JP4976238B2

JP4976238B2 - 冷却装置の圧縮機制御方法

Info

Publication number: JP4976238B2
Application number: JP2007227473A
Authority: JP
Inventors: 健二小林; 英晃藤原; 真喜大野
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-09-03
Also published as: JP2009058196A

Description

本発明は、冷媒を循環させる冷凍サイクルを用いた冷却装置における圧縮機を制御する冷却装置の圧縮機制御方法に関する。

一般に、レーザ加工機では、ワークの材質，板厚，加工速度及び加工面粗度等によってレーザ側の負荷が大きく変動する。したがって、レーザ加工機に冷却液を供給（循環）する冷却装置では、このような負荷変動に対しても十分に追従できる冷却性能が要求されるとともに、特に、加工精度に大きく影響するミラー等の光学部品に対する熱的安定性を確保し、加工品質の低下を回避する上からも、温度変動の少ない高度で精密な冷却精度が要求される。

従来、このような用途に使用される冷却装置としては、特許文献１に開示される冷却装置が知られている。この冷却装置は、レーザ加工機等の被冷却物から戻された冷却液を貯留する冷却液タンクと、この冷却液タンクの供給口から流出する冷却液を送出する送液ポンプと、この送液ポンプから吐出する冷却液を熱交換により冷却して被冷却物に供給する冷却器（熱交換器）を備えるとともに、冷却器から流出した冷却液の温度を温度センサにより検出し、検出した温度に基づいて冷却器の冷却温度を制御する制御系、より具体的には、温度センサにより検出した温度に基づいて、冷却器に冷媒を循環させる冷凍サイクルにおける圧縮機の回転周波数（回転数）をインバータ制御する制御機能を有する制御系を備えて構成したものである。
特開２００３−３２９３５５号

ところで、上述した従来の冷却装置、特にその圧縮機制御方法においては、次のような解決すべき課題が存在した。

第一に、この種の冷却装置は、運転中に周囲温度が高くなった場合や被冷却物から戻された冷却液の温度（液温）が上昇して負荷が大きくなった場合、圧縮機がオーバーロードする虞れがあるため、通常、周囲温度及び液温を監視（検出）して圧縮機の運転可能最高回転数を制限する制御を行っている。しかし、圧縮機のオーバーロードは、直接的には冷媒圧力に関係するため、周囲温度及び液温の監視によっては、例えば、回転数に余裕があるにも拘わらず無用な制限を行ったり、本来制限の必要な回転数であるにも拘わらず制限が行われないなど、的確な制御を行うことができず、圧縮機の動作効率及び耐久性を低下させる原因となる。

第二に、冷却装置の運転中に、設定された周囲温度条件よりも更に周囲温度が高くなるなどにより凝縮器の放熱効率が低下した場合、通常、圧縮機の運転可能最高回転数が制限されていても、圧縮機の運転を停止してその保護（安全）を図っている。即ち、冷媒圧力の上限を検出する高圧圧力スイッチを設けることにより圧縮機の運転を停止する制御を行っている。しかし、運転の停止は、液温に対する制御精度に影響を及ぼすなど、周囲温度が高い環境下での安定した動作を確保できない。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した冷却装置の圧縮機制御方法の提供を目的とするものである。

本発明に係る冷却装置の圧縮機制御方法は、上述した課題を解決するため、少なくとも、インバータ制御される圧縮機２，凝縮器３，膨張弁４及び熱交換器５を接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルＣｃを用いた冷却装置１における圧縮機２を制御するに際し、予め圧縮機２の運転中における凝縮器３から吐出する冷媒の温度（凝縮冷媒温度Ｔｃ）に対する一又は二以上の異なる上限側温度監視値Ｔｕ１，Ｔｕ２及び一又は二以上の異なる下限側温度監視値Ｔｄ１を設定し、圧縮機２の運転中に、凝縮冷媒温度Ｔｃを検出するとともに、当該凝縮冷媒温度Ｔｃが上限側温度監視値Ｔｕ１，Ｔｕ２になったこと及び凝縮冷媒温度Ｔｃの上昇率ΔＴｃが予め設定した上昇率監視値Ｄｕ以上であることを条件に、圧縮機２に対する運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｕｃだけ順次段階的に減少させ、他方、下限側温度監視値Ｔｄ１になったこと及び圧縮機２を制御するインバータユニット７のインバータ放熱器温度Ｔｉが予め設定した温度設定値Ｔｉｓ以下であることを条件に、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｄｃだけ順次段階的に増加させる制御を、前回行った運転可能最高回転数Ｒｍａｘを増加又は減少させる制御から所定のインターバル時間Δｔｉが経過していることを条件に行うことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、上昇率ΔＴｃには、所定のサンプリング間隔Δｔｘにより順次検出した凝縮冷媒温度における現在の検出値（Ｔｃ）とこの検出値の直前における複数の検出値（Ｔｃ…）の平均値Ｔｃａの偏差を用いることができる。また、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｄｃだけ増加させる制御には、少なくとも、下限側温度監視値Ｔｄ１になったこと，圧縮機２から吐出する冷媒の温度（吐出冷媒温度Ｔｏ）が予め設定した温度設定値Ｔｏｓ以下であること及び圧縮機２を制御するインバータユニット７のインバータ放熱器温度Ｔｉが予め設定した温度設定値Ｔｉｓ以下であることを条件に行う制御を含ませることができる。さらに、予め凝縮冷媒温度Ｔｃに対する始動時温度監視値Ｔｃｃを設定し、圧縮機２を始動する際に、凝縮冷媒温度Ｔｃを検出するとともに、圧縮機２の始動開始時点ｔｓから、一又は二以上の異なる監視時間Δｔａ，Δｔｂが経過した時点における凝縮冷媒温度Ｔｃが始動時温度監視値Ｔｃｃ以下であることを条件に、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを予め設定した初期回転数Ｒｓから順次段階的に増加させる制御を行うことができる。なお、圧縮機２の始動には、運転終了に基づく停止からの始動又は運転中の制御に基づく停止からの始動を含ませることができる。

このような手法による本発明に係る冷却装置１の圧縮機制御方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１）圧縮機２の運転中に、凝縮冷媒温度Ｔｃを検出するとともに、当該凝縮冷媒温度Ｔｃが少なくとも各上限側温度監視値Ｔｕ１，Ｔｕ２になったなら圧縮機２に対する運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｕｃだけ順次段階的に減少させ、かつ少なくとも各下限側温度監視値Ｔｄ１になったなら運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｄｃだけ順次段階的に増加させる制御を行うため、圧縮機２のオーバーロードを回避できる的確（最適）な運転可能最高回転数Ｒｍａｘを設定することができ、もって、圧縮機２の動作効率向上及び耐久性向上に寄与できる。

（２）周囲温度の高い環境下であっても冷媒圧力に対する制限（制御）を的確に行うことができるため、上限高圧による高圧圧力スイッチのＯＮを可及的に回避できる。この結果、冷却温度に対する高い制御精度を維持できるとともに、周囲温度が高い環境下での安定した動作を確保できる。

（３）上限側温度監視値Ｔｕ１になったこと及び凝縮冷媒温度Ｔｃの上昇率ΔＴｃが上昇率監視値Ｄｕ以上であることを条件に、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｕｃだけ減少させる制御を行うため、正規の上限側温度監視値Ｔｕ２よりも低い温度である上限側温度監視値Ｔｕ１であっても正規の上限側温度監視値Ｔｕ２に達する可能性が高いことから、正規の上限側温度監視値Ｔｕ２になる手前の時点でも単位回転数Ｒｕｃだけ減少させる制御を行うことができ、より確実で信頼性の高い制御を行うことができる。

（４）運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｕｃだけ減少させる制御は、前回行った運転可能最高回転数Ｒｍａｘを減少又は増加させる制御から所定のインターバル時間Δｔｉが経過していることを条件に行うため、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを減少させる次の制御を安定に行うことができる。

（５）運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｄｃだけ増加させる制御は、前回行った運転可能最高回転数Ｒｍａｘを増加又は減少させる制御から所定のインターバル時間Δｔｉが経過していることを条件に行うため、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを増加させる次の制御を安定に行うことができる。

（６）好適な態様により、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｄｃだけ増加させる制御として、少なくとも、下限側温度監視値Ｔｄ１になったこと，吐出冷媒温度Ｔｏが温度設定値Ｔｏｓ以下であること及び圧縮機２を制御するインバータユニット７のインバータ放熱器温度Ｔｉが温度設定値Ｔｉｓ以下であることを条件に行う制御を含ませれば、下限側温度監視値Ｔｄ１のみで判断する場合に比べて、より確実で信頼性の高い制御を行うことができる。

（７）好適な態様により、予め凝縮冷媒温度Ｔｃに対する始動時温度監視値Ｔｃｃを設定し、圧縮機２を始動する際に、凝縮冷媒温度Ｔｃを検出するとともに、圧縮機２の始動開始時点ｔｓから、一又は二以上の異なる監視時間Δｔａ，Δｔｂが経過した時点における凝縮冷媒温度Ｔｃが始動時温度監視値Ｔｃｃ以下であることを条件に、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを予め設定した初期回転数Ｒｓから順次段階的に増加させる制御を行えば、始動時における圧縮機２に対する潤滑オイルの供給を確保し、潤滑オイルが冷媒に混入するのを防止できることに加え、周囲温度が高い環境下であっても、凝縮冷媒温度Ｔｃが急上昇し、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを過度に下げることにより冷却能力を低下させてしまう不具合を回避できる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る圧縮機制御方法を実施できる冷却装置１の構成について、図４及び図５を参照して説明する。

図４は、冷却装置１の全体構成を示す。冷却装置１は、熱交換器（冷却器）５を備え、この熱交換器５の一次側５ｆに冷凍サイクルＣｃを接続するとともに、熱交換器５の二次側５ｓに冷却液回路Ｃｍを接続する。

図５に冷却液回路Ｃｍの具体例を示す。冷却液回路Ｃｍは、冷却液（冷却水，冷却溶液等）Ｗを貯留する冷却液タンク１１を備え、この冷却液タンク１１は、冷却液供給ライン１２ｓ及び冷却液戻りライン１２ｒを介してレーザ加工機等の被冷却物Ｈ（図４）に接続する。そして、冷却液供給ライン１２ｓの中途には、冷却液タンク１１に貯留する冷却液Ｗを被冷却物Ｈに供給するための送液ポンプ１３を接続するとともに、この送液ポンプ１３に対して熱交換器５の二次側５ｓを直列に接続する。なお、冷却液タンク１１は、上端開口を覆うタンクカバー１１ｃを備える。また、冷却液供給ライン１２ｓには、冷却液Ｗの圧力を検出する液圧計１５及び冷却液Ｗの温度（液温）Ｔｗを検出する液温センサ１６を付設するとともに、冷却液タンク１１には、給液口１７，ドレンライン１８，フロートスイッチ１９，液面計２０，ストレーナ２１等をそれぞれ付設する。

一方、冷凍サイクルＣｃは、主要機能部として、圧縮機２，凝縮器３，膨張弁（電子膨張弁）４を備えており、この電子膨張弁４の冷媒流出側を熱交換器５の一次側５ｆの一端口（冷媒流入口）に接続するとともに、熱交換器５の一次側５ｆの他端口（冷媒流出口）は冷媒ストレーナ３１を介して圧縮機２の冷媒流入側に接続する。これにより、矢印Ｆｃ方向に冷媒が循環する冷凍サイクルＣｃ（冷媒回路）が構成される。このような冷凍サイクルＣｃの基本的な機能は公知の冷凍サイクルと同じである。また、冷凍サイクルＣｃには、圧縮機２から吐出する冷媒の温度、即ち、吐出冷媒温度Ｔｏを検出する吐出冷媒温度センサ３３，凝縮器３から吐出する冷媒の温度、即ち、凝縮冷媒温度Ｔｃを検出する凝縮冷媒温度センサ３４，冷却器５の入口側の冷媒温度を検出する冷却器入口温度センサ３５等の各種センサ類を付設するとともに、凝縮器３には、この凝縮器３を空冷する凝縮器ファン３６を付設する。矢印Ｆｆが凝縮器ファン３６による送風方向を示している。さらに、圧縮機２の駆動には電動モータ４１を使用し、この電動モータ４１はインバータユニット７に接続する。例示の電動モータ４１は、１２０°通電方式により作動するセンサレスブラシレスＤＣモータであり、スター結線された三つの巻線（界磁コイル）を備えている。インバータユニット７は、インバータ回路７ｉ及び直流電源回路７ｓを備え、インバータ回路７ｉの出力部を電動モータ４１に接続するとともに、直流電源回路７ｓの交流入力部は三相交流電源に接続する。

そして、各センサ３３，３４，３５，凝縮器ファン３６，インバータ回路７ｉ、さらに、電子膨張弁４及び液温センサ１６は、それぞれ制御部（コントローラ）５１に接続する。制御部５１は、制御系の主要部を構成し、冷凍サイクルＣｃを含む冷却装置１の全体の制御を司る機能を有する。また、インバータ回路７ｉには、当該インバータ回路７ｉに備える放熱器の温度、即ち、インバータ放熱器温度Ｔｉを検出する放熱器温度センサ４３を付設するとともに、インバータ回路７ｉと直流電源回路７ｓ間には、直流電源回路７ｓからインバータ回路７ｉに流入するインバータ入力電流Ｉｉの大きさを検出する電流検出器４４を付設し、放熱器温度センサ４３及び電流検出器４４も制御部５１に接続する。制御部５１は、操作パネル等を用いた操作部及び液晶表示パネル等を用いた表示部が付属するとともに、ＣＰＵ及びメモリ等を内蔵したコンピュータ機能を備え、予め格納した制御プログラムにより各種処理及び制御（シーケンス制御）を実行する。

次に、冷却装置１の動作を含む本実施形態に係る圧縮機制御方法について、各図を参照して説明する。

まず、冷却装置１の基本的な動作について説明する。今、冷却装置１は、通常の運転により正常動作が行われているものとする。この場合、冷却液回路Ｃｍでは、送液ポンプ１３の作動により、冷却液タンク１１に貯留する冷却液Ｗが、冷却液供給ライン１２ｓを介して被冷却物Ｈに供給されるとともに、被冷却物Ｈを熱交換により冷却した冷却液Ｗは、冷却液戻りライン１２ｒを介して冷却液タンク１１に戻される。この際、冷却液供給ライン１２ｓを流れる冷却液Ｗは、冷却器（熱交換器）５により冷却される。即ち、冷却器５に流入した冷却液Ｗは、冷凍サイクルＣｃにおける冷却された冷媒との熱交換により冷却される。冷凍サイクルＣｃでは、圧縮機２の運転により冷媒が矢印Ｆｃ方向に循環し、冷凍サイクルＣｃによる冷媒冷却が行われる。なお、図５中、矢印Ｆｗ…は冷却液Ｗが流れる方向を示す。

そして、被冷却物Ｈに供給される冷却液Ｗの液温Ｔｗは、液温センサ１６により検出され、制御部５１に付与される。これにより、制御部５１はインバータ回路７ｉに制御指令を付与し、電動モータ４１の回転数（回転速度）を可変することにより、液温Ｔｗが設定した目標温度となるようにフィートバック制御する。この際、インバータ回路７ｉの入力部には、直流電源回路７ｓから直流電圧が付与され、インバータ回路７ｉは、内部のスイッチング素子により直流電圧をスイッチングする公知のインバータ制御を行う。

次に、本実施形態に係る圧縮機制御方法について、図１〜図３に示すフローチャート、及び図７（図６）に示すタイムチャートを参照して説明する。

本実施形態に係る圧縮機制御方法は、圧縮機２（電動モータ４１）を保護するため、圧縮機２の回転数を制限する運転可能最高回転数Ｒｍａｘを設定するための制御方法であり、全体の処理手順を図１にフローチャートにより示す。

まず、不図示の運転スイッチのＯＮにより圧縮機２の運転が開始するとともに、凝縮冷媒温度センサ３４から検出される凝縮冷媒温度Ｔｃが制御部５１に取込まれる（ステップＳ１）。この際、凝縮冷媒温度Ｔｃに係わるデータは、図６に示すように、所定のサンプリング周期Δｔｘ〔ｓ〕（例示は、１〔ｓ〕）により取込まれ、運転開始から初期始動モードによる処理（制御）が行われる（ステップＳ２）。この初期始動モードによる処理手順を、図２に示すフローチャートを参照して説明する。

初期始動モードでは、予め、凝縮冷媒温度Ｔｃに対する始動時温度監視値Ｔｃｃ、二つの異なる監視時間Δｔａ，Δｔｂ、及び運転可能最高回転数Ｒｍａｘを段階的に増加させるための回転数Ｒｓ，Ｒａ，Ｒｂをそれぞれ設定する。例示の場合、始動時温度監視値Ｔｃｃは５２〔℃〕、監視時間Δｔａは１２０〔ｓ〕、監視時間Δｔｂは２７０〔ｓ〕、回転数（初期回転数）Ｒｓは１８００〔ｒｐｍ〕、回転数（第一回転数）Ｒａは２７００〔ｒｐｍ〕、回転数（最高回転数）Ｒｂは３０００〔ｒｐｍ〕である。

初期始動モードでは、運転開始により、制御部５１は圧縮機２に対する運転可能最高回転数Ｒｍａｘを初期回転数Ｒｓに設定する（ステップＳ２１）。図７中、運転開始時点をｔｓで示す。また、制御部５１は運転開始から監視時間Δｔａを計時し、監視時間Δｔａを経過したなら、凝縮冷媒温度Ｔｃが始動時温度監視値Ｔｃｃ以下である否か、即ち、Ｔｃ≦Ｔｃｃの条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ２２，Ｓ２３）。そして、Ｔｃ≦Ｔｃｃの条件を満たしていれば、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを初期回転数Ｒｓから第一回転数Ｒａに増加させる制御（処理）を行う（ステップＳ２４）。しかし、監視時間Δｔａが経過しても、Ｔｃ≦Ｔｃｃの条件を満たしていなければ、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを初期回転数Ｒｓに維持する（ステップＳ２５）。Ｔｃ≦Ｔｃｃの条件を満たすか否かの判断は、以後、継続して行い、Ｔｃ≦Ｔｃｃの条件を満たした時点で第一回転数Ｒａに増加させる処理を行う。この監視時間Δｔａに基づく制御が第１ステップとなる。

さらに、制御部５１が計時を継続し、運転開始時点ｔｓから監視時間Δｔｂが経過したなら、第一回転数Ｒａが設定されているか否かを判断する（ステップＳ２６，Ｓ２７）。この際、第一回転数Ｒａが設定されていれば、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを第一回転数Ｒａから更に最高回転数Ｒｂに増加させる制御（処理）を行う（ステップＳ２８）。しかし、監視時間Δｔｂが経過した時点でも初期回転数Ｒｓのままであれば、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを初期回転数Ｒｓに維持する（ステップＳ２５）。監視時間Δｔａの経過後における監視時間Δｔｂに基づく制御が第２ステップとなる。図７中、実線で示す運転可能最高回転数Ｒｍａｘに係わる変化データＱｐが、凝縮冷媒温度Ｔｃが始動時温度監視値Ｔｃｃ以下の場合を示すとともに、仮想線で示す運転可能最高回転数Ｒｍａｘに係わる変化データＱｏが、凝縮冷媒温度Ｔｃが始動時温度監視値Ｔｃｃを越えている場合を示す。また、図７中、監視時間Δｔａの経過時点をｔｃ１で示すとともに、監視時間Δｔｂの経過時点をｔｃ２で示す。

ところで、このような初期始動モードによる制御を行う理由は次のとおりである。即ち、通常、圧縮機２を始動する際には、始動時における圧縮機２に対する潤滑オイルの供給を確保し、潤滑オイルが冷媒に混入するのを防止するため、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを初期回転数Ｒｓから段階的に増加させることにより実際の回転数を制限している。しかし、本実施形態による圧縮機制御方法では、基本的に凝縮冷媒温度Ｔｃに基づいて運転可能最高回転数Ｒｍａｘを設定するため、周囲温度が高く、凝縮冷媒温度Ｔｃが急上昇したような場合、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを過度に下げてしまう不具合を生じる。そこで、初期始動モードによる制御を行うことにより冷却能力の低下を防止している。なお、初期始動モードは第１ステップ及び第２ステップを経て終了する（ステップＳ３，Ｓ４）。

よって、このような初期始動モードによる制御を行えば、予め凝縮冷媒温度Ｔｃに対する始動時温度監視値Ｔｃｃを設定し、圧縮機２を始動する際に、凝縮冷媒温度Ｔｃを検出するとともに、圧縮機２の始動開始時点ｔｓから、監視時間Δｔａ，Δｔｂの経過時点ｔｃ１，ｔｃ２における凝縮冷媒温度Ｔｃが始動時温度監視値Ｔｃｃ以下であることを条件に、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを設定した初期回転数Ｒｓから順次段階的に増加させるため、始動時における圧縮機２に対する潤滑オイルの供給を確保し、潤滑オイルが冷媒に混入するのを防止できることに加え、周囲温度が高い環境下であっても、凝縮冷媒温度Ｔｃが急上昇し、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを過度に下げることにより冷却能力を低下させてしまう不具合を回避できる利点がある。

他方、初期始動モードの第１ステップが終了したなら、初期始動モードと並行して通常運転モードにより凝縮冷媒温度Ｔｃに基づく圧縮機２に対する制御が行われる（ステップＳ３，Ｓ５）。この通常運転モードによる処理手順ついて、図３に示すフローチャートを参照して説明する。

通常運転モードでは、予め、二つの異なる上限側温度監視値Ｔｕ１，Ｔｕ２、一つの下限側温度監視値Ｔｄ１、吐出冷媒温度Ｔｏに対する温度設定値Ｔｏｓ、インバータ放熱器温度Ｔｉに対する温度設定値Ｔｉｓ、圧縮機２に対する運転可能最高回転数Ｒｍａｘを段階的に減少させるための単位回転数Ｒｕｃ、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを段階的に増加させるための単位回転数Ｒｄｃをそれぞれ設定する。例示の場合、上限側温度監視値Ｔｕ１は５２〔℃〕、上限側温度監視値Ｔｕ２は５３〔℃〕、下限側温度監視値Ｔｄ１は５０〔℃〕、温度設定値Ｔｏｓは９５〔℃〕、温度設定値Ｔｉｓは８０〔℃〕、単位回転数Ｒｕｃは２４０〔ｒｐｍ〕、単位回転数Ｒｄｃは９０〔ｒｐｍ〕である。

通常運転モードでは、制御部５１は圧縮機２に対する運転可能最高回転数Ｒｍａｘを凝縮冷媒温度Ｔｃに基づき段階的に可変設定する。この際、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを減少又は増加させる制御（処理）は、前回行った減少又は増加させる制御（処理）から所定のインターバル時間Δｔｉ（例示は、６０〔ｓ〕）が経過していることを条件に行う（ステップＳ３１）。これにより、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを減少させる次の制御を安定に行うことができる。

まず、凝縮冷媒温度Ｔｃが下限側温度監視値Ｔｄ１以下まで低下した場合、即ち、Ｔｃ≦Ｔｄ１の条件を満たす場合を想定する（ステップＳ３２）。この場合、この条件に加え、制御部５１は、吐出冷媒温度センサ３３から得る吐出冷媒温度Ｔｏが温度設定値Ｔｏｓ以下（Ｔｏ≦Ｔｏｓ）であること（ステップＳ３３），放熱器温度センサ４３から得るインバータ放熱器温度Ｔｉが温度設定値Ｔｉｓ以下（Ｔｉ≦Ｔｉｓ）であること（ステップＳ３４），及び圧縮機２の回路数が運転可能最高回転数Ｒｍａｘになっていること（ステップＳ３５）の全てを満たすことを条件に、現在の運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｄｃだけ増加させる制御（処理）を行う（ステップＳ３６）。図７中、ｔｃ４が、Ｔｃ≦Ｔｄ１の条件を満たした時点を示す。このように、運転可能最高回転数Ｒｍａｘを増加させる制御として、少なくとも、下限側温度監視値Ｔｄ１になったこと，吐出冷媒温度Ｔｏが温度設定値Ｔｏｓ以下であること及びインバータ放熱器温度Ｔｉが温度設定値Ｔｉｓ以下であることを条件に行う制御を含ませれば、下限側温度監視値Ｔｄ１のみで判断する場合に比べて、より確実で信頼性の高い制御を行うことができる。

一方、凝縮冷媒温度Ｔｃが上限側温度監視値Ｔｕ１以上の場合、即ち、Ｔｃ≧Ｔｕ１の条件を満たす場合を想定する（ステップＳ３７）。この場合、この条件に加え、制御部５１は、凝縮冷媒温度Ｔｃの上昇率ΔＴｃが上昇率監視値Ｄｕ以上（ΔＴｃ≧Ｄｕ）であること（ステップ３８）の双方を満たすことを条件に、現在の運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｕｃだけ減少させる制御（処理）を行う（ステップＳ３９）。上昇率ΔＴｃは、図６に示すように、現在の凝縮冷媒温度Ｔｃが、例えば、サンプリング時点ｔ７の凝縮冷媒温度Ｔｃの場合、直前５回のサンプリング時点ｔ２〜ｔ６における凝縮冷媒温度Ｔｃ…の平均値Ｔｃａとの偏差を上昇率ΔＴｃとして用いる。上限側温度監視値Ｔｕ１は、正規の上限側温度監視値Ｔｕ２よりも低い温度に設定するが、上昇率ΔＴｃが大きければ、正規の上限側温度監視値Ｔｕ２に達する可能性が高いと判断できることから、上限側温度監視値Ｔｕ１と上昇率監視値Ｄｕを併用した制御を行う。このような制御により、正規の上限側温度監視値Ｔｕ２になる手前の時点でも単位回転数Ｒｕｃだけ減少させることができるため、より確実で信頼性の高い制御を行うことができる。

また、凝縮冷媒温度Ｔｃが上限側温度監視値Ｔｕ２以上の場合、即ち、Ｔｕ２＜Ｔｃの条件を満たす場合を想定する（ステップＳ４０）。この場合も、現在の運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｕｃだけ減少させる制御（処理）を行う（ステップＳ３９）。上限側温度監視値Ｔｕ２は、凝縮冷媒温度Ｔｃのみで判断する、いわば正規の上限側温度監視値となる。図７中、ｔｃ３が、Ｔｃ≧Ｔｕ１の条件及びΔＴｃ≧Ｄｕの条件、又はＴｕ２＜Ｔｃの条件を満たした時点を示す。

よって、このような本実施形態に係る圧縮機制御方法によれば、圧縮機２の運転中に、凝縮冷媒温度Ｔｃを検出するとともに、当該凝縮冷媒温度Ｔｃが少なくとも各上限側温度監視値Ｔｕ１，Ｔｕ２になったなら圧縮機２に対する運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｕｃだけ順次段階的に減少させ、かつ少なくとも各下限側温度監視値Ｔｄ１になったなら運転可能最高回転数Ｒｍａｘを単位回転数Ｒｄｃだけ順次段階的に増加させる制御を行うため、圧縮機２のオーバーロードを回避できる的確（最適）な運転可能最高回転数Ｒｍａｘを設定することができ、もって、圧縮機２の動作効率向上及び耐久性向上に寄与できる。また、周囲温度の高い環境下であっても冷媒圧力に対する制限（制御）を的確に行うことができるため、上限高圧による高圧圧力スイッチのＯＮを可及的に回避できる。この結果、冷却温度に対する高い制御精度を維持できるとともに、周囲温度が高い環境下での安定した動作を確保できる。

他方、通常運転モードによる運転中に圧縮機２の停止条件が発生した場合には圧縮機２が停止する（ステップＳ６，Ｓ７）。この場合、圧縮機２の停止条件が運転スイッチをＯＦＦにした運転終了によるものであれば、冷却装置１の運転は終了する（ステップＳ８）。その他の停止条件としては、温度制御上の停止条件に基づく停止をはじめ、凝縮冷媒温度Ｔｃが上限温度Ｔｃｕ以上になったとき，又は凝縮冷媒温度Ｔｃの上昇率ΔＴｃが予め設定した上昇率監視値ΔＴｃｔ以上であること，さらに、インバータ回路７ｉへの入力電流値が設定した上限電流値を越えたこと、等がある。これらの停止条件により停止した場合には、停止条件の発生が解除されることにより運転が再開される。そして、再開時には、圧縮機２が始動するとともに、中断始動モードによる処理が行われる（ステップＳ９，Ｓ１０）。この中断始動モードは、前述した初期始動モードと同じであるが、必要により一部の設定値を異ならせている。したがって、中断始動モードには、図２に示すフローチャートをそのまま適用することができる。このように、圧縮機２の始動には、運転終了に基づく停止からの始動又は運転中の制御に基づく停止からの始動が含まれる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，手法，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に、変更，追加，削除することができる。例えば、二つの上限側温度監視値Ｔｕ１，Ｔｕ２を設定した場合を示したが、一つ又は三つ以上の上限側温度監視値を設定してもよいし、一つの下限側温度監視値Ｔｄ１を設定した場合を示したが、二つ以上の下限側温度監視値を設定してもよい。同様に、二つの監視時間Δｔａ，Δｔｂを設定した場合を示したが、一つ又は三つ以上の監視時間を設定してもよい。また、単位回転数Ｒｕｃの大きさは同一であってもよいし、温度領域等によって異ならせてもよい。同様に単位回転数Ｒｄｃの大きさも同一であってもよいし、温度領域等によって異ならせてもよい。さらに、電動モータ４１は直流モータを例示したが交流モータであってもよく、その種類は問わないとともに、インバータ回路７ｉ（インバータユニット７）も同様の機能を有する各種タイプにより構成できる。なお、冷却装置１として図４（図５）に示すタイプを例示したが、本発明に係る圧縮機制御方法は、例示以外の各種タイプの冷却装置に対しても同様に利用することができる。

本発明の最良の実施形態に係る圧縮機制御方法の全体の処理手順を示すフローチャート、同圧縮機制御方法における初期始動モード（中断始動モード）による処理手順を示すフローチャート、同圧縮機制御方法における通常運転モードによる処理手順を示すフローチャート、同圧縮機制御方法を実施する冷却装置の全体構成図、同冷却装置における冷却液回路の構成図、同圧縮機制御方法で用いる凝縮冷媒温度の取込み及び上昇率を説明するためのタイムチャート、同圧縮機制御方法により制御される運転可能最高回転数の変化データを示すタイムチャート、

符号の説明

１：冷却装置，２：圧縮機，３：凝縮器，４：膨張弁，５：熱交換器，７：インバータユニット，Ｃｃ：冷凍サイクル，Ｔｃ：凝縮冷媒温度，Ｔｕ１：上限側温度監視値，Ｔｕ２：上限側温度監視値，Ｔｄ１：下限側温度監視値，Ｔｏ：吐出冷媒温度，Ｔｏｓ：温度設定値，Ｔｉ：インバータ放熱器温度，Ｔｉｓ：温度設定値，Ｔｃｃ：始動時温度監視値，Ｒｍａｘ：運転可能最高回転数，Ｒｕｃ：単位回転数，Ｒｄｃ：単位回転数，Ｒｓ：初期回転数，ΔＴｃ：凝縮冷媒温度の上昇率，Ｄｕ：上昇率監視値，ｔｓ：始動開始時点，Δｔｉ：インターバル時間，Δｔａ：監視時間，Δｔｂ：監視時間，Δｔｘ：サンプリング間隔，Ｔｃａ：平均値

Claims

少なくとも、インバータ制御される圧縮機，凝縮器，膨張弁及び熱交換器を接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルを用いた冷却装置における前記圧縮機を制御する冷却装置の圧縮機制御方法において、予め前記圧縮機の運転中における前記凝縮器から吐出する冷媒の温度（凝縮冷媒温度）に対する一又は二以上の異なる上限側温度監視値及び一又は二以上の異なる下限側温度監視値を設定し、前記圧縮機の運転中に、前記凝縮冷媒温度を検出するとともに、当該凝縮冷媒温度が前記上限側温度監視値になったこと及び前記凝縮冷媒温度の上昇率が予め設定した上昇率監視値以上であることを条件に、前記圧縮機に対する運転可能最高回転数を単位回転数だけ順次段階的に減少させ、他方、前記下限側温度監視値になったこと及び前記圧縮機を制御するインバータユニットのインバータ放熱器温度が予め設定した温度設定値以下であることを条件に、前記運転可能最高回転数を単位回転数だけ順次段階的に増加させる制御を、前回行った前記運転可能最高回転数を増加又は減少させる制御から所定のインターバル時間が経過していることを条件に行うことを特徴とする冷却装置の圧縮機制御方法。
前記上昇率には、所定のサンプリング間隔により順次検出した凝縮冷媒温度における現在の検出値とこの検出値の直前における複数の検出値の平均値の偏差を用いることを特徴とする請求項１記載の冷却装置の圧縮機制御方法。
前記運転可能最高回転数を単位回転数だけ増加させる制御には、少なくとも、前記下限側温度監視値になったこと，前記圧縮機から吐出する冷媒の温度（吐出冷媒温度）が予め設定した温度設定値以下であること及び前記圧縮機を制御するインバータユニットのインバータ放熱器温度が予め設定した温度設定値以下であることを条件に行う制御を含むことを特徴とする請求項１記載の冷却装置の圧縮機制御方法。
予め前記凝縮冷媒温度に対する始動時温度監視値を設定し、前記圧縮機を始動する際に、前記凝縮冷媒温度を検出するとともに、前記圧縮機の始動開始時点から、一又は二以上の異なる監視時間が経過した時点における前記凝縮冷媒温度が前記始動時温度監視値以下であることを条件に、前記運転可能最高回転数を予め設定した初期回転数から順次段階的に増加させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の冷却装置の圧縮機制御方法。
前記圧縮機の始動には、運転終了に基づく停止からの始動又は運転中の制御に基づく停止からの始動を含むことを特徴とする請求項４記載の冷却装置の圧縮機制御方法。