(57)【要約】【課題】安価な電流センサ４８でモータ電流を検出しても、正確に圧縮機４の制御が行えるようにする。【解決手段】圧縮機制御装置２４を、圧縮機４の吸入冷媒圧を検出する低圧センサ２２、圧縮機４のモータの駆動周波数を制御するインバータ回路４２、モータ電流を検出する電流センサ４８を備える電流検出回路４３、低圧センサ２２からの信号に基づきモータの駆動周波数を演算してインバータ回路４２に出力し、、各駆動周波数に対応して電流検出回路４３からの信号と実際に供給されているモータ電流との関係を示すデータベース５１を予め備え、該データベース５１により当該モータ電流を演算算出して、その結果に基づきモータがオーバーロードであるか否かを判断し、オーバロードの場合にはモータでの電力供給を停止させる制御部４４とを設ける。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機に吸入される冷媒圧を検出する低圧センサと、
前記圧縮機の圧縮要素を駆動するモータの駆動周波数を制御するインバータ回路と、
前記モータに供給されるモータ電流を検出する電流検出回路と、
前記低圧センサからの信号に基づき前記モータの駆動周波数を演算して前記インバータ回路に出力すると共に、各駆動周波数に対応して前記電流検出回路からの信号と実際に供給されている前記モータ電流との関係を示すデータベースを予め備え、前記インバータ回路に出力した駆動周波数及び前記電流検出回路からの信号に基づき前記データベースにより当該モータ電流を演算算出して、その結果に基づき前記モータがオーバーロードであるか否かを判断し、オーバロードの場合には前記モータでの電力供給を停止させる制御部とを備えることを特徴とする圧縮機制御装置。
【請求項２】
前記電流検出回路が、前記モータに供給されるモータ電流により誘導電圧を発生する電流センサを備えることを特徴とする請求項１記載の圧縮機制御装置。
【請求項３】
前記電流検出回路が、前記電流センサからの出力信号を平滑する平滑回路と、該平滑回路により平滑された信号を分圧して前記制御部における入力信号範囲の信号にする分圧回路とを備えることを特徴とする請求項２記載の圧縮機制御装置。
【請求項４】
前記データベースが、各駆動周波数に対応して前記電流検出回路からの信号と実際に供給されている前記モータ電流との関係を示す数値テーブル又は、各駆動周波数に対応して前記電流検出回路からの信号と実際に供給されている前記モータ電流との関係を示す関係式により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の圧縮機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍装置において用いられる圧縮機の運転を制御する圧縮機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷凍装置では、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を放熱させる放熱器、放熱して液状化した冷媒を貯留するレシーバタンク等を備えて、冷媒を冷凍回路中を循環させるようにしている。
【０００３】
例えば、ショーケース等では、室内側に配設されて商品等を冷却して陳列する室内ユニットと、室外側に設置されて室内ユニットと冷媒配管により接続された室外ユニットとを備えて、室外ユニットには、アキュムレータ、圧縮機、オイルセパレータ、放熱器、レシーバタンク等が設けられ、室内ユニットには膨張弁、蒸発器等が設けられている。
【０００４】
そして、圧縮機で圧縮された冷媒は、放熱器で放熱して液状化する。このとき、圧縮機の摺動部を潤滑するために潤滑油が用いられているが、この潤滑油が冷媒と共に当該圧縮機から吐出されるので、オイルセパレータにより潤滑油を分離して圧縮機に戻している。
【０００５】
放熱器で放熱して液状化した冷媒は、レシーバタンクに貯留され、当該レシーバタンクから室内ユニットに供給される。
【０００６】
室内ユニットでは、膨張弁により冷媒を膨張させ、蒸発器で蒸発させることにより冷熱を発生して、商品等の冷却を行う。
【０００７】
その後、冷媒は室外ユニットに戻り、アキュムレータで気液分離されて、気体の冷媒のみが圧縮機に戻る。
【０００８】
このとき、熱負荷の変動が生じた場合には、圧縮機の運転周波数を制御することにより冷凍能力の増減を行うようになっている。
【０００９】
図６は、かかる圧縮機の運転制御を行う制御装置１０１のブロック図で、整流回路１０２、インバータ回路１０３、電流検出回路１０４、低圧センサ１０５、制御部１０６等を有している（特許文献１参照）。
【００１０】
そして、電源からの電力は整流回路１０２によりダイオードモジュール１０７で整流され、インダクタンスコイル１０８及びコンデンサ１０９で平滑化されて、インバータ回路１０３で周波数制御が行われて圧縮機１１０のモータが駆動される。
【００１１】
このときインバータ回路１０３で周波数制御されるが、この周波数は圧縮機１１０の冷媒吸入圧を低圧センサ１０５で検出し、その結果に基づき制御部１０６が最適の周波数を演算して決定した周波数である。
【００１２】
これにより、圧縮機１１０は熱負荷変動に対して最適な周波数で運転されて、かかる熱変動に対応することが可能になっている。
【００１３】
一方、何らかの理由により、圧縮機１１０のモータに過電流が流れることが想定される。このような場合に、そのまま電力を供給し続けるとモータの焼失等が起きるため、ホール素子等からなる電流検出回路１０４でモータ電流を検出して、その検出値が規定値以上になった場合には運転を停止する等の制御を行うようにしている。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−１０１６９１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ホール素子は高価であるので安価な電流センサ（ＣＴ）を用いた構成が望まれるが、この場合には以下に述べるような理由で、圧縮機１１０のモータに供給されている電流値が正確に検出できず、圧縮機１１０を適正に制御できなくなってしまう問題があった。
【００１６】
即ち、先に説明したように制御部１０６は熱負荷の変動に対応するために、圧縮機１１０の駆動周波数を演算し、この周波数でインバータ回路１０３が周波数制御を行っている。従って、モータに供給される電流の周波数は、その状況に応じて変化する。
【００１７】
図７は、電流センサの構成を示した図で、当該電流センサ１１１はインダクタンスコイル１１２と抵抗１１３とが直列接続された構成で、電源ライン１１４に交流電流が流れると、そのとき発生する交流磁界によりインダクタンスコイル１１２に誘導電圧が発生するのを利用して、その電圧値から電流値を検出するものである。
【００１８】
このような電流センサ１１１で電流検出を行うと、図８に示すように、その出力は周波数依存性をもち、正確な電流が検出できなくなってしまう。
【００１９】
図８において、実線は同じ電流値を周波数２０，４０，６０Ｈｚで流した際に電流センサ１１１から出力される電圧波形（電流波形）を示し、点線は実際の電圧波形（電流波形）を示している。
【００２０】
そこで、本発明は、このような安価な電流センサで電流値を検出しても、正確に圧縮機の制御が行えるようにした圧縮機制御装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、圧縮機に吸入される冷媒圧を検出する低圧センサと、圧縮機の圧縮要素を駆動するモータの駆動周波数を制御するインバータ回路と、モータに供給されるモータ電流を検出する電流検出回路と、低圧センサからの信号に基づきモータの駆動周波数を演算してインバータ回路に出力すると共に、各駆動周波数に対応して電流検出回路からの信号と実際に供給されているモータ電流との関係を示すデータベースを予め備え、インバータ回路に出力した駆動周波数及び電流検出回路からの信号に基づきデータベースにより当該モータ電流を演算算出して、その結果に基づきモータがオーバーロードであるか否かを判断し、オーバロードの場合にはモータでの電力供給を停止させる制御部とを備えて、モータ電流を検出する電流検出回路からの信号を補正等して正確に圧縮機の制御が行えるようにしたことを特徴とする。
【００２２】
請求項２にかかる発明は、電流検出回路が、モータに供給されるモータ電流により誘導電圧を発生する電流センサを備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項３にかかる発明は、電流検出回路が、電流センサからの出力信号を平滑する平滑回路と、該平滑回路により平滑された信号を分圧して制御部における入力信号範囲の信号にする分圧回路とを備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項４にかかる発明は、データベースが、各駆動周波数に対応して電流検出回路からの信号と実際に供給されているモータ電流との関係を示す数値テーブル又は、各駆動周波数に対応して電流検出回路からの信号と実際に供給されているモータ電流との関係を示す関係式により形成されていることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明に適用される冷凍装置の概略構成を示す図で、当該冷凍装置１は圧縮機４や放熱器５等を備えて室外等に配設される室外ユニット２と、膨張弁６や蒸発器７等を備えて熱利用空間側に配設される室内ユニット３とを主要構成としている。
【００２６】
なお、本実施の形態では冷凍装置１により冷熱を利用する場合について説明するが、温熱を利用する場合も適用可能であることは言うまでもない。また、冷媒として従来から用いられているＨＦＣ冷媒等を例に説明するが二酸化炭素冷媒を用いても良い。
【００２７】
そして、室外ユニット２における圧縮機４で圧縮された冷媒は、放熱器５で放熱して液状化する。液状化した冷媒は、冷媒配管により室内ユニット３に送られ、膨張弁６で膨張されて蒸発器７で蒸発することにより冷熱を発生する。その後冷媒は冷媒配管により室外ユニット２に戻り圧縮機４で圧縮される。
【００２８】
図２は、このような室外ユニット２の構成を詳細に示した図である。当該室外ユニット２は、放熱器５、ストレーナ１１、アキュムレータ１２、圧縮機４、オイルセパレータ１３、レシーバタンク１４、フィルタドライヤ１５、冷媒注入装置２０等を備えている。
【００２９】
そして、室内ユニット３から戻ってきた冷媒は、ストレーナ１１、アキュムレータ１２、圧縮機４、オイルセパレータ１３へと流動して放熱器５に流入し、その後レシーバタンク１４、フィルタドライヤ１５等を経て室内ユニット３に供給される。
【００３０】
ストレーナ１１は、室内ユニット３から室外ユニット２に戻った冷媒に含まれる不純物（摩耗粉等のゴミ）を除去するものである。アキュムレータ１２は、ストレーナ１１からの冷媒を気液分離して、圧縮機４で液圧縮が起きないように、気体の冷媒のみを当該圧縮機４に供給できるようにするものである。
【００３１】
圧縮機４は、図示しない圧縮室やモータを備えて、当該モータの動力により圧縮室の空間容積を拡大してアキュムレータ１２から供給される気体の冷媒を吸気し、その後当該圧縮室の空間容積を縮小して冷媒を圧縮するものである。
【００３２】
このような冷凍装置に適用される圧縮機４、スクロール圧縮機、ロータリ圧縮機、ピストン圧縮機等の種々の構成の圧縮機４の適用が可能であり、複数の圧縮室を備えて多段圧縮する圧縮機４にも適用できる。
【００３３】
この圧縮機４には、ケース内の圧力を検出する高圧センサ２１、低圧センサ２２及び高圧圧力計２３が設けられると共に、高圧センサ２１や低圧センサ２２に圧縮機制御装置２４が接続されている。
【００３４】
そして、圧縮機制御装置２４は低圧センサ２２からの信号に基づき当該圧縮機４の運転停止の制御を行い、また高圧センサ２１からの信号が所定レベルを超えたときに圧縮機４を強制停止させて予め設定された異常圧力以上にならないようにしている。このときの圧力は、高圧圧力計２３により視認可能になっている。
【００３５】
図３は、このような圧縮機制御装置２４における要部構成を示した図で、該圧縮機制御装置２４は、整流回路４１、インバータ回路４２、電流検出回路４３、制御部４４等を有している。
【００３６】
そして、電源からの電力は整流回路４１によりダイオードモジュール４５で整流され、インダクタンスコイル４６及びコンデンサ４７で平滑化され、インバータ回路４２で周波数制御が行われて圧縮機４のモータが駆動される。
【００３７】
このときインバータ回路４２で周波数制御されるが、この周波数は圧縮機４の冷媒吸入圧を低圧センサ２２で検出し、その結果に基づき制御部４４が最適の周波数を演算して決定した周波数である。
【００３８】
これにより、圧縮機４は熱負荷変動に対して最適な周波数で運転されて、かかる熱変動に対応することが可能になっている。
【００３９】
一方、圧縮機４のモータ電流（Ｍｉ）は、電流検出回路４３で検出される。この電流検出回路４３は、図７に示したような電流センサ４８、該電流センサ４８からの出力を平滑する平滑回路４９、平滑された電圧を分圧する分圧回路５０を備えている。
【００４０】
そして、電流センサ４８により検出されたモータ電流（Ｍｉ）に対応する電圧が、平滑回路４９で平滑されて分圧回路５０で分圧される。
【００４１】
制御部４４では、各種の制御処理がディジタル処理され、信号の取込みには所定時間（サンプリング時間）を必要とする。しかし、図８に示すように、電流センサ４８で検出された信号は、ピーク値を超えると急激に変化するので、当該ピーク値が取込めるように、コンデンサ等からなる平滑回路４９で当該ピーク値の急激な変化を緩和させるようにしている。
【００４２】
また、制御部４４の信号入力には入力信号範囲があり、この入力信号範囲より大きなレベル等の信号が入力しないように、平滑回路４９で平滑された電流センサ４８からの信号を分圧回路５０で抵抗分圧している。
【００４３】
このようにして、制御部４４には電流検出回路４３からの検出値（Ｍｖ）が入力し、当該検出値（Ｍｖ）に基づきモータ電流−検出値のデータベース５１から実際に流れているモータ電流（Ｍｉ）が求められる。
【００４４】
このモータ電流−検出値のデータベース５１は、図４に示すような、検出値（Ｍｖ）とそのときに流れているモータ電流（Ｍｉ）との関係が、駆動周波数毎にテーブル化して予め記憶されている。無論、数値テーブルでなく、関数形式で記憶しておくことも可能である。
【００４５】
この結果、モータ電流（Ｍｉ）が規定値（Ｉｔ）より大きい場合には（Ｍｉ＞Ｉｔ）、制御部４４は何らかの理由でオーバーロード状態にあると判断して圧縮機４の運転を停止等させる制御を行う。
【００４６】
図５は、このような制御手順を示した図で、圧縮機４の制御が開始されると、制御部４４は低圧センサ２２からの信号に基づきモータの運転周波数を予め設定された条件の下で演算する（ステップＳ１）。
【００４７】
そして、演算結果をインバータ回路４２に出力し、当該インバータ回路４２がその周波数でモータを駆動する（ステップＳ２）。
【００４８】
次に、制御部４４は、電流検出回路４３からの検出値（Ｍｖ）を取込み（ステップＳ３）、当該検出値（Ｍｖ）に基づきモータ電流−検出値のデータベース５１から実際に流れているモータ電流（Ｍｉ）を求める（ステップＳ４）。
【００４９】
求めたモータ電流（Ｍｉ）が規定値（Ｉｔ）以上であるか否かを判断し（ステップＳ５）、規定値（Ｉｔ）以下の場合には、ステップＳ１に戻り上述した手順を繰返すが、規定値（Ｉｔ）以上の場合には、オーバーロードと判断して圧縮機４の運転を停止する（ステップＳ６）。
【００５０】
例えば、図４で、モータがオーバーロードとなる規定値（Ｉｔ）が５５Ａに設定されており、制御部４４が低圧センサ２２からの信号に基づき演算した運転周波数が２０Ｈｚの場合を考える。
【００５１】
このとき、電流検出回路４３からの検出値（Ｍｖ）が２Ｖであった場合には、モータ電流（Ｍｉ）は４５Ａであるのでモータはオーバーロードではない。しかし、検出値（Ｍｖ）が２．５Ｖであった場合には、モータ電流（Ｍｉ）は６２Ａであるのでモータはオーバーロードとなる。
【００５２】
このように、電流検出回路４３からの検出値（Ｍｖ）に基づき正確なモータ電流（Ｍｉ）を算出することで、安価な電流センサ４８を用いても適正に圧縮機４の運転制御が可能になり、コストダウンが図れると共に信頼性が向上する。
【００５３】
オイルセパレータ１３は、圧縮機４内における各種の摺動部（例えば、モータの回転軸や圧縮室を形成する複数の部材間の当接部）を潤滑した潤滑油のうち冷媒と共に吐出された潤滑油を分離するもので、分離された潤滑油は潤滑油戻管２５を介して圧縮機４に戻るようになっている。
【００５４】
放熱器５は、圧縮されて高温高圧になった冷媒と外気とを熱交換させて、当該冷媒を放熱させるもので、外気は送風機２６により送風されている。
【００５５】
なお、冷媒としてＨＦＣ冷媒等が用いられている場合には、冷媒はこの放熱器５で放熱することにより凝縮して液化するが、二酸化炭素の場合には液相と気相との混合状態（超臨界状態）となる。
【００５６】
しかしながら、先にも述べたように、本発明は、冷媒としてＨＦＣ冷媒等に限らず二酸化炭素も利用可能であるので、二酸化炭素を用いた場合も含めて、冷媒は当該放熱器５で「液状化」すると記載する。
【００５７】
レシーバタンク１４は、放熱器５で液状化した冷媒を貯留するもので、室内ユニット３側での熱負荷の変動に対して過不足無く冷媒が供給できるようにしている。
【００５８】
このレシーバタンク１４には、可溶栓２７が設けられて、例えば室外ユニット２を収納する家屋が火災を起したような場合に、その熱で冷凍装置１中の冷媒が加熱されて破裂しないように、所定の温度（可溶栓２７の融点）になると溶融して冷凍装置１内の冷媒を大気に放出することで破裂を防止している。
【００５９】
フィルタドライヤ１５は、冷媒に水分が含まれていると室内ユニット３における蒸発器７で蒸発した際に、この水分が凍り、冷媒回路を詰らせたりしないように、当該水分を除去するものあり、モイスチャーインジケータ２８は循環する冷媒を視認して、冷媒量やフィルタドライヤ１５に用いられているフィルタの交換時期を判断するため等に用いられるものである。
【００６０】
また、冷媒注入装置２０は、抽出管２９、ストレーナ３０、サーモバルブ３１、キャピラリーチューブ３２、感温筒３４、注入制御弁３７等を有して、先に述べたようにレシーバタンク１４に貯留されている液状化冷媒の一部を圧縮機４に注入している。
【００６１】
抽出管２９は、レシーバタンク１４に接続されて、当該レシーバタンク１４に貯留されている液状化した冷媒を抽出するものであり、ストレーナ３０は抽出した冷媒に含まれるゴミを除去するものである。
【００６２】
なお、抽出管２９は液状化した冷媒の一部を抽出して圧縮機４に注入できるようにするためのものであるため、レシーバタンク１４に接続するばかりでなく放熱器５より室内ユニット３側の冷媒配管に接続しても良い。
【００６３】
このように、放熱器５より室内ユニット３側の冷媒配管に接続する構成にすると、レシーバタンク１４を持たない冷凍装置においても本発明が適用可能になり、利用範囲が広まる利点がある。
【００６４】
感温筒３４は、圧縮機４の吐出管３８に密着して取付けられおり、サーモバルブ３１は感温筒３４検出温度により弁の開度が調整されて圧縮機４に注入する冷媒量を制御するためのものである。
【００６５】
キャピラリーチューブ３２は、圧縮機４の起動時等におけるように感温筒３４によるサーモバルブ３１の制御の遅れを補う目的で、サーモバルブ３１に並列に接続されたものである。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、圧縮機に吸入される冷媒圧を検出する低圧センサと、圧縮機の圧縮要素を駆動するモータの駆動周波数を制御するインバータ回路と、モータに供給されるモータ電流を検出する電流検出回路と、低圧センサからの信号に基づきモータの駆動周波数を演算してインバータ回路に出力すると共に、各駆動周波数に対応して電流検出回路からの信号と実際に供給されているモータ電流との関係を示すデータベースを予め備え、インバータ回路に出力した駆動周波数及び電流検出回路からの信号に基づきデータベースにより当該モータ電流を演算算出して、その結果に基づきモータがオーバーロードであるか否かを判断し、オーバロードの場合にはモータでの電力供給を停止させる制御部とを備えたので、モータ電流を検出する電流検出回路からの信号を補正等して正確に圧縮機の制御が行えるようになり信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用される冷凍装置の概略構成図である。
【図２】室外ユニットの詳細構成を示す図である。
【図３】圧縮機制御装置のブロック図である。
【図４】モータ電流と電流検出回路の出力との関係からなるデータベースを説明する図である。
【図５】圧縮機制御装置の制御手順を示す図である。
【図６】電流センサの構成を示す図である。
【図７】従来の技術の説明に適用される圧縮機制御装置のブロック図である。
【図８】電流センサの出力は径を示す図である。
【符号の説明】
１  冷凍装置
２  室外ユニット
３  室内ユニット
４  圧縮機
２４  圧縮機制御装置
４１  整流回路
４２  インバータ回路
４３  電流検出回路
４４  制御部
４８  電流センサ
４９  平滑回路
５０  分圧回路
５１  データベース
【図１】
2004297981.tif 000003
【図２】
2004297981.tif 000004
【図３】
2004297981.tif 000005
【図４】
2004297981.tif 000006
【図５】
2004297981.tif 000007
【図６】
2004297981.tif 000008
【図７】
2004297981.tif 000009
【図８】
2004297981.tif 000010