JP2006343034A - 冷凍装置及びインバータ駆動用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 供用後の冷凍装置をインバータ駆動方式へ変更することを容易にする。
【解決手段】 商用電源で直接駆動される圧縮機１，２と、前記圧縮機を制御するための第１の電気回路を収納した電気箱３とを一つの筐体５に収容してなる冷凍装置の前記筐体内に、前記圧縮機をインバータ制御により可変速運転するための第２の電気回路であるインバータ駆動用制御装置４Ａを収納した箱体を設置できる大きさのインバータ駆動用制御装置設置スペース４を設け、インバータ駆動用制御装置設置スペース４にインバータ駆動用制御装置４Ａを筐体５に取り付けるための取付金具を設けるとともに、前記インバータ駆動用制御装置４Ａは、予めインバータ制御の対象となる圧縮機のモータのモータ定数が組み込まれたものとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、商用電源で直接駆動される圧縮機を有する冷凍装置及びこの冷凍装置に組み合わされて圧縮機を可変速運転するインバータ駆動用制御装置に係り、特に、供用後に、インバータ駆動用制御装置を追加設置して、圧縮機をインバータを介して駆動制御することを考慮した冷凍装置及びインバータ駆動用制御装置に関する。

冷凍装置あるいは冷凍空調装置の圧縮機を、インバータを介して駆動制御する技術は、特許文献１，２に記載されている。また、既に納入、稼動中の、商用電源で直接駆動される圧縮機を有する冷凍装置に対して、汎用インバータを追加設置し、圧縮機のモータをインバータを介して駆動制御するようにする技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

また、特許文献３には、圧縮機のモータを商用電源駆動する場合とインバータ駆動の場合の機械回転数のマッチングを行なう技術について記載されている。

特開２００４−１０４８９５号公報（第６，７頁、図４，５） 特開２００４−０９３０７４号公報（第５，６頁） 特開２００４−０６４８９３号公報（第７〜１０頁、図１） 冷凍機用インバータ制御装置「フラットライナー」（株）遠藤照明

圧縮機を使用する冷凍装置の省エネルギー化手段の一つとして、圧縮機のモータを、インバータを介して駆動制御する方法がある。このうち、最初からインバータ制御を前提に設計、製作された冷凍装置ではなく、商用電源で直接駆動されることを前提として計画された圧縮機のみを有する、既に稼動中の冷凍装置に対して、汎用インバータ装置を追加で組み合わせ、インバータを介して圧縮機のモータを駆動制御する方法がある。この方法は、商用電源で直接駆動されることを前提として計画された圧縮機のみを有する冷凍装置に対して、インバータを介して圧縮機のモータを駆動制御するようにすることで、供用中の冷凍装置の省エネルギーを図るものである。

この場合、インバータ装置を新たに設置するスペースの確保とインバータ装置を取付けるための取付部材の準備、モータ特性に応じた周波数に対するインバータ出力電圧の調整が必要になる。しかし、冷凍装置が既に設置済であるため、冷凍装置の周囲にインバータ装置が設置可能な適切なスペースを得るのが困難なことが多い。また設置スペースに合わせた適切な取付部材を準備しなければならない。冷凍装置が屋外設置タイプの場合には、インバータ装置も屋外に設置することが必要で、インバータ装置に対する雨水浸入防止と温度上昇防止の換気を両立する取付部材を準備しなければならず、材料、工事コストが高くなる。特に、圧縮機、凝縮器、制御装置などを筐体内に収容した形式の冷凍装置では、筐体内にインバータ装置を追加設置するのは困難であった。

また、インバータ装置で圧縮機を駆動するためには、その圧縮機のモータの持つ特性すなわちモータ定数に応じて、周波数に対するインバータの出力電圧を調整、設定する必要がある。これを行わないと、ある周波数においてモータのトルクが不足したり、運転電流が跳ね上がったりするなどの不具合が生じるためである。この調整、設定作業は時間を要し、既に稼動中の冷凍装置に対しては、この調整期間中はショーケースなどの冷凍装置の負荷に対し、負荷に応じた適切な運転を行うことはできない。

一方で、追加でインバータを設けてインバータ駆動とした冷凍装置は、インバータ駆動専用圧縮機を持つ冷凍装置に対しては、元来の圧縮機自体が商用電源駆動専用であるため、インバータ駆動時の効率の面では劣っている。

本発明の課題は、供用後の冷凍装置をインバータ駆動方式へ変更することを容易にするにある。

上記の課題は、商用電源で直接駆動される圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒ガスを凝縮する凝縮器と、前記圧縮機を制御するための第１の電気回路を構成している部品とを一つの筐体に収容してなる冷凍装置の前記筐体内に、前記圧縮機をインバータ制御により可変速運転する第２の電気回路を収納した箱体を設置できる大きさの空間を予め設けておくことにより解決される。

このような空間が予め確保されていれば、冷凍装置供用開始後に圧縮機の可変速運転を行なう必要が生じても、容易にインバータ駆動用制御装置を追加設置することができる。

前記第１の電気回路は、通常、箱体に収納されているから、前記空間の容積は、少なくとも前記第１の電気回路を収納した箱体の容積と同等としておくことが望ましい。追加設置用のインバータ駆動用制御装置は、現場工事を少なくするためにパッケージ化され、箱体に収納された形態で据え付けられる。この箱体の大きさ、容積は、通常、商用電源で直接駆動される圧縮機を制御するための第１の電気回路を収納した箱体の大きさと同等であり、このような大きさの空間が確保されていれば、インバータ駆動用制御装置を追加設置することができる。

また、前記空間を囲むいずれかの面に、第２の電気回路を収納した箱体もしくは箱体を支持する支持金具取付用の取付金具を設けておくことにより、特別に取付部材を準備する必要がなく、圧縮機のインバータ制御化はさらに容易になる。

さらに、前記第１の電気回路には、前記圧縮機をインバータ制御により可変速運転するための第２の電気回路が設けられたときに第２の電気回路に接続される電気部品が含まれているから、この電気部品と、この電気部品を第２の電気回路に接続するための端子台もしくはコネクタと、前記電気部品を前記端子台もしくはコネクタに接続する回路とを含んで構成されている制御基板が設けられていることが望ましい。

前記課題は又、商用電源で直接駆動される圧縮機とこの圧縮機を制御するための第１の電気回路を構成している部品とを一つの筐体に収容してなる冷凍装置に追加設置されて前記圧縮機をインバータ制御により可変速運転するインバータ駆動用制御装置であって、前記圧縮機をインバータ制御により可変速運転する第２の電気回路と、この第２の電気回路とを収納する箱体とを有してなり、前記第２の電気回路には、インバータ制御の対象となる圧縮機のモータのモータ定数が予め組み込まれているインバータ駆動用制御装置によっても解決される。

取り付けるインバータ駆動用制御装置に、冷凍装置が有する商用電源で直接駆動される圧縮機のモータ定数があらかじめ組み込まれているので、圧縮機のモータの持つ特性に応じて、周波数に対するインバータの出力電圧の調整、設定を取り付け後に行う必要がない。

前記第２の電気回路には、前記第１の電気回路を構成している制御用基板の少なくとも一部に接続するための端子台若しくはコネクタが含まれていることが望ましい。

第２の電気回路には、さらに、複数種類のモータのモータ定数が組み込まれており、冷凍装置に追加設置された段階で、インバータ制御の対象となる圧縮機のモータのモータ定数の選択が可能であることが望ましい。

本発明によれば、圧縮機が商用電源で直接駆動するように計画された冷凍装置を、一旦据え付けた後でインバータ駆動方式へ変更することが容易になる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１に、本発明の実施の形態に係る冷凍装置の正面図を示す。図示の冷凍装置は、箱状の筐体５と、筐体５の底部に、図上、左右に分かれて配置された圧縮機１及び圧縮機２と、圧縮機２の上方に配置され、圧縮機１，２を商用電源で直接駆動、制御するための電気系統（第１の電気回路）を収納した箱体である電気箱３と、圧縮された冷媒蒸気を凝縮液化する凝縮器（図示せず）と、筐体５の上部に、図上、左右に分かれて配置された冷却用送風機６と、それらを接続する電線及び配管系と、圧縮機１の上方かつ電気箱３の図上左側に配置されたインバータ駆動用制御装置設置スペース４と、インバータ駆動用制御装置設置スペース４の底面になる位置に設置された、インバータ駆動用制御装置を取り付けるための取付金具（図示せず）と、を備えて構成されている。

インバータ駆動用制御装置設置スペース４は前記電気箱３と同等の寸法で、取付金具は、必ずしもインバータ駆動用制御装置設置スペース４の底面になる位置ではなくともよく、例えば側面或いは上面になる位置でもよい。

圧縮機１と圧縮機２は、いずれも商用電源で直接駆動されるモータを有しており、それぞれ密閉容器に収容されている。本実施の形態では、圧縮機１のモータＭＣ１は永久磁石による同期モータ（マグネチックシンクロナスモータ、以下ＭＳモータと称す）で、圧縮機２のモータＭＣ２は通常の三相誘導電動機であるが、圧縮機１と圧縮機２の両方のモータをＭＳモータとしてもよい。

冷凍装置は、インバータ駆動用制御装置設置スペース４には取付金具が設置されているだけの空の形態で据付けられ、据付後は圧縮機の運転台数増減による容量制御で運転される。

図２に、当初据付時点（インバータ制御を追加する前）の配線図の例を示す。電気箱３には、圧縮機１，２を商用電源で直接駆動、制御し、圧縮機の運転台数増減による容量制御で運転するための電気系統の装置が収容されているが、図２では、モータに接続されている電力線の回路及び制御用基板ＰＷＢ１の一部のみ示してある。また、圧縮機駆動用の電動機以外の機器に係る部分は記載を省略してある。電気箱３の大きさは、例えば７．４ｋｗのモータで駆動される圧縮機２台を持つ冷凍装置の場合、Ｗ８５０×Ｈ４００×Ｄ２００（ｍｍ）程度であり、モータ容量が増減しても、ほぼ同じである。

冷凍装置の供用開始後に、インバータ装置を介して圧縮機、例えばＭＳモータを備えた圧縮機１の駆動制御を行ないたい場合は、新たに本発明に係るインバータ駆動用制御装置４Ａを前記インバータ駆動用制御装置設置スペース４に取り付け、既設の電気箱３及びインバータ制御の対象となるモータとの間を必要な電線で接続する。

図３に、インバータ制御を追加した状態の配線図の例を示す。インバータ制御を追加する場合、インバータ制御に必要な電気部品を含む電気系統（第２の電気回路）を備えたインバータ駆動用制御装置４Ａが前記インバータ駆動用制御装置設置スペース４の既設の取付金具に取り付けられ、既設の電気箱３及びインバータ制御の対象となるモータＭＣ１との間が必要な電線で接続される。

インバータ駆動用制御装置４Ａは、電気箱３と同様の寸法の箱体を有し、この箱体内にインバータ制御に必要な電気部品を含む電気系統や、箱体外の電気部品に接続される電線が取り付けられる端子台やコネクタを備えている。電気箱３の、図上、左側の冷凍装置内部スペース、すなわち前記インバータ駆動用制御装置設置スペース４は、この箱体を設置できる大きさの空間であり、前記取付金具は、この箱体を、インバータ駆動用制御装置設置スペース４にそのまま取り付けることができるように構成されている。

インバータ駆動用制御装置４Ａの箱体は、例えば７．４ｋｗのモータ１台のインバータ制御を行なう場合、Ｗ７００×Ｈ４００×Ｄ２２０（ｍｍ）程度が少なくとも必要であり、前記電気箱３の大きさ（容積）と同等の大きさとなっている。

図中、ＴＢ３，ＴＢ４は端子台、ＮＦ_１〜ＮＦ_４はノイズフィルタ、ＣＴ１、ＣＴ２は圧縮機電流検出用変流器、ＦＦＢ１、ＦＦＢ２はブレーカ、５２Ｃ１、５２Ｃ２は電磁接触器、ＤＭはダイードモジュール、ＤＣＬはＤＣコイル、ＩＰＭはパワートランジスタモジュール、ＰＷＢ１〜ＰＷＢ３は制御用基板である。

そしてこのインバータ駆動用制御装置４Ａには、インバータ制御に必要なモータ定数として、ＭＳモータである圧縮機１のモータ定数が組み込まれているため、圧縮機１と電気配線を接続した後の調整設定作業は不要である。具体的には、インバータ駆動用制御装置４Ａの制御用基板に実装されているマイコンに、周波数に対する出力電圧を規定するプログラムが格納されており、このプログラムがモータ定数を含んで構成されている。そして、プログラムに含まれているモータ定数を任意に設定できるようになっており、モータ定数が異なると、周波数に対する出力電圧の関数が異なるようにしてある。

本実施の形態では、プログラム中に、複数のモータのモータ定数が予め組み込まれており、インバータ制御の対象となるモータが決まった段階で、そのモータのモータ定数が、前記組み込んである複数のモータ定数の中から手動で選択され、選択されたモータ定数でプログラムが動作するようになっている。

インバータ駆動用制御装置４Ａが据え付けられたら、既設の電気箱３及びインバータ制御の対象となるモータＭＣ１との間が必要な電線で接続される。図２、図３からわかるように、まず、モータＭＣ１用のブレーカＦＦＢ１の２次側とマグネットスイッチ５２Ｃ１を接続している電線及びマグネットスイッチ５２Ｃ１とモータＭＣ１を接続している電線が取り外される。次いで、ブレーカＦＦＢ１の２次側とインバータ駆動用制御装置４Ａの入力側端子台ＴＢ３、インバータ駆動用制御装置４Ａの出力側端子台ＴＢ４とモータＭＣ１が、それぞれ接続される。

さらに、既設の電気箱３の制御用基板ＰＷＢ１のコネクタＣＮ８とインバータ駆動用制御装置４Ａの制御用基板ＰＷＢ３のコネクタＣＮ４０１、制御用基板ＰＷＢ１のコネクタＰＣＮ５とインバータ駆動用制御装置４Ａの電磁接触器５２Ｃ１の電極が、それぞれ接続される。

なお、制御用基板ＰＷＢ１のコネクタＣＮ８とＰＣＮ５は、制御用基板ＰＷＢ１に実装或いは接続されている電気部品をインバータ駆動用制御装置４Ａで利用するためあるいはインバータ駆動用制御装置４Ａの情報を制御用基板ＰＷＢ１に実装或いは接続されている電気部品に送り出すためのコネクタであって、商用電源で直接、圧縮機を駆動するだけの場合は必要のないものである。したがって、インバータ駆動用制御装置４Ａを追加設置する際に、制御用基板ＰＷＢ１を、コネクタＣＮ８とＰＣＮ５及び付随する電気回路を備えたものに交換するか、据付当初の時点で制御用基板ＰＷＢ１を、コネクタＣＮ８とＰＣＮ５及び付随する電気回路を備えたものにしておくことが必要である。

本実施の形態では、図２に示されるように、冷凍装置が据え付けられた時点では、制御用基板ＰＷＢ１はコネクタＣＮ８とＰＣＮ５及び付随する電気回路を備えておらず、インバータ駆動用制御装置４Ａを追加設置する際に、制御用基板ＰＷＢ１を、コネクタＣＮ８とＰＣＮ５及び付随する電気回路を備えたものに交換する。

但し、冷凍装置のインバータ駆動、制御化を容易にするという点からは、制御用基板ＰＷＢ１を当初からコネクタＣＮ８とＰＣＮ５及び付随する電気回路を備えたものにしておくことが望ましい。

本実施の形態によれば、商用電源で直接駆動されるように構成した圧縮機や電気回路を持つ冷凍装置に、冷凍装置据え付け後にインバータ駆動用制御装置を追加設置する場合、インバータ駆動用制御装置４Ａを追加設置するスペースが筐体５内に確保されているとともに取付金具が設置されており、かつ、追加設置されるインバータ駆動用制御装置４Ａには、インバータ制御対象の圧縮機のモータのモータ定数が組み込まれているから、インバータ駆動用制御装置４Ａの設置が容易であるとともに、調整が簡単になる。

本発明の実施の形態に係る冷凍装置を示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍装置の、据え付け時点の状態を示す配線図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍装置の、インバータ駆動用制御装置を追加した状態を示す配線図である。

符号の説明

１、２ 圧縮機
３ 電気箱
４ インバータ駆動用制御装置設置スペース
４Ａ インバータ駆動用制御装置
５ 筐体
６ 送風機

Claims (7)

1. 商用電源で直接駆動される圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒ガスを凝縮する凝縮器と、前記圧縮機を制御するための第１の電気回路を構成している部品とを一つの筐体に収容してなる冷凍装置であって、前記筐体内に、前記圧縮機をインバータ制御により可変速運転するための第２の電気回路を構成している部品を収納した箱体を設置できる大きさの空間が設けられている冷凍装置。
2. 請求項１記載の冷凍装置において、前記第１の電気回路を構成している部品は箱体に収納されており、前記空間の容積は、少なくとも前記第１の電気回路を収納した箱体の容積と同等であることを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１又は２記載の冷凍装置において、前記空間を囲むいずれかの面に、第２の電気回路を構成している部品を収納した箱体もしくは箱体を支持する支持金具取付用の取付金具が設けられていることを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の冷凍装置において、前記第１の電気回路を構成している部品は、前記圧縮機をインバータ制御により可変速運転するための第２の電気回路が設けられたときに第２の電気回路に接続される電気部品と、この電気部品を第２の電気回路に接続するための端子台もしくはコネクタと、前記電気部品を前記端子台もしくはコネクタに接続する回路とを含んで構成されている制御用基板を含んでなることを特徴とする冷凍装置。
5. 商用電源で直接駆動される圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒ガスを凝縮する凝縮器と、前記圧縮機を制御するための第１の電気回路を構成している部品とを一つの筐体に収容してなる冷凍装置に追加設置されて前記圧縮機をインバータ制御により可変速運転する第２の電気回路を構成している部品と、この部品で構成されている第２の電気回路を収納する箱体とを有してなるインバータ駆動用制御装置であって、前記第２の電気回路には、インバータ制御の対象となる圧縮機のモータのモータ定数が予め組み込まれているインバータ駆動用制御装置。
6. 請求項５に記載のインバータ駆動用制御装置において、前記第２の電気回路には、前記第１の電気回路を構成している電気部品の少なくとも一部に接続するための端子台若しくはコネクタが含まれていることを特徴とするインバータ駆動用制御装置。
7. 請求項５又は６に記載のインバータ駆動用制御装置において、第２の電気回路には、複数種類のモータのモータ定数が組み込まれており、冷凍装置に追加設置された段階で、インバータ制御の対象となる圧縮機のモータのモータ定数の選択が可能であることを特徴とするインバータ駆動用制御装置。
   

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