JP4608537B2

JP4608537B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP4608537B2
Application number: JP2007314659A
Authority: JP
Inventors: 昇壷井; 勝之鈴木; 啓介田中; 英次神吉; 正詞大倉
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2027-12-05
Also published as: CN101451774B; CN101451774A; KR101009844B1; JP2009138998A; KR20090059028A

Description

本発明は、スクリュ圧縮機を用いた冷凍装置に関する。

特許文献１には、モータの過負荷を招くことなく、冷却熱負荷に合わせてスクリュ圧縮機を駆動するモータの回転数を制御する冷凍装置が記載されている。特許文献１の冷凍装置では、吸込圧力が高くなっても、モータの負荷状態が過負荷の状態であれば、モータの回転数を減少させるように制御している。

冷凍装置において、圧縮機の吐出圧力が異常に上昇すると装置が破裂する危険があるので、冷凍装置には、圧縮機の吐出圧力が一定の圧力に達するとモータへの電力供給を強制的に遮断する高圧遮断装置を設けることが法令によって義務づけられている。

圧縮機の吐出圧力は、冷却負荷だけでなく、外気温度、コンデンサの冷却水温度、コンデンサの汚れなどの条件によっても変化する。特許文献１の冷凍装置では、これらの条件による圧縮機の吐出圧力は考慮されていないので、高圧遮断装置の動作によって圧縮機が突然停止する可能性がある。

冷凍装置の圧縮機が突然停止すると、冷凍中の品物が溶けたり、冷蔵中の品物の腐敗が進行したりして、大きな損害を与える可能性がある。
特許第３９５０３０４号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、モータの過負荷ならびに吐出圧力の過度の上昇を防止しながら、冷却熱負荷に合わせてスクリュ圧縮機を駆動できる冷凍装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による冷凍装置は、制御装置により回転数制御されるモータで駆動され、冷媒を圧縮するスクリュ圧縮機と、前記スクリュ圧縮機の吐出圧力が所定の遮断圧力に達したときに前記モータへの電力供給を遮断する高圧遮断装置とを有する冷凍装置であって、前記スクリュ圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記スクリュ圧縮機の吸込圧力を検出する吸込圧力検出手段と、冷却熱負荷を検出する熱負荷検出手段と、前記スクリュ圧縮機の負荷状態を検出する負荷状態検出手段とをさらに有し、前記制御装置は、前記吸込圧力が所定の下限圧力未満の場合には、前記モータの回転数を減少させ、前記吸込圧力が前記下限圧力以上、且つ、所定の上限圧力以下の場合には、前記吐出圧力が前記遮断圧力より低い所定の設定値以下であれば前記モータの回転数を維持し、前記吐出圧力が前記設定値を超えていれば前記モータの回転数を減少させ、前記吸込圧力が前記上限圧力を超える場合には、前記吐出圧力が前記設定値以下であり且つ前記スクリュ圧縮機が過負荷状態でなければ前記モータの回転数を増大させ、前記吐出圧力が前記設定値以下でないか前記スクリュ圧縮機が過負荷状態であれば前記モータの回転数を減少させるものとする。

この構成によれば、スクリュ圧縮機の吐出圧力が設定値を超えていれば、他の条件にかかわらずスクリュ圧縮機を駆動するモータの回転数を減少させるので、高圧遮断装置が作動する前に、冷凍装置の運転を止めずに圧縮機の吐出圧力を低下させることができる。

また、本発明の冷凍装置において、前記負荷状態検出手段は、前記モータのコイル温度を検出し、前記制御装置は、前記モータのコイル温度が所定の上限温度を超える場合に前記スクリュ圧縮機が過負荷状態であると判断してもよい。

この構成によれば、モータのコイル温度を監視するので、コイル温度上昇によるモータの焼損を防止できる。

また、本発明の冷凍装置において、前記負荷状態検出手段は、前記モータの回転数を検出し、前記制御装置は、前記モータの回転数が所定の上限回転数を超える場合に前記スクリュ圧縮機が過負荷状態であると判断してもよい。

この構成によれば、モータの回転数を監視するので、実際の凝縮温度が設計温度より低くなった場合にも、スクリュ圧縮機の冷却油が凝縮器に流出して冷却不全および潤滑不全によるスクリュ圧縮機のトラブルを防止できる。

また、本発明の冷凍装置において、前記負荷状態検出手段は、前記モータの電流値を検出し、前記制御装置は、前記モータの電流値が所定の上限電流値を超える場合に前記スクリュ圧縮機が過負荷状態であると判断してもよい。

この構成によれば、モータの電流値を上限電流値以下に制限するので、コイルの発熱を抑制してモータの焼損を防止できる。

また、本発明の冷凍装置において、前記負荷状態検出手段は、前記スクリュ圧縮機の吐出温度を検出し、前記制御装置は、前記スクリュ圧縮機の吐出温度が所定の上限温度を超える場合に前記スクリュ圧縮機が過負荷状態であると判断してもよい。

この構成によれば、スクリュ圧縮機内部で冷媒に与えられる熱エネルギーを監視して、スクリュ圧縮機の過熱を検出できるので、スクリュ圧縮機の焼き付き等を防止できる。

また、本発明の冷凍装置において、前記吐出圧力の前記設定値は、前記遮断圧力より僅かに低い圧力であってもよい。

この構成によれば、高圧遮断装置が作動する直前までモータの回転数を増大させられるので、冷凍装置の能力を最大限に発揮して、高い熱負荷にも対応できる。

本発明によれば、スクリュ圧縮機の吐出圧力が設定値を超えていれば、モータの回転数を減少させるので、冷凍装置の運転を止めずに圧縮機の吐出圧力を低下させることができる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態の冷凍装置１を示す。冷凍装置１は、スクリュ圧縮機２と、凝縮器３と、膨張弁４と、蒸発器５とを介設した循環流路６を有し、循環流路６の内部に封入した冷媒が、蒸発器５において吸収した熱を、凝縮器３において冷却水に放出するようになっている。

スクリュ圧縮機２は、モータ７によって駆動される。モータ７は、インバータ８によって周波数制御された電力が、ブレーカ９を介して供給される。インバータ８の出力周波数は、制御装置１０から入力される信号によって設定される。循環流路６には、スクリュ圧縮機２の吸込圧力を検出し、電圧信号に変換して制御装置１０に出力する吸込圧力伝送器（吸込圧力検出手段）１１と、モータ７のコイル温度を検出し、電圧信号に変換して制御装置１０に出力するモータ温度伝送器（負荷状態検出手段）１２と、スクリュ圧縮機２の吐出圧力を検出し、電圧信号に変換して制御装置１０に出力する吐出圧力伝送器（吐出圧力検出手段）１３と、スクリュ圧縮機２の吐出圧力が所定の遮断圧力（例えば１．６ＭＰａ）に達したときに、回路を開く圧力スイッチ１４とが設けられている。ブレーカ９は、圧力スイッチ１４が開くと、インバータ９からモータ７に電力を供給する電路を開いて、モータ７への電力供給を強制的に遮断するようになっている（高圧遮断装置）。制御装置１０は、吸込圧力伝送器１１、モータ温度伝送器１２および吐出圧力伝送器１３からそれぞれ入力される信号に基づいてインバータ９の設定周波数を制御する。

また、冷凍装置１は、膨張弁４の開度を制御する弁調節計１５を有し、蒸発器５の出口には、冷媒の過熱度を検出し、電圧信号に変換して弁調節計１５に出力する過熱度伝送器１６が設けられている。弁調節計１５は、例えばＰＩＤコントローラからなり、蒸発器５の出口における冷媒の過熱度が予め設定された値になるように、膨張弁４の開度を制御する。

冷凍装置１において、他の条件が一定であれば、蒸発器５において冷媒が吸収する熱量である冷却熱負荷とスクリュ圧縮機２の吸込圧力との間には、図２に示すような相関関係が見られる。スクリュ圧縮機２は、吸込圧力が下限圧力Ｐ１以上、上限圧力Ｐ２以下で効率よく運転できるように設計されている。よって、吸込圧力伝送器１１で検出した吸込圧力が下限圧力Ｐ１に満たないＸ領域では、インバータ８の出力周波数を低くしてモータ７の回転数を低下させ、スクリュ圧縮機２の回転数を減少させることによって、スクリュ圧縮機２の吸込圧力を上昇させて運転効率を上げることができ、吸込圧力が上限圧力Ｐ２を超えるＺ領域では、スクリュ圧縮機２の回転数を増大させることで、スクリュ圧縮機２の吸込圧力を低下させて運転効率を上げることができる。吸込圧力が下限圧力Ｐ１以上、上限圧力Ｐ２以下のＹ領域では、スクリュ圧縮機２が効率よく運転されているので、スクリュ圧縮機２の回転数を維持するとよい。

図２の関係に基づいて、制御装置１０は、図３に示す手順で、インバータ８の設定周波数を決定する。制御装置１０は、冷凍装置１の運転に際し、先ず、インバータ８の出力を開始させ、モータ７を始動してスクリュ圧縮機２を起動する。そして、制御装置１０は、吸込圧力伝送器１１から入力される信号によってスクリュ圧縮機２の吸込圧力を確認する。吸込圧力が下限圧力Ｐ１未満のＸ領域にあれば、インバータ８の設定周波数を所定量だけ低くしてモータ７の回転数を減少させる。吸込圧力が下限圧力Ｐ１以上、上限圧力Ｐ２以下のＹ領域にある場合、制御装置１０は、さらに、吐出圧力伝送器１３から入力される信号によってスクリュ圧縮機２の吐出圧力を確認し、吐出圧力が遮断圧力より僅かに低い設定値（例えば１．５５ＭＰａ）以下であれば、インバータ８の設定周波数をそのまま維持するが、スクリュ圧縮機２の吐出圧力が設定値を超えていれば、インバータ８の設定周波数を低くしてモータ７の回転数を減少させる。また、吸込圧力が上限圧力Ｐ２を超えるＺ領域にある場合、制御装置１０は、吐出圧力を確認し、吐出圧力が設定値を超えていればインバータ８の設定周波数を低くしてモータ７の回転数を減少させるが、吐出圧力が設定値以下であれば、さらに、モータ温度伝送器１２から入力される信号によってモータ７のコイル温度を確認する。制御装置１０は、モータ７のコイル温度が所定の上限温度を超えていれば、スクリュ圧縮機２のモータ７が過負荷状態にあると考えられるので、インバータ８の設定周波数を低くしてモータ７の回転数を減少させるが、モータ７のコイル温度が所定の上限温度以下であれば、インバータ８の設定周波数を所定量だけ高くして、モータ７の回転数を増大させる。

以上の制御では、制御装置１０は、スクリュ圧縮機２の吸込圧力がＺ領域にあり、スクリュ圧縮機２の吐出圧力が設定値以下であり、且つ、モータ７のコイル温度が上限温度以下である場合にのみ、モータ７の回転数を増大させ、スクリュ圧縮機２の吸込圧力がＸ領域にある場合、スクリュ圧縮機２の吐出圧力が設定値を超える場合、および、モータ７のコイル温度が上限温度を超える場合のいずれの場合にも、モータ７の回転数を減少させる。制御装置１０は、冷凍装置１の運転を停止するまで、以上の制御を繰り返すことで、スクリュ圧縮機２の吐出圧力が過剰に上昇し、圧力スイッチ１４が作動してブレーカ９が電路を遮断し、冷凍装置１の運転が中断することのないように、且つ、モータ７が継続的に過負荷状態にならないようにしながら、スクリュ圧縮機２の吸込圧力を監視して、冷却熱負荷に合わせた高効率な運転を行う。

続いて、図４に、本発明の第２実施形態の冷凍装置１ａの構成を示す。以降の説明において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。本実施形態では、スクリュ圧縮機２のモータ７の負荷状態を検出する負荷状態検出手段として、モータ温度伝送器１２に代えて、モータ７の回転数を検出し、電圧信号に変換して制御装置１０に入力する回転数検出器１７を備えている。

本実施形態では、図５に示すように、制御装置１０は、スクリュ圧縮機２の吸込圧力がＺ領域にあり、且つ、スクリュ圧縮機２の吐出圧力が設定値以下である場合は、回転数検出器１７から入力される信号によってモータ７の回転数を確認する。制御装置１０は、モータ７の回転数が所定の上限回転数を超えていれば、スクリュ圧縮機２のモータ７が過負荷状態にあると判断し、インバータ８の設定周波数を低くしてモータ７の回転数を減少させる。また、制御装置１０は、スクリュ圧縮機２の吸込圧力がＺ領域にあり、スクリュ圧縮機２の吐出圧力が設定値以下であり、且つ、モータ７の回転数が上限回転数以下であるときにのみ、インバータ８の設定周波数を高くしてモータ７の回転数を増大させる。

本実施形態では、回転数検出器１７から入力される信号によってモータ７の回転数を確認しているが、制御装置１０がインバータ８に入力する周波数の設定値をモータ７の回転数とみなして上記制御を行ってもよい。

さらに、図６に、本発明の第３実施形態の冷凍装置１ｂの構成を示す。冷凍装置１ｂは、スクリュ圧縮機２のモータ７の負荷状態を検出する負荷状態検出手段として、インバータ８からモータ７に供給される電流の電流値を検出し、電圧信号に変換して制御装置１０に入力する変流器１８を有している。

本実施形態では、図７に示すように、制御装置１０は、スクリュ圧縮機２の吸込圧力がＺ領域にあり、且つ、スクリュ圧縮機２の吐出圧力が設定値以下である場合は、変流器１８から入力される信号によってモータ７の電流値を確認する。制御装置１０は、モータ７の電流値が所定の上限電流値を超えていれば、スクリュ圧縮機２のモータ７が過負荷状態にあると判断し、インバータ８の設定周波数を低くしてモータ７の回転数を減少させる。また、制御装置１０は、スクリュ圧縮機２の吸込圧力がＺ領域にあり、スクリュ圧縮機２の吐出圧力が設定値以下であり、且つ、モータ７の電流値が上限電流値以下であるときにのみ、インバータ８の設定周波数を高くしてモータ７の回転数を増大させる。

さらに、図８に、本発明の第４実施形態の冷凍装置１ｃの構成を示す。冷凍装置１ｃは、スクリュ圧縮機２の負荷状態を検出する負荷状態検出手段として、スクリュ圧縮機２が吐出する冷媒の温度（吐出温度）を検出し、電圧信号に変換して制御装置１０に入力する吐出温度伝送器１９を有している。

本実施形態では、図９に示すように、制御装置１０は、スクリュ圧縮機２の吸込圧力がＺ領域にあり、且つ、スクリュ圧縮機２の吐出圧力が設定値以下である場合は、吐出温度伝送器１９から入力される信号によってスクリュ圧縮機２の吐出温度を確認する。制御装置１０は、スクリュ圧縮機２の吐出温度が所定の上限温度を超えていれば、スクリュ圧縮機２が過負荷状態にあると判断し、インバータ８の設定周波数を低くしてモータ７の回転数を減少させる。また、制御装置１０は、スクリュ圧縮機２の吸込圧力がＺ領域にあり、スクリュ圧縮機２の吐出圧力が設定値以下であり、且つ、スクリュ圧縮機２の吐出温度が上限温度以下であるときにのみ、インバータ８の設定周波数を高くしてモータ７の回転数を増大させる。

以上のように、本発明の冷凍装置１，１ａ，１ｂ，１ｃでは、スクリュ圧縮機２の吐出圧力が過剰に上昇し、圧力スイッチ１４が作動してブレーカ９が電路を遮断し、運転が中断することのないように、且つ、モータ７が継続的に過負荷状態にならないようにしながら、スクリュ圧縮機２の吸込圧力を監視して、冷却熱負荷に合わせた高効率な運転を行うことができる。

本発明の第１実施形態の冷凍装置の構成図。図１の冷凍装置における冷却熱負荷とスクリュ圧縮機の吸込圧力との相関を示す図。図１の冷凍装置のスクリュ圧縮機の回転制御の流れ図。本発明の第２実施形態の冷凍装置の構成図。図４の冷凍装置のスクリュ圧縮機の回転制御の流れ図。本発明の第３実施形態の冷凍装置の構成図。図６の冷凍装置のスクリュ圧縮機の回転制御の流れ図。本発明の第４実施形態の冷凍装置の構成図。図８の冷凍装置のスクリュ圧縮機の回転制御の流れ図。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…冷凍装置
２…スクリュ圧縮機
３…凝縮器
４…膨張弁
５…蒸発器
６…循環流路
７…モータ
８…インバータ
９…ブレーカ（高圧遮断装置）
１０…制御装置
１１…吸込圧力伝送器（吸込圧力検出手段）
１２…モータ温度伝送器（負荷状態検出手段）
１３…吐出圧力伝送器（吐出圧力検出手段）
１４…圧力スイッチ
１５…弁調節計
１６…過熱度伝送器
１７…回転数検出器（負荷状態検出手段）
１８…変流器（負荷状態検出手段）
１９…吐出温度伝送器（負荷状態検出手段）

Claims

制御装置により回転数制御されるモータで駆動され、冷媒を圧縮するスクリュ圧縮機と、前記スクリュ圧縮機の吐出圧力が所定の遮断圧力に達したときに前記モータへの電力供給を遮断する高圧遮断装置とを有する冷凍装置であって、
前記スクリュ圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
前記スクリュ圧縮機の吸込圧力を検出する吸込圧力検出手段と、
冷却熱負荷を検出する熱負荷検出手段と、
前記スクリュ圧縮機の負荷状態を検出する負荷状態検出手段とをさらに有し、
前記制御装置は、前記吸込圧力が所定の下限圧力未満の場合には、前記モータの回転数を減少させ、
前記吸込圧力が前記下限圧力以上、且つ、所定の上限圧力以下の場合には、前記吐出圧力が前記遮断圧力より低い所定の設定値以下であれば前記モータの回転数を維持し、前記吐出圧力が前記設定値を超えていれば前記モータの回転数を減少させ、
前記吸込圧力が前記上限圧力を超える場合には、前記吐出圧力が前記設定値以下であり且つ前記スクリュ圧縮機が過負荷状態でなければ前記モータの回転数を増大させ、前記吐出圧力が前記設定値以下でないか前記スクリュ圧縮機が過負荷状態であれば前記モータの回転数を減少させることを特徴とする冷凍装置。
前記負荷状態検出手段は、前記モータのコイル温度を検出し、
前記制御装置は、前記モータのコイル温度が所定の上限温度を超える場合に前記スクリュ圧縮機が過負荷状態であると判断することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
前記負荷状態検出手段は、前記モータの回転数を検出し、
前記制御装置は、前記モータの回転数が所定の上限回転数を超える場合に前記スクリュ圧縮機が過負荷状態であると判断することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
前記負荷状態検出手段は、前記モータの電流値を検出し、
前記制御装置は、前記モータの電流値が所定の上限電流値を超える場合に前記スクリュ圧縮機が過負荷状態であると判断することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
前記負荷状態検出手段は、前記スクリュ圧縮機の吐出温度を検出し、
前記制御装置は、前記スクリュ圧縮機の吐出温度が所定の上限温度を超える場合に前記スクリュ圧縮機が過負荷状態であると判断することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
前記吐出圧力の前記設定値は、前記遮断圧力より僅かに低い圧力であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の冷凍装置。