(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮器から蒸発器に至る管路の途中に配設されて冷媒を膨張させるための膨張弁の制御方法において、
蒸発器における流入冷水又は流入ブラインの温度と、流出冷水又は流出ブラインの温度との差に基づいて演算により得る当該冷凍機の第１の冷凍能力を媒介として、当該冷凍機における冷媒の第１の循環量を演算し、さらにこの第１の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第１の開度指令を形成する一方、
前記蒸発器における流入冷水又は流入ブラインの温度と、流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定した設定温度との差に基づいて演算により得る当該冷凍機の第２の冷凍能力を媒介として、当該冷凍機における冷媒の第２の循環量を演算し、さらにこの第２の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第２の開度指令を形成し、
前記第１の開度指令及び第２の開度指令のうち、大きい開度指令を選択し、このようにして選択した第１の開度指令又は第２の開度指令で膨張弁の開度を制御するようにしたことを特徴とする冷凍機における膨張弁の制御方法。
【請求項２】
〔請求項１〕に記載する冷凍機における膨張弁の制御方法において、
流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定する設定温度は、圧縮機の吸入冷媒量又は吐出冷媒量を調整して制御する当該冷凍機の前記流出冷水又は流出ブラインの設定温度としたことを特徴とする冷凍機における膨張弁の制御方法。
【請求項３】
凝縮器から蒸発器に至る管路の途中に配設されて冷媒を膨張させるための膨張弁の制御装置において、
流入温度検出手段が検出する、蒸発器における流入冷水又は流入ブラインの流入温度と、出口温度検出手段が検出する、前記流出冷水又は流出ブラインの流出温度とに基づき両者の温度差を演算するとともに、この温度差に基づき当該冷凍機の第１の冷凍能力を演算し、さらにこの第１の冷凍能力を媒介として当該冷凍機における冷媒の第１の循環量を演算するとともに、前記第１の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第１の開度指令を形成する第１の開度指令生成手段と、
前記入口温度検出手段が検出する前記入口温度と、前記流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定した設定温度との温度差を演算するとともに、この温度差に基づき当該冷凍機の第２の冷凍能力を演算し、さらにこの第２の冷凍能力を媒介として当該冷凍機における冷媒の第２の循環量を演算するとともに、前記第２の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第２の開度指令を形成する第２の開度指令生成手段と、
前記第１の開度指令及び第２の開度指令のうち、大きい開度指令を選択し、このようにして選択した第１の開度指令又は第２の開度指令で膨張弁の開度を制御する開度指令手段とを有することを特徴とする冷凍機における膨張弁の制御装置。
【請求項４】
〔請求項３〕に記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定する設定温度は、圧縮機の吸入冷媒量又は吐出冷媒量を調整して制御する当該冷凍機の前記流出冷水又は流出ブラインの設定温度としたことを特徴とする冷凍機における膨張弁の制御装置。
【請求項５】
〔請求項３〕又は〔請求項４〕に記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、
膨張弁は、ターボ圧縮機のベーンの開度を調整して吸入冷媒量を調整することにより流出冷水又は流出ブラインの温度が設定温度になるように制御するターボ冷凍機の膨張弁であることを特徴とする冷凍機における膨張弁の制御装置。
【請求項６】
〔請求項３〕乃至〔請求項５〕の何れか一つに記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、
膨張弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、且つ凝縮器から中間冷却器に至る管路の途中に配設されており、中間冷却器に流入する冷媒を膨張させる多段圧縮冷凍機の膨張弁であること、
中間冷却器は、中間冷却器から一部の冷媒を、多段圧縮冷凍機の多段圧縮機の２段目以降に戻すものであること、
を特徴とする冷凍機における膨張弁の制御装置。
【請求項７】
〔請求項３〕乃至〔請求項５〕の何れか一つに記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、
膨張弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラと中間冷却器との間に配設されており、サブクーラで過冷却され、且つ中間冷却器に流入する冷媒を膨張させる多段圧縮冷凍機の膨張弁であること、
中間冷却器は、中間冷却器から一部の冷媒を、多段圧縮冷凍機の多段圧縮機の２段目以降に戻すものであること、
を特徴とする冷凍機における膨張弁の制御装置。
【請求項８】
〔請求項３〕乃至〔請求項５〕の何れか一つに記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、
膨張弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラの下流側に配設されており、サブクーラで過冷却され、蒸発器に流入する冷媒を膨張させる冷凍機の膨張弁であることを特徴とする冷凍機におけ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】
本発明は冷凍機における膨張弁の制御方法及び制御装置に関し、特に各種の物理量に基づき循環冷媒量を演算し、この循環冷媒量に対応する最適な開度指令を生成して膨張弁を制御する場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３はターボ冷凍機を示すブロック図である。同図に示すように、当該ターボ冷凍機では、蒸発器１において負荷に供給する冷水により吸熱されて気化した冷媒を、ターボ圧縮機２で圧縮して高温・高圧の冷媒ガスとする。この高温・高圧の冷媒ガスは、凝縮器３で冷却水により冷却されて凝縮し、液化して冷媒液となる。その後、この冷媒液は、膨張弁４に至り、この膨張弁４で膨張されて低圧となり蒸発器１に至る。蒸発器１では、冷媒液が冷水と熱交換することにより蒸発して上述の如き冷凍サイクルが繰り返される。
【０００３】
ここで、当該ターボ冷凍機においては、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になるようにその温度制御を行う必要がある。かかる冷水の温度制御は、一般に、ターボ圧縮機２のベーン２ａの開度を電動機２ｂで調整し、吸入冷媒量を制御することにより行っている。
【０００４】
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。そこで、ターボ冷凍機等の大型冷凍機では、膨張弁４の上流側（凝縮器、中間冷却器、受液器）の冷媒液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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き冷媒液の液面制御による膨張弁４の弁開度制御において、制御対象となる膨張弁４は、電動機４ａの回転で弁開度を制御する電動機駆動の電磁制御弁が通常用いられている。このため、冷水温度を設定値に保持すべく行うターボ圧縮機２の吸入冷媒量の制御に対して膨張弁４の弁開度制御の遅れを生起する。冷媒液の液面の変動に対して電動機駆動による膨張弁４の開閉を追従させることができないからである。かかる制御遅れは、膨張弁４の上流側の冷媒液の液面の上昇及び蒸発器１内の圧力の異常低下の原因等となって冷凍機の運転を不安定なものとする。
【０００６】
そこで、かかる不安定要素を除去すべく、従来の冷凍機においては、膨張弁４の弁開度制御の精度を落としていた。すなわち、当該弁開度制御のパラメータを厳密なものとせず、膨張弁４の弁開度がその最適値よりも若干開き気味になるような制御を行っている。ところが、これは負荷が変動した場合（ターボ圧縮機２で吸入冷媒量の制御を行う場合）に膨張弁４を介して蒸発器１内に冷媒ガスが流入するのを許容することともなる。ところが、蒸発器１内に混入した冷媒ガスは冷水の冷却には寄与しない。したがって、蒸発器１内に冷媒ガスが混入した場合には、混入した分、当該ターボ冷凍機の運転効率が低下する。すなわち、冷媒ガスが１％混入すれば、当該冷凍機の運転効率も１％低下する。
【０００７】
一方、冷水温度制御に伴うターボ圧縮機２の吸入冷媒量の制御に対する膨張弁４の弁開度制御の遅れの低減は、この膨張弁４を動作速度が速い空気圧駆動又は油圧駆動のシリンダー駆動弁で形成することによりある程度緩和し得る。ところが、このシリンダー駆動弁は大嵩であるばかりでなく高価であり、コストの高騰を招来するという問題がある。
【０００８】
なお、上述の如き問題は、ターボ冷凍機に固有のものではなく、圧縮機が異なる他の種類の冷凍機でも、一般に発生する。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、通常の電動制御弁を膨張弁とする場合でも、上流側に冷媒液の液面を常に作り、凝縮器で凝縮しない冷媒ガスが循環することを防止し、冷凍機効率の低下を防止し得る冷凍機における膨張弁の制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００１１】
１）  凝縮器から蒸発器に至る管路の途中に配設されて冷媒を膨張させるための膨張弁の制御方法において、
蒸発器における流入冷水又は流入ブラインの温度と、流出冷水又は流出ブラインの温度との差に基づいて演算により得る当該冷凍機の第１の冷凍能力を媒介として、当該冷凍機における冷媒の第１の循環量を演算し、さらにこの第１の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第１の開度指令を形成する一方、
前記蒸発器における流入冷水又は流入ブラインの温度と、流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定した設定温度との差に基づいて演算により得る当該冷凍機の第２の冷凍能力を媒介として、当該冷凍機における冷媒の第２の循環量を演算し、さらにこの第２の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第２の開度指令を形成し、
前記第１の開度指令及び第２の開度指令のうち、大きい開度指令を選択し、このようにして選択した第１の開度指令又は第２の開度指令で膨張弁の開度を制御するようにしたこと。
【００１２】
２）  上記１）に記載する冷凍機における膨張弁の制御方法において、
流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定する設定温度は、圧縮機の吸入冷媒量又は吐出冷媒量を調整して制御する当該冷凍機の前記流出冷水又は流出ブラインの設定温度としたこと。
【００１３】
３）  凝縮器から蒸発器に至る管路の途中に配設されて冷媒を膨張させるための膨張弁の制御装置において、
流入温度検出手段が検出する、蒸発器における流入冷水又は流入ブラインの流入温度と、出口温度検出手段が検出する、前記流出冷水又は流出ブラインの流出温度とに基づき両者の温度差を演算するとともに、この温度差に基づき当該冷凍機の第１の冷凍能力を演算し、さらにこの第１の冷凍能力を媒介として当該冷凍機における冷媒の第１の循環量を演算するとともに、前記第１の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第１の開度指令を形成する第１の開度指令生成手段と、
前記入口温度検出手段が検出する前記入口温度と、前記流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定した設定温度との温度差を演算するとともに、この温度差に基づき当該冷凍機の第２の冷凍能力を演算し、さらにこの第２の冷凍能力を媒介として当該冷凍機における冷媒の第２の循環量を演算するとともに、前記第２の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第２の開度指令を形成する第２の開度指令生成手段と、
前記第１の開度指令及び第２の開度指令のうち、大きい開度指令を選択し、このようにして選択した第１の開度指令又は第２の開度指令で膨張弁の開度を制御する開度指令手段とを有すること。
【００１４】
４）  上記３）に記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、
流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定する設定温度は、圧縮機の吸入冷媒量又は吐出冷媒量を調整して制御する当該冷凍機の前記流出冷水又は流出ブラインの設定温度としたこと。
【００１５】
５）  上記３）又は４）に記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、
膨張弁は、ターボ圧縮機のベーンの開度を調整して吸入冷媒量を調整することにより流出冷水又は流出ブラインの温度が設定温度になるように制御するターボ冷凍機の膨張弁であること。
【００１６】
６）  上記３）乃至５）の何れか一つに記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、
膨張弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、且つ凝縮器から中間冷却器に至る管路の途中に配設されており、中間冷却器に流入する冷媒を膨張させる多段圧縮冷凍機の膨張弁であること、
中間冷却器は、中間冷却器から一部の冷媒を、多段圧縮冷凍機の多段圧縮機の２段目以降に戻すものであること。
【００１７】
７）  上記３）乃至５）の何れか一つに記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、
膨張弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラと中間冷却器との間に配設されており、サブクーラで過冷却され、且つ中間冷却器に流入する冷媒を膨張させる多段圧縮冷凍機の膨張弁であること、
中間冷却器は、中間冷却器から一部の冷媒を、多段圧縮冷凍機の多段圧縮機の２段目以降に戻すものであること。
【００１８】
８）  上記３）乃至５）の何れか一つに記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、
膨張弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラの下流側に配設されており、サブクーラで過冷却され、蒸発器に流入する冷媒を膨張させる冷凍機の膨張弁であること。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２０】
近年、冷凍機、特に大型のターボ冷凍機の中には、マイクロ・コンピュータ制御盤（以下、マイコン制御盤と称す。）を具備し、各種の物理量を取り込んで所定の演算を行う演算機能を有するものが開発され、実用に供されている。本形態も、かかるマイコン制御盤を具備する冷凍機に適用するものである。すなわち、本形態に係る膨張弁の制御装置は、上述の如きマイコン制御盤を利用することにより好適に構成することができる。だだ、これに限るものではない。また、本形態に係る制御装置は、図３に示すターボ冷凍機に適用するものとして説明する。そこで、図３と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２１】
図１は本実施の形態に係る制御装置を、これを適用するターボ冷凍機とともに示すブロック線図である。同図において、一点鎖線で囲んだ部分が本形態に係る制御装置であり、上述の如く、これはマイコン制御盤で実現している。同図に示すように、流入温度検出器１１は、蒸発器１内に流入して冷媒と熱交換を行うことにより冷却される流入冷水（又は流入ブライン；以下同じ。）の流入温度Ｔi を検出してこれを表す入口温度信号Ｓ１を送出する。流出温度検出器１２は、蒸発器１内で冷却されてこの蒸発器１から流出する流出冷水（又は流出ブライン；以下同じ。）の流出温度Ｔo を検出してこれを表す出口温度信号Ｓ２を送出する。この流出冷水が負荷に供給される。したがって、当該ターボ冷凍機の運転の際の設定温度Ｔs とは、流出冷水の設定温度をいう。また、当該ターボ冷凍機は、そのターボ圧縮機２のベーン２ａの開度を電動機２ｂで調整することにより吸入冷媒量を調整し、前記流出冷水が設定温度Ｔs になるように制御するものとする。さらに詳言すると、電動機２ｂはベーン開度制御部１３の出力信号である開度指令信号Ｓ３で駆動制御され、さらにこのベーン開度制御部１３は、出口温度信号Ｓ２と、流出冷水の設定温度Ｔs を表す設定温度信号Ｓ４とに基づき両者の偏差を演算し、この偏差に応じてベーン２ａの最適開度を指示する。設定温度Ｔs は負荷側の要求に応じた温度で、温度設定部１４に予め設定してある。
【００２２】
上流側圧力検出器１５は膨張弁４の上流側の圧力、例えば凝縮器３内の圧力を検出してこれを表す上流側圧力信号Ｓ５を送出する。下流側圧力検出器１６は膨張弁４の下流側の圧力、例えば蒸発器１内の圧力を検出してこれを表す下流側圧力信号Ｓ４を送出する。
【００２３】
第１の開度指令生成部１７は、先ず上記流入温度信号Ｓ１及び出口温度信号Ｓ２に基づき流入冷水と流出冷水との温度差を演算するとともに、この温度差に基づき当該ターボ冷凍機の第１の冷凍能力Ｑ1 を演算する。ここで、第１の冷凍能力Ｑ1 は、次式（１）で与えられる。
Ｑ1 ＝（Ｔi −Ｔo ）・ｇ・γ・Ｋ          ・・・・・（１）
ここで、Ｔi は流入温度、Ｔo は流出温度、ｇは冷水流量、γは冷水の比重、Ｋは冷水の比熱である。
【００２４】
次に、第１の開度指令生成部１７は、第１の冷凍能力Ｑ1 を媒介として当該ターボ冷凍機における冷媒の第１の循環量ＧＲ1 を演算する。具体的には、冷媒の循環量が当該ターボ冷凍機の冷凍能力と比例関係にある点を利用して求める。すなわち、第１の冷凍能力Ｑ1 と第１の循環量ＧＲ1 とは比例関係にあるので、第１の冷凍能力Ｑ1 に所定のパラメータを乗じて第１の循環量ＧＲ1 を演算する。このときの第１の循環量ＧＲ1 は、現時点の流入冷水の温度Ｔi と現時点の流出冷水の温度Ｔo との温度差を反映したものとなっている。換言すれば、流入冷水と流出冷水の現時点の温度差を維持するための冷媒量を表している。
【００２５】
最後に、第１の開度指令生成部１７は、上流側圧力検出器１５が検出する膨張弁４の上流側圧力Ｐ1 及び下流側圧力検出部１６が検出する膨張弁４の下流側圧力Ｐ2 と、上記第１の循環量ＧＲ1 に基づき膨張弁４の開度を演算し、その演算結果を第１の開度指令とする。この第１の開度指令の演算は、第１の循環量ＧＲ1 、上流側圧力Ｐ1 及び下流側圧力Ｐ2 に、冷水流量ｇ、冷水の比重γ、冷水の比熱Ｋ及び膨張弁４の口径等のパラメータを乗じて演算する。この場合の演算は、厳密なパラメータを用いて行う。すなわち、負荷に応じた最適の冷媒循環量とするための膨張弁４の最適開度を開度指令とする。このように、パラメータを厳密に設定することにより、負荷の変動があっても膨張弁４における冷媒ガスの漏れを可及的に低減し得る。この結果、第１の指令信号Ｓ７を得る。
【００２６】
第２の開度指令部１８は、流出温度Ｔo の代わりに設定温度Ｔs を用いる点が異なるだけで第１の開度指令部１７と全く同様の演算を行う。すなわち、次式（２）に基づき第２の冷凍能力Ｑ2 を演算する。
Ｑ2 ＝（Ｔi −Ｔs ）・ｇ・γ・Ｋ          ・・・・・（２）
ここで、Ｔi は流入温度、Ｔs は設定温度、ｇは冷水流量、γは冷水の比重、Ｋは冷水の比熱である。
【００２７】
次に、第２の冷凍能力Ｑ2 を媒介として当該ターボ冷凍機における冷媒の第２の循環量ＧＲ2 を演算する。このときの第２の循環量ＧＲ2 は、現時点の流入冷水の温度Ｔi と設定温度Ｔs との温度差を反映したものとなっている。換言すれば、流入冷水を冷却して設定温度Ｔs の流出冷水とするのに必要な冷媒量を表している。
【００２８】
最後に、第２の開度指令部１８は、第１の循環量ＧＲ1 と上流側圧力Ｐ1 及び下流側圧力Ｐ2 と、に基づき膨張弁４の開度を演算し、その演算結果を第２の開度指令とする。この第２の開度指令の演算は、第１の開度指令生成部１７における第１の循環量ＧＲ1 の代わりに第２の循環量ＧＲ2 を用いるだけで、第１の開度指令生成部１７における演算と同様の手法により行う。したがって、この演算も、第１の開度指令生成部１７におけるのと同様の厳密なパラメータを用いて行う。すなわち、負荷に応じた最適の冷媒循環量とすべるための膨張弁４の最適開度を確保するための開度指令とする。かくして、第２の指令信号Ｓ８を得る。
【００２９】
なお、上記第２の開度指令生成部１８における演算に用いる設定温度は、負荷に供給する流出流水の設定温度Ｔs としたが、この設定温度Ｔs に基づく温度であれば、これに限るものではない。すなわち、設定温度Ｔs よりも高い温度を設定温度とすることも、また低い温度を設定温度とすることも可能である。
【００３０】
開度指令部１９は、第１の開度指令信号Ｓ７及び第２の開度指令信号Ｓ８のうち、大きい開度指令を選択し、このようにして選択した第１の開度指令信号Ｓ７又は第２の開度指令信号Ｓ８で膨張弁４の開度を制御するようその電動機４ａを駆動制御する。かくして、膨張弁４は、何れも厳密な制御パラメータを用いて演算した２種類の開度指令のうち、大きい開度指令に応じてその開度が決定される。この点の制御的な意味を図２に基づき詳細に説明する。
【００３１】
図２は上述の如き制御装置による膨張弁４の制御の態様を説明するための温度特性図で、（ａ）は流入冷水の流入温度Ｔi が高温側に急変した場合、（ｂ）は低温側に急変した場合である。
【００３２】
先ず、高温側に急変した場合について説明する。図２（ａ）に示すように、流出温度Ｔo が設定温度Ｔs となっており、且つ流入温度Ｔi （例えば１１°Ｃ）と流出温度Ｔo （例えば７°Ｃ）との温度差（Ｔi −Ｔo ）が一定で安定している定常状態（このときターボ圧縮機２のベーン２ａの開度及び膨張弁４の開度は一定）で、ある時刻ｔ1 において流入温度Ｔi が急変した場合（例えば１２°Ｃに変化した場合）、温度差（Ｔi −Ｔo ）に基づく第１の開度指令よりも温度差（Ｔi −Ｔs ）に基づく第２の開度指令の方が大きい。したがって、この場合は、第２の指令信号Ｓ８で膨張弁４の開度が制御される。すなわち、膨張弁４の開度は、冷水温度の急変により増加させるべき冷媒の循環量を先取りして制御される。
【００３３】
ちなみに、本形態と同様の厳密な制御パラメータ及び温度差（Ｔi −Ｔo ）を用いて一種類の開度指令（第１の開度指令）のみで、当該開度制御を行う場合には、冷水温度が急変しても温度差（Ｔi −Ｔo ）は変化しないので、膨張弁４の開度も変化しない。膨張弁４は現時点の循環量の冷媒を流すべく制御されるからである。一方、ターボ圧縮機２は、上昇した流出温度Ｔo を設定温度Ｔs に戻すべく、そのベーン２ａの開度が制御される。この場合には開く方向に制御される。したがって、膨張弁４の下流側で冷媒が不足し、蒸発器１内の液面が低下するが、この異常低下が検出されて始めて膨張弁４の開度を開く制御が行なわれる。すなわち、この場合には、流入温度Ｔi の急変時刻ｔ1 から点線で示すような温度変化を経て設定温度Ｔs に落ちつくが、その間当該ターボ冷凍機の運転が不安定になる。したがって、温度差（Ｔi −Ｔo ）を用いて一種類の開度指令（第１の開度指令）のみで膨張弁４の開度制御を行う場合には、制御パラメータを厳密に設定することができず、循環冷媒量に対する最適開度よりも若干開き気味の制御を行う必要がある。このため、定常状態における冷媒ガスの蒸発器１側への若干の漏れは許容せざるを得ないような制御となっている。
【００３４】
これに対して、本形態では、流入温度Ｔi の急変によりこれから必要になる冷媒の循環量を予測して膨張弁４の開度を制御しているので、厳密な制御パラメータを設定した場合でも、十分良好な追従制御を行うことができる。
【００３５】
次に、流入温度Ｔi が低温側に急変した場合について説明する。図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）に示す場合と同様の定常状態で、ある時刻ｔ1 において流入温度Ｔi が急変した場合（例えば１１°Ｃから１０°Ｃに変化した場合）、温度差（Ｔi −Ｔs ）に基づく第１の開度指令の方が温度差（Ｔi −Ｔs ）に基づく第２の開度指令よりも大きい。したがって、この場合は、第１の指令信号Ｓ７で膨張弁４の開度が制御される。すなわち、膨張弁４の開度は、冷水温度の急変によっても変化せず、現時点の開度が保持されるように制御される。
【００３６】
ちなみに、本形態と同様の厳密な制御パラメータ及び温度差（Ｔi −Ｔs ）を用いて一種類の開度指令（第２の開度指令）のみで、当該開度制御を行う場合には、冷水温度が急変して温度差（Ｔi −Ｔs ）が縮小した場合、膨張弁４の開度は閉じる方向に制御される。すなわち、図中に点線で示す設定温度Ｔs との差に応じた循環冷媒量とするべく膨張弁４を閉じる。一方、ターボ圧縮機２は、低下する流出温度Ｔo を設定温度Ｔs に戻すべく、そのベーン２ａの開度が制御され、この場合には閉じる方向に制御される。ただ、このベーン２ａの開度制御により当該ターボ冷凍機の系統が落ちつく迄には一定の時間を要する。したがって、このように膨張弁４の開度を先行して閉じた場合には、膨張弁４の下流側で冷媒が不足する等、当該ターボ冷凍機の不安定な運転の原因となる。
【００３７】
これに対して、本形態では、温度差（Ｔi −Ｔo ）に応じて膨張弁４の開度をそのまま維持しているので、厳密な制御パラメータを設定した場合でも、流出温度Ｔo は、一旦、設定温度Ｔs に対して低温側にオーバシュートしても当該ターボ冷凍機の運転を不安定にすることはなく、ターボ圧縮機２のベーン２ａの開度制御により設定温度Ｔs に戻すことができる。
【００３８】
なお、上記実施の形態における膨張弁４は、ターボ冷凍機における膨張弁４について説明したが、この場合の冷凍機の種類には特別な限定はない。ただ、負荷に応じて変化する冷水の温度制御を圧縮機の吸入冷媒量又は吐出冷媒量を調整することにより制御する冷凍機に適用して好適なものとなる。
【００３９】
また、膨張弁４は単段の冷凍機に適用するものとして説明したが、当然これに限るものでもない。冷凍機の中には、凝縮器と蒸発器との間に中間冷却器を有し、この中間冷却器から一部の冷媒を圧縮機の２段目以降に戻してやる多段圧縮機を有する多段冷凍機があるが、これにも適用し得る。この場合、膨張弁４は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、且つ凝縮器から中間冷却器に至る管路の途中に配設されて中間冷却器に流入する冷媒を膨張させるように構成される。また、さらに凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラを有する冷凍機もあるが、これにも適用し得る。この場合、膨張弁４は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラと中間冷却器との間に配設され、サブクーラで過冷却され、且つ中間冷却器に流入する冷媒を膨張させるように構成される。さらに、サブクーラのみを有する単段の冷凍機にも適用し得る。この場合、膨張弁４は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラの下流側に配設され、サブクーラで過冷却され、蒸発器に流入する冷媒を膨張させるように構成される。
【００４０】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中に配設されて冷媒を膨張させるための膨張弁の制御方法において、蒸発器における流入冷水又は流入ブラインの温度と、流出冷水又は流出ブラインの温度との差に基づいて演算により得る当該冷凍機の第１の冷凍能力を媒介として、当該冷凍機における冷媒の第１の循環量を演算し、さらにこの第１の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第１の開度指令を形成する一方、前記蒸発器における流入冷水又は流入ブラインの温度と、流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定した設定温度との差に基づいて演算により得る当該冷凍機の第２の冷凍能力を媒介として、当該冷凍機における冷媒の第２の循環量を演算し、さらにこの第２の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第２の開度指令を形成し、前記第１の開度指令及び第２の開度指令のうち、大きい開度指令を選択し、このようにして選択した第１の開度指令又は第２の開度指令で膨張弁の開度を制御するようにしたので、
流入冷水の流入温度が高温側に急変した場合には、第２の循環量に基づく第２の開度指令により、この急変により必要になる冷媒量を予測して膨張弁の開度を制御することができる。また、流入冷水の流入温度が低温側に急変した場合には、第１の循環量に基づく第１の開度指令により、現時点の冷媒循環量を維持すべく膨張弁の開度を制御することができる。すなわち、第２の開度指令で、当該冷凍系統の冷水温度制御に先行して膨張弁を閉じることはない。
この結果、厳密な制御パラメータを設定して膨張弁の最適開度制御を行っても当該冷凍機の運転を不安定にすることはない。したがって、蒸発器側への冷媒ガスの漏れを可及的に低減して高効率で当該冷凍機の運転を行うことができる。さらに、当該冷凍機の起動時に冷媒液の液面が上昇する方向にオーバシュートすることなく、最適な液面に落ちつくため、起動から冷水温度制御が安定する迄の時間が最短となる。また、制御の追従性に起因する低圧トリップを最小限に抑えることもできる。
【００４１】
〔請求項２〕に記載する発明は、〔請求項１〕に記載する冷凍機における膨張弁の制御方法において、流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定する設定温度は、圧縮機の吸入冷媒量又は吐出冷媒量を調整して制御する当該冷凍機の前記流出冷水又は流出ブラインの設定温度としたので、
負荷に供給する流出冷水の設定温度を基準として〔請求項１〕に記載する発明と同様の制御を行うことができ、同様の作用・効果を得る。
【００４２】
〔請求項３〕に記載する発明は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中に配設されて冷媒を膨張させるための膨張弁の制御装置において、流入温度検出手段が検出する、蒸発器における流入冷水又は流入ブラインの流入温度と、出口温度検出手段が検出する、前記流出冷水又は流出ブラインの流出温度とに基づき両者の温度差を演算するとともに、この温度差に基づき当該冷凍機の第１の冷凍能力を演算し、さらにこの第１の冷凍能力を媒介として当該冷凍機における冷媒の第１の循環量を演算するとともに、前記第１の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第１の開度指令を形成する第１の開度指令生成手段と、前記入口温度検出手段が検出する前記入口温度と、前記流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定した設定温度との温度差を演算するとともに、この温度差に基づき当該冷凍機の第２の冷凍能力を演算し、さらにこの第２の冷凍能力を媒介として当該冷凍機における冷媒の第２の循環量を演算するとともに、前記第２の循環量と、膨張弁の上流側の圧力及び下流側の圧力とに基づく演算により膨張弁の開度を制御するための第２の開度指令を形成する第２の開度指令生成手段と、前記第１の開度指令及び第２の開度指令のうち、大きい開度指令を選択し、このようにして選択した第１の開度指令又は第２の開度指令で膨張弁の開度を制御する開度指令手段とを有するので、
流入冷水の流入温度が高温側に急変した場合には、第２の循環量に基づく第２の開度指令により、この急変により必要になる冷媒量を予測して膨張弁の開度を制御することができる。また、流入冷水の流入温度が低温側に急変した場合には、第１の循環量に基づく第１の開度指令により、現時点の冷媒循環量を維持すべく膨張弁の開度を制御することができる。すなわち、第２の開度指令で、当該冷凍系統の冷水温度制御に先行して膨張弁を閉じることはない。
この結果、厳密な制御パラメータを設定して膨張弁の最適開度制御を行っても当該冷凍機の運転を不安定にすることはない。したがって、蒸発器側への冷媒ガスの漏れを可及的に低減して高効率で当該冷凍機の運転を行うことができる。さらに、当該冷凍機の起動時に冷媒液の液面が上昇する方向にオーバシュートすることなく、最適な液面に落ちつくため、起動から冷水温度制御が安定する迄の時間が最短となる。また、制御の追従性に起因する低圧トリップを最小限に抑えることもできる。
【００４３】
〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項３〕に記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、流出冷水又は流出ブラインの設定温度に基づいて予め設定する設定温度は、圧縮機の吸入冷媒量又は吐出冷媒量を調整して制御する当該冷凍機の前記流出冷水又は流出ブラインの設定温度としたので、
負荷に供給する流出冷水の設定温度を基準として〔請求項３〕に記載する発明と同様の制御を行うことができ、同様の作用・効果を得る。
【００４４】
〔請求項５〕に記載する発明は、〔請求項３〕又は〔請求項４〕に記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、膨張弁は、ターボ圧縮機のベーンの開度を調整して吸入冷媒量を調整することにより流出冷水又は流出ブラインの温度が設定温度になるように制御するターボ冷凍機の膨張弁であるので、
〔請求項３〕及び〔請求項４〕に記載する発明と同様の作用・効果をターボ冷凍機で得ることができる。
【００４５】
〔請求項６〕に記載する発明は、〔請求項３〕乃至〔請求項５〕の何れか一つに記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、膨張弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、且つ凝縮器から中間冷却器に至る管路の途中に配設されており、中間冷却器に流入する冷媒を膨張させる多段圧縮冷凍機の膨張弁であり、中間冷却器は、中間冷却器から一部の冷媒を、多段圧縮冷凍機の多段圧縮機の２段目以降に戻すものであるので、
〔請求項３〕乃至〔請求項５〕に記載する発明と同様の作用・効果を多段冷凍機で得ることができる。
【００４６】
〔請求項７〕に記載する発明は、〔請求項３〕乃至〔請求項５〕の何れか一つに記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、膨張弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラと中間冷却器との間に配設されており、サブクーラで過冷却され、且つ中間冷却器に流入する冷媒を膨張させる多段圧縮冷凍機の膨張弁であり、中間冷却器は、中間冷却器から一部の冷媒を、多段圧縮冷凍機の多段圧縮機の２段目以降に戻すものであるので、
〔請求項３〕乃至〔請求項５〕に記載する発明と同様の作用・効果をサブクーラを有する多段冷凍機で得ることができる。
【００４７】
〔請求項８〕に記載する発明は、〔請求項３〕乃至〔請求項５〕の何れか一つに記載する冷凍機における膨張弁の制御装置において、膨張弁は、凝縮器から蒸発器に至る管路の途中であって、凝縮器から流出する冷媒を過冷却するサブクーラの下流側に配設されており、サブクーラで過冷却され、蒸発器に流入する冷媒を膨張させる冷凍機の膨張弁であるので、
〔請求項３〕乃至〔請求項５〕に記載する発明と同様の作用・効果をサブクーラを有する冷凍機で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る制御装置を、これを適用するターボ冷凍機とともに示すブロック線図である。
【図２】図１に示す制御装置による膨張弁の制御の態様を説明するための温度特性図である。
【図３】従来技術に係る一般的なターボ冷凍機を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１        蒸発器
２        ターボ圧縮機
２ａ        ベーン
３        凝縮器
４        膨張弁
１１        流入温度検出器
１２        流出温度検出器
１４        温度設定部
１５        上流側圧力検出器
１６        下流側圧力検出器
１７        第１の指令生成部
１８        第２の指令生成部
１９        開度指令部
Ｔi         流入温度
Ｔo         流出温度
【図１】
0004690574.tif 000002
【図２】
0004690574.tif 000003
【図３】
0004690574.tif 000004