JPH10185241A

JPH10185241A - 冷凍装置

Info

Publication number: JPH10185241A
Application number: JP34184196A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyasu Azuma; 義康東; Takashi Kawagishi; 孝至川岸; Katsuyoshi Matsuura; 克好松浦; Shigemi Kusumoto; 茂己楠本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換器の入口側と出口側の温度測定値に誤
差が生じても、自動的に補正して、より正確な冷却水の
温度制御を可能とする。【解決手段】コントローラ９は、利用側熱交換器５に
冷水ポンプ６によって供給する冷水の温度差に基づいて
圧縮機１の運転容量を切換える制御を行う。サーミスタ
などが用いられる入口側温度検出器７および出口側温度
検出器８の経年変化分は、冷水ポンプ６が運転され、圧
縮機１が一定時間サーモＯＦＦ状態となる条件が監視手
段１１によって検出されると、記憶手段１２に記憶され
る。制御手段１０は、入口側温度検出器７および出口側
温度検出器８の検出温度の差を、記憶手段１２に記憶さ
れている温度差に基づいて補正し、圧縮機１の容量制御
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所望の温度で冷温
水などの熱媒体を供給する冷凍装置、特にサーミスタな
どの温度検出手段の劣化に起因する誤差を自動的に補正
する機能を備える冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、冷凍装置が熱媒体を所定温度
に制御して利用する際には、利用側熱交換器の入口温度
と出口温度とを検出し、所望の出口温度が得られるよう
な制御を行っている。典型的な先行技術は、たとえば特
開平５−２２３３６３に開示されている。この先行技術
では、熱媒体として冷温水を供給する目的等で冷温水温
度検出器を備える冷凍機であるチラーに、容量を複数の
ステップで制御可能な圧縮機を用い、利用する冷温水の
温度制御の安定化および追従性の向上を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】冷凍装置で熱媒体を利
用する際には、熱媒体の温度が高精度に安定して制御さ
れる必要がある。熱媒体の温度検出用には、一般にサー
ミスタなどの温度検出素子が用いられる。サーミスタは
温度によって抵抗値が変化し、抵抗値の変化から温度を
検出することができるけれども、素子間で抵抗値のばら
つきが比較的大きく、ばらつきを許容すべき公差も比較
的大きく認められている。さらに時間が経過すると、抵
抗値も変化して、経年劣化を生じやすい。他の温度検出
手段でも、ある程度の素子間のばらつきや経年劣化は避
けられない。

【０００４】特開平５−２２３３６３の先行技術の冷凍
装置のように、利用側熱交換器の入口側と出口側との熱
媒体の温度差に基づく圧縮機の容量制御を行うような場
合は、入口側と出口側との温度差が正確に検出されない
と精度のよい温度制御を行うことができなくなってしま
う。サーミスタなどでは、経年劣化を生じていない新た
な素子に交換したとしても、公差が比較的大きいので測
定精度の向上は困難である。

【０００５】本発明の目的は、温度検出手段の劣化に起
因する測定値の誤差を補正し、より正確な熱媒体の温度
制御を行うことができる冷凍装置を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、冷媒と冷熱ま
たは温熱を利用すべき熱媒体との間で熱交換を行う利用
側熱交換器（５）を備える冷凍装置において、利用側熱
交換器（５）の入口側で熱媒体の入口温度を検出する入
口側温度検出手段（７）と、利用側熱交換器（５）の出
口側で熱媒体の出口温度を検出する出口側温度検出手段
（８）と、冷凍装置の動作状態を監視し、入口温度およ
び出口温度の差が実質的になくなるべき状態として、予
め定める条件が成立するか否かを判断する監視手段（１
１）と、監視手段（１１）によって予め定める条件が成
立すると判断されるとき、入口温度と出口温度との温度
差を記憶する記憶手段（１２）と、入口側温度検出手段
（７）によって検出される熱媒体の入口温度を、記憶手
段（１２）に記憶されている温度差を用いて補正し、冷
凍装置の動作状態を制御する制御手段（１０）とを含む
ことを特徴とする冷凍装置である。本発明に従えば、冷
凍装置の動作状態を監視する監視手段（１１）によっ
て、利用側熱交換器（５）の入口側と出口側との温度差
が実質的になくなるべき状態として、予め定める条件が
成立すると判断されるときに、入口側温度検出手段
（７）と出口側温度検出手段（８）とによって検出され
る入口温度と出口温度との温度差が記憶手段（１２）に
記憶される。冷凍装置の運転状態の制御は、記憶手段
（１２）に記憶されている温度差を用いて、入口側温度
検出手段（７）によって検出される熱媒体の入口温度を
補正して行われるので、入口側温度検出手段（７）や出
口側温度検出手段（８）などの経年劣化に起因する測定
誤差の増大を防ぎ、熱媒体に対する高精度の温度制御を
行うことができる。

【０００７】また本発明で前記監視手段（１１）は、熱
媒体が流動しており、かつ冷凍装置が冷凍能力停止の動
作状態であるとき、前記予め定める条件が成立すると判
断することを特徴とする。本発明に従えば、監視手段
（１１）によって予め定める条件が成立すると判断され
るのは、熱媒体が流動しており、かつ冷凍装置が冷凍能
力停止の動作状態であるときとなる。冷凍装置の冷凍能
力が停止し、熱媒体が流動していると、利用側熱交換器
（５）では熱媒体の温度変化がなく、入口温度と出口温
度とは等しくなる。この条件が成立するときに、入口側
温度検出手段（７）の検出する入口温度と出口側温度検
出手段（８）の検出する出口温度とに温度差があれば誤
差として記憶手段（１２）に記憶することができる。制
御手段（１０）による熱媒体の温度制御時に、入口温度
と出口温度との差から、記憶手段（１２）に記憶されて
いる誤差を除去するように補正すれば、入口温度と出口
温度との温度差に基づく熱媒体の温度制御を精度よく行
うことができる。

【０００８】また本発明で前記冷凍装置は、冷媒を圧縮
する圧縮機（１）を備え、前記監視手段（１１）は、前
記冷凍能力停止の動作状態を、圧縮機（１）の動作が停
止されるサーモオフ状態が予め定める一定時間継続する
ことによって判断することを特徴とする。本発明に従え
ば、冷凍装置の圧縮機（１）が動作を停止するサーモオ
フ状態が予め定める一定時間継続するときに冷凍能力停
止の動作状態と判断される。サーモオフ状態が一定時間
継続すれば、圧縮機（１）の動作停止で利用側熱交換器
（５）における冷媒と熱媒体との熱交換が行われない状
態で温度が安定し、利用側熱交換器（５）の入口側と出
口側との熱媒体の温度が確実に一致して温度差が実質的
になくなる状態を得ることができる。

【０００９】また本発明で前記監視手段（１１）は、入
口側温度検出手段（７）および出口側温度検出手段
（８）によって検出される入口温度および出口温度の変
化率が、予め定める範囲内であるときに、前記予め定め
る条件が成立すると判断することを特徴とする。本発明
に従えば、監視手段（１１）は、入口側温度検出手段
（７）および出口側温度検出手段（８）によって検出さ
れる入口温度および出口温度の変化率から、変化率が予
め定める範囲内であり、検出値が安定しているとみなせ
る場合に温度差の補正のための条件が成立すると判断す
る。入口側温度検出手段（７）または出口側温度検出手
段（８）の検出温度が不安定な状態で温度差を検出して
補正を行うと、かえって制御の精度を損なうようになっ
てしまうけれども、不安定な検出値を用いないことによ
って、補正を行う場合の信頼性を向上させることができ
る。

【００１０】また本発明で前記監視手段（１１）は、熱
媒体が流動しており、かつ冷凍装置が冷凍能力停止の動
作状態であるとき、かつ入口側温度検出手段（７）およ
び出口側温度検出手段（８）によって検出される入口温
度および出口温度の変化率が、予め定める範囲内である
ときに、前記予め定める条件が成立すると判断すること
を特徴とする。本発明に従えば、利用側熱交換器（５）
での熱媒体の温度変化が少なくなる条件が満たされ、か
つ検出温度が安定な条件が満たされるときに、入口側温
度検出手段（７）および出口側温度検出手段（８）の間
の出入口温度差を確実に検出することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態と
しての冷凍装置の概略的な構成を示す。圧縮機（１）、
四路切換弁（２）、熱源側熱交換器（３）、膨張弁
（４）および利用側熱交換器（５）は、冷媒圧縮型の冷
凍サイクルを構成する。圧縮機（１）は、複数のロード
ステップで運転容量の調節が可能である。四路切換弁
（２）は、熱源側熱交換器（３）および利用側熱交換器
（５）を、それぞれ凝縮器および蒸発器として動作させ
る図１の実線で示す冷却用の状態と、それぞれ蒸発器お
よび凝縮器として動作させる図１の破線で示す加熱用の
状態とに切換え可能である。利用側熱交換器（５）で
は、冷媒と熱交換する熱媒体として、冷水ポンプ（６）
から冷水が供給される。利用側熱交換器（５）の入口側
および出口側で、冷水の温度を入口側温度検出器（７）
および出口側温度検出器（８）によって入口温度および
出口温度としてそれぞれ検出する。入口側温度検出器
（７）および出口側温度検出器（８）が検出する温度
は、コントローラ（９）に与えられ、温度差に基づく圧
縮機（１）の容量制御運転が行われる。なお、冷水の出
口温度は、利用者が所望の温度に設定可能である。

【００１２】入口側温度検出器（７）および出口側温度
検出器（８）には、温度検出素子としてサーミスタを使
用する。サーミスタは、温度変化を電気抵抗値の変化と
して高感度に検出することができる。サーミスタの代わ
りに、熱電対を用いることもできる。入口側温度検出器
（７）および出口側温度検出器（８）では、サーミスタ
の抵抗値変化を温度を表す信号に変換してコントローラ
（９）に与える。しかしながら、サーミスタは温度特性
がある程度経年変化することが避けられない。熱電対を
使用する場合は、熱起電力を温度に換算する。熱電対は
安価であるけれども、経年変化しやすい。このため、コ
ントローラ（９）では、サーミスタや熱電対の経年変化
分を補正して制御を行うための制御手段（１０）が設け
られる。また、制御手段（１０）によって補正する温度
差を検出する条件を監視する監視手段（１１）、検出し
た温度差を記憶する記憶手段（１２）および温度差を検
出する条件のうちの時間的な条件を判断するためのタイ
マ（１３）なども設けられる。さらに、外気温を検出す
る外気温検出器（１４）も設けられる。コントローラ
（９）は、マイクロコンピュータを含み、制御手段（１
０）および監視手段（１１）は、そのプログラム動作に
よって実現される。

【００１３】図２は、図１の制御手段（１０）および監
視手段（１１）としてのコントローラ（９）のプログラ
ム動作を示す。ステップａ１から動作を開始し、ステッ
プａ２では温度差の補正値Δｔ０％を０に初期化する。
ステップａ３ではタイマ（１３）の計測時間τを０に初
期化する。ステップａ４から温度制御を開始する。ステ
ップａ５では、圧縮機（１）がサーモＯＦＦ状態となっ
ているか否かを判断する。サーモＯＦＦ状態ではないと
判断されるときにはステップａ３に戻る。ステップａ５
で圧縮機（１）がサーモＯＦＦ状態となっていると判断
されるときには、ステップａ６で冷水ポンプ（６）が運
転中であるか否かを判断する。冷水ポンプ（６）が停止
しているときにはステップａ３に戻る。

【００１４】圧縮機（１）がサーモＯＦＦ状態であり、
冷水ポンプ（６）が運転中であるときには、ステップａ
７でタイマ（１３）の計時値τが予め定める時間ｔ１以
上となっているか否かを判断する。ｔ１はたとえば１４
分であり、条件が成立するとステップａ８で入口側温度
検出器（７）による入口温度Ｔｉと出口側温度検出器
（８）による出口温度Ｔｏとを検出する。次にステップ
ａ９で、タイマ（１３）の計時値τが予め定める時間ｔ
２に達しているか否かを判断する。ｔ２はたとえば１５
分であり、条件が成立するときにはステップａ１０に移
る。ステップａ１０では、入口温度Ｔｉと出口温度Ｔｏ
の変化がｔ１からｔ２までの時間範囲内で所定範囲内で
あるか否かを判断する。この所定範囲は、たとえば０．
２℃である。条件が成立すると、ステップａ１１で、温
度差の補正値Δｔ０％として、入口温度Ｔｉと出口温度
Ｔｏとの差を記憶する。ステップａ１０で条件が成立し
ないときまたはステップａ１１の記憶が終了すると、ス
テップａ３に戻る。またステップａ７またはステップａ
９で条件が成立しないときには、ステップａ５に戻る。

【００１５】図３は、図２のステップａ４における制御
の一例を示す。圧縮機（１）は、サーモＯＦＦ状態で０
％、運転ロード状態で１００％を含む複数のロードステ
ップで運転可能とする。ステップｂ１から制御を開始
し、ステップｂ２では、たとえば４０％ロードの運転を
一定時間、たとえば１分間連続して行う。ステップｂ３
では、蒸発器となる利用側熱交換器（５）の入口温度Ｔ
ｉと出口温度Ｔｏとの差をΔｔ４０％として測定する。
なおこの測定値には、前述のΔｔ０％による補正を行
い、次の第１式のようにして算出する。

【００１６】 Δｔ４０％測定値＝Ｔｉ−Ｔｏ−Δｔ０％ …（１）次にステップｂ４で、圧縮機（１）の各ロードステップ
における出入口温度差を演算する。冷水の入口と出口と
の間の温度差は、圧縮機（１）の運転容量と凝縮器に影
響する外気温度、冷水の入口温度等によって決まるた
め、予めさまざまな運転容量、外気温度および冷水入口
温度での出入口温度差を試運転等により調べておき、こ
の温度差をテーブルとしたものをデータとして記憶して
おく。

【００１７】現在の運転容量、たとえば４０％の運転容
量のとき、そのときの冷水出入口温度差を検出する。検
出温度差と、テーブルの４０％の運転容量で対応する外
気温度等の条件のときの出入口温度差を分母とし、ある
運転容量で対応する外気温度等の条件のときの出入口温
度差を分子とした値との積を計算する。このある運転容
量を順次全ての運転容量について行い、必要な冷水温度
差に最も近い値の運転容量を算出して、この運転容量に
基づいて実際の運転を行う。これにより、冷凍能力に影
響するが試運転等のときに考慮されなかった条件や機器
の経時変化で試運転等のときと機器の能力が異なってき
た場合も考慮した冷水出入口温度差を予想できるので、
要求能力により合致した冷凍能力での運転が可能とな
る。

【００１８】すなわち、圧縮機（１）をある運転容量と
したときの予測冷水出入口温度差は、次の第２式で算出
される。

【００１９】

【数１】

【００２０】次にステップｂ５で、入口温度Ｔｉから第
２式で算出される予測冷水出入口温度差をを差し引いて
出口温度の予測を行う。

【００２１】ステップｂ６では、圧縮機（１）が０％の
ロードステップで運転するサーモＯＦＦの条件が成立し
ているか否かを判断する。サーモＯＦＦ条件が成立しな
いときには、ステップｂ７で予測出口水温が最も設定値
に近いロードステップが運転ロードとして選択され、一
定時間、たとえば１分間の運転が継続される。次に、ス
テップａ８で入口温度Ｔｉと出口温度Ｔｏとの差Δｔの
測定が行われ、以下ステップｂ４からの動作を繰返す。
ステップｂ６でサーモＯＦＦ条件が成立すると、ステッ
プｂ９で圧縮機（１）のロードを０％にするサーモＯＦ
Ｆ制御を行う。

【００２２】一旦サーモＯＦＦ制御が行われると、サー
モＯＦＦした時点の入口温度を記憶手段（１２）に記憶
し、その温度から冷却時には予め定めるサーモデファレ
ンシャル分上昇するか、加熱時にはサーモデファレンシ
ャル分下降するまで再起動を行わない。再起動の条件が
満足されると、図３のステップｂ１から再起動運転が開
始される。

【００２３】図４は、冷却時を０として出口温度の設定
値とサーモデファレンシャルおよび強制サーモＯＦＦ条
件の関係を示す。熱媒体として水を用いているので、凍
結を生じないように、出口温度が３℃以下になると強制
的にサーモＯＦＦが行われる。通常は、強制的なサーモ
ＯＦＦが行われないように、ある程度の余裕をみて出口
温度の設定値を定める。出口温度の設定値の上下には一
定範囲でサーモデファレンシャルが設けられ、サーモデ
ファレンシャルの範囲を超えると圧縮機（１）のロード
ステップが１段階切換えられる。たとえば、時刻ｔ１１
で出口温度が設定値より下がり、時刻ｔ１２でサーモデ
ファレンシャルの範囲を外れると、ロードステップが１
段階下がる。破線で示すような、時刻ｔ１３で強制サー
モＯＦＦとなることを避ける。本実施形態では、図３で
説明したような予測に基づく運転容量の制御と、図４の
サーモデファレンシャルに基づく運転容量の制御とを併
用して行っている。

【００２４】以上説明した実施形態では、冷媒圧縮式の
冷凍装置で冷水を熱媒体としているけれども、吸収式冷
凍装置を用いたり、熱媒体としてさらに低温で使用可能
なブラインなどを用いることもできる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、制御手段
（１０）は、利用側熱交換器（５）の入口側と出口側と
で熱媒体の温度を検出し、入口温度と出口温度との温度
差に基づいて熱媒体の温度制御を行う際に、入口温度と
出口温度との温度差の経年変化などによる誤差を、温度
差が０の予め定める条件成立時に記憶手段（１２）に記
憶される温度差で補正するので、精度のよい温度制御を
行うことができる。

【００２６】また本発明によれば、冷凍装置の運転が停
止して、利用側熱交換器（５）で熱交換が行われず、し
かも熱媒体が流動しているときに、入口温度と出口温度
との温度差を記憶手段（１２）に記憶する予め定める条
件が成立すると判断する。熱媒体が利用側熱交換器
（５）の入口側から出口側まで流れても、冷凍装置の運
転が停止しているので、入口温度と出口温度とは基本的
に一致し、温度差が生じる場合は特性のばらつきや劣化
によると判断される。この温度差を記憶手段（１２）に
記憶しておいて温度制御の際に補正として利用するの
で、温度差検出後の温度制御を精度よく行うことができ
る。

【００２７】また本発明によれば、温度補正のための温
度差検出を、圧縮機（１）の動作が停止されるサーモＯ
ＦＦ状態が予め定める一定時間継続することを条件とし
て行うので、運転停止状態をある程度の範囲で検知し、
温度が安定した状態で確実に補正用の温度差を検出する
ことができる。

【００２８】また本発明によれば、入口側温度検出手段
（７）および出口側温度検出手段（８）によって検出さ
れる温度の変化率が予め定める範囲内であるときに温度
補正用の温度差を記憶するので、信頼性のある温度補正
を行うことができる。

【００２９】また本発明によれば、予め定める条件が満
たされれば、より確実正確に出入口温度差がなくなるべ
き状態となっていることが推定可能となるので、本来、
出入口温度差がある状態を、誤って温度差が実質的にな
い状態と誤判断する可能性を、より少なくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の概略的な構成を示すブ
ロック図である。

【図２】図１のコントローラ（９）による自動補正機能
の動作を示すフローチャートである。

【図３】図１のコントローラ（９）による温度制御動作
を示すフローチャートである。

【図４】図１の実施形態で、冷却時の温度制御条件を示
す図である。

【符号の説明】

１圧縮機５利用側熱交換器６冷水ポンプ７入口側温度検出器８出口側温度検出器９コントローラ１０制御手段１１監視手段１２記憶手段１３タイマ１４外気温検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松浦克好大阪府堺市金岡町1304番地ダイキン工業株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者楠本茂己大阪府堺市金岡町1304番地ダイキン工業株式会社堺製作所金岡工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒と冷熱または温熱を利用すべき熱媒
体との間で熱交換を行う利用側熱交換器（５）を備える
冷凍装置において、利用側熱交換器（５）の入口側で熱媒体の入口温度を検
出する入口側温度検出手段（７）と、利用側熱交換器（５）の出口側で熱媒体の出口温度を検
出する出口側温度検出手段（８）と、冷凍装置の動作状態を監視し、入口温度および出口温度
の差が実質的になくなるべき状態として、予め定める条
件が成立するか否かを判断する監視手段（１１）と、監視手段（１１）によって予め定める条件が成立すると
判断されるとき、入口温度と出口温度との温度差を記憶
する記憶手段（１２）と、入口側温度検出手段（７）によって検出される熱媒体の
入口温度を、記憶手段（１２）に記憶されている温度差
を用いて補正し、冷凍装置の動作状態を制御する制御手
段（１０）とを含むことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】前記監視手段（１１）は、熱媒体が流動
しており、かつ冷凍装置が冷凍能力停止の動作状態であ
るとき、前記予め定める条件が成立すると判断すること
を特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】前記冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機
（１）を備え、前記監視手段（１１）は、前記冷凍能力停止の動作状態
を、圧縮機（１）の動作が停止されるサーモオフ状態が
予め定める一定時間継続することによって判断すること
を特徴とする請求項２記載の冷凍装置。
【請求項４】前記監視手段（１１）は、入口側温度検
出手段（７）および出口側温度検出手段（８）によって
検出される入口温度および出口温度の変化率が、予め定
める範囲内であるときに、前記予め定める条件が成立す
ると判断することを特徴とする請求項１記載の冷凍装
置。
【請求項５】前記監視手段（１１）は、熱媒体が流動
しており、かつ冷凍装置が冷凍能力停止の動作状態であ
るとき、かつ入口側温度検出手段（７）および出口側温
度検出手段（８）によって検出される入口温度および出
口温度の変化率が、予め定める範囲内であるときに、前
記予め定める条件が成立すると判断することを特徴とす
る請求項１記載の冷凍装置。