JP4714448B2 - 冷却システム用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルにおける冷却システム用制御装置、及び冷却システム用制御システムに係り、詳細には、圧縮機が始動した後、庫内温度が庫内設定温度に移行するまでの電動式膨張弁の開度を制御する冷却システム用制御装置に関する。

従来、本発明に関連する先行文献として、例えば特開平８−２８５３８３号公報（特許文献１）、特開平９−４９５５号公報（特許文献２）、特許第３０５９５３４号公報（特許文献３）、特公昭６０−５８３８４号公報（特許文献４）がある。

特許文献４は、冷凍装置は蒸発器入口部の温度センサの時間遅れを３０秒程度、蒸発器出口部の温度センサの時間遅れを６０秒程度有することを開示している。

特許文献３は、蒸発器出口部に温度センサと圧力センサとを備え、圧力センサの時間遅れが極めて小さい信号により電気式膨張弁の開度を好適に制御している。

特許文献１及び特許文献２は、蒸発器入口部と蒸発器出口部と庫内とに３つの温度センサを備えている。

特許文献２は、液バックを防止しつつ、過熱度制御と温度制御との切り替えをスムーズに行えるようにするとともに、温度状態に合わせた制御を選択して目標の庫内温度に可及的速やかに到達するよう電動式膨張弁を制御する装置を提供している。

特許文献１は、冷凍サイクルの系によって可変される値αを想定して、測定過熱度が設定過熱度＋αになるように弁開度を制御して冷凍負荷の大きな運転初期段階において冷却速度をアップでき、また、液バックの生じにくい制御装置を提供している。
特開平８−２８５３８３号公報 特開平９−４９５５号公報 特許第３０５９５３４号公報 特公昭６０−５８３８４号公報

特許文献２の従来技術は、測定過熱度と設定過熱度とを比較して電動式膨張弁の弁開度を調節して過熱度を制御する過熱度制御手段と、測定庫内温度と目標庫内温度とを比較して電動式膨張弁の弁開度を調節して庫内温度を制御する温度制御手段とを備える制御装置において、測定庫内温度と目標庫内温度との偏差、及び所定時間経過による庫内温度の温度変化量について、各々予め定めたメンバーシップ関数とファジイ制御ルールとから重み係数を算出し、前記重み係数と過熱度制御信号と温度制御信号とから電動式膨張弁の操作量を演算しているが、メンバーシップ関数やファジイ制御ルールを用いるので演算工程が余分に必要となる点、また、より多くのメモリを必要とする点で改良の余地がある。

特許文献１の従来技術は、冷凍サイクルの系によって可変される値αを想定して、測定過熱度が設定過熱度＋αになるように弁開度を制御している。前記値αは前述のように冷凍サイクルの系によって個々に異なるので冷凍サイクルの設備設置の都度、好適な値αに選択決定（変更）しなければならないので、選択決定に手間取り使い勝手（操作勝手）の点で改良の余地がある。

本発明は、上記の課題を解決し、冷凍サイクルの圧縮機始動時における信頼性を高めるとともに、冷媒の液バックを防止して冷却速度を向上させることを課題とする。

請求項１の冷却システム用制御装置は、冷凍サイクルの蒸発器の出口側及び入口側に装着した温度センサからの信号に基づいて過熱度を算出するとともに、蒸発器の出口側に設けられた圧力検出手段で蒸発圧力を検出して、蒸発圧力相当温度が庫内温度よりも所定温度低い温度に相当する蒸発圧力になるように、電動式膨張弁の開度を制御する冷却システム用制御装置において、前記蒸発圧力と前記出口側に装着した温度センサからの信号とに基づいて第２の過熱度を算出するとともに、冷凍サイクルの運転開始以後、前記算出した過熱度と第２の過熱度との差である補正値を演算・記憶し、庫内温度が−５℃以上のとき、前記蒸発圧力相当温度が庫内温度よりも所定温度低い温度に相当する蒸発圧力になるように電動式膨張弁の開度制御を行い、庫内温度が−５℃未満であって、冷凍負荷が大きい時、可変設定過熱度に前記補正値を加算した補正設定過熱度と、前記算出した過熱度との偏差がなくなるように電動式膨張弁の開度制御を行う制御工程を備えることを特徴とする。

請求項２の冷却システム用制御装置は、冷凍サイクルの蒸発器の出口側及び入口側に装着した温度センサからの信号に基づいて過熱度を算出するとともに、蒸発器の出口側に設けられた圧力検出手段で蒸発圧力を検出して、蒸発圧力相当温度が庫内温度よりも所定温度低い温度に相当する蒸発圧力になるように、電動式膨張弁の開度を制御する冷却システム用制御装置において、前記蒸発圧力と前記出口側に装着した温度センサからの信号とに基づいて第２の過熱度を算出するとともに、冷凍サイクルの運転開始以後、前記算出した過熱度と第２の過熱度との差である補正値を演算・記憶し、庫内温度が−５℃以上のとき、前記蒸発圧力相当温度が庫内温度よりも所定温度低い温度に相当する蒸発圧力になるように電動式膨張弁の開度制御を行い、庫内温度が−５℃未満であって、冷凍負荷が小さい時、固定設定過熱度に前記補正値を加算した補正設定過熱度と、前記算出した過熱度との偏差がなくなるように電動式膨張弁の開度制御を行う制御工程を備えることを特徴とする。

請求項１の冷却システム用制御装置によれば、庫内温度が−５℃以上のとき、蒸発圧力相当温度が庫内温度よりも所定温度（例えば１０℃程度）低い温度に相当する蒸発圧力になるように電動式膨張弁の開度制御を行って庫内を冷却し、庫内温度が−５℃未満のとき、算出した過熱度により電動式膨張弁の開度制御を行って庫内を冷却する。すなわち、運転初期段階など、庫内温度が−５℃以上のときは、蒸発圧力を制御して庫内温度よりも所定温度低い蒸発圧力相当温度により冷却するので開度制御の応答性が向上し冷却速度が上がる。また、庫内温度が−５℃未満のときは、温度／圧力式による第２の過熱度に比較すると温度／温度式による高精度の過熱度の制御を行うので、過熱度が付き過ぎず、液バックもなく、庫内温度も安定し、信頼性の高い制御装置を提供できる。

さらに、請求項１の冷却システム用制御装置によれば、運転開始以後、算出した過熱度ＳＨＴと第２の過熱度ＳＨＰとの差である補正値βを演算・記憶し、庫内温度が−５℃未満であって、冷凍負荷が大きい時、可変設定過熱度ＳＨ′に補正値βを加算した補正設定過熱度（ＳＨ′＋β）と、蒸発器入口側温度センサと蒸発器出口側温度センサとから演算し算出した過熱度ＳＨＴとの偏差ΔＳＨがなくなるように電動式膨張弁の開度制御（一般的にはＰＩＤ制御）を行う。すなわち、請求項６の冷却システム用制御装置によれば、多くの安価な圧力センサは庫内温度が−５℃点で過熱度の演算に支障のない精度を出力するので、圧力制御から過熱度制御にスムーズに移行でき、当該冷凍サイクルに好適な過熱度で冷却運転ができるので冷却速度が向上する。

請求項２の冷却システム用制御装置によれば、請求項１と同様に、庫内温度が−５℃以上のときは、蒸発圧力を制御して庫内温度よりも所定温度低い蒸発圧力相当温度により冷却するので開度制御の応答性が向上し冷却速度が上がる。また、庫内温度が−５℃未満のときは、温度／圧力式による第２の過熱度に比較すると温度／温度式による高精度の過熱度の制御を行うので、過熱度が付き過ぎず、液バックもなく、庫内温度も安定し、信頼性の高い制御装置を提供できる。さらに、運転開始以後、算出した過熱度ＳＨＴと第２の過熱度ＳＨＰとの差である補正値βを演算・記憶し、庫内温度が−５℃未満であって、冷凍負荷が小さい時、固定設定過熱度ＳＨに補正値βを加算した補正設定過熱度（ＳＨ＋β）と、蒸発器入口側温度センサと蒸発器出口側温度センサとから演算し算出した過熱度ＳＨＴとの偏差ΔＳＨがなくなるように電動式膨張弁の開度制御（一般的にはＰＩＤ制御）を行う。すなわち、請求項７の冷却システム用制御装置によれば、請求項６と同様に演算・記憶した補正値βを用いているので、請求項１と同様な作用効果が得られる。

請求項１の冷却システム用制御装置によれば、運転初期段階など、冷凍負荷が大きいときは、蒸発圧力を制御して庫内温度よりも所定温度低い蒸発圧力相当温度により冷却するので冷却速度が上がり、また、冷凍負荷が小さいときは、温度／温度式による過熱度の制御を行うので、過熱度が付き過ぎず、液バックもなく、庫内温度も安定し、信頼性の高い制御装置を提供できる。

さらに、請求項１の冷却システム用制御装置によれば、安価な圧力センサにより、圧力制御から過熱度制御にスムーズに移行でき、当該冷凍サイクルに好適な過熱度で冷却運転ができるので冷却速度が向上する。

請求項２の冷却システム用制御装置によれば、請求項１と同様な効果が得られる。

なお、近年、実用化が著しいインバータ式圧縮機の場合でも、本発明は蒸発器出口側の圧力を検出しているので、冷凍サイクルの系を乱すことなく安定した冷却運転ができる。庫内温度センサを設けない場合、別個に設けられる庫内用温度コントローラからの信号（伝送、あるいは通信）を授受して、好適に制御できることはいうまでもない。

次に、本発明の冷却システム用制御装置の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の冷却システム用制御装置を適用した冷凍サイクルにおける急速冷却制御装置の基本構成を示す図である。この急速冷却制御装置は、冷凍サイクルの蒸発器の出口側と入口側とにそれぞれ装着した温度センサ６，７、庫内温度センサ８及び圧力検出手段（圧力センサ、圧力スイッチ等）１０からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部９１と、Ａ／Ｄ変換部９１から出力される温度センサ６，７の温度データに基づいて過熱度を演算する過熱度演算手段９２ａ−１と、この演算した過熱度と予め設定した設定過熱度とを比較して弁開度を演算する弁開度演算手段９２ａ−２と、Ａ／Ｄ変換部９１から出力される庫内温度センサ８の温度データにより庫内の各温度における弁開度の上限値及び下限値を演算する弁開度上下限演算手段９２ａ−３と、弁開度上下限演算手段９２ａ−３により演算した弁開度の上限値及び下限値と前記弁開度演算手段９２ａ−２により演算した弁開度とを比較し、その比較結果を弁駆動部５に送出して、電動式膨張弁３を駆動させる比較手段９２ａ−４と、を備えている。なお、圧力検出手段１０は、後述の圧力センサ、圧力スイッチに対応しており、これらの要素にも符号「１０」を用いる。

図２は実施形態の冷凍サイクルと急速冷却制御装置を示す図である。図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は電動式膨張弁、４は蒸発器であり、これらは配管で環状に接続することにより冷凍サイクルを構成し、冷媒の圧縮、凝縮液化、減圧（膨張）、蒸発気化を行う周知のサイクルを形成する。５は電動式膨張弁３の開度を入力信号に応じて調整する電磁石、パルスモータなどの弁駆動部、６，７は蒸発器４の出口側と入口側の温度をそれぞれ検出する温度センサ、８は冷凍庫内の温度を検出する温度センサ、１０は蒸発器４の出口側の蒸発圧力を検出する圧力スイッチ、９は圧力スイッチ１０と温度センサ６，７及び８が接続され、その出力に基づき弁駆動部５を制御する制御部である。

制御部９は、蒸発器４の出口側と入口側の温度をそれぞれ検出する温度センサ６，７からのそれぞれの入力信号により蒸発器出口温度と冷媒温度すなわち蒸発器入口温度との差をとって過熱度（温度／温度式による算出）を演算し、この過熱度と設定過熱度とを比較して算出した偏差信号をＰＩＤ動作に従った調節信号を求め、この調節信号に基づいて操作量を出力、すなわち、電動式膨張弁３を開閉させるパルス数を弁駆動部５に与える弁開度調節信号を印加することにより、電動式膨張弁３の開度を制御し、冷凍サイクルの冷媒流量を調整する。また、圧力スイッチ１０からの入力信号により蒸発圧力を求める。また、第１実施例では、さらに圧力スイッチ１０からの入力信号と前記出口側の温度センサ６からの信号とに基づいて第２の過熱度（温度／圧力式による算出）を算出する。

図３は上記制御部９の内部構成を示し、同図において、Ａ／Ｄ変換部９１は蒸発器出口温度センサ６、入口温度センサ７、庫内温度センサ８及び圧力センサ１０からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、９２は予め定めたプログラムに従って動作するマイクロコンピュータであり、マイクロコンピュータ９２はＣＰＵ９２ａ、プログラムや各種の固定データを格納したＲＯＭ９２ｂ及び各種のデータエリアやワークエリアを有する書き換え可能なＲＡＭ９２ｃを有する。ＣＰＵ９２ａは、温度センサ６，７からの信号に基づいて過熱度を演算し、この演算した過熱度と予め設定しＲＡＭ９２ｃ中のデータエリア内に格納した設定過熱度とを比較して弁開度を演算する。また、第１実施例の制御では、温度センサ６と圧力センサ１０からの信号に基づいて第２の過熱度を演算し、過熱度と第２の過熱度との差として補正値βを演算し設定過熱度を補正値βで補正し、弁開度を演算する。そして、この演算による弁開度を弁駆動部５に送出して、電動式膨張弁３を動作させる。また、ＣＰＵ９２ａは、ＲＯＭ９２ｂ中の所定エリア内に格納した庫内温度、電動式膨張弁の能力、必要冷却能力、蒸発温度、凝縮温度などの各種設定値から、庫内の各温度における弁開度の上限値及び下限値を演算する。制御部９が電動式膨張弁３を操作して、この上限値及び下限値に達すると弁開度は上限値／下限値で制限される。

図４は庫内温度に対して演算により求められる弁開度の上限値及び下限値の変化の様子を示すグラフであり、図示グラフから判るように、曲線ａは庫内温度の低下によって上限開度が下げられていく様子を、曲線ｂは庫内温度の低下によって下限開度が下げられていく様子がそれぞれ示されている。曲線ｃは初期所定開度であり、この初期所定開度は、下限（曲線ｂ）から、この下限と上限（曲線ａ）との間隔の７０％の値となっている。庫内温度が高いとき下限開度を上げている理由は、電動式膨張弁３の閉めすぎを防止するためである。

以上説明したように、庫内温度が高いときには弁開度の上限値を低めの開度に設定し、庫内温度の低下とともに上限値を下げ、最終的には設定過熱度で運転できるようにしている。これは、急速冷却の負荷の大きな初期段階における蒸発器出口での初期過熱度が、急速冷却の負荷が小さくなる最終段階での最終過熱度に比べて大きいという特性を利用したのであり、冷却初期にはやや過熱気味の運転となるが、液量過多による弁閉動作を防止することができるので、無駄な操作がなくなり、結果的に冷却速度をアップして最終的な冷却温度を得るための時間を短縮することができる（液量過多になると弁の開閉を繰り返すので遅くなる。）。

以上概略説明した動作の詳細を、ＲＯＭ９２ｂに格納したプログラムに従ってＣＰＵ９２ａが行う処理を示すフローチャートを参照して以下説明する。図５は第１参考例のフローチャートであり、この第１参考例では、ＣＰＵ９２ａは電源の投入によって動作を開始し、その最初のステップＳ１において初期設定を行う。この初期設定は、ＲＯＭ９２ｂに格納されている庫内温度、電動式膨張弁の能力、必要冷却能力、蒸発温度、凝縮温度、過冷却度、設定過熱度の値ＳＨなどの各種設定値をＲＡＭ９２ｃ内の所定のエリアに書き込むことによって行われる。ステップＳ２では、図示しない起動スイッチの操作による起動信号があるか否かを判定し、この判定がＹＥＳになるのを待つ。起動信号があるとステップＳ３で弁初期開度運転を行って、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、圧力センサ１０からの信号を読み込み、Ａ／Ｄ変換して蒸発器出口圧力ＰＧ、蒸発圧力相当温度ＳＰＧを演算し、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、温度センサ６，７，８からの信号を読み込み、Ａ／Ｄ変換して温度データＳＧ（蒸発器出口温度）、ＳＬ（蒸発器入口温度）、ＳＲ（庫内温度）とする。次に、ステップＳ６で、過熱度ＳＨＴを式ＳＨＴ＝ＳＧ−ＳＬにより演算する。このステップＳ６の処理により、ＣＰＵ９２ａは蒸発器４の出口及び入口の冷媒配管に装着した温度センサ６，７からの信号に基づいて過熱度を演算する過熱度演算手段９２ａ−１として機能している。次に、ステップＳ７で、第２の過熱度ＳＨＰを式ＳＨＰ＝ＳＧ−ＳＰＧにより演算し、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、「冷凍負荷が大きいか／小さいか」を判定する。現在の庫内温度ＳＲと設定庫内温度ＳＲＳとの差が１５℃以上である時、判定はＹＥＳとなりステップＳ９に進み、１５℃未満の時、判定はＮＯとなりステップＳ１３に進む。ステップＳ９では、冷凍負荷が大きいので、蒸発圧力を検出して庫内温度ＳＲよりも１０℃（所定温度）低い蒸発圧力相当温度ＳＰＧ′を求め、ステップＳ１０で、蒸発圧力相当温度ＳＰＧ′と所定の関数ｆから、蒸発圧力ＰＧ′＝ｆ（ＳＰＧ′）を演算する。次に、ステップＳ１１で、“ＰＧ′←ＰＧ”となるような電動式膨張弁３の操作量を演算してＲＡＭ９２ｃに蓄え、ステップＳ１２に進む。そして、ステップＳ１２で、“２５℃≧ＳＨＴ≧５℃と”となるような電動式膨張弁３の操作量を演算してＲＡＭ９２ｃに蓄え、ステップＳ１５に進む。

一方、ステップＳ８で現在の庫内温度ＳＲと設定庫内温度ＳＲＳとの差が１５℃未満の時、ステップＳ１３で、過熱度と設定過熱度との差である過熱度偏差ΔＳＨを式ΔＳＨ＝ＳＨＴ−ＳＨにより演算する。そして、ステップＳ１４では、“０←ΔＳＨ”となるような電動式膨張弁３の操作量を演算してＲＡＭ９２ｃに蓄え、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、“ＰＧ≦ＰＧＭ（所定の蒸発圧力）”となるような電動式膨張弁３の操作量を演算してＲＡＭ９２ｃに蓄え、ステップＳ１６で、ＲＡＭ９２ｃに蓄えられた弁の操作量に基づいて電動式膨張弁３の開閉操作を行い、ステップＳ４に戻る。ここで、ステップＳ４が別個の割込み処理にて処理される場合は、破線のようにステップＳ５に戻ることもある。

図６は第１参考例の制御に対応する温度変化と過熱度変化の説明図であり、図６(a) に庫内温度の状態を示したように、庫内温度が３０℃近傍から−１５℃までの範囲が「冷凍負荷が大」であり、庫内温度が−１５℃未満の範囲が「冷凍負荷が小」である。「冷凍負荷が大」のときは、圧力相当温度ＳＰＧ′は庫内温度ＳＲより１０℃低い温度で下がっていく。図６(b) の過熱度の状態を示したように、「冷凍負荷が大」のときは、圧力相当温度制御域（ステップＳ９〜ステップＳ１２）であり、過熱度ＳＨＴは変動しながら下がっていく。「冷凍負荷が小」となると、ＰＩ制御域（ステップＳ１３，Ｓ１４）となり、過熱度偏差ΔＳＨ（斜線部）が“０”となるように制御し、過熱度ＳＨＴが設定過熱度になる。

図７は第１実施例のフローチャートであり、この第１実施例のステップＳ２１〜ステップＳ２７は第１参考例のステップＳ１〜ステップＳ７と同じであり、説明を省略する。ステップＳ２７の処理が終了すると、ステップＳ２８で、庫内温度ＳＲにより設定過熱度ＳＨの補正演算を行って補正設定過熱度ＳＨ′とする。次に、ステップＳ２９で、「冷凍負荷が大きいか／小さいか」を判定する。現在の庫内温度ＳＲが−５℃以上である時、判定はＹＥＳとなりステップＳ３０に進み、５℃未満の時、判定はＮＯとなりステップＳ３４に進む。

ステップＳ３０では、冷凍負荷が大きいので、このステップＳ３０〜ステップＳ３２で第１参考例のステップＳ９〜１１と同じ処理を行って、蒸発圧力相当温度ＳＰＧ′、蒸発圧力ＰＧ′を演算し、“ＰＧ′←ＰＧ”となるような電動式膨張弁３の操作量を演算してＲＡＭ９２ｃに蓄え、ステップＳ３３に進む。そして、ステップＳ３３で、過熱度のズレβ（補正値）を式β＝ＳＨＴ−ＳＨＰにより演算・記憶し、ステップＳ３８に進む。

一方、ステップＳ２９で現在の庫内温度ＳＲが−５℃未満の時、ステップＳ３４で、さらに「冷凍負荷が大きいか／小さいか」を判定する。現在の庫内温度ＳＲと設定庫内温度ＳＲＳとの差が２０℃以上である時、判定はＹＥＳとなりステップＳ３５に進み、２０℃未満の時、判定はＮＯとなりステップＳ３６に進む。ステップＳ３５では、冷凍負荷が大きいので、補正過熱度偏差ΔＳＨを式ΔＳＨ＝ＳＨＴ−（ＳＨ′＋β）により演算し、ステップＳ３７に進む。ステップＳ３６では、冷凍負荷が小さいので、補正過熱度偏差ΔＳＨを式ΔＳＨ＝ＳＨＴ−（ＳＨ＋β）により演算し、ステップＳ３７に進む。

ステップＳ３７〜ステップＳ３９の処理は、第１参考例のステップＳ１４〜１６と同じであり、“０←ΔＳＨ”となるような電動式膨張弁３の操作量を演算してＲＡＭ９２ｃに蓄え、“ＰＧ≦ＰＧＭ”となるような電動式膨張弁３の操作量を演算してＲＡＭ９２ｃに蓄え、ＲＡＭ９２ｃに蓄えられた弁の操作量に基づいて電動式膨張弁３の開閉操作を行い、ステップＳ２４に戻る。この第１実施例でも、ステップＳ２４，Ｓ２５が別個の割込み処理にて処理される場合は、破線のようにステップＳ２６に戻ることもある。

以上の処理で、ステップＳ３０〜ステップＳ３２、ステップＳ３４→Ｓ３６が請求項２の処理に対応し、ステップＳ３４→Ｓ３５→Ｓ３７が請求項１の処理に対応している。

図８は第１実施例の制御に対応する温度変化と過熱度変化の説明図であり、図８(a) に庫内温度の状態を示したように、庫内温度が−５℃以上のとき（負荷が大きい時）、第２の過熱度により電動式膨張弁の開度制御を行い、庫内温度が−５℃未満のとき、過熱度により電動式膨張弁の開度制御を行う。庫内温度が−５℃以上のとき、図８(b) の第２の過熱度の状態を示したように第２の過熱度ＳＨＰは可変設定過熱度ＳＨ′になるように電動式膨張弁の開度制御が行われる。庫内温度が−５℃未満のとき、図８(c) の過熱度の状態を示したように、例えば、設定庫内温度が−６０℃の場合、庫内温度が−５℃未満〜−４０℃以上のとき、過熱度ＳＨＴは可変設定過熱度ＳＨ′に過熱度のズレβを加算した値（ＳＨ′＋β）になるように電動式膨張弁の開度制御が行われる。以上の説明で、庫内温度が−４０℃以上のとき、設定過熱度ＳＨ′は庫内温度により値が可変する「可変設定過熱度ＳＨ′」としている。なお、図８(b) の第２の過熱度ＳＨＰの曲線は圧力検出手段の確度（精度）がマイナス側にある場合を示している。確度（精度）が±０の場合、第２の過熱度ＳＨＰは可変設定過熱度ＳＨ′及び固定設定過熱度ＳＨに対して振れることはいうまでもない。

図９は第２実施例のフローチャートであり、この第２実施例は第１実施例のステップＳ３０〜ステップＳ３２の代わりにステップＳ４１，ステップＳ４２を実行する例であり、第１実施例と同じ処理（ステップＳ２８，Ｓ２９，Ｓ３３，Ｓ３４，Ｓ３８）は同ステップ番号とする。ステップＳ２９で、現在の庫内温度ＳＲが−５℃以上である時（負荷が大きい時）、ステップＳ４１で、補正過熱度偏差ΔＳＨを式ΔＳＨ＝ＳＨＰ−ＳＨ′により演算し、ステップＳ４２で、“０←ΔＳＨ”となるような電動式膨張弁３の操作量を演算してＲＡＭ９２ｃに蓄え、ステップＳ３３で、過熱度のズレβ＝ＳＨＴ−ＳＨＰを演算・記憶し、ステップＳ３８に進む。

図１０は第２参考例における圧力検出手段としての圧力スイッチ１０のブロック図、図
１１は第２参考例の冷却システム用制御システムの構成図である。この第２参考例では、１台の圧縮機１、１台の凝縮器２に対して、４台の蒸発器４１〜４４とそれに対応する電動式膨張弁３１〜３４とにより冷凍サイクルが構成されている。各蒸発器４１〜４４には、それぞれ参考例の冷却システム用制御装置９１〜９４が接続されている。なお、以下、冷却システム用制御装置を適宜「制御装置」ともいう。各制御装置９１〜９４には、蒸発器４１〜４４の出口側の温度センサ６１〜６４と入口側の温度センサ７１〜７４が接続されている。また、各制御装置９１〜９４の内の親機としての制御装置９１はパーソナルコンピュータ１００に接続されるとともに、この親機の制御装置９１には庫内温度センサ８が接続されている。圧縮機１と凝縮器２との間には高圧圧力スイッチ１１が接続され、蒸発器４１〜４４の出口側には圧力スイッチ１０が接続されており、この圧力スイッチ１０と各制御装置９１〜９４は通信端子を介して通信ケーブル２００で接続されている。また、親機の制御装置９１と圧力スイッチ１０の通信端子には終端抵抗Ｒが接続されている。なお、図に破線で示したように、蒸発器４１〜４４の出口側及び入口側の温度センサ６１〜６４，７１〜７４は、親機の制御装置９１だけに接続されてもよい。なお、電動式膨張弁駆動部５１〜５４は、制御装置９１〜９４の信号を受けて電動式膨張弁３１〜３４を開閉操作し、弁開度を制御する弁駆動部である。広義では、電動式膨張弁３１〜３４に包含されるものである。また、図において圧力スイッチ１０は、冷凍サイクルの配管中と通信線接続中との２箇所に図示してあるが、この圧力スイッチ１０は同じ位置に設置される１つのものである。

図１０に示すように、圧力スイッチ１０は、マイコン１０ａ、ＲＡＭ１０ｂ、ＲＯＭ１０ｃ、ＥＥＰＲＯＭ１０ｄ、通信インタフェース１０ｅ、入出力インタフェース１０ｆ、圧力センサ１０ｇ、操作スイッチ１０ｈ、リレー駆動回路及び出力リレー１０ｉ、デジタル表示器１０ｊ、電源回路１０ｋを備えている。マイコン１０ａは、圧力スイッチ１０全体の制御を行い、操作スイッチ１０ｈによる各種の設定値の入力操作、各種演算処理、通信インタフェース１０ｅを介して制御装置９１〜９４等との間で通信データの授受を行う。デジタル表示器１０ｊは７セグメントＬＥＤ素子を４桁備えており、この７セグメントＬＥＤ素子は青色ＬＥＤで構成されている。なお、青色ＬＥＤによる７セグメントＬＥＤ素子は圧力スイッチに限らず、本発明の制御装置などに広く用いられることはいうまでもない。

ここで、ＭＯＰ及び低圧カットについて説明する。ＭＯＰ（Maximum Operating Pressure）とは、元々温度式膨張弁の機能である。ＭＯＰの規制の結果、圧縮機始動時の液戻り防止、圧縮機モータの過負荷防止が可能となる。一般的にいう、ハイ・リミットの機能である。低圧カットは低圧側圧力スイッチの主たる機能である。膨張弁、蒸発器など冷凍サイクルに異常が発生して冷媒が流れなくなると低圧側圧力が下がるので、そのとき低圧カットが作用して冷凍サイクルを保護する。一般的にいう、ロー・リミットの機能である。操作スイッチ１０ｈからは、冷凍サイクルにおけるＭＯＰ設定値、低圧カット設定値が入力設定され、これらの設定値はＥＥＰＲＯＭ１０ｄに記憶される。そして、圧力スイッチ１０からこれらの設定値と、検出圧力データが制御装置９１〜９４に送信され、制御装置９１〜９４で、これらの設定値と検出圧力データに基づいて各制御装置９１〜９４に対応する電動式膨張弁３１〜３４の開度が制御される。このとき、各制御装置９１〜９４は、検出圧力データによる検出圧力が、ＭＯＰ設定値＞検出圧力＞低圧カット設定値となるように弁開度を制御する。

また、検出圧力データはデジタル表示器１０ｊに表示される。このとき、低圧の圧力データは青色で表示される。これにより、例えば緑色で表示するよりも、視認性が良くなり、峻別がきわめて容易になる。

図１２及び図１３は第２参考例の各制御装置９１〜９４における制御のフローチャートであり、各制御装置９１〜９４の制御動作について説明する。なお、制御装置９１〜９４において、親機である制御装置９１は「アドレス１」、子機である制御装置９２〜９４は「アドレス２〜４」に設定されている。電源の投入によって動作を開始し、ステップＳ５１で初期設定を行い、ステップＳ５２で冷凍サイクルが起動されるのを監視し、起動されるとステップＳ５３で弁初期開度運転を行ってステップＳ５４に進む。

ステップＳ５４では、アドレスは“１”であるか（親機であるか）を判断し、ＹＥＳであればステップＳ５５，Ｓ５６を介してステップＳ５９に進み、ＮＯであればステップＳ５７，Ｓ５８を介してステップＳ５９に進む。ステップＳ５５では親機から子機へのデータの送信を行い、ステップＳ５６では親機が子機からのデータを受信する。ステップＳ５７では子機が親機からのデータを受信し、ステップＳ５８では子機から親機へのデータの送信を行う。

ステップＳ５９ではデータの比較格納処理を行い、ステップＳ６０で圧力に関わるデータすなわち蒸発器出口圧力ＰＧ、蒸発圧力相当温度ＳＰＧを演算し、ステップＳ６１に進む。ステップＳ６１では、温度に関わるデータすなわち温度センサ８あるいは受信した信号を読み込み、Ａ／Ｄ変換して温度データＳＧ（蒸発器出口温度）、ＳＲ（庫内温度）、ＳＬ（蒸発器入口温度）とする。次に、ステップＳ６２で、過熱度ＳＨＴを式ＳＨＴ＝ＳＧ−ＳＬにより演算し、ステップＳ６３で、第２の過熱度ＳＨＰを式ＳＨＰ＝ＳＧ−ＳＰＧにより演算し、ステップＳ６４に進む。そして、ステップＳ６４で、過熱度のズレβ（補正値）を式β＝ＳＨＴ−ＳＨＰにより演算・記憶し、図１３のステップＳ６５に進む。

ステップＳ６５では、「冷凍負荷が大きいか／小さいか」を判定する。現在の庫内温度ＳＲが−５℃以上である時（冷凍負荷が大きいので）、判定はＹＥＳとなり、ステップＳ６６で、第２の過熱度と設定過熱度との差である過熱度偏差ΔＳＨを式ΔＳＨ＝ＳＨＰ−ＳＨにより演算し、ステップＳ６８に進む。一方、５℃未満の時（冷凍負荷が小さいので）、判定はＮＯとなり、ステップＳ６７で、補正過熱度偏差ΔＳＨを式ΔＳＨ＝ＳＨＴ−（ＳＨ＋β）により演算し、ステップＳ６８に進む。

ステップＳ６８では、“０←ΔＳＨ”となるような電動式膨張弁３の操作量Ｍ１を演算してＲＡＭに蓄え、ステップＳ６９に進む。ステップＳ６９では“ＰＧ≦ＰＧＭ”であるか、すなわち蒸発圧力がＭＯＰ設定値以下であるか否かを判定する。判定がＹＥＳであればステップＳ７１に進み、判定がＮＯであればステップＳ７０で、“ＰＧ≦ＰＧＭ”となるような電動式膨張弁３の操作量Ｍ２を演算してＲＡＭに蓄え、ステップＳ７１に進む。ステップＳ７１では、“ＰＧ≧ＰＧＬ”であるか、すなわち蒸発圧力が低圧カット設定値以上であるか否かを判定する。判定がＹＥＳであればステップＳ７３に進み、判定がＮＯであればステップＳ７２で、“ＰＧ≧ＰＧＭ”となるような電動式膨張弁３の操作量Ｍ３を演算してＲＡＭに蓄え、ステップＳ７３に進む。そして、ステップＳ７３で、操作量Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を加算して電動式膨張弁３の操作量ＭとしてＲＡＭに蓄え、ステップＳ７４で、ＲＡＭに蓄えられた弁の操作量Ｍに基づいて電動式膨張弁３の開閉操作を行い、ステップＳ５４に戻る。

本発明による実施形態の冷却システム用制御装置を適用した冷凍サイクルにおける急速冷却制御装置の基本構成を示す図である。 実施形態の冷凍サイクルと急速冷却制御装置を示す図である。 実施形態における制御部の内部構成を示す図である。 実施形態における弁開度の上限値、下限値及び初期所定開度の変化の様子を示す図である。 実施形態における第１参考例のフローチャートである。 実施形態における第１参考例の制御に対応する温度変化と過熱度変化の説明図である。 実施形態における第１実施例のフローチャートである。 実施形態における第１実施例の制御に対応する温度変化と過熱度変化の説明図である。 実施形態における第２実施例のフローチャートである。 第２参考例における圧力スイッチのブロック図である。 第２参考例における冷却システム用制御システムの構成図である。 実施形態における第２参考例のフローチャートの一部である。 実施形態における第２参考例のフローチャートの他の一部である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 電動式膨張弁
４ 蒸発器
５ 弁駆動部
６ 蒸発器出口温度センサ
７ 蒸発器入口温度センサ
８ 庫内温度センサ
１０ 圧力検出手段（圧力スイッチ）
９２ａ−１ 過熱度演算手段（ＣＰＵ）
９２ａ−２ 弁開度演算手段（ＣＰＵ）
９２ａ−３ 弁開度上下限演算手段（ＣＰＵ）
９２ａ−４ 比較手段（ＣＰＵ）

Claims (2)

1. 冷凍サイクルの蒸発器の出口側及び入口側に装着した温度センサからの信号に基づいて過熱度を算出するとともに、蒸発器の出口側に設けられた圧力検出手段で蒸発圧力を検出して、蒸発圧力相当温度が庫内温度よりも所定温度低い温度に相当する蒸発圧力になるように、電動式膨張弁の開度を制御する冷却システム用制御装置において、
   前記蒸発圧力と前記出口側に装着した温度センサからの信号とに基づいて第２の過熱度を算出するとともに、冷凍サイクルの運転開始以後、前記算出した過熱度と第２の過熱度との差である補正値を演算・記憶し、
   庫内温度が−５℃以上のとき、前記蒸発圧力相当温度が庫内温度よりも所定温度低い温度に相当する蒸発圧力になるように電動式膨張弁の開度制御を行い、
   庫内温度が−５℃未満であって、冷凍負荷が大きい時、可変設定過熱度に前記補正値を加算した補正設定過熱度と、前記算出した過熱度との偏差がなくなるように電動式膨張弁の開度制御を行う制御工程を備える
   ことを特徴とする冷却システム用制御装置。
2. 冷凍サイクルの蒸発器の出口側及び入口側に装着した温度センサからの信号に基づいて過熱度を算出するとともに、蒸発器の出口側に設けられた圧力検出手段で蒸発圧力を検出して、蒸発圧力相当温度が庫内温度よりも所定温度低い温度に相当する蒸発圧力になるように、電動式膨張弁の開度を制御する冷却システム用制御装置において、
   前記蒸発圧力と前記出口側に装着した温度センサからの信号とに基づいて第２の過熱度を算出するとともに、冷凍サイクルの運転開始以後、前記算出した過熱度と第２の過熱度との差である補正値を演算・記憶し、
   庫内温度が−５℃以上のとき、前記蒸発圧力相当温度が庫内温度よりも所定温度低い温度に相当する蒸発圧力になるように電動式膨張弁の開度制御を行い、
   庫内温度が−５℃未満であって、冷凍負荷が小さい時、固定設定過熱度に前記補正値を加算した補正設定過熱度と、前記算出した過熱度との偏差がなくなるように電動式膨張弁の開度制御を行う制御工程を備える
   ことを特徴とする冷却システム用制御装置。

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