JPS59225258A - 冷凍サイクルの冷媒流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷凍サイクルを最適化し、冷凍・空調機の効
率の向上をはかる冷凍サイクルの冷媒流量制御装置に関
するものである。

（従来例の構成とその問題点） 従来よシ、電気式膨張弁を用いて、圧縮機の吸入温度と
蒸発器の人口温度との差によシ得られる冷凍サイクルの
過熱度を制御する方法力ぶある。この種の制御装置にお
いて、特に圧縮機始動後の１１制御動作として、以下に
述べる理由により圧縮機始動時よシミ気式膨張弁に一定
の信号を与え、充分に時間が経過した後（例えば８分後
）、過熱度を所定値に維持するように電気式膨張弁への
信号を制御する。

その理由は、圧縮機始動後しばらくの間は冷凍サイクル
が極めて不安定であシ、過熱度の特性も不安定となる。

このような不安定な期間は冷凍サイクルの負荷状態や前
回圧縮機の停止力）らの経過時間等で変化し、例えば２
〜１０分程度となる。

特に圧縮機始動直後の１〜３分程度は、過熱度は電気式
膨張弁の動作とほとんど無関係に複雑な動作を呈する。

こうした不安定な期間に通常の過熱度を行なうと１しば
しば電気式膨張弁の絞シ量が異常となυ絞シ過ぎとなっ
たシ、過熱度を所定値に維持するまでに長時間を要する
ことになったシ、あるいはその後の過熱度特性が大きく
発振し安定しない場合があった。このうち特に絞シ過ぎ
や発振を防止し、安定した過熱度制御を得るため、通常
の過熱度制御の開始時間（例えば８分）を選定していた
。

しかしこの従来の制御装置は前述の通電、通常の過熱度
制御の開始を時間のみで与えているため、それまで膨張
弁への一定信号が負荷状態によって極めて不適当な場合
があっても、開始時間は遅く、かつ一定であυ、このた
め過熱度を設定値に近づけるのに長時間を要することが
あった。この結果圧縮機への長時間の液パツクが発生し
やすくなったシ、冷凍サイクルの効率運転の面で問題が
あった０ （発明の目的） 本発明は上記従来の問題点を解消し、圧縮機の始動後半
期に冷凍サイクルを最適化し、機器の安全性および効率
を向上させることを目的とするものである。

（発明の構成） この目的を達成するために本発明は特に圧縮機始動後、
過熱度の値を検知し、この過熱度と経過時間とによシ冷
凍サイクルの負荷状態等を判断し、それに対応して過熱
度制御を早期に開始するものである。

（実施例の説明） 以下、本発明の一実施例について添付図面を参照して説
明する。

第１図はこの実施例の冷凍サイクル制御装置の構成図で
あシ、特に冷房装置に適用した場合を示している。

同図において、１は圧縮機、２は凝縮器、５は蒸発器で
あシ、これらを循環経路に設置して冷凍サイクルが構成
されている。３は凝縮器２用の送風機、４は電気信号に
よシ弁開度を調節しうる膨張弁（ここでに熱電膨張弁と
する）、６は蒸発器５用の送風機、７は蒸発器５０入口
部に設けた第１の温度センサ、８は圧縮機１の吸入部に
設けた第２の温度センサ）９は温度センサ７．８からの
温度信号を入力して膨張弁４に電気信号（直流電圧）を
出力する制御回路である。図中ｖｃは圧縮機の運転・停
止を表わす運転信号であり、外部よシ制御回路９へ与え
られる。また膨張弁４はバイメタル、ヒータ、スピンド
ル、ばねなどによシ構成され、ヒータに印加される直流
電圧の大きさに対応して冷媒通路の開度が変化し、冷媒
流量を調節する周知のものである。

第１図で用いる膨張弁の構造は通電閉形であって、膨張
弁４に供給する直流の印加電圧（これをｖＴとする）を
高くすれば冷媒流量（これをＱとする）を減少させ、低
くすると冷媒流量Ｑを増大させる。この印加電圧ｖＴに
対する冷媒流量Ｑの特性例を第２図に示す。図中、ＱＬ
およびＱＨは、圧縮機１を運転している場合の冷媒流量
Ｑの範囲の最小および最大を示しておシ、また曲線が２
通電あるのは、ヒステリシス特性があるためである０第
１図における構成において、圧縮機１による冷媒の圧縮
作用によシ冷媒が凝縮器２、膨張弁４１蒸発器５、圧縮
機１の吸入部の経路で循環し、蒸発器５において冷房能
力を出力する。この冷凍サイクルの動作において、理想
的には蒸発器５内で蒸発した冷媒が、その出口で乾燥飽
和蒸気となる時が最も効率的な運転状態となる。しかし
実際の構成上は、蒸発器５の内部および蒸発器５より圧
縮機１の吸入部までの冷媒配管の通路抵抗により温度降
下があシ、また圧縮機１が冷媒のガス液混合域で吸入し
て液圧縮するのを防止する（アキームレータを設けてい
る場合は必ずしもそうではないが）ため、冷媒ガ゛スを
わずかに過熱した領域で動作させることが適切である。

そこでこのような動作状態を達成するために、温度セン
サ７．８の検知するそれぞれの温度の差（これを過熱度
ＳＨとする）か常に設定値５ａｄ（冷媒配管によっても
異なるか、例えば数ｄｅｇ　）となるように膨張弁４へ
の印加電圧■Ｔを変化１．／、冷媒流量を制御するもの
である。

次に制御回路９の構成を第３図に示す°。第３図におい
て、ｖｃｃは直流電源、１ｏは圧縮機１の運転停止の状
態を示す外部信号Ｖ。を入力する運転信号入力回路、１
１は制御回路９の主体を構成するマイクロコンビーータ
（以下マイコンと称ｔ）ｆあシ、１２．１３は抵抗、１
４は過熱度検知回路である。過熱度検知回路１４は温度
センサ７．８からの温度信号（図中の記号ｖＰ、および
Ｖｓ）にょシ、温度センサ７の検知する温度ＴＥと、温
度センサ８の検知する温度Ｔ８との差、すなわち過熱度
Ｓ　Ｈ＝Ｔｓ−Ｔつを検知し、この過熱度ＳＨをマイコ
ン１１に出方する。１５はＤ／Ａコンバータであシ、マ
イコン１１からの膨張弁４へ印加すべき電圧ＶＴに対応
するディジタル信号を入力し、それをアナログ信号に変
換する。１６はオペアンプ、１７は抵抗、１８はトラン
ジスタであシ、これらはルヘコンパータ１５の出力のイ
ンピーダンスを変換し）膨張弁４に印加電圧ｖＴを出方
する駆動回路を構成する。

このような回路構成において、過熱度検知回路１４によ
シ検知された過熱度ＳＨはマイコン１１に入力され、マ
イコン１１はこの過熱度ＳＨの値に対応して印加電圧Ｖ
Ｔの出力すべき値を演算し出力する。ここで過熱度ＳＨ
が設定値ＳＨｄよシも低ければ、過熱度ＳＨを上昇させ
るように印加電圧ｖＴを上昇し、膨張弁４の絞シ量を増
大させる。過熱度ＳＨが設定値ＳＨｄよシも高くなれば
、前述とは逆に印加電圧ｖＴを減少させる。このような
動作を繰シ返して過熱度Ｓ　Ｈを設定値ＳＨｄにほぼ一
定に維持するものである。

しかしながら、以上のような通常の制御動作を開始する
タイミングは、少なくとも圧縮機１が停止から運転状態
となった以後であシ、過熱度制御特性が暴走、発振を起
こさず、かつ設定値に安定するまでの時間が短かくなる
タイミングで行なわれる。第４図は、圧縮機１の始動後
、膨張弁４の印加電圧ＶＴを所定値に維持した場合の過
熱度特性を示す。図中の特性ｈ＋ｍ＋ｔは冷凍サイクル
の負荷状態等が異なる３例を示しておシ、特性ｍは標準
的な場合で他の２つは実使用状態で起る極端な場合を示
している。また過熱度ＳＨの設定値ＳＨｄは５　ｄｅｇ
とし、時刻１＝０分で圧縮機１を始動し、ｔ−０分以前
の過熱度ＳＨは意味がないが図中ではＳＨｄと等しく示
した。図のように印加電圧ＶＴが一定であっても、過熱
度特性は圧縮機１の始動後、特に１〜３分間は極めて不
安定で複雑な変化をし、始動後１０分間程度不安定な状
態が続く。

しかしながら始動後３〜５分程度経過した以後は、過熱
度特性は冷凍サイクルの特性から、特性りやｍのように
過熱度は下降する傾向を示し、上昇してもごくわずかで
ある。また特性ｔのように液・ぐツク状態であるものは
ほとんど回復することがない。

そこでこのような圧縮機１の始動後の過熱度特性に鑑み
、制御回路９は、以下のように構成される。これを第５
図を用いて説明する。

同図において、圧縮機１の始動時、運転信号ｖｃによシ
運転信号入力回路１０が圧縮機ｌの始動を検知し、その
後所定時間ｔＡ（−３分間）は一定の印加電圧ＶＴを出
力する。始動後、ｔＡ経過後、過熱度ＳＨを判断し、設
定値ＳＨｄ以下なら（第４図特性ｔのとき）、特性りに
示すようにただちに過熱度ＳＨを設定値ＳＨｄに近づけ
るよう印加電圧■７を増大する。また始動後所定時間ｔ
Ｂ（＝５分間）経過しても過熱度ＳＨが設定値ＳＨｄよ
シも高い時（第４図特性りのとき）は、始動後ｔＢ経過
時点よシ、特性Ｈのように印加電圧ＶＴを減少させる動
作に入る。また第４図特性ｍのように時刻ｔ１即ち所定
時間ｔＡとｔＢの間で過熱度ＳＨが設定値ＳＨｄよシ低
くなれば、特性Ｍで示すようにその時点から印加電圧ｖ
Ｔを調整するように働く。なお特性り、Ｍ。

Ｈにおいて印加電圧■７の増減幅は、過熱度ＳＨと設定
値ＳＨｄとの差、即ち偏差に対応した値（段階的に与え
ても良い）とし、一定時間（第５図では２分毎）に増減
動作を行ない、過熱度ＳＲを設定値ＳＨｄに維持させる
。

もし第４図における特性り及びｍのとき、特性りと同様
に始動後所定時間ｔＡ（＝３分間）経過時点で印加電圧
ｖＴを変更すると、■アか一定でありてもその後過熱度
ＳＨが下降する傾向がある上に一層下降させる働きをな
すことになシ、過熱度Ｓ’　Ｈが特性ｔのように液・ぐ
ツク状態に陥いる危険性が太きい。この状態の回復に長
時間（例えば１５分）要することになシ、過熱度ＳＨの
早期安定化を逆行する。

第３図における制御回路９は、圧縮機１の始動後の経過
時間並びに過熱度ＳＨ，ｌｌ）、冷凍サイクルの負荷状
態等を判断し、出来る限り早期に通常の過熱度制御動作
へ移行し、過熱度ＳＨを設定値に維持するように働く。

なお第３図の制御回路９の構成として、所定時間ｔＡ経
過後、通常の過熱度制御に移行する過熱度ＳＨの値は、
設定値ＳＨｄとする他、設定値ＳＨｄより低い適渦な値
（例えば５ｕ＝ｚ、ｓｄｅｇ）としても、はぼ同様な結
果が得られると考えられるが対象の冷凍サイクルの特性
から選定することが望ましい。また所定時間ｔＡ及びｔ
Ｂについても同様の選定が望まれる。

（発明の効果） 以上のように、本発明に基づく冷凍サイクルの冷媒流量
制御装置は、電気信号によシその絞シ量が調節可能な膨
張弁を用いて冷凍サイクルを過熱度制御によシ最適化を
はかるものであｐｌ特に圧縮機始動後の冷凍サイクルの
不安定な状態から早期に最適状態に移行させることがで
きる。これによ）機器の安全性・効率の向上をはかっ、
種々の冷凍空調機器への適応性を拡大することが可能′
となるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷凍サイクルの冷媒流
量制御装置の構成図、第２図は同制御装置における膨張
弁の特性図、第３図は同制御装置における制御回路の構
成図、第４図および第５図はそれぞれ同制御装置の動作
説明を行う特性図である。 １・・圧縮機、２・・・凝縮機、４・・・膨張弁（熱電
膨張弁）、５・・・蒸発器、７・・・第１の温度センサ
、８・・・第２の温度センサ、９・・・制御回路、１０
・・・運転信号入力回路、１１・・・マイクロコンピー
−り、１４・・・過熱度検知回路、■ア・・・印加電圧
１■ｃ°°°運転信号、ＳＨ・・・過熱度。 特許出願人　　松下電器産業株式会社 第１図 第２図 □　ｖＴ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気信号によシ絞シ量が調節可能な膨張弁と、蒸
   発器の入口ないし中間部に設けた第１の温度センサと、
   前記蒸発器の出口ないし圧縮機の吸入部に設けた第２の
   温度センサと、前記第１および第２の温度センサからそ
   れぞれの検出温度ＴつおよびＴ８の温度差（Ｔ８−　Ｔ
   、　）を設定値に維持するように前記膨張弁への電気信
   号を制御するとともに、前記圧縮機始動時において、所
   定時間ｔＡを経過した後前記温度差が所定範囲に達した
   時点、もしくは所定時間ｔＢ（〉ｔＡ）経過時点のいづ
   れか早い時点まで前記温度差にかかわらず前記電気信号
   を所定値に維持する制御回路を具備したことを特徴とす
   る冷凍サイクルの冷媒流量制御装置。
2. （２）制御回路における温度差を、前記設定値よシ低い
   範囲としたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の冷凍サイクルの冷媒流量制御装置。