KR20040104933A - 냉각 장치 및 냉각 장치의 냉매 봉입량 설정 방법 - Google Patents

냉각 장치 및 냉각 장치의 냉매 봉입량 설정 방법 Download PDF

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Abstract

이른바 이산화탄소를 냉매로서 사용하는 냉각 장치에 있어서, 고압측 압력의 이상 상승을 회피하면서, 냉각 능력의 개선을 도모한다. 상기 냉각 장치는 컴프레서, 가스 쿨러, 감압 수단, 증발기(92) 등을 환상으로 접속하고, 냉매로서 이산화탄소가 봉입되는 냉매 회로를 포함한다. 증발기(92)에 의해서 냉각되는 피냉각 공간의 온도가 낮은 안정 운전 상태에서, 컴프레서의 시동 후, 증발기(92)의 출구 온도와 증발기(92)의 입구 온도의 차이가 1도 이내로 되기까지의 시간이 5분 이상 20분 이내이다.

Description

냉각 장치 및 냉각 장치의 냉매 봉입량 설정 방법 {COOLING APPARATUS AND METHOD FOR SETTING REFRIGERANT SEALING AMOUNT FOR THE SAME}
본 발명은, 컴프레서, 가스 쿨러, 감압 수단 및 증발기 등을 환상으로 접속하고, 냉매로서 이산화탄소가 봉입되는 냉매 회로를 구비한 냉각 장치에 관한 것이다.
종래에 이러한 종류의 냉각 장치, 예를 들면 점포에 설치된 쇼케이스(showcase)에서는, 콘덴싱 유닛을 구성하는 컴프레서, 가스 쿨러(응축기) 및 스로틀 수단(캐필러리 튜브 등)과, 쇼케이스 본체측에 설치된 증발기를 순차적으로 환상으로 배관 접속하여 냉매 회로가 구성된다. 그리고, 컴프레서에 의해 압축되어 고온 고압으로 된 냉매 가스는 가스 쿨러로 토출된다. 이 가스 쿨러에서 냉매 가스는 방열한 후, 스로틀 수단에 의해서 교축되고 증발기에 공급된다. 그러면 냉매는 증발하고, 그 때 주위로부터 흡열하는 것에 의하여 냉각 작용을 발휘하여, 쇼케이스의 챔버내(피냉각 공간)를 냉각하게 된다(예를 들면, 일본 특허출원 공개번호 제11-257830).
근래에는 지구 환경 문제에 대처하기 위해, 이런 종류의 냉매 사이클에 있어서도, 종래의 프론을 사용하지 않고 자연 냉매인 이산화탄소(CO2)를 냉매로서 사용하며, 고압측을 초임계 압력으로 설정하여 운전하는 냉매 사이클을 이용한 장치가 개발되어 있다.
하지만, 이처럼 냉매로서 이산화탄소를 사용한 경우, 압축비가 상당히 높아지고, 컴프레서 자체의 온도 및 냉매 회로 안으로 토출되는 냉매 가스의 온도가 높아진다. 그에 따라, 원하는 냉각 능력을 얻는 것이 곤란하였다.
이 때문에, 냉각 장치의 증발기의 출구 온도가 입구 온도가 조기에 거의 동일한 온도가 되도록 냉매의 봉입량을 조정하여 냉매 회로 안으로 봉입하고 있다. 즉, 이 경우에는 냉매 회로 안으로 봉입되는 냉매량이 많아지기 때문에, 냉동 능력은 향상될 수 있다. 하지만, 시동시 등과 같이 냉매 회로 안이 불안정한 상황하에 있을 때에는, 고압측 압력이 이상 상승하여, 기기의 손상을 일으킬 우려가 있다.
특히, 감압 수단으로서 캐필러리 튜브를 이용한 경우에는, 상술한 것처럼 냉매 봉입량이 너무 많아지면, 고압측 압력이 상승할 때, 저압측 압력도 상승하기 때문에 증발기에 있어서의 증발 온도가 높아지게 된다. 그 결과, 피냉각 공간의 온도를 원하는 저온까지 내리는 것이 가능하지 않다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 기술적 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 이른바 이산화탄소를 냉매로서 사용하는 냉각 장치에 있어서, 고압측 압력의 이상 상승을 회피하면서, 냉각 능력의 개선을 도모하는 것이다.
또, 본 발명의 다른 목적은, 이른바 이산화탄소를 냉매로서 사용하는 냉각 장치의 고압측 압력의 이상 상승을 회피하면서, 냉각 능력의 개선을 도모할 수 있는 냉매 봉입량 설정 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 냉각 장치의 냉매 회로도.
도 2는 본 발명의 냉각 장치에 있어서 컴프레서의 회전수, 고압측 압력, 냉장 기기 본체의 챔버내 온도 및 냉매의 증발 온도의 추이를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 냉각 장치의 제어 장치에 의한 컴프레서의 회전수 제어를 나타내는 플로차트.
도 4는 시동시의 컴프레서의 회전수와 고압측 압력의 추이를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 냉각 장치에 있어서 외기 온도와 컴프레서의 최고 회전수의 관계를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 냉각 장치에 있어서 각 외기 온도에 있어서의 목표 증발 온도와 챔버내 온도의 관계를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 냉각 장치에 있어서 챔버내 온도의 추이를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 냉각 장치에 있어서 냉매의 증발기의 출구 온도와 입구 온도 및 고압측 압력의 추이를 나타내는 도면.
도 9는 종래의 냉각 장치에 있어서 냉매의 증발기의 출구 온도와 입구 온도 및 고압측 압력의 추이를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 컴프레서 35 : 중간 냉각 회로
40 : 가스 쿨러 50 : 내부 열교환기
58 : 캐필러리 튜브 70 : 토출 온도 센서
72 : 고압 스위치 74 : 외기 온도 센서
76 : 냉매 온도 센서 78 : 복귀 온도 센서
80 : 마이크로컴퓨터 90 : 제어 장치
91 : 챔버내 온도 센서 92 : 증발기
100 : 콘덴싱 유닛 105 : 냉장 기기 본체
110 : 냉각 장치
즉, 본 발명의 제1 양태에 따른 냉각 장치는, 증발기에 의해서 냉각되는 피냉각 공간의 온도가 낮은 안정 운전 상태에서, 컴프레서의 시동 후, 증발기의 출구 온도와 입구 온도의 차이가 1도 이내로 되기까지의 시간이 5분 이상 20분 이내인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 냉각 장치의 냉매 봉입량 설정 방법은, 증발기에 의해서 냉각되는 피냉각 공간의 온도가 낮은 안정 운전 상태에서, 컴프레서의 시동 후 5분 이상 20분 이내에, 증발기의 출구 온도와 입구 온도의 차이가 1도 이내로 되는 양으로 냉매의 봉입량을 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 상기 냉각 장치 또는 냉매 봉입량 설정 방법은, 상기 컴프레서가 제1의 압축 요소와 제1의 압축 요소에 의해서 압축된 냉매를압축하여 토출하는 제2의 압축 요소를 포함하고, 상기 감압 수단은 캐필러리 튜브이며, 상기 제1의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 냉각하는 중간 냉각 회로와, 가스 쿨러로부터 나오는 냉매와 증발기로부터 나오는 냉매를 열교환시키는 내부 열교환기가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
<발명의 실시 형태>
다음에, 도면에 근거하여 본 발명의 실시 형태를 상술한다. 도 1은 본 발명을 적용한 냉각 장치(110)의 냉매 회로도이다. 이 냉각 장치(110)는 콘덴싱 유닛(100)과 냉각 기기 본체로 되는 냉장 기기 본체(105)로 구성된다. 또, 실시예의 냉각 장치(110)는 예를 들면 점포에 설치된 쇼케이스이고, 따라서 냉장 기기 본체(105)는 쇼케이스의 단열벽으로 이루어지는 본체이다.
상기 콘덴싱 유닛(100)은 컴프레서(10), 가스 쿨러(응축기)(40), 캐필러리 튜브(58) 등을 구비하여 구성되며, 후술하는 냉장 기기 본체(105)의 증발기(92)와 배관 접속된다. 컴프레서(10), 가스 쿨러(40) 및 캐필러리 튜브(58)는 증발기(92)와 함께 소정의 냉매 회로를 구성한다.
즉, 컴프레서(10)의 냉매 토출관(24)은 가스 쿨러(40)의 입구에 접속되어 있다. 여기서, 실시예의 컴프레서(1O)는 이산화탄소(CO2)를 냉매로서 사용하는 내부 중간압형 다단(2단) 압축식 로터리 컴프레서이다. 이 컴프레서(10)는 밀폐 용기(도시하지 않음) 내에 설치된 구동 요소로서의 전동 요소와, 이 전동 요소에 의해서 구동되는 제1의 회전 압축 요소(제1 단계) 및 제2의 회전 압축 요소(제2 단계)로구성되어 있다.
도면에서, 참조 번호 20은 컴프레서(10)의 제1의 회전 압축 요소로 압축되어 밀폐 용기 내에 토출된 냉매를 일단 외부로 토출시키고, 그리고 나서 제2의 회전 압축 요소로 도입하기 위한 냉매 도입관이다. 이 냉매 도입관(20)의 일단은 제2의 회전 압축 요소의 실린더(도시하지 않음)와 연통된다. 냉매 도입관(20)의 타단은 후술하는 가스 쿨러(40)에 설치된 중간 냉각 회로(35)를 거쳐 밀폐 용기의 내부와 연통된다.
도면에서, 참조 번호 22는 컴프레서(10)의 제1의 회전 압축 요소의 실린더(도시하지 않음) 안으로 냉매를 도입하기 위한 냉매 도입관이다. 이 냉매 도입관(22)의 일단은 제1의 회전 압축 요소의 실린더(도시하지 않음)와 연통된다. 이 냉매 도입관(22)의 타단은 스트레이너(56)의 일단에 접속된다. 이 스트레이너(56)는 냉매 회로 내를 순환하는 냉매 가스에 혼입된 먼지나 절삭분 등의 이물질을 확보하여 여과하기 위한 것이며, 스트레이너(56)의 타단측에 형성된 개구부와 이 개구부로부터 스트레이너(56)의 일단측을 향해서 가늘어지는 대략 원뿔 형상의 필터(도시하지 않음)를 구비하여 구성된다. 이 필터의 개구부는 스트레이너(56)의 타단에 접속된 냉매 배관(28)에 밀착한 상태로 장착되어 있다.
또, 상기 냉매 토출관(24)은 상기 제2의 회전 압축 요소로 압축된 냉매를 가스 쿨러(40)에 토출시키기 위한 냉매 배관이다.
전술한 가스 쿨러(40)는 냉매 배관과 이 냉매 배관에 열교환식으로 설치된 열교환용의 핀(fin)으로 구성된다. 상기 냉매 배관(24)은 가스 쿨러(40)의 냉매 배관의 입구측에 연통 접속되어 있다. 또, 이 가스 쿨러(40)에는 외기 온도를 검출하기 위한 온도 센서로서 외기 온도 센서(74)가 설치된다. 외기 온도 센서(74)는 콘덴싱 유닛(100)의 제어 장치로서 기능하는 마이크로컴퓨터(80)(후술함)에 접속된다.
가스 쿨러(40)를 구성하는 냉매 배관의 출구측에 접속된 냉매 배관(26)은 내부 열교환기(50)를 통과한다. 이 내부 열교환기(50)는 가스 쿨러(40)로부터 토출되는 제2의 회전 압축 요소로부터의 고압측의 냉매와 냉장 기기 본체(105)에 설치된 증발기(92)로부터 토출되는 저압측의 냉매를 열교환시키기 위한 것이다. 내부 열교환기(50)를 통과한 고압측의 냉매 배관(26)은, 전술한 것과 동일한 스트레이너(54)를 통해서 스로틀 수단인 캐필러리 튜브(58)에 이른다.
또, 냉장 기기 본체(105)의 냉매 배관(94)의 일단은 접속 수단인 스웨지 록 조인트(swage lock joint)에 의해서 콘덴싱 유닛(100)의 냉매 배관(26)에 착탈 가능하게 접속된다.
한편, 상기 스트레이너(56)의 타단에 접속된 냉매 배관(28)은, 상기 내부 열교환기(50)를 거쳐서 냉장 기기 본체(105)의 냉매 배관(94)의 타단에 부착된 전술한 것과 유사한 접속 수단인 스웨지 록 조인트에 의해서 냉매 배관(94)에 착탈 가능하게 접속된다.
상기 냉매 토출관(24)에는 컴프레서(10)로부터 토출된 냉매 가스의 온도를 검출하기 위한 토출 온도 센서(70) 및 냉매 가스의 압력을 검출하기 위한 고압 스위치(72)가 마련되어 있고, 이들 요소는 마이크로컴퓨터(80)에 접속된다.
또, 캐필러리 튜브(58)에 연결된 냉매 배관(26)에는, 캐필러리 튜브(58)로부터 나오는 냉매의 온도를 검출하기 위한 냉매 온도 센서(76)가 마련되어 있고, 이 구성요소도 상기 마이크로컴퓨터(80)에 접속되어 있다. 또, 냉매 배관(28)의 내부 열교환기(50)의 입구측에는 냉장 기기 본체(105)의 증발기(92)로부터 나오는 냉매의 온도를 검출하기 위한 복귀 온도 센서(78)가 마련되어 있고, 이 복귀 온도 센서(78)도 마이크로컴퓨터(80)에 접속된다.
참조 번호 40F는 가스 쿨러(40)에 통풍하여 공냉시키기 위한 팬이고, 참조 번호 92F는 냉장 기기 본체(105)의 덕트(도시하지 않음) 안에 설치된 증발기(92)와 열교환한 냉기를, 해당 증발기(92)에 의해 냉각되는 피냉각 공간으로서의 냉장 기기 본체(105)의 챔버 안으로 순환시키기 위한 팬이다. 또, 참조 번호 65는 컴프레서(10)의 전동 요소의 통전 전류를 검출하여, 운전을 제어하기 위한 전류 센서이다. 팬(40F)과 전류 센서(65)는 콘덴싱 유닛(100)의 마이크로컴퓨터(80)에 접속되며, 팬(92F)은 냉장 기기 본체(105)의 제어 장치(90)(후술함)에 접속된다.
여기서, 마이크로컴퓨터(80)는 콘덴싱 유닛(100)의 제어를 맡는 제어 장치이고, 마이크로컴퓨터(80)의 입력에는 상기 토출 온도 센서(70), 고압 스위치(72), 외기 온도 센서(74), 냉매 온도 센서(76), 복귀 온도 센서(78), 전류 센서(65), 냉장 기기 본체(105)의 챔버내에 설치된 챔버내 온도 센서(91)(후술함) 및 냉장 기기 본체(105)의 제어 수단으로서의 제어 장치(90)로부터의 신호선이 접속되어 있다. 마이크로컴퓨터(80)는 이러한 입력에 근거하여, 출력에 접속된 컴프레서(10)의 회전수를 인버터 기판(도시하지 않지만, 마이크로컴퓨터(80)의 출력에 접속됨)에 의해서 제어하며, 또 팬(40F)의 운전을 제어한다.
냉장 기기 본체(105)의 상기 제어 장치(90)에는, 전술한 챔버내 온도를 검출하기 위한 챔버내 온도 센서(91), 챔버내 온도를 조절하기 위한 온도 조절 다이얼이나, 그 밖에 컴프레서(10)를 정지하기 위한 기능이 마련되어 있다. 그리고, 제어 장치(90)는 이러한 출력에 근거하여, 팬(92F)을 제어함과 동시에, 콘덴싱 유닛(100)의 마이크로컴퓨터(80)에 상기 신호선을 통해서 ON/OFF 신호를 송출한다.
냉각 장치(110)의 냉매로서는 지구 환경에 친화적이며, 가연성 및 독성 등을 고려하여 자연 냉매인 전술한 이산화탄소(CO2)가 사용된다. 윤활유로서의 오일은, 가령, 광물유(미네랄 오일), 알킬 벤젠 오일, 에테르 오일, 에스테르 오일, 또는 PAG(polyalkylene glycol) 등 기존의 오일이 사용된다.
여기서, 냉각 장치(110)에는 서비스 밸브 등(도시하지 않음)으로부터 컴프레서(10) 안으로 냉매가 봉입된다. 이 냉각 장치(110)의 냉매 봉입량은, 증발기(92)에 의해서 냉각되는 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도가 낮은 안정 운전 상태에서, 컴프레서(10)의 시동 후 증발기(92)의 출구 온도와 입구 온도의 차이가 1℃(1도) 이내로 되기까지의 시간이 5분 이상 20분 이내로 되도록 설정된다.
챔버내 온도가 낮은 안정 운전 상태에서는 통상적으로, 복귀 온도 센서(78)에 의해서 검출되는 증발기(92)의 출구 온도와 냉매 온도 센서(76)에 의해서 검출되는 증발기(92)의 입구 온도의 차이가 1℃ 이내이며, 컴프레서(10)를 시동하고 나서 상기 온도차로 되는 시간이 5분 이상 20분 이내로 되도록 냉매 봉입량을 조정하여 냉매 회로 안으로 봉입하고 있다.
즉, 상술한 바와 같이 서비스 밸브 등(도시하지 않음)으로부터 컴프레서(10) 안으로 냉매를 봉입한 후, 실제로 컴프레서(10)를 시동한다. 복귀 온도 센서(78)에 의해서 검출되는 증발기(92)의 출구 온도와 냉매 온도 센서(76)에 의해서 검출되는 증발기(92)의 입구 온도의 차이가 1℃ 이내로 되는 시간을 측정하며, 이 시간이 5분 이상 20분 이내로 되도록 조정된다.
이제, 이 경우의 증발기(92)의 출구 온도와 입구 온도의 변화 및 고압측 압력의 상태를 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8에서, 선 A는 복귀 온도 센서(78)에 의해서 검출되는 증발기(92)의 출구 온도를 나타내며, 선 B는 냉매 온도 센서(76)에 의해서 검출되는 증발기(92)의 입구 온도를 나타내고, 선 C는 고압측 압력의 추이를 나타낸다.
도 8에 도시된 바와 같이, 컴프레서(10) 시동 전에는 증발기(92)의 출구 온도와 입구 온도는 거의 동일한 온도이다. 그리고, 컴프레서(10)를 시동하면 증발기(92)의 입구 온도가 급격하게 저하되어 출구 온도와 차이가 생긴다. 이 경우에, 냉장 기기 본체(105)가 냉각되는데 수반하여 증발기(92)의 출구 온도가 서서히 저하된다. 그리고, 냉장 기기 본체(105)의 챔버 내부가 충분히 냉각되면, 증발기(92)의 출구 온도는 입구 온도에 가까워짐으로써, 출구 온도와 입구 온도의 차이는 1℃ 이내로 된다.
그래서, 안정 운전 상태에서 상기 증발기(92)의 출구 온도와 입구 온도의 차이가 1℃ 이내로 되는 시간을 시동 후 5분 이상 20분 이내로 설정하는 경우에는,도 8의 선 C로 나타내는 것처럼 고압측 압력이 기기 등의 설계압을 초과하는 일이 없다.
종래와 같이, 증발기(92)의 출구 온도와 입구 온도의 차이가 1℃ 이내로 되는 시간이 5분보다 짧으면, 이 경우는 냉매 회로 내에 냉매 봉입량이 본 발명의 냉각 장치(110)에 봉입된 냉매량보다 많은 상태이다. 도 9의 선 C'로 나타내는 바와 같이 고압측 압력이 이상 상승하여 고압측에 설치된 기기의 설계압을 초과하게 되며, 최악의 경우에 기기가 손상될 우려가 있다. 또한, 도 9에서 선 A'는 증발기의 출구 온도를 나타내고, 선 B'는 증발기(92)의 입구 온도를 나타내며, 선 C'는 고압측 압력의 추이를 나타낸다.
전술한 바와 같이 감압 수단으로서 캐필러리 튜브(58)를 사용하면, 고압측 압력의 상승에 수반하여 저압측 압력도 상승하게 된다. 그 결과, 증발기의 증발 온도가 높아져서, 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도를 원하는 저온까지 낮추는 것이 가능하지 않다고 하는 문제를 유발하게 된다.
한편, 증발기(92)의 출구 온도와 입구 온도의 차이가 1℃ 이내로 되는 시간이 20분보다 길어지게 되는 냉매 봉입량이면, 이 경우는, 냉매 회로내의 냉매 봉입량이 본 발명의 냉각 장치(110)에 봉입된 냉매량보다 적은 상태이다. 그에 따라 증발기(92)에 의해서 증발되는 냉매량이 너무 적어서 냉장 기기 본체(105)의 챔버내를 충분히 냉각할 수 없게 되어, 냉각 효율(냉동 효율)이 저하된다.
특히, 이산화탄소 냉매를 사용한 경우, 압축비가 상당히 높아지고, 컴프레서(10) 자체의 온도나 냉매 회로 안으로 토출되는 냉매 가스의 온도가 높아지기 때문에 원하는 냉각 능력(냉동 능력)을 얻는 것이 곤란하였다.
하지만, 본 발명에 따르면, 증발기(92)의 출구 온도와 입구 온도의 차이가 1℃ 이내로 되는 시간을 컴프레서(10)를 시동 후 5분 이상 20분 이내로 설정한다. 그래서, 도 8에 나타내는 것처럼 고압측 압력의 이상 상승을 회피할 수 있고, 또한 냉각 능력의 저하도 최대한 억제할 수 있다.
따라서, 이산화탄소를 냉매로서 사용하는 냉각 장치(110)의 신뢰성의 향상을 도모함과 동시에, 성능의 개선도 도모할 수 있게 된다.
또한, 상술한 바와 같이 냉매 회로내의 냉매의 봉입량을 결정함으로써, 최적의 냉매 봉입량을 용이하게 설정할 수 있다.
다른 한편, 상기 냉장 기기 본체(105)는 전체적으로 단열벽으로 구성되며, 이 단열벽 내에 피냉각 공간으로서의 챔버가 구성된다. 상기 덕트는 이 단열벽 내에서 챔버와는 구분되도록 구성된다. 증발기(92) 및 팬(92F)은 덕트 내에 설치된다. 증발기(92)는 사행(蛇行) 형상의 상기 냉매 배관(94)과 열교환용의 핀(도시하지 않음)으로 구성된다. 냉매 배관(94)의 양단부는 전술한 바와 같이 스웨지 록 조인트(도시하지 않음)에 의해서 콘덴싱 유닛(100)의 냉매 배관(26, 28)에 착탈 가능하게 접속된다.
이상의 구성에서, 다음에 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 냉각 장치(110)의 동작을 설명한다. 도 2는 컴프레서(10)의 회전수, 고압측 압력, 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도 및 증발기(92)에 있어서 냉매의 증발 온도의 추이를 나타내는 도면이고, 도 3은 마이크로컴퓨터(80)의 제어 동작을 나타내는 플로차트이다.
(1) 컴프레서 제어의 시작
냉장 기기 본체(105)에 설치된 시동 스위치(도시하지 않음)를 켜거나, 또는 냉장 기기 본체(105)의 전원 소켓이 콘센트에 접속되면, 마이크로컴퓨터(80)에 전원이 투입되고(도 3의 스텝 S1), 스텝 S2에서 초기 설정에 들어간다.
이 초기 설정에서, 전술한 인버터 기판의 초기화가 행해지고, 프로그램이 시작된다. 프로그램이 시작되면, 마이크로컴퓨터(80)는 스텝 S3에서 각종 함수나 정수를 ROM으로부터 읽어들인다. 스텝 S3의 ROM으로부터의 읽기에서, 컴프레서(10)의 최고 회전수 이외의 회전수 정보나, 최고 회전수의 계산(도 3의 스텝 S13)에 필요한 파라미터도 판독된다.
도 3의 스텝 S3의 ROM으로부터의 읽기가 완료되면, 마이크로컴퓨터(80)는 스텝 S4로 이행하여, 토출 온도 센서(70), 외기 온도 센서(74), 냉매 온도 센서(76)와 복귀 온도 센서(78) 등의 각 센서 정보나 고압 스위치(72) 및 인버터 제어 신호 등을 읽어들이고, 다음에, 마이크로컴퓨터(80)는 스텝 S5의 이상 판정으로 들어간다.
스텝 S5에서, 마이크로컴퓨터(80)는 상기 고압 스위치(72)의 ON/OFF나 상기 각 센서가 검출하는 온도 및 전류 이상 등의 판정을 행한다. 여기에서, 각 센서 또는 전류치에 이상이 발견되거나, 고압 스위치(72)가 OFF 상태인 경우에는, 마이크로컴퓨터(80)는 스텝 S6으로 이행하여 소정의 LED(이상의 발생을 통지하는 램프)를 점등시키며, 컴프레서(10)의 운전시에는 컴프레서(10)의 운전을 정지한다. 또한,상기 고압 스위치(72)는 고압측 압력의 이상 상승을 감지하는 스위치이며, 냉매 토출관(24)을 통과하는 냉매의 압력이 예를 들면 13.5MPaG 이상이 되면, 스위치가 OFF 되며, 9.5MPaG로 저하되면 다시 ON으로 복귀된다.
이처럼, 마이크로컴퓨터(80)는 스텝 S6에서 이상 발생을 통지한 경우, 소정 시간 대기한 후, 스텝 S1에 돌아와서 전술한 동작을 반복한다.
한편, 스텝 S5에서 각 센서가 검출하는 온도 및 전류치 등에 이상이 인식되지 않고, 또 고압 스위치(72)가 ON 상태인 경우, 마이크로컴퓨터(80)는 스텝 S7로 진행되어 서리 제거(defrosting) 판정(후술함)에 들어간다. 여기에서, 증발기(92)의 서리 제거를 행할 필요가 있다고 판정된 경우에는, 마이크로컴퓨터(80)는 스텝 S8에 진행되어 컴프레서(10)의 운전을 정지하고, 스텝 S9에서 서리 제거가 완료되었다고 판정될 때까지 스텝 S4내지 스텝 S9의 동작을 반복한다.
다른 한편, 스텝 S7에서, 증발기(92)의 서리 제거를 행할 필요가 없다고 판정된 경우, 또는 스텝 S9에서 서리 제거가 완료되었다고 판정된 경우, 마이크로컴퓨터(80)는 스텝 S10으로 진행되어 컴프레서(10)의 회전수 유지 시간을 계산한다.
(2) 컴프레서 시동의 회전수 유지 제어
여기서, 컴프레서(10)의 회전수 유지란, 시동시에 마이크로컴퓨터(80)가 최저 회전수보다 낮은 회전수로 소정 시간 유지하여 운전하는 것을 의미한다. 즉, 마이크로컴퓨터(80)는 통상 운전시에 스텝 S13(후술함)의 최고 회전수의 계산에서 산출된 최고 회전수(Max㎐)와, 스텝 S3에서 미리 판독된 최저 회전수의 범위 내에서 목표 회전수를 설정하여 컴프레서(10)를 운전 하지만, 시동시에 있어서는 최저 회전수에 이르기 전에 해당 최저 회전수보다 낮은 회전수로 소정 시간동안 유지하고서 컴프레서(10)를 운전한다(도 2의 ①의 상태).
예를 들면, 도 3의 스텝 S3의 ROM으로부터 판독된 최저 회전수가 30㎐인 경우, 마이크로컴퓨터(80)는 30㎐의 90%이하의 회전수(본 실시예에서는 25㎐)로 소정 시간 동안 회전수를 유지하고서 컴프레서(10)를 운전한다.
이 상태를 도 4를 참조하여 상술한다. 종래와 같이 최저 회전수보다 낮은 회전수로 소정 시간동안 유지하는 일 없이 마이크로컴퓨터(80)가 최저 회전수인　30Hz로 컴프레서(10)의 운전을 시작한 경우, 도 4에 파선으로 나타낸 바와 같이 시동시에 고압측 압력이 급격하게 상승하며, 최악의 경우, 냉매 회로에 설치된 기기나 배관 등의 설계압(내압 한계)을 초과하여 버릴 우려가 있다. 또, 최저 회전수를 미리 30㎐ 이하로 설정하고 컴프레서(10)를 운전한 경우에는, 운전중에 회전수를 30㎐보다 저하시키면, 컴프레서(10)로부터 발생하는 소음이나 진동이 현저하게 증대된다고 하는 문제가 생긴다.
하지만, 도 4의 실선으로 나타내는 것처럼 마이크로컴퓨터(80)에 의해서 시동시에 컴프레서(10)의 회전수가 소정의 최저 회전수에 이르기 전에, 최저 회전수보다 낮은 회전수(25Hz)로 소정 시간 동안 유지하고서 운전하면, 고압측 압력의 이상 상승을 미연에 회피할 수 있다.
또, 운전중에 30㎐보다 낮은 회전수로 저하되는 일이 없기 때문에, 컴프레서(10)로부터의 소음이나 진동의 발생도 억제할 수 있다.
또한, 해당 회전수의 유지 시간은, 스텝 S10에 있어서 증발기(92)에 의해 냉각되는 피냉각 공간의 온도인 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도에 근거하여 결정된다. 즉, 본 실시예에서는 냉장 기기 본체(105)의 챔버내의 상태를 검출 가능한 검출 수단(냉각 상태 센서)으로서의 챔버내 온도 센서(91)에 의해 검출되는 챔버내 온도가 +20℃ 이하인 경우에, 마이크로컴퓨터(80)는 컴프레서(10)의 회전수를 25㎐로 예를 들면 30초간 유지하여 운전한 후, 회전수를 최저 회전수(30㎐)까지 상승시킨다(도 3의 ②의 상태). 즉, 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도가 +20℃ 이하인 경우, 증발기(92) 안의 온도가 낮고, 냉매가 많이 존재하므로, 유지 시간을 그다지 길게 설정하지 않아도, 고압측 압력의 이상 상승을 회피하는 것이 가능하기 때문에, 유지 시간을 단축할 수 있다. 이것에 의해, 통상의 최고 회전수와 최저 회전수에 근거한 회전수 제어로 단시간에 이행하는 것이 가능하기 때문에, 냉장 기기 본체(105)의 챔버 내부를 조기에 냉각할 수 있게 된다.
따라서, 냉장 기기 본체(105)의 챔버내의 냉각 능력의 저하를 가능한 한 억제하면서, 고압측 압력의 이상 상승을 회피할 수 있게 된다.
한편, 챔버내 온도 센서(91)에 의해 검출되는 챔버내 온도가 +20℃보다 높은 경우에는, 마이크로컴퓨터(80)는 컴프레서(10)의 회전수를 25Hz로 10분간 유지하여 운전한 후, 그 회전수를 최저 회전수까지 상승시킨다. 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도가 +20℃보다 높은 경우, 냉매 사이클 내의 상태가 불안정해지고, 고압측 압력이 상승하기 쉽다. 즉, 전술한 바와 같이 유지 시간을 30초로 하는 경우, 회전수 유지 시간이 너무 짧아서 상기 고압측 압력의 이상 상승을 회피하는 것이 가능하지 않다. 이 때문에, 유지 시간을 10분간으로 연장함으로써, 고압측의 이상 상승을 확실하게 회피할 수 있게 되며, 안정된 운전 상황을 확보할 수 있게 된다.
따라서, 마이크로컴퓨터(80)는, 컴프레서의 시동후, 최저 회전수에 이르기 전에 25Hz로 소정 시간 유지하여 운전함과 동시에, 유지 시간을 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도에 의하여 적절히 변경함으로써, 고압측 압력의 이상 상승을 효과적으로 해소할 수 있고, 냉각 장치(110)의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있게 된다.
도 3의 스텝 S10에서 상기와 같이 챔버내 온도에 근거하여 컴프레서(10)의 회전수 유지 시간을 계산한 후, 마이크로컴퓨터(80)는 스텝 S11에서 컴프레서(10)를 시동한다. 그리고, 현재까지의 운전 시간과 스텝 S10에서 산출된 유지 시간을 비교하여, 컴프레서(10)의 시동시부터의 운전 시간이 스텝 S10에서 산출된 유지 시간보다 짧은 경우에는, 스텝 S12로 진행된다. 여기에서, 마이크로컴퓨터(80)는 전술한 25Hz의 시동시 Hz를 컴프레서(10)의 목표 회전수로 설정하고, 스텝 S20으로 진행된다. 그리고, 스텝 S20에서 후술하는 바와 같이 인버터 기판에 의해서 컴프레서(10)를 25Hz의 회전수로 운전한다.
즉, 상기 회전수로 컴프레서(10)의 전동 요소가 시동되면, 컴프레서(10)의 제1의 회전 압축 요소에 냉매가 흡입되어 압축된 후, 밀폐 용기 안으로 토출된다. 그리고, 밀폐 용기 안으로 토출된 냉매 가스는 냉매 도입관(20)으로 들어가고, 컴프레서(10)로부터 나와서 중간 냉각 회로(35)로 유입된다. 이 중간 냉각 회로(35)가 가스 쿨러(40)를 통과하는 과정에서 공냉 방식에 의해 방열된다.
따라서, 제2의 회전 압축 요소에 흡입된 냉매를 냉각하는 것이 가능하기 때문에, 밀폐 용기내의 온도 상승을 억제하고, 제2의 회전 압축 요소에 있어서 압축 효율도 향상시킬 수 있게 된다. 또, 제2의 회전 압축 요소로 압축되어 토출되는 냉매의 온도 상승도 억제할 수 있게 된다.
그리고, 냉각된 중간압의 냉매 가스는 컴프레서(10)의 제2의 회전 압축 요소로 흡입되고, 제2단계의 압축이 행해져서 고온 고압의 냉매 가스가 되어, 냉매 토출관(24)으로부터 외부로 토출된다. 이 때, 냉매는 적절한 초임계 압력까지 압축된다. 냉매 토출관(24)으로부터 토출된 냉매 가스는 가스 쿨러(40)에 유입되어, 공냉 방식에 의해서 방열한 후, 내부 열교환기(50)를 통과한다. 냉매 가스는 그러면 저압측의 냉매에 열을 빼앗겨서 더욱 냉각된다.
이 내부 열교환기(50)의 존재에 의해서, 가스 쿨러(40)를 나와서 내부 열교환기(50)를 통과하는 냉매는, 저압측의 냉매에 열을 빼앗기기 때문에, 그 상응하는 만큼, 해당 냉매의 과냉각도가 커진다. 그 결과, 증발기(92)에 있어서의 냉각 능력이 향상될 수 있다.
내부 열교환기(50)에 의해서 냉각된 고압측의 냉매 가스는 스트레이너(54)를 통과하여 캐필러리 튜브(58)에 이른다. 냉매는 캐필러리 튜브(58)에서 압력이 저하되고, 그 후, 스웨지 록 조인트(도시하지 않음)를 통해서 냉장 기기 본체(105)의 냉매 배관(94)으로부터 증발기(92) 안으로 유입된다. 여기에서 냉매는 증발하며, 주위의 공기로부터 흡열함으로써 냉각 작용을 발휘하여 냉장 기기 본체(105)의 챔버내를 냉각한다.
그 후, 냉매는 증발기(92)로부터 유출되어, 냉매 배관(94)으로부터 스웨지록 조인트(도시하지 않음)를 통해서 콘덴싱 유닛(100)의 냉매 배관(26)으로 들어가서, 내부 열교환기(50)에 이른다. 그러면 냉매는 전술한 고압측의 냉매로부터 열을 빼앗아서, 가열 작용을 받는다. 여기서, 증발기(92)에 의해 증발되고 저온으로 되어 증발기(92)로부터 토출된 냉매는, 완전하게 기체의 상태가 아니라 액체가 혼재하는 상태이지만, 내부 열교환기(50)를 통과하여 고압측의 냉매와 열교환됨으로써, 냉매가 가열된다. 이 시점에서, 냉매의 과열도가 확보되어 완전하게 기체로 된다.
따라서, 증발기(92)로부터 나온 냉매를 확실하게 가스화시킬 수 있게 되기 때문에, 저압측에 어큐뮬레이터 등을 설치하는 일 없이, 컴프레서(10) 안으로 액냉매가 흡입되는 액백(liquid back)을 확실하게 방지하고, 컴프레서(10)가 액압축에 의해 손상을 받는 문제를 회피할 수 있다. 따라서, 냉각 장치(110)의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있게 된다.
또한, 내부 열교환기(50)에 의해 가열된 냉매는, 스트레이너(56)를 거쳐 냉매 도입관(22)으로부터 컴프레서(10)의 제1의 회전 압축 요소 안으로 흡입되는 사이클을 반복한다.
(3) 외기 온도에 기초한 컴프레서의 최고 회전수의 변경 제어
시동으로부터 시간이 경과하고, 스텝 S11에서 현재까지의 운전 시간이 도 3의 스텝 S10에서 산출된 유지 시간에 이르게 되면, 마이크로컴퓨터(80)는 컴프레서(10)의 회전수를 상기 최저 회전수(30Hz)까지 상승시킨다(도 3의 ②의 상태). 그리고, 마이크로컴퓨터(80)는 스텝 S10으로부터 스텝 S13에 진행되어, 최고 회전수(Max㎐)를 계산한다. 이 최고 회전수는 외기 온도 센서(74)에 의해 검출되는외기 온도에 근거하여 산출된다.
즉, 마이크로컴퓨터(80)는, 외기 온도 센서(74)에 의해서 검출되는 외기 온도가 높은 경우에는 컴프레서(10)의 최고 회전수를 저하시키고, 상기 외기 온도가 낮은 경우에는 상기 컴프레서의 최고 회전수를 상승시킨다. 이것은, 도 5에 나타내는 것처럼 미리 설정된 상한치(실시예에서는 45㎐)와 하한치(실시예에서는 30Hz)의 범위 내에서 최고 회전수가 산출된다. 이 최고 회전수는, 도 5에 나타내는 것처럼 외기 온도의 상승에 수반하여 1차 함수적으로 저하되며, 외기 온도의 저하에 수반하여 1차 함수적으로 상승한다.
외기 온도가 높은 경우에는, 냉매 회로 내를 순환하는 냉매의 온도가 높아지고, 고압측 압력의 이상 상승이 발생하기 쉽기 때문에, 최고 회전수를 낮게 설정함으로써, 고압측 압력의 이상 상승을 가능한 한 회피할 수 있게 된다. 한편, 외기 온도가 낮은 경우에는, 냉매 회로 내를 순환하는 냉매의 온도도 낮고, 고압측 압력이 이상 상승하기 어렵기 때문에, 최고 회전수를 높게 설정할 수 있게 된다.
따라서, 목표 회전수(후술함)는 최고 회전수 이하의 회전수로 되기 때문에, 최고 회전수가 고압측 압력의 이상 상승이 발생하기 어려운 값으로 미리 설정됨으로써, 고압측 압력의 이상 상승을 효과적으로 회피할 수 있게 된다.
(4) 증발기에 있어서의 목표 증발 온도 제어
도 3의 스텝 S13에서 상기와 같이 최고 회전수가 결정되면, 다음에 마이크로컴퓨터(80)는 스텝 S14로 진행되어 목표 증발 온도(Teva)의 계산에 들어간다. 마이크로컴퓨터(80)는 챔버내 온도 센서(91)에 의해 검출되는 냉장 기기 본체(105)의챔버내 온도에 근거하여 증발기(92)에 있어서의 냉매의 목표 증발 온도를 미리 설정하고, 증발기(92)에 유입된 냉매의 증발 온도가 해당 목표 증발 온도로 되도록 컴프레서(10)의 최고 회전수와 최저 회전수의 범위 내에서 전술한 목표 회전수를 설정하여, 컴프레서(10)를 운전한다.
그리고, 마이크로컴퓨터(80)는 챔버내 온도 센서(91)에 의해 검출되는 챔버내 온도에 근거하여, 챔버내 온도가 높을수록 높게 되는 관계로 증발기(92)에 있어서의 냉매의 목표 증발 온도를 설정한다. 이 경우에 있어서 목표 증발 온도(Teva)의 계산은 스텝 S15에서 행해진다.
즉, 'Tya=Tx ×0.35 - 8.5' 및 'Tyc=Tx ×0.2 - 6 + z'의 두 식으로 산출되는 Tya와 Tyc 중, 수치가 작은 쪽의 값을 목표 증발 온도(Teva)로 설정한다. 또한, 상기 식에서 Tx는 챔버내 온도 센서(91)에 의해 검출되는 챔버내 온도(피냉각 공간인 챔버내의 냉각 상태를 나타내는 지표의 1개)이고, z는 외기 온도 센서(74)에 의해 검출되는 외기 온도(Tr)로부터 32(도)를 감산함으로써 얻어진 값(z = Tr(외기 온도) - 32)이다.
이 경우의 외기 온도 센서(74)에 의해 검출되는 외기 온도(Tr)가 +32℃, +35℃, +41℃일 때의 목표 증발 온도(Teva)의 추이를 도 6에 나타낸다. 도 6에 나타낸 것처럼, 상기 식에 의해서 설정된 목표 증발 온도(Teva)는, 챔버내 온도(Tx)가 높은 영역에 있어서는, 챔버내 온도의 변화에 수반되는 목표 증발 온도(Teva)의 변화가 작고, 챔버내 온도(Tx)가 낮은 영역에 있어서는, 챔버내 온도(Tx)의 변화에 수반되는 목표 증발 온도(Teva)의 변화가 커지게 된다.
즉, 마이크로 컴퓨터(80)는 외기 온도 센서(74)에 의해서 검출되는 외기 온도(Tr)가 높은 경우에는, 목표 증발 온도(Teva)를 높게 보정하고, 챔버내 온도 센서(91)에 의해 검출되는 피냉각 공간의 온도가 높은 영역에 있어서는 외기 온도(Tr)에 기초하여 목표 증발 온도(Teva)의 보정을 행한다. 이제, 외기 온도(Tr)가 +32℃인 경우에 있어서의 목표 증발 온도(Teva)에 대하여 설명한다. 챔버내 온도가 +7℃ 이상이면, 챔버내 온도의 저하에 수반하여 목표 증발 온도(Teva)가 비교적 천천히 저하되지만, 챔버내 온도가 +7℃ 보다 낮으면 챔버내 온도의 저하에 수반하여 목표 증발 온도(Teva)가 급격하게 저하되게 된다. 즉, 챔버내 온도가 높은 상태에서는, 냉매 회로 내를 흐르는 냉매가 불안정한 상태이기 때문에, 목표 증발 온도(Teva)를 비교적 높게 설정함으로써 고압측 압력의 이상 상승을 회피할 수 있다.
또, 챔버내 온도가 낮은 상태에서는, 냉매 회로 내를 흐르는 냉매의 상태가 안정되기 때문에, 목표 증발 온도(Teva)를 비교적 낮게 설정함으로써, 냉장 기기 본체(105)의 챔버 내부를 조기에 냉각할 수 있다. 그 결과, 서리 제거 후의 재시동 등에서 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도를 신속하게 냉각할 수 있고, 챔버내에 수납된 상품의 온도를 적정치로 유지할 수 있게 된다.
상기 식에 의해서 목표 증발 온도(Teva)가 산출되면, 마이크로 컴퓨터(80)는 스텝 S14로 진행되어, 현재의 증발 온도와 목표 증발 온도(Teva)를 비교한다. 현재의 증발 온도가 목표 증발 온도(Teva)보다 낮은 경우에는, 스텝 S16에서 컴프레서(10)의 회전수를 낮추고, 현재의 증발 온도가 목표 증발 온도(Teva)보다높은 경우에는, 스텝 S17에서 컴프레서(10)의 회전수를 상승시킨다. 다음에, 마이크로 컴퓨터(80)는 스텝 S18에서, 스텝 S13에서 결정된 최고 회전수와 최저 회전수의 범위와, 스텝 S16 또는 스텝 S17에서 증감된 회전수와의 판정을 행한다.
여기서, 스텝 S16 또는 스텝 S17에서 증감된 회전수가 최고 회전수와 최저 회전수의 범위 내에 있으면, 그 회전수를 목표 회전수로 설정하여, 스텝 S20에서 전술한 것처럼 인버터 기판에 의해서 컴프레서(10)를 목표 회전수로 운전한다.
다른 한편, 스텝 S16 또는 스텝 S17에서 증감된 회전수가 최고 회전수와 최저 회전수의 범위 외에 있는 경우는, 마이크로 컴퓨터(80)는 스텝 S19로 진행하여, 스텝 S16 또는 스텝 S17에서 증감된 회전수에 근거하여, 최고 회전수와 최저 회전수의 범위 내에서 최적인 회전수가 되도록 조정하며, 조정된 회전수를 목표 회전수로 하여, 스텝 S20에서 컴프레서(10)의 전동 요소를 해당 목표 회전수로 운전한다. 이후, 스텝 S4로 돌아와 이후의 스텝을 반복한다.
또한, 냉장 기기 본체(105)에 설치된 시동 스위치(도시하지 않음)가 차단되거나, 또는 냉장 기기 본체(105)의 전원 소켓이 콘센트로부터 뽑혀지면, 마이크로 컴퓨터(80)로의 통전이 중지되기 때문에(도 3의 스텝 S21), 프로그램이 종료된다(스텝 S22).
(5) 증발기의 서리 제거 제어
한편, 냉장 기기 본체(105)의 챔버내가 충분히 냉각되어 챔버내 온도가 설정된 하한 온도(+3℃)까지 저하되면, 냉장 기기 본체(105)의 제어 장치(90)는 마이크로 컴퓨터(80)에 컴프레서(10)의 OFF 신호를 송출한다. 마이크로 컴퓨터(80)는 관련 OFF 신호를 수취하면, 도 3의 스텝 S7의 서리 제거 판정에서 서리 제거 시작이라고 판단하고, 스텝 S8로 진행하여 컴프레서(10)의 운전을 정지하고, 증발기(92)의 서리 제거(OFF 사이클 서리 제거)를 시작한다.
컴프레서(10)의 정지 후, 냉장 기기 본체(105)의 챔버내의 온도가 설정된 상한 온도(+7℃)에 이르면, 냉장 기기 본체(105)의 제어 장치(90)는 마이크로 컴퓨터(80)에 컴프레서(10)의 ON 신호를 송출한다. 마이크로컴퓨터(80)는 ON 신호를 수취하면, 스텝 S9에서 서리 제거 완료라고 판정하여, 스텝 S10 이후로 진행하여 전술한 바와 같은 컴프레서(10)의 운전을 재개한다.
(6) 컴프레서의 강제 정지
여기서, 마이크로 컴퓨터(80)는 컴프레서(10)가 소정 시간 동안 연속 운전된 경우, 도 3의 스텝 S7의 서리 제거 판정에서 서리 제거 시작이라고 판정하고, 스텝 S8로 진행하여, 컴프레서(10)의 운전을 강제적으로 정지한 후, 증발기(92)의 서리 제거를 시작한다. 또, 컴프레서(10)를 정지하는 해당 컴프레서(10)의 연속 운전 시간은, 챔버내 온도 센서(91)에 의해 검출되는 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도에 근거하여 변경되며, 이 경우에, 마이크로 컴퓨터(80)는 챔버내 온도가 낮을수록 컴프레서(10)를 정지하는 컴프레서(10)의 연속 운전 시간을 더 짧게 설정한다.
즉, 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도가, 가령 10℃ 이하와 같이 낮은 온도이면, 단시간에 냉장 기기 본체(105)의 챔버내에 수납된 상품 등이 동결할 우려가 있기 때문이다. 이 때문에, 본 실시예에서는, 예를 들면 챔버내 온도가 +10℃ 이하이면서 30분 동안 연속 운전된 경우에는, 컴프레서(10)의 운전을 강제적으로정지시킴으로써, 챔버내에 수납된 상품이 동결하는 문제를 회피할 수 있다.
그리고, 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도가 설정된 상한 온도에 이르면(+7℃), 냉장 기기 본체(105)의 제어 장치(90)는 마이크로 컴퓨터(80)에 컴프레서(10)의 ON 신호를 송출하기 때문에, 이것에 의해 마이크로 컴퓨터(80)는 전술한 바와 마찬가지로 컴프레서(10)의 운전을 재개한다(도 3의 스텝 S9).
다른 한편, 챔버내 온도가 예를 들면 +10℃ 보다 높은 온도로 소정 시간 동안 운전된 경우, 마이크로 컴퓨터(80)는 컴프레서(10)의 운전을 정지한다. 이것은, 컴프레서(10)가 장시간 연속 운전되면 증발기(92)에 서리가 발생하고, 증발기(92) 내부를 통과하는 냉매가 주위의 공기와 열교환되기 어렵게 되어, 냉장 기기 본체(105)의 챔버가 충분히 냉각되지 않을 우려가 있기 때문이다. 이 때문에, 예를 들면, +10℃ 보다 높고 +20℃ 이하인 챔버내 온도의 범위 내에서 10시간 이상 연속 운전되는 경우나, +20℃ 보다 높은 챔버내 온도로 20시간 이상 연속 운전되는 경우, 마이크로 컴퓨터(80)는 스텝 S7의 서리 제거 판정에서 서리 제거 시작이라고 판단하고, 스텝 S8에서 컴프레서(10)의 운전을 강제로 정지하여 증발기(92)의 서리 제거를 실행한다.
이 상태를 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7에서, 파선은 챔버내 온도 센서(91)에 의해 검출되는 챔버내 온도가 +10℃ 보다 높고 +20℃ 이하에서 10시간 이상 컴프레서(10)를 연속 운전한 경우에, 컴프레서(10)의 운전을 정지하지 않고 서리 제거를 행하지 않은 경우의 챔버내 온도의 추이, 실선은 챔버내 온도가 +10℃ 보다 높고 +20℃ 이하에서 10시간 이상 연속 운전한 경우에, 컴프레서(10)의 운전을 정지하여 서리 제거를 행한 경우의 챔버내 온도의 추이를 나타낸다.
도 7에 나타낸 바와 같이, +10℃ 보다 높지만 +20℃ 이하인 챔버내 온도로 10시간 이상 연속 운전한 경우에 강제적으로 컴프레서(10)를 정지시킴으로써, 증발기(92)의 서리 발생을 방지할 수 있고, 컴프레서(10)를 정지시켜 서리 제거를 행하지 않는 경우보다, 서리 제거후의 증발기(92)에 있어서의 냉매의 열교환 능력이 향상되고, 조기에 목표 챔버내 온도에 이르도록 할 수 있다. 이것에 의해, 냉각 능력의 향상을 도모할 수 있다.
또, 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도가 낮을수록, 컴프레서(10)를 정지하는 컴프레서(10)의 연속 운전 시간을 짧게 설정하기 때문에, 상기와 같이 서리 제거 후의 증발기(92)에 있어서의 냉매의 열교환 능력의 향상을 도모하면서, 챔버내 온도가 낮은 경우에 있어서의 챔버내에 수납된 상품의 동결을 미연에 회피할 수 있게 된다.
(7) 컴프레서의 최고 회전수 상승 제어
다음에, 챔버내 온도 센서(91)에 의해 검출되는 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도가 낮은 경우에는, 마이크로 컴퓨터(80)는 컴프레서(10)의 최고 회전수(Max㎐)를 상승시킨다. 예를 들면, 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도가 +20℃로 저하되면, 마이크로 컴퓨터(80)는 컴프레서(10)의 최고 회전수를 약간(예를 들면, 4Hz)상승시켜서 운전한다(도 2의 ③의 상태). 즉, 전술한 외기 온도에 근거한 최고 회전수의 제어에 더하여, 냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도가 +20℃로 저하되면, 마이크로 컴퓨터(80)는 외기 온도 센서(74)에 의해 검출되는 외기 온도에 근거하여전술한 바와 같이 결정된 최고 회전수를 4Hz 상승시켜서 컴프레서(10)를 운전한다.
냉장 기기 본체(105)의 챔버내 온도가 +20℃ 이하로 저하되면, 저압측의 압력이 낮아지기 때문에, 고압측 압력도 저하되어, 냉매 회로내의 냉매도 상태가 안정된다. 이 상태에서 회전수를 상승시키면, 도 2의 ④로 나타내는 바와 같이 고압측의 압력이 조금 상승하여도, 고압측의 기기나 배관 등의 설계압을 초과할 정도의 이상 상승의 문제를 회피할 수 있다.
또, 최고 회전수를 상승시킴으로써, 냉매 회로 내를 순환하는 냉매 순환량이 증가하기 때문에, 증발기(92)에서 순환되는 공기와 열교환할 수 있는 냉매량이 증가하여, 증발기(92)의 냉각 능력의 향상을 도모할 수 있다. 그 결과, 도 2의 ⑤로 나타낸 바와 같이 증발기(92) 내에서의 냉매의 증발 온도도 낮아지고, 조기에 냉장 기기 본체(105)의 챔버내를 냉각할 수 있게 된다.
또, 본 실시예에서는 냉각 장치(110)를 점포에 설치된 쇼케이스로 했지만, 이에 국한되지 않고, 본 발명의 냉각 장치를 냉장고나 자동 판매기, 공기 조화기로 사용할 수도 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 냉각 장치에 의하면, 증발기에 의해서 냉각되는 피냉각 공간의 온도가 낮은 안정 운전 상태에서, 컴프레서의 시동 후, 증발기의 출구 온도와 입구 온도의 차이가 1도 이내로 되기까지의 시간이 5분 이상 20분 이내로 설정된다. 그래서, 시동시에 고압측 압력의 이상 상승을 회피하면서, 냉각 능력의 저하를 가능한 한 회피할 수 있게 된다.
따라서, 냉각 장치의 신뢰성의 향상과 동시에 성능의 개선도 도모할 수 있다.
본 발명의 냉각 장치의 냉매 봉입량 설정 방법에 의하면, 증발기에 의해서 냉각되는 피냉각 공간의 온도가 낮은 안정 운전 상태에서, 컴프레서를 시동한 후 5분 이상 20분 이내에 증발기의 출구 온도와 입구 온도의 차이가 1도 이내로 되는 양으로 냉매의 봉입량을 설정한다. 그래서, 상기 설정 방법으로 결정된 양의 냉매를 냉각 장치의 냉매 회로 내에 봉입함으로써, 냉각 장치의 고압측 압력의 이상 상승을 회피하면서 냉각 능력의 저하를 최대한 회피할 수 있다.
따라서, 냉각 장치의 최적의 냉매 봉입량을 용이하게 설정할 수 있다.
특히, 본 발명은 감압 수단을 캐필러리 튜브로 한 경우에 효과적이다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 컴프레서는 제1의 압축 요소와 제1의 압축 요소에 의해 압축된 냉매를 압축하여 토출하는 제2의 압축 요소를 포함한다. 제1의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 냉각시키기 위해서 중간 냉각 회로가 배치되며, 가스 쿨러로부터 나오는 냉매와 증발기로부터 나오는 냉매를 열교환시키기 위해서 내부 열교환기가 배치된다. 그래서, 제2의 압축 요소 안으로 흡입되는 냉매를 중간 냉각 회로에 의해서 냉각할 수 있기 때문에, 컴프레서 내의 온도 상승을 억제하고, 제2의 압축 요소에 있어서의 압축 효율도 향상시킬 수 있다. 또, 제2의 압축 요소에 의해 압축되어 토출되는 냉매의 온도 상승도 억제할 수 있다.
또, 내부 열교환기의 존재에 의해서, 가스 쿨러로부터 토출되어 내부 열교환기를 통과하는 냉매는 저압측의 냉매에 열을 빼앗기게 된다. 따라서, 그만큼 냉매의 과냉각도가 증대되기 때문에, 증발기에 있어서의 냉각 능력의 향상을 도모할 수 있다.

Claims (3)

  1. 냉각 장치에 있어서,
    컴프레서, 가스 쿨러, 감압 수단 및 증발기 등이 환상으로 접속되며, 냉매로서 이산화탄소가 봉입되는 냉매 회로를 포함하며,
    상기 증발기에 의해서 냉각되는 피냉각 공간의 온도가 낮은 안정 운전 상태에서, 상기 컴프레서의 시동 후, 상기 증발기의 출구 온도와 입구 온도의 차이가 1도 이내로 되기까지의 시간이 5분 이상 20분 이내인 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  2. 컴프레서, 가스 쿨러, 감압 수단 및 증발기 등이 환상으로 접속되며, 냉매로서 이산화탄소가 봉입되는 냉매 회로를 포함하는 냉각 장치의 냉매 봉입량 설정 방법에 있어서,
    상기 증발기에 의해서 냉각되는 피냉각 공간의 온도가 낮은 안정 운전 상태에서, 상기 컴프레서를 시동한 후 5분 이상 20분 이내에 상기 증발기의 출구 온도와 입구 온도의 차이가 1도 이내로 되는 양으로 상기 냉매의 봉입량을 설정하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치의 냉매 봉입량 설정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컴프레서는 제1의 압축 요소와 상기 제1의 압축 요소에 의해 압축된 냉매를 압축하여 토출하는 제2의 압축 요소를 포함하며,
    상기 감압 수단은 캐필러리 튜브이고,
    상기 제1의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 냉각하는 중간 냉각 회로와, 상기 가스 쿨러로부터 나오는 냉매와 상기 증발기로부터 냉매를 열교환시키는 내부 열교환기가 추가로 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치 또는 그 냉매 봉입량 설정 방법.
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