JP2008008558A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被冷却空間に設けた複数台の冷凍装置の冷却動作が相互に干渉し合うことなく、被冷却空間の全体を各冷凍装置によって均一に冷却することができる冷凍装置を提供する。
【解決手段】インバータにより可変速駆動される圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器、送風機などの冷凍サイクル機器、温度センサ、温度設定器、および上記冷凍サイクル機器を制御する制御装置を備え、制御装置は、冷凍装置を親機と子機のいずれかに設定する設定手段、および入出力端子を備え、親機に設定された場合、温度センサの検知温度と温度設定器の設定温度との差に基づき圧縮機の速度を制御するとともに、その検知温度および設定温度を表わす運転データを入出力端子から出力する。
【選択図】図１

Description

この発明は、食料品等の大きな貯蔵庫を冷却する冷凍装置に関する。

被冷却空間たとえば食料等の大きな貯蔵庫を適切な温度に管理するためには、大きな冷却能力を持つ冷凍装置の設置が必要となる。貯蔵庫の大きさに合わせて十分に大きな冷却能力を持つ１台の冷凍装置を設置する考えもあるが、この場合、冷凍装置が大型化するとともに、冷凍装置の設置場所の近辺だけが局部的に冷却されることになり、貯蔵庫全体を均一に冷却することが困難である。

貯蔵庫全体を均一に冷却する手段として、小型の冷凍装置を貯蔵庫の大きさに対応する台数分用意して設置することが考えられる。ただし、この場合、各冷凍装置の設置位置によっては、各冷凍装置の冷却動作が相互に干渉し合い、結果的に、貯蔵庫内の適切な温度管理が難しくなるという問題がある。

対策として、設置した複数台の冷凍装置の運転のオン／オフを同期させる方法の採用が考えられる。

なお、被冷却空間を複数の機器で冷却する例として、複数の室外機と複数の室内機を単一の冷媒配管で接続して１つの冷凍サイクルを構成し、親機となる室外機が冷凍サイクル全体を制御するとともに、親機が故障した場合に特定の子機が親機となって制御を続ける技術がある（例えば特許文献１）。これは、単一の冷凍サイクルにおける制御を親機が統括するものであって、それぞれ冷凍サイクルを有する複数の冷凍装置によって単一の被冷却空間を空調するものではない。

また、被冷却空間を複数の機器で冷却する例として、複数の冷温水発生装置を並列接続し、冷温水発生装置のいずれかに異常が生じた場合は、正常に運転している冷温水発生装置の設定温度を補正し運転を続けるシステム制御装置がある（例えば特許文献２）。この場合、複数台の冷温水発生装置の個々の制御によって異常発生した冷温水発生装置をバックアップすることはせず、接続されているすべての冷温水発生装置の動作をシステム制御装置で統括的に制御するようにしており、個々の機器とは別に新たに統括制御するためのシステム制御装置を新たに要しなければならないという問題がある。
特開２０００−１８６８４号公報 特開平９−１７０８４１号公報

上記した複数台の冷凍装置の運転のオン／オフを同期させる方法は、オン／オフで制御する一定速の圧縮機を使用した冷凍装置の場合は、問題が解決できるが、インバータによって圧縮機を可変速駆動するインバータ付の冷凍装置の場合、オン／オフのみならずインバータの出力周波数も制御する必要があり、オン／オフを同期させるだけではすまない。そこで、インバータの出力周波数を同期させる案も考えられるが、制御が複雑になる。

さらに、貯蔵庫全体を均一に冷却するための手段として、冷却能力が互いに異なる複数台の冷凍装置を用意し、貯蔵庫の入口のように冷却負荷の高いところには冷却能力の大きい冷凍装置を設置し、貯蔵庫の奥のように冷却負荷の低いところには冷却能力の小さい冷凍装置を設置する例もあり、このような異なる容量の冷凍装置を設置した場合にはインバータの出力周波数を同じにしても、その周波数が適切ではない場合が生じる。例えば、一方の冷凍装置における定格周波数と他方の冷凍装置の定格周波数が異なる場合には、一方が定格周波数運転されている時に他方は定格運転にはならず、装置間でアンバランスが生じ、貯蔵庫内の適切な温度管理が難しくなってしまう。

この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的は、被冷却空間に設けた複数台の冷凍装置の冷却動作が相互に干渉し合うことなく、被冷却空間の全体を各冷凍装置によって均一に冷却することができる冷凍装置を提供することである。

請求項１に係る発明の冷凍装置は、インバータにより可変速駆動される圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器、送風機などの冷凍サイクル機器、温度センサ、温度設定器、および上記冷凍サイクル機器を制御する制御装置を備えている。そして、制御装置は、当該冷凍装置を親機と子機のいずれかに設定する設定手段、および入出力端子を備え、親機に設定された場合、上記温度センサの検知温度と上記温度設定器の設定温度との差に基づき上記圧縮機の速度を制御するとともに、その検知温度および設定温度を表わす運転データを上記入出力端子から出力する。また、制御装置は、子機に設定された場合、親機から出力されて上記入出力端子に入力される運転データから検知温度および設定温度を読込み、その検知温度と設定温度との差に基づき上記圧縮機の速度を制御する。

この発明の冷凍装置によれば、被冷却空間に設けた複数台の冷凍装置の冷却動作が相互に干渉し合うことなく、被冷却空間の全体を各冷凍装置によって均一に冷却することができる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、複数台の冷凍装置１，２，３，４が信号ケーブル５によって順次に接続されている。これら冷凍装置１，２，３，４は、圧縮機１１、凝縮器１３、蒸発器ユニット１５、制御装置３０などを有し、被冷却空間たとえば食料品倉庫等の大きな貯蔵庫の天井面に分散して設置され、それぞれ貯蔵庫内の空気を吸込んで冷却し、冷却した空気を貯蔵庫内に吹出す。

各冷凍装置の制御装置３０は、上記信号ケーブル５の接続用として、図２に示す入出力端子１ａ，２ａ，３ａ，４ａを備えている。これら入出力端子は、三相交流電源１０に接続されるＲ，Ｓ，Ｔ端子、警報信号出力用の１番・２番端子、上記信号ケーブル５内のデータ信号線６が接続される３番・４番端子、信号ケーブル５内のアース線７が接続されるＧ端子を有している。

冷凍装置１の外観および内部の構成を図３および図４に示す。図３は外観および要部の内部構成を上方から見た図、図４は外観および要部の内部構成を側方から見た図である。

すなわち、貯蔵庫Ｒの天井面Ｒａに冷凍装置１の基板が埋設状態で取付けられ、その基板上に圧縮機１１、凝縮器１３、凝縮器用送風機１４、蒸発器ユニット１５、制御装置３０が搭載されている。凝縮器用送風機１４は、駆動モータ１４Ｍを有し、凝縮器１３の近くに配設されている。蒸発器ユニット１５は、基板に形成された吸込口１５ａおよび吹出口１５ｂと対応する位置に設けられ、その吸込口１５ａと吹出口１５ｂとの間の位置に立設された蒸発器１６、吹出口１５ｂと対応する位置に配設された蒸発器用送風機１７を有している。蒸発器用送風機１７は、駆動モータ１７Ｍを有し、庫内空気を吸込口１５ａおよび蒸発器１６を通して吸込み、蒸発器１６を経た空気を冷却用空気として吹出口１５ｂから吹出す。吹出口１５ｂから吹出される冷却用空気は、吸込口１５ａ側に流れないように、基板の下面側に装着されたダクト１８によって吹出し方向が規制される。

上記圧縮機１１から吐出される冷媒は高圧側配管１２により凝縮器１３に供給され、その凝縮器１３を経た冷媒が配管（図示していない）および後述の減圧器２０を通って蒸発器ユニット１５の蒸発器１６に流れる。蒸発器１６を経た冷媒は、低圧側配管１８を通って圧縮機１１に吸込まれる。これら圧縮機１１、高圧側配管１２、凝縮器１３、減圧器（膨張弁）２０、蒸発器１６、低圧側配管１８により、冷凍サイクルが構成されている。

制御装置３０内の制御回路および上記冷凍サイクルの構成を図５に示す。
交流電源４０にインバータ４１が接続され、そのインバータ４１の出力端に上記圧縮機１１の駆動モータ１１Ｍが接続されている。インバータ４１は、交流電源４０の電圧を整流する整流回路４２、この整流回路４２の出力端に接続された平滑コンデンサ４３、この平滑コンデンサ４３に接続されたスイッチング回路４４により、構成されている。スイッチング回路４４は、平滑コンデンサ４３に生じる直流電圧を、スイッチングにより、制御部５０からの指令に応じた周波数およびレベルの三相交流電圧に変換し出力する。この出力により、上記駆動モータ１１Ｍが動作する。

上記制御部５０に、温度センサ２１、通信制御手段５１、アドレス設定手段５２、操作部５３、および表示部５４が接続されている。温度センサ２１は、蒸発器用送風機１７の運転によって吸込口１５ａから吸込まれる庫内空気の温度Ｔａを検知する。通信制御手段５１は、入出力端子１ａを通して他の冷凍装置との間のデータ送受信を制御する。アドレス設定手段５２は、当該冷凍装置のアドレス（例えば１〜９の番号）を設定するための例えばディップスイッチであり、当該冷凍装置を親機および子機のいずれかに設定する設定手段として機能する。操作部５３は、運転スイッチおよび温度設定器などを有する。

そして、制御部５０は、主要な機能として次の（１）〜（５）の手段を有している。
（１）アドレス設定手段５２で親機のアドレスが設定された場合、温度センサ２１の検知温度Ｔａと上記温度設定器の設定温度Ｔｓとの差に基づき、圧縮機１１の速度（インバータ４１の出力周波数）を制御するとともに、その検知温度Ｔａおよび設定温度Ｔｓを表わす運転データを入出力端子１ａから出力する手段。

（２）アドレス設定手段５２で子機のアドレスが設定された場合、他の親機の入出力端子から出力されて入出力端子１ａに入力される運転データから検知温度Ｔａおよび設定温度Ｔｓを読込み、その検知温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの差に基づき圧縮機１１の速度を制御する手段。

（３）図示していない冷媒圧力センサや冷媒温度センサにより、冷凍サイクル機器（圧縮機１１、凝縮器１３、減圧器２０、蒸発器１６、凝縮器用送風機１４、蒸発器用送風機１７など）の異常を検出する手段。

（４）上記異常の検出時、自身が親機であれば、入出力端子１ａから異常信号を出力し、自身が子機であれば、入出力端子１ａに入力される運転データを同入出力端子１ａから他の子機へ出力する手段。

（５）自身が子機の場合に、親機から出力される異常信号が入力端子１ａに入力されると、親機として設定された場合と同じ制御を実行する手段。

他の制御装置２，３，４の構成も同じである。よって、その説明は省略する。

つぎに、上記の構成の作用を図６のフローチャートを参照しながら説明する。
アドレス設定手段５２の操作により当該冷凍装置のアドレス（番号）が設定されると、そのアドレスが読込まれるとともに（ステップ１０１）、読込まれたアドレスが他の冷凍装置に向け送信される（ステップ１０２）。また、他の冷凍装置から送信されるアドレスの受信・確認・記憶が行われる（ステップ１０３）。このアドレスの受信に際し、異常信号が含まれているかどうか判定される（ステップ１０４）。異常信号が含まれていれば（ステップ１０４のＹＥＳ）、その異常のあった冷凍装置のアドレスが記憶される（ステップ１０５）。

異常信号が含まれていない場合（ステップ１０４のＮＯ）、あるいは異常のあった冷凍装置のアドレス記憶後、上記読込まれるアドレス、他の冷凍装置から受信したアドレス、異常のあった冷凍装置のアドレスの相互比較に基づき、自身のアドレスが正常な冷凍装置の中で最小であるかどうか判定される（ステップ１０６）。

アドレスが最小であれば（ステップ１０６のＹＥＳ）、当該冷凍装置が親機であるとの判断の下に、自身に異常があるかどうか判定される（ステップ１０７）。アドレスが最小でなければ（ステップ１０６のＮＯ）、当該冷凍装置が子機であるとの判断の下に、ステップ１１６の処理に移行する。

当該冷凍装置が親機であって、自身に異常がなければ（ステップ１０７のＮＯ）、操作部５３から発せられる指令が運転オンであるかどうか判定される（ステップ１０８）。

運転オンの指令が発せられていれば（ステップ１０８のＹＥＳ）、温度センサ２１の検知温度Ｔａと操作部５３における温度設定器の設定温度Ｔｓが読込まれ（ステップ１０９）、その検知温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの差に基づいてインバータ４１の出力周波数が決定される（ステップ１１０）。この出力周波数に応じた速度で圧縮機１１が駆動され、その速度に対応する能力の冷却運転が実行される（ステップ１１１）。この出力周波数の決定は、室温と設定温度との差およびその差の時間変化の組み合わせに基づくＰＩＤ制御、ファジー制御等種々の公知の手法が適用可能である。

運転オフの指令が発せられた場合は（ステップ１０８のＮＯ）、当該冷凍装置の運転を停止する処理が実行される（ステップ１１２）。

そして、親機からは運転のオン／オフ状態、検知温度Ｔａ、設定温度Ｔｓを表わす運転データが他の冷凍装置に送信される（ステップ１１３）。

当該親機に異常がある場合（ステップ１０７のＹＥＳ）、当該親機の運転が異常停止され、その異常停止の旨が表示部５４で表示されるとともに（ステップ１１４）、異常信号が自身のアドレスと共に他の冷凍装置（子機）に送信される（ステップ１１５）。

一方、当該冷凍装置が子機であれば（ステップ１０６のＮＯ）、他の親機から送信される運転データが受信され、その運転データから親機のオン／オフ状態、検知温度Ｔａ、設定温度Ｔｓが読込まれる（ステップ１１６）。オン／オフ状態の読込みにより、親機の運転がオンであるかオフであるかを判別することができる。

親機が運転オンしていれば（ステップ１１７のＹＥＳ）、上記読込まれた検知温度Ｔａと設定温度Ｔｓに基づいてインバータ４１の出力周波数が決定される（ステップ１１８）。この出力周波数に応じた速度で圧縮機１１が駆動され、その速度に対応する能力の冷却運転が実行される（ステップ１２０）。親機が運転オフしていれば（ステップ１１７のＮＯ）、当該冷凍装置の運転を停止する処理が実行される（ステップ１１９）。

当該子機に異常がある場合（ステップ１２１のＹＥＳ）、当該子機の運転が異常停止され、その異常停止の旨が表示部５４で表示されるとともに（ステップ１１４）、異常信号が自身のアドレスと共に他の冷凍装置（親機および他の子機）に送信される（ステップ１１５）。

要するに、各冷凍装置のうち、最小のアドレスを持つ冷凍装置が親機として自動的に設定される。そして、親機では、親機の検知温度Ｔａと設定温度Ｔｓに基づいて決定された能力の冷却運転が実行される。子機では、親機の空調負荷に対応する能力の冷却運転が実行される。

このように、親機および子機として設定される全ての冷凍装置１，２，３，４が、親機の空調負荷に応じた運転を個々に実行することにより、冷凍装置１，２，３，４の冷却動作が相互に干渉し合うことなく、貯蔵庫Ｒの空間全体を冷凍装置１，２，３，４によって均一に冷却することができる。

しかも、親機および子機として設定される全ての冷凍装置１，２，３，４が、親機の検知温度Ｔａと設定温度Ｔｓに応じた能力の運転を個々に実行する方式であることにより、いわゆる圧縮機電流レリース、圧縮機吐出温度レリース、吐出圧力レリースなどの保護動作については、この能力制御より優先し、冷凍装置１，２，３，４のそれぞれが単独で実行できるという利点がある。

親機に異常が発生した場合は、その親機の運転が停止するとともに、正常に運転している各子機のうち、最小のアドレスを持つ子機が新たに親機として設定される。そして、新たな親機では自機の空調負荷に対応する能力の冷却運転が実行され、他の子機では新たな親機の検知温度Ｔａと設定温度Ｔｓに対応する能力の冷却運転が実行される。つまり、親機の異常停止にかかわらず、新たな親機と子機の連係運転による適切な冷却が継続される。

子機のいずれかに異常が生じた場合は、その子機の運転が停止するだけで、親機からの運転データが残りの全ての子機に行き渡る。よって、この場合も、親機と残りの子機の連係運転による適切な冷却が継続される。

なお、冷凍装置１〜４が単独で設置された場合には、データ信号線６が接続されないため、他機からの信号は入力されず、自機のアドレスが必ず最小のアドレスとなるため、図６のフローチャート中ステップ１０６において、親機として設定される。親機の動作は、自機の検知温度Ｔａと設定温度Ｔｓを基準に動作するため、通常の単独設置機器の動作と何等変ることなく運転できる。このため、複数台設置と単独設置のいずれにも本冷凍装置は用いることができ、汎用性がある。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。

一実施形態の各冷凍装置の外観斜視図。 一実施形態における各冷凍装置の入出力端子およびその相互間の接続状態を示す図。 一実施形態の各冷凍装置の外観および内部の構成を上方から見た図。 一実施形態の各冷凍装置の外観および内部の構成を側方から見た図。 一実施形態の制御装置内の制御回路および冷凍サイクルの構成を示す図。 一実施形態の作用を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１，２，３，４…冷凍装置、５…信号ケーブル、６…データ信号線、７…アース線、１０…三相交流電源、１１…圧縮機、１３…凝縮器、１４…凝縮器用送風機、１５…蒸発器ユニット、１５ａ…吸込口、１５ｂ…吹出口、１６…蒸発器、１７…蒸発器用送風機、１８…ダクト、４１…インバータ、５０…制御部、５２…アドレス設定手段

Claims (3)

1. インバータにより可変速駆動される圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器、送風機などの冷凍サイクル機器、温度センサ、温度設定器、および前記冷凍サイクル機器を制御する制御装置を備えた冷凍装置において、
   前記制御装置は、当該冷凍装置を親機と子機のいずれかに設定する設定手段、および入出力端子を備え、
   親機に設定された場合、前記温度センサの検知温度と前記温度設定器の設定温度との差に基づき前記圧縮機の速度を制御するとともに、その検知温度および設定温度を表わす運転データを前記入出力端子から出力し、
   子機に設定された場合、親機から出力されて前記入出力端子に入力される運転データから検知温度および設定温度を読込み、その検知温度と設定温度との差に基づき前記圧縮機の速度を制御する、
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記制御装置は、
   前記冷凍サイクル機器に異常が生じた場合、
   自身が親機であれば、異常信号を前記入出力端子から出力し、
   自身が子機であれば、前記入出力端子に入力される運転データを同入出力端子から他の子機へ出力する、
   ことを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
3. 前記制御装置は、自身が子機の場合に、親機から出力される異常信号が前記入出力端子に入力されると、親機として設定された場合と同じ制御を実行することを特徴とする請求項２記載の冷凍装置。

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