JP2005090917A

JP2005090917A - 冷却貯蔵庫

Info

Publication number: JP2005090917A
Application number: JP2003328169A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ueda; 毅植田; Junichi Tozaki; 淳一戸崎
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】庫内の負荷に応じて圧縮機の稼働台数を変える。
【解決手段】２台の圧縮機１２が稼働している状態で、一方の圧縮機１２の１サイクル中の運転時間が検出され、この運転時間が所定より少ないと、庫内負荷が小さいと見なされて、圧縮機１２の稼働台数が１台とされる。圧縮機１２が制御運転する場合の運転時間が長く是正される。１台に制限される際、それまでの運転時間の積算値が短い方の圧縮機１２が、稼働する側に優先的に選択される。両圧縮機１２の運転時間が平均化され、耐用寿命に差がでないようになる。１台の圧縮機１２が制御運転を行っている際、所定時間連続運転されたら、稼働台数が２台とされる。圧縮機１２の連続運転が長いときは、庫内負荷が高くて庫内温度をなかなか設定温度まで下げられない状態にあり、そのときは圧縮機１２の稼働台数が増加されることで、庫内温度が迅速に設定温度まで下げられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の圧縮機を備えて単一の庫内を冷却する形式の冷却貯蔵庫に関する。

例えば大型のプレハブ冷蔵庫のように冷却空間が大きいものでは、単一の庫内を複数の冷却ユニットを用いて冷却するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
より具体的には、各冷却ユニットは圧縮機、蒸発器等によって構成された周知のものであり、各冷却ユニットごとに、検出された庫内温度が予め定められた庫内設定温度よりも高いか低いかによって圧縮機をオンオフする制御運転を行いつつ、全体として庫内を設定温度に冷却するようになっている。
特開２００２−１８１４３０公報

しかるに例えば、周囲温度が低い等の条件によっては、庫内負荷が小さくて必ずしも全冷却ユニットを使用する必要が無い場合がある。それにも拘わらず全冷却ユニットが稼働されると、各冷却ユニットは、庫内負荷に対して冷却能力が大き過ぎる状態となり、圧縮機がオンオフを繰り返す制御運転を行う際、特にオン時間が短くなる。これは言い換えると、所定のスパン内でのオンオフの切り替えの回数が多くなることを意味し、圧縮機の構成部品の耐用寿命を縮める結果を招く。またオン時間が短いと、冷媒中に混入された機械油の圧縮機への戻り量が減少して、故障に繋がることも懸念される。
そのため、庫内負荷に応じて冷却ユニットの稼働台数を変えることも提案されてはいるが、これまでのものは多数の検出手段や複雑な制御系統が必要であって実用化が難しく、さらなる改良が切望されていた。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものである。

請求項１の発明は、庫内に配された蒸発器との間で冷凍回路を構成する圧縮機が複数台備えられ、各圧縮機は運転と停止とを繰り返す制御運転が個々に実行可能とされた冷却貯蔵庫において、前記圧縮機の運転と停止との１サイクル中の運転時間を検出する運転時間検出手段と、この運転時間検出手段の検出値が所定以下の場合に、前記圧縮機の稼働台数を減ずる決定を行う稼働台数決定手段とが設けられている構成としたところに特徴を有する。

また請求項２の発明は、庫内に配された蒸発器との間で冷凍回路を構成する圧縮機が複数台備えられ、各圧縮機は運転と停止とを繰り返す制御運転が個々に実行可能とされた冷却貯蔵庫において、当該冷却貯蔵庫の周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、庫内温度とその設定温度との差を演算する温度差演算手段と、前記周囲温度検出手段の検出値が所定以下で、かつ前記温度差演算手段の演算値が所定以下の場合に、前記圧縮機の稼働台数を減ずる決定を行う稼働台数決定手段とが設けられているところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、稼働中の圧縮機が予め定められた時間連続運転されたことが検出された場合に、前記圧縮機の稼働台数を増す稼働台数補正手段が設けられているところに特徴を有する。
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のものにおいて、前記各圧縮機の運転時間を積算して検出する運転時間積算手段を備えるとともに、圧縮機の稼働台数が制限される場合に、運転時間が少ない圧縮機から優先的に稼働させる優先選択手段が設けられているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
圧縮機における１サイクル中の運転時間が検出され、この運転時間が少ないと、庫内負荷が小さいと見なされて、圧縮機の稼働台数が減少される。それにより稼働状態にある圧縮機については、制御運転する場合の運転時間が長く是正される。その結果、圧縮機の運転と停止の切替回数が減少し、もって圧縮機の構成部品等の耐用寿命を延ばすことができる。

＜請求項２の発明＞
周囲温度が所定以下で、かつ庫内温度と設定温度との温度差が所定以下であれば、庫内負荷が小さいと見なされて、圧縮機の稼働台数が減少される。それにより稼働状態にある圧縮機については、制御運転する場合の運転時間が長く是正される。その結果、圧縮機の運転と停止の切替回数が減少し、もって圧縮機の構成部品等の耐用寿命を延ばすことができる。

＜請求項３の発明＞
圧縮機の台数が制限された状態で圧縮機が制御運転を行っている際、所定時間連続運転されたら、圧縮機の稼働台数が増やされる。圧縮機の連続運転が長いときは、庫内負荷が高くて庫内温度をなかなか設定温度まで下げられない状態にあり、そのときは圧縮機の稼働台数が増加されて、庫内温度が迅速に設定温度まで下げられる。
＜請求項４の発明＞
圧縮機の稼働台数が制限される場合に、それまでの運転時間が短い圧縮機が優先的に稼働する方に選択される。各圧縮機の運転時間が平均化され、耐用寿命に大きな差がでないようにすることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図３によって説明する。
この実施形態では、図１に示すように、単一のプレハブ冷蔵庫１０に対して、２台の冷却ユニット１１（第１冷却ユニット１１Ａと第２冷却ユニット１１Ｂ）が装備されている。各冷却ユニット１１Ａ，１１Ｂはそれぞれ、室外機として圧縮機１２Ａ，１２Ｂ、凝縮器１３Ａ，１３Ｂ及び膨張弁１４Ａ，１４Ｂを、室内機として蒸発器１５Ａ，１５Ｂを備えており、これらが冷媒配管で循環接続された構造になっている。
各冷却ユニット１１Ａ，１１Ｂは個別に制御部（図示せず）を備えていて、庫内温度センサ１７により検出された庫内温度を、予め定められた庫内の設定温度と比較し、検出温度が設定温度よりも高いか低いかによって圧縮機１２Ａ，１２Ｂのオンオフが繰り返され、いわゆる制御運転が行われることで庫内がほぼ設定温度に維持されるようになっている。

さてこの実施形態では、庫内の負荷に応じて冷却ユニット１１の稼働台数を変える手段が講じられており、以下これについて説明する。
そのため、図２に示すように、マイクロコンピュータ等を搭載して、後記するプログラムを実行可能な制御手段２０が備えられている。この制御手段２０の入力側には、第１冷却ユニット１１Ａの第１圧縮機１２Ａと、第２冷却ユニット１１Ｂの第２圧縮機１２Ｂの動作状態をそれぞれ入力する第１圧縮機動作入力部２１Ａと第２圧縮機動作入力部２１Ｂとが接続されている。

制御手段２０には、運転時間検出部２３と運転時間積算部２４とが備えられている。運転時間検出部２３は、上記した第１と第２の圧縮機動作入力部２１Ａ，２１Ｂからの入力信号に基づき、各圧縮機１２Ａ，１２Ｂのオンオフの１サイクル中におけるオン時間（運転時間）を検出する機能を有する。一方、運転時間積算部２４は、同第１と第２の圧縮機動作入力部２１Ａ，２１Ｂからの入力信号に基づき、各圧縮機１２Ａ，１２Ｂのオン時間（運転時間）を積算する機能を有する。
また、制御手段２０の出力側には稼働指令部２６が接続され、各冷却ユニット１１Ａ，１１Ｂに対して稼働または停止を指令するようになっている。

続いて、実施形態１の作用を図３のフローチャートを参照して説明する。
２台の冷却ユニット１１Ａ，１１Ｂが稼働している状態から、まず運転時間検出部２３により、一方の圧縮機１２、例えば第１圧縮機１２Ａにおけるオンオフの１サイクル中におけるオン時間である運転時間ｔａが検出され、この運転時間ｔａが予め定められた第１設定時間よりも長いと（ステップＳ１が「Ｙｅｓ」）、庫内負荷が大きいと見なされて、両冷却ユニット１１Ａ，１１Ｂの稼働が継続される（ステップＳ２）。
一方、運転時間ｔａが設定時間よりも短いと（ステップＳ１が「Ｎｏ」）、庫内負荷が小さいと見なされて、冷却ユニット１１の稼働が１台に制限される。そのとき運転時間積算部２４からの情報に基づき、ステップＳ３において、第１圧縮機１２Ａの運転時間の積算値と、第２圧縮機１２Ｂのそれとが比較され、第１圧縮機１２Ａの運転時間の積算値の方が大きければ（ステップＳ３が「Ｙｅｓ」）、第２冷却ユニット１１Ｂ（第２圧縮機１２Ｂ）の稼働のみが指令され（ステップＳ４）、逆に、第２圧縮機１２Ｂの運転時間の積算値の方が大きければ（ステップＳ３が「Ｎｏ」）、第１冷却ユニット１１Ａ（第１圧縮機１２Ａ）の稼働のみが指令される（ステップＳ５）。すなわち、冷却ユニット１１の稼働台数が１台に制限されるときには、圧縮機１２Ａ，１２Ｂのこれまでの運転時間が短い方が選定される。

選定された冷却ユニット１１Ａまたは１１Ｂの圧縮機１２Ａまたは１２Ｂが制御運転を行っている際、上記した運転時間検出部２３を利用して、稼働している側の圧縮機１２Ａまたは１２Ｂの連続運転時間ｔｂが検出され、この運転時間ｔｂが予め定められた第２設定時間よりも長くなると（ステップＳ６が「Ｙｅｓ」）、庫内負荷が高くなって庫内温度をなかなか設定温度まで下げられない状態にあると見なされ、両冷却ユニット１１Ａ，１１Ｂが稼働されるようになる（ステップＳ２）。
一方、稼働している圧縮機１２Ａまたは１２Ｂの連続運転時間ｔｂが第２設定時間よりも短い限りは（ステップＳ６が「Ｎｏ」）、１台の冷却ユニット１１Ａまたは１１Ｂの稼働が継続されるが、この間もステップＳ３で、第１圧縮機１２Ａと第２圧縮機１２Ｂの積算の運転時間が比較されていて、その大小が逆転すれば、積算の運転時間の短い方の冷却ユニット１１Ａまたは１１Ｂに切り替えられる。

以上のように実施形態１によれば、周囲温度の低下等により庫内負荷が小さいと見なされた場合は、冷却ユニット１１すなわち圧縮機１２の稼働が一方に限られ、省エネルギ化が図られる。例えば周囲温度が５℃の場合、圧縮機１２の稼働数が２台のときは、各圧縮機１２Ａ，１２Ｂの１サイクル当たりの運転時間が１００秒で、合計の消費電力量が２６．２Ｗｈであり、一方、圧縮機１２の稼働数が１台のときは、圧縮機１２Ａまたは１２Ｂの１サイクル当たりの運転時間が１８０秒で、消費電力量が２３．７Ｗｈとなって、省エネルギ化が図れたことが確認されている。
また上記のように、稼働台数が１台になると、稼働状態にある圧縮機１２Ａまたは１２Ｂについては、庫内負荷が実質的に大きくなり、圧縮機１２Ａまたは１２Ｂが制御運転する場合のオン時間（運転時間）が長く是正される。このことは、所定のスパン内でのオンオフの切り替え（運転と停止の切り替え）の回数が減少することを意味し、もって圧縮機１２Ａ，１２Ｂの構成部品等の耐用寿命を延ばすことができる。また、オン時間（運転時間）が長くなれば、冷媒中に混入された機械油の圧縮機１２Ａ，１２Ｂへの戻り量も確保できて、圧縮機１２Ａ，１２Ｂの故障もし難くなる。

また、１台の圧縮機１２Ａまたは１２Ｂが制御運転を行っている際、連続運転が長くなったら、庫内負荷が高くて庫内温度をなかなか設定温度まで下げられない状態にあると見なされ、圧縮機１２の稼働台数が２台に増加される。それにより庫内温度が迅速に設定温度まで下げられる。
さらに、圧縮機１２の稼働台数が１台と制限される場合に、それまでの運転時間が短い圧縮機１２Ａまたは１２Ｂが、優先的に稼働する方に選択される。これにより各圧縮機１２Ａ，１２Ｂの運転時間が平均化され、耐用寿命に大きな差がでないようにすることができる。
しかも、これらの制御をするに当たって検出する部分は、第１圧縮機１２Ａと第２圧縮機１２Ｂの動作状況を見れば足りるから、簡単に対応することが可能である。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図４及び図５によって説明する。
実施形態２では、庫内の負荷を測るのに、周囲温度（庫外温度）と、庫内温度と庫内の設定温度との差とを勘案しており、それに応じて冷却ユニット１１の稼働台数を変えるようになっている。
そのため、図４に示すように、制御手段３０の入力側には、当該プレハブ冷蔵庫１０の周囲温度を検出する庫外温度センサ３１と、上記した庫内温度センサ１７と、庫内の設定温度を入力する庫内設定温度入力部３２が接続されており、制御手段３０には、庫内温度と庫内設定温度との差を演算する温度差演算部３４が設けられている。
また、上記実施形態１と同様に、制御手段３０の入力側には、第１圧縮機動作入力部２１Ａと第２圧縮機動作入力部２１Ｂとが接続されるとともに、制御手段３０には運転時間検出部２３と運転時間積算部２４とが設けられ、さらに制御手段３０の出力側には稼働指令部２６が接続されている。

続いて、実施形態２の作動を図５のフローチャートを参照して説明する。
冷却ユニット１１が稼働される前に、ステップＳ１１で、庫外温度センサ３１で検出された周囲温度Ｔが設定温度（１０℃）と比較され、周囲温度Ｔが１０℃を超えていれば（ステップＳ１１が「Ｎｏ」）、庫内の負荷が大きいと見なされて、両冷却ユニット１１Ａ，１１Ｂが稼働される（ステップＳ１２）。
一方、周囲温度Ｔが１０℃以下であれば（ステップＳ１１が「Ｙｅｓ」）、周囲温度に起因した庫内負荷は小さいと見なされ、次のステップＳ１３における判定が行われる。このステップＳ１３では、庫内温度センサ１７で検出された庫内温度と、庫内設定温度入力部３２から入力された庫内の設定温度との温度差Ｓが温度差演算部３４で演算され、その演算された温度差Ｓが設定値（例えば５Ｋ）と比較される。この設定値「５Ｋ」は、圧縮機１２のオンオフにより庫内を設定温度に維持する、いわゆるコントロール運転をする際において、設定値を挟んだ上限値と下限値の差に匹敵する値が選定されている。

上記した温度差Ｓが設定値５Ｋより大きければ（ステップＳ１３が「Ｎｏ」）、扉が開けられた直後であったり、あるいは高温の貯蔵物が入れられたあとで庫内温度が上昇しており、すなわち庫内の負荷が大きいと見なされ、やはりステップＳ１２において、両冷却ユニット１１Ａ，１１Ｂが稼働される。逆に温度差Ｓが設定値５Ｋ以内であれば（ステップＳ１３が「Ｙｅｓ」）、周囲温度以外の要因に基づく庫内負荷の上昇は無いと見なされ、冷却ユニット１１の稼働が１台に制限される。
このとき、上記実施形態１と同様に、運転時間積算部２４からの情報に基づき、ステップＳ１４において、第１圧縮機１２Ａの運転時間の積算値と、第２圧縮機１２Ｂのそれとが比較され、第１圧縮機１２Ａの運転時間の積算値の方が大きければ（ステップＳ１４が「Ｙｅｓ」）、第２冷却ユニット１１Ｂ（第２圧縮機１２Ｂ）の稼働のみが指令され（ステップＳ１５）、逆に、第２圧縮機１２Ｂの運転時間の積算値の方が大きければ（ステップＳ１４が「Ｎｏ」）、第１冷却ユニット１１Ａ（第１圧縮機１２Ａ）の稼働のみが指令される（ステップＳ１６）。すなわち、冷却ユニット１１の稼働台数が１台に制限されるときには、圧縮機１２Ａ，１２Ｂのこれまでの運転時間が短い方が選定される。

また、選定された冷却ユニット１１Ａまたは１１Ｂの圧縮機１２Ａまたは１２Ｂが制御運転を行っている際、周囲温度や庫内温度が上昇したときには、圧縮機１２Ａ，１２Ｂの運転時間が延び、最悪の場合は庫内がなかなか設定時間に到達しないで連続運転となるおそれがある。そのため、選定された圧縮機１２Ａまたは１２Ｂの制御運転が行われている間、運転時間検出部２３を利用して、稼働している側の圧縮機１２Ａまたは１２Ｂの連続運転時間ｔｂが検出され、この運転時間ｔｂが予め定められた設定時間よりも長くなると（ステップＳ１７が「Ｙｅｓ」）、庫内負荷が高くなったことが懸念されるとして、ステップＳ１１さらにはステップＳ１３による条件判定が行われ、状況によっては、ステップＳ１２において両冷却ユニット１１Ａ，１１Ｂの稼働に戻される。

一方、選定された冷却ユニット１１Ａまたは１１Ｂの圧縮機１２Ａまたは１２Ｂが制御運転を行っている際、稼働している圧縮機１２Ａまたは１２Ｂの連続運転時間ｔｂが設定時間よりも短い限りは（ステップＳ１７が「Ｎｏ」）、１台の冷却ユニット１１の稼働が継続されるが、この間もステップ１４で、第１圧縮機１２Ａと第２圧縮機１２Ｂの積算の運転時間が比較されていて、その大小が逆転すれば、積算の運転時間の短い方の冷却ユニット１１Ａまたは１１Ｂに切り替えられる。

実施形態２でも上記実施形態１と同様の効果が得られる。改めると、周囲温度が低くて庫内負荷が小さいと見なされ、かつ後発的な庫内温度の上昇も見られない限りは、冷却ユニット１１すなわち圧縮機１２の稼働が一方に限られ、省エネルギ化が図られる。また稼働台数が１台となると、稼働中の圧縮機１２に対しては庫内負荷が実質的に大きくなることで、圧縮機１２Ａ，１２Ｂが制御運転する場合のオン時間（運転時間）が長く是正され、これは所定のスパン内でのオンオフの切り替え（運転と停止の切り替え）の回数が減少することとなって、圧縮機１２Ａ，１２Ｂの構成部品等の耐用寿命を延ばすことに寄与できる。また、オン時間（運転時間）が長くなったことで機械油の戻り量も確保でき、圧縮機１２Ａ，１２Ｂの故障もし難くなる。

また、１台の圧縮機１２Ａ，１２Ｂが制御運転を行っている際、庫内負荷が大きくなると、圧縮機１２Ａ，１２Ｂの運転時間が延び、最悪の場合は連続運転となるおそれがあるため、連続運転時間が所定に達したら、状況によっては両冷却ユニット１１Ａ，１１Ｂの稼働に戻される。１台の圧縮機１２Ａ，１２Ｂが長時間連続運転することの弊害が未然に防止される。
さらに、圧縮機１２の稼働台数が１台と制限される場合に、それまでの運転時間が短い圧縮機１２Ａ，１２Ｂが優先的に稼働する方に選択され、これにより各圧縮機１２Ａ，１２Ｂの運転時間が平均化され、耐用寿命に大きな差がでないようにすることができる。
なお、この実施形態２でも、制御するに当たって検出する部分は、第１圧縮機１２Ａと第２圧縮機１２Ｂの動作状況を見ることに加え、庫外と庫内の温度を見れば足りるから、比較的簡単に対応することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）実施形態１において圧縮機の１サイクル中の運転時間の大小を判断するための基準となる設定時間や、実施形態１，２において、圧縮機の連続運転時間の大小を判断するための基準となる設定時間の数値はあくまでも一例であって、条件等に応じて適宜に変更してもよい。
（２）実施形態２において、周囲温度の高低を判断するための基準となる設定温度と、庫内温度と設定温度との温度差の大小を判断するための基準となる設定値とはあくまでも一例であって、同様に条件等に応じて適宜変更してもよい。

（３）本発明は、冷却ユニットが３台以上設置されたものにも、同様に適用することができる。例えば冷却ユニットが３台設置されていて、実施形態１のように圧縮機の運転時間によって稼働台数を減ずる場合には、検知した運転時間の大小に応じて、３台から２台または１台へと直接に減じる方法、あるいは３台から一旦２台に減じたのち、さらに必要に応じて１台に減じるといった方法を採ることができ、このようなものも本発明の技術範囲に含まれる。
（４）また本発明は、蒸発器が共通で、圧縮機だけが複数台装備された形式の冷却貯蔵庫にも、同様に適用可能である。

本発明の実施形態１の概略構成図冷却ユニットの稼働台数を制御する機構部分のブロック図制御動作を示すフローチャート実施形態２に係る制御機構のブロック図その制御動作を示すフローチャート

符号の説明

１０…プレハブ冷蔵庫１１，１１Ａ，１１Ｂ…冷却ユニット１２，１２Ａ，１２Ｂ…圧縮機１５Ａ，１５Ｂ…蒸発器１７…庫内温度センサ２０…制御手段２１Ａ，２１Ｂ…圧縮機動作入力部２３…運転時間検出部２４…運転時間積算部２６…稼働指令部３０…制御手段３１…庫外温度センサ３２…庫内設定温度入力部３４…温度差演算部

Claims

庫内に配された蒸発器との間で冷凍回路を構成する圧縮機が複数台備えられ、各圧縮機は運転と停止とを繰り返す制御運転が個々に実行可能とされた冷却貯蔵庫において、
前記圧縮機の運転と停止との１サイクル中の運転時間を検出する運転時間検出手段と、
この運転時間検出手段の検出値が所定以下の場合に、前記圧縮機の稼働台数を減ずる決定を行う稼働台数決定手段とが設けられていることを特徴とする冷却貯蔵庫。
庫内に配された蒸発器との間で冷凍回路を構成する圧縮機が複数台備えられ、各圧縮機は運転と停止とを繰り返す制御運転が個々に実行可能とされた冷却貯蔵庫において、
当該冷却貯蔵庫の周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、
庫内温度とその設定温度との差を演算する温度差演算手段と、
前記周囲温度検出手段の検出値が所定以下で、かつ前記温度差演算手段の演算値が所定以下の場合に、前記圧縮機の稼働台数を減ずる決定を行う稼働台数決定手段とが設けられていることを特徴とする冷却貯蔵庫。
稼働中の圧縮機が予め定められた時間連続運転されたことが検出された場合に、前記圧縮機の稼働台数を増す稼働台数補正手段が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷却貯蔵庫。
前記各圧縮機の運転時間を積算して検出する運転時間積算手段を備えるとともに、圧縮機の稼働台数が制限される場合に、運転時間が少ない圧縮機から優先的に稼働させる優先選択手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の冷却貯蔵庫。