JP4693502B2 - 冷凍装置の運転制御システム - Google Patents

Description

この出願の発明は、冷凍装置の運転制御システムに関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、冷却ユニットと冷凍機を冷媒配管で接続してなる冷凍サイクルに組み込まれている圧縮機の動力線にインバータを組み込んだ冷凍装置の運転の安全性をより確実に確保できる、新しい冷凍装置の運転制御システムに関するものである。

従来より、冷凍サイクルの圧縮機の動力線にインバータを配置して、効率的な運転動作を行うようにしたインバータ冷凍機が知られている。この種のインバータ冷凍機では、冷媒配管の低圧側圧力を高めに設定して運転し、省エネや食品の鮮度管理を行おうとする場合が多々ある。そのような場合、運転の安全性を確保するために従来から次のような安全スイッチや方法が利用されていた。

電源電圧の高過ぎ、低過ぎ、運転電流の多過ぎなどのエラーはインバータ自身が持っているエラー動作であり、それらのエラー動作を示す信号が出力されてくるので制御機構でそれを受けて処置をしていた。また、冷凍機には、たとえば複数台の圧縮機が搭載されているタイプのものでは、各圧縮機毎に高圧圧力スイッチ、過電流保護スイッチ、油圧保護スイッチ、モーター巻線の過熱防止スイッチなどが設けられており、エラーが発生すると警報信号が出力されるので、制御機構ではそれらの信号を取り込むことにより、運転の安全性を確保するための何らかの動作を起こすようにしていた。

ところが、次のような場合は、制御機構で異常の判断ができないために故障に至ってしまうケースがあった。

すなわち、冷凍サイクルの圧力が高過ぎてインバータが過電流となってしまうのを防ぐために周波数を自動的に下げて運転（ストール防止動作）する場合、冷凍機能力が十分に出ないため、冷却不良が発生していたり、制御機構とインバータ制御の特性が合わずに停止状態に落ち入ってしまったり、配線やハンダのトラブルのために制御信号が正しく出力されないことがあった。

また、各種機器の設定が複雑になってしまい、ある運転状態に合わせて行った設定が、別の運転状態ではトラブルを発生してしまうことがあった。

さらに、インバータ自身が異常と判断しない問題や冷凍機のハード的な動作エラーでもない論理的エラーに対して、何らかの方法でバックアップを行う必要があった。

上記のような問題を解決する糸口として、この出願の発明者が先に特許文献１において提案した手法を用いることが考えられる。この手法は、インバータ冷凍機ではない通常の冷凍機を対象としたものではあるが、冷凍サイクルの低圧側圧力を監視して装置の異常を判断するというものである。この手法では、低圧側圧力が高いことをもって即、異常という判断を行っている。
実開平７−４５０３３号公報（実用新案登録第２６０４５０１号）

しかしながら、多くの冷凍装置では、圧縮機の頻繁な発停を抑えるために、起動遅延機能を持たせている。そのため、その起動遅延時間内では低圧側圧力が高くなるのは装置として通常の動作であるが、上記の手法であると、異常と判断してしまう。また、機種によっては油戻し運転を行う機能を持っているが、その場合も圧縮機は低圧側圧力の数値に関係なく強制停止させられる。このように、低圧側圧力が高いと言うだけでは、異常動作であるとしてしまうわけにはいかないケースがある。これらの理由から、多くの冷凍装置では、何らかの異常が発生していることを確実に検知するには、低圧側圧力が高くなることをもってそのまま行うことができず、さらに工夫をする必要があった。

この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたもので、低圧側圧力が高めに推移してしまう故障を他の運転等に起因して必然的に生じる高めの低圧側圧力と区別して、インバータ冷凍装置の運転の安全性をより確実に確保できる冷凍装置の運転制御システムを提供することを課題とする。

この出願の発明は、上記課題を解決するものとして、第１には、冷却ユニットと冷凍機を冷媒配管で接続してなる冷凍サイクルを有する冷凍装置の運転制御システムにおいて、
冷凍機の圧縮機の動力線が、インバータを介して電源と接続される第１の経路と、インバータを介さずに電源と直接接続される第２の経路を有し、冷媒配管の低圧側圧力を検知する圧力センサーと、インバータの動作を制御する制御部と、低圧側目標圧力を設定するとともに低圧側目標圧力以上の異常判定圧力を演算設定する圧力設定部を備えた制御機構を有し、制御機構は、さらに、制御部からインバータへの運転信号が出力されているときに、圧力センサーにより検出される低圧側圧力があらかじめ設定された時間内に圧力設定部で設定された低圧側目標圧力以上で且つ圧力設定部で演算設定された異常判定圧力より低くならない場合に、異常を確実に検知するには、高い低圧圧力が継続する時間に時限を設けるべきだ、という新しい考え方に沿って、第１の経路から第２の経路に切り替える信号を出力する運転動作切替信号出力部を備えることを特徴とする冷凍装置の運転制御システムを提供する。

また、第２には、上記第１の発明において、複数の圧縮機が同一冷媒配管で接続され、２台目以降の圧縮機の動力線はインバータを介さずに電源と直接接続され、制御機構は２台目以降の圧縮機の動作も制御することを特徴とする冷凍装置の運転制御システムを提供する。

この出願の発明によれば、低圧側圧力が高めに推移してしまう故障を他の運転等に起因して必然的に生じる高めの低圧側圧力と区別して、インバータを組み込んだ冷凍装置の運転の安全性をより確実に確保することが可能となる。

また、この出願の発明によれば、冷却ユニット側の温度を検出して異常を判定する手法よりはるかに早く異常を確定することができ、低圧側圧力が設定した時間高いという結果を利用するので、個々の電流警報装置や圧力スイッチ等の機器で検出できない種類の異常を包含して管理できる利点がある。

この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。

冷凍装置の冷凍サイクルに、この出願の発明の運転システムを適用した実施形態の電気的接続を図１に模式的に示し、冷媒配管接続を図２に模式的に示す。

まず、電機的接続について述べると、数台の圧縮機が同一冷媒配管系統に設置されている冷凍機の１号圧縮機（３）の動力線（Ｌ１）にインバータ（１）が取り付けられ、インバータ（１）の出力側と１号圧縮機（３）の間に１号圧縮機周波数可変運転用コンタクター（５）が設けられている。すなわち、商用電源（図示せず）の動力線（Ｌ）から分岐した動力線（Ｌ１）はインバータ（１）を介して１号圧縮機（３）に接続される。また、動力線（Ｌ）から分岐し、インバータ（１）を通らない動力線（Ｌ１’）とインバータ（１）の間に１号圧縮機商用運転用コンタクター（６）が設けられ、商用電源と１号圧縮機（３）が直接接続できるようにしてある。コンタクター（５）を備えた動力線（Ｌ１）とコンタクター（６）を備えた動力線（Ｌ１’）は並列に配置されている。さらに、動力線（Ｌ）から分岐した動力線（Ｌ２）は２号圧縮機商用運転用コンタクター（７）を備え、商用電力が２号圧縮機（４）に直接供給できるようになっている。それ以降の図示しない圧縮機もコンタクターで商用電力を直接供給できるようになっている。全てのコンタクターの励磁コイルの回路には制御機構（２）からの操作接点が設けられている。

制御機構（２）には低圧側の冷媒配管に接続した圧力センサー（８）の信号線が接続され、低圧側圧力の値が取得できるようになっている。また、制御機構（２）には、図示はしていないが、インバータ（１）の動作を制御するインバータ制御部、設定モード用ディップスイッチ、数値設定用スイッチなどが設けられている。インバータ制御部よりインバータ（１）への運転信号が供給され、また、このスイッチ類の操作により低圧側目標圧力が設定できるようになっている。また、制御機構（２）には、圧力センサー（８）により検出された低圧側圧力の値が低圧側目標圧力よりどれだけ高かったら異常運転であるかを判定する異常判定差圧が設定され、低圧側目標圧力に異常判定差圧を加えたものを異常判定圧力としている。この異常判定差圧は、たとえば各種条件を考慮した演算により求めた値を用いて設定することができる。また、制御機構（２）には、運転指令が出てから低圧側圧力が、低圧側目標圧力より異常判定差圧以上高くなっている時間を計時する異常判定時間計時部としてのタイマー（１０）が設けられている。さらに、制御機構（２）には、異常運転の発生によって切り替わる接点（９）が運転動作切替信号出力部として設けられている。

次に、冷媒配管接続について述べると、図示しない冷却ユニット側の冷却器１（１１）、冷却器２（１２）、冷却器３（１３）は並列に配置され、１号圧縮機（３）と２号圧縮機（４）に接続されている。１号圧縮機（３）と２号圧縮機（４）の吐出管は凝縮器（１４）に接続され、凝縮器（１４）の出口は受液器（１５）に接続され、受液器（１５）の出口は冷却器１（１１）、冷却器２（１２）、冷却器３（１３）に接続され、冷凍サイクルが形成されている。なお、冷却ユニットとは、たとえば冷却器１（１１）、冷却器２（１２）、冷却器３（１３）を備えた冷蔵及び冷凍ショーケースを含むものとして例示される。冷媒配管の低圧側には図２に示すように圧力センサー（８）が配置されている。

次に、この実施形態の動作について述べる。

ここでは、フロン２２を冷媒として運転する圧縮機並列設置型インバータ冷凍装置を例として動作説明を行う。

制御機構（２）における設定値を、低圧目標圧力を０．２６ＭＰ、異常判定差圧を０．０８ＭＰ、異常判定時間を１５分とする。

制御機構（２）のインバータ制御部からの運転信号の出力がインバータ（１）に送られ、コンタクター（５）が閉、コンタクター（６）が開となり、商用電源の電力は動力線（Ｌ）、動力線（Ｌ１）、インバータ（１）、コンタクター（５）の経路を通って１号圧縮機（３）に供給されることにより、１号圧縮機（３）の運転が行われる。正常であれば低圧側圧力が上昇し低圧側目標圧力を上回ると、１号圧縮機（３）が周波数可変に運転を開始し、設定された最高周波数まで加速する。冷却負荷が大きく１号圧縮機（３）の運転だけでは低圧側圧力が低圧側目標圧力まで下がってこない場合は、制御機構（２）から２号圧縮機（７）への運転信号が出、コンタクター（７）が閉となり、２号圧縮機（４）が商用電源で運転を開始する。このようにして適当な能力の冷凍機が選定されていれば、低圧側圧力が低圧側目標圧力に下がるまで圧縮機を追加起動し、その結果、冷凍機能力は低圧側目標圧力において冷却負荷と均衡状態に入る。

ここで、たとえば制御機構（２）からインバータ（１）への周波数設定電圧の電線に緩みがあり、正しくインバータ（１）に出力周波数を出さなかったとする。その場合、インバータ（１）への運転信号は出ていても、周波数をどれ程で運転せよという周波数設定電圧が伝わらないので、インバータ（１）の周波数が上昇しない。すると、１号圧縮機（３）が所定どおり運転しないため、低圧側圧力は予定通りには下がらず、制御機構（２）に設定された異常判定圧力（０．２６ＭＰ＋０．０８ＭＰ＝０．３４ＭＰ）を下回ることができない。その状態での運転が異常判定時間である１５分続いた時点で、制御機構（２）では何らかの異常があると判定し、接点（９）の切替により、コンタクター（５）を開、コンタクター（６）を閉とし、１号圧縮機（３）の運転をインバータ（１）を通さず、商用電源側へと切り替える。さらに、２号圧縮機（７）以降の圧縮機も制御を商用運転（機械接点圧力スイッチ動作運転）へと切り替え、異常発生の警報信号を発信する。こうして、冷凍装置は運転を継続でき、異常を確認することができる。

もちろん、この出願の発明は以上の実施形態および実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。

たとえば、上記実施形態では、圧縮機を複数台搭載したが、１台であってもよい。

この出願の発明の一実施形態の電気的接続を模式的に示す図である。 この出願の発明の一実施形態の冷媒配管を模式的に示す図である。

符号の説明

１ インバータ
２ 制御機構
３ １号圧縮機
４ ２号圧縮機
５ １号圧縮機周波数可変運転用コンタクター
６ １号圧縮機商用運転用コンタクター
７ ２号圧縮機商用運転用コンタクター
８ 圧力センサー
９ 接点（運転動作切替信号出力部）
１０ タイマー（異常判定時間計時部）
１１ 冷却器１
１２ 冷却器２
１３ 冷却器３
１４ 凝縮器
１５ 受液器

Claims (2)

1. 冷却ユニットと冷凍機を冷媒配管で接続してなる冷凍サイクルを有する冷凍装置の運転制御システムにおいて、
   冷凍機の圧縮機の動力線が、インバータを介して電源と接続される第１の経路と、インバータを介さずに電源と直接接続される第２の経路を有し、
   冷媒配管の低圧側圧力を検知する圧力センサーと、インバータの動作を制御する制御部と、低圧側目標圧力を設定するとともに、低圧側目標圧力と圧力センサーにより検出される低圧側圧力の値が低圧側目標圧力よりどれだけ高かったら異常運転であるかを判定するための異常判定差圧とを加えたものを異常判定圧力として演算設定する圧力設定部を備えた制御機構を有し、
   制御機構は、さらに、制御部からインバータへの運転信号が出力されているときに、圧力センサーにより検出される低圧側圧力が運転信号が出力された時からあらかじめ設定された時間内に圧力設定部で設定された低圧側目標圧力以上で且つ圧力設定部で演算設定された異常判定圧力より低くならない場合に、第１の経路から第２の経路に切り替える信号を出力する運転動作切替信号出力部を備えることを特徴とする冷凍装置の運転制御システム。
2. 複数の圧縮機が同一冷媒配管で接続され、２台目以降の圧縮機の動力線はインバータを介さずに電源と直接接続され、制御機構は２台目以降の圧縮機の動作も制御することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置の運転制御システム。

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