JPS58106363A - 冷媒流量制御装置 - 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】 本発明は熱電膨張弁等の電気式膨張弁を用いた冷凍装置
・空調装置等に使用する冷媒流量制御装置に関し、常に
効率の良い冷凍サイクルを維持するべく、広範な負荷状
態に対応すると共に、負荷変動時の過渡状態に対して速
やかに冷凍サイクルを最適化するものである。

従来この種制御装置において、例えば蒸発器の入口部及
び出口部に温度センサを設け、それらの温度センサの検
出した温度の差を求め、この温度差（いわゆる過熱度に
対応）が所定の値に維持されるよう制御装置により膨張
弁への電気信号を制御していた。

しかしながら温度差を求めるだめの２つの温度センサは
、通常メンテナンス、信頼性等の理由で冷媒配管に接触
させて、当該部の冷媒の温度を検出するようにしている
ため、温度センサの出力する検出信号は冷媒配管中の実
際の冷媒の変化に対して、時間遅れが生じる。また冷媒
配管の表面温度に対して、も−その接触部の熱伝達並び
に温度センサ自体の熱時定数により時間遅れが生じる。

このように、温度センサが大きな時間おくれ（例えば数
十秒）を有しているにもかかわらず、単純に温度差に応
じて膨張弁を制御する構成をとっていた。またこの温度
検出以外に、膨張弁の応答性を含め冷凍サイクル自体の
応答性が極めて遅いため総合的に温度センサがほぼ冷媒
の温度と等しい値を出力するには極めて長い時間（例え
ば数分程度）を要することとなり、制御系の安定に時間
を要するとともにまた発振、振動状態に陥いる確率も高
かった。

そこで本発明は、前述の温度センサ並びに冷凍サイクル
の時間遅れに対して、制御動作の応答を改善し、冷凍サ
イクルの早期安定化と、最適制御状態の拡大を図って、
冷凍・空調機器の効率向上を達成せんとするものである
。

特に本発明は、２つの温度センサよりの温度信号の応答
性に鑑み、温度検出回路により２つの温度信号の差を慣
知し、かつその応答特性を電気的に補償すると共に、制
御回路の動作により過熱度が常に所定の値に維持される
よう膨張弁への電気信号を調整し、冷媒流量を制御しよ
うとするものである。

づいて詳細に説明する。

第１図は本発明に基づく冷媒流量制御装置の一実施例を
示す構成図であり、図は特に冷房装置に用いた場合を示
している。図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は
凝縮器２用の送風機、４は電気信号により弁開度を調節
しうる膨張弁（ここでは熱電膨張弁とする）、５は蒸発
器、６は蒸発器５用の送風機であり、以上により冷凍サ
イクルを構成する。７及び８はそれぞれ蒸発器６の入口
部及び圧縮機１の吸入部に設けた温度センサ、９は温度
センサ７及び８の検出するそれぞれの温度信号の差を検
知し、かつその差信号の応答性を補償する温度検出回路
である。１ｏは温度検出回路９よりの信号により、過熱
度を所定値に維持すべく電気信号を膨張弁４に発する制
御回路である。

膨張弁４．温度センサ７．８、温度検出回路９および制
御回路１０により、冷媒流量制御装置を構成している。

以上の構成において、この冷凍サイクルは、圧縮機１に
おける冷媒の圧縮作用により、冷媒が凝縮器２、膨張弁
４、蒸発器５．圧縮機１の吸入部の経路で流れ、蒸発器
６において冷房能力を出力する。この冷凍サイクルの動
作で、蒸発器５内で蒸発した冷媒が、その出口でほぼ乾
燥飽和蒸気となるとき、最も適切な運転状態となる。

しかし実際の構成では、蒸発器６の内部および蒸発器６
より圧縮機１の吸入部までの冷媒配管の抵抗により温度
降下があり、また膨張弁４の調節過程で、圧縮機１が冷
媒のガス液混相域で吸入して、液圧縮するのを防止する
ため、通常蒸発器５の入口部ないし中間部の温度と、蒸
発器５の出口部ないし吸入部の温度との差（通常過熱度
という）を常に所定の値（例えば数℃）となるように制
御し、冷凍サイクルの効率の向上と、安全性の確保を得
ることが好ましい。

そこで第１図に示すごとく、温度センサ７および８を、
それぞれ蒸発器６の入口部および圧縮機１の吸入部の冷
媒配管表面に設け、その位置の温度を検出するようにす
る。ここで、Ｂ度センサ７゜８はしばしば感温抵抗素子
（サーミスタ）を用いるが、この素子自体に応答遅れが
あり、また冷媒配管も、その内部の冷媒温度に対する表
明温度の応答遅れがあるため、温度センサ７．８の出力
する検出信号は、冷媒の温度に対して応答おくれを持つ
ことになる。第２図にその温度応答特性の一例を示す。

図において、θは温度、ｔは時間を示す・ またθＥ、θＥＳはそれぞれ温度センサ７の取付部にお
ける冷媒の温度および、温度センサ７の出力する温度信
号であり、θＳ、θｓｓはそれぞれ温度センサ８の取付
部の冷媒の温度および温度センサ８の出力する温度信）
を示している。この第２図の特性は時刻１：１０におい
て膨張弁４への電気信号、即ち直流印加電圧をわずかに
変化させて絞り量を変更したものである。膨張弁４はそ
の直流印加電圧が変化しｆｃ後、応答おくれによって、
その絞り量が徐々に変化するが、時刻ｔ１にまず温度セ
ンサ７の取付部の冷媒の温度θＥが変化を開始する。温
度センサ７の出力する温度θＥＳはθＥに比し、配管の
応答及び温度センサ７自体の応答性によりやや時間おく
れを有して変化する。時刻ｔ２になると温度センサ８の
取付部の冷媒の温度θＳが変化を開始し、温度センサ８
の出力する温度θ８ｓがそれに遅れて変化する。ことで
図のように、θＳに対してｏＥｉｄｆ化の開始、及び安
定となる時間が早く、また温度の変化幅は小さな値であ
る。またθｓ５に対してθＥＳも同様となっている。θ
８．θＥ８において変化の開始が早いのは、膨張弁４に
近いためであり、応答速度の早いのは、温度センサ８の
取付部における冷媒に比し、液相状態が多く、また冷媒
の圧力変化とほぼ一致して温度変化が与えられるためで
ある。

以上のような特性を有する温度センサ７及び８よりの温
度信号θＥＳＩθＳＳを冷媒の温度θＥ、θ８と同程度
もしくはそれ以上の応答性を水子ように補償し、制御回
路１ｏへの信号をすばやく与えるようにすれば、制御特
性が改善されることが分かる。

−そこで、これを達成するだめの温度検出回路９の一実
施例を第３図に示す。

第３図において、Ｖｃｃは直流電源電圧であり、温度セ
ンサ７及び８は、直流電源電圧に対し直列に接続され、
その接続点より検出電圧ｖＴを出力する。１１は検出電
圧ｖＴにおけるノイズを吸収するコンデンサ、１２は演
算増幅器、Ｒは抵抗、Ｃ１はコンデンサである。演算増
幅器１２、抵抗Ｒ１゜コンデンサＣ１により比例微分回
路１３を構成し、その出力電圧Ｖ。を発する。ここで検
出電圧ｖＴは、温度センサ７及び８の検出する温度θＥ
及びθＳの差、即ち過熱度ＳＨ−θＳ−θＥとほぼ比例
関係を有するものである。第４図は過熱度ＳＨと検出電
圧ｖＴ及び出力電圧■。の関係を示すもので、図にお同
一仕様のものを使用しているので、ｖｒ＝＝　−となる
。また第４図における出力電圧Ｖ。は、検出電圧ｖＴが
安定している場合で、この時はＶ。＝ｖＴとなる。

ここで第３図の構成において、第２図に示す変化が起こ
った場合の検出電圧ｖＴ及び出力電圧Ｖ。

の変化特性を第６図に示す。図において、検出電圧Ｖ７
は、第２図で示すθＳＳとθ５ｓの差とほぼ同様の変化
特性を示す。一方出方電圧ｖ０は検出電圧ＶＴを比例微
分した値が得られ、その応答特性は極めて改善されてお
り、時刻ｔ１よりの変化特性が急速でかつ安定する値に
達する時間が短かくなっている。

ここで、比例微分回路１３を構成する抵抗Ｒ退びコンデ
ンサＣ１は、微分時間Ｔ１＝Ｒ１・Ｃ１を与えており、
この微分時間Ｔを、第２図におけるθ８に対する。θ８
ｓの時定数τＳ（例えば３０秒）に等しく選ぶ。即ち、
Ｔ１＝τＳとすると、θ８８が０８とほぼ同特性となる
ように補償される。一方０ＥＳは、θ８に対する時定数
Ｋｇは、　τＥくτＳであるので、比例微分回路１３の
微分時間Ｔにより、θＥＳはθＥよりもより急速な変化
を与えるように補償される。従って、第５図のように温
度検出回路９の出力電圧Ｖ。は、総合すると、まず変化
量が少ないが応答速度の早いθＥＳを補償した特性で、
その後（時刻ｔ２近傍）、応答が遅いが変化量の大きい
θＳＳを補償した特性となり、過熱度ＳＨの変化状　。

態をすばやく検知しうるものとなる。以上の説明で明ら
かなように、θｓｓはθＳにほぼ等しくなるように補償
され、またθＥｓはθＥに対して過補償となるもので、
１個の比例微分回路１３の構成で、検知した過熱度の応
答性を適正に改善しうるものとなっている。

温度検知回路９の働きで、制御回路１０の入力　　　′
する過熱度ＳＨに対応した出力電圧Ｖ。は、温度−セン
サ７，８等の応答を改善されており、この値に対して、
膨張弁４への電気信号をいち早く調節することができる
ため、すばやくかつ安定に過熱度を制御すきことが容易
となる。

次に温度検出回路９の他の実施例を第６図に示す。第６
図において、１４．１６は抵抗、１５゜１７はノイズ吸
収用のコンデンサ１，１８は差動増幅回路、１９　、２
０は差動増幅回路１８を構成する演算増幅器である。

１３′は比例微分回路であり、２３及び２４は、比例微
分回路１３′の誤動作防止用のコンデンサ及び抵抗であ
る。またｖＴＥ及びｖＴｓは温度センサ７及び８の出力
する温度検出電圧であり、それぞれ温度セ／す７及び８
の検出温度に対し、実使用温度範囲でほぼ比例関係にあ
る。ｖＲは、差動増幅回路１８の参照電圧であり、ｖ丁
はその出力する検出電圧である。その他は第３図と同様
である。

図において、温度センサ７および８で検出された温度は
、それぞれ独立して、温度検出電圧ｖＴＥ。

ｖＴｓを与える。この温度検出電圧ｖＴＥ及びｖＴＳ　
　″は差動増幅回路１８に入力され、その出力する検出
電圧ｖＴは Ｖｒ＝ｋ（ＶＴｓ−ＶＴＥ）＋ＶＲ なる関係となる。ただしｋは差動増幅回路１８の増幅度
である。即ち検出電圧ＶＴは温度センサア及び８の検出
する温度の差（過熱度）を与えている。

次に比例微分回路１３′は差動増幅回路１８の出力する
検出電圧ｖＴを入力し、その比例微分動作により、過熱
度の応答特性を改害し、出力電圧Ｖ。を発する。誤動作
防止用のコンデンサ２３及び抵抗２４は通常それらの容
量あるいは抵抗値がコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１に対し
て十分小さなものに選ぶため、その比例微分動作は第３
図のものとほぼ同様となる。

この第６図の温度検出回路９は温度センサ７及び８より
それぞれ独立した温度信号が得られるため、この温度信
号を他の目的に利用することが可能である。またこの２
つの温度信号（温度検出電圧ｖＴＥ、ｖＴｓ）の差を差
動増幅回路１８により得る方法は、検出電圧ＶＴと過熱
度の比例関係が、一般に第３図のものより精度が高いも
のとなる。また第６図の参照電圧ｖＲの値を適当に与え
ることにより、検出電圧ｖＴは、過熱度自体ではなく、
過熱度とその設定値の差、即ち偏差として与えることも
可能である。

以上本発明を実施例に基づいて説明したが、温度検出回
路９の補償動作として、単に比例微分動作ではなく、２
次おくれ応答に対応するようになすことも可能であると
共に、補償動作の程度を使用対象に応じて過補償気味な
どとすることが望ま１〜い。また第１図の実施例は冷房
装置に用いたものであるが、この他、冷凍装置やヒート
ポンプ装置などに幅広く使用できる。

このように本発明は電気信号によりその弁開度が調節可
能な膨張弁と、蒸発器の入口あるいは中間部に設けた第
１の温度センサと、蒸発器の出口あるいは圧縮機の吸入
部に設けた第２の温度センサと、第１及び第２の温度セ
ンサの出方するそれぞれの検出信号の差を検知し、かつ
その応答特性を補償する温度検出回路と、この温度検出
回路よりの信号により、上記膨張弁へ電気信号を発し、
前記検出信号の差の所定値に保つ制御回路とを備えたも
のであるから、各温度センサによる応答おくれを補償し
、すばやくかつ安定した膨張弁の制御ができ、冷凍サイ
クルの早期安定化と期間エネルギー消費効率の向上に寄
与することを期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の冷媒流量制御装置を、採用
した冷房装置の回路図、第２図は第１図における動作説
明図、第３図は同温度検出回路図、第４図、第５図は第
３図における動作説明図、第６図は同温度検出回路の他
の実施例の回路図である。 １・・・・・・圧縮機、４・・・・・・膨張弁、６・・
・・・蒸発器、７，８・・・・・・第１および第２の温
度センサ、９・・・・・・温度検出回路、１ｏ・・、・
・・制御回路、１３・・・・・・比例微分回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　１１か１名Ｉ
Ｊｉ１図 第２図 第４図 第５図　　ＳＨ（＝Ｏ８−〇Ｅン→ を−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気信号によりその弁開度が調節可能な膨張弁と
   、蒸発器の入口乃至中間部に設けられた第１の温度セン
   サと、前記蒸発器の出口乃至圧縮機の吸入部に設けられ
   た第２の温度センサとで前記第１及び第２の温度センサ
   の出力するそれぞれの検出信号の差を検知しかつその応
   答特性を補償する温度検出回路と、前記温度検出回路よ
   りの信号により前記膨張弁へ電気信号を発して、前記検
   出信号の差を所定値に保つ制御回路とを備えた冷媒流量
   制御装置。
2. （２）温度検出回路は、演算増幅器、抵抗、コンデンサ
   を主体とした比例微分回路を具備した特許請求の範囲第
   １項に記載の冷媒流量制御装置。