JPS58117967A

JPS58117967A - 冷凍サイクル制御装置

Info

Publication number: JPS58117967A
Application number: JP21305481A
Authority: JP
Inventors: 勇奥田; 中沢　昭; 松森　真人
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-12-31
Filing date: 1981-12-31
Publication date: 1983-07-13
Also published as: JPS6353454B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、冷凍サイクル制御装置に関し、熱電膨張弁等
の電気式膨張弁を用いた冷凍装置又は空調装置において
、冷凍サイクルの状態を検知し、電気式１１Ｍ弁により
冷凍サイクルをｌ＋ｔ％に制御し、かつ、急激な負荷変
動等に対する応答性を高めて最適化を図り、常に効率良
（維持することを目的とするものである。

従来より、冷凍サイクルを最適化する一手段として、蒸
発器の温度と圧縮機の吸入部の温度の差、すなわち過熱
度（スーパーヒートノを所定の値に維持しようとする方
法か採用されている。この種の制御装置として、従来、
過熱度を設定値に維持するため、その偏差の値に応じて
連続的に比例積分あるいは比例積分の微分の制御を行な
う方法が考えられている。この方法は、安定した制御状
態での特性は良好であるが、冷凍サイクルの状態変化に
対する過熱度の変化特性において、分オーダーの遅い場
合や、秒オーダーの速い場合が存在し、また膨張弁の応
答速度の問題もあり、これらの状況に対応して常に過熱
度を設定値に維持するための制御＊＊の構成は極めて困
難となっている。冷凍サイクルの負荷状態の変化等、種
々の状態に対してしばしば過熱度の制御が大きな振動現
象となり、安定な制御は実現に至っていない。

また、従来、上記の問題点を軽減するため、過熱度と設
定値を比較し、正負２つの領域で検知し、その符号に応
じて所定時間毎もしくは符号変化時に膨張弁に印加する
電圧を所定値だ番す加減算するものがあった。この方法
は、基本的にＶｉ過熱廣の制御特性は振動状態となるが
、冷凍サイクルの負荷か大きく、冷媒潴Ｍが大きい場合
には、過熱度はほぼ設定値と等しく制御できる。しかし
ながら冷凍サイクルの低負荷、すなわち冷媒流量が少な
い状況での制御は大きな振動状態となり、圧縮機への液
ハック状態に陥りゃすいものとなった。この低負荷にお
ける制御性を改善するため加減算する電圧値を小さくす
ると、負荷変動が起って過熱度か設定値より大きくずれ
た場合、その回復動作か極めて長時間となり、応答性の
面で難点を有するものとなっていた。

そこで本発明は、従来の難点を極力解消し、過熱度の制
御における安定性、応答性を高め、冷凍サイクルを最適
化し、冷凍・空調機器の効率（いわゆるＥＲＲおよび５
ＥＥＲ）の同上を連成しようとするものである。

特に本発明は、通常は膨張弁への印加電圧の変更を比較
的小さな電圧幅で行なって振動の極めて小さい安定ｆｌ
制御を行ない、また負荷ｆ＠等により過熱度が設定値に
対して大きくずれ、その状態か一定時間継続した時には
大きｆｊｔ圧幅で修正動作を行ない、通常の安定な制御
への回復を早めようとするものである。

以下、本発明の冷凍サイクル制御装置を添付図面に基づ
いて説明する。第１図は本発明に基づ（冷凍サイクル制
御装置の一実施例を示す構成図であり、図は特に冷房装
置に用いた場合を示している。ＷＳ１図に８いて、（１
）は圧縮機、（２）は凝縮器、（３）は凝縮器（２）用
の送風機、（４）は電気信号により弁開度を調節しつる
。膨張弁（ここでは熱電膨張弁とするンである。（５）
は蒸発器、（６）は蒸発器（５）用の送風機、（７）は
蒸発器（５）の入口部に設けた第１の温度センサ、（８
）は圧縮機（１）の吸入部に設けた第２の温度センサ、
（９）は温度センサ（７）及び（８）よりの湿炭信号を
入力し、膨張弁（４）に電気信号（直流電圧）を出力す
る制御回路である。膨張弁（４）はここでＩＩｉ通電閉
形の熱電膨張弁であり、膨張弁（４）へ直流電圧が加え
られると、その電圧に応じて冷媒流量が与えられるもの
である。

膨張弁（４）への印加電圧ＶＴに対する冷媒流＃Ｑの特
性例を第２図に示す。第２図中、ＱＬ及びＱＨは圧縮機
（１）を運転している場合の冷媒流ｔＱのとりつる範囲
の最小及び最大を示しており、また曲線が２通りあるの
は、ヒステリシス特性があるためである。

そこで、第１図における構成において、圧縮機（１）に
よる冷媒の圧縮作用により冷媒が凝縮器（２）、膨張弁
（４）、蒸発器（５１、圧縮機（１）の吸入部の経路で
循環し、蒸発器（５）において冷房能力を出力する。

この冷凍サイクルの動作において、理惣的にＶｉｐ発器
（５）内で蒸発した冷媒か、その出口で乾燥飽和蒸気と
なる時が最も効率的な運転状態となる。しかし実際の構
成上は、蒸発器（５）の内部及び蒸発器（５）より圧縮
機（１１の吸入部曹での冷媒配管の通路抵抗により温度
降下があり、また圧縮機（１）か冷媒のガス液混合域で
吸入して液圧縮するのを時化する（アキュムレータを設
けている場合は必らずしもそうではないが）ため、冷媒
ガスをわずか過熱した領域で動作させることが適切であ
る。そこでこのような動作状態を達成するために温度セ
ンサ（７）及び（８）の検知するそれぞれの温度の差（
これを過熱Ｙ　８Ｈとする）が、常に設定値８Ｈｄ　　
（−冷媒配管によっても異なるが例えば数ｄｅｇ　）と
なるように膨張弁（４）への印加電圧ＶＴｅ賛化し、冷
媒流量を制御するものである。

な詔過熱＆　ＳＨＦｉ、理想冷凍サイクルにおけるもの
に対して、前述のように冷媒配管の通路抵抗による温度
降下がある等、厳密な意味での過熱度（スーパーヒート
）ではないが、ここでは、第１図に示す温度センサ（７
）と（８）によって得られた値を示すものとする。

次に制御回路（９）の構成８第３図に示す。第３図にお
いて、αＧは領域判定部、αυは演算処理部、囮は信号
出力部であり、演算処理部０１１の全部及び領域判定部
αＧと信号出力部（６）との一部がマイクロコンピュー
タ（以下マイコンと称すＪ　（１３で構成されている。

領域判定部αＧはマイコンα３の一部の他、抵抗α６卵
、差動増幅器（１６１，Ｄ／Ａ変換器ａη、比較器止ま
り構成されている。信号出力部ａ２はマイコン０３の一
部の他、Ｄ／Ａ変換器弱、オペアンプ■、抵抗Ｑυ、ト
ランジスタ（乙により構成されている。

この構成において、領域判定部００の動作を説明すると
、第１の温度センサ（７）と抵抗ｌ′Ｉ４１より曹発器
（５）の入口の温度ＴＥに対応した電圧Ｖｌと、第２の
温度センサ（８）と抵抗（至）より、圧縮機（１）の入
口の温度Ｔｓに対応した電圧ｖ８が差動増幅器ＯＱに入
力される。この差動増幅器ｆ１６ｉｔｔｌｌＥＶｓとＶ
ｌｅの差を増幅して出力するもので、その出力は過熱度
ｓＨ＝’ｒＢ　−ＩＩＩ、　　に対応した値である。こ
こで過熱度の設定値をＳＨｄ　　とすると、その偏差Δ
ＳＴ（は△ＳＲ＝　ＳＨ−ＳＨｄである。今、第４図のように偏差△８Ｈの領域Ａを４領
域（Ａｔ、　Ａｚｒ　ＡＬ　Ａ４　）とするため、その
境界を△８Ｈ＝−２．５，０．＋２．５　ｄｅｇとする
。

そこでマイコンロ３により、△８Ｈ＝−２．５，０．＋
２．５ｄｅｇの３通りでそれぞれＳＨｄ＋△ＳＨのデジ
タル量をＤ／Ａ変換器０９に入力し、その出力ＳＨＲ（
＝　ＳＨｄ＋△８Ｈ）と過熱度ＳＲを比較器ａｅにより
比較することによって、その時の過熱Ｊｆ　８Ｈと設定
値ＳＨｄの差、すなわち偏差△８Ｈの領域人を判定する
ことが出来る。

第４図に示す４つの領域は、偏差△８Ｈ＝Ｏｄｅｇを中
心に正、負それぞれに対し２つづつの領域となっている
。

次に演算処理部（社）の動作を説明する。演算処理部α
Ｄは働域判定部αＧによって区分された偏差Δ８Ｈの領
域Ａにより、信号出力部（社）で出力する膨張弁（４）
への印加電圧ＶＴの値を決定するものである。

この演算処理部圓は安定制御時において領域Ａが変化（
例えばム＄からＡ４　など）した時、及び同一の領域Ａ
で所定時間Ｔｏ　（例えば２分間ンを経過する毎に、そ
れぞれの状態に対応した増減量ｅ、即ち印加電圧ｖＴを
変更するための変化量をそれまでの印加電圧ＶＴの値に
加減算し、新たに出力すべき印加電圧ｖＴの値を決定す
る。この場合の増減量Ｃは例えば次表に示す通りである
。表中の記中「Ａν」は、前回印加電圧ｖＴの変更処理
を行なった時の領域を示し、記号ｒＡｐ　Ｊ　Ｆｉ、今
回印加電圧ＶＴの変更処理を行なうべく状態の領域であ
り、Ａｙ’？ＡＰの場合は、領域Ａが変化しｙ：場合で
あり、Ａｙ＝Ａ、ｐは同一の領域Ａで所定時間Ｔ。

経過した場合である。

表の増減量ｅを具体数値で示すと、例えば次の通りであ
る。

ｅｌ−５０ｍＶ、　ｅｌ＝２５ｍＶ、　ｅｓ−７５ｍＶ
、　ｅ４−ＯｍＶ。

Ｐｓ−１００ｍＶこの増減１ｅにおいて、ｅ１１Ｆｉ偏差の符号が逆転す
る場合であり、印加電圧ｖＴの増減を逆にする。

そこで第２図に示すようなヒステ、リシスの影響を除（
ため、ｅ！１にはヒステリシス相当分（例えば７５ｍＶ
Ｊを含めている。またｅｌ及びｅｓＦｉそれぞれ偏差の
絶対値の大きさに対応するような値に選んでいる。

以上は安定制御時の場合であるか、第１図で示す送風機
（６）の風量が変更された場合など、急激な負荷変動が
あると、それにより偏差の領域がＡＩもしくはＡ４へ太
き（ずれてしまう。＝の領域からＡｓ　もしくはＡｓへ
回復するために、常に増減１１　ｅｚで所定時間’ｌ’
ａ（２分〕毎に修正動作をすると、実際に回復されるま
で極めて長い時間を要することになる。状況によっても
異なるが、例えば３０分以上も要する場合も起こりえる
。

そこで、このような状況を避けるため、この演算処理部
ｉｌｌけ、領域ＡＩもしくはＡ４となった後、一定時間
Ｔ、　（例えば４分）経過した時は、増減量ｅｌ　を十
分に大きなｅｌＩに変更（例えば２００　ｍＶ）し、所
定時間’ｒｏ　（２分）毎に加減算を行なう。

その後、領域かＡｓもしくはＡ８となった時、再び前述
の安定制御時の動作に移行する。

この動作により、過熱度ＳＨか大きくずれた場合には増
減量ｅｌを増大し、増大された＠１′により早期に安定
制御へ回復させることができる。ここで、この増減量ｅ
ｌを増大するタイミングとして、ＡｔもしくはＡ８より
ＡＩもしくはＡ４へ蚊化した時にただちに行ない、ｅｇ
の替りに、増大したｅ　ｌＪを加減算し、その後所定時
間（２分２毎に加減算することが考えられるか、この方
法をとると、短期間のみＡＩもしくはＡ４となるような
安定制御動作であっても、この増大されたｅｌ′か大き
すぎて、逆に大きな振動状態に陥いる可能性か大きいた
め、一定時間〒Ｘ（４分ンだけ余裕を与えるものである
。

なお一定時間ＴＩ＝ＴＯ（２分ンとなせは、前記の表の
増減量ｅ１の値として２００　ｍＶとすることで対応で
き、かつ一定時間ＴＸを設定する必要は特にない。この
場合は、使用対象によっては振動状態に陥いりやすい場
合もあり、安定性と応答性から適宜選択することが良い
。以上の動作により演算処理部（社）はｆｆ１１回変更
後の印加電圧をＶ’ｆｆとすると、新たな印加電圧ｖＴ
をｖＴ＝　ＶＴＦ±ｅ　（＋は加算、−ｔ［ＩＮ）として
与えるものである。

次に信号出力部α２は、演算処理部−で与えられた新し
い印加電圧ｖＴの値のディジタル信号をＤ／Ａ駿換器（
１！１に入力し、その出力電圧をオペアンプ［株］、ト
ランジスタｃ１２を用いて、膨張弁（４）に印加する。

膨張弁（４）への印加電圧ｖＴは、演算処理部αυで新
たに加減算処理が行なわれるまでの間は、常に前凹与え
られた値に維持される。以上、制御回路（９）の構成並
びに動作を説明したか、次に、この制御回路（９）を用
いて、’１１図の装置を動作させた時の過熱度の偏差Δ
ＳＨの特性例を第５図に示す。

第５図（ｉ）は冷媒流量の少ない低負荷条件で、かつ送
ｌ１ｊｉＬ機（６）の風量か最低の場合の特性である。

また第５図００において実線の特性は標準条件で、かつ
送風機（６）の風量か最大ｇよび標準の場合の特性であ
り、破線の特性は増減量ｅｌを増大する機能のない場合
の＃考特性であり、また時刻ｔ＝ｔｏは風量を最大より
棒単に変更した時刻である。ｔ２過熱度の設定値８Ｈｄ
　＝　４　ｄｅｇとした。

図より明らかなように、安定状態での偏差ΔＢＨの変化
特性は（ｉ　ｉ）の万か良く、０〕は±１　ｄｅｇ程度
のＦＲ動となっているが、（Ｉ）の場合でもこの程度に
抑えられておれば冷凍サイクル上は特に問題にならず、
効率的にもほぼ病足しえるものである。

ｔた第５ａ？Ｉ（ｉｉ）において、時刻１＝１．で負荷
変動があり、過熱度ＳＲの回復動作は、比較的にすみや
かに行なわれており、破線で示した特性、すなわち増減
量ｅｌを増大せずに一定の値で制狙１するものに比べて
、十分優れた特性となっている。

これら第５図（ｉ）、（１１）の特性を更に同上するに
は増減量ｅの値並びに所定時間Ｔｏや一定時間’１４を
変更することが考えられるか、この場合、安定性と応答
性を総合的に判断し、選定することか望ましい。

ここで前述の演算処理回路ｆａｌｌにおいて、増減蓋ｅ
６をヒステリシス相当分を加えているが、別の方法とし
て、ヒステリシス相当分の増減量をｅＯとし、印加電圧
ＶＴの増減を前回と逆方向に行なうときのみ、所定の増
減ｆｉｔ　ｅ　ｋ−ｅｏを加算するようにしても良い。

次に領域判定部ａＯｔ＆び演算処理部ｔｌｌ）の他の実
施例を説明する。第６図は領域判定部Ｏａの構成を簡素
化し、領域Ａを偏差Δ８Ｈが正、負の２つの領域、即ち
△ＳＨ＜ＯのときＡＩ　、Δ８Ｈ≦０のときＡ６として
いる。この領域ＡＩ＋Ａ・に対する増減量ｅは例えば次
の通りである。

ｅｌ−５０ｍＶ、　ｅ６”ｌｏＯｍＶ　（ヒステリシス
相当分７５ｒｎＶ含む）、所定時間ＴＯ＝２分、一定時
間ＩＩＩｘ；７分。

ただしｅｌは同一の領域でＴｘ経過後は、ｅｌ′＝２０
０ｍＶとする。

この場合、一定時間Ｔ、は第５図におシする値よりも大
きくしているか、これはｅｌを増大する動作に早く移行
しすぎると、逆に振動力１大きくなってしまうのを防止
するためである。

この第６図による特性は、Ｉ！４図に示すものに比して
一般に劣るか、領域判定部Ｑ（Ｉや演算処理部圓の構成
、処理が簡単であり、低コストイヒカＳ図れる利点はあ
る。

以上偏差の領域を５４４図では４つに区分、１４６図で
は２つに区分したか、この他、それ以外の数に区分しそ
れぞれの伸域に対応した増減１１ｅを決めることにより
、同様の動作を行なえることは明らかである。

以上本発明′に基づく冷凍サイクル制御装置を、添付図
［１ｉ１に示す実施例により説明したか、実施例の他、
以下の構成か可能である。

１）１＃センサ（７）及び（８）はそれぞれ、蒸発器（
５）の入口部より中間部までの任意の位置、蒸発器（５
）の出口部より圧縮機（１）の入口部望での任意の位Ｎ
に配置することか可能であり、それぞれの位置における
検出温１度を過熱度の関係を求め、その設定値を与えれ
ば同様の動作が可能である。

２）制御回１ｄ　＋９ｊにおいて、マイクロコンピュー
タ０濁を主体としてｆ＃匠し１こが、他のデジタル集積
回路や、アナログ回路を用いてもＳ成が可能であろう。

３）膨張弁（４１として、いわゆる熱電膨張弁を用いた
か、他の構成の電気式の膨張弁であっても同種の制御が
可能であろう。また膨張弁（４）の特性として、゛第２
図に示すように、ヒステリシス特性を有している場合に
ついて説明したが、このヒステリシス特性がほとんど無
視できるかもしくはヒステリシスがない方がより良＜、
この場合には、演算処理部圓において、ヒステリシス相
当の増減量ｅＯを与える必要がなくなり処理が簡素化さ
れる。

４）領域判定部〔αに２いて、過熱度８Ｈと比較データ
８ＨＲとを比較する構成において、比較器（濤もしくは
比較データ５ＨＲＣデイフアレンシヤルを与えるように
すれば、領域判定時の誤動作を軽減でき、確実な′判定
が可能となる。また、温度センサ（７）及び（８）の検
知する温度信号Ｔ、及びＴｓを、直接師変換器によりデ
ジタル信号に変換し、これらより領域の判定を行なって
も良く、コスト、性能等の面で使用対象に応じて選定す
ることが望ましい。

５】　第１図では冷房装置について示したが、この他ヒ
ートポンプ式冷暖房装置や、冷凍装置についても適応で
きるものである。

以上本発明の冷凍サイクル制御装置を詳細に述べたが、
本発明によれば、過熱度を設定値に維持するため、過熱
度の設定値に対する偏差を２つ以上の領域に区分し、そ
の状懇に応じて膨張弁へ電気信号を所定の増減Ｉにより
きめ細かく変更すると共に、負荷変動等に対して過熱度
が設定値より大きくずれた時は、その領域から一定時間
内に適当な領域まで回復しないことにより検知し、所定
の増減量を増大して回復動作を速めるものであり、過熱
度の制ａにおける安定性と応答性を十分向上することが
できる。これにより冷凍サイクルの効率向上、特に８Ｂ
ＥＲの向上か期待でき、省エネルギー面で極めて優れた
効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

′ｌＳ１図社本発明に基づく冷凍サイクル制御装置の一
実施例の構成図、第２図はｇＪ１図における膨張弁の特
性伊、ｇＪ３図は第１図における制御回路の構成図、第
４図Ｖｉ領域判定部の検知する領域区分の説明図、第５
図は第１図乃至第４図に示す実施例の動作特性図、第６
図社領域判定部の領域区分の他の実施例の説明図。（１）は圧縮機、（２１ｔｉ凝縮機、（４）は膨張弁、
＋５１１２蒸発器、（７）社第１の温度センサ、（８）
は第２の温度センサ、（９）は制御回路、＜ＩＧは領域
判定部、Ｉは演算処理部、＠は信号出力部、（１３はマ
イクロコンピュータ、Δ８Ｂは偏差、Ａは領域、ｅは増
減量、’ｒ（、ｈ所定時間、ＴＸは一定時間、ｖｙＦｉ
電気信号（印加電圧］である。特許出願人代理人　　　　　　’ｉ、、Ｂ弁理士　　白
木　　孝、　、：、＋、、′う゛し６１１．二゛；゛１／Ｔ　　（Ｖ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気信号により絞り量が調節可能な膨張弁と、蒸
発器の入口ないし中間部に投ｌすたｊｊｌの温度センサ
と、前記蒸発器の出口ないし圧縮機の吸入部に設けた１
！２の温度センサと、前記第１および第２の温度センサ
よりの検出温度の差を設定値に維持するように前記膨張
弁への電気信号を制御する制御回路とを設け、前記制御
回路は、前記検出温度の差の設定値に対する偏差を少な
（とも２つ以上の領域に区分する領域判定部と、前記領
域判定部で得られる領域に対応して前記電気信号の値に
所定の、増減量を加減算し、かつ所定の領域で一定時間
経過後は前記所定の増減量と増大する演算処理部と、前
記演算処理部より与えられた電気信号を前記膨膀弁へ出
力する信号出力部とを具備した冷凍サイクル制御製雪。
（２）領域判定部は偏差を正および負の２つ領域に区分
するように構成され、演算処理部は前記２つの領域でそ
わぞれ一定時間経過時に所定の増減量を増大するように
構成された特許請求の範囲第１項記載の冷凍サイクル制
御製電。
（３）領域判定部は偏差を３つ以上の領域に区分するよ
うに構成され、演算処理部は偏差の符号が正および負の
それぞれにおいて、その絶対値が最も大きい領域で一定
時間経過時に所定の増減量を増大するように構成された
特許請求の範囲第１項記載の冷凍サイクル制御装置。