JPH07103579A - スーパーヒート制御装置を備えた冷却システム - Google Patents

スーパーヒート制御装置を備えた冷却システム

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JPH07103579A
JPH07103579A JP27772893A JP27772893A JPH07103579A JP H07103579 A JPH07103579 A JP H07103579A JP 27772893 A JP27772893 A JP 27772893A JP 27772893 A JP27772893 A JP 27772893A JP H07103579 A JPH07103579 A JP H07103579A
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Yoshiaki Himura
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/21Refrigerant outlet evaporator temperature

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スーパーヒート制御装置を備えた冷却システ
ムにおいて、スーパーヒートのハンチングの発生及びミ
ストバックを正確に検知する。 【構成】 スーパーヒート制御装置に、被冷却物の温度
と冷媒温度と蒸発温度との関数である伝熱面積指数と、
同伝熱面積指数とこれの逆数との差で定義されるスーパ
ーヒート指数とを算出する演算部を内蔵し、スーパーヒ
ート指数の変化及び大きさを検出して、ミストバックの
発生状態を正確に検知する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、膨張弁で減圧した冷媒
をクーラー内で蒸発させて被冷却物を冷却する冷却シス
テムに係り、特にスーパーヒート制御装置を備えた冷却
システムに関する。
【0002】膨張弁で減圧された冷媒をクーラーに送出
して蒸発させ、空気等の被冷却物を冷却する冷却システ
ムにおいては、通常クーラー出口のガス状冷媒の温度と
圧力を検出して膨張弁の開度を制御するスーパーヒート
制御が採用されている。
【0003】かかるスーパーヒート制御においては制御
系の入力条件、クーラーの構造やディストリビュータの
分配能力、膨張弁の大きさ等に一定の条件が整うと、制
御系の出力が自励振動を起こす、いわゆるハンチング現
象の発生をみることが多々ある。
【0004】スーパーヒート制御装置においては、この
ハンチング現象は、スーパーヒート即ち冷媒のクーラー
出口温度Tgと冷媒の蒸発温度Teとの温度差(Tg−
Te)の自励振動として現れる。また、このスーパーヒ
ートが小さくなると冷媒の系路中におけるミストバック
(又は液バック)が発生する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、スーパーヒー
トのトレンドを正確に検知できれば、ハンチングやミス
トバックの発生を確実に防止できることとなる。従来の
システムにおいてはスーパーヒートそのものを検知し、
そのトレンドからハンチング又はミストバックの発生の
有無を判定していたがスーパーヒートのゲインそのもの
が小さいため、ハンチング又はミストバックの発生を正
確に検知できないことが多々あり、これによりハンチン
グの増幅、ミストバックの増大を招いていた。
【0006】本発明の目的は、スーパーヒートの判定に
新しい指標を導入することにより、スーパーヒート制御
系のハンチング及び冷媒系路中におけるミストバックの
発生を正確に検知できハンチングの発生を未然に防止で
きるスーパーヒート制御装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、スーパーヒー
トのハンチング又はミストバックの発生を正確に検知す
る指標を得る手段として、 1)クーラー入口の被冷却物(空気等)温度の検出値Tr
と冷媒の蒸発温度検出値Teとの温度差(Tr−Te)
と、前記Trと冷媒のクーラー出口温度の検出値Tgと
の温度差(Tr−Tg)との比の対数で定義される伝熱
面積指数Sを検算する伝熱面積指数演算部。 2)前記伝熱面積指数Sと、これの逆数との差で定義され
るスーパーヒート指数Jを演算するスーパーヒート指数
演算部。 3)前記スーパーヒート指数Jに基づきミストバックの有
無を判定するミストバック検出部を夫々設け、前記スー
パーヒート指数Jに基づき膨張弁の開度を制御するよう
に構成したことを特徴としている。
【0008】また本発明は、前記ミストバック検出部
を、前記伝熱面積指数Sがゼロ(0)またはゼロに近づ
いたときミストバックが発生していると判定するように
構成したことを第2の特徴としている。
【0009】
【作用】
クーラー入口の被冷却物温度:Tr 冷媒の蒸発温度:Te クーラー出口の冷媒温度:Tg を夫々検知して伝熱面積指数演算部に入力し、ここで伝
熱指数 S=log {(Tr−Te)/(Tr−Tg)} (1) とを検算する。
【0010】この出力Sはスーパーヒート指数演算部と
ミストバック検出部に入力され、スーパーヒート指数演
算部では、前記Sよりスーパーヒート指数 J=S−(1/S) (2) を演算する。
【0011】ミストバック検出部においては、前記スー
パーヒート指数Jとミストバック発生限界のスーパーヒ
ート指数Joとを比較し、ミストバック発生の有無を検
出する。
【0012】膨張弁開度制御装置においては、前記スー
パーヒート指数J及びミストバック検出部からの判定信
号に基づき膨張弁の開度を制御する。
【0013】さらに第2発明においてはミストバック検
出部において、伝熱面積指数Sがゼロ(0)またはゼロ
に近づいたときミストバックが発生しているものと判定
し、その判定信号を膨張弁開度制御部に送り、膨張弁の
開度をハンチング及びミストバックの発生のない適切な
値に保持する。
【0014】
【実施例】以下図1〜図3を参照して本発明の実施例に
つき詳細に説明する。但し、この実施例に記載されてい
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特
に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれ
に限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【0015】図1は本発明に係るスーパーヒート制御装
置を備えた冷却システムのハード構成図、図2はスーパ
ーヒート制御装置のブロック図である。
【0016】図1において、1はクーラー、1aは同ク
ーラーの冷却コイル、2は膨張弁であり、同膨張弁2に
て減圧された冷媒が前記クーラー1の冷却コイル1aに
送給される。
【0017】3はスーパーヒート制御装置、4はクーラ
ー出口の冷媒温度を検出する冷媒ガス温度検出器、5は
クーラー出口の冷媒ガス圧力を検出する圧力検出器、6
はクーラー入口の冷媒温度を検出する冷媒入口温度検出
器、7は前記スーパーヒート制御装置3と膨張弁2とを
接続する制御回路、8は冷媒ガス温度の検出回路、9は
圧力の検出回路、10は冷媒入口温度の検出回線、11
は空気(被冷却物)のクーラー入口温度を検出する空気
温度検出器、12はその検出回路である。
【0018】前記膨張弁2にて減圧された液状の冷媒は
クーラー1の冷却コイル1a内を流れて空気等の被冷却
物11から熱を奪いながら蒸発してガス化し、冷却コイ
ル1aの最下部より外部へ送出される。
【0019】前記冷媒ガス温度検出器4により検出され
たクーラーの冷却コイル出口の冷媒ガス温度Tgは、検
出回線8を介してスーパーヒート制御装置3に入力さ
れ、また圧力検出器5にて検出された冷媒圧力PO(ガ
ス化された冷媒の圧力)は検出回線9を介してスーパー
ヒート制御装置3に入力される。尚、必要に応じて温度
検出器6によりクーラー入口の冷媒温度Tlを検出し、
スーパーヒート制御装置3に入力する。
【0020】さらに、空気温度検出器11により検出さ
れた被冷却物である空気のクーラー入口温度Trは検出
回路12を介してスーパーヒート制御装置3に入力され
る。そして、検出された前記冷媒圧力POを蒸発温度検
算部(後述)にて飽和温度に変換してこれを蒸発温度T
eとし、この2つの温度差Tg−Teからスーパーヒー
トの検出がなされる。
【0021】尚、冷媒の蒸発温度を検知する手段とし
て、冷却コイル1a中の適当な場所に温度検出器を放置
し、この検出温度を用いる手段もある。
【0022】前記スーパーヒート制御装置3において
は、冷媒温度及び圧力の検出信号を用いて図2に示すよ
うな制御を行い、その出力信号即ち膨張弁2の開度の制
御信号を回線7を介して膨張弁2に伝送する。
【0023】図2において、前記スーパーヒート制御装
置3は、伝熱面積指数演算部31、蒸発温度演算部3
2、スーパーヒート指数演算部33、ミストバック検出
部34、基準値設定部35及び膨張弁開度制御部36よ
りなる。
【0024】蒸発温度演算部32は、検出された冷媒圧
力POを飽和温度に変換してこれを蒸発温度Teとして
出力する。
【0025】伝熱指数演算部31には、クーラー入口の
空気温度の検出信号Tr、クーラー出口の冷媒ガス温度
の検出信号Tg及び前記蒸発温度Teが入力され、次の
式により伝熱面積指数Sを検算する。 S=log {(Tr−Te)/(Tr−Tg)} (1) 尚上記式の算出根拠については後述する。
【0026】スーパーヒート指数演算部33は、前記伝
熱面積指数演算部31から入力される前記式(1)にて
算出した伝熱面積指数Sに基づき次の式によりスーパー
ヒート指数Jを演算する。 J=S−(1/S) (2)
【0027】基準値設定部35には、ミストバック(又
は液バック)が発生する最小のスーパーヒート指数Jo
が設定されている。ミストバック検出部34には、前記
伝熱面積指数S及びスーパーヒート指数Jが入力され、
このスーパーヒート指数の検出値Jと前記設定値Joと
を比較し、冷媒系統においてJ≦Joのとき、ミストバ
ックが発生しているものと判定する。
【0028】膨張弁開度制御部36は通常のPID(比
例積分、微分)制御を行うもので、前記スーパーヒート
指数の検出値J及びミストバック検出部34からのミス
トバック有無の判定信号が入力される。同制御部36
は、スーパーヒート指数Jの変動幅がハンチングを起こ
さない一定値以下になるように膨張弁2の開度を制御
し、またミストバック検出部からのミストバックの有無
の判定信号を受けてミストバックの発生状態にあるとき
はスーパーヒートが大きくなるように膨張弁2の開度を
制御する。また、前記スーパーヒート指数Jの変動、J
=J(K)−J(K−1)に比例した膨張弁開度を加え
ることにより、ミストバック防止効果をさらに向上せし
めることができる。
【0029】次に前記のように構成されたスーパーヒー
ト制御装置を備えた冷却システムの動作を説明する。
【0030】先ず、伝熱面積指数演算部31及びスーパ
ーヒート指数演算部33における伝熱面積指数S及びス
ーパーヒート指数Jの算出根拠につき説明する。
【0031】クーラー1を濡れ部分と乾燥(ドライ)部
分とに分け、 Tr=クーラー入口の空気温度 Tr1 =ドライ部分出口の空気温度 Tg=クーラー出口冷媒ガス温度 Te=蒸発温度 So=ドライ部の伝熱面積 K=ドライ部の総括熱伝達率 C=単位時間に流れるガス冷媒の熱容量 とすると、クーラーでの熱交換量Qは、
【数1】 ここで(Tr−Tr1)≒0であるのでTr=Tr1
し、一方前記Qは次式でも表わし得るから、 Q=C(Tg−Te) (4) (3)、(4)式より、
【数2】 従って、
【数3】
【0032】前記伝熱面積Soがゼロ(0)になるかゼ
ロに近づくとミストバック(または液バック)が発生す
る。また前記Soが過大になるとシステムの効率の低下
を招く。
【0033】前記C/Kはクーラーにより定まる定数で
あるので、 S=log {(Tr−Te)/(Tr−Tg)} (1) を伝熱面積指数と定義する。
【0034】さらに、前記伝熱面積指数Sを用いた指数
Jを、 J=S−(1/S) (2) とすれば、このJはSが大きいときはJ=Sとなり、S
が小さいときは、J=−1/Sとなる。従って前記J
は、適正なスーパーヒートを得るための的確な指標とな
り、これをスーパーヒート指数と定義する。
【0035】前記伝熱面積指数演算部31においては、
空気温度の検出信号Tr、クーラー出口の冷媒ガス温度
の検出信号Tg及び蒸発温度演算部32から入力される
蒸発温度Teを用いて、前記(1)式により伝熱面積指
数Sを算出する。
【0036】さらに前記スーパーヒート指数演算部33
においては、前記伝熱面積指数Sの算出値に基づき前記
(2)式によりスーパーヒート指数Jを算出する。この
スーパーヒート指数Jは、スーパーヒートを増幅した形
で表わされるので、この指数によりスーパーヒートの大
きさ及び変動幅を正確に把握することができる。
【0037】即ち、図3は実機運転によるスーパーヒー
トの測定結果を示すトレンドに、前記のようにして算出
したスーパーヒート指数Jをトレンド曲線として示した
ものであるが、図に明らかなように、スーパーヒート指
数Jはスーパーヒートの測定値の変動を一定比率で増幅
した形になっていることがわかる。つまり、前記スーパ
ーヒート指数Jの変動は、スーパーヒートの変動を増幅
した形で明確に表わしており、このJをスーパーヒート
に代えて膨張弁の制御に使用することが可能となる。
【0038】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、スーパー
ヒート指数を導入しこれにより冷却システムにおけるミ
ストバックの検出及び膨張弁開度の制御を行うようにし
たので、スーパーヒート制御系のハンチングの発生及び
ミストバックの発生状況を正確に検知することができ、
ハンチングの発生を防止し得るスーパーヒート制御装置
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るスーパーヒート制御装置
を備えた冷却システムのハード構成図。
【図2】本発明の実施例に係るスーパーヒート制御装置
のブロック図。
【図3】本発明の実施例に係る冷却システム制御系のト
レンド図。
【符号の説明】
1 クーラー 2 膨張弁 3 スーパーヒート制御装置 4 冷媒出口温度検出器 5 冷媒圧力度検出器 6 冷媒入口温度検出器 11 空気温度検出器 31 伝熱面積指数演算部 32 蒸発温度演算部 33 スーパーヒート指数演算部 34 ミストバック検出部 36 膨張弁開度制御部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷媒を減圧する膨張弁と、該膨張弁から
    送られた冷媒により空気等の被冷却物を冷却するクーラ
    ーとを備えた冷却システムにおいて、前記クーラー入口
    の被冷却物温度の検出値(Tr)と前記冷媒の蒸発温度
    の検出値(Te)との温度差と、前記(Tr)と前記冷
    媒のクーラー出口温度の検出値(Tg)との温度差との
    比の対数で定義される伝熱面積指数(S)を演算する伝
    熱面積指数演算部と、前記伝熱面積指数(S)とこれの
    逆数との差で定義されるスーパーヒート指数(J)を演
    算するスーパーヒート指数演算部と、前記スーパーヒー
    ト指数(J)の算出値とミストバック発生限界のスーパ
    ーヒート指数基準値とを比較してミストバックの発生の
    有無を判定するミストバック検出部と、前記スーパーヒ
    ート指数演算部及びミストバック検出部からの出力信号
    により膨張弁の開度を制御する膨張弁開度制御部とを備
    えたことを特徴とするスーパーヒート制御装置を備えた
    冷却システム。
  2. 【請求項2】 前記ミストバック検出部が、前記伝熱面
    積指数(S)がゼロ(0)またはゼロに近づいたときミ
    ストバックが発生したものと判定するように構成された
    ことを特徴とする請求項1記載のスーパーヒート制御装
    置を備えた冷却システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008080436A1 (en) * 2007-01-04 2008-07-10 Carrier Corporation Superheat control for refrigeration circuit
WO2015090481A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-25 Cvh Group Bv A heat pump system

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