抽气装置的控制装置及控制方法与流程

本发明涉及一种制冷机，尤其涉及一种抽气装置的控制装置及控制方法。

背景技术：

采用低压制冷剂的制冷机中，由于制冷机内为负压，非冷凝气体(主要为空气)和空气中含有的水分侵入制冷机内后，积聚在冷凝器等中。在此状态下，非冷凝气体可能导致冷凝压力上升，从而无法运转，而且水分也可能导致制冷机内腐蚀。因此，以往是通过抽气装置将进入机内的非冷凝气体排出至大气中(例如，参照专利文献1、2)。

例如，专利文献1中公开了以下内容：清洗冷凝器(purge condenser)内蓄积有非冷凝气体，并且清洗冷凝器内的压力上升，与冷凝器内的压力的差值降低到规定值为止时，将清洗冷凝器内的非冷凝气体排出至大气中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2000-292033号公报

专利文献2：日本专利特开2008-14598号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

近年来，根据氟利昂回收破坏法的修订和欧洲F-气体限制等，强烈要求采用低GWP制冷剂。低GWP制冷剂的分子结构中具有烯键，因此，易于被氧气分解，根据构成元素，可能生成氟化氢和氯化氢等影响制冷机稳定运转的副产物。从而，采用低压的低GWP制冷剂时，为了维持稳定运转，需要以高于以往的精度控制机内的非冷凝气体。

然而，上述通过压力差排出非冷凝气体的以往的方法中，灵敏度并不充分，机内的非冷凝气体量增加并可能会达到妨碍稳定运转的程度，存在无法实现稳定运转的问题。

本发明鉴于上述情况而研究得出，其目的在于，提供一种在采用低压的低GWP制冷剂时，能够实现稳定运转的抽气装置的控制装置及控制方法。

技术方案

本发明的第1方式为一种控制装置，其对采用低压的低GWP制冷剂的制冷机中设置的抽气装置进行控制，具有：推算单元，其使用空气侵入影响度以及根据含有压力作为参数的函数得到的变量，推算空气侵入量，其中所述空气侵入影响度表示从所述制冷机的结构方面确定的空气侵入容易度；判定单元，其判定所述空气侵入量的累计值是否在预先设定的允许值以上；以及起动控制单元，其在所述空气侵入量的累计值在所述允许值以上时，起动所述抽气装置。

根据本方式，通过推算单元推算空气侵入量，通过判定单元判定空气侵入量的累计值是否在预先设定的允许值以上，空气侵入量的累计值在允许值以上时，通过起动控制单元起动抽气装置。由此，可将制冷机内的空气侵入量控制在允许值以下。

上述推算单元使用以下两者推算空气侵入量，即：空气侵入影响度，该空气侵入影响度表示从制冷机的结构方面确定的空气侵入机内的容易度；以及表示从压力方面评估的空气进入机内的容易度的变量。如此，本方式中，作为影响空气侵入机内的要素，列举出“制冷机的结构”和“压力”两个要素，从这两个观点出发对空气侵入量进行推算。

“允许值”例如设定为以下值：大于零且小于所述制冷剂分解所产生的空气侵入量；或者，大于零且小于不妨碍制冷机稳定运转的空气侵入量。

上述“低压的低GWP制冷剂”的“低压”是指，与制冷机运转时和停止时无关，使制冷机的部分或者全部在一年中即使是较短的时间内也可能产生负压状态(大气压以下的状态)的制冷剂。

上述“低GWP制冷剂”是指，例如用于防止温室化的HFC制冷剂规定中的所有代替制冷剂(例如，R1234yf[4]、R1234ze(E)[4]、R1233zd(E)[5]、R32[675]等，另外，[](方括号)内的数字表示GWP值(100年))以及具有与其相等程度的GWP值(100年)的制冷剂。

“压力”是指，例如通过在制冷机内的任一位置设置的压力计所测量的压力，或者，机内设有多个压力计时，也可以采用这些的平均值、最低值、或最高值。“压力”也可以为将温度进行压力换算后得到的值。

上述控制装置中，所述推算单元也可以使用机内的压力和大气压的差以及所述空气侵入影响度推算空气侵入量。

上述控制装置中，所述制冷机被分为多个部分，所述空气侵入影响度按照各所述部分进行设定，所述推算单元推算各所述部分的空气侵入量，也可以根据推算的各所述部分的空气侵入量推算所述制冷机整体的空气侵入量。

根据上述控制装置，由于推算各部分的空气侵入量，因此，可提高机内的空气侵入量的推算精度。

上述控制装置中，所述空气侵入影响度，例如根据接头结构以及接头个数设定。

本发明的第2方式为采用低压的低GWP制冷剂的制冷机，其具有抽气装置和上述控制装置。

本发明的第3方式为一种抽气装置的控制方法，该抽气装置设在采用低压的低GWP制冷剂的制冷机中，所述控制方法具有：推算过程，其使用空气侵入影响度以及根据含有压力作为参数的函数得到的变量，推算空气侵入量，其中所述空气侵入影响度表示从所述制冷机的结构方面确定的空气侵入容易度；判定过程，其判定所述空气侵入量的累计值是否在预先设定的允许值以上；以及起动控制过程，其在所述空气侵入量的累计值在所述允许值以上时，起动所述抽气装置。

有益效果

根据本发明，采用低压的低GWP制冷剂时，达到了可实现稳定运转的效果。

附图说明

图1是表示本发明第1实施方式所涉及的制冷机的概略构成的图。

图2是表示本发明第1实施方式所涉及的控制装置的功能模块的图。

图3是表示通过本发明第1实施方式所涉及的控制装置执行的处理的流程的图。

具体实施方式

[第1实施方式]

以下参照附图，对本发明所涉及的抽气装置的控制装置及控制方法的第1实施方式进行说明。

图1是表示本发明第1实施方式所涉及的制冷机的概略构成的图。如图1所示，本实施方式所涉及的制冷机1为压缩型制冷机，具有以下主要构成：压缩机11，其压缩制冷剂；冷凝器12，其对通过压缩机11压缩的高温高压的气态制冷剂进行冷凝；膨胀阀13，其使来自冷凝器12的液态制冷剂膨胀；蒸发器14，其使通过膨胀阀13膨胀的液态制冷剂蒸发；抽气装置15，其将侵入制冷机1内的空气释放至大气中；以及控制装置16，其对制冷机1具有的各部进行控制。

作为制冷剂，采用低压的低GWP制冷剂。

压缩机11例如为通过变频电机20驱动的多级离心压缩机。抽气装置15通过配管17与冷凝器12连接，来自冷凝器12的制冷剂气体(包含空气)通过配管17被导至抽气装置15。配管17设有用于控制制冷剂气体的流通和切断的阀18。该阀18的开关通过控制装置16控制，从而控制抽气装置的起动和停止。

抽气装置15例如具有以下主要构成：抽气仓(未图示)，其将通过配管17提供的制冷剂气体冷凝并与非冷凝气体分离；吸附仓(未图示)，其去除非冷凝气体中的微量的制冷剂。通过吸附仓去除掉制冷剂后的非冷凝气体被排放至大气中，抽气仓中与非冷凝气体分离的制冷剂气体通过配管19返回至蒸发器14中。抽气装置15的构成为一个示例，并不限于该构成。

制冷机1设有用于分别测量冷水入口温度Tin、冷水出口温度Tout、冷却水入口温度Tcin、冷却水出口温度Tcout的温度传感器，以及用于分别测量冷水流量F1、冷却水流量F2的流量传感器等。这些各传感器的测量值被发送至控制装置16，用于控制制冷机1。

图1所示的制冷机的构成1为一个示例，并不限于该构成。例如，也可以为以下构成：配置空气热交换器来代替冷凝器12，在冷却的外部空气和制冷剂之间进行热交换。制冷机1并不限于仅具有制冷功能，例如，也可以具有制暖功能或者兼具制冷功能和制暖功能。

控制装置16具有根据从各传感器接收到的测量值和上级系统发送过来的负载率等控制压缩机11的转速等的功能以及抽气装置15的控制功能等。

控制装置16例如具有未图示的CPU(中央运算装置)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等的内存以及计算机可读取的记录介质等。用于实现后述各种功能的一连串处理的过程，以程序的形式记录在记录介质等上，CPU将该程序读出到RAM等中，通过执行信息的加工和计算处理，实现各种功能。

图2是在控制装置16具有的功能中，列举抽气装置15的控制功能进行显示的功能模块图。如图2所示，控制装置16具有推算部31、判定部32、起动控制部33和存储部34。

推算部31使用以下两者推算空气侵入量，即：空气侵入影响度，该空气侵入影响度表示从制冷机1的结构方面确定的空气侵入容易度；以及从含有压力作为参数的函数得到的变量。

空气侵入影响度例如是表示制冷机1中有多少存在空气(氧气)侵入可能性的间隙的指标，并预先存储至存储部34中。空气侵入影响度例如通过连接配管等的接头的结构、尺寸、数量等决定。也考虑到空气透过树脂材料侵入的情况，将树脂材料的信息加进去来设定空气侵入影响度也可以。后面对空气侵入影响度的决定方法进行详细说明。

本实施方式中，制冷机1被划分为多个部分，对各部分设定空气侵入影响度。

此处，部分可进行适当划分。例如，根据运转条件(例如运转中或停止中)和冬季、夏季，从是否易于变成负压的观点出发，在进行部分划分时也可以将显示相同倾向的部分设为一个部分。例如，夏季，蒸发器周围易变成负压，冬季，在运转时、停止时，供油系统以外的部位均易于变成负压。根据这样的倾向，例如，也可将蒸发器周围作为一个部分进行分别设定，关于除此以外的部位，例如，将压缩机周围、冷凝器周围分别作为一个部分进行设定。

推算部31例如使用各部分设定的空气侵入影响度和各部分的压力以及大气压，推算各部分的空气侵入量。具体而言，部分的压力高于大气压也就是正压时，空气侵入量变为零。另一方面，部分的压力低于大气压也就是负压时，推算压力和大气压的压力差的1/2乘以空气侵入影响度后的值为空气侵入量。用计算公式进行表示即为下述的公式(1)、公式(2)。

P(s)-Pat≥0时(正压时)

M(s)＝0 (1)

P(s)-Pat＜0时(负压时)

M(s)＝E(s)×f(P(s),Pat)

＝E(s)×√|P(s)-Pat| (2)

上述公式(1)、公式(2)中，P(s)为部分s的压力[Pa(abs)]，Pat为大气压[Pa(abs)]，M(s)为部分s的空气侵入量(m³)，E(s)为部分s的空气侵入影响度(m³/Pa)，后面进行详细说明。空气侵入量的单位并不限定于上述(m³)，例如也可以使用kg、mol等。

像这样分别推算各部分的空气侵入量，推算部31通过将各部分的空气侵入量合计后的值加上空气侵入量的上次累计值，计算空气侵入量的累计值也就是当前制冷机整体的空气侵入量的总量。计算公式如下述的公式(3)所示。

M(t)＝M(t-1)+ΣM(s) (3)

公式(3)中，M(t)为当前空气侵入量的累计值，M(t-1)为空气侵入量的上次累计值，ΣM(s)为这次计算的各部分的空气侵入量的合计值。

判定部32判定推算部31推算的当前空气侵入量的累计值是否在预先设定的允许值以上。

允许值例如基于制冷剂的化学稳定性试验和运用实绩设定。例如，通过试验和运用实绩取得发生制冷剂分解的空气侵入量或者不妨碍制冷机稳定运转的空气侵入量，设定为比该空气侵入量小的值。

此处，需要对允许值和通过推算部31计算的空气侵入量的累计值的单位进行整合。例如，允许值的单位为(mol)、空气侵入量的累计值为(mol)以外的单位时，要将空气侵入量的累计值的单位换算为允许值的单位(mol)，比较换算后的空气侵入量的累计值和允许值。例如，空气侵入量的累计值的单位为(m³)时，可使用以下的公式(4)所示的换算公式求算以(mol)为单位的空气侵入量的累计值。

M(t)′＝R×Tat/(Pat×M(t)) (4)

公式(4)中，M(t)′为以mol为单位的当前空气侵入量的累计值，R为气体常数(J/(mol·K))，Tat为环境温度(K)。

上述内容是根据允许值换算空气侵入量的累计值的单位，相反，也可以使允许值的单位与空气侵入量的累计值的单位保持一致。

关于单位的换算，也可以以各部分的空气侵入量M(s)为单位进行。例如，也可以将通过上述公式(2)得到的各部分的空气侵入量M(s)换算为以mol为单位的空气侵入量M(s)′，通过将各部分的M(s)′和以mol为单位的空气侵入量的上次累计值M(t-1)′进行合计，得到以mol为单位的空气侵入量的累计值M(t)′。

当前空气侵入量的累计值在允许值以上时，起动控制部33起动抽气装置15。例如，起动控制部33打开配管17上设置的阀18，起动抽气装置15。抽气装置15的持续运转时间可以根据制冷机整体的空气侵入量相对于制冷机容量的比例随时进行设定，也可以预先计算释放充分的空气量所需的时间并作为持续运行时间进行设定。

根据制冷机整体的空气侵入量相对于制冷机容量的比例随时设定持续运转时间时，例如使用以下的公式(5)即可。

tc＝f[Vnc/Vc] (5)

Vnc＝f[M(t)] (6)

公式(5)中，tc为抽气装置15的持续运转时间(s)，Vnc为应该抽气的气体容量(m³)，通过上述公式(6)计算。Vc为制冷机内容积(m³)。

抽气装置15的持续运转时间tc也可以通过将抽气气体的体积和抽气装置15的吸入能力作为参数的以下公式(7)进行计算。

tc＝f[Vnc/va] (7)

公式(7)中，va为抽气装置15的吸入能力(m³/s)。

空气侵入量的累计值在允许值以下时，起动控制部33不起动抽气装置15。

存储部34中预先存储有上述推算部31、判定部32的处理中的参照信息。例如，预先登记各部分的空气侵入影响度E(s)、允许值Mc、各计算公式(1)-(7)中含有的常数。

接下来，对上述各部分的空气侵入影响度E(s)进行说明。

各部分的空气侵入影响度E(s)根据各部分的接头、尺寸、数量，通过以下步骤确定。

首先，计算各接头结构的间隙长度。用计算公式进行表示即为以下的公式(8)。

L(i,s)＝Σ{N(i,k,s)×l(i,k)} (8)

公式(8)中，i为接头结构，s为部分，L(i,s)为部分s的接头结构i的间隙总长度(mm)，k为接头尺寸，N(i,k,s)为部分s的接头结构i及结构尺寸k的个数，l(i,k)为结构结构i及接头尺寸k的间隙长度(mm)。

然后，用各接头结构的间隙总长度乘以与各接头结构的空气侵入容易度相应的系数，从而计算各接头结构的空气侵入影响度，通过计算该合计，决定该部分的空气侵入影响度。用计算公式进行表示即为以下的公式(9)。

E(s)＝Σ{L(i,s)×W(i)} (9)

公式(9)中，E(s)为部分s的空气侵入影响度(m³/mm·Pa)，W(i)为表示接头结构i的空气侵入容易度的系数(m³/mm·Pa)。根据接头结构，空气侵入容易度发生变化。例如，可以说接头结构为对头焊式、承插焊接式时，空气比较难以侵入，为螺旋焊接式、联合式、凸缘切入式、咬入式、喇叭形坡口式等时，与所述焊接方式相比，空气容易侵入。系数W(i)基于接头的结构，设定为空气易于侵入的较大的值。

通过对各部分执行上述步骤，计算各部分的空气侵入影响度。各部分的空气侵入影响度存储至存储部34中，在推算上述空气侵入量时使用。

接下来，参照图3对上述控制装置16控制抽气装置15的方法进行说明。

首先，从设在制冷机内和制冷机周围的各种传感器(例如压力传感器、温度传感器(图1中未图示))中取得各部分的压力P(s)、大气压Pat、环境温度Tat等的测量值(步骤SA1)。

然后，使用各部分的压力P(s)和大气压Pat，计算各部分的空气侵入量M(s)(步骤SA2)。

接下来，将加入了各部分的空气侵入量M(s)的值ΣM(s)与空气侵入量的上次累计值M(t-1)相加，从而计算当前空气侵入量的累计值M(t)(步骤SA3)。

接下来，判定当前的空气侵入量的累计值M(t)是否在允许值Mc以上(步骤SA4)。此处，两者的单位不一致时，将一方的单位换算为与另一方一致的单位后，对两者进行对比。

步骤SA4中，空气侵入量的累计值M(t)为允许值Mc以上时，起动抽气装置15(步骤SA5)。然后，判定是否经过了持续运转时间(步骤SA6)，经过了持续运转时间时，停止抽气装置15(步骤SA7)。

接下来，将空气侵入量的上次累计值M(t-1)设定为零(步骤SA8)，返回至上述步骤SA1。

另一方面，步骤SA4中，空气侵入量的累计值M(t)在允许值Mc以下时，在空气侵入量的上次累计值M(t-1)中设定这次计算的空气侵入量的累计值M(t)(步骤SA9)，返回至步骤SA1，重复进行上述处理。

上述处理，例如无论制冷机1是运转中还是停止中，均以一定的时间间隔持续进行。

如上所述，根据本实施方式所涉及的抽气装置的控制装置及控制方法，通过推算部31推算当前空气侵入量，通过判定部32判定当前空气侵入量的累计值是否在允许值以上，当前空气侵入量的累计值在允许值以上时，通过起动控制部33起动抽气装置15。

由此，可将制冷机内的空气侵入量控制在允许值以下。结果，可阻止制冷剂的分解，并防止产生氟化氢和氯化氢等影响制冷机稳定运转的副产物。

关于空气侵入影响度的决定方式，并不限定于上述方法。例如，假想一个已知空气侵入影响度的基准制冷机(以下简称为“基准制冷机”)，基于与该基准制冷机的结构差异(例如，接头的结构和个数等)，也可以从相对的观点出发，决定各部分的空气侵入影响度。例如，与基准制冷机相比，该制冷剂的接头个数多或为易于进入空气的接头结构时，空气侵入影响度设为比基准制冷机高的值即可，反之，接头个数少或为难以进入空气的接头结构时，空气侵入影响度设为比基准制冷机低的值即可。

[第2实施方式]

以下对本发明的第2实施方式所涉及的抽气装置的控制装置及控制方法进行说明。

上述第1实施方式中，推算了各部分的空气侵入量，而在本实施方式中，不划分部分，直接推算制冷机整体的空气侵入量，在这一点上两者是不同的。也就是说，本实施方式的制冷机通过推算部31计算空气侵入量的累计值M(t)的手法与第1实施方式不同。以下主要对本实施方式所涉及的制冷机与第1实施方式不同的地方进行说明。

本实施方式所涉及的推算部使用以下的公式(10)计算当前空气侵入量的累计值M(t)。

M(t)＝Mb×f(Ec′/Vc)×f(Pet,Pct)+M(t-1) (10)

上述公式(10)中，Mb为基准制冷机的空气侵入量，f(Ec′/Vc)为具有空气侵入影响度和制冷机内容积作为参数的函数，Ec′为基于与基准制冷机的结构差异而相对决定的制冷机整体的空气侵入影响度，Vc为制冷机内容积，f(Pet,Pct)为具有蒸发压力Pet和冷凝压力Pct作为参数的函数。

如公式(10)所示，将通过实测等已知空气侵入量的基准制冷机的空气侵入量Mb乘以具有空气侵入影响度和制冷机内容积作为参数的函数f(Ec′/Vc)以及具有蒸发压力Pet和冷凝压力Pct作为参数的函数f(Pet,Pct)，进而在该值的基础上加上空气侵入量的上次累计值M(t-1)，从而计算当前空气侵入量的累计值。

此处，具有空气侵入影响度和制冷机内容积作为参数的函数f(Ec′/Vc)作为相对表示结构方面的空气侵入容易度的系数发挥作用。也就是说，该函数的值越大，表示在结构方面比基准制冷机更容易侵入空气。蒸发压力和冷凝压力的函数f(Pet,Pct)作为表示从压力(与大气压的压力差)观点出发的空气侵入容易度的系数发挥作用。也就是说，蒸发压力及冷凝压力的负压数值越大，空气越容易侵入。从而，该函数数值越大，表示从压力观点出发，空气越容易侵入。

根据本实施方式所涉及的制冷机的抽气装置的控制装置及控制方法，无需像第1实施方式一样划分各部分，因此，可减轻计算空气侵入量时的处理负担。而且，关于空气侵入影响度，也使用根据与基准制冷机的结构差异而相对决定的值，因此，可减轻决定空气侵入影响度时的劳力。

本发明并不仅限定于上述实施方式，在不偏离发明主要内容的范围内，可实施各种变形。

例如，各实施方式中，对制冷机的控制装置16具有控制抽气装置15的功能的情况进行了说明，但并不限定于该例，例如，也可以将抽气装置15的控制功能与控制装置16分离，另外设置抽气装置专用的控制装置。

各实施方式中，抽气装置15通过配管17与冷凝器12连接，但如果除了冷凝器12外还有易于滞留空气的位置，也可以通过其他的配管与该位置连接。如此，通过分别连接易于滞留空气的位置和抽气装置15，可有效排出机内的空气。

各实施方式中，基于空气侵入量起动抽气装置15，但存在制冷剂因水分等其他的物质而受到不良影响的可能。从而，也可以在空气侵入量的基础上，推算水分等其他物质的侵入量，根据推算的侵入量，控制去除或减少该物质的手段的起动及停止。也可以设置可始终去除其他物质的结构(通过过滤干燥器去除水分等)，形成始终去除其他物质的构成。

符号说明

1 制冷机

11 压缩机

12 冷凝器

13 膨胀阀

14 蒸发器

15 抽气装置

16 控制装置

17、19 配管

18 阀

31 推算部

32 判定部

33 起动控制部

34 存储部