻す
ことができ、系内の冷媒分布の不均衡をできるだ
け早期に是正する前準備が良好に行えるのであ
る。

しかも、この検出過熱度が零近くの飽和状態で
安定して初期弁開度を解除した後も直ちに通常制
御に移行するのではなく、制御弁EVの弁開度を
段階的に絞つていくステツプ制御を経るものであ
るから、急激に弁開度を絞つてしまうことがな
く、通常時の弁開度に徐々に近付けることがで
き、二巡目移行に室内側に向けて供給する冷媒循
環量を適正に調節することができるのである。

従つて、全体として系内の冷媒を確実且つ迅速
に適正化させることができ、運転の立ち上げを良
好に改善することができるのである。

また、これら運転開始初期における一連の制御
の切換は、タイマにより画一的な時間の経過後に
行うのではなく、過熱度検出手段で過熱度を検出
し、この検出過熱度に基づいて行うものであるか
ら、実際の冷媒状態に即した無駄のない制御が行
えるのである。

（実施例）第２図に示すものは、本発明冷凍機をマルチ形
の冷暖房装置に適用したもので、圧縮機１、四路
切換弁２１、フアンF₂を付設する熱源側熱交換
器２、液側主管２２、該液側主管から分岐する複
数の液側支管２３、ガス側主管２４、該ガス側主
管から分岐する複数のガス側支管２５を備えた１
台の室外ユニツトＡと、フアンF₁を付設する利
用側熱交換器３を備え、複数の連絡配管Ｃを介し
て液側支管２３とガス側支管２５に並列接続する
複数台の室内ユニツトＢとから成るもので、四路
切換弁２１の切換えで、実線矢印の冷媒流れで示
す暖房運転と、点線矢印で示す冷房運転とを可能
にしたものである。

尚、図中、４は受液器、５はアキユムレータ、
２６はドライヤである。

液側支管２３には、主に一のパルスで一定角度
回転するパルスモータを駆動源とし、後述するマ
イクロコンピユータより出力する発信パルス信号
により弁開度を調整する電動式の膨張弁から成る
第１電動弁EV₁〜EV₃を各々介装していると共
に、前記液側主管２２には、同じく電動式の膨張
弁から成る第２電動弁EV₄を介装している。第１
電動弁EV₁〜EV₃は、暖房運転時に各利用側熱交
換器３の出口側の高圧液冷媒の過熱度を、冷房運
転時に吸入ガス冷媒の過熱度を調節するものであ
り、又、第２電動弁EV₄は、暖房運転時に吸入ガ
ス冷媒の過熱度を、冷房運転時に高圧液冷媒の過
冷却度を調節するものである。

ここで本発明では暖房運転を問題とするため、
熱源側熱交換器２が本発明に係る蒸発器に対応
し、第２電動弁EV₄が本発明に係る過熱度制御用
の膨張弁EVに対応している。

以下、暖房運転に限定して説明する。

第２電動弁EV₄による過熱度制御は、圧縮機１
の吸入ガス管６に付設し、吸入ガス冷媒温度が検
出する第１温度検出器７と、受液器４及び吸入ガ
ス管６間を結ぶ検出回路９中のキヤピリーチユー
ブ８の出口部に付設し、蒸発圧力相当飽和温度を
検出する第２温度検出器１０との各検出温度を基
に検出過熱度（SH）を演算し、この検出過熱度
が所望の設定過熱度（SH₀）になるように、その
弁開度を調整して行うようにしている。

一方、第１電動弁EV₁〜₃の弁開度の制御は、
高圧液冷媒の過冷却度を直接検出しておこなうの
ではなく、まず室内ユニツトＢの運転台数に対応
して初期設定し、（例えば１室運転においては150
パルスとし、２室運転では100パルスとし、更に
３室運転では70パルス）、その後に、各液側支管
２３に付設する各第３温度検出器２７で各高圧液
冷媒の温度を検出して、これらの検出値が等しく
なるように各電動弁EV₁〜₃の弁開度を再調節す
ることにより行つている。再調整の理由は、過冷
却度の微調整する狙いもあるが、主に各利用側熱
交換器３間での冷媒の偏流を防止するためであ
る。

第３図は、冷凍機の制御回路を示し、中央演算
処理装置１２とROM／RAMから成るメモリ１
３をもつマイクロコンピユータ１１用い、入力側
にＡ／Ｄ変換器１４を介して前記温度検出器７，
１０，２７を接続すると共に、運転スイツチ１
５、及び室内サーモスタツト１６を接続してい
る。又、出力側には、マルチプレクサー２８並び
に各駆動回路３１〜３３，１７を介して前記各電
動弁EV₁〜₃，EV₄を接続すると共に、各駆動回
路１８，３５，３６を介して圧縮機モータＭ及び
各フアンF₁，F₂を接続している。

以上の構成で、マイクロコンピユータ１１を用
い、第１図に示すように、運転開始信号の入力に
より、第２膨張弁EV₄の弁開度を、標準運転時の
開度αの約２倍程度大きいな開度2α（以下初期開
度という）に強制的に設定する初期開度設定手段
と、この初期開度設定手段による膨張弁EV₄の弁開
度設定を、過熱度検出手段による検出過熱度
（SH）が設定過熱度（SH₀）を一旦上回り再びこ
の設定過熱度（SH₀）以下に減少し、その後、検
出過熱度（SH）の変化が小さくなつて安定化し
た時点で解除する解除手段と、この解除手段による初期弁開度設定の解除後、
検出過熱度（SH）が設定過熱度（SH₀）を越え
て通常の過熱度制御に移行させるまでの間、膨張
弁EV₄の弁開度を段階的に絞るステツプ制御手段
とを設ける。

具体的には、マイクロコンピユータ１１に組み
込むプログラムにより構築するものであり、以下
第４図及び第５図のフローチヤートに基づいて説
明する。

電源投入により、全電動弁EV₁〜₄が閉鎖され、
膨張弁開度のゼロ点調節を行う（ステツプ100、
以下ステツプの語を適宜略す）。

次に、室内側の運転スイツチ１５、サーモスタ
ツト１６の信号を読み取り（101）、運転か停止か
を判断し（102）、運転ならば、更に運転開始か継
続運転かを判断し（103）、運転開始であれば、第
２電動弁EV₄の弁開度を初期開度（2α；例えば、
標準運転時の開度170パルス分に対し350パルス
分）に設定すると共に第１電動弁EV₁〜₃の弁開
度をそれぞれ運転室300パルス分、停止室120パル
ス分に設定し（104）、圧縮機１を駆動する
（105）。そして、３分間、各電動弁開度を保持し
たまま運転を継続する（106）。尚、ステツプ102
で停止であると判断されれば、運転停止または運
転待機を指示するステツプ112に進み、又、ステ
ツプ103で継続運転であると判断されれば、ステ
ツプ104、105を飛ばしてステツプ106に進む。

そして、３分が経過すると各温度検出器７，１
０からそれぞれ吸入ガス冷媒温度、蒸発圧力相当
飽和温度を読み取り（107）、これらの温度を基に
検出過熱度（SH）並びに設定過熱度（SH₀）と
の偏差値（Ｅ＝SH₀−SH）を算出する（120）。
尚、運転開始後３分間は過熱度を算出しない理由
は、この間は過熱度を検出しても、その値が極め
て不安定で信頼性に乏しいこと等による。

次に、ステツプ121で通常の過熱度制御つまり
後述のPID制御が行われているか否かを判定し、
運転当初は未だPID制御されていないためステツ
プ制御側が選択される（122）。

そして、偏差値（Ｅ：初回データ＝E₀）が既
に読み込まれているか否かを判定し（123）、初回
のサンプリング時は読み込まれていないのでステ
ツプ124に進み、偏差値E₀を読み込んだ後、ステ
ツプ101に復帰し、次のサンプリングで再びステ
ツプ123に到達すると、今度は「YES」と判断さ
れ、ステツプ125に進み、その時の偏差値（E₁）
を読み込み（126）、更に、同様にして、次のサン
プリング時にステツプ125を経て、ステツプ127で
その時の偏差値（E₂）を読み込む。

３回のサンプリングを経ると、前々回の偏差値
（E₀）、前回の偏差値（E₁）、今回の偏差値（E₂）
全てが読み込まれているから、ステツプ128に進
み、３つの偏差値（E₀〜E₂）を基に過熱度が安
定したか否か、つまり｜E₀−E₁｜、｜E₁−E₂｜、
｜E₀−E₂｜＜1.5℃で安定か又はこれを逸脱して
いて安定でないかを判断する。

ここで、実験的究明により明らかとした過熱度
の変化状態を第６図に基づいて説明する。運転開
始時は、液冷媒が室内よりも低温の室外のアキユ
ムレータ５等に貯留されているため、過熱度は零
（飽和状態）となつている（状態〜）。そし
て、運転開始により、アキユムレータ５の寝込み
冷媒が圧縮機１に吸入されていく一方、圧縮機１
から吐出されたガス冷媒は、利用側熱交換器３の
みならず連絡配管Ｃ及び室内側冷媒配管が低温と
なつているので、室内ユニツトＢ側に順次滞留し
ていき、冷媒が室内ユニツトＢ側に偏り、吸入ガ
ス冷媒の過熱度が上昇していき、設定過熱度
（SH₀）より大きくなる（状態〜）。やがて、
運転の継続により凝縮圧力が上昇し、利用側熱交
換器３に滞留していた液冷媒が再びアキユムレー
タ５側に徐々に還流されていき、過熱度が再び低
下していく（状態〜）。

こうして、運転回転初期には、過熱度（SH）
が一旦上昇し、再び減少して零（飽和）に向かう
という変化を示し、このため、偏差値(E)は安定化
せず、従つて、ステツプ128からステツプ129に進
み、E₀にE₁を、E₁にE₂を代入して更新し、次の
サンプリングでE₂を読み込むという処理を繰り
返す（127）。

そして、検出過熱度（SH）の変化が小さくな
り、第６図〜の過熱度零の飽和の状態になる
と、ステツプ128で偏差値が安定したと判定され
てステツプ130に進み、検出過熱度（SH）が設定
過熱度（SH₀）より小で偏差値（E₂）がプラスで
あると判定されると、ここに、初めて初期弁開度
設定を解除し、第２電動弁EV₄の開度を20パルス
分閉鎖側に調節してステツプ制御を実行し
（131）、順次、段階的に第２電動弁EV₄の弁開度
を絞つていく。

こうして、やがて検出過熱度（SH）が設定過
熱度（SH₀）を越え、ステツプ130で偏差値（E₂）
がプラスでない判断されると（第６図の状態）、
その時の第２電動弁EV₂が初期開度か否か判断さ
れ、すでに初期開度でないので「NO」と判断さ
れてステツプ132に進み、ステツプ制御を解除し、
第１電動弁EV₁〜₃の弁開度を再設定して（１室
運転；250パルス、２室運転；200パルス、３室運
転；150パルス）、通常のPID制御に移行する。

このPID制御は、約20秒毎にサンプリングされ
る偏差値の３回分（E₀，E₁，E₂）を基に、下記
の式に基づいて第２電動弁EV₄の変更弁開度を設
定するようにしている。

変更弁開度＝Ａ×（E1−E2）＋Ｂ×E2＋Ｃ×（E2−２×E1＋E0）（但し、Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ係数である。）このPID制御は第５図に示す通りであつて、そ
の時の偏差値E₂を読み込み（134）、前記した変
更弁開度計算式により第２電動弁EV₄の変更弁開
度を算出し（135）、弁開度を変更するのである
（130）。

この後、第１電動弁EV₁〜₃も同様にして、各
弁毎にフイードバツク制御するのであつて、制御
式変更弁開度＝Ｄ×E′（Ｄ；係数）で変更弁開度を算出し、これに基づいて前記第１
電動弁EV₁〜₃を調節する（ステツプ136′〜144）。

尚、E′は、第３温度検出器２７で検出した凝縮
液冷媒の温度（t₁〜₃）の平均値（t₀）と前記各電
動弁EV₁〜₃に対応する検出温度（t₁〜₃）との各
差（偏差値）を、また、E₀′〜E₂′は連結した３回
のサンプリング時の各偏差値を示している。

（発明の効果）以上のように、本願発明では、暖房運転の開始
当初、膨張弁EVの弁回度を大きくして低温室外
に溜る冷媒を多量に室内に送り込み、一旦検出過
熱度が設定過熱度を上回り、室外から室内に供給
する冷媒量が少なくなつた後に、室内から室外に
冷媒が戻つてきて検出過熱度が再び設定過熱度以
下に減少して湿り気味となり、更に、ここで初期
弁開度を直ちに解除するのではなく、検出過熱度
が一層減少して零近くの飽和状態で安定となつた
時点で、初めて大開度とした初期弁開度を解除す
るから、運転開始から早期に室外に溜る冷媒の多
くを室内に一巡させて戻すことができ、系内の冷
媒分布の不均衡をできるだけ早期に是正する前準
備が良好に行えるのであり、しかも、この検出過
熱度が零近くの飽和状態で安定して初期弁開度を
解除した後も直ちに通常制御に移行するのではな
く、膨張弁EVの弁開度を段階的に絞つていくス
テツプ制御を経るものであるから、急激に弁開度
を絞つてしまうことがなく、通常時の弁開度に
徐々に近付けることができ、二巡目移行に室内側
に向けて供給する冷媒循環量を適正に調節するこ
とができるのであつて、全体として系内の冷媒を
確実且つ迅速に適正化することができ、運転の立
ち上げを良好に改善することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は冷
媒回路図、第３図は制御回路図、第４図及び第５
図はマイクロコンピユータに組み込むプログラム
のフローチヤート、第６図は運転状態を示す説明
図、第７図は従来技術の冷媒回路図である。２……熱源側熱交換器（蒸発器）、EV……過熱
度制御用の膨張弁、EV₄……第２電動弁。

Claims

【特許請求の範囲】１蒸発器２の入口側に設ける開度調整可能な電
動式の膨張弁EVと、該蒸発器２の出口側冷媒の
過熱度を検出する過熱度検出手段と、該検出手段
の出力を基に前記膨張弁EVの弁開度を前記出口
側冷媒の過熱度が設定過熱度に成るように制御す
る制御手段とを備える冷凍機において、運転開始信号の入力により前記膨張弁EVの弁
開度を、標準運転時の開度よりも大きな開度に強
制的に設定する初期開度設定手段と、この初期開度設定手段による前記膨張弁EVの
弁開度設定を、前記過熱度検出手段による検出過
熱度が前記設定過熱度を一旦上回り、再びこの設
定過熱度以下に減少し、その後、前記検出過熱度
の変化が小さくなつて安定化した時点で解除する
解除手段と、この解除手段による初期弁開度設定の解除後、
前記検出過熱度が設定過熱度を越えて通常の過熱
度制御に移行させるまでの間、前記膨張弁EVの
弁開度を段階的に絞るステツプ制御手段とを備えたことを特徴とする電動式の膨張弁を備え
た冷凍機。