JPS5828507B2 - ヒ−トポンプソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ヒートポンプ運転に影響を及ぼす外的条件例
えば凝縮用熱交換器から排熱する空気の温度変化、ある
いは内的条件例えば凝縮用熱交換器の送風ファン、凝縮
器の冷却水系統を構成する冷温水ポンプ等の故障による
凝縮圧力の異常上昇、また蒸発側熱交換器においては負
荷の急激な増大等による熱交換量の違いにより蒸発圧力
が極端に低下した場合に、従来の冷凍装置に於いては、
異常を検知して高圧スイッチあるいは低圧スイッチ等を
作動させヒートポンプ運転を完全に停止させていたが、
連続運転が必要な場合、例えば無人の冷凍倉庫蓄熱及び
蓄冷倉庫に於いては前述の如くささいな故障にもかかわ
らず運転か完全に停止した場合には不都合を生ずるもの
であった。

本発明は、スライド弁を摺動させることにより極めて広
い範囲で能力を無段階的に制御できるスクリューコンプ
レッサを用いてこれらの難点を解決するもので循環冷媒
の凝縮圧力又は蒸発圧力に極端な圧力変化（又は温度変
化）があった場合にも運転を直ちに停止することなく、
スクリューコンプレッサーの能力をこれらの変化に応じ
て減少させ冷媒圧力（又は冷媒温度）の異常な変化を防
ぎ運転を続行せしめようとするものである。

以下本発明の一実施例につき説明すると、第１図に於い
て１はスクリューコンプレッサ、２は切換弁、３は送風
機４を備える熱源側熱交換器、・５及び６は切換弁７に
より流路か切り換えられるレシーバタンクと膨張弁、８
は利用側熱交換器で冷温水ポンプ９によって負荷側熱交
換器１０に熱交換水を供給している。

また凝縮用熱交換器又は蒸発用熱交換器として作用する
熱源側熱交換器３及び利用側熱交換器８には温度センサ
ーｌＬ１２を備えている。

第２図に於いて、スライド弁１３により区画され１４は
高圧Ｐｏを有するオイル室１５ははＰＤを有するオイル
室及び１６は冷媒吸込口１７と連通し吸入圧ＰＳを有す
る吸入室で、これら各圧力の大小関係は後記するアンロ
ード用の電磁弁１８の動作時にはＰ Ｏ＞Ｐ Ｄ＞Ｐ
Ｓとなっている。

１９は冷媒の逃げ口２０の終端から圧縮行程２１の始ま
るスクリュー形状のロータで、冷媒を圧縮し吐出口２２
より送出している。

２３及び２４は前記各室１４．１６及び吐出口２２側に
設けられるオイル分離器（図示しない）に連通ずる細管
で、細管２３の中途にはロード用の電磁弁２５又細管２
３と２４の接合部２６より吐出口２２側に設けられるオ
イル分離器側の細管２４にはオイルポンプ２１及び前記
アンロード用の電磁弁１８が挿入されると共にオイルポ
ンプ２７はオイル室１４側の細管に高圧オイルを吐出す
るよう配設されその吐出側にアンロード用の電磁弁１８
が設けられる。

第３図に於いて、１１及び１２は等しい特性を有する温
度センサーで、１１は熱源側熱交換器３に設置され該熱
交換器が凝縮器として作用する時可動接点２８が可動し
オンされ、又１２は利用側熱交換器８に設置され該熱交
換器が凝縮器として作用する時可動接点２８が可動しオ
ンされるものである。

又２９は直流電源で、温度センサー１１゜１２等をブリ
ッジに組んだ電気回路３０に電圧を供給すると共に、該
電気回路の信号出力端３１は後述する調節回路３２に接
続される。

３２は電気回路３０の信号出力端３１に発生された信号
電圧の大きさに応じて、フローティング制御動作及び積
分制御動作を行なわせしめて電磁弁１Ｂ、２５の動作時
間率（電磁弁のオンになっている時間とオフになってい
る時間の割合）を調節する回路で、任意に設計できる一
般的回路であり、アンロード側トライアック３３０−ド
側トライアツク３４だけを示しその他の構成は省略して
いる。

また３５は交流電源でトライアック３３゜３４のオン動
作時に、電磁弁１８．２５を動作させるロードソレノイ
ド２５又はアンロードソレノイド１８を通電している。

以上の様に構成された本発明のヒートポンプ装置は冷房
時に於いては切換弁２，７が実線方向に切り換わりスク
リューコンプレッサ１から吐出された冷媒は熱源側熱交
換器３切換弁７レシーバタンク５膨張弁６及び利用側熱
交換器８ｔ−経て帰還し更に該利用側熱交換器にて冷や
された熱交換水が負荷側熱交換器１０を循環し冷戻サイ
クルを形成すると共に、熱源側熱交換器３に設置された
温度センサー１１にて凝縮温度を感知する。

また暖房時に於いては切換弁２．７が破線方向に切換わ
り冷媒は利用側熱交換器８切換弁Ｔレシーバタンク５膨
張弁６及び熱源側熱交換器３を経て帰還し更に利用側熱
交換器８にて放熱された熱交換水が負荷側熱交換器１０
を循環し暖房サイクルを形成すると共に利用側熱交換器
８に設置された温度センサー１２にて凝縮温度を感知し
ている。

そして第３図に示す可動接点２８が冷房時に於いては熱
源側熱交換器３に設置した温度センサー１１側に、又暖
房時に於いては利用側熱交換器８に設置した温度センサ
ー１２側に可動して電気回路３０は作動されるが、予め
凝縮圧力が設定値にある場合には信号出力端３１に適当
な正電圧が印加されるようブリッジ回路を構成し、凝縮
温度が上昇し温度センサーｌＬ１２の抵抗値が増大した
時にはこの電圧が減少し、逆に凝縮温度が低下し温度セ
ンナ−１１，１２の抵抗値が減少した時にはこの電圧が
上昇することにより信号出力端３１には凝縮圧力に応じ
た信号電圧が発生される。

もし伺らかの原因で凝縮温度が設定温度以上になり温度
センサーｌＬ１２の抵抗値が大きくなって前記信号電圧
か減少した場合にはトライアック３４はオフ状態を維持
するがトライアック３３はオン状態となるよう調節回路
３２を構成し従ってアンロードソレノイド１８オン→こ
れに付勢されるアンロード用の電磁弁１８オン→よって
オイルポンプ２７と連通されるオイル室１４にオイル圧
（ＰＯ）が加わりオイル室１５内の圧力（ＰＤ）に打ち
勝ってスライド弁１３が図に於いて右方へ摺動→冷媒の
逃げ口２０の終端から始まる圧縮行程２１の減少→スク
リューコンプレッサー１の容量が減少することにより凝
縮温度は設定値に復帰して運転を続行する。

また凝縮温度が設定温度以下になり温度センサー１１．
１２の抵抗値が小さくなって前記信号電圧が増大した場
合にはトラックアツク３３はオフ状態を維持するがトラ
イアック３４はオン状態となるよう調節回路３２を構成
し、従ってロードソレノイド２５オン→これに付勢され
るロード用の電磁弁２５オン→よってオイル室１４と吸
入室１６が連通ずるため前記オイル室１５内の圧力によ
ってスライド弁１３が図に於いて左方へ摺動→冷媒の逃
げ口２０の終端から始まる圧縮行程２１の端太→スクリ
ューコンプレッサー１の容量が増大することにより凝縮
温度は設定値に復帰して運転を続行する。

而して本発明はスライド弁１３の移動量を操作する実際
してフローティング動作及び積分動作を併用した制ａｔ
行なっており、以下これらにつき本発明に従って説明す
ると、フローティング動作とは動作信号（設定信号電圧
値と実際の信号電圧値との差）の大きさによって操作量
（スライド弁１３の移動量）が一定速度をもって変化し
つづけるものである。

また積分動作とは動作信号が小さいほど（大きいほど）
スライド弁１３の移動量変化（スピード）は遅く（速く
）なるものである。

一方見方を変えてスライド弁１３の移動量変化と動作信
号の関係をみると、スライド弁１３の移動量変化が動作
信号に比例しているので、動作信号の積分値をとればこ
れが゛スライド弁１３の移動量に比例しているともいえ
る。

すなわち積分動作では偏差の大きさ、偏差の持続時間の
両方に対して応答を示すため、負荷変化に対して正しい
訂正動作が終了するまで動作を持続することができる。

第４図は冷媒の凝縮温度（θ）を横軸方向に示し、又縦
軸方向には電磁弁１８．２５の動作時間率を示し、又縦
軸方向には電磁弁１８．２５の動作時間率を示しこれら
の関係を説明したもので、（θＣ）は予め設定される凝
縮温度、該凝縮温度より右方の動作線はアンロード側を
、一方左方の動作線はロード側を夫々示すと共に、Ｐは
積分動作の行なわれる温度幅に於けるアンロード側の境
界点１ｔｔｉ同じくロード側の境界点を示し、又該温度
幅内のａ点及びｂ点は積分動作を説明するために設けら
れた任意の設定値を示す。

凝縮温度（のが上昇した時にはアンロード用の電磁弁１
８がオンとなり前述した一連の動作により凝縮温度（の
は右方のアンロード側動作線に沿って設定値（θＣ）に
復帰してくる。

２一方凝縮源度（のが下降した時にはロード用の電磁弁
２５がオンとなり前述した一連の動作により凝縮温度（
のは左方のロード側動作線に沿って設定値（θＣ）に復
帰している。

尚、図に示される一実施例に於いては、積分動作のなさ
れる温度幅より外方の凝縮温度帯では常に通電時間率が
１００俤となっているが、必ずしも１００φとすること
はなく、凝縮温度（Ｏの偏差の大小に応じて１００％以
下のある一定値を決めて、この一定値を保持せしめて前
記凝縮温度帯内をスライドさせるものでもよい。

例えば、凝縮温度（のの偏差が非常に大きい場合は通電
時間率を１００％の近い値に設定し、又凝縮温度（のの
偏差が小さい場合は通電時間率を５０％程度に設定し、
積分動作のなされる温度幅内に突入するまでこの通電時
間率を維持させるようにして前述したフローティング動
作とする。

電磁弁１８又は電磁弁２５への通電率が１００％の状態
で、凝縮温度（のが設定値（θＣ）方向に復帰してきて
Ｐ点又はＰ′点から更に設定値（θＣ）方向に復帰して
いく場合には、電磁弁１８又は電磁弁２５への通電時間
率が、凝縮温度（のの偏差に比例して１００％かＬ２０
％への漸次減少しスライド弁１３の摺動速度は遅くなっ
ていく（積分動作美このいわゆる積分動作により凝縮圧
力のハンチング現象が防止されきめ細かい制御がなされ
る。

第５図は縦軸方向にアンロード用の電磁弁１８のオンオ
フ状態を電圧にて示し、且つ横軸方向に時間の経過を示
しており、これによって第４図に於ける積分動作のなさ
れる温度幅Ｐ−Ｐ’内に設定された冷媒凝縮温度ａ’Ｃ
のでのアントート用の電磁弁１８への通電時間率の関係
を示したもので、同様に第６図も冷媒凝縮温度ｂ℃の時
点での、アンロード用の電磁弁１８への通電時間率の関
係を示している。

これら第５図及び第６図によって、凝縮温度がａ℃から
ｂ℃へと設定値（θＣ）に接近していく場合に、これに
応じて通電時間率が５０％から２５％へと漸次減少する
状態が示される。

尚、温度センサー１１．１２の設置場所は凝縮器側に限
られるものではなく、設定温度を適当に決めることによ
り蒸発器側あるいはスクリューコンプレッサ１の吸入側
等の低圧側にも設置可能であり、このように設置される
場合には、蒸発側温度が低下した時にスクリューコンプ
レッサ１の能力を減少させる如く逆に蒸発側温度が上昇
した時にスクリューコンプレッサ１の能力を増大する如
く構成する。

この結果蒸発器側の熱交換水の凍結が防止され装置の連
続運転か可能となる。

本発明は以上のように構成され、循環冷媒状態をセンサ
ーにて感知し該センサーを組込んでなる電気回路によっ
て設定値との差に応じた信号電圧を発生させ、更に該信
号電圧を信号源として積分動作を併用したフローティン
グ制御を行なうと共に、スライド弁を備えたスクリュー
コンプレッサの特性によりスクリューコンプレッサの能
力をｏ％〜ｌＯＯ％まで無段階的に調節できるよう構成
したので、側らかの原因で冷媒状態が異常に変化した場
合にも制御幅が極めて大きい為冷媒状態を設定値に復帰
させ装置の運転を続行し得ると共に従来のようにファン
コントロ・−ル、ダンパコントロール等を必要とせず、
しかもよりきめ細かな制御が可能となりハンチング現象
も防止し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ヒートポンプ装置の冷媒回路図、第２図
はスクリューコンプレッサの容量制御部分の構成図、第
３図は制御系統の電気回路図、第４図は冷媒の凝縮温度
と電磁弁の動作時間率との関係を示す図、第５図は冷媒
の凝縮温度がａ℃の時点に於けるアンロード用の電磁弁
への通電状態を示す図、第６図は冷媒の凝縮温度がｂ℃
の時点に於けるアンロード用の電磁弁への通電状態を示
す図である。 １・・・・・・スクリューコンプレッサ、２，７・・・
・・・切換弁、３・・・・・・熱源側熱交換器、６・・
・・・・膨張弁、８・・・・・・利用側熱交換器、１１
，１２・・・・・・センサー、１３・・・・・・スライ
ド弁、１８．２５・・・・・・電磁弁、３０・・・・・
・電気回路、３２・・・・・・電磁弁の動作時間率を調
節する調節回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 能力可変用のスライド弁と該弁への印加油圧を制御
   する電磁弁とを有するスクリューコンプレッサを環状に
   連結された熱源側熱交換器、膨張弁、利用側熱交換器等
   の循環回路と切換弁を介して接続して冷凍サイクルを構
   成すると共に、該冷凍サイクル内の循環冷媒状態を感知
   するセンサと、該センサの抵抗値と設定値との差に応じ
   た信号電圧を発生する電気回路と、該信号電圧を信号源
   としてフローティング制御動作及び積分制御動作を行な
   って前記電磁弁の動作時間率を調節する調節回路とより
   なるヒートポンプ装置。