JPH01256768A - 蓄熱式冷凍装置の運転制御装置 - 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、蓄熱媒体を内蔵する蓄熱槽を備えた蓄熱式冷
凍装置の運転制御装置に係り、特に蓄冷熱運転時の過熱
度一定制御を行うようにしたものの改良に関する。

（従来の技術） 従来より、蓄熱式冷凍装置の運転制御装置として、例え
ば特開昭５９−１８４５７６号公報に開示される如く、
圧縮機、凝縮器、電動膨張弁および蒸発器を順次接続し
てなる冷媒回路を備えた冷凍装置において、蒸発器の入
口および出口に２つの温度センサを配置して、２つのセ
ンサで検出される冷媒温度の差つまり冷媒の過熱度が一
定になるように、電動膨張弁開度を制御しようとするも
のは知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、冷凍装置に蓄熱媒体を内蔵する蓄熱槽と、蓄
熱槽に蓄熱媒体と冷媒との熱交換を行うための熱交換器
を配置して、その熱交換器を冷媒回路に対して並列にバ
イパス路で接続した蓄熱式冷凍装置についても、蓄熱槽
で蓄冷熱を行うための電動膨張弁開度を上記従来のよう
な２つの温度センサで検出した過熱度が一定になるよう
に制御することにより、所定の蓄冷熱効果を確保するこ
とが考えられる。

しかしながら、その場合、熱交換器のコイルによる圧力
損失があるので、入口側に配置されたセンサで検出され
る冷媒温度は正確な蒸発圧力相当の飽和温度からずれた
値となっている。したがって、正確な過熱度制御を行う
ことができないという問題がある。

一方、入口側温度センサの代りに圧力センサを配置すれ
ば正確な飽和温度を検出することができるが、その分コ
ストが高くつくことになる。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、熱交換器の配管における圧力損失をも考慮して過
熱度を検知することにより、蓄冷熱運転時における正確
な過熱度一定制御を行うことにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の解決手段は、圧縮機の
容量制御に使用される圧力センサを利用して、蒸発圧力
相当の飽和温度から正確な過熱度を検知することにある
。

具体的には、第１に、第１図に示すように、運転容量可
変な圧縮機（１）、凝縮器（３）、減圧機構（６）およ
び蒸発器（７）を接続してなる主冷媒回路（９）と、蓄
熱媒体を内蔵してなる蓄熱槽（１２）と、該蓄熱槽（１
２）に配置され、冷媒と蓄熱媒体との熱交換により蓄熱
媒体に冷熱を付与するための蓄冷熱用熱交換器（１３）
と、該蓄冷熱用熱交換器（１３）を介して液管（８ａ）
からガス管（８ｂ）まで上記主冷媒回路（９）の冷媒を
バイパスするバイパス路（１６）と、該バイパス路（１
６）の上記蓄冷熱用熱交換器（１３）と液管（８ａ）と
の間に介設された蓄冷熱用の電動膨張弁（１５）とを備
えた冷凍装置を前提とし、冷凍装置の運転制御装置とし
て、吸入管（８ｃ）に配置され、蒸発圧力相当の飽和温
度を検出するための圧力センサ（ＰＳ）と、過熱冷媒温
度を検出する過熱冷媒温度検出手段（Ｔ　Ｈ）と、上記
圧力センサ（ｐ　ｓ）および過熱冷媒温度検出手段（Ｔ
　Ｈ）の出力を受け、過熱冷媒温度と蒸発圧力相当飽和
温度との差から求められる過熱度が一定になるように上
記電動膨張弁（１５）の開度を制御する制御手段（２０
）とを設ける構成としたものである。

また、第２の解決手段として、上記第１の解決手段にお
ける過熱冷媒温度検出手段（Ｔ　Ｈ）を吸入管に配置す
るようにしたものである。

（作用） 以上の構成により、請求項（１）の発明では、装置の蓄
冷熱運転時、吐出ガスが凝縮器（３）で凝縮され、バイ
パス路（１６）で電動膨張弁（１５）により減圧されて
、蓄冷熱用熱交換器（１３）で蒸発して圧縮機（１）に
戻ることにより、蓄熱槽（１２）の蓄熱媒体に冷熱を蓄
える。

そして、過熱冷媒温度検出手段（ＴＨ）により、過熱冷
媒の温度が検出され、圧力センサ（Ｐ　Ｓ”）により蓄
冷熱用熱交換器（１３）における蒸発圧力相当飽和温度
が検出されて、制御手段（２０）により、上記過熱冷媒
温度と蒸発圧力相当飽和温度との温度偏差を過熱度とし
て、その値が一定になるように電動膨張弁（１５）の開
度が制御される。

その場合、圧力センサ（ＰＳ）で蒸発圧力相当飽和温度
が検出され、その値に基づいて、過熱度を検知されるの
で、蓄冷熱用熱交換器（１３）における圧力損失如何に
拘らず精度よく過熱度が検知され、よって、正確な過熱
度一定制御が行われることになる。

また、請求項（２の発明でも、上記と同様の作用を得る
。その場合、過熱冷媒温度検出手段（Ｔ　Ｈ）が吸入管
（８ｃ）に配置されているので、湿り気味の蓄冷熱運転
により製氷能力が確保され、均一な製氷が行われること
になる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、第１図に基づき説明す
る。

第１図は請求項（１）の発明を適用した第１実施例に係
る蓄熱式空気調和装置の全体構成を示し、（Ａ）は室外
ユニット、（Ｂ）、　　（Ｃ）は該室外ユニット（Ａ）
に並列に接続された複数の室内ユニット、（Ｄ）は該各
室内ユニット（Ｂ）、　　（Ｃ）と並列に接続された蓄
熱ユニットであって、この空気調和装置はいわゆるマル
チ形の構成を有している。上記室外ユニット（Ａ）には
、インバータ（１１）により運転容量を可変に調節され
る圧縮機（１）と、冷房運転時には図中実線のごとく、
暖房運転時には図中破線のごとく切換わる四路切換弁（
２）と、冷房運転時に凝縮器、暖房運転時には蒸発器と
して機能する室外熱交換器（３）と、暖房運転時に冷媒
を減圧するための第１電動膨張弁（４）と、液冷媒を貯
溜するためのレシーバ（５）とがそれぞれ主要機器とし
て配置されている。また、各室内ユニット（Ｂ）、　　
（Ｃ）は同一構成であって、冷房運転時に冷媒の減圧を
行う減圧機構としての第２電動膨張弁（６）と、冷房運
転時には蒸発器、暖房運転時には凝縮器として機能する
室内熱交換器（７）とがそれぞれ配置されている。上記
各機器（１）〜（７）は冷媒配管（８）により冷媒の流
通可能に接続されていて、室外熱交換器（３）で得た熱
を室内熱交換器（７）に移動させるヒートポンプ機能を
有する主冷媒回路（９）が構成されている。

そして、上記蓄熱ユニット（Ｄ）には、蓄熱媒体として
水を内蔵する蓄熱槽（１２）と、該蓄熱槽（１２）に配
置され、蓄熱媒体たる水と冷媒との熱交換により水を氷
化して冷熱を蓄える蓄冷熱用熱交換器としての製氷コイ
ル（１３）と、蓄熱媒体に蓄えられた冷熱との熱交換に
より、冷媒を過冷却するための過冷却コイル（１４）と
が配置されている。また、上記製氷コイル（１３）を介
して主冷媒回路（９）の液管（８）からガス管（８ｂ）
まで冷媒をバイパスする第１バイパス路（１６）が設け
られていて、該第１バイパス路（１６）の製氷コイル（
１３）と液管（８ａ）との間には、蓄冷熱時に冷媒を減
圧するための第３電動膨張弁（１５）が介設されている
。

また、主冷媒回路（９）の液管（８ａ）において、第１
バイパス路（１６）との接合部と室内ユニット（Ｂ）、
（Ｃ）側との間には回路を開閉するための第１電磁開閉
弁（１７）が介設されていて、その両端から主冷媒回路
（９）の冷媒を上記過冷却コイル（１４）に−時的にバ
イパスするための第２バイパス路（１８）が設けられて
いる。

そして、該第２バイパス路（１８）にはその冷媒の流れ
を開閉するための第２電磁開閉弁（１９）が介設されて
いる。

さらに、空気調和装置には、センサ類が配置されていて
、（ＴＨ）は上記過冷却コイル（１４）の出口側に配置
され、過熱冷媒温度Ｔｓを検出する過熱冷媒温度検出手
段としての温度センサ、（Ｐ　Ｓ’）は吸入管（８ｃ）
に取付けられ、低圧つまり蒸発圧力相当の飽和温度Ｔｅ
を検出するための圧力センサである。また、（２０）は
装置全体の運転を制御するコントロールユニットであっ
て、該コントロールユニット（２０）には、上記両セン
サ（ＴＨ）、（ＰＳ）が信号の入力可能に接続されてい
る。ここに、コントロールユニット（２０）は、蓄冷熱
運転時、上記両センサ（ＴＨ）。

（ｐ　ｓ）の出力を受け、両センサ（ＴＨ）、　　（Ｐ
Ｓ）で検出される冷媒温度の差（Ｔｓ　−Ｔｅ　）つま
り過熱度ｓｈに基づき第３電動膨張弁（１５）の開度を
制御する制御手段としての機能を有するものである。

装置の冷房運転時、四路切換弁（２）が図中実線側に切
換わり、第３電動膨張弁（１５）が全閉にかつ第１．第
２電動膨張弁（４）、（６）。

（６）が開いた状態で運転が行われ、吐出ガスが室外熱
交換器（３）で凝縮され、各第２電動膨張弁（６）、　
　（６）で減圧されて室内熱交換器（７）、（７）で蒸
発する（図中実線矢印参照）ように循環する。その場合
、蓄熱槽（１２）の水に蓄えられた冷熱を利用する蓄冷
熱回収時には、第１電磁開閉弁（１７）が閉じ第２電磁
開閉弁（１９）が開かれて、主冷媒回路（９）の冷媒を
一時的に第２バイパス路（１８）側にバイパスさせて過
冷却することにより、冷房効率を高める一方、過冷却を
行わないときには、第１電磁開閉弁（１７）が開き、第
２電磁開閉弁（１９）が閉じて主冷媒回路（９）のみに
冷媒が循環するようになされている。

そして、蓄熱槽（１２）内の水に冷熱を蓄える蓄冷熱運
転時、四路切換弁（２）の接続は冷房運転時と同様にし
て、第１．第２電磁開閉弁（１７）、（１９）が閉じか
つ第１．第３電動膨張弁（４）、（１５）が開いた状態
で運転が行われ、室外熱交換器（３）で凝縮された冷媒
が第１バイパス路（１６）に流れ第３電動膨張弁（１５
）で減圧され製氷コイル（１３）で蒸発する（図中破線
矢印参照）ことにより、蓄熱槽（１２）内の水が氷化さ
れ冷熱が蓄えられるようになされている。

その場合、本発明の特徴として、上記第３電動膨張弁（
１５）の開度が次のように制御される。

すなわち、上記温度センサ（Ｔ　Ｈ）で検出される過熱
冷媒温度Ｔｓと圧力センサ（ＰＳ）で検出される低圧つ
まり蒸発圧力相当飽和温度Ｔｃとの温度偏差Ｓｈ　　（
Ｓｈ　＝Ｔｓ　−Ｔｅ　）が所定値（例えば５℃程度）
に保持されるように第３電動膨張弁（１５）の開度を制
御している。同時に、圧力センサ（Ｐ　Ｓ）で検出され
る低圧が所定値に収束するようにインバータ（１１）の
運転周波数を調節して圧縮機（１）７の運転容量を制御
するようになされている。

なお、上記実施例において、四路切換弁（２）を図中破
線側に切換え、第２電磁開閉弁（１９）および第３電動
膨張弁（１５）のみ閉じ他の弁は開いた状態で運転を行
うことにより、暖房運転を行うことができる。

したがって、上記実施例では、第３電動膨張弁（１５）
の開度を過熱度ｓｈに応じて制御する過熱度一定制御を
行うに際し、圧力センサ（Ｐ　Ｓ）で製氷コイル（１３
）における冷媒の蒸発圧力を検知するようにしているの
で、温度センサ（Ｔ　Ｈ）との差温から正確な過熱度ｓ
ｈが検出される。すなわち、第２図のモリエル線図に示
すように、製氷コイル（１３）の配管抵抗による圧力損
失があると、等圧線が圧力損失がないとした理想的な図
中実線の位置ａ／　　（蒸発圧力相当飽和温度）−ｂ′
　（過熱冷媒温度）から図中破線ａ−ｂのごとく下方に
ずれている。しかし、従来のもののように、２つの温度
センサの差温から過熱度を検出するものでは、熱交換器
の入口側温度センサで検知される蒸発温度は図中点ａ′
における温度である。したがって、本来点ａと点すとに
おける温度の差として検出されるべき過熱度ｓｈが点ａ
′と点すとの間の温度偏差として検出されることになる
。

特に、複数の室内ユニットを有するもの、本実施例のよ
うに、蓄熱槽（１２）内で製氷を行おうとするものでは
、通常の冷房運転時において冷媒がガス管（８ｂ）側か
ら製氷コイル（１３）内にまわり込み低温で冷却される
結果液化貯溜して液バツクするのを避ける目的で、製氷
コイル（１３）の配管系を細くしている。したがって、
上述のような圧力損失による検出過熱度ｓｈの誤差が無
視できない大きさとなる。それに対して、本発明では、
圧力センサ（ＰＳ）で蒸発圧力相当飽和温度Ｔｅを測定
するようにしているので、配管の圧力損失の如何に拘ら
ず、点ａにおける乾燥飽和温度に相当する値が精度よく
検出され、よって、精度のよい過熱度ｓｈを利用して正
確な過熱度制御を行うことができるのである。

また、この場合、冷房運転時の容量側°御に用いる既設
の圧力センサをそのまま利用できるので、コストの上昇
を抑制することができる。

次に、請求項（２）の発明に係る第２実施例について説
明する。本実施例において、温度センサ（ＴＨ）は第１
図破線で示す位置つまり吸入管（８ｃ）に配置されてい
る。そして、その他の構成は上記第１実施例と全く同じ
であり、装置運転時の冷媒の循環経路も同じである。

したがって、本実施例においても、上記第１実施例と同
様の効果を発揮することができるに加えて、この場合に
は、温度センサ（Ｔ　Ｈ）で検出される過熱冷媒温度は
製氷コイル（１３）出口における温度よりも上昇した値
となっており、その温度に基づき過熱度制御することに
なるので、製氷コイル（１３）において湿り気味の運転
が行われることになる。よって、製氷コイル（１３）で
過熱気味となって製氷能力が減少する虞れがなく、均一
な製氷を行うことができるのである。

また、その場合、上記温度センサ（ＴＨ）を通常の冷房
運転、暖房運転時における過熱度制御用としても共通に
利用することができるので、コストの低減効果がさらに
大きい。

さらに、セパレート形装置では、信号を室外側における
配線接続のみで授受しうろことになり、連絡配線の簡素
化を図りつる利点がある。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、蓄
熱槽に冷熱を蓄える蓄冷熱用のバイパス路を主冷媒回路
に対して並列に接続した蓄熱式冷凍装置において、圧力
センサで蒸発圧力相当飽和温度を検出し、過熱冷媒温度
との温度偏差から求められる過熱度が一定になるように
、蓄冷熱用電動膨張弁の開度を制御するようにしたので
、蓄冷熱用熱交換器の配管の圧力損失による過熱度の検
出誤差を抑制して、正確な過熱度制御による蓄冷熱運転
を行うことができる。

また、請求項（′２Ｊの発明によれば、上記請求項（１
）の発明における温度センサを吸入管に配置したので、
既設のセンサ類だけでもって、湿り気味の蓄冷熱運転に
よる大きな製氷能力を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項（１）および（′２Ｊの発明の実施例に
係る空気調和装置の全体構成図である。第２図は本発明
と従来技術との過熱度検知特性を比較する特性図である
。 （１）・・・圧縮機、（３）・・・室外熱交換器（凝縮
器）、（６）・・・第２電動膨張弁（減圧機構）、（７
）・・・室外熱交換器（蒸発器）、（８ａ）・・・液管
、（８ｂ）・・・ガス管、（８ｃ）・・・吸入管、（９
）・・・主冷媒回路、（１２）・・・蓄熱槽、（１３）
製氷コイル（蓄冷熱用熱交換器）、（１５）・・・第３
電動膨張弁、（１６）・・・第１バイパス路、（２０）
・・・コントロールユニット（制御手段）、（ＰＳ）・
・・圧力センサ、（ＴＨ）・・・温度センサ（過熱冷媒
温度検出手段）。 ］う°′・１１１ 一１ノ４ｊ−（二 ］１．目−゛

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）運転容量可変な圧縮機（１）、凝縮器（３）、減
   圧機構（６）および蒸発器（７）を接続してなる主冷媒
   回路（９）と、蓄熱媒体を内蔵してなる蓄熱槽（１２）
   と、該蓄熱槽（１２）に配置され、冷媒と蓄熱媒体との
   熱交換により蓄熱媒体に冷熱を付与するための蓄冷熱用
   熱交換器（１３）と、該蓄冷熱用熱交換器（１３）を介
   して液管（８ａ）からガス管（８ｂ）まで上記主冷媒回
   路（９）の冷媒をバイパスするバイパス路（１６）と、
   該バイパス路（１６）の上記蓄冷熱用熱交換器（１３）
   と液管（８ａ）との間に介設された蓄冷熱用の電動膨張
   弁（１５）とを備えた冷凍装置において、吸入管（８ｃ
   ）に配置され、蒸発圧力相当の飽和温度を検出するため
   の圧力センサ（ＰＳ）と、過熱冷媒温度を検出する過熱
   冷媒温度検出手段（ＴＨ）と、上記圧力センサ（ＰＳ）
   および過熱冷媒温度検出手段（ＹＨ）の出力を受け、過
   熱冷媒温度と蒸発圧力相当飽和温度との差から求められ
   る過熱度が一定になるように上記電動膨張弁（１５）の
   開度を制御する制御手段（２０）とを備えたことを特徴
   とする蓄熱式冷凍装置の運転制御装置。
2. （２）上記過熱冷媒温度検出手段（ＴＨ）は圧縮機の吸
   入管に配置されていることを特徴とする請求項（１）の
   蓄熱式冷凍装置の運転制御装置。