JPH0727432A - 空調用冷凍機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷却器が低負荷状態にある時に冷凍機を起動さ
せる場合でも、冷凍機を停止させることなく、正常に稼
働させる。 【構成】蒸発器１から送給される冷水温度を温度測定器
１１により測定するとともに、蒸発器１の圧力を圧力測
定器２１により測定する。通常は温度測定器１１の冷水
温度測定値に基づいて冷媒循環量が制御されている。し
かし、蒸発器１の圧力が設定された圧力下限値を下回っ
た場合は、前記冷水温度測定に基づく制御に優先して、
圧力スイッチ１４、１５の作動により強制的に吸込ベー
ン８、バイパス弁９の開度を維持、または調節する操作
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調用冷凍機の制御方
法に係り、特に、冷却器が低負荷状態にある状態で冷凍
機の起動させる場合であっても、正常に空調用冷凍機を
運転させるための制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】空調機および冷凍機を備える空調設備に
おける空調機の冷却器に冷水を供給するため冷凍機およ
びその従来の制御装置としては、たとえば図３に示すよ
うなものがある。この冷凍機Ｒは、蒸発器１、遠心圧縮
機２、凝縮器３、フロート弁４を有しており、この中を
たとえばフロン系の物質からなる冷媒が循環して空調用
冷水を所定の温度まで冷却し、冷却器５へ供給する装置
である。すなわち、蒸発器１内において、液状であった
冷媒が蒸発することにより、その気化熱を吸収し、蒸発
器１内に配設されている冷水用配管６内の冷水を冷却す
る。蒸発した冷媒は、遠心圧縮機２に吸収され、遠心圧
縮機２内にて加圧された後、高圧高温のガスとなって凝
縮器３へと送られる。凝縮器３内において、凝縮器３内
に配設された冷却水用配管７内に通水されている冷却水
に熱を奪われた冷媒は液化した後、さらに前記フロート
弁４でオリフィスを通り圧力が急激に低下された状態で
蒸発器１へと送られる。この冷凍サイクルにて冷水を冷
却し、冷却器５へ冷水を供給している。

【０００３】このときの基本的な冷凍サイクルを、図２
に示すモリエル線図を用いて説明すると、点Ａは冷媒が
蒸発器１を出て遠心圧縮機２に入る状態であり、飽和蒸
気線上にのっている。この冷媒ガスは、断熱圧縮により
圧縮されるものとすると、Ａ→Ｂに変化する。また、圧
縮された冷媒を凝縮器３内で冷却すると、圧力は変わら
ずエンタルピだけが減少し、全部の冷媒が液体になった
時点で、飽和液線上の点Ｃに達する。さらに、この液状
の冷媒をフロート弁４の隙間（オリフィス）を通して断
熱膨張させると、冷媒の状態はＣ→Ｄに移る。その後、
蒸発器１に入り周囲から熱を奪ってエンタルピが増し、
完全に蒸発すると点Ａに達する。このサイクルで冷凍に
使用される熱量は点Ａと点Ｄのエンタルピの差であり、
冷凍容量はこのエンタルピ差と冷媒循環量との積で表さ
れる。

【０００４】実際の運転においては、冷水を設定温度と
するため、冷却器５の熱負荷に応じた冷凍機Ｒの冷凍容
量を制御することが行われているが、このときの冷却器
５の熱負荷は、天候や設備使用状況等によって変化す
る。このため、一定の温度で冷却器５に供給された冷水
であっても、冷凍機Ｒに戻る時の温度は、常に一定とは
ならない。

【０００５】具体的に説明すると、定格運転状態では、
冷凍機Ｒを出た冷水（例えば７℃）は、冷却器５の熱負
荷によって温度上昇（例えば５℃）して高い温度（１２
℃）になって冷凍機Ｒに戻り、冷凍機Ｒでは、冷水を冷
却するのに見合う量だけ冷媒が循環して冷水を冷却（−
５℃）して、一定の冷水温度（７℃）として再び冷却器
５へと供給するというサイクルで運転を行っている。

【０００６】しかし、冷却器５の熱負荷が減少して冷水
の温度上昇が少なくなった（例えば３℃）場合、冷水は
通常時より低い温度（１０℃）で冷凍機Ｒに戻る。この
とき冷凍機Ｒ内の冷媒循環量が定格時と同様であると、
冷水出口温度は、前記冷却器５に供給された時の温度に
比べ低い値（５℃）となってしまう。

【０００７】そこで、冷凍機Ｒから冷却器５へと供給さ
れる冷水の温度を一定値に保つように、温度測定器１１
にて冷凍機Ｒから供給された冷水の温度を測定し、この
温度を温度測定器１１から容量調節器１２へと送信し、
容量調節器１２によりこの測定温度に基づいて冷媒循環
量を算出するとともに、この算出された冷媒循環量に基
づいて吸込ベーン８、バイパス弁９の開度を操作し、冷
媒循環量を減じて冷凍容量を制御している。

【０００８】一方、冷凍機Ｒには、通常の運転状態から
逸脱するような異常状態になった場合に、冷凍機Ｒの機
械的損傷を回避するために各種の保安設備が設けられて
いるが、その１つとして圧力検出器２１がある。たとえ
ば、蒸発器１の圧力が異常に低下した場合、それに伴い
飽和状態にある冷媒の温度が低下し、周囲の冷水の温度
をも低下させ、ついには冷水が凍結に至り、配管６を損
傷させる場合もある。そこで、圧力検出器２１により蒸
発器１の圧力を常時検出し、蒸発器１の圧力が、たとえ
ば制限値（たとえば−４８ｃｍＨｇ）以下に低下した場
合、この圧力測定信号を受けた保安装置２２により電源
装置２３の電源を遮断して冷凍機Ｒの運転を停止させる
ようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
制御方法の場合には、温度測定器１１により冷水温度を
測定し、この温度測定値に基づいて前記吸込ベーン８、
バイパス弁９を操作するものであるため、次のような問
題点がある。

【００１０】前記温度測定器１１には熱容量があるた
め、実際の冷水の温度と均衡するまでには時間を要す
る。したがって前記温度測定器１１による温度測定は、
冷水の温度が変化している場合には、その温度変化に追
従するのに常に遅れを生じている。

【００１１】また、冷凍機が停止している間は、冷水配
管中の冷水は滞留状態にあるため、その温度は室温近く
まで上昇しており、運転中の冷水温度（例えば７℃）に
比べて高い温度となっている。この状態から冷凍機を起
動させると、冷水温度が安定し実際の冷水温度と温度測
定器１１で測定された冷水温度とが均衡するまでの間、
冷水温度が設定温度に比べて高いため容量調節器１２は
早く設定温度に近づけようとして冷凍能力の１００％で
運転するように吸込ベーン８、バイパス弁９が操作され
る。さらに、前記のように、温度測定に時間遅れが生じ
ることから、温度測定器１１で測定された冷水温度は、
実際の冷水温度より高い温度で容量調節器１２に入力さ
れるため、冷凍機Ｒは実際に必要な容量よりも高目で運
転されるとともに、前記時間遅れの分だけ過大に運転さ
れることになる。

【００１２】このような運転状態であっても、冷却器５
の熱負荷が設計された範囲内にある場合には、冷凍機能
力の１００％で運転しても、冷凍サイクルは設計状態に
あるため特に支障は生じないのであるが、冷却器５の熱
負荷が減少している場合（低負荷状態）には、実際に冷
却しようとする容量に比べ冷凍容量が大きくなり過ぎ
て、蒸発器内の蒸発圧力が設計状態より低下して、保安
装置が作動して冷凍機が停止してしまうことがあった。

【００１３】そこで本発明の主たる課題は、冷却器が低
負荷状態にある時に冷凍機を起動させる場合において
も、必要以上の冷凍容量によって冷水を冷却することな
く、冷凍機を制御することにある。また、このような場
合であっても、保安装置の作動により冷凍機を停止させ
ることなく、正常に運転を継続できるように冷凍機を制
御することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、蒸発器、凝縮器および圧縮機からなり、
前記圧縮機を中間に介し冷媒を前記蒸発器と凝縮器との
間を循環させることにより、前記蒸発器内に配設された
配管内の冷水を冷却するとともに、前記冷媒の循環量を
調節する容量調節器を備えた空調用冷凍機において、前
記蒸発器の圧力および冷水の出口温度を測定するととも
に、前記蒸発器圧力に制御用指標値を設定し、前記蒸発
器圧力の測定値が前記制御用指標値以上の状態下にある
ときは、前記冷水出口温度の測定値に基づく前記容量調
節器の操作により前記冷凍機の冷媒循環量を制御し、前
記蒸発器圧力の測定値が前記制御用指標値を下回った際
には、前記冷水出口温度の測定値に基づく冷媒循環量制
御に優先して、前記冷媒循環量を維持または減少させる
よう強制的に前記容量調節器を操作する点を、その構成
とするものである。

【００１５】

【作用】本発明における制御方法では、蒸発器内の圧力
が設定された制御用指標値以上の場合には、従来の場合
と同様に冷水出口温度に基づく制御を行うが、蒸発器内
圧力が制御用指標値を下回った場合には、前記冷水出口
温度に基づく制御に優先して、冷媒循環量を増加させな
い、または減少させる操作を強制的に行う。

【００１６】具体的に説明すると、例えば前記制御用指
標値を通常運転時の圧力；−３９cmHgより１cmHgだけ小
さい−４０cmHgに設定しておき、蒸発器内圧力が−４０
cmHg以上である場合には冷水出口温度に基づいて冷媒循
環量を制御し、蒸発器内圧力が−４０cmHgより低下した
場合には、好ましくは段階的に先ず最初に、前記冷水出
口温度に基づく冷媒循環量の制御に優先して、容量調節
器たる吸込ベーンおよびバイパス弁等の開度を一定に維
持し、冷媒循環量を一定とする。次いで、この制御によ
っても、さらに蒸発器内圧力が低下するようであれば、
前記吸込ベーンおよびバイパス弁等の開度を調節し、冷
媒循環量を強制的に減少させる。

【００１７】このように本発明においては、蒸発器内圧
力が所定値以下になった場合には、冷水出口温度とは無
関係に、冷媒循環量を維持または減少させる制御を優先
的に行うため、蒸発器内圧力の低下に伴う冷水の凍結、
配管の損傷、および蒸発器圧力の異常低下による電源の
遮断等が無くなる。

【００１８】また、蒸発器内の圧力を基準として制御方
法を切り換えているため、冷凍機の起動時であっても、
冷水出口温度を基準とする場合のような大きな追従の遅
れは見られず、過度に冷媒を循環させることも無くな
り、冷水を効率的かつ適切に冷却することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により具体的に
説明する。図１は、空調用冷凍機Ｒおよび本発明にかか
る冷凍機Ｒの制御を行う制御回路を示す図である。冷凍
機Ｒの基本構造は、従来と同様のものであるため説明は
省略するが、本発明に係る制御回路には、付加的に圧力
スイッチ１４、１５が設けられ、蒸発器内の圧力を検出
する圧力測定器２１の信号を受けて、後述する圧力条件
の下で、吸込ベーン８、バイパス弁９の開度を強制的に
操作する。

【００２０】空調機の運転時に、冷凍機Ｒは、上記の従
来技術で示した通り、冷水を冷却器５に供給している。
この際、冷凍機Ｒからの冷水を設定温度にて前記冷却５
に供給するため、供給される冷水の出口温度を温度測定
器１１にて測定し、測定された温度に基づいて吸込ベー
ン８、バイパス弁９を操作するフィードバック制御を行
っている。

【００２１】また、本発明においては、前記圧力測定器
２１にて測定される蒸発器１内の圧力に、たとえば−４
０cmHgという下限値（制御用指標値）が設けられる。そ
して、この下限値を蒸発器１内の圧力が下回った場合
に、圧力測定器２１からの信号を受けた圧力スイッチ１
４は容量調節器１２による吸込ベーン８、バイパス弁９
の操作を停止させ、冷凍機Ｒの冷媒循環量がこれ以上増
加しないようにする。

【００２２】この操作を行っても、なお圧力測定器２１
によって測定される蒸発器１内の圧力が低下し、たとえ
ばその圧力測定値が−４１cmHgになった場合には、圧力
スイッチ１５からの指令により、前記容量調節器１２に
よる制御に優先して、冷凍機Ｒの冷媒循環量を減少させ
るように、前記吸込ベーン８、バイパス弁９の開度が調
節され、冷凍器Ｒの冷媒循環量が強制的に減少される。

【００２３】なお、圧力スイッチ１４、１５を用いるこ
となく、圧力測定器２１によって測定された圧力信号を
容量調節器１２に直接送信し、容量調節器１２において
設定された圧力下限値との比較を行い、測定圧力がこの
圧力下限値を下回る場合には、温度測定値１１からの信
号に基づく制御に優先して、前記吸込ベーン８、バイパ
ス弁９の開度を強制的に調節することでもよい。

【００２４】〔実施例〕先ず、従来の図３に示される冷
凍機の場合において、冷凍機Ｒをしばらく停止させ、温
度測定器１１による測定冷水温度が、室温近くの約２０
℃となった状態から再び起動させる。この際、送給され
る冷水の設定温度は約７℃とし、冷却器５による熱負荷
は極力小さくしてある。この状態から冷凍機Ｒを起動さ
せると、冷却器５の負荷に対する冷凍機Ｒ冷凍能力は大
きくなり過ぎ、蒸発器１内の圧力が−４８cmHgを下回っ
てしまい、保安装置２２が働いて電源が遮断され、冷凍
機Ｒが停止してしまった。

【００２５】これに対して、図１に示されるように制御
回路に圧力スイッチ１４、１５を付加し、前記圧力スイ
ッチ１４が働く下限値を−４０cmHg、前記圧力スイッチ
１５が働く下限値を−４１cmHgとして本発明に係る制御
の下で運転を開始した場合、冷凍機Ｒの起動時に保安装
置２２が働くことがなく、そのまま継続して正常に運転
することができた。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明に
よれば、冷却器が低負荷状態にある時に冷凍機を起動さ
せる場合においても、必要以上に冷媒を循環させないた
め、保安装置が作動して冷凍機を停止させることも無く
なり、そのまま正常に運転することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】空調用冷凍機および本発明にかかる制御装置の
回路を示す図である。

【図２】基本的な冷凍サイクルを示すモリエル線図であ
る。

【図３】空調用冷凍機および従来の制御装置の回路を示
す図である。

【符号の説明】

Ｒ…冷凍機、１…蒸発器、２…遠心圧縮機、３…凝縮
器、４…フロート弁、５…冷却器、８…吸込ベーン、９
…バイパス弁、１１…温度測定器、１２…容量調節器、
２１…圧力測定器、１４・１５…圧力スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸発器、凝縮器および圧縮機からなり、前
   記圧縮機を中間に介し冷媒を前記蒸発器と凝縮器との間
   を循環させることにより、前記蒸発器内に配設された配
   管内の冷水を冷却するとともに、前記冷媒の循環量を調
   節する容量調節器を備えた空調用冷凍機において、 前記蒸発器の圧力および冷水の出口温度を測定するとと
   もに、前記蒸発器圧力に制御用指標値を設定し、 前記蒸発器圧力の測定値が前記制御用指標値以上の状態
   下にあるときは、前記冷水出口温度の測定値に基づく前
   記容量調節器の操作により前記冷凍機の冷媒循環量を制
   御し、 前記蒸発器圧力の測定値が前記制御用指標値を下回った
   際には、前記冷水出口温度の測定値に基づく冷媒循環量
   制御に優先して、前記冷媒循環量を維持または減少させ
   るよう強制的に前記容量調節器を操作することを特徴と
   する空調用冷凍機の制御方法。