JP5659366B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷凍装置に関する。
冷凍装置に設けられるコンプレッサは、過熱や冷媒のスローリーク等の何らかの異常が原因でロックすることがある。コンプレッサがロックすると過電流が流れ、そのまま放置するとコンプモータのコイルが焼損してコンプレッサの破壊に至る。このため、一般的な冷凍装置には、コンプレッサを過電流あるいは過熱から保護するための保護回路(例えば、バイメタル等のオーバーロードリレー)が設けられている。コンプロックの原因となった異常が短時間で解消されればよいが、長く続くと保護回路が断/接を繰り返すので、最悪バイメタルが溶着することがある。
一方、生体試料等を収容し庫内を−80度C以下に冷却するいわゆる超低温フリーザでは、コンプレッサのロック等の障害で冷却能力が失われると、収容する貴重な生体試料を駄目にしてしまうので、それを防止するために冷凍回路を2重に設けておき、一方の冷凍回路(例えば、コンプレッサ)が故障しても、残った他方の冷凍回路で冷却能力を確保し、凍結試料の溶解を回避するようにしたものがある。
特開2010−65925号公報
コンプレッサのロックからバイメタルの溶着に至ると過電流が流れ続けるので、系全体を保護する遮断器(いわゆるブレーカ)が作動する。上述した冷凍回路を2重に設けた装置では、一方の冷凍回路のコンプレッサのロックが原因で系全体がダウンすることを防止するために、2つの冷凍回路それぞれに個別の遮断器をオーバーロードリレーと直列に更に設けている。この個別の遮断器は再度の溶着を防止するために手動復帰型の遮断器が使われると共に、系全体を保護する主遮断器よりも先に作動するよう設定されている。
ところで、電源電圧が変動し、電圧低下によりコンプレッサがロックすることもある。この場合も過電流が流れるが、ここで手動復帰型の個別の遮断器が作動してしまうと、使用者が遮断器を復帰させない限り、電圧が回復しても冷凍回路は停止したままになって、初期の冷凍能力を発揮できなくなってしまう。
そこで、本発明は、電源電圧の一時的な低下でコンプレッサがロックするのを効果的に防止し得る冷凍装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一つの側面に係る冷凍装置は、コンプレッサと、前記コンプレッサを動作させるための電源から前記コンプレッサに流れる電流が所定電流より大きくなると前記コンプレッサに流れる電流を遮断し、利用者の操作に応じて投入される第1遮断器と、を備える冷凍装置であって、前記電源の電圧を測定する電圧測定部と、測定された前記電源の電圧が所定電圧より低くなると、前記電源から前記コンプレッサに流れる電流が遮断されるよう前記第1遮断器に直列に設けられた第2遮断器を遮断し、前記電源の電圧が前記所定電圧より高くなった後に、前記第2遮断器を投入する制御部と、前記冷凍装置の庫内の温度を測定する温度測定部と、を備え、前記制御部は、測定された前記庫内の温度が第1温度となると前記第2遮断器を遮断し、前記庫内の温度が前記第1温度より高い第2温度となると前記第2遮断器を投入し、前記所定電流は、前記電源の電圧が前記所定電圧の際に前記コンプレッサに流れる電流より大きいこと、を特徴とする。
コンプレッサの電源の電圧が一時的に低下した際にも、冷凍装置の庫内の温度上昇を抑制できる制御装置を提供することができる。
本発明の一実施形態である冷凍装置10の構成を示す図である。 マイコン74が実現する機能ブロックを示す図である。 マイコン74が実行する処理の一例を示すフローチャートである。 商用電源の電圧Vacが一時的に低下した際の冷凍装置10の動作を説明するための図である。
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
図1は、本発明の一実施形態である冷凍装置10の構成を示す図である。冷凍装置10は、冷凍庫20、冷媒回路21,22、電源用プラグ23、遮断装置24、変圧器25、及び制御装置26を含んで構成される。
冷凍庫20は、冷凍物品や生体組織等を例えば−80℃の超低温度で保存する。また、冷凍庫20には、庫内の温度に応じた電圧を出力する温度センサ30が設けられている。
冷媒回路21は、冷凍庫20の庫内を冷却するための回路であり、コンプレッサ40、コンデンサ41、膨張弁42、及び蒸発器43を含んで構成される。
コンプレッサ40(第1コンプレッサ)は、蒸発器43で蒸発された冷媒を吸入した後に圧縮し、コンデンサ41へと吐出する。なお、コンプレッサ40には、電源が供給されるとコンプレッサ40を動作させるモータ(不図示)が設けられている。
コンデンサ41は、コンプレッサ40で圧縮された高温、高圧のガス状の冷媒を冷却して液化させる。
膨張弁42は、コンデンサ41で液化された高圧状態の冷媒を気化させて蒸発器43に出力する。蒸発器43は、冷媒を蒸発させ冷凍庫20の庫内を冷却する。
冷媒回路22は、冷媒回路21と同様に冷凍庫20の庫内を冷却するための回路であり、コンプレッサ45(第2コンプレッサ)、コンデンサ46、膨張弁47、及び蒸発器48を含んで構成される。なお、冷媒回路22の各ブロックは、冷媒回路21の各ブロックと同様であるため、詳細な説明は省略する。
商用電源23は、冷凍装置10に電源を供給する電源であり、商用電源23のコンセント(不図示)に接続される。なお、図1においては省略されているが、商用電源23は、制御装置26にも供給されている。
遮断装置24は、例えば庫内の温度が所定温度となった場合や、コンプレッサ40,45に過電流が発生した場合に、コンプレッサ40,45の動作を停止すべく商用電源23からコンプレッサ40,45に供給される電流を遮断する。遮断装置24は、商用電源23と、コンプレッサ40,45との間に設けられ、遮断器50〜55、ケーブル60,61を含んで構成される。
遮断器50は、冷凍庫20のいわゆる主ブレーカであり、商用電源23からコンプレッサ40,45に供給される電流が過電流となると、コンプレッサ40,45に供給される電流を遮断する。
電源電圧は、ケーブル60及び遮断器54とケーブル61及び遮断器52とを介してコンプレッサ40に印加されるとともに、ケーブル60及び遮断器55とケーブル61及び遮断器53とを介してコンプレッサ45に印加される。
なお、本実施形態では、遮断器50に流れる電流が所定電流I0となると、遮断器50は遮断されることとする。
遮断器52は、コンプレッサ40を過電流から保護するためのブレーカであり、コンプレッサ40に流れる電流IAが過電流を示す所定電流I1(第1電流)となると電流IAを遮断する。なお、所定電流I1は、前述の所定電流I0より小さく(例えば半分)に設定されている。
遮断器53は、コンプレッサ45を過電流から保護するためのブレーカであり、コンプレッサ45に流れる電流IBが過電流を示す所定電流I1(第2電流)となると電流IBを遮断する。
なお、遮断器50〜53は、作動後に利用者の操作によって復帰される手動復帰型の遮断器である。
遮断器54は、制御装置26により操作されるいわゆる温調リレーであり、庫内の温度が所定温度となるか、電源電圧Vaが所定電圧V1(例えば、電源電圧Vaの70%)より低くなると、制御装置26により遮断される。
遮断器55は、制御装置26により操作されるいわゆる温調リレーであり、庫内の温度が所定温度となるか、電源電圧Vaが所定電圧V1より低くなると、制御装置26により遮断される。ここで、本実施形態では、電源電圧Vaが所定電圧V1となる際の電流IA,IBは、過電流を示す所定電流I1より小さくなるよう、所定電圧V1が定められている。
したがって、電源電圧Vaが所定電圧V1より低くなると、電流IAが過電流となる前に、つまり、遮断器52が遮断される前に遮断器54が遮断される。同様に、電源電圧Vaが所定電圧V1より低くなると、電流IBが過電流となる前に、つまり、遮断器53が遮断される前に遮断器55が遮断される。なお、ここでは、電源電圧Vaが所定電圧V1となる際の電流IA,IBの夫々を電流I2(<I1)とする。
変圧器25は、電源電圧Vaを所定の比率で降圧するいわゆる計測用の変圧器である。
制御装置26は、変圧器25や温度センサ30からの出力に基づいて、冷凍装置10の動作を統括制御する装置であり、操作部80、記憶装置81、表示部82、及びマイコン83を含んで構成される。
操作部80は、利用者が冷凍装置10の動作を設定するための操作パネル等である。操作部80の操作結果は例えばマイコン83に送信される。
記憶装置81は、マイコン83が実行するプログラムデータや、各種データを記憶する。
表示部82は、庫内の温度、操作結果、冷凍装置10の異常の有無等の各種情報を表示する表示パネル等である。
マイコン83は、記憶装置81に記憶されたプログラムデータを実行することにより、各種機能を実現する。例えば、利用者により庫内の温度が設定されると、マイコン83は、庫内の温度を設定温度とするためのプログラムを実行し、冷凍装置10の各ブロックを制御する。
==マイコン83の詳細について==
マイコン83は、庫内の温度を設定温度とするためのプログラムを実行すると、例えば図2に示すような、温度測定部100、電圧測定部101、制御部102,103、及び計時部104の機能を実現する。
温度測定部100は、温度センサ30からの出力に基づいて庫内の温度を測定する。また、温度測定部100は、測定した温度を表示部82に表示する。
電圧測定部101は、変圧器25で変圧された電圧に基づいて、電源電圧Vacを測定する。なお、電源電圧Vacは交流電圧であるため、電圧測定部102は、電源電圧Vacの例えば実効値を測定する。
制御部102は、測定された庫内の温度が設定温度となるように、遮断器54,55を制御する。制御部102は、庫内の温度が設定温度(例えば、−80℃)より低い所定温度Ta(例えば、−82℃)になると、コンプレッサ40,45の動作を停止すべく遮断器54,55を遮断する。そして、制御部102は、遮断器54,55が遮断されてから所定時間T1経過した後に、庫内の温度が設定温度より高い所定温度Tb(例えば、−78℃)になると、コンプレッサ40,45の動作を開始すべく遮断器54,55を順次オン(接続)する。したがって、冷凍庫20の庫内の温度は、ほぼ設定温度に保たれることになる。なお、所定時間T1は、例えば、コンプレッサ40の吸入側の冷媒の圧力と吐出側の冷媒の圧力とが平衡となるまでの時間(例えば、3分)である。また、所定温度Taは第1温度に相当し、所定温度Tbは第2温度に相当する。
制御部103は、測定された電源電圧Vaと所定電圧V1との大小、すなわち、電源電圧Vaの実効値と所定電圧V1の実効値との大小に基づいて、遮断器54,55を制御する。制御部103は、電源電圧Vaが所定電圧V1より低くなると、コンプレッサ40,45の動作を停止すべく遮断器54,55を遮断(即ちオフ)する。また、制御部103は、遮断器54,55が遮断されてから所定時間T1経過した後に、電源電圧Vaが所定電圧V1より高くなると、遮断器54,55を順次オンする。さらに、制御部103は、電源電圧Vacが所定電圧V1より低くなり、遮断器54,55が遮断されると、表示部82にコンプレッサ40,46が電圧低下により停止したことを示す停止情報を表示する。
計時部104は、遮断器54,55が遮断されてから所定時間T1や、遮断器54が投入されてからの所定時間T2を計時する。なお、所定時間T2は、コンプレッサ40,45が同時に起動することを防ぐために設けられた時間(例えば、1分)である。
==マイコン83の処理の一例について==
ここで、電源電圧Vacが低下した際にマイコン83の各機能ブロックが実行する処理の一例を、図3を参照しつつ説明する。なお、ここでは、庫内の温度はほぼ設定温度になっていることとする。
まず、電圧測定部100は、変圧器25の出力を取得し電源電圧Vacを測定する(S100)。そして、制御部103は、電源電圧Vacが所定電圧V1より低いか否かを判定する(S101)。電源電圧Vacが所定電圧V1より高い場合(S101:NO)、処理S100が繰り返される。一方、電源電圧Vacが所定電圧V1より低い場合(S101:YES)、制御部103は、電源電圧Vacの低下に応じて電流IA,IBが過電流となることを防ぐために、遮断器54,55を遮断する(S102)。この結果、電流IA,IBは遮断され、コンプレッサ40,45の動作は停止される。また、制御部103は、表示部82に、電源電圧Vacが所定電圧V1より低下し、コンプレッサ40,45の動作が停止されたことを示す停止情報を表示する(S103)。
そして、制御部103は、計時部104の経時結果に基づいて、遮断器54,55が遮断されてから所定時間T1が経過したか否かを判定する(S104)。遮断器54,55が遮断されてから所定時間T1が経過すると(S104:YES)、制御部103は、電源電圧Vacが所定電圧V1より高いか否かを判定する(S105)。つまり、制御部103は、処理S105において、電源電圧Vacが復帰したか否かを判定する。
そして、制御部103は、電源電圧Vacが所定電圧V1より高いことを判定すると(S104:YES)、すなわち電源電圧Vacの復帰が判定されると、制御部103は、コンプレッサ40の動作を開始すべく遮断器54をオンする(S106)。また、計時部104の経時結果に基づいて、制御部103は、遮断器54がオンされてから所定時間T2が経過したか否かを判定する(S107)。そして、制御部103は、遮断器54がオンされてから所定時間T2が経過したことを判定すると(S107:YES)、コンプレッサ45の動作を開始すべく遮断器55をオンする(S108)。
このような処理が実行されることにより、電源電圧Vacが復帰した後に、コンプレッサ40,45の動作は再開される。
==電源電圧Vacが低下した際の冷凍装置10の動作の一例について==
図4を参照しつつ、電源電圧Vacが低下した際の冷凍装置10の動作の一例を説明する。なお、ここでは、コンプレッサ40,45はともに動作し、庫内の温度はほぼ設定温度になっていることとする。また、ここでは、例えば変電設備に異常が発生し、時刻t0〜t2の間に、電源電圧Vacが一時的に低下することとする。
まず、時刻t0に電源電圧Vacが低下すると、例えばコンプレッサ40,45の夫々のモータ(不図示)に流れる電流が増加し、電流IA,IBが増加する。また、時刻t1に電源電圧Vacが所定電圧V1より低くなると、遮断器54,55は遮断されるため(S102)、電流IA,IBはゼロとなる。
そして、時刻t1から所定時間T1だけ経過した時刻t3のタイミングでは(S104:YES)、電源電圧Vacは電圧V1より高いため(S105:YES)、遮断器54はオンされる(S106)。この結果、電流IAは増加し、コンプレッサ40の動作は開始される。さらに、時刻t3から所定時間T2だけ経過した時刻t4となると(S107:YES)、遮断器55はオンされる(S108)。したがって、電流IBも増加し、コンプレッサ45の動作は開始される。このように、時刻t0〜t2までの間に電源電圧Vacが一時的に低下した場合であっても、電源電圧Vacが復帰した後には、コンプレッサ40,45の動作も再開される。
ところで、例えば、遮断器54,55が庫内の温度のみに基づいて制御される場合、すなわち、電源電圧Vacが低下しても遮断器54,55が遮断されない場合、点線に示したように時刻t1以降も電流IA,IBは増加し続ける。そして、時刻t10に、電流IA,IBは過電流を示す所定電流I1となるため、遮断器52,53が遮断されることになる。遮断器52,53は、いわゆる手動復帰型の遮断器であるため、このような場合、電源電圧Vacが復帰した後も、自動的にコンプレッサ40,45の動作が開始されることは無い。一方、本実施形態では、電源電圧Vacが復帰した後には、コンプレッサ40,45の動作も再開されるため、冷凍機20の庫内の温度の上昇を抑制できる。
以上、本発明の一実施形態である冷凍装置10について説明した。制御装置26は、電源電圧Vacが低下すると、過電流を遮断する遮断器52が遮断される前に遮断器54を遮断する。そして、電源電圧Vacが復帰すると、遮断器54をオンする。このため、本実施形態では、電源電圧Vacが低下した際に手動復帰型の遮断器52が遮断されることはないため、確実に庫内の温度上昇を抑制できる。
また、制御部103は、遮断器54が遮断されてから、コンプレッサ40の吸入側の冷媒の圧力と吐出側の冷媒の圧力とが平衡となる所定時間T1が経過するまではオンされることは無い。このため、コンプレッサ40の起動時の負荷を軽減することができる。
また、遮断器54は、庫内の温度を調整するための温度調整用の遮断器としても用いられている。したがって、温度調整用の遮断器と、電源電圧Vacが低下した際に遮断される遮断器とを別々に設ける場合と比較すると、部品点数を少なくすることができる。
また、表示部82には、電源電圧Vacが所定電圧V1より低下した際に、コンプレッサ40,45の動作が停止されたことを示す停止情報が表示される。このため、利用者は、電源電圧Vacが低下してコンプレッサ40,45が停止したことを把握することが可能となる。
また、冷凍装置10にように、2つのコンプレッサ40,45が設けられている場合においても、確実に庫内の温度上昇を抑制できる。
また、コンプレッサ40,45が同時にオンされると、コンプレッサ40,45には過渡的に非常に大きな電流が流れるため、商用電源を供給する配電設備に悪影響が与えられることがある。本実施形態では、コンプレッサ40が起動されてから所定時間T2だけ経過したタイミングでコンプレッサ45が起動されているため、コンプレッサ40,45の起動時に発生する過渡的な電流を低減することができる。
なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
冷凍装置10には、2つの冷媒回路21,22が設けられているが、冷媒回路が1つ(例えば、冷媒回路21)しかない場合であっても同様の効果を得ることができる。
一般に、コンプレッサ40の吸入側の冷媒の圧力と吐出側の冷媒の圧力とが平衡となるまでの時間はばらつく。このため、所定時間T1を、コンプレッサ40の吸入側の冷媒の圧力と吐出側の冷媒の圧力とが平衡となるまでの平均時間の所定倍(例えば1.2倍)としても良い。
また、遮断器52,53が遮断される電流はともに所定電流I1であるとしたが、夫々の遮断器が遮断される電流が異なっていても所定電流I2より大きい限り、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
10 冷凍装置
20 冷凍庫
21,22 冷媒回路
23 電源用プラグ
24 遮断装置
25 変圧器
26 制御装置
30 温度センサ
40,45 コンプレッサ
41,46 コンデンサ
42,47 膨張弁
43,48 蒸発器
50〜55 遮断器
60,61 ケーブル
80 操作部
81 記憶装置
82 表示部
83 マイコン
100 温度測定部
101 電圧測定部
102,103 制御部
104 計時部

Claims (5)

  1. コンプレッサと、前記コンプレッサを動作させるための電源から前記コンプレッサに流れる電流が所定電流より大きくなると前記コンプレッサに流れる電流を遮断し、利用者の操作に応じて投入される第1遮断器と、を備える冷凍装置であって、
    前記電源の電圧を測定する電圧測定部と、
    測定された前記電源の電圧が所定電圧より低くなると、前記電源から前記コンプレッサに流れる電流が遮断されるよう前記第1遮断器に直列に設けられた第2遮断器を遮断し、前記電源の電圧が前記所定電圧より高くなった後に、前記第2遮断器を投入する制御部と、
    前記冷凍装置の庫内の温度を測定する温度測定部と、
    を備え、
    前記制御部は、測定された前記庫内の温度が第1温度となると前記第2遮断器を遮断し、前記庫内の温度が前記第1温度より高い第2温度となると前記第2遮断器を投入し、
    前記所定電流は、
    前記電源の電圧が前記所定電圧の際に前記コンプレッサに流れる電流より大きいこと、
    を特徴とする冷凍装置
  2. 請求項1に記載の冷凍装置であって、
    前記制御部は、
    前記第2遮断機を投入する際には、前記第2遮断器が遮断されてから、前記コンプレッサの吸入側の冷媒の圧力と吐出側の冷媒の圧力とが平衡となるまでの時間に応じた所定時間が経過した後に、前記第2遮断器を投入すること、
    を特徴とする冷凍装置
  3. 請求項1または請求項2に記載の冷凍装置であって、
    前記制御部は、
    測定された前記電源の電圧が所定電圧より低くなり前記第2遮断器が遮断されると、前記コンプレッサの動作が停止されたことを示す情報を表示部に表示すること、
    を特徴とする冷凍装置
  4. 第1及び第2コンプレッサと、前記第1及び第2コンプレッサを動作させるための電源から前記第1コンプレッサに流れる電流が第1電流より大きくなると前記第1コンプレッサに流れる電流を遮断し、利用者の操作に応じて投入される第1遮断器と、前記電源から前記第2コンプレッサに流れる電流が第2電流より大きくなると前記第2コンプレッサに流れる電流を遮断し、前記利用者の操作に応じて投入される第2遮断器と、を備える冷凍装置であって、
    前記電源の電圧を測定する電圧測定部と、
    測定された前記電源の電圧が所定電圧より低くなると、前記電源から前記第1コンプレッサに流れる電流が遮断されるよう前記第1遮断器に直列に設けられた第3遮断器を遮断し、前記電源の電圧が前記所定電圧より高くなった後に、前記第3遮断器を投入するとともに、測定された前記電源の電圧が前記所定電圧より低くなると、前記電源から前記第2コンプレッサに流れる電流が遮断されるよう前記第2遮断器に直列に設けられた第4遮断器を遮断し、前記電源の電圧が前記所定電圧より高くなった後に、前記第4遮断器を投入する制御部と、
    前記電源から前記第1コンプレッサ及び前記第2コンプレッサに供給される電流が第3電流より大きくなると、前記第1コンプレッサ及び前記第2コンプレッサに供給される電流を遮断し、利用者の操作に応じて投入される第5遮断機と、
    を備え、
    前記第1電流は、
    前記電源の電圧が前記所定電圧の際に前記第1コンプレッサに流れる電流より大きく、前記第3電流より小さく、
    前記第2電流は、
    前記電源の電圧が前記所定電圧の際に前記第2コンプレッサに流れる電流より大きく、前記第3電流より小さいこと、
    を特徴とする冷凍装置
  5. 請求項に記載の冷凍装置であって、
    前記制御部は、
    前記第3遮断器が遮断されてから、前記第1コンプレッサの吸入側の冷媒の圧力と吐出側の冷媒の圧力とが平衡となるまでの時間に応じた第1時間が経過し、かつ、前記電源の電圧が前記所定電圧より高くなると、前記第3遮断器を投入し、
    前記制御部は、
    遮断された前記第3遮断器が投入されてから第2時間が経過した後に、遮断されている前記第4遮断器を投入すること、
    を特徴とする冷凍装置
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