JP2529387B2 - 冷凍サイクルにおける電子膨張弁の制御方法 - Google Patents

冷凍サイクルにおける電子膨張弁の制御方法

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JP2529387B2 JP1093794A JP9379489A JP2529387B2 JP 2529387 B2 JP2529387 B2 JP 2529387B2 JP 1093794 A JP1093794 A JP 1093794A JP 9379489 A JP9379489 A JP 9379489A JP 2529387 B2 JP2529387 B2 JP 2529387B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、冷凍サイクルの起動時における電子膨張
弁の制御方法に関するものである。
[従来の技術] 第7図は、例えば特開昭63−163739号公報に開示され
た従来の一次遅れ回路を組み込んだ電気駆動膨張弁によ
り制御ブロック線図である。
同図において、Kcは電動膨張弁の伝達関数、φは膨
張弁に入る質量流量、TSLは蒸発器終端部の過熱ガスの
温度、Teは蒸発温度、H1,H2はそれぞれ伝達関数、T1はT
eを温度センサを含む測定部の伝達関数Hj1により電気的
信号に変換された信号、T2はTSLを温度センサを含む測
定部の伝達関数Hj2により電気信号に変換された信号、H
c2は一次遅れの回路の伝達関数である。
上記構成の制御回路において、設定過熱度信号と実際
の過熱度信号を比較し、その差信号は伝達関数を経て電
動膨張弁の開度を指定する信号となり、膨張弁に入る流
量φとなる。また、蒸発器においては、蒸発温度に加
わる伝達関数H1と過熱蒸気温度にかかわる伝達半数H2
経ることにより、一方は蒸発温度信号Te,他方は過熱温
度浸透TSLとなる。蒸発温度信号Teは温度センサを含む
測定部の伝達半数Hj1により電気的信号に変換されてT1
となり、また、過熱温度信号TSLは温度センサを含む測
定部の伝達関数Hj2により電気的信号に変換されてT2
なる。これを直ちにT2−T1=△Tとするのではなく、一
次遅れ回路(伝達関数Hc2)を通すことによりT2′と
し、このT2′とT1との差△T′をフィードバックするよ
うになっている。
[発明が解決しようとする課題] 上述のような従来の冷凍システムの制御方法では、冷
凍サイクル起動時にも蒸発器出口の過熱度を検出し、そ
れに基づいて電動膨張弁の開度を制御しているため、そ
の開度制御は、冷凍サイクルの起動時のような急速な立
ち上がりスピードに追従できず、このため、高圧のオー
バーシュート,低圧の引き込み現象等を引き起し、冷凍
サイクルが安定状態に達するまでに時間がかかるという
問答があった。
この発明は上記のような問題を解決するためになされ
たもので、冷凍起動時に高圧圧力を定常安定運転時の圧
力に速やかに到達でき、安定運転状態への立ち上がりス
ピードの高速化を可能にした冷凍サイクルにおける電子
膨張弁の制御方法を得ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、圧縮器、凝縮器、電子膨
張弁及び蒸発器を備え、運転状態における一連の過程と
して冷凍サイクルの起動または停止を繰返し行うものに
おいて、ステップS1では、j=1(jは学習回数)とし
て、目標スーパーヒートθ(t)を与えて、冷凍サイ
クル安定運転時の上記電子膨張弁の開度Soを予じめ求め
ておきθrj(t)=Soとし、次のステップS2では、j回
目の試行を実行し、θrj(t)を上記電子膨張弁への指
令値として出力し、その応答のスーパーヒートθ
aj(t)を測定し、そして次のステップS3では、j回目
の試行データからej(t)=θ(t)−θaj(t)を
計算し、その計算結果を基にして、次のステップS4で開
度パターン形成が完了したかを判定し、完了したと判断
された場合はステップS5に進み、開度指令θrj(t)が
目標値関数θ(t)を実現するための指令値関数であ
ると設定して終了し、ステップS4で完了しないと判断さ
れた時は、ステップS6に進み、θr,j+1(t)=θ
r、j(t)+G・ej(t+λ)により、θrj(t)
を修正してθr,j+1(t)を求め、そして次のステッ
プS7において、j=j+1とし、ステップS2へ進むこと
を特徴とする冷凍サイクルにおける電子膨張弁の制御方
法を提供しようとするものである。
[作 用] この発明においては、冷凍サイクルの起動毎に前回の
起動時の膨張弁の開度パターンに学習に伴う修正が加わ
り、これによって蒸発器のスーパーヒートが目標値によ
り早く近づくように膨張弁開度を決定し、この決定され
た開度パターンに応じて電子膨張弁の開度を制御する。
これにより、起動時には、蒸発器出口の過熱度を検出
することなしに、電子膨張弁の開度が大きくなって蒸発
器への膨張弁からの供給冷媒量が増大するため、高圧圧
力が安定運転時の圧力に速やかに到達し、安定運転状態
への立ち上がりスピードが早くなる。
[実施例] 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は、この発明による制御方法を適用した冷凍サ
イクルの回路図である。
図において、1は圧縮機,2は凝縮器,3は電子膨張弁,4
は蒸発器であり、これらは配管5によって閉ループに接
続され冷凍回路を構成している。
この冷凍回路4の冷凍サイクルは、冷凍回路4への電
源投入により運転状態となると、この運転状態における
一連の過程として温度情報に応じ冷凍サイクルの起動ま
たは停止を繰り返し行なうものである。
また、6は電子膨張弁3の開度を制御する制御装置
で、この制御装置6には、蒸発器4の入口側冷媒温度を
検出する温度センサ7及び蒸発器4の出口側冷媒温度を
検出する温度センサ8からの検出信号が入力されるよう
になっている。
制御装置6は、学習機能により冷凍サイクルの起動毎
に前回の起動時の膨張弁3の開度を修正し、過熱度がよ
り早く目標値に近づくように膨張弁3の開度をコントロ
ールするものである。
次に、上記のように構成された本実施例の動作を説明
する。
制御装置6の学習機能により、冷凍サイクル起動時の
膨張弁3の開度を起動時毎に修正する場合は、目標とす
るスーパーヒートθ(t)とする。但し、0≦t≦T
である。
ここで、スーパーヒート(過熱度)は、蒸発器4で冷
凍作用した冷媒が乾燥飽和ガスとなり、それがさらに加
熱されて過熱状態になったとき、その温度と蒸発温度と
の差を云い、例えば5℃である。また、θ(t)の添
字tはθ(t)が目標関数であることを表わし、Tは起
動時の過渡時間で、約15分以上の値をとる。
膨張弁の開度学習に際しては、膨張弁に適当な開度指
令θrj(t)を与え、そのスーパーヒート応答θ
aj(t)を測定する。
ここで、開度指令θrj(t)の添字rはθ(t)がス
ーパーヒートの指令値関数であることを表わし、また、
スーパーヒート応答θaj(t)の添字aはθ(t)がス
ーパーヒートの応答関数であることを表わす。そして、
添字jはj回目の学習試行を表わす。
次にj回目のスーパーヒートの応答θaj(t)とスー
パーヒートの目標値関数θ(t)とを比較することに
より、次のj+1回目の学習試行におけるスーパーヒー
ト応答θa,j+1(t)が目標値関数θ(t)により一
層近づくようにj+1回目の試行の開度指令θr,j+1
(t)を決定する。
ここでは、θ(t),θrj(t),θaj(t)からθ
r,j+1(t)を計算するアルゴリズムを修正アルゴル
ズムと云い、試行における偏差の関数式(1)式に注目
して、θr,j+1(t)を算出する。
ej(t)=θ(t)−θaj(t) ……(1) また、この方法による修正の一般式は次式により与え
られる。
θr,j+1(t)=θr,j+1(t)(θrj(t),e
j(t)) ……(2) そして、修正は次式により行う。
Θr,ja;1=Θr,j+Ψ・Ej ……(3) 以上のように設定することで、次式を満足する修正ア
ルゴリズムの形を決定している。
(4)式の形は、θr,j+1(t)=θrj(t)+e
j(t+λ)である。
以上による開度パターン形成プログラムは第2図に示
すようなフローチャートとなる。
第2図において、ステップS1では、j=1とし、目標
スーパーヒートθ(t)を与える。ここで、冷凍サイ
クル安定運転時の膨張弁3の開度S0を予め求めておき、
θrj(t)=S0とする。
次のステップS2では、j回目の試行を実行する。即
ち、θrj(t)を膨張弁3への指令値として出力し、そ
の応答のスーパーヒートθaj(t)を測定する。そし
て、次のステップS3では、j回目の試行データからe
j(t)=θ(t)−θaj(t)を計算し、その計算
結果を基にして、次のステップS4で開度パターン形成が
完了したかを判定する。完了したことが判断された場合
はステップS5に進み、開度指令θrj(t)が目標値関数
θ(t)を実現するための指令値関数であると設定し
て終了する。
また、ステップS4で完了しないと判断された時は、ス
テップS6に進み、θr,j+1(t)=θr,j+1(t)+
G・ej(t+λ)により、θrj(t)を修正してθ
r,j+1(t)を求める。そして、次のステップS7にお
いて、j=j+1とし、ステップS2へ進む。
上述のような第2図に示すフローを実行することによ
り、冷凍サイクル起動毎に膨張弁3の開度パターンを修
正して、過熱度(スーパーヒート)が目標値(例えば5
℃)より早く近づくように制御する。
即ち、冷凍サイクル起動時は、膨張弁3の開度を一旦
大きく開き、蒸発器4への膨張弁からの供給冷媒量を増
やすことによって、低圧引き込みを防止し、冷媒循環量
を確保する。これによって、圧縮機吸入冷媒の比容積の
増大、これによる循環冷媒流量の減少及び立ち上がりス
ピードの遅れを防止することができる。
第3図は、本実施例の初期起動モードにおける膨張弁
の開度パターンの学習経緯を表わしたもので、○印は学
習回数jが1回の場合を、△印は学習回数が3回のも
の、□印は学習回数jが5回のもの、×印は学習回数j
が11回の場合をそれぞれ表したもので、この図からも明
らかなように学習回数が多くなるほど、冷凍サイクルの
初期起動時の膨張弁3の開度が大きくなる。
また、第4図は、第3図の開度パターンに基づく蒸発
器の出口冷媒のスーパーヒートの変遷を表わしたもの
で、学習回数が多くなる程、初期起動時のスーパーヒー
トが小さくなり、目標値(例えば5℃)により早く近づ
けることが可能になる。
第5図は、学習回数jが1回と8回の時の起動時にお
ける高圧圧力の上昇状態を表わしたもので、学習回数が
多くなる程、冷凍サイクル起動時に高圧圧力を定常安定
運転時の圧力に速やかに到達させることができる。
また、第6図は、学習回数jが1回と8回の時の凝縮
器吹出空気温度の上昇状態を表わしたもので、学習回数
が多くなる程、吹出空気温度を起動初期段階で高温に立
ち上げることができる。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、冷凍サイクル起動
時の膨張弁の開度パターンを、起動毎に学習により修正
さて、スーパーヒートが目標値により早く近づくように
制御するものであるため、起動時に高圧圧力を安定運転
時の圧力に速やかに到達させることができ、これに伴い
安定運転状態への立ち上がりスピードを早くできると共
に、起動段階から空気調和の快適性がよくなるという効
果がある。
そして、電子膨張弁の開度パターンの修正は、運転状
態における一連の過程として繰り返し行なわれる冷凍サ
イクルの起動毎に行なわれるので、電子膨張弁の制御を
冷凍サイクルの状況に相応して適切かつ厳密に実行でき
るものである。
さらに、前回起動時のデータにより次回電子膨張弁の
開度パターンを修正して開度パターンを決定し、この決
定された開度パターンに応じて電子膨張弁の開度を制御
するものであって、蒸発器出口の過熱度を検出すること
なしに、適切な電子膨張弁の開度制御を迅速かつ的確に
行なうことができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明方法を適用した冷凍サイクルの冷媒回
路図、第2図は本実施例における膨張開度パターン生成
学習方式の動作を示すフローチャート、第3図は本実施
例における膨張弁開度パターンの学習経緯を示すグラ
フ、第4図は第3図に基づく蒸発器出口冷媒のスーパー
ヒートの変遷を示すグラフ、第5図は高圧圧力上昇パタ
ーンを示すグラフ、第6図は凝縮器吹出空気温度パター
ンを示すグラフ、第7図は従来の冷凍システムの制御方
法を示すブロック線図である。 1……圧縮機、2……凝縮器、3……膨張弁、4……蒸
発器、6……制御装置、7,8……温度センサ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮器、凝縮器、電子膨張弁及び蒸発器を
    備え、運転状態における一連の過程として冷凍サイクル
    の起動または停止を繰返し行うものにおいて、ステップ
    S1では、j=1(jは学習回数)として、目標スーパー
    ヒートθ(t)を与えて、冷凍サイクル安定運転時の
    上記電子膨張弁の開度Soを予じめ求めておきθrj(t)
    =Soとし、次のステップS2では、j回目の試行を実行
    し、θrj(t)を上記電子膨張弁への指令値として出力
    し、その応答のスーパーヒートθaj(t)を測定し、そ
    して次のステップS3では、j回目の試行データからe
    j(t)=θ(t)−θaj(t)を計算し、その計算
    結果を基にして、次のステップS4で開度パターン形成が
    完了したかを判定し、完了したと判断された場合はステ
    ップS5に進み、開度指令θrj(t)が目標値関数θ
    (t)を実現するための指令値関数であると設定して
    終了し、ステップS4で完了しないと判断された時は、ス
    テップS6に進み、θr,j+1(t)=θr、j(t)+
    G・ej(t+λ)により、θrj(t)を修正してθ
    r,j+1(t)を求め、そして次のステップS7におい
    て、j=j+1とし、ステップS2へ進むことを特徴とす
    る冷凍サイクルにおける電子膨張弁の制御方法。
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