JPH0633908B2 - 電動膨張弁の駆動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、冷凍装置における電動膨張弁の駆動制御装
置に関するものである。

（従来の技術） 従来の冷凍装置用電動膨張弁の駆動制御装置としては、
例えば特開昭59-205559号公報に記載された装置を挙げ
ることができる。この装置においては、蒸発した冷媒の
過熱度を検出し、この検出された過熱度を基準過熱度と
比較すると共に、その差に応じた信号を出力し、この信
号に応じて電動膨張弁の駆動を制御するようにしてあ
る。そしてさらに上記装置においては、電動膨張弁の開
度域に応じて、上記過熱度の差に応じて出力される単位
信号当りの膨張弁駆動用パルスの数を変更するように構
成されている。すなわち電動膨張弁の大開度域において
は、単位信号当りの駆動パルス数を多くし、小開度域に
おいては、単位信号当りの駆動パルス数が少なくなるよ
うに操作ゲインを調整するのである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記のような電動膨張弁の駆動制御装置には次
のような欠点がある。それは電動膨張弁を上記のように
制御しようとすれば、つまり小開度域においても小刻み
な制御を行なおうとすれば、１パルス当りのステップ角
度の小さいモータを使用する必要があるために、パルス
モータのロータやステータ部分の構造が複雑となり、電
動膨張弁ひいては装置全体が高価格になってしまうとい
うことである。また比較的ステップ角度の大きいパルス
モータを使用し、減速機構を利用して微少な制御を行な
うことも考えられる訳であるが、この場合には上記減速
機構が複雑になり、やはり装置全体が高価なものになっ
てしまうという不具合が生ずる。

この発明は上記した従来の欠点を解決するためになされ
たものであって、その目的は、ステップ角度の大きなパ
ルスモータを用いても精密な開度制御を、コストアップ
を招くことなく行なえる電動膨張弁の駆動制御装置を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明の電動膨張弁の駆動制御装置において
は、蒸発した冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段
（13）と、上記により検出された過熱度が設定過熱度に
近接した状態であるか否かを判別する判別手段（16）
と、上記検出された過熱度が設定過熱度から離れた状態
であるときには上記設定過熱度と上記検出過熱度との差
に応じた数のパルスを電動膨張弁（５）に出力して弁開
度の制御を所定のサンプリング時間毎に行うステップ制
御手段（18）と、上記検出された過熱度が設定過熱度に
近接した状態であるときには上記サンプリング時間内に
電動膨張弁（５）を開方向と閉方向との両方向に１ステ
ップ分だけ交互に駆動する開閉制御手段（19）とを設け
てある。

（作用） 上記した装置においては、検出された過熱度が設定過熱
度から離れた状態である場合、つまり電動膨張弁（５）
において大きな開度制御を行なう必要のある場合には、
従来装置と同様にステップ制御手段（18）によって過熱
度の差に応じた数のパルスを入力して電動膨張弁（５）
を開弁又は閉弁方向へと、所定のサンプリング時間毎に
作動させる。一方検出された過熱度が設定過熱度に近接
した状態である場合、つまり電動膨張弁（５）において
微少な開度制御を行なう必要のある場合には、開閉制御
手段（19）によって、上記サンプリング時間内に電動膨
張弁（５）を１ステップ分だけ開方向と閉方向とに交互
に駆動する。そうすると電動膨張弁（５）においては、
１ステップに相当する開度変化の中間的な開度変化が生
ずることになり、これにより微少な開度変化、すなわち
微少な過熱度制御を行なうことが可能となる。

（実施例） 次にこの発明の電動膨張弁の駆動制御装置の具体的な実
施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図において、（１）は室外熱交換器を、（２）は室
内熱交換器をそれぞれ示しており、両者（１）、（２）
は液管（３）とガス管（４）とによって並列接続されて
いる。上記液管（３）には電動膨張弁（５）が、また上
記ガス管（４）には四路切換弁（６）がそれぞれ介設さ
れており、この四路切換弁（６）に圧縮機（７）が接続
されている。

この場合、上記室外熱交換器（１）は、冷房運転時には
凝縮器となり、暖房運転時には蒸発器となる部分であ
り、一方上記室内熱交換器（２）は冷房運転時には蒸発
器となり、暖房運転時には凝縮器となる部分である。そ
して上記液管（３）には、蒸発器入口側の冷媒温度を検
出するための一対の温度センサ（８）、（９）が取着さ
れており、また上記圧縮機（７）の吸込側の配管にも温
度センサ（10）が取着されている。一方（11）は、電動
膨張弁の駆動制御装置の全体を示しているが、この装置
（11）は、上記蒸発器入口側の温度センサ（８）又は
（９）と圧縮機吸込側の温度センサ（10）との検出結果
に基づいて過熱度を検出するための過熱度検出回路（1
2）を有しており、この回路（12）と上記各センサ
（８）、（９）、（10）によって過熱度検出手段（13）
が構成されている。なお（14）は、運転開始時の電動膨
張弁（５）の開度を設定するための初期設定回路であ
る。そして上記過熱度検出回路（12）と初期設定回路
（14）との各出力は、制御回路（15）へと入力される
が、この制御回路（15）は、上記検出手段（13）によっ
て検出された過熱度が、設定過熱度に近接した状態であ
るか否かを判別する判別手段（16）及び他の制御機能
（17）を有するものである。そして検出された過熱度が
設定過熱度から離れた状態である場合には、ステップ制
御手段（18）によって、設定過熱度と検出過熱度との差
に応じた数のパルスを電動膨張弁（５）に出力し、一方
検出された過熱度が設定過熱度に近接した状態である場
合には、開閉制御手段（19）によって、電動膨張弁
（５）に対し、開弁方向へのパルスと閉弁方向へのパル
スとを１ステップずつ交互に出力するようになってい
る。以下にこの制御内容について説明する。

第２図には第１実施例を示す。まず上記初期設定回路
（１４）によって電動膨張弁（５）の初期開度を設定す
ると共に（ステップS1）、圧縮機（７）を駆動する（ス
テップS2）。その後、ステップS3において、所定時間が
経過すると、上記過熱度検出手段（13）によって検出さ
れた過熱度を読み出す（ステップS4）。そして次のステ
ップS5において、上記検出された過熱度が基準となる設
定過熱度範囲内に在るのか、それよりも小さいのか、あ
るいはそれよりも大きいのかを判断する。この場合、検
出された過熱度が設定範囲内に在る場合には、上記ステ
ップS3に戻ってこの作動を繰り返す。また検出された過
熱度が設定過熱度範囲よりも小さい場合には、ステップ
S6に移り、電動膨張弁（５）に対して閉弁方向へのパル
スを出力する。この場合、上記検出過熱度と上記設定過
熱度との差に対応した、例えば比例した数のパルスを電
動膨張弁（５）に出力するステップ制御をするものとす
る。この後、この状態を所定時間だけ保持し（ステップ
S7）、再度、検出した過熱度を読み出し（ステップS
8）、ステップS9において、設定過熱度範囲と比較す
る。そして検出過熱度が設定過熱度範囲よりもまだ小さ
い場合にはステップS6へと戻ってさらに閉弁操作を行な
い、また検出過熱度が設定過熱度範囲内に在る場合に
は、ステップS7へと戻ってその状態を維持する。そして
上記検出過熱度が設定過熱度範囲を超えた場合には、以
下のステップS10に移って開閉制御モードに移行する。
なお上記ステップS5において検出過熱度が設定過熱度範
囲を超えていた場合には、ステップS11〜S14にて上記と
は逆の開弁操作を行ない、ステップS14にて検出過熱度
が設定過熱度範囲より小さくなった段階で、ステップS1
0の開閉制御モードに移行する。

上記開閉制御モードにおいては、まずステップS15にお
いて、過熱度の基準値となる三角波電圧を出力する。こ
の三角波電圧は、第３図(a)に示すように、上記設定過
熱度範囲を中心とすると共に、これよりも広い電圧範囲
にわたって経時的に変化するものであって、その変化幅
は、電動膨張弁５に１ステップ分の開度変化を与えた時
に生ずる過熱度の変化量に相当する電圧にしておくのが
好ましい。一方、上記三角波電圧の出力と共に、ステッ
プS16においては、検出した過熱度を電圧として出力
し、次いでステップS17において、上記三角波電圧と過
熱度電圧とを比較する。その結果、第３図(a)に示す
Ａ、Ｂのように両電圧に重なりがなく、検出過熱度Ａ、
Ｂが上下にずれているときには、負荷の変動や運転モー
ドに変更があったものと判断し、ステップS18にてこの
モードを停止すると共に、ステップS4に戻る。また両電
圧に、第３図(a)のＣ、Ｄのように重なりがあり、検出
過熱度Ｃが小さい側に位置する場合には、ステップS19
において、開閉制御モードにおける閉弁出力を行なう。
すなわち第３図(b)のＣに示すように、サンプリング時
間内に、電動膨張弁（５）のパルスモータを、現在位置
から１ステップ分だけ閉弁し、サンプリング時間の1/2
経過後に１ステップ分開弁する、つまり元位置に復帰さ
せるような作動を行なうのである。このような作動を行
なうことにより、電動膨張弁（５）においては、1/2ス
テップだけ閉弁したのと同等の開度が得られることにな
る。なお上記サンプリング時間内の開閉時間比率は上記
偏差に応じて変更するようにしてもよい。また検出過熱
度電圧と三角波電圧とが重なり、検出過熱度Ｄが大きい
側に位置する場合には、ステップS20において、開閉制
御モードにおける開弁出力を行なう。この場合、上記閉
弁出力とは逆にサンプリング時間内に、電動膨張弁
（５）のパルスモータを、現在位置から１ステップ分だ
け開弁し、サンプリング時間の1/2経過後に１ステップ
分だけ閉弁するような作動を行なうのである（第３図
(b)のＤ）。この結果、電動膨張弁（５）においては、1
/2ステップだけ開弁したのと同等な開度が得られること
になる。なお上記ステップS17における三角波電圧と過
熱度電圧との比較及びそれに続く各ステップの実行は、
各サンプリング時間毎に行なう。

以上のように、上記駆動制御装置においては、検出され
た過熱度が設定過熱度範囲より離れた状態に在る場合、
つまり第３図(a)の上下位置Ａ、Ｂのように検出された
過熱度が三角波電圧と重ならない場合には、上記設定過
熱度範囲と検出過熱度との差に応じた数のパルスを電動
膨張弁（５）に出力するステップ制御を行ない、一方検
出された過熱度が設定過熱度範囲に近接した状態である
場合、つまり第３図(a)のＣ、Ｄのように過熱度電圧と
三角波電圧とが重なっている場合には、サンプリング時
間内において、電動膨張弁（５）を１ステップ分だけ開
方向と閉方向とに交互に駆動するようにしてある。この
ため、上記装置においてはステップ角度の大きなパルス
モータを用いた電動膨張弁であっても、ステップの中間
位置になる角度に、見かけ上制御でき、パルスモータの
分解能を高めたのと同等の結果を得ることが可能とな
り、この結果、精度のよい過熱度制御を行なうことが可
能となる。

第４図には制御方法の変更例を示す。これは上記と同様
にステップ制御モードと開閉制御モードとを切換えるよ
うにしたものであるが、この場合は、開閉制御モードを
実行するか否かの判別手段の判別手順が変更されてい
る。まず上記実施例と全く同様なステップS1〜S5の手順
で、検出過熱度と設定過熱度範囲との比較を行なう。こ
の結果、検出過熱度が設定範囲内にある場合には、ステ
ップS3へと戻って同様の手順を繰返し、一方検出過熱度
が設定過熱度範囲よりも小さい場合には、ステップS6に
おいてその時の過熱度の偏差に応じた数のパルスを電動
膨張弁（５）に出力して電動膨張弁（５）を閉弁方向に
作動させる。また検出過熱度が設定過熱度範囲を超える
場合には、ステップS7において、その時の過熱度の偏差
に応じた数のパルスを電動膨張弁（５）に出力して電動
膨張弁（５）を開弁方向に作動させる。なお上記ステッ
プS6以後の手順と、上記ステップS7以後の手順とは略同
様な考え方に基づくものであるため、以下にはステップ
S6以後の手順についてのみ説明する。上記ステップS6に
おいて閉弁方向へのパルスが出力されると、次のステッ
プS8においてその時の出力ステップ数をカウントする。
そして出力ステップ数が２以上である場合には、この状
態で所定時間だけ保持し（ステップS9）、次いで再度、
過熱度を検出し（ステップS10）、ステップS11にて検出
過熱度と設定過熱度範囲とを比較する。この結果、検出
過熱度が上記範囲内にあればステップS9に戻って同様の
作動を繰返す。また検出過熱度が設定過熱度よりも小さ
い場合には、ステップS6に戻ってさらに閉弁操作を繰返
し、一方検出過熱度が設定過熱度を超えた場合には、ス
テップS7へ移って開弁操作を行なうことになる。

そして上記ステップS8において、カウントされたステッ
プ数が１である場合には、ステップS12にて所定時間だ
け保持し、その後ステップS13にて過熱度を検出すると
共に、次いでステップS14にて検出過熱度と設定過熱度
範囲とを比較する。この結果、検出過熱度が設定範囲内
にあれば、ステップS12に戻ってこの状態を保持し、ま
た検出過熱度が設定過熱度よりも依然として小さい場合
にはステップS6に戻って閉弁操作を繰返す。一方、ステ
ップS14において検出過熱度が設定過熱度を超えるよう
な状態になっている場合には、ステップS15において、
上記ステップS13にて検出した過熱度を記憶する。次い
でステップS16においては、電動膨張弁（５）に対し
て、上記とは逆に、１ステップ分だけ開弁する方向への
パルスを出力して、電動膨張弁（５）を１ステップ分だ
け開弁し、ステップS17において所定時間だけ保持し、
その後ステップS18にて再び過熱度を検出する。そして
ステップS19において、上記において検出した過熱度
と、ステップS15において記憶した過熱度とを比較し、
両者が同じであるか、又は後で検出した過熱度の方が大
である場合には、負荷の変動や運転モードの変更等があ
ったものと判断して最初の制御、すなわちステップS5へ
と戻す。一方ステップS18において検出した過熱度が小
さい場合には、さらにステップS20においてこの検出過
熱度と設定過熱度範囲とを比較する。この結果、検出過
熱度が設定範囲内にある場合には、ステップS3に戻して
この開度を保持し、また検出過熱度が設定過熱度範囲を
まだ超えている場合には、最初の制御（ステップS5）へ
と戻す。そして検出した過熱度が設定過熱度範囲よりも
小さい場合には、第５図に示すステップS21に移り、開
閉制御モードにおける閉弁出力を行なう。

上記ステップS12から上記ステップS20に至る間の過熱度
の変化現象について第６図(a)に基づいて説明すると、
まずステップS6における１ステップ分の出力によって、
検出された過熱度（ステップS13）は、ステップS14にお
いて設定過熱度を超えた状態となっている（第６図(a)
のＥ点）。そしてこの状態から１ステップ分だけ開弁す
ると（ステップS16）、過熱度は低下すると共に（ステ
ップS19）、さらに設定過熱度範囲を超えて小さくなる
（ステップS20）ことになる（第６図(a)のＦ点）。つま
り１ステップ分の開弁を行なった場合には過熱度が設定
過熱度範囲を超えて小さくなり（Ｆ点）、一方これから
１ステップ分の閉弁を行なった場合には過熱度が設定過
熱度範囲を超えて大きくなるような状態になるのである
（Ｇ点）。そしてこのような状態に至った際に、第５図
におけるステップS21において閉弁出力を行なうのであ
る。すなわち、第６図(b)の下側に示すように、電動膨
張弁（５）のパルスモータを、現位置から１ステップ分
だけ閉弁し、サンプリング時間の1/2経過後に１ステッ
プ分だけ開弁する。つまり元位置に復帰させるような電
動膨張弁（５）の作動を、所定時間（ステップS22）だ
け行なわせるのである。そしてこの時間の経過後に、ス
テップS23にて再度過熱度を読み出し、次いでこの検出
過熱度をステップS24にて設定過熱度範囲と比較する。
この結果、検出された過熱度が設定範囲内にある場合に
は、ステップS21へと戻って上記作動を繰返し、一方設
定範囲外となっている場合には、ステップS25にて開閉
制御モードを停止すると共に、初期の制御、つまりステ
ップS5へと戻って上記した一連の作動を繰返す。

上記のような制御を行なった場合にも、前記実施例と同
様に、比較的ステップ角度の大きい電動膨張弁（５）で
あっても、ステップの中間位置になる開度に見かけ上制
御できることになり、そのためパルスモータの分解能を
高めたのと同等の結果を得ることが可能となり、精度の
よい過熱度制御を行なうことが可能となる。

（発明の効果） この発明の電動膨張弁の駆動制御装置においては、上記
のようにステップ制御手段と開閉制御手段とを設け、電
動膨張弁において微少な開度制御を行なう必要のある場
合には、開閉制御手段にて１ステップに相当する開度変
化の中間的な開度変化を得られるようにしてあるので、
比較的ステップ角度の大きいモータを用いた電動膨張弁
であっても精度のよい過熱度制御を行なうことが可能で
ある。また大きな開度制御を行なう必要のある場合に
は、ステップ制御手段にて大きく開度を変化させること
が可能であるため、大きな過熱度変動にも迅速に対処し
得ることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電動膨張弁の駆動制御装置の概略構
成を冷媒回路と共に示す説明図、第２図は上記装置にお
ける作動制御方法の一例のフローチャート図、第３図
(a)は三角波電圧と検出した過熱度電圧との相対位置関
係を説明するための説明図、第３図(b)は上記各位置に
おけるパルスモータへの入力状態を示す説明図、第４図
及び第５図は上記装置における作動制御方法の変更例の
フローチャート図、第６図(a)は上記作動による検出過
熱度の変化状態を示す説明図、第６図(b)はパルスモー
タへの入力状態を示す説明図である。 （５）……電動膨張弁、（８）、（９）、（10）……温
度センサ、（11）……駆動制御装置、（12）……過熱度
検出回路、（16）……判別手段、（18）……ステップ制
御手段、（19）……開閉制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸発した冷媒の過熱度を検出する過熱度検
   出手段（13）と、上記により検出された過熱度が設定過
   熱度に近接した状態であるか否かを判別する判別手段
   （16）と、上記検出された過熱度が設定過熱度から離れ
   た状態であるときには上記設定過熱度と上記検出過熱度
   との差に応じた数のパルスを電動膨張弁（５）に出力し
   て弁開度の制御を所定のサンプリング時間毎に行うステ
   ップ制御手段（18）と、上記検出された過熱度が設定過
   熱度に近接した状態であるときには上記サンプリング時
   間内に電動膨張弁（５）を開方向と閉方向との両方向に
   １ステップ分だけ交互に駆動する開閉制御手段（19）と
   を有することを特徴とする電動膨張弁の駆動制御装置。