JPH07107467B2

JPH07107467B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JPH07107467B2
Application number: JP63037978A
Authority: JP
Inventors: 健青木; 弘行栗原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1988-02-19
Filing date: 1988-02-19
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: JPH01212867A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕産業上の利用分野本発明は、低温庫の温度を制御する冷凍装置に係り、詳
述すると冷媒流量を制御する冷媒流量制御弁の開度を変
化させるための制御装置を改良した冷凍装置に関する。

従来の技術冷媒流量を制御する弁としては、いくつかの種類のもの
があるが、中でもその応答性の面で優れている電気式膨
張弁がよく知られている。この電気式膨張弁としては、
モータによってその弁開度を調節するものや、弁と連接
するバネに加える力を変化させて弁解度を調節するもの
などがある。本発明においては後者の弁を採用するもの
であり、後者の弁としては特公昭60−56983号公報や特
公昭60−34037号公報がある。特公昭60−56983号公報に
あっては、蒸発器出口側の温度の変化を電気信号に変換
し、この電気信号で弁の開度を調整するようにしたもの
である。一方、特公昭60−34037号公報にあっては、圧
縮機の始動時には、凝縮器入口部乃至中間部に設けた第
３の温度センサによる電気信号が所定値に達するまで電
気式膨張弁を全開状態にする信号を制御回路が出力する
ものである。

発明が解決しようとする課題前記特公昭60−56983号公報では膨張弁の開度を変える
ための電気信号としてどういう信号なのか詳細に記述さ
れておらず、そのコントローラが明示されるものではな
い。一方、特公昭60−34037号公報では、圧縮機が長時
間停止した後で始動した場合にあって、凝縮器に設けた
温度センサの電気信号が所定値に達するまでは、膨張弁
を全開状態にする信号を制御回路が出力することで、極
めて安定した始動を可能としたものである。しかしなが
ら、印加する電圧に対する膨張弁の応答性を良好にすべ
く制御回路が構成されているものではない。したがって
両公報においては、電気式膨張弁の信号に対する応答性
を速くするための改良が為されておらず、温度変化に対
する制御信号の変更が迅速に行なわれるものの、それが
弁の開度変更速度に繁栄されていないという問題があっ
た。

そこで、本発明は電気式膨張弁において、弁に連接せる
バネに加える力をソレノイドにて発生させるものにあっ
て、弁の開閉の応答性の悪い原因がソレノイドにて磁化
される磁心のヒステリシスにあることに着目し、このヒ
ステリシス幅を小さくすることをその技術的課題とし、
このヒステリシス幅が小さくなる信号を送出する制御装
置（弁開度調整部）を有した冷凍装置を提供するもので
ある。

〔発明の構成〕

課題を解決するための手段本発明は、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を環状
に配管接続する冷凍装置を提供するものであって、電気
信号により弁と連接するバネに加わる力が変化してその
開度が制御され冷媒流量を制御する冷媒流量制御弁と、
冷凍装置にて冷却される室内の温度を検知する温度セン
サと、所望の室内温度を設定する温度設定部と、温度セ
ンサと温度設定部との信号に基づいて前記バネの共振周
波数を避けてしかもこの共振周波数の近傍の周波数によ
るパルス幅変調信号を生成しこのパルス幅変調信号にて
弁の開度を制御する弁開度調整部とを設けたものであ
る。

作用ソレノイドに流す電流の向きを変化させることで、発生
する磁界により磁化される磁心のヒステリシスは、電流
の向きを変化させる速さすなわち周波数に比例するもの
であり、この周波数としてバネの共振周波数を避けて、
しかもこの共振周波数にできる限り近づけた周波数（共
振周波数の近傍の周波数）に選定することで、ヒステリ
シスの幅を小さなものにしている。

実施例以下本発明の実施例を第１図〜第４図を参照して説明す
る。

（１）は圧縮機（２）、四方弁（３）、室外側熱交換器
（以後凝縮器と称す）（４）、減圧装置としてのキャピ
ラリチューブ（５）及び膨張弁（６）、室内側熱交換器
（以後蒸発器と称す）（７）、アキュムレータ（８）等
を環状に配管接続した主冷媒流路（Ａ）を有する冷凍装
置であって、四方弁（３）は冷却運転時において実線矢
印の方向に冷媒経路をとり、除霜運転時において波線矢
印の方向に冷媒経路をとるように制御される。（９）は
冷却運転時蒸発器に空気を送って貯蔵室室内空気を循環
・冷媒させる室内側送風機、（10）（11）は貯蔵室内の
温度を検知すべく冷却運転時における蒸発器（７）への
空気の吸込側、吹出側にそれぞれ配設される室内温度セ
ンサ（前者を吸込温度センサ後者を吹出温度センサとす
る）であり、後述する弁開度調整部（15）に検知温度に
基づいた信号をそれぞれ送出する。尚、キャピラリチュ
ーブ（５）及び膨張弁（６）には、それぞれ逆止弁（1
2）（13）を並列接続しておく。

（14）は弁開度調整部（15）にてその開度が制御される
冷媒流量制御弁であり、冷凍装置（１）（詳しくは主冷
媒流路（Ａ））の低圧側（本例では冷却運転時における
蒸発器（７）の出口側）に接続される。（Ｂ）は電気信
号によりその開閉が制御される電動弁（本例では電磁弁
を使用することから以下電磁弁と称す）（16）、膨張弁
（17）及び補助エバポレータ（以下補助エバと称す）
（18）を直列接続し主冷媒流路（Ａ）すなわち、膨張弁
（６）、蒸発器（７）及び冷媒流量制御弁（14）をバイ
パスする補助流路であって、冷却運転時における凝縮器
（４）の出口側（ここではキャビラリチューブの出口
側）と蒸発器（７）の出口側（ここではアキュームレー
タの入口側）との間に接続され、かつ補助エバ（18）を
凝縮器（４）の風下側に位置するように配設させる。ま
た電磁弁（16）は圧縮器（２）の吸込側（ここではアキ
ュムレータ（８）の出口側に配設された低圧スイッチ
（19）により、その開閉が制御される。本例では、圧縮
機（２）の吸込側圧力が所定圧力P₁以下になったとき、
低圧スイッチ（19）が閉じ、電磁コイル（図示せず）に
通電され電磁弁（16）が開放状態となり、吸込側圧力が
一定圧力P₂（P₂＞P₁）以上になったとき、低圧スイッチ
（19）が開き電磁コイルへの通電が停止して電磁弁（1
6）が閉塞状態となるようにしておく。また、冷媒流量
制御弁（14）は弁と連接するバネに加わる力を電気信号
により変化させて弁の開度が制御されるものであり、直
流信号にて制御するが、所定電圧（本例では12V）を印
加したとき全閉、零電圧を印加したとき全開となるもの
で、電圧と所定電圧との間の電圧を印加したとき印加電
圧が小さくなればなるほどその開度が大きくなる。

そして、この冷媒流量制御弁（14）は電磁式調節弁と称
されるもので、第４図に示すような構造をなし、以下そ
の例を説明する（ただし冷却運転時の冷媒の流れをもと
に説明する）。弁本体（30）は、蒸発器出口側と接続す
る冷媒流入部（31）と、四方弁（３）の入口側と接続す
る冷媒流出部（32）を有し、弁本体内を二室に区画する
隔壁（33）には両部（31）（32）を連通する連通口（3
4）（35）が穿たれ、この連通口（34）（35）を開閉す
る弁座（36）（37）が弁軸（38）に設けられており、一
方の弁座（36）は流入部側に、他方の弁座（37）は流出
部側に位置している。そして、弁座（36）（37）を開放
する方向に付勢する圧縮されたコイルバネ（39）（40）
がそれぞれ出口側弁本体内に介設されている、一方、弁
軸（38）の頭部に設けられた作動体（41）は、電気信号
により励磁されるコイル（42）による磁力を受け軸を上
下方向に駆動させる。また、弁座（36）（37）はコイル
（42）が非通電のとき全開であり、所定電圧が印加され
たとき全閉となり、印加電圧が小さくなると開方向に動
作する。従って、この冷媒流量制御弁（14は全閉から全
開又はこの逆の動作が行なえる構造となっている。

弁開度調整部（15）は、室内温度センサ（10）（11）及
び室内温度を所望の温度に設定する温度設定部（20）か
らの信号を受け、これらの信号の関係に基づきオンオフ
デューティー比を変化させた電気信号（すなわちパルス
幅変調信号）を作成し、冷媒流量制御弁（14）を制御す
るものであり、第１図にその一例を示している。尚、冷
媒流量制御弁（14）は、その一部を構成するソレノイド
にて磁化される磁心が印加電圧の滑らかな変化に対して
はヒステリシス幅が大きくなり、また周囲的変化に対し
てはその周期が短くなるほどヒステリシス幅が大きくな
る特性を有しており、これが信号に対する弁開度変更の
応答性を遅らせる原因の一つであることから、このヒス
テリシス幅を小さくするために、弁開度調整部（15）は
印加電圧を周期的に変化させる場合にバネの共振周波数
をも効力に入れて周波数を設定したものである。

（21）は温度設定部（20）からの信号と室内温度センサ
（10）（11）の両信号とを受ける演算部で、室内温度セ
ンサ（10）（11）による検知温度の平均温度（これを室
内温度と判断している）と設定温度とに基づいてPID制
御法による演算を行ない、その演算値を例えば８ビット
の２進数信号に変換して出力端子群Ｄ（D₀〜D₇）より出
力する。出力される信号をＤデータの称す。演算部（2
1）はまた、出力端子φより基準クロック（ここでは周
波数2MHz）のパルスを送出している。（22）は計数部で
あり、基準クロックパルスを受け、適宜数で分周してス
ロックパルス（本例では64分周して31,25KHzのパルス）
を作る分周器（23）と、このクロックパルスを受け８ビ
ットの２進数すなわち256段階に計数する計数器（24）
とから成り、計数器（24）は出力端子群Ｑ（Q₀〜Q₇）よ
り８ビットの２進数信号を出力する。この出力信号をＰ
データと称すが、Ｐデータの１周期は約1/120となる。
そして、（25）は演算部（21）の出力すなわちＤデータ
と、計数部（22）の出力すなわちＰデータとを入力し、
両データを比較してその比較結果に基づいてHiレベル信
号（所定電圧V_ccであり以後“H"信号と称す）若しくはL
oレベル信号（零電圧であり以後“L"信号と称す）を出
力する比較部である。尚、演算部（21）、計数部（22）
及び比較部（25）にて弁開度調整部（15）を構成してい
る。

弁開度調整部（15）の出力はスイッチング素子例えばス
イッチングトランジスタ（以下トランジスタと称す）
（26）のベースに入力されており、このトランジスタ
（26）はエミッタが接地され、コレクタが冷媒流量制御
弁（詳しくは電磁コイル）（14）を介して所定電圧源V
_cc（＝12ボルト）に接続されている。そして、弁開度調
整部（15）から出力されるパルス幅変調信号における
“H"信号のときトランジスタ（26）がオンして電磁コイ
ルに通電され、弁が閉じる方向に作動し、“L"信号のと
きトランジスタ（26）がオフして、弁が開く方向に作動
する。このため弁は１周期の中で全開と全閉との両方の
動作をするように指示されるが、機械的に追随できず、
オンオフデューティー比から決まる平均電圧に対応した
位置での弁開度で安定することとなる。

以上の構成による冷凍装置の冷却運転時の動作を説明す
る｛四方弁（３）による冷媒流路は実線矢印の方向であ
る｝が、貯蔵室内には貯蔵物が適度に収容されており、
室内温度が設定温度を上回っているものとする。

室内温度センサ（10）（11）からの信号により弁開度調
整部（15）が弁の開度を決定して信号を送出し冷媒流量
制御弁（14）の開度を変化させる。このとき、圧縮機
（２）から吐出された高圧ガス冷媒は、凝縮器（４）で
凝縮されて液化し、膨張弁（６）で減圧膨張され、蒸発
器（７）内を通過する際に室内空気と熱交換を行ない、
冷媒流量制御弁（14）で流量制御され、アキュムレータ
（８）を経て低圧ガス冷媒となって圧縮機（２）へ戻
る。冷媒はこの主冷媒流路（Ａ）を循環することで、室
内空気を冷却し、設定温度まで低下させる。

ここで、冷媒流量制御弁（14）及び弁開度調整部（15）
の動作を説明すると、室内温度センサ（10）（11）から
の信号を受け、演算部（21）が両検知信号の平均をとり
室内温度とし、設定温度との関係からPIDによる演算を
行ない、出力端子群ＤよりＤデータを出力する。このＤ
データとしては、室内温度と設定温度との偏差が大きい
とき低い値となり、小さいとき高い値となる。一方、計
数部（22）では基準クロックよりクロクパルスを作り、
このクロックパルスを１周期Ｔにおいて256段階で計数
し（その１周期Ｔが本例では約1/120となる）、出力端
子群ＱよりＰデータを出力する。そして比較部（25）が
ＤデータとＰデータを比較してＤデータがＰデータより
大きい（Ｐ＜Ｄ）とき、“L"信号を出力し、Ｄデータが
Ｐデータ以下（Ｐ≧Ｄ）のとき“H"信号を出力する。し
たがって偏差が大きいとき１周期Ｔ中における“H"信号
を出力する期間ｔは長く偏差が小さくなるにつれて“H"
信号の出力する期間ｔは短くなる。すなわち、１周期Ｔ
における出力電圧V_tは、〔V_t＝V_cc×t/T〕であり、ｔの
長さが偏差に応じて比例変化するため、V_tも偏差が大き
いとき大きな値をとり、偏差が小さいとき小さな値をと
ることとなる。

そして、トランジスタ（26）は、“H"信号の出力されて
いる期間ｔの間だけオンし、冷媒流量制御弁（14）には
１秒間に期間ｔずつ1/T回だけの通電が為される。これ
は、実質的に〔V_t＝V_cc×t/T〕の電圧が冷媒流量制御弁
（14）に印加され、この電圧V_tに基づいた開度で弁が停
止することと同じである。

ただし、比較部（25）から出力される信号の周波数ｆ
（＝1/T）が、冷媒流量制御弁（14）の弁と連接するバ
ネの共振周成数f_Lと等しくなると、制御弁自体が共振し
てしまい弁としての本来の機能が果たせなくなるため、
バネの共振が起こらない範囲で、ｆをf_Lより大きい中で
もできる限りf_Lに近づけた値に設定しておく（実施例中
では120Hzとしている）。このように設定しておくこと
で、弁に印加する電圧に対する弁開度変更の応答性が向
上する。

一方、冷却運転の継続に伴ない室温温度が低下し、冷媒
流量制御弁（14）の開度も徐々に小さくなると、圧縮機
（２）の吸込側圧力は次第に低下していく。この吸込側
圧力が所定圧力P₁以下になると、低圧スイッチ（19）が
閉じ電磁弁（16）が開放状態となる。このため、凝縮器
（４）を通過した冷媒は主冷媒流路（Ａ）と補助流路
（Ｂ）とに分流される。このとき、補助流路（Ｂ）にお
ける補助エバ（18）は、凝縮器（４）の風下側に位置す
るため、凝縮器（４）にて熱交換された暖かい空気によ
り暖められ、同一流量の冷媒が流れ込む場合でも、補助
エバ（18）の蒸発温度は蒸発器（７）の蒸発温度よりも
高くなる。そして、補助流路（Ｂ）に冷媒が流れ込むこ
とでアキュムレータ（８）への冷媒流量が増え、圧縮機
（２）の吸込側圧力は次第に高くなってゆく。また補助
流路（Ｂ）に冷媒が分流することで、主冷媒流路（Ａ）
へ流れる冷媒量が減少して、蒸発器（７）の冷却能力は
実質的に低下することとなり、室内温度の低下の度合い
は少なくなり、結果的に冷媒流量制御弁（14）の開度が
小さくなることは抑制される。この状態が継続し、吸込
側圧力が次第に高まり一定圧力P₂以上になると、低圧ス
イッチ（19）が開放し電磁弁（16）が閉塞して、補助流
路（Ｂ）への分流が絶たれ、再び主冷媒流路（Ａ）だけ
による冷却運転に切り換わる以下同様の動作を切り返
す。したがって、圧縮機（２）の吸込側圧力が所定圧力
P₁より大幅に低下することは抑制され、このため圧縮機
（２）を停止することなく連続作動させられる。すなわ
ち、圧縮機（２）の低圧補償が行なえるとともに、圧縮
機（２）が停止しないことから、最も過負荷となる始動
を少なくし結果的に圧縮機（２）の寿命を延長すること
となる。

〔発明の効果〕

以上記述したように本発明によれば、冷媒流量制御弁に
送出される信号がパルス幅変調信号であることから、弁
の一部を構成しているソレノイドに流れる電流が周期的
に変化し、それに伴なう磁界の方向も周期的に変化す
る。このとき、この磁界を受けバネを押圧する磁心はヒ
ステリシスをもって動作するが、そのヒステリシスは電
流周期に反比例する。このためパルス幅変調信号の周波
数をバネの共振周波数を避けて、しかもこの共振周波数
にできる限り近づけた周波数（共振周波数の近傍の周波
数）に設定することで、ヒステリシスを小さくして、信
号に対する弁開度変更の応答性を良くしている。

【図面の簡単な説明】

各図は本発明の一実施例を示し、第１図は弁開度調整部
のブロック回路図、第２図は冷媒流量制御弁を配設した
冷媒回路図、第３図は弁開度調整部から出力されるパル
ス幅変調信号の一例を示す信号波形図、第４図は冷媒流
量制御弁の概略断面図である。（１）……冷凍装置、（７）……蒸発器、（10），（1
1）……温度センサ、（14）……冷媒流量制御弁、（1
5）……弁開度調整部、（20）……温度設定部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を環
状に配管接続する冷凍装置において、電気信号により弁
を連接するバネに加わる力が変化してその開度が制御さ
れ冷媒流量を制御する冷媒流量制御弁と、前記冷凍装置
にて冷却される室内の温度を検知する温度センサと、所
望の室内温度を設定する温度設定部と、前記温度センサ
と温度設定部との信号に基づいて前記バネの共振周波数
を避けてしかもこの共振周波数の近傍の周波数によるパ
ルス幅変調信号を生成し、この信号を前記制御弁に出力
する弁開度調整部とを設けたことを特徴とする冷凍装
置。