JPH0638007B2 - 冷凍機の能力制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は圧縮機の吸込圧力を一定に制御するために能力
の加減を行う冷凍機の能力制御方法に係り、特に冷凍機
の外気温変化による能力余裕を考慮した運転を可能とす
るものに関する。

（従来の技術） 従来、能力を可変するため運転周波数を制御して圧縮機
回転数を変化させる冷凍機であって、圧縮機の吸込圧力
を一定に保つことにより適正な能力とサイクルを負荷に
供給するものでは、次のような能力制御を行っていた。
第４図及び第５図に示す如く、吸込圧力の設定値に対す
る検出圧力Ｐｓの差に応じて圧縮機の運転周波数を変化
させるゾーンを設け、ゾーン毎の異なった周波数変化に
よって吸込圧力を一定にするための能力の加減を行うよ
うにし、吸込圧力が下がり過ぎて下限値を超えた場合は
冷媒回収を行っている。

しかし、上記した能力制御では、吸込圧力の下限値が一
定であるため、下記のような欠点がある。冬期等の軽負
荷の際、例えばショーケース多分岐サイクルにおいて一
台のみのショーケース運転となった場合、吸込圧力が下
がり過ぎるため冷却運転よりも冷媒回収に入ることが多
くなる。

また、夏期には、設定値よりも低い圧力での運転は圧縮
比との関係で出来るだけ短くする必要があるが、高負荷
運転となる場合が多いので、吸込圧力が下限値を超すこ
とは希で低い圧力での運転時間が長くなる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように吸込圧力の下限値が一定である従来のもの
では、冬期にはエネルギ消費の無駄が多く、また夏期に
は圧縮機の負担が多くなるという欠点があった。

したがって、本発明の目的は、時期に関らず省エネルギ
ー化が図れると共に圧縮機を有効に保護することが可能
な冷凍機の能力制御方法を提供することである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的に沿う本発明は、圧縮機の吸込圧力を検出し、
設定値に対する検出圧力の差に応じて圧縮機の運転周波
数を変化させるゾーンを設け、ゾーンごとに設定された
能力の加減を行うための変化周波数によって圧縮機の吸
込圧力を一定に保つよう制御する冷凍機の能力制御方法
において、前記吸込圧力が所定の下限値以下のゾーンと
なり、且つ冷凍機が最低能力で運転しているとき、冷凍
機の冷媒回収運転を行った後で圧縮機を停止させる制御
を行わせるとともに、前記吸込圧力下限値を冷凍機の外
気温に応じて外気温が高い場合は下限値を高く、外気温
が低い場合は下限値を低くなるよう変化させる構成とし
たものである。

（作 用） 外気温が低いと吸込圧力の下限値を低くして、冷媒回収
に入る機会を少なくし、外気温が高いと吸込圧力の下限
値を高くして、設定値よりも低い圧力での運転を出来る
だけ短くする。

（実施例） 本発明の実施例を第１図〜第１４図に基づいて説明すれ
ば以下の通りである。

まず、第１図〜第３図の実施例について述べる。

第２図は本発明の冷凍機の能力制御方法を実施するため
の能力制御装置例の構成を示す。冷凍機本体は、圧縮機
１，凝縮器２，受液器３及び気液分離器４より構成さ
れ、このように構成された本体に、ショーケース等の負
荷が、冷媒の凝縮した液ライン及び蒸発ガスの通るガス
ラインを介して接続される。

圧縮機１の回転数を制御する周波数制御回路１０は温度
感知部５，制御部６，電源部７より構成され、第４図の
周波数変化のための信号は、吸込管に取付けた吸込圧力
センサ８によって感知される圧力の高低を入力される制
御部６によって形成される。形成されたこの信号に基づ
いて制御される電源部７によって、圧縮機１はその吸込
圧力を設定値に保つように周波数変化させられる。

そして、特に凝縮器２に凝縮温度を検出する凝縮温度セ
ンサ９が取付けてあり、周波数制御回路１０の温度感知
部５にその検出信号を送って、これに基づき制御部６は
圧縮機１の吸込圧力の下限値を変化するように構成され
ている。

さて、上記のような構成における作用について述べる。

外気温が低いと、凝縮温度センサ９で検出され周波数制
御回路１０の温度感知部５で感知される凝縮温度も低く
なるため、制御部６は第１図に示す如く吸込圧力の下限
値を低くしてやる。同じように、凝縮温度が高ければ下
限値を高く、凝縮温度が中位であれば下限値を中間値に
変更し、下限値を固定にしない。

そして、このように凝縮温度に応じて下限値を決めた上
で、吸込圧力センサ８で検出した吸込圧力Ｐｓがその下
限値よりも大きいか否かを判断し、大きいときは第４図
に示す周波数制御を圧縮機１に施し、否のときは冷媒回
収を行うが、この冷媒回収を下限値よりも小さく、且つ
最低能力値で運転している場合に行うようにしてもよ
い。最低能力値で運転していなければ下限値を上廻る可
能性があるからである。

ところで、外気温等の低い冬期のような場合、例えば冷
凍機負荷が多分岐ショーケースサイクルでは、ショーケ
ース廻りの温度も比較的低いため、全体的に負荷も小さ
い。さらに、多分岐ショーケースではショーケース個々
がその膨張弁の弁開度を制御するため、例えばショーケ
ース１台のみの運転になると負荷は極めて小さくなり、
その結果圧縮機１の吸込圧力も下がる。

したがって、起動の際などに一度圧力がバランスしてか
ら運転に入ると、ある程度高い周波数で運転してしま
い、急激に吸込圧力が低下し吸込圧力の設定値に対して
設けた下限値を超えてしまう。

しかし、下限値を超えてしまうのは過渡的な現象である
ため、ここでは冷媒回収して停止すると無駄が多くな
る。

そこで、上述したように凝縮温度センサ９からの信号を
受けて、この下限値を下げてやり無益に冷媒回収に入ら
ないようにする。下限値を下げることによって、運転状
態は低圧側が低いものになるが、負荷が大きくないので
高圧側もそれ程高くならず過熱等の危険はない。

逆に、外気温等の高い夏期のような場合、全体的に負荷
が大きいため、下限値以下になる可能性は少なくなる
が、上述したように下限値を引き上げてやると、吸込圧
力の低い状態で高圧側が高い運転をすることが無くなる
と同時に、停止回数が増えて少しでも間欠運転が多くな
り省エネルギー効果を出すことができる。

このような、凝縮温度に応じた下限値の変化量は、例え
ば第３図に示す程度が適切である。

以上、第１図〜第３図に示す実施例によれば、冬期と夏
期での負荷変動に対応でき、省エネルギー化と圧縮機保
護が凝縮温度の検出によって行うことができる。

次に、第６図〜第８図の実施例について述べる。この実
施例は能力可変式冷凍機において過励磁等による能力の
無駄を少なくする制御方法を提示するものである。

従来、冷凍機の能力を可変するため運転周波数を制御し
て圧縮機回転数を変化させるもので、吸込圧力を一定に
保つことで適正な能力とサイクルを供給する冷凍機で
は、他方で、外気温が低くあるとファンコントロールな
どの制御を加味して省エネルギー化の効果をアップさせ
るような方式を採用している。そして、更に間欠運転の
効果を高めるため、起動時には遅延タイマなどによって
遅延時間を待たせ過渡運転の不安定さを吸収している。

しかし、このような方式のものでは次のような欠点があ
る。

(1) 吸込圧力感知のため再起動時は、圧力バランスし
ていると高い周波数に上昇するが、負荷が小さい場合、
吸込圧力が下がりすぎる傾向がある（第９図）。

(2) 外気低温時等負荷自体が少ない場合、高い周波数
により圧縮機が過励磁気味になると電流値が上がりエネ
ルギーが無駄となる。

そこで、このような事情を考慮して、本実施例では、フ
ァンコントロールに使用する温度センサの信号を利用し
て、出力周波数の上限値を可変し、もって省エネルギー
効果の高い冷凍機を得ている。

その要旨とするところは、凝縮器の温度が高いときは周
波数の上限を高くし、逆に低いときはこれを低くしたも
のである。

これを、第６図〜第８図について詳しく説明する。

１１は圧縮機、１２は凝縮器、１３は受液器、５０はシ
ョーケース等の負荷、５１は蒸発器、１４は気液分離
器、５３は凝縮器１２を冷却するためのファンモータで
ある。

凝縮器１２の冷媒配管には凝縮温度センサ１９が密着し
て取付けられ表面温度や間接的に凝縮圧力等を感知す
る。この凝縮温度センサ１９は、その検出信号を周波数
制御回路２０の温度感知部１５を介して制御部１６に送
ると共に、ファンモータ５３をON/OFFさせるファンコン
トロール部にも供給する。また、吸込管に圧力センサ１
８が取付けられ圧縮機１１の吸込圧力を感知する。この
圧力センサ１８の検出信号も制御部１６に送られ、検出
信号に応じて吸込圧力を一定にするための周波数上昇・
下降命令を電源部１７に送り、電源部１７はその周波数
出力を圧縮機１１に供給してこれを可変制御する。本実
施例の要部となる周波数の上限命令を決定する上限決定
部は制御部１６内にあり、上記凝縮温度センサ１９の検
出信号に応じてその決定をなす。

さて、上記のような構成における作用について述べる。

第６図に示す如く、制御部１６は凝縮温度が高ければ周
波数の上限を高く、逆に凝縮温度が低ければ周波数の上
限を低く抑えて電源部１７より圧縮機１１に出力する。

ところで、外気温が高く凝縮器温度も高い場合は、負荷
的にもショーケース等の負荷部分の外気が高くなり、過
負荷状態に近くなる。したがって、この場合は圧縮機１
１の能力を十分発揮できるように電源部１７から高出力
を供給してやる必要がある。本実施例ではこの場合、上
述したように周波数の上限値が高くなるので、圧縮機能
力が十分発揮される。

逆に、外気が低く凝縮器温度も高い場合は、負荷的に小
さく、圧縮機能力は小さくも十分対応できる。したがっ
て、高周波数で余分な運転をさせてプルダウンを早くす
るよりも、周波数の上限値を下げた状態での運転が望ま
しい。この場合でも本実施例では、上述したように周波
数の上限値が低くなるので無駄な運転がなくなる。

このような動作は外気ないし凝縮器１２の温度を感知し
制御部１６に伝えることで行われるが、外気ないし凝縮
温度に応じた上限能力値の変化量は、例えば第８図に示
す程度が適当である。

なお、外気温が低くても負荷が高く高周波運転を必要と
する場合には、当然凝縮圧力が上昇するため凝縮温度も
上昇する結果、制御部１６への命令は周波数上限を上げ
る方向へ向かうことになり不都合はない。

以上、第６図〜第８図に示す実施例によれば、凝縮温度
センサが低温を感知したときは出力周波数の上限値を低
く、逆に高温を感知したときは上限値を高く変化させる
ように構成したので、外気温による省エネルギー効果を
上げることができ、特に冬期等の全体的な負荷の低下時
に対応して必要最小限の能力供給を行って省エネルギー
効果を十分引き出すことができる。

また、凝縮温度センサ１９が冷媒配管に密着して取付け
られ、間接的に凝縮圧力を検出できるため、外気温が低
い場合でも高負荷のときには、周波数が低下することな
く十分高速回転させることができる。

更に、ファンコントロールシステムで使用している凝縮
温度センサを利用すれば、特にセンサを必要としないの
で構造の簡素化も図れる。

更に、第１０図〜第１３図の実施例について述べる。こ
の実施例は、圧縮機起動の際に油不足または冷媒混合に
よるフォーミングを防止する方式を改良した冷凍機の能
力可変制御方法を提示するものである。

従来、能力可変のため周波数を変化させる方式の冷凍機
制御では、第１４図に示すように、起動の際低周波より
スタートし或る周波数まで上昇させると吸込圧力等の信
号に従って運転を行うことになり、その後更に高い周波
数または低い周波数へと移行するものであった。しか
し、この方式では次のような欠点がある。

(1) 外気が低温の際、油に解け込んだ冷媒によりフォ
ーミングを起すが、油温が差程上昇しないうち回転が一
定周波数まで上昇するため、これを完全に防止できな
い。

(2) 起動時は吸込圧力が高く、完全に油の状態が正常
でないにも関らず周波数が上昇してしまう。

そこで、このような事情を考慮して、本実施例では、油
温センサの油温信号を利用して起動時の周波数制御を行
う冷凍機を得ている。

その要旨とするところは、油温を検出して、起動時にあ
る値まで油温が上らなければ、規定の周波数以上に圧縮
機の回転を上昇させないようにしたものである。

これを第１０図〜第１３図について詳しく述べる。

第１２図に示すように、本実施例が適用される冷凍サイ
クルは、圧縮機２１，凝縮器２２，受液器２３，気液分
離器２４，ショーケース５０等の負荷から構成され、シ
ョーケース５０は膨張弁５４と蒸発器５１とから成る。

このような冷凍サイクルを制御する周波数制御回路は、
第１１図に示す如く、制御部２６と電源部２７とから成
り、吸込圧力センサ２８等の検出信号に応じて電源部２
７への運転周波数を制御部２６が決定する。

圧縮機２１には油温センサ５５が取付けられ圧縮機の潤
滑油温を検出できるようになっている。この検出信号は
油温感知部２５を介して制御部２６に供給される。検出
信号を供給される制御部２６には、この信号に応じて周
波数上限及び周波数変化スピードを変えられるよう命令
する命令部とタイマ部（第１０図５６）とがある。

なお、油温センサ５５に、圧縮機２１を保護するために
圧縮機自体の加熱を感知する機能を負わせてもよい。

さて、上記のような構成における作用について述べる。

第１０図に示す如く、制御部２６はまず油温Ｔｏが設定
温度Ｔｓよりも大きいか否かの判断をし、大きいときは
そのまま圧力信号に比例した周波数指令を電源部２７に
与え、否のときは周波数の大きさを判断する次のステッ
プへ進む。ここでは、周波数ｆが規定周波数ｆｓよりも
小さいか否かの判断をし、小さいときは周波数指令をそ
のまま出力し、否のときは周波数を規定値ｆｓに抑えた
指令を出力する。このとき、上述したタイマ部５６によ
って周波数変化速度をダウンさせるようにしてもよい。
速度をダウンさせるのは油の状態の正常化を促すためで
ある。

ところで、長時間圧縮機２１を停止すると潤滑油の中に
冷媒が解け込み、起動時にフォーミング等を起こし圧縮
機２１に対し悪影響を及ぼす。しかも、周波数制御回路
の制御下で高周波運転されるとその影響が大きく、更に
この高周波になる条件に長時間停止がその１つと考えら
れる。

したがって、起動時にフォーミングを防止するためには
ある程度油温が上がるまで回転数を抑えておく必要があ
る。この場合、本実施例では上述したように油温センサ
５５により油温を検出して油温が設定値Ｔｓまで上がら
ないときは、第１３図に示す如く規定の周波数ｆｓに回
転を抑えるようにしたので、フォーミングや高速回転に
よる油不足等が防止される。この際、起動からの周波数
上昇速度も可変させるときは、更にその効果が期待でき
る。

また、上述のように規定の周波数ｆｓを１つに固定して
おくのではなく、油温の変化により上昇可能な周波数を
順次変化させるようにしたり、そうではなく周波数は常
に同じで、その同じ周波数から更に上昇させる命令を油
温により決定するようにしたりしてもよい。

更に、油温センサとして圧縮機の冷却のための液インジ
ェクション装置などのセンサを利用してもよい。

以上、第１０図〜第１３図に示す実施例によれば、油温
の上昇を感知することで周波数の上がり過ぎを抑えるの
でフォーミング等を有効に防止できる。またサイクルが
安定する前は周波数を上昇させず、サイクルが安定して
から高出力高回転とするので圧縮機を保護することがで
きる。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば、外気温に応じて運転下限
圧力値を変化させることにより、外気温による負荷全体
の変動に対応できるので、時期に関らず、省エネルギー
化が図れると共に圧縮機を過負荷運転から有効に保護す
ることができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷凍機の能力制御方法の実施例を示す
フローチャート、第２図は第１図の方法を実施するため
の制御装置例を示す系統図、第３図は第１図の下限値の
変化の具体例を示す温度特性図、第４図及び第５図は従
来例の説明図、第６図は本発明の別な実施例を示すフロ
ーチャート、第７図は第６図のフローを実施するための
装置例を示す系統図、第８図は第６図の周波数上限の変
化の具体例を示す能力特性図、第９図は従来例の能力特
性図、第１０図は本発明の更に別な実施例を示すフロー
チャート、第１１図は第１０図のフローを実施するため
の装置例の要部を示す電気系統図、第１２図は同じく冷
凍サイクル系統図、第１３図は第１０図のフローによっ
てもたらされる性能図、第１４図は従来の性能図であ
る。 図中、１は圧縮機、２は凝縮器、８は吸込圧力センサ、
９は外気温を検出する凝縮温度センサ、１０は周波数制
御回路である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−263056（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−24157（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−147957（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機の吸込圧力を検出し、設定値に対す
   る検出圧力の差に応じて圧縮機の運転周波数を変化させ
   るゾーンを設け、ゾーンごとに設定された能力の加減を
   行うための変化周波数によって圧縮機の吸込圧力を一定
   に保つよう制御する冷凍機の能力制御方法において、前
   記吸込圧力が所定の下限値以下のゾーンとなり、且つ冷
   凍機が最低能力で運転しているとき、冷凍機の冷媒回収
   運転を行った後で圧縮機を停止させる制御を行わせると
   ともに、前記吸込圧力下限値を冷凍機の外気温に応じて
   外気温が高い場合は下限値を高く、外気温が低い場合は
   下限値を低くなるよう変化させる構成としたことを特徴
   とする冷凍機の能力制御方法。
2. 【請求項２】上記外気温の検出は、凝縮器の能力可変制
   御のために設けられ凝縮温度を検出する凝縮温度センサ
   によることを特徴とする特許請求の範囲第１項の冷凍機
   の能力制御方法。