(57)【要約】【課題】  圧縮機の適切な運転を継続して行うことで、負荷側機器の安定した冷却が継続可能な冷凍装置を実現する。【解決手段】  スクリュー圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが順次接続された冷凍サイクルと、前記膨張弁と、前記蒸発器とを備えた負荷側機器と、前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する制御手段とを有する冷凍装置において、前記制御手段は、前記スクリュー圧縮機の吸入側の冷媒圧力に基づいて前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する第１の制御モードと、前記負荷側機器の温度に基づいて前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する第２の制御モードと、可変設定回転数に基づいて前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する第３の制御モードとを有し、前記第１乃至第３のいずれかの制御モードを選択する選択手段を有することを特徴とする。【選択図】図１
2009203839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュー圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが順次接続された冷凍サイクルと、
前記膨張弁と、前記蒸発器とを備えた負荷側機器と、
前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する制御手段とを有する冷凍装置において、
前記制御手段は、前記スクリュー圧縮機の吸入側の冷媒圧力に基づいて前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する第１の制御モードと、前記負荷側機器の温度に基づいて前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する第２の制御モードと、可変設定回転数に基づいて前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する第３の制御モードとを有し、
前記第１乃至第３のいずれかの制御モードを選択する選択手段を有することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
スクリュー圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが順次接続された冷凍サイクルと、
前記膨張弁と、前記蒸発器とを備えた負荷側機器と、
前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する制御手段とを有する冷凍装置において、
前記スクリュー圧縮機は冷媒の吐出量を調整する容量制御機構を備え、
前記制御手段は、前記スクリュー圧縮機の吸入側の冷媒圧力、前記負荷側機器の温度又は可変設定回転数に基づいて前記容量制御機構を制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記制御手段と前記スクリュー圧縮機との間にスター・デルタ回路を有することを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記スクリュー圧縮機は２極の電動機を備え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、圧縮機の回転数を制御する冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクルを構成するスクリュー圧縮機の回転数をインバータで制御することにより、例えば冷凍倉庫，冷蔵倉庫などの負荷側機器の必要冷却量に対応して冷凍装置の冷凍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、２段スクリュー圧縮機を備えた冷凍装置において、２段スクリュー圧縮機の回転数をインバータで制御することが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１０８９号公報（図１）
【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は、２段スクリュー圧縮機の駆動モータはインバータの出力周波数により回転数が制御され駆動されるのみであり、インバータ故障時に対応して適切に冷凍装置の運転を行うことができず、負荷側機器の安定した冷却を継続させることができなかった。
【０００５】
具体的に、電源からインバータと２段スクリュー圧縮機の駆動モータ間の電気回路に電磁接触器等の開閉器を備えていない。このため、インバータ故障時に直接電源から２段スクリュー圧縮機の駆動モータへ電気配線を施工して応急的な運転を試みた場合でも、駆動モータの発停を制御すること、および冷凍装置の冷凍能力を制御することができない。これにより、負荷側機器は所定の温度帯に維持できず、冷凍倉庫や冷蔵倉庫内の商品品質を保てない場合がある。
【０００６】
さらに、スクリュー圧縮機は中大型の冷凍装置に用いられ、駆動モータの公称出力は３０ｋＷ以上が一般的である。前述の電気配線を施工して直入れ起動した場合、大きな起動電流（駆動モータの公称出力３０ｋＷで約４００Ａ）が流れ、冷凍装置の電源設備容量不足を招き、電圧が降下してスクリュー圧縮機が起動できないおそれがある。
【０００７】
また、前述の電気配線をした場合、開閉器を備えていないため、温度と圧力が上昇したとき、冷凍装置の保護を目的に備えている保護装置が作動しても、スクリュー圧縮機の駆動モータを停止させることができず、冷凍装置を保護できないおそれもある。
【０００８】
上記課題を解決する為に、本発明の目的は、圧縮機の適切な運転を継続して行うことで、負荷側機器の安定した冷却が継続可能な冷凍装置を実現することである。
【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、スクリュー圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが順次接続された冷凍サイクルと、前記膨張弁と、前記蒸発器とを備えた負荷側機器と、前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する制御手段とを有する冷凍装置において、前記制御手段は、前記スクリュー圧縮機の吸入側の冷媒圧力に基づいて前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する第１の制御モードと、前記負荷側機器の温度に基づいて前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する第２の制御モードと、可変設定回転数に基づいて前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する第３の制御モードとを有し、前記第１乃至第３のいずれかの制御モードを選択する選択手段を有することを特徴とする。
【００１０】
また、スクリュー圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが順次接続された冷凍サイクルと、前記膨張弁と、前記蒸発器とを備えた負荷側機器と、前記スクリュー圧縮機の回転数を制御する制御手段とを有する冷凍装置において、前記スクリュー圧縮機は冷媒の吐出量を調整する容量制御機構を備え、前記制御手段は、前記スクリュー圧縮機の吸入側の冷媒圧力、前記負荷側機器の温度又は可変設定回転数に基づいて前記容量制御機構を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、前記制御手段と前記スクリュー圧縮機との間にスター・デルタ回路を有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記スクリュー圧縮機は２極の電動機を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧縮機の適切な運転を継続して行うことで、負荷側機器の安定した冷却が継続可能な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】
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は冷凍装置の全体構成を表す図である。同図において、Ｉは冷凍装置、IIは負荷側機器であり、これらが冷媒配管７において接続され冷凍サイクルを構成している。
【００１６】
詳細には、１は圧縮機であり、インバータ９１による可変容量式のものである。圧縮機１から吐出された冷媒ガスは、凝縮器２により冷却され凝縮し液冷媒となり受液器３に蓄えられる。その後、液冷媒は電磁弁４，膨張弁５，蒸発器６から成る負荷側機器II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前記圧縮機１へ吸入される。
【００１７】
制御手段であるコントローラ２０１は、３種類のモードを有する。第一のモードは、吸入圧力センサ９２によって検出された圧縮機１の吸入側の冷媒圧力の信号に基づいて圧縮機１の回転数を制御するモードである。第二のモードは、温度センサ９３によって検出された負荷側機器IIの内部温度を温度調節器９４で変換した信号に基づいて圧縮機１の回転数を制御するモードである。第三のモードは、外部設定手段２０６の外部設定信号によって可変設定される設定回転数に基づいて圧縮機１の回転数を制御するモードである。そして、これら３種類のモードのうち１つを選択する選択手段である切換えスイッチ２０２が設けられている。
【００１８】
また、コントローラ２０１には、入力手段２０３及び表示器２０４が設けられており、表示器２０４を参照しながら後述する各種の設定が入力手段２０３により行われるようになっている。さらに、コントローラ２０１には、圧縮機１を回転数制御する通常運転モードと、圧縮機を商用周波数で運転する応急運転モードとを選択する切換えスイッチ２０５が設けられている。
【００１９】
ここで、図１の実施例は圧縮機１の回転数を制御する３種類のモードが設けられており、切換えスイッチ２０２で切換える機能を有するが、回転数を制御するモードはいずれか１種類としてもよい。
【００２０】
次に、切換えスイッチ２０２で設定値の種類を「圧縮機の吸入側圧力」に設定した場合を例にして説明する。図２は、吸入側圧力に基づく圧縮機１の回転数制御を説明する図である。
【００２１】
ここで、圧縮機１の能力を一定とした場合、蒸発器６で要求される冷却負荷が大きくなる。つまり負荷側機器IIの内部温度が上昇すると、圧縮機１の運転中の吸入側の冷媒圧力は高くなる。一方、負荷が小さくなり負荷側機器II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IIの冷却負荷と圧縮機１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１の回転数を可変することにより、冷凍装置Ｉの冷却能力を負荷側機器IIの負荷に応じて変化させる容量制御が可能となる。
【００２２】
コントローラ２０１には、予め使用用途により圧縮機１の運転の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２０３によって設定されている。そして、吸入圧力センサ９２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９１に対し指令が送られ、圧縮機１の回転数制御が行われる。
【００２３】
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、圧縮機１の回転数制御が行われる。吸入側圧力がＣ値より大きくなる場合、冷凍装置Ｉ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、圧縮機１を停止させる。
【００２４】
図３は、切換えスイッチ２０５が通常運転モードにおける、冷凍装置Ｉ内に組み込んでいる電源３０から圧縮機用電動機３５に至るまでの電気回路を示した図である。図４は切換えスイッチ２０５が応急運転モードにおける前述の電気回路を示した図である。図５は電磁接触器３２，３３，３４の運転パターンを示した図である。
【００２５】
通常時の圧縮機１の回転数制御による冷却運転では、切換えスイッチ２０５を通常運転に設定することで、コントローラ２０１からの指令で電磁接触器３２と電磁接触器３３をＯＮさせ、インバータ９１から圧縮機用電動機３５間の電気回路にデルタ回路を構成して圧縮機１を運転する。
【００２６】
これに対して、インバータ９１の故障時は図４に示したように、動力線３６，３７においてインバータ９１の二次側に接続された先端端子を端子台３１へつなぎ換えて、さらに切換えスイッチ２０５を応急運転に設定することで、コントローラ２０１からの指令で電磁接触器３２，３３，３４を図５の運転パターンでＯＮさせ、インバータ９１から圧縮機用電動機３５間の電気回路にスター・デルタ回路を構成し、圧縮機１の起動時はスター回路で、一定時間（例えば２〜５秒）経過した後は圧縮機１をデルタ回路で運転する。
【００２７】
従って、インバータ９１の故障時においても、コントローラ２０１からの指令で電磁接触器３２，３３，３４をＯＮ／ＯＦＦさせ負荷側機器IIの冷却状態に応じた圧縮機１の発停運転が行え、負荷側機器IIを所定の温度帯に維持することできる。
【００２８】
また、圧縮機１はスター・デルタ起動となるため、圧縮機１の起動電流を抑えることができ、起動電流が少ないソフトスタートを行うインバータ９１を使用することで、冷凍装置Ｉの電源容量を小さくした設備においても、起動時の電圧降下が減少し確実な圧縮機１の起動を行うことができる。
【００２９】
また、温度と圧力が上昇した場合、冷凍装置Ｉをする保護装置が作動したとき、電磁接触器３２，３３，３４を設けたことで、圧縮機１を停止させることができ、安全な冷凍装置Ｉの保護を行うことができる。
【００３０】
このように本実施例によれば、圧縮機１を回転数制御するインバータ９１の故障時においても、圧縮機１の適切な運転を継続して行うことができ、圧縮機１の発停や冷凍能力の制御および確実な起動と、さらに冷凍装置Ｉを安全に保護することで、負荷側機器IIの安定した冷却が継続可能な冷凍装置Ｉを提供することができる。
【００３１】
上述のように、スクリュー圧縮機の運転パターンとして、制御器で回転数を制御し、スター・デルタ起動回路が常にデルタ結線となる運転パターンと、制御器で回転数を制御せずにスター・デルタ起動回路が圧縮機起動の度にスター・デルタ起動を行う運転パターンとを採用している。
【００３２】
また、この２つの運転パターンのうち、１つの制御パターンを選択可能な選択手段を設けている。これにより、例えば制御器における回転数制御部にインバータを使用し、このインバータが故障した場合、回転数を制御しない運転パターンを選択することで、圧縮機起動時はスター・デルタ起動を行う電気回路となる。さらに、インバータ二次側からスター・デルタ起動回路へ供給される電気配線を、インバータ二次側から電源側につなぎ換えることによって、圧縮機の起動電流を直入れ起動時の３分の１に抑え、負荷側機器の冷却状態に対応した圧縮機の発停を行うことができる。
【実施例２】
【００３３】
次に、第２の実施例について説明する。図６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実施例と異なる点は、圧縮機１は電磁弁１６，１７，２２，２３により、冷媒の吐出量を調整する容量制御機構を備えたことである。
【００３４】
図７は電磁弁１６，１７，２２，２３の運転パターンを示す図であり、図８はインバータ９１故障時における吸入側圧力に基づく圧縮機１の容量制御を説明する図である。
【００３５】
通常時の圧縮機１の回転数制御による冷却運転では、コントローラ２０１からの指令で電磁弁１６，１７，２２，２３を図７の運転パターンで吐出量が最大になる開閉状態とする。
【００３６】
これに対して、インバータ９１の故障時は、図７に示すように圧縮機１の吸入側圧力と設定基準値（Ａ′値，Ｂ′値，Ｃ′値）の比較結果により、コントローラ２０１からの指令で電磁弁１６，１７，２２，２３を図７の運転パターンで開閉させ、圧縮機１の容量制御を行うことができる。
【００３７】
従って、インバータ９１の故障時においても、コントローラ２０１からの指令で電磁弁１６，１７，２２，２３を開閉させることで、冷凍装置Ｉの冷却能力を負荷側機器IIの負荷に応じて変化させる容量制御が可能となる。
【００３８】
上述のように、スクリュー圧縮機に容量制御機構を備えておくことにより、インバータが故障し回転数を制御しない運転パターンを選択した場合、スクリュー圧縮機の吸入側の冷媒圧力または冷却負荷の温度および可変設定される設定容量に基づいて容量制御機構を制御してもよい。
【００３９】
これによれば、インバータが故障しスクリュー圧縮機の回転数可変による冷凍装置の冷凍能力が制御できない状態でも、スクリュー圧縮機の容量制御機構によって、冷凍装置の冷凍能力を制御することできる。
【実施例３】
【００４０】
次に、第３の実施例について説明する。第３の実施例の冷凍装置において、上述の第１および第２実施例との相違は、圧縮機用電動機３５に２極の電動機を用いる点である。
【００４１】
インバータ９１の故障時は、上述のように動力線３６，３７のつなぎ換えにより圧縮機１は５０，６０Ｈｚの商用周波数運転となる。
【００４２】
従って、通常時の圧縮機１の回転数制御による冷却運転で、例えば最高周波数を７０Ｈｚにした冷凍装置Ｉに対しては、５０Ｈｚ地区においても冷凍能力の低下は約２８％となり、４極の圧縮機用電動機３５を用いた場合と比較すると、冷凍能力の低下は半分ですみ、負荷側機器IIが冷蔵倉庫や冷凍倉庫の場合、保有量の低下を抑えた継続運転を実現することができる。
【００４３】
また、誘導電動機の回転数は周波数に比例し極数に反比例するため、同じ周波数で駆動した場合に４極の駆動モータは２極の駆動モータに比べ半分の回転数となる。回転数制御時のスクリュー圧縮機運転周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用周波数に対して高く、インバータが故障し回転数を制御しない運転パターンを選択した場合、スクリュー圧縮機の回転数が低下し、冷凍装置の冷凍能力が低下する。しかしながら、インバータが故障し回転数を制御しない運転パターンの選択を想定して２極の駆動モータを採用すれば、冷凍装置の冷凍能力低下を４極の駆動モータを採用時に比べて半分に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【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】通常運転時の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】通常運転モードにおける冷凍装置内に組み込んでいる電源から圧縮機用電動機に至るまでの電気回路を示した図である。
【図４】応急運転モードにおける冷凍装置内に組み込んでいる電源から圧縮機用電動機に至るまでの電気回路を示した図である。
【図５】電磁接触器３２，３３，３４の運転パターンを示した図である。
【図６】第２実施例の冷凍装置の全体構成を示す図である。
【図７】圧縮機を容量制御する電磁弁の動作を説明する図である。
【図８】インバータ故障時の吸入側圧力に基づく圧縮機の容量制御を説明する図である。
【符号の説明】
【００４５】
Ｉ  冷凍装置
II  負荷側機器（低圧側機器）
１  圧縮機
２  凝縮器
３  受液器
４  電磁弁
５  膨張弁
６  蒸発器
７  冷媒配管
８  圧縮機容量制御電磁弁
３０  電源
３１  端子台
３２，３３，３４  電磁接触器
３５  圧縮機用電動機
３６，３７  動力線
９１  インバータ
９２  吸入圧力センサ
９３  温度センサ
９４  温度調節器
２０１  コントローラ
２０２，２０５  切換えスイッチ
２０３  入力手段（設定値の設定器）
２０４  表示器
２０６  外部設定手段
【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】
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【図７】
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【図８】
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