JP2015007485A - 冷凍装置の圧縮機の容量制御方法および容量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍装置をヒートポンプとして利用する際、凝縮器側の負荷の変動に応じて、圧縮機の効率的な運転を可能とする圧縮機の容量制御方法および装置を提供する。
【解決手段】圧縮機１８と、凝縮器２２と、電子膨張弁２４と、蒸発器１６とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置において、凝縮器２２により外部熱媒を所望に加熱する用途に用いる場合の圧縮機１８の容量制御方法において、少なくとも冷凍装置の負荷運転中に、圧縮機１８からの冷媒吐出圧力Ｐoutを監視しながら、冷媒吐出圧力Ｐoutが、高圧カット値より低い第１閾値より高い場合には、圧縮機１８の容量を低減させ、冷媒吐出圧力Ｐoutが第１閾値より小さい第２閾値より低い場合には、圧縮機１８の容量を増大させ、冷媒吐出圧力Ｐoutが第２閾値と第１閾値との間の場合には、圧縮機１８の容量を維持する冷凍装置の圧縮機１８の容量制御方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置の圧縮機の容量制御方法および容量制御装置に関し、より詳細には、冷凍装置をヒートポンプとして利用する際、凝縮器側の負荷の変動に応じて、圧縮機の効率的な運転を可能とする冷凍装置の圧縮機の容量制御方法および容量制御装置に関する。

従来、圧縮機と、凝縮器と、電子膨張弁と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置をチラーとして利用する際、圧縮機の冷媒吸込み圧力に応じて、圧縮機の容量制御を行っていた。
より詳細には、圧縮機の冷媒吸込み圧力が低圧カット値より高いロードダウン値に達したら、たとえば、圧縮機の回転数を下げることにより圧縮機の容量を低減、すなわち冷媒吐出流量を減少させ、一方、圧縮機の冷媒吸込み圧力がロードダウン値より高いロードアップ値に達したら、圧縮機の容量を増大、すなわち冷媒吐出流量を増大させ、それにより、蒸発器における負荷の変動に応じて、圧縮機の圧縮比をなるべく小さく維持することにより、圧縮機の効率的な運転を行っていた。

しかしながら、冷凍装置をヒートポンプとして利用する際には、凝縮器における負荷の変動に応じて、このような圧縮機の容量制御を行っていなかったことに起因して、以下のような技術的問題が生じていた。
より詳細には、冷凍装置の能力制御運転中、機械的負担が冷凍運転サイクルの成り行きとなる場合において、たとえば、凝縮器における負荷が低減すると、それに応じて、圧縮機の冷媒吐出圧力が増大し、圧縮比が増大する。一方、凝縮器における負荷が増大すると、それに応じて、圧縮機の冷媒吐出圧力が低減し、圧縮比が低減し、たとえば、凝縮器において外部熱媒を所望温度まで加熱することが困難となる。
以上のように、冷凍装置をヒートポンプとして利用する際には、負荷変動に応じて、圧縮機の効率的な運転が行われていなかった。
特に、冷凍装置をヒートポンプとして利用する場合は、冷凍装置をチラーとして利用する場合に比べて、外部熱負荷条件の変動が大きいことから、凝縮器への外部熱媒の流入温度の変動幅が大きい傾向にある。

この点、特許文献１は、チラーおよびヒートポンプのいずれの用途にも用いる冷凍装置において、圧縮機の容量制御を行うのに、圧縮機の冷媒吸込圧力および冷媒吐出圧力の両方を監視して、冷媒吸込圧力に対して下限値、一方冷媒吐出圧力に対して上限値をそれぞれ設定する点を開示する。
しかしながら、特許文献１においては、圧縮機あるいは電動機への機械的負担を一定に保持するのに、冷媒吸込圧力には下限を設ける一方、冷媒吐出圧力には上限を設け、それぞれの範囲内において、圧縮機の容量制御を行っている。
換言すれば、特許文献１は、機械的負担が冷凍運転サイクルの成り行きとなる場合において、外部負荷の変動に応じて、圧縮機の無駄な運転をなくし、いかに効率的な運転をするかについては、なんらの開示も示唆もしていない。
特開平１０−２９２９４９号公報

以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、冷凍装置をヒートポンプとして利用する際、凝縮器側の負荷の変動に応じて、圧縮機の効率的な運転を可能とする圧縮機の容量制御方法および装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る冷凍装置の圧縮機の容量制御方法は、
圧縮機と、凝縮器と、電子膨張弁と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置において、凝縮器により外部熱媒を所望に加熱する用途に用いる場合の圧縮機の容量制御方法において、
少なくとも冷凍装置の負荷運転中に、圧縮機からの冷媒吐出圧力を監視しながら、冷媒吐出圧力が、高圧カット値より低い第１閾値より高い場合には、圧縮機の容量を低減させ、冷媒吐出圧力が第１閾値より小さい第２閾値より低い場合には、圧縮機の容量を増大させ、冷媒吐出圧力が第２閾値と第１閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持する、構成としている。

以上の構成を有する冷凍装置の圧縮機の容量制御方法によれば、少なくとも冷凍装置の負荷運転中に、圧縮機からの冷媒吐出圧力を監視しながら、冷媒吐出圧力が、高圧カット値より低い第１閾値より高い場合には、凝縮器における外部熱媒に対する負荷が減少したものと判定し、圧縮機の容量を低減させることにより、圧縮機の無駄な稼働を回避し、冷媒吐出圧力が第１閾値より小さい第２閾値より低い場合には、凝縮器における外部熱媒に対する負荷が増大したものと判定し、圧縮機の容量を増大させることにより、凝縮器により外部熱媒を所望に加熱し、冷媒吐出圧力が第２閾値と第１閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持することにより、冷凍装置をヒートポンプとして利用する際、凝縮器側の負荷の変動に応じて、圧縮機の効率的な運転が可能となる。

また、前記第１閾値および／または前記第２閾値は、凝縮器における外部負荷変動幅および／または外部負荷変動に対して前記冷凍装置に要求される負荷追従性により決定するのがよい。
さらに、冷媒吸込圧力が低圧カット値より高い第３閾値より低い場合には、圧縮機の容量を低減させ、冷媒吸込圧力が第３閾値より大きい第４閾値より高い場合には、圧縮機の容量を増大させ、冷媒吸込圧力が第３閾値と第４閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持するのでもよい。

さらに、凝縮器への外部熱媒流入温度が第５閾値より高い場合には、圧縮機の容量を低減させ、凝縮器への外部熱媒流入温度が第６閾値より低い場合には、圧縮機の容量を増大させ、凝縮器への外部熱媒流入温度が第５閾値と第６閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持するのでもよい。
加えて、前記圧縮機の容量の低減段階は、冷媒吐出圧力が第１閾値より高い場合、冷媒吸込圧力が第３閾値より低い場合、および凝縮器への外部熱媒流入温度が第５閾値より高い場合の少なくともいずれかを満たすことを条件に実行され、
前記圧縮機の容量の増大段階は、冷媒吐出圧力が第２閾値より低い場合、冷媒吸込み圧力が第４閾値より高い場合、および凝縮器への外部熱媒流入温度が第６閾値より低い場合のすべてを満たすことを条件に実行されるのでもよい。

また、前記圧縮機の容量の低減段階の実行後、第１所定時間経過するまで、圧縮機の容量制御を保留し、第１所定時間後に圧縮機の容量制御を再開する段階を有し、前記圧縮機の容量の増大段階の実行後、第２所定時間経過するまで、圧縮機の容量制御を保留し、第２所定時間後に圧縮機の容量制御を再開する段階を有するのがよい。
さらに、前記圧縮機の容量の低減段階において、圧縮機の容量を低減するための条件を満たす判定の実行後、第３所定時間経過後に、圧縮機の容量を低減したり、前記圧縮機の容量の増大段階において、圧縮機の容量を増大するための条件を満たす判定の実行後、第４所定時間経過後に、圧縮機の容量を増大するのでもよい。

さらにまた、第３所定時間経過後における圧縮機の容量の低減段階において、第３所定時間経過後における圧縮機の容量を低減するための条件と実測値との偏差に応じて、圧縮機の容量の低減割合を定め、第４所定時間経過後における圧縮機の容量の増大段階において、第４所定時間経過後における圧縮機の容量を増大するための条件と実測値との偏差に応じて、圧縮機の容量の増大割合を定めるのでもよい。
さらに、凝縮器への外部熱媒流入温度が第５閾値より高い場合について、冷媒吐出圧力が第１閾値より高い場合、および冷媒吸込圧力が第３閾値より低い場合それぞれに対してよりも長くなるように、前記第１所定時間を設定するのがよい。

上記課題を解決するために、本発明に係る冷凍装置の圧縮機の容量制御装置は、
圧縮機と、凝縮器と、電子膨張弁と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置における圧縮機の容量制御装置において、
前記圧縮機の容量を可変とする圧縮機容量可変手段と、
前記圧縮機の冷媒の吐出位置に設けた圧力センサーと、
前記圧力センサーにより検出された冷媒吐出圧力に応じて、前記圧縮機容量可変手段に対して圧縮機の容量を可変とする圧縮機容量制御手段とを有し、
前記圧縮機容量制御手段は、冷媒吐出圧力が高圧カット値より低い第１閾値より高い場合には、圧縮機の容量を低減させ、冷媒吐出圧力が第１閾値より小さい第２閾値より低い場合には、圧縮機の容量を増大させ、冷媒吐出圧力が第２閾値と第１閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持する、構成としている。

また、前記圧縮機容量制御手段は、さらに、冷媒吸込圧力が低圧カット値より高い第３閾値より低い場合には、圧縮機の容量を低減させ、冷媒吸込圧力が第３閾値より大きい第４閾値より高い場合には、圧縮機の容量を増大させ、冷媒吸込圧力が第３閾値と第４閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持するのでもよい。
さらに、凝縮器への外部熱媒流入温度を検出する温度センサーを有し、
前記圧縮機容量制御手段は、凝縮器への外部熱媒流入温度が第５閾値より高い場合には、圧縮機の容量を低減させ、凝縮器への外部熱媒流入温度が第６閾値より低い場合には、圧縮機の容量を増大させ、凝縮器への外部熱媒流入温度が第５閾値と第６閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持するのがよい。
また、前記圧縮機容量制御手段は、インバータ制御手段であり、インバータの周波数により、圧縮機の回転数を制御して、圧縮機からの冷媒吐出流量を制御するのでもよい。

本発明に係る冷凍装置の圧縮機の容量制御装置および容量制御方法の実施形態を図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
図１において、冷凍装置１０は、概略的には、圧縮機１８の吐出側に一端が接続された冷媒配管１１の他端が、凝縮器２２、電子膨張弁２４を介して蒸発器１６の１次側流路入口に接続され、１次側流路出口に一端が接続された冷媒配管１１の他端が、圧縮機１８の吸入側に接続され、冷媒回路を構成している。冷媒については、たとえば、フロン系として、Ｒ２２およびＲ２３、非フロン系として、アンモニア冷媒および二酸化炭素冷媒を用いてもよい。

蒸発器１６は、乾式の蒸発器として構成され、蒸発器１６の内部に冷媒回路と接続された熱交換管（図示せず）が配設され、胴側に冷媒ガスが充満するようにして、排水の熱回収をすることにより、冷媒を加熱している。
より詳細には、冷媒と管外の排水とが熱交換し、排水が冷媒液を加熱することにより、蒸発器１６の出口で冷媒が乾きガスとなって圧縮機１８に吸引され、一方温水の排水が冷水として排出されるようにしている。

圧縮機１８は、たとえば、容量制御式の往復圧縮機または回転あるいは遠心圧縮機が用いられる。特に、往復式圧縮機であれば、潤滑剤をクランク室等の低圧チャンバーに戻し、スクリュー圧縮機であれば、圧縮機ケーシングの低圧域又は中間圧域に戻すようにする。冷媒回路における圧縮機１８の駆動用モータ７０には、インバータ装置７２を設けて駆動用モータ７０を回転数制御できるようにしてある。
インバータ装置７２には、制御装置７４が接続され、以下に記載するように、圧縮機１０の容量制御を行うようにしている。
制御装置７４は、冷媒吐出圧力Ｐoutが高圧カット値ＰＨより低い第１閾値（冷媒吐出圧力ロードダウン値Ｐ１）より高い場合には、圧縮機の容量を低減させ、冷媒吐出圧力Ｐoutが第１閾値より小さい第２閾値（冷媒吐出圧力ロードアップ値Ｐ３）より低い場合には、圧縮機の容量を増大させ、冷媒吐出圧力Ｐoutが第２閾値と第１閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持するようにしている。

具体的には、図２に示すように、インバータ装置７２による圧縮機１８の回転数の調整により、圧縮機１８のフル運転に対して、２５％（ステップ１）、５０％（ステップ２）、７５％（ステップ３）、および１００％（ステップ４）の４段階において運転可能とし、以下に説明するように、ロードダウンおよびロードアップの際、それぞれ、ロードダウン条件およびロードアップ条件を満たす場合には、現状の運転状況（たとえば、ステップ３）に対して、ロードダウンであれば、１ステップ低減してステップ２として、一方、ロードアップであれば、１ステップ増大してステップ４とするようにしてある。
なお、冷媒吐出圧力ロードアップ値Ｐ３および冷媒吐出圧力ロードダウン値Ｐ４それぞれの設定については、冷凍装置１０の運転前に予め設定しておく必要があるが、そのために、たとえば、冷凍装置１０の試運転を行い、その運転結果に基づいて、これらの設定値を適宜設定するのでよい。
この場合、圧縮機１８を保護するために、保護回路（図示せず）により、冷媒吐出圧力Ｐoutが高圧カット値ＰＨ以上となった場合、あるいは冷媒吸込圧力Ｐinが低圧カット値ＰＬ以下となった場合には、圧縮機１８を強制的に停止するようにしてあるが、冷媒吐出圧力ロードダウン値Ｐ４は、少なくとも高圧カット値ＰＨより低く設定される。
制御装置７４には、遅延タイマーおよび再開タイマー（いずれも図示せず）が接続され、制御装置７４による圧縮機の容量制御を実行するタイミングを設定しており、遅延タイマーにおいては、制御装置７４において、圧縮機１８をロードアップまたはロードダウンすべきと判定した後、所定時間経過後にロードアップまたはロードダウンを実行するように所定時間を設定し、一方、再開タイマーにおいては、制御装置７４において、圧縮機１８をロードアップまたはロードダウンを実行した後、所定時間経過後にロードアップまたはロードダウンをすべきかを再度判定するように所定時間を設定している。これは、冷凍装置の特性として、圧縮機１８の回転数を増減させた後、冷媒吐出圧力Ｐoutあるいは冷媒吸込み圧力の変動として現われるのに、時間遅れが生じることを考慮してものである。

圧縮機１８の下流側には油分離器４２が設けられ、油分離器４２で分離された潤滑剤は圧縮機１８に戻される。油分離器４２の下流側には、順に凝縮器２２及び受液器が設けられ、受液器の下流側には、運転の開始時又は停止時に冷媒回路１２の開閉を行なう電磁弁（図示せず）と、膨張弁２４とが設けられている。
凝縮器２２は、蒸発式、水冷式又は空冷式でもよく、外部熱媒体が凝縮器２２において所望に加熱されるようにしており、凝縮器２２への入口側に流入温度Ｔinを検出する温度センサ６６が設置されている。

圧縮機１８の上流側の冷媒配管１１には、冷媒吸込圧力Ｐinを検出する圧力センサ６４、圧縮機１８の下流側の冷媒配管１１には、冷媒吐出圧力Ｐoutを検出する圧力センサ６２が設けられ、後に説明するように、能力制御運転中において、冷媒吐出圧力Ｐoutを常時監視することにより、圧縮機１８の容量制御を行うようにしている。
電子膨張弁２４には、従来既知の過熱度コントローラ（図示せず）が付設され、後に説明するように、運転中に検出される検出過熱度が、目標過熱度（目標過熱度）となるように、過熱度コントローラが、たとえばＰＩＤ制御により、電子膨張弁２４の開度を調整するようにしてある。

蒸発器１６において、冷媒液は熱交換されて冷媒ガスとして気化し、冷媒配管１１を経て圧縮機１８に吸入されるが、その際、液圧縮防止の観点から、運転状態の過熱度（検出過熱度）が目標過熱度になるように調整している。

運転モードは、起動ロードダウン運転、準備運転、能力制御運転、および停止準備運転の４つに分かれ、高圧カットオフあるいは低圧カットオフについては、計装電源オンにより常時監視しているが、圧縮機の容量制御は、負荷運転である能力制御運転でのみ行っている。
能力制御運転に至るまでの過度運転に相当する起動ロードダウン運転、準備運転については、圧縮機に対して所定回転数を設定したうえで、所定運転条件を充足しない限り、次の運転モードに移行しないようにしている。
より詳細には、起動ロードダウン運転から準備運転への移行は、タイマー（図示せず）による時間設定により、準備運転から能力制御運転への移行は、タイマーによる時間設定に加え、冷媒吸込み圧力が所定値以上に達することを条件としており、これは、冷凍サイクルが蒸発器１６において、負荷をある程度吸熱できる状態となっていて、能力制御運転に移行させるのが適当か否かを判定するためである。

以下では、能力制御運転へ移行後における圧縮機の容量制御方法について、説明する。
図３に示すように、ステップ１およびステップ２それぞれにおいて、ロードアップ判定およびロードダウン判定を行う。
ロードアップ判定において、冷媒吐出圧力Ｐoutの測定値が冷媒吐出圧力ロードアップ値Ｐ３未満の場合には、ステップ３に行き、冷媒吐出圧力ロードアップ値Ｐ３以上の場合には、現時点においてロードアップの必要なしとして、初期の圧力監視状態に戻る。
次いで、ステップ３において、ロード判定を行う。すなわち、現在のロードがどのステップにあるかを確認する。この場合、現在のロードがステップ４（最高ステップ）にある場合には、初期の圧力監視状態に戻る。
次いで、ステップ４において、遅延タイマーＴＭ１をスタートして、時間間隔Ｔ１の経過後に、ロードを１ステップ上げるロードアップを行う。
次いで、ステップ５において、再開タイマーＴＭ３をスタートして、時間間隔Ｔ２の経過後に、ステップ１または２に戻り、ロードアップ判定およびロードダウン判定を行う。

一方、ロードダウン判定において、冷媒吐出圧力Ｐoutの測定値が冷媒吐出圧力ロードダウン値Ｐ１以上の場合には、ステップ６に行き、冷媒吐出圧力Ｐoutの測定値が冷媒吐出圧力ロードダウン値Ｐ１未満の場合には、現時点においてロードダウンの必要なしとして、初期の圧力監視状態に戻る。
次いで、ステップ６において、ロード判定を行う。すなわち、現在のロードがどのステップにあるかを確認する。この場合、現在のロードがステップ１（最低ステップ）にある場合には、圧縮機を停止する。
次いで、ステップ７において、遅延タイマーＴＭ２をスタートして、時間間隔Ｔ３の経過後に、ロードを１ステップ下げるロードダウンを行う。
次いで、ステップ８において、再開タイマーＴＭ４をスタートして、時間間隔Ｔ４の経過後に、ステップ１または２に戻り、ロードアップ判定およびロードダウン判定を行う。

以上のように、能力制御運転開始後、常時、冷媒の吐出圧力を監視したうえで、ロードアップ判定を満たす場合には、ロードを１ステップ上げ、ロードダウン判定を満たす場合には、ロードを１ステップ下げ、ロードアップ判定およびロードダウン判定いずれも満たさない場合には、ロードを維持し、以て、冷凍装置１０をヒートポンプとして利用する場合に、凝縮器２２における外部熱媒体の負荷の変動に応じて、圧縮機１８の効率的な運転が可能となる。

図４は、本発明の第１実施形態に係る冷凍装置の圧縮機１８の容量制御において、冷媒吐出圧力Ｐoutの時間変化を示すグラフである。図４に示すように、冷凍装置１０の運転開始後、立ち上げ運転において、冷媒吐出圧力Ｐoutは増大し、能力制御運転中において、圧縮機１８の容量制御を行うことにより、冷媒吐出圧力Ｐoutが冷媒吐出圧力ロードダウン値Ｐ１以上となることにより、遅延タイマーＴＭ３による時間間隔Ｔ３経過後、容量を１ステップ低減し、再開タイマーＴＭ４の時間間隔Ｔ４経過後、ロードアップ判定およびロードダウン判定を行い、容量を保持している。
次いで、冷媒吐出圧力Ｐoutが冷媒吐出圧力ロードアップ値Ｐ２未満となることにより、遅延タイマーＴＭ１による時間間隔Ｔ１経過後、容量を１ステップ増大し、再開タイマーＴＭ２の時間間隔Ｔ２経過後、ロードアップ判定およびロードダウン判定を行い、再度ロードアップ判定（ロードアップ２）がなされ、さらに容量を１ステップ増大し、同じような判定を繰り返すことにより（ロードアップ３）、容量保持に至っている。

以上の構成を有する冷凍装置の圧縮機１８の容量制御方法によれば、少なくとも冷凍装置の負荷運転中に、圧縮機１８からの冷媒吐出圧力Ｐoutを監視しながら、冷媒吐出圧力Ｐoutが、高圧カット値より低い第１閾値より高い場合には、凝縮器２２における外部熱媒に対する負荷が減少したものと判定し、圧縮機１８の容量を低減させることにより、圧縮機１８の無駄な稼働を回避し、冷媒吐出圧力Ｐoutが第１閾値より小さい第２閾値より低い場合には、凝縮器２２における外部熱媒に対する負荷が増大したものと判定し、圧縮機１８の容量を増大させることにより、凝縮器２２により外部熱媒を所望に加熱し、冷媒吐出圧力Ｐoutが第２閾値と第１閾値との間の場合には、圧縮機１８の容量を維持することにより、冷凍装置をヒートポンプとして利用する際、凝縮器２２側の負荷の変動に応じて、圧縮機１８の効率的な運転が可能となる。

以下、本発明の第２の実施形態を図面を参照しながら説明する。以下の説明において、第１の実施形態と同様な構成要素には同様な参照番号を付することにより、その説明は省略し、本実施形態の特徴について、詳細に説明する。
本実施形態の特徴は、冷凍装置としては、圧縮機１８を2基並列に接続するとともに、凝縮器２２Ａ，過冷却器２２Ｂを２基直列に接続した点にあり、圧縮機１８の容量制御については、ロードダウン条件およびロードアップ条件にある。

冷凍装置については、図５に示すように、圧縮機１８Ａ，Ｂを2基並列に接続するとともに、凝縮器２２Ａ，過冷却器２２Ｂを２基直列に接続しており、これは、冷媒を凝縮させるだけでなく、外部熱媒入口温度近くまで顕熱も下げて大きな過冷却を得ることにより、冷凍サイクルの効率向上を図るためである。

次に、圧縮機１８の容量制御については、第１の実施形態においては、能力制御運転中において、冷媒吐出圧力Ｐoutの変化に基づいて、ロードダウン条件、およびロードアップ条件を定めていたが、本実施形態においては、能力制御運転中において、冷媒吐出圧力Ｐoutのみならず、冷媒吸込圧力Ｐinおよび凝縮器２２における外部熱媒の流入温度Ｔinそれぞれの変化に基づいて、ロードダウン条件、およびロードアップ条件を定めており、制御装置７４により、このようなロードダウン条件、およびロードアップ条件に基づいて、圧縮機１８の容量制御を行うようにしている。

より詳細には、図６に示すように、ロードダウン条件については、冷媒吐出圧力Ｐoutが冷媒吐出圧力ロードダウン値Ｐ１より高い場合（ＩＩＩ）、冷媒吸込圧力Ｐinが冷媒吸込圧力ロードダウン値Ｐ２より低い場合（ＩＶ）、および凝縮器２２への外部熱媒流入温度Ｔinが外部熱媒流入温度ロードダウン値Ｔ１より高い場合（ＶＩ）の少なくともいずれかを満たすことを条件に実行され、ロードアップ条件については、冷媒吐出圧力Ｐoutが冷媒吐出圧力ロードアップ値Ｐ３より低い場合（Ｉ）、冷媒吸込み圧力が冷媒吸込圧力ロードアップ値Ｐ４より高い場合（ＩＩ）、および凝縮器２２への外部熱媒流入温度Ｔinが外部熱媒流入温度ロードアップ値Ｔ２より低い場合（Ｖ）のすべてを満たすことを条件にしている。

ロードダウン条件について、条件（Ｉ）ないし（ＩＩＩ）のいずれかが満たされる場合とする一方、ロードアップ条件について、条件（Ｉ）ないし（ＩＩＩ）のすべてが満たされる場合とするのは、ロードダウン条件については、１つの条件でも満たしている状態で放置すると冷凍装置１０への機械的負担が大きく、たとえば損傷を引き起こす可能性が高いためであり、一方、ロードアップ条件については、ロードダウン条件に比べて、比較的機械的負担が少なく、また容量制御のハンチングを抑制する観点からも全ての条件が満たされる必要があるからである。
これにより、第１の実施形態における圧縮機１８の容量制御に比べて、外部熱媒の入口温度により検知できる凝縮器２２における外部負荷変動をより早期に検知して容量制御に反映できる点や、蒸発器１６における外部負荷の変動にも対応可能な点で、技術的に有利である。

さらに、図６に示すように、ロードダウン条件における再開タイマーの時間間隔について、凝縮器２２への外部熱媒流入温度Ｔinが外部熱媒流入温度ロードダウン値Ｔ１より高い場合（ＶＩ）の再開タイマーの設定時間間隔について、冷媒吐出圧力Ｐoutが冷媒吐出圧力ロードダウン値Ｐ１より高い場合（ＩＩＩ）、および冷媒吸込圧力Ｐinが冷媒吸込圧力ロードダウン値Ｐ２より低い場合（ＩＶ）それぞれに対してよりも長くなるように、時間間隔を設定する。
ロードアップ条件について、条件（Ｉ）、（ＩＩ）および（Ｖ）それぞれに対して、再開タイマＴＭ３により同じ時間間隔を設定するのに対して、ロードダウン条件について、条件（ＩＩＩ）、（ＩＶ）および（ＶＩ）それぞれに対して、異なる時間間隔を設定するのは、それぞれの反応速度や、機械的な負担、あるいは危険性が異なるためであり、特に、凝縮器２２への外部熱媒流入温度Ｔinが外部熱媒流入温度ロードダウン値Ｔ１より高い場合（ＶＩ）の再開タイマーの設定時間間隔について、最も長い時間間隔を設定するのは、 外部熱媒の保有量にもよるが、通常は、前回の容量制御の結果が現在値には反映されるまので時間遅れが最も長いと想定されるためである。この場合、たとえば、条件（ＶＩ）の再開タイマーの設定時間間隔は、数分に対して、条件（ＩＩＩ）、（ＩＶ）のそれは、数秒、数十秒である。

冷媒吸込圧力ロードダウン値Ｐ１、冷媒吸込圧力ロードアップ値Ｐ２、外部熱媒流入温度ロードダウン値Ｔ１および外部熱媒流入温度ロードアップ値Ｔ２については、第１の実施形態と同様に、冷凍装置１０の試運転の際に決定すればよく、その場合、冷媒吸込圧力ロードアップ値Ｐ２は、少なくとも低圧カット値ＰＬより高い。
なお、図６に示すように、ロードアップ条件およびロードダウン条件、およびそれに応じた再開タイマーによる時間間隔の設定が第１の実施形態と異なる以外は、圧縮機１８の容量制御のフロ―としては、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。

図７は、このようなロードダウン条件およびロードアップ条件に基づいて、能力制御運転中において圧縮機１８の容量制御を行っている場合の、冷媒吐出圧力Ｐout、冷媒吸込み圧力および凝縮器２２の外部熱媒の流入温度Ｔinそれぞれの時間変化を示すグラフである。
図７に示すように、能力制御運転中において、圧縮機１８の容量制御を行うことにより、冷媒吐出圧力Ｐoutが冷媒吐出圧力ロードアップ値Ｐ３より低い場合（Ｉ）、冷媒吸込み圧力が冷媒吸込圧力ロードアップ値Ｐ４より高い場合（ＩＩ）、および凝縮器２２への外部熱媒流入温度Ｔinが外部熱媒流入温度ロードアップ値Ｔ２より低い場合（Ｖ）のすべてを満たすことにより、遅延タイマーＴＭ１による時間間隔Ｔ１経過後、容量を１ステップ増大し、再開タイマーＴＭ３の時間間隔Ｔ２経過後、ロードアップ判定およびロードダウン判定を行い、再度ロードアップ判定（ロードアップ２）がなされ、さらに容量を１ステップ増大し、同じような判定を繰り返すことにより（ロードアップ３）、容量保持に至っている。

次いで、冷媒吐出圧力Ｐoutが冷媒吐出圧力ロードダウン値Ｐ１より高い場合（ＩＩＩ）、冷媒吸込圧力Ｐinが冷媒吸込圧力ロードダウン値Ｐ２より低い場合（ＩＶ）、および凝縮器２２への外部熱媒流入温度Ｔinが外部熱媒流入温度ロードダウン値Ｔ１より高い場合（ＶＩ）の少なくともいずれかを満たすことにより、遅延タイマーＴＭ３による時間間隔Ｔ１経過後、容量を１ステップ低減し、ロードアップの場合と同様に、このような判定を繰り返すこと（ロードダウン２および３）により、容量保持に至っている。

変形例として、ロードダウン条件およびロードアップ条件に基づいて、ロードダウンあるいはロードアップする場合、冷媒吐出圧力Ｐout、冷媒吸込圧力Ｐinおよび外部熱媒流入温度Ｔinの測定値のロードダウン条件およびロードアップ条件に対する偏差を算出して、この偏差に応じて、どのぐらいロードダウンあるいはロードアップするかを決定してもよい。
より詳細には、第１の実施形態および本実施形態においては、ロードダウン条件およびロードアップ条件を満たしさえすれば、測定値との偏差に係わらず、圧縮機１８の容量を一律に１ステップ増減させていたが、たとえば、ロードアップの際、偏差が大きい場合には、それだけロードアップの緊急性および必要性があることから、１ステップでなく数ステップ増大させ、逆に偏差が小さい場合には、ロードアップの緊急性および必要性が小さいことから、通常どおり、１ステップ増大させてもよい。この場合、偏差の判定は、遅延タイマーによる時間設定後に判定するのがよい。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において、当業者であれば、種々の修正あるいは変更が可能である。
たとえば、本実施形態においては、単元の冷凍装置として説明したが、それに限定されることなく、二元、多元冷凍装置に対しても適用可能である。
たとえば、本実施形態においては、圧縮機１８の容量制御について、ロードアップおよびロードダウンの際、それぞれの条件を満たす場合、容量を１ステップ増減しているところ、ステップによる刻み幅（％）を２５％と固定のものとして説明したが、それに限定されることなく、たとえば、凝縮器２２における負荷は低下は速いが上昇は遅い等負荷側の特性がある場合に、それに応じて、ステップ間で刻み幅を可変とするのでもよい。

たとえば、本実施形態においては、ロードアップおよびロードダウンいずれの場合も、ロード（容量）の変更は、予め容量を段階的に複数のステップに定めたうえで、１ステップ増減させる場合を説明したが、それに限定されることなく、ロードアップおよびロードダウンそれぞれの判定の場面における条件充足の程度に応じて、一度に複数ステップの増減をしてもよいし、あるいは段階的でなく、連続的に増減させてもよい。

本発明の第１実施形態に係る冷凍装置の全体構成図である。 本発明の第１実施形態に係る冷凍装置の圧縮機１８の容量制御のフロ―を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る冷凍装置の圧縮機１８の容量制御のステップを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る冷凍装置の圧縮機１８の容量制御において、冷媒吐出圧力Ｐoutの時間変化を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る冷凍装置の全体構成図で、図１と同様な図である。 本発明の第２実施形態に係る冷凍装置の圧縮機１８の容量制御のフロ―を示す図で、図２と同様な図である。 本発明の第２実施形態に係る冷凍装置の圧縮機１８の容量制御において、冷媒吐出圧力Ｐout、冷媒吸込圧力Ｐinおよび凝縮器２２の外部熱媒の流入温度Ｔinそれぞれの時間変化を示すグラフで、図４と同様な図である。

ＰＨ 高圧カットオフ値
ＰＬ 低圧カットオフ値
Ｐ１ 冷媒吐出圧力ロードダウン値
Ｐ２ 冷媒吸込圧力ロードダウン値
Ｐ３ 冷媒吐出圧力ロードアップ値
Ｐ４ 冷媒吸込圧力ロードアップ値
Ｔ１ 外部熱媒流入温度ロードダウン値
Ｔ２ 外部熱媒流入温度ロードアップ値
１０ 冷凍装置
１１ 冷媒配管
１２ 冷媒回路
１６ 蒸発器
１８ 圧縮機
２２ 凝縮器
２４ 電子膨張弁
４２ 油分離器
４４ 受液器
４６ アキュムレータ
６２ 圧力センサー
６４ 圧力センサー
６６ 温度センサー
７０ 電動機
７２ インバータ装置
７４ 制御装置

Claims (14)

1. 圧縮機と、凝縮器と、電子膨張弁と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置において、凝縮器により外部熱媒を所望に加熱する用途に用いる場合の圧縮機の容量制御方法において、
   少なくとも冷凍装置の負荷運転中に、圧縮機からの冷媒吐出圧力を監視しながら、冷媒吐出圧力が、高圧カット値より低い第１閾値より高い場合には、圧縮機の容量を低減させ、冷媒吐出圧力が第１閾値より小さい第２閾値より低い場合には、圧縮機の容量を増大させ、冷媒吐出圧力が第２閾値と第１閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持すること、を特徴とする、冷凍装置の圧縮機の容量制御方法。
2. 前記第１閾値および／または前記第２閾値は、凝縮器における外部負荷変動幅および／または外部負荷変動に対して前記冷凍装置に要求される負荷追従性により決定する、請求項１に記載の冷凍装置の圧縮機の容量制御方法。
3. さらに、冷媒吸込圧力が低圧カット値より高い第３閾値より低い場合には、圧縮機の容量を低減させ、冷媒吸込圧力が第３閾値より大きい第４閾値より高い場合には、圧縮機の容量を増大させ、冷媒吸込圧力が第３閾値と第４閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持する、請求項１または請求項２に記載の冷凍装置の圧縮機の容量制御方法。
4. さらに、凝縮器への外部熱媒流入温度が第５閾値より高い場合には、圧縮機の容量を低減させ、凝縮器への外部熱媒流入温度が第６閾値より低い場合には、圧縮機の容量を増大させ、凝縮器への外部熱媒流入温度が第５閾値と第６閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持する、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の冷凍装置の圧縮機の容量制御方法。
5. 前記圧縮機の容量の低減段階は、冷媒吐出圧力が第１閾値より高い場合、冷媒吸込圧力が第３閾値より低い場合、および凝縮器への外部熱媒流入温度が第５閾値より高い場合の少なくともいずれかを満たすことを条件に実行され、
   前記圧縮機の容量の増大段階は、冷媒吐出圧力が第２閾値より低い場合、冷媒吸込み圧力が第４閾値より高い場合、および凝縮器への外部熱媒流入温度が第６閾値より低い場合のすべてを満たすことを条件に実行される、請求項４に記載の冷凍装置の圧縮機の容量制御方法。
6. 前記圧縮機の容量の低減段階の実行後、第１所定時間経過するまで、圧縮機の容量制御を保留し、第１所定時間後に圧縮機の容量制御を再開する段階を有し、前記圧縮機の容量の増大段階の実行後、第２所定時間経過するまで、圧縮機の容量制御を保留し、第２所定時間後に圧縮機の容量制御を再開する段階を有する、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の冷凍装置の圧縮機の容量制御方法。
7. 凝縮器への外部熱媒流入温度が第５閾値より高い場合について、冷媒吐出圧力が第１閾値より高い場合、および冷媒吸込圧力が第３閾値より低い場合それぞれに対してよりも長くなるように、前記第１所定時間を設定する、請求項６に記載の冷凍装置の圧縮機の容量制御方法。
8. さらに、前記圧縮機の容量の低減段階において、圧縮機の容量を低減するための条件を満たす判定をした後、第３所定時間経過後に、圧縮機の容量を低減する、請求項６に記載の冷凍装置の圧縮機の容量制御方法。
9. さらに、前記圧縮機の容量の増大段階において、圧縮機の容量を増大するための条件を満たす判定をした後、第４所定時間経過後に、圧縮機の容量を増大する、請求項６または請求項８記載の冷凍装置の圧縮機の容量制御方法。
10. 第３所定時間経過後における圧縮機の容量の低減段階において、第３所定時間経過後における圧縮機の容量を低減するための条件と実測値との偏差に応じて、圧縮機の容量の低減割合を定め、第４所定時間経過後における圧縮機の容量の増大段階において、第４所定時間経過後における圧縮機の容量を増大するための条件と実測値との偏差に応じて、圧縮機の容量の増大割合を定める、請求項８または請求項９に記載の冷凍装置の圧縮機の容量制御方法。
11. 圧縮機と、凝縮器と、電子膨張弁と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置における圧縮機の容量制御装置において、
    前記圧縮機の容量を可変とする圧縮機容量可変手段と、
    前記圧縮機の冷媒の吐出位置に設けた圧力センサーと、
    前記圧力センサーにより検出された冷媒吐出圧力に応じて、前記圧縮機容量可変手段に対して圧縮機の容量を可変とする圧縮機容量制御手段とを有し、
    前記圧縮機容量制御手段は、冷媒吐出圧力が高圧カット値より低い第１閾値より高い場合には、圧縮機の容量を低減させ、冷媒吐出圧力が第１閾値より小さい第２閾値より低い場合には、圧縮機の容量を増大させ、冷媒吐出圧力が第２閾値と第１閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持すること、を特徴とする、冷凍装置の圧縮機の容量制御装置。
12. 前記圧縮機容量制御手段は、さらに、冷媒吸込圧力が低圧カット値より高い第３閾値より低い場合には、圧縮機の容量を低減させ、冷媒吸込圧力が第３閾値より大きい第４閾値より高い場合には、圧縮機の容量を増大させ、冷媒吸込圧力が第３閾値と第４閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持する、請求項１１に記載の冷凍装置の圧縮機の容量制御装置。
13. さらに、凝縮器への外部熱媒流入温度を検出する温度センサーを有し、
    前記圧縮機容量制御手段は、凝縮器への外部熱媒流入温度が第５閾値より高い場合には、圧縮機の容量を低減させ、凝縮器への外部熱媒流入温度が第６閾値より低い場合には、圧縮機の容量を増大させ、凝縮器への外部熱媒流入温度が第５閾値と第６閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持する、請求項１１に記載の冷凍装置の圧縮機の容量制御装置。
14. 前記圧縮機容量制御手段は、インバータ制御手段であり、インバータの周波数により、圧縮機の回転数を制御して、圧縮機からの冷媒吐出流量を制御する、請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の冷凍装置の圧縮機の容量制御装置。

Images