JPH1089780A - 冷凍システム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機３、凝縮器２１、蒸発器２２を備え、
凝縮器２１と蒸発器２２の間にレシーバ１２を設けレシ
ーバ１２の前後各々に圧力または流量を調整する調整手
段２３、２４とを接続して構成された冷凍サイクルにお
いて、冷媒の状態量（例えば吸入冷媒過熱度）を目標値
になるように制御し、制御後の安定時間が短く、常に効
率の良い運転をする冷凍装置を得る。 【解決手段】 冷媒の状態量（例えば、吸入冷媒過熱度
と凝縮器出口冷媒過冷却度）が目標値になるように、制
御手段が理論式および経験式に基づいて冷媒の圧力また
は流量を調整する調整手段２３、２４の開口面積を制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、凝縮器と蒸発器と
の間に設けられ、冷媒を貯流するレシーバタンク前後に
設置した各調整手段の開口面積を制御して、冷凍サイク
ルを最適に維持する冷凍システム装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１９は例えば特開平６−２５７８２８
号公報に示された従来の冷凍システム装置であり、図に
おいて、３は圧縮機、４は室外熱交換器、５は四方弁、
６ａ、６ｂ、６ｃ室内熱交換器、１１ａ、１１ｂ、１１
ｃはレシーバタンク、電動膨張弁、１２はレシーバタン
ク、１３は主電動膨張弁、１４は吸入管である。

【０００３】次に、動作について説明する。例えば、暖
房時は、圧縮機３で圧縮された冷媒は各室内熱交換器６
ａ〜ｃを通り、各電動膨張弁１１ａ〜ｃで絞られ、レシ
ーバタンク１２を通った後、主電動膨張弁１３を介して
室外熱交換器４へ送られ、その後圧縮機３に吸入され
る。この際、主電動膨張弁１３の開口面積を室外熱交換
器４の出口側冷媒温度の過熱度に基づいて調整すること
により、レシーバタンク１２内に余剰冷媒を溜めながら
圧縮機の吸入冷媒過熱度や圧縮機吐出冷媒温度などを制
御する。また、レシーバタンク１２を挟んで前後に、主
電動膨張弁１３と各電動膨張弁１１ａ、１１ｂ、１１ｃ
の両者が存在することにより、冷房時でも同様の制御を
行うことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の冷凍システム装
置は以上のように構成されているので、圧縮機の吸入冷
媒ガス温度の過熱度や圧縮機の冷媒吐出温度などに基づ
いて、レシーバタンク前後の膨張弁（圧力または流量を
調整する調整手段）の開口面積をそれぞれ制御している
ため、運転効率の良くない冷凍サイクルで運転すると言
う問題点があった。また、特に、多室型冷凍サイクルに
おける冷・暖房運転時の室内機の運転台数が変化した時
などは、レシーバタンク前後の膨張弁（調整手段）がお
互いにそれぞれの動作に影響を与え、ハンチングしてし
まい、なかなかシステムの冷凍サイクルが安定しない
か、あるいは安定するまでに長い時間がかかってしまと
言う問題点があった。

【０００５】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、常に運転効率の良い冷凍サイク
ル状態で、安定した運転状態を維持する経済的で信頼性
の高い冷凍システム装置を得ることを目的とする。

【０００６】また、冷凍システム装置の運転状態が変化
した場合（例えば、多室型冷凍システム装置において室
内機の運転台数が変化した場合など）でも、冷凍サイク
ルのハンチング（サイクル内の冷媒流量や圧力が短時間
のうちに、大きく変動すること）を防止し、短時間で運
転効率の良い冷凍サイクルに到達させ、年間の平均運転
効率を大幅に向上させ、経済的で、安定した運転を維持
する信頼性の高い冷凍システム装置を得ることを目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る冷凍シス
テム装置は、圧縮機、凝縮器、高圧側絞り装置、レシー
バタンク、低圧側絞り装置、および蒸発器が順次配管で
接続されて構成された冷凍装置と、この冷凍装置の凝縮
器出口冷媒の過冷却度に相当する過冷却特性値を検知す
る過冷却検知手段と、前記圧縮機の吸入冷媒の過熱度に
相当する過熱特性値を検知する過熱検知手段と、この過
熱検知手段の検知結果から、前記冷凍装置の運転状態及
び前記過冷却検知手段の検知結果に対応した目標過熱特
性値との偏差値を演算する演算手段と、この演算手段の
演算結果に基づいて前記低圧側絞り装置の開口面積を制
御する制御手段と、を備えたものである。

【０００８】また、圧縮機、凝縮器、高圧側絞り装置、
レシーバタンク、低圧側絞り装置、および蒸発器が順次
配管で接続されて構成された冷凍装置と、この冷凍装置
の凝縮器出口冷媒の過冷却度に相当する過冷却特性値を
検知する過冷却検知手段と、前記圧縮機の吸入冷媒の過
熱度に相当する過熱特性値を検知する過熱検知手段と、
前記過冷却検知手段の検知結果から、前記冷凍装置の運
転状態及び前記過熱検知手段の検知結果に対応した目標
過冷却特性値との偏差値を演算する演算手段と、この演
算手段の演算結果に基づいて前記高圧側絞り装置の開口
面積を制御する制御手段と、を備えたものである。

【０００９】また、圧縮機、凝縮器、高圧側絞り装置、
レシーバタンク、低圧側絞り装置、および蒸発器が順次
配管で接続されて構成された冷凍装置と、この冷凍装置
の凝縮器出口冷媒の過冷却度に相当する過冷却特性値を
検知する過冷却検知手段と、前記圧縮機の吸入冷媒の過
熱度に相当する過熱特性値を検知する過熱検知手段と、
前記過冷却検知手段および過熱検知手段の各検知結果と
前記冷凍装置の運転状態に対応した目標過冷却特性値お
よび目標過熱特性値との各偏差値を演算する演算手段
と、この演算手段の各演算結果に基づいて前記高圧側お
よび低圧側絞り装置の開口面積を制御する制御手段と、
を備えたものである。

【００１０】また、前記制御手段が、前記冷凍装置の運
転状態が変化してから所定時間後に前記高圧側または、
および低圧側絞り装置の開口面積を制御するものであ
る。

【００１１】また、冷媒戻し配管が、前記レシーバタン
クと前記圧縮機の吸入側部位との間に設けられ、前記レ
シーバタンクの冷媒圧力を絞りながら前記圧縮機へ導く
ものである。

【００１２】また、前記冷媒戻し配管が、そのレシーバ
タンク側の一端を前記レシーバタンクの上部近辺の部位
に接続され、前記レシーバタンクの上部近辺の冷媒ガス
を絞りながら前記圧縮機へ導くものである。

【００１３】また、制御弁が、前記冷媒戻し配管に取り
付けられ、前記圧縮機の吐出冷媒温度に基づいて前記冷
媒ガスの圧力を制御するものである。

【００１４】また、熱交換手段が、前記圧縮機へ吸入さ
れる低圧冷媒と前記凝縮器から低圧側絞り装置までの高
圧又は中圧冷媒のいずれかとを熱交換させるように設け
られたものである。

【００１５】また、前記凝縮器から前記低圧側絞り装置
までのいずれかの部位と前記圧縮機の吸入側部位との間
に設けられ、前記いずれかの部位の冷媒を前記圧縮機の
吸入側へ導く冷媒戻し配管と、この冷媒戻し配管に取り
付けられ、前記圧縮機の吐出冷媒温度に基づいて前記冷
媒の圧力を制御する絞り装置と、この絞り装置が制御し
た冷媒と前記いずれかの部位の冷媒とを熱交換させる熱
交換手段と、を備えたものである。

【００１６】また、前記過熱検知手段が、前記過熱特性
値として前記蒸発器出口冷媒の過熱度を検知するもので
ある。

【００１７】また、前記過冷却検知手段が前記過冷却特
性値として前記冷媒の凝縮圧力を検知し、前記過熱検知
手段が前記過熱特性値として前記冷媒の蒸発圧力を検知
するものである。

【００１８】また、前記過冷却検知手段及び前記過熱検
知手段が中間圧力検知手段からなり、この中間圧力検知
手段が前記凝縮圧力と蒸発圧力との中間圧力である前記
レシーバタンクの冷媒の圧力を検知するものである。

【００１９】また、前記過冷却検知手段が前記過冷却特
性値として前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知し、前記過
熱検知手段が前記過熱特性値として前記圧縮機の吸入冷
媒温度を検知するものである。

【００２０】また、前記過熱検知手段が、前記過熱特性
値として前記圧縮機吸入冷媒の過熱温度を検知するもの
である。

【００２１】また、前記過熱検知手段が、前記過熱特性
値として前記蒸発器出口冷媒の過熱度を検知するもので
ある。

【００２２】また、圧縮機、凝縮器、高圧側絞り装置、
レシーバタンク、低圧側絞り装置、および蒸発器が順次
配管で接続され、前記凝縮器または蒸発器の少なくとも
いずれかが並列に複数箇設けられ、これらの設けられた
凝縮器または蒸発器のそれぞれに対応した前記高圧側絞
り装置または低圧側絞り装置を有する冷凍装置と、前記
凝縮器の出口冷媒の過冷却度に相当する過冷却特性値を
検知する過冷却検知手段と、前記蒸発器の出口冷媒の過
熱度に相当する過熱特性値を検知する過熱検知手段と、
前記過冷却検知手段および過熱検知手段の各検知結果と
前記冷凍装置の運転状態に対応した目標過冷却特性値お
よび目標過熱特性値との各偏差値をそれぞれ演算する演
算手段と、この演算手段の各演算結果に基づいて前記凝
縮器または蒸発器のそれぞれに対応した前記高圧側また
は低圧側絞り装置の開口面積を制御する制御手段と、を
備えたものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図１、
２を用いて説明する。図１は本発明の一実施例を示す冷
凍システム装置の概略構成を示す図で、この図の３は圧
縮機、５は冷房時と暖房時とで、冷媒の流れを変更する
四方弁、１２は冷媒を貯留するレシーバタンク、１４は
吸入管、２１は室外熱交換である凝縮器、２２は室内熱
交換器である蒸発器、２３は凝縮器２１とレシーバタン
ク１２の間に取り付けられ、その間の圧力または流量を
調整する高圧側の調整手段（冷房運転時における冷媒流
れの順番では２段絞りの高圧側に位置する調整手段。以
下、高圧側絞り装置と略す）、２４はレシーバタンクと
蒸発器の間に取り付けられ、低圧力または蒸発器への冷
媒流量を調整する低段側の調整手段（冷房運転時におけ
る２段絞りの低段側に位置する調整手段。以下、低圧側
絞り装置と略す）、２５は凝縮器２１の圧力を検知する
圧力検知手段、２６は凝縮器２１の出口温度を検知する
温度検知手段、２７は蒸発器２２の入口温度を検知する
温度検知手段、２８は圧縮機吸入温度を検知する温度検
知手段、２９はこれらの２５から２８までの各検知手段
の検知データから冷凍サイクルにおける各部冷媒の特性
値を演算する演算器、３０はこの演算器２９の演算結果
から各調整手段２３、２４の開口面積を制御する制御手
段である制御器である。また、図２は本発明の冷媒の流
れ動作を示すモリエル線図（温度・圧力ーエンタルピー
線図）であり、図中のイ〜ホ、イ’〜ホ’、およびニ”
は冷凍サイクルの各位置における各部冷媒の特性状態値
を説明するために付した付号である。

【００２４】この発明における冷凍システム装置におい
て、圧縮機３に吸入された冷媒（イの状態）は圧縮機３
で圧縮され（ロの状態）、凝縮器２１で凝縮して液冷媒
（ハの状態）となり、高圧側絞り装置２３により一旦絞
られて少し圧力が下がって（ニの状態で）レシーバタン
ク１２へ入り、低圧側絞り装置２４で再び絞られて（ホ
の状態で）、蒸発器２２で蒸発し、吸入管１４を介して
圧縮機３へ吸入される（イの状態）。このような冷凍サ
イクルの動作において、今例えば、高圧側絞り装置２３
と低圧側絞り装置２４がある開口面積に制御され、図２
の実線に示すように、レシーバタンク１２には余剰冷媒
液が溜り、その溜まった液面が安定した状態を保ってい
るとする（図２の実線）。この時、高圧側絞り装置２３
から低圧側絞り装置２４に至るレシーバタンク１２を含
む流路内の冷媒圧力は凝縮圧力（高圧）と蒸発圧力（低
圧）の間の圧力、いわば中圧となっており、かつモリエ
ル線図では飽和液線上に位置する飽和液となっている
（ニの状態）。

【００２５】なお、圧縮機吸入冷媒過熱度は、圧縮機吸
入冷媒温度検知手段２８および蒸発器入口冷媒温度検知
手段２７がそれぞれ検知した温度からその偏差値を、演
算器２９が演算して求める。（なお、この偏差値を過熱
度と呼ぶ。） また、凝縮器出口冷媒過冷却度は、凝縮器冷媒圧力検知
手段２５が検知した圧力と対応した冷媒の飽和温度と凝
縮器出口冷媒温度検知手段２６が検知した検知温度との
差を、演算器２９が演算して求める。（なお、この偏差
値を過冷却度と呼ぶ。）

【００２６】なお、凝縮器出口冷媒の過冷却度に相当す
る過冷却特性値を検知する過冷却検知手段としては、凝
縮器出口冷媒温度を検知する温度検知手段２６と、凝縮
器冷媒圧力検知手段２５が検知した圧力と対応した冷媒
の飽和温度に相当する凝縮器中央付近の温度を検知する
凝縮器中央温度検知手段（図示せず）との組合せから成
り、凝縮器中央付近の冷媒温度と凝縮器出口冷媒温度と
の偏差値を過冷却度としても良い。また、圧縮機の吸入
冷媒の過熱度に相当する過熱特性値を過冷却特性値を検
知する過熱度検知手段としては、蒸発器出口冷媒温度を
検知する蒸発器出口温度検知手段（図示せず）と、蒸発
器入口冷媒温度を検知する蒸発器入口温度検知手段（２
７）との組合せから成り、この蒸発器の出入口温度の偏
差値を過熱度としても良い。即ち、冷媒の圧力は冷媒の
飽和温度であるから、温度の換わりに圧力を、圧力の換
わりに温度を検知しても良い。

【００２７】ここで、高圧側絞り装置２３を少し絞ると
高圧側絞り装置２３の出口では圧力（中圧）が下がり、
冷媒は気・液二相の状態となって（ニ”の状態で）レシ
ーバタンク１２へ流入する。この時、レシーバタンク１
２内では重力の作用・効果により、ガス冷媒は上部に、
液冷媒は下部に分離されるため、レシーバタンク１２の
入口管・出口管ともレシーバタンク１２の下部に配置し
ておけば、低圧側絞り装置２４へは常に液冷媒のみが送
られる。また、冷媒の気・液二相化により、気化した冷
媒がレシーバタンク１２内の余剰液冷媒を減少させ、液
面を低下させる。そして、レシーバタンク１２から冷凍
サイクル中に放出された液冷媒は凝縮器２１の出口に押
し出されて溜るため、冷凍サイクルにおける過冷却度が
大きくなる。（ハ→ハ’状態）。

【００２８】また、この時、冷媒の圧力が中圧となって
いるため、低圧側絞り装置２４を通る冷媒流量が少なく
なり、圧縮機３への吸入冷媒の過熱度も大きくなる（イ
→イ’）。そして、高圧側絞り装置２３の出口からレシ
ーバタンク１２を経て低圧側絞り装置２４へ至る流路内
の冷媒が丁度飽和液冷媒になった所（イ’）で、この変
化は止まり、冷凍サイクルが安定する（図２の一サイク
ル鎖線）。これは冷媒が飽和液線を越えて、一部の冷媒
がガス化されて、単位体積あたりの重量が小さいガス冷
媒が低圧側絞り装置に供給されると、冷媒が極端に蒸発
器２２側へ供給されなくなり、冷媒が凝縮器側に集ま
り、この集まった冷媒は前述したように凝縮器で凝縮さ
れ、その出口で過剰に過冷却された液冷媒となり、この
過冷却された比重量の大きい液冷媒を次にレシーバタン
クを介して蒸発器に供給して、常に冷凍サイクル内の各
部位の冷媒量をバランスさせようとする所謂、冷凍サイ
クルの自助作用が働くためである。

【００２９】なお、このようなガス状の冷媒が供給され
る運転状態では、凝縮器２１出口の冷媒過冷却度の方が
圧縮機３の吸入冷媒過熱度よりも大きく変化する。ま
た、このような変化は、高圧側絞り装置２３の開口面積
を小さくした場合や低圧側絞り装置２４の開口面積を変
化させた時に起こる。つまり、高圧側絞り装置２３ある
いは低圧側絞り装置２４の開口面積を変化させると、各
調整手段２３、２４に流れる冷媒量が変化し、圧縮機３
の吸入冷媒過熱度および凝縮器２１出口の冷媒過冷却度
が共に変化するからである。

【００３０】そこで、凝縮器２１出口の冷媒過冷却度お
よび圧縮機３の吸入冷媒過熱度の目標値と両者の測定値
もしくは推定値との偏差値を演算器２９で求める。次
に、この求めた偏差値と、高圧側絞り装置２３および低
圧側絞り装置２４の開口面積の変化割合とを対応付ける
関係式を、理論および実験結果から予め作成して演算器
２９に記憶させているので、この関係式から演算器２９
は前述の演算された各測定値と各目標値との過冷却度お
よび過熱度の偏差値に基づいて、各調整弁２３、２４の
開口面積の変化割合を演算し、この演算結果から高圧側
絞り装置２３および低圧側絞り装置２４の開口面積を制
御器３０が制御するようにする。このようにして、凝縮
器２１出口の冷媒過冷却度と圧縮機３の吸入冷媒過熱度
の両者を予め設定された冷凍装置の運転状態に対応した
目標値に近付ける。

【００３１】次に、処理の流れを、図３の全体処理の流
れを示す全体フローチャート図、および図４の通常制御
（冷凍サイクルの状態特性値を示す圧縮機吸入冷媒過熱
度と凝縮器出口冷媒過冷却度を制御する場合）のフロー
チャート図により説明する。まず図３に示すように、圧
縮機の運転が開始されると（ＳＴ１）、起動後、絞り装
置２３、２４の開口面積が大きい（絞らなかった）場合
は、圧縮機へ冷媒液が多く流れ過ぎ（液バック現象）た
り、あるいは圧縮機の負荷が大きくなり過ぎて圧縮機が
故障したり、また逆に、絞り装置２３、２４の開口面積
が小さい（絞り過ぎた）場合は、蒸発圧力を引き込み過
ぎて冷・暖房能力が低下したりするのを避けるために、
予め試験結果または計算結果から設定された初期起動開
口面積を演算器２９から読み出す（ＳＴ２）。次に、こ
の読み出した初期起動開口面積になるように、制御器３
０が高圧側絞り装置と低圧側絞り装置の開口面積を制御
する起動制御に入る（ＳＴ３）。

【００３２】その後、圧縮機の吐出温度が規定温度（所
定温度）よりも高くなったら（ＳＴ４）、前述の起動制
御（ＳＴ３）を抜け、システムの運転状態（暖房／冷
房、多室型冷凍システム装置の場合の室内機の運転台数
等）に応じて、冷凍サイクルの状態特性値（例えば圧縮
機吸入冷媒過熱度と凝縮器出口冷媒過冷却度）をシステ
ムの運転効率が最も良くなるように、予め試験して求め
られた試験結果または計算結果から求められた各部の冷
媒状態量の目安となる圧縮機吸入冷媒過熱度及び凝縮器
出口冷媒過冷却度の各初期目標値を演算器２９から呼び
出す（ＳＴ５）。

【００３３】次に、この呼び出した目標値になるように
高圧側絞り装置と低圧側絞り装置の開口面積を制御器３
０が制御する（ＳＴ６）。そして、通常制御（ＳＴ７）
に入り、その後は、システムの運転状態が変化しない間
は、外気温や室内負荷状態が変化しても冷凍サイクルの
状態特性値が常に目標値になっているように制御する通
常制御を繰り返し実行する（ＳＴ７〜ＳＴ８）。そし
て、後に詳述するシステムの運転状態に変化（例えば、
暖房／冷房、多室型冷凍システム装置の場合の室内機の
運転台数等の変化）が起きたときは、再び（ＳＴ５）に
戻り、この変化したシステムの運転状態に対応した各部
の冷媒状態量の目安となる目標（過熱度、過冷却度）値
を演算器２９から呼び出し、この呼び出した目標値と対
応した高圧側・低圧側絞り装置の開口面積になるように
制御し、そのシステムの運転状態が変化しなければ、そ
の制御を繰り返す（ＳＴ７〜ＳＴ８）。

【００３４】次に、通常制御フローについて図４を用い
て詳細に説明する。通常制御（図３のＳＴ７である図４
のＳＴＡＲＴ）に移ると、まず、一定時間待機する（Ｓ
Ｔ７ａ）。これは、調整手段の開口面積を変化させた後
すぐに制御すると、システムがハンチング（サイクル内
を流れる冷媒流量や圧力が急激に増減し、この急激な増
減変化に各制御機器が追従できない現象が発生）し、冷
凍サイクルのバランスが崩れてしまい。安定した運転制
御ができなくなるからである。従って、例えば、冷媒流
量や圧力が落ち着くまでの時間、約３分間待機してから
各機器を制御するようにすれば、安定した制御運転が得
られる。

【００３５】その後、測定もしくは推定された圧縮機吸
入冷媒過熱度および凝縮器出口冷媒過冷却度とそれぞれ
の目標値との偏差値を演算手段により演算する（ＳＴ７
ｂ）。そして、圧縮機吸入冷媒過熱度・凝縮器出口冷媒
過冷却度の偏差値と高圧側・低圧側絞り装置の開口面積
変化量とを対応させる理論または経験結果から作成され
た関係式を用い、先に演算した圧縮機吸入冷媒過熱度・
凝縮器出口冷媒過冷却度の目標値と計測値との偏差値が
ゼロに近付くように、高圧側・低圧側絞り装置の開口面
積の変化量を求める。

【００３６】次に、この求めた開口面積変化量を現在の
それぞれの調整手段の開口面積に加えて、各高圧側・低
圧側絞り装置の開口面積を演算し、この演算結果を演算
器２９が制御器３０へ出力するので、この出力結果に基
づいて制御器３０が各調整弁２３、２４の開口面積を制
御する（ＳＴ７ｃ）。この制御結果で、計測された過熱
度および過冷却度がともに目標値に達するまで、即ち偏
差値がゼロになるまでループを繰り返す（ＳＴ７〜ＳＴ
９）。ただし、図３でも説明したように、制御途中でシ
ステムの運転状態に変化（暖房／冷房、多室型冷凍シス
テム装置の場合の室内機の運転台数等の変化）が起きた
場合（ＳＴ５）は、通常制御を抜け、図３のＳＴ５へ戻
る。

【００３７】以上説明したように、これらの各ステップ
を繰り返し（即ち、各ステップをループ）ながら、冷凍
サイクルの状態特性値（例えば、圧縮機吸入冷媒過熱度
と凝縮器出口冷媒過冷却度）を目標値になるように制御
しているので、運転効率が非常に良く、経済的な冷凍シ
ステム装置が得られる。また、高圧側および低段側の調
整手段を理論式または経験式に基づいて制御しているの
で、短時間でシステムの運転状態を安定させることがで
き、年間の平均効率も従来より大幅に向上させることが
できるため、経済的で信頼性の高い冷凍システム装置が
得られる。

【００３８】次に、圧縮機吸入冷媒過熱度・凝縮器出口
冷媒過冷却度の偏差値と高圧側・低圧側絞り装置の開口
面積変化量とを対応させる理論および経験則に基づいて
作成された関係式について具体的に説明する。通常、冷
媒が配管中を流れておりその配管に絞りがある場合、冷
媒の運動量保存式を絞りの前後に適用することにより、
絞り前後の圧力差を△Ｐ、流体の密度をρ、絞り部の開
口面積をＳ₂、比例定数をｋとした時、冷媒の質量流量Ｇ
が次式（１）のように表現されることは明らかである。 Ｇ＝ｋ・√（ρ）・Ｓ₂・√（△Ｐ） ・・・（１） ここで、高圧側調整手段および低圧側調整手段は配管中
に設置された絞り装置であり、それぞれの絞りの前後に
おいて（１）式が成り立つ。

【００３９】また、高圧側絞り装置と低圧側絞り装置の
それぞれを流れる冷媒の質量流量は明らかに等しいた
め、それぞれの開口面積をＳ_HおよびＳ_L、凝縮器圧力を
Ｐ_H、中圧をＰ_M、蒸発器圧力をＰ_Lとし、比例定数をｋ₁、
ｋ₃と置くと、高圧側・低圧側絞り装置の両者に（１）
式を適用することができる。また、簡易的に冷媒の密度
変化をほとんど無視することができるので、次式
（２）、（３）が成り立つ（なお、密度変化を無視して
求めた質量流量の値も大きくなる、小さくなるという傾
向は密度変化と同じになるため、ほとんど演算結果に与
える影響は無視できる）。 Ｇ＝ｋ₁・Ｓ_H・√（Ｐ_H−Ｐ_M） ・・・（２） Ｇ＝ｋ₃・Ｓ_L・√（Ｐ_M−Ｐ_L） ・・・（３）

【００４０】これを展開すると、以下の２式になる。 √（Ｐ_H−Ｐ_M）＝Ｇ／（ｋ₁・Ｓ_H） ・・・（４） √（Ｐ_M−Ｐ_L）＝Ｇ／（ｋ₃・Ｓ_L） ・・・（５） そして、Ｇ、ｋ₃、ｋ₁を消去するために、（５）式を
（４）式で除すと、ｋ₁≒ｋ₃なので、 √（Ｐ_M−Ｐ_L）／√（Ｐ_H−Ｐ_M）≒Ｓ_H／Ｓ_L＝Ｃ₁ ∴Ｃ₁＝Ｓ_H／Ｓ_L ・・・（６） となる。

【００４１】また、Ｐ_H−Ｐ_Lを得るために（４）式の２
乗と（５）式の２乗との和をとると、次式が成り立つ。 （1）²: Ｐ_H−Ｐ_M＝Ｇ²／（ｋ₁・Ｓ_H）² （2）²: Ｐ_M−Ｐ_L＝Ｇ²／（ｋ₃・Ｓ_L）² ∴Ｐ_H−Ｐ_L＝Ｇ²・｛１／（ｋ₁・Ｓ_H）²＋１／（ｋ₃・Ｓ_L）²} ≒（Ｇ²／ｋ₁ ²）・（１／Ｓ_H ²＋１／Ｓ_L ²） ＝Ｃ₂ ∴Ｃ₃＝１／Ｓ_H ²＋１／Ｓ_L ² ・・・（７）

【００４２】さて、この導いた（６）式（７）式の意味
をその導出過程より考えてみる。まず、（７）式におい
てＣ₂、即ち、Ｃ₃を一定にすると言うことは、凝縮器圧
力Ｐ_Hと蒸発器圧力Ｐ_Lの差が一定になることを意味して
おり、（７）式に基づいて高圧側絞り装置の開口面積Ｓ
_Hおよび低圧側絞り装置の開口面積Ｓ_Lを変化させるとい
うことは、取りも直さず、その変化させた各開口面積に
対応したＰ_HおよびＰ_Lが決定されたということである。

【００４３】従って、各開口面積Ｓ_H、Ｓ_Lを一定に保
ち、（７）式のＰ_HおよびＰ_Lが一定になるような下で
は、（なお、この時Ｃ₂、Ｃ₃も前述したように一定であ
る。）、中圧Ｐ_Mを設定すれば（６）式よりＣ₁が一意に
決まる。また、このＰ_Mの値はレシーバタンクの冷媒貯
留量と一意に対応していることは、自明であるであるか
ら、（６）式および（７）式に基づいて各開口面積
Ｓ_H、Ｓ_Lの制御を行うことにより、結局、Ｐ_H、Ｐ_L、
Ｐ_M、およびレシーバタンク内の冷媒貯留量の制御をし
たことになる。なお、（７）式を簡易的に、 Ｃ₃＝１／Ｓ_H＋１／Ｓ_L （７）’ と置き直して、（６）式と（７）’式に基づいて制御を
行ってもなんら問題はないことは、試験およびシミュレ
ーションにより確認されている。

【００４４】さて、次に、圧縮機吸入冷媒加熱度（以後
ＳＨと略す）および凝縮器出口冷媒過冷却度（以後ＳＣ
と略す）を検出し、これらの制御を行うためには、これ
らの（６）式および（７）式とを関係付ける必要があ
る。ところで（６）式および（７）式より以下のことが
言える。 （1）Ｃ₁を大きくすることは、Ｓ_Hを大きくする、すな
わちＳＣを小さくするか、または、Ｓ_Lを小さくする。
すなわちＳＨを大きくすることと等価である。 （2）Ｃ₃を大きくすることは、Ｓ_Hを小さくする、すな
わちＳＣを大きくするか、または、Ｓ_Lを小さくする。
すなわちＳＨを大きくすることと等価である。これらの
ことから、下記のようにＣ₁’およびＣ₃’を定義し、そ
れぞれをＣ₁およびＣ₃と対応付けても、Ｃ₁およびＣ₃に
ついての上記知見（１）、（２）式と同様のことが
Ｃ₁’およびＣ₃’についても言えるようになる。すなわ
ち、Ｃ₁が大きくなるとＣ₁’も大きくなり（Ｃ₁が小さ
くなるとＣ₁’も小さくなる）、また、Ｃ₃が大きくなる
とＣ₃’も大きくなる（Ｃ₃が小さくなるとＣ₃’も小さ
くなる）という傾向がある。

【００４５】また、ここで前述したように、Ｃ₁’およ
びＣ₃’を下記のように定義する。 Ｃ₁’＝（ＳＨ＋１０）／（ＳＣ＋１０） ・・・（８） Ｃ₃’＝ＳＨ＋ＳＣ ・・・（９） なお、この（８）式中の見かけ数値１０はＳＣ→０の時
にＣ₁’→∞となるのを防ぐためのものであり、式の一
般性を損なうものではない（この数値が例えば５であっ
ても１５であってもこれらの式は成り立つ）。ただし、
この数値によって制御目標値へ収束する速度または収束
の仕方が異なり、また、その数値の最適値はシステムに
よって異なる。なお、今回想定しているシステムにおい
ては、この数値が１０の時、目標に対して行き過ぎるこ
ともなく、目標に近づく速度も遅すぎず、最適に制御さ
れるシステムを想定したからに他ならない。

【００４６】次に、以上の式（６）、（７）、（８）、
（９）を使用して制御を行うが、実際の計算の仕方（即
ち、図４のＳＴ７ｂおよびＳＴ７ｃの部分）を図５のフ
ローチャートにより説明する。なお、図５のフローチャ
ートは図４のフローチャートのＳＴ７ｂおよびＳＴ７ｃ
を詳細に記述したものである。まず、圧縮機吸入冷媒過
熱度の現在の値（検出値）をＳＨ、制御の目標値をＳＨ
^*、凝縮器出口冷媒過冷却度の現在の値（検出値）をＳ
Ｃ、制御の目標値をＳＣ^*と置く。

【００４７】上記（8）式および（9）式より、この時の
Ｃ₁’,Ｃ₃’および制御目標値としてのＣ₁’^*および
Ｃ₃’^*が以下のように演算される（ＳＴ１０）。 Ｃ₁’ ＝（ＳＨ＋１０）／（ＳＣ＋１０） Ｃ₃’ ＝ＳＨ＋ＳＣ Ｃ₁’^*＝（ＳＨ^*＋１０）／（ＳＣ^*＋１０） Ｃ₃’^*＝ＳＨ^*＋ＳＣ^* また、現在の高圧側絞り装置の開口面積Ｓ_Hおよび低圧
側絞り装置の開口面積ＳＬは既知であるため、（６）式
および（７）式を用いて現在のＣ₁、Ｃ₃を求めると以下
のようになる（ＳＴ２０）。 Ｃ₁＝Ｓ_H／Ｓ_L Ｃ₃＝１／Ｓ_H ²＋１／Ｓ_L ²

【００４８】次に、Ｅ、Ｆを試験もしくはシミュレーシ
ョンにより決定される比例定数とし、△Ｃ₁および△Ｃ₃
を次式の様に定義する（ＳＴ３０）。 △Ｃ₁＝Ｅ・（Ｃ₁’^*−Ｃ₁’） ・・・（１０） △Ｃ₃＝Ｆ・（Ｃ₃’^*−Ｃ₃’） ・・・（１１） この時、次式により新しい時刻のＣ₁およびＣ₃（それぞ
れＣ₁ ^NおよびＣ₃ ^Nと表記）を演算することができる（Ｓ
Ｔ４０）。 Ｃ₁ ^N＝Ｃ₁＋△Ｃ₁ ・・・（１２） Ｃ₃ ^N＝Ｃ₃＋△Ｃ₃ ・・・（１３） その後、（６）式および（７）式にＣ₁ ^NおよびＣ₃ ^Nを代
入し、これらの式を逆算して新しい時刻のＳ_H、Ｓ_Lを演
算し（ＳＴ５０）、高圧側絞り装置および低圧側絞り装
置の開口面積がそれぞれＳ_H、Ｓ_Lになるように、制御器
３０によりそれぞれの絞り装置２３、２４に制御指令を
出力する（ＳＴ６０）。

【００４９】以上説明したように、本実施の形態では、
圧縮機吸入冷媒の過熱度（ＳＨ）および凝縮器出口冷媒
の過冷却度（ＳＣ）を検出し、これら２つの冷凍サイク
ルの状態特性値に基づいて（８）式および（９）式の演
算を行うと、Ｃ₁’およびＣ_３’の２つの値が計算され
る。次に、これらを（６）式および（７）式（または
（７）’式）で定義されるＣ_１およびＣ₃と（１０）〜
（１３）式により一意に対応付けてこれらを演算し、更
に、その演算されたＣ₁、Ｃ₃を用いて（６）式および
（７）式（または（７）’式）を逆算することにより高
圧側絞り装置の開口面積（Ｓ_H）および低圧側絞り装置
の開口面積（Ｓ_L）が同時に演算され、その演算結果に
基づいて２つの調整手段が制御される。このように本発
明によれば、２つの各部冷媒特性値に基づいて高圧側お
よび低段側の２つの調整手段を、互いに相関性を持たせ
て制御する。

【００５０】なお、ここでは、冷凍サイクル内の冷媒状
態特性値および調整手段がそれぞれ２つの場合を例にと
り説明したが、これらは、必ずしも２つでなくてもよ
く、例えば、冷媒状態特性値が１つで、調整手段が２
つ。または、冷媒状態特性値及び調整手段が各４つ等、
任意の組み合わせの場合についても同様のことが成り立
つ。

【００５１】また、本発明における圧力または流量を調
整する調整手段（絞り装置）とは、例えば、電子式膨張
弁、定圧式膨張弁、空気圧駆動式膨張弁、数本のキャピ
ラリーチューブの切り替え等、流路抵抗値（開口面積）
を変化させれるものであれば、何を用いても構わない。

【００５２】以上、本発明の全体を理解しやすくするた
めに、高圧側絞り装置及び低圧側絞り装置の開口面積を
制御するものついて説明したが、高圧側絞り装置及び低
圧側絞り装置のいずれか一方に、定圧式膨張弁のような
背圧がほぼ一定になる絞り装置や、キャピラリーチュー
ブのように出入口のいずれか一方の圧力が決まると他方
の圧力が決まる絞り装置を用い、凝縮器出口冷媒の過冷
却度または圧縮機吸入冷媒の過熱度のいずれか一方のみ
の特性値が所定の値になるように、開口面積を制御して
も良いことは、言うまでもない。

【００５３】また、開口面積を制御しない方の過冷却度
または過熱度のいずれか一方を検知し、この検知結果を
利用すれば、定圧式膨張弁を用いなくても、即ち、前述
した電子式膨張弁やキャピラリーチューブ等を用いても
制御できる。なお、この時予め、冷凍装置の運転状態と
過冷却度（背圧）に対応した目標過熱特性値表や、冷凍
装置の運転状態と過熱度（背圧）に対応した目標過冷却
特性値表を実験又は理論計算式から求め、作成して演算
器２９等にインプットしておく必要がある。

【００５４】また、本発明は、図６〜図１１に示す構成
の冷凍システム装置の各場合についても成立する。な
お、これらの冷凍システム装置においては、前述した効
果の他に以下に述べるような効果も期待できる。

【００５５】まず、図６に示したように、レシーバタン
ク下部近傍の液冷媒を圧縮機の吸入側へ戻す冷媒戻し配
管３１を付け、レシーバタンク内の液冷媒を圧縮機の吸
入側へ戻した構成のものでは、圧縮機の吐出冷媒温度を
下げると共に、圧縮機の吸入冷媒量を増加させるため、
特に、暖房能力を向上させ、冷媒や潤滑油の劣化を防止
した信頼性の高い冷凍システム装置が得られる。なお、
この時、冷媒戻し配管３１は、その配管抵抗によってレ
シーバタンク内からの液冷媒を絞って圧縮機の吸入側へ
供給する。

【００５６】また、図７に示したように、レシーバタン
ク下部近傍の液冷媒を圧縮機の吸入側へ戻す冷媒戻し配
管３１を付け、この冷媒戻し配管３１に制御弁３２を設
け、この弁３２の開度を圧縮機の吐出冷媒温度によって
制御する（液インジェクション）の構成図のものでは、
吐出冷媒温度を所定の温度に維持できると共に、圧縮機
の吸入圧力（冷媒量）を増加させるため、特に、暖房能
力を向上させ、冷媒や潤滑油の劣化を防止した信頼性の
高い冷凍システム装置が得られる。

【００５７】また、図８に示したように、レシーバタン
クの上部近傍のガス冷媒を圧縮機の吸入側へ戻す冷媒戻
し配管３１を取り付け、レシーバタンク内のガス冷媒を
圧縮機の吸入側に戻した場合の構成図のもの（ガスイン
ジェクション）では、圧縮機へ液冷媒が戻るのを防止し
ながら圧縮機の吐出冷媒温度を下げると共に、圧縮機の
吸入圧力（冷媒量）を増加させるため、特に、冷媒の液
バックを防止しながら、暖房能力を向上さて、冷媒や潤
滑油の劣化を防止した信頼性の高い冷凍システム装置が
得られる。なお、この時、冷媒戻し配管３１は、その配
管抵抗によってレシーバタンク内のガス冷媒を絞って圧
縮機の吸入側へ供給する。

【００５８】また、図９に示したように、レシーバタン
ク上部近傍のガス冷媒を圧縮機の吸入側へ戻す冷媒戻し
配管３１を付け、この冷媒戻し配管３１に制御弁３２を
設け、この弁３２の開度を圧縮機の吐出冷媒温度によっ
て制御する（ガスインジェクション）構成図のもので
は、常に圧縮機へ最適冷媒量を供給しながら吐出冷媒温
度を所定の温度に維持すると共に、圧縮機の吸入圧力
（冷媒量）を増加させるため、特に、暖房能力を向上さ
せ、冷媒や潤滑油の劣化を防止した信頼性の高い冷凍サ
イクル装置が得られる。

【００５９】また、図１０に示したように、凝縮器から
低圧側絞り装置までのいずれかの部位、即ち、中圧液冷
媒（または高圧液冷媒）と低圧ガス冷媒（圧縮機へ吸入
される冷媒ガス）を熱交換させる熱交換手段３３を設け
た場合の構成図のものでは、過冷却度の大きい冷媒が蒸
発器へ供給されると共に、圧縮機に常にガス冷媒が供給
されるため、特に冷房能力を向上させ、液バックを防止
した信頼性の高い冷凍サイクル装置が得られる。

【００６０】また、図１１に示したように、凝縮器から
低圧側絞り装置までのいずれかの部位、即ち、中圧液冷
媒（または高圧液冷媒）を圧縮機の吸入側へ戻す冷媒戻
し配管３４を設け、この冷媒戻し配管３４に絞り装置３
６を設け、この絞り装置３６を通過した冷媒と中圧液冷
媒（または高圧液冷媒）と熱交換させる熱交換手段３５
を設けた構成にしたものでは、最適冷媒量を圧縮機へ供
給しながら吐出冷媒温度を所定の温度に維持して圧縮機
の吸入圧力（冷媒量）を増加させると共に、過冷却度の
大きい冷媒が蒸発器に供給されるため、特に、冷房能力
を向上させ、冷媒や潤滑油の劣化を防止した信頼性の高
い冷凍サイクル装置が得られる。

【００６１】以上述べたことは、後述する実施の形態２
〜８についても同様に成り立つ。

【００６２】実施の形態２．図１２は、本発明の実施の
形態２の通常制御を示すフローチャート図であり、この
装置の構成は図１と同様で、また、全体のフローチャー
トは図３と同じである。また、この実施の形態２の冷凍
システム装置においては、蒸発器出口冷媒過熱度および
凝縮器出口冷媒過冷却度を目標値として、高圧側および
低圧側絞り装置の開口面積を制御するもので、具体的な
手順および効果は、実施の形態１とほぼ同様であり、
（８）式および（９）式に挿入するＳＨ、ＳＣの値とし
て、蒸発器出口冷媒温の過熱度と、凝縮器出口冷媒の過
冷却度を基準値としたものである。即ち、実施の形態１
では、蒸発器入口冷媒温度と圧縮機吸入冷媒温度との偏
差値を過熱度（ＳＨ）の基準値としたが、この実施の形
態２では、蒸発器入口冷媒温度と蒸発器出口冷媒温度と
の偏差値を過熱度（ＳＨ）の基準値としたものである。

【００６３】なお、このようにすると、蒸発器出口冷媒
の過熱度を精度良く制御するため、冷房時には、冷却能
力を維持し、暖房時には、吸入配管から放熱して吐出冷
媒ガス温度を上昇させるため、特に、暖房能力が向上し
た冷凍システム装置が得られる。

【００６４】実施の形態３．図１３は、本発明の第３の
実施例の通常制御を示すフローチャートであり、装置の
構成は図１と同様で、また、全体のフローチャートは図
３と同じである。この実施の形態３の冷凍システム装置
においては、圧縮機の吸入冷媒の過熱度に相当する過熱
特性値としての蒸発圧力、および凝縮器出口冷媒の過冷
却度に相当する過冷却特性値としての凝縮圧力を目標値
として、低圧側および高圧側絞り装置を制御するもの
で、具体的な手順・動作およびその作用・効果は、実施
の形態１とほぼ同様であり、（８）式および（９）式に
挿入されるＳＨ、ＳＣの換わりに、蒸発圧力と凝縮圧
力、またはそれらの各圧力に対応した冷媒の飽和蒸発温
度と飽和凝縮温度に置き換えるようにしたものである。
（なお、蒸発圧力を計測する過熱検知手段である蒸発圧
力検知手段、及び凝縮圧力を計測する過冷却検知手段で
ある凝縮圧力検知手段は図示しない。）

【００６５】なお、この時、演算手段２９は、蒸発圧力
および凝縮圧力検知手段の各検知結果と冷凍装置の運転
状態に対応した目標蒸発圧力および目標凝縮圧力との偏
差値を演算し、この演算結果に基づいて制御手段３０が
高圧側および低圧側絞り装置の各開口面積を制御する。
また、この時、予め設計され、一義的に定まっている圧
縮機、蒸発器、及び凝縮器等の容量（即ち、各能力の相
関関係が一義的に定まっている冷凍装置）における各Ｒ
Ｔ（室温）及びＡＴ（外気温）に対しての蒸発圧力と凝
縮圧力との関係、並びにこの関係における蒸発圧力（蒸
発飽和温度）とＳＨ、凝縮圧力（凝縮飽和温度）とＳＣ
との関係は予め決めて置くことはいうまでもない。な
お、このようにすると、少ない構成部品でハンチングを
防止した経済的で、信頼性の高い冷凍システム装置が得
られる。

【００６６】実施の形態４．図１４は、本発明の実施の
形態４の通常制御を示すフローチャート図であり、この
フローチャート図の装置の構成は図１と同様で、全体の
フローチャートは図３と同じである。また、この実施の
形態４おける冷凍システム装置においては、レシーバタ
ンク圧力（中間圧）を目標値として、高圧側および低圧
側絞り装置の開口面積を制御するもので、この具体的な
手順・動作およびその作用・効果は、実施の形態１とほ
ぼ同様であるが、前述の中間圧に対応した蒸発圧力（低
圧）と凝縮圧力（高圧）を前述した各式より予め設定し
ておき、この設定された蒸発圧力及び凝縮圧力になるよ
うに、高圧側および低圧側絞り装置の各開口面積を制御
するものである。即ち、（８）式および（９）式に挿入
されるＳＨ、ＳＣの換わりに、レシーバタンク圧力に置
き換わっただけのものである。（なお、レシーバタンク
圧力を計測する手段は、図示せず。） また、この時、演算手段２９は、計測された中間圧と目
標中間圧との偏差値を演算し、この演算結果から蒸発圧
力及び凝縮圧力を検知手段の検知結果と冷凍装置の運転
状態に対応した目標蒸発圧力及び目標凝縮圧力との偏差
値をそれぞれ演算する。

【００６７】なお、レシーバタンク圧力をある目標値に
制御するということは、高圧側および低圧側絞り装置の
開口面積を制御して、レシーバ１２内の冷媒量を目標値
に制御することであり、その結果、とりもなおさず凝縮
器、及び蒸発器内のそれぞれの冷媒量を制御したことに
なる。また、前述したように、これら各機器内の冷媒量
を制御したということは、結果的にはＳＨ、ＳＣを制御
したことになることは前述した通りである。従って、制
御器３０が、ＳＨ、ＳＣの実測値と目標値との偏差値に
基づて高圧側および低圧側絞り装置の開口面積を制御す
る換わりに、レシーバタンク圧力の実測値と目標値との
偏差値に基づいて制御しても、実施の形態１とほぼ同等
の効果が得られることは言うまでもない。

【００６８】また、レシーバタンク圧力の目標値を外気
温度に対応させて予め設定し、この設定した目標値をも
ちいると、更に制御精度が向上し、経済的な冷凍サイク
ル運転を維持する制御装置が得られることは言うまでも
ない。なお、外気温度に対応させて目標値を予め設定
し、この設定した目標値をもちいると、更に制御精度が
向上することは、この実施の形態４以外の他の実施の形
態においても同じである。また更に、この外気温度を冷
凍システム装置の運転状態の１つとして、所定の温度範
囲で設定しておく。このようにすると、外気温度が刻々
変化しても安定した制御をすることができる。

【００６９】実施の形態５．図１５は、本発明の実施の
形態５の通常制御を示すフローチャートであり、装置の
構成は図１と同様で、全体のフローチャートは図３と同
じである。また、この実施の形態５における冷凍システ
ム装置においては、圧縮機吐出冷媒温度および圧縮機吸
入冷媒温度の測定値と目標値との偏差値に基づいて、低
圧側および高圧側絞り装置の各開口面積を制御するもの
で、具体的な手順・動作は、実施の形態１とほぼ同様で
あり、（８）式および（９）式に挿入されるＳＨ、ＳＣ
の偏差値の換わりに、圧縮機の吐出冷媒温度および圧縮
機の吸入冷媒温度の偏差値を挿入するものである。（な
お、圧縮機の吐出冷媒温度を計測する過冷却検知手段で
ある吐出温度検知手段は、図示せず。また、圧縮機吸入
冷媒温度を検知する温度検知手段２８が過冷却検知手段
となる。） なお、このようにすると、冷凍サイクル内で最も温度の
高い圧縮機吐出温度が常に目標値に管理されるため、少
ない構成部品で、特に、冷媒や油等の劣化を防止しなが
ら、ハンチングを防止した経済的で、信頼性の高い冷凍
システム装置が得られる。

【００７０】また、圧縮機吐出冷媒温度および圧縮機吸
入冷媒温度の目標値を外気温度に対応させて、予め設定
し、この設定した目標値を用いると、更に制御精度が向
上し、経済的な冷凍サイクル運転を維持する制御装置が
得られることは言うまでもない。

【００７１】実施の形態６．図１６は、本発明の第６の
実施例の通常制御を示すフローチャートであり、装置の
構成は図１と同様、全体のフローチャートは図３と同様
とする。この発明における冷凍システム装置において
は、圧縮機吐出温度および圧縮機吸入冷媒過熱度の測定
値と目標値との偏差値に基づいて、高圧側および低圧側
絞り装置を制御するもので、具体的な手順および効果
は、実施の形態１とほぼ同様であり、（８）式および
（９）式に挿入されるＳＨ、ＳＣの偏差値の換わりに、
圧縮機吐出温度および圧縮機吸入冷媒過熱度の偏差値に
置き換わっただけのものである。（なお、圧縮機吐出温
度を計測する過熱検知手段である吐出温度検知手段は、
図示せず。）

【００７２】なお、このようにすると、冷凍サイクル内
で最も温度の高い圧縮機吐出温度が常に目標値に管理さ
れるため、冷媒や油等の劣化を防止しながら、少ない構
成部品でハンチングを防止した経済的で、信頼性の高い
冷凍システム装置が得られる。

【００７３】また、圧縮機吐出温度および圧縮機吸入冷
媒過熱度の目標値を外気温度に対応させて予め設定し、
この設定した目標値をもちいると、更に制御精度が向上
し、経済的な冷凍サイクル運転を維持する制御装置が得
られることは言うまでもない。

【００７４】実施の形態７．図１７は、本発明の実施の
形態７の通常制御を示すフローチャートであり、装置の
構成は図１と同様、全体のフローチャートは図３と同様
とする。この実施の形態７における冷凍システム装置に
おいては、圧縮機吐出温度および蒸発器出口冷媒過熱度
を目標値として、高圧側および低圧側絞り装置の各開口
面積を制御するもので、具体的な手順・動作およびその
効果は、実施の形態１とほぼ同様であり、（８）式およ
び（９）式に挿入されるＳＨ、ＳＣの偏差値の換わり
に、圧縮機吐出温度及び蒸発器出口冷媒過熱度の偏差値
基準に置き換わったものである。なお、圧縮機吐出温度
及び蒸発器出口冷媒過熱度を計測する手段は、図示せ
ず。

【００７５】実施の形態８．図１８は、本発明の実施の
形態８における冷凍システム装置の構成を示す図で、３
は圧縮機、５は四方弁、１２はレシーバタンク、１４は
吸入管、２１ａおよび２１ｂは凝縮器、２２ａおよび２
２ｂは蒸発器、２３ａおよび２３ｂは凝縮器とレシーバ
タンクの間に設置され、レシーバタンク圧力およびレシ
ーバタンクに流れる冷媒流量を調整する高圧側の調整手
段（高圧側絞り装置）、２４ａおよび２４ｂはレシーバ
タンクと蒸発器の間に設置され、低圧および蒸発器２１
ａ、ｂに流れる冷媒流量を調整する低段側の調整手段
（低圧側絞り装置）、２５は凝縮器２１ａおよび２１ｂ
の各圧力を検知する圧力検知手段、２６ａおよび２６ｂ
はそれぞれ凝縮器２１ａ、２１ｂの出口温度を検知する
温度検知手段、２７ａおよび２７ｂはそれぞれ蒸発器２
２ａ、２２ｂの入口温度を検知する温度検知手段、２８
は圧縮機吸入温度を検知する温度検知手段、２９は演算
器、３０は制御器である。

【００７６】この実施の形態８における冷凍システム装
置においては、実施の形態１〜７で説明した値を制御目
標として、各高圧側絞り装置の開口面積の総和および各
低圧側絞り装置の開口面積の総和を制御するもので、具
体的な構成及び手順・動作は、実施の形態１〜７で説明
した内容とほぼ同じなので、説明を割愛する。なお、図
１１においては、凝縮器および蒸発器がともに２台づつ
取り付けられているが、凝縮器と蒸発器の台数の組み合
わせが例えばそれぞれ１台と２台、１台と３台、２台と
１台、３台と１台等の組み合わせであっても、同様のこ
とが成り立つのは明らかであるから、そのような組合せ
にも利用できる。

【００７７】また、本実施の形態では、各高圧側絞り装
置の開口面積および各低圧側絞り装置の開口面積、即ち
各開口面積の総和を制御するものであり、各凝縮器また
は蒸発器のそれぞれに付いている各調整手段２３ａ、２
３ｂ、２４ａ、２４ｂの開口面積の振り分け方、つまり
各凝縮器または蒸発器への冷媒量の振り分け（開口面
積）制御については、例えば、各凝縮器および蒸発器の
周囲温度によって振り分けて制御したり、あるいは各凝
縮器の過冷却度および蒸発器の過熱度によって振り分け
て制御する。

【００７８】以上説明したように、この実施の形態８で
は、凝縮器または蒸発器の少なくともいずれかが並列に
複数箇設けられ、これらの設けられた凝縮器または蒸発
器のそれぞれに対応した高圧または低圧側絞り装置の開
口面積を、演算手段制御手段が、過冷却検知手段および
過熱検知手段の各検知結果と冷凍装置の運転状態に対応
した目標過冷却特性値および目標過熱特性値との各偏差
値からそれぞれ演算し、この演算結果から、制御手段が
制御するので、簡単に精度良く、ハンチングを防止した
信頼性が高く、使い勝手の良い冷凍システム装置が得ら
れる

【００７９】以上述べてきた通り、本発明は、安定運転
時に冷凍サイクルの運転効率を常に最適に維持し、ま
た、冷凍システム装置の運転状態が変化しても、短時間
で最適運転効率の冷凍サイクルに安定させて、年間の平
均効率を大幅に向上させることができる経済的で、信頼
性の高い冷凍システム装置が得られる。

【００８０】ここでいう冷凍システム装置の運転状態変
化としては、例えば、次のようなものがある。 （1）マルチエアコンにおける室内機（蒸発器または凝
縮器）の台数切り替え （2）圧縮機を複数台持つ装置の圧縮機の台数切り替え （3）圧縮機の回転数制御機能を持つ装置の圧縮機回転
数変化 （4）室内温度または室外気温等、熱交換器の周囲温度
の変化 （5）冷暖同時マルチエアコンでの冷媒または空気が流
れる熱交換器面積の変化 （6）除霜運転から暖房運転復帰時などの運転状態変化
や、冷媒の流し方の変化

【００８１】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００８２】過冷却検知手段が冷凍装置の凝縮器出口冷
媒の過冷却度に相当する過冷却特性値を検知し、過熱検
知手段が圧縮機の吸入冷媒の過熱度に相当する過熱特性
値を検知して、これらの検知結果から、演算手段が検知
過熱特性値と冷凍装置の運転状態における前記過冷却検
知手段の検知結果に対応した目標過熱特性値との偏差値
を演算し、この演算結果から制御手段が低圧側絞り装置
の開口面積を制御するので、冷凍サイクルの過熱度を常
に安定した状態で維持するため、運転効率が良く、冷媒
及び潤滑油等の劣化やハンチングを防止した経済的で、
信頼性の高い冷凍システム装置が得られる。

【００８３】また、過冷却検知手段が冷凍装置の凝縮器
出口冷媒の過冷却度に相当する過冷却特性値を検知し、
過熱検知手段が圧縮機の吸入冷媒の過熱度に相当する過
熱特性値を検知して、これらの検知結果から、演算手段
が検知過冷却特性値と冷凍装置の運転状態における前記
過熱検知手段の検知結果に対応した目標過冷却特性値と
の偏差値を演算し、この演算結果から制御手段が高圧側
絞り装置の開口面積を制御するので、冷凍サイクルの過
冷却度を常に安定した状態で維持するため、運転効率が
良く、ハンチングを防止した経済的で、信頼性の高い冷
凍システム装置が得られる。

【００８４】また、過冷却検知手段が冷凍装置の凝縮器
出口冷媒の過冷却度に相当する過冷却特性値を検知し、
過熱検知手段が圧縮機の吸入冷媒の過熱度に相当する過
熱特性値を検知して、これらの検知結果から、演算手段
が過冷却検知手段および過熱検知手段の各検知結果と冷
凍装置の運転状態に対応した目標過冷却特性値および目
標過熱特性値との各偏差値を演算し、これの演算結果か
ら制御手段が高圧側および低圧側絞り装置の開口面積を
制御するので、冷凍サイクルの過冷却度および過熱度を
常に短時間で安定した状態に維持するため、運転効率が
良く、冷媒及び潤滑油等の劣化やハンチングを防止した
経済的で、信頼性の高い冷凍システム装置が得られる。

【００８５】また、制御手段が、冷凍装置の運転状態が
変化してから所定時間後に高圧側または、および低圧側
絞り装置の開口面積を制御するので、更にハンチングを
防止した信頼性の高い冷凍システム装置が得られる。

【００８６】また、冷媒戻し配管が、レシーバタンクと
圧縮機の吸入側部位との間に設けられ、レシーバタンク
の冷媒圧力を絞りながら圧縮機へ導くので、圧縮機の吐
出冷媒温度を下げると共に、圧縮機の吸入冷媒量を増加
させるため、特に、暖房能力を向上させ、冷媒や潤滑油
の劣化を防止した信頼性の高い冷凍システム装置が得ら
れる。

【００８７】また、前記冷媒戻し配管が、そのレシーバ
タンク側の一端を前記レシーバタンクの上部近辺の部位
に接続され、前記レシーバタンクの上部近辺の冷媒ガス
を絞りながら圧縮機へ導くので、冷媒ガスを圧縮機へ供
給しながら吐出冷媒温度を下げると共に、圧縮機の吸入
圧力（冷媒量）を増加させるため、特に、冷媒の液バッ
クを防止しながら、暖房能力を向上させて、冷媒や潤滑
油の劣化を防止した信頼性の高い冷凍システム装置が得
られる。

【００８８】また、制御弁が、冷媒戻し配管に取り付け
られ、圧縮機の吐出冷媒温度に基づいて冷媒ガスの圧力
を制御するので、圧縮機へ最適冷媒量を供給しながら吐
出冷媒温度を所定の温度に維持すると共に、圧縮機の吸
入圧力（冷媒量）を増加させるため、特に、暖房能力を
向上させ、冷媒や潤滑油の劣化を防止した信頼性の高い
冷凍サイクル装置が得られる。

【００８９】また、熱交換手段が、圧縮機へ吸入される
低圧冷媒と凝縮器から低圧側絞り装置までの高圧又は中
圧冷媒のいずれかとを熱交換させるように設けられたの
で、過冷却度の大きい冷媒が蒸発器へ供給されると共
に、圧縮機に冷媒ガスが供給されるため、特に、冷房能
力を向上させ、液バックを防止そた信頼性の高い冷凍サ
イクル装置が得られる。

【００９０】また、冷媒戻し配管が凝縮器から低圧側絞
り装置までのいずれかの部位と圧縮機の吸入側部位との
間に設けられ、前記いずれかの部位の冷媒を圧縮機の吸
入側へ導き、この冷媒戻し配管に絞り装置が取り付けら
れ、圧縮機の吐出冷媒温度に基づいて冷媒の圧力を制御
し、この制御した冷媒と前記いずれかの部位の冷媒とを
熱交換手段が熱交換させるので、最適冷媒量を圧縮機へ
供給しながら吐出冷媒温度を所定の温度に維持して圧縮
機の吸入圧力（冷媒量）を増加させると共に、過冷却度
の大きい冷媒が蒸発器に供給されるため、特に、冷房能
力を向上させ、冷媒や潤滑油の劣化を防止した信頼性の
高い冷凍サイクル装置が得られる。

【００９１】また、過熱検知手段が、過熱特性値として
蒸発器出口冷媒の過熱度を検知するので、冷房時には、
冷却能力を維持し、暖房時には、吸入配管から放熱して
吐出冷媒ガス温度を上昇させるため、特に、暖房能力が
向上した経済的な冷凍システム装置が得られる。

【００９２】また、過冷却検知手段が過冷却特性値とし
て冷媒の凝縮圧力を検知し、過熱検知手段が過熱特性値
として冷媒の蒸発圧力を検知するので、少ない構成部品
でハンチングを防止した経済的で、信頼性の高い冷凍シ
ステム装置が得られる。

【００９３】また、過冷却検知手段及び過熱検知手段が
中間圧力検知手段からなり、この中間圧力検知手段が凝
縮圧力と蒸発圧力との中間圧力であるレシーバタンクの
冷媒の圧力を検知するので、更に少ない構成部品で、ハ
ンチングを防止した経済的で、信頼性の高い冷凍システ
ム装置が得られる。

【００９４】また、過冷却検知手段が過冷却特性値とし
て圧縮機の吐出冷媒温度を検知し、過熱検知手段が過熱
特性値として圧縮機の吸入冷媒温度を検知するので、冷
凍サイクル内で最も温度の高い圧縮機吐出温度を常に管
理して、冷媒や油等の劣化を防止しながら、少ない構成
部品でハンチングを防止した経済的で、信頼性の高い冷
凍システム装置が得られる。

【００９５】また、過熱検知手段が、過熱特性値として
圧縮機吸入冷媒の過熱温度を検知するので、少ない構成
部品で、特に、冷房能力を向上させ、ハンチングを防止
した経済的で、信頼性の高い冷凍システム装置が得られ
る。

【００９６】また、過熱検知手段が、過熱特性値として
蒸発器出口冷媒の過熱度を検知するので、少ない構成部
品で、特に、暖房能力を向上させ、ハンチングを防止し
た経済的で、信頼性の高い冷凍システム装置が得られ
る。

【００９７】また、凝縮器または蒸発器の少なくともい
ずれかが並列に複数箇設けられ、これらの設けられた凝
縮器または蒸発器のそれぞれに対応した高圧または低圧
側絞り装置を有する冷凍装置においても、各凝縮器また
は蒸発器のそれぞれに対応した高圧または低圧側絞り装
置の開口面積を、演算手段制御手段が、過冷却検知手段
および過熱検知手段の各検知結果と冷凍装置の運転状態
に対応した目標過冷却特性値および目標過熱特性値との
各偏差値をそれぞれ演算し、この演算結果から、制御手
段が制御するので、簡単に精度良く、ハンチングを防止
した信頼性が高く、使い勝手の良い冷凍システム装置が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第１〜第７の実施例による冷凍シ
ステム装置を示す図である。

【図２】 この発明の第１〜第８の実施例の動作手順を
示すモリエル線図である。

【図３】 この発明の第１〜第８の実施例の全体の動作
手順を示すフローチャートである。

【図４】 この発明の第１の実施例の通常制御の動作手
順を示すフローチャートである。

【図５】 この発明の第１の実施例の通常制御の一部を
詳細に示すフローチャートである。

【図６】 この発明の第１〜第７の実施例による別の冷
凍システム装置を示す図である。

【図７】 この発明の第１〜第７の実施例による別の冷
凍システム装置を示す図である。

【図８】 この発明の第１〜第７の実施例による別の冷
凍システム装置を示す図である。

【図９】 この発明の第１〜第７の実施例による別の冷
凍システム装置を示す図である。

【図１０】 この発明の第１〜第７の実施例による別の
冷凍システム装置を示す図である。

【図１１】 この発明の第１〜第７の実施例による別の
冷凍システム装置を示す図である。

【図１２】 この発明の第２の実施例の通常制御の動作
手順を示すフローチャートである。

【図１３】 この発明の第３の実施例の通常制御の動作
手順を示すフローチャートである。

【図１４】 この発明の第４の実施例の通常制御の動作
手順を示すフローチャートである。

【図１５】 この発明の第５の実施例の通常制御の動作
手順を示すフローチャートである。

【図１６】 この発明の第６の実施例の通常制御の動作
手順を示すフローチャートである。

【図１７】 この発明の第７の実施例の通常制御の動作
手順を示すフローチャートである。

【図１８】 この発明の第８の実施例による冷凍システ
ム装置を示す図である。

【図１９】 従来の冷凍システム装置を示す図である。

【符号の説明】

３ 圧縮機、５ 四方弁、６ａ，６ｂ，６ｃ 室内熱交
換器、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 電動膨張弁、１２ レ
シーバタンク、１３ 主電動膨張弁、１４ 吸入管、２
１、２１ａ〜ｂ 凝縮器、２２、２２ａ〜ｂ 蒸発器、
２３、２３ａ〜ｂ 高圧側の調整手段、２４、２４ａ〜
ｂ 低段側の調整手段、２５ 圧力検知手段、２６、２
６ａ〜ｂ 出口温度検知手段、２７、入口温度検知手
段、２８吸入温度検知手段、２９ 演算器、３０ 制御
器、３１ 冷媒戻し配管、３２ 制御弁、３３ 熱交換
手段、３４ 冷媒戻し配管、３５ 熱交換手段、３６
絞り装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 浩招 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、高圧側絞り装置、レシ
   ーバタンク、低圧側絞り装置、および蒸発器が順次配管
   で接続されて構成された冷凍装置と、この冷凍装置の凝
   縮器出口冷媒の過冷却度に相当する過冷却特性値を検知
   する過冷却検知手段と、前記圧縮機の吸入冷媒の過熱度
   に相当する過熱特性値を検知する過熱検知手段と、この
   過熱検知手段の検知結果から、前記冷凍装置の運転状態
   及び前記過冷却検知手段の検知結果に対応した目標過熱
   特性値との偏差値を演算する演算手段と、この演算手段
   の演算結果に基づいて前記低圧側絞り装置の開口面積を
   制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする冷凍シ
   ステム装置。
2. 【請求項２】 圧縮機、凝縮器、高圧側絞り装置、レシ
   ーバタンク、低圧側絞り装置、および蒸発器が順次配管
   で接続されて構成された冷凍装置と、この冷凍装置の凝
   縮器出口冷媒の過冷却度に相当する過冷却特性値を検知
   する過冷却検知手段と、前記圧縮機の吸入冷媒の過熱度
   に相当する過熱特性値を検知する過熱検知手段と、前記
   過冷却検知手段の検知結果から、前記冷凍装置の運転状
   態及び前記過熱検知手段の検知結果に対応した目標過冷
   却特性値との偏差値を演算する演算手段と、この演算手
   段の演算結果に基づいて前記高圧側絞り装置の開口面積
   を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする冷凍
   システム装置。
3. 【請求項３】 圧縮機、凝縮器、高圧側絞り装置、レシ
   ーバタンク、低圧側絞り装置、および蒸発器が順次配管
   で接続されて構成された冷凍装置と、この冷凍装置の凝
   縮器出口冷媒の過冷却度に相当する過冷却特性値を検知
   する過冷却検知手段と、前記圧縮機の吸入冷媒の過熱度
   に相当する過熱特性値を検知する過熱検知手段と、前記
   過冷却検知手段および過熱検知手段の各検知結果と前記
   冷凍装置の運転状態に対応した目標過冷却特性値および
   目標過熱特性値との各偏差値を演算する演算手段と、こ
   の演算手段の各演算結果に基づいて前記高圧側および低
   圧側絞り装置の開口面積を制御する制御手段と、を備え
   たことを特徴とする冷凍システム装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段が、前記冷凍装置の運転状
   態が変化してから所定時間後に前記高圧側または、およ
   び低圧側絞り装置の開口面積を制御することを特徴する
   請求項１から請求項３にまでのいずれかに記載の冷凍シ
   ステム装置。
5. 【請求項５】 冷媒戻し配管が、前記レシーバタンクと
   前記圧縮機の吸入側部位との間に設けられ、前記レシー
   バタンクの冷媒圧力を絞りながら前記圧縮機へ導くこと
   を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記
   載の冷凍システム装置。
6. 【請求項６】 前記冷媒戻し配管が、そのレシーバタン
   ク側の一端を前記レシーバタンクの上部近辺の部位に接
   続され、前記レシーバタンクの上部近辺の冷媒ガスを絞
   りながら前記圧縮機へ導くことを特徴とする請求項５記
   載の冷凍システム装置。
7. 【請求項７】 制御弁が、前記冷媒戻し配管に取り付け
   られ、前記圧縮機の吐出冷媒温度に基づいて前記冷媒ガ
   スの圧力を制御することを特徴とする請求項６記載の冷
   凍システム装置。
8. 【請求項８】 熱交換手段が、前記圧縮機へ吸入される
   低圧冷媒と前記凝縮器から低圧側絞り装置までの高圧又
   は中圧冷媒のいずれかとを熱交換させるように設けられ
   たことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれ
   かに記載の冷凍システム装置。
9. 【請求項９】 前記凝縮器から前記低圧側絞り装置まで
   のいずれかの部位と前記圧縮機の吸入側部位との間に設
   けられ、前記いずれかの部位の冷媒を前記圧縮機の吸入
   側へ導く冷媒戻し配管と、この冷媒戻し配管に取り付け
   られ、前記圧縮機の吐出冷媒温度に基づいて前記冷媒の
   圧力を制御する絞り装置と、この絞り装置が制御した冷
   媒と前記いずれかの部位の冷媒とを熱交換させる熱交換
   手段と、を備えたことを特徴とする請求項１から請求項
   ４までのいずれかに記載の冷凍システム装置。
10. 【請求項１０】 前記過熱検知手段が、前記過熱特性値
    として前記蒸発器出口冷媒の過熱度を検知することを特
    徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の
    冷凍システム装置。
11. 【請求項１１】 前記過冷却検知手段が前記過冷却特性
    値として前記冷媒の凝縮圧力を検知し、前記過熱検知手
    段が前記過熱特性値として前記冷媒の蒸発圧力を検知す
    ることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれ
    かに記載の冷凍システム装置。
12. 【請求項１２】 前記過冷却検知手段及び前記過熱検知
    手段が中間圧力検知手段からなり、この中間圧力検知手
    段が前記凝縮圧力と蒸発圧力との中間圧力である前記レ
    シーバタンクの冷媒の圧力を検知することを特徴とする
    請求項１から請求項４までのいずれかに記載の冷凍シス
    テム装置。
13. 【請求項１３】 前記過冷却検知手段が前記過冷却特性
    値として前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知し、前記過熱
    検知手段が前記過熱特性値として前記圧縮機の吸入冷媒
    温度を検知することを特徴とする請求項１から請求項４
    までのいずれかに記載の冷凍システム装置。
14. 【請求項１４】 前記過熱検知手段が、前記過熱特性値
    として前記圧縮機吸入冷媒の過熱温度を検知することを
    特徴とする請求項１３に記載の冷凍システム装置。
15. 【請求項１５】 前記過熱検知手段が、前記過熱特性値
    として前記蒸発器出口冷媒の過熱度を検知することを特
    徴とする請求項１３に記載の冷凍システム装置。
16. 【請求項１６】 圧縮機、凝縮器、高圧側絞り装置、レ
    シーバタンク、低圧側絞り装置、および蒸発器が順次配
    管で接続され、前記凝縮器または蒸発器の少なくともい
    ずれかが並列に複数箇設けられ、これらの設けられた凝
    縮器または蒸発器のそれぞれに対応した前記高圧側絞り
    装置または低圧側絞り装置を有する冷凍装置と、前記凝
    縮器の出口冷媒の過冷却度に相当する過冷却特性値を検
    知する過冷却検知手段と、前記蒸発器の出口冷媒の過熱
    度に相当する過熱特性値を検知する過熱検知手段と、前
    記過冷却検知手段および過熱検知手段の各検知結果と前
    記冷凍装置の運転状態に対応した目標過冷却特性値およ
    び目標過熱特性値との各偏差値をそれぞれ演算する演算
    手段と、この演算手段の各演算結果に基づいて前記凝縮
    器または蒸発器のそれぞれに対応した前記高圧側または
    低圧側絞り装置の開口面積を制御する制御手段と、を備
    えたことを特徴とする冷凍システム装置。