JP2007333533A - 冷熱機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波センサの利点を活かし、これを水位センサとして使用してドレン水受けに貯留したドレン水の満水を検知する場合に、確実に距離測定ができるとともに、満水状態を報知でき、しかも満水状態が解除されたことも確実に検出できる冷熱機器を提供することができる。
【解決手段】 ドレン水受け４を設けた冷熱機器において、ドレン水受け４の上方にドレン水受け４内の水量を検知するセンシング機能９である超音波センサを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ドレン水量を検知する冷熱機器に関するものである。

代表的な冷熱機器である冷凍冷蔵ショーケースは、図９に示すようにショーケース本体の下部に形成される機械室３内に凝縮器２や圧縮機などにより構成される冷凍装置を配設し、ショーケース本体の背面側に設置した冷却器で冷却した冷気で商品収納庫１内に収納した商品を冷却するもので、冷気は循環される。

冷気は前記のように庫内の空気が循環されるものであるが、商品収納庫１の前面が商品の出入口として開放されているため、ここから暖かい外気が流入し、これに含まれる湿気が冷却器で結露し霜となる。

そして、この着霜により冷却器の能力が低下することを防ぐため、適宜除霜するが、除霜された水分がドレン水として発生する。

このドレン水は、通常は排水用のパイプが接続されてこのパイプで店舗外の排水溝に導かれるが、パイプが接続されるとこの配管によってショーケースの設置位置が固定される。そこで、移動が容易なように圧縮機が組み込まれているショーケースでは、移動性が損なわれないようドレン水もショーケース内に設置したドレンパンやドレンタンクなどのドレン水受け４に貯留している。

このようにドレン水受け４にドレン水を溜める場合、定期的に排水する必要が生じるが、ドレン水の発生量は機器が設置される周囲温度や周囲湿度、ショーケースのサイズや使用温度帯、庫内に収納している商品の量などによって左右される。

このため、ドレン水の貯留量を把握して溢水する前に排水する必要があり、従来は、フロート２１を水位センサ５として設けて貯留量を検出していた。このフロート２１方式の水位センサ５は、図１０に示すようにドレン水受け４に浮かべたフロート２１が水位の上昇によりフロートガイドにそって所定の高さまで移動すると、この高さ位置にセットしてある満水警報ランプ点灯スイッチ２２の接点を押す。

その結果、機械室３に設置してあるコントローラ２４に設けたドレン水満水警報ランプ２３が点灯し、ドレン水受け４にドレン水が満水になったことを報知する。

ところで、ドレン水受け４が配設される機械室３は、ショーケース全体の構造上、商品収納庫１の下方に形成されるという制約から、高さに制限があり、ドレン水受け４の高さを２０ｍｍ〜４０ｍｍという低い値におさえる必要がある。

このため、フロート２１の移動量も少なくなって、検知の精度が出にくく、満水貯留量の半分以下の水位で満水警報が発せられることもある。これに対処すべく、検知精度が上がるようにフロート２１の設置を調整しても、ドレン水受け４にフロート２１を浮かべるという機械的な構造であるため、ドレン水受け４からドレン水を排水する毎にフロート２１をドレン水受け４から一度外し、再度、設置をやり直すことになり、このときに設置位置がずれてしまうこともあって、検知精度を確保するのが困難である。

さらに、フロート２１は使用している間にコケやゴミが付着して浮力が変化したり、可動部の動きがスムーズでなくなったりして故障しやすい。

なお、ドレン水受け４に貯留したドレン水を蒸発装置で蒸発させて空気中に放出する方法もあるが、この蒸発装置も１、２年の短期間でゴミの付着などによって性能が劣化したり、夏場のドレン水の量が多い時期には蒸発装置だけでは処理しきれず排水作業の併用が別途必要となるので、蒸発装置を使用する場合でもやはりドレン水の満水を放置する必要がある。

そこで、機械的ではない方法でドレン水の満水を検知する方法として、超音波センサを水位センサとして使用する方法があり、ドレン水受けの上方に超音波センサを設置し、ここから水面に向けて発信した超音波が水面に反射して戻り受信されるまでの時間を計測して超音波センサと水面との距離、すなわち水位を計測するものである（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−５９７６５号公報

超音波センサを使用する方法は、図１１、図１２に示すように超音波センサ９の水位センサ音波発振部２０を制御するパルス発振部である送信回路部６から発信されたパルス信号が水面で反射されて受信回路部７に戻るまでの時間を計測し、この時間をもとに演算処理回路部８で超音波センサと水面との距離、すなわち水位を算出するもので、受信回路部７はコントローラ２４に接続される。

一般に超音波センサでは、測定距離を延ばすためには超音波信号の減衰分を考慮して超音波発振素子への入力を上げ音圧を高めることが必要とされる一方で、近距離測定のためには送信波形に受信波形が重ならないよう、送信波形の影響を短くするために音圧を下げる必要がある。それでも通常ＰＺＴ素子で使用できる２０ＫＨｚの周波数では駆動電圧の雑音や安定度が精度に影響して７０ｍｍ以下を正確に測定することが不可となる。

図１３に示すように送信波形に受信波形が重ならない距離は実際には７０〜１５０ｍｍであり、受信波形の減衰で受信確認できなくなる距離が２００ｍｍ以上である。これにより、正常に測定できる範囲は７０ｍｍ以上であることがわかる。ちなみに送信波形に受信波形が重なるような近距離で２０ｍｓｅｃごとに行った応答時間は、図１４のグラフに示すように大きなバラツキがあり、正確に検出できないことが判明している。

ところが、前記のようにショーケース本体の下方に形成される機械室は高さに制限があり、正常に測定できる範囲に超音波センサをセットすることが困難である。これに対処すべく、前記従来例である特開２００１−５９７６５号公報に記載の発明は、超音波の発信部と水面との間に反射鏡を設置して、発信部から発信された発信信号を途中で反射鏡で反射させて進行方向を変換させてから水面に到達させるようにしたもので、反射鏡の設置により信号が発信されてから受信されるまでの距離を稼ぎ、超音波センサと水面との距離を正常に測定できる範囲としようとするものである。

しかしながら、このように反射鏡を使用する方法は、構造が複雑となるだけでなく、反射鏡を介在させる分だけ測定精度も落ちるおそれがある。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、超音波センサの利点を活かしこれを水位センサとして使用してドレン水受けに貯留したドレン水の満水を検知する場合に、確実に距離測定ができ、満水状態を報知でき、しかも満水状態が解除されたことも確実に検出できる冷熱機器を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、ドレン水受けが設置され、このドレン水受けの上方に超音波センサをドレン水受けの受水状態を検知する水位センサとして配設した冷熱機器において、前記超音波センサによる距離測定可能範囲の最小限値の高さ位置にドレン水受けの限界レベルを設定し、この限界レベルの下方に満水を報知する満水レベルを設定したことを特徴とするものである。

以上述べたように本発明の冷熱機器は、超音波センサによる距離測定可能範囲の最小限値にドレン水受けの限界レベルを設定し、これよりも低い水位のレベルに満水レベルを設定したから、確実に距離測定できる範囲内に満水レベルを設定でき、測定距離が近距離であってもこの範囲内で精度よく確実に満水を検出でき、これを報知できる。

以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置の実施形態を示す正面図、図２は同上ドレン水検知装置が設置されたショーケースの斜視図で、ショーケースの全体構成は図９について説明した従来例と同様であるから同一の参照符号を付してここでの詳細な説明は省略する。

本発明のドレン水検知装置も従来と同様に水位センサ５として超音波センサ９を用いるものであるが、図１について機械室３に配設されるドレン水受け４と超音波センサ９との位置関係を説明する。

機械室３の高さは一例として３００ｍｍであり、図１３で説明した超音波センサ９で正常に距離測定できる範囲を確保できる。機械室３のこの限定された高さの範囲内に超音波センサ９とドレン水受け４は、測定に付随する空気を除いて他の部材を介すことなく、非接触状態で配置され、ドレン水受け４は、超音波センサ９との距離を確保するために高さの低いもの（深さの浅いもの）として例えば４０ｍｍ程度のものとする。

そして、ドレン水受け４の口縁を限界レベルとしてこの限界レベルと超音波センサ９の超音波発信素子兼受信素子との距離を、超音波センサ９で正常に測定できる範囲の最小限値である７０ｍｍに設定し、この限界レベルよりもさらに１０ｍｍ下方に満水レベルを設定する。

これにより、満水レベルが超音波センサ９の発信部から８０ｍｍ離れた高さに位置し、満水レベルを正常測定可能範囲内に確実に位置させることができ、ドレン水受け４からドレン水が溢れるまで１０ｍｍの余裕を残してこの満水レベルで満水を報知するようにした。

そして、ドレン水受け４が排水のためにショーケースからはずされたことを検知するための手段として、図４に示すようにドレン水受け４が設置されるショーケースの底部１０で、超音波の進行方向に超音波センサ９との距離が延長されるよう凹部１１を形成する。

また、ドレン水受け４が排水のためにショーケースからはずされたことを検知するその他の方法は、図５に示すように、ドレン水受け４が載置されるショーケースの底部１０で、超音波センサ９から発信される超音波の進行位置に、発信された超音波を超音波センサ９の受信部に戻さないようにする手段として、底部１０に超音波を吸収し反射させない吸音材１２を取り付けた。

または、図６に示すように、超音波の正規の受信方向から外れた方向に向けて超音波が反射するように、発信された超音波の進行方向に位置するショーケースの底部１０を斜めに形成し、この斜めの形成部位に超音波反射板を設けて超音波反射部１３とした。この場合の斜めの角度は、例えば受信方向から５度以上ずらした角度に設定する。

前記斜めの形成部位は、図６のように一方の方向にのみ傾斜する傾斜部に限定されるものではなく、発信された超音波が受信部に戻らないようにすればよく、発信方向とは異なる方向に反射されればよいものであるから、図７のように連続する複数の波形（山形）部１４に形成することもできる。

かかるショーケースのドレン水検知装置を用いてドレン水の満水を検知する方法を説明する。図３は検知の基本動作を示すフローチャートで、超音波センサ９の超音波発信素子から発信する超音波は、下方のドレン水受け４に貯留したドレン水の水面に反射して戻り、超音波受信素子で受信されるが、この間の時間を計測し、この時間をもとにしてショーケースコントローラ２４の演算処理回路部８で超音波センサ９と水面との距離、すなわち水位が算出される（ステップ１）。

そして、距離が満水レベルである８０ｍｍよりも近くなれば（ステップ２）、満水レベルに達したものと判断してドレン水満水警報ランプ２３に出力して満水報知を開始する（ステップ３）。その後、超音波センサ９と水面との距離が８０ｍｍ以上になれば（ステップ２）、この報知を受けてドレン水受け４からドレン水が排水されたものと判断して、満水報知を停止する（ステップ４）。この満水報知は超音波センサ９と水面との距離が８０ｍｍ以上になるまで継続されるもので、ドレン水が確実に排水されるまで停止しない。

ここで、満水報知後、満水報知を停止するまでの排水確認動作を図８のフローチャートについて説明する。図３のフローチャートと同一の動作については同一のステップ番号を付してある。満水報知が開始された（ステップ３）後も、超音波センサ９によるドレン水の水面までの距離測定は継続している（ステップ５）。

この間、ドレン水受け４がショーケースの底部１０に設置されたままの状態で、内部のドレン水のみが掻き出されるなどして水位が徐々に低下していけば、水位の変化によって測定される時間も変化し、前回との測定時間の差が例えば０．０２ｍｓｅｃ以内で（ステップ６）、このような状態が例えば１０回連続し（ステップ７）、最終的に距離が８０ｍｍより遠くになれば（ステップ８）、排水されたものと判断して満水報知を停止する（ステップ４）。

前記（ステップ６）で、前回との測定時間の差が例えば０．０２ｍｓｅｃ以内かを判断したのは、この計測時間０．０２ｍｓｅｃは、式（１）で示すとおり音速から常温において距離に換算すれば約７ｍｍである。
L（ｍ）＝340（ｍ／ｓｅｃ）×ｔ（ｓｅｃ） （１）
このような近距離の中に１０回の測定が連続して入ることは、水面が距離判定可能な位置で且つ安定している状態であると判断出来できる。よって図１４の状態ではないことを確認してから、満水報知を停止する為の８０ｍｍの距離判断を行うものである。

このことは、満水警報を出した後、水面が上昇してドレン水受けから溢れる距離までの間で図１４の領域になってしまっても、ステップ５、ステップ６によりドレン水が多いのにも係わらず、間違って満水報知を停止してしまうことを防止している。

ここで図４のように、更にドレン水受け４の下の底部に１０ｍｍの凹部を設ければ、ドレン水受け４を外した場合、この場合は距離が１２０ｍｍとなり、更に確実に遠い距離を測定できるのでより確実な水なし判定が可能となる。
また、図８には示していないが、ステップ７の下に、距離は１１５ｍｍ以上かの判断を設けることで、ドレン水受け４が外されたことを認識することが可能になる。

よってドレン水受け４が浅い構造の場合に満水報知停止の判断を、僅かな水位の低下で行うのではなく、ドレン水受け４が外されたことで起きる大きな距離変化に置き換えることができるので正確な満水報知停止判断を構築できる。

一方、前記（ステップ６）の段階で、前回との測定時間の差が例えば０．０２ｍｓｅｃ以内でない場合、超音波が発信されてから測定時間内（１．６ｍｓｅｃ）に応答信号がない場合（ステップ９）、すなわち受信波形がない場合は、ドレン水受け４が排水のためにショーケースの底部１０から取り外されているものと判断してこのような状態が１０回連続すれば（ステップ１０）、満水報知を停止する。

ここでの１．６ｍｓｅｃは式（１）より距離換算で５００ｍｍ以上となる。
この５００ｍｍの設定の理由は、水位センサ９はドレン受け４の状に設置するときに、当然に水位センサ９として正しく測定できる範囲内に置くことになるので、この場合２００ｍｍ以内に設置となり、この状態では測定結果は２００ｍｍ以内になるはずである。

しかし、水位センサ９が応答信号を得られない場合も想定される。
よって、そのような場合を正しく判断するために、本来ありえない距離としてここでは２５０ｍｍを設定し、その往復５００ｍｍを伝播する時間の１．６ｍｓｅｃを応答信号がないと判断する時間に設定した。
当然、応答信号がない状態として、一番の理由はドレン水がない状態、もしくはドレン水受け４そのものが無い状態が上げられる。

よって図５に示すように吸音材１２を設けた場合は、この上からドレン水受け４が取り外されることで、超音波センサ９からの超音波信号が吸音材１２に到達しここで吸収されて応答信号が反射しなくなり、図６、図７のように超音波反射部１３や波形部１４を形成した場合は、超音波センサ９から発信された超音波がこの超音波反射部１３や波形部１４にまで到達し、ここで受信回路部７とは異なる方向に反射されるから、受信される反射波が存在しなくなるので、結果としてドレン水受けが外されたと判断できる。

以上のようにして本発明では近距離を測定しにくいという特質を有する超音波センサ９を使用してドレン水受け４内のドレン水の満水を検知する場合、機械室３という限られたスペースの中であっても測定可能範囲にドレン水受け４と超音波センサ９とを配置し、確実に測定可能な範囲で満水を報知し、報知後は排水が確認されるまでは報知を継続して排水されたことの確認も行えるものである。

なお、超音波式の距離測定は周囲温度により音速が変化するため、温度変化分だけ測定誤差が生じ、この誤差は、７０ｍｍ離れると約１５ｍｍの誤差となる。このため、ドレン水受け４の深さが４０ｍｍの場合、この誤差を考慮すると水量が半分程度で満水警報を出力しなければならなくなってしまうが、本発明では周囲温度を計測して、この検出温度をもとにして誤差を修正し、正しい距離を測定する。

前記超音波による距離測定を図１５について説明すると、ドレン水検知装置の周辺温度を検出する温度センサとしてサーミスタ１５は制御装置１６の入力側に接続されている水位センサ入力１７に接続され、図１１に示すようにサーミスタ１５すなわち温度補正用の温度検出器の温度検出回路１８は、超音波センサ９の回路内に配置される。

図１６は超音波センサ９の水位センサ音波発振部２０を示し、温度補正のための温度検出用の素子１９ａを、音響通路外装部（ホーン）２０ａの開口部（センサデバイス）近傍に取り付けて外部温度の影響を計測する。

また、別の温度検出用の素子１９ｂをＰＺＴ振動子２０ｂを固着している共振金属板２０ｃに取り付けた。これは共振金属板２０ｃが温度の影響をうけやすく材料膨張する特質に着目したもので、共振振動板２０ｃの端部に温度検出用の素子１９ｂを固着して環境温度を計測しこれをコントロール基板側で補正するようにした。

補正方法は下記のとおりである。空気中の音の速度は温度が高いほど速くなり、一般的に用いられているセシ温度（Ｔ）による音速（Ｖ）を求める式は、
Ｖ＝３３１．５＋０．６１Ｔ ｍ／ｓｅｃ
である。
また、湿度の影響は、１５℃の状態で湿度０％から１００％になると約０．３％程度早くなる。

しかし、湿度は空気中の音の速度の影響よりも、水位センサを構成する、部材が吸湿することでの影響の方が空気より大きくなることもあるため、湿度による影響を一概に示すことは出来ないの。そのため、その水位センサ９の仕様ごとに湿度特性を作成することが必要になる。

よって、距離は音速が速くなると近いと判断するので、温度が高くなると距離を近く判定する。そのため、ここではセシ０℃を基準にして、仮に２０℃の時の時間をｔ２０とするならば、０℃での戻り時間ｔ０はｔ０＝ｔ２０（１＋０．６１／３３１．５×２０）で算出できる。そして、このｔ０を基準にして距離換算をいつも行えば、温度による影響を排除できる。

なお、前記実施形態は、縦型の冷凍冷蔵ショーケースに実施される場合を説明したが、これに限定されるものではなく、上面が開口している平型のタイプのものや、冷蔵専用、冷凍専用のショーケースについても実施可能であり、当然類する冷熱機器においても実施可能なことは言うまでもない。

また、所定水量を満水レベルにおいて使用したが、これに限るものではく、数値も前記実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態である冷熱機器のドレン水検知装置を示す正面図である。 本発明の実施形態であるドレン水検知装置を備えた冷熱機器の斜視図である。 本発明の実施形態である冷熱機器のドレン水検知方法の基本動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態である冷熱機器のドレン水検知装置の第１例を示す正面図である。 本発明の実施形態である冷熱機器のドレン水検知装置の第２例を示す正面図である。 本発明の実施形態である冷熱機器のドレン水検知装置の第３例を示す正面図である。 本発明の実施形態である冷熱機器のドレン水検知装置の第４例を示す正面図である。 本発明の冷熱機器のドレン水検知方法の動作を示すフローチャートである。 従来のドレン水検知装置を備えた冷熱機器の斜視図である。 従来の冷熱機器のドレン水検知装置の正面図である。 超音波センサの制御ブロック図である。 超音波センサの波形図である。 超音波センサによる測定可能範囲を示すグラフである。 超音波センサによる送信波形と受信波形の重なる領域での測定結果を示すグラフである。 水位センサの制御ブロック図である。 水位センサの音波発振部の説明図である。

符号の説明

１ 商品収納庫、２ 凝縮器、３ 機械室、４ ドレン水受け、５ 水位センサ、６ 送信回路部、７ 受信回路部、８ 演算処理回路部、９ 超音波センサ、１０ 底部、１１ 凹部、１２ 吸音材、１３ 超音波反射部、１４ 波形部、１５ サーミスタ、１６ 制御装置、１７ 水位センサ入力、１８ 温度検出回路部、１９ａ，１９ｂ 温度検出用の素子、２０ 水位センサ音波発振部、２０ａ 音響通路外装部、２０ｂ ＰＺＴ振動子、２０ｃ 共振金属板、２１ フロート、２２ 満水警報ランプ点灯用スイッチ、２３ 満水警報ランプ、２４ コントローラ。

Claims (17)

1. ドレン水受けを設けた冷熱機器において、ドレン水受け上方にドレン水受け内の水量を検知するセンシング機能を設けたことを特徴とする冷熱機器。
2. 前記センシング機能は、ドレン水と非接触で水量検知を行うことを特徴とする請求項１記載の冷熱機器。
3. 前記センシング機能は、ドレン水の水量を連続的に検知することを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷熱機器。
4. 前記センシング機能は、超音波センサとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷熱機器。
5. 前記ドレン水受けのドレン水より反射された超音波を前記超音波センサによって検出し、前記超音波センサとドレン水間の距離を測定することを特徴とする請求項４記載の冷熱機器。
6. 前記ドレン水受けが設置される冷熱機器の底部で、超音波センサから発信される超音波の進行位置に、超音波センサとの距離が延長されるよう凹部を形成することを特徴とする請求項５に記載の冷熱機器。
7. 前記ドレン水受けが設置される冷熱機器の底部に、超音波センサから発信される超音波の進行位置に、発信された超音波を超音波センサの受信部に戻さないようにする手段を設けたことを特徴とする請求項５に記載の冷熱機器。
8. 前記発信された超音波を超音波センサの受信部に戻さないようにする手段は、吸音材であることを特徴とする請求項７記載の冷熱機器。
9. 前記発信された超音波を超音波センサの受信部に戻さないようにする手段は、超音波の受信方向から外れた方向に向けて斜めに設置した超音波反射部であることを特徴とする請求項７記載の冷熱機器。
10. 前記超音波反射部は複数の波型に形成されることを特徴とする請求項７記載の冷熱機器。
11. ドレン水受けを設け、ドレン水受け上方にドレン水の水量を検知するセンシング機能を設けた冷熱機器において、前記センシング機能が所定の水量を検知したことを報知する報知手段を備えることを特徴とする冷熱機器。
12. 前記報知手段は、停止または解除する機能を備えることを特徴とする請求項１１に記載の冷熱機器。
13. 前記報知手段は、ドレン水の水位が所定レベルに達した場合、または発信された超音波が戻らなかった場合に、報知を停止または解除できることを特徴とする請求項１２に記載の冷熱機器。
14. ドレン水受けを設け、ドレン水受け上方にドレン水の水量を検知するセンシング機能を設けた冷熱機器において、前記センシング機能による検出は、周囲温度または周囲湿度に基づいて補正されることを特徴とする冷熱機器。
15. 前記周囲温度または周囲湿度の検出手段は、前記センシング機能とドレン水間の距離を測定する距離測定器内部の回路に接続されることを特徴とする請求項１４記載の冷熱機器。
16. 前記周囲温度または周囲湿度の検出手段は、前記センシング機能であるセンサデバイスの近傍に取り付けられていることを特徴とする請求項１４記載の冷熱機器。
17. 前記センサデバイスは、圧電セラミックなどの振動子を備え、超音波送受一体型または送受分離型とすることを特徴とする請求項１６に記載の冷熱機器。

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