JPH11173685A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 負荷が大きい場合のインバーターの損失分の
電力を削減して省エネルギー化を図るとともに、制御装
置の低コスト化及び小型化を図る。 【解決手段】 圧縮機と蒸発器との間に圧力センサーを
設け、該圧縮機の駆動モーターの入力に電流センサーを
設け、該圧力センサーが時間間隔をおいてリアルタイム
で検知した冷媒ガスの吸入圧力と該駆動モーターの入力
電流値とを、制御ユニットに伝送し、この制御ユニット
には、目標圧力と該冷媒ガスの吸入圧力との偏差を基準
として、冷却能力制御信号に負帰還を加えてリアルタイ
ム処理で段階的に該冷却能力制御信号を補正するプログ
ラムを組み、該冷却能力制御信号をインバーターに入力
する。切替電流設定器により設定した切替電流値よりも
該駆動モーターの入力電流が大きい場合は直接三相交流
電源で該駆動モーターを駆動し、小さい場合は該インバ
ーターで該駆動モーターを駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、優れた省エネルギー効
果を有するとともに、冷蔵又は冷凍チャンバー等の保存
物の種類や性状に適した冷蔵又は冷凍温度を安定に維持
する冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷凍装置は、冷媒ガスを圧縮する
圧縮機と該圧縮機を駆動する駆動モータと、該圧縮機に
順次接続した凝縮器、膨張弁、蒸発器とからなり、かつ
該蒸発器を導管を介して該圧縮機の吸入部に接続してあ
る冷凍装置であって、該圧縮機と該蒸発器との間に圧力
センサーを設け、該圧力センサーが時間間隔をおいてリ
アルタイムで検知した該冷媒ガスの吸入圧力を、目標圧
力設定器を備えた制御ユニットに伝送するようにしてあ
るとともに、該制御ユニットには、該目標圧力設定器に
より設定した目標圧力と該冷媒ガスの吸入圧力との偏差
を基準にして、冷却能力制御信号に負帰還を加えてリア
ルタイム処理で段階的に該冷却能力制御信号を補正する
プログラムを組み込み、かつインバーターの出力電流信
号を接続してある一方、該冷却能力制御信号をインバー
ターに入力してあり、かつ該インバーターの出力を該駆
動モータの入力に接続した制御機構を備えていた（特開
平８─１２１８８２号参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】冷凍装置の圧縮機に使
われるモーターは、夏場の昼間や除霜後の負荷が重い状
態では、定格電流よりも大きな電流を流して使われるこ
とがある。このような一時的に負荷が大きくなる状態に
対応するために、モーターを駆動するインバーターは、
モーターの定格と同じ容量のものを選ぶことができず、
容量のランクを上げたインバーターを使う必要があっ
た。定格容量の大きなインバーターを使うことは、制御
装置が大きくなり、コストが下げられないという問題点
があった。また、負荷が大きい夏場はインバーターの周
波数が最大に達する時間が多くなる。負荷が大きく圧縮
機が最大周波数で回っている場合は、モーターに供給す
る電力は商用電源で回している場合とさほど変わりがな
くなる。その上インバーターの出力トランジスタの熱損
失が電力増加を招くことになるため、平均的な電力削減
の効果を低減させてしまうという問題点があった。

【０００４】本発明は、上記の問題点や課題を解決する
ため、負荷が大きい場合のインバーターの損失分の電力
を削減して省エネルギー化を図るとともに、制御装置の
低コスト化及び小型化を図ることが可能な冷凍装置を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明冷凍装置は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、
該圧縮機を駆動する駆動モーターと、該圧縮機に順次接
続した凝縮器、膨張弁、蒸発器とからなり、かつ該蒸発
器を導管を介して該圧縮機の吸入部に接続してある冷凍
装置であって、該圧縮機と該蒸発器との間に圧力センサ
ーを設けるとともに、該圧縮機の駆動モーターの入力に
電流センサーを設け、該圧力センサーが時間間隔をおい
てリアルタイムで検知した該冷媒ガスの吸入圧力と該駆
動モーターの入力電流値とを、目標圧力設定器と切替電
流設定器を設けた制御ユニットに伝送するようにしてあ
るとともに、この制御ユニットには、該目標圧力設定器
により設定した目標圧力と該冷媒ガスの吸入圧力との偏
差を基準として、冷却能力制御信号に負帰還を加えてリ
アルタイム処理で段階的に該冷却能力制御信号を補正す
るプログラムを組み込み、該冷却能力制御信号をインバ
ーターに入力してある一方、該駆動モーターへの電力供
給を直接三相交流電源と該インバーター出力とに切り替
えるための切替手段を有し、該切替電流設定器により設
定した切替電流値よりも該駆動モーターの入力電流が大
きい場合は直接三相交流電源で該駆動モーターを駆動
し、小さい場合は該インバーターで該駆動モーターを駆
動するように切り替えることを特徴とする。

【０００６】上記冷却能力制御信号が、周波数制御信号
と電圧制御信号とからなり、上記冷却能力制御信号を補
正するプログラムは、上記目標圧力と上記冷媒ガスの吸
入圧力との偏差を基準にして、上記周波数制御信号の周
波数に負帰還を加えてリアルタイム処理で段階的に該周
波数を補正するプログラム及び、該周波数のリアルタイ
ム処理と同期して、上記電圧制御信号の電圧を段階的に
補正するプログラムとからなることを特徴とする。又
は、上記インバーターが、負荷トルクの変動に追従する
ための制御機能を内蔵しており、上記冷却能力制御信号
を補正するプログラムは、上記目標圧力と上記冷媒ガス
の吸入圧力との偏差を基準にして、上記周波数制御信号
の周波数に負帰還を加えてリアルタイム処理で段階的に
該周波数を補正するプログラムからなることを特徴とす
る。さらに、上記制御ユニットが時間情報を入力するた
めにクロックを設けているとよい。

【０００７】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態は実施例に基づ
いて図面を参照して説明する。図１は本発明冷凍装置の
第１実施例における構成図である。冷凍装置１は、制御
機構２と、圧縮機３と、凝縮機４と、膨張弁５と、蒸発
器６とからなり、この冷凍装置１の構成要素である制御
機構２は、主に圧力センサー１１と、電流センサー１２
と、目標圧力設定器１３及び切替電流設定器１４を備え
た制御ユニット１５と、インバーター１６と、第１電磁
接触器１７と、第２電磁接触器１８とから構成されてい
る。

【０００８】この目標圧力設定器１３は、目標圧力を設
定する操作部を設けている。圧力センサー１１は、圧縮
機３の吸入部と蒸発器６の出口と接続した導管７から、
分岐した導管８と接続して、圧縮機３と蒸発器６との間
に設けてある。また、圧力センサー１１の出力は制御ユ
ニット１５に導かれる。また、電力会社から受電した三
相交流電源２０をインバーター１６と第１電磁接触器１
７に接続しており、インバーター１６の出力は第２電磁
接触器１８に接続している。また、第１電磁接触器１７
及び第２電磁接触器１８の先は統合して駆動モーター１
９の入力に接続してある。このインバーター１６は三相
交流の可変電圧可変周波数のインバーターである。ま
た、電流センサー１２は駆動モーター１９の入力電流を
検出する位置に設けており、制御ユニット１５に駆動電
流検出信号２４を送る。

【０００９】本実施例では、駆動モーター１９に三相誘
導モータを用いており、圧縮機３を駆動するようにして
いる。また、圧縮機３の吐出部からの導管９は凝縮器４
に接続しており、凝縮器４には冷却装置を設けている。
この凝縮器４の出口からの導管１０は膨張弁５を経て蒸
発器６の入口に接続しており、蒸発器６は冷蔵又は冷凍
チャンバーの中に設置されている。

【００１０】制御ユニット１５からの冷却能力制御信号
は、周波数制御信号２１と電圧制御信号２２とからな
り、この冷却能力制御信号をインバーター１６に入力し
てある。そして、インバーター１６からは、インバータ
ー１６の出力電流信号２３を制御ユニット１５に接続し
てある。

【００１１】制御機構２の制御ユニット１５には、目標
圧力設定器１３の操作部により設定した目標圧力と、圧
力センサー１１が検知した冷媒ガスの吸入圧力の偏差を
基準にして冷却能力制御信号に負帰還を加えてリアルタ
イム処理で段階的に冷却能力制御信号を補正するプログ
ラムを組み込んである。この冷却能力制御信号を補正す
るプログラムは周波数制御信号２１の周波数を補正する
プログラム及び、電圧制御信号２２の電圧を補正するプ
ログラムとからなっている。

【００１２】周波数制御信号２１の周波数を補正するプ
ログラムは、上記の偏差を基準にして、周波数制御信号
２１の周波数に負帰還を加えてリアルタイム処理で段階
的に周波数制御信号２１の周波数を補正するように構成
している。電圧制御信号２２の電圧を補正するプログラ
ムは、周波数制御信号２１の周波数のリアルタイム処理
と同期して、駆動モーター１９の等価回路のインピーダ
ンスを演算するプログラム及び、インバーター１６から
の出力電流信号２３の電流を該インピーダンスに乗積す
るプログラムとからなっており、電圧制御信号２２の電
圧をリアルタイム処理で段階的に補正するように構成し
ている。

【００１３】一方、制御ユニット１５には電流センサー
１２で検知した駆動モーター１９の入力電流によってモ
ーター駆動を切り替える処理プログラムも組み込んであ
る。モーター駆動を切り替えるプログラムは基本的に
は、切替電流設定器１４で設定された電流値に対し駆動
モーター１９の入力電流が大きくなった場合には、第１
電磁接触器１７を閉じ、第２電磁接触器１８を開いて直
接三相交流電源２０で駆動し、反対に駆動モーター１９
の入力電流の方が小さくなった場合には、第１電磁接触
器１７を開き、第２電磁接触器１８を閉じてインバータ
ー１６で駆動するように組んである。即ち、図２で示す
ように、入力電流が切替電流設定値より大きい場合に
は、直接三相交流電源２０で駆動モーター１９を駆動
し、逆に入力電流が切替電流設定値より小さい場合に
は、インバーター１６で駆動モーター１９を駆動するよ
うにしている。

【００１４】実際には、駆動モーター１９の入力電流に
は揺らぎが生じる。この揺らぎによって切り替えが頻繁
に起こることを避けるため、切替電流の設定値が切り替
えの前後で異なった値を採るように、いわゆるヒステリ
シス幅を持たせる必要がある。これを考慮して切り替え
駆動のタイミングを図ると図３で示すようになる。本実
施例においては、インバーター１６で駆動モーター１９
を駆動している入力電流がヒステリシス幅を持たせた切
替電流設定値の最高値に到達した時点から直接三相交流
電源２０で駆動モーター１９を駆動し、直接三相交流電
源２０で駆動モーター１９を駆動している入力電流がヒ
ステリシス幅を持たせた切替電流設定値の最低値に到達
した時点からインバーター１６で駆動モーター１９を駆
動するようにしている。

【００１５】また、二つの電磁接触器１７，１８が同時
に閉じた状態になるとインバーター１６の損傷などを起
こすため、電磁接触器１７，１８間にインターロックや
遅延時間を与える必要がある。さらに、圧縮機３を回し
たままの切り替えは困難なことが多いので、通常は切り
替え時に圧縮機３を一旦止めることになるが、その場合
に短時間の負荷変動が生じ、頻繁に切り替わる可能性が
あり、これを避けるために一旦切り替わったら一定時間
Δｔは切り替わらないようなタイマー機能を持たせるこ
とも必要である。そこでこの機能を持たせるためのフロ
ーチャートを図４で示すとともに、このような場合の切
り替え駆動のタイミング図を図５で示している。本実施
例で示すように、入力電流が切替電流設定値に到達する
と、タイマーが作動し、さらに一定時間Δｔが経過した
後に、入力電流が切替電流設定値に到達したときと同じ
状態にあればモーター駆動が切り替わり、逆に入力電流
が切替電流設定値に到達する前の状態に戻っていればモ
ーター駆動が切り替わらないように設定している。な
お、切り替えの際、この圧縮機３が止まる時間は冷蔵又
は冷凍チャンバー等の温度に影響を与える程に長い時間
ではないため、問題にはならない。また、その他にも保
護対策はいろいろあるが、基本的には切替電流設定値に
対する駆動モーター１９の入力電流の大小で切り替える
ことには変わらない。

【００１６】冷凍装置１の運転に際しては、先ず目標圧
力設定器１３の操作部により所要の目標圧力を設定す
る。目標圧力の設定は、冷蔵又は冷凍チャンバー等の温
度条件等を考慮して定める。この目標圧力は直ちに制御
ユニット１５に伝送される。この目標圧力は冷凍装置１
の冷却能力を制御するただ一つの制御目標である。ま
た、圧力センサー１１が検知した冷媒ガスの吸入圧力も
直ちに制御ユニット１５に伝送される。この操作と、上
記の補正プログラムの作用とにより、制御ユニット１５
からの冷却能力制御信号は、運転中、リアルタイム処理
で段階的に補正されて行く。冷却能力の制御は、設定し
た目標圧力と、圧力センサー１１が検知した冷媒ガスの
吸入圧力の偏差を基準にした負帰還を加えたリアルタイ
ム処理による段階的な周波数の補正が基本であり、電圧
の補正は、駆動モーター１９にかかる負荷トルクの変動
に追従するための制御である。一方、切替電流設定値の
設定は切替電流設定器１４の操作部により所定の電流値
に設定する。その設定値はインバーター１６の定格電流
を基準に設定すればよい。

【００１７】最近のインバーターは高機能化されてお
り、負荷トルクの変動に追従するための制御機能を内蔵
しているものがあるので、その機能を使うと図６で示す
第２実施例のような構成になる。このような構成より、
制御ユニットからの冷却能力制御信号は、周波数制御信
号２１のみとなり、これをインバーター１６に入力して
ある。駆動モーター１９は圧縮機３を駆動する。圧縮機
３の吐出部からの導管９は凝縮器４に接続してあり、凝
縮器４には冷却装置を設けている。凝縮器４の出口から
の導管１０は膨張弁５を経て蒸発器６の入口に接続して
あり、この蒸発器６は、冷蔵又は冷凍チャンバーの中に
設置されている。

【００１８】制御機構２の制御ユニット１５には、目標
圧力設定器１３の操作部により設定した目標圧力と、圧
力センサー１１が検知した冷媒ガスの吸入圧力の偏差を
基準にして冷却能力制御信号に負帰還を加えてリアルタ
イム処理で段階的に冷却能力制御信号を補正するプログ
ラムを組み込んである。この冷却能力制御信号を補正す
るプログラムは周波数制御信号２１の周波数を補正する
プログラムである。周波数制御信号２１の周波数を補正
するプログラムは、上記の偏差を基準にして、周波数制
御信号２１の周波数に負帰還を加えてリアルタイム処理
で段階的に周波数制御信号２１の周波数を補正するよう
に構成している。

【００１９】一方、制御ユニット１５には電流センサー
１２で検知した駆動モーター１９の入力電流によってモ
ーター駆動を切り替える処理プログラムも組み込んであ
る。モーター駆動を切り替えるプログラムは基本的に
は、切替電流設定器１４で設定された電流値に対し駆動
モーター１９の入力電流が大きくなった場合には、第１
電磁接触器１７を閉じ、第２電磁接触器１８を開いて直
接三相交流電源２０で駆動するように組んである。反対
に駆動モーター１９の入力電流の方が小さくなった場合
には、第１電磁接触器１７を開き、第２電磁接触器１８
を閉じてインバーター１６で駆動するように組んであ
る。

【００２０】冷凍装置１の運転に際しては、先ず目標圧
力設定器１３の操作部により所要の目標圧力を設定す
る。目標圧力の設定は、冷蔵又は冷凍チャンバー等の温
度条件等を考慮して定める。この目標圧力は直ちに制御
ユニット１５に伝送される。この目標圧力は冷凍装置１
の冷却能力を制御するただ一つの制御目標である。ま
た、圧力センサー１１が検知した冷媒ガスの吸入圧力も
直ちに制御ユニット１５に伝送される。この操作と、上
記の補正プログラムの作用とにより、制御ユニット１５
からの冷却能力制御信号は、運転中、リアルタイム処理
で段階的に補正されていく。冷却能力の制御は、設定し
た目標圧力と、圧力センサー１１が検知した冷媒ガスの
吸入圧力の偏差を基準にした負帰還を加えたリアルタイ
ム処理による段階的な周波数の補正を行う。一方、切り
替え電流値の設定は切替電流設定器１４の操作部により
所定の電流値に設定する。その設定値はインバーター１
６の定格電流を基準に設定すればよい。

【００２１】切替電流設定値は基本的にはインバーター
１６の定格電流を基準に設定すればよいが、インバータ
ー１６の保護機能を考慮して設定すれば、さらに大きな
電流値までインバーター１６で駆動できる。即ち一般の
インバーター１６は、過負荷電流定格が定格電流の１．
５倍あるいは１．２倍となっており、電子サーマルによ
る反限時特性の保護機能が働く。従って、電流とともに
クロック２５から時間情報も取り込んで判断するように
モーター駆動を切り替えるプログラムを組めば、過負荷
電流定格に近い電流値までインバーター１６で駆動でき
る。この場合の構成図を第３実施例として図７で示して
いる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、上記のような構成より、以下
のような効果を奏する。まず、本発明冷凍装置は、圧縮
機と蒸発器との間に圧力センサーを設けるとともに、該
圧縮機の駆動モーターの入力に電流センサーを設け、該
圧力センサーが時間間隔をおいてリアルタイムで検知し
た冷媒ガスの吸入圧力と該駆動モーターの入力電流値と
を、目標圧力設定器と切替電流設定器を設けた制御ユニ
ットに伝送するようにしてあるとともに、この制御ユニ
ットには、該目標圧力設定器により設定した目標圧力と
該冷媒ガスの吸入圧力との偏差を基準として、冷却能力
制御信号に負帰還を加えてリアルタイム処理で段階的に
該冷却能力制御信号を補正するプログラムを組み込み、
該冷却能力制御信号をインバーターに入力してある一
方、該駆動モーターへの電力供給を直接三相交流電源と
該インバーター出力とに切り替えるための切替手段を有
し、該切替電流設定器により設定した切替電流値よりも
該駆動モーターの入力電流が大きい場合は直接三相交流
電源で該駆動モーターを駆動し、小さい場合は該インバ
ーターで該駆動モーターを駆動するように切り替えるこ
とにより、除霜後や夏季の昼間の負荷が大きい状態がし
ばらく続く場合においても、インバーターの損失分の電
力を削減して無駄な電力を消費することがないので、省
エネルギー化を図ることができるという効果を有する。

【００２３】一時的に負荷が大きくなった場合は、三相
交流電源で駆動モーターを駆動することになるので必要
以上に定格容量の大きなインバーターを選定する必要が
なくなることから、従前の冷凍装置に比べて、制御装置
が小型になるとともに、コストが下がるという効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明冷凍装置の第１実施例における構成図で
ある。

【図２】本発明冷凍装置の通常の切り替え駆動のタイミ
ング図である。

【図３】ヒステリシス幅を考慮した切り替え駆動のタイ
ミング図である。

【図４】タイマー機能を持たせるためのフローチャート
である。

【図５】図４のフローチャートを考慮した切り替え駆動
のタイミング図である。

【図６】本発明冷凍装置の第２実施例における構成図で
ある。

【図７】本発明冷凍装置の第３実施例における構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 冷凍装置 ２ 制御機構 ３ 圧縮機 ４ 凝縮機 ５ 膨張弁 ６ 蒸発器 １１ 圧力センサー １２ 電流センサー １３ 目標圧力設定器 １４ 切替電流設定器 １５ 制御ユニット １６ インバーター １７ 第１電磁接触器 １８ 第２電磁接触器 １９ 駆動モーター ２０ 三相交流電源 ２１ 周波数制御信号 ２２ 電圧制御信号 ２３ 出力電流信号 ２４ 駆動電流検出信号 ２５ クロック

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、該圧縮機
   を駆動する駆動モーターと、該圧縮機に順次接続した凝
   縮器、膨張弁、蒸発器とからなり、かつ該蒸発器を導管
   を介して該圧縮機の吸入部に接続してある冷凍装置であ
   って、該圧縮機と該蒸発器との間に圧力センサーを設け
   るとともに、該圧縮機の駆動モーターの入力に電流セン
   サーを設け、該圧力センサーが時間間隔をおいてリアル
   タイムで検知した該冷媒ガスの吸入圧力と該駆動モータ
   ーの入力電流値とを、目標圧力設定器と切替電流設定器
   を設けた制御ユニットに伝送するようにしてあるととも
   に、この制御ユニットには、該目標圧力設定器により設
   定した目標圧力と該冷媒ガスの吸入圧力との偏差を基準
   として、冷却能力制御信号に負帰還を加えてリアルタイ
   ム処理で段階的に該冷却能力制御信号を補正するプログ
   ラムを組み込み、該冷却能力制御信号をインバーターに
   入力してある一方、該駆動モーターへの電力供給を直接
   三相交流電源と該インバーター出力とに切り替えるため
   の切替手段を有し、該切替電流設定器により設定した切
   替電流値よりも該駆動モーターの入力電流が大きい場合
   は直接三相交流電源で該駆動モーターを駆動し、小さい
   場合は該インバーターで該駆動モーターを駆動するよう
   に切り替えることを特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】 上記冷却能力制御信号が、周波数制御信
   号と電圧制御信号とからなる請求項１記載の冷凍装置。
3. 【請求項３】 上記冷却能力制御信号を補正するプログ
   ラムは、上記目標圧力と上記冷媒ガスの吸入圧力との偏
   差を基準にして、上記周波数制御信号の周波数に負帰還
   を加えてリアルタイム処理で段階的に該周波数を補正す
   るプログラム及び、該周波数のリアルタイム処理と同期
   して、上記電圧制御信号の電圧を段階的に補正するプロ
   グラムとからなることを特徴とする請求項２記載の冷凍
   装置。
4. 【請求項４】 上記インバーターが、負荷トルクの変動
   に追従するための制御機能を内蔵している請求項１記載
   の冷凍装置。
5. 【請求項５】 上記冷却能力制御信号を補正するプログ
   ラムは、上記目標圧力と上記冷媒ガスの吸入圧力との偏
   差を基準にして、上記周波数制御信号の周波数に負帰還
   を加えてリアルタイム処理で段階的に該周波数を補正す
   るプログラムからなることを特徴とする請求項４記載の
   冷凍装置。
6. 【請求項６】 上記制御ユニットが時間情報を入力する
   ためにクロックを設けている請求項１乃至５のいずれか
   に記載の冷凍装置。