JP2007187337A - ショーケース冷却システム - Google Patents

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Abstract

【課題】省エネルギーに寄与することができるショーケース冷却システムを提供すること。
【解決手段】庫内温度とその設定値との偏差に基づいて開閉制御して蒸発器への冷媒の流入を制御する電磁弁をそれぞれ備えた複数のショーケース10,20,30と、該複数のショーケース10,20,30と冷凍サイクルを構成する冷凍機40とを備え、全てのショーケース10,20,30の電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束するように冷凍機40を制御するショーケース冷却システムにおいて、電子膨張弁を複数のショーケース10,20,30にそれぞれ設け、特定のショーケース20の電磁弁21の運転率が予め定めた範囲に収束しない場合に、当該ショーケース20の電磁弁21の運転率が予め定めた範囲に収束するように、当該ショーケース20の電子膨張弁22の開度を制御するようにした。
【選択図】 図3

Description

本発明は、ショーケース冷却システムに関し、特に、複数のショーケースを冷却するショーケース冷却システムに関するものである。
図5は、従来から知られているショーケース冷却システムを示す概略構成図である。このようなショーケース冷却システム100は、スーパーマーケット、コンビニエンスストア等の店舗に設置されている。ショーケース冷却システム100は、図5に示すように、複数のショーケース110,120,130と、冷凍機140とを有し、複数のショーケース110,120,130と冷凍機140とは、冷凍サイクルを構成する。また、ショーケース冷却システム100は、総合コントローラ150を有し、上述した複数のショーケース110,120,130と冷凍機140とを総合的、かつ、合理的に制御可能である。
複数のショーケース110,120,130は、店舗内に並設してあり、一つのグループを構成する。各ショーケース110,120,130は、それぞれ、電磁弁(図示せず)、熱膨張弁(図示せず)、蒸発器(図示せず)、温度センサ(図示せず)、およびショーケースコントローラ111,121,131を備えている。電磁弁は、蒸発器への冷媒の流入を開閉制御(オン・オフ制御)するものであり、それぞれショーケースコントローラ111,121,131に接続してある。温度センサは、ショーケース110,120,130の庫内温度を測定するものであり、各ショーケース110,120,130の空気の吹出口近傍に配設するとともに、各ショーケースコントローラ111,121,131に接続してある。ショーケースコントローラ111,121,131は、温度センサから取得した温度に基づいて、電磁弁を開閉制御するものであり、総合コントローラ150(電磁弁運転率演算部)に接続してある。
冷凍機140は、圧縮機141、凝縮器(図示せず)、インバータ142、および圧力センサ143を備えている。圧縮機141は、インバータ142により駆動制御される。圧力センサ143は、圧縮機141への吸入冷媒圧力を測定するものであり、総合コントローラ150(回転数指令演算部)に接続してある。
総合コントローラ150は、電磁弁運転率演算部151、圧力設定値演算部152、および回転数指令演算部153を有している。
電磁弁運転率演算部151は、電磁弁の運転率を算出するものであり、ショーケースコントローラ111,121,131から取得した電磁弁の開閉制御情報(オン・オフ制御情報)に基づいて、電磁弁の運転率を算出する。具体的には、所定時間における電磁弁のオン時間の比率を所定時間ごとに算出することにより、所定時間ごとに電磁弁の運転率が算出される。
圧力設定値演算部152は、圧縮機141の制御指標となる圧力設定値を求めるものである。圧力設定値は、圧縮機141の吸入冷媒圧力を設定するものであり、電磁弁運転率演算部151で算出された電磁弁の運転率に基づいて求められる。
具体的には、図6に示す制御指標に基づいて圧力設定値が求められる。なお、図6は、圧力設定値を求めるための電磁弁運転率と圧力設定値との相関関係を示す図である。図6に示すように、少なくとも一台のショーケース110,120,130の電磁弁の運転率が90%以上の場合には、冷凍機140の冷凍能力が不足しているとして、現行の圧力設定値から0.01Mpa下げた値を新たな圧力設定値とする一方、全てのショーケース110,120,130の電磁弁の運転率が90%以下で、かつ、少なくとも一台のショーケース110,120,130の電磁弁の運転率が40%以下の場合には、冷凍機140の冷凍能力が過剰であるとして、現行の圧力設定値から0.01Mpa上げた値を新たな圧力設定値とする。他方、全てのショーケース110,120,130の電磁弁の運転率が40%〜90%の場合には、冷凍機140の冷凍能力が適当であるとして、現行の圧力設定値を維持する。
たとえば、ショーケースコントローラ111,121,131から取得した電磁弁の開閉情報(オン・オフ情報)に基づいて、電磁弁運転率演算部151が算出した電磁弁の運転率がそれぞれ、50%、95%、45%であるとすると、一台のショーケース120の電磁弁運転率が95%となるので、圧力設定値演算部152は、冷凍機140の冷凍能力が不足しているとして、現行の圧力設定値から0.01Mpa下げた値を新たな圧力設定値とする。
回転数指令演算部153は、圧縮機141を制御するインバータ142の制御指標となる回転数を算出するものである。回転数は、圧力設定値演算部152で求められた圧力設定値と圧力センサ143で測定された圧縮機141の吸入冷媒圧力との偏差に基づいて算出される。
上述したショーケース冷却システム100によれば、電磁弁運転率演算部151で電磁弁の運転率を算出し、この運転率に基づいて圧力設定値演算部152で圧力設定値を求める。そして、求めた圧力設定値と圧力センサ143で測定された圧縮機141の吸入冷媒圧力との偏差に基づいて回転数指令演算部153で算出した回転数によりインバータ142を制御して圧縮機141を駆動する。
したがって、上述したショーケース冷却システム100によれば、ショーケース110,120,130の周囲温度等の環境の変化に対応可能であり、また、冷凍機140の消費電力を抑制し、省エネルギーに寄与することができる(例えば、特許文献1参照)。
特許第3603497号公報
ところで、上述したショーケース冷却システム100は、複数のショーケース110,120,130のうち一台でも電磁弁の運転率の高いものがある場合には、圧力設定値演算部152が算出する圧力設定値は下がることになり、回転数指令演算部153が算出する回転数は増大することになる。これは、複数のショーケース110,120,130のうち一台でも電磁弁の運転率が高いものがある場合には、圧縮機141の回転数が増大することを意味し、省エネルギーに反することになる。
本発明は、上記実情に鑑みて、特定のショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束しない場合に、圧縮機の回転数を増大させることなく、当該ショーケースの電磁弁の運転率を予め定めた範囲に収束させ、省エネルギーに寄与することができるショーケース冷却システムを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の請求項1にかかるショーケース冷却システムは、庫内温度とその設定値との偏差に基づいて開閉制御して蒸発器への冷媒の流入を制御する電磁弁をそれぞれ備えた複数のショーケースと、該複数のショーケースと冷凍サイクルを構成する冷凍機とを備え、全てのショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束するように冷凍機を制御するショーケース冷却システムにおいて、電子膨張弁を前記複数のショーケースにそれぞれ設け、特定のショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束しない場合に、当該ショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束するように、当該ショーケースの電子膨張弁の開度を制御することを特徴とする。
また、本発明の請求項2にかかるショーケース冷却システムは、庫内温度とその設定値との偏差に基づいて開閉制御して蒸発器への冷媒液の流入を制御する電磁弁と、電子膨張弁とをそれぞれ備えた複数のショーケースと、該複数のショーケースと冷凍サイクルを構成する冷凍機とを備え、全てのショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束するように冷凍機を制御するショーケース冷却システムにおいて、過熱度が予め定めた値となるように電子膨張弁を過熱度制御するとともに、特定のショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束しない場合に、過熱度制御に優先し、当該ショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束するように、当該ショーケースの電子膨張弁の開度を制御することを特徴とする。
また、本発明の請求項3にかかるショーケース冷却システムは、上記請求項1または2において、蒸発器の出口配管温度が入口配管温度以下の場合には液バックと判定し、電子膨張弁の開度が小さくなるように優先制御することを特徴とする。
また、本発明の請求項4にかかるショーケース冷却システムは、上記請求項3において、液バックと判定した場合には蒸発器の出口配管温度が入口配管温度を超えるまで電子膨張弁の開度が小さくなるように優先制御することを特徴とする。
本発明にかかるショーケース冷却システムは、電子膨張弁を複数のショーケースにそれぞれ設け、特定のショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束しない場合に、当該ショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束するように、当該ショーケースの電子膨張弁の開度を制御するので、圧縮機の回転数を増大させることなく、当該ショーケースの電磁弁の運転率を予め定めた範囲に収束でき、省エネルギーに寄与することができる。
また、本発明にかかるショーケース冷却システムは、過熱度が予め定めた値となるように電子膨張弁を過熱度制御するとともに、特定のショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束しない場合に、過熱度制御に優先し、当該ショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束するように、当該ショーケースの電子膨張弁の開度を制御するので、圧縮機の回転数を増大させることなく、当該ショーケースの電磁弁の運転率を予め定めた範囲に収束でき、省エネルギーに寄与することができる。
本発明にかかるショーケース冷却システムは、蒸発器の出口配管温度が入口配管温度以下の場合には液バックと判定し、電子膨張弁の開度が小さくなるように優先制御するので、液バックによる冷凍機の破損を防止できる。
液バックと判定した場合には蒸発器の出口配管温度が入口配管温度を超えるまで電子膨張弁の開度が小さくなるように優先制御するので、電子膨張弁の開度を過度に小さくすることがない。
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるショーケース冷却システムの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
図1は本発明の実施例にかかるショーケース冷却システムを示す概略構成図、図2は図1に示したショーケース冷却システムの冷凍サイクルを示す図、図3は図1に示したショーケース冷却システムのブロック図である。
図1に示すように、ショーケース冷却システムは、複数のショーケース10,20,30と、冷凍機40とを有し、複数のショーケース10,20,30(電子膨張弁12,22,32および蒸発器13,23,33)と冷凍機40(圧縮機41および凝縮器44)とは、冷凍サイクルを構成する。また、ショーケース冷却システムは、総合コントローラ50を有し、上述した複数のショーケース10,20,30と冷凍機40とを総合的、かつ、合理的に制御する。
複数のショーケース10,20,30は、店舗内に並設してあり、一つのグループを構成する。各ショーケース10,20,30は、図2および図3に示すように、それぞれ、電磁弁11,21,31、電子膨張弁12,22,32、蒸発器13,23,33、蒸発器入口配管温度センサ15,25,35、蒸発器出口配管温度センサ16,26,36、温度センサ17,27,37、およびショーケースコントローラ18,28,38を備えている。
電磁弁11,21,31は、蒸発器13,23,33への冷媒の流入を開閉制御(オン・オフ制御)するものであり、ショーケースコントローラ18,28,38に接続してある。
電子膨張弁12,22,32は、蒸発器13,23,33へ流入する冷媒の流量を制御(開度を制御)するものであり、総合コントローラ50(電子膨張弁コントローラ54)に接続してある。
蒸発器13,23,33は、低温、定圧の液冷媒を蒸発させて、蒸発熱により、周囲の空気を冷却するものである。
蒸発器入口配管温度センサ15,25,35は、蒸発器13,23,33の入口配管温度を測定するものであり、それぞれショーケースコントローラ18,28,38に接続してある。蒸発器出口配管温度センサ16,26,36は、蒸発器13,23,33の出口配管温度を測定するものであり、それぞれショーケースコントローラ18,28,38に接続してある。
温度センサ17,27,37は、ショーケース10,20,30の庫内温度を測定するものであり、空気の吹出口近傍に配設してある。ここで、ショーケース10,20,30の庫内温度を測定する位置として、空気の吹出口近傍を選定した理由は、一つにはショーケース10,20,30に収納した商品の多寡によって影響されない位置であること、もう一つには温度の変化が最も先行的に表れる位置であることからである。
ショーケースコントローラ18,28,38は、電磁弁11,21,31を制御するものであり、総合コントローラ50に接続してある。電磁弁11,21,31の制御は、予め設定した庫内温度と、温度センサ17,27,37から取得した庫内温度との差に基づいて、電磁弁11,21,31を開閉制御(オン・オフ制御)するものであり、たとえば、取得した庫内温度が設定した庫内温度よりも高い場合には電磁弁11,21,31を開放(オン制御)し、取得した庫内温度が設定した庫内温度よりも低い場合には電磁弁11,21,31を閉塞(オフ制御)する。
また、ショーケースコントローラ18,28,38は、総合コントローラ50(電磁弁運転率演算部51)に接続してあり、総合コントローラ50は、電磁弁の開閉制御情報(オン・オフ制御情報)を取得可能である。さらに、総合コントローラ50は、ショーケースコントローラ18,28,38から蒸発器13,23,33の入口配管温度および出口配管温度を取得可能である。
冷凍機40は、圧縮機41、インバータ42、圧力センサ43、凝縮器44、およびアキュームレータ45を備えている。
圧縮機41は、蒸発器13,23,33で蒸発した冷媒ガスを圧縮し、高温高圧の冷媒ガスとするものである。
インバータ42は、圧縮機41の駆動を制御するものであり、総合コントローラ50(回転数指令演算部53)に接続してある。
圧力センサ43は、圧縮機41の流入冷媒圧力を測定するものであり、総合コントローラ50(回転数指令演算部53)に接続してある。
凝縮器44は、等圧の下で放熱し、圧縮機41で圧縮された冷媒ガスを凝縮して冷媒液とするものである。
アキュームレータ45は、吸入回路に取り付けてある。アキュームレータ45は、蒸発器13,23,33から液状の冷媒が圧縮機41に供給されると、液圧縮を起こして圧縮機41を破損する虞れがあるので、冷媒液(液体の冷媒)と冷媒ガス(気体の冷媒)とを分離して冷媒ガス(気体の冷媒)だけを圧縮機41に吸入させる機能を有している。
総合コントローラ50は、電磁弁運転率演算部51、圧力設定値演算部52、回転数指令演算部53、および電子膨張弁コントローラ54を有している。
電磁弁運転率演算部51は、電磁弁11,21,31の運転率を算出するものであり、ショーケースコントローラ18,28,38から取得した電磁弁11,21,31の開閉制御情報(オン・オフ制御情報)に基づいて、電磁弁11,21,31の運転率を算出する。具体的には、所定時間における電磁弁11,21,31のオン時間の比率を所定時間ごとにそれぞれ算出することにより、所定時間ごとに電磁弁の運転率がそれぞれ算出される。
圧力設定値演算部52は、圧縮機41の制御指標となる圧力設定値を求めるものである。圧力設定値は、圧縮機41の吸入冷媒圧力を設定するものであり、電磁弁運転率演算部51で算出された電磁弁11,21,31の運転率に基づいて求められる。
具体的には、従前のショーケース冷却システム100と同様に圧力設定値が求められる。すなわち、図6に示すように、少なくとも一台のショーケース10,20,30の電磁弁11,21,31の運転率が90%以上の場合には、冷凍機40の冷凍能力が不足しているとして、現行の圧力設定値から0.01Mpa下げた値を新たな圧力設定値とする一方、全てのショーケース10,20,30の電磁弁11,21,31の運転率が90%以下で、かつ、少なくとも一台のショーケース10,20,30の電磁弁11,21,31の運転率が40%以下の場合には、冷凍機40の冷凍能力が過剰であるとして、現行の圧力設定値から0.01Mpa上げた値を新たな圧力設定値とする。他方、全てのショーケース10,20,30の電磁弁11,21,31の運転率が40%〜90%の場合には、冷凍機40の冷凍能力が適当であるとして、現行の圧力設定値を維持する。
回転数指令演算部53は、圧縮機41を制御するインバータ42の制御指標となる回転数を算出するものである。回転数は、圧力設定値演算部52で算出された圧力設定値と圧力センサ43で測定された吸入冷媒圧力との偏差に基づいて算出される。
電子膨張弁コントローラ54は、電子膨張弁12,22,32を過熱度制御する。過熱度制御は、蒸発器13,23,33の出入口配管温度の差が目標値と同一となるように制御することをいい、本実施例では、ショーケースコントローラ18,28,38から取得した蒸発器13,23,33の入口配管温度と出口配管温度との差(過熱度)が予め定めた目標値と同一となるように制御する。したがって、過熱度が目標値よりも大きい場合には、電子膨張弁12,22,32の開度が大きくなるように制御し、過熱度が目標値よりも小さい場合には電子膨張弁12,22,32の開度が小さくなるように制御する。
また、電子膨張弁コントローラ54は、回転数指令演算部53が圧縮機41の回転数を変更したにもかかわらず、電磁弁11,21,31の運転率が改善されない場合に、液バックが発生しない範囲で、電子膨張弁12,22,32の開度を制御する。
すなわち、電磁弁11,21,31の運転率が改善されないショーケース10,20,30は、冷媒流量(冷凍能力)が不足しているので、電子膨張弁コントローラ54は、開度が大きくなるように電子膨張弁12,22,32を制御する。
液バックとは、冷媒が液状のままで圧縮機41に吸入される現象であり、蒸発器13,23,33の入口配管温度が蒸発器13,23,33の出口配管温度以上(蒸発器の入口配管温度≧蒸発器の出口配管温度)の場合、電子膨張弁コントローラ54は、液バックと判断する。そして、この場合には、電子膨張弁コントローラ54は、開度が小さくなるように、電子膨張弁12,22,32を制御する。具体的には、蒸発器13,23,33の出口配管温度が入口配管温度を超えるまで電子膨張弁12,22,32の開度が小さくなるように優先制御する。
たとえば、ショーケースコントローラ18,28,38から取得した電磁弁11,21,31の開閉情報(オン・オフ情報)に基づいて、電磁弁運転率演算部51が算出した電磁弁11,21,31の運転率が図4に示すように、それぞれ、50%、95%、45%であるとすると、一台のショーケース20の電磁弁運転率が95%となるので、圧力設定値演算部52は、冷凍能力が不足しているとして、現行の圧力設定値から0.01Mpa下げた値を圧力設定値とする。
すると、回転数指令演算部53が算出する回転数が増加することになり、圧縮機41の回転数が増加することになる。このため、冷凍能力が適当なものとなり、当該ショーケース20の電磁弁21の運転率が改善される。
しかしながら、このように回転数が増加したにもかかわらず、当該ショーケース20の電磁弁21の運転率が改善されない場合には、当該ショーケース20が外乱の影響を受けていると判断する。なお、外乱としては、店舗内のエアコン室内機からの吹き出し空気がショーケース20のエアカーテンと干渉している場合等が想定される。
この場合には、電子膨張弁コントローラ54は、当該ショーケース20の冷媒流量(冷凍能力)が不足していると判断して、当該ショーケース20の電子膨張弁22の弁開度を大きくして、冷媒流量を増加するように制御する。
この結果、当該ショーケース20の冷凍能力不足が解消され、当該ショーケース20の電磁弁21の運転率が改善され、圧力設定値演算部52が必要以上に圧力設定値を下げることはない。
上述してショーケース冷却システムによれば、電子膨張弁12,22,32を各ショーケース10,20,30にそれぞれ設け、特定のショーケース20の電磁弁21の運転率が予め定めた範囲に収束しない場合に、当該ショーケース20の電磁弁21の運転率が予め定めた範囲に収束するように、当該ショーケース20の電子膨張弁22の開度を制御するので、圧縮機41の回転数を増大させることなく、当該ショーケース20の電磁弁21の運転率を予め定めた範囲に収束でき、省エネルギーに寄与することができる。
また、特定のショーケース20の電磁弁21の運転率が予め定めた範囲に収束しない場合に、過熱度制御に優先し、当該ショーケース20の電磁弁21の運転率が予め定めた範囲に収束するように、当該ショーケース20の電子膨張弁22の開度を制御するので、圧縮機41の回転数を増大させることなく、当該ショーケース20の電磁弁21の運転率を予め定めた範囲に収束でき、省エネルギーに寄与することができる。
また、蒸発器の出口配管温度が入口配管温度以下(蒸発器の入口配管温度≧蒸発器の出口配管温度)の場合には液バックと判定し、電子膨張弁12,22,32の開度が小さくなるように優先制御するので、液バックによる冷凍機40(圧縮機41)の破損を防止できる。
液バックと判定した場合には蒸発器13,23,33の出口配管温度が入口配管温度を超えるまで電子膨張弁12,22,32の開度が小さくなるように優先制御するので、電子膨張弁の開度を過度に小さくすることがない。
なお、上述したショーケース冷却システムによれば、総合コントローラ50が電子膨張弁コントローラ54を有するものとしたが、各ショーケース10,20,30のショーケースコントローラ18,28,38が電子膨張弁コントローラ54を有するものとしてもよい。
また、冷凍機40がアキュームレータ45を備えるものとしたが、ショーケース10,20,30が、それぞれアキュームレータを有するものとしてもよい。
以上のように、本発明にかかるショーケース冷却システムは、複数のショーケースを有するショーケース冷却システムに有用であり、特に、省エネルギーに寄与するショーケース冷却システムに適している。
本発明の実施例にかかるショーケース冷却システムを示す概略構成図である。 図1に示したショーケース冷却システムの冷凍サイクルを示す図である。 図1に示したショーケース冷却システムのブロック図である。 図1に示したショーケース冷却システムの作用を説明するための説明図である。 従来から知られているショーケース冷却システムを示す概略構成図である。 圧力設定値を求めるための電磁弁運転率と圧力設定値との相関関係を示す図である。
符号の説明
10,20,30 ショーケース
11,21,31 電磁弁
12,22,32 電子膨張弁
13,23,33 蒸発器
15,25,35 蒸発器入口配管温度センサ
16,26,36 蒸発器出口配管温度センサ
17,27,37 温度センサ
18,28,38 ショーケースコントローラ
40 冷凍機
41 圧縮機
42 インバータ
43 圧力センサ
44 凝縮器
45 アキュームレータ
50 総合コントローラ
51 電磁弁運転率演算部
52 圧力設定値演算部
53 回転数指令演算部
54 電子膨張弁コントローラ

Claims (4)

  1. 庫内温度とその設定値との偏差に基づいて開閉制御して蒸発器への冷媒の流入を制御する電磁弁をそれぞれ備えた複数のショーケースと、
    該複数のショーケースと冷凍サイクルを構成する冷凍機とを備え、
    全てのショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束するように冷凍機を制御するショーケース冷却システムにおいて、
    電子膨張弁を前記複数のショーケースにそれぞれ設け、
    特定のショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束しない場合に、当該ショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束するように、当該ショーケースの電子膨張弁の開度を制御することを特徴とするショーケース冷却システム。
  2. 庫内温度とその設定値との偏差に基づいて開閉制御して蒸発器への冷媒液の流入を制御する電磁弁と、電子膨張弁とをそれぞれ備えた複数のショーケースと、
    該複数のショーケースと冷凍サイクルを構成する冷凍機とを備え、
    全てのショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束するように冷凍機を制御するショーケース冷却システムにおいて、
    過熱度が予め定めた値となるように電子膨張弁を過熱度制御するとともに、
    特定のショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束しない場合に、過熱度制御に優先し、当該ショーケースの電磁弁の運転率が予め定めた範囲に収束するように、当該ショーケースの電子膨張弁の開度を制御することを特徴とするショーケース冷却システム。
  3. 蒸発器の出口配管温度が入口配管温度以下の場合には液バックと判定し、電子膨張弁の開度が小さくなるように優先制御することを特徴とする請求項1または2に記載のショーケース冷却システム。
  4. 液バックと判定した場合には蒸発器の出口配管温度が入口配管温度を超えるまで電子膨張弁の開度が小さくなるように優先制御することを特徴とする請求項3に記載のショーケース冷却システム。
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