JP4859203B2 - 冷凍装置及びその運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の低圧側機器が接続される冷凍装置及びその運転制御方法に関し、特に圧縮機の吸入側圧力が上限基準圧力値（通常運転時における目標となる上限圧力値）より高い状態での制御に関する。

冷凍装置における冷却運転時の吸入圧力を上限基準圧力値以下に常時維持させる従来技術としては、圧縮機と蒸発器との間の吸入配管部に吸入圧力調整弁を設置し、設定した吸入圧力（上限基準圧力値）以上にならないように制御する方法が知られている。

また、特開２００２−２５７４２５号公報に示すように、吸入圧力を検出し、該吸入圧力により圧縮機を容量制御するものもある。

特開２００２−２５７４２５号公報

冷凍冷蔵庫の据付時、長期停止時からの冷し込み、或いは低圧側機器に付属する蒸発器の除霜終了時など、庫内温度が高い状態から冷却運転を開始した場合、吸入圧力が冷凍装置の上限基準圧力値以上の状態で長時間運転されるため、コンデンシングユニットに付属する圧縮機の温度上昇等、圧縮機に大きな負担がかかり、これが原因で故障を発生することがあった。

この故障を防止するため、上述した圧縮機と蒸発器との間に吸入圧力調整弁を設置するようにした従来技術では、冷却運転を開始すると、即時に吸入圧力調整弁で設定した吸入圧力値に低下するため、冷凍装置の冷却性能が運転開始と同時に大幅低下し、冷し込みに時間がかかる問題がある。また、冷凍装置に吸入圧力調整弁を追加付属させる必要があり、部品点数が増え、冷凍装置の信頼性低下や冷凍装置の原価が高くなる欠点もあった。

本発明の目的は、庫内温度が高い状態から冷却運転を開始した場合でも、吸入圧力が冷凍装置の上限基準圧力値以上の状態で長時間運転されるのを防止でき、且つ冷し込みに時間の増大も防止しつつ安価に製造できる冷凍装置及びその運転制御方法を実現することにある。

本発明は、吸入圧力値とその変化の程度に応じて、低圧側機器を台数制御するか、或いは電子膨張弁による容量制御を行なうことで、上記目的を達成するもので、本発明の第１の特徴は、圧縮機及び凝縮器を有するコンデンシングユニットと、前記コンデンシングユニットに接続された高圧側冷媒配管及び低圧側冷媒配管と、前記高圧側冷媒配管から分岐して前記低圧側冷媒配管に接続される複数の分岐冷媒配管と、前記各分岐冷媒配管の途中にそれぞれ設けられた冷媒液用電磁弁、及び該冷媒液用電磁弁の下流側にそれぞれ設けられ膨張弁と蒸発器とを有する低圧側機器と、前記圧縮機の吸入側圧力を検出する吸入圧力センサとを備える冷凍装置において、コンデンシングユニットの目標となる吸入側の圧力である上限基準圧力値より高い圧力域における運転制御であって、この運転制御を開始する作動圧力とこの作動圧力より低い圧力で前記運転制御を解除する復帰圧力とを予め記憶しており、運転開始後、前記吸入圧力センサで検出した圧力値が前記作動圧力値以下の圧力になってから、予め設定した基準時間内に前記復帰圧力まで低下しない場合、前記複数台の低圧側機器または冷媒液用電磁弁の一部を停止させ、その後基準時間内に前記吸入圧力センサで検出した吸入圧力が前記復帰圧力まで低下した場合には、前記停止中の低圧側機器または冷媒液用電磁弁の運転を開始させる一方、依然として吸入圧力が前記復帰圧力まで低下しない場合であって運転中の台数が最小運転台数よりも多い場合には、運転中の低圧側機器または冷媒液用電磁弁のさらに一部を停止させる台数制御を繰返し行う制御手段を備えることにある。

本発明の第２の特徴は、圧縮機及び凝縮器を有するコンデンシングユニットと、前記コンデンシングユニットに接続された高圧側冷媒配管及び低圧側冷媒配管と、前記高圧側冷媒配管から分岐して前記低圧側冷媒配管に接続される複数の分岐冷媒配管と、前記各分岐冷媒配管の途中にそれぞれ設けられた冷媒液用電磁弁、及び該冷媒液用電磁弁の下流側にそれぞれ設けられ膨張弁と蒸発器とを有する低圧側機器と、前記圧縮機の吸入側圧力を検出する吸入圧力センサとを備える冷凍装置の運転制御方法において、コンデンシングユニットの目標となる吸入側の圧力である上限基準圧力値より高い圧力域における運転制御であって、この運転制御を開始する作動圧力とこの作動圧力より低い圧力で前記運転制御を解除する復帰圧力とを予め設定し、運転開始後、前記吸入圧力センサで検出した圧力値が前記作動圧力値以下の圧力になってから、予め設定した基準時間内に前記復帰圧力にまで低下しない場合、前記複数台の低圧側機器または冷媒液用電磁弁の一部を停止させ、その後基準時間内に前記吸入圧力センサで検出した吸入圧力が前記復帰圧力まで低下した場合には、前記停止中の低圧側機器または冷媒液用電磁弁の運転を開始させる一方、依然として吸入圧力が前記復帰圧力まで低下しない場合であって運転中の台数が最小運転台数よりも多い場合には、運転中の低圧側機器または冷媒液用電磁弁のさらに一部を停止させる台数制御を繰返し行うことにある。

本発明の第３の特徴は、圧縮機及び凝縮器を有するコンデンシングユニットと、前記コンデンシングユニットに接続された高圧側冷媒配管及び低圧側冷媒配管と、前記高圧側冷媒配管から分岐して前記低圧側冷媒配管に接続される複数の分岐冷媒配管と、前記各分岐冷媒配管の途中にそれぞれ設けられた冷媒液用電磁弁、及び該冷媒液用電磁弁の下流側にそれぞれ設けられ開度調整可能な膨張弁と蒸発器とを有する低圧側機器と、前記圧縮機の吸入側圧力を検出する吸入圧力センサとを備える冷凍装置において、コンデンシングユニットの目標となる吸入側の圧力である上限基準圧力値より高い圧力域における運転制御であって、この運転制御を開始する作動圧力とこの作動圧力より低い圧力で前記運転制御を解除する復帰圧力とを予め記憶しており、運転開始後、前記吸入圧力センサで検出した圧力値が前記作動圧力値以下の圧力になってから、予め設定した基準時間内に前記復帰圧力まで低下しない場合、前記複数台の低圧側機器の膨張弁開度を絞るように制御し、その後基準時間内に前記吸入圧力センサで検出した吸入圧力が前記復帰圧力まで低下した場合には、前記膨張弁開度を大きくする一方、依然として吸入圧力が前記復帰圧力まで低下しない場合であって膨張弁開度が最小開度よりも大きい場合には、膨張弁開度をさらに絞る開度制御を繰返し行う制御手段を備えることにある。

本発明の第４の特徴は、圧縮機及び凝縮器を有するコンデンシングユニットと、前記コンデンシングユニットに接続された高圧側冷媒配管及び低圧側冷媒配管と、前記高圧側冷媒配管と前記低圧側冷媒配管とを接続する冷媒配管に設けられた冷媒液用電磁弁、及び該冷媒液用電磁弁の下流側に設けられ開度調整可能な膨張弁と蒸発器とを有する低圧側機器と、前記圧縮機の吸入側圧力を検出する吸入圧力センサとを備える冷凍装置の運転制御方法において、コンデンシングユニットの目標となる吸入側の圧力である上限基準圧力値より高い圧力域における運転制御であって、この運転制御を開始する作動圧力とこの作動圧力より低い圧力で前記運転制御を解除する復帰圧力とを予め設定し、運転開始後、前記吸入圧力センサで検出した圧力値が前記作動圧力値以下の圧力になってから、予め設定した基準時間内に前記復帰圧力まで低下しない場合、前記低圧側機器の膨張弁開度を絞るように制御し、その後基準時間内に前記吸入圧力センサで検出した吸入圧力が前記復帰圧力まで低下した場合には、前記膨張弁開度を大きくする一方、依然として吸入圧力が前記復帰圧力まで低下しない場合であって膨張弁開度が最小開度よりも大きい場合には、膨張弁開度をさらに絞る開度制御を繰返し行うことにある。

ここで、前記膨張弁の開度制御は前記基準時間毎に段階的に行なうようにすると良い。

本発明によれば、冷凍冷蔵庫の庫内温度が高い状態で冷却運転を開始した場合など、冷凍装置の吸入圧力が上限基準圧力値より高い条件で冷却運転が為される場合でも、複数台の低圧側機器または冷媒液用電磁弁を段階的に停止させたり、或いは前記低圧側機器の膨張弁開度を通常運転時の目標開度より小さくするように制御するので、冷凍装置の目標とする吸入圧力に短時間で低下させることができ、これにより基準圧力値以上の吸入圧力での運転時間を短縮することができる。この結果、コンデンシングニットに付属する圧縮機の負担を低減して温度上昇等を抑制でき、冷凍装置の信頼性も向上できる。

また、本発明によれば、吸入圧力センサで検出した圧力値が作動圧力値以下の圧力になってから、予め設定した基準時間内に復帰圧力に達していない場合、段階的に冷媒液用電磁弁や低圧側機器の運転停止、或いは膨張弁の開度制御をするようにしているから、冷凍装置の冷却性能が急激に低下することはなく、従来の吸入圧力調整弁設置による制御より、目標とする温度までの冷し込み時間も大幅に短縮することができる。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づき説明する。

図１は冷凍装置としての冷凍冷蔵庫の機器構成を示す冷凍サイクル構成図と、該冷凍装置を運転制御する制御機器の制御系統を示す図である。

図１において、４は圧縮機２及び凝縮器３を有するコンデンシングユニットで、このコンデンシングユニット４には高圧側冷媒配管９及び低圧側冷媒配管１０が接続されている。１６は、前記高圧側冷媒配管９から分岐して前記低圧側冷媒配管１０に接続されている複数（図では３本）の分岐冷媒配管であり、各分岐冷媒配管１６の途中には冷媒液用電磁弁５と、該冷媒液用電磁弁５の下流側に設けられ膨張弁６と蒸発器７等で構成される低圧側機器８とが配設されている。１４は各低圧側機器８の庫内温度センサである。これらの低圧側機器８、冷媒液用電磁弁５、庫内温度センサ１４等からなる低圧側ユニットが複数組み合わされ冷凍冷蔵庫１が構成されている。なお、１１は前記圧縮機の吸入側圧力を検出する吸入圧力センサであり、前記圧縮機２、凝縮器３及び吸入圧力センサ１１等でコンデンシングユニット４が構成されている。

上記冷凍装置において、冷媒ガスは、圧縮機２で高温・高圧に圧縮され、凝縮器３で冷却されて凝縮液化され、冷媒液用電磁弁５を介して、低圧側機器８に流入し、膨張弁６で減圧されて低温・低圧の冷媒となり、蒸発器７で蒸発して低圧冷媒ガスとなる。この冷媒が蒸発する際に冷凍冷蔵庫１内の空気から蒸発熱を奪い、庫内の空気を冷却する。蒸発器７で蒸発した冷媒ガスは、低圧側冷媒配管を通って再び圧縮機２に吸入される。

前記冷凍冷蔵庫を構成する複数台（実施例については３台）の低圧側機器８（冷媒液用電磁弁５、膨張弁６及び蒸発器７）は電気配線１５で接続されたそれぞれの制御機器１２により個別に制御され、更に、個々の制御機器１２は一つの集中制御機器１３によって制御されている。

冷凍冷蔵庫１の庫内温度は、庫内温度センサ１４により検出され、この庫内温度センサ１４に対して、設定された吸入圧力値になるように、コンデンシングユニット４に設けた吸入圧力センサ１１により冷凍装置の運転／停止の制御を行なう。

次に、図２により、本発明の冷凍装置の運転制御方法について説明する。図２は、吸入圧力の変化に対する冷媒液電磁弁５または低圧側機器８の台数制御、及び低圧側機器８に付属する膨張弁６の開度制御を説明する動作制御図である。図中、横軸は冷却運転時間、縦軸は冷凍装置の冷却運転時の吸入圧力及びこの吸入圧力の変化に対する、冷媒液用電磁弁５の開閉による低圧側機器８の台数制御と、低圧側機器８における膨張弁６の開度制御を示している。

冷凍装置の冷却運転を開始すると、冷凍冷蔵庫１の庫内温度が低下するのに合わせコンデンシングユニット４における圧縮機の吸入側圧力は徐々に低下していく。
コンデンシングユニットの目標となる吸入側の圧力である上限基準圧力値より高い圧力域における本発明の運転制御について説明する。

集中制御機器１３により、前記本発明の運転制御を開始するための作動圧力（本制御を開始する基準となる圧縮機吸入側の圧力値）と、この作動圧力より低い圧力で前記運転制御を解除するための復帰圧力とを予め記憶させていおく。この復帰圧力は前記上限基準圧力値（通常運転時における目標となる上限圧力値（目標圧力））と等しい値とすることが好ましく、図２に示す実施例では「復帰圧力＝目標圧力」としている。

また、前記集中制御機器１３により、冷却運転時間も設定する。前記復帰圧力（目標圧力＝上限基準圧力値）以上での圧力による長時間運転はコンデンシングユニット４の圧縮機２に大きな負担となるため、この上限基準圧力値以上での運転域を短時間で上限基準値以下での運転になるように吸入圧力を低下させていく必要がある。このための具体的制御について以下説明する。

本実施例では、冷媒液用電磁弁５及び低圧側機器８を３台組み合わせているが、運転開始後の冷却運転中に、前記吸入圧力センサ１１で検出した圧力値が前記作動圧力値以下の圧力になってから、予め設定した基準時間内に前記復帰圧力に達していない場合、３台運転中の冷媒液用電磁弁５または低圧側機器８の１台を停止させ、２台のみの運転とする。吸入圧力センサ１１で検出された吸入圧力は、各制御機器１２を介して、集中制御機器１３に送信され、前記台数制御は集中制御機器１３により自動的に行われる。

更に、冷却運転を継続し、設定された基準時間経過後、吸入圧力を再び検出し、未だ復帰圧力（目標圧力）までに低下しない場合には、冷媒液用電磁弁５または低圧側機器８を更に１台（２台停止の状態となる）停止させる。この制御を繰返し行ない、復帰圧力（目標圧力）まで低下させる。本制御を繰返し行なうことにより、吸入圧力が低下して設定した復帰圧力（目標圧力）に到達させる。

復帰圧力（目標圧力）に到達後は、逆に冷媒液用電磁弁５または低圧側機器８の運転台数を増やす制御に切り替え、通常の運転状態に戻す。運転台数を増加させていくことにより、再び設定した復帰圧力（目標圧力）以上に上昇した場合には、上記と同様に複数設けた冷媒液用電磁弁５または低圧側機器８の運転台数を減少させるなどの制御を実施する。

上述した台数制御とは別に、各低圧側機器８における膨張弁６の開度調整による制御でも上記台数制御と同様の効果を実現できる。以下、膨張弁６の開度調整による制御の例について説明する。

吸入圧力センサ１１で検出した圧力値が前記作動圧力と復帰圧力の間にある領域での冷却運転時間が設定した基準時間を経過後も、復帰圧力以上の場合、各低圧側機器８に付属している膨張弁６を設定開度に絞り調整する。その後、更に運転時間が設定基準時間経過後、再び吸入圧力を検出し、圧縮機吸入側圧力が復帰圧力まで低下していない場合、各低圧側機器の膨張弁６の開度を更に絞る方向に調整する。この制御を繰返し、復帰圧力まで低下させる制御を行なう。

以上説明したように、冷凍装置の吸入圧力（圧縮機吸入側圧力）の復帰圧力、作動圧力及び基準となる運転時間を設定し、冷却運転中の吸入圧力を検出してその圧力に応じて、冷媒液用電磁弁５または低圧側機器８の台数制御、或いは膨張弁６の開度調整による制御を行なうことにより、吸入圧力を冷凍装置の目標圧力（上限基準圧力値）まで短時間で低下させることができる。

また、本実施例によれば、上記の制御が段階的に行なわれるため、従来の吸入圧力調整弁による制御と比較し、急激な冷却性能の低下を防止でき、冷し込み時間も従来技術より短縮することができる。更に、本実施例では、段階的な制御を行なうため、冷凍装置における圧縮機吸入側の圧力が、基準圧力値以上となる圧力域で運転が行なわれるが、基準圧力値以上での運転時間は短時間のため、冷凍装置の信頼性が低下するのも防止できる。

本発明の一実施例を示す冷凍装置の冷凍サイクル構成と制御系統を示す図である。 圧縮機吸入圧力の変化に対する冷媒液用電磁弁または低圧側機器の台数制御、及び膨張弁開度制御を説明する制御線図である。

符号の説明

１…冷凍冷蔵庫、２…圧縮機、３…凝縮器、４…コンデンシングユニット、５…冷媒液用電磁弁、６…膨張弁、７…蒸発器、８…低圧側機器、９…高圧側冷媒配管、１０…低圧側冷媒配管、１１…吸入圧力センサー、１２…冷凍装置制御機器、１３…集中制御機器、１４…庫内温度センサー、１５…電気配線。

Claims (5)

1. 圧縮機及び凝縮器を有するコンデンシングユニットと、前記コンデンシングユニットに接続された高圧側冷媒配管及び低圧側冷媒配管と、前記高圧側冷媒配管から分岐して前記低圧側冷媒配管に接続される複数の分岐冷媒配管と、前記各分岐冷媒配管の途中にそれぞれ設けられた冷媒液用電磁弁、及び該冷媒液用電磁弁の下流側にそれぞれ設けられ膨張弁と蒸発器とを有する低圧側機器と、前記圧縮機の吸入側圧力を検出する吸入圧力センサとを備える冷凍装置において、
   コンデンシングユニットの目標となる吸入側の圧力である上限基準圧力値より高い圧力域における運転制御であって、この運転制御を開始する作動圧力とこの作動圧力より低い圧力で前記運転制御を解除する復帰圧力とを予め記憶しており、運転開始後、前記吸入圧力センサで検出した圧力値が前記作動圧力値以下の圧力になってから、予め設定した基準時間内に前記復帰圧力まで低下しない場合、前記複数台の低圧側機器または冷媒液用電磁弁の一部を停止させ、その後基準時間内に前記吸入圧力センサで検出した吸入圧力が前記復帰圧力まで低下した場合には、前記停止中の低圧側機器または冷媒液用電磁弁の運転を開始させる一方、依然として吸入圧力が前記復帰圧力まで低下しない場合であって運転中の台数が最小運転台数よりも多い場合には、運転中の低圧側機器または冷媒液用電磁弁のさらに一部を停止させる台数制御を繰返し行う制御手段を備えることを特徴とする冷凍装置。
2. 圧縮機及び凝縮器を有するコンデンシングユニットと、前記コンデンシングユニットに接続された高圧側冷媒配管及び低圧側冷媒配管と、前記高圧側冷媒配管から分岐して前記低圧側冷媒配管に接続される複数の分岐冷媒配管と、前記各分岐冷媒配管の途中にそれぞれ設けられた冷媒液用電磁弁、及び該冷媒液用電磁弁の下流側にそれぞれ設けられ膨張弁と蒸発器とを有する低圧側機器と、前記圧縮機の吸入側圧力を検出する吸入圧力センサとを備える冷凍装置の運転制御方法において、
   コンデンシングユニットの目標となる吸入側の圧力である上限基準圧力値より高い圧力域における運転制御であって、この運転制御を開始する作動圧力とこの作動圧力より低い圧力で前記運転制御を解除する復帰圧力とを予め設定し、
   運転開始後、前記吸入圧力センサで検出した圧力値が前記作動圧力値以下の圧力になってから、予め設定した基準時間内に前記復帰圧力にまで低下しない場合、前記複数台の低圧側機器または冷媒液用電磁弁の一部を停止させ、その後基準時間内に前記吸入圧力センサで検出した吸入圧力が前記復帰圧力まで低下した場合には、前記停止中の低圧側機器または冷媒液用電磁弁の運転を開始させる一方、依然として吸入圧力が前記復帰圧力まで低下しない場合であって運転中の台数が最小運転台数よりも多い場合には、運転中の低圧側機器または冷媒液用電磁弁のさらに一部を停止させる台数制御を繰返し行うことを特徴とする冷凍装置の運転制御方法。
3. 圧縮機及び凝縮器を有するコンデンシングユニットと、前記コンデンシングユニットに接続された高圧側冷媒配管及び低圧側冷媒配管と、前記高圧側冷媒配管から分岐して前記低圧側冷媒配管に接続される複数の分岐冷媒配管と、前記各分岐冷媒配管の途中にそれぞれ設けられた冷媒液用電磁弁、及び該冷媒液用電磁弁の下流側にそれぞれ設けられ開度調整可能な膨張弁と蒸発器とを有する低圧側機器と、前記圧縮機の吸入側圧力を検出する吸入圧力センサとを備える冷凍装置において、
   コンデンシングユニットの目標となる吸入側の圧力である上限基準圧力値より高い圧力域における運転制御であって、この運転制御を開始する作動圧力とこの作動圧力より低い圧力で前記運転制御を解除する復帰圧力とを予め記憶しており、運転開始後、前記吸入圧力センサで検出した圧力値が前記作動圧力値以下の圧力になってから、予め設定した基準時間内に前記復帰圧力まで低下しない場合、前記複数台の低圧側機器の膨張弁開度を絞るように制御し、その後基準時間内に前記吸入圧力センサで検出した吸入圧力が前記復帰圧力まで低下した場合には、前記膨張弁開度を大きくする一方、依然として吸入圧力が前記復帰圧力まで低下しない場合であって膨張弁開度が最小開度よりも大きい場合には、膨張弁開度をさらに絞る開度制御を繰返し行う制御手段を備えることを特徴とする冷凍装置。
4. 圧縮機及び凝縮器を有するコンデンシングユニットと、前記コンデンシングユニットに接続された高圧側冷媒配管及び低圧側冷媒配管と、前記高圧側冷媒配管と前記低圧側冷媒配管とを接続する冷媒配管に設けられた冷媒液用電磁弁、及び該冷媒液用電磁弁の下流側に設けられ開度調整可能な膨張弁と蒸発器とを有する低圧側機器と、前記圧縮機の吸入側圧力を検出する吸入圧力センサとを備える冷凍装置の運転制御方法において、
   コンデンシングユニットの目標となる吸入側の圧力である上限基準圧力値より高い圧力域における運転制御であって、この運転制御を開始する作動圧力とこの作動圧力より低い圧力で前記運転制御を解除する復帰圧力とを予め設定し、
   運転開始後、前記吸入圧力センサで検出した圧力値が前記作動圧力値以下の圧力になってから、予め設定した基準時間内に前記復帰圧力まで低下しない場合、前記低圧側機器の膨張弁開度を絞るように制御し、その後基準時間内に前記吸入圧力センサで検出した吸入圧力が前記復帰圧力まで低下した場合には、前記膨張弁開度を大きくする一方、依然として吸入圧力が前記復帰圧力まで低下しない場合であって膨張弁開度が最小開度よりも大きい場合には、膨張弁開度をさらに絞る開度制御を繰返し行うことを特徴とする冷凍装置の運転制御方法。
5. 請求項３または４において、前記膨張弁の開度制御は段階的に行なうようにしたことを特徴とする冷凍装置の運転制御方法。

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