JP2008136329A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
インバータを搭載した冷凍装置で、インバータ故障時に商用電源運転によるバックアップを実現する。
【解決手段】
インバータにより駆動される圧縮機のモータをＭＳモータとする。ＭＳモータが商用電源周波数で運転中に遵守しなければならないモータ温度は液インジェクション機構により、電流は電流センサによる保護停止により、所定の制限値を超えることなく運転できる。また瞬時停電などで瞬時電圧降下を検出した場合は、商用電源周波数にて同期運転中の圧縮機の電源をいったん遮断し、圧縮機のモータの回転が完全に停止した後に再起動を行わせて過電流を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は冷凍装置に係わり、特にインバータで駆動される圧縮機をインバータ故障時に商用電源でも駆動可能とした冷凍装置に関する。

近年の地球温暖化防止やランニングコスト低減ニーズの高まりにより、店舗やビルのエネルギー消費量の多くを占める冷凍装置や空調装置の省エネ化が進んでいる。この解決策の一つとして、圧縮機をインバータを介して駆動し、インバータ駆動以外に商用電源での商用周波数で直接駆動させる技術が、下記の特許文献1、特許文献２、及び特許文献３に記載されている。

特開平８−２７１０６３号公報 特開２００４−９３０７４号公報 特開２００４−１０４８９５号公報

圧縮機を使用する冷凍空調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。インバータ駆動の圧縮機においても、圧縮機のモータをＤＣモータにすることで、ロータを励磁するエネルギーが省けるので、ＡＣモータより高効率の圧縮機が得られる。このためさらなる省エネルギー化のため、インバータ駆動圧縮機はＤＣモータが主流となりつつある。

しかしながら対人空調と違って、物品の温度管理に使用される冷凍装置においては、信頼性の要求からインバータが故障した場合に商用電源直結によるバックアップ運転を行う機能のニーズが従来よりあり、ＡＣモータのインバータ駆動圧縮機が使用されてきた。ところが、ＤＣモータは商用交流電源で直接駆動することはできないため、ＤＣモータのインバータ駆動圧縮機を有する冷凍装置は、市場での普及が進まない問題があった。

上記課題を解決するため、本発明の冷凍装置は、インバータにより内蔵するモータの回転数を変えて駆動可能な圧縮機と前記インバータに代えて前記モータを商用電源に直接接続して前記圧縮機を駆動可能に切り換えられる電気回路とを備えた冷凍装置であって、前記インバータをＤＣインバータで構成し、前記モータを自己始動型永久磁石同期電動機で構成し、前記自己始動型永久磁石同期電動機に設けた永久磁石の磁力の低下を防止するように制御する制御手段を備えることを特徴とする。

また前記圧縮機の吐出ガス温度を検出する吐出ガスサーミスタと、冷凍サイクル中の液冷媒を前記圧縮機に直接注入可能な液インジェクション機構とを更に備え、前記制御手段は、前記自己始動型永久磁石同期電動機に設けた永久磁石の磁力が低下し始める温度にならないように前記圧縮機へ注入する液インジェクション量を制御することを特徴とする。

また前記自己始動型永久磁石同期電動機に流れる電流の大きさを検知できるセンサを更に備え、前記制御手段は、商用電源周波数での同期運転中に前記自己始動型永久磁石同期電動機に設けた永久磁石の温度が磁力が低下し始める温度にならないように、前記センサで検知した電流が制限電流値を超えたとき前記自己始動型永久磁石同期電動機を保護停止することを特徴とする。

更に運転中の商用電源の瞬時電圧降下を検出可能な手段を更に備え、前記制御手段は、瞬時電圧降下を検出したときに商用電源周波数での同期運転中の前記自己始動型永久磁石同期電動機の電源をいったん遮断し、前記自己始動型永久磁石同期電動機の回転が完全に停止した後に再起動を行わせることを特徴とする。

本発明によれば、インバータ駆動による高い省エネルギー効果を有しかつ万一インバータが故障した場合でもバックアップ運転ができる冷凍装置を得ることができる。

［実施例１］
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構成図を示す。

図示の冷凍装置は圧縮機1を有し、その圧縮機1のモータ２は自己始動型永久磁石同期電動機（マグネチックシンクロナスモータ、以下ＭＳモータと称する）としている。まず、冷凍サイクルの面から本発明の実施の形態を説明する。圧縮機１で圧縮された冷媒ガスは凝縮器３にて送風機４により空気と熱交換して凝縮され、液冷媒となって受液器５に溜められた後、接続冷媒配管を経て冷凍装置外に運ばれ、ショーケース、ユニットクーラといった蒸発器６に至る。蒸発器６で液冷媒は膨張弁等で減圧され、低温低圧のガスとなって、接続冷媒配管を経て冷凍装置にもどり、アキュムレータ７を経て再び圧縮機１に吸入される。

次に制御の面から本発明の実施の形態を説明する。吸入圧力センサ８により検出した吸入圧力は、電気箱９内のユニットコントローラ１０に入力され、ここで運転範囲に応じて設定した設定圧力と比較し、インバータ（周波数可変装置）１１に運転周波数の指令を出す。インバータ１１は指令された周波数を作り、圧縮機１のモータ２の回転数を変化させる。なお、インバータ１１はＤＣモータを駆動制御するＤＣインバータである。

ここで、インバータ１１が故障しても運転を続行するときの動作を説明する。前述したようにインバータ１１が正常な場合は電磁接触器１６ａと電磁接触器１６ｂが閉じて電源が圧縮機１のモータ２に通電して制御される。

もしも、インバータ１１の温度が異常上昇した等のときインバータ１１自身から異常信号をユニットコントローラ１０へ発したり、コントローラ１０がインバータ１１に運転指令をだしているにもかかわらず電流が検出されない場合等、インバータ１１が故障して指令された周波数を作ることが出来なくなったことをユニットコントローラ１０が検知した場合は、ユニットコントローラ１０はインバータ１１の故障と判断する。

この場合は、電磁接触器１６ａと電磁接触器１６ｂを開き、電磁接触器１６ｃを閉じて、電気箱９内にある電磁接触器１６ａ、１６ｂと１６ｃの接点を切り換えて、インバータ１１への電源接続を中止し、商用電源１５を圧縮機１のモ−タ２に直接接続する。その結果、モータ２はＭＳモータであるので、商用電源周波数に同期して回転し、インバータ１１が故障しても運転を続行することができる。

モータ２の温度と、圧縮機１で圧縮された後の吐出ガス温度の間には相関関係があるので、圧縮機１の表面に取り付けた吐出ガスサーミスタ１２で検出した吐出ガス温度により、モータ２の温度を推測することができる。そこで、吐出ガス温度サーミスタ１２が検出する吐出ガス温度をユニットコントローラ１０に入力し、モータ２の温度がその磁力が低下し始める温度に相当する吐出ガス温度を検出したときは、ユニットコントローラ１０は、液インジェクション機構１３に指令を送り、例えば電子制御流量弁の開度パルスを大きくするといった方法により、液インジェクション機構１３からの液インジェクション量を増加させる。この結果、圧縮機１に注入される液冷媒の量が増加して、吐出ガス温度は低下し、モータ２の温度がその磁力が低下し始める温度になることを防ぐことができる。

このようにユニットコントローラ１０は、液冷媒を圧縮機の圧縮機構部に注入してその蒸発熱で温度を下げる液インジェクション機構を使用し、モータ２の永久磁石の温度が、磁力が低下し始める温度にならないように液インジェクション量を制御することを行う。

また、圧縮機1のモータ２への配線には電流センサ１４が取り付けられ、モータ２の運転電流を検出してユニットコントローラ１０に入力している。通常は検出した運転電流がインバータ１１の制限電流を超えないよう、ユニットコントローラ１０にて監視、制御を行うが、インバータ１１が故障し、圧縮機１のモータ２が商用電源周波数に同期して回転している場合には、モータ１１のロータが永久磁石であるので、ある温度においてその温度に対応する電流値を超えた電流が流れると、磁力が減少する特性があり、モータ２を構成する永久磁石の温度が磁力が低下し始める温度に相当する運転電流値（制限電流値）を検出したときは、ユニットコントローラ１０により圧縮機１の運転を停止させる。

このようにモータ２の永久磁石の磁力が低下し始める温度とそのとき許容できる電流値の間には前述のように相関関係があるので、制限電流値を超えたら保護停止させることでも磁力の低下を防止することができる。

また、ユニットコントローラ１０は、電源の停電を検出できる機能を有しているが、瞬時電圧降下を検出し、かつ圧縮機１のモータ２が商用電源周波数運転中であった場合は、モータ２への電源をいったん遮断し、モータ２の回転が完全に停止した後に再起動を行わせる。

これは、電源が遮断されロータが非通電状態で回転している状態で電源が復帰すると過電流が流れ、この場合も磁石の磁力が減少するので、瞬時停電などが起きた場合には、瞬時電圧降下を検出した後、商用電源周波数にて同期運転中の圧縮機の電源をいったん遮断し、圧縮機のモータの回転が完全に停止した後に再起動を行わせることでも過電流を防止することができる。

このように本発明による冷凍装置は、インバータにより駆動される圧縮機のモータとしてＭＳモータを使用するために、磁力が減少するとトルクが不足するため、低い負荷では過電流が流れたり、また高い負荷ではロックするといった不具合が発生するので、これを防止するように制御する制御手段を備えている。

この結果、ＭＳモータをＤＣモータとしてＤＣモータ制御用のインバータ制御装置で駆動でき、かつＭＳモータは商用電源周波数に同期して運転可能なため、インバータが故障した場合に商用電源に直接接続して運転可能となる。

前述したように、本発明によればインバータにより駆動される圧縮機のモータとしてＭＳモータを使用できるため、高い省エネルギー効果を得られるインバータ圧縮機が得られ、かつ万一インバータが故障した場合には、ＭＳモータが商用電源周波数に同期して運転可能なため、一定速圧縮機としてバックアップ運転ができる。これによりインバータ故障時に商用交流電源によるバックアップ運転ができないという、ＤＣモータ搭載インバータ駆動圧縮機を有する冷凍装置の欠点を解消することができる。

本発明による冷凍装置の形態を示す構成図。

符号の説明

1…圧縮機、２…モータ、３…凝縮器、４…送風機、５…受液器、６…蒸発器、７…アキュムレータ、８…吸入圧力センサ、９…電気箱、１０…ユニットコントローラ、１１…インバータ、１２…吐出ガス温度サーミスタ、１３…液インジェクション機構、１４…電流センサ、１５…商用電源、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ…電磁接触器。

Claims (4)

1. インバータにより内蔵するモータの回転数を変えて駆動可能な圧縮機と前記インバータに代えて前記モータを商用電源に直接接続して前記圧縮機を駆動可能に切り換えられる電気回路とを備えた冷凍装置であって、前記インバータをＤＣインバータで構成し、前記モータを自己始動型永久磁石同期電動機で構成し、前記自己始動型永久磁石同期電動機に設けた永久磁石の磁力の低下を防止するように制御する制御手段を備えることを特徴とする冷凍装置。
2. 前記圧縮機の吐出ガス温度を検出する吐出ガスサーミスタと、冷凍サイクル中の液冷媒を前記圧縮機に直接注入可能な液インジェクション機構とを更に備え、前記制御手段は、前記自己始動型永久磁石同期電動機に設けた永久磁石の磁力が低下し始める温度にならないように前記圧縮機へ注入する液インジェクション量を制御することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記自己始動型永久磁石同期電動機に流れる電流の大きさを検知できるセンサを更に備え、前記制御手段は、商用電源周波数での同期運転中に前記自己始動型永久磁石同期電動機に設けた永久磁石の温度が磁力が低下し始める温度にならないように、前記センサで検知した電流が制限電流値を超えたとき前記自己始動型永久磁石同期電動機を保護停止することを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。
4. 運転中の商用電源の瞬時電圧降下を検出可能な手段を更に備え、前記制御手段は、瞬時電圧降下を検出したときに商用電源周波数での同期運転中の前記自己始動型永久磁石同期電動機の電源をいったん遮断し、前記自己始動型永久磁石同期電動機の回転が完全に停止した後に再起動を行わせることを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。

Images