(57)【要約】【課題】低負荷時においても信頼性の高い安定した運転を維持すること。【解決手段】本発明の冷凍装置は、容量可変に駆動される圧縮機７、凝縮器９、膨張弁１３、蒸発器１５からなる冷凍サイクルと、膨張弁１３と蒸発器１５を含む冷却器１１が設けられ、冷却器１１により冷却された被冷却媒体により冷却される冷却負荷とを備えている。ここで、冷却器１１は複数設けられて圧縮機７と凝縮器９との間に並列に接続され、圧縮機７は、この圧縮機７の吸入圧力に基づいて運転容量が制御され、運転容量に基づいて冷却器１１の運転台数が制御されるようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量可変に駆動される圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器からなる冷凍サイクルと、前記膨張弁と前記蒸発器を含む冷却器が設けられ、該冷却器により冷却された被冷却媒体により冷却される冷却負荷とを備え、
前記冷却器は複数設けられて前記圧縮機と前記凝縮器との間に並列に接続される冷凍装置であって、
前記圧縮機は、該圧縮機の吸入圧力に基づいて運転容量が制御され、該運転容量に基づいて前記冷却器の運転台数が制御されることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記圧縮機はインバータで駆動され、前記吸入圧力に基づいて運転周波数が制御される圧縮機であって、該運転周波数に基づいて前記冷却器の運転台数が制御され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】
前記圧縮機は複数設けられて並列に配置され、前記吸入圧力に基づいて運転台数が制御される圧縮機であって、該圧縮機の運転台数に基づいて前記冷却器の運転台数が制御されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記冷却負荷には、該冷却負荷の温度を検出する温度センサーが設けられ、該温度センサーの検出温度が前記圧縮機の運転を開始するサーモオン温度と運転を停止するサーモオフ温度との間にあるときに、前記冷却器の運転台数を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記冷却負荷には、該冷却負荷の温度を検出する温度センサーが設けられ、該温度センサーの検出温度がサーモオン温度になると前記圧縮機の運転を開始させ、前記圧縮機の運転を停止させるサーモオフ温度になるまでの時間が設定時間よりも短いとき、前記圧縮機の次回の運転時には、前記圧縮機の運転周波数又は運転台数と前記冷却器の運転台数とを低減することを特徴とする請求項２又は３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、冷凍装置の運転を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、冷凍装置では、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順に冷媒配管により接続して構成される冷凍サイクルが用いられ、蒸発器により冷媒と熱交換された空気等の被冷却媒体を熱負荷に供給することで冷凍運転を行っている。
【０００３】
このような冷凍装置において、膨張弁と蒸発器を含む冷却器を冷蔵庫内に複数設けて並列に配置し、その冷却器の運転台数を適宜切り替えることができる冷凍装置が開示されている（特許文献１参照。）。これによれば、例えば、庫内温度や負荷の変動に応じて、冷却器の運転台数を適宜切り替えて運転することができるため、冷却能力を安定させることができる。
【０００４】
ところで、圧縮機の能力が一定の場合、蒸発器で要求される負荷が大きくなると、つまり庫内温度が上昇すると、圧縮機の吸入圧力は高くなり、逆に過冷却となって負荷が小さくなると、吸入圧力は低くなる。このため、冷凍運転を効率的に行うには、例えば、負荷の変動に基づいて圧縮機の運転容量を適切に制御することが必要になる。
【０００５】
これに対し、例えば、インバータで周波数制御される圧縮機の吸入圧力を検出し、その検出値に基づいて圧縮機の周波数を制御するようにした冷凍装置が開示されている（特許文献２参照。）。これによれば、吸入圧力の変化に応じて圧縮機の回転数を制御できるため、冷凍装置の冷却能力を負荷に応じて変化させることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２９４４７８号公報（第３頁、第２図）
【特許文献２】特開２００４−１１６９９５号公報（第６頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えば、特許文献２の冷凍装置のように、膨張弁と蒸発器を含む複数の冷却器を並列に接続する構成においては、負荷が減少して圧縮機の周波数が低下すると、冷媒循環量も減少することから、各膨張弁（例えば、温度式膨張弁）の弁開度を絞っても、冷媒の膨張が十分にされず、液戻りによる圧縮機の故障や、膨張弁の弁がオン／オフするハンチング運転などを招くおそれがある。
【０００８】
本発明は、低負荷時においても信頼性の高い安定した運転を維持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、本発明は、容量可変に駆動される圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器からなる冷凍サイクルと、膨張弁と蒸発器を含む冷却器が設けられ、冷却器により冷却された被冷却媒体により冷却される冷却負荷とを備え、冷却器は複数設けられて圧縮機と凝縮器との間に並列に接続される冷凍装置であって、圧縮機は、この圧縮機の吸入圧力に基づいて運転容量が制御され、運転容量に基づいて冷却器の運転台数が制御されることを特徴とするものである。
【００１０】
これによれば、例えば、負荷が減少して圧縮機の吸入圧力が低下しても、圧縮機の運転容量が自動的に小さく設定されるため、負荷変動に応じて適切な冷凍能力を発揮することができ、運転効率を向上できる。
【００１１】
また、圧縮機の運転容量が減少すると、冷媒循環量は減少するが、運転容量の減少に応じて冷却器の運転台数も減らすように制御されるため、その分運転中の冷却器に流れる冷媒量を増やすことができる。つまり、圧縮機の運転容量が小さくなっても、膨張弁には所定の膨張機能を発揮し得る量の冷媒が流れるため、運転容量の変化に追従して膨張弁の弁開度を変化させることができる。これにより、液戻り運転や膨張弁のハンチング運転に伴う冷却不良を回避することができ、信頼性の高い安定した運転を維持することができる。
【００１２】
この場合において、圧縮機はインバータで駆動され、吸入圧力に基づいて運転周波数が制御される圧縮機であって、運転周波数に基づいて冷却器の運転台数を制御するようにしてもよい。
【００１３】
また、圧縮機は複数設けられて並列に配置され、吸入圧力に基づいて運転台数が制御される圧縮機であって、この圧縮機の運転台数に基づいて冷却器の運転台数を制御するようにしてもよい。これによれば、例えば、インバータ駆動の圧縮機を備えることなく、上記の発明と同様の効果を得ることができる。
【００１４】
また、冷却負荷には、冷却負荷の温度を検出する温度センサーが設けられ、この温度センサーの検出温度が圧縮機の運転を開始するサーモオン温度と運転を停止するサーモオフ温度との間にあるときに、冷却器の運転台数を制御するようにしてもよい。すなわち、例えば、冷却負荷の温度がサーモオン温度以上のときは、冷却能力の確保を優先させてすべての冷却器を運転させ、サーモオン温度とサーモオフ温度の間のときだけ冷却器の運転台数を制御することにより、制御の効率を向上させることができる。
【００１５】
また、温度センサーの検出温度がサーモオン温度になると圧縮機の運転を開始させ、圧縮機の運転を停止させるサーモオフ温度になるまでの時間が設定時間よりも短いとき、圧縮機の次回の運転時には、圧縮機の運転周波数又は運転台数と冷却器の運転台数とを低減するようにしてもよい。これによれば、例えば、負荷が小さく容器内温度が比較的安定しているときは、不必要な運転容量の増加を行わなくて済むため、省エネ運転を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明が適用される冷凍装置の系統図である。
【００１８】
本実施形態の冷凍装置は、コンデンシングユニット１、冷凍冷蔵庫３、制御装置５を備えて構成される。
【００１９】
コンデンシングユニット１には、冷媒配管で接続されたインバータ圧縮機７と凝縮器９が収納されている。インバータ圧縮機７は、例えば、制御装置５からの指令によって運転周波数が可変に制御されるようになっている。冷凍冷蔵庫３には、２台の冷却器１１が配置されている。各冷却器１１には、冷媒配管で接続された温度式膨張弁１３と蒸発器１５が収納されている。各冷却器１１の冷媒入側に接続される冷媒配管には、冷媒液用電磁弁１７が設けられている。
【００２０】
コンデンシングユニット１の冷媒出側と冷媒入側には、それぞれ高圧冷媒配管１９と低圧冷媒配管２１が接続されており、これらの配管を介して２台の冷却器１１が並列に接続されることにより、冷凍サイクルが構成される。なお、凝縮器９、蒸発器１５の近傍には、空気を送風するファン（図示せず）が設けられている。
【００２１】
インバータ圧縮機７の吸入側の低圧冷媒配管２１には、インバータ圧縮機７の吸入側の冷媒圧力を検知する圧力センサー２３が設けられている。冷凍冷蔵庫３の内部には、庫内温度を検知する温度センサー２５が設けられている。そして、各センサーにより検出された情報は、電気配線２７を通じて制御装置５に入力され、この入力情報に基づいて、制御装置５は、冷媒液用電磁弁１７の弁開閉の指令や冷却器１１の運転指令を電気配線２７を通じて出力するようになっている。
【００２２】
次に、このように構成される冷凍装置において、冷凍サイクルの動作について説明する。
【００２３】
まず、コンデンシングユニット１において、低圧冷媒配管２１を通じてインバータ圧縮機７に吸入された低圧のガス冷媒は、圧縮されて高温、高圧の冷媒となった後、凝縮器９に導かれて冷却され、凝縮液化される。ここで液化された高圧冷媒は、例えば、冷却器１１が２台とも運転するときは、高圧冷媒配管１９を流れて分岐され、それぞれ冷媒液用電磁弁１７を介して冷却器１１に導かれる。
【００２４】
冷却器１１に流入した液冷媒は、温度式膨張弁１３に導かれて減圧され、低温の冷媒となった後、蒸発器１５に送られて庫内の空気と熱交換し、蒸発して低圧のガス冷媒となる。ここでガス化された低圧の冷媒は、低圧側冷媒配管２１において合流し、インバータ圧縮機７に吸い込まれて再び圧縮されることにより、冷凍サイクルを循環する。また、蒸発器１５において冷却された空気は、ファンにより庫内を循環し、庫内を所望の温度まで冷却する。
【００２５】
次に、このような冷凍サイクルの基本的な運転制御の一例について説明する。
【００２６】
まず、冷却器１１においては、温度センサー２５の検出温度が、コンデンシングユニット１を駆動させるため予め設定されたサーモオン温度以上になると、すべての冷媒液用電磁弁１７及び冷却器１１に対し、制御装置５から運転指令が出力される。これにより、冷媒液用電磁弁１７は開となり、冷却器１１が運転状態となる。さらに、コンデンシングユニット１に対しても、制御装置５から運転指令が出力されることにより、例えば、圧力センサー２３の検出圧力が予め設定された上限設定値以上になると、インバータ圧縮機７の運転が開始される。
【００２７】
インバータ圧縮機７は、圧力センサー２３の検出圧力に基づいて運転周波数が制御される。本実施の形態では、検出圧力が上限設定値以上のときは、運転周波数が増速され、検出圧力が上限設定値未満であって、下限設定値以上のときは、現状の運転周波数が維持され、下限設定値未満のときは、運転周波数が減速されて容量制御が行われるように設定されている。
【００２８】
続いて、このようなインバータ圧縮機７の運転に伴い、庫内温度が低下し、温度センサー２５の検出温度が、コンデンシングユニット１を停止させるため予め設定されたサーモオフ温度まで低下すると、冷媒液用電磁弁１７が閉となり、検出圧力が下限設定値より小さい所定の設定値まで低下したところでインバータ圧縮機７の運転が停止される。
【００２９】
また、制御装置５は、インバータ圧縮機７の運転周波数に基づいて、冷却器１１の運転台数を制御している。図２にインバータ圧縮機７の運転周波数に基づく冷却器１１の運転台数の制御の一例を示す。図に示すように、インバータ圧縮機７の運転周波数は、最大周波数を８０Ｈｚとしたとき、約半分の周波数の４１Ｈｚ以上のときに２台の冷却器１１が運転され、４０Ｈｚ未満のときに１台の冷却器１１が運転されるように設定される。
【００３０】
ところで、庫内温度が低下して負荷が小さくなると、検出圧力の低下に伴ってインバータ圧縮機７の運転周波数が低下し、冷媒循環量が減少する。このとき、冷却器１１の運転台数によっては、各冷却器１１を流れる冷媒量が減少し、温度式膨張弁１７による弁開度がインバータ圧縮機７の運転容量の変化に追従できなくおそれがある。
【００３１】
これに対し、本冷凍装置では、インバータ圧縮機７の運転周波数に基づいて冷却器１１の運転台数を制御するようにしているから、運転容量の減少に応じて冷却器１１の運転台数を適宜減らすことができ、これにより冷却器１１を流れる冷媒量を増やすことができる。このため、本冷凍装置では、温度式膨張弁１３の膨張機能を十分に発揮することができるため、液戻り運転による圧縮機７の故障や、温度式膨張弁１３の弁がオン／オフするハンチング運転等の冷却不良に至る問題を解消し、信頼性の高い安定した運転状態を得ることができる。
【００３２】
ここで、冷却器１１を停止させるときは、それまでの運転時間が長い方の冷却器１１を優先的に停止させることが好ましい。これによれば、各冷却器１１の運転時間を均一化できるため、特定の冷却器１１が着霜過多となることを防ぐことができる。
【００３３】
また、冷却器１１の運転台数の制御を開始するのは、温度センサー２５が検知する庫内温度がサーモオン温度とサーモオフ温度との間とし、温度センサー２５の検出温度がサーモオン温度以上のときは、冷却器１１の運転台数を最大とすることが好ましい。すなわち、庫内温度がサーモオン温度以上のときは、通常圧力センサー２３の検出圧力は上限設定値以上となり、インバータ圧縮機７の運転容量が次第に大きくなることから、すべての冷却器１１を運転させた方が、冷却器１１の不必要なオン／オフ運転を抑制することができる。
【００３４】
次に、本発明が適用される第２の実施形態の冷凍装置について説明する。
【００３５】
図３は、本実施形態における冷凍装置の系統図である。この冷凍装置は、コンデンシングユニット１において圧縮機を３台並列に接続して構成したものであり、その他の構成及びその作用は、第１の冷凍装置と同じである。ここで用いる圧縮機３１は、必ずしもインバータ圧縮機である必要はなく、例えば、回転数が固定した圧縮機を用いることができる。
【００３６】
このように圧縮機３１を複数備えたマルチ冷凍装置の場合は、圧力センサー２３の検出圧力に基づいて圧縮機３１の運転台数が制御される。例えば、検出圧力が上限設定値以上のときは、圧縮機３１の運転台数を増やし、下限設定値未満のときは、圧縮機３１の運転台数を減らすように制御することにより、圧縮機３１の運転周波数を増減させる場合と同様、負荷の変化に応じて圧縮機３１の運転容量を制御できる。
【００３７】
図４に圧縮機の運転台数に基づく冷却器の運転台数の制御の一例を示す。なお、説明を容易にするため、冷却器１１が３台設置される例を用いて説明する。
【００３８】
図４に示すように、圧縮機３１と冷却器１１の設置台数が同じときは、圧縮機３１と冷却器１１の運転台数が同じになるように、圧縮機３１の運転台数の変化に応じて冷却器１１の運転台数も変化するように制御する。また、例えば、圧縮機３１が２台、冷却器１１が４台のように、圧縮機３１の設置台数が冷却器１１の設置台数よりも多いときは、例えば、圧縮機３１が２台運転するとき、冷却器１１を４台運転するものとし、圧縮機３１の運転台数が１台に減ったときは、冷却器１１の運転台数もこれに併せて２台減らすというように、運転台数比が所定の台数比になるように制御することができる。
【００３９】
これにより、圧縮機３１の運転容量が小さくなっても、温度式膨張弁１３の膨張機能を十分に確保することができるため、温度式膨張弁１３の追従が可能となり、圧縮機３１への液戻りが生じたり、温度式膨張弁１７の弁がオン／オフのハンチング運転となったりする等の冷却不良に至る問題を解消し、信頼性の高い安定した運転状態を得ることができる。
【００４０】
また、例えば、庫内温度がサーモオン温度となり、圧縮機が駆動した後、サーモオフ温度まで到達する時間が予め設定された時間よりも短いときは、次のサーモオン時において、インバータ圧縮機の運転周波数もしくは圧縮機の運転台数、及び冷却器１１の運転台数を低減する制御を追加するようにしてもよい。これによれば、例えば、冷却負荷が小さく庫内温度が比較的安定しているときは、不必要な運転容量の増加を行わなくて済むため、省エネ運転を実現できる。なお、サーモオン時からサーモオフ時までの到達時間が短く、次の起動を例えば最小容量とした場合でも、一定時間経過後に庫内温度がサーモオン温度以下に低下しないときは、速やかに本制御を解除して通常の容量制御に戻し、冷却不足とならないようにする。
【００４１】
以上述べたように、本発明を適用した冷凍装置によれば、コンデンシングユニット１の運転容量の変化に応じて冷却器１１の運転台数を適宜切り替えることができるため、負荷の状態によらず、信頼性の高い安定した運転を維持することができる。
【００４２】
また、上記の実施の形態では、圧縮機として周波数制御又は台数制御を、膨張弁として温度式膨張弁を、冷却器として２台並列に配置する例を用いて、それぞれ説明したが、これらの例に限定されるものではなく、例えば、圧縮機では容量可変となる他の構成を用いてもよいし、冷却器では３台以上備えていてもよく、いずれも圧縮機の容量に基づいて冷却器の運転台数を制御するものであれば、本発明の効果を得ることができるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態の冷凍装置の系統図である。
【図２】冷却器の運転台数の制御の一例を示す制御図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の冷凍装置の系統図である。
【図４】冷却器の運転台数の制御の一例を示す制御図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  コンデンシングユニット
３  冷凍冷蔵庫
５  制御装置
７  インバータ圧縮機
９  凝縮器
１１  冷却器
１３  温度式膨張弁
１５  蒸発器
１７  冷媒液用電磁弁
２３  圧力センサー
２５  庫内温度センサー
３１  圧縮機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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