JP2015215113A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低外気温度条件下における圧縮機の長期停止の状態からでも、冷凍装置側で圧縮機を起動させることができる冷凍装置を提供する。【解決手段】冷凍装置１０は、圧縮機１１と、吸入圧力センサ１３と、外気温度センサ１４と、圧縮機１１の吸入圧力が圧縮機停止圧力まで低下することによって圧縮機１１が停止してからの連続停止時間Ｔをカウントするタイマ１６と、連続停止時間Ｔが予め設定された目標時間Ｔａ以上となり、かつ連続停止時間Ｔのカウント中に外気温度が予め設定された目標温度α以下になったことが検出された場合、圧縮機停止圧力の設定値を標準値ＰＬａから引き下げて外気温度における飽和圧力よりも小さい値に設定し、圧縮機起動圧力の設定値を標準値ＰＵａから引き下げて外気温度における飽和圧力よりも大きい値に設定するとともに、圧縮機１１を強制起動させる制御を行う制御部１５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に、低外気温度時における冷凍装置の起動制御に関する。

圧縮機、凝縮器、液電磁弁、膨張弁、および蒸発器を備え、これらを冷媒が循環する配管で環状に接続して構成された冷凍サイクルシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この冷凍サイクルシステムにおいて、蒸発器で冷媒と熱交換されて冷却された空気が、例えば食品等の被冷却物が入れられる蒸発器庫内に供給される。

このような一般的な冷凍サイクルシステムにおいて、圧縮機、および凝縮器が冷凍装置として、液電磁弁、膨張弁、および蒸発器が冷却負荷装置として、個々に製品化されている場合がある。この場合、冷凍装置および冷却負荷装置の各製品は、現地において冷凍サイクルを形成する際に互いに接続されるようになっている。このため、特別な通信回路を用いない場合には、蒸発器庫内の温度調整のために、蒸発器を備える冷却負荷装置側から、圧縮機を備える冷凍装置側へ、圧縮機の起動や停止の指示を送ることができない。

そこで、前記した一般的な冷凍サイクルシステムでは、蒸発器庫内の温度調整方法は、次のように行われている。すなわち、庫内温度サーモにより検出される蒸発器庫内の温度が低下した場合には、冷却負荷装置側の液電磁弁を閉にすることによって、圧縮機、および凝縮器を備える冷凍装置の吸入圧力を予め設定されている冷凍装置の圧縮機停止圧力まで下げることにより、圧縮機を停止させる。一方、庫内温度サーモにより検出される蒸発器庫内の温度が上昇した場合には、冷却負荷装置側の液電磁弁を開にすることによって、冷凍装置の吸入圧力を予め設定されている冷凍装置の圧縮機起動圧力値まで上げることにより、圧縮機を起動（運転）させている。

特開平８−２７１０６３号公報

しかしながら、冷凍装置の吸入圧力によって冷却負荷装置側の液電磁弁の開閉状態を間接的に確認して圧縮機の起動・停止を行わせる方法では、例えば外気温度が低く、かつ冷凍装置の圧縮機がある程度長期間停止していた場合には、以下のような課題があった。

すなわち、冷却負荷装置から冷凍装置に延びて接続される配管が外気温度相当の温度まで冷やされるため、配管内の冷媒の圧力、つまり冷凍装置の吸入圧力が外気温度における飽和圧力まで低下する。このような状態では、蒸発器庫内の温度上昇により液電磁弁が開となったとしても、冷凍装置の吸入圧力が予め設定された圧縮機起動圧力まで上昇することが無いため、圧縮機が起動（運転）しないという課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低外気温度条件下における圧縮機の長期停止の状態からでも、冷凍装置側で圧縮機を起動させることができる冷凍装置を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するために、本発明に係る冷凍装置は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力センサと、外気温度を検出する外気温度センサと、前記圧縮機の吸入圧力が予め設定された圧縮機停止圧力まで低下することによって前記圧縮機が停止してからの連続停止時間をカウントするタイマと、前記連続停止時間が予め設定された目標時間以上となり、かつ前記連続停止時間のカウント中に外気温度が予め設定された目標温度以下になったことが検出された場合、前記圧縮機停止圧力の設定値を標準値から引き下げて外気温度における飽和圧力よりも小さい値に設定し、前記圧縮機を停止状態から起動させるときの吸入圧力である圧縮機起動圧力の設定値を標準値から引き下げて外気温度における飽和圧力よりも大きい値に設定するとともに、前記圧縮機を強制起動させる制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、低外気温度条件下における圧縮機の長期停止の状態からでも、冷凍装置側で圧縮機を起動させることができる冷凍装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る冷凍装置が適用された冷凍サイクルシステムの全体構成図である。 低外気温度時における冷凍装置の起動制御の手順を示すフローチャートである。 低外気温度時における冷凍装置の起動制御の一例を示すタイムチャートである。

次に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置１０が適用された冷凍サイクルシステム１の全体構成図である。
図１に示すように、冷凍サイクルシステム１は、屋外に設置される冷凍装置１０と、屋内に設置される冷却負荷装置２０とを有している。

冷凍装置１０は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１１と、圧縮機１１から吐出される高温高圧の冷媒を空気と熱交換して凝縮させる凝縮器１２と、冷凍装置１０を総合的に制御する制御部１５とを主として備えている。圧縮機１１は、本実施形態では、例えばインバータ電源により駆動周波数が可変されることで、容量が制御されるインバータ圧縮機である。なお、一定速の圧縮機を複数台接続し、駆動台数を制御することで、容量制御可能な圧縮機としてもよい。

また、冷凍装置１０は、圧縮機１１の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ１３と、外気温度を検出する外気温度センサ１４とを備えている。吸入圧力センサ１３および外気温度センサ１４の検出値は、制御部１５に入力されるように構成されている。

制御部１５は、圧縮機１１の運転状態において吸入圧力センサ１３により検出される圧縮機１１の吸入圧力が予め設定された圧縮機停止圧力まで低下したと判断した場合には、圧縮機１１を停止する制御を行う。すなわち、圧縮機停止圧力は、圧縮機１１を運転状態から停止させるときの吸入圧力である。一方、制御部１５は、圧縮機１１の停止状態において吸入圧力センサ１３により検出される圧縮機１１の吸入圧力が予め設定された圧縮機起動圧力まで上昇したと判断した場合には、圧縮機１１を起動する制御を行う。すなわち、圧縮機起動圧力は、圧縮機１１を停止状態から起動（再運転）させるときの吸入圧力である。

冷却負荷装置２０は、冷媒の流路を開閉する液電磁弁２１と、凝縮された液冷媒を減圧する膨張弁２２と、冷媒を空気と熱交換して蒸発させる蒸発器２３とを主として備えている。また、冷却負荷装置２０は、蒸発器２３が設置される蒸発器庫内の温度を検出する庫内温度サーモ２４を備えている。そして、庫内温度サーモ２４により検出される蒸発器庫内の温度が、予め決められた下限値よりも低下した場合には液電磁弁２１が閉止され、予め決められた上限値よりも上昇した場合には液電磁弁２１が開放されるように構成されている。

冷凍装置１０と冷却負荷装置２０とは、個々に製品化されており、現地において互いに接続されるようになっている。そして、圧縮機１１、凝縮器１２、液電磁弁２１、膨張弁２２、および蒸発器２３が、冷媒が循環する配管２で環状に接続されて、冷凍サイクルを形成している。

冷凍サイクルシステム１においては、ガス冷媒が圧縮機１１で圧縮されて高温高圧状態となり、凝縮器１２で冷却されて凝縮され液冷媒となる。その後、液冷媒が液電磁弁２１を経て膨張弁２２で減圧されて低温低圧状態となり、蒸発器２３で蒸発されて低圧のガス冷媒となり、圧縮機１１に戻る。蒸発器２３では液冷媒が蒸発する際に空気から熱を奪い、このようにして冷却された空気が、例えば食品等の被冷却物が入れられる蒸発器庫内に供給されるようになっている。

冷凍装置１０の制御部１５は、タイマ１６を内蔵しており、このタイマ１６は、圧縮機１１の吸入圧力が予め設定された圧縮機停止圧力まで低下することによって圧縮機１１が停止してからの連続停止時間Ｔをカウントするようになっている。そして、本実施形態では、制御部１５は、連続停止時間Ｔが予め設定された目標時間Ｔａ以上となり、かつ連続停止時間Ｔのカウント中に外気温度が予め設定された目標温度α以下になったことが検出された場合、圧縮機停止圧力の設定値を標準値ＰＬａから引き下げて修正値ＰＬｂとするとともに、圧縮機起動圧力の設定値を標準値ＰＵａから引き下げて修正値ＰＵｂとする制御を行う。

次に、図２のフローチャートを参照して、本実施形態に係る冷凍装置１０が適用された冷凍サイクルシステム１の動作について説明する。図２は、低外気温度時における冷凍装置１０の起動制御の手順を示すフローチャートである。

図２に示すように、まず、冷凍装置１０の制御部１５は、圧縮機１１の吸入圧力が予め設定された圧縮機停止圧力まで低下することによって圧縮機１１が停止したか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで、蒸発器２３に付着した霜を除去するために、１日に例えば４回程度、液電磁弁２１を閉にすることにより圧縮機１１を所定時間停止させて冷凍サイクルの動作を止めるオフサイクル除霜が実施されるようになっている。吸入圧力低下による圧縮機１１の停止がない場合（ステップＳ１でＮｏ）、制御部１５は待機する。

吸入圧力低下による圧縮機１１の停止が発生した場合（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御部１５は、ステップＳ２に処理を進め、タイマ１６が、吸入圧力低下により圧縮機１１が停止してからの連続停止時間Ｔのカウントを開始する。ただし、連続停止時間Ｔのカウント中における圧縮機１１の所定の短時間内（例えば３分未満）の運転は、圧縮機１１の運転と判定されることなく、連続停止時間Ｔのカウントが継続される。つまり、圧縮機１１の所定の短時間内の運転は、液電磁弁２１の閉止状態における除霜中の残留冷媒の圧力上昇による起動と判断され、圧縮機１１の運転とはみなされない。

ステップＳ３では、制御部１５は、圧縮機１１が起動条件の成立によって再起動したか否かを判断する。すなわち、制御部１５は、連続停止時間Ｔのカウント中に、圧縮機１１の吸入圧力が予め設定された圧縮機起動圧力まで上昇することによって再起動したか否かを判断する。

ステップＳ３において圧縮機１１が起動条件の成立によって再起動したと判断された場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、制御部１５は、ステップＳ１に処理を戻す。一方、ステップＳ３において圧縮機１１が起動条件の成立によって再起動していないと判断された場合（ステップＳ３でＮｏ）、制御部１５は、ステップＳ４に処理を進める。

ステップＳ４では、制御部１５は、吸入圧力低下により圧縮機１１が停止してからの連続停止時間Ｔが予め設定された目標時間Ｔａ以上となったか否かを判断する。ここで、目標時間Ｔａは、平均除霜時間とされる例えば３０分に設定される。ただし、目標時間Ｔａは、適宜変更が可能である。

ステップＳ４において圧縮機１１の連続停止時間Ｔが未だ目標時間Ｔａ以上となっていないと判断された場合（ステップＳ４でＮｏ）、制御部１５は、ステップＳ３に処理を戻す。一方、ステップＳ４において圧縮機１１の連続停止時間Ｔが目標時間Ｔａ以上となったと判断された場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御部１５は、ステップＳ５に処理を進める。

ステップＳ５では、制御部１５は、圧縮機１１の連続停止時間Ｔのカウント中に、外気温度センサ１４により検出される外気温度が、所定の低温として予め設定された目標温度α以下になったか否かを判断する。このような判断を行うのは、外気が低い寒冷地における運転に適切な制御を実施するためである。ここで、目標温度αは、初期値として例えば０℃に設定される。また、目標温度α以下が例えば１秒以上継続した場合に、外気温度が目標温度α以下になったと判断されるようになっている。ただし、目標温度αは、適宜変更が可能である。また、外気温度が目標温度α以下になったと判断されるために必要な目標温度α以下の状態の継続時間は、適宜変更が可能であり、例えば一瞬であってもよいし、１秒よりも長く設定されてもよい。

ステップＳ５において連続停止時間Ｔのカウント中に外気温度が目標温度α以下になったことが検出されていないと判断された場合（ステップＳ５でＮｏ）、制御部１５は、ステップＳ１に処理を戻す。一方、ステップＳ５において連続停止時間Ｔのカウント中に外気温度が目標温度α以下になったことが検出されたと判断された場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、制御部１５は、ステップＳ６に処理を進める。

ステップＳ６では、圧縮機停止圧力の設定値の引下げを実行する条件が成立したと判断されて、制御部１５は、圧縮機停止圧力の設定値を標準値ＰＬａから引き下げて修正値ＰＬｂとし、圧縮機起動圧力の設定値を標準値ＰＵａから引き下げて修正値ＰＵｂとするとともに、圧縮機１１を強制起動させて運転状態とする。ここで、制御部１５は、引下げ後の圧縮機停止圧力の設定値である修正値ＰＬｂを、外気温度における飽和圧力よりも少し小さい値、例えば（外気温度−２℃）における飽和圧力に、自動的に設定する。また、制御部１５は、引下げ後の圧縮機起動圧力の設定値である修正値ＰＵｂを、外気温度における飽和圧力よりも少し大きい値、例えば（外気温度＋２℃）における飽和圧力に、自動的に設定する。

続いて、制御部１５は、圧縮機１１の吸入圧力が、圧縮機停止圧力の設定値の引下げを解除する値（引下げ解除値）まで上昇したか否かを判断する（ステップＳ７）。ここで、引下げ解除値は、圧縮機起動圧力の標準設定値である標準値ＰＵａと同じ値に設定されている。

ステップＳ７において圧縮機１１の吸入圧力が引下げ解除値に達していないと判断された場合（ステップＳ７でＮｏ）、制御部１５は、圧縮機停止圧力および圧縮機起動圧力の設定値の引下げ状態を継続させて、圧縮機１１の強制運転を継続する。一方、ステップＳ７において圧縮機１１の吸入圧力が引下げ解除値まで上昇したと判断された場合（ステップＳ７でＹｅｓ）、制御部１５は、ステップＳ８に処理を進める。

ステップＳ８では、制御部１５は、圧縮機停止圧力の設定値を元の標準値ＰＬａに戻す。また同時に、制御部１５は、圧縮機起動圧力の設定値を元の標準値ＰＵａに戻す。これにより、圧縮機１１の運転は、通常制御に戻る。

次に、図３のタイムチャートを参照して、本実施形態に係る冷凍装置１０が適用された冷凍サイクルシステム１の動作についてさらに説明する。図３は、低外気温度時における冷凍装置１０の起動制御の一例を示すタイムチャートである。

図３に示すように、例えばオフサイクル除霜の実施時に、液電磁弁２１が閉止されることにより、圧縮機１１の吸入圧力が低下し始める（図３の時間ｔ１）。そして、圧縮機１１の吸入圧力が、圧縮機停止圧力の標準設定値である標準値ＰＬａまで低下すると、制御部１５は圧縮機１１を停止させ（図３の時間ｔ２、図２のステップＳ１）、圧縮機１１が停止してからの連続停止時間Ｔのカウントを開始する（図２のステップＳ２）。

本実施形態では、連続停止時間Ｔが目標時間Ｔａに達する前に、液電磁弁２１の開放（ＯＮ）が行われる場合を想定している（図３の時間ｔ３、第１想定時）。なお、時間ｔ２〜ｔ３の間で、液電磁弁２１の閉止状態における除霜中の残留冷媒の圧力上昇により、図３に示すように圧縮機１１が短時間起動されているが、圧縮機１１の運転とはみなされない。

圧縮機１１が停止してからの連続停止時間Ｔが目標時間Ｔａ以上となり、かつ連続停止時間Ｔのカウント中に外気温度が目標温度α以下になったことが検出された場合、圧縮機停止圧力の設定値が、標準値ＰＬａから引き下げられて修正値ＰＬｂとされるとともに、圧縮機起動圧力の設定値が、標準値ＰＵａから引き下げられて修正値ＰＵｂとされる（図３の時間ｔ４、図２のステップＳ６）。これと同時に、圧縮機１１が強制起動させられて、作動状態がＯＮとなる。

液電磁弁２１の開放状態において圧縮機１１の強制運転が行われると、圧縮機１１の吸入圧力は次第に上昇し、圧縮機起動圧力の標準値ＰＵａである引下げ解除値に達した時点で、圧縮機停止圧力の設定値が、元の標準値ＰＬａに戻されるとともに、圧縮機起動圧力の設定値が、元の標準値ＰＵａに戻される（図３の時間ｔ６、ステップＳ８）。これにより、圧縮機１１の運転は、通常制御に戻る。すなわち、次回の吸入圧力低下による圧縮機１１の通常停止時には、吸入圧力が圧縮機停止圧力の標準値ＰＬａまで低下した場合に圧縮機１１を停止する制御が行われる。したがって、圧縮機１１の無駄な低圧力範囲での運転を防止することができる。

前記したように、本実施形態に係る冷凍装置１０は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１１と、圧縮機１１の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ１３と、外気温度を検出する外気温度センサ１４と、圧縮機１１の吸入圧力が予め設定された圧縮機停止圧力まで低下することによって圧縮機１１が停止してからの連続停止時間Ｔをカウントするタイマ１６と、連続停止時間Ｔが予め設定された目標時間Ｔａ以上となり、かつ連続停止時間Ｔのカウント中に外気温度が予め設定された目標温度α以下になったことが検出された場合、圧縮機停止圧力の設定値を標準値ＰＬａから引き下げて外気温度における飽和圧力よりも小さい値に設定し、圧縮機起動圧力の設定値を標準値ＰＵａから引き下げて外気温度における飽和圧力よりも大きい値に設定するとともに、圧縮機１１を強制起動させる制御を行う制御部１５と、を備えている。

このような本実施形態では、外気温度が低く、かつ冷凍装置１０の圧縮機１１がある程度長期間停止していた場合には、圧縮機停止圧力および圧縮機起動圧力の各設定値が標準値から引き下げられると同時に、圧縮機１１が強制起動させられて運転状態となる。
したがって本実施形態によれば、低外気温度条件下における圧縮機１１の長期停止の状態からでも、冷凍装置１０側で圧縮機１１を起動させることができる。

また、本実施形態では、制御部１５は、引下げ後の圧縮機停止圧力の設定値である修正値ＰＬｂを、外気温度における飽和圧力よりも小さい値に自動的に設定する。このような構成によれば、液電磁弁２１のＯＮ時には、自動設定を行った際に行う圧縮機１１の強制運転によって、吸入圧力は圧縮機停止圧力まで低下することなく速やかに上昇する。

また、本実施形態では、制御部１５は、引下げ後の圧縮機起動圧力の設定値である修正値ＰＵｂを、外気温度における飽和圧力よりも大きい値に自動的に設定する。このような構成によれば、図３における太い破線で示すように、液電磁弁２１のＯＦＦ時には、圧縮機１１の強制起動によって圧縮機１１は運転状態となるが、吸入圧力は圧縮機停止圧力まで低下して、圧縮機１１が停止する。そして、液電磁弁２１がＯＮになった場合に、低外気温度の影響によって吸入圧力が穏やかに上昇し始める変化を吸入圧力が修正値ＰＵｂに達した時点で速やかに検知して、圧縮機１１を起動させることができる。

また、本実施形態では、圧縮機１１の連続停止時間Ｔのカウント中における圧縮機１１の所定の短時間内の運転は、圧縮機１１の運転と判定されることなく、連続停止時間Ｔのカウントが継続される。このような構成によれば、液電磁弁２１の閉止状態における冷媒の残留圧力による圧縮機１１の短時間運転を考慮から除くことができ、より適切な制御を行うことができる。

次に、他の実施形態に係る冷凍装置が適用された冷凍サイクルシステムの動作についてさらに説明する。

前記した実施形態では、目標時間Ｔａは、平均除霜時間とされる例えば３０分に設定される。ここで、目標時間Ｔａが固定されていた場合、液電磁弁２１の開放（図３の時間ｔ３、液電磁弁ＯＮ「第１想定時」参照）が、圧縮機停止圧力の設定値の引下げ（図３の時間ｔ４）前に行われるときは、特に支障はない。しかし、液電磁弁２１の開放（図３の時間ｔ５、液電磁弁ＯＮ「第２想定時」参照）が、圧縮機停止圧力の設定値の引下げ（図３の時間ｔ４）以降に行われると、図３における太い破線で示すように吸入圧力が変動して、圧縮機１１の本来の運転圧力範囲の下限値以下での起動および停止（発停）が繰り返されることになり、圧縮機１１に負担がかかる。

これを防止するために、他の実施形態では、目標時間Ｔａは、初期値として、平均除霜時間とされる例えば３０分に設定される一方で、それ以降は、圧縮機１１の連続停止時間についての過去複数回の平均値、例えば１日の平均値（最大４回分の平均値）に更新されるように構成される。その他の構成は、前記した実施形態と同様であるため詳細な説明を省略する。

このようにすれば、前記した実施形態と同様の作用効果を奏することができることに加えて、現地での例えば１日における冷凍サイクルシステム１の停止時間を学習することにより、圧縮機１１を長時間の停止から再起動する際に、圧縮機１１の無駄な起動および停止（発停）の繰返しを防止でき、圧縮機１１の負担を軽減することができる。

以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 冷凍サイクルシステム
２ 配管
１０ 冷凍装置
１１ 圧縮機
１２ 凝縮器
１３ 吸入圧力センサ
１４ 外気温度センサ
１５ 制御部
１６ タイマ
２０ 冷却負荷装置
２１ 液電磁弁
２２ 膨張弁
２３ 蒸発器
２４ 庫内温度サーモ

Claims (3)

1. 吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
   前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力センサと、
   外気温度を検出する外気温度センサと、
   前記圧縮機の吸入圧力が予め設定された圧縮機停止圧力まで低下することによって前記圧縮機が停止してからの連続停止時間をカウントするタイマと、
   前記連続停止時間が予め設定された目標時間以上となり、かつ前記連続停止時間のカウント中に外気温度が予め設定された目標温度以下になったことが検出された場合、前記圧縮機停止圧力の設定値を標準値から引き下げて外気温度における飽和圧力よりも小さい値に設定し、前記圧縮機を停止状態から起動させるときの吸入圧力である圧縮機起動圧力の設定値を標準値から引き下げて外気温度における飽和圧力よりも大きい値に設定するとともに、前記圧縮機を強制起動させる制御を行う制御部と、
   を備えることを特徴とする冷凍装置。
2. 前記目標時間は、前記連続停止時間についての過去複数回の平均値に更新されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記連続停止時間のカウント中における前記圧縮機の所定の短時間内の運転は、前記圧縮機の運転と判定されることなく、前記連続停止時間のカウントが継続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍装置。

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