(57)【要約】【課題】冷凍サイクルの電動式膨張弁の開度を制御する冷却システム用制御装置において、圧縮機始動時における信頼性を高めるとともに、液冷媒の送り込み過ぎを防止して冷却速度を向上させる。【解決手段】冷凍サイクルの蒸発器４の出口と入口の温度を温度センサ６，７により検出する。温度センサ６，７で検出した蒸発器出口温度と蒸発器入口温度との差から第１の過熱度（温度／温度式による算出）を演算し、弁開度の第１操作量ＭＴを求める。圧力スイッチ１０からの圧力と温度センサ６からの温度とに基づいて第２の過熱度（温度／圧力式による算出）を演算し、第２操作量ＭＰを求める。第１操作量ＭＴと第２操作量ＭＰで所定の演算式を用いて合計操作量Ｍを演算する。庫内温度が低温側のとき第１操作量ＭＴを効かせ、庫内温度が高温側のとき第２操作量ＭＰを効かせる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルの蒸発器の冷媒の過熱度を算出し、過熱度に基づいて膨張弁の開度を調節する冷却システム用制御装置において、
蒸発器の出口側及び入口側に設けた温度検出手段からの信号に基づいて第１の過熱度を算出し、第１の過熱度に基づいて算出した膨張弁の操作量ＭＴと、
蒸発器の出口側に設けた圧力検出手段からの信号と出口側に設けた温度検出手段からの信号とに基づいて第２の過熱度を算出し、第２の過熱度に基づいて算出した膨張弁の操作量ＭＰとから、
庫内温度ＳＲに応じた所定処理を実行して合計操作量Ｍを算出し、膨張弁の開度を調節する制御工程を備えることを特徴とする冷却システム用制御装置。
【請求項２】
前記制御工程が、前記庫内温度ＳＲが低温側に設定された第２所定庫内温度ＳＲＬ未満のとき、操作量ＭＴの重みを操作量ＭＰの重み以上として演算する第３所定演算式を用いて前記合計操作量Ｍを算出することを特徴とする請求項１に記載の冷却システム用制御装置。
【請求項３】
前記制御工程が、前記庫内温度ＳＲが高温側に設定された第１所定庫内温度ＳＲＨ未満、かつ低温側に設定された第２所定庫内温度ＳＲＬ以上のとき、操作量ＭＴの重みと操作量ＭＰの重みとを庫内温度ＳＲに応じて決定して演算する第２所定演算式を用いて前記合計操作量Ｍを算出することを特徴とする請求項１に記載の冷却システム用制御装置。
【請求項４】
前記制御工程が、前記庫内温度ＳＲが高温側に設定された第１所定庫内温度ＳＲＨ以上のとき、操作量ＭＰの重みを操作量ＭＴの重み以上として演算する第１所定演算式を用いて前記合計操作量Ｍを算出することを特徴とする請求項１に記載の冷却システム用制御装置。
【請求項５】
前記制御工程が、
前記庫内温度ＳＲが高温側に設定された第１所定庫内温度ＳＲＨ以上のとき、操作量ＭＰの重みを操作量ＭＴの重み以上として演算する第１所定演算式を用いて前記合計操作量Ｍを算出し、
前記庫内温度ＳＲが前記第１所定庫内温度ＳＲＨ未満、かつ低温側に設定された第２所定庫内温度ＳＲＬ以上のとき、操作量ＭＴの重みと操作量ＭＰの重みとを庫内温度ＳＲに応じて決定して演算する第２所定演算式を用いて前記合計操作量Ｍを算出し、
前記庫内温度ＳＲが第２所定庫内温度ＳＲＬ未満のとき、操作量ＭＴの重みを操作量ＭＰの重み以上として演算する第３所定演算式を用いて前記合計操作量Ｍを算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却システム用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルにおける冷却システム用制御装置に係り、詳細には、圧縮機が始動した後、庫内温度が庫内設定温度に移行するまでの電動式膨張弁の開度を制御する冷却システム用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、本発明に関連する先行文献として、例えば特許第３０５９５３４号公報（特許文献１）、特開平９−２２９４９５号公報（特許文献２）、特公昭６０−５８３８４号公報（特許文献３）がある。
【０００３】
特許文献１は、冷凍装置の蒸発器の出口側に温度センサおよび圧力センサを設けて冷媒の過熱度を算出し、可逆式比例型膨張弁の開度を調節して冷媒の流量を制御する制御方法に関する技術である。
【０００４】
特許文献２は、冷凍システムの蒸発器の出口および入口に装着した温度センサからの信号に基づいて過熱度を演算し、電動式比例型膨張弁の開度を制御する制御方法に関する技術である。
【０００５】
特許文献３は、その第１頁右欄から第２頁左欄に、蒸発器入口部の温度センサは３０秒程度、蒸発器出口部の温度センサは６０秒程度の時間遅れを有していることを開示している。
【特許文献１】特許第３０５９５３４号公報
【特許文献２】特開平９−２２９４９５号公報
【特許文献３】特公昭６０−５８３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の従来技術は、温度／圧力式による過熱度（第２の過熱度）を算出する方法を用いている。この場合、圧力センサによる信号検出は時間遅れがきわめて小さいので、膨張弁の開度を速やかに調節することができる。しかし、庫内温度を−２０℃〜−６０℃のような低温域に設定する場合、この低温域で用いる圧力センサの精度（確度）は±０．１％という高精度を必要とする。すなわち、広く普及している±１％程度の精度仕様品を用いることが不可能であり、非常に高価な圧力センサを必要とする点、経済性の面で問題がある。
【０００７】
特許文献２の従来技術は、蒸発器の入口側と出口側に各々温度センサを設けて温度／温度式による過熱度（第１の過熱度）を算出し、弁開度を制御している。しかし、特許文献３に開示されているように、温度センサに時間遅れがあるため、冷凍サイクルの運転中に大きな外乱が発生した場合など、好適な弁開度点に到達するまでに長い時間を要する点で改良の余地を残している。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決し、冷凍サイクルの信頼性を高めるとともに、冷却の応答性を向上させ、冷却工程をより高品位にする冷却システム用制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の冷却システム用制御装置は、冷凍サイクルの蒸発器の冷媒の過熱度を算出し、過熱度に基づいて膨張弁の開度を調節する冷却システム用制御装置において、蒸発器の出口側及び入口側に設けた温度検出手段からの信号に基づいて第１の過熱度を算出し、第１の過熱度に基づいて算出した膨張弁の操作量ＭＴと、蒸発器の出口側に設けた圧力検出手段からの信号と出口側に設けた温度検出手段からの信号とに基づいて第２の過熱度を算出し、第２の過熱度に基づいて算出した膨張弁の操作量ＭＰとから、庫内温度ＳＲに応じた所定処理を実行して合計操作量Ｍを算出し、膨張弁の開度を調節する制御工程を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の冷却システム用制御装置は、請求項１に記載の冷却システム用制御装置であって、前記制御工程が、前記庫内温度ＳＲが低温側に設定された第２所定庫内温度ＳＲＬ未満のとき、操作量ＭＴの重みを操作量ＭＰの重み以上として演算する第３所定演算式を用いて前記合計操作量Ｍを算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の冷却システム用制御装置は、請求項１に記載の冷却システム用制御装置であって、前記制御工程が、前記庫内温度ＳＲが高温側に設定された第１所定庫内温度ＳＲＨ未満、かつ低温側に設定された第２所定庫内温度ＳＲＬ以上のとき、操作量ＭＴの重みと操作量ＭＰの重みとを庫内温度ＳＲに応じて決定して演算する第２所定演算式を用いて前記合計操作量Ｍを算出することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の冷却システム用制御装置は、請求項１に記載の冷却システム用制御装置であって、前記制御工程が、前記庫内温度ＳＲが高温側に設定された第１所定庫内温度ＳＲＨ以上のとき、操作量ＭＰの重みを操作量ＭＴの重み以上として演算する第１所定演算式を用いて前記合計操作量Ｍを算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項５の冷却システム用制御装置は、請求項１に記載の冷却システム用制御装置であって、前記制御工程が、前記庫内温度ＳＲが高温側に設定された第１所定庫内温度ＳＲＨ以上のとき、操作量ＭＰの重みを操作量ＭＴの重み以上として演算する第１所定演算式を用いて前記合計操作量Ｍを算出し、前記庫内温度ＳＲが前記第１所定庫内温度ＳＲＨ未満、かつ低温側に設定された第２所定庫内温度ＳＲＬ以上のとき、操作量ＭＴの重みと操作量ＭＰの重みとを庫内温度ＳＲに応じて決定して演算する第２所定演算式を用いて前記合計操作量Ｍを算出し、前記庫内温度ＳＲが第２所定庫内温度ＳＲＬ未満のとき、操作量ＭＴの重みを操作量ＭＰの重み以上として演算する第３所定演算式を用いて前記合計操作量Ｍを算出することを特徴とする。
【００１４】
請求項１の冷却システム用制御装置によれば、庫内温度の低温側（例えば、−１０℃未満）において精度の高い温度／温度式による第１の過熱度から算出した膨張弁の操作量（第１操作量ＭＴ）と、庫内温度の高温側（例えば、−５℃以上）において応答性の優れた温度／圧力式による第２の過熱度から算出した膨張弁の操作量（第２操作量ＭＰ）とから、合計操作量を算出して膨張弁の開度調節を行う。したがって、庫内温度が高いとき応答性に優れた制御を可能し、庫内温度が低いとき高精度の制御を可能にする。
【００１５】
請求項２の冷却システム用制御装置によれば、庫内温度ＳＲが第２所定庫内温度ＳＲＬ（例えば、−１０℃）未満のとき、第３所定演算式を用いて第１操作量ＭＴの割合を大きくして合計操作量Ｍを算出して膨張弁の開度調節を行う。したがって、圧力検出手段による蒸発圧力相当温度の精度悪化の影響がなく、温度／温度式の第１の過熱度により膨張弁の開度を調節するので、高品位の冷却制御を可能にする。さらに、温度／温度式の割合を若干少なくして、温度／圧力の第２の過熱度を作用させるので、大きな外乱に対しては第２の過熱度による第２操作量ＭＰが作用して応答性がよく、高品位の冷却制御が可能となる。
【００１６】
請求項３の冷却システム用制御装置によれば、庫内温度ＳＲが第１所定庫内温度ＳＲＨ（例えば、−５℃）未満〜第２所定庫内温度ＳＲＬ（例えば、−１０℃）以上のとき、第２所定演算式を用いて第２操作量ＭＰと第１操作量ＭＴとの割合を徐々に変化させながら合計操作量Ｍを算出して膨張弁の開度を調節する。したがって、２つの過熱度の切り換えゾーンを設けて、第２操作量ＭＰと第１操作量ＭＴとの割合を徐々に変化させながら膨張弁の開度を調節するので、すなわち、応答性がまったく異なる制御要素をいきなり切り換えないので、ハンチング等を起こさずに、スムースな制御方式の切り換えが可能となり、高品位の冷却制御が可能となる。
【００１７】
請求項４の冷却システム用制御装置によれば、庫内温度ＳＲが第１所定庫内温度ＳＲＨ（例えば、−５℃）以上のとき、第１所定演算式を用いて第２操作量ＭＰの割合を大きくして合計操作量Ｍを算出して膨張弁の開度調節を行う。したがって、温度／圧力式の割合を若干少なくして、温度／温度式を作用させるので、細かな圧力変動による頻繁な膨張弁の開閉動作を抑制し、膨張弁の耐用年数が長くなるとともに、高品位の冷却制御が可能となる。
【００１８】
請求項５の冷却システム用制御装置によれば、庫内温度ＳＲが第１所定庫内温度ＳＲＨ（例えば、−５℃）以上のとき、第１所定演算式を用いて第２操作量ＭＰの割合を大きくして合計操作量Ｍを算出して膨張弁の開度を調節し、庫内温度ＳＲが第１所定庫内温度ＳＲＨ（例えば、−５℃）未満〜第２所定庫内温度ＳＲＬ（例えば、−１０℃）以上のとき、第２所定演算式を用いて第２操作量ＭＰと第１操作量ＭＴとの割合を徐々に変化させながら合計操作量Ｍを算出して膨張弁の開度を調節し、庫内温度ＳＲが第２所定庫内温度ＳＲＬ（例えば、−１０℃）未満のとき、第３所定演算式を用いて第１操作量ＭＴの割合を大きくして合計操作量Ｍを算出して膨張弁の開度を調節する。したがって、請求項２、３及び４の作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の冷却システム用制御装置によれば、庫内温度が高いとき応答性に優れた制御を可能し、庫内温度が低いとき高精度の制御を可能にするので、冷凍サイクルの信頼性が高まるとともに、冷却工程がより高品位になる。
【００２０】
請求項２の冷却システム用制御装置によれば、請求項１の効果に加えて、さらに、大きな外乱に対しては第２の過熱度による第２操作量ＭＰが作用して応答性がよく、高品位の冷却制御が可能となる。
【００２１】
請求項３の冷却システム用制御装置によれば、請求項１の効果に加えて、さらに、ハンチング等を起こさずに、スムースな制御方式の切り換えが可能となり、高品位の冷却制御が可能となる。
【００２２】
請求項４の冷却システム用制御装置によれば、請求項１の効果に加えて、さらに、細かな圧力変動による頻繁な膨張弁の開閉動作を抑制し、膨張弁の耐用年数が長くなるとともに、高品位の冷却制御が可能となる。
【００２３】
請求項５の冷却システム用制御装置によれば、請求項１、２、３及び４の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の冷却システム用制御装置の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の冷却システム用制御装置を適用した冷凍サイクルにおける急速冷却制御装置の基本構成を示す図である。この急速冷却制御装置は、冷凍サイクルの蒸発器の出口側と入口側とにそれぞれ装着した温度検出手段としての温度センサ６，７、庫内温度センサ８及び圧力検出手段１０からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部９１と、Ａ／Ｄ変換部９１から出力される温度センサ６，７の温度データ、圧力検出手段１０の圧力データに基づいて第１の過熱度と第２の過熱度を演算する過熱度演算手段９２ａ−１と、この演算した第１の過熱度と第２の過熱度から弁開度の合計操作量を演算する弁開度演算手段９２ａ−２と、Ａ／Ｄ変換部９１から出力される庫内温度センサ８の温度データにより庫内の各温度における弁開度の上限値及び下限値を演算する弁開度規制演算手段９２ａ−３と、弁開度規制演算手段９２ａ−３により演算した弁開度の上限値及び下限値と前記弁開度演算手段９２ａ−２により演算した弁開度とを比較し、その比較結果を弁駆動部５に送出して、電動式膨張弁３を駆動させる比較手段９２ａ−４と、を備えている。なお、圧力検出手段１０は、後述の圧力スイッチ、圧力センサに対応しており、これらの要素にも符号「１０」を用いる。
【００２５】
弁開度演算手段９２ａ−２は、後述のように、第１の過熱度に対応する第１操作量ＭＴと第２の過熱度に対応する第２操作量ＭＰを演算し、庫内温度センサ８の温度データに応じた第１〜第３所定演算式（及び設定係数）に基づいて合計操作量Ｍを演算する。また、弁開度規制演算手段９２ａ−３は、第３優先制御工程として、庫内温度の低下によって弁開度の上限開度と下限開度を下げるように弁開度を規制するように演算し、第２優先制御工程として、過熱度の範囲が例えば５℃以上かつ２５℃以下となるように弁開度を演算し、第１優先制御工程として、ＭＯＰび低圧カットを規制するように弁開度を演算する。
【００２６】
ここで、ＭＯＰ及び低圧カットについて説明する。ＭＯＰ（Maximum Operating Pressure）とは、元々温度式膨張弁の機能である。ＭＯＰの規制の結果、圧縮機始動時の液戻り防止、圧縮機モータの過負荷防止が可能となる。一般的にいう、ハイ・リミットの機能である。低圧カットは低圧側圧力スイッチの主たる機能である。膨張弁、蒸発器など冷凍サイクルに異常が発生して冷媒が流れなくなると低圧側圧力が下がるので、そのとき低圧カットが作用して冷凍サイクルを保護する。一般的にいう、ロー・リミットの機能である。
【００２７】
図２は実施形態の冷凍サイクルと急速冷却制御装置を示す図である。図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は電動式膨張弁、４は蒸発器であり、これらは配管で環状に接続することにより冷凍サイクルを構成し、冷媒の圧縮、凝縮液化、減圧（膨張）、蒸発気化を行う周知のサイクルを形成する。５は電動式膨張弁３の開度を入力信号に応じて調節する電磁石、パルスモータなどの弁駆動部、６，７は蒸発器４の出口側と入口側の温度をそれぞれ検出する温度センサ、８は冷凍庫内の温度を検出する温度センサ、１０は蒸発器４の出口側の蒸発圧力を検出する圧力スイッチ、９は圧力スイッチ１０と温度センサ６，７及び８が接続され、その出力に基づき弁駆動部５を制御する制御部である。
【００２８】
制御部９は、蒸発器４の出口側と入口側の温度をそれぞれ検出する温度センサ６，７からのそれぞれの入力信号により蒸発器出口温度と冷媒温度すなわち蒸発器入口温度との差をとって第１の過熱度（温度／温度式による算出）を演算し、この第１の過熱度と設定過熱度とを比較して算出した偏差信号をＰＩＤ動作に従った第１操作量ＭＴを求める。また、制御部９は、圧力スイッチ１０からの入力信号と前記出口側の温度センサ６からの信号とに基づいて第２の過熱度（温度／圧力式による算出）を演算し、この第２の過熱度と設定過熱度とを比較して算出した偏差信号をＰＩ動作に従った第２操作量ＭＰを求める。そして、温度センサ８で検出した庫内温度に応じて第１〜第３所定演算式を選択し、第１操作量ＭＴ、第２操作量ＭＰ及び選択した演算式で合計操作量Ｍを演算し、この全操作量Ｍに対応する調節信号を出力する。すなわち、電動式膨張弁３を開閉させるパルス数を弁駆動部５に与える弁開度調節信号を印加することにより、電動式膨張弁３の開度を制御し、冷凍サイクルの冷媒流量を調整する。前述したＰＩＤ動作とはＤ要素のないＰＩ動作も含まれることはいうまでもない。
【００２９】
図３は上記制御部９の内部構成を示し、同図において、Ａ／Ｄ変換部９１は蒸発器出口温度センサ６、入口温度センサ７、庫内温度センサ８及び圧力センサ１０からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、９２は予め定めたプログラムに従って動作するマイクロコンピュータであり、マイクロコンピュータ９２はＣＰＵ９２ａ、プログラムや各種の固定データを格納したＲＯＭ９２ｂ及び各種のデータエリアやワークエリアを有する書き換え可能なＲＡＭ９２ｃを有する。ＣＰＵ９２ａは、温度センサ６，７からの信号に基づいて第１の過熱度を演算し、温度センサ６と圧力センサ１０からの信号に基づいて第２の過熱度を演算し、この演算した第１及び第２の過熱度から弁開度を演算する。また、第１の過熱度と第２の過熱度との差として補正値βを演算し設定過熱度を補正値βで補正し、弁開度を演算する。そして、この演算による弁開度を弁駆動部５に送出して、電動式膨張弁３を動作させる。また、ＣＰＵ９２ａは、ＲＯＭ９２ｂ中の所定エリア内に格納した庫内温度、電動式膨張弁の能力、必要冷却能力、蒸発温度、凝縮温度などの各種設定値から、庫内の各温度における弁開度の上限値及び下限値を演算する。制御部９が電動式膨張弁３を操作して、この上限値及び下限値に達すると弁開度は上限値／下限値で制限される。
【００３０】
図４は庫内温度に対して演算により求められる弁開度の上限値及び下限値の変化、及び優先制御工程による開度の規制の概念を示す説明図であり、説明図から分かるように、曲線ａは庫内温度の低下によって上限開度が下がる様子を、曲線ｂは庫内温度の低下によって下限開度が下がる様子をそれぞれ示している。これが第３優先制御工程である。また、曲線ａを跨ぐ斜線の範囲は、過熱度の範囲を例えば５℃以上に規制する概念、及びＭＯＰを規制する概念を示している。これが第２優先制御工程、及び第１優先制御工程である。さらに、曲線ｂを跨ぐ斜線の範囲は、過熱度の範囲を例えば２５℃以下に規制する概念、及び低圧カットを規制する概念を示している。これが第２優先制御工程、及び第１優先制御工程である。本発明には直接関係しないが、曲線ｃは初期所定開度であり、この初期所定開度は、下限（曲線ｂ）から、この下限と上限（曲線ａ）との間隔の７０％の値となっている。庫内温度が高いとき下限開度を上げている理由は、冷凍負荷が大きい場合の電動式膨張弁３の閉めすぎを防止するためである。
【００３１】
以上説明したように、庫内温度が高いときには弁開度の上限値を低めの開度に設定し、庫内温度の低下とともに上限値を下げ、最終的には設定過熱度で運転できるようにしている。これは、急速冷却の負荷の大きな初期段階における蒸発器出口での初期過熱度が、急速冷却の負荷が小さくなる最終段階での最終過熱度に比べて大きいという特性を利用したのであり、冷却初期にはやや過熱気味の運転となるが、液量過多による弁閉動作を防止することができるので、無駄な操作がなくなり、結果的に冷却速度をアップして最終的な冷却温度を得るための時間を短縮することができる（液量過多になると弁の開閉を繰り返すので冷却速度が遅くなる。）。
【００３２】
以上概略説明した動作の詳細を、ＲＯＭ９２ｂに格納したプログラムに従ってＣＰＵ９２ａが行う処理を示すフローチャートを参照して以下説明する。図５及び図６は第１実施例のフローチャートであり、この第１実施例では、ＣＰＵ９２ａは電源の投入によって動作を開始し、その最初のステップＳ１において初期設定を行う。この初期設定は、ＲＯＭ９２ｂに格納されている庫内温度、電動式膨張弁の能力、必要冷却能力、蒸発温度、凝縮温度、過冷却度、設定過熱度の値ＳＨなどの各種設定値をＲＡＭ９２ｃ内の所定のエリアに書き込むことによって行われる。ステップＳ２では、図示しない起動スイッチの操作による起動信号があるか否かを判定し、この判定がＹＥＳになるのを待つ。起動信号があるとステップＳ３で弁初期開度運転を行って、ステップＳ４に進む。
【００３３】
ステップＳ４では、後述の図１０及び図１１のシステム構成の場合に実行される通信処理のステップであり、そのサブルーチンを図１２に示す。ステップＳ５では、圧力センサ１０からの信号を読み込み、Ａ／Ｄ変換して蒸発器出口圧力ＰＧ、蒸発圧力相当温度ＳＰＧを演算し、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、温度センサ６，７，８からの信号を読み込み、Ａ／Ｄ変換して温度データＳＧ（蒸発器出口温度）、ＳＬ（蒸発器入口温度）、ＳＲ（庫内温度）とする。次に、ステップＳ７で、第１の過熱度ＳＨＴを式ＳＨＴ＝ＳＧ−ＳＬにより演算する。このステップＳ７の処理により、ＣＰＵ９２ａは蒸発器４の出口及び入口の冷媒配管に装着した温度センサ６，７からの信号に基づいて第１の過熱度を演算する過熱度演算手段９２ａ−１として機能している。次に、ステップＳ８で、第２の過熱度ＳＨＰを式ＳＨＰ＝ＳＧ−ＳＰＧにより演算し、ステップＳ９に進む。
【００３４】
ステップＳ９では、「定常状態運転であるか否か」を判定する。ここで、ステップＳ２で冷却システムが起動して、過渡状態運転から定常状態運転に移行するのに略数分を想定しており、ステップＳ９の判定でＮＯ（過渡状態運転）の場合、ステップＳ１０の処理で補正値βを予め記憶手段に格納しているデフォルト値β0 （例えば、５℃）としてステップＳ１２に進む。判定がＹｅｓ（定常状態運転）の場合、ステップＳ１１において、第１の過熱度ＳＨＴと第２の過熱度ＳＨＰとを減算して補正値βを算出し、ステップＳ１２に進む。この補正値βは設定過熱度のオフセット値βのことである。そして、ステップＳ１２で、補正値（オフセット値）βの格納処理を実行する。なお、後述の図９(C) において補正値βは庫内温度ＳＲに対して一定の値としているが、冷却システムによっては補正値βが変化する場合もある。この場合には、例えば、庫内温度ＳＲを１０℃毎に区分して、区分１における補正値βの代表値βｉ  を記憶手段に格納しておけば、庫内温度ＳＲの変化に対して好適な補正値βｉ  が得られるので、より高品位の制御ができる。
【００３５】
ステップＳ１３では、現在の庫内温度ＳＲと設定庫内温度ＳＲＳとの差が２０℃以上であるかを判定し、判定がＮＯのとき（冷凍負荷が小さいとき）ステップＳ１４に進み、判定がＹＥＳのとき（冷凍負荷が大きいとき）ステップＳ１６に進む。ステップＳ１４では、第１の過熱度ＳＨＴと設定過熱度ＳＨとの差である第１の過熱度偏差ΔＳＨＴを補正値βも加味して、式ΔＳＨＴ＝ＳＨＴ−（ＳＨ＋β）により演算し、ステップＳ１５で、第２の過熱度ＳＨＰと設定過熱度ＳＨとの差である第２の過熱度偏差ΔＳＨＰを式ΔＳＨＰ＝ＳＨＰ−ＳＨにより演算し、図６のステップＳ１９に進む。ステップＳ１６では、庫内温度ＳＲにより設定過熱度ＳＨの補正演算を行って可変設定過熱度ＳＨ’とし、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、第１の過熱度ＳＨＴと可変設定過熱度ＳＨ’との差である第１の過熱度偏差ΔＳＨＴを補正値βも加味して、式ΔＳＨＴ＝ＳＨＴ−（ＳＨ’＋β）により演算し、ステップＳ１８で、第２の過熱度ＳＨＰと可変設定過熱度ＳＨ’との差である第２の過熱度偏差ΔＳＨＰを式ΔＳＨＰ＝ＳＨＰ−ＳＨ’により演算し、図６のステップＳ１９に進む。
【００３６】
次に、図６のステップＳ１９で“０←ΔＳＨＴ”となるような電動式膨張弁３の第１操作量ＭＴを演算してＲＡＭ９２ｃに蓄え、ステップＳ２０で“０←ΔＳＨＰ”となるような電動式膨張弁３の第２操作量ＭＰを演算してＲＡＭ９２ｃに蓄え、ステップＳ２１に進む。次に、ステップＳ２１では庫内温度ＳＲが−５℃以上であるかを判定し、ステップＳ２３では庫内温度ＳＲが−１０℃以上であるかを判定する。そして、庫内温度ＳＲが−５℃以上の場合は、ステップＳ２２でＭ＝ＭＰ×０．８＋ＭＴ×０．２（第１所定演算式）により合計操作量Ｍを演算してステップＳ２７に進む。庫内温度ＳＲが−５℃未満〜−１０℃以上の場合は、ステップＳ２４でＣＰ＝［０．６×ＳＲ＋７］／５、ＣＴ＝［−０．６×ＳＲ−２］／５により係数を演算し、ステップＳ２５でＭ＝ＭＰ×ＣＰ＋ＭＴ×ＣＴ（第２所定演算式）により合計操作量Ｍを演算してステップＳ２７に進む。また、庫内温度ＳＲが−１０℃未満の場合は、ステップＳ２６でＭ＝ＭＰ×０．２＋ＭＴ×０．８（第３所定演算式）により合計操作量Ｍを演算してステップＳ２７に進む。すなわち、このステップＳ２１〜Ｓ２６の処理は、庫内温度ＳＲが−５℃以上では、第２の過熱度の割合を８０％、第１の過熱度の割合を２０％として制御し、−５℃未満〜−１０℃以上では、２つの過熱度で徐々に切り換え制御し、−１０℃未満では、第１の過熱度の割合を８０％、第２の過熱度の割合を２０％として制御する例である。
【００３７】
ステップＳ２７では、弁開度の上限値／下限値を規制する第３優先制御処理であり、前記ステップＳ２２、あるいはＳ２５、あるいはＳ２６で演算した合計操作量Ｍに対して、Ｓ２７の規制が優先する。よって、合計操作量Ｍが１００％で弁の開閉操作をするとは限らない。ステップＳ２８は、第１の過熱度の範囲を規制する第２優先制御処理であり、冷媒量が多すぎて液バックしないように、または少なすぎて過熱が付きすぎないように規制する。すなわち、ステップＳ２７の第３優先制御処理の規制を経ても、このステップＳ２８の規制が優先する。よって、この場合も、合計操作量Ｍが１００％で弁の開閉操作をするとは限らない。ステップＳ２９は、第１優先制御処理であり、蒸発器出口圧力ＰＧがＭＯＰ設定値以下となるような操作量、蒸発器出口圧力ＰＧが低圧カット設定値以上となるように操作量を演算し、ＭＯＰ規制、低圧カット規制の処理を行う。よって、この場合も、合計操作量Ｍが１００％で弁の開閉操作をするとは限らない。そして、ステップＳ３０で、ステップＳ２１〜Ｓ２９の処理の結果により、弁の開閉操作を実行し、図５のステップＳ４に戻る。
【００３８】
図７は第２実施例のフローチャートであり、この第２実施例のステップＳ３１〜ステップＳ３６は第１実施例のステップＳ２１〜ステップＳ２６に代える処理である。すなわち前記ステップＳ２０の処理が終了すると、ステップＳ３１で庫内温度ＳＲが−５℃以上であるかを判定し、ステップＳ３３で庫内温度ＳＲが−１０℃以上であるかを判定する。そして、庫内温度ＳＲが−５℃以上の場合は、ステップＳ３２で合計操作量Ｍを第２の過熱度に対応する第２操作量ＭＰとし、ステップＳ２７に進む。庫内温度ＳＲが−５℃未満〜−１０℃以上の場合は、ステップＳ３４でＣＴ＝［−ＳＲ−５］／５、ＣＰ＝［ＳＲ＋１０］／５により係数を演算し、ステップＳ３５でＭ＝ＭＰ×ＣＰ＋ＭＴ×ＣＴにより合計操作量Ｍを演算してステップＳ２７に進む。また、庫内温度ＳＲが−１０℃未満の場合は、ステップＳ３６で合計操作量Ｍを第１の過熱度に対応する第１操作量ＭＴとし、ステップＳ２７に進む。すなわち、このステップＳ３１〜Ｓ３６の処理は、庫内温度ＳＲが−５℃以上では、第２の過熱度により制御し、−５℃未満〜−１０℃以上では、２つの過熱度で徐々に切り換え制御し、−１０℃未満では、第１の過熱度により制御する例である。
【００３９】
図８は合計操作量Ｍを演算する第１操作量ＭＴと第２操作量ＭＰの割合を説明する図であり、図８(a) は一般式、図８(b) は第１実施例の式、図８(c) は第２実施例の式を示している。ａ１，ａ２は第２操作量ＭＰと第１操作量ＭＴのそれぞれの最大割合、ｂ１，ｂ２は第１操作量ＭＴと第２操作量ＭＰのそれぞれの最小割合であり、第１所定庫内温度ＳＲＨと第２所定庫内温度ＳＲＬの間で庫内温度ＳＲに応じて各割合に応じて混合された合計操作量Ｍが演算される。
【００４０】
図９は第１実施例の制御に対応する温度変化と過熱度変化の説明図であり、図９(a) に庫内温度の状態を示したように、庫内温度が−５℃以上のとき、第２の過熱度ＳＨＰにより電動式膨張弁の開度調節を行い、庫内温度が−５℃未満のとき、第１の過熱度ＳＨＴにより電動式膨張弁の開度調節を行う。庫内温度が−５℃以上のとき、図９(b) の第２の過熱度ＳＨＰの状態を示したように第２の過熱度ＳＨＰは可変設定過熱度ＳＨ’になるように電動式膨張弁の開度制御が行われる。庫内温度が−５℃未満のとき、図９(c) の第１の過熱度ＳＨＴの状態を示したように、例えば、設定庫内温度が−６０℃の場合、庫内温度が−５℃未満〜−４０℃以上のとき、第１の過熱度ＳＨＴは可変設定過熱度ＳＨ’に過熱度のズレβを加算した値（ＳＨ’＋β）になるように電動式膨張弁の開度調節が行われる。以上の説明で、庫内温度が−４０℃以上のとき、設定過熱度ＳＨ’は庫内温度により値が可変する「可変設定過熱度ＳＨ’」としている。なお、図９(b) の第２の過熱度ＳＨＰの曲線は圧力検出手段の確度（精度）がマイナス側にある場合を示している。確度（精度）が±０の場合、第２の過熱度ＳＨＰは可変設定過熱度ＳＨ’及び（固定）設定過熱度ＳＨに対して振れることはいうまでもない。
【００４１】
第１実施例に類似した他の実施形態として、次のように処理してもよい。３つの温度区分を設けて区分を１．６６℃毎に、所定の割合を２０％ずつ増減して、
庫内温度が−５℃以上の時、Ｍ＝ＭＰ×１．０＋ＭＴ×０．０、
−５℃未満〜−６．６６℃以上の時、Ｍ＝ＭＰ×０．８＋ＭＴ×０．２、
−６．６６℃未満〜−８．３３℃以上の時、Ｍ＝ＭＰ×０．６＋ＭＴ×０．４、
−８．３３℃未満〜−１０．０℃以上の時、Ｍ＝ＭＰ×０．４＋ＭＴ×０．６、
−１０．０℃未満の時、Ｍ＝ＭＰ×０．２＋ＭＴ×０．８、
によって操作量Ｍを算出して、膨張弁の開度を調節する。−５℃以上では、第２の過熱度により制御し、−５℃未満〜−１０℃以上では、２つの過熱度で徐々に切り換え制御し、−１０℃未満では、第１の過熱度の割合を８０％、第２の過熱度の割合を２０％として制御する例を示す。これは低温側のみに作用させる例である。
【００４２】
また、第２実施例に類似した他の実施形態として、次のように処理してもよい。４つの温度区分を設けて区分を１．２５℃毎に、所定の割合を２０％ずつ増減して、
庫内温度が−５℃以上の時、Ｍ＝ＭＰ×１．０＋ＭＴ×０．０、
−５℃未満〜−６．２５℃以上の時、Ｍ＝ＭＰ×０．８＋ＭＴ×０．２、
−６．２５℃未満〜−７．５℃以上の時、Ｍ＝ＭＰ×０．６＋ＭＴ×０．４、
−７．５℃未満〜−８．７５℃以上の時、Ｍ＝ＭＰ×０．４＋ＭＴ×０．６、
−８．７５℃未満〜−１０℃以上の時、Ｍ＝ＭＰ×０．２＋ＭＴ×０．８、
−１０℃未満の時、Ｍ＝ＭＰ×０．０＋ＭＴ×１．０、
によって操作量Ｍを算出して、膨張弁の開度を調節する。−５℃以上では、第２の過熱度により制御し、−５℃未満〜−１０℃以上では、２つの過熱度で徐々に切り換え制御し、−１０℃未満では、第１の過熱度により制御する例である。
【００４３】
なお、従来の温度／温度式による第１の過熱度による場合は、第３所定演算式のみによる制御となり、ａ２＝１、ｂ２＝０、とする。第３所定演算式は、Ｍ＝ＭＰ×０＋ＭＴ×１、すなわち、Ｍ＝ＭＴ、となる。また、従来の温度／圧力式による第２の過熱度による場合は、第１所定演算式のみによる制御となり、ａ１＝１、ｂ１＝０、とする。第１所定演算式は、Ｍ＝ＭＰ×１＋ＭＴ×０、すなわち、Ｍ＝ＭＰ、となる。
【００４４】
図１０は冷却システム用制御システムの一実施例を示す構成図である。この実施例では、１台の圧縮機１、１台の凝縮器２に対して、４台の蒸発器４１〜４４とそれに対応する電動式膨張弁３１〜３４とにより冷凍サイクルが構成されている。各蒸発器４１〜４４には、それぞれ実施例の冷却システム用制御装置９１〜９４が接続されている。なお、以下、冷却システム用制御装置を適宜「制御装置」ともいう。各制御装置９１〜９４には、蒸発器４１〜４４の出口側の温度センサ６１〜６４と入口側の温度センサ７１〜７４が接続されている。また、各制御装置９１〜９４の内の親機としての制御装置９１はパーソナルコンピュータ１００に接続されるとともに、この親機の制御装置９１には庫内温度センサ８が接続されている。圧縮機１と凝縮器２との間には高圧圧力スイッチ１１が接続され、蒸発器４１〜４４の出口側には圧力スイッチ１０が接続されており、この圧力スイッチ１０と各制御装置９１〜９４は通信端子を介して通信ケーブル２００で接続されている。また、親機の制御装置９１と圧力スイッチ１０の通信端子には終端抵抗Ｒが接続されている。なお、図に破線で示したように、蒸発器４１〜４４の出口側及び入口側の温度センサ６１〜６４，７１〜７４は、親機の制御装置９１だけに接続されてもよい。なお、電動式膨張弁駆動部５１〜５４は、制御装置９１〜９４の信号を受けて電動式膨張弁３１〜３４を開閉操作し、弁開度を制御する弁駆動部である。広義では、電動式膨張弁３１〜３４に包含されるものである。また、図において圧力スイッチ１０は、冷凍サイクルの配管中と通信線接続中との２箇所に図示してあるが、この圧力スイッチ１０は同じ位置に設置される１つのものである。
【００４５】
図１１は圧力検出手段としての圧力スイッチ１０のブロック図である。圧力スイッチ１０は、マイコン１０ａ、ＲＡＭ１０ｂ、ＲＯＭ１０ｃ、ＥＥＰＲＯＭ１０ｄ、通信インタフェース１０ｅ、入出力インタフェース１０ｆ、圧力センサ１０ｇ、操作スイッチ１０ｈ、リレー駆動回路及び出力リレー１０ｉ、デジタル表示器１０ｊ、電源回路１０ｋを備えている。マイコン１０ａは、圧力スイッチ１０全体の制御を行い、操作スイッチ１０ｈによる各種の設定値の入力操作、各種演算処理、通信インタフェース１０ｅを介して制御装置９１〜９４等との間で通信データの授受を行う。デジタル表示器１０ｊは７セグメントＬＥＤ素子を４桁備えており、この７セグメントＬＥＤ素子は青色ＬＥＤで構成されている。なお、青色ＬＥＤによる７セグメントＬＥＤ素子は圧力スイッチに限らず、本発明の制御装置などに広く用いられることはいうまでもない。
【００４６】
操作スイッチ１０ｈからは、冷凍サイクルにおけるＭＯＰ設定値、低圧カット設定値が入力設定され、これらの設定値はＥＥＰＲＯＭ１０ｄに記憶される。そして、圧力スイッチ１０からこれらの設定値と、検出圧力データが制御装置９１〜９４に送信され、制御装置９１〜９４で、これらの設定値と検出圧力データに基づいて各制御装置９１〜９４に対応する電動式膨張弁３１〜３４の開度が制御される。このとき、各制御装置９１〜９４は、検出圧力データによる検出圧力が、ＭＯＰ設定値＞検出圧力＞低圧カット設定値となるように弁開度を制御する。
【００４７】
また、検出圧力データはデジタル表示器１０ｊに表示される。このとき、低圧の圧力データは青色で表示される。これにより、例えば緑色で表示するよりも、視認性が良くなり、峻別がきわめて容易になる。
【００４８】
図１２は各制御装置９１〜９４における制御のフローチャートであり、前記図５のステップＳ４で実行される。なお、制御装置９１〜９４において、親機である制御装置９１は「アドレス１」、子機である制御装置９２〜９４は「アドレス２〜４」に設定されている。前記ステップＳ４でサブルーチンとして起動され、ステップＳ４１では、アドレスは“１”であるか（親機であるか）を判断し、ＹＥＳであればステップＳ４２，Ｓ４３を介してステップＳ４６に進み、ＮＯであればステップＳ４４，Ｓ４５を介してステップＳ４６に進む。ステップＳ４２では親機から子機へのデータの送信を行い、ステップＳ４３では親機が子機からのデータを受信する。ステップＳ４４では子機が親機からのデータを受信し、ステップＳ４５では子機から親機へのデータの送信を行う。そして、ステップＳ４６でデータの比較格納処理を行い、通信処理を終了して元のルーチンに復帰する。
【００４９】
このように複数台の蒸発器に対応する複数台の冷却システム用制御装置と圧力検出手段とを通信線で接続し、デジタルデータを送受信する。そして、検出圧力データ、ＭＯＰ設定値、低圧カット設定値を通信線に送出し、複数台の冷却システム用制御装置は、通信線を介して例えば検出圧力データ、ＭＯＰ設定値、低圧カット設定値を受信し、前記実施例のような各種の制御を行って、冷凍サイクルに好適な弁開度に制御することができる。
【００５０】
なお、実施形態では、単純に割合変化により切り換えたが、勿論、ファジイ理論を適用してメンバーシップ関数を定義し、合計操作量Ｍを演算する方法でもよい。実施形態では、圧力検出手段に圧力スイッチを用いて通信によりデータを授受する実施例を説明したが、勿論、圧力センサを用いて、例えば、４〜２０ｍＡ、あるいは１〜５Ｖ伝送信号を用いることもできる。その場合、第１優先制御処理に係わる設定値の設定処理は本発明の制御装置側で行うことになるが、課題を解決して同様の作用／効果が得られることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による実施形態の冷却システム用制御装置を適用した冷凍サイクルにおける急速冷却制御装置の基本構成を示す図である。
【図２】実施形態の冷凍サイクルと急速冷却制御装置を示す図である。
【図３】実施形態における制御部の内部構成を示す図である。
【図４】実施形態における弁開度の上限値及び下限値の変化、及び優先制御工程による開度の規制の概念を示す説明図である。
【図５】実施形態における第１実施例のフローチャートの一部である。
【図６】実施形態における第１実施例のフローチャートの他の一部である。
【図７】実施形態における第２実施例のフローチャートである。
【図８】実施形態における合計操作量Ｍを演算する第１操作量ＭＴと第２操作量ＭＰの割合を説明する図である。
【図９】第１実施例の制御に対応する庫内温度変化と過熱度変化の説明図である。
【図１０】冷却システム用制御システムの一実施例を示す構成図である。
【図１１】実施例における圧力スイッチのブロック図である。
【図１２】実施形態における通信処理のサブルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１          圧縮機
２          凝縮器
３          電動式膨張弁
４          蒸発器
５          弁駆動部
６          蒸発器出口温度センサ
７          蒸発器入口温度センサ
８          庫内温度センサ
１０        圧力スイッチ（圧力検出手段）
９２ａ−１  過熱度演算手段（ＣＰＵ）
９２ａ−２  弁開度演算手段（ＣＰＵ）
９２ａ−３  弁開度規制演算手段（ＣＰＵ）
９２ａ−４  比較手段（ＣＰＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006220391.tif 000010
【図９】
2006220391.tif 000011
【図１０】
2006220391.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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