JPH0772648B2 - 冷媒流量制御方法 - Google Patents

冷媒流量制御方法

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JPH0772648B2
JPH0772648B2 JP59208284A JP20828484A JPH0772648B2 JP H0772648 B2 JPH0772648 B2 JP H0772648B2 JP 59208284 A JP59208284 A JP 59208284A JP 20828484 A JP20828484 A JP 20828484A JP H0772648 B2 JPH0772648 B2 JP H0772648B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷凍サイクルにおける冷媒流量制御装置に係
り、特に冷凍空調装置全般に用いられるパルスモータ駆
動式膨張弁の絞り量を、あらかじめ設定した制御手順に
従って制御するのに好適な、冷凍サイクルにおける冷媒
流量制御装置に関するものである。
〔従来の技術〕
圧縮機,凝縮器,膨張手段,蒸発器を冷媒流路で接続し
て冷凍サイクルを構成している冷凍空調装置において、
前記膨張手段として、電気信号によって絞り量が調節可
能な電動式膨張弁を用いているものでは、蒸発器出口部
あるいは圧縮機入口部の冷媒温度すなわち冷媒過熱度を
サーミスタなどの温度センサで検出して、その過熱度が
一定となるように電動式膨張弁の絞り量を調節してい
る。
このような冷凍装置の制御の例が特開昭55−116068号公
報、特開昭55−152360号公報に記載されている。また、
過渡状態に対する膨張弁制御の他の方法が、特開昭56−
44566号公報に開示されている。この従来例では、凝縮
器入口部ないし中間部にも温度センサを設け、凝縮温度
を検出して、圧縮機の始動から凝縮温度が所定値に達す
るまでは膨張弁開度を全開にし、その後過熱度制御を行
っている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来の装置においては、定常運転時には良好な制御
が行えるが、圧縮機始動時などの急速な過渡状態に対し
ては、温度センサの検知遅れなどにより電動式膨張弁の
制御が冷凍サイクルの変化に追従できず、蒸発器出口部
あるいは圧縮機入口部の冷媒過熱度が過大となり、冷凍
サイクルの立上り時間が長くなっていた。また、上記特
開昭55−116068号公報、特開昭55−152360号公報に記載
のものにおいては、蒸発器の負荷が大きく変動すること
について考慮されているものの、必ずしも満足のいく時
間内で好ましい運転状態にすることができなかった。
さらに、上記特開昭56−44566号公報に記載のものは圧
縮機始動時の過渡状態から定常状態への移行が円滑に行
われるという優れた効果を奏するものであるが、制御段
階の切換えのタイミングに凝縮温度を用いているため蒸
発器出口部では過熱度が過大となり、液戻り状態となる
不具合が生じる恐れがある。
また、一般に、膨張弁の最大開度と定常状態での最適開
度が大きく異なる場合には、定常制御に切換えた後設定
した過熱度になるまでに多くの時間を要するという不具
合があった。
本発明は上記従来の技術の課題を解決するためになされ
たもので、制御性の良いパルスモータ駆動式の膨張弁を
用いたときに、センサの応答性が不十分な事に起因する
圧縮機の始動直後の冷凍サイクルの立上り特性の不具合
を改善することを目的とする。具体的には圧縮機の始動
直後に蒸発器に流入する冷媒量を多くし、蒸発器の機能
を有効に活用して立上り特性の良好な冷媒流量制御方法
を実現することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、圧縮機と、凝縮器と、電気
信号によって絞り量が調節可能なパルスモータ駆動式の
膨張弁と、蒸発器とを冷媒配管で順次接続して形成され
た冷凍サイクル内を流通する冷媒量を制御する冷媒流量
制御方法であって、前記圧縮機の始動後の過渡運転モー
ドと、この過渡運転モード経過後の定常運転モードとを
有し、前記過渡運転モードは前記圧縮機の始動後の所定
時間(τs1)は前記膨張弁の絞り量を最小とし、その後
予め設定した時間中、第1の温度センサにより検出され
た前記蒸発器の冷媒蒸発温度(Te)と第2の温度センサ
により検出された前記蒸発器出口部あるいは前記圧縮機
入口部の冷媒温度(Ts)との検出温度差を求め、前記検
出温度差が設定温度差(SHa)に近づくよう前記膨張弁
の絞り量を所定時間(τs2)間隔毎に段階的にかつ予め
設定された所定の絞り量まで単調増加させて前記蒸発器
の過熱度を徐々に増加させるとともに、前記予め設定し
た時間が経過したときに前記過渡運転モードから定常運
転モードに移行するものである。
なお、付記すると本発明は、定常運転時は蒸発器出口部
あるいは圧縮機入口部の冷媒過熱度が一定となるように
膨張弁の絞り量を制御するものである。
〔作用〕
本発明においては、膨張弁にパルスモータ駆動式の膨張
弁を用いたときに、センサの応答性の不十分さに起因す
る圧縮機始動時の冷凍サイクルの不安定性を解消するた
めに、圧縮機の始動とともに膨張弁の絞り量を最小と
し、膨張弁を流れる冷媒量を多くすることにより、始動
直後の蒸発温度Teの低下割合が小さく、また吸入冷媒温
度Tsとの温度差(Ts−Te)を小さくしている。これによ
り、始動から定常に達するまでの時間が短くなり、立上
り時間が著しく短縮される。
また、膨張弁の絞り量最小の状態から定常運転の制御に
切換えるまでの間に、絞り量を温度差(Ts−Te)に応じ
て段階的に調節しているために定常運転の制御への切換
えが円滑に行われる。つまり、膨張弁開度のみを合わせ
ようとして早期に膨張弁を絞ると過熱度は目標過熱度を
越えて変化し、さらに目標過熱度に近付けるために膨張
弁を開くと言うような工程を繰り返すのに対し、本発明
では段階的に絞り量を変えているので、漸近的に目標過
熱度に達する。さらに、絞りを一様に変化させる場合に
は、開度目標に対して常に実際の開度が遅れるため、漸
近的ではあるがゆっくりとした変化であり、本発明では
段階的であるから所定時間(τs2)ごとに過熱度の目標
値へ達する時間を早めることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の各実施例を第1図ないし第4図を参照し
て説明する。まず、第1図は、本発明の一実施例に係る
冷凍サイクルにおける冷媒流量制御装置の構成図、第2
図は、第1図の装置の電動式膨張弁の制御フローチャー
トで、(a)圧縮機始動時、(b)は定常運転時のフロ
ーを示している。
第1図において、1は圧縮機、2は凝縮器、3は電気信
号によって絞り量が調節可能な電動式膨張弁、4は蒸発
器で、これら機器を冷媒流路で接続して冷凍サイクルが
構成されている。
5は蒸発器の冷媒蒸発温度を検出するサーミスタなど第
1の温度センサ、6は蒸発器出口部あるいは圧縮機入口
部の冷媒温度すなわち冷媒過熱度を検出するサーミスタ
など第2の温度センサ、7は電動式膨張弁3の冷媒絞り
量を制御するための制御装置に係り、たとえばマイコン
などのように情報の入力、記憶、比較判断、計算、電気
信号の出力発信等を行う演算制御装置である。
前記冷凍サイクルにおける冷媒の流れは、圧縮機1→凝
縮器2→電動式膨張弁3→蒸発器4→圧縮機1の順に循
環する。
たとえば、このような冷凍サイクルの冷凍空調装置で
は、圧縮機1から吐出される高温高圧の冷媒ガスは凝縮
器において外部空気などと熱交換し放熱して冷媒みずか
らは凝縮する。凝縮液化した冷媒は電動式膨張弁3を経
て膨張減圧され蒸発器4に入る。ここで冷媒は室内空気
などから気化熱を奪って冷房効果をあげ、冷媒みずから
は蒸発し低温低圧の冷媒ガスとなって圧縮機1に戻り、
以下同じサイクルを繰返す。
次に電動式膨張弁3の冷媒流量制御について説明する。
まず、第2図(b)に示す定常運転時の制御手順につい
て説明する。
第1図に示される演算制御装置7は、あらかじめ設定さ
れた時間間隔τaで、蒸発温度Teと、圧縮機入口部の吸
入冷媒温度(過熱度)Tsを、第1,第2の温度センサ5,6
により検出する。検出された温度差(Ts−Te)が、あら
かじめ設定された温度差の値SHaより小さい場合には、
演算制御装置7は、その旨の電気信号を発して電動式膨
張弁3の絞り量を大きくする。絞り量を大きくすれば冷
媒流量が減り(Ts−Te)が増加する。
また逆に、検出された温度差(Ts−Te)が、あらかじめ
設定された温度差の値SHaより大きい場合は、その旨の
電気信号を発して電動式膨張弁3の絞り量を小さくす
る。絞り量を小さくすれば冷媒流量が増え(Ts−Te)が
低下する。
このように検出された温度差(Ts−Te)が設定された温
度差の値、すなわち設定温度SHaとなるように電動式膨
張弁3の絞り量が調節される。
次に、第2図(a)に示す圧縮機始動時の制御手順を説
明する。
演算制御装置7には、あらかじめ設定した次に述べる制
御手順が入力されており、その制御手順に従って電動式
膨張弁3の絞り量を調節する電気信号を出力する。
圧縮機1の始動とともに電動式膨張弁3の絞り量を最小
とし、あらかじめ設定された一定時間τs1の間その状態
を保つ。
τs1経過後は、あらかじめ設定された時間間隔τs2で、
蒸発温度Teと、圧縮機入口部の吸入冷媒温度Tsを温度セ
ンサ5,6により検出し、検出された温度差(Ts−Te)が
設定温度SHaより小さい場合には、電動式膨張弁3の絞
り量を大きくする。時間間隔τs2ごとに、この動作を行
うことにより段階的に電動式膨張弁3の絞り量は増加す
る。
その絞り量があらかじめ設定された所定絞り量になった
場合には膨張弁開度を変えず、あらかじめ設定された時
間が経過すると、先に第2図(b)で説明した定常運転
時の制御に移行する。
以上説明した制御を行った場合の運転例を第3図に示
す。
第3図は、圧縮機の始動から定常運転までの膨張弁絞り
量,冷媒温度の変化を示す線図で、横軸に時間経過をと
り、縦軸に膨張弁絞り量と、冷媒温度すなわち冷媒蒸発
温度Te,圧縮機入口部の吸入冷媒温度Tsをとっている。
実線は、本発明の一実施例による運転例、破線は、上記
始動時の制御を行わない従来技術の運転例を示して対比
している。
ここでは、電動式膨張弁としてパルスモータ駆動式膨張
弁を使用した例を示し、始動前の膨張弁絞り量は、圧縮
機停止前の絞り量である。図から明らかなように、本実
施例では、圧縮機の始動とともに膨張弁の絞り量を最小
とするために、膨張弁を流れる冷媒量が多くなり、始動
直後の蒸発温度Teの低下割合が小さく、また吸入冷媒温
度Tsとの温度差(Ts−Te)も小さくなっている。
また、実線で示す本実施例の運転の方が、始動から定常
に達するまでの時間も短くなっており、本実施例により
立上り時間が著しく短縮されていることがわかる。
また、膨張弁の絞り量最小の状態から定常運転の制御に
切換えるまでの間に、絞り量を温度差(Ts−Te)に応じ
て段階的に調節しているために定常運転の制御への切換
えが円滑に行われる。
上述した実施例では、電動式膨張弁の絞り量が最小の時
点から定常運転の制御に移行するまでの間の絞り量の増
加を、圧縮機入口部の冷媒過熱度に応じて制御している
が、第4図に示すように、あらかじめ設定された制御パ
ターンで、装置の始動特性に応じた絞り量の時間的変化
で制御してもよい。
第4図は、本発明の他の実施例に係る冷媒サイクルにお
ける冷媒流量制御装置の制御パターンを示す線図であ
り、横軸に時間経過,縦軸に膨張弁絞り量をとるもの
で、先の第3図に示した膨張弁絞り量の変化の図に対応
する線図である。
このように、第4図の例では、圧縮機の始動とともに膨
張弁の絞り量を最小とし、その後、段階的に絞り量を増
加させる制御パターンを、蒸発器出口部あるいは圧縮機
入口部の冷媒過熱度に応じて制御するのではなく、その
装置の始動特性に応じた絞り量の時間的変化をあらかじ
め設定し、演算制御装置に記憶させておき、記憶させた
制御手順の制御パターンに従って運転するようにしたも
のであり、先の実施例と同様の効果が得られるものであ
る。
上述の各実施例によれば、始動後の蒸発温度の低下割合
が小さくでき、蒸発器を有効に活用することができるこ
とから、有効な運転を行うことができる。
また、始動時の立上り時間が短縮できることから、空調
機に適用した場合などには快適性が著しく向上される。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、圧縮機の起動直
後、蒸発器に流入する冷媒量を多くし、次いで段階的に
冷媒量を減少させるので、蒸発器の機能を活用すること
による冷凍サイクルの立上り時間の減少、および圧縮機
への液戻りによる圧縮機の故障の防止という効果があ
る。また、圧縮機始動時に膨張弁開度が設定時間中に所
定値に達したら、設定時間経過するまで膨張弁開度を変
化させないので、温度センサの時間遅れ等に起因する不
安定現象を防止でき、サイクルの早期安定化が図られる
という効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る冷凍サイクルにおけ
る冷媒流量制御装置の構成図、第2図は、第1図の装置
の電動式膨張弁の制御フローチャートで、(a)は圧縮
機始動時、(b)は定常運転時のフローを示し、第3図
は、圧縮機の始動から定常運転までの膨張弁絞り量,冷
媒温度の変化を示す線図、第4図は、本発明の他の実施
例に係る冷凍サイクルにおける冷媒流量制御装置の制御
パターンを示す線図である。 1……圧縮機、2……凝縮器、3……電動式膨張弁、4
……蒸発器、5……第1の温度センサ、6……第2の温
度センサ、7……演算制御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 政克 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所機械研究所内 (72)発明者 浅井 節郎 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所清水工場内 (72)発明者 五月女 要 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所清水工場内 (56)参考文献 特開 昭55−116068(JP,A) 特開 昭55−152360(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮機と、凝縮器と、電気信号によって絞
    り量が調節可能なパルスモータ駆動式の膨張弁と、蒸発
    器とを冷媒配管で順次接続して形成された冷凍サイクル
    内を流通する冷媒量を制御する冷媒流量制御方法であっ
    て、前記圧縮機の始動後の過渡運転モードと、この過渡
    運転モード経過後の定常運転モードとを有し、前記過渡
    運転モードは前記圧縮機の始動後の所定時間(τs1)は
    前記膨張弁の絞り量を最小とし、その後予め設定した時
    間中、第1の温度センサにより検出された前記蒸発器の
    冷媒蒸発温度(Te)と第2の温度センサにより検出され
    た前記蒸発器出口部あるいは前記圧縮機入口部の冷媒温
    度(Ts)との検出温度差を求め、前記検出温度差が設定
    温度差(SHa)に近づくよう前記膨張弁の絞り量を所定
    時間(τs2)間隔毎に段階的に予め設定された所定の絞
    り量まで単調増加させて前記蒸発器の加熱度を徐々に増
    加させるとともに、前記予め設定した時間が経過したと
    きに前記過渡運転モードから定常運転モードに移行する
    ことを特徴とする冷媒流量制御方法。
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