JPH0510183Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は圧縮機からの吐出ガスを蒸発器に流入
させることによつて冷却能力を調整するようにし
た冷凍装置の制御装置に関する。

（従来の技術） 従来の冷凍装置の系統図が第１０図に示されて
いる。

第１０図において、１は圧縮機、２は凝縮器、
３はバイパス回路、４は蒸発器、５はバイパス回
路３に介装されたホツトガス制御弁、８は蒸発器
４から吹き出される空気の温度、即ち、制御対象
温度を検出するセンサー、９は制御装置、１０は
温度設定器、５１ａ，５１ｂは電磁開閉弁、５２
は温度式膨張弁、５３は感温筒、５４は均圧管、
５５はキヤピラリを示す。

プルダウン時等大きな冷却能力が必要な場合に
は制御装置９は圧縮機１に運転指令を出すととも
に電磁開閉弁５１ａに開指令、電磁開閉弁５１ｂ
に閉指令、ホツトガス制御弁５に閉指令を出し、
冷凍装置はフル能力運転を開始する。

フル能力運転時、圧縮機１から吐出された冷媒
ガスは凝縮器２で外気に放熱して凝縮液化した
後、電磁開閉弁５１ａを通つて温度式膨張弁５２
に入る。この温度式膨張弁５２は感温筒５３で検
出された蒸発器４の出口の冷媒温度と均圧管５４
を経て導入された蒸発器４の出口の冷媒圧力から
蒸発器４の出口の冷媒過熱度を検出し、この過熱
度が予め設定された値になるように温度式膨張弁
５２を通る液冷媒を調節することによつて蒸発器
４の能力を最大限に発揮させる。この温度式膨張
弁５２で減圧された冷媒は蒸発器４に入り、ここ
で空気を冷却することによつて蒸発気化し、この
状態で圧縮機１に戻る。

フル能力運転の結果蒸発器４から吹き出される
空気の温度が温度設定器１０に設定された設定温
度Tsの近傍まで下がると、制御装置９は能力制
御運転を指令する。制御装置９は吹出空気温度セ
ンサー８で検知された吹出空気温度が温度設定器
１０に設定された設定温度Tsとなるようにホツ
トガス制御弁５の開度を調節する。すると、圧縮
機１から吐出された冷媒ガス（ホツトガス）の一
部はバイパス回路３、ホツトガス制御弁５を通つ
て蒸発器４に流入し、このホツトガスの流量をホ
ツトガス制御弁５によつて変化させることにより
冷凍装置の冷却能力を制御する。

この能力制御運転時、通常の外気温では上記フ
ル能力運転時と同様に電磁開閉弁５１ａは開、電
磁開閉弁５１ｂは閉となつている。しかし、外気
温度の低下等によつて冷却負荷が更に小さくなる
と、制御装置９は電磁開閉弁５１ａを閉、電磁開
閉弁５１ｂを開とする。これによつて液冷媒がキ
ヤピラリ５５で絞られるように切換えられる。こ
のキヤピラリ５５の流通抵抗はこれを流過する液
冷媒の流量が膨張弁５２を流過する液冷媒の最大
流量より相当小さくなるように選定されている。

しかして、能力制御運転時の冷却能力制御範囲
は、第１２図に示すように、液冷媒を膨張弁５２
で絞つているときは、ホツトガス制御弁５の全閉
時の能力を示す実線イと全開時の能力を示す実線
ロとの間となり、キヤピラリ５５で絞つていると
きは、ホツトガス制御弁５の全閉時の能力を示す
破線ハと全開時の能力を示す破線ニとの間とな
る。

この冷凍装置における吹出空気温度の時間的変
化を第１１図により説明する。

冷凍装置がフル能力運転されることにより吹出
空気温度が次第に低下して設定温度Tsより若干
高めに設定した温度Th上の点ａに到達すると、
制御装置９は能力制御運転を指令し、ホツトガス
制御弁５の開度調節を開始する。この時、フル能
力運転時と同様に電磁開閉弁５１ａは開、電磁開
閉弁５１ｂは閉となつている。

この能力制御運転時冷却負荷が第１２図のホの
点であれば、点ホは温度式膨張弁５２による冷却
能力制御範囲イとロの間にあるため、冷凍装置の
冷却能力と冷却負荷をバランスさせて吹出空気温
度を第１１図に実線ｂで示すように設定温度Ts
に次第に安定させることができる。

しかし、外気温度が低い場合等冷却負荷が第１
２図のヘ点にあるような場合、そのままではホツ
トガス制御弁５が全開となつても冷凍装置の冷却
能力は点トに位置する。点トは冷却負荷の点ヘよ
り大きいため、吹出空気温度は第１１図に点線
C′で示すように低下するので、これを設定温度
Tsに安定させることはできない。

しかるに、吹出空気温度が設定温度Tsより若
干低い温度Tl上のｅ点に達したとき、制御装置
９が電磁開閉弁５１ａを閉、電磁開閉弁５１ｂを
開とする指令を出し、液冷媒をキヤピラリ５５で
絞るように切り換えれば、第１２図に示すよう
に、冷凍装置の冷却能力制御範囲はハ〜ニの間と
なるため、冷凍装置の冷却能力と冷却負荷をバラ
ンスさせ、吹出空気温度を第１１図に線ｃで示す
ように設定温度Tsに安定させることができる。
また、この運転状態で冷却負荷の増大によつて吹
出空気温度が上昇し、温度Th上のｆ点に到達し
た場合には再び電磁開閉弁５１ａを開、電磁開閉
弁５１ｂを閉とし、液冷媒を温度式膨張弁５２で
絞るようにすれば、吹出空気温度が第１１図に線
d′で示すように上昇するのを防止して線ｄで示す
ように設定温度に安定させることができる。

（考案が解決しようとする問題点） 上記従来の冷凍装置においては温度式膨張弁５
２及びキヤピラリ５５並びにこれらを切り換える
ための電磁開閉弁５１ａと５１ｂを具えているた
め、これらのコストが嵩むのみならず冷媒回路が
複雑となり、組立費用及び組立スペースが増大す
るという問題があつた。

（問題点を解決するための手段） 本考案は上記問題点に対処するために提案され
たものであつて、その要旨とするところは、圧縮
機、凝縮器、電動膨張弁及び蒸発器により冷凍サ
イクルを構成するとともに圧縮機からの吐出ガス
を蒸発器に導くホツトガス制御弁を有するホツト
ガスバイパス回路を備えてなる冷凍装置におい
て、制御対象温度と設定温度との温度偏差が所定
値以上のとき前記ホツトガス制御弁を全閉とする
とともに前記電動膨張弁を前記蒸発器の出口にお
ける冷媒過熱度が一定値となるよう開度調節する
第１の制御系と、前記温度偏差が所定値以内のと
き同温度偏差に応じて前記ホツトガス制御弁の開
度調節を行う第２の制御系と、同第２の制御系に
より開度調節された前記ホツトガス制御弁の開度
が所定範囲を越えたとき、前記冷媒過熱度の制御
目標値を変更し、冷却能力を増減するよう前記電
動膨張弁の開度調節を行う第３の制御系からなる
ことを特徴とする冷凍装置の制御装置にある。

（作用） 本考案においては、上記構成を具えているた
め、制御対象温度と設定温度との温度偏差が所定
値以上のときは、ホツトガス制御弁を全閉とした
状態で蒸発器の出口における冷媒過熱度が一定値
になるように電動膨張弁の開度を調節することに
よつて冷凍装置をフル能力運転する。前記温度偏
差が所定値以内のときは、この温度偏差に応じて
ホツトガス制御弁の開度を調節することによつて
冷凍装置を能力制御運転する。そして、この能力
制御運転時ホツトガス制御弁の開度が所定範囲を
越えたときは、冷媒過熱度の制御目標を変更し、
かつ、電動膨張弁の開度を調節することによつて
冷凍装置の能力を制御する。

（実施例） 本考案による冷凍装置の系統図が第１図に示さ
れている。

凝縮器２と蒸発器４とを連結する冷媒配管中に
凝縮器２で凝縮した液冷媒を絞ることによつて減
圧し、この流量を制御するための電動膨張弁３０
が介装され、この電動膨張弁３０は制御装置３１
からの指令により制御される。蒸発器４の出口に
おける冷媒の圧力は圧力センサー６により検出さ
れ、また、蒸発器４の出口における冷媒の温度は
温度センサー７により検出される。そして、これ
ら圧力センサー６及び温度センサー７の検出値は
制御装置３１に入力される。他の構成は第１０図
に示す従来のものと同様であり、対応する部材に
は同じ符号が付されている。

この冷凍装置の制御ブロツク図が第２図に、制
御フローチヤートが第３図に示されている。過熱
度検出手段１１は温度センサー７と圧力センサー
６から検出信号に基づいて蒸発器４の出口の過熱
度を検出する。この過熱度検出手段１１により検
出された過熱度（以下、検出SHという）は過熱
度比較手段に入力され、ここで目標過熱度決定手
段１６から入力された目標過熱度（以下、目標
SHという）と比較され、両者の偏差が検出され
る。この偏差は膨張弁開度決定手段１３に入力さ
れ、ここで偏差に基づき電動膨張弁３０の開度を
決定し、この開度は制御手段１８に入力される。

温度設定器１０で設定された設定温度Ts及び
吹出空気温度センサー８で検出された吹出空気温
度は温度偏差検出手段１４に入力され、ここで温
度偏差ΔT（吹出空気温度−設定温度Ts）が検出
される。この温度偏差ΔTは目標過熱度決定手段
１６に入力されるとともにホツトガス制御弁開度
決定手段１５に入力され、ここで温度偏差ΔTに
基づきホツトガス制御弁５の開度を決定し、この
開度は制御手段１８及び目標過熱度決定手段１６
に入力される。目標過熱度決定手段１６はホツト
ガス制御弁開度決定手段１５で決定された開度及
び温度偏差検出手段１４で検出された温度偏差
ΔTに応じて目標SHの変更要否を判断し、目標
SHを決定する。計時手段１７は目標過熱度決定
手段１６が目標SHを変更する時に前回の変更か
ら所定時間が経過したかどうかを知らせるための
ものであり、目標SHが変更される毎に目標過熱
度決定手段１６からの指令によりセツトされる。

目標過熱度決定手段１６は第３図に示すよう
に、先ず、計時手段１７からの出力によりタイマ
ーがタイムアツプしたか否かを判断する。タイム
アツプしていれば、ホツトガス制御弁開度決定手
段１５で決定されたホツトガス制御弁５の開度が
所定の範囲以上、範囲内、範囲以下かを判断す
る。ホツトガス制御弁５の開度が所定範囲以上で
目標SHが上限SHに到達しておらず、かつ、温度
偏差ΔTが所定値より小さければ目標SHを所定
量だけ大きくし、かつ、計時手段１７のタイマー
をセツトする。ホツトガス制御弁５の開度が所定
範囲内であれば目標SHはそのままとする。ホツ
トガス制御弁５の開度が所定範囲以下で目標SH
が下限SHに到達しておらず、かつ、温度偏差
ΔTが所定値より大きければ、目標SHを所定量
だけ小さくし、かつ、計時手段１７のタイマーを
セツトする。なお、上限SHは冷媒循環量の過少
による圧縮機１の過熱を防止しうる値が選定さ
れ、下限SHは冷媒循環量の過大による圧縮機へ
の液戻りを防止しうる値が設定される。一方、目
標SHが上限SH又は下限SHに到達しておれば、
それ以上目標SHをそれぞれ大きく又は小さくす
ることはせず、目標SHはそれぞれ上限SH又は下
限SHに固定される。更に、上記各判断条件にあ
てはまらない場合には目標SHは変更されること
なく以前の目標SHが維持される。制御手段１８
は膨張弁開度決定手段１３、ホツトガス制御弁開
度決定手段１５等の出力を受けて、電動膨張弁３
０の駆動手段２０及びホツトガス制御弁５の駆動
手段２１に開度指令、圧縮機１の運転指令手段１
９にON−OFF指令を出す。電動膨張弁駆動手段
２０及びホツトガス制御弁駆動手段２１はそれぞ
れ制御手段１８の出力に基づいて電動膨張弁３
０、ホツトガス制御弁５を駆動して所期の開度と
する。圧縮機運転指令手段１９は制御手段１８の
出力に基づいて圧縮機１をON−OFFすることに
より冷凍能力を制御する。

冷凍装置のフル能力運転時には制御装置３１は
圧縮機１に運転指令を出すとともにホツトガス制
御弁５に全閉指令を出す。電動膨張弁３０は蒸発
器４の出口における冷媒の過熱度が一定の目標
SHになるように開度調整される。この目標SHは
蒸発器４が最大の能力を発揮する値が選択され通
常の冷凍装置では5deg℃程度とされる。

蒸発器４を通過した吹出空気の温度が温度設定
器１０に設定された設定温度Tsの近傍まで下が
ることによつて冷却負荷が小さくなると、能力制
御運転が行われ、吹出空気温度センサー８で検出
した吹出空気温度が設定温度Tsとなるようにホ
ツトガス制御弁５の開度が調節される。

冷却能力の制御範囲を第４図について説明す
る。

ホツトガス制御弁５を全閉とした状態では、冷
却能力は過熱度の増加（即ち、電動膨張弁３０の
開度減少）に従つてＰ線に示すように変化し、ホ
ツトガス制御弁５を全開とした状態では、冷却能
力は過熱度の増加に伴つてＱ線に示すように変化
する。従つて、電動膨張弁３０の開度を蒸発器４
の出口における検知SHが一定の適正な過熱度と
なるように制御すると、ホツトガスバイパス運転
中は電動膨張弁３０は殆ど全開となつて、液冷媒
を最大限に流すので冷凍装置の冷却能力可変範囲
はホツトガス制御弁５の開度調整によつて制御さ
れる範囲Ｏとなる。しかし、電動膨張弁３０の開
度を小さくすることによつて過熱度を大きくして
いくと冷却能力の可変範囲はホツトガス制御弁５
の全閉時の能力を示すＰ線と全開時能力を示すＱ
線の間の範囲Ｒとなり、広範囲な冷却負荷に対応
することができる。つまり、第１２図の線イ〜ニ
の間或いは電動膨張弁３０の開度をより小さな開
度まで絞ることができるため、線ニよりも更に小
さな冷却能力まで連続的にしかもきめ細かく制御
できることとなる。

第５図は能力制御運転時の電動膨張弁３０の開
度制御により目標SHを変化させた場合、これに
伴うホツトガス制御弁５の開度及び吹出空気温度
の時間的変化を示す図である。目標SHを線Ｃに
示すように一定とした場合、冷却負荷が小さくな
るのに伴つてホツトガス制御弁５の開度が線Ｂで
示すように大きくなり、ホツトガス制御弁５が全
開となつてもなお冷却能力が大きい場合には冷凍
装置の冷却能力と冷却負荷がバランスせず吹出空
気温度は線Ａで示すように下降してしまい設定温
度Tsに維持することができない。

しかし、ホツトガス制御弁５の開度が所定開度
OHよりも大きくなり、吹出空気温度が設定温度
Tsよりも少しだけ低い点TL以下に下降した場合
に、目標SHを線C′に示すように徐々に適正過熱
度Ｃよりも大きく（即ち、電動膨張弁３０の開度
を小さく）していくと、冷却能力は次第に減少
し、ホツトガス制御弁５の開度は線B′で示すよ
うに適当な開度で冷却負荷とバランスし、この結
果、吹出空気温度は線A′で示すように設定温度
Tsに維持することができる。

次に前述と逆に冷却負荷が大きい場合におい
て、ホツトガス制御弁５の開度が前記OHより少
し小さい開度OLよりも小さくなり、吹出空気温
度が設定温度Tsよりも少しだけ高い点TH以上に
上昇した場合には目標SHを線Ｆで示すように
徐々に（即ち、電動膨張弁３０の開度を大きく）
していくと冷却能力は増加し、ホツトガス制御弁
５の開度はそれにつれて線Ｅで示すように小さく
なり、適当な開度で冷却負荷とバランスし、この
結果、吹出空気温度は線Ｄで示すように再び設定
温度Tsに維持することができる。

第６図及び第７図には本考案の第２の実施例が
示されている。

第１の実施例においては、能力制御運転時の冷
却能力を増減するため目標SHを所定量だけ所定
時間経過毎に変更しているが、この代りに電動膨
張弁３０の開度を現状の開度より所定量だけ所定
時間毎に変更することによつて同様な効果を得て
いる。

第６図において、２２は過熱度比較決定手段、
２３は電動膨張弁制御方法切換手段、２４は電動
膨張弁開度決定手段、２５は電動膨張弁開度増減
手段である。他は第２図に示すものと同様であ
り、対応する部材には同じ符号が付されている。

しかして、第７図に示すように、ホツトガス制
御弁５の開度が所定範囲以上で検知SHが上限SH
に到達しておらず、かつ、温度偏差ΔTが所定値
より小さいときは、電動膨張弁３０の開度を所定
量だけ小さくし、かつ、計時手段１７のタイマー
をセツトする。ホツトガス制御弁５の開度が所定
範囲内のときは、電動膨張弁３０の開度は以前の
まま保持する。ホツトガス制御弁５の開度が所定
範囲以下で検知SHが下限SHに到達しておらず、
かつ、温度偏差ΔTが所定値より大きいときは、
電動膨張弁３０の開度を所定量だけ大きくし、か
つ、計時手段１７のタイマーをセツトする。ま
た、検知SHが上限SH又は下限SHに到達してお
れば、それ以上電動膨張弁３０の開度を小さく又
は大きくすることはせず、目標SHを上限SH又は
下限SHにセツトして電動膨張弁３０の制御を行
う。

上記第１及び第２の実施例においては能力制御
運転時の冷却負荷を検出する手段としてホツトガ
ス制御弁５の開度及び吹出空気温度の両方を予め
設定された条件と比較しているが、いずれか一方
だけを比較することも可能である。更に、能力制
御運転中の電動膨張弁３０の制御はフル能力運転
中の最適過熱度一定値制御から、冷却負荷に応じ
て目標SH或いは電動膨張弁３０の開度を徐々に
変更しているが、簡単な方法として従来のシステ
ムのキヤピラリに相当する開度としうるように目
標SHを最適過熱度より相当大きくセツトした値
に切換えるか、或いは、電動膨張弁３０の開度を
その過熱度に相当する開度に固定しても良い。こ
れにより能力制御範囲は最適過熱度一定値制御の
みの時よりも拡大することができる。

本考案の第３の実施例が第８図及び第９図に示
されている。

この第３の実施例においては、能力制御運転時
の冷却負荷を検出するため温度偏差ΔT′（外気温
度−設定温度）を予め設定した条件と比較してい
る。第８図に示すように冷却負荷判定手段２９に
は外気温度センサー２６で検出された外気温度と
温度設定器１０で設定された設定温度が入力さ
れ、両者の温度偏差ΔT′が所定値より小さけれ
ば、冷却負荷が小さいとして、冷却能力を小さく
するため高過熱度制御への切換え信号を出す。過
熱度比較手段２７は目標SH（通常はフル能力運転
時と同じ最適過熱度値、冷却負荷判定手段２９か
ら高過熱度制御指令があれば高過熱度値）と過熱
度検出手段１１により検出された検知SHとを比
較し、目標SHとの偏差を検出し、電動膨張弁開
度決定手段２８に出力する。その他の機能につい
ては第２図に示すものと同様である。このように
すれば外気温度センサー２６を設ける必要がある
が、外気温度と冷却負荷及び冷凍装置の冷却能力
制御範囲を予め知ることができるで、通常の能力
制御運転時には吹出空気温度を設定温度に早く収
束させることができる。また、この第３の実施例
においては、冷却負荷が小さいときに目標SHを
高過熱度に切換えているが、その過熱度に相当す
る導電膨張弁３０の開度に切り換えても良い。更
に、外気温度条件にかかわらず高過熱度制御時の
冷却能力制御範囲内に冷却負荷のバランス点がな
く、吹出空気温度が上昇してしまう不具合に備え
て温度偏差ΔT（吹出空気温度−設定温度）が所
定値より大きくなるとフル能力運転時と同じ過熱
度（最適過熱度）に目標SHを戻すようにする機
能を追加しても良い。

以上全ての説明において制御対象の空気温度と
して蒸発器４の出口側の吹出空気温度を検出して
いるが、これを蒸発器４の入口側の吸入空気温度
を検出してもよいことはいうまでもない。

（考案の効果） 本考案の制御装置は、制御対象温度と設定温度
との温度偏差が所定値以上のとき前記ホツトガス
制御弁を全閉とするとともに前記電動膨張弁を前
記蒸発器の出口における冷媒過熱度が一定値とな
るよう開度調節する第１の制御系と、前記温度偏
差が所定値以内のとき同温度偏差に応じて前記ホ
ツトガス制御弁の開度調節を行う第２の制御系
と、同第２の制御系により開度調節された前記ホ
ツトガス制御弁の開度が所定範囲を越えたとき前
記冷媒過熱度の制御目標値を変更し、冷却能力を
増減するよう前記電動膨張弁の開度調節を行う第
３の制御系を具えているため、制御対象温度と設
定温度との温度偏差が所定値以上のときはホツト
ガス制御弁を全閉とした状態で電磁開閉弁の開度
を蒸発器の出口における冷媒過熱度が一定値にな
るように調節することによつて冷凍装置をフル能
力運転させる。前記温度偏差が所定値以内のとき
は、この温度偏差に応じてホツトガス制御弁の開
度を調節することによつて冷凍装置の能力を制御
する。そして、この能力制御運転時ホツトガス制
御弁の開度が所定範囲を越えたときは冷媒過熱度
の制御目標を変更し、かつ、電磁開閉弁の開度を
調節することによつて冷凍装置の能力を制御す
る。

この結果、能力制御範囲が拡大し、特に、負荷
が小さい場合でも連続して能力を制御することが
でき、緻密な温度制御が可能となる。そして、能
力制御時に液冷媒の流量を必要最小限に抑えるこ
とができるので、圧縮機の入力を節減できる。ま
た、従来のもののように絞りを切り換える必要が
ないので冷媒回路が簡素化され、そのコストを低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本考案の１実施例を示
し、第１図は冷凍装置の系統図、第２図は制御ブ
ロツク図、第３図は制御フローチヤート、第４図
は過熱度と冷却能力との関係を示す線図、第５図
は能力制御運転時の目標過熱度、ホツトガス制御
弁開度、吹出空気温度の時間的変化を示す線図で
ある。第６図及び第７図は本考案の第２の実施例
を示し、第６図は制御ブロツク図、第７図は制御
フローチヤートである。第８図及び第９図は本考
案の第３の実施例を示し、第８図は制御ブロツク
図、第９図は制御フローチヤートである。第１０
図ないし第１２図は従来の冷凍装置の１例を示
し、第１０図は系統図、第１１図は吹出空気温度
の時間的変化を示す線図、第１２図は外気温度に
対する冷却負荷と冷却能力の変化を示す線図であ
る。 圧縮機……１、凝縮器……２、電動膨張弁……
３０、蒸発器……４、ホツトガスバイパス回路…
…３、ホツトガス制御弁……５、温度偏差検出手
段……１４、過熱度比較手段……１１、電動膨張
弁開度決定手段１３，２４，２８。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 圧縮機、凝縮器、電動膨張弁及び蒸発器により
   冷凍サイクルを構成するとともに圧縮機からの吐
   出ガスを蒸発器に導くホツトガス制御弁を有する
   ホツトガスバイパス回路を備えてなる冷凍装置に
   おいて、制御対象温度と設定温度との温度偏差が
   所定値以上のとき前記ホツトガス制御弁を全閉と
   するとともに前記電動膨張弁を前記蒸発器の出口
   における冷媒過熱度が一定値となるよう開度調節
   する第１の制御系と、前記温度偏差が所定値以内
   のとき同温度偏差に応じて前記ホツトガス制御弁
   の開度調節を行う第２の制御系と、同第２の制御
   系により開度調節された前記ホツトガス制御弁の
   開度が所定範囲を越えたとき、前記冷媒過熱度の
   制御目標値を変更し、冷却能力を増減するよう前
   記電動膨張弁の開度調節を行う第３の制御系から
   なることを特徴とする冷凍装置の制御装置。