JPH0633309Y2 - 冷凍機の制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本考案は蒸発器を設置する空間の温度変動幅を小さく制
御する冷凍機に関するものである。

（ロ）従来の技術 一般にこのような冷凍機の従来技術としては、特公昭60
-23261号公報または特開昭58-205057号公報に記載され
ているようなものがあった。この公報に記載されたもの
は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、この蒸発器の入口側に接
続された温度式の膨張弁、この膨張弁の入口側に設けら
れた液管電磁弁とから構成された冷凍装置であった。こ
の膨張弁は蒸発器の出口ガス温度を検知する温度センサ
ーからの信号に基づいて絞り度（膨張率）が変わり、ま
た液管電磁弁の開閉は庫内温度を検出する温度センサー
の信号に基づいて制御されるものであった。

このように膨張弁及び液管電磁弁を制御することによっ
て庫内の温度変動幅を小さくしようとするものであっ
た。

（ハ）考案が解決しようとする問題点 以上のような従来の冷凍機では、庫内温度に基づいて液
管電磁弁の開閉を行ない冷凍サイクル中を循環する冷媒
の量を変えて冷凍能力を調整していたが、このように単
に液管電磁弁を開閉するのみでは、圧縮機のON−OFFに
よる制御と大差なく庫内の温度変動幅を充分に小さくで
きないものであった。また蒸発器の蒸発温度を調整する
ための膨張弁は蒸発器の出口ガス温度にのみ基づいて制
御されており、庫内温度の急激な変化に対しては追従性
が悪い問題点があった。

従って、このような動作をする液管電磁弁と膨張弁とを
備えたのみでは、庫内の温度変動幅を充分に小さくでき
ず例えば庫内温度を±0.5〜1.0℃の範囲で制御するとい
った高い精度の温度制御は難しいものであった。

また、これらの液管電磁弁及び膨張弁の動作にはわずか
ではあるが動作遅れ時間があり、この遅れ時間が重なり
合うと両弁にハンチングが発生し庫内温度の安定化が困
難になる場合があった。

斯かる問題点に鑑み、本考案は庫内温度の変動幅を小さ
くすると共にハンチングの抑制を図った冷凍機の制御装
置を提供するものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 本考案は圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管を
介して接続し、蒸発器による冷却運転及びこの蒸発器に
高温の冷媒を供給して除霜運転が行えるように成した冷
凍サイクルと、この蒸発器に流れる冷媒の流量を変える
流量調節弁とを有する冷凍機の制御装置において、蒸発
器を設置する空間の温度を検出する温度検出器と、この
温度検出器の検出値と設定値とに基づいて動作する比例
積分動作部と、この比例積分動作部の出力に基づいて流
量調節弁の開度を設定する弁駆動部と、除霜運転の解除
時に冷却運転の開始から所定時間遅れて蒸発器用の送風
機の運転を開始させる除霜運転制御部と、除霜運転の開
始と共に比例積分動作部の積分動作をマスクし、かつ送
風機の運転開始と共にこの積分動作を開始させる制御部
とを備えたものである。

（ホ）作用 このように構成された冷凍機の制御装置では、流量調節
弁の開度を比例積分動作に基づいて定めることができ
る。また、除霜運転の解除から所定時間遅れた送風機の
運転開始時から流量調節弁の開度に積分動作による開度
が加えられ、送風機の運転開始時には積分動作による流
量調節弁の開き過ぎを抑制できるものである。

（ヘ）実施例 以下本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

１は圧縮機、２は凝縮器、３は膨張弁、４は蒸発器であ
り、これらを順次配管接続して冷凍サイクルを構成して
いる。５は前記冷凍サイクルに夫々接続させた除霜ユニ
ットで、該ユニットは圧縮機１と凝縮器２との間の配管
6,7に接続する接続配管端部8,9とを有する熱交換部10と
蒸発器４と圧縮機１との間の配管11,12に接続する接続
配管端部13,14とを有する熱交換部15とを夫々熱交換的
に接続した蓄熱槽16と、前記熱交換器15に直列に設けた
吸入圧力調整弁17と、該吸入圧力調整弁と熱交換部15と
に並列に設けた電磁弁18を有する短絡管19と、前記凝縮
器２に並列に入口側に三方切換電磁弁20を出口側にエジ
エクター接続部21を設け膨張弁３に接続する接続配管端
部22を有するホットガスバイパス管23と、前記エジエク
ター接続部21に接続する電磁弁24と逆止弁25とを介して
凝縮器２の出口側配管26に接続する接続配管端部27と、
前記三方切換電磁弁20と凝縮器２との間と蒸発器４の出
口側とを接続する電磁弁28を有する冷媒回収管29とから
構成される。

30は膨張弁３に並列に設けた電磁弁である。

31は流量調節弁であり、この冷凍サイクル中を循環する
冷媒の流量を調節し、この冷媒の循環量に合わせて冷凍
機の冷凍能力が変えられる。またこの流量調節弁31の弁
開度は制御装置32によって制御される。この制御装置32
は蒸発器４が設置された空間（庫内、室内など）の温度
を温度検出器33で検出し、この検出値と設定値との差に
基づいて開度が定められる。この制御装置32の詳細は第
２図を用いて後記する。

34は除霜制御部であり、所定周期毎に前記弁20,30,18を
切換えて除霜運転を開始し、蒸発器４の出口側に設けら
れた温度検出器35の検出値が一定値以上となった時に除
霜運転を解除する。この除霜制御部34からは除霜信号が
制御装置32の端子Ｓへ出力されると共に、ファン停止信
号が蒸発器用の送風機36へ出力される。このファン停止
信号に基づいて送風機36の運転が停止する。同時にこの
ファン停止信号は制御装置32の端子Ｆへ出力される。

膨張弁３の減圧率は温度検出器35の検出値が一定になる
ように調節される熱動型である。

流量調節弁31は制御装置32から供給される電流に応じて
開度が変わるものであり、零電流値による全開状態から
最大（max）電流値による全閉状態まで任意の開度を設
定することができる。

尚、37はインバータ装置であり、圧縮機１の回転数（能
力）を制御するものである。このインバータ装置37は圧
縮機１の吸込み側の冷媒圧力が一定圧力になるように圧
縮機１の回転数を制御する。

第２図は第１図に示した制御装置32の要部電気回路図で
ある。この図において、38は温度検出器33のバイアス抵
抗である。この実施例では温度検出器33にサーミスタを
用いているが、熱電対などを用いてもよい。この場合バ
イアス抵抗38は不要になる。39はコイルであり、コンデ
ンサ40と接続されてノイズフィルタを構成している。41
は電圧フォロワーである。

42は比例動作を行なわせる差動増幅器である。一入力端
を電圧フォロワー41の出力側に接続された分圧抵抗43,4
4の分圧点を接続している。コンデンサ45は一入力端に
印加される電圧の急変を抑制している。他入力端には可
変抵抗46で設定される設定電圧が電圧フォロワー47を介
して印加されている。この設定電圧は設定温度に対応す
る電圧であり、差動増幅器42はこの電圧と温度検出器33
の検出値に対応する電圧との差を出力する。48は可変抵
抗であり、抵抗49と接続して差動増幅器42の出力を任意
に分圧している。従ってこの可変抵抗48の抵抗値を変え
ることによって比例時間の設定が行なえる。

50は積分動作を行なう差動増幅器であり、コンデンサ5
1,可変抵抗52,抵抗53を用いて帰還回路を構成し、積分
動作を行なわせている。この積分時間は可変抵抗52の抵
抗値を変えて帰還特性を調節することによって任意に設
定することができる。54はトランジスタであり、端子Ｆ
にＨ（高）レベル電圧の信号（ファン停止信号）が印加
された時にON状態となる。このトランジスタ54がON状態
になることによって、コンデンサ51に蓄積された電荷が
抵抗55を介して放電される。この時トランジスタ54の特
性上、コンデンサ51にわずかの電圧が残るが、動作上問
題の無い電圧である。尚、この電圧で問題が生じるよう
な時は、リレー接片などを用いてコンデンサ51の両端を
確実に短絡するようにすればよい。56はアナログスイッ
チであり、トランジスタ57でその動作が制御される。端
子ＦにＨレベル電圧の信号があれば、トランジスタ57が
ONしアナログスイッチ56がOFF状態（ゲートを遮断した
状態）、すなわち差動増幅器50の出力を遮断する。尚、
トランジスタ57がOFFの時はアナログスイッチ56はON状
態である。

58はトランジスタであり、端子ＳにＨレベル電圧が印加
された時にON状態になる。このトランジスタ58がON状態
になることによって、トランジスタのエミッタ端子と抵
抗59との接続点にほぼ＋V_cc電圧が出力される。

60は加算動作を行なう差動増幅器であり、抵抗59に印加
される電圧、差動増幅器42,50の出力電圧を夫々抵抗61,
62,63を介して入力し、これらの電圧を加算した電圧を
出力する。

64は電圧／電流の変換を行なう電流源であり、電圧の大
きさに応じた定電流を流量調節弁31へ供給する。65はコ
ンデンサであり、定電流値の急変を抑制している。また
この電流源64の電圧／電流特性は第３図に示す通りであ
る。この図において零（Ａ）は弁31が全開となる電流で
あり、max（Ａ）は弁31が全閉となる電流である。

第４図は除霜制御部34の主な動作を示すタイムチャート
である。時刻t₁とt₄との時にタイマ出力が出て除霜運転
が開始される。このタイマ出力は所定の周期毎に出力さ
れる。すなわち所定の周期毎に除霜運転が開始される。
除霜運転の解除（終了）は温度検出器35の検出値が一定
温度値以上となった時、例えば時刻t₂又は時刻t₅に行な
われる。従って時刻t₁〜t₂及び時刻t₄〜t₅の間が除霜運
転となり、この間端子ＳにＨレベル電圧が印加されると
共に、第１図に示した概略図の冷凍サイクルを冷却運転
サイクルから除霜運転サイクルに切換える。尚、端子Ｆ
の出力は端子Ｓの出力がＨレベル電圧に変わる時、同時
にＨレベル電圧が印加されるが、Ｌレベル電圧に変わる
時は端子Ｓの出力がＬレベル電圧に変わってから一定時
間後に変わる。この一定時間は、冷凍サイクルを除霜運
転サイクルから冷却運転サイクルに切換えた後、蒸発器
４の温度が一定の温度以下（温度が送風されないような
温度）になるような時間である。

以上のように構成された冷凍機の運転は、通常時、温度
検出器33の検出する温度値と可変抵抗46で設定された温
度設定値とを用いて比例積分動作を行ない、この結果に
基づいて流量調節弁31の開度を設定している。これによ
って、オフセットを抑制した温度制御が行なわれる。次
に除霜運転時には、端子Ｓに印加されるＨレベル電圧に
基づいて流量調節弁31が全開状態になり除霜運転が開始
される。この時、端子ＦにもＨレベル電圧が印加されア
ナログスイッチ56がゲートを閉じると共にコンデンサ51
の電荷が放電される。尚、端子ＦにＨレベル電圧が印加
されている時は送風機36の運転が停止し、蒸発器４から
温風が吐出されるのを防止している。

除霜運転の解除（終了）時は、冷凍サイクルが冷却サイ
クルに切換って蒸発器４の温度が低下し始めると共に、
流量調節弁31の開度は差動増幅器42の出力に基づいて設
定される。この時、端子ＦにはまだＨレベル電圧が印加
されているのでアナログスイッチ56のゲートは閉じたま
まである。同様に送風機36も停止している。この間に流
量調節弁31の開度が温度検出器33の検出値と設定値とに
基づいて最適な開度に設定され、この後、端子Ｆに印加
される電圧がＬレベル電圧に変わると積分値零から開始
される積分動作の出力が加えられ、流量調節弁31の開度
変動がスムーズに行なわれる。従ってこの弁31の開度の
急激な変動による温度変動（設定値に対するオーバーシ
ュート）を抑制することができる。

第５図は、上記実施例による流量調節弁31の開度の変化
と温度検出器33の検出する温度値との時間変化を表わす
説明図である。尚、第５図中の時刻t₁，t₂，t₃は第４図
に示した時刻t₁，t₂，t₃と同時刻である。時刻t₁に除霜
運転を開始し、この時刻t₁から除霜が解除される時刻t₂
までの間流量調節弁31は全開状態に維持される。この間
冷却運転が行なわれないため、温度検出器33の検出する
温度は徐々に上昇する。この温度上昇は送風機36の運転
が再開される時刻t₃まで続く。

時刻t₂からt₃にかけて流量調節弁31の開度が大きくなる
（実線で表わす変化）、これは温度検出器33の検出する
温度が上昇するのに対応した動きである。（冷媒の循環
量を増加させて冷却能力を増加させる動作） 時刻t₃から送風機36の運転が開始され、冷却運転が再開
される。この時、積分動作の積分値（過積分値）を予め
零にしているので、流量制御弁31の開度を一点鎖線で示
す変化（積分値を零にしない時の変化）より速く最適開
度にすることができる。従って、温度検出器33の検出す
る温度（実線で示す温度）の変動幅は第５図に示すＡの
変動幅となり、Ｂの変動幅（一点鎖線で示す温度の変動
幅）より小さい変動幅にすることができる。

尚、一点鎖線に示す温度変化は、除霜運転解除時に流量
制御弁31の開度が全開状態から行なわれるため、冷凍サ
イクル内を循環する冷媒の量が多くなり過ぎ温度変化が
大きくアンダーシュートしてしまった状態である。

また、積分動作の再開を除霜運転の解除（終了）から所
定時間遅らせて行なうので、この間の空間の温度の上昇
に応じて積分動作が働き必要以上に流量調節弁31の開度
が大きくなるのを防止している。すなわち、送風機36の
停止時には蒸発器からの冷却効果がほとんどなく、温度
検出器による温度値変化のフィードバックもないので積
分値が増加し流量調節弁31の開度が大きくなるのが、上
記の制御装置ではこの所定時間の間積分動作を行なわな
いことによって、流量調節弁31が開き過ぎるのを防止で
きる。

尚、上記した実施例では、流量調節弁の開度を比例積分
動作によって定めているが、冷凍サイクル全体の負荷が
大きく温度変動の追従性が足りない時又は冷却能力の変
化速度が遅い時などでは比例積分動作に微分動作を加え
たPID動作に基づいて流量調節弁の開度を決めるように
してもよい。

（ト）考案の効果 以上のように構成された冷凍機の制御装置を用いると、
蒸発器に流れる冷媒の流量を調節する流量調節弁の開度
を、蒸発器を設置する空間の温度と設定温度とに基づく
比例積分動作で設定することができ設定温度と実際の温
度とのオフセットを小さくすることができる。また、蒸
発器の除霜終了時には、除霜終了（冷却開始）から所定
時間遅れて運転を開始する送風機と共に比例積分動作の
積分動作を開始させるので、蒸発器に除霜運転の高温が
残っている間に、この蒸発器の温度の影響で積分動作が
行なわれ、この積分動作によって流量調節弁の開度が必
要以上に開くのを抑制できる。従って送風機の運転開始
時には、流量調節弁が適切な開度となっており、冷却運
転の再開に伴なう流量調節弁のオーバシュートを小さく
し、温度変動幅を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の制御装置を用いる冷凍機の概略図、第
２図は第１図に示した制御装置の要部電気回路図、第３
図は第２図に示した電流源の特性図、第４図は第１図に
示した除霜制御部の主な動作を示すタイムチャート、第
５図は温度変化と流量調節弁の開度変化を示す説明図で
ある。 １……圧縮機、２……凝縮器、３……膨脹弁、４……蒸
発器、31……流量調節弁、33……温度検出器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を冷媒配
   管を介して接続し、蒸発器による冷却運転及びこの蒸発
   器に高温の冷媒を供給して除霜運転が行えるように成し
   た冷凍サイクルと、この蒸発器に流れる冷媒の流量を変
   える流量調節弁とを有する冷凍機の制御装置において、
   蒸発器を設置する空間の温度を検出する温度検出器と、
   この温度検出器の検出値と設定値とに基づいて動作する
   比例積分動作部と、この比例積分動作部の出力に基づい
   て流量調節弁の開度を設定する弁駆動部と、除霜運転の
   解除時に冷却運転の開始から所定時間遅れて蒸発器用の
   送風機の運転を開始させる除霜運転制御部と、除霜運転
   の開始と共に比例積分動作部の積分動作をマスクし、か
   つ送風機の運転開始と共にこの積分動作を開始させる制
   御部とを備えたことを特徴とする冷凍機の制御装置。