JP2573022B2

JP2573022B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2573022B2
Application number: JP63094222A
Authority: JP
Inventors: 健青木; 弘行栗原
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2012-01-16
Also published as: JPH01266468A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕産業上の利用分野本発明は、低温庫の温度を制御する冷凍装置に係り、
詳述すると冷媒流量を制御する冷媒流量制御弁の開度を
変化させるための制御装置の改良に関する。

従来の技術冷媒流量を制御する弁としては、いくつかの種類のも
のがあるが、中でもその応答性の面で優れた電気式膨張
弁がよく知られている。この電気式膨張弁としては、モ
ータによってその弁開度を調節するものや、弁と連接す
るコイルバネに加える力を変化させて弁開度を調節する
ものなどがある。本発明においては後者の弁を採用する
ものであり、後者の弁としては特公昭60−56983号公報
や特公昭60−34037号公報がある。特公昭60−56983号公
報にあっては、蒸発器出口側の温度の変化を電気信号に
変換し、この電気信号で弁の開度を調整するようにした
ものである。一方、特公昭60−34037号公報にあって
は、圧縮機の始動時には、凝縮器入口部乃至中間部に設
けた第３の温度センサによる電気信号が所定値に達する
まで電気式膨張弁を全開状態にする信号を制御回路が出
力するものである。

発明が解決しようとする課題前記特公昭60−56983号公報では、膨張弁の開度を変
えるための電気信号としてどういう信号なのか詳細に記
述されておらず、そのコントローラが明示されるもので
はない。一方、特公昭60−34037号公報では、圧縮機が
長時間停止した後で始動した場合にあって、凝縮器に設
けた温度センサの電気信号が所定値に達するまでは、膨
張弁を全開状態にする信号を制御回路が出力すること
で、極めて安定した始動を可能としたものである。しか
しながら、印加する電圧に対する膨張弁の応答性を良好
にすべく制御回路が構成されているものではない。した
がって両公報においては、電気式膨張弁の信号に対する
応答性を速くするための改良が為されておらず、温度変
化に対する制御信号の変更が迅速に行なわれるものの、
それが弁の開度変更速度に繁栄されていないという問題
があった。

尚、電気式膨張弁は、印加される電気信号によって励
磁されるコイルの発生する磁力を受けて弁軸が動き弁の
開度を変化させるものであるが、信号のわずかな変化に
対してヒステリシスの関係で弁軸が動かず、その応答性
が悪いという問題を有していた。

そこで、本発明は制御弁の応答性を向上させる信号を
生成する弁開度調整部を有した冷凍装置を提供すること
を課題とするものである。

〔発明の構成〕

課題を解決するための手段本発明は圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を環状
に配管接続する冷凍装置を提供するものであり、弁と連
接するバネに加わる力が電気信号により変化してその開
度が制御される冷媒流量制御弁と、冷凍装置にて冷却さ
れる室内の温度を検知する温度センサと、所望の室内温
度を設定する温度設定部と、温度センサと温度設定部と
の信号に基づいたパルス幅変調信号を制御弁に出力する
弁開度調整部とを備え、弁開度調整部は温度センサと温
度設定部の信号にて演算値を出力する演算部と、演算値
の推移傾向に伴って決定される制御弁の作動ヒステリシ
ス相当分の加減を行ないパルス幅変調信号のパルス幅を
修正する修正部とを設けたものである。

作用演算部が温度センサと温度設定部の信号に基づいてPI
D制御法による演算を行ない演算値を出し、修正部がこ
の演算値と前回の演算値とからその推移の傾向を増加・
減少及び変化なしという３つに分けて判定し、その判定
に基づき、演算値に演算値の推移傾向に伴って決定され
るヒステリシス相当量の加算・減算及び前回修正演算値
のままという修正演算値を出しパルス幅変調信号のパル
ス幅を決定する信号を出力するようにして、冷媒流量制
御弁自体がもっているヒステリシスを無視できるように
している。

実施例以下本発明の実施例を第１図〜第５図を参照して説明
する。

（１）は圧縮機（２）、四方弁（３）、室外側熱交換
器（以後凝縮器と称す）（４）、減圧装置としてのキュ
ピラリチューブ（５）及び膨張弁（６）、室内側熱交換
器（以後蒸発器と称す）（７）、アキュームレータ
（８）等を環状に配管接続した主冷媒流路（Ａ）を有す
る冷凍装置であって、四方弁（３）は冷却運転時におい
て実線矢印の方向に冷媒経路をとり、除霜運転時におい
て波線矢印の方向に冷媒経路をとるように制御される。
（９）は冷却運転時蒸発器に空気を送って貯蔵室室内空
気を循環・冷却させる室内側送風機、（10）（11）は貯
蔵室内の温度を検知すべく冷却運転時における蒸発器
（７）への空気の吸込側、吹出側にそれぞれ配設される
室内温度センサ（前者を吸込温度センサ後者を吹出温度
センサとする）であり、後述する弁開度調整部（15）に
検知温度に基づいた信号をそれぞれ送出する。尚、キャ
ピラリチューブ（５）及び膨張弁（６）には、それぞれ
逆止弁（12）（13）を並列接続しておく。

（14）は弁開度調整部（15）にてその開度が制御され
る冷媒流量制御弁であり、冷凍装置（１）（詳しくは主
冷媒流路（Ａ））の低圧側（本例では冷却運転時におけ
る蒸発器（７）の出口側）に接続されており、この冷媒
流量制御弁（14）は電磁式調節弁と称されるもので、第
３図に示すような構造をなし、以下その例を説明する
（ただし冷却運転時の冷媒の流れをもとに説明する）。
弁本体（30）は、蒸発器出口側と接続する冷媒流入部
（31）と、四方弁（３）の入口側と接続する冷媒流出部
（32）を有し、弁本体内を二室に区画する隔壁（33）に
は両部（31）（32）を連通する連通口（34）（35）が穿
たれ、この連通口（34）（35）を開閉する弁座（36）
（37）が弁軸（38）に設けられており、一方の弁座（3
6）は流入部側に、他方の弁座（37）は流出部側に位置
している。そして、弁座（36）（37）を開放する方向に
付勢する圧縮されたコイルバネ（39）（40）がそれぞれ
出口側弁本体内に介設されている。一方、弁軸（38）の
頭部に設けられた作動体（41）は、電気信号（通常直流
信号）により励磁されるコイル（42）により磁力を受け
軸を上下方向に駆動させる。

尚、弁座（36）（37）はコイル（42）が非通電すなわ
ち印加電圧が零電圧のとき全開であり、印加電圧が所定
電圧（本例では12V）のとき全閉となり、零電圧と所定
電圧との間の電圧のときその電圧が小さくなればなるほ
ど開方向に動作する。従って、冷媒流量制御弁（14）は
全閉から全開又はこの逆の動作が適宜行なえる構造とな
っている。

弁開度調整部（15）は、室内温度センサ（10）（11）
及び室内温度を所望の温度に設定する温度設定部（20）
からの信号を受け、これらの信号の関係に基づきオンオ
フデューティー比を変化させた電気信号（すなわちパル
ス幅変調信号）を作成し、冷媒流量制御弁（14）の開度
を制御するものであり、第１図にその一例を示してい
る。尚、冷媒流量制御弁（14）は、その一部を構成する
コイル（42）にて磁化される磁心が印加電圧の変化に対
してある幅のヒステリシスをもって磁化されることか
ら、電気信号の変化に対して速やかに弁の開度が変更さ
れないこと（増加傾向にあった電圧が減少傾向に変わる
ときや減少傾向にあった電圧が増加傾向に変わるとき
等）があり、この弁開度調整部（15）は信号変化の傾向
を考慮しつつ速やかに弁の開度を変更させることのでき
る電気信号（パルス幅変調信号）を作成しようとするも
のである。

（21）は温度設定部（20）からの信号と室内温度セン
サ（10）（11）の両信号とを受ける演算部で、室内温度
センサ（10）（11）による検知温度を適宜の周期（例え
ば15秒毎）でサンプリングして平均した平均温度（これ
を室内温度と判断している）と設定温度とに基づいてPI
D制御法による演算を行ない、その演算値を例えば８ビ
ットの２進数信号に変換して出力端子群Ｄより出力する
（出力される信号をＤデータと称す）。演算部（21）は
また、出力端子φより基準クロック（ここでは周波数2M
H_Ｚのパルスを送出している。（22）は計数部であり、
基準クロックパルスを受け、適宜数で分周してクロック
パルス（本例では64分周して31.25KH_Ｚのパルス）を作
る分周器（23）と、このクロックパルスを受け８ビット
の２進数すなわち256段階に計数する計数器（24）とか
ら成り、計数器（24）は出力端子群Ｑより８ビットの２
進数信号を出力する。この出力信号をＰデータと称す
が、Ｐデータの１周期は約1/120秒となる。

（25）はＤデータを受け、このＤデータが前回のＤデ
ータとの関係から増加の傾向にあるか減少の傾向にある
かを判定してその判定に基づいて適宜Ｄデータの修正を
行ない修正Ｄデータとして出力しパルス幅変調信号のパ
ルス幅を修正する修正部である。この修正部（25）は、
Ｄデータを入力して記憶し前回入力したＤデータ（これ
を前回Ｄデータと称し、初期値は最大）を出力する記憶
部（26A）と、今回のＤデータと前回のＤデータとを入
力し両データの偏差を出しＤデータの推移傾向の判断材
料となる偏差データを出力する算出部（26B）と、偏差
データを入力し推移傾向を判定してＤデータの修正を指
示する指示データを出力する判定部（27）と、指示デー
タを入力し、Ｄデータの修正を行ない修正演算値すなわ
ち修正Ｄデータとして出力する出力決定部（28）とから
成る。

そして、（29）は修正部（25）の出力すなわち修正Ｄ
データと、計数部（22）の出力すなわちＰデータとを入
力し、両データを比較してその比較結果に基づいてHiレ
ベル信号（所定電圧V_CCであり以後“H"信号と称す）若
しくはL₀レベル信号（零電圧であり以後“L"信号と称
す）を出力する比較部である。尚、演算部（21）、計数
部（22）、修正部（25）及び比較部（29）にて弁開度調
整部（15）を構成している。

弁開度調整部（15）の出力はスイッチング素子例えば
スイッチングトランジスタ（以下トランジスタと称す）
（16）のベースに入力されており、このトランジスタ
（16）はエミッタが接地され、コレクタが冷媒流量制御
弁（詳しくは電磁コイル）（14）を介して所定電圧源V
_CC（＝12ボルト）に接続されている。そして、弁開度調
整部（15）から出力されるパルス幅変調信号における
“H"信号のときトランジスタ（16）がオンして電磁コイ
ルに通電され、弁が閉じる方向に作動し、“L"信号のと
きトランジスタ（16）がオフして、弁が開く方向に作動
する。このため弁は１周期の中で全開と全閉との両方の
動作をするように指示されるが、機械的に追随できず、
オンオフデューティー比から決まる平均電圧に対応した
位置での弁開度で安定することとなる。

以上の構成による冷凍装置の冷却運転時の動作を説明
する｛四方弁（３）による冷媒流路は実線矢印の方向で
ある｝が、貯蔵室内に貯蔵物が適度に収容されており、
室内温度が設定温度を上回っているものとする。

室内温度センサ（10）（11）からの信号により弁開度
調整部（15）が弁の開度を決定して信号を送出し冷媒流
量制御弁（14）の開度を変化させる。このとき、圧縮機
（２）から吐出された高圧ガス冷媒は、凝縮器（４）で
凝縮されて液化し、膨張弁（６）で減圧膨張され、蒸発
器（７）内を通過する際に室内空気と熱交換を行ない、
冷媒流量制御弁（14）で流量制御され、アキュームレー
タ（８）を経て低圧ガス冷媒となって圧縮機（２）へ戻
る。冷媒はこの主冷媒流路（Ａ）を循環することで、室
内空気を冷却し、設定温度まで低下させる。

ここで、冷媒流量制御弁（14）及び弁開度調整部（1
5）の動作を説明すると、室内温度センサ（10）（11）
からの信号を受け、演算部（21）が適宜の周期（例えば
15秒毎）でサンプリングして両検知信号の平均をとり室
内温度とし、設定温度との関係からPIDによる演算を行
ない、出力端子群ＤよりＤデータを出力する。このＤデ
ータとしては、概略的には室内温度と設定温度との偏差
が大きいとき低い値となり、小さいとき高い値となる。
一方、計数部（22）では演算部（21）の出力する基準ク
ロックによりクロックパルスを作り、このクロックパル
スを１周期Ｔにおいて256段階で計数し（その１周期Ｔ
が本例では約1/120秒となる）、出力端子群ＱよりＰデ
ータとして比較部（29）に出力する。

他方、Ｄデータを受けた後の修正部（25）の動作を第
４図に示したフローチャートを参照して説明する。修正
部（25）にＤデータが入力される（第４図参照）こと
によって記憶部（26A）が前回のＤデータを出力して、
算出部（26B）において偏差データ△Ｓ〔＝（今回のＤ
データ）−（前回のＤデータ）〕を演算して出力し（第
４図参照）、この偏差データ△Ｓに基づき判定部（2
7）がＤデータの推移傾向を判定する。すなわち、判定
部（27）はまず△Ｓ＝０であるか否かを判断する（第４
図参照）。そして△Ｓ＝０のときは「Ｄデータの変化
なし」と判定して“前回の修正Ｄデータを維持する信
号”（すなわち指示データＸ）を出力し（第４図）、
△Ｓ≠０のときは△Ｓの正・負を判断する（第４図参
照）。ここで、△Ｓ＞０のときは、「Ｄデータは増加傾
向」と判定して（すなわち指示データＹ）を出力し（第４図参照）、
△Ｓ＜０のときは「Ｄデータは減少傾向」と判定して（すなわち指示データＺ）を出力する（第４図参
照）。この指示データX,Y,Zに基づいて出力決定部（2
8）が、修正Ｄデータを出力する。ただし、出力決定部
（28）においては修正Ｄデータを出力すると同時にこの
修正Ｄデータを記憶保持しており、指示データＸに対し
ては記憶している修正Ｄデータを出力し、指示データY,
Zに対してはそれぞれ今回のＤデータに対応した修正Ｄ
データを出力する。また、（ヒステリシス相当量）は、
採用する弁（14）のもつ電気信号に対する作動量の遅れ
の主因であるヒステリシス幅に応じてその値が異なる
が、本例ではこのヒステリシス幅（電圧）の半分に設定
してある。

そして比較部（29）が修正ＤデータとＰデータを比較
して修正ＤデータがＰデータより大きいとき、“L"信号を出力し、修正ＤデータがＰデータ以下のとき“H"信号を出力する。したがって偏差が大きいと
き１周期Ｔ中における“H"信号を出力する期間ｔは短く
偏差が小さくなるにつれて“H"信号の出力する期間ｔは
長くなる。すなわち、１周期Ｔにおける出力電圧Vtは、
〔Vt＝V_CC×t/T〕であり、ｔの長さが偏差に応じて反比
例変化するため、Vtも偏差が大きいとき小さな値をと
り、偏差が小さいとき大きな値をとることとなる。

そして、トランジスタ（16）は“H"信号の出力されて
いる期間ｔの間だけオンし、冷媒流量制御弁（14）には
１秒間に期間ｔずつ1/T回だけの通電が為される。これ
は、実質的に〔Vt＝V_CC×t/T〕の電圧が冷媒流量制御弁
（14）に印加され、この電圧Vtに基づいた開度で弁が停
止することと同じである。

ただし、比較部（29）から出力される信号の周波数ｆ
（＝1/T）が、冷媒流量制御弁（14）の弁と連接するバ
ネの共振周波数f_Lと等しくなると、制御弁自体が共振し
てしまい弁としての本来の機能が果たせなくなるため、
バネの共振が起こらない範囲で、ｆをf_Lより大きい中で
もできる限りf_Lに近づけた値に設定しておく（実施例中
では120H_Zとしている）。このように設定しておくこと
で、弁に印加する電圧に対する弁のヒステリシスが小さ
くなり弁開度変更の応答性が向上する。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、温度センサと温
度設定部の信号に基づいて演算された演算値にてそのま
まパルス幅変調信号のパルス幅を決定するのではなく、
演算値の推移傾向（状況）を判断して演算値の推移傾向
に伴って決定されるヒステリシス相当量の加算若しくは
減算を行ない演算値の修正をした状態でパルス幅を決定
するようにしているため、電気信号自体がヒステリシス
を考慮したものとなり、信号変化に対してすばやい弁開
度変更を行なうことができ、弁の応答性を向上すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

各図は本発明の一実施例を示し、第１図は弁開度調整部
のブロック回路図、第２図は冷媒流量制御弁を配設した
冷媒回路図、第３図は冷媒流量制御弁の概略断面図、第
４図は修正部における動作の流れ図、第５図は比較部へ
の入力と出力の一例を示す信号波形図である。（１）……冷凍装置、（７）……蒸発器、（10），（1
1）……温度センサ、（14）……冷媒流量制御弁、（1
5）……弁開度調整部、（20）……温度設定部、（21）
……演算部、（22）……計数部、（25）……修正部、
（26A）……記憶部、（26B）……算出部、（27）……判
定部、（28）……出力決定部、（29）……比較部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を環
状に配管接続する冷凍装置において、弁と連接するバネ
に加わる力が電気信号により変化してその開度が制御さ
れれ冷媒流量制御弁と、前記冷凍装置にて冷却される室
内の温度を検知する温度センサと、所望の室内温度を設
定する温度設定部と、前記温度センサと温度設定部との
信号に基づいたパルス幅変調信号を前記制御弁に出力す
る弁開度調整部とを備え、該弁開度調整部は前記温度セ
ンサと温度設定部の信号にて演算値を出力する演算部と
前記演算値の推移傾向に伴って決定される前記制御弁の
作動ヒステリシス相当分の加減を行ない前記パルス幅変
調信号のパルス幅を修正する修正部とを設けたことを特
徴とする冷凍装置。