CN104884876A - 制冷循环装置及制冷循环装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明具备对从压缩机(1)排出的制冷剂的排出温度进行检测的排出温度传感器(41)和对膨胀阀(3)的开度进行控制的控制装置(50)。控制装置(50)求出使膨胀阀(3)的开度变化时的排出温度的变化量，求出排出温度的变化量相对于膨胀阀(3)的开度的变化量的比率，基于比率变化的膨胀阀(3)的开度，决定在膨胀阀(3)设定的开度。

Description

制冷循环装置及制冷循环装置的控制方法

技术领域

本发明涉及一种由配管将压缩机、冷凝器、开度可变的膨胀阀及蒸发器连接成环状，使制冷剂循环的制冷循环装置及其控制方法。

背景技术

在现有技术的制冷循环装置中，当压缩机的排出侧温度超过上限温度时使电动式膨胀阀全开，并且，对全开之前的阀开度进行存储。其后，设定成与在排出侧温度下降到下限温度时存储的开度相比打开一定开度的开度。由此，不会使压缩机的排出侧温度异常地上升，可及时地设定成规定的开度(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭60-140075号公报(第2页)

发明内容

发明所要解决的课题

在现有技术中，比较由温度传感器检测的排出温度与上限温度，对膨胀阀进行控制。然而，在由温度传感器检测的检测值有误差的情况下，存在不能恰当地对膨胀阀进行控制这一问题点。在膨胀阀的开度没有被恰当地控制的情况下，存在COP(性能系数)及能力降低这一问题点。

虽然也可考虑温度传感器的检测值的误差对目标温度进行设定，但温度传感器的检测值的误差在制造多个制冷循环装置的时候分别存在个体差。例如，在制造工序中，在将温度传感器设置于制冷剂配管的时候，有时在安装的状态产生偏差。另外，温度传感器自身的分辨率及精度也存在个体差。因此，难以考虑温度传感器的检测值的误差来在各装置个别地设定目标温度。

也可考虑通过在压缩机的排出温度的检测之外对冷凝器出口的过冷却度(SC：过冷)进行检测来控制膨胀阀的开度。然而，在低负荷运转时等冷凝器出口的制冷剂不成为过冷却状态的运转状态下，存在不能恰当地控制膨胀阀这一问题点。特别是因为对室外机和室内机进行连接的配管变长相应地导致制冷剂量不足，所以，此问题点变得显著。

本发明就是为了解决上述的那样的课题而做出的，其目的在于获得一种不论温度传感器的检测值的误差及制冷循环装置的运转状态如何，都可提高COP及能力的制冷循环装置及制冷循环装置的控制方法。

用于解决课题的技术手段

本发明的制冷循环装置由配管将压缩机、冷凝器、开度可变的膨胀阀及蒸发器连接成环状，使制冷剂循环；在该制冷循环装置中，具备对从上述压缩机排出的上述制冷剂的排出温度进行检测的温度传感器和对上述膨胀阀的开度进行控制的控制装置；上述控制装置求出使上述膨胀阀的开度变化时的上述排出温度的变化量，求出上述排出温度的变化量相对于上述膨胀阀的开度的变化量的比率；基于上述比率变化的上述膨胀阀的开度，决定在上述膨胀阀设定的开度。

发明的效果

本发明不论温度传感器的检测值的误差及制冷循环装置的运转状态如何，都可提高COP及能力。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的制冷循环装置的结构图。

图2是表示膨胀阀3的开度与COP改善率及能力改善率的关系的图。

图3是表示膨胀阀3的开度与排出温度及吸入SH的关系的图。

图4是表示本发明的实施方式1的制冷循环装置的控制动作的流程图。

图5是表示本发明的实施方式1的制冷循环装置的数据抽出处理的流程图。

图6是在图3中表示第1区域及第2区域和近似直线及交点的图。

图7是表示本发明的实施方式1的膨胀阀3的控制动作与排出温度的时间序列数据的图。

图8是表示膨胀阀3的开度与排出温度的预测值及实测值的关系、和膨胀阀3的开度与COP的关系的图。

图9是表示本发明的实施方式2的制冷循环装置的数据抽出处理的流程图。

图10是表示本发明的实施方式1或2的制冷循环装置的另一结构例的图。

图11是表示本发明的实施方式1或2的制冷循环装置的另一结构例的图。

图12是图10及图11所示的制冷循环装置的Ph线图。

具体实施方式

实施方式1.

<制冷循环装置的结构>

图1是本发明的实施方式1的制冷循环装置的结构图。

如图1所示的那样，制冷循环装置100具备室外机61和从室外机61分离的室内机62。室外机61和室内机62由液体管5及气体管7连接，构成后述的制冷剂回路20。室外机61相对于热源例如大气等进行散热或吸热。室内机62进行相对于负荷例如室内空气的散热或吸热。再者，虽然图1中表示了仅具备1台室内机62的结构，但也可具备多台。

<室外机的结构>

室外机61具备压缩机1、作为流路切换装置的四通阀8、与热源侧介质进行热交换的室外热交换器2、作为制冷剂缓冲容器的储液器9和作为减压装置的膨胀阀3，它们由制冷剂配管进行连接。室外机61还具备作为向室外热交换器2输送大气、水等热源侧介质的装置的室外风扇31。以下，依次对构成室外机61的各设备进行说明。

(压缩机)

压缩机1例如是全密闭式压缩机，是可根据来自控制装置50的指令由变频器使得转速可变的压缩机。通过对压缩机1进行转速控制，对在制冷剂回路20中循环的制冷剂流量进行调整，可对室内机62中的散热或吸热量进行调整，例如在负荷侧是室内空气的情况下，适当地保持室内空气温度。

(四通阀)

四通阀8用于对流路进行切换，以便使从压缩机1排出的气体制冷剂向室外热交换器2或室内热交换器6流动。通过由四通阀8对流路进行切换，可将例如室外热交换器2作为冷凝器(散热器)发挥作用，或作为蒸发器发挥作用。

(室外热交换器)

室外热交换器2例如是翅片管型热交换器，进行从室外风扇31供给的作为热源侧介质的外部空气与制冷剂的热交换。再者，在室外热交换器2与制冷剂进行热交换的热源侧介质不限于外部空气(空气)，例如也可将水、防冻液等用作热源。在此情况下，在室外热交换器2使用板式热交换器，在热源侧输送装置不使用室外风扇31，而是使用泵。另外，室外热交换器2也可通过将热交换配管埋在地中利用地热，使得可全年供给稳定的温度的热源。

(膨胀阀)

膨胀阀3是可根据来自控制装置50的指令使得开度可变的阀。膨胀阀3例如使用电子控制式膨胀阀(线性膨胀阀：LEV)。膨胀阀3通过使开度变化，流路阻力发生变化。对膨胀阀3的开度进行设定的动作后述。

(储液器)

储液器9具备对从蒸发器流出的气液二相制冷剂进行气液分离的功能。因此，通过使制冷剂在流入到压缩机1之前通过储液器9，可对液体制冷剂被吸入到压缩机1进行抑制。因此，储液器9有助于压缩机1中的液体压缩的防止、因压缩机1内的油浓度的降低所导致的轴烧结(軸焼付け)防止等、可靠性提高。另一方面，储液器9对被应向压缩机1返回的制冷机油也进行分离。因此，在储液器9内的吸入配管(未图示)配置用于将需要量的制冷机油返回到压缩机1的孔、管，使得制冷机油返回到压缩机1，在制冷机油溶于制冷剂的情况下，一些液体制冷剂与制冷机油一起返回到压缩机1。

<室内机的结构>

室内机62具备室内热交换器6和室内风扇32。室内热交换器6与负荷侧介质进行热交换。室内风扇32是输送作为负荷侧介质的室内空气的装置。以下，对于构成室内机62的各设备依次进行说明。

(室内热交换器)

室内热交换器6例如由翅片管型热交换器构成，进行从室内风扇32供给的作为负荷侧介质的室内空气与制冷剂的热交换。再者，在室内热交换器6与制冷剂进行热交换的负荷侧介质不限于室内空气，例如也可将水、防冻液等用作热源。在此情况下，在室内热交换器6使用板式热交换器，负荷侧输送装置不使用室内风扇32，而是使用泵。

(连接配管)

液体管5和气体管7是对室外机61和室内机62进行连接的连接配管，具有连接所需要的规定的长度。另外，气体管7的配管直径一般比液体管5的大。液体管5被连接在室外机61的室外机液体管连接部11与室内机62的室内机液体管连接部13之间，另外，气体管7被连接在室外机61的室外机气体管连接部12与室内机62的室内机气体管连接部14之间。通过这样地由液体管5及气体管7连接室外机61和室内机62，构成制冷剂按照压缩机1、四通阀8、室内热交换器6、膨胀阀3、室外热交换器2、四通阀8、储液器9的顺序循环的制冷剂回路20。

<传感器类及控制装置>

接下来，对制冷循环装置100具备的传感器类及控制装置50进行说明。

在室外机61中，对从压缩机1排出的制冷剂的温度(以下称为排出温度)进行检测的排出温度传感器41被设置于压缩机1的排出侧。另外，在室外热交换器2中，设置对在室外热交换器2中流动的制冷剂的温度(即，与制冷运转时的冷凝温度或制热运转时的蒸发温度对应的制冷剂温度)进行检测的室外热交换饱和温度传感器42。而且，在室外热交换器2的液体侧设置对制冷剂的温度进行检测的室外热交换温度传感器43。

室外热交换器2在制冷运转时成为冷凝器(散热器)，制冷运转时的冷凝器出口的过冷却度(SC：过冷)通过从室外热交换温度传感器43的检测值减去室外热交换饱和温度传感器42的检测值来求出。这样地由室外热交换饱和温度传感器42及室外热交换温度传感器43构成过冷却度检测装置。再者，过冷却度检测装置不限于该结构，也可设置对来自压缩机1的排出压力进行检测的传感器，做成从室外热交换温度传感器43的检测值减去根据该传感器的检测值换算的制冷剂饱和气体温度来求出的结构。

另外，在室内机62中，在室内热交换器6设置对在室内热交换器6中流动的制冷剂的温度(即，与制冷运转时的蒸发温度或制热运转时的冷凝温度对应的制冷剂温度)进行检测的室内热交换饱和温度传感器44。另外，在室内热交换器6的液体侧设置对制冷剂的温度进行检测的室内热交换温度传感器45。

室内热交换器6在制热运转时成为冷凝器(散热器)，制热运转时的冷凝器出口的过冷却度(SC：过冷)通过从室内热交换温度传感器45的检测值减去室内热交换饱和温度传感器44的检测值来求出。这样地由室内热交换饱和温度传感器44及室内热交换温度传感器45构成过冷却度检测装置。再者，过冷却度检测装置不限于该结构，也可设置对来自压缩机1的排出压力进行检测的传感器，做成从室内热交换温度传感器45的检测值减去根据该传感器的检测值换算的制冷剂饱和气体温度来求出的结构。

控制装置50由微型计算机构成，具备CPU、RAM及ROM等，在ROM中存储控制程序及与后述的流程图对应的程序等。控制装置50基于来自各传感器的检测值对压缩机1、膨胀阀3、室外风扇31及室内风扇32进行控制。另外，控制装置50通过四通阀8的切换进行制冷运转或制热运转。再者，控制装置50可设置于室外机61，也可设置于室内机62，另外，也可分成室内控制装置和室外控制装置来构成，做成相互进行协作处理的结构。

接下来，对本实施方式的制冷剂回路20中的制热运转及制冷运转依次进行说明。

<制热运转时的制冷剂的动作>

制热运转时，四通阀8被切换成由图1的实线表示的状态。于是，从压缩机1排出的高温高压的制冷剂通过四通阀8从室外机气体管连接部12流入到气体管7。因为气体管7具有规定的长度，所以，流入到气体管7内的制冷剂因气体管7内的摩擦损失而被减压。其后，制冷剂从室内机气体管连接部14流入到室内机62的室内热交换器6。因为室内热交换器6在制热运转时作为散热器工作，所以，流入到室内热交换器6的制冷剂与来自室内风扇32的室内空气进行热交换而散热，温度降低，成为过冷却状态的液体制冷剂，从室内热交换器6流出。

从室内热交换器6流出的液体制冷剂自室内机液体管连接部13流入到液体管5。流入到液体管5的制冷剂在通过液体管时也与通过气体管时同样地因为摩擦损失而减压，从室外机液体管连接部11流入到室外机61。然后，流入到室外机61的制冷剂在制冷剂热交换器4与来自储液器9的制冷剂进行热交换，成为进一步被冷却的状态的制冷剂。在制冷剂热交换器4被冷却的状态的制冷剂由膨胀阀3减压，成为气液二相制冷剂，流入到室外热交换器2。因为室外热交换器2在制热运转时作为蒸发器工作，所以，流入到室外热交换器2的制冷剂与来自室外风扇31的室外空气进行热交换而吸热、蒸发，成为饱和气体或干度高的气液二相制冷剂，从室外热交换器2流出。

从室外热交换器2流出的制冷剂通过四通阀8流入到储液器9。在储液器9中对以气液二相流入的制冷剂进行气液分离，气体制冷剂被吸入到压缩机1。

<制冷运转时的制冷剂的动作>

制冷运转时，四通阀8被切换成由图1的虚线表示的状态。从压缩机1排出的高温高压的制冷剂通过四通阀8流入到室外热交换器2。流入到室外热交换器2的制冷剂是与从压缩机1排出的高温高压制冷剂大致没有变化的制冷剂状态。因为室外热交换器2在制冷运转时作为散热器工作，所以，流入到室外热交换器2的制冷剂与来自室外风扇31的外部空气(大气)进行热交换而散热，温度降低，成为过冷却状态的液体制冷剂，从室内热交换器6流出。

从室外热交换器2流出的制冷剂由膨胀阀3减压，成为气液二相制冷剂，通过室外机液体管连接部11流入到液体管5。因为液体管5具有规定的长度，所以，流入到液体管5的制冷剂因为液体管5内的摩擦损失而被进一步减压，其后，从室内机液体管连接部13流入到室内机62的室内热交换器6。因为室内热交换器6在制冷运转时作为蒸发器工作，所以，流入到室内热交换器6的制冷剂与来自室内风扇32的室内空气进行热交换而吸热、蒸发，成为饱和气体或干度高的气液二相制冷剂，从室内热交换器6流出。

从室内热交换器6流出的制冷剂通过室内机气体管连接部14流入到气体管7。气体管7也具有与液体管5同等的长度，流入到气体管7的制冷剂在通过气体管时因为摩擦损失而被减压，通过室内机气体管连接部14及四通阀8流入到储液器9。在储液器9中，以气液二相流入的制冷剂被进行气液分离，气体制冷剂被吸入到压缩机1。

<膨胀阀3的开度与排出温度、COP、能力的关系>

图2是表示膨胀阀3的开度与COP改善率及能力改善率的关系的图。

图3是表示膨胀阀3的开度与排出温度及吸入SH(过热)的关系的图。

在压缩机1的转速为一定的状态下，在使膨胀阀3的开度变化了的情况下，存在性能系数(Coefficient Of Performance：COP)改善率及能力改善率成为最大的开度。在图2所示的例中，膨胀阀3的开度是100pulse时COP改善率及能力改善率为最大。

另外，在COP改善率及能力改善率成为最大的膨胀阀3的开度下，成为在被吸入到压缩机1的制冷剂中带有一些过热度(以下称为吸入SH)的状态。例如，如图3所示的那样，在COP改善率及能力改善率成为最大的膨胀阀3的开度(100pulse)下，吸入SH成为约1K。另一方面，当吸入SH变得过大时，吸入饱和温度大幅度地降低，所以，COP降低，COP改善率及能力改善率降低。

在制冷剂回路20中，蒸发器出口的过热度与压缩机1吸入的过热度(吸入SH)成为大致相同值。因此，如图3所示的那样，吸入SH的变化与排出温度的变化存在相关，当吸入SH增加时，排出温度也增加。即，排出温度与COP改善率及能力改善率存在相关。另外，当成为蒸发器出口的制冷剂的温度比饱和气体的温度高的过热气体(吸入SH>0)时，排出温度急剧地变化。

即，在吸入SH>0的情况下和吸入SH≤0的情况下，使膨胀阀3的开度变化规定量(例如1pulse)时的、排出温度的变化量(以下称为排出温度变化率)不同。

因此，根据使膨胀阀3的开度变化时的排出温度的变化量，可探索吸入SH成为约1K的膨胀阀3的开度，或蒸发器出口的制冷剂成为饱和气体的膨胀阀3的开度(LPs)。即，COP改善率及能力改善率成为最大的膨胀阀3的开度(LPm)及目标排出温度(Tdm)的探索成为可能。

根据这样的情况，在本实施方式1中，通过在制冷循环装置100运转的状态下对使膨胀阀3的开度变化时的排出温度的变化量进行检测，决定在膨胀阀3设定的开度。

<控制动作>

图4是表示本发明的实施方式1的制冷循环装置的控制动作的流程图。

以下基于图4的各步骤进行说明。

(步骤1)

当在制冷循环装置100进行制热运转或制冷运转的运转状态下满足了开始条件时，控制装置50开始使膨胀阀3的开度最佳化的控制。

此控制通过尽可能从制冷循环的动作稳定的状态开始进行，可正确地对排出温度进行判定。

(开始条件)

例如，将以下的[(a)或(b)]和(c)设定为开始条件。

(a)排出温度的变化量在预先设定的范围(例如±1K)内稳定规定时间(例如5分钟)的情况下。

(b)压缩机1的转速、室外风扇31的转速及室内风扇32的转速被固定(控制成一定)的情况下。

(c)从压缩机1的起动开始经过预先设定的第1时间(例如20分钟)的情况下。

再者，在本控制的开始前的运转状态下，当在储液器9中存在剩余制冷剂时，因为排出温度变化变慢，所以，最好吸入SH是0以上(例如5K)。因此，预先存储不论运转状态如何吸入SH都成为0以上(例如吸入SH>5K)的初期开度。然后，将制冷循环装置100的运转初期的膨胀阀3的开度设定成存储的初期开度。

(步骤2)

控制装置50进行数据抽出处理。使用图5说明数据抽出处理的详细内容。

<数据抽出处理>

图5是表示本发明的实施方式1的制冷循环装置的数据抽出处理的流程图。

以下，基于图5的各步骤进行说明。

再者，i是膨胀阀3的变化次数，初期值是0。

(步骤2-1)

控制装置50存储排出温度传感器41检测的现在的排出温度Td(i)和在膨胀阀3设定的现在的开度LP(i)。

(步骤2-2)

控制装置50将膨胀阀3的现在的开度LP(i)设定成变化了变化量ΔLP(i+1)的开度LP(i+1)。在这里，ΔLP可以是固定开度，也可以是目前的开度的百分之几。

(步骤2-3)

控制装置50在经过规定时间Tint后，算出在步骤2-1存储的排出温度Td(i)与使膨胀阀3变化后的排出温度Td(i+1)的差，作为排出温度的变化量ΔTd(i+1)进行存储。

(步骤2-4)

控制装置50算出排出温度变化率R(i+1)。排出温度变化率R(i+1)是排出温度的变化量ΔTd(i+1)相对于膨胀阀3的开度的变化量ΔLP(i+1)的比率，由下述式(1)表示。

[式1]

$R(i+1)=\frac{{\mathrm{\&Delta;T}}_d(i+1)}{\mathrm{\&Delta;}LP(i+1)}---\left(1\right)$

控制装置50判断排出温度变化率R(i+1)是否比规定值α小。

在排出温度变化率R(i+1)不比规定值α小的情况下，将排出温度Td(i+1)及膨胀阀3的开度LP(i+1)的信息分类成第1区域的信息进行存储。

在排出温度变化率R(i+1)比规定值α小的情况下，将排出温度Td(i+1)及膨胀阀3的开度LP(i+1)的信息分类成第2区域的信息进行存储。

在这里，规定值α设定比吸入SH>0的情况下的排出温度变化率R(i+1)小而且比吸入SH≤0的情况下的排出温度变化率R(i+1)大的值。

再者，该规定值α因制冷循环装置100的能力、膨胀阀3的开度特性等不同而不同。例如，可与制冷循环装置100的机种相应地由实验数据、模拟等决定。

图6是在图3中表示第1区域及第2区域和近似直线及交点的图。

如图6所示的那样，在排出温度变化率R比规定值α大的情况下，排出温度Td(i+1)及膨胀阀3的开度LP(i+1)的信息被分类成是吸入SH>0的第1区域。

另外，在排出温度变化率R比规定值α小的情况下，排出温度Td(i+1)及膨胀阀3的开度LP(i+1)的信息被分类成是吸入SH≤0的第2区域。

(步骤2-5)

控制装置50判断分类成第1区域的排出温度Td(i+1)及膨胀阀3的开度LP(i+1)的信息和分类成第2区域的排出温度Td(i+1)及膨胀阀3的开度LP(i+1)的信息是否分别被存储了2个以上。

在第1区域的信息及第2区域的信息没有分别被存储2个以上的情况下，对i的值进行增加，返回到步骤2-1，重复上述的动作。

另一方面，在第1区域的信息及第2区域的信息分别被存储2个以上的情况下，结束数据抽出处理，前进到步骤3。

接着，基于图4进行说明。

(步骤3)

控制装置50基于分类成第1区域的信息，求出以直线(以下称为第1直线)对膨胀阀3的开度LP与排出温度Td的关系进行近似的关系式。

控制装置50基于分类成第2区域的信息，求出以直线(以下称为第2直线)对膨胀阀3的开度LP与排出温度Td的关系进行近似的关系式。

此第1直线及第2直线从抽出的信息利用例如最小二乘法求出。

当将第1直线的斜率设为a1，将截距设为b2，将第2直线的斜率设为a2，将截距设为b2时，第1直线及第2直线成为以下的式(2)。

[式2]

y＝a₁x+b₁

                  (2)

y＝a₂x+b₂

再者，对膨胀阀3的开度与排出温度的关系进行近似的关系式的算出方法不限于最小二乘法，也可使用任意的回归分析法。另外，在本实施方式1中，虽然以直线(一次式)对膨胀阀3的开度与排出温度的关系进行近似，但本发明不限于此，也可由多变量函数进行近似。

再者，也可基于分类成第1区域的信息中的、膨胀阀3的开度比分类成第2区域的膨胀阀3的开度的最小值大的信息，求出第1直线。另外，也可基于分类成第2区域的信息中的、膨胀阀3的开度比分类成第1区域的膨胀阀3的开度的最大值大的信息，求出第2直线。

由此，可精度更良好地求出对膨胀阀3的开度LP与排出温度Td的关系进行近似的第1直线及第2直线的关系式。例如，根据运转状态及测定误差等，在膨胀阀3的开度小的情况下有时排出温度变化率R变小，即使是吸入SH>0，也有时被分类成第2区域的信息。通过上述的动作，可排除这些信息。

再者，第1直线的关系式与本发明的“第1近似式”相当。另外，第2直线的关系式与本发明的“第2近似式”相当。

(步骤4)

控制装置50求出第1直线与第2直线的交点的膨胀阀3的开度(LPs)及排出温度(Tds)。

根据上述式(1)及式(2)，LPs及Tds成为以下的式(3)及式(4)。

[式3]

${\mathrm{LP}}_s=-\frac{b_1-b_2}{a_1-a_2}---\left(3\right)$

[式4]

$T_{ds}=\frac{a_1\&CenterDot;b_2-a_2\&CenterDot;b_1}{a_1-a_2}---\left(4\right)$

如图6所示的那样，第1直线与第2直线的交点与第1区域与第2区域的边界大致一致。因此，处于第1直线与第2直线的交点的膨胀阀3的开度(LPs)与蒸发器出口的制冷剂成为饱和气体的膨胀阀3的开度近似。另外，处于第1直线与第2直线的交点的排出温度(Tds)与饱和气体的温度近似。

(步骤5)

控制装置50基于由上述步骤4算出的膨胀阀3的开度(LPs)及排出温度(Tds)，设定目标排出温度(Tdm)及目标开度(LPm)的至少一方。

如在上述图2及图3中说明的那样，COP改善率及能力改善率成为最大的状态是制冷剂带有一些过热度的状态(例如SH＝1K左右)。即，COP改善率及能力改善率成为最大时的排出温度有时相对于第1直线与第2直线的交点的排出温度(Tds)变高一些。

因此，设为控制目标的目标排出温度(Tdm)如以下的式(5)所示的那样，设为将预先设定的修正温度dT与排出温度(Tds)加在一起的温度。

[式5]

T_dm＝T_ds+dT   (5)

另外，COP改善率及能力改善率成为最大的膨胀阀3的目标开度(LPm)使用第1直线的关系式由以下的式(6)求出。

再者，使用第1直线的关系式，是因为在目标排出温度(Tdm)下的制冷剂是带有过热度的状态(第1区域)。

[式6]

${\mathrm{LP}}_m=\frac{T_{dm}-b_1}{a_1}---\left(6\right)$

再者，在上述说明中，虽然说明了在求出目标排出温度(Tdm)后使用此目标排出温度(Tdm)求出目标开度(LPm)的情况，但不限于此。

例如，将目标开度(LPm)设为从处于第1直线与第2直线的交点的膨胀阀3的开度(LPs)减去预先设定的修正开度dLP的开度。于是，也可将目标开度(LPm)代入到第1直线的关系式中，求出目标排出温度(Tdm)。

(步骤6)

控制装置50将膨胀阀3的开度设定成目标开度(LPm)。

或者，控制装置50以由排出温度传感器41检测的排出温度成为目标排出温度(Tdm)的方式设定膨胀阀3的开度。

(步骤7)

控制装置50在结束条件成立时结束此控制。

(结束条件)

例如，在以下的(a)、(b)、(c)的任意1个条件成立的情况下结束控制。

(a)目标排出温度(Tdm)及目标开度(LPm)已决定的情况下。

(b)压缩机1的运转已停止的情况下。

(c)从外部设备等(例如遥控器等)接收到使本控制结束的控制结束信号的情况下。

图7是表示本发明的实施方式1的膨胀阀3的控制动作和排出温度的时间序列数据的图。

通过以上的控制动作，随着时间的经过，膨胀阀3的开度在每次以变化量ΔLP逐渐地增加后，被设定成目标开度(LPm)。另外，排出温度随着膨胀阀3的开度的增加而逐渐地降低，在膨胀阀3的开度被设定的状态下，成为目标排出温度(Tdm)。

如以上的那样，在本实施方式1中求出排出温度的变化量ΔTd，基于排出温度变化率R变化的膨胀阀3的开度，决定在膨胀阀3设定的开度。

因此，即使是例如低能力运转时等在冷凝器出口的制冷剂不带有过冷却度(SC：过冷)的条件，也可对膨胀阀3进行控制，以便成为适当的循环状态。

另外，通过使用排出温度的变化量ΔTd，即使在因为排出温度传感器41的安装状态的偏差、固体差等而在制造多个制冷循环装置的时候在排出温度的检测值的误差产生个体差的情况下，也可对COP及性能的偏差进行抑制。

另外，通过对膨胀阀3的开度和排出温度的特性进行把握，可一次设定膨胀阀3的开度，以便成为作为目标的循环状态(例如COP最大、能力最大)，所以，与利用反馈控制进行的排出温度控制相比，运转状态容易稳定，可提高运转状态的再现性(性能没有偏差)。

另外，在本实施方式1中，基于排出温度变化率R，将取得的信息分类成第1区域的信息和第2区域的信息，使用各自的区域的信息求出第1直线和第2直线的关系式。然后，根据第1直线与第2直线的交点，求出蒸发器出口的制冷剂成为饱和气体的膨胀阀3的开度(LPs)。

因此，通过将第1区域的信息及第2区域的信息分别至少取得2个，可决定膨胀阀3的开度。即，可减少为了探索最佳的开度而使膨胀阀3的开度变化的次数。

实施方式2.

在本实施方式2中，求出排出温度的预测值，基于排出温度的实测值与预测值的差的大小，分类成第1区域的信息和第2区域的信息。

再者，本实施方式2中的制冷循环装置的结构与上述实施方式1相同。

<排出温度的预测值>

说明对使膨胀阀3变化后的排出温度进行预测的算出式。

当将压缩过程考虑为多方变化时，排出温度Td和吸入温度Ts使用排出压力Pd、吸入压力Ps、多方指数α，成为式(7)的关系。

[式7]

$(T_d+273.15)=(T_s+273.15)\&CenterDot;{\left(\frac{P_d}{P_s}\right)}^{\frac{\mathrm{\&alpha;}-1}{\mathrm{\&alpha;}}}---\left(7\right)$

使膨胀阀3变化后的排出温度Td*与吸入温度Ts*的关系成为式(8)。

[式8]

$({T_d}^{*}+273.15)=({T_s}^{*}+273.15)\&CenterDot;{\left(\frac{P_d}{P_s}\right)}^{\frac{\mathrm{\&alpha;}-1}{\mathrm{\&alpha;}}}---\left(8\right)$

在这里，当假设排出压力、吸入压力、多方指数在膨胀阀3的变化前后不变化时，通过式(7)和式(8)求出式(9)。

[式9]

$({T_d}^{*}-T_d)=\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;({T_s}^{*}-T_s)\&CenterDot;{\left(\frac{P_d}{P_s}\right)}^{\frac{\mathrm{\&alpha;}-1}{\mathrm{\&alpha;}}}---\left(9\right)$

在这里，吸入温度Ts自吸入饱和温度ET和吸入过热度SHs由式(10)进行表示。

[式10]

T_s＝ET+SH_s   (10)

因为压缩机1的转速一定，所以，排出压力、吸入压力不变化，因此，排出温度与吸入SH通过式(9)和式(10)，成为式(11)的关系。

[式11]

$\begin{array}{c}({T_d}^{*}-T_d)=\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;\left(\right(ET+S{H_s}^{*})-(ET+S{H}_s\left)\right)\&CenterDot;{\left(\frac{P_d}{P_s}\right)}^{\frac{\mathrm{\&alpha;}-1}{\mathrm{\&alpha;}}}\\ ({T_d}^{*}-T_d)=\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;(S{H_s}^{*}-S{H}_s)\&CenterDot;{\left(\frac{P_d}{P_s}\right)}^{\frac{\mathrm{\&alpha;}-1}{\mathrm{\&alpha;}}}---\left(11\right)\end{array}$

即，排出温度的变化量与吸入SH的变化量成比例。

另外，膨胀阀3的开度的变化量ΔLP因为与吸入过热度(吸入SH)的变化量存在相关，所以，可由式(12)进行表示。

[式12]

ΔLP＝LP·λ·(SH_s-SH_s ^*)   (12)

再者，λ是系数。

当使式(12)变形时，吸入SH如由式(13)表示的那样，成为膨胀阀3的开度的变化量ΔLP的函数。

[式13]

${{\mathrm{SH}}_s}^{*}-{\mathrm{SH}}_s=(-1)\&CenterDot;\frac{1}{\mathrm{\&lambda;}}\&CenterDot;\frac{\mathrm{\&Delta;LP}}{LP-{\mathrm{LP}}_0}---\left(13\right)$

在这里，LP表示现在的膨胀阀3的开度，LP₀表示全闭开度。

根据式(11)和式(13)，使膨胀阀3开度进行1次变化的情况下的排出温度可由式(14)进行表示。

[式14]

$({T_d}^{*}-T_d)=\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;(-1)\&CenterDot;\frac{1}{\mathrm{\&lambda;}}\&CenterDot;{\left(\frac{P_d}{P_s}\right)}^{\frac{\mathrm{\&alpha;}-1}{\mathrm{\&alpha;}}}.\frac{\mathrm{\&Delta;LP}}{LP-{\mathrm{LP}}_0}=\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;K_0\&CenterDot;\frac{\mathrm{\&Delta;}LP}{LP-{\mathrm{LP}}_0}---\left(14\right)$

在这里，K₀成为式(15)。

[式15]

$K_0=(-\frac{1}{\mathrm{\&lambda;}})\&CenterDot;{\left(\frac{P_d}{P_s}\right)}^{\frac{\mathrm{\&alpha;}-1}{\mathrm{\&alpha;}}}---\left(15\right)$

通过式(14)，使膨胀阀3的开度进行1次变化的情况下的、排出温度的变化量ΔTd的预测值可由式(16)表示。另外，使膨胀阀3的开度进行1次变化的情况下的、排出温度的预测值可由式(17)进行表示。

[式16]

${\mathrm{\&Delta;Td}}^{*}={T_d}^{*}-T_d=\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;K_0\&CenterDot;\frac{\mathrm{\&Delta;}LP}{LP-{\mathrm{LP}}_0}---\left(16\right)$

[式17]

${T_d}^{*}=T_d+\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;K_0\frac{\mathrm{\&Delta;}LP}{LP-{\mathrm{LP}}_0}---\left(17\right)$

在这里，β是实机用的修正系数。比例系数K₀如式(15)所示的那样，是根据运转时的排出压力Pd、吸入压力Ps等决定的值。修正系数β及比例系数K₀可由实验数据或模拟等预先设定，也可使用在运转时测量的结果算出。例如，也可从由室外热交换饱和温度传感器42及室内热交换饱和温度传感器44检测的饱和温度算出排出压力Pd、吸入压力Ps，使用这些值算出比例系数K₀。通过这样地使用运转时的测量结果算出比例系数K₀，可精度良好地求出排出温度的预测值。

<实测值与预测值的误差>

图8(a)是表示膨胀阀3的开度与排出温度的预测值及实测值的关系的图。图8(b)是表示膨胀阀3的开度与排出温度的变化量的预测值及实测值的关系的图。图8(c)是表示膨胀阀的开度与COP的关系的图。

如图8(a)、图8(b)所示的那样，排出温度的实测值与预测值大概一致。但是，当膨胀阀3的开度变大时，实测值与预测值的误差变大。另外，如图8(c)所示的那样，在实测值与预测值的误差变大的开度下，COP降低。

即，在被吸入到压缩机1的制冷剂是潮湿状态(吸入SH<0)的情况下，即在膨胀阀3的开度比LPs大的第2区域中，实测值与预测值的误差变大。另外，在吸入SH>0的情况下，即在膨胀阀3的开度比LPs小的第1区域中，实测值与预测值的误差变小。

根据这样的情况，在本实施方式2中，在数据抽出处理中使用预测的排出温度Td(i+1)*与变化之前的排出温度Td(i)的差，将取得的信息分类成第1区域的信息或第2区域的信息的任意一个。

<控制动作>

以下，以与上述实施方式1的差异点为中心说明本实施方式2的控制动作。

基本的控制动作与上述实施方式1(图4)相同。在本实施方式2中，步骤2的数据抽出处理的动作不同。

图9是表示本发明的实施方式1的制冷循环装置的数据抽出处理的流程图。

以下，基于图9的各步骤进行说明。

(步骤2-1)

控制装置50存储排出温度传感器41检测的现在的排出温度Td(i)和在膨胀阀3设定的现在的开度LP(i)。

(步骤2-1a)

控制装置50将现在的排出温度Td(i)、现在的开度LP(i)、开度的变化量ΔLP(i+1)代入到上述式(17)中，由下述式(18)算出使膨胀阀3的开度变化后的、排出温度的预测值Td*(i+1)。

[式18]

${T_d}^{*}(i+1)=T_d\left(i\right)+\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;K_0\&CenterDot;\frac{\mathrm{\&Delta;}LP(i+1)}{LP\left(i\right)-{\mathrm{LP}}_0}---\left(18\right)$

然后，控制装置50由下述式(19)算出使膨胀阀3的开度变化后的、排出温度的变化量的预测值ΔTd*(i+1)。

[式19]

ΔTd^*＝T_d ^*(i+1)-T_d(i)   (19)

(步骤2-2)

控制装置50将膨胀阀3的现在的开度LP(i)设定成变化了变化量ΔLP(i+1)的开度LP(i+1)。在这里，ΔLP可以是固定开度，也可设为目前的开度的百分之几。

(步骤2-3)

控制装置50在经过规定时间Tint后算出在步骤2-1中存储的排出温度Td(i)与使膨胀阀3变化后的排出温度的实测值Td(i+1)的差，作为排出温度的变化量的实测值ΔTd(i+1)进行存储。

(步骤2-4)

控制装置50算出排出温度的变化量的实测值ΔTd(i+1)相对于排出温度的变化量的预测值ΔTd*(i+1)的比率(以下称为误差比率)。

控制装置50判断误差比率是否比规定值γ小。

在误差比率不比规定值γ小的情况下，将排出温度Td(i+1)及膨胀阀3的开度LP(i+1)的信息分类成第1区域的信息进行存储。

在误差比率比规定值γ小的情况下，将排出温度Td(i+1)及膨胀阀3的开度LP(i+1)的信息分类成第2区域的信息进行存储。

在这里，规定值γ设定比吸入SH>0的情况下的误差比率小而且比吸入SH≤0的情况下的误差比率大的值。例如设定20％的误差等。

再者，此规定值γ根据制冷循环装置100的能力、膨胀阀3的开度特性等而不同。例如，可与制冷循环装置100的机种相应地由实验数据、模拟等决定。

(步骤2-5)

控制装置50判断分类成第1区域的排出温度Td(i+1)及膨胀阀3的开度LP(i+1)的信息和分类成第2区域的排出温度Td(i+1)及膨胀阀3的开度LP(i+1)的信息是否分别被存储了2个以上。

在第1区域的信息及第2区域的信息没有分别被存储2个以上的情况下，使i的值增加，返回到步骤2-1，重复上述的动作。

另一方面，在第1区域的信息及第2区域的信息被分别存储2个以上的情况下，结束数据抽出处理，前进到图4所示的步骤3。

以后的动作与上述实施方式1相同。

如以上的那样，即使在本实施方式2中，也可对膨胀阀3进行控制，以便成为适当的循环状态，可获取与上述实施方式1同样的效果。

在本实施方式2中，因为使用排出温度的实测值与预测值的误差来分类对第1直线及第2直线进行近似的信息，所以，即使是膨胀阀3的大小(例如每1脉冲的流量阻力系数的变化幅度)不同的机种，也可将用于分类的阈值(规定值γ)设为相同值。因此，即使被搭载于制冷循环装置100的膨胀阀3变更，控制动作的变更也不需要。

再者，在上述实施方式1中，因为使用排出温度的变化量与膨胀阀3的开度的变化量的比率，所以，若膨胀阀3的大小不同则需要对于每一机种设定阈值(规定值α)。

另外，在本实施方式2中，因为可进行排出温度的预测，所以，如果是带有吸入SH的状态，则可由保护控制等迅速地设定成适当的膨胀阀3的开度(保护控制)。

再者，在本实施方式2中，虽然在步骤2-4中使用预测值ΔTd*(i+1)与实测值ΔTd(i+1)的比率，但本发明不限于此。也可使用排出温度的预测值Td*(i+1)与排出温度的实测值Td(i+1)的差分(绝对值)的大小。

再者，在上述实施方式1及2中，虽然在制冷循环装置100的结构中说明了由液体管5及气体管7连接室外机61和室内机62的结构，但也可以是不设置液体管5及气体管7的结构或使液体管5及气体管7变短的结构。

另外，在制冷循环装置100的结构中，也可以是在制冷剂回路20中串联地配备2个以上的膨胀阀的结构。例如，也可如图10所示的那样，做成将膨胀阀3a配备在室外热交换器2与液体管5之间，将膨胀阀3b配备在液体管5与室内热交换器6之间的结构。另外，例如，如图11所示的那样，做成将储液器9配置在室外热交换器2与液体管5之间，储液器9内的制冷剂与压缩机1的吸入侧配管内的制冷剂进行热交换的结构。而且，也可做成将膨胀阀3a配备在室外热交换器2与储液器9之间，将膨胀阀3b配备在储液器9与液体管5之间的结构。图10及图11的结构中的减压工序如图12的B至E所示的那样，分别由膨胀阀3a及膨胀阀3b实施。在这样地在制冷剂回路20中串联地配备2个以上的膨胀阀的结构的情况下，通过选择2个以上中的控制对象的1个，固定其它的膨胀阀的开度，可进行同样的控制动作。

另外，在将2个以上的膨胀阀串联地配备于制冷剂回路20的结构中，也可使用多个膨胀阀的各自的流路阻力，决定在各自的膨胀阀设定的开度。具体地说，当将各膨胀阀3n(n＝1、2、…N)的流路阻力设为Rn(n＝1、2、…N)时，使2个以上的膨胀阀在制冷剂回路20中串联的情况下的合成流路阻力R由以下的式(20)表示。

[式20]

$R={\left(\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\mathrm{...}\frac{1}{R_N}\right)}^{-1}---\left(20\right)$

在这里，流路阻力Rn使用例如膨胀阀3n的Cv值或开度。再者，流路阻力Rn也可考虑连接配管及热交换器等构成设备内的流路阻力等进行设定。

通过将此合成流路阻力R的值与排出温度的关系置换成上述图3所示的膨胀阀3的开度与排出温度的关系，上述的那样的膨胀阀3可进行与为1个的情况下同样的控制动作。

另外，在上述实施方式1及2中，虽然对使用排出温度的检测值探索COP改善率及能力改善率成为最大的、膨胀阀3的开度(LPm)及目标排出温度(Tdm)的动作进行了说明，但也可不仅使用排出温度，而且还使用冷凝器出口的过冷却度、蒸发器出口的过热度、压缩机1的吸入温度或吸入SH。由此，由于使用代表温度的偏差，所以，可对由伴随着安装的偏差的检测误差产生的对性能的影响进行抑制。另外，在现在的控制目标是冷凝器出口的过冷却度的情况下，变得不需要变更此控制目标，控制构建变得容易。

符号说明：

1压缩机、2室外热交换器、3膨胀阀、4制冷剂热交换器、5液体管、6室内热交换器、7气体管、8四通阀、9储液器、11室外机液体管连接部、12室外机气体管连接部、13室内机液体管连接部、14室内机气体管连接部、20制冷剂回路、31室外风扇、32室内风扇、41排出温度传感器、42室外热交换饱和温度传感器、43室外热交换温度传感器、44室内热交换饱和温度传感器、45室内热交换温度传感器、50控制装置、61室外机、62室内机、100制冷循环装置。

Claims (10)

1.一种制冷循环装置，由配管将压缩机、冷凝器、开度可变的膨胀阀及蒸发器连接成环状，使制冷剂循环；

该制冷循环装置的特征在于，

具备对从上述压缩机排出的上述制冷剂的排出温度进行检测的温度传感器，和

对上述膨胀阀的开度进行控制的控制装置；

上述控制装置求出使上述膨胀阀的开度变化时的上述排出温度的变化量，

求出上述排出温度的变化量相对于上述膨胀阀的开度的变化量的比率；

基于上述比率变化的上述膨胀阀的开度，决定在上述膨胀阀设定的开度。

2.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，

上述控制装置，基于上述比率的变化求出上述蒸发器出口的上述制冷剂成为饱和气体的上述膨胀阀的开度(LPs)，基于该膨胀阀的开度(LPs)决定在上述膨胀阀设定的开度。

3.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，

上述控制装置，

使上述膨胀阀的开度多次变化，取得变化前的上述膨胀阀的开度及上述排出温度的信息和变化后的上述膨胀阀的开度及上述排出温度的信息，分别求出上述排出温度的变化量相对于上述膨胀阀的开度的变化量的上述比率；

基于上述比率的大小，将取得的上述信息分类成第1区域的信息和第2区域的信息；

基于分类成上述第1区域的上述信息，求出将上述膨胀阀的开度与上述排出温度的关系进行近似的第1近似式；

基于分类成上述第2区域的上述信息，求出将上述膨胀阀的开度与上述排出温度的关系进行近似的第2近似式；

将处于上述第1近似式与上述第2近似式的交点的上述膨胀阀的开度作为上述蒸发器出口的上述制冷剂成为饱和气体的上述膨胀阀的开度(LPs)求出，基于该膨胀阀的开度(LPs)决定在上述膨胀阀设定的开度。

4.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，

上述控制装置，

使用现在的上述膨胀阀的开度及上述排出温度的信息和预先设定的算出式，求出使上述膨胀阀的开度变化预先设定的量后的上述排出温度的预测值；

使上述膨胀阀的开度多次变化，取得变化前的上述膨胀阀的开度及上述排出温度的实测值的信息和变化后的上述膨胀阀的开度及上述排出温度的实测值的信息；

基于上述排出温度的实测值与预测值的差的大小，将取得的上述信息分类成第1区域的信息和第2区域的信息；

基于分类成上述第1区域的上述信息，求出将上述膨胀阀的开度与上述排出温度的关系进行近似的第1近似式；

基于分类成上述第2区域的上述信息，求出将上述膨胀阀的开度与上述排出温度的关系进行近似的第2近似式；

将处于上述第1近似式与上述第2近似式的交点的上述膨胀阀的开度作为上述蒸发器出口的上述制冷剂成为饱和气体的上述膨胀阀的开度(LPs)求出，基于该膨胀阀的开度(LPs)，决定在上述膨胀阀设定的开度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的制冷循环装置，其特征在于，

上述控制装置，在上述膨胀阀设定从上述蒸发器出口的上述制冷剂成为饱和气体的上述膨胀阀的开度(LPs)减去预先设定的修正开度后的开度。

6.根据权利要求3或4所述的制冷循环装置，其特征在于，

上述控制装置，

将在处于上述第1近似式与上述第2近似式的交点的上述排出温度加上预先设定的修正值温度后的温度设定为目标排出温度；

设定上述膨胀阀的开度，以便上述排出温度成为上述目标排出温度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的制冷循环装置，其特征在于，

上述控制装置，基于分类成上述第1区域的上述信息中的、上述膨胀阀的开度比分类成上述第2区域的上述膨胀阀的开度的最小值大的上述信息，求出上述第1近似式。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的制冷循环装置，其特征在于，

上述控制装置，基于分类成上述第2区域的上述信息中的、上述膨胀阀的开度比分类成上述第1区域的上述膨胀阀的开度的最大值大的上述信息，求出上述第2近似式。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的制冷循环装置，其特征在于，

上述控制装置，

在从上述压缩机的起动经过预先设定的第1时间，

上述排出温度的变化量在预先设定的范围内稳定的情况下，或上述压缩机的转速被固定的情况下，

开始进行决定在上述膨胀阀设定的开度的控制动作。

10.一种制冷循环装置的控制方法，该制冷循环装置由配管将压缩机、冷凝器、开度可变的膨胀阀及蒸发器连接成环状，使制冷剂循环；

该制冷循环装置的控制方法的特征在于，具有：

求出使上述膨胀阀的开度变化时的、从上述压缩机排出的上述制冷剂的排出温度的变化量的步骤，

求出上述排出温度的变化量相对于上述膨胀阀的开度的变化量的比率的步骤，和

基于上述比率变化的上述膨胀阀的开度决定在上述膨胀阀设定的开度的步骤。