(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機(１１),凝縮器(１２),膨張弁(１３)および蒸発器(１４)を冷媒配管で環状に接続し、上記圧縮機(１１)の吸入配管(１５)に第１温度センサ(１６)と第１圧力センサ(１７)とを設け、上記第１温度センサ(１６)で検出された温度と上記第１圧力センサ(１７)で検出された圧力とに基づいて、上記圧縮機(１１)の吸入過熱度が目標値(ａ)になるように上記膨張弁(１３)の開度を制御する膨張弁の制御装置において、
上記圧縮機(１１)の吐出配管(１８)に設けられると共に、吐出冷媒の温度を検出する第２温度センサ(１９)と、
上記圧縮機(１１)の吐出配管(１８)に設けられると共に、上記吐出冷媒の圧力を検出する第２圧力センサ(２０)と、
上記検出された吐出冷媒の温度と圧力とに基づいて上記圧縮機(１１)の吐出過熱度を求め、この吐出過熱度が第１設定値(Ｃ)よりも低い場合には、上記目標値(ａ)を、所定の値(Ａ)から所定値だけ高い値(Ａ＋Ｆ)に修正する一方、上記目標値(ａ)が上記修正値(Ａ＋Ｆ)であり、且つ、上記吐出過熱度が第２設定値(Ｇ)よりも高い場合には、上記目標値(ａ)を、上記修正値(Ａ＋Ｆ)よりも上記所定値だけ低い値(Ａ)に戻す膨張弁開度演算手段(２１)を備え、
上記第１設定値(Ｃ)は、上記圧縮機(１１)が湿り圧縮になる直前の吸入過熱度に対応する吐出過熱度であり、
上記第２設定値(Ｇ)は、上記圧縮機(１１)が正常運転状態となったと見なせる吸入過熱度に対応する吐出過熱度である
ことを特徴とする膨張弁の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の膨張弁の制御装置において、
上記膨張弁開度演算手段(２１)は、
上記吐出過熱度が上記第１設定値(Ｃ)よりも低い状態が所定時間継続した場合に、上記目標値(ａ)を高めるようになっていることを特徴とする膨張弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気調和装置における膨張弁の開度を最適に制御する膨張弁の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷却された水を用いて冷房を行う空気調和装置として、図３に示すようなものがある。この空気調和装置は、圧縮機１,空気側熱交換器２,膨張弁３及び水側熱交換器４で概略構成されており、以下のように動作する。すなわち、図３において、圧縮機１からの高温高圧の冷媒は、凝縮器として機能する空気側熱交換器２で空気との熱交換によって凝縮され、低温高圧となって膨張弁３に供給される。そして、膨張弁３で減圧された低温低圧の冷媒は、蒸発器として機能する水側熱交換器４で水との熱交換によって蒸発し、気体となって圧縮機１に戻る。そして、水側熱交換器４で冷却された冷水が冷房に用いられるのである。
【０００３】
ここで、上記膨張弁３の開度制御は、圧縮機１の吸入過熱度を目標値にするように行われる。蒸発器として機能する水側熱交換器４は、冷媒の流出側の過熱度(つまり、圧縮機１の吸入過熱度)が低い程有効に利用されていると言うことができる。その一方において、圧縮機１側から見れば、一般に吸入過熱度が過度に低下すると湿り状態での運転になり、圧縮機１内部の冷凍機油不足や最悪の場合には液圧縮が発生して、圧縮機１の故障の原因となる。
【０００４】
そこで、上述のごとく、上記圧縮機１を、安全な範囲内で少しでも低吸入過熱状態で運転ができるような吸入過熱度の目標値を設定する。そして、実際の吸入過熱度が上記目標値になるように膨張弁３の開度制御を行うのである。こうすることによって、水側熱交換器４を効率に使用して、小型化,高性能化を図ることができるのである。
【０００５】
以下、上記膨張弁３の開度制御の具体的な方法について説明する。図３に示すように、水側熱交換器４から圧縮機１への吸入配管５には、吸入配管温度を検出する温度センサ６と吸入配管５内を流れる冷媒の低圧圧力を検出する圧力センサ７とを設けており、両センサ６,７からの検出信号は膨張弁開度演算部８に入力される。膨張弁開度演算部８は、上記吸入配管温度と低圧圧力値とに基づいて現在の吸入過熱度を算出し、この現吸入過熱度と目標値との差に応じて所定開度だけ膨張弁３を開閉させる開度変化量を設定する。
【０００６】
そして、上記設定された開度変化量を表す開度信号が開度可変動作部９に出力され、この開度可変動作部９によって、上記開度変化量に応じて膨張弁３の開閉が行われるのである。
【０００７】
図４は、上記膨張弁開度演算部８によって実行される膨張弁の開閉制御処理動作のフローチャートである。以下、図４に従って、膨張弁の開閉制御処理動作について、より具体的に説明する。本空気調和装置全体の動作を制御する制御装置(図示せず)から膨張弁開度演算部８に対して膨張弁の開閉制御の要求があると、膨張弁の開閉制御処理動作がスタートする。
【０００８】
ステップＳ1で、サンプリングタイマがセットされる。ステップＳ2で、上記サンプリングタイマがアップしたと判断されるとステップＳ3に進む。ステップＳ3で、温度センサ６によって検出された吸入配管温度と圧力センサ７によって検出された低圧圧力とに基づいて、現吸入過熱度Ｂが算出される。ステップＳ4で、現吸入過熱度Ｂが目標値ａよりも高いか否かが判別される。その結果、高い場合にはステップＳ5に進み、そうでない場合にはステップＳ6に進む。ステップＳ5で、膨張弁３を所定の開度だけ開放させる開度信号が開度可変動作部９に出力される。そうした後、上記ステップＳ1に戻って、上記サンプリングタイマがリセットされる。こうして、膨張弁３が上記所定開度だけ開放される。
【０００９】
ステップＳ6で、上記現吸入過熱度Ｂが目標値ａよりも低いか否かが判別される。その結果、低い場合にはステップＳ7に進み、そうでない場合には、現吸入過熱度Ｂは目標値ａであるから膨張弁３の開度制御を行わず、上記ステップＳ1に戻って、上記サンプリングタイマがリセットされる。ステップＳ7で、膨張弁３を所定の開度だけ閉鎖させる開度信号が開度可変動作部９に出力される。そうした後に、上記ステップＳ1に戻って、上記サンプリングタイマがリセットされる。こうして、膨張弁３が上記所定開度だけ閉鎖される。以後、ステップＳ1からステップＳ7までの動作が繰り返されるのである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の膨張弁の開度制御には、以下のような問題がある。すなわち、図３に示す空気調和装置では、温度センサ６や圧力センサ７によって吸入配管温度や冷媒の低圧圧力を検出するようにしているが、このセンサ６,７には測定誤差が生ずる。さらに、低過熱度域では、配管での気液分布つまり温度分布が悪化すること等のために、吸入配管温度の測定が困難になる。これらの理由から、上記現吸入過熱度Ｂが実際よりも高く算出されてしまい、過度に低過熱度運転が行われることになる。
【００１１】
そのため、従来においては、上記過熱度の目標値ａを充分に安全度(例えば、本来の目標値「４℃」に対して「＋４℃」)を取った比較的高い値に設定して、膨張弁３の開閉制御処理を行っている。その結果、水側熱交換器４を有効に利用することができる余地が残ってしまい、水側熱交換器４の有効利用を図ることができないという問題が生ずる。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、圧縮機の安全運転状態を保ちつつ低吸入過熱度運転を行うことが可能な膨張弁制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、圧縮機,凝縮器,膨張弁および蒸発器を冷媒配管で環状に接続し,上記圧縮機の吸入配管に第１温度センサと第１圧力センサとを設け,上記第１温度センサで検出された温度と上記第１圧力センサで検出された圧力とに基づいて,上記圧縮機の吸入過熱度が目標値になるように上記膨張弁の開度を制御する膨張弁の制御装置において、上記圧縮機の吐出配管に設けられると共に吐出冷媒の温度を検出する第２温度センサと、上記圧縮機の吐出配管に設けられると共に上記吐出冷媒の圧力を検出する第２圧力センサと、上記検出された吐出冷媒の温度と圧力とに基づいて上記圧縮機の吐出過熱度を求め,この吐出過熱度が第１設定値よりも低い場合には,上記目標値を,所定の値から所定値だけ高い値に修正する一方,上記目標値が上記修正値であり且つ上記吐出過熱度が第２設定値よりも高い場合には,上記目標値を,上記修正値よりも上記所定値だけ低い値に戻す膨張弁開度演算手段を備え、上記第１設定値は上記圧縮機が湿り圧縮になる直前の吸入過熱度に対応する吐出過熱度であり、上記第２設定値は上記圧縮機が正常運転状態となったと見なせる吸入過熱度に対応する吐出過熱度であることを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、膨張弁開度演算手段によって、第２温度センサで検出された吐出冷媒の温度と第２圧力センサで検出された吐出冷媒の圧力とに基づく吐出過熱度が監視されて、上記吸入過熱度の目標値に対する修正が行われる。こうして、上記吸入過熱度よりは高い値を示す吐出過熱度が監視されることによって、上記吸入過熱度によって圧縮機の湿り状態を判断するよりは、容易且つ正確に上記圧縮機の湿り状態が判断される。
【００１５】
さらに、上記吐出過熱度によって、上記圧縮機が湿り状態になったと判断された場合に上記吸入過熱度の目標値を高めることによって、常時吸入過熱度の目標値に安全度を持たせておく必要が無くなる。したがって、上記圧縮機の安全運転状態を保ちつつ、低吸入過熱度運転を行うことが可能になる。
【００１６】
さらに、上記吐出過熱度が、第１設定値よりも低い場合には上記目標値が高められ、第２設定値(＞第１設定値)よりも高い場合には上記目標値が低められる。その際に、上記第１設定値は、上記圧縮機が湿り運転状態になる直前の吸入過熱度に対応する吐出過熱度に設定される一方、上記第２設定値は、上記圧縮機が正常運転状態であると見なせる吸入過熱度に対応する吐出過熱度に設定されている。したがって、上記圧縮機が湿り状態であることを的確に判断して上記吸入過熱度の目標値を高めることが可能になる。
【００１７】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の膨張弁の制御装置において、上記膨張弁開度演算手段は、上記吐出過熱度が上記第１設定値よりも低い状態が所定時間継続した場合に上記目標値を高めるようになっていることを特徴としている。
【００１８】
上記構成によれば、上記吐出過熱度が第１設定値よりも低い状態が所定時間継続した場合に上記目標値が高められる。したがって、例えば、上記圧縮機が湿り運転状態になったことがより確実に判断される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態の膨張弁の制御装置が搭載されている空気調和装置における構成を示す概略図である。本実施の形態における空気調和装置は、図３に示す空気調和装置と同様に、冷却された水を用いて冷房を行う空気調和装置である。図１において、圧縮機１１,空気側熱交換器１２,膨張弁１３,水側熱交換器１４,吸入配管１５,第１温度センサ１６および第１圧力センサ１７は、図３に示す圧縮機１,空気側熱交換器２,膨張弁３,水側熱交換器４,吸入配管５,温度センサ６および圧力センサ７と同じであり、詳細な説明は省略する。
【００２０】
本実施の形態においては、上記圧縮機１１から空気側熱交換器１２への吐出配管１８に、吐出配管温度を検出する第２温度センサ１９と吐出配管１８内を流れる冷媒の高圧圧力を検出する第２圧力センサ２０とを設けている。そして、全センサ１６,１７,１９,２０からの検出信号は、膨張弁開度演算部２１に入力されるようにしている。
【００２１】
上記膨張弁開度演算部２１は、第１温度センサ１６で検出された吸入配管温度と第１圧力センサ１７で検出された低圧圧力値とに基づいて現在の吸入過熱度を算出し、この現吸入過熱度と目標値との差に応じて膨張弁１３を所定開度だけ開閉させるための開度信号を出力する。さらに、第２温度センサ１９で検出された吐出配管温度と第２圧力センサ２０で検出された高圧圧力値とに基づいて現在の吐出過熱度を算出し、この現吐出過熱度に基づいて圧縮機１１が湿り状態であるか否かを判定する。そして、湿り状態の場合とそうでない場合とで、上記吸入過熱度の目標値を変更するのである。こうして、圧縮機の安全運転状態を保つことと、低吸入過熱度運転を行うこととの両立を図るのである。
【００２２】
尚、その際における上記過熱度の算出は、上記第１温度センサ１６あるいは第２温度センサ１９で検出された配管温度(冷媒温度)と第１圧力センサ１７あるいは第２圧力センサ２０で検出された圧力時における乾燥飽和蒸気温度との差を算出することによって行われる。
【００２３】
上記膨張弁開度演算部２１からの上記開度信号は開度可変動作部２２に出力され、この開度可変動作部２２によって、上記開度信号に基づいて上記所定開度だけ膨張弁１３の開閉が行われるのである。
【００２４】
図２は、上記膨張弁開度演算部２１によって実行される膨張弁の開閉制御処理動作のフローチャートである。以下、図２に従って、膨張弁の開閉制御処理動作について具体的に説明する。本空気調和装置全体の動作を制御する制御装置(図示せず)から膨張弁開度演算部２１に対して膨張弁の開閉制御の要求があると、膨張弁の開閉制御処理動作がスタートする。
【００２５】
ステップＳ11で、サンプリングタイマがセットされる。ステップＳ12で、上記サンプリングタイマがアップしたと判断されるとステップＳ13に進む。ステップＳ13で、第２温度センサ１９によって検出された吹出配管温度と第２圧力センサ２０によって検出された高圧圧力とに基づいて、現在の吐出過熱度Ｄが算出される。
【００２６】
ステップＳ14で、上記吸入過熱度の目標値ａが値「Ａ」に設定されているか否かが判別される。その結果、値「Ａ」に設定されていればステップＳ15に進む一方、そうでなければ(つまり、値「Ａ＋Ｆ」＝「Ａ'(＞Ａ)」に設定されていれば)ステップＳ18に進む。ステップＳ15で、現吐出過熱度Ｄが第１設定加熱度Ｃよりも低いか否かが判別される。その結果、低い場合にはステップＳ16に進み、そうでなければ圧縮機１１は正常に運転されていると判断されてステップＳ20に進む。ステップＳ16で、Ｄ＞ＣになってからＥ秒以上が経過したか否かが、カウンタやタイマ(共に図示せず)を用いて判別される。その結果、Ｅ秒以上が経過すれば、Ｄ＞Ｃの状態がＥ秒以上継続しているので、吸入過熱度が低くなり過ぎて圧縮機１１が湿り状態での運転になっていると判断されてステップＳ17に進む。一方、そうでなければ、上記ステップＳ15に戻ってＥ秒以上が経過するのを待つ。但し、Ｅ秒が経過前にＤ≦ＣになればステップＳ20に進む。
【００２７】
ステップＳ17で、上記吸入過熱度が低くなり過ぎているので、吸入過熱度の目標値ａの値が値「Ａ」から値「Ａ'」に高められる。そうした後、ステップＳ20に進む。こうして、吸入過熱度が低くなり過ぎて圧縮機１１が湿り状態での運転になることが防止される。
【００２８】
ステップＳ18で、現吐出過熱度Ｄが第２設定加熱度Ｇ(＞Ｃ)よりも高いか否かが判別される。その結果、高い場合には、目標値ａが高く(値「Ａ'」)設定されたことによって吸入過熱度が正常(圧縮機１１は乾き運転)に復帰したと判断されてステップＳ19に進む。一方、そうでなければ、吸入過熱度は未だ正常に復帰していない判断されて、目標値ａが「Ａ'」のままステップＳ20に進む。ステップＳ19で、圧縮機１１は正常に運転されているので、吸入過熱度の目標値ａの値が現在の値「Ａ'」から元の値「Ａ」に戻される。こうして、不必要に吸入過熱度を高くして水側熱交換器１４の効率を低下させることが防止される。
【００２９】
ステップＳ20で、上記第１温度センサ１６で検出された吸入配管温度と第１圧力センサ１７で検出された低圧圧力値と上記設定された吸入過熱度の目標値ａに基づいて、図４に示す従来の膨張弁の開閉制御処理におけるステップＳ3〜ステップＳ7と同様の処理によって、膨張弁１３の開閉制御処理が実行される。そうした後に、上記ステップＳ1に戻って、上記サンプリングタイマがリセットされる。こうして、膨張弁１３の開度が上記吸入過熱度が目標値ａになるように上記所定開度ずつ開閉制御されるのである。以後、ステップＳ11からステップＳ20までの動作が繰り返されるのである。
【００３０】
上述のごとく、本実施の形態においては、上記吸入配管１５に設けられて上記吸入過熱度制御を行うための第１温度センサ１６および第１圧力センサ１７に加えて、吐出配管１８に吐出配管温度を検出する第２温度センサ１９と冷媒の高圧圧力を検出する第２圧力センサ２０とを設けている。そして、膨張弁開度演算部２１によって、第２温度センサ１９からの吐出配管温度と第２圧力センサ２０からの高圧圧力とに基づいて、吸入過熱度よりは高い値を示すために吸入配管温度よりは測定が容易且つ正確に行い得る吐出過熱度の値Ｄを監視する。
【００３１】
そして、現吐出過熱度Ｄが、上記圧縮機１１が湿り圧縮になる直前の吸入過熱度に対応する第１設定加熱度Ｃよりも低い状態がＥ秒以上継続した場合には、吸入過熱度の目標値ａの値を値「Ａ」から値「Ａ'」に高める。一方、現吐出過熱度Ｄが、圧縮機１１は正常運転状態になったと見なせる吸入過熱度に対応する第２設定加熱度Ｇ(＞Ｃ)よりも高い場合には、吸入過熱度の目標値ａの値を値「Ａ」に戻すようにしている。
【００３２】
こうすることによって、上記圧縮機１１が湿り状態で運転されていることを的確に検知して吸入過熱度の目標値ａを充分安全な値「Ａ'」に高めることがきるため、常時吸入過熱度の目標値ａに安全度を持たせておく必要が無くなる。したがって、圧縮機１１の安全運転状態を保ちつつ、低吸入過熱度運転を行うことが可能になるのである。
【００３３】
その結果、上記水側熱交換器１４の有効利用を図ることができ、水側熱交換器１４の小型化や低コスト化、更には本空気調和装置の高効率化を図ることができるのである。
【００３４】
尚、上記膨張弁開度演算部２１による膨張弁の開閉制御処理の動作は、図２に示すフローチャートに限定するものではない。また、本実施の形態においては、１タイムアップ毎に所定開度だけ膨張弁１３の開閉を行うようにしているが、現吸入過熱度Ｂと目標値ａとの差に応じた開度で開閉を行うようにしても差し支えない。
【００３５】
また、本実施の形態においては、目標値ａを標準値としての値「Ａ」から修正値としての値「Ａ'」まで一気に変更しているが、段階的に変更するようにしても差し支えない。その場合には、最初は変更幅を大きく徐々に小さくすれば、より木目細かく吸入過熱度を制御できる。
【００３６】
また、本実施の形態においては、上記第２温度センサ１９によって検出された吹出配管温度を吐出冷媒温度と見なして現吐出過熱度Ｄを算出しているが、実際に吐出冷媒温度を検出するようにしても差し支えない。
【００３７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１に係る発明の膨張弁の制御装置は、圧縮機の吸入過熱度が目標値になるように膨張弁の開度を制御する際に、膨張弁開度演算手段によって、吐出冷媒の温度と圧力とに基づいて吐出過熱度を監視し、この吐出過熱度に基づいて上記吸入過熱度の目標値を修正するので、上記吸入過熱度よりは高い値を示す吐出過熱度を監視することによって、上記圧縮機の湿り状態の判断を、上記吸入配管温度に基づく場合よりも、容易且つ正確に行うことができる。
【００３８】
さらに、上記圧縮機が湿り状態になったと判断された場合には上記吸入過熱度の目標値を高めることによって、吸入過熱度の目標値に常時安全度を持たせておく必要が無くなる。したがって、上記圧縮機の安全運転状態を保ちつつ、低吸入過熱度運転を行うことが可能になる。
【００３９】
さらに、第１設定値を、上記圧縮機が湿り運転状態になる直前の吸入過熱度に対応する吐出過熱度とし、第２設定値を、上記圧縮機が正常運転状態であると見なせる吸入過熱度に対応する吐出過熱度とすると共に、上記膨張弁開度演算手段によって、上記吐出過熱度が上記第１設定値よりも低い場合には上記目標値を高める一方、上記吐出過熱度が上記第１設定値よりも高い上記第２設定値よりも高い場合には上記目標値を低めるので、上記圧縮機が湿り状態であることを的確に判断して上記吸入過熱度の目標値を高めることが可能になる。
【００４０】
また、請求項２に係る発明の膨張弁の制御装置は、上記膨張弁開度演算手段によって、上記第１設定値よりも低い吐出過熱度が所定時間継続した場合に上記目標値を高めるので、例えば、上記圧縮機が湿り運転状態になったことをより確実に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の膨張弁の制御装置が搭載されている空気調和装置の構成を示す概略図である。
【図２】  図１における膨張弁開度演算部によって実行される膨張弁の開閉制御処理動作のフローチャートである。
【図３】  空気調和装置における膨張弁制御系の説明図である。
【図４】  図３における膨張弁開度演算部によって実行される膨張弁の開閉制御処理動作のフローチャートである。
【符号の説明】
１１…圧縮機、
１２…空気側熱交換器、
１３…膨張弁、
１４…水側熱交換器、
１５…吸入配管、
１６…第１温度センサ、
１７…第１圧力センサ、
１８…吐出配管、
１９…第２温度センサ、
２０…第２圧力センサ、
２１…膨張弁開度演算部、
２２…開度可変動作部。
【図１】
0003698115.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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