JPH0694954B2

JPH0694954B2 - 冷凍装置の過熱度制御装置

Info

Publication number: JPH0694954B2
Application number: JP63167454A
Authority: JP
Inventors: 修田中
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1988-07-05
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH0217358A

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制御等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。

さらに、特開昭60−188761号公報に開示されるごとく、
過熱度が設定値になるように電動膨張弁の開度をPI制御
する一方、過熱度が設定値に達すると、一時的に電動膨
張弁の開度を強制的に開いて過熱度の過上昇を防止する
ことにより、インジェクション回路を不要とするように
した冷凍装置がある。

（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。

また、上記公報の技術でも、膨張弁の開度を過熱度とそ
の制御目標値との差に応じてPI制御しているので、過熱
度が制御目標値に付近くとその差は極めて僅かとなり、
PI制御によって過熱度がそれほど早く上昇することがな
い。したがって、圧縮機への液バックを防止することを
考慮すると、このような開度を強制的に大きく設定する
時間は一時的なものでそれほど長く設定することができ
ない。したがって、冷媒をできる限り湿り側に維持して
冷凍能力を高く発揮することは困難であった。

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
段を講ずることにより、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と制御目標値との
過熱度差に応じ、過熱度差が大きいほど開度の変更量を
大きくするよう上記電動膨張弁（13又は８）の開度を制
御する開度制御手段（52）とを設けるとともに、上記過
熱度が制御目標値よりも小さく設定された設定値を越え
たか否かを判別する判別手段（53）と、該判別手段（5
3）の出力を受け、過熱度が上記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）の開度をそのときの
開度よりも所定割合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
制御目標値に近付くように電動膨張弁（13）の開度が制
御され、空調空間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（54）
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。さらに、一定時間経過後は、再
び開度制御手段（52）による制御が行われるが、制御目
標値が設定値よりも大きく設定されているので、過熱度
が小さくなっている場合には電動膨張弁（13又は８）の
開度の絞り幅が大きくなり、過熱度が速やかに上昇す
る。したがって、開度強制設定手段（54）による開度の
強制設定時間をかなり長くしても圧縮機（１）への液バ
ックを確実に防止することが可能となる。よって、冷媒
状態が湿り側に維持され、蒸発器（12又は６）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、（Ｂ）〜
（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30〜70Hz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（1
b）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、（TH1）…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）（12）…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、（TH
4）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セ
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、（P1）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、（21）は吐出管
（11a）と吸入管（11b）とを接続する均圧ホットガスバ
イパス回路（11d）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（TP1）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、（PS1）は圧縮機保護用の高圧圧力開閉器、（S
P）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、単相交流源を
受けて各リレー端子（RY₁）〜（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
（TH1）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、室内制御ユニット（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（TH1）および温度センサー（TH2），（TH
3）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（RCS）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（16
a）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（13）、室内ファン（12
a）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脹弁（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10Hz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T_OF＝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T_OF＝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＝K₁・Ta,最小開度値Amin＝K₂・As（K₁,
K₂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T_OF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Ev_Ｍよりも
大きいか否かを判別し、Ev＞Ev_ＭのYESであればステッ
プS₆でEv＝Ev_Ｍとして、Ev＞Ev_Ｍ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TM₂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Sh＝T₃−T₂（ただし、T₂,T₃は上記温度センサ（T
H₂），（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S₁₀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S
₁₁に進んでタイマカウントTM₁を「０」に設定する。そ
して、ステップS₁₂でサーモフラグT_OF＝１としてから、
ステップS₁₃で、室内電動膨張弁（13）の開度Evの変化
幅ΔEvをΔEv＝K₄・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S₁₀に
おける判別がSh＞５でないNOに変化すると、ステップS
₁₄に移行して、サーモフラグT_OFが「１」か否かを判別
し、YESであればステップS₁₅に進んでタイマカウントTM
₁のカウント値TM₁を入力した後、ステップS₁₆でタイマ
カウントTM₁が10分に達したか否かを判別する。そし
て、TM₁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TM₁が10分に達するとステ
ップS₁₈がサーモフラグT_OFを「０」に変更して、ステッ
プS₁₉で、ΔEv＝（Sh−６）・K₃（K₃は定数）と設定す
る。また、上記ステップS₁₄における判別でサーモフラ
グT_OFが「１」でないNOの時にも、ステップS₁₉に移行す
る。ここで、ステップS₁₉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S₁₃,S₁₇,S₁₉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S₂₀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Ev＝Ev＋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S₁₉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S₁₀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（５℃）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S₁₃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（Ev_Ｍ）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ックを生ずること
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（つまり湿
り側）に移行してしまうこともなく、過熱度Shが直ぐに
上昇して適正な制御範囲に復帰することになる。よっ
て、過熱度Shの過低下（湿り過ぎ）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。また、このように迅速な過熱
度の上昇が保証されることで、開度の強制設定時間を上
記実施例のごとく10分間という長い時間に設定すること
が可能となる。

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、液バッ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（TH2）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、一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
膨張弁開度を過熱度が制御目標値になるように調節して
蒸発器における過熱度制御を行うに際し、電動膨張弁開
度が制御目標値よりも小さい設定値を越えた時には、開
度をそのときの開度の所定割合だけ大きくするよう変更
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正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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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と制御目
標値との過熱度差に応じ、過熱度差が大きいほど開度の
変更量を大きくするよう上記電動膨張弁（13又は８）の
開度を制御する開度制御手段（52）とを備えるととも
に、上記過熱度が制御目標値よりも小さく設定された設
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、過熱度が上記設定値を越え
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）の開度をそ
のときの開度よりも所定割合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。