JP5325375B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は駆動周波数が可変のインバータ圧縮機を備えた冷凍装置に関する。

この種従来技術としては、特許文献１に記載のものが知られている。この文献記載の従来技術では、インバータ制御回路が故障した場合、商用電源に切換えて運転するようにしている。

特開２０００−２５７９６４号公報（段落「００３４」、図７）

圧縮機を可変速運転させるためのインバータ装置には、許容電流として予め使用電流の上限値が決められている。このため、圧縮機の運転電流が大きくなり、インバータ装置の許容電流の上限値に近づくと、駆動周波数を減少させることで電流値をそれ以上には上昇させないような制御を行うことにより、圧縮機運転電流が上限値にならないような制御が一般的に行なわれている。

このような状態となるのは夏期等の高外気温時などであるが、高外気温時などではショーケース等の冷却器側の負荷も大きいことがほとんどである。しかし、従来装置では、高外気温時などで電流値が近づくと、駆動周波数を下げるように動作するため、冷却器側にとっては駆動周波数不足による冷凍能力不足となり、ショーケースなどの温度が設定温度に達しないという課題があった。

インバータ装置に使用している部品の定格容量を上げれば許容電流の上限を引き上げることは可能であるが、インバータ装置が高価なものとなる問題が生じる。

本発明の目的は、高外気温度時などの冷却器側負荷が大きい場合でも運転能力の低下を最小限に抑え、且つ安価な冷凍装置を得ることにある。

本発明は、駆動周波数が可変のインバータ圧縮機を少なくとも一台備えた冷凍装置において、前記インバータ圧縮機をインバータによる可変速運転と商用電源による一定速運転の何れでも運転可能に切り替えるための制御手段と、冷凍装置の負荷を検出する負荷検出手段とを備え、前記制御手段は、インバータによる可変速運転中において、前記負荷検出手段により検出された負荷により、インバータ装置の許容電流の上限値に達するか近づいたと判断される場合、前記インバータの駆動周波数の上昇を禁止させる又は前記インバータの駆動周波数を減少させるインバータ保護制御を設けており、前記インバータ保護制御により前記インバータの駆動周波数を上げることができない場合には、その時のインバータ装置の駆動周波数と、商用電源による駆動周波数とを比較し、商用電源による駆動周波数の方が高い場合には、インバータによる可変速制御から商用電源による一定速運転に切り替えることを特徴とする。

ここで、前記負荷検出手段は、外気温度を検出する温度検出手段とし、前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された外気温度に基づく負荷により、前記インバータ装置が許容電流値の上限に近づいたかどうかを判断するようにすると良い。或いは、前記負荷検出手段を、冷凍装置を構成する冷凍サイクルの高圧圧力を検出する高圧圧力検出手段とし、前記制御手段は、前記高圧圧力検出手段により検出された高圧圧力に基づく負荷により、前記インバータ装置が許容電流値の上限に近づいたかどうかを判断するようにしても良い。

或いは、本発明は、駆動周波数が可変のインバータ圧縮機を少なくとも一台備えた冷凍装置において、前記インバータ圧縮機をインバータによる可変速運転と商用電源による一定速運転の何れでも運転可能に切り替えるための制御回路と、前記インバータ圧縮機の運転電流を検出するための電流検出器とを備え、前記制御回路は、インバータによる可変速運転中において、前記電流検出器によって検出された電流値がインバータ装置の許容電流の上限値に達するか近づいた場合、前記インバータの駆動周波数の上昇を禁止させる又は前記インバータの駆動周波数を減少させるインバータ保護制御を設けており、前記インバータ保護制御により前記インバータの駆動周波数を上げることができない場合には、駆動周波数を減少させる方向に制御される時のインバータ装置の駆動周波数と、商用電源による駆動周波数とを比較し、商用電源による駆動周波数の方が高い場合には商用電源に切り替え、商用電源による駆動周波数の方が低い場合には前記インバータ装置の駆動周波数を許容電流の上限値を超えないように制御することを特徴とする。

上記において、駆動周波数が可変のインバータ圧縮機の他に、一定速の圧縮機も少なくとも１台以上搭載するインバータマルチ冷凍機とすることもできる。

また、前記インバータ装置の駆動周波数より商用電源による駆動周波数の方が小さい場合には、前記インバータ装置の許容電流の上限値に到達しないように、インバータ装置の駆動周波数を減少させる方向に制御すると良い。

ここで、前記インバータ装置の駆動周波数を許容電流の上限値超えないように制御する場合、インバ−タ装置による運転周波数が商用電源周波数よりも低くなるまでは前記インバータ装置によりそのまま運転を継続し、インバ−タ装置による運転周波数が商用電源周波数よりも低くなったと判断された時点で商用電源に切り替えて運転するようにすると良い。

なお、商用電源による駆動周波数の方が高い場合には、直ちに、インバータによる可変速制御から商用電源による一定速運転に切り替えるようにすると良い。
また、商用電源による一定速運転に切り替えた後、再びインバータ装置による運転に切り替える場合には、一定時間経過後に切り替えるように制御すると良い。

更に、インバータ圧縮機が商用電源による運転に切り替わった後、冷凍装置の稼動状況（冷却器側の負荷）によって自動的にインバータ装置による運転に切り替えるようにすると良い。

本発明によれば、冷却器側の負荷が大きくなりインバータ圧縮機を駆動するインバータ装置の許容電流値の上限に近づくことで、駆動周波数を下げる状況になった場合、その時のインバータ装置の駆動周波数と、商用電源による駆動周波数とを比較し、商用電源による駆動周波数の方が高い場合には、インバータによる可変速制御から商用電源による一定速運転に切り替えるようにしているから、駆動周波数が商用電源による駆動周波数以下に下がる頻度を最小限にでき、しかもインバータ装置に使用している部品の定格容量を上げる必要もなくなり、安価な冷凍装置を得ることができる。

また、駆動周波数を下げる状況になった場合、その時のインバータ装置の駆動周波数と商用電源による駆動周波数とを比較するので、インバータ装置の駆動周波数を下げてもなおインバータ装置による駆動周波数が、商用電源による駆動周波数よりも高いと判断される場合には商用電源に切り替えないように制御できるから、常により高い周波数での運転が可能になる効果も得られる。

従って、本発明によれば、高外気温度時などの冷却器側負荷が大きい場合でも運転能力の低下を最小限に抑えることができるから、冷却器側の温度上昇を抑え且つ安価な冷凍装置を得ることができる。特に、インバータ圧縮機の駆動周波数の上限が６０Ｈｚ程度の冷凍装置に適用すると特に有効が大である。

以下、本発明の実施例を図面に従い説明する。

図１は本発明の冷凍装置に使用されるインバ−タ圧縮機の駆動制御回路を説明する図、第２図はインバータ圧縮機の駆動周波数の制御を説明する図である。

図１において、１はインバ−タ装置で、電磁接触器３，４の接点を閉じることによりインバ−タ圧縮機２をインバ−タ駆動させる回路となっている。商用電源運転時は電磁接触器３，４の接点を開き電磁接触器５の接点を閉じることにより圧縮機２を商用電源による一定の周波数で運転させることができる。また、６は一定速圧縮機であり、電磁接触器７を開閉することで運転、停止される。このように一定速の圧縮機６も１台以上備えることでマルチ冷凍機とすることができる。一定速圧縮機６を複数台備える場合、負荷に応じて台数制御される。

次に図１，図２によりインバ−タ圧縮機の駆動周波数制御を説明する。９は冷凍装置を構成する冷凍サイクル（図示せず）の低圧側の圧力を検出する低圧圧力センサ、１１は同じく冷凍サイクルの高圧側圧力を検出する高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）、１０は外気温度を検出する外気温度センサ（温度検出手段）であり、これらの信号はユニットコントロ−ラ（制御手段）８に取り込まれ、これらの信号に基づきコントローラ８はインバータ装置を介してインバ−タ圧縮機２の駆動周波数を制御している。即ち、図２に示すように、ロ−ドアップ圧力値（ＰｓＵ）とロ−ドダウン圧力値（ＰｓＤ）をユニットコントロ−ラ８で設定しておくことにより、冷凍機吸入圧力がロ−ドアップ圧力値とロ−ドダウン圧力値の間のＢの範囲に収まるようインバータ圧縮機２の駆動周波数を調整する。

ここで、圧縮機２の駆動周波数はインバ−タ装置保護のため、通常は運転電流が過大にならない（許容値を超えない）ように図３に示す保護制御を設けている。即ち、運転電流Ｉが駆動周波数上昇禁止開始値（許容電流の上限値に近い値）Ｉ_２まで上昇した場合、駆動周波数の上昇を禁止させ、電流Ｉが駆動周波数上昇禁止解除値であるＩ_１に低下するまでは駆動周波数の上昇禁止を継続する。また、駆動周波数上昇禁止値開始値Ｉ_２により駆動周波数の上昇を禁止させても、外気温度の上昇や負荷の増大等により運転電流Ｉが更に上昇し、駆動周波数強制減少開始値（許容電流の上限値またはこれに極めて近い値）Ｉ_４まで上昇してしまった場合には、駆動周波数を強制的に除々に減少させ、運転電流Ｉが駆動周波数強制減少解除値Ｉ_３に低減したら、圧縮機駆動周波数の強制減少を解除し、周波数を固定する。その後も電流値に応じて同様の制御を繰返す。

なお、図３は電流値を検出して制御する例を示したが、高圧圧力を検出し、高圧圧力に基づく負荷により、電流値を推定すること、或いは外気温度を検出し、外気温度に基づく負荷により、電流値を推定することでも同様の制御が可能となる。

上記のインバ−タ装置保護のための制御のため、運転周波数が低下すると冷凍能力が低下する。このため、ショーケース（冷却器）側の温度が設定温度に達しないという問題が生じる。

本実施例では上記の保護制御のために運転周波数が低下し冷凍能力が低下するのを最小限に抑えることができるようにしている。この本実施例の制御を図４のフロー図により説明する。図４はインバ−タ装置による可変速運転から商用電源による一定速運転への切り替え制御について説明する図である。図３で説明した保護制御により圧縮機の駆動周波数が減少し、吸入圧力が図２に示すＡの領域、即ち圧縮機運転周波数の上昇指示区域にある状態となっても、インバータ装置の許容電流値の上限に近いため、駆動周波数を上げることができない場合には、その時のインバータ装置の駆動周波数と商用電源周波数とを比較する。その結果、商用電源による周波数の値が現在のインバータ駆動周波数よりも高い場合には商用運転電源に切り替えてインバータ圧縮機２を商用電源周波数で一定速運転する。これにより冷凍能力を確保でき、安定した冷却運転を行うことができる。

また、インバータ装置の駆動周波数と商用電源周波数とを比較した結果、インバータ装置による駆動周波数の方が商用電源による周波数よりも高い場合には、インバータ装置による運転を継続する。この場合、インバータ装置の許容電流の上限値超えないように駆動周波数を制御し、インバ−タ装置による運転周波数が商用電源周波数よりも低くなるまではインバータ装置によりそのまま運転を継続し、インバ−タ装置による運転周波数が商用電源周波数よりも低くなったと判断された時点で商用電源に切り替えて運転される。
上記のように、本実施例によれば、より高い周波数でインバータ圧縮機を駆動することが可能となる。

次に、図５により、一定速運転からインバ−タ装置による可変速運転への切り替え制御について説明する。図４の制御により、インバ−タ装置による可変速運転から商用電源による一定速運転への切り替わった後、外気温度の低下などにより冷却器側の負荷が減少し、運転電流値が図３におけるI_２以下になった場合（或いは検出された外気温度や高圧圧力により運転電流値がI_２以下であると推定される場合）、保護制御が解除され、インバータ装置により商用電源周波数以上の周波数での運転が可能になった場合、インバータ装置による可変速運転に切り替える。インバータ装置による可変速運転に切り替えることで省エネ運転を行うことができる。

なお、この商用電源からインバータ装置による運転への切り替えは、商用電源への切り替えから一定時間が経過後に自動的に行うようにしても良い。但し、自動切換え後も負荷が大きい状態が変わっていなければ、再び商用電源への切り替えが為されるが、この切り替えは一定時間経過後に行うようにすると良い。

更に具体的な実施例を説明する。
この実施例は６０Ｈｚの商用電源で運転する場合の例である。冷凍サイクルを構成する冷媒はＲ４０４Ａ或いはＲ２２とする。インバータ圧縮機の二次電流を検出し、その電流値が48.0Ａ（Ｒ４０４Ａの場合）或いは47.5Ａ（Ｒ２２の場合）以上となった場合、その時の駆動周波数が５４Ｈｚ以下で１０分継続した場合、一時的にインバータ圧縮機を商用電源による一定速運転に切り替えることで６０Ｈｚで運転することが可能となる。

実施例２ではインバータ圧縮機の二次電流を検出することで制御する具体例を示したが、この実施例では、冷凍サイクルの高圧圧力または外気温度を検出して制御する例を説明する。

高圧圧力の検出による場合、冷凍サイクルの高圧側圧力を圧力センサなどで検出し、その圧力値が2.85ＭＰａ（Ｒ４０４Ａの場合）或いは2.65ＭＰａ（Ｒ２２の場合）以上となった場合、その時の駆動周波数が５４Ｈｚ以下で１０分継続した場合、一時的にインバータ圧縮機を商用電源による一定速運転に切り替えることで６０Ｈｚで運転させることが可能となり、運転容量を確保することができる。

同様に外気温度の検出による場合には、外気温度を温度センサなどで検出し、その温度が４０℃以上となった場合、その時の駆動周波数が５４Ｈｚ以下で１０分継続した場合、一時的にインバータ圧縮機を商用電源による一定速運転に切り替える。

上記の高圧圧力の検出による場合或いは外気温度の検出による場合には、商用電源に切り替わった後２時間経過すると自動的にインバータ装置による運転に戻す制御が為されるように構成されている。

本発明の冷凍装置における圧縮機の駆動制御回路の一例を示す回路図。 図１の圧縮機駆動制御回路におけるインバータ装置による運転周波数増減制御の一例を説明する図。 運転電流が許容値を超えないように制御するための保護制御の例を説明する制御図。 インバ−タ装置による可変速運転から商用電源による一定速運転への切り替え制御についての一例を説明するフロ−図。 定速運転からインバ−タ運転への切換え制御の一例について説明するフロ−図。

符号の説明

１…インバ−タ装置（インバータ回路）、２…インバ−タ圧縮機、３，４…インバ−タ用電磁接触器、５…商用電源運転用電磁接触器、６…一定速圧縮機、７…一定速用電磁接触器、８…ユニットコントロ−ラ（制御手段、制御装置）、９…低圧圧力センサ、１０…外気温度センサ（温度検出手段）、１１…高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）。

Claims (10)

1. 駆動周波数が可変のインバータ圧縮機を少なくとも一台備えた冷凍装置において、
   前記インバータ圧縮機をインバータによる可変速運転と商用電源による一定速運転の何れでも運転可能に切り替えるための制御手段と、
   冷凍装置の負荷を検出する負荷検出手段とを備え、
   前記制御手段は、インバータによる可変速運転中において、前記負荷検出手段により検出された負荷により、インバータ装置の許容電流の上限値に達するか近づいたと判断される場合、前記インバータの駆動周波数の上昇を禁止させる又は前記インバータの駆動周波数を減少させるインバータ保護制御を設けており、前記インバータ保護制御により前記インバータの駆動周波数を上げることができない場合には、その時のインバータ装置の駆動周波数と、商用電源による駆動周波数とを比較し、商用電源による駆動周波数の方が高い場合には、インバータによる可変速制御から商用電源による一定速運転に切り替えることを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、前記負荷検出手段は、外気温度を検出する温度検出手段であり、
   前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された外気温度に基づく負荷により、前記インバータ装置が許容電流値の上限に近づいたかどうかを判断することを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１において、前記負荷検出手段は、冷凍装置を構成する冷凍サイクルの高圧圧力を検出する高圧圧力検出手段であり、
   前記制御手段は、前記高圧圧力検出手段により検出された高圧圧力に基づく負荷により、前記インバータ装置が許容電流値の上限に近づいたかどうかを判断することを特徴とする冷凍装置。
4. 駆動周波数が可変のインバータ圧縮機を少なくとも一台備えた冷凍装置において、
   前記インバータ圧縮機をインバータによる可変速運転と商用電源による一定速運転の何れでも運転可能に切り替えるための制御回路と、
   前記インバータ圧縮機の運転電流を検出するための電流検出器とを備え、
   前記制御回路は、インバータによる可変速運転中において、前記電流検出器によって検出された電流値がインバータ装置の許容電流の上限値に達するか近づいた場合、前記インバータの駆動周波数の上昇を禁止させる又は前記インバータの駆動周波数を減少させるインバータ保護制御を設けており、前記インバータ保護制御により前記インバータの駆動周波数を上げることができない場合には、駆動周波数を減少させる方向に制御される時のインバータ装置の駆動周波数と、商用電源による駆動周波数とを比較し、商用電源による駆動周波数の方が高い場合には商用電源に切り替え、商用電源による駆動周波数の方が低い場合には前記インバータ装置の駆動周波数を許容電流の上限値を超えないように制御することを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項１〜４の何れかにおいて、駆動周波数が可変のインバータ圧縮機の他に、一定速の圧縮機も少なくとも１台搭載していることを特徴とする冷凍装置。
6. 請求項１〜５の何れかにおいて、前記インバータ装置の駆動周波数より商用電源による駆動周波数の方が小さい場合には、前記インバータ装置の許容電流の上限値に到達しないように、インバータ装置の駆動周波数を減少させる方向に制御することを特徴とする冷凍装置。
7. 請求項４において、前記インバータ装置の駆動周波数を許容電流の上限値を超えないように制御する場合、インバ−タ装置による運転周波数が商用電源周波数よりも低くなるまでは前記インバータ装置によりそのまま運転を継続し、インバ−タ装置による運転周波数が商用電源周波数よりも低くなったと判断された時点で商用電源に切り替えて運転することを特徴とする冷凍装置。
8. 請求項１〜４の何れかにおいて、商用電源による駆動周波数の方が高い場合には、直ちに、インバータによる可変速制御から商用電源による一定速運転に切り替えることを特徴とする冷凍装置。
9. 請求項１〜４の何れかにおいて、商用電源による一定速運転に切り替えた後、再びインバータ装置による運転に切り替える場合には、一定時間経過後に切り替えるように制御することを特徴とする冷凍装置。
10. 請求項１〜４の何れかにおいて、インバータ圧縮機が商用電源による運転に切り替わった後、冷凍装置の負荷によって自動的にインバータ装置による運転に切り替えることを特徴とする冷凍装置。

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