JPS60196570A - 冷媒流量制御装置 - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は空気調和機、冷凍・冷蔵庫、冷凍・冷蔵ショー
ケース等の冷凍装置に適用される冷媒流量制御装置に関
する。

（ロ）従来技術 特公昭５８−４７６２８号公報ＣＩＰＣ，Ｆ２５Ｂ４１
１０６）、刊行物「冷凍」の第５６巻第６４１号（昭和
５６年３月号）第６０頁〜第６４頁には、電動弁の１種
である熱電式膨張弁を使用した冷媒流量制御装置が示さ
れている。かへる冷媒流量制御装置によれば、蒸発器の
入口部乃至中間部に設けた第１の温度センサと、蒸発器
の出口部に設けた第２の温度センサとからの各々の電気
信号の差に応じて電動弁の弁開度を制御する電気信号を
出力して前記電気信号の差を一定に保ち、蒸発器の過熱
度制御な略一定に保つ冷媒流量制御が行なわれている。

（ハ）発明の目的 本発明は従来技術で行なっていた電動弁による過熱度制
御に加え、電動弁によって被冷却空間の温度制御をも行
なうことを目的とする。

に）発明の構成 被冷却空間に配置された蒸発器に減圧液冷媒を供給する
電動弁と、予じめ設定された設定過熱度と、前記蒸発器
から得られた測定過熱度とを比較した値を偏差修正し、
且つこの修正値を保存する内部アルゴリズム部と、この
内部アルゴリズム部からの信号により電動弁を弁開させ
、前記、蒸発器の過熱度を制御する弁駆動部と、予じめ
設定された設定温度と、前記被冷却空間から得られた測
定温度とを比較した値に基づいて前記電動弁を弁閉させ
、前記被冷却空間の温度を制御する弁全閉信号発生部と
を具備してなる冷媒流量制御装置。

（ホ）発明の実施例 以下図面に基づいて本発明の詳細な説明するへ、ｔａ１
図（１）は冷凍装置を示し、この冷凍装置は、ハ １１！、ｉ冷媒圧縮機（２）、凝縮器（３）、電動弁（
４）、蒸発器ン′ （５）を配、管で環状に接続することにより構成され、
冷媒を圧縮、凝縮液化、減圧（膨張）、蒸発気化させる
周知のサイクルを形成する。一点鎖線で囲まれる（６）
は前記蒸発器で熱交換された冷気で冷却される被冷却空
間で、蒸発器（５）からの供給される供給冷気（Ａ１）
と、蒸発器（５）に帰還する帰還冷気（Ａ２）とを強制
循環させる送風機（７）を備えている。

（８）は前記電動弁の開閉動作を制御する制御器で、こ
の制御器は第２図に示す如く、目標値となる設定過熱度
とフィードバック信号とを比較する第１比較部（９）と
、調節部となる内部アルゴリズム部α■と、操作部とな
る弁駆動部（１１）と、蒸発器（５）の温度を検出する
蒸発器温度測定部α２と、被冷却空間（６）の温度を検
出する被冷却空間温度測定部０国と、設定温度と被冷却
空間温度とを比較する第２比較部Ｑ４１と、弁全閉信号
発生部（ＬＳＩとからなるものである。

この制御器には、蒸発器入口温度測定用の第１センサＱ
６）と、蒸発器出口温度測定用の第２センサαηと、供
給冷気温度測定用の第３センサ（１ｇｌと、帰還冷気温
度測定用の第４センサα９と、電動弁（４）とが各信号
ライン■〜（財）を介して接続されている。

前記電動弁として本発明では第３図に示すパルス駆動式
膨張弁を用いており、該弁はコイル（ハ）、ロータ（２
６）、ギヤー罰、駆動シャフト（ハ）からなるパルスモ
ータ−翰と、前記駆動シャフトにて押圧される弁部（至
）、ベローズＣ３１）、冷媒入口管０２、冷媒出口管（
ハ）からなる弁本体（ホ））とにより構成されており、
前記弁駆動部からの弁開度調節信号（パルス信号）によ
って適当な過熱度を維持するようにパルスモータ−Ｑ傷
を駆動する。又、パルスモータ−（イ）の回転力は、駆
動シャフト（ハ）の上下運動に変換され、弁開度を調節
する。

次に電動弁（４）の開閉動作について説明する。尚第２
図において（ＳＨ８）は予じめ設定された設定過熱度、
（ＳＨ）は蒸発器出口温度（ＳＴ）−蒸発器入口乃至中
間の冷媒温度、即ち蒸発温度（ＥＴ）から算出される測
定過熱度、（ＤＶ）は〔制御量＝（ＳＨ））−（目標値
＝（ＳＨ８）：］から算出される偏差信号、（Ｈ８Ｓ）
はＰＩＤ（ｆ、例積分微分）動作に従って偏差修正を行
なう調節信号、（ＢＫＣ）はこの調節信号に基づいて操
作量を制御即ち電動弁（４）を開放させるパルス数を与
える弁開度調節信号、（ＧＡ　）は電動弁（４）で減圧
され制御量となる冷媒流量、（ＤＴ）は凝縮圧力の変化
、供給冷気（Ａ１）と帰還冷気（Ａ２）との温度差及び
エンタルビイ差等蒸発器（５）に対する外乱である。

まず、圧縮機（２）への冷媒の液戻り所謂液パツクを発
生させない過熱度制御、即ち弁開動作について説明する
。

いま、設定過熱度（ＳＨ８）Ｙ５℃とした場合、この設
定過熱度（ＳＨ８）と、蒸発器温度測定部（１２１ρ）
ｈの測定過熱度（ＳＨ）とを第１比較部（９）で比較し
てその偏差信号（ＤＶ）を内部アルゴリズム部００１に
入力し、この内部アルゴリズム部で偏差修正を行ない弁
駆動部Ｑｌ）に調節信号（Ｈ８Ｓ）を入力する。弁駆動
部０υは、調節信号（Ｈ８Ｓ）に基づき設定過熱度（Ｓ
Ｈ８）の５℃との偏差に応じた弁開度調節信号（ＢＫＣ
）を電動弁（４）に対して継続して与え、即ち種々のパ
ラメータとなる外乱（ＤＴ）を内部アルゴリズム部ａα
で排除して収斂したパルス信号を電動弁（４）に与え、
弁開度→開口面積→冷媒流量（ＧＡ　）の増減という機
械作用によって設定過熱度（ＳＨ８）の５℃に冷媒流量
（ＧＡ）を保つべく適切な弁開度を維持する。この結果
、被冷却空間（６）の測定温度（Ｔ、）が設定温度（Ｔ
ハに到達する。この過熱度制御による電動弁（４）の動
作は第４図のτＯ〜τ１の時間に行なわれ、この間の弁
開度調節は不定階段形になる。

次に、一般にサーモサイクルと称される被冷却空間（６
）の温度制御、即ち弁閉動作について説明する。

尚、第２図において測定温度（Ｔ、）は供給冷気（Ａ１
）及び帰還冷気（Ａ２）の両温度の平均値で算出され、
第２比較部ａ１で設定温度（Ｔ、）と比較される。この
第２比較部において、（Ｔつ）＞（Ｔ、）の温度信号が
出力された場合、即ち測定温度（−）が設定温度（Ｔ、
）より高い場合には、上記した過熱度制御が行なわれ、
（ＴＭ）≦（Ｔ、）の温度信号が出力された場合、即ち
測定温度（Ｔ１）が設定温度（Ｔ１）より低い場合及び
等しい場合には、被冷却空間（６）の温度制御が行なわ
れる。

第４図の時刻τ、において、被冷却空間（６）の測定温
度（Ｔつ）が設定温度（Ｔ、）に到達すると、第２比較
部α力から（Ｔ１）≦（Ｔ８）の信号が弁全閉信号発生
部（１５１に入力され、この弁全閉信号発生部から弁閉
信号（ＢＰ）が弁駆動部（１１）に出力され、電動弁（
４）は全閉状態になり、蒸発器（５）への冷媒供給は停
止される。この全閉状態における温度制御は、設定温度
（Ｔ、）より稍高く設定した上限温度（Ｔ。

十ΔＤ）に到達する時刻τ２　迄続く。このΔＤは所謂
ディファレンシャルである。前記時刻τ２〜τ３　迄は
前述の弁開動作、τ３〜τ４　迄は弁閉動作となり、以
降電動弁（４）はこの開閉動作を繰り返す。

前記過熱度及び温度側制御において、弁開度調節信号（
ＢＫＣ）のサンプリング周期（＝出方周期）をΔτ、（
△ｒ＝ｔｎ−ｔｎ−１、但しｔｎはサンプリング時刻、
ｔ　ｎ−１は１回前のサンプリング時刻）、τ１〜τ２
の弁全閉時間をτ舅、τＫ〉△τとすれば、時刻ｔル時
の弁開度調節信号（ＢＫＣ）の制御データＹルは下記の
式となる。

ＹＷ　＝ＹｒＬ−１＋　（Ｄｎ　−Ｄｎ−１）□■又は
Ｙ　ｎ　＝　Ｙ　ｎ　−＋　＋］）　ｎ　□■この００
式においてＤは偏差に対する修正分で内部アルゴリズム
部（＋０１により処理される。尚、上記０式は時間によ
る偏差修正、即ち偏差修正分をも差分したもの、■式は
時刻による偏差修正したものである。

従って、この制御データＹｎは上記した種々のパラメー
タ即ち外乱〕を収斂した基準値となる。

尚、５時には、Ｙル＝Ｃ（Ｃは定数であり、ＹｒＬ−１
には全（無関係の制御データ）となる。

前記過熱度制御、即弁開動作における弁開度調節信号（
ＢＫＣ）の時刻（τ１−Δτ）での制御データＹｒＬ＝
Ｓ、とすると、この制御データはτＯ〜τ！迄の時間中
に発生した外乱（２）を排除して収斂した値であり、内
部アルゴリズム部αＯに保存される。

この制御データＹｒＬ＝ＳＡは、次の過熱度制御時刻τ
２　に取り出され、弁開度調節信号（ＢＫＣ）（て の制御データＹｒＬ＝ＳＡ　として電動弁（４）そま〜
与：えてもよいし、又ＹｒＬ＝ＳＡ−δ＝ＳＡ（δは立
ち上がりの過渡補正分）として与えられる。尚時刻τ３
、Ｔ４、制御データＹｎ＝Ｓ、、ｙｎ＝ｓ；についても
同様である。

又、デユーティサイクルによる電動弁（４）の全閉動作
は上述の温度制御による全閉動作と同じであるが、温度
のディファレンシャルによらず、強制的に成る時間電動
弁（４）を停止させることにまり達成される。即ち、除
霜終了（＝過熱度制御開始）時刻τ０　から駆動するタ
イマー（１）が成る時間経過後、弁全閉信号発生部（１
５に出方信号を出し、この出力信号に基づいて弁全閉信
号発生部ａ９から弁閉信号（ＢＰ）を出力することによ
り、温度とは関係なく電動弁（４）を全閉状態に維持す
ることができる。

か〜る構成によれば、蒸発器温度測定部（１２＋で得ら
れた過熱度（ＳＨ）と、設定過熱度（ＳＨ８）とを第１
比較部（９）で比較してその偏差信号（ＤＶ）を内部ア
ルゴリズム部α〔で偏差修正して調節信号（Ｈ８Ｓ）と
し、この調節檎号を弁駆動部（１１１に入力して電動弁
（４）を弁開させる弁開度調節信号（ＢＫＣ）を出力さ
せることができるので、設定過熱度（ＳＨ８）との偏差
に適応した過熱度制御が行なえると共に、外乱（ＤＴ）
の影響を排除して収斂したパルス信号を電動弁（４）に
継続して与え、このパルス信号に見合った弁開度を得て
安定した過熱度制御が行なえる。又、被冷却空間温度測
定部ａ３で得られた測定温度（ＴＭ）と、設定温度（Ｔ
、）とを第２比較部Ｉで比較しＣ（ＴＭ）≦（Ｔ、）の
条件で、弁全閉信号発生部０勺から弁全閉信号（ＢＰ）
を弁駆動部圓に入力して電動弁（４）を弁閉させるので
、被冷却空間（６）の冷え過ぎ防止、即ち温度制御を行
なうことができ、しかもこの温度制御を、過熱度制御と
（よ関係なく電動弁（４）で行なうことができる。

更に、過熱度制御において外乱（Ｄ）の影響を排除して
収斂した制御データＹｒＬ＝ＳＡ　を内部アルゴリズム
部Ｃ１ｏｔに保存し、この制御データＹｎ＝ＳＡを過熱
度制御再開時に基準値として使用するので、過熱度制御
再開時における過渡立上りの際、円滑な過熱度制御が行
なえ、蒸発器の有効利用を図ることができろ。

（へ）発明の効果 以上の如く本発明は構成されているので、下記に列挙す
る効果を奏する。

■　電動弁でもって過熱度制御と温度制御とを行なうの
で、この量制御の切替えに伴なう制御特性が良くなり、
安定した過熱度及び温度制御が得られろ。

■　過熱度制御の際には、設定過熱度との偏差に応じた
パルス信号を継続して弁駆動部に与えるので、電動弁の
弁開度調節がスムースになり、外乱の影響を排除した制
御が行なえる。

■　温度制御の際には、測定温度と設定温度とを比較し
た値を基準とし、且つ過熱度制御とは関係なく電動弁を
全閉させるので、電動弁を通しての液洩れは発生しない
。

■　内部アルゴリズム部にて外乱の影響を排除した制御
データが保存され、次の過熱度制御時にはこの制御デー
タを基準値として使用するので、過渡立上り時、円滑な
過熱度制御が行なえ、蒸発器のＥ　Ｅ　Ｒ（成績係数）
を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は何れも本発明冷媒流量制御装置の実施例を示し、
第１図は冷媒回路図、第２図は制御器のブロック図、第
３図は電動弁の縦断面図、第４図は電動弁の動作特性図
である。 （４）・・・電動弁、　（５）・・・蒸発器、　ｆｆｏ
＋・・・内部アルゴリズム部、　０υ・・・弁駆動部、
　Ｑ５）・・・弁全閉信号発生部。 出願人　三洋電機株式会社　外１名 代理人　弁理士　佐　野　静　夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被冷却空間に配置された蒸発器に減圧液冷媒を供給
   する電動弁と、予じめ設定された設定過熱度と、前記蒸
   発器から得られた測定過熱度とを比較した値を偏差修正
   する内部アルゴリズム部と、この内部アルゴリズム部か
   らの信号によ−り電動弁を弁開させる弁駆動部と、予じ
   め設、定された設定温度と、前記被冷却空間から得られ
   た測定温度とを比較した値に基づいて前記電動弁を弁閉
   させる弁全閉信号発生部とを具備してなる冷媒流量制御
   装置。