JP2013228130A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷や熱交換器の経年劣化に関わらず、常に効率最大運転を行う冷凍装置を得る。
【解決手段】冷蔵倉庫１に収納された被冷却物を冷却する複数の冷凍機と、冷蔵倉庫１の庫内温度を検知する庫内温度センサー５１と、複数の冷凍機の制御を行う制御コントローラ５０と、を備え、制御コントローラ５０は、冷凍機の凝縮温度及び蒸発温度を算出し、算出された凝縮温度及び蒸発温度に基づいて、冷凍機の冷却能力及び成績係数の関係を示す運転特性情報を算出し、庫内設定温度、庫内温度センサーの検知値及び運転特性情報に基づいて複数の冷凍機の制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

従来、冷凍装置として複数の容量制御可能な熱源機で構成された冷凍空調装置が提案されている。例えば、ターボ冷凍機（熱源機）が並列に複数接続された熱源システムの制御法を開示したものがある（例えば、特許文献１）。この特許文献１では、各熱源機は、運転状況と成績係数を負荷率との関係を示した各熱源機固有のＣＯＰマップをそれぞれ保有し、各熱源機はこのＣＯＰマップから運転状況に応じた適正運転範囲を決定して運転台数を制御する。

特開２０１１−１０６６９９号公報（［００３１］、図５）

特許文献１では、各熱源機が所定の時間間隔で自身の適正運転範囲を求め、この適正運転範囲を台数制御装置に通知し、台数制御装置は各熱源機から通知される適正運転範囲及び外部負荷から通知される要求負荷に基づいて各熱源機の起動、停止を行うように制御する。

しかしながら、この適正運転範囲はＣＯＰ特性のピーク値に対して所定割合以上（例えば、８０％以上）のＣＯＰを示している負荷率の範囲を特定し、この負荷率の範囲を適正運転範囲と決定しているので、必ずしも効率最大運転が全ての負荷条件で実現されるとは限らない制御となっていた。

また、このＣＯＰ特性は、冷却水入口温度毎のＣＯＰと負荷率との関係、あるいは外気温度毎のＣＯＰと負荷率との関係であるため、汚れなど熱交換器の性能経年劣化によりＣＯＰ特性が変化することが考慮されておらず、熱源機購入初期は効率最大での運転が可能であるが、時間の経過とともに効率最大運転が保証されないという課題があった。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、負荷や熱交換器の経年劣化に関わらず、常に効率最大運転を行う冷凍装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍装置は、冷蔵倉庫に収納された被冷却物を冷却する複数の冷凍機と、前記冷蔵倉庫の庫内温度を検知する庫内温度センサーと、前記複数の冷凍機の制御を行う制御コントローラと、を備え、前記制御コントローラは、前記冷凍機の凝縮温度及び蒸発温度を算出し、算出された前記凝縮温度及び前記蒸発温度に基づいて、前記冷凍機の冷却能力及び成績係数の関係を示す運転特性情報を算出し、庫内設定温度、前記庫内温度センサーの検知値及び前記運転特性情報に基づいて前記複数の冷凍機の制御を行うものである。

本発明によれば、冷蔵倉庫の庫内温度センサーと複数の冷凍機の運転特性情報（冷凍機の凝縮温度と冷凍機の蒸発温度によって決定される冷却能力と成績係数の関係に関する情報）を用いている。このため、熱交換器の経年劣化に関わらず、常に効率最大運転を行う冷凍装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の第一冷凍機の冷媒回路構成図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の運転台数と運転周波数の最適制御の概念を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍装置の運転台数と運転周波数の最適制御の概念を示す図である。 本発明の実施の形態５に係る冷凍装置の運転周波数とＣＯＰとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態６に係る冷凍装置の構成図である。

実施の形態１．
まず、本実施の形態１に係る冷凍装置１００について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置１００の構成図である。

図１に示されるように、冷凍装置１００は冷蔵倉庫１に設置されており、第一冷凍機１０と、第一熱源機１１と、第一冷却器１２と、第二冷凍機２０と、第二熱源機２１と、第二冷却器２２と、制御コントローラ５０と、庫内温度センサー５１とを備えている。

冷蔵倉庫１は、水産物や畜産物、農産物あるいは冷凍食品など（図示せず）が収納されている。冷蔵倉庫１には、庫内温度を収納物の保管に最適な温度に維持するための第一冷凍機１０及び第二冷凍機２０が設置されている。

第一冷凍機１０は、冷蔵倉庫１の庫外に設置された第一熱源機１１と、冷蔵倉庫１の庫内に設置された第一冷却器１２とを備えている。第二冷凍機２０は、冷蔵倉庫１の庫外に設置された第二熱源機２１と、冷蔵倉庫１の庫内に設置された第二冷却器２２とを備えている。

制御コントローラ５０には、第一冷凍機１０、第二冷凍機２０及び庫内温度センサー５１が接続されている。庫内温度センサー５１は、冷蔵倉庫１内に設置され、冷蔵倉庫１内の温度を計測するものである。制御コントローラ５０は、庫内温度センサー５１の情報などから第一冷凍機１０と第二冷凍機２０の運転制御を行い、冷蔵倉庫１内の温度をその収納物の保管に最適な温度に維持するとともに、第一冷凍機１０と第二冷凍機２０の運転を最適に制御し、常に最高の運転効率を維持するように制御する。なお、第一冷凍機１０及び第二冷凍機２０を総称して単に冷凍機と呼称することがある。

図２は、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置１００の第一冷凍機１０の冷媒回路構成図である。
図２に示されるように、第一冷凍機１０は、上述したように第一熱源機１１と、第一冷却器１２とを備えている。第一熱源機１１は、圧縮機３１と、凝縮器３２と、送風機３３と、アキュムレータ３４と、第一電磁弁３５と、高圧検知器３６と、低圧検知器３７と、圧縮機積算運転時間タイマー３８とを備えている。第一冷却器１２は、蒸発器４１と、送風機４２と、膨張弁４３と、第二電磁弁４４と、第三電磁弁４５とを備えている。第一熱源機１１と第一冷却器１２は、液管６１、ガス管６２、ホットガス管６３の３本の冷媒配管で接続されている。なお、液管６１には第三電磁弁４５が設けられ、ホットガス管６３には第一電磁弁３５及び第二電磁弁４４が設けられている。

圧縮機３１は、例えば二段スクリュー圧縮機で構成され、その回転数を連続に調整可能なインバータ（図示せず）が接続されている。凝縮器３２は、例えばプレートフィンアンドチューブ熱交換器であり、送風機３３により外気を流し、冷媒の凝縮熱を放熱するものである。アキュムレータ３４は、圧縮機への液冷媒の流入を抑制するために設置されているものである。高圧検知器３６は、第一冷凍機１０の高圧を検知するものである。低圧検知器３７は、第一冷凍機１０の低圧を検知するものである。圧縮機積算運転時間タイマー３８は、第一冷凍機１０の試運転からの圧縮機３１の積算運転時間を記憶するものである。

蒸発器４１は、例えばプレートフィンアンドチューブ熱交換器で構成され、送風機４２により庫内空気を流し、冷媒を蒸発させ、庫内を冷却するものである。膨張弁４３は、例えば電子式膨張弁で構成され、蒸発器４１を循環する冷媒流量を制御するものである。

次に、図１に示される制御コントローラ５０の制御について説明する。
本実施の形態１では、第一冷凍機１０と第二冷凍機２０は同一定格能力で、同一仕様となっている。また、制御コントローラ５０には、第一冷凍機１０の高圧、低圧、及び圧縮機積算運転時間、第二冷凍機２０の高圧、低圧、圧縮機積算運転時間、及び庫内温度センサー５１の情報が入力される。制御コントローラ５０は、これらの情報に基づいて、この２台の冷凍機の運転制御を行う。また、制御コントローラ５０は、庫内温度センサー５１からの情報を用いて必要な冷却能力を演算する。

ここで、例えば冷蔵倉庫１の庫内設定温度が−２５℃、庫内温度センサー５１の検知温度が−２２℃の場合には、庫内設定温度よりも検知温度が３℃高い状態であるため、冷凍機の冷却能力を増加させて、冷蔵倉庫１内の温度を低下させる必要がある。このため、制御コントローラ５０は、設定温度と庫内温度の差にある定数を乗算し、現在の冷却能力からの必要冷却能力増加分を演算する。また、制御コントローラ５０は、冷凍機の冷却能力と運転周波数はほぼ線形関係が成立しているため、設定温度及び庫内温度の差と、ある定数とを乗算することで、現在の運転周波数からの必要な運転周波数増加分を演算する。なお、この定数は冷凍機の運転周波数と冷却能力との関係を試験やシミュレーションで定量化し、制御コントローラ５０内に記憶させておけばよい。

次に、図２を参照して、第一冷凍機１０の動作について説明する。
通常冷却運転時は、第一電磁弁３５を閉状態、第二電磁弁４４を閉状態、第三電磁弁４５を開状態としている。圧縮機３１より吐出された高温高圧の蒸気冷媒は、凝縮器３２へ流入し、外気空気と熱交換して凝縮液化し、高圧液冷媒となる。この高圧液冷媒は液管６１を通って第三電磁弁４５を通って膨張弁４３で減圧され、低圧の気液二相冷媒となって蒸発器４１に流入する。この低圧の気液二相冷媒は蒸発器４１内で庫内空気によって加熱されて蒸発し、低圧の蒸気冷媒となってガス管６２を通って、アキュムレータ３４を経て、圧縮機３１へ流入し、再び圧縮される。

次に、図２を参照して、蒸発器４１に付着した霜を溶かすデフロスト運転時の動作について説明する。
デフロスト運転時は、第一電磁弁３５を開状態、第二電磁弁４４を開状態、第三電磁弁４５を閉状態としている。圧縮機３１より吐出された高温高圧の蒸気冷媒は、第一電磁弁３５を通ってホットガス管６３へ流入し、第二電磁弁４４を通って蒸発器４１に流入し、蒸発器４１に付着した霜を溶かす。蒸発器４１を出た冷媒はガス管６２を通って、アキュムレータ３４を経て、圧縮機３１へ流入し、再び圧縮される。

図３は、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置１００の運転台数と運転周波数の最適制御の概念を示す図である。具体的には、冷蔵倉庫１に設置された第一冷凍機１０と第二冷凍機２０のある凝縮温度と蒸発温度での冷却能力とＣＯＰの関係を示している。なお、第一冷凍機１０と第二冷凍機２０は同一仕様の冷凍機であり、この冷却能力とＣＯＰの関係も同一となるため、二台運転時の第一冷凍機１０と第二冷凍機２０の運転周波数は同一となる。なお、図３には一台運転の場合と二台運転の場合の冷却能力とＣＯＰの関係を示している。

まず、必要な冷却能力が大きい場合には、２台の冷凍機を同時運転させ、必要な冷却能力が減少した場合には、必要な冷却能力が図３のＡ点に達するまでは、２台の冷凍機の運転周波数を減少させて冷却能力を低下させる。ここで、必要な冷却能力が図３のＡ点を下回った場合には、２台の冷凍機を同時運転させるよりも、いずれか１台のみの冷凍機を運転させた方がＣＯＰが高くなる。このため、必要な冷却能力がＡ点に達した場合には、一方の冷凍機の運転を停止する（他方の冷凍機の運転を継続する）。そして、Ａ点を下回り、必要な冷却能力がさらに小さくなった場合には、運転を継続している冷凍機の運転周波数を減少させて冷却能力を低減させる。

図３に示される冷凍機の冷却能力とＣＯＰの関係は、冷凍機が運転している凝縮温度と蒸発温度の情報から決定される。一般に、運転周波数、凝縮温度、及び蒸発温度が決定されれば、一義的に冷凍機の冷却能力及びＣＯＰが決定されるため、この対応関係を試験やシミュレーションによって定量化しておき、この対応関係を予め制御コントローラ５０内に記憶させておけばよい。冷凍機の凝縮温度及び蒸発温度は、第一冷凍機１０あるいは第二冷凍機２０に設けた高圧検知器３６と低圧検知器３７により検出される高圧圧力値と低圧圧力値から冷媒熱物性を用いて変換される。制御コントローラ５０は、高圧検知器３６と低圧検知器３７から得られた凝縮温度及び蒸発温度を用いて、冷凍機を２台運転させたときの冷却能力及びＣＯＰの関係を演算し、冷凍機を１台のみ運転させたときの冷却能力及びＣＯＰの関係を演算する。そして、制御コントローラ５０は、この２つの冷却能力とＣＯＰの関係からＣＯＰが常に最大となるように冷凍機の運転台数と運転周波数を決定し、これらの情報を第一冷凍機１０と第二冷凍機２０に発信する。

なお、冷凍機の冷却能力とＣＯＰの関係が、本発明に係る運転特性情報に相当する。

以上のように、本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、制御コントローラ５０が、冷凍機の凝縮温度及び蒸発温度を算出し、算出された凝縮温度及び蒸発温度に基づいて、冷凍機の冷却能力及び成績係数の関係を示す運転特性情報を算出し、庫内設定温度、庫内温度センサー５１の検知値及び運転特性情報に基づいて複数の冷凍機の制御を行う構成としている。このため、負荷や熱交換器の経年劣化に関わらず、常に効率最大運転を行う冷凍装置を得ることができる。つまり、経年劣化による凝縮器３２や蒸発器４１の特性が変化しても、正確な冷凍機の冷却能力とＣＯＰの関係を得ることができる。また、冷凍機納入時から廃却時までのライフサイクル全体に亘って、常に冷凍機を効率最大となるように運転制御することができる。したがって、従来の冷凍装置のように、外気温度や庫内温度などの情報を基に冷却能力とＣＯＰの関係を演算し、制御に使用する方法を用いることで、経年劣化などにより凝縮器３２や蒸発器４１の特性が変化した場合に冷凍機の冷却能力とＣＯＰの関係を正確に得ることができなかったという問題を解決できる。

また、本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、冷蔵倉庫１に設置した庫内温度センサー５１の検知情報を基に、冷凍機に必要な冷却能力を決定している。このため、正確に必要な冷却能力を得ることができ、冷蔵倉庫１の庫内温度を正確に、精度良く、一定温度に制御することができる。

また、本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、制御コントローラ５０が、冷凍機の運転特性情報及び冷凍機の必要な冷却能力に基づいて、冷凍機の運転台数と運転周波数を制御し、常にＣＯＰの高い状態で２台の冷凍機を運転するように制御している。このため、エネルギー効率の高い冷凍装置１００を得ることができる。

なお、本実施の形態１では、第一冷凍機１０及び第二冷凍機２０の２台の冷凍機を冷蔵倉庫１に設置した例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、３台以上の冷凍機を冷蔵倉庫１に設置した場合であっても、これらの冷凍機の運転台数と運転周波数を凝縮温度と蒸発温度の情報から最適に制御することによって同様の効果を発揮することができる。

実施の形態２．
次に、本実施の形態２に係る冷凍装置１００について説明する。
本実施の形態２に係る冷凍装置１００の構成は図１と同一である。なお、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて、重複する説明は省略する。

冷凍機は、例えば１０時間程度の冷却運転を継続すると、蒸発器に着霜し、冷却性能が低下する。このため、冷却運転時に蒸発器に付着した霜を融解させるデフロスト運転が定期的に必要となる。ここで、デフロスト運転時には冷蔵倉庫内の庫内を冷却する機能が発揮できないため、デフロスト運転中に冷蔵倉庫内の温度が上昇してしまう。そこで、本実施の形態２では、冷凍機がデフロスト運転を開始した場合には、それ以外の運転をしている冷凍機（通常運転をしている冷凍機）の運転周波数を増大させる、停止している冷凍機の運転を開始させることのいずれかを行う構成としている。なお、冷凍機が３台以上の場合であって、冷凍機がデフロスト運転を開始した場合には、それ以外の運転をしている冷凍機（通常運転をしている冷凍機）の運転周波数を増大させる、停止している冷凍機の運転を開始させることの少なくともいずれかを行う構成としてもよい。

以上のように、本実施の形態２に係る冷凍装置１００は、冷蔵倉庫１に設置された複数の冷凍機の中で、デフロスト運転に入った冷凍機があると、それ以外の運転している冷凍機の運転周波数を増大させる、停止している冷凍機の運転を開始させることの少なくともいずれかを行う構成としている。つまり、デフロスト運転に入った冷凍機が発生すると、その能力低下を補うために、運転している冷凍機の運転周波数を増加させるか、あるいは停止している冷凍機の運転を開始するように制御する構成としている。このため、デフロスト運転による庫内温度上昇を抑制することができ、庫内温度の制御安定性に優れた冷凍装置の提供が可能となる。

実施の形態３．
次に、本実施の形態３に係る冷凍装置１００について説明する。
本実施の形態３に係る冷凍装置１００の構成は図１及び図２と同一である。なお、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて、重複する説明は省略する。

上述したように、制御コントローラ５０は、必要な冷却能力に応じて、冷蔵倉庫１に設置された複数の冷凍機の運転台数と運転周波数を制御して、冷凍機の運転、停止を制御している。本実施の形態３では、この冷凍機の運転、停止を行う際に、冷凍機の信頼性向上のために、圧縮機積算運転時間が平均化するような制御を行う。

以下に、上述した圧縮機積算運転時間が平均化するような冷凍機の運転、停止を制御する方法について、図３を用いて説明する。

図３に示されるような冷凍機の冷却能力とＣＯＰの関係において、必要な冷却能力の大きい状態から必要な冷却能力が減少してＡ点に達した場合には、制御コントローラ５０は、第一冷凍機１０あるいは第二冷凍機２０の運転を停止させ、ＣＯＰの高い状態を維持する。具体的には、制御コントローラ５０は、第一冷凍機１０及び第二冷凍機２０の圧縮機積算運転時間タイマー３８から、第一冷凍機１０及び第二冷凍機２０の圧縮機積算運転時間情報を取り込んで比較し、圧縮機積算運転時間のより長い圧縮機を搭載した冷凍機の運転を停止させる。以下、本実施の形態３では、第一冷凍機１０の運転を継続し、第二冷凍機２０の運転を停止させるものとする。

次に、第一冷凍機１０の運転が、所定時間（例えば１００時間）経過すると、第一冷凍機１０を停止させ、停止していた第二冷凍機２０の運転を開始させる。そして、第二冷凍機２０の運転が上述の所定時間と同じ１００時間を経過すると、第二冷凍機２０の運転を停止させ、第一冷凍機１０の運転を再開させるように制御する。このようにして、制御コントローラ５０は、必要な冷却能力を維持したまま、各冷凍機の圧縮機積算運転時間の平均化を図るように制御する。

ここで、圧縮機３１（二段スクリュー圧縮機）は通常、所定の運転時間経過後に定期点検やオーバーホール点検が必要であり、信頼性を維持するためには圧縮機運転時間は重要な情報となる。ここで、図１に示されるように、第一冷凍機１０と第二冷凍機２０の２台の冷凍機が制御コントローラ５０で制御されている場合であって、第一冷凍機１０のみ（一台）での運転が効率最大となるような必要冷却能力が比較的小さい状態が長期間続くと、第一冷凍機１０の圧縮機積算運転時間は増加し、停止している第二冷凍機２０の圧縮機積算時間は変化しない。このため、第一冷凍機１０及び第二冷凍機２０の圧縮機積算運転時間の差は拡大し続ける。このように、複数の冷凍機が冷蔵倉庫１に設置され、各冷凍機に係る各圧縮機の積算運転時間に差が発生すると、積算運転時間の長い圧縮機は消耗が早くなり、点検回数が増加してしまう。

これに対して、本実施の形態３に係る冷凍装置１００は、制御コントローラ５０が各冷凍機の圧縮機積算運転時間の情報を取り込み、この圧縮機積算運転時間情報を用いて、圧縮機積算運転時間が平均化するように各冷凍機の運転、停止を制御する（運転あるいは停止する冷凍機を選択するように制御する）構成としている。具体的には、制御コントローラ５０はある冷凍機の運転時間が所定の時間を経過すると、運転している冷凍機の運転を停止させ、停止している冷凍機の運転を開始させることで、各冷凍機の圧縮機積算運転時間を平均化させる制御を実施している。このため、各圧縮機の運転時間が平均化され、圧縮機を含む冷凍機の信頼性が向上する。また、圧縮機の積算運転時間が平均化されることにより、計画的に圧縮機の定期点検やオーバーホールが可能となり、冷蔵倉庫１のメンテナンス計画も立てやすくなる。

なお、本実施の形態３では、２台の冷凍機が冷蔵倉庫１に設置された例について説明したが、３台以上の冷凍機が冷蔵倉庫１に設置される構成としてもよい。この場合でも、２台の冷凍機が冷蔵倉庫１に設置された場合と同様の制御を行うことで、圧縮機積算時間の平均化が図れ、信頼性の高い冷凍装置１００を提供することができる。なお、３台以上の冷凍機が冷蔵倉庫１に設置され、この３台以上の冷凍機から運転する冷凍機を選択するときには、停止している冷凍機の中で圧縮機積算運転時間の短い冷凍機を選択すればよい。また、運転を停止させる冷凍機を選択するときには、運転している冷凍機の中で圧縮機積算運転時間の長い冷凍機を選択すればよい。このように運転及び停止させる冷凍機を選択することで、更に効果的に圧縮機運転時間の平均化が実現できる。

以下に、この３台以上の冷凍機が接続された場合の一例について説明する。具体的には、必要な冷却能力の小さい状態から必要な冷却能力が増加した場合について説明する。このとき、制御コントローラ５０は、運転を停止している冷凍機を運転を開始させるように制御する。制御コントローラ５０は、運転を開始させる冷凍機を選択するとき、３台の冷凍機の圧縮機積算運転時間タイマー３８からそれぞれの圧縮機積算運転時間情報を取り込んで比較する。そして、制御コントローラ５０は、圧縮機積算運転時間の短い圧縮機を搭載した冷凍機から優先的に運転を開始させる。

実施の形態４．
次に、本実施の形態４に係る冷凍装置１００について説明する。
本実施の形態４では、冷凍装置１００の構成や冷媒回路構成は図１及び図２と同一である。なお、本実施の形態４において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて、重複する説明は省略する。

実施の形態１では、第一冷凍機１０と第二冷凍機２０は同一定格能力で、同一仕様となるように構成されていた。これに対して、本実施の形態４では、第一冷凍機１０と第二冷凍機２０は定格能力が異なるように構成されている。例えば、第一冷凍機１０は５０馬力、第二冷凍機２０は８０馬力となるように構成されている。制御コントローラ５０は、このような特性の異なる２台の冷凍機の運転制御を行う。

図４は、本発明の実施の形態４に係る冷凍装置の運転台数と運転周波数の最適制御の概念を示す図である。具体的には、図４は、本発明の実施の形態４に係る第一冷凍機１０及び第二冷凍機２０の、ある凝縮温度と蒸発温度での冷却能力とＣＯＰの関係を示している。より具体的には、（１）第一冷凍機１０のみ運転させた場合、（２）第二冷凍機２０のみ運転させた場合、（３）第一冷凍機１０と第二冷凍機２０の二台運転させた場合の、それぞれの冷却能力とＣＯＰの関係を示している。なお、上述したように第一冷凍機１０と第二冷凍機２０の馬力は異なっているため、第一冷凍機１０と第二冷凍機２０の冷却能力とＣＯＰの関係も異なっている。

まず、必要な冷却能力が大きい場合は二台の冷凍機を同時運転させ、必要な冷却能力が減少するＡ点まで、二台の冷凍機の運転周波数を減少させて冷却能力を低下させる。

次に、必要な冷却能力がＡ点を下回ると、二台の冷凍機を同時に運転させるよりも、第二冷凍機２０のみを運転させる方がＣＯＰが高くなる（図４参照）。このため、必要な冷却能力がＡ点に達すると、運転している第一冷凍機１０を停止させ、第二冷凍機２０の運転を継続する。必要な冷却能力がＡ点よりもさらに小さくなると、運転している第二冷凍機２０の運転周波数を減少させて冷却能力を低減させる。

そして、必要な冷却能力がＢ点を下回ると、第二冷凍機２０のみ運転させるよりも第一冷凍機１０のみを運転させる方がＣＯＰは高くなる。このため、必要な冷却能力がＢ点に達すると、運転している第二冷凍機２０を停止させ、停止している第一冷凍機１０の運転を開始させる。必要な冷却能力がＢ点よりもさらに小さくなると、運転している第一冷凍機１０の運転周波数を減少させて必要な冷却能力を低減させる。

以上のように、本実施の形態４に係る冷凍装置１００は、制御コントローラ５０が、必要な冷却能力に応じて定格能力の異なる二台の冷凍機の運転台数と運転周波数を制御し、常にＣＯＰの高い状態で二台の冷凍機を運転するように制御している。このため、幅広い冷却能力範囲で、エネルギー効率の高い冷凍装置１００を得ることができる。

実施の形態５．
次に、本実施の形態５に係る冷凍装置１００について説明する。
本実施の形態５に係る冷凍装置の構成は図１と同一である。なお、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて、重複する説明は省略する。

図５は、本発明の実施の形態５に係る冷凍装置１００の運転周波数とＣＯＰとの関係を示す図である。具体的には、第一冷凍機１０のみを運転させる場合の、運転周波数に対するＣＯＰの変化を示している。
図５に示されるように、運転周波数が、運転上限周波数（例えば１００Ｈｚ）より低下するとＣＯＰは上昇するが、ある運転周波数の値を境にしてＣＯＰは低下する。そして、運転周波数を更に低下させ、ある運転周波数（運転下限周波数）の値よりも小さくなると、運転上限周波数に対応するＣＯＰの値よりも小さくなる。

ここで、冷凍機は運転周波数がある程度小さくなるとＣＯＰは低下するため、ＣＯＰの悪い低周波数で運転を継続させるよりも、冷凍機を断続運転させる方が効率が高くなる場合がある。このため、本実施の形態５では、冷凍機を一台だけ運転させる場合であって、所定の運転周波数（運転下限周波数）以下の運転となった場合には、制御コントローラ５０が、運転中の冷凍機を断続運転させるように制御する。具体的には、運転上限周波数と同じＣＯＰ以上が得られる領域を運転範囲として定めておき、運転下限周波数を設定して（例えば４０Ｈｚ）、この運転下限周波数を制御コントローラ５０に予め記憶させておく。次に、冷蔵倉庫１の必要冷却能力が小さくなり、第一冷凍機１０の一台運転となり、さらに運転周波数が、運転下限周波数である４０Ｈｚよりも小さくなった場合には、制御コントローラ５０は第一冷凍機１０の運転を停止させる。この第一冷凍機１０の運転を停止させたことにより、冷蔵倉庫１の庫内温度が上昇すると、再度、第一冷凍機１０の運転を開始し、冷蔵倉庫１内の冷却を開始するように制御する。

以上のように、本実施の形態５に係る冷凍装置１００は、冷凍機の運転上限周波数よりも低い周波数、且つ運転上限周波数の成績係数と同じ値を示す運転周波数の値を記憶する構成としている。そして、冷凍機の運転周波数が所定の値以下となった場合に、該冷凍機を停止させるように制御する構成としている。このため、冷蔵倉庫１の必要冷却能力が小さい場合でも、冷凍機の運転効率の低下を抑制することができ、幅広い運転範囲で効率の高い冷凍装置を提供することができる。

実施の形態６．
次に、本実施の形態６に係る冷凍装置１００について説明する。
図６は、本発明の実施の形態６に係る冷凍装置１００の構成図である。
図６に示されるように、庫内温度センサー５１，５２，５３は、冷蔵倉庫１内に設置されている。庫内温度センサー５１，５２，５３の検知情報は制御コントローラ５０に入力される。なお、本実施の形態６において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて、重複する説明は省略する。

冷蔵倉庫１内では気流や熱負荷あるいは扉開閉の影響などにより必ずしも庫内空間の温度は均一ではなく、ある程度の分布を有している。このため、本実施の形態６では、冷蔵倉庫１内の庫内温度を正確に測定するために３つの庫内温度センサー５１，５２，５３を冷蔵倉庫１内に設置し、これら３つの庫内温度センサー５１，５２，５３の温度情報から庫内温度を決定し、この庫内温度情報を基に第一冷凍機１０及び第二冷凍機２０の運転を制御している。制御コントローラ５０では、庫内温度センサー５１，５２，５３からの温度検出値を取り込み、この３つの温度の算術平均値を庫内代表温度とし、冷凍機の制御を行っている。

以上のように、本実施の形態６に係る冷凍装置１００は、庫内温度センサー５１，５２，５３を冷蔵倉庫１内に設置する構成としている。そして、制御コントローラ５０は、３つの庫内温度センサー５１，５２，５３の平均値を庫内代表温度として冷凍機を制御する構成としている。このため、庫内温度に分布があっても、この庫内温度の分布に左右されず、常に最適な運転が可能な冷凍装置１００を提供することができる。

なお、本実施の形態６では、庫内温度センサー５１，５２，５３の平均値を庫内代表温度とする例について説明したが、これに限定されず、庫内温度センサー５１，５２，５３の最大値を庫内代表温度としてもよい。このように庫内温度センサー５１，５２，５３の最大値を庫内代表温度とすれば、庫内温度は設定温度よりも高い部分が無くなり、収納物の保管品質が向上する。

また、本実施の形態６では、庫内温度センサー５１，５２，５３の平均値を庫内代表温度とする例について説明したが、これに限定されず、庫内温度センサー５１，５２，５３の最小値を庫内代表温度としてもよい。このように庫内温度センサー５１，５２，５３の最小値を庫内代表温度とすれば、庫内が過度に冷却されることを抑制でき、無駄な冷凍機の運転を抑制でき、また収納物の保管品質が向上する。

また、本実施の形態６では、３つの庫内温度センサー５１，５２，５３を用いて庫内代表温度を決定する例について説明したが、これに限定されず、２つの庫内温度センサーあるいは４つ以上の庫内温度センサーを用いて庫内代表温度を決定してもよい。庫内温度センサーの数を４つ以上に増やした場合には、庫内温度分布があっても、より確実且つ正確に庫内代表温度を決定することができ、冷凍機の効率的な運転と収納物の保管品質向上の両立が可能となる。

１ 冷蔵倉庫、１０ 第一冷凍機、１１ 第一熱源機、１２ 第一冷却器、２０ 第二冷凍機、２１ 第二熱源機、２２ 第二冷却器、３１ 圧縮機、３２ 凝縮器、３３ 送風機、３４ アキュムレータ、３５ 第一電磁弁、３６ 高圧検知器、３７ 低圧検知器、３８ 圧縮機積算運転時間タイマー、４１ 蒸発器、４２ 送風機、４３ 膨張弁、４４ 第二電磁弁、４５ 第三電磁弁、５０ 制御コントローラ、５１，５２，５３ 庫内温度センサー、６１ 液管、６２ ガス管、６３ ホットガス管、１００ 冷凍装置。

Claims (10)

1. 冷蔵倉庫に収納された被冷却物を冷却する複数の冷凍機と、
   前記冷蔵倉庫の庫内温度を検知する庫内温度センサーと、
   前記複数の冷凍機の制御を行う制御コントローラと、を備え、
   前記制御コントローラは、
   前記冷凍機の凝縮温度及び蒸発温度を算出し、
   算出された前記凝縮温度及び前記蒸発温度に基づいて、前記冷凍機の冷却能力及び成績係数の関係を示す運転特性情報を算出し、
   庫内設定温度、前記庫内温度センサーの検知値及び前記運転特性情報に基づいて前記複数の冷凍機の制御を行う
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記制御コントローラは、
   運転中の冷凍機がデフロスト運転を開始した場合には、
   停止中の冷凍機の運転、及び
   運転中の他の冷凍機の運転周波数の増加のうち少なくともいずれかを行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記制御コントローラは、
   積算運転時間の短い冷凍機の運転を優先的に運転させる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。
4. 前記制御コントローラは、
   積算運転時間の長い冷凍機の運転を優先的に停止させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
5. 前記制御コントローラは、
   前記冷凍機の運転が開始されて所定の時間が経過した場合には、
   積算運転時間の長い冷凍機の運転を停止させ、積算運転時間の短い冷凍機の運転を開始させる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。
6. 前記制御コントローラは、
   前記複数の冷凍機のうち、いずれか一台の冷凍機のみ運転している場合であって、該冷凍機の運転周波数が所定の値を下回った場合には、
   該冷凍機の運転を停止させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
7. 前記所定の値は、
   前記冷凍機の運転上限周波数よりも低い周波数であって、該運転上限周波数に係る成績係数と同一の成績係数に係る運転周波数の値である
   ことを特徴とする請求項６に記載の冷凍装置。
8. 前記庫内温度センサーは、複数設けられ、
   該庫内温度センサーの検出値の平均値を庫内代表温度とした
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の冷凍装置。
9. 前記庫内温度センサーは、複数設けられ、
   該庫内温度センサーの検出値の最大値を庫内代表温度とした
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の冷凍装置。
10. 前記庫内温度センサーは、複数設けられ、
    該庫内温度センサーの検出値の最小値を庫内代表温度とした
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の冷凍装置。

Images