JPS58127058A

JPS58127058A - 冷凍サイクル制御装置

Info

Publication number: JPS58127058A
Application number: JP1218282A
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: 1982-01-25
Filing date: 1982-01-25
Publication date: 1983-07-28
Also published as: JPH0212340B2

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】この発明は冷凍サイクルを最適化し、冷凍・空調機器の
効率の向上を図る冷凍サイクル制御装置に関するもので
ある。

従来より、電気式膨張弁を用いて、圧縮機の吸入温度と
蒸発器の入口温度との差により得られる冷凍サイクルの
過熱度を制御する方法がある。この種制御装置において
、圧縮機始動後や、急激な負荷変動があった時、過熱度
を設定値にすばやく制御しようと動作するが、この制御
動作の過程で、一旦電気的膨張弁を極端に絞り過ぎると
、冷媒の流量が極端に減少し、この結果蒸発器の入口温
度が異常に高い温度となる。そのため、過熱度が低下し
、ますます膨張弁を絞る方向となってしまい、この状態
に陥いると、容易に復帰できない。この状態では、冷凍
サイクルの効率ははなはだしく悪く、能力不足であると
ともに機器の安全性についても好ましくない。このよう
ないわば制御不能領域に陥りやすいのは蒸発器の雰囲気
が低く、正常時の膨張弁の絞り量が大きく冷媒流量の少
ない場合であるが、この他に制御装置の短期間の電気的
ノイズによる誤動作等によっても引き起される可能性が
ある。。

このような制御不能領域に陥った場合の正常復帰を図る
こと、あるいはこのような場合を未然に防止することが
必要であり、従来の試みとして、蒸発器の入口温度を検
知して、この絞り過ぎを回避しようとするものがあった
。しかし、正常な制御状態での蒸発器入口温度は蒸発器
雰囲気により変化し、雰囲気温度が高くなる程高く、こ
の絞り過ぎの起こりやすい状態、すなわち雰囲気が低い
状態での絞り過ぎ検知温度よりも高くなる。そのため、
この絞り過ぎ検知温度を一義的に設定することは困難と
なり、実使用上有効でない場合が多かった。

したがって、この発明の目的は、確実に膨張弁の絞り過
ぎを検知し、制御不能領域への移行を未然に防止し、ま
たは早期回復するようにして、冷凍サイクルの最適化を
促進し、機器の性能並ひに安全性の向上を図ることので
きる冷凍サイクル制御装置全提供することである。

この発明の一実施例を第１図ないし第５図に示す。第１
図はこの実施例の冷凍サイクル制御装置の構成図であり
、特に冷房装置に適用した場合を示している。図におい
て、１は圧縮機、２は凝縮器、５は蒸発器であり、これ
らを循環経路に設置して冷凍サイクルが構成されている
。３は凝縮器２用の送風機、４は電気信号により弁開度
を調節しうる膨張弁（ここでは熱電膨張弁とする）、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゜８よジの温度信号を
入力して膨張弁１１に電気信号（直流電圧）を出力する
制御回路である。１゜は温度センサ７の検知する温度が
所定の温度よシも高い時に高温信号を発する高温検知回
路である。

第２図は、第１図に示す膨張弁４の内部構造を示す断面
図である。第２図において、４１は膨張弁４のケース、
４２は電気ヒータ、４３．４４はバイメタルである。バ
イメタル４３．４４は一対となっており、プレート４５
によシ平行に保持されている。バイメタル４３には電気
ヒータ４２が設けられている。バイメタル４４は雰囲気
温度補正用である。４６は端子であり、制御回路９より
供給される直流電圧が接続される。４７けバイメタル４
４に連結されたスピンドルであり、４８はスピンドル４
７を上方に押し上げるばねである。４９はスピンドルの
弁座の役目をするシートである。

この膨張弁４は、電気ヒータ４２に直流電圧が供給され
るとバイメタル４３を加熱し、バイメタ（５）ル４３の変形によシ、プレート４５およびバイメタル４
４を介してスピンドル４７を下方に押し下げる。スピン
ドル４７ははね４０とバイメタル４３の応力、および冷
媒の圧力によって、直流電圧の大きさに対応した位置で
バランスされ、これによって冷媒通路の開度が与えられ
て、冷媒流量を変化させるようになる。

第２図の構造は通電閉形であり、膨張弁４に供給する直
流の印加電圧（これをＶ、とする）を高くすれば冷媒流
量（これをＱとする）を減少させ、低くすると冷媒流量
Ｑを増大させる。この印加電圧■。に対する冷媒流量Ｑ
の特性例全第３図に示す。

図中、ＱＬおよびＱＨは、圧縮機１を運転している場合
の冷媒流量Ｑの範囲の最小およ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。

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υ冷媒が凝縮器２．膨張弁４゜蒸発器５．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。この冷凍す（６）イクルの動作において、理想的には蒸発器５内で蒸発し
た冷媒が、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
の内部および蒸発器５より圧縮機１の吸入部１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が
冷媒のガス液混合域で吸入して液圧縮するの全防止する
（アキームレータを設けている場合は必ずしもそうでは
ないが）ため、冷媒ガスをわずかに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７．８の検知するそれぞれ
の温度の差（これを過熱度ＳＨとする）が常に設定値Ｓ
Ｈｄ　（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Ｖ、を変化し、
冷媒流量を制御するものである。

なお過熱度ＳＨは、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および高温検知回路１０の構成を第４図
に示す。第４図において、ｖｏｏは直流電源電圧、】］
は制御回路９の主体を構成するマイクロコンピュータ（
以下マイコンと称す）であり、１２．１３は抵抗、１４
は過熱度検知回路である。

過熱度検知回路］４は温度センサ７．８よりの温度信号
（図中の記号ＶおよびＶＳ）により、温度センサ７の検
知する温度ＴＦ、と、温度センサ８の検知する温度Ｔ８
との差、すなわち過熱度５Ｈ＝ＴＳ−’Ｔ。

を検知し、この過熱度ＳＨをマイコン１１に出力する。

１５はＤ／Ａコンバータでアカ、マイコンＩＩよりの膨
張弁４へ印加すべき電圧Ｖ、に対応するディジタル信号
全入力し、それをアナログ信号に変換する。１６はオペ
アンプ、１７は抵抗、１８けトランジスタであり、これ
らはＤ／Ａコンバーター５の出力のインピーダンスを変
換し、膨張弁４に印加電圧ＶＴを出力する駆動回路を構
成する。

このような回路構成において、過熱度検知回路１４によ
り検知された過熱度ＳＨはマイコン１１に入力され、マ
イコン１１はこの過熱度ＳＨＯ値に対応して印加電圧ｖ
Ｔの出力すべき値を演算し出力する。ここで過熱度ＳＨ
が設定値ＳＨｄよりも低ければ、過熱度ＳＨを上昇させ
るように印加電圧ｖ、全上昇し、膨張弁４の絞り量を増
大させる。過熱度ＳＨが設定値ＳＨｄよりも高くなれば
、前述とは逆に印加電圧Ｖ、を減少させる。このような
動作を繰り返して過熱度ＳＨを設定値ＳＨｄにほぼ一定
に維持するものである。

ところで、このような過熱度ＳＨを一定に維持する制御
状態より、伺らかの原因で膨張弁４の絞り量を極端に大
きく（弁開度を極めて小さく）シてしまった場合、蒸発
器５の入口温度が冷媒量不足により過熱されて上昇する
と、すなわち温度センサ７の検知する温度ＴＦ、が高く
なると、過熱度ＳＨは減少することになる。過熱度ＳＨ
が設定値ＳＨｄよＶも低くなると、前述の説明の通り、
印加電圧Ｖ、を上昇させるように動作する。したがって
、膨張弁４はますます絞られることとなり、温度Ｔユ（
９）が一層上外し、結局この状態からの離脱が困難となる。

このような制御不能領域から離脱可能な場合は圧縮機１
の吸込温度ＴＳが極めて高くなる時であるが、この場合
は、圧縮機ｌの吸入部の雰囲気等が非常に高い場合であ
って、通常は吸入部の圧力低下により吸入温度が低下す
ることから、前記の制御不能領域からの離脱は必ずしも
達成し兄ない。

この制御不能領域に陥る原因としては、圧縮機１の起動
後、冷凍サイクルがまだ安定していない状態の時や、蒸
発器５や圧縮機１の吸入部の雰囲気が低い時、あるいは
単純な制御回路９の誤動作などが上げられるが、いづれ
の場合であっても制御不能領域から離脱しうる対策を設
ける必要がある。

そこで、その対策として、蒸発器５の入口温度Ｔ８が所
定の温度Ｔ。□より高く、また膨張弁４の印加電圧Ｖが
最大値ＶＴＨとなった時に、膨張弁４が絞り過ぎである
と判定し、この時に、膨張弁４の印加電圧ｖＴを適当な
値（第３図に示すｖＴＭ　）とす（１０）れは絞り量を回復させるものである。印加電圧ＶＴ””
ＴＭとすると、冷媒流量Ｑ＝ＱＭと彦りこのとき膨張弁
４はキャピラリチー−ブと同等の働きをなし、冷凍サイ
クルを最適ではないが、比較的安全な状態に維持させる
ことができる。この状態より、正常な過熱度ＳＨの制御
に回復させるには、蒸発器５の入口温度Ｔが所定値Ｔ、
（＜Ｔ□、）より低くなったことを検知し、再び膨張弁
４の印加電圧Ｖ、の制御を行なうようにすれば良い。

ここで、蒸発器５の入口温度Ｔ８がＴ８□より高くなっ
たこと、あるいはＴＦ２より低くなったことを検知する
のが高温検知回路１０である。この高温検知回路】０は
、Ｔ８がＴＥ工以上となった時点よりＴＫ２以下になる
捷で高温信号を制御回路９に出力する。制御回路９は高
温信号を入力し、かつその時の印加電圧がＶＴ　”　ｖ
ｍａｘ　　となった時に、ｖＴ＝ｖＴＭを出力するもの
である。なお、高温検知回路１０における高温検知に関
し、Ｔ　　、Ｔ　　と２つの値ＥＩ　　　　　Ｅ２全定めているのは、ディファレンシャルを与えて、その
検知動作をより確実にするためである。また温度センサ
７の出力する温度信号は電圧ｖ８て与えられ、そのＶＦ
、は温度Ｔ８に対し、第５図のような特性で示される（
温度センサ８の温度信号についても同等）。したがって
、高温検知回路１０は、温度ＴＥ二装　’　Ｔｉに対す
る電圧ＶＥｌ　”Ｅ２　”オン点およびオフ点とするヒ
ステリシスのある比較器により容易に構成することがで
きる。

第６図は、第１図ないし第５図に示す実施例の動作特性
例である。横軸ｔは時刻を示す。時刻ｔ。

において圧縮機１が起動し、これに応じて印加電圧ｖＴ
−■Ｍ　’所定時間（例えば３分）維持して、冷凍サイ
クルの初期の不安定な状態を回避した後。

過熱度ＳＨを設定値ＳＨｄに維持する制御動作を開始す
る。ところが冷凍サイクルの応答遅れや雰囲気条件で、
時刻ｔ工でＴ、＝Ｔ、□となり、高温検知回路１０が高
温信号を出力するようになった。しかし、過熱度ＳＨを
制御するため、所定時間毎に印加電圧Ｖを上昇させるが
、その後ｔ２にｖＴ＝ｖＴＨとなった時、膨張弁４が絞
υ過ぎであることを判定し、■、＝ｖＴＭとする。これ
により温度ＴＦ、がしだいに回復し、時刻ｔ３でＴＦ、
−ＴＦ、２となった時、再び正常な過熱度制御を行ない
、過熱度ＳＨを設定値ＳＨｄにほぼ等しくなるように制
御する。このように膨張弁４の絞り過ぎ全検知し、未然
に制御不能領域での継続を解除し、安定な制御への回復
を図ることができる。

なお、前記の実施例の構成および動作に関し、絞り過ぎ
の検知は、温度ＴＦ、≧Ｔ８□でかつ印加電圧Ｖ、≧ｖ
ＴＨとなった時、直ちに絞り過ぎと判定するようになし
ているが、絞り過ぎ検知の後、印加電圧ｖＴ　””　Ｖ
ＴＭとするから、制御上は大きな変化を与えることにな
る。このため、もしこの絞り過ぎ検知が短時間のノイズ
等による誤動作で発生するようなことがあると、逆に不
都合である。したがって、より安定な制御を達成するた
めに、前記の条件、すなわちＴ、≧Ｔ８□、かつＶＴ≧
ＶＴＩｌであって、その状態が一定時間（例えば１０秒
等）継続した時、初めて絞り過ぎであると判定するよう
に構成することもできる。

壕だ、絞り過き゛検知後、正常な過熱度制御に回（１３
）復させる方法として、高温検知回路１０が高温信号を停
止したことを検知する以外に、過熱度ＳＨが所定値に達
した時、例えばＳＨ≧ＳＨｄとなった時に、正常な領域
に復帰したと判定するように構成しても良い。この方法
は、第６図に示すような特性においては回復が遅くなる
が１機器の構成や負荷条件等によっては同等もしくは、
より早く回復さぜることができる。また、高温信号が停
止するかあるいはＳＨ≧ＳＨｄ　　となるいづれか早い
時点で正常な領域に復帰したと判定するように構成して
も良く、使用対象に応じて選択しうる。

なお、前記実施例は冷房装置に適用した場合について説
明したが、この発明はこの他にヒートポンプを初め、他
の冷凍空調装置にあっても適用しうるものである。

また、膨張弁４として熱電膨張弁を用いたが、他の電気
式の膨張弁であっても同様に構成できることは明らかで
ある。この他、制御（ロ）路９の構成において異常時の
動作状態全発光ダイオード等の表示器その他により示す
ようになすことも容易に（１４）実現でき、使用対象に応じて選択すれば良い。

以上のように、この発明の冷凍サイクル制御装置は、電
気信号によりその絞り量が調節可能な膨張弁を用いて、
冷凍サイクルを過熱度制御により最適化を図るものであ
り、特にこの過熱度制御における膨張弁の絞り過ぎ時の
制御不能な状態を未然に防止して、いかなる条件下であ
っても適切な制御を継続して、制御性能を向上させるこ
とができる。これにより１機器の効率の向上を図ること
ができ、種々の冷凍空調への適応性を一層拡大すること
が可能となる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の冷凍サイクル制御装置の
構成図、第２図は第１図に示す装置の膨張弁の断面図、
第３図は第２図に示す膨張弁の特性図、第４図は第１図
における制御回路および高温検知回路の構成図、第５図
は第４図の回路の動作説明図、第６図は第１図ないし第
５図の装置の動作特性例の説明図である。１・・・圧縮機、２・・・凝縮器、４・・膨張弁、５・
・・蒸発器、７・・・第１の温度センサ、８・・第２の
温度センサ、９・・・制御回路、１ｏ・・・高温検知回
路、１１・・・マイクロコンビーータ、１４・・過熱度
検知回路、■、・・電気信号（印加電圧）代理人　弁理士官井暎夫第２図Ｔ− 第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧縮機と凝縮器と蒸発器とをこの順に循環経路に
設置してなる冷凍サイクルの前記凝縮器と蒸発器との間
に設けられて電気信号によりその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設けられた第１の
温度センサと、前記蒸発器の出口ないし前記圧縮機の吸
入部に設けられた第２の温度センサと、前記第１および
第２の温度センサからのそれぞれの温度信号の差を設定
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、前記第１の温度センサからの温度信号が所
定値以上である時に高温信号を出力する高温検知手段と
を具備し、前記制御回路は、前記高温検知手段が高温信
号を出力し、かつその時の前記電気信号が一定の値以上
である時、その後前記電気信号の値全所定値に維持する
とともに。前記高温検知手段が高温信号を停止した時点、もしくは
前記２つの温度信号の差がある値となった時点のいづれ
か一方の時点で、再び前記２つの温度信号の差を設定値
に維持する制御を行なうように構成された冷凍サイクル
制御装置。
（２）前記高温検知手段を比較器により構成するととも
に、この高温検知手段が前記第１の温度センサの温度信
号によって高温信号を出力する設定温度とこの高温信号
を停止する設定温度とに差を設けた特許請求の範囲第（
１）項記載の冷凍サイクル制御装置。