JPS60251349A - 冷凍装置 - 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】

本発明に冷凍サイクルに非共沸混合冷媒を用いた冷凍装
置において、冷媒組属変化が大きくなった場合にも圧縮
機に異常状態をもたらすことなく安定した運転を持続し
得る冷凍装置の構成に関する。

【従来の技術】

沸点が異なる２種の冷媒を混合してなる非共沸混合冷媒
を単段冷凍サイクルに用いると共に、この混合冷媒を必
要に応じて組成比が変えられるようにした冷凍装置が提
案されており、特公昭５６−６９８号公報によって公知
である。 すなわち、冷凍サイクルの途中に分離装置を設けて循環
冷媒の組成を例えば冷房運転と暖房運転とで変えようと
するものである。 −１、圧力検出器で検出した吸入圧力に相当する飽和温
度と蒸発器の冷媒蒸発温度との差が一定になるように、
液管中に介設した電気式膨張弁の開度を制御する制御シ
ステムに関しては、特開昭５ｌ−８３２５Ｂ号公報によ
り開示されているように、これもまた公知である。 従って、単段冷凍サイクルに非共沸混合冷媒を用いてし
かも組成比な変更可能となすと共に、電気式膨張弁で冷
媒制御２行って蒸発器の差温−足の冷凍運転を行贋得る
冷凍装置に前述の両公知技術から容易に構成できるもの
である。

【発明が解決しようとする問題点】

このように非共沸混合冷媒ご用いた単段冷凍サイクルの
冷媒制御に、電気式膨張弁を用いた差温制御で可能であ
って、第９図に示す如く圧力検出器［１１で検出した吸
入圧力に相当する飽和温度信号゛

【Ｔ８］と温度検出器
（２１で検出した吸入冷媒温度信号［Ｔｏ］との差が一
定になるように過熱度一定の制御な行えばよくて、冷媒
の状態変化に対する制御応答速度が速匹利点を有する反
面、運転中に混合冷媒の組成が変って圧力一温度関係が
第８図に示すように変化すると、圧力検出器［１１の出
力で得られる冷媒飽和温度［’［’Ｓ］と冷凍サイクル
の飽和温度とが異なり、制御点がずれてしまって湿りあ
るいに過熱度過大となる運転を行うので好ましくない０
たとえば、第８図において初期の冷媒組成が。 Ｗ、であってこの時に圧力検出器ｆｉｌの出力な受ける
圧力演算回路が圧力（匂一定に対応する飽和蒸気ｉ　（
ＩＪの温ｆ　ｔＴ、ａｌ　’ｉ：出力するように設定さ
れていたとすると、この状態で、冷媒組成がＷ、ｌに変
化した場合、同じ圧力伊）に対する飽和蒸気線の温Ｋｎ
（Ｔｌａ）から（Ｔ、ｂｌに変化するにも拘らず、圧力
演算回路にＷ、に対応する［Ｔ、ａ）を出力し、△Ｔ＝
Ｔ、ｂ−Ｔ、ａで示すずれが生じることにより、このま
まで制御な行うと、ΔＴだけ過熱度が減少し、この場合
の組成変化が可成り大きいと圧縮機に湿り冷媒を吸込ん
で液圧縮を起すおそれがある。 この状態とに逆に組成変化が冷媒（４）の割合が小さく
なるように行われると、過熱度が増加してきて圧縮機が
高温に加熱され、過負荷運転、潤滑油の性能劣化などの
不都合な事態を招くおそれがある。 このように公知技術のものでに冷媒組成の変化に対して
何隻対策が講じられておらなく、圧縮機焼損などの事故
を招くおそれがある点に鑑みて、本発明に冷媒組成の変
化を逸早く検出して、飽和温度信号轡岬得るための圧力
検出器に関連する検出信号の出力を修正せしめる機構を
有せしめることによって、前述せる従来の欠点を解消す
ると共に、安定運転の維持をはからせ得るものであって
、非共沸混合冷媒を有する冷凍装置の普及を推進する上
に一翼を担わせること２本発明に目的とする。 【問題点を解決するための手段】 しかして本発明に、非共沸混合冷媒を冷凍サイクルに用
いると共に、圧力検出器で検出した吸入圧力を圧力一温
度変換手段で変換することにより得た飽和温度信号と、
第１温度検出器で検出した吸入冷媒温度信号との差が予
め設定した一定になるように、液管中に介設した電気式
膨張弁の制御を行う冷凍装置の構成としたものであって
、さらに低圧側における飽和蒸気線に近い冷媒温度を検
出して冷媒温度信号２発する第２温度検出器と、前記圧
力一温度変換手段で得た前記飽和温度信号と第２温度検
出器が発する前記冷媒温度信号と２比較して、その差が
所定範囲から外れた場合に修正信号２発する比較演算手
段と、この比較演算手段が発する前記修正信号によって
作動し、前記圧力一温度変換手段に対し変換定数を変更
するための出力を発して飽和温度信号＋ｍ記冷媒温度信
号に等しくなるよう修正せしめる変換定数変更手段とか
らなる制御回路を前記冷凍装置に設けた構成としたもの
である。 （作用］ 上述の構成を有する本発明に、電気式膨張弁によって過
熱度を一定とする冷媒制御を行わせると共に、冷凍サイ
クル中の非共沸混合冷媒が組、成度化を来してその変化
の度合が大きくなったときに汀、圧力検出器で検出した
吸入圧力に相当する飽和温度信号と第２温度検出器が発
する冷媒温度信号との差が予め設定した範囲から外れて
大きくなるので、これを過熱度が大き過ぎるかあるいは
湿り状態であるからと比較演算手段によって判断し、前
記圧力検出器によって得た飽和温度信号な前記冷媒温度
信号に照らせ合わせて変更せしめることにより、圧縮機
の焼付けや破損の事故を生ぜしめることなく安定運転を
続行させることが可能であり、ここに所期の目的な達成
し得るに至ったのである。

【実施例Ｊ 以下、未発明の実施例分添付図面にもとづいて説明する
。 第１図は未発明の１実施例に係る冷凍装置の回路図であ
って、圧縮機（ＩＩＩ　＊凝縮器θカ、電気式膨張弁［
３］及び蒸発器園からなる公知の冷凍サイクルを有する
が、液管中に介設した前記電気式膨張弁＋３１に第２図
、第３図にプフック示してなる如く、例えば弁駆動部に
パルスモータｔ３ＭＩＰ備え、該パルスモータ【３Ｍ】
に加えられるパルス電圧の数に応じて回転数が制御され
、弁を開度調節可能に開閉作動せしめるよう形成してい
る。 上述の構成になる冷凍装置に冷凍サイクルに非共沸混合
冷媒を所定量充填せしめるが、例えば低沸点冷媒［Ｒ−
２２１と高沸点冷媒［Ｒ−１１４１とを適当比で混合し
た混合冷媒が使用される。 この冷凍装置の運転制御を挙る制御回路に、圧力検出器
＋１）、第１湛度検出器＋２１及び第２温度検出器（４
］す入力指令要素として有すると共に、それ等各検出器
［１１，＋２１．　［４］と制御対象としての前記モー
タ

【３Ｍ１及び圧縮機（１υ用のモータｆ図示せず］と
の間に設けたコントローラ（Ｃ）′？ｉ：有している。 圧力検出器［１１ｆｌ吸入圧力を検出して、これを圧力
値に比例した電気信号に変換し出力する公知の圧力セン
サを用いており、−万、第１・第２温度検出器［２１＃
　［４］に対象個所の温度ご検出してこれを温度値に比
例した電気信号に変換し出力するサーミスタ等公知の温
度センサを用いている。 そして第１温度検出器（２）に、吸入管の適宜個所に添
設して吸入冷媒の温度［Ｔｏ］Ｅ検出し得るようになっ
ており、−万、第２湛度検ＩＢ！　（４］ｉ　、低圧側
における飽和蒸気線に近い温度状態の冷媒が存在する個
所に添設して、飽和蒸気線温度の冷媒温度［Ｔ］ｌＧ］
を検出し得るようになっており、この第２温度検出器（
４）ニ液相と気相とが共存する個所１例えば蒸発器αＪ
の出口より上流側に若干入った伝熱管の管壁に添着せし
める。 次にコントローラ（ＡＪｉ第２図及び第３図に構造２概
要示しているが、中央演算装置［ＯＰＵ］　、任意アク
セスメモリＣＲＡＭ］　、　続出専用メモリ［ＲＯＭＩ
　、　。 入力ポート【工。１〜【工、］及び出方ボート【ｏｏ】
′５：有するマイクロコンピュータがらなっていて、入
カポ−）　（１ｏ１にに圧力検出器

【１）を接続し、入
力ポート（工、］には第１温度検出器［２１及び第２温
度検出器〔４）を接続し、入力ポート【工、】には圧縮
機運転判別信号等の入力要素を接続する一方、出方ボー
ト

【ｏｏ】には前記パルスモータ（３Ｍ］に制御出方を
発するための増幅器＋９］を接続している。 上記コントローラ（０）の機能ニ、第２図のブロック示
構造図及び第４図のフロー線図によってその内容を明示
しているが、比較演算手段（５）と、変換定数変更手段
（６］と、圧力一温度変換手段（７）と、電気式膨張弁
制御手段ｃ以下弁制御手段と略称する】（８］とを備え
ている口 前記圧力一温度変換手段（７）に、圧力検出器（１１が
検出した吸入圧力信号をこの吸入圧力相当の飽和温度信
号［ＴＳ）に変換する演算機能な有するものであって、
初期設定通りの混合比で充填した非共沸混合冷媒の蒸発
圧力

【Ｐ８】と飽和温度

【Ｔｓ】との関係分示す第５図
々示Ｐ−Ｔ曲線

【実線示曲線】から各圧力値に対応する
温度変換定数を−めで、この温度変換定数を任意アクセ
スメモリ［）ｔＡＭ　］に予メ記憶させておいて、圧力
検出の都度、必要な変換定数を読出すと共に、温度変換
の演算を行って対応する飽和蒸気線温度［Ｔｓ］に変換
するようになっている。 なお、任意アクセスメモリ［ＲＡＭ］には、初期設定時
の混合比を持つ混合冷媒におけるＰ−Ｔ曲線を基準とし
た変換定数のほかに、その近辺の各種混合比をパラメー
タとした幾つかのＰ−Ｔ曲線

【破線示曲線】にもとづく
変換定数を記憶させておいて、必要時にこの変換定数を
取り出し得るように形成している。 このようにして圧力一温度変換手段（７）から吸入圧力
相当の飽和温度信号［ＴＳ］が出力されると、この信号
［Ｔｓ］と第１温度検出器［２＋で検出した吸入冷媒温
度信号［Ｔｏ］とに弁制御手段（８）に入力される。 上記弁制御手段（８］に前記両信号［Ｔ、］、　［Ｔｏ
）　’ｉｔ比較してその差が予め設定した基準温度差に
合致するように制御信号を発するものであって、この制
御信号に増幅器（９］によって増幅された後、膨張弁［
３）の前記パルスモータ

【３Ｍ】に対し印加されること
により、前記両信号［Ｔｓ］、　［Ｔｏ］の差が一定と
なるように、すなわち、過熱度が一定となるように、膨
張弁（３）の弁開度の自動制御ご行わせるようになって
いる。 一万、前記比較演算手段（５）に、圧縮機（Ｉｌｌが運
転中において所定周期毎へ−例えば１０分毎に圧力検出
器［１］で検出した吸入圧力に相当する前記飽和温度信
号［Ｔ　ｓ　］と第第２温検出器（４］が検出した冷媒
温度信号

【Ｔ８】とを比較して、その差が所定範囲から
外れた場合に修正信号を発して、この修正信号を変換定
数変更手段（６）にインプットするよう形成している。 このようにして修正信号がインプットされる変換定数変
更手段（６）は、変更された混合比を持つ混合冷媒に対
応するＰ−Ｔ曲線からめられる変換定数が前記ＲＡＭか
ら読出されるように、変更出力な前記圧力一温度変換手
段

【７）にインプットせしめる。 その結果、圧力一温度変換手段〔７）からに、検出圧力
［Ｐ　］に対して第５図に破線示してなる曲線を基準と
して変換された冷媒温度信号、すなわち第２温度検出器
（４）が検出した冷媒温度信号【Ｔ、】に略々等しい値
となる信号が出方されることとなり、冷媒組成変化に追
随して初期条件ご自動的に変更させて、爾後継続的に過
熱度制御による冷凍運転を行わせることが可能である。 なお、第５図における実線曲線から破線曲線に変更して
、この曲線にもとづき変更された温度変換定数を記憶さ
せるためには、飽和圧力一温度関係が対象となる使用温
度範囲で限定すれば、ｔｎＰ　＝　ａ−亙　・・・・・
　■ 但しＰ；絶対圧力 Ｔ；絶対温度 ａ、ｂ；冷媒により決まる定数 で表わされるのでこれを基本として定数ａ、ｂを記憶さ
せておけばよく、以下その手順について説明する。 上記０式を変形すると ａ−ｔｎＰ　””　＠ 余 となり、Ｐを検出すれば０式によりＴが糸められるわけ
である。 ところで第５図における実線曲線から破線曲線への変更
に前述した定数ａ、ｂの変更に他ならなく、従って曲線
ご変更するためには検出圧力（乃、検出温度（四より０
式を満足するａｍｂ？ｉ一定めればよいが、未知数がａ
、ｂと２個あるのでこれだけでに定まらない。 そこで−今一つの条件式が必要であるか、これに第６図
の如く、圧力直線の変化の連続性を考えて与えることが
できる。 第６図において、直線ＣＬＡ］が混合冷媒の圧力直線で
あり、直ｆＲ［Ｌ１］ｍ’［Ｌ１］Ｉｆｆこの混合冷媒
の各成分冷媒の圧力直線で、それぞれ定数ａｌ　＊　ｂ
ｌｓ　ＥＬＨ＋　ｂＱを持っている。 混合冷媒の混合比を変えた場合に直線［１Ａ１が直線（
Ｌｌ）から直線

【Ｌ２】に連続に変化するためには定数
ａ、ｂ間に何らかの関係式な与えればよく１例えばＸを
パラメータとして ａ　＝　ｘａｌ＋　Ｅｌ−ｘ］　ａ、ｅ１１６−’　（
３ｂ　＝　ｘ　ｂｔ−＋［１−Ｘｌ　ｂ、ｍ＋＋　Ｏと
すれば表現可能である。なおＸに混合比の関係である。 θ、■両式よりＸを消去して −ｂ２ ａ　＝　ａ２＋［ａｔ　ａ２］□　・・１０口　■ｂ、
−ｂ。 が得られるが、これを条件式として０式に追加すればＴ
、ＰからｉＬ、ｂがまるものである。 ■に■を代入して、ｂについて整理すると、０１−０２
　Ｔ が得られ、結局測定したＰ、Ｔを用い０式により請求め
、０式よりａをめればよく、これを新たな直線（ＬＢ）
の定数ａ′、ｂ’として記憶すればよい。 ＠Ｇ両式に記憶に便利なように変形すると、ａ＝Ｂ−ｂ
−Ａ　・・・・・　■ 但シ、Ａ＝＝　ａｓｂｚ　ａｌｌ）１　、Ｂ　＝＝　ａ
ｌａｆｉｂ、−す、　ｂ、　−す。 となり、従ってこのＡ、Ｂの値２記憶しておけばよいこ
とがわかる。 以上述べた構成になる冷凍装置の運転制御の態様を第４
図にフロー線図で示しているが、制御作動が開始（イ）
すると、タイマがクリア（ロ）され、圧縮機（１１〕が
運転していると（ハ）、タイマがカウント開始に）して
、この時点から吸入圧力（ＰＪ　、吸入冷媒温度［Ｔｏ
）及び冷媒温度

【Ｔ８】の検出な行わせる（ト）。 そして弁制御手段＋８］による電気式膨張弁（３］での
過熱度−足保持の制御ご行う（へ）と共に定常運転中か
どうかを判別（ト）して定常運転であると、タイマが所
定周期例えば１０分の計時２行ったところで（イ）、比
較演算手段（５）によるＴｓとＴ］ｌ、の比較を行い（
す）。 その温度差が所定範囲内であるとタイマをクリア（切し
、再び同じ手順な繰り返す。 −万、前記温度差が所定範囲から外れて大きくなった場
合に、変換定数変更手段［６１が作動しく２）で、圧力
一温度変換手段（７）において検出した圧力に相当する
定数ａ、ｂｉ演算し、かつＲＡＭに記憶させに）た後、
タイマをクリア（ロ）し、再び同じ手順な繰り返す。 なお、定常運転であるか否かの判断（ト）として。 例えば１分経過の前後における冷媒温度信号

【Ｔ８】の
６値が十〇、　ｌ　’Ｃ以内であればこれを定常とし、
そうでなければ過渡期あるいにその他の理由で不安定状
態であるとしてタイマをクリア（ロ）し最初の状態から
作動しなおすようにする。 また、負荷変動が大きくなく、かつ所定周期を１０分程
度としている場合には、定常運転とみなし得るので定常
運転であるか否かの判断（トノニ省略してもよい。 また、起動またはアンローダ制御から所定時間をタイマ
でカウントし、その後に定常運転と判断してもよい。 しかして第２温度検出器＋４＋によって冷媒温度を検出
する個所としては、好ましくに蒸発器θ印の過熱域と飽
和域の境界点よりも僅かに飽和域に入った点の温度を検
出するものであって、これに冷凍装置が過熱度を常に適
正な一定値に保持するようにしていて蒸発器（１３１の
過熱域の所要面積かは〈決まっているのと、飽和域の万
が潜熱変化が主であって顕熱の変化が小さく温度変化の
誤差が大きく現れないで有利であるのとの理由によるも
のである。 また、未発明に係る冷凍回路ｉ第１図々示のものに限定
されなく、例えば第７図に示すように、吸入冷媒と高圧
液冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換器圓を追加した
装置でもよく低圧側における飽和蒸気線に近い冷媒温度
が検出できるものであれば、他の変型の装置も当燃包含
される。 未発明に吸入圧力に相当する飽和温度信号［ＴＳ）と、
吸入冷媒温度信号ｔ　’ｒｏ）とによって過熱度制御を
行っているので、２点の温度を検出する方式に比して応
答が早くかつ制御性にも十分すぐれていながら、非共沸
混合冷媒の組成変化を検出して変化の程度が大きい場合
に飽和温度信号［Ｔｓ］を当初の混合比にもとづく圧力
一温度特性から得られた値でなく、実際に顕出している
低圧側での飽和蒸気線に近い冷媒温度［ＴＢ］に変更し
た後、吸入冷媒温度［Ｔｏ］と比較させて電気式膨張弁
［３］に対する制御入力要素としているので、′ｇ＆人
冷媒が過大に過熱されている状態でに電気式膨張弁［３
１の弁開度がさらに開き側に制御されて過熱度を設定値
通りに下げるようになり、逆に一人冷媒が湿り状態でに
弁開度がより絞られて過熱度を設定値に近付くように上
げるようになり、従って異常過熱や液戻りＰ生ぜしめる
ことなく混合冷媒の組成変化に対しても運転を継続しな
がら、しかも安定状態を維持することが可能である。 第１図は本発明の１実施例に係る装置回路図、第２図乃
至第４図に同じく制御回路１０ツク図、制御回路略示構
造図及びフロー線図、第５図及び第６図、は圧力一温度
変換の演算を説明するための概念図及び参考線図、第７
図に本発明の１例に係る装置回路図、第８図は非共沸混
合冷媒の組成と温度との関係を示す線図、第９図に従来
の冷凍装置の回路図である。 ｆｉｌ・・・圧力検出器、【２］・・・第１温度検出器
。 【３ト・・電気式膨張弁、（４ｊ・・・第２温度検出器
。 （５）・・・比較演算手段、（６）・・・変換定数変更
手段。 （７）・・・圧力一温度変換手段。 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 ］］ 第８図　第９図 組爪

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冷凍サイクルに非共沸混合冷媒を用いる−１、圧力
   検出器【１）で検出した吸入圧力を圧力一温度変換手段
   （７）で変換することにより得た飽和温度信号【Ｔ８】
   と％第１温度検ｔＢ　Ｎ　＋２３で検出した吸入冷媒温
   度信号（ＴＧＩとの差が一定になるように、液管中に介
   設した電気式膨張弁［３）の制御を行う冷凍装置であっ
   て、低圧側における飽和蒸気線に近い冷媒温度を検出し
   て冷媒温度信号’［ＴＦ、］を発する第２温度検出器（
   ４）と、前記圧力一温度変換手段（７）で得た前記飽和
   温度信号［ＴＳ］と第２温度検出器【４】が発する前記
   冷媒温度信号【Ｔ、】とを比較して、その差が所定範囲
   から外れた場合に修正信＠を発する比較演算手段【５）
   と、この比較演算手段（５）が発する前記修正信号によ
   って作動し、前記圧力一温度変−換手段！７１に対し変
   換定数を変更するための出力を発して飽和温度信号［Ｔ
   Ｓ］を゛前記冷媒温度信号（Ｔ］ｌ、）に等しくなるよ
   う修正せしめる変換定数変更手段（６）とからなる制御
   回路を設けたことを特徴とする冷凍装置。