KR20120139539A

KR20120139539A - 전자 팽창 밸브의 제어 장치

Info

Publication number: KR20120139539A
Application number: KR1020120042623A
Authority: KR
Inventors: 노부유키 기우치; 다몬 이노타니; 요시오 미야시게
Original assignee: 가부시키가이샤 사기노미야세이사쿠쇼
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2012-12-27
Also published as: TWI459172B; CN102829590A; KR101389672B1; JP2013002740A; JP5411209B2; CN102829590B; TW201300979A

Abstract

본 발명은 냉동 장치의 전자 팽창 밸브의 밸브 개방도를 제어하여 과열도가 적정하게 되도록 하고, 전자 팽창 밸브의 기계 수명을 확보하는 것을 목적으로 한다.
설정값 보정 수단(1)으로부터 보정 과열도 설정값(SV')을 목표값 변경부(22)와 목표값 변경 제어부(23)에 출력한다. 냉동 장치의 냉동 사이클을 포함하는 제어 대상(3)에 있어서의 과열도를 측정부(4)에서 연산하고, 측정 과열도(PV)로서 PID 연산부(21)에 출력한다. 목표값 변경부(22)에서 보정 과열도 설정값(SV')을 변화시켜 목표값으로서 PID 연산부(21)에 출력한다. PID 연산부(21)에서 PID 연산을 행하고, 제어 대상(3)에 대하여 조작량 신호(MV)를 공급한다. 설정값 보정 수단(1)에 PID 제어 수단(2)으로부터 출력되는 조작량 신호(MV)의 출력을 피드백 입력하고, 조작량 신호(MV)에 의해 PID 연산부(21)에 대한 목표의 과열도를 보정한다.

Description

전자 팽창 밸브의 제어 장치{CONTROLLER FOR ELECTRONIC EXPANSION VALVE}

본 발명은 냉동 장치에 있어서의 전자 팽창 밸브의 제어 장치에 관한 것으로서, 상세하게는, 냉동 장치의 과열도를 조정하기 위해서 전자 팽창 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 전자 팽창 밸브의 제어 장치에 관한 것이다.

종래, 이러한 종류의 제어 장치로서, 예컨대 일본 특허 공개 제2009-156502호 공보(특허문헌 1), 일본 특허 공고 평성 제8-33244호 공보(특허문헌 2)에 개시된 것이 있다.

특허문헌 1의 기술은 목표값 필터의 상수를 바꿔서 측정 과열도가 과열도 설정값을 올리는 경우도 내리는 경우도, 과열도가 설정값으로 신속하게 수속되도록 한 기술로서, 냉동 장치를 설치했을 때의 과열도의 조정을 용이하게 한 것이다. 또한, 특허문헌 2의 기술은 측정 과열도의 변화를 감시해서, 과열도의 설정을 보정하여 상시 최적의 설정값으로 운전할 수 있는 기술이다.

일본 특허 공개 제2009-156502호 공보 일본 특허 공고 평성 제8-33244호 공보

특허문헌 1의 기술에서는, 조정된 과열도 설정값은 조정한 시점의 조건에서는 최적의 과열도 설정을 얻을 수 있지만, 그 설정값이 모든 조건에서 최적값이라고는 할 수 없다. 따라서, 성실하게 과열도 설정값을 조정할 수 없는 경우에는, 계절 조건이나 부하 조건 등이 변하여도 액백(liquid back) 운전을 계속하는 일이 없도록, 과열도 설정값을 높게 해 둘 필요가 있어, 상시 최적의 과열도로 운전되지 않다는 점에서 과제가 남겨져 있다. 다시 말하면, 상시 최적의 과열도로 운전하기 위해서는, 조건이 변할 때마다 사용자가 과열도 설정값을 변경해야 하므로 번거롭다는 면에서 과제가 남겨져 있다.

또한, 특허문헌 2의 기술에서는, 과열도 설정값이 낮은 것을 판단하여 높게 보정할 때까지, 진동적인 과열도의 변화가 제어 신호로서 컨트롤러에 입력되기 때문에, 그것에 따라 전자 팽창 밸브도 진동적인 동작을 하게 되어, 전자 팽창 밸브의 신뢰성 면에서는 과제가 남겨져 있다.

본 발명은 여러 가지 냉동 장치, 부하, 증발기 압력, 응축기 압력 등의 조건에 있어서도, 최적의 과열도로 운전하는 것을 실현하면서, 전자 팽창 밸브의 기계 수명을 단축시키지 않는, 신뢰성이 높은 전자 팽창 밸브의 제어 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

청구항 1의 전자 팽창 밸브의 제어 장치는, 냉동 장치의 전자 팽창 밸브에 조작량 신호를 부여함으로써 냉동 장치의 과열도를 제어하는 전자 팽창 밸브의 제어 장치로서, 입력되는 과열도 설정값과 상기 냉동 장치의 측정 과열도에 따라 상기 전자 팽창 밸브에 대한 조작량 신호를 출력하는 PID 제어 수단과, 과열도 설정값과, 상기 PID 제어 수단이 출력하는 상기 조작량 신호의 피드백값을 입력으로 하여, 상기 PID 제어 수단에 출력하는 과열도 설정값을 보정하고, 보정 완료된 보정 과열도 설정값을 상기 PID 제어 수단에 출력하는 설정값 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 2의 전자 팽창 밸브의 제어 장치는, 청구항 1에 기재한 제어 장치로서, 상기 설정값 보정 수단은, 상기 조작량 신호의 피드백값으로부터, 상기 전자 팽창 밸브의 밸브 개방도 변화를 상시 감시하여, 제1 주기(예컨대, 1분)마다, 과거의 제2 주기분(예컨대, 10분 동안분)의 밸브 개방도 변화량, 밸브 개방도 변화폭을 산출하며, 과거의 제2 주기분의 밸브 개방도 변화량이 정해진 제1 펄스(예컨대, 25 펄스) 이하이고, 과거의 제2 주기분의 밸브 개방도 변화폭이 정해진 제1 펄스폭(예컨대, 5 펄스) 이하인 경우에는, 현재의 과열도 설정값이 높다고 판단하여 상기 과열도 설정값을 낮게 보정하며, 과거의 제2 주기분의 밸브 개방도 변화량이 정해진 제2 펄스(예컨대, 87 펄스) 이상인 경우에는, 현재의 과열도 설정값이 낮다고 판단하여 상기 과열도 설정값을 높게 보정하는 것이고, 상기 정해진 제1 펄스 및 상기 정해진 제1 펄스 폭은 각각이 실험에 기초하여 얻어진 값이며, 전자 팽창 밸브의 구조나, 상기 제2 주기의 길이에 따라 상이하지만, 과열도 제어가 안정되어 있다고 판단할 수 있는 상태에서, 상기 제2 주기 동안 운전했을 때에 얻어지는 상한값이고, 상기 정해진 제2 펄스는 전자 팽창 밸브의 수명으로부터 산출되는 값이며, 상기 제2 주기 동안의 밸브 개방도 변화량이 상기 정해진 제2 펄스 이내이면, 그대로의 운전 상태로 냉동 장치의 운전을 계속하여 전자 팽창 밸브의 규정 수명(예컨대, 10년간)을 경과하는 것을 상정하여도, 전자 팽창 밸브의 내구 동작 횟수를 넘지 않도록 산출된 값과, 실험에 기초하여 얻어진, 과열도가 낮아 불안정하다는 것을(액백이 근접한 것을) 확실하게 판단할 수 있는 값을 비교하여 작은 쪽의 값인 것을 특징으로 한다.

청구항 3의 전자 팽창 밸브의 제어 장치는 청구항 2에 기재한 전자 팽창 밸브의 제어 장치로서, 상기 설정값 보정 수단은 상기 제1 주기보다 긴 제3 주기(예컨대, 제2 주기와 동일한 10분)마다, 과거 제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량을 「제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량의 매 제3 주기 동안의 값」으로서 기억하고, 그 전회분을 「제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량의 매 제3 주기 동안의 값의 전회분」으로서 유지하며, 상기 제1 주기마다, 이번의 과거 제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량이 정해진 제3 펄스(예컨대, 21 펄스) 이상이고, 「제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량의 매 제3 주기 동안의 값」의 3배 이상으로 증가했거나, 또는 이번의 과거 제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량이 정해진 제3 펄스(예컨대, 21 펄스) 이상이고, 「제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량의 매 제3 주기 동안의 값의 전회분」의 4배 이상으로 증가한 경우에도, 현재의 과열도 설정값이 낮다고 판단하여 상기 과열도 설정값을 높게 보정하는 것이고, 상기 정해진 제3 펄스의 값은 실험에 기초하여 얻어진 값이며, 과열도의 변화가 완만한 시스템에서도, 과열도가 낮아 불안정하다는 것(액백이 근접한 것)을 판단하는 최소의 값이고, 이 상기 정해진 제3 펄스 이상이라고 하는 조건을 설정함으로써, 예컨대 「제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량의 매 제3 주기 동안의 값」이 1펄스이고, 상기 제1 주기마다의 과거 제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량이 3펄스인 경우나, 「제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량의 매 제3 주기 동안의 값의 전회분」이 1펄스이며, 상기 제1 주기마다의 과거 제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량이 4 펄스인 경우와 같이, 극단적으로 적은 밸브 개방도 변화량의 경우에, 원래라면 제어가 안정되어 있다고 판단해야 할 곳을, 잘못하여 과열도가 낮아 불안정하다고(액백이 근접한 것) 판단해 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 3배, 4배라고 하는 배율도 실험에 기초하여 얻어진 값으로, 과열도의 변화가 완만한 시스템에서도, 과열도가 낮아 불안정하다는 것을(액백이 근접한 것을) 판단할 수 있는 배율인 것을 특징으로 한다.

청구항 4의 전자 팽창 밸브의 제어 장치는 청구항 2 또는 청구항 3에 기재한 제어 장치로서, 냉동 장치가 운전을 시작하고, 제어 장치가 기동 처리를 종료하고 나서, 상기 제1 주기마다 산출한 과거 제2 주기분의 밸브 개방도 변화폭이 정해진 제2 펄스 폭(예컨대, 25 펄스) 이내가 되는 것, 또는 냉동 장치가 운전을 시작하고 제어 장치가 기동 처리를 종료하고 나서부터의 경과 시간이 30분 이상이 되는 것 중 어느 한쪽이 성립된 시점에서 상기 과열도 설정값의 보정을 시작하도록 한 것을 특징으로 한다.

청구항 1의 전자 팽창 밸브의 제어 장치에 따르면, 냉동 장치의 전자 팽창 밸브에 조작량 신호를 부여함으로써 냉동 장치의 과열도를 제어하는 전자 팽창 밸브의 제어 장치로서, 입력되는 과열도 설정값과 상기 냉동 장치의 측정 과열도에 따라 상기 전자 팽창 밸브에 대한 조작량 신호를 출력하는 PID 제어 수단과, 과열도 설정값과, 상기 PID 제어 수단이 출력하는 상기 조작량 신호의 피드백값을 입력으로 하여, 상기 PID 제어 수단에 출력하는 과열도 설정값을 보정하고, 보정 완료된 보정 과열도 설정값을 상기 PID 제어 수단에 출력하는 설정값 보정 수단을 구비하고 있기 때문에, 상기 조작량 신호의 피드백값에 따라 과열도 설정값이 높은지 낮은지를 판단하여 최적값으로 보정할 수 있고, 냉동 장치의 시스템의 상태에 따라 최적의 과열도 설정값으로 운전할 수 있다.

청구항 2의 전자 팽창 밸브의 제어 장치는 전자 팽창 밸브의 밸브 개방도 변화량, 변화폭에 따라 현재의 과열도 설정값이 높은지 낮은지를 판단하여 보정하고, 그 과열도 설정값이 낮은 것을 판단하는 전자 팽창 밸브의 밸브 개방도 변화량은 전자 팽창 밸브의 기계 수명을 넘지 않도록 설정되기 때문에, 전자 팽창 밸브가 설계 수명 이상의 동작을 하기 전에 과열도 설정값이 높게 보정되어, 과열도 변화 및 전자 팽창 밸브의 밸브 개방도 변화가 안정되기 때문에, 청구항 1의 효과에 덧붙여 신뢰성이 현저히 향상된다.

청구항 3의 전자 팽창 밸브의 제어 장치에 따르면, 청구항 2의 효과에 덧붙여 시스템의 규모가 큰 경우 등, 상기 과열도 설정값이 낮아 과열도 변화가 불안정하여도, 그 과열도 변화가 완만하기 때문에, 상기 제2 주기분의 전자 팽창 밸브의 밸브 개방도 변화량이 상기 정해진 제2 펄스(예컨대, 87 펄스)에 도달하지 않는 경우에도, 과열도 변화가 불안정하게 되는 것을 판단하여 상기 과열도 설정값을 높게 보정할 수 있기 때문에, 최적의 과열도 설정값으로 운전할 수 있게 된다.

청구항 4의 전자 팽창 밸브의 제어 장치에 따르면, 냉매의 순환이 안정되지 않은 운전 초기의 상태로는 과열도 설정값을 보정하지 않도록 할 수 있고, 냉매의 순환이 안정되어 청구항 1 내지 청구항 3의 구성에 의한 과열도 설정값의 보정이 효과적이게 되는 상태에서 시작하도록 되기 때문에, 청구항 1 내지 청구항 3의 효과를 효율적으로 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 전자 팽창 밸브의 제어 장치의 제1 실시형태의 주요부 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 전자 팽창 밸브의 제어 장치의 제2 실시형태의 주요부 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명의 전자 팽창 밸브의 제어 장치의 제3 실시형태의 주요부 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명의 각 실시형태의 제어 장치를 이용한 냉동 장치의 제1 시스템예 및 제2 시스템예를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시형태에서의 기동 시의 과열도 설정 추가 처리의 흐름도이다.
도 6은 실시형태에서의 보정 동작 금지의 해제 판정 처리의 흐름도이다.
도 7은 실시형태에서의 과열도 설정값의 보정 처리의 흐름도이다.
도 8은 실시형태에서의 보정 판정 서브루틴의 흐름도이다.
도 9는 실시형태에서의 데이터 처리를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 실시형태에서의 기동 시의 과열도 설정 추가 처리에 따른 시스템의 상태의 일례를 나타낸 도면이다.
도 11은 실시형태에서의 보정 동작 금지의 해제 판정 처리에 따른 시스템의 상태의 일례를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시형태에서의 과열도 설정값의 보정 처리에 따른 시스템의 상태의 일례를 나타낸 도면이다.

다음에, 본 발명의 전자 팽창 밸브의 제어 장치의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 전자 팽창 밸브의 제어 장치의 제1 실시형태의 주요부 기능 블록도, 도 2는 본 발명의 전자 팽창 밸브의 제어 장치의 제2 실시형태의 주요부 기능 블록도, 도 3은 본 발명의 전자 팽창 밸브의 제어 장치의 제3 실시형태의 주요부 기능 블록도로서, 도 1∼도 3에서 파선으로 둘러싼 개소가 본 발명의 특유한 구성이다. 도 4는 각 실시형태의 제어 장치를 이용한 냉동 장치의 제1 시스템예[도 4의 (A)] 및 제2 시스템예[도 4의 (B)]를 나타낸 도면이다.

도 4에 있어서, 도면 부호 10은 압축기, 도면 부호 20은 응축기, 도면 부호 30은 전자 팽창 밸브, 도면 부호 40은 증발기이며, 이들은 배관에 의해 환상으로 접속됨으로써 냉동 사이클을 구성하고, 냉매의 압축, 응축 액화, 감압(팽창), 증발 기화를 행하는 주지의 사이클을 형성한다. 도면 부호 50은 전자 팽창 밸브(30)의 밸브 개방도를 입력 신호에 따라 조정하는 펄스 모터 등의 밸브 구동부이다. 도면 부호 100은 컨트롤러로서, 각 실시형태의 전자 팽창 밸브의 제어 장치는 컨트롤러(100)에 실장되어 있다. 컨트롤러(100)는, 냉동 사이클의 과열도와 내부에 설정된 과열도 설정값을 비교하여 산출한 편차 신호에 대한 PID 동작에 따른 조작량 신호를 구하여, 이 조작량 신호를 밸브 구동부(50)에 출력하고, 전자 팽창 밸브(30)의 밸브 개방도를 제어한다. 즉, 조작량 신호는 밸브 구동부(50)에 부여하는 펄스 모터의 구동 펄스 수에 대응한다. 제1 시스템예와 제2 시스템예의 차이는 이하와 같다.

도 4의 (A)의 제1 시스템예에서는, 증발기(40)의 출구측 배관의 온도를 검출하는 온도 센서(60)와 증발기(40)의 출구측에서 증발 압력을 검출하는 압력 센서(70)를 구비하고, 컨트롤러(100)는 압력 센서(70)로부터의 입력 신호에 의해 증발 온도를 산출하며, 출구측 배관의 온도 센서(60)로부터의 입력 신호와, 산출된 증발 온도의 차를 취하여 온도/압력식에 따른 과열도를 산출한다. 도 4의 (B)의 제2 시스템예에서는, 증발기(40)의 출구측 배관의 온도를 검출하는 온도 센서(60)와, 증발기(40)의 입구측 배관의 온도를 검출하는 온도 센서(80)를 구비하고 있고, 컨트롤러(100)는 온도 센서(60, 80)로부터의 각각의 입력 신호에 의해 증발기(40)의 출구측 배관의 온도와 증발기(40)의 입구측 배관의 온도의 차를 취하여 온도/온도식에 따른 과열도를 산출한다. 또한, 상기 산출된 과열도를 「측정 과열도」라고 한다. 그런데, 여기서 설명한 『"X"와 "Y"의 차』의 의미는 『"X"-"Y"』를 의미한다.

도 1의 제1 실시형태에 있어서, 도면 부호 1은 설정값 보정 수단, 도면 부호 2는 PID 제어 수단, 도면 부호 3은 제어 대상, 도면 부호 4는 측정부이다. 상기 컨트롤러(100)는 CPU나 메모리를 구비한 컴퓨터를 구비하고 있고, 이 컨트롤러(100)의 컴퓨터가 정해진 제어 프로그램을 실행함으로써, 설정값 보정 수단(1), PID 제어 수단(2) 및 측정부(4)의 기능을 얻을 수 있다. PID 제어 수단(2)은 PID 연산부(21), 목표값 필터를 구비한 목표값 변경부(22), 목표값 변경부(22)를 제어하는 목표값 변경 제어부(23)로 구성되어 있다. 설정값 보정 수단(1)에는, 예컨대 사용자가 설정하는 과열도 설정값(SV)이 입력되고, 설정값 보정 수단(1)은 이 과열도 설정값(SV)을 보정한 보정 과열도 설정값(SV')을 목표값 변경부(22)와 목표값 변경 제어부(23)에 출력한다. 또한, 제어 대상(3)은 전자 팽창 밸브(30)를 포함하는 제1 시스템예 또는 제2 시스템예의 냉동 사이클로서, 측정부(4)는 이 냉동 사이클에 있어서의 증발 온도나 과열도를 연산하고, 산출된 과열도를 측정 과열도(PV)로서 PID 연산부(21)에 출력한다.

목표값 변경부(22)는 입력되는 보정 과열도 설정값(SV')을 목표값 필터의 전달 함수에 따라 변화시키고, 이 변화시킨 과열도의 설정값을 목표값으로서 PID 연산부(21)에 출력한다. 이 목표값의 변화의 양태는 제어할 수 있도록 되어 있다. 보정 과열도 설정값(SV')은 목표값 변경 제어부(23)에도 입력되며, 목표값 변경 제어부(23)는 보정 과열도 설정값(SV')의 변화의 방향, 즉 보정 과열도 설정값(SV')이 올라갔는지 또는 내려갔는지를 검출하여, 그 변화의 방향에 따라, 목표값 변경부(22)로부터 출력되는 목표값의 변화의 양태를 제어한다.

PID 연산부(21)는 목표값 변경부(22)로부터 출력되는 과열도 설정값(목표값)과 측정 과열도(PV)의 편차(E)에 따라 PID 연산을 행하고, 제어 대상(3)에 대하여 조작량 신호(MV)를 공급한다. 이와 같이, 실시형태에서는 목표값 필터를 구비하고, 2자유도의 PID 제어를 실행하여, 목표값 변경 제어부(23)에 의해, 목표값 변경부(22)를, 보정 과열도 설정값(SV')이 올라갔을 때의 목표값의 변화보다도, 내려갔을 때의 목표값의 변화 쪽이 완만해지도록 제어함으로써, 그때마다의 조건이 제어 대상에 대하여 적정한 값이라면 보정 과열도 설정값(SV')이 올라갔을 때에도 내려갔을 때에도 측정 과열도(PV)를 신속하게 수속시킬 수 있다.

특허문헌 1, 특허문헌 2, 및 본 발명의 전자 팽창 밸브의 제어 장치가 사용되는 일반적인 냉동 장치에서는, 과열도 설정값을 높게 하면 과열도의 변화가 안정된다. 반대로 과열도 설정값이 낮은 경우에는, 다음과 같은 이유에서 과열도의 변화가 불안정해진다. 과열도 설정값이 적정한 값이나 그 이상인 경우에는, 배관 내의 냉매는 증발기 내에서 다 증발되고, 출구 배관 온도를 검출하는 온도 센서의 부착 위치에서는 완전히 기체가 되어, 더욱더 과열된 과열 증기의 상태로 통과한다. 냉매가 다 증발되어서 완전히 기체가 되어 과열된 부분보다도, 냉매가 증발되는 부분에서 주위의 열을 흡열하는 양이 훨씬 많기 때문에, 냉매가 증발되는 부분의 배관 쪽이 저온이 된다. 이것에 따라, 냉동 장치의 저압측 배관에는, 그 전후로 온도가 급격히 변하는 부분, 즉 증발 변화가 끝나고, 과열되는 변화로 전이하는 부분이 존재한다. 과열도 설정값이 적정한 값이나 그 이상인 경우에는, 그 증발 변화가 끝나는 부분이, 출구 배관 온도를 검출하는 온도 센서의 부착 위치보다도 충분히 상류측에 위치하기 때문에, 그 부분이 과열도 제어에 의해, 약간 전후 이동하여도 컨트롤러에 입력되는 출구 배관 온도는 안정된 상태이며, 측정 과열도도 안정되게 된다. 그러나, 과열도 설정값이 적정한 값보다도 낮은 경우에는, 전술한 증발 변화가 끝나는 부분이, 출구 배관 온도를 검출하는 온도 센서의 부착 위치에 가깝고, 그 위치가 과열도 제어에 의해 약간 전후 이동하면, 컨트롤러에 입력되는 출구 배관 온도에도 급격한 온도 변화를 일으켜 측정 과열도의 변화가 커지고, 그것에 따라 과열도를 제어하면 측정 과열도의 변화가 진동적이게 된다. 본 발명의 과열도 설정값의 보정 처리는 과열도 변화가 안정되는 경우에는, 과열도 설정값을 낮게 보정하고, 반대로, 과열도 변화가 불안정한 경우에는, 과열도 설정값을 높게 보정하기 때문에, 결과적으로, 냉매가 출구 배관 온도를 검출하는 온도 센서의 부착 위치의 조금 상류측의 위치에서 다 증발하게 된다. 출구 배관 온도를 검출하는 온도 센서는 증발기의 출구에 부착되어 있기 때문에, 거의 증발기 전체를 사용하여 다 증발하게 되어 효율적으로 열교환을 할 수 있다.

여기서, 본 발명과 같은 전자 팽창 밸브의 제어 장치에서는, 측정 과열도가 과열도 설정값보다 높으면 밸브 개방도가 커지도록 제어하고, 반대로 측정 과열도가 과열도 설정값보다 낮을 때에는 밸브 개방도가 작아지도록 제어하며, 냉동 사이클의 측정 과열도가 과열도 설정값과 같아지도록 한다. 따라서, 냉동 사이클의 과열도의 변화가 전자 팽창 밸브(30)의 밸브 개방도의 변화[조작량 신호(MV)의 변화]에도 나타난다. 그래서, 설정값 보정 수단(1)에, PID 제어 수단(2)[PID 연산부(21)]으로부터 출력되는 조작량 신호(MV)의 출력을 피드백 입력하고, 이 설정값 보정 수단(1)은 조작량 신호(MV)를 감시하며, 과열도 설정값(SV)을 보정하여 보정 과열도 설정값(SV')을 출력한다. 또한, 상기 특허문헌 2의 경우는 설정값 보정 수단에 측정 과열도(PV)를 피드백하고 있다.

즉, 냉동 사이클의 설정 과열도가 과열도 설정값과 같아지지 않고 과열도 설정값보다 높아지거나 낮아지거나를 반복하여 진동적일 때에는, 밸브 개방도의 변화도 진동적이게 되고, 냉동 사이클의 측정 과열도가 안정되는 경우에는 밸브 개방도의 변화도 안정되게 된다. 따라서, 특허문헌 2와 같이 측정 과열도의 변화를 직접 입력하지 않더라도, 결과적으로 설정 과열도를 제어하는 조작량 신호(MV)의 출력을 피드백하여 입력함으로써, 과열도 변화가 안정적인지 불안정한지를 판단할 수 있다. 이와 같이, 조작량 신호(MV)의 출력에 의해 판단함으로써, 동시에 전자 팽창 밸브의 조작단의 기계적 수명도 고려할 수 있게 된다. 이것은, 조작단이 지나치게 작동하는 경우는 작동하지 않게 되도록 보정하기 때문이다.

도 2의 제2 실시형태에 있어서, 도 1과 같은 부호를 부기한 요소는 제1 실시형태와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 이 제2 실시형태에서는, 측정부(4)로부터의 증발 온도가 피드백되는 보정 동작 개시 판정 수단(5)을 구비한다. 이 보정 동작 개시 판정 수단(5)은 후술하는 「기동 시의 과열도 설정 추가 처리」가 종료되었는지 및 보정 동작의 금지가 해제되었는지를 판정하고, 설정값 보정 수단(1)에 과열도 설정값의 보정 처리를 시작하게 하는 지시를 출력한다.

도 3의 제3 실시형태에 있어서, 도 1과 같은 부호를 부기한 요소는 제1 실시형태와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 이 제3 실시형태에서는, PID 연산부(21) 자체가 「PID 제어 수단」이고, 설정값 보정 수단(1)은 과열도 설정값(SV)을 보정한 보정 과열도 설정값(SV')을 PID 연산부(21)에 직접 출력하도록 구성되어 있다.

다음에, 실시형태의 더욱 구체적인 제어에 대해서 설명한다. 우선, 냉동 장치의 기동 시에 「기동 시의 과열도 설정 추가 처리」를 행한다. 이것은 이하의 이유 때문이다. 냉동 장치의 운전 개시로부터 잠시 동안은, 냉매 배관 계통 내에 냉매가 골고루 퍼질 때까지 증발기(40) 내부가 냉매 부족으로 과열도가 높아진다. 그 높은 과열도를 검지하여 그대로 과열도 제어를 실행하면, 전자 팽창 밸브(30)의 밸브 개방도를 지나치게 개방해 버린다. 그리고, 냉매가 골고루 퍼지고, 과열도가 작게 변화하게 되었을 때에 제어가 제때에 이루어지지 않아 액백 경향이 있게 되는 등, 안정된 제어 상태가 되는 것이 지연된다. 그래서, 이하와 같이 「과열도 설정 추가 처리」를 실행한다.

냉동 장치의 기동 처리 종료 시점에서, 하기 (1) 또는 (2)의 조건 중 어느 한쪽이 성립될 때까지, 설정값 보정 수단(1)이 출력하는 보정 과열도(SV')는, 미리 설정된 과열도 설정(SH)의 값이 아니라 기동 시의 과열도 설정(SHS)의 값을 목표값으로 하여 과열도 제어를 실행한다.

(1) 「기동 처리 종료로부터 10분 경과」

(2) 「기동 처리 종료로부터의 증발 온도(SL)의 변화폭이 3[K]/5분 이내」

기동 시의 과열도 설정(SHS)과 과열도 설정(SH)의 차를 「추가분」으로서 취급하고, 조건 (1) 또는 (2)의 어느 한쪽이 성립된 시점에서 추가분을 0으로 한다. 즉, 외관상, 목표값을 SHS에서 SH로 변경한 것이 된다.

다음에, 설정값 보정 수단(1)에 의한 과열도 설정의 보정 동작의 개시 시점을 제어한다. 기동 처리 종료로부터, 하기의 조건 (3) 또는 (4) 중 어느 한쪽이 성립될 때까지, 과열도 설정의 보정 동작을 금지한다. 그리고, 조건 (3) 또는 (4) 중 어느 한쪽이 성립되면, 정상 상태(부하와 밸브 능력이 균형을 이룬 상태)라고 판단하여, 과열도 설정의 보정 동작의 금지를 해제하고, 보정 동작을 시작한다.

(3) 「기동 처리 종료로부터 30분 경과」

(4) 「과거 10분간의 밸브 개방도 변화폭이 25 펄스 이내」

기동 처리란, 냉동 장치가 운전을 시작하고, 컨트롤러에 제어 개시의 지시가 입력되고 나서 (이 입력 신호를 「기동 입력」이라 하고, 릴레이 접점 등으로 컨트롤러에 입력됨), 컨트롤러가 과열도의 PID 제어를 시작할 때까지 행하는 처리로서, 예컨대 전자 팽창 밸브의 밸브 개방도를, PID 제어를 시작하는 밸브 개방도 위치(이것을 기동 개방도라고 함)로 하는 처리이거나, 또는 PID 제어를 시작하기 전에 기동 개방도를 일정 시간(이것을 기동 시간이라고 함) 유지하는 처리이다.

설정값 보정 수단(1)에 의한 과열도 설정의 보정 동작은 이하와 같이 행한다. 과열도의 목표값이 낮은 상태에서 운전하면, 증발기(40)의 출구 배관의 온도 센서(60)의 부착 위치 부근에 액냉매가 통과하여 온도 센서(60)의 입력(검출 온도)이 불안정해져서, 측정 과열도의 값이 불안정해진다. 그래서, 이 불안정 상태의 유무를 검출하여 과열도의 설정을 최적값으로 보정하여, 보정 과열도 설정값을 생성한다.

과열도 설정값의 보정 동작도 「기동 시의 과열도 설정 추가 처리」와 마찬가지로 설정 추가분을 증감시켜 실시한다. 불안정 상태의 검출은, 전자 팽창 밸브(30)의 밸브 개방도 변화, 즉 조작량 신호(MV)의 변화에 의해 판단한다.

도 9는 설정값 보정 수단(1)에 있어서의 데이터 처리를 개념적으로 나타낸 도면이다. 설정값 보정 수단(1)은 과열도 설정값을 보정하기 위하여, 기동 처리 종료의 시점에서, 조작량 신호(MV)에 의한 밸브 개방도 변화량, 최대 개방도 위치, 최소 개방도 위치의 1분 동안분의 데이터를 각각 1분마다 집계하고, 과거 10분 동안분을 유지하고 있다. 그리고 매 1분간 이들 데이터로부터 이하의 (a) 및 (b)의 값을 산출한다.

과거 10분간의 밸브 개방도 변화량…(a)

과거 10분간의 밸브 개방도 변화폭…(b)

또한, 10분마다, 상기 1분마다의 처리 후, 이하의 (c) 및 (d)의 값도 갱신한다.

과거 10분간의 밸브 개방도 변화량(a)의 10분마다의 값…(c)

과거 10분간의 밸브 개방도 변화량(a)의 10분마다의 값의 전회값…(d)

「기동 시의 과열도 설정 추가 처리」가 종료되고, 보정 동작의 금지가 해제되면, 1분마다 다음 (5) 내지 (9)의 조건을 판정하여 설정 추가분을 증감시켜 과열도 설정값을 보정한다.

(안정 상태를 검출한 경우) 과열도 설정값을 내리는 보정은, 다음 (5) 및 (6)의 조건에서 이루어진다.

(5) 과거 10분간의 밸브 개방도 변화량(a)이 25 펄스 이하

(6) 과거 10분간의 밸브 개방도 변화폭(b)이 5 펄스 이하

상기 조건 (5) 및 (6)의 양쪽 모두가 성립되면 설정 추가분을 1[K] 감소시켜, 과열도 설정값을 낮게 보정한다. 그리고, 낮게 보정한 후의 15분 동안은 상기 조건 (5) 및 (6)의 양쪽 모두가 성립되고 있다고 해도 과열도 설정값을 낮게 하는 보정은 행하지 않는다. 또한, 불안정 상태로부터 과열도 설정값을 올리는 보정을 하여 안정 상태가 된 경우는, 과열도 설정값을 올리고 나서 30분 동안은 과열도 설정값을 내리는 보정은 행하지 않는다.

(불안정 상태를 검출한 경우) 과열도 설정값을 올리는 보정은 다음 (7), (8) 및 (9)의 조건에서 이루어진다.

(7) 과거 10분간의 밸브 개방도 변화량(a)이 87 펄스 이상

(8) 과거 10분간의 밸브 개방도 변화량(a)이 21 펄스 이상이고 과거 10분간의 밸브 개방도 변화량의 10분마다의 값(c)의 3배 이상

(9) 과거 10분간의 밸브 개방도 변화량(a)이 21 펄스 이상이고 과거 10분간의 밸브 개방도 변화량의 10분마다의 값의 전회값(d)의 4배 이상

상기 조건 (7), (8) 및 (9) 중 어느 하나가 성립되면, 설정 추가분을 1.0[K] 증가시켜 과열도 설정값을 보정한다.

또한, 보정을 했을 때에는, 1분마다 집계한 과거 10분간의 밸브 개방도 변화량, 최대 위치, 최소 위치의 전체 데이터를 일단 0으로 클리어한다. 그리고, (c), (d)의 값은 10분이 경과되지 않아도 보정하기 직전의 데이터로 갱신하고, 10분 카운터를 리스타트한다.

도 5∼도 8은 컨트롤러(100)의 설정값 보정 수단(1)의 제어 동작의 흐름도로서, 이 제어 동작은 컨트롤러(100)에 내장된 마이크로 컴퓨터에 의해 실행되고, 설정값 보정 수단(1)의 기능을 얻는다. 또한, 도 5∼도 7의 처리는 컨트롤러(100)의 메인 처리에 대하여 예컨대 1초 정도의 타이밍의 인터럽트 처리에 의해 실행되며, 도 5 및 도 6의 처리는 제2 실시형태에 대응한다.

도 5는 기동 시의 과열도 설정 추가 처리의 흐름도이다. 우선, 단계 S1에서, 운전이 시작되고, 기동 처리가 종료되고 나서부터의 경과 시간이 10분 이상인지를 판정하여, 판정이 YES이면, 단계 S2에서, 보정 과열도 설정값을 SHS에서 SH로 변경하여 과열도 설정값의 추가를 종료하고, 원래의 루틴으로 복귀한다. 단계 S1에서 판정이 NO이면, 단계 S3에서, 과거 5분간의 증발 온도(SL)의 변화폭이 3[K] 이하인지를 판정하여, 판정이 YES이면, 단계 S2에서 과열도 설정값의 추가를 종료하여 원래의 루틴으로 복귀하고, 판정이 NO이면 그대로 원래의 루틴으로 복귀한다. 이상의 처리에 의해, 상기 조건 (1) 및 (2)에 따른 기동 시의 과열도 설정 추가 처리가 행해진다. 이 기동 시의 과열도 설정 추가 처리에 따른 시스템의 상태는 예컨대 도 10과 같아진다.

도 6은 보정 동작 금지의 해제 판정 처리의 흐름도이다. 우선, 단계 S4에서, 운전이 시작되고, 기동 처리가 종료되고 나서부터의 경과 시간이 30분 이상인지를 판정하여, 판정이 YES이면, 단계 S5에서 보정 동작의 금지를 해제하여 원래의 루틴으로 복귀한다. 단계 S4에서 판정이 NO이면, 단계 S6에서, 과거 10분간의 밸브 개방도 변화폭이 25 펄스 이하인지를 판정하여, 판정이 YES이면, 단계 S5에서 보정 동작의 금지를 해제하여 원래의 루틴으로 복귀하고, 판정이 NO이면 그대로 원래의 루틴으로 복귀한다. 이상의 처리에 의해, 상기 조건 (3) 및 (4)에 따른 보정 동작 금지의 해제 판정 처리가 행해진다. 이 보정 동작 금지의 해제 판정 처리에 따른 시스템의 상태는 예컨대 도 11과 같아진다.

도 7은 과열도 설정값의 보정 처리의 흐름도이다. 이 처리는 보정 동작의 금지가 해제되는 경우에 실행되며, 1분 타이머와 10분 타이머를 기동하고, 이 1분 타이머와 10분 타이머의 타임업 및 리스타트를 반복하여 처리가 진행된다. 우선, 단계 S11에서, 1분 경과되었는지를 판정하여, 판정이 NO이면 그대로 원래의 루틴으로 복귀하고, 판정이 YES이면, 단계 S12에서, 조작량 신호(MV)에 의한 1분간의 밸브 개방도 변화량, 1분간의 최대 개방도 위치, 1분간의 최소 개방도 위치의 데이터를 각각 집계하고, 단계 S13으로 진행한다. 단계 S13에서는, 상기 집계된 데이터로부터 과거 10분간의 밸브 개방도 변화량(a)과, 과거 10분간의 밸브 개방도 변화폭(b)을 산출하고, 단계 S14로 진행한다.

단계 S14에서는, 10분 경과되었는지를 판정하여, 판정이 NO이면 단계 S16에서 도 8의 보정 판정 서브루틴의 처리를 행하여 원래의 루틴으로 복귀한다. 단계 S14에서 판정이 YES이면, 단계 S15에서, 과거 10분간의 밸브 개방도 변화량(a)의 1O분마다의 값(c)과 과거 1O분간의 밸브 개방도 변화량(a)의 1O분마다의 값의 전회값(d)을 갱신한다. 그리고, 단계 S16에서 도 8의 보정 판정 서브루틴의 처리를 행하여 원래의 루틴으로 복귀한다.

도 8의 보정 판정 서브루틴에서는, 상기 조건 (5), (6) 및 (7)∼(9)를 판정한다. 단계 S21에서는 조건 (7)을 판정하고, 단계 S22, S23에서는 조건 (8)을 판정하며, 단계 S22, S24에서는 조건 (9)를 판정한다. 그리고, 단계 S21에서 조건 (7)이 성립하는 경우, 단계 S22, S23에서 조건 (8)이 성립하는 경우, 및 단계 S22, S24에서 조건 (9)가 성립하는 경우, 각각 단계 S25로 진행하고, 과열도 설정값을 1[K] 올려 보정 과열도 설정값으로서 출력하며, 단계 S26에서 마스크 시간 처리를 행하여 원래의 루틴으로 복귀한다. 단계 S26의 마스크 시간 처리는, 설정값을 올리는 보정을 하여 안정 상태가 된 경우에, 설정값을 올리고 나서 30분 동안은 설정을 내리는 보정을 하지 않기 위한 처리로서, 마스크 시간을 30분으로 설정한다.

이상의 조건 (7)∼(9) 모두가 성립하지 않는 경우는, 단계 S27에서 마스크 시간이 경과되었는지를 판정하여, 판정이 NO이면 그대로 원래의 루틴으로 복귀하고, 판정이 YES이면, 단계 S28에서 조건 (5)를 판정하며, 단계 S29에서 조건 (6)을 판정한다. 그리고, 단계 S28, S29에서 조건 (5) 및 (6)의 양쪽 모두가 성립하면, 단계 S30에서 과열도 설정값을 1[K] 내려 보정 과열도 설정값으로서 출력하고, 단계 S31에서 마스크 시간 처리를 행하여 원래의 루틴으로 복귀한다. 단계 S31의 마스크 시간 처리는, 설정값을 낮게 보정한 후의 15분 동안은 상기 조건 (5) 및 (6)의 양쪽 모두가 성립한다고 해도 목표값을 낮게 하는 보정을 하지 않기 위한 처리로서, 마스크 시간을 15분으로 설정한다. 이상의 과열도 설정값의 보정 처리에 따른 시스템의 상태는 예컨대 도 12와 같아진다.

또한, 과열도가 설정값보다 높은 상태에서, 전자 팽창 밸브를 밸브 개방 방향으로 작동시키는 제어 출력을 하고 있는 데도 상한 개방도(OLP)로 제한되어 작동하지 않는 경우가 있다. 그 상태에서 과열도를 보정하면, 밸브 개방도 변화가 상한 개방도로 안정되어 있기 때문에, 설정값을 내리는 보정을 계속해 버리기 때문에, 상한 개방도(OLP)로 제한되는 경우는, 보정에 관한 변수를 리셋하여 보정 처리는 행하지 않는다.

또한, 압축기 시동 시의 액백 방지, 압축기 모터의 과부하 방지를 가능하게 하는 MOP(Maximum Operating Pressure)라는 기능이 있다. 상한 개방도와 마찬가지로, 과열도가 설정값보다 높은 상태에서, 전자 팽창 밸브를 밸브 개방 방향으로 작동시키는 제어 출력을 하고 있는 데도 MOP 기능에 의해 밸브 개방도가 제한되어 작동하지 않는 경우가 있다. 그 경우도 보정에 관한 변수를 리셋하여 보정 처리를 하지 않는다.

또한, 사용자가 과열도 설정(SH)을 변경했을 때에, 설정값을 변경시킴에 따른 전자 팽창 밸브의 거동을, 불안정 상태라고 인식해 버리지 않도록, 설정 변경시에는 보정에 관한 변수를 일단 리셋하고 보정 처리를 리스타트한다. 또한, SH를 변경했을 때에, 설정 추가분이 있는 경우는 O으로 클리어한다.

조작량 신호 출력을 판정을 위해 입력으로 하는 제어 장치는 다른 분야에도 많이 존재하지만, 단순히 조작단을 보호하는 목적인 경우가 많다. 본 발명의 제어 장치는 이들과는 달리 피드백 입력된 조작량 신호 출력을 제어 입력 신호로서 취급하여 적극적으로 과열도 설정값의 보정에 이용하는 것이다. 즉, 입력된 조작량 신호 출력이 조작단을 보호하는 목적만으로 사용되는 것은, 조작량 신호 출력을 제한하는 형태로 작용하기 때문에, 목표한 제어 출력을 출력할 수 없어 제어성을 악화시킬 가능성이 있다. 그것에 대하여, 본 발명의 제어 장치는 피드백 입력된 조작량 신호 출력을 이용하여, 조작량 신호 출력이 전자 팽창 밸브의 신뢰성을 확보할 수 있는 범위 내에서의 동작인지 여부의 판정과, 과열도 설정값이 높은지 낮은지의 판정을 동시에 실행하여, 제어성을 악화시키지 않고 조작량 출력이 전자 팽창 밸브의 신뢰성을 확보할 수 있는 범위 내에 들어가고, 또한 증발기를 유효 이용할 수 있도록, 과열도 설정값을 최적값으로 보정할 수 있는 점에서, 다른 것과는 달리 대단히 큰 효과를 얻을 수 있다.

1 : 설정값 보정 수단 2 : PID 제어 수단
3 : 제어 대상 4 : 측정부
5 : 보정 동작 개시 판정 수단 10 : 압축기
20 : 응축기 30 : 전자 팽창 밸브
40 : 증발기 50 : 밸브 구동부
60 : 증발기 출구측 배관의 온도 센서 70 : 압력 센서
80 : 증발기 입구측 배관의 온도 센서 100 : 컨트롤러

Claims

냉동 장치의 전자 팽창 밸브에 조작량 신호를 부여함으로써 냉동 장치의 과열도를 제어하는 전자 팽창 밸브의 제어 장치에 있어서,
입력되는 과열도 설정값과 상기 냉동 장치의 측정 과열도에 따라 상기 전자 팽창 밸브에 대한 조작량 신호를 출력하는 PID 제어 수단과,
과열도 설정값과, 상기 PID 제어 수단이 출력하는 상기 조작량 신호의 피드백값을 입력으로 하여, 상기 PID 제어 수단에 출력하는 과열도 설정값을 보정하고, 보정 완료된 보정 과열도 설정값을 상기 PID 제어 수단에 출력하는 설정값 보정 수단
을 구비한 것을 특징으로 하는 전자 팽창 밸브의 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 설정값 보정 수단은, 상기 조작량 신호의 피드백값으로부터, 상기 전자 팽창 밸브의 밸브 개방도 변화를 상시 감시하여, 제1 주기마다, 과거의 제2 주기분의 밸브 개방도 변화량, 밸브 개방도 변화폭을 산출하며, 과거의 제2 주기분의 밸브 개방도 변화량이 정해진 제1 펄스 이하이고, 과거의 제2 주기분의 밸브 개방도 변화폭이 정해진 제1 펄스 폭 이하인 경우에는, 현재의 과열도 설정값이 높다고 판단하여 상기 과열도 설정값을 낮게 보정하며,
과거의 제2 주기분의 밸브 개방도 변화량이 정해진 제2 펄스 이상인 경우에는, 현재의 과열도 설정값이 낮다고 판단하여 상기 과열도 설정값을 높게 보정하는 것을 특징으로 하는 전자 팽창 밸브의 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 설정값 보정 수단은, 상기 제1 주기보다 긴 제3 주기마다, 과거 제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량을 기억하여, 그 전회분까지 유지하며, 상기 제1 주기마다, 이번의 과거 제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량이 정해진 제3 펄스 이상이고, 「제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량의 매 제3 주기 동안의 값」의 3배 이상으로 증가했거나, 또는 이번의 과거 제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량이 정해진 제3 펄스 이상이고, 「제3 주기 동안의 밸브 개방도 변화량의 매 제3 주기 동안의 값의 전회분」의 4배 이상으로 증가한 경우에도, 현재의 과열도 설정값이 낮다고 판단하여 상기 과열도 설정값을 높게 보정하는 것을 특징으로 하는 전자 팽창 밸브의 제어 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 냉동 장치가 운전을 시작하고, 제어 장치가 기동 처리를 종료하고 나서, 상기 제1 주기마다 산출된 과거의 제2 주기분의 밸브 개방도 변화폭이 정해진 제2 펄스폭 이내가 되는 것, 또는 냉동 장치가 운전을 시작하고, 제어 장치가 기동 처리를 종료하고 나서부터의 경과 시간이 30분 이상이 되는 것 중 어느 한쪽이 성립된 시점에서 상기 과열도 설정값의 보정을 시작하도록 한 것을 특징으로 하는 전자 팽창 밸브의 제어 장치.