JP5627351B2 - 容量制御式スクリュー冷凍装置の運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、容量制御式スクリュー冷凍装置の運転制御方法に関する。

容量制御式のスクリュー圧縮機を用いた冷凍装置であって、冷媒用の凝縮器が複数台のファンモータを使用した空冷式の場合に、一部のファンモータに何らかの不具合が（一時的に）生じ、制御装置からの指令と異なる回転数となれば所望の冷凍性能が出せなくなる。例えば回転数不足に至れば、冷媒用凝縮器による冷却が不十分になり、また、過回転状態となれば、冷却が過ぎたり、人為的修理を必要とする故障原因ともなる。冷媒用凝縮器による冷却が不十分になった場合、スクリュー圧縮機の冷媒吐出側圧力（高圧側圧力）が過度に大きくなる。こうした場合に、高圧側圧力値が所定値以上になれば、従来では、冷凍装置異常として、冷凍装置を緊急停止させるしか方法がなかった。異常の場合に冷凍装置を停止させる例として下記特許文献１がある。

特開平８−２４０３４７号公報

しかし、異常があったからといって、常に、即、冷凍装置を停止したのでは、復旧までに時間を要すれば、冷凍庫を有する冷凍装置のユーザー側は、冷凍庫に保存している中身物、例えば、魚やアイスクリーム等の生物商品が損傷して被害を受ける。
依って解決しようとする課題は、高圧側圧力の異常上昇があっても、即、冷凍装置を停止させるのではなく、可及的に冷凍装置を稼働させて停止に至るのを防止することである。

上記目的に鑑みて第１の発明では、スクリュー圧縮機を１台備え、冷媒用凝縮器は複数台のファンモータを備える空冷式であり、前記スクリュー圧縮機の冷媒吸入側である低圧側圧力を検知する低圧側圧力センサを備え、該低圧側圧力センサの検知する圧力値に応じて、フルロード運転と、該フルロード運転に対して冷凍能力を低下させたアンロード運転とを選択切り替えする容量制御式スクリュー冷凍装置の運転制御方法であって、
前記複数台のファンモータの夫々に対応して、異常回転を検知する異常回転検知手段を備えており、
該異常回転検知手段によって異常回転が検知された場合、その異常回転が一部のファンモータに生じている場合は、その異常回転のファンモータを停止させると共に、スクリュー圧縮機の運転を強制的にアンロード運転にさせるよう制御する
ことを特徴とする容量制御式スクリュー冷凍装置の運転制御方法を提供する。

第２発明では、スクリュー圧縮機を１台備え、冷媒用凝縮器は複数台のファンモータを備える空冷式であり、前記スクリュー圧縮機の冷媒吸入側である低圧側圧力を検知する低圧側圧力センサを備え、該低圧側圧力センサの検知する圧力値に応じて、フルロード運転と、該フルロード運転に対して冷凍能力を低下させたアンロード運転とを選択切り替えする容量制御式スクリュー冷凍装置の運転制御方法であって、
前記複数台のファンモータの夫々に対応して、異常回転を検知する異常回転検知手段を備えており、
該異常回転検知手段によって異常回転が検知された場合、その異常回転が一部のファンモータに生じている場合は、その異常回転のファンモータを停止させると共に、スクリュー圧縮機の運転を強制的にアンロード運転にさせ、
異常回転発生の頻度が所定の頻度になれば、当該アンロード運転を維持して人為的な解除を待ち、人為的な解除が成されれば、強制的アンロード運転を解除し、
異常回転発生の頻度が所定の頻度に達していなければ、当該アンロード運転を他の（短い）所定時間だけ継続した後、前記停止させたファンモータを再駆動させ、強制的アンロード運転を解除する
ことを特徴とする容量制御式スクリュー冷凍装置の運転制御方法を提供する。

第３の発明では、第２の発明の前記異常回転の検知回数が所定回数に達し、かつ、所定回数に達するまでの時間が所定時間以下であれば前記強制的に成したアンロード運転を維持するプロセスの他に警報を発報させるよう構成する。

第４の発明では、第１〜第３の発明の前記複数台のファンモータが全てＤＣモータであり、前記異常回転検知手段がホールセンサ出力を使用するよう構成する。

第１の発明では、ファンモータの異常回転を検知すると、ファンモータを停止させるとと共に、スクリュー圧縮機の運転を停止させるのではなくて、強制的にアンロード運転にさせるよう容量制御するので、この間に異常回転が一時的な場合にファンモータが改善する可能性を残しており、必ずしも冷凍装置を停止させる必要性がない。

第２発明では、ファンモータの異常が一部のファンモータである場合は、強制的にアンロード運転にさせ、この強制的アンロード運転においても、異常回転発生の頻度が所定の頻度になれば、当該アンロード運転を維持して人為的な解除を待ち、異常回転発生の頻度が所定の頻度に達していなければ、当該アンロード運転を（短い）所定時間だけ継続した後、停止させたファンモータを再駆動させ、強制的アンロード運転を解除するため、こうした場合は冷凍装置を停止させる必要がなく、可及的に冷凍装置を稼働させることができる。

第３の発明では、アンロード運転を維持する他に警報を発報すると、この警報によって保守者に異常回転発生が認識され易く、人為的解除が円滑に行われ得る。
第４の発明では、ＤＣモータではホールセンサの出力を容易に使用できるため、異常回転の検知が極めて容易になる。

冷凍装置の冷媒とオイルの回路を示す図である。 図１の冷凍装置の制御装置の概略図である。 図１の冷凍装置に対する本発明に係る運転制御用プログラムフロー図である。

以下、本発明を添付図面を用いて更に詳細に説明する。図１は、スクリュー圧縮機の一例としての二段スクリュー圧縮機１０を１台のみ有した冷凍装置であり、この圧縮機１０は、低圧部１０ａ、中間圧部１０ｂ、高圧部１０ｃを備えている。この低圧部１ａに吸込管１２を介して吸入される冷媒ガスは該圧縮機１０で圧縮されて高圧部１０ｃから吐出される。圧縮機１０内で圧縮用気密を保つために使用されるオイルの混入した冷媒ガスが吐出され、吐出管１４を経てオイルセパレータ１６に流入し、ここで冷媒ガス中のオイルが除去された後、管１８を経て冷媒ガスが凝縮器２０に流入する。凝縮器２０で凝縮、液化した冷媒液は、管２２を経て一旦レシーバタンク２４に流入した後に再度前記凝縮器２０を通過させる。本願では前記凝縮器２０は空冷式であり、３個の、例えばＤＣモータによるファンモータＦ１，Ｆ２，Ｆ３を使用している。ファンモータの個数は２個でも、また、４個以上でもよい。また、ファンモータはＡＣモータでもよい。

これらのファンモータＦ１，Ｆ２，Ｆ３は、夫々が図２に示すコンピュータからなる制御装置６０と信号のやり取りができる。ファンモータＦ１，Ｆ２，Ｆ３に対しては、所定の回転数で回転駆動させるように回転指令信号も送信できる。この回転指令信号にも拘わらず、その回転指令信号と異なる回転をする場合が、異常回転の発生である。ＤＣモータの場合は、そのホールセンサの出力をコンピュータ６０が受信でき、その回転数が検知できる。また、ＡＣモータの場合は、例えば、過電流を検知するように構成しておけば、異常回転を検知できる。こうした回転数の検知手段や過電流の検知手段を、本願では異常回転検知手段と称している。

シーバタンク２４を経由して凝縮器２０を通過したこの冷媒液は主回路２６に流入する。この主回路２６は、フィルタドライヤ２８、モイスチャインジケータ３０、管３２、過冷却器３４と連なり、管３６、膨張弁３７を経て冷凍庫、即ちエバボレータ３８に連通し、このエバポレータ３８を出ると前記吸入管１２に連なる。

一方、前記オイルセパレータ１６で分離されたオイルは、管４２を介してオイルクーラ４０に流入し、ここで冷却された後、オイルフィルタ４４、管４６を通って圧縮機１０に戻される。

また、管４６には、管４８を介してアンロード用電磁弁（三方電磁弁）５０が接続されており、この管４８は、アンロード用電磁弁５０を介して管５２と接続されており、該管５２の他端は圧縮機１０の中間圧部１０ｂに接続されている。更に、この管５２と前記管４８とは、アンロード用電磁弁５０を介して管５４と接続されており、該管５４の他端は圧縮機１０の低圧部１０ａに接続されている。

このアンロード用電磁弁５０に通電（又は非通電）して、管５２と管５４のみを連通させ、管４８からの流れだけを停止させた状態では、図示を省略したアンロード機構の作動ピストン弁に加わる圧力が低圧となって該作動ピストン弁がばねに付勢されて所定の位置から移動し、これによって圧縮された冷媒ガスの一部が吸入側に戻るようになる。このことによって容量（能力）が、例えば５０％に低下したアンロード運転となる。また、逆にアンロード用電磁弁５０が非通電（又は通電）となって、オイルが管５４へ流入する弁が閉じられて管４８と管５２のみを連通させた状態では、アンロード機構の作動ピストン弁に加わる圧力は、管４６を流れるオイル圧に近くて高圧であり、前記作動ピストン弁をばね付勢に抗して押圧して所定位置に保持し、これによって容量１００％のフルロード運転となる。

更に、圧縮機１０の低圧部１０ａには低圧側圧力センサＳ１を設けており、この圧力センサＳ１の出力は図２の制御装置６０に入力される。また、本願の特徴的制御には必要としないが、高圧部１０ｃには高圧側圧力センサＳ２を設けており、この出力も制御装置６０に入力され、何らかの原因で高圧部１０ｃの圧力が異常に高くなれば、圧縮機１０が緊急停止するように制御プログラムが組まれていることが一般である。

図３のフロー図を参照しつつ、本発明に係る運転制御方法を説明する。本願では、低圧側圧力センサＳ１の検知圧力値に応じて、フルロード運転とアンロード運転との公知の切り替えを行う平常時の運転制御の説明は省略する。
ステップ６２では、ファンモータＦ１，Ｆ２，Ｆ３（以下、ＦＭと略記する）の何れかが異常回転しているか否かを判定する。こうした異常回転している場合Ｙは、ステップ６４に移り、タイマｔのカウント中か否かを判定する。作動中でなければ、ステップ７０に移ってタイマｔのカウントをスタートさせる。そしてステップ７４において、ＦＭの異常回転の検知回数としてのカウンターＣに１を加える。

ステップ６４において、タイマｔがカウント中Ｙであれば、ステップ６６に移って所定の時間ｔ１（例えば２時間）経過しているか否かを判定する。経過していなければＹ、前記ステップ７４に移る。経過していればＮ、ステップ６８に移り、カウンターＣとタイマｔとを夫々ゼロクリヤーして前記ステップ７４に移る。

ステップ７４の後、ステップ７６に移り、異常回転のＦＭが全数（３台）か否かを判定する。全てではない場合Ｎ、即ち、１台か２台の場合であって、この場合はステップ７８に移り、異常回転のＦＭを停止させ、かつ、圧縮機１０を強制的にアンロード運転にする。ステップ８０では、カウンターＣが所定回数Ｃ１（例えば、３回）に至っているか否かを判定する。未だ所定回数Ｃ１に至っていなければ、ステップ８４に移る。ここでは、前記ステップ７８において強制的にアンロード運転にさせた時からの経過時間Δｔが、所定時間Δｔ１（例えば、１分）に至ればステップ８６に移る。

このステップ８６では、ステップ６２において異常回転有りの判定をした後に処置した事項、即ち、異常回転ＦＭを停止させたのを再駆動して回転させ、ステップ８８で全てのＦＭに異常が無いか否かを判定し、異常なければＹ、ステップ９０に移り、ステップ７８において圧縮器１０の運転を強制的にアンロード運転にさせたが、この強制アンロード運転を解除させて平常時に戻す。この後はステップ６２に戻る。

ステップ８８において異常が有ればＮ、ステップ６２或いはステップ６４に移る。前記ステップ８０において、カウンターＣが所定回数Ｃ１に至った場合Ｙ、所定時間ｔ１以内の短時間において異常回転が多く発生しているという判断により、ステップ９２において、ＦＭの異常を知らせる警報を発報する。また、ステップ８０において否Ｎの場合は、異常回転発生の頻度が小さいという判断の下に既述の通りステップ８４に移る。ステップ９２においては、警報発報しないで、その代りに適宜なディスプレイに、カウンターＣの回数と、それに至ったタイマーｔの値を表示しておいてもよい。

ステップ９２で警報を発報したが、圧縮機１０の運転モードは、ステップ７８のアンロード運転を継続中であり、ステップ７８の異常回転発生時の処理が継続している。ステップ９４において示すように、この状態は保守者等によって手動で警報がリセットされ、ステップ９６で異常回転時の処理が解除されるまで続く。その後はステップ８８に移る。上記警報発報の代わりに所定事項をディスプレイ表示する場合は、それを人が見て異常回転発生頻度が高いと判断した場合に、ステップ９６の処理を行う。

ステップ７６において、異常回転のＦＭが全数Ｙであれば、ステップ９８に移り、全てのＦＭを停止させると共に、圧縮機１０を停止させる。この状態は人為的に復旧させるしか方法は無く、ステップ１００において復旧指示を受信できれば、ステップ８８に移る。

ステップ６２におけるＦＭの異常回転判断においては、単にある瞬間に異常回転が検知されただけではなく、例えば１分間隔で３度検知し、その何れもが異常回転である場合にのみ、はじめて実際の異常回転が発生していると判断して、その後のステップに進めるように構成する（プログラムする）こともできる。この回転異常について、何れかの場所に設けた図示しないディスプレイに異常表示をしてもよい。

本発明は、スーパーや一般のお店の、魚等のための冷凍庫の冷却コイルを蒸発器（熱負荷体）として組み込む容量制御式スクリュー冷凍装置に利用できる。

１０ スクリュー圧縮機
１０ａ 低圧部
１０ｂ 中間圧部
１０ｃ 高圧部
２０ 凝縮器
３８ 蒸発器（冷凍庫）
４８ オイル用の管
５０ アンロード用電磁弁
５２ オイル用の管
５４ オイル用の管
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ 冷却ファンモータ
Ｓ１ 低圧側圧力センサ

Claims (4)

1. スクリュー圧縮機を１台備え、冷媒用凝縮器は複数台のファンモータを備える空冷式であり、前記スクリュー圧縮機の冷媒吸入側である低圧側圧力を検知する低圧側圧力センサを備え、該低圧側圧力センサの検知する圧力値に応じて、フルロード運転と、該フルロード運転に対して冷凍能力を低下させたアンロード運転とを選択切り替えする容量制御式スクリュー冷凍装置の運転制御方法であって、
   前記複数台のファンモータの夫々に対応して、異常回転を検知する異常回転検知手段を備えており、
   該異常回転検知手段によって異常回転が検知された場合、その異常回転が一部のファンモータに生じている場合は、その異常回転のファンモータを停止させると共に、スクリュー圧縮機の運転を強制的にアンロード運転にさせるよう制御する
   ことを特徴とする容量制御式スクリュー冷凍装置の運転制御方法。
2. スクリュー圧縮機を１台備え、冷媒用凝縮器は複数台のファンモータを備える空冷式であり、前記スクリュー圧縮機の冷媒吸入側である低圧側圧力を検知する低圧側圧力センサを備え、該低圧側圧力センサの検知する圧力値に応じて、フルロード運転と、該フルロード運転に対して冷凍能力を低下させたアンロード運転とを選択切り替えする容量制御式スクリュー冷凍装置の運転制御方法であって、
   前記複数台のファンモータの夫々に対応して、異常回転を検知する異常回転検知手段を備えており、
   該異常回転検知手段によって異常回転が検知された場合、その異常回転が一部のファンモータに生じている場合は、その異常回転のファンモータを停止させると共に、スクリュー圧縮機の運転を強制的にアンロード運転にさせ、
   異常回転発生の頻度が所定の頻度になれば、当該アンロード運転を維持して人為的な解除を待ち、人為的な解除が成されれば、強制的アンロード運転を解除し、
   異常回転発生の頻度が所定の頻度に達していなければ、当該アンロード運転を他の（短い）所定時間だけ継続した後、前記停止させたファンモータを再駆動させ、強制的アンロード運転を解除する
   ことを特徴とする容量制御式スクリュー冷凍装置の運転制御方法。
3. 前記異常回転の検知回数が所定回数に達し、かつ、所定回数に達するまでの時間が所定時間以下であれば前記強制的に成したアンロード運転を維持するプロセスの他に警報を発報させる請求項２記載の容量制御式スクリュー冷凍装置の運転制御方法。
4. 前記複数台のファンモータが全てＤＣモータであり、前記異常回転検知手段がホールセンサ出力を使用する請求項１〜３の何れか１記載の容量制御式スクリュー冷凍装置の運転制御方法。

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