JPS5824770A - 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】 本発明は冷凍サイクルの冷媒流量制御装置に係ル、特に
冷凍、サイクル中の膨張弁の開度をパルスにより駆動さ
れる七−夕によシ調整して冷媒流量を制御する冷媒流量
制御装置に関するものである。

斯かる装置は、蒸発器出口部の温度に応じたガス圧によ
って弁開度が調節される機械式膨張弁や、電気ヒータと
バイメタルを組合せた弁駆動部を有し、バイメタルの変
形によって弁開度が調節される熱動式膨張弁を冷凍サイ
クルに用いた従来の装置の応答性、制御性（精度）など
の悪さを改善するために考えられた亀のである。

ところで、冷凍サイクルにおいて蒸発器出口部の過熱度
が設定過熱度よシ小さくなりた場合、負荷に対する適性
流量よシも多くＱ冷媒が流れている仁とになシ、冷媒が
液のｔｔ＝ンプレッサに入る、所謂液パツク状態が生じ
、コンプレッサが破損するという事態が起きかねなくな
る。

本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、蒸発器出口部の過熱度が設定過熱度よ
シ小さくなっても液パツク状態が生じることがな−よう
に冷媒流量を制御できるようになした冷媒流量制御装置
を提供することにある。

以下本発明を実施例を示す図面について説明する。

第１図は本発明による冷媒流量制御装置を適用した冷凍
システムの一例を示し、冷凍システムは圧縮機１、凝縮
器！、膨張弁３、及び蒸発１１４によって構成されてい
る。膨張弁３はその一度がパルスにより駆動されるステ
ッピング七−夕ＩＫよシ調整されるようになりている。

上記パルスは、蒸発善事の出口部に峻けた圧力センサ６
と温度センナ１との出力に基き制御器８が発生する。

上記圧力センサ６は、蒸発善事の出口部で冷媒の圧力を
検出して圧力に対応する大きさの電圧を出力するもので
、第２図（１）に示すように＃１とんど直線と見なしう
る圧力対出力電圧特性を有する。

仁の圧力センナ・の出力は、蒸発善事の出口部の過熱蒸
気の温度とその蒸気の圧力に相当する飽和温度との差で
定義される蒸発善事の出口部の過熱度を決定する丸め、
上記飽和温度を求めるために利用されるが、一般に冷媒
圧力対飽和温度の特性、すなわち飽和蒸気圧線は直線的
でなく、２次曲線に近い曲線特性となつているため、冷
媒圧力相当温度に対する出力電圧については、第２図−
）に示すような特性となシ、直線的でなくなる。

しかし、熱電対温度変換器などに広く使用されているリ
ニアライブを用いれば、第２図（ロ）の特性を容易に直
線化できる。従って、同じように温度センサ１の出力特
性も直線化しておけば、冷媒の過熱度は基準となる冷媒
圧力相当温度が変化しても直線的な関係を保つことがで
きる。

上記圧力センナ・と温度センサ７の出方は、第３図にブ
ロック図で示す制御器の演算部−６１に加えられる。演
算部・０１は、上記両七ンナ６及びフからの信号によシ
、上記定義に基き演算して蒸発善事の出口部−過熱度を
求めると共に、過熱度設定部１目から入力される設定過
熱度に対する実際の過熱度０偏差ノ８Ｂを演算にょシ求
め、偏差に対して第４図に示すような関係にある電圧の
信号を出力する。この演算部１６０１の偏差に関する出
力は、弁の開動作又は閉動作を行わせるために利用され
、十偏差のあるときに社、過熱状態がきき過ぎるめで冷
媒の流量を増すように弁をより開く方向に動作させ、−
偏差のあるときには、逆に弁を閉じる方向に動作させる
。

上記演算部１１０１の出力は、関数発生部８０３、偏差
極性検出部１１０４及び大偏差検出部＄０５に導かれて
いる。関数発生部８０３は、偏差極性検出部ＩＩ＠４Ｃ
）制御のもとで、入力電圧が正のときと負のときで利得
が変えられるようにな１ておシ、−偏差のときの出力電
圧の絶対値が同じ大きさの十偏差のときよシも大きくな
るようにし、第４図に示すような入力に対して第ｓｗＪ
に示すような出力を発生するように働く。

具体的には、関数発生部８ｏｓ及び、偏差極性検出部８
０４は第６図に示すように構成されている・関数発生部
ＳＯＳは、演算増幅器（以下ＯＦアンプと略記する）Ｕ
ｓ　と、抵抗Ｒ１＊Ｒ１及びＲ１と、抵抗Ｒ，と並列の
抵抗Ｒ，を接離するアナログスイッチ８１とからなる反
転増幅器として構成され、Ｒ１−Ｒ＠　ｍＲ＠であると
すると、反転増幅器の利得はアナ四グスイッチＢ１がオ
フのとき１、オンのとき！になる。

一方、偏差極性検出部１１０４はｏｐアンプＵＩからな
るコンパレータとして構成され、入力すなわち偏差が正
であればＬレベル、負であればＨレベルの出力を送出す
る。この偏差極性検出部８０４の出力は、上記関数発生
部・０３のアナログスイッチ８１のオン・オフを制御す
るための他、後述するステッピング毫−夕の回転方向を
指定するために利用される。

アナログスイッチ８１唸、その人、２７ＫＬレベル信号
が加わるとオフし、■レベル信号が加わるとオンするよ
うになっているため、十偏差のときオフして反転増幅器
の利得をＩＫ、−偏差のときオンして反転増幅器の利得
を２にそれぞれ設定する。

上述の具体例では、関数発生部８０３を反転増幅器で構
成しているため、第４図のような入力があると、第６図
とは異なる第１図に示すような出力電圧が出力されるが
、もう一度反転増幅してやれば第Ｓ図のような出力特性
となることは明らかである。

上記関数発生部＠０３の出方は、後にム／Ｄ変換する大
めに絶対値変換部１０８に導かれる。絶対値変換部５ｏ
ｓａ第３図に示されるよ５に、ＯＰアンプυ・と抵抗！
ｔ４．Ｒ＠とダイオードＤ１　。

Ｄ、とからなる直線検波回路と、ＯＰアンプｕ４と抵抗
Ｒ−、Ｒｆ、Ｒ−とか、ｂなる加算回路とによって構成
され、第６図に示す入力が加えられると第９図に示す出
力を発生する。すなわち、この絶対値変換部＄０６は入
力信号電圧の極性にかかわらず常に正の出力電圧を出力
するように働く。

絶対値変換部ＩＯ・の出力はム／Ｄ変換部＠（１７に導
かれる。ム／Ｄ変換部＠Ｏ）はタイマ部１１によって規
定される周期毎にその入力の大きさに・　　応じ九数の
パルスを出力するように働く、タイマ部＠Ｏ・は通常第
１（ＩＩＥＩに）ｋ示すような周期！、持続時間ｔのパ
ルスを発生し、設定過熱度に対する実際の過熱度の偏差
が予め定めた値以上のとき、大偏差検出部ｓＯｓの制御
のもとて第１０図Φ）に示すような周期２ｔ、持続時間
ｔのパルスを発生するようになっている。

なお、上記厨期丁は冷凍システムによって異なっていて
実験的に定められるが、約数分である。

一方、パルスの持続時間ｔは８０秒以内に定められる。

通常状このように、パルス駆動されるステッピングモー
タによシ弁を一度調整すると、その調整結果が冷凍シス
テムに現われる数分間制御を停止するようにタイマによ
って！スフし、次の制御時点でそのときの偏差に応じ丸
数のパルスを発生して制御を行つている。

とζろが、蒸発器近傍の温度が急に変シ負荷が急変した
場合や、システムの運転の都合で圧縮機の能力を変える
容量制御が行われた場合には、弁開変度と冷媒流量とが
実際に必誉−とされるものから大巾にずれてしまい、偏
差が著しく大きくなる。

制御器８は偏差に応じてパルスを発生して弁を調整する
が、各周期毎に出力できる最大パルス数が限られている
ので、上述のような場合に冷媒の流量を適正にするよう
に弁を調整してパ２ンスさせるためには多大な時間を要
し、省エネルギーの観点から好ましくない。

従って、このように偏差が大きくなったときには、タイ
マ８０８によるマスク時間を短くして弁の開度が所定位
置に早く調整できるように、タイマＩＯ＠が発生するパ
ルスの周期を第ｔｅｌｌ（ｂ）のように短かくしてシス
テムのパツンス点を早く見つけるようにすればよい。

第１１図は上記大偏差検出部＠ＯＳ、ム／Ｄ変換部１１
０７及びタイ背部８０８の具体例を示す。

大偏差検出ｌ５８Ｏ５は、ＯＰアンプｔＪ、からなる＋
側大偏差検出用コンパレータと、ＯＰアンプＵ−からな
る−側大偏差検出用コンパレータと、両コンパレータの
オアをとるオアゲートＧｍ　とによシ構威され、ＯＰア
ンプυ＄の反転入力端子とＯＰアンプＵ−の非反転入力
端子とには、検出すべき十及び−の大偏差に相当する電
圧＋６と一〇とがそれぞれ加えられている。この結果、
大偏差検出部８０ｓへの偏差相当電圧入力を６ｉとする
と、ＯＰアンプＵＩの出力は・１〉＋・のときＨレベル
、・１〈＋・のときＬレベルとな、６、ｏｐアンプＵ＠
の出力は・１〉−・のときＬレベル、・１く−・ノド１
１■レベルとなるため、オアゲー）Ｇｌの出力は、偏差
が所定値以下か以上であるかによ、うてそれぞれＬ及び
Ｈレベルとなる。

タイマ部＄Ｏ−は、周期テ、持続時間ｔのパルスを発生
する第１タイ臂！ｉと、周期！ｔ、持続時間ｔのパルス
を発生する第２タイマＴ、と、大偏差検出部８０ｓの出
力がＬレベルであるかＨレベルであるかによって切換る
切換用アナログスイッチ８１とによシ構成され、スイッ
チＳ、には大偏差検出部８０ｓの出力がＬレベルのとき
第１タイマチ３を、■レベルのとき第２タイマチーをそ
れぞれ選択してそれらからのパルスを選択的に出力する
。

ム／Ｄ変換部＄・７は一般的なランプ形ム／Ｄ変換器と
して構成され、ＯＰアンプ田！　＃υ・か、　　らそれ
ぞれ鬼る一組のコンパレータと、Ｏ］Ｐアンプυ・、コ
ンデンサＧ、アナログスイッチＳｓなどからなる積分器
と、セット入力端子及びリセット入力端子にＯＰアンプ
Ｕ、及びｔｌ、の出力がそれぞれ接続されているＲ　−
Ｓ　ｙリップクロッＡ１と、一定周波数のパルスを発生
するパルス発生器Ｐと、一方の入力に７リツプ７０ツブ
ＦＦのＱ出力、他方の入力にパルス発生器Ｐからのノ（
ルスが加えられているアンドゲートＧ３　とにより構成
されている。

とのム／Ｅｌ変換部＠０？は、絶対値変換部３０６の出
力が入力ＷｉｎとしてＯＰアンプＵマの反転入力端子に
入力され、かつタイマ部８０８からの／＜ルスがインバ
ータ■を介してアナログスイッチＳｓに入力されている
。そして、アナログスイッチ８８社その入力がｂレベル
のときオフし、Ｈレベルのときオンするようになってい
る。

ところで、ＯＰアンプυ書の反転入力端子と非反転入力
端子には、それぞれ−Ｖｒ・ｆ　と−ｖｓ（１Ｖｒｅｆ
ｌ　：＞　ｌマ１ｓ１）とが印加されているため、第１
２図に示すように時点ｔ１で立上る持続時間ｔのパルス
がタイマ部ＳＯＳから加えられてアナログスイッチＢ、
がオフすると、積分器の出方電圧が第１２図（ｂ）に示
すように−ｖ！Ｉ　から徐々に増大するようになる。そ
して出方電圧が時点１．でＯｖになると、コンパレータ
υ＄の出力がＫとなシ、このことによりて７リツプフロ
ツプＴｙがセットされるようになる。このフリップフｐ
ツブＩＰ１０セットによシそのｑ出方が第１！図−）に
示すようにＬからＨレベルに立上るようになる。このた
め１．アンドゲートＧ、が開いて第１２図■に示すよう
なパルス発生器ＰからのパルスがアンドゲートＧｌ　を
通過するようになる。

上記積分器の出力が更に増大し、絶対値変換部８０６か
らの入力Ｗｉｎの値を越える時点ｔｓに達すると、コン
パレータυ１の出力がＨとなシ、このことＫよって７リ
ツプフロツプＦ１がりセットされ、そのＱ出力が■から
Ｌレベルになる−このため、アントゲ−）Ｇｓが閉じら
れ、その出力にパルス発生器Ｐからのパルスが現われな
くなる。

従って、アンドグー）Ｇｓの出力は、第１２図（ｅ）Ｋ
示すように時点ｔｓ　とｔｌの間でパルスを送出する。

積分器の出力は以後も増大し続けるが、時点ｔ４でタイ
マ部８０８からのパルスがＬとなシ、アナログスイッチ
８１がオンすると、コンデンサＣに充電されていた電荷
がアナログスイッチ８ｍを通じて放電されるため、積分
器の出力は−Ｖｇ　の電圧まで急速に降下するようにな
る。

上記アンドグー）Ｇｓを通過するパルスの数は、絶対値
変換部８０６からの入力がＷｉｎ’　　のように大きく
なると、その分家積分器の出力電圧がｖｉｎ′を越える
時点が遅れ、それまで７リツプフロツプＦｙがリセット
されないため、アンドゲートＧ１は時点ｉ、１．１で閉
じられず、時点１．とｔｓ′との間の時間分だけ余分の
パルスがアンドゲートを通じて送出されるように表る。

このように送出されたパルｉは、ステッピングモータ駆
動部ｇｏｅｔｃ導かれる。ステッピングモータ駆動部ｓ
Ｏ―は、偏差極性検出部８０４からの信号に応じステッ
ピング七−夕６を、ム／Ｄ変換部＄Ｏフからのパルス数
に応じた角度丈正転又は反転させるように働き、偏差が
正のときは膨張弁３を開く方向に、負のと、きには膨張
弁を閉じる方向にステッピングモータ６を回転させる。

本発明は上述したように、蒸発器出口部の過熱度が設定
過熱度よシ小さいとき、すなわち設定過熱度に対する実
際の過熱度の偏差が負のとき、同じ大きさの正の偏差の
ときよυも多くのパルスを発生してモータの回転駆動量
を大きくしているため、弁開度の制御量、すなわ−ち冷
媒流量の制御量が弁閉方向で大きくなって冷媒流量が速
かに減少されるようになシ、冷媒が液の１１コンプレツ
サに入ル、所謂液パツク状態を生じることが未然に防が
れるようになりでいる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷媒流量制御装置を適用し要冷凍
システムの一例を示す簡略図、第２図（２））及び−）
は第１図中の圧力センナの圧力対出力電圧特性と、冷厳
圧力相当温度対出力電圧特性とをそれぞれ示すグラフ、
第３図は本発明による冷媒流量制御装置の一実施例を示
すブロック図、第４図はｔａｓ図中の演算部の出力特性
を示すグラフ、第５図は第３図中の関数発生部の出力特
性を示すグラフ、第６図社第３図中の関数発生部と偏差
極性検出部の具体例を示す回路図、第１図は第６図中の
関数発生部の出力特性を示すグラフ、第８図は第３図中
の絶対値変換部の具体例を示す回路図、第９図は第８図
の絶対値変換−の出力特性を示すグラフ、第１０図（峙
及び＠拡第３図中のタイマ部の周期の異なる出力パルス
の波形図、第１１図は第１図中の大偏差検出部、ム／Ｄ
変換部及びタイ１部の具体例を示す回路図、並びに第１
２図は第１１図の回路の動作を説明するための波形図で
ある。 ３・・・・・・・・・膨張弁、４・・・・・・・・・蒸
発器、Ｓ−・−旧・・ステッピングモータ、６・・・・
・・・・・圧力センサ、７・・・・・・・・・温度者ン
サ、８・・・・・・・・・制御器、８ｏ１・旧・・・・
・演算部、１０１・・・・・・・・過熱度設定部、８ｏ
３・・・・・・・・・関数発生部、８ｏ４・・・・・・
・・・偏差検出部、８ｏ７・・・・・・・・・ム／Ｄ変
換部。 特許出願人　　株式会社鷺宮製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. その開度によシ冷媒の流量を調整する膨張弁と、パルス
   によシ駆動されて前記膨張弁の開度釜調整するモータと
   、蒸発器の出口部について予め設定した過熱度に対する
   実際め過熱度の偏差を求め、該偏差の大きさに応じた数
   のパルスを発生して前記モータを駆動する制御器とを具
   備し、前記制御器が、負の極性の偏差に応じて発生する
   パルスの数を同じ大きさの正の極性の偏差に応じて発生
   するパルスの数よ）も多くする手段を備えることを特徴
   とする冷媒流量制御装置。