CN104075511A - 冷冻装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷冻装置，可通过PID控制适当决定将蒸发器的制冷剂过热度控制为目标过热度的膨胀阀的阀开度。冷冻装置（R）通过与蒸发器（9）的入口侧连接的膨胀阀（11）控制蒸发器的制冷剂过热度，并具备通过PID控制调整膨胀阀（11）的阀开度而将蒸发器（9）的制冷剂过热度控制为规定的目标过热度的终端侧控制装置（13），该终端侧控制装置（13）在使膨胀阀（11）的阀开度缩小时，使PID运算的比例系数（Kp）与阀开度扩大时的比例系数（Kp）不同。

Description

冷冻装置

技术领域

本发明涉及一种通过膨胀阀控制蒸发器的过热度的冷冻装置。

背景技术

一直以来，在例如超市及便利店等店铺中设置有多台开放式陈列柜。而且，通过将与各开放式陈列柜的蒸发器进行了热交换的冷气吹出至陈列室内，从而在该陈列室内冷却商品的同时进行陈列。另外，虽然从与蒸发器一起构成冷冻装置的制冷剂回路的冷冻机的压缩机向各开放式陈列柜的蒸发器分配供给制冷剂，但对蒸发器的制冷剂供给由与入口侧连接的膨胀阀来控制（例如，参照专利文献1）。

另外，近年来，一直采用由步进电机等驱动的所谓电动膨胀阀（在专利文献1中也称电子膨胀阀）。在控制上述膨胀阀的情况下，设定蒸发器的规定的目标过热度，以蒸发器的制冷剂过热度（出口制冷剂温度和入口制冷剂温度之差）变为该目标过热度的方式控制该阀开度。

专利文献1：日本特开2007－255845号公报

在此，图5及图6表示该种开放式陈列柜的蒸发器出口的温度与膨胀阀的阀开度的关系。各图表示通过根据蒸发器出口的温度（制冷剂出口温度）进行动作的波纹管调整阀开度的所谓机械式膨胀阀（也称为温度膨胀阀）的动作，图5为陈列室内冷却为冷藏温度的冷藏式的开放式陈列柜的情况下的机械式膨胀阀的理想的动作特性，图6为陈列室内冷却为冷冻温度的冷冻式的开放式陈列柜的情况下的机械式膨胀阀的理想的动作特性。

在蒸发器出口的温度上升的状况下，由于制冷剂过热度扩大，因此，为了设定目标过热度（机械式膨胀阀的情况下为5deg左右），膨胀阀通过波纹管的扩张，扩大以使向蒸发器流过更多的制冷剂的阀开度。于是，当蒸发器出口的温度转向下降时，这次相反波纹管会收缩，因此，变为缩小阀开度的动作。

该阀开度的扩大和缩小动作的特性在冷藏式的开放式陈列柜和冷冻式的开放式陈列柜中被设定为不同，特别是缩小的动作如图6所示，构成为冷冻式的阀开度进一步快速缩小。这是由于能阻止在蒸发温度更低的冷冻式中容易发生的向压缩机的液体逆流。

另一方面，作为膨胀阀使用所谓的电动膨胀阀时，其阀开度通过控制装置并利用基于目标过热度与目前的制冷剂过热度的偏差的PID运算来决定。因此，在冷藏式的开放式陈列柜和冷冻式的开放式陈列柜中阀开度的扩大与缩小特性变为相同，在冷冻式中发生液体逆流的危险性变高。

发明内容

本发明正是为了解决上述现有的技术课题而设立的，其目的在于，提供可通过PID控制适当决定将蒸发器的制冷剂过热度控制为目标过热度的膨胀阀的阀开度的冷冻装置。

为了解决上述课题，本发明的冷冻装置通过与蒸发器的入口侧连接的膨胀阀控制蒸发器的制冷剂过热度，其特征在于，具备通过PID控制调整膨胀阀的阀开度而将蒸发器的制冷剂过热度控制为规定的目标过热度的控制装置，该控制装置在使膨胀阀的阀开度缩小时，使PID运算的系数与使阀开度扩大时的系数不同。

本发明第二方面的冷冻装置，在上述发明中，其特征在于，具备用于检测蒸发器的制冷剂过热度的蒸发器过热度检测装置，控制装置通过基于目标过热度与蒸发器的目前的制冷剂过热度的偏差的PID运算控制膨胀阀的阀开度。

本发明第三方面的冷冻装置，在上述发明中，其特征在于，该控制装置使膨胀阀的阀开度缩小时的PID运算的比例系数比使阀开度扩大时的比例系数大。

本发明第四方面的冷冻装置，在上述发明中，其特征在于，蒸发器分别设置在多台开放式陈列柜上，从具有与各开放式陈列柜的蒸发器构成规定的制冷剂回路的压缩机的冷冻机向各开放式陈列柜的蒸发器供给制冷剂，开放式陈列柜的陈列室内被冷却为冷冻温度。

本发明第五方面的冷冻装置，在上述发明中，其特征在于，具备用于检测向陈列室的吹出冷气温度的吹出冷气温度检测装置，控制装置随着向陈列室的吹出冷气温度接近该吹出冷气温度的设定温度而使目标过热度变大。

本发明第六方面的冷冻装置，在上述发明中，其特征在于，控制装置以向陈列室的吹出冷气温度的设定温度为基准设定多个控制区，在各控制区中变更目标过热度。

根据本发明，在通过与蒸发器的入口侧连接的膨胀阀控制蒸发器的制冷剂过热度的冷冻装置中，具备通过PID控制调整膨胀阀的阀开度而将蒸发器的制冷剂过热度控制为规定的目标过热度的控制装置，该控制装置在使膨胀阀的阀开度缩小时，使PID运算的系数与使阀开度扩大时的系数不同，因此，能够通过膨胀阀的阀开度控制为所希望的特性的PID控制适当决定阀开度。

在这种情况下，例如本发明第二方面所述，设置用于检测蒸发器的制冷剂过热度的蒸发器过热度检测装置，通过控制装置并利用基于目标过热度与蒸发器的目前的制冷剂过热度的偏差的PID运算控制膨胀阀的阀开度，本发明第三方面所述，只要使膨胀阀的阀开度缩小时的PID运算的比例系数比使阀开度扩大时的比例系数大，本发明第四方面所述，能够有效地消除在蒸发温度的蒸发温度低的冷冻式的开放式陈列柜等的液体逆流的问题。

另外，本发明第五方面所述，只要设置用于检测向陈列室的吹出冷气温度的吹出冷气温度检测装置，控制装置随着向陈列室的吹出冷气温度接近该吹出冷气温度的设定温度而使目标过热度变大，例如，本发明第六方面所述，通过以吹出冷气温度的设定温度为基准设定多个控制区，在各控制区中变更目标过热度，由此，基于向陈列室的吹出冷气温度并利用膨胀阀调整蒸发器的制冷剂过热度，使蒸发器的有效面积变化。

附图说明

图1是具备多台应用本发明一实施例的开放式陈列柜的冷冻装置的制冷剂回路及控制的构成图；

图2是图1的开放式陈列柜的纵剖侧面图；

图3是说明图1的开放式陈列柜的膨胀阀的阀开度决定的流程图；

图4是说明图1的开放式陈列柜的膨胀阀的实际的阀开度控制的图；

图5是冷藏式的开放式陈列柜的膨胀阀的动作特性的图；

图6是冷冻式的开放式陈列柜的膨胀阀的动作特性的图。

符号说明

R 冷冻装置

1 开放式陈列柜

2 冷冻机

3 压缩机

4 散热器

7、8 制冷剂配管

9 蒸发器

11 膨胀阀

12 主控制装置（控制装置）

13 终端侧控制装置（控制装置）

14 低压压力传感器

23 陈列室

36 吹出温度传感器（吹出冷气温度检测装置）

41 入口温度传感器（蒸发器过热度检测装置）

42 出口温度传感器（蒸发器过热度检测装置）

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行详细说明。应用本发明的一实施例的冷冻装置R冷却设置于超市等店铺的多台冷冻式的开放式陈列柜1，由设置于店铺内的各开放式陈列柜1和向它们分配供给制冷剂的冷冻机2构成。实施例的冷冻机2具备可控制运行频率的压缩机3、与该压缩机3的排出侧连接且使高温高压的气体制冷剂散热的散热器4、及使该散热器4空冷的室外送风机6。

另外，冷冻装置R中使用的制冷剂为公知的制冷剂，在此不进行特定，但在散热器4中进行冷凝的制冷剂的情况下，散热器4变为冷凝器，在如二氧化碳那样高压侧变为超临界状态的情况下，制冷剂在散热器4不进行冷凝，仅散热。

该冷冻机2设置于店铺外，与散热器4的出口侧连接的制冷剂配管7和与压缩机3的吸入侧连接的制冷剂配管8面向店铺内，成为在它们并联有各开放式陈列柜1的形式。即，如后面详细叙述，各开放式陈列柜1具备蒸发器9和与该蒸发器9的制冷剂入口侧连接的膨胀阀11，膨胀阀11的制冷剂入口与制冷剂配管7连接，蒸发器9的制冷剂出口与制冷剂配管8连接构成冷冻装置R的公知的制冷剂回路。另外，实施例的膨胀阀11为由步进电机驱动的电动膨胀阀，可以将阀开度控制在包含全闭的规定的值。

在图1中，12为主控制装置。该主控制装置12为用于集中控制设置于店铺的各开放式陈列柜1及冷冻机2的主控制器，以在该主控制装置12中能够设定各开放式陈列柜1的设定温度等运行条件的方式构成。在各开放式陈列柜1及冷冻机2中设有终端侧控制装置13，分别通过通信线与主控制装置12连接，且以可进行数据的发送和接收的方式构成（图1中仅表示最左边的开放式陈列柜1）。

这些主控制装置12及各终端侧控制装置13均由微型计算机构成，通过这些构筑本发明的控制装置。从主控制装置12发送对各开放式陈列柜1及冷冻机2的终端侧控制装置13赋予的ID以及前述的运行条件相关的数据等，从各终端侧控制装置13向主控制装置12发送自身的ID以及与各开放式陈列柜1及冷冻机2的各部的温度及压力等运行状态相关的数据，并被收集。主控制装置12中，构成为可对这些收集的数据进行确认/分析等，由此，主控制装置12可以集中控制各开放式陈列柜1及冷冻机2。

在冷冻机2中设有检查制冷剂回路的低压压力的作为低压压力检测装置的低压压力传感器14等，与冷冻机2的终端侧控制装置13连接。而且，冷冻机2的终端侧控制装置13基于该低压压力传感器14检测的制冷剂回路的低压压力和规定的低压设定值，以低压压力变为低压设定值的方式控制冷冻机2的压缩机3的运行频率和室外送风机6的运行。

下面，对开放式陈列柜1及设于其的终端侧控制装置13进行说明。实施例的开放式陈列柜1由截面大致コ字状的隔热壁16和安装于该隔热壁16的两侧未图示的侧板构成。在隔热壁16的内侧分别存在间隔而安装有隔板17、18，在这些隔板17及18之间设为内层通道19，在外侧的隔板18和隔热壁16之间设为外层通道21。

在内侧的隔板17的下部前方设有底板22，将这些隔板17和底板22的内侧作为陈列室23。在陈列室23的前面开口24的上缘的隔热壁16上并设有安装有蜂窝材料的内层吹出口26及外层吹出口27，这些内层吹出口26及外层吹出口27分别与内层通道19及外层通道21连通。在开口24的下缘的隔热壁16并设有内层吸入口28和外层吸入口29，两吸入口28、29分别与内层通道19及外层通道21连通。

另一方面，在底板22下方的内层通道19及外层通道21内，分别安装有内层送风机31及外层送风机32。另外，在背面的内层通道19内纵设有构成冷冻装置R的制冷剂回路的前述的蒸发器9，并且，在陈列室23内架设有多层商品陈列用的货架33。另外，34为安装于开口24的上侧的隔热壁16前面的温度显示器。

然后，36为设于内层吹出口26跟前的内层通道19内的作为吹出冷气温度检测装置的吹出温度传感器，对与蒸发器9进行了热交换之后从内层吹出口26吹出的冷气的温度（吹出冷气温度）进行检测。37为设于陈列室23内的上部的作为陈列室内温度检测装置的陈列室温度传感器，对陈列室23内的冷气的温度（陈列室内温度）进行检测。另外，38为设于内层送风机31跟前的内层通道19内的作为吸入冷气温度检测装置的吸入温度传感器，对从内层吸入口28吸入的冷气的温度（吸入冷气温度）进行检测。另外，41及42为分别对蒸发器9的制冷剂入口侧及制冷剂出口侧的制冷剂温度进行检测的入口温度传感器及出口温度传感器，它们构成蒸发器过热度检测装置。

而且，这些吹出温度传感器36、陈列室温度传感器37、吸入温度传感器38、入口温度传感器41及出口温度传感器42的输出与该开放式陈列柜1的终端侧控制装置13连接。而且，终端侧控制装置13根据这些温度传感器的输出控制膨胀阀11的阀开度及各送风机31、32的运行，并且，通过温度显示器34显示陈列室温度传感器37检测的温度。特别地，终端侧控制装置13根据出口温度传感器42检测的蒸发器9的制冷剂出口温度和入口温度传感器41检测的蒸发器9的制冷剂入口温度之差，检测蒸发器9的制冷剂过热度，并基于该制冷剂过热度控制膨胀阀11的阀开度。

通过以上的构成对实施例的冷冻装置R的动作进行说明。当压缩机3运行时，由该压缩机3压缩的高温高压的气体制冷剂流入散热器4进行散热（于是，在使用冷凝的制冷剂的情况下进行冷凝）。从散热器4出来的制冷剂经过制冷剂配管7进入店铺内，并分配给各开放式陈列柜1。到达开放式陈列柜1的膨胀阀11的制冷剂在此减压后，流入蒸发器9进行蒸发。在这时的吸热作用下，蒸发器9发挥冷却能力。

与蒸发器9进行了热交换的内层通道19内的冷气通过内层送风机31从开口24上缘的内层吹出口26向陈列室23的开口24吹出，从开口24下缘的内层吸入口28吸入，由此，在开口24构成冷气气帘。另外，由外层送风机32经过外层通道21从外层吹出口27吹出、从外层吸入口29吸入的空气气帘起到保护内侧的冷气气帘的作用。

该冷气气帘的一部分在陈列室23内循环以冷却各货架33上的商品。从蒸发器9出来的制冷剂在制冷剂配管8和来自其它开放式陈列柜1的制冷剂合流后，重复再次吸入压缩机3的循环。

下面，对各开放式陈列柜1的膨胀阀11的阀开度控制进行说明。首先，各开放式陈列柜1的终端侧控制装置13基于由主控制装置12发送至该终端侧控制装置13的目标过热度、和从出口温度传感器42及入口温度传感器41得到的蒸发器9的制冷剂过热度，以该制冷剂过热度变为目标过热度的方式控制膨胀阀（电动膨胀阀）11的阀开度。在该情况下，终端侧控制装置13通过实用、不干涉PID控制来控制膨胀阀11。

即，在实施例中，通过由当前的制冷剂过热度和目标过热度的偏差e、比例系数KP、微分系数KD、积分时间TI、微分时间TD表达的一般的实用、不干涉PID运算式计算出膨胀阀11的操作量（阀开度变化量）△MVn。开放式陈列柜1的终端侧控制装置13通过基于蒸发器9的当前的制冷剂过热度和目标过热度的偏差e的上述PID运算控制膨胀阀11的阀开度，将蒸发器9的制冷剂过热度控制在目标过热度。

在这种情况下，终端侧控制装置13切换使膨胀阀11的阀开度缩小时的所述比例系数Kp和使阀开度扩大时的比例系数Kp，使用不同的比例系数。图3表示切换该比例系数Kp决定阀开度的终端侧控制装置13的流程。

终端侧控制装置13在步骤S1中判断出口温度传感器12检测出的目前（现在）的蒸发器9的制冷剂出口温度（蒸发器出口温度）和由此开始规定时间（t秒）之前的蒸发器9的制冷剂出口温度之差是否比0大。即判断在该规定时间内蒸发器9的制冷剂出口温度是否上升。当上升时由于蒸发器9的制冷剂过热度扩大，因此，根据终端侧控制装置13的PID运算变为扩大膨胀阀11的阀开度的方向，但是，在该情况下，进入步骤S2，通过比例系数Kp为“小”执行PID运算。

相反，在步骤S1中，当在该规定时间内蒸发器9的制冷剂出口温度相同或下降时，由于蒸发器9的制冷剂过热度朝向缩小，因此，根据终端侧控制装置13的PID运算变为缩小膨胀阀11的阀开度的方向，但是，在该情况下，进入步骤S3，通过比例系数Kp为“大”执行PID运算。然后，在任何情况下都进入步骤S4，将运算的阀开度输出到膨胀阀11。

由此，作为电动膨胀阀的膨胀阀11的阀开度特性变为如图6的情况相同快速缩小阀开度的状态，能可靠地阻止在蒸发温度更低的冷冻式的开放式陈列柜中容易发生的向压缩机3的液体逆流.

下面，参照图4对通过上述的PID运算而决定阀开度的膨胀阀11的阀开度控制进行说明。在主控制装置12（也可以为各开放式陈列柜1的终端侧控制装置13）设定有各开放式陈列柜1的吹出冷气温度的设定温度。而且，主控制装置12以所设定的设定温度（温度调节设定）为基准设定多个控制区（在实施例中为控制区1～控制区4合计四个）（图4）。

在该情况下，实施例的主控制装置12设定比吹出冷气温度的设定温度高规定值的切换温度1、和该切换温度1与设定温度之间的切换温度2，将切换温度1以上的区域设为控制区1，比切换温度1低且在切换温度2以上的区域设为控制区2，比切换温度2低且比设定温度高的区域设为控制区3，设定温度以下的区域设为控制区4。

而且，在由开放式陈列柜1的终端侧控制装置13发送的吹出冷气温度（吹出温度传感器36检测的温度）位于距设定温度的上面最远的控制区1时，将目标过热度设为目标过热度1（例如5deg左右），位于比控制区1更接近设定温度的控制区2时，将目标过热度设为比目标过热度1大的目标过热度2（例如8deg左右），在位于比控制区2更接近设定温度的控制区3时，将目标过热度设为比目标过热度2更大的目标过热度3（例如15deg左右）。即，越是接近设定温度的控制区，目标过热度越大。由此，随着吹出冷气温度接近其设定温度，目标过热度变大。而且，主控制装置12向该开放式陈列柜1的终端侧控制装置13发送决定后的目标过热度的数据（与运行条件相关的数据）。另外，在吹出冷气温度位于控制区4时，主控制装置12将以使膨胀阀11全闭（阀开度为零）为主旨的数据（与运行条件相关的数据）发送给该开放式陈列柜的终端侧控制装置13。

从主控制装置12接收与膨胀阀11的控制相关的上述数据的开放式陈列柜1的终端侧控制装置13以从出口温度传感器42和入口温度传感器41得到的蒸发器9的制冷剂过热度变为各目标过热度的方式通过前述的PID运算控制膨胀阀11的阀开度，并且，在发送全闭的指示的情况下，使膨胀阀11全闭（阀开度为零）。

将由上述膨胀阀11的阀开度控制产生的开放式陈列柜1的吹出温度的推移一并在图3中表示。若假定设置了开放式陈列柜1后及蒸发器9的除霜后的所谓下降（pull down），则在吹出温度传感器36检测的当前的吹出冷气温度升高至切换温度1以上且位于控制区1的情况下，目标过热度设为目标过热度1（5deg左右），因此，蒸发器9的有效面积较大（从制冷剂入口到出口附近液体制冷剂存在的量的制冷剂由膨胀阀11供给）。由此，通过内层送风机31循环，与蒸发器9进行热交换后，从内层吹出口26吹出的冷气的温度（吹出冷气温度）急速下降。

然后，若吹出冷气温度变得比切换温度1低，且进入控制区2，则目标过热度扩大至目标过热度2（8deg左右）。由此，蒸发器9的有效面积缩小，因此，吹出冷气温度的下降程度变得缓慢。而且，若吹出冷气温度变得比切换温度2低，且进入控制区3，则目标过热度进一步扩大至目标过热度3（15deg左右）。由此，蒸发器9的有效面积进一步缩小，因此，吹出冷气温度的下降程度进一步变缓，逐渐接近设定温度，或多或少一边上下浮动一边趋于稳定（图4）。

另外，在吹出冷气温度变为设定温度以下而进入控制区4的情况下，如前述那样，膨胀阀11全闭，因此，向蒸发器9的制冷剂供给停止，陈列室3的冷却停止（断热）。然后，在吹出温度传感器36检测的温度上升而进入控制区3的情况下，膨胀阀11再次开放，恢复至由目标过热度3控制的状态。

如上所述，在本发明中，在通过与蒸发器9的入口侧连接的膨胀阀11控制蒸发器9的制冷剂过热度的冷冻装置R中，具备通过PID控制调整膨胀阀11的阀开度而将蒸发器9的制冷剂过热度控制为规定的目标过热度的主控制装置12及终端侧控制装置13，终端侧控制装置13在使膨胀阀11的阀开度缩小时的PID运算的比例系数Kp与使阀开度扩大时的比例系数Kp不同，因此，能够通过膨胀阀11的阀开度控制为所希望的特性的PID控制适当决定阀开度。

在实施例中，使膨胀阀11的阀开度缩小时的PID运算的比例系数比使阀开度扩大时的比例系数大，因此，能够有效地消除向在蒸发器9的制冷剂的蒸发温度低的冷冻式的开放式陈列柜1中的压缩机3的液体逆流的问题。

另外，向陈列室23的吹出冷气温度接近该吹出冷气温度的设定温度而使目标过热度变大，在实施例中，以吹出冷气温度的设定温度为基准设定多个控制区1～4，在各控制区1～4中变更目标过热度。因此，能够基于向陈列室23的吹出冷气温度并利用膨胀阀11调整蒸发器9的制冷剂过热度，使蒸发器9的有效面积变化。由此，能将开放式陈列柜1的陈列室23可靠且稳定地冷却。

另外，在实施例中，对用由主控制装置12和终端侧控制装置13构筑的冷冻装置R控制膨胀阀11的阀开度进行了说明，但并未限于此，也可以终端侧控制装置13设定自身的开放式陈列柜1的蒸发器9的目标过热度，控制膨胀阀11的阀开度。

特别是，在实施例中，使膨胀阀11的阀开度缩小时的比例系数比使阀开度扩大时的系数大，但是，在使用冷冻式的开放式陈列柜1以外的冷冻装置使用的情况并不限于此，只要对应该冷冻装置所要求的膨胀阀的阀开度控制的特性使用不同的比例系数即可。

另外，在实施例中，将PID运算的比例系数Kp切换为“小”和“大”，但是，这些值应该对应冷冻装置的用途适当设定。另外，在实施例中，仅对比例系数Kp进行变更，但是，在本发明第一方面和第二方面并不限于此，也可以为包含微分系数KD进行变更。

Claims (6)

1.一种冷冻装置，通过与蒸发器的入口侧连接的膨胀阀控制所述蒸发器的制冷剂过热度，其特征在于，

具备通过PID控制调整所述膨胀阀的阀开度而将所述蒸发器的制冷剂过热度控制为规定的目标过热度的控制装置，

该控制装置在使所述膨胀阀的阀开度缩小时，使所述PID运算的系数与使所述阀开度扩大时的系数不同。

2.如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，

具备用于检测所述蒸发器的制冷剂过热度的蒸发器过热度检测装置，

所述控制装置通过基于所述目标过热度与所述蒸发器的目前的制冷剂过热度的偏差的PID运算控制所述膨胀阀的阀开度。

3.如权利要求1或2所述的冷冻装置，其特征在于，

该控制装置使所述膨胀阀的阀开度缩小时的所述PID运算的比例系数比使所述阀开度扩大时的比例系数大。

4.如权利要求3所述的冷冻装置，其特征在于，

所述蒸发器分别设置在多台开放式陈列柜上，从具有与各开放式陈列柜的蒸发器构成规定的制冷剂回路的压缩机的冷冻机向所述各开放式陈列柜的蒸发器供给制冷剂，

所述开放式陈列柜的陈列室内被冷却为冷冻温度。

5.如权利要求4所述的冷冻装置，其特征在于，

具备用于检测向所述陈列室的吹出冷气温度的吹出冷气温度检测装置，

所述控制装置随着向所述陈列室的吹出冷气温度接近该吹出冷气温度的设定温度而使所述目标过热度变大。

6.如权利要求5所述的冷冻装置，其特征在于，

所述控制装置以向所述陈列室的吹出冷气温度的设定温度为基准设定多个控制区，在各控制区中变更所述目标过热度。