(57)【要約】【課題】庫内温度の安定性を向上される冷凍装置を提供することを第１の目的としている。消費電力を低減した冷凍装置を提供することを第２の目的としている。【解決手段】制御手段５０が、第１の周期において、冷却対象空間の目標温度（Ｔａｍ）と温度検出手段１３の検出結果（Ｔａ）とに基づいて第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）を求め、第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）に基づいて圧縮機１の容量（Ｆ’）を更新し、吸込圧力検出手段１２の検出結果に対応した蒸発温度（Ｔｅ）を算出し、この蒸発温度（Ｔｅ）と第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）とに基づいて目標蒸発温度（Ｔｅｍ）を算出し、第２の周期において、吸込圧力検出手段１２の検出結果に対応した蒸発温度（Ｔｅ* ）を算出し、この蒸発温度（Ｔｅ* ）と第１の周期で算出された目標蒸発温度（Ｔｅｍ）とに基づいて圧縮機１の容量（Ｆ’* ）を更新する。【選択図】図２
2012242049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量可変の圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を有し、これらが冷媒配管で接続されて冷凍サイクルを構成する冷凍装置において、
前記圧縮機の吸込圧力を検出する吸込圧力検出手段と、
冷却対象空間の温度を検出する温度検出手段と、
第１の周期と、該第１の周期に続く１又は複数の第２の周期とを組として繰り返し、各周期において前記圧縮機の容量を更新し、更新された前記圧縮機の容量に基づいて前記圧縮機を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記第１の周期において、
冷却対象空間の目標温度（Ｔａｍ）と前記温度検出手段の検出結果（Ｔａ）とに基づいて第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）を求め、前記第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）に基づいて前記圧縮機の容量（Ｆ’）を更新し、
前記吸込圧力検出手段の検出結果に対応した蒸発温度（Ｔｅ）を算出し、この蒸発温度（Ｔｅ）と前記第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）とに基づいて目標蒸発温度（Ｔｅｍ）を算出し、
前記第２の周期において、
前記吸込圧力検出手段の検出結果に対応した蒸発温度（Ｔｅ* ）を算出し、この蒸発温度（Ｔｅ* ）と前記第１の周期で算出された目標蒸発温度（Ｔｅｍ）とに基づいて前記圧縮機の容量（Ｆ’* ）を更新する
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記第２の周期において、
前記第１の周期で算出された前記目標蒸発温度（Ｔｅｍ）と前記蒸発温度（Ｔｅ）とに基づいて第２の蒸発温度偏差（ΔＴｅ* ）を算出し、前記第２の蒸発温度偏差（ΔＴｅ* ）に基づいて前記圧縮機の前記容量を更新する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記第１の周期において、
前記目標蒸発温度（Ｔｅｍ）が制限上限値より大きいときには、
前記制限上限値と前記第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）とに基づいて前記第２の蒸発温度偏差（ΔＴｅ* ）を算出し、前記第２の蒸発温度偏差（ΔＴｅ* ）に基づいて前記圧縮機の容量を更新し、
前記目標蒸発温度（Ｔｅｍ）が制限下限値より小さいときには、
前記制限下限値と前記第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）とに基づいて前記第２の蒸発温度偏差（ΔＴｅ* ）を算出し、前記第２の蒸発温度偏差（ΔＴｅ* ）に基づいて前記圧縮機の容量を更新する
ことを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記第１の周期と前記第２の周期とを組とする周期は、３分以上に設定される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記第２の周期は、３０秒以下に設定される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）を次式により求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷凍装置。
ΔＴｅ＝（Ｔａ−Ｔａｍ）×α  
但し、αは定数である。
【請求項７】
前記制御手段は、
前記第２の周期で更新される前記圧縮機の容量（Ｆ’* ）を、前記第１の周期で更新された前記圧縮機の容量（Ｆ’）と前記第２の蒸発温度偏差（ΔＴｅ* ）を用いて、次式により求めることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷凍装置。
Ｆ’* ＝Ｆ’（１＋Ｋ’ΔＴｅ）  
但し、Ｋ’は定数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置に関し、特に、冷却対象空間の温度制御に改良がなされた冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機の容量制御の方式には、冷却対象空間（室内、倉庫、冷蔵庫など）の温度に基づいて制御する方式（たとえば、特許文献１参照）や、冷媒の圧力に基づいて制御する方式（たとえば、特許文献２参照）などが提案されている。
特許文献１に記載の技術は、室内温度を検出するセンサーの検出結果と予め設定されている設定温度との差、及びモーターの一次巻線に流れる電流値（一次電流）に基づいて、圧縮機の回転数を制御するものである。
特許文献２に記載の技術は、圧縮機の吸入側と吐出側の冷媒圧力差と、予め設定されている設定圧力を比較して、圧縮機の回転数を制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２６３３４６号公報（たとえば、明細書の２頁右下段〜３頁上段参照）
【特許文献２】特開昭６０−１４０３２号公報（たとえば、明細書の３頁左上段、４頁上段、及び図６参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術がたとえば倉庫などに採用された場合には、圧縮機の回転数が、現在の倉庫内温度を反映した回転数になっていない可能性がある。この理由は倉庫が冷却する空間が広い分、熱容量が大きいため、圧縮機回転数が変化してから庫内温度に変化が現れるまでに時間を要するためである。したがって、逐次検出される倉庫内温度が、目標庫内温度から大きく外れてしまう可能性があった。
【０００５】
また、特許文献１に記載の技術は、冷却対象空間温度が目標庫内温度から外れてしまうと、冷却対象空間温度を目標庫内温度の範囲内にしようとフィードバックがかかり、圧縮機の回転数の急激な変化や、頻繁な発停を引き起こす。これにより、冷却対象空間温度がハンチング、オーバーシュートなどを起こしたり、冷却対象空間温度が過度に低下してしまい冷凍装置がサーモＯＦＦなどを起こしてしまう可能性があった。
【０００６】
さらに、特許文献１に記載の技術は、倉庫のように熱容量が大きいことに加えて、冷却対象空間温度が目標庫内温度から外れてしまう頻度が多くなると、圧縮機を最大容量もしくは最小容量で運転させる時間が長くなる。これにより、消費電力量が大きくなる可能性があった。なぜなら、インバータ駆動冷凍装置において、最大容量と最小容量との中間容量（部分負荷）において装置の効率を示す成績係数（ＣＯＰ）の極大点があるからである。
【０００７】
特許文献２に記載の技術は、蒸発温度を一定に保つ制御によって圧縮機の容量制御を実施するが、そもそも室内温度の検出結果に基づいた制御でないので、室内温度を目標温度に制御することは難しいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、冷却対象空間の温度の安定性を向上させることを可能とする冷凍装置を提供することを第１の目的としている。また、消費電力を低減させることを可能とする冷凍装置を提供することを第２の目的としている。  
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る冷凍装置は、容量可変の圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を有し、これらが冷媒配管で接続されて冷凍サイクルを構成する冷凍装置において、圧縮機の吸込圧力を検出する吸込圧力検出手段と、冷却対象空間の温度を検出する温度検出手段と、第１の周期と、該第１の周期に続く１又は複数の第２の周期とを組として繰り返し、各周期において圧縮機の容量を更新し、更新された圧縮機の容量に基づいて圧縮機を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、第１の周期において、冷却対象空間の目標温度（Ｔａｍ）と温度検出手段の検出結果（Ｔａ）とに基づいて第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）を求め、第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）に基づいて圧縮機の容量（Ｆ’）を更新し、吸込圧力検出手段の検出結果に対応した蒸発温度（Ｔｅ）を算出し、この蒸発温度（Ｔｅ）と第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）とに基づいて目標蒸発温度（Ｔｅｍ）を算出し、第２の周期において、吸込圧力検出手段の検出結果に対応した蒸発温度（Ｔｅ* ）を算出し、この蒸発温度（Ｔｅ* ）と第１の周期で算出された目標蒸発温度（Ｔｅｍ）とに基づいて圧縮機の容量（Ｆ’* ）を更新するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る冷凍装置は、制御手段が、第１の周期において、冷却対象空間の目標温度（Ｔａｍ）と温度検出手段の検出結果（Ｔａ）とに基づいて第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）を求め、第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）に基づいて圧縮機の容量（Ｆ’）を更新し、吸込圧力検出手段の検出結果に対応した蒸発温度（Ｔｅ）を算出し、この蒸発温度（Ｔｅ）と第１の蒸発温度偏差（ΔＴｅ）とに基づいて目標蒸発温度（Ｔｅｍ）を算出し、第２の周期において、吸込圧力検出手段の検出結果に対応した蒸発温度（Ｔｅ* ）を算出し、この蒸発温度（Ｔｅ* ）と第１の周期で算出された目標蒸発温度（Ｔｅｍ）とに基づいて圧縮機の容量（Ｆ’* ）を更新する。これにより、冷凍装置の冷却対象空間温度の安定性を向上させることができる。また、冷凍装置の消費電力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷凍装置の冷媒回路構成の一例を説明する図である。
【図２】図１に示す冷凍装置の庫内温度の制御例を説明するフローチャートである。
【図３】設定された目標庫内温度における不感帯の温度幅、及び希望温度帯の温度幅を説明する図である。
【図４】図２に示す制御において、目標蒸発温度に制限上限、及び制限下限を設けたときの制御を説明するフローチャートである。
【図５】図２に示す制御において、定格蒸発温度Ｔｅｃに対して、許容蒸発温度幅を設定したときの制御を説明するフローチャートである。
【図６】図１に示す蒸発器における冷媒吸込圧力と庫内温度の関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る冷凍装置１００の冷媒回路構成の一例を説明する図である。
本実施の形態に係る冷凍装置１００は、圧縮機１の容量の制御に改良が加えられたものであり、冷却対象空間（室内、倉庫、冷蔵庫など）の温度を圧縮機１の吸込圧力に対応する蒸発温度に置換し、蒸発温度の増減に基づいて圧縮機１の回転数を制御するものである。
【００１３】
本実施の形態に係る冷凍装置１００は、冷媒を圧縮して搬送する圧縮機１、冷媒に含まれる冷凍機油を分離する油分離器２、冷媒を凝縮させる凝縮器３、凝縮器３から流出する冷媒を冷却する中間冷却器４、冷媒を蒸発させる蒸発器６、油分離器２から流出する冷凍機油を冷却する油冷却器７、圧縮機１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸込圧力検出手段１２、冷却する空間の温度を検知する庫内温度検出手段１３、及び各種機器を制御する制御装置５０を有している。
そして、被冷却物（荷、食品など）が載置される筐体１１には、主膨張弁５、蒸発器６、及び庫内温度検出手段１３などが搭載されている。なお、ここでいう筐体１１は、冷凍装置１００が冷蔵庫などに採用される場合には冷蔵庫の断熱筐体に対応し、冷凍装置１００が建物などに採用される場合には部屋、倉庫などに対応する。そして、筐体１１内とは、冷却対象空間に対応するものである。また、以下の説明において、冷却対象空間の温度を庫内温度と述べることもある。
【００１４】
［冷媒回路構成］
図１を参照して、冷凍装置１００の冷媒回路構成について説明する。図１に示すように、冷凍装置１００の冷媒回路は、圧縮機１、油分離器２、凝縮器３、中間冷却器４、４つの膨張弁５、８〜１０、蒸発器６、油冷却器７が冷媒配管で接続されて構成されている。
【００１５】
圧縮機１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして冷媒回路に搬送するものである。なお、図１では、圧縮機１は２段圧縮機であるものとして説明するが、それに限定されるものではない。また、圧縮機１は、インバータによる回転数制御がされる圧縮機であるものとして説明するが、容量制御可能であればよく、たとえば容量調整弁であるスライドバルブが設けられた圧縮機などでもよい。
２段圧縮機である圧縮機１は、１段目の圧縮をされる冷媒が封入される１段目の圧縮機構、１段目の圧縮をされて中間圧となった冷媒が封入される中間段、２段目の圧縮をされる冷媒が封入される２段目の圧縮機構より構成されている。そして、圧縮機１には、冷媒を吸入する４つの吸入口Ａ〜Ｄ、及び冷媒を吐出する吐出口Ｇが形成されている。また、圧縮機１には、油分離器２で分離された冷凍機油を吸入する２つの吸入口Ｅ、Ｆが形成されている。
但し、吸入口Ｂ、Ｃ及びＤに接続する配管は、圧縮機１へ接続される前に合流して、１つ又は２つの配管として圧縮機１へ接続する構成としてもよい。なお、１つの配管として圧縮機１へ接続する構成とする場合においては吸入口Ｂ、Ｃ及びＤのうちのいずれか１つに対応する吸入口に接続し、２つの配管として圧縮機１へ接続する構成とする場合においては吸入口Ｂ、Ｃ及びＤのうちのいずれか２つに対応する吸入口に接続すればよい。
また、吸入口Ｅ、Ｆに接続する配管は、圧縮機１へ接続される前に合流して、１つの配管として圧縮機１へ接続する構成としてもよい。この場合には、１段目と２段目のそれぞれに冷凍機油を供給するための圧縮機内部流路を、圧縮機１内部に形成する構成とするとよい。
【００１６】
吸入口Ａは、蒸発器６に接続されており、蒸発器６で蒸発ガス化した冷媒が流入する。この吸入口Ａから流入する冷媒は、圧縮機１で圧縮されて再び圧縮されて吐出口Ｇから吐出される。吸入口Ａは、１段目の圧縮機構に形成されている。
また、吸入口Ｂは、モータ冷却用膨張弁１０に接続されており、モータ冷却用膨張弁１０の作用によって膨張して冷却された冷媒が流入する。この吸入口Ｂから流入する冷媒は、圧縮機１のモータ（図示省略）を冷却し、その後、再び圧縮されて吐出口Ｇから吐出される。なお、吸入口Ｂから流入する冷媒は、中間圧程度の圧力まで減圧される。したがって、吸入口Ｂは、中間圧程度の圧力のモータケーシング部（図示省略）に形成されている。
【００１７】
吸入口Ｃは、中間冷却器４に接続されており、凝縮器３から流入する冷媒と熱交換した冷媒が流入する。
また、吸入口Ｄは、油冷却器７に接続されており、油分離器２から流入する冷凍機油と熱交換した冷媒が流入する。
なお、吸入口Ｃ、Ｄから流入する冷媒は、吸入口Ａより流入する低圧冷媒より圧力が大きく、吐出口Ｇから吐出される高圧冷媒より圧力が小さい。したがって、吸入口Ｃ、Ｄは、その低圧冷媒、及びその高圧冷媒の中間程度の冷媒が封入される中間段に形成されている。
【００１８】
吸入口Ｅ、Ｆは、油冷却器７を介して油分離器２に接続されており、油冷却器７で冷却された冷凍機油が流入する。ここで、吸入口Ｅは、吸入口Ａから流入する低圧冷媒と同程度の圧力の冷媒が封入されている１段目の圧縮機構に形成されている。また、吸入口Ｆは、吐出口Ｇより流出する高圧冷媒と同程度の圧力の冷媒が封入される２段目の圧縮機構に形成されている。
吐出口Ｇは、油分離器２に接続されており、圧縮機１の作用によって高温、高圧となった冷媒が流出する。すなわち、吸入口Ａ〜Ｆより流入する冷凍機油を含む冷媒は圧縮された後、この吐出口Ｇより流出する。吐出口Ｇは、２段目の圧縮機構に形成されている。
【００１９】
油分離器２は、冷媒から冷凍機油を分離するものである。この油分離器２の流体流入側は、圧縮機１に接続されている。また、油分離器２の流体流出側は、一方が凝縮器３に接続され、他方が油冷却器７に接続されている。
【００２０】
凝縮器３は、付設される送風ファン３Ａの作用により供給される空気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を凝縮液化させるものである。この凝縮器３は、一方が油分離器２に接続され、他方が中間冷却器４に接続される。
蒸発器６は、付設される送風ファン６Ａの作用により供給される空気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を蒸発ガス化させるものである。この蒸発器６は、一方が主膨張弁５に接続され、他方が吸入口Ａを介して圧縮機１に接続される。  
なお、凝縮器３及び蒸発器６は、たとえば冷媒配管を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。
【００２１】
中間冷却器４は、凝縮器３から流入する冷媒と、中間冷却用膨張弁８から流入する冷媒とを熱交換させるものである。すなわち、中間冷却用膨張弁８の作用によって冷却された冷媒は、凝縮器３から流入する冷媒を冷却する。この中間冷却器４は、凝縮器３、４つの膨張弁５、８〜１０、及び吸入口Ｃを介して圧縮機１に接続されている。
油冷却器７は、油分離器２から流入する冷凍機油と、油冷却用膨張弁９から流入する冷媒とを熱交換させるものである。すなわち、油冷却用膨張弁９の作用によって冷却された冷媒は、油分離器２から流入する冷凍機油を冷却する。この油冷却器７は、油分離器２、油冷却用膨張弁９、及び、吸入口Ｄ〜Ｆを介して圧縮機１に接続されている。
【００２２】
４つの膨張弁５、８〜１０は、冷媒を減圧して膨張させるものである。
主膨張弁５は、一方が蒸発器６に接続され、他方が中間冷却器４、中間冷却用膨張弁８、油冷却用膨張弁９、及びモータ冷却用膨張弁１０に接続されている。
また、中間冷却用膨張弁８は、一方が中間冷却器４及び吸入口Ｃを介して圧縮機１に接続され、他方が中間冷却器４、主膨張弁５、油冷却用膨張弁９、及びモータ冷却用膨張弁１０に接続されている。
また、油冷却用膨張弁９は、一方が油冷却器７を介して吸込口Ｄに接続され、他方が中間冷却器４、主膨張弁５、中間冷却用膨張弁８、及びモータ冷却用膨張弁１０に接続されている。
さらに、モータ冷却用膨張弁１０は、一方が吸入口Ｂに接続され、他方が中間冷却器４、主膨張弁５、中間冷却用膨張弁８、及び油冷却用膨張弁９に接続されている。
これらの４つの膨張弁５、８〜１０は、たとえばキャピラリーチューブ、電子式膨張弁などで構成するとよい。
【００２３】
吸込圧力検出手段１２は、蒸発器６から流出し、吸入口Ａを介して圧縮機１に流入する冷媒の圧力を検出するものである。吸込圧力検出手段１２は、図１に図示されるように、蒸発器６と吸入口Ａを接続する冷媒配管のうち、吸入口Ａの近傍に設置される。但し、吸込圧力検出手段１２の設置位置は、吸入口Ａ近傍に限定されるものではなく、蒸発器６内部や蒸発器６から圧縮機１までの吸込配管部の任意の位置に設定されてもよい。
庫内温度検出手段１３は、筐体１１内の温度を検出するものである。この庫内温度検出手段１３の設置される位置は、特に限定されるものではない。
【００２４】
制御装置５０は、吸込圧力検出手段１２の検出結果である圧縮機１の吸入側の冷媒圧力より、その圧力に対応する蒸発温度を算出するものである。そして、制御装置５０は、その蒸発温度、及び、庫内温度検出手段１３の検出結果に基づいて圧縮機１の回転数、送風ファン３Ａ、６Ａのファン回転数、及び、４つの絞り装置５、８〜１０の開度などを制御するものである。
制御装置５０には、後述の式１〜７に示す換算式が記憶されており、吸込圧力検出手段１２及び庫内温度検出手段１３の検出結果に基づいて、圧縮機１の回転数を算出することができる。また、制御装置５０には、たとえば飽和圧力と飽和温度（蒸発温度）を一対一に対応付けたテーブルが記憶されており、吸込圧力検出手段１２の検出結果と対応する飽和温度を得ることができる。但し、検知圧力の飽和温度換算は、前記テーブルに限られるものではなく、飽和圧力と飽和温度の換算式を制御装置５０に記憶しておき、逐次検出される吸込圧力検出手段１２の検出値である吸込圧力を、この換算式に代入して、飽和温度（蒸発温度）を演算してもよい。
なお、これらの記憶された換算式やテーブルの設定値は、設定変更可能になっているとよい。これにより、冷凍装置１００が設置される現地システムに応じて設定調整が容易となる。
また、図１に図示されるように、制御装置５０は筐体１１外に設置された例を図示したが、それに限定されるものではない。
【００２５】
［動作説明（冷媒の流れ）］
圧縮機１より高温・高圧のガス冷媒が吐出され、油分離器２を介して油と分離された冷媒が凝縮器３に流入し、冷媒より分離された冷凍機油が油冷却器７に流入する。
凝縮器３に流入した冷媒は、空気と熱交換して凝縮し、高圧・高温の液冷媒となる。一方、油冷却器７に流入した冷凍機油は、油冷却用膨張弁９の作用によって冷却された冷媒により冷却された後、吸入口Ｅ、Ｆを介して圧縮機１に吸入される。
凝縮器３から流出した冷媒は、中間冷却用膨張弁８の作用によって冷却された冷媒に冷却された後、主膨張弁５、中間冷却用膨張弁８、油冷却用膨張弁９、及びモータ冷却用膨張弁１０に流入する。
【００２６】
主膨張弁５に流入した冷媒は、主膨張弁５の作用により膨張させられて、低圧・低温の二相冷媒となる。この二相冷媒は、蒸発器６に流入して筐体１１内の空気を冷却することで蒸発し、その後、吸入口Ａを介して圧縮機１に吸入される。
中間冷却用膨張弁８に流入した冷媒は、中間冷却用膨張弁８の作用により膨張させられて、低圧・低温の二相冷媒となる。この二相冷媒は、中間冷却器４に流入して凝縮器３から流出する冷媒を冷却した後、吸入口Ｃを介して圧縮機１に吸入される。
油冷却用膨張弁９に流入した冷媒は、油冷却用膨張弁９の作用により膨張させられて、低圧・低温の二相冷媒となる。この二相冷媒は、油冷却器７に流入して油分離器２から流出する冷凍機油を冷却した後、吸入口Ｄを介して圧縮機１に吸入される。
モータ冷却用膨張弁１０に流入した冷媒は、モータ冷却用膨張弁１０の作用により膨張させられて、低圧・低温の二相冷媒となる。この二相冷媒は、吸入口Ｂを介して圧縮機１の中間段に吸入された後、圧縮機１のモータを冷却する。
【００２７】
［動作説明（圧縮機１の制御）］
本実施の形態に係る冷凍装置１００では、制御装置５０が、庫内温度制御を比例制御（以下、Ｐ制御とも称する）で実施する場合の例を説明する。
ここで、このＰ制御が庫内温度に基づいて実行される場合には、次に説明するように圧縮機１の回転数を算出する。すなわち、以下の式１〜３より、予め設定される庫内温度の目標値と、庫内温度検出手段１３の検出結果とから偏差を算出し、圧縮機１の回転数が決定される。
（１）式３において、庫内温度検出手段１３の検出結果と、予め設定される庫内温度の目標値とにより庫内温度偏差が決定される。
（２）式２において、式３の庫内温度偏差を代入すると圧縮機１の回転数の変化分が算出される。
（３）式１において、式２で算出された変化分と現在の回転数を足し合わせた回転数が更新後の圧縮機１の回転数となる。
以上（１）〜（３）を冷凍装置１００の運転中に逐次実行することで、庫内温度を制御する。
【数１】
2012242049.tif 000003
【数２】
2012242049.tif 000004
【数３】
2012242049.tif 000005
【００２８】
一方、このＰ制御が吸込圧力に基づいて実行される場合には、吸込圧力を蒸発温度に換算する。そして、以下の式４〜６より、蒸発温度の目標値と、吸込圧力検出手段１２の検出結果とから偏差を算出し、圧縮機１の回転数が決定される。なお、本実施の形態に係る冷凍装置１００では、吸込圧力を蒸発温度に対応させているため、以下の説明においては、吸込圧力を、吸込圧力（蒸発温度）と表記することもある。
（４）式６において、吸込圧力検出手段１２の検出結果と、蒸発温度の目標値とにより蒸発温度偏差が決定される。
（５）式５において、式４の蒸発温度偏差を代入すると圧縮機１の回転数の変化分が算出される。
（６）式４において、式５で算出された変化分と現在の回転数を足し合わせた回転数が更新後の圧縮機１の回転数となる。
以上（４）〜（６）を冷凍装置１００の運転中に逐次実行することで、庫内温度を制御する。
【数４】
2012242049.tif 000006
【数５】
2012242049.tif 000007
【数６】
2012242049.tif 000008
【００２９】
ここで、吸込圧力（蒸発温度）と庫内温度を比較すると、吸込圧力の方が圧縮機１の回転数変化に対する時間的な応答性がよい。換言すれば、圧縮機１の回転数を増速すると、吸込圧力は比較的早く低下（変化）するが、庫内温度は被冷却物などの熱負荷（熱容量）などにより低下するのに時間がかかってしまうということである。そこで、本実施の形態に係る冷凍装置１００は、庫内温度を吸込圧力に置換し、吸込圧力の増減に基づいて圧縮機１の回転数を制御するものである。
【００３０】
具体的には、庫内温度の目標値と庫内温度検出手段１３の検出結果とにより庫内温度偏差を算出する（式３参照）。この庫内温度偏差に対応する分、圧縮機１の回転数を変化させる。ここで、たとえば以下の式７に示す置換式により、庫内温度偏差を吸込圧力偏差（蒸発温度偏差）に置換する。そして、式７で得た吸込圧力偏差の値を式５に代入することにより、変化分が算出される。さらに、式５の当該変化分を式４に代入することに更新後の圧縮機１の回転数を得る。このように、圧縮機１の回転数制御を吸込圧力に基づいて実行することができるので、冷凍装置１００は庫内温度を細かく（精密に）制御することができる。
【数７】
2012242049.tif 000009
【００３１】
［冷凍装置１００の庫内温度の制御方法１］
図２は、図１に示す冷凍装置１００の庫内温度の制御例を説明するフローチャートである。図２を参照して、冷凍装置１００の庫内温度の制御方法について説明する。
庫内温度の制御は、図２に図示されるように、ステップ１〜１２からなる。そしてこのステップ１〜１２には、大きく分けて２つのループが存在する。一方はステップＳ１→ステップＳ１１→ステップＳ１のループであり、庫内温度制御と称するループである。
また、他方がステップＳ８→ステップＳ１２→ステップＳ８のループであり、吸込圧力制御と称するループである。
また、庫内温度制御周期（第１の周期）は、吸込圧力制御周期（第２の周期）よりも長いものとする。そこで、以下の説明においては、庫内温度制御周期を長周期と称し、吸込圧力制御周期を短周期と称することもある。なお、庫内温度制御周期はたとえば２分〜３分、吸込圧力制御周期がたとえば２０秒〜３０秒などに設定するとよい。
【００３２】
（ステップ１）
制御装置５０は、式３、庫内温度検出手段１３の検出結果、及び予め設定される庫内の目標温度に基づいて庫内温度偏差を算出する。その後、ステップ２に移行する。
【００３３】
（ステップ２）
制御装置５０は、式７、及びステップ１で算出された庫内温度偏差に基づいて蒸発温度偏差（第１の蒸発温度偏差）を算出する。その後、ステップ３に移行する。
【００３４】
（ステップ３）
制御装置５０は、吸込圧力検出手段１２の検出結果に基づいて、当該検出結果に対応する蒸発温度（飽和温度）を算出する。その後、ステップ４に進む。
【００３５】
（ステップ４）
制御装置５０は、式６、ステップ２で算出した蒸発温度偏差、及びステップ３で算出した蒸発温度に基づいて目標蒸発温度を算出する。その後、ステップ５に移行する。
【００３６】
（ステップ５）
制御装置５０は、式４、式５、及びステップ２で算出された蒸発温度偏差に基づいて圧縮機１の回転数を算出する。そして、制御装置５０は、圧縮機１の回転数をその算出結果に更新する。その後、ステップ６に進む。
【００３７】
（ステップ６）
制御装置５０は、ステップ５で更新された回転数で圧縮機１を駆動する。その後、ステップ７に移行する。
【００３８】
（ステップ７）
制御装置５０は、圧縮機１が更新された回転数で運転してから、吸込圧力制御周期（第２の周期）以上の時間が経過したか否かを判断する。
吸込圧力制御周期以上が経過した場合には、ステップ８に移行する。
吸込圧力制御周期以上経過していない場合には、ステップ６に移行する。
【００３９】
（ステップ８）
制御装置５０は、吸込圧力検出手段１２の検出結果に基づいて、当該検出結果に対応する蒸発温度（飽和温度）を算出する。その後、ステップ９に移行する。
【００４０】
（ステップ９）
制御装置５０は、式４、５、及びステップ４で算出された目標蒸発温度とステップ８で算出された蒸発温度に基づいて蒸発温度偏差（第２の蒸発温度偏差）を算出する。この算出した蒸発温度偏差に基づいて、圧縮機１の回転数を算出する。そして、制御装置５０は、その算出結果を、圧縮機１の回転数として更新する。その後、ステップ１０に移行する。
【００４１】
（ステップ１０）
制御装置５０は、ステップ９で更新された回転数で圧縮機１を駆動する。その後、ステップ１１に移行する。
【００４２】
（ステップ１１）
制御装置５０は、ステップ６で圧縮機１が更新された回転数で運転してから、庫内温度制御周期（第１の周期）以上の時間が経過したか否かを判断する。
庫内温度制御周期以上が経過した場合には、ステップ１に移行する。
庫内温度制御周期以上経過していない場合には、ステップ１２に移行する。
【００４３】
（ステップ１２）
制御装置５０は、ステップ１０における更新された回転数で圧縮機１を駆動してから、吸込圧力制御周期（第２の周期）以上経過したか否かを判断する。
吸込圧力制御周期以上が経過した場合には、ステップ８に移行する。
吸込圧力制御周期以上経過していない場合には、ステップ１０に移行する。
【００４４】
ステップＳ８→ステップＳ１２→ステップＳ８のループからは、ステップ１１にて庫内温度制御周期以上経過したときに抜けてステップ１に移行する。そして、ステップ１からステップ２、及びステップ３に逐次移行した後に、ステップ４に移行して目標蒸発温度が算出され、算出された目標蒸発温度が更新される。したがって、ステップＳ８→ステップＳ１２→ステップＳ８をループしている間は、ステップ９における目標蒸発温度が同じ値であることに留意されたい。
【００４５】
［制御周期、比例定数、及び補正係数の設定］
制御周期、比例定数Ｋ’、及び補正係数αは、冷凍装置１００の筐体１１の規模、蒸発器６の容量などから決定される時定数などに応じて設定するとよい。以下に、制御周期、比例定数、及び補正係数の設定について説明する。
（１）制御周期の設定
庫内温度制御周期は、筐体１１の規模などから定まる時定数を考慮して設定するとよい。すなわち、庫内温度制御周期は、蒸発器６の吹出空気温度Ｔａｏが筐体１１内の空気と混合し、庫内温度に変化が現れる程度に設定するということである（たとえば、３〜５分）。
また、吸込圧力制御周期は、蒸発器６の容量や圧縮機１と蒸発器６を接続する冷媒配管長などから定まる時定数を考慮して設定するとよい。すなわち、吸込圧力制御周期は、圧縮機１の回転数の変化後、吸込圧力の変化が鈍る（飽和する）までの時間程度に設定するということである（たとえば、２０秒〜３０秒）。
このように、冷凍装置１００の制御装置５０は、庫内温度制御周期（第１の周期）より吸込圧力制御周期の方が短いため、ステップ６、７における吸込圧力制御周期（第２の周期）の後に、ステップ１０〜１２における吸込圧力制御周期（第２の周期）を複数回繰り返す制御を実行する。
ここに、ステップ６、７における吸込圧力制御周期とステップ１０〜１２における吸込圧力制御周期の値は、同一周期としてもよいし、異なる周期に設定してもよい。また、庫内温度制御周期や、吸込圧力制御周期の値は、現地システムに応じて最適化可能なように設定調整可能な構成とするのが望ましい。
【００４６】
（２）比例定数Ｋ’の設定
比例定数Ｋ’は、筐体１１の規模などによって異なる値を設定する。比例定数Ｋ’は、たとえば０．０１〜１.００程度に設定するとよい。
【００４７】
（３）補正係数αの設定
（３−１）補正係数αの設定例１
補正係数αは、庫内温度によらず、一定値を採用してもよい。なお、一定値を採用する場合には、庫内温度を細かく制御するために、α＜１と設定するとよい。仮に、α＞１と設定すると、庫内温度偏差が大きいときに、蒸発温度偏差がさらに大きくなってしまうので、圧縮機１の回転数の急激な変化を招く可能性がある。しかし、α＜１と設定することで、圧縮機１の回転数の急激な変化を抑制することができるということである。
また、α＜１と設定することで、蒸発器６の吹出空気温度Ｔａｏと、蒸発温度Ｔｅの差を小さく抑えることができるので、蒸発器６への着霜を防止することができる。
（３−２）補正係数αの設定例２
図３は、設定された目標庫内温度における不感帯の温度幅、及び希望温度帯の温度幅を説明する図である。補正係数αは、庫内温度に応じて変更してもよい。すなわち、図３に示す領域（Ａ）〜（Ｃ）に応じて変更するということである。以下に、領域（Ａ）〜（Ｃ）のそれぞれにおけるαの設定値について説明する。
（Ａ）領域
図３に示すように、目標庫内温度に対する庫内温度の差として許容される範囲を希望温度幅と定義する。図３（Ａ）に示すように、庫内温度が希望温度幅から大きく外れている場合には、比較的急速に庫内温度を変化させる方が望ましい。すなわち、庫内温度検出手段１３の検出結果が領域（Ａ）の温度領域である場合には、α＝１と設定するとよい。
（Ｂ）領域
図３（Ｂ）に示すように、庫内温度が希望温度幅から僅かに外れている場合には、領域（Ａ）よりも庫内温度の変化分を小さく設定する。そこで、庫内温度検出手段１３の検出結果が領域（Ｂ）の温度領域である場合には、α＝０．７と設定するとよい。
（Ｃ）領域
図３（Ｃ）に示すように、庫内温度が希望温度幅から外れていない場合には、領域（Ｂ）よりさらに、庫内温度の変化分が小さく設定する。そこで、庫内温度検出手段１３の検出結果が領域（Ｃ）の温度領域である場合には、α＝０．５と設定するとよい。
なお、これらαの設定についても現地システムに応じて設定調整可能な構成とし、また（Ａ）〜（Ｃ）の各領域に対応するαの更新は、制御装置５０によって自動でなされる構成とするのが望ましい。
【００４８】
［冷凍装置１００の庫内温度の制御方法２］
冷凍装置１００は、用途に応じて冷却温度範囲（装置使用範囲）が既定されている。そのため、冷凍装置１００が冷却温度範囲から逸脱しないように、目標蒸発温度に制限上限値、制限下限値を設けるのが普通である。
すなわち、目標蒸発温度Ｔｅｍ＞目標蒸発温度の制限上限値である場合には、目標蒸発温度Ｔｅｍを当該制限上限値とし、また、目標蒸発温度Ｔｅｍ＜目標蒸発温度の制限下限値である場合には、目標蒸発温度Ｔｅｍを当該制限下限値とする。
【００４９】
図４は、図２に示す制御において、目標蒸発温度に制限上限値、及び制限下限値を設けたときの制御を説明するフローチャートである。図４を参照して、目標蒸発温度に制限上限値、及び制限下限値を設けたときの制御を説明する。
図４は、図２に図示されるフローチャートのステップ４とステップ５の間に、ステップ１３〜ステップ１５を追加したものである。そして、図４のステップ１〜１２については図２と同様である。したがって、図２と同一処理を行うステップの説明については説明を割愛する。
（ステップ１３）
制御装置５０は、ステップ４で算出された目標蒸発温度が、予め設定された目標蒸発温度の制限上限値より大きいか否かを判断する。
また、制御装置５０は、ステップ４で算出された目標蒸発温度が、予め設定された蒸発温度の制限下限値より小さいか否かを判断する。
目標蒸発温度が制限下限値以上、且つ、制限上限値以下である場合には、ステップ５に移行する。
目標蒸発温度が制限下限値より小さい、或いは、制限上限値より大きい場合には、ステップ１４に移行する。
（ステップ１４）
制御装置５０は、目標蒸発温度が制限上限値より大きい場合には、目標蒸発温度を制限上限値に設定する。その後、ステップ１５に移行する。
制御装置５０は、目標蒸発温度が制限下限値より小さい場合には、目標蒸発温度を制限下限値に設定する。その後、ステップ１５に移行する。
（ステップ１５）
制御装置５０は、ステップ３で算出された蒸発温度と、ステップ１４で求められた目標蒸発温度に基き、蒸発温度偏差を演算する。その後、ステップ５に移行する。
【００５０】
［冷凍装置１００の庫内温度の制御方法３］
定格蒸発温度Ｔｅｃは、蒸発器６の吹出空気温度Ｔａと、蒸発器設計（選定）の際のＴＤ条件との差によって与えられる。すなわち、Ｔｅｃ＝Ｔａ−ＴＤである。ここで、ＴＤとは、吹出空気温度と蒸発器蒸発温度との差であり、一般に１０Ｋ程度に選ばれ、蒸発器の設計（選定）に用いられる。ＴＤが大きいと蒸発器６の着霜が著しくなり、蒸発器６の性能低下を招く。
このとき、定格蒸発温度Ｔｅｃに対して、許容蒸発温度幅を設定するとよい。すなわち、目標蒸発温度Ｔｅｍ＜Ｔｅｃ−δｃのときには、Ｔｅｍ＝Ｔｅｃ−δｃとし、また目標蒸発温度Ｔｅｍ＞Ｔｅｃ＋δｃのときには、Ｔｅｍ＝Ｔｅｃ＋δｃとするということである。ここで、Ｔｅｍ＞Ｔｅｃの場合、ＴＤを小さくでき着霜防止に有効であるが、Ｔｅｍ≒Ｔａとなって冷却不能となることを回避するために、Ｔｅｍ＞Ｔｅｃ＋δｃの場合の処理を追加している。これにより、ＴＤを、Ｔａ−Ｔｅｍ−δｃ ≦ＴＤ≦Ｔａ−Ｔｅｍ＋δｃの範囲内に抑えることができるため、冷却不能となるのを回避しつつ、着霜を抑制し、蒸発器６の熱交換能力の低下を低減することができる。具体的に、制御フローチャートを示したものが図５である。
【００５１】
図５は、図２に示す制御において、定格蒸発温度Ｔｅｃに対して、許容蒸発温度幅を設定したときの制御を説明するフローチャートである。
図５は、図２に図示されるフローチャートのステップ４とステップ５の間に、ステップ１６及びステップ１７を追加したものである。そして、図４のステップ１〜１２については図２と同様である。したがって、図２と同一処理を行うステップの説明については説明を割愛する。
【００５２】
（ステップ１６）
制御装置５０は、ステップ４で算出された目標蒸発温度が、予め設定された目標蒸発温度の制限上限値（Ｔｅｃ＋δｃ）より大きいか否かを判断する。
また、制御装置５０は、ステップ４で算出された目標蒸発温度が、予め設定された蒸発温度の制限下限値（Ｔｅｃ−δｃ）より小さいか否かを判断する。
目標蒸発温度が制限下限値以上、且つ、制限上限値以下である場合には、ステップ５に移行する。
目標蒸発温度が制限下限値より小さい、或いは、制限上限値より大きい場合には、ステップ１７に移行する。
【００５３】
（ステップ１７）
制御装置５０は、目標蒸発温度が制限上限値（Ｔｅｃ＋δｃ）より大きい場合には、目標蒸発温度を制限上限値に設定する。その後、ステップ１５に移行する。
制御装置５０は、目標蒸発温度が制限下限値（Ｔｅｃ−δｃ）より小さい場合には、目標蒸発温度を制限下限値に設定する。その後、ステップ１５に移行する。
【００５４】
［冷凍装置１００の有する効果］
図６は、図１に示す蒸発器６における冷媒吸込圧力と庫内温度の関係を説明する図である。図６の縦軸は蒸発器６から吹き出す空気の温度、及び吸込圧力検出手段１２の検出結果である吸込圧力に対応する蒸発温度を示すものである。また、図６の横軸は時刻の経過を示すものである。
なお、図６の縦軸に図示されるＴａｉとは蒸発器６に供給される前の空気の温度を表し、実線Ｔａｏ及び破線Ｔａｏ＊  は蒸発器６の作用によって冷却された後、蒸発器６から吹き出された空気の温度を表している。また、実線Ｔｅ及び破線Ｔｅ＊  は吸込圧力検出手段１２の検出結果である吸込圧力を、蒸発温度に変換したものである。
【００５５】
本実施の形態に係る冷凍装置１００は、短周期で吸込圧力制御を実行する。短周期が経過すると蒸発温度偏差が更新されて、図６の実線Ｔｅは、破線Ｔｅ＊  に示すように下がる。ここで、短い周期で吸込圧力を制御する分、図６の実線Ｔｅ、及び破線Ｔｅ＊  に図示されるように、吸入圧力（蒸発温度）の急激な変化を抑制し、ほぼ一定に保つことができることが理解できる。
また、本実施の形態に係る冷凍装置１００は、長周期で庫内温度制御を実行する。すなわち、長周期が経過すると庫内温度偏差が更新されて、図６の実線Ｔａｏは、破線Ｔａｏ＊  に示すように下がる。長い周期で庫内温度を制御する分、図６の実線Ｔａｏは、破線Ｔａｏ＊  に図示されるように、ゆるやかに目標庫内温度に近づいていくことが理解できる。
【００５６】
冷凍装置１００は、図２、図４及び図５のステップ２に示すように、３分〜５分程度の長い周期（庫内温度制御周期）で、圧縮機１の回転数に対する応答性が高い蒸発温度と庫内温度とを対応させる（庫内温度制御）。また、冷凍装置１００は、この庫内温度制御周期で、吸込圧力制御のための目標蒸発温度を更新する。
具体的には、図２のステップ１〜１１、図４のステップ１〜１１、１３〜１５及び、図５のステップ１〜１１、１６、１７に示す庫内温度制御時において、冷凍装置１００は、３分〜５分程度と長い周期で目標蒸発温度を更新する。これにより、冷凍装置１００は、目標蒸発温度の頻繁な更新をしないので、吸込圧力制御が安定し圧縮機１の回転数の急激な変化、頻繁な発停を抑制することができる。
すなわち、冷凍装置１００は、吸込圧力制御が安定し圧縮機１の回転数の急激な変化、頻繁な発停を抑制することができるので、ハンチング、オーバーシュート、サーモオフなどが起こってしまうことを抑制することができる。
【００５７】
また、冷凍装置１００は、たとえば２０秒〜３０秒程度の短い周期（吸込圧力制御周期）で吸込圧力（蒸発温度）を更新し、該更新される吸込圧力（蒸発温度）及び庫内温度制御周期で更新される目標蒸発温度に基づいて圧縮機１の回転数を設定する制御（吸込圧力制御）を実行する。
具体的には、図２のステップ８〜１２、図４のステップ８〜１２、及び、図５のステップ８〜１２に示す吸込圧力制御時において、冷凍装置１００は、ステップ４で、時定数が大きく温度制御性に劣る庫内温度を、時定数が短い吸込圧力（蒸発温度）に置換えて求めた目標蒸発温度によって、圧縮機１の回転数を制御する。そして、蒸発温度を短周期で更新して目標蒸発温度の近傍に精密に制御し、庫内温度を目標庫内温度に確実に調整することができる（制御周期を短くできるため、制御量の温度変動幅が小さい）。これにより、冷凍装置１００は、大きく目標庫内温度から外れてしまうことが抑制される。
【００５８】
また、本実施の形態に係る冷凍装置１００は、目標庫内温度から外れてしまうことが抑制されるので、庫内温度を目標庫内温度にするための最大容量運転の時間を低減することができる。つまり、冷凍装置１００は、最大容量運転の時間が少なく、インバータ制御である圧縮機１の高い部分負荷特性を充分活用することができるので、運転時の消費電力を抑制することができる。また、最大容量運転を行うことで引き起こされる頻繁な発停の回数を低減することができるので、発停に伴う庫内温度のハンチングを抑制することができる。
【００５９】
さらに、本実施の形態に係る冷凍装置１００は、目標庫内温度から外れてしまうことが抑制されるので、庫内温度を目標庫内温度にするための最小容量運転の時間を低減することができる。つまり、冷凍装置１００は、従来の庫内温度制御と異なり長周期で庫内温度偏差を算出し、これにより目標蒸発温度を求めるので、急速な圧縮機回転数の低下を引き起こしにくくなる。従って、冷凍装置の効率低下が著しくなる最小容量運転の時間を短縮できるので、インバータ制御である圧縮機１の高い部分負荷特性を充分活用することができ、運転時の消費電力を抑制することができる。
【００６０】
本実施の形態に係る冷凍装置１００は、Ｐ制御を実行するものを例に説明したが、それに限定されるものではない。つまり、庫内温度偏差、蒸発温度偏差を用いるのであれば、ＰＩ制御、或いはＰＩＤ制御などを採用してもよい。
また、本実施の形態の制御は、暖房運転などに適用することができることは言うまでもない。暖房運転に採用する場合には、目標蒸発温度の替わりに、吐出圧力相当飽和温度、すなわち凝縮温度を目標凝縮温度を用いて、圧縮機１の容量を制御すればよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  圧縮機、２  油分離器、３  凝縮器、３Ａ  送風ファン、４  中間冷却器、５  主膨張弁、６  蒸発器、６Ａ  送風ファン、７  油冷却器、８  中間冷却用膨張弁、９  油冷却用膨張弁、１０  モータ冷却用膨張弁、１１  筐体、１２  吸込圧力検出手段、１３  庫内温度検出手段、５０  制御装置、１００  冷凍装置、Ａ〜Ｆ  吸入口、Ｇ  吐出口。
【図１】
2012242049.tif 000010
【図２】
2012242049.tif 000011
【図３】
2012242049.tif 000012
【図４】
2012242049.tif 000013
【図５】
2012242049.tif 000014
【図６】
2012242049.tif 000015