(57)【要約】【課題】フィードバック制御される電子膨張弁の開度のハンチングを簡易な方法で検出できること。【解決手段】冷媒が循環する冷凍回路を備えた製氷機において、冷凍回路は、パルス信号のパルス数によって回転角度が制御され回転角度に応じて弁を開閉するステッピングモータを含む電子膨張弁と、冷媒に係る過熱度を測定するための過熱度測定部と、製氷運転中において、電子膨張弁の開度をパルス信号のパルス数によって制御する制御部と、を含む。制御部は、製氷運転中において、測定過熱度が所定の目標過熱度となるようにパルス数をフィードバック制御するフィードバック処理（Ｓ２０）と、フィードバック処理中において、パルス数の変動波形の基本周波数の振幅を算出する演算処理（Ｓ４０）と、パルス数のハンチングが発生したか否かを算出された振幅に基づいて判定するハンチング判定処理と（Ｓ５０）、を実行する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が循環する冷凍回路を備えた製氷機において、
前記冷凍回路は、
パルス信号のパルス数によって回転角度が制御され前記回転角度に応じて弁を開閉するステッピングモータを含む電子膨張弁と、
前記冷媒に係る過熱度を測定するための過熱度測定部と、
製氷運転中において、前記電子膨張弁の開度を前記パルス信号の前記パルス数によって制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記製氷運転中において、前記過熱度測定部によって測定された測定過熱度が所定の目標過熱度となるように前記パルス数をフィードバック制御するフィードバック処理と、
前記フィードバック処理中において、前記パルス数の変動波形の基本周波数の振幅を算出する演算処理と、
前記パルス数のハンチングが発生したか否かを算出された前記振幅に基づいて判定するハンチング判定処理と、を実行する、製氷機。
【請求項２】
請求項１に記載の製氷機において、
前記制御部は、
前記演算処理において、周期の異なる複数の基本周波数の前記振幅を算出し、
前記ハンチング判定処理において、前記ハンチングが発生したか否かを算出された前記複数の基本周波数の複数の振幅のうち最大値を有する振幅に基づいて判定する、製氷機。
【請求項３】
請求項２に記載の製氷機において、
前記制御部は、
前記演算処理において前記複数の振幅を算出する際に、所定の算出周期毎に所定サンプリング間隔で前記パルス数をサンプリングし、
今回の振幅を算出する際に、前回の算出結果と、最新サンプリングパルス数と一算出周期前のサンプリングパルス数との差分と、を利用する、製氷機。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の製氷機において、
前記制御部は、
前記ハンチング判定処理において、
算出された前記振幅が所定期間連続して所定パルス数以上となった場合に、前記ハンチングが発生したと判定する、製氷機。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の製氷機において、
前記制御部は、
前記ハンチング判定処理において前記ハンチングが発生したと判定した場合、ハンチング低減処理を実行する、製氷機。
【請求項６】
請求項５に記載の製氷機において、
前記制御部は、
前記ハンチング低減処理において、前記測定過熱度を指数変換する指数変換処理を実行する、製氷機。
【請求項７】
請求項５に記載の製氷機において、
前記制御部は、
前記ハンチング低減処理において、前記目標過熱度を大きくする目標過熱度変更処理を実行する、製氷機。
【請求項８】
請求項５に記載の製氷機において、
前記冷凍回路は、前記冷媒を蒸発させる蒸発器を含み、
前記過熱度測定部は、前記蒸発器の入口に設けられる入口温度センサと、
前記入口温度センサと同種の温度センサであるとともに、同一の設置方法によって前記蒸発器の出口に設けられる出口温度センサと、を含み、
前記制御部は、
前記ハンチング低減処理において、前記入口温度センサによって測定された入口冷媒温度、および前記出口温度センサによって測定された出口冷媒温度を一次遅れ系として、前記入口冷媒温度および前記出口冷媒温度を同一の補償用熱時定数を用いて一次遅れを補償する補償処理を実行する、製氷機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製氷機に関し、詳しくは、電子膨張弁が使用される製氷機において、電子膨張弁の開度が、過熱度を一定とするようにフィードバック制御される際のハンチングを検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子膨張弁の開度が、過熱度を一定とするようにフィードバック制御される例として、例えば、特許文献１に示された技術が知られている。特許文献１では、冷却装置において過熱度を一定とするように電子膨張弁の開度をフィードバック制御する技術が開示されている。また、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）におけるハンチングを検出する例として、例えば、特許文献２に示された技術が知られている。特許文献２ではプロセス検出信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理によって周波数分析することによってハンチングを検出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１９１３８号公報
【特許文献２】特開平７−９３００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、製氷機（冷却装置）のようにフィードバック制御に係る制御対象が、水から氷に変化すると、制御対象の特性が大きく変わってしまう。そのため、水の時に適切なＰＩＤパラメータによって制御させたとしても、氷になると今までは適切であったＰＩＤパラメータが適切ではなくなって、その結果としてハンチングが生じてしまうことになる。また、ＦＦＴ処理での演算負荷は、ＣＰＵ等の演算回路にとって軽負荷とは言えなかった。
【０００５】
また、過熱度を一定とするようにフィードバック制御される電子膨張弁の開度に激しいハンチングが生じると、過熱度が負の値となって蒸発器に液バックが発生する虞があった。液バックが発生すると圧縮機に悪影響を与えることとなる。そのため、製氷機において、フィードバック制御される電子膨張弁の開度のハンチングを簡易な方法で検出する技術が所望されていた。
【０００６】
本明細書に開示される技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、フィードバック制御される電子膨張弁の開度のハンチングを簡易な方法で検出できる製氷機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に開示される製氷機は、冷媒が循環する冷凍回路を備えた製氷機において、前記冷凍回路は、パルス信号のパルス数によって回転角度が制御され前記回転角度に応じて弁を開閉するステッピングモータを含む電子膨張弁と、前記冷媒に係る過熱度を測定するための過熱度測定部と、製氷運転中において、前記電子膨張弁の開度を前記パルス信号の前記パルス数によって制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記製氷運転中において、前記過熱度測定部によって測定された測定過熱度が所定の目標過熱度となるように前記パルス数をフィードバック制御するフィードバック処理と、前記フィードバック処理中において、前記パルス数の変動波形の基本周波数の振幅を算出する演算処理と、前記パルス数のハンチングが発生したか否かを算出された前記振幅に基づいて判定するハンチング判定処理と、を実行する。
本構成によれば、パルス数の変動波形のハンチング時の波形が正弦波に近いことを利用して、パルス数のハンチングが発生したか否かを、単に、パルス信号のパルス数の変動波形の基本周波数の振幅（スぺクトル）に基づいて判定される。そのため、ハンチング判定のために、パルス数の変動波形をＦＦＴのように高次のスペクトルまで計算する必要がなく、それによって制御部の負荷を低減できる。すなわち、電子膨張弁の開度のハンチングを簡易な方法で検出できる。
【０００８】
上記製氷機において、前記制御部は、前記演算処理において、周期の異なる複数の基本周波数の前記振幅を算出し、前記ハンチング判定処理において、前記ハンチングが発生したか否かを算出された前記複数の基本周波数の複数の振幅のうち最大値を有する振幅に基づいて判定するようにしてもよい。
本構成によれば、パルス数のハンチングの周期が不確定（未知）の場合においても対応できる。すなわち、周期の異なる複数の基本周波数の振幅のうち最大値の振幅を、基本周波数の振幅として採用することによって、ハンチングの周期が不確定の場合であっても、ハンチングを検出できることができる。
【０００９】
また、上記製氷機において、前記制御部は、前記演算処理において前記複数の振幅を算出する際に、所定の算出周期毎に所定サンプリング間隔で前記パルス数をサンプリングし、今回の振幅を算出する際に、前回の算出結果と、最新サンプリングパルス数と一算出周期前のサンプリングパルス数との差分と、を利用するようにしてもよい。
本構成によれば、前回の算出結果を利用できるため、振幅（スペクトル）を算出するための演算量を大幅に削減できる。
【００１０】
また、上記製氷機において、前記制御部は、前記ハンチング判定処理において、算出された前記振幅が所定期間連続して所定パルス数以上となった場合に、前記ハンチングが発生したと判定するようにしてもよい。
本構成によれば、パルス数の変動波形の算出された振幅が所定期間連続して所定パルス数以上となった場合は、ハンチングが発生していると考えられ、ハンチングの発生を判定できる。
【００１１】
また、上記製氷機において、前記制御部は、前記ハンチング判定処理において前記ハンチングが発生したと判定した場合、ハンチング低減処理を実行するようにしてもよい。
本構成によれば、パルス数のハンチングが発生したと判定した場合においてハンチング低減処理を実行することによって、ハンチングによって懸念される液バック等の発生を抑制できる。
【００１２】
また、上記製氷機において、前記制御部は、前記ハンチング低減処理において、前記測定過熱度を指数変換する指数変換処理を実行するようにしてもよい。
本構成によれば、ハンチングが発生した際に測定過熱度を指数変換することによって、測定過熱度を増加させることができる。従来、ハンチングが発生する測定過熱度が０℃近辺まで低下する現象が確認されているが、ハンチングが発生した際に測定過熱度を増加させることによってＥＥＶの過度の絞り込み（閉鎖）を抑制することによって、ハンチングを抑制（低減）することができる。
【００１３】
また、上記製氷機において、前記制御部は、前記ハンチング低減処理において、前記目標過熱度を大きくする目標過熱度変更処理を実行するようにしてもよい。
本構成によれば、ハンチングが発生した際に目標過熱度を大きくされる。また、その場合、実験によってハンチングが低減されることが確認されている。そのため、目標過熱度を大きくするとＥＥＶの開度が小さくなり製氷能力が下がることとなるが、ハンチングは製氷運転の末期に発生するため、全体の製氷能力への影響は少ない。すなわち、ハンチングによって液バックが発生した場合の影響の方が全体の製氷能力への影響より大きいと言える。そのため、ハンチングが発生した際に目標過熱度を大きくすることによって、全体の製氷能力へ大きな影響を与えることなくハンチングを低減でき、それによって液バックを防止できる。
【００１４】
また、上記製氷機において、前記冷凍回路は、前記冷媒を蒸発させる蒸発器を含み、前記過熱度測定部は、前記蒸発器の入口に設けられる入口温度センサと、前記入口温度センサと同種の温度センサであるとともに、同一の設置方法によって前記蒸発器の出口に設けられる出口温度センサと、を含み、前記制御部は、前記ハンチング低減処理において、前記入口温度センサによって測定された入口冷媒温度、および前記出口温度センサによって測定された出口冷媒温度を一次遅れ系として、前記入口冷媒温度および前記出口冷媒温度を同一の補償用熱時定数を用いて一次遅れを補償する補償処理を実行するようにしてもよい。
本構成によれば、ハンチングの発生が温度センサ（例えば、サーミスタ）の応答の一次遅れに関連している場合、一次遅れを正確に補償することができ、それによって、ハンチングを低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の製氷機によれば、フィードバック制御される電子膨張弁の開度のハンチングを簡易な方法で検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る製氷機の構成を示す概略図
【図２】制御部の接続構成を示すブロック図
【図３】電子膨張弁（ＥＥＶ）の開度制御を示すフローチャート
【図４】ＥＥＶ開度制御に係る各部の遷移を示すグラフ
【図５】電子膨張弁開度のＰＩ制御の構成を示すブロック図
【図６】ＥＥＶパルスのハンチング波形として任意の正弦波形を示すグラフ
【図７】図６の波形におけるスペクトルを示すグラフ
【図８】過熱度の指数変換を示すグラフ
【図９】過熱度の指数変換に係る変数を示すグラフ
【図１０】指数変換された過熱度によるＥＥＶ開度制御を示すグラフ
【図１１】変更された目標過熱度によるＥＥＶ開度制御を示すグラフ
【図１２】温度センサの一次遅れ補償を説明するグラフ
【図１３】温度センサの一次遅れ補償を説明するグラフ
【図１４】温度センサの一次遅れ補償によるＥＥＶ開度制御を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る一実施形態を図１から図１０を参照して説明する。
【００１８】
１．製氷機の構成
製氷機１は、図１に示されるように、大きくは製氷部１０、冷凍回路２０、および制御部３０を備える。
【００１９】
製氷部１０は、製氷水タンク１１、製氷水ポンプ１２、送水管１３、散水器１４、製氷板１５、および製氷水温度センサＳ３等を含む。
製氷水タンク１１に貯蔵された製氷水は、製氷水ポンプ１２によって送水管１３に供給され、送水管１３を介して散水器１４に送られる。そして、製氷水は散水器１４によって製氷板１５に供給され、製氷板１５の製氷面側を流下して製氷水タンク１１に戻る。すなわち、製氷水は、製氷水ポンプ１２によって循環し、循環中に製氷板１５において冷却され氷となる。
【００２０】
製氷水温度センサＳ３は、製氷水タンク１１内に設けられ、製氷水タンク１１内の製氷水の温度（以下、製氷水温と記す）Ｔｗを検知し、検知データを、後述する制御部３０に供給する。
【００２１】
また、製氷部１０は、給水管１６、給水弁１７、導水管１８、排水弁１９等を含む。給水管１６および給水弁１７を介して製氷水タンク１１に製氷水が供給され、導水管１８および排水弁１９を介して製氷水タンク１１から不要な製氷水を排水することができる。
【００２２】
冷凍回路２０は、周知の構成である、圧縮機２１、凝縮器２２、膨張弁２３、蒸発管（蒸発器の一例）２４、およびファンモータ２７等を含む。圧縮機２１は冷媒ガスを圧縮し、凝縮器２２は圧縮された冷媒ガスを冷却して液化させる。膨張弁２３は、液化冷媒を膨張させ、蒸発管２４は膨張した液化冷媒を気化させて製氷板１５を冷却する。その際、製氷板１５に氷が形成される。なお、本実施形態において膨張弁２３は、ステッピングモータＭを含み、ステッピングモータＭの回転角度に応じて弁の開度が制御される電子膨張弁である。ステッピングモータＭは、パルス信号ＰＳのパルス数Ｐｎ（単位［パルス］）によって回転角度が制御され回転角度に応じて弁を開閉する。以下において、パルス信号ＰＳのパルス数Ｐｎを「ＥＥＶパルスＰｎ」）と記す。すなわち、ＥＥＶパルスＰｎ（単位［パルス］）は、パルス信号ＰＳにおけるパルスの個数を示している。
【００２３】
すなわち、本実施形態では、電子膨張弁２３は、詳しくは電子膨張弁２３の開度は、ＥＥＶパルスＰｎの値（パルス数）に応じて制御され、その際、ＥＥＶパルスＰｎの値が大きくなるに連れて電子膨張弁（ＥＥＶ）２３の開度が大きくなるように制御される。そのため、本実施形態では、ＥＥＶパルスＰｎの値が大きくなるに連れて、後述する測定過熱度ΔＴが小さくなる。また、測定過熱度ΔＴが一定となるように、ＥＥＶパルスＰｎは、ＰＩ制御（フィードバック制御）される。
【００２４】
以下において、電子膨張弁２３の開度と、ＥＥＶパルスＰｎの値（パルス数）とは同じ意味に使用される。また、単に過熱度ΔＴと記す場合、「測定過熱度」を意味する。なお、ＥＥＶパルスＰｎの大きさと電子膨張弁２３の開度の関係は、これに限られず、本実施形態と逆に、ＥＥＶパルスＰｎが大きくなるに連れて電子膨張弁２３の開度が小さくなるように制御されてもよい。
【００２５】
また、冷凍回路２０は、ホットガス弁（ＨＶ）２５およびバイパス管２６を含む。バイパス管２６は、圧縮機２１と蒸発管２４との間を接続し、除氷運転時にホットガス弁２５を開いて高温の冷媒ガスを蒸発管２４に供給する。
【００２６】
また、冷凍回路２０は、蒸発管２４の入口の冷媒温度（以下「入口冷媒温度」と記す）ＥＶＡｉｎＴを測定するための入口温度センサＳ１、および蒸発管２４の出口の冷媒温度（以下「出口冷媒温度」と記す）ＥＶＡｏｕｔＴを測定するための出口温度センサＳ２と、を含む。入口冷媒温度ＥＶＡｉｎＴおよび出口冷媒温度ＥＶＡｏｕｔＴは、製氷運転時において電子膨張弁２３の開度を、過熱度ΔＴによって制御する際に使用される。本実施形態では、過熱度ΔＴは、出口冷媒温度ＥＶＡｏｕｔＴと入口冷媒温度ＥＶＡｉｎＴとの温度差とされる。すなわち、ΔＴ＝ＥＶＡｏｕｔＴ−ＥＶＡｉｎＴとされる。ここで、入口温度センサＳ１、出口温度センサＳ２、および後述するＣＰＵ３１は、過熱度測定部を構成する。
【００２７】
制御部３０は、製氷機全体の各機器の制御を行うものであり、製氷運転中における、後述する電子膨張弁２３の開度制御を行う。制御部３０は、ＣＰＵ３１、メモリ３２、およびタイマ３３等を含む。メモリ３２には、ＣＰＵ３１が実行する各種のプログラムが格納されている。また、メモリ３２には、プログラム実行中に取得、および算出した各種データが格納される。タイマ３３は、制御部３０の制御中における各種時間の計測に使用される。
【００２８】
制御部３０は、図２に示されるように、製氷水ポンプ（ポンプモータ）１２、製氷水温度センサＳ３、圧縮機２１、電子膨張弁（ＥＥＶ）２３、ホットガス弁（ＨＶ）２５、入口温度センサＳ１、および出口温度センサＳ２等に、電気的に接続されている。
【００２９】
２．電子膨張弁の開度制御
次いで、メモリ３２に格納された所定のプログラムにしたがって、制御部３０、詳しくは、ＣＰＵ３１によって実行される電子膨張弁２３の開度制御、言い換えれば、ＥＥＶパルスＰｎの制御について図３から図１０を参照して説明する。この開度制御には、ハンチング検出処理およびハンチング低減処理が含まれる。
【００３０】
なお、ＥＥＶパルスＰｎのハンチング発生の原因は定かではないが、図４に示されるように、ＥＥＶパルスＰｎのハンチングは製氷運転の後期に発生する。そのため、製氷板１５に生成された氷の状態変化がハンチング発生の一つの要因になっているのではないか、と考えられる。すなわち、水が氷に変化して、氷が成長するに従って氷の容積が増える。そしてある時点で、氷が製氷板内で割れる瞬間があるが、そのタイミングでハンチングが開始されると考えられる。詳細には、氷が割れて氷と製氷板間に隙間が生じると熱伝達率が極端に落ちて、それがハンチングの原因になると考えられる。
【００３１】
今、図４の時刻ｔ０において製氷運転が開始されたとすると、ＣＰＵ３１は、一定期間（図４の時刻ｔ０から時刻ｔ１までの、例えば１２０秒間）、ＥＥＶパルスＰｎを一定値、例えば１６０パルスに制御する（図３のステップＳ１０）。なお、図４において、製氷水温度Ｔｗ、入口冷媒温度ＥＶＡｉｎＴ、および出口冷媒温度ＥＶＡｏｕｔＴの単位は、左側の縦軸の温度によって表され、ＥＥＶパルスＰｎ、およびＥＥＶパルスＰｎの基本波の振幅Ａｍｐ１の単位は、右側の縦軸の単位［パルス］（パルス数）によって表されている。また、ＥＥＶパルスＰｎ等の波形は、図４に示されるように、時間とともに変化する変動波形となる。
【００３２】
次いで、ＣＰＵ３１は、時刻ｔ１において、電子膨張弁の開度、すなわち、ＥＥＶパルスＰｎのＰＩ（比例・積分）制御（以下、単に「ＰＩ制御」と記載する）を開始する（ステップＳ２０）。ＰＩ制御（フィードバック処理の一例）では、ＣＰＵ３１は、図５に示されるように、製氷運転中において、パルス信号ＰＳのパルス数（ＥＥＶパルス）Ｐｎの操作によって、測定過熱度ΔＴが設定された所定の目標過熱度ΔＴｏ（本実施形態では、例えば、４℃）となるように測定過熱度ΔＴをフィードバックする。ＰＩ制御開始時は測定過熱度ΔＴが大きいので、ＥＥＶパルスＰｎも一気に上昇するが、その後は、測定過熱度ΔＴが小さくなるにしたがって、ＥＥＶパルスＰｎも減少していく。
【００３３】
ＰＩ制御において、比例項ＫＰは、例えば、１０．０［パルス／℃］とされ、積分項ＴＩは、例えば、１００［ｓ（秒）］とされる。なお、ＰＩ制御は所定の時間単位（サンプリング時間）毎で繰り返される。
【００３４】
次いで、製氷水温度Ｔｗが、例えば、２．５℃まで下がると（時刻ｔ２）、ＣＰＵ３１は綿氷対策処理を所定時間（例えば、５０秒間；図４の時刻ｔ２からｔ３まで）、実行する。綿氷対策処理では、例えば、製氷水ポンプ１２が所定時間、停止される。それに伴って、入口冷媒温度ＥＶＡｉｎＴおよび測定過熱度ΔＴは大きく変動するが、その後は、時刻ｔ４に至るまで、小さな変動はあるものの、ＰＩ制御によってほぼ４℃に維持されている。
【００３５】
この期間中（時刻ｔ３から時刻ｔ４までのフィードバック処理中）において、ＣＰＵ３１は、ＥＥＶパルスＰｎの変動波形の基本周波数の振幅Ａｍｐ１（単位［パルス］）を算出する演算処理（ステップＳ４０）を実行する。
【００３６】
ここで、ＥＥＶパルスＰｎの変動波形ｆ（ｔ）を正弦波の集合波形とすると、基本周波数の振幅Ａｍｐ１は、例えば、以下のようにして算出される。
【００３７】
ｆ（ｔ）＝バイアス＋ΣＡｋＳＩＮ（（２π／Ｔｋ）ｔ＋φｋ）  …式（１）
ここで、Ａｋは振幅であり、Ｔｋは周期であり、φｋは位相であり、Ｋは、１から∞の整数とする。
【００３８】
式（１）で示される任意の波形の積分区間［tleft,tright］のデータから、周期Ｔsample（＝tright−tleft）のスペクトル（振幅）を求めると、
【数１】
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【００３９】
図６には、Ｋ＝１として、振幅Ａ１＝２５［パルス］、周期Ｔ１＝１００ｓ、位相φ１＝０°の場合の任意波形（基本波）が示される。また、図７には、図６の場合のスペクトルの連続波形が示される。具体的には、tleftを０秒に固定して、trightを０秒から４００秒までにおいて１０秒おきに可変させて、式（２）から式（４）によって求めたスペクトル（単位［パルス］）の結果が、図７に示される。図７から、周期の異なる複数の基本周波数のスペクトル（振幅）を算出してその中から最大値のものを選べば、ＥＥＶパルスＰｎのハンチングの振幅Ａｍｐ１に近い値が得られると考えられる。図４に示される振幅Ａｍｐ１［パルス］は、上記のようにして算出されたものである。この場合、ＥＥＶパルスＰｎのハンチングの周期が不定で変動する場合においても対応できる。
【００４０】
次いで、ＣＰＵ３１は、ＥＥＶパルスＰｎのハンチングが発生したか否かを算出された振幅Ａｍｐ１に基づいて判定するハンチング判定処理（ステップＳ５０）を実行する。ハンチング判定処理において、例えば、算出された振幅Ａｍｐ１が所定期間（本実施形態では、例えば、１０秒間）連続して所定パルス数（本実施形態では、例えば、５パルス）以上となった場合に、ハンチングが発生したと判定する。なお、所定期間および所定パルス数はこれに限られない。
【００４１】
ハンチングが発生してないと判定した場合（ステップＳ５０：ＮＯ）、製氷運転期間内においてはステップＳ４０の処理に戻る。一方、ハンチングが発生したと判定した場合（ステップＳ５０：ＮＯ）、ハンチング低減処理（ステップＳ６０）を実行する。
【００４２】
ハンチング低減処理において、ＣＰＵ３１は、本実施形態においては、測定過熱度ΔＴを指数変換する指数変換処理を実行する。
過熱度ΔＴの指数変換処理の例を、図８および図９を参照して説明する。
【００４３】
例えば、過熱度ΔＴを指数変換する変換式を式（５）のように表すとする。
ｙ＝ｆ（ｘ）＝ＡｅｘｐＢｘ＋Ｃ                          ……式（５）
ここで、
ｘ：過熱度ΔＴ＝（ＥＶＡｏｕｔＴ−ＥＶＡｉｎＴ）［℃］
ｙ：対数変換された過熱度［℃］
ＳＥＴ：目標過熱度［℃］
Ａ，Ｂ，Ｃ：変数
とする。
【００４４】
なお、最終的に３個の変数Ａ，Ｂ，Ｃを決定する必要があるが、ここで、ｘ＝ＳＥＴにおいてｙ＝ｘとすると、ｆ（ＳＥＴ）＝ＳＥＴ  となり、
∴  ＡｅｘｐＢＳＥＴ＋Ｃ＝ＳＥＴ                        ……式（６）
となる。
【００４５】
また、この場合、ｘ＝ＳＥＴにおいて、（ｄｙ／ｄｘ）＝１とすると、
（ｄｙ／ｄｘ）＝ｆ’（ｘ）＝ＡＢｅｘｐＢｘ
を利用して、
ｆ’（ＳＥＴ）＝１  となり、
∴  ＡＢｅｘｐＢＳＥＴ＝１                      ……式（７）
となる。
【００４６】
次いで、変数Ｃを一旦定数扱いとして、式（６）および式（７）を利用して変数Ａ，Ｂを、変数Ｃを用いて表すとする。すなわち、式（７）より
ＡｅｘｐＢＳＥＴ＝１／Ｂ  これを式（６）に代入すると、
１／Ｂ＋Ｃ＝ＳＥＴ
∴  Ｂ＝１／（ＳＥＴ−Ｃ）                …式（８）
式（７）と式（８）により、
Ａ＝（１／Ｂ）ｅｘｐ−ＢＳＥＴ
＝（ＳＥＴ−Ｃ）ｅｘｐ（−ＳＥＴ／（ＳＥＴ−Ｃ））  ……式（９）
となる。
【００４７】
式（８）と式（９）とを式（５）に代入すると、
ｙ＝ｆ（ｘ）＝（ＳＥＴ−Ｃ）ｅｘｐ（−ＳＥＴ／（ＳＥＴ−Ｃ））＊
ｅｘｐ（ｘ／（ＳＥＴ−Ｃ））＋Ｃ
＝（ＳＥＴ−Ｃ）ｅｘｐ（ｘ−ＳＥＴ／（ＳＥＴ−Ｃ））＋Ｃ  …式（１０）
が得られる。
ここで、ｆ（０）の値を「ｄｅｌｔａ」とすると、式（１０）によって、
ｄｅｌｔａ＝（ＳＥＴ−Ｃ）ｅｘｐ（−ＳＥＴ／（ＳＥＴ−Ｃ））＋Ｃ  …式（１１）
となる。
【００４８】
図８には、ｄｅｌｔａ＝１℃、ＳＥＴ＝４℃の場合の変換式ｙ＝ｆ（ｘ）のグラフが示されている。また、図９には、ＳＥＴ＝４℃とした場合の変数Ｃの値とｄｅｌｔａとの関係が示されている。図９から、ｄｅｌｔａ＝１℃とした場合、変数Ｃの値は、ほぼ「−２」となる。このようにｄｅｌｔａおよび変数Ｃを設定して測定過熱度（ｘ）を対数変換することによって、図８に示されるように、ｘ＝ＳＥＴの場合を除いて、測定過熱度（ｘ）の値を実際の値より増加させることができる。なお、実際の制御では、ｘ＞ＳＥＴの範囲では測定過熱度（ｘ）を指数変換する必要性がないため、ｙ＝ｘとし、ｘ＜ＳＥＴの範囲のみで過熱度（ｘ）が指数変換される。
【００４９】
このように過熱度（ｘ）が指数変換されて電子膨張弁２３の開度がＰＩ制御された場合の計測例が図１０に示される。なお、図１０に示される実測データでは、ｄｅｌｔａ＝１．０８℃、ＳＥＴ＝４℃とされた場合が示される。図４の指数変換されない場合と比べて、ハンチング時のＥＥＶパルス振幅Ａｍｐ１［パルス］が低減されており、ハンチングが低減されていることが確認できる。
【００５０】
次いで、ＣＰＵ３１は、製氷運転を終了するタイミングか否かを判断し（ステップＳ７０）、製氷運転を終了するタイミングでないと判断した場合（ステップＳ７０：ＮＯ）、ステップＳ６０の処理に戻る。一方、製氷運転を終了するタイミングであると判断した場合（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、電子膨張弁開度のＰＩ制御を終了して（ステップＳ８０）、電子膨張弁の開度制御を終了する。
【００５１】
３．本実施形態の効果
本実施形態では、ＥＥＶパルス（パルス信号ＰＳのパルス数）Ｐｎの変動波形のハンチング時の波形が正弦波に近いことを利用して、パルス数のハンチングが発生したか否かを、単に、ＥＥＶパルスＰｎの変動波形（ハンチング波形）の、周期の異なる複数の基本周波数の振幅（スぺクトル）Ａｍｐ１に基づいて判定される。そのため、ハンチング判定のために、ＥＥＶパルスＰｎの変動波形をＦＦＴのように高次のスペクトルまで計算する必要がなく、それによって制御部３０の負荷を低減できる。すなわち、電子膨張弁２３の開度のハンチングを簡易な方法で検出できる。
【００５２】
また、ハンチング判定処理（ステップＳ５０）においてハンチングが発生したと判定した場合、ハンチング低減処理（ステップＳ６０）が実行される。そのため、ＥＥＶパルスＰｎのハンチングが発生したと判定した場合においてハンチング低減処理（ステップＳ６０）を実行することによって、ハンチングによって懸念される液バック等の発生を抑制できる。
【００５３】
その際、ハンチング低減処理（ステップＳ６０）において、測定過熱度ΔＴを指数変換する指数変換処理が実行される、そのため、ＥＥＶパルスＰｎのハンチングが発生した際に測定過熱度を指数変換することによって、測定過熱度ΔＴを増加させることができる。ＥＥＶパルスＰｎのハンチングが発生すると測定過熱度ΔＴが０℃近辺まで低下すると、不必要に膨張弁を絞りすぎることによってハンチングが始まっていた。しかしながら、ハンチングが発生した際に測定過熱度ΔＴを増加させることによってＥＥＶ２３の過度の絞り込み（閉鎖）を抑制することによって、ハンチングを抑制（低減）することができる。
【００５４】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００５５】
（１）上記実施形態では、ハンチングが検出された際にハンチング低減処理（Ｓ６０）が実行される例を示したが、これに限られない。例えば、ハンチングが検出された際に、検出をユーザに報知のみして、ハンチング低減処理を省略するようにしてもよい。
【００５６】
（２）上記実施形態では、電子膨張弁２３の開度を、目標過熱度ΔＴｏと、測定過熱度ΔＴとの偏差に基づいて、フィードバック制御としてＰＩ制御する例を示したが、これに限られない。例えば、電子膨張弁２３の開度は、ＰＩＤ制御によってフィードバック制御されてもよい。
【００５７】
（３）上記実施形態では、演算処理において、ＥＥＶパルスＰｎの変動波形の、周期の異なる複数の基本周波数の振幅（スペクトル）を算出し、ハンチング判定処理において複数の基本周波数の振幅に基づいてハンチングを判定する例を示したが、必ずしもこれに限られない。演算処理において、ＥＥＶパルスＰｎの変動波形の一つの基本周波数の振幅を算出し、ハンチング判定処理において一つの基本周波数の振幅に基づいてハンチングを判定するようにしてもよい。この場合、複数の基本周波数の振幅に基づいてハンチングを判定する場合と比べて振幅値の正確性に劣ることとなるといえども、ハンチングの基本周波数が事前の実験等によって大よそ予測できる場合においては、演算量を低減してハンチングを判定できると言える。
【００５８】
（４）上記実施形態では、電子膨張弁２３の開度（ＥＥＶパルスＰｎ）のハンチングが検出された際のハンチング低減処理として、過熱度ΔＴを指数変換する例を示したが、これに限られない。ハンチング低減処理として、例えば、ハンチングが検出された際に、目標過熱度ΔＴｏを大きくする目標過熱度変更処理によって行うようにしてもよい。図１１には、ハンチングの検出後に目標過熱度ΔＴｏを２℃大きくした場合、すなわち、目標過熱度ΔＴｏを６℃とした場合の実測データが示される。図１１において、ハンチングの検出後において、過熱度ΔＴが増加するとともに、ＥＥＶパルスＰｎのハンチングが低減されていることが確認できる（図１１の約１５００秒以降参照）。
【００５９】
なお、この場合、目標過熱度ΔＴｏを大きくするとＥＥＶ２３の開度が小さくなり製氷能力が下がることとなる。しかしながら、ＥＥＶパルスＰｎのハンチングは製氷運転の末期に発生するため、全体の製氷能力への影響は少ない。すなわち、ハンチングによって液バックが発生した場合の影響の方が全体の製氷能力への影響より大きいと言える。そのため、ハンチングが発生した際に目標過熱度ΔＴｏを大きくすることによって、全体の製氷能力へ大きな影響を与えることなくハンチングを低減でき、それによって液バックを防止できる。
【００６０】
（５）上記実施形態において、入口温度センサと出口温度センサとを同種の温度センサであるとともに、入口温度センサと出口温度センサとを同一の設置方法によって蒸発管（蒸発器）２４に設置するようにする。そして、ＰＩ制御中において、入口温度センサおよび出口温度センサによって測定された入口冷媒温度ＥＶＡｉｎＴおよび出口冷媒温度ＥＶＡｏｕｔＴを一次遅れ系とみなし、入口冷媒温度ＥＶＡｉｎＴおよび出口冷媒温度ＥＶＡｏｕｔＴを同一の補償用熱時定数を用いて一次遅れを補償する補償処理を実行するようにしてもよい。
この場合、ハンチング発生が温度センサ（サーミスタ）の応答の一次遅れに関連している場合、一次遅れを正確に補償することができ、それによって、ハンチングを低減することができる。
【００６１】
具体的には、温度センサが一次遅れ系であり、温度センサの時定数をτ１とし、温度センサの周囲温度をＸ１（ｓ）とし、温度センサの感知温度をＹ１（ｓ）とすると、一次遅れの伝達関数Ｇ１（ｓ）は
Ｇ１（ｓ）＝Ｙ１（ｓ）／Ｘ１（ｓ）＝１／（１＋τ１＊ｓ）    
となり、変形して
Ｙ１（ｓ）＋τ１＊ｓ＊Ｙ１（ｓ）＝Ｘ１（ｓ）              …式（１２）
式（１２）を微分方程式に書き換えると、
ｙ１（ｔ）＋τ１＊（ｄｙ１（ｔ）／ｄｔ）＝ｘ１（ｔ）      …式（１３）
式（１３）を差分系に変換すると、
ｙ１ｎ＋τ１＊（ｙ１ｎ−ｙ１ｎ−１／Δｔ）＝ｘ１ｎ
となり、変形して、
ｙ１ｎ＝（τ１＊ｙ１ｎ−１＋Δｔ＊ｘ１ｎ）／（Δｔ＋τ１）    …式（１４）
となる。
式（１４）でτ１＝５ｓ、Δｔ＝１秒とした時のステップ応答が図１２においてＹ１で示される。
【００６２】
次に、時定数τ１で鈍った波形をもとのステップ状波形に戻すために、温度センサの感知温度をＸ２（ｓ）とし、時定数（復元時定数）τ２による温度センサの周囲温度の推定値をＹ２（ｓ）とし、以下の、一次進み系の伝達関数Ｇ２（ｓ）で推定する。すなわち、ここでは、一次遅れ系を一次進み系によって補償する例が示される。なお、補償方法はこれに限られない。
Ｇ２（ｓ）＝Ｙ２（ｓ）／Ｘ２（ｓ）＝１＋τ２＊ｓ
を変形して、
Ｙ２（ｓ）＝Ｘ２（ｓ）＋τ２＊ｓ＊Ｘ２（ｓ）            …式（１５）
式（１２）を微分方程式に書き換えると、
ｙ２（ｔ）＝ｘ２（ｔ）＋τ２＊（ｄｘ２（ｔ）／ｄｔ）      …式（１６）
式（１６）を差分系に変換すると、
ｙ２ｎ＝（１＋τ２／Δｔ）＊ｘ２ｎ−（τ２／Δｔ）＊ｘ２ｎ−１…式（１７）
となる。
【００６３】
式（１７）においてｘ１の推定値をｙ２としてプロットした結果を、図１２において点線Ｙ２として示す。なお、図１２において、Ｙ２は、時定数τ２の値を４秒、５秒、６秒とした３通りが示されている。また、図１２において、実線Ｘ１はステップ状波形を示し、実線Ｙ１（Ｘ２）は、τ１＝５秒とした場合の温度センサによる一次遅れ波形を示す。時定数τ２の値を５秒とした場合の点線Ｙ２の波形は、実線Ｘ１の波形とほぼ重なっている。図１２のグラフから、τ１＝τ２＝５秒とした場合にステップ応答が正しく推定（復元）されることがわかる。
【００６４】
また、入力をステップ波形から正弦波（周期＝１００秒）に変えて、τ１＝５秒で遅らせたと時のτ２の値を２秒、５秒、８秒とした時のグラフを図１３の点線で示す。図１３において、図１２と同様に、推定値ｙ２は３種類の点線Ｙ２として示され、実線Ｘ１は入力正弦波を示し、実線Ｙ１（Ｘ２）は、τ１＝５秒とした場合の温度センサによる正弦波の一次遅れ波形を示す。時定数τ２の値を５秒とした場合の点線Ｙ２の波形は、実線Ｘ１の入力正弦波とほぼ重なっている。図１３のグラフから、入力が正弦波の場合も、τ１＝τ２＝５秒とした場合に、一次進みの補償によって正しく推定されることがわかる。
【００６５】
また、入口温度センサＳ１および出口温度センサＳ２によって測定された入口冷媒温度ＥＶＡｉｎＴおよび出口冷媒温度ＥＶＡｏｕｔＴを、τ２＝５秒として補償して、電子膨張弁の開度（ＥＥＶパルスＰｎ）をフィードバック制御した場合の実測データが、図１４に示される。図１４に示されるように、ＥＥＶパルスＰｎのハンチングの振幅が図４と比べて低減されており、それによって液バックを防止できる。
【００６６】
（６）上記実施形態において、ＣＰＵ（制御部）３１は、ステップＳ４０の演算処理において、複数の振幅を算出する際に、所定の算出周期毎に所定サンプリング間隔でパルス数をサンプリングし、今回の振幅を算出する際に、前回の算出結果と、最新サンプリングパルス数と一算出周期前のサンプリングパルス数との差分と、を利用するようにしてもよい。
【００６７】
すなわち、今、算出周期Ｔp＝１００秒とし、サンプリング間隔Ｔｓ＝１秒とし、サンプル数Ｎｓ＝１００とし、サンプリングパルス数＝ｘｋ（ｋ＝１から１００）すると、
ａ＝（２／Ｎｓ）Σｘｋ＊ｓｉｎ（２π（ｋ−１）／Ｎｓ）
＝（１／５０）Σｘｋ＊ｓｉｎ（２π（ｋ−１）／１００）    …式（１８）
ｂ＝（２／Ｎｓ）Σｘｋ＊ｃｏｓ（２π（ｋ−１）／Ｎｓ）
＝（１／５０）Σｘｋ＊ｃｏｓ（２π（ｋ−１）／１００）    …式（１９）
スペクトル＝√（ａ２＋ｂ２）                              ……式（２０）
【００６８】
この場合、ｘ１，ｘ２，…ｘ１００のスペクトルａ（１−１００）は、式（１８）より、
ａ（１−１００）＝（１／５０）Σ｛ｘ１＊ｓｉｎ（２π（１−１）／１００）
＋ｘ２＊ｓｉｎ（２π（２−１）／１００）＋…
＋ｘ１００＊ｓｉｎ（２π（１００−１）／１００）｝…式（２１）
【００６９】
また、ｘ２，ｘ３，…ｘ１０１のスペクトルａ（２−１０１）は、式（１８）より、
ａ（２−１０１）＝（１／５０）Σ｛ｘ２＊ｓｉｎ（２π（２−１）／１００）
＋…  ＋ｘ１００＊ｓｉｎ（２π（１００−１）／１００）
＋ｘ１０１＊ｓｉｎ（２π（１０１−１）／１００）｝
＝（１／５０）Σ｛ｘ１＊ｓｉｎ（２π（１−１）／１００）
＋ｘ２＊ｓｉｎ（２π（２−１）／１００）＋…
＋ｘ１００＊ｓｉｎ（２π（１００−１）／１００）＋
ｘ１０１＊ｓｉｎ（２π（１０１−１）／１００）−ｘ１＊ｓｉｎ（２π（１−１）／１００）｝
＝（１／５０）Σ｛ａ（１−１００）＋ｘ１０１＊ｓｉｎ（２π（１０１−１）／１００）−ｘ１＊ｓｉｎ（２π（１−１）／１００）｝
＝（１／５０）Σ｛ａ（１−１００）＋
（ｘ１０１−ｘ１）ｓｉｎ（２π（１０１−１）｝…式（２２）
【００７０】
ここで式（２２）において、ａ（１−１００）は、前回の算出結果に相当し、（ｘ１０１−ｘ１）は、最新サンプリングパルス数（ｘ１０１）と一算出周期前のサンプリングパルス数（ｘ１）との差分に相当する。また、ｂ（２−１０１）に関しても、式（１９）を用いて、ａ（２−１０１）と同様にして算出できる。
この場合、前回の算出結果を利用できるため、振幅（スペクトル）（式（２０）参照）を算出するための演算量を大幅に削減できる。
【符号の説明】
【００７１】
１…製氷機、２０…冷凍回路、２３…電子膨張弁、２４…蒸発管（蒸発器）、３０…制御部、３１…ＣＰＵ（制御部、過熱度測定部）、ｆ（ｔ）…ＥＥＶパルスの変動波形、Ｍ…ステッピングモータ、Ｐｎ…ＥＥＶパルス（パルス信号のパルス数）、ＰＳ…パルス信号、Ｓ１…入口温度センサ（過熱度測定部）、Ｓ２…出口温度センサ（過熱度測定部）、ΔＴ…測定過熱度、ΔＴｏ…目標過熱度
【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】
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【図９】
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【図１０】
2019152358.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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