JP2607843B2

JP2607843B2 - 冷凍装置及びその制御方法

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Publication number: JP2607843B2
Application number: JP6188263A
Authority: JP
Inventors: アイマンゴオマール
Original assignee: アイマンゴオマール
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-08-10
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: KR0123903B1; JPH0814671A; KR960001705A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍装置及びその制御
方法に関するものであり、特に、食料品の貯蔵と、反復
されるドアの開閉又は外部温度の上昇とによる熱的負荷
の変化に従って圧縮機のストロークが連続的に変化し、
最適の成績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）とを維持す
るようにした冷凍装置及びその制御方法に係るものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、冷凍装置には、低温部(Sourc
e)で熱が吸収され、高温部(Sink)で熱が放出されて低温
部を冷却することを主目的としているものがあり、図１
（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ従来の一般的な冷凍装置
の構成図及び蒸気圧縮冷凍サイクルの温度−エントロピ
ー（Ｔ−ｓ）線図である。

【０００３】この図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して冷凍
動作を説明すると、点４から冷媒は蒸発器（Ｅ）を流れ
て、低温部である冷凍装置の内部で熱を吸収して蒸発す
ることになり、これによって低温部である冷凍装置の内
部は冷却される。

【０００４】加熱状態の冷媒を、高温部である外部温度
(Ta)より高い温度に上昇させるために、冷媒は圧縮機
（Ｐ）によって点１から点２まで圧縮される。

【０００５】圧縮された冷媒は、凝縮器（Ｃ）を流れて
高温部の周辺に熱を放出し、凝縮した冷媒は、通常、毛
細管である膨張機（Ｘ）を通って断熱膨張し（点３から
点４参照）、その後、蒸発器（Ｅ）に流れることにな
る。

【０００６】このようなサイクルは、反復的となって低
温部から熱を除去し、高温部で熱を放出して低温部であ
る冷凍装置の内部を冷却することになる。

【０００７】従って、前記の通りに作動する冷凍装置に
おいて、熱伝達が効果的に行われるためには、凝縮温度
(Tc)が高温部(Sink)である外部温度(Ta)に比べて一定の
温度差以上に高くなければならないし、蒸発器の温度は
低温部(Source)である内部温度(Ti)よりも一定の温度差
以下に低くなければならない。このような温度差は、１
０℃以上に維持することが好ましい。

【０００８】冷凍装置に新鮮な食品の貯蔵することと、
反復されるドアの開閉又は外部温度(Ta)の変化、例え
ば、熱帯地方の温度変化とによって熱的負荷(thermal l
oad)は変わりすぎるから、その条件下でも作動する冷凍
装置が要求されており、特に、熱帯地方では外部温度が
４０〜５０℃ぐらいに上昇する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
冷凍装置における構成部品中の圧縮機は、一定なストロ
ークの状態として作動しているから、凝縮温度(Tc)を常
に外部温度(Ta)より高く維持することは不可能である。

【００１０】即ち、前記のように熱帯条件下において
は、外部温度(Ta)が増加することに従って凝縮温度(Tc)
と外部温度(Ta)との温度差は減少するから、適正な温度
差を維持するために圧縮機の吐出圧力(Pd)を増加させる
必要があるが、この圧縮機の吐出圧力(Pd)を増加させる
と、冷媒の質量流量比が減少し、その結果、それに相応
して冷凍装置の冷却容量（Ｑ）が減少する。

【００１１】従って、このような形態の圧縮機を備えた
従来の冷凍装置は、熱的負荷が食料品を貯蔵すること
と、反復されるドアの開閉又はより高い外部温度(Ta)と
によって増加するときには効果的に対処することができ
なくなる。

【００１２】また、従来の冷凍装置は、成績係数（ＣＯ
Ｐ）及び冷却容量（Ｑ）における外部温度(Ta)の場合と
同様に、熱的負荷が急に低くなることにより、エネルギ
ーの消耗が大きくなることに問題点があった。

【００１３】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
で、外部温度(Ta)の上昇によって熱的負荷が大きく変化
しても最適の成績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）とを
維持することができる冷凍装置及びその制御方法を提供
することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明が講じた手段は、先ず、外部温
度(Ta)と、凝縮温度(Tc)と、圧縮機の吸入温度(Ts)及び
吐出温度(Td)と、圧縮機の吸入圧力(Ps)及び吐出圧力(P
d)と、内部温度(Ti)とを感知するための感知手段が設け
られている。

【００１５】そして、該感知手段が出力する感知信号が
入力され、凝縮温度(Tc)が外部温度(Ta)に対して所定の
目標温度になるように第１制御信号を出力すると共に、
内部温度(Ti)が所定の目標温度になるように第２制御信
号を出力する制御手段が設けられている。

【００１６】更に、該制御手段の第１制御信号に従って
作動する作動機に連結された膨張機が設けられている。

【００１７】加えて、前記制御手段の第２制御信号に従
って作動する線形モータが連結された往復式可変圧縮機
が設けられている。

【００１８】また、請求項２に係る発明が講じた手段
は、先ず、凝縮温度(Tc)と外部温度(Ta)との温度差が適
正値以上であるか否かを判断する第１判断段階が構成さ
れている。

【００１９】そして、該第１判断段階における凝縮温度
(Tc)と外部温度(Ta)との温度差が適正値未満であると圧
縮機の吐出圧力(Pd)が制御されるように膨張機を調整す
るニードル・バルブ調整段階が構成されている。

【００２０】加えて、該ニードル・バルブ調整段階にお
いて圧縮機の吐出圧力(Pd)が調整された状態から内部温
度(Ti)が適正値以下であるか否かを判断する第２判断段
階が構成されている。

【００２１】更に、前記第２判断段階における内部温度
(Ti)が適正値より高いと、冷媒の循環流量が所定量に維
持されるように往復式可変圧縮機のストロークを調整す
るストローク調整段階が構成されている。

【００２２】

【作用】前記の構成により、本発明では、先ず、外部温
度(Ta)と凝縮温度(Tc)と内部温度(Ti)と圧縮機の吸入温
度(Ts)及び吸込圧力(Ps)と圧縮機の吐出温度(Td)及び吐
出圧力(Pd)とは、感知手段によって感知され、感知信号
が制御手段に伝送される。該制御手段は、入力された感
知信号に基づき実際の測定値と理想値とを比較判断す
る。

【００２３】そして、前記制御手段は、測定値が理想値
の条件を満たさない場合、入力された感知信号から圧縮
機の吐出圧力(Pd)を決定し、第１制御信号を出力するこ
とになり、この第１制御信号によって作動機が作動して
膨張機の開門面積が調節される。

【００２４】この結果、外部温度(Ta)が変化することに
伴って圧縮機の吐出圧力(Pd)が調節され、冷媒は、凝縮
器を通じて外部との熱伝達が良好となるから、凝縮温度
(Tc)は外部温度(Ta)に対して適正な温度差以上に維持さ
れる。

【００２５】一方、前記制御手段は、入力された感知信
号に従って圧縮機の必要なストロークを決定して第２制
御信号を出力する。この第２制御信号に従って線形モー
タのストロークが変化し、往復式可変圧縮機のストロー
クが変化することになる。

【００２６】この結果、圧縮機の吐出圧力(Pd)が増加す
る間に圧縮機のストロークが調整され、つまり、前記膨
張機の開門面積を小さくして圧縮機の吐出圧力(Pd)を大
きくすると、冷媒の循環流量が低下するので、上記圧縮
機のストロークを変化させて冷媒の質量流量比が減少す
ることを防止している。

【００２７】

【発明の効果】従って、本発明によれば、外部温度(Ta)
等の変化に従って熱的負荷が変動しても、膨張機の開門
面積を適切に調整することにより凝縮温度(Tc)が外部温
度(Ta)に対して一定の温度差を維持するようにすること
ができる。

【００２８】これと同時に、圧縮機の吐出圧力(Pd)が増
加する間において、冷媒の質量流量比が減少することを
防止するために圧縮機のストロークを連続的に調整する
ので、最適の成績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）とを
得ることができることから、その効果は非常に大きい。

【００２９】また、圧縮機のストロークを連続的に変化
させることができるから、従来に比して、圧縮機の始動
と停止に伴う動力損失を防止することができるという効
果を発揮する。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００３１】図２は、本発明の実施例に係る冷凍装置
（１００）を示し、図３は膨脹機（４０）の冷媒流れ特
性を示す図である。

【００３２】図２において、感知手段（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７）は、温度を感知する熱電
対(thermal couple)と圧力を感知する電気式圧力ゲージ
であり、この感知手段（Ｓ１〜Ｓ７）は、圧縮機（１
０）の吸込温度(Ts)及び吸込圧力(Ps)と、圧縮機（１
０）の吐出温度(Td)及び吐出圧力(Pd)と、凝縮温度(Tc)
とを測定するために圧縮機（１０）の吸入及び吐出ライ
ン（Ｌ）及び凝縮器（３０）に設けられると共に、外部
温度(Ta)と装置の内部温度である庫内温度(Ti)とを測定
するように設けられている。

【００３３】蒸発器（６０）と凝縮器（３０）の間に設
けられて冷媒を圧縮する往復式可変圧縮機（１０）は、
制御手段であるマイクロプロセッサ（７０）と電気的に
連結されたステップモータである線形モータ（２０）に
コネクティング・ロッド（１５）を介して連結されてい
る。

【００３４】従って、往復式可変圧縮機（１０）のスト
ロークは、線形モータ（２０）のストロークを変換させ
ることによって連続的に変化し、更に、前記線形モータ
（２０）のストロークは、固定子のコイル数を適当に変
化させることにより減少又は増加する。このような変化
は、マイクロプロセッサ（７０）のコントローラによっ
て電気的に行なわれる。

【００３５】凝縮器（３０）を通った冷媒を断熱膨張さ
せる膨張機（４０）は、ニードルバルブ（４０ａ）を備
えたニードル・タイプであり、膨張機（４０）は、マイ
クロプロセッサ（７０）と電気的に連結された微少変位
駆動装置、即ち、作動機（５０）に連結されている。

【００３６】図３は、膨脹機（４０）における冷媒の質
量流量比の特性を示しており、この図３に示すように、
膨脹機（４０）は、冷媒質量流量比(refrigerant mass
flowratio)(m)と外部温度(Ta)とが線形的な関係となる
ように設計されている。

【００３７】−冷却動作− 上述の如く構成された本発明の一実施例に係る作用を説
明すれば次の通りである。

【００３８】先ず、冷凍装置（１００）の外部温度(Ta)
と凝縮温度(Tc)と庫内温度(Ti)と、圧縮機（１０）の吸
入温度(Ts)及び吸込圧力(Ps)と吐出温度(Td)及び吐出圧
力(Pd)とは、熱電対及び圧力ゲージよりなる感知手段
（Ｓ１〜Ｓ７）によって感知され、感知信号はＡ／Ｄ変
換器を通じてデジタル信号に変換され、多重電子送信シ
ステム(multiplexer) によって制御手段であるマイクロ
プロセッサ（７０）に伝送される。

【００３９】マイクロプロセッサ（７０）は、入力ポー
ト(I0 〜 I6)を通じて入力された感知信号に基づきコン
トローラのメモリに貯蔵された探索テーブル(look-up t
able）から実際の測定値を読み出した後、理想値と比較
判断する。

【００４０】そのときに測定値が理想値の条件を満たさ
ない場合、マイクロプロセッサ（７０）は、入力された
感知信号に従ってメモリに貯蔵された探索テーブル(loo
k-uptable）から圧縮機（１０）の吐出圧力(Pd)を決定
し、出力ポート(O1)を通じて第１制御信号を出力するこ
とになり、この第１制御信号によって作動機（５０）及
びニードルバルブ（４０ａ）が作動し、膨張機（４０）
の開門面積が調節される。

【００４１】この結果、前記外部温度(Ta)が変化するこ
とに伴って圧縮機（１０）の吐出圧力(Pd)が調節され、
冷媒は、凝縮器（３０）を通じて外部との熱伝達が良好
となるから、前記凝縮温度(Tc)は外部温度(Ta)に対して
適正な温度差以上に維持される。

【００４２】一方、マイクロプロセッサ（７０）は、入
力された感知信号に従ってメモリに貯蔵された探索テー
ブル(look-up table) から圧縮機（１０）の必要なスト
ロークを決定し、その後、出力ポート(O2)を通じて第２
制御信号を出力する。この第２制御信号に従って線形モ
ータ（２０）のストロークが変化し、往復式可変圧縮機
（１０）のストロークが変化することになる。つまり、
前記膨張機（４０）の開門面積を小さくして圧縮機（１
０）の吐出圧力(Pd)を大きくすると、冷媒の循環流量が
低下するので、上記圧縮機（１０）のストロークを変化
させて該圧縮機（１０）の容量を増大させる。

【００４３】この結果、前記圧縮機（１０）の吐出圧力
(Pd)が増加する間に圧縮機（１０）のストロークが調整
され、このことによって冷媒の質量流量比が減少するこ
とが防止される。

【００４４】図４は、本発明に係る冷凍装置（１００）
の作動過程を示したフローチャート(flow chart)であ
る。

【００４５】この図４に示したフローチャートにおい
て、冷凍装置（１００）は、外部温度(Ta)が変動してい
る条件下で最適の成績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）
とを維持することができるように凝縮温度(Tc)と外部温
度(Ta)との温度差を１０℃以上に維持させることが好ま
しいので、許容誤差を考えて凝縮温度(Tc)と外部温度(T
a)との温度差が少なくとも１２℃以上に維持されるよう
にし、これに伴う冷凍装置（１００）の庫内温度(Ti)
が、冷却容量（Ｑ）の減少を防止することができるよう
に少なくとも−３０℃以下に維持されるようにした。

【００４６】図４のフローチャートにおいて、先ず、マ
イクロプロセッサ（７０）内のメモリ(memory)に基準デ
ータが貯蔵された探索テーブルのデータを読み込む（デ
ータ読込み段階：Ｓ１０）。

【００４７】続いて、マイクロプロセッサ（７０）の入
力ポート(I0 〜 I6)を通じて入力された凝縮温度(Tc)、
外部温度(Ta)、圧縮機（１０）の吸入温度(Ts)、圧縮機
（１０）の吐出温度(Td)、圧縮機（１０）の吸入圧力(P
s)、圧縮機（１０）の吐出圧力(Pd)、及び冷凍装置（１
００）の庫内温度(Ti)を読み込む（測定値読込み段階：
Ｓ２０）。

【００４８】その後に、前記凝縮温度(Tc)と外部温度(T
a)との温度差が、適正値である１２℃以上［ (Tc−Ta)
−１０＞１］であるか否かを判断する（第１判断段階：
Ｓ３０）。

【００４９】その温度差が適正値より小さいと、膨張機
（４０）の開門面積を調整して凝縮温度(Tc)と外部温度
(Ta)との温度差が適正値以上になるように作動機（５
０）を制御する（ニードル・バルブ調整段階：Ｓ４
０）。

【００５０】次いで、前記冷凍装置（１００）における
庫内温度(Ti)が、−３０℃(Tg)以下［（Ti−Tg）＜１］
であるか否かを判断する（第２判断段階：Ｓ５０）。

【００５１】そして、前記条件を満たさない場合には、
圧縮機（１０）のストロークを調整して冷凍装置（１０
０）の庫内温度(Ti)が適正値より小さくなるようにする
（ストローク調整段階：Ｓ６０）。

【００５２】従って、冷凍装置（１００）は、外部温度
(Ta)が変化することにより、膨脹機（４０）の開門面積
と圧縮機（１０）のストロークとが連続的に調整されて
最適の成績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）とを維持し
ながら作動する。

【００５３】−実施例の効果− 以上のように、本実施例によれば、外部温度(Ta)等の変
化に従って熱的負荷が変動しても、膨張機の開門面積を
適切に調整することにより凝縮温度(Tc)が外部温度(Ta)
に対して一定の温度差を維持するようにすることができ
る。

【００５４】これと同時に、圧縮機の吐出圧力(Pd)が増
加する間において、冷媒の質量流量比が減少することを
防止するために圧縮機のストロークを連続的に調整する
ので、最適の成績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）をが
得ることができることから、その効果は非常に大きい。

【００５５】また、圧縮機のストロークを連続的に変化
させることができるから、従来に比して、圧縮機の始動
と停止に伴う動力損失を防止することができるという効
果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）及び（Ｂ）は、従来技術により構成
された冷凍装置を示すものであり、そのうち図１（Ａ）
は冷凍サイクルの構成図であり、図１（Ｂ）はＴ−ｓ線
図である。

【図２】本発明の実施例に係る冷凍装置を示す構成図で
ある。

【図３】図２に示された膨脹機の冷媒質量流量比の特性
図である。

【図４】本発明に係る冷凍装置の制御方法を示すフロー
図である。

【符号の説明】

１０：圧縮機２０：線形モータ３０：凝縮器４０：膨張機５０：作動機（ステップモータ）６０：蒸発器７０：マイクロプロセッサ１００：冷凍装置Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７：温度の感知手段Ｓ２，Ｓ４：圧力の感知手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 594135690 ＰＯＢＯＸ 14 ＡＭＭＡＮ，ＪＯＲＤＡＮ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外部温度(Ta)と、凝縮温度(Tc)と、圧縮
機の吸入温度(Ts)及び吐出温度(Td)と、圧縮機の吸入圧
力(Ps)及び吐出圧力(Pd)と、内部温度(Ti)とを感知する
ための感知手段と、該感知手段が出力する感知信号が入力され、凝縮温度(T
c)が外部温度(Ta)に対して所定の目標温度になるように
第１制御信号を出力すると共に、内部温度(Ti)が所定の
目標温度になるように第２制御信号を出力する制御手段
と、該制御手段の第１制御信号に従って作動する作動機に連
結された膨張機と、前記制御手段の第２制御信号に従って作動する線形モー
タが連結された往復式可変圧縮機とを備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】凝縮温度(Tc)と外部温度(Ta)との温度差
が適正値以上であるか否かを判断する第１判断段階と、該第１判断段階における凝縮温度(Tc)と外部温度(Ta)と
の温度差が適正値未満であると圧縮機の吐出圧力(Pd)が
制御されるように膨張機を調整するニードル・バルブ調
整段階と、該ニードル・バルブ調整段階において圧縮機の吐出圧力
(Pd)が調整された状態から内部温度(Ti)が適正値以下で
あるか否かを判断する第２判断段階と、前記第２判断段階における内部温度(Ti)が適正値より高
いと、冷媒の循環流量が所定量に維持されるように往復
式可変圧縮機のストロークを調整するストローク調整段
階とを備えていることを特徴とする冷凍装置の制御方法。