JPS6232383B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の冷凍機の制御装置は、冷媒圧縮機の回
転数を制御してその容量を制御するものであり、
その目的とするところは、冷凍機の起動時に冷媒
圧縮機の摺動部の潤滑を良好にし、その信頼性を
高めると共に、冷凍機の立ち上がりを良好にする
ことを目的とするものである。

従来、冷媒圧縮機、凝縮機、減圧膨脹器、蒸発
器等を環状に接続配管した冷凍機において、その
容量を制御するために前記冷媒圧縮機に極数変換
圧縮機を用い、冷凍機の起動時に前記冷媒圧縮機
を一定時間低速運転し、起動時の騒音を低減しよ
うとしたものがあるが、低速回転においては、冷
媒圧縮機の吸入及び吐出の冷媒量は少なく、前記
蒸発器の圧力は徐々にしか低下せず、又、凝縮器
の圧力の上昇がゆるやかであり減圧膨脹器を通過
する冷媒量は少なく、冷却能力が低く、立ち上が
り特性の悪いものであつた。又、この立ち上がり
特性を良好にするために、前記冷凍機の起動時前
記冷媒圧縮機を高速回転に制御したものがある
が、冷媒圧縮機を起動時に高速回転すれば、摺動
面の潤滑状態が悪く寿命に限界があつた。すなわ
ち、冷媒圧縮機が停止時、この冷媒圧縮機に封入
されている潤滑油に冷媒が溶け込み希釈されその
粘度を著しく低下する。これは摺動面における潤
滑油も同様である。このような状態で高速回転し
た場合、粘度の低い潤滑油が摺動面に供給される
ために油膜が形成されにくく、又、摺動面の摩擦
による発熱で潤滑油が加熱され潤滑油に溶け込ん
でいる冷媒が蒸発し、摺動面の油圧が低下する。
この結果、摺動面は一時的に境界潤滑状態となり
摺動部の寿命に限界が出てくる。

本発明は以上のような問題点を解決する制御装
置であり、その一実施例を第１図に示す。

冷媒圧縮機１は周波数変換圧縮機で、その電源
周波数を変化することにより圧縮機の回転数を変
化させ容量を制御するものであり、この冷媒圧縮
機１から吐出された冷媒は凝縮器２で液化凝縮さ
れ、減圧膨脹器３で減圧膨脹し、蒸発器４で蒸発
し、被冷却物質Ａより吸熱し、前記冷媒圧縮機１
へ吸入される。このようにして冷凍機が構成され
ている。５は前記冷媒圧縮機１の回転数を制御す
る制御装置であり、商用電源６を一次電源とし、
整流回路部７にて整流し、直流電源に変換し、こ
の直流電源をチヨツパ回路部８にて電圧調節し、
ブリツジインバータ回路部９にてこの直流電圧に
相当する周波数の矩形三相電源に逆変換し、配線
１４で前記冷媒圧縮機１に供給する。この冷媒圧
縮機１の回転数制御は速度信号部１０の信号によ
り前記チヨツパ回路部８を制御し前記の如く直流
電圧を制御し、周波数を変化させて行なう。この
速度信号部１０は前記被冷却物質Ａの温度を検知
器１１で検知し、この検知器１１により検知した
値と設定温度との差を検出器１２で検出し、その
差に基づく信号を前記速度信号部１０に送り、前
記の如く冷媒圧縮機１の回転数を制御する。

すなわち被冷却物質Ａの冷却負荷に対応した前
記検出器１２の信号を前記速度信号部１０が入力
し、この信号に対応した回転速度信号を前記チヨ
ツパ回路部８に出力して、圧縮機１の容量を制御
するものであり、温度の他に湿度あるいは冷媒の
圧力等で制御してもよい。なお前記速度信号部１
０には別に起動制御回路１３を設けて、前記冷媒
圧縮機１の起動時所定時間、この起動制御回路１
３にて制御される優先回路が設けられている。す
なわち、起動制御回路１３と速度信号部１０で構
成されるこの優先回路を第２図で詳細に説明す
る。第２図は第１図の回路図の速度信号部１０の
詳細回路図である。前記速度信号部１０は前記検
出器１２からの信号を入力しこの信号に対応する
圧縮機の速度信号に変換して出力する速度信号回
路１５と、この速度信号回路１５からの信号およ
び起動制御回路１３からの信号を入力し、通常運
転時は速度信号回路１５からの信号に基づいた回
転速度信号をチヨツパ回路８に出力するととも
に、タイマー回路１７の作動時に起動制御回路１
３からの信号に基づいた回転速度信号をチヨツパ
回路８に出力する優先制御回路１６と、圧縮機起
動時の所定時間、すなわち圧縮機が起動し冷凍機
の温度及び冷媒圧力が適当な値になるまでの時間
をカウントし優先制御回路１６に信号を出力する
タイマー回路１７とより構成されている。

そして速度信号回路１５からの最初の信号又は
特定の信号を起動信号とみなし、この起動信号が
優先制御回路１６に入力された時、この優先制御
回路１６より前記起動制御回路１３と前記タイマ
ー回路１７へ起動信号が出力される。この起動信
号が入力されれば、前記起動制御回路１３から回
転速度の低い順に圧縮機１の回転速度を決定する
信号を出力すると共に、タイマー回路１７は時間
のカウントを開始する。従つて圧縮機の起動時に
はタイマー回路１７が作動し、このタイマー回路
１７の作動中は、優先制御回路１６から出力され
る信号は起動制御回路１３からの信号に基づいた
信号となり、圧縮機の回転速度は徐々にその速度
を上昇させる。そして圧縮機が起動から所定時間
を経過するとタイマー回路１７は、優先制御回路
１６へ所定時間経過した信号を出力し、優先制御
回路１６から出力される信号は速度信号回路１５
からの信号に基づいた信号となり、圧縮機の回転
速度は検出器１２の信号に対応した速度となる。

なおタイマー回路１７の作動開始は、圧縮機の
起動を何らかの手段で検出して直接タイマー回路
１７に入力して行なうようにしてもよい。

この起動時の冷媒圧縮機１の回転数制御を第３
図で説明する。第３図は時間に対する冷媒圧縮機
１の回転速度変化を示すもので、横軸に起動から
の時間をとり、縦軸に回転速度をとつている。冷
媒圧縮機１は起動時、前記起動制御回路１３から
の信号によりS₀の回転速度で起動し、その後、
T₁時間まで時間の経過と共に回転速度を増加さ
せる。この間に前記冷媒圧縮機１の摺動部におけ
る潤滑油に溶解している冷媒は、その摺動部から
の発熱によりガス化され潤滑油より気化する。こ
の間は低速で回転すると共に起動時の冷媒圧縮機
１の高圧側と低圧側の圧力差は小さく、摺動部に
おける負荷荷重も低いため、摺動部の損傷はな
い。そして、潤滑油から冷媒が気化するにつれそ
の粘度は上昇し、高速回転を行なつても十分に良
好な潤滑が行なわれるようになる。それと共に冷
媒圧縮機１の回転数は増速され、冷媒圧縮機１に
吸入され吐出される冷媒が多くなり、吸入圧力が
低下し、又、吐出圧力は上昇し蒸発器４で吸熱さ
れる熱量が増大し、前記冷凍機の立ち上がりが早
くなる。そして冷凍機の温度及び冷媒圧力が適当
な値に達するまでの時間T₁まで前記のように起
動制御回路１３により制御され回転速度はS₁とな
る。その後は前記タイマー回路１７からの所定時
間経過した信号により、制御切換回路１６から出
力される信号は速度信号回路１５からの信号に基
づいた信号となり、前記起動制御回路１３の制御
がはずれ、被冷却物質Ａの温度を検知し、その設
定温度との差を検出する検出器１２により前記速
度信号部１０が制御され、冷媒圧縮機１の回転速
度を制御する。すなわち、被冷却物質Ａの温度と
設定温度との温度差が大きければ前記回転速度S₁
より増速し曲線のように回転速度が増加し、冷
媒圧縮機１の容量を上昇させ、冷凍機の冷却能力
を増大させ負荷に対応した能力を出す。又、前記
温度差が小さければ曲線の如く回転速度を低下
させ、負荷に対応した能力を出させる。このとき
前記速度信号回路１５は、前記検出器１２からの
入力信号を所定の時定数で速度信号に変換し、そ
の値を出力することにより冷媒圧縮機１の回転速
度が曲線、曲線のようになだらかな変化とな
る。

なお、前記速度信号部１０に起動時冷凍機の温
度及び冷媒圧力が適当な値に達するまでの時間を
計測するタイマー回路１７を設けたが、このタイ
マー回路１７の機能を前記起動制御回路１３に設
けてもよい。すなわち、優先制御回路１６からの
起動信号を受け、前記起動制御回路１３は速度信
号の低い順に前記制御回路１６に速度信号を出力
し、前記冷凍機の温度及び冷媒圧力が適当な値に
達した後には、前記優先制御回路１６の出力信号
を前記速度信号回路１５からの信号に基づいた信
号としてもよい。また、第３の実施例として特定
のタイマー機能を有しなくても前記優先制御回路
１６に前記起動制御回路１３からの特定の速度信
号が入力された時に優先制御回路１６の出力を速
度信号回路１５からの信号に基づいた信号として
もよい。

回転速度S₁は前記起動制御回路１３から出力さ
れる最大速度信号を限定し、冷媒圧縮機１の最高
回転速度Ｓ_Mより低い値に設定している。これは
起動時に回転速度を最高回転速度まで増速し、次
に速度信号回路１５からの信号に基づいた信号を
出力する時、多くの場合、その最高回転速度では
能力が高すぎ、ほとんど回転速度を低下する方向
に制御される。すなわち不必要に回転速度を増加
させ、その結果、必要以上の冷媒圧縮機の機械的
動力損失及び圧縮動力損失をもたらし冷凍機の効
率が低下する。本実施例はこの点をも解決するも
のである。第４図は第３図の起動時の回転数制御
に前記起動制御回路１３からの速度信号を一定の
値所定時間継続して出力し一定回転速度を所定の
時間継続させた実施例であり、起動時、時間T₁
までは時間と共に回転速度を増加させ、その後時
間T₂まではI′の如く一定のS₁の回転速度を持続さ
せている。この場合前記第２図の実施例のタイマ
ー回路１７の時間設定をT₂とする。この制御は
第１図で示す冷媒圧縮機１に回転式圧縮機等で用
いられている密閉ハウジング内部を高圧型とした
ものにおいて有効である。すなわち高圧型の圧縮
機では吐出された冷媒が密閉ハウジング内部に吐
出されるため、起動時、冷えている圧縮機により
吸熱されるため冷媒の凝縮能力が大きすぎ、吐出
圧力の上昇がゆるやかで立上がり特性が極端に悪
い一方、摺動部の潤滑状態は短時間に高速回転に
対応出来る状態となるため、高速回転が可能とな
る。故に第４図の実施例では起動後、時間T₁ま
での間に潤滑状態を高速回転に対応させるように
し、時間T₁よりT₂までの高速回転速度S₁の状態
で運転し冷媒を多量に吐出し立ち上がり特性を良
好にすることができる。この時間T₂は、冷媒圧
縮機の吐出圧力あるいは温度等の冷凍機の温度を
検知して適当な値となつた時間でもよい。

なお、前記の第３の実施例の構成では、前記起
動制御回路１３からの速度信号が所定の値に達し
た後、その所定の値と同じ値の速度信号を一定時
間出力し、一方前記優先制御回路１６が所定の時
間T₂後に前記起動制御回路１３からの信号に基
づいた回転速度信号から、前記速度信号回路１５
からの信号に基づいた回転速度信号を出力する構
成とするか、または、前記優先制御回路１６が前
記起動制御回路１３からの同じ値の速度信号を積
算し、その積算値が所定の値に達した後速度信号
回路１５に切換わる構成とすることによつても同
じ作用効果を得ることができる。

なお、第３図及び第４図において起動後、時間
T₁まで、時間の経過に比例して直線的に回転速
度を上昇、すなわち加速度一定にしたが、時間と
共に増速速度すなわち加速度を変えるなど、回転
速度を所定の値で上昇させた制御回路でもよいこ
とは明らかである。

以上の実施例において特に起動制御回路と速度
信号部をシーケンス回路で構成したが、マイクロ
コンピユータを中心とする電子制御回路で構成し
ても同様の作用効果を得ることができる。また、
本実施例はヒートポンプ式冷凍機においてもその
作用効果は同じである。また、冷媒圧縮機の回転
数制御は、その電源の位相制御、あるいは直流モ
ータを使用して制御を行なつても同じである。

以上のように本発明の冷凍機の制御装置は、冷
媒圧縮機、凝縮器、減圧膨脹器、蒸発器を環状に
接続して冷媒回路を構成し、被冷却物質の温度若
しくは湿度又は冷媒の圧力を検知する検知器と、
前記検知器により検知した値と設定値との差に基
づく信号を出力する検出器と、圧縮機の回転速度
を決定する信号を複数個有し、これらの信号を前
記冷媒圧縮機の起動時からの所定時間内に回転速
度の低い順に出力する起動制御回路と、前記検出
器の信号を入力し、この信号に対応した回転速度
信号を出力するとともに、前記起動制御回路から
の信号を入力して前記検出器の信号に優先して前
記起動制御回路からの信号に基づく回路速度信号
を出力する速度信号部とを備えたもので、冷凍機
の起動時に圧縮機を瞬時に高速回転させることな
く、所定の加速度で除々に回転速度を上昇させる
ことにより潤滑油中に溶解している冷媒を蒸発さ
せ潤滑油の粘度が適当な値で上昇させ、圧縮機の
摺動部が十分高速回転に耐える状態にする。この
高速回転が可能になるまでの間は前記のように漸
次回転数を上昇させ、急激な高速回転による軸受
などの摺動面の潤滑油切れなどの潤滑状態が悪化
するのを防ぎ圧縮機の信頼性を確保する。そして
回転速度が上昇するにつれて圧縮機の容量は大き
くなり、この回転速度の上昇スピード、すなわち
加速度を所定の値に選定することにより、立上り
特性の良好で信頼性の高い冷凍機とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における冷凍機の制
御装置の回路図、第２図は第１図の回路図の速度
信号部の詳細回路図、第３図、第４図はそれぞれ
同冷凍機の制御装置の運転特性図である。 １…冷媒圧縮機、２…凝縮器、３…減圧膨脹
器、４…蒸発器、８…チヨツパ回路部、１０…速
度信号部、１１…検知器、１２…検出器、１３…
起動制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷媒圧縮機、凝縮器、減圧膨脹器、蒸発器を
   環状に接続して冷媒回路を構成し、被冷却物質の
   温度若しくは湿度又は冷媒の圧力を検知する検知
   器と、前記検知器により検知した値と設定値との
   差に基づく信号を出力する検出器と、圧縮機の回
   転速度を決定する信号を複数個有し、これらの信
   号を前記冷媒圧縮機の起動時からの所定時間内に
   回転速度の低い順に出力する起動制御回路と、前
   記検出器の信号を入力し、この信号に対応した回
   転速度信号を出力するとともに、前記起動制御回
   路からの信号を入力して前記検出器の信号に優先
   して前記起動制御回路からの信号に基づく回転速
   度信号を出力する速度信号部とを備えた冷凍機の
   制御装置。