JPH0814671A

JPH0814671A - 冷凍装置及びその制御方法

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Publication number: JPH0814671A
Application number: JP6188263A
Authority: JP
Inventors: Imango Omara; アイマンゴオマール
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-08-10
Publication date: 1996-01-19
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: KR0123903B1; JP2607843B2; KR960001705A

Abstract

(57)【要約】【目的】外部温度の変化に従って圧縮機の行程を連続
的に変化させることにより、最適の成績係数（ＣＯＰ）
と冷却容量（Ｑ）とを維持させる。【構成】外部温度(Ta)と、凝縮温度(Tc)と、圧縮機の
吸入温度(Ts)及び吐出温度(Td)と、圧縮機の吸入圧力(P
s)及び吐出圧力(Pd)と、庫内温度(Ti)とを感知するため
の感知手段（Ｓ１〜Ｓ７）が設けられている。そして、
感知手段（Ｓ１〜Ｓ７）が出力する感知信号が入力さ
れ、最適の成績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）とを維
持するように第１制御信号及び第２制御信号を出力する
マイクロプロセッサ（７０）が設けられている。更に、
マイクロプロセッサ（７０）の第１制御信号に従って作
動する作動機（５０）に連結された膨張機（４０）が設
けられている。加えて、マイクロプロセッサ（７０）の
第２制御信号に従って作動する線形モータ（２０）が連
結された往復式可変圧縮機（１０）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍装置及びその制御
方法に関するものであり、特に、食料品の貯蔵と、反復
されるドアの開閉又は外部温度の上昇とによる熱的負荷
の変化に従って圧縮機の行程が連続的に変化し、最適の
成績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）とを維持するよう
にした冷凍装置及びその制御方法に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、冷凍装置には、低温部(Sourc
e)で熱が吸収され、高温部(Sink)で熱が放出されて低温
部を冷却することを主目的としているものがあり、図１
（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ従来の一般的な冷凍装置
の構成図及び蒸気圧縮冷凍サイクルの温度−エントロピ
ー（Ｔ−ｓ）線図である。この図１（Ａ）及び（Ｂ）を
参照して冷凍動作を説明すると、点４から冷媒は蒸発器
（Ｅ）を流れて、低温部である冷凍装置の内部で熱を吸
収して蒸発することになり、これによって低温部である
冷凍装置の内部は冷却される。加熱状態の冷媒を、高温
部である外部温度(Ta)より高い温度に上昇させるため
に、冷媒は圧縮機（Ｐ）によって点１から点２まで圧縮
される。圧縮された冷媒は、凝縮器（Ｃ）を流れて高温
部の周辺に熱を放出し、凝縮した冷媒は、通常、毛細管
である膨張機（Ｘ）を通って断熱膨張し（点３から点４
参照）、その後、蒸発器（Ｅ）に流れることになる。こ
のようなサイクルは、反復的となって低温部から熱を除
去し、高温部で熱を放出して低温部である冷凍装置の内
部を冷却することになる。

【０００３】従って、前記の通りに作動する冷凍装置に
おいて、熱伝達が効果的に行われるためには、凝縮温度
(Tc)が高温部(Sink)である外部温度(Ta)に比べて一定の
温度差以上に高くなければならないし、蒸発器の温度は
低温部(Source)である内部温度(Ti)よりも一定の温度差
以下に低くなければならない。このような温度差は、１
０℃以上に維持することが好ましい。冷凍装置に新鮮な
食品の貯蔵することと、反復されるドアの開閉又は外部
温度(Ta)の変化、例えば、熱帯地方の温度変化とによっ
て熱的負荷(thermal load)は変わりすぎるから、その条
件下でも作動する冷凍装置が要求されており、特に、熱
帯地方では外部温度が４０〜５０℃ぐらいに上昇する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
冷凍装置における構成部品中の圧縮機は、一定な行程の
状態として作動しているから、凝縮温度(Tc)を常に外部
温度(Ta)より高く維持することは不可能である。即ち、
前記のように熱帯条件下においては、外部温度(Ta)が増
加することに従って凝縮温度(Tc)と外部温度(Ta)との温
度差は減少するから、適正な温度差を維持するために圧
縮機の吐出圧力(Pd)を増加させる必要があるが、この圧
縮機の吐出圧力(Pd)を増加させると、冷媒の質量流量比
が減少し、その結果、それに相応して冷凍装置の冷却容
量（Ｑ）が減少する。従って、このような形態の圧縮機
を備えた従来の冷凍装置は、熱的負荷が食料品を貯蔵す
ることと、反復されるドアの開閉又はより高い外部温度
(Ta)とによって増加するときには効果的に対処すること
ができなくなる。また、従来の冷凍装置は、成績係数
（ＣＯＰ）及び冷却容量（Ｑ）における外部温度(Ta)の
場合と同様に、熱的負荷が急に低くなることにより、エ
ネルギーの消耗が大きくなることに問題点があった。

【０００５】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
で、外部温度(Ta)の上昇によって熱的負荷が大きく変化
しても最適の成績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）とを
維持することができる冷凍装置及びその制御方法を提供
することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明が講じた手段は、先ず、外部温
度(Ta)と、凝縮温度(Tc)と、圧縮機の吸入温度(Ts)及び
吐出温度(Td)と、圧縮機の吸入圧力(Ps)及び吐出圧力(P
d)と、内部温度(Ti)とを感知するための感知手段が設け
られている。そして、該感知手段が出力する感知信号が
入力され、最適の成績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）
とを維持するように第１制御信号及び第２制御信号を出
力する制御手段が設けられている。更に、該制御手段の
第１制御信号に従って作動する作動機に連結された膨張
機が設けられている。加えて、前記制御手段の第２制御
信号に従って作動する線形モータが連結された往復式可
変圧縮機が設けられている。

【０００７】また、請求項２に係る発明が講じた手段
は、先ず、凝縮温度(Tc)と外部温度(Ta)との温度差が適
正値以上であるか否かを判断する第１判断段階が構成さ
れている。そして、該第１判断段階における凝縮温度(T
c)と外部温度(Ta)との温度差が適正値未満であると圧縮
機の吐出圧力(Pd)が制御されるように膨張機を調整する
ニードル・バルブ調整段階が構成されている。加えて、
該ニードル・バルブ調整段階において圧縮機の吐出圧力
(Pd)が調整された状態から内部温度(Ti)が適正値以下で
あるか否かを判断する第２判断段階が構成されている。
更に、前記第２判断段階における内部温度(Ti)が適正値
より高いと圧縮機の行程を調整する圧縮機行程調整段階
が構成されている。

【０００８】

【作用】前記の構成により、本発明では、先ず、外部温
度(Ta)と凝縮温度(Tc)と内部温度(Ti)と圧縮機の吸入温
度(Ts)及び吸込圧力(Ps)と圧縮機の吐出温度(Td)及び吐
出圧力(Pd)とは、感知手段によって感知され、感知信号
が制御手段に伝送される。該制御手段は、入力された感
知信号に基づき実際の測定値と理想値とを比較判断す
る。そして、前記制御手段は、測定値が理想値の条件を
満たさない場合、入力された感知信号から圧縮機の吐出
圧力(Pd)を決定し、第１制御信号を出力することにな
り、この第１制御信号によって作動機が作動して膨張機
の開門面積が調節される。この結果、外部温度(Ta)が変
化することに伴って圧縮機の吐出圧力(Pd)が調節され、
冷媒は、凝縮器を通じて外部との熱伝達が良好となるか
ら、凝縮温度(Tc)は外部温度(Ta)に対して適正な温度差
以上に維持される。一方、前記制御手段は、入力された
感知信号に従って圧縮機の必要な行程を決定して第２制
御信号を出力する。この第２制御信号に従って線形モー
タの行程が変化し、往復式可変圧縮機の行程が変化する
ことになる。この結果、圧縮機の吐出圧力(Pd)が増加す
る間に圧縮機の行程が調整され、このことによって冷媒
の質量流量比が減少することが防止される。

【０００９】

【発明の効果】従って、本発明によれば、外部温度(Ta)
等の変化に従って熱的負荷が変動しても、膨張機の開門
面積を適切に調整することにより凝縮温度(Tc)が外部温
度(Ta)に対して一定の温度差を維持するようにすること
ができる。これと同時に、圧縮機の吐出圧力(Pd)が増加
する間において、冷媒の質量流量比が減少することを防
止するために圧縮機の行程を連続的に調整するので、最
適の成績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）とを得ること
ができることから、その効果は非常に大きい。また、圧
縮機の行程を連続的に変化させることができるから、従
来に比して、圧縮機の始動と停止に伴う動力損失を防止
することができるという効果を発揮する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図２は、本発明の実施例に係る冷凍装置
（１００）を示し、図３は膨脹機（４０）の冷媒流れ特
性を示す図である。図２において、感知手段（Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７）は、温度を感知す
る熱電対(thermal couple)と圧力を感知する電気式圧力
ゲージであり、この感知手段（Ｓ１〜Ｓ７）は、圧縮機
（１０）の吸込温度(Ts)及び吸込圧力(Ps)と、圧縮機
（１０）の吐出温度(Td)及び吐出圧力(Pd)と、凝縮温度
(Tc)とを測定するために圧縮機（１０）の吸入及び吐出
ライン（Ｌ）及び凝縮器（３０）に設けられると共に、
外部温度(Ta)と装置の内部温度である庫内温度(Ti)とを
測定するように設けられている。

【００１１】蒸発器（６０）と凝縮器（３０）の間に設
けられて冷媒を圧縮する往復式可変圧縮機（１０）は、
制御手段であるマイクロプロセッサ（７０）と電気的に
連結されたステップモータである線形モータ（２０）に
コネクティング・ロッド（１５）を介して連結されてい
る。従って、往復式可変圧縮機（１０）の行程は、線形
モータ（２０）の行程を変換させることによって連続的
に変化し、更に、前記線形モータ（２０）の行程は、固
定子のコイル数を適当に変化させることにより減少又は
増加する。このような変化は、マイクロプロセッサ（７
０）のコントローラによって電気的に行なわれる。

【００１２】凝縮器（３０）を通った冷媒を断熱膨張さ
せる膨張機（４０）は、ニードル・バルブ（４０ａ）を
備えたニードル・タイプであり、膨張機（４０）は、マ
イクロプロセッサ（７０）と電気的に連結された微少変
位駆動装置、即ち、作動機（５０）に連結されている。
図３は、膨脹機（４０）における冷媒の質量流量比の特
性を示しており、この図３に示すように、膨脹機（４
０）は、冷媒質量流量比(refrigerant mass flowratio)
(m)と外部温度(Ta)とが線形的な関係となるように設計
されている。

【００１３】−冷却動作− 上述の如く構成された本発明の一実施例に係る作用を説
明すれば次の通りである。先ず、冷凍装置（１００）の
外部温度(Ta)と凝縮温度(Tc)と庫内温度(Ti)と、圧縮機
（１０）の吸入温度(Ts)及び吸込圧力(Ps)と吐出温度(T
d)及び吐出圧力(Pd)とは、熱電対及び圧力ゲージよりな
る感知手段（Ｓ１〜Ｓ７）によって感知され、感知信号
はＡ／Ｄ変換器を通じてデジタル信号に変換され、多重
電子送信システム(multiplexer) によって制御手段であ
るマイクロプロセッサ（７０）に伝送される。マイクロ
プロセッサ（７０）は、入力ポート(I0 〜 I6)を通じて
入力された感知信号に基づきコントローラのメモリに貯
蔵された探索テーブル(look-up table) から実際の測定
値を読み出した後、理想値と比較判断する。そのときに
測定値が理想値の条件を満たさない場合、マイクロプロ
セッサ（７０）は、入力された感知信号に従ってメモリ
に貯蔵された探索テーブル(look-uptable) から圧縮機
（１０）の吐出圧力(Pd)を決定し、出力ポート(O1)を通
じて第１制御信号を出力することになり、この第１制御
信号により作動機（５０）が作動して膨張機（４０）の
開門面積が調節される。この結果、前記外部温度(Ta)が
変化することに伴って圧縮機（１０）の吐出圧力(Pd)が
調節され、冷媒は、凝縮器（３０）を通じて外部との熱
伝達が良好となるから、前記凝縮温度(Tc)は外部温度(T
a)に対して適正な温度差以上に維持される。一方、マイ
クロプロセッサ（７０）は、入力された感知信号に従っ
てメモリに貯蔵された探索テーブル(look-up table) か
ら圧縮機（１０）の必要な行程を決定し、その後、出力
ポート(O2)を通じて第２制御信号を出力する。この第２
制御信号に従って線形モータ（２０）の行程が変化し、
往復式可変圧縮機（１０）の行程が変化することにな
る。この結果、前記圧縮機（１０）の吐出圧力(Pd)が増
加する間に圧縮機（１０）の行程が調整され、このこと
によって冷媒の質量流量比が減少することが防止され
る。

【００１４】図４は、本発明に係る冷凍装置（１００）
の作動過程を示したフローチャート(flow chart)であ
る。この図４に示したフローチャートにおいて、冷凍装
置（１００）は、外部温度(Ta)が変動している条件下で
最適の成績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）とを維持す
ることができるように凝縮温度(Tc)と外部温度(Ta)との
温度差を１０℃以上に維持させることが好ましいので、
許容誤差を考えて凝縮温度(Tc)と外部温度(Ta)との温度
差が少なくとも１２℃以上に維持されるようにし、これ
に伴う冷凍装置（１００）の庫内温度(Ti)が、冷却容量
（Ｑ）の減少を防止することができるように少なくとも
−３０℃以下に維持されるようにした。図４のフローチ
ャートにおいて、先ず、マイクロプロセッサ（７０）内
のメモリ(memory)に基準データが貯蔵された探索テーブ
ルのデータを読み込む（データ読込み段階：Ｓ１０）。
続いて、マイクロプロセッサ（７０）の入力ポート(I0
〜 I6)を通じて入力された凝縮温度(Tc)、外部温度(T
a)、圧縮機（１０）の吸入温度(Ts)、圧縮機（１０）の
吐出温度(Td)、圧縮機（１０）の吸入圧力(Ps)、圧縮機
（１０）の吐出圧力(Pd)、及び冷凍装置（１００）の庫
内温度(Ti)を読み込む（測定値読込み段階：Ｓ２０）。
その後に、前記凝縮温度(Tc)と外部温度(Ta)との温度差
が、適正値である１２℃以上［ (Tc−Ta) −１０＞１］
であるか否かを判断する（第１判断段階：Ｓ３０）。そ
の温度差が適正値より小さいと、膨張機（４０）の開門
面積を調整して凝縮温度(Tc)と外部温度(Ta)との温度差
が適正値以上になるように作動機（５０）を制御する
（ニードル・バルブ調整段階：Ｓ４０）。次いで、前記
冷凍装置（１００）における庫内温度(Ti)が、−３０℃
(Tg)以下［（Ti−Tg）＜１］であるか否かを判断する
（第２判断段階：Ｓ５０）。そして、前記条件を満たさ
ない場合には、圧縮機（１０）の行程を調整して冷凍装
置（１００）の庫内温度(Ti)が適正値より小さくなるよ
うにする（圧縮機行程調整段階：Ｓ６０）。従って、冷
凍装置（１００）は、外部温度(Ta)が変化することによ
り、膨脹機（４０）の開門面積と圧縮機（１０）の行程
とが連続的に調整されて最適の成績係数（ＣＯＰ）と冷
却容量（Ｑ）とを維持しながら作動する。

【００１５】−実施例の効果− 以上のように、本実施例によれば、外部温度(Ta)等の変
化に従って熱的負荷が変動しても、膨張機の開門面積を
適切に調整することにより凝縮温度(Tc)が外部温度(Ta)
に対して一定の温度差を維持するようにすることができ
る。これと同時に、圧縮機の吐出圧力(Pd)が増加する間
において、冷媒の質量流量比が減少することを防止する
ために圧縮機の行程を連続的に調整するので、最適の成
績係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）をが得ることができ
ることから、その効果は非常に大きい。また、圧縮機の
行程を連続的に変化させることができるから、従来に比
して、圧縮機の始動と停止に伴う動力損失を防止するこ
とができるという効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）及び（Ｂ）は、従来技術により構成
された冷凍装置を示すものであり、そのうち図１（Ａ）
は冷凍サイクルの構成図であり、図１（Ｂ）はＴ−ｓ線
図である。

【図２】本発明の実施例に係る冷凍装置を示す構成図で
ある。

【図３】図２に示された膨脹機の冷媒質量流量比の特性
図である。

【図４】本発明に係る冷凍装置の制御方法を示すフロー
図である。

【符号の説明】

１０：圧縮機２０：線形モータ３０：凝縮器４０：膨張機５０：作動機（ステップモータ）６０：蒸発器７０：マイクロプロセッサ１００：冷凍装置Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７：温度の感知手段Ｓ２，Ｓ４：圧力の感知手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部温度(Ta)と、凝縮温度(Tc)と、圧縮
機の吸入温度(Ts)及び吐出温度(Td)と、圧縮機の吸入圧
力(Ps)及び吐出圧力(Pd)と、内部温度(Ti)とを感知する
ための感知手段と、該感知手段が出力する感知信号が入力され、最適の成績
係数（ＣＯＰ）と冷却容量（Ｑ）とを維持するように第
１制御信号及び第２制御信号を出力する制御手段と、該制御手段の第１制御信号に従って作動する作動機に連
結された膨張機と、前記制御手段の第２制御信号に従って作動する線形モー
タが連結された往復式可変圧縮機とを備えていることを
特徴とする冷凍装置。
【請求項２】凝縮温度(Tc)と外部温度(Ta)との温度差
が適正値以上であるか否かを判断する第１判断段階と、該第１判断段階における凝縮温度(Tc)と外部温度(Ta)と
の温度差が適正値未満であると圧縮機の吐出圧力(Pd)が
制御されるように膨張機を調整するニードル・バルブ調
整段階と、該ニードル・バルブ調整段階において圧縮機の吐出圧力
(Pd)が調整された状態から内部温度(Ti)が適正値以下で
あるか否かを判断する第２判断段階と、前記第２判断段階における内部温度(Ti)が適正値より高
いと圧縮機の行程を調整する圧縮機行程調整段階とを備
えていることを特徴とする冷凍装置の制御方法。