JP4906255B2

JP4906255B2 - 冷凍機

Info

Publication number: JP4906255B2
Application number: JP2004319452A
Authority: JP
Inventors: 博之杠; 肇佐野
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Carrier Japan Corp
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2024-11-02
Also published as: JP2006132807A; CN100404973C; CN1776323A

Description

本発明は冷凍機に係り、特に店舗等の冷凍冷蔵設備、恒温室等で用いられる冷凍機に関する。

室外機として凝縮器を備えた冷凍機において、利用側には冷凍ショーケース、冷蔵ショーケース、恒温室等の様々な利用機器の蒸発器が接続されるため、通常は冷凍サイクルの低圧圧力によりＯＮ／ＯＦＦ運転される。すなわち、ショーケース等の利用機器は、庫内温度に基づき冷凍機と接続される冷媒配管に設けられた開閉弁を独立してＯＮ／ＯＦＦ制御し、冷凍機側は低圧圧力を検出し、接続されている全ての冷凍機が停止した場合、吐出冷媒が利用機器の蒸発器に流れなくなり、低圧圧力が低下することを検出して冷凍機を停止する。

近年、このような冷凍機においても省エネルギー性を向上させるためにインバータ装置等で圧縮機の能力を可変できる機器が増加してきている。

そこで、特許文献１や、特許文献２に記載されるように能力制御可能な圧縮機を備えた冷凍機が考えられている。

このような冷凍機においては、低圧側の圧力を一定になるように圧縮機の能力を、また、インバータ装置を備えた冷凍機器においては、インバータ装置の出力周波数を制御する。この結果、圧縮機の能力を最適な状態に制御でき、省エネルギー性を向上させている。

しかしながら、既存の冷凍設備において、このような冷凍機を従来の能力一定制御の冷凍機と入れ換えた場合、冷凍機としては低圧圧力を一定に制御するようにその能力を変化させるが、ショーケース等の利用機器側の減圧装置がキャピラリや減圧量の制御応答性が不十分なものの場合、圧縮機の能力変化に追従できず、凍結に至ったり、十分に冷却できないなどその互換性に問題があった。
特開昭６３−１４０２５４号公報特開平１０−１４１７８４号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、制御互換性を持たせ、冷凍機の使用形態、使用目的に対し最適な制御を可能とし、また、制御に応じた専用の冷凍機をラインナップする必要性がない汎用性のある冷凍機を提供することを目的とする。

上記目的を実現する冷凍機は、少なくとも３つの制御モードを設けて既存のショーケース等の利用側機器においても制御モードを選択することで接続運転可能にしたものである。

すなわち、本発明に係る冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機を可変速駆動するインバータ装置と、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器とを備えた冷凍機において、冷凍サイクルの低圧圧力を検出する低圧圧力センサと、この低圧圧力センサの出力端子と、アナログ出力指示装置に対応し、入力信号の電圧又は電流が入力されるアナログ入力端子とを備え、設定された一定周波数でインバータ装置を運転するとともに設定された低圧圧力でインバータ装置をオンオフする制御と、低圧圧力が一定となるようにインバータ装置の出力周波数を制御する低圧圧力一定制御と、前記アナログ入力端子から入力されるアナログ信号に比例してインバータ装置の出力周波数を制御する外部入力リニア制御とを切り替え可能な制御回路とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る冷凍機によれば、制御互換性を持たせ、冷凍機の使用形態、使用目的に対し最適な制御を可能とし、また、制御に応じた専用の冷凍機をラインナップする必要性がない汎用性の高い冷凍機を提供することができる。

以下、本発明に係る冷凍機の一実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る冷凍機が組込まれた利用機器としてのショーケースの概念図である。

図１に示すように、本発明に係る冷凍機１は、利用機器としての３台の冷凍ショーケース２のショーケース本体３に各々内装された３個の蒸発器４とで、冷凍サイクル５を構成している。

冷凍機１は冷媒を圧縮し直流ブラシレスモータ６ａを具備する圧縮機６と、この圧縮機６で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器７及びこの凝縮器７に冷却空気を送る凝縮用送風機８を備えている。一方、ショーケース本体３には各々、上記蒸発器４とこの蒸発器４に送風する蒸発用送風機９を備えている。

凝縮器７はジョイント１０ｄ、及び並列状態で各々設けられたジョイント１１、開閉弁１２、電子膨張弁１３ｖあるいはキャピラリチューブ１３ｃを介して複数例えば３個の蒸発器４に吐出側配管１４により接続され、また、この各々の蒸発器４はジョイント１５及びジョイント１０ｓを介して圧縮機６に吸込側配管１６を介して接続され、冷凍サイクル５を形成している。

図２に示すように、冷凍機１には冷凍機用マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）２１１を有する冷凍機制御回路２１と、この冷凍機制御回路２１とＵＡＲＴ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＲｅｃｅｉｖｅｒＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）通信可能なインバータ回路(装置)３１が設けられ、冷凍機制御回路２１は冷凍機制御基板２４に、インバータ回路３１はインバータ基板３２に設けられている。

冷凍機用ＭＣＵ２１１を備えた冷凍機制御回路２１は、ショーケース本体３に設けられた制御回路と通信可能になっており、図１に示す吸込側配管１６に取付けられた低圧圧力センサー１６ａ、高圧圧力センサー２１２、及び制御器を介してファンモータ８ａ、さらに、吐出温度センサー２１３、凝縮器温度センサー７ａ、外気温度センサー２１４が接続されている。

インバータ回路３１はノイズフィルタ２５を介して電源２６に接続される整流回路３１１と、この整流回路３１１の出力端接続される平滑コンデンサ３１２と、このコンデンサ３１２の両端に接続されスイッチングにより所定周波数の電圧を出力するインバータ主回路３１３と、このインバータ主回路３１３を駆動するインバータ用ＭＣＵ３１４を有し、このインバータ用ＭＣＵ３１４は、インバータ主回路３１３に接続された圧縮機６の直流ブラシレスモータ６ａの回転子の位置情報が位置検出手段３１８を介して入力され、さらに、電源２６と整流回路３１１間に設けられ、リアクトル３１５とスイッチング回路３６からなる短絡回路３１７を制御するようになっている。この短絡回路３１７は電源から給電される交流の電圧波形ゼロクロス点の近傍にて、リアクトルを介して交流電源を所定時間短絡させることにより、力率を改善するものである。

図３に示すように、冷凍機制御回路２１には、図２に示す他に、圧縮機ケースサーモ６ｂ、高圧スイッチ２１６、除霜ヒータインターロック用端子２１５が各端子を介して接続され、さらに、冷凍機制御回路２１が設けられた冷凍機制御基板２４には、外部入力端子２１７、通信入力端子２１８、異常出力無電源接点端子２１９、電磁弁用電源制御端子２２０、インバータ回路３１とＵＡＲＴ通信を行う通信端子２２１、インバータ回路３１と接続する電源端子２２２が取付けられるとともに、目標となる低圧圧力を設定する低圧圧力設定スイッチ２２３及び図４に示すようなＤＩＰスイッチ（ＤｕａｌｉｎｌｉｎｅＰａｃｋａｇｅＳｗｉｔｃｈ）である制御モード設定スイッチ２２４が設けられている。制御モード設定スイッチ２２４は、左側の２つのＤＩＰスイッチを用いて後述する４種類の制御モードが選択できるようになっている。

冷凍機の設置時に、工事業者は、冷凍機制御基板２４の制御モード設定スイッチ２２４を切り換えることにより、冷凍機１は４通りの制御モードを切り替えることができる。各スイッチの位置と選択される制御モードは図４のとおりである。

４通りの制御モードは、図５（ａ）に示すように、第１は低圧一定制御モード（Ｍ１）であり、低圧圧力設定スイッチ２２３にて設定された低圧圧力になるように周波数を制御するもので、主に使用される制御モードであり、蒸発器側多分岐冷凍サイクルに最適な省エネルギー性の高い制御方式である。

図５（ｂ）に示すように、第２はＯＮ／ＯＦＦ制御モード（Ｍ２）で、低圧圧力においてｃｕｔ−ｉｎ／ｃｕｔ−ｏｕｔする方式であり、既存の利用側機器の減圧装置等が構造・機構上圧縮機の能力可変制御に対応できない場合に用いられる。このモードでは、圧縮機は、設定された一定周波数（ほぼ商用電源周波数）で運転し、低圧圧力設定スイッチ２２３にて設定された設定された低圧圧力でＯＮ／ＯＦＦすることで、従来制御方式の一定速機と互換性を持たせた制御方式である。

図５（ｃ）に示すように、第３はアナログ指令制御モード（Ｍ３）であり、外部入力リニア制御で、外部入力端子への入力信号の電圧又は電流値に比例した周波数運転で制御するもので、セットメーカー等が設置したアナログ出力指示装置(コントローラ)に対応させるもので、特定の利用側機器に対応するための制御方式である。

図５（ｄ）に示すように、第４は、通信指令制御モード（Ｍ４）であり、利用側機器もしくは利用側機器との間に介在する専用のコントローラを用いて、インバータ装置の出力周波数そのものを通信コードにて指定するものである。この制御は、庫内温度一定の精密な制御を希望する場合に用いられる。この場合、指定される周波数は、庫内温度が設定された温度になるように予め決定されている制御規則によって決定された周波数となる。この制御方式は、氷温庫等プレハブ貯蔵庫に最適な制御方式である。

なお、運転制御モードの切り換えは、冷凍機の制御基板上に設けられたＤＩＰスイッチにより行う例で説明したが、通信指令制御モード（Ｍ４）については、図３に示すように、冷凍機外に設けられたコントローラ３３からの入力を外部通信用入力端子２２５、通信入力端子２１８を介して、正規の入力があれば、切り替えスイッチを無視して、通信側の指令を優先させるようにすれば、通信利用の場合はディップスイッチの設定が不要となり、便利である。

次に本発明に係る冷凍機の制御方法を図６に示す制御フローに沿って説明する。

冷凍ショーケース２の設置時あるいは使用開始時、図４に示す制御モード設定スイッチ４０を操作して、図５（ａ）〜（ｄ）に示すいずれかの所望の運転制御モードに設定する。

冷凍ショーケース２を稼動して、冷凍機１の運転を開始すると、冷凍機用ＭＣＵ２１１は、制御モード設定スイッチ４０がどの運転制御モードに設定されているか判断する（Ｓ１）。

低圧一定制御モード（Ｍ１）に設定されていると判断すると、図１に示す低圧圧力センサー１６ａにより吸込側配管１６に圧力すなわち低圧側の圧力を検出して、この低圧圧力Ｐｓが圧力Ｓ_１（能力制御用目標低圧設定値）より大きい否かを判断し（Ｓ２）、この低圧圧力Ｐｓが圧力Ｓ_１より大きい場合は、インバータ出力周波数をアップし、冷凍機１の冷却能力を増加する運転を行ない（Ｓ３）、この低圧圧力Ｐｓが一定圧力Ｓ_１より小さい場合は、インバータ出力周波数をダウンして、冷凍機１の冷却能力を低下する運転を行なう（Ｓ４）。なお、低圧一定制御モード制御（Ｍ１）の場合も、後述するＯＮ／ＯＦＦ制御モード（Ｍ２）のＳ８と同様に、目標低圧圧力よりもさらに低い値に至った場合、利用側機器がすべて停止と判断され、圧縮機は停止（インバータ装置出力「０」）となる（フローチャート省略）。

上記のように低圧一定制御モード（Ｍ１）では、図５（ａ）に示すような低圧圧力が一定となるような制御が行われる。

ＯＮ／ＯＦＦ制御モード（Ｍ２）に設定されていると判断すると、低圧圧力センサー１６ａにより低圧側の圧力を検出して、この低圧圧力Ｐｓが一定（所定）圧力Ｓ_２より大きい否かを判断し（Ｓ５）、この低圧圧力Ｐｓが圧力Ｓ_２より大きい場合は、インバータ出力周波数をＦｃ固定で運転し（Ｓ６）、さらに、圧力Ｓ_２をｃｕｔ−ｉｎ圧力値にする（Ｓ７）。低圧圧力Ｐｓが圧力Ｓ_２より小さい場合は、インバータ出力をＯＦＦして、冷凍機１を停止し（Ｓ８）、圧力Ｓ_２をｃｕｔ−ｉｎ圧力値に設定する（Ｓ９）。

この結果、ＯＮ／ＯＦＦ制御モード（Ｍ２）では、図５（ｂ）に示すような低圧圧力によるオンオフ制御が行われる。

アナログ指令制御モード（Ｍ３）に設定されていると判断すると、外部入力端子２１７の入力電流をＡ／Ｄ変換し（Ｓ１０）、このＡ／Ｄ変換値に比例した出力周波数でインバータ装置を運転する（Ｓ１１）。

上記のようにアナログ指令制御モード（Ｍ３）では、図５（ｃ）に示すような外部入力リニア制御が行われる。

通信指令制御モード（Ｍ４）に設定されていると判断すると、通信による周波数指令に対応した出力周波数でインバータ装置を運転する（Ｓ１２）。

上記のように通信指令制御モード（Ｍ４）では、図５（ｄ）に示すような庫内温度一定制御が行われる。

以上のように本実施形態の冷凍機によれば、インバータ装置によって駆動される圧縮機を低圧圧力によるオンオフ制御、低圧圧力一定制御及び外部入力リニア制御を適宜切り換えて制御するようにしたので、制御互換性を持たせ、冷凍機の使用形態、使用目的に対し最適な制御を可能にし、また、制御に応じた専用の冷凍機をラインナップする必要性がない。さらに本実施例では通信によって周波数そのものを指令できる通信モードも兼ね備え、さらに汎用性を向上させている。

本発明に係る冷凍機を組み込んだ冷凍ショーケースの概念図。本発明に係る冷凍機に設けられた制御回路の概念図本発明に係る冷凍機に設けられた制御基板の概念図本発明に係る冷凍機の制御回路に用いられる制御モード設定スイッチの説明図。（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る冷凍機の制御モードの説明図。本発明に係る冷凍機の制御フロー図。

符号の説明

１冷凍機
２冷凍ショーケース
３ショーケース本体
４蒸発器
５冷凍サイクル
６圧縮機
６ａ直流ブラシレスモータ
７凝縮器
１６ａ低圧圧力センサー
２１冷凍機制御回路
２１１冷凍機用マイクロコントロールユニット
２２４制御モード設定スイッチ
２４冷凍機制御基板
３１インバータ回路

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機を可変速駆動するインバータ装置と、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器とを備えた冷凍機において、
冷凍サイクルの低圧圧力を検出する低圧圧力センサと、この低圧圧力センサの出力端子と、
アナログ出力指示装置に対応し、入力信号の電圧又は電流が入力されるアナログ入力端子とを備え、
設定された一定周波数でインバータ装置を運転するとともに設定された低圧圧力でインバータ装置をオンオフする制御と、低圧圧力が一定となるようにインバータ装置の出力周波数を制御する低圧圧力一定制御と、前記アナログ入力端子から入力されるアナログ信号に比例してインバータ装置の出力周波数を制御する外部入力リニア制御とを切り替え可能な制御回路とを備えたことを特徴とする冷凍機。
前記制御回路は、利用側機器側からの通信を入力する外部通信用入力端子を備え、
前記利用側機器側からの通信コードにより前記インバータ装置の出力周波数を指定する制御も切り替え可能なことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
前記制御回路は、目標となる低圧圧力を設定する低圧圧力設定スイッチを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍機。