JPH04244555A - 冷却装置 - 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】

【０００１】

【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−ケ−ス等の冷凍装置に採用され
、膨張弁の開度を調整することによって過熱度を制御す
る冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種冷却装置においては、例えば
特開昭６０−１９６５６９号公報に示されるように、冷
媒回路の凝縮器と蒸発器の間にパルスモ−タ−によって
駆動されて、弁開度を調節される膨張弁を介設し、蒸発
器での冷媒の蒸発温度と出口温度の差から過熱度を得て
、この過熱度を一定に保持するよう膨張弁の開度を調節
し、それによって圧縮機への液戻りを防止するようにし
ている。

【０００３】ここで前記公報の制御方式としては、所謂
ＰＩＤ制御が採用されている。このＰＩＤ制御は、設定
過熱度と測定過熱度の偏差に基づき、これに比例した出
力からこの偏差を無くすように制御するＰ制御と、偏差
の変化、即ち微分値に基づきいてこれをなくすよう制御
するＤ制御と、定常偏差、即ち積分値に基づいてこれを
なくすように制御するＩ制御から成る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなＰＩＤ制御
では、特に除霜後等の過渡的な変動に対して追従が悪く
、その為、圧縮機への液戻り現象または過熱状態が長く
続くこともあった。これを解消する為に比例定数の可変
等の手段を講じたが、今度は敏感になり過ぎ、制御の安
定性が悪化する問題があった。

【０００５】本発明は、係る課題を解決し、過渡的な変
動に対しても正確且つ迅速な対応を可能とした冷却装置
及びその制御方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮機、凝縮
器、膨張弁及び蒸発器を順次接続してなる冷媒回路と、
冷媒の蒸発温度を検出する手段と、蒸発器の出口温度を
検出する手段と、冷媒の蒸発温度と蒸発器の出口温度と
に基づいて膨張弁の開度を調整する制御手段を備えた冷
却装置において、この制御手段における開度調整出力の
決定にファジイ推論を用いたものである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、過熱度の変動に対して正確且
つ迅速に対応でき、液戻り状態や過熱の状態をなくすこ
とができる。

【０００８】

【実施例】次に図面において実施例を説明する。図１は
冷却装置１の冷媒回路図を示し、この冷却装置１は、圧
縮機２、凝縮器３、膨張弁４、蒸発器５を配管で環状に
接続することにより構成され、冷媒を圧縮、凝縮液化、
減圧（膨張）、蒸発気化させる周知の冷凍サイクルを形
成する。

【０００９】一点鎖線で囲まれる６は前記蒸発器５で熱
交換された冷気で冷却される被冷却空間で、蒸発器５か
ら供給される冷気Ａ１と、蒸発器５に帰還する帰還冷気
Ａ２とを強制循環させる送風機７を備えている。

【００１０】８は前記膨張弁４の開閉動作を制御する制
御器で、この制御器８は図２に示す如く、目標値となる
設定過熱度とフィ−ドバック信号とを比較する第１比較
部９と、調節部となる内部アルゴリズム部１０と、操作
部となる弁駆動部１１と、蒸発器５の温度を検出する蒸
発器温度測定部１２と、被冷却空間６の温度を検出する
被冷却空間温度測定部１３と、設定温度と被冷却空間温
度とを比較する第２比較部１４と、弁全閉信号発生部１
５とからなるものである。

【００１１】この制御器８には、蒸発器入口温度測定用
の第１センサ１６と、蒸発器出口温度測定用の第２セン
サ１７と、供給冷気温度測定用の第３センサ１８と、帰
還冷気温度測定用の第４センサ１９と、膨張弁４とが、
各信号ライン２０〜２４を介して接続されている。

【００１２】前記膨張弁４としては、本発明では図３に
示すパルス駆動式膨張弁を用いており、該弁４はコイル
２５、ロ−タ２６、ギヤ−２７、駆動シャフト２８から
なるパルスモ−タ−２９と、前記駆動シャフト２８にて
押圧される弁部３０、ベロ−ズ３１、冷媒入口管３２、
冷媒出口管３３から成る弁本体３４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−タ
−２９を駆動する。又、パルスモ−タ−２９の回転力は
、駆動シャフト２８の上下運動に変換され、弁開度を調
節する。

【００１３】次に、膨張弁４の開閉動作について説明す
る。尚、図２においてＳＨＳは、あらかじめ設定された
設定過熱度、ＳＨは蒸発器出口温度ＳＴ−蒸発器の入口
乃至中間における冷媒温度、即ち蒸発温度ＥＴから算出
される測定過熱度、ＤＶはＳＨ−ＳＨＳから算出される
偏差、ＨＳＳは後述するファジイ制御に従って偏差修正
を行う調節信号、ＢＫＣはこの調節信号に基づいて操作
量を制御、即ち膨張弁４を開閉させるパルス数を与える
弁開度調節信号、ＧＡは膨張弁４で減圧され制御量とな
る冷媒流量、ＤＴは凝縮圧力の変化、外気の温湿度の変
化、供給冷気Ａ１と帰還冷気Ａ２との温度差及びエンタ
ルピィ差等蒸発器５に対する外乱である。

【００１４】まず、圧縮機２への冷媒液戻り所謂液バッ
ク或るいは過熱状態を発生させない過熱度制御、即ち弁
開動作について説明する。

【００１５】今、設定過熱度ＳＨＳを５℃とした場合に
、この設定過熱度ＳＨＳと、蒸発器温度測定部１２から
の測定過熱度ＳＨとを第１比較部９で比較してその偏差
ＤＶを内部アルゴリズム部１０に入力する。

【００１６】内部アルゴリズム部１０では所謂ファジイ
推論を用いて調節信号ＨＳＳを決定する。

【００１７】入力、即ちル−ルの条件部の変数（ファジ
イ変数）としては前記偏差ＤＶを一方の入力変数とし、
例えば所定サンプリング周期前から現在までの偏差の変
化分ＤＤＶを他方の入力変数とする。出力、即ちル−ル
の結論部の出力変数としては、調節信号ＨＳＳをとる。 具体的な推論規則は実験により複数導き出されるもので
、例えば次に２つのル−ルを示す。

【００１８】第１ル−ルは「ｉｆ偏差がないａｎｄ偏差
の変化が少し湿り方向ｔｈｅｎ膨張弁４を少し閉じる」
第２ル−ルは「ｉｆ偏差が少し乾き方向ａｎｄ偏差の変
化がないｔｈｅｎ膨張弁４を少し開く」これらのルール
は図４に示すように各入力変数に対するメンバ−シップ
関数で定義される。

【００１９】各ル−ルの左端のメンバ−シップ関数は測
定過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨＳにどの程度近いかを示
す近さの度合を判断するためのもので、左が湿り状態、
右が乾き状態を示し、偏差ＤＶを入力変数としている。 中央のメンバ−シップ関数は偏差ＤＶが湿り方向に変化
しているか、変化がないか若しくは乾き方向に変化して
いるかの変化の度合を判断するためのもので、左が湿り
方向へ変化、右が乾き方向に変化していることを示して
おり、偏差の変化分ＤＤＶを入力変数としている。また
、右端のメンバ−シップ関数は結論部として膨張弁４の
開度調節の度合を判断するためのもので、前述のＨＳＳ
に相当し、左は弁閉方向、右は弁開方向を示す。

【００２０】第１ルールは、「冷媒回路の過熱度が設定
値で、過熱度の偏差が湿り方向に少し変化していれば、
膨張弁４を少し閉じる」と云う条件の成立度を示す。

【００２１】即ち、左端は過熱度の偏差ＤＶがないとき
に極大値となる山型のメンバ−シップ関数であり、これ
に入力変数を代入することによりメンバ−シップ値Ｍ１
１が求まる。中央は偏差の変化ＤＤＶが少し湿り方向の
ときに極大値となる山型のメンバ−シップ関数であり、
これに入力変数を代入することによりメンバ−シップ値
Ｍ１２が求まる。推論は通常のｍｉｎ−ｍａｘ法で行わ
れ、メンバ−シップ値Ｍ１１、Ｍ１２は両者の最小値、
即ち小さい方のメンバ−シップ値Ｍ１２が第１ルールの
成立度Ｍ１として選択される。結論部の右端は弁４を少
し閉じる方向を極大値とする山型のメンバ−シップ関数
であり、前記成立度Ｍ１より下方の面積（図中斜線部分
）が第１ルールでの調節信号ＨＳＳ１として出力される
。

【００２２】第２ルールは、「冷媒回路の過熱度が少し
乾いた状態で、過熱度の偏差がなければ、膨張弁４を少
し開く」と云う条件の成立度を示す。

【００２３】即ち、左端は過熱度の偏差ＤＶが少し乾き
方向であるときに極大値となる山型のメンバ−シップ関
数であり、これに入力変数を代入することによりメンバ
−シップ値Ｍ２１が求まる。中央は偏差の変化ＤＤＶに
変化がないときに極大値となる山型のメンバ−シップ関
数であり、これに入力変数を代入することによりメンバ
−シップ値Ｍ２２が求まる。同様にメンバ−シップ値Ｍ
２１、Ｍ２２は両者の最小値、即ち小さい方のメンバ−
シップ値Ｍ１２＝Ｍ２２が第２ルールの成立度Ｍ２とし
て選択される。結論部の右端は弁４を少し開く方向を極
大値とする山型のメンバ−シップ関数であり、前記成立
度Ｍ２より下方の面積（図中斜線部分）が第２ルールで
の調節信号ＨＳＳ２として出力される。

【００２４】以上の全ル−ルで求められた調節信号ＨＳ
Ｓ１〜２を重ね合わせることによりファジイ合成し、そ
の重心を求めることによって調節信号ＨＳＳを得る。

【００２５】図４の各入力は、偏差ＤＶが少し乾き状態
で、偏差の変化ＤＤＶがない状況である場合であり、結
論部の面積の重ね合わせの重心より膨張弁４を少し開く
という調節信号ＨＳＳが決定される。

【００２６】以上の如きファジイ推論によって得られた
調節信号ＨＳＳは弁駆動部１１に入力され、弁駆動部１
１は調節信号ＨＳＳに基づき、それに相当するステップ
分膨張弁４を開く弁開度調節信号ＢＫＣを膨張弁４に対
して与え、弁開度の増大により冷媒流量ＧＡを増大させ
、過熱状態を解消する。この弁開閉のステップは出力変
数のに基づく解能相当の２００分の１、２５６分の１或
るいはそのてい倍で決定する。

【００２７】尚、上記実施例では推論規則としては実験
結果から第１ルール〜第２ルールを設定したが、それに
限らず更に多い若しくは少ないル−ルを設定しても良い
。また、入力変数としては過熱度の偏差ＤＶと偏差の変
化ＤＤＶ（微分値）を採用したが、更にそれに加えて定
常的な偏差を第３の入力変数としても良い。

【００２８】以上の如きファジイ推論により、弁開度の
増大〜開口面積〜冷媒流量ＧＡの増大と云う機械作用に
よって設定過熱度ＳＨＳの５℃に冷媒流量ＧＡを保つべ
く弁開度を調節する。

【００２９】ここで、一般のサ−モサイクルと称される
被冷却空間６の温度制御を説明すると、図２において測
定温度ＴＭは供給冷気Ａ１及び帰還冷気Ａ２の両温度の
平均値を加工した値で算出され、第２比較部１４で設定
温度ＴＳと比較される。この第２比較部１４において、
ＴＭ＞ＴＳの温度信号が出力された場合、即ち測定温度
ＴＭが設定温度ＴＳより高い場合には、前記過熱度制御
が行われ、ＴＭ≦ＴＳの温度信号が出力された場合、即
ち測定温度ＴＭが設定温度ＴＳより低い場合及び等しい
場合には被冷却空間６の温度制御が行われる。

【００３０】即ち、被冷却空間６の測定温度ＴＭが設定
温度ＴＳに到達すると、第２比較部１４からＴＭ≦ＴＳ
の信号が弁全閉信号発生部１５に入力され、この弁全閉
信号発生部１５から弁閉信号ＢＰが弁駆動部１１に出力
され、膨張弁４は全閉状態になり、蒸発器５への冷媒供
給は停止される。

【００３１】この全閉状態は設定温度ＴＳより高い上限
温度に達するまで続く。上限温度に達すると、膨張弁４
は再び開かれ、前述のファジイ推論による開閉動作が行
われることになり、以上の動作により被冷却空間６の温
度制御と、冷媒回路の過熱度制御が行われる。

【００３２】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、冷却装置の
過熱度を制御するための膨張弁の開度調整にファジイ推
論を用いることによって、冷媒回路の過渡的な変動に対
して迅速且つ正確に対応することができる。従って、圧
縮機への液戻りや過熱の状態を解消し、信頼性の向上が
図れる。

【００３３】しかも、実験的に決定されたル−ルに基づ
いて制御されるので、定性的な関係だけを決定すれば良
く、数式モデルが不要となると共に、操作量の決定にも
制約が少なく、また、制御が飽和しにくい利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷媒回路図である。

【図２】制御器のブロック図ある。

【図３】膨張弁の縦断面図である。

【図４】ル−ル（推論規則）の説明図である。

【符号の説明】

１　　冷凍装置 ２　　圧縮機 ３　　凝縮器 ４　　膨張弁 ５　　蒸発器 ８　　制御器 １６　　第１センサ １７　　第２センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を
   順次接続してなる冷媒回路と、冷媒の蒸発温度を検出す
   る手段と、前記蒸発器の出口温度を検出する手段と、前
   記冷媒の蒸発温度と蒸発器の出口温度とに基づいて前記
   膨張弁の開度を調整する制御手段を備え、該制御手段に
   おける開度調整出力の決定にファジイ推論を用いること
   を特徴とする冷却装置。