JPH081337B2 - 冷凍装置の冷媒制御装置 - Google Patents

冷凍装置の冷媒制御装置

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JPH081337B2
JPH081337B2 JP24296386A JP24296386A JPH081337B2 JP H081337 B2 JPH081337 B2 JP H081337B2 JP 24296386 A JP24296386 A JP 24296386A JP 24296386 A JP24296386 A JP 24296386A JP H081337 B2 JPH081337 B2 JP H081337B2
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重昭 黒田
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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、圧縮機、凝縮器、膨脹弁、蒸発器を主構成
機器として形成されるヒートポンプ式冷凍装置の膨脹弁
の制御方式に係り、特に、圧縮機の吐出ガスの過熱度に
よって膨脹弁の開度を制御する方式に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来、冷凍サイクルの高圧側の冷媒過熱度に応じて膨
脹弁の開度を制御する方式として実開昭55−143470号が
提案されているが、この従来技術は、吐出管温度と凝縮
器における高圧側飽和冷媒温度との差に応じて膨脹弁の
開閉を行うようになっている。この様に、高圧側飽和温
度として、凝縮器における飽和温度を検出する方式であ
り、圧縮機に冷媒吐出部での飽和温度検出については配
慮されていなかった。また、膨脹弁の開閉制御の演算方
法についても配慮されていなかった。また、他の従来例
として、圧縮機の吸入側の過熱度に応じて膨脹弁開度を
制御するものは、特開昭49−128350号、特開昭59−1918
54号、あるいは、特開昭59−205559号などがあるが、吐
出ガスの過熱度によって膨脹弁を制御する方式について
は記載されていない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、圧縮機の冷媒吐出部での冷媒過熱度
を検出する方式については配慮されていなかった。即
ち、従来技術では、高圧側の飽和温度として凝縮器の冷
媒温度Tcを検出し、圧縮機の吐出管部の温度Tdを検知し
て温度差(Td−Tc)に応じて膨脹弁を制御していた。
このため、まず、圧縮機と凝縮器の間の接続配管が長
い場合には、接続配管部での圧力損失により凝縮器での
飽和圧力が低下し、飽和温度も低くなる。このように、
検出、演算される吐出冷媒の過熱度は上記配管長さによ
り変化することになり、圧縮機吐出部での正確な過熱度
が得られないという問題があった。
本発明の目的は、正確な吐出冷媒の過熱度を検出し、
設定過熱度と上記検出過熱度とを対応させて膨脹弁開度
を制御し、吐出ガスの過熱度を安定させ、冷凍装置を効
率よく運転させる制御方式を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、圧縮機近傍の吐出配管部に、一端が閉ざ
された枝管を設け、この枝管を冷却することによってこ
の枝管内で吐出ガスを凝縮させ、この吐出圧力に対応し
た飽和温度を検出し、吐出ガス温度と上記検出飽和温度
にて正確な吐出冷媒の過熱度を検出し、この検出過熱度
と設定過熱度を比較して膨脹弁の制御を行ない、また、
上記差の時間的変化ならびに時間的積分結果を加味し、
吐出ガスの過熱度制御の定数を適正化して、上記過熱度
が設定過熱度より低ければ弁開度を閉方向に、高ければ
弁開度を開方向に制御を行なうことにより、冷凍装置の
安定化が達成される。
〔作用〕
圧縮機の吐出ガス雰囲気部に、一端が閉じられた枝管
を設け、これを冷却することにより、吐出ガスが冷却さ
れて凝縮が生じる。上記枝管内で凝縮が生じる領域に温
度センサを設けることにより、吐出ガス雰囲気部の圧力
に対応した正確な飽和温度を検出することができる。上
記検出飽和温度と吐出ガス温度にて吐出冷媒の過熱度を
検知し、この検出過熱度と設定過熱度を比較し、吐出冷
媒の過熱度がほぼ一定になるように膨脹弁開度を制御
し、流通冷媒量制御が行なわれる。しかして、膨脹弁開
度は、冷凍装置の起動後の過渡状態から定常状態になる
までの膨脹弁の異常な閉動作をなくすことができ、冷凍
装置の起動時の立上り運転時の膨脹弁制御が最適化され
る。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面にもとずき説明する。
第1図は、本発明の冷凍サイクルの構成を示す。第1図
において1は圧縮機、2は凝縮器、3は蒸発器、4は電
気的に駆動される膨脹弁、5は圧縮機の吐出ガス管、6
は、一端が閉じられ他端が吐出ガス管5に開口する枝
管、7は枝管6の温度を検知する第1のセンサー、8は
吐出ガスの温度を検出する第2のセンサー、9は第1の
センサ7の温度Teatを第2のセンサ8の温度Tdを検出
し、過熱度SHd(=Td−Tsat)を演算して、膨脹弁4の
開度を駆動する制御装置、10は吸入ガス管である。枝管
6の先端部は、吸入管10と熱交換可能なように取付けら
れている。
第1図の冷凍サイクルにおいて、圧縮機1から吐出さ
れた冷媒は、吐出ガス管5、凝縮器2、膨脹弁4、蒸発
器3、吸入ガス管と一巡する。次に第2図に枝管6の詳
細を示す。枝管6は、吐出ガス管5に対して垂直に取付
けられている。第2図中に示すように、枝管6内の冷媒
は、吸入管10により冷却されて温度が低下し、枝管6の
ある位置で凝縮が生じ枝管6の長さ方向に温度がほゞ一
定となる。枝管6内では、枝管6の先端付近の液冷媒が
落下し、落下した液冷媒は、吐出ガスにより蒸発する一
巡の流れが生じ、液冷媒が存在する枝管6内の領域では
温度は一定となる。第1のセンサ7は、枝管6の温度が
一定となる領域に取付けられ、吐出ガス雰囲気の圧力に
対応した飽和温度Tsatが検知される。
一方、第2のセンサ8は、吐出ガス温度Tdを検知し、
制御装置9によって、温度差(Td−Tsat)すなわち吐出
ガスの過熱度SHdに応じて膨脹弁を開閉する。第3図に
過熱度SHdと圧縮機吸入側の過熱度、湿り度の関係を示
す。吐出ガス過熱度SHdが小さいと吸入側は液冷媒を含
んだ湿り状態となり、SHdが大きいと吸入冷媒は過熱し
た状態となる。冷凍能力が最大となるのは、吸入冷媒の
過熱度が0deg付近である。したがって、第3図に示す例
では、吐出ガス過熱度SHdの設定値を40degとすれば、冷
凍サイクルの能力を最大限に発揮することができる。
以上説明したように、本実施例によれば、圧縮機近傍
の吐出ガス過熱度SHdを確実に検知することが可能であ
り、吐出ガス過熱度の適切な設定値を与えることによ
り、冷凍サイクルの性能を最大限に発揮させることがで
きる。また、吐出ガス過熱度の設定値を、圧縮機の回転
数や凝縮器、蒸発器の熱媒体の温度などにより変更すれ
ば、冷凍サイクルの運転状態が変化しても、能力を最大
に制御することが可能である。
また、圧縮機1と凝縮器2との間の接続配管が長い場
合にも、本実施例によれば、吐出ガス過熱度SHdに対し
て何ら影響することがない。
第2図では、パイプ6を吸入管により冷却する実施例
を示したが、凝縮器から圧縮機吸入部にいたる冷媒によ
り冷却することも可能である。
また、第一センサ7をパイプ6内に挿入すれば飽和温
度をさらに正確に検知することが可能である。
以上、吐出ガス雰囲気の圧力に相当する飽和温度を検
出する手段と、吐出ガス過熱度制御の作用について述べ
た。
次に膨脹弁の開閉制御方式の具体的実施例を説明す
る。
まず、膨脹弁開度の調整量ΔVは次式で表わされる。
εは、検出演算される吐出ガス過熱度SHdと設定過熱度S
Hdsetの差であり、上式の右辺の第1項は現時点の誤差
を表わし、第2項は誤差の積分値を表わし、第3項は誤
差の微分値を表わす。この制御方式は所謂PiD制御法で
ある。係数K1、K2、K3は定数であり、この係数K1、K2、
K3を適正化することにより、制御対象の吐出ガスの過熱
度を安定に制御でき、ヒートポンプ式冷凍サイクルを安
定して運転できる。
次に、起動時などの過渡状態時の制御方式の実施例を
説明する。第4図はヒートポンプ装置が起動されてから
の運転状態を表わす。停止中は、吐出ガスの過熱度は0
であるから、前式によれば修正量が0となり、膨脹弁を
開路する信号を出すことができない。
本発明では、ヒートポンプ装置の起動と同時または起
動から所定時間後に一定量膨脹弁を強制的に所定量開路
する。開路後、所定時間は一定開度に保持され、所定時
間経過後から上述のPiD制御が行なわれる。即ち、起動
後の吐出ガスの過熱度は設定過熱度に対して小さく、ε
はマイナスとなるため、係数K1、K2、K3の選び方によっ
ては、膨脹弁は閉められたままで開かない。本発明で
は、上記誤差εが所定巾になるまでは、係数K3を大きく
し、εが所定巾になった後は、係数K3を小さくする。こ
れにより、起動後、過熱度SHdが急激に小さくなると、
つまり、吐出ガス温度が急激に高くなると前式で第3項
はプラスであり、係数K3は大きいため、膨脹弁に開指令
が出る。従って、起動後膨脹弁が異常に小さい開度にな
ることがない。誤差εが所定巾になるとK3は小さくな
り、ヒートポンプ装置は安定した運転ができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、圧縮機近傍の吐
出ガス雰囲気の圧力に対応した飽和温度を検知すること
が可能であり、圧縮機の吐出冷媒の過熱度を正確に検知
し、この過熱度がほぼ設定値になるように制御すること
ができ、冷凍装置の性能を効率良く且つ安定して運転す
ることが出来る。また、特に、冷凍装置の起動後の過渡
状態から定常状態になるまでの膨脹弁の異常な閉動作を
なくすることができ、冷凍装置の起動時の立上り運転が
良好になる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す冷凍サイクルの構成
図、第2図は第1図の枝管部の拡大詳細図、第3図は冷
凍サイクルの特性図、第4図は起動時の運転状態を説明
するもので、経過時間と、吐出ガス温度、吐出ガス過熱
度、膨脹弁開度の関係を示す線図である。 1…圧縮機、2…凝縮器、3…蒸発器、4…膨脹弁、5
…吐出管、6…枝管、7…第1センサ、8…第2セン
サ、9…制御装置

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮機と、凝縮器と、膨脹弁と、蒸発器と
    を順次接続して形成される冷媒回路を備えた冷凍装置に
    おいて、 前記圧縮機の吐出部に該吐出部から分岐され先端が閉じ
    た枝管を設け、該枝管に枝管内部に流入した冷媒温度に
    対応した冷媒の飽和温度を検出する第1のセンサーを、
    前記圧縮機の吐出部に該吐出部を流過する冷媒の温度を
    検出する第2のセンサーを夫々設け、前記第1のセンサ
    ーと第2のセンサーの出力とから前記吐出部を流過する
    冷媒の過熱度とその過熱度の時間的変化を演算する演算
    手段と、該演算手段の出力に基づいて前記膨脹弁の弁開
    度を制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする
    冷凍装置の冷媒制御装置。
  2. 【請求項2】前記演算手段は前記第1のセンサー及び第
    2のセンサーの出力から演算した過熱度(SHd)と設定
    過熱度(SHd set)の差と、誤差の時間積分と、誤差の
    時間的変化とに基づいて前記膨脹弁の弁開度を制御する
    特許請求の範囲第1項に記載の冷凍装置の冷媒制御装
    置。
  3. 【請求項3】前記制御手段は前記演算した過熱度が前記
    設定過熱度より低いときには前記膨脹弁の弁開度を閉方
    向に制御することを特徴とする特許請求の範囲第1項ま
    たは第2項に記載の冷凍装置の冷媒制御装置。
  4. 【請求項4】前記演算した過熱度(SHd)と前記設定過
    熱度(SHd set)との差には係数K1、該差の時間積分項
    には係数K2,前記設定過熱度の時間的変化分には係数K3
    を重み付けして膨脹弁開度を演算する特許請求の範囲第
    1項ないし第3項のいずれか一つに記載の冷凍装置の冷
    媒制御装置。
  5. 【請求項5】冷凍装置の起動後、所定時間は前記膨脹弁
    の開度を所定値に保持する特許請求の範囲第1項ないし
    第4項のいずれか一つに記載の冷凍装置の冷媒制御装
    置。
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