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【発明の名称】 冷凍装置
【発明者】 【氏名】西 和博

【氏名】樋口 三徳

【氏名】土井 正人

【要約】 【課題】コンプレッサを駆動する交流電動機に供給する交流電力の周波数を冷媒圧力を監視しながら制御することにより、冷媒の圧力を所定値以下で作動することができる冷凍装置を提供する。

【解決手段】コンプレッサによって圧縮された冷媒をコンデンサおよびエバポレータを通して循環せしめる冷凍機と、該冷凍機によって冷却せしめられる冷凍庫と、該コンプレッサを駆動するための交流電動機と、該交流電動機に所望の周波数の交流電力を出力するインバータとを有する冷凍装置であって、冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、制御手段とを具備している。制御手段は、冷媒圧力検出手段によって検出された冷媒圧力に基づいて、冷媒圧力が所定の設定圧力より低い場合はインバータが出力する交流電力の周波数を徐々に増加し、冷媒圧力が体設定圧力に達したときインバータが出力する交流電力の周波数をそのときの周波数を維持する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 コンプレッサによって圧縮された冷媒をコンデンサおよびエバポレータを通して循環せしめる冷凍機と、該冷凍機によって冷却せしめられる冷凍庫と、該コンプレッサを駆動するための交流電動機と、該交流電動機に所望の周波数の交流電力を出力するインバータとを有する冷凍装置において、該冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、該冷媒圧力検出手段によって検出された冷媒圧力に基づいて、冷媒圧力が所定の設定圧力より低い場合は該インバータが出力する交流電力の周波数を徐々に増加し、冷媒圧力が該設定圧力に達したとき該インバータが出力する交流電力の周波数をそのときの周波数を維持する制御手段とを具備する、ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項2】 該制御手段は、冷媒圧力が所定の設定圧力より高い場合は該インバータが出力する交流電力の周波数を徐々に減少せしめる、請求項1記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンプレッサによって圧縮された冷媒をコンデンサおよびエバポレータを通して循環せしめる冷凍装置、更に詳しくは、上記コンプレッサを交流電動機によって駆動する方式の冷凍装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、食料品等を冷凍状態で輸送する冷凍車が普及されてきている。この種冷凍車においては、一般にコンプレッサによって圧縮された冷媒をコンデンサおよびエバポレータを通して循環せしめる冷凍機が搭載されている。冷凍機のコンプレッサを駆動する方式としては、内燃機関などのエンジンによって直接駆動する方式と、エンジンによって駆動される交流発電機の出力または商用電源によって駆動される交流電動機よって駆動する方式とが一般に用いられている。
【0003】冷凍機の冷却能力はコンプレッサの回転速度に比例するが、走行用エンジンによって冷凍機のコンプレッサを直接駆動する方式の冷凍装置は、車両の低速走行時やアイドリング運転時にはエンジン回転速度が低いために冷凍機の冷却能力が低下するという問題がある。一方、冷凍機のコンプレッサを交流電動機によって駆動する方式の冷凍装置は、交流電動機に印加する交流電力の周波数をインバータによって制御することにより、エンジンの回転数に関係なくコンプレッサの回転速度を高くすることができるため、一般に用いられるようになってきており、例えば特公平6ー103137号公報に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】而して、特公平6ー103137号公報に開示され冷凍装置は、エンジンによって駆動される交流発電機の出力電圧に余裕があるかぎり、コンプレッサを駆動する交流電動機に供給する交流電力をコンプレッサの効率が最大になる回転速度になるまで上昇させるように周波数制御している。しかるに、コンプレッサによって圧縮された冷媒をコンデンサおよびエバポレータを通して循環せしめる冷凍装置においては、冷媒の圧力が所定圧力より高くなると冷凍装置を構成する各部材が破損することがあり、このため、冷媒の圧力が所定値(例えば22.5kg/cm2)以上になるとこれを検出する圧力スイッチを配設し、この圧力スイッチがONしたらコンプレッサの作動を停止して冷凍サイクルを停止するようになっている。一方、コンプレッサによって圧縮された冷媒の圧力は、循環する冷媒の温度によって変化し、冷媒温度が高い程上昇する。
【0005】図5はコンプレッサを駆動する交流電動機に供給する交流電流の周波数( HZ)と冷媒の圧力(kg/cm2)との関係を示すグラフである。図5において、横軸は交流電動機に供給される交流電力の周波数( HZ )、縦軸は冷凍機内の冷媒の圧力(kg/cm2)である。なお、図5の実験例は交流電動機が50 HZ 駆動されるときのコンプレッサの回転速度は1125rpm、交流電動機が60 HZ で駆動されるときのコンプレッサの回転速度は1350rpm、交流電動機が70 HZ で駆動されるときのコンプレッサは回転速度は1575rpm、交流電動機が80 HZ で駆動されるときのコンプレッサの回転速度は1800rpmである。図5において、各線はそれぞれコンプレッサを駆動する交流電動機に供給する交流電力の周波数( HZ )と冷媒の圧力(kg/cm2)との関係を示すもので、実線は庫内温度(TF)が0℃、1点鎖線は庫内温度(TF)が−18℃、2点鎖線は庫内温度(TF)が10℃のときのものである。図5から判るように、実線で示す庫内温度(TF)が0℃および1点鎖線で示す庫内温度(TF)が−18℃の場合には、交流電動機を80 HZ で駆動しても冷媒の圧力は冷凍機をシステムダウンする所定値(例えば22.5kg/cm2)より低いので、交流電動機を80 HZ まで上げて駆動することが可能である。一方、2点鎖線で示す庫内温度(TF)が10℃の場合には、コンプレッサを交流電動機を80 HZで駆動すると冷媒の圧力は上記所定値(例えば22.5kg/cm2)に達するので、交流電動機を80 HZ で駆動することはできない。
【0006】従って、コンプレッサの効率が最大になる回転速度になるまで上昇させるように交流電動機に供給する交流電力の周波数を制御する上記公報に開示された冷凍装置においては、冷媒の温度が高い状態で周波数を上げていくと冷媒の圧力が上記所定値(例えば22.5kg/cm2)以上となり、この時点でコンプレッサの作動が停止される。このため、冷凍装置が所期の機能を発揮できないという問題がある。
【0007】本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、コンプレッサを駆動する交流電動機に供給する交流電力の周波数を冷媒圧力を監視しながら制御することにより、冷媒の圧力を所定値以下で作動することができる冷凍装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、コンプレッサによって圧縮された冷媒をコンデンサおよびエバポレータを通して循環せしめる冷凍機と、該冷凍機によって冷却せしめられる冷凍庫と、該コンプレッサを駆動するための交流電動機と、該交流電動機に所望の周波数の交流電力を出力するインバータとを有する冷凍装置において、該冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、該冷媒圧力検出手段によって検出された冷媒圧力に基づいて、冷媒圧力が所定の設定圧力より低い場合は該インバータが出力する交流電力の周波数を徐々に増加し、冷媒圧力が体設定圧力に達したとき該インバータが出力する交流電力の周波数をそのときの周波数を維持する制御手段とを具備する、ことを特徴とする冷凍装置が提供される。
【0009】上記制御手段は、冷媒圧力が所定の設定圧力より高い場合は上記インバータが出力する交流電力の周波数を徐々に減少せしめることが望ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明に従って構成された冷凍装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【0011】図1には、本発明に従って構成された冷凍・冷蔵車の概略構成ブロック図が示されている。図示の冷凍・冷蔵車は、車両に搭載された走行用エンジン2によって駆動される交流発電機3(ACG)および該交流発電機3(ACG)により発電された電力によって駆動せしめられる交流電動機4(M1)を具備している。交流発電機3(ACG)は、走行用エンジン2の出力軸からによって例えばベルト伝動機構を介して回転駆動せしめられる。この交流発電機3(ACG)の交流出力は電源回路5を介して交流電動機4(M1)に供給されるようになっている。電源回路5は、電源切り換え器51と整流器52と自動電圧調整器53およびインバータ54(INV)を具備している。電源切り換え器51は、交流発電機3(ACG)と商用電源に接続されるようになっており、商用電源が接続されると商用電源が整流器52に接続され、商用電源が接続されていないときは交流発電機3(ACG)が整流器52に接続される。整流器52によって直流に変換され、自動電圧調整器53によって所定電圧に調整された直流電力は、更にインバータ54(INV)によって交流に変換されるとともに後述する制御手段によって周波数制御されて交流電動機4(M1)に供給される。この交流電動機4(M1)によって冷凍装置6が作動せしめられる。なお、図示の実施形態においては、整流器52によって直流に変換され、自動電圧調整器53によって所定電圧に調整された直流電力は、直流電源回路55を介して車両に搭載されたバッテリ56を充電する。
【0012】冷凍機6は、コンプレッサ61とコンデンサ62およびエバポレータ63を具備している。コンプレッサ61は、電磁クラッチ611(CLT1)およびベルト伝動機構612を介して上記交流電動機4(M1)の出力軸に伝動連結されている。なお、電磁クラッチ611(CLT1)は、付勢されるとコンプレッサ61に動力が伝達され、除勢されるとコンプレッサ61への動力伝達が遮断されるようになっており、後述する制御手段によってその作動が制御される。
【0013】上記コンプレッサ61とコンデンサ62およびエバポレータ63は、それぞれ配管641、642、643によって図示のように接続されており、コンプレッサ61によって圧縮された冷媒は図において矢印で示すように循環せしめられる。コンプレッサ61とコンデンサ62とを接続する配管641には、コンプレッサ61から吐出される冷媒の圧力を検出する冷媒圧力センサ65(RPS)が配設されており、この圧力センサ65(RPS)はその検出信号を後述する制御手段に送る。
【0014】また、上記コンプレッサ61とコンデンサ62とを接続する配管641と上記コンデンサ62とエバポレータ63とを接続する配管642は、コンデンサ62を迂回して配設されたバイパス配管644によって接続されている。このバイパス配管644と配管641との接続部には、電磁切り換え弁66(V1)が配設されている。この電磁切り換え弁66(V1)は、除勢されているときはコンデンサ62に冷媒を送り、付勢されるとコンデンサ62を迂回しバイパス配管644および配管642を介してエバポレータ63に冷媒を送るように構成されており、後述する制御手段によってその作動が制御される。従って、電磁切り換え弁66(V1)が除勢されているときは、コンプレッサ61によって圧縮された冷媒がコンデンサ62およびエバポレータ63を通して循環される冷凍サイクルとなりる。一方、電磁切り換え弁66(V1)が付勢されているときは、コンプレッサ61によって圧縮された冷媒がコンデンサ62を迂回しエバポレータ63に導入される霜取りサイクルとなりる。
【0015】上記コンデンサ62は車両に搭載された冷凍庫7の庫外に配設され、エバポレータ63は冷凍庫7の庫内に配設される。コンデンサ62およびエバポレータ63はそれぞれ送風ファン621および632を備えており、この送風ファン621および632はそれぞれ車両に搭載されたバッテリ56の電源によって駆動される直流電動機622(M2)および632(M3)によって作動せしめられる。なお、冷凍庫7内には庫内温度を検出する庫内温度センサー8(SNS1)が配設されており、この庫内温度センサー8(SNS1)は検出信号を後述する制御手段に送る。
【0016】図示の冷凍装置は、図2に示す制御手段100を具備している。制御手段100は、マイクロコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置(CPU)101と、制御プログラムを格納するリードオンリメモリ(ROM)102と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ(RAM)103と、タイマ104(T)と、入力インターフェース105および出力インターフェース106とを備えている。このように構成された制御手段100の入力インターフェース105には、上記冷媒圧力センサ65(RPS)および庫内温度センサー8(SNS1)の検出信号が入力される。また入力インターフェース105には、冷凍車の図示しない運転室に配置された冷凍機制御板に配設された冷凍装置作動スイッチ111(SW1)、冷凍温度設定器112(FTS)からの信号が入力される。一方、上記出力インターフェース106からは上記交流電動機4(M1)、直流電動機622(M2)および632(M3)、インバータ54(INV)、電磁クラッチ611(CLT1)、電磁切り換え弁66(V1)等に制御信号を出力する。また、出力インターフェース106からは、上記冷凍機制御板に配設された液晶表示等の表示手段113(DISP)に制御信号を出力する。
【0017】本発明によって構成された図示の実施形態における冷凍装置は以上のように構成されており、以下、その作用について説明する。後述する制御手段100は、冷凍装置作動スイッチ111(SW1)が投入されているときは、庫内温度センサー8(SNS1)からの検出信号に基づき、庫内温度が冷凍温度設定器112(FTS)によって任意に設定された第1の設定温度(T1)より高い場合は上記電磁クラッチ611(CLT1)を付勢してコンプレッサ61を駆動するとともに、上記ファン駆動用の直流電動機622(M2)および632(M3)を駆動して、冷凍機6を作動せしめる。なお、コンプレッサ61を駆動する交流電動機4(M1)に交流電力を出力するインバータ54(INV)は、冷媒圧力センサ65(RPS)によって検出される冷媒圧力に基づいて、制御装置100により後述するように周波数が制御される。このようにして、冷凍装置6が作動することにより庫内温度が低下し、庫内温度が上記第1の設定温度より低い第2の設定温度(T2)以下になると、制御手段100は電磁クラッチ611(CLT1)を除勢してコンプレッサ61の駆動を停止するとともに、上記ファン駆動用の直流電動機622(M2)および632(M3)を除勢して、冷凍装置6の作動を停止する。なお、冷凍装置6の作動中に、コンプレッサ61から吐出される冷媒の圧力が所定値(例えば22.5kg/cm2)以上になると冷凍装置6を構成する各部材が破損することがあるので、制御手段100は上記冷媒圧力センサ65(RPS)が検出した冷媒圧力が上記所定値(例えば22.5kg/cm2)に達したときには、上記電磁クラッチ611(CLT1)を除勢してコンプレッサ61の駆動を停止するとともに、上記ファン駆動用の直流電動機622(M2)および632(M3)を除勢して、冷凍装置6の作動を停止する。また、上述した冷凍サイクルで作動した稼働時間が所定の冷凍時間(例えば3時間)に達すると、制御手段100は上記電磁切り換え弁66を付勢して霜取りサイクルを実行する。この結果、コンプレッサ61から吐出された冷媒がコンデンサ62を迂回してエバポレータ63に直接導入し、エバポレータ63に付着した霜が除去される。そして、霜取りサイクルで所定の霜取り時間(例えば10分)稼働したら、制御手段100は上記電磁切り換え弁66を除勢して冷凍サイクルに復帰せしめる。
【0018】次に、上記制御手段100の冷凍サイクル時の動作について図3および図4に示すフローチャートをも参照して説明する。制御手段100は、ステップS1において冷凍装置作動スイッチ111(SW1)がON即ち投入されているか否かをチェックし、冷凍装置作動スイッチ111(SW1)がONされていれば、ステップS2に進んで庫内温度センサー8(SNS1)によって検出された庫内温度(TF)を読み込んでランダムアクセスメモリ(RAM)103に一時格納する。次に、制御手段100はステップS3に進んで、庫内温度(TF)が第2の設定温度(T2)即ち冷凍サイクルを停止する温度以下か否かをチェックする。庫内温度(TF)が第2の設定温度(T2)以下の場合は、冷凍庫7内の温度は十分に低下しており冷凍機6を作動する必要がないので、制御手段100はステップS4に進んで、電磁クラッチ611(CLT1)を除勢してコンプレッサ61の駆動を停止するとともに、上記ファン駆動用の直流電動機622(M2)および632(M3)の駆動を停止して、冷凍機6の作動を停止する。そして、制御手段100はステップS5に進んで、冷凍装置作動スイッチ111(SW1)がONされているか否かをチェックする。冷凍装置作動スイッチ111(SW1)がONされていなければステップS1に戻り、冷凍装置作動スイッチ111(SW1)がONされていれば制御手段100はステップS6に進み、庫内温度センサー8(SNS1)によって検出された庫内温度(TF)を読み込んで、上記ステップS2でランダムアクセスメモリ(RAM)103に一時格納した庫内温度(TF)を書き換える。次に、制御手段100はステップS7に進んで、庫内温度(TF)が第1の設定温度(T1)即ち冷凍サイクルを開始する温度(第2の設定温度(T2)より高い温度に設定されている)以上であるか否かをチェックし、庫内温度(TF)が第1の設定温度(T1)以上である場合には上記ステップS1に戻る。一方、庫内温度(TF)が第1の設定温度(T1)より低い場合には、庫内温度(TF)が第1の設定温度(T1)と第2の設定温度(T2)との範囲内にあるので、制御手段100は上記ステップS4に戻り、ステップS4乃至ステップS7を繰り返し実行する。
【0019】上記ステップS3において、庫内温度(TF)が第2の設定温度(T2)より高い場合には、制御手段100はステップS8に進んで、冷媒圧力センサ65(RPS)によって検出された冷媒圧力(PR)を読み込んでランダムアクセスメモリ(RAM)103に一時格納する。次に、制御手段100はステップS9に進んで、冷媒圧力(PR)が上記所定値(P1:例えば22.5kg/cm2)以上か否かをチェックする。冷媒圧力(PR)が所定値(P1)以上の場合は、制御手段100は何らかの異常で冷媒圧力(PR)が上昇し冷凍機6を構成する各部材が破損する虞があると判断して、ステップS10に進んで電磁クラッチ611(CLT1)を除勢してコンプレッサ61の駆動を停止するとともに、ファン駆動用の直流電動機622(M2)および632(M3)の駆動を停止して、冷凍機6の作動を停止する。そして、制御手段100はステップS11に進んで、表示手段113(DISP)に異常警報のメッセージを表示する。
【0020】上記ステップS9において、冷媒圧力(PR)が所定値(P1)より低い場合は、制御手段100はステップS12に進んで、電磁クラッチ611(CLT1)を付勢してコンプレッサ61を駆動するとともに、上記ファン駆動用の直流電動機622(M2)および632(M3)を駆動し、冷凍機6を作動する。そして、制御手段100はステップS13に進んで、冷媒圧力(PR)が冷凍機6をシステムダウンする上記所定値(P1:例えば22.5kg/cm2)より所定量低い設定圧力(P2:例えば20kg/cm2)より低いか否かをチェックし、冷媒圧力(PR)が設定圧力(P2)より低い場合はステップS14に進み、冷媒圧力(PR)が設定圧力(P2)より低くない場合にはステップS17に移行する。
【0021】上記ステップS13において、冷媒圧力(PR)が設定圧力(P2)より低い場合は、制御手段100はステップS14に進んで、タイマ104(T)を第1の設定時間(t1)にセットする。なお、この第1の設定時間(t1)は、コンプレッサ61を駆動する交流電動機4(M1)に供給する交流電力の周波数( HZ )を変更してから冷媒圧力(PR)に変化が現れるまでに要する時間で、例えば30秒に設定されている。タイマ104(T)を第1の設定時間(t1)にセットしたら、制御手段100はステップS15に進んで、タイマ104(T)をセットしてからの経過時間(TS)が第1の設定時間(t1)に達したか否かをチェックし、経過時間(TS)が第1の設定時間(t1)に達していなければ後述するステップS18に進んで、交流電動機4(M1)に供給する交流電力の周波数( HZ )を現在の状態に維持する。ステップS15において、経過時間(TS)が第1の設定時間(t1)に達したならば、制御手段100はステップS16に進んで、交流電動機4(M1)に供給する交流電力の周波数( HZ )を1(HZ )増加する。なお、図示の実施形態においては、周波数制御する最初の周波数は50( HZ )としている。
【0022】上記ステップS13において、冷媒圧力(PR)が設定圧力(P2)より高い場合は、制御手段100はステップS17に進んで、冷媒圧力(PR)が設定圧力(P2)と等しいか否かをチェックする。冷媒圧力(PR)が設定圧力(P2)と等しい場合は、制御手段100はステップS17に進んで、交流電動機4(M1)に供給する交流電力の周波数( HZ )を現在の状態に維持する。
【0023】上記ステップS17において、冷媒圧力(PR)が設定圧力(P2)と等しくない場合、即ち冷媒圧力(PR)が設定圧力(P2)より高い場合には、制御手段100はステップS19に進んで、タイマ104(T)を第2の設定時間(t2)にセットする。なお、この第2の設定時間(t2)は、上記第1の設定時間(t1)より短い値で、例えば5秒に設定されている。タイマ104(T)を第2の設定時間(t2)にセットしたら、制御手段100はステップS20に進んで、タイマ104(T)をセットしてからの経過時間(TS)が第2の設定時間(t2)に達したか否かをチェックし、経過時間(TS)が第2の設定時間(t2)に達していなければステップS18に進んで、交流電動機4(M1)に供給する交流電力の周波数( HZ )を現在の状態に維持する。ステップS20において、経過時間(TS)が第2の設定時間(t2)に達したならば、制御手段100はステップS21に進んで、交流電動機4(M1)に供給する交流電力の周波数( HZ )を1( HZ )減少する。
【0024】以上のように、コンプレッサ61を駆動する交流電動機4(M1)に供給する交流電力の周波数( HZ )を冷媒圧力(PR)に基づいて制御することにより、冷凍機6をシステムダウンする上記所定値(P1:例えば22.5kg/cm2)以下の冷媒圧力(PR)で冷凍機6を運転することができる。
【0025】以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲で種々の変形は可能である。例えば、図示の実施形態においては、走行用エンジンによって交流発電機を駆動し、該交流発電機の出力によって駆動される交流電動機によりコンプレッサを駆動する方式の冷凍装置に本発明を適用した例を示したが、冷凍機専用のエンジンによって交流発電機を駆動する方式、或いは商用電源によって交流電動機を駆動し、この交流電動機によってコンプレッサを駆動する方式の冷凍装置に本発明を適用してもよい。
【0026】
【発明の効果】本発明による冷凍装置は以上のように構成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。
【0027】即ち、冷媒圧力検出手段によって検出された冷媒圧力に基づいて、冷媒圧力が所定の設定圧力より低い場合はインバータが出力する交流電力の周波数を徐々に増加し、冷媒圧力が設定圧力に達したときインバータが出力する交流電力の周波数をそのときの周波数を維持するので、冷媒温度が高くても冷媒の圧力を所定値以下で作動することができる冷凍装置を得ることができる。従って、異常ではないのに冷媒温度が高いために冷媒圧力が所定値以上に上昇して冷凍装置が停止するようなことはない。
【出願人】 【識別番号】000000170
【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社
【出願日】 平成10年10月14日(1998.10.14)
【代理人】 【識別番号】100075177
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 尚純
【公開番号】 特開2000−121176(P2000−121176A)
【公開日】 平成12年4月28日(2000.4.28)
【出願番号】 特願平10−292184