(57)【要約】【課題】要求される様々な負荷側機器の使用態様に対応して適切に冷凍能力を制御できる汎用性の高い冷凍装置を実現する。【解決手段】冷凍装置１を、圧縮機２と、凝縮器３と、膨張弁４と、蒸発器５とを有してなる冷凍サイクル及び圧縮機の回転数を制御する制御器で構成し、この制御器には、圧縮機の吸入側の冷媒圧力に基づいて回転数を制御する第１のモードと、冷却負荷の温度に基づいて回転数を制御する第２のモードと、可変設定される設定回転数に基づいて回転数を制御する第３のモードとを備えさせ、第１乃至第３のモードのうちの１つを選択手段により選択することで上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを有してなる冷凍サイクルと、前記圧縮機の回転数を制御する制御器とを備えてなる冷凍装置において、
前記制御器は、前記圧縮機の吸入側の冷媒圧力に基づいて前記回転数を制御する第１のモードと、冷却負荷の温度に基づいて前記回転数を制御する第２のモードと、可変設定される設定回転数に基づいて前記回転数を制御する第３のモードとを備え、
前記第１乃至第３のモードのうちの１つを選択する選択手段が設けられてなることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記選択手段は、前記制御器又は前記制御器の外部に設けられてなることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記選択手段により前記第１又は第２のモードが選択された場合は、前記設定回転数が設定されているか否かを判定し、設定されている場合は、前記圧縮機の吸入側の冷媒圧力又は前記冷凍負荷の温度に関わらず、前記設定回転数に応じて前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置に係り、特に、負荷側機器の様々な使用態様に対応するのに好適な冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷凍サイクルを構成する圧縮機の回転数をインバータで可変制御することにより、例えば冷凍ショーケース、冷蔵ショーケース、冷凍倉庫、冷蔵倉庫などの負荷側機器の冷凍能力又は冷却能力を制御する冷凍装置が知られている。例えば、特許文献１には、圧縮機の吸入側の冷媒圧力を検出して設定基準値と比較し、比較結果に基づいて回転数をアップ又はダウンさせることが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−０６３７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、圧縮機吸入側の圧力を設定基準値と比較するのみであり、負荷側機器の様々な使用態様に対応して適切に圧縮機の回転数を制御して、冷凍又は冷却能力を制御することについて十分に考慮されていない。
【０００５】
例えば、負荷側機器の内部温度が急激に変化する場合は、内部温度の変化に対する圧縮機の吸入側圧力は二次的な変化になるため、制御遅れが発生して、負荷状態の判定や負荷側機器の内部温度制御が適切におこなわれない場合がある。
【０００６】
また、例えば数分先の負荷側機器の冷却負荷の増減が予測される場合に、予めその増減に対応した回転数で圧縮機を運転させたいという要望があったとしても、上記従来技術では十分に対応できない。
【０００７】
つまり、従来の技術は、負荷側機器の様々な使用態様に対応して、圧縮機の回転数制御装置を共通化あるいは標準化し、冷凍装置の汎用性を高めることについて考慮されていないので、負荷側機器の使用態様ごとに制御装置を設計・開発する煩雑さが発生するという問題がある。
【０００８】
本発明は、要求される様々な負荷側機器の使用態様に対応して適切に冷凍能力を制御できる汎用性の高い冷凍装置を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の冷凍装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを有してなる冷凍サイクルと、圧縮機の回転数を制御する制御器とを備えてなり、制御器は、圧縮機の吸入側の冷媒圧力に基づいて回転数を制御する第１のモードと、冷却負荷の温度に基づいて回転数を制御する第２のモードと、可変設定される設定回転数に基づいて回転数を制御する第３のモードとを備え、第１乃至第３のモードのうちの１つを選択する選択手段が設けられてなることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、圧縮機の回転数の制御モードとして、圧縮機の吸入側圧力に基づく制御モードだけではなく、冷却負荷の温度に基づく制御モードと、可変設定される設定回転数で圧縮機を運転させる制御モードとを採用している。また、これら３つの制御モードのうち、１つの制御モードを選択可能な選択手段を設けていることから、要求される負荷側機器の使用態様に対応して、最適な制御モードを任意に選択することができる。その結果、要求される様々な負荷側機器の使用態様に対応して適切に冷凍能力を制御できる汎用性の高い冷凍装置を実現することができる。
【００１１】
３つの制御モードのうち、冷却負荷の温度に基づく制御モードを選択すれば、例えば冷凍負荷の急激な変化にも追従性良く圧縮機の回転数を制御することができる。また、例えば蒸発器に多量の霜が付着した状態で冷凍装置を運転する場合は蒸発器の能力が低下するので、圧縮機の吸入側の圧力は実際の冷却負荷より低くなるが、冷却負荷の温度に基づく制御モードを選択することによって、実際の負荷状態を反映した圧縮機の回転数制御をおこなうことが可能である。
【００１２】
一方、例えば、１台の冷凍装置に複数台の負荷側機器が接続されるような場合は、冷却負荷温度に基づく圧縮機の回転数制御は困難な場合もあるため、圧縮機の吸入側圧力に基づく制御モードを選択すればよい。
【００１３】
また、例えば数分先に冷却負荷が増減することが予測できる場合は、圧縮機の回転数を可変設定する制御モードを選択し、負荷の増減に対応した回転数を設定することで、冷凍装置の冷却量を調整して、負荷に見合った安定した運転及び省エネルギを図ることができる。
【００１４】
ここで、選択手段は制御器に設けてもよいし、制御器の外部、例えば冷凍装置を遠隔から操作する操作室や、負荷側機器などに設けてユーザの使い勝手を向上させることもできる。
【００１５】
また、制御器は、選択手段により第１又は第２のモードが選択された場合は、設定回転数が設定されているか否かを判定し、設定されている場合は、圧縮機の吸入側の冷媒圧力又は冷凍負荷の温度に関わらず、設定回転数に応じて圧縮機の回転数を制御してもよい。
【００１６】
これによれば、選択手段によって第１又は第２のモードが選択されていたとしても、ユーザが設定回転数を設定すれば、これが優先されて圧縮機を制御することができるので、ユーザの意思に基づく圧縮機の制御を簡便におこなうことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、要求される様々な負荷側機器の使用態様に対応して適切に冷凍能力を制御できる汎用性の高い冷凍装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を適用してなる冷凍装置の実施例を図１〜図７を用いて説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、第１実施例の冷凍装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、冷凍装置１は、圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４、蒸発器５などを冷媒配管６で接続して形成された冷凍サイクルと、圧縮機２の回転数を可変制御するコントローラ１０などで構成されている。また、圧縮機２は、インバータ１１による可変容量式のものであり、凝縮器３と膨張弁４とは受液器１２と電磁弁１３を介して接続されている。
【００２０】
次に、冷凍装置１の基本的な動作について説明する。圧縮機２から吐出された冷媒ガスは、凝縮器３で冷却されて凝縮し液冷媒となって受液器１２に蓄えられる。その後、液冷媒は電磁弁１３、膨張弁４、蒸発器５などが設置される負荷側機器１５で被冷却物を冷却しながら蒸発し、再びガス冷媒となったのち圧縮機２へ吸入される。
【００２１】
次に、本発明の冷凍装置の特徴部であるコントローラ１０について詳細に説明する。コントローラ１０は、圧力センサ２０によって検出された圧縮機２の吸入側の冷媒圧力の信号に基づいて圧縮機２の回転数を制御する第１のモードと、温度センサ２２によって検出された負荷側機器１５の内部温度を温度調節器２３で変換した信号に基づいて圧縮機２の回転数を制御する第２のモードと、外部設定信号の設定手段２４によって可変設定される設定回転数に基づいて圧縮機２の回転数を制御する第３のモードとを備えている。そして、これら第１〜第３のモードのうちの１つを選択する切換えスイッチ２５が設けられている。
【００２２】
また、コントローラ１０には、入力手段２８及び表示器２９が設けられており、表示器２９を参照しながら後述する各種の設定が入力手段２８によりおこなわれるようになっている。
【００２３】
図２は、切換えスイッチ２５で第１のモードを選択、つまり設定値の種類を「圧縮機の吸入側圧力」に設定した場合の、吸入側圧力に基づく圧縮機２の回転数制御を説明する図である。
【００２４】
ここで、圧縮機２の能力を一定とした場合は、蒸発器５で要求される冷却負荷が大きくなると、つまり負荷側機器１５の内部温度が上昇すると、圧縮機２の運転中の吸入側の冷媒圧力は高くなり、逆に負荷が小さくなり負荷側機器１５の内部温度が低下すると吸入側圧力は低くなる。このように、負荷側機器１５の冷却負荷と圧縮機２の吸入側圧力には相関関係があるので、吸入側圧力を検知して圧縮機２の回転数を可変することにより、冷凍装置１の冷却能力を負荷側機器１５の負荷に応じて変化させる容量制御が可能となる。
【００２５】
コントローラ１０には、予め使用用途により圧縮機２の運転ＯＮ／ＯＦＦあるいは回転数のアップ／ダウンを決定するための設定基準値（Ａ値、Ｂ値、Ｃ値）が入力手段２８によって設定されている。そして、圧力センサ２０で検知された圧力値と設定基準値を比較し、比較結果に応じてインバータ１１に対して指令が送られ、圧縮機２の回転数制御がおこなわれる。
【００２６】
具体的には、吸入側圧力がＢ値以上かつＣ値以下の回転数維持領域になるように、圧縮機２の回転数制御がおこなわれ、吸入側圧力がＣ値より大きくなる場合は冷凍装置１の冷却能力が不足していると判断して、回転数を増加させる。逆に、吸入側圧力がＢ値より小さくなる場合は、冷凍能力が充足していると判断して回転数を減少させる。また、吸入側圧力が更に低下してＡ値以下になった場合は圧縮機２を停止させる。
【００２７】
図３は、切換えスイッチ２５で第２のモードを選択、つまり設定値の種類を「負荷側機器の内部温度」に設定した場合の、内部温度に基づく圧縮機２の回転数制御を説明する図である。
【００２８】
コントローラ１０には、予め使用用途により圧縮機２の運転ＯＮ／ＯＦＦあるいは回転数のアップ／ダウンを決定する内部温度の設定基準値（Ａ´値、Ｂ´値、Ｃ´値）が入力手段２８によって設定されている。そして、温度センサ２２で検知し温度調節器２３で電気信号に変換された内部温度と設定基準値とを比較し、比較結果に応じてインバータ１１に対して指令が送られ、圧縮機２の回転数制御がおこなわれる。
【００２９】
具体的には、内部温度がＢ´値以上かつＣ´値以下の回転数維持領域になるように、圧縮機２の回転数を制御するが、内部温度がＣ´値より大きくなる場合は冷凍装置１の冷却能力が不足していると判断して、回転数を増加させる。逆に、内部温度がＢ´値より小さくなる場合は、冷凍能力が充足していると判断して回転数を減少させるが、内部温度が更に低下してＡ´値以下になった場合は圧縮機２を停止させる。
【００３０】
図４は、切換えスイッチ２５で第３のモードを選択、つまり設定値の種類を「外部設定信号」に設定した場合の、外部設定信号に基づく圧縮機２の回転数制御を説明する図である。
【００３１】
コントローラ１０には、予め入力手段２８により任意の圧縮機回転数１、２が設定されている。そして、外部設定信号の設定手段２４は、Ｘ１〜Ｘ３のスイッチで構成されており、これらのスイッチ操作に応じてインバータ１１に対して指令が送られ、圧縮機２の回転数制御がおこなわれる。
【００３２】
具体的には、Ｘ１が閉になったときは回転数１で圧縮機２を運転し、Ｘ２が閉になったときは回転数２で圧縮機２を運転する。また、Ｘ３が閉になったときは圧縮機２を停止するようになっている。また、Ｘ１〜Ｘ３がいずれも開の場合は圧縮機２を停止させるようになっている。
【００３３】
このように、本実施例の冷凍装置では、圧縮機の回転数の制御モードとして、従来技術で用いられていた圧縮機の吸入側圧力に基づく制御モードだけではなく、冷却負荷の温度に基づく制御モードと、可変設定される設定回転数で圧縮機を運転させる制御モードとを採用している。また、これら３つの制御モードのうち、１つの制御モードを選択可能な選択手段である切換えスイッチを設けていることから、要求される負荷側機器の使用態様に対応して、最適な制御モードを任意に選択することができる。その結果、本実施例の冷凍装置によれば、要求される様々な負荷側機器の使用態様に対応して適切に冷凍能力を制御できる。
【００３４】
例えば、負荷側機器の冷凍負荷が急激に変化するような場合は、負荷側機器の内部温度に基づく制御モードを選択すれば、追従性良く圧縮機の回転数を制御することができる。
【００３５】
また、例えば、負荷側機器と冷凍装置の組合せが１対１で、負荷側機器の内部温度が−３０℃で圧縮機をＯＦＦし、−２８℃でＯＮさせるような制御をする場合、内部温度と蒸発温度との温度差を例えば１０℃で設計し、冷凍装置の冷媒にＲ４０４Ａを使用すると、圧縮機の吸入圧力変化は約３２〜４４ｋＰａと非常に小さくなる。このため、吸入側の圧力に基づく制御では、負荷側機器の負荷変動に対し圧縮機の回転数制御が困難であり、省エネルギ効果や内部温度の安定化が図りづらいが、内部温度に基づく制御モードを選択することで内部温度の制御が安定しておこなうことができ、負荷に見合った圧縮機の回転数で冷凍装置の高効率運転が可能となる。
【００３６】
一方、例えば、１台の冷凍装置に複数台の負荷側機器が接続されるような場合は、冷却負荷温度に基づく圧縮機の回転数制御は困難な場合もあるため、圧縮機の吸入側圧力に基づく制御モードを選択すればよい。
【００３７】
また、例えば数分先に冷却負荷が増減することが予測できる場合は、圧縮機の回転数を可変設定する制御モードを選択し、負荷の増減に対応した回転数を設定することで、冷凍装置の冷却量を調整して、負荷に見合った安定した運転及び省エネルギを図ることができる。
【実施例２】
【００３８】
図５は、本発明の第２実施例の冷凍装置の全体構成を示す図である。本実施例と、上述の第１実施例との相違は、コントローラ１０に、切換えスイッチ２５が設けられておらず、圧縮機の回転数の制御モードを外部選択手段３０によって選択する点のみであるので、他の部分の説明は省略する。
【００３９】
図６は、外部選択手段３０による外部選択信号と制御モードとの関係を示す図である。図６に示すように、外部選択手段３０は、スイッチＸ４〜Ｘ６で構成されており、閉になるスイッチの種類に応じて、吸入側圧力に基づく回転数制御、負荷側機器の内部温度に基づく回転数制御、外部設定信号に基づく回転数制御のうちのいずれか１つが選択される。そして、選択された制御モードにしたがって、実施例１と同様にインバータ１１に対し指令が送られ、圧縮機２の回転数制御がおこなわれる。
【００４０】
本実施例によれば、外部選択手段３０を、負荷側機器の使用態様に応じてコントローラ１０以外の場所に適宜設けることができる。例えば、蒸発器に多量の霜が付着した状態で冷凍装置を運転する場合は蒸発器の能力が低下して、圧縮機の吸入側の圧力は実際の冷却負荷より低くなり適切な制御がおこなわれない。しかし、例えば負荷側機器としての冷凍ショーケースなどに外部選択手段３０を設けておけば、蒸発器の着霜を発見したらその場で冷却負荷の温度に基づく制御モードを選択することができる。これにより、実際の負荷状態を反映し、適切な冷凍能力の制御を使い勝手よくおこなうことが可能である。
【００４１】
また、複数台の負荷側機器を一括で監視・操作するような場合は、操作室に外部選択手段３０を設けておき、使用態様に応じて適宜制御モードを簡便に選択することができる。
【実施例３】
【００４２】
図７は、第３実施例の冷凍装置の圧縮機制御のフローチャートを示す図である。本実施例は、上述の第１、第２実施例の冷凍装置のコントローラ１０における圧縮機制御の一部を変更したものであるので、第１、第２実施例と同一部分の説明は省略する。
【００４３】
図７に示すように、まず、圧縮機の制御を開始すると（Ｓ０）、コントローラ１０は、設定値の種類が吸入側圧力であるか否かを判定し（Ｓ１）、そうでない場合は、設定値の種類が負荷側機器の内部温度であるか否かを判定する（Ｓ２）。内部温度でない場合は、設定値の種類は外部設定信号であるので、設定手段２４により入力されている指令にしたがって圧縮機を制御する（Ｓ３）。
【００４４】
Ｓ１において吸入側圧力が選択されている場合は、設定手段２４による外部設定信号が入力されているか否か、つまり、図４におけるＸ１〜Ｘ３のうちのいずれかが閉になっているか否かを判定し（Ｓ４）、入力されていれば、入力されている指令にしたがって圧縮機を制御する（Ｓ３）。入力されていなければ、吸入側圧力に基づく圧縮機の制御をおこなう（Ｓ５）。
【００４５】
Ｓ２において負荷側機器の内部温度が選択されている場合も同様に、設定手段２４による外部設定信号が入力されているか否か、つまり、図４におけるＸ１〜Ｘ３のうちのいずれかが閉になっているか否かを判定し（Ｓ６）、入力されていれば、入力されている指令にしたがって圧縮機を制御する（Ｓ３）。入力されていなければ、吸入側圧力に基づく圧縮機の制御をおこなう（Ｓ７）。
【００４６】
すなわち、本実施例での圧縮機制御は、圧縮機の吸入側の圧力に基づく制御又は負荷側機器の内部温度に基づく制御が選択されている場合であっても、ユーザにより外部設定信号が入力された場合は、これを優先して適用する制御である。また、この場合、外部設定信号を入力するための設定手段２４は、使用態様に応じて使い勝手のよい場所に適宜設置することが可能である。
【００４７】
また、本実施例において、図４で説明したＸ１〜Ｘ３が全て開、つまりユーザにより外部設定信号が入力されていない状態の時は、吸入側圧力に基づく制御又は内部温度に基づく制御のいずれか一方の選択されている制御がおこなわれる。
【００４８】
本実施例の圧縮機制御によれば、例えば、負荷側機器１５における被冷却物の入庫量が予め増加することが把握できる場合は、これに対応した高い回転数（例えば、図４で説明した回転数１）の信号を、減少することが把握できる場合は、これに対応した低い回転数（例えば、図４で説明した回転数２）を、設定手段２４で設定するのみでよい。これにより、予め負荷側機器１５の負荷状態に見合った冷凍装置１の冷却量に調整ができ、負荷側機器１５の内部温度の安定化と冷凍装置の高効率運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１実施例の冷凍装置の全体構成を示す図である。
【図２】吸入側圧力に基づく圧縮機の回転数制御を説明する図である。
【図３】内部温度に基づく圧縮機の回転数制御を説明する図である。
【図４】外部設定信号に基づく圧縮機の回転数制御を説明する図である。
【図５】第２実施例の冷凍装置の全体構成を示す図である。
【図６】外部選択信号と制御モードとの関係を示す図である。
【図７】第３実施例の冷凍装置の圧縮機制御のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  冷凍装置
２  圧縮機
３  凝縮器
４  膨張弁
５  蒸発器
１０  コントローラ
１５  負荷側機器
２５  切換えスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008069989.tif 000008
【図７】
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