JP5113776B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、サーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度を変更可能な冷凍装置に関する。

冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管で接続して構成された冷凍サイクルを備えており、例えば、蒸発器で冷媒と熱交換されて冷却された空気（被冷却媒体）を冷蔵庫に供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の冷凍装置は、大別して、圧縮機及び凝縮器を備えたコンデンシングユニットと、冷蔵庫に配置されて、蒸発器、膨張弁、及びその冷媒入側に設けられた冷媒液用電磁弁を備えた冷却器と、運転制御装置とで構成されている。

運転制御装置は、サーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度（但し、サーモオン設定温度＞サーモオフ設定温度）を予め記憶しており、庫内温度センサで検出された庫内温度とサーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度とを比較し、その比較結果に応じて冷凍サイクルの運転指令信号を出力するようになっている。すなわち、例えば庫内温度がサーモオン設定温度以上になると、運転開始の指令信号をコンデンシングユニットや冷却器などに出力する。これにより、冷媒液用電磁弁が開状態となり、冷却器の制御装置は、蒸発器に空気を送るとともに蒸発器で冷却された空気を冷蔵庫内で循環させるために、送風機を駆動させる。また、例えば庫内温度がサーモオフ設定温度未満になると、運転停止の指令信号をコンデンシングユニットや冷却器などに出力する。これにより、冷媒液用電磁弁が閉状態となり、冷却器の制御装置は送風機を停止させる。

ところで、圧縮機の冷却能力が一定の場合は、庫内温度が上昇すると圧縮機の吸入圧力が高くなり、逆に庫内温度が下降すると圧縮機の吸入圧力が低くなる。そこで、運転効率の向上を目的として、コンデンシングユニットの制御装置は、圧縮機の吸入圧力に基づき、圧縮機の回転数（言い換えれば、冷却能力）を可変制御するようになっている。具体的には、コンデンシングユニットの制御装置は、上限設定圧力及び下限設定圧力（但し、上限設定圧力＞下限設定圧力）などを予め記憶しており、吸入圧力センサで検出された圧縮機の吸入圧力と上限設定圧力及び下限設定圧力とを比較し、その比較結果に応じてインバータを介し圧縮機の回転数を可変制御するようになっている。すなわち、例えば吸入圧力が上限設定圧力（一般的に、サーモオン温度における冷媒の飽和圧力より小さくなるように設定された圧力）以上である場合、圧縮機の回転数を上昇させる。また、例えば吸入圧力が上限設定圧力未満で下限設定圧力（一般に、サーモオフ温度における冷媒の飽和圧力より大きくなるように設定された圧力）以上である場合、圧縮機の回転数を維持させる。また、例えば吸入圧力が下限設定圧力未満である場合、圧縮機の回転数を下降させる。

特開２００８−１３８９７９号公報

上記特許文献１に記載の冷凍装置では、運転制御装置は、サーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度を予め記憶しており、庫内温度センサで検出された庫内温度とサーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度とを比較し、その比較結果に応じて冷凍サイクルの運転開始又は運転停止の指令信号を出力する。また、コンデンシングユニットの制御装置は、上限設定圧力及び下限設定圧力を予め記憶しており、吸入圧力センサで検出された圧縮機の吸入圧力と上限設定圧力及び下限設定圧力とを比較し、その比較結果に応じて圧縮機の回転数を可変制御するようになっている。

ここで、例えば使用者の要望などにより、庫内温度の目標値、すなわちサーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度を設定変更したい場合がある。このような場合には、運転制御装置の操作部（例えばスイッチ類やモニタ類などで構成されたもの）を操作して、運転制御装置で予め記憶されたサーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度を変更すればよい。しかし、このとき、サーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度の変更に伴い、上述したコンデンシングユニットの制御装置で予め記憶された上限設定圧力及び下限設定圧力も適正値に変更しなければ、設定不良が生じ、冷却不良や、液冷媒が圧縮機に戻る液バック運転などが発生する可能性がある。そのため、専門の業者などに頼らなければならず、サーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度を容易に変更することができなかった。

本発明は、上記の事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、サーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度の変更が行われても、冷却不良や液バック運転が生じないように、設定圧力を自動的に変更することができる冷凍装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器からなる冷凍サイクルと、前記蒸発器で冷却された被冷却媒体が供給される冷蔵庫と、前記冷蔵庫内の温度を検出する庫内温度センサと、前記庫内温度センサで検出された庫内温度がサーモオン設定温度以上となった場合に前記冷凍サイクルの運転開始を指令し、前記庫内温度センサで検出された庫内温度がサーモオフ設定温度未満となった場合に前記冷凍サイクルの運転停止を指令する運転制御手段と、前記サーモオン設定温度及び前記サーモオフ設定温度を変更可能な設定温度変更手段と、前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力センサと、前記吸入圧力センサで検出された吸入圧力が上限設定圧力以上である場合に前記圧縮機の回転数を増加させ、前記吸入圧力センサで検出された吸入圧力が上限設定圧力未満で下限設定圧力以上である場合に前記圧縮機の回転数を維持させ、前記吸入圧力センサで検出された吸入圧力が下限設定圧力未満である場合に前記圧縮機の回転数を減少させる圧縮機制御手段とを備えた冷凍装置において、前記庫内温度センサで検出された庫内温度に追従するように前記設定圧力を自動的に変更する設定圧力変更手段と、前記圧縮機の吸入ガス温度を検出する吸入ガス温度センサと、前記吸入圧力センサで検出された吸入圧力から蒸発温度を演算し、前記吸入ガス温度センサで検出された吸入ガス温度と蒸発温度との差である過熱度を演算する過熱度演算手段とを備え、前記設定圧力変更手段は、前記過熱度演算手段で演算された過熱度が予め設定された所定の目標値に近づくように温度差設定値を補正し、前記庫内温度センサで検出された庫内温度から補正された前記温度差設定値を差し引いて蒸発温度の目標値を演算し、この蒸発温度の目標値を冷媒の飽和温度とする吸入圧力の目標値を演算し、この吸入圧力の目標値が前記上限設定圧力と前記下限設定圧力との中間値となるように前記上限設定圧力及び前記下限設定圧力を変更する。

本発明によれば、サーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度の変更が行われても、冷却不良や液バック運転が生じないように、設定圧力を自動的に変更することができる。

本発明の第１の参考形態における冷凍装置の全体構成を表す概略図である。 本発明の第１の参考形態による設定温度及び設定圧力を概念的に示す図である。 本発明の第１の参考形態による設定圧力の変更処理を説明するための図である。 本発明の第２の参考形態による上限設定圧力及び下限設定圧力の変更処理を説明するための図である。 本発明の一実施形態による上限設定圧力及び下限圧力の変更処理を説明するための図である。

以下、本発明の参考形態及び実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の第１の参考形態における冷凍装置の構成を表す概略図である。

この図１において、冷凍装置は、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、及び蒸発器４を冷媒配管で接続して構成された冷凍サイクルと、蒸発器４で冷却された空気（被冷却媒体）が供給される冷蔵庫５とを備えている。冷凍サイクルにおいては、冷媒ガスが圧縮機１で圧縮されて高温・高圧状態となり、凝縮器２で冷却されて凝縮され冷媒液となる。その後、冷媒液が膨張弁３で減圧されて低温・低圧状態となり、蒸発器４で蒸発されて低圧の冷媒ガスとなり、圧縮機１に戻る。蒸発器４では冷媒液が蒸発する際に空気から熱を奪い、このようにして冷却された空気が冷蔵庫５に供給されるようになっている。

冷凍装置は、大別して、圧縮機１及び凝縮器２を備えたコンデシングユニット６と、冷蔵庫５に設置されて膨張弁３及び蒸発器４を備えた冷却器７と、運転制御装置８とで構成されている。なお、図１では、冷蔵庫５に冷却器７を１つ設置した場合を例にとって示すが、複数設置するようにしてもよい。

冷却器７は、膨張弁３及び蒸発器４の他、膨張弁３の冷媒入側に設けられた冷媒液用電磁弁９と、蒸発器４に空気を送るとともに蒸発器４で冷却された空気を冷蔵庫１内で循環させる送風機（図示せず）と、これら冷媒液用電磁弁９及び送風機などを制御する制御装置（図示せず）とを備えている。また、冷蔵庫１には、冷蔵庫１内の温度を検出する庫内温度センサ１０が設けられている。

運転制御装置８は、庫内温度センサ１０からの検出信号を入力しており、内部メモリにサーモオン設定温度やサーモオフ設定温度を予め記憶している。そして、庫内温度センサ１０で検出された庫内温度とサーモオン設定温度やサーモオフ設定温度とを比較し、その比較結果に応じて運転指令信号を出力するようになっている。すなわち、例えば庫内温度がサーモオン設定温度以上となった場合、通信線を介してコンデンシングユニット６及び冷却器７に運転開始の指令信号を出力する。また、例えば庫内温度がサーモオフ温度未満となった場合、通信線を介してコンデンシングユニット６及び冷却器７に運転停止の指令信号を出力する。

冷却器７の制御装置は、運転開始指令信号に応じて、冷媒液用電磁弁９を開状態とし、送風機を駆動させる。また、運転停止指令信号に応じて、冷媒液用電磁弁９を閉状態とし、送風機を停止させる。

コンデシングユニット６は、圧縮機１及び凝縮器２の他、圧縮機１の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ１１と、圧縮機１の吸入ガス温度を検出する吸入ガス温度センサ１２と、圧縮機１の回転数を可変制御するインバータ（図示せず）と、このインバータを介し圧縮機１を制御する制御装置１３と、凝縮器２に空気を送る送風機（図示せず）とを備えている。制御装置１３は、吸入圧力センサ１１及び吸入ガス温度センサ１２からの検出信号を入力しており、内部メモリに上限設定圧力（＝開始設定圧力）、下限設定圧力、及び停止設定圧力（但し、上限設定圧力＞下限設定圧力＞停止設定圧力）を予め記憶している。そして、吸入圧力センサ１１で検出された吸入圧力と上限設定圧力、下限設定圧力、及び停止設定圧力とを比較し、その比較結果に応じてインバータを介し圧縮機１を制御するようになっている。なお、図２で概念的に示すように、上限設定圧力は、サーモオン設定温度における冷媒の飽和圧力より小さくなるように設定され、下限設定圧力は、サーモオフ設定温度における冷媒の飽和圧力より大きくなるように設定され、停止設定圧力は、サーモオフ設定温度における冷媒の飽和圧力より小さくなるように設定されている。

そして、コンデンシングユニット６の制御装置１３は、運転制御装置８から運転開始指令信号が入力されると、圧縮機１の吸入圧力が上限設定圧力（＝開始設定圧力）以上であるかどうかを判定し、上限設定圧力以上であると判定した場合に圧縮機１の駆動を開始する。そして、圧縮機１の駆動中に、吸入圧力が上限設定圧力以上である場合は、圧縮機１の回転数を上昇させる。また、吸入圧力が上限設定圧力未満で下限設定圧力以上である場合は、圧縮機１の回転数を維持させる。また、吸入圧力が下限設定圧力未満で停止設定圧力以上である場合は、圧縮機の回転数を減少させ、さらに吸入圧力が停止設定圧力未満となった場合は、圧縮機１を停止させる。

ここで本参考形態の大きな特徴として、運転制御装置８は、図示しない操作部（例えばスイッチ類やモニタ類などで構成されたもの）を有し、この操作部によってサーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度を変更可能としている。すなわち、運転制御装置８は、内部メモリに記憶されたサーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度を書き換えるとともに、コンデンシングユニット６に出力するようになっている。

コンデンシングユニット６の制御装置１３は、内部メモリに演算テーブル（詳細には、サーモオン設定温度とこのサーモン温度における冷媒の飽和圧力より小さくなるように設定された上限設定温度との組み合わせ、サーモオフ設定温度とこのサーモオフ設定温度における冷媒の飽和圧力より大きくなるように設定された下限設定温度との組み合わせ、及びサーモオフ設定温度とこのサーモオフ設定温度における冷媒の飽和圧力より小さくなるように設定された停止設定圧力との組み合わせ）を予め記憶しており、この演算テーブルに基づき、運転制御装置８から入力されたサーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度に応じて上限設定圧力、下限設定圧力、及び停止設定圧力を自動的に変更するようになっている。

具体例としては、例えば図３で示すように、サーモオン設定温度ａ１からａ２（ただし、ａ１＞ａ２）に変更された場合は、上限設定圧力（＝開始設定圧力）ｃ１（ただし、ｃ１＜ａ１）からｃ２（ただし、ｃ１＜ａ２）に自動的に変更する。また、サーモオフ設定温度ｂ１からｂ２（ただし、ｂ１＞ｂ２）に変更された場合は、下限設定圧力ｄ１（ただし、ｄ１＞ｂ１）からｄ２（ただし、ｄ２＞ｂ２）、停止設定圧力ｅ１（ただし、ｅ１＜ｂ１）からｅ２（ただし、ｅ２＜ｂ２）に自動的に変更する。

以上のように構成された本参考形態においては、運転制御装置８でサーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度の変更が行われても、コンデンシングユニット６の制御装置１３は、冷却不良や液バック運転が生じないように、設定圧力を自動的に変更することができる。すなわち、サーモオン設定温度における冷媒の飽和圧力とサーモオフ設定温度における冷媒の飽和圧力との間に位置するように、上限設定圧力及び下限設定圧力を自動的に変更することにより、冷却不良や液バック運転を防止することができる。また、専門の業者などに頼らなくとも、使用者の要望に応じてサーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度を容易に変更することが可能となる。

なお、上記第１の参考形態においては、コンデンシングユニット６の制御装置１３は、上限設定圧力と開始設定圧力を同じになるように設定した場合を例にとって説明したが、これに限られず、異なるように設定してもよい。また、上記第１の参考形態においては、開始設定圧力及び停止設定圧力を、サーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度に応じて自動的に変更する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、停止設定圧力を、サーモオフ設定温度の最小値（変更可能な最小値）における冷媒の飽和圧力より小さくなる値で固定してもよい。また、例えば外気温度センサ（図示せず）で検出された外気温度が所定の閾値（例えば０℃）より低い場合は、サーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度の変更にかかわらず、所定の開始設定圧力（固定値）を用いるようにしてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の第２の参考形態を説明する。なお、本参考形態において、上記第１の参考形態と同等の部分は同一の符号を付し、説明を適宜省略する。

本参考形態では、運転制御装置８は、上記第１の参考形態と同様、操作部で入力されたサーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度を内部メモリに書き換えるとともに、コンデンシングユニット６に出力するようになっている。

コンデンシングユニット６の制御装置１３は、内部メモリに開始設定圧力及び停止設定圧力を予め記憶している。そして、運転制御装置８から運転開始指令信号が入力されると、圧縮機１の吸入圧力が開始設定圧力以上であるかどうかを判定し、開始設定圧力以上であると判定した場合に圧縮機１の駆動を開始する。また、吸入圧力が停止設定圧力未満となった場合は、圧縮機１を停止させる。

また、制御装置１３は、内部メモリに第１演算テーブル（詳細には、サーモオン設定温度とこのサーモン温度における冷媒の飽和圧力より小さくなるように設定された開始設定温度との組み合わせ、及びサーモオフ設定温度とこのサーモオフ設定温度における冷媒の飽和圧力より小さくなるように設定された停止設定圧力との組み合わせ）を予め記憶しており、この第１演算テーブルに基づき、運転制御装置８から入力されたサーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度に応じて開始設定圧力及び停止設定圧力を自動的に変更するようになっている。

また、制御装置１３は、運転制御装置８を介して庫内温度センサ１０で検出された庫内温度を入力し、これに追従するように上限設定圧力及び下限設定圧力を自動的に変更する。詳しく説明すると、制御装置１３は、内部メモリに第２演算テーブル（詳細には、庫内温度とこれに応じて変動する温度差設定値との組み合わせ）を記憶しており、この第２演算テーブルに基づき、庫内温度センサ１０で検出された庫内温度に対応する温度差設定値を読み込む。そして、庫内温度から温度差設定値を差し引いて蒸発温度の目標値を演算し、この蒸発温度の目標値を冷媒の飽和温度とする吸入圧力の目標値を演算し、この吸入圧力の目標値が上限設定圧力と下限設定圧力との中間値となるように上限設定圧力及び下限設定圧力を演算する。

具体例としては、図４で示すように、例えば庫内温度Ｔａ１から対応する温度差設定値ΔＴ１を差し引いて蒸発温度の目標値Ｔｂ１を演算し、この蒸発温度の目標値Ｔｂ１を冷媒の飽和温度とする吸入圧力の目標値ｆ１を演算し、この吸入圧力の目標値ｆ１が中間値となるように上限設定圧力ｇ１及び下限設定圧力ｈ１を演算する。また、例えば庫内温度Ｔａ２（≠Ｔａ１）から対応する温度差設定値ΔＴ２（≠ΔＴ１）を差し引いて蒸発温度の目標値Ｔｂ２を演算し、この蒸発温度の目標値Ｔｂ２を冷媒の飽和温度とする吸入圧力の目標値ｆ２を演算し、この吸入圧力の目標値ｆ２が中間値となるように上限設定圧力ｇ２及び下限設定圧力ｈ２を演算する。

そして、制御装置１３は、圧縮機１の駆動中に、吸入圧力が上限設定圧力以上である場合（ただし、吸入圧力が停止設定圧力以上である場合）は、圧縮機１の回転数を上昇させる。また、吸入圧力が上限設定圧力未満で下限設定圧力以上である場合（ただし、吸入圧力が停止設定圧力以上である場合）は、圧縮機１の回転数を維持させる。また、吸入圧力が下限設定圧力未満である場合（ただし、吸入圧力が停止設定圧力以上である場合）は、圧縮機の回転数を減少させる。

以上のように構成された本参考形態においては、サーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度の変更が行われても、冷却不良や液バック運転が生じないように、設定圧力を自動的に変更することができる。すなわち、庫内温度に追従するように上限設定圧力及び下限設定圧力を自動的に変更することにより、冷却不良や液バック運転を防止することができる。

次に、本発明の一実施形態を説明する。本実施形態では、コンデンシングユニット６の制御装置１３は、吸入圧力センサ１１で検出された吸入圧力から蒸発温度を演算し、吸入ガス温度センサ１２で検出された吸入ガス温度と蒸発温度との差である過熱度を演算し、この過熱度が予め設定された所定の目標値に近づくように温度差設定値を補正する。具体例としては、例えば図５で示すように、最初は、庫内温度Ｔａ３から対応する温度差設定値ΔＴ３（詳細には、内部メモリに記憶された上記の演算テーブルに基づいた値）を差し引いて蒸発温度の目標値Ｔｂ３を演算し、この蒸発温度の目標値Ｔｂ３を冷媒の飽和温度とする吸入圧力の目標値ｆ３を演算し、この吸入圧力の目標値ｆ３が中間値となるように上限設定圧力ｇ３及び下限設定圧力ｈ３を演算する。その後、例えば吸入圧力センサ１１で検出された吸入圧力が目標値近傍に所定時間留まっているかどうかを判断することにより、冷凍サイクルが安定しているかどうかを判定する。例えば冷凍サイクルが安定していると判断した場合は、上述のように演算した過熱度と予め設定された所定の目標値E（詳細には、液バック運転とならず、かつ運転効率が高くなるような所定の目標値）とを比較し、それらの差分が大きい場合に差分が小さくなるように温度差設定値を補正する。すなわち、庫内温度Ｔａ４に対応する温度差設定値ΔＴ４（詳細には、内部メモリに記憶された上記の演算テーブルに基づいた値）から補正値αを差し引いてΔＴ４’に補正し、庫内温度Ｔａ４から温度設定値ΔＴ４’を差し引いて蒸発温度の目標値Ｔｂ４を演算し、この蒸発温度の目標値Ｔｂ４を冷媒の飽和温度とする吸入圧力の目標値ｆ４を演算し、この吸入圧力の目標値ｆ４が中間値となるように上限設定圧力ｇ４及び下限設定圧力ｈ４を演算する。このような本実施形態においては、運転効率の向上をさらに図ることができる。

なお、上記第２の参考形態においては、コンデンシングユニット６の制御装置１３は、開始設定圧力及び停止設定圧力を、サーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度に応じて自動的に変更する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、停止設定圧力を、サーモオフ設定温度の最小値における冷媒の飽和圧力より小さくなる値で固定してもよい。また、例えば外気温度センサ（図示せず）で検出された外気温度が所定の閾値（例えば０℃）より低い場合は、サーモオン設定温度及びサーモオフ設定温度の変更にかかわらず、所定の開始設定圧力（固定値）を用いるようにしてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。

１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 膨張弁
４ 蒸発器
５ 冷蔵庫
８ 運転制御装置（運転制御手段）
１０ 庫内温度センサ
１１ 吸入圧力センサ
１２ 吸入ガス温度センサ
１３ 制御装置（圧縮機制御手段）

Claims (1)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器からなる冷凍サイクルと、
   前記蒸発器で冷却された被冷却媒体が供給される冷蔵庫と、
   前記冷蔵庫内の温度を検出する庫内温度センサと、
   前記庫内温度センサで検出された庫内温度がサーモオン設定温度以上となった場合に前記冷凍サイクルの運転開始を指令し、前記庫内温度センサで検出された庫内温度がサーモオフ設定温度未満となった場合に前記冷凍サイクルの運転停止を指令する運転制御手段と、
   前記サーモオン設定温度及び前記サーモオフ設定温度を変更可能な設定温度変更手段と、
   前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力センサと、
   前記吸入圧力センサで検出された吸入圧力が上限設定圧力以上である場合に前記圧縮機の回転数を増加させ、前記吸入圧力センサで検出された吸入圧力が上限設定圧力未満で下限設定圧力以上である場合に前記圧縮機の回転数を維持させ、前記吸入圧力センサで検出された吸入圧力が下限設定圧力未満である場合に前記圧縮機の回転数を減少させる圧縮機制御手段とを備えた冷凍装置において、
   前記庫内温度センサで検出された庫内温度に追従するように前記設定圧力を自動的に変更する設定圧力変更手段と、
   前記圧縮機の吸入ガス温度を検出する吸入ガス温度センサと、
   前記吸入圧力センサで検出された吸入圧力から蒸発温度を演算し、前記吸入ガス温度センサで検出された吸入ガス温度と蒸発温度との差である過熱度を演算する過熱度演算手段とを備え、
   前記設定圧力変更手段は、
   前記過熱度演算手段で演算された過熱度が予め設定された所定の目標値に近づくように温度差設定値を補正し、
   前記庫内温度センサで検出された庫内温度から補正された前記温度差設定値を差し引いて蒸発温度の目標値を演算し、
   この蒸発温度の目標値を冷媒の飽和温度とする吸入圧力の目標値を演算し、
   この吸入圧力の目標値が前記上限設定圧力と前記下限設定圧力との中間値となるように前記上限設定圧力及び前記下限設定圧力を変更することを特徴とする冷凍装置。

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