(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出される温度と目標温度との偏差を求め、求めた偏差に基づいて弁の弁開度を制御する弁制御方法において、
前記検出される温度が、前記目標温度を含む第１の温度範囲内になったときに、前記弁の弁開度の制御を停止し、その後、前記検出される温度が、前記第１の温度範囲を含むとともに、該第１の温度範囲より範囲が広い第２の温度範囲内にある間は、前記弁の弁開度の制御停止を維持することを特徴とする弁制御方法。
【請求項２】
検出される温度と目標温度との偏差を求め、求めた偏差に基づいて弁の弁開度を制御する弁制御装置であって、
前記目標温度を含む第１の温度範囲と、該第１の温度範囲を含むとともに、該第１の温度範囲より範囲が広い第２の温度範囲とを記憶するための記憶手段と、
前記検出される温度が前記第１の温度範囲内になったときに、前記弁の弁開度の制御を停止し、その後、前記検出される温度が前記第２の温度範囲内にある間は、前記弁の弁開度の制御停止を維持する弁制御手段とを備えることを特徴とする弁制御装置。
【請求項３】
前記弁制御手段は、前記検出される温度が前記第２の温度範囲外になったときに、前記弁の弁開度の制御停止を解除することを特徴とする請求項２に記載の弁制御装置。
【請求項４】
前記記憶手段に記憶された前記第１及び第２の温度範囲を変更する設定変更手段を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の弁制御装置。
【請求項５】
前記弁が冷凍サイクルシステムにおける膨張弁であり、前記検出される温度が過熱度であることを特徴とする請求項２、３又は４に記載の弁制御装置。
【請求項６】
前記弁が冷凍サイクルシステムのホットガスバイパス回路における流量制御弁であり、前記検出される温度が蒸発器の温度又はこれに対応する温度であることを特徴とする請求項２、３又は４に記載の弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁制御方法及び弁制御装置に関し、特に、冷媒の流量を調節する電動弁等の弁開度を制御する方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動弁は、冷凍サイクルにおいて、冷媒の流量を制御するための膨張弁に用いられるなど、様々な用途がある。電動弁を冷凍サイクルの膨張弁に用いた場合、電動弁の弁開度の制御は、実際の過熱度（検出温度）と設定過熱度（目標温度）との偏差に基づいて行うのが一般的である。しかしながら、過熱度は、定常状態にあっても、微少な温度変化を持続し、一定の温度を維持しないため、目標温度を基準にして電動弁の弁開度を制御すると、終始、電動弁の弁開度を微調整し続けることになる。
【０００３】
そこで、図１０に示すように、目標温度Ｔsを含む所定の温度範囲（不感帯）Ｔrを設け、検出温度が目標温度Ｔsと一致しなくても、不感帯Ｔr内に収まれば、弁開度の制御を停止するようにしている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、温度制御の初期段階では、電動弁の弁開度を積極的に変更することによって、検出温度を急速に目標温度Ｔsに近付け、その後、検出温度が不感帯Ｔr内に入れば、弁開度を変更することなく、その時点での弁開度を維持するようにしている。
【特許文献１】特公平３−２２５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の弁開度の制御方法においては、不感帯Ｔrを基準にして弁開度の制御を停止するため、過熱度が不感帯Ｔrの中央部分（目標温度Ｔsの近傍）で定常状態になっているとは限らず、不感帯Ｔrの上限値又は下限値の近傍の温度になっていることもある。このような状態において、過熱度が微少な温度変化を繰り返すと、検出温度が不感帯Ｔrの内外を出入りし易くなり、図１０に示すように、弁開度の制御の実行と停止が頻繁に切り替えられることになる。このため、電動弁がハンチング動作となり、温度が振動して、安定した温度制御が困難になるという問題が生じる。
【０００５】
また、定常状態でありながら検出温度が不感帯Ｔrの境界付近で安定している場合には、検出温度の微小な変化に反応して、弁開度の制御の実行と停止を頻繁に切り替えるため、本来動かさなくてもよい電動弁を必要以上に動かしてしまうことになる。このため、電動弁の劣化が促進され、電動弁の寿命が短くなるという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、安定的な温度制御を行うことができるとともに、弁の寿命を長期化することが可能な弁制御方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、検出される温度と目標温度との偏差を求め、求めた偏差に基づいて弁の弁開度を制御する弁制御方法において、前記検出される温度が、前記目標温度を含む第１の温度範囲内になったときに、前記弁の弁開度の制御を停止し、その後、前記検出される温度が、前記第１の温度範囲を含み、該第１の温度範囲より範囲が広い第２の温度範囲内にある間は、前記弁の弁開度の制御停止を維持することを特徴とする。
【０００８】
そして、本発明によれば、検出される温度が第１の温度範囲の出入りを繰り返しても、該温度が第２の温度範囲内であれば、弁開度の制御停止が維持されるため、弁開度の制御の実行と停止が頻繁に切り替えられるのを防止することができる。このため、弁のハンチングを防止することができ、安定的な温度制御を行うことが可能となる。加えて、本発明によれば、弁開度の制御停止が維持されることにより、定常状態での不必要な弁開度の制御の実行と停止の切替えを抑制することができるため、弁の動作回数を低減させることができる。これにより、弁の劣化を抑制することができ、弁の寿命を長期化することが可能になる。
【０００９】
また、本発明は、検出される温度と目標温度との偏差を求め、求めた偏差に基づいて弁の弁開度を制御する弁制御装置であって、前記目標温度を含む第１の温度範囲と、該第１の温度範囲を含むとともに、該第１の温度範囲より範囲が広い第２の温度範囲とを記憶するための記憶手段と、前記検出される温度が前記第１の温度範囲内になったときに、前記弁の弁開度の制御を停止し、その後、前記検出される温度が前記第２の温度範囲内にある間は、前記弁の弁開度の制御停止を維持する弁制御手段とを備えることを特徴とする。本発明によれば、前記発明と同様に、弁のハンチングを防止して、安定的な温度制御を行うことが可能になるととともに、弁の劣化を抑制して、弁の寿命を長期化することが可能になる。
【００１０】
前記弁制御装置において、前記弁制御手段が、前記検出される温度が前記第２の温度範囲外になったときに、前記弁の弁開度の制御停止を解除するように構成することができる。上記構成によれば、検出される温度が第２の温度範囲外に出たときに、即座に弁開度の制御を再開することができるため、定常状態にはない外乱等による比較的大きな温度変化にも柔軟に対応し、速やかに検出温度を目標温度付近に収束させることが可能になる。
【００１１】
前記弁制御装置において、前記記憶手段に記憶された前記第１及び第２の温度範囲を変更する設定変更手段を備えることができる。この構成によれば、弁制御装置の使用用途や、求められる温度制御の精度に合わせて、第１及び第２の温度範囲を自由に設定することができる。これにより、製品としての汎用性や、ユーザにとっての自由度を高めることができ、利便性を向上させることが可能となる。
【００１２】
前記弁制御装置において、前記弁を冷凍サイクルシステムにおける膨張弁とし、前記検出される温度を過熱度とすることができる。この構成によれば、冷凍サイクルシステムにおいて、安定的な過熱度制御を行うことが可能になるとともに、膨張弁の寿命を長期化することが可能になる。
【００１３】
前記弁制御装置において、前記弁を冷凍サイクルシステムのホットガスバイパス回路における流量制御弁とし、前記検出される温度が蒸発器の温度又はこれに対応する温度とすることができる。ここで、蒸発器の温度に対応する温度とは、蒸発器の吹出し温度、冷媒の蒸発温度、蒸発器の吹込み温度等の冷凍サイクルシステムの蒸発器を用いて制御しようとする制御対象の温度を意味する。上記構成によれば、ホットガスバイパス回路を用いた冷凍サイクルシステムにおいて、蒸発器の温度又はこれに対応する温度の安定的な温度制御を行うことが可能になるとともに、流量制御弁の寿命を長期化することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、安定的な温度制御を行うことができるとともに、弁の寿命を長期化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明においては、本発明にかかる弁制御装置を、冷凍サイクルシステムに配置された電動弁を制御するための装置として使用した場合を例にとって説明する。
【００１６】
図１は、本発明にかかる弁制御装置を備えた冷凍サイクルシステムを示し、このシステム１は、圧縮機２と、凝縮器３と、凝縮器用ファン３ａと、膨張弁（電動弁）４と、蒸発器５と、蒸発器用ファン５ａと、入口温度センサ６と、出口温度センサ７と、電動弁制御装置８とを備える。
【００１７】
圧縮機２と、凝縮器３と、膨張弁４と、蒸発器５とは、配管９で接続され、これらの間を冷媒が循環する。ここで、配管９を流れる冷媒の流量は、膨張弁４の弁開度を調整することにより制御する。
【００１８】
圧縮機２は、蒸発器５より供給された低圧の気体の状態にある冷媒を圧縮し、高圧の気体に変換して配管９を介して凝縮器３に供給する。
【００１９】
凝縮器３は、圧縮機２から供給された高圧気体状態の冷媒を凝縮し、高圧液体状態の冷媒に変換して凝縮熱を奪い、奪った熱を凝縮器用ファン３ａの送風によって外部に放出する。
【００２０】
膨張弁４は、凝縮器３から供給された高圧液体状態の冷媒を低圧状態に変化させる。この膨張弁４は、電動弁制御装置８からの駆動信号に従って駆動されるパルスモータ４ａ（図３参照）を内蔵し、駆動信号のパルス数に応じた回転角度でパルスモータ４ａが回転することにより膨張弁４の弁開度を調整する。
【００２１】
蒸発器５は、低圧の液体状態にある冷媒を蒸発（気化）させるために備えられ、冷媒は、蒸発することにより周囲より気化熱を奪い、加熱される。この際、奪われた熱によって蒸発器５周辺の空気が冷却され、その冷却された空気が蒸発器用ファン５ａの送風によって放出されることにより、温度制御対象（例えば、室内温度）の温度調節が行われる。
【００２２】
入口温度センサ６及び出口温度センサ７は、例えば、三線式白金測温抵抗体であって、高精度の温度測定が可能な温度センサである。入口温度センサ６は、蒸発器５の入口の冷媒、すなわち、液体状態での冷媒の温度Ｔinを検知し、出口温度センサ７は、蒸発器５の出口での冷媒、すなわち、気体状態の冷媒の温度Ｔoutを検知する。
【００２３】
電動弁制御装置８は、膨張弁４の弁開度を制御するためのものであり、蒸発器５での冷媒の過熱度Ｔsh（出口温度センサ７の検出温度Ｔout−入口温度センサ６の検出温度Ｔin）に基づき、ＰＩＤ制御によって膨張弁４の弁開度を求め、求めた弁開度に対応する駆動信号を膨張弁４のパルスモータ４ａに出力する。
【００２４】
また、電動弁制御装置８には、第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２（図２参照）が設定され、詳細は後述するが、電動弁制御装置８は、それら第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２を基準にして、膨張弁４の弁開度の制御の実行と停止を切替え制御する。尚、第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２は、何れも、過熱度の目標値（以下、「目標温度」という）Ｔsを中心とした温度範囲とされ、このうち、第１の温度範囲Ｔr１は、図１０の不感帯Ｔrに相当するものである。一方、第２の温度範囲Ｔr２は、第１の温度範囲Ｔr１より範囲が広く、その内側に第１の温度範囲Ｔr１を含むように設定される。
【００２５】
この電動弁制御装置８は、図３に示すように、マイクロプロセッサ１１と、入口温度検出回路１２と、出口温度検出回路１３と、電動弁駆動回路１４と、入力回路１５と、表示回路１６と、表示ドライバ回路１７と、記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ）１８とを備える。
【００２６】
入口温度検出回路１２は、入口温度センサ６の抵抗値を直流電圧信号に変換し、マイクロプロセッサ１１に出力する抵抗−電圧変換回路である。この入口温度検出回路１２は、蒸発器５の入口の冷媒の温度Ｔinを精度良く検出するため、ブリッジ回路１２ａと、ブリッジ回路１２ａの中間端子間の電圧を増幅する増幅回路１２ｂとから構成される。
【００２７】
出口温度検出回路１３は、出口温度センサ７の抵抗値を直流電圧信号に変換し、マイクロプロセッサ１１に出力する抵抗−電圧変換回路である。この出口温度検出回路１３も、蒸発器５の出口の冷媒の温度Ｔoutを精度良く検出するため、ブリッジ回路１３ａと増幅回路１３ｂとから構成される。
【００２８】
入力回路１５は、目標温度Ｔs、膨張弁４の上限開度、下限開度（例えば、電動弁を１００パルス〜４００パルスで使う場合、上限開度を４００パルス、下限開度を１００パルスとする）、ＰＩＤ制御を行う際のＰ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）の各定数、第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２等を入力するためのものである。これら各種の入力値は、設定値として設定でき、また、設定した設定値は、入力回路１５を用いて変更することもできる。尚、入力値の設定方法、及び設定値の変更方法については、後に詳述する。
【００２９】
この入力回路１５は、４つのタクトスイッチ１５ａ〜１５ｄ（アップスイッチ１５ａ、ダウンスイッチ１５ｂ、セットスイッチ１５ｃ、エンタースイッチ１５ｄ）を備え、タクトスイッチ１５ａ〜１５ｄのＯＮ／ＯＦＦ状態をマイクロプロセッサ１１に出力する。
【００３０】
表示回路１６は、温度表示素子１６ａと、弁開度表示素子１６ｂと、複数のＬＥＤ１６ｃとを備える。温度表示素子１６ａは、蒸発器５の入口の冷媒温度Ｔin 、出口の冷媒温度Ｔout、過熱度Ｔsh（＝Ｔout−Ｔin）を切り替えて表示するとともに、設定モードのときには、第１の温度範囲Ｔr１及び第２の温度範囲Ｔr２の設定値を表示する。また、弁開度表示素子１６ｂは、膨張弁４の現在の開度を全閉からのパルス数で表示する。
【００３１】
複数のＬＥＤ１６ｃは、温度表示素子１６ａ及び弁開度表示素子１６ｂの表示項目に合わせて点灯するものであり、「過熱度」〜「警報」までの６つのＬＥＤから構成される。「過熱度」、「入口」及び「出口」の各ＬＥＤは、温度表示素子１６ａの表示項目を示すためのものであり、温度表示素子１６ａに表示される温度と対応して点灯する。また、「設定」のＬＥＤは、電動弁制御装置８が設定モードにあるときに点灯し、「運転」のＬＥＤは、電動弁制御装置８が運転中であるときに点灯する。「警報」のＬＥＤは、入口温度センサ６、出口温度センサ７の出力データが異常のときに点滅する。
【００３２】
表示ドライバ回路１７は、マイクロプロセッサ１１からの信号を増幅して表示回路１６に出力する。記憶回路１８は、上記設定値等をバックアップ用に記憶する。
【００３３】
電動弁駆動回路１４は、マイクロプロセッサ１１からの駆動制御信号を増幅して、膨張弁４に内蔵されたパルスモータ（ステッピングモータ）４ａに駆動パルスを出力するために設けられ、ドライバＩＣ（Integrated Circuit）（駆動信号増幅回路）１４ａ等を備える。
【００３４】
マイクロプロセッサ１１は、Ａ／Ｄ変換器１１ａと、ＣＰＵ（中央処理装置）１１ｂと、ＲＯＭ１１ｃと、ＲＡＭ１１ｄ、タイマ１１ｅと、Ｉ／Ｏ（１１ｆ）等を備える。Ａ／Ｄ変換器１１ａは、入口温度検出回路１２及び出口温度検出回路１３から出力されるアナログの温度信号をディジタル信号に変換し、ＣＰＵ１１ｂは、ＲＯＭ１１ｃに格納されているプログラムを解釈して実行する。ＲＯＭ１１ｃは、後述するＰＩＤ制御動作による弁開度の制御を実行するための動作プログラム、弁開度の制御の実行と停止とを切替え制御するための動作プログラム、表示制御プログラムなどを記憶する不揮発性メモリである。ＲＡＭ１１ｄは、ＣＰＵ１１ｂのワークメモリとして機能する。タイマ１１ｅは、割込処理等を行うために備えられ、Ｉ／Ｏ（１１ｆ）は、ＣＰＵ１１ｂと他のデバイスとのデータの授受を行うために備えられる。
【００３５】
次に、上述の冷凍サイクルシステム１の電動弁制御装置８が行う制御動作について、図１乃至図４を参照しながら、電動弁制御装置８の主要部を構成するマイクロプロセッサ１１の動作を中心に説明する。尚、制御動作中、マイクロプロセッサ１１は、タイマ１１ｅを用い、所定周期、例えば、１秒間隔で図４に示す割込処理を行う。
【００３６】
割込処理を開始すると、図４に示すように、ＣＰＵ１１ｂは、先ず、Ａ／Ｄ変換された蒸発器５の入口の冷媒温度Ｔin 、出口の冷媒温度Ｔoutを各々取り込み（ステップＳ１、Ｓ２）、現在の過熱度Ｔsh＝Ｔout−Ｔinを算出する（ステップＳ３）。次いで、目標温度Ｔsと、算出した現在の過熱度Ｔshとの偏差ｅ(t)＝Ｔs−Ｔshを算出するとともに（ステップＳ４）、算出した偏差ｅ(t)の絶対値｜ｅ(t)｜を算出する（ステップＳ５）。
【００３７】
次に、算出した偏差の絶対値｜ｅ(t)｜と第１の温度範囲Ｔr１とを比較する（ステップＳ６）。尚、このときに用いられる第１の温度範囲Ｔr１の値は、第１の温度範囲Ｔr１全体の大きさ（範囲幅）ではなく、目標温度Ｔsから第１の温度範囲Ｔr１の上限値及び下限値までの大きさ（範囲幅）である。従って、例えば、図２に示すように、第１の温度範囲Ｔr１が目標温度Ｔsに対して±０．５℃に設定されていたとすると、ステップＳ６で用いられる第１の温度範囲Ｔr１の値は、第１の温度範囲Ｔr１全体の大きさである１．０℃ではなく、目標温度Ｔsから第１の温度範囲Ｔr１の端までの大きさである０．５℃となる。
【００３８】
以下、第１の温度範囲Ｔr１全体の大きさと、目標温度Ｔsから第１の温度範囲Ｔr１の端までの大きさとを区別するため、後者については、「第１の温度範囲Ｔr１’」と称する。また、第２の温度範囲Ｔr２についても、これと同様にする。
【００３９】
図４に戻り、ステップＳ６の比較の結果、偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が第１の温度範囲Ｔr１’以下である場合には、ＣＰＵ１１ｂは、停止フラグＳＦの値を「１」に設定してＲＡＭ１１ｄに記憶し、停止フラグＳＦをセットする（ステップＳ７）。このとき、割込処理の開始時点で弁開度の制御を実行していた場合には、弁開度の制御を停止して割込処理を終了し、弁開度の制御を実行していなかった場合には、その状態を維持して割込処理を終了する。
【００４０】
これに対し、偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が第１の温度範囲Ｔr１’より大きい場合には、偏差の絶対値｜ｅ(t)｜と第２の温度範囲Ｔr２’とを比較し、偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が第２の温度範囲Ｔr２’より大きいか否かを判定する（ステップＳ８）。判定の結果、偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が第２の温度範囲Ｔr２’より大きい場合には、ＲＡＭ１１ｄに記憶されている停止フラグＳＦの値を「０」に書き換え、停止フラグＳＦをクリアする（ステップＳ９）。
【００４１】
次いで、過去一連の偏差ｅ、比例帯ＰＢ、積分時間ＴI、微分時間ＴDに基づき、次式に従って、ＰＩＤ（比例・積分・微分）演算で今回の弁開度の操作量ｍ(t)を算出するとともに（ステップＳ１０）、その演算結果を目標開度に設定する（ステップＳ１１）。ここで、ＫPは、比例ゲインである。
【００４２】
【数１】
0005001728.tif 000002
【００４３】
これにより、膨張弁４が到達すべき弁の目標開度がセットされ、マイクロプロセッサ１１は、目標開度をＲＡＭ１１ｄに格納した後、膨張弁４の弁開度がＲＡＭ１１ｄに格納した目標開度になるように、電動弁駆動回路１４のドライバＩＣ１４ａからパルスモータ４ａに駆動信号を供給する。
【００４４】
一方、上記ステップＳ８の判定の結果、偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が第２の温度範囲Ｔr２’以下の場合には、ＲＡＭ１１ｄに記憶されている停止フラグＳＦの値が「１」であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。ここで、停止フラグＳＦの値が「１」であるか否かを判定するのは、過熱度Ｔshに微少な温度変化が生じたのに起因して、偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が、第１の温度範囲Ｔr１’より大きく、第２の温度範囲Ｔr２’以下となったのか、それとも、上記のＰＩＤ制御の過程で、偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が第２の温度範囲Ｔr２’以下となったのかを判別するためである。
【００４５】
判定の結果、停止フラグＳＦの値が「１」である場合には、前回の割込処理の実行時に弁開度の制御が停止状態であったことを示すため、過熱度Ｔshの微少な温度変化が要因で、過熱度Ｔshが第１の温度範囲Ｔr１外になったと判断し、この場合には、弁開度の制御停止を維持して割込処理を終了する。
【００４６】
一方、停止フラグＳＦの値が「１」でない（「０」である）場合には、前回の割込処理の実行時に弁開度の制御が実行されていることを示すため、ＰＩＤ制御により、過熱度Ｔshが目標温度Ｔsに近付きつつある途中の状態であると判断し、この場合には、ＰＩＤ演算を実行して今回の弁開度の操作量ｍ(t)を算出するとともに、その演算結果を目標開度に設定する（ステップＳ１０、Ｓ１１）。
【００４７】
次に、弁開度の制御の実行と停止の切替え動作例について、図５を中心に、図１及び図３を参照しながら説明する。
【００４８】
タイミングｔ0において、冷凍サイクルシステム１の運転を開始すると、電動弁制御装置８は、膨張弁４の弁開度の制御を開始し、過熱度Ｔshと目標温度Ｔsとの偏差に基づき、上記ＰＩＤ演算によって膨張弁４の弁開度の操作量ｍ（t）を算出する。そして、算出した操作量ｍ（t）に応じて駆動信号のパルス数を決定し、駆動信号を膨張弁４のパルスモータ４ａに出力して、膨張弁４の弁開度を制御する。
【００４９】
その後、過熱度Ｔshが第１の温度範囲Ｔr１の上限値に達するまで、弁開度の制御を実行し、上記ＰＩＤ演算を１秒単位（割込処理の実行周期）で繰り返して、過熱度Ｔshを目標温度Ｔsに急速に近付ける。そして、タイミングｔ1において、過熱度Ｔshが第１の温度範囲Ｔr１の上限値に達すると、電動弁制御装置８は、弁開度の制御を停止し、その時点での弁開度を維持する。
【００５０】
但し、上記の期間は、過熱度Ｔshを目標温度Ｔsに近付けている過渡期であるため、電動弁制御装置８が弁開度の制御を停止しても、過熱度Ｔshは、急峻な傾きを保ったまま、下がり続ける。そして、タイミングｔ2において、過熱度Ｔshが第２の温度範囲Ｔr２の下限値を下回ると、電動弁制御装置８は、弁開度の制御停止を解除し、上記ＰＩＤ演算を実行して膨張弁４の弁開度を制御する。その結果、過熱度Ｔshは、極小値となった後、目標温度Ｔsに向けて上昇する。
【００５１】
タイミングｔ3において、過熱度Ｔshが第１の温度範囲Ｔr１の下限値に達すると、電動弁制御装置８は、再度、弁開度の制御を停止し、その時点での弁開度を維持する。その後、過熱度Ｔshは、定常状態になり、微少な温度変化を繰り返すのみとなる。
【００５２】
こうして、過熱度Ｔshが定常状態になると、電動弁制御装置８は、過熱度Ｔshが第２の温度範囲Ｔr２外となるまで、弁開度の制御停止を維持する。このため、過熱度Ｔshが第１の温度範囲Ｔr１の上限値を上回ったり（タイミングｔ4、ｔ5、ｔ6）、第１の温度範囲Ｔr１の下限値を下回っても（タイミングｔ7、ｔ8）、第２の温度範囲Ｔr２内である場合には、弁開度の制御は実行されず、膨張弁４の弁開度は、弁開度の制御を停止したときの開度で維持される。
【００５３】
その後、タイミングｔ9において、例えば、部屋のドアが開閉されるなどの外乱が発生し、その影響で過熱度Ｔshが急上昇して第２の温度範囲Ｔr２の上限値を上回ると、電動弁制御装置８は、弁開度の制御停止を解除し、上記ＰＩＤ演算を実行して膨張弁４の弁開度を制御する。その結果、過熱度Ｔshは、極大値となった後、目標温度Ｔsに向けて急速に下降する。
【００５４】
そして、タイミングｔ10において、過熱度Ｔshが第１の温度範囲Ｔr１の上限値を下回ると、電動弁制御装置８は、再度、弁開度の制御を停止し、その後、過熱度Ｔshが第２の温度範囲Ｔr２内にある間は、弁開度の制御停止を維持する。
【００５５】
尚、電動弁による過熱度制御の場合、キャピラリ式の絞り機構に比べ、弁のみで絞っている分、定常時でも、冷媒の状態変化（例えば、液体からガスへの変化）により、常時、過熱度Ｔshの微少な変動が存在する。また、電動弁が膨張弁４に用いられる場合、過熱度Ｔsh自体は、冷凍サイクルシステム１の温度制御の直接的な対象とはならない。これらの理由から、求められる過熱度Ｔsの制御精度は、±１．０℃程度であり、このため、第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２は、各々、目標温度Ｔｓに対して±０．５℃程度、±１．０℃程度とすることが好ましい。
【００５６】
このように、本実施の形態においては、過熱度Ｔshが第１の温度範囲Ｔr１内になり、膨張弁４の弁開度の制御を停止した後は、過熱度Ｔshが第２の温度範囲Ｔr２内にある間にわたって、弁開度の制御停止を維持するため、過熱度Ｔshが第１の温度範囲Ｔr１の上限値又は下限値の近傍で出入りを繰り返しても、弁開度の制御の実行と停止が頻繁に切り替えられるのを防止することができる。これにより、膨張弁４のハンチングを防止することができ、安定的な温度制御を行うことが可能となる。
【００５７】
また、上記構成によれば、弁開度の制御停止が維持されることにより、定常状態での不必要な弁開度の制御の実行と停止の切替えを抑制することができるため、膨張弁４の動作回数を低減させることができる。これにより、膨張弁４の劣化を抑制することができ、膨張弁４の寿命を長期化することが可能になる。
【００５８】
さらに、本実施の形態においては、過熱度Ｔshが第２の温度範囲Ｔr２内から第２の温度範囲Ｔr２外に出たときには、即座に弁開度の制御停止を解除し、弁開度の制御を再開するため、定常状態にはない外乱等による比較的大きな温度変化にも柔軟に対応し、速やかに過熱度Ｔshを目標温度Ｔs付近に収束させることができる。特に、本実施の形態においては、過熱度Ｔshが第２の温度範囲Ｔr２内にある間は、弁開度の制御停止を維持するため、過熱度Ｔshの検出間隔（弁開度の変更間隔）を短くしても、膨張弁４の弁開度が頻繁に変更されたり、弁開度の制御の実行と停止が激しく切り替えられることはない。従って、短い検出間隔で過熱度Ｔshの変化を検出することができ、これにより、突発的な温度変化の発生を速やかに察知し、外乱等の発生時に、過熱度Ｔshを迅速に第１の温度範囲Ｔr１内に収束させることが可能となる。
【００５９】
次に、図３の入力回路１５及び表示回路１６を用いた各設定値の入力（変更）操作の全体的な流れについて、図６及び表１を参照しながら説明する。尚、図６は、電動弁制御装置８の本体の表面の外観を示す概略図である。
【００６０】
例えば、温度表示素子１６ａに温度が表示され、弁開度表示素子１６ｂに現在の弁開度が表示されている状態において、セットスイッチ１５ｃを押下すると、設定モードに入り、温度表示素子１６ａは、通常の温度表示のモードから設定値表示モードに移行し、弁開度表示素子１６ｂは、現在の弁開度の表示から設定項目の表示に切り替わる。温度表示素子１６ａに表示された設定値は、アップスイッチ１５ａ又はダウンスイッチ１５ｂを押下することによって増減することができ、また、エンタースイッチ１５ｄを押下することにより、表示されている設定値が新たな設定値として更新され、記憶される。
【００６１】
一方、設定項目は、例えば、表１に示すように、８つあり、弁開度表示素子１６ｂには、例えば、「１ＳＨ」のように、設定値番号及び記号が表示される。この設定項目は、設定モードのときに、セットスイッチ１５ｃを押下することで、順次、次の項目に切り替わり、設定項目８（「８ＳＰ」）を表示しているときに、セットスイッチ１５ｃを押下すると、設定モードを抜け、温度表示及び弁開度表示の状態に戻る。
【００６２】
【表１】
0005001728.tif 000003
【００６３】
尚、第１の温度範囲Ｔr１の入力値は、第１の温度範囲Ｔr１全体の大きさではなく、目標温度Ｔsから第１の温度範囲Ｔr１の端までの大きさ（Ｔr１’）とされる。一方、第２の温度範囲Ｔr２の入力値においても、目標温度Ｔsから第２の温度範囲Ｔr２の端までの大きさ（Ｔr２’）とされる。また、第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２の入力可能な最大値は、表１に示すように、何れも１．０℃であるが、上述したとおり、第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２は、各々、０．５℃程度、１．０℃程度に設定することが好ましい。
【００６４】
次に、設定値の変更操作の具体的なフローについて、図７を中心に、図６を参照しながら説明する。
【００６５】
温度表示素子１６ａに温度を表示しているとき（ステップＳ２１）に、ステップＳ２２において、セットスイッチ１５ｃが押下されたか否かを判定し、押下された場合には、ステップＳ２３において、温度表示素子１６ａに設定値を表示して設定モードに入り、押下されていない場合には、ステップＳ２１の状態に戻る。
【００６６】
次に、ステップＳ２４において、アップスイッチ１５ａが押下されたか否かを判定し、押下された場合には、ステップＳ２５において、温度表示素子１６ａの表示値が設定値の最大値であるか否かを判定する。判定の結果、表示値が設定値の最大値でない場合には、ステップＳ２６において、表示値に１をインクリメントしてステップＳ２４に戻る。一方、表示値が設定値の最大値の場合には、そのままステップＳ２４に戻る。
【００６７】
ステップＳ２４に戻り、アップスイッチ１５ａが押下されたか否かを判定し、押下された場合には、上記ステップＳ２５〜Ｓ２６の動作を繰り返す。ステップＳ２４において、アップスイッチ１５ａが押下されていないと判定された場合には、ステップＳ２７において、ダウンスイッチ１５ｂが押下されたか否かを判定し、押下された場合には、ステップＳ２８において、表示値が設定値の最小値であるか否かを判定し、表示値が設定値の最小値でない場合には、ステップＳ２９において、表示値に１をデクリメントしてステップＳ２４に戻る。一方、表示値が設定値の最小値の場合には、そのままステップＳ２４に戻る。
【００６８】
ステップＳ２７において、ダウンスイッチ１５ｂが押下されていないと判定された場合には、ステップＳ３０において、エンタースイッチ１５ｄが押下されたか否かを判定し、押下された場合には、ステップＳ３１において、現在の表示値を設定値として更新するとともに、更新された設定値を図３の記憶回路１８に記憶して、ステップＳ２４に戻る。
【００６９】
ステップＳ３０においてエンタースイッチ１５ｄが押下されていない場合には、ステップＳ３２において、セットスイッチ１５ｃが押下されたか否かを判定し、押下されていないと判定された場合には、ステップＳ２４に戻る。
【００７０】
ステップＳ３２において、セットスイッチ１５ｃが押下されたと判定された場合には、ステップＳ３３において、設定を終了するか否かを判定する。具体的には、ステップＳ３２において、設定項目８の「第２の温度範囲Ｔr２」を表示しているときに、セットスイッチ１５ｃが押下された場合には、ステップＳ３３において設定モード終了と判断し、ステップＳ２１に戻る。一方、ステップＳ３２において、設定項目８の「第２の温度範囲Ｔr２」以外の項目を選択しているときに、セットスイッチ１５ｃが押下された場合には、ステップＳ３４において、次の設定値を温度表示素子１６ａに表示し、ステップＳ２４に戻り、上記動作を繰り返す。
【００７１】
このように、本実施の形態においては、第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２の設定値をユーザが入力することができ、また、設定した第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２を変更することもできるため、冷凍サイクルシステム１の使用用途や、求められる温度制御の精度に合わせて、第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２を自由に設定することができる。これにより、製品としての汎用性や、ユーザにとっての自由度を高めることができ、利便性を向上させることが可能となる。
【００７２】
次に、本発明の第２の実施の形態として、本発明にかかる弁制御装置を、精密空調等を行う場合に用いられる、冷凍サイクルシステムのホットガスバイパス回路の流量制御弁に適用した場合について説明する。
【００７３】
この冷凍サイクルシステム３０は、図８に示すように、圧縮機２と、凝縮器３と、凝縮器用ファン３ａと、膨張弁３５と、蒸発器５と、蒸発器用ファン５ａと、流量制御弁（電動弁）３２と、電動弁制御装置８とを備え、図１に示した基本構成に加え、圧縮機２の出口から蒸発器５の入口を繋ぐホットガスバイパス配管３３が設けられ、圧縮機２の出口側から、流量制御弁３２、蒸発器５を経て、圧縮機２の入口側に戻るホットガスサイクル３４が構成される。ここで、膨張弁３５は、機械式の膨張弁又はキャピラリである。
【００７４】
圧縮機２と、凝縮器３と、膨張弁３５と、蒸発器５とは、配管９で接続されるとともに、圧縮機２と、流量制御弁３２と、蒸発器５とは、ホットガスバイパス配管３３及び配管９で接続され、これらの間を冷媒が循環する。すなわち、圧縮機２からの冷媒は、配管９とホットガスバイパス配管３３に分流し、ホットガスバイパス配管３３を流れる冷媒の流量を、流量制御弁３２の弁開度を調整することにより制御する。
【００７５】
圧縮機２と、凝縮器３と、凝縮器用ファン３ａとは、図１に示したものと同様の機能を有するため、詳細説明を省略するが、圧縮機２は、蒸発器５より供給された低圧の気体の状態にある冷媒を圧縮し、高圧高温の気体に変換して凝縮器３に供給するとともに、ホットガスバイパス配管３３を介して蒸発器５にも供給する。
【００７６】
膨張弁３５は、上述のように、図１の膨張弁４のように電動式ではなく、機械式の弁、又はキャピラリが使用され、電動弁制御装置８によって制御されることはない。
【００７７】
蒸発器５は、低圧の液体状態にある冷媒を蒸発（気化）させるために備えられ、冷媒は、蒸発することにより周囲より気化熱を奪い、加熱される。そして、奪われた熱により、周囲が冷却され、蒸発器用ファン５ａの送風により、冷却された空気が放出される。また、蒸発器５には、流量制御弁３２を介して圧縮機２からの高圧高温の気体が供給されており、この高圧高温の気体によって蒸発器５が加熱される。このように冷却と加熱を同時に行い、その際の冷却に対する加熱量を流量制御弁３２で調整することにより、精密制御が行われる。
【００７８】
温度センサ３１は、例えば、三線式白金測温抵抗体であって、蒸発器５の吹出し温度（以下、「吹出し温度」という）Ｔbを検知する。
【００７９】
電動弁制御装置８は、図３と同様の構成を有するため詳細説明を省略し、図８において、上記実施の形態と異なる構成の部分について説明する。本実施の形態では、温度センサ３１が検知した吹出し温度Ｔbと目標温度Ｔsとの偏差に基づいて、ＰＩＤ演算により流量制御弁３２の開度を求め、求められた開度が得られるようにパルスモータ４ａに駆動信号を供給する。また、電動弁制御装置８には、第１の実施形態と同様に、第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２が設定され、電動弁制御装置８は、第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２を基準にして、流量制御弁３２の弁開度の制御の実行と停止を切替え制御する。
【００８０】
尚、ホットガスバイパス回路を用いた冷凍サイクルシステム３０は、精密な温度調節に用いられるケースが多く、また、運転時に制御する温度が蒸発器５の周辺の温度であり、温度調節の対象となる温度と、冷凍サイクルシステム３０が直接に制御する温度とが同一であるため、その要求精度は高くなる。このため、第１及び第２の温度範囲Ｔr１、Ｔr２は、電動弁による過熱度制御の場合よりも狭くすることが好ましく、具体的には、各々、目標温度Ｔｓに対して±０．１℃程度、±０．２℃程度とすることが好ましい。
【００８１】
入力回路１５及び表示回路１６についても、基本構成は、図３に示したものと同様であるが、本実施の形態では、目標温度Ｔsを設定する際に、蒸発器５の過熱度Ｔshに代えて、吹出し温度Ｔbを入力回路１５を用いて設定する。また、表示回路１６も、過熱度Ｔshに代えて、吹出し温度Ｔbを表示し、膨張弁４の弁開度に代えて、流量制御弁３２の弁開度を表示する。
【００８２】
次に、上述の冷凍サイクルシステム３０の電動弁制御装置８が行う制御動作について、図３、図８及び図９を参照しながら、電動弁制御装置８の主要部を構成するマイクロプロセッサ１１の動作を中心に説明する。尚、図９において、図５に示す処理と同一の処理については、同じステップ番号を付し、詳細説明を省略する。また、制御動作中、マイクロプロセッサ１１は、タイマ１１ｅを用い、例えば、１秒間隔で図９に示す割込処理を実行するものとする。
【００８３】
割込処理を開始すると、図９に示すように、ＣＰＵ１１ｂは、先ず、Ａ／Ｄ変換された吹出し温度Ｔbを取り込み（ステップＳ４１）、目標温度Ｔsと現在の吹出し温度Ｔbとの偏差ｅ(t)＝Ｔs−Ｔbを算出する（ステップＳ４２）。次いで、算出した偏差ｅ(t)の絶対値｜ｅ(t)｜を算出し（ステップＳ５）、算出した偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が第１の温度範囲Ｔr１’以内であるか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００８４】
判定の結果、偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が第１の温度範囲Ｔr１’以内であれば、停止フラグＳＦの値を「１」に設定して、流量制御弁３２の弁開度の制御を停止する（ステップＳ７）。一方、偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が第１の温度範囲Ｔr１より大きい場合には、偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が第２の温度範囲Ｔr２’より大きいか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００８５】
偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が第２の温度範囲Ｔr２’以内である場合には、停止フラグＳＦの値が「１」であるか否かを判定し（ステップＳ１２）、停止フラグＳＦの値が「１」であれば、弁開度の制御停止を維持する。これに対し、停止フラグＳＦの値が「１」でなければ、ＰＩＤ演算処理及び目標開度の設定処理を実行して、流量制御弁３２の弁開度を制御する（ステップＳ１０、Ｓ１１）。
【００８６】
また、ステップＳ８の判定の結果、偏差の絶対値｜ｅ(t)｜が第２の温度範囲Ｔr２’より大きい場合には、停止フラグＳＦの値を「０」に設定し（ステップＳ９）、ＰＩＤ演算処理及び目標開度の設定処理を実行して、流量制御弁３２の弁開度を制御する（ステップＳ１０、Ｓ１１）。
【００８７】
以上の割込処理により、本実施の形態においても、吹出し温度Ｔbが第１の温度範囲Ｔr１内になったときに、流量制御弁３２の弁開度の制御が停止され、その後、吹出し温度Ｔbが第２の温度範囲Ｔr２内にある間は、弁開度の制御停止が維持される。従って、吹出し温度Ｔbが第１の温度範囲Ｔr１の上限値又は下限値の近傍で出入りを繰り返しても、弁開度の制御の実行と停止が頻繁に切り替えられることはなく、第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【００８８】
尚、上記の実施形態においては、本発明にかかる制御対象をＰＩＤ制御する場合を例にとって説明したが、制御方法は、Ｐ（比例）制御でも、ＰＩ（比例積分）制御でもよい。また、上記実施の形態において、アクチュエータとしてパルスモータを例示したが、アクチュエータの種類はパルスモータに限定されず、サーボモータ等であってもよい。また、温度センサ６、７、３１に白金抵抗体を用いた場合について説明したが、これらの温度センサに、銅、ニッケル等を用いた測温抵抗体、熱電対又はサーミスタを使用することもできる。
【００８９】
さらに、上記実施の形態においては、入力回路１５としてタクトスイッチを用いた構成を例示したが、これに限らず、入力回路１５は、ディップスイッチを用いて構成してもよいし、スイッチを設けることなく、通信による設定手段によって構成してもよい。尚、入力回路１５を通信による設定手段によって構成した場合には、送信側で設定値等を視認しながら入力することができるため、必ずしも、電動弁制御装置８に表示回路１６を設ける必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明にかかる弁制御装置を用いた冷凍サイクルシステムの一例を示す構成図である。
【図２】第１及び第２の温度範囲の一例を示す図である。
【図３】図１の弁制御装置及びその周辺回路の詳細構成例を示す図である。
【図４】図２に示す弁制御装置の割込演算動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】弁開度の制御の実行と停止の切替え動作例を示すタイミング図である。
【図６】本発明にかかる弁制御装置の本体の表面の外観を示す概略図である。
【図７】本発明にかかる弁制御装置の入力装置を用いた設定値の変更動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明にかかる弁制御装置を用いた冷凍サイクルシステムのホットガスサイクルの一例を示す構成図である。
【図９】図８に示す弁制御装置の割込演算動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来の弁開度の制御の実行と停止の切替え動作例を示すタイミング図である。
【符号の説明】
【００９１】
１  冷凍サイクルシステム
２  圧縮機
３  凝縮器
３ａ  凝縮器用ファン
４  膨張弁
４ａ  パルスモータ
５  蒸発器
５ａ  蒸発器用ファン
６  入口温度センサ
７  出口温度センサ
８  電動弁制御装置
９  配管
１１  マイクロプロセッサ
１１ａ  Ａ／Ｄ変換器
１１ｂ  ＣＰＵ
１１ｃ  ＲＯＭ
１１ｄ  ＲＡＭ
１１ｅ  タイマ
１１ｆ  Ｉ／Ｏ
１２  入口温度検出回路
１２ａ  ブリッジ回路
１２ｂ  増幅回路
１３  出口温度検出回路
１３ａ  ブリッジ回路
１３ｂ  増幅回路
１４  電動弁駆動回路
１４ａ  ドライバＩＣ
１５  入力回路
１５ａ  アップスイッチ
１５ｂ  ダウンスイッチ
１５ｃ  セットスイッチ
１５ｄ  エンタースイッチ
１６  表示回路
１６ａ  温度表示素子
１６ｂ  弁開度表示素子
１６ｃ  ＬＥＤ
１７  表示ドライバ回路
１８  記憶回路
３０  冷凍サイクルシステム
３１  温度センサ
３２  流量制御弁
３３  ホットガスバイパス配管
３４  ホットガスサイクル
３５  膨張弁
【図１】
0005001728.tif 000004
【図２】
0005001728.tif 000005
【図３】
0005001728.tif 000006
【図４】
0005001728.tif 000007
【図５】
0005001728.tif 000008
【図６】
0005001728.tif 000009
【図７】
0005001728.tif 000010
【図８】
0005001728.tif 000011
【図９】
0005001728.tif 000012
【図１０】
0005001728.tif 000013