JPH01212867A - 冷凍装置 - 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】 〔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
化き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開度を調節するもの
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６
０−３４０３７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６Ｇ−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きれるも
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
き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
開度が制御き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
波数を避けた適宜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諮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、で
きる限り共振周波数に近づけて小さくすることで、ヒス
テリシスの幅を小きなものにしている。

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・冷却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、吹田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田温度セ
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（１２＞　（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きれる電動弁（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（ここではキャピラリチュ
ーブの出口側）と蒸発器（７）の出口側（ここではアキ
ュムレータの入口側）との間に接続きれ、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）は圧縮機（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Ｐ、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）に通電きれ電磁弁（１６）が開放状態
となり、吸込側圧力が一定圧力Ｐ！　（Ｐａ　＞　ｐｔ
　）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（１６）が閉本状態
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、零電圧
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
称きれるもので、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、弁本体内を二本に
区画する隔壁（３３）には両部（３１）（３２）を連通
する連通口（３４）（３５）が穿たれ、この連通口（３
４）（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
る圧縮されたフィルバネ（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
磁されるフィル（４２）による磁力を受は軸を上下方向
に駆動キ辷る。また、弁座（３６）（３７）はフィル（
４２）が非通電のとき全開であり、所定電圧が印加きれ
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）（１
１）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
オンオフデユーティ−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、また周期
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きせる場合にバ
ネの共振周波数をも考慮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ビツトの２進数信号に変換して出力端子群Ｄ（
Ｄ８〜０１）より出力する。出力される信号をＤデータ
と称す。演算部（２１）はまた、出力端子−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、適宜数で分周してクロックパルス（本例では６４
分周して３１．２５Ｋ）Ｉｚ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ビツトの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（Ｑ、〜Ｑ、）よ
り８ビツトの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１７１２０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ＶＣＣであり以後″Ｈ”信号
と称す）若しくはＬｏ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、フレフタが冷媒流量
制御弁（詳しくは電磁コイル）（１４）を介して所定電
圧源Ｖｃｃ（＝　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、オンオフデユーティ−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（１
５）の動作を説明すると、室内温度センサ（１０）（１
１）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、出力端子群りより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
偏差が大きいとき高い値となり、小きいとき低い値とな
る。一方、計数部（２２）では基準クロックよりクロッ
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段階で計数しくその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、“Ｈ
”信号を出力し、ＤデータがＰデータ以下（Ｐ≧Ｄ）の
とき′Ｌ”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１Ｈ”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
。

は、（Ｖｌ　−ＶＣＣｘ　ｔ　／　Ｔ　）であり、ｔの
長さが偏差に応じて比例変化するため、ｖ８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聾な値を
とることとなる。

そして、トランジスタ（２６）は”Ｈ”信号の出力きれ
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［Ｖｌ−ＶｃｃＸ　ｔ／Ｔ）の重圧
が冷媒流量制御弁（１４）に印加され、この電圧Ｖ、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
するバネの共振周波数ｆ、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ｆＬより
大きい中でもできる限りｆ、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内温度が低下し、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ゆく。この吸込
側圧力が所定圧力Ｐ、以下になると、低圧スイッチ（１
９）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Ｐ３以上になると、低圧スイッチ（１９〉
が開放し電磁弁（１６）が閉室して、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。以下同様の動作を繰り返す。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〕

以上詳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、この磁界を受は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に選定することで、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きれるパル
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、　＜１
ｏ）　、　ｍ）・・・温度センサ、　（１４）・・・冷
媒流量制御弁、　（１５）・・・弁開度調整部、　（２
０）・・・温度設定部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、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た
   適宜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。