JP2005207611A

JP2005207611A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2005207611A
Application number: JP2004011588A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sakurai; 隆櫻井; Hideshi Uesugi; 秀史上杉; Kazumasa Ota; 和昌太田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-08-04

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_０）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_０）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_０）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_０）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_０）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_１）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_０）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_２）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_０）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

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。
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。