WO2023148862A1 - 冷凍サイクル装置及び制御方法 - Google Patents

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WO2023148862A1
WO2023148862A1 PCT/JP2022/004153 JP2022004153W WO2023148862A1 WO 2023148862 A1 WO2023148862 A1 WO 2023148862A1 JP 2022004153 W JP2022004153 W JP 2022004153W WO 2023148862 A1 WO2023148862 A1 WO 2023148862A1
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WO
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controller
degree
refrigerant
expansion valve
output
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/004153
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English (en)
French (fr)
Inventor
有輝 森
孝洋 中井
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Priority to JP2022543588A priority patent/JP7297162B1/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/83—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers
    • F24F11/84—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers using valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems

Definitions

  • the present disclosure relates to a refrigeration cycle device and control method.
  • a refrigeration system also referred to as a refrigeration cycle system
  • a refrigeration cycle system that controls the degree of supercooling with an expansion valve
  • the refrigeration system disclosed in Patent Document 1 has a configuration that is effective only within the range of the amount of refrigerant that allows control of the degree of supercooling (also referred to as degree of supercooling control). Therefore, when the degree of supercooling cannot be controlled, the degree of supercooling cannot be appropriately controlled, and the refrigeration system tends to break down.
  • An object of the present disclosure is to appropriately control the degree of supercooling even when the degree of supercooling cannot be controlled.
  • the refrigeration cycle device of the present disclosure is a compressor that compresses a refrigerant; a condenser; an expansion valve that adjusts the flow rate of the refrigerant; an evaporator; an accumulator that supplies refrigerant to the compressor; a control device that controls the expansion valve,
  • the control device is a degree-of-supercooling controller that calculates a first degree of opening of the expansion valve such that the degree of supercooling of the refrigerant follows a target value, and outputs the result of the calculation; a discharge temperature controller that calculates a second degree of opening of the expansion valve such that the temperature of the refrigerant discharged from the compressor follows a predetermined upper limit value, and outputs the calculation result; a first maximum selector that outputs the largest value of the output of the supercooling degree controller and the output of the discharge temperature controller; has The controller controls the expansion valve using the value output from the first maximum selector.
  • the control method of the present disclosure is A control method for controlling the expansion valve in a refrigeration cycle device having a compressor for compressing a refrigerant, a condenser, an expansion valve for adjusting the flow rate of the refrigerant, and a control device for controlling the expansion valve, calculating a first degree of opening of the expansion valve such that the degree of supercooling of the refrigerant follows a target value; calculating a second degree of opening of the expansion valve such that the temperature of the refrigerant discharged from the compressor follows a predetermined upper limit value; and controlling the expansion valve using the largest value of the first degree of opening and the second degree of opening.
  • the degree of supercooling can be appropriately controlled even when the degree of supercooling cannot be controlled.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a configuration of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 2 is a functional block diagram showing functions of a control device shown in FIG. 1;
  • 2 is a block diagram showing an example of the configuration of a control device shown in FIG. 1;
  • FIG. 4 is a flow chart schematically showing an example of a method of controlling an expansion valve in a refrigeration cycle device;
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the operation of the refrigeration cycle device under conditions where the amount of refrigerant is sufficient;
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the operation of the refrigeration cycle device under conditions where the amount of refrigerant is insufficient;
  • FIG. 10 is a diagram showing the operation of the refrigeration cycle device in a state where the amount of refrigerant is insufficient and after the shortage is resolved;
  • FIG. 5 is a diagram showing the operation of the refrigeration cycle device when the state where the amount of refrigerant is not insufficient is changed to the state where the amount of refrigerant is insufficient.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an example of the configuration of a control device that controls an expansion valve according to Embodiment 2; It is a figure which shows the operation
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the operation of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of a configuration of a control device according to Embodiment 3;
  • FIG. FIG. 12 is a block diagram showing an example of the configuration of a control device according to Embodiment 4;
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the configuration of a refrigeration cycle apparatus 1 according to Embodiment 1.
  • the refrigeration cycle device 1 includes a control device 2 that controls an expansion valve 5, a compressor 3 that compresses refrigerant, a condenser 4, an expansion valve 5 that adjusts the flow rate of refrigerant, It has an evaporator 6 and an accumulator 7 that supplies refrigerant to the compressor.
  • Compressor 3 , condenser 4 , expansion valve 5 , evaporator 6 , and accumulator 7 are connected by piping 8 to form refrigerant circuit 9 .
  • Refrigerant flows through the refrigerant circuit 9 .
  • the solid line arrows represent the direction in which the coolant flows.
  • An example in which the refrigerating cycle device 1 is an air conditioner will be described below, but the refrigerating cycle device 1 is not limited to being an air conditioner.
  • the compressor 3 compresses the refrigerant sucked from the accumulator 7 and discharges it.
  • the capacity of the compressor 3 (amount of refrigerant sent out per unit time) may be changed by arbitrarily changing the driving frequency of the compressor 3 by, for example, an inverter circuit (not shown) or the like.
  • the condenser 4 is installed on the discharge side of the compressor 3.
  • the condenser 4 performs heat exchange between refrigerant and air, condenses and liquefies the refrigerant, and heats the air.
  • the expansion valve 5 is provided in the pipe 8 between the condenser 4 and the evaporator 6 in the refrigerant circuit 9 .
  • the expansion valve 5 is composed of, for example, an expansion valve whose degree of opening is variable, such as an electronic expansion valve, and adjusts the pressure and flow rate of the refrigerant.
  • the evaporator 6 is installed on the pipe 8 on the discharge side of the expansion valve 5 .
  • the evaporator 6 performs heat exchange between refrigerant and air, evaporates and vaporizes the refrigerant, and cools the air.
  • the accumulator 7 is installed in the pipe 8 on the suction side of the compressor 3 .
  • the accumulator 7 separates the sucked refrigerant into liquid refrigerant and gas refrigerant, and causes the compressor 3 to suck only the gas refrigerant.
  • the accumulator 7 avoids failure of the compressor 3 due to liquid compression, and also functions as a liquid reservoir for storing excess refrigerant.
  • the refrigeration cycle apparatus 1 may include, for example, a discharge temperature sensor 11, an outlet temperature sensor 12, and a high pressure sensor 13.
  • a discharge temperature sensor 11 and a high pressure sensor 13 are respectively arranged in the pipe 8 on the discharge side of the compressor 3.
  • the discharge temperature sensor 11 detects the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 3, and the high pressure sensor 13 detects The pressure of the refrigerant discharged from 3 is detected.
  • the outlet temperature sensor 12 is installed at the refrigerant outlet of the condenser 4 and detects the temperature of the refrigerant flowing out of the condenser 4 .
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing functions of the control device 2 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the various sensors described above are connected to the control device 2, and data such as temperature or pressure is input to the control device 2 from the various sensors. Also, a command or the like from a user of the refrigeration cycle apparatus 1 is input to the control device 2 via an operation unit (not shown).
  • the control device 2 has a control processing device 21, a storage device 23 and a clock device 22.
  • the control processing device 21 performs processing such as calculation and determination based on data such as input temperature, and controls devices of the refrigeration cycle device 1 such as the compressor 3 and the expansion valve 5 .
  • the storage device 23 is a device that stores data necessary for the control processing device 21 to perform processing.
  • the storage device 23 includes a volatile storage device (not shown) such as a random access memory (RAM) that can temporarily store data, a hard disk, and a non-volatile auxiliary storage device (not shown) such as a flash memory that can store data for a long time. not shown).
  • the clocking device 22 is composed of, for example, a timer or the like, and performs clocking. The clock device 22 is used for determination of the control processing device 21 and the like.
  • the control processing device 21 can be configured by, for example, a microcomputer having a control processing device such as a CPU (Central Processing Unit).
  • the storage device 23 has data in which processing procedures performed by the control processing device 21 are programmed.
  • a control processing unit implements control by executing processing based on program data. Note that each device can be composed of a dedicated device (hardware).
  • the control device 2 sets the expansion valve opening for causing the discharge temperature to follow the upper limit of the discharge temperature and the supercooling degree to the supercooling degree target value. is calculated, and the expansion valve opening degree is controlled to the larger one of the expansion valve opening degrees.
  • the expansion valve opening means the opening of the expansion valve 5 .
  • “upper limit” means a predetermined value.
  • “lower limit” means a predetermined value.
  • the upper limit of the discharge temperature means, for example, the upper limit of the temperature of the refrigerant that can be used in the compressor 3 .
  • the upper limit of the ejection temperature is also referred to as the upper limit of ejection temperature.
  • a gaseous refrigerant that has been compressed by the compressor 3 to a high temperature and a high pressure is discharged from the discharge port of the compressor 3 and flows into the condenser 4 .
  • the gaseous refrigerant that has flowed into the condenser 4 releases heat in the condenser 4 , is liquefied under high pressure, and flows out of the condenser 4 .
  • the refrigerant that has flowed out of the condenser 4 is decompressed by the expansion valve 5 , becomes a low-temperature two-phase state, and flows into the evaporator 6 .
  • the low-temperature two-phase refrigerant that has flowed into the evaporator 6 absorbs heat in the evaporator 6 , evaporates under low pressure, and flows out of the evaporator 6 .
  • the refrigerant that has flowed out of the evaporator 6 flows into the accumulator 7 .
  • the refrigerant that has flowed into the accumulator 7 is separated into a vapor phase and a liquid phase, and the vapor phase refrigerant is discharged from the accumulator 7 .
  • Refrigerant discharged from the accumulator 7 is sucked into the compressor 3 and compressed again. By repeating such operations, the refrigeration cycle of the refrigeration cycle device 1 is realized.
  • the refrigerant circuit 9 shown in FIG. 1 is the minimum configuration for realizing the refrigeration cycle of the refrigeration cycle device 1 according to the present disclosure, and the refrigeration cycle device 1 switches the flow path of the refrigerant as necessary.
  • a four-way valve or the like may be included.
  • heat exchange is performed between the air and the refrigerant in the condenser 4 and the evaporator 6, but heat exchange does not necessarily have to be performed between the refrigerant and the air. For example, heat exchange may occur between refrigerant and water, or heat exchange may occur between refrigerant and geothermal heat.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the control device 2 shown in FIG. 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 3 , the control device 2 includes a supercooling degree controller 21 , a discharge temperature controller 22 and a maximum selector 23 .
  • the degree-of-supercooling controller 21 calculates the degree of opening of the expansion valve 5 (also referred to as "first degree of opening") such that the degree of supercooling of the refrigerant follows the target value, and outputs the result of the calculation.
  • the supercooling degree controller 21 is, for example, a PI controller (also referred to as "first PI controller”).
  • the PI controller that constitutes the degree-of-subcooling controller 21 is a position-type controller that outputs the degree of opening of the expansion valve 5 so that the degree of supercooling follows the target value of the degree of supercooling as the refrigerant temperature to be controlled. It is a PI controller.
  • a supercooling degree controller 21 acquires the deviation between the current degree of supercooling calculated from the sensor value and a predetermined target value of supercooling, and opens the expansion valve to make the degree of supercooling follow the target value of supercooling. Print degrees.
  • the degree of supercooling is described below.
  • the saturated liquid temperature at that pressure is calculated from the high pressure acquired by the high pressure sensor 13, using the physical property value of the refrigerant.
  • the difference between the calculated saturated liquid temperature and the temperature acquired by the outlet temperature sensor 12 is the degree of supercooling.
  • the method for calculating the degree of supercooling is not limited to this method.
  • the difference between the temperature acquired by the temperature sensor installed in the two-phase region of the condenser 4 and the temperature acquired by the outlet temperature sensor 12 may be used as the degree of supercooling.
  • the PI controller that constitutes the degree of supercooling controller 21 has an anti-reset windup function, and is configured so that the output of the degree of supercooling controller 21 does not diverge. For example, even if the maximum selector 23 does not output the output of the degree of supercooling controller 21, the output of the degree of supercooling controller 21 does not diverge.
  • the anti-reset windup function is a function of the PI controller when the output of the PI controller and the opening of the expansion valve 5 are different from each other due to the selection of the maximum selector 23 or the upper and lower limits of the opening of the expansion valve 5.
  • the subcooling degree target value may be a constant value, or may be a variable value that is appropriately set depending on the actual operating conditions.
  • the supercooling degree target value is a variable value, for example, the supercooling degree target value may be a value obtained by multiplying the difference between the condensation temperature and the ambient temperature of the condenser 4 by a coefficient.
  • the subcooling degree controller 21 may not be a PI controller, it may be a dynamic feedback controller such as a P controller, a PID controller, or a model predictive controller, or a predetermined It may be a dynamic or static controller following a table or the like.
  • the supercooling degree controller 21 may not be a position type controller, but may be a speed type controller. Even in this case, the input to the maximum selector 23 is the expansion valve opening.
  • the discharge temperature controller 22 controls the degree of opening of the expansion valve 5 (also referred to as the “second degree of opening”) such that the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 3 (also referred to as the “discharge temperature”) follows the upper limit value. ) and outputs the result of the calculation.
  • the discharge temperature controller 22 is, for example, a PI controller (also referred to as a "second PI controller").
  • the PI controller that constitutes the discharge temperature controller 22 is a position-type PI controller that outputs the opening degree of the expansion valve 5 such that the discharge temperature follows the discharge temperature upper limit as the temperature of the refrigerant to be controlled. is.
  • the discharge temperature controller 22 acquires a deviation between the discharge temperature obtained from the discharge temperature sensor 11 and a predetermined discharge temperature upper limit value, and outputs an expansion valve opening that causes the discharge temperature to follow the discharge temperature upper limit value.
  • the PI controller that constitutes the discharge temperature controller 22 has an anti-reset windup function and is configured so that the integral value does not diverge. For example, even if the maximum selector 23 does not output the output of the discharge temperature controller 22, the integrated value of the output of the discharge temperature controller 22 does not diverge. Therefore, when the operating conditions change and the degree of refrigerant shortage changes, the control can be switched immediately, and the refrigeration cycle apparatus 1 can be stably transitioned to an efficient operating state.
  • the discharge temperature upper limit value may be determined based on hardware constraints, or may be set based on empirical rules.
  • Discharge temperature controller 22 may not be a PI controller, it may be a dynamic feedback controller such as a P controller, a PID controller, or a model predictive controller, or may be a pre-defined table It may be a dynamic or static controller according to Etc.
  • the discharge temperature controller 22 may not be a position controller, and may be a speed controller. Also in this case, the input to the maximum selector 23 is the expansion valve opening.
  • the maximum selector 23 compares the output of the supercooling degree controller 21 and the output of the discharge temperature controller 22 and outputs the one with the larger value. That is, the maximum selector 23 selects and outputs the largest value of the output of the supercooling degree controller 21 and the output of the discharge temperature controller 22 .
  • the control device 2 uses the value output from the maximum selector 23 to control the expansion valve 5 . Thereby, the opening degree of the expansion valve 5 is appropriately controlled.
  • the parameters of each of the first PI controller and the second PI controller are calculated using system identification results such as step response. Therefore, the design load of the first PI controller and the second PI controller can be reduced.
  • FIG. 4 is a flow chart schematically showing an example of a method for controlling the expansion valve 5 in the refrigeration cycle device 1. As shown in FIG. As explained above, the control method for controlling the expansion valve 5 includes the following steps.
  • step S1 the first degree of opening of the expansion valve 5 is calculated so that the degree of supercooling of the refrigerant follows the target value.
  • step S2 the second degree of opening of the expansion valve 5 is calculated so that the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 3 follows a predetermined upper limit value.
  • step S3 the expansion valve 5 is controlled using the largest value of the first degree of opening of the expansion valve 5 and the second degree of opening of the expansion valve 5. These steps appropriately control the opening of the expansion valve 5 .
  • FIG. 5 to 8 are diagrams showing examples of operations in the refrigeration cycle apparatus 1 according to Embodiment 1.
  • FIG. 5 the “output of the supercooling controller 21” is also referred to as the “supercooling controller output”, and the “output of the discharge temperature controller 22” is also referred to as the “discharge temperature controller output”. called.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the operation of the refrigeration cycle device 1 under conditions where the amount of refrigerant is sufficient.
  • the discharge temperature remains below the upper limit, and the degree of supercooling follows the target value.
  • the degree-of-supercooling controller 21 outputs an opening degree for maintaining the degree of supercooling at the target value.
  • the discharge temperature controller 22 outputs a smaller degree of opening in order to converge the discharge temperature to the upper limit.
  • the maximum selector 23 selects the output of the degree-of-supercooling controller 21, and control is executed at the degree of opening for controlling the degree of supercooling to the target value.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the operation of the refrigeration cycle device 1 under conditions where the amount of refrigerant is insufficient.
  • the discharge temperature follows the upper limit, and the degree of supercooling remains below the target value.
  • the discharge temperature control outputs an opening degree for maintaining the discharge temperature at the upper limit.
  • the degree of supercooling controller 21 outputs a smaller degree of opening in order to increase the degree of supercooling to the target value.
  • the maximum selector 23 selects the output of the discharge temperature controller 22, and control is executed at an opening degree for controlling the discharge temperature to the upper limit value.
  • FIG. 7 is a diagram showing the operation of the refrigeration cycle device 1 in a state where the amount of refrigerant is insufficient and after the shortage is resolved.
  • the refrigerant amount is in an insufficient state before a certain time, but the insufficient state is resolved after a certain time.
  • the discharge temperature controller 22 operates to gradually narrow the degree of opening of the expansion valve in order to increase the discharge temperature to the upper limit.
  • the degree of supercooling controller 21 narrows down the degree of supercooling to follow the target value up to a certain point, but after a certain point, the degree of opening of the expansion valve 5 is throttled in response to the increase in the degree of supercooling. It is turning from action to action to open.
  • the maximum selector 23 first selects the output of the discharge temperature controller 22 and operates. 21 outputs are selected for operation. As a result, the control is finally executed at the degree of opening for controlling the degree of supercooling.
  • FIG. 8 is a diagram showing the operation of the refrigeration cycle device 1 when the state where the refrigerant amount is not insufficient is changed to the state where the refrigerant amount is insufficient.
  • the amount of refrigerant is not insufficient before a certain time, but becomes insufficient after a certain time.
  • the discharge temperature remains below the upper limit before a certain point, but follows the upper limit after a certain point.
  • the degree of supercooling follows the target value before a certain point, but after a certain point, the refrigerant runs short and the degree of supercooling drops.
  • the supercooling degree controller 21 outputs an opening degree for maintaining the degree of supercooling at the target value until a certain point, but at a certain point the degree of supercooling has decreased, so the degree of supercooling is increased. , a low opening is output.
  • the discharge temperature controller 22 outputs a low degree of opening before a certain point in order to increase the discharge temperature to the upper limit, but after a certain point the discharge temperature operates near the upper limit. is output.
  • the maximum selector 23 selects the output of the degree-of-supercooling controller 21 and controls the degree of opening so that the degree of supercooling approaches the target value before the shortage of refrigerant occurs. After the degree of supercooling has decreased, the output of the discharge temperature controller 22 is selected to control the degree of opening so that the discharge temperature approaches the upper limit. Therefore, highly efficient operation can be maintained even under conditions where the amount of refrigerant is insufficient.
  • Embodiment 1 a problem when the amount of refrigerant is insufficient will be described.
  • the degree of subcooling is usually controlled by an expansion valve.
  • the degree of supercooling cannot be obtained even if the degree of opening of the expansion valve is reduced, and the degree of supercooling becomes uncontrollable.
  • the suction superheat of the compressor increases, the discharge temperature of the compressor rises, and the compressor expands, which causes a problem.
  • the configuration according to Embodiment 1 can appropriately control the degree of supercooling under operating conditions in which the refrigerant is sufficiently sufficient, and can realize highly efficient and energy-saving operation.
  • the system automatically and continuously switches to discharge temperature control, suppressing the rise in the discharge temperature.
  • the appropriate opening degree of the expansion valve 5 is always calculated for this purpose, stable and highly efficient operation is maintained.
  • the refrigerant amount is moderate, and the switching point whether the target to be controlled is the degree of subcooling or the discharge temperature. Even in the above operation, stable operation can be realized without hunting.
  • the discharge temperature can be controlled to the upper limit value with high accuracy, the equipment can be protected with high accuracy. In this way, not only the main supercooling control but also the secondary control such as protection is continuously controlled like the PI control, thereby obtaining the above advantages.
  • the supercooling degree controller 21 and the discharge temperature controller 22 are controllers established in terms of control engineering such as a PI controller, there are already many existing techniques for designing the parameters of these controllers. Established by research. Therefore, there is also an effect that the design load of the controller is reduced.
  • a design method using the results of system identification based on step response can be considered.
  • a configuration in which the parameters of the controller are learned from input/output data during actual operation is also conceivable. It should be noted that whether the above system identification is online identification or offline identification is not limited.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of the control device 2 that controls the expansion valve 5 according to the second embodiment.
  • the control device 2 further has a switch 24 .
  • Embodiment 2 differs from Embodiment 1 shown in FIG.
  • the switch 24 is arranged between the supercooling degree controller 21 and the maximum selector 23 .
  • Switch 24 receives the output from subcooling controller 21 .
  • the output from switch 24 enters maximum selector 23 .
  • the switch 24 determines whether the state of the refrigerant present at the outlet of the condenser 4 is liquid phase or two-phase, for example, based on the degree of supercooling. When it is determined that the state of the refrigerant present at the outlet of the condenser 4 is liquid phase, the switch 24 outputs the same value as the output of the degree-of-subcooling controller 21 . On the other hand, if it is determined that the state of the refrigerant present at the outlet of the condenser 4 is two-phase, the switch 24 outputs an invalid signal.
  • the maximum selector 23 When the maximum selector 23 receives the invalid signal, it outputs the largest value among the outputs input to the maximum selector 23 excluding the invalid signal.
  • the switch 24 determines whether the degree of supercooling from the degree-of-supercooling controller 21 is equal to or greater than a predetermined threshold. In this case, if the degree of supercooling from the degree-of-supercooling controller 21 is equal to or greater than a predetermined threshold value, the switch 24 outputs the output of the degree-of-supercooling controller 21 as it is. If the degree of subcooling from the degree-of-subcooling controller 21 is less than a predetermined threshold, the switch 24 outputs an invalid signal.
  • the switch 24 may determine whether the degree of supercooling is on (that is, the degree of supercooling has a positive value). In this case, the switch 24 receives the degree of supercooling as an input, and when the switch 24 determines that the degree of supercooling is on, the switch 24 outputs the output of the degree of supercooling controller 21 as it is. When the switch 24 determines that the degree of subcooling is not on, the switch 24 outputs a disable signal.
  • the maximum selector 23 When an invalid signal is input to the maximum selector 23, the maximum selector 23 outputs the largest value among the inputs excluding the invalid signal. For example, if the output of switch 24 is an invalid signal and the output of discharge temperature controller 22 is "100", switch 24 outputs "100".
  • Whether or not the degree of supercooling is present is determined by whether the degree of supercooling exceeds a certain threshold. For example, when the degree of supercooling is 2°C or more, it is determined that the degree of supercooling is present, and when the degree of supercooling is less than 2°C, it is determined that the degree of supercooling is not present.
  • the threshold value of the degree of supercooling is set in consideration of the pipe pressure loss, the mounting position of the sensor, the measurement error of the sensor, and the like.
  • the determination in the switch 24 may be made by other means. For example, the dryness of the refrigerant present at the outlet of the condenser 4 is estimated, and if the dryness is zero or less, it is determined that the degree of supercooling is present, and if the dryness is greater than zero, the degree of supercooling is not present. can be determined.
  • FIG. 10 is a diagram showing the operation of a refrigeration cycle apparatus as a comparative example.
  • a refrigerating cycle device as a comparative example differs from the refrigerating cycle device 1 according to the second embodiment in that it does not have the switch 24 .
  • the supercooling degree control output is valid even when the degree of supercooling is not set. Since the degree of supercooling does not take a value less than zero, when the degree of supercooling is not set, the expansion valve 5 operates only more conservatively than the optimum throttling amount, and the throttling speed becomes slower than the optimum speed. That is, even in a region where the degree of supercooling is not attached, the discharge temperature control output is smaller than the degree of supercooling control output, and the degree of opening of the expansion valve 5 is always controlled by the degree of supercooling control output. .
  • FIG. 11A and 11B are diagrams showing an example of the operation of the refrigeration cycle apparatus 1 according to Embodiment 2.
  • FIG. 11 In the example shown in FIG. 11, there is no subcooling degree control output when the degree of subcooling is less than 2°C. In this case, the switch 24 outputs an invalid signal. Therefore, the maximum selector 23 always selects the discharge temperature control output, and the expansion valve 5 is controlled at the throttling speed for causing the discharge temperature to follow the upper limit.
  • the degree of supercooling reaches 2°C or higher, the output of the degree of supercooling controller becomes effective, and thereafter the output of the degree of supercooling controller is selected, and the expansion valve is opened at the degree of opening for making the degree of supercooling follow the target value. 5 is controlled.
  • the throttling speed of the expansion valve 5 is increased, and the time until stabilization is shortened.
  • Embodiment 2 when the degree of supercooling is not set, the opening of the expansion valve 5 is controlled so that the discharge temperature follows the upper limit. Therefore, the throttling of the expansion valve 5 becomes faster in the region where the degree of supercooling is not set, and the time until stabilization can be shortened. As a result, it is possible to obtain effects such as a rapid heating and cooling effect or an energy saving effect.
  • FIG. 12 is a block diagram showing an example of the configuration of the control device 2 according to the third embodiment.
  • the configuration of the control device 2 in the third embodiment is the same as the configuration of the control device 2 in the first embodiment. Operations different from those of the first embodiment will be described below.
  • the discharge temperature controller 22 does not calculate the upper limit value of the discharge temperature, but calculates the opening degree of the expansion valve 5 for following the target value of the discharge temperature. It differs from form 1 (eg, the operation shown in FIG. 3).
  • the discharge temperature controller 22 appropriately controls the suction superheat degree of the compressor 3 instead of causing the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 3 to follow a predetermined upper limit value. , the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 3 is made to follow the target value of the discharge temperature that improves energy saving. The temperature of the refrigerant discharged from the compressor 3 is also called discharge temperature.
  • the discharge temperature controller 22 causes the discharge temperature to follow a predetermined target value other than the predetermined upper limit value.
  • the target value of the discharge temperature is set to a value that makes the degree of suction superheat of the compressor 3 appropriate and improves energy saving.
  • the target value of the discharge temperature is set to the temperature when the degree of suction superheat of the compressor 3 is assumed to be 5° C. at high and low pressures before and after the compressor at that time.
  • Embodiment 3 the degree of suction superheat of the compressor 3 can be controlled to an appropriate value. Adequate suction superheat optimizes the efficiency of the refrigeration cycle and improves the coefficient of performance (COP). Therefore, according to Embodiment 3, it is possible to realize a more efficient and energy-saving operation even in a refrigerant shortage state in which the degree of subcooling cannot be controlled.
  • COP coefficient of performance
  • FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of the control device 2 according to the fourth embodiment.
  • the control device 2 includes a subcooling degree controller 21, a discharge temperature controller 22, and a first maximum selector 23, as well as an evaporator differential temperature controller 31 and a discharge superheat lower limit. It differs from the control device 2 in Embodiment 1 in that it further includes a controller 32, a discharge superheat upper limit controller 33, a minimum selector 34, and a second maximum selector 35.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the control device 2 according to the fourth embodiment.
  • the control device 2 includes a subcooling degree controller 21, a discharge temperature controller 22, and a first maximum selector 23, as well as an evaporator differential temperature controller 31 and a discharge superheat lower limit. It differs from the control device 2 in Embodiment 1 in that it further includes a controller 32, a discharge superheat upper limit controller 33, a minimum selector 34, and a second maximum selector
  • the evaporator temperature difference controller 31 calculates an expansion valve opening degree (also referred to as a third opening degree) that causes the evaporator temperature difference to follow a predetermined upper limit value, and outputs the calculation result.
  • the evaporator temperature difference controller 31 is composed of a position type PI controller that outputs an expansion valve opening degree such that the evaporator temperature difference follows the evaporator temperature difference upper limit as the refrigerant temperature to be controlled. .
  • the evaporator temperature difference controller 31 acquires the deviation between the current evaporator temperature difference calculated from the sensor value and a predetermined evaporator temperature difference upper limit, and sets the evaporator temperature difference to the evaporator temperature difference upper limit. Outputs expansion valve opening to follow.
  • the evaporator temperature difference is calculated from the difference between the temperature of the refrigerant coming out of the evaporator 6 and the temperature of the refrigerant entering the evaporator 6 .
  • the evaporator temperature difference is calculated, for example, as the difference between the value of a temperature sensor installed near the outlet of the evaporator and the value of a temperature sensor installed near the inlet of the evaporator. Calculation of the evaporator temperature difference is not limited to this method.
  • the difference between the temperature at the evaporator outlet and the saturated gas temperature calculated from the low pressure may be defined as the evaporator differential temperature.
  • the upper limit of the evaporator temperature difference is set to, for example, 2°C.
  • the evaporator temperature difference upper limit value does not necessarily have to be 2°C.
  • the evaporator temperature difference upper limit value may be set according to an allowable relationship between the dryness of the evaporator 6 and the evaporator temperature difference, taking into account the installation position of the sensor and the like.
  • the evaporator differential temperature controller 31 does not necessarily have to be a PI controller.
  • the evaporator differential temperature controller 31 may be, for example, a dynamic feedback controller such as a P controller, a PID controller, or a model predictive controller, or a dynamic or It may be a static controller.
  • the evaporator differential temperature controller 31 does not necessarily have to be a position type controller.
  • the evaporator differential temperature controller 31 may be a speed controller. Even when the evaporator differential temperature controller 31 is a speed controller, the input to the maximum selector 23 is the expansion valve opening degree.
  • the discharge superheat lower limit controller 32 calculates an expansion valve opening degree (also referred to as a fourth opening degree) that causes the discharge superheat degree to follow the lower limit value, and outputs the calculation result.
  • the discharge superheat lower limit controller 32 is composed of a position type PI controller that outputs, as the refrigerant temperature to be controlled, an expansion valve opening that causes the discharge superheat to follow the discharge superheat lower limit.
  • the discharge superheat lower limit controller 32 acquires the deviation between the current discharge superheat calculated from the sensor value and the predetermined discharge superheat lower limit, and is an expansion valve that causes the discharge superheat to follow the discharge superheat lower limit. Output the opening.
  • the discharge superheat is calculated from the difference between the value of the discharge temperature sensor 11 and the value of the temperature sensor installed in the two-phase region of the condenser 4 .
  • Calculation of the degree of discharge superheat is not limited to this method.
  • the difference between the temperature acquired by the discharge temperature sensor 11 and the saturated gas temperature calculated from the high pressure may be defined as the degree of discharge superheat.
  • the discharge superheat lower limit is set to 10°C, for example.
  • the discharge superheat lower limit does not necessarily have to be 10°C.
  • the discharge superheat lower limit value may be set according to the discharge superheat degree condition for preventing liquid backflow, taking into consideration the operation assurance conditions of the compressor 3 and the like.
  • the discharge superheat degree lower limit value may be set with a margin.
  • the discharge superheat lower limit controller 32 does not necessarily have to be a PI controller.
  • the discharge superheat low limit controller 32 may be a dynamic feedback controller such as a P controller, a PID controller, or a model predictive controller, or a dynamic or static controller such as according to a predetermined table. controller.
  • the discharge superheat lower limit controller 32 does not necessarily have to be a position type controller.
  • the discharge superheat lower limit controller 32 may be a velocity type controller. Even if the discharge superheat lower limit controller 32 is a speed type controller, the input to the minimum selector 34 is the expansion valve opening.
  • the discharge superheat upper limit controller 33 calculates an expansion valve opening degree (also referred to as a fifth opening degree) that causes the discharge superheat degree to follow the upper limit value, and outputs the calculation result.
  • the discharge superheat upper limit controller 33 is composed of a position type PI controller that outputs, as the refrigerant temperature to be controlled, an expansion valve opening that causes the discharge superheat to follow the discharge superheat upper limit.
  • the discharge superheat upper limit controller 33 acquires the deviation between the current discharge superheat calculated from the sensor value and a predetermined discharge superheat upper limit, and is an expansion valve that causes the discharge superheat to follow the discharge superheat upper limit. Output the opening.
  • the discharge superheat is calculated from the difference between the value of the discharge temperature sensor 11 and the value of the temperature sensor installed in the two-phase region of the condenser 4 .
  • Calculation of the degree of discharge superheat is not limited to this method.
  • the difference between the temperature acquired by the discharge temperature sensor 11 and the saturated gas temperature calculated from the high pressure may be defined as the degree of discharge superheat.
  • the discharge superheat upper limit is set to 60°C, for example.
  • the discharge superheat degree upper limit does not necessarily have to be 60°C.
  • the discharge superheat degree upper limit value may be set to an upper limit value for maintaining an appropriate operating state according to the specifications of the equipment of the compressor 3 or operating conditions.
  • the discharge superheat degree upper limit value may be set with a margin.
  • the discharge superheat upper limit controller 33 does not necessarily have to be a PI controller.
  • the discharge superheat high limit controller 33 may be a dynamic feedback controller such as a P controller, a PID controller, or a model predictive controller; It may be a static controller.
  • the discharge superheat upper limit controller 33 does not necessarily have to be a position type controller.
  • the discharge superheat upper limit controller 33 may be a speed type controller. Even when the discharge superheat upper limit controller 33 is a speed type controller, the input to the second maximum selector 35 is the expansion valve opening.
  • the maximum selector 23 receives the output of the subcooling degree controller 21 and the output of the evaporator differential temperature controller 31.
  • a maximum selector 23 selects and outputs the largest value between the output of the supercooling degree controller 21 and the output of the evaporator differential temperature controller 31 .
  • the minimum selector 34 is arranged between the maximum selector 23 (first maximum selector 23) and the maximum selector 35 (second maximum selector 35). Minimum selector 34 receives the output of maximum selector 23 and the output of discharge superheat lower limit controller 32 . The minimum selector 34 selects and outputs the smallest value between the output of the maximum selector 23 and the output of the discharge superheat lower limit controller 32 .
  • the maximum selector 35 receives the output of the minimum selector 34, the output of the discharge temperature controller 22, and the output of the discharge superheat upper limit controller 33.
  • the maximum selector 35 selects and outputs the largest value among the output of the minimum selector 34, the output of the discharge superheat upper limit controller 33, and the output of the discharge temperature controller 22.
  • the control device 2 uses the value output from the second maximum selector 35 to control the expansion valve 5 . Thereby, the opening degree of the expansion valve 5 is appropriately controlled.
  • control device 2 may have at least one switch 24 described in the second embodiment.
  • each switch 24 is connected to the subcooling degree controller 21, the discharge temperature controller 22, the evaporator differential temperature controller 31, the discharge superheat lower limit controller 32, and the discharge superheat upper limit controller 33. be.
  • the evaporator temperature difference controller 31 changes the input value of the switch 24 when the evaporator temperature difference is 2° C. or more. output, and output an invalid signal below 2°C.
  • the state of the refrigerant present at the outlet of the evaporator 6 is estimated, and if the state of the refrigerant is gas phase, the input value of the switch 24 is output, and if the state of the refrigerant is two-phase, an invalid signal is output. do.
  • the switch 24 connected to the discharge superheat lower limit controller 32 outputs the input value of the switch 24 when the discharge superheat is 15°C or less, and outputs an invalid signal when the discharge superheat is greater than 15°C.
  • the threshold used to determine the degree of discharge superheat does not necessarily have to be 15°C.
  • the input to the discharge temperature controller 22 is the discharge temperature upper limit value, but the discharge temperature target value may be used as the input to the discharge temperature controller 22 as in Embodiment 3.
  • control parameters for each of the subcooling degree controller 21, the discharge temperature controller 22, the evaporator differential temperature controller 31, the discharge superheat lower limit controller 32, and the discharge superheat upper limit controller 33 improve their control performance.
  • it may be variable during actual operation according to the operating state at that time.
  • the control parameter may vary depending on coolant flow rate. Specifically, when the refrigerant flow rate is small, the control gain may be decreased, and when the refrigerant flow rate is high, the control gain may be increased.
  • the evaporator differential temperature can be controlled with high precision below the upper limit value.
  • the temperature difference between the vapor phase region and the two-phase region within the piping of the evaporator 6 can be reduced, and dew blowout can be avoided.
  • it is possible to control the degree of opening of the expansion valve within a range in which the upper and lower limits of the discharge superheat are maintained it is possible to prevent the discharge superheat from deviating from the upper and lower limits. 1 can be improved.

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Abstract

冷凍サイクル装置（１）は、冷媒を圧縮する圧縮機（３）と、凝縮器（４）と、冷媒の流量を調整する膨張弁（５）と、蒸発器（６）と、アキュムレータ（７）と、膨張弁（５）を制御する制御装置（２）とを有する。制御装置（２）は、過冷却度制御器（２１）と、吐出温度制御器（２２）と、第１最大選択器（２３）とを有する。過冷却度制御器（２１）は、冷媒の過冷却度が目標値に追従するような膨張弁（５）の第１の開度を演算し、演算結果を出力する。吐出温度制御器（２２）は、圧縮機（３）から吐出される冷媒の温度が予め定められた上限値に追従するような膨張弁（５）の第２の開度を演算し、演算結果を出力する。第１最大選択器（２３）は、過冷却度制御器（２１）の出力及び吐出温度制御器（２２）の出力のうち、最も大きい値を出力する。制御装置（２）は、第１最大選択器（２３）から出力された値を用いて膨張弁（５）を制御する。

Description

冷凍サイクル装置及び制御方法
　本開示は、冷凍サイクル装置及び制御方法に関する。
　一般に、膨張弁によって過冷却度を制御する冷凍装置（冷凍サイクル装置とも称する。）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０２１／０５４４６３号
　特許文献１に開示されている冷凍装置は、過冷却度の制御（過冷却度制御とも称する。）が可能な冷媒量の範囲においてのみ有効な構成となっている。そのため、過冷却度制御が成り立たないような場合においては、過冷却度を適切に制御できず、冷凍装置が故障しやすいという課題がある。
　本開示の目的は、過冷却度制御が成り立たないような場合であっても、過冷却度を適切に制御することを目的とする。
　本開示の冷凍サイクル装置は、
　冷媒を圧縮する圧縮機と、
　凝縮器と、
　冷媒の流量を調整する膨張弁と、
　蒸発器と、
　前記圧縮機に冷媒を供給するアキュムレータと、
　前記膨張弁を制御する制御装置と
　を備え、
　前記制御装置は、
　冷媒の過冷却度が目標値に追従するような前記膨張弁の第１の開度を演算し、演算結果を出力する過冷却度制御器と、
　前記圧縮機から吐出される冷媒の温度が予め定められた上限値に追従するような前記膨張弁の第２の開度を演算し、演算結果を出力する吐出温度制御器と、
　前記過冷却度制御器の出力及び前記吐出温度制御器の出力のうち、最も大きい値を出力する第１最大選択器と、
　を有し、
　前記制御装置は、前記第１最大選択器から出力された値を用いて前記膨張弁を制御する。
　本開示の制御方法は、
　冷媒を圧縮する圧縮機と、凝縮器と、冷媒の流量を調整する膨張弁と、前記膨張弁を制御する制御装置とを有する冷凍サイクル装置における前記膨張弁を制御する制御方法であって、
　冷媒の過冷却度が目標値に追従するような前記膨張弁の第１の開度を演算することと、
　前記圧縮機から吐出される冷媒の温度が予め定められた上限値に追従するような前記膨張弁の第２の開度を演算することと、
　前記第１の開度及び前記第２の開度のうち、最も大きい値を用いて前記膨張弁を制御することと
　を備える。
　本開示によれば、過冷却度制御が成り立たないような場合であっても、過冷却度を適切に制御することができる。
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成の一例を概略的に示す図である。 図１に記載された制御装置の機能を示す機能ブロック図である。 図１に記載された制御装置の構成の一例を示すブロック線図である。 冷凍サイクル装置における膨張弁を制御する方法の一例を概略的に示すフローチャートである。 冷媒量が十分である条件における冷凍サイクル装置の動作の例を示す図である。 冷媒量が不足している条件における冷凍サイクル装置の動作の例を示す図である。 冷媒量が不足している状態から不足が解消された後の状態における、冷凍サイクル装置の動作を示す図である。 冷媒量が不足していない状態から冷媒量が不足している状態に変化した場合における、冷凍サイクル装置の動作を示す図である。 実施の形態２における、膨張弁の制御を行う制御装置の構成の一例を示すブロック線図である。 比較例としての冷凍サイクル装置の動作を示す図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の動作の例を示す図である。 実施の形態３における制御装置の構成の一例を示すブロック線図である。 実施の形態４における制御装置の構成の一例を示すブロック線図である。
　以下、本開示に係る冷凍サイクル装置１について図面を参照しながら説明する。なお、図面において同一の符号が付された構成は、同一又は対応する構成に相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１の構成の一例を概略的に示す図である。
　図１に示されるように、冷凍サイクル装置１は、膨張弁５を制御する制御装置２と、冷媒を圧縮する圧縮機３と、凝縮器４と、冷媒の流量を調整する膨張弁５と、蒸発器６と、圧縮機に冷媒を供給するアキュムレータ７とを備えている。圧縮機３と、凝縮器４と、膨張弁５と、蒸発器６と、アキュムレータ７が配管８により接続されて冷媒回路９を形成している。冷媒回路９には冷媒が流れている。図１において、実線の矢印は、冷媒が流れる方向を表す。以下、冷凍サイクル装置１が空気調和装置である場合の例を説明するが、冷凍サイクル装置１は空気調和装置に限定されるものではない。
　圧縮機３は、アキュムレータ７から吸入した冷媒を圧縮して吐出するものである。圧縮機３は、例えば、図示しないインバータ回路等により駆動周波数を任意に変化させることにより、圧縮機３の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）が変化するものでもよい。
　凝縮器４は、圧縮機３の吐出側に設置されている。凝縮器４は、冷媒と空気との熱交換を行うものであり、冷媒を凝縮して液化させるとともに、空気を加熱する。
　膨張弁５は、冷媒回路９における凝縮器４と蒸発器６との間の配管８に設けられる。膨張弁５は、例えば電子膨張弁のような開度可変の膨張弁で構成され、冷媒の圧力及び流量を調整する。
　蒸発器６は、膨張弁５の吐出側の配管８に設置される。蒸発器６は、冷媒と空気との熱交換を行うものであり、冷媒を蒸発させ気化させるとともに、空気を冷却する。
　アキュムレータ７は圧縮機３の吸入側の配管８に設置される。アキュムレータ７は、吸入した冷媒を液冷媒とガス冷媒に分離し、ガス冷媒のみを圧縮機３に吸入させる。アキュムレータ７は圧縮機３が液冷媒を吸入するのを防止することで、液圧縮による圧縮機３の故障を回避するとともに、余剰な冷媒を貯留しておく液溜めとしての機能を持つ。
　図１に示されるように、冷凍サイクル装置１は、例えば、吐出温度センサ１１と、出口温度センサ１２と、高圧圧力センサ１３とを備えていてもよい。吐出温度センサ１１及び高圧圧力センサ１３はそれぞれ圧縮機３の吐出側の配管８に配置され、吐出温度センサ１１は圧縮機３から吐出される冷媒の温度を検出し、高圧圧力センサ１３は圧縮機３から吐出される冷媒の圧力を検出する。出口温度センサ１２は、凝縮器４における冷媒の出口に設置され、凝縮器４から流出する冷媒の温度を検出する。
　図２は、図１に記載された制御装置２の機能を示す機能ブロック図である。
　図２に示されるように、制御装置２には、上述した各種センサが接続されており、各種センサから温度又は圧力等のデータが制御装置２に入力される。また、制御装置２には、図示していない操作部を介して、冷凍サイクル装置１の利用者からの指令等が入力される。
　図２に示されるように、制御装置２は、制御処理装置２１、記憶装置２３及び計時装置２２を有している。制御処理装置２１は、入力される温度等のデータに基づいて、演算及び判定等の処理を行い、圧縮機３、膨張弁５等の冷凍サイクル装置１の機器を制御するものである。記憶装置２３は、制御処理装置２１が処理を行うために必要となるデータを記憶する装置である。記憶装置２３は、データを一時的に記憶できるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等の揮発性記憶装置（図示せず）およびハードディスク、データを長期的に記憶できるフラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置（図示せず）を有している。計時装置２２は、例えばタイマ等で構成され、計時を行うものである。計時装置２２は、制御処理装置２１の判定等に使用される。
　制御処理装置２１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等の制御演算処理装置を有するマイクロコンピュータ等で構成することができる。記憶装置２３は、制御処理装置２１が行う処理手順をプログラムとしたデータを有している。制御演算処理装置が、プログラムのデータに基づいて処理を実行して制御を実現する。なお、各装置は、専用機器（ハードウェア）で構成することができる。
　制御装置２は、膨張弁開度を算出されている開度に変更する際に、吐出温度の上限値に吐出温度を追従させるための膨張弁開度と、過冷却度目標値に過冷却度を追従させるための膨張弁開度とを算出し、各膨張弁開度のうち、大きい方に膨張弁開度を制御するように構成されている。膨張弁開度とは、膨張弁５の開度を意味する。本出願において「上限値」とは、予め定められた値を意味する。本出願において「下限値」とは、予め定められた値を意味する。吐出温度の上限値とは、例えば、圧縮機３において使用可能な、冷媒の温度の上限値を意味する。吐出温度の上限値を、吐出温度上限値とも称する。
　図１を参照して、冷凍サイクル装置１の動作について以下に説明する。
　圧縮機３で圧縮されることにより高温高圧となったガス状の冷媒は、圧縮機３の吐出口から吐出されて凝縮器４へ流入する。凝縮器４に流入したガス状の冷媒は、凝縮器４で放熱して高圧下で液化し、凝縮器４から流出する。凝縮器４から流出した冷媒は、膨張弁５によって減圧され、低温の二相状態となり、蒸発器６に流入する。蒸発器６に流入した低温の二相状態の冷媒は、蒸発器６において吸熱して低圧下で気化し、蒸発器６から流出する。蒸発器６から流出した冷媒は、アキュムレータ７に流入する。アキュムレータ７に流入した冷媒は、気相と液相に分離され、アキュムレータ７から気相の冷媒が吐出される。アキュムレータ７から吐出された冷媒は、圧縮機３に吸入されて再び圧縮される。このような動作を繰り返すことによって、冷凍サイクル装置１の冷凍サイクルが実現される。
　なお、図１に示される冷媒回路９は、本開示に係る冷凍サイクル装置１の冷凍サイクルを実現するための最小構成であり、冷凍サイクル装置１は、必要に応じて、冷媒の流路を切り替える四方弁等を含んでもよい。また、本開示では、凝縮器４及び蒸発器６において、空気と冷媒との間で熱交換するが、必ずしも、冷媒と空気との間で熱交換するものでなくてもよい。例えば、冷媒と水との間で熱交換が行われてもよく、冷媒と地中熱との間で熱交換が行われてもよい。
　図３は、図１に記載された制御装置２の構成の一例を示すブロック線図である。
　図３に示すように、制御装置２は、過冷却度制御器２１と、吐出温度制御器２２と、最大選択器２３とを備えている。
　過冷却度制御器２１は、冷媒の過冷却度が目標値に追従するような膨張弁５の開度（「第１の開度」とも称する。）を演算し、演算結果を出力する。過冷却度制御器２１は、例えば、ＰＩ制御器（「第１のＰＩ制御器」とも称する。）である。この場合、過冷却度制御器２１を構成するＰＩ制御器は、制御対象の冷媒温度として、過冷却度が過冷却度目標値に追従するような膨張弁５の開度を出力する位置型のＰＩ制御器である。過冷却度制御器２１は、センサ値より算出した現在の過冷却度と予め定められた過冷却度目標値との偏差を取得し、過冷却度を過冷却度目標値に追従させる膨張弁開度を出力する。
　過冷却度の算出の方法の例を以下に説明する。まず高圧圧力センサ１３で取得した高圧圧力から、冷媒の物性値を利用して、その圧力における飽和液温度を算出する。算出された飽和液温度と出口温度センサ１２で取得した温度との差が過冷却度である。過冷却度の算出方法はこの方法に限られない。例えば、凝縮器４の二相領域に設置された温度センサによって取得された温度と、出口温度センサ１２によって取得した温度との差を過冷却度としてもよい。
　過冷却度制御器２１を構成するＰＩ制御器はアンチリセットワインドアップ機能を有しており、過冷却度制御器２１の出力が発散しないように構成されている。例えば、最大選択器２３が過冷却度制御器２１の出力を出力しない場合でも、過冷却度制御器２１の出力が発散しない。
　アンチリセットワインドアップ機能とは、最大選択器２３の選択、又は膨張弁５の開度の上下限制約により、ＰＩ制御器の出力と膨張弁５の開度とが互いに異なる場合にＰＩ制御器の内部で計算されている積分値が発散するのを抑制する機能を指す。このような機能は、ＰＩ制御器が並列に構成され、いずれかの出力が選択されるといった構成において特に有効である。
　過冷却度目標値は一定値でもよいし、実運転状態に依存して適切に設定される可変値でもよい。過冷却度目標値を可変値とする場合、例えば、過冷却度目標値を、凝縮温度と凝縮器４の周囲温度との差に係数を乗じた値としてもよい。
　過冷却度制御器２１は、ＰＩ制御器でなくてもよく、Ｐ制御器、ＰＩＤ制御器、又はモデル予測制御器等の動的なフィードバック制御器であってもよいし、事前に定められたテーブル等に従う動的または静的な制御器であってもよい。
　また、過冷却度制御器２１は、位置型の制御器でなくてもよく、速度型の制御器であってもよい。この場合でも、最大選択器２３への入力は膨張弁開度である。
　吐出温度制御器２２は、圧縮機３から吐出される冷媒の温度（「吐出温度」とも称する。）が上限値に追従するような膨張弁５の開度（「第２の開度」とも称する。）を演算し、演算結果を出力する。吐出温度制御器２２は、例えば、ＰＩ制御器（「第２のＰＩ制御器」とも称する。）である。この場合、吐出温度制御器２２を構成するＰＩ制御器は、制御対象の冷媒温度として、吐出温度が吐出温度上限値に追従するような膨張弁５の開度を出力する位置型のＰＩ制御器である。吐出温度制御器２２は、吐出温度センサ１１から取得した吐出温度と予め定められた吐出温度上限値との偏差を取得し、吐出温度を吐出温度上限値に追従させる膨張弁開度を出力する。
　吐出温度制御器２２を構成するＰＩ制御器は、アンチリセットワインドアップ機能を有しており、積分値が発散しないように構成されている。例えば、最大選択器２３が吐出温度制御器２２の出力を出力しない場合でも、吐出温度制御器２２の出力の積分値が発散しない。したがって、運転条件が変化し、冷媒不足の程度が変化したときに、制御が即座に切り替わり、冷凍サイクル装置１を安定的に効率の良い運転状態に遷移させることができる。
　吐出温度上限値は、ハードウエアの制約から決定してもよいし、経験則等から設定する値としてもよい。
　吐出温度制御器２２は、ＰＩ制御器でなくてもよく、Ｐ制御器、ＰＩＤ制御器、又はモデル予測制御器等の動的なフィードバック制御器であってもよいし、事前に定められたテーブル等に従う動的または静的な制御器であってもよい。
　また、吐出温度制御器２２は位置型の制御器でなくてもよく、速度型の制御器であってもよい。この場合においても、最大選択器２３への入力は膨張弁開度である。
　最大選択器２３は、過冷却度制御器２１の出力と吐出温度制御器２２の出力とを比較し、値が大きい方を出力する。すなわち、最大選択器２３は、過冷却度制御器２１の出力及び吐出温度制御器２２の出力のうち、最も大きい値を選択して出力する。
　制御装置２は、最大選択器２３から出力された値を用いて膨張弁５を制御する。これにより、膨張弁５の開度が適切に制御される。
　第１のＰＩ制御器及び第２のＰＩ制御器の各々のパラメータは、ステップ応答等によるシステム同定結果を用いて算出される。そのため、第１のＰＩ制御器及び第２のＰＩ制御器の設計負荷を低減することができる。
　図４は、冷凍サイクル装置１における膨張弁５を制御する方法の一例を概略的に示すフローチャートである。
　上記に説明したように、膨張弁５を制御する制御方法は、下記のステップを含む。
　ステップＳ１では、冷媒の過冷却度が目標値に追従するような膨張弁５の第１の開度を演算する。
　ステップＳ２では、圧縮機３から吐出される冷媒の温度が予め定められた上限値に追従するような膨張弁５の第２の開度を演算する。
　ステップＳ３では、膨張弁５の第１の開度及び膨張弁５の第２の開度のうち、最も大きい値を用いて膨張弁５を制御する。これらのステップにより、膨張弁５の開度が適切に制御される。
〈実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１における動作〉
　図５から図８は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１における動作の例を示す図である。図５に示されるように、「過冷却度制御器２１の出力」を、「過冷却度制御器出力」とも称し、「吐出温度制御器２２の出力」を、「吐出温度制御器出力」とも称する。
　図５は、冷媒量が十分である条件における冷凍サイクル装置１の動作の例を示す図である。
　吐出温度は上限値以下で推移しており、過冷却度は目標値に追従している。その際、過冷却度制御器２１は過冷却度を目標値に維持するための開度を出力している。吐出温度制御器２２は吐出温度を上限値に収束させるために、より小さな開度を出力している。その結果、最大選択器２３は過冷却度制御器２１の出力を選択し、過冷却度を目標値に制御するための開度で制御が実行されている。
　図６は、冷媒量が不足している条件における冷凍サイクル装置１の動作の例を示す図である。
　吐出温度は上限値に追従しており、過冷却度は目標値以下で推移している。その際、吐出温度制御出力は吐出温度を上限値に維持するための開度を出力している。過冷却度制御器２１は過冷却度を目標値まで上昇させるために、より小さな開度を出力している。その結果、最大選択器２３は吐出温度制御器２２の出力を選択し、吐出温度を上限値に制御するための開度で制御が実行されている。
　図７は、冷媒量が不足している状態から不足が解消された後の状態における、冷凍サイクル装置１の動作を示す図である。図７に示される例では、冷媒量がある時点以前は不足状態であるが、ある時点以降で不足状態が解消されている。
　図７に示されるように、吐出温度は上限値以下で推移しており、過冷却度はある時点以前は目標値以下で推移しているが、ある時点以降で上昇し、目標値に追従している。その際、吐出温度制御器２２は吐出温度を上限値に上昇させるために、徐々に膨張弁開度を絞り込むように動作している。過冷却度制御器２１はある時点までは過冷却度を目標値に追従させるために絞り込む動作をするが、ある時点以降では、過冷却度の上昇に反応し、膨張弁５の開度が絞り動作から開く動作に転じている。その結果、最大選択器２３はまず吐出温度制御器２２の出力を選択して動作するが、過冷却度制御器２１の出力が吐出温度制御器２２の出力を上回った後は過冷却度制御器２１の出力を選択して動作する。それにより、最終的には過冷却度を制御するための開度で制御が実行されている。
　図８は、冷媒量が不足していない状態から冷媒量が不足している状態に変化した場合における、冷凍サイクル装置１の動作を示す図である。
　図８に示される例では、冷媒量がある時点以前は不足していないが、ある時点以降では不足状態となる。
　図８に示されるように、吐出温度はある時点以前では上限値以下で推移しているが、ある時点以降では上限値に追従している。過冷却度はある時点以前では目標値に追従しているが、ある時点以降には冷媒が不足し、過冷却度が低下している。その際、過冷却度制御器２１は、ある時点までは過冷却度を目標値に維持するための開度を出力するが、ある時点で過冷却度が低下したため、過冷却度を上昇させるために、低い開度を出力している。一方、吐出温度制御器２２は、ある時点以前では吐出温度を上限まで上昇させるために低い開度を出力するが、ある時点以降は吐出温度が上限付近で動作するため、吐出温度を維持するための開度を出力している。その結果、最大選択器２３は、冷媒不足が発生する以前では過冷却度制御器２１の出力を選択し、過冷却度が目標値に近づくように開度を制御しているが、冷媒不足となって過冷却度が低下して以降は、吐出温度制御器２２の出力を選択し、吐出温度が上限値に近づくように開度を制御している。したがって、冷媒量が不足する条件においても高効率な運転を維持できる。
〈実施の形態１に係る利点〉
　まず、冷媒量が不足した場合の課題を述べる。アキュムレータを有する冷凍サイクル装置では通常、過冷却度を膨張弁によって制御する。しかし、冷媒量が不足すると、膨張弁開度を絞り込んでも過冷却度がつかなくなり、過冷却度は制御不能となるので、膨張弁開度の適切な開度が決まらなくなるという課題がある。また、冷媒量が不足すると、圧縮機の吸入過熱度が増加し、圧縮機の吐出温度が上昇し、圧縮機が膨張することによって故障の原因となる課題がある。
　上記課題に対して、実施の形態１に係る構成では、冷媒が十分足りている運転条件においては、過冷却度を適切に制御し、高効率で省エネな運転が実現できる。一方、配管長が長いなどの要因により冷媒が不足し、過冷却度制御が成り立たないような運転条件においては、自動的かつ連続的に吐出温度制御に切り替わり、吐出温度の上昇を抑制しつつ、かつ、そのために適切な膨張弁５の開度を常に計算しているため、安定的かつ高効率な運転が維持される。また、アンチリセットワインドアップ機能を有する連続的なＰＩ制御器などの制御器が用いられているため、冷媒量が中程度で、制御すべき対象が過冷却度なのか吐出温度なのかの切り替わりポイント上の運転においても、ハンチングは発生せずに、安定的な動作が実現できる。また、吐出温度を高精度に上限値に制御できるので、機器の保護が高精度に実現できる。このように主たる過冷却制御だけでなく、保護等の従たる制御もＰＩ制御のような連続的な制御にすることで上記のような利点が得られる。
　また、過冷却度制御器２１及び吐出温度制御器２２は、ＰＩ制御器などの制御工学的に確立された制御器であるため、それらの制御器のパラメータを設計する手法はすでに既存の多くの研究によって確立されている。そのため、制御器の設計負荷が低減されるという効果もある。例えば、制御器のパラメータの設計方法としては、ステップ応答によるシステム同定結果を用いた設計手法等が考えられ、基本的にはシステム同定によって得られた特性から数学的な手順によってパラメータを算出するが、実運転時の入出力データから制御器のパラメータを学習する構成も考えられる。なお、上記システム同定はオンライン同定かオフライン同定かは限定しない。
実施の形態２．
　実施の形態１と異なる構成及び動作について以下に説明する。
　図９は、実施の形態２における、膨張弁５の制御を行う制御装置２の構成の一例を示すブロック線図である。
　実施の形態２では、制御装置２は、スイッチ２４をさらに有する。実施の形態２は、過冷却度制御器２１の後段にスイッチ２４が設けられている点で、実施の形態１の図３に示される実施の形態１と異なる。
　スイッチ２４は、過冷却度制御器２１と最大選択器２３との間に配置されている。スイッチ２４は、過冷却度制御器２１からの出力を受け取る。スイッチ２４からの出力は、最大選択器２３に入る。
　スイッチ２４は、例えば過冷却度に基づいて凝縮器４の出口に存在する冷媒の状態が液相か二相かを判定する。凝縮器４の出口に存在する冷媒の状態が液相であると判定された場合、スイッチ２４は、過冷却度制御器２１の出力と同じ値を出力する。一方、凝縮器４の出口に存在する冷媒の状態が二相であると判定された場合、スイッチ２４は、無効信号を出力する。
　最大選択器２３が無効信号を受け取った場合、最大選択器２３に入力された出力のうち、無効信号を除いて最も大きい値を出力する。
　例えば、スイッチ２４は、過冷却度制御器２１からの過冷却度が予め定められた閾値以上かどうか判定する。この場合、過冷却度制御器２１からの過冷却度が予め定められた閾値以上でれば、スイッチ２４は、過冷却度制御器２１の出力をそのまま出力する。過冷却度制御器２１からの過冷却度が予め定められた閾値未満でれば、スイッチ２４は、無効信号を出力する。
　スイッチ２４は、過冷却度がついている（すなわち過冷却度が正の値をとっている）かどうかを判定してもよい。この場合、スイッチ２４は過冷却度を入力とし、過冷却度がついているとスイッチ２４が判定したときに、スイッチ２４は、過冷却度制御器２１の出力をそのまま出力する。過冷却度がついていないとスイッチ２４が判定したときには、スイッチ２４は、無効信号を出力する。
　最大選択器２３に無効信号が入力された場合、最大選択器２３は、無効信号を除く入力の中で最も大きな値を出力する。例えば、スイッチ２４の出力が無効信号であり、且つ吐出温度制御器２２の出力が「１００」である場合、スイッチ２４は「１００」を出力する。
　過冷却度がついているかどうかの判定は、過冷却度がある閾値を超えているかどうかで判定する。例えば、過冷却度が２℃以上の場合に過冷却度がついていると判定され、過冷却度が２℃未満の場合に過冷却度がついていないと判定される。過冷却度の閾値は、配管圧損、センサの取り付け位置、またはセンサの測定誤差等を加味して設定される。
　スイッチ２４における判定は、他の手段でもよい。例えば、凝縮器４の出口に存在する冷媒の乾き度を推定し、乾き度がゼロ以下であれば、過冷却度がついていると判定し、乾き度がゼロより大きければ過冷却度がついていないと判定してもよい。
〈実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１における動作〉
　図１０は、比較例としての冷凍サイクル装置の動作を示す図である。
　比較例としての冷凍サイクル装置は、スイッチ２４を有していない点で、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１と異なる。
　図１０に示される例では、過冷却度がついていない場合も過冷却度制御出力が有効となっている。過冷却度はゼロ未満の値をとらないため、過冷却度がついていない場合は、最適な膨張弁５の絞り量よりも保守的な動作にしかならず、絞り速度が最適速度よりも遅くなる。すなわち、過冷却度がついていない領域においても、過冷却度制御出力よりも吐出温度制御出力の方が小さくなり、常時、過冷却度制御出力で膨張弁５の開度が制御されることになる。
　図１１は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１の動作の例を示す図である。
　図１１に示される例では、過冷却度が２℃未満においては過冷却度制御出力が存在しない。この場合、スイッチ２４は、無効信号を出力している。そのため、最大選択器２３は必ず吐出温度制御出力を選択し、膨張弁５は、吐出温度を上限値に追従させるための絞り速度で制御される。過冷却度が２℃以上となったとき、過冷却度制御器出力が有効となり、その後は過冷却度制御器出力が選択され、過冷却度を目標値に追従させるための開度で膨張弁５が制御される。過冷却度制御器出力が無効化されることで、膨張弁５の絞り速度が速くなり、安定までの時間が短縮される。
〈実施の形態２の利点〉
　実施の形態２によれば、過冷却度がついていない場合に、吐出温度を上限に追従させるための膨張弁５の開度で制御される。そのため、過冷却度がついていない領域での膨張弁５の絞りが速くなり、安定までの時間を短縮できる。その結果、速暖速冷効果または省エネ効果などの効果を得ることができる。
実施の形態３．
　図１２は、実施の形態３における制御装置２の構成の一例を示すブロック線図である。
　実施の形態３における制御装置２の構成は、実施の形態１における制御装置２の構成と同じである。実施の形態１と異なる動作について以下に説明する。
　例えば、実施の形態３では、吐出温度制御器２２が、吐出温度の上限値を演算せず、吐出温度の目標値に追従させるための膨張弁５の開度を演算するという点で、実施の形態１（例えば、図３に示される動作）と異なる。
　実施の形態３では、吐出温度制御器２２は、圧縮機３から吐出される冷媒の温度を、予め定められた上限値に追従させるのではなく、圧縮機３の吸入過熱度を適切に制御し、圧縮機３から吐出される冷媒の温度を、省エネ性が向上するような吐出温度の目標値に追従させる。圧縮機３から吐出される冷媒の温度を、吐出温度とも称する。
　例えば、吐出温度制御器２２は、吐出温度を、予め定められた上限値以外の予め定められた目標値に追従させる。
　吐出温度の目標値は、圧縮機３の吸入過熱度を適切にし、且つ省エネ性が向上するような値に設定される。例えば、吐出温度の目標値は、その時の圧縮機前後の高低圧力において、圧縮機３の吸入過熱度を５℃と仮定したときの温度に設定する。圧縮機３の吸入過熱度は５℃でなくてもよく、ゼロ以上の値であればよい。吐出温度の目標値の決定は、予め定められたテーブルに従って実行されてもよいし、ポリトロープ変化の式を用いて都度計算してもよい。
〈実施の形態３に係る利点〉
　実施の形態３によれば、圧縮機３の吸入過熱度を適切な値に制御することができる。吸入過熱度が適切であると、冷凍サイクルの効率が最適化され、成績係数（ＣＯＰ）が向上する。したがって、実施の形態３によれば、過冷却度が制御できないような冷媒不足の状態においても、より高効率で省エネな運転を実現することができる。
実施の形態４．
　実施の形態１と異なる構成及び動作について以下に説明する。
　図１３は、実施の形態４における制御装置２の構成の一例を示すブロック線図である。
　実施の形態４では、制御装置２は、過冷却度制御器２１と、吐出温度制御器２２と、第１最大選択器２３とに加えて、蒸発器差温制御器３１と、吐出過熱度下限制御器３２と、吐出過熱度上限制御器３３と、最小選択器３４と、第２最大選択器３５とをさらに有するという点で、実施の形態１における制御装置２と異なる。
　蒸発器差温制御器３１は、蒸発器差温を予め定められた上限値に追従させるような膨張弁開度（第３の開度とも称する。）を演算し、演算結果を出力する。蒸発器差温制御器３１は、制御対象の冷媒温度として、蒸発器差温が蒸発器差温上限値に追従するような膨張弁開度を出力する位置型のＰＩ制御器で構成されている。蒸発器差温制御器３１は、センサ値より算出した現在の蒸発器差温と予め定められた蒸発器差温上限値との偏差を取得し、蒸発器差温を蒸発器差温上限値に追従させる膨張弁開度を出力する。
　蒸発器差温は、蒸発器６から出る冷媒の温度と蒸発器６に入る冷媒の温度との差によって算出される。蒸発器差温は、例えば、蒸発器出口付近に設置された温度センサの値と、蒸発器入口付近に設置された温度センサの値との差で算出される。蒸発器差温の算出は、この方法に限られない。例えば、蒸発器出口の温度と、低圧圧力から計算される飽和ガス温度との差を蒸発器差温として定義してもよい。
　蒸発器差温上限値は、例えば、２℃に設定される。蒸発器差温上限値は、必ずしも２℃である必要はない。例えば、蒸発器差温上限値は、センサの設置位置等を加味して、許容できる蒸発器６の乾き具合と蒸発器差温との関係に応じて設定してもよい。
　蒸発器差温制御器３１は、必ずしもＰＩ制御器である必要はない。蒸発器差温制御器３１は、例えば、Ｐ制御器、ＰＩＤ制御器、またはモデル予測制御器等の動的なフィードバック制御器であってもよいし、事前に定められたテーブル等に従う動的または静的な制御器であってもよい。
　蒸発器差温制御器３１は、必ずしも位置型の制御器である必要はない。例えば、蒸発器差温制御器３１は、速度型の制御器であってもよい。蒸発器差温制御器３１が速度型の制御器である場合も、最大選択器２３への入力は膨張弁開度である。
　吐出過熱度下限制御器３２は、吐出過熱度を下限値に追従させるような膨張弁開度（第４の開度とも称する。）を演算し、演算結果を出力する。吐出過熱度下限制御器３２は、制御対象の冷媒温度として、吐出過熱度を吐出過熱度下限値に追従させる膨張弁開度を出力する位置型のＰＩ制御器で構成されている。吐出過熱度下限制御器３２は、センサ値より算出した現在の吐出過熱度と予め定められた吐出過熱度下限値との偏差を取得し、吐出過熱度を吐出過熱度下限値に追従させる膨張弁開度を出力する。
　吐出過熱度は、吐出温度センサ１１の値と、凝縮器４の二相領域に設置された温度センサの値との差で算出される。吐出過熱度の算出は、この方法に限られない。例えば、吐出温度センサ１１が取得する温度と、高圧圧力から計算される飽和ガス温度との差を吐出過熱度として定義してもよい。
　吐出過熱度下限値は、例えば、１０℃に設定される。吐出過熱度下限値は、必ずしも１０℃である必要はない。例えば、吐出過熱度下限値は、圧縮機３の運転保証条件等を加味して、液バックを防ぐための吐出過熱度条件に応じて設定してもよい。裕度をもたせて吐出過熱度下限値を設定してもよい。
　吐出過熱度下限制御器３２は、必ずしもＰＩ制御器である必要はない。吐出過熱度下限制御器３２は、Ｐ制御器、ＰＩＤ制御器、またはモデル予測制御器等の動的なフィードバック制御器であってもよいし、事前に定められたテーブル等に従う動的または静的な制御器であってもよい。
　吐出過熱度下限制御器３２は、必ずしも位置型の制御器である必要はない。例えば、吐出過熱度下限制御器３２は、速度型の制御器であってもよい。吐出過熱度下限制御器３２が速度型の制御器である場合も、最小選択器３４への入力は膨張弁開度である。
　吐出過熱度上限制御器３３は、吐出過熱度を上限値に追従させるような膨張弁開度（第５の開度とも称する。）を演算し、演算結果を出力する。吐出過熱度上限制御器３３は、制御対象の冷媒温度として、吐出過熱度を吐出過熱度上限値に追従させる膨張弁開度を出力する位置型のＰＩ制御器で構成されている。吐出過熱度上限制御器３３は、センサ値より算出した現在の吐出過熱度と予め定められた吐出過熱度上限値との偏差を取得し、吐出過熱度を吐出過熱度上限値に追従させる膨張弁開度を出力する。
　吐出過熱度は、吐出温度センサ１１の値と、凝縮器４の二相領域に設置された温度センサの値との差で算出される。吐出過熱度の算出は、この方法に限られない。例えば、吐出温度センサ１１が取得する温度と、高圧圧力から計算される飽和ガス温度との差を吐出過熱度として定義してもよい。
　吐出過熱度上限値は、例えば、６０℃に設定される。吐出過熱度上限値は、必ずしも６０℃である必要はない。例えば、吐出過熱度上限値は、圧縮機３の機器のスペックまたは運転条件に応じて、適切な運転状態を保持するための上限値を設定すればよい。裕度をもたせて吐出過熱度上限値を設定してもよい。
　吐出過熱度上限制御器３３は、必ずしもＰＩ制御器である必要はない。例えば、吐出過熱度上限制御器３３は、Ｐ制御器、ＰＩＤ制御器、またはモデル予測制御器等の動的なフィードバック制御器であってもよいし、事前に定められたテーブル等に従う動的または静的な制御器であってもよい。
　吐出過熱度上限制御器３３は、必ずしも位置型の制御器である必要はない。例えば、吐出過熱度上限制御器３３は、速度型の制御器であってもよい。吐出過熱度上限制御器３３が速度型の制御器である場合も、第２最大選択器３５への入力は膨張弁開度である。
　最大選択器２３（第１最大選択器２３）は、過冷却度制御器２１の出力と蒸発器差温制御器３１の出力とを受け取る。最大選択器２３は、過冷却度制御器２１の出力と蒸発器差温制御器３１の出力とのうち、最も大きい値を選択して出力する。
　最小選択器３４は、最大選択器２３（第１最大選択器２３）と最大選択器３５（第２最大選択器３５）との間に配置されている。最小選択器３４は、最大選択器２３の出力と吐出過熱度下限制御器３２の出力とを受け取る。最小選択器３４は、最大選択器２３の出力と吐出過熱度下限制御器３２の出力とのうち、最も小さい値を選択して出力する。
　最大選択器３５（第２最大選択器３５）は、最小選択器３４の出力と、吐出温度制御器２２の出力と、吐出過熱度上限制御器３３の出力とを受け取る。最大選択器３５は、最小選択器３４の出力と吐出過熱度上限制御器３３の出力と吐出温度制御器２２の出力のうち、最も大きい値を選択して出力する。
　制御装置２は、第２最大選択器３５から出力された値を用いて膨張弁５を制御する。これにより、膨張弁５の開度が適切に制御される。
　実施の形態４において、制御装置２は、実施の形態２で説明した少なくとも１つのスイッチ２４を有してもよい。この場合、例えば、各スイッチ２４が、過冷却度制御器２１、吐出温度制御器２２、蒸発器差温制御器３１、吐出過熱度下限制御器３２、及び吐出過熱度上限制御器３３に接続される。
　実施の形態４において、制御装置２がこれらのスイッチ２４を有する場合、例えば、蒸発器差温制御器３１に対しては、蒸発器差温が２℃以上のときは、スイッチ２４の入力値を出力し、２℃未満では無効信号を出力する。一方、蒸発器６の出口に存在する冷媒の状態を推定し、その冷媒の状態が気相であればスイッチ２４の入力値を出力し、その冷媒の状態が二相であれば無効信号を出力する。吐出過熱度下限制御器３２に接続されるスイッチ２４は、吐出過熱度が１５℃以下のときは、スイッチ２４の入力値を出力し、１５℃より大きいときは無効信号を出力する。吐出過熱度の判定に用いられる閾値は、必ずしも１５℃である必要はない。
　実施の形態４では、吐出温度制御器２２の入力を吐出温度上限値としているが、実施の形態３のように吐出温度目標値を吐出温度制御器２２の入力としてもよい。
　過冷却度制御器２１、吐出温度制御器２２、蒸発器差温制御器３１、吐出過熱度下限制御器３２、及び吐出過熱度上限制御器３３の各々に対する制御パラメータは、それぞれの制御性能を向上させるために、実運転時に、その時の運転状態に応じて可変となるものでもよい。例えば、制御パラメータは、冷媒流量に応じて変化してもよい。具体的には冷媒流量が小さいときには制御ゲインを小さくし、冷媒流量が大きいときには制御ゲインを大きくしてもよい。
〈実施の形態４に係る利点〉
　一般に、冷媒量が不足すると、蒸発器側で気相冷媒が占める領域が大きくなり、能力が不足し、それにより、蒸発器配管の気相領域と二相領域の温度差が大きくなる。その結果、各領域を通過する空気に温湿度差が生じ、空気中で水分が凝縮することにより露が吹き出されてしまう。このような様々な状態を考慮して制御を複雑に構成すると、通常は予め定められた許容領域に維持されるべき圧縮機の吐出過熱度が上下限値を逸脱してしまう可能性がある。そのため、吐出過熱度も高精度に制御しなければならない。
　実施の形態４に係る構成によれば、吐出温度だけでなく、蒸発器差温も上限値以下で高精度に制御することができる。それにより、蒸発器６の配管内における気相領域と二相領域との温度差を小さくし、露の吹き出しを回避することができる。さらに、吐出過熱度の上限値及び下限値を保持するような膨張弁開度の範囲で制御が可能となるので、吐出過熱度が上限値及び下限値を逸脱することを回避し、冷凍サイクル装置１の信頼性を高めることができる。
　以上に説明した各実施の形態における特徴は、互いに組み合わせることができる。
　１　冷凍サイクル装置、　２　制御装置、　３　圧縮機、　４　凝縮器、　５　膨張弁、　６　蒸発器、　７　アキュムレータ、　８　配管、　９　冷媒回路、　１１　吐出温度センサ、　１２　出口温度センサ、　１３　高圧圧力センサ、　２１　過冷却度制御器、　２２　吐出温度制御器、　２３　最大選択器（第１最大選択器）、　２４　スイッチ、　３１　蒸発器差温制御器、　３２　吐出過熱度下限制御器、　３３　吐出過熱度上限制御器、　３４　最小選択器、　３５　最大選択器（第２最大選択器）。

Claims (7)

  1. 　冷媒を圧縮する圧縮機と、
    　凝縮器と、
    　冷媒の流量を調整する膨張弁と、
    　蒸発器と、
    　前記圧縮機に冷媒を供給するアキュムレータと、
    　前記膨張弁を制御する制御装置と
    　を備え、
    　前記制御装置は、
    　冷媒の過冷却度が目標値に追従するような前記膨張弁の第１の開度を演算し、演算結果を出力する過冷却度制御器と、
    　前記圧縮機から吐出される冷媒の温度が予め定められた上限値に追従するような前記膨張弁の第２の開度を演算し、演算結果を出力する吐出温度制御器と、
    　前記過冷却度制御器の出力及び前記吐出温度制御器の出力のうち、最も大きい値を出力する第１最大選択器と、
    　を有し、
    　前記制御装置は、前記第１最大選択器から出力された値を用いて前記膨張弁を制御する
    　冷凍サイクル装置。
  2. 　前記過冷却度制御器は、第１のＰＩ制御器であり、
    　前記吐出温度制御器は、第２のＰＩ制御器であり、
    　前記第１のＰＩ制御器及び前記第２のＰＩ制御器の各々のパラメータは、ステップ応答によるシステム同定結果を用いて算出される請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 　前記過冷却度制御器及び前記吐出温度制御器の各々は、アンチリセットワインドアップ機能を有し、
    　前記過冷却度制御器及び前記吐出温度制御器が演算する積分値が発散しない請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 　前記制御装置は、前記過冷却度制御器からの前記出力を受け取るスイッチを有し、
    　前記スイッチは、過冷却度に基づいて前記凝縮器の出口に存在する冷媒の状態が液相か二相かを判定し、
    　前記凝縮器の前記出口に存在する前記冷媒の前記状態が液相であると判定された場合、前記スイッチは、前記過冷却度制御器の出力と同じ値を出力し、
    　前記凝縮器の前記出口に存在する前記冷媒の前記状態が二相であると判定された場合、前記スイッチは、無効信号を出力し、
    　前記第１最大選択器が前記無効信号を受け取った場合、前記第１最大選択器に入力された出力のうち、前記無効信号を除いて最も大きい値を出力する請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 　前記吐出温度制御器は、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を、前記上限値以外の予め定められた目標値に追従させる請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 　前記蒸発器の出口に設置された出口温度センサをさらに備え、
    　前記制御装置は、
    　前記蒸発器から出る冷媒の温度と前記蒸発器に入る冷媒の温度との差によって算出される蒸発器差温を予め定められた上限値に追従させるような前記膨張弁の第３の開度を演算し、演算結果を出力する蒸発器差温制御器と、
    　吐出過熱度を下限値に追従させるような前記膨張弁の第４の開度を演算し、演算結果を出力する吐出過熱度下限制御器と、
    　吐出過熱度を上限値に追従させるような前記膨張弁の第５の開度を演算し、演算結果を出力する吐出過熱度上限制御器と、
    　前記第１最大選択器の出力と前記吐出過熱度下限制御器の出力とのうち、最も小さい値を出力する最小選択器と、
    　前記最小選択器の出力と前記吐出過熱度上限制御器の出力と前記吐出温度制御器の出力とのうち、最も大きい値を出力する第２最大選択器と
    　を有し、
    　前記第１最大選択器は、前記過冷却度制御器の出力と前記蒸発器差温制御器の出力とのうち、最も大きい値を出力し、
    　前記制御装置は、前記第２最大選択器から出力された値を用いて前記膨張弁を制御する
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 　冷媒を圧縮する圧縮機と、凝縮器と、冷媒の流量を調整する膨張弁と、前記膨張弁を制御する制御装置とを有する冷凍サイクル装置における前記膨張弁を制御する制御方法であって、
    　冷媒の過冷却度が目標値に追従するような前記膨張弁の第１の開度を演算することと、
    　前記圧縮機から吐出される冷媒の温度が予め定められた上限値に追従するような前記膨張弁の第２の開度を演算することと、
    　前記第１の開度及び前記第２の開度のうち、最も大きい値を用いて前記膨張弁を制御することと
    　を備えた制御方法。
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