JP2005140498A

JP2005140498A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2005140498A
Application number: JP2005044354A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamaguchi; 勤山口; Shinpachiro Uehara; 伸八郎上原; Masayuki Kogure; 雅之小暮
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】夏季には冷凍不足となることがなく、冬季には圧縮機が起動／停止を頻繁に繰り返すことがない冷凍装置を提供する。
【解決手段】圧力センサ９が検出する圧縮機１吸入側の冷媒圧力Ｐに基づいて圧縮機１の圧縮能力を制御すると共に、冷媒圧力Ｐが所定圧以下のときに圧縮機１を停止させる制御器８を有し、冷媒圧力Ｐが所定圧以下になって圧縮機１を停止させるときには、その停止時間を温度センサ１０が検出する外気温度が例えば２０℃以下のときは３分間停止し、３０℃以上のときは１分間停止し、２０℃と３０℃の間にあるときは温度が上昇するほど短くなるように制御器８が自動的に選択するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒を圧縮する能力を変更することのできる圧縮機を備えた冷凍装置に係わるものである。

この種の冷凍装置として、圧縮機の能力を吸入側の冷媒圧力に基づいて制御するようにした容量制御の装置が周知である。（特許文献１参照）
そして、容量制御されるようにした圧縮機は、吸入側の冷媒圧力が予め設定した下限値を切ったときには、吸入側冷媒圧力が上昇しても所定時間だけは停止させ、消費エネルギーの削減を図ると共に、圧縮機が起動／停止を頻繁に繰り返して装置寿命を縮めることがないようにしている。

また、圧縮機を所定時間停止すると、被冷凍部の温度が上昇し冷凍負荷は増大するので、圧縮機がインバータ制御される電動機により駆動される冷凍装置においては、再起動時の圧縮機は最大周波数近辺まで周波数を上げて運転されることが多い。

また、複数台の圧縮機を備えて冷媒の圧縮能力を高めるようにした冷凍装置においては、冷凍負荷の大きさに基づいて必要最小限度の能力を備えた圧縮機だけを運転する台数制御が行われている。
特開平８−１９３７５６号

インバータ制御される電動機により圧縮機を駆動するようにした冷凍装置においては、再起動時に圧縮機が最大周波数近辺で運転されると、設定温度に短時間で達すると云った利点はあるが、電力消費量が増大し、騒音・振動も大きくなると云った欠点がある。

本発明は上記従来技術の課題を解決するための具体的手段として、吸入側圧力に基づいて冷媒を圧縮する能力が変更されると共に、吸入側圧力が所定の下限値で圧縮機の運転を所定時間停止する機能を備えた冷凍装置において、
運転が停止されていた圧縮機を再起動する際に、圧縮機の冷媒を圧縮する能力の上限値を所定時間に渡って制限する制御手段を備えるようにした第１の構成の冷凍装置と、
前記第１の構成の冷凍装置において、制御手段が、圧縮機の冷媒圧縮能力を制限する前記時間を環境温度または圧縮機の吐出側冷媒圧力の少なくとも何れかに基づいて自動的に変更する機能を備えるようにした第２の構成の冷凍装置と、
前記第１または第２の構成の冷凍装置において、圧縮機をインバータ制御される電動機によって駆動するようにした第４の構成の冷凍装置と、
を提供することにより、前記した従来技術の課題を解決するものである。

以上説明したように、請求項１の発明によれば、圧縮機が再起動される度に最大能力で運転されることがなく、最も効率の高い回転数域で運転されるので、消費エネルギーを抑えることができ、また、騒音および振動も従来の冷凍装置に比較して顕著に削減できる。

また、請求項２の発明によれば、再起動時に圧縮機の能力を制限しておく時間を外気温度が低いときは長くし、外気温度が高いときには短くすることができるので、夏季の過負荷時にも冷却不足にならないようにする対応が可能になり、年間を通じて常に最適の運転を行うことができる。

また、請求項３の発明によれば、圧縮機の冷媒を圧縮する能力が簡単に変更できる。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。

例示した冷凍装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１と、圧縮機１から供給された冷媒が図示しない送風機によって供給される外気などに放熱して凝縮する凝縮器２と、凝縮器２から供給される冷媒液が減圧弁３を介して供給され、蒸発する際に庫内などの空気から熱を奪ってそれを冷却する蒸発器４とが、冷媒管により順次配管接続されて冷凍サイクルを構成したものである。

そして、圧縮機１は、電動モータ５によって冷媒の圧縮能力が可変制御される。すなわち、この冷凍装置においては、周波数変換機６により商用電力７が所望の周波数に変換され、その周波数変換された商用電力７が電動モータ５に与えられて電動モータ５が所望の回転数に制御され、それにより圧縮機１の回転数が制御されるように構成されている。

制御器８は、この冷凍装置の制御器であり、図示しないマイコンや記憶手段などを備えて構成され、圧力センサ９および温度センサ１０が検出したデータに基づいて、例えば図２に示したようにして圧縮機１の冷媒を圧縮する能力が制御されるようになっている。

すなわち、制御器８は、図示しない記憶手段に図３に示した圧縮機１の運転中に行う判定の基準データと、圧縮機１の運転停止中に行う判定の基準データとを記憶しておき、圧縮機１の運転中は圧力センサ９が検出した圧縮機１の吸入側の冷媒圧力Ｐに基づいて圧縮機１の冷媒圧縮能力を変更するのか、維持するのかを判定し、圧縮機１の運転停止中は運転停止を継続するのか、再起動するのかを判定する。

なお、以下の説明は、圧縮機１を駆動する電動モータ５が、２０〜８０Ｈｚの周波数で運転するように設計されているとして説明する。

そして、圧縮機１の運転中に行うゾーン判定の結果、圧力センサ９が検出した冷媒圧力Ｐが能力増強ゾーンにあるときには、周波数変換機６が商用電力７を定格最大周波数の８０Ｈｚに周波数変更していない限り、周波数変換機６により商用電力７の周波数を所定数、例えば２Ｈｚ／秒だけ増やしてゾーン判定に戻り、周波数変換機６が既に商用電力７を定格最大周波数の８０Ｈｚに周波数変更しているときにはそのままゾーン判定に戻り、冷媒圧力Ｐが能力維持ゾーンにあるときにはそのままゾーン判定に戻り、冷媒圧力Ｐが能力削減ゾーンにあるときには、周波数変換機６が商用電力７を定格最小周波数の２０Ｈｚに周波数変更していない限り、周波数変換機６により商用電力７の周波数を所定数、例えば２Ｈｚ／秒だけ減らしてゾーン判定に戻り、周波数変換機６が既に商用電力７を定格最小周波数の２０Ｈｚに周波数変更しているときには電動モータ５、すなわち圧縮機１の運転を停止する。

また、圧力センサ９が検出した冷媒圧力Ｐが運転停止ゾーンにあるときにも、電動モータ５を停止して圧縮機１の運転を停止し、その停止している時間が予め設定した所定時間を越したか否かを判定し、所定時間が経過していないときはその判定を繰り返し、所定時間が経過するのを待って冷媒圧力Ｐが再起動ゾーンにあるか否かを改めて判定し、冷媒圧力Ｐが再起動ゾーンにないときにはその判定を繰り返し、冷媒圧力Ｐが再起動ゾーンに入るのを待って電動モータ５を再起動して圧縮機１を再起動させ、ゾーン判定に戻る。

圧縮機１を停止させておく時間は、温度センサ１０が検出する外気温度に基づいて、例えば図４のように制御器８により自動的に変更される。すなわち、外気温度が２０℃以下のときは３分間停止し、３０℃以上のときは１分間停止し、２０℃と３０℃の間にあるときは温度が上昇するほど短くなるように自動的に選択される。

すなわち、外気の温度が高く、圧縮機１の運転を停止すると被冷凍部の温度が直ぐに上がり始める夏季などでは圧縮機１の停止時間は短く選定され、外気の温度が低く、圧縮機１の運転を停止しても被冷凍部の温度が上がり難く、運転を再開すると被冷凍部の温度が直ぐに下がる冬季などでは圧縮機１の停止時間は長く選定されるので、このような制御が行われる冷凍装置においては、夏季に冷却不足になることがないし、冬季に電動機５および圧縮機１が起動／停止を頻繁に繰り返してエネルギー消費を増大させたり、装置寿命を縮めると云ったこともない。

なお、温度センサ１０が検出する外気温度に代えて、図４の横軸下部分に記載したように、圧力センサ１１が検出する圧縮機１吐出側の冷媒圧力（図４では高圧圧力と表示）を選定し、その冷媒圧力が例えば２．０ＭＰａ以下のときは圧縮機１を３分間停止し、２．２ＭＰａ以上のときは１分間停止し、２．０ＭＰａと２．２ＭＰａの間にあるときは圧力が高いほど圧縮機１の停止時間を短縮するように制御器８を構成しても良い。

また、冷凍装置が空調可能な店内に設置されるショーケースなどである場合は、その店内温度が例えば２０℃以下のときは圧縮機１を３分間停止し、２５℃以上のときは１分間停止し、２０℃と２５℃の間にあるときは温度が高いほど圧縮機１の停止時間を短縮するように制御器８を構成することもできる。

さらに、外気温度、圧縮機１吐出側冷媒圧力、店内温度それぞれに基づいて、圧縮機１を停止させる時間を図４の関係式などから求め、その内の最も短い時間をそのときの圧縮機１の停止時間として自動的に変更し、負荷が増大したときにも能力不足に陥ることがないように制御器８を構成することもできる。

また、図２の制御フローに基づく運転制御により運転が停止された圧縮機１を再起動するときには、圧縮機１を制御器８により例えば図５に示したように制御する。

すなわち、２０〜８０Ｈｚの周波数で運転するように設計された電動モータ５により駆動される圧縮機１の成績係数は、図６に示したように定格最大周波数８０Ｈｚの６０％程度の５０Ｈｚ付近が最も高いので、再起動から所定時間、例えば３分間は周波数変換機６による商用電力７の周波数変換は、上限周波数を例えば５０Ｈｚに制限して圧縮機１の運転を行う。

このような制御にすることにより、周波数変換機６で商用電力７を周波数変換して電動モータ５に与える最大周波数を抑えることができ、しかも圧縮機１の運転時間はそれほど増加しないので、電動モータ５に与える商用電力７の周波数をただ単に圧縮機１の吸入側冷媒圧力に基づいて周波数制御する従来の冷凍装置（周波数変換機６で周波数変換して電動モータ５に与える商用電力７の周波数の変化例を図５に破線で示した）に比べて、電力消費を約３０％も削減することができるようになった。

また、電動モータ５に与える最大周波数に制限を加えて電動モータ５、圧縮機１の回転数を抑えるようにしたので、騒音および振動も従来の冷凍装置に比較して顕著に小さくなった。

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態を、主に図７と図８に基づいて説明する。

前記図２に示した制御フローに基づく運転制御により運転が停止された圧縮機１を再起動するときには、再起動時の圧縮機１を制御器８により図７に示したように停止時間を１〜３分に可変にして制御することもできる。

すなわち、圧縮機１の再起動時に商用電力７の周波数を周波数変換機６が周波数変換して電動モータ５に与える周波数の上限を制限する時間は、例えば図８に示したように、温度センサ１０が検出する外気温度が２０℃以下のときは起動から３分間とし、３０℃以上のときは起動から１分間とし、２０℃と３０℃の間にあるときは温度が高いほどその時間が短くなるように自動的に変更する。

このような制御が行われる冷凍装置においては、夏季の過負荷時にも冷却不足に一層ならないようにする対応が可能になり、年間を通じて常に最適の運転を行うことができる。

なお、圧縮機１の再起動時に前記周波数の上限を制限する時間は、前記図４のときと同様に、圧力センサ１１が検出する圧縮機１の吐出側冷媒圧力または店内温度に基づいて、図８のように自動的に変更されるようにしても良いし、さらに外気温度、圧縮機１吐出側冷媒圧力、店内温度それぞれに基づいて前記制限時間を図８の関係式などから求め、その内の最も短い時間をそのときの制限時間として自動的に変更し、負荷が増大したときにも能力不足に陥ることがないように制御器８を構成することもできる。

〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態を、主に図９に基づいて説明する。

図９に例示した冷凍装置が、前記図１に示した冷凍装置と機器構成上相違する点は、能力の異なる３台の圧縮機、例えば７．５ｋＷの圧縮機１Ａと、１０ｋＷの圧縮機１Ｂと、１５ｋＷの圧縮機１Ｃとが並列に設置され、それに伴って電動モータ５がそれぞれの圧縮機に１台づつ設置されている点にある。なお、周波数変換機は設置されていない。

そして、図９に示した冷凍装置の制御器８は、圧力センサ９が検出する圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃの吸入側の冷媒圧力Ｐに基づいて、必要最小限度の能力が確保される台数の圧縮機を起動させると共に、その冷媒圧縮能力を冷媒圧力Ｐに基づいて制御する、台数制御機能を備えている。

３台の圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、圧力センサ９が検出する吸入側の冷媒圧力Ｐに基づいて、前記第１の実施形態、第２の実施形態などのように制御される。

すなわち、図９に示した冷凍装置においても、その制御器８の図示しない記憶手段に、圧力センサ９が検出する圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃの吸入側の冷媒圧力Ｐをその大きさで、前記図３の場合と同様に、運転中に行う判定基準としての能力増強ゾーン、能力維持ゾーン、能力削減ゾーン、運転停止ゾーンと、運転停止中に行う判定基準としての停止継続ゾーン、再起動ゾーンとに区分けして記憶しておき、
圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃが運転中であれば、圧力センサ９が検出した冷媒圧力Ｐに基づいて、先ず圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃの能力を維持するのか、どのように変更するのかを判定し、前記図２のようにゾーン判定の結果、圧力センサ９が検出した冷媒の圧力Ｐが能力増強ゾーンにあるときには、全圧縮機運転までステップアップしていない限り、例えば１分で１ステップ容量アップするだけ圧縮機の運転台数を増やしてゾーン判定に戻り、全圧縮機運転までステップアップしているときにはそのままゾーン判定に戻り、能力維持ゾーンにあるときにはそのままゾーン判定に戻り、能力削減ゾーンにあるときには、全圧縮機停止までステップダウンしていない限り、例えば１分で１ステップ容量ダウンするだけ圧縮機の運転台数を減らしてゾーン判定に戻り、全圧縮機停止までステップダウンしているときには各電動モータ５、すなわち３台の圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃの運転を停止する。

また、圧力センサ９が検出した冷媒圧力Ｐが運転停止ゾーンにあるときにも、各電動モータ５を停止して圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃの運転を停止し、その停止している時間が予め設定した所定時間を越したか否かを判定し、所定時間が経過していないときはその判定を繰り返し、所定時間が経過するのを待って冷媒圧力Ｐが再起動ゾーンにあるか否かを改めて判定し、冷媒圧力Ｐが再起動ゾーンにないときにはその判定を繰り返し、冷媒圧力Ｐが再起動ゾーンに入るのを待って所要の電動モータ５を再起動して対応する圧縮機を再起動させ、ゾーン判定に戻る。

また、この制御器８には、必要に応じて前記制御を停止し、圧力センサ９が検出した圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃの吸入側の冷媒圧力Ｐに基づいて、３台の圧縮機を同時に起動したり、停止したりすることもできるように構成されている。

したがって、この図９に示した第３の実施形態の冷凍装置においては、複数の圧縮機を同時に起動させることができるので、冷凍能力を急激に増加させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。

例えば第１および第２の実施形態の冷凍装置においては、商用電力７の周波数を増やしてゾーン判定に戻るときと、商用電力７の周波数を減らしてゾーン判定に戻るときは、圧力センサ９が検出した冷媒圧力Ｐが能力維持ゾーンに近いほど周波数の変更速度を小さくし、前記冷媒圧力Ｐが能力維持ゾーンから離れるほど周波数の変更速度を大きくするように制御しても良い。

また、第３の実施形態の冷凍装置においては、能力の異なる３台の圧縮機を設けるようにしたが、能力の同じ圧縮機を３台並列に設けても良い。また、複数台設置する圧縮機は、３台より少なくても多くてももちろん構わない。

第１および第２の実施形態の装置構成を示す説明図である。第１の実施形態における制御例を示す説明図である。吸入側冷媒圧力の大きさと、圧縮機の制御の方向を示す説明図である。圧縮機の停止時間を決める方法を示す説明図である。再起動時における圧縮機の制御例を示す説明図である。圧縮機の成績係数を示す説明図である。第２の実施形態における再起動時の圧縮機の制御例を示す説明図である。第２の実施形態において周波数制限時間を決める方法を示す説明図である。第３の実施形態の構成を示す説明図である。

符号の説明

１圧縮機
２凝縮器
３減圧弁
４蒸発器
５電動モータ
６周波数変換機
７商用電力
８制御器
９圧力センサ
１０温度センサ
１１圧力センサ

Claims

吸入側圧力に基づいて冷媒を圧縮する能力が変更されると共に、吸入側圧力が所定の下限値で圧縮機の運転を所定時間停止する機能を備えた冷凍装置において、運転が停止されていた圧縮機を再起動する際に、圧縮機の冷媒を圧縮する能力の上限値を所定時間に渡って制限する制御手段を備えたことを特徴とする冷凍装置。
制御手段が、圧縮機の冷媒圧縮能力を制限する前記時間を環境温度または圧縮機の吐出側冷媒圧力の少なくとも何れかに基づいて自動的に変更する機能を備えたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
圧縮機がインバータ制御される電動機によって駆動されることを特徴とする請求項１または２記載の冷凍装置。