JP2010255993A

JP2010255993A - 電子式膨張弁の制御システム

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Publication number: JP2010255993A
Application number: JP2009109999A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Hatada; 嘉之畠田
Original assignee: Okamura Corp
Current assignee: Okamura Corp
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-11-11
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Also published as: JP5412170B2

Abstract

【課題】複数のショーケースにそれぞれ内蔵した蒸発器に対して共通の冷凍機から冷媒を供給する冷凍サイクルにおいて、冷凍機が一時的に停止した際に、冷凍機の再起動遅延時間に係らず膨張弁を適宜制御できる電子式膨張弁の制御システムを提供すること。
【解決手段】ショーケース１には、蒸発器１５の蒸発温度及び過熱度を計測する温度計測手段３５，３６と、蒸発器１５に対する冷媒の供給路５の開放と閉鎖とを切り換える電磁弁１１と、電子式膨張弁１３と、が設けられ、電磁弁１１が開放された状態で、温度計測手段３５，３６により計測した蒸発温度が所定の蒸発温度より大きい値であり、かつ温度計測手段により計測した過熱度が所定の過熱度より小さい値であることを条件に、電子式膨張弁１３の開度を通常運転時の開度上限より大きな開度となるように制御する膨張弁制御手段３３を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数のショーケースにそれぞれ内蔵した蒸発器に対して共通の冷凍機から冷媒を供給する冷凍サイクルにおいて、前記蒸発器に対する冷媒の流れを制御する電子式膨張弁の制御システムに関する。

従来、ショーケースの蒸発器に対する冷媒の流れを制御する膨張弁があり、この膨張弁は蒸発器の入口温度と出口温度との温度差である過熱度に応じて、冷媒の流れを制御するようになっている（例えば、特許文献１及び２参照）。この膨張弁は、蒸発器の過熱度が所定の温度以下ならば、液バック（液戻り）であるとして、弁を閉鎖するようになっており、デフロスト（霜取り）などの冷凍機が停止した後に、蒸発器の過熱度が所定の温度差以下の状態で、再び蒸発器に冷媒を供給させる際には、膨張弁を所定時間開放し、蒸発器の過熱度が所定の温度差以下になった状態で膨張弁を通常の制御に戻すようにしている。

特開２００５−３１５４９５号公報（第７頁、第３図）特開２００５−１８０８１５号公報（第７頁、第１図）

冷凍機は複数のショーケースの運転状況に応じて、一時的に停止する場合があり、その場合には、冷凍機の保護のために再起動までに所定時間停止させるようになっており、冷凍機の再起動遅延時間が設けられている。しかしながら、特許文献１及び２に記載のような従来の一般的なショーケースでは、冷凍機の再起動時において、蒸発器に冷媒が流入して蒸発器の過熱度が所定の温度差以下になるまでの時間は、冷凍機の再起動遅延時間の変化により毎回異なるため、膨張弁の開放時間の設定を行うことが難しく、冷凍機の再起動遅延時間よりも膨張弁の開放時間が短い場合には、膨張弁が閉鎖されて冷凍不良が生じる虞があり、冷凍機の再起動遅延時間よりも膨張弁の開放時間が長い場合には、液バック（液戻り）が生じる虞がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、複数のショーケースにそれぞれ内蔵した蒸発器に対して共通の冷凍機から冷媒を供給する冷凍サイクルにおいて、冷凍機が一時的に停止した際に、冷凍機の再起動遅延時間に係らず膨張弁を適宜制御できる電子式膨張弁の制御システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の電子式膨張弁の制御システムは、
複数のショーケースにそれぞれ内蔵した蒸発器に対して共通の冷凍機から冷媒を供給する冷凍サイクルにおいて、前記蒸発器に対する冷媒の流れを制御する電子式膨張弁の制御システムであって、
前記各ショーケースには、前記蒸発器の蒸発温度及び過熱度を計測する温度計測手段と、前記蒸発器に対する冷媒の供給路の開放と閉鎖とを切り換える電磁弁と、前記電子式膨張弁と、が設けられ、
前記電磁弁が開放された状態で、前記温度計測手段により計測した前記蒸発温度が所定の蒸発温度より大きい値であり、かつ前記温度計測手段により計測した前記過熱度が所定の過熱度より小さい値であることを条件に、前記電子式膨張弁の開度を通常運転時の開度上限より大きな開度となるように制御する膨張弁制御手段を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、冷凍機が一時的に停止した後に再起動するときにおいて、蒸発器の過熱度が所定の過熱度より小さい値であっても、蒸発器の蒸発温度が所定の蒸発温度より大きければ、液戻りとは判断せずに、電子式膨張弁を開放するようになっており、電子式膨張弁の開度を時間設定により制御する必要がなくなり、冷凍機の再起動遅延時間に係らず膨張弁を適宜制御できる。また、電子式膨張弁におけるより大きな開度は、通常運転時の開度上限より大きいため、冷凍機の再起動時に急速に蒸発器に冷媒が流入するようになり、ショーケースの庫内を急速に冷却することができる。

本発明の電子式膨張弁の制御システムは、
前記膨張弁制御手段は、前記電磁弁が開放されてから所定時間経過後に、前記蒸発温度が所定の蒸発温度より小さい値であることを条件に、前記電子式膨張弁の開度を通常運転時の開度となるように制御することを特徴としている。
この特徴によれば、電磁弁が開放されてから所定時間経過後において、蒸発温度が所定の蒸発温度より小さい値であれば、蒸発器は通常の冷却状態になっていると判断し、電子式膨張弁は通常運転時の開度で制御されるようになり、必要以上に電子式膨張弁の開度を制御しないで済むようになる。そのためパルス数により制御される電子式膨張弁などのパルスの動作回数により寿命がある膨張弁の寿命を延ばすことができる。

本発明の電子式膨張弁の制御システムは、
前記膨張弁制御手段は、前記電磁弁が開放されてから所定時間経過後に、前記過熱度が所定の過熱度より大きい値であることを条件に、前記電子式膨張弁の開度を通常運転時の開度となるように制御することを特徴としている。
この特徴によれば、電磁弁が開放されてから所定時間経過後において、過熱度が所定の過熱度より大きい値であれば、蒸発器は通常の冷却状態になっていると判断し、電子式膨張弁は通常運転時の開度で制御されるようになり、必要以上に電子式膨張弁の開度を制御しないで済むようになる。そのためパルス数により制御される電子式膨張弁などのパルスの動作回数により寿命がある膨張弁の寿命を延ばすことができる。

本発明の電子式膨張弁の制御システムは、
前記膨張弁制御手段は、前記電磁弁が開放されてから所定時間経過後に、前記蒸発温度が所定の蒸発温度より大きい値であり、かつ前記過熱度が所定の過熱度より大であることを条件に、前記電子式膨張弁の開度を通常運転時の開度となるように制御することを特徴としている。
この特徴によれば、電磁弁が開放されてから所定時間経過後において、蒸発温度が所定の蒸発温度より大きい値、かつ過熱度が所定の過熱度より大きい値であれば、蒸発器は通常の冷却状態になっていると判断し、電子式膨張弁は通常運転時の開度で制御されるようになり、必要以上に電子式膨張弁の開度を制御しないで済むようになる。そのためパルス数により制御される電子式膨張弁などのパルスの動作回数により寿命がある膨張弁の寿命を延ばすことができる。

冷凍・冷蔵ショーケースの一般的な構造説明図である。冷凍・冷蔵設備の集中管理システムの系統図である。制御管理ユニットの概略構成を示すブロック図である。蒸発器と電子式膨張弁との接続状態を示す概略図である。電子式膨張弁を示す断面図である。制御管理ユニットで行われる電子式膨張弁の膨張弁起動制御処理のフローチャートである。

本発明に係る電子式膨張弁の制御システムを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例に係る冷凍・冷蔵設備の集中管理システムにつき、図１から図６を参照して説明する。図１の符号１は、スーパーマーケットなどに設置されるオープンショーケースとして構成された冷蔵ショーケースであり、図１において１台しか示されていないが、本実施例では冷凍ショーケースも含んで計１０台のショーケースが互いに間隔をおいて連設されており、これらショーケースは同一系統の冷凍・冷蔵機ユニット３により冷却制御されている。

図１及び図２に示されるように、ショーケース１を冷凍・冷蔵する冷凍・冷蔵機ユニット３は、１次側冷媒であるフロンが循環する１次側冷媒回路４と、２次側冷媒である二酸化炭素（以下、ＣＯ_２と略す）が循環し複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・をそれぞれ冷却する２次側冷媒回路５と、フロンとＣＯ_２との間で熱交換を行う熱交換器６とを備え、冷凍・冷蔵サイクルを構成するいわゆる間接冷却システムを採用している。この冷凍・冷蔵機ユニット３は、制御管理ユニット３３により、両回路４，５内の各種データに基づいて集中管理し冷媒の容量制御が行われている。

１次側冷媒回路４は、１次側圧縮機７、凝縮器８、受液器９、そして液分離器１４を主に備える。そして、凝縮器８で凝縮液化された冷媒フロンは、図２の矢印で示すように、受液器９を介してドライヤ１０、液量調整弁１２を通り熱交換器６に供給され、ここでフロンは蒸発して熱交換器６内の２次側冷媒ＣＯ_２を冷却し、その後、液分離器１４を介して１次側圧縮機７に回収される。１次側圧縮機７において加熱圧縮されたフロンは、凝縮器８に循環供給され再び凝縮液化される。

２次側冷媒回路５は、受液器１６、液ポンプ１８、そして複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・毎に配設された電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・、電子式膨張弁Ａ，１３Ｂ・・・、及び蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・を主に備える。そして、受液器１６を介し液ポンプ１８から送り出される冷媒ＣＯ_２は、図２の矢印で示すように、電磁弁１１及び電子式膨張弁を通り蒸発器１５に供給され、ここでＣＯ_２は蒸発し、その気化熱でショーケース１内を冷却し、その後、受液器１６に回収される。更に、受液器１６から熱交換器６に供給される気体ＣＯ_２は、熱交換器６において冷却液化され、再び受液器１６に循環される。

２次側冷媒回路５における液ポンプ１８は、一定の負荷で常時運転を継続しており、一方、１次側冷媒回路４における１次側圧縮機７は、その吸入圧力を可変に設定しながら運転しているため、通常運転時において、熱交換器６による両回路４，５の熱交換が常時行われることになる。

また、ショーケース１本体内には商品陳列棚１７が多段に設けられていると共に、ショーケース１の内周部には内側の冷気循環通路１９と外側の空気循環通路２１の２つの通路が２重構造に形設されている。

図１に示されるように、送風機２３によりショーケース１内を循環する空気は、蒸発器１５のところで冷却され、冷気となって内側の冷気循環通路１９を経由してショーケース１の前面開口に導かれ、冷気エアカーテン２５を形成する。一方、送風機２３によりショーケース１内を循環する空気は、冷気循環通路１９の外側に設けた空気循環通路２１を通り冷気エアカーテン２５の外側に保護エアカーテン２８を形成する。

また、各ショーケース１内には、商品陳列棚１７が設けられた庫内の庫内温度を計測する庫内温度センサ２９が設置されている。この庫内温度センサ２９からの信号はコントローラ３１Ａ，３１Ｂ・・・に入力される。コントローラ３１Ａ，３１Ｂ・・・は、庫内温度センサ２９で計測した温度が予め設定した下限温度と比較し、下限温度より低くなれば電磁弁１１を閉鎖して冷媒ＣＯ_２を遮断して冷却を停止し、ショーケース１の庫内温度が設定温度範囲内になるように制御している。更に、冷凍・冷蔵機ユニット３が一時的に停止されたときにも、電磁弁１１を閉鎖して冷媒ＣＯ_２を遮断するようになっている。

次に、図２に基づき本発明の冷凍・冷蔵設備の集中管理システムについて説明する。冷凍・冷蔵機ユニット３の２次側冷媒回路５において、複数のショーケース１Ａ、１Ｂ・・・に向けて２次側冷媒であるＣＯ_２を循環供給している。即ち、受液器１６から液ポンプ１８を介して各ショーケース１Ａ、１Ｂ・・・毎に配設された電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・、そして電子式膨張弁Ａ，１３Ｂ・・・に分岐し、蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・に供給された液体ＣＯ_２は、蒸発して各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・内を冷却し、その後、分岐した配管が集合して一つの配管ラインとなり再び受液器１６に戻される。

制御管理ユニット３３は、各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の各コントローラ３１Ａ，３１Ｂ・・・から運転状況情報や庫内温度情報を、また、電子式膨張弁Ａ，１３Ｂ・・・と蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・間の冷媒配管に設けた冷媒の温度検知センサ３５Ａ，３５Ｂ・・・で計測した蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・の入口温度情報、温度検知センサ３６Ａ，３６Ｂ・・・で計測した蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・の出口温度情報、１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力を計測する圧力センサ３７から外部信号Ｅが制御管理ユニット３３に出力され、制御管理ユニット３３は、この情報に基づき、最適な１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力が得られるよう圧縮機制御部３９に制御信号イを出力して１次側圧縮機７の運転制御を行って、冷凍・冷蔵設備の集中管理をする。

運転状況情報は、冷媒ＣＯ_２が蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・内を流通しているかどうかを判断するものであり、電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・の開放状態または閉鎖状態で判断して外部信号Ａ，Ｃ・・・として制御管理ユニット３３に出力される。また、温度検知センサ３５Ａ，３５Ｂ・・・、温度検知センサ３６Ａ，３６Ｂ・・・で計測した冷媒ＣＯ_２の入口温度情報と出口温度情報は、外部信号Ｂ，Ｄ・・・として制御管理ユニット３３に出力され、制御管理ユニット３３において、各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・のＣＯ_２蒸発圧力（以下単にＣＯ_２圧力という）に変換される。そして、このＣＯ_２圧力に基づき、更に制御管理ユニット３３において、１次側冷媒回路４におけるフロン蒸発圧力（以下単にフロン圧力という）に換算される。

このようにすることで、蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・に導入される２次側冷媒ＣＯ_２の入口温度を１次側圧縮機７の容量制御に反映させることができ、高効率な容量制御が可能となる。

図３に示すように、制御管理ユニット３３は、制御部３３ａ、外部信号入力部３３ｂ、制御信号出力部３３ｃ、記憶部３３ｄ、表示部３３ｅを備えている。そして、記憶部３３ｄに予め記憶された、入口温度情報及び出口温度情報からＣＯ_２圧力に変換する所定の変換式、及びＣＯ_２圧力情報からフロン圧力に換算する所定の換算式に基づき、制御部３３ａにおいて、入力された入口温度情報及び出口温度情報から、ＣＯ_２圧力情報を介して一義的にフロン圧力が換算される。次に、外部信号入力部３３ｂには各コントローラ３１Ａ，３１Ｂ・・・から所属の電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・の開放または閉鎖情報（外部信号Ａ，Ｃ・・・）と、各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・毎の蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・の入口温度情報及び出口温度情報（外部信号Ｂ，Ｄ・・・）と、フロン圧力情報（外部信号Ｅ）とを受け取ると共に、操作端末を介し各種設定情報を入力することができる。

制御部３３ａでは電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・の開放または閉鎖情報により各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・毎に運転状態にあるか否かを判定すると共に、各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・毎の蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・の入口温度情報より冷媒ＣＯ_２の蒸発温度を換算し、そのときのＣＯ_２圧力を演算して、更にフロン圧力に換算し、記憶部３３ｄに運転状態や演算結果を記憶保存する。また記憶部に３３ｄにはメモリカード等の外部記憶媒体３３ｄ’に各種情報を記憶させて取り出すことができると共に、外部記憶媒体３３ｄ’に記憶した各種設定情報を記憶部３３ｄに取り込むこともできる。

表示部３３ｅは操作端末を介し各種設定情報を入力するときの情報を表示したり、あるいはショーケースの各種冷却情報（庫内温度等）を表示させるための信号変換部であり、制御部３３ａ上にあるいは独立した表示パネル（図示せず）に各種冷却情報を表示させることができる。そして制御信号出力部３３ｃでは、各種冷却情報に基づき制御部３３ａで演算した最適な１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力を得るために圧縮機制御部３９に制御信号イを送信する。圧縮機制御部３９では１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力が制御部３３ａで演算した値になるように、図示しないインバータにより１次側圧縮機７の回転数が可変制御される。

次に、電子式膨張弁１３の制御システムについて詳述する。本実施例では、電磁弁１１の開放及び閉鎖動作と電子式膨張弁１３のバルブ開度の制御とにより、蒸発器１５の冷却状態を制御し、ショーケース１の庫内温度が設定温度範囲内になるように制御している。

図４に示すように、蒸発器１５の内部には、冷媒が流れる鋼管１５ａが配置されている。蒸発器１５の鋼管１５ａにおける入口側には、入口温度情報を検出する温度検知センサ３５が配置されるとともに、蒸発器１５の鋼管１５ａにおける出口側には、出口温度情報を検出する温度検知センサ３６が配置されている。

蒸発器１５の鋼管１５ａにおける入口側の上流側には、電子式膨張弁１３が設けられるとともに、電子式膨張弁１３の上流には、電磁弁１１が設けられている（図１及び図２参照）。２次側冷媒回路５から供給される冷媒液（液体）は、蒸発器１５の鋼管１５ａの入口側から蒸発器１５内部に供給され、蒸発器１５の鋼管１５ａの出口側から冷媒ガス（気体）となって、蒸発器１５内部から排出されるようになっている。

前述したように、温度検知センサ３５，３６にて収得された入口及び出口温度情報は、制御管理ユニット３３に入力される。制御管理ユニット３３は電子式膨張弁１３に接続されており、制御管理ユニット３３によって電子式膨張弁１３が制御されるようになっている。尚、制御管理ユニット３３が本実施例における膨張弁制御手段を構成している。

電子式膨張弁１３は、冷凍サイクルにおいて高温高圧の冷媒液を低温低圧の霧状（液体）の冷媒に減圧（断熱膨張）させて、この冷媒を蒸発し易い状態で蒸発器１５の内部に供給することにより冷却作用を行うようになっている。

また、電子式膨張弁１３は、蒸発器１５の入口温度と出口温度との差である過熱度に基づいて、蒸発器１５に供給される冷媒供給量の制御を行うようになっている。そのため電子式膨張弁１３は、蒸発器１５にかかる負荷変動に対応して、常に適正な冷媒供給量を維持するとともに、蒸発器１５の出口側から冷媒が液体のまま流出しないように、蒸発器１５の過熱度が一定範囲内に維持されるようになっている。

図５に示すように、電子式膨張弁１３は、蒸発器１５の鋼管１５ａと２次側冷媒回路５とを互いに連通させる弁室４０を有する弁本体４１と、この弁本体４１の内部に設けられた弁座４２と、この弁座４２を開閉する略ペン形状をなす弁軸４３と、この弁軸４３を保持する弁軸ホルダ４４及び雄ねじ管４５と、弁軸４３を所定の付勢力で付勢するためのコイルバネ４６と、弁軸ホルダ４４を収容する略円筒状をなす密閉ケース４７と、この密閉ケース４７の外側に配置される駆動コイル４８と、密閉ケース４７の内側に駆動コイル４８の通電励磁によって回転して弁開閉方向に移動可能で、筒状の弁軸ホルダ４４に固定された筒状の永久磁石４９等を有するロータ５０と、駆動コイル４８に電力を供給して制御する制御ケーブル５１と、を備える。

尚、永久磁石４９を有するロータ５０と駆動コイル４８とによりパルスモータ５２を構成している。更に、電子式膨張弁１３から延びる制御ケーブル５１は、制御管理ユニット３３に接続されている。パルスモータ５２が駆動されると、ロータ５０の回転により弁軸ホルダ４４及び雄ねじ管４５が回転され、その回転によるねじ送り作用により、弁軸４３を弁座４２に対して開放動作または閉鎖動作させるようになっている。

本実施例で用いられている電子式膨張弁１３のパルスモータ５２は、制御ケーブル５１を用いて送られるパルス信号により動作するようになっている。尚、このパルス信号は０〜５００パルスの上下限値の範囲で適宜送信される。

更に、電子式膨張弁１３の弁軸４３の先端は、先端が弁座４２に向かって縮径する円錐台形状に形成されており、送信のパルス数に応じて弁軸４３の先端と弁座４２との隙間のバルブ開度を適宜変更することができる。つまり０パルスで電子式膨張弁１３は全閉鎖し、５００パルスで電子式膨張弁１３は全開放され、その間のパルス数では、パルス数の大きさに対応してバルブ開度の大きさ、つまり弁軸４３の先端と弁座４２との隙間の大きさも調整されるようになっている。

尚、電子式膨張弁１３は、弁軸ホルダ４４及び雄ねじ管４５の回転によるねじ送り作用によって弁軸４３が移動されるため、パルス信号が停止されても弁閉鎖はされず、開放されたバルブ開度を維持するようになっている。すなわち電子式膨張弁１３は、動作させるときのみパルス信号（電力）を必要とし、それ以外の状態では一切電力を消費しないで済むようになっている。

冷凍・冷蔵機ユニット３が稼働している通常時において、電子式膨張弁１３は、温度検知センサ３５，３６により計測した入口温度情報及び出口温度情報に基づいて、蒸発器１５内部で冷媒が蒸発する温度である蒸発温度と、蒸発器１５の入口温度と出口温度との差である過熱度と、に基づいて、ＰＩＤ制御により制御されるようになっている。この通常時の制御は、制御管理ユニット３３の制御部３３ａが実行する膨張弁ＰＩＤ制御処理（通常制御）にて行われる。

尚、本実施例では、設定された所定の蒸発温度の閾値を０℃とし、設定された所定の過熱度の閾値を５℃として説明する。この設定された蒸発温度及び過熱度になるように膨張弁ＰＩＤ制御処理（通常制御）が実行される。更に尚、本実施例では、電子式膨張弁１３の通常運転時（通常制御）において、制御管理ユニット３３が電子式膨張弁１３に送信するパルス信号は、１２５〜３００パルスの範囲内で適宜送信される。

また、冷凍・冷蔵機ユニット３は、複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却状況や霜取り状況に応じて、一時的に停止する場合があり、その場合には、冷凍・冷蔵機ユニット３の保護のために再起動までに所定時間停止させるようになっている。

冷凍・冷蔵機ユニット３の停止時には、電磁弁１１を用いて蒸発器１５に対する冷媒の供給路である２次側冷媒回路５を閉鎖するようにし、電子式膨張弁１３を全閉鎖せずに最小バルブ開度以上（１２５パルス以上）に設定して開放した状態を維持するようにする。例えば、電磁弁１１が閉鎖される直前の電子式膨張弁１３の最終制御のバルブ開度が２５０パルスだった場合には、電子式膨張弁１３は２５０パルスのバルブ開度を維持するようにする。このようにすることで、電子式膨張弁１３を必要以上に作動させる必要がなくなるばかりか、冷凍・冷蔵機ユニット３の再起動時に、電磁弁１１を開放したときに確実に冷媒が電子式膨張弁１３を介して蒸発器１５内部に流れるようになるとともに、急に冷媒が流れ込んでも電子式膨張弁１３が破損するようなこともなくなる。

尚、冷凍・冷蔵機ユニット３の再起動時には、電子式膨張弁１３のバルブ開度を、通常運転時のバルブ開度より大きな起動運転時のバルブ開度（起動開度；より大きな開度）、または最終制御のバルブ開度となるように制御する。本実施例では、冷凍・冷蔵機ユニット３の再起動時において、制御管理ユニット３３が電子式膨張弁１３に送信するパルス信号は、所定の条件に応じて４５０パルスで送信される。このように冷凍・冷蔵機ユニット３の再起動時に電子式膨張弁１３のバルブ開度を大きくすることで、急速に蒸発器１５に冷媒が流入するようになり、ショーケース１の庫内を急速に冷却することができる。

一般的に電子式膨張弁１３のパルスモータ５２には使用寿命があり、冷凍・冷蔵機ユニット３が停止する度にパルスモータ５２を全閉鎖（０パルス）してしまうと、冷凍・冷蔵機ユニット３の再起動時に、全閉鎖から所定のバルブ開度になるまでパルスモータ５２を動作させなければならず、耐久性が低減されてしまう。

本実施例では、蒸発器１５に対する冷媒の供給路である２次側冷媒回路５の全閉鎖及び開放を電磁弁１１で行うとともに、通常時には、１２５〜３００パルスの範囲内で電子式膨張弁１３のパルスモータ５２が制御され、再起動時には、パルスモータ５２を最大でも１２５パルスから４５０パルスまで動作させるようになっており、パルスモータ５２を０パルスから４５０パルスまで動作させるときと比較して、パルスモータ５２を動作させる頻度（パルス回数、開度回数）を極力低減させることができ、そのため長年電子式膨張弁１３を使用した際に、パルスモータ５２の寿命を延ばすことができる。尚、後述するように、再起動時には、電子式膨張弁１３のバルブ開度が閉鎖前の運転時の状態で起動し、膨張弁起動制御処理により制御され、所定の起動設定時間の間、電子式膨張弁１３のバルブ開度が一時的に固定される。

次に、制御管理ユニット３３の制御部３３ａが実行する電子式膨張弁１３の膨張弁起動制御処理について、図６のフローチャートに基づいて説明する。

通常運転時において、制御管理ユニット３３は、電子式膨張弁１３の膨張弁ＰＩＤ制御処理（通常制御）を実行しており（Ｓａ１０）、電子式膨張弁１３のバルブ開度を１２５〜３００パルスの範囲内でＰＩＤ制御している。冷凍・冷蔵機ユニット３が停止されると、電磁弁１１が閉鎖されるとともに、制御管理ユニット３３は、Ｓａ０１〜Ｓａ０９のステップに示す電子式膨張弁１３の膨張弁起動制御処理を実行する。

制御管理ユニット３３は、膨張弁起動制御処理を実行する際に、先ず、Ｓａ０１のステップにおいて、電磁弁１１が開放されているか否かを判定する。電磁弁１１が開放されていれば、Ｓａ０２のステップに進み、制御管理ユニット３３の制御部３３ａが有するカウントタイマの計時を開始する。また、電磁弁１１が開放されていなければ、処理を終了してＳａ０１のステップに戻り、電磁弁１１が開放されるまでこの判定を繰り返す。

Ｓａ０２のステップにおいて、電子式膨張弁１３が起動運転時のバルブ開度（起動開度；４５０パルス）になっているか否かを判定する。電子式膨張弁１３が起動運転時のバルブ開度になっていれば、Ｓａ０６のステップに進む。また、電子式膨張弁１３が起動運転時のバルブ開度になっていなければ、Ｓａ０３のステップに進む。

Ｓａ０３のステップにおいて、制御管理ユニット３３は、温度検知センサ３５で計測した蒸発器１５の入口温度が、設定された所定の蒸発温度の閾値以上（０℃以上）か否かを判定する。蒸発器１５の入口温度が、所定の蒸発温度の閾値よりも大きい値ならば、Ｓａ０４のステップに進む。また、蒸発器１５の入口温度が、所定の蒸発温度の閾値よりも小さい値ならば、Ｓａ１０のステップに進み、制御管理ユニット３３のカウントタイマの計時を終了するとともに、膨張弁起動制御処理を終了して、再び膨張弁ＰＩＤ制御処理（通常制御）の実行を開始する。

Ｓａ０４のステップにおいて、制御管理ユニット３３は、温度検知センサ３５，３６で計測した蒸発器１５の過熱度が、設定された所定の過熱度の閾値以下（５℃以下）か否かを判定する。蒸発器１５の過熱度が、所定の過熱度の閾値よりも小さい値ならば、Ｓａ０５のステップに進む。また、蒸発器１５の過熱度が、所定の過熱度の閾値よりも大きい値ならば、Ｓａ１０のステップに進み、制御管理ユニット３３のカウントタイマの計時を終了するとともに、膨張弁起動制御処理を終了して、再び膨張弁ＰＩＤ制御処理（通常制御）の実行を開始する。

Ｓａ０５のステップにおいて、制御管理ユニット３３は、電子式膨張弁１３のバルブ開度を、通常運転時のバルブ開度範囲（１２５〜３００パルス）の上限値であるバルブ開度（３００パルス）より大きな起動運転時のバルブ開度（起動開度；４５０パルス）に変更してＳａ０１のステップに戻る。

前述したように、Ｓａ０２のステップにおいて、制御管理ユニット３３は、電子式膨張弁１３が起動運転時のバルブ開度（起動開度）になっていれば、Ｓａ０６のステップに進む。Ｓａ０６のステップにおいて、制御管理ユニット３３は、カウントタイマの計時を参照して、電磁弁１１が開放されてから所定の起動設定時間が経過したか否かを判定する。尚、本実施例では、起動設定時間を１０秒とする。

Ｓａ０６のステップにおいて、カウントタイマの計時が起動設定時間以上ならば、Ｓａ０７のステップに進む。また、カウントタイマの計時が起動設定時間以下ならば、処理を終了してＳａ０１のステップに戻る。

尚、本実施例では、起動設定時間を約１０秒に設定しているが、この起動設定時間を０秒としてもよく、電子式膨張弁１３が起動運転時のバルブ開度（起動開度）になっていれば、直ぐにＳａ０７のステップに移行するようにしてもよい。

Ｓａ０７のステップにおいて、制御管理ユニット３３は、温度検知センサ３５で計測した蒸発器１５の入口温度が、設定された所定の蒸発温度の閾値以上（０℃以上）か否かを判定する。蒸発器１５の入口温度が、所定の蒸発温度の閾値よりも大きい値ならば、Ｓａ０８のステップに進む。また、蒸発器１５の入口温度が、所定の蒸発温度の閾値よりも小さい値ならば、Ｓａ０９のステップに進む。

Ｓａ０８のステップにおいて、制御管理ユニット３３は、温度検知センサ３５，３６で計測した蒸発器１５の過熱度が、設定された所定の過熱度の閾値以上（５℃以上）か否かを判定する。蒸発器１５の過熱度が、所定の過熱度の閾値よりも大きい値ならば、Ｓａ１０のステップに進み、制御管理ユニット３３のカウントタイマの計時を終了するとともに、膨張弁起動制御処理を終了して、再び膨張弁ＰＩＤ制御処理（通常制御）の実行を開始する。また、蒸発器１５の過熱度が、所定の過熱度の閾値よりも小さい値ならば、Ｓａ０５のステップに進み、電子式膨張弁１３のバルブ開度を、通常運転時のバルブ開度より大きな起動運転時のバルブ開度（起動開度）のまま維持する。

Ｓａ０９のステップにおいて、制御管理ユニット３３は、温度検知センサ３５，３６で計測した蒸発器１５の過熱度が、設定された所定の過熱度の閾値以上（５℃以上）か否かを判定する。蒸発器１５の過熱度が、所定の過熱度の閾値よりも大きい値ならば、Ｓａ１０のステップに進み、制御管理ユニット３３のカウントタイマの計時を終了するとともに、膨張弁起動制御処理を終了して、再び膨張弁ＰＩＤ制御処理（通常制御）の実行を開始する。また、蒸発器１５の過熱度が、所定の過熱度の閾値よりも小さい値ならば、処理を終了してＳａ０１のステップに戻る。

このように本実施例では、電子式膨張弁１３の通常制御時のパルス信号が１２５〜３００パルスの範囲内となっているとともに、起動運転時のパルス信号が４５０パルスとなっている。尚、通常運転時の制御は、パルス信号の上限値（３００）及び下限値（１２５パルス）の設定だけを行っておき、詳細な制御はＰＩＤ制御により制御される。そして、電磁弁１１が開放された直後の電子式膨張弁１３のバルブ開度は、電磁弁１１が閉鎖される直前の最終制御のバルブ開度が維持され、蒸発温度及び過熱度が所定の条件であることに応じてより大きなバルブ開度（４５０パルス）に制御されるようになっている。

以上、本実施例における電子式膨張弁の制御システムでは、各ショーケース１には、蒸発器１５の蒸発温度及び過熱度を計測する温度検知センサ３５，３６（温度計測手段）と、蒸発器１５に対する冷媒の供給路の開放と閉鎖とを切り換える電磁弁１１と、電子式膨張弁１３と、が設けられ、電磁弁１１が開放された状態で、温度検知センサ３５，３６により計測した蒸発温度が所定の蒸発温度より大きい値であり、かつ温度検知センサ３５，３６により計測した過熱度が所定の過熱度より小さい値であることを条件に、電子式膨張弁１３のバルブ開度を通常運転時のバルブ開度上限より大きなバルブ開度となるように制御する制御管理ユニット３３（膨張弁制御手段）を備えることで、冷凍・冷蔵機ユニット３が一時的に停止した後に再起動するときにおいて、蒸発器１５の過熱度が所定の過熱度より小さい値であっても、蒸発器１５の蒸発温度が所定の蒸発温度より大きければ、液戻りとは判断せずに、電子式膨張弁１３を開放するようになっており、電子式膨張弁１３のバルブ開度を時間設定により制御する必要がなくなり、冷凍・冷蔵機ユニット３の再起動遅延時間に係らず膨張弁１３を適宜制御できる。また、電子式膨張弁１３における大きなバルブ開度は、通常運転時のバルブ開度上限より大きいため、冷凍・冷蔵機ユニット３の再起動時に急速に蒸発器１５に冷媒が流入するようになり、ショーケース１の庫内を急速に冷却することができる。

また、制御管理ユニット３３は、電磁弁１１が開放されてから所定時間経過後（起動設定時間経過後）に、蒸発温度が所定の蒸発温度より小さい値であることを条件に、電子式膨張弁１３のバルブ開度を通常運転時のバルブ開度となるように制御することで、電磁弁１１が開放されてから所定時間経過後において、蒸発温度が所定の蒸発温度より小さい値であれば、蒸発器１５は通常の冷却状態になっていると判断し、電子式膨張弁１３は通常運転時のバルブ開度で制御されるようになり、必要以上に電子式膨張弁１３のバルブ開度を制御しないで済むようになる。そのためパルス数により制御される電子式膨張弁１３などのパルスの動作回数により寿命がある膨張弁１３の寿命を延ばすことができる。

また、制御管理ユニット３３は、電磁弁１１が開放されてから所定時間経過後（起動設定時間経過後）に、過熱度が所定の過熱度より大きい値であることを条件に、電子式膨張弁１３のバルブ開度を通常運転時のバルブ開度となるように制御することで、電磁弁１１が開放されてから所定時間経過後において、過熱度が所定の過熱度より大きい値であれば、蒸発器１５は通常の冷却状態になっていると判断し、電子式膨張弁１３は通常運転時のバルブ開度で制御されるようになり、必要以上に電子式膨張弁１３のバルブ開度を制御しないで済むようになる。そのためパルス数により制御される電子式膨張弁１３などのパルスの動作回数により寿命がある膨張弁１３の寿命を延ばすことができる。

また、制御管理ユニット３３は、電磁弁１１が開放されてから所定時間経過後（起動設定時間経過後）に、蒸発温度が所定の蒸発温度より大きい値であり、かつ過熱度が所定の過熱度より大であることを条件に、電子式膨張弁１３のバルブ開度を通常運転時のバルブ開度となるように制御することで、電磁弁１１が開放されてから所定時間経過後において、蒸発温度が所定の蒸発温度より大きい値、かつ過熱度が所定の過熱度より大きい値であれば、蒸発器１５は通常の冷却状態になっていると判断し、電子式膨張弁１３は通常運転時のバルブ開度で制御されるようになり、必要以上に電子式膨張弁１３のバルブ開度を制御しないで済むようになる。そのためパルス数により制御される電子式膨張弁１３などのパルスの動作回数により寿命がある膨張弁１３の寿命を延ばすことができる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、１次側冷媒であるフロンが循環する１次側冷媒回路４と、２次側冷媒である二酸化炭素が循環し複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・をそれぞれ冷却する２次側冷媒回路５と、フロンとＣＯ_２との間で熱交換を行う熱交換器６とを備え、冷凍・冷蔵サイクルを構成するいわゆる間接冷却システムを採用しているが、本発明はこれに限ることなく、熱交換器を介せずに、冷凍機の受液器から各ショーケース１の蒸発器１５に対して冷媒回路を直接接続して、冷凍・冷蔵サイクルを構成するいわゆる直接冷却システムに適用することもできる。

１ショーケース
３冷凍・冷蔵機ユニット
４１次側冷媒回路
５２次側冷媒回路
６熱交換器
７１次側圧縮機
８凝縮器
１１電磁弁
１３電子式膨張弁
１５蒸発器
３３制御管理ユニット（膨張弁制御手段）
３５，３６温度検知センサ（温度計測手段）

Claims

複数のショーケースにそれぞれ内蔵した蒸発器に対して共通の冷凍機から冷媒を供給する冷凍サイクルにおいて、前記蒸発器に対する冷媒の流れを制御する電子式膨張弁の制御システムであって、
前記各ショーケースには、前記蒸発器の蒸発温度及び過熱度を計測する温度計測手段と、前記蒸発器に対する冷媒の供給路の開放と閉鎖とを切り換える電磁弁と、前記電子式膨張弁と、が設けられ、
前記電磁弁が開放された状態で、前記温度計測手段により計測した前記蒸発温度が所定の蒸発温度より大きい値であり、かつ前記温度計測手段により計測した前記過熱度が所定の過熱度より小さい値であることを条件に、前記電子式膨張弁の開度を通常運転時の開度上限より大きな開度となるように制御する膨張弁制御手段を備えることを特徴とする電子式膨張弁の制御システム。
前記膨張弁制御手段は、前記電磁弁が開放されてから所定時間経過後に、前記蒸発温度が所定の蒸発温度より小さい値であることを条件に、前記電子式膨張弁の開度を通常運転時の開度となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の電子式膨張弁の制御システム。
前記膨張弁制御手段は、前記電磁弁が開放されてから所定時間経過後に、前記過熱度が所定の過熱度より大きい値であることを条件に、前記電子式膨張弁の開度を通常運転時の開度となるように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電子式膨張弁の制御システム。
前記膨張弁制御手段は、前記電磁弁が開放されてから所定時間経過後に、前記蒸発温度が所定の蒸発温度より大きい値であり、かつ前記過熱度が所定の過熱度より大であることを条件に、前記電子式膨張弁の開度を通常運転時の開度となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の電子式膨張弁の制御システム。