(57)【要約】冷凍プラントは、圧縮機と、凝縮コイルと、膨張弁と、蒸発器とを有する冷凍機循環路を有する。熱は蒸発器内で吸収され、凝縮器の所で使い尽される。圧縮機入口の所で圧力が測定され、凝縮器の熱伝達面に低温の空気を吹き付けるブロワのシステムが、圧力測定値に応じて制御される。
2013508662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機入口の所の低圧循環路から低圧冷媒を受け取り圧縮して高圧冷媒を生成するように結合された圧縮機と、前記高圧冷媒を受け取るように結合された凝縮器であって、前記凝縮器から熱を放出する少なくとも１つの熱伝達面を有し、冷却された高圧冷媒を膨張弁に供給する凝縮器と、少なくとも１つの熱伝達面上に冷却空気を吹き付けるブロワのシステムとを有し、前記低圧循環路内の圧力に応じて前記ブロワを制御するように構成されたブロワ制御装置を有することを特徴とする冷凍プラント。
【請求項２】
前記ブロワ制御装置は、前記低圧循環路内の圧力を示す可変の出力を供給するように構成されたセンサに結合されている、請求項１に記載の冷凍プラント。
【請求項３】
前記ブロワ制御装置は、前記圧力を入力とするアルゴリズムに応じてファンを制御するように構成されたプロセッサを有する、請求項２に記載の冷凍プラント。
【請求項４】
前記制御装置は、前記圧縮機入口の所の前記流体圧力に応じて吐出圧を求め、求められた前記吐出圧に基づいて前記ブロワを制御するように動作可能である、請求項３に記載の冷凍プラント。
【請求項５】
前記ブロワ制御装置は、求められた前記吐出圧と測定された吐出圧との差に基づいて前記ブロワを制御するように動作可能である、請求項４に記載の冷凍プラント。
【請求項６】
前記ブロワ制御装置は、測定された周囲温度に応じて前記ブロワを制御するように動作可能である、請求項１から５のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項７】
１ｋｗから２０ｋｗの間の冷却容量を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項８】
単一の圧縮機を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項９】
定速の圧縮機を有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１０】
圧縮機と、凝縮器を冷却するブロワとを有する冷凍プラントを制御する方法であって、圧縮機入口の所で圧力を測定することと、測定された前記圧力に応じて前記ブロワを制御することとを含む方法。
【請求項１１】
前記圧縮機の入口圧力を入力とするアルゴリズムに応じてファンを制御することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧縮機入口の所の流体圧力に応じて吐出圧を求めることと、求められた前記吐出圧に基づいて前記ブロワを制御することとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記圧縮機の出口の所の吐出圧の測定値を受け取ることと、求められた前記吐出圧と前記吐出圧の前記測定値との差に基づいて前記ブロワを制御することとを含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１４】
周囲温度の測定値を受け取ることと、前記周囲温度の前記測定値に応じて前記ブロワを制御することとを含む、請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
本明細書において添付の図面を参照して実質的に説明される冷凍プラントを制御する方法。
【請求項１６】
請求項１０から１５のいずれか１項に記載の方法を実行するようにプロセッサをプログラム動作可能な指示を含むコンピュータプログラム製品。
【請求項１７】
請求項１０から１５のいずれか１項に記載の方法を実行するようにプログラムされたプロセッサ。
【請求項１８】
請求項１から９のいずれか１項に記載の冷凍プラントまたは請求項１７に記載のプロセッサを有する冷凍機。
【請求項１９】
本明細書において添付の図面を参照して実質的に説明される冷凍プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍プラントおよびそれを制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍プラントは、圧縮機と、凝縮コイルと、膨張弁と、蒸発器とを備える冷凍循環路を有し、膨張弁と蒸発器は通常、冷凍機キャビネットまたはフリーザキャビネット内に配置される。熱は蒸発器内で吸収され、凝縮器の所で使い尽される。
【０００３】
典型的な設備における冷凍容量需要は著しく変動することがある。たとえばスーパーマーケットおよび倉庫に見られるような冷凍容量が通常数十キロワットから最大数百キロワットである大きな設備では、基本的に並列に連結された複数の（たとえば３台〜１０台の）圧縮機がある場合があり、圧縮機需要の変動に対処するように負荷に応じて１台または２台以上の圧縮機を選択的に駆動することができる。しかし、複数の圧縮機を有する設備はコストがかかり、制御が複雑であり、大型であり、したがって、少数の冷凍機キャビネットしか有さない場合がある小さな店舗のようなより小さな設備には非実用的であり、従来、冷凍設備は通常、平均的な需要向けに構成されており、一般に、需要が予想される需要のいずれかの側にあるときの稼働状況は非効率的になり、周囲条件は予期される最大設計点とは異なる条件になる。
【０００４】
凝縮器および／または蒸発器上の空気流を増大させるために１つまたは複数のファンを設けることが公知である。いくつかの構成では、凝縮器と組み合わされたファンが、ある温度よりも高い温度、または凝縮器と組み合わされた循環路の高圧側におけるある圧力よりも高い圧力でのみ動作し、したがって、ファンがある温度または圧力よりも高い温度または圧力でのみ動作して、ファンの騒音を軽減し、かつシステムを吐出圧が不十分にならないように保護して膨張弁が正常に動作するのを可能にするように、このファンを制御することが公知である。  
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、典型的には容量が約１ｋＷ〜２０ｋＷ、より典型的には２．５ｋＷ〜約１０ｋＷの中型の冷凍設備を提供することである。このような容量は、可変容量駆動装置も機械的容量変更装置も有さない気密圧縮機に典型的な容量である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様によれば、本発明は、圧縮機入口の所の低圧循環路から低圧冷媒を受け取り圧縮して高圧冷媒を生成するように結合された圧縮機と、高圧冷媒を受け取るように結合され、凝縮器から熱を放出する少なくとも１つの熱伝達面を有し、冷却された高圧冷媒を膨張弁に供給する凝縮器と、少なくとも１つの熱伝達面上に冷却空気を吹き付けるブロワのシステムとを有し、低圧循環路内の圧力に応じてブロワを制御するように構成されたブロワ制御装置を特徴とする冷凍プラントを提供する。
【０００７】
一実施態様によれば、本発明は、圧縮機入口の所の低圧循環路から低圧冷媒ガスを受け取り圧縮して高圧冷媒ガスを生成するように結合された圧縮機と、高圧冷媒を受け取るように結合され、凝縮器から熱を放出する少なくとも１つの熱伝達面を有し、冷却された高圧液体冷媒を膨張弁に供給する凝縮器と、少なくとも１つの熱伝達面上に冷却空気を吹き付けるブロワのシステムとを有し、低圧循環路内の圧力に応じてブロワを制御するように構成されたブロワ制御装置を特徴とする冷凍プラントを提供する。
【０００８】
本発明によれば、低圧循環路の圧力に従ってブロワ／ファンを制御することによって、単に所与の圧力または温度でファンをオンに切り替える従来の構成と比べて、需要が変動しかつ有利な周囲分散方式を採る典型的な設備において効率を驚くほど改善することができる。特に、典型的なプラントの出力容量を通常動作時に著しく増大することができ、すなわち、圧縮機は通常、より低いデューティサイクルで動作し、エネルギー消費量が低減する。
【０００９】
ブロワ制御装置は、低圧循環路内の圧力を示す可変出力を供給するように構成されたセンサに結合され、かつブロワ制御装置は、圧力を入力とするアルゴリズムに応じてファンを制御するように構成されたプロセッサを有することが好ましい。
【００１０】
通常、ブロワ制御装置は、圧縮機入口の所の流体圧力に応じて吐出圧を求め、求められた吐出圧に基づいてブロワを制御するように動作可能である。ブロワ制御装置は、求められた吐出圧と測定された吐出圧との差に基づいてブロワを制御することが好ましい。ある可能性では、ブロワ制御装置は、測定された周囲温度に応じてブロワを制御するように動作可能である。ある可能性では、固定蒸気変位圧縮機を有する冷凍プラントが設けられる。
【００１１】
一実施態様では、冷凍プラントは固定蒸気変位圧縮機を有する。
【００１２】
一態様では、圧縮機と、凝縮器を冷却するブロワとを有する冷凍プラントを制御する方法であって、圧縮機入口の所で圧力を測定することと、測定された圧力に応じてブロワを制御することとを含む方法が提供される。
【００１３】
通常、ファンおよび／またはブロワは、圧縮機入口圧力を入力とするアルゴリズムに応じて制御される。任意に、本発明による方法は、圧縮機入口の所の流体圧力に応じて吐出圧を求めることと、求められた吐出圧に基づいてブロワを制御することとを含む。このような方法は、圧縮機出口の所の吐出圧の測定値を受け取ることと、求められた吐出圧および吐出圧の測定値との差に基づいてブロワを制御することとを含むことが好ましい。
【００１４】
ある可能性では、本発明による方法は、周囲温度の測定値を受け取り、周囲温度の測定値に応じてブロワを制御する。
【００１５】
一実施形態では、制御装置は、蒸気形態の冷媒の圧力温度関係に対応する圧力電圧測定値をトランスデューサから受け取る。圧縮機は、測定された吸入圧によってオンとオフとで切り替わり、吸入圧は、蒸発器制御装置が、所望の空間温度に対する所定の制御値が満たされたときに機械的ソレノイド弁を閉じ、膨張弁への液体流を妨げることにより冷媒が枯渇することによって低下する。圧縮機は、蒸発器内の残りの蒸気を除去して圧力を低下させ、次に、設定されたＬＰ点に達したときにオフに切り替わる。このユニットは、蒸発器制御装置がソレノイド弁を開いて液体冷媒を蒸発器空間に流入させ、その結果、圧力を圧縮が必要になる必須値まで上昇させることによって吸入圧が上昇したときに再び作動させられる。圧縮機がオンに切り替わると、ブロワが、最初は事前に設定された最小値で作動させられ、次に、測定されたＬＰ値に対して第２の圧力−電圧トランスデューサによって読み取られた所望のＨＰ値を満たすように作動させられる。ブロワは、自動的に必要なｈｐ値を実現するように調整するアルゴリズムに応じて所望の吐出点のいずれかの側の制御帯域で動作する。制御パラメータは、常に２つのトランスデューサから可変入力電圧信号を受け取って解釈し、出力信号を圧縮機（固定）およびブロワ（可変）に供給するコンピュータプログラム／アルゴリズム内に事前に設定される。ブロワ出力は、最低許容ブロワ速度と最高ブロワ速度との間で増減する電圧出力を実現し、ブロワは、加速／減速して測定ＬＰ値に関連する最低凝縮温度（ＨＰ）を維持する。
【００１６】
本発明の各例は、本発明の各例に従って動作させられる冷凍プラントを有する冷凍機ユニット、フリーザユニット、チェストフリーザ、貯蔵容器、および倉庫を提供する。
【００１７】
本発明は、本明細書において説明する方法のいずれかを実施することと本明細書において説明する装置の特徴のいずれかを具体化することの少なくとも一方を行うコンピュータプログラムおよびコンピュータプログラム製品と、本明細書において説明する方法のいずれかを実施することと本明細書において説明する装置の特徴のいずれかを具体化することの少なくとも一方を行うプログラムが記憶されたコンピュータ可読媒体を提供する。
【００１８】
本発明は、本明細書において説明する方法のいずれかを実施することと本明細書において説明する装置の特徴のいずれかを具体化することの少なくとも一方を行うコンピュータプログラムを具体化する信号と、そのような信号を送信する方法と、本明細書において説明する方法のいずれかを実施することと本明細書において説明する装置の特徴のいずれかを具体化することの少なくとも一方を行うコンピュータプログラムをサポートするオペレーティングシステムを有するコンピュータ製品を提供する。
【００１９】
本発明は、本明細書において添付の図面を参照して実質的に説明するような方法と装置の少なくとも一方を拡張する。
【００２０】
本発明の一態様における任意の特徴を本発明の他の態様に任意に適切に組み合わせて適用してもよい。特に、方法態様を装置態様に適用してよく、逆に装置態様を方法態様に適用してもよい。
【００２１】
また、一般にハードウェアで実現される特徴をソフトウェアで実現してよく、逆にソフトウェアで実現される特徴をハードウェアで実現してもよい。本明細書におけるソフトウェアおよびハードウェアの特徴のあらゆる参照をそのように解釈すべきである。
【００２２】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付の図面を参照して一例としてのみ詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一例による冷凍ユニットおよび制御システムの非常に概略的な図である。
【図２】本発明による冷凍ユニットの高圧側および低圧側の温度のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１の例は、冷媒流体（通常、蒸気）を凝縮器１４内に圧縮するように結合された圧縮機１０を有し、凝縮器１４において、流体が、液体に凝縮されて熱を放出し、その後、膨張弁２０を通過させられて蒸発器１８に送り込まれ、蒸発器１８において、流体が、熱を吸収して蒸発させられ、その後圧縮機１０に戻される冷凍循環路２２を有する冷凍ユニット制御システムを示している。膨張弁２０への流体流は、凝縮器１４と膨張弁２０の間に結合されたソレノイド弁８によって制御される。
【００２５】
制御装置１６は、凝縮器１４上に強制的に空気を送り凝縮器１４を冷却する冷却ファンまたはブロワ１２を制御するように結合されている。制御装置１６は、凝縮器１４および蒸発器１８に結合され、冷凍ユニットのこれらの部分の温度と圧力の少なくとも一方を監視する。言い換えれば、制御装置１６は、それぞれ圧縮機入口（吸入点）および圧縮機出口（吐出点）の所で圧力を測定するように位置する圧力センサ１６ａおよび１６ｂに結合されている。凝縮器圧力（以下ではＨＰと呼ぶ）と蒸発器圧力（以下ではＬＰと呼ぶ）が制御装置１６によって比較され、圧縮機動作エンベロープおよび測定吸入点（圧縮機入力）での最適凝縮圧力に基づいて最適動作状態を導くのに使用される。ファン速度は、これらのパラメータに応じて、所望の動作状態を実現するように制御される。蒸発器センサ６は、システムの蒸発器１８側（たとえば、冷凍空間または冷凍機キャビネット内）に結合された熱電対などの温度センサを有し、測定された空間温度に基づいてソレノイド弁８を制御するように動作可能である。
【００２６】
トランスデューサ１６ａは、圧力温度関係、たとえば、蒸気形態の冷媒の圧力および／または温度に基づく電圧を制御装置１６に供給する。動作時において、蒸発器制御装置６は、所望の空間（またはキャビネット）温度が実現されたことを検知すると、ソレノイド弁８を閉じるように制御する。これによって、液体が膨張弁に流れるのが防止される。圧縮機は、測定された吸入圧、すなわち圧縮機入口の所の圧力に応答してスイッチがオンとオフとに切り替わるように構成されている。吸入圧が選択された値を超えると、圧縮機のスイッチがオンに切り替えられて蒸発器から冷媒を除去し、それによって圧力を低下させる。選択された低圧値に達すると、圧縮機のスイッチがオフに切り替わる。
【００２７】
蒸発器制御装置６は、しきい値空間（またはキャビネット）温度を超えたことを検知すると、ソレノイド弁８を開くように制御する。これによって、液体が膨張弁まで流れ、蒸発器に流入することができる。蒸発器制御装置６は、所望の空間（またはキャビネット）温度が実現されたことを検知すると、ソレノイド弁８を閉じるように制御し、このサイクルが繰り返される。
【００２８】
圧縮機のスイッチがオンに切り替わると、ブロワ１２が最初は事前に設定された最低速度で作動させられる。次いで、ブロワ速度がトランスデューサ１６ａおよびトランスデューサ１６ｂによって得られた圧力測定値同士の差に基づいて調整される。したがって、ブロワ１６は、ＨＰ値を許容範囲内に維持するように吐出点（圧縮機出力）の所の圧力を制御するように動作する。制御装置１６は、ブロワ速度を制御し、事前に設定された制御パラメータおよび２つのトランスデューサ１６ａおよび１６ｂからの電圧信号に基づいて圧縮機のスイッチのオンとオフとを切り替える。制御装置１６は、２つのトランスデューサから入力された電圧信号を変換して出力信号を生成し圧縮機（固定速度）およびブロワ（可変速度）を制御する。ブロワは、速度を最低許容ブロワ速度と最高ブロワ速度との間で変化させる増減する電圧出力を使用して制御される。したがって、ブロワは、測定されたＬＰ値に関連する最低凝縮温度（ＨＰ）を維持するように加速または減速して制御される。
【００２９】
他の例では、制御装置１６は、センサ１６ａから圧縮機入口圧力の測定値を受け取る。制御装置１６は、測定された圧縮機入口圧力を選択されたスイッチオン圧力と比較する。測定された圧力がこのスイッチオン圧力を超えると、ファン制御装置１６は、ブロワ１２のスイッチをオンに切り替えて第１のファン速度で動作させる制御信号を生成する。測定された圧縮機入口圧力がこの選択されたしきい値レベルよりも高い間、ファン速度は、測定された圧力に比例して制御される。この制御に関する比例定数は、凝縮器のサイズおよび形状ならびに圧縮機の動作電力のような特定のシステムの特徴に応じて選択される。
【００３０】
通常、本発明の例では、吸入点（圧縮機入力）は、冷凍需要に応じて変化する。一般に、圧縮機は、動作するか動作しないかにかかわらず、可変速度動作用の容量を有さず、圧縮機がスイッチオンとオフの切り替えを過度に繰り返さないようにヒステリシスをもたせるように、低圧部内の圧力がターンオンしきい値よりも高くなったときに圧力スイッチが圧縮機をオンにし、圧力が通常ターンオンしきい値よりもわずかに小さいターンオフしきい値よりも低くなるまで圧縮機が動作する。制御装置１６は、センサ１６ａを使用して吸入圧を監視し、ブロワ１２を凝縮器を冷却するように制御する。これによって、より最適な（最低）対応する吐出圧を実現することができる。いくつかの例では、最適な吐出圧は、周囲温度を考慮して算出されるが、このことは必須ではない。
【００３１】
低騒音動作モードでは、システムの低圧部（たとえば、蒸発器）から得られる測定値の影響を軽減することができ、ブロワ１２の動作は、最低値を超える高圧を維持するように高圧測定値に基づいて弱められ、制御される。ＨＰ測定値を使用して、低騒音高圧状態を維持するようにファン／ブロワが調整される。一般に、これは、最大限の蒸発圧力設定値での最低凝縮点として選択される。効率上の理由で、「平均的な」状態は一般に、圧縮機の最低凝縮温度の最高値、たとえば３０℃である。電力消費量の増大を犠牲にしてファンの騒音をさらに低減させるには、この値を大きくすればよい。言い換えれば、様々なＬＰ条件で動作することのできる事前に構成されたパッケージユニットが正常にかつ効率的に動作できるように、この条件は一般に、圧縮機の最低凝縮温度の最高値、たとえば３０℃、に事前に設定される。
【００３２】
最低凝縮温度は圧縮機の吸入によって決まる。通常、凝縮温度を低下させる場合、圧縮機は、全差圧がより小さい状態で動作して成績係数（ＣＯＰ−冷却容量と入力電力との比）を向上させることができる。したがって、必要な圧縮機入力電力が少なくなる。所望の高圧値を維持するようにシステムを調整する標準的な設定では、このようなＣＯＰの有利な向上を実現することはできない。
【００３３】
有利なことに、本発明の例では、低圧力と高圧力が測定され、それによって、最適な公知の最低凝縮温度により近い温度での動作が可能になる。一例では、低圧値のみが測定される。
【００３４】
図２に示されているプロットでは、本発明の一例の機能が、高圧値対低圧値のプロットによって示されている。これらの値はそれぞれ、凝縮器および蒸発器の温度に相当する。通常、「経済的な」設定では、凝縮器圧力（ＨＰ設定）は吸入圧測定値（すなわち、吸入点で測定された圧力）に対して調整される。これによって、調整機能および効率が向上した冷凍プラントが実現される。
【００３５】
図２に示されているように、各値は２つの点で最も著しく変化している。これら２つの点（点１および点２）に対応するデータが表１に記載されている。ＨＰ最大設定値およびＨＰ最小設定値は、必要なＨＰ平均値よりも大きい差分値およびこのＨＰ平均値よりも小さい差分値に関係付けられ（これらの差分値に応じて選択され）てよい。これらの値は、点１および点２についての目標圧力として定められる。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
２バールの圧力差に関係する図２に示されているように、ファン速度は、ユニットがその最も効率的なモードで動作できるように最低凝縮温度を維持するように周囲温度の制約の範囲内で調整される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2013508662.tif 000008