JPS62202974A - 冷凍サイクルにおける冷媒流量制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は例えばトラック、バス等に用いられる自動車
用空調装置に好適する冷媒流量制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の冷媒流量制御装置第３図に示すように冷
媒流量調整用温度式膨張弁１がコンプレッサ２、凝縮器
３、レシーバ４等と冷凍サイクルを構成する蒸発器５の
入口側に配置され、その出口側には冷媒等の温度−圧力
特性を有するガスの蒸気を封入してなる冷媒温度検出用
感温筒６が配置される。この温度式膨張弁１は蒸発器５
の冷媒圧力と感温筒６の内部ガス圧力を比較して、それ
に応動して弁開度が調藍される。

これによシ、冷媒流量を制御し、蒸発器５の出口側にお
ける冷媒過熱度を適宜に設定する。この場合、蒸発器５
の冷媒圧力と感温筒６のガス圧力の比は蒸発器５の出口
における冷媒過熱度に相当するものであり、温度式膨張
弁１を冷媒過熱度のフィードバック比例制御で行われる
。

ところが、上記冷媒流量制御装置では、その制御方式の
関係上、制御量である蒸発器５の出口の冷媒過熱度を検
出し、その検出値と目標値の差、即ち偏差に比例した操
作量を設定し、冷媒流量を制御している。このため、コ
ンプレッサ２の起動時やオン・オフ運転時等の運転条件
が急変して、冷媒過熱度が急激に変化した場合には、冷
媒過熱度検出部の温度検出の時間遅れが生じて、その変
化状態を正確に検出することが困難となるので、過渡時
の制御精度が悪化するという問題を有していた。

また、これによれば図示しない凍結防止サーモスタット
でコンプレッサ２をオン婚オフ運転（通常、周期２０〜
数１０秒）が行われた場合、上記の制御精度の悪化によ
り蒸発器５に供給される冷媒流量が不足する。このため
、蒸発器５の蒸発圧力の低下が速く、かつ大きくなると
共に、蒸発器５内の気液二相冷媒が流れの途中において
過熱ガ；ζに変り、冷房能力の低下を招くという問題を
有していた。これは冷媒がその二相域で冷媒温度、蒸発
器管壁温度、吹出し空気温度の低下が速く、かつ大きい
ものであるが、過熱ガス域になると該各温度の低下が遅
く、小さくなってしまうからである。

さらに、上記凍結防止サーモスタット（図示せず）はそ
の温度センナが蒸発器５のフィンあるいは吹出し空気の
最も低温になる位置に取付けられるので、冷媒二相域の
フィン温度あるいは吹出し空気温度の検出によシコンプ
レッサ２をオフした場合、過熱ガス域のフィン温度や吹
出し空気温度が十分に低下しない状態で上昇するために
、この点からも冷房能力の低下を招いていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、甫易な
構成で、起動時及びオン・オフ運転時における制御精度
の向上を図シ得、かつ、冷媒ｆ）Ｗ、量制御の確実化を
実現し得るようにした冷凍サイクルにおける冷媒流量制
御装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は電子膨張弁を用いた冷凍サイクルにおける冷
媒流量制御装置において、蒸発器の冷媒入口の冷媒温度
検出手段の検出値及びコンプレッサの回転数検出手段の
検出値とからコンプレッサ起動時の前記電子膨張弁の弁
開度初期値を演算する第１の手段と、前記蒸発器の吸込
み空気温度検出手段の検出値及び前記回転数検出手段の
検出値とから前記電子膨張弁の弁開度定常値を演算する
ｆ、　２０手段と、前記為１及び第２の手段の各出力値
に応動して前記コンプレッサ起動時における前記電子膨
張弁の弁開度を制御する制御信号を設定する手段とを備
えたことを性徴とする。

〔作　用〕

すなわち、上記構成によシ起動直前の蒸発器管壁温度の
検出値とコンプレッサ回転数の検出値から起動時の初期
流量の補償値を演算し、蒸発器吸込み空気温度の検出値
とコンプレッサ回転数の検出値から安定時流量の補償値
を演算して、前者を初期値、仮名を定常値とする１次遅
れ応答値として電子膨張弁の弁開度を制御する。

一方、起動時の初期流量および安定時の流量の補償値は
、起動直前の蒸発器管壁温度、蒸発器の吸込み空気温度
、およびコンプレッサ回転数の各変化が、蒸発器の適正
冷媒流量値に及ぼす影響度をあらかじめ解析計算や実験
によシ求めておき、これらの影響係数（影響度）Ｋもと
づいて弁開度を設定する０ 〔実施例〕 以下、この発明の実施例について図面を参照して詳細に
説明する０ 第１図はこの発明の一実施例に係る冷凍サイクルにおけ
る冷媒流量制御装置を示すもので、図１０はコンプレッ
サ、１１は凝縮器、１２はレシーバ、１３は蒸発器で冷
凍サイクルを構成する。そして、図中１４は蒸発器１３
の冷媒入口部の管壁温度を検出する第１の温度センサ、
１５は蒸発器１３の冷媒出口部の管壁温度を検出する第
２の温度センサ、１６は蒸発器１３の吸込み空気温度を
検出する第３の温度センサ、１７はコンプレッサ１０の
回転数を検出する回転センサである。

また、図中１８は電子膨張弁で、その信号入力端には制
御装置１９の出力端が接続される０第２図はこの制御装
置１９を取出して示すもので、図中２０は減算器である
。この減算器２０には第１の温度センサ１４の出力Ｔｗ
ｘ１２Ｊ及び第２温度センサ１５の出力ＴＷ、、２２が
入力され、出力Ｔｗｍ１２２から出力Ｔｗ翼、２１を減
算する０ ２３は関数発生器で、減算器２０の出力ΔＴＩＨ２（に
関係ずけた冷媒流量のフィードバック補償値である出力
Ｇｒｍ　２５を発生する０ここで、関数発生器２３は入
力即ち、蒸発器１３の冷媒出入口管壁温度差ΔＴａ１ｌ
　と、出力即ちΔＴａｎに対する冷媒流量補償値Ｇｒｌ
との間には次の関係式が成立する。

ＧｒＢ＝Ｋ（ΔＴａｎ−ΔＴ８８） 但し、Ｋはフィードバック制御の比例ゲインに相当した
定数であり、Δ’ｒａｓは温度式膨張弁の静止過熱度に
相当する定数である。

２６は関数発生器で、第１の温度センチ１４の出力Ｔｗ
４　Ｉ２１に関係づけた冷媒流量補償値である出力Ｇｙ
ｒ１２７を発生する。この関数発生器２６は入力即ち冷
媒入口管壁温度ＴＷＩＩＢ　　と、出力即ちＴｗｇ＋　
　に対する冷媒流量補償値ＧｒＦＩ　　との間には次の
関係式が成立する。

Ｇｒｒｌ　＝　ａ　Ｉ（ＴｗｗＨ−Ｔｗｒ＋ｏ　）但し
、ａ、は冷媒流量に対する蒸発器１３の冷媒入口管壁温
度の影響係数＋１＋、、Ｂ、、は冷凍サイクルの基準状
態における蒸発器１３の冷媒入口管壁温度に相当した定
数である。

２８は関数発生器で、回転数センサ１７の出力Ｎｅ２９
　　に関係づけた冷媒流量補償値である出力Ｇｒｙｚ３
０を発生する。この関数発生器は入力即ちコンプレッサ
回転数Ｎｅ　と、出力即ちＮｃに対する冷媒流量補償値
Ｇｒｙｚ　　との間には次の関係式が成立するＯ Ｇｒ　Ｆ　ｔ　＝ａ　２　（Ｎ　ｃ−ＮＩ、ｏ　）但し
、ａ２　は冷媒流量に対するコンプレッサ回転数の影響
係数、Ｎｅｏはコンプレッサ１０の基準回転数に相当し
た定数である０ ３ノは関数発生器で、第３の温度センサ１６の出力Ｔａ
、、３２に関係づけた冷媒流量補償値である出力Ｇ、ｔ
３３３を発生する。この関数発生器３ノは入力即ち蒸発
器１３の吸込み空気温度Ｔａ１．Ｓ　　と出力即ちｌｐ
、Ｊｆｆｉ、に対する冷媒ｆＩＬ量補償値Ｑｒ、３　　
との間には次の関係式が成立する。

Ｇｒ１３＝８３　（’ｒａＥＩ−ＴａＩ？箇。）但し、
ａ、は冷媒流量に対する蒸発器１３の吸込み空気温度の
影響係数、ｒａｉｌ　１０は基準となる蒸発器１３の吸
込み空気温度に相当した定数である。

また、図中３ｄは関数発生器２６の出力Ｏｒ？、　２７
と関数発生器２８の出力Ｇｒｒ　３０を加算する加算器
、３５は関数発生器３１の出力ＧｒＦ、３３と関数発生
器２８の出力Ｇｒｖ＊３０を加算する加算器、３６は加
算器３４の出力３７と冷凍サイクルの基準状態における
冷媒流量値Ｇｒｏに相当する定数を発生する定数発生器
３８の出力を加算する加算器である。３９紘加算器３５
、出力４０と定数発生器３８の出力を加算する加算器で
、安定時冷媒流士の補償値である出力ｃｒｒ３４１を演
算する。

４２はタイマ要素で、回転数（イーンサ１７の出力Ｎｃ
２９　　に基づいてコンプレッサ１０がオフからオンに
転じたとき、所定の設定時間（例０、５秒前後）経過後
、その出力４５がオフからオンに転じる。そして、コン
プレッサ１０がオンからオフに転じたときはそれに同期
して、その出力４３がオンからオフに転じる。

４４はスイッチで、タイマ要素４２の出力４３がオンの
ときオフされ、タイマ要素４２の出力４３がオフのとき
オンされる。

なお、上記加算器３６の出力Ｇｒ、　４５は上記スイッ
チ４４がオフ直前の値が起動時の初期冷媒流量の補償値
となる。

４６は１次遅れ５素で、スイッチ４４のオフと同期して
、該スイッチ４４のオフする直前の出力４７を初期値、
加算器３９の出力Ｇｒ、　４１を定常値として所定の時
定数τの１次遅れ応答出力Ｇ、？　４　Ｂを発生する。

この１次遅れ応答出力ａｒ、ａＳは冷媒流ｊのフィード
フォワード補償値である。

なお、時定数丁の値は起動時に適正冷媒流量が供給され
た場合の温度変化の時定数をあらかじめ消析針算あるい
は実験で求め、それに基づいて設定される。

また、図中４９はｒＡ数発生器２３の出力Ｇｒ。

２５と１次遅れ猥索４６の出力Ｇ、、　４　Ｂを加算す
る加算器で、その出力Ｇｙｃ５０即ち冷媒流量補償値を
係数器５ノに出力する０この係数器５ノは出力Ｇｒｃ５
０を係数倍して電子膨張弁□１８の開度指令直である出
力θ５２を図示しない膨張弁駆動回路に出力する。これ
によシ、膨張弁ＪＩＫ動回路（図示せず）は出力θ５２
に基づいた電圧あるいは電流を発生して、電子膨張弁１
８を駆動制御する。

さて、上記のように構成される冷凍サイクルにおける冷
媒流量制御装置は次に述べるように動作する。

すなわち、コンプレッサ１０の８励初期においては、第
１の温度センｆ１４によシ蒸発器１３の入口冷媒温度が
検出され、その出力ＴＷＦ、１２１が関数発生器２６に
入力されて初期の冷媒流量変化量である出力Ｇｒ、、　
２７が発生される０ これは、初期の冷媒流量変化量を蒸発器１３の冷媒に加
えられる熱負荷が安定運転時にして大きいことで、蒸発
器１３の出口冷媒過熱度を・トさく値に保ち得るように
、その流量を増加させるためである。

そして、起動後、冷凍サイクルの安定した状態では、第
３の温度センサ１６によシ蒸発器１３の吸込み空気温度
が検出され、その出力Ｔａｔ、３２が関数発生器３１に
入力されて安定期の冷媒流量変化量である出力ＧｒＦｓ
　３３が発生される。

これは、安定期の冷媒流量変化量を蒸発器ノ３の管壁温
度が低下されて冷媒の熱負荷が減少されるので、上記初
期の冷媒流量に比して減少させるためである。

また、上記起動時においては、コンプレッサ１０の回転
数が回転数センｆ１７によシ検出され、その出力Ｎｃ２
’９が関数発生器２８に入力されて冷媒流量変化量であ
る出力Ｇｒ、、３０が発生される。

これは、コンプレッサ１０の回転数が変化した場合、冷
凍サイクルの運転点が変化して、蒸発器１３の負荷が変
化するので、その負荷の変化に応動して冷媒流量を制御
するためである。

次に、上記関数発生器２６の出力Ｇｒ、、　２７及び関
数発生器２８の出力Ｃｚｒ、２３０は加算器３４で加算
された後、その出力３７が定数発生器３８の出力と加算
器３６で加算されて出力Ｇｒｘ　４５が求められる。

また、関数発生器３ノの出力ｃｒＦ！　Ｊ　Ｊ及び関数
発生器２８の出力ａｒＦｚ　ｊ　Ｏは加算器３５で加算
された後、その出力４０が定数発生器３８の出力と加算
器３９で加算されて出力Ｏｒ、　４１が求められる。

ここで、タイマｉ索４２はコンプレッサ１０がオフから
オンに転じたとき、所定の設定時間後、オフからオンに
転じるが、その設定時間（０，５秒前後）が短くなって
いる。そこで、スイッチ４４がオフされる直前において
は、コンプレッサ１０の起動した直後の加算器３６の出
力Ｇｒ！４５が１次遅れ要素４６に入力される。

そして、コンプレッサ１０の起動後は、１次遅れ要素４
６がコンプレッサ１０の起動直後の加算器３６の出力Ｇ
１４５を初期値、加算器３９の出力Ｇｒ、　４　Ｊを定
常値として、フィードフォワード補償値である時定数τ
の１次遅れ応答値となる出力ＧｒＦ　４　Ｂを加算器４
９に出力する。

さらに、起動時においては、蒸発器１３の出口冷媒温度
がｇＩＪ２の温度上ンｆ１５によシ検出され、その出力
Ｔｗｉｔ２２が上記第１の温度センサ１４の出力ＴＷＥ
、　２　Ｊとともに減算器２０に入力され減算される。

この減算器２θの出力ΔＴｓＨ２４は関数発生器２３に
入力される０この関数発生器２３の出力Ｇｒ１２５は電
子膨張弁１８の弁開度の修正値となされるもので、上記
加算器４９で出力ｃｒＦ　４　Ｂと加算されて、その出
力Ｇｒｃ　５０がフィードバック比例制御値として係数
器５１に入力される０この係数器５１は出力Ｇｒｃ　５
０を係数倍して弁開度指令値となる出力θ５２を求めて
図示しない膨張弁駆動回路に出力して電子膨張弁１８の
弁開度を設定し、蒸発器１３の出口冷媒過熱度を小さな
値に維持する。

このように、上記冷凍サイクルにおける冷媒流量制御装
置は冷媒過熱度のフィードバック比例制御値にフィード
フォワード補償を付加した弁開度指令値θにより電子膨
張弁１８の弁開度を制御するように構成したので、従来
のようなフィードバック比例制御のみの場合に比して冷
媒流量制御の過渡特性の向上が図れて蒸発器１３の管壁
温度及び吸出し空気温度の分布差を小さく制御すること
が可能なことで、可及的に冷房能力の向上に寄与し得る
。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明によれば、簡易な構成で
起動時及びメン・オフ運転時における制御精度の向上を
図シ得、かつ、冷媒流量制御の確実化を実現し得るよう
にした冷凍サイクルにおける冷媒流及制御装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る冷凍サイクルにおけ
る冷媒流量制御装置を示す構成図、第２図は第１図の制
御装置を示すブロック図、第３図は従来の冷凍サイクル
における冷媒流量制御装置を示す構成図である。 ｌθ・・・コンプレッサ、１ノ・・・凝縮器、１２・・
・レシーバ、Ｊ３・・・１ｌｅＲＪ”ｉｒ、２４〜１６
・・・第１〜第３の温度センサ、１２・・・回転数上／
す、１８・・・電子膨張弁、１９・・・制御装置、２０
・・・減算器、２１，２２，２４．２５６２７．２９＊
３　ｏ　、　、ｙ　２．　Ｊ　３．　：ｔ　ｙ　、　４
ｏ　、　４　Ｊ　Ｉ　４３　＋４５．４７．４ｇ、５０
．５２・・・出力、２３゜２６．２１４．３１・・・関
数発生器、３１　＊　ｊ　５　。 ３６．３９．４９・・・加算器、３８・・・定数発生器
、４２・・・タイマ要素、４４・・・スイッチ、４６・
・・１次遅れ要素、５ノ・・・係数器。 出願人後代理人　弁理士　　鈴　江　武　彦第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　電子膨張弁を用いた冷凍サイクルにおける冷媒流量制
   御装置において、蒸発器の冷媒入口の冷媒温度検出手段
   の検出値及びコンプレツサの回転数検出手段の検出値と
   からコンプレツサ起動時の前記電子膨張弁の弁開度初期
   値を演算する第１の手段と、前記蒸発器の吸込み空気温
   度検出手段の検出値及び前記回転数検出手段の検出値と
   から前記電子膨張弁の弁開度定常値を演算する第２の手
   段と、前記第１及び第２の手段の各出力値に応動して前
   記コンプレツサ起動時における前記電子膨張弁の弁開度
   を制御する制御信号を設定する手段とを具備したことを
   特徴とする冷凍サイクルにおける冷媒流量制御装置。