(57)【要約】【課題】ターボ冷凍機において膨張弁の開度を適切に調節して運転効率を向上させる【解決手段】開度指令部１３０は、凝縮器の冷媒圧力Ｐと、蒸発器の冷媒圧力Ｐ２と、蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度Ｔｉと、蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度Ｔｏから、膨張弁１０４の開度を絞り気味に制御する指令開度ｃｖを求める。蒸発器冷媒液面が大幅低下しないときには、この指令開度ｃｖの値に応じて膨張弁１０４を絞り気味に制御するため、凝縮器冷媒液面が大幅低下してガス巻き込みが発生することを防止できる。蒸発器冷媒液面が大幅低下して過熱度上昇や熱伝達率低下が発生したときには、補正係数ａにより膨張弁１０４の開度を開き気味に補正している。このため、凝縮器冷媒液面が大幅上昇し蒸発器冷媒液面が大幅低下して熱交換効率が低下し、運転効率が低下するということを防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記凝縮器の冷媒圧力（Ｐ１）と、前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）と、前記蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度（Ｔｏ）から、前記膨張弁の開度を絞り気味に制御する指令開度（ｃｖ）を出力する開度指令部と、
前記蒸発器の出口から流出していくガス冷媒のガス冷媒温度（Ｔ２）から、前記蒸発器に溜まった液冷媒の液冷媒温度（Ｔ１）を減算して過熱度（Ｋ）を求める過熱度算出部と、
前記過熱度（Ｋ）が増加するに対応して値が増加する補正係数（ａ）を出力する補正係数決定部と、
前記指令開度（ｃｖ）に前記補正係数（ａ）を加算した最終指令開度（ｃｃｖ）を、前記弁開度調節手段に送る補正部とを有することを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記凝縮器の冷媒圧力（Ｐ１）と、前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）と、前記蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度（Ｔｏ）から、前記膨張弁の開度を絞り気味に制御する指令開度（ｃｖ）を出力する開度指令部と、
前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）から冷媒飽和温度（Ｔ１１）を求め、前記蒸発器の出口から流出していくガス冷媒のガス冷媒温度（Ｔ２）から、前記冷媒飽和温度（Ｔ１１）を減算して過熱度（Ｋ）を求める過熱度算出部と、
前記過熱度（Ｋ）が増加するに対応して値が増加する補正係数（ａ）を出力する補正係数決定部と、
前記指令開度（ｃｖ）に前記補正係数（ａ）を乗算した最終指令開度（ｃｃｖ）を、前記弁開度調節手段に送る補正部とを有することを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記凝縮器の冷媒圧力（Ｐ１）と、前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）と、前記蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度（Ｔｏ）から、前記膨張弁の開度を絞り気味に制御する指令開度（ｃｖ）を出力する開度指令部と、
前記冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記冷水出口温度（Ｔｏ）と、前記蒸発器に溜まった液冷媒の液冷媒温度（Ｔ１）と、予め決めた冷水流量（Ｌ）を基に熱伝達率（Ｄ）を求める熱伝達率算出部と、
前記熱伝達率（Ｄ）が減少するに対応して値が増加する補正係数（ｂ）を出力する補正係数決定部と、
前記指令開度（ｃｖ）に前記補正係数（ｂ）を加算した最終指令開度（ｃｃｖ）を、前記弁開度調節手段に送る補正部とを有することを特徴とする空気調和装置。
【請求項４】
蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記凝縮器の冷媒圧力（Ｐ１）と、前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）と、前記蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度（Ｔｏ）から、前記膨張弁の開度を絞り気味に制御する指令開度（ｃｖ）を出力する開度指令部と、
前記蒸発器の出口から流出していくガス冷媒のガス冷媒温度（Ｔ２）から、前記蒸発器に溜まった液冷媒の液冷媒温度（Ｔ１）を減算して過熱度（Ｋ）を求める過熱度算出部と、
前記冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記冷水出口温度（Ｔｏ）と、前記蒸発器に溜まった液冷媒の液冷媒温度（Ｔ１）と、予め決めた冷水流量（Ｌ）を基に熱伝達率（Ｄ）を求める熱伝達率算出部と、
前記過熱度（Ｋ）が増加するに対応して値が増加すると共に、前記熱伝達率（Ｄ）が減少するに対応して値が増加する補正係数（ｃ）を出力する補正係数決定部と、
前記指令開度（ｃｖ）に前記補正係数（ｃ）を加算した最終指令開度（ｃｃｖ）を、前記弁開度調節手段に送る補正部とを有することを特徴とする空気調和装置。
【請求項５】
蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記凝縮器の冷媒圧力（Ｐ１）と、前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）と、前記蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度（Ｔｏ）から、前記膨張弁の開度を絞り気味に制御する指令開度（ｃｖ）を出力する開度指令部と、
前記蒸発器内の複数箇所におけるガス冷媒の複数のガス冷媒温度（Ｔ２−１〜Ｔ２−Ｎ）の中から最も高温のガス冷媒温度（Ｔ２−ｍａｘ）を求め、この最も高温のガス冷媒温度（Ｔ２−ｍａｘ）から前記蒸発器に溜まった液冷媒の液冷媒温度（Ｔ１）を減算して過熱度（Ｋ）を求める過熱度算出部と、
前記過熱度（Ｋ）が増加するに対応して値が増加する補正係数（ａ）を出力する補正係数決定部と、
前記指令開度（ｃｖ）に前記補正係数（ａ）を加算した最終指令開度（ｃｃｖ）を、前記弁開度調節手段に送る補正部とを有することを特徴とする空気調和装置。
【請求項６】
蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記凝縮器の冷媒圧力（Ｐ１）と、前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）と、前記蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度（Ｔｏ）から、前記膨張弁の開度を絞り気味に制御する指令開度（ｃｖ）を出力する開度指令部と、
前記蒸発器内を流通する冷水のうち相対的に上方側を流れる冷水の上方冷水温度（ＴＵ）から、相対的に下方側を流れる冷水の下方冷水温度（ＴＬ）を減算して上方下方冷水温度差（Δｔ）を求める上方下方温度比較部と、
前記上方下方冷水温度差（Δｔ）が増加するに対応して値が増加する補正係数（ｅ）を出力する補正係数決定部と、
前記指令開度（ｃｖ）に前記補正係数（ｅ）を加算した最終指令開度（ｃｃｖ）を、前記弁開度調節手段に送る補正部とを有することを特徴とする空気調和装置。
【請求項７】
蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記蒸発器の出口から流出していくガス冷媒のガス冷媒温度（Ｔ２）から、前記蒸発器に溜まった液冷媒の液冷媒温度（Ｔ１）を減算して過熱度（Ｋ）を求める過熱度算出部と、
設定過熱度（Ｋ０）が予め設定されており、前記過熱度（Ｋ）を前記設定過熱度（Ｋ０）にする指令開度（ｃｖ）を求めて、この指令開度（ｃｖ）を前記弁開度調節手段に送る開度指令部とを有することを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気調和装置に関し、膨張弁の開度を適切に調節して運転効率を向上させるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
図１６はターボ冷凍機１の概要を示す構成図である。同図に示すように、ターボ冷凍機１は、ターボ圧縮機２と、このターボ圧縮機２によって圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器３と、この凝縮器３によって凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁４と、この膨張弁４によって膨張された低圧液冷媒を蒸発させる蒸発器５を備えている。
【０００３】
ターボ圧縮機２には、回転駆動用のモータ６によって回転駆動される遠心羽根車（ターボ圧縮部）が備えられている。また、ターボ圧縮機２には、冷媒流量を調節する入口ベーン７が備えられており、この入口ベーン７の開度はベーン開度調節用のモータ８により調節されるようになっている。
【０００４】
凝縮器３には、冷却水配管９が配置されており、この冷却水配管９によって供給される冷却水により凝縮熱が除去される。
膨張弁４は、膨張弁開度調節用のモータ１０によりその開度が調節されるようになっている。
蒸発器５には、冷水配管１１が配置されており、この冷水配管１１は外部負荷と接続されている。一般的には、冷房時の冷水入口温度は１２°Ｃに、冷水出口温度は７°Ｃに設定されている。
【０００５】
なお、コスト削減及び構成の簡素化を目的として、凝縮器３及び蒸発器４には、冷媒Ｒの液面を検出するための液面計は備えていない。
【０００６】
このようなターボ冷凍機１においては、負荷に供給する冷水の温度、すなわち冷水出口温度が設定値（例えば７°Ｃ）となるようにその温度制御を行う必要がある。この冷水温度制御は、ターボ圧縮機２の入口ベーン７の開度を調整し、吸入冷媒量を制御することで行っている。
【０００７】
一方、膨張弁４の開度も冷媒の循環量に応じて適切に制御する必要がある。ターボ冷凍機１では、膨張弁４の上流側の液冷媒の液面を一定に保つ液面制御により、膨張弁４の弁開度制御を実施している。
【０００８】
ところで膨張弁４の開度が、冷媒Ｒの循環量に応じて適切でない場合には、凝縮器３の冷媒Ｒの液面や蒸発器５の冷媒Ｒの液面は、図１７，図１８のようになる。
【０００９】
図１７は、冷媒循環量に対し膨張弁４の開度を絞りすぎたため、凝縮器３の冷媒Ｒの液面が上昇し、蒸発器４の冷媒Ｒの液面が低下した状態を示す。
このような状態になると、運転効率が低下する。その原因は、凝縮器３及び蒸発器４での熱交換効率が低下するからである。
【００１０】
また図１８は、冷媒循環量に対し開度を開きすぎたため、凝縮器３の冷媒Ｒの液面が低下し、蒸発器４の冷媒Ｒの液面が上昇した状態を示す。
このような状態になると、運転効率が低下する。その原因は、凝縮器３から蒸発器５に送られる液冷媒にガス冷媒が混入（ガス巻き込みが発生）してしまうからである。
【００１１】
そこで、図１６に示すように冷媒Ｒの液面を適切な位置に形成することが重要である。
図１９は液面変動と運転効率の関係を示す。図１９から、蒸発器３及び凝縮器４内での熱交換性能の低下特性と、ガス巻き込みによる運転効率低下特性とのバランスをとって、最適点で運転をすれば効率の良い運転ができることがわかる。
【００１２】
次に、上述したターボ冷凍機１における膨張弁４の弁開度を制御する制御手法を、図２０を参照して説明する。
【００１３】
凝縮器３には、凝縮器３内の冷媒圧力Ｐ１を計測する圧力センサ２０が設けられており、計測された冷媒圧力Ｐ１は開度指令部３０に送られる。
蒸発器５には、蒸発器５内の冷媒圧力Ｐ２を計測する圧力センサ２１が設けられており、計測された冷媒圧力Ｐ２は開度指令部３０に送られる。
【００１４】
冷水配管１１のうち蒸発器５によりも上流側部分には、蒸発器５に流入する冷水の入口温度Ｔｉを計測する冷水入口温度センサ２２が設けられている。計測された冷水入口温度Ｔｉは開度指令部３０に送られる。
【００１５】
冷水配管１１のうち蒸発器５によりも下流側部分には、蒸発器５から流出した冷水の出口温度Ｔｏを計測する冷水出口温度センサ２３が設けられている。計測された冷水出口温度Ｔｏは開度指令部３０に送られる。
【００１６】
開度指令部３０は、現在開度生成部３１と、予測開度生成部３２と、指令開度生成部３３と、温度設定部３４を有している。
【００１７】
現在開度生成部３１は、現在の条件から算出される現在開度ＣＶを求める。具体的には、現在において冷水配管１１に流れている冷水の入口温度Ｔｉと出口温度Ｔｏから導出される現在の冷媒循環流量と、現在の膨張弁４の前後の差圧つまり冷媒圧力Ｐ１と冷媒圧力Ｐ２の差圧とから、現在開度ＣＶを求める。
より具体的に説明すると、まず現在の冷凍能力Ｑ１を、冷水の入口温度Ｔｉ、出口温度Ｔｏ及び冷水流量ｇから以下の式にて算出する。
Ｑ１＝（Ｔｉ−Ｔｏ）・ｇ・γ１・Ｋ
ここで、γ１は冷水の比重、Ｋは冷水の比熱である。
次に、冷媒循環流量ＧＲ１と冷凍能力Ｑ１とが比例関係であることを利用し、ＧＲ１を算出する。算出されたＧＲ１及びＰ１，Ｐ２から以下の式にてＣＶを算出する。
ＣＶ＝β・ＧＲ１・（γ２／（Ｐ１−Ｐ２））1/2
ここで、βは比例定数、γ２は冷媒比重である。
【００１８】
予測開度生成部３２は、蒸発器５に接続された負荷に応じて設定された設定条件から算出される予測開度ＣＶ♯を求める。具体的には、設定された冷水の出口温度Ｔｓ（例えば７°Ｃ）、設定時の冷媒循環流量、膨張弁４の前後の設定差圧つまり冷媒圧力Ｐ１と冷媒圧力Ｐ２の差圧とから、予測開度ＣＶ♯を求める。
より具体的に説明すると、まず現在の冷凍能力Ｑ１を冷水の入口温度Ｔｉ、出口温度Ｔｏ及び冷水流量ｇから以下の式にて算出する。
Ｑ１＝（Ｔｉ−Ｔｓ）・ｇ・γ１・Ｋ
ここで、γ１は冷水の比重、Ｋは冷水の比熱である。
次に、冷媒循環流量ＧＲ１と冷凍能力Ｑ１とが比例関係であることを利用し、ＧＲ１を算出する。算出されたＧＲ１及びＰ１，Ｐ２から以下の式にてＣＶを算出する。
ＣＶ＝β・ＧＲ１・（γ２／（Ｐ１−Ｐ２））1/2
ここで、βは比例定数、γ２は冷媒比重である。
【００１９】
指令開度生成部３３は、現在開度ＣＶと予測開度ＣＶ♯から、指令開度ｃｖを求める。指令開度ｃｖを求める手法については後述する。
【００２０】
温度設定部３４は、冷水の設定入口温度（例えば１２°ｃ）と設定出口温度（例えば７°Ｃ）を設定するものである。
【００２１】
膨張弁４の制御は次のようにして行われる。
（１）ＣＶ♯（予測開度）＜ＣＶ（現在開度）である場合
現在開度ＣＶが予測開度ＣＶ♯よりも大きい場合、具体的には、冷房時において冷水の入口温度Ｔｉが急激にまたはステップ的に低くなった場合には、負荷に対する熱交換量を下げるため、指令開度ｃｖを絞る（下げる）ように制御する。この際に、予測開度ＣＶ♯は、設定温度を達成するために、冷水入口温度Ｔｉの変化とともに急激にまたはステップ的に変化する。
指令開度ｃｖは例えば下式に従って与えられる。
ｃｖ＝ＣＶ−（ＣＶ−ＣＶ♯）×α
ここでαは１よりも小さい定数である。
【００２２】
図２１（ａ）はこのときの、現在開度ＣＶ，予測開度ＣＶ♯，指令開度ｃｖを示すものであり、指令開度ｃｖは、予測開度ＣＶ♯よりも大きい開度指令開度となり、徐々にその値が低下する。
この指令開度ｃｖに応じてモータ１０が作動して、膨張弁４の開度が指令開度ｃｖで指令された開度になるよう調節される。このように、現在開度ＣＶよりも小さいが予測開度ＣＶ♯よりも大きく且つ徐々にその値が低下していく指令開度ｃｖにより、膨張弁４の開度を調節しているため、膨張弁４はゆっくりと絞られていく。
【００２３】
（２）ＣＶ♯（予測開度）＞ＣＶ（現在開度）である場合
現在開度ＣＶが予測開度ＣＶ♯よりも小さい場合、具体的には、冷房時において冷水の入口温度Ｔｉが急激にまたはステップ的に高くなった場合には、負荷に対する熱交換量を上げるため、指令開度ｃｖを開ける（上げる）ように制御する。この際に、予測開度ＣＶ♯は、設定温度を達成するために、冷水入口温度Ｔｉの変化とともに急激にまたはステップ的に変化する。
指令開度ｃｖは例えば下式に従って与えられる。
ｃｖ＝ＣＶ♯＋（ＣＶ♯−ＣＶ）×β
ここでβは１よりも小さい定数である。
【００２４】
図２１（ｂ）はこのときの、現在開度ＣＶ，予測開度ＣＶ♯，指令開度ｃｖを示すものであり、指令開度ｃｖは、入口温度Ｔｉが急激にまたはステップ的に高くなった場合に直ちに予測開度ＣＶ♯よりも大きい開度指令開度となり（時刻ｔ１）、その後（時刻ｔ２以降）は徐々にその値か低下する。
この指令開度ｃｖに応じてモータ１０が作動して、膨張弁４の開度が指令開度ｃｖで指令された開度になるよう調節される。このように、入口温度Ｔｉが急激にまたはステップ的に高くなった場合に直ちに値が大きくなる指令開度ｃｖにより、膨張弁４の開度を調節しているため、膨張弁４は一気に開くことになる。
【００２５】
結局、膨張弁４を絞る時にはゆっくりと絞り、膨張弁４を開く時には一気に開くように弁開度の制御をしている。つまり、膨張弁４の弁開度を開き気味に設定している。
このため、図１８に示すような、凝縮器３の冷媒Ｒの液面が低下し、蒸発器４の冷媒Ｒの液面が上昇する傾向となる。この結果、図１７に示すような、凝縮器３の冷媒Ｒの液面が上昇し、蒸発器４の冷媒Ｒの液面が低下して、運転効率が低下する状態になることを避けることができる。
【００２６】
【特許文献１】特開２００６−２８４０３３
【特許文献２】特開平６−１８０７４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
上述のように、従来技術では膨張弁４の弁開度を開き気味に設定しているため、図１７に示すような状態になることは避けることはできる。
しかし、従来技術では逆に、図１８に示すような状態、即ち、凝縮器３の冷媒Ｒの液面が低下し、蒸発器４の冷媒の液面が上昇する傾向になりやすく、このような状態になった時には、凝縮器３から蒸発器５に送られる液冷媒にガス冷媒が混入（ガス巻き込みが発生）して運転効率が低下する恐れがある。
【００２８】
本発明は上記従来技術に鑑み、図１６に示すように冷媒Ｒの液面を適切に形成することで、図１９に示すように最適な運転効率を実現することができる、空気調和装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記目的を達成する本発明の構成は、蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記凝縮器の冷媒圧力（Ｐ１）と、前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）と、前記蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度（Ｔｏ）から、前記膨張弁の開度を絞り気味に制御する指令開度（ｃｖ）を出力する開度指令部と、
前記蒸発器の出口から流出していくガス冷媒のガス冷媒温度（Ｔ２）から、前記蒸発器に溜まった液冷媒の液冷媒温度（Ｔ１）を減算して過熱度（Ｋ）を求める過熱度算出部と、
前記過熱度（Ｋ）が増加するに対応して値が増加する補正係数（ａ）を出力する補正係数決定部と、
前記指令開度（ｃｖ）に前記補正係数（ａ）を加算した最終指令開度（ｃｃｖ）を、前記弁開度調節手段に送る補正部とを有することを特徴とする。
【００３０】
また本発明の構成は、蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記凝縮器の冷媒圧力（Ｐ１）と、前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）と、前記蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度（Ｔｏ）から、前記膨張弁の開度を絞り気味に制御する指令開度（ｃｖ）を出力する開度指令部と、
前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）から冷媒飽和温度（Ｔ１１）を求め、前記蒸発器の出口から流出していくガス冷媒のガス冷媒温度（Ｔ２）から、前記冷媒飽和温度（Ｔ１１）を減算して過熱度（Ｋ）を求める過熱度算出部と、
前記過熱度（Ｋ）が増加するに対応して値が増加する補正係数（ａ）を出力する補正係数決定部と、
前記指令開度（ｃｖ）に前記補正係数（ａ）を乗算した最終指令開度（ｃｃｖ）を、前記弁開度調節手段に送る補正部とを有することを特徴とする空気調和装置。
【００３１】
また本発明の構成は、蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記凝縮器の冷媒圧力（Ｐ１）と、前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）と、前記蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度（Ｔｏ）から、前記膨張弁の開度を絞り気味に制御する指令開度（ｃｖ）を出力する開度指令部と、
前記冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記冷水出口温度（Ｔｏ）と、前記蒸発器に溜まった液冷媒の液冷媒温度（Ｔ１）と、予め決めた冷水流量（Ｌ）を基に熱伝達率（Ｄ）を求める熱伝達率算出部と、
前記熱伝達率（Ｄ）が減少するに対応して値が増加する補正係数（ｂ）を出力する補正係数決定部と、
前記指令開度（ｃｖ）に前記補正係数（ｂ）を加算した最終指令開度（ｃｃｖ）を、前記弁開度調節手段に送る補正部とを有することを特徴とする。
【００３２】
また本発明の構成は、蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記凝縮器の冷媒圧力（Ｐ１）と、前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）と、前記蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度（Ｔｏ）から、前記膨張弁の開度を絞り気味に制御する指令開度（ｃｖ）を出力する開度指令部と、
前記蒸発器の出口から流出していくガス冷媒のガス冷媒温度（Ｔ２）から、前記蒸発器に溜まった液冷媒の液冷媒温度（Ｔ１）を減算して過熱度（Ｋ）を求める過熱度算出部と、
前記冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記冷水出口温度（Ｔｏ）と、前記蒸発器に溜まった液冷媒の液冷媒温度（Ｔ１）と、予め決めた冷水流量（Ｌ）を基に熱伝達率（Ｄ）を求める熱伝達率算出部と、
前記過熱度（Ｋ）が増加するに対応して値が増加すると共に、前記熱伝達率（Ｄ）が減少するに対応して値が増加する補正係数（ｃ）を出力する補正係数決定部と、
前記指令開度（ｃｖ）に前記補正係数（ｃ）を加算した最終指令開度（ｃｃｖ）を、前記弁開度調節手段に送る補正部とを有することを特徴とする。
【００３３】
また本発明の構成は、蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記凝縮器の冷媒圧力（Ｐ１）と、前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）と、前記蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度（Ｔｏ）から、前記膨張弁の開度を絞り気味に制御する指令開度（ｃｖ）を出力する開度指令部と、
前記蒸発器内の複数箇所におけるガス冷媒の複数のガス冷媒温度（Ｔ２−１〜Ｔ２−Ｎ）の中から最も高温のガス冷媒温度（Ｔ２−ｍａｘ）を求め、この最も高温のガス冷媒温度（Ｔ２−ｍａｘ）から前記蒸発器に溜まった液冷媒の液冷媒温度（Ｔ１）を減算して過熱度（Ｋ）を求める過熱度算出部と、
前記過熱度（Ｋ）が増加するに対応して値が増加する補正係数（ａ）を出力する補正係数決定部と、
前記指令開度（ｃｖ）に前記補正係数（ａ）を加算した最終指令開度（ｃｃｖ）を、前記弁開度調節手段に送る補正部とを有することを特徴とする空気調和装置。
【００３４】
また本発明の構成は、蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記凝縮器の冷媒圧力（Ｐ１）と、前記蒸発器の冷媒圧力（Ｐ２）と、前記蒸発器に流入する冷水の冷水入口温度（Ｔｉ）と、前記蒸発器から流出する冷水の冷水出口温度（Ｔｏ）から、前記膨張弁の開度を絞り気味に制御する指令開度（ｃｖ）を出力する開度指令部と、
前記蒸発器内を流通する冷水のうち相対的に上方側を流れる冷水の上方冷水温度（ＴＵ）から、相対的に下方側を流れる冷水の下方冷水温度（ＴＬ）を減算して上方下方冷水温度差（Δｔ）を求める上方下方温度比較部と、
前記上方下方冷水温度差（Δｔ）が増加するに対応して値が増加する補正係数（ｅ）を出力する補正係数決定部と、
前記指令開度（ｃｖ）に前記補正係数（ｅ）を加算した最終指令開度（ｃｃｖ）を、前記弁開度調節手段に送る補正部とを有することを特徴とする空気調和装置。
【００３５】
また本発明の構成は、蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された高圧液冷媒を膨張する膨張弁と、膨張した低圧液冷媒を冷水との間で熱交換をして蒸発させる蒸発器と、開度が入力されると前記膨張弁の開度を入力された開度にするよう調節する弁開度調節手段とを有する空気調和装置において、
前記蒸発器の出口から流出していくガス冷媒のガス冷媒温度（Ｔ２）から、前記蒸発器に溜まった液冷媒の液冷媒温度（Ｔ１）を減算して過熱度（Ｋ）を求める過熱度算出部と、
設定過熱度（Ｋ０）が予め設定されており、前記過熱度（Ｋ）を前記設定過熱度（Ｋ０）にする指令開度（ｃｖ）を求めて、この指令開度（ｃｖ）を前記弁開度調節手段に送る開度指令部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明では、膨張弁の開度を制御するにあたり、ベースとなる制御は、膨張弁の開度を絞り気味に制御にしている。このため、凝縮器から蒸発器に流れ込む液冷媒にガス冷媒が混入して運転効率が低下するという事態に至ることを防止することができる。
また、蒸発器での過熱度上昇や熱伝達率低下が発生したときには、膨張弁の開度を開き気味に補正している。このため、凝縮器冷媒液面が大幅上昇し蒸発器冷媒液面が大幅低下して熱交換効率が低下し、運転効率が低下するという事態に至ることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００３８】
図１は本発明の実施例１に係るターボ冷凍機１０１を示す。このターボ冷凍機１０１は、ターボ圧縮機１０２と、凝縮器１０３と、膨張弁１０４と、蒸発器１０５を主要構成としており、これらは冷媒配管１００により接続されている。
【００３９】
ターボ圧縮機１０２は、ターボ圧縮部を回転駆動する回転駆動用のモータ１０６と、入口ベーン１０７と、この入口ベーン１０７の開度を調節するベーン開度調節用のモータ１０８を有している。
このターボ圧縮機１０２は、蒸発器１０５にて蒸発したガス冷媒を吸入して圧縮し、高圧ガス冷媒を吐出する。
【００４０】
凝縮器１０３には、冷却水配管１０９と圧力センサ１２０が設けられている。この凝縮器１０３は、高圧ガス冷媒を、冷却水配管１０９により供給される冷却水により冷却して凝縮し高圧液冷媒にする。
圧力センサ１２０は、凝縮器１０３内の冷媒圧力Ｐ１を計測する。
【００４１】
膨張弁１０４には、膨張弁１０４の開度を調節する膨張弁開度調節用のモータ１１０が設けられており、この膨張弁１０４は、高圧液冷媒を膨張して低圧液冷媒にする。
【００４２】
蒸発器１０５には、冷水配管１１１と圧力センサ１２１と温度センサ１４０が設けられている。この蒸発器１０５は、低圧液冷媒を蒸発させてガス冷媒にする。
【００４３】
圧力センサ１２１は、蒸発器１０５の上部に配置されており、蒸発器１０５内の冷媒圧力Ｐ２を計測する。
温度センサ１４０は、蒸発器１０５の底部に配置されており、蒸発器１０５の下部に溜まった液冷媒の温度（液冷媒温度）Ｔ１を計測する。
【００４４】
冷水配管１１１は外部負荷と接続されており、一般的には、冷房時の冷水入口温度は１２°Ｃに、冷水出口温度は７°Ｃに設定されている。
冷水配管１１１のうち蒸発器１０５によりも上流側部分には、蒸発器１０５に流入する冷水の入口温度Ｔｉを計測する冷水入口温度センサ１２２が設けられている。
また、冷水配管１１１のうち蒸発器１０５によりも下流側部分には、蒸発器１０５から流出した冷水の出口温度Ｔｏを計測する冷水出口温度センサ１２３が設けられている。
【００４５】
蒸発器１０５とターボ圧縮機１０２とを接続する冷媒配管１００には、蒸発器１０５の出口から流出したガス冷媒の温度（ガス冷媒温度）Ｔ２を計測する温度センサ１４１が配置されている。
【００４６】
開度指令部１３０は、冷媒圧力Ｐ１と冷媒圧力Ｐ２と冷水の入口温度Ｔｉと冷水の出口温度Ｔｏを基に、現在開度ＣＶと予測開度ＣＶ♯を求める。現在開度ＣＶと予測開度ＣＶ♯の演算手法は、前出した従来技術と同じである。
【００４７】
更に、開度指令部１３０は、現在開度ＣＶと予測開度ＣＶ♯を基に、指令開度ｃｖを求める。
指令開度ｃｖは、膨張弁１０４を絞る時には一気に絞り、膨張弁１０４を開くときにはゆっくりと開くように、つまり、膨張弁１０４の開度を絞り気味に制御するような値にしている。ちなみに、従来では、指令開度ｃｖの値は、膨張弁１０４の開度を開き気味にするような値にしていた。
【００４８】
したがって、仮に、指令開度ｃｖを用いて膨張弁１０４の開度制御をしたとすると、図１７に示すような凝縮器冷媒液面が上昇し蒸発器冷媒液面が低下する傾向となる。
本実施例では、後述するように、図１７に示すような凝縮器冷媒液面が上昇し蒸発器冷媒液面が低下する状態にならないように、指令開度ｃｖを補正した最終指令開度ｃｃｖを求め、この最終指令開度ｃｃｖにより膨張弁１０４の開度制御をしている。
したがって、指令開度ｃｖが膨張弁１０４を絞り気味に制御するような値となっていても、指令開度ｃｖを補正した最終指令開度ｃｃｖにより膨張弁１０４の開度制御をすることにより、図１７に示すような状態になることはない。また、指令開度ｃｖが、膨張弁１０４を絞り気味に制御するような値となっているため、図１８に示すような状態になることはそもそもない。
【００４９】
かかる本実施例では、指令開度ｃｖが膨張弁１０４を絞り気味に制御するような値となるように、指令開度ｃｖは、具体的には次のようにして求めている。
（１）現在開度ＣＶが予測開度ＣＶ♯よりも大きい場合、具体的には、冷房時において冷水の入口温度Ｔｉが急激にまたはステップ的に低くなった場合には、指令開度ｃｖは例えば下式によって与えられる。
ｃｖ＝ＣＶ♯
（２）また、現在開度ＣＶが予測開度ＣＶ♯よりも小さい場合、具体的には、冷房時において冷水の入口温度Ｔｉが急激にまたはステップ的に高くなった場合には、指令開度ｃｖは例えば下式によって与えられる。
ｃｖ＝ＣＶ
【００５０】
このように指令開度ｃｖを設定しているため、膨張弁１０４を絞るときには一気に絞り、膨張弁１０４を開けるときにはゆっくりと開ける、つまり、膨張弁１０４の弁開度を絞り気味に設定することができる。
【００５１】
更に本実施例では、過熱度算出部１５０と、補正係数決定部１５１と、補正部１５２を備えている。
【００５２】
過熱度算出部１５０は、液冷媒温度Ｔ１（蒸発器１０５の下部に溜まった液冷媒の温度）と、ガス冷媒温度Ｔ２（蒸発器１０５の出口から流出していくガス冷媒の温度）を基に、蒸発器１０５の出口における冷媒Ｒの過熱度Ｋを、下式により求める。
Ｋ＝Ｔ２−Ｔ１
【００５３】
蒸発器１０５の出口における冷媒Ｒの過熱度Ｋは、表１に示すように、蒸発器１０５の冷媒液面変動と関連を持っている。蒸発器１０５の冷媒液面が低下すると、冷水配管（冷水チューブ）１１１全体が液冷媒で浸からなくなってしまい、冷水配管（冷水チューブ）１１１の一部（液冷媒に浸かっていない冷水チューブ）では、ガス冷媒と冷水との間で熱交換が発生する。
冷媒温度は冷水温度よりも低いためガス冷媒は過熱され過熱蒸気となる。つまり、蒸発器１０５の冷媒液面の低下に伴い、蒸発器１０５の出口におけるガス冷媒の過熱度Ｋが上昇するのである。つまり、図１７に示すような凝縮器冷媒液面が上昇し蒸発器冷媒液面が低下する状態になればなるほど、過熱度Ｋが大きくなるのである。
【００５４】
【表１】
2010054094.tif 000003
【００５５】
補正係数決定部１５１には、図２に示すような過熱度Ｋと補正係数ａとの関係を示す変換特性が設定されている。この補正係数決定部１５１は、図２に示す変換特性を用いて、過熱度Ｋが大きくなると値が大きくなる補正係数ａを出力する。
【００５６】
補正部１５２は、指令開度ｃｖと補正係数ａが入力されると、下式を用いて最終指令開度ｃｃｖを演算して出力する。
ｃｃｖ＝ｃｖ＋ａ
【００５７】
最終指令開度ｃｃｖが膨張弁開度調節用のモータ１１０に送られると、モータ１１０の作動により、膨張弁１０４の開度は、最終指令開度ｃｃｖの値に応じた開度に調節される。
【００５８】
本実施例では、蒸発器冷媒液面及び凝縮器冷媒液面が、図１に示すように適正レベルになっているときには、過熱度Ｋは零となり補正係数ａも零となり、最終指令開度ｃｃｖは指令開度ｃｖと等しくなる。
このため最終指令ｃｃｖ（＝ｃｖ）により、膨張弁１０４を絞るときには一気に絞り、膨張弁１０４を開けるときにはゆっくりと開ける、つまり、膨張弁１０４の弁開度を絞り気味に設定することができ、凝縮器冷媒液面の低下を防ぐことができる。この結果、図１８に示すような凝縮器冷媒液面が低下してガス冷媒が液冷媒に混入することを防止でき、これにより運転効率低下を防ぐことができる。
【００５９】
一方、蒸発器冷媒液面及び凝縮器冷媒液面が図１に示すように適正レベルになっている状態から、図１７に示すような凝縮器冷媒液面が上昇し蒸発器冷媒液面が低下する状態に向かっていくと、過熱度Ｋが大きくなってくる。
そうすると最終指令開度ｃｃｖの値は、ｃｖ＋ａとなり、過熱度Ｋに対応した補正係数ａの分だけ大きくなる。このように過熱度Ｋに対応した、つまり、蒸発器冷媒液面低下に対応した補正係数ａの分だけ、最終指令ｃｃｖが大きくなる。
【００６０】
このため最終指令ｃｃｖ（＝ｃｖ＋ａ）により、膨張弁１０４の開度が補正係数ａに相当する分だけ大きくなる結果、図１７に示すような凝縮器冷媒液面が上昇し蒸発器冷媒液面が低下する状態になることがなくなる。
このように、冷媒の過熱が発生したときには、過熱度に対応した補正係数ａに相当する分だけ膨張弁１０４を開くので、蒸発器冷媒液面の低下を防止することができ、図１７に示すような凝縮器冷媒液面が上昇し蒸発器冷媒液面が低下して熱交換効率が低下して運転効率が低下するという事態になることはない。
【００６１】
このように、本実施例では、指令開度ｃｖが膨張弁１０４の弁開度を絞り気味に設定する値になっているため、つまり凝縮器冷媒液面を上昇させる傾向の制御としているため、凝縮器冷媒液面が低下することに起因してガス巻き込みが発生し、これにより運転効率が低下する、という事態の発生を防止することができる。
【００６２】
また最終指令開度ｃｃｖ（＝ｃｖ＋ａ）は、蒸発器１０５の出口における冷媒Ｒの過熱度Ｋによりフィードバック補正した値であるため、つまり過熱発生時において蒸発器冷媒液面を上昇させる補正をした値であるため、蒸発器冷媒液面の大幅な低下および凝縮器冷媒液面の大幅な上昇を防ぐことができ、熱交換効率低下による運転効率低下という事態の発生を防止することができる。
この結果、凝縮器冷媒液面及び蒸発器冷媒液面を適正レベルに維持して、高い運転効率を確保することができる。
【実施例２】
【００６３】
次に本発明の実施例２にかかるターボ冷凍機１０１ａを、図３を参照して説明する。
実施例２が、実施例１と異なる部分は、過熱度を算出するためのセンサ、過熱度を算出する演算プロセス、指令開度ｃｖを補正係数ａにより補正するときの演算手法である。また、実施例１で用いていた温度センサ１４０は、実施例２では備えていない。
【００６４】
実施例２では、過熱度算出部１５０ａと補正部１５２ａの演算機能が、実施例１と異なっている。他の部分の構成及び演算機能は、実施例１と同じであるため、実施例１と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６５】
過熱度算出部１５０ａには、図４に示すような、蒸発器１０５内の冷媒圧力Ｐ２と冷媒飽和温度Ｔ１１との関係を示す関係特性が設定されている。冷媒飽和温度Ｔ１１は、実施例１における蒸発器１０５での液冷媒温度Ｔ１に相当するものである。
【００６６】
この過熱度算出部１５０ａに、圧力センサ１２１により検出した冷媒圧力Ｐ２が入力されると、過熱度算出部１５０ａは、図４に示す関係特性を基に、冷媒圧力Ｐ２に対応した冷媒飽和温度Ｔ１１を求める。また過熱度算出部１５０ａには冷水入口温度センサ１２２により計測した冷水の入口温度Ｔｉが入力される。
そうすると、過熱度算出部１５０ａは過熱度Ｋを、下式により求める。
Ｋ＝Ｔ２−Ｔ１１
【００６７】
補正係数決定部１５１は、実施例１と同様にして、過熱度Ｋに対応する補正係数ａを出力する。
【００６８】
補正部１５２ａは、開度指令部１３０により求めた指令開度ｃｖと、補正係数決定部１５１により求めた補正係数ａが入力されると、下式を用いて最終指令開度ｃｃｖを求める。
ｃｃｖ＝ｃｖ×ａ
つまり、実施例１では加算演算をして最終指令開度ｃｃｖを求めていたが、実施例２では乗算演算をして最終指令開度ｃｃｖを求めている。
【００６９】
最終指令開度ｃｃｖが膨張弁開度調節用のモータ１１０に送られると、モータ１１０の作動により、膨張弁１０４の開度は、最終指令開度ｃｃｖの値に応じた開度に調節される。
【００７０】
実施例２も、実施例１と同様に、指令開度ｃｖが膨張弁１０４の弁開度を絞り気味に設定する値になっているため、つまり凝縮器冷媒液面を上昇させる傾向の制御としているため、凝縮器冷媒液面が低下することに起因してガス巻き込みが発生し、これにより運転効率が低下する、という事態の発生を防止することができる。
【００７１】
また最終指令開度ｃｃｖ（＝ｃｖ×ａ）は、蒸発器１０５の出口における冷媒Ｒの過熱度Ｋによりフィードバック補正した値であるため、つまり過熱発生時において蒸発器冷媒液面を上昇させる補正をした値であるため、蒸発器冷媒液面の大幅な低下および凝縮器冷媒液面の大幅な上昇を防ぐことができ、熱交換効率低下による運転効率低下という事態の発生を防止することができる。
この結果、凝縮器冷媒液面及び蒸発器冷媒液面を適正レベルに維持して、高い運転効率を確保することができる。
【００７２】
また実施例２では、実施例１で使用していた温度センサ１４０を設けていないので、その分だけ、必要なセンサ数が削減できる。
【実施例３】
【００７３】
次に本発明の実施例３にかかるターボ冷凍機１０１ｂを、図５を参照して説明する。
実施例３が、実施例１と異なる部分は、蒸発器冷媒液面の低下を過熱度を算出することにより判定するのではなく、現状の熱伝達率を算出することにより判定することである。
また、実施例１で用いていた温度センサ１４１は、実施例３では備えていない。
【００７４】
実施例３では、補正部係数決定部１５１ｂの演算機能が実施例１と異なっていると共に、過熱度算出部１５０の代わりに熱伝達率算出部１６０を備えている。
他の部分の構成及び演算機能は、実施例１と同じであるため、実施例１と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７５】
実施例３は、実施例１と違い、現状の熱伝達率を計算し、これを用いて膨張弁１０４の開度のフィードバック補正を行うようにしている。
【００７６】
表２に示すように、蒸発器１０４の冷媒液面が変動すると、蒸発器１０５内の冷媒と冷水との間での熱交換における熱伝達率は変動する。
【００７７】
【表２】
2010054094.tif 000004
【００７８】
蒸発器１０５の冷媒液面が低下すると、冷水配管（冷水チューブ）１１１全体が冷媒液で浸からなくなってしまい、冷水配管１１１（冷水チューブ）１１１の一部（液冷媒に浸かっていない冷水チューブ）では、ガス冷媒と冷水との間で熱交換が発生する。これにより熱交換量が減少し、熱伝達率が低下してしまう。
これより、凝縮器冷媒液面が上昇して蒸発器冷媒液面が低下することに対して、各時点での冷水・冷媒間の熱伝達率が低下することから、熱伝達率低下時には膨張弁指令開度を開き気味にするよう設定することで、蒸発器冷媒液面の低下を回避することができる。
【００７９】
具体的に説明すると、図５に示す熱伝達率算出部１６０は、冷水入口温度Ｔｉと、冷水出口温度Ｔｏと、蒸発器１０５内の液冷媒温度Ｔ１と、予め設定した冷水流量Ｌを基に、熱伝達率Ｄを求める。
【００８０】
図６は、熱伝達率算出方法を示しており、冷水入口温度Ｔｉと、冷水出口温度Ｔｏと、設定した冷水流量Ｌを基に、冷水が受け取った熱交換量を算出する。そして、この算出した熱交換量Ｑと、冷水入口温度Ｔｉと、冷水出口温度Ｔｏと、液冷媒温度Ｔ１を基に、熱伝達率Ｄを求めている。
【００８１】
熱伝達率Ｄは、結局、次式により求めている。
Ｄ＝Ｑ／（Ａ・（（Ｔｉ−Ｔｏ）／（ｌｎ（Ｔｉ−Ｔ１）／（Ｔｏ−Ｔ１））））
ここでＡは伝熱面積である。
【００８２】
補正係数決定部１５１ｂには、図７に示すような熱伝達率Ｄと補正係数ｂとの関係を示す変換特性が設定されている。この補正係数決定部１５１ｂは、図７に示す変換特性を用いて、熱伝達率Ｄが小さくなると値が大きくなる補正係数ｂを出力する。
【００８３】
補正部１５２ｂは、指令開度ｃｖと補正係数ｂが入力されると、下式を用いて最終指令開度ｃｃｖを演算して出力する。
ｃｃｖ＝ｃｖ＋ｂ
【００８４】
最終指令開度ｃｃｖが膨張弁開度調節用のモータ１１０に送られると、モータ１１０の作動により、膨張弁１０４の開度は、最終指令開度ｃｃｖの値に応じた開度に調節される。
【００８５】
実施例３も、実施例１と同様に、指令開度ｃｖが膨張弁１０４の弁開度を絞り気味に設定する値になっているため、つまり凝縮器冷媒液面を上昇させる傾向の制御としているため、凝縮器冷媒液面が低下することに起因してガス巻き込みが発生し、これにより運転効率が低下する、という事態の発生を防止することができる。
【００８６】
また最終指令開度ｃｃｖ（＝ｃｖ＋ｂ）は、熱伝達率Ｄによりフィードバック補正した値であるため、つまり熱伝達率低下時において蒸発器冷媒液面を上昇させる補正をした値であるため、蒸発器冷媒液面の大幅な低下および凝縮器冷媒液面の大幅な上昇を防ぐことができ、熱交換効率低下による運転効率低下という事態の発生を防止することができる。
この結果、凝縮器冷媒液面及び蒸発器冷媒液面を適正レベルに維持して、高い運転効率を確保することができる。
【００８７】
また実施例３では、実施例１で使用していた温度センサ１４１を設けていないので、その分だけ、必要なセンサ数が削減できる。
更に実施例３では、過熱度Ｋに比較して、液面低下に対する応答が早い熱伝達率Ｄを用いたフィードバック補正をしているため、制御の即応性が向上する。
【実施例４】
【００８８】
次に本発明の実施例４にかかるターボ冷凍機１０１ｃを、図８を参照して説明する。
実施例４は過熱度Ｋと熱伝達率Ｄの双方を用い、膨張弁１０４の開度のフィードバック補正を行うものである。
蒸発器冷媒液面の変動に対し、熱伝達率Ｄの反応は過熱度Ｋより早い。そこで、蒸発器冷媒液面が低下し始めた初期の段階では、熱伝達率Ｄによるフィードバックにより対応し、さらに液面が低下した場合には過熱度Ｋによる補正を追加するようにした。
【００８９】
具体的に説明すると、過熱度算出部１５０は、実施例１と同様に、液冷媒温度Ｔ１（蒸発器１０５の下部に溜まった液冷媒の温度）と、ガス冷媒温度Ｔ２（蒸発器１０５の出口から流出していくガス冷媒の温度）を基に、蒸発器１０５の出口における冷媒Ｒの過熱度Ｋを、下式により求める。
Ｋ＝Ｔ２−Ｔ１
【００９０】
熱伝達率算出部１６０は、実施例３と同様に、冷水入口温度Ｔｉと、冷水出口温度Ｔｏと、蒸発器１０５内の液冷媒温度Ｔ１と、予め設定した冷水流量Ｌを基に、熱伝達率Ｄを求める。
【００９１】
補正係数決定部１５１ｃには、図９に示すような、熱伝達率Ｄと過熱度Ｋとの減算値（Ｄ−Ｋ）と、補正係数ｃとの関係を示す変換特性が設定されている。図９の特性図（左に向かうにつれて液面が低下する）は、図２に示す過熱度Ｋと補正係数ａとの特性図（右に向かうにつれて液面が低下する）と、図７に示す熱伝達率Ｄと補正係数ｂとの特性図（左に向かうにつれて液面が低下する）を、組み合わせたものである。
蒸発器冷媒液面が低下した場合において、液面低下量が少ないとき（液面低下初期段階）では熱伝達率Ｄが敏感に反応して熱伝達率Ｄが低下し、液面低下量が大きくなると熱伝達率Ｄの低下のみならず反応の大きな（変化率の大きな）過熱度Ｋが増加してくる。
【００９２】
この補正係数決定部１５１ｃには、過熱度算出部１５０から過熱度Ｋが送られ、熱伝達率算出部１６０から熱伝達率Ｄが送られてくる。
補正係数決定部１５１ｃは、Ｄ−Ｋの値を求め、図９に示す変換特性を用いて、Ｄ−Ｋの値に対応する補正係数ｃを出力する。この補正係数ｃは、熱伝達率Ｄが小さい程、また過熱度Ｄが大きな程、その値が大きくなる。
【００９３】
補正部１５２ｃは、指令開度ｃｖと補正係数ｃが入力されると、下式を用いて最終指令開度ｃｃｖを演算して出力する。
ｃｃｖ＝ｃｖ＋ｃ
【００９４】
最終指令開度ｃｃｖが膨張弁開度調節用のモータ１１０に送られると、モータ１１０の作動により、膨張弁１０４の開度は、最終指令開度ｃｃｖの値に応じた開度に調節される。
【００９５】
他の部分の構成は、実施例１と同様であるため、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９６】
実施例４も、実施例１と同様に、指令開度ｃｖが膨張弁１０４の弁開度を絞り気味に設定する値になっているため、つまり凝縮器冷媒液面を上昇させる傾向の制御としているため、凝縮器冷媒液面が低下することに起因してガス巻き込みが発生し、これにより運転効率が低下する、という事態の発生を防止することができる。
【００９７】
また最終指令開度ｃｃｖ（＝ｃｖ＋ｃ）は、過熱度Ｋと熱伝達率Ｄによりフィードバック補正した値であるため、つまり過熱度増加時において蒸発器冷媒液面を上昇させると共に、熱伝達率低下時において蒸発器冷媒液面を上昇させる補正をした値であるため、蒸発器冷媒液面の大幅な低下および凝縮器冷媒液面の大幅な上昇を防ぐことができ、熱交換効率低下による運転効率低下という事態の発生を防止することができる。
この結果、凝縮器冷媒液面及び蒸発器冷媒液面を適正レベルに維持して、高い運転効率を確保することができる。
【００９８】
しかも、蒸発器冷媒液面の低下に対する反応の早い熱伝達率Ｄと、蒸発器冷媒液面が大きく低下した際の反応が大きい過熱度Ｋを組み合わせることにより、より運転効率の高い膨張弁１０４の制御が可能となる。
【実施例５】
【００９９】
次に本発明の実施例５に係るターボ冷凍機１０１ｄを、図１０を参照して説明する。
実施例１では補正係数を決定するために、蒸発器１０５の出口から流出したガス冷媒のガス冷媒温度Ｔ２を測定していたが、実施例５では、蒸発器１０５の内部に分散設置した複数の温度センサ１４１−１〜１４１−ｎにより、蒸発器１０５の各部分のガス冷媒温度を測定している。
各温度センサ１４１−１〜１４１−ｎは、蒸発器１０５の内部の各部分におけるガス冷媒温度Ｔ２−１〜Ｔ２−ｎを計測する。
【０１００】
蒸発器冷媒液面が低下し冷媒が過熱された場合には、過熱蒸気が発生し、過熱蒸気は蒸発器１０５の出口から圧縮機１０２へ流れる。
一方、過熱蒸気は蒸発器１０５の出口を通過する以前に、蒸発器１０５内に存在する。そこで、実施例５では、蒸発器１０５内に複数の温度センサ１４１−１〜１４１−ｎを設置して過熱温度を計測している。このため、部分的に過熱が発生しても、複数の温度センサ１４１−１〜１４１−ｎの何れかで、過熱温度を検出することができる。
【０１０１】
過熱度算出部１５０ｄは、図１１に示すように、複数のガス冷媒温度Ｔ２−１〜Ｔ２−ｎの値のうち、最も高い温度を過熱蒸気のガス冷媒温度Ｔ２−ｍａｘとし、最大温度となっているガス冷媒温度Ｔ２−ｍａｘから、液冷媒温度Ｔ１を減算することより、過熱度Ｋを求める。つまり、
Ｋ＝（Ｔ２−ｍａｘ）−Ｔ１
として過熱度Ｋを求め、この過熱度Ｋを用いて、膨張弁１０４の開度のフィードバック補正を行っている。
【０１０２】
他の部分の構成は、実施例１と同様であるため、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０３】
実施例５も、実施例１と同様に、指令開度ｃｖが膨張弁１０４の弁開度を絞り気味に設定する値になっているため、つまり凝縮器冷媒液面を上昇させる傾向の制御としているため、凝縮器冷媒液面が低下することに起因してガス巻き込みが発生し、これにより運転効率が低下する、という事態の発生を防止することができる。
【０１０４】
また最終指令開度ｃｃｖ（＝ｃｖ＋ａ）は、過熱度Ｋによりフィードバック補正した値であるため、つまり過熱度増加時において蒸発器冷媒液面を上昇させる補正をした値であるため、蒸発器冷媒液面の大幅な低下および凝縮器冷媒液面の大幅な上昇を防ぐことができ、熱交換効率低下による運転効率低下という事態の発生を防止することができる。
この結果、凝縮器冷媒液面及び蒸発器冷媒液面を適正レベルに維持して、高い運転効率を確保することができる。
【０１０５】
更に、蒸発器１０５内における複数のガス冷媒温度Ｔ２−１〜Ｔ２−ｎの値のうち、最も高い温度となっているガス冷媒温度Ｔ２−ｍａｘを用いて過熱度Ｋを求めているため、蒸発器１０５内において部分的に過熱が発生しても、迅速・確実に膨張弁１０４の開度の補正をすることができ、冷媒液面を適正レベルに維持することができる。
【実施例６】
【０１０６】
次に本発明の実施例６に係るターボ冷凍機１０１ｅを、図１２を参照して説明する。
実施例６では、実施例１と違い、冷水温度を複数計測し、これを用いて膨張弁１０４の開度のフィードバック補正を行うものである。
【０１０７】
図１３に示すように冷水配管１１１は、複数の冷水チューブにより構成されており、蒸発器１０５の冷媒液面が低下すると、低下した分に相当する冷水チューブにおいて、熱交換性能が低下する。つまり上方の冷水チューブでの熱交換性能が低下し、それ以外では通常の熱交換性能を発揮する。よって、上方の冷水温度は下方の冷水温度と比較して、高いということになる。
以上から、上方の冷水温度と下方の冷水温度を計測し、その比較を行うことで、蒸発器冷媒液面低下を検知することが可能となる。
【０１０８】
そこで実施例６では、冷水配管１１１を構成する冷水チューブのうち、相対的に上方（上方側）に位置する冷水チューブに流れる冷水の温度を検出する温度センサ１７１と、相対的に下方（底部側）に位置する冷水チューブに流れる冷水の温度を検出する温度センサ１７２を設置している。
【０１０９】
上方に位置する温度センサ１７１は、上方冷水温度ＴＵを検出して出力し、下方に位置する温度センサ１７２は、下方冷水温度ＴＬを検出して出力する。蒸発器１０５の冷媒液面が低下すると、上方冷水温度ＴＵは下方冷水温度ＴＬよりも高くなる。
【０１１０】
上方下方温度差比較部１７０は、上方冷水温度ＴＵと下方冷水温度ＴＬとの差（ＴＵ−ＴＬ）を演算して、その演算結果を上方下方冷水温度差Δｔとして出力する。
【０１１１】
補正係数決定部１５１ｅには、図１４に示すような上方下方冷水温度差Δｔと補正係数ｅとの関係を示す変換特性が設定されている。この補正係数決定部１５１ｅは、図１４に示す変換特性を用いて、上方下方冷水温度差Δｔが大きくなると値が大きくなる補正係数ｅを出力する。
【０１１２】
補正部１５２ｅは、開度指令部１３０により求めた指令開度ｃｖと、補正係数決定部１５１ｅにより求めた補正係数ｅが入力されると、下式を用いて最終指令開度ｃｃｖを求める。
ｃｃｖ＝ｃｖ＋ｅ
【０１１３】
最終指令開度ｃｃｖが膨張弁開度調節用のモータ１１０に送られると、モータ１１０の作動により、膨張弁１０４の開度は、最終指令開度ｃｃｖの値に応じた開度に調節される。
【０１１４】
他の部分の構成は、実施例１と同様であるため、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１５】
実施例６も、実施例１と同様に、指令開度ｃｖが膨張弁１０４の弁開度を絞り気味に設定する値になっているため、つまり凝縮器冷媒液面を上昇させる傾向の制御としているため、凝縮器冷媒液面が低下することに起因してガス巻き込みが発生し、これにより運転効率が低下する、という事態の発生を防止することができる。
【０１１６】
また最終指令開度ｃｃｖ（＝ｃｖ＋ｅ）は、上方下方冷水温度差Δｔによりフィードバック補正した値であるため、つまり蒸発器冷媒液面低下時において蒸発器冷媒液面を上昇させる補正をした値であるため、蒸発器冷媒液面の大幅な低下および凝縮器冷媒液面の大幅な上昇を防ぐことができ、熱交換効率低下による運転効率低下という事態の発生を防止することができる。
この結果、凝縮器冷媒液面及び蒸発器冷媒液面を適正レベルに維持して、高い運転効率を確保することができる。
【実施例７】
【０１１７】
次に本発明の実施例７に係るターボ冷凍機１０１ｆを、図１５を参照して説明する。
実施例１では、膨張弁１０４への開度指令ｃｖをフィードバック補正していたが、実施例７は、過熱度Ｋのみで膨張弁１０４への開度指令ｃｖを決定するものである。
【０１１８】
実施例７では、図１５に示すように、過熱度算出部２００は、温度センサ１４０により検出した液冷媒温度Ｔ１と、温度センサ１４１により検出したガス冷媒温度Ｔ２を基に、蒸発器１０５の出口における冷媒Ｒの過熱度Ｋを下式により求める。
Ｋ＝Ｔ２−Ｔ１
【０１１９】
開度指令部２０１には、過熱度設定値Ｋ０が予め設定されており、過熱度算出部２００により求めた過熱度Ｋが、過熱度設定値Ｋ０と一致するようなフィードバック制御をする指令開度ｃｖを求めて出力する。
【０１２０】
指令開度ｃｖが膨張弁開度調節用のモータ１１０に送られると、モータ１１０の作動により、膨張弁１０４の開度は、指令開度ｃｖの値に応じた開度に調節される。
【０１２１】
他の部分の構成は、実施例１と同様であるため、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２２】
実施例７では、過熱度Ｋが過熱度設定値Ｋ０に一致するようフィードバック補正するだけで、冷媒液面を適正レベルに維持できるため、センサ類が前述した各実施例に比べて削減できると共に、演算負担が軽減する。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の実施例１にかかるターボ冷凍機を示すブロック構成図。
【図２】過熱度と補正係数との関係を示す特性図。
【図３】本発明の実施例２にかかるターボ冷凍機を示すブロック構成図。
【図４】冷媒圧力と冷媒飽和蒸気との関係を示す特性図。
【図５】本発明の実施例３にかかるターボ冷凍機を示すブロック構成図。
【図６】熱伝達率の演算手法を示す説明図。
【図７】熱伝達率と補正係数との関係を示す特性図。
【図８】本発明の実施例４にかかるターボ冷凍機を示すブロック構成図。
【図９】蒸発器液面と補正係数との関係を示す特性図。
【図１０】本発明の実施例５にかかるターボ冷凍機を示すブロック構成図。
【図１１】過熱度算出手法を示す説明図。
【図１２】本発明の実施例６にかかるターボ冷凍機を示すブロック構成図。
【図１３】冷水チューブと上下の冷水温度との関係を示す説明図。
【図１４】上方下方冷水温度差と補正係数との関係を示す特性図。
【図１５】本発明の実施例７にかかるターボ冷凍機を示すブロック構成図。
【図１６】従来技術に係るターボ冷凍機を示すブロック構成図。
【図１７】ターボ冷凍機において蒸発器冷媒液面が低下したときの状態を示すブロック構成図。
【図１８】ターボ冷凍機において蒸発器冷媒液面が上昇したときの状態を示すブロック構成図。
【図１９】液面変動と運転効率の関係を示す特性図。
【図２０】従来の制御ブロックを示すブロック構成図。
【図２１】従来の膨張弁制御方式を示す特性図。
【符号の説明】
【０１２４】
１００  冷媒配管
１０１，１０１ａ〜１０１ｅ  ターボ冷凍機
１０２  ターボ圧縮機
１０３  凝縮器
１０４  膨張弁
１０５  蒸発器
１０６  モータ
１０７  入口ベーン
１０８  モータ
１０９  冷却水配管
１１０  モータ
１１１  冷水配管
１２０，１２１  圧力センサ
１２２  冷水入口温度センサ
１２３  冷水出口温度センサ
１３０  開度指令部
１４０，１４１  温度センサ
１５０，１５０ａ  過熱度算出部
１５１  補正係数決定部
１５２  補正部
１６０  熱伝達率算出部
１７０  冷水上方下方温度差比較部
２００  過熱度算出部
２０１  開度指令部
Ｐ１，Ｐ２  冷媒圧力
Ｔｉ  冷水入口温度
Ｔｏ  冷水出口温度
ＣＶ  現在開度
ＣＶ♯  予測開度
ｃｖ  指令開度
ｃｃｖ  最終指令開度
Ｔ１  液冷媒温度
Ｔ２  ガス冷媒温度
ａ〜ｅ  補正係数
Ｋ  過熱度
Ｄ  熱伝達率
ＴＵ  上方冷水温度
ＴＬ  下方冷水温度
Δｔ  上方下方冷水温度差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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