WO2013111579A1

WO2013111579A1 - 冷却機用コンプレッサ制御装置

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Publication number: WO2013111579A1
Application number: PCT/JP2013/000313
Authority: WO
Inventors: 菅原　晃
Original assignee: ダイヤモンド電機株式会社
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2013-08-01
Also published as: JP2013152040A

Abstract

　目標温度（ＤＥＧ０）へ到達するまでに割当てられた各温度範囲（ΔＤ１、ΔＤ２、ΔＤ３、ΔＤ４）に対応して冷却機用コンプレッサ（１０）の設定回転数（ｒｐｍ）の各々を一定回転数に設定し、目標温度へプルダウン冷却させる過程で設定回転数（ｒｐｍ）を段階的に低下させる冷却機用コンプレッサ制御装置（１９）において、各温度範囲（ΔＤ１、ΔＤ２、ΔＤ３、ΔＤ４）のうち少なくとも一つの温度範囲（ΔＤ１、ΔＤ２、ΔＤ３、ΔＤ４）は、設定回転数（ｒｐｍ）の各々に対応する冷却性能パラメータ（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ）同士の比（Ｒａｂ、Ｒｂｃ、Ｒｃｄ）に基づき形成される関数によって割当てられる。

Description

冷却機用コンプレッサ制御装置

　本発明は、冷却機に用いられる冷却機用コンプレッサ制御装置に関し、特に、冷却機用コンプレッサへ配備される制御モータの回転数制御に関するものである。

　冷却機（冷凍庫又は冷蔵庫）へ電源を投入し庫外温度に近い庫内雰囲気をプルダウン冷却させる際、庫内温度が目標温度へ制御される過程で、冷却機用コンプレッサ（コンプレッサ用モータ）の設定回転数を段階的に低下させる制御方式が知られている。

　特開平１１－２８１１７２号公報（特許文献１）では、かかる制御方式の一例が紹介されている。同文献の図４を参照すると、この制御方式が採用された冷凍装置は、急速運転モード時について冷凍負荷（庫内貯蔵物の温度を目標温度へ低下させる為の熱量）が最も小さい場合、「庫内温度≧２５〔℃〕」の温度範囲について設定回転数を「高速状態」に設定させ、「２５〔℃〕＞庫内温度≧１０〔℃〕」の温度範囲について設定回転数を「中速状態」に設定させ、「庫内温度＜１０〔℃〕」の温度範囲について設定回転数を「低速状態」に設定させている。このように、外気温度（庫内温度）が目標温度（例えば、－１５〔℃〕）へ到達するまでに、冷却機用コンプレッサのモータ回転数が「高速，中速，低速」の３段階に制御されることとなる。

特開平１１－２８１１７２号公報

　一般に、冷却機用コンプレッサの設定回転数は、特定の回転数域（例えば、５０Ｈｚ，４極モータのコンプレッサの場合、１５００ｒｐｍ～２５００ｒｐｍのあたり）で冷凍庫等のエネルギー消費効率（ＣＯＰ値）が極大値を迎える。このため、庫外温度に近い状態からプルダウン冷却させる場面では、例えば４５００ｒｐｍのような高速回転が一時的に設定されると、その設定時間に応じて、エネルギー消費効率（ＣＯＰ値）が低下してしまう。一方、冷却機用コンプレッサを高速運転させなければ、庫内温度の冷却速度が低下し、運転開始時から目標温度に到達するまでの所要時間が冗長となる。このように、冷却技術におけるエネルギー消費効率と冷却速度とは、トレードオフの関係にあり、双方のメリットを同時的かつ最大限に発揮させることが事実上不可能である。

　ところで、特許文献１では、設定回転数を決定する各温度範囲の設定手法について何ら言及されておらず、この温度範囲に技術的根拠を見出すことができない。このように、従来の技術にあっては、この温度範囲の設定を単に人為的に設定していたか、又は、何らかの法則で温度範囲を設定していたとしても確たる技術的根拠が導入されていなかったのが実情である。

　本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、設定回転数を決定する為の各温度範囲に技術的根拠を導入させ、冷却技術におけるエネルギー消費効率と冷却速度とを可能な限り損なわせない回転数制御を究明するに至った。そして、本発明は、プルダウン冷却におけるエネルギー消費効率と冷却速度との双方のメリットを共生させ得る冷却機用コンプレッサ制御装置の提供を目的とするものである。

　上記課題を解決するため、本発明では次のような冷却機用コンプレッサ制御装置の構成とする。即ち、目標温度へ到達するまでに割当てられた各温度範囲に対応して冷却機用コンプレッサの設定回転数の各々を一定回転数に設定し、前記目標温度へプルダウン冷却させる過程で前記設定回転数を段階的に低下させる冷却機用コンプレッサ制御装置において、前記各温度範囲のうち少なくとも一つの温度範囲は、前記設定回転数の各々に対応する冷却性能パラメータ同士の比に基づき形成される関数によって割当てられることとする。

　好ましくは、前記冷却性能パラメータは、前記設定回転数で運転された場合の冷却速度を示すパラメータであることとする。

　より好ましくは、前記各温度範囲のうち第１の温度範囲に対応する設定回転数を第１の設定回転数とした場合、前記第１の設定回転数に対応する冷却性能パラメータを第１の冷却性能パラメータとし、且つ、前記第１の温度範囲の目標温度側へ隣接する第２の温度範囲に対応する設定回転数を第２の設定回転数とした場合、前記第２の設定回転数に対応する冷却性能パラメータを第２の冷却性能パラメータとすると、
　前記第１の温度範囲は、前記第１の設定回転数へ切換えられる定回転開始温度から、前記第２の設定回転数へ切換えられる定回転切換温度までの範囲として割当てられ、前記定回転切換温度は、前記第１の冷却性能パラメータに対する前記第２の冷却性能パラメータの比に基づき設定されることとする。

　更に好ましくは、前記各温度範囲のうち少なくとも一つは、前記設定回転数に対応するＣＯＰ値のうち最も高いＣＯＰ値とさせる高効率設定回転数が設定され、前記高効率温度範囲は、前記第１の温度範囲とされる何れの温度範囲よりも広い範囲に割当てられることとする。ここで、前記高効率温度範囲では、ＣＯＰ値を極大とさせる設定回転数によって冷却機用コンプレッサが運転されると更に好ましい。

　本発明に係る冷却機用コンプレッサ制御装置によると、目標温度へ到達するまでに割当てられた温度範囲がパラメータ比に基づく関数によって特定されるため、当該温度範囲が技術的根拠を具備した状態で設定されることとなる。

　また、本発明では、上述した関数を用いることで、冷却性能パラメータ同士の優越度を各温度範囲へ反映させることが可能となる。このため、設定回転数が高回転の温度範囲にあっては、パラメータ比に基づいて冷却性能の優越度が指標化され、其の優越度に応じて温度範囲が過不足なく設定できる。このように、本発明に係る冷却機用コンプレッサ制御装置によると、高回転制御時の温度範囲が過剰設定されない為、エネルギー消費効率の低下が抑制され、併せて、目標温度へ到達するまでの所要時間（即ち、プルダウン冷却工程全体での平均冷却速度）の低下も抑制できる。

図１は、一般的な冷却機の機能構成を示す図である。図２は、設定回転数と冷却速度との関係を示す図（実施例１）である。図３は、温度範囲と設定回転数，所要時間と設定回転数の関係を示す図（実施例１）である。図４は、設定回転数とＣＯＰ値との関係を示す図（実施例１）である。図５は、所要時間とＣＯＰ値との関係を示す図（実施例１）である。図６は、設定回転数と冷却速度との関係を示す図（実施例２）である。図７は、温度範囲と設定回転数，所要時間と設定回転数の関係を示す図（実施例２）である。図８は、所要時間とＣＯＰ値との関係を示す図（実施例２）である。図９は、冷却機の機能構成を示す図（実施例３）である。図１０は、温度範囲と設定回転数，所要時間と設定回転数の関係を示す図（実施例３）である。

　以下、本発明に係る実施例１乃至実施例３について、図面を適宜参照しつつ具体的に説明することとする。

　図１は、一般的な冷却機の触媒回路が示されている。ここで冷却機とは、貯蔵庫を具備する冷凍機・冷蔵機を意味するものであり、冷凍機及び冷蔵機のうち何れか一方のみの構成であっても良く、これら双方の機器を含む構成であっても良い。便宜として、冷却機を冷凍機と呼び換えて以下説明を行う。

　図示の如く、冷凍機１０に形成される冷媒回路には、冷却機用コンプレッサ１１，凝縮器１３，キャピラリーチューブ１５，蒸発器１６が設けられ、各々が冷媒チューブ１８によってループ状に接続されている。チューブ内には冷媒が封入されており、この冷媒は、冷却機用コンプレッサ１１に応動して冷媒回路を循環する。

　更に、冷凍機１０には、ドライブ回路１２と送風ファン１４及び１７が適宜に配備されている。これらは、冷却機用コンプレッサ制御装置１９へ電気的に接続され、冷却機用コンプレッサ制御装置１９から与えられた信号によって制御される。以下、冷却機用コンプレッサ制御装置１９を、単に制御装置１９と呼ぶこととする。

　ドライブ回路１２は、複数のパワートランジスタから成るインバータ回路であって、ＰＷＭ信号によって制御される。当該インバータ回路は、ＰＷＭ信号の周波数に応じて三相交流電流を生成し、冷却機用コンプレッサへ内蔵される制御モータ（図示なし）の回転数を制御する。当該制御モータは、冷却機用コンプレッサの羽根車を駆動させ、冷媒を入力側（低圧）から出力側（高圧）へと送り込む。即ち、この羽根車は、制御モータの回転数に応じて冷媒循環量〔ｑｍｒ〕を増減させることとなる。

　送風ファン１４は、冷却機用コンプレッサ１１によって高圧高温化された冷媒温度を低下させる。また、送風ファン１７は、庫内の熱量と冷媒の熱量との熱交換を促す役割を担う。これらの送風ファン１４，１７は、ドライブ回路及びファンモータが内蔵されており、制御装置１９からの指令信号によってファンモータの回転数が各々制御される。

　更に、冷凍機１０の貯蔵庫内には、庫内温度計２０が設けられている。庫内温度計２０は、貯蔵庫内の温度を計測し、計測結果を電気信号に変換し出力する。制御装置１９は、信号ラインを介して庫内温度計２０に接続されており、庫内温度の計測結果が電気信号として入力される。

　制御装置１９は、ＰＷＭ信号を生成し、これをドライブ回路１２へ出力する。また、本実施の形態に係る制御装置１９は、送風ファン用の指令信号を生成出力し、送風ファン１４，１７を各々制御する。かかる制御装置１９は、ＣＰＵ，メモリ回路，ＡＤ変換回路，クロック回路等のハードウェア資源と、メモリ回路等に格納された制御プログラム及びマップ情報といったソフトウェア資源とから成る装置である。そして、制御装置１９は、これらハードウェア資源とソフトウェア資源とが協働し、実施される情報処理によって機能的装置を構築させる。

　これにより、制御装置１９では、目標温度までの各温度範囲と設定回転数との対応マップ情報をメモリ回路へ記憶させる処理、温度範囲に応じて制御モータの回転数（以下、設定回転数）を決定する処理、等を適宜に機能構築させることとなる。尚、制御装置１９で構築される機能については、追って詳述することとする。

　上述の如く、冷媒回路において、これを循環する冷媒は、気相状態で冷却機用コンプレッサ１１へ投入され、冷却機用コンプレッサ１１を通過する際に高圧高温化され、凝縮器１３を通過する際にこれが冷却され液相状態となる。その後、液相状態の冷媒は、キャピラリーチューブ１５で減圧され、蒸発器１６では、其の冷媒が気化されることで、庫内温度を吸収（冷却）する。かかる冷媒は、気相の状態で冷却機用コンプレッサ１１へ再投入され、冷却サイクルが繰り返されることとなる。ヒートポンプ式の冷却サイクルでは、冷媒循環量〔ｑｍｒ〕に応じて庫内の冷却速度が調整される。即ち、庫内の冷却速度は、コンプレッサ用の制御モータの回転数によって制御されることとなり、言換えると、制御装置１９の生成するＰＷＭ信号によって制御されることを意味する。

　図２の（ａ）は、コンプレッサ用制御モータの回転数と冷却速度との関係が示されている。冷却速度を示す特性は、貯蔵庫の容積及び形状等により変化するものであり、冷却システムの性能にも影響される。同図に示される冷却特性は、或る冷凍機についてサンプルされたものであり、庫外温度が３２〔℃〕における実験結果である。

　図２の（ａ）に示す如く、冷却特性は、略線形の関係が認められ、具体的な観測点Ａ～Ｄでは、それぞれの設定回転数に対応して冷却速度が特定される。
　《回転数：４５００ｒｐｍ》
　　冷却速度Ｖａ＝０．５３〔ｄｅｇ／ｍｉｎ〕
　《回転数：３５００ｒｐｍ》
　　冷却速度Ｖｂ＝０．４５〔ｄｅｇ／ｍｉｎ〕
　《回転数：２５００ｒｐｍ》
　　冷却速度Ｖｃ＝０．３７〔ｄｅｇ／ｍｉｎ〕
　《回転数：１５００ｒｐｍ》
　　冷却速度Ｖｄ＝０．２８〔ｄｅｇ／ｍｉｎ〕
　尚、本実施例における冷却速度は、単位時間〔ｍｉｎ〕当たりにおける庫内温度の減少量〔ｄｅｇ〕を言う。かかる冷却速度は、特許請求の範囲における冷却性能パラメータの一形態である。以下、冷却速度を、冷却速度パラメータと呼ぶことがある。

　次に、「冷却速度パラメータ同士の比」について説明する。パラメータ比Ｒａｂは、冷却速度パラメータＶａに対する冷却速度パラメータＶｂの比であり、Ｒａｂ＝Ｖｂ／Ｖａによって表される。パラメータ比Ｒｂｃは、冷却速度パラメータＶｂに対する冷却速度パラメータＶｃの比であり、Ｒｂｃ＝Ｖｃ／Ｖｂによって表される。同様にして、パラメータ比Ｒｃｄは、Ｒｃｄ＝Ｒｄ／Ｒｃによって表される。これらパラメータ比は、各々が「冷却速度パラメータ同士の比」に相当する。このように、本実施例では、各パラメータ比が隣接する冷却速度パラメータ同士によって算出されることとなる（図２の（ａ）参照）。

　以下、図２の冷却特性に基づいて算出されたパラメータ比を各々記す。
　・Ｒａｂ＝Ｖｂ／Ｖａ＝０．８５
　・Ｒｂｃ＝Ｖｃ／Ｖｂ＝０．８２
　・Ｒｃｄ＝Ｖｄ／Ｖｃ＝０．７６
　これらのパラメータ比は、プルダウン冷却時の様子を表している場合、低回転のパラメータが高回転のパラメータで除算されることになる。このため、パラメータ比は、必ず１未満の値をとる。このパラメータ比は、分子側の冷却性能に対する分母側の冷却性能の優越度を示す指標となる。

　図３の（ａ）は、プルダウン冷却させる際の温度〔ｄｅｇ〕と、設定回転数との関係が示されている。同図で示される関係は、庫外温度が３２〔℃〕，目標温度が「－１５〔℃〕」，プルダウン開始温度が３２〔℃〕とされる。従って、この条件にあっては、図２の（ａ）の冷却特性に応じてプルダウン冷却されることとなる。また、温度〔ｄｅｇ〕とは、実際には、温度計測点から目標温度までの温度差を示すものである。即ち、４７〔ｄｅｇ〕と表現する場合には、庫内温度３２〔℃〕を示すものであり、零〔ｄｅｇ〕と表現される場合には、庫内温度が目標温度「－１５〔℃〕」に到達したことを示す。

　図３の（ａ）に示す如く、プルダウン冷却開始温度ＤＥＧｘから目標温度ＤＥＧ０へ到達するまでに、設定回転数を切換える為のＤＥＧ１～ＤＥＧ３〔ｄｅｇ〕が設定されている。これらＤＥＧ１～ＤＥＧ３〔ｄｅｇ〕は、特許請求の範囲における定回転切換温度（又は、定回転開始温度）と呼ばれるものである。

　定回転切換温度ＤＥＧ１～ＤＥＧ３〔ｄｅｇ〕は、以下の如く算出される。
　・ＤＥＧ１〔ｄｅｇ〕＝Ｒａｂ×ＤＥＧｘ＝０．８５×４７＝４０〔ｄｅｇ〕
　・ＤＥＧ２〔ｄｅｇ〕＝Ｒｂｃ×ＤＥＧ１＝０．８２×４１＝３４〔ｄｅｇ〕
　・ＤＥＧ３〔ｄｅｇ〕＝Ｒｃｄ×ＤＥＧ２＝０．７６×３４＝２６〔ｄｅｇ〕

　定回転切換温度ＤＥＧ１は、プルダウン冷却開始温度ＤＥＧｘにパラメータ比Ｒａｂを乗じて算出設定される。パラメータ比Ｒは、冷却速度パラメータＶｂに対する冷却速度パラメータＶａの優越度を示す指標である。

　定回転切換温度ＤＥＧ２は、定回転切換温度ＤＥＧ１にパラメータ比Ｒｂｃを乗じて算出設定される。また、定回転切換温度ＤＥＧ３は、定回転切換温度ＤＥＧ２にパラメータ比Ｒｃｄを乗じて算出設定される。これらの定回転切換温度ＤＥＧ２及びＤＥＧ３についても、パラメータ比に基づいて設定されることとなる。

　プルダウン冷却時にあっては設定回転数が段階的に低下していくので、パラメータ比は、必ず１以下の値とされる。このため、定回転切換温度ＤＥＧ１は、パラメータ比に基づいて設定される為、温度ＤＥＧｘより低い値に設定されることとなる。定回転切換温度の算出式で引用される温度を引用温度とすれば、定回転切換温度ＤＥＧ２及びＤＥＧ３についても、引用温度ＤＥＧ１及びＤＥＧ２に対してパラメータ比が乗算されるので、算出結果の定回転切換温度ＤＥＧ２及びＤＥＧ３は、各々、引用温度よりも低い値となる。そして、これら定回転切換温度は、設定回転数の変更によってパラメータ比が変更されることとなり、このパラメータ比によって当該定回転切換温度の位置が調整されることとなる。

　定回転切換温度ＤＥＧ１～ＤＥＧ３によって規定されるΔＤ１～ΔＤ４は、特許請求の範囲における温度範囲と呼ばれるものである。図示の如く、温度範囲ΔＤ１～ΔＤ４は、定回転切換温度ＤＥＧ１～ＤＥＧ３が設定されることで、プルダウン冷却開始温度ＤＥＧｘから目標温度へ到達するまでに、其の範囲が適宜に割当てられることとなる。

　同図の場合、温度範囲ΔＤ１～ΔＤ３の各々は、以下の算出式によって設定される。
　・ΔＤ１＝ＤＥＧｘ－ＤＥＧ１＝（１－Ｒａｂ）×ＤＥＧｘ＝７〔ｄｅｇ〕
　・ΔＤ２＝ＤＥＧ１－ＤＥＧ２＝（１－Ｒｂｃ）×ＤＥＧ１＝７〔ｄｅｇ〕
　・ΔＤ３＝ＤＥＧ２－ＤＥＧ３＝（１－Ｒｃｄ）×ＤＥＧ２＝８〔ｄｅｇ〕
　また、温度範囲ΔＤ４は、定回転切換温度ＤＥＧ３から目標温度ＤＥＧ０までの範囲として設定される。
　・ΔＤ４＝ＤＥＧ３－ＤＥＧ０＝ＤＥＧ３＝２５〔ｄｅｇ〕

　本実施例によると、温度範囲ΔＤ１～ΔＤ３については、パラメータ比に基づき形成される関数（１－Ｒｐｑ）・ＤＥＧｎによって割当てられる（Ｒｐｑは一般化表現したパラメータ比，ＤＥＧｎは一般化表現した定回転切換温度）。このため、温度範囲ΔＤ１～ΔＤ３の各々は、パラメータ比が示す優越度という技術的根拠を具備した状態で、其の温度範囲が設定されることとなる。以下、パラメータ比に基づき形成される関数（１－Ｒｐｑ）・ＤＥＧｎのうち、（１－Ｒｐｑ）を係数と呼ぶ。尚、同関数におけるＤＥＧｎは定回転切換温度である。

　上述した関数は、隣接する設定回転数の各々が定まれば、これに対応する冷却性能が定まり、係数（１－Ｒｐｑ）が決定され、温度範囲もこれに応じて自動的に確定することを意味している。また、定回転切換温度ＤＥＧｎに対する温度範囲の占有割合をある程度特定できるのであれば、隣接する各々の設定回転数を逆算的に定めることも可能である。

　図３の（ａ）に示す如く、上記関数によって決定される各温度範囲ΔＤ１～ΔＤ３は、温度範囲ΔＤ１に対応して設定回転数ω１（４５００ｒｐｍ）が設定され、温度範囲ΔＤ２に対応して設定回転数ω２（３５００ｒｐｍ）が設定され、温度範囲ΔＤ３に設定回転数ω３（２５００ｒｐｍ）が設定される。また、温度範囲ΔＤ４については、設定回転数ω４（１５００ｒｐｍ）が設定され、この回転数ω４は、設定される回転数の中で最もエネルギー消費効率が好ましいため、温度範囲が最も広い範囲に設定されている。

　冷凍機１０に搭載された制御装置１９では、上述した温度範囲と設定回転数との関係を表現したマップ情報がメモリ回路へ格納されている。そして、制御装置１９は、庫内温度を検出し、マップ情報を参照することで、検出された温度〔ｄｅｇ〕の属する温度範囲を特定する。その後、制御装置１９は、この温度範囲に対応して設定回転数を設定させ、当該温度範囲について一定回転数で冷却機用コンプレッサを駆動させる。そして、庫内雰囲気の冷却が進み、庫内温度が他の温度範囲へ達すると、制御装置１９は、更に低い設定回転数を設定させ、冷却機用コンプレッサを制御させる。このように、制御装置１９は、上述の如く設定された温度範囲に基づいて、設定回転数を段階的に低下させてゆく。

　温度範囲ΔＤ１に着目した場合、これが第１の温度範囲とされ、これに対応する設定回転数ω１が第１の設定回転数とされる。また、この設定回転数ω１に対応する冷却速度パラメータＶａが、第１の冷却速度パラメータと呼ばれるものである。そして、この場合における温度範囲ΔＤ２は、温度範囲ΔＤ１（第１の温度範囲）の目標温度側へ隣接する第２の温度範囲とされる。また、この温度範囲ΔＤ２（第２の温度範囲）に対応する設定回転数ω２が第２の設定回転数と呼ばれるものである。また、設定回転数ω２（第２の設定回転数）に対応する冷却速度パラメータＶｂが、第２の冷却速度パラメータと呼ばれるものである。

　上述の如く、温度範囲ΔＤ１（第１の温度範囲）は、設定回転数ω１（第１の設定回転数）へ設定されるプルダウン冷却開始温度ＤＥＧｘを起点とし、設定回転数ω２（第２の設定回転数）へ切換設定される定回転切換温度ＤＥＧ１を終点とし、この区間が温度範囲として割当てられる。ここで、プルダウン冷却開始温度ＤＥＧｘは、この温度から設定回転数が４５００ｒｐｍに一定制御されるところ、特許請求の範囲における定回転開始温度に属する概念である。

　この場面によれば、プルダウン冷却開始温度ＤＥＧ１（起点）は、冷凍機１０に電源投入した時点の周辺温度によって定まる為、特段設定させることはできない外因的な温度である。一方、定回転切換温度ＤＥＧ１（終点）は、プルダウン冷却開始温度ＤＥＧ１に対してＲａｂの割合に設定される。

　以下同様に、温度範囲ΔＤ２に着目した場合、温度範囲ΔＤ２（第１の温度範囲）は、設定回転数ω２（第１の設定回転数）へ切換設定される定回転開始温度ＤＥＧ１を起点として、設定回転数ω３（第２の設定回転数）へ切換設定される定回転切換温度ＤＥＧ２を終点とし、この区間が温度範囲として割当てられる。また、温度範囲ΔＤ３に着目した場合、温度範囲ΔＤ２（第１の温度範囲）は、起点が定回転開始温度ＤＥＧ２とされ、終点が定回転切換温度ＤＥＧ３とされる。これらの温度範囲についても、隣接するパラメータの優越度が反映され、其の温度範囲の幅が決定される。

　以上のように、ＤＥＧ１～ＤＥＧ３は、着目される温度範囲に応じて、当該温度範囲の起点又は終点の何れにもなり得る。そして、当該温度範囲において起点とされる場合は、これに相当する温度ＤＥＧｎが定回転開始温度とされ、終点とされる場合は、これに相当する温度ＤＥＧｎが定回転切換温度とされる。そして、其の定回転切換温度は、目標温度側に隣接する温度範囲にとって、定回転開始温度に相当することとなる。

　冷却速度は、単位時間〔ｍｉｎ〕当たりの温度低下量〔ｄｅｇ〕とされる。従って、所定回転数での冷却速度をＶ〔ｄｅｇ／ｍｉｎ〕，温度低下量をΔＤ〔ｄｅｇ〕，この温度低下量に費やす所要時間をＴ〔ｍｉｎ〕とすると、
　Ｔ〔ｍｉｎ〕＝ΔＤ〔ｄｅｇ〕／Ｖ〔ｄｅｇ／ｍｉｎ〕
によって算出される。

　従って、各設定回転数に対応する所要時間Ｔ〔ｍｉｎ〕は、以下のように各々算出される（図５参照）。
　《回転数：４５００ｒｐｍ》
　　所要時間Ｔ１＝７／０．５３＝１３．２〔ｍｉｎ〕
　《回転数：３５００ｒｐｍ》
　　所要時間Ｔ２＝７／０．４５＝１５．５〔ｍｉｎ〕
　《回転数：２５００ｒｐｍ》
　　所要時間Ｔ３＝８／０．３７＝２１．６〔ｍｉｎ〕
　《回転数：１５００ｒｐｍ》
　　所要時間Ｔ４＝２５／０．２８＝８９．３〔ｍｉｎ〕

　これによると、プルダウン冷却開始時刻から目標温度へ到達する時刻までのイニシャルプルダウン時間Ｔｉｐｄ（ｘ）は、１３９．６〔ｍｉｎ〕となることが判る。一方、常に一定（１５００ｒｐｍ）の設定回転数で冷却機用コンプレッサを駆動させた場合、この場合のイニシャルプルダウン時間Ｔｉｐｄ（ｙ）は、約１６５〔ｍｉｎ〕である。従って、本実施例にあっては、イニシャルプルダウン時間Ｔｉｐｄ（ｘ）を約２５．５〔ｍｉｎ〕の短縮（１５％の短縮）に成功させている。

　一方、高い設定回転数の温度範囲が長時間設定されていない点にも注目すべきである。即ち、本実施例によれば、上述した温度範囲の決定方法によって、高い設定回転数の設定時間を短縮させる効果を具備させつつ、其の高い設定回転数が不当に長い時間設定されることはない。このように、本実施例では、高速回転の設定時間が過不足なく設定されることとなる。

　次に、エネルギー消費効率について説明する。図４は、設定回転数とエネルギー消費効率との関係が示されている。エネルギー消費効率とは、入力電力に対する庫内温度の低下熱量の比率を指し、ＣＯＰ値と呼ばれるものである。

　図４の効率特性を参照すると、設定回転数とＣＯＰ値との対応関係は、以下のものとなる。尚、効率特性とは、同図に示される実測データに基づいて推定・特定され得る数値的関係を言う。
　《回転数：４５００ｒｐｍ》
　　ＣＯＰ１＝１．６３
　《回転数：３５００ｒｐｍ》
　　ＣＯＰ２＝１．７３
　《回転数：２５００ｒｐｍ》
　　ＣＯＰ３＝１．７６
　《回転数：１５００ｒｐｍ》
　　ＣＯＰ４＝１．７６

　これによると、目標温度ＤＥＧ０に到達するまでのＣＯＰ値は、上記ＣＯＰ１～ＣＯＰ４の加重平均（時間成分によって重みづけされた平均値）によって求められ、其のＣＯＰ値（ＣＯＰｘ）は１．７４である。これに対し、１５００ｒｐｍの一定回転数でプルダウン冷却させた場合、ＣＯＰ値（ＣＯＰｙ）は１．７６である。従って、本実施例によると、ＣＯＰ値の高い回転数（１５００ｒｐｍ）の場合と比較して、ＣＯＰ値は０．８％程度しか低下していないことが判る。

　図５に示す如く、本実施例によれば、高回転（４５００ｒｐｍ，３５００ｒｐｍ等）の設定時間が冗長設定されない為、トータルのＣＯＰ値（ＣＯＰｘ）は、損失分Ｓが小さく、其の値（ＣＯＰｘ）の低下が効果的に抑えられる。

　また、高回転（４５００ｒｐｍ，３５００ｒｐｍ等）の設定時間が冗長化されない為、目標温度に到達するまでの残りの時間は、ＣＯＰ値の高い設定回転数によって冷却機用コンプレッサが運転されることとなる。即ち、ＣＯＰ値の最も高い高効率温度範囲ΔＤ４に対応する設定回転数で運転される時間は、高回転の設定時間が抑えられる為、十分に長い時間確保されることとなる。そして、この時間配分が、プルダウン冷却のトータルのＣＯＰ値を悪化させない理由となる。

　また、温度範囲に着目するならば、高効率温度範囲ΔＤ４が他の何れの温度範囲ΔＤ１～ΔＤ３よりも広い範囲に割当てられる為、高ＣＯＰ値の運転時間が十分に確保されていると言うこともできる。

　本実施例に係る制御装置１９によると、高回転制御時の温度範囲が過剰設定されない為、エネルギー消費効率（ＣＯＰ値）の低下が抑制され、併せて、目標温度へ到達するまでの所要時間（即ち、プルダウン冷却工程全体での平均冷却速度）の低下も抑制できる。従って、本実施例では、エネルギー消費効率及び冷却性能の双方の共生が図られることとなる。

　本実施例２は、実施例１に係る制御装置について様々な改変例が加えられている。以下、実施例１で説明した同一構成又は同一機能部については同じ符号を付し、其の説明を省略することとする。

　図６に示す如く、本実施例では、プルダウン冷却における設定回転数が、４５００ｒｐｍ，３０００ｒｐｍ，１６００ｒｐｍ，１２００ｒｐｍ，の中から選択されることとなる。

　設定される回転数と冷却速度との対応関係を以下に記す。
　《回転数：４５００ｒｐｍ》
　　冷却速度Ｖａ＝０．５３〔ｄｅｇ／ｍｉｎ〕
　《回転数：３０００ｒｐｍ》
　　冷却速度Ｖｂ＝０．４１〔ｄｅｇ／ｍｉｎ〕
　《回転数：１６００ｒｐｍ》
　　冷却速度Ｖｃ＝０．２９〔ｄｅｇ／ｍｉｎ〕
　《回転数：１２００ｒｐｍ》
　　冷却速度Ｖｄ＝０．２６〔ｄｅｇ／ｍｉｎ〕

　本実施例では、回転数が４５００ｒｐｍから３０００ｒｐｍに切換る際と、３０００ｒｐｍから１６００ｒｐｍへ切換る際について、定回転切換温度が所定の関数で設定される。以下、この定回転数切換温度を算出する際に必要となるパラメータ比を記す。
　・Ｒａｂ＝Ｖｂ／Ｖａ＝０．７７
　・Ｒｂｃ＝Ｖｃ／Ｖｂ＝０．７１

　図７の（ａ）に示す如く、プルダウン冷却開始温度ＤＥＧｘから目標温度ＤＥＧ０へ到達するまでに、ＤＥＧ１～ＤＥＧ３〔ｄｅｇ〕が設定される。このうち、ＤＥＧ１及びＤＥＧ２〔ｄｅｇ〕は、以下の如く算出される。
　・ＤＥＧ１〔ｄｅｇ〕＝Ｒａｂ×ＤＥＧｘ＝０．７７×４７＝３６〔ｄｅｇ〕
　・ＤＥＧ２〔ｄｅｇ〕＝Ｒｂｃ×ＤＥＧ１＝０．７１×４１＝２６〔ｄｅｇ〕

　尚、設定回転数（１２００ｒｐｍ）は、目標温度ＤＥＧ０近傍でのオーバーシュートを防ぐために設けられるものである（調整回転数）。本実施例では、この回転数の範囲を設定するため、ＤＥＧ２＝５〔ｄｅｇ〕としている。従って、本実施例では、調整回転数の温度範囲に応じて、回転数（１６００ｒｐｍ）の温度範囲が狭められる。

　以下、定回転温度範囲によって割当てられる各温度範囲を記す。
　・ΔＤ１＝ＤＥＧｘ－ＤＥＧ１＝（１－Ｒａｂ）×ＤＥＧｘ＝１１〔ｄｅｇ〕
　・ΔＤ２＝ＤＥＧ１－ＤＥＧ２＝（１－Ｒｂｃ）×ＤＥＧ１＝１０〔ｄｅｇ〕
　一方、温度範囲ΔＤ４は、庫内温度を目標温度へ収束させる観点から、５〔ｄｅｇ〕として設定する。従って、高効率温度範囲ΔＤ３は、残りの２１〔ｄｅｇ〕とされる。

　これらの温度範囲の各所要時間Ｔ〔ｍｉｎ〕を算出すると、以下の通りである。
　《回転数：４５００ｒｐｍ》
　　所要時間Ｔ１＝１１／０．５３＝２０．６〔ｍｉｎ〕
　《回転数：３０００ｒｐｍ》
　　所要時間Ｔ２＝１０／０．４１＝２４．４〔ｍｉｎ〕
　《回転数：１６００ｒｐｍ》
　　所要時間Ｔ３＝２１／０．２９＝７２．４〔ｍｉｎ〕
　《回転数：１２００ｒｐｍ》
　　所要時間Ｔ４＝５／０．２６＝１９．２〔ｍｉｎ〕

　これによると、本実施例でのイニシャルプルダウン時間Ｔｉｐｄ（ｘ）は、１３６．６〔ｍｉｎ〕となることが判る。即ち、本実施例では、定回転（１５００ｒｐｍ）でのイニシャルプルダウン時間Ｔｉｐｄ（ｙ）と比較して１７％の時間短縮に成功させている。即ち、更に効果的に、プルダウン冷却のトータルの時間短縮が行われる。

　次に、エネルギー消費効率の検証に入る。図４の効率特性を参照すると、本実施例で採用される設定回転数とＣＯＰ値との対応関係は、以下のものとなる。
　《回転数：４５００ｒｐｍ》
　　ＣＯＰ１＝１．６３
　《回転数：３０００ｒｐｍ》
　　ＣＯＰ２＝１．７６
　《回転数：１６００ｒｐｍ》
　　ＣＯＰ３＝１．７８
　《回転数：１２００ｒｐｍ》
　　ＣＯＰ４＝１．７１

　これによると、目標温度ＤＥＧ０に到達するまでのＣＯＰ値は、上記ＣＯＰ１～ＣＯＰ４の加重平均（時間成分によって重みづけされた平均値）によって求められ、其のＣＯＰ値（ＣＯＰｘ）は１．７３である（図８参照）。即ち、本実施例では、１２００ｒｐｍのような低回転数で一定制御させるよりも、エネルギー消費効率が良いということが判る。また、１５００ｒｐｍの一定回転数でプルダウン冷却させた場合、ＣＯＰ値（ＣＯＰｙ）は１．７６である。従って、本実施例によると、ＣＯＰ値の高い回転数（１５００ｒｐｍ）の場合と比較して、ＣＯＰ値は１．７％程度しか低下していないことが判る。この場合のＣＯＰ値（ＣＯＰｘ）は、実施例１におけるＣＯＰ値（ＣＯＰｘ）と比較して幾分劣るが、これは、調整回転数（１２００ｒｐｍ）が追加的に設定された為である。しかし、本実施例によるＣＯＰ値（ＣＯＰｘ）は、１５００ｒｐｍでのＣＯＰ値（ＣＯＰｙ）に対して、僅か２％も劣るものでなく、其の値が十分に維持されているものと言えよう。

　更に、本実施例によると、設定回転数（１６００ｒｐｍ）が高効率温度範囲ΔＤ３に対応している。この設定回転数（１６００ｒｐｍ）は、他の設定回転数よりもＣＯＰ値が高く（図４参照）、其の設定時間が長い為、トータルのＣＯＰ値の低下回避に寄与している。特に、図４で示される効率特性からＣＯＰ値の極大値を割出し、これに対応する回転数を高効率温度範囲とすることで、プルダウン冷却におけるトータルのＣＯＰ値の低下を効果的に抑制できる。

　ところで、本実施例では、調整温度範囲ΔＤ４を設けて、トータルのＣＯＰ値を低下させてしまっている。しかし、目標温度に到達した後をも含めたＣＯＰ値にあっては、オーバーシュートに伴う冷却機用コンプレッサの不要な動作が抑制されるので、結果として其の値が改善されることとなる。

　本実施例は、上述した実施例に対する更なる改善例である。図９に示す如く、本実施例に係る冷凍機１０には、庫外温度計２１が追加構成されている。庫外温度計２１は、庫外の外気温度を測定する装置である。当該庫外温度計２１は、計測結果を電気信号に変換し、これを制御装置１９へ送信する。

　冷却性能を示す性能特性は、ヒートリーク量を無視できない場合、庫外温度の影響が大きくなる。このため、庫外温度が変動すれば、パラメータ比もこれに応じて変わり、上述した定回転開始温度，定回転切換温度，各温度範囲等を改めなければならない。本実施例は、かかる問題を改善すべく検討されたものであり、図１０に示す如く、庫外温度毎に作成されたマップ情報を用いて、より適正な温度範囲を設定させようとするものである。

　従って、本実施例に係る制御装置１９では、庫外温度に基づいて用いるべきマップ情報を選定し（図１０参照）、選択されたマップ情報に基づいて温度範囲等を設定させる。このように複数のマップ情報を準備しておくことで、庫外温度の変動に対応した温度範囲の設定が可能となり、これにより、冷却速度とエネルギー消費効率との双方の共生点をより詳細に特定させることが可能となる。

　尚、本発明は、上述した実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載される技術的思想に基づいて種々の変更が可能である。例えば、冷却性能パラメータは、冷却速度を示すパラメータに限らず、冷凍機の冷却システムに投入される電力量，又は，冷媒循環量等を示すパラメータであっても良い。また、「パラメータ比に基づき形成される関数」とは、上述した実施例で示される算式に限らないことは言うまでもない。

　本発明は、冷却機に用いられる冷却機用コンプレッサ制御装置にとって有用であり、特に、冷却機用コンプレッサへ配備される制御モータの回転数制御に有用である。

１０　冷却機，　１１　冷却機用コンプレッサ，　１９　冷却機用コンプレッサ制御装置，　ｒｐｍ　設定回転数，　ΔＤ１～ΔＤ４　温度範囲，　Ｖａ～Ｖｄ　冷却性能パラメータ，　Ｒａ～Ｒｄ　冷却性能パラメータ同士の比。

Claims

　目標温度へ到達するまでに割当てられた各温度範囲に対応して冷却機用コンプレッサの設定回転数の各々を一定回転数に設定し、前記目標温度へプルダウン冷却させる過程で前記設定回転数を段階的に低下させる冷却機用コンプレッサ制御装置において、
　前記各温度範囲のうち少なくとも一つの温度範囲は、前記設定回転数の各々に対応する冷却性能パラメータ同士の比に基づき形成される関数によって割当てられる、ことを特徴とする冷却機用コンプレッサ制御装置。
　前記冷却性能パラメータは、前記設定回転数で運転された場合の冷却速度を示すパラメータである、ことを特徴とする請求項１に記載の冷却機用コンプレッサ制御装置。
　前記各温度範囲のうち第１の温度範囲に対応する設定回転数を第１の設定回転数とした場合、前記第１の設定回転数に対応する冷却性能パラメータを第１の冷却性能パラメータとし、且つ、前記第１の温度範囲の目標温度側へ隣接する第２の温度範囲に対応する設定回転数を第２の設定回転数とした場合、前記第２の設定回転数に対応する冷却性能パラメータを第２の冷却性能パラメータとすると、
　前記第１の温度範囲は、前記第１の設定回転数へ切換えられる定回転開始温度から、前記第２の設定回転数へ切換えられる定回転切換温度までの範囲として割当てられ、
　前記定回転切換温度は、前記第１の冷却性能パラメータに対する前記第２の冷却性能パラメータの比に基づき設定される、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷却機用コンプレッサ制御装置。
　前記各温度範囲のうち少なくとも一つは、前記設定回転数に対応するＣＯＰ値のうち最も高いＣＯＰ値とさせる高効率設定回転数が設定され、
　前記高効率温度範囲は、前記第１の温度範囲とされる何れの温度範囲よりも広い範囲に割当てられる、ことを特徴とする請求項３に記載の冷却機用コンプレッサ制御装置。
　前記高効率温度範囲では、ＣＯＰ値を極大とさせる設定回転数によって冷却機用コンプレッサが運転される、ことを特徴とする請求項４に記載の冷却機用コンプレッサ制御装置。