JPH0810097B2 - 冷凍装置の運転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、蓄熱槽を備えた冷凍装置の運転制御装置に
係り、特に冷房運転及び蓄冷熱運転の同時運転時におけ
る蒸発器の凍結を防止するようにしたものの改良に関す
る。

（従来の技術） 従来より、例えば特開昭62−119348号公報に開示され
る如く、第５図に示すように、空気調和装置の冷房運転
時に、利用側熱交換器の液管温度T_Lが所定値T_L1（通
常、−７℃程度の値）よりも低い状態が所定時間T
_M1（例えば10分程度の時間）継続すると、利用側熱交換
器において凍結の虞れがあると判断して、利用側熱交換
器への冷媒の流通を阻止する等、熱交換量を減少させる
ことにより、利用側熱交換器の着霜を融解させて利用側
熱交換器の凍結を防止しようとするものは公知の技術で
ある。

（発明が解決しようとする課題） 以上のような凍結防止運転により、利用側熱交換器の
凍結に起因する水洩れ等の事故を有効に解消することが
できる。

ところで、特に、冷媒回路の冷媒との熱交換により蓄
冷熱するための蓄熱槽を配置した蓄熱式空気調和装置に
おいて、室内側では冷房運転をしながら蓄熱槽の蓄熱コ
イルでも同時に冷媒を蒸発させて冷熱を蓄えるよう運転
する冷房及び蓄冷熱同時運転を行う場合がある。

かかる場合に、上記従来の制御装置を利用すると、利
用側熱交換器で凍結して熱交換量が減少しても蓄熱槽側
では蓄冷熱（例えば、製氷運転）を行っているため、全
体としての熱交換量は減少せず、第６図に示すように、
液管温度T_Lは利用側熱交換器の凍結如何に拘らず上記第
５図の設定値T_L1よりも高い値（例えば−１℃程度の
値）に維持されることになる。したがって、このままで
は凍結防止運転を行うことができず、凍結防止運転を行
うには設定値T_L1をある程度高い値（例えば−１℃より
も１〜２℃高い値）に設定せざるを得なくなる。しかる
に、そのような高い設定値T_L1を設けると、第７図に示
すように、凍結状態を判定する所定時間（10分程度）だ
け通常運転を行った後、一定時間（例えば15〜16分程度
の時間）凍結防止運転を行うような頻繁に凍結防止運転
を行うサイクルを繰返すことになる。その結果、通常こ
のような判定のための所定時間T_M1は短く設定されてい
ることから、凍結防止運転を行っている時間の方が長く
なって、通常冷房運転時における空調感を損ねてしまう
という問題があった。

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、蒸発器として機能する利用側熱交換器及び蓄熱
コイルの同時蒸発運転時に、各蒸発器で共通の冷媒状態
量に基づき凍結防止運転を行うことにより、空調感の悪
化を招くことなく凍結防止運転を行うことにある。

（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）と、室外熱交換器（３）
と、利用側熱交換器（７）及びその減圧機構（６）と、
冷媒との熱交換をにより蓄冷熱可能な蓄熱媒体を収納す
る蓄熱槽（11）と、上記蓄熱媒体との熱交換を行なうた
めの蓄熱コイル（12）及びその減圧機構（14）とを備え
るとともに、上記圧縮機（１），室外熱交換器（３），
減圧機構（６）及び利用側熱交換器（７）を順次接続す
る冷媒回路（10）と、該冷媒回路（10）の液ラインとガ
スラインとの間を上記減圧機構（14）及び蓄熱コイル
（12）を介して接続する分岐管とを備え、蓄熱式空気調
和装置として構成された冷凍装置を前提とする。

そして、冷凍装置の運転制御装置として、上記主冷媒
配管（９）の圧縮機（１）吸入管側に配置され、冷媒の
蒸発圧力相当飽和温度を検出する飽和温度検出手段（S
p）と、利用側熱交換器（７）における冷媒の蒸発温度
を検出する蒸発温度検出手段（Thl）と、利用側熱交換
器（７）のみで冷媒が蒸発する通常冷房運転時、上記蒸
発温度検出手段（Thl）の出力に応じて、利用側熱交換
器（７）における蒸発温度が所定の蒸発温度設定値より
も低い状態が所定時間継続すると、利用側熱交換器
（７）において凍結防止運転を行う通常冷房制御手段
（52）と、上記利用側熱交換器（７）における冷房運転
と蓄熱コイル（12）における蓄冷運転とを同時に行なう
蓄冷熱及び冷房同時運転時、上記飽和温度検出手段（S
p）の出力を受け、冷媒の蒸発圧力相当飽和温度が上記
蒸発温度設定値よりも所定温度だけ高く設定された飽和
温度設定値よりも低い状態が所定時間継続すると、一定
時間の間、利用側熱交換器（７）において凍結防止運転
をするよう制御する同時運転制御手段（51）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、通常冷房運転時に
は、通常冷房制御手段（52）により、利用側熱交換器
（７）の液管センサ（Thl）で検出される液管温度T_Lが
所定の蒸発温度設定値よりも低くなったときに、利用側
熱交換器（７）における凍結防止運転が行なわれる。

一方、冷房及び蓄冷熱同時運転時つまり利用側熱交換
器（７）及び蓄熱コイル（12）の同時蒸発運転時、飽和
温度検出手段（Sp）で検出される吸入側における蒸発圧
力相当飽和温度が所定の設定値よりも低くなる状態が所
定時間経過すると、同時運転制御手段（51）により、一
定時間の間、利用側熱交換器（７）において凍結防止運
転が行なわれる。

その場合、蓄冷熱及び冷房同時運転時における凍結防
止運転をするための飽和温度設定値は、通常冷房運転時
における凍結防止運転をするための蒸発温度設定値より
も所定温度だけ高く設定されているので、蓄熱式空気調
和装置における利用側熱交換器（７）と蓄熱コイル（1
1）との能力や使用条件の極端な相違にも拘らず、蓄冷
熱及び冷房同時運転時には確実に利用側交換器における
凍結を防止しながら、通常冷房運転時には頻繁な凍結防
止運転による空調感の悪化が防止されることになる。

（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図は第１実施例に係る空気調和装置の全体構成を
示し、室外ユニット（Ｘ）に対して、複数の室内ユニッ
ト（Ａ），（Ｂ），…が接続されたいわゆるマルチ形空
気調和装置である。

上記室外ユニット（Ｘ）において、（１）は圧縮機、
（２）は冷房運転時には図中実線のごとく切換わり、暖
房運転時には図中破線のごとく切換わる四路切換弁、
（３）は、冷房運転時には凝縮器として、暖房運転時に
は蒸発器として機能する熱源側熱交換器としての室外熱
交換器、（４）は冷房運転時には冷媒流量を調節し、暖
房運転時には冷媒を減圧する減圧機構として機能する室
外電動膨張弁、（５）は凝縮された液冷媒を貯溜するた
めのレシーバ、（８）は吸入冷媒中の液成分を除去する
ためのアキュムレータである。

一方、各室内ユニット（Ａ），（Ｂ），…は同一構成
を有し、（６）は冷房運転時には減圧機構として機能
し、暖房運転時には冷媒流量を調節する室内電動膨張
弁、（７）は冷房運転時には蒸発器として、暖房運転時
には凝縮器として機能する室内熱交換器である。

そして、上記各機器（１）〜（８）は冷媒配管（９）
により冷媒の流通可能に順次接続されていて、室外空気
との熱交換により得た熱を室内空気に放出するヒートポ
ンプ作用を有する主冷媒回路（10）が構成されている。

また、装置には上記主冷媒回路（10）を流れる冷媒と
の熱交換により蓄冷熱、蓄断熱をし、或いはその蓄冷
熱、蓄断熱の利用をするための蓄熱ユニット（Ｙ）が配
置されている。該蓄熱ユニット（Ｙ）において、（11）
は冷熱の蓄熱可能な蓄熱媒体たる水（Ｗ）を貯溜した蓄
熱槽、（12）は該蓄熱槽（11）内に配置され、水（Ｗ）
と冷媒との熱交換を行うための蓄熱熱交換器であって、
該蓄熱熱交換器（12）と主冷媒回路（10）の上記室外電
動膨張弁（４）−室内電動膨張弁（６）間の液ライン
（9a）との間は、第１分岐管（13a）及び第２分岐間（1
3b）により、室内電動膨張弁（６）側から順に冷媒に流
通可能に接続されている。そして、上記第１分岐管（13
a）には、水（Ｗ）に冷熱を蓄えるときに冷媒を減圧す
る蓄冷熱用減圧機構としての蓄熱電動膨張弁（14）が介
設され、上記第２分岐管（13b）には、第２分岐管（13
b）を開閉する第１開閉弁（15）が介設されている。

また、第２分岐管（13a）の上記第１開閉弁（15）−
蓄熱熱交換器（12）間の途中配管と主冷媒回路（10）の
ガスライン（9b）とは第３分岐管（13c）により冷媒の
流通可能に接続されていて、該第３分岐管（13c）に
は、分岐管（13c）を開閉する第２開閉弁（16）が介設
されている。

一方、主冷媒回路（10）の液ライン（9a）の上記第1,
第２分岐管（13a），（13b）との２つの接合部間には、
冷媒の流量を可変に調節するための流量制御弁（17）が
介設されている。

すなわち、以上の各弁（２），（４），（６）（1
4），（15），（16），（17）の開閉もしくは開度の調
節により、各運転モードに応じて冷媒の循環経路の切換
えを行うようにしている。また、装置にはセンサ類が配
置されていて、（Thw）は上記蓄熱槽（11）の水中に配
置され、水温Twを検出する水温センサ、（Tha）は室外
熱交換器（３）の空気吸込口に配置され、外気温度Taを
検出する外気温センサ、（Thi）は液ライン（9a）の第
２分岐管（13b）との接合部の冷房運転時における上流
側に配置された冷却入口センサ、（Tho）は液ライン（9
a）の第１分岐管（13a）との接合部の冷房運転時におけ
る下流側に配置された冷却出口センサ、（Thl），…は
各室内熱交換器（７），…の液管側に配置され、冷房運
転時における各室内熱交換器（７）個別の蒸発温度とし
ての液管温度Tlを検出する蒸発温度検出手段としての液
管センサ、（Ths）は吸入ライン（9d）に配置され、吸
入管温度を検出するための吸入管センサ、（Sp）はガス
ライン（9d）に配置され、暖房サイクル時には凝縮圧力
相当飽和温度としての高圧Tc、冷房サイクル時には蒸発
器として機能している各室内熱交換器（７），…及び蓄
熱熱交換器（12）の平均的な蒸発圧力相当飽和温度たる
低圧Teを検出する飽和温度検出手段としての圧力センサ
である。

通常冷房運転時には、第２図矢印に示すように、四路
切換弁（２）が図中実線のように切換わり、室外電動膨
張弁（４）、流量制御弁（17）、室内電動膨張弁
（６），…が開き、他の弁はいずれも閉じた状態で運転
が行われ、室外交換器（３）で凝縮された冷媒が主冷媒
回路（10）のみを循環し、各室内電動膨張弁（６），…
で減圧され、各室内熱交換器（７），…で蒸発して圧縮
機（１）に戻る。

そして、室内側で冷房運転を行いながら蓄熱槽（11）
に冷熱を蓄える蓄冷熱及び冷房同時運転時には、第２図
矢印に示すように、さらに、蓄熱電動膨張弁（14）及び
第２開閉弁（16）が開き、室外熱交換器（３）で凝縮さ
れた液冷媒の一部が、主冷媒回路（10）から第１分岐管
（13a）にバイパスして流れ、蓄熱電動膨張弁（14）で
減圧され、蓄熱熱交換器（12）で蒸発して圧縮機（１）
に戻るように循環する。そのとき、蓄熱熱交換器（12）
で冷媒との熱交換により、蓄熱媒体たる水（Ｗ）を製氷
し、冷熱を蓄える。

ここで、この蓄冷熱及び冷房同時運転時における制御
内容について、第３図のフローチャートに基づき説明す
るに、ステップS₁でイニシャライズし、ステップS₂で室
内のサーモオン許可運転を行いながら、ステップS₃で、
上記圧力センサ（Sp）で検出される平均的な蒸発圧力相
当飽和温度としての低圧Teが所定の飽和温度設定値Te1
［＝−2.5−（F_T−30）×0.035］（ただし、F_Tはインバ
ータ（18）の出力周波数値）よりも低いか否かを判別
し、低圧Teが飽和温度設定値Te1以上であればそのまま
室内のサーモオン許可による蓄冷熱及び冷房同時運転を
行う一方、低圧Teが飽和温度設定値Te1よりも低くなる
と、ステップS₄に移行して、タイマ１（本実施例では30
secに設定されている）をリセットする。そして、ステ
ップS₅で、低圧Teを上記飽和温度設定値第Te1よりも高
く設定された回復判定値Te2［＝0.5−（F_T−30）×0.03
5］と比較し、回復判定値Te2よりも高くなれば低圧Teが
回復したと判断して、ステップS₂に戻りタイマ１をリセ
ットする。

一方、低圧Teが回復判定値Te2よりも高く回復しない
間にステップS₆でタイマ１がタイムアップ（30sec経
過）したときには、ステップS₇でタイマ２（本実施例で
は5minに設定されている）をリセットして、ステップS₈
で全室内ユニット（Ａ），…で凍結防止のための強制サ
ーモオフ運転を行う。

すなわち、各室内電動膨張弁（６），…を閉じ、室内
ファン（図示せず）を停止させて、各室内熱交換器
（７）における熱交換量を低減させて室内熱交換器
（７），…の温度を上昇させることにより、各室内熱交
換器（７），…の凍結を防止する。そして、ステップS₉
で、タイマ２をリセットしてから5min経過して、タイマ
２がタイムアップするまで上記室内の強制サーモオフ運
転を行い、タイムアップすると、上記ステップS₂に戻っ
て、再び通常の室内サーモオン許可による蓄冷熱及び冷
房同時運転を行うようにしている。

一方、通常冷房運転時には、各室内ユニット（Ａ）〜
（Ｃ）において、第４図のフローチャートに示すような
手順で凍結防止運転が行われる。すなわち、ステップS
₁₁〜S₁₉で、上記液管センサ（Thl）で検出される各室内
熱交換器（７）の液管温度T_Lが所定の蒸発温度設定値T
_L1（例えば−７℃の値）よりも低い状態が所定時間T_M1
継続するか否かに応じて、上記第３図のステップS₁〜S₉
と同様の制御を行うようにしている。ただし、T_L2は上
記Te2に対応する回復判定値である。ここで、飽和温度
設定値Te1は、例えば圧縮機（１）の運転容量が130（H
z）のときには−６℃程度の値である。一方、蒸発温度
設定値T_L1は上記のように−７℃程度の値であり、液冷
媒温度で比較すると、蒸発温度設定値T_L1は飽和温度設
定値Telよりもかなり低い値に設定されている。

上記フローにおいて、ステップS₈により、蓄冷熱及び
冷房同時運転時、圧力センサ（飽和温度検出手段）（S
p）の出力に応じ、蒸発圧力相当飽和温度Teが所定の飽
和温度設定値Te1よりも低い状態が所定時間継続する
と、一定時間の間、利用側熱交換器（７）において凍結
防止運転をするよう制御する同時運転制御手段（51）が
構成され、ステップS₁₈により、蓄熱式空気調和装置の
通常冷房運転時、液管センサ（蒸発温度検出手段）（Th
l），…の出力に応じて、各利用側熱交換器（７），…
における液管温度（蒸発温度）T_Lが所定の蒸発温度設定
値（下限値）T_L1よりも低くなると、当該利用側熱交換
器（７）において凍結防止運転を行う通常冷房制御手段
（52）が構成されている。

したがって、各室内ユニット（Ａ）〜（Ｃ）における
同時冷房運転時、圧力センサ（平均蒸発温度検出手段）
（Sp）で検出される主冷媒配管（９）の吸入ラインにお
ける冷媒の蒸発圧力相当飽和温度Teが所定の飽和温度設
定値Te1よりも低い状態が所定時間継続すると、同時運
転制御手段（51）により、一定時間の間、各室内熱交換
器（蒸発器）（７），…において凍結防止運転をするよ
う制御される。

ここで、従来のように、各室内熱交換器（７），…個
別に液管温度等から冷媒の蒸発温度を検知し、その温度
が凍結の生じる設定値になると凍結防止運転をするよう
にしたものでは、各室内熱交換器（７），…に配置され
るサーミスタの特性や指示値にバラツキがあるため、そ
れらの誤差が集積されて、信頼性を損ねる虞れがある。
それに対し、本実施例では、精度の高い圧力センサで吸
入ラインにおける冷媒の蒸発圧力相当飽和温度Teを検出
し、その値に応じて全室内熱交換器（７），…で一律に
凍結防止運転を行うようにしているので、そのような誤
差の集積はなく、よって、信頼性の向上を図ることがで
きる。

また、室内熱交換器（７）で冷房運転を行いながら、
蓄熱コイル（12）で冷媒を蒸発させて蓄熱槽（11）内を
製氷等の蓄冷熱を行う蓄冷熱及び冷房同時運転時、運転
制御手段（51）により、圧力センサ（Sp）で検知される
蒸発圧力相当飽和温度Teが所定の設定値Te1よりも低い
ときには、室内熱交換器（７）において凍結防止運転を
するように制御される。

したがって、このような蓄熱式空気調和装置における
室内熱交換器（７）と蓄熱コイル（11）のように能力や
使用条件が極端に異なる蒸発器を複数個並列に接続した
場合にも、上記効果を発揮することができる。

さらに、第５図に示すように、通常冷房運転時には通
常冷房制御手段（52）により、各室内熱交換器（７），
…の液管センサ（Thl）で検出される液管温度T_Lが所定
の蒸発温度設定値T_L1（例えば−７℃程度の値）よりも
低い状態が所定時間T_M1継続するときに、室内熱交換器
（７）における凍結防止運転（解凍運転）が行われる
（例えば、−10℃程度の温度で凍結防止運転（強制サー
モオフ）に入ることになる）。

ここで、このような蓄熱式空気調和装置における蓄冷
熱及び冷房同時運転時には、第６図に示すように、室内
熱交換器（７）側が凍結しても液管温度T_Lは通常冷房運
転時における凍結防止運転の開始判定温度T_L1に達する
ことなく、それよりも高い一定の温度（例えば−１℃程
度の値）を持続する。したがって、従来のように、室内
熱交換器（７）の液管温度等により蒸発温度を検知し
て、室内熱交換器（７）側の冷媒状態だけで凍結防止運
転の開始時を判断するものでは、判定温度T_L1を高い値
（例えば−１℃よりも１〜２℃程度高い値）に設定せざ
るを得ない。そうすると通常冷房運転時には、第７図の
ように、凍結防止運転をする必要がないにも拘らず凍結
防止運転指令が出力されることになり、頻繁な冷房運転
（例えば15〜16分間）、凍結防止運転（例えば10分間）
を繰返すことにより、空調感の悪化が避けられないこと
になる。

それに対し、本実施例では、蓄冷熱及び冷房同時運転
時には、室外側で蒸発圧力相当飽和温度Teを検出し、そ
の値が飽和温度設定値Te1よりも低い状態が所定時間継
続するか否かに基づき凍結防止運転を行う一方、通常冷
房運転時には蓄冷熱及び冷房同時運転時におけるような
蒸発圧力相当飽和温度に基づく凍結防止運転は行わない
ので、上記飽和温度設定値Te1を蒸発温度設定値T_L1より
も高く設定することができ、よって、蓄冷熱及び冷房同
時運転時には、室内熱交換器における凍結防止運転を確
実に行いながら、通常冷房運転時には、凍結防止運転が
頻繁に行われることによる空調感の悪化を有効に防止す
ることができるのである。

なお、利用側熱交換器（７）及び蓄熱コイル（12）に
おける蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段として、上
記実施例における液管センサ（Thl）以外に各室内熱交
換器（７）のガス管側に圧力センサを配置してもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、蓄熱式空気調
和装置として構成された冷凍装置において、通常冷房運
転時には、利用側熱交換器における蒸発温度が所定の蒸
発温度設定値よりも低い状態が所定時間継続することで
凍結状態を判定する一方、蓄冷熱及び冷房同時運転時に
は、吸入側で蒸発圧力相当飽和温度を検出し、その値が
蒸発温度設定よりも所定温度だけ高い飽和温度設定値よ
りも低くなったときに、利用側熱交換器における凍結防
止運転をするようにしたので、利用側熱交換器と蓄熱コ
イルとの容量や使用条件の違いによる凍結開始時期の判
定誤差を招くことなく、蓄冷熱及び冷房同時運転時にお
ける凍結防止を確実に行いながら、通常冷房運転時には
不必要に頻繁に凍結防止運転を行うことを防止すること
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
〜第４図は本発明の実施例を示し、第２図は空気調和装
置の全体構成を示す冷媒配管系統図、第３図は室外ユニ
ットにおける制御内容を示すフローチャート図、第４図
は室内ユニットにおける制御内容を示すフローチャート
図、第５図は通常冷房運転時における液管温度の変化を
示す特性図である。第６図及び第７図は従来技術の問題
点を示し、第６図は蓄冷熱及び冷房同時運転時における
液管温度の変化を示す特性図、第７図は液管温度に応じ
て凍結防止運転を行う場合の液管温度の変化を示す特性
図である。 １……圧縮機 ３……室外熱交換器 ６……室内電動膨張弁（減圧機構） ７……室内熱交換器（利用側熱交換器） ９……主冷媒配管 10……主冷媒回路 11……蓄熱槽 12……蓄熱コイル 13……分岐管 14……蓄熱電動膨張弁（減圧機構） 21……分岐管 51……同時運転制御手段 52……通常冷房制御手段 Sp……圧力センサ（飽和温度検出手段） Thl……液管センサ（蒸発温度検出手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（１）と、室外熱交換器（３）と、
   利用側熱交換器（７）及びその減圧機構（６）と、冷媒
   との熱交換により蓄冷熱可能な蓄熱媒体を収納する蓄熱
   槽（11）と、上記蓄熱媒体との熱交換を行うための蓄熱
   コイル（12）及びその減圧機構（14）とを備えるととも
   に、上記圧縮機（１），室外熱交換器（３），減圧機構
   （６）及び利用側熱交換器（７）を順次接続する冷媒回
   路（10）と、該冷媒回路（10）の液ラインとガスライン
   との間を上記減圧機構（14）及び蓄熱コイル（12）を介
   して接続する分岐管とを備え、蓄熱式空気調和装置とし
   て構成された冷凍装置において、 上記主冷媒配管（９）の圧縮機（１）の吸入管側に配置
   され、冷媒の蒸発圧力相当飽和温度を検出する飽和温度
   検出手段（Sp）と、 利用側熱交換器（７）における冷媒の蒸発温度を検出す
   る蒸発温度検出手段（Thl）と、 利用側熱交換器（７）のみで冷媒が蒸発する通常冷房運
   転時、上記蒸発温度検出手段（Thl）の出力に応じて、
   利用側熱交換器（７）における蒸発温度が所定の蒸発温
   度設定値よりも低い状態が所定時間継続すると、利用側
   熱交換器（７）において凍結防止運転を行う通常冷房制
   御手段（52）と、 上記利用側熱交換器（７）における冷房運転と蓄熱コイ
   ル（12）における蓄冷熱運転とを同時に行なう蓄冷熱及
   び冷房同時運転時、上記飽和温度検出手段（Sp）の出力
   を受け、冷媒の蒸発圧力相当飽和温度が上記蒸発温度設
   定値よりも所定温度だけ高く設定された飽和温度設定値
   よりも低い状態が所定時間継続すると、一定時間の間、
   利用側熱交換器（７）において凍結防止運転をするよう
   制御する同時運転制御手段（51）と を備えたことを特徴とする冷凍装置の運転制御装置。