JPH0445358A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は可変容量形圧縮機を搭載した冷凍装置に関する
。

（従来の技術及びその課題） 通常、冷凍装置の圧縮機は省エネルギを目的としてデユ
ーティ−制御が行われる。デユーティ−制御においては
、予め設定された設定時間内における圧縮機の運転率を
算出してこの設定時間内の冷凍負荷の大きさを把握し、
この運転率の値に応した時間だけ圧縮機を停止させた後
、再起動する。

圧縮機の運転率ｆは冷凍装置に組み込まれた圧縮機の台
数をｍ、ＰＨを各圧縮機（ｉ・１．２−ｍ）の定格動力
、θ１を各圧縮機が設定時間Ｔ内に運転された時間とし
たとき ｆ＝ΣＰ、θ、／Ｔ×ΣＰ。

なる式で算出されていた。

しかし、冷凍負荷に応して容量が自動的に変化する可変
容量形圧縮機を搭載した冷凍装置においては、可変容量
形圧縮機の容量が自動的に変化するため、その運転時間
を検出しただけでは冷凍負荷の大きさを把握できず、従
って、実際の冷凍負荷に対応して圧縮機をデユーティ−
制御することができないという不具合があった。

（ＬＩＩＦＩを解決しようとする手段）本発明は上記課
題を解決するために発明されたものであって、その要旨
とするところは、冷凍負荷に応じて容量が自動的に変化
する可変容量形圧縮機を冷媒回路内に少なくとも１台組
み込んでなる冷凍装置において、予め設定された設定時
間Ｔ内における圧縮機の運転率ｆを ｆでＰづ二　０・　ｄｔ／　電Ｐｉ （但し、ＰＬは各圧縮機の定格動力、Φ直は設定時間Ｔ
内の微少時間ｄｔ内において運転された圧縮機の容量制
御率）なる式で算出し、上記設定時間Ｔの経過後に上記
式で算出された運転率ｆに対応する時間だけ上記圧縮機
を停止させる制御装置を設けたことを特徴とする冷凍装
置にある。

（作用） 本発明においては、上記構成を具えているため、予め設
定された設定時間Ｔ内において運転された圧縮機の運転
率ｆを算出し、この設定時間経過後算出された運転率に
対応する時間だけ圧縮機を停止させる。

（実施例） 本発明の１実施例が第１図ないし第３図に示されている
。

第１図には冷凍装置の系統図が示され、可変容量形圧縮
８１３０から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは、矢印
で示すように、凝縮器３１に入り、ここで凝縮液化して
高圧の液冷媒となる。この液冷媒はキャピラリチューブ
、膨張弁等からなる絞り機構３２に入り、ここで絞られ
ることにより断熱膨張して気液二相となる０次いで、こ
の冷媒は蒸発器３３に入り、ここで蒸発気化して低温・
低圧の冷媒ガスとなって圧縮機３０に循環する。

圧縮機３０に内臓された後述する容量可変機構の作動室
と圧縮機３０の吸入管３４とを連結するバイパス管３５
には制御弁３６が介装されている。

吸入管３４にはこの中を流れる冷媒の圧力又は温度、即
ち、冷凍負荷を検知するセンサ３７が取り付けられ、こ
のセンサ３７の出力はコントローラ４０に入力される。

そして、このコントローラ４０からの指令により制御弁
３６の開度が制御され、かつ、圧縮機３０の駆動用モー
タ３９が起動又は停止されるようになっている。

第３図には圧縮機３０の容量可変機構が示されている。

第３図において、ｌはシリンダ、２はピストン、３は弁
板、４はシリンダヘッド、５は吸入キャビティ、６は吸
入弁、７は吐出弁、８は吐出子ヤンバ、９はアンローダ
シリンダ、１０はアンローダピストン、２３はシールリ
ング、２５はピストンリング２６は座金である。

アンローダシリンダ９の下端は弁板３に固定され、その
上端はカバー２０によって掩蓋されている。

このアンローダシリンダ９内にアンローダピストン１０
を封密摺動自在に嵌装することによってこのアンローダ
ピストン１０の上方に作動室１６が、下方に室１９がそ
れぞれ限界されている。そして、この室１９は開口１８
を介してガス圧縮室１２に連通し、作動室１６はカバー
２０に穿設された絞り穴２４を介して吐出チャンバ８に
連通している。また、作動室１６は導圧管１５、弁板３
に穿設された通路２１を介してバイパス管３５に連通し
ている。

しかして、ピストン２が復動すると、冷媒ガスが吸入キ
ャビティ５から弁板３に穿設された吸入通路１１を通り
、吸入弁６を押し開いてガス圧縮室１２内に吸入される
。

ピストン２が往動すると、ガス圧縮室１２内の冷媒ガス
が圧縮されて吐出弁７を押し開き、通路１３を通って吐
出チャンバ８内に入り、ここから図示しない吐出管を経
て吐出される。

室１９には開口１８を経て圧縮室１２内の冷媒ガスが流
入する。一方、作動室１６には絞り穴２４を経て吐出チ
ャンバ８内の吐出ガスが流入する。そして、作動室１６
のガスは導圧管１５、通路２１、制御弁３６、バイパス
管３５を通って吸入管３４に流出する。このバイパス管
３５を通るガスの流量を制御弁３６で制御することによ
って作動室１６内の圧力を任意の圧力に設定できる。

かくして、アンローダピストン１ｏは作動室１６に作用
する圧力と室１９に作用する平均筒内圧力との差に応し
て上下に移動し、この上下位置に応じて室１９及び開口
１８によって構成されるトップクリアランスボリューム
が変化し、これに伴って圧縮機３０の容量が連続して無
段階に変化する。

第２図にはコントローラ４０の機能ブロック図が示され
ている。

センサ３７によって検知された吸入管３４内を流れる冷
媒ガスの圧力又は温度はコントローラ４０の比較手段４
１に入力され、ここで設定手段４２から入力される設定
値と比較されることにより両者の偏差が算出される。こ
の偏差は開度決定手段４３に入力され、ここで記憶手段
４４から入力される制御ルールに従って制御弁３６の開
度が決定される。なお、記憶手段４４には偏差及びその
変化率に対応して制御弁３６の開度を決定する制御ルー
ル（例えば、ＰＩＤＩ１１御、テーブル対比制御、ファ
ジー制御等）が記憶されている。決定された開度は出力
手段４５を経て制御弁３６に出力され、制御弁３６はこ
の決定された開度となり、これに伴って圧縮機３０の容
量が決まる。

かくして、可変容量形圧縮機３０はその運転中、冷凍負
荷の変動に応じて容量が自動的に変化し、従って、圧縮
機３０の圧縮能力は冷凍負荷と合致し、かつ、冷媒回路
内の低圧圧力は一定に維持される。

上記圧縮機３０の容量制御率は検出手段３８によって常
時検出され、その出力はコントローラ４０の演算手段４
６に入力される。この演算手段４６は時間設定手段４７
により予め設定された設定時間Ｔ（例えば、６０分）内
に運転された圧縮機３０の運転率ｆを演算する。ここに
運転率ｆは ｒ＝ｐｘ５二　　Φｄｔ／　Ｐ　ｘ　Ｔ　＝　Ｓ二　　
Φｄｔ／Ｔ（但し、Ｐは圧縮機３０の定格動力、Φは設
定時間Ｔ内の微少時間ｄＬ内に運転された可変容量形圧
縮８１３０の容量制御率）なる式で算出される。

演算手段４６によって演算された運転率ｆの値は運転態
様決定手段４日に入力され、この運転Ｂ様決定手段４８
はこの運転率ｆの値に対応して予め設定された時間だけ
圧縮機３０を停止する旨を決定し、この出力は出力手段
４９を経て駆動用モータ３９に出力される。これによっ
て圧縮機３０の間欠運転制御、即ち、デユーティ−制御
が行われる。

圧縮機３０は上記時間停止した後、運転を再開し、冷凍
負荷に応じて容量が変化する容量制御運転を継続し、再
びこの容量制御運転中の設定時間Ｔ内における運転率が
演算される。

上記運転率ｆは例えば圧縮′ａ３０の定格動力を１５Ｐ
Ｓ、設定時間Ｔを６０分としたとき、この設定時間Ｔ内
に圧縮機３０が容量制御率Φ＝１．０で１０分間、Φ−
０，６で２５分間、Φ−０，２で２５分間運転された場
合には、 ｆ　＝１５Ｘ（１，０Ｘ１０＋０．６　Ｘ２５＋０．２
　Ｘ２５）／１５Ｘ６０−Ｏ，ＳＯ となる、そして、圧縮機３０は運転率ｆが０．５のとき
４分、ｆが０．３のとき５分、ｆが１．０のとき０分停
止される。

ここに検出手段３８によって検出された任意の時点にお
ける容量制御率Φと圧縮ｌ！３０の定格動力Ｐとの積、
即ち、Φ×Ｐは当該時点における冷凍負荷に合致した圧
縮機３０の運転負荷（もしくは圧縮能力）を表している
ので、上記式により算出された運転率ｆの値は設定時間
Ｔ内における圧縮機３０の全圧縮能力に対する実際の冷
凍負荷の平均比率を示している。従って、上記式で運転
率ｆを演算すれば、圧縮機３０のデユーティ制御を実際
の冷凍負荷に対応して適正に行うことができる。

第４図ないし第６図には本発明の第２の実施例が示され
ている。

第４図に示すように、冷凍装置は可変容量形圧縮機３０
Ａ及び定容同形圧縮機３０Ｂを有し、これら圧縮機３０
＾及び３０Ｂは冷媒回路内に並列に組み込まれていてコ
ントローラ５０からの指令を受けて単独又は同時に運転
される。

吸入管３４にはこの中を流れる冷媒の圧力を検知する低
圧圧力スイッチ５１が取り付けられ、この低圧圧力スイ
ッチ５１の出力はコントローラ５ｏに入力される。そし
て、コントローラ５０からの指令によって制御弁３６の
開度が制御され、がっ、圧縮機３０＾、３０Ｂの駆動用
モータ３９Ａ　、３９Ｂが起動又は停止されるようにな
っている。

他の構成は第１の実施例と同様であり、対応する部材に
は同一の符号を付してその説明を省略する。

可変容量形圧縮機３０＾及び定容量形圧縮機３０Ｂの同
時運転中は冷凍負荷の変動に応じて可変容量形圧縮機３
〇への容量が自動的に変化してこれら圧縮機３０Ａ及び
３０Ｂの圧縮能力を合算した全圧縮能力が冷凍負荷と合
致し、かつ、低圧圧力が一定に維持される。

この圧縮機３０Ａ及び３０Ｂの同時運転下において、冷
凍負荷が減少して可変容量形圧縮機３０Ａの容量が最少
となってもなお圧縮１ＩＪ３０Ａ及び３０Ｂの圧縮能力
を合算した全圧縮能力が冷凍負荷を上回るときには、吸
入管３４内を流れる冷媒の圧力が低下する。この圧力が
低圧圧力スイッチ５１のカットアウト値よりも低い場合
にはこれを検知した低圧圧力スイッチ５１の出力を受け
て判別手段５２が所定値以下の冷凍負荷であると判断す
る。この判別結果は運転態様決定手段４８に入力され、
ここで定容目形圧縮機３０Ｂの停止を決定し、この決定
結果は出力手段４９を経て出力され定容目形圧縮機３０
Ｂは運転を停止する。以後、可変容量形圧縮機３０Ａの
みが運転されて冷凍負荷に対応するようにその容量を自
動的に変化しながら容量制御運転を継続する。

可変容量形圧縮機３０＾が単独で容量制御運転中、冷凍
負荷が増加して圧縮機３０Ａの容量制御範囲を越えてそ
れ以上になると、低圧圧力が上昇する。

この圧力が低圧圧力スイッチ５１のカントイン値よりも
高い場合にはこれを検知した低圧圧力スイッチ５１の出
力を受けて判別手段５２が所定値以上の冷凍負荷である
と判断する。この判別結果は運転態様決定手段４８に入
力され、ここで定容目形圧縮機３０Ｂの運転を決定し、
この決定結果は出力手段４９を経て駆動用モータ３９Ｂ
に出力され定容量形圧縮１３０Ｂは運転を開始する。以
後可変容量形圧縮機３０Ａの容量制御運転と定容目形圧
縮機３０Ｂとの同時運転が継続される。

以上のようにして冷凍負荷の変動に応して可変容量形圧
縮機３０Ａの容量を制御し、かつ、定容目形圧縮機３０
Ｂの運転、停止を繰り返して運転が継続される。

このような圧縮機３０Ａと３０Ｂとの同時運転下におい
て、可変容量形圧縮機３０Ａの容量制御率φ。

が検出手段３８Ａによって検出され、定容量形圧縮１１
３０Ｂの容量制御率Φいが検出手段３８Ｂによって検出
される。（但し、定容目形圧縮機３０Ｂの容量制御率Φ
、はその運転中は１．０、停止中は０．０となる。） 各検出手段３８Ａ　、３８Ｂの検出結果は演算手段４６
に人力され、演算手段４６は時間設定手段４７により予
め設定された設定時間Ｔ（例えば、６０分）内に運転さ
れた全ての圧縮機３ＯＡ及び３０Ｂの運転率ｒを演算す
る。この運転率は ｆ−（Ｐｓ５ＸΦＡ　ｄＬ＋Ｐｗ　ａ　（：ＩＩ　ｄＬ
）／Ｔ（ｐ−＋　ｐ。

（但し、ＰＡは可変容量形圧縮機３０Ａの定格動力、Ｐ
、は定容目形圧縮機３０Ｂの定格動力をそれぞれ示す。

）なる式で算出される。

演算手段４６で演算された運転率ｆの値は運転態決定手
段４８に入力され、ここで運転率ｒに対応して予め設定
された所定時間（運転率ｒの値が小さい程所定時間は長
く定められている）圧縮機３０Ａ及び３０Ｂを停止する
旨を決定する。これによって圧縮機３０Ａ及び３０Ｂは
所定時間停止されデユーティ−制御が行われる。所定時
間経過後、圧縮機３〇八及び３０Ｂは運転を再開し、再
び設定時間Ｔ内における各々の容量制御率Φ、及びΦ、
が検出されて運転率ｒが演算される。

例えば、設定時間Ｔ（６０分とする）の間に定格動力１
５ＰＳの圧縮機３０Ａと定格動力１０ＰＳの３０８が第
６図に示すように、その容量制御率Φ０、Φ、を変化し
ながら運転された場合には運転率ｆはｆ　＝　　＋　　
１５　　Ｘ　　（０，５Ｘ１５＋０．２　　Ｘ　５　＋
０．８　　ＸＩＯ＋１．ＯＸ５　＋０．３　Ｘ２５）　
　＋１０Ｘ（１，０Ｘ２０＋Ｏ，ＯＸ１５＋１．０Ｘ２
５）　ｌ　／６０Ｘ（１５＋ＩＯ）・０．５９となる。

ここに検出手段３８Ａ　、　３８Ｂによって検出された
任意の時点における圧縮１３０Ａの容量制御率Φ。

とその定格動力ＰＡとの積、即ち、φＡ　Ｘ　Ｐ　Ａ　
％及び圧縮機３０Ｂの容量制御率Φ、とその定格動力Ｐ
、との積、即ち、ΦＩ　×ＰＡとの和、即ち、φ１×Ｐ
Ａ　十Φ、×Ｐ、は圧縮機３０Ａ及び圧縮機３０Ｂの合
算された運転負荷（もしくは圧縮能力）を表しているの
で、上記により算出された運転率ｆの値はその式からも
明らかなように設定時間Ｔ内における圧縮１１３０Ａ及
び圧縮機３０Ｂの合算した全圧縮能力に対する実際の冷
凍負荷の平均比率を示している。従って、第１の実施例
において説明したと同様にこの運転率ｒを演算すること
によって実際の冷凍負荷に対応して所定の時間圧縮機３
０Ａ及び３０Ｂを停止させるデユーティ−制御を適正に
行うことができる。

第２実施例においては、２台の圧縮機を並列に冷媒回路
内に組み込んでいるが、３台以上の圧縮機を組み込むこ
とができる。この場合には可変容量形圧縮機を２台又は
それ以上にすることができる。

（発明の効果） 本発明の冷凍装置においては、予め設定された設定時間
Ｔ内における圧縮機の運転率ｒをｆ＝、Ｉｐ、　ｓ二　
Φ、ｄｔ、／Ｔ　、Σ　ＰＩ（但し、Ｐ＋　は各圧縮機
の定格動力、Φ１は設定時間Ｔ内の微少時間ｄｔ内にお
いて運転された圧縮機の容量制御率）なる式で算出し、
上記設定時間Ｔの経過後に上記式で算出された運転率ｆ
に対応する時間だけ上記圧縮機を停止させる制御装置を
設けため、冷凍負荷の大きさに合致した圧縮機の運転率
を演算することができるので圧縮機のデユーティ−制御
を適正に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図は冷凍装置の系統図、第２図はコントローラの機能
ブロック図、第３図は可変容量形圧縮機の容量可変機構
の縦断面図である。第４図ないし第６図は本発明の第２
の実施例を示し、第４図は冷凍装置の系統図、第５図は
コントローラの機能ブロック図、第６図は圧縮機の運転
状態の１例を示す図である。 圧縮機−３０１コントローラー４０、検出手段−３８、
第 図 第３図 第 図 ζ４ 図 第６ 図 Ｔ−印分

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 冷凍負荷に応じて容量が自動的に変化する可変容量形圧
   縮機を冷媒回路内に少なくとも１台組み込んでなる冷凍
   装置において、予め設定された設定時間Ｔ内における圧
   縮機の運転率ｆを ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し、Ｐ＿ｉは各圧縮機の定格動力、Φ＿ｉは設定時
   間Ｔ内の微少時間ｄｔ内において運転された圧縮機の容
   量制御率）なる式で算出し、上記設定時間Ｔの経過後に
   上記式で算出された運転率ｆに対応する時間だけ上記圧
   縮機を停止させる制御装置を設けたことを特徴とする冷
   凍装置。