JPH0252188B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の冷凍機の制御装置は、冷媒圧縮機の回
転数を制御してその容量を制御するものであり、
その目的とするところは、冷凍機の起動時に冷媒
圧縮機の摺動部の潤滑を良好にし、その信頼性を
高めると共に、冷凍機の立ち上がりを良好にする
ことを目的とするものである。

従来、冷媒圧縮機、凝縮機、減圧膨脹器、蒸発
器等を環状に接続配管した冷凍機において、その
容量を制御するために前記冷媒圧縮機に極数変換
圧縮機を用い、冷凍機の起動時に前記冷媒圧縮機
を一定時間低速運転し、起動時の騒音を低減しよ
うとしたものがあるが、低速回転においては、冷
媒圧縮機の吸入及び吐出の冷媒量は少なく、前記
蒸発器の圧力は徐々にしか低下せず、又、凝縮器
の圧力の上昇がゆるやかであり減圧膨脹器を通過
する冷媒量は少なく、冷却能力が低く、立ち上が
り特性の悪いものであつた。又、この立ち上がり
特性を良好にするために、前記冷凍機の起動時前
記冷媒圧縮機を高速回転に制御したものがある
が、冷媒圧縮機を起動時に高速回転すれば、摺動
面の潤滑状態が悪く寿命に限界があつた。すなわ
ち、冷媒圧縮機が停止時、この冷媒圧縮機に封入
されている潤滑油に冷媒が溶け込み希釈されその
粘度を著しく低下する。これは摺動面における潤
滑油も同様である。このような状態で高速回転し
た場合、粘度の低い潤滑油が摺動面に供給される
ために油膜が形成されにくく、又、摺動面の摩擦
による発熱で潤滑油が加熱され潤滑油に溶け込ん
でいる冷媒が蒸発し、摺動面の油圧が低下する。
この結果、摺動面は一時的に境界潤滑状態となり
摺動部の寿命に限界が出てくる。

本発明は以上のような問題点を解決する制御装
置であり、その一実施例を第１図に示す。

冷媒圧縮機１は周波数変換圧縮機で、その電源
周波数を変化することにより圧縮機の回転数を変
化させ容量を制御するものであり、この冷媒圧縮
機１から吐出された冷媒は凝縮器２で液化凝縮さ
れ、減圧膨脹器３で減圧膨脹し、蒸発器４で蒸発
し、被冷却物質Ａより吸熱し、前記冷媒圧縮機１
へ吸入される。このようにして冷凍機が構成され
ている。５は前記冷媒圧縮機１の回転数を制御す
る制御装置であり、商用電源６を一次電源とし、
整流回路部７にて整流し、直流電源に変換し、こ
の直流電源をチヨツパ回路部８にて電圧調節し、
ブリツジインバータ回路部９にてこの直流電圧に
相当する周波数の矩形三相電源に逆変換し、配線
１４で前記冷媒圧縮機１に供給する。この冷媒圧
縮機１の回転数制御は速度信号部１０の信号によ
り前記チヨツパ回路部８を制御し前記の如く直流
電圧を制御し、周波数を変化させて行なう。この
速度信号部１０は前記被冷却物質Ａの温度を検知
器１１で検知し、この検知器１１により検知した
値と設定温度との差を検出器１２で検出し、その
差に基づく信号を前記速度信号部１０に送り、前
記の如く冷媒圧縮機１の回転数を制御する。

すなわち被冷却物質Ａの冷却負荷に対応した前
記検出器１２の信号を前記速度信号部１０が入力
し、この信号に対応した回転速度信号を前記チヨ
ツパ回路部８に出力して、圧縮機１の容量を制御
するものであり、温度の他に湿度あるいは冷媒の
圧力等で制御してもよい。なお前記速度信号部１
０には別に起動制御回路１３を設けて、前記冷媒
圧縮機１の起動時所定時間、この起動制御回路１
３にて制御される優先回路が設けられている。す
なわち、起動制御回路１３と速度信号部１０で構
成されるこの優先回路を第２図で詳細に説明す
る。第２図は第１図の回路図の速度信号部１０の
詳細回路図である。前記速度信号部１０は前記検
出器１２からの信号を入力しこの信号に対応する
圧縮機の速度信号に変換して出力する速度信号回
路１５と、この速度信号回路１５からの信号およ
び起動制御回路１３からの信号を入力し、通常運
転時は速度信号回路１５からの信号に基づいた回
転速度信号をチヨツパ回路８に出力するととも
に、タイマー回路１７の作動時に起動制御回路１
３からの信号に基づいた回転速度信号をチヨツパ
回路８に出力する優先制御回路１６と、圧縮機起
動時の所定時間、すなわち圧縮機が起動し冷凍機
の温度及び冷媒圧力が適当な値になるまでの時間
をカウントし優先制御回路１６に信号を出力する
タイマー回路１７とより構成されている。

そして速度信号回路１５からの最初の信号又は
特定の信号を起動信号とみなし、この起動信号が
優先制御回路１６に入力された時、この優先制御
回路１６より前記起動制御回路１３と前記タイマ
ー回路１７へ起動信号が出力される。この起動信
号が入力されれば、前記起動制御回路１３から回
転速度の低い順に圧縮機１の回転速度を決定する
信号を出力すると共に、タイマー回路１７は時間
のカウントを開始する。従つて圧縮機の起動時に
はタイマー回路１７が作動し、このタイマー回路
１７の作動中は、優先制御回路１６から出力され
る信号は起動制御回路１３からの信号に基づいた
信号となり、圧縮機の回転速度は徐々にその速度
を上昇させる。そして圧縮機が起動から所定時間
を経過するとタイマー回路１７は、優先制御回路
１６へ所定時間経過した信号を出力し、優先制御
回路１６から出力される信号は速度信号回路１５
からの信号に基づいた信号となり、圧縮機の回転
速度は検出器１２の信号に対応した速度となる。

なおタイマー回路１７の作動開始は、圧縮機の
起動を何らかの手段で検出して直接タイマー回路
１７に入力して行なうようにしてもよい。

この起動時の冷媒圧縮機１の回転数制御を第３
図で説明する。第３図は時間に対する冷媒圧縮機
１の回転速度変化を示すもので、横軸に起動から
の時間をとり、縦軸に回転速度をとつている。冷
媒圧縮機１は起動時、前記起動制御回路１３から
の信号によりS₀の回転速度で起動し、その後、第
３図中にで示すごとくT₁時間まで時間の経過
と共に回転速度をS₁まで増加させる。

その後、第３図中に一定速度線′で示すごと
く、前記タイマー回路１７で設定された起動開始
からの時間T₂まで、冷媒圧縮機１の回転速度を
一定の回転速度S₁に保つようにしている。この間
に前記冷媒圧縮機１の摺動部における潤滑油に溶
解している冷媒は、その摺動部からの発熱により
ガス化され潤滑油より気化する。この間は低速で
回転すると共に起動時の冷媒圧縮機１の高圧側と
低圧側の圧力差は小さく、摺動部における負荷荷
重も低いため、摺動部の損傷はない。そして、潤
滑油から冷媒が気化するにつれその粘度は上昇
し、高速回転を行なつても十分に良好な潤滑が行
なわれるようになる。それと共に冷媒圧縮機１の
回転数は増速され、時間T₁後は一定の回転速度
S₁となり、冷媒圧縮機１に吸入され吐出される冷
媒が多くなり、吸入圧力が低下し、又、吐出圧力
は上昇し蒸発器４で吸熱される熱量が増大し、前
記冷凍機の立ち上がりが早くなる。そして冷凍機
の温度及び冷媒圧力が適当な値に達するまでの時
間T₂まで前記のように起動制御回路１３により
制御され回転速度はS₁となつている。その後は前
記タイマー回路１７からの所定時間T₂が経過し
たとの信号により、制御切換回路１６から出力さ
れる信号は速度信号回路１５からの信号に基づい
た信号となり、前記起動制御回路１３の制御がは
ずれ、被冷却物質Ａの温度を検知し、その設定温
度との差を検出する検出器１２により前記速度信
号部１０が制御され、冷媒圧縮機１の回転速度を
制御する。すなわち、被冷却物質Ａの温度と設定
温度との温度差が大きければ前記回転速度S₁より
増速し曲線のような回転速度が増加し、冷媒圧
縮機１の容量を上昇させ、冷凍機の冷却能力を増
大させ負荷に対応した能力を出す。又、前記温度
差が小さければ曲線の如く回転速度を低下さ
せ、負荷に対応した能力を出させる。このとき前
記速度信号回路１５は、前記検出器１２からの入
力信号を所定の時定数で速度信号に変換し、その
値を出力することにより冷媒圧縮機１の回転速度
が曲線、曲線のようになだらかな変化とな
る。

なお、前記速度信号部１０に起動時冷凍機の温
度及び冷媒圧力が適当な値に達するまでの時間を
計測するタイマー回路１７を設けたが、このタイ
マー回路１７の機能を前記起動制御回路１３に設
けてもよい。すなわち、優先制御回路１６からの
起動信号を受け、前記起動制御回路１３は速度信
号の低い順に前記制御回路１６に速度信号を出力
し、前記冷凍機の温度及び冷媒圧力が適当な値に
達した後は、前記優先制御回路１６の出力信号を
前記速度信号回路１５からの信号に基づいた信号
としてもよい。また、第３の実施例として特定の
タイマー機能を有しなくても前記起動制御回路１
３からの速度信号が所定の値に達した後、その所
定の値と同じ値の速度信号を一定時間出力し、一
方前記優先制御回路１６が所定の時間T₂後に前
記起動制御回路１３からの信号に基づいた回転速
度信号から、前記速度信号回路１５からの信号に
基づいた回転速度信号を出力する構成とするか、
または、前記優先制御回路１６が前記起動制御回
路１３からの同じ値の速度信号を積算し、その積
算値が所定の値に達した後速度信号回路１５に切
換わる構成としてもよい。

回転速度S₁は前記起動制御回路１３から出力さ
れる最大速度信号を限定し、冷媒圧縮機１の最高
回転速度S_Mより低い値に設定している。これは
起動時に回転速度を最高回転速度まで増速し、次
に速度信号回路１５からの信号に基づいた信号を
出力する時、多くの場合、その最高回転速度では
能力が高すぎ、ほとんど回転速度を低下する方向
に制御される。すなわち不必要に回転速度を増加
させ、その結果、必要以上の冷媒圧縮機の機械的
動力損失及び圧縮動力損失をもたらし冷凍機の効
率が低下する。本実施例はこの点をも解決するも
のである。本実施例では第３図に示すごとく、起
動開始後、時間T₁までの間に、冷媒圧縮機１の
回転速度を上昇速度線で示すように徐々に上昇
させ、回転速度S₁に到達させ、その後、時間T₂
までは、その回転速度S₁を保つように制御してい
る。前記上昇速度線は、起動制御回路１３が有
する回転速度が異なる複数の信号を低い方から順
次出力することによつて得られ、また、一定速度
線′は、起動制御回路が有する同じ回転速度の
複数の信号を順次出力することによつて得られ
る。この制御は第１図で示す冷媒圧縮機１に回転
式圧縮機等で用いられている密閉ハウジング内部
を高圧型としたものにおいて有効である。すなわ
ち高圧型の圧縮機では吐出された冷媒が密閉ハウ
ジング内部に吐出されるため、起動時、冷えてい
る圧縮機により吸熱されるため冷媒の凝縮能力が
大きすぎ、吐出圧力の上昇がゆるやかで立上がり
特性が極端に悪い一方、摺動部の潤滑状態は短時
間に高速回転に対応出来る状態となるため、高速
回転が可能となる。故に本実施例では起動後、時
時T₁までの間に潤滑状態を比較的高速の回転速
度S₁に対応させるようにし、時間T₁よりT₂まで
の回転速度S₁の状態で運転し冷媒を多量に吐出し
立ち上がり特性を良好にすることができる。この
時間T₂は、冷媒圧縮機の吐出圧力あるいは温度
等の冷凍機の温度を検知して適当な値となつた時
間でもよい。

なお、第３図において起動後、時間T₁まで、
時間の経過に比例して直線的に回転速度を上昇、
すなわち加速度一定にしたが、時間と共に増速速
度すなわち加速度を変えるなど、回転速度を所定
の値で上昇させた制御回路でもよいことは明らか
である。

以上の実施例において特に起動制御回路と速度
信号部をシーケンス回路で構成したが、マイクロ
コンピユータを中心とする電子制御回路で構成し
ても同様の作用効果を得ることができる。また、
本実施例はヒートポンプ式冷凍機においてもその
作用効果は同じである。また、冷媒圧縮機の回転
数制御は、その電源の位相制御、あるいは直流モ
ータを使用して制御を行なつても同しである。

以上のように本発明の冷凍機の制御装置は、冷
媒圧縮機、凝縮器、減圧膨脹器、蒸発器を環状に
接続して冷媒回路を構成し、冷暖房負荷を検知す
る検知器と、前記検知器により検知した値と設定
値との差に基づく信号を出力する検出器と、圧縮
機の回転速度を決定する信号を複数個有し、これ
らの信号を前記冷媒圧縮機の起動時からの所定時
間内に回転速度の低い順に出力する起動制御回路
と、前記検出器の信号を入力し、この信号に対応
した回転速度信号を出力するとともに、前記起動
制御回路からの信号を入力して前記検出器の信号
に優先して前記起動制御回路からの信号に基づく
回路速度信号を出力する速度信号とを備え、さら
に前記起動制御回路が有する信号は、回転速度の
異なる複数個の信号と、前記複数個の信号ののち
出力する同じ回転速度の複数個の信号とからなる
ために、冷凍機の起動時に圧縮機を瞬時に高速回
転させることなく、起動からの一定時間は所定の
加速度で徐々に回転速度を上昇させるとともにそ
の後の適当な時間は一定回転速度で圧縮機を運転
する。従つて潤滑油中に溶解している冷媒を蒸発
させ潤滑油の粘度が適当な値で上昇させ、圧縮機
の摺動部が十分高速回転に耐える状態にする。こ
の高速回転が可能になるまでの間は前記のように
漸次回転数を上昇させ、急激な高速回転による軸
受などの摺動面の潤滑油切れなどの潤滑状態が悪
化するのを防ぎ圧縮機の信頼性を確保する。そし
て回転速度が上昇するにつれ圧縮機の容量は大き
くなり、この回転速度の上昇スピード、すなわち
加速度を所定の値に選定することにより、立上り
特性が良好で信頼性の高い冷凍機とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における冷凍機の制
御装置の回路図、第２図は第１図の回路図の速度
信号部の詳細回路図、第３図は同冷凍機の制御装
置の運転特性図である。 １……冷媒圧縮機、２……凝縮器、３……減圧
膨脹器、４……蒸発器、８……チヨツパ回路部、
１０……速度信号部、１１……検知器、１２……
検出器、１３……起動制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷媒圧縮機、凝縮器、減圧膨脹器、蒸発器を
   環状に接続して冷媒回路を構成し、冷暖房負荷を
   検知する検知器と、前記検知器により検知した値
   と設定値との差に基づく信号を出力する検出器
   と、圧縮機の回転速度を決定する信号を複数個有
   し、これらの信号を前記冷媒圧縮機の起動時から
   の所定時間内に回転速度の低い順に出力する起動
   制御回路と、前記検出器の信号を入力し、この信
   号に対応した回転速度信号を出力するとともに、
   前記起動制御回路からの信号を入力して前記検出
   器の信号に優先して前記起動制御回路からの信号
   に基づく回転速度信号を出力する速度信号部とを
   備え、前記起動制御回路が有する信号は、回転速
   度の異なる複数個の信号と、この複数個の信号の
   のち出力する同じ回転速度の複数個の信号とから
   なる冷凍機の制御装置。