JP2012189246A

JP2012189246A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2012189246A
Application number: JP2011051898A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kasezawa; 実加瀬沢; Mizuki Saito; 瑞紀斎藤
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2012-10-04

Abstract

【課題】複数種類の冷媒の中から任意の冷媒を選択して使用できると共に、圧縮機の故障や異常停止を防止して効率の良い運転を可能にする。
【解決手段】冷凍装置は、圧縮機１、凝縮器２及び膨張弁５を備え、前記圧縮機は回転数制御可能に構成され、少なくとも２種類以上の冷媒を使用可能に構成されている。また、圧縮機の駆動電流を検出する駆動電流検出手段９６と、圧縮機の吸入側の圧力及び温度と、圧縮機の吐出側の圧力及び温度を検出する運転状態検出手段９２〜９５と、前記駆動電流検出手段及び運転状態検出手段からの検出データに基づき冷凍サイクルに封入されている冷媒の種類を判別する冷媒識別手段と、前記冷媒判別手段で判別された冷媒の種類に応じて、予め冷媒別に設定された圧縮機の回転数範囲で圧縮機を制御する制御手段２０１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に圧縮機の回転数を制御する制御装置を備える冷凍装置に好適なものである。

従来の圧縮機の回転数を制御する制御装置を備えた冷凍装置としては、例えば特開平７−１９０５１７号公報（特許文献１）に記載されたものがある。

この特許文献１に記載されたものでは、冷媒として従来のＣＦＣ若しくはＨＣＦＣよりも高沸点若しくはガス比体積の大きなＨＦＣ冷媒を用いる場合に、圧縮機の運転周波数を、ＣＦＣ若しくはＨＣＦＣ使用時の約１．１〜２倍に設定し、冷媒循環量を増加させることによって、従来の冷媒を使用した場合と同等の冷凍能力を確保するようにしている。

特開平７−１９０５１７号公報

上記特許文献１のものには、使用する冷媒の違いにより運転周波数を変化させて、同等の冷凍能力を得ることが記載されているものの、誤った種類の冷媒を封入するなど、制御装置で設定した圧縮機運転周波数の設定値に対応した冷媒が封入されなかった場合、封入冷媒とそれに対する制御値が一致しないために、冷凍装置の効率的な運転ができず、また冷凍装置の冷却能力不足により冷凍倉庫や冷蔵倉庫内の商品品質が保てないなどの課題が生じる。

本発明の目的は、予め決められた複数種類の冷媒の中から任意の冷媒を封入して使用することができ、圧縮機の故障や異常停止を未然に防止して封入された冷媒に対応した効率の良い運転が可能な冷凍装置を得ることにある。

上記目的を達成するために、本発明は、負荷側となる蒸発器からの冷媒を吸入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁とを備え、前記圧縮機は回転数制御可能に構成されていると共に少なくとも２種類以上の冷媒を使用可能に構成されている冷凍装置において、前記圧縮機の駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、前記圧縮機の吸入側の圧力及び温度と、前記圧縮機の吐出側の圧力及び温度を検出する運転状態検出手段と、前記駆動電流検出手段及び運転状態検出手段からの検出データに基づき冷凍サイクルに封入されている冷媒の種類を識別する冷媒識別手段と、前記冷媒識別手段で識別された冷媒の種類に応じて、予め冷媒毎に設定された圧縮機の回転数範囲で圧縮機を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。

前記冷媒識別手段は、使用可能な冷媒毎に、運転状態に対応した圧縮機駆動電流の電流基準値を予め記憶しておく記憶手段を備えており、前記運転状態検出手段で検出された運転状態と、前記駆動電流検出手段で検出された電流値と、前記記憶手段に記憶されている冷媒毎の電流基準値とを比較することで封入されている冷媒の種類を識別するようにすると良い。

また、前記制御手段に設定されている圧縮機の回転数範囲には、圧縮機の許容電流値以内で制御されるように、圧縮機の最高回転数が冷媒の種類毎に設定されていることが好ましい。

前記制御手段は、少なくとも２種類以上の使用可能な冷媒の中から任意に選択可能な冷媒選択手段を備えており、この冷媒選択手段で選択された冷媒の種類に応じて、予め冷媒毎に設定された圧縮機の回転数範囲で圧縮機を制御すると共に、前記冷媒識別手段でも冷媒の種類を識別し、この冷媒識別手段で識別された冷媒の種類と、前記冷媒選択手段で設定された冷媒の種類とが不一致の場合には、警報を発するか圧縮機の運転を停止させるように構成しても良い。

本発明の他の特徴は、負荷側となる蒸発器からの冷媒を吸入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁とを備え、前記圧縮機は回転数制御可能に構成されていると共に少なくとも２種類以上の冷媒を使用可能に構成されている冷凍装置において、前記使用可能な２種類以上の冷媒の中から使用する冷媒を選択するための冷媒選択手段と、該冷媒選択手段で選択された冷媒の種類に応じて、予め冷媒別に設定された圧縮機の回転数範囲で圧縮機を制御する制御手段と、前記圧縮機の駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、前記圧縮機の吸入側の圧力及び温度と、前記圧縮機の吐出側の圧力及び温度を検出する運転状態検出手段と、前記冷媒選択手段で設定された冷媒に対して予め記憶されている運転状態に対応する電流基準値と、運転開始後に前記駆動電流検出手段で検出された圧縮機の駆動電流の検出値とを比較して、その電流値の差が、冷媒の違いによる圧縮機仕事当量の差相当分異なる場合は、前記冷媒選択手段での設定が誤っていると判断して、圧縮機を停止させるか警報を発する機能を備えていることにある。

本発明によれば、予め決められた複数種類の冷媒の中から任意の冷媒を封入して使用することができ、圧縮機の故障や異常停止を未然に防止して封入された冷媒に対応した効率の良い運転が可能な冷凍装置を得ることができる。

本発明の冷凍装置の実施例１を示す冷凍サイクル構成図。図１に示す実施例１における冷媒の種類と圧縮機運転周波数範囲を示す図。冷媒の違いによる圧縮機仕事当量の比較を示す図。吸入圧力に基づく圧縮機の回転数制御を説明する図。本発明の冷凍装置の実施例２を示す冷凍サイクル構成図。

以下、本発明の冷凍装置の具体的実施例を図面に基づいて説明する。

本実施例は、冷凍装置に封入された冷媒の種類を識別し、識別された冷媒の種類に応じて予め冷媒別に設定された圧縮機の回転数範囲で圧縮機を制御することで、圧縮機の故障や異常停止を未然に防止して封入された冷媒に対応した効率の良い運転を可能にしたものである。以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施例１を説明する。

図１は本実施例の冷凍装置を示す冷凍サイクル構成図である。図１において、Ｉは冷凍装置、IIは負荷側機器であり、これらは冷媒配管７により接続されて冷凍サイクルを構成している。なお、前記冷凍装置Ｉと負荷側機器IIは複数種類の冷媒が使用可能にそれぞれ構成されている。

冷凍装置Ｉの構成について説明する。図において、１は圧縮機で、インバータ９１により回転数（運転周波数）制御可能に構成された可変容量式のものである。前記圧縮機１から吐出された冷媒ガスは、凝縮器２に流入して冷却され、凝縮して液冷媒となる。凝縮器で凝縮された冷媒は受液器３に流入し、その後、液冷媒は前記負荷側機器IIに流れる。

この負荷側機器IIは、電磁弁４、膨張弁５、蒸発器６などから構成されており、負荷側機器IIに流入した液冷媒は前記膨張弁５で減圧され、蒸発器６で被冷却物を冷却しながら蒸発し、再びガス冷媒となって冷凍装置Ｉ側の前記圧縮機１へ吸入される。

前記冷凍装置Ｉには、圧縮機１の吸入側圧力を検出するための吸入圧力センサ９２、圧縮機１の吐出側圧力を検出するための吐出圧力センサ９３、圧縮機１の吸入側温度を検出するための吸入ガス温度センサ９４、圧縮機１の吐出側温度を検出するための吐出ガス温度センサ９５、圧縮機１の駆動電流、即ち圧縮機を駆動するモータに流れる電流を検出する電流センサ（駆動電流検出手段）９６が設けられている。また、２０１は冷凍装置Ｉを制御するための制御装置で、前記各センサ９２〜９６の検出値はこの制御装置２０１に入力される。

本実施例では、複数種類の冷媒、例えばＲ４０４Ａと、Ｒ４１０Ａが使用可能に構成されており、前記制御装置２０１には、使用される冷媒に対応して、図２に示すように、圧縮機１の運転周波数範囲を、使用される冷媒毎に設定しておく。即ち、冷媒としてＲ４０４Ａが使用された場合には、圧縮機１の運転周波数範囲は２５〜９０Ｈｚ、Ｒ４１０Ａが使用された場合には、前記周波数範囲は２５〜６５Ｈｚに設定されており、この運転周波数範囲内で圧縮機が運転されるように、前記制御装置２０１はインバータ９１を介して前記圧縮機１を制御する。

また、前記冷凍装置に使用可能とされた冷媒毎に、圧縮機１の吸入側及び吐出側の圧力、温度と、前記圧縮機１の運転周波数に基づく電流値を算出し、或いは実験により予め求めておき、制御装置２０１などに備えられている記憶手段に記憶させておく。

図３はＲ４０４ＡとＲ４１０Ａにおける圧縮機仕事当量を表す図である。図３に示す通り、Ｒ４１０Ａの圧縮機仕事当量（１ｋｇの冷媒を圧縮するのに必要な仕事量（ｋJ））は、冷媒温度が０℃の場合も−４０℃の場合も、Ｒ４０４Ａに比べ約４０％大きい。従って、これら２つの冷媒を冷凍装置にそれぞれ使用した場合、前記各圧力センサ９２，９３、及び各温度センサ９４，９５で検出される圧力と温度、並びに圧縮機の運転周波数が同一の場合、使用されている冷媒毎に、冷凍サイクル内を流れる冷媒循環量は変わるため、前記電流センサ９６で検出される電流値は使用冷媒毎に異なってくる。

そこで、本実施例では、冷媒の種類毎に、圧縮機１の吸入側及び吐出側の圧力、温度などの運転状態に対応する圧縮機の駆動電流を、電流基準値として予め算出或いは実験により求めておき、前記制御装置２０１などの記憶手段に記憶させておく。

この記憶させておく電流基準値のデータは、前記各圧力センサ９２，９３及び各温度センサ９４，９５の全てのデータに基づく電流基準値を算出或いは実験で求めておくことが好ましい。

このように、使用可能な冷媒毎に、運転状態に対応する電流基準値を予め求めて記憶させておくことにより、冷凍装置の運転開始後、前記各圧力センサ９２，９３及び各温度センサ９４，９５の全ての検出データ及び前記電流センサ９６で検出された電流値と、前記記憶させておいた運転状態に対応する電流基準値とを比較することにより、封入されている冷媒の種類を識別することができる。

そこで本実施例では、使用可能な冷媒毎に予め記憶しておいた前記運転状態に対応する圧縮機駆動電流の電流基準値のデータと、前記運転状態検出手段（前記各圧力センサ９２，９３及び各温度センサ９４，９５など）で検出された運転状態及び前記駆動電流検出手段（電流センサ９６など）で検出された電流値の検出データとを比較することにより、封入されている冷媒の種類を識別するようにした冷媒識別手段が前記制御装置２０１に備えられている。

また、前記制御装置２０１には、前記冷媒判別手段で判別された冷媒の種類に応じて、予め冷媒別に設定された圧縮機の回転数範囲で圧縮機を制御する制御手段（制御プログラム）が備えられている。従って、識別された封入冷媒の種類に応じて、過電流が流れて冷凍装置（圧縮機）の異常停止や故障を引き起こすことがない回転数範囲で冷凍装置を制御することができ、圧縮機の故障や異常停止を未然に防止して封入された冷媒に対応した効率の良い運転が可能な冷凍装置を得ることができる。

封入されている冷媒の種類が識別されれば、予め記憶してある冷媒毎の制御プログラムに従って冷凍装置は運転されるが、本実施例では、前記制御装置２０１は、前記吸入圧力センサ９２によって検出された圧縮機１の吸入圧力に基づいて、圧縮機１の回転数を制御している。以下、この制御の具体例を図４により説明する。

図４は、圧縮機の吸入圧力に基づく圧縮機１の回転数制御を説明する図である。圧縮機１の能力を一定とした場合、蒸発器６で要求される冷却負荷が大きくなる（即ち負荷側機器IIの内部温度が上昇する）と、圧縮機１の吸入側の冷媒圧力は高くなる。一方、負荷が小さくなる（即ち負荷側機器IIの内部温度が低下する）と吸入圧力は低くなる。このように、負荷側機器IIの冷却負荷と圧縮機１の吸入圧力には相関関係があるので、吸入圧力を検知して圧縮機１の回転数を可変することにより、冷凍装置Ｉの冷却能力を負荷側機器IIの負荷に応じて変化させる容量制御が可能となる。

本実施例では、図４に示すように、吸入圧力がＢ値以上かつＣ値以下の回転数維持領域になるよう、圧縮機１の回転数制御が行われる。なお、検出された吸入側圧力がＣ値より大きい場合、冷凍装置Ｉの冷却能力が不足していると判断して回転数を増加させる。逆に、検出された吸入側圧力がＢ値より小さい場合は、冷凍能力の方が大きいと判断して回転数を減少させる。また、吸入圧力が更に低下してＡ値以下になった場合、圧縮機１を停止させる。

このように本実施例によれば、複数種類の冷媒を使用可能で、使用する冷媒に対して適正な周波数範囲で圧縮機１の運転を行うことができ、負荷側機器IIを所定の温度帯に維持することができる。また、圧縮機１の運転周波数を過剰に上昇させることも防止でき、冷凍装置の異常停止や故障の危険性を低減でき、冷凍装置の信頼性を向上できる。更に、冷媒の種類に応じた運転周波数の範囲で、負荷側機器IIの負荷に応じて圧縮機１の回転数を適正に制御できるので、効率の良い運転が可能な冷凍装置が得られ、省エネ化も可能となる。

以上述べたように、本実施例は、２種類以上の冷媒を使用可能に前記圧縮機１及び前記制御装置２０１を構成した冷凍装置とし、更に上述した駆動電流検出手段及び運転状態検出手段で検出された検出値と、予め記憶しておいた冷媒種類毎の運転状態に対応した圧縮機駆動電流の基準値とを比較して封入された冷媒を識別する冷媒識別手段を備え、更に識別された冷媒の種類に応じて予め設定された圧縮機の回転数範囲で圧縮機を制御するように構成している。従って、本実施例によれば、予め決められた２種類以上の冷媒の中から任意の冷媒を封入して使用することができ、圧縮機の故障や異常停止を未然に防止し、且つ封入された冷媒に対応した効率の良い運転が可能な冷凍装置を得ることができる。

本発明の冷凍装置の実施例２を図５に示す冷凍サイクル構成図に基づき説明する。なお、図５において、図１と同一符合を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

この実施例２が上述した実施例１と異なる点は、制御手段である制御装置２０１に、使用可能な２種類以上の冷媒の中から使用する冷媒を１つ選択できるように冷媒選択スイッチ（冷媒選択手段）２０２が設けられている点である。また、この実施例２においても、実施例１と同様に、冷凍装置Ｉには、圧縮機１の吸入側圧力を検出するための吸入圧力センサ９２、圧縮機１の吐出側圧力を検出するための吐出圧力センサ９３、圧縮機１の吸入側温度を検出するための吸入ガス温度センサ９４、圧縮機１の吐出側温度を検出するための吐出ガス温度センサ９５、圧縮機１の駆動電流、即ち圧縮機を駆動するモータに流れる電流を検出する電流センサ（駆動電流検出手段）９６が設けられている。

また、実施例１と同様に、使用可能な冷媒毎に、運転状態に対応する電流基準値を演算或いは実験により予め求めて記憶手段に記憶させておく。そして、冷凍装置の運転開始後、前記各圧力センサ９２，９３及び各温度センサ９４，９５の全ての検出データ及び前記電流センサ９６で検出された電流値と、前記記憶手段に記憶させておいた運転状態に対応する電流基準値とを比較することにより、封入されている冷媒の種類を識別する冷媒識別手段も備えられている。

図３で説明したように、使用可能な冷媒がＲ４１０ＡとＲ４０４Ａである場合、これらの冷媒における蒸発温度０℃における圧縮機仕事当量は、Ｒ４０４Ａに対してＲ４１０Ａは約１．４倍のため、同じ圧縮機であれば電流値も約１．４倍となる。

従って、前記制御装置２０１に備えられている演算手段により、前記冷媒選択スイッチ２０２で設定された冷媒に対するある運転条件のときの電流値（記憶手段に記憶されているデータ）と、同様の運転状態のときに前記電流センサ９６で検出された圧縮機の駆動電流の検出値とを比較する。この比較された電流値の差が、冷媒の違いによる圧縮機仕事当量の差相当分異なる場合は、前記冷媒選択スイッチ２０２での設定が誤っている（誤設定）と判断できる。

本実施例では、前記誤設定と判断された場合には、圧縮機１を停止させる、或いは警報を発する機能を備えている。前記警報を発する場合には、表示灯や外部出力信号で、使用者に誤設定を知らせるようにすると良い。また、使用者に誤設定を知らせる機能は、冷凍装置の保護装置作動に至らない運転状態のみに限定し、保護装置作動に至る運転条件の場合には冷凍装置（圧縮機）を停止させるように、誤設定の状況に応じて対応を変えるようにしても良い。他の構成は実施例１と同様である。

本実施例によれば、冷媒選択スイッチ２０２を備えていることにより、冷凍装置の最初の起動時から、設定された冷媒に対応した制御プログラムですぐに運転開始することが可能になる。また、封入した冷媒と冷媒選択スイッチ２０２で選択した冷媒とが違っていた場合には、使用者に誤設定を知らせたり、冷凍装置を停止できるので、圧縮機１の運転周波数を過剰に上昇させて冷凍装置の異常停止や故障を引き起こす可能性を低減でき、冷凍装置の信頼性を向上することができる。

また、本実施例によれば、仮に冷媒識別に利用される前記各センサの何れかが故障したような場合であっても、前記冷媒選択スイッチ２０２で選択した冷媒に応じた制御プログラムで運転できるので、圧縮機の異常停止などを引き起こさない適正な周波数範囲で圧縮機１の運転を行うことができ、負荷側機器IIを所定の温度帯に維持して安定した冷却を継続することが可能となる。

なお、上記各実施例の冷凍装置で使用される圧縮機１としては、スクリュー圧縮機やスクロール圧縮機などが好ましい。

Ｉ：冷凍装置、
II：負荷側機器（低圧側機器）、
１：圧縮機、
２：凝縮器、
３：受液器、
４：電磁弁、
５：膨張弁、
６：蒸発器、
７：冷媒配管、
９１：インバータ、
９２：吸入圧力センサ、
９３：吐出圧力センサ、
９４：吸入ガス温度センサ、
９５：吐出ガス温度センサ、
９６：電流センサ（駆動電流検出手段）、
２０１：制御装置（制御手段）、
２０２：冷媒選択スイッチ（冷媒選択手段）。

Claims

負荷側となる蒸発器からの冷媒を吸入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁とを備え、前記圧縮機は回転数制御可能に構成されていると共に少なくとも２種類以上の冷媒を使用可能に構成されている冷凍装置において、
前記圧縮機の駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
前記圧縮機の吸入側の圧力及び温度と、前記圧縮機の吐出側の圧力及び温度を検出する運転状態検出手段と、
前記駆動電流検出手段及び運転状態検出手段からの検出データに基づき冷凍サイクルに封入されている冷媒の種類を識別する冷媒識別手段と、
前記冷媒識別手段で識別された冷媒の種類に応じて、予め冷媒毎に設定された圧縮機の回転数範囲で圧縮機を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする冷凍装置。
請求項１に記載の冷凍装置において、前記冷媒識別手段は、使用可能な冷媒毎に、運転状態に対応した圧縮機駆動電流の電流基準値を予め記憶しておく記憶手段を備えており、前記運転状態検出手段で検出された運転状態と、前記駆動電流検出手段で検出された電流値と、前記記憶手段に記憶されている冷媒毎の電流基準値とを比較することで封入されている冷媒の種類を識別するものであることを特徴とする冷凍装置。
請求項１に記載の冷凍装置において、前記制御手段に設定されている圧縮機の回転数範囲には、圧縮機の許容電流値以内で制御されるように、圧縮機の最高回転数が冷媒の種類毎に設定されていることを特徴とする冷凍装置。
請求項１に記載の冷凍装置において、前記制御手段は、少なくとも２種類以上の使用可能な冷媒の中から任意に選択可能な冷媒選択手段を備えており、この冷媒選択手段で選択された冷媒の種類に応じて、予め冷媒毎に設定された圧縮機の回転数範囲で圧縮機を制御すると共に、
前記冷媒識別手段でも冷媒の種類を識別し、この冷媒識別手段で識別された冷媒の種類と、前記冷媒選択手段で設定された冷媒の種類とが不一致の場合には、警報を発するか圧縮機の運転を停止させることを特徴とする冷凍装置。
負荷側となる蒸発器からの冷媒を吸入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁とを備え、前記圧縮機は回転数制御可能に構成されていると共に少なくとも２種類以上の冷媒を使用可能に構成されている冷凍装置において、
前記使用可能な２種類以上の冷媒の中から使用する冷媒を選択するための冷媒選択手段と、
該冷媒選択手段で選択された冷媒の種類に応じて、予め冷媒別に設定された圧縮機の回転数範囲で圧縮機を制御する制御手段と、
前記圧縮機の駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
前記圧縮機の吸入側の圧力及び温度と、前記圧縮機の吐出側の圧力及び温度を検出する運転状態検出手段と、
前記冷媒選択手段で設定された冷媒に対して予め記憶されている運転状態に対応する電流基準値と、運転開始後に前記駆動電流検出手段で検出された圧縮機の駆動電流の検出値とを比較して、その電流値の差が、冷媒の違いによる圧縮機仕事当量の差相当分異なる場合は、前記冷媒選択手段での設定が誤っていると判断して、圧縮機を停止させるか警報を発する機能を備えていることを特徴とする冷凍装置。