JP2007333298A - 冷媒流量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液バック現象を招来することなく、収容庫の内部を所望の温度状態に維持すること。
【解決手段】電子膨張弁１３の開度を調節することにより、収容庫に配設した蒸発器１２に対する冷媒の供給制御を行う冷媒流量制御装置において、収容庫の内部において冷却温度を検出する内部温度センサ２２と、通常運転モードもしくはプルダウン運転モードの選択を行う運転モード選択部３２と、運転モード選択部３２によってプルダウン運転モードが選択された場合には蒸発器１２における冷媒の過熱度が予め設定した目標値となるように電子膨張弁１３の開度を調節する一方、運転モード選択部３２によって通常運転モードが選択された場合には内部温度センサ２２の検出する温度が目標値となるように電子膨張弁１３の開度を調節する弁開度設定部３３とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子膨張弁の開度を調節することにより、収容庫に配設した蒸発器に対する冷媒の供給制御を行う冷媒流量制御装置に関するものである。

例えば、商品を冷却した状態で陳列販売するオープンショーケース等の冷却装置では、収容庫の内部に蒸発器が設けられ、また収容庫の外部に圧縮機、凝縮器及び電子膨張弁が設けられており、これら蒸発器、圧縮機、凝縮器及び電子膨張弁に冷媒を循環供給することによって収容庫を所望の温度状態に維持するようにしている。具体的には、収容庫の内部温度が設定温度よりも低くなった場合に電子膨張弁の開度を縮小させる一方、収容庫の内部温度が設定温度よりも高くなった場合に電子膨張弁の開度を拡大させて収容庫の内部が所望の温度状態となるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１８０８１５号公報

ところで、この種の冷却装置にあっては、通常、メンテナンス作業として定期的に蒸発器の除霜を行うようにしている。この除霜作業では、収容庫の内部温度を常温まで上昇させることにより、蒸発器の表面に氷結した霜を除去することが行われる。従って、除霜作業が終了した後においては、収容庫の内部温度が設定温度を大きく上回った状態となり、比較的長時間に亘って電子膨張弁の開度が拡大された状態となる。

ここで、電子膨張弁の開度が拡大された状態となった場合、蒸発器における冷媒の過熱度は漸次小さくなる。この結果、図４の(ａ)〜（ｃ）に示すように、収容庫の内部温度が設定温度となる以前に冷媒の過熱度がゼロとなる場合があり、蒸発器から気液２相状態の冷媒が吐出されて、いわゆる液バック現象が発生する虞れがある。もちろん、冷媒の過熱度が設定値となるように電子膨張弁の開度を調節すれば液バック現象を防止することは可能になる。しかしながら、冷媒の過熱度は、蒸発器の入口部及び出口部での冷媒の温度差にほぼ等しい値である。このため、冷媒の過熱度が設定値となるように制御を行った場合には、収容庫の内部温度を所望の温度状態に維持することが困難となる。

本発明は、上記実情に鑑みて、液バック現象を招来することなく、収容庫の内部を所望の温度状態に維持することのできる冷媒流量制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る冷媒流量制御装置は、電子膨張弁の開度を調節することにより、収容庫に配設した蒸発器に対する冷媒の供給制御を行う冷媒流量制御装置において、収容庫の内部において冷却温度を検出する内部温度検出手段と、通常運転モードもしくは急冷運転モードの選択を行う運転モード選択手段と、前記運転モード選択手段によって急冷運転モードが選択された場合には蒸発器における冷媒の過熱度が予め設定した目標値となるように電子膨張弁の開度を調節する一方、前記運転モード選択手段によって通常運転モードが選択された場合には前記内部温度検出手段の検出する温度が目標値となるように電子膨張弁の開度を調節する弁開度設定手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る冷媒流量制御装置は、上述した請求項１において、運転モード選択手段は、前記内部温度検出手段の検出結果に基づいて運転モードの切り替えを行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る冷媒流量制御装置は、上述した請求項２において、前記内部温度検出手段は、蒸発器を通過した空気の温度を冷却温度として検出するものであり、前記運転モード選択手段は、急冷運転モードにおいて内部温度検出手段の検出した冷却温度が予め設定した閾値以下となった場合に運転モードを通常運転モードに切り替えることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る冷媒流量制御装置は、上述した請求項２において、前記内部温度検出手段は、収容庫の内部雰囲気温度を冷却温度として検出するものであり、前記運転モード選択手段は、急冷運転モードにおいて内部温度検出手段の検出した冷却温度が予め設定した閾値以下となった場合に運転モードを通常運転モードに切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、運転モード選択手段によって急冷運転モードが選択された場合には、蒸発器における冷媒の過熱度が予め設定した目標値となるように電子膨張弁の開度を調節するため、例えば除霜作業後において収容庫の冷却温度が設定温度を大きく上回った場合に急冷運転モードに従って制御を行うことにより、液バック現象を招来することなく、収容庫を迅速に冷却することができるようになる。しかも、運転モード選択手段によって通常運転モードが選択された場合には、内部温度検出手段の検出する温度が目標値となるように電子膨張弁の開度を調節するようにしているため、例えば急冷運転モードにおいて収容庫の冷却温度が所定の閾値以下となった後、通常運転モードで制御を行うことにより、収容庫の内部温度を所望の温度状態に維持することが可能となる。

以下、添付図面を適宜参照しながら、本発明に係る冷媒流量制御装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である冷媒流量制御装置を適用した冷却装置の構成を概念的に示したものである。ここで例示する冷却装置は、収容庫１０の内部に収納した商品を冷却した状態で陳列販売するオープンショーケース１１に適用するもので、オープンショーケース１１の収容庫１０に蒸発器１２を備える一方、オープンショーケース１１の外部に電子膨張弁１３、凝縮器１４及び圧縮機１５を備えている。

これら蒸発器１２、電子膨張弁１３、凝縮器１４及び圧縮機１５は、それぞれの間が冷媒供給管路１６によって接続してあり、冷媒が循環供給される冷凍サイクルを構成している。すなわち、この冷却装置では、圧縮機１５から吐出された高温高圧のガス冷媒が凝縮器１４において冷却されて高温高圧の液冷媒となる。この高温高圧の液冷媒は、電子膨張弁１３により断熱膨張されて冷温低圧の気液２相冷媒となり、収容庫１０の蒸発器１２に供給される。蒸発器１２に供給された低温低圧の気液２相冷媒は、送風ファン１７によって供給された収容庫１０の内部雰囲気と熱交換し、吸熱して低温低圧のガス冷媒となることにより収容庫１０の冷却を行う。電子膨張弁１３は、開度指令が与えられた場合に開度指令に応じて開度を変更し、通過する冷媒の流量を調節することが可能である。

蒸発器１２に接続した冷媒供給管路１６の入口部及び出口部には、それぞれ冷媒温度センサ２０，２１が設けてあるとともに、収容庫１０の内部には、内部温度センサ２２が設けてある。入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１は、それぞれの冷媒供給管路１６を通過する冷媒の温度を検出するものである。内部温度センサ２２は、収容庫１０の内部において蒸発器１２を通過した後の空気の温度を冷却温度として検出するものである。

また、上記冷却装置は、弁駆動制御手段３０を備えている。弁駆動制御手段３０は、入口部冷媒温度センサ２０、出口部冷媒温度センサ２１及び内部温度センサ２２の検出結果に基づいて電子膨張弁１３の開度を調節するもので、目標値設定記憶部３１、運転モード選択部３２及び弁開度設定部３３を備えている。目標値設定記憶部３１は、冷却温度の目標値及び過熱度の目標値を予め設定し、かつこれらを記憶するものである。本実施の形態では、冷却温度目標値として−５℃、過熱度目標値として＋５℃が設定されているものとする。運転モード選択部３２は、内部温度センサ２２から冷却温度が与えられた場合に、この冷却温度と目標値設定記憶部３１に設定した冷却温度目標値との比較結果から運転モードを選択するものである。本実施の形態では、通常運転モード及びプルダウン運転モード(急冷運転モード)の２つの運転モードが予め設定してあり、内部温度センサ２２が検出した収容庫１０の冷却温度に従って運転モード選択部３２がいずれかの運転モードを選択するようにしている。より具体的には、冷却温度が予め設定した上限閾値、例えば＋１０℃を超えた場合にプルダウン運転モードを選択する一方、冷却温度が予め設定した下限閾値、例えば−５℃以下となった場合に通常運転モードを選択するように設定してある。弁開度設定部３３は、運転モード選択部３２が選択した運転モードに従って電子膨張弁１３の開度を設定するものである。

図２は、上述した冷却装置が実施する冷媒流量制御処理の内容を示すためのブロック線図である。以下、この図２を参照しながら冷却装置が実施する制御について説明する。尚、初期状態においては運転モード選択部３２によって通常運転モードが選択されるものとする。

冷却装置が通常運転モードで運転されると、まず、目標値設定記憶部３１に格納された冷却温度目標値がそのまま弁開度設定部３３に与えられる。冷却温度目標値が与えられた弁開度設定部３３では、冷却温度目標値に応じた弁開度を設定し、これを開度指令として電子膨張弁１３に与える。この結果、電子膨張弁１３が冷却温度目標値に応じた開度に調節された状態で冷凍サイクルに冷媒が循環供給されるようになり、蒸発器１２を通過する冷媒により収容庫１０の内部が冷却された状態となる。

この間、収容庫１０の冷却温度が逐次内部温度センサ２２によって検出され、これが弁駆動制御手段３０及び運転モード選択部３２に与えられるとともに、蒸発器１２に供給される冷媒の温度及び蒸発器１２から吐出された冷媒の温度がそれぞれ入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１によって検出され、個々の検出結果が弁駆動制御手段３０に与えられることになる。

内部温度センサ２２から冷却温度が与えられた運転モード選択部３２は、この冷却温度と上述した上限閾値及び下限閾値との比較を行う。

いま、内部温度センサ２２の検出した冷却温度が−６℃である場合、運転モード選択部３２によってそのまま通常運転モードが選択されることになり、目標値設定記憶部３１において冷却温度目標値が読み出されるとともに、検出結果として内部温度センサ２２の検出した冷却温度が出力されることになる。この結果、比較部３４においては、冷却温度目標値と検出結果である冷却温度との偏差が算出され、この算出結果が弁開度設定部３３に与えられる。

弁開度設定部３３では、冷却温度目標値に対して冷却温度が大きい場合、電子膨張弁１３の開度を拡大設定する一方、冷却温度目標値に対して冷却温度が小さい場合、電子膨張弁１３の開度を縮小する設定を行い、それぞれの設定情報を開度指令として電子膨張弁１３に与える。つまり、上述したように冷却温度が−６℃であった場合には、電子膨張弁１３の開度が縮小され、蒸発器１２への冷媒の供給量が減少して冷凍性能が低下する。逆に冷却温度が＋１０℃〜−５℃の間であれば、電子膨張弁１３の開度が拡大され、蒸発器１２への冷媒の供給量が増大して冷凍性能が上昇する。以下、内部温度センサ２２の検出した冷却温度が＋１０℃を超えるまでの間、上述した動作が繰り返し行われ、収容庫１０の内部がほぼ−５℃という冷却温度目標値に維持された状態となる。

一方、上述した冷却装置において蒸発器１２の除霜を行うべく運転を停止した場合には、除霜作業終了時に内部温度センサ２２の検出結果が１０℃を超える温度となる。この状態から冷却装置の運転を再開した場合には、内部温度センサ２２の検出結果が与えられた運転モード選択部３２においてプルダウン運転モードが選択され、目標値設定記憶部３１において過熱度目標値が読み出されるとともに、検出結果として入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１の検出した冷媒の温度差である過熱度が出力されることになる。この結果、比較部３４においては、過熱度目標値と検出過熱度との偏差が算出され、この算出結果が弁開度設定部３３に与えられる。

弁開度設定部３３では、過熱度目標値に対して検出過熱度が大きい場合、電子膨張弁１３の開度を拡大設定する一方、過熱度目標値に対して検出過熱度が小さい場合、電子膨張弁１３の開度を縮小する設定を行い、それぞれの設定情報を開度指令として電子膨張弁１３に与える。これにより、蒸発器１２における冷媒の過熱度がほぼ＋５℃という過熱度目標値に維持された状態となり、過熱度がゼロとなる事態を招来することがない。

このプルダウン運転モードは、内部温度センサ２２の検出する冷却温度が下限閾値である−５℃以下となるまで繰り返し実施され、冷却温度が−５℃となった時点で運転モード選択部３２により通常運転モードに切り替えられる。

すなわち、上記冷却装置によれば、除霜作業終了後に収容庫１０の内部温度が冷却温度目標値を大きく上回った状態となっても、圧縮機１５において液バック現象を招来することなく収容庫１０を迅速に冷却することができるようになる。しかも、運転モード選択部３２によって通常運転モードに切り替えられた後においては、再び冷却温度目標値と検出結果である冷却温度との偏差がゼロとなるように電子膨張弁１３の開度が調節されるため、収容庫１０の内部をほぼ−５℃という冷却温度目標値に維持することができるようになる。

図３は、上記の冷却装置において上述した冷媒流量制御処理を実施した場合の時間と冷却温度及び過熱度との関係を示したものである。図３の(ｂ)からも明らかなように、プルダウン運転モードにおいては、冷媒の過熱度が大きく低下するものの過熱度目標値に到達した時点で電子膨張弁１３の開度が縮小されるため、これがゼロに至ること、つまり圧縮機１５に気液２相状態の冷媒が供給される事態を招来することがない。

その後、収容庫１０の内部温度が冷却温度目標値に到達した時点で通常運転モードに切り替えられるため、図３の(ａ)に示すように、収容庫１０の内部温度が冷却温度目標値に維持されるようになる。

尚、上述した実施の形態では、オープンショーケース１１に適用される冷却装置の冷媒流量制御装置を例示しているが、本発明ではこれに限定されず、電子膨張弁１３の開度を調節することにより、収容庫１０に配設した蒸発器１２に対する冷媒の供給制御を行うものであれば、その他のものにも適用することが可能である。この場合、蒸発器１２の数は必ずしも１つである必要はなく、複数の蒸発器１２を備えるものであっても構わない。

また、上述した実施の形態では、収容庫１０の内部温度が予め設定した上限閾値を超えた場合に運転モード選択部３２がプルダウン運転モードを選択するようにしているが、必ずしも運転モード選択部３２がプルダウン運転モードを選択するように構成する必要はない。例えば、運転モード選択部３２に選択スイッチ等の入力手段を設け、作業者が入力手段を通じて運転モードとしてプルダウン運転モードを選択できるようにしても良い。但し、この場合にも、収容庫１０の内部温度が予め設定した閾値以下となった場合には運転モード選択部３２によって通常運転モードに切り替えることが好ましい。

さらに、上述した実施の形態では、収容庫１０の内部において蒸発器１２を通過した空気の温度を冷却温度として検出するようにしているが、収容庫１０に対して冷気を吹き出す吹出口に内部温度センサ２２を配設したり、オープンショーケース１１において商品を陳列する棚に内部温度センサ２２を配設し、これら内部温度センサ２２の検出温度を冷却温度としても構わない。

本発明の実施の形態である冷媒流量制御装置を適用した冷却装置の構成を示す概念図である。 図１に示した冷媒流量制御装置の動作を示すブロック線図である。 図１に示した冷却装置において冷媒流量制御処理を実施した場合の時間と冷却温度及び過熱度との関係を示すグラフである。 従来の冷却装置において制御を行った場合の時間と冷却温度、電子膨張弁１３開度及び過熱度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 収容庫
１１ オープンショーケース
１２ 蒸発器
１３ 電子膨張弁
１４ 凝縮器
１５ 圧縮機
１６ 冷媒供給管路
１７ 送風ファン
２０ 入口部冷媒温度センサ
２１ 出口部冷媒温度センサ
２２ 内部温度センサ
３０ 弁駆動制御手段
３１ 目標値設定記憶部
３２ 運転モード選択部
３３ 弁開度設定部
３４ 比較部

Claims (4)

1. 電子膨張弁の開度を調節することにより、収容庫に配設した蒸発器に対する冷媒の供給制御を行う冷媒流量制御装置において、
   収容庫の内部において冷却温度を検出する内部温度検出手段と、
   通常運転モードもしくは急冷運転モードの選択を行う運転モード選択手段と、
   前記運転モード選択手段によって急冷運転モードが選択された場合には蒸発器における冷媒の過熱度が予め設定した目標値となるように電子膨張弁の開度を調節する一方、前記運転モード選択手段によって通常運転モードが選択された場合には前記内部温度検出手段の検出する温度が目標値となるように電子膨張弁の開度を調節する弁開度設定手段と
   を備えたことを特徴とする冷媒流量制御装置。
2. 運転モード選択手段は、前記内部温度検出手段の検出結果に基づいて運転モードの切り替えを行うことを特徴とする請求項１に記載の冷媒流量制御装置。
3. 前記内部温度検出手段は、蒸発器を通過した空気の温度を冷却温度として検出するものであり、前記運転モード選択手段は、急冷運転モードにおいて内部温度検出手段の検出した冷却温度が予め設定した閾値以下となった場合に運転モードを通常運転モードに切り替えることを特徴とする請求項２に記載の冷媒流量制御装置。
4. 前記内部温度検出手段は、収容庫の内部雰囲気温度を冷却温度として検出するものであり、前記運転モード選択手段は、急冷運転モードにおいて内部温度検出手段の検出した冷却温度が予め設定した閾値以下となった場合に運転モードを通常運転モードに切り替えることを特徴とする請求項２に記載の冷媒流量制御装置。

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