JP2012149857A - 電動弁制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空調機器等の始動の遅れを防止しながら、初回運転時又は試運転時以外でも開弁点の検出が可能で、小型の冷凍・冷蔵ショーケースなどでも、効率のよい安定した運転を行うことのできる電動弁制御装置を提供する。
【解決手段】電動弁５の弁開度を閉弁位置から所定時間毎に所定開度だけ開弁していくとともに、電動弁の出口温度Ｖoutが所定温度以上変化したときの弁開度を開弁点として検出する開弁点検出手段１３、１４、１６と、開弁点検出手段により検出された開弁点を記憶する記憶手段２０と、記憶手段に記憶された開弁点を下限開度として電動弁による流量制御を行う流量制御手段１３、１４、１５、１６と、開弁点検出手段による開弁点の検出を実行するための操作手段１７とを備える電動弁制御装置。外部の操作手段から開弁点検出指令信号を受信した際に開弁点を検出してもよく、タイマ手段によって設定された時間を外部の操作手段から変更してもよい。
【選択図】図８

Description

本発明は、冷凍・冷蔵機器、空調機器等に用いられる電動弁の制御装置に関する。

近年、冷凍・冷蔵ショーケース、自動販売機等では、効率のよい安定した運転を行うため、冷凍サイクルの膨張弁にパルスモータなどを使用した電動弁を用い、その弁開度を細かく制御して冷媒流量を調節し、庫内温度や冷凍サイクルの過熱度を一定に制御している。

上記技術を小型の冷凍・冷蔵ショーケースや自動販売機等に応用しようとした場合、この種の機器に使用される冷凍サイクルは、ユニット自体の冷凍能力が小さく、冷媒流量も小さいため、小型の電動弁を可能な限り閉弁状態に近い低開度まで制御する必要がある。

しかし、弁体をばねを介して弁座に押し付けるタイプ等の電源弁においては、一般的に該電動弁の弁が開き始める位置（開弁点）は、閉弁状態、つまりから０パルスから数十パルス動作した位置であり、この開弁点は、電動弁を構成する部品の寸法のばらつきや、ロータマグネットとステータの位置ずれなど、製造上の理由から一定ではなく、ばらつきが生じる。例えば、制御可能なフルストロークが０〜５００パルスの電動弁等では、開弁点が１２〜５２パルス程度の間でばらつくものがある。

このため、５２パルス程度以下の開度で制御すると、使用する電動弁によっては閉弁する危険性があり、温度制御中は電動弁を５２パルス程度以上でしか使用することができず、小型の冷凍・冷蔵ショーケースや自動販売機等で低流量が必要なときであっても、実際の開弁点に極めて近い低開度まで電動弁を制御することができないという問題があった。

このような問題を解決するため、特許文献１には、冷凍サイクルに用いられる電動弁の開弁点を、当該電動弁を用いた空気調和機の電源投入後の初回運転時、又は試運転時に検出し、検出した開弁点に基づいて当該電動弁を制御することが提案されている。

特許第２８１６１３６号公報

しかし、空調機器等は、冷暖房を必要としない場合に電源を切断することも多く、この場合には、再電源投入時毎に上記の開弁点の検出を行うことになり、空調機器等の始動が毎回遅くなるという問題がある。

一方、冷凍・冷蔵ショーケースなどにおいては、一旦電源を投入すると、その後は電源を切断する場合は少ないが、当該ショーケースなどの設置時においては、その冷凍システムを動作させながら全体の冷却状態や霜取状態を確認しつつ最適な設定をするため、何度も電源のオン／オフを繰り返すことがあり、その場合には、上記と同様に、その都度開弁点の検出がなされて動作確認が遅くなるという問題がある。

さらに、電動弁の駆動源としてステッピングモータを用いた場合、そのステータを、弁体を進退動させるためのロータが収容されたキャンの外周に装着し、キャンや該キャンが固着された弁本体、あるいは該弁本体に固着された流体の流入管や流出管等に係合させて固定するような場合には、特に自動車等の車両や、電車、航空機、船舶等の移動体に搭載された空調機器や冷凍、冷蔵機器では常時振動環境下にさらされるため、運転中の振動等により弁本体やキャンに対するステータの取付位置が変化し、これに起因して開弁点が変化することもあり、その場合、当該冷凍サイクルの初回運転時、あるいは試運転時の開弁点検出では対応できないという問題もある。

そこで、本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたものであって、空調機器等の始動が遅くなることを防止しながら、初回運転時又は試運転時以外でも開弁点の検出を行うことができ、小型の冷凍・冷蔵ショーケースなどにおいても、効率のよい安定した運転を行うことを可能にする電動弁制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、電動弁の弁開度を制御する電動弁制御装置において、前記電動弁の弁開度を閉弁位置から所定時間毎に所定開度だけ開弁していくとともに、前記電動弁の出口温度が所定温度以上変化したときの弁開度を開弁点として検出する開弁点検出手段と、該開弁点検出手段により検出された開弁点を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された開弁点を下限開度として前記電動弁による流量制御を行う流量制御手段と、前記開弁点検出手段による開弁点の検出を実行するための操作手段とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、製造上のばらつきなどで発生する電動弁固有の開弁点を検出することができるため、これを下限開度に設定することにより、制御中は閉弁点に極めて近い開度まで電動弁を制御することができる。これにより、小型の冷凍・冷蔵ショーケースや自動販売機等で従来使えなかった開弁点までの低開度制御が可能になり、低流量制御を実現することができる。また、開弁点検出の動作をスイッチなどの操作手段によって開始できるため、冷凍・冷蔵ショーケースや自動販売機を製造する工場や、設置した現場等で、いつでも開弁点の検出を行うことができる。

また、本発明は、電動弁の弁開度を制御する電動弁制御装置において、前記電動弁の弁開度を閉弁位置から所定時間毎に所定開度だけ開弁していくとともに、前記電動弁の出口温度が所定温度以上変化したときの弁開度を開弁点として検出する開弁点検出手段と、該開弁点検出手段により検出された開弁点を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された開弁点を下限開度として前記電動弁による流量制御を行う流量制御手段とを備え、前記開弁点検出手段は、該電動弁制御装置の外部の操作手段から開弁点検出指令信号を受信した際に開弁点検出を実行することを特徴とする。本発明においても、上記発明と同様に、制御中は閉弁点に極めて近い開度まで電動弁を制御することができ、低流量制御を実現することができるとともに、いつでも開弁点の検出を行うことができる。尚、外部の操作手段とは、該電動弁制御装置を用いた複数の冷凍・冷蔵ショーケース等を集中管理する装置や、パーソナルコンピュータ、携帯端末等であって、これらの装置等から開弁点検出指令信号を受信して開弁点検出を実行することができる。

さらに、本発明は、電動弁の弁開度を制御する電動弁制御装置において、前記電動弁の弁開度を閉弁位置から所定時間毎に所定開度だけ開弁していくとともに、前記電動弁の出口温度が所定温度以上変化したときの弁開度を開弁点として検出する開弁点検出手段と、該開弁点検出手段により検出された開弁点を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された開弁点を下限開度として前記電動弁による流量制御を行う流量制御手段と、タイマ手段とを備え、前記開弁点検出手段は、前記タイマ手段に設定された時間の経過後に開弁点検出を実行することを特徴とする。

本発明によれば、製造上のばらつきで発生する電動弁固有の開弁点を検出することができるため、これを下限開度に設定することにより、制御中は閉弁点に極めて近い開度まで電動弁を制御することができる。これにより、小型の冷凍・冷蔵ショーケースや自動販売機等で従来使えなかった開弁点までの低開度制御が可能になり、低流量制御を実現することができる。また、ステータであるコイル部とロータが内蔵されている弁本体部が着脱可能な構造となっている電動弁を使用する場合、輸送や設置、運転による振動等の要因や、特に自動車や電車、航空機、船舶等の移動体に使用される場合には、常時振動環境下にさらされるため、コイル部と弁本体部、すなわちステータとロータマグネットとの位置関係にずれが生じる場合があり、開弁点もずれる可能性があるが、設定時間毎に開弁点の検出を行い、検出した開弁点を下限開度として設定することにより、開弁点にずれが生じた場合でも、これを自動的に修正することができる。

上記電動弁制御装置において、前記電動弁を、圧縮機、凝縮器及び蒸発器を有する冷凍サイクルの膨張弁とし、前記電動弁の出口温度を、前記電動弁と前記蒸発器との間の冷媒温度とすることができる。

上記電動弁制御装置において、前記開弁点検出手段は、前記所定時間経過前後の前記出口温度を比較し、該出口温度が前記所定温度以上変化しないときは、該所定時間経過後の出口温度を、次回の比較の際の基準温度とすることができる。これにより、電動弁の出口の冷媒温度が変化する場合でも精度よく開弁点を検出することができる。

以上のように、本発明にかかる電動弁制御装置によれば、冷凍・冷蔵機器等の始動の遅延を防止しながら、初回運転時又は試運転時以外でも開弁点の検出を行うことができ、小型の冷凍・冷蔵装置等においても効率のよい安定した運転を行うことができる。

本発明にかかる電動弁制御装置を用いた冷凍サイクルシステムの一例を示す構成図である。 図１の過熱度制御部及びその周辺回路の詳細を示すブロック図である。 温度制御部の割込処理を説明するためのフローチャートである。 過熱度制御部の割込処理を説明するためのフローチャートである。 過熱度制御部の本体表面を示す外観図である。 設定値の入力、変更操作を説明するためのフローチャートである。 スイッチ操作による開弁点検出処理の流れを示すフローチャート（イニシャル部分）である。 スイッチ操作による開弁点検出処理の流れを示すフローチャート（ループ部分）である。 開弁点検出処理の一例を示すタイムチャートである。 タイマによる開弁点検出処理の流れを示すフローチャート（イニシャル部分）である。 開弁点検出処理動作を説明するためのグラフである。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下においては、冷凍サイクルシステムとして、食料品の保冷や陳列等に用いる冷凍・冷蔵ショーケースの庫内温度を制御するシステムを例示し、また、本発明にかかる電動弁制御装置を、上記冷凍サイクルシステムに配置された膨張弁（電動弁）を制御するための装置として使用した場合を例にとって説明する。

図１は、本発明にかかる電動弁制御装置を備えた冷凍サイクルシステムを示し、このシステム１は、圧縮機２と、凝縮器３と、凝縮器用ファン３ａと、電動弁５と、蒸発器６と、蒸発器用ファン６ａと、入口温度センサ７と、出口温度センサ８と、庫内温度センサ９と、温度制御部１０と、過熱度制御部１１とを備える。

圧縮機２、凝縮器３、電動弁５及び蒸発器６は、配管１２で接続され、これらの間を冷媒が循環する。ここで、配管１２を流れる冷媒の流量は、電動弁５の弁開度を調整することにより制御する。

圧縮機２は、蒸発器６より供給された低圧の気体の状態にある冷媒を圧縮し、高圧の気体に変換して配管１２を介して凝縮器３に供給する。

凝縮器３は、圧縮機２から供給された高圧気体状態の冷媒を凝縮し、高圧液体状態の冷媒に変換して凝縮熱を奪い、奪った熱を凝縮器用ファン３ａの送風によって外部に放出する。

電動弁５は、凝縮器３から供給された高圧液体状態の冷媒を低圧状態に変化させる。この電動弁５は、過熱度制御部１１からの電動弁駆動信号ＥＶに従って駆動されるパルスモータ５ａ（図２参照）を内蔵し、電動弁駆動信号ＥＶのパルス数に応じた回転角度でパルスモータ５ａが回転することにより弁開度が調整される。

蒸発器６は、低圧の液体状態にある冷媒を蒸発（気化）させるために備えられ、冷媒は、蒸発することにより周囲より気化熱を奪い、加熱される。この際、奪われた熱によって蒸発器６周辺の空気が冷却され、その冷却された空気が蒸発器用ファン６ａの送風によって放出されることにより、冷凍・冷蔵ショーケースの庫内温度の調節が行われる。

入口温度センサ７、出口温度センサ８及び庫内温度センサ９は、各々、蒸発器６の入口の冷媒（液体状態での冷媒）の温度Ｔin、蒸発器６の出口での冷媒（気体状態の冷媒）の温度Ｔout、冷凍・冷蔵ショーケースの庫内温度Ｔisを検出する。これら入口温度センサ７〜庫内温度センサ９は、例えば、負の温度−抵抗特性を有するサーミスタによって構成される。また、蒸発器６の入口における冷媒温度Ｔinは、電動弁出口温度Ｖoutと同じなので、入口温度センサ７は、開弁点検出のための温度検出手段も兼ねる。

温度制御部１０は、圧縮機２の運転の有無を制御して冷凍・冷蔵ショーケースの庫内温度を調整するための制御回路であり、例えば、マイクロコンピュータ及び周辺回路（いずれも不図示）から構成される。この温度制御部１０は、庫内温度センサ９によって検出された庫内温度Ｔisと、予め設定されたオン設定温度Ｔon及びオフ設定温度Ｔoffとを対比し、その結果に基づいて圧縮機２の運転の有無を制御する。尚、オン設定温度Ｔon及びオフ設定温度Ｔoffの間には、圧縮機２の頻繁なオン／オフ動作（ハンチング）を避けるためのディファレンシャル（温度差）が設定される。

また、温度制御部１０は、図示しない出力接点を有し、圧縮機２の運転期間中は接点を閉じ、圧縮機２の停止期間中は接点を開ける動作を行い、これを制御信号として過熱度制御部１１に送り、過熱度制御のＯＮ／ＯＦＦを行う。

過熱度制御部１１は、電動弁５の弁開度を制御するための制御回路であり、温度制御部１０と同様、例えば、マイクロコンピュータ及び周辺回路から構成される。この過熱度制御部１１は、蒸発器６での冷媒の過熱度Ｔsh（出口温度センサ８の検出温度Ｔout−入口温度センサ７の検出温度Ｔin）に基づき、ＰＩＤ制御によって電動弁５の弁開度を求め、求めた弁開度に対応する電動弁駆動信号ＥＶを電動弁５のパルスモータ５ａに出力する。

また、温度制御部１０からの制御信号に基づいて、接点が閉のときは過熱度制御を行い、接点が開のときには過熱度制御を停止する。

過熱度制御部１１は、図２に示すように、マイクロプロセッサ１３と、入口温度検出回路１４と、出口温度検出回路１５と、電動弁駆動回路１６と、入力回路１７と、表示回路１８と、表示ドライバ回路１９と、記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ）２０と、制御信号入力回路２１と、通信信号変換回路２２とを備える。

入口温度検出回路１４は、入口温度センサ７の抵抗値を直流電圧信号に変換し、マイクロプロセッサ１３に出力する抵抗−電圧変換回路である。この入口温度検出回路１４は、蒸発器６の入口の冷媒の温度Ｔinに対応する電気信号（入力温度信号）をマイクロプロセッサ１３に供給する。

出口温度検出回路１５は、出口温度センサ８の抵抗値を直流電圧信号に変換し、マイクロプロセッサ１３に出力する抵抗−電圧変換回路である。この出口温度検出回路１５は、蒸発器６の出口の冷媒の温度Ｔoutに対応する電気信号（出口温度信号）をマイクロプロセッサ１３に供給する。

入力回路１７は、設定過熱度（目標温度）Ｔs、電動弁５の上限開度、下限開度（例えば、電動弁５を５２パルス〜５００パルスで使う場合、上限開度を５００パルス、下限開度を５２パルスに設定する）、ＰＩＤ制御を行う際のＰ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）の各定数、及び開弁点検出周期Ｐｔなどの各種の設定値を入力するためのものである。これら各種の入力値は、設定値として設定でき、また、設定した設定値は、入力回路１７を用いて変更することもできる。また、この入力回路１７を操作することによって開弁点検出の一連の動作が行われる。尚、入力値の設定方法、設定値の変更方法及び開弁点検出方法については、後に詳述する。

この入力回路１７は、４つのタクトスイッチ１７ａ〜１７ｄ（アップスイッチ１７ａ、ダウンスイッチ１７ｂ、セットスイッチ１７ｃ、エンタースイッチ１７ｄ）を備え、タクトスイッチ１７ａ〜１７ｄのＯＮ／ＯＦＦ状態をマイクロプロセッサ１３に出力する。

表示回路１８は、温度表示素子１８ａと、弁開度表示素子１８ｂと、複数のＬＥＤ１８ｃとを備える。温度表示素子１８ａは、蒸発器６の入口の冷媒温度Ｔin 、出口の冷媒温度Ｔout、過熱度Ｔsh（＝Ｔout−Ｔin）を切り換えて表示するとともに、設定モードのときには、設定過熱度Ｔs、上限開度、下限開度、開弁点検出周期Ｐｔなどの設定値を表示する。また、弁開度表示素子１８ｂは、電動弁５の現在の開度を全閉からのパルス数で表示する。

複数のＬＥＤ１８ｃは、温度表示素子１８ａ及び弁開度表示素子１８ｂの表示項目に合わせて点灯するものであり、「過熱度」から「開弁点」までの６つのＬＥＤから構成される。「過熱度」、「入口」及び「出口」の各ＬＥＤは、温度表示素子１８ａの表示項目を示すためのものであり、温度表示素子１８ａに表示される温度と対応して点灯する。また、「設定」のＬＥＤは、過熱度制御部１１が設定モードにあるときに点灯し、「運転」のＬＥＤは、過熱度制御部１１が運転中であるときに点灯する。「開弁点」のＬＥＤは、開弁点検出動作中に点灯する。

表示ドライバ回路１９は、マイクロプロセッサ１３からの信号を増幅して表示回路１８に出力する。記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ）２０は、上記開弁点等の設定値等をバックアップ用に記憶する。

電動弁駆動回路１６は、マイクロプロセッサ１３からの駆動制御信号を増幅して、電動弁５に内蔵されたパルスモータ（ステッピングモータ）５ａに駆動パルスを出力するために設けられ、ドライバＩＣ（Integrated Circuit）（駆動信号増幅回路）１６ａ等を備える。

マイクロプロセッサ１３は、Ａ／Ｄ変換器１３ａと、ＣＰＵ（中央処理装置）１３ｂと、ＲＯＭ１３ｃと、ＲＡＭ１３ｄと、タイマ１３ｅと、Ｉ／Ｏ（１３ｆ）等を備える。

Ａ／Ｄ変換器１３ａは、入口温度検出回路１４及び出口温度検出回路１５から出力されるアナログの温度信号をディジタル信号に変換し、ＣＰＵ１３ｂは、ＲＯＭ１３ｃに格納されているプログラムを解釈して実行する。ＲＯＭ１３ｃは、後述するＰＩＤ制御動作による弁開度の制御を実行するための動作プログラムと、開弁点を検出する一連の動作を実行するためのプログラムと、表示制御プログラムなどを記憶する不揮発性メモリである。ＲＡＭ１３ｄは、ＣＰＵ１３ｂのワークメモリとして機能する。タイマ１３ｅは、割込処理等を行うために備えられ、Ｉ／Ｏ（１３ｆ）は、ＣＰＵ１３ｂと他のデバイスとのデータの授受を行うために備えられる。

制御信号入力回路２１は、温度制御部１０から出力される制御信号（接点信号）を直流電圧の二値信号（ＤＣ５Ｖ−０Ｖ）に変換し、圧縮機２の運転状態（過熱度制御のＯＮ／ＯＦＦ）を示す信号としてマイクロプロセッサ１３に出力する。

通信信号変換回路２２は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２３等の外部機器を接続ケーブル２３ａ等を介してマイクロプロセッサ１３に接続するためのインターフェイス回路であり、設定過熱度Ｔsや開弁点検出周期Ｐｔ等の各種の設定値をＰＣ２３側からの操作により入力するために備えられる。この通信信号変換回路２２は、マイクロプロセッサ１３側の信号とＰＣ２３側の信号の電圧レベルを合わせるものであり、例えば、ＲＳ−２３２ＣトランシーバＩＣ等から構成される。

この図２において、マイクロプロセッサ１３の機能の一部、入口温度検出回路１４及び電動弁駆動回路１６は、電動弁５の弁開度を閉弁位置から所定時間毎に所定開度だけ開弁していくとともに、電動弁５の出口温度Ｖoutが所定温度以上変化したときの弁開度を開弁点として検出する開弁点検出手段を構成し、記憶回路２０（及びＲＡＭ１３ｄ）は、開弁点検出手段により検出された開弁点を記憶する記憶手段を構成し、マイクロプロセッサ１３の機能の一部、入口温度検出回路１４、出口温度検出手段１５及び電動弁駆動回路１６は、前記記憶手段に記憶された開弁点を下限開度として電動弁５による流量制御を行う流量制御手段を構成し、入力回路１７は前記開弁点検出手段による開弁点の検出を実行するための操作手段を構成する。

次に、上記構成を有する冷凍サイクルシステム１の動作について説明する。ここでは、まず、温度制御部１０が行う割込処理について、図１、図３を参照しながら説明する。尚、制御動作中、温度制御部１０は、タイマ（不図示）等を用いつつ、所定期間（例えば、１０秒）毎に図３に示すルーチンを実行する。

割込処理を開始すると、温度制御部１０は、図３に示すように、庫内温度センサ９によって検出された庫内温度Ｔisを取り込み（ステップＳ１）、庫内温度Ｔisがオン設定温度Ｔon以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。このとき、例えば、庫内温度Ｔisが上昇傾向にあり、庫内温度Ｔisがオン設定温度Ｔon以上となっている場合には（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、圧縮機２を起動する（ステップＳ３）。これと併行して、図示しない出力接点を閉じ、過熱度制御部１１に圧縮機２の運転、すなわち過熱度制御の実行を伝える制御信号を送る（ステップＳ４）。これにより、蒸発器用ファン６ａから冷風を放出させ、庫内を冷却して庫内温度Ｔisを低下させる。

その後、庫内温度Ｔisが徐々に低下し、庫内温度センサ９の検出温度Ｔisがオン設定温度Ｔonより低くなった場合には（ステップＳ２：Ｎｏ）、その温度Ｔisがオフ設定温度Ｔoff以下にまで達しているか否かを判定する（ステップＳ５）。その結果、庫内温度Ｔisがオフ設定温度Ｔoffよりも高い場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）、その時点での圧縮機２の運転状態（稼働させている状態）を維持し、庫内温度Ｔisを引き続き低下させる。このとき、制御信号についても、その時点での出力接点の開閉状態（閉じている状態）を維持し、制御信号の出力状態を維持する。

そして、庫内温度Ｔisが十分に低下し、庫内温度センサ９の検出温度Ｔisがオフ設定温度Ｔoff以下となった場合には（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、圧縮機２の運転を停止するとともに、出力接点を開とし、過熱度制御部１１に圧縮機２の停止、すなわち過熱度制御の停止を表す制御信号を送る（ステップＳ８、Ｓ９）。これにより、庫内の冷却を停止し、庫内温度Ｔisを緩やかに上昇させる。

以後、上記のステップＳ１〜Ｓ９の動作を１０秒間隔で繰り返し、庫内温度Ｔisが再びオン設定温度Ｔon以上となれば、圧縮機２の運転及び出力接点を閉じて制御信号をＯＮにし、庫内温度Ｔisを低下させる。

次に、過熱度制御部１１が行う制御動作について、図１、図２及び図４を参照しながら、過熱度制御部１１の主要部を構成するマイクロプロセッサ１３の動作を中心に説明する。尚、本処理においても、図３に示す温度制御部１０の制御動作と同様、例えば、１０秒間隔で実行される。

割込処理を開始すると、図４に示すように、マイクロプロセッサ１３は、まず入口温度Ｔinを検出し（ステップＳ１１）、次に出口温度Ｔoutを検出し（ステップＳ１２）、過熱度Ｔsh＝Ｔout−Ｔinを算出し（ステップＳ１３）、設定過熱度Ｔsとの偏差ｅ（ｔ）＝Ｔs−Ｔshを算出する（ステップＳ１４）。

次に、温度制御部１０が出力している制御信号がＯＮであるか、ＯＦＦであるかを判断する（ステップＳ１５）。ここで、制御信号がＯＦＦの場合には（ステップＳ１５：Ｎｏ）、出力接点が開で圧縮機２が停止状態であり過熱度制御を停止するため、目標開度を全閉位置に設定し（ステップＳ１７）、処理を終了する。一方、制御信号がＯＮの場合には（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、出力接点が閉で圧縮機２が運転状態であり過熱度制御を実行するため、次の処理に進む。

次に、電動弁５の操作量ｍ（ｔ）を数１式に示すＰＩＤ制御の演算式で求める（ステップＳ１６）。この式には、予め設定されている比例帯ＰＢ、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄ、及び求めた偏差ｅ（ｔ）を代入する。

次に、現在開度Ｐｎに求めた操作量ｍ（ｔ）を加えて目標開度Ｐｓを算出し（Ｐｓ＝Ｐｎ＋ｍ（ｔ））（ステップＳ１８）、この目標開度Ｐｓが予め設定してある下限開度より小さいかを判断し（ステップＳ１９）、小さい場合には（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、目標開度を下限開度に設定し（ステップＳ２０）、処理を終了する。一方、目標開度が下限開度以上の場合には（ステップＳ１９：Ｎｏ）、目標開度が予め設定してある上限開度より大きいかを判断し（ステップＳ２１）、大きい場合には（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、目標開度を上限開度に設定し（ステップＳ２２）、処理を終了する。目標開度が上限開度以下の場合には（ステップＳ２１：Ｎｏ）、算出した目標開度をそのままに設定して処理を終了する。

このように、圧縮機２が運転を停止しているときには電動弁５を全閉位置で停止させ、また、圧縮機２が運転しているときには、例えば１０msec毎に実行されるＰＩＤ制御を用いて過熱度が設定値一定になるように、電動弁５の開度を設定された下限開度から上限開度までの間で調整する。

次に、図２の入力回路１７及び表示回路１８を用いた各設定値の入力（変更）操作の全体的な流れについて、図５及び表１を参照しながら説明する。尚、図５は、過熱度制御部１１の本体表面を示す外観図である。

例えば、温度表示素子１８ａ及び弁開度表示素子１８ｂの各々に、温度、現在の弁開度が表示されている状態において、セットスイッチ１７ｃを押下すると、設定モードに入り、温度表示素子１８ａは、温度を表示するモードから設定値を表示するモードに移行し、弁開度表示素子１８ｂは、現在の弁開度の表示から設定項目の表示に切り替わる。

温度表示素子１８ａに表示された設定値（数値）は、アップスイッチ１７ａ又はダウンスイッチ１７ｂを押下することによって増減することができ、また、エンタースイッチ１７ｄを押下することにより、表示されている設定値が新たな設定値として更新され、記憶される。

一方、設定項目は、例えば、表１に示すように、９つあり、弁開度表示素子１８ｂには、例えば、「１．ＨＶ」のように、設定値番号及び記号が表示される。この設定項目は、設定モードのときに、セットスイッチ１７ｃを押下することで、順次、次の項目に切り替わり、設定項目９（「８．Ｐｔ」）を表示しているときに、セットスイッチ１７ｃを押下すると、設定モードを抜け、温度表示及び弁開度表示の状態に戻る。

尚、表１に示す各種の設定値は、前述のとおり、通信を利用したＰＣ２３からの操作によっても設定、変更することができる。

次に、入力回路１７及び表示回路１８を用いた各設定値の入力操作や変更操作について、図５及び図６を参照しながら説明する。

温度表示素子１８ａに温度を表示しているとき（ステップＳ３１）に、ステップＳ３２において、セットスイッチ１７ｃが押下されたか否かを判定し、押下された場合には、ステップＳ３３において、温度表示素子１８ａに設定値を表示し、かつ、弁開度表示素子１８ｂには、設定値に応じた番号と記号を表示して設定モードに入り、押下されていない場合には、ステップＳ３１の状態に戻る。

次に、ステップＳ３４において、アップスイッチ１７ａが押下されたか否かを判定し、押下された場合には、ステップＳ３５において、温度表示素子１８ａの表示値が設定値の最大値であるか否かを判定する。判定の結果、表示値が設定値の最大値でない場合には、ステップＳ３６において、表示値を増加させてステップＳ３４に戻る。一方、表示値が設定値の最大値の場合には、そのままステップＳ３４に戻る。

ステップＳ３４において、アップスイッチ１７ａが押下されていないと判定された場合には、ステップＳ３７において、ダウンスイッチ１７ｂが押下されたか否かを判定し、押下された場合には、ステップＳ３８において、表示値が設定値の最小値であるか否かを判定し、表示値が設定値の最小値でない場合には、ステップＳ３９において、表示値を減少させてステップＳ３４に戻る。一方、表示値が設定値の最小値の場合には、そのままステップＳ３４に戻る。

ステップＳ３７において、ダウンスイッチ１７ｂが押下されていないと判定された場合には、ステップＳ４０において、エンタースイッチ１７ｄが押下されたか否かを判定し、押下された場合には、ステップＳ４１において、現在の表示値を設定値として更新するとともに、更新された設定値を図２の記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ）２０に記憶して、ステップＳ３４に戻る。

ステップＳ４０において、エンタースイッチ１７ｄが押下されていない場合には、ステップＳ４２において、セットスイッチ１７ｃが押下されたか否かを判定し、押下されていないと判定された場合には、ステップＳ３４に戻る。

ステップＳ４２において、セットスイッチ１７ｃが押下されたと判定された場合には、ステップＳ４３において、設定を終了するか否かを判定する。具体的には、ステップＳ４２において、設定項目９の「開弁点検出周期」を表示しているときに、セットスイッチ１７ｃが押下された場合には、ステップＳ４３において、設定モード終了と判断し、ステップＳ３１に戻る。

一方、ステップＳ４２において、設定項目９の「開弁点検出周期」以外の項目を選択しているときに、セットスイッチ１７ｃが押下された場合には、ステップＳ４４において、次の設定値を温度表示素子１８ａに表示し、次の設定に応じた番号と記号を弁開度表示素子１８ｂに表示してステップＳ３４に戻り、上記動作を繰り返す。

尚、上記実施の形態においては、冷凍サイクルシステム１として、冷凍・冷蔵ショーケースの庫内温度を制御するシステムを例示したが、本発明は、空調機器等の他の温度調整システムにも広く適用することが可能である。

また、上記実施の形態においては、冷凍サイクルにおける膨張弁の開度を制御する場合を例示したが、本発明は、冷凍サイクルのホットガスバイパス回路における流量制御弁（電動弁５）を制御する場合にも適用することが可能である。

さらに、上記実施の形態においては、過熱度制御部１１のマイクロプロセッサ１３とＰＣ２３との通信形式として有線通信を例示したが、無線通信を利用してマイクロプロセッサ１３及びＰＣ２３を接続してもよい。

さらにまた、上記実施の形態においては、温度制御部と過熱度制御部とを分けているが、これらを１つの制御部として構成してもよく、その場合には、マイクロコンピュータは１つとして制御信号の受け渡しはマイクロコンピュータの内部で行われる。

次に、スイッチ操作による開弁点検出処理（イニシャル部分）について、図７のフローチャートを中心に参照しながら説明する。

例えば、図５に示した表示回路１８の温度表示素子１８ａ及び弁開度表示素子１８ｂの各々に温度、弁開度を表示している状態で（ステップＳ５１：Ｙｅｓ）、アップスイッチ１７ａとダウンスイッチ１７ｂの２つのスイッチを同時に５秒以上長押しすると（ステップＳ５２：Ｙｅｓ）、開弁点検出処理に入る。温度、弁開度表示ではない状態の場合（ステップＳ５１：Ｎｏ）や、アップスイッチ１７ａとダウンスイッチ１７ｂが同時に５秒以上長押しされていない場合には（ステップＳ５２：Ｎｏ）、何もしないで処理を終了する。

開弁点検出のイニシャル処理を行う場合は、ステップＳ５３において、開弁点検出フラグ（fps）をセット（１）して開弁点検出中の状態とし、現在の電動弁出口温度Ｖout（蒸発器６の入口の冷媒の温度Ｔinと同じ温度）を検出し（ステップＳ５４）、これをメモリＶout1に格納する（ステップＳ５５）。

次に、出口温度を検出する時間を計測するタイマＴ３０をスタートさせ（ステップＳ５６）、例えば３０秒間の計測を開始する。これは冷媒が流れ始めてから、その温度を温度センサが検出するまでに必要な時間であり、入口温度センサ７の応答性が早ければ１０秒でもよく、また応答性が悪い場合は１分でもよい。

次に、目標開度を例えば２２パルスにセットし（ステップＳ５７）、処理を終える。これは、電動弁５の開弁点が例えば１２〜５２パルスの間でばらつくとすると、その下限パルスから１０パルス開いた位置の開度であり、もし開弁点が下限に極めて近い位置でばらついていたとしても、冷媒が流れ始めるパルス数である。この１０パルスも電動弁５の弁口径や流量特性により任意であり、５パルスでもよく、２０パルスでもよい。

次に、スイッチ操作による開弁点検出処理（ループ部分）について、図８のフローチャートを中心に参照しながら説明する。

図７の開弁点検出に関わるイニシャル処理が実行されると、開弁点検出フラグ（fps）がセット（１）されるため、図８に示す開弁点検出に関わるループ処理が実行される。

まず、開弁点検出フラグfpsがセット（１）されていると（ステップＳ６１：Ｙｅｓ）、出口温度検出時間を計測するタイマＴ３０がタイムアップしているか否か、すなわち３０秒が経過しているか否かを判断する。

開弁点検出フラグfpsクリア（０）の場合には（ステップＳ６１：Ｎｏ）、又はfpsがセット（１）であってもＴ３０が計測中で３０秒経過していない場合には（ステップＳ６２：Ｎｏ）、何もしないで処理を終了する。

Ｔ３０がタイムアップしている場合には（ステップＳ６２：Ｙｅｓ）、現在の出口温度Ｖoutを検出し（ステップＳ６３）、開弁点検出のイニシャル処理においてメモリに格納してあるＶout1との温度差ΔＶout（ΔＶout＝Ｖout1−Ｖout）を算出し、この温度差ΔＶoutが５℃以上、すなわち３０秒間で出口温度が５℃以上低下したか否かを判断する（ステップＳ６４）。この５℃も任意であり、冷凍・冷蔵ショーケースの冷凍能力や、入口温度センサ７の応答性により適切な値が異なり、３℃でもよく、１０℃でもよい。

ここで、ΔＶoutが５℃以上である場合には（ステップＳ６４：Ｙｅｓ）、弁が開き冷媒が流れて出口温度が低下したと判断し、目標開度、すなわち２２パルスを開弁点として検出し（ステップＳ６５）、記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ）２０に記憶する（ステップＳ６６）とともに、この開弁点を下限開度に設定する（ステップＳ６７）。これにより、開弁点に極めて近い位置まで電動弁５の開度を制御することができ、小型の冷凍・冷蔵ショーケースや自動販売機等でも、必要な流体量での運転が可能になる。最後に開弁点検出処理が終了したため、開弁点検出フラグfpsをクリア（０）し（ステップＳ６８）、処理を終了する。

また、ΔＶoutが５℃未満の場合には（ステップＳ６４：Ｎｏ）、まだ弁が閉じており冷媒が流れていないと判断し、開弁点検出処理を続ける。

まず、ステップＳ６９において、現在の出口温度ＶoutをメモリＶout1に格納する。次に、現在の目標開度が例えば５２パルスであるか否かを判断する（ステップＳ７０）。もし、現在の開度が５２パルスであれば（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、電動弁５の開弁点が例えば１２〜５２パルスの間でばらつくとすると、その上限であり、この５２パルスを開弁点として設定する。具体的には、上述の目標開度を開弁点とした以降の処理（ステップＳ６５〜６８）を実行して終了する。

また、目標開度が５２パルスではない場合には（ステップＳ７０：Ｎｏ）、さらに弁を開くため、目標開度を＋１０パルス、すなわち３２パルスとし（ステップＳ７１）、出口温度検出時間を計測するタイマＴ３０を再びスタートさせ（ステップＳ７２）、処理を終える。以降、弁が開き、冷媒が流れてΔＶoutが５℃以上になるか、又は目標開度が５２パルスに達するまで、図８の処理が繰り返される。

このようにして電動弁５の開弁点を検出し、記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ）２０に記憶し、下限開度にセットすることで、小型の冷凍・冷蔵ショーケースや自動販売機等の比較的小容量の冷凍サイクルを搭載したユニットでも、必要とされる開弁点に極めて近い位置までの低流量の制御が可能となる。

次に、開弁点検出処理のタイムチャートについて、図９を中心に参照しながら説明する。

例えば、図５に示した表示回路１８の温度表示素子１８ａ及び弁開度表示素子１８ｂの各々に温度、弁開度を表示している状態で、アップスイッチ１７ａとダウンスイッチ１７ｂとが同時に５秒以上長押しされると、電動弁５の目標開度を例えば２２パルスにし、このときの出口温度Ｖout、例えば１０℃をメモリＶout1に格納して、出口温度検出時間を計測するタイマＴ３０をスタートさせ、例えば３０秒の計測を開始する。

次に、３０秒後の出口温度のＶoutを検出すると１０℃のままであり、弁が開いていないため冷媒が流れず、出口温度の温度差ΔＶout＝Ｖout1−Ｖoutが５℃以上低下していないため、開弁点ではないと判断し、このときの出口温度Ｖout＝１０℃をメモリＶout1に格納して、目標開度を２２＋１０＝３２パルスとして、出口温度検出時間を計測する３０秒のタイマーＴ３０をスタートさせる。

次に、その３０秒後、タイマＴ３０がタイムアップすると、出口温度Ｖoutを検出する。このとき、Ｖout＝０℃であるため、弁が開いて冷媒が流れたと判断し、現在の目標開度３２パルスを開弁点として記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ）２０に記憶するとともに、下限開度に設定する。

上記スイッチ操作による開弁点の検出処理は、主に冷凍・冷蔵ショーケースや自動販売機の出荷時や設置時に初期化処理として行われる。しかし、特にロータマグネットを内蔵する弁本体部分と、ステータコイル部分が着脱可能な構造の電動弁等では、出荷後の輸送や設置作業、設置後の運転等で発生する振動等や、特に自動車等の車両や、電車、航空機、船舶等の移動体に使用される場合には、常時振動環境下にさらされるため、ロータマグネットとステータコイルの位置ずれが発生する場合がある。このような場合は、最初にスイッチ操作で正確に開弁点を検出し、記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ）２０に記憶したとしても、その後、開弁点は記憶している開弁点と異なる位置にずれてしまう場合がある。

このため、入力回路や表示回路による設定機能で、開弁点検出周期Ｐｔを設定し、設定時間毎に上記開弁点の検出処理を自動的に行うことで、輸送や設置、設置後の運転による振動、移動体が常時さらされる振動等でロータマグネットとステータコイルの位置がずれた場合でも、開弁点を周期的に自動で検出し、記憶して修正することができる。

表１にあるように、開弁点検出周期Ｐｔは、例えば１時間単位で最大７４４時間まで設定でき、必要に応じて入力回路と表示回路により、図６に示すフローチャートで示した要領で設定を変更できる。例えば、開弁点検出周期の設定値が７４４時間であった場合には、約１ヶ月に１回開弁点検出処理を自動的に行い、記憶している開弁点の修正を行う。

次に、開弁点検出周期Ｐｔ毎に繰り返される開弁点検出処理（イニシャル部分）について、図１０のフローチャートを中心に参照しながら説明する。

まず、電源投入時等に実行されるイニシャル処理の中で、開弁点検出周期Ｐｔの計測に使用するタイマＴｐｔをスタートさせる。例えば、電源投入時から約１ヶ月後に７４４時間経過したところでＴｐｔがタイムアップすると（ステップＳ８１：Ｙｅｓ）、以下の開弁点検出処理を実行する。

温度制御部１０からの制御信号がＯＦＦか否かを判断し（ステップＳ８２）、制御信号がＯＮの場合には（ステップＳ８２：Ｎｏ）、何もしないで処理を終了する。これは、制御信号がＯＮのときには圧縮機２が運転状態であり、この時に開弁点検出処理の一連の動作を実行すると、電動弁５の開度を開弁点近くまで閉じてしまい、冷媒が流れず冷凍・冷蔵ショーケースや自動販売機が冷えなくなってしまうため、制御信号がＯＮの時には開弁点の検出を行わない。一方、制御信号がＯＦＦ、すなわち圧縮機２の運転が停止している場合には（ステップＳ８２：Ｙｅｓ）、開弁点検出処理を実行する。尚、開弁点検出処理を実施するにあたり圧縮機２を運転する。

まず、開弁点検出フラグfpsをセット（１）し（ステップＳ８３）、開弁点検出中の状態とし、現在の出口温度Ｖoutを検出し（ステップＳ８４）、これをメモリＶout1に格納する（ステップＳ８５）。

次に、出口温度を検出する時間を計測するタイマＴ３０をスタートさせ（ステップＳ８６）、例えば３０秒間の計測を開始する。これは、冷媒が流れ始めてから、その温度を入口温度センサ７が検出するまでに必要な時間であり、入口温度センサ７の応答性が早ければ１０秒でもよく、またその逆に応答性が悪い場合は１分でもよい。そして、目標開度を例えば２２パルスにセットする（ステップＳ８７）。これは、電動弁５の開弁点が例えば１２〜５２パルスの間でばらつくとすると、その下限パルスから１０パルス開いた位置の開度であり、もし電動弁５の開弁点が下限に極めて近い位置でばらついていたとしても、冷媒が流れ始めるパルス数である。この１０パルスも電動弁５の弁口径や流量特性により任意で、５パルスでもよく２０パルスでもよい。最後にタイマＴｐｔをスタートさせ（ステップＳ８８）、７４４時間の計測を開始して処理を終える。

図１０の開弁点検出周期Ｐｔによる開弁点検出に関わるイニシャル処理が実行されると、開弁点検出フラグfptがセット（１）されるため、図８に示す開弁点検出に関わるループ処理が実行される。ループ処理については、図８で説明したとおりであるため、説明を割愛する。

次に、上記開弁点検出処理動作について、図１１の冷凍・冷蔵ショーケースの運転状況を示すグラフを参照しながら説明する。

冷凍・冷蔵ショーケースの庫内温度Ｔisの変化に応じて圧縮機２（図１参照）を運転停止し、圧縮機２の運転中（図１１の圧縮機２ＯＮ）は、庫内温度Ｔisが徐々に低下し、冷媒温度（電動弁の出口温度Ｖout）も徐々に低下する。庫内温度Ｔisが所定の温度まで低下すると、圧縮機２の運転が停止し（図１１の圧縮機２ＯＦＦ）、庫内温度Ｔisが徐々に上昇する（図１１の圧縮機停止期間Ｒ１〜Ｒ３）。

上述のように、圧縮機２が運転状態のときに開弁点検出処理の一連の動作を実行すると、電動弁５の開度を開弁点近くまで閉じてしまい、冷媒が流れず冷凍・冷蔵ショーケースが冷えなくなるため、開弁点検出処理は、圧縮機２の運転が停止している圧縮機停止期間Ｒ１〜Ｒ３に行う。

ここで、例えば、圧縮機停止期間Ｒ３の時間ｔ１において、上記図８に示した開弁点検出に関わるループ処理が実行された場合、開弁点検出処理の開始に伴い圧縮機２が運転されるが（圧縮機２ＯＮ）、電動弁５は開弁点近くで閉じているため、依然として庫内温度Ｔis及び電動弁５の出口温度Ｖoutが徐々に上昇する。従って、開弁点検出処理を開始した直後に測定したＶout1を引き続き用いると、電動弁５が開弁しているにも拘わらず、ΔＶout（ΔＶout＝Ｖout1−Ｖout）が５℃以上低下したと判断されず、精度よく電動弁５の開弁点を検出することができない。

そこで、本実施の形態では、上述のように、所定時間（本実施の形態では３０秒、図１１におけるΔｔ）経過前後の電動弁５のΔＶoutを比較することで、精度よく電動弁５の開弁点を検出している。

さて、上記実施の形態においては、電動弁５の開度をＰＩＤ制御する場合を例にとって説明したが、制御方法は、Ｐ（比例）制御でも、ＰＩ（比例積分）制御、ＰＤ（比例微分）制御であってもよい。また、開弁点検出処理は、アップスイッチ１７ａとダウンスイッチ１７ｂの２つのスイッチの長押し、又はタイマＴptのタイムアップにより実行されるものとしたが、パーソナルコンピュータ２３（図２参照）や、それに類似する携帯端末等、もしくは温度制御部（図１参照）、又は当該電動弁制御装置が用いられた冷凍サイクルシステムの管理装置等からの指示により行われるようにしてもよい。

１ 冷凍サイクルシステム
２ 圧縮機
３ 凝縮器
３ａ 凝縮器用ファン
５ 電動弁
５ａ パルスモータ
６ 蒸発器
６ａ 蒸発器用ファン
７ 入口温度センサ
８ 出口温度センサ
９ 庫内温度センサ
１０ 温度制御部
１１ 過熱度制御部
１２ 配管
１３ マイクロプロセッサ
１３ａ Ａ／Ｄ変換器
１３ｂ ＣＰＵ
１３ｃ ＲＯＭ
１３ｄ ＲＡＭ
１３ｅ タイマ
１３ｆ Ｉ／Ｏ
１４ 入口温度検出回路
１５ 出口温度検出回路
１６ 電動弁駆動回路
１６ａ ドライバＩＣ
１７ 入力回路
１７ａ アップスイッチ
１７ｂ ダウンスイッチ
１７ｃ セットスイッチ
１７ｄ エンタースイッチ
１８ 表示回路
１８ａ 温度表示素子
１８ｂ 弁開度表示素子
１８ｃ ＬＥＤ
１９ 表示ドライバ回路
２０ 記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ）
２１ 制御信号入力回路
２２ 通信信号変換回路
２３ ＰＣ
２３ａ 接続ケーブル

Claims (5)

1. 電動弁の弁開度を制御する電動弁制御装置において、
   前記電動弁の弁開度を閉弁位置から所定時間毎に所定開度だけ開弁していくとともに、前記電動弁の出口温度が所定温度以上変化したときの弁開度を開弁点として検出する開弁点検出手段と、
   該開弁点検出手段により検出された開弁点を記憶する記憶手段と、
   該記憶手段に記憶された開弁点を下限開度として前記電動弁による流量制御を行う流量制御手段と、
   前記開弁点検出手段による開弁点の検出を実行するための操作手段とを備えることを特徴とする電動弁制御装置。
2. 電動弁の弁開度を制御する電動弁制御装置において、
   前記電動弁の弁開度を閉弁位置から所定時間毎に所定開度だけ開弁していくとともに、前記電動弁の出口温度が所定温度以上変化したときの弁開度を開弁点として検出する開弁点検出手段と、
   該開弁点検出手段により検出された開弁点を記憶する記憶手段と、
   該記憶手段に記憶された開弁点を下限開度として前記電動弁による流量制御を行う流量制御手段とを備え、
   前記開弁点検出手段は、該電動弁制御装置の外部の操作手段から開弁点検出指令信号を受信した際に開弁点検出を実行することを特徴とする電動弁制御装置。
3. 電動弁の弁開度を制御する電動弁制御装置において、
   前記電動弁の弁開度を閉弁位置から所定時間毎に所定開度だけ開弁していくとともに、前記電動弁の出口温度が所定温度以上変化したときの弁開度を開弁点として検出する開弁点検出手段と、
   該開弁点検出手段により検出された開弁点を記憶する記憶手段と、
   該記憶手段に記憶された開弁点を下限開度として前記電動弁による流量制御を行う流量制御手段と、
   タイマ手段とを備え、
   前記開弁点検出手段は、前記タイマ手段に設定された時間の経過後に開弁点検出を実行することを特徴とする電動弁制御装置。
4. 前記電動弁は、圧縮機、凝縮器及び蒸発器を有する冷凍サイクルの膨張弁であり、前記電動弁の出口温度は、前記電動弁と前記蒸発器との間の冷媒温度であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電動弁制御装置。
5. 前記開弁点検出手段は、前記所定時間経過前後の前記出口温度を比較し、該出口温度が前記所定温度以上変化しないときは、該所定時間経過後の出口温度を、次回の比較の際の基準温度とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動弁制御装置。

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