JPH0452464A - 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、冷凍装置、特にインバータを用いて圧縮機の
回転制御を行なう方式の冷凍装置の改良に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

インバータを有する冷凍装置は、電源周波数を変化させ
ることによって、冷媒圧縮機を駆動する電動機の回転を
制御するものである。そして、このように圧縮機の回転
速度を制御することにより、冷凍能力を連続的に変化さ
せ得るものである。

第６図は、実願昭６２−１９８５８４号に示され、従来
から一般に用いられているインバータを有する冷凍装置
の構成図であって、圧縮機１で圧縮された冷媒は凝縮器
２で凝縮された後、膨張弁３で膨張し、蒸発器４で蒸発
して冷却を行ない、圧縮機１に戻されるように管路で閉
ループに接続されることにより、冷凍サイクルを構成し
ている。

一方、５は商用電源の周波数を変化させて出力するイン
バータであり、このインバータ５の出力を電磁接触器８
および過電流継電器９を介して圧縮機１の電動機（図示
せず）に供給しで、この圧縮機ｌを駆動するようになっ
ている。

電磁接触器８と過電流継電器９はインバータ５と圧縮機
１の電動機との間の電源ラインに直列に接続されている
。

また、圧縮機１の低圧側の冷媒圧力を圧力検出器７で検
出して、その検出信号を制御部６に出力するようになっ
ている。制御部６はこの検出信号に応じてインバータ５
の出力周波数を制御するようになっている。

次に動作について説明する。図示しない電源スィッチを
投入すると、電磁接触器８が閉じて、インバータ５から
出力される電力が圧縮機１の電動機に供給され、圧縮機
１が動作する。

圧縮機１が動作することにより、圧縮冷媒が冷凍サイク
ルを流れると、周知のように１発器４による冷却が行な
われる。

ここで、冷却負荷が少なくなると、冷凍サイクルの低圧
側の冷媒圧力が下がり、これに伴って圧力検出部７から
制御部６に出力される圧力検出信号のレベルも低下する
。

制御部６では、圧力検出信号を基準値である圧力の設定
値と比較しているため、圧力検出信号が基準値よりも低
い場合には、制御部６はインバータ５の出力周波数の低
下時間を早くするように制御し、圧縮機１の回転数低下
時間を早めることによって冷却能力を下げる。

このようにして、冷却能力が下げられると、冷凍サイク
ルの低圧側の冷媒圧力が上昇し、設定圧力に収束する。

また、冷却負荷が高い場合には、冷凍サイクルの低圧側
の冷媒圧力が上昇し、これに伴って圧力検出部７から制
御部６に出力される圧力検出信号が上昇する。

この結果、制御部６はインバータ５の出力周波数が上昇
するように制御し、圧縮機ｌの回転数を上昇させること
により、冷却能力を増加させる。

したがって、このようなインバータ５を有する冷凍装置
においては、これを冷却負荷に応した冷却能力に制御す
ることができ、被冷却物の高鮮度維持、省電力化が可能
となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の冷凍装置は以上のように構成されており、設定圧
力と検出圧力との差によって圧縮機の回転数の変化時間
を制御するものであるため、冷却負荷の変動に対する追
従性や、停止時から再起動する際の立上り時におけるオ
ーバシュートや圧力設定値に対する安定性が悪く、設定
圧力に到達するまでの時間が長くかかる他、被冷却物の
温度が上昇して被冷却物の鮮度が保持されないというよ
うな問題があった。

また、圧縮機１の停止時に冷凍サイクルの低圧側の冷媒
圧力が上昇し、圧力検出信号が基準値とほぼ同じ場合、
再始動時に低圧側の冷媒圧力が急激に低下し、圧縮機１
が停止して、圧縮機１の発停間隔が短くなり、圧縮機１
の寿命が短くなるという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、迅速に所定の設定圧力に到達で
き、消費電力の低減が図れるのに加えて負荷変動に対す
る動特性の良い冷凍装置を得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成するために本発明は、可変周波数
のインバータと、このインバータの出力により駆動され
る圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が閉ループに接
続されることによって構成された冷凍サイクルと、この
冷凍サイクルの低圧側における冷媒圧力を検出して圧力
検出信号を発生する圧力検出部と、圧力検出信号と所定
の設定圧力に対応する基準値とを比較してこの両者の差
に応じた信号を発生する圧力比較部と、圧力検出信号を
受けて前記低圧側の冷媒圧力の微分係数を演算し、この
演算結果に応じた信号を発生する微分係数演算部と、圧
力比較部および微分係数演算部からの信号に基づいてフ
ァジィ推論を行ない確定植を出力するファジィ制御部と
、このファジィ制御部から出力される確定値によってイ
ンバータの出力周波数変化時間を制御する周波数制御部
と、確定値出力によるシステムの動特性からメンバージ
・ツブ関数の形状をシステムに応して最適に修正可能と
するメンハーシソプ関数修正部とを設けるようにしたも
のである。

〔作用〕

本発明による冷凍装置における圧力検出部は、冷媒圧力
を検出して圧力検出信号を出力し、この圧力検出信号と
設定圧力とを圧力比較部で比較するとともに、圧力検出
信号から低圧側の冷媒圧力の微分係数を微分係数演算部
で演算し、この微分係数と圧力比較部の出力信号とから
ファジィ制御部でファジィ推論を行なって確定値を出力
し、この確定値により周波数制御部でインバータの出力
周波数の変化時間を制御し、所定の設定圧力への到達を
早くし、かつ負荷変動に対する動特性を改善するよう、
さらに、ファジィ制御部のメンバーシップ関数の形状を
修正し、冷凍システムの動特性をより最適にするように
作用する。

〔実施例］ 以下、本発明による冷凍装置の実施例について図面に基
づき説明する。第１図はその一実施例の構成を示すブロ
ック系統図である。第１図において第６図と同一部分又
は相当部分には同一符号が付しである。

第１図において、１０は圧力検出部７からの圧力検出信
号と、所定の設定圧力に対応して設定される基準値とを
比較する比較部（図示せず）を内蔵し、比較結果すなわ
ち基準値と圧力検出信号との差に応じた信号を発生する
ようにされた圧力比較部である。

１１は同じく圧力検出部７からの圧力検出信号を受けて
冷媒圧力の微分係数を演算し、演算結果に応じた信号を
発生するようにされた微分係数演算部である。

１２は圧力比較部１０および微分係数演算部１１のそれ
ぞれの信号に基づいてファジィ推論を行ない、確定値を
出力するようにされたファジィ制御部である。

１３はファジィ制御部１２からの確定値に応してインバ
ータ５を制御し、その出力周波数変化時間を制御する周
波数制御部である。

１４はファジィ制御部１２のメンバーシップ関数を修正
するためのメンハーシソプ関数修正部である。

次に、本実施例の主要部を構成するファジィ制御部１２
の動作について説明する。このファジィ制御部１２は、
イフーゼン（Ｉ　ｆ−Ｔｈ　ｅ　ｎ）ルール（プロダク
ションルール）により表現されたファジィルールにより
推論を行ない、結論を導き出すものである。ルールは次
の表１に示す７つのプロダクションルールから構成され
ている。

以上のファジィルールを表にまとめると表２に示すよう
になる。

ルールの実行に当たっては、先ず第３図に示すような、
予め設定されたメンバーシップ関数により、事実である
圧力検出信号がルールの前件部にどの程度合致（ソフト
マツチング）するかを見る。

表　　１ 表２ ルールの実行に当たっては、先ず第３図に示すような（
第３図で、ＺＯはゼロ、Ｐｌは正で小、Ｐ２は正で中、
Ｐ３は正で大、Ｍｌは負で小、Ｍ２は負で中、Ｍ３は負
で大の特性線）予め設定されたメンバージ、プ関数によ
り、事実である圧力検出信号がルールの前件部にどの程
度合致（ソフトマツチング）するかを見る。

次に上記事実がルールの条件に合致する度合（グレード
）に応じてルールの後件部を採用する。

すなわち、合致する度合でルールの後件部をカットする
。この考え方で各ルールについて各々推論結果を得て、
７つのルールの推論和をとる。そして最後に最終推論結
果を示すメンバーシップ関数の重心をとるデファジフィ
ケーションを行なう。

この詳細を第２図について説明する。今、「検出圧力が
設定圧力よりも低く、圧力微分係数がほぼゼロ」という
事実があるとして、この事実がルール■の前件部にどの
程度合致するかを考える。

まず、第２図のルール■の第２図（ａ）に示すように、
圧力差（設定圧カー検出圧力）のメンバーシップ関数と
、圧力検出信号の確定値人力ＳＴ（シングルトン）とが
一致する部分（交点）を求め、これをソフトマツチング
のグレードとし、次に第２図（ｂ）に示すように、圧力
微分係数のメンバーシップ関数と、圧力検出信号の確定
値人力ＳＴとが一致する部分（交点）を求め、これをソ
フトマツチングのグレードとする。

その後、第２図（ａ）と第２図（ｂｌのグレードを比較
し、小さい方を上記事実がルール■に合致する（マツチ
ングする）度合（グレード）とする。

第２図（ａ）、第２図（ｂ）では、それぞれのグレード
を点線で示して両者の比較が出来るようにしている。

次に、第２図のルール■の第２図（Ｃ１に示すように、
上述した前件部のソフトマツチングのグレードに応じて
、ルール■の後件部である「周波数を中ぐらい増加」を
採用する。

つまり、合致する度合で後件部をαカット（頭を削る）
し、第２図（Ｃ１の斜線部のみ採用する。これが事実と
ルール■とから得られた推論結果である。

ルール■〜■についてもそれぞれ同様にして前件部のソ
フトマツチングのグレードを定め、それぞれのグレード
によってそれぞれの後件部のメンバーシップ関数をαカ
ットして推論結果を得る。

なお、第２図（ｆ）〜ｆｈ）はルール■の場合、（ｉ）
〜＋ｋ）はルール■の場合を示す。

その後、各推論結果の論理和をとることによって、第２
図Ｆｄｌに示すように、各推論結果を合成するとともに
、同図（ｅ）に示すように、デファジフィケーションす
なわち重心を求め、この重心の値を出力周波数に関する
確定値ＳＴＯとして、ファジィ制御部１２から出力する
ものである。

ここで出力された確定値ＳＴＯは周波数制御部１３に入
力され、現在の周波数変化時間の変更を行なうとともに
、インバータ５へ入力され、上述のように、圧縮機１０
回転数を制御することになる。

さらに、予め設定されたメンバーシップ関数は、システ
ムの動特性をより最適にするために、システムの動特性
を比較しながら、メンバーシップ関数修正部１４のメン
バーシップ関数の形状を可変し、各冷凍システムに応じ
て最適なメンバーシップ関数を決定するようになってい
る。例えば、第４図のように、あるメンバーシップ関数
の形状を予め設定された形状に対して可変することがで
きる。第４図で、ＦＭＳは初期設定のメンバーシップ関
数、ＣＭＳｌ、ＣＭＳｎは修正メンバーシップ関数であ
る。形状の変更はファジィ制御部１２から出力された確
定値出力によりインバータ周波数の変更時間からシステ
ムの動特性を記憶しておき、前の動特性と比較させなが
ら、メンバーシップ関数を変更しながら、最適つまりオ
ーバーシュートがなく立上りの良いなどのシステムの動
特性を得るように制御される。

具体的に説明すると、予め設定されたメンバーシップ関
数は第４図に示す点線である。冷凍機が運転されると、
この初期設定されている各メンバーシップ関数によりフ
ァジィ推論が行なわれ、重心デファジフィケーションに
より確定値が出力される。据え付けられるシステムは、
配管長や冷却器の選定によりシステムごとにシステムの
動特性も変化している。したがって、予め設定されたメ
ンバーシップ関数は各システムにより少しずつ変化させ
、システムとしての動特性を最適にするように変更でき
ることが望ましい。各ルールでのメンバーシップ関数を
例えば第４図に示すように変化させながら、確定値出力
によるシステムの動特性を評価学習しながら、システム
としての最適メンバーシップ関数に近づけ、圧縮機の周
波数変更時間を変更するようにしている。

第５図に示すように、初期設定のメンバーシップ関数Ｉ
ＮＴの横軸は、負側で−１，５〜−０，５、正側で０．
５〜１．５可変でき、予め設定された関数は±１．０に
なっている。各メンバーシップ関数は刻み幅を０．１ず
つ可変でき、運転を行ないながら少しずつメンバーシッ
プ関数の形状を変えて運転を行なう。学習を繰り返しな
がらシステムの動特性を評価し、据え付けられた冷凍シ
ステムに最適なメンバーシップ関数を決定するようにな
っている。評価関数としてはオーバーシュートと立上り
時間がすべての組合せで最も少ないものを選択するよう
になっている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、冷凍サイクルの低
圧側における冷媒圧力を検出するとともに、検出圧力と
設定圧力との差および検出圧力の微分係数に応じてファ
ジィ推論を行ない、またメンバーシップ関数をシステム
に応じて可変するようにしたことにより、所定の設定圧
力に迅速に到達でき、消費電力の低減を図ることができ
る他、冷却負荷の変動に対する追従性など動特性の改善
をも図ることができ、被冷却物の鮮度の保持に顕著な効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷凍装置の一実施例を示すブロッ
ク系統図、第２図はソフトマツチングとデファジフィケ
ーションを説明するための説明図、第３図はメンバーシ
ップ関数を示す関数説明図、第４図はメンバーシップ関
数の形状の変更の説明図、第５図は初期設定のメンバー
シップ関数の説明図、第６図は従来の冷凍装置を示すブ
ロック系統図である。 ■・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・膨張弁、４
・・・蒸発器、５・・・インバータ、７・・・圧力検出
部、８・・・電磁接触器、９・・・過電流継電器、１０
・・・圧力比較部、１１・・・微分係数演算部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可変周波数のインバータと、このインバータの出力によ
   り駆動される圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が閉
   ループに接続されることによって構成された冷凍サイク
   ルと、この冷凍サイクルの低圧側における冷媒圧力を検
   出して圧力検出信号を発生する圧力検出部と、前記圧力
   検出信号と所定の設定圧力に対応する基準値とを比較し
   てこの両者の差に応じた信号を発生する圧力比較部と、
   前記圧力検出信号を受けて前記低圧側の冷媒圧力の微分
   係数を演算し、この演算結果に応じた信号を発生する微
   分係数演算部と、前記圧力比較部および前記微分係数演
   算部からの信号に基づいてファジィ推論を行ない確定値
   を出力するファジィ制御部と、このファジィ制御部から
   出力される確定値によって前記インバータの出力周波数
   変化時間を制御する周波数制御部と、前記確定値出力に
   よるシステムの動特性からメンバーシップ関数の形状を
   システムに応じて最適に修正可能とするメンバーシップ
   関数修正部とを備えた冷凍装置。