JPH02219967A - 冷凍装置の霜取制御方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は空気調和機、冷凍・冷蔵庫、冷凍・冷蔵ショー
ケース等の冷凍装置に適用される霜取制御方法に関する
。

（ロ）従来の技術 特公昭５８−４７６２８号公報（ＩＰＣ，Ｆ２５Ｂ４１
１０６）、刊行物「冷凍」の第５６巻第６４１号（昭和
５６年３月号）第６０頁〜第６４頁には、電動弁の１１
ａである熱電式膨張弁を使用した冷媒流量制御装置が示
されている。かかる冷媒流量制御装置によれば、蒸発器
の入口部乃至中間部に設けた第１の温度センサと、蒸発
器の出口部に設けた第２の温度センサとからの各々の電
気信号の差に応じて電動弁の弁開度を制御する電気信号
を出力して前記電気信号の差を一定に保ち、蒸発器の過
熱度制御を略一定に保つ冷媒流量制御が行なわれている
。

また、上記従来技術を更に改良し、電動弁による過熱度
制御に加え、電動弁によって被冷却空間の温度制御を行
う冷媒流量制御装置も提案されている。

今、第１図〜第３図にその冷却制御装置を含ませて開示
し、又その動作特性を第４図に示す。今、上記各図に従
って説明すると、Ｐは冷凍装置を示し、この冷凍装置旦
は圧縮機１．凝縮器２、蒸発器に供給する冷媒流量を調
整する電動弁３、冷蔵庫、冷魔ショーケースにあっては
貯蔵室、空気調和機にあっては部屋である被冷却空間４
に配置された蒸発器５とから冷媒回路６を形成し、冷媒
を圧縮、凝縮液化、減圧（膨張）、蒸発気化させる周知
のサイクルを形成し、蒸発器５で熱交換された冷気７を
送風機８で矢印の如く循環させる。　７ａは吐出冷気を
、　７ｂは吸込冷気を示している。９は前記電動弁の開
閉動作を制御するマイクロプロセッサ−等の制御器にし
て、この制御器９には冷媒の過熱度制御用センサとして
蒸発器の出口に設けられる蒸発器出口温度センサ１０と
、蒸発器の入口乃至中間に設けられる蒸発温度センサ１
１からの検知値が電気信号として信号ラインＬ、、　Ｌ
、により入力し、また被冷却空間内の冷気温度を測定す
る温度制御用センサとして吐出冷気温度センサ１２と吸
込冷気温度センサ１３とが設けられ、これらからの検知
値も電気信号として信号ラインＬ、、　Ｌ、により入力
している。Ｌ、は電動弁３への制御信号が出力する信号
ラインにして、後述するような演算処理を制御器９が行
って出力する。ここで制御器９の内部構成を第２図のブ
ロック図で説明すると、目標値となる設定過熱度とフィ
ードバック信号とを比較する第１比較部１４と、調節部
となる内部アルゴリズム部１５と、操作部となる弁駆動
部１６と、蒸発器５の温度を検出する蒸発器温度測定部
１７と、被冷却空間４の温度を検出する被冷却空間温度
測定部１Ｂと、設定温度と被冷却空間温度とを比較する
第２比較部１９と、弁全閉信号発生部２０とからなるも
のである。

なお、前記電動弁として本発明では第３図に示すパルス
駆動式膨張弁を用いており、該弁はコイル２１、ロータ
２２、ギヤー２３、駆動シャフト２４からなるパルスモ
ータ−２５と、前記駆動シャフトにて押圧される弁部２
６、ベローズ２７、冷媒入口管２８、冷媒出口管２９か
らなる弁本体３０とにより構成されており、前記弁駆動
部からの弁開度調節信号（パルス信号）によって適当な
過熱度を維持するようにパルスモータ−２５を駆動する
。又、パルスモータ−２５の回転力は、駆動シャフト２
４の上下運動に変換され、弁開度を調節する。

上記構成に於いて電動弁の制御動作に付き説明する。

今、仮に設定過熱度（ＳＨＳ）を５℃とした場合測定過
熱度ＳＨは蒸発器温度測定部１７によって、蒸発器出口
温度センサｌＯの検出する蒸発器出口温度（ＳＴ）−蒸
発温度センサ１１の検出する蒸発温度（ＥＴ）から算出
され、この測定過熱度（ＳＨ）と設定過熱度（ＳＨＳ）
とを第１比較部１４で比較してその偏差信号（ＤＶ）を
内部アルゴリズム部１５に入力し、この内部アルゴリズ
ム部で偏差修正を行ない弁駆動部１６に調節信号（ＨＳ
Ｓ）を入力する。弁駆動部１６は、調節信号（）ＩＳＳ
）に基づき設定過熱度（ＳＨ５）の５℃との偏差に応じ
た弁開度調節信号（ＢＫＣ）を電動弁３に対して継続し
て与え、即ち種々のパラメータとなる外乱（ＤＴ）を内
部アルゴリズム部１５で排除して収斂したパルス信号を
電動弁３に与え、弁開度→開口面積→冷媒流量（ＧＡ）
の増減という機械作用によって設定過熱度（Ｓ）Ｉｓ）
の５℃に冷媒流量（ＧＡ）を保つべく適切な弁開度を維
持する。この結果、被冷却空間４の測定温度（ＴＭ）が
設定温度（Ｔｓ）に到達する。この過熱度制御による電
動弁３の動作は第４図のτ。〜τ、の時間に行なわれ、
この間の弁開度調節は不定形の階段状に行なわれる。

そして、被冷却空間４の温度が被冷却空間温度測定部１
８で測定温度（ＴＭ）として得られるが、この測定温度
（ＴＭ）は吐出冷気７ａの温度（ＤＡ）と吸込冷気の温
度（ＲＡ）の平均値、即ちＴμ＝ＤＡ＋ＲＡ／２で算出
される。この得られた測定温度（Ｔｕ）と、設定温度（
Ｔｓ）とを第２比較部１９で比較して（ＴＭ）≦（Ｔｓ
）の条件で、弁全閉信号発生部２０から弁全閉信号（Ｂ
Ｐ）を弁ＩＭ動部１６に入力して電動弁３を弁閉させ、
サーモサイクルと称される温度制御に切換え、被冷却空
間４の冷え過ぎを防止する。しかもこの温度制御を過熱
度制御とは関係なく電動弁３で行なっている。

又、デユーティサイクルによる冷却運転を可能とするべ
く、タイマー（Ｔ）が設けられており、−定時間電動弁
３を一定の開口度で開は冷媒を流通させて冷却運転を行
い、所定時間後、電動弁３を閉止し、成る期間冷却運転
停止状態とし、その後再びサーモサイクルによる冷却運
転に戻ると言う繰り返し動作をさせる。

上記したような制御方法でもって、電動弁３の開閉制御
を制御器９で行い、冷媒流量制御による冷却運転を行っ
ている。

ところで、冷却の進行に伴い、蒸発器５には湿り空気通
過の熱交換により着霜が起き冷却効果が下がる。従って
、除霜が必要となり、その為にデフロストタイマ３０等
を含んだ制御筒管３１より信号ラインＬ６を通して霜取
信号ＤＦが制御器９に入力し、定期的に冷凍機を停止し
、除霜ヒータを通電する制御を行うとか、デユーティサ
イクルタイマ（Ｔ）にて冷媒供給用の弁を閉め、冷媒供
給を一時中新し、着霜を抑制する等の手段が取られる。

その霜取前後の温度特性図を第５図（ａ）に、同図（ｂ
）に電動弁の動作信号を、そして同図（Ｃ）に霜取信号
のタイムチャート図を示す。そして、５図中、グラフＴ
Ｋは被冷却空間測定温度、グラフＥＴは蒸発温度、グラ
フＳＴは蒸発器出口温度をそれぞれ示す、そしてＴＤ期
間が除霜を行っている時間τ工〜で８であり、１２時点
で終了し、それ以降再び冷凍機の運転、弁開が行なわれ
冷却が再開される。

従来、この除霜終了時点て、の決定は上記デフロストタ
イマ３０で設定、或いは蒸発器５に取り付けられ、霜消
失後の温度上昇をキャッチする高温復帰サーその作動に
より行っていた。更に、デフロストヒータ通電の停止は
、霜残りが無い様に安全を見て蒸発器５の温度がかなり
高くなった例えばｌＯ℃程度の所で切っていた。

（ハ）発明が解決しようとする課題 面るに、霜取は本来短い時間で処理するのが良策である
。霜取時間が長いと、その間の冷却停止の長期化により
被冷却空間の温度上昇が起り、冷蔵ショーケース等の場
合、庫内の食品の品質を劣化させる等の不具合が起る。

また、次の冷却再開時に、庫内温の上昇は熱負荷の増大
となり早急に冷すことが困難となり、エネルギーのロス
が起る。

従って、蒸発器から霜が無くなった時点で、霜取終了と
するのが理想的であるが、前述した通り、霜取終了が早
いと霜が残って冷却不良となり、遅いと庫内温度、商品
部とも上昇して悪影響を及ぼすので、現状では遅い検知
の傾向で対応し、安全を見ている。

本発明は上記の点に鑑みて成されたもので、冷却に復帰
する時点を、霜取終了時点にでき得る限り近づけられる
ような検知、即ち潜熱変化の終了時点を検知可能とする
ことによって霜取り時間は短縮され、商品へのダメージ
を軽減し、かつ霜残りは無い改善された冷凍装置の霜取
制御方法を提供することを目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明による冷凍装置の霜取制御方法は蒸発器の入口乃
至中間部に設けられて蒸発温度を検出する蒸発温度セン
サを用い、除霜中、蒸発器に付着している霜が完全に取
れるまでは０℃で潜熱変化を維持し、霜がなくなると０
℃以上に上昇する現象に着目し、この切換時点の温度変
化を前記蒸発温度センサで捉えることを可能とした潜熱
変化終了検知部を設け、この検知部による潜熱変化終了
検知時点より一定の温度中上昇経過後、霜取終了とした
ものである。

（ホ）作　用 潜熱変化終了の時点を確実に蒸発温度センサが捉えるこ
とにより、蒸発器の着霜のなくなった現象とほぼ同時刻
となり１着霜の量、不揃いの霜取付き状況等があっても
霜消失の時点をキャッチできる。よってその時点より数
度温度上昇した所で霜取終了とするので、どのような霜
付着状況であっても、より低い温度で復帰させても確実
に霜取終了とすることができ霜取りによる被冷却空間の
温度上昇は極力少なくなる。

（へ）実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本発
明の特徴とする所は、第２図に示すように潜熱変化終了
検知部３２を設け、その検知信号をデフロストタイマ３
０及びデユーティタイマ（Ｔ）に送信し、これらの除霜
終了の制御を行っている。

一般に、被冷却空間４例えば冷蔵ショーケース等にあっ
ては、被冷却空間温度、即ち庫内温度Ｔには第６図（ａ
）に示すように変化する。図で設定温度Ｔ９を０℃とし
、その上限、下限の温度値を＋１℃、−１℃とし、その
温度範囲内で保持される。また、斜線部は霜取により上
限の設定温度を越える温度上昇期間ＴＤ′　を示し、こ
の期間を出来るだけ短縮することによって庫内温の上昇
、及び冷却開始時の熱負荷を小さく押えることを目的と
する。従って霜取終了は霜が無くなると判断できる庫内
温度の上昇、例えば７℃程度になったことを検知して終
了（Ｆ）とする。一方、蒸発器５に取り付けた蒸発温度
センサ１１の測定温度（蒸発温度ＥＴ）をグラフ化する
と６図（ｂ）の如くなる。同図でて、〜τ２が霜取期間
ＴＤを示し、更に同期間内で霜が溶けてる際中は０℃を
保つ潜熱変化の期間がある。それが点Ａと点Ｂの間、即
ちτ１〜τｂで示す期間ＴＤ’である。従って蒸発器５
の霜が取れれば、潜熱変化が終了し蒸発器５の温度が上
昇し出し、０℃よりプラス温度に変化する感熱変化に入
る。この変換点を蒸発温度ＥＴを時々刻々とサンプリン
グ時間ΔＴでもって検出し、０℃より立ち上り変化する
のを検知することにより霜消失の時期を知ることができ
る。

そして、この潜熱変化終了時点て、より蒸発温度ＩＥＴ
が例えば＋３℃上昇した時点で２で霜取り終了の信号を
発振するようになす、このような潜熱変化終了を検知可
能とすると、センサの温度の変換精度が＋１℃はどの誤
差があっても、吸収でき。

この精度範囲内に蒸発温度ＥＴがあるならば、いずれの
場合も一定の温度上昇巾が検知される時点はほぼ同一時
期となり、除霜時間の短縮化が図れる。

次に、この潜熱変化終了、及び除霜終了を検出する検知
方法を第７図のフロー図及び第８図（ａ）。

（ｂ）の蒸発温度グラフ図とデフロスト信号のタイムチ
ャート図に基づき説明する。

先ず、判定６１で、ＤＦ倍信号有無等により霜取中か否
かを判断し霜取中でなければ（Ｎ）終了し、霜取中（Ｙ
）であると（τ１時点より霜取開始）、次の判定６２で
蒸発温度ＥＴは一１℃以下か否かの判断をし、−１℃以
下（Ｙ）ならば潜熱変化の領域に入っておらず、−１℃
以上（Ｎ）となると、霜が融解中の状況となり、即ち潜
熱変化中であり、その時の蒸発温度ＥＴはＯ℃±１℃以
内にある。従って、次の判定６３で蒸発温度ＥＴを検知
して潜熱変化中か否かを判断する。この判断中がで１時
点〜τｂ時点に当る。そして、潜熱変化中（Ｙ）である
と再び判定６２に戻り、−力漕熱変化が終了する（Ｎ）
と蒸発温度ＥＴは０℃以上となり、霜取終了時点τｂを
キャッチする。この時点τｂより、設定した上昇の温度
＠（例えば３℃）を蒸発温度ＥＴは越えたか否かの判断
を判定６４で行う。

３℃を越えたならば（Ｙ）、処理６５を実行し、霜取復
帰（信号）を出力する。即ち、判定６５でＹＥＳと判断
される時点τ２が霜取終了時点となり、デフロスト信号
（ＤＦ）かで２で第８図（ｂ）の如く消失する。

第８図（ａ）に示す如く、蒸発温度センサ１１の温度変
換精度の誤差により、標準とする蒸発温度曲線イに対し
、その上下にバラついた温度曲線口。

ハが存在し、従来の如く高温復帰サーモで、霜取終了を
制御する時、その作動設定温度５℃とじた場合作動点ｏ
、ｏ’　、ｏ’となり、それに対応してτ。、τ。　、
τ。′と、終了時点がばらつき霜取開始時点て、から計
算される霜取時間は、ハ。

１２口の順に長くなり、口では霜取時間が短かく霜残り
の危険があり、ハでは霜取時間が口に比べて長く、徒ら
に庫内温の上昇を招く。しかし、本発明の終了時点τ２
はどの蒸発温度曲線４２口。

ハであっても同時点となり、かつ従来の終了時点τ。、
τ。′、τ。′より早めとなっており、霜取時間の短縮
化に継かり、それだけ被冷却空間の温度上昇を少なくで
きるので、再冷却時の熱負荷減となり、省エネ効果を得
られる。なお、Ｔｍ、Ｔｎ、Ｔｒは夫々の曲線口、イ、
ハにおける霜取終了時点Ｔ３での蒸発温度を示す。

（ト）発明の効果 以上の様に本発明によれば、蒸発器に付着した霜が除霜
中は０℃となったままの潜熱変化となっている状況にあ
り、蒸発器に設けた蒸発温度センサにより蒸発温度を検
知し続け、霜が消失すると０℃以上に上昇する現象変化
のこの変換時点を直液検知できるようにしている。よっ
て実際の霜取消失時と非常に近似した時点の検出となり
、その検出時点より安全を見て蒸発器温度が所定の温度
上昇巾に至った時、霜取終了時刻としている。このよう
にすることにより、霜取時間の短縮ができ、これに伴い
庫内温度上昇を押えることができ、再冷却時の冷却ロス
がなくなる。又、従来の霜取復帰センサの如く、一定の
復帰温度に設定している場合、そのセンサの温度の変換
精度の不揃により動作時期が早まったり、遅過ぎたりす
ることによる霜残し、霜取ヒータの電気的ロス、また庫
内温上昇を防止できる。そして、本発明であれば、この
ようなセンサの温度変換精度の幅は吸収でき、霜取りが
完全になくなった条件の基で霜取終了となる非常に優れ
た冷凍装置の霜取制御方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷媒流量制御装置に係わる冷媒回路図、第２図
は制御器及び本発明の霜取制御方法を実行する構成部と
の結線関係を示したブロック図、第３図は電動弁の縦断
面図、第４図は電動弁の動作特性図、第５・図（ａ）は
霜取期間を主体として、第４図と同様に示した電動弁の
動作特性図、同図（ｂ）は電動弁の動作信号図、同図（
Ｃ）は霜取信号のタイムチャート図、第６図（ａ）は被
冷却空間の温度グラフ図、第６図（ｂ）は蒸発温度の温
度グラフ図、第６図（Ｃ）はデフロスト信号のタイムチ
ャート図、第７図は本発明の霜取制御方法を説明するフ
ローチャート図、第８図（ａ）はその制御方法に基づく
蒸発温度の特性グラフ図、第８図（ｂ）は同図に対応す
るデフロスト信号のタイムチャート図である。 １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・電動弁、５
・・・蒸発器、９・・・制御器、１１・・・蒸発温度セ
ンサ、τ１〜τ、・・・潜熱変化中期間、τ１〜τ２・
・・霜取期間、ＥＴ・・・蒸発温度。 第３図 第１図 手続補正書（方式） 平成　１年　６月

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、この蒸発器に供給する
   冷媒流量を調整する電動弁と、前記蒸発器に設けられた
   蒸発温度センサと、この蒸発温度センサの測定値に基づ
   き前記電動弁を制御する制御信号を出力する制御器とを
   備え、霜取時に、前記蒸発温度センサにより蒸発器温度
   の潜熱変化終了を前記制御器を介して検知し、この終了
   検知より所定の温度上昇巾に蒸発器温度が至る時、霜取
   終了と成すことを特徴とする冷凍装置の霜取制御方法。