JP2010101605A

JP2010101605A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2010101605A
Application number: JP2008275870A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yamaguchi; 信之山口; Daisuke Toyoda; 大介豊田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-10-27
Also published as: JP5071348B2

Abstract

【課題】圧縮機の最低周波数を、その圧縮機固有の能力に適した最低周波数へ変更することができる冷凍装置を提供する。
【解決手段】空調機１では、マイコン４０の変更部４３は、圧縮機１１が設定部４１で設定された最低周波数で異常停止することなく所定時間運転を継続したときに最低周波数の値を減少させるので、余裕を持たせた一定の最低周波数で運転されるよりも省エネルギーである。また、変更部４３は、異常停止の回数が所定回数に到達したとき最低周波数を増加させる。圧縮機１１の最低周波数の値が増加された後に圧縮機１１が異常停止することなく所定時間運転を継続することができたとき、変更部４３は最低周波数の値を減少させるが異常停止したときの値までは減少させない。
【選択図】図４

Description

本発明は、冷凍装置、特に、容量可変の圧縮機を用いた冷凍装置に関する。

近年、運転周波数をインバータ制御によって変更することができる容量可変型圧縮機を用いた冷凍装置が広く普及している（例えば、特許文献１参照）。一般に、圧縮機の最低運転周波数（以下、最低周波数とよぶ）は、想定される運転状況、圧縮機単品の特性バラツキ、及び安全率を考慮して一律に設定されており、圧縮機が設定された最低周波数で運転されているとき、圧縮機に作用する負荷が所定値を超えた場合、圧縮機は異常停止する。

しかしながら、実運転においては、設定された最低周波数よりもさらに低い周波数で運転可能な状態があり、或は、設定された最低周波数よりもさらに低い周波数で運転可能な圧縮機があるので、最低周波数を一律に設定することは、無駄な電力消費を招くことがある。
特開平３−３７３８３号公報

本発明の課題は、圧縮機の最低周波数を、圧縮機固有の能力に適した最低周波数へ変更することができる冷凍装置を提供することにある。

第１発明に係る冷凍装置は、圧縮機の運転周波数の変更によって圧縮機の容量制御を行う冷凍装置であって、設定部と、判断部と、変更部とを備えている。設定部は、圧縮機の起動後に運転周波数の最低周波数を設定する。判断部は、圧縮機が最低周波数で運転されている間に圧縮機を異常と判断したときは圧縮機を異常停止させる。変更部は、圧縮機が設定部で設定された最低周波数で異常停止することなく所定時間運転を継続したときに最低周波数の値を減少させる。

この冷凍装置では、圧縮機の最低周波数が、出荷時の設定値に固定されることなく圧縮機の運転状況に応じて変更されるので、余裕を持たせて設定されている出荷時の最低周波数で運転されるよりも省エネルギーである。

第２発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、判断部が、圧縮機が最低周波数で運転しているときに発生した異常停止の回数を計数する。変更部は、異常停止の回数が所定回数に到達したとき最低周波数を増加させる。この冷凍装置では、圧縮機の最低周波数が異常停止するような値のまま放置されることがないので、現実に適した最低周波数が設定される。

第３発明に係る冷凍装置は、第２発明に係る冷凍装置であって、圧縮機の最低周波数の値が増加された後に圧縮機が異常停止することなく所定時間運転を継続することができたとき、変更部は最低周波数の値を減少させるが異常停止したときの値までは減少させない。この冷凍装置では、圧縮機の最低周波数が異常停止しない最低の値に維持されるので、現実の運転状況に適した省エネルギー運転が図られる。

第４発明に係る冷凍装置は、第２発明に係る冷凍装置であって、圧縮機が異常停止したときに異常コードを発信する異常診断部をさらに備えている。異常診断部は、圧縮機が最低周波数で異常停止したとき異常コードを発信しない。この冷凍装置では、最低周波数を設定するための圧縮機停止の場合、圧縮機は故障ではない。したがって、異常コードを発信しないことによってユーザーに不安感を与えることは回避される。

第１発明に係る冷凍装置では、圧縮機の最低周波数が、出荷時の設定値に固定されることなく圧縮機の運転状況に応じて変更されるので、余裕を持たせて設定されている出荷時の最低周波数で運転されるよりも省エネルギーである。

第２発明に係る冷凍装置では、圧縮機の最低周波数が異常停止するような値のまま放置されることがないので、現実に適した最低周波数が設定される。

第３発明に係る冷凍装置では、圧縮機の最低周波数が異常停止しない最低の値に維持されるので、現実の運転状況に適した省エネルギー運転が図られる。

第４発明に係る冷凍装置では、異常コードを発信しないことによってユーザーに不安感を与えることは回避される。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜空調機の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機の構成図である。図１において、空調機１は、室外ユニット２と室内ユニット３とを備えている。なお、室内ユニット３は複数台であってもよい。

この空調機１は、冷媒が充填された冷媒回路１０を備えている。冷媒回路１０は、室外ユニット２に収容された室外側回路と、室内ユニット３に収容された室内側回路とを備えている。室外側回路と室内側回路とは、ガス側連絡配管１７ａ及び液側連絡配管１７ｂによって接続されている。

＜室内ユニットの構成＞
室内側回路には、室内熱交換器１５が設けられている。この室内熱交換器１５の近傍には、室内熱交換器１５に室内空気を送るための室内ファン３３が設けられている。

＜室外ユニットの構成＞
室外ユニット２における室外側回路には、圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３、及び膨張弁１４が接続されている。室外側回路の一端には、液側連絡配管１７ｂが接続される液側閉鎖弁１９が設けられている。室外側回路の他端には、ガス側連絡配管１７ａが接続されるガス側閉鎖弁１８が設けられている。

圧縮機１１の吐出側は、四路切換弁１２の第１ポートＰ１に接続されている。圧縮機１１の吸入側は、アキュムレータ２０を挟んで四路切換弁１２の第３ポートＰ３に接続されている。アキュムレータ２０は、液冷媒とガス冷媒とを分離する。

室外熱交換器１３の近傍には、室外空気を送るための室外ファン２３が設けられている。室外熱交換器１３の一端側は、四路切換弁１２の第４ポートＰ４に接続されている。室外熱交換器１３の他端側は、減圧手段である膨張弁１４に接続されている。

膨張弁１４は、開度可変の電子膨張弁であり、液側閉鎖弁１９に接続されている。また、四路切換弁１２の第２ポートＰ２はガス側閉鎖弁１８に接続されている。

四路切換弁１２は、第１ポートＰ１と第４ポートＰ４が互いに連通して第２ポートＰ２と第３ポートＰ３が互いに連通する第１状態（図１の実線で示す状態）と、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２が互いに連通して第３ポートＰ３と第４ポートＰ４が互いに連通する第２状態（図１の点線で示す状態）とが切り換え可能となっている。

（各種センサ）
空調機１には、サーミスタから成る室外温度センサ１０２、室内温度センサ１０３、吐出管温度センサ１１１、室外熱交換器温度センサ１１３、及び室内熱交換器温度センサ１１５が設けられている。室外温度センサ１０２は、室外ユニット２の周囲温度を検知する。室内温度センサ１０３は、室内温度を検知する。

吐出管温度センサ１１１は、圧縮機１１の吐出配管に取付けられ冷媒の吐出温度を検知する。室外熱交換器温度センサ１１３は、室外熱交換器１３に取付けられ、室外熱交換器１３の所定領域を流れる冷媒の温度を検知する。室内熱交換器温度センサ１１５は、室内熱交換器１５に取付けられ、室内熱交換器１５の所定領域を流れる冷媒の温度を検知する。そして、これらの温度センサの測定値に基づき、制御部４が空調機１を運転制御する。

図２は、制御部のブロック図である。図２において、制御部４は、マイコン４０を搭載している。マイコン４０は、設定部４１、判断部４２、変更部４３及び異常診断部４４を内蔵している。設定部４１は、圧縮機１１の起動後に運転周波数の最低周波数を設定する。判断部４２は、圧縮機１１が最低周波数で運転されている間に圧縮機１１を異常と判断したときは圧縮機１１を異常停止させる。圧縮機１１の異常か否かの判断は、圧縮機１１のモータの過電流を検知する過電流検知部５１の検知信号に基づいて行われる。変更部４３は、圧縮機１１が設定部４１で設定された最低周波数で異常停止することなく所定時間運転を継続したときに最低周波数の値を減少させる。異常診断部４４は、圧縮機が異常停止したときに異常コードを発信し、必要に応じて表示部５２に表示する。

図３は、制御部内の圧縮機駆動回路の回路図である。図３において、制御部４は、圧縮機１１の運転周波数を制御するために、電源回路６２、及びモータ駆動回路６５を搭載している。

電源回路６２は、ダイオードから成るブリッジ回路６２ａ及び電解コンデンサー６２ｂを有し、交流電源１００から直流のモータ用電源を生成する。モータ駆動回路６５は、インバータ回路６５ａとモータ駆動ＩＣ６５ｂとを有している。インバータ回路６５ａは、６つのトランジスタからなるブリッジ回路である。モータ駆動ＩＣ６５ｂは、インバータ回路６５ａの各トランジスタへ駆動信号を入力するＩＣである。

マイコン４０は、圧縮機１１の運転周波数を所定の周波数にするために、その周波数に対応するパルス電圧が圧縮機１１のモータへ供給されるように、モータ駆動ＩＣ６５ｂを制御してインバータ回路６５ａの各トランジスタへ駆動信号を入力させる。

＜空調機の動作＞
空調機１では、四路切換弁１２によって、冷房運転および暖房運転のいずれか一方に切り換えることが可能である。

（冷房運転）
冷房運転では、四路切換弁１２が第１状態（図１の実線）に設定される。この状態で圧縮機１１を運転すると、冷媒回路１０では室外熱交換器１３が凝縮器となり、室内熱交換器１５が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、室外熱交換器１３で室外空気と熱交換して凝縮する。室外熱交換器１３を通過した冷媒は、膨張弁１４を通過する際に減圧され、その後に室内熱交換器１５で室内空気と熱交換して蒸発する。室内熱交換器１５を通過した冷媒は、圧縮機１１へ吸入されて圧縮される。

（暖房運転）
暖房運転では、四路切換弁１２が第２状態（図１の点線）に設定される。そして、この状態で圧縮機１１を運転すると、冷媒回路１０では、室外熱交換器１３が蒸発器となり、室内熱交換器１５が凝縮器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、室内熱交換器１５で室内空気と熱交換して凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁１４を通過する際に減圧された後、室外熱交換器１３で室外空気と熱交換して蒸発する。室外熱交換器１３を通過した冷媒は、圧縮機１１へ吸入されて圧縮される。

＜圧縮機の最低周波数の設定＞
圧縮機１１の運転周波数は、圧縮機１１に作用する負荷が小さくなるほど減少するが、信頼性を確保するため、予め、最低運転周波数（以下、最低周波数とよぶ）が設定されている。空調機１の工場出荷時における圧縮機１１の最低周波数は、単品バラツキ及び安全率を考慮して、圧縮機１１の実力より高めに設定されている。本実施形態に係る空調機１では、工場出荷後の実運転中に、圧縮機１１の実力に応じた最低周波数が設定されるように、最低周波数設定制御が行われる。以下、最低周波数設定制御について、図面を用いて説明する。

図４は、最低周波数設定制御のフローチャートである。図４において、ステップＳ１で、マイコン４０は、圧縮機１１が起動しているか否かを判定し、ｎｏならば、引き続き圧縮機１１が起動しているか否かを監視し、ｙｅｓならば、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２で、マイコン４０の設定部４１が、記憶している前の最低周波数を最低周波数として設定する。空調機１が工場出荷後に初めて運転されるときは、工場出荷時に予め設定されている初期最低周波数を最低周波数として設定する。

ステップＳ３で、マイコン４０は、圧縮機１１の現在の運転周波数が最低周波数か否かを判定し、ｎｏならばステップＳ１３へ進み、ｙｅｓならばステップＳ４へ進む。なお。ステップＳ１３は、圧縮機１１の運転周波数が最低周波数になってからの経過時間Ｔのカウントを一時停止するためのコマンドであるが、時間ＴのカウントはステップＳ４で実行されるコマンドであるので、空調機１が圧縮機起動後の最初の最低周波数設定制御のときは時間Ｔのカウントは行われておらず、時間Ｔは０である。しかし、ステップＳ４以後のルーチンが進行し再びステップＳ３に戻ったときには、時間Ｔのカウントは進行中であるので、マイコン４０は、ステップＳ１３で時間Ｔのカウントを一時停止し、引き続き現在の運転周波数が最低周波数か否かを監視する。

ステップＳ４で、マイコン４０は、圧縮機１１の運転周波数が最低周波数になってからの経過時間Ｔをカウントして、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５で、マイコン４０は、経過時間Ｔが所定時間Ｔｓに達したか否かを判定し、ｎｏならば、ステップＳ２１へ進み、ｙｅｓならばステップＳ６へ進む。

ステップＳ６で、マイコン４０は、記憶している圧縮機１１の異常停止回数Ｎを０に設定する。空調機１が工場出荷後に初めて運転されるときは、工場出荷時に予めＮ＝０と設定されている。

ステップＳ７で、マイコン４０は、圧縮機１１の現在の最低周波数が予め設定されている最低周波数範囲の下限値以下となっているか否かを判定し、ｎｏならば、ステップＳ１１へ進み、ｙｅｓならばステップＳ８へ進む。本実施形態では、圧縮機１１の単品バラツキ及び安全率を考慮して最低周波数にも所定の範囲を持たせており、圧縮機１１の実力より高めに設定されている。

ステップＳ８で、マイコン４０は、圧縮機１１の運転周波数を現在の最低周波数で維持する。つまり、圧縮機１１は、バラツキ及び安全率を考慮して決められた最低周波数の下限値よりも低い周波数で運転されているので、省エネルギーを実現している。

次に、先のステップＳ７で、マイコン４０がｎｏと判定しステップＳ１１へ進む場合について説明する。ステップＳ１１で、マイコン４０は、現在の最低周波数が前に異常停止を起したエラー周波数に△Ｈｚｄｏｗｎを加算した値より大きいか否かを判定し、ｎｏならばステップＳ８へ進み、ｙｅｓならばステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、マイコン４０の変更部４３が、圧縮機１１の現在の最低周波数を所定値△Ｈｚｄｏｗｎ（２Ｈｚ）だけ減じる。つまり、マイコン４０は、そのエラー周波数に到達しない限り、最低周波数を減じても問題はないと判断している。

次に、先のステップＳ５で、マイコン４０がｎｏと判定しステップＳ２１へ進む場合について説明する。ステップＳ２１で、マイコン４０の判断部４２が、圧縮機１１に異常が発生していないか否かを判定し、ｎｏならば、ステップＳ３へ戻り、ｙｅｓならばステップＳ２２進む。圧縮機１１の異常は、過電流検知部５１によって検知される。例えば、最低周波数で稼動している圧縮機１１に過電流が生じ、過電流検知部５１がその過電流を検知したとき、圧縮機１１を停止させる。つまり、マイコン４０は、圧縮機１１がその最低周波数で稼動することに無理があると判断している。

ステップＳ２２で、マイコン４０の判断部４２は、異常回数Ｎに１を加えて異常回数Ｎを更新し、ステップＳ２３へ進む。ステップＳ２３で、判断部４２は、異常回数Ｎが所定値Ｎ３（＝３）に達したか否かを判定し、ｎｏならば、ステップＳ３１へ進み、ｙｅｓならば、ステップＳ２４へ進む。

ステップＳ２４で、マイコン４０は、圧縮機１１の現在の最低周波数が予め設定されている最低周波数範囲の上限値以上となっているか否かを判定し、ｎｏならばステップＳ４１へ進み、ｙｅｓならばステップＳ２５へ進む。本実施形態では、最低周波数にも所定の範囲を持たせており、その範囲は、圧縮機１１の単品バラツキ及び安全率を考慮して設定されている。

ステップＳ２５で、マイコン４０の判断部４２は、異常回数Ｎが所定値Ｎ１０（＝１０）に達したか否かを判定し、ｎｏならば、ステップＳ５１へ進み、ｙｅｓならば、ステップＳ２６へ進む。

ステップＳ２６で。マイコン４０は、空調機１の運転を停止する。つまり、最低周波数が上限値以上で稼動していると判定され（ステップＳ２４）、異常停止が所定値Ｎ３以上と判定された（ステップＳ２５）ので、最低周波数による異常ではなく、他の異常があると判断される。

次に、先のステップＳ２３で、マイコン４０がｎｏと判定しステップＳ３１へ進む場合について説明する。ステップＳ３１で、マイコン４０の変更部４３が、現在の最低周波数を維持することを決定する。

ステップＳ３２で、マイコン４０は、圧縮機１１を起動させるために、圧縮機再起動条件が成立したか否かを判定し、ｎｏならば引き続き圧縮機再起動条件が成立したか否かを監視し、ｙｅｓならば圧縮機１１を再起動させてステップＳ３へ戻る。

次に、先のステップＳ２４で、マイコン４０がｎｏと判定しステップＳ４１へ進む場合について説明する。ステップＳ４１で、マイコン４０の変更部４３が、最低周波数を所定値（２Ｈｚ）増加させる。つまり、マイコン４０は、現在の最低周波数がまだ上限値に達していないと判定した（ステップＳ２４）ので、まだ最低周波数を増加させる余裕があると判断している。

そして、マイコン４０の判断部４２が、ステップＳ４２で前の最低周波数を記憶し、ステップＳ４３で異常回数Ｎをリセットし、ステップＳ３２へ進む。ステップＳ３２で、マイコン４０は、圧縮機１１を起動させるために、圧縮機再起動条件が成立したか否かを判定し、ｎｏならば引き続き圧縮機再起動条件が成立したか否かを監視し、ｙｅｓならば圧縮機１１を再起動させてステップＳ３へ戻る。

次に、先のステップＳ２５で、マイコン４０がｎｏと判定しステップＳ５１へ進む場合について説明する。ステップＳ５１で、マイコン４０の変更部４３が、現在の最低周波数を維持することを決定し、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３２で、マイコン４０は、圧縮機１１を起動させるために、圧縮機再起動条件が成立したか否かを判定し、ｎｏならば引き続き圧縮機再起動条件が成立したか否かを監視し、ｙｅｓならば圧縮機１１を再起動させてステップＳ３へ戻る。

以上のように、マイコン４０は、最低周波数設定制御を通して、最低周波数で稼働中の圧縮機１１が正常か異常かを判定し、異常停止した頻度が高い場合は最低周波数を増加させ、正常運転の頻度が高い場合は最低周波数を減少させる。なお、最低周波数の設定時に発生する圧縮機１１の停止は、異常負荷による圧縮機１１の異常停止と異なるので、マイコン４０の異常診断部４４は、最低周波数設定制御中に圧縮機１１が異常停止した場合でも、表示部５２へ異常コードを表示しない。したがって、ユーザーに不安感を与えることは回避される。

＜特徴＞
（１）
空調機１では、マイコン４０の変更部４３は、圧縮機１１が設定部４１で設定された最低周波数で異常停止することなく所定時間運転を継続したときに最低周波数の値を減少させるので、余裕を持たせた一定の最低周波数で運転されるよりも省エネルギーである。また、圧縮機１１がより低い最低周波数で運転されることにより、温湿度制御の範囲が拡大し快適性が向上するだけでなく、圧縮機１１の寿命が延びる。

（２）
また、変更部４３は、異常停止の回数が所定回数に到達したとき最低周波数を増加させる。圧縮機１１の最低周波数の値が増加された後に圧縮機１１が異常停止することなく所定時間運転を継続することができたとき、変更部４３は最低周波数の値を減少させるが異常停止したときの値までは減少させない。その結果、圧縮機１１の最低周波数が異常停止しない最低の値に維持されるので、現実の運転状況に適した省エネルギー運転が図られる。

以上のように、本発明によれば、空調機に有用である。

本発明の一実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機の構成図。制御部のブロック図。制御部内の圧縮機駆動回路の回路図。最低周波数設定制御のフローチャート。

符号の説明

１１圧縮機
４１設定部
４２判断部
４３変更部
４４異常診断部

Claims

圧縮機（１１）の運転周波数の変更によって前記圧縮機（１１）の容量制御を行う冷凍装置において、
前記圧縮機（１１）の起動後に前記運転周波数の最低周波数を設定する設定部（４１）と、
前記圧縮機（１１）が前記最低周波数で運転されている間に前記圧縮機（１１）を異常と判断したときは前記圧縮機（１１）を異常停止させる判断部（４２）と、
前記圧縮機（１１）が前記設定部（４１）で設定された前記最低周波数で異常停止することなく所定時間運転を継続したときに前記最低周波数の値を減少させる変更部（４３）と、
を備えた冷凍装置。
前記判断部（４２）は、前記圧縮機（１１）が前記最低周波数で運転しているときに発生した異常停止の回数を計数し、
前記変更部（４３）は、前記異常停止の回数が所定回数に到達したとき前記最低周波数を増加させる、
請求項１に記載の冷凍装置。
前記圧縮機（１１）の前記最低周波数の値が増加された後に前記圧縮機（１１）が異常停止することなく所定時間運転を継続することができたとき、前記変更部（４３）は、前記最低周波数の値を減少させるが、前記異常停止したときの値までは減少させない、
請求項２に記載の冷凍装置。
前記圧縮機（１１）が異常停止したときに異常コードを発信する異常診断部（４４）をさらに備え、
前記異常診断部（４４）は、前記圧縮機（１１）が前記最低周波数で異常停止したとき前記異常コードを発信しない、
請求項２に記載の冷凍装置。