JPS63204087A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明はスーパーショーケースや大型冷蔵庫等に使用さ
れしかも圧縮機の回転数制御等により庫内の負荷に応じ
て能力が変更できる冷凍装置に係り、特に、庫内温度の
制御に高い精度が要求される冷凍装置に関する。

（ロ）従来の技術 従来、この種の冷凍装置は、特公昭６０−２３２６１号
公報または特開昭５８−２０５０５７号公報等に記載き
れ第６図に示すように、インバータ等の周波数可変装置
５０により能力制御される圧縮機５１、凝縮器５２、蒸
発器５３１、この蒸発器の入口側に設けられた温度式の
膨張弁５４とから構成されている。そして、圧縮機５１
の低圧圧力を検知する圧力センサー５５の信号を、制御
器５６を介して入力し負荷に見合った周波数指令を圧縮
機５１へ出力する前記周波数可変装置５０により冷凍装
置の能力制御を行なう一方、庫内温度を検出する温度セ
ンサー５７によって検知された温度が予め設定された上
限温度より高いときは継続して運転させると共に予め設
定された下限温度より低いときは圧縮機５１を停止させ
るという温度制御を併用することにより庫内温度を一定
に保てるようにしている。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の構成によると、庫内の負荷が小さく
なって周波数可変装置５０の周波数指令が下限周波数に
なった状態で更に負荷が減少すると圧縮機５１は停止し
てしまうこと、庫内温度が予め設定された上限温度や下
限温度を越えると圧縮機は起動または停止を繰り返すこ
とから、庫内温度が急激に上昇したり下降したりして大
きく変動するという問題がある。また、庫内温度の変動
を小さく押えるためには周波数可変装置５０の下限周波
数をＯＨ２まで連続して制御できるようにしたり、前述
した上限温度と下限温度とのディファレンシャルを小さ
く設定すれば良いが、前者の場合には周波数可変装置５
０の制御できる周波数範囲に限界があり実際にはＯＨ，
まで連続した制御は行ないにくいこと、後者の場合には
圧縮機の起動、停止が頻繁となり圧縮機の制御部品が損
傷し易くなったり消費電力が増加したりするという問題
がある。このようなことから、斯る構成の冷凍装置では
庫内温度を例えば±０．５〜１°Ｃの範囲で制御すると
いった高い精度の温度制御を簡単な構造で達成するのは
困難であった。

斯る問題点に鑑み、本発明は冷凍装置の軽負荷時におけ
る圧縮機の停止回数を減らし、蒸発器の周囲温度の変化
を小さく押えて庫内温度の変動幅を小さくすることを目
的としている。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は能力が変化する圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸
発器等から構成されており、圧縮機の低圧側圧力に基づ
いてこの圧縮機の能力を変える冷凍装置において、前記
蒸発器の出口側にこの蒸発器の周囲温度を検出する温度
センサーからの検出値と設定値との差に基づいて開度が
変わる電動弁を設ける一方、前記圧縮機の低圧側と高圧
側とを連通ずるバイパス管を設け、圧縮機の低圧側圧力
が所定値以下でバイパス管を開路させると共に、このバ
イパス管が開路しかつ前記電動弁の開度が所定開度以下
では蒸発器に設けた電気ヒータを通電するものである。

（ホ）作用 このように構成された本発明の冷凍装置は、蒸発器の周
囲温度に基づいて電動弁の開度が変わり冷凍サイクル中
を循環する冷媒量を変えると共に低圧圧力に基づいて圧
縮機の運転能力が変わる。

また冷凍負荷の大きさが圧縮機の最低能力の大きさ以下
となった時には、これを低圧圧力の低下で検出してバイ
パス管を開き冷凍サイクルの冷凍能力を低下きせる。さ
らにこの冷凍サイクルの冷凍能力の大きざが冷凍負荷の
太き許を上回っている時は、これを電動弁の開度が小さ
くなったことから検出して電気ヒータの通電を行なって
冷凍負荷の増加を図るものです。

（へ）実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１図
は冷凍装置の概略図であり、この図において１は能力が
変化できる圧縮機、２は凝縮器、３は蒸発器４の出口側
の冷媒温度に基づいて絞り度が変わる膨張弁、４は蒸発
器、５は流量を制御する電動弁であり、これらの構成要
素は冷媒配管を介して順次環状に接続され冷凍サイクル
を構成している。

圧縮機１は周波数可変装置６から出力される交流電力に
応じて能力が変わる。すなわち圧縮機１の交流モータの
回転数が交流電力の周波数に応じて変化するものである
。７は周波数設定器であり、圧縮機１の低圧側圧力を圧
力検出器８で検出して圧縮機１へ印加する周波数を設定
するものである。この周波数ｆの設定は、圧力検出器８
の検出値がＰ、（チャタリングの防止のためディファレ
ンシャルを設けている。）以下ではｆ’＝ｏ（Ｈ２）（
停止）、検出値がＰｌより大きくカットアウト圧力Ｐ！
（Ｐ工〈Ｐ、）以下の時はｆ＝ｆ’−１（Ｈ２）（周波
数を数Ｈ２きざみで変える時は変化分を数Ｈ２にすれば
よい。）、検出値がＰ、より大きくカットイン圧力ｐｓ
（Ｐ、＜ｐｓ）の時はｆ’＝ｆ’（Ｈ２）、検出値が２
１以上の時はｆ　−ｆ　＋　１　（Ｈｚ）の関係を有し
て行なわれる。尚、冷凍装置の起動時には、周波数可変
装置６の出力周波数をこの動作と関係なく一定時間の間
に予め定めた周波数まで上昇させた後上記の関係に基づ
く運転をする。さらにこの周波数には上限周波数と下限
周波数とがあり上記周波数の設定はこの範囲内で行なわ
れる。

また上記では圧縮機１の能力を交流電力の周波数に応じ
て変えているがこれに限るものではない。例えば圧縮機
１のモータを直流モータとした時は周波数を変える代り
に直流の印加電圧を上記の関係を有して変えればよいも
のである。

次に９はバイパス管であり、圧縮機１の低圧側と高圧側
とを接続し、この管路中には圧力調整弁１０と常閉型の
電磁弁（電磁開閉弁）１１とが設けられている。この電
磁弁１１の開閉動作は圧力検出器１２が検出する圧縮機
１の低圧側圧力値に基づいて行なわれる。この圧力検出
器１２の検出値がＰ４以下では低圧スイッチ１３が動作
して電磁弁１１を開状態にする。この圧力Ｐ４はＰ、＜
　Ｐ４くＰ２の関係がある。また圧力検出器８，１２は
いずれか一方を共通に用いてもよい。このバイパス管９
は冷凍負荷の大きさが圧縮機１の運転可使な最低能力の
大きさ以下となった時に開状態となるものであるから、
圧力検出器１２を設けず周波数設定器７から下限周波数
による運転信号が周波数可変装置６に与えられている時
に、このバイパス管９が開状態となるようにしてもよい
。すなわち、圧縮機１の能力は低圧側の圧力に基づいて
定まるものであり、この圧縮機１の能力に基づいてバイ
パス管９の開閉を行なっても、実質的にはこのバイパス
管９を低圧側の圧力に基づいて制御した場合と同様な効
果を得ることができる。

次に電動弁５は制御器１４からの電気信号に基づいて開
度を変えるものである。この電動弁５の構造としては供
給する電流値に比例して弁の開度が変わるもの、又はパ
ルスモータ等の駆動手段を有し、制御器１４かものパル
スに応じてパルスモータの回転角を変え、かっこの回転
角を保持し℃弁の開度を変えるものなどを用いることが
できる。

次に電動弁５は制御器１４からの電気信号に応じて開度
を変えるものである。この制御器１４は蒸発器４の周囲
温度（吹出し温度あるいは吸込み温度）を温度センサー
１５を介して入力し、予め定めた設定温度との差に基づ
いて電動弁５の開度を設定するものである。すなわち、
温度センサー１５の検出温度が設定温度を下回った時は
、その下回った度合いに応じて電動弁５の開度を小さく
し、温度センサー１５の検出温度が設定温度を上回った
時は、その上回った度合いに応じて電動弁５の開度を大
きくする。これによって冷凍サイクル中を循環する冷媒
の量が変わり、冷凍負荷の大きさの変動に対応できるも
のである。

この制御装置１４はさらに蒸発器４の一次側に設けられ
た電気ヒータ１６の通電を制御する。この電気ヒータ１
６の通電は前記したバイパス管９が開路し、かつ電動弁
５の開度が所定値以下の時、すなわち低圧側圧力が所定
値Ｐ４以下であり、かつ冷媒の循環量が所定量以下の時
に行なわれる。従って、この制御装置１４の主な動作は
第２図のフローチャートに示すようになる。尚、このフ
ローチャートにおいて、Ｔａは温度センサー１５の検出
する温度であり、Ｔｓは予め定められた設定温度である
。

第３図は第１図に示した制御器１４の実施例を示す具体
的な電気回路図であり、第１図の構成要素に対応するも
のは同一の符号を付している。

電動弁５はコイルに通電する電流に応じて弁の開度が変
わるものであり、Ｉ　ｍａｘ　Ｉ″Ａ〕の電流が流れた
時に弁が全閉となり、Ｉ＝ＯＣＡ）の電流が流れた時に
弁が全開となる。

温度センサー１５は負特性サーミスタを用いている。

電気ヒータ１６はヒータ通電用のリレーであり、実際は
このリレーの接片を介してヒータの通電が制御されるが
、この回路では“リレー−電気ヒータ”として説明する
。

尚、低圧スイッチ１３は作動時にＨレベルの電圧信号も
同時に出力するものである。

この回路図において、１７．１８は演算増幅器であり、
カスケード接続にして差動増幅回路部を構成している。

この差動増幅回路部の出方は、検出温度Ｔａと設定温度
Ｔｓとの関係が第４図に示すような特性となるように主
に可変抵抗１９．２０の値を調整する。すなわち、“Ｔ
ａ≦Ｔｓ−２”では出力電圧がＶｍｉｎ（Ｖ〕であり、
“Ｔａ−Ｔｓ＋２”では出力電圧がＶｍａｘ［Ｖ）とな
り、”Ｔｓ−２＜Ｔａ＜Ｔｓ＋２”では出力電圧がＶｍ
ｉｎ　［Ｖ　］とＶｍａｘ（Ｖ）間を直線的に変化する
ものである。２１は非反転増幅器であり、差動増幅回路
部の出力を所定の大きさに増幅する。この増幅率は可変
抵抗２２の値を変えて行なうことができる。２３゜２４
は夫々抵抗、コンデンサであり積分回路を構成している
。２５は電圧フォロワーである。２６は定電流回路部を
構成する差動増幅器であり、抵抗２７に流れる電流が一
定になるように制御する。２８．２９は出力トランジス
タでありダーリントン接続きれている。３０は逆流防止
用のダイオードである。また３１はツェナーダイオード
であり、差動増幅器２６の非反転入力端子に印加される
電圧が所定値を越えないようにしている。すなわち、電
動弁５に最大電流工ｍａｘ　（Ａ　）以上の電流が流れ
ないようにしている。この定電流回路は差動増幅器２６
の非反転入力端子に印加される重圧によって定電流値が
変わる。この関係を第４図に示した出力特性に基づいて
説明すると、出力電圧がＶｍｉｎ（Ｖ）の時には０［Ａ
）の定電流であり、出力電圧がＶｍａｘ（Ｖ）の時には
ｌ　ｍａｘ　（Ａ　）の電流が流れるものであり、Ｖｍ
ｉｎ［Ｖ）とＶｍａｘ（Ｖ）との間では定電流値が比例
的に変化する。

このように電動弁５の開度は電圧フォロワー２５の出力
電圧、すなわち差動増幅器２６の非反転入力端子に印加
される電圧に基づいて変わる。

従って、この電圧が抵抗３２，３３．３４で定まる所定
値以上となる時は、電動弁５の開度が所定開度以下とな
った時である。この状態を比較器３５で検出する。尚、
３６は比較器３５の正帰還抵抗であり、比較器３５の動
作にディファレンシャルを与えている。３７はスイッチ
ングトランジスタであり、低圧スイッチ１３からの出力
でＯＮ状態になる。この時、比較器３５の出力がこのト
ランジスタ３７のコレクタ端子に印加されていれば、エ
ミッタ抵抗３８から電圧が出力されトランジスタ３９が
ＯＮ状態になり電気ヒータ１６が通電される。

すなわち、電動弁５の開度が所定開度以下であり、かつ
低圧スイッチ１３からの出力がある時（バイパス管９が
開路している時）に電気ヒータ１６の通電が行なわれる
。

以上のような冷凍装置では、庫内負荷（冷凍負荷）の変
動の影習を即座に受は易い蒸発器４の周囲温度を温度セ
ンサー１５で検出し、この検出値に基づいて冷凍サイク
ル中を循環する冷媒の量を変えると共に圧縮機１の能力
を低圧側圧力に基づいて変え、蒸発器４の周囲温度が常
に一定になるように制御するものである。

このような運転中に冷凍負荷が軽くなり圧縮機１が最低
能力で運転を行なっている時に、さらに冷凍負荷が軽く
なり従来技術では圧縮機の運転を停止しなければならな
いような場合でも、この状態を圧力検出器１２で検出し
てバイパス管９を開路して圧縮機１の能力を小さくして
圧縮機１の停止を抑制するものである。

このように、バイパス管９を開路することによって冷凍
サイクル全体の能力が低下する。これによって電動弁５
の開度は大きくなって安定する。

また、このような状態から外気温度の低下や負荷の極端
な低減などが生じると、蒸発器４の温度が低くなり電動
弁５の開度は小さくなる方向に制御きれる。この時、こ
の電動弁５の開度が所定値以下となると、すでにバイパ
ス管９が開路しているので電気ヒータ１６が通電される
。電気ヒータ１６が通電されることによって疑似的に負
荷を増加させることができ、低負荷に対応した運転がで
きるものである。

従って、従来技術では圧縮機の運転を停止しなければな
らないような軽負荷の時は、まずバイパス管を開路し、
次に電気ヒータの通電を行なって冷凍能力の低下及び負
荷の増加を図り圧縮機の停止回数を減らすものである。

すなわち冷凍サイクルの運転能力の下限値が低くなり圧
縮機の停止による温度変動幅を小さくすることができる
。

第５図は本発明の他の実施例を示す概略図である。第１
図に示した概略図との違いは、新たにバイパス管４０と
三方弁４１とからなるバイパス路、及び電磁弁４２、圧
力調整弁４３を有するバイパス管４４を設けたものであ
る。すなわちこの実施例は蒸発器４の除霜を行なう除霜
回路をバイパス管４０．４４で構成したものである。図
示していない除霜制御器から除霜信号が出力きれると三
方弁４１を切換え圧縮機１から吐出された高温高圧の冷
媒ガスがバイパス管４０を通って直接蒸発器４に流れる
。この高温高圧の冷媒ガスによって蒸発器４の除霜を行
なう。この蒸発器４で液化した冷媒はバイパス管４４を
通って電動弁５をう回した後圧縮機１に再び吸入される
。

この際、除霜信号により電気ヒータ１６も同時に通電す
れば蒸発器４の外部からも除霜することができ、除霜時
間を短縮することができる。従ってその分庫内の温度変
動幅を小さくすることができる。

（ト）発明の効果 以上のように本発明は能力が変化する圧縮機、凝縮器、
減圧装置、蒸発器等から構成されており、圧縮機の低圧
側圧力に基づいてこの圧縮機の伊力を変える冷凍装置に
おいて、前記蒸発器の出口側にこの蒸発器の周囲温度を
検出する温度センサーからの検出値と設定値との差に基
づいて開度が変わる電動弁を設ける一方、前記圧縮機の
低圧側と高圧側とを連通ずるバイパス管を設け、圧縮機
の低圧側圧力が所定値以下でこのバイパス管を開路させ
ると共に、このバイパス管が開路しかつ前記電動弁の開
度が所定開度以下では蒸発器に設けた電気ヒータを通電
するので、電動弁の開度と圧縮機の運転能力とを変えて
蒸発器の周囲温度をほぼ一定に保つものである。このよ
うな運転を行なっている間、冷凍負荷が圧縮機の下限能
力以下となった時にはバイパス管を連通させ、冷凍機全
体の冷凍能力を圧縮機の下限能力以下に設定して冷凍機
の低負荷運転を可能にしている。きらにこの低負荷運転
による負荷の大きさ以下に負荷が軽くなれば電気ヒータ
を通電して負荷を増加させる。すなわち疑似的に冷凍機
全体の冷凍能力をさらに小さくすることになる。このよ
うにバイパス管と電気ヒータとを用いることにより冷凍
機全体の最低能力が小さくなり圧縮機を停止させること
なく対応できる負荷の大きさをさらに小さくすることが
できる。

すなわち、軽負荷運転時の圧縮機の停止回数を少なくす
ることができ、軽負荷運転時に圧縮機の発停で生じる庫
内の温度変動幅を小さくすることができ安定した温度制
御が行なえるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷凍装置の実施例を示す概略図、第２
図は第１図に示した制御器の主な動作を示すフローチャ
ート、第３図は第１図に示した制御器の具体例を示す電
気回路図、第４図は第３図に示した差動増幅回路部の出
力変化を示す特性図、第５図は本発明の他の実施例を示
す概略図、第６図は冷凍装置の従来例を示す概略図であ
る。 １・・・圧縮機、　　２・・・凝縮器、　３・・・膨張
弁、４・・・蒸発器、　　５・・・電動弁、　９・・・
バイパス管、１２・・・圧力検出器、　　１４・・・制
御器、　　１５・・・温度センサー、　　１６・・・電
気ヒータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）能力が変化する圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発
   器等から構成されており、圧縮機の低圧側圧力に基づい
   てこの圧縮機の能力を変え得る冷凍装置において、前記
   蒸発器の出口側にこの蒸発器の周囲温度を検出する温度
   センサーからの検出値と設定値との差に基づいて開度が
   変わる電動弁を設ける一方、前記圧縮機の低圧側と高圧
   側とを連通するバイパス管を設け、圧縮機の低圧側圧力
   が所定値以下でこのバイパス管を開路させると共に、こ
   のバイパス管が開路しかつ前記電動弁の開度が所定開度
   以下では蒸発器に設けた電気ヒータを通電することを特
   徴とする冷凍装置。