JP2001066032A - 冷蔵ショーケースの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷蔵ショーケースの冷却負荷に対して冷凍能力
が過剰になった時の冷凍機運転の効率化を図る。 【解決手段】ショーケース１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…からなる
ショーケース群１に共通の冷凍機６が設置された装置に
おいて、ショーケース全体の冷却負荷に対する冷凍機６
の冷凍能力の過不足を判定する負荷バランス判定部３５
を設け、一定時間ごとの各ショーケースの電磁弁運転率
を演算し、すべてのショーケースの電磁弁運転率が例え
ば40％未満のときは冷凍能力過剰の判定を出力する。そ
の場合、圧縮機コントローラ１２は圧縮機９のオン・オ
フ制御の基準になる吸入冷媒圧力の設定値を一定値シフ
トアップして圧縮機９を運転する。これにより、圧縮機
９の運転率が下がり、消費電力が低減して省エネが図ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷蔵ショーケー
ス（以下、単にショーケースという。）の冷却装置に関
し、特に複数台のショーケースを共通の冷凍機により冷
却する冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来例を示すシステムブロック図
である。図７において、ショーケース群１はショーケー
ス１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…（以下、１Ａ…などと記す）から
なり、これらは店内に並設されて一つのグループをなし
ている。各ショーケース１Ａ…はそれぞれ蒸発器２Ａ
…、この蒸発器２Ａ…への冷媒の流れをオン・オフ制御
するショーケース用コントローラ３４Ａ…、冷媒の流れ
をオン・オフする図示しない電磁弁、及びショーケース
１Ａ…の吹き出し空気の温度を測定する温度センサ１４
Ａ…を備えている。ここで、ショーケース内の温度測定
個所として、空気の吹き出し個所が選ばれた理由は、一
つには格納商品の量の多寡によって影響されない個所で
あり、もう一つには制御に基づく温度変化が最も先行的
に現れる個所であることによる。ショーケース１Ａ…に
は共通に１台の冷凍機６が設置され、この冷凍機６は、
定速回転の圧縮機９、凝縮器３１、圧縮機９の吸入冷媒
圧力を測定する圧力センサ７及び測定された圧力値と予
め設定されたその上限値及び下限値とに基づいて、圧縮
機９をオン・オフ制御する冷凍機用コントローラ１２を
備えている。

【０００３】蒸発器２Ａ…は互いに並列接続され、この
並列接続されたものに圧縮機９と凝縮器３１とが直列接
続されて、冷凍サイクルが構成される。各コントローラ
３４Ａ…は、それぞれ対応するセンサ１４Ａ…からの温
度信号と、予め設定されたその上限値及び下限値とに基
づいて、対応する蒸発器２Ａ…への冷媒の流れをオン・
オフ制御する。冷媒は圧縮機９から凝縮器３１を経た後
に分流して各蒸発器２Ａ…に流れてから圧縮機９に戻る
ように循環する。図７では各コントローラ３４Ａ…の制
御信号を対応する蒸発器２Ａ…の前段に入力させて、そ
の冷媒の流れをオン・オフ制御することを示したが、詳
しくは後述する図８に示す。

【０００４】図８は図７における冷凍サイクルの詳細を
示すブロック図である。この冷凍サイクルは、冷凍機６
に内蔵された圧縮機９及び凝縮器３１と、各ショーケー
ス１Ａ…に内蔵された蒸発器２Ａ…、電磁弁３３Ａ…及
び膨張弁３２Ａ…とから構成される。この冷凍サイクル
の制御は、ショーケース１Ａ…においては、吹き出し空
気温度の上・下限設定値と、温度センサ１４Ａ…（図
７）の測定値との比較に基づき、コントローラ３４Ａ…
（図７）を介して、蒸発器２Ａ…への冷媒の流れをオン
・オフすることにより行われる。つまり、温度測定値が
上限設定値になると電磁弁３３Ａ…を開き（オン）、温
度測定値が下限設定値になると電磁弁３３Ａ…を閉じる
（オフ）ように、蒸発器２Ａ…への冷媒の流れをオン・
オフする。一方、冷凍機６においては、圧縮機９の吸入
冷媒圧力の上・下限設定値と、圧力センサ７による測定
値との比較に基づき、冷凍機用コントローラ１２を介し
て、圧縮機９の運転をオン・オフ制御する。つまり、圧
力測定値が上限設定値になると圧縮機９をオンし、また
圧力測定値が下限設定値になるとオフする。

【０００５】図９は上記冷凍サイクルの動作を示すタイ
ムチャートである。図９において、 （１）時点では、温度センサ１４Ａ…（図７）による
ショーケース１Ａ…の吹き出し空気温度の測定値がいず
れも設定値（下限）以下であるため、電磁弁３３Ａ…
（図８）は閉じている（オフ）。このとき、圧力センサ
７（図７）による吸入冷媒圧力の測定値は設定値（下
限）以下であるため、圧縮機９は停止しており、吹き出
し空気温度は上昇傾向にある。 （２）時点では、ショーケース１Ａの吹き出し空気温
度が上昇して設定値（上限）を超えるため、電磁弁３３
Ａが開く（オン）。それと同時に吸入冷媒圧力の測定値
が設定値（上限）以上になるため、圧縮機９が運転され
る。その後、ショーケース１Ｂ，１Ｃの吹き出し空気温
度が順次上昇して設定値（上限）以上になるため、電磁
弁３３Ｂ，３３Ｃが開く。これにより、各ショーケース
１Ａ…の冷却が行われ、各吹き出し空気温度が下降す
る。 （３）時点では、まずショーケース１Ａの吹き出し空
気温度が設定値未満となって、電磁弁３３Ａが閉状態と
なり、これに続いて順次、電磁弁３３Ｂ，３３Ｃが閉状
態となる。 （４）時点で、全ての電磁弁３３Ａ…が閉状態とな
り、蒸発器２Ａ…と冷凍機９との間にある冷媒が冷凍機
９に回収される、いわゆるポンプダウン運転が行われ
る。その結果、 （５）時点で、吸入冷媒圧力の測定値が設定値（下
限）未満となって圧縮機９が停止する。

【０００６】圧縮機９の運転・停止とショーケース１Ａ
…の吹き出し空気温度の時間的変化について、図１０
（Ａ），（Ｂ）に示す。図１０（Ａ）では、圧縮機９が
継続的に運手・停止（オン・オフ）され、同（Ｂ）で
は、吹き出し空気温度は設定値を中心にして上下に変動
する。なお、上限・下限の各設定値の表示は省略した。

【０００７】ところで、一般に冷凍機は夏期での負荷を
基準に容量の選定が行われるため、夏期以外では冷凍能
力がショーケース負荷に比べて過大になる。その結果、
一つには無駄な電力消費が起こって低効率運転となり、
もう一つには圧縮機のオン・オフ頻度が高くなり、ショ
ーケースにおける冷風の吹き出し温度の変動幅が大きく
なるという問題がある。

【０００８】この対策として、インバータにより回転数
を可変制御するようにした圧縮機（インバータ圧縮機）
を用いて、ショーケース負荷に応じた冷凍能力で運転す
るようにした冷却装置がある。図１１はそのような従来
装置における圧縮機制御ブロック図である。図１１にお
いて、回転数指令演算部５は冷凍機６の圧力センサ７か
らの圧力測定値と予め設定された圧力目標値との偏差を
求め、この圧力偏差をＰＩＤ演算器１０により圧縮機回
転数指令に変換し、冷凍機６側のインバータ８に与えて
圧縮機９の回転数を変更させる。ここで、圧縮機９の回
転数は、圧力測定値が圧力目標値を上回ると大きく、ま
た下回ると小さくなるように制御される。これにより、
圧縮機９の吸入冷媒圧力は、圧力センサ７を介して回転
数指令演算部５にフィードバックされ、圧力目標値を目
標とするネガティブ・フィードバック制御回路が形成さ
れる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来装置におい
て、冬期の夜間などの低負荷時には、「冷凍能力≫ショ
ーケース負荷」の状態となり、下記のような効率の悪い
運転状況になる。すなわち、圧縮機が定速で運転される
冷凍機の設置時には、夏期の昼間などの高負荷時にも冷
却不良が発生しないように、下限圧力設定値を低めに設
定する。すると、本来は圧縮機を停止させた方がよい低
負荷時でも圧縮機が連続運転状態となり、無駄に電力消
費をしてしまう低効率運転になる。

【００１０】また、インバータにより圧縮機が可変速運
転される冷凍機においても、一般に圧縮機を連続運転さ
せながら回転数制御をするように、冷凍機設置時に下限
圧力設定値を低めに設定する。そのため、冬期の夜間な
ど本来は圧縮機をオン・オフ運転させた方がよい低負荷
条件の時にも、圧縮機が最低回転数で連続運転状態とな
り、無駄な電力消費をして低効率運転になる。そこで、
この発明の課題は、ショーケースの負荷条件に応じて冷
凍機の圧縮機を高効率で運転できるようにすることにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、１台又は２台以上の冷蔵ショーケース
にそれぞれ設置され、ショーケース本体内所定個所の空
気温度と予め設定されたその上限値及び下限値とに基づ
いて、電磁弁を介して冷媒の流れがオン・オフ制御され
る蒸発器と、この蒸発器と冷凍サイクルを構成する前記
各冷蔵ショーケースに共通の冷凍機とからなり、この冷
凍機の圧縮機は圧力センサにより測定された吸入冷媒圧
力の測定値と予め設定されたその上限値及び下限値とに
基づいてオン・オフ制御される冷蔵ショーケースの冷却
装置において、前記冷蔵ショーケースの冷却負荷に対す
る前記冷凍機の冷凍能力の過不足（負荷バランス）を判
定する手段と、この判定手段の出力に基づいて前記吸入
冷媒圧力の設定値を調整する手段とを設けものとする
（請求項１）。

【００１２】その場合において、前記吸入冷媒圧力の設
定値を通常用と、これよりもシフトアップした低負荷用
の２種類設けておき、前記判定手段が冷凍能力が過剰と
判断したときは、前記設定値を通常用から低負荷用に切
り換えて前記圧縮機をオン・オフ制御するようにするこ
とができる（請求項２）。

【００１３】更に、圧力センサにより測定した吸入冷媒
圧力の測定値と予め設定したその目標値との偏差に基づ
いて、前記圧縮機の回転数を所定の範囲内で可変制御す
る場合には、前記判定手段の出力に基いて前記圧縮機の
回転数制御範囲を調整する手段を設けることができる
（請求項３）。その場合、前記判定手段が冷凍能力が過
剰と判断したときは、前記回転数制御範囲の上限値を低
く抑えるようにするのがよい（請求項４）。

【００１４】前記判定手段は一定時間内の前記電磁弁の
運転率から、前記冷却負荷に対する冷凍能力の過不足を
判定するものとすることができる（請求項５）。また、
圧縮機をインバータにより可変速制御する場合には、前
記判定手段は一定時間内の前記圧縮機の平均回転数か
ら、前記冷却負荷に対する冷凍能力の過不足を判定する
ものとすることができる（請求項６）。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は定速圧縮機を用いた冷却装
置における実施の形態を示すシステムブロック図、図２
は負荷バランスの判定基準を示す図である。図１の配管
系統は図７の従来例と同じなので、以下、制御系統の相
違点について説明する。図１において、ショーケース群
１の冷却負荷に対する冷凍機６の冷凍能力の過不足を判
定する負荷バランス判定部３５が新たに設けられ、負荷
バランス判定部３５は負荷率演算部３６と負荷バランス
指令演算部３７とからなっている。ここで、負荷率演算
部３６は各ショーケース１Ａ…のコントローラ３４Ａ…
から出力される電磁弁の運転信号を入力し、一定時間、
例えば１５分ごとにその間の電磁弁運転率（一定時間に
対する電磁弁のオン時間の割合）を各ショーケース１Ａ
…ごとに求める。

【００１６】負荷バランス指令演算部３７は負荷率演算
部３６から各ショーケース１Ａ…の電磁弁運転率を入力
し、図２に示すように、電磁弁運転率が一定値、例えば
40％以上のショーケース１Ａ…が１台でもあるときは通
常状態と判定し、これに対して全てのショーケース１Ａ
…が40％未満のときを冷凍能力過剰（低負荷状態）と判
定して、その判定結果をコントローラ１２に出力する。
ここで、圧縮機９をオン・オフ制御するための圧力設定
値（上・下限値）は、図２に示すように上記負荷率に応
じて通常用と低負荷用の２種類が設定されている。

【００１７】そこで、コントローラ１２は負荷バランス
指令演算部３７から入力される判定結果に応じて２種類
の圧力設定値の一方を選択し、この圧力設定値に基いて
圧縮機９をオン・オフ制御する。図２において圧力設定
値の下限値は通常用では０kgf/cm²G 、低負荷用では0.
5kgf/cm²G 、また上限値は通常用では 2.5kgf/cm²G 、低
負荷用では3.0kgf/cm²G で、冷凍能力過剰時は通常時に
対して上限値，下限値とも0.5kgf/cm²G だけシフトアッ
プされている。従って、冷凍能力過剰時はシフトアップ
分だけ圧縮機９が停止するタイミングが早く、また再起
動するタイミングが遅くなる。その結果として、圧縮機
９のオン時間が短くなり省エネが図られる。

【００１８】図３はインバータ圧縮機を用いた冷却装置
における実施の形態を示すシステムブロック図、図４は
負荷バランスの判定基準を示す図である。図３の場合、
負荷率演算部３６は回転数指令演算部５から圧縮機回転
数を入力し、一定時間、例えば１５分ごとにその間の平
均値を求める。負荷バランス指令演算部３７は負荷率演
算部３６から平均回転数を入力し、図４に示すように、
平均回転数が一定値、例えば35Hz以上であれば通常状態
と判定し、35Hz未満のときを冷凍能力過剰（低負荷状
態）と判定して、その判定結果を回転数指令演算部に出
力する。この場合も圧縮機９をオン・オフ制御するため
の圧力設定値（上・下限値）は、上記判定結果に応じて
通常用と低負荷用の２種類設定されており、更にそれに
対応して圧縮機の回転数制御範囲も２種類設定されてい
る。

【００１９】図１１で述べたように、回転数指令演算部
５は圧力センサ７からの吸入冷媒圧力の測定値と、予め
設定された圧力目標値（例えば２.0kgf/cm²G）との偏差
に基いて回転数指令をインバータ８に与え、圧縮機９の
回転数を所定の回転数制御範囲内、例えば30〜60Hzで変
更させる。すなわち、圧力測定値が圧力目標値を上回る
と回転数を大きくまた下回ると小さくするように制御す
る。これにより、通常の負荷状態では、吸入冷媒圧力は
圧力目標値の上下の僅かな変動幅内に維持される。しか
しながら、冬期の夜間など負荷が大幅に低下した状態
で、例えば全部のショーケース１Ａ…の電磁弁がオフし
たとすると、圧縮機９が回転数の下限値（例えば30Hz）
で運転されても吸入冷媒圧力は低下を続ける。

【００２０】そこで、圧縮機９の運転効率から吸入冷媒
圧力に下限値を設定しておき、圧力測定値が下限設定値
まで低下したら回転数指令演算部５は回転数０、つまり
停止の指令を出す。圧縮機９が停止した後、いずれかの
ショーケース１Ａ…の電磁弁がオンすると、吸入冷媒圧
力は上昇を始める。そこで、その上限値を設定してお
き、圧力測定値が上限設定値まで上昇したら、回転数指
令演算部５は圧縮機９を再起動する指令を出す。その後
の回転数制御はすでに述べた圧力測定値と圧力目標値と
の偏差に基づくＰＩＤ演算によるが、圧縮機９の回転数
の上昇には当然許容限度があり、回転数は上記下限値と
上限値（例えば60Hz）の範囲内で制御される。

【００２１】さて、図３において、平均回転数が35Hz以
上であり、負荷バランス指令演算部３７から冷凍能力適
正との判定指令が回転数指令演算部５に入力されると、
回転数指令演算部５は図４に示すように、回転数制御範
囲30〜60Hzでインバータ８に回転数の変更を指令する一
方、オン・オフ制御は通常用の上・下限設定値で行う。
これに対して、平均回転数が35Hz未満であり、冷凍能力
過剰との判定指令が回転数指令演算部５に入力される
と、回転数指令演算部５は0.5kgf/cm²G シフトアップさ
れた低負荷用の上・下限設定値でオンオフ制御を行い、
同時に回転数制御も上限値を例えば40Hz（図４参照）に
抑制して行う。このような圧力設定値のシフトアップに
より、低負荷時での圧縮機９の不必要な連続運転が回避
され、また回転数制御範囲の抑制により必要以上のハイ
ゲイン制御が回避されて運転効率が向上する。

【００２２】図５はインバータ圧縮機を用いた冷却装置
において、負荷バランスを電磁弁運転率から判定する実
施の形態を示すブロック図、図６は負荷バランスの判定
基準を示す図である。負荷率演算部３６は図１における
場合と同様に電磁弁運転率を負荷バランス指令演算部３
７に出力し、負荷バランス指令演算部３７は図２におけ
る場合と同様に、判定結果に応じて、図６の判定基準に
従って圧縮機９を運転制御する。その他の構成・作用は
図１及び図２の実施の形態と同じなので、それについて
の説明は省略する。なお、上記実施の形態では、冷凍能
力過剰時に圧力設定値の上限値及び下限値の両方をシフ
トアップする例を示したが、いずれか一方のみシフトア
ップすることも可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上の通り、この発明によれば、冷凍能
力がショーケース負荷を上回った状態で、吸入冷媒圧力
の設定値をシフトアップし、また圧縮機回転数範囲を抑
制することにより、効率のよい冷凍サイクル運転を実現
することができ、大幅な省エネが可能になる。更に、冷
凍能力過剰時にも適正なゲインで冷凍サイクルを運転す
ることができるため、ショーケース内の空気温度のばら
つきを抑え、商品を従来以上に高鮮度に維持することが
であきる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示すシステムブロック
図である。

【図２】図１の装置における負荷バランスの判定基準を
示す図である。

【図３】この発明の異なる実施の形態を示すシステムブ
ロック図である。

【図４】図３の装置における負荷バランスの判定基準を
示す図である。

【図５】この発明の更に異なる実施の形態を示すシステ
ムブロック図である。

【図６】図５の装置における負荷バランスの判定基準を
示す図である。

【図７】従来例を示すシステムブロック図である。

【図８】図７における冷凍サイクルの詳細を示すブロッ
ク図である。

【図９】図８における電磁弁と圧縮機のオン・オフ関係
を示すタイムチャートである。

【図10】圧縮機のオン・オフとショーケース吹き出し空
気温度の時間的変化との関係を示すタイムチャートで、
（Ａ）は圧縮機の運転状況を示し、（Ｂ）はショーケー
ス吹き出し空気温度の変化を示す。

【図11】圧縮機の回転数制御を示す制御ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ ショーケース群 １Ａ ショーケース １Ｂ ショーケース １Ｃ ショーケース ２Ａ 蒸発器 ２Ｂ 蒸発器 ２Ｃ 蒸発器 ５ 回転数指令演算部 ６ 冷凍機 ７ 圧力センサ ８ インバータ ９ 圧縮機 ３３Ａ 電磁弁 ３３Ｂ 電磁弁 ３３Ｃ 電磁弁 ３４Ａ コントローラ ３４Ｂ コントローラ ３４Ｃ コントローラ ３５ 負荷バランス判定部 ３６ 負荷率演算部 ３７ 負荷バランス指令演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3B110 AA03 BA06 3L045 AA02 AA03 BA01 CA02 DA01 EA03 FA02 GA07 HA01 JA14 LA05 LA06 MA09 NA19 PA01 PA02 PA05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１台又は２台以上の冷蔵ショーケースにそ
   れぞれ設置され、ショーケース本体内所定個所の空気温
   度と予め設定されたその上限値及び下限値とに基づい
   て、電磁弁を介して冷媒の流れがオン・オフ制御される
   蒸発器と、この蒸発器と冷凍サイクルを構成する前記各
   冷蔵ショーケースに共通の冷凍機とからなり、この冷凍
   機の圧縮機は圧力センサにより測定された吸入冷媒圧力
   の測定値と予め設定されたその上限値及び下限値とに基
   づいてオン・オフ制御される冷蔵ショーケースの冷却装
   置において、 前記冷蔵ショーケースの冷却負荷に対する前記冷凍機の
   冷凍能力の過不足を判定する手段と、この判定手段の出
   力に基づいて前記吸入冷媒圧力の設定値を調整する手段
   とを設けたことを特徴とする冷蔵ショーケースの冷却装
   置。
2. 【請求項２】前記吸入冷媒圧力の設定値を通常用と、こ
   れよりもシフトアップした低負荷用の２種類設けてお
   き、前記判定手段が冷凍能力が過剰と判断したときは、
   前記設定値を通常負荷状態用から低負荷状態用に切り換
   えて前記圧縮機をオン・オフ制御するようにしたことを
   特徴とする請求項１記載の冷蔵ショーケースの冷却装
   置。
3. 【請求項３】圧力センサにより測定した吸入冷媒圧力の
   測定値と予め設定したその目標値との偏差に基づいて、
   前記圧縮機の回転数を所定の範囲内で可変制御する手段
   と、前記判定手段の出力に基いて前記圧縮機の回転数制
   御範囲を調整する手段とを設けたことを特徴とする請求
   項１又は請求項２記載の冷蔵ショーケースの冷却装置。
4. 【請求項４】前記判定手段が冷凍能力が過剰と判断した
   ときは、前記回転数制御範囲の上限値を低く抑えるよう
   にしたことを特徴とする請求項３記載の冷蔵ショーケー
   スの冷却装置。
5. 【請求項５】前記判定手段は一定時間内の前記電磁弁の
   運転率から、前記冷却負荷に対する冷凍能力の過不足を
   判定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれ
   かに記載の冷蔵ショーケースの冷却装置。
6. 【請求項６】前記判定手段は一定時間内の前記圧縮機の
   平均回転数から、前記冷却負荷に対する冷凍能力の過不
   足を判定することを特徴とする請求項１〜請求項４のい
   ずれかに記載の冷蔵ショーケースの冷却装置。