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JP2834139B2 - 冷凍装置 - Google Patents

冷凍装置

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JP2834139B2
JP2834139B2 JP63112456A JP11245688A JP2834139B2 JP 2834139 B2 JP2834139 B2 JP 2834139B2 JP 63112456 A JP63112456 A JP 63112456A JP 11245688 A JP11245688 A JP 11245688A JP 2834139 B2 JP2834139 B2 JP 2834139B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷凍装置の冷凍サイクル制御に係り特に冷
凍装置の運転範囲拡大、安定した連続運転に好適な制御
に関する。
〔従来の技術〕
従来の装置は、特開昭61−285349号公報に示す如く、
種々の環境条件を応じて、その時々で運転可能な最低周
波数を決定し、最低周波数で運転中に更に能力を小さく
する必要が生じたときは、膨張弁の開度が小さくなるよ
うに制御して運転範囲の拡大を計るようにしたものがあ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、運転可能な最低周波数(最小容量制
御量)が変動するため、装置の出力可変範囲を狭めると
ともに、最小値が不明確であるという問題があった。従
って、圧縮機を停止させずに運転を継続させることはで
きても、運転可能な最低周波数より更に小さい負荷が必
要となった場合、この小負荷に追従して運転することに
は無理であった。
本発明の目的は、運転可能な最低周波数(最小容量制
御量)を固定したまま、更に小さい負荷状態に対しても
冷凍能力を追従させることができるように運転範囲を拡
大し、安定運転を実現することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、運転周波数が
制御される圧縮機、凝縮器、蒸発器、電子式膨張弁を有
する冷凍サイクルを備えた冷凍装置において、運転周波
数と圧縮機の許容吸入圧力より定まる吐出ガススーパヒ
ート量の下限値よりも吐出ガススーパヒート量が大きく
なるように前記電子式膨張弁の開度を制御するものであ
る。
圧縮機には許容吸入圧力があり、この値により各運転
周波数において吐出ガススーパヒート量の下限値が定ま
る。圧縮機の運転周波数を下げていく場合、この下限値
を越えるときは吐出ガススーパヒート量が大きくなるよ
うに電子式膨張弁の開度を制御することにより、運転周
波数の下限値を小さくすることができる。
これによって、圧縮機の許容吸入圧力の上限値を越え
ることなく能力範囲を大きくすることができ、運転範囲
の拡大を図ることができる。
また、本発明は、運転周波数が制御される圧縮機、凝
縮器、蒸発器、電子式膨張弁を有する冷凍サイクルを備
えた冷凍装置が複数台組み込まれた冷凍装置において、
運転周波数と圧縮機の許容吸入圧より定まる吐出ガスス
ーパヒート量の下限値よりも吐出ガススーパヒート量が
大きくなるように制御され、複数台の冷凍装置の各々は
最少能力が最大能力の略1/2とされているものである。
圧縮機の能力を下げるため運転周波数を下げていく場
合、圧縮機の吸入圧力が許容吸入圧力を越えるときは吐
出ガススーパヒート量が大きくなるように制御し、複数
台の冷凍装置の各々の最少能力を最大能力の略1/2とな
るように運転周波数の下限値を定めるので、各々の冷凍
装置の運転周波数は必要以上に小さくなることがない。
これにより、冷凍装置の運転台数を増減させる際、例
えば1台運転と2台運転で能力範囲が重なる部分がで
き、各々の冷凍装置の頻繁なON−OFFを避けることがで
き、連続的で円滑な運転範囲の拡大が可能となる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図〜第4図により説明
する。第1図において、1は容量制御機構付圧縮機、2
は凝縮器、3は電子式膨張弁、4は蒸発器であり、これ
ら配管11により接続して冷凍サイクルを構成している。
また、5は制御装置、6は水温センサで、前記蒸発器4
の冷水出口側に設けられている。7は吐出ガス温度セン
サで、前記圧縮機1の吐出側配管に接触して設けられて
いる。8は凝縮温度センサで、前記凝縮器2の冷媒出口
側配管に接触して設けられている9は電子膨張弁駆動装
置で、前記制御装置5からの出力信号により駆動され
る。10は冷却水出入口、11は冷水(負荷)出入口を示
す。
前記制御装置5は、前記水温センサ6、吐出ガス温度
センサ7および凝縮温度センサ8からのデータを受信す
る入力部と、これら入力データにもとづいて演算する演
算部と、この演算結果を出力する出力部を持っている。
冷凍サイクルは、水温センサ6で得られた冷水(負
荷)の情報を制御装置5に取り込み、該制御装置5によ
り演算した結果にもとづいて、前記圧縮機1を所要の周
波数で運転させる。この時、前記制御装置5は、吐出ガ
ス温度センサ7及び凝縮温度センサ8により冷凍サイク
ルの状態を検知し、吐出ガス温度と凝縮温度の差、すな
わち吐出ガススーパーヒート量が、あらかじめ設定して
いる所定の値になっているかどうかのチェックを行い、
前記電子式膨張弁駆動装置9へ出力信号を送って電子式
膨張弁3の開度を制御し、冷凍サイクルの運転を安定さ
せる。この一連の動きはあるサンプリング間隔をおいて
常に行われる。
第2図は前述の吐出ガススーパーヒート量の制御につ
いての説明図である。横軸は吐出ガススーパーヒート量
(SH)、縦軸は冷凍サイクルの能力(Q)を示す。N1
N4は運転周波数曲線を示し、これらの周波数はN1>N2
N3>N4の関係となっている。そして、同一周波数におい
ても吐出ガススーパーヒート量により能力(Q)に差の
あることがわかる。点線12は、一般的な吐出ガススーパ
ーヒート制御線を示し、各々の周波数において冷凍サイ
クル能力を最大限引き出す形になっている。線13は、圧
縮機吸込圧力の等圧力線で、斜線側は吸込圧力が圧縮機
の許容吸込圧力の上限を越えている範囲を示す。
すなわち、点線12で示す吐出ガススーパーヒート制御
線を採用する場合、許容吸入圧力を越えない最低周波数
は曲線N3の点14であり、このとき能力(Q)の変化量
は、最大周波数曲線N1の点15と点14で示す範囲ΔQAとな
る。
ここで、スーパーヒート制御線を本発明による吐出ガ
ススーパーヒート制御線16で示す線を採用すると、最低
周波数は曲線N4の点17で示すところまで減少させること
ができ、能力(Q)の変化量は点15と点17で示す範囲の
ΔQBとなり、運転範囲の拡大を図ることが可能となる。
第3図は、本発明の冷凍サイクルを複数台組み込んだ
冷凍装置の制御状態を示したものである。
19は、冷凍装置を示し、各々N1〜N4が運転周波数可変
範囲を示す。本図ではNo.1、No.2、No.3の3台の冷凍装
置の場合を示す。20は3台の装置全体の能力の可変範
囲、21〜23は、能力可変範囲(Q)20における冷凍装置
の運転台数を示し、21は1台運転の場合、22は2台運
転、23は3台運転の場合を示す。該第3図において、前
記各々の冷凍装置の最小能力24(周波数N4の時)は、最
大能力25(周波数N1の時)の約1/2以下になっている。
このように設定することにより、冷凍装置の運転台が
増減する際、運転台数21〜23に示すように運転台数がラ
ップする部分21a,22aを作ることができ、能力の上昇
時、下降時のディファレンシャルが確保できるため、各
々の冷凍装置の頻繁なON−OFF運転を避けることができ
る。
第4図は本発明による冷凍サイクルの運転圧力につい
て説明したものである。
第2図において、吸込圧力の限界値については既に説
明したが、本図では、圧力比について説明を付け加え
る。
第4図において、横軸は運転周波数(Hz)であり、26
は運転範囲(N1〜N4)である。縦軸は、吸込圧力(Ps)
27、吐出圧力(Pd)28および圧力比(Pd/Ps)、29は圧
縮比である。13は吸入圧力(Ps)及び30は圧力比(Pd/P
s)それぞれの限界線を示し、斜線側では使用できない
ことを示す。
曲線31は本発明により制御した場合の曲線、曲線32は
従来技術により制御した場合の曲線を示す。
また、吐出圧力(Pd)28は、年間を通じて運転する場
合には曲線31′,32′の如く吐出圧力(Pd)28、圧力比
(Pd/Ps)29の絶対値は低くなってしまうため、空冷式
の冷凍装置にあっては凝縮圧力調整弁、水冷式にあって
は制水弁を組み込むことにより、圧力比を確保する制御
を行う。
第5図は、圧縮機の運転周波数(Hz)に対する、冷力
(Q)及び吐出ガススーパーヒート(SH)の制御量を表
わしている。圧縮機の運転周波数(Hz)は、冷却負荷の
要求に応じ、最小周波数f0と最大周波数fの間のバラン
スポイントにて運転することとなる。今、吐出ガススー
パーヒート(SH)を破線40にて制御した場合の、冷力
(Q)特性を破線42にて示す。すなわち、この制御の場
合の対応可能な冷力変動巾はq′〜q間である。一方、
吐出ガススーパーヒート(HS)を実線43の如く、最小周
波数f0にて冷力(Q)が最大冷力qの約1/2となるよう
に吐出ガススーパーヒート(SH)量をshまで増大するこ
とにより、対応可能な冷力変動巾を、q〜1/2qまで実線
41の曲線のように制御し、拡大することが出来る。本制
御方式を採用すれば、以下第6図で示す通り、複数台の
冷凍装置を組合せて、合計冷力を1/2q〜3qまでの連続性
を達成することが可能となる。
第6図において、6a,6bおよび6cは、従来機の1号
機、2号機および3号機の運転モードを表わしている。
そして、5a,5bおよび5cは、本発明の1号機、2号機お
よび3号機の運転モードを表わす。
ところで、従来機は、破線60,61,62で示す通り、1台
あたりの冷力変動巾3/4q〜qの破線60の場合、3/2q〜2q
の破線61の場合、更に9/4q〜3qの破線62の場合において
は、要求冷力が1/2q〜3/4q,q〜3/2q、更に2。〜9/4qの
領域においては、冷力が不連続となり、圧縮機のON−OF
F繰り返し頻度が増大し、装置寿命の低下をきたす。ま
た、室内に設置したサーモスタットのON−OFFディファ
レンシャルにより、正確な温度制御を行うことができな
い。
しかし、本発明によれば、圧縮機のON−OFF繰返しを
頻繁に行うことなく、冷力を連続して得えることができ
るものである。
すなわち、冷凍装置3台の場合の本発明の制御方式の
適用によれば、各々の冷凍装置は、最大運転周波数fに
て最大冷力qを発揮し、最小運転周波数f0にては、最大
冷力の約1/2を出力することとする。また要求冷力に対
する各冷凍装置への冷力割当ては均等負担とする。従っ
て冷凍装置としての合計周波数Fはf0〜3fとなり、合計
冷力は1/2q〜3qとなる。
ここで実線50にて示す通り、本発明によれば、1/2q〜
3qの任意の冷力要求に対して、連続的に安定した運転を
供給することができる。
本発明は、また、インバータによって圧縮機の運転周
波数を制御し、このインバータによる制御と連動して制
御される吸入圧力調整弁を圧縮機の吸入配管途中に設け
ることにより、吸入圧力の上昇を防ぎ、許容吸入圧力以
内での運転を可能とすることができる。
更にまた、簡易な膨張装置として、キャピラリーチュ
ーブを使用し、最低運転周波数のときの適切なキャビラ
リーチューブの容量を選択することも可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、運転周波数下限値(一般的には容量
制御量下限値)をむやみに下げることなく低能力域まで
連続的でスムースな運転範囲の拡大が可能であり、圧縮
機吸込圧力の過昇防止、高圧低圧の圧力比の確保も可能
とあり、安定した冷凍装置を供給できる。
また、サーモスタットによるON−OFF繰り返し制御を
行わないので、圧縮機の起動・停止頻度に起因する圧縮
機の寿命低下を防止する効果があり、ON−OFF制御を行
わないので、正確な温度コントロールを行える効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による一実施例の冷凍装置とその制御ブ
ロック図、第2図は、吐出ガススーパーヒート量制御説
明図、第3図は複数の冷凍装置の制御説明図、第4図は
運転圧力の説明図、第5図は、他の実施例の冷力制御方
式説明図、第6図は、複数台構成時の冷力制御方式を示
す。 1…容量制御機構付圧縮機、3…電子式膨張弁、5…制
御装置、6…水温センサ、7…吐出ガス温度センサ、8
…凝縮温度センサ、9…電子式膨張弁駆動装置、16…吐
出ガススーパーヒート制御線、24…最小能力、25…最大
能力、31…運転圧力カーブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 頭士 鎮夫 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社 日立製作所神奈川工場内 (72)発明者 高橋 研二 茨城県土浦市神立町502番地 株式式社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 平1−130077(JP,A) 特開 昭59−170653(JP,A) 特開 昭62−22962(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25B 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】運転周波数が制御される圧縮機、凝縮器、
    蒸発器、電子式膨張弁を有する冷凍サイクルを備えた冷
    凍装置において、 前記運転周波数と前記圧縮機の許容吸入圧力より定まる
    吐出ガススーパヒート量の下限値よりも吐出ガススーパ
    ヒート量が大きくなるように前記電子式膨張弁の開度を
    制御することを特徴とする冷凍装置。
  2. 【請求項2】運転周波数が制御される圧縮機、凝縮器、
    蒸発器、電子式膨張弁を有する冷凍サイクルを備えた冷
    凍装置が複数台組み込まれた冷凍装置において、 前記運転周波数と前記圧縮機の許容吸入圧より定まる吐
    出ガススーパヒート量の下限値よりも吐出ガススーパヒ
    ート量が大きくなるように制御され、前記複数台の冷凍
    装置の各々は最少能力が最大能力の略1/2とされている
    ことを特徴とする冷凍装置。
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