JPS61237977A - マルチ形冷凍装置 - 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） 本発明はマルチ形冷凍装置、詳しくは、複数の利用側熱
交換器を備えると共に、循環冷媒を制御する弁開度調整
可能な膨張弁と、前記循環冷媒の状態を検出する検出手
段と、該検出手段の出力を基に前記膨張弁の制御弁開度
を算出するフィードバック制御手段とを設けたマルチ形
冷凍装置に関する。

（従　　来　　技　　術　　） 本出願人は、先に、マルチ形冷凍装置において循環冷媒
制御用の前記膨張弁に電動弁を用い、該膨張弁の弁開度
を前記循環冷媒の過熱度を基に制御するものを提案した
（特願昭５８−２４２７８８号）。

さらに、本出願人は前記冷凍装置における前記膨張弁を
フィードバック制御する手段について検討を行い、下記
する制御手段を設けて運転を行うことを試みた。即ち、 例えば、第５図に示すように一台の室外ユニット（Ａ）
に３台の室内ユニット（Ｂ）を接続し、かつ、各室内ユ
ニット（Ｂ）の入口側の源側支管（Ｃ）に各々電動式の
膨張弁（以下、電動弁という）（Ｅ３０）を設けた冷凍
装置において冷房運転をする場合を説明すると、 ■　前記各室内ユニット（Ｂ）の出口側の冷媒の過熱度
（ＳＨ）を検出する検出手段（図示せず）と、 ■　一定時間毎に、前記検出手段からその時の過熱度（
ＳＨ）を入力して、該過熱度（ＳＨ）と予め設定してお
く目標過熱度（ＳＨＯ）との偏差値（Ｅ＝ＳＨＯ−８Ｈ
）を算出し、この偏差値（Ｅ）を基に、前記電動弁（６
０）の変更弁開度を下記する一定の関係式を基に算出し
、変更弁開度＝制御常数（Ａ）×偏差値（Ｅ）この算出
された変更弁開度を基に前記電動弁（６０）の弁開度を
前記した一定時間（サンプリング時間）毎に調整するこ
とを試みたのである。

尚、第５図中、（６１）は圧縮機、（６２）は熱源側熱
交換器、（８３）は利用側熱交換器である。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、前記した制御では、室内ユニット（Ｂ）の運
転台数が増減するなど、運転条件が大幅に変更された場
合、この変更後の過渡期に前記制御がハンチングを生じ
たりして、安定するまでに長時間を要し、制御特性が著
しく不良になる問題があった。

また、このような現象は、前記した室内ユニット（Ｂ）
の運転台数の変化以外に、圧縮機の容量制御などの外乱
があった場合にも生じることが確かめられた。

この原因の一つは、前記外乱によって、例えば■　室内
ユニット（Ｂ）の運転台数が変化した場合には、負荷が
大幅に減少し、かつ、前記電動弁（６０）のトータル弁
開度が急激に変更されるために、また、 ■　前記圧縮機の容量制御が行われた場合には、容量制
御に伴い循環冷媒量が急激に変化するために、 いずれの場合にも循環冷媒の状態が激変し、前記した通
常のフィードバック制御による前記電動弁（６０）の弁
開度制御では前記各外乱に十分対応できないためと考え
られる。

しかして、本発明の目的は、運転条件に変更（外乱）が
あった場合には、この外乱に伴う過渡期に、フィードバ
ック制御による制御弁開度に、新たに生じた運転条件に
応じた変更を加えることにより、前記外乱時に、前記膨
張弁の弁開度制御を迅速に安定させ、良好な制御特性が
得られるようにする点にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の構成を第１．３．４図を基に説明すると、複数
の利用側熱交換器（６）を備えると共に、循環冷媒を制
御する弁開度調整可能な膨張弁（ＥＶ１〜４）と、前記
循環冷媒の状態を検出する検出手段（ＴＨ，〜６）と、 該検出手段（ＴＨ，〜。）の出力を基に前記膨張弁（Ｅ
Ｖ１〜４）の制御弁開度を算出するフィードバック制御
手段とを設けたマルチ形冷凍装置において、 前記冷凍装置に作用する外乱を検出する外乱検出手段と
、 外乱発生時に、前記外乱検出手段の信号を基に前記フィ
ードバック制御手段による前記膨張弁（ＥＶ１〜４）の
制御弁開度に変更を加える弁開度変更指令手段と 前記フィードバック制御手段と弁開度変更指令手段との
出力を基に前記膨張弁（ＥＶ１〜４）の弁開度を制御す
る制御手段と を設けたのである。

（作　　　　用　　） 運転条件の変更などの外乱が生じると、この外乱は前記
外乱検出手段によって検出される一方、この外乱検出手
段の出力を基づいて、前記フィードバック制御手段によ
る制御弁開度に、前記外乱に応じた変更が加えられるの
である。この結果、運転条件の大幅な変更に伴う過渡期
に、従来のようにハンチング現象を生じたりすることな
く、安定した制御が迅速に得られるのである。

（実　　施　　例　　） 第３図に示したものは、１台の室外ユニット（Ａ）に３
台の室内ユニット（Ｂ）を接続したマルチ形冷凍装置で
、冷房運転及び暖房運転を行えるようにしたものである
。

前記室外ユニツ）　（Ａ）には可変容量形の圧縮機（１
）、熱源側熱交換器（２）及び冷凍サイクル切換え用の
四路切換弁（３）とを設けると共に、前記熱源側熱交換
器（２）の出口側に接続する液態主管（４）及び前記四
路切換弁（３）の切換ボートに接続するガス側主管（５
）に、それぞれ前記室内ユニット（Ｂ）の台数に対応さ
せた３本の液態支管（４１）及びガス側支管（５１）を
接続している。

また、前記各室内ユニット（Ｂ）にはそれぞれ利用側熱
交換器（６）を設け、これら熱交換器（６）を前記各液
態支管（４１）、ガス側支管（５１）に接続している。

更に、前記室外ユニツ）　（Ａ）の前記液態主管（４）
及び各液態支管（４１）には、それぞれ膨張弁として作
用する第１電動弁（ＥＶ、）及び第２電動弁（ＥＶ１〜
４）を介装し、これら電動弁（ＥＶ１〜４）を、冷房運
転及び暖房運転時に過熱度制御弁または過冷却度制御弁
として作用させるようにしている。前記各電動弁（ＥＶ
１〜４）は、ステッピングモータを備え、パルス信号を
入力して、このパルス信号に応じて弁開度を任意に調節
できるようにしたものである。

かくして、前記四路切換弁（３）を切換えることにより
、実線矢印で示す冷房サイクル運転と破線矢印で示す暖
房サイクル運転とが行えるようにしている。

以下、冷房運転時における前記各電動弁（ＥＶ１〜４）
の制御について第１表を基に説明する（尚、暖房運転の
説明は省略する）。

第　　　　１　　　　表 この冷房運転時には、前記第１電動弁（ＥＶ、）で前記
熱源側熱交換器（２）の出口側冷媒の過冷却度（ＳＣ）
を制御し、また、前記第２電動弁（ＥＶ１〜４）で各利
用側熱交換器（６）の出口側冷媒の過熱度（ＳＨ）を制
御するのである。

前記過冷却度（ＳＣ）の検出は、前！ｒ！軌源側鮎交換
器（２）に、冷媒の凝縮温度を検出する第１温度検出器
（ＴＨ，）を設けると共に、前記熱源側熱交換器（２）
の出口側の前記液態主管（４）に凝縮冷媒の温度を検出
する第２温度検出器（ＴＨ，）を設け、これら検出器の
検出温度の差により過冷却度（ＳＣ）を検出するように
している。

また、前記過熱度Ｃ３Ｈ）の検出は、前記液態主管（４
）に設ける受液器（７）と前記圧縮機の吸入管（６）と
を、キャピラリーチューブ（９１）をもつ蒸発温度検出
回路（９）で接続し、この回路（９）における前記チュ
ーブ（９１）の出口側に蒸発圧力相当飽和温度を検出す
る第３温度検出器（ＴＨ，）を設ける一方、各ガス側支
管（５１）に、それぞれ前記利用側熱交換器（６）の出
口側のガス冷媒の温度を検出する第４温度検出器（ＴＨ
４〜６）を設け、これら検出器（ＴＨ３及び１〜６）の
検出温度を基に前記各室内ユニット（Ｂ）毎の過熱度（
ＳＨ）を検出するようにしている。

そして、これら検出された過冷却度（ＳＣ）及び過熱度
（ＳＨ）を基に、前記凝縮液冷媒及び蒸発ガス冷媒の各
過冷却度（ＳＣ）、過熱度（ＳＨ）が予め設定された目
標過冷却度（ＳＣｏ）及び過熱度（ＳＨｏ）となるよう
に、前記各電動弁（ＥＶ１〜４）の弁開度を制御するご
とくしている。

換言すると、前記第１電動弁（ＥＶ、）は、前記目標過
冷却度（ＳＣＯ）と検出過冷却度（ＳＣ）との差である
偏差値（Ｅ＝ＳＣＯ−８Ｃ）が零に成るように制御され
るのである。また、前記第２電動弁（ＥＶ１〜４）は、
同様にして偏差値（Ｅ’　＝ＳＨＯ−８Ｈ）が零とるよ
うにフィードバック制御されるのである。

尚、前記各温度検出器（ＴＨ，〜６）が本発明における
冷媒状態を検出する検出手段に対応する。

前記したフィードバック制御について説明すると、 ■　所定のサンプリング時間（Ｔ）毎に、前記各温度検
出器（ＴＨ，〜６）の出力する各検出温度を読み込んで
、前記過冷却度（ＳＣ）の前記偏差値（Ｅ）及び前記過
熱度（ＳＨ）の前記偏差値（Ｅ９）を算出し、これらの
値を基に前記各電動弁（ＥＶ１〜４）の変更弁開度を設
定するための駆動パルス（Ｐ、Ｑ）を、次式に従って演
算するのである。

■　第１電動弁（ＥＶ、） Ｐ　”　Ａ　Ｘ　Ｅ　ｏ・・・・・■ ■　第２電動弁（ＥＶ１〜４） Ｑ”Ｂ　（Ｅ’　ｏ−Ｅ＋　）　＋Ｃ１１Ｅ’　ｏ＋Ｄ
　（Ｅ’。−２Ｅ’　ｌ　＋Ｅ’　ｔ　）・・・・・■
但し、 Ｐ、Ｑ；第１、第２電動弁（ＥＶ、、１〜４）に出力す
る各駆動パルス数 Ｅｏ、Ｅ’。；現サンプリング時の過冷却度（ＳＣ）及
び過熱度（ＳＨ）の前記各偏差値Ｅ’、；１回前のサン
プリング時の前記各偏差値Ｅ’、；２回前のサンプリン
グ時の前記各偏差値Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、；フィードバック
常数上記した制御、即ち、前記各温度検出器（ＴＨＩ〜
６）の出力を基にした各電動弁（ＥＶ１〜４）の変更弁
開度の算出制御はマイクロコンピュータを用いて成るフ
ィードバック制御手段により行うものである。

このための制御回路を第４図を基に概略説明する。

第４図中、（１０）はマイクロコンピュータで、中央演
算処理装置（ＣＰＵ）とＲＡＭ及びＲＯＭから成るメモ
リ（１１）とを備え、このマイクロコンピュータの入力
（ｉｌｌ　ニｉｔ、■　各室内ユニット（Ｂ）に設けら
れる３個の室内運転スイッチ（１２）（−個のみ図示）
■　室温設定器（１３）（同上） ■　室温検出器（１４）（同上） ■　前記目標過冷却度（ＳＣｏ）の設定器（１■　前記
目標過熱度（ＳＨ，）の設定器（１６）を接続すると共
に、 ■　前記各温度検出器（ＴＨ１〜６）をＡ／Ｄ変換器（
１７）を介して接続している。

また、前記マイクロコンピュータ（１０）の出力側には
、 ■　前記四路切換弁（３）を駆動回路（３１）を介して
、また、 ■　前記圧縮機（１）の駆動モータ（Ｍ）を駆動回路（
３２）を介して介して接続すると共に、■　前記各電動
弁（ＥＶ１〜４）をマルチプレクサ−（１６）及び各駆
動回路（１９〜２２）を介して接続している。

尚、前記圧縮機（１）の容量制御は、前記室温設定器（
１３）による設定温度と、前記室温検出器（１４）の検
出温度との温度差により検出する負荷変動に基づいて行
うようにしている。

以上のごとく構成するマルチ形冷凍装置において、 前記冷凍装置に作用する外乱を検出する外乱検出手段と
、 外乱発生時に、前記外乱検出手段の信号を基に前記フィ
ードバック制御手段による前記第２電動弁（ＥＶ１〜４
）の制御弁開度に変更を、加える弁開度変更指令手段と 前記フィードバック制御手段と弁開度変更指令手段との
出力を基に、前記膨張弁（ＥＶ１〜４）の弁開度を制御
する制御手段と を構成するのである。

これらの手段はいずれも前記マイクロコンビエータを用
いて構成するものである。以下、説明する。

前記外乱検出手段は、■前記運転スイッチ（工２）の出
力を入力して、室内ユニット（Ｂ）の運転台数を検出す
る運転台数検出部と、■前記圧縮機（１）の容量制御（
１００％または５０％）を検出する容量制御検出部とか
らなっている。

前記変更指令手段は、■前記外乱検出手段における前記
運転台数検出部の出力を入力して、前記電動弁（ＥＶ１
〜４）の弁開度を、変更後の運転台数に応じて予め設定
している所定の弁開度に変更する第１弁開度変更部と、 前記容量制御検出部の出力を入力して、この容量制御に
応じて、前記フィードバック制御による前記第２電動弁
（ＥＶ１〜４）の制御弁開度に変更を加える第２弁開度
変更部とからなっている。

以下、第１弁開度変更部について説明すると、例えば、
室内ユニツ）　（Ｂ）の運転台数が、３台から２台（Ｅ
Ｖ、対応室内ユニツ）　（Ｂ）を停止）に減少すると、
前記第２電動弁（ＥＶ、。

、）のトータル弁開度が、この運転台数の減少に伴って
極端に絞られてしまうので、負荷変動（減少）を考慮し
た上で、運転室側の前記第２電動弁（ＥＶ、、、）の弁
開度を、第２表に示すように、３台運転時の過渡期の設
定弁開度（１２０パルス）よりも大きく設定（１６０パ
ルス）するようにしている。

このようにして、過度期の所定時間（３分間）、前記フ
ィードバック制御による制御弁開度とは無関係に、変更
された運転台数に応じて前記第２電動弁（ＥＶ１〜４）
の弁開度を保持するように前記制御手段に指令するので
ある。

第　　　　２　　　　　表 また、前記第２弁開度変更部は、前記圧縮機（１）の容
量が例えば１００％運転から５０％運転に減少させられ
ると、この瞬間に循環冷媒が半減されるので、この循環
冷媒量に対応させて、第３表に示すように、前フィード
バック制御による２第２電動弁（ＥＶ１〜４）の弁開度
を所定比（α）減少させ、かつ、所定時間（３分間）そ
の開度を保持させるように前記制御手段に指令するもの
である。

第　　　　３　　　　表 また、前記制御手段は、前記フィードバック制御手段及
び前記変更指令手段の出力を基に、前記電動弁（ＥＶ、
及びＥＶ１〜４）にパルス信号を出力するものである。

尚、本実施例においては、前記室内ユニット（Ｂ）の運
転台数が変更された場合は、前記外乱検出手段の出力を
基に、前記制御手段が、第４表に示すごとく、前記第２
電動弁（ＥＶ１〜４）の各フィードバック制御常数（Ｂ
−Ｄ）を変更するようにしている。

このように室内ユニットＣＢ）の運転台数の増加に応じ
て、第２電動弁（ＥＶ１〜４）の前記常数を減少させる
ようにする理由の一つは、これら常数を運転台数に関係
なく固定すると、フィードバック制御に基づく前記第２
電動弁（ＥＶ１〜４）のトータル開度の変更量が、前記
過熱度（ＳＨ）の偏差値（Ｅ′）が同じでも、運転台数
の増加に伴って、大きくなり過ぎてしまうからである。

第　　　　４　　　　表 以上のごとく構成する前記冷凍装置の冷房運転を説明す
る。

運転スイッチ（図示せず）を投入すると、まず、運転開
始か、継続運転かを判断する（ステップ１００）。

運転開始であるから、ステップ１０１に進み、室内ユニ
ット（Ｂ）の運転台数を検出する。

そしてステップ１０２で、検出された運転台数に応じて
、第１電動弁（ＥＶ、）、第２電動弁（ＥＶ１〜４）の
初期弁開度を設定し、更に、前記各常数（Ａ−Ｄ）及び
サンプリング時間（Ｔ）を設定する。

この時、第１電動弁（ＥＶ、）は３００パルス、第２電
動（ＥＶ、）の初期弁開度は第２表に基づき、また、前
記フィードバック制御常数は第４表に基づいて、それぞ
れ運転台数に合わせて設定する。また、前記サンプリン
グ時間（Ｔ）は、２０秒に設定する。

か（して、前記圧縮機（１）を全容量（１００％）で起
動させる（ステップ１０３）。

そして、３分間強制的に継続運転させる（ステップ１０
４）。

この後、再び室内ユニット（Ｂ）の運転台数を再確認し
て（ステップ１０５）、変更がなければ、更に、前記圧
縮機（１）の容量制御を判定しくステップ　１０６）、
この容量制御の変更も行われていなければ、 前記各温度検出器（ＴＨ，〜。）から各温度を検出しく
ステップ１０７）、更に、過冷却度（ＳＣ）の前記偏差
値（Ｅ）及び過熱度（ＳＨ）の各偏差値（Ｅ９）を算出
するのである（ステップ１０６）。

そして、前記ステップ１０８で算出された各偏差値（Ｅ
）（Ｅ’　）を基に、前記した制御式■、■を利用して
、各電動弁（ＥＶ、）（ＥＶ１〜４）の変更弁開度（パ
ルス数Ｐ１Ｑ）を算出しくステップ１０９）、前記各電
動弁（ＥＶ１〜４）の弁開度を調節するのである（ステ
ップ１１０）。

尚、停止中の室内ユニット（Ｂ）に対応する第２電動弁
（ＥＶ１〜４）は閉鎖している。

このようにして、再びステップ１００に復帰し、今度は
継続運転であるからステップ１０５に飛んで、運転台数
を検出するのである。

この時、運転台数に変更があれば、停止側の第２電動弁
（ＥＶ４とする）を閉鎖する一方、運転室側の前記第２
電動弁（ＥＶ、、３　）の弁開度を、算出された前記過
熱度（ＳＨ）の前記偏差値（Ｅ゛）換言すると、算出さ
れた前記変更弁開度（Ｑ）に関係なく、この変更された
運転台数に応じて第２表に示した通りに、設定するので
ある（ステップ１１１）。

この例では、室内ユニット（Ｂ）の運転台数が３台から
２台に減少されているから、第１電動弁（ＥＶ、）はそ
のままフィードバック制御を継続する一方、前記第２電
動弁（ＥＶ、、、）の弁開度を各々１６０パルスの弁開
度に強制的に調節するのである。

また、前記第２電動弁（ＥＶ、、！　）の各制御式■の
各常数（Ｂ−Ｄ）を第４表に示したごとく、それぞれｏ
、ｅ、ｏ。５，１．０に変更するのである。

そして、この状態で３分間運転を継続した後（１１２）
、ステップ１０７に進み前記したと同様の運転を行うの
である。

また、前記ステップ１０５で室内ユニット（Ｂ）の運転
台数に変更がないと判断された場合には、更に、前記ス
テップ１０８で前記圧縮機（１）の容量制御の変更を判
定し、例えば、１００％容量から５０％容量運転に変更
された場合には、この容量制御と同時に、前記フィード
バック制御による制御弁開度（Ｑ）を所定比（例えばα
＝０．５）減少させて、その開度をα・Ｑとするのであ
る（ステップ１１３）。かくして、この状態で３分間前
記第２電動弁（ＥＶ１〜４）の弁開度を保持するのであ
る。

かくして、前記ステップ１０７に進み前記同様の制御を
繰り返すのである。

他の実施例 前記第２電動弁（ＥＶ１〜４）の外乱時の変更弁開度設
定は、運転台数の変化のみを考慮したが、これと共に停
止されまたは運転される室内ユニッ）　（Ｂ）の容量の
相違をも考慮するようにしてもよい。例えば第５表に示
す通りである。

第　　　　５　　　　表 また、外乱は前記室内ユニット（Ｂ）の運転台数の変更
や、圧縮機（１）の容量制御に限定されるものではなく
、運転条件の大幅な変更を伴うものを対象とすることが
できる。

また、前記フィードバック制御は、前記した制御式によ
る制御に限定されるものではない。　更に、前記実施例
においては、液管（４，４１）に第１、第２電動弁（Ｅ
Ｖ１〜４）を設けるようにしたが、源側主管（４）に１
個の電動弁のみを設けるようにしてもよい。

（発明の効果　） 以上のごとく、本発明によれば 前記冷凍装置に作用する外乱を検出する外乱検出手段と
、 外乱発生時に、前記外乱検出手段の信号を基に前記フィ
ードバック制御手段による前記膨張弁の制御弁開度に変
更を加える弁開度変更指令手段と、前記フィードバック
制御手段と前記弁開度変更指令手段との出力を基に前記
膨張弁の弁開度を制御する制御手段と、 を設けたから、外乱が生じても、この外乱に順応するた
めの過度期に、前記膨張弁（電動弁）の制御にハンチン
グ現象を生じるようなことがなく、運転条件の大幅な変
化にも拘わらず、安定した制御が迅速に達成でき、従来
に比して良好な制御特性が得られるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念図、第２〜４図は本発明の詳細な
説明図で、第２図は冷房運転を説明するためのフローチ
ャート、第３図は冷媒回路図、第４図は制御回路図、第
５図は従来例を示す説明図である。 （６）・・・・・利用側熱交換器 （１０）・・・・・マイクロコンピュータ（１２）・・
・・・運転スイッチ （ＥＶ、）・・・・・第１電動弁 （ＥＶ１〜４）・・・・・第２電動弁 （ＴＨ１〜７）・・・・・温度検出器 第５図 Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の利用側熱交換器（６）を備えると共に、循
   環冷媒を制御する弁開度調整可能な膨張弁（ＥＶ＿１〜
   ＿４）と、前記循環冷媒の状態を検出する検出手段（Ｔ
   Ｈ＿１〜＿６）と、 該検出手段（ＴＨ＿１〜＿６）の出力を基に前記膨張弁
   （ＥＶ＿１〜＿４）の制御弁開度を算出するフィードバ
   ック制御手段とを備えたマルチ形冷凍装置において、 前記冷凍装置に作用する外乱を検出する外乱検出手段と
   、 外乱発生時に、前記外乱検出手段の信号を基に、前記フ
   ィードバック制御手段による前記膨張弁（ＥＶ＿１〜＿
   ４）の制御弁開度に変更を加える弁開度変更指令手段と
   、 前記フィードバック制御手段と弁開度変更指令手段との
   出力を基に、前記膨張弁（ＥＶ＿１〜＿４）の弁開度を
   制御する制御手段と を設けたことを特徴とするマルチ形冷凍装置。