JPS6356465B2

JPS6356465B2 -

Info

Publication number: JPS6356465B2
Application number: JP5914382A
Authority: JP
Inventors: Koji Watanabe; Shinichiro Ueno; Naoki Toyoda
Original assignee: Hitachi Plant Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-04-09
Filing date: 1982-04-09
Publication date: 1988-11-08
Also published as: JPS58178153A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、冷凍装置の制御方法に係り、特に過
熱度の制御方法に関する。

従来より、冷凍装置としては第１図の系統図に
示されたものが一般的なものとして知られてい
る。

第１図に示されたように、圧縮機１によつて圧
縮された冷媒は凝縮器２によつて凝縮液化される
ようになつている。この凝縮器２から送出される
冷媒は膨張弁３を介して蒸発器４に供給されるよ
うになつている。この蒸発器４により気化された
冷媒は再び前記圧縮機１に戻されるようになつて
いる。この冷媒の戻りラインには蒸発器４の出口
冷媒温度を検出する感温筒５が設けられており、
この感温筒５は前記膨張弁３の開度制御駆動部に
関連されている。通常、上記した膨張弁３及び蒸
発器４、感温筒５は蒸発器４の熱負荷である冷凍
庫６内などに設置されている。

このように構成される冷凍装置では、蒸発器４
に供給される冷媒が気化されるときの気化熱によ
つて、冷凍庫６内の冷却媒体である空気などを冷
却させる。蒸発器４の熱負荷量の変動に対しては
膨張弁３によつて冷媒流量を制御して蒸発器４に
おける蒸発量を制御することによつて行われてい
る。冷媒流量の制御は感温筒５によつて蒸発器４
出口冷媒の温度を検出し、過熱度が一定値になる
ように膨張弁３の開度制御駆動部を作動させるこ
とにより行われている。このようにして冷凍庫６
内を所望とする温度に制御しているのである。

前記過熱度は冷凍効果の主要なパラメータであ
り、蒸発器４や膨張弁３の機器特性又は熱負荷や
蒸発温度などの負荷条件によつて効率を最大にす
る最適過熱度が変化することが知られており、そ
の実測例が第２図に示されている。第２図の横軸
には過熱度SHが、縦軸には熱負荷Ｑが示されて
いる。図中線，は一定の蒸発温度における最
適過熱度の特性を示すものであり、線は蒸発温
度が高いもの、線は蒸発温度が低いものの例を
示している。線又はを境に過熱度が低い領域
を不安定領域(A)、高い領域を安定領域(B)と称して
いる。不安定領域(A)において運転されると冷媒の
液戻り現象や、膨張弁のハンチング現象が発生
し、いずれも冷凍装置にとつては好ましくないも
のである。また、安定領域(B)における運転では上
述の現象は生じないが、過熱度が高すぎるので蒸
発器４の有効伝熱面積が減少したり、圧縮機１か
ら吐出される冷媒量が減少して、冷凍装置の効率
低下につながり冷凍能力が不足してしまうという
ことがある。

しかしながら、第１図に示された従来例の過熱
度SHは、第２図に示されたように熱負荷などの
変動に応じて変えるということができず、例えば
膨張弁３に設けられている過熱度調節ネジを調節
することによつて一定値に設定されてしまうもの
であつた。従つて、過熱度SHをあまり最適過熱
度特性近くに設定すると、熱負荷などの負荷条件
の変動によつては不安定領域(A)に入つてしまうの
で、負荷条件が変動しても安定領域(B)内で運転さ
れるように、通常は十分な安全率を加味した過熱
度SHに設定しなければならず、効率の悪い運転
を余儀なくされていた。

また、従来、蒸発器の入口と出口の冷媒温度を
温度センサで検出し、それらの温度差が一定とな
るように制御する熱電式膨張弁のものも提案され
ているが、これにあつても、過熱度は予め一定値
に設定しなければならないので、前述と同様の欠
点を有するものであつた。

本発明の目的は、機器特性及び負荷条件に応じ
て過熱度を最適値に制御することができる冷凍装
置過熱度の制御方法を提供することにある。

本発明は、蒸発温度又は熱負荷量の負荷条件の
変化を検知したとき、もしくは与えられる指令に
より膨張弁を所定開度に絞る第１行程と、所定周
期毎に前記蒸発器の出口冷媒温度の変化率を検出
する第２行程と、該変化率が所定の変化率以上に
達した回数を計数する第３工程と、一定周期数に
おける前記計数値が所定値以上に達したか否かを
判断する第４行程と、該判断が否定のときは前記
膨張弁の開度を一定量開いた後前記第２乃至第４
行程を繰返し行なう第５行程と、前記第４行程の
判断が肯定のときは前記膨張弁の開度を一定量絞
つた後前記出口冷媒温度と蒸発器内の冷媒蒸発温
度との温度差を検出し、該温度差を最適過熱度と
して設定する第６行程とを含み、該最適過熱度に
基づいて膨張弁を制御することにより、機器特性
及び負荷条件に応じた最適な過熱度に補正制御す
るものとし、安定で且つ高効率の運転を行わせよ
うとするものである。

まず、本発明の原理について第３図を用いて説
明する。

第３図には過熱度を低減させていつたときの蒸
発器出口冷媒温度T_Bと、そのときの蒸発器内冷
媒の蒸発温度T_Aとの時間変化の一例が示されて
いる。図示された区間t₁では、熱負荷量に対して
冷媒流量が少なく冷媒が全て蒸発し、しかも過熱
されて出口冷媒温度T_Bは冷凍庫内温度にまで達
している状態にある。次に、冷媒流量を増大する
につれて区間t₂では、T_Bが安定に低下し、しばら
くの間T_BとT_Aとの差、即ち過熱度SHは安定に減
少されている。さらに冷媒流量を増大すると、区
間t₃に示されたようにT_Bは不安定に変動し、つい
には、区間t₄に示されるように比較的規則的な周
期のハンチング現象が発生し、液戻り状態になつ
て不安定領域に入つてしまうことが判る。

本発明は、第３図に示されたように、冷媒流量
を増大させていつたとき、液戻り状態になる前
に、T_Bが不安定に変動する現象が発生すること
に着目してなされたものである。つまり、一定時
間毎あるいは熱負荷量、蒸発温度などの変動を検
知したときに与えられる過熱度補正指令により、
膨張弁開度を一旦閉めぎみの状態にした後、徐々
に開度を増大して冷媒流量を増大させるととも
に、出口冷媒温度T_Bの変化状態を検出して、所
定の不安定な変化状態になる直前のT_BとT_Aとの
差を最適過熱度SH₀と定め、以後はこの最適過熱
度SH₀に基いて膨張弁を制御することを特徴とす
るものである。

本発明を図示実施例に基いて説明する。

第４図に本発明方法の適用された冷凍装置の系
統構成図が示されている。図中、第１図図示従来
例と同一符号の付されたものは同一部品、同一機
能を有するものである。

第４図に示されたように、蒸発器４の内部に冷
媒の蒸発温度を検出する蒸発温度センサ７が設け
られている。蒸発器４の出口配管には出口冷媒温
度を検出する出口温度センサ８が設けられてい
る。これらの温度センサ７，８の温度信号は膨張
弁制御装置９に入力されている。膨張弁制御装置
９は入力部９ａ、演算部９ｂ、出力部９ｃとから
形成されている。また、感温筒５には電気ヒータ
１０が取付けられている。この電気ヒータ１０の
発熱量は前記出力部９ｃにより制御可能となつて
おり、この発熱量を制御することによつて、膨張
弁３の開度を制御するようになつている。

なお、前記蒸発温度センサ７は冷媒の蒸発温度
を正しく検出できる位置であれば、蒸発器４内部
に限らず膨張弁３と蒸発器４との接続配管に取付
けてもよいが、蒸発器４が大容量の場合には蒸発
器４での圧力損失が大きいので、蒸発器内でも飽
和蒸気温度が位置によつて異なつてくる。したが
つて、冷媒圧力に対応する蒸発温度を正しく検出
できる位置として、蒸発温度センサ７は蒸発器４
の中間位置に設けることが望ましい。また、出口
冷媒温度センサ８は蒸発器４出口から圧縮機１に
至る冷媒配管であれば、どの位置に取付けてもよ
い。

このように構成される実施例の動作について第
５図を参照しながら以下に説明する。

第５図には、過熱度制御動作の手順が示されて
おり、一定時間毎あるいは熱負荷や蒸発温度など
の変動を検知したときに与えられる過熱度補正指
令により、図示一連の動作が行われる。なお、本
実施例の膨張弁３の過熱度調節ねじは、膨張弁閉
方向に設定されており、電気ヒータ１０の発熱量
が少ない場合には感温筒５の温度が低下されて膨
張弁３は閉方向になるように設定されている。

第５図に示されたように、過熱度補正指令が入
力されることにより開始され（行程101）、また図
示されてないが膨張弁３は所定開度に絞られる。
次に、電気ヒータ１０の出力をP₁に制御して、
膨張弁３の開度を増大させる（行程102）。行程
104において出口冷媒温度T_BNを取り込み、行程
105にて前回測定の出口冷媒温度T_BN-1とから変
化率△Ｔ＝T_BN−T_BN-1を演算し、行程106におい
て所定の変化率△Ts（例えば2.5℃）との大小を
判別している。△Ｔ＞△Tsであればカウント値
Ｍに１を加算し（行程107）、△Ｔ≦△Tsであれ
ばカウント値Ｍは変えない（行程108）。このよう
な演算が終了した後、所定周期Θ₁（例えば１分）
経過を待つて（行程109）、次回のT_BN+1を取り込
み上記した演算がくり返し実行される。このよう
にしてｉ回（例えば10回）くりかえされた後、行
程110において、前記カウント値Ｍと所定カウン
ト値Ｌ（例えば４回）との大小判別を行なう。こ
こでカウント値ＭがＭ＜Ｌであれば冷凍装置がハ
ンチング現象になつていないと判断し、さらに冷
媒流量を増大させるために電気ヒータ１０の出力
を所定量Po増大させたP₂に制御し（行程112）、
所定時間Θ₂の経過（行程113）を待つて行程103
に移行させカウント値Ｍをリセツトして、前述の
演算制御動作がくり返される。

このようにして、カウント値がＭ≧Ｌになつた
とき（行程110）、ハンチング現象が発生したと判
断し（行程114）、冷媒流量を一段階減少させるた
め電気ヒータ１０の出力を所定量Po低減制御し
（行程115）、所定時間Θ₂の経過（行程116）を待
つて行程117に移行される。行程117においては、
そのときの蒸発温度T_AOと出口冷媒温度T_BOとを
取り込み、行程118にてT_BOからT_AOを減算してこ
の温度差を最適過熱度SHoとして出力する。こ
のようにして１回の過熱度の補正制御動作が完了
する。

以上の動作によつて得られる最適過熱度SHo
に基いて前記手順には示されていないが演算部９
ｂでは蒸発温度T_Aと前記SHoを加算し、出力部
９ｃでは出口冷媒温度T_Bを（T_A＋SHo）に一致
させるように電気ヒータ１０の出力を制御するこ
とによつて、冷媒流量を制御しているのである。

従つて、本実施例によれば、機器特性及び負荷
条件に応じて過熱度を最適値に制御させることが
できる。

また、本実施例によれば、最適過熱度制御を行
わせることができることから、冷凍装置の運転が
安定化されるとともに、効率を著しく向上させる
ことができる。

なお、上述した実施例では感温筒５を蒸発器出
口に取付けたものについて説明したが、電気ヒー
タ１０の出力を減少させたとき感温筒５が冷却さ
れて膨張弁が閉方向に作動される位置であればよ
く、例えば蒸発器内部であつてもよい。

また、上述した実施例では、膨張弁３として温
度式自動膨張弁を適用し、感温筒温度を電気ヒー
タにより制御して冷媒流量を制御するものについ
て説明したが、これに限られるものではない。例
えば、周知の熱電式膨張弁を用いたときは、熱電
式膨張弁のヒータを直接制御するように形成する
こともできる。

さらにまた、上述した実施例では、冷凍装置の
不安定現象を検出する方法として、一定時間Θ₁
毎の出口冷媒温度の変化により判定するものにつ
いて説明したが、これに代えて、一定の温度変化
に要する時間間隔を検出し、その時間間隔によつ
て安定、不安定の判定を行わせることも可能であ
る。

以上説明したように、本発明によれば、機器特
性及び負荷条件に応じて最適な過熱度に補正制御
させることができ、安定で且つ高効率の運転を行
わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の系統構成図、第２図は最適過
熱度を説明するための線図、第３図は本発明の原
理を説明するための線図、第４図は本発明の適用
された一実施例の系統構成図、第５図は第４図図
示実施例の主要動作手順を示すフローチヤートで
ある。３……膨張弁、４……蒸発器、５……感温筒、
６……冷凍庫、７……蒸発温度センサ、８……出
口冷媒温度センサ、９……膨張弁制御装置、１０
……電気ヒータ。

Claims

【特許請求の範囲】

１流入された冷媒の気化熱により被冷却媒体を
冷却させる蒸発器と、該蒸発器に流入させる冷媒
流量を制御する膨張弁とを備えて成る冷凍装置の
制御方法において、与えられる過熱度補正指令に
より前記膨張弁を所定開度に絞る第１行程と、所
定周期毎に前記蒸発器の出口冷媒温度の変化率を
検出する第２行程と、該変化率が所定の変化率以
上に達した回数を計数する第３行程と、一定周期
数における前記計数値が所定値以上に達したか否
かを判断する第４行程と、該判断が否定のときは
前記膨張弁の開度を一定量開いた後前記第２乃至
第４行程を繰返し行なう第５行程と、前記第４行
程の判断が肯定のときは前記膨張弁の開度を一定
量絞つた後前記出口冷媒温度と蒸発器内の冷媒蒸
発温度との温度差を検出し、該温度差を最適過熱
度として設定する第６行程とを含み、該最適過熱
度に基づいて前記膨張弁を制御することを特徴と
する冷凍装置の制御方法。