JP2005249261A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 制御装置で認識している電子膨張弁の開度と実際の開度との間の誤差を低減する初期化を、合理的なタイミングで、且つ冷凍装置の負荷に悪影響を与えずに行う。
【解決手段】 本発明は、電子膨張弁３の開閉動作の度合に基づいて前記電子膨張弁の初期化の要否を判断し、かつ負荷が設定値より小さいときに前記電子膨張弁の初期化を実行する制御装置５を設けたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷熱または温熱を供給する冷凍サイクルを備えた冷凍装置に係り、具体的には冷凍サイクルを制御する電子膨張弁を有する冷凍装置に関する。

空気調和機、冷凍設備、冷凍または冷蔵ショーケースなどに用いられる冷凍装置は、ガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮されたガス冷媒を凝縮して液化する凝縮器と、液化された液冷媒を蒸発させてガス冷媒に戻す蒸発器とを備えてなる冷凍サイクルを有し、凝縮熱または蒸発熱を温熱または冷熱として利用するものである。

このような冷凍サイクルにおいて、蒸発器に通流させる冷媒を減圧する膨張弁として、制御を容易且つ確実に行うことが可能な電子膨張弁が多く用いられている。電子膨張弁は、一般に、パルスモータの回転角度に応じて弁体を軸方向に進退させて、電子膨張弁の開度を増減することにより、冷媒流量および圧力を調整するように構成されている。一般に、パルスモータは、印加されるパルス電流のパルス数に応じた角度だけ回転される。したがって、電子膨張弁の全閉位置から全開位置までの角度に対応させて最大パルス数を決めておけば、パルスモータに印加される正負のパルス数を増減カウントした累積パルス数により、電子膨張弁の開度を判断できる。

しかし、電子膨張弁の開閉を繰り返すうちに、制御装置で認識している累積パルス数と電子膨張弁の実際の開度との間に誤差が生じ、運転を継続するうちに誤差が累積して適切な冷凍サイクル運転ができなくなることがある。そこで、冷凍サイクルの運転を開始する際に、電子膨張弁の開度を、一旦、全閉位置、全開位置あるいはこれらの位置付近に設定された基準位置に戻し、電子膨張弁の開度を初期化してから制御を開始するようにしている（特許文献１）。これによれば、初期化時に、電子膨張弁開度が任意の開度にあっても、最大パルス数以上のパルス電流を印加することにより、初期化を確実に行うことができる。

特開平９−８９３８７号公報

しかし、特許文献１に記載の電子膨張弁の初期化は、冷凍装置の起動時のみ行うようにしており、冷凍装置を長期間にわたって連続して運転する場合について考慮されていない。つまり、長期間にわたって運転する場合、電子膨張弁の開閉を繰り返すうちに、制御装置で認識している電子膨張弁開度と、実際の開度との間に誤差が累積することがある。このように、電子膨張弁開度の認識に累積誤差が生じると、適切な冷凍サイクル運転ができなくなることがある。

そこで、例えば定期的に冷凍装置を停止して電子膨張弁を初期化することが考えられるが、冷凍装置の負荷が大きいときに初期化を実行すると、空気調和機の場合は使用者に不快感を与えるおそれがあり、産業用で用いられる冷凍装置などの場合は、負荷に悪影響を与えてしまうおそれがある。

本発明は、制御装置で認識している電子膨張弁の開度と実際の開度との間の誤差を低減する初期化を、合理的なタイミングで、且つ冷凍装置の負荷に悪影響を与えずに行うことを課題とする。

上記目的を達成するため、本発明は、電子膨張弁の開閉動作の度合に基づいて前記電子膨張弁の初期化の要否を判断し、かつ負荷が設定値より小さいときに前記初期化を実行することを特徴とする。

具体的には、電子膨張弁の開閉動作の度合を検出する手段と、この開閉動作の度合検出手段により検出された開閉動作の度合に基づいて電子膨張弁の初期化の要否を判断する手段と、冷凍装置の負荷を検出する手段と、電子膨張弁の開閉動作の度合が設定度合以上で、かつ冷凍装置の負荷が設定値以下のときに電子膨張弁の初期化を実行する手段とを設けたことを特徴とする。

この場合において、電子膨張弁の開閉動作の度合を検出する手段は、繰り返される開閉により可動する弁体などの可動部の積算変位量、開閉の繰返し回数、前回初期化を実行してからの経過時間の少なくとも１つを検出する手段を採用することができる。

すなわち、電子膨張弁の開閉動作の度合は、開閉を繰り返すうちに、制御装置で認識している電子膨張弁の開度と、実際の開度とに生ずる累積誤差に相関する。そこで、電子膨張弁の開閉動作の度合が、予め設定した設定度合以上に達したか否かで、初期化の要否を判断する。さらに、負荷が設定値より小さいときに、初期化を行うことを加重条件とすることにより、冷凍装置の負荷に悪影響を与えずに初期化を行う合理的なタイミングを決定できる。

ここで、可動部の積算変位量は、パルスモータで駆動される電子膨張弁の場合は、パルスモータに印加される正負のパルス数の絶対数を積算して求めることができる。また、開閉の繰返し回数は、パルスモータに印加されるパルスの正負の切り替え回数により求めることができる。また、前回初期化を実行してからの経過時間に係る設定時間は、可動部の積算変位量または開閉の繰返し回数が、それらの設定度合に達する時間を経験的に求めて設定することができる。

本発明によれば、制御装置で認識している電子膨張弁の開度と実際の開度との間の誤差を低減する初期化を、合理的なタイミングで、且つ冷凍装置の負荷に悪影響を与えずに行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図３を用いて説明する。図１は本実施の形態の冷凍装置の構成を示す図である。図示のように、冷凍装置は、ガス冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮されたガス冷媒を凝縮して液化する凝縮器２と、液化された液冷媒を減圧する電子膨張弁３と、減圧された液冷媒を蒸発させてガス冷媒に戻す蒸発器４とを、冷媒配管で連結してなる冷凍サイクルを備えて構成されている。また、圧縮機１に吸入されるガス冷媒の温度を検出する吸入温度センサ６と、圧縮機１に吸入されるガス冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ７と、冷凍装置の図示していない負荷の大きさ（負荷量）を検出する負荷温度センサ８が設けられている。そして、吸入温度センサ６、吸入圧力センサ７、負荷温度センサ８などの検出信号に基づいて、電子膨張弁３の開度を制御するようになっている。

このように構成される冷凍装置は、圧縮機１により圧縮された高温、高圧のガス冷媒は、凝縮器２において例えば外気との熱交換により凝縮されて液化し、液配管を経由して、電子膨張弁３により減圧膨張される。減圧膨張された液冷媒は蒸発器４に流入して図示していない負荷との熱交換により蒸発し、再びガス冷媒となって圧縮機１に吸入される。制御装置５は、吸入温度センサ６で検知された圧縮機１のガス冷媒の吸入温度と、吸入圧力センサ７で検知された圧縮機１の吸入圧力に対応する飽和温度との差を求め、その差を所定値にするように電子膨張弁３の開度を制御するようになっている。

ここで、図２に、冷凍装置の運転時間の経過に伴う電子膨張弁３の開度変化の一例を示す。図２において、横軸は時間を示し、縦軸は電子膨張弁開度を示す。制御装置５から電子膨張弁３に出力される開度信号が図２の実線９のように変化したものとする。これに対応して、電子膨張弁３の実際の開度が、破線１０のように変化した。なお、図において、実線１１は電子膨張弁３の最大許容開度（仕様値）、実線１２は電子膨張弁３の最小許容開度（仕様値）を示している。同図に示すように、冷凍装置を長時間運転すると、電子膨張弁３は開閉動作を繰り返すことにより、制御装置５からの開度信号と実際の電子膨張弁３の開度とに、誤差（ズレ）が生じてくる。この誤差により、冷凍サイクルの条件変化に対して適切な運転ができなくなることがある。

そこで、電子膨張弁の初期化が必要になる。ここで、負荷の変動が少ない場合は、電子膨張弁３の開閉動作の度合いも少ない。したがって、制御装置５からの開度信号９と、電子膨張弁３の実際の開度１０との誤差は小さいことが推定できる。また、冷凍装置の負荷に悪影響を与えないようにするために、できる限り初期化の回数を減少させることが望ましい。

これらのことから、本実施の形態の制御装置５に、電子膨張弁３の開閉動作の度合を検出する手段と、この手段により検出された電子膨張弁３の開閉動作の度合に基づいて電子膨張弁３の初期化の要否を判断する手段が設けられている。また、制御装置５には、冷凍装置の負荷を検出する負荷温度センサ８の出力に基づいて、負荷が設定値より小さいときに初期化を実行する手段が設けられている。すなわち、電子膨張弁３は、開閉動作を繰り返すうちに、制御装置５で認識している電子膨張弁の開度と、実際の開度とに累積誤差が生ずるから、開閉動作の度合は累積誤差に相関する。そこで、電子膨張弁の開閉動作の度合が、予め定めた設定度合以上に達したときに、初期化を必要と判断する。これにより、電子膨張弁３の初期化を合理的に決定できるから、初期化の回数を少なくすることができ、かつ冷凍装置の負荷に悪影響を与えずに初期化を行うことができる。

ここで、電子膨張弁３の開閉動作の度合を検出する手段の具体例を、次に説明する。
（１）繰り返される開閉動作により可動する弁体などの可動部の積算変位量により、電子膨張弁３の開閉動作の度合を検出する。

電子膨張弁３の可動部の積算変位量とは、例えば、パルスモータにより駆動される弁体の弁座に対する上下動の移動距離である。この可動部の変位量の求め方は、制御装置５において電子膨張弁３に前回制御時に出力したパルス電流のパルス数Ｎ（ｎ−１）を記憶しておき、今回制御時のパルス電流のパルス数Ｎ（ｎ）との差（ΔＮ＝Ｎ（ｎ−１）―Ｎ（ｎ））を求める。これを繰り返し、差ΔＮの積算値が、予め定められた設定度合の値になったときに、初期化を必要と判断する。なお、この方法は、一定のパルス数を与えることにより開度が決定する電子膨張弁の場合に適用できる。
（２）電子膨張弁３の開閉の繰返し回数により、電子膨張弁３の開閉動作の度合を検出する。

電子膨張弁３の開閉の繰返し回数は、例えば弁体の可動方向が変更された回数であり、その求め方は、各回の制御時に出力するパルス電流のパルス数の極性（正負）に基づいて、例えば、前々回のパルス数に対して前回のパルス数が正で、今回のパルス数が負になった場合に、開閉の繰返し回数のカウンタに「１」を加える。また、前々回のパルス数に対して前回のパルス数が負で、今回のパルス数が正になった場合に、開閉の繰返し回数のカウンタに「１」を加える。これを繰り返していき、予め定められた設定回数に到達した場合に、初期化を必要と判断する。この方法も、パルスモータにより駆動される弁体を有する電子膨張弁の場合に適用できる。
（３）前回初期化してからの経過時間により電子膨張弁３の開閉動作の度合を検出する。

つまり、電子膨張弁３の開閉動作の度合は、通常、運転時間に相関する。したがって、前回初期化を実行してからの運転時間を計時し、予め定めた設定時間に達したときに、初期化を必要と判断する。

この設定時間は、可動部の積算変位量、または開閉の繰返し回数が、それらの設定度合に達する時間を経験的に求めて設定することができる。
（４）上記（１）〜（３）の開閉動作の度合検出を、適宜組み合わせて採用することができる。

図３に、電子膨張弁３の初期化処理の一実施の形態のフローチャートを示す。図示のように、所定周期で起動するスタート（Ｓ１）において、電子膨張弁３の開閉動作の度合を検出する手段により求められた開閉動作の度合Ｃと、負荷温度センサ８から出力される負荷温度Ｔを取り込む。ここで、開閉動作の度合Ｃは、上で説明した電子膨張弁の積算変位量、開閉の繰返し回数、前回初期化してからの経過時間のいずれかであり、Ｔは負荷側の温度検知による負荷温度である。次に、ステップＳ２において、開閉動作の度合Ｃを設定度合Ｂと比較し、Ｃ≧Ｂのときは初期化を要するとしてステップＳ３に進む。Ｃ＜Ｂの場合は、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ３においては、負荷温度Ｔと予め定められた設定温度Ａと比較し、例えば冷熱負荷の場合、Ｔ≦Ａのときは負荷が設定温度Ａよりも低温に制御されているから、負荷が小さいと判断してステップＳ４に進み、冷凍装置の運転を停止させて電子膨張弁の初期化を実行する。Ｔ＞Ａのときは、電子膨張弁３の初期化を実行せず、ステップＳ１に戻って、冷凍装置の運転を続け、ステップ１〜３を繰り返す。このようにして、冷凍装置の運転を続ける間に、負荷温度Ｔが下がり、予め定められた値Ａに到達した時に、冷凍装置の運転を停止させて初期化を実行する。また、温熱負荷の場合は、不等号の向きが逆の関係になる。

なお、電子膨張弁の初期化処理の内容は、特許文献１に記載されたなどの周知の方法を適用することができる。

上述したように、本実施の形態によれば、制御装置５で認識している電子膨張弁３の開度と実際の開度との間の誤差を低減する初期化を、合理的なタイミングで、且つ冷凍装置の負荷に悪影響を与えずに行うことができる。

本発明の一実施の形態の冷凍装置の構成図である。 冷凍装置の運転時間の経過に伴う電子膨張弁の開度の変化の一例を示す線図である。 本発明の特徴に係る電子膨張弁の初期化処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 電子膨張弁
４ 蒸発器
５ 制御装置
６ 吸入温度センサ
７ 吸入圧力センサ
８ 負荷温度センサ

Claims (4)

1. ガス冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮されたガス冷媒を凝縮して液化する凝縮器と、液化された液冷媒を蒸発させてガス冷媒に戻す蒸発器と、蒸発器に通流させる冷媒を減圧する電子膨張弁とを備えてなる冷凍装置において、
   前記電子膨張弁の開閉動作の度合を検出する手段と、該開閉動作の度合検出手段により検出された前記開閉動作の度合に基づいて前記電子膨張弁の初期化の要否を判断する手段と、前記冷凍装置の負荷を検出する手段と、前記電子膨張弁の開閉動作の度合が設定度合以上で、かつ前記冷凍装置の負荷が設定値以下のときに前記電子膨張弁の初期化を実行する手段とを設けたことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記開閉動作の度合は、繰り返される開閉により可動する可動部の積算変位量、開閉の繰返し回数、前回初期化を実行してからの経過時間の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記可動部の積算変位量は、パルスモータで駆動される前記電子膨張弁の場合は、前記パルスモータに印加される正負のパルス数の絶対値を積算した積算パルス数に基づいて求めることを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記開閉の繰返し回数は、パルスモータで駆動される前記電子膨張弁の場合は、前記パルスモータに印加されるパルスの正負の切り替え回数に基づいて求めることを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。

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