(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続された冷凍サイクルと、
前記圧縮機の回転数を制御する熱源側制御装置及び前記冷凍サイクルの熱源側物理量を検知する熱源側物理量検知センサを有する熱源側装置と、
前記膨張弁の開度を制御する負荷側制御装置及び前記冷凍サイクルの負荷側物理量を検知する負荷側物理量検知センサを有する負荷側装置と、
前記熱源側装置と前記負荷側装置との間で情報を共有するための情報中継器とを備え、
前記負荷側制御装置は、前記圧縮機の起動時の前記膨張弁の起動制御として、前記膨張弁の開度を初期開度まで開いた後、前記負荷側物理量検知センサの検知結果と前記情報中継器を介して取得した前記熱源側物理量検知センサの検知結果とを用いて算出された、圧縮機流量と膨張弁流量とが一致するように前記膨張弁の開度を制御する制御を行うことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続された冷凍サイクルと、
前記圧縮機の回転数を制御する熱源側制御装置及び前記冷凍サイクルの熱源側物理量を検知する熱源側物理量検知センサを有する熱源側装置と、
前記膨張弁の開度を制御する負荷側制御装置及び前記冷凍サイクルの負荷側物理量を検知する負荷側物理量検知センサを有する負荷側装置と、
前記熱源側装置と前記負荷側装置との間で情報を共有するための情報中継器とを備え、
前記負荷側制御装置は、前記圧縮機の起動時の前記膨張弁の起動制御を、前記負荷側物理量検知センサの検知結果と前記情報中継器を介して取得した前記熱源側物理量検知センサの検知結果とを用いて行い、
前記熱源側制御装置は、前記圧縮機の起動時、必要な冷却能力が得られるように前記圧縮機の回転数を増速させる制御を行っており、前記起動制御中に前記膨張弁の開度が所定開度以上となったときには前記圧縮機の回転数の増速を制限することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記起動制御は、前記圧縮機の起動時に前記膨張弁の開度を初期開度まで開いた後、前記負荷側物理量検知センサの検知結果と前記熱源側物理量検知センサの検知結果とを用いて算出された、圧縮機流量と膨張弁流量とが一致するように前記膨張弁の開度を制御する制御であることを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記圧縮機流量と前記膨張弁流量の算出を前記情報中継器が行うことを特徴とする請求項１又は請求項３記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記情報中継器は、前記熱源側物理量検知センサにより検知した、圧縮機回転数及び冷媒圧力情報から前記圧縮機流量を算出し、前記冷媒圧力情報と前記負荷側物理量検知センサにより検知した前記膨張弁の現在の開度と予め記憶した膨張弁流量特性とに基づいて前記膨張弁流量を算出することを特徴とする請求項１、請求項３、請求項４の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記初期開度が、前記圧縮機流量と前記膨張弁流量とを一致させるための開度以上の開度に予め設定されていることを特徴とする請求項１、請求項３乃至請求項５の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記冷凍サイクルは、前記圧縮機及び前記凝縮器を有する熱源側装置に、前記蒸発器及び前記膨張弁を有する複数の負荷側装置を並列接続した構成を有し、前記複数の負荷側装置のうちの複数を稼働する場合、稼働負荷側装置毎に膨張弁流量を演算して合計膨張弁流量を演算し、前記合計膨張弁流量が圧縮機流量と一致するように、前記稼働負荷側装置それぞれの膨張弁の開度を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
圧縮機及び凝縮器を有する熱源側装置に、膨張弁及び蒸発器を有する複数の負荷側装置を並列接続した構成を有する冷凍サイクルと、
前記熱源側装置に設けられ、前記圧縮機の回転数を制御する熱源側制御装置と、
前記熱源側装置に設けられ、前記冷凍サイクルの熱源側物理量を検知する熱源側物理量検知センサと、
前記負荷側装置に設けられ、前記膨張弁の開度を制御する負荷側制御装置と、
前記負荷側装置に設けられ、前記冷凍サイクルの負荷側物理量を検知する負荷側物理量検知センサと、
前記熱源側装置と前記負荷側装置との間で情報を共有するための情報中継器とを備え、
前記負荷側制御装置は、前記圧縮機の起動時の前記膨張弁の起動制御を、前記負荷側物理量検知センサの検知結果と前記情報中継器を介して取得した前記熱源側物理量検知センサの検知結果とを用いて算出された、膨張弁流量と圧縮機流量とを用いて行うものであり、
前記複数の負荷側装置のうちの複数を稼働する場合、稼働負荷側装置毎に前記膨張弁流量を演算して合計膨張弁流量を演算し、前記合計膨張弁流量が前記圧縮機流量と一致するように、前記稼働負荷側装置それぞれの膨張弁の開度を制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記情報中継器は、前記負荷側装置の稼働台数に応じた膨張弁流量特性を予め記憶しており、前記負荷側装置の稼働状況に応じて該当の膨張弁流量特性を選択し、前記膨張弁流量特性に基づいて前記膨張弁流量を演算することを特徴とする請求項７又は請求項８記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記圧縮機流量と前記膨張弁流量の算出を前記情報中継器が行うことを特徴とする請求項８又は請求項９記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記情報中継器は、前記熱源側物理量検知センサにより検知した、圧縮機回転数及び冷媒圧力情報から前記圧縮機流量を算出し、前記冷媒圧力情報と前記負荷側物理量検知センサにより検知した前記膨張弁の現在の開度と予め記憶した膨張弁流量特性とに基づいて前記膨張弁流量を算出することを特徴とする請求項８乃至請求項１０の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記負荷側制御装置は、前記起動制御中に起動完了条件を満たすことを検知すると、前記膨張弁の制御を、前記起動制御から、前記蒸発器出口の過熱度を目標過熱度に一定に保つ通常制御に切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記起動完了条件は、前記圧縮機起動から所定時間が経過したこと、であることを特徴とする請求項１２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記起動完了条件は、前記蒸発器出口の過熱度が前記目標過熱度に一致したこと、であることを特徴とする請求項１２記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の冷凍サイクル装置は、冷却負荷に応じて圧縮機の回転数を制御し、適切な冷凍能力で運転することで運転効率を向上させている。また、圧縮機の回転数制御に伴う冷媒流量の変化に対応して、膨張弁も電動で開度制御されており、常に冷媒量分布が適正で安定した状態で運転するようにしている。
【０００３】
ところで、冷凍サイクル装置では、圧縮機を有する熱源側装置と、膨張弁を有する負荷側装置とが別メーカーであることが大半で、互いに情報を共有できないことが普通である。よって、熱源側装置及び負荷側装置のそれぞれは、自装置内に設けた各種センサから得た情報に基づいて、熱源側装置で圧縮機制御を行い、負荷側装置で膨張弁制御を行っている。
【０００４】
一方、圧縮機の起動時のような過渡的状況においては、極力速やかに冷凍サイクルを安定させることが望まれている。しかしながら、冷凍サイクル装置内の熱交換器類の熱容量や温度センサの応答遅れなどにより冷媒量の分布がどのような状態にあるのか把握することが難しい。このため、膨張弁の開度制御が難しく、開度制御が適切に行われない場合、必要な冷却能力が長時間得られなくなる状況や、消費電力が過大になってしまう状況が生じることがある。このような不具合を解消するため、起動から安定するまでの時間をいくつかの段階に分割し、冷凍サイクルの安定度合いを監視しながら膨張弁開度を変更する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５５１６３号公報（１０頁、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱源側装置と負荷側装置が例えば別メーカーの場合のように、お互いの情報を共有する点について考慮されていない装置同士を組み合わせて冷凍サイクル装置を構成する場合、負荷側装置で膨張弁制御を行うにあたり、熱源側装置との情報共有ができないため、負荷側装置内でいわばクローズ的な制御にならざるを得ない。このようなクローズ的な膨張弁制御は、冷媒回路が安定した状態では問題ないものの、圧縮機の起動時のような過渡的状況では適切な制御が行えないという問題があった。なお、熱源側装置と負荷側装置が別メーカーの場合に限らず、同一メーカーであっても圧縮機起動時に負荷側装置内でのクローズ的な制御は避けて、適切な膨張弁制御を行いたい点は同じである。
【０００７】
また、前記特許文献１の冷凍サイクル装置の運転方法では、起動直後の段階で圧縮機の回転数を、室温などの条件に応じた目標回転数まで上昇させている。しかしながら、回転数が目標回転数に達するまでの間、膨張弁の開度制御を行っていないため、冷媒量の分布は成り行きとなり、圧縮機への液バックや吸入圧力の急低下等が発生する可能性があった。また、圧縮機回転数の目標回転数までの増加を完了した後に膨張弁制御を開始するため、適正な冷媒量分布になるまでの時間が長くなってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は上記のような課題の一つを解決するためになされたもので、圧縮機起動時に適切な膨張弁制御が可能な冷凍サイクル装置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】
【０００９】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続された冷凍サイクルと、圧縮機の回転数を制御する熱源側制御装置及び冷凍サイクルの熱源側物理量を検知する熱源側物理量検知センサを有する熱源側装置と、膨張弁の開度を制御する負荷側制御装置及び冷凍サイクルの負荷側物理量を検知する負荷側物理量検知センサを有する負荷側装置と、熱源側装置と負荷側装置との間で情報を共有するための情報中継器とを備え、負荷側制御装置は、圧縮機の起動時の膨張弁の起動制御として、膨張弁の開度を初期開度まで開いた後、負荷側物理量検知センサの検知結果と情報中継器を介して取得した熱源側物理量検知センサの検知結果とを用いて算出された、圧縮機流量と膨張弁流量とが一致するように膨張弁の開度を制御する制御を行うものである。
【発明の効果】
【００１０】
圧縮機起動時の過渡的状況において適切な膨張弁制御を負荷側装置にて行うにあたっては、熱源側物理量検知センサの検知結果が必要とされるが、本発明では、圧縮機起動時に熱源側物理量検知センサの検知結果を情報中継器を介して負荷側装置が取得し、その検知結果を用いて膨張弁の起動制御を行うので、圧縮機起動時に適切な膨張弁制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を示す図である。
【図２】図１の冷凍サイクル装置の安定運転時におけるＰ−ｈ線図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る冷凍サイクル装置の制御フローチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態に係る冷凍サイクル装置の圧縮機回転数制御のフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態に係る冷凍サイクル装置の膨張弁通常制御のフローチャートである。
【図６】本発明の一実施の形態に係る冷凍サイクル装置の膨張弁起動制御のフローチャートである。
【図７】吸入圧力−圧縮機流量特性を示す図である。
【図８】膨張弁流量特性を示す図で、（ａ）は膨張弁開度−流量係数特性、（ｂ）は流量係数−膨張弁流量特性を示す図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る冷凍サイクル装置の起動から安定状態に至るまでの制御状況を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を示す図である。この冷凍サイクル装置１００は、冷媒を循環させる冷凍サイクルを搭載し、ショーケースや、冷蔵庫、冷凍庫等に使用されるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１３】
冷凍サイクル装置１００は、熱源側装置であるコンデンシングユニット１と、冷却対象の負荷側装置である冷凍庫２とを備えており、冷凍庫２にはユニットクーラ３がここでは２台設置されている。この２台のユニットクーラ３は同様の構成となっており、コンデンシングユニット１に対して並列に接続されている。なお、図１ではユニットクーラ３を２台設置されている場合を例示したが、設置台数を限定するものではない。例えば、１台のユニットクーラ３を設置してもよく、３台以上のユニットクーラ３を設置してもよい。
【００１４】
コンデンシングユニット１には、回転数を可変することが可能な圧縮機４と、凝縮器５と、レシーバ７と、エコノマイザ（過冷却熱交換器）８とが順次直列に接続されて搭載されている。また、コンデンシングユニット１には、凝縮器５に空気を送風する送風機６と、エコノマイザ８から流出した冷媒の一部を圧縮機４にインジェクションするインジェクション配管１０と、インジェクション配管１０に流れる冷媒の流量を調節するためのエコノマイザ膨張弁９とを備えている。
【００１５】
コンデンシングユニット１には更に、圧縮機４の吸入圧力Ｐｓを検知する吸入圧力センサ１７ａと、圧縮機４の吐出圧力Ｐｄを検知する吐出圧力センサ１７ｂとを備えている。また、コンデンシングユニット１には熱源側制御装置１１が設けられている。熱源側制御装置１１は、吸入圧力センサ１７ａ及び吐出圧力センサ１７ｂで検知した冷媒圧力情報や、ユニットクーラ３に設けた後述の負荷側制御装置１５からの情報に基づいて圧縮機４の回転数制御等の冷凍サイクル装置１００全体の制御を行う。
【００１６】
ユニットクーラ３は、液電磁弁１２と、膨張弁１３と、蒸発器１４とを備えている。膨張弁１３は開度Ｅを調整可能な電動膨張弁で構成されており、その開度Ｅは負荷側制御装置１５からのパルス信号により変更可能となっている。また、ユニットクーラ３は、蒸発器１４の入口側の冷媒温度を検知する入口側温度センサ１８ａと、蒸発器１４の出口側の冷媒温度を検知する出口側温度センサ１８ｂとを備えている。ユニットクーラ３は更に、入口側温度センサ１８ａ及び出口側温度センサ１８ｂにより検知した温度情報や、後述の情報中継器１６を介して熱源側制御装置１１から取得した情報に基づいて膨張弁１３及び液電磁弁１２の制御を行う負荷側制御装置１５を備えている。
【００１７】
冷凍サイクル装置１００には更に、熱源側制御装置１１及び負荷側制御装置１５の情報を統合管理し、必要に応じて熱源側制御装置１１及び負荷側制御装置１５のそれぞれが有する情報を他方に伝達する情報中継器１６を備えている。この情報中継器１６により、コンデンシングユニット１と冷凍庫２とが仮に別メーカーであったとしても、互いの情報の共有が可能となる。
【００１８】
コンデンシングユニット１と各ユニットクーラ３とは延長配管により接続され、圧縮機４、凝縮器５、レシーバ７、エコノマイザ８、液電磁弁１２、膨張弁１３及び蒸発器１４が順次接続されて冷凍サイクルが構成されている。なお、冷凍サイクルの構成は図示のものに限定されず、少なくとも圧縮機４、凝縮器５、膨張弁１３及び蒸発器１４を備えた構成とすればよい。また、他に例えば四方弁を設けて圧縮機４から吐出された冷媒の流路を変え、冷房及び暖房運転可能なものとしてもよい。
【００１９】
＜冷凍サイクル装置１００の動作＞
図２は、図１の冷凍サイクル装置の安定運転時におけるＰ−ｈ線図（冷媒の圧力と比エンタルピとの関係を示す線図）である。図２におけるＡ〜Ｈは、図１のＡ〜Ｈに示す各配管位置における冷媒状態を示している。以下、冷凍サイクル装置１００の動作について図１及び図２を参照して説明する。
【００２０】
圧縮機４から吐出された高温高圧のガス冷媒（状態Ａ）は、凝縮器５で外気に放熱することにより凝縮して高圧液冷媒（状態Ｂ）となる。凝縮器５に空気を送風する送風機６は冷媒の凝縮圧力が所定値となるように風量調整されており、凝縮器５からの放熱量を調整している。おおよそ、凝縮温度は外気温度よりも１０℃程度高い温度に調整される。凝縮器５から流出した高圧液冷媒は一旦レシーバ７に入る。レシーバ７では、この冷凍サイクル内に封入された余剰分の液冷媒を貯留するため、液とガスの共存状態となり、状態Ｂは飽和液となる。
【００２１】
続いてレシーバ７を流出した液冷媒はエコノマイザ８に流入する。エコノマイザ８では、レシーバ７を流出した液冷媒と、その液冷媒の一部が分岐された後にエコノマイザ膨張弁９で減圧された中間圧二相冷媒（状態Ｆ）とが熱交換する。エコノマイザ８で中間圧二相冷媒（状態Ｆ）と熱交換することにより過冷却度を大きくした液冷媒（状態Ｃ）はコンデンシングユニット１を流出し、ユニットクーラ３へ流入する。一方、エコノマイザ８から流出後、分岐されてエコノマイザ膨張弁９で減圧された中間圧二相冷媒（状態Ｆ）は、エコノマイザ８で液冷媒と熱交換することによりガス化してガス冷媒（状態Ｇ）となり、圧縮機４にインジェクションされる。
【００２２】
ユニットクーラ３に流入した液冷媒は、液電磁弁１２を通過し、膨張弁１３によって低圧まで減圧され、低圧二相冷媒（状態Ｄ）となって蒸発器１４へと流入する。蒸発器１４に流入した低圧二相冷媒は、冷却対象である冷凍庫２内の空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス冷媒（状態Ｅ）となり再び圧縮機４に吸入される。
【００２３】
圧縮機４の内部では、中間圧まで圧縮された冷媒と、インジェクションされるガス冷媒（状態Ｇ）が合流して中間圧ガス冷媒となり（状態Ｈ）、更に高圧まで圧縮されて再び圧縮機４から吐出される。このようにして冷却対象である冷凍庫２内を設定温度まで冷却する運転が行われる。
【００２４】
＜冷凍サイクル装置の制御＞
図３は、本発明の一実施の形態に係る冷凍サイクル装置の制御フローチャートである。
冷凍サイクル装置１００は、圧縮機４の起動が指示されると（Ｓ１）、圧縮機４の回転数制御（後述の図４）を開始すると共に、膨張弁１３の起動制御（後述の図６）を開始する（Ｓ２）。そして、冷凍サイクルの冷媒状態が安定して圧縮機４の起動が完了したと判定する（Ｓ３）と、引き続き圧縮機回転数制御を行うと共に、膨張弁１３の制御を通常制御（後述の図６）に切り替える（Ｓ４）。
【００２５】
起動完了の判定は、例えば蒸発器１４出口の過熱度ＳＨが目標過熱度（例えば５℃）ＳＨｍまで低下したことを起動完了と判定する。これは、目標過熱度付近まで過熱度ＳＨが低下したことで、蒸発器１４内部に十分液冷媒が存在し、起動前に蓄えられていた熱容量分を除去できて冷媒状態が安定したと判断できるためである。なお、起動完了条件はこれに限られたものではなく、予め設定した所定時間が経過したことを起動完了と判定するようにしてもよい。そして、ステップＳ４を運転停止が指示されるまで継続し、運転停止が指示されると（Ｓ５）、圧縮機４の運転及び膨張弁１３の制御を停止する（Ｓ６）。
【００２６】
以下、まず、圧縮機回転数制御について説明する。
【００２７】
（圧縮機回転数制御）
図４は、本発明の一実施の形態に係る冷凍サイクル装置の圧縮機回転数制御のフローチャートである。
圧縮機４は、蒸発器１４の蒸発温度ＥＴが目標蒸発温度ＥＴｍになるように回転数制御される。目標蒸発温度ＥＴｍは、冷凍庫２の設定温度よりも例えば１０℃程度低い温度に設定され、冷凍庫２の設定温度が例えば−１０℃に設定された場合、コンデンシングユニット１の蒸発温度目標は例えば−２０℃程度に設定される。
【００２８】
そして、コンデンシングユニット１に設置された熱源側制御装置１１は、図４に示した処理を圧縮機制御周期毎（例えば１０秒毎）に行い、圧縮機４の回転数制御を行う。具体的にはまず、運転状態検知として吸入圧力センサ１７ａにより吸入圧力Ｐｓを検知し（Ｓ１１）、状態量演算として吸入圧力Ｐｓに基づき実際の蒸発温度ＥＴを演算する（Ｓ１２）。
【００２９】
そして、熱源側制御装置１１は、目標蒸発温度ＥＴｍとステップＳ１２で演算した蒸発温度ＥＴとに基づいて圧縮機４の回転数を決定する（Ｓ１３）。具体的には、ステップＳ１２にて求めた実際の蒸発温度ＥＴが目標蒸発温度ＥＴｍより高い場合には、現在よりも回転数を大きく、実際の蒸発温度ＥＴが目標蒸発温度ＥＴｍ以下の場合には、現在よりも小さく、というように実際の蒸発温度ＥＴが目標蒸発温度ＥＴｍとなるように回転数を決定する。熱源側制御装置１１は、このようにして決定した回転数となるように圧縮機４を制御する（Ｓ１４）。なお、どの程度回転数を大きくするか又は小さくするかは任意に設定可能である。
【００３０】
圧縮機４では以上の回転数制御が採用されるため、具体的な動作は以下のようになる。圧縮機４の起動前は冷凍庫２内の冷却が行われていない状態であるため、通常、冷凍庫２内の空気温度は設定温度よりも比較的高温になっている。このため、圧縮機起動直後の冷凍サイクルの蒸発温度は目標蒸発温度ＥＴｍよりも相当程度高い。よって、この状態で圧縮機４を起動させると、後述の図９（ａ）に示すように、圧縮機４は予め設定した起動回転数Ｆ０で立ち上がり、その後、速やかに庫内空気温度を低下させるべく、増速可能な最大幅で圧縮機制御周期毎に圧縮機４の回転数が増速する動作となる。そして、冷却負荷が小さくなり蒸発温度ＥＴが目標蒸発温度ＥＴｍに近づくと、それに伴って圧縮機４の回転数の増速率が低減するように調整される。
【００３１】
このような圧縮機回転数制御により、ユニットクーラ３の蒸発器１４の蒸発温度ＥＴは設定温度よりも１０℃程度低い目標蒸発温度ＥＴｍとなり、十分な冷却能力で冷凍庫２を冷却できる。
【００３２】
なお、ここでは制御目標を蒸発温度とした例を説明したが、冷凍庫２の庫内空気温度そのものとしてもよい。すなわち、庫内空気温度が設定温度より大幅に高い場合には、増速可能な最大幅で圧縮機制御周期毎に圧縮機４の回転数を増速し、庫内空気温度と設定温度との差が小さくなるにつれて徐々に圧縮機回転数Ｆｚの増速率を低減する動作とする。このような制御としても前述と同様に十分な冷却能力で冷凍庫２を冷却できる。
【００３３】
次に、膨張弁制御について説明する。膨張弁制御は、上述の図３のフローチャートからも明かなように、大きく分けて圧縮機起動時に適用される起動制御と、冷凍サイクル安定時に適用される通常制御とを有している。通常制御は従来と同様に負荷側（冷凍庫２側）と熱源側（コンデンシングユニット１側）との情報通信が不要で、負荷側でクローズ的に実施される制御である。以下ではまず、通常制御について説明し、その後、本発明の特徴部分である起動制御について説明する。
【００３４】
（膨張弁通常制御（過熱度目標制御））
図５は、本発明の一実施の形態に係る冷凍サイクル装置の膨張弁通常制御のフローチャートである。
まず、ユニットクーラ３に設置された負荷側制御装置１５は運転状態検知として入口側温度センサ１８ａにより蒸発器１４の入口側の冷媒温度を検知すると共に、出口側温度センサ１８ｂにより蒸発器１４の出口側の冷媒温度を検知し、その温度差を蒸発器１４出口の過熱度ＳＨとして認識する（Ｓ２１）。
【００３５】
そして、ステップＳ２１にて求めた実際の過熱度ＳＨが例えば２℃〜５℃程度に設定されている目標過熱度ＳＨｍに一致するように膨張弁開度Ｅを決定する（Ｓ２２）。具体的には、実際の過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｍよりも大きい場合は膨張弁開度Ｅを現在よりも大きくし、実際の過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｍよりも小さい場合には膨張弁開度Ｅを現在よりも小さくする。そして、負荷側制御装置１５は、決定した開度Ｅとなるように膨張弁１３を制御する（Ｓ２３）。なお、ステップＳ２３においてどの程度開度を大きく又は小さくするかは、任意に設定可能である。
【００３６】
負荷側制御装置１５は、図５に示した処理を膨張弁制御周期毎（例えば１５秒毎）に行って自己の膨張弁１３の開度Ｅを制御する。なお、通常制御ではユニットクーラ３内に備えた蒸発器１４の過熱度ＳＨに基づき膨張弁開度Ｅを決定するため、各ユニットクーラ３が独立して膨張弁制御を行うことができる。
【００３７】
（膨張弁起動制御）
膨張弁起動制御は、圧縮機起動時に吸入圧力を急低下させることなく、かつ、液バックを発生させることなく冷媒量の分布を速やかに安定状態とすることが可能な冷凍サイクル装置を得ることを目的とした制御である。
【００３８】
コンデンシングユニット１が運転していない状態つまり圧縮機４が起動していない状態では、冷凍庫２内の空気温度及び蒸発器１４の冷媒温度などは比較的高温となっている。このため、圧縮機４の起動直後から冷媒量分布が安定するまでの数分間は、膨張弁１３を通常制御の場合のように過熱度目標制御とすると以下のように不具合が生じてしまう。
【００３９】
例えば、圧縮機起動直後は、蒸発器１４に流入した冷媒が蒸発器１４の熱容量によってすぐに蒸発し、蒸発器１４出口の過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｍを超えて過熱された状態となる。このため、過熱度目標制御とすると、過熱度ＳＨを目標過熱度ＳＨｍに一致させようとして膨張弁開度Ｅを大きくし、冷媒流量を増加させることになるが、膨張弁開度大の状態を終了するタイミングを見誤り、必要以上に長く継続してしまうと、液冷媒が蒸発器１４に溜まり込み、蒸発器１４の熱容量が取り去られた時点で激しく液バックしてしまう。
【００４０】
これを回避するため、起動直後の初期状態から膨張弁開度Ｅを小さくした場合、今度は以下の問題が生じる。膨張弁開度Ｅが小さいと冷媒流量が制限されるため、なかなか蒸発器１４に液冷媒が移動せず、蒸発器１４出口の過熱度ＳＨが過大となったままの状態が続き、長時間冷却能力が得られない運転状態となる。
【００４１】
そこで、本実施の形態においては次の図６に示す起動制御を行う。
【００４２】
図６は、本発明の一実施の形態に係る冷凍サイクル装置の膨張弁起動制御のフローチャートである。ここでまず、膨張弁起動制御の概要について簡単に説明すると、膨張弁起動制御は、膨張弁流量と圧縮機流量とが一致するように膨張弁１３の開度を制御することにある。なお、コンデンシングユニット１と冷凍庫２が同一メーカーの場合、また異なるメーカーの場合のどちらの場合も、膨張弁流量と圧縮機流量の算出に必要な特性データ等を予め情報中継器１６に記憶させておき、その特性データと、コンデンシングユニット１側及び冷凍庫２側から取得した情報に基づき、情報中継器１６にて膨張弁流量と圧縮機流量の算出を行う。
【００４３】
そして、その算出結果を情報中継器１６から負荷側制御装置１５に送信し、負荷側制御装置１５は、情報中継器１６から受信した膨張弁流量と圧縮機流量に基づいて、膨張弁流量と圧縮機流量が一致するように膨張弁１３を制御する。なお、膨張弁流量と圧縮機流量の算出にあたっては、冷凍庫２側で検知した温度情報（蒸発器１４の入口側の冷媒温度、蒸発器１４の出口側の冷媒温度）は使用せず、冷凍庫２側で検知した膨張弁１３の現在の開度と、コンデンシングユニット１側で検知した物理量（圧縮機４の回転数、蒸発器１４の入口側の冷媒温度、蒸発器１４の出口側の冷媒温度）とを用いて行うようにしている。
【００４４】
以下、膨張弁起動制御について図６を参照して説明する。なお、図６に示す各ステップの処理は、負荷側制御装置１５で膨張弁起動制御を開始してから、熱源側制御装置１１及び情報中継器１６も含めて冷凍サイクル装置全体で行われる処理であり、負荷側制御装置１５で行われる処理だけを示したものではない。
【００４５】
圧縮機４が起動すると、負荷側制御装置１５は自己の膨張弁１３に対して起動制御を開始する。まず運転状態を検知する。具体的には、情報中継器１６が現在の圧縮機回転数Ｆｚと膨張弁差圧ΔＰｖとを検知する（Ｓ３１）。膨張弁差圧ΔＰｖは圧縮機４の前後の差圧とされ、吸入圧力センサ１７ａにより検知された吸入圧力Ｐｓと吐出圧力センサ１７ｂにより検知された吐出圧力Ｐｄとの差分を算出することにより求められる。圧縮機回転数Ｆｚ、吸入圧力Ｐｓ及び吐出圧力Ｐｄの情報は熱源側制御装置１１が保持しているため、情報中継器１６は、これらの情報を取得して膨張弁差圧ΔＰｖを算出する。
【００４６】
ついで、情報中継器１６は、冷凍サイクルの状態量として圧縮機流量（蒸発器出口流量）Ｇｃと膨張弁流量（蒸発器入口流量）Ｇｖとを演算する（Ｓ３２）。圧縮機流量Ｇｃは、圧縮機回転数Ｆｚと吸入圧力Ｐｓとから以下のようにして演算される。情報中継器１６には予め圧縮機１回転あたりの吸入容積［ｍ3］が記憶されており、この吸入容積に、吸入圧力Ｐｓから推定される吸入冷媒密度ρｓ［ｋｇ／ｍ3］と圧縮機回転数Ｆｚ［１／ｓｅｃ］とを乗算することにより算出する。
【００４７】
圧縮機流量Ｇｃの算出にあたっては、図７に示すような圧縮機回転数Ｆｚ（ここでは３０ｒｐｓ、５０ｒｐｓ、７０ｒｐｓを例示）に応じた吸入圧力Ｐｓと圧縮機流量Ｇｃとの関係式を予め情報中継器１６に記憶しておき、この関係式に基づいて圧縮機流量Ｇｃを求めるようにしてもよい。
【００４８】
また、膨張弁流量Ｇｖは、情報中継器１６に予め記憶された図８に示す膨張弁流量特性に基づいて以下のようにして演算される。図８（ａ）は、膨張弁開度−流量係数特性を示す図である。図８（ｂ）は、膨張弁差圧ΔＰｖ（ここでは０．５ＭＰａ、１．０ＭＰａ、１．５ＭＰａ、２．０ＭＰａ）に応じた流量係数−膨張弁流量特性を示す図である。
【００４９】
負荷側制御装置１５は現在の膨張弁１３の開度を把握しており、現在の膨張弁開度Ｅを情報中継器１６に送信する。情報中継器１６は予め記憶した、図８（ａ）に示す膨張弁開度−流量係数特性とに基づいて、まず流量係数を求める。ここではユニットクーラ１台のみ稼働しているものとすると、１台稼働用の流量特性に基づいて流量係数を求める。そして、流量係数と現在の膨張弁差圧ΔＰｖと図８に示す流量係数−膨張弁流量特性とに基づいて膨張弁流量Ｇｖを求める。
【００５０】
以上により、情報中継器１６にて圧縮機流量Ｇｃと膨張弁流量Ｇｖとが算出された。負荷側制御装置１５は、情報中継器１６にて算出された圧縮機流量Ｇｃと膨張弁流量Ｇｖとを取得し、圧縮機流量Ｇｃと膨張弁流量Ｇｖとが一致するように膨張弁開度Ｅを決定する（Ｓ３３）。具体的には、圧縮機流量Ｇｃが膨張弁流量Ｇｖよりも大きい場合は膨張弁開度Ｅを現在よりも大きくし、圧縮機流量Ｇｃが膨張弁流量Ｇｖよりも小さい場合は膨張弁開度Ｅを現在よりも小さくする。負荷側制御装置１５は、このようにして決定した開度となるように膨張弁１３を制御する（Ｓ３４）。なお、ステップＳ３３においてどの程度開度を大きくするか又は小さくするかは任意に設定可能である。なお、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す流量特性は、負荷側制御装置１５に記憶されていてもよい。
【００５１】
冷凍サイクル装置は、図６に示した処理を膨張弁制御周期毎（例えば１５秒毎）に行い、負荷側制御装置１５が自己の膨張弁開度Ｅを制御する。
【００５２】
なお、ユニットクーラ３が２台とも稼働しているときは、膨張弁開度−流量係数特性に基づいて各膨張弁１３それぞれの流量係数を求め、それぞれの流量係数と流量係数−膨張弁流量特性とに基づいて各膨張弁１３それぞれの膨張弁流量Ｇｖを算出する。そして、これらを合計した合計膨張弁流量Ｇｖと圧縮機流量Ｇｃとが一致するように膨張弁開度Ｅを決定する。これにより、ユニットクーラ３の稼働状況を加味して圧縮機流量Ｇｃに適応した膨張弁開度に制御することが可能となる。
【００５３】
このように圧縮機流量（蒸発器出口流量）Ｇｃと膨張弁流量（蒸発器入口流量）Ｇｖとを一致させるようにすると、圧縮機回転数Ｆｚが増速していく過渡状況においても蒸発器１４内の冷媒量が変化しないようにすることができる。すなわち、圧縮機回転数Ｆｚが時々刻々変化する起動時においても、蒸発器１４内の冷媒量を安定させることが可能となり、液バックに至る状況や蒸発器１４内の液冷媒が消失して圧縮機４の吸入圧力Ｐｓが急低下してしまうなどの不具合を回避することができる。
【００５４】
なお、圧縮機起動直後の膨張弁１３の初期開度Ｅ０は、圧縮機流量Ｇｃと膨張弁流量Ｇｖとが一致するように予め実験等により求められた開度が設定される。膨張弁１３の初期開度Ｅ０が小さすぎてしまうと、吸入圧力Ｐｓが一気に低下して圧縮機４が緊急停止してしまう状況となる。また、初期開度Ｅ０が大きすぎてしまうと、蒸発器１４内部に急速に液冷媒が溜まり込み、継続的な液バックが発生してしまう状況となる。何れも、信頼性を低下させる現象である。よって、圧縮機流量Ｇｃと膨張弁流量Ｇｖとが一致するように初期開度Ｅ０を決めることで、これらの不具合を解消する起動を可能としている。
【００５５】
ところで、起動制御から通常制御に切り替わって冷凍サイクルが安定した状態では、通常、蒸発器１４に内容積の２０％程度、液冷媒が存在する。このため、圧縮機起動時に膨張弁１３を開いてからある程度液冷媒が蒸発器１４に溜まり込むまでの間、例えば圧縮機起動から３０秒程度は、膨張弁流量Ｇｖの方が大きくなるように膨張弁開度Ｅを設定してもよい。すなわち圧縮機流量Ｇｃと膨張弁流量Ｇｖが一致するようにするための開度よりも大きい開度としてもよい。このようにすると、起動直後に蒸発器１４に液冷媒を必要量だけ移動できるので、より速やかに冷凍サイクルを安定させることができる。
【００５６】
図９は、本発明の一実施の形態に係る冷凍サイクル装置の起動から安定状態に至るまでの制御状況を示すタイムチャートである。図９（ａ）は、横軸に時間、縦軸に圧縮機回転数Ｆｚを示している。図９（ｂ）は、横軸に時間、縦軸に膨張弁開度Ｅを示している。図９（ｃ）は、横軸に時間、縦軸に過熱度ＳＨを示している。図９（ｄ）は、横軸に時間、縦軸に吸入圧力Ｐｓを示している。
【００５７】
膨張弁開度Ｅは、圧縮機起動と同時に起動制御を開始し、起動直後は予め設定された初期開度Ｅ０で開かれ、その後、上述したように圧縮機流量Ｇｃと膨張弁流量Ｇｖとが一致するように制御される。
【００５８】
ところで、一般の冷凍サイクル装置は、ポンプダウンされた状態で停止している。ポンプダウンとは、冷凍サイクル内に拡散された冷媒を高圧側に収集する運転である。ポンプダウンされていると、蒸発器１４内部に液冷媒は存在せず、高圧側に液冷媒が押し込まれた状態であり、膨張弁１３の上流には常に液冷媒が存在している。したがって、起動初期は膨張弁１３の上流の液冷媒が膨張弁１３に流入するため、圧縮機流量Ｇｃよりも膨張弁流量Ｇｖが多く、図９（ｂ）に示すように膨張弁開度Ｅを絞る動作となる。
【００５９】
なお、停止中は液電磁弁１２が閉塞され、膨張弁１３は次の圧縮機起動に備えて初期開度Ｅ０に調整されている。そして、圧縮機４の吸入圧力Ｐｓは、ポンプダウンされていることにより起動直後は低い状態となっているが、膨張弁１３の起動制御で液電磁弁１２が開放されるのと同時に一気に高圧に接近し、その後、蒸発器１４の熱交換性能に応じた蒸発圧力Ｐｓ０に近づいていく。
【００６０】
このとき、過熱度ＳＨは起動直後からしばらく大きい状態が維持される。これは、起動直後は蒸発器１４の熱容量によって蒸発器１４の出口冷媒の温度が庫内空気温度とほとんど等しい状態となるためである。そして、蒸発器１４の熱容量が取り去られるにつれて、過熱度ＳＨは徐々に小さくなっていく。
【００６１】
そして、過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｍまで低下すると起動完了と判断され、すなわち冷凍サイクルが安定状態に移行したと判断でき、膨張弁１３が通常制御（目標過熱度制御）に切り替えられる。これにより過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｍに一定に保たれる。
【００６２】
なお、上記では起動後のポンプダウンにより膨張弁１３の上流に常に液冷媒が存在する場合について説明した。しかしながら、冷凍サイクル装置１００を長期停止した場合などには膨張弁１３の上流に液冷媒が存在せず、ガス冷媒が存在している場合がある。この場合、液電磁弁１２の開放により膨張弁１３にガス冷媒が流入し、膨張弁流量Ｇｖが一気に低下する。このため、膨張弁１３を初期開度Ｅ０から膨張弁制御周期毎に開度を大きくし、全開まで大きくしてもなお、過熱度ＳＨが上昇し、吸入圧力Ｐｓが急低下する。
【００６３】
このような状況に対応するため、本例では、起動制御中に膨張弁１３の開度Ｅが全開付近まで大きくなっている場合、それ以上の圧縮機回転数の増速を行わないようにしている。具体的な制御としては、起動制御中に膨張弁１３の開度Ｅが全開付近の所定開度以上であるとき、圧縮機４の回転数の増速を制限する制御を行う。膨張弁開度Ｅをそれ以上大きくできないような状況で圧縮機４の回転数を更に増速してしまうと、圧縮機流量Ｇｃよりも膨張弁流量Ｇｖの方が小さくなって過熱度ＳＨが異常上昇し、吸入圧力Ｐｓの異常低下や、吐出温度が異常上昇する等の不具合が生じる可能性がある。このため、膨張弁１３の開度Ｅが全開付近のときには圧縮機４の増速を制限することで、これらの不具合を防止し、速やかに冷凍サイクルを安定させることが可能となる。
【００６４】
以上説明したように本実施の形態によれば、膨張弁制御を行う負荷側制御装置１５と、圧縮機制御を行う熱源側制御装置１１との間で情報を共有する情報中継器１６を設けたので、圧縮機起動時のような急激な冷媒移動が起こる状況において、熱源側制御装置１１から得た情報を用いて負荷側制御装置１５側で適切な膨張弁制御を行うことができる。よって、コンデンシングユニット１と冷凍庫２とが同一メーカーの場合はもちろんのこと、仮に別メーカーであったとしても、お互いの制御情報を共有して優れた膨張弁制御が可能となる。
【００６５】
具体的には、本例の膨張弁起動制御では、外乱を多く含む温度情報を使用せず、圧縮機回転数Ｆｚと冷媒圧力情報を使用して膨張弁開度Ｅを決定するようにしたので、圧縮機起動時のように急激な冷媒移動が起こる状況においても、冷凍サイクルの時間遅れ（熱交換器等、要素部品の熱容量によって、温度センサが検知する温度と実際の冷媒温度に差が生じること、あるいは、膨張弁等に動作指示をしてから動作を完了するまで、制御上の開度と実際の開度に差が生じること等）に影響されない適正な膨張弁開度制御を行うことができる。すなわち、熱交換器や接続配管などの要素部材の熱容量による悪影響を排除した膨張弁開度制御とすることで、過熱度ＳＨの異常上昇、吸入圧力Ｐｓの異常低下及び吐出温度の異常上昇を回避することができる。
【００６６】
また、膨張弁起動制御の具体的な制御内容としては、圧縮機起動時に圧縮機流量Ｇｃと膨張弁流量Ｇｖとが一致するように膨張弁開度Ｅを制御するようにしたので、圧縮機回転数Ｆｚが時々刻々変化する過渡的状況においても、蒸発器１４内の冷媒量を安定させることが可能となり、液バックや吸入圧力Ｐｓの急低下を回避することができる。また、圧縮機起動直後から膨張弁１３の開度制御を開始するため、従来の圧縮機回転数増速過程終了後に膨張弁１３の開度制御を開始する場合に比べて冷媒量の分布を速やかに安定状態まで制御することができる。このように圧縮機起動時から冷媒安定状態までの移行を短時間化できるため、省エネにも寄与できる。
【００６７】
また、コンデンシングユニット１と冷凍庫２とが別メーカーであったとしても、膨張弁流量と圧縮機流量の算出に必要な特性データ等を予め情報中継器１６に記憶させておくことで、その特性データと、コンデンシングユニット１側及び冷凍庫２側から取得した情報とに基づき、膨張弁流量と圧縮機流量とを情報中継器１６にて算出できる。また、情報中継器１６でシステム構成全体を把握できるので、コンデンシングユニット１あるいはユニットクーラ３が複数台接続されていても、合計流量の演算処理を速やかに行うことができる。なお、膨張弁流量と圧縮機流量の算出は情報中継器１６に限られず、膨張弁流量は負荷側制御装置１５で算出し、圧縮機流量は熱源側制御装置１１で算出するようにしてもよい。ただし、上記の観点から情報中継器１６にて行うことが望ましい。
【００６８】
また、起動制御中に膨張弁開度Ｅが全開付近のとき、圧縮機４を現在以上に増速しないように制限するようにしたので、吸入圧力Ｐｓの急低下を防止することができる。
【００６９】
また、膨張弁１３の通常制御時はユニットクーラ３内に設けた入口側温度センサ１８ａ及び出口側温度センサ１８ｂの検出温度に基づいて開度制御を行えるため、負荷側と熱源側で情報通信が不要であり、制御動作を単純化することができる。
【００７０】
なお、上記実施の形態では、冷凍サイクルの物理量を検知するセンサとして吸入圧力センサ１７ａ、吐出圧力センサ１７ｂ、入口側温度センサ１８ａ及び出口側温度センサ１８ｂを用いたが、これに限られたものではない。また、圧縮機流量及び膨張弁流量の算出方法は上記の方法に限られず、他の物理量を用いて算出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  コンデンシングユニット、２  冷凍庫、３  ユニットクーラ、４  圧縮機、５  凝縮器、６  送風機、７  レシーバ、８  エコノマイザ、９  エコノマイザ膨張弁、１０  インジェクション配管、１１  熱源側制御装置、１２  液電磁弁、１３  膨張弁、１４  蒸発器、１５  負荷側制御装置、１６  情報中継器、１７ａ  吸入圧力センサ、１７ｂ  吐出圧力センサ、１８ａ  入口側温度センサ、１８ｂ  出口側温度センサ、１００  冷凍サイクル装置。
【図１】
0005449266.tif 000002
【図２】
0005449266.tif 000003
【図３】
0005449266.tif 000004
【図４】
0005449266.tif 000005
【図５】
0005449266.tif 000006
【図６】
0005449266.tif 000007
【図７】
0005449266.tif 000008
【図８】
0005449266.tif 000009
【図９】
0005449266.tif 000010