JPWO2016135957A1

JPWO2016135957A1 - 冷凍装置

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Publication number: JPWO2016135957A1
Application number: JP2017501803A
Authority: JP
Inventors: 耕平上田; 佐多　裕士; 裕士佐多; 洋貴佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2035-02-27
Also published as: JP6440815B2; CN107208953B; CN107208953A; WO2016135957A1

Abstract

冷凍装置（熱源側ユニット単体）で凝縮器の目詰まり状態を判定し、異常信号を出力することで、凝縮器の清掃を促し、冷凍装置（１）本来の性能を長期間維持することができる冷凍装置（１）を得ることを目的とする。冷凍装置（１）は、少なくとも圧縮機（３）及び凝縮器（４）を備えた熱源側ユニット（１５）と、少なくとも減圧装置（５）及び負荷側熱交換器（６）を備える負荷側ユニット（３０）とを接続して冷凍サイクルを構成する。熱源側ユニット（１５）は、熱源側ユニット（１５）で測定される冷凍サイクルの高圧飽和温度値と外気温度測定値との差が目詰まり判定閾値（Ａ）より大きい場合に、凝縮器（４）が目詰まりであると判定し、凝縮器（４）が目詰まり状態であることを報知する。

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に熱源ユニットの凝縮器の目詰まり判定及び報知に関するものである。

従来の冷凍装置では、凝縮器の目詰まりを判定、報知する機能及び制御は搭載しておらず、凝縮器を目視で確認する以外に凝縮器の目詰まりを確認する方法はなかった。そのため、長期間の使用に伴い、凝縮器に目詰まりが発生し、凝縮器の性能低下が生じ、冷凍装置の性能の低下や、場合によっては高圧カットによる異常停止を招くという問題があった。
また、特許文献１に開示されている技術では、冷凍装置において、熱源側ユニットに搭載された凝縮器の目詰まりを検知するためには、負荷側ユニットであるショーケースの温度と圧縮機の吐出圧力、ショーケースの温度と冷凍装置の庫内温度プルダウン時間（設定温度到達時間）より収集データ(圧縮機の吐出温度の平均値)を補正し、補正値が閾値以上の場合(あるいは閾値以上である場合が一定回数以上である場合)は、異常信号を発報している。（例えば、特許文献１参照）

特開２００３−１７２５６７号公報

しかし、冷凍装置の熱源側ユニットは、例えば、ユニットクーラが繋がれる場合や、ショーケースが繋がれる場合がある等、接続される負荷側ユニットが決まっていない。よって、特許文献１のように負荷側ユニットでの収集したデータを使用することができず、冷凍装置の熱源側ユニット単体で凝縮器の目詰まりを検知する必要があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、冷凍装置の熱源側ユニット単体から収集した情報で凝縮器の目詰まり状態を判定し、異常信号を出力することにより、凝縮器の清掃を促し、冷凍装置本来の性能を長期間維持することができる冷凍装置を得ることを目的とするものである。

本発明に係る冷凍装置は、少なくとも圧縮機及び凝縮器を備えた熱源側ユニットと、少なくとも減圧装置及び負荷側熱交換器を備える負荷側ユニットと、を接続して冷凍サイクルを構成する冷凍装置であって、前記熱源側ユニットは、該熱源側ユニットで測定される前記冷凍サイクルの高圧飽和温度値と外気温度測定値との差が前記凝縮器の目詰まり判定閾値より大きい場合に、前記凝縮器が目詰まりであると判定し、前記凝縮器が目詰まり状態であることを報知する。

本発明によれば、冷凍装置の熱源側ユニットから収集されたデータから凝縮器の目詰まり状態を判定、報知できるように構成したので、負荷側ユニットの種類に関係なく、凝縮器の目詰まりを判定し、それを報知でき、冷凍装置本来の性能を長期間維持することができるという効果が得られる。また、圧縮機運転周波数、ファン出力、蒸発温度に応じて凝縮器の目詰まりを判定する閾値を変更することにより、冷凍装置の運転条件がどのような条件でも凝縮器の目詰まり判定が可能である。

実施の形態１における冷凍装置の熱源側ユニットが負荷側ユニットと接続された時の冷媒回路の略図である。図１の熱源側ユニットの凝縮器の目詰まりを判定し、異常を報知する制御フローである。圧縮機の運転周波数の変化に伴う凝縮器の目詰まりを判定する閾値の変化を表したものである。ファンの出力の変化に伴う凝縮器の目詰まりを判定する閾値の変化を表したものである。蒸発温度の変化に伴う凝縮器の目詰まりを判定する閾値の変化を表したものである。

実施の形態１．
以下に、図を用いて本実施の形態に係る冷凍装置１について説明をする。
図１は、本実施の形態における冷凍装置１の熱源側ユニット１５が負荷側ユニット３０と接続された時の冷媒回路２の略図である。冷媒回路２は、冷凍サイクルを構成している。熱源側ユニット１５には、例えばコンデンシングユニット（冷凍機）等が該当する。負荷側ユニット３０には、例えばショーケース、ユニットクーラー等が該当する。

熱源側ユニット１５は、圧縮機３及び凝縮器４が搭載されており、冷凍サイクルの熱源側として機能する。負荷側ユニット３０は、減圧装置５、負荷側熱交換器６が搭載されている。熱源側ユニット１５と負荷側ユニット３０とは、現地液側冷媒配管２０及び現地ガス側冷媒配管２１により接続されている。熱源側ユニット１５及び負荷側ユニット３０にそれぞれに搭載されている、圧縮機３、凝縮器４、減圧装置５、及び負荷側熱交換器６が冷媒配管により直列に接続され冷媒回路２が構成される。冷媒回路２は、冷凍サイクルとして機能する。熱源側ユニット１５には、圧縮機３がインバータ駆動をする仕様である場合は、駆動周波数を変更するための圧縮機インバータ基板１０がさらに搭載される。また、熱源側ユニット１５は、圧縮機３の高圧側の圧力を測定する圧力センサ９ａ、及び圧縮機３の低圧側の圧力を測定する圧力センサ９ｂを備える。圧力センサ９ａにより測定された圧力値は、冷媒の飽和温度に換算されて、高圧飽和温度値として後述する目詰まり判定に使用される。また、圧力センサ９ｂにより測定された圧力値は、換算されて、負荷側ユニット３０に搭載されている負荷側熱交換器６の蒸発温度として後述する目詰まり判定に使用される。熱源側ユニット１５に搭載されている凝縮器４は、凝縮器４内の冷媒と外気との間での熱交換を促進するためのファン７をその近傍に備える。さらに熱源側ユニット１５には、ファン７から凝縮器４へ送り込まれた空気の温度を検知するための温度センサ８が備えられている。温度センサ８により検知された温度値は、外気温度測定値として、後述する目詰まり判定のために使用される。

熱源側ユニット１５は、インバータやファン７の出力の制御、温度センサ８、圧力センサ９ａ及び圧力センサ９ｂでの測定値の処理、後述する目詰まり判定、表示部１２に対し目詰まり報知の指示などを行う制御装置１１を備える。制御装置１１は、例えばマイコン等から構成されるものである。制御装置１１及び表示部１２は、熱源側ユニット１５と一体に構成されていても、別のユニットとして設けられていてもよく、測定値等の検知及び各機器を制御をするために通信可能な状態になっていればよい。

次に図１の冷凍装置１の動作について説明する。
冷媒回路２内の冷媒は、圧縮機３にて高温高圧の過熱ガスに圧縮された後、凝縮器４にて空気等の冷媒過熱ガスより温度が低い媒体と熱交換を行い、中温高圧の液冷媒に凝縮される。そして、その液冷媒は現地液側冷媒配管２０を通り負荷側ユニット３０に搭載された減圧装置５により低温低圧の気液二相冷媒とされる。負荷側熱交換器６内で周囲の空気や水と熱交換されて低圧の過熱ガスの状態にされ、現地ガス側冷媒配管２１を通り、再度圧縮機３に吸入される。この一連の動作を行い冷媒回路２の冷凍サイクルが構成されている。

次に、冷凍装置１の熱源側ユニット１５から情報を収集して、その情報を基に凝縮器４が目詰まりしているかを判定し、異常を報知する制御について説明する。具体的には、熱源側ユニット１５の制御装置１１が、外気温度と冷媒回路２の高圧飽和温度データを収集し、「（高圧飽和温度値）−（外気温度測定値）」がある所定の値に設定された閾値Ａより大きくなった場合（高圧飽和温度と外気温度との差が閾値Ａより大きい時）に凝縮器４が目詰まりしていると判定し、異常を報知する制御をする。高圧飽和温度は、圧力センサ９ａにて測定された圧力値から求められる。また外気温度測定値は、温度センサ８にて測定されたものである。それぞれのセンサで測定された値は、制御装置１１へ送られ、凝縮器４の目詰まりの判定に用いられる。閾値Ａは、冷凍装置１の複数の機器のそれぞれに関連して設定された設定値であり、以下に説明するように、それぞれの運転条件ごとに求められる。それらの設定値をそれぞれ閾値Ａ１〜Ａ３として表す。閾値Ａ１〜Ａ３のうち目詰まり判定に使用されるものをまとめて表す場合に、閾値Ａと呼ぶことにする。

図２は、図１の熱源側ユニット１５の凝縮器４の目詰まりを判定し、異常を報知する制御フローである。
まず、熱源側ユニット１５に搭載された制御装置１１は、圧縮機３が定常運転を開始してから所定時間経過しているかを判定する（ステップＳ１）。所定時間が経過していない場合（Ｎｏの場合）は、再度制御開始からフローを始める。所定時間が経過している場合（Ｙｅｓの場合）は、圧縮機３の運転周波数を検知し、運転周波数に応じ決まる目詰まり判定のための閾値Ａ１を求める（ステップＳ２）。なお、ステップＳ２は、圧縮機３がインバータ駆動されている場合に実施される。その後、制御装置１１は、ファン７のファン出力を検知し、ファン出力に応じ決まる目詰まり判定のための閾値Ａ２を求める（ステップＳ３）。さらに、制御装置１１は、圧力センサ９ｂから冷媒回路２の低圧側の圧力を検知し、そこから蒸発器（負荷側熱交換器６）での蒸発温度を求め、その蒸発温度に応じ決まる目詰まり判定のための閾値Ａ３（℃）を求める（ステップＳ４）。
ステップＳ２〜Ｓ４で求められた目詰まり判定のための閾値Ａ１〜Ａ３について、「（高圧飽和温度値）−（外気温度測定値）」の値が求められた閾値Ａ１〜Ａ３を超えたかどうかを判定する（ステップＳ５）。高圧飽和温度と外気温度の差の値が、閾値Ａ１〜Ａ３のうちどれか一つでも超えていない場合（Ｎｏの場合）、制御フローは再度最初から開始される。全ての閾値Ａを超えて所定時間経過した場合（Ｙｅｓの場合）、凝縮器４の目詰まりと判定し、制御装置１１は凝縮器４が目詰まりしたことを報知するよう指示を出す。目詰まり報知は、例えば、熱源側ユニット１５に搭載された表示部１２にあるＬＥＤランプを点灯させる、あるいは表示部１２に異常コードを表示させる等がある。

なお、ステップＳ５において、ステップＳ２〜Ｓ４で求められた閾値Ａ１〜Ａ３全てについて「（高圧飽和温度値）−（外気温度測定値）」の値が所定時間超えている場合に目詰まりが判定するとして説明したが、その判定条件は、製品の仕様に応じ適宜変更できる。例えば、冷凍装置１の運転状態により、ステップＳ２〜Ｓ４で求められた閾値のうち優先順位を決めて判定に用いることや、閾値Ａ１〜Ａ３のそれぞれについて超えたと判定するまでの経過時間を変える等をしてもよい。

また、ステップＳ２〜Ｓ４の全てを用いてステップＳ５の判定を行っても良いし、ステップＳ２〜Ｓ４のうちどれか１つ又は２つの制御ステップで求められた閾値Ａを用いてステップＳ５での判定を行っても良い。例えば、圧縮機３の運転周波数だけを検知して、その閾値Ａを求め、ステップＳ３及びステップＳ４については省略しても良い。例えば、圧縮機３がインバータ駆動でない仕様の場合は、ステップＳ２は省略して判定することができる。ステップＳ２〜Ｓ４のうちどれかを省略すれば、３つの機器の情報を全て確認する必要がなく、ステップＳ５の判定を簡略化することもできる。ステップＳ２〜Ｓ４全てを用いて判定をする場合は、搭載された３つの機器の情報を確認できることから、判定の精度が高まる。

また、ステップＳ２〜Ｓ４において、運転条件の検知だけを行い、それら複数の運転条件の組み合わせに応じて設定された閾値Ａを用いて、ステップＳ５の目詰まり判定をおこなっても良い。

ステップＳ５で「（高圧飽和温度値）−（外気温度測定値）」が閾値Ａを超え、目詰まり判定する場合の経過時間は、熱源側ユニット１５の仕様、使用される環境（接続される負荷側ユニット３０の仕様など）、運転条件などに応じて設定を適宜変更することができる。例えば、圧縮機３の運転開始から３分経過後、ファン７の出力１００％、蒸発温度が−５℃以下である運転条件において、「（高圧飽和温度値）−（外気温度測定値）」が閾値Ａ＝１９．１Ｋを超えて１０分経過した場合に、凝縮器４が目詰まりしたと判定する、といった設定が可能である。なお、閾値Ａ及び目詰まり判定するための各パラメータの具体的な値は、実機での試験により決定すればよい。

以上より、冷凍装置１の熱源側ユニット１５から収集された情報から凝縮器４の目詰まり状態を判定、報知できるように構成したので、負荷側ユニット３０の種類に関係なく、凝縮器４の目詰まりを判定し、それを報知することができる。目詰まりの報知に基づき、例えば人の手などにより凝縮器４の目詰まりを除去することにより、冷凍装置１本来の性能を長期間維持することが可能となる。

なお、上記の高圧飽和温度値は、圧力センサ９ａにて測定された圧縮機３の高圧側（吐出側）の圧力値から求められると説明したが、その代わりに凝縮器４の出口温度又は凝縮器４の気液二相部の温度を用いても良い。凝縮器４の出口温度又は凝縮器４の気液二相部の温度を用いる場合は、温度測定値をそのまま高圧飽和温度値として用いることができる。冷凍装置１の熱源側ユニット１５の仕様に応じて温度センサや圧力センサを適宜設け、その設置されたセンサに応じ高圧飽和温度値を求めるようにすればよい。

実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１で説明した判定フローに用いる目詰まり判定の閾値Ａについて説明する。実施の形態１において、例えば圧縮機３の運転周波数、ファン７の出力及び蒸発温度がある所定の値の時の目詰まり判定の閾値Ａを設定しておき、それにより目詰まり判定をすることもできるが、この場合、目詰まり判定ができるのがある所定の運転条件に限られてしまう。よって、以下に説明する各閾値Ａの設定をする。

圧縮機３がインバータ駆動である場合、圧縮機３の運転周波数によって「（高圧飽和温度値）−（外気温度測定値）」を判定するための規定値の変更を実施する運転について説明する。
図３は、圧縮機３の運転周波数の変化に伴う凝縮器４の目詰まりを判定する閾値Ａ１の変化を表したものである。例えば、図３に示すように、圧縮機３の運転周波数が増加するに従い、「（高圧飽和温度値）−（外気温度測定値）」を判定するための閾値Ａ１を増加させることにより、圧縮機３の運転周波数が高くなることによって増加する冷媒回路２の高圧側の圧力に応じた凝縮器４の目詰まり判定を実施することができる。

次に、凝縮器４に備えられたファン７の出力によって「（高圧飽和温度値）−（外気温度測定値）」の閾値Ａの変更を実施する運転について説明する。
図４は、ファン７の出力の変化に伴う凝縮器４の目詰まりを判定する閾値Ａ２の変化を表したものである。例えば、図４に示すように、ファン７の出力が上がるごとに凝縮器目詰まりを判定する閾値Ａ２を減少させる。閾値Ａ２を減少させることにより、ファン７の出力増加に応じた凝縮器４の目詰まり判定をすることができる。

蒸発温度によって「（高圧飽和温度値）−（外気温度測定値）」の閾値Ａの変更を実施する運転について説明する。
図５は、蒸発温度の変化に伴う凝縮器４の目詰まりを判定する閾値Ａ３の変化を表したものである。例えば、図５に示すように、負荷側熱交換器６での蒸発温度の「（高圧飽和温度値）−（外気温度測定値）」上昇に伴って、凝縮器４の目詰まりを判定する閾値Ａ３を増加させる。これにより、負荷側熱交換器６の蒸発温度の上昇変化による高圧側圧力の増加に応じ凝縮器４の目詰まり判定を実施することができる。

なお、上記の閾値Ａは、実機での試験を実施し、その結果より、圧縮機３の運転周波数(熱源側ユニット１５がインバータ駆動圧縮機を搭載している場合)、ファン７のファン出力、負荷側熱交換器６での蒸発温度のそれぞれについて推定し、閾値Ａとなる曲線を決定すればよい。

上記のような閾値Ａの設定をすることにより、実施の形態１と同様に冷凍装置１の熱源側ユニット１５のみから収集した情報で凝縮器４の目詰まりを判定することができる。また、実施の形態１における制御の説明では、ある所定の運転条件における閾値Ａをもとに目詰まり判定を行っていたが、上記の閾値Ａの設定により、さらに幅広い冷凍装置１の運転条件（圧縮機３の運転周波数、ファン７の出力、蒸発温度の状態）にて目詰まり判定をできるという効果が得られる。

なお、実施の形態１と同様に、図２に示したフローで目詰まりの判定を行うが、ステップＳ２〜Ｓ４の全てを用いてステップＳ５の判定を行っても良いし、ステップＳ２〜Ｓ４うちどれか１つ又は２つのステップを省略してステップＳ５での判定を行っても良い。また、ステップＳ２〜Ｓ４のうち何れか１つ又は２つについてのみ、運転条件に応じ変更される閾値を用い、他はある所定の運転条件における閾値を用いてもよい。

１冷凍装置、２冷媒回路、３圧縮機、４凝縮器、５減圧装置、６負荷側熱交換器、７ファン、８温度センサ、９ａ圧力センサ、９ｂ圧力センサ、１０圧縮機インバータ基板、１１制御装置、１２表示部、１５熱源側ユニット、２０現地液側冷媒配管、２１現地ガス側冷媒配管、３０負荷側ユニット、Ａ閾値、Ａ１閾値、Ａ２閾値、Ａ３閾値。

本発明に係る冷凍装置は、少なくとも圧縮機、凝縮器、及び冷媒と熱交換をするための外気を前記凝縮器に送るためのファンを備えた熱源側ユニットと、少なくとも減圧装置及び負荷側熱交換器を備える負荷側ユニットと、を接続して冷凍サイクルを構成する冷凍装置であって、前記熱源側ユニットは、前記ファンの出力、及び前記熱源側ユニットで測定される前記負荷側熱交換器の蒸発温度の運転条件を検知し、目詰まり判定閾値を設定し、該熱源側ユニットで測定される前記冷凍サイクルの高圧飽和温度値と外気温度測定値との差が前記凝縮器の目詰まり判定閾値より大きい場合に、前記凝縮器が目詰まりであると判定し、前記凝縮器が目詰まり状態であることを報知し、前記目詰まり判定閾値は、前記ファンの出力と前記蒸発温度とに応じて変更される。

Claims

少なくとも圧縮機及び凝縮器を備えた熱源側ユニットと、
少なくとも減圧装置及び負荷側熱交換器を備える負荷側ユニットと、を接続して冷凍サイクルを構成する冷凍装置であって、
前記熱源側ユニットは、
該熱源側ユニットで測定される前記冷凍サイクルの高圧飽和温度値と外気温度測定値との差が前記凝縮器の目詰まり判定閾値より大きい場合に、前記凝縮器が目詰まりであると判定し、前記凝縮器が目詰まり状態であることを報知する、冷凍装置。
前記熱源側ユニットは、
冷媒と熱交換をするための外気を前記凝縮器に送るためのファンを、さらに備え、
前記圧縮機の運転周波数、前記ファンの出力、及び前記熱源側ユニットで測定される前記負荷側熱交換器の蒸発温度のうち少なくとも何れか一つの運転条件を検知し、
前記目詰まり判定閾値は、
前記運転条件に応じて定められた設定値である、請求項１に記載の冷凍装置。
前記蒸発温度は、
前記圧縮機の吸入側圧力から求められる、請求項２に記載の冷凍装置。
前記設定値は、
前記圧縮機の運転周波数に応じて変更される、請求項２又は３に記載の冷凍装置。
前記設定値は、
前記ファンの出力に応じて変更される、請求項２又は３に記載の冷凍装置。
前記設定値は、
前記蒸発温度に応じて変更される、請求項２又は３に記載の冷凍装置。
前記設定値は、
前記圧縮機の運転周波数と前記ファンの出力とに応じて変更される、請求項２又は３に記載の冷凍装置。
前記設定値は、
前記ファンの出力と前記蒸発温度とに応じて変更される、請求項２又は３に記載の冷凍装置。
前記設定値は、
前記蒸発温度と前記圧縮機の運転周波数とに応じて変更される、請求項２又は３に記載の冷凍装置。
前記設定値は、
前記圧縮機の運転周波数と前記ファンの出力と前記蒸発温度とに応じて変更される、請求項２又は３に記載の冷凍装置。