JP2018087683A - 冷却庫の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却庫が冷却不良に陥った場合に、自動的に制御方法を切り替えることで、冷却不良状態から速やかに状態回復することができる冷却庫の制御方法を提供する。【解決手段】膨張弁の弁開度を複数の冷却制御方法により制御する制御方法であって、複数の冷却制御方法が、過熱度制御及び庫内温度一定制御を含み、庫内温度が所定の庫内温度上限値を超えた状態で、所定の庫内温度一定制御上限時間が経過した場合に、冷却制御方法を他の冷却制御方法に切り替えて庫内冷却を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、店舗等に設置される冷凍ショーケースや冷蔵ショーケースなどの冷却庫において、冷却不良が発生した場合にそれを検出して、速やかに状態回復させることができる冷却庫の制御方法に関する。

例えば、スーパーマーケットやコンビニエンスストアなどの店舗等では、商品を冷凍もしくは冷蔵した状態で陳列するための冷凍ショーケースや冷蔵ショーケースなどのショーケースが用いられている。

このようなショーケース３０は、図１に示すように、商品を陳列するための陳列棚３２と、陳列棚に冷気を吹き出す吹き出し口３４と、陳列棚の空気を吸い込んでショーケース３０内を循環させるファン３８を有する吸い込み口３６とを有している。

また、ショーケース３０では、一般的な冷凍サイクルが用いられており、冷媒が流れる配管１２と、配管１２上に設けられ凝縮器で凝縮された液冷媒を、低温・低圧の液冷媒とする膨張弁１４と、冷媒を液体から気体へと状態変化させることで循環する空気の熱を吸収して冷却する蒸発器１６と、を備えている。

なお、このようなショーケースは、店舗に設置される場合には、図示しないが、蒸発器から出たガス冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒とする圧縮機と、圧縮機から吐出された高温・高圧のガス冷媒から熱を放出させて液冷媒とする凝縮器と、を備えた冷凍機が屋外に設置され、複数のショーケースが１台の冷凍機に接続された状態で使用されていることが多い。ただし、１台の冷凍機にショーケースを１台だけ接続して使用されることもある。

冷凍機が屋外などに別に設置されるショーケースは、別置形ショーケースと呼ばれている。一方、圧縮機や凝縮器といった冷凍機部分が一体になっているショーケースもあり、そのようなショーケースは冷凍機内蔵形ショーケースもしくは内蔵形ショーケースと呼ばれている。

ショーケース３０などの冷却庫は、制御装置２２を有しており、制御装置２２によって、ショーケースが備える照明２６、ファン３８、除霜ヒータ２４、防露ヒータ、膨張弁１４（温調弁）などを制御している。

ショーケース３０の膨張弁１４として、感温筒と配管内部の圧力とで自動的に過熱度を調節する機械式の膨張弁を用いる場合は、膨張弁１４の手前（冷凍機側）に給液用の電磁弁を設けて、それを制御装置２２でサーモオン、サーモオフを切り替え、庫内温度を調節する。

また、制御装置２２に膨張弁１４の弁開度を制御する弁開度制御出力手段を設け、膨張弁１４として、高耐久電磁弁や電子膨張弁を用いて、制御装置２２で膨張弁１４の弁開度を制御するように構成されているものがある。

膨張弁１４として高耐久電磁弁や電子膨張弁を用いた構成とした場合も、膨張弁１４の手前（冷凍機側）に給液用電磁弁を設けて、給液用電磁弁を制御装置２２でサーモオン、サーモオフを切り替え、オンオフ制御で庫内温度の温調を行いながら、制御装置２２でサーモオン中の膨張弁１４の弁開度を、過熱度制御や庫内温度一定制御などにより調節するものもあるが、膨張弁１４に、高耐久電磁弁や、弁閉機能を有する電子膨張弁を用いる場合には、給液用電磁弁の役割を膨張弁１４に行わせて、給液用電磁弁を省略する事が多い。

制御装置２２は、蒸発器１６における過熱度を検出するための過熱度検出手段として、蒸発器の入口側における冷媒の温度を検出する入口配管温度センサ１８と、蒸発器の出口側における冷媒の温度を検出する出口配管温度センサ２０とを備えるとともに、庫内温度を検出するための庫内温度検出手段として、吹き出し口３４の温度を検出する吹き出し口温度センサ４０と、吸い込み口３６の温度を検出する吸い込み口温度センサ４２とを備えている。

なお、制御装置２２は、吹き出し口温度センサ４０によって検出された吹き出し口温度と、吸い込み口温度センサ４２によって検出された吸い込み口温度の両方を用いて、それらの中間の温度を庫内温度として扱うように構成してもよいし、或いは、どちらか一方の温度センサのみを用いて、その温度センサで検出した温度にオフセットを加えた値を庫内温度として扱うように構成することもできる。

さらには、どちらか一方の温度センサのみを用いて、吹き出し口温度センサで検出した温度を庫内温度としたり、吸い込み口温度センサで検出した温度を庫内温度としたりすることもできる。このような、どちらか一方の温度センサのみを用いて庫内温度を得る場合においては、吹き出し口温度センサと吸い込み口温度センサの両方を備える必要はなく、使用する側の温度センサのみを備えていればよい。

このように構成されたショーケース３０では、蒸発器１６に冷媒を流すサーモオン状態と、冷媒を流さないサーモオフ状態を切り換えて制御するＯＮ／ＯＦＦ制御や、特許文献１，２などに開示されているように、制御装置２２によって膨張弁１４の開度を調節して冷媒の流量を変化させることによって冷却能力を制御する方法が用いられ、ショーケース３０の庫内温度の調節を行っている。

膨張弁１４の弁開度の調節を行う冷却制御方法としては、過熱度に基づいて制御する方法（過熱度制御）、庫内温度に基づいて制御する方法（庫内温度一定制御）が知られている。

なお、過熱度制御や庫内温度一定制御は、制御装置２２に搭載されているマイクロコンピュータによるＰＩＤ制御によって行われている。このようなＰＩＤ制御には、位置型のＰＩＤ制御と速度型のＰＩＤ制御があるが、本明細書では速度型のＰＩＤ制御を採用した実施形態となっている。

過熱度制御では、過熱度が所定の過熱度設定値となるように膨張弁１４の弁開度を調節する。
速度型のＰＩＤ制御で過熱度制御を行う際には、制御出力の比例成分は、過熱度が減少している場合（過熱度の変化量がマイナス）には弁開度を小さくする出力になり、過熱度が増加している場合（過熱度の変化量がプラス）には弁開度を大きくする出力になる。

過熱度は、蒸発器１６の出口側における冷媒の温度（戻り配管温度）から蒸発器１６の入口側における冷媒の温度（蒸発温度）を引いた値が用いられ、例えば、入口配管温度センサ１８によって検出された蒸発温度と出口配管温度センサ２０によって検出された戻り配管温度から制御装置２２によって算出されるように構成されている。

なお、入口配管温度センサ１８の代わりに、配管１２内の冷媒の圧力を検出する圧力センサ（図示せず）を備え、低圧圧力を検出できるように構成された場合には、低圧圧力を飽和温度換算した値を蒸発温度として、出口配管温度センサ２０によって検出された戻り配管温度から蒸発温度を引いた値を過熱度とすることもできる。

また、庫内温度一定制御では、庫内温度が所定の庫内温度設定値に近づくように膨張弁１４の弁開度を調節する。
庫内温度一定制御も、速度型のＰＩＤ制御で行う場合には、過熱度制御と同様に、制御出力の比例成分は、庫内温度が減少している場合（庫内温度の変化量がマイナス）には弁開度を小さくし、庫内温度が増加している場合（庫内温度の変化量がプラス）には弁開度を大きくする出力になる。

なお、制御装置に用いられる制御方式は、引用文献１のように電子膨張弁や高耐久電磁弁を用いたＰＩＤ制御を採用しているが、電子膨張弁や高耐久電磁弁ではなく、メカ式膨張弁を用いた冷却庫に取り付けられている制御装置では、メカ式膨張弁の上流側に取り付けた給液電磁弁をＯＮ／ＯＦＦすることにより庫内温度を調節している。

特開昭５９−１８５９４８号公報 特開２００８−２０９０１６号公報

このようなショーケース３０において、冷凍機が停止した場合などには、冷凍機による冷媒吸入が行われないため、蒸発温度が高くなり、蒸発温度と戻り配管温度が同じ温度になる。そうすると、制御装置２２は過熱度がほぼ０となったと認識してしまう。
過熱度制御では、過熱度がほぼ０の場合、弁開度は予め設定されている制御出力の下限まで小さくなってしまうことがある。

この状態で、冷凍機が復帰すると、蒸発器１６に流れ込む冷媒量が極端に少なくなり、入口配管温度センサ１８の取付位置よりも手前で冷媒が蒸発しきってしまい、蒸発器１６の中に冷媒がほとんどない状態になってしまう。

このため、冷凍機が復帰しても、制御装置２２は蒸発温度と戻り配管温度とがほぼ同じ、すなわち、過熱度がほぼ０と認識している状態を継続してしまい、膨張弁１４の弁開度をあらかじめ設定されている制御出力の下限のままにしてしまい、弁開度を大きくしない。そのため、蒸発器１６に冷媒が存在しない、いわゆる「液無し状態」に陥り、正常に過熱度制御を行うことができず、冷却不良となってしまうことがある。

また、庫内温度一定制御中は、庫内温度が庫内温度設定値よりも高い場合には弁開度を大きくするが、弁開度を大きくすることで十分な過熱度が得られなくなった場合、蒸発器１６で冷媒が蒸発しきらず、いわゆる「液バック状態」となってしまう。

この状態で、膨張弁１４の弁開度を大きくしたとしても、液バック量が増えるだけで、過熱度は上昇せず、蒸発器１６の能力を上げることができないため、冷却不良となってしまうことがある。

このように冷却不良が発生した場合、制御装置２２の運転を継続しても、正常な状態に戻るまでには時間がかかってしまう。また、正常な状態に戻りそうに無い場合には、制御装置２２をリセットしなければならないこともある。

本発明では、このような現状に鑑み、冷却庫が冷却不良に陥った場合に、自動的に制御方法を切り替えることで、冷却不良状態から速やかに状態回復することができる冷却庫の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の冷却庫の制御方法は、膨張弁として高耐久電磁弁や電子膨張弁を用いて、その弁開度を制御するものである。
具体的には、本発明の冷却庫の制御方法は、
冷媒が流れる配管と、
前記配管上に設けられ凝縮器で凝縮された液冷媒を、低温・低圧の液冷媒とする膨張弁と、
冷媒を液体から気体へと状態変化させることで循環する空気の熱を吸収して冷却する蒸発器と、を少なくとも有する冷却庫において、前記膨張弁の弁開度を複数の冷却制御方法により制御する制御方法であって、
前記複数の冷却制御方法が、過熱度制御及び庫内温度一定制御を含み、
庫内温度一定制御中において、庫内温度が所定の庫内温度上限値を超えた状態で、所定の庫内温度一定制御上限時間が経過した場合に、冷却不良が発生したと判定し、
前記冷却庫の冷却不良を検出した場合に、前記冷却制御方法を他の冷却制御方法に切り替えて庫内冷却を行うことを特徴とする。

上述する制御方法では、
過熱度制御中において、冷却不良を検出した場合に、前記冷却制御方法を過熱度制御から庫内温度一定制御に切り替え、
庫内温度一定制御中において、冷却不良を検出した場合に、前記冷却制御方法を庫内温度一定制御から過熱度制御に切り替える、ことが好ましい。

本発明によれば、例えば、過熱度制御で冷却を行っている際に、冷却庫が冷却不良に陥った場合に、過熱度制御から庫内温度一定制御に制御方法を切り替えるように構成されているため、冷却不良の状態のまま冷却庫を動作させて、庫内温度を上昇させてしまうようなことなく、速やかに正常な冷却状態に戻し、庫内温度を安定的に保つことができる。

図１は、本実施例の制御装置を備えたショーケースの構造を説明するための概略構成図である。 図２は、本実施例の制御装置の構成を説明するための概略構成図である。 図３は、本実施例の制御装置におけるフェールセーフ制御の流れを説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
なお、本実施例における制御装置２２を備えたショーケース３０の構成は、上述する従来のショーケース３０と基本的には同様な構成である。

図２は、本実施例の制御装置２２の構成を説明するための概略構成図である。
制御装置２２は、ＰＩＤ制御の演算処理などを行うマイクロコンピュータ５０と、動作電力を受電するための電源入力端子５２と、各温度センサ１８，２０，４０，４２から温度信号を入力するための温度センサ入力端子５４と、膨張弁１４、ファン３８、除霜ヒータ２４、照明２６に制御信号を出力するための制御出力端子５６とを備えている。

また、例えば、複数のショーケース３０や冷凍機などを統合的に制御する上位制御装置（図示せず）との通信を行うための通信端子５８や、各温度センサ１８，２０，４０，４２によって検出された温度や膨張弁１４の状態などを表示するための表示手段６０を備えることもできる。

このようなショーケース３０の庫内冷却には、２つの段階があり、１つは室温から所定の温度まで冷却するプルダウン冷却であり、もう１つは庫内温度を所定の温度に維持する定温冷却である。

本実施例の制御装置２２では、通常であれば、プルダウン冷却中は過熱度制御による冷却を行い、定温冷却中は庫内温度一定制御による冷却を行っている。このように、本発明の制御装置２２では、複数の制御方法による冷却を行えるように構成されている。

そして、例えば、冷凍機が停止したり、「液無し状態」に陥ったりして、冷却不良となってしまった場合には、過熱度制御から庫内温度一定制御に切り替え、もしくは、庫内温度一定制御から過熱度制御に切り替えるように構成されている。

すなわち、冷却動作中に冷却不良が発生し、制御装置２２が冷却不良を検出した場合、制御装置２２は異なる制御方法による冷却を行うように構成されている。このように、本実施例の制御装置２２は、フェールセーフ制御を有することにより、冷却不良が発生した場合にも、制御方法を切り替えて冷却不良状態から速やかに状態回復することができる。

以下、本実施例の制御装置２２におけるフェールセーフ制御を、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
本実施例では、制御装置２２が起動すると、所定の間隔でフェールセーフ制御が実行される（Ｓ１０）。

まず、制御装置２２が過熱度制御中か庫内温度一定制御中かが判断される（Ｓ２０）。そして、過熱度制御中と判断された場合には、過熱度制御開始から所定の過熱度制御上限時間が経過したか否かが判断される（Ｓ３０）。

過熱度制御上限時間が経過していない場合には、そのままフェールセーフ制御は終了する（Ｓ７０）。一方で、過熱度制御上限時間が経過している場合には、冷却不良が発生したと判断し、制御方法を過熱度制御から庫内温度一定制御に切り替え（Ｓ４０）、フェールセーフ制御は終了する（Ｓ７０）。

Ｓ２０において、制御装置２２が庫内温度一定制御中であると判断された場合には、ショーケース３０の庫内温度が、庫内温度設定値＋所定のオフセット値である庫内温度上限値を超えた状態で、所定の庫内温度一定制御上限時間が経過したか否かが判断される（Ｓ５０）。

庫内温度一定制御上限時間が経過していない場合には、そのままフェールセーフ制御は終了する（Ｓ７０）。一方で、庫内温度一定制御上限時間が経過している場合には、冷却不良が発生したと判断し、制御方法を庫内温度一定制御から過熱度制御に切り替え（Ｓ６０）、フェールセーフ制御は終了する（Ｓ７０）。

なお、過熱度制御上限時間、庫内温度一定制御上限時間、庫内温度設定値のオフセット値はショーケース３０の種類や大きさなどに応じて適宜設定することができる。
また、上記実施例で制御装置２２は、過熱度制御と庫内温度一定制御の組み合わせによって、ショーケース３０の庫内冷却を行っているが、これに限らず、例えば、圧力センサを用いた冷媒の圧力に基づく制御など、他の制御方法を用いても構わない。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、上記実施例では、冷却庫の一例として店舗等に設置される多段ショーケースを用いて説明したが、例えば、平形ショーケース、プレハブ冷蔵庫、プレハブ冷凍庫などにも適用可能であるなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１２ 配管
１４ 膨張弁
１６ 蒸発器
１８ 入口配管温度センサ
２０ 出口配管温度センサ
２２ 制御装置
２４ 除霜ヒータ
３０ ショーケース
３２ 陳列棚
３４ 吹き出し口
３６ 吸い込み口
３８ 吸い込みファン
４０ 吹き出し口温度センサ
４２ 吸い込み口温度センサ
５０ マイクロコンピュータ
５２ 電源入力端子
５４ 温度センサ入力端子
５６ 制御出力端子
５８ 通信端子
６０ 表示手段

Claims (2)

1. 冷媒が流れる配管と、
   前記配管上に設けられ凝縮器で凝縮された液冷媒を、低温・低圧の液冷媒とする膨張弁と、
   冷媒を液体から気体へと状態変化させることで循環する空気の熱を吸収して冷却する蒸発器と、を少なくとも有する冷却庫において、前記膨張弁の弁開度を複数の冷却制御方法により制御する制御方法であって、
   前記複数の冷却制御方法が、過熱度制御及び庫内温度一定制御を含み、
   庫内温度一定制御中において、庫内温度が所定の庫内温度上限値を超えた状態で、所定の庫内温度一定制御上限時間が経過した場合に、冷却不良が発生したと判定し、
   前記冷却庫の冷却不良を検出した場合に、前記冷却制御方法を他の冷却制御方法に切り替えて庫内冷却を行うことを特徴とする冷却庫の制御方法。
2. 過熱度制御中において、冷却不良を検出した場合に、前記冷却制御方法を過熱度制御から庫内温度一定制御に切り替え、
   庫内温度一定制御中において、冷却不良を検出した場合に、前記冷却制御方法を庫内温度一定制御から過熱度制御に切り替える、ことを特徴とする請求項１に記載の冷却庫の制御方法。

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