JP6094859B2

JP6094859B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP6094859B2
Application number: JP2012261092A
Authority: JP
Inventors: 三原　一彦; 一彦三原; 雄一伊澤
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2032-11-29
Also published as: JP2014105963A

Description

本発明は、圧縮機と、ガスクーラと、膨張弁と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置に関するものである。

従来よりこの種冷凍装置は、圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、蒸発器等から冷媒回路が構成され、圧縮機で圧縮された冷媒をガスクーラにて放熱させ、膨張弁にて減圧した後、蒸発器にて蒸発させ、このときの冷媒の蒸発により周囲の空気を冷却するものとされている。近年、この種冷凍装置では、自然環境問題などからフロン系冷媒が使用できなくなってきている。このため、フロン冷媒の代替品として自然冷媒である二酸化炭素を使用するものが開発されている。当該二酸化炭素冷媒は、高低圧差の激しい冷媒で、臨界圧力が低く、圧縮により冷媒サイクルの高圧側が超臨界状態となることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１ではスーパーマーケット等の店舗に設置された複数台のショーケースに冷凍機から冷媒を供給する冷凍装置であるため、冷凍機に設置された圧縮機の運転制御は、冷媒回路の低圧側圧力に基づいて制御されていた。この場合、低圧側圧力には目標値や目標範囲が設定され、低圧側圧力がこの目標値や目標範囲内となるように圧縮機の運転周波数が上昇／低下されるものであった。

特開２０１１−１３３２０４号公報

ここで、この種冷凍装置では、圧縮機の始動負荷を低減するために、圧縮機の停止後、冷媒回路内の高圧側圧力と低圧側圧力が平衡するまで始動を禁止する制御を行っているが、この場合の平衡圧力は外気温度によって異なって来る。例えば、外気温度が高い夏季には平衡圧力が高く、外気温度が低い冬季には平衡圧力は低くなる。

例えば夏季に平衡圧力が高い状態で圧縮機を始動すると、圧縮機の運転周波数は直ぐに高い値に上昇する。一方で、蒸発器は冷えているので、低圧側圧力は急激に低下し、圧縮機が停止される。そのため、圧縮機は頻繁な発停（所謂ショートサイクル）を繰り返すようになり、且つ、運転周波数の所謂オーバーシュートが大きくなって無駄な電力が消費されると共に、高圧側圧力も異常に上昇してしまう問題が発生する。

他方、冬季には平衡圧力が低い状態で圧縮機を始動することができるが、ショーケース側の負荷（冷却負荷）も小さく、且つ、蒸発器も冷えているため、低圧側圧力は急速に低下する。そのため、やはり圧縮機は頻繁に発停を繰り返す状態に陥り、安定した運転状態に移行するまで時間を要するという課題があった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、圧縮機の始動時の運転状態を早期に安定化することができる冷凍装置を提供することを目的とする。

本発明の冷凍装置は、圧縮機と、ガスクーラと、膨張弁と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、前記圧縮機及び膨張弁を制御する制御手段を備え、該制御手段は、前記冷媒回路の低圧側圧力に基づき、前記圧縮機の運転周波数を制御すると共に、前記低圧側圧力の降下速度が所定の規定値以上である場合、前記圧縮機の運転周波数の上昇を禁止するものであり、前記制御手段は、前記低圧側圧力が所定の目標値、若しくは、目標範囲の上限値より高い場合、前記圧縮機の運転周波数を所定の上昇速度で上昇させ、前記低圧側圧力が前記目標範囲の下限値より低い場合、前記上昇速度よりも速い所定の低下速度で低下させることにより、前記低圧側圧力が前記目標範囲内となるようにすると共に、前記低圧側圧力が前記下限値より低い所定の停止値まで降下した場合、前記圧縮機を停止させることを特徴とする。

請求項２の発明の冷凍装置は、上記各発明において制御手段は、圧縮機の停止後、冷媒回路の高圧側圧力と低圧側圧力が平衡するまで圧縮機の始動を禁止することを特徴とする。

請求項３の発明の冷凍装置は、上記各発明において冷媒として二酸化炭素を使用したことを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機と、ガスクーラと、膨張弁と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、圧縮機及び膨張弁を制御する制御手段を備え、この制御手段が、冷媒回路の低圧側圧力に基づき、圧縮機の運転周波数を制御すると共に、低圧側圧力の降下速度が所定の規定値以上である場合、圧縮機の運転周波数の上昇を禁止するようにしたので、冷媒回路内が平衡圧力となった状態で圧縮機を始動した後、急激に低圧側圧力が低下する状況では圧縮機の運転周波数の上昇が禁止されるようになる。

これにより、例えば低圧側圧力が目標値、若しくは、目標範囲の上限値と下限値内となるように圧縮機の運転周波数を上昇／低下させ、停止値まで降下したときには圧縮機を停止する冷凍装置が、圧縮機の始動後の低圧側圧力の急激な低下に伴って直ぐに停止されてしまう不都合を未然に回避することができるようなる。即ち、本発明によれば冷凍装置が始動時に圧縮機の頻繁な発停を繰り返す状態に陥る問題を解消して、早期に運転状態を安定化することができるようになるものである。

これは圧縮機の運転周波数を上昇させる場合、所定の上昇速度で上昇させると共に、当該圧縮機の運転周波数を低下させる場合、上昇速度よりも速い所定の低下速度で低下させる冷凍装置において、圧縮機の運転周波数を上昇時よりも迅速に低下させても低圧側圧力の急激な低下に対処できないときに有効であり、二酸化炭素を冷媒として使用する冷凍装置においても特に有効となる。

本発明を適用した一実施例の冷凍装置の冷媒回路図である。図１の冷凍装置の制御装置のブロック図である。図２の制御装置による圧縮機の運転周波数制御を説明する図である。図２の制御装置による圧縮機始動時の膨張弁の弁開度制御を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明を適用する対象の実施形態にかかる冷凍装置Ｒの冷媒回路図である。本実施例における冷凍装置Ｒはスーパーマーケット等の店舗に設置されるものであり、冷凍機３と店内に一台若しくは複数台のショーケース４（負荷機器）とを備え、これら冷凍機３とショーケース４とが、ユニット出口６とユニット入口７を介して、冷媒配管８及び９により連結されて所定の冷媒回路１を構成している。

この冷媒回路１は、高圧側の冷媒圧力（高圧圧力）がその臨界圧力以上（超臨界）となる二酸化炭素を冷媒として用いる。この二酸化炭素冷媒は、地球環境に優しく、可燃性及び毒性等を考慮した自然冷媒である。また、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）等、既存のオイルが使用される。

冷凍機３は、圧縮機１１を備える。本実施例において、圧縮機１１は、多段圧縮式ロータリ圧縮機であり、鋼板から成る円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上部に配置収納された駆動要素としての電動要素１３及びこの電動要素１３の下側に配置され、その回転軸により駆動される第１の（低段側）回転圧縮要素（第１の圧縮要素）１４及び第２の（高段側）回転圧縮要素（第２の圧縮要素）１６から成る回転圧縮機構部にて構成されている。

圧縮機１１の第１の回転圧縮要素１４は、冷媒配管９を介して冷媒回路１の低圧側から圧縮機１１に吸い込まれる低圧冷媒を圧縮して中間圧まで昇圧して吐出し、第２の回転圧縮要素１６は、第１の回転圧縮要素１４で圧縮されて吐出された中間圧の冷媒を更に吸い込み、圧縮して高圧まで昇圧し、冷媒回路１の高圧側に吐出する。圧縮機１１は、周波数可変型の圧縮機であり、電動要素１３の運転周波数を変更することで、第１の回転圧縮要素１４及び第２の回転圧縮要素１６の回転数を制御可能とする。

圧縮機１１の密閉容器１２の側面には、第１の回転圧縮要素１４に連通する低段側吸込口１７と、密閉容器１２内に連通する低段側吐出口１８と、第２の回転圧縮要素１６に連通する高段側吸込口１９及び高段側吐出口２１が形成されている。圧縮機１１の低段側吸込口１７には、冷媒導入管２２が接続され、冷媒配管９に接続される。

低段側吸込口１７より第１の回転圧縮要素１４の低圧部に吸い込まれた低圧（ＬＰ：通常運転状態で２．６ＭＰａ程）の冷媒ガスは、当該第１の回転圧縮要素１４により中間圧（ＭＰ：通常運転状態で５．５ＭＰａ程度）に昇圧されて密閉容器１２内に吐出される。これにより、密閉容器１２内は中間圧（ＭＰ）となる。

そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスが吐出される圧縮機１１の低段側吐出口１８には、中間圧吐出配管２３が接続され、インタークーラ２４の一端に接続される。このインタークーラ２４は、第１の回転圧縮要素１４から吐出された中間圧の冷媒を空冷するものであり、当該インタークーラ２４の他端には、中間圧吸入管２６が接続され、この中間圧吸入管２６は圧縮機１１の高段側吸込口１９に接続される。

高段側吸込口１９により第２の回転圧縮要素１６に吸い込まれた中圧（ＭＰ）の冷媒ガスは、当該第２の回転圧縮要素１６により２段目の圧縮が行われて高温高圧（ＨＰ：通常運転状態で９ＭＰａ程の超臨界圧力）の冷媒ガスとなる。

そして、圧縮機１１の第２の回転圧縮要素１６の高圧室側に設けられた高段側吐出口２１には、高圧吐出配管２７の一端が接続され、その他端はガスクーラ（放熱器）２８の入口に接続されている。２０はこの高圧吐出配管２７内に介設されたオイルセパレータである。オイルセパレータ２０は圧縮機１１から吐出された冷媒中のオイルを分離し、オイルクーラ２５のオイル通路２５Ａと電動弁２５Ｂを介して圧縮機１１の密閉容器１２内に戻す。尚、５５は圧縮機１１内のオイルレベルを検出するフロートスイッチである。

ガスクーラ２８は、圧縮機１１から吐出された高圧の吐出冷媒を冷却するものであり、ガスクーラ２８の近傍には当該ガスクーラ２８を空冷するガスクーラ用送風機３１が配設されている。本実施例では、ガスクーラ２８は上述したインタークーラ２４と並設されており、これらは同一の風路に配設されている。そして、ガスクーラ２８の出口はスプリットサイクルを構成するスプリット熱交換器（中間熱交換器）２９等を介して、冷媒配管８に接続される。

一方、ショーケース４は、スーパーマーケットやコンビニエンスストア等の店舗内に設置され、冷媒配管８及び９に接続されている。ショーケース４には、膨張弁（電動膨張弁）３２と蒸発器３３が設けられており、冷媒配管８と冷媒配管９との間に順次接続されている（膨張弁３２が冷媒配管８側、蒸発器３３が冷媒配管９側）。蒸発器３３には、当該蒸発器３３に送風する冷気循環用送風機５３（図２）が隣設されている。そして、冷媒配管９は、上述したように冷媒導入管２２を介して圧縮機１１の第１の回転圧縮要素１４に連通する低段側吸込口１７に接続されている。これにより、本実施例における冷凍装置Ｒの冷媒回路１が構成される。尚、図中３７はオイルセパレータ２０側を順方向とされた逆止弁であり、高圧吐出配管２７に介設されている。

また、実施例の冷凍装置Ｒの冷媒回路１はスプリットサイクルであり、圧縮機１１の第１の回転圧縮要素（低段側）１４、インタークーラ２４、２つの流体の流れを合流させる合流装置としての合流器４１、圧縮機１１の第２の回転圧縮要素（高段側）１６、ガスクーラ２８、スプリット熱交換器２９、分流器４２、補助膨張弁（補助電動膨張弁）４３、膨張弁３２、蒸発器３３とから構成される。

分流器４２は、スプリット熱交換器２９から出た冷媒を二つの流れに分岐させる分流装置である。即ち、本実施例の分流器４２は、スプリット熱交換器２９から出た冷媒を第１の冷媒流と第２の冷媒流とに分流し、第１の冷媒流を補助回路に流し、第２の冷媒流を主回路に流すように構成されている。

図１における主回路とは、第１の回転圧縮要素１４、インタークーラ２４、合流器４１、第２の回転圧縮要素１６、逆止弁３７、オイルセパレータ２０、ガスクーラ２８、スプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂ、分流器４２、膨張弁３２、蒸発器３３から成る環状の冷媒回路であり、補助回路とは、分流器４２から補助膨張弁４３、スプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａを順次経て合流器４１に至る回路である。

圧縮機１１の第１の回転圧縮要素１４から吐出された冷媒はインタークーラ２４で空冷された後、合流器４１を経て圧縮機１１の第２の回転圧縮要素１６に吸い込まれ、圧縮される。そして、第２の回転圧縮要素１６から吐出され、逆止弁３７、オイルセパレータ２０、ガスクーラ２８、スプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂ（第２の冷媒流）、分流器４２を経て膨張弁３２に至る。そこで、冷媒は減圧された後、蒸発器３３に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で冷却能力を発揮する。膨張弁３２はこの蒸発器３３の過熱度を適正値に制御する。

補助膨張弁４３は、分流器４２で分流され、補助回路を流れる第１の冷媒流を減圧するものである。スプリット熱交換器２９は、補助膨張弁４３で減圧された補助回路の第１の冷媒流とガスクーラ２８から出た第２の冷媒流との熱交換を行う熱交換器である。当該スプリット熱交換器２９には、第２の冷媒流が流れる第２の流路２９Ｂと、上記第１の冷媒流が流れる第１の流路２９Ａとが熱交換可能な関係で設けられており、該スプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂを通過することにより、第２の冷媒流は第１の流路２９Ａを流れる第１の冷媒流により冷却されるので、蒸発器３３における比エンタルピを小さくすることができるように構成されている。

膨張弁３２は後述する制御手段としての制御装置Ｃを構成する負荷機器側制御手段としてのショーケース側コントローラ３６により、また、補助膨張弁４３は同じく制御装置Ｃを構成する冷凍機側制御手段としての冷凍機側コントローラ３４によりそれぞれ弁開度が適正値に制御され、効率的な運転が実現される。

また、冷媒回路１の超臨界圧力となる高圧側、本実施例では、冷凍機３のスプリット熱交換器２９及び分流器４２の下流側には、第１の連通回路５１を介して冷媒量調整タンク５２が接続されている。第１の連通回路５１には、冷媒回収量を調整するために開度調整機能を有する膨張弁（電動膨張弁）５６が介設されている。

また、この冷媒量調整タンク５２の上部には、当該冷媒量調整タンク５２内と冷媒回路１の中間圧領域とを連通する第２の連通回路５８が接続されている。本実施例では、第２の連通回路５８の他端は、中間圧領域の一例として冷媒回路１のインタークーラ２４の出口側の中間圧吸入管２６に連通させる。この第２の連通回路５８には、電磁弁５９が介設されている。

また、この冷媒量調整タンク５２の下部には当該冷媒量調整タンク５２内下部と冷媒回路１の中間圧領域とを連通する第３の連通回路６２が接続されている。本実施例では、第３の連通回路６２の他端は、中間圧領域の一例として上記補助膨張弁４３の下流側に接続され、最終的に冷媒回路１のインタークーラ２４の出口側の中間圧吸入管２６に連通させる。この第３の連通回路６２には、電磁弁６３とキャピラリチューブ（絞り手段）６４が介設されている。

この冷媒量調整タンク５２の膨張弁５６と電磁弁５９、６３は、前述した冷凍機側コントローラ３４により制御され、冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰが上昇したことに基づいて膨張弁５６の弁開度を拡張し、電磁弁５９を開き、電磁弁６３を閉じて冷媒量調整タンク５２内に冷媒を回収し、高圧側圧力ＨＰが低下したことに基づいて電磁弁５９を閉じ、電磁弁６３を開いて冷媒を放出する。これにより、冷媒回路１内の循環冷媒量を適正値に制御し、過剰な循環冷媒量によって高圧側圧力ＨＰが以上に上昇してしまうことを防止する。

また、冷凍装置Ｒのインタークーラ２４の出口側の冷媒回路１の中間圧領域、本実施例では、当該インタークーラ２４の出口側に接続される上記第２の連通回路５８と、冷媒回路１の低圧側、本実施例では、冷媒導入管２２とを連通するバイパス回路７１が設けられている。そして、このバイパス回路７１には、圧縮機１１の起動時に開放して始動性を改善するための電磁弁７２が介設されている。

尚、図１においてＰＳ１は高圧吐出配管２７に接続されて圧縮機１１の吐出圧力である冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰを検出する高圧センサ、ＰＳ２は冷媒導入管２２に接続されて圧縮機１１の吸込圧力である冷媒回路１の低圧側圧力ＬＰを検出する低圧センサ、ＰＳ３は中間圧吸入管２６に接続されて冷媒回路１の中間圧力ＭＰを検出する中間圧センサである。

また、図１においてＴＳ１は高圧吐出配管２７に接続されて圧縮機１１の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサ、ＴＳ２はガスクーラ２８の出口に接続されてガスクーラ２８から出る冷媒温度を検出するガスクーラ出口温度センサ、ＴＳ３はスプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａの出口に接続されたスプリット出口温度センサ、ＴＳ４は冷凍機３の出口温度センサ、ＴＳ５は冷凍機３の入口温度センサ、ＴＳ６は外気温度を検出する外気温度センサである。

次に、図２は冷凍装置Ｒの制御手段としての制御装置Ｃのブロック図である。この図において、３５は店舗の管理室等に設置された主制御手段としての主コントローラであり、３４は冷凍機３に設けられた前述した冷凍機側制御手段としての冷凍機コントローラ、３６は各ショーケース４にそれぞれ設けられたショーケース側制御手段としての前述したショーケース側コントローラである。何れのコントローラも汎用のマイクロコンピュータにより構成されており、主コントローラ３５はこれら冷凍機側コントローラ３４及びショーケース側コントローラ３６（一台若しくは複数台）とデータの送受信を行えるように通信線にて接続されている。

冷凍機側コントローラ３４の入力には前述した外気温度センサＴＳ６等の各センサ（図２では代表してＳで示す）が接続されており、更に、冷凍機側コントローラ３４の出力には圧縮機１１（電動要素１３）、補助膨張弁４３、ガスクーラ用送風機３１、膨張弁５６、各電磁弁５９、６３、電動弁２５Ｂ等が接続されている。ショーケース側コントローラ３６の入力にはショーケース４の庫内温度を検出する庫内温度センサ６０等が接続され、ショーケース側コントローラ３６の出力には膨張弁３２や前述した冷気循環用送風機５３等が接続されている。

ショーケース側コントローラ３６は主コントローラ３５から送信された設定温度等の各種設定データと庫内温度センサ５３が検出する庫内温度等に基づいて膨張弁３２や冷気循環用送風機６０を制御する。また、自らに設定されている情報や運転状態、警報に関するデータを主コントローラ３５に送信する。冷凍機側コントローラ３４も主コントローラ３５から送信された各種設定データ（後述する低圧側圧力ＬＰの目標範囲や停止値を含む）と各センサＳが検出する温度や圧力に基づき、出力に接続された圧縮機１１や膨張弁４３、５６、各電磁弁５９、６３等を制御し、前述したスプリットサイクルの制御や冷媒量調整タンク５２を用いた冷媒の回収／放出の制御を実行するものである。

（Ａ）圧縮機の運転周波数の制御
次に、図３を用いて冷凍機側コントローラ３４による圧縮機１１（電動要素１３）の運転周波数の制御について説明する。冷凍機３の冷凍機側コントローラ３４は、低圧センサＰＳ２が検出する冷媒回路１の低圧側圧力ＬＰに基づいて圧縮機１１（電動要素１３）の運転周波数を制御する。

この実施例の場合、冷凍機側コントローラ３４は、図３に示すようなゾーン制御を実行する。即ち、低圧センサＰＳ２が検出する低圧側圧力ＬＰが所定の目標範囲の上限値より高いゾーン１にある場合、圧縮機１１の運転周波数を所定時間ｔ１（例えば１０秒）毎に１Ｈｚ上昇させる。尚、この運転周波数の上昇は所定の制御限界上限で頭打ちとなる。また、低圧側圧力ＬＰが前記目標範囲の下限値より低いゾーン３にある場合、圧縮機１１の運転周波数を前記所定時間ｔ１より短い所定時間ｔ２（例えば１秒）毎に１Ｈｚ低下させる。即ち、圧縮機１１の運転周波数を低下させる低下速度は、上昇させる場合の上昇速度よりも速くなる。これはできるだけ低圧側圧力ＬＰが後述する停止値に至ることを防ぐためである。この運転周波数の低下も所定の制御限界下限で底打ちとなる。

また、低圧側圧力ＬＰが下限値以上、上限値以下のゾーン２にある場合、即ち、低圧側圧力ＬＰが目標範囲内にある場合には圧縮機１１の運転周波数を変更しない。これにより、通常運転時には冷媒回路１の低圧側圧力ＬＰが目標範囲内となるように圧縮機１１の運転周波数が上昇／低下される。

尚、例えば、接続されている全てのショーケース４の膨張弁３２が閉じられる等により、圧縮機１１の運転周波数の制御によっても低圧側圧力が下限値より更に低下し、下限値よりも低い所定の停止値以下まで低下し、ゾーン４となった場合、冷凍機側コントローラ３４は圧縮機１１を停止する。

圧縮機１１が停止されると、冷凍機側コントローラ３４は所定時間（再始動禁止時間）圧縮機１１の始動を禁止する。その間に冷媒回路１内の高圧側と低圧側の圧力が平衡圧力となる。その後、ショーケース４の庫内温度が上昇する等により膨張弁３２が開き、低圧側圧力ＬＰが所定の再始動値（例えば前述した上限値）より高く上昇した場合、再始動禁止時間が経過したことを条件として冷凍機コントローラ３４は圧縮機１１を始動する。

（Ｂ）圧縮機始動時の安定化制御
次に、圧縮機１１の始動時における安定化の制御について説明する。前述したように冷凍機コントローラ３４は低圧側圧力ＬＰが目標範囲内となるように圧縮機１１の運転周波数を上昇／低下させ、圧縮機１１を停止させる制御を行っているが、圧縮機１１が停止した後の冷媒回路１内の平衡圧力は外気温度によって異なり、外気温度が高い夏季には平衡圧力が高く、外気温度が低い冬季には平衡圧力は低くなる。

そして、平衡圧力が高い状態で圧縮機１１を始動すると、低圧側圧力ＬＰはゾーン１にあるために圧縮機１１の運転周波数は直ぐに高い値に上昇する。一方で、ショーケース４の蒸発器３３は冷えているので、低圧側圧力ＬＰは急激に低下し、停止値に至って圧縮機１１が停止される。そのため、圧縮機１１は頻繁な発停（所謂ショートサイクル）を繰り返すようになり、且つ、運転周波数の所謂オーバーシュートも大きくなって高圧側圧力ＨＰも異常に上昇する。

逆に平衡圧力が低い状態で圧縮機１１が始動されると、ショーケース４側の負荷（冷却負荷）も小さく、且つ、蒸発器３３も冷えているため、低圧側圧力ＬＰは急速に低下し、やはり停止値に至って圧縮機１１は頻繁に発停を繰り返す状態に陥る（前述）。

そこで、本発明における冷凍機側コントローラ３４は、圧縮機１１の始動後、低圧センサＰＳ２が検出する冷媒回路１の低圧側圧力ＬＰの変化を監視しており、低圧側圧力ＬＰの降下速度が所定の規定値以上であると判断した場合（急峻）、低圧側圧力ＬＰが舌部述下ゾーン１にあっても、圧縮機１１の運転周波数の上昇を禁止する。

これにより、冷媒回路１内が平衡圧力となった状態で圧縮機１１を始動した後、急激に低圧側圧力ＬＰが低下する状況では圧縮機１１の運転周波数の上昇が禁止されるようになるので、圧縮機１１の始動後の低圧側圧力ＬＰの急激な低下に伴って当該低圧側圧力ＬＰが停止値に至り、直ぐに停止されてしまう不都合を未然に回避することができるようなる。従って、冷凍装置Ｒが始動時に圧縮機１１の頻繁な発停を繰り返す状態に陥る問題を解消して、早期に運転状態を安定化することができるようになる。

（Ｃ）圧縮機始動時の膨張弁の弁開度制御
次に、圧縮機１１の始動時における膨張弁３２の制御について説明する。圧縮機１１が始動したときの冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰの上昇は、ショーケース４の蒸発器３３への冷媒（ガス冷媒）の流入抵抗が大きく影響するが、この流入抵抗は膨張弁３２の弁開度で決まる。但し、この膨張弁（電動膨張弁）３２は高圧側圧力ＨＰの変化に追従できる程の速度では動作しない。

そのため、従来では膨張弁３２の標準弁開度を予め規定しておき、圧縮機１１の始動時には膨張弁３２の弁開度をこの標準弁開度として蒸発器３３への流入抵抗を制御していたが、前述したように圧縮機１１が停止した後の冷媒回路１内の平衡圧力は季節によって変化するので、夏季には標準弁開度が小さ過ぎて高圧側圧力ＨＰの上昇を招き、冬季には逆に標準弁開度が大き過ぎて蒸発器３３に過剰な冷媒が流入し、過剰な冷却能力によって低圧側圧力ＬＰが低下し、前述したように直ぐに圧縮機１１が停止してしまう（ショートサイクル）。

そこで、主コントローラ３５は外気温度に基づいてこの標準弁開度に補正を加え、圧縮機１１の始動時における膨張弁３２の弁開度を変更する。図４は係る弁開度制御の様子を示している。先ず、図４の右側中央にはこの実施例における膨張弁３２の標準弁開度が示され、その上下に補正値（変化量）が示されている。図４の左側は外気温度の変遷を示している。

実施例の場合、膨張弁３２の標準弁開度は、圧縮機１１の始動時点の弁開度（即ち、始動時の弁開度）と、始動後の弁開度とに区別されており、このショーケース４の場合には、始動時点の標準弁開度は１５０パルス、始動後の標準弁開度は１２０パルスとされ、ショーケース側コントローラ３６が予め保有している。尚、このパルス数は電動膨張弁である膨張弁３２の弁開度を示し、全閉状態では零（０）となり、パルス数が多いほど弁開度が拡大された状態となる。

主コントローラ３５は、ショーケース４が冷媒配管８、９に接続され、ショーケース側コントローラ３６が主コントローラ３５に接続されたとき、ショーケース側コントローラ３６からこの標準弁開度に関するデータを受信して読み取る。また、冷凍機側コントローラ３４からは外気温度センサＴＳ６が検出する外気温度に関するデータを受信して読み取る。

そして、主コントローラ３５は冷凍機側コントローラ３４から受信した外気温度に基づき、外気温度が高い場合はショーケース側コントローラ３６から読み取った標準弁開度を拡大する方向に補正し、外気温度が低い場合には標準弁開度を縮小する方向に補正して変更する。実施例の場合、外気温度が上昇して３０℃以上となったときは始動時点の標準弁開度及び始動後の標準弁開度にそれぞれ１５０パルス加え（変化量）、外気温度が降下して１０℃以下となったときには始動時点の標準弁開度及び始動後の標準弁開度からそれぞれ５０パルス引く（変化量）。

即ち、外気温度が３０℃以上の場合（平衡圧力高）、始動時点の標準弁開度は３００パルスに拡大され、始動後の標準弁開度は２８０パルスに拡大される。一方、外気温度が１０℃以下の場合には（平衡圧力低）、始動時点の標準弁開度は１００パルスに縮小され、始動後の標準弁開度は７０パルスに縮小される。

また、外気温度が上昇して１５℃以上となった状態から更に上昇して３０℃になる前まで、及び、外気温度が降下して２５℃以下となった状態から更に降下して１０℃になる前までは、主コントローラ３５は係る補正を行わない。尚、図４の左側において矢印が重ならないようになっているのは、ヒステリシスを意味している。

そして、前述したように冷凍機側コントローラ３４が圧縮機１１を始動する際、当該冷凍機側コントローラ３４は始動予告（スタート予告）のデータを主コントローラ３５に送信する。主コントローラ３５はこの冷凍機側コントローラ３４から始動予告を受信すると、上述の如く補正した膨張弁３２の始動時点の弁開度、或いは、補正しなかった弁開度（即ち、標準弁開度）に関するデータをショーケース側コントローラ３６に送信する。ショーケース側コントローラ３６は、圧縮機１１の始動時点で（実際にはその直前から）主コントローラ３５から受信した膨張弁３２の始動時点の弁開度に膨張弁３２を制御すると共に、始動後は受信した始動後の弁開度に膨張弁３２を制御する。

このように、外気温度に基づいて圧縮機１１の始動時における膨張弁３２の弁開度を変更し、外気温度が高く、冷媒回路１の平衡圧力が高い状況では膨張弁３２の弁開度を拡大して高圧側圧力ＨＰの異常な上昇を防止し、圧縮機１１の始動負荷を低減することができるようになると共に、外気温度が低く、平衡圧力が低い状況では膨張弁３２の弁開度を縮小して冷却性能の過剰によるショートサイクルの発生を防止することができるようになる。

尚、ショーケース側コントローラ３６は、主コントローラ３５から補正した弁開度に関するデータを受信できない場合、自らが保有する標準弁開度で膨張弁３２を制御する。即ち、実施例の場合、膨張弁３２の標準弁開度はショーケース４のショーケース側コントローラ３６が保有しているので、主コントローラ３５とショーケース側コントローラ３６との間の通信異常が発生した場合等にも、圧縮機１１の始動時点から始動後に渡ってショーケース側コントローラ３６は支障無く膨張弁３２を標準弁開度とすることができる。

尚、実施例では低圧側圧力ＬＰをゾーン制御で目標範囲内に制御するようにしたが、それに限らず、所謂ＰＩＤ制御等によって目標値に制御するようにしても本発明は有効である。また、実施例で示した各数値はそれらに限定されるものでは無く、冷凍装置の規模や用途に応じて適宜変更されるべきものである。

Ｃ制御装置（制御手段）
Ｒ冷凍装置
１冷媒回路
３冷凍機
４ショーケース
８、９冷媒配管
１１圧縮機
２４インタークーラ
２８ガスクーラ
３２膨張弁
３３蒸発器
３４冷凍機側コントローラ（冷凍機側制御手段）
３５主コントローラ（主制御手段）
３６ショーケース側コントローラ（ショーケース側制御手段）

Claims

圧縮機と、ガスクーラと、膨張弁と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、
前記圧縮機及び膨張弁を制御する制御手段を備え、
該制御手段は、前記冷媒回路の低圧側圧力に基づき、前記圧縮機の運転周波数を制御すると共に、前記低圧側圧力の降下速度が所定の規定値以上である場合、前記圧縮機の運転周波数の上昇を禁止するものであり、
前記制御手段は、前記低圧側圧力が所定の目標値、若しくは、目標範囲の上限値より高い場合、前記圧縮機の運転周波数を所定の上昇速度で上昇させ、前記低圧側圧力が前記目標範囲の下限値より低い場合、前記上昇速度よりも速い所定の低下速度で低下させることにより、前記低圧側圧力が前記目標範囲内となるようにすると共に、前記低圧側圧力が前記下限値より低い所定の停止値まで降下した場合、前記圧縮機を停止させることを特徴とする冷凍装置。
前記制御手段は、前記圧縮機の停止後、前記冷媒回路の高圧側圧力と前記低圧側圧力が平衡するまで前記圧縮機の始動を禁止することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
冷媒として二酸化炭素を使用したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍装置。