JP5956781B2 - 冷却コンプレッサ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置の定常運転制御に関し、特に、インバータ制御方式を採用した冷却コンプレッサ制御装置に用いて好適のものである。

近年、ヒートポンプを用いた冷却技術では、消費電力の低減に関する取組として、コンプレッサのモータ制御にインバータ技術が導入されている。インバータ制御方式では、モータ回転数を適宜に制御できるので、冷却対象の温度状況に応じて最適な回転数でヒートポンプ装置を駆動させることが可能となる。

特に、冷却装置で行われる定常運転では、エネルギー消費効率（ＣＯＰ値）の高い制御が要求される為、コンプレッサモータの回転数が比較的低回転に設定される（例えば、５０Ｈｚ，４極モータのコンプレッサの場合、１５００ｒｐｍ）。

例えば、特開２０００−１７１１４０号公報（特許文献１）では、定常運転時における制御が説明されている。定常運転での制御は、図６（ａ）に示す如く、コンプレッサモータの回転数を３９Ｈｚに設定し、上限値Ｔ１に達するとコンプレッサモータを設定回転数で運転させ、下限値Ｔ２に達するとコンプレッサモータを停止させる。このように、定常運転での制御は、コンプレッサモータの運転・停止を適宜に繰返すことで、制御対象温度（冷凍装置の場合、庫内温度を指す。）を上限値Ｔ１〜下限値Ｔ２の範囲でヒステリシス変動させ、当該制御対象温度を目標温度Ｔ０へ収斂させている。

尚、制御対象温度について、ヒステリシス変動によって形成される１周期を運転サイクルＤｔと呼び、コンプレッサモータを停止させている期間を停止期間Ｄｘ，コンプレッサモータを運転させている期間を運転期間Ｄｙと呼ぶこととする（図６ａ参照）。

冷却装置では、電力消費の視点によれば設定回転数を下げ運転期間Ｄｙを長く設定した方が有利な反面、エバポレータの結露凍結防止（デフロスト効果）の視点によれば運転期間Ｄｙを短く設定すべき要求がある。このため、図６（ａ）に示す如く、制御対象温度は、双方の技術的事情を両立させる為、運転サイクルＤｔについて停止期間Ｄｘと運転期間Ｄｙとが略一致しているのが理想的である。

特開２０００−１７１１４０号公報

しかし、従来技術によれば、設定回転数によって定まる冷却能力と冷却対象の熱負荷がバランスした場面に限り、上述した理想的な運転サイクルＤｔが形成されるに過ぎない。従来技術にあっては、このバランスされた状態に新たな熱負荷が加えられると、適宜にコンプレッサモータの回転数が設定されることとなるが、新たな熱負荷を含む全熱負荷が設定回転数にバランスしない限り、運転サイクルＤｔにおける期間Ｄｘと期間Ｄｙとの平衡状態が崩れることとなる。

以下説明する図６（ｂ），図６（ｃ），図７（ｂ），図７（ｃ）は、熱負荷と設定回転数とのバランス中に制御対象の熱負荷を変更させ、其のバランスが崩れ始める局面を示している。尚、温度波形Ｗｒは、温度の推移を示すものであり（実線部）、この波形のうち、停止期間Ｄｘに対応する部位を波形Ｗｘと呼び，運転期間Ｄｙに対応する部位を波形Ｗｙと呼ぶ。また、各図中の点線部は、バランスが継続していた場合の仮の波形である。また、図７（ａ）は、便宜的に図示されたもので、図６（ａ）で示される状態と同じである。

図６（ｂ）は、時刻ｔ２で所定の熱負荷を取去った場合の運転サイクルである。この場合、温度波形Ｗｒは、波形Ｗｙの勾配が大きくなり、運転サイクルＤｔに対する運転期間Ｄｙの割合を少なくさせる。波形Ｗｙの勾配が著しく大きい場面は、熱負荷に対してモータ回転数が過剰設定されている状態を意味する。このような場面では、設定回転数を低下させ、消費電力を抑制させるべきである。また、下限値Ｔ２でのオーバーシュートを招く惧れがある。

また、図６（ｃ）は、時刻ｔ２で所定の熱負荷を追加した場合の運転サイクルである。この場合、温度波形Ｗｒは、波形Ｗｙの勾配が小さくなり、運転サイクルＤｔに対する運転期間Ｄｙの割合が増加する。波形Ｗｙの勾配が著しく小さい場面は、熱負荷に対してコンプレッサモータの回転数が不十分である状態を意味する。このような場面では、設定回転数を上昇させ運転期間Ｄｙを短縮させなければ、冷却動作を収斂できないので、消費電力の低下を見込めない。

また、図７（ｂ）は、時刻ｔ０で所定の熱負荷を追加した場合の運転サイクルである。この場合、波形Ｗｙの勾配が小さくなるところ、図６（ｃ）での場面と同様に、設定回転数を上昇させコンプレッサの冗長運転を回避させなければならない。加えて、図７（ｂ）の場合、波形Ｗｘの勾配が大きくなる為、運転停止期間Ｄｘが短くなり、運転サイクルＤｔに対する停止期間Ｄｘの割合を少なくさせる。かかる場面では、停止期間Ｄｘでのデフロスト効果が減退するので、やはり、運転期間Ｄｙの短縮が求められる。

また、図７（ｃ）は、時刻ｔ０で所定の熱負荷を取去った場合の運転サイクルである。この場合、波形Ｗｘの勾配が小さくなること、波形Ｗｙの勾配が大きくなることから、波形Ｗｘ及びＷｙをバランスさせるため、設定回転数を今より低く設定させる制御が要求される。

しかし、従来技術に係る定常運転制御では、運転サイクルＤｔ（又は、停止期間Ｄｘ）に占める運転期間Ｄｙといった視点で省電力化の検討が行われていない為、運転期間Ｄｘ及び停止期間Ｄｙのバランス状態が偶発的に形成されることはあっても、其のバランス状態は熱負荷の変動に伴って崩されてしまう。

本発明は、繰返し実施される停止動作及び運転動作の双方の期間を持続的にバランスさせ得る冷却コンプレッサ制御装置の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明では次のような冷却コンプレッサ制御装置の構成とする。即ち、コンプレッサモータの回転数及び始動停止動作を規定した出力信号を生成し、ヒステリシス変動に伴う庫内温度の運転サイクルを制御させる冷却コンプレッサ制御装置において、前記運転サイクルにおける１周期の運転期間を算出する第１の期間算出処理と、前記運転サイクルにおける１周期の運転期間のうち温度減少期間を算出する第２の期間算出処理と、前記運転サイクルにおける１周期の運転期間に対する前記温度減少期間の割合を算出する比率算出処理と、前記割合の算出値に基づいて前記出力信号を成形させる信号成形処理とを実行させることとする。

また、本発明では次のような冷却コンプレッサ制御装置の構成としても良い。即ち、コンプレッサモータの回転数及び始動停止動作を規定した出力信号を生成し、ヒステリシス変動に伴う庫内温度の運転サイクルを制御させる冷却コンプレッサ制御装置において、前記運転サイクルにおける１周期の運転期間のうち温度増加期間を算出する第１の期間算出処理と、前記運転サイクルにおける１周期の運転期間のうち温度減少期間を算出する第２の期間算出処理と、前記温度増加期間に対する前記温度減少期間の割合を算出する比率算出処理と、前記割合の算出値に基づいて前記出力信号を成形させる信号成形処理とを実行させることとする。

好ましくは、前記信号成形処理は、予め設定された基準割合よりも前記割合の算出値が高い場合、前記回転数を上昇させる出力信号を成形させ、予め設定された基準割合よりも前記割合の算出値が低い場合、前記回転数を低下させる出力信号を成形させると良い。

好ましくは、前記基準割合は、熱負荷の変動が生じない場合に、前記運転サイクルにおける１周期の運転期間を構成する温度減少期間と温度増加期間とが略一致する割合に設定されていると良い。

更に好ましくは、前記信号成形処理では、前記割合の算出結果に対応させて指令回転数情報を特定する処理と、前記指令回転数情報に基づいて前記出力信号を成形させる処理と、を実行させると良い。

本発明に係る冷却コンプレッサ制御装置によると、運転割合を設定回転数の算定パラメータとして利用することで、停止期間と運転期間とを適宜に配分させる制御を実現させる。このため、設定回転数の過剰設定又は過小設定を回避させることとなり、運転サイクルでの平衡状態を保つことで、定常運転における消費電力の増加を抑制させることが可能となる。

また、当該冷却コンプレッサ制御装置は、停止期間と運転期間とのバランス作用に伴って、停止期間におけるデフロスト効果の低下を免れ、併せて、ヒステリシス制御における下限温度近傍でのオーバーシュートを抑えることが可能となる。

一般的な冷却装置の機能構成を示す図。 実施の形態に係る運転サイクルの変化を示す図。 指令回転数情報を特定させるマップ情報を示す図。 割合の算出方法の一例を示す図。 割合の算出方法の他の例を示す図。 熱負荷を変化させた場合の運転サイクルを示す図（其の１）。 熱負荷を変化させた場合の運転サイクルを示す図（其の２）。

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して具体的に説明する。図１は、一般的な冷却装置の触媒回路（冷凍回路）が示されている。ここで冷却装置とは、貯蔵庫を具備する冷凍装置・冷蔵装置を意味するものであり、冷凍装置及び冷蔵装置のうち何れか一方のみの構成であっても良く、これら双方の機器を含む構成であっても良い。便宜として、かかる意味を持つ冷却装置を冷凍装置と呼び換えて以下説明を行う。

図示の如く、冷凍装置１０に形成される触媒回路には、冷却コンプレッサ１１，凝縮器１３，キャピラリーチューブ１５，蒸発器１６が設けられ、各々が冷媒チューブ１８によってループ状に接続されている。チューブ内には冷媒が封入されており、この冷媒は、冷却コンプレッサ１１に応動して冷媒回路を循環する。

更に、冷凍装置１０には、ドライブ回路１２と送風ファン１４及び１７が適宜に配備されている。これらは、冷却コンプレッサ制御装置１９へ電気的に接続され、冷却コンプレッサ制御装置１９から与えられた信号によって制御される。以下、冷却コンプレッサ制御装置１９を、単に制御装置１９と呼ぶこととする。

ドライブ回路１２は、複数のパワートランジスタから成るインバータ回路であって、ＰＷＭ信号によって制御される。当該インバータ回路は、ＰＷＭ信号の周波数に応じて三相交流電流を生成し、冷却コンプレッサへ内蔵されるコンプレッサモータ（図示なし）の回転数を制御する。このＰＷＭ信号は、特許請求の範囲における出力信号の一形態であって、コンプレッサモータの各運転を規定するものである。具体的に説明すると、ＰＷＭ信号は、サイン波形を表現するためにパルス幅変調させているパルス部分が当該モータの運転動作を規定している。また、ＤＵＴＹが一定値とされているパルス部分が当該モータの停止動作を規定している。また、パルス変調の表現する周波数が当該モータの指令回転数を規定することとなる。

コンプレッサモータは、上述したＰＷＭ信号によって制御され、冷却コンプレッサの羽根車を駆動・停止・回転数調整させる。そして、駆動開始した羽根車は、冷媒を入力側（低圧）から出力側（高圧）へと送り込み、冷媒が封入された冷媒回路へ作用する。即ち、この羽根車は、制御モータの回転数に応じて冷媒循環量〔ｑｍｒ〕を増減させることとなる。

送風ファン１４は、冷却コンプレッサ１１によって高圧高温化された冷媒温度を低下させる。また、送風ファン１７は、庫内の熱量と冷媒の熱量との熱交換を促す役割を担う。これらの送風ファン１４，１７は、ドライブ回路及びファンモータが内蔵されており、制御装置１９からの指令信号によってファンモータの回転数が各々制御される。

更に、冷凍装置１０は、其の貯蔵室に庫内温度計２０が設けられている。庫内温度計２０は、貯蔵庫内の温度を計測し、計測結果を電気信号に変換し出力する。制御装置１９は、信号ラインを介して庫内温度計２０に接続されており、庫内温度の計測結果が電気信号として入力される。制御装置１９では、庫内温度の情報に基づいて、熱負荷の状態を判別する。本実施の形態の場合、熱負荷とは、庫内の貯蔵物の熱量に限らず、庫内からの熱リーク量等を含む概念とする。但し、特許請求の範囲における「熱負荷」とは、この定義に限定されるものではない。

制御装置１９は、上述したＰＷＭ信号を生成し、これをドライブ回路１２へ出力することで、コンプレッサモータを制御する。また、本実施の形態に係る制御装置１９は、送風ファン用の指令信号を生成出力し、送風ファン１４，１７を各々制御する。かかる制御装置１９は、ＣＰＵ，メモリ回路，ＡＤ変換回路，クロック回路等のハードウェア資源と、メモリ回路等に格納された制御プログラム及びマップ情報といったソフトウェア資源とから成る装置である。そして、制御装置１９は、これらハードウェア資源とソフトウェア資源とが協働し、実施される情報処理によって機能的装置を構築させる。

こうして、制御装置１９では、目標温度Ｔ０の近傍に上限値Ｔ１及び下限値Ｔ２を設定する処理、運転動作におけるコンプレッサモータの回転数を設定・変更する処理、コンプレッサモータの運転動作及び停止動作を切換えて上限値Ｔ１〜下限値Ｔ２の範囲で庫内温度を制御させる（ヒステリシス変動させる）処理、等を適宜に機能構築させることとなる。尚、制御装置１９で構築される機能については、追って詳述することとする。

上述の如く、冷媒回路において、これを循環する冷媒は、気相状態で冷却コンプレッサ１１へ投入され、冷却コンプレッサ１１を通過する際に高圧高温化され、凝縮器１３を通過する際にこれが冷却され液相状態となる。その後、液相状態の冷媒は、キャピラリーチューブ１５で減圧され、蒸発器１６では、其の冷媒が気化されることで、庫内温度を吸収（冷却）する。かかる冷媒は、気相の状態で冷却コンプレッサ１１へ再投入され、冷却サイクルが繰り返されることとなる。ヒートポンプ式の冷却サイクルでは、冷媒循環量〔ｑｍｒ〕に応じて庫内の冷却速度が調整される。即ち、庫内の冷却速度は、コンプレッサ用の制御モータの回転数によって制御されることとなり、言換えると、制御装置１９の生成するＰＷＭ信号によって制御されることを意味する。

図２及び図３は、冷凍装置によって制御される庫内温度の推移が示されている。庫内温度を示す温度波形Ｗｒ（実線部）について、ヒステリシス変動される１周期を運転サイクルＤｔと呼び、コンプレッサモータを停止させている期間を停止期間Ｄｘ，コンプレッサモータを運転させている期間を運転期間Ｄｙと呼ぶこととする。例えば、第１周期に対応する運転サイクルをＤｔ１と記し、これに対応して、停止期間Ｄｘ１，運転期間Ｄｙ１と記す。同様に、第２周期については、各々、Ｄｔ２，Ｄｘ２，Ｄｙ２と記す。また、温度波形Ｗｒのうち、停止期間Ｄｘに対応する部位を波形Ｗｘと呼び，運転期間Ｄｙに対応する部位を波形Ｗｙと呼ぶ。これらも、運転サイクルの周期に応じて、Ｗｘ１，Ｗｘ２等と記すこととする。このように、波形Ｗｘ及び波形Ｗｙは、運転サイクルＤｔに対応するものである。

また、図２は、波形Ｗｙ１，Ｗｙ２ａ，Ｗｙ２ｂが点線で各々示されている。このうち、波形Ｗｙ１は、波形Ｗｘ１に対する制御上の理想的な波形であり、当該波形Ｗｙ１に相当する運転期間はＤｘ１に一致する。また、波形Ｗｙ２ａは、本発明を適用させず、熱負荷が変動しても回転数を変更させなかった場合に相当する波形である。Ｄｔ２ａ（時刻ｔ０〜ｔ４’）は、波形Ｗｙ２ａを辿る場合の運転サイクルを指す。また、波形Ｗｙ２ｂは、停止期間Ｄｘ２に対する理想的な波形で、当該波形Ｗｙ２ｂに相当する運転期間はＤｘ２に一致する。Ｄｔ２ｂ（時刻ｔ０〜ｔ４”）は、波形Ｗｙ２ａを辿る運転サイクルを指す。

図２（ａ）は、時刻ｔｅで熱負荷が追加された場合における、庫内温度の推移が示されている。図示の如く、時刻ｔｅで熱負荷が増加したので、運転期間Ｄｙ１での波形の勾配が緩慢となり、後の停止期間Ｄｘ２での波形が急勾配となる。

本実施の形態に係る制御装置１９では、時刻ｔ０が到来すると、運転サイクルＤｔ１を算出する（第１の期間算出処理）。同時に、運転期間Ｄｙ１（温度減少期間）を算出する（第２の期間算出処理）。これらの期間算出処理は、上限値Ｔ１の到達時刻を起算点とし、下限値Ｔ２の到達時刻を到達点とすれば、其の間のサンプル回数に基づきサンプル間隔を積算させることで、運転期間Ｄｙを算出できる。同様に、下限値Ｔ２の到達時刻から次回の下限値到達時刻までを上述の如く積算処理させることで、運転サイクルＤｔを算出できる。

かかる期間計算が完了すると、運転サイクルＤｔに対する運転期間Ｄｙの割合を算出させる（比率算出処理）。以下、この割合を、運転割合Ｒｔと呼ぶこととする。本実施の形態によると、時刻ｔ０の経過直後では、比率算出処理が実行されることで、以下の演算を実施させる。
Ｒｔ＝（Ｄｙ１／Ｄｔ１）*１００ ・・・式１

その後、制御装置１９は、運転割合Ｒｔの算出値に基づいてＰＷＭ信号の波形を設定し、当該ＰＷＭ信号をドライブ回路１２へ出力させる（信号成形処理）。このように、制御装置１９は、上述の各処理を規定したプログラムをメモリ回路へ格納させておき、必要に応じてこれらの処理を起動させ、コンプレッサモータの回転数を運転割合Ｒｔという新たなパラメータに基づいて設定する。制御装置１９は、運転割合Ｒｔを設定回転数の算定パラメータとして利用することで、停止期間Ｄｘと運転期間Ｄｙとを適宜に配分させる制御を実現させる。

図２及び図３では、信号成形処理について、更に好適な動作が示されている。信号成形処理では、予め設定された基準割合ＲｓをＣＰＵのデータレジスタへ読み出し、基準割合Ｒｓと運転割合Ｒｔとの大小比較を実施し、基準割合Ｒｓよりも運転割合Ｒｔの値が大きい場合、設定回転数を上昇させるＰＷＭ信号を成形させる。即ち、制御装置１９は、運転割合Ｒｔが基準値より大きいと、ＰＷＭ信号に表現される周波数を高く設定し、コンプレッサモータの回転数を上昇させる。尚、基準割合Ｒｓは５０％とされていることとする。

図２（ａ）を参照すると、時刻ｔｅで熱負荷が追加された為、運転サイクルＤｔ１における運転割合Ｒｔは５０％を超えている。この場合、信号成形処理は、基準割合Ｒｓよりも運転割合Ｒｔの値が大きいとして、設定回転数を上昇させるＰＷＭ信号の設定を行う。設定回転数の決め方は、数十Ｈｚ毎上昇させるようにしても良く、マップ情報に基づいて其の回転数を特定できるようにしても良い。そして、停止運転Ｄｘ２での庫内温度が上限値Ｔ１へ到達すると、信号成形処理は、設定されたＰＷＭ信号を出力させるので、コンプレッサモータの設定回転数を上昇させることとなる。これにより、運転サイクルＤｔ２での温度波形Ｗｒは、波形Ｗｙ２ａよりも波形Ｗｙ２ｂに近づけられる為、停止期間Ｄｘ２と運転期間Ｄｙ２との配分について偏りが抑えられる。

このように、制御装置１９は、設定回転数を上昇させていなければ運転期間が冗長化されていたところを、設定回転数の上昇制御によって運転割合Ｒｔの上昇を抑え、デフロスト効果を十分に発揮させることが可能となる。また、運転期間Ｄｙ２の冗長化を免れるので、消費電力の低下にも資することとなる。

また、信号成形処理は、基準割合Ｒｓよりも運転割合Ｒｔの値が小さい場合、設定回転数を低下させるＰＷＭ信号を成形させる。即ち、制御装置１９は、運転割合Ｒｔが基準値より小さいと、ＰＷＭ信号に表現される周波数を低く設定し、コンプレッサモータの回転数を低下させる。尚、基準割合Ｒｓは、上述同様に５０％とされている。

図２（ｂ）は、時刻ｔｅで熱負荷が取除かれた場合の庫内温度が示されている。この為、運転サイクルＤｔ１における運転割合Ｒｔは５０％を下回る。この場合、信号成形処理は、基準割合Ｒｓよりも運転割合Ｒｔの値が小さいとして、設定回転数を低下させるＰＷＭ信号の設定を行う。そして、停止運転Ｄｘ２での庫内温度が上限値Ｔ１へ到達すると、信号成形処理は、設定されたＰＷＭ信号を出力させるので、コンプレッサモータの設定回転数を低下させることとなる。これにより、運転サイクルＤｔ２での温度波形Ｗｒは、波形Ｗｙ２ａよりも波形Ｗｙ２ｂに近づけられる為、運転期間Ｄｙ２が停止期間Ｄｘ２に比べて極端に短くなることはない。

このように、制御装置１９は、設定回転数を上昇させていなければ温度波形Ｗｒが急峻に低下されていたところを、設定回転数の低下制御によって温度波形Ｗｒの勾配を緩慢にさせる作用が働くので、下限温度Ｔ２におけるオーバーシュートを抑制できる。また、モータ回転数の過剰設定も回避できる為、消費電力の低下にも資することとなる。

上述の如く、本実施の形態に係る制御装置１９は、運転期間Ｄｙを制御させることで、運転サイクルＤｔを調整し、結果として、運転割合Ｒｔを適宜に制御させている。そして、かかる制御動作を各運転サイクルＤｔ１，Ｄｔ２，Ｄｔ３，・・・，について連続的に実施させることで、停止期間Ｄｘと運転期間Ｄｙとを一定の範囲でバランスさせ、このバランス状態を持続させることが可能となる。

本実施の形態にあっては、基準割合Ｒｓが５０％とされているが、これに限定されるものではない。この基準割合Ｒｓは、停止期間Ｄｘと運転期間Ｄｙとを偏りなく配分させることを目的とするところ、約３０％〜７０％の範囲に設定されていれば、本制御装置１９の効果が奏されると考えられる。但し、基準割合Ｒｓは、熱負荷の変動が生じない場合、停止期間Ｄｘと運転期間Ｄｙとを略一致させ、双方の期間をバランスさせるのが好ましい。これにより、消費電力やデフロスト効果・オーバーシュート現象といった、相反する事象を一括して解決することが可能となる。

また、基準割合Ｒｓは、条件に応じて変動するようにしても良い。例えば、運転サイクルＤｔが短い条件では基準割合Ｒｔを低く設定させることで、デフロスト効果を確保するといった制御が可能となる。

上述の如く、本実施の形態に係る制御装置１９によると、停止期間Ｄｘと運転期間Ｄｙとを一定の範囲でバランスさせる為、設定回転数の過剰設定又は過小設定を回避させることが可能となる。これにより、当該制御装置１９では、消費電力の増加を抑え、停止期間におけるデフロスト効果の維持、下限値近傍でのオーバーシュートの抑制を可能とする。

尚、本実施の形態にあっては、運転割合Ｒｔを式１によって算出しているが、これに限定されるものではない。例えば、停止期間Ｄｘ（温度増加期間）を算出し、この停止期間Ｄｘに対する運転期間Ｄｙを算出するようにしても良い（式２参照）。
Ｒｔ＝（Ｄｙ／Ｄｘ）*１００ ・・・式２
この場合、基準割合Ｒｓを７５％〜１００％程度に設定することで、上述した効果が奏されることとなる。

図３では、モータ回転数の設定方法の一例が示されている。同図では、設定回転数がマップ情報に基づいて決定される。かかるマップ情報は、予め実施された実験結果に基づいて作成される。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、この実験データを収集するために、熱負荷を適宜に変更させて実験が行われたものである。

図３（ａ）は、低い熱負荷での実験場面が示されている。この場面において、基準設定回転数「ωｂ＝１５００ｒｐｍ（実線部）」にて実験を行うと、運転期間Ｄｙが理想状態より短縮され、運転割合Ｒｔが４０％と算出された。その後、同じ熱負荷で設定回転数を変更させたところ、運転割合Ｒｔを５０％とさせるには、設定回転数ωｃを１２００ｒｐｍ（点線部）に設定させると良いことが判明した。尚、ｅｘＤｔは、運転割合Ｒｔを５０％に一致させる理想場面（平衡状態）での運転サイクルを指す。

図３（ｂ）は、熱負荷を幾分増加させた際の実験場面が示されている。この場面において、基準設定回転数「ωｂ＝１５００ｒｐｍ（実線部）」にて実験を行うと、運転期間Ｄｙが理想状態より長くなり、運転割合Ｒｔが５８％と算出された。その後、同じ熱負荷で設定回転数を変更させたところ、運転割合Ｒｔを５０％とさせるには、設定回転数ωｃを１５００ｒｐｍ（点線部）に設定させると良いことが判明した。

図３（ｃ）は、熱負荷を更に増加させた際の実験場面が示されている。この場面において、基準設定回転数「ωｂ＝１５００ｒｐｍ（実線部）」にて実験を行うと、運転期間Ｄｙが更に長くなり、運転割合Ｒｔが６３％と算出された。その後、同じ熱負荷で設定回転数を変更させたところ、運転割合Ｒｔを５０％とさせるには、設定回転数ωｃを１８００ｒｐｍ（点線部）に設定させると良いことが判明した。以下、熱負荷を順次増加させ、上述の実験と同様、運転割合Ｒｔと設定回転数ωｃとについて、実験データのサンプリングを続けた。

かかる実験データの取得後、運転割合Ｒｔの算出結果に対応させて設定回転数ωｃを特定できるよう、メモリ回路にマップ情報を作成させる（図３ｂ）。これにより、例えば、信号成形処理で「Ｒｔ＝５８％」との算出結果を得た場合、このマップ情報を参照することで設定回転数を１２００ｒｐｍに設定し、これにより、次回の運転サイクルＤｔで運転割合Ｒｔを５０％近傍に制御させることが可能となる。以下、マップ情報におけるωｃは、特定の回転数を指令する情報であるところ、指令回転数情報と呼ぶこととする。

尚、図３（ｂ）では、運転割合Ｒｔが所定の範囲で規定されている。かかる運転割合の範囲は、実験結果に基づいて境界を設定すると良い。図３（ｂ）の場合、其の境界を示す運転割合Ｒｔの各々が、特許請求の範囲の基準割合に相当する。

かかる設定回転数の特定方法によると、信号成形処理では、マップ情報を用いて指令回転数情報ωｃを特定させ、当該指令回転数情報ωｃに基づいて出力信号を成形させることとなる。このため、制御装置１９では、設定回転数は運転割合を５０％に近づける最も好適な回転数が選択される為、運転サイクルＤｔの波形が瞬時に理想状態へ制御されることとなる。

上述した実施の形態では、運転割合Ｒｔを演算させる際、一つの運転サイクルＤｔに対応するパラメータから運転割合Ｒｔを算出していた。しかし、運転割合Ｒｔの演算処理は、かかる形態に限られるものではない。

一例を紹介すると、図４に示す如く、第１運転サイクルＤ１→第２運転サイクルＤ２→第３運転サイクルＤ３→Ｄ４→Ｄ５→・・・，と庫内温度のヒステリシス制御が進められるとする。そして、第１運転サイクルＤｔ１の終了に応じて、制御装置１９では、運転割合Ｒｔ１を演算させ（比率演算処理）、其の算出結果をメモリ回路へ格納させる。同様に、第２運転サイクルＤｔ２の終了に応じて、運転割合Ｒｔ２の算出結果をメモリ回路へ保存し、其れ以降のサイクルについても、運転サイクルＤｔの終了に応じて、運転割合Ｒｔの算出結果をメモリ回路へ順次保存させる。

ここで、運転割合Ｒｔ３の演算が終了すると、制御装置１９では、過去２サイクル分のデータをＣＰＵのデータレジスタに読み出し、Ｒｔ１，Ｒｔ２，及び，Ｒｔ３を用いて運転割合Ｒｔについての平均値Ｒｔａｖを算出させる。そして、運転割合Ｒｔに係る平均値Ｒｔａｖを、運転サイクルＤｔ３に対する運転割合Ｄｔ３として処理を続ける。かかる処理では、運転サイクルが進むにつれ、平均値Ｒｔａｖを算出するデータを順次シフトさせることで、後段の運転割合Ｒｔを順次算出することが可能となる。運転割合Ｒｔ３は、このような統計的演算手法を採用することで、偶発的に生じたノイズの影響が緩和され、取得されたデータの信頼性が向上する。また、かかる統計的演算手法は、平均値に限らず、中間値、加重平均等を採用しても良い。

尚、図４の平均値算出方法では、一つの運転サイクルＤｔの終了を待たなければ、運転割合についてのサンプルデータを一つしか取得できない。例えば、３サイクル分の運転サイクルＤｔを待たなければ、運転割合Ｒｔを算出するためのサンプルデータを３点取得することができない。これを改善するため、図５に示す平均値算出方法（統計値算出方法）では、運転割合Ｒｔを算出するためのサンプルデータを、効果的に数多く取得する方法が示されている。

先ず、第１の運転サイクルＤｔ１では、当該サイクルの終了（時刻ｔ４）を待って、Ｄｔ１及びＤｙ１を算出し、これらのパラメータに基づいて運転割合Ｒｔ１を算出する（第１の比率算出処理）。

第１の比率演算処理が完了し時刻ｔ６に到達すると、運転サイクルＤｔ２における停止期間Ｄｘ２が終了する。そこで、時刻６では、運転サイクルＤｔ２の観察途中であるにも関わらず、運転サイクルＤｔ１の運転期間の波形（第１波形）と運転サイクルＤｔ２の停止期間の波形（第２波形）とを合成させることにより、新たな運転サイクル、即ち、中間運転サイクルＤｔｍ（合成運転サイクル）が形成されることとなる。そして、時刻ｔ６の到来によって中間比率演算処理（第３の比率演算処理）を実行させ、中間運転サイクルＤｔｍについて運転期間の割合Ｒｔｍを算出させる（式３参照）。
Ｒｔｍ＝（Ｄｙ１／Ｄｘ２）＊１００ ・・・式３

その後、時刻ｔ８に達すると、Ｄｔ２及びＤｙ２を算出し、これらのパラメータに基づいて運転割合Ｒｔ２を算出する（第２の比率算出処理）。

このように、図５に示されるデータサンプル方法によると、第１の運転サイクルＤｔ１とその直後に現れる第２の運転サイクルＤｔ２によって、Ｒｔ１，Ｒｔｍ，Ｒｔ２の３つのサンプルデータが取得できることとなる。かかるデータサンプル方法によれば、運転サイクルＤｔがｎ個の場合、取得可能なサンプルデータが２ｎ＋１個となり、運転割合のサンプルデータを効率良く取得することが可能となる。

そして、サンプルデータ（Ｒｔ１，Ｒｔｍ）は、運転割合Ｒｔ２を算出させる際に用いられ、相加平均又は加重平均といった統計的演算手法が適用され、運転割合Ｒｔ２に係る補正演算が行われる。

図５に示される運転割合Ｒｔ２の算出処理によると、限られた運転サイクルの中から多数のサンプルデータ（運転割合）を取得できるので、信頼性を損なうことなく応答性の高い制御が実現される。このため、制御装置１９では、熱負荷に応じて適切な設定温度が選択されることとなり、温度制御に係るオーバーシュートや応答遅れといった不具合を回避できる。

尚、運転割合のデータサンプル方法は、３つ以上の運転サイクルに基づいてサンプルデータを取得する場合、先頭の運転サイクルが第１の運転サイクルＤｔ１となり、直近の運転サイクルが第２の運転サイクルＤｔ２とされる。そして、第１の運転サイクルＤｔ１と第２の運転サイクルＤｔ２との間には、他の運転サイクルＤｔｋが現れることとなる。

この場合、或る中間比率算出処理では、運転期間Ｄｙ１に対応する波形（第１波形）と後続の運転サイクルＤｔｋに対応する停止期間の波形とを合成させ、これを中間運転サイクルＤｔｍ１として、当該サイクルＤｔｍ１に対応する運転比率Ｒｔｍ１を算出させる。一方、別の中間比率算出処理では、運転サイクルＤｔｋに対応する運転期間の波形と停止期間Ｄｘ２に対応する波形（第２波形）とを合成させ、これを中間運転サイクルＤｔｍ２として、当該サイクルＤｔｍ２に対応する運転比率Ｒｔｍ２を算出させる。

そして、制御装置１９では、運転比率（Ｒｔ１，Ｒｔｍ１，・・・，Ｒｔｍ２）を用いて、運転サイクルＤｔ２についての運転比率Ｒｔ２を補正処理させ、後の信号成形処理を実行させることとなる。

上述の如く、図５の運転比率の算出方法によれば、統計的演算方法によって算出された結果値を運転比率として、これを設定回転数の選定処理に反映させている。しかし、運転比率に係るサンプルデータに顕著な変動が発生した場合、統計的演算を止め、其のサンプルしたデータを運転比率の値とする処理を行ってもよい。このような処理を設けることで、制御装置１９は、高熱の熱負荷が庫内へ投入されても、この熱量を瞬時に低下させるよう、コンプレッサモータの回転数を逸早く高回転に設定できるようになる。

この他、制御装置１９では、熱負荷の変動が検出されない場合、庫内温度の目標温度を一定の範囲で徐々に上げ、消費電力を低減するようにしても良い。このとき、上限温度と下限温度との差を徐々に減少させても良く、上限温度については一定値に固定させる制御を行っても良い。

１０ 冷却装置， １１ 冷却コンプレッサ， １９ 冷却コンプレッサ制御装置， Ｄｔ 運転サイクル， Ｄｘ 第１の期間， Ｄｙ 第２の期間， Ｒｔ 割合。

Claims (5)

1. コンプレッサモータの回転数及び始動停止動作を規定した出力信号を生成し、ヒステリシス変動に伴う庫内温度の運転サイクルを制御させる冷却コンプレッサ制御装置において、
   前記運転サイクルにおける１周期の運転期間を算出する第１の期間算出処理と、前記運転サイクルにおける１周期の運転期間のうち温度減少期間を算出する第２の期間算出処理と、前記運転サイクルにおける１周期の運転期間に対する前記温度減少期間の割合を算出する比率算出処理と、前記割合の算出値に基づいて前記出力信号を成形させる信号成形処理と、を実行させることを特徴とする冷却コンプレッサ制御装置。
2. コンプレッサモータの回転数及び始動停止動作を規定した出力信号を生成し、ヒステリシス変動に伴う庫内温度の運転サイクルを制御させる冷却コンプレッサ制御装置において、
   前記運転サイクルにおける１周期の運転期間のうち温度増加期間を算出する第１の期間算出処理と、前記運転サイクルにおける１周期の運転期間のうち温度減少期間を算出する第２の期間算出処理と、前記温度増加期間に対する前記温度減少期間の割合を算出する比率算出処理と、前記割合の算出値に基づいて前記出力信号を成形させる信号成形処理と、を実行させることを特徴とする冷却コンプレッサ制御装置。
3. 前記信号成形処理は、予め設定された基準割合よりも前記割合の算出値が高い場合、前記回転数を上昇させる出力信号を成形させ、予め設定された基準割合よりも前記割合の算出値が低い場合、前記回転数を低下させる出力信号を成形させる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷却コンプレッサ制御装置。
4. 前記基準割合は、熱負荷の変動が生じない場合に、前記運転サイクルにおける１周期の運転期間を構成する温度減少期間と温度増加期間とが略一致する割合に設定されている、ことを特徴とする請求項３に記載の冷却コンプレッサ制御装置。
5. 前記信号成形処理では、前記割合の算出結果に対応させて指令回転数情報を特定する処理と、前記指令回転数情報に基づいて前記出力信号を成形させる処理と、を実行させることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の冷却コンプレッサ制御装置。

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