JP4475660B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は凝縮器用送風機の回転数を制御するファンコントローラを備えた冷凍装置に関する。

従来の凝縮器用送風機の回転数を制御するファンコントローラを備えた冷凍装置としては、特許文献１に示すように、凝縮温度と外気温度等で送風機の風量を制御するようにしたものが知られている。

特開２００２−１４７８７５号公報

冷凍装置に接続される低圧側機器の負荷変動は大きく且つ頻繁なため、それに合わせて吸入圧力も大きく変動する。圧縮機をインバータ駆動するインバータ冷凍機や圧縮機が複数台あるマルチ冷凍機は、その吸入圧力により運転容量を変えるため、頻繁に運転容量の上下動を繰り返すことがある。この運転容量の上下動に伴い、冷凍装置の吐出圧力も変動するため、上記従来技術では、負荷が急激に小さくなることにより、運転容量及び吐出圧力が低下すると、送風機を回転数制御させて凝縮温度を一定に保とうとする。しかし、吐出圧力の変化が大きい場合、受液器から出た液冷媒の過冷却度を十分に確保できず、フラッシュガスが発生することがある。フラッシュガスが発生すると、冷凍装置の冷凍能力が安定せず、また圧縮機のモータ冷却のために行なう液インジェクション制御も正常に機能しないという欠点があった。また、一定に保とうとする凝縮温度も運転容量によって可変されるのもではないので、目標とする凝縮温度が常に最適とは言えなかった。

本発明の目的は、大きな負荷変動に対しても液冷媒の過冷却度を十分に確保できると共に、最適な吐出圧力に保つことのできる冷凍装置を得ることにある。

本発明の他の目的は、温度検出器や圧力検出器が故障などにより異常となった場合でも凝縮器用送風機の制御を可能ならしめる冷凍装置を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、駆動周波数が可変のインバータ圧縮機若しくは複数台の圧縮機を備え、且つ凝縮器、受液器、膨張弁及び蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出器と、吸入圧力を検出する吸入圧力検出器と、外気温度を検出する外気温度検出器と、前記凝縮器に冷却風を送る送風機の回転数を制御するファンコントローラと、前記吸入圧力検出器の検出値により前記インバータ圧縮機の駆動周波数若しくは前記複数台の圧縮機の運転台数を決定する制御手段を備えた冷凍装置において、前記受液器と膨張弁との間に受液器からの液冷媒を更に冷却する熱交換器を設け、前記ファンコントローラによる送風機の回転数制御は前記外気温度検出器の検出値に応じて予め定められた目標吐出圧力に収束するよう制御する機能を有し、更に、前記圧縮機の平均運転容量によって前記目標吐出圧力を自動的に変更するようにした目標吐出圧力変更手段を有することにある。

本発明の第２の特徴は、駆動周波数が可変のインバータ圧縮機若しくは複数台の圧縮機を備え、且つ凝縮器、受液器、膨張弁及び蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出器と、吸入圧力を検出する吸入圧力検出器と、外気温度を検出する外気温度検出器と、前記凝縮器に冷却風を送る送風機の回転数を制御するファンコントローラと、前記吸入圧力検出器の検出値により前記インバータ圧縮機の駆動周波数若しくは前記複数台の圧縮機の運転台数を決定する制御手段を備えた冷凍装置において、前記受液器と膨張弁との間に受液器からの液冷媒を更に冷却する熱交換器を設け、前記ファンコントローラによる送風機の回転数制御は前記外気温度検出器の検出値に応じて予め定められた目標吐出圧力に収束するよう制御する機能を有し、更に、前記外気温度検出器により検出された外気温度が予め設定された温度以下の低外気条件となった場合に、前記目標吐出圧力を上方にシフトし、送風機回転数を小さくするように制御する制御手段を有することにある。

本発明の第３の特徴は、圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁及び蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出器と、圧縮機への吸入圧力を検出する吸入圧力検出器と、外気温度を検出する外気温度検出器と、前記凝縮器に冷却風を送る送風機の回転数を前記吐出圧力検出器及び外気温度検出器の検出値で制御するファンコントローラを備えた冷凍装置において、前記圧縮機の運転電流を検知する電流検出器と、前記外気温度検出器若しくは吐出圧力検出器が異常となった場合、前記圧縮機運転電流検出器での検出値に基づいて前記送風機の回転数を制御する制御手段とを有することにある。

本発明の第４の特徴は、駆動周波数が可変のインバータ圧縮機若しくは複数台の圧縮機を備え、且つ凝縮器、受液器、膨張弁及び蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出器と、圧縮機への吸入圧力を検出する吸入圧力検出器と、外気温度を検出する外気温度検出器と、前記凝縮器に冷却風を送る送風機の回転数を前記吐出圧力検出器及び外気温度検出器の検出値で制御するファンコントローラを備えた冷凍装置において、前記圧縮機の平均運転容量を算出する手段と、前記外気温度検出器若しくは吐出圧力検出器が異常となった場合、前記圧縮機の平均運転容量によって前記送風機の回転数を制御する制御手段とを有することにある。

本発明によれば、受液器と膨張弁との間に受液器からの液冷媒を更に冷却する熱交換器を設け、ファンコントローラによる送風機の回転数制御は外気温度検出器の検出値に応じて予め定められた目標吐出圧力に収束するよう制御する機能を有し、更に、圧縮機の平均運転容量によって目標吐出圧力を自動的に変更するようにした目標吐出圧力変更手段を有するので、負荷が大きく変動し、圧縮機駆動周波数や圧縮機運転台数が大きく変動しても、液冷媒の過冷却度を十分に確保できると共に、圧縮機の運転容量により目標とする吐出圧力を最適値に自動的に変更できるから、省エネ化も図ることができる。

また、外気温度検出器により検出された外気温度が予め設定された温度以下の低外気条件となった場合に、目標吐出圧力を上方にシフトし、送風機回転数を小さくするように制御する制御手段を有するものでは、夜間等で外気温度が下がったときに目標吐出圧力を上方にシフトすることで、送風機回転数を小さくでき、低騒音化を図れる効果がある。

圧縮機の運転電流を検知する電流検出器と、外気温度検出器若しくは吐出圧力検出器が異常となった場合に前記電流検出器での検出値に基づいて送風機の回転数を制御する制御手段を有するものでは、温度検出器や圧力検出器が故障などにより異常となっても圧縮機運転電流により送風機回転数を制御できるから、冷凍装置を停止せずに運転を継続できる効果がある。

圧縮機の平均運転容量を算出する手段と、外気温度検出器若しくは吐出圧力検出器が異常となった場合、前記圧縮機の平均運転容量によって前記送風機の回転数を制御する制御手段を有するものでも、温度検出器や圧力検出器が異常となっても、圧縮機の平均運転容量により送風機回転数を制御できるから、冷凍装置の運転を継続できる。

図１は冷凍サイクル部の構成を示す系統図である。
図１において、Ｉは空冷一体型冷凍装置、IIは低圧側機器であり、これらが配管接続部１５，１６において接続され冷凍サイクルを構成している。１ａ，１ｂはスクロール圧縮機で、商用電源で駆動する一定速方式或いはインバータによる可変容量式のものである。２は凝縮器で、スクロール圧縮機１ａ，１ｂの下流側に設けられている。３は過冷却器（熱交換器）で、凝縮器２と一体構造となるように構成されている。

スクロール圧縮機１から吐出される冷媒ガスは、凝縮器２及び送風機１４により冷却されて凝縮し、凝縮した液冷媒は受液器５に蓄えられ、この受液器５から乾き度０の液冷媒のみが過冷却器３に導かれる構成となっている。

過冷却された液冷媒は、ドライヤ９、サイトグラス８を通過し、電磁弁７、膨張弁６、蒸発器４などから構成されている低圧機器II内で蒸発し、再びガス冷媒となる。その後アキュームレータ１３を通り、圧縮機１ａ，１ｂに吸入される。

過冷却器３より下流側の液冷媒配管と、スクロール圧縮機１の中間圧力となる作動空間（旋回側スクロールと固定側スクロールとで形成される密閉された作動空間で、吸入圧と吐出圧との中間の圧力となっている作動空間）とは、液インジェクション配管１０で接続されている。この液インジェクション配管１０には、液インジェクション量を制御するため電子膨張弁或いはキャピラリチューブといった減圧装置１１が設けられている。液インジェクションは、スクロール圧縮機１ａ，１ｂの吐出ガス温度を許容値以下の温度に保つために行うものであり、スクロール圧縮機１ａ，１ｂの中間圧力の作動空間に、液冷媒をインジェクションすることによって吐出ガスが冷却される。

なお、この実施例では液インジェクション配管１０は、過冷却器３より下流側の液冷媒配管とスクロール圧縮機１とを接続するようにしたが、受液器５内とスクロール圧縮機とを接続するようにしても良い。

電磁弁７、膨張弁６、蒸発器４が配置されている低圧機器II内には、低圧機器IIの庫内温度が所定の温度以上になったときに作動する庫内温度サーモスタット３０１と、その庫内温度サーモスタット３０１の動作に応じて開閉する電磁弁７を有している。ここで、電磁弁７は、冷凍サイクルにおける膨張弁６の上流側に配置されている。

次に、上記実施例における送風機１４の回転数制御について図２、図３も用いて説明する。
図２は、外気温度に対する目標吐出圧力値を決定する制御図の一例である。ファンコントローラ２０１には、図２に示すような外気温度に対する目標吐出圧力値が予め入力されており、外気温度サーミスタ（外気温度検出器）１０５で検出した温度から目標吐出圧力値を求め、吐出圧力センサ（吐出圧力検出器）１０２で検出した実際の運転吐出圧力が目標値より高ければ送風機回転数を大きくして吐出圧力を目標に近づけ、目標値より低ければ送風機回転数を小さくして吐出圧力を目標に近づけるといった送風機回転数制御が行なわれ、吐出圧力を一定に保つようにしてサイクルを安定させる。本実施例では、受液器５の下流側に設けた過冷却器３により、液冷媒の過冷却度を十分に確保することができ、負荷が急激に小さくなることにより、運転容量および吐出圧力が低下した場合でもフラッシュガスが発生するのを防止できる。

また、本実施例では目標吐出圧力を圧縮機の平均運転容量によって自動的に可変する制御機能（目標吐出圧力変更手段）を備えている。即ち、駆動周波数が可変とされたインバータ圧縮機を搭載したインバータ冷凍機、若しくは複数台の圧縮機を搭載したマルチ冷凍機は、同じ外気温度であってもその時の低圧側機器の負荷によって運転容量が大きく異なる。そのため、外気温度から求められる目標吐出圧力値が一定であるとそれが常に最適とは言えない。そこで、冷凍機におけるある一定時間の平均運転容量を算出し、これが小さい場合は目標吐出圧力値を自動的に下方にシフトする制御手段（目標吐出圧力変更手段）を設けている。これにより、液冷媒の過冷却度を十分に確保すると共に、吐出圧力が低目に安定するようにし、省エネ化を図ることができる。

また、外気温度が予め設定された温度以下の低外気条件となった場合には、制御手段（目標吐出圧力変更手段）により、目標吐出圧力を上方にシフトするように制御することで、送風機回転数を小さくすることができる。冷凍機は２４時間運転されるため、夜間は騒音値を下げることが必要となる。そこで、夜間を想定して予め設定された温度以下に外気温度が下がったときは目標吐出圧力を上方にシフトして送風機の回転数を下げることで低騒音化を図ることができる。尚、低騒音化を目的とした目標吐出圧力の上方シフトは、外気温度ではなく外部からの入力信号によってもシフトは可能である。

図３は運転電流または平均運転容量に応じて目標吐出圧力値を決定する例を示すもので、（ａ）は運転電流に応じて目標吐出圧力値を決定する制御図の一例、（ｂ）は平均運転容量に応じて目標吐出圧力値を決定する制御図の一例である。
外気温度検出器１０５や吐出圧力検出器１０２が故障し、異常となると、目標吐出圧力を求められなくなり、送風機の回転数制御が困難になる。この場合、従来は直ちに冷凍装置を停止させており、冷凍装置の運転継続ができなかった。外気温度検出器や吐出圧力検出器が故障しても、冷凍装置を停止させることなく他の方法で送風機回転数制御を継続して運転できるようにすることは重要である。本実施例では、外気温度検出器や吐出圧力検出器が故障した場合、図３の（ａ）或いは（ｂ）に示すように、運転電流または平均運転容量に応じて目標吐出圧力値を保持できるように送風機回転数を制御する制御手段を備えている。

即ち、図３（ａ）に示すように、圧縮機運転電流を検出する電流センサ（電流検出器）で検出された電流値によって送風機回転数を制御する。これにより、目標吐出圧力値をコントロールできる。この機能は、インバータ冷凍機やマルチ冷凍機等のように容量制御機能のある冷凍装置に限らず、容量制御機能を持たない冷凍装置にも適用できる。また、過冷却器３の有無にも関係なく適用できるため、冷凍装置の運転を継続させるうえで有効な機能となる。

また、図３（ｂ）に示すように、圧縮機の平均運転容量に応じて送風機回転数を制御することも可能である。即ち、インバータ冷凍機やマルチ冷凍機のように圧縮機の平均運転容量が導きだせるものは、この平均運転容量によって、外気温度検出器や吐出圧力検出器などのセンサ故障時にも送風機回転数制御を継続できる。

尚、図３に示すような送風機回転数制御は、外気温度検出器若しくは吐出圧力検出器が検知ずれを起したときにも同様に実施可能である。例えば、吐出圧力検出器１０２が検知ずれを起して正規の吐出圧力より低い値しか検出できなくなってしまった場合、本来は送風機回転数を上げなければならないが、検出している吐出圧力が低いため回転数は上昇せず冷凍装置の保護のために取り付けらている高圧圧力遮断装置により冷凍装置が異常停止してしまう。これを回避するため、本実施例では、圧縮機運転電流若しくは圧縮機の平均運転容量が予め決められた値以上になったときには、吐出圧力検出器による検出値によらずに、送風機風量を全速とする機能をもたせれば、異常停止せず運転を継続させることが可能になる。

上記センサ異常時に圧縮機運転電流若しくは圧縮機の平均運転容量に基づき送風機の回転数制御を継続する機能は、液冷媒温度センサを設けてその検出値に応じて送風機の回転数制御を行うようにした冷凍装置においても同様に適用できる。

本発明の一実施例の冷凍サイクル構成を示す系統図。 外気温度に対する目標吐出圧力値を決定する一例を示す制御図（線図）。 圧縮機の運転電流若しくは平均運転容量により目標吐出圧力値を決定する例を示す制御図（線図）。

符号の説明

Ｉ…空冷一体型冷凍装置、II…低圧側機器、１ａ，１ｂ…圧縮機、２…凝縮器、３…過冷却器（熱交換器）、４…蒸発器、５…受液器、６…膨張弁、７…電磁弁、８…サイトグラス、９…ドライヤ、１０…液インジェクション配管、１１…減圧装置、１２…電磁弁、１３…アキュームレータ、１４…送風機、１５，１６…配管接続部、１０１…吸入圧力センサ（吸入圧力検出器）、１０２…吐出圧力センサ（吐出圧力検出器）、１０３…吸入ガス温度サーミスタ（吸入ガス温度検出器）、１０４…吐出ガス温度サーミスタ（吐出ガス温度検出器）、１０５…外気温度サーミスタ（外気温度検出器）、２０１…ファンコントローラ、３０１…庫内温度サーモスタット。

Claims (2)

1. 圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁及び蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出器と、圧縮機への吸入圧力を検出する吸入圧力検出器と、外気温度を検出する外気温度検出器と、前記凝縮器に冷却風を送る送風機の回転数を前記吐出圧力検出器及び外気温度検出器の検出値で制御するファンコントローラを備えた冷凍装置において、
   前記圧縮機の運転電流を検知する電流検出器と、
   前記外気温度検出器若しくは吐出圧力検出器が異常となった場合、前記圧縮機運転電流検出器での検出値に基づいて前記送風機の回転数を制御する制御手段と
   を有することを特徴とする冷凍装置。
2. 駆動周波数が可変のインバータ圧縮機若しくは複数台の圧縮機を備え、且つ凝縮器、受液器、膨張弁及び蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出器と、圧縮機への吸入圧力を検出する吸入圧力検出器と、外気温度を検出する外気温度検出器と、前記凝縮器に冷却風を送る送風機の回転数を前記吐出圧力検出器及び外気温度検出器の検出値で制御するファンコントローラを備えた冷凍装置において、
   前記圧縮機の平均運転容量を算出する手段と、
   前記外気温度検出器若しくは吐出圧力検出器が異常となった場合、前記圧縮機の平均運転容量によって前記送風機の回転数を制御する制御手段と
   を有することを特徴とする冷凍装置。

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