(57)【要約】【課題】凝縮器用送風機の回転数制御を行うことにより、効率向上を図る。【解決手段】冷凍装置は、圧縮機１、凝縮器２及び回転数制御可能な凝縮器用送風機１４を備えている。また、前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ１０１、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ１０２、及び前記凝縮器用送風機の回転数を制御する制御手段を備えている。この制御手段は、前記圧縮機の効率が最大となる圧縮機の圧力比の許容範囲が記憶され、前記吐出圧力センサと吸入圧力センサの検出値を用いて実圧力比を演算し、冷凍装置の冷凍サイクルが安定した状態で、前記演算された実圧力比と、前記圧縮機の圧力比の許容範囲とを比較して、許容範囲外の場合には前記実圧力比が許容範囲内となるように前記凝縮器用送風機の回転数を制御する。【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、該凝縮器に空気を流通させる回転数制御可能な凝縮器用送風機とを備える冷凍装置において、
前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力センサと、
前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力センサと、
前記圧縮機の効率が最大となる圧縮機の圧力比の許容範囲を記憶しておくと共に、前記吐出圧力センサと前記吸入圧力センサの検出値を用いて実圧力比を演算し、冷凍装置の冷凍サイクルが安定した状態で、前記演算された実圧力比と、前記圧縮機の圧力比の許容範囲とを比較して、許容範囲外の場合には前記実圧力比が許容範囲内となるように前記凝縮器用送風機の回転数を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、前記凝縮器用送風機の回転数を制御するファンコントローラを備え、このファンコントローラは、前記凝縮器の凝縮温度、または外気温度に応じて定められた送風機の特性に基づいて、前記送風機の回転数を制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項２において、前記送風機は直流モータで駆動され、前記直流モータへの出力電圧を制御することで送風機回転数を制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記圧縮機は１台以上で構成され、そのうちの少なくとも１台の圧縮機は駆動周波数を制御可能なインバータ圧縮機であり、前記吸入圧力センサの検出値に基づいて前記インバータ圧縮機の駆動周波数を制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記圧縮機は複数台で構成され、前記吸入圧力センサの検出値に基づいて前記圧縮機の運転台数を制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項２において、前記凝縮器で凝縮された冷媒の温度を検出する液温度サーミスタと、外気温度を検出する外気温度サーミスタとを備えることを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
請求項６において、前記凝縮器下流側に受液器を備え、前記液温度サーミスタは前記受液器に設けられていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかにおいて、前記実圧力比が一定時間変化がない場合に冷凍装置の冷凍サイクルが安定した状態にあると判断し、前記実圧力比と、前記圧縮機の圧力比の許容範囲とを比較することを特徴とする冷凍装置。
【請求項９】
請求項３において、前記直流モータへの出力電圧が一定時間変化ない場合に冷凍装置の冷凍サイクルが安定した状態であると判断し、前記実圧力比と、前記圧縮機の圧力比の許容範囲とを比較することを特徴とする冷凍装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかにおいて、前記演算された実圧力比と、前記圧縮機の圧力比の許容範囲とを比較した結果、実圧力比の方が大きい場合には前記凝縮器用送風機の回転数を増加させ、実圧力比の方が小さい場合には前記凝縮器用送風機の回転数を低下させ、更に前記実圧力比が前記圧縮機の圧力比の許容範囲の場合には前記凝縮器用送風機の回転数を維持させることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍装置に係り、特に送風機の回転数制御を行う冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送風機の回転数制御を行う従来の冷凍装置としては、特許文献１に示すように、蒸発温度に応じて凝縮温度を目標値に略一致するように送風機の回転数を制御し、風量を調整する冷凍装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４７８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のものでは、低外気温時の高低差増大による吐出温度過昇及び風量抑制過多による高圧上昇に伴う入力上昇が起こらないようにすることに関しては考慮されているが、冷凍装置の効率を向上させることについての十分な配慮は為されていない。
【０００５】
また、従来の他の一般的な冷凍装置においては、凝縮器から出た液冷媒の温度を冷媒配管に取付けたサーミスタで検出し、その検出温度に応じてファンコントローラにより凝縮器用送風機の出力電圧を変化させ、該送風機の回転数制御を行っている。即ち、凝縮器用送風機は、凝縮器の凝縮温度に応じて単独制御されているものが一般的であり、冷凍サイクルの効率向上についての配慮は為されていない。
【０００６】
本発明の目的は、凝縮器用送風機の回転数制御を行うことにより、効率向上を図ることのできる冷凍装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、圧縮機と、凝縮器と、該凝縮器に空気を流通させる回転数制御可能な凝縮器用送風機とを備える冷凍装置において、前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力センサと、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力センサと、前記圧縮機の効率が最大となる圧縮機の圧力比の許容範囲を記憶しておくと共に、前記吐出圧力センサと前記吸入圧力センサの検出値を用いて実圧力比を演算し、冷凍装置の冷凍サイクルが安定した状態で、前記演算された実圧力比と、前記圧縮機の圧力比の許容範囲とを比較して、許容範囲外の場合には前記実圧力比が許容範囲内となるように前記凝縮器用送風機の回転数を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、凝縮器用送風機の回転数制御を行うことにより、圧縮機の効率が向上するように制御するので、冷凍装置の効率向上を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の冷凍装置の実施例１を示す冷凍サイクル構成図。
【図２】冷媒温度に応じた凝縮器用送風機の回転数制御の一例を説明する線図。
【図３】冷媒温度に応じた凝縮器用送風機の回転数制御の他の例を説明する線図。
【図４】圧縮機における圧力比と圧縮機効率との関係を説明する線図。
【図５】図１に示す冷凍装置の制御の一例を説明する制御フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づき説明する。
【実施例１】
【００１１】
圧縮機は、運転圧力比に応じて圧縮機効率が変化するものであり、それぞれの圧縮機には、圧縮機効率が最高になる固有の圧力比がある。この効率が最高になる圧縮機に固有の圧力比は圧縮機の構造や寸法が同一（型式が同一）であれば同じ圧力比となり、容量が異なる場合でも、構造が類似し容量の差が２〜３割程度の差であれば、ほぼ同様の圧力比となる。
【００１２】
そこで、本実施例では、搭載している圧縮機の効率が最高になる圧力比の許容範囲を制御装置に記憶させておき、吸入圧力センサで検出した圧縮機の吸入側の圧力（Ｐｓ）と、吐出圧力センサで検出した圧縮機の吐出側圧力値から運転中の実圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）を演算し、この実圧力比と前記記憶している最適圧力比の許容範囲とを比較して、許容範囲外であれば、圧縮機の実圧力比が許容範囲となるように凝縮器用送風機の回転数を制御するものである。
【００１３】
即ち、吸入圧力は冷凍装置に接続される低圧機器の負荷で決まるため、圧縮機の効率をより良くするように実圧力比を変化させるためには、吐出圧力（Ｐｄ）を変化させる必要があるので、圧縮機の効率がより向上するように、凝縮器用送風機の回転数を制御することで吐出圧力（Ｐｄ）を変化させ、前記圧縮比（Ｐｄ／Ｐｓ）を目標値（最適圧力比の許容範囲）に制御するものである。
【００１４】
以下、図面に従い、本発明の実施例１を詳細に説明する。  
図１は本発明の冷凍装置の実施例１を示す冷凍サイクル構成図である。  
図１において、Ｉは空冷一体型冷凍装置、IIは低圧機器である。これらは配管接続部１５、１６で接続され、冷凍サイクルを構成している。前記空冷一体型冷凍装置Ｉにおいて、１（１ａ，１ｂ）はスクロール圧縮機で、商用電源で駆動される一定速型のもの或いはインバータなどにより駆動される可変速型のものがあるが、本実施例では、１ａはインバータによる可変速型のスクロール圧縮機（インバータ圧縮機）で構成し、１ｂは一定速型のスクロール圧縮機（一定速圧縮機）で構成した例で説明する。
【００１５】
２は前記スクロール圧縮機１（１ａ，１ｂ）の下流側に設置された凝縮器、３は前記凝縮器２と一体構造に構成された過冷却器である。また、前記凝縮器２と前記過冷却器３とを接続する冷媒配管の途中には受液器５が設けられている。１４は前記凝縮器２及び過冷却器３に外気を導入して冷却するための凝縮器用送風機である。
【００１６】
スクロール圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、前記凝縮器２に入り、前記凝縮器用送風機１４により供給された外気により冷却されて凝縮し、凝縮した液冷媒は受液器５に蓄えられた後、液冷媒のみが過冷却器３に導かれて更に過冷却される構成となっている。前記過冷却器３からの過冷却された液冷媒は、ドライヤ９、サイトグラス８を通過した後、前記低圧機器II側に流れる。
【００１７】
前記低圧機器IIは、１台または複数台の蒸発器４で構成され、それぞれの蒸発器４には膨張弁６とその上流側に電磁弁７が設けられている。また、それぞれの蒸発器４が設置されている冷蔵庫などの各低圧機器内には、それらの庫内温度が所定の温度以下になった時に作動する庫内温度サーモスタット３０１が設けられており、前記各電磁弁７はその庫内温度サーモスタット３０１の作動に応じて開閉するように構成されている。
【００１８】
前記空冷一体型冷凍装置Ｉ側から低圧機器II側に供給された液冷媒は、開状態の前記電磁弁７を通過し前記膨張弁６で膨張して蒸発器４に入る。蒸発器４で蒸発されたガス冷媒は前記空冷一体型冷凍装置Ｉに再び戻され、アキュームレータ１３を通って、前記スクロール圧縮機１へ再び吸入されるという冷凍サイクルを構成する。
【００１９】
前記過冷却器３より下流側に設けたドライヤ９とサイトグラス８との間の液冷媒配管と前記各スクロール圧縮機１ａ，１ｂの中間圧力室とは液インジェクション配管１０（１０ａ，１０ｂ）で接続されている。各液インジェクション配管１０には、それぞれ液インジェクション量を制御するための電子膨張弁またはキャピラリチューブなどで構成された減圧装置１１と電磁弁１２が設けられている。前記電磁弁１２を開くことで、液インジェクション配管１０を介して前記液冷媒配管を流れる液冷媒の一部をスクロール圧縮機１ａ，１ｂの中間圧力室に注入する。これにより、スクロール圧縮機１から吐出される吐出ガスの温度を許容値以下の温度に保つようにしている。
【００２０】
図１に示す実施例では、前記液インジェクション配管１０を、ドライヤ９とサイトグラス８との間の液冷媒配管に接続する例を示したが、液インジェクション配管１０の接続箇所は図１に示すものには限られず、過冷却器３下流側の液冷媒配管であればどこでも良く、また前記受液器５に接続して受液器５内の液冷媒をスクロール圧縮機１に注入するようにしても良い。また、前記減圧装置１１も電子膨張弁には限られず、キャピラリチューブや膨張弁などによる減圧装置でも良い。更に、圧縮機も前記スクロール圧縮機１には限定されず、ロータリー式など他の形式の圧縮機でも良い。
【００２１】
前記空冷一体型冷凍装置Ｉには、前記凝縮器用送風機１４を制御するファンコントローラ２０１と、前記スクロール圧縮機１などを制御する制御基板（制御装置）２０２が設けられている。
前記ファンコントローラ２０１は受液器５に設けられた液温度サーミスタ１０６で検出された液冷媒温度（凝縮温度）に応じて前記送風機１４の回転数を制御するように構成されている。
【００２２】
また、前記制御基板２０２には、吸入圧力センサ１０１、吐出圧力センサ１０２、吸入ガス温度サーミスタ１０３、吐出ガス温度サーミスタ１０４及び外気温度サーミスタ１０５が接続されており、これらのセンサからの圧力値やサーミスタからの検出温度に基づいて、制御基板２０２はインバータ圧縮機１ａの回転数制御や一定速圧縮機１ｂのＯＮ／ＯＦＦ制御などを行う。
【００２３】
なお、前記ファンコントローラ２０１による送風機１４の回転数制御は、前述した液温度サーミスタ１０６の検出温度に応じて行う代わりに、前記外気温度サーミスタ１０５で検出された外気温度に応じて定められた送風機の特性に基づいて行うようにしても良い。
【００２４】
次に、図２、図３により、前記凝縮器用送風機１４の回転数制御について説明する。  
図２は冷媒温度に応じた凝縮器用送風機の回転数制御の一例を説明する線図（ファンコントローラが送風機回転数を制御するために送風機に対して出力する冷媒温度に対する電圧制御図）で、この例では送風機１４に出力する電圧を変化させることにより送風機回転数を変化させるようにしたものである。この場合、送風機を駆動するモータはＤＣ（直流）モータが使用される。
【００２５】
即ち、ファンコントローラ２０１には、図２に示すように液冷媒温度に対する出力電圧比（定格での出力電圧を１００％とする）を定めて記憶させておき、前記液温度サーミスタ１０６で検出された液冷媒の温度により、送風機１４に対する出力電圧を決め、液冷媒温度が上昇すれば送風機１４に対する出力電圧を上げることにより回転数を上昇させ、凝縮温度を低下させて凝縮圧力を下げ、これに伴い圧縮機吐出側圧力を下げる。逆に、検出された液冷媒温度が下がれば、送風機１４の出力電圧を下げることにより回転数を低下させ、凝縮温度（液冷媒温度）を上昇させて凝縮圧力を上昇させ、圧縮機吐出側圧力を上げる。
【００２６】
図３は冷媒温度に応じた凝縮器用送風機の回転数制御の他の例を説明する線図（ファンコントローラが送風機回転数を制御するために送風機に対して出力する冷媒温度に対する周波数制御図）で、この例では液冷媒温度に応じて直接送風機１４の回転数を制御するものである。この場合には、例えば誘導モータをインバータで回転数制御すれば良い。図３に示すもので送風機１４を制御する場合にも図２の場合と同様、前記ファンコントローラ２０１に液冷媒温度に対する目標回転数比（定格での目標回転数を１００％とする）を定めて記憶させておき、前記液温度サーミスタ１０６で検出された液冷媒の温度により、送風機１４に対する目標回転数を決めて、送風機１４の回転数を図２に示したものと同様に制御する。
【００２７】
図４は圧縮機における圧力比と圧縮機効率との関係を説明する線図である。即ち、スクロール圧縮機１の吸入圧力と吐出圧力の比（圧力比）に対する圧縮機効率の特性を示す図である。この図に示すように、圧縮機の効率は、運転圧力比に応じて変化するものであり、それぞれの圧縮機には、圧縮機効率が最高になる固有の圧力比（最適ポイントＡ）がある。この効率が最高になる圧縮機に固有の圧力比は圧縮機の構造や寸法が同一（型式が同一）であれば同じ圧力比となり、容量が異なる場合でも構造が類似し容量の差が小さければほぼ同様の圧力比となる。図１に示す実施例では、インバータ駆動のスクロール圧縮機１ａと一定速のスクロール圧縮機１ｂとは構造や寸法が同一或いは類似しているものを使用し、圧縮機効率が最高になる固有の圧力比（最適ポイントＡ）はほぼ同一のものを使用している。
【００２８】
圧縮機１への吸入圧力は低圧機器II側で定められた蒸発温度の飽和圧力で決まり、吐出圧力は凝縮器２の能力と送風機１４の能力、外気温度等によって決まる。即ち、吸入圧力は低圧機器II側の使用用途で決まるが、低圧機器II側の負荷変動により大きく変化し、それに伴い圧縮機の吐出圧力も変動する。低圧機器IIの負荷が安定すると前記吸入圧力は安定し、これに伴い前記吐出圧力も安定する。しかし、この吐出圧力を制御する送風機１４は液温度サーミスタ１０６により液冷媒温度のみを検知して制御されているため、例えば図４中のＢやＣに示すポイントで安定してしまう。このため、スクロール圧縮機１ａ，１ｂの効率の良いところ（圧縮機効率が最高になる固有の圧力比（最適ポイントＡ））で運転されることはほとんどない。
【００２９】
そこで、本実施例では、前記制御基板２０２に、予め、スクロール圧縮機１（１ａ，１ｂ）の圧縮機効率が最大となる圧縮機の圧力比の許容範囲（目標圧力比）を記憶させておく。そして、スクロール圧縮機１ａ，１ｂの吸入圧力を検出する吸入圧力センサ１０１と吐出圧力を検出する吐出圧力センサ１０２の検出値を用いて、圧縮機の運転状態をみながら、冷凍装置の冷凍サイクルが安定した状態、例えば圧縮機の運転中の実際の圧力比（実圧力比）を演算し、この実圧力比が一定時間変化ない場合（或いは吐出圧力または吸入圧力が一定時間変化しない場合や、送風機１４の出力電圧（直流モータへの出力電圧）または回転数が一定時間変化しない場合でも良い）には冷凍サイクルが安定していると判断し、その安定した状態での圧縮機運転中の実圧力比と、前記予め記憶している圧縮機効率が最大となる圧縮機の圧力比の許容範囲（目標圧力比）とを比較する。その結果、例えば図４中のＢに示すポイントで安定している場合は、制御基板２０２からファンコントローラ２０１に信号を送り、送風機の出力電圧を上げて（回転数を上昇させて）圧縮機吐出側圧力を低下させ、圧力比が小さくなるように制御して、図４中の最適ポイントＡ付近（圧縮機効率が最大となる圧縮機の圧力比の許容範囲）の領域になるようにする。
【００３０】
一方、図４中のＣのポイントで安定している場合には送風機の出力電圧を下げて（回転数を低下させて）圧縮機吐出側圧力を上昇させ、圧力比が大きくなるように制御して、図４中の最適ポイントＡ付近の領域となるようにする。このように本実施例では、運転中の実圧力比を演算して、この実圧力比が各圧縮機の持つ最適な圧縮比（圧縮機効率が最大となる圧力比の許容範囲）となるように送風機の出力電圧（回転数）を上下させ、これにより省エネ性を向上させることができる。
【００３１】
図５は、図１に示す冷凍装置の制御の一例を説明する制御フローチャートであり、このフローチャートにより、図１に示す制御基板２０２での制御手順を説明する。  
まず、冷凍装置の運転が開始されると、吸入圧力センサ１０１及び吐出圧力センサ１０２により運転中の実圧力値（吸入圧力値Ｐｓ、吐出圧力値Ｐｄを読み込む（ステップＳ１）。
次に、ステップＳ２では前記読み込んだ吸入圧力値Ｐｓと吐出圧力値Ｐｄとから運転中の実圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）を計算して記憶する。ステップＳ３では、この圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）の変化を監視し、圧力比が変化している場合には再びステップＳ１〜Ｓ３を繰り返す。前記圧力比の変化がなくなった場合ステップＳ４に移り、圧力比の変化がなくなって、安定した状態になってからの経過時間が予め決めた任意の一定時間を経過しているかどうかを判断し、一定時間を経過していない場合にはステップＳ１〜Ｓ４を繰り返す。圧力比の変化がなくなって一定時間経過したら、冷凍サイクルが安定した状態になったと判断し、ステップＳ５に移る。ステップＳ５では前記安定状態での実圧力比と、予め記憶している圧縮機効率が最大となる圧縮機の圧力比の許容範囲（目標圧力比）とを比較する。その結果、前記実圧力比が前記目標圧力比（効率が最大となる圧力比の許容範囲）と同等であれば凝縮器用送風機１４の回転数を変化させずにその回転数を維持するようにして（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。
【００３２】
ステップＳ５での比較の結果、前記実圧力比が、前記目標圧力比と異なる場合、即ち効率が最大となる圧力比の許容範囲外となる場合にはステップＳ７に移る。ステップＳ７で、前記実圧力比が前記目標圧力比よりも大きい場合（例えば図４でＢの領域にある場合）には、前記凝縮器用送風機１４の回転数を増加させるように制御基板２０２からファンコントローラ２０１に指令を出す（ステップＳ８）。これにより、ファンコントローラ２０１は送風機への出力電圧を上げて回転数を上昇させ、凝縮圧力を低下させることで圧縮機吐出側圧力（吐出圧力Ｐｄ）を下げることができるから、実圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が小さくなって、図４に示す最適ポイントＡに近づけることができる。その後、ステップＳ１に戻り、同様の動作を繰り返すことにより、前記実圧力比を目標圧力比にすることができる。
【００３３】
前記ステップＳ７で、前記実圧力比が前記目標圧力比よりも小さい場合（例えば図４でＣの領域にある場合）には、前記凝縮器用送風機１４の回転数を減少させるように制御基板２０２からファンコントローラ２０１に指令を出す（ステップＳ９）。これにより、凝縮圧力を上昇させて圧縮機吐出側圧力（吐出圧力Ｐｄ）を上げることができ、実圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）が大きくなるから図４に示す最適ポイントＡに近づけることができる。その後、同様にステップＳ１に戻り、同様の動作を繰り返すことにより、前記実圧力比を目標圧力比にすることが可能となる。
【００３４】
なお、前記ステップＳ８、Ｓ９において送風機回転数を上下させることにより、圧縮機吸入側の圧力も変化する可能性があるが、この場合には前記吸入圧力センサ１０１からの検出値に基づいて前記インバータ圧縮機１ａの回転数を変化させたり、圧縮機１の運転台数を制御することにより、圧縮機の吸込圧力Ｐｓを低圧機器の負荷に応じた適切な値に制御することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施例によれば、吐出圧力センサと吸入圧力センサの検出値を用いて実圧力比を演算し、冷凍装置の冷凍サイクルが安定した状態で、前記演算された実圧力比と、圧縮機の効率が最大となる圧力比の許容範囲とを比較し、許容範囲外の場合には前記実圧力比が許容範囲内となるように凝縮器用送風機の回転数を制御する制御手段（制御基板２０２、ファンコントローラ２０１など）を備えているので、圧縮機効率が最適になるように凝縮器用送風機が制御され、その結果、冷凍装置の効率向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００３６】
Ｉ：空冷一体型冷凍装置、II：低圧側機器
１（１ａ，１ｂ）：スクロール圧縮機
２：凝縮器
３：過冷却器
４：蒸発器
５：受液器
６：膨張弁
７：電磁弁
８：サイトグラス
９：ドライヤ
１０（１０ａ,１０ｂ）：液インジェクション配管
１１：減圧装置
１２：電磁弁
１３：アキュ−ムレータ
１４：凝縮器用送風機
１５，１６：配管接続部
１０１：吸入圧力センサ
１０２：吐出圧力センサ
１０３：吸入ガス温度サーミスタ、１０４：吐出ガス温度サーミスタ
１０５：外気温度サーミスタ、１０６：液温度サーミスタ
２０１：ファンコントローラ（制御手段）
２０２：制御基板（制御装置；制御手段）
３０１：庫内温度サーモスタット。
【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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