JP2020133964A

JP2020133964A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2020133964A
Application number: JP2019025822A
Authority: JP
Inventors: 山口　勤; Tsutomu Yamaguchi; 勤山口
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-08-31

Abstract

【課題】状況が変化しても、特定の運転状態を回避することのできる冷凍装置を提供する。【解決手段】冷媒が循環する冷媒回路を構成する圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器と、圧縮機の運転状態を検知する検知部と、検知部の検知結果及び予め記憶されている基準値に基づいて、特定の運転状態を回避するように圧縮機を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

特許文献１には、圧縮機又は圧縮機に接続される導管に、振動センサを取り付けた振動測定装置を備えた冷凍装置が開示されている。特許文献１の冷凍装置では、インバータへの周波数制御信号に基づいて、最低運転周波数から最高運転周波数まで圧縮機が運転される。この運転中に、振動センサは、圧縮機又は圧縮機に接続された導管が大きく振動する周波数を特定する。その後、特定の周波数をスキップして運転するように、冷凍装置を設定することが開示されている。

特開平１１−２４１８６８号公報

この冷凍装置では、振動測定装置による振動測定の結果に基づいて、特定の運転状態（例えば大きな振動を生じる状態）となる周波数を避けて圧縮機を運転するように、設置時又はその後に、冷凍装置を設定している。このため、冷凍装置の設定の後に、状況（例えば圧縮機の運転台数、設置状況、供給される電源の周波数や電源電圧）が変化してしまうと、特定の運転状態となる圧縮機の運転の周波数が、測定時とは異なってしまうことがある。状況が変化すると、振動測定装置によって振動を測定し、新たに、冷凍装置を設定し直さなければ、特定の運転状態となる運転の周波数を回避して、圧縮機を運転できなかった。つまり、特定の運転状態となることを避けることができなかった。

そこで本発明は、状況が変化しても、特定の運転状態を回避することのできる冷凍装置を提供する。

本発明の冷凍装置は、冷媒が循環する冷媒回路を構成する圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器と、前記圧縮機の周辺の状態を示すパラメータを検知する検知部と、前記検知部の検知結果及び予め記憶されている基準値に基づいて、特定の運転状態を回避するように前記圧縮機を制御する制御部と、を備える。

本発明によれば、特定の運転状態を回避して運転することのできる冷凍装置を提供することができる。

冷凍装置の概略構成図である。複数の圧縮機を設置したときの運転条件の一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、冷凍装置１の概略構成図である。図１に示すように、冷凍装置１は、３つの圧縮機（左から順に、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ、圧縮機２ｃ）と、凝縮器３と、膨張弁４と、蒸発器５と、低圧センサ６と、高圧センサ７と、振動検知部８と、音検知部９と、制御部１０と、を備えている。

冷凍装置１は、圧縮機２ａと、圧縮機２ｂと、圧縮機３ｃとの３台の圧縮機を有している。冷凍装置１の圧縮機の構成台数は、３台に限られない。圧縮機の構成台数は、１台であっても、２台以上であってもよい。本実施形態において、圧縮機２ａは、回転速度を変更することのできないモータを有する、例えば定速コンプレッサである。同様に、圧縮機２ｂは、回転速度を変更することのできないモータを有する、例えば定速コンプレッサである。圧縮機２ｃは、回転速度を変更することができるモータを有するコンプレッサ、例えば供給される電源周波数を変更することにより回転速度を変更可能なインバータ型コンプレッサである。圧縮機２ａから圧縮機２ｃの少なくとも１台が、回転速度を変更することができるモータを有するコンプレッサであればよい。また、圧縮機２ａから圧縮機２ｃのうちの２台が、回転速度を変更することができるモータを有するコンプレッサであってもよい。

圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ及び圧縮機２ｃは、いずれも冷媒を圧縮する。圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ及び圧縮機２ｃは、並列に配置されている。圧縮機２ａの出口から、配管Ｌ１が凝縮器３へ延びている。圧縮機２ｂの出口から、配管Ｌ２が凝縮器３へ延びている。圧縮機２ｃの出口から、配管Ｌ３が凝縮器３へ延びている。配管Ｌ１、配管Ｌ２及び配管Ｌ３は、一本の配管Ｌ４に接続されている。配管Ｌ４は、凝縮器３の入口に接続されている。圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ及び圧縮機２ｃは、接続された配管Ｌ１、配管Ｌ２又は配管Ｌ３、及び、配管Ｌ４を通して、圧縮されて高温高圧となった冷媒を凝縮器３に送る。

凝縮器３は、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ又は圧縮機２ｃから送られた高圧高温の冷媒を、冷却し凝縮させる。凝縮器３の出口と膨張弁４の入口とは、配管Ｌ５で接続されている。凝縮器３で凝縮し冷却した冷媒は、配管Ｌ５を通して膨張弁４まで送られる。

膨張弁４は、凝縮器３から送られた冷媒を蒸発し易い状態に減圧するとともに、膨張弁４の出口に接続された配管Ｌ６に送られる冷媒の流量を適正に保つ。

配管Ｌ６は蒸発器５の入口に接続されている。蒸発器５は、膨張弁４を通して送られた冷媒を蒸発させる。蒸発器５は、冷媒の蒸発に必要な潜熱を、周囲、例えばスーパーのショーケース（図示せず）の内部から吸収し、スーパーのショーケースの内部を冷却又は冷凍する。

蒸発器５の出口には配管Ｌ７が接続されている。配管Ｌ７には、配管Ｌ８、配管Ｌ９及び配管Ｌ１０が接続されている。配管Ｌ８、配管Ｌ９及び配管Ｌ１０は、それぞれ、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ及び圧縮機２ｃの入口に接続されている。

蒸発器５の出口から出た冷媒は、配管Ｌ７、及び、配管Ｌ８、配管Ｌ９又は配管Ｌ１０を通して、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ又は圧縮機２ｃに再び送られる。圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ及び圧縮機２ｃは、送られてきた冷媒を再び圧縮して、凝縮器３に送る。圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ及び圧縮機２ｃ、凝縮器３、膨張弁４並びに蒸発器５によって構成される冷媒回路を、冷媒が循環することにより、繰り返し、周囲、例えばスーパーのショーケースの内部を、冷却、冷凍することができる。

圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ又は圧縮機２ｃの入口側の配管、例えば配管Ｌ７には、低圧センサ６が配置されている。低圧センサ６は、蒸発器５で熱交換を終了した冷媒の状態、例えば圧力又は温度を検知し、検知した値を制御部１０に送信する。低圧センサ６は、配管Ｌ７の代わりに、配管Ｌ８、配管Ｌ９及び配管Ｌ１０に個別に配置されてもよい。

圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ又は圧縮機２ｃの出口側の配管、例えば配管Ｌ４には、高圧センサ７が配置されている。高圧センサ７は、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ又は圧縮機２ｃから吐出された冷媒の状態、例えば圧力又は温度を検知し、検知した値を制御部１０に送信する。高圧センサ７は、配管Ｌ４の代わりに、配管Ｌ１、配管２及び配管Ｌ３に個別に配置されてもよい。

配管Ｌ３には、振動検知部８が配置されている。振動検知部８は、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ及び圧縮機２ｃの周辺の状態を示すパラメータの一つである振動、具体的には、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ又は圧縮機２ｃの運転によって発生する振動の周波数を検知する。

振動検知部８は、配管Ｌ１から配管Ｌ４のいずれか一つに配置されていれば良い。但し、各圧縮機の振動状態を個別に精度良く検知するために、配管Ｌ１から配管Ｌ３に個別に振動検知部８を配置しても良い。また、振動検知部８は、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ及び圧縮機２ｃに配置されても良いし、配管Ｌ８、配管Ｌ９及び配管Ｌ１０のいずれか１つ以上に配置されても良い。

圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ及び圧縮機２ｃの近傍には、音検知部９が配置されている。音検知部９は、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ及び圧縮機２ｃの周辺の状態を示すパラメータの一つである音、具体的には、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ又は圧縮機２ｃの運転によって発生する音の周波数又は音圧レベルを検知する。

検知対象の音の具体例は、各圧縮機を駆動するモータの運転音、及び、配管Ｌ１から配管Ｌ１０の内部を流れる冷媒の流動音である。音検知部９は、例えば集音用のマイクロフォン（図示せず）を有している。

冷凍装置１は、制御部１０を備えている。制御部１０は、圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃ、低圧センサ６、高圧センサ７、振動検知部８及び音検知部９に接続されている。また、制御部１０には、図示していない記憶部が設けられている。記憶部は、例えば制御部１０が冷凍装置１を運転するために必要な情報や制御プログラムを記憶している。記憶部は、制御部１０とは別に設けられてもよい。制御部１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、接続されている各部からのデータに基づき、各部を制御する。

なお、制御部１０は、電圧検知部（図示せず）を有してもよい。電圧検知部は、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ及び圧縮機２ｃに供給される電源電圧を監視（検知）する。前記電圧検知部は、例えば電圧検知器として、制御部１０とは別に設けられてもよい。この場合、電圧検知部は、制御部１０に接続されて、検知した電圧を制御部１０に送信する。

制御部１０は、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ及び圧縮機２ｃが有する各モータに供給する電力を制御する。制御部１０は、圧縮機２ｃが有するモータに供給される電源の周波数を変化させることで、モータの回転速度、つまり、圧縮機２ｃの回転速度を変化させる。

制御部１０は、電源周波数を、所定の範囲、例えば最低運転周波数から、１Ｈｚごとに、最高運転周波数まで、変更することにより、最低速度から最高速度までモータの回転速度を順次変更する。

振動検知部８は、制御部１０が圧縮機２ｃのモータの回転速度を、最低速度から最高速度までの範囲で変更している間、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ又は圧縮機２ｃの運転によって発生する振動を検知し、データを制御部１０に送信する。

制御部１０は、圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃの特定の運転状態、例えば圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃ、又は、圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃに接続された配管Ｌ１又は配管Ｌ８等の配管が異常な振動をする状態が発生する圧縮機２ｃのモータの回転速度を特定する。

音検知部９は、制御部１０が圧縮機２ｃのモータの回転速度を、最低速度から最高速度までの範囲で、変更している間における、圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃ又は圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃに接続された配管Ｌ１から配管Ｌ３、配管Ｌ４からの音を検知し、データを制御部１０に送信する。

制御部１０は、圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃの特定の運転状態、例えば圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃ、又は、圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃに接続された配管Ｌ１又は配管Ｌ８等の配管から異常な音が発生する状態が発生する圧縮機２ｃのモータの回転速度を特定する。

上述の電圧検知部は、制御部１０が圧縮機２ｃのモータの回転速度を、最低速度から最高速度までの範囲で変更している間、圧縮機２ａ、圧縮機２ｂ又は圧縮機２ｃに供給される電力の電圧を検知し、データを制御部１０に送信する。

制御部１０は、圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃの特定の運転状態、例えば圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃ、又は、圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃに接続された配管Ｌ１又は配管Ｌ８等の配管から異常な振動をする状態が発生する圧縮機２ｃのモータの回転速度を特定する。

圧縮機２ｃのモータの回転速度が、最低速度から最高速度までの範囲で変更している間、振動検知部８と、音検知部９と、電圧検知部とが検知した各検知結果を、制御部１０は受け取ることができる。各検知結果を受け取った制御部１０は、回転速度を変更することができる圧縮機２ｃのモータについて、上述の特定の運転状態が発生する回転速度を特定することができる。

また、制御部１０が、圧縮機２ｃのモータの回転速度を、最低速度から最高速度までの範囲で変更するのは、１回に限られず、複数回繰り返されてもよい。

また、制御部１０は、上述の特定の運転状態が発生する圧縮機２ｃのモータの回転速度を回避するよう、圧縮機２ｃのモータを制御する。制御部１０による、具体的な回避の仕方の例は後に詳述する。

図２は、冷凍装置１の運転条件例が示されている。左から１番目の列は、供給される電源（商用電源）の条件を示している。左から２番目の列は、運転条件番号を示している。左から３番目の列は、運転する圧縮機の組み合わせを示している。左から４番目の列は、運転される圧縮機の台数を示している。左から５番目の列は、危険周波数を示している。ここで、危険周波数とは、上述の特定の運転状態が発生するときの、圧縮機２ｃのモータの回転数である。左から６番目の列は、圧縮機２ｃのモータの回転数としてスキップ（回避）すべき周波数である。

また、制御部１０は、圧縮機２ｃのモータへ供給する電源周波数を、例えば２０Ｈｚ〜８５Ｈｚまで、１Ｈｚごとに変更することで、圧縮機２ｃのモータの回転速度を、最低回転速度から最高回転速度で徐々に変更する。

なお、図２に示した冷凍装置１における運転する圧縮機２ａから圧縮機２ｃの組み合わせは例示であって、これに限られない。また、図２に示す、運転する圧縮機２ａから圧縮機２ｃの組み合わせに対応する前記危険周波数及び前記危険周波数のスキップについても、例示であって、これらの数値に限られないことは言うまでも無い。

運転条件Ａ１（以下、単に「Ａ１」と記載。他の運転条件についても同様。）〜Ａ７では、周波数５０Ｈｚ、２００Ｖ±１０％の電源が用いられる。Ａ１では、圧縮機２ｃが単独で運転される。Ａ２では、圧縮機２ｃと、定速で作動する圧縮機２ａが運転される。Ａ３では、圧縮機２ｃと、定速で作動する圧縮機２ｂが運転される。Ａ４では、圧縮機２ｃと、圧縮機２ａと、圧縮機２ｂが運転される。Ａ５では、圧縮機２ａが単独で運転される。Ａ６では、圧縮機２ｂが単独で運転される。Ａ７では、圧縮機２ａと圧縮機２ｂが運転される。

運転条件Ｂ１〜Ｂ７では、周波数６０Ｈｚ、２００Ｖ±１０％の電源が用いられる。Ｂ１〜Ｂ７で作動する圧縮機の組み合わせは、それぞれ、Ａ１〜Ａ７と同じである。

圧縮機２ｃのモータの回転速度が、最低速度から最高速度までの範囲で変更している間に、振動検知部８、音検知部９又は電圧検知部が検知した各検知結果に基づいて、制御部１０によって特定された圧縮機が特定の運転状態になる条件は以下のとおりである。

まず、運転条件Ａ１〜Ａ７の場合について説明する。上述の特定の運転状態が発生する運転条件は、例えばＡ１、Ａ３、Ａ５、Ａ６及びＡ７である。Ａ１では、危険周波数は、例えば４５Ｈｚ〜５５Ｈｚと特定される。Ａ３では、危険周波数は、例えば４７Ｈｚ〜５２Ｈｚと特定される。また、Ａ５からＡ７の組み合わせでは、危険周波数は、例えば５０Ｈｚ近辺と特定される。なお、Ａ２及びＡ４の組み合わせでは、危険周波数は特定されず、圧縮機は、上述の特定の運転状態とならない。

つぎに、供給される電源が、周波数６０Ｈｚ、２００Ｖ±１０％の場合を説明する。前記特定の運転状態になる圧縮機の組み合わせとしては、例えばＢ１、Ｂ２、Ｂ３の組み合わせである。Ｂ１の組み合わせでは、危険周波数は、例えば５５Ｈｚ~６５Ｈｚと特定される。Ｂ２の組み合わせでは、危険周波数は、Ｂ１の組み合わせと同じ、例えば５５Ｈｚ〜６５Ｈｚと特定される。Ｂ３の組み合わせでは、危険周波数は、例えば５７Ｈｚ~６２Ｈｚの周波数域と特定される。Ｂ５からＢ７の組み合わせでは、危険周波数は、６０Ｈｚ近辺と特定される。なお、Ｂ４の組み合わせでは、例えば危険周波数は特定されず、圧縮機は、上述の特定の運転状態とはならない。

記憶部は、運転する圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃの組み合わせに応じた、危険周波数を基準値として、記憶する。

制御部１０は、記憶部が記憶する基準値に基づいて、上述の特定の運転状態を回避するように、圧縮機２ｃの回転速度を制御する。具体的には、制御部１０は、危険周波数がある運転条件（作動する圧縮機２ａ〜圧縮機２ｃの組み合わせ）では、圧縮機２ｃのモータに供給する電源周波数を、危険周波数に固定しない。

具体的には、制御部１０は、Ａ１では、圧縮機２ｃのモータに供給する電源周波数を、４５Ｈｚ〜５５Ｈｚの間で固定せず、Ａ３では、圧縮機２ｃのモータに供給する電源周波数を４７Ｈｚ〜５２Ｈｚの間で固定しない。

また、制御部１０は、Ｂ１及びＢ２では、圧縮機２ｃのモータに供給する電源周波数を、５５Ｈｚ〜６５Ｈｚの間では固定せず、Ｂ３では、圧縮機２ｃのモータに供給する電源周波数を、５７Ｈｚ〜６２Ｈｚの間で固定しない。

制御部１０は、図２に示す基準値（危険周波数）に基づき、圧縮機２ｃの回転速度を制御することで、上述の特定の運転状態を回避できる。

基準値が記憶部に記憶されていない場合には、スーパーなどの現場に冷凍装置１を設置する前に、制御部１０は、圧縮機２ｃのモータの回転速度を制御することで、危険周波数を特定し、基準値を定める。記憶部は、定められた基準値を予め記憶する。制御部１０は、先に説明したように、記憶部に予め記憶された基準値に基づいて、圧縮機２ｃのモータの回転速度を制御して、上述の特定の運転状態の発生を回避する。

また、制御部１０は、冷凍装置１の設置後に、圧縮機２ｃのモータの回転速度を、例えば最低速度から最高速度までの範囲で、変更させ、振動検知部８と、音検知部９と、上述の電圧検知部とが検知した各検知結果及び予め記憶された基準値に基づいて、基準値を更新する。制御部１０は、更新した基準値に基づいて、特定の運転状態を回避する。

また、制御部１０は、定期的（自動）又は手動により、振動検知部８と、音検知部９と、前記電圧検知部とが検知した各検知結果に基づいて、基準値を定め、基準値を更新するようにしてもよい。制御部１０は、更新した基準値に基づいて特定の運転状態を回避する。よって、設置後長期間経過して、各機器又は各配管の位置等がわずかに変化することで、設置時とは基準値が変化しても、常に最新の基準値を用いて、上述の特定の運転状態を回避することができる。

さらに、既に設置されている冷凍装置が、検知部（例えば振動検知部８、音検知部９又は電圧検知部）を有していない場合、検知部（例えば振動検知部８、音検知部９又は電圧検知部）を後から設置してもよい。こうすることにより、検知部による検知結果に基づいて、基準値を定め、定めた基準値に基づいて、圧縮機のモータの回転を制御し、上述の特定の運転状態を回避することができる。

本発明に係る冷凍装置は、冷媒が循環する冷媒回路を構成する圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器と、圧縮機の周辺の状態を示すパラメータを検知する検知部と、検知部の検知結果及び予め記憶されている基準値に基づいて、特定の運転状態を回避するように圧縮機を制御する制御部とを備えているため、特定の運転状態を回避して運転することが「でき、産業上の利用可能性は高い。

１冷凍装置
２ａ，２ｂ，２ｃ圧縮機
３凝縮器
４膨張弁
５蒸発器
６低圧センサ
７高圧センサ
８振動検知部
９音検知部
１０制御部

Claims

冷媒が循環する冷媒回路を構成する圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器と、
前記圧縮機の周辺の状態を示すパラメータを検知する検知部と、
前記検知部の検知結果及び予め記憶されている基準値に基づいて、特定の運転状態を回避するように前記圧縮機を制御する制御部と、
を備える、冷凍装置。
前記検知部は、前記圧縮機の運転によって発生する振動を検知する振動検知部であり、
前記特定の運転状態は、前記圧縮機又は前記圧縮機に接続された配管が異常な振動をする運転状態である、
請求項１に記載の冷凍装置。
前記検知部は、前記圧縮機から生じる音を検知する音検知部であり、
前記特定の運転状態は、前記圧縮機又は前記圧縮機に接続された配管から異常な音が発生する運転状態である、
請求項１に記載の冷凍装置。
前記検知部は、前記圧縮機に供給される電力の電圧を検知する電圧検知部であり、
前記特定の運転状態は、前記圧縮機又は前記圧縮機に接続された配管が異常な振動をする運転状態、又は、前記圧縮機又は前記圧縮機に接続された配管から異常な音が発生する運転状態である、
請求項１に記載の冷凍装置。
前記圧縮機は、回転速度を変更可能なモータにより駆動され、
前記制御部は、前記モータの回転速度を所定の範囲にわたって変更させながら、前記検知部の検知結果を受け取り、前記特定の運転状態が発生する前記モータの回転速度を特定する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷凍装置。
前記制御部は、前記検知部の検知結果に基づいて、前記基準値を更新する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の冷凍装置。
前記圧縮機と並列に配置されて前記冷媒回路を構成する第２の圧縮機を更に備える、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷凍装置。