专利名称：热源装置及其起动方法
技术领域：
本发明涉及一种热源装置及其起动方法。该热源装置为水冷或空冷式的热源装置，具有根据运行状态通过电子膨胀阀对流入蒸发器中的致冷剂量进行自动调整的冷冻循环。
背景技术：
在作为热源装置的冷冻装置中设置有压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器。
通过温度检测器检测吸入压缩机中的致冷剂的过热度，并控制电子膨胀阀的开度，使检测到的过热度在一定的范围内。
在此，吸入压缩机的致冷剂的过热度为3～5K左右的较小的值。因此，如果考虑到温度检测器的检测误差，根据该温度检测器的检测温度而进行的电子膨胀阀的开度控制会有很大的误差，有可能出现由液体倒流而导致的压缩机受损的情况。
因此，在JP-A-2003-106610中公开了下述技术，该技术着眼于从致冷剂压缩机排出的排出过热度为25K左右的较大的值的问题，不仅考虑吸入过热度，还考虑排出过热度来进行电子膨胀阀的开度控制。
即，公开了由排出过热度来判断所检测到的吸入过热度比实际的过热度大还是小，从而改变吸入过热度的控制目标值来进行控制的技术。
但是，在已有的使用电子膨胀阀的螺杆冷水机组(スクリュ一チラ一ユニツト)中采用的是，起动时以一定的开度打开电子膨胀阀后，根据压缩机的吸入侧致冷剂过热度来关闭电子膨胀阀的控制。
在这种情况下，因需要避免因致冷剂的压力、温度的骤降而导致的蒸发器中的水、载冷剂冻结，所以使电子膨胀阀的开度变小的速度控制非常困难。
其结果是，到机组稳定运行之前，需要很长时间关闭电子膨胀阀。
因此，有向螺旋压缩机的液体倒流的倾向的运行变长，有可能引起螺旋压缩机转子部油膜耗尽，导致螺旋转子的损伤。
所以，可以考虑采用JP-A-2003-106610所公开的技术，进行电子膨胀阀的开度控制，但该技术虽然可以实现吸入侧过热度检测误差的校正，却很难实现从起动到稳定运行为止的运行时间的缩短。
另外，在使用R410A、R134a、R404a、R32、R22等伪共沸混合致冷剂或者单一致冷剂作为致冷剂时，气液饱和区域内没有温度梯度。因此，在一定的压力下的温度一定，所以，在使压缩机吸入侧致冷剂过热度为负(压缩机吸入气体温度＜压缩机吸入压力下的饱和温度)即在液体倒流的状态下，不管以何种程度的致冷剂干燥度将致冷剂吸入压缩机中，反而会使膨胀阀开度被急速过拧紧等，很难进行控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种不会出现吸入压力的急剧降低、热源装置起动后短时间即可到达稳定运行的、可控制电子膨胀阀的开度的热源装置。
本发明的热源装置具有致冷剂压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、所述压缩机的致冷剂吸入侧温度检测器、所述压缩机的吸入压力检测器、所述压缩机的致冷剂排出侧温度检测器、所述压缩机的排出压力检测器、基于所述温度检测器及压力检测器的输出值对电子膨胀阀的开度进行控制的开度控制部。
所述开度控制部控制电子膨胀阀的开度，在热源装置起动时，将电子膨胀阀开到规定的开度，向闭方向驱动电子膨胀阀直到排出侧致冷剂过热度达到规定的排出侧过热度，若排出侧致冷剂过热度达到所述规定的排出侧致冷剂过热度，则压缩机的吸入侧致冷剂过热度达到规定的吸入侧致冷剂过热度。
随着接近所述规定的排出侧致冷剂过热度电子膨胀阀的驱动速度变慢，在避免压力急剧下降的同时，缩短从起动到稳定运行所需的时间。
根据本发明，可以实现不会出现吸入压力的急剧降低、热源装置起动后短时间即可到达稳定运行的、可控制电子膨胀阀的开度的热源装置及其起动方法。
另外，在使用R410A、R134a、R404a、R32、R22等伪共沸混合致冷剂或者单一致冷剂作为致冷剂时，变成湿压缩后，吸入侧致冷剂过热度成为一定，会导致无法得知吸入点(吸入ポイント)，从而给膨胀阀的控制带来阻碍，但因可以通过监测排出气体致冷剂过热度来推断吸入点，从而可准确地将电子膨胀阀控制在非液体压缩方向。
图1为作为适用本发明的热源装置的空冷式螺杆冷水机组的概略结构图。
图2示出致冷剂的压力-热函线图的一个示例。
图3为与本发明作对比用的起动时的普通电子膨胀阀的开度控制说明图。
图4为说明本发明的一个实施例的电子膨胀阀的开度控制的曲线图；图5为说明本发明的一个实施例中、在起动控制时吸入压力急剧下降的情况下、电子膨胀阀开度控制的曲线图；具体实施方式
图1为作为适用本发明的热源装置的空冷式螺杆冷水机组的概略结构图，主要表示配管系统图以及与电子膨胀阀控制相关的组成部件。
在图1中，由螺旋压缩机1、空气侧热交换器(冷凝器)2、电子膨胀阀3、水侧热交换器(蒸发器)4构成致冷剂系统。另外，由压缩机吸入气体(Ts)温度检测器5、压缩机吸入压力(Ps)检测器6、压缩机排出气体温度(Td)检测器7、压缩机排出压力(Pd)检测器8、以及处理来自这些检测器5～8的信息并向电子膨胀阀3输出开度指令的运算处理部(开度控制部)9构成控制系统。
运算处理部9根据压缩机吸入气体温度检测器5的检测温度、压缩机吸入压力检测器6的检测气体压力值，进行后述的吸入侧致冷剂过热度的运算。
另外，运算处理部9根据压缩机排出气体温度检测器7的检测温度和压缩机排出压力检测器8的检测气体压力值，进行后述的排出侧致冷剂过热度的运算。
图2表示致冷剂的压力-热函线图的一个示例。
参照图1、2对基本的冷冻循环的运行状态进行以下说明。
在压缩机1中压缩的高温、高压的气体致冷剂在空气侧热交换器2中被冷凝成高压的液态致冷剂，通过电子膨胀阀3变成低压的富含液体的气液混合致冷剂。
然后，由水侧热交换器4蒸发，变成低压的气体致冷剂，再次流入压缩机1。
在此，将(压缩机1的吸入气体温度-相对于压缩机1的吸入压力的饱和温度)作为压缩机1的吸入侧致冷剂过热度10，将(压缩机排出气体温度-相对于压缩机排出压力的饱和温度)作为压缩机的排出侧致冷剂过热度11。
在起动时，冷冻循环会产生急剧的压力、温度变化，所以考虑到电子膨胀阀3的随动性，一旦将电子膨胀阀3的开度开到一定程度大的方向，则进行从稍湿压缩的运行慢慢关闭电子膨胀阀3的控制。
以往，为实现机组的稳定运行，作为电子膨胀阀3的控制，将开度控制为压缩机1的吸入侧致冷剂过热度10为3～5K的致冷剂气体被压缩机1吸入的开度。
图3为与本发明作对比用的起动时的普通电子膨胀阀的开度控制说明图。图3(A)中，纵轴表示排出侧气体温度Td、排出侧致冷剂过热度TdSH，横轴表示时间。图3(B)中，纵轴表示电子膨胀阀的开度，横轴表示时间。图3(C)中，纵轴表示吸入侧致冷剂过热度TsSH和吸入压力Ps，横轴表示时间。
在普通电子膨胀阀3的开度控制中，如图3(C)所示，从刚起动开始，监视压缩机1的吸入侧致冷剂过热度10，慢慢减小电子膨胀阀3的开度，直到到达机组的稳定运行。
即如图3(B)所示，向电子膨胀阀3输出10脉冲的开指令，经过一定时间之后(无负荷初起动时)，发出100～150脉冲的开指令，开到一定的开度后，监视吸入侧致冷剂过热度，向闭方向驱动电子膨胀阀3。
在这种情况下，如上所述，存在各种问题，如开度急剧变小的话，吸入压力急剧下降，所以电子膨胀阀3的开度向闭方向运动的速度不得不放缓，从而需要很长的时间才能达到稳定的运行状态。
在此，考虑温度检测误差，如图3(A)所示，可以一边监视排出侧致冷剂过热度，一边校正吸入侧检测温度。但是，虽然吸入侧检测温度的检测精度提高，但电子膨胀阀3的开度向闭方向运动的速度依然不得不放缓，从而需要很长的时间才能达到稳定运行状态。
相对于图3所示的普通电子膨胀阀的开度控制，本发明的一个实施例的电子膨胀阀的开度控制(由运算处理部9进行的控制)如图4所示那样进行。图4(A)中，纵轴表示排出侧气体温度Td、排出侧致冷剂过热度TdSH，横轴表示时间。
另外，图4(B)中，纵轴表示电子膨胀阀的开度，横轴表示时间。图4(C)中，纵轴表示吸入侧致冷剂过热度TsSH和吸入压力Ps，横轴表示时间。
如图1、图4所示，利用根据压缩机排出气体温度(Td)检测器7、压缩机排出压力(Pd)检测器8所检测的值而运算出的压缩机排出侧致冷剂过热度11，由排出侧致冷剂过热度11进行电子膨胀阀控制的开度调整，直至起动时排出侧致冷剂过热度11超过例如25K，在超过25K后可以判断机组进入稳定运行，之后，进入吸入侧致冷剂过热度10的控制。
即如图4(B)所示，空冷式螺杆冷水机组起动后，向电子膨胀阀3输出10脉冲的开指令，经过一定时间之后(无负荷初起动时)，输出100～150脉冲的开指令，开到一定的开度。
之后，监视排出侧致冷剂过热度TdSH，例如在TdSH达到20K(第一过热度)之前，向电子膨胀阀3输出1脉冲/秒(第一周期)的闭指令，在短时间内向闭方向驱动电子膨胀阀3。
在排出侧致冷剂过热度TdSH达到20K之后，在排出侧致冷剂过热度TdSH达到25K(规定的排出侧过热度)之前，向电子膨胀阀3输出1脉冲/3秒(第二周期)的闭指令，以小于TdSH达到20℃之前的闭方向速度的闭方向速度驱动电子膨胀阀3。
然后，在TdSH达到25K之后，判断进入稳定运行，监视吸入侧致冷剂过热度TsSH，控制电子膨胀阀3的开度。
根据本发明的一个实施例，在机组起动时电子膨胀阀3的开度控制中，在确保排出侧致冷剂过热度11为一定水平之前，不急剧降低低压压力且比较快速地关闭电子膨胀阀3，从而可使冷水机组的运行状态更快地达到冷冻循环的稳定运行点。
在通常的热源机运行时，相对于吸入侧致冷剂过热度10为3～5K，排出侧致冷剂过热度11变为30～40K左右，这样，若假设温度检测器5、7、运算处理部9的温度误差为±1℃，则在相对于控制目标值的误差比率方面，排出侧致冷剂过热度11较小。
为此，在起动时，由排出侧致冷剂过热度11调整电子膨胀阀3的开度，在接近稳定运行条件后，由吸入侧致冷剂过热度10进行控制，这样作为机组可有效地缩短从起动至稳定运行的时间，而且也可有效地确保压缩机1的可靠性。
根据本申请发明人的研究结果，如图3所示的由普通的起动时电子膨胀阀控制的从起动至稳定状态所需要的时间为30分钟以上，而图4所示的由本发明的起动时电子膨胀阀控制的从起动至稳定状态所需要的时间被缩短至大约15分钟左右。
另外，还具有以下效果，在使用R410A、R134a、R404a、R32、R22等伪共沸混合致冷剂或者单一致冷剂时，若变成湿压缩，则吸入侧致冷剂过热度10一定，会导致无法得知吸入点，从而给电子膨胀阀的控制带来阻碍，但因可以通过监测排出气体致冷剂过热度11而可使排出点明确，从而可大体推测吸入点，由此准确地将电子膨胀阀控制在液体压缩方向。
接下来，对以下控制动作进行说明，即，在如图4所示的电子膨胀阀的起动时开度控制中，在由排出侧致冷剂过热度进行的电子膨胀阀3的开度控制中，运算处理部9监视由吸入压力检测器6检测出的吸入压力Ps，在低于目标压力值Ps的情况下进行控制动作。
图5表示在由上述的排出侧致冷剂过热度来控制膨胀阀开度的过程中，吸入压力降低的情况下的控制动作的一个示例，例如，从起动时开始，由1脉冲/秒的指令使排出侧致冷剂过热度达到20K，转移到1脉冲/3秒的指令，然后在吸入压力Ps未达到Ps保护控制动作值的情况下，使电子膨胀阀3的开度仅打开一定值，防止吸入压力降低，使其朝目标值上升。
然后，转移到通过吸入侧致冷剂过热度的监视而进行电子膨胀阀3开度调整的控制。
这样，监视吸入侧压力Ps，在起动时未达到Ps保护控制动作值的情况下，强制将电子膨胀阀3的开度仅打开一定值，若再次朝闭方向控制，这样就可以进行更为安全的热源装置的起动控制。
另外，进入稳定运行状态后，也要监视排出侧致冷剂过热度，例如在该排出侧致冷剂过热度不足20K的情况下，或吸入侧致冷剂过热度不足3K的情况下，通过监视排出侧致冷剂过热度来进行电子膨胀阀3的开度控制，例如，排出侧致冷剂过热度达到25K的话，转移到通过监视吸入侧致冷剂过热度而进行的电子膨胀阀3的开度控制。
另外，进入稳定运行状态后，在普通的运行状态下，若排出侧致冷剂过热度不足20K，则吸入侧致冷剂过热度检测器5产生检测误差的可能性很大。
因此，作为其自动温度校正功能，还自动地将吸入侧致冷剂过热度的设定值重新设定得大(例如将控制目标过热度的设定值从3K变换为5K)。然后，由已变更设定的吸入侧致冷剂过热度控制电子膨胀阀3的开度。
另外，在图4所示的示例中，在排出侧致冷剂过热度变为20K后，在达到25K之前，向电子膨胀阀3提供1脉冲/3秒的闭指令，但也可以使用其他控制。
例如，可以在20K至23K之间，提供1脉冲/2秒的闭指令，在23K至25K之间提供1脉冲/3秒的闭指令。
另外，在上述示例中，在排出侧致冷剂过热度达到20K之前，向电子膨胀阀3提供1脉冲/秒的闭指令，在达到25K之间提供1脉冲/3秒的闭指令。但只要可以在达到20K之前，以比已有技术快的第一速度驱动电子膨胀阀3使其关闭，在20K至25K之间，以比第一速度慢但比已有技术快的第二速度驱动电子膨胀阀3使其关闭的话，就可以采用其他的驱动方法。
权利要求
1.一种热源装置，具有致冷剂压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、所述压缩机的致冷剂吸入侧温度检测器、所述压缩机的吸入压力检测器、所述压缩机的致冷剂排出侧温度检测器、所述压缩机的排出压力检测器，其特征在于，还具有控制所述电子膨胀阀开度的开度控制部，该开度控制部在热源装置起动时，将所述电子膨胀阀开到规定的开度，向关闭方向驱动所述电子膨胀阀直到所述压缩机的排出侧致冷剂过热度达到规定的排出侧过热度，在所述排出侧致冷剂过热度达到所述规定的排出侧过热度后，使所述压缩机的吸入侧致冷剂过热度达到规定的吸入侧致冷剂过热度。
2.如权利要求1所述的热源装置，其特征在于，在所述压缩机的排出侧致冷剂过热度达到规定的排出侧过热度之前将所述电子膨胀阀向闭方向驱动期间，所述开度控制部随着从起动时到所述排出侧致冷剂过热度到达规定的排出侧过热度，使关闭所述电子膨胀阀的速度变慢。
3.如权利要求2所述的热源装置，其特征在于，在所述压缩机的排出侧致冷剂过热度达到比所述规定的排出侧过热度小的第一过热度之前，所述开度控制部以第一周期向所述电子膨胀阀输出向闭方向的驱动信号；在所述压缩机的排出侧致冷剂过热度达到所述第一过热度之后，在达到所述规定的排出侧过热度之前，所述开度控制部以比所述第一周期长的第二周期向所述电子膨胀阀输出向闭方向的驱动信号。
4.如权利要求2所述的热源装置，其特征在于，在所述压缩机的排出侧致冷剂过热度达到比所述规定的排出侧过热度小的第一过热度之前，所述开度控制部以第一速度向闭方向驱动所述电子膨胀阀的开度；在所述压缩机的排出侧致冷剂过热度达到所述第一过热度之后，在达到所述规定的排出侧过热度之前，所述开度控制部以比所述第一速度慢的第二速度向闭方向驱动所述电子膨胀阀。
5.如权利要求1所述的热源装置，其特征在于，所述开度控制部控制所述电子膨胀阀的开度，以使在所述排出侧致冷剂过热度达到所述规定的排出侧过热度、且使所述压缩机的吸入侧致冷剂过热度达到规定的吸入侧致冷剂过热度；在所述排出侧过热度或所述吸入侧过热度超过规定的排出侧过热度范围或吸入侧过热度范围时，控制电子膨胀阀的开度，以使排出侧致冷剂过热度在所述规定的排出侧过热度的范围内；在排出侧致冷剂过热度在所述规定的排出侧过热度范围内后，控制所述电子膨胀阀的开度，以使所述压缩机的吸入侧致冷剂过热度达到规定的吸入侧致冷剂过热度。
6.如权利要求1所述的热源装置，其特征在于，所述开度控制部控制所述电子膨胀阀的开度，以使在所述排出侧致冷剂过热度达到所述规定的排出侧过热度、且所述压缩机的吸入侧致冷剂过热度达到规定的吸入侧致冷剂过热度；在所述排出侧过热度或上述吸入侧过热度超过规定的排出侧过热度范围或吸入侧过热度范围时，控制所述电子膨胀阀的开度以改变所述规定的吸入侧致冷剂过热度，使所述压缩机的吸入侧致冷剂过热度成为所述改变后的吸入侧致冷剂过热度。
7.如权利要求1所述的热源装置，其特征在于，在所述压缩机的排出侧致冷剂过热度达到规定的排出侧过热度之前将所述电子膨胀阀向闭方向驱动期间，在所述压缩机的吸入压力不足规定的压力值的情况下，所述开度控制部朝开方向驱动所述电子膨胀阀、使其成为规定的开度后，控制所述电子膨胀阀的开度直到所述压缩机的吸入侧致冷剂过热度达到规定的吸入侧过热度。
8.如权利要求1所述的热源装置，其特征在于，所述压缩机为螺旋压缩机。
9.如权利要求1所述的热源装置，其特征在于，所述致冷剂为伪共沸混合致冷剂或单一致冷剂。
10.一种热源装置的起动方法，该热源装置具有致冷剂压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、所述压缩机的致冷剂吸入侧温度检测器、所述压缩机的吸入压力检测器、所述压缩机的致冷剂排出侧温度检测器、所述压缩机的排出压力检测器，该方法包括如下步骤在热源装置起动时，将所述电子膨胀阀打开到规定的开度；朝闭方向驱动所述电子膨胀阀，直到所述压缩机的排出侧致冷剂过热度达到规定的排出侧过热度；在所述排出侧致冷剂过热度达到所述规定的排出侧过热度后，控制所述电子膨胀阀的开度以使所述压缩机的吸入侧致冷剂过热度达到规定的吸入侧致冷剂过热度。
全文摘要
本发明提供一种热源装置及其起动方法。冷水机组起动后，向电子膨胀阀发出10脉冲的开指令，经过一定时间之后(无负荷初起动时)，发出100～150脉冲的开指令，开到一定的开度。之后，监视排出侧致冷剂过热度TdSH，例如TdSH达到20K之前向电子膨胀阀(3)输出1脉冲/秒的闭指令，在短时间内，向闭方向驱动。在TdSH达到20K之后，在TdSH达到25K达到之前向电子膨胀阀(3)输出1脉冲/3秒的闭指令，以小于TdSH达到20K之前的闭方向速度的闭方向速度驱动电子膨胀阀(3)。在TdSH达到25K之后，判断进入稳定运行，监视吸入侧致冷剂过热度TsSH，控制电子膨胀阀的开度。
文档编号F25B49/02GK1936463SQ200610091679
公开日2007年3月28日 申请日期2006年6月9日 优先权日2005年9月21日
发明者相山真之, 菊地昭治, 石羽根久平, 石木良和, 冈本光惠 申请人:日立空调·家用电器株式会社