JPS63101677A - 冷凍装置における冷却水制御方法及びその制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、圧縮式、吸収式および吸着式等の各種水冷式
冷凍機における凝縮器用の冷却水量を自動的に制御する
ことにより、省エネルギを達成しようとした冷凍装置に
おける冷却水＆ｌＪ　ｍ方法及びその制御装置に係る。

［従来の技術］ 冷蔵庫ならびに冷凍ショーケース等に用いられる凝縮器
用の冷却水ポンプは、ぞの冷凍方式が圧縮式、吸収式お
よび吸着式のいずれであるかを問わず、通年、一定出力
（一定流＠）で運転する場合が多い。しかして当該冷却
水ポンプの定格動力は、冷凍機のそれに対し１０〜１５
％程度ではあるが、通常、冷凍機は負荷に応じ発停また
は出力制御が行なわれて無駄な動力消費を少なくするよ
うに構成されているのに対し、前記の冷却水ポンプは、
常！、：最大出力で運転するようになっているため、当
該ポンプの現実の年間電力使用量は、冷凍機のでれに対
し、５０％を上迦ることも珍しくないのが実情である。

そこで最近においては、前記の電力使用量を節減するた
め、前記ポンプの流量を冷却水温度によって変えるべく
、例えば冷却水の温度をサーモスタットで検出するよう
になすと共に、冷却水ポンプとその駆動モータを機械的
な変速機で結合させ、冷却水温が設定値より高いときは
、ポンプ流量を１００％で運転させ、一方、前記水湿が
低いときにはその流量を７０％にするといった方法で、
前記の目的を達成させようとした例が知られている。し
かしこの方法は、前述のように変速機のモード切替（２
段切替）を行う方法であって、必ずしも冷凍負荷に対応
したｔｌｌｌｔｌｌとはいい難い上に、特殊仕様の回転
数可変装置（変速機）を必要とするので、設備費が余分
にかかるといった不具合があった。

また、冷却水ポンプの定格流量が過大である場合もしば
しばあるが、かかる場合には、その流量を７０％に下げ
ても、なおかつ過大流量になることがある。

上記以外に、冷却水の温度を測温抵抗体等により検出し
、その検出値を比例調節器を介してポンプ駆動用のイン
バータへ出力することによって前記水量を比例調節する
方法も考えられる。すなわち、冷却水のループ配管にお
ける通水抵抗は、水量のほぼ２乗に比例し、水量はポン
プの回転数に比例する。−ｈ１ポンプ動力は通水抵抗と
水量の積に比例するので、結局ポンプ動力は水量の３乗
に比例することになるから、この考え方に基づいて、前
記の比例調節器とインバータとを介して冷却本川ポンプ
の駆動モータの回転数を制御すれば、一応は前記の目的
を達することができそうに認められるが、実際問題とし
ては、後記のような問題点があって、実用には供しがた
い。

［発明が解決しようとする問題点］ 周知のように、冷凍機の効率は冷却水の湿度が低いほど
高くなり、一方、その水量が多くなるに従い前記の冷凍
効率も高まる。したがって一般的には冷却水ポンプは一
定出力で運転するほうが冷凍機の効率を高める結果とな
るのであるが、前述のような観点からすれば、冷却水ポ
ンプの出力を冷却水の温度に応じて制御すれば、それだ
け冷凍機と冷却水ポンプの合計動力については、これを
低減させることができることになる。

しかしながら−上記従来法は、既に述べたところからも
明らかなように、冷凍機動力すなわち冷凍効率に関係な
く、単に冷却水温度のみを指標として冷却水ポンプを制
御するだけに過ぎないから、冷凍機と冷却水ポンプの動
力の合計が、常に最少になるという保証がなく、Ｒ善の
解決手段とはいい得ないのである。特に冷却水の流量が
少なくなって、例えば設定値の５０％となったときには
、前記従来法によれば、その場合のポンプ動力は定格値
の１２．５％程度となる訳であるが、このときに、冷却
水温がさらに下ったとすると、流量を下げて得られるボ
ン！動力減量よりも、水量低下による冷凍機動力増の方
が優ってしまう可能性が高いから、結局、前記の合計動
力は増大してしまうという難点を払拭し切れない。本発
明は、従来法に免れない前記のような難点をすべて克服
して極めて効率の高い方法及びその制御装置によって冷
凍装置における搬送動力を大幅に削減しようとしたもの
である。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、冷却水のポンプ動力と冷凍ｉ動力の和である
冷凍系入力が最小、すなわち冷凍系の効率が各冷却水温
において最高になるように意図したもので、次のような
手段を採用したものである。

すなわち、水冷式冷凍機における冷却水の冷却塔への導
入用配管と、同じく導出用配管を対象として、前記両配
管の適宜の位置に、当該配管を流下する冷却水の温度検
出子を取り付けて、その温度を連続的に検出し、一方、
冷凍機の稼動ｉｆｆ源部に当該冷凍機の稼動電力を常時
知ることができるようにした変換器（電流計にても可）
を取り付け、冷凍負荷によって常時変化する前記稼動電
力値を取り出し、前述の温度検出子による電気信号と前
記変換器の出力値とを制御ユニットに導き、該ユニット
を介して前記冷却水の導出用配管における冷却水の流量
を自動制御するようになして、前記の目的を達成せしめ
んとしたものである。

［実施例］ 以下、本発明の冷凍装置における冷却水制御方法及びそ
の制御装置について添付図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は本発明の冷凍装置における冷却水制御方法及び
その制ｗＪ装置の一実施例を示すブロック図である。

先ず、このブロック図における主要構成について概説す
る。この図において符号１は冷却塔、２は冷却水導入用
配管、３は冷却水導出用配管、４は温度検出子、５は冷
凍機、６は冷凍ショーケース、７は稼動電源部、８はマ
イクロコンピュータ制御ユニット、９はインバータ回路
、１２は冷却水供給ポンプ、１３は分岐電源である。

次に各構成の詳細について説明する。

冷却塔１は冷却水を絶えず循環使用することが可能な装
置で、いわゆる蒸発冷却によって冷却が行なわれる。こ
の冷却塔１には、冷却水を導入する導入口１ａ、空気の
出入口である開口部１ｂ。

冷却水の導入口１ａから導入した冷却水を空冷するファ
ン１ｃ、このファン１Ｃを運転するモータ１ｄ、モータ
の発停を調整するモータスイッチ１ｅ、冷却塔１内の冷
却水を冷却水導出用配管に導出する冷却水導出口１ｆ及
び冷却水の温度を検出し、所定の冷却水設定温度でファ
ン１ｃの発停を指示するサーモスタット１ｇが備えであ
る。

冷却塔１の冷却水導入口１ａに取り付けられているのは
、冷却水を冷凍機５から冷却塔１へ供給する冷却水導入
用配管２で、また冷却水導出口１ｆに取り付けられてい
るのが、冷却水を冷却塔１から冷凍機に供給する冷却水
導出用配管３である。本実施例では、これら両配管２．
３の外表面に熱雷対等から形成される温度検出子４を各
々の配管３．４に固定し、各配管２．３を導入又は導出
する第１及び第２の冷却水の温度を検出する。

この温度検出子４は冷却水の温度により第１及び第２の
電圧を発生し、第１及び第２の電圧Ｅ＋及びＥ２を温度
検出子４と接続しである信号ライン１０．１１を経てマ
イクロコンピュータ制御ユニット（以下ｒＭＰＬＪＪと
略称する。）８に印加する。

冷凍機５は肉、魚介類等を冷凍保存させる装置で、コン
デンサよりなる凝縮ＩＪＡ５ａとコンプレッサからなる
圧縮器５ｂから構成されている。この冷凍ｖｓ５の凝縮
器５ａに冷却塔１から冷却水導出用配管３を経て冷却水
を供給する。本実施例の冷凍Ｉａ５では、まず圧縮器５
ｂで圧縮されて例えば高温（６０〜８０℃）、高圧（１
８気圧）になった冷媒ガスが凝縮ｆＡｂａへ送られ、こ
の凝縮器５ａ内へ流入した冷媒ガスが冷却水の供給され
る管５ｅに当り冷却されて液化する。その液化した冷媒
は、凝縮器５ａ内に一時貯留されるが、冷凍ショーケー
ス６内のショーケース６ａに肉、魚介類を冷凍保存する
場合には、この液化した冷媒（以下「冷媒液」と略省す
る。）を必要に応じて凝縮器５ａから冷媒液導入管５Ｃ
を介して冷凍ショーケース６内へ供給する。冷凍ショー
ケース６内で冷媒液は、膨張弁６ｂを通過して熱交換ｉ
２＋６０により加熱蒸発される。一方、冷凍ショーケー
ス６内を循環する空気は、ファン６ｄを経て熱交換器６
Ｃに供給されると冷却されて、ショーケース６ａ内の肉
、魚介類を一定の冷却温度で冷凍保存する。上記加熱蒸
発によりガス化した冷媒液は、冷凍ショーケース６から
冷媒ガス導出管５ｄを介して圧縮器５ｂに導出されて再
び上記圧縮を行ない、冷媒ガスを凝縮器５ａへ供給する
。本実施例では、冷凍ショーケース６が複数個備えられ
ているが、その機能は上記した機能と同様なので、上記
説明を参照し、ここでは説明を省略する。

次に、本実施例の主要な電源である稼動電源部７及び分
岐電源について説明する。

稼動電源部７では、冷却塔１、冷凍機５、冷却水ポンプ
１２の各電源に電流検出１７ａが取り付けられ、電流／
電圧変換器７ｂで電流が電圧に変換される。また、かか
る電流／電圧変換器を用いずに電流検出器７ａの検出出
力を直接測定する電流計によってもよい。

上記電流検出器７ａには電源７Ｃ１７ｄ、７ｅが接続さ
れていて、電ＷＡ７Ｇは分岐電源１３に接続されている
。電源７ｄは冷凍機５の電源、電源７ｅは冷凍ショーケ
ース６のファン６ｄ等を駆動する電源である。分岐電１
１ｉ１３のうち電）！ｉ７ｃと接続しであるのが共通電
源１３ａで、分岐電源１３は前記ファンモータスイッチ
１ｅと接続されているモータスイッチ用電源１３ｂとイ
ンバータ回路９と接続されているインバータ用電源１３
ｃから構成されている。前記稼！ｌＪ電源部７の出力信
号は信号ライン１６を介して前記ＭＰＵ８に接続されて
いる。冷凍機５、冷凍ショーケース６及びインバータ回
路９を流れる電流は電流検出器７ａで検出することがで
き、電流／電圧変換器７ｂで電圧に変換した第３の電圧
をＭＰＵ８に印加する。

ＭＰＵ８の一実施例を第２図に示す。このＭＰＵ８は、
Ａ／Ｄ変換回路８ａ、ＣＰＬＪ８ｂ、記憶回路８ｃ、演
算回路８ｅ及びＤ／Ａ変換回路８ｅから構成されている
。Ａ／Ｄ変挽回路８ａは前記稼動電源部７の電流／電圧
変換器７ｂで電圧（アナログ量）に変換された前記第３
の電圧及び前記第１及び第２の電圧（アナログ量）をデ
ィジタル伝に変換する。ｃｐｕｓｂは中央処理装置で、
ＭＰｔＪＢ内の各ジョブを指令する。記憶回路８Ｃは上
記第１の冷却水温度、第２の冷却水温度及び冷却系の合
計電力を記憶する。演算回路８ｅは、稼動電源部７及び
温度検出子４から各信号ラインを介してＭＰＬＪ８に入
力される前記第１から第３の電圧とそれらに対応する第
１から第３の電流から時々刻々と変化する各電力を積算
する。また、前記ｃｐｕａｂは記憶回路８Ｃに記憶した
第１の冷却水温度、第２の冷却水温度及び冷却系の合計
電力を読み出す指令をする。しかしてＭＰＵ８は、第３
の電力、第１及び第２の冷却水温度に応じた１１１１ｉ
１信号をインバータ回路９へ入力する。

インバータ回路９は信号に応じた周波数に変換する回路
で、通常時にはインバータ電源スィッチ９ａを閉じ、イ
ンバータ９ｂを作動させる。このインバータ９ｂは、Ｍ
ＰＵ８から信号線１８を介して供給される信号に応じた
周波数によりインバータ出力端９Ｃと連結しているポン
プモータ１７を回転する。このポンプモータ１７の回転
数は周波数に比例して増減する。従って、本実施例では
、出力周波数に基づいて冷却水ポンプが運転できるので
ポンプの運転効率が高くなる。尚、電源スイッチ９Ｃは
ｆｌＹＡスイッチ９ａと共に入力側電源９ｄに並列に接
続しであるが、この電源スィッチ９ｅがバイパス用の電
源スィッチである。インバータ９ｂが故障している場合
、又は最適条件下でポンプモータ１７を運転したい場合
等には電源スィッチ９ａを開き、この電源スイッチ９ｅ
を閏じて電流がバイパスするようになっている。

次に本実施例の冷凍装置における冷却水制御方法及びそ
の制御装置の作用について第３図のフローチャートを参
照して説明する。

本作用を説明する前に冷却塔放熱量、冷凍機系効率及び
冷却水８が次の関係式から成り立っているとする。

［冷却塔故熱吊］＝［冷凍出力］＋［冷凍機動力］＋［
冷却水ポンプ動力］（１）［冷却塔放熱量］＝［冷却水
の冷却塔出入口温度差］×［冷却水流量１　　　　　　
（１１’［冷凍機系効率］−（［冷却水ポンプ動力］＋
［冷凍機動力］）／［冷凍出力］（２）［冷却水量］＝
定格流流量ポンプ回転数／定格回転数句定格流量×（イ
ンバータ出力周波数／電源周波数）（３） 、（１）、（２及び（３）式を前提として、以下フロー
チャートを説明する。先ず、本実施例の冷凍装置におけ
る冷却水制御をＭＰＵ８でスタートする（ステップ１）
。次に、冷却水の水石及び冷却水の水温（Ｔ＞を一定条
件下で記憶回路８Ｃに初期値として任意に設定記憶する
（ステップ２）。このとき水温（Ｔ）と本漬は、第４図
（ａ）に示す関係がある。ここで一定条件とは、冷凍機
５に必要な最低流量以上であること、冷却水温度に対し
て指定流量の変動があまり大きくならないこと、及び冷
却水温の上昇と共に流量が上昇する値であることである
。

次に、実際の冷却水温度を２つの温度検出子４で検出す
る（ステップ３）。温度検出子４で検出した第１の冷却
水温度及び第２の冷却水温度に対応する第１の電圧（電
流）及び第２の電圧（電流）は、ＭＰＵ８のＡ／Ｄ変換
器８ａでアナ【］グ量からディジタル最に変換してから
ＣＰＬＩ８ｂの指令のもと記憶回路８Ｃに配憶する。ま
た、演算回路８ｅでは、前記式（１）′より冷却水の冷
却塔出入口温度差と、冷却水流量に相当する値の積から
冷却塔放熱量を求めることができる。次に、前記ＭＰＵ
８の演算回路８ｅで求められた信号に応じた周波数で、
ポンプモータ１７を回転する（ステップ４）。このポン
プモータは周波数に応じた回転数で回転し、冷却水ポン
プ１２をポンプモータ１７の回転数に従って運転する。

従って、ポンプモータ１７の回転数は冷却水の流量に比
例し、前記周波数は冷却水の流量に比例する。ここでい
う冷却水の流量は前記式Ｇ）の冷却水量である。次に、
演算回路８ｅで第１の温度、第２の温度及び冷却系の合
計熱量をｖｌｎする（ステップ５）。そして、冷却水の
水流が極端に変動しないことを確認して、ステップ５の
測定をＮ回繰り返し行なう（ステップ６）。次に、冷却
水の設定流量の効率をＭＰＵ８で算出する（スナップ７
）。効率（ＣＯＰ）は、より求められる。

次に、前記インバータ出力Ｈ−Ｈ（Ｔ）を＋α変動させ
る（２回目）と、インバータ出力Ｈ＝Ｈ（Ｔ）を−α変
動させる場合（３回目）というように冷却水温度Ｔ及び
冷却水ｆｉｔＲが初期設定値と比較して最小になってい
るかを判断する（ステップ８）。本実施例では３回だけ
インバータ出力を変動させたが、複数回でもよい。冷却
水温度Ｔ及び冷却水ＩＲが初期設定値と比較して最小に
なっていると判断されない場合には前記ステップ４に戻
る。設定値より冷却水温度及び冷却水量が低い場合には
冷却水温度Ｔと冷却水ｆｆ１Ｒの関係式を修正する（ス
テップ９）。そして、次に水温の振れ幅が初期設定値よ
り小さいか否かを判断する（ステップ１０）。振れ幅が
大きい場合には、ステップ３に戻り再び水温の測定をや
り直す。また、振れ幅が小さい場合には、３つの（ＣＯ
Ｐｉ、Ｈｉ）（ｉ−１，２，３）から２次曲線を求める
（ステップ１１）。次に、上記重量の範囲内で二次曲線
の最大値Ｈｍを求める（ステップ１１）。そして、イン
バータ出力Ｈ−Ｈ（Ｔ）を）ｌ　（Ｔ）−Ｈｍとして、
前回までの値が修正できたか否か判断する（ステップ１
２）。ここで、インバータ出力Ｈ（Ｔ）がＨ（Ｔ）−Ｈ
ｍに修正された場合には、前記初期値を修正する（ステ
ップ１３）。そして、修正されたインバータ出力Ｈ（Ｔ
）を前記初期値に代わる基準値とし、再びステップ３に
戻る。このようにして常に水温及び水石に適応したイン
バータ出力が得られるように水温及び水量を修正する。

第５図は初期設定値と修正値の比較を示す図である。

本実施例における冷凍装置における冷却水制御方式及び
その制御装置では、ＭＰＵ８で冷凍ショーケース６、冷
却塔１及び冷却水ポンプ１２の総合効率が最適になるよ
うに冷却水量を自動的に制御することができるので、冷
凍装置における分岐動力を大幅に削減することができる
。

また本冷凍装置における冷却水制御方式及びその制御装
置では、冷凍ショーケースの高圧保護及び冬期において
冷却塔が凍結することを防ぐため冷却水の水量が極度に
少なくならないように最低水量を維持できるような制御
を行なうことができるので、安心して使用することがで
きる。

冷却水モータの回転数数の制御においては、上記最低流
量をどこに設定するか設定変更を可能にすることができ
る。

尚、本実施例では冷却水ポンプが１台の場合について説
明したが、冷却水ポンプの台数は１台に限定されない。

本実施例の構成の範囲を逸脱しない限り、冷却水ポンプ
の台数が複数であっても構わないことは占うまでもない
。

［発明の効果］ 本発明によれば、総合効率が最適になるように冷却水温
度、冷却水量を自動的に制御することができるので、冷
凍装置における搬送動力を大幅に削減することができる
。また、本冷凍装置における冷却水１ＩＩＪＩＤ方式及
びその制御装置では、高圧保護及び凍結防止のため冷却
水の水量を最低水理に維持する制御をすることができ、
その最低流量を任意に設定変更することができるので、
冷凍負荷等の数が冷凍機の性能に応じて調整することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷凍装置における冷却水制御方法及び
その制御装置の一実施例を示すブロック図、第２図はマ
イクロコンピュータ制御、１ニツトの一例を示すブロッ
ク図、第３図は本実施例の作用を示すフローチャート、
第４図は初期設定をした場合の冷却水１（Ｔ）と流量と
の関係を示す図、第５図は修正後の冷却水ｍ（Ｔ）と流
量との関係を示す図である。 １・・・冷却塔、２・・・冷却水導入用配管、３・・・
冷却水導出用配管、４・・・温度検出子、５・・・冷凍
機、６・・・冷凍ショーケース、７・・・稼動電源部、
８・・・マイクロコンピュータ制御ユニット、９・・・
インバータ回路、１２・・・冷却水供給ポンプ、１３川
電源。 出　願　人　　株式会社二ディ 三機工業株式会社 代　　理　　人　　　芦　　１）　直　　衛第２　図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　水冷式冷凍機における冷却水の冷却塔への導入用配
   管と、同じく導出用配管を対象として、前記両配管の適
   宜の位置に、当該配管を流下する冷却水の温度検出子を
   取り付けて、その温度を連続的に検出し、一方、冷凍機
   の稼動電源部に当該冷凍機の稼動電力を常時知ることが
   できるようにした変換器（電流計にても可）を取り付け
   、冷凍負荷によって常時変化する前記稼動電力値を取り
   出し、前述の温度検出子による電気信号と前記変換器の
   出力値とを制御ユニットに導き、該ユニットを介して前
   記冷却水の導出用配管における冷却水の流量を自動制御
   するようにしたことを特徴とする冷凍装置における冷却
   水制御方法。 ２　水冷式冷凍機における冷却水の冷却塔への導入用配
   管と、前記冷却塔における冷却水の前記水冷式冷凍機へ
   の導出用配管と、前記両配管の適宜な位置に当該配管を
   流下する冷却水の温度を連続的に検出する温度検出子と
   、前記冷凍機の稼動電源部に備え当該冷凍機の稼動電力
   を常時知ることができるようにしてある変換器（電流計
   にても可）と、冷却負荷によって常時変化する前記稼動
   電力値を取り出し、前記温度検出子による電気信号と前
   記変換器の出力値を導く制御ユニットとからなり、前記
   制御ユニットは、冷却水の前記導出用配管における冷却
   水の流量を前記温度検出子と前記変換器の各出力に基づ
   いて自動制御したことを特徴とする冷凍装置におけるそ
   の制御装置。