JP6403692B2 - 往復圧縮機弁の動作状態確認システムおよび往復圧縮機弁の動作状態を確認するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、往復圧縮機弁の動作状態を確認するための、より詳細には、冷凍システムに使用される往復圧縮機に設けられる、電気的に作動される（金属タイプパレット）弁の動作状態を確認するためのシステムおよび方法に関する。

一般に、前記システムは、好ましくは往復圧縮機弁の動作状態を確認するための方法を行うことを可能にする往復圧縮機に既に存在する、機能部品のアセンブリに関する。

したがって、前記方法は、往復弁圧縮機の動作状態確認システムがそれによって発生される磁場の交番に基づく値の動作状態を判定することができることを含む機能ロジックに関する。

既に当業者によって知られているように、往復圧縮機は、作動流体圧力を変更し、ならびにこれを圧送することができる機械および／または装置を備える。この意味で、およびより具体的に言えば、前記往復圧縮機は、圧縮室の容積を制御可能に変更することによって作動流体圧力を変更することができ、この圧縮室は、通常、作動流体および移動するピストンを受け入れる円筒形室によって画定される。したがって、圧縮室容積は、その内部で移動するピストン変位の機能によって二者択一的に変更（減少または増加）される。作動流体の吸込および除去は、二者択一的に切り換えられるそれらの状態を有する吸入弁および排出弁によって順序正しく管理される。

また、圧縮室の内部の作動流体の（吸入）吸込ステップおよび（排出）除去ステップは、往復圧縮機の正しい作動に重大なステップであることが当業者によって知られており、これは、圧縮機性能パラメータに直接的な影響を有し、したがって、本技術は、圧縮室内部で作動流体の吸入および排出を制御することを目的としている様々な弁を備える。

冷凍システムに使用される往復圧縮機においては、特に、パレット型弁の使用に言及されるべきである。パレット型弁は、極めて在り来りであり、要するに、その端縁が（吸入または排出）オリフィスシール面である輪郭の薄い金属ブレードとシール面を弁固定点に接続する本体とを備える。

より従来の実施形態によれば、現在の吸入弁は、常閉構成を有し、それらの自動的かつ指令されない「開放」は、ピストンが上部中立点にあり下部中立点の方へ下降する場合に一意に排他的に生じることが留意され得る。そして、従来の排出弁はまた、常閉構成を有し、それらの自動的かつ指令されない「開放」は、ピストンが下部中立点から運動を始め上部中立点の方へ進む場合に一意に排他的に生じ、それにより、すなわちシリンダの内部の圧力が排出室の圧力よりも高い場合に、シリンダの内部の圧力が増加する。

これは、最も従来の実施形態によれば、現在の吸入および排出弁の操作性は、圧縮機の作動周波数に基づいており、その場合、パレットは、迅速な応答および低減された曲げ歪を与えるように設計されることを意味する。

また、動作状態が少なくとも磁場発生要素の作動によって選択的に切り換えられる、パレット型吸入および排出弁が知られている。この概念の例示的な実施形態は、ブラジル特許出願第１１０５３７９−８号明細書に開示されている。

ブラジル特許出願第１１０５３７９−８号明細書によれば、本技術は、いったん第１の動作状態において圧縮応力を与えられるとそれのそれぞれの弁に正しく位置合わせされた電気コイルの作動を通して第２の動作状態に切り換えられることができる、パレット型弁を備える往復圧縮機に適用される半指令の弁システムをさらに提供している。

また、前記システムは、吸入オリフィスおよび排出オリフィスを通過する質量の量が制御され得るように、その電気モータの動作速度を変更する必要なく圧縮機の容量を調整できるようにする。

この文献ブラジル特許出願第１１０５３７９−８号明細書に説明されている弁システムは所望の目的を達成しているが、それは吸入および排出弁の状態を確認することができる手段を備えてないということがさらに認められる。

これは、本技術から知られるそのほかの弁システムに加えて、ブラジル特許出願第１１０５３７９−８号明細書に開示されている弁システムは、弁の実際の動作状態がシステムに指令された動作状態に対応しているかどうかを確認することができない、すなわち吸入弁が実際に吸入サイクル中のサイクルにおいて開かれているかまたは閉じられているかどうかを確認することできないことを意味する。

この種の確認を行うための最も近い実施形態が、特許文献カナダ特許第２６２２０６７号明細書に見出され、これは、角移動が可能な金属構成要素がプロセッサに電気信号を発生させる磁気センサによって測定されるその移動を有する、（スクリュー圧縮機のための）システムに言及しており、この場合、金属構成要素間の距離変化が、センサで測定可能な磁場を誘導することができる。

したがって、カナダ特許第２６２２０６７号明細書によって教示される前記システムは、スクリュー圧縮機の可動構成要素の「位置」を推定することができることが留意され得る。しかしながら、これは、線形往復性能弁の動作状態の測定の仕方を教示していない。この文脈に基づいて、本発明は開発された。

ブラジル特許出願第１１０５３７９−８号明細書 カナダ特許第２６２２０６７号明細書

この方法によって、本発明の目的の１つは、簡素化された形態で、前記弁の作動中に費やされるエネルギー量を低減するようにそれによって発生される磁場を変化させることによって、少なくとも線形往復性能（金属パレット型）弁の実際の動作状態を推定することができる、往復圧縮機弁の状態確認方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、弁の不適切な開放が前記弁を破壊から保護するために検出される場合に、コイルに加えられる電流および電圧を直ちに引き下げることである。

加えて、本発明の目的はまた、往復圧縮機について既に開示されている構成要素に基づいて、往復圧縮機弁の状態確認方法を実施することができる往復圧縮機弁の状態確認システムを提供することである。

ここで開示されているこれらのおよび他の目的は、往復圧縮機弁の動作状態を確認するための本システムおよび方法によって完全に達成される。

本システム自体は、往復圧縮機の少なくとも圧縮シリンダに機能的に配置される少なくとも１つの金属弁と、少なくとも誘導構成要素と、少なくともセンサと、少なくともデータ処理コアとを備える。前記金属弁は、２つの動作状態の間で（「開」動作状態と「閉」動作状態との間で）切り換えられることができる弁を指し、半指令のパレット型弁を備える。

本発明によれば、誘導構成要素は、電磁場を誘導することができ、その強度は、金属弁の相対的近接に従って変化し、センサは、誘導構成要素によって誘導される電磁場の強度変化を少なくとも１つの電気パラメータの少なくとも１つの比例変化信号に変換することができ、データ処理コアは、前記センサによって提供される少なくとも１つの電気パラメータの変化から前記金属弁の２つの可能な動作状態の中の１つを推定することができる。

誘導構成要素は、コイルを備えることが好ましい。センサに関しては、これは、電流計（この電流計は、データ処理コアの既存のモジュールに設けられても、設けられなくてもよい）を備えることが好ましい。前記データ処理コアは、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサを備えることができる。

本発明による、往復圧縮機弁の動作状態確認方法は、上記で略述したように、往復圧縮機弁の動作状態確認システムに含まれる方法を含み、センサから電気パラメータ信号を得る少なくとも１つのステップと、センサから受信される電気パラメータ信号から誘導構成要素のインダクタンス値を推定する少なくとも１つのステップと、誘導構成要素のインダクタンス値と予め定められた値との間を比較する少なくとも１つのステップとを備え、この予め定められた値は、弁動作状態を表わし、これは、時には弁の開かれた動作状態を表わし、また時には弁の閉じられた動作状態を表わすことができる。

より詳細には、かつまた、本発明によれば、インダクタンス値は、式

によって推定され、推定されたインダクタンス値が予め定められた値ｋ１．Ｌａよりも高い場合に、弁の閉じられた動作状態の値が識別され、推定されたインダクタンス値が予め定められた値ｋ２．Ｌａよりも低い場合に、弁の開かれた動作状態の値が識別される。

任意選択的に、かつさらに本発明によれば、誘導構成要素が振幅を有する連続した電圧から成る信号によって給電される場合には、回路に含まれる電流計で測定される電流値が予め定められた値Ｉ_ｍａｘよりも高い場合に、弁の開かれた動作状態が識別され、この場合、予め定められた値Ｉ_ｍａｘは、実験的に得られる。

また、任意選択的に、かつさらに本発明によれば、誘導構成要素が振幅を有する連続した電流から成る信号によって給電される場合には、回路に含まれる電圧計で測定された電圧値が予め定められた値Ｖ_ｍｉｎよりも低い場合に、弁の開かれた動作状態が識別され、その場合、前記予め定められた値Ｖ_ｍｉｎは、実験的に得られる。

本発明は、下に列挙される図に基づき詳細に説明されるであろう。

本発明による往復圧縮機弁の動作状態確認システムの概略構成を示す図である。 監視されるべき弁コイルのための等価電気モデルを示す図である。 往復圧縮機弁の動作状態確認方法の処理ロジックの優先選択を示す図である。 弁のコイルが電圧供給される場合に、弁の不適切な開放を検出する選択を示す図である。 弁のコイルが電流供給される場合に、弁の不適切な開放を検出する選択を示す図である。

当業者によって知られているように、かつファラデーの誘導の法則によれば、誘導構成要素の変化磁界は、その端子に電圧を誘導する。

この文脈において、磁場は、いくつかの電磁的要因によって刺激される変化を受ける場合がある。

たとえば、励磁コイルは、金属体との単純な近接相互作用によってその磁場に変化を有し得る。この実施例においては、前記磁場の変化は金属本体の近接に実質的に比例することがさらに検証されている。

たとえば、ブラジル特許出願第１１０５３７９−８号明細書の実施形態に説明されているように、コイルによって発生される磁場は、金属弁の初期の動作状態を変更する原因となる。すなわち、その初期の動作状態が「常閉」である弁は、「開かれた」動作状態に切り換えられる傾向がある。この意味で、ブラジル特許出願第１１０５３７９−８号明細書は、提案された目的をすべて達成している。

それにもかかわらず、前記実施形態は、スイッチング刺激の後に、弁がその動作状態を切り換えられたかまたは切り換えられてないかどうかを確認できる手段を備えていない。

ブラジル特許出願第１１０５３７９−８号明細書においては、作動コイル（または磁場発生素子）は、「アクティブ作動」を有するのみであり、すなわち、これらは、磁場を発生させる機能を備えるのみである。したがって、言ってみれば、他のソースによって生じた磁場の計算および／または捕捉に関する機能はない。

上に挙げたファラデーの誘導の法則によれば、金属弁の移動（または非移動）は、前記コイルの磁場に少なくとも測定可能な変更を発生させる傾向があるということが起こる。したがって、前記コイルが「パッシブ」性能を有する場合は、−適切なロジックの範囲内で−推定することができ、これは、前記金属弁の動作状態であることが認められる。この前提を頼りにして、本発明は開発された。

本発明による往復圧縮機弁の動作状態確認システムの略図を示す図１によって、（一方は吸入弁であり、他方は排出弁である）２つの金属弁があり、この金属弁は、従来の往復圧縮機の圧縮シリンダ２に機能的に配置されることが認められる。往復圧縮機弁の前記動作状態確認システムは、誘導構成要素３、センサ４、およびデータ処理コア５をさらに備える。

金属弁１は、パレット型弁を備え、これは当業者によって広く知られている。

これは、前記金属弁１が、（オリフィスを通る流体の通過を可能にする）開かれた状態、および（オリフィスおよび任意の流体流れを遮断する）閉じられた動作状態という２つの動作状態のみを想定するバイナリ弁を備えることを意味する。

好ましくは、限定するものではないが、前記金属弁１は、結局、上に挙げた文献ブラジル特許出願第１１０５３７９−８号明細書に説明されているように、半指令のアセンブリに一体化され得る。それにもかかわらず、前記金属弁１はまた、完全に自動であり、その場合、それらの動作状態の間のスイッチングは、圧縮サイクルの差圧、および弁を製造する材料の強度にのみ依存する。

圧縮シリンダ２は、本質的に、従来の圧縮シリンダを備え、これは当業者によって広く知られている。

本発明の好ましい実施形態による誘導構成要素３は、コイル、およびより詳細には、既に先在するコイルを備え、これは、金属弁１のための半指令のソースとして使用される（ブラジル特許出願第１１０５３７９−８号明細書を参照されたい）。

センサ４は、電流計、およびより詳細には、データ処理コア５のモジュールのうちの１つに予め存在する電流計を備える。任意選択的に、前記センサ４は、（金属弁１の位置決め変化にさらされる場合に）誘導構成要素３によって発生される異なる電気パラメータを「読み取る」ことができることもある。

前記データ処理コア５は、往復圧縮機に予め存在するマイクロコントローラ（またはマイクロプロセッサ）を備えることができ、またその動作および機能を管理するために使用される。先に述べたように、前記データ処理コア５は少なくとも１つの電流計モジュールを備えることが好ましい。

本発明の基本的および本質的概念によれば、誘導構成要素３は、その強度が金属弁１の相対的近接に従って変化する電磁場を誘導することができることが検証される。この関係に加えて、前記誘導構成要素３は、その値が移動間隙の開放に依存するインダクタンスを有する（金属弁１）。

センサ４は、誘導構成要素３と電気的に結合し、その場合、前記センサ４は、誘導構成要素３によって誘導される電磁場の強度変化を比例変化振幅の電流に変換することができる。

センサ４によって提供される信号は、データ処理コア４に送られ、これは、判定された処理ロジックに基づき、前記金属弁１の２つの可能な動作状態の中の１つを推定することができ、その場合、前記推定は、センサ４からの電流の前記振幅変化から得る。

図２は、弁１の等価電気回路４２を示している。この種の回路は、弁の電気抵抗Ｒ、弁間隙に依存するインダクタンスＬ、および弁の移動中のインダクタンス変化によって誘導される電圧４３（Ｅ＝ｉ．ｄＬ／ｄｔ）によって構成される。コイル給電用信号６は、電圧源または電流源でであってもよい。

図３は、簡素化された形態で、弁の状態を推定するための手順のうちの１つを示している。

この図によれば、これは、好ましくは振幅Ｖの変調電圧から成る誘導構成要素の作動からの信号６、切換周期ＰＣ、および導通時間ｔ_ｃを有するパルス幅が示されている。前記切換周期ＰＣは、圧縮サイクルの周期よりも実質的に小さく、かつまた、コイル電気定数よりも実質的に小さく、その値は

によって与えられる。

したがって、また、各切換周期ＰＣが式

によってコイルインダクタンス値を推定するために使用されるので、信号６の印加から生じ、センサ４によって読み取られる信号４１がこの図に示されることができ、ここに、Ｖは、コイルへの電圧印加であり、ｄｉは、時間ｔ_ｃ内の電流変化である。

インダクタンスの推定値が式：

は弁の設計に依存する定数であり、Ｌａは前記弁が開いている場合のインダクタンス値である、を満たす場合には、この場合、弁１は、閉じられていると考えられ得る（閉じられた動作状態）。

この構成から、前記弁１が実際に閉じられた瞬間を判定することができる。

次いで、同じ方法が、弁が開く時間を判定するために使用され得る。この場合は、値が式：

ここに、

および

Ｋ１はやはり弁の設計に依存する定数である、を満たす場合には、インダクタンス値Ｌｎは、同じ式

によって計算され、この場合、弁１は、開いていると考えられ得る（開かれた動作状態）。

また、図３に示される方法は、増大した差圧を受ける場合に、その場合、不適切な摩耗を生じ、これが破壊し得る弁の打撃を回避するように弁コイル電流が直ちに停止されるような、弁１の不適切な開放を単に検出するために使用され得る。

弁の状態を判定するためのもう１つのより簡素化された方法が、図４に示されている。

この方法は、閉じられた状態から開かれた状態への１つの変化のみを判定することができ、これは、開放が検出されるとすぐコイル給電を遮断することによって弁を保護するために使用され得る。

この方法においては、弁コイルには、弁を閉じられた状態に維持するように振幅Ｖの一定電圧の形の信号６が給電される。したがって、前記コイルは、値Ｉの一定電流を有することになり、その値は、図２の回路に示されるように、コイル抵抗Ｒによって割られる印加電圧Ｖに等しいことになる（オームの法則）。この条件下の弁は閉じられた状態にあるので、インダクタンス変化が生じず、呼称４３は、ゼロになる。弁がその不適切な開放を生じる増大した差圧を受ける場合は、その開度に起因するマイナスのインダクタンス変化が、呼称４３による負の誘起電圧の上昇を招くことになる。したがって、電流Ｉの増加が、突然生じることになり、それにより、電流ピーク４４が生じる。

このピークの検出は、電流値Ｉをより高いＩｍａｘ限界値と比較することによって行われる。

弁の開放を検出するもう１つの変形が、図５に示されている。

また、この方法は、閉じられた状態の変化を判定することができるにすぎず、これは、開放が検出されるとすぐ、コイル給電を停止することによって弁を保護するために使用され得る。

この場合は、前記弁コイルには、電流定数Ｉの形の信号６が給電される。結果として、コイルは、一定電圧Ｖを有することになり、その値は、コイル抵抗Ｒによって掛けられる電流Ｉに等しい（オームの法則）。この条件下の弁は閉じられた状態にあるので、インダクタンス変化が生じず、呼称４３によって与えられる誘起電圧は、ゼロ値を有することになる。弁を不適切に開くことになる増大した差圧を弁が受ける場合は、マイナスの変化インダクタンスが、マイナスのピーク５４を生じることになるコイルに電圧Ｖの突然の低下が生じることになる。

このピークの検出は、電圧Ｖをより低い限界値Ｖｍｉｎと比較することによって行われる。

図４および図５に示されるような弁の開放を検出する方法は、そのためには、それぞれ最大および最小限界値を有する電流または電圧値を比較する回路を必要とするだけであるので、非常に容易に実施される。この趣旨で、コンパレータを有するアナログ回路のみが必要とされ、それによって、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを使用する必要性が除去される。

本発明の好ましい実施形態の開示された実施例は、その範囲が他の可能な変形を意図する解釈をもたらすことになり、この変形は、可能な等価手段がその中に含まれる特許請求の範囲の内容によってのみ限定される。

Claims (2)

1. 往復圧縮機弁の動作状態確認システムに含まれる往復圧縮機弁の動作状態確認方法にして、前記動作状態確認システムが、往復圧縮機の少なくとも圧縮シリンダ（２）に機能的に配置される少なくとも金属弁（１）、少なくとも誘導構成要素（３）、少なくともセンサ（４）、および少なくともデータ処理コア（５）を備え、前記金属弁（１）が、少なくとも２つの動作状態の間で切り換えるように構成されており、誘導構成要素（３）が、振幅（ｌ）を有する連続した電流から成る信号（６）によって給電される動作状態確認方法であって、
   センサ（４）から電気パラメータの信号を少なくとも取得するステップと、
   センサ（４）から受信された電気パラメータの信号から誘導構成要素（３）の電圧値を少なくとも測定するステップと、
   誘導構成要素（３）の電圧値を実験的に得られた予め定められた値（Ｖ_ｍｉｎ）と少なくとも比較するステップと
   を含み、
   電圧値（４５）の絶対値が実験的に得られた予め定められた値（Ｖ_ｍｉｎ）よりも低い場合に、金属弁の開かれた動作状態が識別され、
   動作状態確認方法はさらに、金属弁（１）の誘導構成要素（３）により金属弁（１）を閉じるべきときに、不適切な差圧に起因した、金属弁（１）が開いている動作状態が識別された場合に、前記誘導構成柄要素（３）への給電を遮断するステップを含むことを特徴とする、動作状態確認方法。
2. 往復圧縮機弁の動作状態確認システムに含まれる往復圧縮機弁の動作状態確認方法にして、前記動作状態確認システムが、往復圧縮機の少なくとも圧縮シリンダ（２）に機能的に配置される少なくとも金属弁（１）、少なくとも誘導構成要素（３）、少なくともセンサ（４）、および少なくともデータ処理コア（５）を備え、前記金属弁（１）が、少なくとも２つの動作状態の間で切り換えるように構成されており、誘導構成要素（３）が、振幅（Ｖ）、切換期間（ＰＣ）、および切換時間（ｔｃ）を有する連続した電圧から成る信号（６）によって給電される動作状態確認方法であって、
   センサ（４）から電気パラメータの信号を少なくとも取得するステップと、
   センサ（４）から受信された電気パラメータの信号から誘導構成要素（３）の電流を少なくとも測定するステップと、
   誘導構成要素（３）の電流値を実験的に得られた予め定められた値（ｌ_ｍａｘ）と少なくとも比較するステップと
   を含み、
   電流値（４４）が実験的に得られた予め定められた値（ｌ_ｍａｘ）よりも高い場合に、金属弁の開かれた動作状態が識別され、
   動作状態確認方法はさらに、金属弁（１）の誘導構成要素（３）により金属弁（１）を閉じるべきときに、不適切な差圧に起因した、金属弁（１）が開いている動作状態が識別された場合に、前記誘導構成柄要素（３）への給電を遮断するステップを含むことを特徴とする、動作状態確認方法。

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