JP3680619B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台の圧縮機が並列に搭載され、その容量を負荷に応じて制御が行われる冷凍装置に関し、インバータ駆動圧縮機と一定速圧縮機とを備えたものに好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インバータ駆動圧縮機と一定速圧縮機とを備えた冷凍装置において、インバータ圧縮機の駆動周波数が最高周波数になり、さらに負荷が増加すると一定速圧縮機も運転してインバータの駆動周波数を下げることが知られ、特に特開平０９−２７３８１９号公報にはインバータ駆動圧縮機と一定速圧縮機との運転を切替えるときにインバータ駆動圧縮機を所定時間停止し、インバータ圧縮機の運転時間を減少させて信頼性を高めることが示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術は、負荷変動に対してインバータの駆動周波数を下げたり、インバータ駆動圧縮機を所定時間停止したりするため、負荷が変化したときそれに応じて木目細かく容量を制御するのには困難があり、負荷容量と運転容量がアンマッチになる恐れもあった。
【０００４】
本発明の目的は、運転容量を負荷の変動に応じて木目細かく変化させ、負荷に対して最適な運転を可能とし、省エネルギ効果を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、駆動周波数が可変のインバータ圧縮機と、駆動周波数が一定の一定速圧縮機を備えた冷凍装置において、インバータ圧縮機及び一定速圧縮機の吸入側に設けられた圧力センサと、インバータ圧縮機から始動させる手段と、始動後、圧力センサによって検出された吸入圧力値によってインバータ圧縮機の駆動周波数又は圧縮機の運転台数を決定する手段とを備え、前記吸入圧力値が所定の値以上となった場合、前記インバータ圧縮機の駆動周波数に係わらず前記一定速圧縮機を始動させることにある。
【０００６】
インバータ圧縮機から始動させるので、始動時に負荷に合わせたスムーズな立ち上がりができる。そして、その後は圧縮機の吸入圧力値によってインバータ圧縮機の駆動周波数又は圧縮機の運転台数を決定し、更に吸入圧力値が所定の値以上となった場合、インバータ圧縮機の駆動周波数に係わらず一定速圧縮機を始動させるように構成しているので、負荷が大きく変化しても、それに応じて充分な容量を確保でき、かつ木目細かく容量を制御することができる。よって、負荷に対して運転容量が最適となる運転を可能とし、省エネルギとすることができる。
【０００８】
さらに、上記のものにおいて、インバータ圧縮機と一定速圧縮機が運転されている時に吸入圧力値が所定の値以下となった場合、インバータ圧縮機の駆動周波数に係わらず一定速圧縮機を停止させることが望ましい。
【０００９】
さらに、上記のものにおいて、インバータ圧縮機の駆動周波数が最高周波数に達した後、一定速圧縮機を順次始動させることが望ましい。
【００１０】
さらに、上記のものにおいて、インバータ圧縮機の駆動周波数が最低周波数に達した後、前記一定速圧縮機を順次停止させることが望ましい。
【００１１】
さらに、上記のものにおいて、インバータ圧縮機の駆動周波数の最高周波数及び最低周波数を定め、最高周波数に達した後は一定速圧縮機を順次始動させ、最低周波数に達した後は一定速圧縮機を順次停止させることが望ましい。
【００１２】
本発明の他の特徴は、駆動周波数が可変のインバータ圧縮機と、駆動周波数が一定の一定速圧縮機を備えた冷凍装置において、前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機はスクロール型で構成されると共に、前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機の吸入側には圧力センサが設けられ、運転開始時に前記圧力センサによって検出された値が予め定めた値以上の場合前記インバータ圧縮機及び前記一定速圧縮機を始動させ、その後前記圧力センサにより検出された吸入圧力値に応じて前記インバータ圧縮機の駆動周波数及び前記一定速圧縮機の運転台数を決定することにある。
【００１３】
運転開始時に圧縮機の吸入圧力値が予め定めた値以上の場合インバータ圧縮機及び一定速圧縮機を始動させるので、始動時に負荷に対して充分な運転容量を確保でき、負荷が急激に増加しても、それに対応して円滑な立ち上がりができる。
【００１４】
そして、その後は圧縮機の吸入圧力値によってインバータ圧縮機の駆動周波数及び一定速圧縮機の運転台数を決定するので、負荷に応じて充分な容量確保と、木目細かい容量を制御を実現できる。
【００１５】
さらに、本発明は、インバータ圧縮機の駆動周波数及び一定速圧縮機の運転台数を決定することでその容量制御範囲を１５％〜１００％まで可能としたものである。
【００１６】
吸入圧力値によってインバータ圧縮機の駆動周波数及び一定速圧縮機の運転台数を決定し、その容量制御範囲を１５％〜１００％まで可能としているので、空気調和機として考えられる負荷に対して運転容量が最適となり、省エネルギ化を図ることができる。
【００１７】
本発明の更に他の特徴は、駆動周波数が可変のインバータ圧縮機と、駆動周波数が一定の一定速圧縮機を備えた冷凍装置において、前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機はスクロール型で構成されると共に、前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機の吸入側には圧力センサが設けられ、圧力センサによって検出された吸入圧力値によってインバータ圧縮機の駆動周波数及び一定速圧縮機の運転台数を決定する手段と、インバータ圧縮機を駆動するインバータの故障を判断する手段と、故障を判断する手段によってインバータが故障であると判断された場合、前記インバータ圧縮機は商用電源で直接駆動されるようにし、それによってこのインバータ圧縮機を含めて前記一定速圧縮機と共にこれら圧縮機の運転台数を変化させることで容量制御を継続することにある。
【００１８】
インバータが故障であっても、インバータ圧縮機及び一定速圧縮機の運転台数を変化させて容量制御を継続するので、周波数制御が行われなくても段階的な容量制御を継続することができる。
【００１９】
本発明の更に他の特徴は、駆動周波数が可変のインバータ圧縮機と、駆動周波数が一定の一定速圧縮機を備えた冷凍装置において、前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機はスクロール型で構成されると共に、前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機の吸入側には圧力センサが設けられ、前記圧力センサによって検出された吸入圧力値（Ｐｓ）が予め設定された値（ＰｓＵ）より大きいときに前記インバータ圧縮機から始動させる手段と、始動後、前記吸入圧力値が前記設定値（ＰｓＵ）より大きな所定の値（Ｃ）以上となった場合、前記インバータ圧縮機の駆動周波数を、吸入圧力値（Ｐｓ）と前記設定値（ＰｓＵ）との差に応じて下げる手段と、前記駆動周波数が下げられてから前記一定速圧縮機を始動させる手段とを備えたことにある。
【００２０】
吸入圧力値（Ｐｓ）が予め設定された値（ＰｓＵ）より大きいときにインバータ圧縮機から始動させ、吸入圧力値が所定の値（Ｃ）以上となった場合、インバータ圧縮機の駆動周波数を吸入圧力値（Ｐｓ）と予め設定された値（ＰｓＵ）との差に応じて下げ、駆動周波数が下げられてから一定速圧縮機を始動させるので、圧縮機の運転台数を変化させても運転容量の変化を小さくできるので、負荷変動に対する充分な能力確保と、より一層の木目細かい容量制御を可能にすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図によって説明する。
図１は一実施の形態における冷凍装置の基本冷凍サイクルの一例を示す図である。図１において、１ａ、１ｂ、１ｃはいずれもスクロール圧縮機とし、１ａがインバータ圧縮機、１ｂ、１ｃが一定速の圧縮機であり、その他凝縮器２、受液器３、膨張弁４、蒸発器５の主要機器で冷凍サイクルが形成されている。また、圧縮機吸入側の配管には圧力センサ６が取付けられ、圧力センサ６にて検出された吸入圧力値をユニットコントローラ７にて処理し、その時の運転容量が決定される。
【００２２】
ユニットコントローラ７はインバータ８へ圧縮機１ａの運転周波数の指令を出し、マルチコントローラ９へ一定速圧縮機１ｂ、１ｃの運転指令をそれぞれ出してスクロール圧縮機の回転数制御及び運転台数制御を行い、その時の負荷容量にあった最適な運転容量とする。
【００２３】
次に、図２ないし図６を参照してスクロール圧縮機１ａ、１ｂ、１ｃ、の容量制御方法を説明する。
図２は一実施の形態による冷凍装置の運転フローチャートを示し、図２は主にインバータ８により制御されるインバータ圧縮機、図３ないし図５は、マルチコントローラ９により制御される一定速圧縮機１ｂ、１ｃの運転フローチャートを示す。図４は図２ないし図５中にある記号Ａ〜Ｆと吸入圧力の関係を示すものであり、吸入圧力に対する圧縮機１ａ、１ｂ、１ｃの運転制御範囲を示している。
【００２４】
インバータ８により制御される圧縮機１ａの運転フローチャートを説明する。運転開始時、図１の圧力センサ６にて検出した吸入圧力Ｐｓが予め設定された圧縮機１ａの始動条件値ＰｓＵより大きい時、すなわち図６のＡ〜Ｃのゾーンであればユニットコントローラ７からインバータ８に対して運転指令を出し、圧縮機１ａの運転を開始する。なお、始動時の運転周波数は予め設定された運転周波数範囲の下限周波数、例えば、３０Ｈｚで運転する。
【００２５】
その後、圧力センサ６にてＰｓが検出されＰｓがＰｓＵより大きい時、すなわち運転容量に対し負荷が大きい時は運転周波数を増加させるようにユニットコントローラ７からインバータ８に運転周波数の指令を出す。ただし、運転周波数の上限は予め設定させた運転周波数範囲の上限周波数、例えば８０Ｈｚとする。
つぎに、インバータ８はユニットコントローラ７によって指令された周波数で、スクロール圧縮機１ａの回転数が増加するように制御する。
【００２６】
ＰｓがＰｓＤ未満、すなわち図６のＥ、Ｆゾーンであれば運転容量に対し負荷が小さいため運転周波数を低下させる。その下限は予め設定された運転周波数範囲の下限周波数（３０Ｈｚ）とする。ただし、運転中にＰｓ≦Ａ以下となれば圧縮機１ａの運転を停止する。
ＰｓがＰｓＤ≦Ｐｓ≦ＰｓＵの時、すなわち図６のＤゾーンであれば最適運転周波数となっているので、その時の運転周波数を維持する。
【００２７】
マルチコントローラ９により制御される一定速圧縮機１ｂ、１ｃの運転フローチャートを図３ないし図５を参照して説明する。圧縮機１ａが運転中の始動制御としては、ＰｓがＰｓＵ＜Ｐｓ＜Ｃ、図６のＣゾーンにあり、かつ圧縮機１ａの運転周波数が最高周波数に達した後、最高周波数での運転が予め設定された時間、（容量アップ検出時間）以上継続したら負荷が大きいと判断し、一定速圧縮機１ｂ又は１ｃを１台運転させ、運転容量を増加する。
【００２８】
同条件が続けばさらにもう１台の運転を行う。運転周波数が最高周波数でなくても、現在の運転容量に対し負荷が急激に大きくなり、ＰｓがＣ値以上、すなわち図６のゾーンＡ、Ｂとなった場合は運転周波数に係わらず一定速圧縮機を１台運転させる。これにより、急激な負荷変動に対する追従性を確保することができる。
【００２９】
圧縮機１ａと一定速圧縮機１ｂ、１ｃが運転している時にＰｓ＜ＰｓＤ、すなわち図６のＥゾーンの状態が所定時間、例えば５分以上継続すれば負荷が小さいと判断し、一定速圧縮機１ｂあるいは１ｃの１台を停止させ、運転容量を減少する。さらに同条件が続けばさらにもう１台も停止し、圧縮機１ａのみでの運転とする。Ｐｓ＜ＰｓＤが５分以上継続しなくても、現在の運転容量に対し負荷が急激に小さくなり、ＰｓがＢ値以下、すなわち図６のゾーンＦとなった場合は一定速圧縮機を１台停止させる。これにより、容量アップ時と同様、急激な負荷変動に対する追従性を確保することができる。
【００３０】
全圧縮機が停止後、始動直前の負荷が大きく、ＰｓがＰｓ≧Ｃ＋０．０５ＭＰａ、すなわち図６のゾーンＡの時は、圧縮機１ａ、１ｂ、１ｃ全てを同時に始動させる。
【００３１】
また、ＰｓがＣ≦Ｐｓ＜Ｃ＋０．０５ＭＰａ、すなわち図６のゾーンＢの時は、圧縮機１ａと一定速圧縮機１ｂ、１ｃのいずれか１台の２台を同時に始動させる。
さらに、ＰｓがＰｓＵ＜Ｐｓ＜Ｃ、すなわち図６のゾーンＣの時は、圧縮機１ａのみの始動とする。これにより、除霜等で長時間冷凍サイクルの運転を停止し、Ｐｓが上昇した直後の始動でも負荷に対する追従性を良くすることができる。ただし、全く同時に始動させると始動電流が大きくなってしまうので、始動させるタイミングを５秒ずつずらして始動させることが望ましい。
【００３２】
一定速スクロール圧縮機１ｂもしくは１ｃを始動させるときに、圧縮機１ａの運転周波数を一度下げる制御を図８のフローチャートにより説明する。
インバータ８により制御される圧縮機１ａの運転周波数が最高周波数に達し、一定速スクロール圧縮機１ｂもしくは１ｃを始動させる条件が成立したら、まず一定速圧縮機を始動させるために始動バイパス弁をＯＮする。そして、始動バイパス弁をＯＮしてから20秒経過したら、圧縮機１ａの運転周波数を予め設定された周波数まで下げる。
【００３３】
周波数をどこまで下げるかは一定速圧縮機の始動条件が成立した時のＰｓとＰｓＵの差により決定する。つまり、ＰｓとＰｓＵの差が予め設定された値αより小さい場合は制御範囲の最低周波数として運転容量変化を最少限として省エネルギ化を図る。そして、ＰｓとＰｓＵの差が予め設定された値αより大きい場合は制御範囲の中間周波数として負荷追従性を確保するようにする。その後、始動バイパス弁をＯＦＦし、一定速圧縮機を始動させ通常制御に移行する。以上により圧縮機の運転台数を変化させても運転容量は大きく変化せず、きめ細かい運転容量で容量制御を可能にできる。
【００３４】
次に、図７を参照してインバータが故障した場合の運転を説明する。
インバータ８が正常な場合は電磁接触器１１と電磁接触器１２が閉じて電源がスクロール圧縮機１ａ用の電動機１０に通電される。インバータ８の温度が異常に上昇したときなど、何らかの異常が検出されたときインバータ８自身から異常信号をユニットコントローラ７へ発する。また、インバータ８の二次側に設けた電流検出器１４にて電流を検出し、ユニットコントローラ７がインバータ８に運転指令を出しているにもかかわらず電流検出器１４にて電流が検出されない場合等のときは故障と判断される。
異常又は故障と判断された場合、電磁接触器１１と電磁接触器１２を開き、電磁接触器１３を閉じて商用電源が直接にスクロール圧縮機１ａ用の電動機１０に通電される。
【００３５】
スクロール圧縮機１ａの運転条件としては、Ｐｓ＞ＰｓＵで運転開始、Ｐｓ≦Ａで停止とする。一定速スクロール圧縮機１ｂ、１ｃはマルチコントローラ９により正常時と同じ制御値で運転が継続される。よって、周波数制御は行われないが段階的な容量制御が可能となり、運転が継続される。
以上、スクロール圧縮機の回転数及び運転台数を変化させることにより容量制御する冷凍機において、負荷に応じたきめ細かな運転容量で運転でき、省エネルギ効果が図れる。
【００３６】
また、急激な負荷変動に対してもインバータによって制御されるスクロール圧縮機の運転周波数に係わらず、一定速圧縮機をＯＮ／ＯＦＦさせることにより負荷との追従性を確保することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、スクロール型とされたインバータ圧縮機から始動させるので、始動時に負荷に合わせたスムーズな立ち上がりができ、その後は圧縮機の吸入圧力値によってインバータ圧縮機の駆動周波数及び一定速圧縮機の運転台数を決定するので、負荷が大きく変化しても、それに応じて充分な容量を確保でき、かつ木目細かく容量を制御することができる。よって、負荷に対して運転容量が最適となる運転を可能とし、省エネルギとすることができる。
【００３８】
また、本発明によれば運転開始時に圧縮機の吸入圧力値が予め定めた値以上の場合インバータ圧縮機及び一定速圧縮機を始動させるので、始動時に負荷に対して充分な運転容量を確保でき、負荷が急激に増加しても、それに対応して円滑な立ち上がりができる。
【００３９】
さらに、本発明によれば吸入圧力値によってインバータ圧縮機の駆動周波数及び一定速圧縮機の運転台数を決定し、その容量制御範囲を１５％〜１００％まで可能としているので、空気調和機として考えられる負荷に対して運転容量が最適となり、省エネルギ化を図ることができる。
【００４０】
さらに、本発明によればインバータが故障であっても、インバータ圧縮機及び一定速圧縮機の運転台数を変化させて容量制御を継続するので、周波数制御が行われなくても段階的な容量制御を継続することができる。
【００４１】
さらに、本発明によれば吸入圧力値（Ｐｓ）が予め設定された値（ＰｓＵ）より大きいときにインバータ圧縮機から始動させ、吸入圧力値が所定の値（Ｃ）以上となった場合、インバータ圧縮機の駆動周波数を吸入圧力値（Ｐｓ）と予め設定された値（ＰｓＵ）との差に応じて下げ、駆動周波数が下げられてから一定速圧縮機を始動させるので、圧縮機の運転台数を変化させても運転容量の変化を小さくできるので、負荷変動に対する充分な能力確保をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による冷凍装置の冷凍サイクル系統図。
【図２】本発明の一実施の形態による冷凍装置のインバータ圧縮機における運転フローチャート。
【図３】本発明の一実施の形態による冷凍装置の一定速圧縮機における運転フローチャート。
【図４】本発明の一実施の形態による冷凍装置の一定速圧縮機における運転フローチャート。
【図５】本発明の一実施の形態による冷凍装置の一定速圧縮機における運転フローチャート。
【図６】本発明の一実施の形態による冷凍装置の圧縮機の運転制御範囲を示すグラフ。
【図７】本発明の一実施の形態によるブロック図。
【図８】本発明の一実施の形態による冷凍装置の一定速圧縮機の運転フローチャート。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ・・・スクロール圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・受液器、４・・・膨張弁、５・・・蒸発器、６・・・圧力センサ、７・・・ユニットコントローラ、８・・・インバータ、９・・・マルチコントローラ、１０・・・電動機、１１、１２、１３・・・電磁接触器、１４・・・電流検出器。

Claims (10)

  1. 駆動周波数が可変のインバータ圧縮機と、駆動周波数が一定の一定速圧縮機を備えた冷凍装置において、
    前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機の吸入側に設けられた圧力センサと、
    前記インバータ圧縮機から始動させる手段と、
    始動後、前記圧力センサによって検出された吸入圧力値によって前記インバータ圧縮機の駆動周波数又は前記圧縮機の運転台数を決定する手段とを備え、前記吸入圧力値が所定の値以上となった場合、前記インバータ圧縮機の駆動周波数に係わらず前記一定速圧縮機を始動させることを特徴とする冷凍装置。
  2. 請求項１に記載のものにおいて、前記圧力センサにより検出された吸入圧力値に応じて前記インバータ圧縮機の駆動周波数及び前記一定速圧縮機の運転台数を決定することでその容量制御範囲を１５％〜１００％まで可能としたことを特徴とする冷凍装置。
  3. 請求項１に記載のものにおいて、前記インバータ圧縮機と一定速圧縮機が運転されている時に前記吸入圧力値が所定の値以下となった場合、前記インバータ圧縮機の駆動周波数に係わらず前記一定速圧縮機を停止させることを特徴とする冷凍装置。
  4. 請求項１に記載のものにおいて、前記インバータ圧縮機の駆動周波数が最高周波数に達した後、前記一定速圧縮機を順次始動させることを特徴とする冷凍装置。
  5. 請求項１に記載のものにおいて、前記インバータ圧縮機の駆動周波数が最低周波数に達した後、前記一定速圧縮機を順次停止させることを特徴とする冷凍装置。
  6. 請求項１に記載のものにおいて、前記インバータ圧縮機の駆動周波数の最高周波数及び最低周波数を定め、最高周波数に達した後は前記一定速圧縮機を順次始動させ、最低周波数に達した後は前記一定速圧縮機を順次停止させることを特徴とする冷凍装置。
  7. 駆動周波数が可変のインバータ圧縮機と、駆動周波数が一定の一定速圧縮機を備えた冷凍装置において、
    前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機はスクロール型で構成されると共に、前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機の吸入側には圧力センサが設けられ、
    運転開始時に前記圧力センサによって検出された値が予め定めた値以上の場合前記インバータ圧縮機及び前記一定速圧縮機を始動させ、
    その後前記圧力センサにより検出された吸入圧力値に応じて前記インバータ圧縮機の駆動周波数及び前記一定速圧縮機の運転台数を決定することを特徴とする冷凍装置。
  8. 請求項７に記載のものにおいて、前記インバータ圧縮機の駆動周波数及び前記一定速圧縮機の運転台数を決定することでその容量制御範囲を１５％〜１００％まで可能としたことを特徴とする冷凍装置。
  9. 駆動周波数が可変のインバータ圧縮機と、駆動周波数が一定の一定速圧縮機を備えた冷凍装置において、
    前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機はスクロール型で構成されると共に、前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機の吸入側には圧力センサが設けられ、
    前記圧力センサによって検出された吸入圧力値によって前記インバータ圧縮機の駆動周波数及び前記一定速圧縮機の運転台数を決定する手段と、
    前記インバータ圧縮機を駆動するインバータの故障を判断する手段と、
    前記故障を判断する手段によってインバータが故障であると判断された場合、前記イン バータ圧縮機は商用電源で直接駆動されるようにし、それによってこのインバータ圧縮機を含めて前記一定速圧縮機と共にこれら圧縮機の運転台数を変化させることで容量制御を継続することを特徴とする冷凍装置。
  10. 駆動周波数が可変のインバータ圧縮機と、駆動周波数が一定の一定速圧縮機を備えた冷凍装置において、
    前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機はスクロール型で構成されると共に、前記インバータ圧縮機及び一定速圧縮機の吸入側には圧力センサが設けられ、
    前記圧力センサによって検出された吸入圧力値（Ｐｓ）が予め設定された値（ＰｓＵ）より大きいときに前記インバータ圧縮機から始動させる手段と、
    始動後、前記吸入圧力値が前記設定値（ＰｓＵ）より大きな所定の値（Ｃ）以上となった場合、前記インバータ圧縮機の駆動周波数を、吸入圧力値（Ｐｓ）と前記設定値（ＰｓＵ）との差に応じて下げる手段と、
    前記駆動周波数が下げられてから前記一定速圧縮機を始動させる手段とを備えたことを特徴とする冷凍装置。
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