JP2003287291A

JP2003287291A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2003287291A
Application number: JP2002088622A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Koyanagi; 良文小柳
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の蒸発器としてプレート式熱交換器を使
用した冷凍装置は、被冷却媒体のプレート式熱交換器内
での凍結により不具合が生じる場合があった。【解決手段】蒸発器としてプレート式熱交換器使用の
冷凍装置であって、被冷却媒体の温度またはそれと関連
する代替特性を所定時間毎に計測手段で計測し、その結
果から所定時間後の被冷却媒体の温度または代替特性の
値を予測し、この予測値が凍結異常設定値以下となる場
合に、冷凍装置の運転を停止するようにしたので、確実
にプレート式熱交換器の凍結による不具合が防止でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蒸発器としてプ
レート式熱交換器を有する冷凍サイクルを用いた冷凍装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の冷凍装置の冷媒回路構成図
である。図７において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は
弁開度制御可能な膨張弁、４は被冷却媒体の水（または
ブライン）を冷却する為に冷媒の蒸発器として機能する
プレート式熱交換器、７はプレート式熱交換器４の被冷
却媒体出口温度を検出する温度検出器、１２は制御装置
で、温度検出器７の計測値が入力されるとともに、入力
された計測値と予め設定した凍結異常温度との比較及び
凍結異常温度以下の場合、冷凍装置を停止させる制御装
置である。

【０００３】次に、上記した従来装置における冷媒の流
れについて説明する。図７において、圧縮機１から吐出
された冷媒は、凝縮機２にて凝縮した後、膨張弁３によ
り減圧されて、プレート熱交換器４へ流入する。プレー
ト熱交換器で被冷却媒体と熱交換し、蒸発した冷媒は圧
縮機１にもどる。図７において、矢印で上記の冷媒の流
れを示す。

【０００４】ここで、蒸発圧力低下によりプレート式熱
交換器４の内部で水（またはブライン）が凍結すること
に起因するプレート式熱交換器４のパンクや冷凍能カの
低下を防止する為に、温度検出器７で計測した温度を制
御装置１２に入カしてプレート式熱交換器４の水（また
はプライン）側出口温度が設定した凍結異常温度以下に
なった場合、制御装置１２にて冷凍装置の運転を停止す
る。

【０００５】制御装置１２の制御は図８に示すように、
次のように行われる。ステップＳ２で、温度検出器７が
被冷却媒体の温度を測定し、制御装置１２に入力する。
ステップＳ３で、制御装置１２は、入力された測定値と
記憶している凍結異常温度を比較する。計測値が凍結異
常温度以下であれば、ステップＳ４で、冷凍装置の停止
指令をだす。又、凍結異常温度より高ければ、ステップ
Ｓ２へ戻る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の冷凍装置は以上
のように構成されているので、下記のような問題があっ
た。即ち、従来のプレート式熱交換器の凍結保護制御は
異常回避制御ではなく、プレート式熱交換器４の水（プ
ライシ）側出口温度が設定値に至った時点で冷凍機を異
常停止させる制御であるため、プレート式熱交換器が停
止前に凍結してしまう不具合があった。また、異常停止
が一旦作動すると自動復帰しないという問題があった。

【０００７】本発明は上記した問題点を改善するために
なされたものであり、プレート式熱交換器内部における
被冷却媒体の凍結によるプレート式熱交換器のパンク事
故発生を未然に防ぐ冷凍装置の提供を目的とする。ま
た、直接被冷却媒体の温度を測定しなくても、代替特性
を測定することにより、被冷却媒体の凍結によるプレー
ト式熱交換器のパンク事故発生を未然に防ぐ冷凍装置の
提供を目的とする。また、プレート式熱交換器の凍結異
常による冷凍装置の停止を回避でき、自動復帰しない等
の問題を生じない冷凍装置の提供を目的とする。また、
被冷却媒体として、ブライン使用可能な冷凍装置の提供
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するため手段】本発明の請求項１に係わる
冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、被冷却媒体と熱
交換し、蒸発器として機能するプレート式熱交換器を冷
媒配管で接続して冷媒回路を構成する冷凍装置におい
て、被冷却媒体の温度又はそれと関連する代替特性を所
定時間毎に計測する計測手段と、計測手段が計測する計
測値を入力され、所定時間後の被冷却媒体の温度又代替
特性の値を予測し、該予測値が所定の凍結異常設定値以
下となる場合に、冷凍装置の運転を停止させる制御装置
とを備えたものである。

【０００９】また、請求項２の冷凍装置は、請求項１の
冷凍装置において、被冷却媒体と関連する代替特性を圧
縮機の吸入圧力としたものである。

【００１０】また、請求項３の冷凍装置は、請求項１の
冷凍装置において、被冷却媒体と関連する代替特性を圧
縮機の吸込温度としたものである。

【００１１】また、請求項４の冷凍装置は、請求項１の
冷凍装置において、被冷却媒体と関連する代替特性を圧
縮機運転電流としたものである。

【００１２】また、請求項５の冷凍装置は、請求項１か
ら請求項４のいずれかの冷凍装置において、制御装置
は、予測値が凍結異常設定値以下となると予測した場合
に、圧縮機の容量を所定量低減させるものである。

【００１３】また、請求項６の冷凍装置は、請求項５の
冷凍装置において、圧縮機の容量を所定量低減させた後
の次の計測による予測値が、凍結異常設定値以下となる
場合、制御装置は冷凍装置の運転を停止させるものであ
る。

【００１４】また、請求項７の冷凍装置は、請求項１か
ら請求項６のいずれかの請求項の冷凍装置において、被
冷却媒体としてブラインを使用するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１.図１は、本発明の
実施の形態１に係わる冷凍装置の冷媒回路構成図であ
り、図２は、同じく冷凍装置の制御装置の制御を説明す
る説明図であり、又図３は、同じく冷凍装置の制御装置
の制御フローを示す図である。従来の技術と同一又は相
当するものは同一の符号を付し、説明を省略する。

【００１６】これらの図において、５は、膨張弁３の開
度制御用の温度検出器、６は、膨張弁開度制御用の圧力
検出器、８は、冷凍装置の制御装置であり、制御部８
ａ、比較部８ｂ及び第１演算部８ｃを備えている。冷媒
の流れは、従来の技術の図７と同じであるので、説明を
省略する。

【００１７】以下、凍結保護制御について記す。計測手
段である温度検出器７は、一定間隔Δｔ分、即ち、所定
時間毎に、被冷却媒体の出口温度を測定し、測定値Ｔ℃
を制御装置８の比較部８ｂに送る。比較部８ｂは入力さ
れた測定値Ｔ℃と記憶している凍結異常設定値Ｔ１℃
（安全をみて、被冷却媒体の凍結温度より所定温度高い
温度に設定する）とを比較し、測定値Ｔ℃が凍結異常設
定値Ｔ１℃以下となると、制御部８ａにその結果を送
り、制御部８ａは入力結果により冷凍装置の運転をの停
止指令をだす。これは従来と同じ凍結保護制御である。

【００１８】本実施の形態では、上記の凍結保護制御に
加えて、更に次の制御を行う。温度検出器７は、一定間
隔Δｔ分、即ち、所定時間毎に、被冷却媒体の出口温度
を測定し、測定値Ｔ℃を制御装置８の第１演算部８ｃに
送る。第１演算部８ｃは入力された測定値Ｔ℃を記憶
し、ｉ回目の測定値Ｔ_i℃と（ｉ−１）回目の測定値Ｔ
_i-1℃とから所定時間ｔ分経過後、即ち、所定時間後の
被冷却媒体の出口温度Ｔｔ℃を直線近似により予測す
る。予測した時点からｔ分後の予測温度Ｔｔ℃が凍結異
常設定値Ｔ１℃になる場合、予測した時点からｔ分後に
凍結異常として冷凍装置を停止する。又、ｔ分経過する
前に凍結異常設定値Ｔ１℃以下になる場合は、予測した
時点で冷凍装置の運転を停止する。

【００１９】図２により前記の制御を説明する。予測点
Ａでは、のようにｔ分後の被冷却媒体の演算予測温度
は、凍結異常設定温度Ｔ１より大である。次いで、予測
点Ｂでは、に示すように、ｔ分後の予測温度は丁度Ｔ
１となる。そこで、予測時点からｔ分後に冷凍装置を停
止とする。又、予測点Ｃでは、ｔ分後の予測温度はＴ１
より小さくなる。そこで、ｔ分経過する前に凍結異常設
定値Ｔ１℃以下となるので、予測点Ｃで冷凍装置の運転
を停止する。

【００２０】図２の場合は、測定の間隔Δｔが予測時間
ｔより小さくしているため、予測点Ｂの予測による停止
前に、予測点Ｃの予測により停止したように、測定の間
隔Δｔを予測時間ｔより小さくすることにより、次回の
予測の結果が制御に反映でき、温度変化が大きい場合等
はプレート式熱交換器の凍結を事前に予測対応でき、制
御効果が大きい。但し、測定の間隔Δｔを予測時間ｔよ
り大きくしてもよく、このようにしても従来の測定間隔
が同じであれば、予測制御のため従来の凍結保護制御よ
り効果は大きい。

【００２１】上記の予測温度演算による制御フローは、
図３に示すように、ステップＳ２で、圧縮機運転中即
ち、冷凍装置が運転中であれば、ステップＳ３で、前回
の測定からΔｔ分経過すると、即ち、温度計測時間にな
ると、温度検出器７は温度測定を行い、測定値を第１演
算部に送る。ステップＳ５で、第１演算部は、直線近似
によりｔ分後の予測値を演算し、その結果を制御部８ａ
に送る。制御部８ａは、ステップＳ６で、予測値Ｔｔ℃
と凍結異常設定値Ｔ１℃とを比較し、ステップＳ７で、
前記のように停止指令をだす。

【００２２】本実施の形態では、被冷却媒体の出口温度
を所定の間隔で計測し、計測時点で所定時間後の凍結異
常予測を行うので、凍結異常に至る前に、確実に冷凍装
置を停止でき、プレート式熱交換器４の内部で水（また
はブライン）が凍結することに起因するプレート式熱交
換器４のパンクや冷凍能カの低下を防止できる。又従来
の凍結防止制御も合せて行うので、二重の保護策を実施
することにより、冷凍装置の信頼性が向上する。

【００２３】前記の予測値の演算は、直線近似は比較的
演算が容易であるが、直線近似に限定することなく、３
測定点以上による曲線近似により、より近似制度を上げ
てもよい。また、本実施の形態では、二重の保護策を実
施しているが、従来の凍結異常制御は行わず、本実施の
形態特有の凍結異常予測制御のみを行っても、充分プレ
ート式熱交換器４のパンクや冷凍能カの低下を防止でき
る。

【００２４】実施の形態２.図４は本発明の実施の形態
２に係る冷凍装置を示す冷媒回路構成図であり、図５は
同じく冷凍装置の制御装置の代替特性を計測による制御
フローである。本実施の形態では、図４に示すように、
制御装置８に、第２演算部８ｄを設置し、冷凍装置の運
転状態の特性の計測値をサンプリングし、第２演算部８
ｄで凍結異常予測を行うことである。その他の構成は実
施の形態１と同じである。

【００２５】冷凍装置の運転状態を示す特性としては、
圧縮機の吸入圧力、圧縮機の吸込温度又は圧縮機運転電
流とし、これらとプレート式熱交換器４の被冷却媒体の
出口温度との関係を予め記録しておき、凍結異常の出口
温度に相当する圧縮機の吸入圧力、圧縮機の吸込温度又
は圧縮機運転電流を凍結異常設定値ＬＰとして設定（安
全をみて、被冷却媒体の凍結温度より所定温度高い温度
に相当する設定値とする）し、第２演算部に記憶してお
く。即ち、プレート式熱交換器４の被冷却媒体の出口温
度に関連する代替特性として、圧縮機の吸入圧力、圧縮
機の吸込温度又は圧縮機運転電流を選定する。

【００２６】冷凍装置運転中は、従来の被冷却媒体のプ
レート式熱交換器の出口温度の検知による凍結保護制御
に加え、冷凍装置運転中の前記の特性デ一タを一定間隔
△ｔ分で、即ち、所定時間毎にサンプリングする。制御
装置８にて、ｉ回目にサンプリングした特性データの計
測値ＬＰ_iと（ｉ−１）回目にサンプリングした特性デ
ー夕の計測値ＬＰ_i-1より一定時間ｔ分経過後、即ち、
所定時間後の運転データ計測値を直線近似により予測す
る。予測した時点からｔ分後の予測値が凍結異常設定値
ＬＰになる場合、予測した時点からｔ分後に凍結異常と
して冷凍装置を停止する。又、ｔ分経過する前に凍結異
常設定値ＬＰ以下になる場合は、予測した時点で冷凍装
置の運転を停止する。

【００２７】具体的には、図４の冷媒回路図において、
圧縮機の吸込温度を計測する計測手段である温度検出器
５（実施の形態１に記載のように膨張弁３の開度制御用
の温度検出器でもある）、圧縮機の吸入圧力を計測する
計測手段である圧力検出器６（実施の形態１に記載のよ
うに膨張弁３の開度制御用の圧力検出器でもある）又は
圧縮機運転電流を計測する計測手段である計測器（図示
なし）の計測値を第２演算部８ｄに送り、第２演算部８
ｄにおいて、実施の形態１の第１演算部８ｃが計測温度
に関して行ったと同様に、ｔ分後の直線近似値の演算、
これを入力された制御部８ａの近似値とそれぞれの特性
の凍結異常設定値ＬＰとの関係による冷凍装置の運転停
止指令の発令等制御装置８による制御は実施の形態と同
じである。また、測定間隔Δｔと予測時間ｔとの大小関
係似ついても、実施の形態１と同じである。

【００２８】図５の制御フローは、代替特性として、圧
力検出器６の圧縮機吸入圧力の計測の例を記載している
が、これも実施の形態１と同様である。また、他の代替
特性に関しても同じである。

【００２９】図６は、本実施の形態の制御装置８の三種
の凍結保護制御の関係を示すフローチャートである。図
において、制御装置８は、ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５、
Ｓ６に示すように、被冷却媒体の温度による凍結異常制
御、被冷却媒体の温度による凍結異常予測制御、代替特
性による凍結異常予測制御の順に凍結異常がある場合
は、冷凍装置の運転を停止する。

【００３０】本実施の形態では、冷凍装置の運転状態を
示す特性を選択し、所定の間隔Δｔで計測し、計測時点
で所定時間ｔ後の凍結異常予測を行うので、凍結異常に
至る前に、確実に冷凍装置を停止でき、プレート式熱交
換器４の内部で水（またはブライン）が凍結することに
起因するプレート式熱交換器４のパンクや冷凍能カの低
下を防止できるのは実施の形態１と同じである。又本実
施の形態は、実施の形態１の凍結保護制御に加えて、被
冷却媒体の温度の代替特性の制御も合せて行うので、三
重の保護策を実施することにより、冷凍装置の信頼性が
向上する。

【００３１】前記の予測値の演算は、直線近似は比較的
演算が容易であるが、直線近似に限定することなく、３
測定点以上による曲線近似により、より近似制度を上げ
てもよい。また、本実施の形態では、二重の保護策を実
施しているが、従来の凍結異常制御及び実施の形態１の
凍結異常制御は行わず、本実施の形態特有の凍結異常予
測制御のみを行っても、充分プレート式熱交換器４のパ
ンクや冷凍能カの低下を防止できる。

【００３２】実施の形態３.本実施の形態の冷凍装置
は、実施の形態１又は実施の形態２の凍結異常予測制御
において、凍結異常を予測した場合、冷凍装置の運転を
停止するように制御するのではなく、凍結異常を予測し
た時点で圧縮機の容量制御を実施するものである。その
他の構成は、実施の形態１又は実施の形態２と同じであ
る。

【００３３】具体的には、次のように行う。実施の形態
１の図３において、ステップＳ６で、予測値Ｔｔが凍結
異常設定値Ｔ１以下であれば、圧縮機のその時の運転容
量から容量を所定量低減する容量制御を行う。又、実施
の形態２のステップＳ６で、予測値ＬＰｔが凍結異常設
定値ＬＰ１以下であれば、圧縮機のその時の運転容量か
ら容量を所定量低減する容量制御を行う。従来の冷凍装
置では、凍結異常設定値に至るまで通常運転を継続する
為、一旦凍結保護装置が作動すると異常停止とする為、
自動復帰しないが、本実施の形態では事前に予測した時
点で圧縮機の容量制御を実施するため、凍結異常による
冷凍装置停止を回避することができる。

【００３４】更に、１回目の凍結異常を予測した場合、
上記の圧縮機の容量制御を行い、次の計測により２回目
の凍結異常を予測した場合は、冷凍装置の運転を停止さ
せるようにしてもよい。このようにすれば、冷凍装置の
不要な運転停止を防止でき、かつ、プレート式熱交換器
の凍結破壊を防止できる。

【００３５】上記の実施の形態１、２に記載の制御装置
８は、比較部８ｂ、第１演算部８ｃ、第２演算部、制御
部８ａ等の構成としているが、かならずしもこの構成に
限定されず、本発明の趣旨に適うものであればよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の請求項１
に係わる冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、被冷却
媒体と熱交換し、蒸発器として機能するプレート式熱交
換器を冷媒配管で接続して冷媒回路を構成する冷凍装置
において、被冷却媒体の温度又はそれと関連する代替特
性を所定時間毎に計測する計測手段と、計測手段が計測
する計測値を入力され、所定時間後の被冷却媒体の温度
又代替特性の値を予測し、該予測値が所定の凍結異常設
定値以下となる場合に、冷凍装置の運転を停止させる制
御装置とを備えたので、プレート式熱交換器が凍結異常
に至る前に、確実に冷凍装置を停止でき、プレート式熱
交換器４の内部で被冷却媒体が凍結することに起因する
プレート式熱交換器４のパンクや冷凍能カの低下を防止
できる。

【００３７】また、請求項２の冷凍装置は、請求項１の
冷凍装置において、被冷却媒体と関連する代替特性を圧
縮機の吸入圧力としたので、直接被冷却媒体の温度を測
定しなくても、代替特性として圧縮機の吸入圧力を測定
することにより、プレート式熱交換器４の内部で被冷却
媒体が凍結することに起因するプレート式熱交換器４の
パンクや冷凍能カの低下を防止できる。

【００３８】また、請求項３の冷凍装置は、請求項１の
冷凍装置において、被冷却媒体と関連する代替特性を圧
縮機の吸込温度としたので、直接被冷却媒体の温度を測
定しなくても、代替特性として圧縮機の吸込温度を測定
することにより、プレート式熱交換器４の内部で被冷却
媒体が凍結することに起因するプレート式熱交換器４の
パンクや冷凍能カの低下を防止できる。

【００３９】また、請求項４の冷凍装置は、請求項１の
冷凍装置において、被冷却媒体と関連する代替特性を圧
縮機運転電流としたので、直接被冷却媒体の温度を測定
しなくても、代替特性として圧縮機運転電流を測定する
ことにより、プレート式熱交換器４の内部で被冷却媒体
が凍結することに起因するプレート式熱交換器４のパン
クや冷凍能カの低下を防止できる。

【００４０】また、請求項５の冷凍装置は、請求項１か
ら請求項４のいずれかの冷凍装置において、制御装置
は、予測値が凍結異常設定値以下となると予測した場合
に、圧縮機の容量を所定量低減させるので、従来の冷凍
装置では、凍結異常設定値に至るまで通常運転を継続す
る為、一旦凍結保護装置が作動すると異常停止とする
為、自動復帰しないが、本実施の形態では事前に予測し
た時点で圧縮機の容量制御を実施するため、凍結異常に
よる冷凍装置停止を回避でき、自動復帰しない等の問題
を生じない。

【００４１】また、請求項６の冷凍装置は、請求項５の
冷凍装置において、圧縮機の容量を所定量低減させた後
の次の計測による予測値が、凍結異常設定値以下となる
場合、制御装置は冷凍装置の運転を停止させるので、請
求項５の効果に加えて、確実にプレート式熱交換器４の
内部で被冷却媒体が凍結することに起因するプレート式
熱交換器４のパンクや冷凍能カの低下を防止できる。

【００４２】また、請求項７の冷凍装置は、請求項１か
ら請求項６のいずれかの請求項の冷凍装置において、被
冷却媒体としてブラインを使用するので、ブラインを使
用してもプレート式熱交換器４の内部で被冷却媒体が凍
結することに起因するプレート式熱交換器４のパンクや
冷凍能カの低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の冷凍装置の冷媒回路
図である。

【図２】本発明の実施の形態１の冷凍装置の制御装置
の制御を説明する説明図である。

【図３】本発明の実施の形態１の冷凍装置の制御装置
の制御を示すフローチャートである。

【図４】本発明の実施の形態２の冷凍装置の冷媒回路
図である。

【図５】本発明の実施の形態２の冷凍装置の制御装置
の制御を示すフローチャートである。

【図６】本発明の実施の形態２の制御装置の三種の凍
結保護制御の関係を示すフローチャートである。

【図７】従来の冷凍装置の冷媒回路構成図である。

【図８】従来の冷凍装置の制御装置の制御を示すフロ
ーチヤートである。

【符号の説明】

１圧縮機、２凝縮器、３膨張弁、４プレート式
熱交換器、５、６、７計測手段、８制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、凝縮器、膨張弁、被冷却媒体と
熱交換し、蒸発器として機能するプレート式熱交換器を
冷媒配管で接続して冷媒回路を構成する冷凍装置におい
て、前記被冷却媒体の温度又はそれと関連する代替特性を所
定時間毎に計測する計測手段と、前記計測手段が計測する計測値を入力され、所定時間後
の前記被冷却媒体の温度又前記代替特性の値を予測し、
該予測値が所定の凍結異常設定値以下となる場合に、冷
凍装置の運転を停止させる制御装置とを備えたことを特
徴とする冷凍装置。
【請求項２】前記被冷却媒体と関連する代替特性が圧
縮機の吸入圧力であることことを特徴とする請求項１記
載の冷凍装置。
【請求項３】前記被冷却媒体と関連する代替特性が圧
縮機の吸込温度であることことを特徴とする請求項１記
載の冷凍装置。
【請求項４】前記被冷却媒体と関連する代替特性が圧
縮機運転電流であることことを特徴とする請求項１記載
の冷凍装置。
【請求項５】前記制御装置は、前記予測値が凍結異常
設定値以下となると予測した場合に、圧縮機の容量を所
定量低減させることを特徴とする請求項１から請求項４
のいずれかの請求項に記載の冷凍装置。
【請求項６】圧縮機の容量を所定量低減させた後の次
の計測による予測値が、凍結異常設定値以下となる場
合、制御装置は冷凍装置の運転を停止させることを特徴
とする請求項５記載の冷凍装置。
【請求項７】被冷却媒体としてブラインを使用するこ
とを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかの請求
項に記載の冷凍装置。