JP2005207611A - 冷凍装置 - Google Patents

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秀史 上杉
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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/22Refrigeration systems for supermarkets

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Abstract

【課題】 圧縮機のオフ時間内に冷熱負荷が比較的大きく変動するとき、その負荷変動に対応可能な冷凍装置を実現する。
【解決手段】 冷凍装置は、圧縮機14、凝縮器16、減圧手段として膨張弁24、蒸発器26により冷凍サイクルを形成し、蒸発器26の蒸発熱を利用して冷却される冷熱負荷としてショーケース32と、ショーケース32に応じて圧縮機14をオンオフ制御するとともに、少なくともオフ時間を設定時間保持するように制御する制御装置としてコントローラ17を備え、コントローラ17は、ショーケース32の温度又は該温度に相関する物理量の少なくとも一方が設定基準値に達したときは、その達した時間が前記設定時間内に該当するときでも圧縮機14をオン制御する。
【選択図】 図1


Description

冷熱負荷を冷却する冷凍装置に関する。
例えば食品や氷などを保存する冷凍庫を冷却する冷凍装置は、圧縮機により冷媒を圧縮し、圧縮された冷媒を凝縮器により凝縮し、凝縮された冷媒を減圧手段により減圧し、減圧された冷媒を蒸発器により蒸発することによって冷凍サイクルを形成する。そして、蒸発器の蒸発熱を利用して冷熱負荷(例えば、冷凍庫内)が冷却される。
このような冷凍装置においては、一般に、冷凍庫内の温度などに応じて圧縮機をオンオフ制御するとともに、少なくともオフ時間を設定時間保持する制御が行われる。例えば、冷凍庫内の温度が設定値より上がったときに圧縮機をオン制御し、設定値より下がったときに圧縮機をオフ制御する。この場合、圧縮機のオンオフ制御が比較的短時間内に頻繁に繰り返されないように、オフ時間を設定時間保持する制御が行われる(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−156262号公報
しかしながら、特許文献1などの技術では、圧縮機がオフ時間にあるときに冷熱負荷が比較的大きく変動した場合、その変動に対応することが困難である。例えば、冷凍庫内に被冷却物(例えば、食品)を搬入したときや、冷蔵庫の扉を開放したときには、冷凍庫内の温度が上昇し続けるにもかかわらず、圧縮機のオフ時間内では、そのオフ制御が優先されることになるため、場合によってはその温度が設定基準値を超えることがある。また、圧縮機をオフ制御して冷凍庫内の蒸発器についた霜を取り除く除霜作業を行った場合、その作業の直後では冷凍庫内の温度が比較的高くなっているにもかかわらず、圧縮機のオフ制御が優先される。
本発明の課題は、圧縮機のオフ時間内に冷熱負荷が比較的大きく変動するとき、その負荷変動に対応可能な冷凍装置を実現することにある。
上記課題を解決するため、本発明の冷凍装置は、蒸発器の蒸発熱を利用して冷却される冷熱負荷と、冷熱負荷に応じて圧縮機をオンオフ制御するとともに、少なくともオフ時間を設定時間保持するように制御する制御装置を備え、その制御装置は、冷熱負荷の温度又はその温度に相関する物理量の少なくとも一方が設定基準値に達したときは、その達した時間が前記設定時間内に該当するときでも圧縮機をオン制御することを特徴とする。
これによれば、冷熱負荷の温度が設定基準値を超えて変動すると、圧縮機のオフ時間内のときでも、圧縮機のオン制御がオフ制御よりも優先される。したがって、圧縮機が強制的に起動されることから、冷熱負荷が冷却されることになり、冷熱負荷の変動に対応(例えば、温度を所定範囲に保持)することができる。
この場合において、冷熱負荷の温度に代えて、その温度に相関する物理量を検出し、その検出値に基づいて圧縮機をオンオフ制御することができる。例えば、圧縮機に吸引される冷媒の圧力などを検出し、その検出値が設定基準値に達したとき、圧縮機をオン制御するようにすればよい。また、制御装置に入力手段を設け、その入力手段を介して設定基準値又は設定時間の少なくとも一方を適宜変更することができる。
本発明によれば、圧縮機のオフ時間内に冷熱負荷が比較的大きく変動するとき、その負荷変動に対応可能な冷凍装置を実現することができる。
本発明を適用した冷凍装置の実施形態について図1ないし図3を参照して説明する。本実施形態は、本発明の冷凍装置を店舗用冷蔵庫に適用した一例である。図1は、本実施形態の冷凍装置の系統図と全体図、図2は、冷凍装置の制御装置の動作を示すフローチャート、図3は、冷凍装置の制御装置の動作を示すタイムチャートである。なお、図1の(a)は、冷凍サイクルの構成を示す系統図であり、(b)は、据え付け関係からみた店舗用の冷凍装置の配置を示す全体図である。
図1に示すように、冷凍装置は、屋外に配置される屋外ユニット10と、店舗内に配置される冷凍庫12を備えている。屋外ユニット10は、空冷一体型に構成されたものであり、冷凍庫12は、例えば食品や氷などを保存するショーケース32を備えて構成される低圧側機器である。
屋外ユニット10は、冷媒を圧縮するスクロール圧縮機14(以下、圧縮機14)と、圧縮機14から吐出される冷媒を凝縮する凝縮器16と、圧縮機14をオンオフ制御する制御装置17(以下、コントローラ17)などから構成されている。また、圧縮機14に吸引されるガス冷媒から液冷媒を気液分離するアキュムレータ18が配設されている。また、凝縮器16から吐出された冷媒を貯留し、乾き度がゼロの液冷媒のみを供給する受液器19と、受液器19から供給される液冷媒を過冷却する過冷却器20が設けられている。さらに、凝縮器16に送風する冷却ファン22が取り付けられている。そして、圧縮機14の吸引側の冷媒の圧力を検出する圧力センサ34が設けられている。圧力センサ34は、信号線を介してコントローラ17に接続されている。
冷凍庫12は、過冷却器20から冷媒配管31を介して供給される冷媒を減圧する減圧手段の膨張弁24と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器26などから構成されている。蒸発器26は、ショーケース32内に配設されている。ショーケース32内の温度は、蒸発器26における冷媒の蒸発熱によって冷熱負荷として冷却される。また、蒸発器26により蒸発した冷媒は、冷媒配管33を介してアキュムレータ18に戻されることにより、冷凍サイクルが形成される。なお、膨張弁24に流入する冷媒量を調整する電磁弁28と、電磁弁28に信号を出力するサーモスタット30が取り付けられている。サーモスタット30は、ショーケース32内に配設され、ショーケース32内の温度が所定の温度より下がりすぎたとき、電磁弁28に閉止信号を出力するものである。
このような冷凍装置においては、圧縮機14のオンオフ制御が比較的短時間に頻繁に繰り返される、いわゆる圧縮機14のハンチング運転を防止するために、圧縮機14のオフ時間を設定時間保持する制御が行われる。しかし、圧縮機14のオフ時間内に、例えばショーケース32内の扉が開けられたりすると、ショーケース32内の温度が上昇するにもかかわらず、圧縮機14のオフ制御が優先される。この点、本実施形態では、オフ時間内でも圧縮機14をオン制御することによって、ショーケース32の温度上昇に対応可能にしている。
ここで、コントローラ17の制御について図2および図3を参照して説明する。なお、図3の上段は、圧力センサ34の検出値(Ps)の時間的推移を示している。下段は、圧縮機14の発停を示す制御リレーのタイムチャートである。
まず、制御パラメータが設定される。例えば、圧縮機オン値(H)と圧縮機オフ値(L)と圧縮機強制オン値(K)、および遅延時間(T)などが、入力手段40を介して設定される。ここで、圧縮機オン値(H)は、圧縮機14をオン制御するときの圧縮機14の吸引冷媒の圧力値に合わせて設定される。圧縮機オフ値(L)は、圧縮機14をオフ制御するときの圧縮機14の吸引冷媒の圧力値に合わせて設定される。圧縮機強制オン値(K)は、圧縮機14を強制的にオン制御するときの圧縮機14の吸引冷媒の圧力値に合わせて設定された設定基準値であり、例えば警報値と称してもよい。圧縮機オン値(H)、圧縮機オフ値(L)、圧縮機強制オン値(K)は、ショーケース32内の温度を目標温度にするように適宜変更される。また、遅延時間(T)は、その時間が経過するまで圧縮機14をオン制御せずに、圧縮機14のオフ時間を保持するための規制時間であり、例えば0〜150秒の間で予め設定される。なお、入力手段40は、キーボードなどを備えて構成することができる。入力手段40を介して入力された制御パラメータは、表示手段42に表示される。
基本制御について説明する。図2に示すように、冷凍装置の運転スイッチがオンされると、冷凍装置が始動する。そして、圧力センサ34の検出値(Ps)が設定タイミングで取り込まれる(S100)。取り込まれた検出値(Ps)は、圧縮機オン値(H)と比較される(S102)。検出値(Ps)が圧縮機オン値(H)より小さいとき、ショーケース32内を冷やす必要がないと判断されるため、S100の処理に戻される。検出値(Ps)が圧縮機オン値(H)以上のとき、ショーケース32内を冷やす必要があると判断されるため、圧縮機14がオン制御される(S104)。
次いで、圧力センサ34の検出値(Ps)が設定タイミングでふたたび取り込まれる(S106)。取り込まれた検出値(Ps)は、圧縮機オフ値(L)と比較される(S108)。検出値(Ps)が圧縮機オフ値(L)より大きいとき、ショーケース32内を引き続き冷やす必要があると判断されるため、S106の処理に戻される。検出値(Ps)が圧縮機オフ値(L)以下のとき、ショーケース32内をそれ以上冷やす必要がないと判断されるため、圧縮機14がオフ制御される(S110)。圧縮機14がオフ制御されると、計時カウンタにより計時時間(T)のカウントが開始される(S112)。そして、計時時間(T)が、遅延時間(T)に達したか否かが判定される(S114)。
計時時間(T)が遅延時間(T)に達したとき、圧力センサ34の検出値(Ps)が設定タイミングでふたたび取り込まれる(S116)。取り込まれた検出値(Ps)は、圧縮機オン値(H)と比較される(S118)。検出値(Ps)が、圧縮機オン値(H)より小さいとき(S118)、ショーケース32内を冷却する必要がないと判断されるため、S116の処理が再び行われる。一方、圧縮機オン値(H)以上のとき、ショーケース32内を冷却する必要があると判断されるため、圧縮機14がオン制御されて再起動する(S120)。そして、圧縮機14を再起動した後、S106の処理に戻される。
このような基本制御によって、図3に示すように、例えば、検出値(Ps)は、線図50のように推移する。また、計時時間(T)が遅延時間(T)まで計時され、かつ、検出値(Ps)が圧縮機オン値(H)以上と判断された時間(T)に、圧縮機14が起動される。
次に、上述の基本制御に加えた本発明の制御について説明する。S114の処理において、計時時間(T)が遅延時間(T)まで計時されていないときでも、圧力センサ34の検出値(Ps)が取り込まれる(S122)。そして、取り込まれた検出値(Ps)は、圧縮機強制オン値(K)と比較される(S124)。検出値(Ps)が、圧縮機強制オン値(K)より小さいときは、ショーケース32内の温度が許容範囲内にあると判断されるため、S114の処理に戻される。一方、検出値(Ps)が、圧縮機強制オン値(K)以上のときには、ショーケース32内の温度が許容範囲を超えて上昇しているから直ぐにショーケース32内を冷やす必要があると判断される。したがって、圧縮機14のオフ時間を設定時間保持する遅延制御を解除した後、S120の処理を実行することによって圧縮機14が強制的に起動される。
このような制御によって、図3に示すように、例えば、検出値(Ps)は、線図52のように推移する。また、圧縮機14のオフ時間内でも、検出値(Ps)が圧縮機強制オン値(K)以上と判断された時間(T)に、圧縮機14が起動される。
本実施形態によれば、ショーケース32の温度が設定基準値を超えて変動すると、計時時間(T)が遅延時間(T)まで計時されていないときでも、圧縮機14のオン制御がオフ制御より優先される。したがって、圧縮機14が強制的に起動されることから、ショーケース32内の温度が許容範囲を超えないように管理することができる。
例えば、冷凍庫内に被冷却物(例えば、食品)を搬入するときや、冷蔵庫の扉を開放したとき、あるいは、冷凍庫内の蒸発器についた霜を取り除く除霜作業を行った直後では、ショーケース32内の温度が比較的急激に上昇することによって、ショーケース32内の温度が設定基準値を越えることがある。この点、本実施形態によれば、ショーケース32内の温度が設定基準値を越えたとき、圧縮機14のオフ時間にあるときでも、圧縮機14が強制的に起動されるから、ショーケース32内の温度を設定基準値よりも下げることができる。
また、本実施形態によれば、検出値(Ps)が圧縮機強制オン値(K)に達しないときには、基本制御に従って、圧縮機14のオフ時間を設定時間保持する遅延制御が行われる。これにより、圧縮機14のハンチング運転が防止される。したがって、圧縮機14の起動回数が減らされることによって消費電力を低減することができる。また、圧縮機14の寿命を延ばすことができるという効果もある。
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、これに限られるものではない。例えば、本実施形態では、ショーケース32内の温度上昇に起因して圧縮機14の吸引側の冷媒の圧力が上昇することから、圧力センサ34の検出値(Ps)に基づいて圧縮機14をオンオフ制御する例を説明したが、圧縮機14の吸引冷媒の温度に基づいてオンオフ制御することもできる。例えば、圧縮機14の吸引側の冷媒配管にサーミスタを設け、そのサーミスタの検出値に基づいて制御するようにしてもよい。また、ショーケース32内の温度を直接検出し、その検出値に基づいて制御することもできる。要するに、ショーケース32内の温度、またはその温度に相関する物理量を検出し、その検出値に基づいて制御すればよい。
また、圧縮機14から吐出される冷媒の圧力又は温度が過上昇することを防止するために、過冷却器20の下流側の冷媒配管から液インジェクション配管を分岐して形成し、その液インジェクション配管の下流側を圧縮機14の中間圧力室に連通するのが望ましい。このようにすれば、圧縮機14から吐出される冷媒の温度が過上昇するおそれがあるとき、液インジェクション配管を介して液冷媒を中間圧力室に注入することができる。したがって、注入された液冷媒により吐出冷媒の温度を適宜下げることが可能になる。また、液インジェクション配管には、液インジェクション量を調整する電子膨張弁やキャピラリーチューブなどの減圧装置を設けるのがよい。なお、圧縮機14の中間圧力室とは、吸入側の圧力と吐出側の圧力の中間の圧力を有し、旋回側スクロールを固定側スクロールへ中間圧力を利用して押付ける作用をさせるために形成された室である。
本発明の本実施形態における冷凍装置の系統図と全体図である。 冷凍装置の制御装置の動作を示すフローチャートである。 冷凍装置の制御装置の動作を示すタイムチャートである。
符号の説明
10 屋外ユニット
12 冷凍庫
14 圧縮機
16 凝縮器
17 コントローラ
26 蒸発器
32 ショーケース
34 圧力センサ

Claims (2)

  1. 冷媒の圧縮機と、該圧縮機から吐出される冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮された冷媒を減圧する減圧手段と、該減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とにより冷凍サイクルを形成し、前記蒸発器の蒸発熱を利用して冷却される冷熱負荷と、該冷熱負荷に応じて前記圧縮機をオンオフ制御するとともに、少なくともオフ時間を設定時間保持するように制御する制御装置を備えた冷凍装置において、
    前記制御装置は、前記冷熱負荷の温度又は該温度に相関する物理量の少なくとも一方が設定基準値に達したときは、該達した時間が前記設定時間内に該当するときでも前記圧縮機をオン制御することを特徴とする冷凍装置。
  2. 前記設定基準値又は前記設定時間の少なくとも一方は、入力手段を介して変更されることを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015215113A (ja) * 2014-05-09 2015-12-03 日立アプライアンス株式会社 冷凍装置

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