JPH1019395A - ２台のインバーターを備えた並列圧縮式冷凍機の運転方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きな冷却負荷の変化に滑らかに対応し、
温度変化の無い、運転効率の良い冷凍装置を作ること 【構成】 インバータを２台備え、各インバータで１
台づつ駆動される圧縮機を含めて、２台以上の圧縮機を
備えた冷凍装置において、そのときの冷却負荷から、商
用電源で駆動される圧縮機の能力を差し引いた残りの冷
却負荷を、２台のインバータで駆動される圧縮機の定格
出力の割合で案分することで、周波数の変動を小さく
し、２５Ｈｚ〜６０Ｈｚの周波数範囲で制御する運転方
式。運転効率の悪い高い周波数や、機械的な問題のある
低い周波数で圧縮機を運転すること無く、広い範囲の冷
却負荷に、滑らかに対応した運転が出来、冷凍機の運転
効率と、信頼性を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、空調機、冷蔵庫や冷
凍庫、冷蔵、冷凍ショーケース等々の冷凍・空調機器の
業務分野に係り、複数台の冷却器を接続して使用する冷
却装置で、少なくとも２台以上の圧縮機を備えた並列圧
縮式冷凍機の効率的運転方法の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、負荷変動の大きな冷却装置では、
商用電源若しくはインバータ電源を併用して、２台以上
の複数の電動圧縮機を並列駆動する冷却装置が公知であ
った。これ等は、２台目以後の電動圧縮機の立ち上がり
時に、運転効率の悪い高い周波数で運転したり、インチ
ング・制御ハンチング等々の原因となる、非直線の制御
不能領域帯が残存する為に、直線的で円滑な制御特性が
得られないなどの欠点があった。

【０００３】この発明は、この様な従来の冷却機器の欠
点を除去・改良するものであり、対象を明確にする為、
従来装置の１例として「図３」を引例して説明する。こ
の図３に於ては、（１１）と（１２）は、同一定格の電
動圧縮機で、その内の（１１）の圧縮機のみインバータ
（１４）によって駆動される。冷凍機は冷媒配管によっ
て複数の冷却負荷（６）と接続されている。冷却負荷
（６）の合計が２５ＨＰ（馬力）の運転容量を必要とす
ると、冷却負荷に接続された冷凍機の各圧縮機（１１）
と（１２）の運転容量は、５０Ｈｚの時の容量で１０Ｈ
Ｐづつに設定される。（１１）の圧縮機は、インバータ
（１４）によって２５Ｈｚ〜７５Ｈｚの周波数で冷却負
荷（６）に合わせて、駆動されるようになっている。
（１２）の圧縮機は、５０Ｈｚの商用電源で運転され
る。従って（１１）の圧縮機は、１５ＨＰの運転容量を
持っているので、２つの圧縮機を合わせた、冷凍機の最
大運転容量は２５ＨＰの運転容量がある。

【０００４】図４によって、その動作を説明すると、冷
却負荷が最大運転容量の０〜６０％の範囲では（１１）
の圧縮機が、２５Ｈｚ〜７５Ｈｚの周波数で、５ＨＰ〜
１５ＨＰの運転容量を出し、冷却負荷に合わせた運転を
し、冷却負荷が最大運転容量の６０％〜１００％の範囲
では、（１２）の圧縮機が商用電源で運転されて、１０
ＨＰの運転容量を出すと共に、（１１）の圧縮機が２５
Ｈｚ〜７５Ｈｚの周波数で、運転されて、冷却負荷に合
わせた運転をするので、合わせて１５ＨＰ〜２５ＨＰの
運転容量を出す。こうして、 ０％〜１００％の運転容
量の範囲で、冷却負荷に合わせた運転をすることが出来
る、というものであった。

【０００５】しかしながら、圧縮機モーターの運転周波
数が６０Ｈｚを越えて、高くなるに従って、圧縮機の消
費電力に対する出力の比率が次第に悪くなり効率が落ち
る。そこで、インバータ（１４）の出力周波数は、最高
で６０Ｈｚ程度に押さえたいが、そうすると、商用運転
の圧縮機（１２）が並列に起動したとき、インバータの
出力周波数が、インバータ駆動の圧縮機（１１）の最低
出力周波数以下にならない為には、最低出力周波数を、
最高周波数−商用の周波数に設定しないと、図５に示す
ような、対応できない負荷領域（Ｂ２）が出来てしま
う。インバータ駆動の圧縮機（１１）の最高周波数を６
０Ｈｚに設定した場合の、最低周波数はおおよそ次のよ
うになる。 商用周波数を５０Ｈｚとした場合 最低周波数は ６０Ｈｚ−５０Ｈｚ＝１０Ｈｚ しかし、最低周波数を、１０Ｈｚというような低速度で
運転すると、圧縮機の潤滑不良になってしまい、実行で
きない。

【０００６】インバータ駆動の圧縮機の最高周波数を６
０Ｈｚ、最低周波数を２５Ｈｚとして、対応出来ない冷
却負荷領域を残して運転した場合、図５に示すような冷
却負荷と運転容量の関係になる。冷凍機運転容量の５５
％〜６８％の運転容量を要求される冷却負荷（Ｂ２）と
なった場合に、どれかの圧縮機の発停を繰り返す事にな
り、故障の原因となる。この負荷領域（Ｂ２）は冷凍機
の最大運転容量と比べ、中位の運転容量を要求される領
域となっており、最も頻繁に出現する負荷領域である。
冷凍機能力の真ん中に、対応できない負荷領域が存在す
ることは、省エネルギー、被冷却物の鮮度管理という観
点からは、見過ごしに出来ない、大きな問題である。

【０００７】やむをえない処置として、急な発停を防ぐ
為に、圧縮機の起動に対して、遅延タイマーを取付け、
圧縮機の保護を図ったりしていた。しかし、そのため
に、冷凍機が冷却負荷に正確に対応して運転するとい
う、インバータを利用した利点が消えてしまい、冷蔵庫
の温度は必要以上に上下変動を起こすことになってい
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】１台のインバータを使
って、複数台の同一容量の圧縮機を搭載した冷凍機の、
最小運転容量から、最大運転容量までを、冷却負荷に合
わせて滑らかに能力変化させる為には、インバータの出
力周波数の最高値を７５Ｈｚ以上に設定する必要が有
る。（図４） 一方、高い周波数での圧縮機の運転は、モーターの滑り
を増大させ、効率が良くない。インバータ出力周波数の
最高値を６０Ｈｚに設定した場合（図５）インバータ出
力の最低周波数を２５Ｈｚとすると、冷凍機運転容量の
５５％〜６８％を要求される負荷領域（Ｂ２）では、冷
凍機の運転容量と冷却負荷が同じにならない為に、どれ
かの圧縮機を動かしたり、止めたりして、冷却負荷に対
応することになる。冷凍機能力の、真ん中に、対応でき
ない冷却負荷の領域（Ｂ２）が出来てしまうためで、こ
れでは、圧縮機の寿命を縮めてしまう、省エネ、商品の
鮮度管理の観点からも問題である。

【０００９】本発明は、定格周波数の範囲内で圧縮機を
運転し、商用運転の圧縮機も含め、多数の圧縮機を搭載
した冷凍機で、頻繁な運転停止を行わず、広い範囲の負
荷に滑らかに対応した運転をし、省エネと商品の鮮度管
理の両面で理想的な運転方式を提供する為になされたも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】容量制御運転するインバ
ータを２台備え（４），（５）、各インバータで１台づ
つ駆動される圧縮機（１），（２）を含めて、２台以上
の圧縮機（１），（２），（３）を備え、冷媒配管で負
荷（６）に接続された冷凍装置で、低圧側冷媒圧力を検
知する圧力検出部（７）と、検出された圧力をインバー
タ（４），（５）の出力周波数に変換する制御部（８）
を備えた冷凍装置において、図１に示される。運転容量
と冷却負荷の関係で、２台のインバータの出力周波数
を、２５Ｈｚ〜６０Ｈｚの範囲で、冷却負荷によって決
められる、単一の要求運転周波数に収斂する様に制御す
る。収斂する時間は数秒から十数秒程度に設定する。

【００１１】冷却負荷が圧縮機２台の運転容量の範囲内
（Ａ１）（Ｂ１）である内は、インバータで駆動される
圧縮機２台（１），（２）を順次運転する。冷却負荷が
圧縮機２台の運転容量を越える範囲（Ｃ１）では、イン
バータで駆動される圧縮機２台を運転すると共に、商用
電源で駆動される圧縮機（３）を運転する。そのとき
は、冷却負荷から商用電源の圧縮機の冷却能力を差し引
いた残りの冷却負荷を、２台のインバータで駆動される
圧縮機（１）（２）で、それぞれの圧縮機の、商用での
運転容量の比に案分して負担する。

【００１２】

【作用】この運転方式を組み込んだ、冷凍、冷蔵、空調
システムに於て、冷却負荷がインバータで駆動される１
台の圧縮機の６０Ｈｚ定格の運転容量の範囲内（Ａ１）
では、インバータで駆動される１台の圧縮機（１）が運
転される。インバータで駆動される１台の圧縮機の商用
電源での運転容量を越えて、２台目のインバータで駆動
される圧縮機の商用での定格運転容量を足した冷却負荷
の範囲（Ｂ１）では、インバータで駆動される２台の圧
縮機（１）（２）が運転されて、冷却負荷を、それぞれ
の圧縮機の商用での冷却能力の比で案分する。圧縮機２
台が運転されても冷却負荷に届かない場合は、両圧縮機
とも全速運転となるが、そうでない場合は、２台目の圧
縮機が運転されて、周波数が上昇するに連れて、１台目
の圧縮機は、余分な冷却能力を出さないように、周波数
を下げてゆき、両方の圧縮機の周波数が一致したところ
で、ちょうど、運転容量と冷却負荷がバランスする。こ
れ以後は、冷却負荷の増減に合わせて、両方の圧縮機の
周波数は、ほぼ同値で変化し、負荷を案分した状態にな
る。さらに、冷却負荷が増大し、２台のインバータ駆動
の圧縮機が、最大周波数６０Ｈｚで運転されても冷却負
荷に届かない場合（Ｃ１）は、３台目の商用で駆動され
る圧縮機（３）が起動される。商用周波数が６０Ｈｚ
で、全ての圧縮機が同容量で、冷却負荷が、３台目の圧
縮機の起動を必要とする最低の負荷であった場合、２台
の圧縮機が６０Ｈｚで運転している能力に匹敵するが、
このときの冷却負荷を１２０Ｈｚ分の冷却負荷とする
と、商用で駆動される圧縮機１台が起動されると、６０
Ｈｚ分が処理されて、残りの６０Ｈｚ分の冷却負荷が２
台のインバータ駆動の圧縮機（１）（２）に案分され
て、それぞれは、３０Ｈｚで運転することになる。３０
Ｈｚの周波数なら、通常の圧縮機であっても、潤滑不良
に陥ったりすることはなく、運転可能な最低周波数には
余裕をもって運転することが出来る。同時に効率が悪く
なるほど、高い周波数で運転する必要も無い。

【００１３】

【実施例】

実施例１ 容量制御運転するインバータを２台備え（４）（５）、
各インバータで１台づつ駆動される圧縮機（１）（２）
を含めて、同一容量の３台の圧縮機（１）（２）（３）
を備え、冷媒配管で、冷蔵ショーケース多数（６）に接
続された冷凍機と、低圧側冷媒圧力を検知する圧力検出
部（７）と、検出された圧力をインバータの出力周波数
に変換する制御部（８）とを備えた冷凍装置において、
２台のインバータの出力周波数を、２５Ｈｚ〜６０Ｈｚ
の範囲で制御する。２台のインバータによって駆動され
る圧縮機の運転容量を越える冷却負荷領域（Ｃ１）に対
しては、３台目の商用電源で駆動される圧縮機（３）を
起動する。

【００１４】インバータの要求運転周波数は、次のよう
にして決定する。店内温度が３０℃の時の運転低圧圧力
を目標設定圧力として設定し、実際の店内温度とその目
標設定圧力とから現在の目標運転低圧圧力を算出する。
更に現在の目標運転低圧圧力と実際の低圧圧力と現在の
運転周波数とから演算によって要求運転周波数が求めら
れる。

【００１５】２台のインバータの要求運転周波数は同一
となる様に制御する。それぞれのインバータの要求運転
周波数への収斂時間は数秒から十数秒程度に設定する。
インバータの出力周波数の最低値を２５Ｈｚに設定し、
最高値を６０Ｈｚに設定する。そして、その最高値と最
低値とに挟まれるように、圧縮機停止周波数を２７Ｈｚ
に、圧縮機起動周波数を５８Ｈｚに設定する。１台目の
インバータ駆動の圧縮機は、現在の目標運転低圧圧力よ
り実際の低圧圧力が高くなっていることで、起動され
る。後は、圧縮機起動周波数を越える度に、次の圧縮機
を起動し、圧縮機停止周波数を下回る度に、圧縮機を１
台ずつ停止する。

【００１６】

【発明の効果】冷却負荷の変動や、商用電源で運転され
る圧縮機の運転停止による、インバータ駆動の圧縮機が
受け持つ冷却負荷の変動を、２台で案分するので、周波
数の変動が小さくなり、圧縮機として無理な低い周波数
や、運転効率の悪い高い周波数で運転する必要がない。
冷却負荷に完全に対応した必要最小限の冷却能力を出せ
る。冷凍システムの信頼性が高まるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】２台のインバータを備えた冷凍システムの運転
パターン図

【図２】２台のインバータを備えた冷凍システム接続図

【図３】従来のインバータを利用した冷凍システム接続
図

【図４】従来のインバータ冷凍システム１０馬力圧縮機
２台の運転パターン図

【図５】従来のインバータ冷凍システム最高周波６０Ｈ
ｚの運転パターン図

【符号の説明】

１ インバータ電源駆動圧縮機 ２ インバータ電源駆動圧縮機 ３ 商用電源駆動圧縮機 ４ インバータ ５ インバータ ６ 冷却負荷 ７ 運転低圧圧力検出部 ８ 運転制御部 １１ インバータ駆動圧縮機 １２ 商用電源駆動圧縮機 １４ インバータ １７ 運転低圧圧力検出部 １８ 運転制御部 Ａ１ 冷却負荷領域 ０〜３３％ Ｂ１ 冷却負荷領域 ３３〜６７％ Ｃ１ 冷却負荷領域 ６７〜１００％ Ａ２ 冷却負荷領域 ０〜５５％ Ｂ２ 冷却負荷領域 ５５〜６８％ Ｃ２ 冷却負荷領域 ６８〜１００％ ５２Ｃ１ 圧縮機（１）運転用マグネットスイッチ ５２Ｃ２ 圧縮機（２）運転用マグネットスイッチ ５２Ｃ３ 圧縮機（３）運転用マグネットスイッチ ５２Ｃ１１ 圧縮機（１１）運転用マグネットスイッチ ５２Ｃ１２ 圧縮機（１２）運転用マグネットスイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量制御運転するインバータを２台備
   え、各インバータで１台づつ駆動される圧縮機を含め
   て、２台以上の圧縮機を備え、冷媒配管で負荷に接続さ
   れた冷凍機と、低圧側冷媒圧力を検知する圧力検出部
   と、検出された圧力をインバータの出力周波数に変換す
   る制御部を備えた冷凍装置において、２台のインバータ
   の出力周波数を、そのときの冷却負荷から、商用電源で
   駆動される圧縮機の運転容量を引いた残りの冷却負荷
   を、インバータで、駆動される圧縮機の定格出力の割合
   で案分するように、２５Ｈｚ〜６０Ｈｚの範囲で制御す
   る、２台のインバータを備えた並列圧縮式冷凍機の運転
   方式