(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１）、凝縮器（２）、電子膨張弁（３）および蒸発器（４）を冷媒配管を介して順次してなり、前記蒸発器（４）の過熱度（ΔＴ）が目標過熱度（ΔＴｓ）となるように前記電子膨張弁（３）の開度（Ｅ）を制御する過熱度制御手段を付設してなる冷凍装置であって、前記圧縮機（１）の吸入側における冷媒の状態が湿り加減となっておらず、前記蒸発器（４）の過熱度（ΔＴ）が目標過熱度（ΔＴｓ）に到達している場合には、その時の前記電子膨張弁（３）の開度を上限開度（Ｅｍａｘ）とする一方、前記圧縮機（１）の吸入側における冷媒の状態が湿り加減となっている場合には、前記電子膨張弁（３）の開度（Ｅ）を下限開度（Ｅｍｉｎ）にまで絞り且つ前記蒸発器（４）の過熱度（ΔＴ）が目標過熱度（ΔＴｓ）に到達するまで当該下限開度（Ｅｍｉｎ）を保持するようにするとともに、前記蒸発器（４）の過熱度（ΔＴ）が目標過熱度（ΔＴｓ）より小さくなった時には、前記電子膨張弁（３）の上限開度（Ｅｍａｘ）を、該電子膨張弁（３）の下限開度（Ｅｍｉｎ）の保持時間（ｔ）が長くなるほど大きな開度低減度（ΔＥｆ）で低減させる制御を行う制御手段を付設したことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記蒸発器（４）の過熱度（ΔＴ）が目標過熱度（ΔＴｓ）に達した時に前記制御手段による制御を開始するようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００２】
【発明の属する技術分野】
【０００３】
本願発明は、冷凍装置に関し、さらに詳しくは冷凍装置における過熱度制御に関するものである。
【従来の技術】
【０００４】
一般に、図１に示すように、圧縮機１、凝縮器２、電子膨張弁３および蒸発器４を冷媒配管により順次接続してなる冷凍装置においては、蒸発器４の入口側および出口側の冷媒温度Ｔｉ，Ｔｏを検出する冷媒温度センサー５，６を付設し、蒸発器４の過熱度（即ち、Ｔｏ−Ｔｉ）が目標過熱度ΔＴｓとなるように前記電子膨張弁３の開度Ｅを、次式によりＰＩ制御するようにしている。ここで、Ｅｏ：現在開度、ΔＴ：現在の過熱度、Ｋａ：定数
Ｅ＝Ｅｏ＋（ΔＴ−ΔＴｓ）×Ｋａ
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、蒸発器４の能力を最大限に活用しようとすると、蒸発器４における過熱度を限りなく０℃に近づける（換言すれば、蒸発器を飽和状態で使用する）必要がある。ところが、目標過熱度ΔＴｓを小さくすると、蒸発器４の出口側における冷媒の状態が乾きと湿りとを繰り返すハンチングが生ずることとなり、制御精度が悪くなってしまうという不具合が生ずる。例えば、目標過熱度ΔＴｓを７℃に設定した場合、乾きと湿りとを繰り返すハンチングが生じにくいため、図４に実線で示すように、ＰＩ制御により目標過熱度ΔＴｓに収束することとなって、良好な制御精度が得られるが、目標過熱度ΔＴｓを３℃に設定した場合、乾きと湿りとを繰り返すハンチングが生じるため、図４に点線で示すように。ＰＩ制御だけでは、目標過熱度ΔＴｓに収束せずに発散してしまうという現象が発生する。
【０００６】
上記したように、従来行われているＰＩ制御だけでは、蒸発器の目標過熱度を小さく（即ち、０℃近くに）設定することができなかった。
【０００７】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、蒸発器の目標過熱度を小さく（即ち、０℃近くに）設定できるようにして、蒸発器の能力を最大限に活用することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明では、上記課題を解決するための手段として、圧縮機１、凝縮器２、電子膨張弁３および蒸発器４を冷媒配管を介して順次してなり、前記蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓとなるように前記電子膨張３の開度Ｅを制御する過熱度制御手段を付設してなる冷凍装置において、前記圧縮機１の吸入側における冷媒の状態が湿り加減となっておらず、前記蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓに到達している場合には、その時の前記電子膨張弁３の開度を上限開度Ｅｍａｘとする一方、前記圧縮機１の吸入側における冷媒の状態が湿り加減となっている場合には、前記電子膨張弁３の開度Ｅを下限開度Ｅｍｉｎにまで絞り且つ前記蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓに到達するまで当該下限開度Ｅｍｉｎを保持するようにするとともに、前記蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓより小さくなった時には、前記電子膨張弁３の上限開度Ｅｍａｘを、該電子膨張弁３の下限開度Ｅｍｉｎの保持時間ｔが長くなるほど大きな開度低減度ΔＥｆで低減させる制御を行う制御手段を付設している。
【０００９】
上記のように構成したことにより、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓより小さくなった時には、電子膨張弁３の上限開度Ｅｍａｘが、該電子膨張弁３の下限開度Ｅｍｉｎの保持時間ｔが長くなるほど大きな開度低減度ΔＥｆで低減されることとなる。従って、電子膨張弁３の開度Ｅが絞られぎみとなるところから、蒸発器４の過熱度ΔＴが下がりすぎるということがなくなる。その結果、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓに徐々に収束することとなる。つまり、蒸発器４の能力を最大限に活かした状態での運転が可能となるのである。しかも、制御手段による上限開度Ｅｍａｘの低減度ΔＥｆを、電子膨張弁３の下限開度Ｅｍｉｎの保持時間ｔが長くなるほど大きくなるように設定しているが、電子膨張弁３が下限開度Ｅｍｉｎを保持している時間ｔ（即ち、下限開度保持時間）と蒸発器４の湿り状態とが対応するところから、蒸発器４の過熱度ΔＴの目標過熱度ΔＴｓへの収束がより速められることとなる。
【００１０】
請求項２の発明におけるように、請求項１記載の冷凍装置において、前記蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓに達した時に前記制御手段による制御を開始するようにした場合、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓから離れている状態のときには、過熱度制御手段によるＰＩ制御により電子膨張弁３の開度制御がなされるが、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓに近づいた状態のときには、制御手段による制御によって電子膨張弁３の開度制御がなされることとなり、蒸発器４の過熱度ΔＴの目標過熱度ΔＴｓへの収束がより一層速められることとなる。
【発明の実施の形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳述する。
【００１２】
第１の実施の形態
図１および図２には、本願発明の第１の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路および過熱度制御のフローチャートが示されている。
【００１３】
この冷凍装置は、従来技術の項において説明したものと同様に、圧縮機１、凝縮器２、電子膨張弁３および蒸発器４を冷媒配管により順次接続して構成されており、前記蒸発器４の入口側および出口側の冷媒温度Ｔｉ，Ｔｏを検出する冷媒温度センサー５，６と、前記圧縮機１の吸入側の冷媒温度Ｔｘを検出する冷媒温度センサー７とが付設されている。
【００１４】
そして、この冷凍装置には、前記冷媒温度センサー５，６，７からの温度情報（即ち、冷媒温度Ｔｉ，Ｔｏ，Ｔｘ）に基づいて前記電子膨張弁３の開度Ｅを制御するコントローラ８が付設されている。該コントローラ８は、例えばマイクロコンピュータユニットからなっており、蒸発器４の過熱度ΔＴを目標過熱度ΔＴｓに近づけるように電子膨張弁３の開度Ｅを制御する過熱度制御手段としての機能と、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓより下がった時には電子膨張弁３の上限開度Ｅｍａｘを、電子膨張弁３の下限開度Ｅｍｉｎの保持時間ｔに対応させて設定される低減度ΔＥｆだけ低減させる制御を行う制御手段としての機能とを有している。
【００１５】
ついで、図２に示すフローチャートを参照して、本実施の形態にかかる冷凍装置における過熱度制御について詳述する。
【００１６】
ステップＳ１において冷媒温度センサー５，６，７からの温度情報（即ち、蒸発器４の入口側冷媒温度Ｔｉ、蒸発器４の出口側冷媒温度Ｔｏおよび圧縮機１の吸入冷媒温度Ｔｘ）がコントローラ８に入力されると、ステップＳ２においてＴｘ−Ｔｉ＜０か否か（換言すれば、圧縮機１の吸入側における冷媒の状態が湿り加減となっているか否か）の判定がなされ、ここで否定判定された場合（換言すれば、圧縮機１の吸入側における冷媒状態が乾き状態となっている場合）には、ステップＳ３においてＴｏ−Ｔｉ＜ΔＴとなっているか否か（換言すれば、蒸発器４の過熱度ΔＴ＝Ｔｏ−Ｔｉが目標過熱度ΔＴｓに未だ到達していないと判定された場合）には、ステップＳ４において通常の過熱度制御（即ち、ＰＩ制御による過熱度制御）が実行され、その後ステップＳ１へリターンする。
【００１７】
一方、ステップＳ２において肯定判定された場合（換言すれば、圧縮機１の吸入側における冷媒状態が湿り状態となっている場合）には、ステップＳ６に進み、電子膨張弁３の開度Ｅが下限開度Ｅｍｉｎまで絞られるとともに、下限開度保持時間ｔ（図３のタイムチャート参照）の測定が開始される。そして、ステップＳ７においてＴｏ−Ｔｉ＞ΔＴｓとなっているか否か（換言すれば、蒸発器４の過熱度ΔＴ＝Ｔｏ−Ｔｉが目標過熱度ΔＴｓに到達しているか否か）が判定され、ここで肯定判定されるまでは、電子膨張弁３の開度Ｅが下限開度Ｅｍｉｎに保持され且つ保持時間ｔの測定が継続されるが、肯定判定されると、ステップＳ８において保持時間ｔの測定が終了される。
【００１８】
ついで、ステップＳ９およびステップＳ１０において、測定された保持時間ｔと設定値ｔｓ1，ｔｓ2（ｔｓ1＞ｔｓ2）との比較がなされる。ステップＳ９においてｔ＞ｔｓ1と判定されると、ステップＳ１１において電子膨張弁３の操作量（換言すれば、開度低減度ΔＥｆ）が大（例えば、ΔＥｆ1）に設定され、ステップＳ１４において電子膨張弁３の開度Ｅが上限開度Ｅｍａｘから操作量ΔＥｆ1を減じた値（即ち、Ｅ＝Ｅｍａｘ−ΔＥｆ1）に設定される。また、ステップＳ１０においてｔｓ1≧ｔ＞ｔｓ2と判定されると、ステップＳ１２において電子膨張弁３の操作量（換言すれば、開度低減度ΔＥｆ）が中（例えば、ΔＥｆ2）に設定され、ステップＳ１４において電子膨張弁３の開度Ｅが上限開度Ｅｍａｘから操作量ΔＥｆ2を減じた値（即ち、Ｅ＝Ｅｍａｘ−ΔＥｆ2）に設定される。さらに、ステップＳ１０においてｔｓ2≧ｔと判定されると、ステップＳ１３において電子膨張弁３の操作量（換言すれば、開度低減度ΔＥｆ）が小（例えば、ΔＥｆ3）に設定され、ステップＳ１４において電子膨張弁３の開度Ｅが上限開度Ｅｍａｘから操作量ΔＥｆ3を減じた値（即ち、Ｅ＝Ｅｍａｘ−ΔＥｆ3）に設定される。つまり、制御手段による上限開度Ｅｍａｘの低減度ΔＥｆが、電子膨張弁３の下限開度Ｅｍｉｎの保持時間ｔに対応させて設定されるのである。このようにする理由は、電子膨張弁３の下限開度Ｅｍｉｎを保持している時間（即ち、下限開度保持時間）ｔと蒸発器４の湿り状態とが対応しているからである。なお、ステップＳ１４において、電子膨張弁３の開度設定がなされると、制御はステップＳ１へリターンする。
【００１９】
一方、ステップＳ３において肯定判定された場合（換言すれば、蒸発器４の過熱度ΔＴ＝Ｔｏ−Ｔｉが目標過熱度ΔＴｓに到達していると判定された場合）には、ステップＳ５に進み、電子膨張弁３の上限開度ＥｍａｘがステップＳ１４において設定された開度Ｅとされ（即ち、上限開度Ｅｍａｘが前回開度から低減度ΔＥｆだけ絞られた開度とされ）、その後ステップＳ６以下の制御が実行される。
【００２０】
上記したように、本実施の形態においては、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓより下がった時には電子膨張弁３の上限開度Ｅｍａｘが前回値より所定開度だけ下げられることとなる。従って、電子膨張弁３の開度Ｅが絞られぎみとなるところから、蒸発器４の過熱度ΔＴが下がりすぎるということがなくなる。その結果、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓに徐々に収束することとなる。つまり、蒸発器４の能力を最大限に活かした状態での運転が可能となるのである。しかも、上限開度Ｅｍａｘの低減度ΔＥｆを、電子膨張弁３の下限開度Ｅｍｉｎの保持時間ｔが長くなるほど大きくなるように設定しているが、電子膨張弁３が下限開度Ｅｍｉｎを保持している時間ｔ（即ち、下限開度保持時間）と蒸発器４の湿り状態とが対応するところから、蒸発器４の過熱度ΔＴの目標過熱度ΔＴｓへの収束がより速められることとなる。さらに、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓから離れている状態のときには、過熱度制御手段によるＰＩ制御により電子膨張弁３の開度制御がなされるが、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓに近づいた状態のときには、制御手段による制御によって電子膨張弁３の開度制御がなされるようにしているので、蒸発器４の過熱度ΔＴの目標過熱度ΔＴｓへの収束がより一層速められることとなる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、圧縮機１、凝縮器２、電子膨張弁３および蒸発器４を冷媒配管を介して順次してなり、前記蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓとなるように前記電子膨張３の開度Ｅを制御する過熱度制御手段を付設してなる冷凍装置において、前記圧縮機１の吸入側における冷媒の状態が湿り加減となっておらず、前記蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓに到達している場合には、その時の前記電子膨張弁３の開度を上限開度Ｅｍａｘとする一方、前記圧縮機１の吸入側における冷媒の状態が湿り加減となっている場合には、前記電子膨張弁３の開度Ｅを下限開度Ｅｍｉｎにまで絞り且つ前記蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓに到達するまで当該下限開度Ｅｍｉｎを保持するようにするとともに、前記蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓより小さくなった時には、前記電子膨張弁３の上限開度Ｅｍａｘを、該電子膨張弁３の下限開度Ｅｍｉｎの保持時間ｔが長くなるほど大きな開度低減度ΔＥｆで低減させる制御を行う制御手段を付設して、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓより小さくなった時には、電子膨張弁３の上限開度Ｅｍａｘが、該電子膨張弁３の下限開度Ｅｍｉｎの保持時間ｔが長くなるほど大きな開度低減度ΔＥｆで低減されるようにしているので、電子膨張弁３の開度Ｅが絞られぎみとなるところから、蒸発器４の過熱度ΔＴが下がりすぎるということがなくなり、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓに徐々に収束することとなって、蒸発器４の能力を最大限に活かした状態での運転が可能となるという効果がある。
【００２２】
しかも、制御手段による上限開度Ｅｍａｘの低減度ΔＥｆを、電子膨張弁３の下限開度Ｅｍｉｎの保持時間ｔが長くなるほど大きくなるように設定しているが、電子膨張弁３が下限開度Ｅｍｉｎを保持している時間ｔ（即ち、下限開度保持時間）と蒸発器４の湿り状態とが対応するところから、蒸発器４の過熱度ΔＴの目標過熱度ΔＴｓへの収束がより速められるという効果もある。
【００２３】
請求項２の発明におけるように、請求項１記載の冷凍装置において、前記蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓに達した時に前記制御手段による制御を開始するようにした場合、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓから離れている状態のときには、過熱度制御手段によるＰＩ制御により電子膨張弁３の開度制御がなされるが、蒸発器４の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｓに近づいた状態のときには、制御手段による制御によって電子膨張弁３の開度制御がなされることとなり、蒸発器４の過熱度ΔＴの目標過熱度ΔＴｓへの収束がより一層速められることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】  本願発明の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】  本願発明の実施の形態にかかる冷凍装置における過熱度制御のフローチャートである。
【図３】  本願発明の実施の形態にかかる冷凍装置における過熱度制御時の電子膨張弁の開度状態を示すタイムチャートである。
【図４】  従来の冷凍装置における過熱度制御の状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
１は圧縮機、２は凝縮器、３は電子膨張弁、４は蒸発器、５，６，７は冷媒温度センサー、８はコントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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