| 【発明の名称】 |
制御弁制御方法、制御弁制御装置、及びこの制御弁制御装置を備えた冷凍装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】▲土▼橋 光浩
【氏名】菊入 良夫
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| 【要約】 |
【課題】制御弁の位置出し制御時における弁体と弁座との噛み込み現象を防止できるようにすること。
【解決手段】弁体を弁座に当接して全閉状態とする膨張弁に、駆動電圧のパルスを出力して膨張弁を駆動する膨張弁制御装置２８において、膨張弁が全閉状態にあると予想されるときの駆動電圧のパルスが出力されてから、更に、当該膨張弁を閉弁方向に駆動させるための駆動電圧のパルスが出力されるとき、制御回路３９が、この更に出力される駆動電圧のパルスの電圧値を変動させて、弁体を移動させる膨張弁のステッピングモータ２６の駆動トルクを減少させるよう構成されたものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 弁体が弁座に当接して全閉状態となる制御弁に、当該制御弁を駆動させる駆動電圧又は駆動電流を出力して、上記制御弁を制御する制御弁制御方法において、上記制御弁が全閉状態にあると予想されるときの上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されてから、更に上記制御弁を閉弁方向に駆動させるための上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されるとき、この更に出力される駆動電圧又は駆動電流の値を変動させて、上記弁体を移動させる上記制御弁の駆動力を減少させるよう構成したことを特徴とする制御弁制御方法。
【請求項２】 上記駆動電圧又は上記駆動電流を、ＰＷＭ制御により変動させることを特徴とする請求項１に記載の制御弁制御方法。
【請求項３】 弁体を弁座に当接して全閉状態とする制御弁に駆動電圧又は駆動電流を出力して上記制御弁を制御する制御弁制御装置において、上記制御弁が全閉状態にあると予想されるときの上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されてから、更に上記制御弁を閉弁方向に駆動させるための上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されるとき、この更に出力される駆動電圧又は駆動電流の値を変動させて、上記弁体を移動させる上記制御弁の駆動力を減少させるよう構成されたことを特徴とする制御弁制御装置。
【請求項４】 上記駆動電圧又は上記駆動電流が、ＰＷＭ制御により変動されることを特徴とする請求項３に記載の制御弁制御装置。
【請求項５】 圧縮機、凝縮器、減圧機構及び蒸発器を備えて冷凍サイクルが構成され、上記減圧機構が、上記冷凍サイクルを循環する冷媒の流量を制御する制御弁にて構成される冷凍装置において、上記制御弁を制御する制御弁制御装置は、弁体を弁座に当接して全閉状態となる上記制御弁に駆動電圧又は駆動電流を出力して上記制御弁を制御し、上記制御弁が全閉状態にあると予想されるときの上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されてから、更に上記制御弁を閉弁方向に駆動させるための上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されるとき、この更に出力される駆動電圧又は駆動電流の値を変動させて、上記弁体を移動させる上記制御弁の駆動力を減少させるよう構成されたものであることを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】 上記駆動電圧又は上記駆動電流が、ＰＷＭ制御により変動されることを特徴とする請求項５に記載の冷凍装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御弁、特に開弁及び閉弁動作が電気により実施される電気式制御弁の制御弁制御方法、制御弁制御装置、及びこの制御弁制御装置を備えた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気調和装置等の冷凍装置には、減圧機構として電動式制御弁を用いたものがあり、この電動式制御弁は一般に電動式膨張弁と称される。この電動式制御弁（電動式膨張弁）は、冷凍サイクルを循環する冷媒の流量を制御して、凝縮後の冷媒を減圧させるものであり、空調負荷に応じて弁開度が調整される。
【０００３】このような電動式制御弁では、制御弁制御装置から出力される駆動電圧のパルス数に応じて、制御弁に内蔵のステッピングモータを任意の角度だけ回転させ、この回転量を弁体の弁座に対する進退移動量に変換することにより、弁開度が調整される。
【０００４】ところで、電動式制御弁の作動に伴い、駆動電圧のパルス数と実際の弁開度とが一致しなくなる場合がある。このような場合には、電動式制御弁の全閉位置（全閉状態の弁開度）を駆動電圧の０パルスと一致させる位置出し制御を実施する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この位置出し制御は、電動式制御弁が全閉状態にあると予想されるときの駆動電圧のパルス数に、電動式制御弁をさらに閉弁方向に駆動させるための駆動電圧を数パルス（或いは数十パルス）加えることによって実施される。
【０００６】このため、この位置出し制御を実施した時には、電動式制御弁の弁体が弁座に噛込んで、次に電動式制御弁を開弁方向に駆動させる駆動電圧のパルスが出力されても、電動式制御弁が開弁しなくなる恐れがある。
【０００７】本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、制御弁の位置出し制御時における弁体と弁座との噛込み現象を防止できる制御弁制御方法、制御弁制御装置、及びこの制御弁制御装置を備えた冷凍装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明は、弁体が弁座に当接して全閉状態となる制御弁に、当該制御弁を駆動させる駆動電圧又は駆動電流を出力して、上記制御弁を制御する制御弁制御方法において、上記制御弁が全閉状態にあると予想されるときの上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されてから、更に上記制御弁を閉弁方向に駆動させるための上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されるとき、この更に出力される駆動電圧又は駆動電流の値を変動させて、上記弁体を移動させる上記制御弁の駆動力を減少させるよう構成したことを特徴とするものである。
【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記駆動電圧又は上記駆動電流を、ＰＷＭ制御により変動させることを特徴とするものである。
【００１０】請求項３記載の発明は、弁体を弁座に当接して全閉状態とする制御弁に駆動電圧又は駆動電流を出力して上記制御弁を制御する制御弁制御装置において、上記制御弁が全閉状態にあると予想されるときの上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されてから、更に上記制御弁を閉弁方向に駆動させるための上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されるとき、この更に出力される駆動電圧又は駆動電流の値を変動させて、上記弁体を移動させる上記制御弁の駆動力を減少させるよう構成されたことを特徴とするものである。
【００１１】請求項４記載の発明は、請求項３に記載の発明において、上記駆動電圧又は上記駆動電流が、ＰＷＭ制御により変動されることを特徴とするものである。
【００１２】請求項５記載の発明は、圧縮機、凝縮器、減圧機構及び蒸発器を備えて冷凍サイクルが構成され、上記減圧機構が、上記冷凍サイクルを循環する冷媒の流量を制御する制御弁にて構成される冷凍装置において、上記制御弁を制御する制御弁制御装置は、弁体を弁座に当接して全閉状態となる上記制御弁に駆動電圧又は駆動電流を出力して上記制御弁を制御し、上記制御弁が全閉状態にあると予想されるときの上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されてから、更に上記制御弁を閉弁方向に駆動させるための上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されるとき、この更に出力される駆動電圧又は駆動電流の値を変動させて、上記弁体を移動させる上記制御弁の駆動力を減少させるよう構成されたものであることを特徴とするものである。
【００１３】請求項６記載の発明は、請求項５に記載の発明において、上記駆動電圧又は上記駆動電流が、ＰＷＭ制御により変動されることを特徴とするものである。
【００１４】請求項１乃至６に記載の発明には、次の作用がある。
【００１５】制御弁が全閉状態にあると予想されるときの上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されてから、更に上記制御弁を閉弁方向に駆動させるための上記駆動電圧又は上記駆動電流が出力されるとき、この更に出力される駆動電圧又は駆動電流の値を変動させて、上記弁体を移動させる上記制御弁の駆動力を減少させることから、制御弁の弁体を、当該制御弁が全閉状態にあると予想される状態から更に閉弁方向へ移動させる制御弁の位置出し制御時に、弁体が弁座に当接する力を低減できるので、この位置出し制御時における弁体と弁座との噛込み現象を防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る冷凍装置の一実施の形態が適用された空気調和装置を示す全体構成図である。
【００１７】この図１に示すように、冷凍装置としての空気調和装置１０は、室外機１１及び室内機１２を有してなり、室外機１１の室外冷媒配管１４と室内機１２の室内冷媒配管１５とが連結されている。
【００１８】室外機１１は室外に設置され、室外冷媒配管１４には圧縮機１６が配設され、この圧縮機１６の吸込側にアキュムレータ１７が、吐出側に四方弁１８がそれぞれ配設され、この四方弁１８側に室外熱交換器１９、室外膨張弁２４、レシーバタンク２５が順次配設されて構成される。室外熱交換器１９には、この室外熱交換器１９へ向かって送風する室外ファン２０が隣接して配置されている。
【００１９】一方、室内機１２は室内に設置され、室内冷媒配管１５に室内熱交換器２１が配設されるとともに、室内冷媒配管１５において室内熱交換器２１の近傍に室内膨張弁２２が配設されて構成される。上記室内熱交換器２１には、この室内熱交換器２１へ送風する室内ファン２３が隣接して配置されている。尚、符号１３はリモートコントローラである。
【００２０】上記四方弁１８が切り替えられることにより、空気調和装置１０が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、制御装置１３が四方弁１８を冷房側に切り替えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２１が蒸発器になって冷房運転状態となり、各室内熱交換器２１が室内を冷房する。また、四方弁１８が暖房側に切り替えられることにより、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器２１が凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器になって暖房運転状態となり、各室内熱交換器２１が室内を暖房する。
【００２１】室外膨張弁２４及び室内膨張弁２２は、電動式制御弁として機能する電動式膨張弁である。これらの室外膨張弁２４及び室内膨張弁２２は、空気調和装置１０内を流れる冷媒の流量を制御して、凝縮後の冷媒を減圧させるものである。空気調和装置１０の冷房運転時には、室外膨張弁２４は全開操作されるが、室内膨張弁２２は空調負荷に応じて弁開度が調整される。また、空気調和装置１０の暖房運転時には、室外膨張弁２４及び室内膨張弁２２は、空調負荷に応じてそれらの弁開度が調整される。
【００２２】これらの室外膨張弁２４及び室内膨張弁２２は、図２に示すように、ステッピングモータ２６の駆動力（つまり、駆動トルク）により弁体２７が軸方向に直線移動されて、弁開度が調整されるものであり、これらの室外膨張弁２４、室内膨張弁２２のそれぞれが図３に示す、制御弁制御装置としての膨張弁制御装置２８により制御される。
【００２３】図２に示すように、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２のそれぞれは、本体２９、弁体２７、弁座３０及びステッピングモータ２６を有して構成される。本体２９には、入口継手３１と出口継手３２に連通する流路３３が形成されるとともに、この流路３３において弁体２７の先端部を臨む位置に弁座３０が突設される。弁体２７の基端部は弁座３０に対応して位置し、この弁体２７の先端部に雄ねじ部３４が固着される。これらの雄ねじ部３４と弁体２７との少なくとも一方は、本体２９に対し軸方向に移動可能で、軸廻りに回転不能に構成される。また、ステッピングモータ２６は、コイル３５を備えたステータ３６と、ロータ３７とを有してなる。ロータ３７の内周に、雄ねじ部３４に螺合する雌ねじ部３８が固着される。
【００２４】このステッピングモータ２６におけるステータ３６のコイル３５へ、膨張弁制御装置２８から後述の如く駆動電圧のパルスが出力されると、このパルス数に応じて、ロータ３７が任意の角度だけ回転して駆動し、この回転量が雌ねじ部３８及び雄ねじ部３４の作用で、弁体２７の進退移動量に変換される。これにより、弁体２７の先端部が弁座３０に対し進退移動して、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２の弁開度が調整される。
【００２５】上記膨張弁制御装置２８は、図３に示すように、制御回路３９、パルス発生回路４０及び駆動回路４１を有して構成される。制御回路３９は、ステッピングモータ２６の回転方向及び速度等を制御し、さらに室外膨張弁２４、室内膨張弁２２の位置出し制御（後述）を実施する。また、パルス発生回路４０は、制御回路３９からの信号に基づき駆動電圧のパルスを発生させ、このパルスをステータ３６におけるたとえば４つのコイル３５へ、順序良く配分して出力する。また、駆動回路４１は、駆動電圧のパルスを増幅、たとえば５Ｖから１２Ｖへ増幅して各コイル３５へ出力する。この駆動回路４１から室外膨張弁２４、室内膨張弁２２におけるコイル３５へ出力される駆動電圧のパルス波形（１相分）を図５（Ａ）に示す。
【００２６】ところで、空気調和装置１０の電源投入時（つまり電源イニシャル時）には、膨張弁制御装置２８の制御回路３９が、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２を駆動させるための駆動電圧のパルス数を認識していない。また、空気調和装置１０の運転中に室外膨張弁２４、室内膨張弁２２の作動に伴って、膨張弁制御装置２８から出力される駆動電圧のパルス数と、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２の実際の弁開度とが一致しなくなる場合がある。
【００２７】そこで、このような場合には、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２の全閉位置（全閉状態の弁開度）を駆動電圧の０パルスと一致させる位置出し制御を実施する必要がある。
【００２８】電源イニシャル時には、室外膨張弁２４及び室内膨張弁２２の両者を位置出し制御する必要がある。また、リモートコントローラ１３により室内機１２を運転状態から停止させたときには、室内膨張弁２２を位置出し制御する。更に、例えば、複数台の全ての室内機１２が停止状態となって、圧縮機１６が駆動状態から停止状態となった時には、特殊運転等により停止する場合を除き、室外膨張弁２４を位置出し制御する。
【００２９】この位置出し制御は、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２が全閉状態にあると予想されるときにおける膨張弁制御装置２８から出力された駆動電圧のパルス数に、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２を更に閉弁方向に駆動させるための駆動電圧をαパルス（数パルス〜数十パルス）出力することによって実施される。このαパルスは、駆動電圧のパルスと室外膨張弁２４、室内膨張弁２２の実際の弁開度とのずれ（不一致）を補正するためのものである。
【００３０】次に、膨張弁制御装置２８によってなされる上述の位置出し制御を、図４を用いて詳説する。
【００３１】膨張弁制御装置２８の制御回路３９は、位置出し制御の開始条件が成立しているか否か、つまり、空気調和装置１０への電源イニシャル時であるか否か、圧縮機１６が駆動状態から停止状態になったか否か、または、室内機１２が運転状態から停止状態になったか否かをそれぞれ判定する（Ｓ１）。
【００３２】膨張弁制御装置２８の制御回路３９は、この位置出し制御の開始条件が成立していない時には、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２の位置出し制御を実施せず、上記開始条件が成立している時には、次に上記開始条件が電源イニシャル時であるか否かを判定する（Ｓ２）。
【００３３】膨張弁制御装置２８の制御回路３９は、位置出し制御の開始条件が電源イニシャル時である場合には、現在の駆動電圧のパルス数を認識していないので、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２を全開状態とする駆動電圧のパルス数（４８０パルス）に前記αパルスを加算したパルス数を、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２の位置出しのための駆動電圧のパルス数（このパルス数を「位置出しパルス」という。）とする（Ｓ３）。つまり、（位置出しパルス）＝（４８０（全開パルス））＋α。制御回路３９は、この位置出しパルスに基づき、０パルスの位置を新たに設定する。
【００３４】また、膨張弁制御装置２８の制御回路３９は、位置出し制御の開始条件が電源イニシャル時以外の、上述の圧縮機１６または室内機１２の停止の場合には、現在の駆動電圧のパルス数を認識しているので、この現在の駆動電圧のパルス数に前記αパルスを加算したパルス数を、位置出しパルスとする（Ｓ４）。つまり、（位置出しパルス）＝（現在の駆動電圧のパルス数）＋α。制御回路３９は、この位置出しパルスに基づき、０パルス位置を新たに設定する。
【００３５】次に、膨張弁制御装置２８の制御回路３９は、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２のステッピングモータ２６へ現在出力されている駆動電圧のパルスが、αパルス以上であるか否かを判定する（Ｓ５）。このαパルスは、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２が全閉状態にあると予想される時の駆動電圧のパルスである。従って、現在の駆動電圧のパルスがαパルス以上である場合とは、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２が全閉状態であると予想される弁開度よりも開弁方向にある場合をいう。また、現在の駆動電圧のパルスがαパルス以下である場合とは、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２が全閉状態であると予想される弁開度よりも閉弁方向にある場合をいう。
【００３６】膨張弁制御装置２８の制御回路３９は、現在の駆動電圧のパルスがαパルス以上であるときに、通常の弁操作時に出力される駆動電圧のパルスを出力する（Ｓ６）。このときの駆動電圧のパルスは、図５（Ａ）に示すように電圧値を例えば１２Ｖとして、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２のステッピングモータ２６に生ずる駆動トルクを、図６に示すように約３００ｇ-ｃｍとするものである。
【００３７】膨張弁制御装置２８の制御回路３９は、現在の駆動電圧のパルスがαパルス以下、つまりαパルスを越えて更に室外膨張弁２４、室内膨張弁２２を閉弁方向に駆動させるものであるときには、リニアトルク制御を実施する（Ｓ７）。このリニアトルク制御は、制御回路３９が、膨張弁制御装置２８から出力される駆動電圧の１つのパルスのパルス幅を、図５（Ｂ）に示すように変更させて複数のパルスとし（これをＰＷＭ（パルス幅変調）という。）、これにより、膨張弁制御装置２８から出力される駆動電圧のパルスの平均電圧値を、図５（Ｃ）に示すように、例えば７Ｖに減少させるものである。
【００３８】このため、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２のステッピングモータ２６にて生ずる駆動力としての駆動トルクは、図６に示すように減少し、従って、弁体２７が弁座３０に当接する力が低減される。
【００３９】膨張弁制御装置２８の制御回路３９は、位置出し制御時において、この膨張弁制御装置２８から出力される駆動電圧のパルスが位置出しパルスとなったか否かを判定し（Ｓ８）、駆動電圧のパルスが位置出しパルスとなった時点で位置出し制御を終了する。
【００４０】従って、上記実施の形態によれば、次の効果を奏する。
【００４１】膨張弁制御装置２８は、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２が全閉状態にあると予想されるときの駆動電圧のパルスを出力してから、更に室外膨張弁２４、室内膨張弁２２を閉弁方向に駆動させるための駆動電圧のパルスを出力するとき、この更に出力する駆動電圧の電圧値を変動（減少）させて、弁体２７を移動させる室外膨張弁２４、室内膨張弁２２におけるステッピングモータ２６の駆動トルクを減少させることから、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２の弁体２７を、この室外膨張弁２４、室内膨張弁２２が全閉状態と予想される状態から更に閉弁方向へ移動させる室外膨張弁２４、室内膨張弁２２の位置出し制御時に、弁体２７が弁座３０に当接する力を低減できる。この結果、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２の位置出し制御時における弁体２７と弁座３０との噛込み現象を防止できるので、次に室外膨張弁２４、室内膨張弁２２を開弁方向に駆動させる駆動電圧のパルスが膨張弁制御装置２８から出力された時、これらの室外膨張弁２４、室内膨張弁２２を良好に開弁させることができる。
【００４２】以上、一実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４３】例えば、膨張弁制御装置２８から出力される駆動電圧のパルスの電圧値を、ＰＷＭ制御を用いて減少させるものを述べたが、コンバータを使用して膨張弁制御装置２８の駆動回路４１から出力される駆動電圧のパルスを直接所定の電圧値に減少させるようにしてもよい。
【００４４】また、上記実施の形態では、位置出し制御において、電源イニシャル時の位置出しパルスを、４８０（全開パルス）にαパルスを加算した値として算出したが、空気調和装置１０への電源遮断直前において、膨張弁制御装置２８から室外膨張弁２４、室内膨張弁２２のステッピングモータ２６へ出力されている駆動電圧のパルスを、例えば制御回路３９に内蔵の不揮発性メモリに記憶させることにより、制御回路３９は、電源イニシャル時においても、その時点における駆動電圧のパルスを認識できる。従って、この電源イニシャル時における室外膨張弁２４、室内膨張弁２２の位置出し制御においても、位置出しパルスを、電源イニシャル時以外の場合と同様に決定でき、室外膨張弁２４、室内膨張弁２２における弁体２７と弁座３０との噛み込み防止を確実化できる。
【００４５】更に、上記実施の形態では、電気式制御弁として電動式制御弁（電動式膨張弁）の場合を述べたが、電磁式制御弁の場合にも本発明を適用できる。この場合には、制御弁制御装置は、電磁式制御弁を駆動するための駆動電流の出力を制御し、弁体を移動させる駆動力を減少させてリニアトルク制御を実施する。
【００４６】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明に係る制御弁制御方法、請求項３に記載の発明に係る制御弁制御装置、請求項５に記載の発明に係る冷凍装置によれば、制御弁が全閉状態にあると予想されるときの駆動電圧または駆動電流が出力されてから、更に当該制御弁を閉弁方向に駆動させるための駆動電圧又は駆動電流が出力されるとき、この更に出力される駆動電圧又は駆動電流の値を変動させて、弁体を駆動させる制御弁の駆動力を減少させることから、位置出し制御時に弁体が弁座に当接する力を低減できるので、この位置出し制御時における弁体と弁座との噛み込み現象を防止できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１２月４日（１９９８．１２．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９１８２３
【弁理士】
【氏名又は名称】櫛渕 昌之 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１７１１０６（Ｐ２０００−１７１１０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年６月２３日（２０００．６．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３４５０７６ |
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